JP2021055205A - Polymer actuator manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリマーアクチュエータ製造装置に関する。 The present invention relates to a polymer actuator manufacturing apparatus.
近年、人工筋肉などの分野で利用されるポリマーアクチュエータが知られている。例えば、特許文献１，２には、撚糸状の高分子繊維に対して線状導電体が巻き付けられた構成を有するポリマーアクチュエータが記載されている。
In recent years, polymer actuators used in fields such as artificial muscles have been known. For example,
しかし、従来には、特許文献１，２に記載のポリマーアクチュエータを製造するための装置が存在せず、短寸のポリマーアクチュエータを手作業で製造しており、大量生産が困難である。
However, conventionally, there is no device for manufacturing the polymer actuators described in
本発明は、ポリマーアクチュエータを効率的に製造できるポリマーアクチュエータ製造装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a polymer actuator manufacturing apparatus capable of efficiently manufacturing a polymer actuator.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置は、第１原糸である高分子繊維に撚りを加えて撚糸状高分子繊維を生成する撚糸機構と、前記撚糸状高分子繊維に第２原糸である線状導電体を巻き付ける巻付機構と、前記線状導電体が巻き付けられた前記撚糸状高分子繊維を巻き取る巻取機構と、を備えることを特徴とする。 The polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention has a plying mechanism for producing a twisted polymer fiber by twisting a polymer fiber which is a first yarn, and a linear yarn which is a second yarn on the twisted polymer fiber. It is characterized by comprising a winding mechanism for winding a conductor and a winding mechanism for winding the twisted polymer fiber around which the linear conductor is wound.
ここで、「高分子繊維」としては、特に限定されないが、特開２０１６−４２７８３号公報などで挙げられる繊維を利用できる。例えば、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリカーボネート繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などが挙げられる。
また、「撚糸状高分子繊維」とは、撚りを加えられた高分子繊維である。撚糸状高分子繊維に加えられる撚りの状態は、コイル状であってもよいし、非コイル状であってもよい。
また、「線状導電体」としては、特に限定されないが、特開２０１６−４２７８３号公報などで挙げられる導電体を利用できる。例えば、金属ワイヤやカーボンナノチューブの糸などが挙げられる。
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置は、紡績技術を利用した撚糸機構、巻付機構および巻取機構を備えることで、高分子繊維の撚糸、撚糸状高分子繊維に対する線状導電体の巻付、および、線状導電体が巻き付けられた撚糸状高分子繊維の巻取を行うことができる。これにより、ポリマーアクチュエータを効率的に製造することができる。
Here, the "polymer fiber" is not particularly limited, but fibers listed in JP-A-2016-42783 can be used. For example, nylon fiber, acrylic fiber, polyester fiber, polycarbonate fiber, polyvinyl chloride fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber and the like can be mentioned.
The "twisted polymer fiber" is a twisted polymer fiber. The twisted state added to the twisted polymer fiber may be coiled or non-coiled.
Further, the "linear conductor" is not particularly limited, but the conductors mentioned in JP-A-2016-42783 and the like can be used. For example, a metal wire or a thread of carbon nanotubes can be mentioned.
The polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention is provided with a plying mechanism, a winding mechanism and a winding mechanism utilizing spinning technology, thereby twisting a polymer fiber, winding a linear conductor around a twisted polymer fiber, and winding a linear conductor around the twisted polymer fiber. , The twisted polymer fiber around which the linear conductor is wound can be wound. This makes it possible to efficiently manufacture the polymer actuator.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置において、前記巻付機構は、前記線状導電体が巻かれた第２原糸ボビンを保持する中空スピンドルと、前記中空スピンドルの内側を挿通した前記撚糸状高分子繊維の外周部に前記第２原糸ボビンから巻き解かれた前記線状導電体が巻き付くように前記中空スピンドルを回転駆動させる駆動部と、を有することが好ましい。
本発明によれば、巻付機構は、撚糸機構から連続的に提供される撚糸状高分子繊維に対して、線状導電体を連続的に巻き付けることができる。このため、ポリマーアクチュエータをより効率的に製造することができる。
In the polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention, the winding mechanism includes a hollow spindle that holds a second bobbin around which the linear conductor is wound, and the twisted polymer fiber that is inserted inside the hollow spindle. It is preferable to have a drive unit for rotationally driving the hollow spindle so that the linear conductor unwound from the second yarn bobbin is wound around the outer peripheral portion of the above.
According to the present invention, the winding mechanism can continuously wind a linear conductor around a twisted polymer fiber continuously provided by the plying mechanism. Therefore, the polymer actuator can be manufactured more efficiently.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置は、前記撚糸状高分子繊維が送られる経路において前記巻付機構よりも上流側に配置された第１送り機構と、前記経路において前記巻付機構よりも下流側に配置された第２送り機構と、をさらに備え、前記撚糸状高分子繊維を送る前記第１送り機構の送り速度、および、前記線状導電体が巻き付けられた前記撚糸状高分子繊維を送る前記第２送り機構の送り速度は、個々に制御されていることが好ましい。
本発明によれば、撚糸状高分子繊維のうち、第１送り機構と第２送り機構との間を搬送させる領域、すなわち巻付機構を経由する領域において、撚糸状高分子繊維の張力を調整でき、撚糸状高分子繊維に対する線状導電体の巻き付き状態を安定化できる。
The polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention has a first feed mechanism arranged on the upstream side of the winding mechanism in the path through which the ply-like polymer fiber is fed, and a downstream side of the winding mechanism in the path. The second feed mechanism, which is further provided with the arranged second feed mechanism, feeds the first feed mechanism for feeding the twisted polymer fiber, and feeds the twisted polymer fiber around which the linear conductor is wound. The feed rate of the second feed mechanism is preferably controlled individually.
According to the present invention, in the twisted polymer fiber, the tension of the twisted polymer fiber is adjusted in the region where the first feed mechanism and the second feed mechanism are conveyed, that is, the region which passes through the winding mechanism. It is possible to stabilize the winding state of the linear conductor around the twisted polymer fiber.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置において、前記線状導電体のうち前記巻付機構と前記巻取機構との間を搬送させる領域を加熱する第２原糸加熱部をさらに備えることが好ましい。
本発明によれば、線状導電体が巻き付けられた撚糸状高分子繊維の表面を溶融させ、線状導電体を撚糸状高分子繊維の表面に密着させることができる。これにより、線状導電体の脱離や脱落を好適に抑制できる。また、撚糸状高分子繊維に対する線状導電体の巻き付け位置のズレを好適に抑制できる。
In the polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable to further include a second yarn heating unit that heats a region of the linear conductor that is conveyed between the winding mechanism and the winding mechanism.
According to the present invention, the surface of the twisted polymer fiber around which the linear conductor is wound can be melted, and the linear conductor can be brought into close contact with the surface of the twisted polymer fiber. As a result, the detachment and detachment of the linear conductor can be suitably suppressed. In addition, the deviation of the winding position of the linear conductor with respect to the twisted polymer fiber can be suitably suppressed.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置において、前記第２原糸加熱部は、前記撚糸状高分子繊維に巻き付けられた前記線状導電体に対して互いに異なる位置で接触する一対の電極体を有することが好ましい。
本発明によれば、一対の電極体間を搬送させる線状導電体を通電加熱することができる。これにより、線状導電体を簡易な構成によって迅速に加熱できる。
In the polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention, the second yarn heating unit may have a pair of electrode bodies that come into contact with the linear conductor wound around the twisted polymer fiber at different positions. preferable.
According to the present invention, a linear conductor that is conveyed between a pair of electrode bodies can be energized and heated. As a result, the linear conductor can be quickly heated by a simple structure.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置において、前記撚糸機構は、前記高分子繊維が巻かれた第１原糸ボビンを保持する撚糸用中空スピンドルと、前記撚糸用中空スピンドルを回転駆動させる撚糸用駆動部と、前記撚糸用中空スピンドルの回転トルクが伝達されて前記撚糸用中空スピンドルの軸周りに回転し、前記第１原糸ボビンから巻き解かれた前記高分子繊維を前記撚糸用中空スピンドルの内側に案内するガイド体と、を有することが好ましい。
本発明によれば、高分子繊維は、回転するガイド体に案内されることによって撚りを加えられる。また、高分子繊維は、その材質上、撚糸により生じる応力が大きいが、本発明のような撚糸方式（いわゆるアップツイスト法）によれば、高分子繊維の撚り戻りを抑制し、安定した撚りを加えることができる。
In the polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention, the twisting mechanism includes a hollow spindle for twisting that holds the first bobbin on which the polymer fiber is wound, and a drive unit for twisting that rotationally drives the hollow spindle for twisting. , The rotational torque of the hollow spindle for plying is transmitted to rotate around the axis of the hollow spindle for plying, and guide the polymer fiber unwound from the first yarn bobbin to the inside of the hollow spindle for plying. It is preferable to have a guide body and a guide body.
According to the present invention, the polymer fibers are twisted by being guided by a rotating guide body. Further, the polymer fiber has a large stress generated by the twisted yarn due to its material, but according to the twisting method (so-called up-twisting method) as in the present invention, the untwisting of the polymer fiber is suppressed and stable twisting is achieved. Can be added.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置であって、前記撚糸機構は、前記撚糸用中空スピンドルの前記回転トルクを減少させながら前記ガイド体に伝達するトルク伝達部をさらに備えることが好ましい。
本発明によれば、撚糸用中空スピンドルの回転速度とは別にガイド体の回転速度を調整することができる。これにより、撚糸状高分子繊維に好ましくない変形（例えばスナールや破断など）が生じることを抑制できる。
In the polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention, it is preferable that the plying mechanism further includes a torque transmission unit that transmits the torque to the guide body while reducing the rotational torque of the hollow spindle for plying.
According to the present invention, the rotation speed of the guide body can be adjusted separately from the rotation speed of the hollow spindle for twisting. As a result, it is possible to prevent undesired deformation (for example, snail, breakage, etc.) of the twisted polymer fiber.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置であって、少なくとも一部が前記撚糸用中空スピンドルの内側に配置され、かつ、前記撚糸状高分子繊維を加熱する筒状の第１原糸加熱部をさらに備えることが好ましい。
本発明によれば、撚糸状高分子繊維に対して、当該撚糸状高分子繊維が撚糸用中空スピンドルの内側に案内されて直ぐに加熱処理を行うことができる。これにより、撚糸状高分子繊維の撚り戻しを好適に抑制することができ、撚糸状高分子繊維における撚り角をより大きくすることができる。
The polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention further includes a tubular first yarn heating unit in which at least a part thereof is arranged inside the hollow spindle for plying and the twisted polymer fibers are heated. Is preferable.
According to the present invention, the twisted polymer fiber can be immediately heat-treated by being guided to the inside of the hollow spindle for plying. As a result, the untwisting of the twisted polymer fiber can be suitably suppressed, and the twist angle of the twisted polymer fiber can be further increased.
本発明のポリマーアクチュエータ製造装置は、前記撚糸状高分子繊維のうち前記巻付機構よりも上流側の領域を加熱する第１原糸加熱部をさらに備えることが好ましい。
すなわち、本発明において、第１原糸加熱部は、撚糸用中空スピンドルの内側に配置されることに限定されず、撚糸状高分子繊維のうち巻付機構よりも上流側の領域を加熱することで、撚糸状高分子繊維の撚り戻しを抑制することができる。
It is preferable that the polymer actuator manufacturing apparatus of the present invention further includes a first yarn heating unit that heats a region of the twisted polymer fiber on the upstream side of the winding mechanism.
That is, in the present invention, the first yarn heating unit is not limited to being arranged inside the hollow spindle for plying, and heats a region of the twisted polymer fiber on the upstream side of the winding mechanism. Therefore, the untwisting of the twisted polymer fiber can be suppressed.
本発明は、ポリマーアクチュエータを効率的に製造できるポリマーアクチュエータ製造装置を提供することができる。 The present invention can provide a polymer actuator manufacturing apparatus capable of efficiently manufacturing a polymer actuator.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１を示す模式図である。本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１は、第１原糸である高分子繊維Ｙ１に対して撚りを加えると共に、撚りを加えられた高分子繊維Ｙ１（撚糸状高分子繊維Ｙｔ１）に対して第２原糸である線状導電体Ｙ２を巻き付けることにより、図２に示すようなポリマーアクチュエータＹ３を製造するものである。
なお、高分子繊維Ｙ１としては、例えば、ナイロン繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ポリカーボネート繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維などが挙げられる。
また、線状導電体Ｙ２としては、例えば、金属ワイヤや炭素をベースにした糸状材料（炭素繊維やカーボンナノチューブ糸など）が挙げられる。
その他、ポリマーアクチュエータＹ３の具体的な構成については、特開２０１６−４２７８３号公報や特開２０１９−２６９６６号公報を参照できる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing the polymer
Examples of the polymer fiber Y1 include nylon fiber, acrylic fiber, polyester fiber, polycarbonate fiber, polyvinyl chloride fiber, polyethylene fiber, polypropylene fiber and the like.
Further, examples of the linear conductor Y2 include metal wires and carbon-based filamentous materials (carbon fibers, carbon nanotube threads, etc.).
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-42783 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-269666 can be referred to for a specific configuration of the polymer actuator Y3.
〔ポリマーアクチュエータ製造装置１の構成〕
図１に示すように、ポリマーアクチュエータ製造装置１は、高分子繊維Ｙ１に対して撚りを加える撚糸機構３と、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を加熱する第１原糸加熱部５と、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の張力を調整する張力調整機構６と、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に対して線状導電体Ｙ２を巻き付ける巻付機構７と、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に巻き付けられている線状導電体Ｙ２を加熱する第２原糸加熱部８と、線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１（ポリマーアクチュエータＹ３）を巻き取る巻取機構９と、を備えている。
以下、各構成について、高分子繊維Ｙ１（撚糸状高分子繊維Ｙｔ１）の搬送経路Ｒに従って説明する。
[Structure of Polymer Actuator Manufacturing Device 1]
As shown in FIG. 1, the polymer
Hereinafter, each configuration will be described according to the transport path R of the polymer fiber Y1 (twisted polymer fiber Yt1).
撚糸機構３は、第１原糸ボビン２１を保持する中空スピンドル３１と、中空スピンドル３１を回転駆動させるモータ３２と、中空スピンドル３１に設けられたトルク伝達部４と、トルク伝達部４に設けられたガイド体３３とを有する。
第１原糸ボビン２１は、外周面に高分子繊維Ｙ１を巻回して保持するように構成された筒状部材である。本実施形態の第１原糸ボビン２１は、中空の筒部２１１と、筒部２１１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けられた一対のフランジ部２１２とを有しており、フランジ部２１２には、凹部２１３が設けられている。
The
The
中空スピンドル３１は、中空の筒部３１３と、筒部３１３の外周部に設けられた円板状のボビン受部３１５とを有している。この中空スピンドル３１は、筒部３１３が第１原糸ボビン２１の内側を挿通し、ボビン受部３１５が第１原糸ボビン２１を下側から支持することで、第１原糸ボビン２１を保持する。
また、ボビン受部３１５には、フランジ部２１２の凹部２１３に係合する凸部３１７が設けられている。このため、モータ３２により駆動された中空スピンドル３１が回転するとき、第１原糸ボビン２１は中空スピンドル３１と共に回転する。
モータ３２は、歯車やプーリー等により構成される伝達機構３２１を介して、中空スピンドル３１を回転軸Ｃ１周りに回転駆動させる。
The
Further, the
The
トルク伝達部４は、中空スピンドル３１の回転トルクをガイド体３３に伝達可能であるように、中空スピンドル３１に対して第１原糸ボビン２１より上側に設けられている。
ここで、本実施形態のトルク伝達部４の構造について、図３を参照して簡単に説明する。
本実施形態のトルク伝達部４は、例えば非接触構造の可変トルク制御装置である。具体的には、トルク伝達部４は、中空スピンドル３１に対してカプラ３５により連結された中空軸４１と、中空軸４１に一体的に設けられた円板４２と、中空軸４１に対してベアリング４３を介して設けられたケース４４と、ケース４４に設けられた複数の磁石４５，４６と、を有する。
The torque transmission unit 4 is provided above the
Here, the structure of the torque transmission unit 4 of the present embodiment will be briefly described with reference to FIG.
The torque transmission unit 4 of the present embodiment is, for example, a variable torque control device having a non-contact structure. Specifically, the torque transmission unit 4 has a
中空軸４１は、中空スピンドル３１と共に回転軸Ｃ１周りに回転可能である。この中空軸４１の内側空間は、中空スピンドル３１の内側空間に連通している。
ケース４４は、回転軸Ｃ１方向に円板４２を挟む位置に配置された上側板部４４２および下側板部４４４を有する。上側板部４４２には磁石４５が設けられると共に、下側板部４４４には磁石４６が設けられている。これらの磁石４５，４６は、円板４２を挟んで対向配置されている。
また、ケース４４は、回転軸Ｃ１を中心とする上側板部４４２および下側板部４４４の相対回転位置を調整可能に構成されている。すなわち、上側板部４４２および下側板部４４４にそれぞれ設けられた磁石４５，４６は、回転軸Ｃ１を中心とする相対回転位置を調整可能である。
The
The
Further, the
このようなトルク伝達部４では、中空スピンドル３１と共に中空軸４１が回転するとき、磁石４５，４６間の磁力線により、円板４２の回転を制動する抵抗力が生じる。すなわち、円板４２とケース４４との相対回転を妨げる抵抗力が生じるため、中空スピンドル３１の回転トルクが円板４２を介してケース４４に伝達される。
ここで、ケース４４に伝達される回転トルクは、磁石４５，４６の相対回転位置によって調整される。例えば、回転トルクは、磁石４５，４６間で対向する磁極が異なる場合に最小トルクとなり、磁石４５，４６間で対向する磁極が同じになる場合に最大トルクになる。
本実施形態において、ケース４４に伝達される回転トルクは、ケース４４が中空スピンドル３１よりも遅い速度で回転するように調整されている。
In such a torque transmission unit 4, when the
Here, the rotational torque transmitted to the
In the present embodiment, the rotational torque transmitted to the
ガイド体３３は、上述したトルク伝達部４のケース４４に固定されており、このケース４４と共に回転軸Ｃ１周りに回転する。すなわち、ガイド体３３は、トルク伝達部４により調整された速度によって回転する。このガイド体３３は、例えばワイヤ等により構成され、トルク伝達部４に対して径方向外側に配置されるリング部３３２を有している。
The
以上に説明した撚糸機構３では、中空スピンドル３１の回転数が所定値に達すると、第１原糸ボビン２１に巻かれた高分子繊維Ｙ１が、回転による遠心力で第１原糸ボビン２１から巻き解かれる。第１原糸ボビン２１から巻き解かれた高分子繊維Ｙ１は、回転するリング部３３２を挿通することで撚りを加えられ、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１となってトルク伝達部４の中空軸４１の内側に案内される。この撚糸状高分子繊維Ｙｔ１は、さらに中空スピンドル３１の内側に案内され、後述の第１原糸加熱部５に導かれる。
なお、撚糸機構３において高分子繊維Ｙ１に加えられる撚りは、コイル状であってもよいし、非コイル状であってもよい。
In the
The twist added to the polymer fiber Y1 in the
第１原糸加熱部５は、いわゆる筒状ヒーターにより構成される。例えば、第１原糸加熱部５は、電極に接続された導電性の筒体であってもよいし、発熱線が配線された筒体であってもよい。この第１原糸加熱部５は、回転軸Ｃ１に沿って配置され、第１原糸加熱部５の少なくとも一部（図１中の第１原糸加熱部５の上側部分）は、中空スピンドル３１の内側に配置されている。
撚糸機構３から導かれた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１は、第１原糸加熱部５の内側を通過することで、繊維が軟化する温度に加熱される。第１原糸加熱部５を挿通した後の撚糸状高分子繊維Ｙｔ１は、ガイドローラ６３によって、後述の第１送り機構６１へ導かれる。
The first
The twisted polymer fiber Yt1 derived from the
張力調整機構６は、第１送り機構６１と、第２送り機構６２とを有している。
第１送り機構６１は、搬送経路Ｒにおいて第１原糸加熱部５より下流であって、かつ、巻付機構７よりも上流に配置されている。この第１送り機構６１は、いわゆるニップロールを構成するものであり、従動ローラ６１１と、不図示のモータ等により回転駆動される駆動ローラ６１３とを有する。駆動ローラ６１３は、各従動ローラ６１１との間に撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を挟んで送り出す。
The
The
第２送り機構６２は、搬送経路Ｒにおいて巻付機構７よりも下流であって、かつ、巻取機構９よりも上流に配置されている。この第２送り機構６２は、いわゆるニップロールを構成するものであり、従動ローラ６２２と、不図示のモータ等により回転駆動される駆動ローラ６２４とを有する。駆動ローラ６２４は、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１（線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１）を従動ローラ６２２との間に挟んで送り出す。
なお、図１に示す従動ローラ６１１，６２２の数は、例示であり、１以上であれば限定されない。
The
The number of driven
第１送り機構６１の送り速度（駆動ローラ６１３の周速度）と、第２送り機構６２の送り速度（駆動ローラ６２４の周速度）とは、それぞれ個別に制御されている。本実施形態では、第１送り機構６１の送り速度を第２送り機構６２の送り速度よりも遅い速度に設定することで、第１送り機構６１と第２送り機構６２との間を送られる撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の張力を高めている。
The feed rate of the first feed mechanism 61 (peripheral speed of the drive roller 613) and the feed rate of the second feed mechanism 62 (peripheral speed of the drive roller 624) are individually controlled. In the present embodiment, by setting the feed speed of the
巻付機構７は、第１送り機構６１と第２送り機構６２との間に配置されており、第２原糸ボビン２２を保持する中空スピンドル７１と、中空スピンドル７１を回転駆動させるモータ７２と、を有する。
第２原糸ボビン２２は、外周面に線状導電体Ｙ２を巻回して保持するように構成された筒状部材である。具体的には、第２原糸ボビン２２は、中空の筒部２２１と、筒部２２１の軸方向の両側端部にそれぞれ設けられた一対のフランジ部２２２とを有する。フランジ部２２２には、凹部２２３が設けられている。
The winding
The
中空スピンドル７１は、中空の筒部７１３と、筒部７１３の外周部に設けられた円板状のボビン受部７１５とを有している。この中空スピンドル７１は、筒部７１３が第２原糸ボビン２２の内側を挿通し、ボビン受部７１５が第２原糸ボビン２２を下側から支持することで、第２原糸ボビン２２を保持する。
また、ボビン受部７１５には、フランジ部２２２の凹部２２３に係合する凸部７１７が設けられている。このため、モータ７２に駆動された中空スピンドル７１が回転するとき、第２原糸ボビン２２は中空スピンドル７１と共に回転する。
モータ７２は、歯車やプーリー等により構成される伝達機構７２１を介して、中空スピンドル７１を回転軸Ｃ２周りに回転駆動させる。
The
Further, the
The
この巻付機構７では、中空スピンドル７１の回転数が所定値に達すると、第２原糸ボビン２２に巻かれた線状導電体Ｙ２が、回転による遠心力で第２原糸ボビン２２から巻き解かれる。これと同時に、張力調整機構６により張力を調整された撚糸状高分子繊維Ｙｔ１が、中空スピンドル７１の内側を通過する。
ここで、第２原糸ボビン２２から巻き解かれた線状導電体Ｙ２は、中空スピンドル７１の内側から送り出された撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を回転中心として回転することにより、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の外周部に供給され、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に巻き付いていく。
線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１（ポリマーアクチュエータＹ３）は、第２送り機構６２を経由して第２原糸加熱部８へ送られる。
In this winding
Here, the linear conductor Y2 unwound from the
The twisted polymer fiber Yt1 (polymer actuator Y3) around which the linear conductor Y2 is wound is fed to the second yarn heating unit 8 via the
第２原糸加熱部８は、第２送り機構６２と巻取機構９との間に配置された一対の電極体８１，８２を有する。電極体８１，８２は、搬送経路Ｒにおいて互いに異なる位置に配置されており、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に巻き付けられた線状導電体Ｙ２に対してそれぞれ接触する。
The second yarn heating unit 8 has a pair of
この第２原糸加熱部８では、電源８３から電極体８１，８２に対して電圧（例えば１００Ｖ）を加えることより、電極体８１，８２間を搬送させる線状導電体Ｙ２に抵抗熱が生じ、当該線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の表面が溶融する。これにより、線状導電体Ｙ２が撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の表面に密着する。
なお、図１に示される電極体８１，８２は、ロッド形状であるが、ローラ形状であってもよく、他の形状であってもよい。
In the second yarn heating unit 8, resistance heat is generated in the linear conductor Y2 that conveys between the
The
巻取機構９は、巻取ボビン２３を保持するスピンドル９１と、当該スピンドル９１を回転駆動させるモータ９２とを有する。
巻取ボビン２３は、外周面にポリマーアクチュエータＹ３が巻回される筒状部材である。巻取ボビン２３は、スピンドル９１により保持され、スピンドル９１と共に回転する。モータ９２が回転駆動させると、巻取ボビン２３は、ポリマーアクチュエータＹ３を巻き取る。
なお、巻取ボビン２３によるポリマーアクチュエータＹ３の巻き取り速度と、撚糸機構３による高分子繊維Ｙ１の繰り出し速度とは、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に撚り戻りが生じない程度の張力が加わるように相互に調整されている。
The take-up
The take-up bobbin 23 is a tubular member in which the polymer actuator Y3 is wound around the outer peripheral surface. The take-up bobbin 23 is held by the
The winding speed of the polymer actuator Y3 by the winding bobbin 23 and the feeding speed of the polymer fiber Y1 by the
また、巻取機構９は、第２原糸加熱部８を経由したポリマーアクチュエータＹ３に係合し、巻取ボビン２３の軸方向に沿って往復運動するトラバースガイド９３を有していてもよい。トラバースガイド９３が往復駆動されると共に巻取ボビン２３が回転駆動されることにより、ポリマーアクチュエータＹ３が巻取ボビン２３に適切な形状に巻き取られる。
Further, the take-up
〔効果〕
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１は、第１原糸である高分子繊維Ｙ１に撚りを加えて撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を生成する撚糸機構３と、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に第２原糸である線状導電体Ｙ２を巻き付ける巻付機構７と、線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１（ポリマーアクチュエータＹ３）を巻き取る巻取機構９と、を備える。
すなわち、本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１は、紡績技術を利用した撚糸機構３、巻付機構７および巻取機構９を備えることで、高分子繊維Ｙ１の撚糸、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に対する線状導電体Ｙ２の巻付、および、線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の巻取を行うことができる。これにより、ポリマーアクチュエータＹ３を効率的に製造することができる。
〔effect〕
The polymer
That is, the polymer
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１において、巻付機構７は、線状導電体Ｙ２が巻かれた第２原糸ボビン２２を保持する中空スピンドル７１と、中空スピンドル７１の内側を挿通した撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の外周部に第２原糸ボビン２２から巻き解かれた線状導電体Ｙ２が巻き付くように中空スピンドル７１を回転駆動させるモータ７２（駆動部）と、を有する。
このような構成によれば、巻付機構７は、撚糸機構３から連続的に提供される撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に対して、線状導電体Ｙ２を連続的に巻き付けることができる。このため、ポリマーアクチュエータＹ３をより効率的に製造することができる。
In the polymer
According to such a configuration, the winding
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１は、搬送経路Ｒにおいて巻付機構７よりも上流側に配置された第１送り機構６１と、搬送経路Ｒにおいて巻付機構７よりも下流側に配置された第２送り機構６２とをさらに備え、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を送る第１送り機構６１の送り速度、および、線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を送る第２送り機構６２の送り速度は、個々に制御されている。
このような構成によれば、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１のうち、第１送り機構６１と第２送り機構６２との間を搬送させる領域、すなわち巻付機構７を経由する領域において、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の張力を調整でき、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に対する線状導電体Ｙ２の巻き付き状態を安定化できる。
特に、本実施形態では、第１送り機構６１による送り速度は、第２送り機構６２による送り速度よりも、遅い速度に設定されている。このため、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に生じる振動を抑止でき、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に線状導電体Ｙ２を安定した螺旋間隔で巻き付けることができる。
The polymer
According to such a configuration, in the twisted polymer fiber Yt1, the twisted height is in the region where the
In particular, in the present embodiment, the feed rate by the
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１において、線状導電体Ｙ２のうち巻付機構７と巻取機構９との間を搬送させる領域を加熱する第２原糸加熱部８をさらに備える。
このような構成によれば、線状導電体Ｙ２が巻き付けられた撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の表面を溶融させ、線状導電体Ｙ２を撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の表面に密着させることができる。これにより、線状導電体Ｙ２の脱離や脱落を好適に抑制できる。また、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に対する線状導電体Ｙ２の巻き付け位置のズレを好適に抑制できる。
The polymer
According to such a configuration, the surface of the twisted polymer fiber Yt1 around which the linear conductor Y2 is wound can be melted, and the linear conductor Y2 can be brought into close contact with the surface of the twisted polymer fiber Yt1. As a result, the detachment and detachment of the linear conductor Y2 can be suitably suppressed. Further, the deviation of the winding position of the linear conductor Y2 with respect to the twisted polymer fiber Yt1 can be suitably suppressed.
また、本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１において、第２原糸加熱部８は、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に巻き付けられた線状導電体Ｙ２に対して互いに異なる位置で接触する一対の電極体８１，８２を有する。
このような構成によれば、電極体８１，８２間を搬送させる線状導電体Ｙ２を通電加熱することができる。これにより、線状導電体Ｙ２を簡易な構成によって迅速に加熱できる。
Further, in the polymer
According to such a configuration, the linear conductor Y2 that is conveyed between the
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１において、撚糸機構３は、第１原糸ボビン２１を保持する中空スピンドル３１（撚糸用中空スピンドル）と、中空スピンドル３１を回転駆動させるモータ３２（撚糸用駆動部）と、中空スピンドル３１の回転トルクが伝達されて中空スピンドル３１の回転軸Ｃ１周りに回転し、第１原糸ボビン２１から巻き解かれた高分子繊維Ｙ１を中空スピンドル３１の内側に案内するガイド体３３と、を備える。
このような構成によれば、高分子繊維Ｙ１は、回転するガイド体３３に案内されることによって撚りを加えられる。また、高分子繊維Ｙ１は、その材質上、撚糸により生じる応力が大きいが、本実施形態の撚糸方式（いわゆるアップツイスト法）によれば、高分子繊維Ｙ１の撚り戻りを抑制し、安定した撚りを加えることができる。
In the polymer
According to such a configuration, the polymer fiber Y1 is twisted by being guided by the
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１において、撚糸機構３は、中空スピンドル３１の回転トルクを制限しながらガイド体３３に伝達するトルク伝達部４をさらに備える。
このような構成によれば、中空スピンドル３１の回転速度とは別にガイド体３３の回転速度を調整することができる。これにより、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に好ましくない変形（例えばスナールや破断など）が生じることを抑制できる。
In the polymer
According to such a configuration, the rotation speed of the
本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１は、少なくとも一部が中空スピンドル３１の内側に配置され、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１を加熱する筒状の第１原糸加熱部５をさらに備える。
このような構成によれば、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１に対して、当該撚糸状高分子繊維Ｙｔ１が中空スピンドル３１の内側に案内されて直ぐに加熱処理を行うことができる。これにより、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１の撚り戻しを好適に抑制することができ、撚糸状高分子繊維Ｙｔ１における撚り角をより大きくすることができる。例えば、加熱されない状態の撚糸状高分子繊維Ｙｔ１における最大撚り角が４０〜４５°程度である場合、加熱された撚糸状高分子繊維Ｙｔ１における最大撚り角は、５０°程度にまで向上させることができる。
なお、上述した本実施形態のポリマーアクチュエータ製造装置１の効果は、日本紡織機械製造株式会社製の試験機を用いて確認された。
The polymer
According to such a configuration, the twisted polymer fiber Yt1 can be immediately heat-treated by being guided to the inside of the
The effect of the polymer
〔変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
[Modification example]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
例えば、前記実施形態の撚糸機構３では、ガイド体３３がトルク伝達部４に設けられているが、本発明はこれに限られない。例えば、撚糸機構３がトルク伝達部４を有さない場合、ガイド体３３は、第１原糸ボビン２１の上部に取り付けらてもよい。
また、前記実施形態の撚糸機構３は、撚糸形式としてアップツイスト法を実施する構成を有しているが、他の撚糸形式を実施する構成であってもよい。撚糸形式としては、従来技術として存在する様々な形式を利用できる。
For example, in the
Further, although the
前記実施形態のトルク伝達部４は、上述したような非接触構造の可変トルク制御装置であることに限定されず、中空スピンドル３１のトルクを減少してガイド体３３に伝達可能なものであれば、様々な磁力ブレーキを利用できる。
The torque transmission unit 4 of the embodiment is not limited to the variable torque control device having a non-contact structure as described above, as long as the torque of the
前記実施形態の第１送り機構６１および第２送り機構６２は、それぞれニップロールを構成しているが、本発明はこれに限られず、他の種類の送り機構であってもよい。
The
前記実施形態の第１原糸加熱部５は、筒状であるが、本発明はこれに限られず、他の形状の加熱部を有してもよい。また、第１原糸加熱部５は、その全体が中空スピンドル３１の内側に配置されてもよいし、巻付機構７よりも上流側であれば中空スピンドル３１の外側に配置されてもよい。
The first
前記実施形態の第２原糸加熱部８は、通電加熱を行う一対の電極体８１，８２であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２原糸加熱部８は、第１原糸加熱部５のような筒状の加熱部であってもよいし、他の形状の加熱部であってもよい。
また、前記実施形態の第２原糸加熱部８は、第２送り機構６２の下流に配置されているが、巻付機構７と巻取機構９との間であれば、第２送り機構６２の上流に配置されてもよい。
The second yarn heating unit 8 of the above embodiment is a pair of
Further, the second yarn heating unit 8 of the above embodiment is arranged downstream of the
１…ポリマーアクチュエータ製造装置、２１…第１原糸ボビン、２１１…筒部、２１２…フランジ部、２１３…凹部、２２…第２原糸ボビン、２２１…筒部、２２２…フランジ部、２２３…凹部、２３…巻取ボビン、３…撚糸機構、３１…中空スピンドル（撚糸用中空スピンドル）、３１３…筒部、３１５…ボビン受部、３１７…凸部、３２…モータ（撚糸用駆動部）、３２１…伝達機構、３３…ガイド体、３３２…リング部、３５…カプラ、４…トルク伝達部、４１…中空軸、４２…円板、４３…ベアリング、４４…ケース、４４２…上側板部、４４４…下側板部、４５，４６…磁石、５…第１原糸加熱部、６…張力調整機構、６１…第１送り機構、６１１…従動ローラ、６１３…駆動ローラ、６２…第２送り機構、６２２…従動ローラ、６２４…駆動ローラ、６３…ガイドローラ、７…巻付機構、７１…中空スピンドル、７１３…筒部、７１５…ボビン受部、７１７…凸部、７２…モータ（駆動部）、７２１…伝達機構、８…第２原糸加熱部、８１，８２…電極体、９…巻取機構、９１…スピンドル、９２…モータ、９３…トラバースガイド、Ｃ１，Ｃ２…回転軸、Ｒ…搬送経路、Ｙ１…高分子繊維、Ｙ２…線状導電体、Ｙ３…ポリマーアクチュエータ、Ｙｔ１…撚糸状高分子繊維。 1 ... Polymer actuator manufacturing apparatus, 21 ... 1st yarn bobbin, 211 ... Cylinder, 212 ... Flange, 213 ... Recess, 22 ... Second yarn bobbin, 221 ... Cylinder, 222 ... Flange, 223 ... Recess , 23 ... Winding bobbin, 3 ... Twisting mechanism, 31 ... Hollow spindle (hollow spindle for twisting), 313 ... Cylinder, 315 ... Bobbin receiving part, 317 ... Convex part, 32 ... Motor (driving part for twisting), 321 ... Transmission mechanism, 33 ... Guide body, 332 ... Ring part, 35 ... Coupler, 4 ... Torque transmission part, 41 ... Hollow shaft, 42 ... Disc, 43 ... Bearing, 44 ... Case, 442 ... Upper plate part, 444 ... Lower plate part, 45, 46 ... Magnet, 5 ... First yarn heating part, 6 ... Tension adjustment mechanism, 61 ... First feed mechanism, 611 ... Driven roller, 613 ... Drive roller, 62 ... Second feed mechanism, 622 ... Driven roller, 624 ... Drive roller, 63 ... Guide roller, 7 ... Winding mechanism, 71 ... Hollow spindle, 713 ... Cylinder part, 715 ... Bobbin receiving part, 717 ... Convex part, 72 ... Motor (drive part), 721 ... Transmission mechanism, 8 ... Second yarn heating unit, 81, 82 ... Electrode body, 9 ... Winding mechanism, 91 ... Spindle, 92 ... Motor, 93 ... Traverse guide, C1, C2 ... Rotating shaft, R ... Conveyance path , Y1 ... polymer fiber, Y2 ... linear conductor, Y3 ... polymer actuator, Yt1 ... twisted yarn-like polymer fiber.
Claims (9)
前記撚糸状高分子繊維に第２原糸である線状導電体を巻き付ける巻付機構と、
前記線状導電体が巻き付けられた前記撚糸状高分子繊維を巻き取る巻取機構と、を備えることを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 A twisting mechanism that produces twisted polymer fibers by twisting the polymer fibers that are the first raw yarn,
A winding mechanism for winding a linear conductor, which is a second raw yarn, around the twisted polymer fiber, and
A polymer actuator manufacturing apparatus comprising a winding mechanism for winding the twisted polymer fiber around which the linear conductor is wound.
前記巻付機構は、前記線状導電体が巻かれた第２原糸ボビンを保持する中空スピンドルと、前記中空スピンドルの内側を挿通した前記撚糸状高分子繊維の外周部に前記第２原糸ボビンから巻き解かれた前記線状導電体が巻き付くように前記中空スピンドルを回転駆動させる駆動部と、を有することを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to claim 1,
The winding mechanism includes a hollow spindle that holds a second yarn bobbin around which the linear conductor is wound, and the second yarn on the outer periphery of the twisted polymer fiber that is inserted inside the hollow spindle. A polymer actuator manufacturing apparatus comprising: a drive unit for rotationally driving the hollow spindle so that the linear conductor unwound from the bobbin is wound around.
前記撚糸状高分子繊維が送られる経路において前記巻付機構よりも上流側に配置された第１送り機構と、
前記経路において前記巻付機構よりも下流側に配置された第２送り機構と、をさらに備え、
前記撚糸状高分子繊維を送る前記第１送り機構の送り速度、および、前記線状導電体が巻き付けられた前記撚糸状高分子繊維を送る前記第２送り機構の送り速度は、個々に制御されていることを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to claim 1 or 2.
A first feed mechanism arranged upstream of the winding mechanism in the path through which the ply-like polymer fiber is fed, and a first feed mechanism.
A second feed mechanism arranged on the downstream side of the winding mechanism in the path is further provided.
The feed rate of the first feed mechanism for feeding the twisted polymer fiber and the feed rate of the second feed mechanism for feeding the twisted polymer fiber around which the linear conductor is wound are individually controlled. A polymer actuator manufacturing apparatus characterized by being
前記線状導電体のうち前記巻付機構と前記巻取機構との間を搬送させる領域を加熱する第２原糸加熱部をさらに備えることを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
A polymer actuator manufacturing apparatus further comprising a second yarn heating unit that heats a region of the linear conductor that is conveyed between the winding mechanism and the winding mechanism.
前記第２原糸加熱部は、前記撚糸状高分子繊維に巻き付けられた前記線状導電体に対して互いに異なる位置で接触する一対の電極体を有することを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to claim 4.
A polymer actuator manufacturing apparatus, wherein the second yarn heating unit has a pair of electrode bodies that come into contact with the linear conductor wound around the twisted polymer fiber at different positions.
前記撚糸機構は、
前記高分子繊維が巻かれた第１原糸ボビンを保持する撚糸用中空スピンドルと、
前記撚糸用中空スピンドルを回転駆動させる撚糸用駆動部と、
前記撚糸用中空スピンドルの回転トルクが伝達されて前記撚糸用中空スピンドルの軸周りに回転し、前記第１原糸ボビンから巻き解かれた前記高分子繊維を前記撚糸用中空スピンドルの内側に案内するガイド体と、を有することを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 The polymer actuator manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
The plying mechanism
A hollow spindle for twisting that holds the first bobbin on which the polymer fiber is wound, and
A plying drive unit that rotationally drives the plying hollow spindle,
The rotational torque of the hollow spindle for plying is transmitted to rotate around the axis of the hollow spindle for plying, and guide the polymer fiber unwound from the first bobbin to the inside of the hollow spindle for plying. A polymer actuator manufacturing apparatus comprising a guide body.
前記撚糸機構は、前記撚糸用中空スピンドルの前記回転トルクを減少させながら前記ガイド体に伝達するトルク伝達部をさらに備えることを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to claim 6.
The plying mechanism is a polymer actuator manufacturing apparatus further comprising a torque transmission unit that transmits the rotational torque of the hollow spindle for plying to the guide body while reducing the rotational torque.
少なくとも一部が前記撚糸用中空スピンドルの内側に配置され、かつ、前記撚糸状高分子繊維を加熱する筒状の第１原糸加熱部をさらに備えることを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to claim 6 or 7.
A polymer actuator manufacturing apparatus, wherein at least a part thereof is arranged inside the hollow spindle for plying, and further includes a tubular first yarn heating unit for heating the twisted polymer fiber.
前記撚糸状高分子繊維のうち前記巻付機構よりも上流側の領域を加熱する第１原糸加熱部をさらに備えることを特徴とするポリマーアクチュエータ製造装置。 In the polymer actuator manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7.
A polymer actuator manufacturing apparatus further comprising a first yarn heating unit for heating a region of the twisted polymer fiber on the upstream side of the winding mechanism.
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