JP6519509B2 - Heating device - Google Patents
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Description
本発明は、ポリマー繊維アクチュエータを加熱するための加熱装置に関する。 The present invention relates to a heating device for heating a polymer fiber actuator.
従来、特許文献1に記載のポリマー繊維アクチュエータが知られている。このポリマー繊維アクチュエータは、例えば1軸方向に線状に延びた形状を有している。このポリマー繊維アクチュエータは、温度変化を与えることにより、1軸方向を中心に回転するように変位することが可能である。 DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the polymer fiber actuator of patent document 1 is known. The polymer fiber actuator has, for example, a shape extending linearly in one axial direction. The polymer fiber actuator can be displaced to rotate about one axial direction by applying a temperature change.
ところで、特許文献1に記載のポリマー繊維アクチュエータをアクチュエータ装置の駆動部として用いる場合、ポリマー繊維アクチュエータを加熱するための加熱装置が必要となる。加熱装置としては、例えばポリマー繊維アクチュエータの外周面に直接巻き付けられた金属ワイヤを備える装置が考えられる。この加熱装置では、金属ワイヤを通電することにより金属ワイヤを加熱させ、この金属ワイヤから発せられる熱によりポリマー繊維アクチュエータを加熱する。しかしながら、このような加熱装置を用いた場合、金属ワイヤがポリマー繊維アクチュエータの変位を阻害するため、ポリマー繊維アクチュエータの変位量が小さくなる可能性がある。 By the way, when using a polymer fiber actuator given in patent documents 1 as a drive part of an actuator device, a heating device for heating a polymer fiber actuator is needed. As a heating device, for example, a device comprising a metal wire wound directly on the outer peripheral surface of a polymer fiber actuator can be considered. In this heating device, the metal wire is heated by energizing the metal wire, and the heat generated from the metal wire heats the polymer fiber actuator. However, when such a heating device is used, the displacement amount of the polymer fiber actuator may be reduced because the metal wire inhibits the displacement of the polymer fiber actuator.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポリマー繊維アクチュエータの変位をより的確に確保することの可能な加熱装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and an object thereof is to provide a heating device capable of more accurately securing displacement of a polymer fiber actuator.
上記課題を解決するために、加熱装置(10)は、ポリマー繊維アクチュエータ(20)に埋め込まれた導電性部材(11)と、時間的に変化する磁場を前記導電性部材に付与する磁場発生部(30)と、を備える。 In order to solve the above problems, the heating device (10) comprises a conductive member (11) embedded in a polymer fiber actuator (20) and a magnetic field generation unit for applying a time-varying magnetic field to the conductive member And (30).
この構成によれば、時間的に変化する磁場を磁場発生部により導電性部材に付与すると、誘導加熱により導電性部材が発熱する。この導電性部材から発せられる熱がポリマー繊維アクチュエータに伝わることにより、ポリマー繊維アクチュエータが加熱されて回転変位する。ポリマー繊維アクチュエータが回転変位する際、ポリマー繊維アクチュエータの変位量は、外周面の部分よりも内部の方が小さくなる。したがって、上記構成のように、ポリマー繊維アクチュエータに導電性部材を埋め込めば、ポリマー繊維アクチュエータにおいて変位量の小さい部位に導電性部材を配置することができる。これにより、ポリマー繊維アクチュエータが変位する際に、導電性部材がポリマー繊維アクチュエータの変位を阻害し難くなるため、ポリマー繊維アクチュエータの変位をより的確に確保することが可能になる。 According to this configuration, when the magnetic field generation unit applies the temporally changing magnetic field to the conductive member, the conductive member generates heat due to the induction heating. The heat generated from the conductive member is transferred to the polymer fiber actuator, whereby the polymer fiber actuator is heated and rotationally displaced. When the polymer fiber actuator is rotationally displaced, the amount of displacement of the polymer fiber actuator is smaller at the inside than at the portion of the outer peripheral surface. Therefore, as in the above-described configuration, when the conductive member is embedded in the polymer fiber actuator, the conductive member can be disposed at a portion where the displacement amount is small in the polymer fiber actuator. As a result, when the polymer fiber actuator is displaced, the conductive member does not easily inhibit the displacement of the polymer fiber actuator, so that the displacement of the polymer fiber actuator can be more accurately secured.
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the parentheses as described in said means and a claim is an example which shows a correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
本発明によれば、ポリマー繊維アクチュエータの変位をより的確に確保することができる。 According to the present invention, the displacement of the polymer fiber actuator can be more accurately secured.
<第1実施形態>
以下、加熱装置の第1実施形態について説明する。
図1に示されるように、本実施形態の加熱装置10は、ポリマー繊維アクチュエータ20を加熱するための装置である。図2に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ20は、軸線mを中心軸とするワイヤ状の部材である。ポリマー繊維アクチュエータ20の中心軸mに直交する断面形状は円形状である。ポリマー繊維アクチュエータ20は、例えば6,6−ナイロンにより形成されている。ポリマー繊維アクチュエータ20は、加熱により温度が上昇すると、中心軸mを中心とする回転方向rに変位する特性を有している。このような特性を実現するための方法としては、例えばポリマー繊維アクチュエータ20の結晶構造を中心軸mに沿った方向に対して傾斜するように配向させる方法がある。
First Embodiment
Hereinafter, a first embodiment of the heating device will be described.
As shown in FIG. 1, the
図1に示されるように、加熱装置10は、金属ワイヤ11と、磁場発生部30とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
金属ワイヤ11は、導電性の金属材料からなるワイヤ状の部材である。図1及び図2に示されるように、金属ワイヤ11は、ポリマー繊維アクチュエータ20に埋め込まれている。より詳しくは、金属ワイヤ11は、ポリマー繊維アクチュエータ20の中心軸mに沿ってポリマー繊維アクチュエータ20の中央部に配置されている。本実施形態では、金属ワイヤ11が導電性部材に相当する。
The
磁場発生部30は、時間的に大きさ及び方向が変化する磁場を金属ワイヤ11に付与する。磁場発生部30は、コイル31と、電源装置32と、制御装置33とを備えている。
The magnetic
コイル31は、ポリマー繊維アクチュエータ20の外周面21の外側に螺旋状に配置されている。コイル31は、交流電流の供給に基づき、コイル31を取り巻くように磁場を形成する。
The
電源装置32は、コイル31に交流電流を供給する装置である。電源装置32は、制御装置33から送信される制御信号に基づいて、コイル31への交流電流の供給、及びその停止を切り替える。
The
制御装置33は、CPUやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置33は、電源装置32を介してコイル31の通電を制御することにより、ポリマー繊維アクチュエータ20を回転変位させる。
The
次に、本実施形態の加熱装置10の動作例について説明する。
制御装置33は、ポリマー繊維アクチュエータ20を回転方向rに変位させる場合、コイル31への交流電流の供給を許可する旨の制御信号を電源装置32に送信する。これにより、電源装置32がコイル31への交流電流の供給を開始する。コイル31に交流電流が流れると、コイル31を取り巻くように磁場が形成される。この磁場の大きさ及び方向は、コイル31に供給される交流電流に応じて時間的に変化する。この時間的に変化する磁場は、金属ワイヤ11に付与される。
Next, an operation example of the
When displacing the
時間的に変化する磁場の影響を金属ワイヤ11が受けることにより、金属ワイヤ11に渦電流が流れる。この際、金属ワイヤ11に、その電気抵抗に応じたジュール熱が発生することで、金属ワイヤ11が自己発熱する。すなわち、金属ワイヤ11が誘導加熱により発熱する。この金属ワイヤ11から発せられる熱がポリマー繊維アクチュエータ20に伝わることにより、ポリマー繊維アクチュエータ20が加熱され、回転方向rに変位する。
When the
また、制御装置33は、回転方向rに変位したポリマー繊維アクチュエータ20を元の状態に戻す場合には、コイル31への交流電流の供給を停止する旨の制御信号を電源装置32に送信する。これにより、電源装置32がコイル31への交流電流の供給を停止する。コイル31への交流電流の供給が停止されることにより、コイル31の誘導加熱が停止され、ポリマー繊維アクチュエータ20が外気により冷却されることになる。これにより、ポリマー繊維アクチュエータ20は、回転方向rとは逆の回転方向に変位し、元の状態に戻る。
Further, when the
以上説明した本実施形態の加熱装置10によれば、以下の(1)〜(5)に示される作用及び効果を得ることができる。
According to the
(1)ポリマー繊維アクチュエータ20が回転方向rに変位する際、ポリマー繊維アクチュエータ20の変位量は、外周面21の部分よりも内部の方が小さくなる。よって、本実施形態の加熱装置10のように、ポリマー繊維アクチュエータ20の内部に金属ワイヤ11を埋め込めば、ポリマー繊維アクチュエータ20において変位量の小さい部位に金属ワイヤ11を配置することができる。これにより、ポリマー繊維アクチュエータ20が回転方向rに変位する際に、金属ワイヤ11がポリマー繊維アクチュエータ20の変位を阻害し難くなるため、ポリマー繊維アクチュエータ20の変位をより的確に確保することが可能になる。
(1) When the
(2)金属ワイヤ11を加熱する方法としては、例えば電流を供給するための給電線を金属ワイヤ11に直接結線し、この給電線を介して金属ワイヤ11に電流を流すことにより金属ワイヤ11を加熱するという方法も考えられる。しかしながら、この方法の場合、ポリマー繊維アクチュエータ20が回転方向rに変位する際に、給電線がポリマー繊維アクチュエータ20の回転変位を阻害する可能性がある。この点、本実施形態の加熱装置10のように、誘導加熱を利用して金属ワイヤ11を加熱するという方法を採用すれば、金属ワイヤ11に直接結線される給電線が不要となる。したがって、給電線によりポリマー繊維アクチュエータ20の回転変位が阻害されるという問題が生じないため、ポリマー繊維アクチュエータ20の変位をより的確に確保することが可能になる。
(2) As a method of heating the
(3)金属ワイヤ11は、ワイヤ状に形成されている。これにより、同じくワイヤ状のポリマー繊維アクチュエータ20を均一に加熱することができるため、ポリマー繊維アクチュエータ20を変位させ易くなる。
(3) The
(4)金属ワイヤ11は、ポリマー繊維アクチュエータ20の中央部に配置されている。すなわち、金属ワイヤ11は、ポリマー繊維アクチュエータ20において最も変位量の小さい部位に配置されている。これにより、ポリマー繊維アクチュエータ20の変位をより的確に確保することが可能になる。
(4) The
(5)ポリマー繊維アクチュエータ20の内部に埋め込まれる導電性部材として、金属ワイヤ11を用いることとした。これにより、誘導加熱の作用によってポリマー繊維アクチュエータ20を加熱することが可能になるとともに、ポリマー繊維アクチュエータ20の剛性を高めることも可能となる。
(5) The
<第2実施形態>
次に、加熱装置10の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the
図3に示されるように、本実施形態のポリマー繊維アクチュエータ20の内部には、金属ワイヤ11に代えて、金属粒子12が埋め込まれている。金属粒子12は、導電性の金属材料からなる粒子状の部材である。なお、図3では、説明のために金属粒子12のサイズが実際のサイズよりも大きく図示されている。金属粒子12は、ポリマー繊維アクチュエータ20の内部に分散して配置されている。本実施形態では、金属粒子12が導電性部材に相当する。
As shown in FIG. 3,
以上説明した本実施形態の加熱装置10によれば、第1実施形態の(1)及び(2)の作用及び効果に加え、以下の(6)及び(7)の作用及び効果を得ることができる。
According to the
(6)ポリマー繊維アクチュエータ20の製造の際に、金属粒子12をポリマー繊維アクチュエータ20に埋め込むだけで、本実施形態のポリマー繊維アクチュエータ20を製造することができる。よって、ポリマー繊維アクチュエータ20の製造が容易になる。
(6) The
(7)ポリマー繊維アクチュエータ20の内部に埋め込む導電性部材として、金属粒子12を用いることとした。これにより、誘導加熱の作用によってポリマー繊維アクチュエータ20を加熱することが可能になるとともに、ポリマー繊維アクチュエータ20の剛性を高めることも可能となる。
(7) The
<他の実施形態>
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・ポリマー繊維アクチュエータ20の形状は、適宜変更可能である。例えば図4に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ20は、軸線nを中心に捩られた形状を有するものであってもよい。この場合、ポリマー繊維アクチュエータ20に埋め込まれた金属ワイヤ11は、軸線nを中心に螺旋状に配置されることになる。なお、図4に示される加熱装置10では、金属ワイヤ11に代えて、第2実施形態の金属粒子12をポリマー繊維アクチュエータ20に埋め込んでもよい。
Other Embodiments
In addition, each embodiment can also be implemented in the following modes.
The shape of the
・図5に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ20は、2つのポリマー繊維部材201,202を軸線nを中心に捩るようにして組み合わせた構造を有するものであってもよい。この場合、ポリマー繊維部材201,202にそれぞれ埋め込まれた金属ワイヤ111,112は、軸線nを中心に螺旋状に配置されることになる。なお、図5に示される加熱装置10では、金属ワイヤ111,112に代えて、第2実施形態の金属粒子12をポリマー繊維部材201,202に埋め込んでもよい。
As shown in FIG. 5, the
・図6に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ20は、3つのポリマー繊維部材203,204,205を軸線nを中心に捩るようにして組み合わせた構造を有するものであってもよい。この場合、ポリマー繊維部材203〜205にそれぞれ埋め込まれた金属ワイヤ113,114,115は、軸線nを中心に螺旋状に配置されることになる。なお、図5に示される加熱装置10では、金属ワイヤ113〜115に代えて、第2実施形態の金属粒子12をポリマー繊維部材203〜205に埋め込んでもよい。
As shown in FIG. 6, the
・第1実施形態の加熱装置10では、金属ワイヤ11がポリマー繊維アクチュエータ20の中央部からずれた位置に配置されていてもよい。すなわち、金属ワイヤ11は、ポリマー繊維アクチュエータ20の内部に配置されていればよい。また、金属ワイヤ11の一部がポリマー繊維アクチュエータの外部に飛び出していてもよい。
In the
・第1実施形態の加熱装置10では、ポリマー繊維アクチュエータ20に金属ワイヤ11を複数埋め込んでもよい。
In the
・磁場発生部30は、コイル31、電源装置32、及び制御装置33に限定されるものではない。例えば、磁場発生部30は、図7に示されるような構成を有するものであってもよい。図7に示される磁場発生部30は、永久磁石34と、アクチュエータ35とを備えている。永久磁石34は、中心軸mを中心に円筒状に形成されており、ポリマー繊維アクチュエータ20の外周面21の外側に所定の隙間を有して配置されている。永久磁石34は、アクチュエータ35のシャフト350に固定されている。アクチュエータ35は、例えばモータやソレノイドからなる。ポリマー繊維アクチュエータ20の中心軸mに平行な方向を「X方向」とすると、アクチュエータ35は、シャフト350をX方向に往復動させる。これにより、永久磁石34がポリマー繊維アクチュエータ20に対してX方向に往復動する。この永久磁石34の往復動により、時間的に大きさ及び方向が変化する磁場が金属ワイヤ11に付与されるため、誘導加熱により金属ワイヤ11を加熱することができる。なお、図7に示される構成は、図3〜図6に示される実施形態及び変形例にも適用可能である。
The magnetic
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above specific example. That is, to the above specific examples, those skilled in the art may appropriately modify the design as long as the features of the present invention are included in the scope of the present invention. For example, each element included in each specific example described above and its arrangement, material, conditions, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed. Moreover, each element with which the above-mentioned embodiment is equipped can be combined as much as technically possible, and what combined these is also included in the scope of the present invention as long as the feature of the present invention is included.
10:加熱装置
11,111,112,113,114,115:金属ワイヤ(導電性部材)
12:金属粒子(導電性部材)
30:磁場発生部
31:コイル
32:電源装置
20:ポリマー繊維アクチュエータ
10:
12: Metal particle (conductive member)
30: magnetic field generation unit 31: coil 32: power supply device 20: polymer fiber actuator
Claims (6)
時間的に変化する磁場を前記導電性部材に付与する磁場発生部(30)と、
を備える加熱装置。 Conductive members (11, 12, 111, 112, 113, 114, 115) embedded in the polymer fiber actuator (20);
A magnetic field generator (30) for applying a time-varying magnetic field to the conductive member;
A heating device comprising
前記ポリマー繊維アクチュエータの外周面(21)の外側に配置されるコイル(31)と、
前記コイルに交流電流を流す電源装置(32)と、を有する
請求項1に記載の加熱装置。 The magnetic field generator is
A coil (31) disposed on the outside of the outer peripheral surface (21) of the polymer fiber actuator;
The heating device according to claim 1, further comprising: a power supply device (32) for causing an alternating current to flow through the coil.
請求項1又は2に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 1 or 2, wherein the conductive members (11, 111, 112, 113, 114, 115) are formed in a wire shape.
請求項3に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 3, wherein the conductive member is disposed inside the polymer fiber actuator.
請求項1又は2に記載の加熱装置。 The heating device according to claim 1, wherein the conductive member is formed in a particle shape.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の加熱装置。 The heating device according to any one of claims 1 to 5, wherein the conductive member is made of a metal material.
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