(57)【要約】【課題】均一に収縮すると共に収縮率や収縮力を簡単に調整可能な複合型マッキベン人工筋を提供する。【解決手段】複数のマッキベン人工筋を用いる複合型マッキベン人工筋１は、細径人工筋糸１０を具備する。細径人工筋糸１０は、中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブ１１と、糸状体が弾性チューブの外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成される編組チューブ１２とからなる。複合型マッキベン人工筋１は、細径人工筋糸１０を４本以上の偶数本用いる。この４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０が、製紐により組紐状に構成されることで、複合型マッキベン人工筋１が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマッキベン人工筋を用いる複合型マッキベン人工筋であって、該複合型マッキベン人工筋は、
中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体が前記弾性チューブの外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成される編組チューブと、からなる細径人工筋糸を、４本以上の偶数本具備し、
前記４本以上の偶数本の細径人工筋糸が、製紐により組紐状に構成される、
ことを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【請求項２】
請求項１に記載の複合型マッキベン人工筋において、前記４本以上の偶数本の細径人工筋糸は、その本数の増減により複合型マッキベン人工筋の収縮力を調整可能であることを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の複合型マッキベン人工筋において、前記４本以上の偶数本の細径人工筋糸は、その編組角により複合型マッキベン人工筋の収縮率を調整可能であることを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の複合型マッキベン人工筋において、前記細径人工筋糸の編組チューブの糸状体編組角よりも、４本以上の偶数本の細径人工筋糸の編組角のほうが小さいことを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の複合型マッキベン人工筋において、組紐状に構成される前記４本以上の偶数本の細径人工筋糸からなるユニットが、複数組み合わせられて構成されることを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【請求項６】
請求項５に記載の複合型マッキベン人工筋において、前記複数のユニットは、平面上に配置され面状に構成されることを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【請求項７】
請求項５に記載の複合型マッキベン人工筋において、前記複数のユニットは、同軸上に配置され多重構造に構成されることを特徴とする複合型マッキベン人工筋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合型マッキベン人工筋に関し、特に、複数の細径人工筋糸を用いる複合型マッキベン人工筋に関する。
【背景技術】
【０００２】
マッキベン人工筋は、流体圧アクチュエータを用いた人工筋であり、流体圧の変化を用いて駆動するものである。これらは、電磁アクチュエータ等と比べて、重量に対する出力が大きい。例えば、空気圧を用いたマッキベン人工筋としては、特許文献１がある。これは、中空の筒状の弾性チューブと、弾性チューブを覆う補強層である編組被覆体とを有する構造からなる。このような構造のマッキベン人工筋にコンプレッサから空気を導入すると、弾性チューブが径方向に膨張し、長さ方向には収縮して収縮力が発生する。
【０００３】
また、複数の細径人工筋糸を用いる複合型マッキベン人工筋としては、本願の出願人と同一出願人による特許文献２がある。これは、細径人工筋糸を平面上に織り上げることで能動織布が形成されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭４８−２４１７５号
【特許文献２】特開２０１６−１５６１１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のマッキベン人工筋は、収縮力を高めるためには、例えば弾性チューブの径を大きくする必要がある。しかしながら、弾性チューブの径が大きくなると、しなやかさに欠ける場合があった。また、収縮力については、複数のマッキベン人工筋を束ねることでも不足分を補うことは可能である。しかしながら、収縮率については大きくすることは難しかった。
【０００６】
また、特許文献２のような複合型マッキベン人工筋は、複数の細径人工筋糸を平面上に織り込んで形成された能動織布のため、織布の端部と中央部で収縮率が均一とならず偏ってしまう可能性もあった。
【０００７】
本発明は、斯かる実情に鑑み、均一に収縮すると共に収縮率や収縮力を簡単に調整可能な複合型マッキベン人工筋を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による複合型マッキベン人工筋は、中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体が弾性チューブの外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成される編組チューブと、からなる細径人工筋糸を、４本以上の偶数本具備し、４本以上の偶数本の細径人工筋糸が、製紐により組紐状に構成されるものであれば良い。
【０００９】
ここで、４本以上の偶数本の細径人工筋糸は、その本数の増減により複合型マッキベン人工筋の収縮力を調整可能であるものであれば良い。
【００１０】
また、４本以上の偶数本の細径人工筋糸は、その編組角により複合型マッキベン人工筋の収縮率を調整可能であるものであれば良い。
【００１１】
また、細径人工筋糸の編組チューブの糸状体編組角よりも、４本以上の偶数本の細径人工筋糸の編組角のほうが小さいものであれば良い。
【００１２】
また、組紐状に構成される４本以上の偶数本の細径人工筋糸からなるユニットが、複数組み合わせられて構成されるものであっても良い。
【００１３】
また、複数のユニットは、平面上に配置され面状に構成されるものであれば良い。
【００１４】
また、複数のユニットは、同軸上に配置され多重構造に構成されるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の複合型マッキベン人工筋には、均一に収縮すると共に収縮率や収縮力を簡単に調整可能であるという利点がある。さらに、細径人工筋糸を製造する製紐工程と同一ラインを用いて複合型マッキベン人工筋を製造できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の複合型マッキベン人工筋を説明するための概略側面図である。
【図２】図２は、本発明の複合型マッキベン人工筋の細径人工筋糸が８本の場合の横断面図である。
【図３】図３は、本発明の複合型マッキベン人工筋へ送り込まれる空気の圧力に対する収縮率の変化特性を表すグラフである。
【図４】図４は、本発明の複合型マッキベン人工筋へ送り込まれる空気の圧力に対する１本当たりの収縮力の変化特性を表すグラフである。
【図５】図５は、本発明の複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いる例を説明するための概略平面図である。
【図６】図６は、本発明の複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いる他の例を説明するための概略横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の複合型マッキベン人工筋を説明するための概略側面図であり、図１（ａ）が複合型マッキベン人工筋の全体像であり、図１（ｂ）が細径人工筋糸の拡大概略側面図である。図示の通り、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、細径人工筋糸１０を用いるものである。細径人工筋糸１０は、細径のマッキベン人工筋であれば良い。細径とは、例えば外径１ｍｍ−３ｍｍ程度の細い人工筋を意味する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、より細いもの、又はより太いものであっても構わない。
【００１８】
図１（ｂ）に示されるように、細径人工筋糸１０は、弾性チューブ１１と、編組チューブ１２とからなる。弾性チューブ１１は、中空の筒状に形成される弾性体からなる。弾性チューブ１１の中空内部には、例えば送気チューブを介してコンプレッサ（図示せず）から空気が送り込まれる。なお、弾性チューブ１１内に送り込まれる流体は、空気に限定されるものではなく、例えば油等の液体であっても良い。弾性体としては、ゴムチューブやシリコンチューブ等、従来のマッキベン人工筋等で用いられていたものや、今後開発されるべきあらゆる弾性体が適用可能である。
【００１９】
編組チューブ１２は、糸状体が弾性チューブ１１の外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成されるものである。具体的には、編組チューブ１２は、例えば製紐機を用いてスパイラル状に糸状体を弾性チューブ１１上に巻回し、これにクロスするように反対巻で別の糸状体を巻回することで、所定の編組角φで袋編みされたものである。編組チューブ１２は、径方向（長さ方向に垂直な方向）に膨張しつつ、長さ方向に収縮する所謂パンタグラフ構造を用いれば良い。編組チューブ１２の糸状体の編組角φは、一般的なマッキベン人工筋に用いられる編組チューブの糸状体の編組角と同様であり、例えば編組角φは１５度から３０度、好ましくは例えば１９度であれば良い。これにより、例えばコンプレッサから弾性チューブ１１に空気が送り込まれると、弾性チューブ１１が膨張した際に、編組チューブ１２により動きが制限され、弾性チューブ１１が長さ方向に短くなる方向に収縮することになる。なお、図示例の糸状体の角度や本数、ピッチは、単に説明上の都合によるものであり、本発明は図示例に限定されるものではない。
【００２０】
本発明の複合型マッキベン人工筋１は、このようにして構成される細径人工筋糸１０を、４本以上の偶数本用いるものである。図１（ａ）に示されるように、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０が、製紐により組紐状に構成されている。ここで、４本以上の偶数本とは、４本、６本、８本、１０本、１２本、１４本、１６本・・・という意味である。本発明の複合型マッキベン人工筋１において組紐状に構成される細径人工筋糸１０の本数（打ち数）は、使用用途等に応じて適宜選択されれば良い。打ち数は製紐機に依存するため、製紐機に合わせて打ち数を決定しても良い。
【００２１】
細径人工筋糸１０は、複合型マッキベン人工筋１が径方向に膨張し長さ方向に収縮して収縮力が得られるような編組角θで袋編みされている。細径人工筋糸１０の編組角θを調整することで、複合型マッキベン人工筋１の収縮率を調整可能である。即ち、編組角θを小さくする程、収縮率を高くすることが可能である。なお、本発明の複合型マッキベン人工筋では、複数の細径人工筋糸を組紐状に用いるため、それぞれの細径人工筋糸が干渉し合う。このため、細径人工筋糸の編組チューブの糸状体の編組角φよりも、４本以上の偶数本の細径人工筋糸の編組角θのほうが小さいことが望ましい。具体的には、細径人工筋糸の編組角θは、５度から１５度、好ましくは例えば７度から１３度であれば良い。
【００２２】
そして、例えば図示の通り、複合型マッキベン人工筋１の一方の端末部２０には、例えばドーム状キャップが設けられたり、シリコーン接着剤等が固着されたり、動きを他の部材に伝達させるための金具や紐等が取り付けられている。また、他方の端末部３０には、送気チューブ３１が接続され、コンプレッサ等（図示せず）からすべての細径人工筋糸１０に空気が送り込まれるように構成されれば良い。また、必要により、個々の細径人工筋糸１０それぞれの圧力を制御できるようにしても良い。これにより、直線的な収縮だけでなく、例えば曲がるような収縮制御も可能となる。
【００２３】
ここで、細径人工筋糸１０の本数を４本以上の偶数本とする理由を説明する。本発明の複合型マッキベン人工筋では、複数の細径人工筋糸１０を用い、これらが個々に径方向に膨張して長さ方向に収縮するものである。図２に、本発明の複合型マッキベン人工筋の細径人工筋糸が８本の場合の横断面図を示す。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図２（ａ）が送気前の状態の図１上の２ａ−２ａ断面図、図２（ｂ）が送気後の状態の図１上の２ａ−２ａ断面図、図２（ｃ）が送気前の状態の図１上の２ｃ−２ｃ断面図、図２（ｄ）が送気後の状態の図１上の２ｃ−２ｃ断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるように、２ａ−２ａ断面では、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、すべての細径人工筋糸１０が同一円状に並び、互いに接している。ここで、細径人工筋糸１０が互いに接している接点を通る円を仮想直径とする。送気後には、細径人工筋糸１０がそれぞれ径方向に膨張しつつ、複合型マッキベン人工筋１自体も径方向に膨張することになる。即ち、仮想直径も大きくなっている。一方、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示されるように、２ｃ−２ｃ断面では、仮想直径の内側の細径人工筋糸１０は互いに接さず、仮想直径の内側と外側の細径人工筋糸１０が互いに接している。送気後には、細径人工筋糸１０がそれぞれ径方向に膨張するが、仮想直径の内側の細径人工筋糸１０と外側の細径人工筋糸１０が互いに押し合うため、お互いの接点は仮想直径上で釣り合っている。即ち、各細径人工筋糸は、仮想直径上で均衡が保たれた状態となっている。
【００２４】
一方、例えば７本や９本等、細径人工筋糸１０が奇数本だった場合、仮想直径上で均衡が崩れてしまい、細径人工筋糸１０が径方向に膨張して長さ方向に収縮した際に、複合型マッキベン人工筋１全体が曲がったりねじれたりして収縮する可能性がある。本発明の複合型マッキベン人工筋１では、４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０が、常に均衡を保った状態であるため、均一にまっすぐ収縮するように構成可能である。
【００２５】
また、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、編組チューブ１２の糸状体も、細径人工筋糸１０も、共に製紐機により組紐状に袋編みされるものである。即ち、細径人工筋糸を製造する製紐工程と同一ラインを用いて複合型マッキベン人工筋を製造可能となる。したがって、編組チューブ１２の糸状体を製紐して細径人工筋糸１０を製造する製紐工場と同じ工場で、細径人工筋糸１０を製紐しつつ、複合型マッキベン人工筋１を製造することが可能となる。このため、複合型マッキベン人工筋とする前の段階の細径人工筋糸を運搬する等の必要がなく、より安価に製造することが可能となる。なお、編組チューブ１２の糸状体と細径人工筋糸１０は、同じ製紐機を用いても良いし、その直径に合わせて異なる製紐機を用いても良い。
【００２６】
以下、本発明の複合型マッキベン人工筋において組紐状に構成される細径人工筋糸の本数（打ち数）の収縮率への影響について説明する。図３は、本発明の複合型マッキベン人工筋へ送り込まれる空気の圧力に対する収縮率の変化特性を表すグラフである。細径人工筋糸の本数Ｎを８本、１２本、１６本でそれぞれ製紐することで構成された本発明の複合型マッキベン人工筋について、それぞれ収縮率を測定した。また、比較例として１本の細径人工筋糸の収縮率も測定した。また、シミュレーションモデルによる変化特性も記載した。なお、図示の通り、細径人工筋糸は、弾性チューブと編組チューブの間の摩擦等の影響でヒステリシスを持つことが知られている。測定した細径人工筋糸は、弾性チューブの素材がシリコーン（硬さ４０）、外径１．３ｍｍ、内径０．８６ｍｍのものである。また、編組チューブは、その糸状体の本数が２４、編組角φが１９度のものである。そして、複合型マッキベン人工筋の編組角θは、１０度のものを用いた。図示の通り、収縮率については、比較例の１本の細径人工筋糸では最大２５％程度であるが、本発明の複合型マッキベン人工筋では、最大３５％程度に増加していることが分かる。即ち、本発明の複合型マッキベン人工筋のように、細径人工筋糸を組紐状に構成することにより、収縮率が１．３倍程大きくなったことが分かる。一方、組紐状に構成される細径人工筋糸の本数（打ち数）が変化しても、収縮率は変わらないことが分かる。
【００２７】
次に、本発明の複合型マッキベン人工筋において組紐状に構成される細径人工筋糸の本数（打ち数）の収縮力への影響について説明する。図４は、本発明の複合型マッキベン人工筋へ送り込まれる空気の圧力に対する１本当たりの収縮力の変化特性を表すグラフである。細径人工筋糸の本数Ｎを８本、１２本、１６本でそれぞれ製紐することで構成された本発明の複合型マッキベン人工筋について、それぞれ収縮率を測定した。また、比較例として１本の細径人工筋糸の収縮率も測定した。また、シミュレーションモデルによる変化特性も記載した。測定した細径人工筋糸は、上述と同様のものであり、弾性チューブの素材がシリコーン（硬さ４０）、外径１．３ｍｍ、内径０．８６ｍｍのものである。また、編組チューブは、その糸状体の本数が２４、編組角φが１９度のものである。そして、複合型マッキベン人工筋の編組角θは、１０度のものを用いた。図示の通り、収縮力については、比較例の１本の細径人工筋糸と比較して、本発明の複合型マッキベン人工筋では、１本当たり３０％程度の収縮力の低下が確認できる。これは、細径人工筋糸同士の干渉による摩擦の影響であると考えられる。細径人工筋糸の本数Ｎを増やすと１本当たりの収縮力は小さくなるが、先の図３の結果から分かる通り、収縮率については本数Ｎを増やしても最大約３５％で変わらない。したがって、収縮力の合計を増やすためには、細径人工筋糸の本数Ｎを増やして補えば良い。例えば、細径人工筋糸の本数Ｎを８本から１２本にした場合には、収縮率は最大約３５％一定であり、収縮力は約１．５倍となるため、１本当たり約３０％の収縮力の低下分を打ち消すことが可能となる。このように、本発明の複合型マッキベン人工筋では、細径人工筋糸の本数の増減により収縮力を調整可能である。
【００２８】
人間の筋肉の収縮率は最大約２５％であり、１本の細径人工筋糸の収縮率も最大約２５％であり略同様である。パワーアシストスーツ等に人工筋を用いる場合、人間の筋肉の収縮率よりも高い必要がある。したがって、細径人工筋糸を単に平行に束ねたものでは、収縮率が足りない状態となる。本発明の複合型マッキベン人工筋では、上述の通り収縮率を最大約３５％まで向上させることが可能であるため、パワーアシストスーツ等、収縮率が高い必要のある用途にも応用可能である。
【００２９】
上述の図示例では、複合型マッキベン人工筋が、細径人工筋糸を製紐により組紐状に構成して成るものについて説明した。しかしながら、本発明はこのように構成された単体の複合型マッキベン人工筋には限定されず、このような複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いても良い。
【００３０】
図５は、本発明の複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いる例を説明するための概略平面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。この例では、組紐状に構成される４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０からなる複合型マッキベン人工筋１を、ユニットと称する。即ち、１本の複合型マッキベン人工筋１を１ユニットとする。本発明の複合型マッキベン人工筋では、このユニットを、複数組み合わせて構成することが可能である。図５に示される例では、複数の複合型マッキベン人工筋１からなる複数のユニット（図示例では５ユニット）が、平面上に配置され面状に構成されている。このように構成することで、面状の複合型マッキベン人工筋とすることが可能となるため、布地等への応用も可能である。
【００３１】
また、図６は、本発明の複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いる他の例を説明するための概略横断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。この例では、複数のユニットが、同軸上に配置され２重構造に構成されている。本発明の複合型マッキベン人工筋は、組紐状に構成されているため、内部には筒状の空間ができる。したがって、この空間に同軸上に別のユニットを配置することが可能となる。即ち、複数ユニットによる多重構造が実現できる。なお、図示例では２重構造のものを示したが、本発明はこれに限定されず、さらに多くのユニットを同軸上に配置して多重構造に構成されても良い。また、図示例では内側のユニットと外側のユニットで細径人工筋糸１０の本数を異ならせたものを示したが、同一の本数で構成しても良い。上述の図３を用いて説明したように、本発明の複合型マッキベン人工筋では、細径人工筋糸の本数が異なっていても収縮率は変わらない。したがって、同軸上に配置されたユニットのそれぞれの細径人工筋糸の本数が異なっていたとしても、内側と外側で収縮率の違いによる干渉もない。このように構成することで、１本のコンパクトな形状でありながら収縮力を向上させた複合型マッキベン人工筋が実現可能である。
【００３２】
なお、本発明の複合型マッキベン人工筋は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３３】
１    複合型マッキベン人工筋
１０    細径人工筋糸
１１    弾性チューブ
１２    編組チューブ
２０，３０    端末部
３１  送気チューブ
【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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