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FIBER MATERIAL FOR ENERGY CONVERSION AND ACTUATOR USING THE SAME

Patent code P160012922
File No. FU536
Posted date Apr 19, 2016
Application number P2013-127969
Publication number P2015-001040A
Patent number P6145755
Date of filing Jun 18, 2013
Date of publication of application Jan 5, 2015
Date of registration May 26, 2017
Inventor
  • (In Japanese)坂元 博昭
  • (In Japanese)末 信一朗
  • (In Japanese)藤田 聡
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人福井大学
Title FIBER MATERIAL FOR ENERGY CONVERSION AND ACTUATOR USING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide fiber material for energy conversion which is suitable for miniaturization, and an actuator using the fiber material.
SOLUTION: A polymer solution is prepared by dissolving a polymeric material having a thermal expansion coefficient of 100×10-6 or more and a conductive material in a solvent, and the polymer solution is filled into a syringe 1 and then continuously injected from a nozzle 3. The injected polymer solution is electrostatically charged by a voltage application device 5 and sucked into a collector 4 by electrostatic attraction to obtain a fiber material for energy conversion which has a fiber diameter of 10 nm to 10 μm and a fiber length ten times or more the fiber diameter, and has a degree of shrinkage in a fiber length direction by thermal expansion of 0.05-1.5%.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

アクチュエータは、化学エネルギーや電気、熱及び光といったエネルギーの供給を受けて伸縮、屈伸、旋回等の機械的な動作を行うもので、ポンプ、バルブ、シリンダ、電気機械変換素子等に用いられている。こうしたアクチュエータでは、小型化が進められており、精密機器、医療機器、産業用ロボット、人工筋肉、センサ等の幅広い分野において実用化が図られている。

アクチュエータの小型化を図る場合、材料自体が入力信号に応じて加えられるエネルギーにより繰り返し変形する材料を用いることが好ましい。例えば、強誘電体材料のピエゾ効果を利用したり、形状記憶合金材料の相転移を利用することで、小型のアクチュエータを得ることができる。

また、導電性を有する有機材料を利用するアクチュエータについても提案されている。特許文献1では、温度履歴に依存して体積が可逆的に変化する有機高分子/低分子複合材料と発熱体とを組み合せることで、加熱により生じる体積変化によって外部に力を伝達する駆動装置が記載されている。また、特許文献2では、熱膨張係数の絶対値の大きい高分子材料に導電性微粒子を混合したアクチュエータ材料に通電することにより自己発熱させ、その温度変化に伴う熱膨張及び熱収縮による材料の変形を利用して伸縮動作を行わせる点が記載されている。また、特許文献3では、導電性高分子又はイオン導電性高分子を用いた繊維形状の材料の表面の一部に、異なる材料が積層された構造を有する繊維アクチュエータが記載されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、入力信号に応じて加えられるエネルギーを変位等の機械量に変換するエネルギー変換用繊維材料及びそれを用いたアクチュエータに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
繊維径が10nm~10μmで繊維長が繊維径の10倍以上に形成された繊維材料であって、熱膨張による繊維長方向の伸縮率が0.05%~1.5%であり、熱膨張係数100×10-6以上の高分子材料及び当該高分子材料内に分散した導電性物質を含むエネルギー変換用繊維材料。

【請求項2】
 
前記高分子材料としてポリウレタン樹脂材料を含むとともに前記導電性物質として鉄を含む請求項1に記載のエネルギー変換用繊維材料。

【請求項3】
 
抵抗率が0.5×102Ωm~5×102Ωmである請求項1又は2に記載のエネルギー変換用繊維材料。

【請求項4】
 
請求項1から3のいずれかに記載のエネルギー変換用繊維材料を備えているアクチュエータ。

【請求項5】
 
溶媒に熱膨張係数100×10-6以上の高分子材料及び導電性材料を溶解させて高分子溶液を調製し、前記高分子溶液を帯電させるとともに噴射させて静電引力により繊維径が10nm~10μmで繊維長が繊維径の10倍以上の繊維材料に形成するエネルギー変換用繊維材料の製造方法。

【請求項6】
 
前記高分子溶液は、前記高分子材料及び導電性材料としてポリウレタン樹脂材料及び塩化鉄(III)を溶解させて調製する請求項5に記載のエネルギー変換用繊維材料の製造方法。

【請求項7】
 
前記高分子溶液は、前記高分子材料を濃度5%~15%で溶解させるとともに前記導電性材料を濃度5%~20%で溶解させる請求項5又は6に記載のエネルギー変換用繊維材料の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013127969thum.jpg
State of application right Registered
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