CN108173456A

CN108173456A - 执行器装置

Info

Publication number: CN108173456A
Application number: CN201711076977.1A
Authority: CN
Inventors: 金子由利子; 平冈牧; 荒濑秀和
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2037-11-06
Also published as: EP3333419A2; US10480492B2; EP3333419A3; CN108173456B; JP2018099016A; US20180163707A1

Abstract

本发明提供一种执行器装置，保护执行器的表面不被烧坏。本发明的执行器装置具有：执行器线绳；覆盖该执行器线绳的侧面并具有多个电热线的网状的发热体；以及用于向该网状的发热体供给用于加热所述网状的发热体的电力的控制装置。执行器线绳通过加热而缩短并通过散热而复原。执行器线绳的侧面由高分子形成。网状的发热体的一端和另一端分别接合于执行器线绳的一端和另一端。在网状的发热体未被加热的情况下，网状的发热体与执行器线绳的侧面接触。在网状的发热体被加热了的情况下，执行器线绳缩短，从而网状的发热体从执行器线绳的侧面向外侧离开。

Description

执行器装置

技术领域

本发明涉及执行器装置。

背景技术

专利文献1公开了线圈状和非线圈状纳米纤维捻线及聚合物纤维的绞合、以及拉伸执行器。平冈牧等人在非专利文献1中公开了由直链状低密度聚乙烯形成的线圈状聚合物纤维。根据非专利文献1，该线圈状聚合物纤维通过加热而缩短，并通过散热而复原。专利文献2公开了可在轴方向收缩的执行器。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】国际公开第2014/022667号

【专利文献2】美国专利第4733603号说明书

【专利文献3】日本特开2016-211104号公报

【专利文献4】日本特开2015-059276号公报

【非专利文献1】平冈牧等人所著、“线圈状聚合物执行器的高伸缩性和聚合物链的形态学”、第24回聚合物材料论坛演讲预备稿集、第24卷、第39页

发明内容

发明要解决的课题

若非专利文献1所公开的由线圈状聚合物纤维形成的执行器与加热源接触的话，执行器的表面会被烧坏。在最坏的情况下，由线圈状聚合物纤维形成的执行器由于热而断裂。

本发明的目的在于提供一种能够保护执行器的表面不被烧坏的执行器装置。

用于解决课题的手段

本发明的执行器装置，具有：

执行器线绳；

网状的发热体，该网状的发热体覆盖所述执行器线绳的侧面并具有多个电热线；以及

控制装置，该控制装置用于向所述网状的发热体供给用于加热所述网状的发热体的电力；

在此，

所述执行器线绳通过加热而缩短并通过散热而复原；

所述执行器线绳的侧面由高分子形成；

所述网状的发热体的一端接合于所述执行器线绳的一端；

所述网状的发热体的另一端接合于所述执行器线绳的另一端；

在所述网状的发热体未被加热的情况下，所述网状的发热体与所述执行器线绳的侧面接触，并且，

在所述网状的发热体被加热了的情况下，所述执行器线绳缩短，从而所述网状的发热体从所述执行器线绳的侧面向外侧离开。

发明效果

本发明提供能够保护执行器的表面不被烧坏的执行器装置。

附图说明

图1示出了实施方式的执行器装置60的示意图。

图2示出了由相互捻合的2根线圈状聚合物纤维111构成的执行器线绳1的示意图。

图3A示出了在网状的发热体2未被加热的情况下的执行器部件68的示意图。

图3B示出了图3A的简略图。

图3C示出了沿着包含于图3B的线3C-3C切断的剖视图。

图3D示出了网状的发热体2被加热到某种程度后的执行器部件68的示意图。

图3E示出了图3D的简略图。

图3F示出了沿着包含于图3D的线3E-3E切断的剖视图。

图3G示出了织成的多个电热线21的示意图。

图3H示出了编成的多个电热线21的示意图。

图3I示出了编成的多个电热线21的另一示意图。

图4示出了专利文献3所示的制线机。

图5示出了为了制造执行器3而采用的制线机的示意图。

图6示出了在加热试验中采用的试验装置的概略图。

图7是表示由辐射温度计15测定的执行器线绳1的侧面的温度的曲线图。

图8是表示用激光位移计24测定的执行器线绳1的长度的曲线图。

图9A示出了在比较例1中采用的执行器部件的示意图。

图9B示出了沿着包含于图9A的线9B-9B切断的剖视图。

图9C示出了电流流过了电热线21时的剖视图。

图10是表示实施例1和比较例1的执行器线绳1的伸缩率的曲线图。

图11是表示实施例1和比较例1的执行器线绳1的侧面的表面温度的曲线图。

图12A示出了在先专利申请中的、本实施方式的执行器的剖视图。

图12B示出了在先专利申请中的、纤维缩短了的状态下的执行器的剖视图。

图13A示出了在先专利申请中的、未扭转且未折叠的纤维111a的示意图。

图13B示出了在先专利申请中的、扭转但未折叠的纤维111b的示意图。

图13C示出了在先专利申请中的、已扭转且折叠的纤维111c的示意图。

图13D示出了在先专利申请中的、由已折叠的纤维111c形成的圆筒状的线圈的示意图。

图13E示出了在先专利申请中的、由金属膜140覆盖的纤维111c的示意图。

图14示出了在先专利申请中的、加热前的纤维111c的状态的示意图。

图15示出了在先专利申请中的、加热后的纤维111c的状态的示意图。

图16A是示出表示在先专利申请中的、在实施例1中得到的已拉伸的纤维111a的照片的图。

图16B是示出表示在先专利申请中的、在比较例1A中得到的已拉伸的纤维111a的照片的图。

图16C是示出表示在先专利申请中的、在比较例2A中得到的已拉伸的纤维111a的照片的图。

图16D是示出表示在先专利申请中的、在比较例3A中得到的已拉伸的纤维111a的照片的图。

图17A是示出表示在先专利申请中的、在实施例1A中得到的已折叠的纤维111c的照片的图。

图17B是示出表示在先专利申请中的、在比较例2A中得到的已折叠的纤维111c的照片的图。

图17C是示出表示在先专利申请中的、在比较例3A中得到的已折叠的纤维111c的照片的图。

图18是示出表示在先专利申请中的、在实施例1A、比较例2A和比较例3A中得到的纤维111c的热机械特性的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细地说明。

图1示出了实施方式的执行器装置60的示意图。实施方式的执行器装置60具有执行器线绳1、网状的发热体2、以及控制装置5。

(执行器线绳1)

执行器线绳1的详细内容请参照先于本专利申请的中国专利申请号201680000857.0。该中国专利申请作为参照被援引于本申请中。执行器线绳1被非专利文献1所公开。本发明也可以说是该在先专利申请所公开的执行器线绳1的改良。本说明书中采用的用语“执行器线绳1”和“网状的发热体2”分别对应于该在先专利申请中采用的用语“纤维”和“温度调节装置”。

如该在先专利申请所公开的那样，执行器线绳1可通过由直链状低密度聚乙烯形成的线圈状聚合物纤维来构成。执行器线绳1通过加热而缩短且通过散热而复原。作为一个例子，若将在其一端施加了10Mpa的负载的执行器线绳1加热到90摄氏度的话，则执行器线绳1会缩短23％左右。若将执行器线绳1冷却到室温的话，则执行器线绳1会复原到原来的长度。如在先专利申请中也公开的那样，执行器线绳1可加热到例如30摄氏度以上且100摄氏度以下的温度。此外，线圈状聚合物纤维的材质不限于直链状低密度聚乙烯。例如，也可以是聚乙烯(例如低密度聚乙烯、或者高密度聚乙烯)、尼龙(例如尼龙6、尼龙6，6、尼龙12)、聚酯、或弹性体(例如硅橡胶)。

执行器线绳1可由1根线圈状聚合物纤维构成。如图2所示，执行器线绳1可由相互捻合的2根以上的线圈状聚合物纤维111构成。换言之，执行器线绳1可通过将2根以上的线圈状聚合物纤维111加捻成为在被加捻了的1根线圈状聚合物纤维111a的侧面接触被加捻了的另一线圈状聚合物纤维111b的侧面而形成。在图2中，执行器线绳1由以相互捻合的方式而一体化的2根线圈状聚合物纤维111构成。

(网状的发热体2)

网状的发热体2覆盖执行器线绳1的侧面。优选网状的发热体2为筒状以将执行器线绳1包含于内部。网状的发热体2由多个电热线21构成。如后述那样，网状的发热体2通过缠、织或编多个电热线21而形成。

电热线21的例子为金属线绳、由导电性聚合物形成的线绳、或护套式(铠装)加热器。线绳的形状的例子为丝或薄板。为了提高电热线21的强度，可采用由能够伸长的树脂构成的膜来涂敷电热线21的侧面。

网状的发热体2可由多个电热线21形成。如图1和图3B所示，优选多个电热线21相互交叉以使得网状的发热体2作为整体具有网形状。

网状的发热体2由被缠成的多个电热线21、被织成的多个电热线21、或被编成的多个电热线21的任一个形成。

图1所示的网状的发热体2由被缠成的多个电热线21形成。图3B示出具有由被缠成的多个电热线21形成的网状的发热体2的执行器装置的简略示意图。以各电热线21螺旋状地卷绕在执行器线绳1的侧面的方式来缠多个电热线21a、21b，从而构成覆盖执行器线绳1的侧面的网状的发热体2。优选缠3根以上的电热线21来构成网状的发热体2。各电热线21可具有线圈(即螺旋)形状。各电热线21可具有丝形状。在此，各电热线21被缠成S捻或Z捻。

图3G示出了织成的多个电热线21的示意图。各电热线21可具有矩形波的形状。包含于织成的多个电热线21中的相邻的2个电热线相互接合。由织成的多个电热线21构成的网状的发热体2卷绕在执行器线绳1的侧面。

图3H和图3I示出了编成的多个电热线21的示意图。各电热线21可具有细长的板形状。以各电热线21螺旋状地卷绕在执行器线绳1的侧面的方式来编多个电热线21a、21b，从而构成覆盖执行器线绳1的侧面的网状的发热体2。编成的多个电热线21被分为多个第1电热线21a和多个第2电热线2b。第1电热线21a相互平行。第2电热线21a也平行。各第1电热线21a与相邻的2根第2电热线21b的一方的表侧的面和另一方的里侧的面接触。各第2电热线21b也与相邻的2根第1电热线21a的一方的表侧的面和另一方的里侧的面接触。

如后述那样，只要执行器线绳1能够反复收缩和复原、即只要网状的发热体2能够追随执行器线绳1的反复收缩和复原，网状的发热体2可以由被缠成的多个电热线21、被织成的多个电热线21、或被编成的多个电热线21的任一方形成。

网状的发热体2的一端接合于执行器线绳1的一端。如图1所示，作为一个例子，采用接合件4将执行器线绳1的一端与网状的发热体2的一端一起紧固(凿紧、凿密)。这样一来，采用第1接合件4a将网状的发热体2的一端接合于执行器线绳1的一端。接合件4的例子为压接端子。压接端子可以是叉形压接端子或环形压接端子。在图1中，作为第1接合件4a，图示出了环形压接端子。同样地，采用第2接合件4b将网状的发热体2的另一端接合于执行器线绳1的另一端。这样，网状的发热体2就被设置于执行器线绳1的一端和另一端之间。优选接合件4由金属形成。其理由后述。

(控制装置5)

控制装置5向网状的发热体2供给电力来加热网状的发热体2。控制装置5可具有用于向网状的发热体2供给电力的电源。向网状的发热体2供给的电力是交流或直流。控制装置5还可以具有开关。在开关接通的期间，向网状的发热体2供给电力。在开关断开的情况下，不向网状的发热体2供给电力

(执行器装置的制造方法)

以下，对本发明的执行器装置的制造方法进行说明。

首先，采用公知的制线机绕执行器线绳1的侧面缠电热线21，从而得到具有执行器线绳1和覆盖其表面的网状的发热体2的执行器3。图4示出了专利文献3所示的制线机。在图4中，附图标记9、10、11a～11h、12a～12h、13和14分别表示制线机、基板、卷丝管(即、支架)、轨道、缠编线、以及导辊。专利文献4公开了将纤维丝呈螺旋状地缠在芯部件的侧面的制线机。

图5示出了为了制造执行器3而采用的制线机的示意图。在图5中，附图标记101、102、103、105a～105d、106a～106d和107a～107d分别表示线轴、滑轮、卷扬装置、线轴、锭子、以及波状轨道。图5所示的制线机通过在公知的制线机添加线轴101和滑轮102而构成。从线轴101供给执行器线绳1。执行器线绳1由滑轮102引导。然后，一边经由波状轨道107和锭子106向执行器线绳1的侧面周围供给多个电热线21，一边将执行器线绳1与多个电热线21一起卷扬。这样一来，得到具有执行器线绳1和由覆盖其侧面的多个电热线21构成的网状的发热体2的执行器3。“多个电热线21被缠成S捻”指的是：利用上述的制造方法将各电热线21缠成S捻。“多个电热线21被缠成Z捻”指的是：利用上述的制造方法将各电热线21缠成Z捻。

执行器3被切断成所希望的长度。被切断成所希望的长度的执行器3的两端由第1接合件4a和第2接合件4b紧固。这样一来，得到执行器部件68。最后，采用电线将接合件4(即、第1接合件4a和第2接合件4b)与控制装置5电连接。这样一来，制成了本发明的执行器装置60。

(执行器装置的动作)

以下，对执行器装置60的动作进行。

如图1所示，采用例如重物6来拉紧执行器线绳1。换言之，通过重物6向执行器线绳1沿着其长度方向施加拉伸力。

图3A示出了在网状的发热体2未被加热的情况下的执行器部件68的示意图。图3B示出了图3A的简略图。图3C示出了沿着包含于图3B的线3C-3C切断的剖视图。如图3A、图3B和图3C所示，在网状的发热体2未被加热的情况下，网状的发热体2与执行器线绳1的侧面接触。在采用控制装置5加热网状的发热体2紧接着之后，由于网状的发热体2与执行器线绳1的侧面接触，所以，由网状的发热体2产生的热被高效地传递给执行器线绳1。

图3D示出了网状的发热体2被加热到某种程度后的执行器部件68的示意图。图3E示出了图3D的简略图。图3F示出了沿着包含于图3D的线3E-3E切断的剖视图。在采用控制装置5将网状的发热体2加热到某种程度后，执行器线绳1缩短。因此，如图3E和图3F所示，网状的发热体2离开执行器线绳1的侧面。

这样，由于具有与筒状的网状的发热体2的两端接合的两端的执行器线绳1缩短，所以网状的发热体2向外侧离开以使得网状的发热体2的中央部分从执行器线绳1的侧面向与执行器线绳1的长度方向正交的方向移动。换言之，在通过施加电力而对网状的发热体2加热的期间，网状的发热体2变形成网状的发热体2的中央部分鼓起。

严密地考虑的话，加热时收缩的执行器线绳1在其长度方向的剖面上是稍稍鼓起的。但是，与执行器线绳1相比，在加热时，网状的发热体2会更大地鼓起。也就是说，执行器线绳1的剖面处的膨胀率比已加热的网状的发热体2的膨胀率小得多。因此，能够忽略加热时的收缩所导致的执行器线绳1的剖面处的稍微的膨胀。

这样，由于加热时网状的发热体2从执行器线绳1的侧面离开、即加热时网状的发热体2的中央部分鼓起，所以，网状的发热体2不与执行器线绳1的侧面接触。因此，在加热中或加热后，执行器线绳1不会烧坏。当然也能防止执行器线绳1由于热而断裂的情况。

如非专利文献1所公开的那样，在网状的发热体2被冷却的情况下，执行器线绳1会复原。换言之，在网状的发热体2被冷却的情况下，执行器线绳1沿其长度方向伸长而返回到原来那样的形状。因此，筒状的网状的发热体2与执行器线绳1的侧面接触。网状的发热体2可在室温下自然冷却。取代于此，网状的发热体2可以采用珀耳帖元件那样的冷却器来冷却。上述的收缩和复原可反复进行。

筒状的网状的发热体2的两端通过接合件4而接合于执行器线绳1的两端。优选接合件4由金属形成。其原因在于：在网状的发热体2的两端产生的热经由由金属形成的接合件4而向空气中释放。因此，执行器线绳1的两端不会因在网状的发热体2的两端产生的热而被烧坏。

(实施例)

以下，一边参照实施例一边对本发明进行更详细地说明。

(实施例1)

(执行器线绳1的制造)

按照在先专利申请的公开内容，本发明者们得到了线圈状聚合物纤维。然后，如图2所示，本发明者们对2根线圈状聚合物纤维加捻而得到执行器线绳1。这样，执行器线绳1由相互捻合的2根线圈状聚合物纤维构成。换言之，被加捻的1根线圈状聚合物纤维的侧面与被加捻的另一线圈状聚合物纤维的侧面接触。

(网状的发热体2的制造)

与执行器线绳1分开地，本发明者们对镀银尼龙丝(从株式会社三富士(ミツフジ)购入，商品名为“AGPoss 30丹尼尔”)加捻而得到具有250T/m的捻度的电热线21。

(网状的发热体2向执行器线绳1的覆盖)

本发明者们采用图5所示的制线机，用4根电热线21覆盖执行器线绳1的侧面。

本发明者们切断由电热线21覆盖的执行器线绳1，得到具有大致240毫米的长度的执行器3。这样一来，本发明者们得到由执行器线绳1和覆盖该执行器线绳1的侧面的网状的发热体2构成的执行器3。

(利用接合件4的接合)

本发明者们采用金属制的第1压接部件4a和第2压接部件4b来紧固执行器3的两端。这样一来，本发明者们得到执行器部件68。

(加热试验)

执行器部件68的加热试验是如下进行的。图6示出了在加热试验中采用的试验装置的概略图。第1压接端子4a采用固定板7而被固定。在第2压接端子4b经由线绳8安装着50克的重物6。通过该重物6来拉紧执行器线绳1。线绳8由滑轮22引导。在第2压接端子4b还安装着镜子23。这样，第1压接端子4a被固定而第2压接端子4b被配置成可沿执行器线绳1的长度方向振动。请注意，在图6中省略了网状的发热体2。

如图6所示，本发明者们将第1压接端子4a和第2压接端子4b与控制装置5电连接。用控制装置5使90毫安的电流以60秒的加热时间流过网状的发热体2。这样一来，对执行器线绳1的侧面加热。通过加热，执行器线绳1在其长度方向收缩。然后，以90秒的冷却时间，不使电流流过网状的发热体2。这样一来，在室温下自然地冷却执行器线绳1的侧面。

通过散热，执行器线绳1在其长度方向伸长而复原。反复三次该加热和冷却。镜子23与执行器线绳1的收缩和复原一起在执行器线绳1的长度方向振动。镜子23的振动由激光位移计24(从基恩士(キーエンス)公司购入，商品名为“LK-080”)测定。执行器线绳1的侧面的温度用辐射温度计15(从Apiste公司购入，商品名为“FSV-210”)测定。

图7是表示由辐射温度计15测定的执行器线绳1的侧面的温度的曲线图。从图7可知，在执行器线绳1的侧面的温度到达大致70摄氏度后，执行器线绳1的侧面的温度开始降低。这意味着网状的发热体2从执行器线绳1的侧面离开。在电流流过网状的发热体2的期间，执行器线绳1的侧面的温度被维持为大致60摄氏度以上且70摄氏度以下。

图8是表示用激光位移计24测定的执行器线绳1的长度的曲线图。从图8可知，在电流流过网状的发热体2的期间、即加热执行器线绳1的期间，执行器线绳1变短而成为220毫米的长度。另一方面，在未加热执行器线绳1的期间，执行器线绳1复原而成为原来那样的240毫米的长度。

(比较例1)

在比较例1中，发热体2并非网状而是1根电热线21，除此以外，进行与实施例1同样的实验。换言之，在比较例1中，如图9A所示，1根电热线21以螺旋状地卷绕在执行器线绳1的侧面的方式形成于执行器线绳1的周围。在比较例1中，流过70毫安的电流。

图9B示出了沿着包含于图9A的线9B-9B切断的剖视图。在图9B中，没有电流流过电热线21。图9C示出了电流流过了电热线21时的剖视图。如图9B和图9C所示，不管是否有电流流过电热线21，电热线21都与执行器线绳1的侧面接触。因此，在从加热开始起经过了大致32秒时，执行器线绳1断裂。

图10是表示实施例1和比较例1的执行器线绳1的伸缩率的曲线图。从图10可知，在实施例1和比较例1中都是在从加热开始起到经过30秒为止的期间，伸缩率为-5％～-10％左右。也就是说，执行器线绳1收缩了5％～10％。但是，在比较例1中，在从加热起经过了大致32秒的时刻，伸缩率突然增加到+20％。这意味着执行器线绳1断裂。

图11是表示实施例1和比较例1的执行器线绳1的侧面的表面温度的曲线图。从图11可知，在实施例1中，执行器线绳1的侧面的表面温度总是为大致75摄氏度以下。另一方面，在比较例1中，在从加热起经过了大致32秒的时刻，执行器线绳1的侧面的温度突然超过90摄氏度。这意味着执行器线绳1断裂。

【产业上的可利用性】

本发明的执行器装置可用作人工肌肉。

【附图标记的说明】

1 执行器线绳

2 发热体

21 电热线

3 执行器

4a 第1接合件

4b 第2接合件

5 控制装置

6 重物

7 固定板

8 线绳

9 制线机

10 基板

11 卷丝管

12 轨道

13 缠编线

14 导辊

15 辐射温度计

22 滑轮

23 镜子

24 激光位移计

60 执行器装置

68 执行器部件

101 线轴

102 滑轮

103 卷扬装置

105 线轴

106 锭子

107 波状轨道

111a 1根线圈状聚合物纤维

111b 另一线圈状聚合物纤维

(在先申请的援引)

仅作为参考，在先专利申请(即、中国专利申请号201680000857.0)的“发明内容”、“实施方式”、以及“实施例”的内容如下。为了与本申请中采用的附图标记相区别，以下，在先专利申请中采用的附图标记的开头加上“9”。例如，在在先专利申请中附图标记“111”表示纤维，但是以下，在本申请中，对纤维标注“9111”的附图标记。

在先专利申请中采用的用语“纤维”相当于本申请中采用的用语“执行器线绳1”。

在先专利申请中采用的用语“温度调节装置”相当于本申请中采用的用语“网状的发热体2”。

(在先专利申请的发明内容)

本发明是一种执行器，具备：纤维、以及能进行上述纤维的加热和冷却的至少一方的温度调节装置；

在此，

上述纤维绕其长轴扭转；

上述纤维被折叠成具有圆筒状线圈的形状；

上述纤维由直链状低密度聚乙烯构成，并且

满足以下的数学式(I)：

D/d＜1(I)

在此，

D表示上述圆筒状线圈的平均直径，并且

d表示上述纤维的直径。

(在先专利申请的实施方式)

(用语)

首先，在本说明书中标注于用语“纤维”的附图标记如下定义。

用语“纤维9111a”表示未扭转且未折叠的纤维。请参照图13A。纤维9111a也可以称为“已拉伸的纤维9111a”。

用语“纤维9111b”表示扭转但未折叠的纤维。请参照图13B。纤维9111b也可以称为“已扭转的纤维9111b”。

用语“纤维9111c”表示已扭转且折叠的纤维。请参照图13C。纤维9111c也可以称为“已折叠的纤维9111c”。

用语“纤维9111”总括性地包括纤维9111a～纤维9111c。

在本申请说明书中，不存在折叠却未扭转的纤维。

(实施方式)

如图12A所示，本实施方式的执行器具有由直链状低密度聚乙烯构成的纤维9111c和温度调节装置9130。温度调节装置9130可进行纤维9111c的加热和冷却的至少一方。

(纤维)

纤维9111c绕其长轴扭转。纤维9111c折叠成具有螺旋形状。换言之，纤维9111c折叠成具有圆筒状的线圈形状。

首先，参照图13A～图13C对制造在本实施方式中采用的纤维9111c的方法进行说明。

如图13A所示，准备具有长度为L1且直径为d的纤维9111a。纤维9111a是细长的且具有纤维轴9111LA，这是不言而喻的。在图13A中，纤维9111a尚未扭转也尚未折叠。纤维轴9111LA是纤维9111a的中心轴且平行于x轴方向。

接着，如图13B所示，纤维9111a扭转而成为已扭转的纤维9111b。具体地说，纤维9111a的另一端以不绕纤维轴9111LA扭转的方式被固定，并且纤维9111a的一端绕纤维轴9111LA扭转。这样就得到已扭转的纤维9111b。在图13B中，纤维9111b被扭转却尚未被折叠。纤维9111b的长度为L2。纤维9111b具有比直径d稍大的直径d’。纤维轴9111LA平行于x轴。L2的值与L1的值相等，或者比L1小。

持续进行这样的扭转以使得纤维9111b的一端绕纤维轴9111LA旋转了好几圈。结果，如图13C所示，纤维9111以旋转的方式被折叠。具体地说，纤维9111被折叠成具有小于L1的长度L3和大于d的平均直径D。此时也同样地，纤维9111的另一端以不绕纤维轴9111LA扭转的方式被固定。这样就得到已扭转且折叠的纤维9111c。图13B所示的角度α_f表示纤维斜角。纤维斜角αf是纤维9111相对于纤维轴9111LA的扭转角度。平均直径D是通过从圆筒形的线圈的外径D’减去纤维的直径d而得到的。

如图13C所示，在纤维9111被折叠后，纤维轴9111LA已经不与x轴平行了。已折叠的纤维9111c具有螺旋形状。换言之，已折叠的纤维9111c具有圆筒状的线圈形状。换言之，已折叠的纤维9111c具有螺旋弹簧的形状。如图13C所示，线圈具有节距p。节距p等于线圈的1个周期。也请参照图13D。

如图13D所示，该螺旋的旋转方向R1(即、圆筒状的线圈的旋转方向R1)与已折叠的纤维9111c的纤维轴9111LA一致。在图13B中纤维9111绕纤维轴9111LA右旋扭转的情况下，在图13C中纤维9111一边右旋旋转一边被折叠，这是不言而喻的。同样地，在图13B中纤维9111绕纤维轴9111LA左旋扭转的情况下，在图13C中纤维9111一边左旋旋转一边被折叠。

由已折叠的纤维9111c形成的圆筒状的线圈具有平均直径D。圆筒状的线圈具有长轴9110LA。以下将圆筒状的线圈的长轴110LA称为线圈轴9110LA。

图13C所示的角度α_c表示线圈斜角。线圈斜角α_c形成在与线圈轴9110LA正交的面和已折叠的纤维9111c的纤维轴9111LA之间。

在本实施方式中，纤维9111由直链状低密度聚乙烯(以下称为“L-LDPE”)形成。由于纤维9111由直链状低密度聚乙烯形成，所以，已折叠的纤维9111c具有小于1的弹簧指数C。

众所周知，弹簧指数C由以下的数学式(I)来表示。

C＝D/d

在此，

D表示由已折叠的纤维9111c形成的圆筒状的线圈D的平均直径，且d表示纤维9111的直径。

随着弹簧指数C的降低，圆筒形的线圈难以伸长。换言之，在沿着圆筒形的线圈的轴方向(即、长轴方向)对圆筒形的线圈施加的力F恒定的情况下，随着弹簧指数C的降低，圆筒形的线圈的伸长量变小。

反之，随着弹簧指数C的增加，圆筒形的线圈更容易伸长。换言之，在沿着圆筒形的线圈的轴方向(即、长轴方向)对圆筒形的线圈施加的力F恒定的情况下，随着弹簧指数C的增加，圆筒形的线圈的伸长量变大。

因此，具有高弹簧指数C的圆筒形的线圈“软”，并且具有低弹簧指数C的圆筒形的线圈“硬”。若增加绕纤维轴9111LA的纤维9111的扭转圈数，即增加绕纤维轴9111LA的纤维9111的旋转圈数，则得到的圆筒状的线圈的弹簧指数C降低。但是，若扭转圈数(即旋转圈数)增加得过多，则纤维9111会断裂。

通过扭转由直链状低密度聚乙烯以外的树脂(例如，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、或者尼龙66)构成的纤维来形成具有小于1的弹簧指数C的圆筒状的线圈是很困难的。这是因为：由直链状低密度聚乙烯以外的树脂(例如，低密度聚乙烯)构成的纤维，在弹簧指数C成为小于1之前，就会无法承受由于扭转而在其内部产生的负荷、从而断裂。或者是因为：通过扭转由直链状低密度聚乙烯以外的树脂(例如，高密度聚乙烯或者尼龙66)构成的纤维而得到的线圈具有1以上的弹簧指数C。详细内容请参照后述的实施例和比较例。

本发明者们通过实验发现了：由直链状低密度聚乙烯构成的纤维即使弹簧指数C小于1，也不会断裂。

由金属形成的一般的线圈，从其加工容易性和性能的观点来看，能够具有4以上且22以下的弹簧指数C。但是，在本实施方式中，圆筒状的线圈由直链状低密度聚乙烯形成且具有小于1那样的小弹簧指数C。小于1那样的小弹簧指数C是为了实现后述的高位移率所必需的。

直链状低密度聚乙烯可以具有0.915g/cm³以上且0.925g/cm³以下的密度、以及50kg/mol以上且200kg/mol以下的重均分子量。直链状低密度聚乙烯由利用化学结构式-(CH₂-CH₂)_n-(n是自然数)来表示的乙烯单体单元和利用化学结构式-(CH₂-CHR)_m-(m是自然数，R是烃基)来表示的α-烯烃单体单元构成。

α-烯烃单体单元相对于乙烯单体单元的摩尔比可以为2.5％以上且3.5以下。换言之，m/n的值可以为0.025以上且0.035以下。α-烯烃单体单元可以具有4以上且8以下的碳原子数。R的例子有-CH₂CH₃、-CH₂CH₂CH₂CH₃、-CH₂CH(CH₃)CH₃、或者-CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂CH₃。

(基座9120)

如图12A所示，本实施方式的执行器可具有板状的基座9120。板状的基座9120在其一端具有第一突起9121a。在第一突起9121，经由保持固定件9122固定有已折叠的纤维9111c的一端。板状的基座9120在另一端具有第二突起9121b。已折叠的纤维9111c的另一端连接于棒9123的一端。第二突起9121b具有孔9121c。棒9123贯通孔9121c。棒9123在另一端具有钩9124。

板状的滑动件9125可在板状的基座9120上滑动地位于板状的基座9120和棒9123的一端之间。随着由已折叠的纤维9111c形成的圆筒状的线圈的伸缩，板状的滑动件9125也沿着线圈轴110LA移动。换言之，若加热已折叠的纤维9111c，则如图12B所示，板状的滑动件9125也沿着线圈轴9110LA移动。也可以采用滑轮或者导向管，作为板状的滑动件9125的替代或者与板状的滑动件9125一起使用。

在图12A中，执行器具有1根纤维9111c。执行器可以具有2根以上的纤维9111c。也可以一体地扭转被平行排列的2根以上的纤维9111a来获得1根纤维9111b。也可以一体地扭转被平行排列的2根以上的已扭转的纤维9111b来获得1根纤维9111c。

为了抑制纤维9111c的扭转和折叠松开，优选将纤维9111c的一端固定。换言之，优选在纤维9111c的一端具有保持固定件9122那样的固定端。

(温度调节装置9130)

温度调节装置9130例如是加热器或者冷却器。温度调节装置9130可以具有加热器和冷却器的至少一方。温度调节装置9130可以具有加热器和冷却器这两者。加热器例如是电热器。冷却器例如是珀耳帖元件。可以将热水或冷水供给到纤维9111，加热或冷却纤维9111c。

如图12A所示，温度调节装置9130可以位于纤维9111c和板状的基座9120之间。在此情况下，温度调节装置9130具有薄板形状。换言之，具有薄板形状的电热器和珀耳帖元件的至少一方可以夹在纤维9111c和板状的基座9120之间。

如图13E所示，纤维9111c可以由金属膜9140覆盖。在位于纤维9111c的一端和另一端的金属的表面，分别电连接有电线9142a和电线9142b。可以从作为温度调节装置9130起作用的控制部9143经由电线9142a和电线9142b供给电能。

具有金属膜9140的温度调节装置9130可以与珀耳帖元件组合使用。例如，电能被供给金属膜9140而加热金属膜9140，由此加热纤维9111c。具有薄板形状的珀耳帖元件用来冷却纤维9111c。珀耳帖元件所需的电能可从控制部9143供给。

(执行器动作)

在由已折叠的纤维9111c形成的圆筒状的线圈被加热了的情况下，圆筒状的线圈沿着线圈轴方向110LA缩短。具体地说，在纤维9111c被加热了的情况下，线圈斜角α_c变小。因此，圆筒状的线圈的节距p减小。将表示加热后的纤维9111c的状态的图15与表示加热前的纤维9111c的状态的图14进行比较。这样一来，折叠成具有圆筒形的线圈形状的纤维9111c沿着线圈轴方向110LA缩短。在纤维9111c被冷却了的情况下，纤维9111c沿着线圈轴方向110LA伸长。

由已折叠的纤维9111c形成的圆筒状的线圈可以加热至超过30摄氏度且100摄氏度以下的温度。在30摄氏度以下的情况下，纤维9111c加热不充分，已折叠的纤维9111c可能不会缩短。在超过100摄氏度的情况下，纤维9111c可能会熔化。优选圆筒状的线圈在50摄氏度以上且90摄氏度以下的范围内被加热。

已加热的纤维9111c被冷却到30℃以下的温度。纤维9111c可以在室温下被自然冷却。或者，纤维9111c可以由珀耳帖元件那样的冷却器来冷却。可以反复进行这样的加热和冷却。

如在后述的实施例中也证实的那样，本发明者们发现：与由其他树脂形成已折叠的纤维9111c的情况相比，由直链状低密度聚乙烯形成的纤维9111c具有0.38×10^-2/℃以上这样的高位移率DR。

位移率DR由以下的数学式(I)来定义。

(位移率DR)＝(x-y)/(x·ΔT) (I)

在此，

x表示加热之前的沿着上述圆筒状线圈的轴方向的纤维的长度，

y表示加热之后的沿着上述圆筒状线圈的轴方向的纤维的长度，并且，

ΔT表示加热前后之间的已折叠的纤维的温度差。

如上所述，在已折叠的纤维9111c由直链状低密度聚乙烯形成的情况下，位移率DR是0.38×10^-2/℃这样的较高的值。另一方面，在已折叠的纤维9111c由直链状低密度聚乙烯以外的树脂(例如，高密度聚乙烯或者尼龙66)形成的情况下，位移率DR是较低的值。例如，由高密度聚乙烯形成的纤维9111c具有0.12×10^-2/℃这样的低位移率DR。由尼龙66形成的纤维9111c具有0.096×10^-2/℃这样的低位移率DR。

(在先专利申请的实施例)

以下，参照实施例对本发明进行更详细的说明。

(实施例1A)

将具有0.918g/cm³密度的L-LDPE的粒料(从西格玛奥德里奇(シグマアルドリッチ)公司获得)投入熔融挤压机。在将熔融挤压机内部的温度维持在220摄氏度的同时，将L-LDPE在熔融挤压机内部静置30分钟左右。然后，将熔融的L-LDPE从安装于熔融挤压机的顶端的喷嘴挤压出来。喷嘴具有1毫米的直径。这样一来，就从喷嘴的顶端得到了由L-LDPE形成的丝。丝被卷绕在具有5厘米的直径的第一辊(未图示)的周围。这样一来，就得到了由L-LDPE形成的丝(直径：大致0.5毫米)。该丝具有0.16GPa的弹性模量。

然后，将丝的一端粘在具有5厘米的直径的第二辊(未图示)。在第一辊和第二辊之间，配置着被加热到了80摄氏度的板。一边使丝接触于该板的表面，一边从第一辊供给丝，且将通过加热而拉伸了的丝卷绕在第二辊的周围。这样一来，就得到了卷绕在第二辊周围的纤维9111a。换言之，已拉伸的丝是纤维9111a。第一辊的旋转速度为2rpm。第二辊的旋转速度为20rpm。这样一来，丝被拉伸，得到了纤维9111a。纤维9111a具有0.12毫米的直径。图16A是表示纤维9111a的照片。这样一来，得到了图13A所示的纤维9111a。纤维9111a具有2.5GPa的弹性模量。

接下来，切断纤维9111a而得到26毫米的纤维9111a。一边对该纤维9111施加张力，一边扭转纤维9111，从而得到图13B所示的已扭转的纤维9111b。进一步扭转纤维9111而得到了图13C所示的已折叠的纤维9111c。在实施例1A中，张力为8MPa。图17A是表示在实施例1A中得到的已折叠的纤维9111c的照片。已折叠的纤维9111c的长度L3为9.7毫米。

在实施例1A中得到的已折叠的纤维9111c具有0.73的弹簧指数C。

(实施例1B)

在实施例1B中，除了张力为10MPa以外，进行了与实施例1A同样的实验。在实施例1B中得到的已折叠的纤维9111c具有0.52的弹簧指数C。

(实施例1C)

在实施例1C中，除了张力为17MPa以外，进行了与实施例1A同样的实验。在实施例1C中得到的已折叠的纤维9111c具有0.54的弹簧指数C。

(实施例1D)

在实施例1D中，除了张力为20MPa以外，进行了与实施例1A同样的实验。在实施例1D中得到的已折叠的纤维9111c具有0.50的弹簧指数C。

(实施例1E)

在实施例1E中，除了张力为30MPa以外，进行了与实施例1A同样的实验。在实施例1E中得到的已折叠的纤维9111c具有0.50的弹簧指数C。

(比较例1A)

在比较例1A中，除了以下事项(I)～(IV)，进行了与实施例1A同样的实验。

(I)采用具有0.906g/cm³密度的低密度聚乙烯(以下称为“LDPE”)的粒料(从西格玛奥德里奇公司获得)来代替L-LDPE。

(II)熔融挤压机内部的温度维持在95摄氏度。

(III)被加热了的板的温度为85摄氏度。

(IV)第二辊的旋转速度为8rpm。

图16B是表示在比较例1A中得到的已拉伸的纤维9111a的照片。该纤维9111a具有0.1毫米的直径和0.1GPa的弹性模量。

一边将5MPa的张力施加到纤维9111，一边扭转纤维9111。但是，在折叠之前，即在形成圆筒形的线圈形状之前，纤维9111a发生断裂。换言之，纤维9111a断成两截。

(比较例1B)

在比较例1B中，除了张力为10MPa以外，进行了与比较例1A同样的实验。与比较例1A的情况同样地，在比较例1B中，也是在形成圆筒形的线圈形状之前，纤维9111a发生断裂。

(比较例1C)

在比较例1B中，除了第二辊的旋转速度为12rpm以外，进行了与比较例1A同样的实验。但是，在第一辊和第二辊之间，丝断成两截。因此，无法获得纤维9111a。

(比较例2A)

在比较例2A中，除了以下事项(I)～(III)，进行了与实施例1A同样的实验。

(I)采用具有0.96g/cm³密度的高密度聚乙烯(以下称为“HDPE”)的粒料(从西格玛奥德里奇公司获得)来代替L-LDPE。

(II)被加热了的板的温度为100摄氏度。

(III)第一辊和第二辊的旋转速度分别为1rpm和25rpm。

图16C是表示在比较例2A中得到的已拉伸的纤维9111a的照片。该纤维9111a具有0.14毫米的直径和1.5GPa的弹性模量。

接下来，切断纤维9111a而得到70毫米的纤维9111a。一边对纤维9111a施加10MPa的张力，一边扭转纤维9111，从而得到图13B所示的已扭转的纤维9111b。进一步，扭转纤维9111而得到了图13C所示的已折叠的纤维9111c。图17B是表示在比较例2A中得到的已折叠的纤维9111c的照片。已折叠的纤维9111c的长度L3为13.3毫米。

在比较例2A中得到的已折叠的纤维9111c具有1.21的弹簧指数C。

(比较例2B)

在比较例2B中，除了张力为20MPa以外，进行了与比较例2A同样的实验。在比较例2B中得到的已折叠的纤维9111c具有1.03的弹簧指数C。

(比较例2C)

在比较例2C中，除了张力为30MPa以外，进行了与比较例2A同样的实验。虽然得到了纤维9111a，但在比较例2C中，在形成线圈形状之前，纤维9111在扭转中发生断裂。

(比较例3A)

在比较例3A中，除了以下事项(I)～(IV)，进行了与实施例1A同样的实验。

(I)采用具有1.14g/cm³密度的尼龙66的粒料(从西格玛奥德里奇公司获得)来代替L-LDPE。粒料是在将其静置于被维持在210摄氏度的真空炉内6小时之后被供给到熔融挤压机的。

(II)熔融挤压机内部的温度维持在265摄氏度。

(III)被加热了的板的温度为175摄氏度。

(IV)第一辊和第二辊的旋转速度分别为5rpm和25rpm。

图16D是表示在比较例3A中得到的已拉伸的纤维9111a的照片。该纤维9111a具有0.12毫米的直径和3.7GPa的弹性模量。

接下来，切断纤维9111a而得到56毫米的纤维9111a。一边对纤维9111施加17MPa的张力，一边扭转纤维9111，从而得到图13B所示的已扭转的纤维9111b。进一步，扭转纤维9111而得到了图13C所示的已折叠的纤维9111c。图17C是表示在比较例3A中得到的已折叠的纤维9111c的照片。已折叠的纤维9111c的长度L3为12.1毫米。

在比较例3A中得到的已折叠的纤维9111c具有1.15的弹簧指数C。

(比较例3B)

在比较例3B中，除了张力为30MPa以外，进行了与比较例3A同样的实验。在比较例3B中得到的已折叠的纤维9111c具有1.1的弹簧指数C。

(比较例3C)

在比较例3C中，除了张力为45MPa以外，进行了与比较例3A同样的实验。虽然得到了纤维9111，但在比较例3C中，在形成线圈形状之前，纤维9111在扭转中发生断裂。

(热机械解析)

在实施例1A、比较例2A和比较例3A中得到的已折叠的纤维9111c被提供给热机械解析。具体地说，已折叠的纤维9111c被设置于热机械解析装置(从株式会社理学(リガク)获得，商品名：TMA8310)来解析其热机械特性。图18是表示在实施例1A、比较例2A和比较例3A中得到的纤维9111c的热机械特性的曲线图。

在图18中，横轴表示温度(摄氏)。纵轴表示应变。应变通过以下的数学式(II)计算出来。

(应变)＝(x-y)/(x) (II)

在此，

x表示加热之前(即、大致30℃)的沿着圆筒状线圈的轴方向的纤维的长度，并且，

y表示加热之后的沿着圆筒状线圈的轴方向的纤维的长度。

换言之，满足以下的数学式(III)。

(位移率DR)＝(应变)/ΔT

ΔT表示加热前后之间的已折叠的纤维的温度差。

在实施例1A中，已折叠的纤维9111c的长度L3为9.7毫米。在纤维9111c被加热到90℃时，纤维9111c具有7.5毫米的长度L3。换言之，当纤维9111c被加热到90℃时，纤维9111c缩短成具有7.5毫米的长度L3。接下来，在纤维9111c被冷却到30摄氏度时，纤维9111c的长度L3返回9.7毫米。

在实施例1A中，位移率DR如下那样计算出来。

位移率DR＝(9.7mm-7.5mm)/(9.7mm·(90℃-30℃))＝0.38×10^-2/℃

在比较例2A中，已折叠的纤维9111c的长度L3为13.3毫米。然后，已折叠的纤维9111c被加热直到90℃。在比较例2A中，在纤维9111c被加热到90℃时，纤维9111c具有12.3毫米的长度L3。在纤维9111c被冷却到30摄氏度时，纤维9111c的长度L3返回13.3毫米。

在比较例2A中，位移率DR如下那样计算出来。

位移率DR＝(13.3mm-12.3mm)/(13.3mm·(90℃-30℃))＝0.13×10^-2/℃

在比较例3A中得到的已折叠的纤维9111c具有1.15的弹簧指数C。已折叠的纤维9111c的长度L3为12.1毫米。然后，已折叠的纤维9111c被加热直到90℃。在比较例2A中，在纤维9111c被加热到90℃时，纤维9111c具有11.4毫米的长度。在纤维9111c被冷却到30摄氏度时，纤维9111c的长度L3返回12.1毫米。

在比较例3A中，位移率DR如下那样计算出来。

位移率DR＝(12.1mm-11.4mm)/(12.1mm·(90℃-30℃))＝0.096×10^-2/℃

表1和表2表示实施例和比较例的结果。

【表1】

【表2】

从表1可知，由直链状低密度聚乙烯构成的纤维，即使弹簧指数C小于1，也不会断裂。但是，却无法通过扭转由低密度聚乙烯、高密度聚乙烯或者尼龙66构成的纤维来形成具有小于1的弹簧指数C的圆筒状的线圈。

从表2可知，由直链状低密度聚乙烯形成的纤维9111c具有0.38×10^-2/℃这样的高位移率DR。另一方面，由高密度聚乙烯或者尼龙66形成的纤维9111c分别具有0.12×10^-2/℃和0.096×10^-2/℃这样的低位移率DR。

Claims

1.一种执行器装置，具有：

执行器线绳；

在此，

所述执行器线绳通过加热而缩短并通过散热而复原；

所述执行器线绳的侧面由高分子形成；

所述网状的发热体的一端接合于所述执行器线绳的一端；

2.如权利要求1所述的执行器装置，

各电热线螺旋状地卷绕在执行器线绳的侧面，并且，

所述多个电热线被缠成为形成所述网状的发热体。

3.如权利要求2所述的执行器装置，

所述多个电热线被缠成S捻。

4.如权利要求2所述的执行器装置，

所述多个电热线被缠成Z捻。

5.如权利要求1所述的执行器装置，

各电热线具有矩形波的形状，并且，

具有所述矩形波的形状的所述多个电热线被织成为形成所述网状的发热体。

6.如权利要求1所述的执行器装置，

各电热线螺旋状地卷绕在执行器线绳的侧面，并且，

所述多个电热线被编成为形成所述网状的发热体。

7.如权利要求1所述的执行器装置，

所述执行器线绳由纤维形成；

所述纤维绕其长轴扭转；

所述纤维被折叠成具有圆筒状线圈的形状；

所述纤维由直链状低密度聚乙烯构成，并且

满足以下的数学式(I)：

D/d＜1 (I)

在此，

D表示所述圆筒状线圈的平均直径，并且

d表示所述纤维的直径。

8.一种执行器，具有：

执行器线绳；以及

网状的发热体，该网状的发热体覆盖所述执行器线绳的侧面并具有多个电热线；

在此，

所述执行器线绳通过加热而缩短并通过散热而复原；并且，

所述执行器线绳的侧面由高分子形成。

9.如权利要求8所述的执行器，

所述网状的发热体的一端接合于所述执行器线绳的一端；并且，

所述网状的发热体的另一端接合于所述执行器线绳的另一端。

10.如权利要求9所述的执行器，

还具有第1接合件和第2接合件；

所述网状的发热体的一端通过所述第1接合件而接合于所述执行器线绳的一端；并且，

所述网状的发热体的另一端通过所述第2接合件而接合于所述执行器线绳的另一端。

11.如权利要求8所述的执行器，

各电热线螺旋状地卷绕在执行器线绳的侧面，并且，

所述多个电热线被缠成为形成所述网状的发热体。

12.如权利要求11所述的执行器，

所述多个电热线被缠成S捻。

13.如权利要求11所述的执行器，

所述多个电热线被缠成Z捻。

14.如权利要求8所述的执行器，

各电热线具有矩形波的形状，并且，

15.如权利要求8所述的执行器，

各电热线螺旋状地卷绕在执行器线绳的侧面，并且，

所述多个电热线被编成为形成所述网状的发热体。

16.如权利要求8所述的执行器，

所述执行器线绳由纤维形成；

所述纤维绕其长轴扭转；

所述纤维被折叠成具有圆筒状线圈的形状；

所述纤维由直链状低密度聚乙烯构成，并且

满足以下的数学式(I)：

D/d＜1 (I)

在此，

D表示所述圆筒状线圈的平均直径，并且

d表示所述纤维的直径。

17.一种制造执行器的方法，具有如下工序：

(a)在纤维的侧面设置网状的发热体的工序，该纤维通过加热而缩短并通过散热而复原，并且具有由高分子形成的表面；以及

(b)将所述纤维与所述网状的发热体一起切断而得到执行器的工序。