致动器装置 |
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| 申请号 | CN201880003301.6 | 申请日 | 2018-09-28 | 公开(公告)号 | CN110100385A | 公开(公告)日 | 2019-08-06 |
| 申请人 | 松下知识产权经营株式会社; | 发明人 | 金子由利子; 平冈牧; 林直毅; 田头健司; | ||||
| 摘要 | 本公开提供即使反复进行加热和 散热 ，网状的发热体的 电阻 值也几乎不变化的 致动器 装置。本公开的致动器装置具备致动器线、包覆致动器线的侧面且具备多条电热线的网状的发热体、及向网状的发热体供给加热网状的发热体的电 力 的控制装置。致动器线因加热而收缩，因散热而复原。致动器线的侧面的材料由高分子形成。网状的发热体的一端及另一端分别接合于致动器线的一端及另一端。在网状的发热体未被加热的情况下，与致动器线的侧面 接触 。在网状的发热体被加热了的情况下，致动器线收缩，因此网状的发热体从致动器线的侧面向外侧分离。电热线具备绝缘性的弹性线和呈螺旋状地卷绕于弹性线的金属线。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种致动器装置，具备： |
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| 说明书全文 | 致动器装置技术领域[0001] 本公开涉及致动器装置。 背景技术[0002] 专利文献1公开了线圈状和非线圈状加捻纳米纤维纱线及聚合物纤维扭转和拉伸致动器。平冈牧等在非专利文献1中公开了由直链状低密度聚乙烯形成的线圈状聚合物纤维。根据非专利文献1，该线圈状聚合物纤维因加热而收缩，并且因散热而复原。非专利文献1公开了呈螺旋状地卷绕于线圈状聚合物纤维的电热线。该电热线用于加热线圈状聚合物纤维。专利文献2公开了能够在轴向上收缩的致动器。 [0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1：国际公开第2014/022667号 [0007] 专利文献3：日本特开2016-211104号公报 [0008] 专利文献4：日本特开2015-059276号公报 [0009] 专利文献5：日本专利第6111438号公报 [0010] 非专利文献1：Maki Hiraoka et.al“. Power-efficient low-temperature woven coiled fibre actuator for wearable applications”Scientific Reports volume 6，Article number：36358(2016)发明内容 [0011] 本公开的目的在于提供一种即使反复进行加热和散热，网状的发热体的电阻值也几乎不变化的致动器装置。 [0012] 用于解决上述课题的本公开的一个方案的致动器装置具备： [0013] 致动器线； [0014] 网状的发热体，其包覆所述致动器线的侧面，并且具备多条电热线；以及[0015] 控制装置，其向所述网状的发热体供给加热所述网状的发热体的电力，其中，[0016] 所述致动器线因加热而收缩，而且因散热而复原， [0017] 所述致动器线的侧面由高分子形成， [0018] 所述网状的发热体的一端接合于所述致动器线的一端， [0019] 所述网状的发热体的另一端接合于所述致动器线的另一端， [0020] 各电热线具备绝缘性的第一弹性线和金属线， [0021] 所述金属线呈螺旋状地卷绕于所述第一弹性线， [0022] 在所述网状的发热体未被加热的情况下，所述网状的发热体与所述致动器线的侧面接触，并且 [0023] 在所述网状的发热体被加热了的情况下，所述致动器线收缩，因此所述网状的发热体从所述致动器线的侧面向外侧分离。 [0024] 电热线具备第一弹性线和金属线。第一弹性线为绝缘性。因此，电热线的电阻值主要取决于金属线的电阻值。伴随致动器线的伸缩，难以产生金属线的断裂、磨损。因此，即使致动器线反复伸缩，电热线的电阻值也几乎不变化。因此，具备多条电热线的网状的发热体的电阻值也几乎不变化。由此，当网状的发热体被加热时，其发热量大致恒定。其结果，能够恒定地维持致动器线的收缩量。 [0026] 图1示出本公开的实施方式1的致动器装置60的示意图。 [0027] 图2A示出由相互绞合而成的两根线圈状聚合物纤维111a、111b构成的致动器线1的示意图。 [0028] 图2B示出本公开的实施方式1的电热线21的示意图。 [0029] 图2C示出本公开的实施方式1的变形例的电热线21的示意图。 [0030] 图2D示出加热前的、具备多根致动器68的致动器装置60佩戴于大腿100h的状态的示意图。 [0031] 图2E示出加热后的、具备多根致动器68的致动器装置60佩戴于大腿100h的状态的示意图。 [0032] 图3A示出加热前的致动器68的简略图。 [0033] 图3B示出沿图3A所包含的线3B-3B剖切而得的截面图。 [0034] 图3C示出加热时的致动器68的简略图。 [0035] 图3D示出沿图3C所包含的线3D-3D剖切而得的截面图。 [0036] 图3E示出被针织的多条电热线21的示意图。 [0037] 图3F示出被梭织的多条电热线21的示意图。 [0038] 图3G示出被梭织的多条电热线21的示意图。 [0039] 图4示出专利文献3所示的编绳机的图。 [0040] 图5示出用于制造致动器68的编绳机的示意图。 [0041] 图6A示出实施例1的致动器68收缩了的状态的示意图。 [0042] 图6B示出实施例1的致动器68伸长了的状态的示意图。 [0043] 图7A示出在加热试验中使用的试验装置的简略图。 [0045] 图7C是示出使用激光位移计14测定出的致动器线1的长度的曲线图。 [0046] 图8是示出实施例1的网状的发热体2的电阻值的变化的曲线图。 [0047] 图9A示出在比较例1中使用的致动器的示意图。 [0048] 图9B示出沿图9A所包含的线9B-9B剖切而得的截面图。 [0049] 图9C示出在电热线中流动有电流的情况的截面图。 [0050] 图10A是示出比较例1和比较例2的致动器线的伸缩率的曲线图。 [0051] 图10B是示出比较例1和比较例2的致动器线的侧面的表面温度的曲线图。 [0052] 图10C是示出比较例2中的网状的发热体的电阻值的变化的图。 [0053] 图11A示出比较例3的致动器收缩了的状态的示意图。 [0054] 图11B示出比较例3的致动器伸长了的状态的示意图。 具体实施方式[0056] 本发明人使用了捻成的镀银尼龙丝作为电热线。本发明人，如图11B所示，在线圈状聚合物纤维的外侧面的周围编织多条电热线，形成了网状的发热体。当本发明人使用该网状的发热体作为加热源来使线圈状聚合物纤维反复收缩后，网状的发热体的阻抗值发生了变化。推测出这是因为由于镀敷金属的热膨胀系数以及尼龙丝的热膨胀系数的差异，镀敷金属从尼龙丝剥离。 [0057] 为了抑制网状的发热体的电阻值的变化，本发明人进行了深入研究。其结果，本发明人想到了上述的一个技术方案。 [0058] 以下，参照附图，详细地说明本公开的实施方式。 [0059] 图1示出实施方式的致动器装置60的示意图。实施方式的致动器装置60具备致动器线1、网状的发热体2以及控制装置5。在致动器装置60的致动器线1的外侧面配置有发热体2，发热体2与控制装置5电连接。此外，致动器68具备致动器线1和发热体2。 [0060] (致动器线1) [0061] 致动器线1的详细内容请参照本专利申请之前的专利文献5。作为参照，在本申请中援引该专利文献5(即日本专利第6111438号)、与专利文献5对应的美国专利申请15/245,145、中国专利申请201680000857.0以及欧州专利申请16767126.2。 [0062] 非专利文献1公开了致动器线1。也可以说本公开是该专利文献5所公开的致动器线1的改进。在本说明书中使用的术语“致动器线”和“发热体”分别与在该专利文献5中使用的术语“纤维”和“温度调节装置”对应。 [0063] 如该专利文献5所公开的那样，致动器线1可以由直链状低密度聚乙烯所形成的线圈状聚合物纤维构成。致动器线1因加热而收缩，并且因散热而复原。作为一个例子，若将其一端被施加有10MPa的载重的致动器线1加热至摄氏90度，则致动器线1收缩23％左右。若将致动器线1冷却至室温，则致动器线1复原至原来的长度。还如专利文献5所公开的那样，致动器线1例如能够被加热至摄氏30度以上摄氏100度以下的温度。此外，线圈状聚合物纤维的材质不限定于直链状低密度聚乙烯。例如，也可以是聚乙烯(例如低密度聚乙烯或者高密度聚乙烯)、尼龙(例如尼龙6、尼龙6,6、尼龙12)、聚酯、或者弹性体(例如硅橡胶)。 [0064] 致动器线1能够由1根线圈状聚合物纤维构成。如图2A所示，致动器线1能够由相互绞合成的两根以上的线圈状聚合物纤维111构成。换言之，致动器线1能够通过以使被拧的1根线圈状聚合物纤维111a的侧面与被拧的其它线圈状聚合物纤维111b的侧面相接触的方式拧合两根以上的线圈状聚合物纤维111而形成。图2A中，致动器线1由以相互绞合的方式一体化的两根线圈状聚合物纤维111构成。 [0065] (网状的发热体2) [0066] 网状的发热体2包覆致动器线1的侧面。优选网状的发热体2为筒状，以使得将致动器线1包含在内部。网状的发热体2由多条电热线21构成。如在下文中说明那样，网状的发热体2通过编织(日语：組む)、针织(日语：編む)、或者梭织(日语：織る)多条电热线21而形成。 [0067] (电热线21) [0068] 图2B示出电热线21的一个例子。电热线21具备绝缘性的弹性线51(即芯线)和金属线52(即鞘线)。图2B所示的电热线21被称作“单层包覆电热线”。在单层包覆电热线中，鞘线以S捻或者Z捻的方式编织在芯线的周围。在图2B所示的例子中，以Z捻的方式编织金属线52。 [0069] 电热线21的电阻值主要取决于金属线52的电阻值。当致动器线1伸缩时，难以产生金属线52的断裂、磨损。因此，即使致动器线1反复伸缩，电热线21的电阻值也几乎不变化。由此，当网状的发热体2被加热了时，其发热量大致恒定。其结果，能够大致恒定地维持致动器线1的收缩量。在代替金属线52而使用镀敷有金属的线的情况下，存在电热线的电阻值因致动器线1的伸缩的反复而变化的可能性。这是因为考虑到由于镀敷金属的热膨胀系数与线的热膨胀系数不同，所以镀敷金属会从线剥离。在该情况下，无法恒定地维持致动器线1的收缩量。 [0070] 在电热线21中，金属线52卷绕于弹性线51。因此，电热线21的刚性主要取决于弹性线51的刚性。由于弹性线51呈线状且是弹性体，所以具有低的刚性。因此，电热线21具有低的刚性。由此，由多条电热线21构成的网状的发热体2能够追随致动器线1的收缩。在使用非弹性线来代替弹性线51的情况下，电热线不具有低的刚性。因此，在该情况下，网状的发热体难以追随致动器线1的收缩。 [0071] 这样，电热线21具有两个优点。即，它们是几乎不会随时间变化的电阻值以及低的刚性。 [0072] 另外，电热线21还具有与后述的双层包覆电热线相比，制造工序的数量以及部件件数少这样的优点。 [0073] 如图2B所示，优选弹性线51具有多个露出的部分。这是因为，在以不具有露出弹性线51的部分的程度地紧密地卷绕有金属线52的情况下，难以将电热线21卷绕于致动器线1的周围。此外，在使用具有大的伸缩量的弹性线51、例如氨纶(spandex)的情况下，也可以以不具有露出弹性线51的部分的程度地紧密地卷绕金属线52。这是因为，当在致动器线1的周围卷绕电热线21时，对电热线21施加张力，会形成多个露出的部分。 [0074] 图2C示出电热线21的其它例子。图2C所示的电热线21被称作“双层包覆电热线”。双层包覆电热线具有芯线、第一鞘线、以及第二鞘线。在双层包覆电热线中，在芯线的周围以S捻的方式编织第一鞘线，进而在编织有第一鞘线的芯线的周围以Z捻的方式编织第二鞘线。或者，在芯线的周围以Z捻的方式编织第一鞘线，进而在编织有第一鞘线的芯线的周围以S捻的方式编织第二鞘线。 [0075] 如图2C所示，第二弹性线53的一部分包覆金属线52，并且第二弹性线53的其它部分包覆第一弹性线51。换言之，在与第一弹性线51的长轴方向垂直的截面中，金属线52位于第一弹性线51与第二弹性线53之间。第二弹性线53呈螺旋状地卷绕于呈螺旋状地卷绕有金属线52的第一弹性线51。 [0076] 在双层包覆电热线具备具有绝缘性的第一弹性线51(即芯线)、金属线52(即第一鞘线)、以及具有绝缘性的第二弹性线53(即第二鞘线)的情况下，能够由第二弹性线53按压金属线52。由此，抑制金属线52从第一弹性线51分离。 [0077] 在双层包覆电热线具备具有绝缘性的第一弹性线(即芯线)、具有绝缘性的第二弹性线(即第一鞘线)、以及金属线(即第二鞘线)的情况下，在芯线与第一鞘线之间形成有空气层。因此，能够获得保温效果。 [0078] 通过选择弹性线的种类或者材料，能够获得具有不同性质的电热线21。例如，通过使用氨纶作为弹性线，获得具有优异的伸缩性的电热线21。这是因为，氨纶具有非常高的弹性。另外，在由如被延伸的高密度聚乙烯那样导热性具有各向异性的材料来形成弹性线的情况下，热量容易向某方向散热。 [0079] 具有绝缘性的弹性线的材料的例子是聚氨酯、聚酯、聚乙烯、或者尼龙。弹性线优选具有100度以下的耐热性。金属线的材料是导电性材料、例如不锈钢、铜、或者金即可。此外，优选1根金属线的拉伸强度(N/mm2)与其截面积(mm2)的积比0.27N大且比0.63N小。此处，拉伸强度是指金属线断裂时的拉伸应力。在该积为0.63N以上的情况下，金属线的刚性过高，从而难以使金属线紧贴于弹性线。而当该积为0.27N以下时，金属线的刚性较低，从而难以制成电热线21。在该积为0.27N以下的情况下，也获得上述的电热线21的优点。 [0080] 网状的发热体2能够由多条电热线21形成。如图1所示，优选以使网状的发热体2整体具有网的形状的方式使多条电热线21相互交叉。 [0081] 网状的发热体2由被编织的多条电热线21、被针织的多条电热线21、或者被梭织的多条电热线21中任一种形成。 [0082] 图1所示的网状的发热体2由被编织的多条电热线21形成。图3A示出具备由被编织的多条电热线21形成的网状的发热体2的致动器68的简略的示意图。以使各电热线21呈螺旋状地卷绕于致动器线1的外侧面的方式编织多条电热线21a、21b，从而构成包覆致动器线1的外侧面的网状的发热体2。优选编织3根以上的电热线21来构成网状的发热体2。各电热线21(即21a、21b)可以具有线圈(即螺旋)的形状。各电热线21可以具有线的形状。此处，各电热线21以S捻或者Z捻的方式编织。 [0083] 图3E示出被针织的多条电热线21的示意图。各电热线21可以具有矩形波的形状。以形成网状的发热体2的方式针织具有矩形波的形状的多条电热线21。由被针织的多条电热线21构成的网状的发热体2卷绕于致动器线1的外侧面。图3F和图3G示出被梭织的多条电热线21的示意图。各电热线21可以具有细长的板形状。以使各电热线21呈螺旋状地卷绕于致动器线1的外侧面的方式梭织多条电热线21a、21b，构成包覆致动器线1的外侧面的网状的发热体2。被梭织的多条电热线21分为多条第一电热线21a和多条第二电热线2b。第一电热线21a相互平行。第二电热线21a也平行。各第一电热线21a与邻接的两根第二电热线21b中的一方的电热线的表侧的面以及另一方的电热线的背侧的面接触。各第二电热线21b也与邻接的两根第一电热线21a中的一方的电热线的表侧的面以及另一方的电热线的背侧的面接触。 [0084] 如在下文中说明那样，只要致动器线1能够反复收缩及复原、即只要网状的发热体2能够追随于致动器线1的反复收缩及复原，网状的发热体2也可以由被编织的多条电热线 21、被针织的多条电热线21、或者被梭织的多条电热线21中的任一种形成。 [0085] 网状的发热体2的一端与致动器线1的一端接合。如图1所示，作为一个例子，使用接合件4将致动器线1的一端和网状的发热体2的一端一起压紧。这样，网状的发热体2的一端使用第一接合件4a接合于致动器线1的一端。同样，网状的发热体2的另一端也使用第二接合件4b接合于致动器线1的另一端。即，使用第二接合件4b通过压紧将致动器线1的另一端和网状的发热体2的另一端固定。第一接合件4a和第二接合件4b的例子是压接端子。压接端子可以是叉形压接端子或者环形压接端子。图1中，作为第一接合件4a，示出环形压接端子。这样，网状的发热体2设置于致动器线1的一端与另一端之间。接合件4优选由金属形成。在下文中说明其理由。 [0086] (控制装置5) [0087] 控制装置5向网状的发热体2供给电力，使网状的发热体2发热来加热致动器线1。控制装置5可以具备用于向网状的发热体2供给电力的电源。供给至网状的发热体2的电力是交流或者直流。控制装置5还可以具备开关。在开关接通(ON)的期间，向网状的发热体2供给电力。在开关断开(OFF)的情况下，不向网状的发热体2供给电力。 [0088] (致动器装置60的制造方法) [0089] 以下，说明本公开的致动器装置60的制造方法。 [0090] 首先，使用公知的覆盖加工机，在弹性线51呈螺旋状地卷绕金属线52，来形成电热线21。 [0091] 接下来，使用公知的编绳机，在致动器线1的外侧面的周围编织多条电热线21，从而获得具备致动器线1以及包覆其表面的网状的发热体2的致动器68。图4是专利文献3所示的编绳机。图4中，参照标号109、110、111a～111h、112a～112h、113以及114分别指编绳机、基板、绕线体(即载体)、轨道、线绳以及导辊。专利文献4公开了呈螺旋状地在致动器线1的外侧面卷绕电热线21的编绳机。 [0092] 图5示出用于制造致动器68的编绳机的示意图。在图5中，参照标号101、102、103、105a～105d、106(106a～106d)以及107(107a～107d)分别指线轴(bobbin)、滑轮、卷起装置、线轴、纺锤(spindle)以及波状轨道。图5所示的编绳机通过在公知的编绳机中追加线轴 101和滑轮102而构成。从线轴101供给致动器线1。致动器线1被滑轮102导向。之后，一边经由波状轨道107a～107d以及纺锤106a～106d向致动器线1的外侧面的周围供给多条电热线 21，一边与多条电热线21一起卷起致动器线1。这样，获得具备致动器线1以及包覆致动器线 1的外侧面的由多条电热线21构成的网状的发热体2的致动器68。“多条电热线21以S捻的方式编织”是指通过上述的制造方法以S捻的方式编织各电热线21。“多条电热线21以Z捻的方式编织”是指通过上述的制造方法以Z捻的方式编织各电热线21。 [0093] 将致动器68切断成所希望的长度。被切断成所希望的长度的致动器68的两端通过第一接合件4a和第二接合件4b压紧。这样，获得致动器68。最后，使用电线，将接合件4(即第一接合件4a和第二接合件4b)与控制装置5电连接。这样来制造本公开的致动器装置60。 [0094] (致动器装置60的动作) [0095] 以下，说明致动器装置60的动作。 [0096] 如图1所示，致动器线1例如使用配重6，而绷紧。换言之，利用配重6，沿致动器线1的长边方向对致动器线1施加张力。 [0097] 图3A示出网状的发热体2未被加热且施加有张力的致动器68的简略图。图3B示出沿图3A所包含的线3B-3B剖切的截面图。如图3A所示，网状的发热体2的网眼追随致动器线1的伸长而变形，不会较大地从致动器线1的外侧面分离。这是因为，构成网状的发热体2的多条电热线21分别具有较低的刚性。此外，虽然呈螺旋状地卷绕于弹性线51的金属线52具有较高的刚性，但通过其螺旋的形状的变形来追随于弹性线51的伸缩。 [0098] 如图3A、图3B所示，在网状的发热体2未被加热的情况下，网状的发热体2与致动器线1的外侧面接触。 [0099] 在使用控制装置5刚对网状的发热体2进行加热后，网状的发热体2与致动器线1的外侧面接触，因此因网状的发热体2的发热而产生的热高效地传递给致动器线1。 [0100] 图3C是致动器线1被网状的发热体2加热时的致动器68的简略图。图3D是沿图3C所包含的线3D-3D剖切的截面图。因网状的发热体2的加热，致动器线1收缩。此时，网状的发热体2的网眼追随于致动器线1的收缩，不会较大地从致动器线1的外侧面分离。由此，能够大致均匀地加热致动器线1。假设在网状的发热体由具有较高的刚性的多条金属线构成的情况下，网状的发热体的网眼无法追随于致动器线1的收缩，构成网状的发热体的多条金属线的一部分会较大地从致动器线1的外侧面分离。因此，无法大致均匀地加热致动器线1。其结果，致动器装置的效率降低。 [0101] 如图3C和图3D所示，电热线21a、21b从致动器线1的外侧面分离。如图3C所示，网状的发热体2大致均匀地膨胀，由此图3D所示的电热线2与致动器线1之间的距离变得大致均匀。由此，在散热时，致动器线1中的温度分布变得大致均匀。假设在网状的发热体由具有较高的刚性的多条金属线构成的情况下，网状的发热体的网眼无法大致均匀地膨胀。因此，当网状的发热体因散热而复原了时，网眼容易再构成为不均匀的形状。 [0102] 这样，由于具有与筒状的网状发热体2的两端接合的两端的致动器线1收缩，所以网状的发热体2以从致动器线1的外侧面沿与致动器线1的长边方向正交的方向(即相对于中心轴的径向的朝外方向)移动的方式向外侧分离。换言之，在网状的发热体2因电力的施加而被加热的期间，网状的发热体2以局部或者整体地膨胀的方式发生变形。 [0103] 这样，在加热时，网状的发热体2从致动器线1的外侧面分离，即，在加热时，网状的发热体2膨胀，因此网状的发热体2不与致动器线1的外侧面接触。 [0104] 如非专利文献1所公开的那样，在网状的发热体2冷却了的情况下，致动器线1复原。换言之，在网状的发热体2冷却了的情况下，致动器线1沿其长边方向伸长，返回至原来那样的形状。因此，筒状的网状发热体2与致动器线1的外侧面接触。网状的发热体2可以在室温下自然地冷却。代替地，网状的发热体2可以使用珀耳帖(Peltier)元件之类的冷却器来冷却。可以反复进行上述的收缩及复原。 [0105] 筒状的网状发热体2的两端通过第一接合件4a和第二接合件4b而接合于致动器线1的两端。第一接合件4a和第二接合件4b优选由金属形成。这是为了使在网状的发热体2的两端产生的热经由由金属形成的第一接合件4a和第二接合件4b向空气中释放。 [0106] (致动器装置60的使用例) [0107] 说明致动器装置60的使用例。 [0108] 图2D示出加热前的具备多根致动器68的致动器装置60佩戴于大腿100h的状态的示意图。图2E示出加热后的具备多根致动器68的致动器装置60佩戴于大腿100h的状态的示意图。 [0109] 如图2D和图2E所示，作为一个例子，致动器装置60具备多根致动器68、第一固定件150以及第二固定件160。 [0110] 作为第一固定件150和第二固定件160，例如可以使用粘扣带(日语：面ファスナー)。在该情况下，第一固定件150和第二固定件160中的一方具有在表面有多个钩状的突起的钩状表面，并且第一固定件150和第二固定件160中的另一方具有在表面有多个环状的突起的圆环状表面。通过将钩状表面按压至圆环状表面，将第一固定件固定于第二固定件。能够调整第一固定件相对于第二固定件的固定位置。 [0111] 通过加热，如图2E所示，产生朝向大腿100h的内侧勒紧大腿100h的力。 [0112] (致动器装置60的特性) [0113] 致动器装置60需要两个特性。第一个特性是工作量相对于输入能量的比例。该比例也被称作效率。输入能量是电力与时间之积。工作量是配重6的载重、其拉起距离、以及重力加速度之积。致动器装置60的效率越高越优选。第二个特性是反复动作的耐久性。若电热线21的电阻值变动，则电热线21的发热量变动。其结果，致动器装置60的工作量变动。因此，伴随反复动作的电阻值的变动优选较小。 [0114] (实施例) [0115] 以下，参照实施例，更详细地说明本公开。 [0116] (实施例1) [0117] (致动器线1的制造) [0118] 根据专利文献5的公开内容，本发明人获得线圈状聚合物纤维。接下来，如图2A所示，本发明人扭拧两根线圈状聚合物纤维，获得致动器线1。这样，致动器线1由相互绞合成的两根线圈状聚合物纤维构成。换言之，被扭拧的1根线圈状聚合物纤维的外侧面与被扭拧的其它线圈状聚合物纤维的外侧面接触。 [0119] (电热线21的制造) [0120] 使用由聚酯形成的单丝(购自东丽株式会社，纤维的粗细：15旦尼尔(denier))作为弹性线51。使用不锈钢线(购自日本精线株式会社，商品名：不锈钢线，材质：SUS 316L：，直径尺寸：0.030mm)作为金属线52。在弹性线51的周围以S捻(捻数：2950T/m)的方式编织金属线52。这样，本发明人获得了电热线21。 [0121] (电热线21向致动器线1的包覆) [0122] 本发明人使用图5所示的编绳机，用4根电热线21来包覆了致动器线1的外侧面。 [0123] 本发明人将由电热线21包覆的致动器线1切断，从而获得约具有240毫米的长度的致动器68。这样，本发明人获得了由致动器线1和包覆该致动器线1的外侧面的网状的发热体2构成的致动器68。 [0124] (基于接合件4的接合) [0125] 本发明人使用金属制的第一接合件4a和第二接合件4b来对致动器68的两端进行压紧。此时，作为第一接合件4a和第二接合件4b，使用了圆形的压接端子。这样，本发明人获得了致动器68。观察了该致动器68的伸缩状态。图6A示出致动器68收缩了的状态，图6B示出致动器68伸长了的状态。在两者的情况下，网状的发热体2都是均匀的形状。 [0126] (加热试验) [0127] 如下进行了致动器68的加热试验。图7A示出在加热试验中使用的试验装置的简略图。使用固定板7固定了第一接合件4a。0.070kg的配重6经由线材8安装于第二接合件4b。利用该配重6，致动器线1被绷紧，致动器68的全长变成了47.5mm。以下，“致动器68的全长”是指对致动器线1负荷张力而绷紧了时的致动器68的全长。线材8被滑轮12导向。另外在第二接合件4b安装有镜13。这样，第一接合件4a固定，而第二接合件4b配置成能够沿致动器线1的长边方向振动。图7A中，请留意省略了网状的发热体2。 [0128] 如图7A所示，本发明人将第一接合件4a和第二接合件4b电连接于控制装置5。使用控制装置5，在7秒的加热时间内对网状的发热体2施加了100毫安的电流、0.25瓦的电力。此时的网状的发热体2的电阻值为33Ω。像这样对致动器线1的外侧面进行了加热。输入能量为1.75焦耳(＝0.25瓦×7秒)。此处，通过将电力乘以时间来计算出输入能量。通过加热，致动器线1在其长边方向上收缩。因该收缩运动，0.070kg的配重6被拉起0.0033m。此时的致动器线1的工作量为0.00226焦耳(＝0.070kg×0.0033m×9.8m/s2)。此处，通过将配重6的载重乘以配重6被拉起的距离以及重力加速度来计算出工作量。综上所述，实施例1的致动器装置的效率(即100×工作量/输入能量)为0.129％(＝100×0.00226焦耳/1.75焦耳)。接下来，在50秒的冷却时间内，不向网状的发热体2流动电流。这样，在室温下自然地冷却致动器线1的外侧面。 [0129] 通过散热，致动器线1在其长边方向上伸长，而复原。与致动器线1的收缩及复原同时，镜13在致动器线1的长边方向上振动。由激光位移计14(购自基恩士(Keyence)公司，商品名：LK-080)测定了镜13的振动。使用辐射温度计15(购自Apiste公司，商品名：FSV-210)来测定了致动器线1的外侧面的温度。 [0130] 图7B是示出由辐射温度计15测定出的致动器线1的外侧面的温度的曲线图。从图7B可知，在致动器线1的外侧面的温度约达到摄氏70度后，致动器线1的外侧面的温度开始降低。这意味着网状的发热体2从致动器线1的外侧面分离。在电流流经网状的发热体2的期间，致动器线1的外侧面的温度约维持为摄氏60度以上且摄氏70度以下。在电流不流经网状的发热体2的期间，致动器线1的外侧面的温度约维持为摄氏35度。 [0131] 图7C是示出使用激光位移计14测定出的致动器线1的长度的曲线图。从图7C可知，在电流流经网状的发热体2的期间，即在致动器线1被加热的期间，致动器线1变短，为53.7毫米的长度。另一方面，在致动器线1未被加热的期间，致动器线1复原，为原来的58.3毫米的长度。 [0132] 反复进行了20万次该加热及冷却。图8示出该期间的网状的发热体2的电阻值的变化。图8中，虽然出现了多个测定噪声，但网状的发热体2的电阻值不变化。该电阻值为33Ω。 [0133] (实施例2) [0134] 实施例2中，作为电热线21使用双层包覆电热线，除此以外进行与实施例1相同的实验。使用氨纶(购自TORAY OPELONTEX株式会社，商品名：T-906C，180旦尼尔)作为第一弹性线51。使用不锈钢线(购自日本精线株式会社，商品名：不锈钢线，材质：SUS 316L，直径尺寸：0.030mm)作为金属线52。使用由聚酯形成的单丝(购自THAI POLYESTER CO.LTD，纤维的粗细：75旦尼尔)作为第二弹性线。首先，在第一弹性线51的周围以S捻(捻数：844T/m)的方式编织金属线52。接下来，在以S捻的方式编织有金属线52的第一弹性线51的周围，以Z捻(捻数：1006T/m)的方式编织第二弹性线。这样，本发明人获得了电热线21。 [0135] 致动器68具有66mm的长度。 [0136] 使用控制装置5，在7秒的加热时间内对网状的发热体2施加110毫安的电流、0.43瓦的电力。像这样对致动器线1的外侧面进行了加热。输入能量为3.01焦耳(＝0.43瓦×7秒)。通过加热，致动器线1在其长边方向上收缩。因该收缩运动，0.070kg的配重6被拉起0.0044m。工作量为0.00302焦耳(＝0.070kg×0.0044m×9.8m/s2)。综上所述，实施例2的致动器装置60的效率为0.100％(＝100×0.00302焦耳/3.01焦耳)。另外，反复进行了1000次加热及冷却。在该期间，网状的发热体2的电阻值没有变化。 [0137] (比较例1) [0138] 比较例1中，发热体2是1根电热线而并非网状，除此以外进行了与实施例1相同的实验。换言之，比较例1中，如图9A所示，1根电热线呈螺旋状地卷绕于致动器线1的侧面。通过扭拧镀银尼龙丝(购自株式会社Mitsufuji，商品名：AGPoss，纤维的粗细：30旦尼尔)来获得该电热线。该电热线具有250T/m的捻数。比较例1的致动器约具有240毫米的长度。 [0139] 如图7A所示，本发明人将第一压接端子4a和第二压接端子4b电连接于控制装置5。使用控制装置5，在网状的发热体2流动70毫安的电流。 [0140] 图9B示出沿图9A所包含的线9B-9B剖切的截面图。图9B中，不在电热线21流动电流。图9C示出在电热线21流动有电流的情况的截面图。如图9B和图9C所示，与在电热线21中流动的电流的有无无关地，电热线21都与致动器线1的侧面接触。因此，当从加热开始起约经过32秒后，致动器线1断裂。 [0141] 图10A是示出比较例1的致动器线1的伸缩率的曲线图。为了比较，也示出下述的比较例2的致动器线1的伸缩率。从图10A可知，比较例1和比较例2中，在从加热开始至经过30秒的期间，伸缩率都是－5％～－10％左右。即，致动器线1收缩了5％～10％。但是，比较例1中，在从加热起约经过32秒的时间点，伸缩率突然增加到+20％。这意味着比较例1的致动器线1断裂。 [0142] 图10B是示出比较例1的致动器线1的侧面的表面温度的曲线图。为了比较，也示出下述的比较例2的致动器线1的侧面的表面温度。从图10B可知，比较例2中，致动器线1的侧面的表面温度始终约为摄氏75度以下。另一方面，比较例1中，在从加热起约经过32秒的时间点，致动器线1的侧面的温度突然超过了摄氏90度。这意味着比较例1的致动器线1断裂。 [0143] (比较例2) [0144] 比较例2中，作为电热线21，使用通过扭拧镀银尼龙线(购自株式会社Mitsufuji，商品名：AGPoss，纤维的粗细：30旦尼尔)而获得的线(捻数：250T/m)，除此以外进行与实施例1相同的实验。镀银尼龙线大致保持了尼龙的弹性。 [0145] 比较例2的致动器具有35mm的长度。 [0146] 使用控制装置5，在7秒的加热时间内对网状的发热体施加75毫安的电流、0.19瓦的电力。此时的电阻值约为7.2Ω。像这样对致动器线1的外侧面进行了加热。输入能量为1.33焦耳(＝0.19瓦×7秒)。通过加热，致动器线1在其长边方向上收缩。因该收缩运动， 2 0.050kg的配重6被拉起0.0026m。工作量为0.00127焦耳(＝0.050kg×0.0026m×9.8m/s)。 即，该致动器装置的效率为0.096％(＝100×0.00127焦耳/1.34焦耳)。另外，反复进行了 500次加热及冷却。500次结束后的网状的发热体的电阻值为8.3Ω。图10C示出该期间的网状的发热体的电阻值的变化。开始，电阻值降低至6.7Ω，之后增加。电阻值从其最小值到最大值变化了23％。 [0147] (比较例3) [0148] 比较例3中，使用不锈钢线(购自日本精线株式会社，商品名：不锈钢线，材质：SUS 316L，直径尺寸：0.050mm)作为电热线21，除此以外进行了与实施例1相同的实验。该不锈钢线的拉伸强度为900(N/mm2)，截面积为0.002(mm2)。即，它们之积是1.80(N)。 [0149] 比较例3的致动器具有28mm的长度。观察该致动器的伸缩状态。图11A示出致动器收缩了的状态。图11B示出致动器伸长了的状态。如图11A的区域50所示，在致动器收缩了的状态下，构成网状的发热体的多条电热线的一部分较大地从致动器线1的外侧面分离。 [0150] 使用控制装置5，在7秒的加热时间内对网状的发热体施加了230毫安的电流、0.276瓦的电力。像这样对致动器线1的外侧面进行了加热。输入能量是1.932焦耳(＝0.276瓦×7秒)。通过加热，致动器线1在其长边方向上收缩。因该收缩运动，0.050kg的配重6被拉起0.0030m。工作量是0.00147焦耳(＝0.050kg×0.0030m×9.8m/s2)。即，该致动器装置的效率是0.076％(＝100×0.00147焦耳/1.932焦耳)。 [0151] 表1示出实施例1、2以及比较例2、3的实验结果。 [0152] [表1] [0153] [0154] [0155] 在比较例2的致动器装置中，网状的发热体的电阻值发生了变化。推测出这是因为由于镀敷金属的热膨胀系数以及弹性线的热膨胀系数的差异，镀敷金属从弹性线剥离。可以认为，在比较例2的致动器装置中，在致动器线1的加热及冷却的反复动作中，网状的发热体的发热量变动，致动器线1的收缩量不稳定。 [0156] 另一方面，在实施例1以及实施例2的致动器装置中，网状的发热体2的电阻值没有变化。因此，可以认为在实施例1以及实施例2的致动器装置中，能够恒定地维持致动器线1的收缩量。 [0157] 此外，比较例3的致动器没有经受加热及冷却的反复动作试验。可以认为只要伴随致动器的伸缩，构成网状的发热体的多条不锈钢线不断裂或不磨损，网状的发热体的电阻值就大致不变化。如表1所示，实施例1以及实施例2的致动器装置的效率比比较例2以及比较例3的致动器装置的效率高。因此，从低消耗电力的观点出发，优选实施例1以及实施例2的致动器装置。 [0158] 工业上的可利用性 [0159] 本公开的致动器装置能够作为人工肌肉来使用。 [0160] 标号说明 [0161] 1致动器线；2发热体；4接合件；4a第一接合件；4b第二接合件；5控制装置；6配重；7固定板；8线材；13镜；14激光位移计；15辐射温度计；21电热线；22滑轮；23镜；50区域；51弹性线；52金属线；53第二弹性线；60致动器装置；68致动器；100h佩戴部；101线轴；102滑轮；103卷起装置；105a～105d线轴；106a～106d纺锤；107a～107d波状轨道；109编绳机；110基板；111a～111h绕线体；112a～112h轨道；113线绳；114导辊；150第一固定件；160第二固定件。 |
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