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あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2022

研 究 ノート

アクチュエータ繊維の生産技術の開発
田 中 利 幸 * 1 、 松 浦 勇 *2 、 佐 藤 嘉洋 * 3 、 西 村 美 郎 *4Development of Actuator Fiber Production TechnologyToshiyuki TANAKA * 1 , Isamu MATSUURA *2 , Yoshihiro SATOU *3 and Yoshirou
NISHIMURA *4Owari Textile Research Center *1 *2 Mikawa Textile Research Center *3 *4
モノフィラメントに強撚を加えてコイル形状に加工した繊維は加熱・冷却による伸縮を示し、アクチュエータとして動作する。様々な繊度・素材のフィラメントに対して、撚糸機を用いて連続でコイル状繊維を 生 産 す る 技 術 の 検 討 を 行 っ た 。 最 適 な 撚 り 数 や 張 力 を 見 出 す こ と で 、 400D か ら 1000D の LLDPE 繊 維を連続したコイル形状に加工することに成功した。生産したコイル状繊維は繊度によってアクチュエータとしての発生力が異なり、用途に応じた発生力を持つアクチュエータを生産可能であることが示された。

1. はじめに次に、撚糸機を用いたコイル形状への連続加工を行っ

最近、ナイロンなどのモノフィラメントに強撚を加えた。意匠撚糸機((株)オゼキテクノ製トライツイスターてコイル状に加工した繊維が、加熱・冷却による可逆的ON-700NF-Ⅲ)を用い、連続してコイル形状に加工するな伸縮挙動を示すことが報告され、注目を集めている 1)。

ことが可能な条件を探索した。加工時にはテンションメ

このコイル状繊維は柔軟・軽量でありながら、伸縮量、ーター(シュミット社製 ET2-500)を用いて張力の測定を収縮時の発生力ともに人の筋肉に匹敵する数値を示すこ行った。ただし、コイル形状に加工された繊維は凹凸がとから、モーターなどの機械類に代わる駆動源としての大きく、張力の測定が困難であったため、コイル化直前応用が期待されている。の張力を測定した。

コイル状アクチュエータ繊維はまだ研究が始められた

2.2 性能評価ばかりであり、その生産・加工技術は確立されていない。

コイル状に加工した繊維はそのままでは撚り戻りが起我々はこれまでに撚糸機を用いたコイル形状への連続加こるため、2 本のコイル状繊維を双糸に加工して性能評工技術、コイル状繊維の製織技術などを開発してきた 2)。

価を行った。約 100mm のコイル状繊維の双糸を一定のしかしながら、これまでの研究では素材・繊度などを限負荷荷重下で 90℃の電気炉に出し入れし、90℃及び室定して検討を行っており、技術の汎用性を向上させる必温での試料長を目視で測定した。負荷荷重を変えながら要がある。そこで、本研究では素材や繊度の異なる材料測定を行うことで、繰り返し伸縮可能な最大の負荷荷重への連続加工技術の応用について検討を行った。

を決定し、これをアクチュエータとしての発生力とした。

2. 実験方法
2.1 コイル状繊維の作成

3. 実験結果及び考察
3.1 バッチ式でのアクチュエータ繊維の製造原料として 440dtex、770dtex、1100dtex の直鎖状低張力を 25cN ずつ増加させながら、バッチ式でコイル

密 度 ポ リ エ チ レ ン (LLDPE) 、 730dtex の ポ リ ア ミ ド

形状への加工を行った。張力が小さすぎるとコイル化前(PA)66 のモノフィラメントを使用した。なお、LLDPEにビリが発生し、張力が大きすぎる場合にはフィラメンのモノフィラメントは一般に市販されていないため、溶トが切断される。各フィラメントでコイル化が加工であ融紡糸装置を用いて紡糸することで試料を作製した。

った張力範囲を表 1 に示す。LLDPE においては糸が太はじめに、バッチ式でのコイル形状への加工を行った。

くなるにつれて最低張力、最高張力に増加が見られた。

約 1m のモノフィラメントを使用し、一端に錘を吊るす

PA については同繊度の LLDPE に比べて最低張力、ことで張力を与えながら、全体がコイル形状になるまで最高張力ともに範囲が狭くなり、コイル化時の張力の調他端から加撚した。

整が重要になることが分かった。これは PA が LLDPE*1尾張繊維技術センター 素材開発室（現産業科学技術課) *2 尾張繊維技術センター 素材開発室
センター 製品開発室 *4 三河繊維技術センター 製品開発室（現公益財団法人科学技術交流財団)*3

三河繊維技術161に比べて剛性が高いためと考えられる。
表1

用途に応じた発生力を持つアクチュエータを生産可能でバッチ式加工における必要張力あることが示された。

24cN～98cN

また、繊度が大きくなるほど、加工に必要な張力は大LLDPE770dtex

24cN～147cNきくなった。770dtex、1100dtex ではこの張力がバッLLDPE1100dtex

49cN～147cN

チ式で加工可能であった張力範囲を上回った。多様な素PA730dtex

74cN～122cN

材・繊度の材料へと連続加工技術を応用していくにあた

LLDPE440dtexっては張力の設定が重要となると考えられるため、今後、3.2 撚糸機を用いたアクチュエータ繊維の連続生産この差異の原因の調査を行っていく。撚り数については撚糸機を用いたコイル形状への加工ではスピンドル回繊度が大きくなるほど小さくなったが、撚り係数を比較転数、巻き取り速度、フライヤーの種類を変えながら最するとほぼ近い値となった。撚り係数は糸の撚り角度に適な加工条件を検討した。回転数及び巻き取り速度によ関する指標であり、撚り係数が同じであれば、糸の太さり撚り数が決定され、回転数及びフライヤーの重量が加にかかわらず撚り角度がほぼ同じになる。このことは、工時にフィラメントにかかる張力に影響する。

図 1 におけるコイルの角度がフィラメントの太さによらLLDPE 繊維について連続で加工することが可能であず、ほぼ等しくなっていることと一致する。

った条件及びその特性を表 2 に示す。また、作成したコポリアミド繊維については LLDPE と同様に検討を行

イル状繊維の外観を図 1 に示す。なお、撚り係数は次のったが、ビリの発生を抑えることができず、連続加工可式により算出した。

能な条件を見出すことはできなかった。加工時のスピンk=T√N (k:撚り係数、T:撚り数(回/m)、N:繊度(dtex))
表2繊度(dtex)
回転数(rpm)
巻き取り(m/min)
フライヤー(g)撚り数(回/m)
張力(cN)
撚り係数(×105)
発生力(cN)

ドルボビンを観察すると、フィラメントが解除される際に、糸がスピンドルボビンから浮き上がりながら解除さ

連続加工条件とその特性
440

770

1100

6000

11000

8000

0.9

2.7

2.3

3.0

3.05.8

6700

4100

3500

60～70

150～
160

190～
200

1.4

1.1

1.1

98

245294れる様子が観察された。ポリアミド繊維は LLDPE 繊維に比べると剛性が高いため、使用したスピンドルでは曲率が小さすぎたものと考えられる。より大きな径を持つスピンドルの装置を使用することで加工が可能となることが期待される。

4. 結び(1) 各種繊度の LLDPE 及び PA フィラメントを用いてコイル状アクチュエータを作成した。コイル形状への加工には張力の調整が重要であることが分かった。
(2) 意匠撚糸機を用いて 400D~1000D の LLDPE 繊維を連続的にコイル形状へと加工することに成功した。
この際、撚り係数が等しくなるように撚り数を設定することが必要であることが分かった。

文献1) Carter S. Haines, Márcio D. Lima, Na Li, Geoffrey M.
Spinks, Javad Foroughi, John D. W. Madden, Shi HyeongKim, Shaoli Fang, Mônica Jung de Andrade, Fatma
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Kim, Xiuru Xu, Benjamin J. Swedlove, Gordon G. Wallace,
Ray H. Baughman: Science, 343, 868(2014)
図 1 連続加工したコイル状繊維の外観(上から 440dtex、770dtex、 1100dtex)

撚糸機を用いて生産したコイル状繊維のアクチュエー
タとしての発生力は繊度が大きくなるほど大きくなり、

2) 田中利幸, 松浦勇, 加藤良典, 田中俊嗣, 佐藤嘉洋,
宮本晃吉: あいち産業科学技術総合センター研究報
告, 8, 76(2019)