JP3824836B2

JP3824836B2 - アクチュエータ

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Publication number: JP3824836B2
Application number: JP2000071255A
Authority: JP
Inventors: 光治広橋; 云魯
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001257057A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、カーボン芯の全周にＳｉＣを蒸着したＳｉＣ蒸着繊維を発熱体として用いた、変位応答特性を有するアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
アメリカTextron Specialty Materials社製のＳｉＣ蒸着繊維は、従来より、高強度・高剛性等の優れた力学特性を有する代表的な強化用セラミックス繊維として知られており、Ｔｉ系またはＡｌ系の金属基複合材料に用いられている。このＳｉＣ蒸着繊維は、直径約３０μｍのカーボン芯にＳｉＣをＣＶＤ法で蒸着させて製造したもので、繊維表面にカーボンリッチ層を有している。また、これまでにもＳｉＣおよびカーボンは、それぞれ単独で力学特性以外にも多くの機能特性に優れていることが知られており、半導体等として利用されてきている。
【０００３】
しかしながらＳｉＣ蒸着繊維については優れた力学特性にのみ関心が集中し、熱や電気等の機能特性については未だに明らかにされていなかった。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、ＳｉＣ蒸着繊維の熱および電気持性を明らかにし、ＳｉＣ蒸着繊維からなる細くしなやかで高温でも使用することができる発熱体を用いたアクチュエータを提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発明を提供する。
【０００６】
すなわち、まず第１には、２枚の金属母材の一方にＵ字溝が複数本平行に設けられ、Ｕ字溝にカーボン芯の全周にＳｉＣを蒸着した蒸着繊維からなる発熱体が配設され、その金属母材に発熱体の上方から他方の金属母材が重ね合わされて成形されたアクチュエータにおいて、２枚の金属母材が厚さが異なるものであることを特徴とするアクチュエータを提供する。
【０００７】
また、第２には、この出願の発明は、上記第１の発明の金属母材が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉからなる群から選択される１種類以上の元素を含む合金であることを特徴とするアクチュエータを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記の通りの特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１２】
まず、この出願の発明のアクチュエータに使用される発熱体は、カーボン芯の全周にＳｉＣをＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ、レーザーＣＶＤ、スパッタリング法等の気相蒸着の手段で蒸着したＳｉＣ蒸着繊維であり、通電により発熱されることを特徴としている。
【００１３】
このＳｉＣ蒸着繊維は、カーボン芯の表面をＳｉＣ層で被覆したものであり、一種の複合材料である。カーボン芯の半径とＳｉＣ層との寸法比は、各種であってよいが、好ましくは、例えば、３：４〜１：２程度とすることができる。その一例として、半径１５μｍのカーボン芯の表面にＳｉＣを厚さ（ａ）５５μｍおよび（ｂ）２０μｍでＣＶＤ蒸着したこの発明のＳｉＣ蒸着繊維の横断面図を、それぞれ図１（ａ）（ｂ）に示した。ＳｉＣ蒸着繊維の表面には、カーボンリッチ層が形成されている。
【００１４】
ＳｉＣ蒸着繊維の結晶構造については、Ｘ線回折分析の結果を図２に例示した。この場合のＳｉＣ蒸着繊維試料には、上記のＳｉＣ層厚さが５５μｍ、すなわち直径が１４０μｍのＳｉＣ蒸着繊維を用いた。また、試料としては、ＳｉＣ蒸着繊維をＸ線入射方向と平行に一方向配列して固定したもの、垂直に一方向配列して固定したもの、およびＳｉＣ蒸着繊維を破砕したものの３種について分析し、結果をそれぞれ図中にアルファベットＡ、ＢおよびＣで示した。図２の例では、ＳｉＣ蒸着繊維は、β−ＳｉＣ（３Ｃ）およびＣ（ｇｒａｐｈｉｔｅ）から構成され、繊維方向において結晶構造の異方性がないことがわかる。
【００１５】
ＳｉＣ蒸着繊維の物性のうち力学特性については、それぞれ単独で優れた特性を有するカーボン繊維やＳｉＣ繊維よりも優れていることが従来より知られている。また、ＳｉＣ蒸着繊維は、高温での使用にも耐え、耐食性にも優れた繊維である。
【００１６】
ＳｉＣ蒸着繊維の電気抵抗特性については、カーボン繊維とＳｉＣ繊維との間の特性を示し、主に電気抵抗の小さいカーボン芯に依存していることが明らかとなった。また、ＳｉＣ蒸着繊維においては、カーボン芯へのＳｉＣの蒸着時にＳｉＣ被覆層の表面に主としてカーボンを含有するカーボンリッチ層が形成されることがある。このカーボンリッチ層は電気抵抗が小さく良導性であるが、約５００℃以上の温度においてはカーボンリッチ層はその一部または全部が焼失することになる。
【００１７】
この出願の発明のアクチュエータに使用される発熱体としては、このカーボンリッチ層は無い方がよく、発熱体あるいは加熱体としてＳｉＣ蒸着繊維を使用する場合、予め５００℃以上への加熱によってカーボンリッチ層を焼失させておくことが望ましい。もちろん、５００℃未満の条件下での使用を前提としてカーボンリッチ層を残存させておいてもよい。カーボンリッチ層を良導部として利用することも可能となる。
【００１８】
以上のことから、５００℃以上、たとえば、５５０〜７００℃の温度範囲においてはＳｉＣ蒸着繊維の表面にあるカーボンリッチ層の一部または全部が焼失するため、カーボンリッチ層の有無で電気抵抗特性は異なる。なお、カーボン芯については、ＳｉＣ層に被覆されているために焼失することはない。
【００１９】
具体的には、ＳｉＣ蒸着繊維の電気抵抗率は、温度の上昇と共に低下し、カーボンリッチ層が焼失する間のみ電気抵抗率が上昇する。カーボンリッチ層が焼失したＳｉＣ蒸着繊維については、１０００℃までの温度範囲において温度上昇にほぼ比例して電気抵抗率が低下することが確認された。
【００２０】
ＳｉＣ蒸着繊維の電気抵抗の温度係数については、やはり５５０〜７００℃のカーボンリッチ層が焼失する範囲において大きく変動するが、それ以外の温度範囲ではほぼ一定の値をとり、例えば、上記の直径が１４０μｍのＳｉＣ蒸着繊維の場合では、−４．１×１０^-4／℃である。カーボンリッチ層が焼失したＳｉＣ蒸着繊維の電気抵抗の温度係数については、１０００℃までの温度範囲において、例えば、上記の直径が１４０μｍのＳｉＣ蒸着繊維の場合では、−５．２×１０^-4／℃のほぼ一定の値をとる。
【００２１】
カーボンリッチ層が焼失したＳｉＣ蒸着繊維は電気抵抗特性が安定するため、再現性があり、安定したの熱電気抵抗特性を有するＳｉＣ蒸着繊維を得ることができる。
【００２２】
以上のようなＳｉＣ蒸着繊維の熱電気抵抗特性を利用することで、高温等の酸化雰囲気でも使用でき、耐食性に優れた高温発熱体が実現される。発熱は、１３００℃程度まで可能となる。また、この発熱体は、強度もさることながら細くしなやかなため、その特性を活かした局部的な加熱が可能な発熱体が実現される。
【００２４】
上記のようなこの発明の発熱体を多数組み合わせることで、任意の形状の加熱体が実現できる。具体的には、例えば複数本のＳｉＣ蒸着繊維を径の小さいアルミナ管等の外面に密に配列させて、アルミナ等の保護管内に設置することで、内部に挿入した物体を加熱する加熱体が実現される。この時、ＳｉＣ蒸着繊維の通電のための端子部を銅箔等で固定すると接触抵抗を軽減することができる。
【００２５】
これは、たとえば、ワイヤ状サンプルの高温試験等に有用である。さらに、この発明の発熱体は、たとえば、高速で１０００℃まで加熱できるため、対象物を瞬時に昇温させるなどの用途には最適な加熱体が実現される。
【００２６】
この出願の発明のアクチュエータは、２枚の金属母材の一方にＵ字溝が複数本平行に設けられ、Ｕ字溝にカーボン芯の全周にＳｉＣを蒸着したＳｉＣ蒸着繊維からなる発熱体が金属母材内に配設され、その金属母材に発熱体の上方から他方の厚さの異なる金属母材が重ね合わされて成形されたアクチュエータであって、通電により発熱体が発熱されることによって金属母材が熱膨張されて、金属母材の変形を促すことを特徴としている。
【００２７】
金属母材としては、線膨張率が大きい金属や合金、ヤング率の小さな金属および合金などが使用できる。例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属、あるいはこれらを一種以上含む合金等が例示される。たとえば、温度３００℃程度までの使用条件では、Ａｌを使用することが示される。
【００２８】
この発明の発熱体の線膨張率は小さいことから、発熱体が通電により発熱されると線膨張率が大きい金属母材内に不均一温度分布が生じ、金属母材の高温となった部分が膨張する。これによって、金属母材の変形を促すことができる。
【００２９】
また、ＳｉＣ蒸着繊維からなるこの発明の発熱体は、発熱機能の他に、従来より知られている優れた力学特性を有し、強化繊維としても機能させることができる。
【００３０】
これによって、この複合材料にアクチュエータとしての機能を付与することができる。アクチュエータの変形は、金属母材内に配置する発熱体の位置、数量あるいは発熱体への通電の仕方によって制御することが可能となる。例えば、金属母材内に平行かつ等間隔に複数本の発熱体を配置することや、発熱体の間隔を変化させること等が例示される。また、金属母材内に複数の発熱体を等間隔で配置した場合にも、発熱体への通電方向を変化させることや、出力を変化させる等して変形形状を調節することができる。
【００３１】
より具体的に、例えば、Ａｌ母材内に複数の発熱体を等間隔で配置した場合には、アクチュエータの温度は電気出力とほぼ比例して上昇することが例示される。また、アクチュエータの変位および曲率についても、ほぼ温度に比例して増大することが例示される。
【００３２】
また、この出願の発明のアクチュエータは、たとえば、２枚の金属母材の一方に発熱体の直径と同じ幅のＵ字溝を複数本平行に設けてＵ字溝内に発熱体を配置し、その金属母材に発熱体の上方から他方の金属母材を重ねあわせて成形し、次いで得られた成形体をアルカリ溶液に浸漬させて成形体内にある発熱体の先端が露出するように金属母材を溶かし、露出した発熱体を通電端子とすることで製造することができる。
【００３３】
この場合の２枚の金属母材は、様々な大きさ、厚さ及び形状のものを使用できる。所望のアクチュエータの形に準じてもよいし、予め大きなアクチュエータを作成してから小さく切り出すこともできる。
【００３４】
２枚の金属母材に、使用する発熱体の直径と同じ幅のＵ字溝を複数本平行に設ける。Ｕ字溝の位置および深さによって、金属母材内の発熱体を任意の位置に配置させることが可能となる。また、Ｕ字溝を設けることで、極めて細い発熱体を整然かつ容易に配置することができる。発熱体を配置した金属母材に、発熱体を挟み込む形で他方の金属母材を重ねあわせて成形する。成形は、例えば、ホットプレスを施すことなどが示される。
【００３５】
この成形体を、アルカリ溶液に浸漬させて金属母材を溶かし、成形体内部発熱体の先端を露出させる。アルカリ溶液は母材金属を溶解するものであればよく、濃度についても適宜選択できる。例えば、母材にＡｌを使用した場合には、５％のＮａＯＨ溶液を用いることなどが例示される。露出させる発熱体の長さは、アクチュエータの電気抵抗に影響を与えるため、通電のための端子として利用できる長さがあればよい。例えば、約１０ｍｍ程度とすることができる。露出させた発熱体は、例えば銅箔などの抵抗の低い材料で束ねて端子とする。
【００３６】
これによって、この発明のアクチュエーターを製造することができる。
【００３７】
なお、端子は、アクチュエーターの両端に設けてもよいし、片端のみに設けてもよい。アクチュエーターの両端に端子を設けた場合は、それぞれ露出した発熱体を全て束ねて端子を設ける。一方、アクチュエーターの片端のみに端子を設けた場合は、例えば、真ん中に配置させた発熱体を切断し、その左右に残された発熱体をそれぞれで束ねて２つの端子とすること等が示される。
【００３８】
また、金属母材を、例えば厚さの異なる２枚の薄板としすると、アクチュエータ内の発熱体の位置を、容易に厚さ方向の中心から均一にずらすことができる。このようなアクチュエータに通電して発熱体を発熱させると厚さ方向で不均一な温度分布が生じ、発熱体位置に近い面の金属母材の膨張量が大きく、反対面の膨張は小さくなるため、アクチュエータを弓状に変形させることができる。
【００３９】
さらに、アクチュエータ内に発熱体を等間隔かつ平行に配置することで、均質な変形を実現することができる。
【００４０】
もちろん、金属母材の形状は板状のものに、溝もＵ字溝に限定されることはない。棒状、その他異形状の母材であってもよい。
【００４１】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００４２】
【実施例】
（参考例１）
＜Ａ＞ＳｉＣ蒸着繊維には、繊維Ａ：ＳＣＳ−２（φ１４０μｍ、アメリカTextron Specialty Materials社製）および繊維Ｂ：ＳＣＳ−９（φ７０μｍ、同社製）を用いた。これらの繊維Ａおよび繊維Ｂの電気抵抗を、それぞれ繊維の長さを変化させて、大気中にて測定した。
【００４３】
電気抵抗の測定には、５桁の数値表示が可能なデジタルマルチメーターを用いた。その測定結果を図３に示した。図３より、繊維Ａおよび繊維Ｂともに電気抵抗と繊維長さとが良い線形関係を示すことがわかった。繊維Ａおよび繊維Ｂについて、電気抵抗：Ｒ（Ω）と繊維長さ：Ｌ（ｍｍ）との関係を線形回帰解析した結果は、それぞれ次の通りとなった。
【００４４】
Ｒ_A＝１２．３９×Ｌ＋６４．９８
Ｒ_B＝１１．７６×Ｌ＋３３７．２８
式中、繊維長さがゼロのときの電気抵抗は、主に接触電気抵抗によるものと思われる。
【００４５】
図４に電気抵抗率と繊維長さとの関係を示した。両繊維とも電気抵抗率はほぼ一定であり、繊維Ａの電気抵抗率は繊維Ｂのほぼ４倍となって、それぞれの繊維の横断面積の比と同じであった。両繊維とも繊維長さが６００ｍｍ以下になると、電気抵抗率が一定でなく上昇しているが、これも主に繊維長さと関係しない接触電気抵抗によるものと考えられる。
【００４６】
なお、繊維Ａおよび繊維Ｂの電気抵抗率は、カーボン繊維とＳｉＣ繊維との間の値をとり、それぞれ１９１．８Ωｍおよび４６．６Ωｍであった。
＜Ｂ＞上記繊維Ａについて、測定温度を室温から１０００℃までの間で変化させた際の電気抵抗値を測定した。繊維Ａは長さ７２０ｍｍのものを用い、同一の繊維Ａに対して室温から１０００℃までの昇温を４回繰り返して行った。繊維Ａは、ループ状に曲げて箱型加熱炉の中に導入し、両端を加熱炉の上にある円孔から炉外に出してセッティングした。この際、加熱炉の中にある繊維Ａの長さは約４０ｍｍであった。室温以上での測定は、所定の温度にまで加熱した後に５分間保持してから実施した。
【００４７】
測定温度を変化させた際の繊維Ａの電気抵抗値を、図５に示した。繊維Ａの電気抵抗は、ほぼ温度の上昇と共に低下しているが、１回目の加熱においては５５０〜７００℃の範囲で上昇した。これは繊維Ａの表面にあるカーボンリッチ層が焼失したことによるものと考えられる。カーボンリッチ層が焼失した後および２〜４回目の測定では、繊維Ａの電気抵抗はより高い値を示すが、再現性よく、温度の上昇にほぼ比例して低下することが確認された。
【００４８】
以上の結果から、ＳｉＣ蒸着繊維の電気抵抗率は、ほぼ温度の上昇と共に低下することがわかった。
＜Ｃ＞繊維Ａを（ａ）室温と、（ｂ）５００℃および（ｃ）１０００℃に加熱した際とについて、繊維の横断面の直径線上における元素Ｃおよび元素Ｓｉの成分分布をＥＰＭＡにより分析した。その結果を、それぞれ図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した。
【００４９】
（ａ）室温状態では、繊維Ａの表面にカーボンリッチ層が存在しており、（ｂ）５００℃の加熱でも、依然としてカーボンリッチ層が存在していることが確認できた。しかしながら、（ｃ）１０００℃にまで加熱すると、繊維Ａの表面のカーボンリッチ層がほぼ焼失していることが確認された。
【００５０】
以上のことから、上記＜Ｂ＞の１回目の加熱において、５５０〜７００℃の範囲で電気抵抗が上昇したのは、繊維Ａの表面のカーボンリッチ層が焼失したためであるといえる。
＜Ｄ＞次いで、上記＜Ｂ＞の結果を用い、次式によって繊維Ａの電気抵抗の温度係数αを求めた。
【００５１】
α＝２×（Ｒ₁−Ｒ₂）／[（Ｒ₁＋Ｒ₂）×（Ｔ₁−Ｔ₂）]
ここで、Ｒ₁とＲ₂はそれぞれＴ₁とＴ₂における電気抵抗値であり、αは平均温度：（Ｔ₁＋Ｔ₂)／２における抵抗の温度係数を表す。
【００５２】
図７は、繊維Ａの電気抵抗の温度係数を示したものである。１回目の加熱において、５５０〜７００℃の温度範囲で繊維Ａのα値は大きく変動しているが、それ以外の温度範囲ではα値はほぼ一定であり、−４．１×１０^-4／℃となった。また、２回目以降の加熱では、１０００℃までの温度範囲において繊維Ａのα値はほぼ一定であり、−５．２×１０^-4／℃であった。
【００５３】
一方で、ＳｉＣ蒸着繊維の構成材であるカーボンおよびＳｉＣの電気抵抗の温度係数αは、その組成や製法によって異なってくるが、カーボンについては（−５〜−２）×１０^-4／℃でほぼ一定であり、ＳｉＣについては変動があって６００℃までは負の値をとり、６００℃以上では正の値に転じると報告されている。
【００５４】
以上のことから、ＳｉＣ蒸着繊維は、電気抵抗率についてはカーボン繊維とＳｉＣ繊維との間の値をとること、電気抵抗の温度係数についてはカーボン芯に依存していることが確認された。
（参考例２）発熱体としてアメリカTextron Specialty Materials社製のＳｉＣ蒸着繊維（ＳＣＳ−２、φ１４０μｍ）を用い、図８に示したような小型の加熱体を作製した。小型加熱体は、φ２×１００ｍｍのアルミナ管の外周に、７０ｍｍに切断したＳｉＣ蒸着繊維４８本を密に配列して、φ５ｍｍのアルミナ保護管内にセッティングした。電気出力には容量３０Ｖの直流電源を、小型加熱体の発熱温度の計測には小型加熱体のアルミナ管中に設置したＣＡ熱電対を用いた。小型加熱体のＳｉＣ蒸着繊維と電源とを繋ぐ端子部は銅箔で固定し、接触抵抗の軽減を図った。なお、この小型加熱体の電気抵抗は３０Ωであった。
【００５５】
図９に、電気出力と小型加熱体の中心部の発熱温度との関係を示した。発熱温度の計測は、一定の温度で５分間保持した後に行った。発熱温度が７００℃までの範囲では、小型加熱体の発熱温度と電気出力は比例していた。発熱温度が７００℃以上の範囲では熱の輻射放出により、小型加熱体の発熱温度は電気出力との比例関係より低い温度となった。また、２８Ｗの出力を与えたときの発熱温度は、約１０００℃にも達した。
【００５６】
これらの結果から、この参考例のＳｉＣ蒸着繊維を発熱体とした小型加熱体は、良好な加熱体として機能することが確認された。この参考例の小型加熱体は高温等の酸化雰囲気でも使用できるため、ワイヤ状のサンプル等の高温試験などにも使用できることが示された。
（実施例１）母材としては、厚さ０．２ｍｍおよび０．４ｍｍの純Ａｌ板（Ａ１０５０Ｐ）をそれぞれ３０×６９．５ｍｍに切断したものを、発熱体としては、φ１４０μｍのＳｉＣ蒸着繊維（ＳＣＳ−２、アメリカTextron Specialty Materials社製）を用いた。
【００５７】
予め、厚さ０．２ｍｍのＡｌ板の片面に直径１４０μｍのＵ字溝を０．２５ｍｍ間隔で設け、その溝にＳｉＣ蒸着繊維を配列し、その上から０．４ｍｍのＡｌ板を載せて、大気中、温度８９３Ｋ、圧力５６ＭＰａ、保持時間４０分の条件でホットプレスし、厚さ約０．５ｍｍの単層一方向ＳｉＣ／Ａｌ複合材料を得た。
【００５８】
このＳｉＣ／Ａｌ複合材料から、３０本のＳｉＣ蒸着繊維を含む１０×７０ｍｍの試験片を採取して、温度５７３Ｋで１０分間の焼きなましを行った。この試験片の一端および両端を５％ＮａＯＨ水溶液に約１２時間浸してＡｌ母材を溶かし、ＳｉＣ蒸着繊維を約１０ｍｍ露出させたものを、それぞれアクチュエータ１およびアクチュエータ２とした。図１０（ａ）（ｂ）は、それぞれアクチュエータ１およびアクチュエータ２を示し、図１１にはアクチュエータの横断面のＳＥＭ写真を示した。アクチュエータ中にＳｉＣ蒸着繊維が等間隔に配列し、横断面厚さ方向の中心から一定に離れた位置にあることが確認できた。
【００５９】
アクチュエータのＳｉＣ蒸着繊維露出部は、通電加熱のための電極とした。アクチュエータ１の場合は、露出した３０本のＳｉＣ蒸着繊維のうち中心から４本を切断し、左右に残った１３本ずつのＳｉＣ蒸着繊維を束ねてそれぞれ幅３ｍｍの銅箔を巻き付けたものを電極とした。アクチュエータ２の場合は、両端に露出した３０本のＳｉＣ蒸着繊維をそれぞれ束ねて幅３ｍｍの銅箔を巻き付けたものを電極とした。
【００６０】
これらのアクチュエータの、通電加熱に対する応答特性を調べた。通電加熱には、３０Ｖまで定圧出力可能な直流電源装置を用いた。
【００６１】
図１２（ａ）（ｂ）に、それぞれアクチュエータ１およびアクチュエータ２の通電加熱に対する応答特性を計測する装置の概略図を示した。
【００６２】
アクチュエータ１の場合（ａ）は、電極を避けてＳｉＣ蒸着繊維露出部（１２）を固定して通電加熱し、他端の応答特性を計測した。応答は、他端の変位Ｘを定規（１３）の目盛りで読み取り、変位する際に発現した力（以下、変位の際の出力という）をバネはかり（１４）で測定した。また、電極端付近の測定点（I）、中央部の測定点（II）および他端の測定点（III）の３個所の温度を熱電対（１５）で同時に測定した。
【００６３】
アクチュエータ２の場合（ｂ）は、電極を避けて両端のＳｉＣ蒸着繊維露出部（２２）を固定して通電加熱し、中央部の応答特性を計測した。応答は、中央部の変位Ｘを定規（２３）の目盛りで読み取り、変位の際の出力をバネはかり（２４）で測定した。また、両端付近の測定点（I）および測定点（III）と中央部の測定点（II）の３個所の温度を同時に測定した。
【００６４】
測定結果からアクチュエータの曲率：ｒ^-1を、固定部から変位の読み取り部までの距離をＹ、変位をＸとして、次式から算出した。
【００６５】
ｒ^-1 ＝２Ｘ／（Ｘ²＋Ｙ²）
＜Ａ＞アクチュエータ１の電気出力と温度との関係は、図１３（ａ）に示したように、ほぼ比例していることが分かった。電圧９．５Ｖで電流１．０Ａのとき、測定点（I）は２００℃以上の高温に達したが他端の測定点（III）はそれほど高温にはならず、両測定点間の温度差は５０℃以上となった。
【００６６】
アクチュエータ２の電気出力と温度との関係についても、図１３（ｂ）に示したように、ほぼ比例しており、電圧７．６Ｖで電流１．５Ａのとき、測定点（I）が２５０℃以上の高温に達した。アクチュエータ２の場合は、三つの測定点における温度差は１０℃以下で、アクチュエータ１の場合と比較すると極めて差の小さいことが確認された。
【００６７】
各々のアクチュエータについて３回まで繰り返し通電を行い、再現性があることを確認した。
＜Ｂ＞アクチュエータ１およびアクチュエータ２の平均温度と曲率および変位との関係を、それぞれ図１４（ａ）および（ｂ）に示した。平均温度は３つの測定点における温度の算数平均とした。
【００６８】
アクチュエータ１およびアクチュエータ２の曲率および変位は、平均温度にほぼ比例して増大していることが分かった。しかし、アクチュエータ１の場合は変位が大きく２５０℃で変位が１２．５ｍｍとなったのに対し、アクチュエータ２の場合は２５０℃で変位が３．５ｍｍであり、アクチュエータ１の変位がアクチュエータ２の変位の３．５倍にもなることが分かった。
＜Ｃ＞アクチュエータ１の平均温度および曲率と、変位の際の出力との関係をそれぞれ図１５（ａ）に、アクチュエータ２についてはそれぞれ図１５（ｂ）に示した。
【００６９】
アクチュエータ１については、変位の際の出力は、約８ｋｇｆまでの範囲では平均温度および曲率と比例して増大するが、それ以上の範囲では比例した場合よりも小さくなる。これは、Ａｌ母材が塑性変形するためであると考えられる。アクチュエータ２については、計測範囲全般で変位の際の出力が平均温度および曲率に比例して増大している。
【００７０】
以上の結果から、アクチュエータ１およびアクチュエータ２は通電加熱アクチュエータとして機能できることが確認された。
【００７１】
また、この発明のアクチュエータ１およびアクチュエータ２は異なる変位応答や出力応答を示すため、それぞれの特性に応じた利用ができることが示された。
【００７２】
もちろん、この発明は以上の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳しく説明した通り、この発明によって、細くしなやかで高温でも使用することができる発熱体を用いた変位応答特性を有するアクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】直径３０μｍのカーボン芯の表面に厚さ（ａ）５５μｍおよび（ｂ）２０μｍでＳｉＣを蒸着した場合のＳｉＣ蒸着繊維を例示した横断面図である。
【図２】ＳｉＣ蒸着繊維のＸ線回折分析の結果を例示した図である。
【図３】繊維Ａおよび繊維Ｂの電気抵抗と繊維の長さとの関係を例示した図である。
【図４】繊維Ａおよび繊維Ｂの電気抵抗率と繊維の長さとの関係を例示した図である。
【図５】繊維Ａの電気抵抗値と温度との関係を例示した図である。
【図６】繊維Ａを（ａ）室温と、（ｂ）５００℃および（ｃ）１０００℃に加熱したときの成分分布をＥＰＭＡにより分析した結果を例示した図である。
【図７】繊維Ａの電気抵抗の温度係数を温度とともに例示した図である。
【図８】この出願の発明の加熱体を例示した概略図である。
【図９】この出願の発明の加熱体の中心部の発熱温度と電気出力との関係を例示した図である。
【図１０】この出願の発明の（ａ）アクチュエータ１および（ｂ）アクチュエータ２を例示した図である。
【図１１】この出願の発明のアクチュエータの横断面のＳＥＭ写真を例示した図である。
【図１２】この出願の発明の（ａ）アクチュエータ１および（ｂ）アクチュエータ２の通電加熱に対する応答特性を計測する装置を例示した概略図である。
【図１３】この出願の発明の（ａ）アクチュエータ１および（ｂ）アクチュエータ２の電気出力と温度との関係を例示した図である。
【図１４】この出願の発明の（ａ）アクチュエータ１および（ｂ）アクチュエータ２の平均温度と曲率および変位との関係を例示した図である。
【図１５】この出願の発明の（ａ）アクチュエータ１および（ｂ）アクチュエータ２の平均温度と曲率および変位の際の出力との関係を例示した図である。
【符号の説明】
１１、２１アクチュエータ
１２、２２ＳｉＣ蒸着繊維露出部
１３、２３定規
１４、２４バネばかり
１５、２５熱電対
１６、２６電源
１７、２７温度記録計

Claims

２枚の金属母材の一方にＵ字溝が複数本平行に設けられ、Ｕ字溝にカーボン芯の全周にＳｉＣを蒸着した蒸着繊維からなる発熱体が配設され、その金属母材に発熱体の上方から他方の金属母材が重ね合わされて成形されたアクチュエータにおいて、２枚の金属母材が厚さが異なるものであることを特徴とするアクチュエータ。
金属母材が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉからなる群から選択される１種類以上の元素を含む合金であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。