(57)【要約】【課題】従来の形状記憶合金を用いた繊維状アクチュエータと異なり、温度依存性が少なく、低温でも十分な変位を発現するアクチュエータとして好適な繊維強化樹脂構造材を提供する。【解決手段】強化繊維と樹脂から構成される繊維強化樹脂構造材であって、可逆変形が可能であることを特徴とする繊維強化樹脂構造材である。強化繊維は、２種類以上の強化繊維からなることが好ましく、強化繊維の少なくとも１種類の強化繊維の線膨張係数が負膨張であることがさらに好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維と樹脂から構成される繊維強化樹脂構造材であって、可逆変形が可能であることを特徴とする繊維強化樹脂構造材。
【請求項２】
強化繊維が２種類以上の強化繊維からなることを特徴とする請求項１記載の繊維強化樹脂構造材。
【請求項３】
強化繊維の少なくとも１種類の強化繊維の線膨張係数が負膨張であることを特徴とする請求項１または２記載の繊維強化樹脂構造材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維で強化された樹脂構造材であり、外部刺激により可逆変形が可能であることを特徴とする繊維強化樹脂構造材であり、さらに詳しくは、人口筋肉やマイクロアクチュエータに最適な繊維強化樹脂構造材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より電子機器や車両、ロボット等の部品の駆動装置としてアクチュエータが用いられてきている。従来のモーターと比べて軽量化の可能性を有するアクチュエータは油圧に代表される流体の圧力によって作動することが一般的であった。しかしながら近年、部品の高密度化による小型化や軽量化の要望から、主に形状記憶合金や圧電素子を用いたアクチュエータが用いられてきている。
例えば特許文献１には、ＮｉＴｉ系形状記憶合金洗剤を用いた直線作動アクチュエータが開示されている。これによると、形状記憶合金にある温度で記憶処理した後に、マルテンサイト変態温度以下で変形させ、オーステナイト変態温度以上に加熱して作動させる一般の形状記憶合金製と異なり、ＮｉＴｉ系の組成を見直すとともに、２５０℃以上の熱処理温度で直線状の形状を記憶させた後、オーステナイト変態終了温度以下に冷却しながら断面積を減少させることによって、加熱回復率ならびに最大回復応力を向上させることが出来るとしている。この処理を施した形状記憶合金製のアクチュエータは、外部からまたは自己発熱により加熱することによってアクチュエータとしての機能を発揮する。しかしながら、アクチュエータ機能を発生する温度は、その組成の相転移温度に依存するため、２００℃以上の高い温度としなければならなかった。
また、繊維強化樹脂を用いたアクチュエータは、例えば特許文献２に開示されている。これには、繊維強化樹脂と形状記憶合金を用いて、形状記憶合金の相変化温度を中心に温度を変化させることによってアクチュエータとしての機能を発現するとしている。しかしながら、形状記憶合金の相変化温度は前述の場合と異なるわけではなく、２００℃以上の加熱が必要なこと、また、繊維強化樹脂における樹脂に耐熱性が要求されるなどの欠点を有する。
形状記憶合金を用いたアクチュエータでは相変化温度が律速となりこれ以下の温度領域では駆動することが困難であった。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１１７８２７号公報（請求項１、実施例１など）
【特許文献２】
特開平７−２９０５７１号公報（請求項１、実施例１など）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の形状記憶合金を用いた繊維状アクチュエータと異なり、温度依存性が少なく、低温でも十分な変位を発現するアクチュエータとして好適な繊維強化樹脂構造材を得ようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、強化繊維と樹脂から構成される繊維強化樹脂構造材であって、可逆変形が可能であることを特徴とする繊維強化樹脂構造材であり、また、強化繊維が２種類以上の強化繊維からなることを特徴とする前記の繊維強化樹脂構造材であり、さらには、強化繊維の少なくとも１種類の強化繊維の線膨張係数が負膨張であることを特徴とする請求項１または２記載の繊維強化樹脂構造材である。
上記の繊維強化樹脂構造材を使うことにより、温度領域の律速を持たないアクチュエータを提供することが可能となった。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳述する。
まず、本発明で言う可逆変形とは、外力を駆動力とせずに繊維強化樹脂構造部材自体が変形、回復挙動を示す状態を言う。一例としては、物体の温度が上昇することによる線膨張を利用することが出来る。また、この可逆変形を行うことにより物理仕事をすることを特徴とする。
【０００７】
次に、本発明では、強化繊維が２種類以上の強化繊維から構成されていることが好ましい。また、この２種類以上の強化繊維の線膨張係数が異なることが好ましい。線膨張係数が異なることでわずかな温度差に即応するアクチュエータとすることが出来る。
【０００８】
更に、本発明では少なくとも１種類の強化繊維の線膨張係数が負膨張であることが好ましい。ここで言う負膨張とは、一般の材料のように物体の温度が上昇すると伸びる正膨張と異なり、物体の温度が上昇すると縮む性格を有することを言う。正膨張と負膨張の繊維を互いに交じり合わない状態で引き揃えることによって、わずかな温度差で大きな変形を可能とすることが出来る。
【０００９】
正膨張を示す強化繊維としては、金属繊維や、炭素繊維やガラス繊維などの無機繊維などを挙げる事が出来る。軽量で高剛性であることが重要視される場合は、炭素繊維が好ましく、加熱繊維として用いる場合は金属繊維が好ましい。
【００１０】
負膨張を示す強化繊維としては、ポリエチレン繊維、ポリアラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、ポリイミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）などを挙げる事が出来る。
【００１１】
この有機繊維の繊維軸方向の繊膨張係数は、１×１０−６以下であることが好ましく、さらに好ましくは０から−１０×１０−６である。この様な範囲にあることで、引きそろえの界面を中立軸としたままにより大きな変形を得ることが出来る。
【００１２】
正膨張、負膨張を示すいずれの繊維も熱伝導率が良好であることが好ましい。熱伝導率が低いと、一度加熱して変形した後に、放熱して復元する際の放熱に時間が必要で、応答速度が遅くなる。熱の出入りを早くして応答速度を高めるために、有機繊維の熱伝導率は０．００１Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であることが好ましく、より好ましくは常温付近における熱伝導率が０．０１Ｗ／ｃｍ・Ｋ以上であることがさらに好ましい。
【００１３】
上述の２種類の繊維を一体化する樹脂としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などを用いることが上げられる。熱硬化性樹脂であれば、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂を用いることが出来る。また、熱可塑性樹脂であれば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、更に高性能エンプラと呼ばれるポリエーテルエーテルケトン樹脂や、ポリイミド樹脂等を用いることが出来る。いずれの樹脂においても、繊維との接着性は、繊維−樹脂間のひずみの不連続性を避ける意味から良好であることが好ましく、これを得るために酸変性やプラズマ処理などがなされていることが好ましい。また、耐候性、耐光性、耐薬品性などを向上させる目的で添加剤を添加することが好ましい。さらに、熱伝導率を向上させる目的で金属粉体などが混練されていることが好ましい。
【００１４】
この様な複合材料は、繰り返し疲労が問題となるため、層間靭性に優れ、耐磨耗性に優れる熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
なお、本発明において変位の計測は、直径２ｍｍの引き揃えのロッドを作成し、スパン１００ｍｍの片持ち梁中央にヒーターを用いて熱をかけ、自由端の変位を計測することによって評価を行った。なお、絶対値が大きくなるほどたわみが大きく、変形していることを示す。
【００１６】
（実施例１）
強化繊維１として東レ株式会社製炭素繊維  トレカＴ８００を用い、強化繊維２として東洋紡績株式会社製ＰＢＯ繊維  ザイロン（登録商標）ＨＭを用い、これらを引き揃えた後に、東洋紡績株式会社製ポリアミド６樹脂を含浸して繊維体積含有率５０％（強化繊維の容積比率は１：１）なるロッドを作成した。測定結果を表１に示す。
（実施例２）
強化繊維２が東レ株式会社製ポリアラミド繊維  アラミドＨＭであることだけが実施例１と異なるロッドを作成した。測定結果を表１に示す。
（実施例３）
強化繊維２が東洋紡績株式会社製高強力ポリエチレン繊維  ダイニーマ（登録商標）ＳＫ６０であることだけが実施例１と異なるロッドを作成した。測定結果を表１に示す。
【００１７】
（比較例１）
強化繊維２が電気化学工業株式会社製アルミナ繊維であることだけが実施例１と異なるロッドを作成した。測定結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
2004249671.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の形状記憶合金を用いた繊維状アクチュエータと異なり、低温でも十分に変位を発現するアクチュエータを提供することが可能である。