[发明专利]高分子致动器和使用了该致动器的阀以及轴封结构

说明书

技术领域

本发明涉及使用了高分子材料的高分子致动器，特别涉及适合于使用该高分子致动器进行流路的开闭、流量控制的阀以及轴封结构。

背景技术

以往，例如，作为容器内的流路的控制，在对流体进行常时密封的情况下，通常利用使用了密封部件的轴封装置。该轴封装置中的密封部件为了对空气/水/油/气体等多种多样的流体进行密封，例如，使用剖面大致圆形状的环状O环、填充环。这些密封部件其主要的功能对流体进行密封，所以要求较高的密封性能。

因此，在密封部件中，通常，在轴封装置中的一侧的部件中，在轴或者孔的半径方向上形成于同一平面内的轴向上安装了剖面略矩形形状的槽，通过与另一侧的部件的接触压力来进行密封时，具有通过槽部形状而压缩的压缩余量。在组装了轴封装置后，例如，O环由于该压缩余量被压缩而产生推斥力，根据该推斥力，发挥通过接触面压得到的密封性而进行轴封。

另外，通常，以各种合成橡胶为材料形成了密封部件，但为了使该材料在不引起异常的变形的范围内发挥适度的压缩应力，特别需要满足规定的低压缩永久形变、进而需要满足耐候性/耐摩耗性/耐热、以及耐寒性/耐油性/耐药品性等特性。另外，密封部件例如用于汽车/建设机械/飞机/OA设备/产业设备等多个领域的轴封装置中，所以需要根据各领域(用途)选择材料而使压缩余量成变得适当，不论在轴封部移动的运动、或者轴封部不移动的固定用的任何状态下使用的情况下，都需要以轴封功能的确保为前提而实现耐久性/插入性/压缩破坏的防止等。

这样，通常的轴封装置由于以通过密封部件来提高密封功能为第1目的，所以通常密封部件、流体的密封区域被定位到规定的位置。因此，内置了密封装置的装置，其内部结构复杂化。

当前，假设希望将密封区域切换操作为非密封区域而使密封区域移动，而将该轴封装置利用于各种驱动源中的情况下，需要在密封区域的密封部件、外壳等安装部位处设置其他动作机构。作为该动作机构，例如有螺旋进给机构、活塞/汽缸机构、以及旋转机构等，为了使这些机构动作，还需要使用人力、电气、空气、油压、以及弹簧等的某一种动力手段。

另一方面，为了将密封区域切换为开闭状态，有使用了高分子致动器的阀(例如，参照专利文献1)。在该文献1的阀中，具有如下致动器：将所谓人造肌肉用作阀芯(valving element)，通过使该阀芯自身变形，从而无需使用复杂的动力手段而切换流路。人工肌肉由膜型的电形变伸缩聚合体构成，通过电压的ONOFF变形而直接或者经由密封件与阀座相接相离，来对流路进行开闭。另外，该文献的阀是如下EPAM(Electroactive Polymer Artificial Muscle，人工肌肉)结构：用能够伸缩的电极来夹持橡胶状的薄的高分子膜(弹性体)，并对该电极之间施加电压，从而使高分子膜在面方向上伸长(在周方向上扩径)。在该情况下，在该人工肌肉中，为了增大形变量或者变形量，在高分子膜的施加区域整个面中配设电极而增加了电荷注入量。

专利文献1：日本专利第3501216号公报

发明内容

但是，在希望通过轴封装置实施流路的开闭、流量控制的情况下，需要用于如上所述将密封区域切换为非密封区域的动作机构或动力手段，在该情况下，存在装置的结构复杂化而整体大型化、重量增加这样的问题。

另外，在切换密封状态和非密封状态时，伴随构成动作机构的部件相互的接触、滑动，所以由于该接触、滑动而构成动作机构的部件产生磨耗、或者滑动的部件产生磨耗。而且，密封部件自身也由于在保持与密封区域的对方密封部件接触/加压状态的状态下移动，所以也产生与滑动伴随的磨耗。通过O环实现的密封部分如果在整周产生磨耗，则由于接触部分的压力降低、外伤而易于引起流体泄漏，在该情况下，由于滑动面粗糙、润滑不充分等外在要因，而有时使磨耗进一步加速。另外，在O环的滑动面中产生了局部性的磨耗的情况下，也易于引起流体泄漏，如果在O环的滑动面产生损伤，还有时使磨耗进一步加速。特别，在动作机构的运动速度较快、在偏心状态下进行运动、滑动的面的面粗糙度粗糙、润滑不充分的情况下，O环还有时扭曲。因此，使用了O环的轴封结构无法充分地确保其密封性，并非是适合于进行流路的开闭、流量控制的结构，所以难以用作各种驱动源。