TWI784078B

TWI784078B - 致動器

Info

Publication number: TWI784078B
Application number: TW107139440A
Authority: TW
Inventors: 河原準
Original assignee: 日商琳得科股份有限公司
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2022-11-21
Also published as: TW201930665A; JP7137579B2; WO2019102799A1; JPWO2019102799A1

Abstract

本發明之致動器係包括藉由加熱而進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動之纖維狀高分子材料，纖維狀高分子材料之兩端係藉由拉伸應力T（MPa）而進行固定，前述之拉伸應力T（MPa）係在和纖維狀高分子材料之纖維軸方向之楊氏模數E（MPa）之間，具有下列公式（1）之關係。 0.011×E≦T≦0.023×E　　‧‧‧‧（1）

Description

致動器

本發明係關於一種致動器。本案係在西元2017年11月21日，根據在日本所申請之日本特願2017－223548號，主張優先權，在此，援用其內容。

因為先進國家之高齡化社會之到來、機器人工學之發達、人類對於智慧活動之轉移等，所以，要求各種物品之動力化，提議各種之致動器。例如在專利文獻1，揭示：藉由包含呈線圈狀或非線圈狀地插入纏繞線團之聚合物纖維之致動器，來實證可逆之電熱纏繞動作和拉伸動作。

致動器之所包含之呈非線圈狀地插入纏繞線團之聚合物纖維係藉由在成為單長絲或多重長絲之呈高強度地鏈配向於高度之先驅物聚合物纖維，一直到無生成線圈化之程度為止，插入纏繞線團，而形成聚合物纖維。

致動器之所包含之呈線圈狀地插入纏繞線團之聚合物纖維係藉由在前述之先驅物聚合物纖維，一直到發生線圈化為止，插入纏繞線團，或者是在前述之先驅物聚合物纖維，一直到無生成線圈化之程度為止，插入纏繞線團，接著，在最初插入之纏繞線團，沿著相同方向或相反方向，插入線圈化，而形成聚合物纖維。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開2016－42783號公報

[發明所欲解決的課題]

像這樣，在專利文獻1，揭示賦予纏繞動作（也就是旋轉動作）之高分子致動器，但是，有由於驅動致動器之溫度環境而降低致動器之驅動安定性之狀態發生。

本發明係有鑒於前述之狀況而完成的，其目的係提供在廣泛溫度範圍之環境下而具有良好之驅動安定性之致動器。 [用以解決課題的手段]

為了達成前述之目的，因此，本發明人們係進行檢討，結果，得到以下之見解。構成高分子致動器之纖維狀高分子材料係在每一種素材，具有不同之溫度－機械特性，一般在超過玻璃轉移溫度（Tg）之溫度環境下，降低機械強度（例如楊氏模數）。得知由於這樣而在企圖於更加高於該纖維狀高分子材料之玻璃轉移溫度（Tg）之高溫度（例如玻璃轉移溫度（Tg）為47℃的話，則成為80℃。）來驅動致動器之時，對於致動器之驅動安定性，造成不良影響。也就是說，發現在前述之高溫度來驅動致動器之狀態下，楊氏模數之降低係影響到固定張力（也就是拉伸應力）之降低，固定張力之降低係對於致動器之驅動安定性，造成不良影響。又，即使是在室溫之張力過度高，也會擔心致動器之纖維狀高分子材料之破裂等。

根據此種之見識，本發明之第一形態之致動器係正如以下。（1）：致動器係包括藉由加熱而進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動之纖維狀高分子材料以及固定前述纖維狀高分子材料之兩端之固定手段，前述纖維狀高分子材料之兩端係藉由前述之固定手段，以拉伸應力T（MPa）而進行固定，前述之拉伸應力T（MPa）係在和前述纖維狀高分子材料之纖維軸方向之楊氏模數E（MPa）之間，具有下列公式（1）之關係。 0.011×E≦T≦0.023×E　　‧‧‧‧（1）

（2）：如前述（1）所記載之致動器係還包括加熱用手段。（3）：如前述（1）或（2）所記載之致動器係構成前述纖維狀高分子材料之高分子，包含：具有非平行於前述纖維狀高分子材料之纖維軸之非平行之規則之高分子配向者。（4）：如前述（3）所記載之致動器係前述之纖維狀高分子材料，進行纏繞。 [發明效果]

本發明之致動器係可以在廣泛溫度範圍之環境下，發揮良好之驅動安定性。

圖1係顯示本發明之某一實施形態之致動器1之概略圖。致動器1係包括藉由加熱而進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動之纖維狀高分子材料10以及固定纖維狀高分子材料10之兩端之固定手段20、21，纖維狀高分子材料10之兩端係藉由固定手段20、21，以拉伸應力T（MPa）而進行固定，拉伸應力T（MPa）係在和纖維狀高分子材料10之纖維軸方向之楊氏模數E（MPa）之間，具有下列公式（1）之關係。

0.011×E≦T≦0.023×E　　‧‧‧‧（1）

前述之公式（1）係無關於纖維狀高分子材料之玻璃轉移溫度（Tg），可以是任何一種溫度，也可以是纖維狀高分子材料之Tg－22℃以上、Tg以下之任何一種溫度，也可以是纖維狀高分子材料之Tg－22℃，也可以是纖維狀高分子材料之Tg－25℃。可以藉由在以固定手段20、21來固定纖維狀高分子材料10之時之拉伸應力T，成為公式（1）之條件，而使得實施形態之致動器1，在廣泛溫度範圍之環境下，得到安定之驅動性。

在實施形態之致動器，纖維狀高分子材料10係最好是進行纏繞。纏繞（也就是完成纏繞處理）之纖維狀高分子材料10係通常無捲繞螺旋，可以在仍然維持直線形狀之狀態下，藉由呈非線圈狀地插入纏繞，而得到纖維狀高分子材料。又，纏繞之纖維狀高分子材料10係可以在一般之纖維紡織、撚織之製程，在形成纖維狀形狀之階段，加入纏繞，也就是在纖維狀高分子材料之製造製程，進行纏繞。可以藉由纏繞纖維狀高分子材料10，而使得能夠以加熱來驅動之致動器，更加有效率地進行驅動。

可以在預先製造未處理之纖維狀高分子材料而然後藉由插入纏繞之方法來纏繞纖維狀高分子材料之狀態下，在25℃之環境下，例如直徑500μm之耐綸6,6之單長絲，來作為纖維狀高分子材料10，例如在進行纏繞而加入耐綸6,6之單長絲之楊氏模數之1×10^-3 ～1×10^-2 倍之適度之拉伸應力來無產生線圈化之時，得到旋轉至每1m之400～600次程度為止之非線圈狀之完成纏繞處理之單長絲。

又，可以在25℃之環境下，例如直徑250μm之耐綸6,6之單長絲，來作為纖維狀高分子材料10，在進行纏繞而加入耐綸6,6之單長絲之楊氏模數之1×10^-3 ～1×10^-2 倍之適度之拉伸應力來無產生線圈化之時，得到旋轉至每1m之850～1150次程度為止之非線圈狀之完成纏繞處理之單長絲。在超過該旋轉數而纏繞耐綸6,6之單長絲之時，恐怕會產生線圈化或者是發生破裂。又，在加入超過長絲之楊氏模數之1×10^-2 倍之拉伸應力之狀態下，有容易產生扭結（捲繞瘤）或者是長絲破裂之傾向發生。

像這樣，在該高分子之玻璃轉移溫度以下之溫度環境下（例如25℃），在加入適度之拉伸應力而纏繞由玻璃轉移溫度高於25℃之高分子來構成之纖維之時，可以在其溫度（25℃），一直到產生線圈化之即刻前之狀態為止，得到纏繞之非線圈狀之完成纏繞處理之單長絲。

又，在高於25℃之溫度、例如在更加高於構成企圖纏繞之未處理之纖維狀高分子材料之高分子之玻璃轉移溫度之高溫度而進行纏繞之狀態下，即使是直到更加多次之旋轉數為止而進行旋轉，也有無產生線圈化或纖維狀高分子材料之破裂而可以進行纏繞之狀態發生。

在纖維狀高分子材料10之玻璃轉移溫度以下之溫度環境下而加入纏繞之纖維狀高分子材料10，為了抑制纏繞回復至原本之作用，因此，最好是進行在該高分子之玻璃轉移溫度以上之環境來放置一定期間等之殘留應力緩和處理。又，在前述之記載，例舉取得完成纏繞處理之單長絲，來作為纖維狀高分子材料10，纖維狀高分子材料10係可以是完成纏繞處理之多重長絲。

正如後面敘述之實施例所示，可以藉由在室溫（25℃），對於成為該纖維狀高分子材料10之完成纏繞處理之單長絲（耐綸6,6），以具有前述公式（1）之關係之30MPa以上、50MPa以下之拉伸應力T，來進行固定，而在由室溫（25℃）開始至80℃為止之廣泛溫度範圍之環境下，保持安定之旋轉驅動性，得到賦予耐熱性之致動器。以耐綸6,6之完成纏繞處理之單長絲，作為纖維狀高分子材料，具有公式（1）之關係之高分子致動器係無損害室溫之驅動性之安定，發揮在80℃之高溫環境下之安定之驅動性。

又，在相對於纖維狀高分子材料10之纖維軸方向之楊氏模數E而拉伸應力T變高之狀態下，有致動器之輸出（例如功率Wr）降低之傾向發生。拉伸應力T係0.023×E以下，最好是0.022×E以下，更加理想是0.021×E以下，特別最好是0.020×E以下。

又，在相對於纖維狀高分子材料10之纖維軸方向之楊氏模數E而拉伸應力T變低之狀態下，有降低致動器之驅動安定性之傾向發生。拉伸應力T係0.011×E以上，最好是0.012×E以上，更加理想是0.013×E以上。

前述之纏繞（完成纏繞處理）之纖維狀高分子材料係可以包含構成纖維狀高分子材料之高分子，來具有非平行於前述纖維狀高分子材料之纖維軸之非平行之規則之高分子配向者。一般知道纖維狀高分子材料係藉由配向高分子鏈，而在纖維軸方向及其垂直方向，在構造和物性，顯示高度之異方性。這個係起因於高分子鏈呈平行地配向於纖維軸方向而容易形成結晶構造之緣故。構成纖維狀高分子材料之高分子係最好是包含：具有非平行於纖維狀高分子材料之纖維軸之非平行之規則之高分子配向者。構成纖維狀高分子材料之高分子來包含進行非平行於纖維軸之非平行之規則之高分子配向者係在纖維狀高分子材料來賦予旋轉驅動之機能之某一手段。可以藉由在纖維狀高分子材料，加入纏繞，來使得構成纖維狀高分子材料之高分子，成為斜行於纖維軸而呈規則地進行配向之狀態，可以由於需要，藉由進行退火而固定前述之狀態。構成纖維狀高分子材料之高分子來包含進行非平行於纖維軸之非平行之規則之配向者係可以藉由纖維狀高分子材料之小角X射線散亂分析和廣角X射線繞射分析，而進行特定。

實施形態之致動器係能夠在以具有規定之玻璃轉移溫度（Tg）之纖維狀高分子材料來作為驅動源之狀態下，在玻璃轉移溫度（Tg）附近之溫度，適度地進行驅動，並且，具有公式（1）之關係，因此，在包含玻璃轉移溫度（Tg）附近之溫度之廣泛溫度環境下，發揮良好之驅動安定性。因此，例如能夠藉由以玻璃轉移溫度（Tg）為45℃之耐綸6或玻璃轉移溫度（Tg）為47℃之耐綸6,6，來作為纖維狀高分子材料，而無損害室溫附近之驅動性，成為在大約80℃之高溫環境下之具有良好之驅動安定性之致動器。

由促進高分子之結晶化之觀點來看的話，則作為構成纖維狀高分子材料之高分子之種類係最好是線形之高分子。在此，所謂線形之高分子係指在主鏈無包含環狀構造者。作為線形之高分子係列舉在低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯等之聚烯烴、耐綸6、耐綸6,6等之耐綸、聚四氟乙烯、聚氯三氟乙烯、聚氟化乙烯叉、聚氟化乙烯、全氟烷氧基氟樹脂等之氟樹脂、丙烯樹脂、胺基甲酸乙酯樹脂等之中，在主鏈無具有環狀構造者。此外，所謂纖維狀高分子材料係能夠是由高分子材料而組成之纖維。在實施形態之致動器，構成纖維狀高分子材料之高分子之玻璃轉移溫度（Tg）係最好是高於25℃，高分子之玻璃轉移溫度（Tg）係最好是40℃以上。又，作為高分子之玻璃轉移溫度（Tg）之上限係最好是160℃以下，更加理想是90℃以下，甚至最好是60℃以下。例如作為高分子之種類係列舉耐綸6（Tg：45℃）、耐綸6,6（Tg：47℃）等之耐綸、聚甲基甲基丙烯酸酯（Tg：100℃）等之丙烯樹脂、聚伸乙基對苯二甲酸酯（Tg：80℃）等之聚酯樹脂、聚碳酸酯（Tg：145℃）、聚氯乙烯（Tg：82℃）、聚碳酸酯（Tg：150℃）、聚醚醚酮（Tg：143℃）等。又，作為玻璃轉移溫度（Tg）為25℃以下之高分子種類係列舉聚乙烯（Tg：－120℃）、聚丙烯（Tg：－20℃）等。

在實施形態之致動器，例如是以玻璃轉移溫度（Tg）為47℃之耐綸6,6來作為纖維狀高分子材料之致動器的話，則能夠無損害室溫附近之驅動性，並且，在包含大約80℃之高溫環境下之廣泛溫度範圍，成為具有良好之驅動安定性之致動器。例如是以玻璃轉移溫度（Tg）為－120℃之聚乙烯來作為纖維狀高分子材料之致動器的話，則能夠在包含－120℃附近之廣泛溫度範圍，成為具有良好之驅動安定性之致動器。例如能夠藉由以玻璃轉移溫度（Tg）為143℃之聚醚醚酮，來作為纖維狀高分子材料，而在包含143℃附近之廣泛溫度範圍，成為具有良好之驅動安定性之致動器。

實施形態之致動器係像這樣，可以在包含纖維狀高分子材料之玻璃轉移溫度（Tg）之Tg±40℃之廣泛溫度範圍，成為具有良好之驅動安定性之致動器。考慮致動器之使用環境，在提高致動器之驅動安定之可能性之高溫度範圍，包含室溫，由所謂具有良好之通用性之觀點來看的話，則纖維狀高分子材料之玻璃轉移溫度（Tg）係超過25℃，特別最好是60℃以下。

構成纖維狀高分子材料之高分子係最好是結晶性。纖維狀高分子材料之高分子之結晶化度係最好是50％以上，更加理想是55～90％。藉由結晶化度成為此種範圍，而提高分子配向之異方性，作為致動器之良好效果係變得容易。

在實施形態之致動器，纖維狀高分子材料係可以包含單長絲纖維，也可以是由單長絲纖維而組成，也可以包含多重長絲纖維，也可以是由多重長絲纖維而組成。纖維狀高分子材料係可以是加入纏繞之單長絲纖維，也可以是一直到產生線圈化之即刻前為止、也就是一直到產生腫瘤之即刻前為止而加入纏繞之單長絲纖維。

實施形態之致動器係包括固定纖維狀高分子材料10之兩端之固定手段20、21。固定手段20、21係如果是可以藉由規定之拉伸應力T而固定纖維狀高分子材料10之兩端的話，則並無限制。能夠僅是可以呈一定地固定纖維狀高分子材料10之長度之夾頭（也就是固定治具），也能夠是包括可以調整拉伸應力T之彈簧之固定手段。

在實施形態之致動器，纖維狀高分子材料10係藉由加熱而進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動。實施形態之致動器係可以包括加熱手段，也可以無包括加熱手段而反應於外部之環境溫度，進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動。

作為實施形態之致動器之所包括之加熱手段係最好是直接地接合在纖維狀高分子材料之導電體。加熱手段係最好是在纖維狀高分子材料，呈螺旋狀地設置規定之間隙而捲繞之線狀導電體。可以藉由在導電體，施加電壓，而加熱纖維狀高分子材料。圖2係顯示在直徑D₁₀ 之纖維狀高分子材料10，呈螺旋狀地設置規定之間隙間隔I而捲繞之直徑D₁₁ 之線狀導電體11之例子之概略圖。

作為線狀導電體11係列舉金屬線和碳奈米管之線。作為理想之金屬線係列舉鎢線、不銹鋼線、銅線等。

纖維狀高分子材料10之直徑D₁₀ 係可以是0.01mm＜D₁₀ ≦40mm，也可以是0.05mm＜D₁₀ ≦10mm，也可以是0.1mm＜D₁₀ ≦1mm。

又，纖維狀高分子材料10和線狀導電體11之剖面係以圓形，作為前提而進行說明，但是，可以是概略圓形，也可以是概略橢圓形，也可以是偏平形狀。此時，其概略圓形、概略橢圓形或偏平形狀之長徑係可以理解置換成為圓形之直徑D₁₁ 或D₁₀ （也就是換算成為海伍德直徑（Heywood diameter））。

因為致動器1之每一長度之電阻成為適當之範圍，因此，可以適度地設計纖維狀高分子材料10之直徑D₁₀ 、線狀導電體11之直徑D₁₁ 和線狀導電體11之間距（I＋D₁₁ ）。在纖維狀高分子材料10之直徑D₁₀ 例如為0.1mm＜D₁₀ ≦1mm之時，線狀導電體11之直徑D₁₁ 係最好是1μm≦D₁₁ ≦1000μm，更加理想是5μm≦D₁₁ ≦500μm，特別最好是10μm≦D₁₁ ≦100μm。

纖維狀高分子材料10之直徑D₁₀ 和線狀導電體11之直徑D₁₁ 之間之關係，最好是0.001≦D₁₁ ／D₁₀ ＜2，更加理想是0.005≦D₁₁ ／D₁₀ ≦1.0，特別最好是0.01≦D₁₁ ／D₁₀ ≦0.5。

線狀導電體11之直徑D₁₁ 和線狀導電體11之導電體間距離I之間之關係，最好是0.01≦I／D₁₁ ≦10，更加理想是0.05≦I／D₁₁ ≦5，特別最好是0.1≦I／D₁₁ ≦3。

線狀導電體11和纖維狀高分子材料10之所形成之角度θ係0°＜θ≦90°，最好是30°≦θ≦90°，更加理想是45°≦θ≦75°。

線狀導電體11係最好是固定於纖維狀高分子材料10。最好是在纖維狀高分子材料10，呈螺旋狀地捲繞線狀導電體11而進行接合‧固定。可以在捲繞線狀導電體11之纖維狀高分子材料10之表面，塗佈接著劑，進行乾燥‧硬化，線狀導電體11固定於纖維狀高分子材料10之表面，可以在纖維狀高分子材料10之表面，預先塗佈接著劑，然後，在纖維狀高分子材料10之表面之接著劑層上，捲繞線狀導電體11，進行乾燥‧硬化，線狀導電體11固定於纖維狀高分子材料10之表面上。

在纖維狀高分子材料10呈螺旋狀地捲繞線狀導電體11而進行接合‧固定之形態係可以使得線狀導電體11呈完全地被覆於接著劑之樹脂硬化物，可以在線狀導電體11之螺旋構造之相鄰接之間隙，填充接著劑之樹脂硬化物，露出線狀導電體11之一部分。

藉由在纖維狀高分子材料10呈螺旋狀地捲繞線狀導電體11，進行接合‧固定，而容易防止線狀導電體11和纖維狀高分子材料10之表面上之固定位置來發生偏離。

在圖3，說明本發明之致動器之製造方法之一例。首先，在藉由固定手段20而固定已經完成纏繞處理之單長絲之纖維狀高分子材料10之一端後，在纖維狀高分子材料10之其他端，降下錘子40。如果是預先測定該已經完成纏繞處理之單長絲之楊氏模數E的話，則可以藉由調整錘子40之重量，而調整拉伸應力T，具有公式（1）之關係。此外，能夠藉由以固定手段21，來固定纖維狀高分子材料10，而使得致動器，包括纖維狀高分子材料10以及固定纖維狀高分子材料10之兩端之固定手段20、21，使得纖維狀高分子材料10之兩端，藉由固定手段20、21而進行固定，成為具有公式（1）之關係之致動器。

又，例如藉由在以固定手段20、21來固定之纖維狀高分子材料10之中央，設置不銹鋼板等之動力傳達手段30，在該不銹鋼板之一端或兩端，連接應該賦予運動之對象，而使得致動器，發揮作為動力源之機能。在該構造，在纖維狀高分子材料10之中，可以藉由加熱固定手段20、21間之範圍之固定手段20部位之一半之部分，而對於動力傳達手段30，賦予以纖維狀高分子材料10之纖維軸來作為中心之旋轉驅動。又，在纖維狀高分子材料10之中，可以藉由加熱前述範圍之固定手段21部位之一半之部分，而對於動力傳達手段30，賦予以纖維狀高分子材料10之纖維軸來作為中心之逆向之旋轉驅動。 [實施例]

在以下，藉由具體之實施例而關於本發明，進行更加詳細之說明。但是，本發明係完全無限定於以下顯示之實施例。

[纖維狀高分子材料之楊氏模數之評價] 採取在實施例和比較例而得到之已經完成纏繞處理之單長絲（直徑0.5mm、纏繞次數500次／m）之15cm，以試驗長度10cm，來安裝於附設恆溫槽之拉伸試驗機（INSTRON公司製之拉伸試驗機5581）。分別使得恆溫槽，保持在25℃、40℃及80℃，在安裝長絲之後，靜置5分鐘以上，然後，進行拉伸試驗。拉伸速度係以10mm／分而進行，由得到之應力－變形曲線之直線區域而算出楊氏模數。

[致動器之動作安定性之評價] 在實施例和比較例而得到之加熱應對型致動器之附有細線之單長絲之中央（由端部開始4cm之部分），固定作為動力傳達手段之幅寬4mm×長度4cm×厚度1mm之不銹鋼板之2片（參考圖1）。該不銹鋼板之合計之重量係6g。在25℃之環境下，對於由附有細線之單長絲之某一邊之端部之固定部分開始至中央板為止之一半長度之部分，施加5V之直流電壓，引起旋轉運動，旋轉中央之不銹鋼板。在不銹鋼板之水平狀態為初期之角度時，於旋轉＋20度之時間點，切斷直流電源，也在即刻後，在由另一邊之附有細線之單長絲之端部固定部分開始至中央之不銹鋼板為止之一半長度之部分，同樣地施加5V之直流電壓，使得不銹鋼板，持續地進行相反於先前之相反方向之旋轉，直到達到－20度為止。藉由重複地進行60次之同樣操作，在每個週期，計測引起在各個旋轉方向之運動之時間（「半週期時間」）t，算出半週期時間t之相對標準偏差（RSD），而進行比較‧評價。在40℃及80℃，進行相同之動作試驗，在各個之溫度條件，算出半週期時間t之相對標準偏差（RSD）。關於相對標準偏差（RSD），以低於5％者，作為「良好」，高於5％者，作為「不良」而進行評價。

[致動器之功率之測定] 使用圖4和圖5，說明致動器之功率之測定方法。在成為實施例和比較例而得到之致動器之纖維狀高分子材料10之附有細線之長絲之中點，安裝成為動力傳達手段30之長度40mm、幅寬7mm、厚度1mm、重量2g之不銹鋼板，而相對於附有細線之長絲，呈直角地進行交差。正如圖4所示，將該測定用致動器，設置於設置用治具70、71，使得附有細線之長絲和不銹鋼板，皆成為水平，在成為動力傳達手段30之不銹鋼板之兩端，呈可以忽視重量之程度地接合微細之直徑0.1mm之耐綸線50、51。接著，在不銹鋼板之各個兩端之上方，正如圖4所示，設置滑輪61和附角度計滑輪60。滑輪61和附角度計滑輪60之位置係耐綸線50、51呈垂直地進行延伸而到達至滑輪61和附角度計滑輪60之間之接點之位置。滑輪61和附角度計滑輪60之直徑係皆10mm。接著，在由附角度計滑輪60開始下垂之耐綸線50中之無連接到不銹鋼板之部位之前端以及在由和附角度計滑輪60之間之接點開始之下方15cm之位置，安裝7g之錘子41。另一方面，在由無附有角度計之滑輪61開始下垂之耐綸線51中之無連接到不銹鋼板之部位之前端，安裝5g之錘子42。

接著，在25℃之環境下，卸除設置用治具70、71，在對於由成為纖維狀高分子材料10之附有細線之單長絲之某一邊之端部之固定部分開始至成為中央之動力傳達手段30之不銹鋼板為止之一半長度之部分而施加12V之直流電壓2秒鐘之時，正如圖5（a）所示，附有細線之單長絲係進行旋轉驅動而降吊7g之錘子41。接著，在對於附有細線之單長絲之相反側之一半長度之部分而施加12V之直流電壓2秒鐘之時，正如圖5（b）所示，附有細線之單長絲係進行旋轉驅動而上吊7g之錘子41。以這個為1週期，對於舉起成為兩側之錘子之重量差之2g之工作，重複地進行50次之週期。由角度計之角度而計算該1週期之舉起重量差2g之2秒鐘之錘子之移動量d（mm），使用該值，由下列之公式（2），計算功率Wr，求出50次週期之平均。 Wr（μJ／秒）＝2（g）÷1000×9.8×d（mm）÷1000×10⁶ ÷2（秒）＝9.8×d（μJ／秒）　　　　‧‧‧（2）

[實施例1] 以荷重400g和纏繞次數500次／m之條件，來纏繞由直徑0.5mm之耐綸6,6（Tg：47℃）而組成之單長絲（日本東麗單長絲公司製），在180℃、40分鐘之條件，進行退火，得到完成纏繞處理之單長絲。在藉由前述之評價法而測定該完成纏繞處理之單長絲之楊氏模數之時，25℃之楊氏模數係2.27GPa。此外，在纏繞前之耐綸6,6之單長絲之25℃之楊氏模數係3.02GPa，在纏繞後之40℃之楊氏模數E係1.43GPa，80℃之楊氏模數E係0.95GPa。

接著，在完成纏繞處理之單長絲之周圍，捲繞直徑0.03mm之鎢細線而成為加熱手段。鎢細線之捲繞間距（一捲之細線之1條細線份量之幅寬和該細線及相鄰接之細線間之距離之和）係0.12mm。採取得到之附有細線之單長絲（也就是纖維狀高分子材料10），將某一邊之端部開始5mm之部分，固定在設置間隔而設置2個夾頭之治具之某一邊之夾頭（也就是固定手段20）（參考圖3。）。接著，附有細線之單長絲之其他邊之端部係在通過另一個之夾頭（也就是固定手段21）之後，連接於600g之錘子40，在附有細線之長絲，施加相等於施加在該錘子40之重力之張力。接著，藉由在該狀態下，關閉下方之夾頭（也就是固定手段21），進行固定，而以張力600gf（600g÷1000×9.8÷（（0.25mm÷1000）² ×π）÷10⁶ ≒30MPa），來固定附有細線之長絲。貼附於附有細線之長絲之夾頭間之部分之長度係7cm。像這樣而得到動作安定性評價用之加熱應對型致動器。又，藉由相同之程序，以貼附於附有細線之長絲之夾頭間之部分之長度，作為10cm，而得到功率測定用之加熱應對型致動器。

關於實施例1之功率測定用之加熱應對型致動器，將藉由前述之方法而進行功率測定之結果，顯示於表1。關於實施例1之動作安定性評價用之加熱應對型致動器，將在25℃、40℃及80℃之各溫度環境下、藉由前述之方法而進行動作安定性評價之結果，顯示於圖6及表1。

[實施例2] 除了變更錘子40之質量，使得固定附有細線之長絲之張力，成為800gf（大約40MPa）以外，其餘係相同於實施例1而得到加熱應對型致動器。關於實施例2之功率測定用之加熱應對型致動器，將藉由前述之方法而進行功率測定之結果，顯示於表1。關於實施例2之動作安定性評價用之加熱應對型致動器，將在25℃、40℃及80℃之各溫度環境下、藉由前述之方法而進行動作安定性評價之結果，顯示於表1。

[實施例3] 除了變更錘子40之質量，使得固定附有細線之長絲之張力，成為1000gf（大約50MPa）以外，其餘係相同於實施例1而得到加熱應對型致動器。關於實施例3之功率測定用之加熱應對型致動器，將藉由前述之方法而進行功率測定之結果，顯示於表1。關於實施例3之動作安定性評價用之加熱應對型致動器，將在25℃、40℃及80℃之各溫度環境下、藉由前述之方法而進行動作安定性評價之結果，顯示於表1。

[比較例1] 除了變更錘子40之質量，使得固定附有細線之長絲之張力，成為400gf（大約20MPa）以外，其餘係相同於實施例1而得到加熱應對型致動器。關於比較例1之功率測定用之加熱應對型致動器，將藉由前述之方法而進行功率測定之結果，顯示於表1。關於比較例1之動作安定性評價用之加熱應對型致動器，將在25℃、40℃及80℃之各溫度環境下、藉由前述之方法而進行動作安定性評價之結果，顯示於圖7及表1。

[表1] （表1）

得知實施例1～3以及比較例1之功率測定用之加熱應對型致動器係皆以9μJ／s以上之功率，發揮機能。

關於實施例1～3以及比較例1之動作安定性評價用之加熱應對型致動器，在藉由前述之方法而進行動作安定性之評價時，在25℃及40℃之評價，皆為「良好」之判定。接著，在實施例1～3之加熱應對型致動器，即使是80℃之高溫，動作安定性評價之判定係也是「良好」，但是，在比較例1之加熱應對型致動器，在80℃之高溫，動作安定性評價之判定係成為「不良」結果。

得知可以藉由以固定手段20、21而固定纖維狀高分子材料10之時之拉伸應力T，來作為公式（1）之條件，而使得致動器1，得到在廣泛溫度範圍之環境下之安定之驅動性。

各實施形態之各構造以及這些之組合等係一例，可以在無脫離本發明宗旨之範圍內，進行構造之附加、省略、置換以及其他之變更。又，本發明係並無由於各實施形態而受到限定，僅由於申請專利範圍（請求項）之範圍而受到限定。 [產業上之可利用性]

本發明之致動器係可以成為藉由加熱而進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動之致動器，使用在各種物品之動力化用途。

1‧‧‧致動器 10‧‧‧纖維狀高分子材料 11‧‧‧線狀導電體 20、21‧‧‧固定手段 30‧‧‧動力傳達手段 40、41、42‧‧‧錘子 50、51‧‧‧耐綸線 60‧‧‧附角度計滑輪 61‧‧‧滑輪 70、71‧‧‧設置用治具 I‧‧‧線狀導電體之螺旋構造之所鄰接之線狀導電體間之間隙間隔 D₁₀‧‧‧纖維狀高分子材料之直徑 D₁₁‧‧‧線狀導電體之直徑 T‧‧‧藉由固定手段而造成對於纖維狀高分子材料之拉伸應力 E‧‧‧纖維狀高分子材料之楊氏模數 d‧‧‧錘子之移動量

圖1係顯示本發明之某一實施形態之致動器之概略圖。圖2係顯示本發明之某一實施形態之致動器之要部之概略圖。圖3係顯示本發明之某一實施形態之致動器之製造方法之一例之概略圖。圖4係顯示致動器之功率之測定方法之概略圖。圖5係顯示致動器之功率之測定方法之概略圖。圖6係顯示實施例之致動器之動作安定性評價結果之一例之圖形。圖7係顯示比較例之致動器之動作安定性評價結果之一例之圖形。

1‧‧‧致動器

10‧‧‧纖維狀高分子材料

20、21‧‧‧固定手段

30‧‧‧動力傳達手段

Claims

一種致動器，包括藉由加熱而進行以纖維軸來作為中心之旋轉驅動之纖維狀高分子材料以及固定前述纖維狀高分子材料之兩端之固定手段，其中，前述纖維狀高分子材料係以非線圈狀進行纏繞，前述纖維狀高分子材料之兩端係藉由前述之固定手段，以拉伸應力T(MPa)而進行固定，前述之拉伸應力T(MPa)係在和前述纖維狀高分子材料之纖維軸方向之楊氏模數E(MPa)之間，具有下列公式(1)之關係：0.011×E≦T≦0.023×E‧‧‧‧(1)。
如申請專利範圍第1項之致動器，其中，由單長絲來作為前述纖維狀高分子材料。
如申請專利範圍第1或2項之致動器，其中，還包括加熱用手段，其中前述加熱用手段是在纖維狀高分子材料，呈螺旋狀地設置間隙而捲繞之線狀導電體。
如申請專利範圍第1或2項之致動器，其中，構成前述纖維狀高分子材料之高分子係包含：具有非平行於前述纖維狀高分子材料之纖維軸之非平行之規則之高分子配向者。