JP4461627B2

JP4461627B2 - アクチュエータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4461627B2
Application number: JP2001082862A
Authority: JP
Inventors: 亮彦斎藤; 茂堂埜; 康史正木
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002276541A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電加熱によって作動させることができる形状記憶合金を用いたメッシュ状のアクチュエータ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
形状記憶合金の線材を編組して作製したメッシュ状のアクチュエータが特開平６−１０２９３３号公報などで提供されている。このものは、形状記憶合金の線材を編組してメッシュ状に形成したものであり、形状記憶合金の変態温度にまで加熱されると、記憶された形状に網目が伸縮して変形するようになっている。従って、この形状記憶合金の線材に通電して加熱することによって、メッシュ状のアクチュエータに伸縮の変形動作をさせることができ、各種の機器の制御などに用いることができるのである。
【０００３】
上記のようなメッシュ状のアクチュエータにあって、形状記憶合金の線材は交差したり、狭い隙間で近接したりして重なり合っているので、アクチュエータが伸縮の変形動作をする際に、線材の重なり合っている部分同士が擦れ合い、線材が摩耗して破損するおそれがある。また、線材に通電して発熱させる場合、線材が重なって接触していると、線材に直列通電をすることができなくなる。
【０００４】
このために、形状記憶合金の線材の外周に樹脂を被覆し、線材を保護すると共に線材同士の接触部分での電気絶縁性を確保するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし樹脂の被覆では、アクチュエータの伸縮の変形動作が繰り返して多数回行なわれると、線材同士が重なる部分の多数回に及ぶ擦れ合いによって、樹脂の膜が容易に摩耗して剥がれが生じるおそれがあり、線材の保護や電気絶縁性を確保することができなくなるものであった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、長期に亘って線材を保護することができると共に電気絶縁性を確保することができ、しかも伸縮特性が向上するアクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るアクチュエータは、通電加熱して伸縮変形させることによって機器の制御に用いられるアクチュエータであって、形状記憶合金の線材１をメッシュ状に編組して形成され、形状記憶合金の線材１の外周にＤＬＣの皮膜２を形成して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、請求項１において、形状記憶合金の線材１の表面にプレコートされたＷＣの皮膜３を介してＤＬＣ皮膜２を形成して成ることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項３の発明は、請求項１において、形状記憶合金の線材１の表面にプレコートされたＳｉＯ₂の皮膜４を介してＤＬＣ皮膜２を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項４の発明は、請求項１において、形状記憶合金の線材１の表面にプレコートされた樹脂の皮膜５を介してＤＬＣ皮膜２を形成して成ることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項５の発明は、請求項４において、樹脂の皮膜５とＤＬＣ皮膜２の境界部を樹脂とＤＬＣとが混在する層６で形成して成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかにおいて、ＤＬＣは３０質量％以上の水素を含有するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項７に係るアクチュエータの製造方法は、通電加熱して伸縮変形させることによって機器の制御に用いられるアクチュエータの製造方法であって、形状記憶合金の長尺の線材１を長手方向に送りながらＣＶＤ法で線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成し、この後、このＤＬＣ皮膜２を形成した線材１をメッシュ状に編組することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項８に係るアクチュエータの製造方法は、通電加熱して伸縮変形させることによって機器の制御に用いられるアクチュエータの製造方法であって、形状記憶合金の長尺の線材１を長手方向に送りながらＰＶＤ法で線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成し、この後、このＤＬＣ皮膜２を形成した線材１をメッシュ状に編組することを特徴とするものである。
【００１５】
また請求項９の発明は、請求項７又は８において、プラズマ中で形状記憶合金の線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成するにあたって、線材１に負のバイアス電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項１０の発明は、請求項７乃至９のいずれかにおいて、プラズマ中で形状記憶合金の線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成するにあたって、線材１を囲むように複数枚の電極７を配置することを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項１１の発明は、請求項７乃至１０のいずれかにおいて、プラズマ中で形状記憶合金の線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成するにあたって、プラズマ生成用のガスを導入するガス導入口８を線材１の外周を囲むように配置することを特徴とするものである。
【００１８】
また請求項１２の発明は、請求項７乃至１１のいずれかにおいて、形状記憶合金の長尺の線材１を長手方向に送りながら、プラズマで線材１の表面を洗浄した後、線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成することを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
線材１はＮｉＴｉ合金やＣｕ−Ｚｎ系合金などの形状記憶合金（ＳＭＡ）で形成されるφ０．５０ｍｍ以下の細線であり、図１（ａ）に示すように、この線材１の外周には全面に亘ってＤＬＣの皮膜２が最外層となるように被覆して設けてある。ＤＬＣ（Diamond Like Carbon；ダイヤモンド状炭素）はダイヤモンドに近い性質を示すアモルファス構造のカーボンであり、樹脂よりもはるかに、耐摩耗性が高く、電気絶縁性が高く、また摩擦係数が小さいなどの特性を有する。
【００２１】
そしてこの線材１をメッシュ状に交差させながら編組することによって、図１（ｂ）のような多数の網目を有するメッシュ状のアクチュエータＡを作製することができるものである。このアクチュエータＡの線材１には直流電源を有する温度制御部１２が接続してあり、線材１に直流電流を通電することができるようにしてある。
【００２２】
このように形成されるメッシュ状のアクチュエータＡにあって、温度制御部１２の電源から直流電流を線材１に通電すると、線材１に電流が流れる際に発生するジュール熱で線材１が加熱される。そして形状記憶合金の変態温度にまで加熱されると、記憶された形状に線材１が変形し、アクチュエータＡはその網目が伸縮して変形する。アクチュエータＡはこのようにメッシュ形状であるために、網目の伸縮による可撓性が高く、容易に大きく変形すると共に、しかも線材１は細いためにジュール熱の発生で急速に発熱するものであり、低電流の通電によって迅速な応答性でアクチュエータＡを大きく変形動作させることができるものである。
【００２３】
また、このアクチュエータＡを変形動作させる際に、線材１同士が交差したり、狭い隙間で近接したりして重なり合っている部分では、線材１間で擦れ合いが発生するが、線材１の表面は耐摩耗性の高いＤＬＣ皮膜２で被覆されているので、ＤＬＣ皮膜２は擦れ合いによって容易に摩耗せず剥離しないものであり、長期に亘って線材１を保護することができるものである。しかもこのＤＬＣ皮膜２は電気絶縁性が高く、線材１同士が接触する部分で電流の短絡が起こらないものであり、線材１に直列通電を行なうことができ、通電電流値を大幅に下げても発熱させることができるものである。またＤＬＣ皮膜２は摩擦係数が小さいので、アクチュエータＡが伸縮変形する際に線材１間に生じる摩擦抵抗を低減することができ、アクチュエータＡの伸縮特性が向上するものである。
【００２４】
上記のようなアクチュエータＡを製造するにあたっては、まず、形状記憶合金の線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成し、このＤＬＣ皮膜２を形成した線材１をメッシュ編みし、この後、例えば線材１がＮｉＴｉ合金の場合は４５０℃程度の温度で加熱処理することによって、形状を記憶させることによって、行なうことができる。ここで、形状記憶合金の線材１をメッシュ編みした後にＤＬＣ皮膜２の形成を行なうと、成膜工程中に温度が例えば１２０℃程度以上に温度が上がったときに、形状記憶が失われてしまうことがあるが、上記のように形状記憶合金の線材１にＤＬＣ皮膜２を形成した後にメッシュ編みしてアクチュエータＡを作製するようにすれば、このような問題はなくなるものである。
【００２５】
また、線材１の外周へのＤＬＣ皮膜２の形成は、プラズマＣＶＤなどのＣＶＤ法（化学蒸着法）や、スパッタリング、イオンプレーティングなどのＰＶＤ法（物理蒸着法）で行なうことができる。
【００２６】
図２は線材１の外周にプラズマＣＶＤ法でＤＬＣ皮膜２を形成する工程を示すものであり、蒸着チャンバー１４内で線材１にＤＬＣ皮膜２を蒸着するようにしてある。すなわち、電気的に接地された蒸着チャンバー１４内は一対の防着板１５ａ，１５ｂで仕切って、中央の成膜室１６と一側部の送り出し室１７と他側部の巻取り室１８が形成してある。また形状記憶合金の線材１としては長尺のものが用いられるものであり、送り出しリール１９に巻いた状態で送り出し室１７内にセットしてある。この長尺の線材１は送り出しリール１９から繰り出して、一方の防着板１５ａの通過孔２０ａから成膜室１６に通し、他方の防着板１５ｂの通過孔２０ｂから巻取り室１８に送り、巻取りリール２２に巻き取るようになっている。送り出し室１７内と巻取り室１８内にはそれぞれ線材１に接触しながら回転するロール２４が配設してあり、線材１を押さえると共に電気的に線材１をアースするようにしてある。さらに蒸着チャンバー１４には送り出し室１７においてガス導入口２３が設けてある。
【００２７】
また、成膜室１６内には、成膜室１６に通される線材１を挟んで対向するように、一対の電極７，７が配設してある。一方の電極７ａは蒸着チャンバー１４に接続してアースしてあり、他方の電極７ｂにはＤＣあるいはＲＦの電源２６が接続してある。
【００２８】
そしてプラズマＣＶＤ法でＤＬＣ皮膜２の蒸着を行なうにあたっては、まず、蒸着チャンバー１４内を例えば１×１０^-4Ｐａになるまで真空引きする。次に、蒸着チャンバー１４内が例えば１０Ｐａになるまでガス導入口２３から反応ガスとして炭化水素系のガスを導入する。この炭化水素系ガスとしてはエチレンガスを用いることができる。次にＲＦ電源２６をオンにし、例えば５００Ｗを電極７ａ，７ｂ間に印加すると、電極７ａ，７ｂ間でのグロー放電による気体放電現象によってエチレンガスが励起され、エチレンプラズマＰが発生する。このように成膜室１６内にエチレンプラズマＰが生じた後、線材１を送り出しリール１９から送り出すと共に巻取りリール２２に巻き取ることによって、線材１を連続的に成膜室１６に通過させると、線材１の外周にエチレンプラズマＰ中のＣイオンが吸着されて蒸着されるものであり、線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。
【００２９】
このように、長尺の線材１を送りながら成膜室１６内でプラズマＣＶＤすることによって、線材１の外周に連続的にＤＬＣ皮膜２を形成することができるものであり、バッチ工法ではない連続工法で処理を行なうことができて、生産性を高めることができるものであり、また線材１の外周にその周方向及び長手方向ともに均一な膜厚でＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。線材１の外周に形成するＤＬＣ皮膜２の膜厚は、ＤＬＣ皮膜２の膜厚が厚いと、メッシュ形状のアクチュエータＡを伸縮変形させる際に、ＤＬＣ皮膜２が線材１の表面から剥がれるおそれがあるので、１μｍ以下であることが望ましい。また、ＤＬＣ皮膜２で線材１を保護すると共に電気絶縁性を確保するためには、ＤＬＣ皮膜２の厚みは０．２μｍ以上であることが望ましい。
【００３０】
上記のようにしてプラズマＣＶＤによって線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成した後、このＤＬＣ皮膜２を形成した線材１をメッシュ編みすることによって、アクチュエータＡを作製することができるものである。尚、プラズマＣＶＤ法は成膜による付き回り性がよいので、形状記憶合金の変態温度以下の低温で成膜をすることができるものであり、線材１をメッシュ編みしてメッシュ状のアクチュエータＡを作製した後に、線材１にＤＬＣ皮膜２を形成するようにすることも可能である。
【００３１】
ここで、ＤＬＣ皮膜２のＤＬＣにはエチレンプラズマＰ中のＣイオンの他にＨイオンも含有されているが、ＤＬＣ皮膜２には３０質量％以上、より望ましくは４０質量％以上の水素を含有しているのが好ましい。ＤＬＣに水素を多く含むと、カーボンはＳＰ₂混成軌道による結合がＳＰ₃混成軌道による結合よりも多くなり、ＤＬＣ皮膜２はポリマーライクな柔らかい膜になるので、アクチュエータＡが伸縮する際の線材１の変形にＤＬＣ皮膜２が追随し易くなり、ＤＬＣ皮膜２の剥離を防ぐことができるものである。水素含有率の上限は、ポリエチレンの水素含有率である約７０質量％である。
【００３２】
上記の図２の実施の形態では、線材１を挟んで対向する一対の電極７，７を設けるようにしたが、図３の実施の形態では、線材１の外周を囲むように３枚以上の複数枚の電極７，７…が配置してある。このように線材１の外周を囲むように複数枚の電極７，７…を配置することによって、電極７，７…で囲まれる空間内において線材１の外周にプラズマＰを均一に形成することができるものであり、線材１の外周に全周に亘って均一なＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。
【００３３】
また図４の実施の形態では、ガス配管３１を成膜室１６内に配設すると共に、線材１をこのガス配管３１内に通すようにしてある。このガス配管３１は外管３２と内管３３の二重管に形成してあり、内管３３にその周方向に等間隔で複数個のガス導入口８が形成してある。線材１はこの内管３３内を通されるようにしてあり、内管３３に設けたガス導入口８は線材１の外周を囲むように配置されている。そしてプラズマ生成用のエチレンガスはガス配管３１の外管３２と内管３３の間を送られるものであり、エチレンガスがガス導入口８から内管３３の内方に放出されると、線材１の外周はエチレンガスで均一に包まれるようになる。従って、線材１の外周にエチレンガスプラズマＰを均一に形成することができるものであり、線材１の外周に全周に亘って均一なＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。
【００３４】
図５はスパッタリング法でＤＬＣ皮膜２を形成する工程を示すものであり、蒸着チャンバー１４の成膜室１６内には、成膜室１６に通される線材１を挟んで対向するように、一対のターゲット２８が配設してある。このターゲット２８としてはグラファイトなどの炭素材料が用いられるものであり、各ターゲット２８にはＤＣあるいはＲＦの電源２６が接続してある。蒸発チャンバー１４のその他の構成は図２のものと同じである。
【００３５】
そしてスパッタリング法でＤＬＣ皮膜２の蒸着を行なうにあたっては、まず、蒸着チャンバー１４内を例えば１×１０^-4Ｐａになるまで真空引きする。次に、蒸着チャンバー１４内が例えば１０Ｐａになるまでガス導入口２３から希ガスを導入する。この希ガスとしてはＡｒガスを用いることができる。次にＤＣ電源２６をオンにし、例えば２ｋＷをターゲット２８に印加すると、このように電圧を印加することによってグロー放電による気体放電現象でＡｒガスが励起され、ＡｒプラズマＰが発生する。このように成膜室１６内にＡｒプラズマＰが生じた後、線材１を送り出しリール１９から送り出すと共に巻取りリール２２に巻き取ることによって、線材１を連続的に成膜室１６に通過させる。このとき、ＡｒプラズマＰ中のイオンがターゲット２８に衝突してＣ原子がはじき出され、このはじき出されたＣ原子が線材１の外周に吸着されて堆積し、線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。
【００３６】
このように、長尺の線材１を送りながら成膜室１６内でスパッタリングすることによって、線材１の外周に連続的にＤＬＣ皮膜２を形成することができるものであり、バッチ工法ではない連続工法で処理を行なうことができて、生産性を高めることができるものである。また、線材１の表面にはターゲット２８に向いている側に集中してＤＬＣが付着するが、図５のように線材１を挟んで一対のターゲット２８を対向させて配設することによって、線材１の表面に両側からＤＬＣを付着させることができ、線材１の外周の全周に均一な厚みでＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。
【００３７】
ちなみに、ターゲット２８を一つだけ用いる場合は、図６に示すように、線材１を反転ロール２９に架け渡して蛇行させた状態で送ることによって、線材１の両面にＤＬＣを付着させることが可能になる。また線材１を外周回りに回転させながら送ることによっても、一つのターゲット２８に対して線材１の外周に均一にＤＬＣ皮膜２を形成することが可能であるが、この場合には装置の構造が複雑化する問題がある。
【００３８】
ＤＬＣ皮膜２の厚みは既述のように０．２μｍ〜１μｍの範囲が好ましい。またターゲット２８としてグラファイトを用いると、水素が殆ど含有されない硬質なＤＬＣ皮膜２を形成することができる。一方、水素を混入させてスパッタを行なうことによって、ＤＬＣ皮膜２を柔らかい膜にすることもできるものである。尚、スパッタリングなどＰＶＤ法で成膜したＤＬＣ皮膜２は、一般に、硬質膜で摩耗に強く、電気絶縁性の高いものが得られる。
【００３９】
ここで、図２のプラズマＣＶＤなどのＣＶＤ法やイオンプレーティングなどのＰＶＤ法のように、電圧を印加してプラズマＰを発生させた状態で線材１にＤＬＣ皮膜２を形成するにあたって、線材１に負のバイアス電圧を印加しながら処理を行なうことができる。線材１に接触しているロール２４によって線材１に負のバイアス電圧を印加することができるものであり、このように線材１に負のバイアス電圧を印加すると、プラズマＰ中のＣイオンを電気的吸引力で強制的に線材１に引き寄せて堆積させることができ、緻密なＤＬＣ皮膜２を形成することができるものであり、また成膜初期に線材１の表面にＣイオンを高速エネルギーで衝突させることができ、ＤＬＣ皮膜２の密着性を高めることができるものである。さらに、このようにＣイオンを電気的吸引力で線材１に引き寄せることができるために付き回り性が良く、線材１の外周に均一にＤＬＣ皮膜２を形成することができると共に、メッシュ状に編んだアクチュエータＡに対しても均一にＤＬＣ皮膜２を成膜することができるものである。
【００４０】
線材１への負のバイアスの印加方法は、ＤＣでもＲＦでもいずれでもよく（但し、ＲＦの場合は整合をとるようにするのが望ましい）、印加バイアス電圧は−５０〜−２００Ｖの範囲が好ましい。−５０Ｖよりも正に近い電圧であると、バイアス効果を十分に得ることができず、−２００Ｖよりもさらに負の電圧であると、Ｃイオンが線材１に衝突するスパッタ作用が生じて、却って成膜効率が低下するおそれがある。尚、線材１に大きな負のバイアス（特に数十ｋｅＶ以上）をパルスでかけた場合、線材１の表面近傍にＣイオンの注入が生じ、ミキシング効果によりＤＬＣ皮膜２の密着力を高めることができるものである。
【００４１】
また、図２のようにプラズマＣＶＤ法でＤＬＣ皮膜２を形成する場合、線材１に形成されるＤＬＣ皮膜２の水素含有量を、線材１に印加する負のバイアス電圧の値によって調整することができる。すなわち、低いバアイス電圧値のほうが水素含有量は大きくなるものであり、この点においても、印加バイアス電圧は−５０〜−２００Ｖの範囲が好ましいのである。尚、水素含有量は、ＲＦの印加パワーにも影響される。
【００４２】
図７は本発明の他の実施の形態の一例であり、プラズマＰで線材１の表面を洗浄した後、線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成するようにした蒸着チャンバー１４を示している。すなわち、電気的に接地された蒸着チャンバー１４内は３枚の防着板１５ａ，１５ｂ，１５ｃで仕切って、送り出し室１７と、洗浄室３５と、成膜室１６と、巻取り室１８がこの順に形成してある。また形状記憶合金の線材１としては長尺のものが用いられるものであり、送り出しリール１９に巻いた状態で送り出し室１７内にセットしてある。この長尺の線材１は送り出しリール１９から繰り出して、防着板１５ａの通過孔２０ａから洗浄室３５に通した後、防着板１５ｂの通過孔２０ｂから成膜室１６に通し、さらに防着板１５ｃの通過孔２０ｃから巻取り室１８に送り、巻取りリール２２に巻き取るようになっている。送り出し室１７内と巻取り室１８内にはそれぞれ線材１に接触しながら回転するロール２４が配設してあり、線材１を押さえると共に電気的に線材１をアースするようにしてある。さらに洗浄室３５と成膜室１６にそれぞれガス導入口３６，３７が設けてある。
【００４３】
洗浄室３５内には、洗浄室３５に通される線材１を挟んで対向するように、一対の電極３８が配設してある。一方の電極３８ａは蒸着チャンバー１４に接続してアースしてあり、他方の電極３８ｂにはＤＣあるいはＲＦの電源３９が接続してある。また成膜室１６内には、成膜室１６に通される線材１を挟んで対向するように、一対の電極７が配設してある。一方の電極７ａは蒸着チャンバー１４に接続してアースしてあり、他方の電極７ｂにはＤＣあるいはＲＦの電源４０が接続してある。
【００４４】
そしてまず、蒸着チャンバー１４内を例えば１×１０^-4Ｐａになるまで真空引きする。次に、蒸着チャンバー１４内が例えば１０Ｐａになるまでガス導入口３６から洗浄室３５にＡｒガスを、ガス導入口３７から成膜室１６にエチレンガスをそれぞれ導入する。次に各ＲＦ電源３９，４０をオンにし、例えば５００Ｗを電極３８ａ，３８ｂ間及び電極７ａ，７ｂ間に印加すると、電極３８ａ，３８ｂ間でのグロー放電によって洗浄室３５内にＡｒプラズマＰが発生すると共に、電極７ａ，７ｂ間でのグロー放電によって成膜室１６内にエチレンプラズマＰが発生する。このように洗浄室３５内と成膜室１６内にそれぞれプラズマＰが生じた後、線材１を送り出しリール１９から送り出すと共に巻取りリール２２に巻き取ることによって、線材１を連続的に洗浄室３５及び成膜室１６に通過させる。このように線材１を洗浄室３５に通過させる際に線材１の表面がＡｒプラズマＰの作用でクリーニングされ、洗浄されるものであり、線材１を成膜室１６に通過させる際に、エチレンプラズマＰ中のＣイオンが線材１の表面に吸着されて蒸着されるものであり、線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。成膜室１６で線材１の外周にＤＬＣ皮膜２を形成するに先だって、線材１の表面は洗浄室３５で洗浄されているので、ＤＬＣ皮膜２の密着性を向上させることができるものである。
【００４５】
ここで、洗浄室３５と成膜室１６の間でガスが流通すると、Ａｒガスとエチレンガスが混合し合って洗浄と成膜の各プロセスを分離することが困難になる。そこでこの場合には、図８に示すように、洗浄室３５と成膜室１６の間の防着板１５ｂに長い細管４２に設け、線材１は細管４２内を通して洗浄室３５から成膜室１６へと移動するようにしてある。細管４２は線材１が通過可能な程度に内径を線材１の外径よりわずかに大きく形成したものであり、しかも長く形成してあるので、洗浄室３５と成膜室１６の間でのガスの流通を阻止しつつ線材１を洗浄室３５から成膜室１６へと移動できるようにしてある。このように洗浄室３５と成膜室１６の間は防着板１５ｂで完全に区切られているので、洗浄室３５内と成膜室１６内はそれぞれに備えた真空ポンプで個別に真空引きできるようにしてある。
【００４６】
尚、洗浄室３５に導入するガスとして窒素ガスを用いて窒素プラズマを生成させるようにすれば、線材１の表面を窒化させることができ、ＤＬＣ皮膜２の密着性をさらに向上させることが可能である。この場合、洗浄室３５と成膜室１６の間に表面改質室を設け、この表面改質室で窒素プラズマを生成させて線材１の表面を窒化させるようにしてもよい。また、洗浄室３５と成膜室１６の間に中間膜形成室を設け、線材１の表面を洗浄した後、ＤＬＣ皮膜２を形成する前に、後述のＷＣ皮膜３、ＳｉＯ₂皮膜４、樹脂皮膜５を中間膜形成室で線材１の表面に形成するようにしてもよい。
【００４７】
図９は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、このものでは、形状記憶合金の線材１の外周表面にＷＣ皮膜３を形成し、その上に最外層としてＤＬＣ皮膜２が形成してある。このように線材１の表面にＷＣ皮膜３をプレコートしておくことによって、ＷＣ皮膜３が中間膜となって線材１に対するＤＬＣ皮膜２の密着力を向上することができるものである。ＷＣ皮膜３の膜厚は絶縁性と可撓性を確保するために、０．０５〜０．２μｍ程度が好ましい。尚、中間膜としてＳｉＣを形成することによっても、ＤＬＣ皮膜２の密着力を向上することができるものであり、また線材１に予めプラズマ窒化やプラズマ浸炭等の改質を施しておくことによっても、ＤＬＣ皮膜２の密着力を向上することができるものである。
【００４８】
図１０の実施の形態では、形状記憶合金の線材１の外周表面にＳｉＯ₂皮膜４を形成し、その上に最外層としてＤＬＣ皮膜２が形成してある。このように線材１の表面にＳｉＯ₂皮膜４をプレコートしておくことによって、ＳｉＯ₂皮膜４が中間膜となって線材１に対するＤＬＣ皮膜２の密着力を向上することができるものであり、また電気抵抗の大きいＳｉＯ₂皮膜４によってＤＬＣ皮膜２による電気絶縁性を一層高めることができるものである。ＳｉＯ₂皮膜４の膜厚は０．０５〜０．２μｍ程度が好ましい。ＤＬＣ皮膜２は絶縁材料であるが、例えばＤＬＣ皮膜２がグラファイト的な原子構造の場合や、摩擦抵抗低減や膜応力低下のためにＤＬＣ皮膜２に金属を添加した場合は、電気抵抗が低下することがあるので、これらの場合に、ＳｉＯ₂皮膜４を中間膜として形成することは特に好ましい効果を得ることができるものである。
【００４９】
図１１の実施の形態では、形状記憶合金の線材１の外周表面に樹脂皮膜５を形成し、その上に最外層としてＤＬＣ皮膜２が形成してある。樹脂皮膜５としてはポリイミド、パリレン、ＰＴＦＣ等を用いることができる。このように線材１の表面に樹脂皮膜５をプレコートしておくことによって、電気抵抗の大きい樹脂皮膜５でＤＬＣ皮膜２による電気絶縁性を一層高めることができるものであり、また表面に存在するＤＬＣ皮膜２によって樹脂皮膜５が摩耗して剥がれることを防ぐことができるものである。樹脂皮膜５の膜厚は絶縁性と可撓性を確保するため、０．１〜０．２μｍ程度が好ましい。
【００５０】
上記のように線材１の外周表面にＷＣ皮膜３、ＳｉＯ₂皮膜４、樹脂皮膜５をプレコートするにあたっては、例えばスパッタリングで行なうことができる。図１２はその装置を示すものであり、図１２の蒸着チャンバー１４にあって、図７のものと符号が同じものは図７と同様に形成してある。そして図１２の蒸着チャンバー１４では、防着板１５ａと防着板１５ｂとの間の室は中間膜形成室４４として形成されるものであり、中間膜形成室４４内には、中間膜形成室４４に通される線材１を挟んで対向するように、一対のターゲット４５が配設してあり、一方のターゲット４５をアースすると共に他方のターゲット４５にはＤＣあるいはＲＦの電源４６が接続してある。このターゲット４５としては、ＷＣ皮膜３を形成する場合にはＷＣ材料が、ＳｉＯ₂皮膜４を形成する場合にはＳｉＯ₂材料が、樹脂皮膜５を形成する場合には樹脂材料が用いられるものである。
【００５１】
そしてまず、蒸着チャンバー１４内を例えば１×１０^−４Ｐａになるまで真空引きする。次に、蒸着チャンバー１４内が例えば１０Ｐａになるまでガス導入口３６から中間膜形成室４４にＡｒガスを、ガス導入口３７から成膜室１６にエチレンガスをそれぞれ導入する。次に中間膜形成室４４のＤＣ電源４６をオンにし、例えば２ｋＷをターゲット４５に印加する（樹脂皮膜５を形成するときはＲＦ電源４６をオンにして５００Ｗを印加する）ことによって中間膜形成室４４内でＡｒプラズマＰを発生させると共に、成膜室１６のＲＦ電源４０をオンにし、例えば５００Ｗを電極７ａ，７ｂ間に印加することによって成膜室１６内にエチレンプラズマＰを発生させる。このように中間膜形成室４４内と成膜室１６内にそれぞれプラズマＰが生じた後、線材１を送り出しリール１９から送り出すと共に巻取りリール２２に巻き取ることによって、線材１を連続的に中間膜形成室４４及び成膜室１６に通過させる。このように線材１を中間膜形成室４４に通過させる際に、ＡｒプラズマＰによるスパッタリング作用でターゲット４５の材料が線材１の外周に吸着されて堆積し、線材１の外周にＷＣ皮膜３、ＳｉＯ_２皮膜４、樹脂皮膜５を中間膜として形成することができるものであり、また線材１を成膜室１６に通過させる際に、エチレンプラズマＰ中のＣイオンが線材１の中間膜の表面に吸着されて堆積し、線材１の外周に中間膜を介してＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。尚、中間膜形成室４４の前に、既述のような洗浄室３５を設け、線材１の表面をプラズマ洗浄した後に、中間膜の形成やＤＬＣ皮膜２の形成を行うようにするのが好ましい。
【００５２】
また、線材１の表面にポリイミドの樹脂皮膜５を形成する場合、ポリアミドの蒸着重合によって行なうことができる。図１３はポリイミド樹脂を蒸着重合する装置の一例を示すものであり。蒸着チャンバー４８内にロータリーポンプなどの真空ポンプ１８が接続してあり、この蒸着チャンバー４８にはさらに原料モノマーである無水ピロメリト酸（ＰＭＤＡ）とオキシジアニリン（ＯＤＡ）を供給するモノマータンク５０，５１が接続してある。そして蒸着チャンバー４８内においてホルダー５２に線材１をセットし、蒸着チャンバー４８内を１０Ｐａ程度に真空引きすると共に３００℃程度に加熱し、この状態でモノマータンク５０，５１からＰＭＤＡとＯＤＡをそれぞれ蒸着チャンバー４８内に気化させて導入し、ＰＭＤＡとＯＤＡを線材１の表面で反応させて０．１μｍ厚程度のポリアミック酸膜を成膜したのち、３００℃程度の温度で６０分程、加熱を保持して硬化させることによって、「化１」に示す縮重合反応で得られるポリイミド樹脂による樹脂皮膜５を線材１の表面に形成することができるものである。
【００５３】
【化１】

【００５４】
図１４は本発明の実施の形態の他の一例を示すものであり、上記のように形状記憶合金の線材１の表面に樹脂皮膜５を中間膜として設けると共にその上にＤＬＣ皮膜２を設けるにあたって、樹脂皮膜５とＤＬＣ皮膜２の境界部を樹脂とＤＬＣとが混在する層６で形成するようにしてある。この場合、混在層６は、樹脂皮膜５と接する側では樹脂が１００％であり、外側にいくに従って樹脂に対するＤＬＣの混在比率が徐々に高くなり、ＤＬＣ皮膜５と接する側ではＤＬＣが１００％になるように、樹脂とＤＬＣの混在比率が傾斜的に変化するようにしてある。このように、樹脂皮膜５とＤＬＣ皮膜２の間に樹脂とＤＬＣとの混在層６を形成することによって、混在層６を介してＤＬＣ皮膜２の密着強度を高めることができるものである。
【００５５】
図１５はこのような樹脂皮膜５、混在層６、ＤＬＣ皮膜２を線材１に形成するための装置の一例を示すものであり、図５に示すものと符号が同じものは図５と同様に形成してある。そして図１５の蒸着チャンバー１４では、成膜室１６にエチレンガス用のガス導入口５３、ＰＭＤＡ用のガス導入口５４、ＯＤＡ用のガス導入口５５がそれぞれ接続してあり、ロール２４には負の電圧が印加してある。
【００５６】
そして、蒸着チャンバー１４内を１×１０^-4まで真空引きし、まずＰＭＤＡとＯＤＡを加熱してその蒸発ガスをそれぞれガス導入口５４，５５から成膜室１６に導入し、次に成膜室１６にエチレンガスをエチレンガス圧１０Ｐａでガス導入口５３から導入すると共に、ＲＦ電源２６をオンにして３００Ｗを印加し、エチレンガスプラズマＰを発生させる。ＰＭＤＡとＯＤＡのモノマーはプラズマＰで活性化されて「化１」のように反応し、線材１の表面にポリイミド樹脂が堆積する。またエチレンガスプラズマＰのプラズマＣＶＤによってＤＬＣも堆積される。このとき、最初は、ＰＭＤＡとＯＤＡのみを導入し、次いでエチレンガスの導入を開始して、ＰＭＤＡとＯＤＡの導入を減らしながらエチレンガスの導入を増やし、最後にＰＭＤＡとＯＤＡの導入を停止してエチレンガスのみを導入するようにすることによって、線材１の表面にまずポリイミド樹脂のみからなる樹脂皮膜５を形成し、次にこの上に、内側では樹脂の比率が多く外側ではＤＬＣの比率が多くなるように混在比率が徐々に変化する混在層６を形成し、さらにこの上に、ＤＬＣのみからなるＤＬＣ皮膜２を形成することができるものである。
【００５７】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係るアクチュエータは、形状記憶合金の線材をメッシュ状に編組して形成されるアクチュエータにおいて、形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣの皮膜を形成するようにしたので、線材同士が重なっている部分で擦れ合いが発生しても、線材の表面は耐摩耗性の高いＤＬＣ皮膜で被覆されており、摩耗することなくＤＬＣ皮膜で線材を長期に亘って保護することができると共に線材の表面の電気絶縁性を保持することができるものであり、しかもＤＬＣ皮膜は摩擦係数が小さく、アクチュエータが伸縮変形する際に線材間に生じる摩擦抵抗を低減することができ、アクチュエータの伸縮特性が向上するものである。
【００５８】
また請求項２の発明は、形状記憶合金の線材の表面にプレコートされたＷＣの皮膜を介してＤＬＣ皮膜を形成するようにしたので、ＷＣ皮膜によってＤＬＣ皮膜の密着力を向上させることができるものである。
【００５９】
また請求項３の発明は、形状記憶合金の線材の表面にプレコートされたＳｉＯ₂の皮膜を介してＤＬＣ皮膜を形成するうようにしたので、ＳｉＯ₂皮膜によってＤＬＣ皮膜の密着力を向上させることができると共に、電気絶縁性の高いＳｉＯ₂皮膜によって線材の表面の電気絶縁性を高く保持することができるものである。
【００６０】
また請求項４の発明は、形状記憶合金の線材の表面にプレコートされた樹脂の皮膜を介してＤＬＣ皮膜を形成するようにしたので、樹脂皮膜によって線材の表面の電気絶縁性を高く保持することができると共に、樹脂皮膜の摩耗をＤＬＣ皮膜で防ぐことができるものである。
【００６１】
また請求項５の発明は、樹脂皮膜とＤＬＣ皮膜の境界部を樹脂とＤＬＣとが混在する層で形成するようにしたので、樹脂皮膜とＤＬＣ皮膜の密着力を樹脂とＤＬＣとが混在する層で高めることができるものである。
【００６２】
また請求項６の発明は、ＤＬＣ皮膜に３０質量％以上の水素を含有させるようにしたので、ＤＬＣ皮膜を柔らかくすることができ、アクチュエータが伸縮する際の線材の変形にＤＬＣ皮膜を追随させることができるものであり、ＤＬＣ皮膜が線材から剥離することを防ぐことができるものである。
【００６３】
本発明の請求項７に係るアクチュエータの製造方法は、形状記憶合金の長尺の線材を長手方向に送りながらＣＶＤ法で線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成し、この後、このＤＬＣ皮膜を形成した線材をメッシュ状に編組するようにしたので、連続工法で生産性高く線材にＤＬＣ皮膜を形成することができ、またＤＬＣ皮膜を形成する際の熱はメッシュ状のアクチュエータには作用しないものであって、アクチュエータの形状記憶が失われるようなことがなくなるものである。
【００６４】
本発明の請求項８に係るアクチュエータの製造方法は、形状記憶合金の長尺の線材を長手方向に送りながらＰＶＤ法で線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成し、この後、このＤＬＣ皮膜を形成した線材をメッシュ状に編組するようにしたので、連続工法で生産性高く線材にＤＬＣ皮膜を形成することができ、またＤＬＣ皮膜を形成する際の熱はメッシュ状のアクチュエータには作用しないものであって、アクチュエータの形状記憶が失われるようなことがなくなるものである。
【００６５】
また請求項９の発明は、プラズマ中で形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するにあたって、線材に負のバイアス電圧を印加するようにしたので、線材にＣイオンを強制的に引き寄せてＤＬＣ皮膜を形成することができ、緻密なＤＬＣ皮膜を得ることができるものである。
【００６６】
また請求項１０の発明は、プラズマ中で形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するにあたって、線材を囲むように複数枚の電極を配置するようにしたので、線材の外周に均一なプラズマを生成させることができ、線材の外周に全周に亘って均一なＤＬＣ皮膜を形成することができるものである。
【００６７】
また請求項１１の発明は、プラズマ中で形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するにあたって、プラズマ生成用のガスを導入するガス導入口を線材の外周を囲むように配置したので、線材の外周に均一なプラズマを生成させることができ、線材の外周に全周に亘って均一なＤＬＣ皮膜を形成することができるものである。
【００６８】
また請求項１２の発明は、形状記憶合金の長尺の線材１を長手方向に送りながら、プラズマで線材の表面を洗浄した後、線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するようにしたので、洗浄された線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成することができ、ＤＬＣ皮膜の密着力を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は線材の拡大した断面図、（ｂ）はアクチュエータの斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の概略図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の一部の拡大しした断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の一部の拡大しした断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の概略図である。
【図６】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の一部の概略図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の一部の概略図である。
【図９】本発明の実施の形態の一例を示す線材の拡大した断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態の一例を示す線材の拡大した断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態の一例を示す線材の拡大した断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態の一例における樹脂皮膜を形成する装置の概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態の一例を示す線材の拡大した断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態の一例におけるＤＬＣ皮膜を形成する装置の概略図である。
【符号の説明】
１線材
２ＤＬＣ皮膜
３ＷＣ皮膜
４ＳｉＯ₂皮膜
５樹脂皮膜
６混在層
７電極
８ガス導入口

Claims

通電加熱して伸縮変形させることによって機器の制御に用いられるアクチュエータであって、形状記憶合金の線材をメッシュ状に編組して形成され、形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）の皮膜を形成して成ることを特徴とするアクチュエータ。
形状記憶合金の線材の表面にプレコートされたＷＣの皮膜を介してＤＬＣ皮膜を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
形状記憶合金の線材の表面にプレコートされたＳｉＯ₂の皮膜を介してＤＬＣ皮膜を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
形状記憶合金の線材の表面にプレコートされた樹脂の皮膜を介してＤＬＣ皮膜を形成して成ることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
樹脂の皮膜とＤＬＣ皮膜の境界部を樹脂とＤＬＣとが混在する層で形成して成ることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ。
ＤＬＣは３０質量％以上の水素を含有するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアクチュエータ。
通電加熱して伸縮変形させることによって機器の制御に用いられるアクチュエータの製造方法であって、形状記憶合金の長尺の線材を長手方向に送りながらＣＶＤ法で線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成し、この後、このＤＬＣ皮膜を形成した線材をメッシュ状に編組することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
通電加熱して伸縮変形させることによって機器の制御に用いられるアクチュエータの製造方法であって、形状記憶合金の長尺の線材を長手方向に送りながらＰＶＤ法で線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成し、この後、このＤＬＣ皮膜を形成した線材をメッシュ状に編組することを特徴とするアクチュエータの製造方法。
プラズマ中で形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するにあたって、線材に負のバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項７又は８に記載のアクチュエータの製造方法。
プラズマ中で形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するにあたって、線材を囲むように複数枚の電極を配置することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
プラズマ中で形状記憶合金の線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成するにあたって、プラズマ生成用のガスを導入するガス導入口を線材の外周を囲むように配置することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。
形状記憶合金の長尺の線材を長手方向に送りながら、プラズマで線材の表面を洗浄した後、線材の外周にＤＬＣ皮膜を形成することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のアクチュエータの製造方法。