(57)【要約】【課題】加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能なアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】ポリマ繊維１２は、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間に発生する接触応力がポリマ繊維１２の弾性限度以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する。これにより、ポリマ繊維１２が温度変化に応じて変形しても、上記接触応力に起因してポリマ繊維１２に塑性変形が生じることを回避することが可能である。従って、電熱線１４によってポリマ繊維１２が加熱された後にその加熱が解除された場合には、ポリマ繊維１２は、電熱線１４による加熱前の元の形状に戻る。そのため、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗がポリマ繊維１２に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。【選択図】図１
2020080633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて変形する作動部材（１２）と、
前記作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、
前記作動部材は、該作動部材と前記加熱部材との間に発生する応力（Ｐ）が前記作動部材の弾性限度（Ｐｓ）以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する、アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記作動部材は線材状であって、所定の下限温度（ＴＬ）と、該下限温度よりも高い所定の上限温度（ＴＨ）との間で温度変化させられるものであり、前記加熱部材により押圧される被押圧部（１２１）を有し、
前記加熱部材は、前記作動部材の外周に巻き付けられており、前記作動部材の温度が高くなるほど前記加熱部材が引張られることに起因して前記被押圧部を前記作動部材の径方向（ＤＲｒ）の内側へ強く押圧し、
前記応力は、前記加熱部材による押圧によって前記被押圧部に発生する圧縮応力であり、
前記作動部材が前記上限温度とされた場合に前記被押圧部に発生する前記圧縮応力は前記弾性限度以下である、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記作動部材は線材状であって、前記作動部材の温度が高くなるほど前記作動部材の径方向（ＤＲｒ）には膨張し且つ前記作動部材の軸方向（ＤＲａ）には収縮し、
前記加熱部材は、前記作動部材の外周に巻き付けられており、
前記作動部材は、所定の下限温度（ＴＬ）と、該下限温度よりも高い所定の上限温度（ＴＨ）との間で温度変化させられるものであり、
前記加熱部材が該加熱部材の巻付け軌跡（１４ａ）を前記作動部材の外周上に残して且つ前記作動部材から取り除かれた仮想状態の下で前記作動部材が前記下限温度とされた場合の前記巻付け軌跡の加熱前長さ（Ｊ）と、前記仮想状態の下で前記作動部材が前記上限温度とされた場合の前記巻付け軌跡の加熱後長さ（Ｊ１）との差である軌跡長差（ΔＪ）は、前記弾性限度に基づいた所定の限度値以下になっている、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記作動部材は、前記作動部材の温度が高くなるほど、捩り変形しつつ、前記径方向には膨張し且つ前記軸方向には収縮し、
前記加熱部材は、所定の巻付け角度（θ）で螺旋状に前記作動部材の外周に巻き付けられており、
前記下限温度の前記作動部材に巻き付けられた前記加熱部材の巻き回数をＮ、前記下限温度の前記作動部材のうち前記加熱部材が巻き付けられた被巻付け部（１２２）の軸方向長さをＬ、前記下限温度とされた前記被巻付け部の直径をｄ、膨張側を正方向とした前記径方向における前記作動部材の熱膨張係数をα、膨張側を正方向とした前記軸方向における前記作動部材の熱膨張係数をβ、前記下限温度と前記上限温度との温度差をｔ、前記下限温度の前記作動部材が前記上限温度まで温度上昇した場合に捩れる前記被巻付け部の捩り角度をγとした場合に、前記軌跡長差は下記式１のΔＪとして得られ、
【数１５】
2020080633.tif 000017
前記捩り角度は、前記作動部材が前記加熱部材の巻付け方向と同方向へ捩れる捩り変形を正方向とし且つ単位をdegとして前記式１に用いられる、請求項３に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記限度値は、前記作動部材が前記上限温度にされることに伴って前記応力が前記弾性限度になる場合の前記軌跡長差とされている、請求項３または４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
弾力性を有する弾性部材（１８）を備え、
前記作動部材は線材状であり、
前記加熱部材は、前記作動部材と前記加熱部材との間に前記弾性部材を挟んで前記作動部材の外周に巻き付けられており、
前記弾性部材は、前記作動部材の温度変化に応じた変形に伴って前記作動部材と前記加熱部材とに圧縮されることにより弾性変形する、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
熱を伝えるグリス（２２）を備え、
前記作動部材は線材状であり、
前記加熱部材は、前記作動部材と前記加熱部材との間に前記グリスを介在させて前記作動部材の外周に巻き付けられている、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、
前記作動部材の外周に巻き付けられ、前記作動部材に熱を与える加熱部材（１４）と、
前記加熱部材を前記作動部材へ押し付けるように付勢する付勢部材（２０）とを備えている、アクチュエータ装置。
【請求項９】
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、
前記作動部材の外周に巻き付けられ、前記作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、
前記加熱部材は、該加熱部材の径方向（ＤＲｓｒ）に弾性変形する弾力性を有し、該弾力性により前記作動部材を押圧する、アクチュエータ装置。
【請求項１０】
アクチュエータ装置であって、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、
前記作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、
前記作動部材は、該作動部材の温度が高くなるほど前記作動部材の径方向（ＤＲｒ）に膨張し、
前記加熱部材は、前記作動部材の軸方向（ＤＲａ）に沿って延びるように設けられている、アクチュエータ装置。
【請求項１１】
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、該作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、所定の下限温度（ＴＬ）と、該下限温度よりも高い所定の上限温度（ＴＨ）との間で前記作動部材が温度変化させられるアクチュエータ装置（１０）の製造方法であって、
前記作動部材として、該作動部材の温度が高くなるほど前記作動部材の径方向（ＤＲｒ）には膨張し且つ前記作動部材の軸方向（ＤＲａ）には収縮するものを用意することと、
前記加熱部材を用意することと、
前記作動部材および前記加熱部材の用意後に、前記加熱部材を、前記作動部材の外周上に想定される該加熱部材の巻付け軌跡（１４ａ）に従って該作動部材の外周に巻き付けることとを含み、
前記巻き付けることでは、前記加熱部材を巻き付ける前の前記作動部材が前記下限温度とされた場合の前記巻付け軌跡の加熱前長さ（Ｊ）と、前記加熱部材を巻き付ける前の前記作動部材が前記上限温度とされた場合の前記巻付け軌跡の加熱後長さ（Ｊ１）との差（ΔＪ）が前記作動部材の弾性限度（Ｐｓ）に基づいた所定の限度値以下になるように、前記巻付け軌跡を定める、アクチュエータ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変化に応じた作動部材の変形を動力として出力するアクチュエータ装置と、そのアクチュエータ装置の製造方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアクチュエータ装置として、例えば特許文献１に記載されるようなポリマーファイバーアクチュエータが知られている。特許文献１に記載のポリマーファイバーアクチュエータは、電気加熱や白色加熱による温度変化により、捩りまたは引張作動を発生することができる熱駆動式のものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４２７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のポリマーファイバーアクチュエータのような熱駆動式のアクチュエータ装置では、作動部材が加熱部材によって加熱されるようになっており、その作動部材は、作動部材の温度変化に応じて変形する。この作動部材の変形がアクチュエータ装置の動力として出力される。
【０００５】
このようなアクチュエータ装置では、加熱部材は、作動部材に対して伝熱可能に連結している。そして、作動部材は加熱により熱膨張し、加熱部材は、その加熱部材の構成によっては、その作動部材の熱膨張を妨げるように機械的に作用する場合がある。例えば、加熱部材が作動部材に巻き付けられた状態で、作動部材が加熱部材を引き延ばすように熱膨張したとすれば、加熱部材は、その作動部材の熱膨張を妨げるように機械的に作用する。
【０００６】
このように加熱部材が作動部材の熱膨張を妨げるように機械的に作用する場合、作動部材は加熱部材に押圧されることにより変形することになるが、その変形を生じさせる応力が作動部材の弾性限度を超えれば作動部材は塑性変形する。そして、作動部材の熱膨張に伴い加熱部材に押圧されて作動部材が塑性変形した後に加熱部材による加熱が解除されると、例えば、その塑性変形に起因して加熱部材と作動部材との間に空隙が生じ、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が増大する。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能なアクチュエータ装置とそのアクチュエータ装置の製造方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のアクチュエータ装置は、
温度変化に応じて変形する作動部材（１２）と、
作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、
作動部材は、その作動部材と加熱部材との間に発生する応力（Ｐ）が作動部材の弾性限度（Ｐｓ）以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する。
【０００９】
このようにすれば、作動部材が温度変化に応じて変形しても、作動部材と加熱部材との間に発生する応力に起因して作動部材に塑性変形が生じることを回避することが可能である。従って、加熱部材によって作動部材が加熱された後にその加熱が解除された場合には、作動部材は、加熱部材による加熱前の元の形状に戻る。そのため、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００１０】
また、請求項８に記載のアクチュエータ装置は、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、
作動部材の外周に巻き付けられ、作動部材に熱を与える加熱部材（１４）と、
加熱部材を作動部材へ押し付けるように付勢する付勢部材（２０）とを備えている。
【００１１】
このようにすれば、作動部材がその作動部材の熱膨張に伴って加熱部材に押圧されることにより塑性変形したとしても、加熱部材が作動部材へ押し付けられた状態は付勢部材の付勢力によって維持される。そのため、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００１２】
また、請求項９に記載のアクチュエータ装置は、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、
作動部材の外周に巻き付けられ、作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、
加熱部材は、その加熱部材の径方向（ＤＲｓｒ）に弾性変形する弾力性を有し、その弾力性により作動部材を押圧する。
【００１３】
このようにすれば、作動部材がその作動部材の熱膨張に伴って加熱部材に押圧されることにより塑性変形したとしても、加熱部材が作動部材を押圧する状態は、その加熱部材の弾力性によって維持される。そのため、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００１４】
また、請求項１０に記載のアクチュエータ装置は、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、
作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、
作動部材は、その作動部材の温度が高くなるほど作動部材の径方向（ＤＲｒ）に膨張し、
加熱部材は、作動部材の軸方向（ＤＲａ）に沿って延びるように設けられている。
【００１５】
このようにすれば、加熱部材は、作動部材が径方向に膨張することを妨げないので、加熱部材による作動部材の塑性変形を回避することが可能である。従って、加熱部材によって作動部材が加熱された後にその加熱が解除された場合には、作動部材は、加熱部材による加熱前の元の形状に戻る。そのため、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００１６】
また、請求項１１に記載のアクチュエータ装置の製造方法は、
温度変化に応じて変形する線材状の作動部材（１２）と、その作動部材に熱を与える加熱部材（１４）とを備え、所定の下限温度（ＴＬ）と、その下限温度よりも高い所定の上限温度（ＴＨ）との間で作動部材が温度変化させられるアクチュエータ装置（１０）の製造方法であって、
作動部材として、その作動部材の温度が高くなるほど作動部材の径方向（ＤＲｒ）には膨張し且つ作動部材の軸方向（ＤＲａ）には収縮するものを用意することと、
加熱部材を用意することと、
作動部材および加熱部材の用意後に、加熱部材を、作動部材の外周上に想定される加熱部材の巻付け軌跡（１４ａ）に従って作動部材の外周に巻き付けることとを含み、
上記巻き付けることでは、加熱部材を巻き付ける前の作動部材が下限温度とされた場合の巻付け軌跡の加熱前長さ（Ｊ）と、加熱部材を巻き付ける前の作動部材が上限温度とされた場合の巻付け軌跡の加熱後長さ（Ｊ１）との差（ΔＪ）が作動部材の弾性限度（Ｐｓ）に基づいた所定の限度値以下になるように、巻付け軌跡を定める。
【００１７】
このようにすれば、アクチュエータ装置の作動部材の熱膨張に伴い加熱部材が引張られることに起因して作動部材と加熱部材との間に発生する応力が作動部材の弾性限度以下になるように、加熱部材を作動部材に巻き付けることが可能である。そのため、アクチュエータ装置において作動部材が温度変化に応じて変形しても、作動部材と加熱部材との間に発生する応力に起因して作動部材に塑性変形が生じることを回避することが可能である。つまり、加熱部材によって作動部材が加熱された後にその加熱が解除された場合には、作動部材は、加熱部材による加熱前の元の形状に戻る。従って、加熱部材と作動部材との間の熱抵抗が作動部材に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００１８】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態におけるアクチュエータ装置の概略構成を示した模式図である。
【図２】図１を部分的に拡大して示した拡大図である。
【図３】第１実施形態において、図１のIII部分を断面図示した断面図である。
【図４】比較例のアクチュエータ装置のうち図１のIII部分に相当する部分を拡大図示した断面図であって、ポリマ繊維および電熱線の状態が（ａ）から（ｂ）、（ｂ）から（ｃ）へと遷移した例を示した図である。
【図５】第１実施形態において、電熱線がその電熱線の巻付け軌跡をポリマ繊維の外周上に残して且つポリマ繊維から取り除かれた仮想状態を想定した場合に、その仮想状態の下でポリマ繊維が下限温度とされた場合の巻付け軌跡の加熱前長さを、直角三角形の斜辺長さとして表した図である。
【図６】第１実施形態において、上記仮想状態を想定した場合に、その仮想状態の下でポリマ繊維が上限温度とされた場合の巻付け軌跡の加熱後長さを、直角三角形の斜辺長さとして表した図である。
【図７】第１実施形態において、ポリマ繊維が下限温度とされた場合の巻付け角度（すなわち、下限温度時の巻付け角度）と上限温度時の被押圧部圧力との関係を示した図である。
【図８】第１実施形態において、アクチュエータ装置の製造工程を示したフローチャートである。
【図９】第２実施形態におけるアクチュエータ装置の概略構成を示した模式図である。
【図１０】図９のおけるX方向の矢視図である。
【図１１】第３実施形態のアクチュエータ装置において、図１のIII部分を断面図示した断面図であって、図３に相当する図である。
【図１２】第４実施形態のアクチュエータ装置において、図１のIII部分を断面図示した断面図であって、図３に相当する図である。
【図１３】第５実施形態において、図１を部分的に拡大して示した拡大図である。
【図１４】図１３のXIV−XIV断面を示した断面図である。
【図１５】第６実施形態のアクチュエータ装置において、図１のIII部分を断面図示した断面図であって、図３に相当する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２１】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、所定の軸線ＣＬに沿って延在するひも状に形成され、その軸線ＣＬに直交する横断面が略円形状になるように形成されている。アクチュエータ装置１０は、加熱による温度上昇に応じて、アクチュエータ装置１０の軸方向の伸縮動作、または軸線ＣＬ周りの捩り動作として動力を出力することができる。
【００２２】
アクチュエータ装置１０は、ポリマ繊維１２と電熱線１４とを備えている。
【００２３】
ポリマ繊維１２は、ポリマ繊維１２自体の温度変化に応じて変形する作動部材である。従って、ポリマ繊維１２はアクチュエータ装置１０の動力源として機能し、そのポリマ繊維１２の変形動作がアクチュエータ装置１０の出力になる。ポリマ繊維１２は線材状であって、例えば上記の軸線ＣＬに沿って延びている。その軸線ＣＬは、ポリマ繊維１２の中心軸線である。ポリマ繊維１２は、例えば横断面が略円形状になるように形成されている。
【００２４】
なお、図１の矢印ＤＲａはポリマ繊維１２の軸方向ＤＲａを示し、矢印ＤＲｒはポリマ繊維１２の径方向ＤＲｒを示している。本実施形態では、アクチュエータ装置１０の軸方向はポリマ繊維１２の軸方向ＤＲａと同じであり、アクチュエータ装置１０の径方向はポリマ繊維１２の径方向ＤＲｒと同じである。以下の説明では、ポリマ繊維１２の軸方向ＤＲａを繊維軸方向ＤＲａと称する場合があり、ポリマ繊維１２の径方向ＤＲｒを繊維径方向ＤＲｒと称する場合がある。
【００２５】
ポリマ繊維１２は、例えば樹脂製の繊維で構成されている。ポリマ繊維１２は、ポリマ繊維１２自体の特性として、温度変化に応じて変形する特性を備えている。具体的には、ポリマ繊維１２は、そのポリマ繊維１２の温度が高くなるほど、捩り変形しつつ、繊維径方向ＤＲｒには膨張し且つ繊維軸方向ＤＲａには収縮する。
【００２６】
例えば、ポリマ繊維１２は、そのポリマ繊維１２の温度が高くなるほどポリマ繊維１２が電熱線１４の巻付け方向と同方向へ捩れるように構成されている。なお、本実施形態の説明では、ポリマ繊維１２の温度変化に応じた変形を、ポリマ繊維１２の熱変形とも称する。
【００２７】
電熱線１４は、ポリマ繊維１２を変形させるためにそのポリマ繊維１２に熱を与える加熱部材である。電熱線１４は線材状であって、例えば金属線材などで構成されている。電熱線１４は、ポリマ繊維１２と比較して格段に細く、例えば横断面が略円形状になるように形成されている。
【００２８】
また、電熱線１４は、所定の巻付け角度θで螺旋状にポリマ繊維１２の外周に巻き付けられている。これにより、電熱線１４は、ポリマ繊維１２に対して伝熱可能に連結している。電熱線１４の巻付け角度θは、詳細には、軸線ＣＬに直交する仮想平面１６に対して電熱線１４が成す角度で表される。
【００２９】
例えば図２に示すように、ポリマ繊維１２の外周上に電熱線１４の巻付け軌跡１４ａを想定したとすれば、その巻付け軌跡１４ａは、ポリマ繊維１２の外周上において、上記の巻付け角度θをもって螺旋状に延びるように形成される。そして、電熱線１４は、ポリマ繊維１２の外周上に想定される電熱線１４の巻付け軌跡１４ａに従ってポリマ繊維１２の外周に巻き付けられているとも言える。
【００３０】
確認的に述べるが、その電熱線１４の巻付け軌跡１４ａはポリマ繊維１２の外周上にあると想定されるので、ポリマ繊維１２が変形すればそのポリマ繊維１２の変形に追従して変形する。また、その巻付け軌跡１４ａはポリマ繊維１２の外周上に想定される仮想のものであるので、ポリマ繊維１２の外周上に物理的な形状を生成しているわけではない。
【００３１】
具体的には図１および図３に示すように、ポリマ繊維１２は、そのポリマ繊維１２のうち電熱線１４が巻き付けられた被巻付け部１２２の一部分として、電熱線１４が接触する被押圧部１２１を有している。そして、電熱線１４は、ポリマ繊維１２に密着するように巻き付けられており、ポリマ繊維１２の被押圧部１２１を繊維径方向ＤＲｒの内側へ常に押圧している。すなわち、電熱線１４は、ポリマ繊維１２に対し常に接触圧を生じさせている。
【００３２】
これにより、電熱線１４が発する熱はポリマ繊維１２へ伝わりやすくなっている。そして、電熱線１４は電流供給によって発熱し、ポリマ繊維１２を加熱することができる。従って、ポリマ繊維１２は、電熱線１４から与えられる熱に応じて変形することで、繊維軸方向ＤＲａの伸縮動作や軸線ＣＬまわりの捩り動作を行うことができる。
【００３３】
また、ポリマ繊維１２の熱膨張および捩り変形により、電熱線１４は、ポリマ繊維１２の温度が高くなるほど引張られることになる。そのため、電熱線１４は、ポリマ繊維１２の温度が高くなるほど電熱線１４がポリマ繊維１２の変形に伴い引張られることに起因してポリマ繊維１２の被押圧部１２１を繊維径方向ＤＲｒの内側へ強く押圧する。
【００３４】
ここで、図４を用いて比較例のアクチュエータ装置について説明する。その比較例のアクチュエータ装置は、本実施形態のポリマ繊維１２に相当するポリマ繊維８２と、本実施形態の電熱線１４に相当する電熱線８４とを備えている。比較例のアクチュエータ装置では、本実施形態のアクチュエータ装置１０と同様に、電熱線８４が螺旋状にポリマ繊維８２の外周に巻き付けられている。図４の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、比較例のアクチュエータ装置のうち図１のIII部分に相当する部分を拡大図示した断面図である。
【００３５】
比較例において、図４の（ａ）に示されるポリマ繊維８２は電熱線８４による加熱前の状態にあり、その図４の（ａ）に示される状態では、ポリマ繊維８２の温度は−３０℃になっている。そして、電熱線８４はポリマ繊維８２に接触している。
【００３６】
図４の（ｂ）は、図４の（ａ）の状態から、電熱線８４に通電されることでポリマ繊維８２が加熱され１５０℃になった状態を示している。このように、ポリマ繊維８２の温度が上昇すると、ポリマ繊維８２は繊維径方向ＤＲｒに熱膨張する一方で、ポリマ繊維８２に巻き付けられた電熱線８４がその熱膨張を妨げるようにポリマ繊維８２を拘束する。そのため、図４の（ｂ）の状態では、ポリマ繊維８２のうち電熱線８４に押圧される変形部位８２１が凹まされるように変形する。
【００３７】
図４の（ｃ）は、図４の（ｂ）の状態から、電熱線８４の通電が遮断されることでポリマ繊維８２が１５０℃から−３０℃に戻った状態を示している。このように、ポリマ繊維８２の温度が加熱前の温度に戻るとポリマ繊維８２の直径も加熱前に戻る。
【００３８】
但し、図４の（ｂ）に示されたポリマ繊維８２の変形部位８２１の変形が全て弾性変形であれば、その変形部位８２１の形状も加熱前に戻る。しかしながら、その変形部位８２１の変形が塑性変形を含んでいる場合には、図４の（ｃ）に示すように変形部位８２１の形状は加熱前に戻ることはない。比較例のアクチュエータ装置では、図４の（ｂ）の状態でポリマ繊維８２の変形部位８２１の変形が塑性変形を含むので、ポリマ繊維８２が加熱前の温度に戻った場合には、図４の（ｃ）に示すように、ポリマ繊維８２と電熱線８４との間に隙間Ｃｒを生じる。こうなると、電熱線８４の熱がポリマ繊維８２に伝わりにくくなる。
【００３９】
図１に戻り、本実施形態のアクチュエータ装置１０は、上述した図４の（ｃ）に示す隙間Ｃｒが発生することのないように構成されている。すなわち、図１および図３に示すように、本実施形態においてポリマ繊維１２は塑性変形することなく、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間に発生する接触応力Ｐがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する。その接触応力Ｐは、別言すれば、ポリマ繊維１２の被押圧部１２１が電熱線１４から受ける圧力Ｐ、更に別言すれば、電熱線１４による押圧によってその被押圧部１２１に発生する圧縮応力Ｐである。本実施形態の説明では、この接触応力Ｐをポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐとも称する。
【００４０】
具体的には、そのポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐをポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどめるために、アクチュエータ装置１０は、アクチュエータ装置１０の仕様として予め設定された許容温度範囲内でポリマ繊維１２の温度が変化するように使用される。すなわち、ポリマ繊維１２は、電熱線１４が発熱していないときの所定の下限温度ＴＬと、その下限温度ＴＬよりも高い所定の上限温度ＴＨとの間で温度変化させられる。その下限温度ＴＬは、ポリマ繊維１２の許容温度範囲における下限値であり、上限温度ＴＨは、その許容温度範囲における上限値である。
【００４１】
本実施形態では、ポリマ繊維１２の温度が高くなるほどポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐは大きくなり、ポリマ繊維１２が上限温度ＴＨとされた場合に発生する被押圧部圧力Ｐはポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下になる。
【００４２】
そして、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどまるように、電熱線１４の巻付け角度θが設定されている。このことを図５〜図７を用いて説明する。
【００４３】
ちなみに、上記の被押圧部圧力Ｐは、ポリマ繊維１２の変形に伴って電熱線１４が引張られることに起因して増大する。そこで、例えば電熱線１４がその電熱線１４の巻付け軌跡１４ａをポリマ繊維１２の外周上に残して且つポリマ繊維１２から取り除かれた仮想状態を想定する。その場合、その仮想状態の下で、ポリマ繊維１２が熱により変形しても巻付け軌跡１４ａの長さが延びなければ、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐは増大しないと考えられる。このことを踏まえて、以下の説明を行う。
【００４４】
図５および図６に示すように、巻付け軌跡１４ａの長さＪ、Ｊ１は、平面上に展開すれば、直角三角形ＴＧ、ＴＧ１の斜辺長さとして表すことができる。図５の直角三角形ＴＧは、ポリマ繊維１２の温度が下限温度ＴＬである場合を示している。そして、その直角三角形ＴＧの斜辺長さは、上記仮想状態の下でポリマ繊維１２が下限温度ＴＬとされた場合の巻付け軌跡１４ａの長さＪ（すなわち、加熱前長さＪ）となっている。
【００４５】
また、図６の直角三角形ＴＧ１は、ポリマ繊維１２の温度が上限温度ＴＨである場合を示している。そして、その直角三角形ＴＧ１の斜辺長さは、上記仮想状態の下でポリマ繊維１２が上限温度ＴＨとされた場合の巻付け軌跡１４ａの長さＪ１（すなわち、加熱後長さＪ１）となっている。
【００４６】
図５の直角三角形ＴＧにおいて長さＬｃは下記式Ｆ１で示され、図５の加熱前長さＪは下記式Ｆ２で示され、ポリマ繊維１２が下限温度ＴＬとされた場合の巻付け角度θである角度θａは下記式Ｆ３で示される。
【数１】
2020080633.tif 000003
【数２】
2020080633.tif 000004
【数３】
2020080633.tif 000005
【００４７】
上記式Ｆ１、式Ｆ２、および式Ｆ３において、Ｎは、下限温度ＴＬのポリマ繊維１２に巻き付けられた電熱線１４の巻き回数である。Ｌは、下限温度ＴＬのポリマ繊維１２のうち電熱線１４が巻き付けられた被巻付け部１２２（図１参照）の軸方向長さ（すなわち、繊維軸方向ＤＲａの長さ）、別言すればポリマ繊維１２が下限温度ＴＬにされた場合における被巻付け部１２２の軸方向長さである。そして、ｄは、下限温度ＴＬのポリマ繊維１２の直径、厳密に言えば下限温度ＴＬとされた被巻付け部１２２の直径である。
【００４８】
また、図６の直角三角形ＴＧ１において長さＬｃ１は下記式Ｆ４で示され、ポリマ繊維１２が上限温度ＴＨにされた場合における被巻付け部１２２の軸方向長さＬ１は下記式Ｆ５で示され、図６の加熱後長さＪ１は下記式Ｆ６で示される。
【数４】
2020080633.tif 000006
【数５】
2020080633.tif 000007
【数６】
2020080633.tif 000008
【００４９】
上記式Ｆ４、式Ｆ５、および式Ｆ６において、αは、繊維径方向ＤＲｒにおけるポリマ繊維１２の熱膨張係数（すなわち、径方向熱膨張係数）であり、βは、繊維軸方向ＤＲａにおけるポリマ繊維１２の熱膨張係数（すなわち、軸方向熱膨張係数）である。ｔは、下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの温度差である。そして、γは、下限温度ＴＬのポリマ繊維１２が上限温度ＴＨまで温度上昇した場合に捩れるポリマ繊維１２の捩り角度、厳密に言えば下限温度ＴＬのポリマ繊維１２が上限温度ＴＨまで温度上昇した場合に捩れる被巻付け部１２２の捩り角度である。この捩り角度γは、アクチュエータ装置１０の仕様として予め設定される角度である。
【００５０】
但し、熱膨張係数α、βは何れも、ポリマ繊維１２が熱膨張する膨張側を正方向として定められている。つまり、ポリマ繊維１２は温度上昇するほど繊維径方向ＤＲｒには矢印Ａｒのように膨張し且つ繊維軸方向ＤＲａには矢印Ａａのように収縮するので、径方向熱膨張係数αは正の値であり、軸方向熱膨張係数βは負の値である。
【００５１】
また、被巻付け部１２２の上記捩り角度γの単位は「deg」であり、その捩り角度γは、ポリマ繊維１２が電熱線１４の巻付け方向と同方向へ捩れる捩り変形を正方向として上記式Ｆ４、式Ｆ６に用いられる。別言すれば、ポリマ繊維１２に巻き付けられた電熱線１４の巻き回数を増やす側にポリマ繊維１２が捩れる方向が、捩り角度γの正方向とされている。
【００５２】
また、上記式Ｆ２および式Ｆ６から、巻付け軌跡１４ａの加熱前長さＪと加熱後長さＪ１との差ΔＪは、下記式Ｆ７、式Ｆ８で示される。本実施形態の説明では、その差ΔＪを、加熱前後の軌跡長差ΔＪと称する場合がある。
【数７】
2020080633.tif 000009
【数８】
2020080633.tif 000010
【００５３】
その加熱前後の軌跡長差ΔＪは、下限温度ＴＬから上限温度ＴＨへポリマ繊維１２が温度上昇した場合におけるポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐの増大分ΔＰと下記式Ｆ９で表される関係にある。そして、その式Ｆ９と、上記式Ｆ２、式Ｆ８とを組み合わせることにより、下記式Ｆ１０が導き出される。下記式Ｆ９、式Ｆ１０においてＥは、ポリマ繊維１２と電熱線１４との複合材として構成されたアクチュエータ装置１０の等価ヤング率であるので、定数である。
【数９】
2020080633.tif 000011
【数１０】
2020080633.tif 000012
【００５４】
また、上限温度ＴＨとされたポリマ繊維１２における被押圧部圧力ＰをＰｈとすれば、その上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈは下記式Ｆ１１で示され、その式Ｆ１１と式Ｆ１０とから下記式Ｆ１２が導き出される。下記式Ｆ１１、式Ｆ１２においてＰ０は、下限温度ＴＬとされたポリマ繊維１２における被押圧部圧力Ｐである。なお、本実施形態では、ポリマ繊維１２の温度が下限温度ＴＬである場合にも、電熱線１４はポリマ繊維１２の被押圧部１２１を押圧している。すなわち、下限温度ＴＬとされたポリマ繊維１２における被押圧部圧力Ｐ０である下限温度時の被押圧部圧力Ｐ０は零よりも大きい。
【数１１】
2020080633.tif 000013
【数１２】
2020080633.tif 000014
【００５５】
このように導出された上記式Ｆ１２と式Ｆ３とを用いれば、ポリマ繊維１２が下限温度ＴＬとされた場合の巻付け角度θａ（すなわち、下限温度時の巻付け角度θａ）と上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈとの関係は、図７の曲線Ｌｘで示される。そして、その曲線Ｌｘが示す上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓを超える圧力過大領域では、ポリマ繊維１２が上限温度ＴＨになった場合にポリマ繊維１２の被押圧部１２１に塑性変形が生じる。従って、その圧力過大領域では、電熱線１４がポリマ繊維１２から離れる浮きが発生する。
【００５６】
そこで、本実施形態では、下限温度時の巻付け角度θａが図７の巻付け角度許容範囲Ｗθ内に入るように、電熱線１４はポリマ繊維１２に巻き付けられている。これにより、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐをポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどめながら、ポリマ繊維１２を、下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの間の温度変化に応じて変形させることができる。要するに、電熱線１４の巻付け角度θを適正化し、ポリマ繊維１２に過大な応力が発生しないようにすることが可能である。図７の巻付け角度許容範囲Ｗθは、図７のグラフにおいて、上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下になる下限温度時の巻付け角度θａの範囲を示している。
【００５７】
例えば、アクチュエータ装置１０の製造工程において、ポリマ繊維１２の温度を下限温度ＴＬにした上で、そのポリマ繊維１２に電熱線１４を巻き付ければ、その下限温度時の巻付け角度θａが巻付け角度許容範囲Ｗθ内に入るようにすることは容易である。そのようにした場合には、下限温度時の巻付け角度θａはアクチュエータ装置１０の組立て時における巻付け角度であり、上記式Ｆ１２の被押圧部圧力Ｐ０はその組立て時における被押圧部圧力（すなわち、初期被押圧部圧力）であると言える。
【００５８】
また、本実施形態のアクチュエータ装置１０では、上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈはポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下になるので、上記式Ｆ１１から得られる下記の不等式Ｆ１３を満たしているとも言える。そして、上記式Ｆ９を用いて下記の不等式Ｆ１３を変形すると、下記の不等式Ｆ１４が得られる。すなわち、下記の不等式Ｆ１４を満たすことにより、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐをポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどめながら、ポリマ繊維１２を、下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの間の温度変化に応じて変形させることができる。
【数１３】
2020080633.tif 000015
【数１４】
2020080633.tif 000016
【００５９】
上記の不等式Ｆ１４において、左辺の「（Ｐｓ−Ｐ０）Ｊ／Ｅ」は、加熱前後の軌跡長差ΔＪに対する所定の限度値ＪＬとしてポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓに基づいて定められる値であり、加熱前後の軌跡長差ΔＪはその限度値ＪＬ以下になっている。この場合、上記式Ｆ１１、式Ｆ１３、および不等式Ｆ１４から判るように、その限度値ＪＬは、上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈが弾性限度Ｐｓに一致する場合の軌跡長差ΔＪである。その上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈが弾性限度Ｐｓに一致する場合の軌跡長差ΔＪとは、別言すれば、ポリマ繊維１２が上限温度ＴＨにされることに伴ってポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐが弾性限度Ｐｓになる場合の軌跡長差ΔＪである。なお、上記の不等式Ｆ１３は、上記式Ｆ１１において上限温度時の被押圧部圧力Ｐｈにポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓを代入して得られた関係式に基づいている。
【００６０】
次に、上述したアクチュエータ装置１０の製造工程（言い換えれば、組立工程）について、図８を用いて説明する。先ず、準備工程としてのステップＳ０１では、ポリマ繊維１２と電熱線１４とを用意する。
【００６１】
ステップＳ０１に続く巻付け工程としてのステップＳ０２では、ポリマ繊維１２の外周上に想定される電熱線１４の巻付け軌跡１４ａ（図２参照）に従って電熱線１４を所定の巻付け角度θで螺旋状に、ポリマ繊維１２の外周に巻き付ける。例えば、ポリマ繊維１２の温度を下限温度ＴＬにした上で、そのポリマ繊維１２に電熱線１４を巻き付ける。
【００６２】
このとき、電熱線１４の巻付け軌跡１４ａは、上記式Ｆ８から得られる加熱前後の軌跡長差ΔＪが所定の限度値ＪＬ以下になるように定められる。その限度値ＪＬは、上記式Ｆ１４の説明で上述した通りである。すなわち、完成したアクチュエータ装置１０においてポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐがポリマ繊維１２が上限温度ＴＨにされることに伴ってポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓになる場合の軌跡長差ΔＪを、その限度値ＪＬとして用いる。
【００６３】
例えば本実施形態では、巻付け軌跡１４ａの加熱前長さＪ（図５参照）と巻付け軌跡１４ａの加熱後長さＪ１（図６参照）とが互いに同じまたは略同じになる巻付け角度θで、電熱線１４はポリマ繊維１２の外周に巻き付けられる。
【００６４】
また、ステップＳ０２の実施前には、電熱線１４はポリマ繊維１２に未だ巻き付けられていないので、ステップＳ０２では、図５の巻付け軌跡１４ａの加熱前長さＪと、図６の巻付け軌跡１４ａの加熱後長さＪ１とを、それぞれ次のように言い換えることができる。すなわち、ステップＳ０２では、図５の巻付け軌跡１４ａの加熱前長さＪは、電熱線１４を巻き付ける前のポリマ繊維１２が下限温度ＴＬとされた場合の上記巻付け軌跡１４ａの長さであると言える。そして、図６の巻付け軌跡１４ａの加熱後長さＪ１は、電熱線１４を巻き付ける前のポリマ繊維１２が上限温度ＴＨとされた場合の上記巻付け軌跡１４ａの長さであると言える。
【００６５】
以上が、アクチュエータ装置１０の製造工程である。
【００６６】
上述したように、本実施形態によれば、ポリマ繊維１２は、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間に発生する図３の接触応力Ｐ（言い換えれば、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐ）がポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する。これにより、ポリマ繊維１２が温度変化に応じて変形しても、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐに起因してポリマ繊維１２に塑性変形が生じることを回避することが可能である。従って、電熱線１４によってポリマ繊維１２が加熱された後にその加熱が解除された場合には、ポリマ繊維１２は、電熱線１４による加熱前の元の形状に戻る。そのため、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗がポリマ繊維１２に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００６７】
また、本実施形態によれば、図８のステップＳ０２では、電熱線１４を、ポリマ繊維１２の外周上に想定される電熱線１４の巻付け軌跡１４ａ（図２参照）に従ってそのポリマ繊維１２の外周に巻き付ける。そして、その電熱線１４の巻付け軌跡１４ａは、上記式Ｆ８から得られる加熱前後の軌跡長差ΔＪがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓに基づいた所定の限度値ＪＬ以下になるように定められる。これにより、アクチュエータ装置１０のポリマ繊維１２の熱膨張に伴い電熱線１４が引張られることに起因して発生するポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下になるように、電熱線１４をポリマ繊維１２に巻き付けることが可能である。従って、上記のように、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗がポリマ繊維１２に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００６８】
また、本実施形態によれば、図１および図３に示すように、電熱線１４は、ポリマ繊維１２の外周に巻き付けられている。そして、電熱線１４は、ポリマ繊維１２の温度が高くなるほど電熱線１４が引張られることに起因してポリマ繊維１２の被押圧部１２１を繊維径方向ＤＲｒの内側へ強く押圧する。また、ポリマ繊維１２が上限温度ＴＨとされた場合に被押圧部１２１に発生する圧縮応力Ｐ（すなわち、被押圧部圧力Ｐ）はポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下である。従って、電熱線１４をポリマ繊維１２の外周に巻き付けることで構成されたアクチュエータ装置１０において、電熱線１４によるポリマ繊維１２の塑性変形を回避することが可能である。
【００６９】
また、本実施形態によれば、加熱前後の軌跡長差ΔＪは、ポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓに基づいた所定の限度値ＪＬ以下になっている。従って、ポリマ繊維１２に対する電熱線１４の巻付け方によって、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐをポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどめることが可能である。
【００７０】
また、本実施形態によれば、加熱前後の軌跡長差ΔＪは、上記式Ｆ８によって得られる。従って、上記式Ｆ８と式Ｆ１４とを用いることにより、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどまるように、ポリマ繊維１２に対する電熱線１４の巻付け方を決めることができる。そして、その電熱線１４の巻付け方を予め決めてから、電熱線１４をポリマ繊維１２に巻き付けることが可能である。
【００７１】
また、本実施形態によれば、上記の限度値ＪＬは、ポリマ繊維１２が上限温度ＴＨにされることに伴ってポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓになる場合の加熱前後の軌跡長差ΔＪとされている。従って、電熱線１４によるポリマ繊維１２の塑性変形を回避することを可能にすると共に、電熱線１４の巻付け方の許容範囲を最大限広くすることができる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、例えば巻付け軌跡１４ａの加熱前長さＪ（図５参照）と巻付け軌跡１４ａの加熱後長さＪ１（図６参照）とが互いに同じまたは略同じになる巻付け角度θで、電熱線１４はポリマ繊維１２の外周に巻き付けられている。このようにすれば、下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの間でポリマ繊維１２が温度変化しても、ポリマ繊維１２の被押圧部圧力Ｐが殆ど変動しない。そのため、電熱線１４によるポリマ繊維１２の塑性変形を回避し易い。
【００７３】
また、本実施形態によれば、下限温度時の被押圧部圧力Ｐ０は零よりも大きい。そのため、ポリマ繊維１２が下限温度ＴＬから上限温度ＴＨまでの何れの温度になっても、電熱線１４は、ポリマ繊維１２に対し常に接触圧を生じさせることになる。従って、電熱線１４とポリマ繊維１２との間に隙間Ｃｒが生じ得る場合と比較して、ポリマ繊維１２に対する電熱線１４の接触圧により、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗を常に低く維持することが可能である。
【００７４】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の実施形態の説明においても同様である。
【００７５】
図９および図１０に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置１０では、電熱線１４はポリマ繊維１２の外周に巻き付けられていない。具体的には、電熱線１４は、繊維軸方向ＤＲａに沿って延びるように設けられている。例えば、その電熱線１４は、ポリマ繊維１２に接触し、繊維軸方向ＤＲａに対して平行に配置されている。ポリマ繊維１２に対する電熱線１４の接触はポリマ繊維１２が熱変形しても維持されるように、例えば電熱線１４はポリマ繊維１２に対して接合されている。
【００７６】
また、電熱線１４は複数設けられている。その複数の電熱線１４は、ポリマ繊維１２の外周に沿ってポリマ繊維１２の軸線ＣＬまわりに相互間隔を空けて並ぶように配置されている。
【００７７】
本実施形態によれば、電熱線１４はポリマ繊維１２の外周に巻き付けられておらず、繊維軸方向ＤＲａに沿って延びるように設けられている。これにより、電熱線１４は、ポリマ繊維１２が繊維径方向ＤＲｒに膨張することを妨げないので、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間に発生する接触応力Ｐは略零である。すなわち、ポリマ繊維１２は、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間に発生する接触応力Ｐがポリマ繊維１２の弾性限度Ｐｓ以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する。そのため、電熱線１４によるポリマ繊維１２の塑性変形を回避することが可能である。
【００７８】
従って、電熱線１４によってポリマ繊維１２が加熱された後にその加熱が解除された場合には、ポリマ繊維１２は、電熱線１４による加熱前の元の形状に戻る。つまり、本実施形態でも、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗がポリマ繊維１２に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００７９】
以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００８０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【００８１】
図１１に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は弾性部材１８を備えている。この点において本実施形態は第１実施形態と異なっている。
【００８２】
具体的に、弾性部材１８は、例えばシリコンゴム等で構成され、高い弾力性と共に高い熱伝導性を備えている。詳細には、弾性部材１８はポリマ繊維１２よりも柔らかく、弾性部材１８の弾力性はポリマ繊維１２の弾力性よりも高い。そして、電熱線１４は図１のように巻き付けられているが、詳細には図１１に示すように、電熱線１４は、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間に弾性部材１８を挟んでポリマ繊維１２の外周に巻き付けられている。
【００８３】
例えば、この弾性部材１８は、ポリマ繊維１２の被巻付け部１２２（図１参照）の全長にわたってポリマ繊維１２と電熱線１４との間に介在している。従って、電熱線１４の熱は弾性部材１８を介してポリマ繊維１２へ伝わるようになっている。
【００８４】
また、弾性部材１８は、ポリマ繊維１２の温度変化に応じた変形に伴ってポリマ繊維１２と電熱線１４とに圧縮されることにより弾性変形する。従って、弾性部材１８の弾力性によって、電熱線１４とポリマ繊維１２との間に隙間Ｃｒ（図４参照）が空かないようにすることが可能である。そして、弾性部材１８を介して電熱線１４の熱をポリマ繊維１２へ伝えることができると共に、ポリマ繊維１２が電熱線１４に押圧されることに起因して塑性変形することを弾性部材１８の弾性変形により回避することが可能である。
【００８５】
このような弾性部材１８が奏する作用効果により、下限温度時の巻付け角度θａが図７の巻付け角度許容範囲Ｗθ内に入るように電熱線１４をポリマ繊維１２に巻き付けるという制約は、本実施形態には無い。
【００８６】
以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００８７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【００８８】
図１２に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置１０は付勢部材２０を備えている。この点において本実施形態は第１実施形態と異なっている。
【００８９】
本実施形態の付勢部材２０は、例えば伸縮可能な樹脂製のフィルムで構成されている。すなわち、付勢部材２０はフィルム状であり、その付勢部材２０の表面に沿った向き伸縮可能な高い弾力性を備えている。
【００９０】
そして、付勢部材２０は、ポリマ繊維１２の外周に巻き付けられた電熱線１４に対する繊維径方向ＤＲｒの外側に、軸線ＣＬ（図１参照）まわりの周方向へ引き延ばされた状態で巻き付けられている。そのため、付勢部材２０は、電熱線１４をポリマ繊維１２へ押し付けるように常に付勢している。従って、その付勢部材２０の付勢力によって、電熱線１４とポリマ繊維１２との間に隙間Ｃｒ（図４参照）が空かないようにすることが可能である。
【００９１】
例えば、付勢部材２０は、ポリマ繊維１２の被巻付け部１２２（図１参照）の全長にわたって電熱線１４に対する繊維径方向ＤＲｒの外側に巻き付けられている。
【００９２】
上述したように、本実施形態によれば、アクチュエータ装置１０の付勢部材２０は、電熱線１４をポリマ繊維１２へ押し付けるように付勢している。従って、ポリマ繊維１２がそのポリマ繊維１２の熱膨張に伴って電熱線１４に押圧されることにより塑性変形したとしても、電熱線１４がポリマ繊維１２へ押し付けられた状態は付勢部材２０の付勢力によって維持される。そのため、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗がポリマ繊維１２に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【００９３】
このような付勢部材２０が奏する作用効果により、下限温度時の巻付け角度θａが図７の巻付け角度許容範囲Ｗθ内に入るように電熱線１４をポリマ繊維１２に巻き付けるという制約は、本実施形態には無い。そして、本実施形態では、ポリマ繊維１２の被押圧部１２１がポリマ繊維１２の熱膨張に伴って電熱線１４に押圧されることにより塑性変形する場合があってもよい。
【００９４】
以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【００９５】
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態または第３実施形態と組み合わせることも可能である。
【００９６】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【００９７】
図１３および図１４に示すように、本実施形態では、電熱線１４の構成が第１実施形態と異なっている。
【００９８】
具体的に、本実施形態の電熱線１４は単純に延びる線材ではなく、電熱線１４は、その電熱線１４の長手方向に延伸するコイルバネ状に構成されている。そして、そのコイルバネ状の電熱線１４が、ポリマ繊維１２の外周に巻き付けられている。従って、電熱線１４は、その電熱線１４の径方向ＤＲｓｒに弾性変形する弾力性を有し、その弾力性によりポリマ繊維１２の被押圧部１２１を常に押圧している。
【００９９】
このような構成により、ポリマ繊維１２がそのポリマ繊維１２の熱膨張に伴って電熱線１４に押圧されることにより塑性変形したとしても、電熱線１４がポリマ繊維１２を押圧する状態は、その電熱線１４の弾力性によって維持される。すなわち、電熱線１４の弾力性によって、電熱線１４とポリマ繊維１２との間に隙間Ｃｒ（図４参照）が空かないようにすることが可能である。そのため、電熱線１４とポリマ繊維１２との間の熱抵抗がポリマ繊維１２に対する加熱に起因して増大することを回避することが可能である。
【０１００】
また、このような電熱線１４の弾力性が奏する作用効果により、下限温度時の巻付け角度θａが図７の巻付け角度許容範囲Ｗθ内に入るように電熱線１４をポリマ繊維１２に巻き付けるという制約は、本実施形態には無い。そして、本実施形態では、ポリマ繊維１２の被押圧部１２１がポリマ繊維１２の熱膨張に伴って電熱線１４に押圧されることにより塑性変形する場合があってもよい。
【０１０１】
以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１０２】
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２〜第４実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。
【０１０３】
（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【０１０４】
図１５に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置１０はグリス２２を備えている。この点において本実施形態は第１実施形態と異なっている。
【０１０５】
具体的に、本実施形態のグリス２２は、熱を伝える熱伝導グリスであり、例えば高い熱伝導性を備えた熱伝導材料として機能する。そして、電熱線１４は図１のように巻き付けられているが、詳細には図１５に示すように、電熱線１４は、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間にグリス２２を介在させてポリマ繊維１２の外周に巻き付けられている。
【０１０６】
例えば、このグリス２２は、ポリマ繊維１２の被巻付け部１２２（図１参照）の全長にわたってポリマ繊維１２と電熱線１４との間に介在している。従って、電熱線１４の熱はグリス２２を介してポリマ繊維１２へ伝わるようになっている。すなわち、グリス２２によって、電熱線１４とポリマ繊維１２との間に隙間Ｃｒ（図４参照）が空かないようにすることが可能である。
【０１０７】
そして、ポリマ繊維１２が電熱線１４に押圧されることに起因して塑性変形することを、ポリマ繊維１２と電熱線１４との間でグリス２２が流動することにより回避することが可能である。
【０１０８】
このようなグリス２２が奏する作用効果により、下限温度時の巻付け角度θａが図７の巻付け角度許容範囲Ｗθ内に入るように電熱線１４をポリマ繊維１２に巻き付けるという制約は、本実施形態には無い。
【０１０９】
以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１１０】
なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２〜第５実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。
【０１１１】
（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態において、図１のポリマ繊維１２は、そのポリマ繊維１２の温度が高くなるほど、捩り変形しつつ、繊維径方向ＤＲｒには膨張し且つ繊維軸方向ＤＲａには収縮するが、これは一例である。ポリマ繊維１２の温度変化に応じた変形の仕方は、そのような変形に限られる必要はない。例えば、ポリマ繊維１２は、捩り変形しなくてもよい。
【０１１２】
（２）上述の各実施形態では図１に示すように、ポリマ繊維１２は、直線状に延びているが、その図１のように直線状に延びていなくても差し支えない。例えばポリマ繊維１２は螺旋形状になっていてもよい。その場合、繊維軸方向ＤＲａは、その螺旋形状に沿った方向になる。
【０１１３】
（３）上述の各実施形態では、アクチュエータ装置１０において作動部材はポリマ繊維１２であるが、その作動部材はポリマ繊維１２以外の物で構成されていても差し支えない。また、アクチュエータ装置１０において加熱部材は電熱線１４であるが、その加熱部材は電熱線１４以外の物で構成されていても差し支えない。更に言えば、その加熱部材は、通電以外の手段により発熱しても構わない。
【０１１４】
（４）上述の各実施形態では図１および図３に示すように、電熱線１４は線材状であるが、それに限らず、例えば帯状であっても差し支えない。
【０１１５】
（５）なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
【０１１６】
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【０１１７】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、作動部材は、その作動部材と加熱部材との間に発生する応力が作動部材の弾性限度以下にとどまる範囲内で、温度変化に応じて変形する。
【０１１８】
また、第２の観点によれば、加熱部材は線材状であって、作動部材の外周に巻き付けられており、作動部材の温度が高くなるほど加熱部材が引張られることに起因して作動部材の被押圧部を作動部材の径方向の内側へ強く押圧する。また、上記応力は、加熱部材による押圧によって被押圧部に発生する圧縮応力である。作動部材が上限温度とされた場合に被押圧部に発生する圧縮応力は弾性限度以下である。従って、加熱部材を作動部材の外周に巻き付けることで構成されたアクチュエータ装置において、加熱部材による作動部材の塑性変形を回避することが可能である。
【０１１９】
また、第３の観点によれば、作動部材は線材状であって、作動部材の温度が高くなるほど作動部材の径方向には膨張し且つ作動部材の軸方向には収縮する。加熱部材は線材状であって、作動部材の外周に巻き付けられている。また、作動部材は、所定の下限温度と、その下限温度よりも高い所定の上限温度との間で温度変化させられるものである。そして、加熱部材がその加熱部材の巻付け軌跡を作動部材の外周上に残して且つ作動部材から取り除かれた仮想状態を想定する。その場合、その仮想状態の下で作動部材が下限温度とされた場合の巻付け軌跡の加熱前長さと、その仮想状態の下で作動部材が上限温度とされた場合の巻付け軌跡の加熱後長さとの差である軌跡長差は、上記弾性限度に基づいた所定の限度値以下になっている。
【０１２０】
従って、作動部材に対する加熱部材の巻付け方によって、作動部材と加熱部材との間に発生する応力を作動部材の弾性限度以下にとどめることが可能である。
【０１２１】
また、第４の観点によれば、作動部材は、作動部材の温度が高くなるほど、捩り変形しつつ、径方向には膨張し且つ軸方向には収縮する。加熱部材は、所定の巻付け角度で螺旋状に作動部材の外周に巻き付けられている。そして、上記軌跡長差は上記式Ｆ８のΔＪとして得られる。
【０１２２】
従って、上記式Ｆ８を用いることにより、作動部材と加熱部材との間に発生する応力が作動部材の弾性限度以下にとどまるように、作動部材に対する加熱部材の巻付け方を決めることができる。そして、その加熱部材の巻付け方を予め決めてから、加熱部材を巻き付けることが可能である。
【０１２３】
また、第５の観点によれば、上記限度値は、作動部材が上限温度にされることに伴って上記応力が弾性限度になる場合の軌跡長差とされている。従って、加熱部材による作動部材の塑性変形を回避することを可能にすると共に、加熱部材の巻付け方の許容範囲を最大限広くすることができる。
【０１２４】
また、第６の観点によれば、作動部材は線材状である。加熱部材は線材状であって、作動部材と加熱部材との間に弾性部材を挟んで作動部材の外周に巻き付けられている。そして、弾性部材は弾力性を有し、作動部材の温度変化に応じた変形に伴って作動部材と加熱部材とに圧縮されることにより弾性変形する。従って、弾性部材を介して加熱部材の熱を作動部材へ伝えることができると共に、作動部材が加熱部材に押圧されることに起因して塑性変形することを弾性部材の弾性変形により回避することが可能である。
【０１２５】
また、第７の観点によれば、作動部材は線材状である。そして、加熱部材は線材状であって、作動部材と加熱部材との間にグリスを介在させて作動部材の外周に巻き付けられている。従って、グリスを介して加熱部材の熱を作動部材へ伝えることができる。そして、作動部材が加熱部材に押圧されることに起因して塑性変形することを、作動部材と加熱部材との間でグリスが流動することにより回避することが可能である。
【０１２６】
また、第８の観点によれば、アクチュエータ装置は、温度変化に応じて変形する線材状の作動部材と、作動部材の外周に巻き付けられ作動部材に熱を与える線材状の加熱部材と、加熱部材を作動部材へ押し付けるように付勢する付勢部材とを備えている。
【０１２７】
また、第９の観点によれば、アクチュエータ装置は、温度変化に応じて変形する線材状の作動部材と、作動部材の外周に巻き付けられ作動部材に熱を与える線材状の加熱部材とを備えている。そして、加熱部材は、その加熱部材の径方向に弾性変形する弾力性を有し、その弾力性により作動部材を押圧する。
【０１２８】
また、第１０の観点によれば、アクチュエータ装置は、温度変化に応じて変形する線材状の作動部材と、作動部材に熱を与える加熱部材とを備える。そして、作動部材は、その作動部材の温度が高くなるほど作動部材の径方向に膨張し、加熱部材は、作動部材の軸方向に沿って延びるように設けられている。
【０１２９】
また、第１１の観点によれば、アクチュエータ装置の製造方法は、作動部材と加熱部材とを用意することと、その用意後に、加熱部材を、作動部材の外周上に想定される加熱部材の巻付け軌跡に従ってその作動部材の外周に巻き付けることとを含む。そして、その巻き付けることでは、巻付け軌跡の加熱前長さと巻付け軌跡の加熱後長さとの差が作動部材の弾性限度に基づいた所定の限度値以下になるように、巻付け軌跡を定める。その巻付け軌跡の加熱前長さとは、加熱部材を巻き付ける前の作動部材が下限温度とされた場合の巻付け軌跡の長さである。また、巻付け軌跡の加熱後長さとは、加熱部材を巻き付ける前の作動部材が上限温度とされた場合の巻付け軌跡の長さである。
【符号の説明】
【０１３０】
１０        アクチュエータ装置
１２        ポリマ繊維（作動部材）
１４        電熱線（加熱部材）
Ｐｓ        ポリマ繊維の弾性限度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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