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JP7665371B2 - ACTUATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING ACTUATOR - Google Patents

ACTUATOR AND METHOD FOR MANUFACTURING ACTUATOR Download PDF

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JP7665371B2
JP7665371B2 JP2021050121A JP2021050121A JP7665371B2 JP 7665371 B2 JP7665371 B2 JP 7665371B2 JP 2021050121 A JP2021050121 A JP 2021050121A JP 2021050121 A JP2021050121 A JP 2021050121A JP 7665371 B2 JP7665371 B2 JP 7665371B2
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Description

本発明は、アクチュエータ及びアクチュエータの製造方法に関する。 The present invention relates to an actuator and a method for manufacturing an actuator.

先進国における高齢化社会の到来、ロボット工学の発達、人類の知的活動へのシフト等から、様々な物品の動力化が求められており、種々のアクチュエータが提案されている。
例えば、特許文献1には、コイル状又は非コイル状に撚りが導入されたポリマーファイバーを含むアクチュエータが開示されている。
Due to the advent of aging societies in developed countries, advances in robotics, and the shift towards intellectual activities among humans, there is a demand for powering a variety of items, and various actuators have been proposed.
For example, Patent Document 1 discloses an actuator including a polymer fiber into which twist has been introduced in a coiled or non-coiled form.

非コイル状に撚りを導入されたポリマーファイバーを含むアクチュエータは、シングルフィラメント又はマルチフィラメントの高強度で高度に鎖配向した前駆体ポリマーファイバー(以下、繊維状高分子材料ともいう。)を選択し、コイル化を生成しないレベルまで、前記繊維状高分子材料に撚りを導入することにより形成される。 An actuator containing a polymer fiber with non-coiled twist is formed by selecting a single filament or multifilament precursor polymer fiber (hereinafter also referred to as a fibrous polymer material) that is high strength and highly chain-oriented, and introducing twist into the fibrous polymer material to a level that does not produce coiling.

コイル状に撚りが導入されたポリマーファイバーを含むアクチュエータは、前記繊維状高分子材料に、コイル化が起こるまで撚りを導入するか、又はコイル化を生成しないレベルまで、前記繊維状高分子材料に撚りを導入し、次いで、最初に導入された撚りに、同じ方向または反対方向にコイル化を導入することにより形成される。 An actuator including a polymer fiber with coiled twist is formed by introducing twist into the fibrous polymer material to the extent that coiling occurs or to a level that does not produce coiling, and then introducing coiling in the same or opposite direction to the twist introduced initially.

特許文献1には、多層カーボンナノチューブ(MWNT)等の電子伝導体(以下、導電糸ともいう。)が前記繊維状高分子材料であるナノファイバー撚紡績糸セグメントの周りに螺旋状に巻き付けられ、電熱動作を可能にする非電気化学アクチュエータが開示されている。 Patent Document 1 discloses a non-electrochemical actuator in which an electronic conductor (hereinafter also referred to as conductive yarn) such as a multi-walled carbon nanotube (MWNT) is spirally wound around a nanofiber twist-spun yarn segment, which is the fibrous polymer material, to enable electrothermal operation.

特開2016-42783号公報JP 2016-42783 A

繊維状高分子材料に導電糸を螺旋状に巻き付ける場合、導電糸が繊維状高分子材料に充分に固定されずに脱離し、所望のアクチュエータ動作性能が得られないことがある。 When a conductive thread is wound spirally around a fibrous polymer material, the conductive thread may not be sufficiently fixed to the fibrous polymer material and may come off, preventing the desired actuator performance from being obtained.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、繊維状高分子材料と、導電糸とを備え、繊維状高分子材料への導電糸の固定の効果が高いアクチュエータ及び前記アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an actuator that includes a fibrous polymer material and a conductive thread, and that is highly effective in fixing the conductive thread to the fibrous polymer material, and a method for manufacturing the actuator.

本発明は以下の態様を有する。
[1] 繊維状高分子材料と、
熱可塑性樹脂及び導電糸を含む複合化長尺体と、を備えるアクチュエータであって、
前記繊維状高分子材料に前記複合化長尺体が螺旋状に巻きつけられており、
前記複合化長尺体の1mあたりに含まれる前記熱可塑性樹脂の総体積をV1、前記複合化長尺体の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA1としたときに下式1を満たす、アクチュエータ。
5[μm/μm]≦V1/A1≦60[μm/μm] 式1
[2] 繊維状高分子材料に、熱可塑性樹脂を含む融着糸及び導電糸を複合化した複合糸を螺旋状に巻きつける工程と、
前記複合糸を加熱して、前記繊維状高分子材料の表面に融着させる工程と、
を含むアクチュエータの製造方法であって、
前記複合糸の1mあたりに含まれる前記融着糸の総体積をV2、前記複合糸の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA2としたときに下式2を満たす、アクチュエータの製造方法。
5[μm/μm]≦V2/A2≦60[μm/μm] 式2
[3] 前記複合糸は、前記融着糸及び前記導電糸を撚糸により複合化した複合糸である、[2]に記載のアクチュエータの製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] A fibrous polymer material;
A composite elongated body including a thermoplastic resin and a conductive thread,
the composite long body is wound in a spiral shape around the fibrous polymer material,
An actuator which satisfies the following formula 1, where V1 is the total volume of the thermoplastic resin contained per 1 m of the composite long body, and A1 is the total surface area of the conductive yarn contained per 1 m of the composite long body.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V1/A1≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 1
[2] A step of spirally winding a composite yarn obtained by combining a fusion yarn containing a thermoplastic resin and a conductive yarn around a fibrous polymer material;
heating the composite yarn to fuse it to a surface of the fibrous polymeric material;
A method for manufacturing an actuator comprising:
A method for manufacturing an actuator, which satisfies the following formula 2 when the total volume of the fusion yarns contained per 1 m of the composite yarn is V2 and the total surface area of the conductive yarns contained per 1 m of the composite yarn is A2.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V2/A2≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 2
[3] The method for manufacturing an actuator according to [2], wherein the composite yarn is a composite yarn obtained by combining the fusion yarn and the conductive yarn through twisting.

本発明のアクチュエータは、繊維状高分子材料と、導電糸とを備え、繊維状高分子材料への導電糸の固定の効果が高いアクチュエータ及び前記アクチュエータの製造方法を提供できる。 The actuator of the present invention comprises a fibrous polymer material and a conductive thread, and can provide an actuator that is highly effective in fixing the conductive thread to the fibrous polymer material, as well as a method for manufacturing the actuator.

本発明の一実施形態に係るアクチュエータを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an actuator according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るアクチュエータの製造フロー図である。5 is a manufacturing flow diagram of an actuator according to an embodiment of the present invention. FIG.

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照し説明する。
なお、以下の説明で用いる図は、本発明の特徴を分かり易くするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In addition, the figures used in the following explanation may show key parts enlarged for convenience in order to make the features of the present invention easier to understand, and the dimensional ratios of each component may not necessarily be the same as the actual ones.

<アクチュエータ>
図1は、本発明の第一実施形態に係るアクチュエータ1を示す概略図である。
アクチュエータ1は、加熱により変形する繊維状高分子材料10と、熱可塑性樹脂及び導電糸を含む複合化長尺体20と、を備え、繊維状高分子材料10に複合化長尺体20が螺旋状に巻きつけられている。複合化長尺体20の1mあたりに含まれる前記熱可塑性樹脂の総体積をV1、前記複合化長尺体20の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA1としたときに下式1を満たす。
5[μm/μm]≦V1/A1≦60[μm/μm] 式1
<Actuator>
FIG. 1 is a schematic diagram showing an actuator 1 according to a first embodiment of the present invention.
The actuator 1 comprises a fibrous polymer material 10 that is deformed by heating, and a composite elongated body 20 including a thermoplastic resin and a conductive thread, the composite elongated body 20 being spirally wound around the fibrous polymer material 10. When the total volume of the thermoplastic resin contained per meter of the composite elongated body 20 is V1 and the total surface area of the conductive thread contained per meter of the composite elongated body 20 is A1, the following formula 1 is satisfied.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V1/A1≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 1

本実施形態のアクチュエータ1は、導電糸を含む複合化長尺体20に熱可塑性樹脂が含まれているため、繊維状高分子材料10への導電糸の固定の効果が高く、所望のアクチュエータ動作性能を安定して得ることができる。 In the actuator 1 of this embodiment, the composite elongated body 20 containing the conductive thread contains a thermoplastic resin, so the conductive thread is fixed to the fibrous polymer material 10 effectively, and the desired actuator operating performance can be stably obtained.

[繊維状高分子材料]
加熱により駆動するアクチュエータを得るための繊維状高分子材料は、コイル状に、螺旋を巻くように撚りが導入されてもよく、螺旋を巻かず、直線形状を維持したままで非コイル状に撚りが導入されていてもよい。また、非コイル状に撚りを導入した後に、撚りを導入するのとは別の手段で、繊維状高分子材料をコイル状の形状としてもよい。コイル状又は非コイル状の撚られた繊維状高分子材料は、例えば、特開2016-42783号公報に記載されている方法で得ることができる。
[Fibrous polymeric material]
The fibrous polymer material for obtaining an actuator that is driven by heating may be twisted in a coiled shape so as to wind a spiral, or may be twisted in a non-coiled shape while maintaining a linear shape without winding a spiral. In addition, the fibrous polymer material may be twisted in a non-coiled shape and then formed into a coiled shape by a method other than the twist introduction. A coiled or non-coiled twisted fibrous polymer material can be obtained, for example, by the method described in JP 2016-42783 A.

繊維状高分子材料を構成する高分子として、ナイロン6,6を例に挙げる。直径250μmのナイロン6,6のモノフィラメントを25℃の環境下で適度な引張応力を加えてコイル化を生じさせないように捻じると、1m当たり850~1150回程度まで回転させることができ、この回転数を超えてナイロン6,6のモノフィラメントを捻じると、コイル化が生じ、又は破断してしまう。 Let us take nylon 6,6 as an example of a polymer that constitutes a fibrous polymer material. When a nylon 6,6 monofilament with a diameter of 250 μm is twisted in an environment of 25°C with an appropriate tensile stress applied so as not to cause coiling, it can be rotated up to about 850 to 1150 times per meter. If the nylon 6,6 monofilament is twisted beyond this number of rotations, it will coil or break.

直径500μmのナイロン6,6のモノフィラメントを25℃の環境下で適度な引張応力を加えてコイル化を生じさせないように捻じると、1m当たり400~600回程度まで回転することができる。 When a nylon 6,6 monofilament with a diameter of 500 μm is twisted at 25°C with an appropriate tensile stress applied without causing coiling, it can rotate up to about 400 to 600 times per meter.

このように、ガラス転移温度が25℃よりも高い高分子から構成される繊維を、その高分子のガラス転移温度以下の温度環境下(例えば、25℃)で適度な引張応力を加えて、コイル化が生じる直前まで捻じることができる。適度な引張応力としては、前記繊維の引張弾性率の4.5×10-3倍程度を目安として、その周辺の大きさ、例えば、前記繊維の引張弾性率の1×10-3~1×10-2倍とすればよい。 In this manner, a fiber made of a polymer having a glass transition temperature higher than 25° C. can be twisted to the point of just before coiling by applying an appropriate tensile stress in a temperature environment below the glass transition temperature of the polymer (e.g., 25° C.). The appropriate tensile stress is approximately 4.5×10 −3 times the tensile modulus of the fiber, with a value in the vicinity of that, for example, 1×10 −3 to 1×10 −2 times the tensile modulus of the fiber.

加熱により駆動するアクチュエータを得るための繊維状高分子材料を製造する際に、繊維を捻る工程の温度環境は、その高分子のガラス転移温度よりも高い温度の環境下であってもよく、その高分子のガラス転移温度よりも10℃以上高い温度の環境下であることが好ましく、その高分子のガラス転移温度よりも20℃以上高い温度の環境下であることがより好ましい。その高分子のガラス転移温度よりも40℃以上高い温度の環境下であることが特に好ましい。繊維を捻る工程の温度環境を、より高い温度とすることにより、繊維を捻るのに必要なトルクを小さくすることができ、非常に大きなトルクを必要とした、太い繊維や、剛直な繊維を容易に捻ることができる点でも有用性がある。 When manufacturing a fibrous polymer material to obtain an actuator that is driven by heat, the temperature environment in the fiber twisting process may be an environment at a temperature higher than the glass transition temperature of the polymer, preferably an environment at a temperature 10°C or more higher than the glass transition temperature of the polymer, and more preferably an environment at a temperature 20°C or more higher than the glass transition temperature of the polymer. An environment at a temperature 40°C or more higher than the glass transition temperature of the polymer is particularly preferable. By setting the temperature environment in the fiber twisting process at a higher temperature, the torque required to twist the fiber can be reduced, and it is also useful in that thick or rigid fibers that previously required a very large torque can be easily twisted.

その高分子のガラス転移温度に近い温度環境下で捻じりを加えた繊維状高分子材料において、捻じりが元に戻る作用を抑制するために、その高分子のガラス転移温度以上の環境に一定期間保存するなどの、残存応力緩和処理を行うことが好ましい。 In a fibrous polymer material that has been twisted in a temperature environment close to the glass transition temperature of the polymer, it is preferable to carry out a residual stress relaxation process, such as storing the material in an environment above the glass transition temperature of the polymer for a certain period of time, in order to suppress the return of the twist to its original state.

本発明のアクチュエータにおいて、繊維状高分子材料を構成する高分子のガラス転移温度(Tg)は、25℃よりも高いものであってもよく、45℃よりも高いものであってもよい。例えば、高分子の種類としては、ナイロン6(Tg:45℃)、ナイロン6,6(Tg:47℃)等のナイロン、ポリメチルメタクリレート(Tg:100℃)等のアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(Tg:80℃)等のポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル(Tg:82℃)、ポリカーボネート(Tg:150℃)等が挙げられる。また、ガラス転移温度(Tg)が25℃よりも低い高分子の種類としては、ポリエチレン(Tg:-120℃)、ポリプロピレン(Tg:-20℃)等が挙げられる。 In the actuator of the present invention, the glass transition temperature (Tg) of the polymer constituting the fibrous polymer material may be higher than 25°C or higher than 45°C. For example, types of polymers include nylons such as nylon 6 (Tg: 45°C) and nylon 6,6 (Tg: 47°C), acrylic resins such as polymethyl methacrylate (Tg: 100°C), polyester resins such as polyethylene terephthalate (Tg: 80°C), polyvinyl chloride (Tg: 82°C), polycarbonate (Tg: 150°C), etc. In addition, types of polymers with a glass transition temperature (Tg) lower than 25°C include polyethylene (Tg: -120°C), polypropylene (Tg: -20°C), etc.

繊維状高分子材料を構成する高分子は結晶性であることが好ましい。繊維状高分子材料における高分子の結晶化度は、50%以上であることが好ましく55%~90%であることがさらに好ましい。結晶化度がこのような範囲にあることで、分子配向の異方性が高く、アクチュエータとしての効果に優れるものとすることが容易となる。 The polymers constituting the fibrous polymer material are preferably crystalline. The degree of crystallinity of the polymers in the fibrous polymer material is preferably 50% or more, and more preferably 55% to 90%. With a degree of crystallinity in this range, it becomes easy to obtain a material with high anisotropy of molecular orientation and excellent effectiveness as an actuator.

本発明のアクチュエータにおいて、繊維状高分子材料は、モノフィラメントファイバーであってもよく、マルチフィラメントファイバーからなるものであってもよい。 In the actuator of the present invention, the fibrous polymer material may be a monofilament fiber or may be made of a multifilament fiber.

[複合化長尺体]
複合化長尺体20は、熱可塑性樹脂及び導電糸を含む。
[Composite long body]
The composite elongated body 20 includes a thermoplastic resin and a conductive thread.

熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類;ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,10等のポリアミド;ポリエチレンテレフタレート;ポリエステル;ポリフッ化ビニリデン等のフルオロポリマーが挙げられ、ポリアミドであることが好ましい。
熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてよい。
Examples of thermoplastic resins include polyolefins such as polyethylene and polypropylene; polyamides such as nylon 6, nylon 6,6 and nylon 6,10; polyethylene terephthalate; polyesters; and fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride, with polyamides being preferred.
The thermoplastic resin may be used alone or in combination of two or more kinds.

前記熱可塑性樹脂の溶融温度は、60~180℃であることが好ましく、70~170℃であることがより好ましく、80~160℃であることがさらに好ましい。溶融温度が前記範囲の下限値以上であると、アクチュエータを駆動する際の熱により、前記熱可塑性樹脂が溶融せず、繊維状高分子材料10への導電糸の固定の効果が持続し、所望のアクチュエータ動作性能を安定して得やすくなる。溶融温度が前記範囲の上限値以下であると、後述のアクチュエータの製造方法における複合糸を加熱する工程を、繊維状高分子材料10がダメージを受けない程度の加熱温度で行うことができる。 The melting temperature of the thermoplastic resin is preferably 60 to 180°C, more preferably 70 to 170°C, and even more preferably 80 to 160°C. If the melting temperature is equal to or higher than the lower limit of the range, the thermoplastic resin will not melt due to the heat generated when driving the actuator, and the effect of fixing the conductive thread to the fibrous polymer material 10 will be sustained, making it easier to stably obtain the desired actuator operating performance. If the melting temperature is equal to or lower than the upper limit of the range, the step of heating the composite thread in the actuator manufacturing method described below can be performed at a heating temperature that does not damage the fibrous polymer material 10.

導電糸としては、金属ワイヤやカーボンナノチューブの導電糸、芯材が金属メッキされた導電糸等が挙げられ、柔軟性や軽量性の観点から芯材が金属メッキされた導電糸が好ましい。金属ワイヤとしては、SUS302、SUS304等のステンレスワイヤ、タングステンワイヤ、銀ワイヤ、金ワイヤや、これらの金属のうち2種以上を複合化したワイヤ(例えば、金属の表面に他の金属をめっきしたもの)等が挙げられる。
芯材が金属メッキされた導電糸における芯材への金属のメッキは、本分野において公知のメッキ方法を際限なく使用することができる。
Examples of the conductive thread include metal wires, carbon nanotube conductive threads, conductive threads with metal-plated cores, etc., and conductive threads with metal-plated cores are preferred from the viewpoint of flexibility and light weight. Examples of the metal wire include stainless steel wires such as SUS302 and SUS304, tungsten wires, silver wires, gold wires, and wires made of two or more of these metals (for example, wires in which the surface of a metal is plated with another metal).
In the conductive thread having a metal-plated core, any plating method known in the art can be used without restriction to plate the core with a metal.

芯材としては、繊維状高分子材料を構成する高分子で挙げられた高分子からなる芯材が挙げられる。このような高分子としては、ナイロン6、ナイロン6,6、ナイロン6,10等のナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフッ化ビニリデン等が挙げられる。
前記高分子は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてよい。
Examples of the core material include those made of polymers exemplified as the polymers constituting the fibrous polymer material, such as nylons (nylon 6, nylon 6,6, nylon 6,10, etc.), polyether ether ketone, and polyvinylidene fluoride.
The polymers may be used alone or in combination of two or more.

芯材の溶融温度は、前記熱可塑性樹脂の溶融温度より50℃以上高いことが好ましく、60℃以上高いことがより好ましく、70℃以上高いことがさらに好ましい。 The melting temperature of the core material is preferably at least 50°C higher than the melting temperature of the thermoplastic resin, more preferably at least 60°C higher, and even more preferably at least 70°C higher.

メッキされる金属としては、本発明の効果が得られる限り特に限定されないが、金、銀、銅、ニッケル等が挙げられ、銀が好ましい。
前記金属は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてよい。
The metal to be plated is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, but examples include gold, silver, copper, nickel, etc., with silver being preferred.
The above metals may be used alone or in combination of two or more.

導電糸の径としては、1~1000μmであることが好ましく、5~500μmであることがより好ましく、10~100μmであることがさらに好ましい。導電糸の径が前記範囲の下限値以上であると、導電性が担保され、摩耗等による断線を抑制することができる。導電糸の径が前記範囲の上限値以下であると、柔軟性や取り扱い性が向上する。また、アクチュエータの運動の阻害が抑制される。
上記では、導電糸を略円形であるものを前提にして説明しているが、略楕円形のものであってもよい。その場合、略楕円形の長径と短径の平均を導電糸の径とすればよい。
The diameter of the conductive thread is preferably 1 to 1000 μm, more preferably 5 to 500 μm, and even more preferably 10 to 100 μm. When the diameter of the conductive thread is equal to or greater than the lower limit of the above range, conductivity is ensured and disconnection due to wear and the like can be suppressed. When the diameter of the conductive thread is equal to or less than the upper limit of the above range, flexibility and handleability are improved. In addition, inhibition of actuator movement is suppressed.
In the above description, the conductive thread is assumed to be substantially circular, but it may be substantially elliptical. In this case, the diameter of the conductive thread is determined to be the average of the major axis and the minor axis of the substantially elliptical shape.

複合化長尺体20に含まれる導電糸の本数としては、1~10本であることが好ましく、1~7本であることがより好ましく、1~5本であることがさらに好ましい。導電糸の本数が前記範囲の下限値以上であると、アクチュエータの導電性の低下が抑制される。導電糸の本数が前記範囲の上限値以下であると、導電糸の繊維状高分子材料への固定効果が高まる。また、剛性が適切な範囲となる。また、複合長尺体20に含まれる熱可塑性樹脂の割合が小さくなりすぎないため、接着性が向上する。
なお、導電糸の一部は複合化長尺体20の表面に露出していることが好ましい。導電糸の一部が複合化長尺体20の表面に露出していることにより、導電糸を外部の電源と接続する際に接触不良を起こしにくい。
The number of conductive threads contained in the composite elongated body 20 is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 7, and even more preferably 1 to 5. When the number of conductive threads is equal to or greater than the lower limit of the range, the decrease in the conductivity of the actuator is suppressed. When the number of conductive threads is equal to or less than the upper limit of the range, the fixing effect of the conductive threads to the fibrous polymer material is enhanced. In addition, the rigidity is within an appropriate range. In addition, the proportion of thermoplastic resin contained in the composite elongated body 20 is not too small, improving adhesion.
It is preferable that a portion of the conductive thread is exposed on the surface of the composite elongated body 20. By having a portion of the conductive thread exposed on the surface of the composite elongated body 20, poor contact is less likely to occur when the conductive thread is connected to an external power source.

複合化長尺体20の1mあたりに含まれる前記熱可塑性樹脂の総体積をV1、前記複合化長尺体の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA1としたときに下式1を満たす。
5[μm/μm]≦V1/A1≦60[μm/μm] 式1
When the total volume of the thermoplastic resin contained per meter of the composite long body 20 is V1 and the total surface area of the conductive yarn contained per meter of the composite long body is A1, the following formula 1 is satisfied.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V1/A1≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 1

V1/A1は、5~60μm/μmであり、7~55μm/μmであることが好ましく、10~30μm/μmであることがさらに好ましい。V1/A1が前記範囲の下限値以上であると、繊維状高分子材料への導電糸の固定の効果が高まる。V1/A1が前記範囲の上限値以下であると、アクチュエータにおける導電糸の導通性が高まる。 V1/A1 is 5 to 60 μm3 / μm2 , preferably 7 to 55 μm3 / μm2 , and more preferably 10 to 30 μm3 /μm2. When V1/A1 is equal to or greater than the lower limit of the aforementioned range, the effect of fixing the conductive thread to the fibrous polymer material is enhanced. When V1/A1 is equal to or less than the upper limit of the aforementioned range, the conductivity of the conductive thread in the actuator is enhanced.

[V1/A1の測定方法]
アクチュエータ1をドライヤーやヒートガンで温めながら複合化長尺体20を引っ張ると、複合化長尺体20を繊維状高分子材料10から引きはがすことができる。得られた複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりの質量を測定する。複合化長尺体20から導電糸を単離し、複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりに含まれていた導電糸の質量を測定する。複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりの質量と複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりに含まれていた導電糸の質量の差を計算し、複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりに含まれていた熱可塑性樹脂の質量を計算する。得られた質量と熱可塑性樹脂の密度より、複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりに含まれていた熱可塑性樹脂の体積(V1’[μm])を計算する。V1’×1/lより複合化長尺体20の1mあたりに含まれる前記熱可塑性樹脂の総体積V1を得ることができる。
上述の方法で単離した複合化長尺体20の単位長さ(l[m])あたりに含まれていた導電糸の径r[μm]を光学観察で測定する。複合化長尺体20の1mあたりに含まれる導電糸の表面積は、r×π×1×10[μm]となる。複数本の導電糸が複合化長尺体に含まれる場合は、全ての導電糸について表面積を計算し、合計した値をA2(μm)とすることができる。導電糸の数は、光学観察で確認することができる。
上記では、導電糸を略円形であるものを前提にして説明しているが、略楕円形のものであってもよい。その場合、略楕円形の長径と短径の平均を導電糸の径r[μm]とすればよい。
[Method of measuring V1/A1]
When the composite elongated body 20 is pulled while the actuator 1 is heated with a hair dryer or a heat gun, the composite elongated body 20 can be peeled off from the fibrous polymer material 10. The mass per unit length (l 1 [m]) of the obtained composite elongated body 20 is measured. The conductive thread is isolated from the composite elongated body 20, and the mass of the conductive thread contained per unit length (l 1 [m]) of the composite elongated body 20 is measured. The difference between the mass per unit length (l 1 [m]) of the composite elongated body 20 and the mass of the conductive thread contained per unit length (l 1 [m]) of the composite elongated body 20 is calculated, and the mass of the thermoplastic resin contained per unit length (l 1 [m]) of the composite elongated body 20 is calculated. From the obtained mass and the density of the thermoplastic resin, the volume (V1' [μm 3 ]) of the thermoplastic resin contained per unit length (l 1 [m]) of the composite elongated body 20 is calculated. The total volume V1 of the thermoplastic resin contained per meter of the composite elongated body 20 can be obtained from V1' x 1/ l1 .
The diameter r2 [μm] of the conductive thread contained per unit length ( l1 [m]) of the composite elongated body 20 isolated by the above-mentioned method is measured by optical observation. The surface area of the conductive thread contained per meter of the composite elongated body 20 is r2 ×π×1× 106 [ μm2 ]. When multiple conductive threads are contained in the composite elongated body, the surface area of all the conductive threads can be calculated and the total value can be taken as A2 ( μm2 ). The number of conductive threads can be confirmed by optical observation.
In the above description, the conductive thread is assumed to be substantially circular, but it may be substantially elliptical. In this case, the average of the major axis and the minor axis of the substantially elliptical shape is set as the diameter r2 [μm] of the conductive thread.

また、アクチュエータ1が後述のアクチュエータの製造方法により製造される場合は、後述のV2/A2の測定方法に記載の方法により得られたV2/A2をV1/A1とすることができる。 In addition, when the actuator 1 is manufactured by the actuator manufacturing method described below, V2/A2 obtained by the method described below as the method for measuring V2/A2 can be used as V1/A1.

図1に示すように、アクチュエータ1は、直径D10の略円柱状の繊維状高分子材料10に、直径D20の複合化長尺体20が螺旋状に所定の隙間間隔I20を設けて巻かれている。 As shown in FIG. 1, the actuator 1 has a substantially cylindrical fibrous polymer material 10 having a diameter D 10 and a composite long body 20 having a diameter D 20 wound helically with a predetermined gap I 20 therebetween.

図1に示すように複合化長尺体20と繊維状高分子材料10との成す角度をθとしたとき、複合化長尺体20のピッチは[I20+(D20/sinθ)]で表すことができる。
繊維状高分子材料10の断面は、ピッチ[I20+(D20/sinθ)]のバラツキを小さくする観点からは、略円形であるものが好ましく、略円形であるものを前提にして説明しているが、略楕円形のものであってもよい。そのとき、その楕円形の長径と短径の平均を直径D10に置き換えて理解することができる。
As shown in FIG. 1, when the angle formed between the composite long body 20 and the fibrous polymeric material 10 is θ, the pitch of the composite long body 20 can be expressed as [I 20 +(D 20 /sin θ)].
From the viewpoint of reducing the variation in pitch [ I20 + ( D20 /sin θ)], the cross section of the fibrous polymeric material 10 is preferably approximately circular, and although the description is given assuming that the cross section is approximately circular, the cross section may also be approximately elliptical. In this case, the average of the major axis and minor axis of the ellipse can be understood as the diameter D10 .

繊維状高分子材料10の直径D10は、0.01mm<D10≦40mmであってもよく、0.05mm<D10≦10mmであってもよく、0.1mm<D10≦1mmであってもよい。D10が前記範囲の下限値以上であると、加工中、加工後もしくは運用中に破断などの機械的破損が起こりにくくなり、アクチュエータの品質が保たれる。D10が前記範囲の上限値以下であると、アクチュエータ単位長さから取り出しうる運動を充分に大きくすることができる。
本明細書において、D10は、アクチュエータにおける略円柱状の繊維状高分子材料10の直径D10を無作為に選んだ5~10点で測定し、それらの平均とすることができる。
The diameter D10 of the fibrous polymeric material 10 may be 0.01 mm< D10 ≦40 mm, 0.05 mm< D10 ≦10 mm, or 0.1 mm< D10 ≦1 mm. When D10 is equal to or greater than the lower limit of the range, mechanical damage such as breakage is unlikely to occur during processing, after processing, or during operation, and the quality of the actuator is maintained. When D10 is equal to or less than the upper limit of the range, the motion that can be obtained from the unit length of the actuator can be sufficiently large.
In this specification, D 10 can be determined by measuring the diameter D 10 of the approximately cylindrical fibrous polymer material 10 in the actuator at 5 to 10 randomly selected points and averaging the measurements.

複合化長尺体20の直径D20は、0.04mm<D20≦1.6mmであってもよく、0.1mm<D20≦1.5mmであってもよく、0.2mm<D20≦1.4mmであってもよい。D20が前記範囲の下限値以上であると、アクチュエータ1の製造時に複合化長尺体20が切断する等のハンドリングエラーの可能性が低くなる。D20が前記範囲の上限値以下であると、アクチュエータ1の駆動を阻害する恐れが低くなる。
複合化長尺体20の断面は、以下、略円形であるものを前提にして説明しているが、略楕円形のものでもあってもよく、偏平な形状であってもよい。その楕円形又は偏平な形状の長径を直径D20に置き換えて理解することができる。
本明細書において、D20は、アクチュエータ1を光学顕微鏡で観察したときの平面視における複合化長尺体20の幅方向の長さ(図1のD20)を無作為に選んだ5~10点で測定し、それらの平均とすることができる。
The diameter D20 of the composite elongated body 20 may be 0.04 mm< D20 ≦1.6 mm, 0.1 mm< D20 ≦1.5 mm, or 0.2 mm< D20 ≦1.4 mm. When D20 is equal to or greater than the lower limit of the range, the possibility of a handling error such as the composite elongated body 20 being cut during the manufacture of the actuator 1 is reduced. When D20 is equal to or less than the upper limit of the range, the risk of impeding the operation of the actuator 1 is reduced.
The cross section of the composite elongated body 20 is described below on the assumption that it is substantially circular, but it may be substantially elliptical or flat. The major axis of the elliptical or flat shape can be understood as the diameter D20 .
In this specification, D20 can be determined by measuring the width direction length ( D20 in FIG. 1) of the composite elongated body 20 in a planar view when observing the actuator 1 with an optical microscope at 5 to 10 randomly selected points, and taking the average of these measurements.

繊維状高分子材料10の直径D10と、複合化長尺体20の直径D20との関係は、0.1≦D20/D10<1.0であることが好ましく、0.2≦D20/D10≦0.8であることがより好ましく、0.4≦D20/D10≦0.7であることが特に好ましい。D20/D10が前記範囲内であると、アクチュエータの駆動を阻害せず、導電糸を繊維状高分子材料へ固定することができる。 The relationship between the diameter D10 of the fibrous polymer material 10 and the diameter D20 of the composite elongated body 20 is preferably 0.1≦ D20 / D10 <1.0, more preferably 0.2≦ D20 / D10 ≦0.8, and particularly preferably 0.4≦ D20 / D10 ≦0.7. When D20 / D10 is within the above range, the conductive yarn can be fixed to the fibrous polymer material without impeding the drive of the actuator.

複合化長尺体20のピッチ[I20+(D20/sinθ)]としては、0.01mm≦[I20+(D20/sinθ)]≦5.0mmであることが好ましく、0.05mm≦[I20+(D20/sinθ)]≦1.0mmであることがより好ましく、0.1mm≦[I20+(D20/sinθ)]≦0.5mmであることがさらに好ましい。[I20+(D20/sinθ)]が前記範囲内であると、アクチュエータの駆動を阻害せず、熱を均一に伝えることができる。 The pitch [ I20 +( D20 /sin θ)] of the composite elongated body 20 is preferably 0.01 mm≦[ I20 +( D20 /sin θ)]≦5.0 mm, more preferably 0.05 mm≦[ I20 +( D20 /sin θ)]≦1.0 mm, and even more preferably 0.1 mm≦[ I20 +( D20 /sin θ)]≦0.5 mm. When [ I20 +( D20 /sin θ)] is within the above range, the actuator can be driven without being hindered and heat can be transmitted uniformly.

複合化長尺体20の直径D20と、複合化長尺体20の隙間間隔I20は、0.5≦I20/D20≦20であることが好ましく、1≦I20/D20≦10であることがより好ましく、2≦I20/D20≦5であることが特に好ましい。I20/D20が前記範囲内であると、アクチュエータの駆動を阻害せず、導電糸を繊維状高分子材料へ固定することができる。
本明細書において、I20は、アクチュエータ1を光学顕微鏡で観察したときの平面視における複合化長尺体20の隙間間隔(図1のI20)を無作為に選んだ5~10点で測定し、それらの平均とすることができる。
The diameter D20 of the composite elongated body 20 and the gap interval I20 of the composite elongated body 20 are preferably 0.5≦ I20 / D20 ≦20, more preferably 1≦ I20 / D20 ≦10, and particularly preferably 2≦ I20 / D20 ≦5. When I20 / D20 is within the above range, the conductive yarn can be fixed to the fibrous polymer material without impeding the drive of the actuator.
In this specification, I20 can be determined by measuring the gap spacing ( I20 in FIG. 1) of the composite elongated body 20 in a planar view when observing the actuator 1 with an optical microscope at 5 to 10 randomly selected points and averaging them.

複合化長尺体20と繊維状高分子材料10との成す角度θは、0°<θ<90°であり、20°≦θ≦70°であることが好ましく、30°≦θ≦60°であることがより好ましい。θが前記範囲内であると、アクチュエータの全長に渡って加熱ムラ無く均一に熱を伝えることができる。
本明細書において、θは、アクチュエータ1を光学顕微鏡で観察したときの平面視における複合化長尺体20と繊維状高分子材料10との成す角度(図1のθ)を無作為に選んだ5~10点で測定し、それらの平均とすることができる。
The angle θ between the composite elongated body 20 and the fibrous polymer material 10 is 0°<θ<90°, preferably 20°≦θ≦70°, and more preferably 30°≦θ≦60°. When θ is within the above range, heat can be transferred uniformly over the entire length of the actuator without uneven heating.
In this specification, θ can be determined by measuring the angle (θ in Figure 1) between the composite elongated body 20 and the fibrous polymer material 10 in a planar view when observing the actuator 1 with an optical microscope at 5 to 10 randomly selected points and taking the average of these angles.

アクチュエータ1において、光学顕微鏡で観察したときの平面視における、アクチュエータ1の外表面積に対する、複合化長尺体20の被覆率は、10~60%であることが好ましく、20~50%であることがより好ましく、30~40%であることがさらに好ましい。被覆率が前記範囲の下限値以上であると、繊維状高分子材料10への導電糸の固定の効果が高まり、導電糸の脱落を防止する効果が高まる。結果として、所望のアクチュエータ動作性能を安定して得やすくなる。被覆率が前記範囲の上限値以下であると、被覆によるアクチュエータ動作への悪影響を小さくすることができる。また、熱可塑性樹脂の使用量を抑制することができ、経済的である。
本明細書において、前記被覆率は、以下の方法により求めることができる。
アクチュエータ1を光学顕微鏡で観察したときの平面視におけるアクチュエータ1の軸方向(繊維状高分子材料10の軸方向)の任意の直線における、複合化長尺体20が占める長さ(L1i)と、複合化長尺体20に被覆されていない部分の長さ(L2i)を測定する(図1)。測定したL1iの和をL1とし、L2iの和をL2として、L1/(L1+L2)×100を前記被覆率とすることができる。
In the actuator 1, the coverage of the composite elongated body 20 with respect to the outer surface area of the actuator 1 in a plan view when observed with an optical microscope is preferably 10 to 60%, more preferably 20 to 50%, and even more preferably 30 to 40%. When the coverage is equal to or greater than the lower limit of the range, the effect of fixing the conductive thread to the fibrous polymer material 10 is enhanced, and the effect of preventing the conductive thread from falling off is enhanced. As a result, it becomes easier to stably obtain the desired actuator operation performance. When the coverage is equal to or less than the upper limit of the range, the adverse effect of the coverage on the actuator operation can be reduced. In addition, the amount of thermoplastic resin used can be reduced, which is economical.
In this specification, the coverage can be determined by the following method.
When the actuator 1 is observed under an optical microscope in a plan view, the length (L1i) occupied by the composite elongated body 20 and the length (L2i) of the portion not covered by the composite elongated body 20 in any straight line in the axial direction of the actuator 1 (axial direction of the fibrous polymeric material 10) are measured ( FIG. 1 ). The sum of the measured L1i is defined as L1, the sum of the measured L2i is defined as L2, and the coverage rate can be determined as L1/(L1+L2)×100.

繊維状高分子材料へ導電糸を固定する方法として、従来有機溶剤を含む液体状の接着剤を用いることが知られている。具体的には、導電糸が螺旋状に巻きつけられた繊維状高分子材料に液体状の接着剤を塗工し、その後乾燥を行い、接着剤層を形成することが知られている。しかしながら、有機溶剤を含む液体状の接着剤を用いると、有機溶剤を乾燥する工程が新たに必要になり、アクチュエータの製造工程が複雑になる。また、液体状の接着剤は導電糸が螺旋状に巻きつけられた繊維状高分子材料の表面全体に塗工されることになるため、導電糸が接着剤層に全て覆われることになり、外部電力を接続することが困難になる。
導電糸の一部を覆わないように接着剤層を形成することは、工程をさらに複雑にし、かつ品質管理が困難になる。一方、本実施形態のアクチュエータの製造方法では、後述するように、導電糸を含む複合糸を繊維状高分子材料に巻き付け、その後加熱を行うことによって製造を行うことができるため、有機溶剤を使用する必要がなく、製造工程が簡単であり、かつ上記被覆率を一定に制御しやすい点で有利である。
A method for fixing a conductive thread to a fibrous polymer material has been known to use a liquid adhesive containing an organic solvent. Specifically, a liquid adhesive is applied to a fibrous polymer material around which a conductive thread is wound in a spiral shape, and then the adhesive is dried to form an adhesive layer. However, when a liquid adhesive containing an organic solvent is used, an additional step of drying the organic solvent is required, which complicates the manufacturing process of the actuator. In addition, since the liquid adhesive is applied to the entire surface of the fibrous polymer material around which the conductive thread is wound in a spiral shape, the conductive thread is completely covered by the adhesive layer, making it difficult to connect external power.
Forming an adhesive layer so as not to cover a portion of the conductive yarn makes the process more complicated and makes quality control difficult. On the other hand, in the manufacturing method of the actuator of this embodiment, as described below, the composite yarn containing the conductive yarn is wound around a fibrous polymer material and then heated, so that it is not necessary to use an organic solvent, the manufacturing process is simple, and it is advantageous in that the above-mentioned coverage rate can be easily controlled to a constant level.

<アクチュエータの製造方法>
本実施形態のアクチュエータの製造方法は、繊維状高分子材料10に、熱可塑性樹脂を含む融着糸及び導電糸を複合化した複合糸20’を螺旋状に巻きつける工程(以下、「工程1」ともいう。)と、前記複合糸を加熱して、前記繊維状高分子材料の表面に融着させる工程(以下、「工程2」ともいう。)とを含む(図2)。前記複合糸の1mあたりに含まれる前記融着糸の総体積をV2、前記複合糸の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA2としたときに下式2を満たす。
5[μm/μm]≦V2/A2≦60[μm/μm] 式2
<Actuator Manufacturing Method>
The method for manufacturing the actuator of this embodiment includes a step of spirally winding a composite yarn 20', which is a composite of a fusion yarn containing a thermoplastic resin and a conductive yarn, around a fibrous polymer material 10 (hereinafter also referred to as "step 1"), and a step of heating the composite yarn to fuse it to the surface of the fibrous polymer material (hereinafter also referred to as "step 2") (Fig. 2). When the total volume of the fusion yarns contained per meter of the composite yarn is V2 and the total surface area of the conductive yarns contained per meter of the composite yarn is A2, the following formula 2 is satisfied.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V2/A2≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 2

本実施形態のアクチュエータの製造方法によると、複合糸20’に含まれる融着糸が溶融することにより、複合糸20’が複合化長尺体20となり、上述のアクチュエータ1を製造することができる。
以下各工程について説明する。
According to the method for manufacturing the actuator of this embodiment, the fusion yarn contained in the composite yarn 20' is melted, so that the composite yarn 20' becomes a composite long body 20, and the actuator 1 described above can be manufactured.
Each step will be described below.

[工程1]
工程1で使用される繊維状高分子材料10としては、上述のアクチュエータ1で説明を行った繊維状高分子材料と同じものを使用することができる。工程1においては、繊維状高分子材料10に、熱可塑性樹脂を含む融着糸及び導電糸を複合化した複合糸20’を螺旋状に巻きつける。繊維状高分子材料の1m当たりの複合糸の巻き付け回数で表される巻き付け密度としては、上述のアクチュエータ1における、複合化長尺体20のピッチ[I20+(D20/sinθ)]、複合化長尺体20と繊維状高分子材料10との成す角度θ等が所定の範囲となるようにすればよく、例えば500~10000回巻き/mであることが好ましく、1000~8000回巻き/mであることがより好ましく、2000~6000回巻き/mであることがさらに好ましい。所定の角度θとは、上述のアクチュエータ1において説明したθの好ましい範囲である。
[Step 1]
The fibrous polymer material 10 used in step 1 can be the same as the fibrous polymer material described in the actuator 1 above. In step 1, a composite thread 20' obtained by combining a fusion thread containing a thermoplastic resin and a conductive thread is spirally wound around the fibrous polymer material 10. The winding density, which is expressed by the number of windings of the composite thread per meter of the fibrous polymer material, may be set so that the pitch [I 20 + (D 20 /sin θ)] of the composite elongated body 20 in the actuator 1 above, the angle θ between the composite elongated body 20 and the fibrous polymer material 10, and the like, fall within a predetermined range, and is preferably 500 to 10,000 turns/m, more preferably 1,000 to 8,000 turns/m, and even more preferably 2,000 to 6,000 turns/m. The predetermined angle θ is the preferred range of θ described in the actuator 1 above.

工程1で使用される複合糸20’は、熱可塑性樹脂を含む融着糸及び導電糸を複合化した複合糸である。複合糸に使用される導電糸としては、上述のアクチュエータ1で説明を行った導電糸と同じものを使用することができる。複合糸に使用される融着糸としては、上述のアクチュエータ1で説明を行った熱可塑性樹脂を糸状にしたものが例として挙げられる。融着糸の径としては、0.05~0.6mmであってもよく、0.1~0.5mmであってもよく、0.2~0.4mmであってもよい。融着糸の径が前記範囲の下限値以上であると、導電糸の繊維状高分子材料への固定効果が高まる。融着糸の径が前記範囲の上限値以下であると、アクチュエータの導電性の低下が抑制される。 The composite yarn 20' used in step 1 is a composite yarn made by combining a fusion yarn containing a thermoplastic resin and a conductive yarn. The conductive yarn used in the composite yarn can be the same as the conductive yarn described in the actuator 1 above. The fusion yarn used in the composite yarn can be, for example, a thread of the thermoplastic resin described in the actuator 1 above. The diameter of the fusion yarn may be 0.05 to 0.6 mm, 0.1 to 0.5 mm, or 0.2 to 0.4 mm. If the diameter of the fusion yarn is equal to or greater than the lower limit of the range, the fixing effect of the conductive yarn to the fibrous polymer material is enhanced. If the diameter of the fusion yarn is equal to or less than the upper limit of the range, the decrease in the conductivity of the actuator is suppressed.

複合化の方法は、本発明の効果が得られる限り、特に限定されないが、撚糸が好ましい。
複合糸が撚糸により複合化されている場合、1mあたりの捻り数は、100~10000T/mであることが好ましく、500~5000T/mであることがより好ましく、1000~3000T/mであることがさらに好ましい。1mあたりの捻り数が前記範囲内であると、上述の繊維状高分子材料に複合糸を螺旋状に巻きつける工程において、撚糸のほどけを抑制し、上述の融着させる工程後において、導電糸の繊維状高分子材料への固定効果が高まるとともに、アクチュエータの伝熱が向上する。
The method of compounding is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be obtained, but twisting is preferred.
When the composite yarn is composited by twisting the yarn, the number of twists per meter is preferably 100 to 10,000 T/m, more preferably 500 to 5,000 T/m, and even more preferably 1,000 to 3,000 T/m. When the number of twists per meter is within the above range, the unraveling of the twisted yarn is suppressed in the step of spirally winding the composite yarn around the fibrous polymer material, and after the fusion step, the fixing effect of the conductive yarn to the fibrous polymer material is enhanced, and the heat transfer of the actuator is improved.

複合糸に含まれる融着糸の本数としては、1~10本であることが好ましく、1~7本であることがより好ましく、1~5本であることがさらに好ましい。融着糸の本数が前記範囲の下限値以上であると、導電糸の繊維状高分子材料への固定効果が高まる。融着糸の本数が前記範囲の上限値以下であると、アクチュエータの導電性の低下が抑制される。 The number of fused yarns contained in the composite yarn is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 7, and even more preferably 1 to 5. If the number of fused yarns is equal to or greater than the lower limit of the range, the effect of fixing the conductive yarn to the fibrous polymer material is enhanced. If the number of fused yarns is equal to or less than the upper limit of the range, the decrease in the conductivity of the actuator is suppressed.

複合糸に含まれる導電糸の本数としては、1~10本であることが好ましく、1~7本であることがより好ましく、1~5本であることがさらに好ましい。 The number of conductive threads contained in the composite thread is preferably 1 to 10, more preferably 1 to 7, and even more preferably 1 to 5.

複合糸に含まれる融着糸の本数と導電糸の本数の割合である、融着糸の本数:導電糸の本数は、1:2~4:1であることが好ましく、1:1~2:1であることがより好ましい。 The ratio of the number of fused yarns to the number of conductive yarns contained in the composite yarn, i.e., the number of fused yarns:the number of conductive yarns, is preferably 1:2 to 4:1, and more preferably 1:1 to 2:1.

[工程2]
工程2においては、前記複合糸を加熱して、繊維状高分子材料10の表面に融着させる。加熱温度としては、融着糸に含まれる熱可塑性樹脂を溶融できる温度であれば、特に限定されず、例えば、前記熱可塑性樹脂の溶融温度~溶融温度+60℃であってもよく、溶融温度+10℃~溶融温度+50℃であることが好ましく、溶融温度+20℃~溶融温度+40℃であることがより好ましい。
加熱温度が前記範囲の下限値以上であると、熱可塑性樹脂が溶融し、繊維状高分子材料10と、導電糸を接着することにより、繊維状高分子材料への導電糸の固定の効果が高まり、所望のアクチュエータ動作性能を安定して得やすくなる。加熱温度が前記範囲の上限値以下であると、繊維状高分子材料がダメージを受けづらい。
[Step 2]
In step 2, the composite yarn is heated to fuse to the surface of the fibrous polymer material 10. The heating temperature is not particularly limited as long as it is a temperature at which the thermoplastic resin contained in the fusion yarn can be melted, and may be, for example, the melting temperature of the thermoplastic resin to the melting temperature + 60°C, preferably the melting temperature + 10°C to the melting temperature + 50°C, and more preferably the melting temperature + 20°C to the melting temperature + 40°C.
When the heating temperature is equal to or higher than the lower limit of the above range, the thermoplastic resin melts and bonds the fibrous polymer material 10 to the conductive thread, thereby improving the effect of fixing the conductive thread to the fibrous polymer material, and making it easier to stably obtain the desired actuator operation performance. When the heating temperature is equal to or lower than the upper limit of the above range, the fibrous polymer material is less likely to be damaged.

前記複合糸の1mあたりに含まれる前記融着糸の総体積をV2、前記複合糸の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA2としたときに下式2を満たす。
5[μm/μm]≦V2/A2≦60[μm/μm] 式2
When the total volume of the fusion yarn contained per meter of the composite yarn is V2 and the total surface area of the conductive yarn contained per meter of the composite yarn is A2, the following formula 2 is satisfied.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V2/A2≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 2

V2/A2は、5~60μm/μmであり、7~55μm/μmであることが好ましく、10~30μm/μmであることがさらに好ましい。V2/A2が前記範囲の下限値以上であると、導電糸の繊維状高分子材料への固定効果が高まる。V2/A2が前記範囲の上限値以下であると、アクチュエータの導電性の低下が抑制される。
なお、融着糸の総体積及び導電糸の総表面積は融着前後で実質的に変化しないため、V2/A2は製造されるアクチュエータにおける前記V1/A1と同じ値となる。
V2/A2 is 5 to 60 μm3 / μm2 , preferably 7 to 55 μm3 / μm2 , and more preferably 10 to 30 μm3 /μm2. When V2/A2 is equal to or greater than the lower limit of the above range, the effect of fixing the conductive thread to the fibrous polymer material is enhanced. When V2/A2 is equal to or less than the upper limit of the above range, the decrease in the conductivity of the actuator is suppressed.
In addition, since the total volume of the fused yarns and the total surface area of the conductive yarns do not substantially change before and after fusion, V2/A2 will be the same value as V1/A1 in the manufactured actuator.

[V2/A2の測定方法]
融着糸の径をr1’[μm]とすると、融着糸1mあたりの体積は、(r1’/2)×π×1×10[μm]となる。複数本の融着糸を使用する場合は、全ての融着糸について体積を計算し、合計した値をV2[μm]とすることができる。
導電糸の径をr2’[μm]とすると、導電糸の表面積は、r2’×π×1×10[μm]となる。複数本の導電糸を使用する場合は、全ての導電糸について表面積を計算し、合計した値をA2[μm]とすることができる。
上記では、融着糸及び導電糸を略円形であるものを前提にして説明しているが、略楕円形のものであってもよい。その場合、略楕円形の長径と短径の平均を融着糸の径r1’[μm]及び導電糸の径r2’[μm]とすればよい。
[Method of measuring V2/A2]
If the diameter of the fusion yarn is r1 ' [μm], the volume per meter of the fusion yarn is (r1 ' /2) 2 ×π×1× 106 [ μm3 ]. When multiple fusion yarns are used, the volumes of all the fusion yarns are calculated, and the total value can be taken as V2 [ μm3 ].
If the diameter of the conductive thread is r2 ' [μm], then the surface area of the conductive thread is r2 ' × π × 1 × 106 [ μm2 ]. When multiple conductive threads are used, the surface areas of all the conductive threads can be calculated and the total value can be taken as A2 [ μm2 ].
In the above description, the fusion yarn and the conductive yarn are assumed to be substantially circular, but they may be substantially elliptical. In this case, the average of the major axis and the minor axis of the substantially ellipse is set as the diameter r1 ' [μm] of the fusion yarn and the diameter r2 ' [μm] of the conductive yarn.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。 The above describes the embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings. However, each configuration and their combination in the embodiments is merely an example, and additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configurations are possible without departing from the spirit of the present invention. Furthermore, the present invention is not limited to each embodiment, but is limited only by the scope of the claims.

以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the examples shown below.

[V1/A1の測定]
融着糸の径をr1’[μm]として、融着糸1mあたりの体積を、(r/2)×π×1×10[μm]として求めた。複数本の融着糸を使用する場合は、全ての融着糸について体積を計算し、合計した値をV2(V1)[μm]とした。
導電糸の径をr2’[μm]として、導電糸の表面積を、r2’×π×1×10[μm]として求めた。複数本の導電糸を使用する場合は、全ての導電糸について表面積を計算し、合計した値をA2(A1)[μm]とした。
[Measurement of V1/A1]
The diameter of the fusion yarn was defined as r1 ' [μm], and the volume per meter of the fusion yarn was calculated as ( r1 /2) 2 ×π×1× 106 [ μm3 ]. When multiple fusion yarns were used, the volumes of all the fusion yarns were calculated, and the total value was defined as V2 (V1) [ μm3 ].
The diameter of the conductive thread was defined as r2 ' [μm], and the surface area of the conductive thread was calculated as r2 ' × π × 1 × 106 [ μm2 ]. When multiple conductive threads were used, the surface areas of all the conductive threads were calculated, and the total value was defined as A2 (A1) [ μm2 ].

[導電糸の接着性評価]
後述の方法で作成したアクチュエータを1cm×10本となるように短手方向にはさみで切断し、端部を顕微鏡で観察した。その際に、繊維状高分子材料と複合化長尺体の間に隙間が確認されなかったものを接着性良好とし、隙間が確認されたものを接着性不良と判断した。上記10本×両末端の計20点を測定点数とし、接着性良好の割合を計算し、以下のように判定した。
・判定
接着性良好の割合が85%超 ・・・A
接着性良好の割合が50%超、85%以下 ・・・B
接着性良好の割合が50%以下 ・・・C
[Evaluation of adhesiveness of conductive yarn]
The actuators made by the method described below were cut with scissors in the short direction to 10 pieces of 1 cm each, and the ends were observed under a microscope. Those in which no gaps were found between the fibrous polymer material and the composite long body were judged to have good adhesion, and those in which gaps were found were judged to have poor adhesion. The number of measurement points was 20 points in total (10 pieces x both ends), and the percentage of those with good adhesion was calculated and judged as follows:
・Rate of good adhesion is over 85%...A
The percentage of good adhesion is over 50% and 85% or less...B
The percentage of good adhesion is 50% or less...C

[導通性評価]
後述の方法で作成したアクチュエータ1mの全長に渡って、以下の条件にて、4端子法による電気抵抗測定を行い、導電糸の外部への接続を評価した。抵抗が10kΩ未満を良好とし、10kΩ以上を不良と判断した。全測定点に対する良好の割合を計算し、以下のように判定した。
・条件
アクチュエータの送り速度:10mm/s
測定間隔:0.2s
端子間距離:40mm
端子径:10mm
測定点:約500点
・判定
導通性良好の割合が98%超 ・・・A
導通性良好の割合が70%超98%以下・・・B
導通性良好の割合が70%以下 ・・・C
[Conductivity evaluation]
The electrical resistance was measured by the four-terminal method under the following conditions over the entire length of the actuator (1 m) created by the method described below, and the connection of the conductive yarn to the outside was evaluated. A resistance of less than 10 kΩ was considered good, and a resistance of 10 kΩ or more was considered bad. The proportion of good points out of all measurement points was calculated and judged as follows:
Conditions Actuator feed speed: 10 mm/s
Measurement interval: 0.2 s
Distance between terminals: 40mm
Terminal diameter: 10mm
Measurement points: Approximately 500 points. The percentage of good conductivity is over 98%.
The percentage of good conductivity is over 70% and 98% or less...B
The percentage of good electrical conductivity is 70% or less...C

[総合評価]
上記評価結果において、接着性評価、導通性評価が両方とも「A」である場合を総合評価において「A」と判定した。また、接着性評価、導通性評価が「A」又は「B」であり、「A」が1個以下である場合を総合評価において「B」と判定した。接着性評価、導通性評価のいずれか一方又は両方が「C」である場合を総合評価において「C」と判定した。
なお、総合評価A、Bを合格、Cを不合格とした。
[comprehensive evaluation]
In the above evaluation results, when both the adhesiveness evaluation and the electrical conductivity evaluation were "A", the overall evaluation was judged to be "A". When the adhesiveness evaluation and the electrical conductivity evaluation were "A" or "B" and there was one or less "A", the overall evaluation was judged to be "B". When either or both of the adhesiveness evaluation and the electrical conductivity evaluation were "C", the overall evaluation was judged to be "C".
The overall evaluations of A and B were considered to be pass, and C was considered to be fail.

[使用原料]
・ナイロンフィラメント(東レ・モノフィラメント株式会社製、ナイロン66、径:0.5mm)
・共重合ナイロン融着糸(ユニチカ株式会社製、製品名:フロールM、径:100デニール、溶融温度:130℃)
・導電糸(大阪電気工業株式会社製、製品名:ODEX30d、芯材に銀メッキされた糸、径:30デニール)
[Ingredients used]
Nylon filament (Toray Monofilament Co., Ltd., nylon 66, diameter: 0.5 mm)
- Copolymer nylon fusion yarn (manufactured by Unitika Ltd., product name: Flor M, diameter: 100 denier, melting temperature: 130°C)
Conductive thread (manufactured by Osaka Electric Industry Co., Ltd., product name: ODEX30d, thread with silver-plated core, diameter: 30 denier)

[実施例1]
ナイロンフィラメントを600T/mで撚糸し、180℃で40分間熱処理し、繊維状高分子材料を得た。導電糸1本と融着糸1本を1000T/mで撚糸し、複合糸を得た。前記繊維状高分子材料に複合糸を1000T/mで螺旋状に巻きつけ、130℃で5分間熱処理し、複合糸を接着し、アクチュエータ1を得た。アクチュエータ1のV1/A1は14μm/μmであった。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Example 1]
Nylon filaments were twisted at 600 T/m and heat-treated at 180°C for 40 minutes to obtain a fibrous polymer material. One conductive yarn and one fusion yarn were twisted at 1000 T/m to obtain a composite yarn. The composite yarn was spirally wound around the fibrous polymer material at 1000 T/m and heat-treated at 130°C for 5 minutes to adhere the composite yarn to obtain actuator 1. The V1/A1 of actuator 1 was 14 μm3 / μm2 . The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

[実施例2]
複合糸を作製する際に、導電糸2本、融着糸1本とした以外は、実施例1と同様の方法でアクチュエータ2を得た。アクチュエータ2のV1/A1は7μm/μmであった。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Example 2]
Actuator 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that two conductive yarns and one fused yarn were used to prepare the composite yarn. V1/A1 of actuator 2 was 7 μm 3 /μm 2. The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

[実施例3]
複合糸を作製する際に、導電糸1本、融着糸2本とした以外は、実施例1と同様の方法でアクチュエータ3を得た。アクチュエータ3のV1/A1は27μm/μmであった。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Example 3]
Actuator 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that one conductive yarn and two fused yarns were used to prepare the composite yarn. V1/A1 of actuator 3 was 27 μm 3 /μm 2. The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

[実施例4]
複合糸を作製する際に、導電糸1本、融着糸4本とした以外は、実施例1と同様の方法でアクチュエータ4を得た。アクチュエータ4のV1/A1は55μm/μmであった。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Example 4]
Actuator 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that one conductive yarn and four fused yarns were used when preparing the composite yarn. V1/A1 of actuator 4 was 55 μm 3 /μm 2. The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

[比較例1]
複合糸に代えて導電糸1本使用した以外は、実施例1と同様の方法でアクチュエータ5を得た。融着糸が含まれないため、アクチュエータ5のV1/A1は0μm/μmである。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
Actuator 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that one conductive yarn was used instead of the composite yarn. Since no fusion yarn was included, V1/A1 of actuator 5 was 0 μm 3 /μm 2. The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

[比較例2]
複合糸を作製する際に、導電糸4本、融着糸1本とした以外は、実施例1と同様の方法でアクチュエータ6を得た。アクチュエータ6のV1/A1は3μm/μmであった。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Actuator 6 was obtained in the same manner as in Example 1, except that four conductive yarns and one fused yarn were used to prepare the composite yarn. V1/A1 of actuator 6 was 3 μm 3 /μm 2. The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

[比較例3]
複合糸を作製する際に、導電糸1本、融着糸8本とした以外は、実施例1と同様の方法でアクチュエータ7を得た。アクチュエータ7のV1/A1は110μm/μmであった。導電糸の接着性評価及び導通性評価の結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
Actuator 7 was obtained in the same manner as in Example 1, except that one conductive yarn and eight fused yarns were used when preparing the composite yarn. The V1/A1 of actuator 7 was 110 μm 3 /μm 2. The results of the adhesiveness evaluation and conductivity evaluation of the conductive yarn are shown in Table 1.

Figure 0007665371000001
Figure 0007665371000001

実施例1~4のアクチュエータは、接着性評価及び導通性評価が良好であった。融着糸を使用しなかった比較例1及びV1/A1が3μm/μmである比較例2では、接着性が不良となった。V1/A1が110μm/μmである比較例3では、導通性が不良となった。 The actuators of Examples 1 to 4 were evaluated as having good adhesiveness and conductivity. Comparative Example 1, which did not use fusible yarn, and Comparative Example 2, in which V1/A1 was 3 μm 3 /μm 2 , showed poor adhesiveness. Comparative Example 3, in which V1/A1 was 110 μm 3 /μm 2 , showed poor conductivity.

本発明のアクチュエータは、加熱により変形するアクチュエータとして、様々な物品の動力化の用途において、使用することができる。 The actuator of the present invention can be used as an actuator that changes shape when heated, in applications for powering a variety of items.

1・・・アクチュエータ、10・・・繊維状高分子材料、20・・・複合化長尺体、20’・・・複合糸、I20・・・複合化長尺体の螺旋構造の隣接する複合化長尺体同士の隙間間隔、D10・・・繊維状高分子材料の直径、D20・・・複合化長尺体の直径、θ・・・複合化長尺体と繊維状高分子材料との成す角度、L1i・・・複合化長尺体が占める長さ、L2i・・・複合化長尺体に被覆されていない部分の長さ 1: actuator, 10: fibrous polymer material, 20: composite elongated body, 20': composite yarn, I20 : gap between adjacent composite elongated bodies in the spiral structure of the composite elongated body, D10 : diameter of the fibrous polymer material, D20 : diameter of the composite elongated body, θ: angle between the composite elongated body and the fibrous polymer material, L1i: length occupied by the composite elongated body, L2i: length of the portion not covered by the composite elongated body

Claims (3)

繊維状高分子材料と、
導電糸及び熱可塑性樹脂(但し、前記繊維状高分子材料が熱可塑樹脂を含む場合、前記繊維状高分子材料に含まれる熱可塑性樹脂は除く。前記導電糸が熱可塑樹脂を含む場合、前記導電糸に含まれる熱可塑性樹脂は除く。)を含む複合化長尺体と、を備えるアクチュエータであって、
前記繊維状高分子材料を構成する高分子は、ナイロン6、ナイロン6,6、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、又はポリカーボネートであり、
前記熱可塑性樹脂は、溶融温度が60~180℃の熱可塑性樹脂であり、
前記繊維状高分子材料に前記複合化長尺体が螺旋状に巻きつけられており、
前記複合化長尺体の1mあたりに含まれる前記熱可塑性樹脂の総体積をV1、前記複合化長尺体の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA1としたときに下式1を満たす、アクチュエータ。
5[μm/μm]≦V1/A1≦60[μm/μm] 式1
A fibrous polymer material;
and a composite long body including a conductive thread and a thermoplastic resin (however, in a case where the fibrous polymer material includes a thermoplastic resin, the thermoplastic resin included in the fibrous polymer material is excluded; and in a case where the conductive thread includes a thermoplastic resin, the thermoplastic resin included in the conductive thread is excluded) ,
The polymer constituting the fibrous polymer material is nylon 6, nylon 6,6, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, or polycarbonate;
The thermoplastic resin has a melting temperature of 60 to 180° C.
the composite long body is wound in a spiral shape around the fibrous polymer material,
An actuator which satisfies the following formula 1, where V1 is the total volume of the thermoplastic resin contained per 1 m of the composite long body, and A1 is the total surface area of the conductive yarn contained per 1 m of the composite long body.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V1/A1≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 1
繊維状高分子材料に、熱可塑性樹脂を含む融着糸及び導電糸を複合化した複合糸を螺旋状に巻きつける工程と、
前記複合糸を加熱して、前記繊維状高分子材料の表面に融着させる工程と、
を含むアクチュエータの製造方法であって、
前記繊維状高分子材料を構成する高分子は、ナイロン6、ナイロン6,6、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、又はポリカーボネートであり、
前記熱可塑性樹脂は、溶融温度が60~180℃の熱可塑性樹脂であり、
前記複合糸の1mあたりに含まれる前記融着糸の総体積をV2、前記複合糸の1mあたりに含まれる前記導電糸の総表面積をA2としたときに下式2を満たす、アクチュエータの製造方法。
5[μm/μm]≦V2/A2≦60[μm/μm] 式2
A step of spirally winding a composite yarn obtained by combining a fusion yarn containing a thermoplastic resin and a conductive yarn around a fibrous polymer material;
heating the composite yarn to fuse it to a surface of the fibrous polymeric material;
A method for manufacturing an actuator comprising:
The polymer constituting the fibrous polymer material is nylon 6, nylon 6,6, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, or polycarbonate;
The thermoplastic resin has a melting temperature of 60 to 180° C.
A method for manufacturing an actuator, which satisfies the following formula 2 when the total volume of the fusion yarns contained per 1 m of the composite yarn is V2 and the total surface area of the conductive yarns contained per 1 m of the composite yarn is A2.
5 [μm 3 /μm 2 ]≦V2/A2≦60 [μm 3 /μm 2 ] Formula 2
前記複合糸は、前記融着糸及び前記導電糸を撚糸により複合化した複合糸である、請求項2に記載のアクチュエータの製造方法。 The method for manufacturing an actuator according to claim 2, wherein the composite yarn is a composite yarn obtained by combining the fusion yarn and the conductive yarn through twisting.
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