(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー繊維アクチュエータ（２０）に埋め込まれた導電性部材（１１，１２，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５）と、
時間的に変化する磁場を前記導電性部材に付与する磁場発生部（３０）と、
を備える加熱装置。
【請求項２】
前記磁場発生部は、
前記ポリマー繊維アクチュエータの外周面（２１）の外側に配置されるコイル（３１）と、
前記コイルに交流電流を流す電源装置（３２）と、を有する
請求項1に記載の加熱装置。
【請求項３】
前記導電性部材（１１，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５）は、ワイヤ状に形成されている
請求項１又は２に記載の加熱装置。
【請求項４】
前記導電性部材は、前記ポリマー繊維アクチュエータの内部に配置されている
請求項３に記載の加熱装置。
【請求項５】
前記導電性部材（１２）は、粒子状に形成されている
請求項１又は２に記載の加熱装置。
【請求項６】
前記導電性部材は、金属材料からなる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー繊維アクチュエータを加熱するための加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載のポリマー繊維アクチュエータが知られている。このポリマー繊維アクチュエータは、例えば１軸方向に線状に延びた形状を有している。このポリマー繊維アクチュエータは、温度変化を与えることにより、１軸方向を中心に回転するように変位することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０２１９０７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のポリマー繊維アクチュエータをアクチュエータ装置の駆動部として用いる場合、ポリマー繊維アクチュエータを加熱するための加熱装置が必要となる。加熱装置としては、例えばポリマー繊維アクチュエータの外周面に直接巻き付けられた金属ワイヤを備える装置が考えられる。この加熱装置では、金属ワイヤを通電することにより金属ワイヤを加熱させ、この金属ワイヤから発せられる熱によりポリマー繊維アクチュエータを加熱する。しかしながら、このような加熱装置を用いた場合、金属ワイヤがポリマー繊維アクチュエータの変位を阻害するため、ポリマー繊維アクチュエータの変位量が小さくなる可能性がある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポリマー繊維アクチュエータの変位をより的確に確保することの可能な加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、加熱装置（１０）は、ポリマー繊維アクチュエータ（２０）に埋め込まれた導電性部材（１１）と、時間的に変化する磁場を前記導電性部材に付与する磁場発生部（３０）と、を備える。
【０００７】
この構成によれば、時間的に変化する磁場を磁場発生部により導電性部材に付与すると、誘導加熱により導電性部材が発熱する。この導電性部材から発せられる熱がポリマー繊維アクチュエータに伝わることにより、ポリマー繊維アクチュエータが加熱されて回転変位する。ポリマー繊維アクチュエータが回転変位する際、ポリマー繊維アクチュエータの変位量は、外周面の部分よりも内部の方が小さくなる。したがって、上記構成のように、ポリマー繊維アクチュエータに導電性部材を埋め込めば、ポリマー繊維アクチュエータにおいて変位量の小さい部位に導電性部材を配置することができる。これにより、ポリマー繊維アクチュエータが変位する際に、導電性部材がポリマー繊維アクチュエータの変位を阻害し難くなるため、ポリマー繊維アクチュエータの変位をより的確に確保することが可能になる。
【０００８】
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ポリマー繊維アクチュエータの変位をより的確に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の加熱装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図である。
【図３】第２実施形態の加熱装置のポリマー繊維アクチュエータの断面構造を示す断面図である。
【図４】他の実施形態の加熱装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】他の実施形態の加熱装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】他の実施形態の加熱装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】他の実施形態の加熱装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
以下、加熱装置の第１実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態の加熱装置１０は、ポリマー繊維アクチュエータ２０を加熱するための装置である。図２に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ２０は、軸線ｍを中心軸とするワイヤ状の部材である。ポリマー繊維アクチュエータ２０の中心軸ｍに直交する断面形状は円形状である。ポリマー繊維アクチュエータ２０は、例えば６，６−ナイロンにより形成されている。ポリマー繊維アクチュエータ２０は、加熱により温度が上昇すると、中心軸ｍを中心とする回転方向ｒに変位する特性を有している。このような特性を実現するための方法としては、例えばポリマー繊維アクチュエータ２０の結晶構造を中心軸ｍに沿った方向に対して傾斜するように配向させる方法がある。
【００１２】
図１に示されるように、加熱装置１０は、金属ワイヤ１１と、磁場発生部３０とを備えている。
【００１３】
金属ワイヤ１１は、導電性の金属材料からなるワイヤ状の部材である。図１及び図２に示されるように、金属ワイヤ１１は、ポリマー繊維アクチュエータ２０に埋め込まれている。より詳しくは、金属ワイヤ１１は、ポリマー繊維アクチュエータ２０の中心軸ｍに沿ってポリマー繊維アクチュエータ２０の中央部に配置されている。本実施形態では、金属ワイヤ１１が導電性部材に相当する。
【００１４】
磁場発生部３０は、時間的に大きさ及び方向が変化する磁場を金属ワイヤ１１に付与する。磁場発生部３０は、コイル３１と、電源装置３２と、制御装置３３とを備えている。
【００１５】
コイル３１は、ポリマー繊維アクチュエータ２０の外周面２１の外側に螺旋状に配置されている。コイル３１は、交流電流の供給に基づき、コイル３１を取り巻くように磁場を形成する。
【００１６】
電源装置３２は、コイル３１に交流電流を供給する装置である。電源装置３２は、制御装置３３から送信される制御信号に基づいて、コイル３１への交流電流の供給、及びその停止を切り替える。
【００１７】
制御装置３３は、ＣＰＵやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置３３は、電源装置３２を介してコイル３１の通電を制御することにより、ポリマー繊維アクチュエータ２０を回転変位させる。
【００１８】
次に、本実施形態の加熱装置１０の動作例について説明する。
制御装置３３は、ポリマー繊維アクチュエータ２０を回転方向ｒに変位させる場合、コイル３１への交流電流の供給を許可する旨の制御信号を電源装置３２に送信する。これにより、電源装置３２がコイル３１への交流電流の供給を開始する。コイル３１に交流電流が流れると、コイル３１を取り巻くように磁場が形成される。この磁場の大きさ及び方向は、コイル３１に供給される交流電流に応じて時間的に変化する。この時間的に変化する磁場は、金属ワイヤ１１に付与される。
【００１９】
時間的に変化する磁場の影響を金属ワイヤ１１が受けることにより、金属ワイヤ１１に渦電流が流れる。この際、金属ワイヤ１１に、その電気抵抗に応じたジュール熱が発生することで、金属ワイヤ１１が自己発熱する。すなわち、金属ワイヤ１１が誘導加熱により発熱する。この金属ワイヤ１１から発せられる熱がポリマー繊維アクチュエータ２０に伝わることにより、ポリマー繊維アクチュエータ２０が加熱され、回転方向ｒに変位する。
【００２０】
また、制御装置３３は、回転方向ｒに変位したポリマー繊維アクチュエータ２０を元の状態に戻す場合には、コイル３１への交流電流の供給を停止する旨の制御信号を電源装置３２に送信する。これにより、電源装置３２がコイル３１への交流電流の供給を停止する。コイル３１への交流電流の供給が停止されることにより、コイル３１の誘導加熱が停止され、ポリマー繊維アクチュエータ２０が外気により冷却されることになる。これにより、ポリマー繊維アクチュエータ２０は、回転方向ｒとは逆の回転方向に変位し、元の状態に戻る。
【００２１】
以上説明した本実施形態の加熱装置１０によれば、以下の（１）〜（５）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００２２】
（１）ポリマー繊維アクチュエータ２０が回転方向ｒに変位する際、ポリマー繊維アクチュエータ２０の変位量は、外周面２１の部分よりも内部の方が小さくなる。よって、本実施形態の加熱装置１０のように、ポリマー繊維アクチュエータ２０の内部に金属ワイヤ１１を埋め込めば、ポリマー繊維アクチュエータ２０において変位量の小さい部位に金属ワイヤ１１を配置することができる。これにより、ポリマー繊維アクチュエータ２０が回転方向ｒに変位する際に、金属ワイヤ１１がポリマー繊維アクチュエータ２０の変位を阻害し難くなるため、ポリマー繊維アクチュエータ２０の変位をより的確に確保することが可能になる。
【００２３】
（２）金属ワイヤ１１を加熱する方法としては、例えば電流を供給するための給電線を金属ワイヤ１１に直接結線し、この給電線を介して金属ワイヤ１１に電流を流すことにより金属ワイヤ１１を加熱するという方法も考えられる。しかしながら、この方法の場合、ポリマー繊維アクチュエータ２０が回転方向ｒに変位する際に、給電線がポリマー繊維アクチュエータ２０の回転変位を阻害する可能性がある。この点、本実施形態の加熱装置１０のように、誘導加熱を利用して金属ワイヤ１１を加熱するという方法を採用すれば、金属ワイヤ１１に直接結線される給電線が不要となる。したがって、給電線によりポリマー繊維アクチュエータ２０の回転変位が阻害されるという問題が生じないため、ポリマー繊維アクチュエータ２０の変位をより的確に確保することが可能になる。
【００２４】
（３）金属ワイヤ１１は、ワイヤ状に形成されている。これにより、同じくワイヤ状のポリマー繊維アクチュエータ２０を均一に加熱することができるため、ポリマー繊維アクチュエータ２０を変位させ易くなる。
【００２５】
（４）金属ワイヤ１１は、ポリマー繊維アクチュエータ２０の中央部に配置されている。すなわち、金属ワイヤ１１は、ポリマー繊維アクチュエータ２０において最も変位量の小さい部位に配置されている。これにより、ポリマー繊維アクチュエータ２０の変位をより的確に確保することが可能になる。
【００２６】
（５）ポリマー繊維アクチュエータ２０の内部に埋め込まれる導電性部材として、金属ワイヤ１１を用いることとした。これにより、誘導加熱の作用によってポリマー繊維アクチュエータ２０を加熱することが可能になるとともに、ポリマー繊維アクチュエータ２０の剛性を高めることも可能となる。
【００２７】
＜第２実施形態＞
次に、加熱装置１０の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２８】
図３に示されるように、本実施形態のポリマー繊維アクチュエータ２０の内部には、金属ワイヤ１１に代えて、金属粒子１２が埋め込まれている。金属粒子１２は、導電性の金属材料からなる粒子状の部材である。なお、図３では、説明のために金属粒子１２のサイズが実際のサイズよりも大きく図示されている。金属粒子１２は、ポリマー繊維アクチュエータ２０の内部に分散して配置されている。本実施形態では、金属粒子１２が導電性部材に相当する。
【００２９】
以上説明した本実施形態の加熱装置１０によれば、第１実施形態の（１）及び（２）の作用及び効果に加え、以下の（６）及び（７）の作用及び効果を得ることができる。
【００３０】
（６）ポリマー繊維アクチュエータ２０の製造の際に、金属粒子１２をポリマー繊維アクチュエータ２０に埋め込むだけで、本実施形態のポリマー繊維アクチュエータ２０を製造することができる。よって、ポリマー繊維アクチュエータ２０の製造が容易になる。
【００３１】
（７）ポリマー繊維アクチュエータ２０の内部に埋め込む導電性部材として、金属粒子１２を用いることとした。これにより、誘導加熱の作用によってポリマー繊維アクチュエータ２０を加熱することが可能になるとともに、ポリマー繊維アクチュエータ２０の剛性を高めることも可能となる。
【００３２】
＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・ポリマー繊維アクチュエータ２０の形状は、適宜変更可能である。例えば図４に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ２０は、軸線ｎを中心に捩られた形状を有するものであってもよい。この場合、ポリマー繊維アクチュエータ２０に埋め込まれた金属ワイヤ１１は、軸線ｎを中心に螺旋状に配置されることになる。なお、図４に示される加熱装置１０では、金属ワイヤ１１に代えて、第２実施形態の金属粒子１２をポリマー繊維アクチュエータ２０に埋め込んでもよい。
【００３３】
・図５に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ２０は、２つのポリマー繊維部材２０１，２０２を軸線ｎを中心に捩るようにして組み合わせた構造を有するものであってもよい。この場合、ポリマー繊維部材２０１，２０２にそれぞれ埋め込まれた金属ワイヤ１１１，１１２は、軸線ｎを中心に螺旋状に配置されることになる。なお、図５に示される加熱装置１０では、金属ワイヤ１１１，１１２に代えて、第２実施形態の金属粒子１２をポリマー繊維部材２０１，２０２に埋め込んでもよい。
【００３４】
・図６に示されるように、ポリマー繊維アクチュエータ２０は、３つのポリマー繊維部材２０３，２０４，２０５を軸線ｎを中心に捩るようにして組み合わせた構造を有するものであってもよい。この場合、ポリマー繊維部材２０３〜２０５にそれぞれ埋め込まれた金属ワイヤ１１３，１１４，１１５は、軸線ｎを中心に螺旋状に配置されることになる。なお、図５に示される加熱装置１０では、金属ワイヤ１１３〜１１５に代えて、第２実施形態の金属粒子１２をポリマー繊維部材２０３〜２０５に埋め込んでもよい。
【００３５】
・第１実施形態の加熱装置１０では、金属ワイヤ１１がポリマー繊維アクチュエータ２０の中央部からずれた位置に配置されていてもよい。すなわち、金属ワイヤ１１は、ポリマー繊維アクチュエータ２０の内部に配置されていればよい。また、金属ワイヤ１１の一部がポリマー繊維アクチュエータの外部に飛び出していてもよい。
【００３６】
・第１実施形態の加熱装置１０では、ポリマー繊維アクチュエータ２０に金属ワイヤ１１を複数埋め込んでもよい。
【００３７】
・磁場発生部３０は、コイル３１、電源装置３２、及び制御装置３３に限定されるものではない。例えば、磁場発生部３０は、図７に示されるような構成を有するものであってもよい。図７に示される磁場発生部３０は、永久磁石３４と、アクチュエータ３５とを備えている。永久磁石３４は、中心軸ｍを中心に円筒状に形成されており、ポリマー繊維アクチュエータ２０の外周面２１の外側に所定の隙間を有して配置されている。永久磁石３４は、アクチュエータ３５のシャフト３５０に固定されている。アクチュエータ３５は、例えばモータやソレノイドからなる。ポリマー繊維アクチュエータ２０の中心軸ｍに平行な方向を「Ｘ方向」とすると、アクチュエータ３５は、シャフト３５０をＸ方向に往復動させる。これにより、永久磁石３４がポリマー繊維アクチュエータ２０に対してＸ方向に往復動する。この永久磁石３４の往復動により、時間的に大きさ及び方向が変化する磁場が金属ワイヤ１１に付与されるため、誘導加熱により金属ワイヤ１１を加熱することができる。なお、図７に示される構成は、図３〜図６に示される実施形態及び変形例にも適用可能である。
【００３８】
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３９】
１０：加熱装置
１１，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５：金属ワイヤ（導電性部材）
１２：金属粒子（導電性部材）
３０：磁場発生部
３１：コイル
３２：電源装置
２０：ポリマー繊維アクチュエータ
【図１】
0006519509.tif 000002
【図２】
0006519509.tif 000003
【図３】
0006519509.tif 000004
【図４】
0006519509.tif 000005
【図５】
0006519509.tif 000006
【図６】
0006519509.tif 000007
【図７】
0006519509.tif 000008