TWI821387B - 致動器 - Google Patents

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TWI821387B
TWI821387B TW108131820A TW108131820A TWI821387B TW I821387 B TWI821387 B TW I821387B TW 108131820 A TW108131820 A TW 108131820A TW 108131820 A TW108131820 A TW 108131820A TW I821387 B TWI821387 B TW I821387B
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日商琳得科股份有限公司
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Abstract

本發明為一種致動器，係具備：加熱致變形之纖維狀高分子材料、以及分散狀態的水滑石粒子。

Description

致動器
本發明係關於一種致動器。
本申請基於2018年9月7日於日本提出申請之特願2018-167911號主張其優先權，在此援引該內容。
先進國家之高齡化社會的到來、機器人工學的發達、人類的知識活動之轉換等，需要各樣物品的動力化，而提出了各種的致動器。
例如，專利文獻1揭示了一種高分子致動器，係含有插捻為線圈狀或是非線圈狀之聚合物纖維，藉由加熱而賦予扭轉操作(亦即旋轉驅動)。
含有插捻為非線圈狀之聚合物纖維之致動器，係藉由以下方式形成：選擇單絲紗或是多絲紗之以高強度且高度地鏈配向之前驅物聚合物纖維，並插捻前述前驅物聚合物纖維至不生成線圈化的等級為止。
含有插捻為線圈狀之聚合物纖維之致動器，係藉由以下的方式形成：將前述前驅物聚合物纖維插捻至發生線圈化為止、或是將前述前驅物聚合物纖維插捻至不生成線圈化的等級為止，然後以和最初插捻為相同方向或是相反方向插入線圈化。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2016-42783號公報。
像這樣藉由加熱而發生變形可對外部作功之加熱響應性致動器，加熱(例如由室溫加熱至80℃)所致之由「形狀A」變形至「形狀B」以及藉由之後的冷卻所致變形(「形狀B」至「形狀A」)的二種狀態變化速度，會決定致動器的響應速度。若進行適用於聚合物纖維之加熱手段之例如對纏繞在周圍之線狀導體施加電壓所致之加熱與自然冷卻(空氣冷卻)而構成之加熱/冷卻程序的情況，相較於加熱而言冷卻會有大幅變慢的問題。
原因之一可列舉是構成聚合物纖維之高分子材料的低導熱係數(大約0.15W/mK至0.3W/mK)。取決於驅動致動器之溫度環境，可能有致動器的驅動穩定性降低的情況。
本發明係有鑑於上述情況而完成，目的在於提供一種致動器，可加快構成致動器之纖維狀高分子材料的冷卻速度，並可提高響應速度。
為了達成上述目的，本發明人經研究之結果，發現具備加熱致變形之纖維狀高分子材料之致動器若進而具備分散狀態的水滑石粒子，可加快經加熱之纖維狀高分子材料的冷卻速度，並提高響應速度。
亦即本發明係含有以下的態樣。
〔1〕一種致動器，係具備：加熱致變形之纖維狀高分子材料、以及分散狀態的水滑石粒子。
〔2〕如前述〔1〕所記載之致動器，其中前述纖維狀高分子材料係藉由樹脂膜所被覆，前述水滑石粒子係分散於前述樹脂膜中。
〔3〕如前述〔2〕所記載之致動器，其中前述纖維狀高分子材料的導熱係數X(W‧m-1‧K-1)與前述樹脂膜的導熱係數Y(W‧m-1‧K-1)之間成立下述(式1)的關係： Y≧X+0.2‧‧‧(式1)
〔4〕如前述〔2〕或是〔3〕所記載之致動器，其中進而具備導體。
〔5〕如前述〔4〕所記載之致動器，其中前述導體係由導電性的線狀材料所形成。
〔6〕如前述〔5〕所記載之致動器，其中前述線狀材料係螺旋狀地纏繞在前述纖維狀高分子材料。
〔7〕如前述〔5〕或是〔6〕所記載之致動器，其中前述線狀材料係埋設在前述樹脂膜中。
〔8〕如前述〔4〕至〔7〕之任一項所記載之致動器，其中前述導體係藉由前述樹脂膜而接著或是固定在前述纖維狀高分子材料。
〔9〕如前述〔1〕至〔8〕之任一項所記載之致動器，其中前述纖維狀高分子材料係經過捻揉。
本發明的致動器，可加快經加熱之纖維狀高分子材料的冷卻，並可提高響應速度。
1,2,3,4:致動器
10:纖維狀高分子材料
11:水滑石粒子
12:線狀導體
13:樹脂膜(散熱層)
I:線狀導體的螺旋構造的相鄰之線狀導體彼此的間隙間隔
D10:纖維狀高分子材料的直徑
D11:線狀導體的直徑
圖1係表示本發明的第一實施形態之致動器之示意圖。
圖2係表示本發明的第二實施形態之致動器之示意圖。
圖3係表示本發明的第三實施形態之致動器之示意圖。
圖4係表示本發明的第四實施形態之致動器之示意圖。
圖5係表示本發明以及比較例的致動器的響應速度評價的結果之圖表。
在其中一個方面，本發明的致動器係具備加熱致變形之纖維狀高分子材料、以及水滑石粒子；前述水滑石粒子係分散在纖維狀高分子材料 中，或是前述水滑石粒子係分散在前述纖維狀高分子材料的表面所具備之樹脂膜中。
所謂「分散在纖維狀高分子材料中」，係指分散在纖維狀高分子材料的表面以及內部。
所謂「分散在樹脂膜中」，係指分散在樹脂膜的表面以及內部。
另外，本說明書中所謂「分散」，係指沒有顯著的偏差而存在於整體之狀態。
圖1係表示本發明的第一實施形態之致動器1之示意圖。
致動器1係具備加熱致變形之纖維狀高分子材料10、在纖維狀高分子材料10呈分散狀態的水滑石粒子11；前述水滑石粒子係以分散狀態包含在纖維狀高分子材料中。
致動器1係可藉由來自外部之加熱來賦予扭轉操作(亦即旋轉驅動)，藉由自然冷卻(空氣冷卻)而扭轉回復，可藉此賦予逆旋轉驅動。致動器1係具備分散狀態的水滑石粒子11，可加快纖維狀高分子材料10的冷卻，並提高致動器1的響應速度。
本發明的致動器中，水滑石粒子11係藉由具有散熱性之水滑石所構成。作為導熱係數高、且具有散熱性之材料一般而言可列舉如金屬或陶瓷，導熱係數雖然有1W/mK至1000W/mK者，但其中許多與有機材料之複合化很複雜，且由於高彈性率故若複合化則可能阻礙致動器機能。此外，這些材料一般而言不透射可見光，若使用這些材料，則可能變得難以視認出以下狀態：纖維狀高分子材料10的內部或是表面的狀態、或後述設置於纖維狀高分子材料10之線狀導體12等的加熱手段的狀態。本發明的致動器，水滑石粒子11係藉由具有散熱性之水滑石所構成，故可不阻礙致動器機能並與纖維狀高分子材料複合化。此外，水滑石粒子11在分散狀態為透明，例如有如下 優點：在製造時、製品檢查時不妨礙視覺上觀察纖維狀導體12的內部等。
作為水滑石粒子11的平均粒徑，可為0.05μm至100μm，亦可為0.1μm至30μm，亦可為0.5μm至10μm，亦可為1.0μm至5.0μm。
平均粒徑可藉由雷射繞射/散射式粒度分布測定裝置來測定。
水滑石粒子11較佳為具有如下述通式所示之構造的化合物。
[M2+ 1-xM3+ x(OH)2]x+[An- x/n‧mH2O]x-
〔式中，M2+為二價金屬，M3+為三價金屬，An-為n價陰離子，x為0<x<0.33的範圍，m為0至15。〕
上述通式中，作為二價金屬M2+，可列舉例如：Mg2+、Zn2+、Ni2+等。此處，二價金屬M2+係亦可為上述金屬的2種以上的混合物。此外，作為三價金屬M3+，可列舉例如：Al3+、Fe3+、Cr3+等。作為n價陰離子An-，可列舉例如：I-、Cl-、NO3-、HCO3 -、CO3 2-、水楊酸根離子、草酸根離子、檸檬酸根離子等。
作為水滑石粒子11，M2+為Mg2+、M3+為Al3+、An-為CO3 2-之Mg-Al-CO3系水滑石粒子係取得性以及散熱性良好，更為常使用。
致動器1可在構成纖維狀高分子材料10之材料分散了水滑石粒子11之後，成型為股狀藉此來製作。
相對於纖維狀高分子材料10的總質量，水滑石粒子11的含量較佳為0.1質量%至10質量%。
圖2係表示本發明的第二實施形態之致動器2之示意圖。另外，圖2之後的圖中，與已說明之圖所示之相同構成要素，係賦予和該已說明之圖的情況為相同之符號，且省略詳細的說明。
致動器2係加熱致變形之纖維狀高分子材料10被樹脂膜13所被覆，樹脂膜13中分散有水滑石粒子11。致動器2係可藉由來自外部之加熱來賦 予扭轉操作(亦即旋轉驅動)，藉由自然冷卻(空氣冷卻)而扭轉回復，可藉此賦予逆旋轉驅動。
在此所謂「被覆」，係指纖維狀高分子材料10的表面的一部分或是全部為樹脂膜13所覆蓋。
具備分散狀態的水滑石粒子11之樹脂膜13，係設置於纖維狀高分子材料10與外部的空氣層之間(亦即樹脂膜13係設置於纖維狀高分子材料10的表面)，故樹脂膜13作為散熱層而作用，可加快經加熱之纖維狀高分子材料10的冷卻，可提高致動器2的響應速度。
其中一方面，本發明的一實施形態之致動器2，係具備：加熱致變形之纖維狀高分子材料10、樹脂膜13、水滑石粒子11；水滑石粒子11係在樹脂膜13中以分散狀態來包含；樹脂膜13係設置在纖維狀高分子材料10的表面。
第二實施形態之致動器2中，樹脂膜13係被覆纖維狀高分子材料10。僅由導熱係數高、且具有散熱性之金屬或陶瓷等的材料來形成纖維狀高分子材料的散熱性被覆的情況，不僅有可能阻礙致動器機能，且在重複驅動之中也有被覆產生龜裂的疑慮。相對於此，致動器2係分散有水滑石粒子11之樹脂膜13來被覆纖維狀高分子材料10，故不會阻礙致動器機能，並避免在樹脂膜13產生龜裂的疑慮。
不含有水滑石粒子11之纖維狀高分子材料10的導熱係數X(W‧m-1‧K-1)、與含有水滑石粒子11之樹脂膜13的導熱係數Y(W‧m-1‧K-1)之間較佳為成立下述(式1)的關係。
Y≧X+0.2‧‧‧(式1)
成立(式1)的關係，可藉此強化樹脂膜13作為散熱層隻機能，更加速經加熱之纖維狀高分子材料10的冷卻，且更提高致動器2的響應速度。前述導熱係數X、與前述導熱係數Y之間，更佳為「Y≧X+0.3‧‧‧(式1’)」， 更佳為「Y≧X+0.4‧‧‧(式1”)」。
樹脂膜13的導熱係數Y(W‧m-1‧K-1)較佳為0.3以上，更佳為0.4以上。樹脂膜13的導熱係數Y的上限並沒有特別限制，較佳為100以下。
其中一方面，樹脂膜13的導熱係數Y較佳為0.3以上至100以下，更佳為0.4以上至100以下。
本說明書中，導熱係數係可藉由例如使用了ai-Phase.Co.,Ltd.的表面型熱擴散率測定裝置ai-Phase Mobile等之交流穩態法所獲得。
樹脂膜13係含有基材樹脂與水滑石粒子11。
樹脂膜13只要在基材樹脂中分散有水滑石粒子11即可，作為基材樹脂，可列舉：丙烯酸系樹脂、環氧系樹脂、矽氧系樹脂、胺基甲酸酯系樹脂、丙烯酸/矽氧系樹脂、丙烯酸/異氰酸酯系樹脂、聚酯/三聚氰胺系樹脂等。
致動器2係可在纖維狀高分子材料10的表面，藉由塗布含有前述基材樹脂以及水滑石粒子11之懸浮液而形成樹脂膜13來製作。若前述基材樹脂為水分散性的水系類型，則懸浮液可為水稀釋類型，若前述基材樹脂為有機溶劑分散性的漆(lacquer)類型，則懸浮液可為稀釋劑(thinner)稀釋類型。相對於基材樹脂100質量份，懸浮液可含有水滑石粒子10質量份至500質量份，亦可含有30質量份至400質量份，亦可含有50質量份至300質量份。
其中一方面，相對於基材樹脂100質量份，樹脂膜13可含有水滑石粒子10質量份至500質量份，亦可含有30質量份至400質量份，亦可含有50質量份至300質量份。
前述經塗布之樹脂膜13的厚度較佳為1μm至50μm，更佳為5μm至30μm，尤佳為10μm至20μm。
本說明書中，「厚度」可以在塗布、乾燥懸浮液之後包含纖維狀高分子材料朝與軸呈垂直之方向切割，並藉由光學顯微鏡之觀察來測定。
作為含有基材樹脂以及水滑石粒子之懸浮液，可以參考日本特開2003-309383號公報、特開2004-43612號公報、特開2006-124597號公報、特開2011-20870號公報、特開2014-237805號公報、國際公開第2010/050139號、國際公開第2011/111414號等所揭示之散熱性塗料組成物來調製以外，亦可使用市售的散熱性塗料(例如，GODO PRINTING INK MFG.CO.,LTD.製的Unicool(註冊商標)、Okitsumo Inc.製的Cooltech(註冊商標))。
本發明的致動器亦可進而具備導體。作為導體，較佳係由導電性的線狀材料所形成。
圖3係表示本發明的第三實施形態之致動器3之示意圖，表示在直徑D10的纖維狀高分子材料10纏繞直徑D11的線狀導體12為螺旋狀且設置預定的間隙間隔I之例。
致動器3，加熱致變形之纖維狀高分子材料10係被樹脂膜13所被覆，在樹脂膜13中分散有水滑石粒子11。更詳細而言，致動器3，加熱致變形之纖維狀高分子材料10係藉由含有分散狀態的水滑石粒子之樹脂膜13被覆全部或是一部分，在該週邊，線狀導體12纏繞為螺旋狀且設置預定的間隙。
其中一方面，本發明之一實施形態之致動器3，係具備加熱致變形之纖維狀高分子材料10、樹脂膜13、水滑石粒子11、線狀導體12；水滑石粒子11係在樹脂膜13中以分散狀態來包含；樹脂膜13係設置在纖維狀高分子材料10的表面；在樹脂膜13上(樹脂膜13之外部的空氣層側的面上)有線狀導體12纏繞為螺旋狀並設置預定的間隙。
致動器3係可藉由來自外部之加熱來賦予扭轉操作(亦即旋轉驅動)，藉由自然冷卻(空氣冷卻)而扭轉回復，可藉此賦予逆旋轉驅動。含有分散狀態的水滑石粒子11之樹脂膜13係設置在纖維狀高分子材料10與外部的空 氣層之間，故樹脂膜13作為散熱層而作用，可加速經加熱之纖維狀高分子材料10的冷卻，並可提高致動器3的響應速度。
致動器3中，線狀導體12係在樹脂膜13的外側纏繞成螺旋狀。致動器3係可在纖維狀高分子材料10的表面形成樹脂膜13之後，在樹脂膜13的外側將線狀導體12捲成螺旋狀來製作。
具備分散狀態的水滑石粒子11之樹脂膜13雖然作為散熱層而作用，但樹脂膜13亦可進而兼作為線狀導體12的固定手段。
例如，樹脂膜13係含有基材樹脂與水滑石粒子11，作為基材樹脂使用熱硬化性或是能量線硬化性的樹脂，在纖維狀高分子材料10的表面塗布含有樹脂膜13的材料成分之塗料組成物並形成接著劑層(亦即樹脂膜13)之後，在接著劑層之上纏繞線狀導體12，並乾燥、硬化接著劑層，藉此，線狀導體12亦可由樹脂膜13接著以及固定於纖維狀高分子材料10。
作為前述熱硬化性的樹脂，可列舉如：環氧樹脂、乙烯酯樹脂、乙烯醚樹脂、丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂、苯乙烯樹脂、以及苯酚樹脂等。
作為前述能量線硬化性的樹脂，並沒有特別限定，可使用公知者。
致動器3中，藉由來自外部之加熱故纏繞成螺旋狀之線狀導體12被加熱，纖維狀高分子材料10被加熱。
纏繞成螺旋狀線狀導體12，不會阻礙致動器機能、並可避免在線狀導體12產生龜裂的疑慮。
替代線狀導體12，例如使用金屬電鍍等的情況下，不僅有可能阻礙致動器機能，且在重複驅動之中也有被覆產生龜裂的疑慮。
其中一方面，纏繞有線狀導體12之纖維狀高分子材料10，亦可在纖維狀高分子材料10以及線狀導體12的外側(亦即纖維狀高分子材料10以及線狀導體12之外部的空氣層側之面上)形成樹脂膜13，線狀導體12埋設在樹脂 膜13中。
圖4係表示本發明的第四實施形態之致動器4之示意圖。
致動器4，加熱致變形之纖維狀高分子材料10被樹脂膜13所被覆，在樹脂膜13中分散有水滑石粒子11。更詳細而言，致動器4，在加熱致變形之纖維狀高分子材料10的周圍，線狀導體12係纏繞成螺旋狀並設置預定的間隙，在纖維狀高分子材料10以及線狀導體12的外側，形成含有分散狀態的水滑石粒子之樹脂膜13。致動器4中，線狀導體12係埋設在樹脂膜13中。致動器4亦可藉由來自外部之加熱來賦予扭轉操作(亦即旋轉驅動)，藉由自然冷卻(空氣冷卻)而扭轉回復，可藉此賦予逆旋轉驅動。具備分散狀態的水滑石粒子11之樹脂膜13係設置在纖維狀高分子材料10以及線狀導體12與外部的空氣層之間，故樹脂膜13可作為散熱層而作用，加速經加熱之纖維狀高分子材料10的冷卻，並提高致動器3的響應速度。
其中一方面，本發明之一實施形態之致動器4，係具備加熱致變形之纖維狀高分子材料10、樹脂膜13、水滑石粒子11、線狀導體12；水滑石粒子11係以分散在樹脂膜13中之狀態來包含；在纖維狀高分子材料10上(亦即纖維狀高分子材料10的周圍)有線狀導體12纏繞成螺旋狀並設置預定的間隙；在纖維狀高分子材料10以及線狀導體12上(亦即纖維狀高分子材料10以及線狀導體12之外部的空氣層側的面上)形成樹脂膜13；線狀導體12係埋設在樹脂膜13中。
致動器4，可在纖維狀高分子材料10的表面，直接將線狀導體12捲成螺旋狀之後，藉由在纖維狀高分子材料10以及線狀導體12的外側的全部或是一部分形成樹脂膜13來製作。線狀導體12係埋設在含有分散狀態的水滑石粒子11之樹脂膜13中，藉此線狀導體12藉由樹脂膜13固定在纖維狀高分子材料10。於是，線狀導體12不會在纖維狀高分子材料10的周圍出現位偏，可長時間維持在致動器4的長度方向上均勻的驅動。具備分散狀態的水滑石粒子 11之樹脂膜13由於會改善冷卻‧散熱的效果，故較佳係接觸外部空氣，較佳係不另外設置線狀導體12的固定手段。本實施形態中，即使線狀導體12埋設在樹脂膜13中，具備分散狀態的水滑石粒子11之樹脂膜13為透明，故例如在製造時、製品檢查時對纖維狀高分子材料10以及線狀導體12可透過樹脂膜13來視認。
本發明的致動器中，加熱致變形之纖維狀高分子材料10較佳係經捻揉。為了獲得藉由加熱而驅動之致動器之纖維狀高分子材料10，通常是藉由在製造纖維之後插捻而獲得。此外，也可在一般的纖維的紡紗、捻紗的步驟中之形成纖維狀形狀的階段中施加捻揉，亦即亦可在纖維狀高分子材料的製造步驟中施以捻揉。
本發明的致動器中，纖維狀高分子材料10較佳為被施以捻揉直到快要產生線圈化(亦即被施以捻揉直到快要產生凸起)之單絲紗纖維，亦可為被施以捻揉直到產生線圈化(亦即被施以捻揉直到產生凸起)之線圈狀纖維。
此外，亦可藉由將施加捻揉後之單絲紗纖維纏繞在心軸等的方法所獲得之線圈狀纖維，此時，可朝與最初已施加之捻揉的方向為相同方向纏繞作成線圈狀纖維，也可朝與最初已施加之捻揉的方向為相反方向纏繞作成線圈狀纖維。朝與最初已施加之捻揉的方向為相同方向纏繞之線圈狀纖維，可發揮藉由加熱而收縮之致動器的作用。朝與最初已施加之捻揉的方向為相反方向纏繞之線圈狀纖維，可發揮藉由加熱而伸長之致動器之作用。這種情況，較佳係藉由先將芯棒插入線圈的內側，以防止伸長之作用朝橫向逸失。
預先製造未處理的纖維狀高分子材料，之後藉由插捻之方法來捻揉纖維狀高分子材料的情況，作為纖維狀高分子材料10，例如，將直徑500μm的尼龍6,6的單絲紗在25℃的環境下以例如施加尼龍6,6的單絲紗的楊格模數的1×10-3倍至1×10-2倍的適度的拉伸應力且不產生線圈化的方式捻揉，則可獲 得經每1m旋轉400次至600次左右的非線圈狀的經捻揉處理之單絲紗。
其中一方面，相對於直徑xmm的纖維，亦可插入每1m為250000/x±15%至20%之捻揉。
此外，作為纖維狀高分子材料10，例如，將直徑250μm的尼龍6,6的單絲紗在25℃的環境下，以施加尼龍6,6的單絲紗的楊格模數的1×10-3倍至1×10-2倍的適度的拉伸應力且不產生線圈化的方式捻揉，則可獲得經每1m旋轉850次至1150次左右的非線圈狀的經捻揉處理單絲紗，若超過該旋轉數而捻揉尼龍6,6的單絲紗，則可能產生線圈化、或是導致斷裂。此外，施加超過絲紗的楊格模數的1×10-2倍之拉伸應力的情況，可能有產生扭結(snarl；捲塊)，以及絲紗容易斷裂的傾向。
在纖維狀高分子材料10的玻璃轉移溫度以下的溫度環境下施加捻揉之纖維狀高分子材料10中，為了抑制捻揉回復原本狀態的作用，較佳係在該高分子的玻璃轉移溫度以上的環境放置一定期間等，來進行殘餘應力緩和處理。
一般而言已知，纖維狀高分子材料藉由高分子鏈配向，纖維軸方向與其垂直方向，在構造以及物性顯示高的異向性。這是由於高分子鏈配向於與纖維軸方向平行之方向，容易形成結晶構造。構成纖維狀高分子材料之高分子，較佳係包含具有與纖維狀高分子材料的纖維軸為非平行的規則性高分子配向的高分子。構成纖維狀高分子材料之高分子之所以包含具有與纖維軸為非平行的規則性高分子配向之高分子，是為賦予纖維狀高分子材料旋轉驅動之機能之一種手段。纖維狀高分子材料藉由加以捻揉、進行退火使得構成纖維狀高分子材料之高分子被固定在偏斜於纖維軸且規則性配向之狀態。
本發明的致動器中，作為構成纖維狀高分子材料之高分子的種 類，可列舉如：尼龍6、尼龍6,6等的尼龍、聚甲基丙烯酸甲酯等的丙烯酸樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯等的聚酯樹脂、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烴樹脂等。
構成纖維狀高分子材料之高分子較佳為結晶性。纖維狀高分子材料之高分子的結晶化度，較佳為50%以上，更佳為55%至90%。藉由結晶化度在該範圍，容易成為分子配向的異向性高、且作為致動器的效果優異者。
本發明的致動器中，纖維狀高分子材料亦可為單絲纖維、亦可為由複絲纖維所構成。
其中一方面，本發明之所謂「加熱致變形之纖維狀高分子材料」係下述纖維狀的高分子材料：包含具有與纖維軸為非平行的規則性高分子配向之高分子鏈，並施加捻揉、進行退火藉此構成之高分子被固定於偏斜於纖維軸且規則的配向之狀態。
相對於直徑xmm的纖維，前述捻揉較佳為每1m為250000/x±15%至20%。
構成前述纖維狀高分子材料之高分子，較佳為尼龍6、尼龍6,6等的尼龍、聚甲基丙烯酸甲酯等的丙烯酸樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯等的聚酯樹脂、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烴樹脂。
本發明的致動器中，纖維狀高分子材料10係可藉由加熱以纖維軸為中心而旋轉驅動。本發明的致動器係可具備藉由外部的加熱而被加熱之線狀導體，亦可不具備線狀導體而是反應外部的環境溫度並以纖維軸為中心來旋轉驅動。
作為線狀導體12，可列舉如金屬線材或奈米碳管的絲。作為較佳的金屬線材，可列舉如鎢線材。
線狀導體12較佳係在纖維狀高分子材料10上以1000次至10000次捲/m 的密度纏繞。
纖維狀高分子材料10的直徑D10可為0.01mm<D10≦40mm，亦可為0.05mm<D10≦10mm，亦可為0.1mm<D10≦1mm，亦可為0.1mm<D10≦0.5mm。
此外，線狀導體12的截面，以下以大致圓形為前提來說明，但亦可為略橢圓形，亦可為扁平的形狀。此時，可理解將該橢圓形或是扁平的形狀的長徑代換為直徑D11。
為了設本發明的致動器的單位長度的電阻在合適的範圍，可適宜設計纖維狀高分子材料10的直徑D10、線狀導體12的直徑D11、以及線狀導體12的節距(I+D11)。纖維狀高分子材料10的直徑D10係例如為0.1mm<D10≦1mm時，則線狀導體12的直徑D11較佳為1μm≦D11≦1000μm，更佳為5μm≦D11≦500μm，尤佳為10μm≦D11≦100μm。另一方面，亦可為10μm≦D11≦150μm。
纖維狀高分子材料10的直徑D10與線狀導體12的直徑D11的關係，較佳為0.001≦D11/D10<2，更佳為0.005≦D11/D10≦1.0，尤佳為0.01≦D11/D10≦0.5。
線狀導體12的直徑D11與線狀導體12的導體間距離I的關係較佳為0.01≦I/D11≦10，更佳為0.05≦I/D11≦5，尤佳為0.1≦I/D11≦3。
另外所謂「線狀導體12的導體間距離I」，係指線狀導體12的螺旋構造中相鄰之線狀導體12彼此的最短距離。
在平面圖中，線狀導體12與纖維狀高分子材料10所形成的角度θ為0°<θ≦90°，較佳為30°≦θ≦90°，更佳為45°≦θ≦75°。
本發明的致動器較佳係橫向靜置時的長度為1cm至100cm，更佳為1cm至50cm，尤佳為1cm至10cm。
以上對於該發明的實施形態參照化學式以及圖式而詳述，但為實施形態之各構成以及該些組合等之一例，只要不背離本發明的精神之範圍，可附加、省略、代換構成以及其它變更。此外，本發明並不為各實施形態所限定，而僅由請求項(claim)的範圍所限定。
其中一方面，本發明之一實施形態之致動器，係具備加熱致變形之纖維狀高分子材料、樹脂膜、水滑石粒子、線狀導體；水滑石粒子係在樹脂膜中以分散狀態來包含；在纖維狀高分子材料上線狀導體纏繞成螺旋狀；在纖維狀高分子材料以及線狀導體上形成樹脂膜13；線狀導體12係埋設在樹脂膜13的內側；前述纖維狀高分子材料較佳為尼龍6,6絲紗；前述尼龍6,6絲紗較佳係直徑D10為0.1mm<D10≦0.5mm，捻揉密度較佳為400次/m至600次/m；前述樹脂膜的導熱係數較佳為0.4以上至0.45以下；前述線狀導體較佳為銅線材；前述銅線材較佳係以1000次捲/m至1600次捲/m來捲繞在前述纖維狀高分子材料上。
[實施例]
以下藉由具體的實施例對於本發明進行更詳細地說明。但是本發明並不限定於以下所示之實施例。
〔冷卻速度評價〕
對於以預定的方法所作成之加熱響應性致動器的線狀導體施加電壓(8V直流)，並加熱至110℃之後，除去電壓，在室溫(25℃)無風的環境下等待表面溫度降至50℃。測量該溫度變化所需要的時間。溫度的測量係使用FLIR公司製熱像儀「FLIR One」。
〔熱冷循環時間評價〕
冷卻速度評價中，重覆以下流程：在表面溫度降低至30℃的時間點重新開始加熱，在表面溫度110℃除去電壓藉此開始空氣冷卻，在表面溫度30℃重 新開始加熱。從加熱開始到冷卻後至溫度降低至50℃為止作為一循環，追蹤一循環之各時間經過時的溫度變化。結果如圖5所示。圖中，「Coated」表示實施例1，「Bare」表示比較例1。此外，測定一循環所需要之時間(熱冷循環時間)。
〔絲紗以及金屬線材的視認性〕
藉由目視觀察加熱響應性致動器，判斷絲紗表面以及金屬線材是否可視認。
[實施例1]
將東麗單絲製尼龍6,6絲紗(直徑0.5mm，導熱係數=0.2W/mK)以500次/m的捻揉密度(每單位長度的捻揉次數)來捻揉，進行180℃ 40分鐘的退火處理。在所獲得之經捻紗之絲紗的周圍以1600次捲/m的密度纏繞銅線材(直徑0.15mm)，從上方塗布厚度20μm的樹脂中混合有高散熱性的水滑石粒子之散熱性塗料(GODO PRINTING INK MFG.CO.,LTD.製的Unicool(註冊商標)UC-001、導熱係數0.45W/mK)，經120℃ 20分鐘的乾燥。將該加工絲紗以與捻揉相同旋轉方向以直徑2mm的金屬棒為中心纏繞成線圈狀，進行了180℃ 40分鐘的退火處理。之後去除金屬棒且獲得伸縮型的加熱響應性致動器。關於加熱響應性致動器的絲紗以及金屬線材的視認性，絲紗表面以及金屬線材皆可通過散熱性塗料的塗膜而可視認。
採取所作成之實施例1的致動器10cm(將線圈狀的加熱響應性致動器橫向靜置時的長度)，在上下方向固定上端，在下端懸掛20g的重錘。當對致動器全長施加8V的直流電壓(對銅線材施加)時，致動器收縮並拉起重錘。之後，若在當表面溫度到達110℃的時間點除去電壓，則慢慢地致動器伸長至原本長度，且重錘下降。
〔比較例1〕
除了不塗布散熱性塗料以外係與實施例1同樣的方式來獲得加熱響應性致動器。
Figure 108131820-A0305-02-0019-2
實施例1的致動器相較於比較例1的致動器，冷卻速度極快、且熱冷循環時間可縮短。
[產業可利用性]
本發明的致動器，作為加熱致變形之致動器，可用於各種物品的動力化的用途，因此在產業上非常有效。
1:致動器
10:纖維狀高分子材料
11:水滑石粒子

Claims (7)

  1. 一種致動器，係具備：加熱致變形之纖維狀高分子材料、以及分散狀態的水滑石粒子；前述纖維狀高分子材料係由樹脂膜所被覆，前述水滑石粒子係分散於前述樹脂膜中；前述纖維狀高分子材料的導熱係數X(W‧m-1‧K-1)與前述樹脂膜的導熱係數Y(W‧m-1‧K-1)之間成立下述(式1)的關係：Y≧X+0.2‧‧‧(式1)。
  2. 如請求項1所記載之致動器，其中進而具備導體。
  3. 如請求項2所記載之致動器，其中前述導體係由導電性的線狀材料所形成。
  4. 如請求項3所記載之致動器，其中前述線狀材料係螺旋狀地纏繞在前述纖維狀高分子材料。
  5. 如請求項3所記載之致動器，其中前述線狀材料係埋設在前述樹脂膜中。
  6. 如請求項2所記載之致動器，其中前述導體係藉由前述樹脂膜而接著或是固定在前述纖維狀高分子材料。
  7. 如請求項1所記載之致動器，其中前述纖維狀高分子材料係經過捻揉。
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