(57)【要約】本開示は、加熱及び放熱が繰り返されても網状の発熱体の電気抵抗値がほぼ変化しないアクチュエータ装置を提供する。本開示に係るアクチュエータ装置は、アクチュエータワイヤ、アクチュエータワイヤの側面を被覆し、かつ複数の電熱線を具備する網状の発熱体、及び網状の発熱体を加熱する電力を網状の発熱体に供給する制御装置を具備する。アクチュエータワイヤは加熱により縮み、放熱により復元する。アクチュエータワイヤの側面の材料は高分子からなる。網状の発熱体の一端及び他端は、それぞれ、アクチュエータワイヤの一端及び他端に接合されている。網状の発熱体が加熱されていない場合、アクチュエータワイヤの側面に接している。網状の発熱体が加熱された場合、アクチュエータワイヤが縮むために網状の発熱体はアクチュエータワイヤの側面から外側に離間する。電熱線は、絶縁性の弾性糸及び弾性糸にらせん状に巻きつけられた金属線を備える。
2019102714.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、
アクチュエータワイヤ、
前記アクチュエータワイヤの側面を被覆し、かつ複数の電熱線を具備する網状の発熱体、および
前記網状の発熱体を加熱する電力を前記網状の発熱体に供給する制御装置
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤの側面は、高分子から形成されており、
前記網状の発熱体の一端は、前記アクチュエータワイヤの一端に接合されており、
前記網状の発熱体の他端は、前記アクチュエータワイヤの他端に接合されており、
各電熱線は、絶縁性の第１弾性糸および金属線を具備し、
前記金属線は、前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いており、
前記網状の発熱体が加熱されていない場合には、前記網状の発熱体は前記アクチュエータワイヤの側面に接しており、かつ
前記網状の発熱体が加熱された場合には、前記アクチュエータワイヤが縮むために前記網状の発熱体は前記アクチュエータワイヤの側面から外側に離間する、
アクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータ装置であって、
各電熱線は、絶縁性の第２弾性糸をさらに具備し、
前記金属線は、Ｓ撚りに組まれており、かつ
前記第２弾性糸は、前記金属線が螺旋状に巻き付けられた前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いており、
前記第２弾性糸は、Ｚ撚りに組まれている、
アクチュエータ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアクチュエータ装置であって、
各電熱線は、絶縁性の第２弾性糸をさらに具備し、
前記金属線は、Ｚ撚りに組まれており、かつ
前記第２弾性糸は、前記金属線が螺旋状に巻き付けられた前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いており、
前記第２弾性糸は、Ｓ撚りに組まれている、
アクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
各電熱線は前記アクチュエータワイヤの側面に螺旋状に巻き付いており、かつ
前記複数の電熱線が、前記網状の発熱体を形成するように、組まれている、
アクチュエータ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
前記複数の電熱線が、Ｓ撚りに組まれている、
アクチュエータ装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
前記複数の電熱線が、Ｚ撚りに組まれている、
アクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
各電熱線が矩形波の形状を有しており、かつ
前記矩形波の形状を有する前記複数の電熱線が、前記網状の発熱体を形成するように、編まれている、
アクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
各電熱線はアクチュエータワイヤの側面に螺旋状に巻き付いており、かつ
前記複数の電熱線が、前記網状の発熱体を形成するように、織られている、
アクチュエータ装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
前記アクチュエータワイヤは、繊維から形成され、
前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記繊維は、円筒状のコイルの形状を有するように折り畳まれており、
前記繊維は、直鎖状低密度ポリエチレンからなり、かつ
以下の数式（Ｉ）が充足される：
Ｄ／ｄ＜１      （Ｉ）
ここで、
Ｄは、前記円筒状のコイルの平均直径を表し、かつ
ｄは、前記繊維の直径を表す、
アクチュエータ装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載のアクチュエータ装置であって、
前記金属線の引張強さと前記金属線の断面積との積が０．２７Ｎより大きく、かつ、０．６３Ｎ以下である、
アクチュエータ装置。
【請求項１１】
アクチュエータであって、
アクチュエータワイヤ、および
前記アクチュエータワイヤの側面を被覆し、かつ複数の電熱線を具備する網状の発熱体
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤの側面は、高分子から形成されており、
各電熱線は、絶縁性の第１弾性糸および金属線を具備し、かつ、
前記金属線は、前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いている、
アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアクチュエータであって、
前記網状の発熱体の一端は、前記アクチュエータワイヤの一端に接合されており、
前記網状の発熱体の他端は、前記アクチュエータワイヤの他端に接合されており、前記第１弾性糸の一部は外部に露出されている、
アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のアクチュエータであって、さらに
第１接合具および第２接合具を具備し、
前記網状の発熱体の一端は、前記第１接合具によって前記アクチュエータワイヤの一端に接合されており、かつ
前記網状の発熱体の他端は、前記第２接合具によって前記アクチュエータワイヤの他端に接合されている、
アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
各電熱線は、絶縁性の第２弾性糸をさらに具備し、
前記金属線は、Ｓ撚りに組まれており、かつ
前記第２弾性糸は、前記金属線が螺旋状に巻き付けられた前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いており、
前記第２弾性糸は、Ｚ撚りに組まれている、
アクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１１から１３のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
各電熱線は、絶縁性の第２弾性糸をさらに具備し、
前記金属線は、Ｚ撚りに組まれており、かつ
前記第２弾性糸は、前記金属線が螺旋状に巻き付けられた前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いており、
前記第２弾性糸は、Ｓ撚りに組まれている、
アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
各電熱線は前記アクチュエータワイヤの側面に螺旋状に巻き付いており、かつ
前記複数の電熱線が、前記網状の発熱体を形成するように、組まれている、
アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１１から１６のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
前記複数の電熱線が、Ｓ撚りに組まれている、
アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１１から１６のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
前記複数の電熱線が、Ｓ撚りに組まれている、
アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１１から１５のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
各電熱線が矩形波の形状を有しており、かつ
前記矩形波の形状を有する前記複数の電熱線が、前記網状の発熱体を形成するように、編まれている、
アクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１１から１５のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
各電熱線はアクチュエータワイヤの側面に螺旋状に巻き付いており、かつ
前記複数の電熱線が、前記網状の発熱体を形成するように、織られている、
アクチュエータ。
【請求項２１】
請求項１１から２０のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
前記アクチュエータワイヤは、繊維から形成され、
前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記繊維は、円筒状のコイルの形状を有するように折り畳まれており、
前記繊維の材料は、直鎖状低密度ポリエチレンからなり、かつ
以下の数式（Ｉ）が充足される：
Ｄ／ｄ＜１      （Ｉ）
ここで、
Ｄは、前記円筒状のコイルの平均直径を表し、かつ
ｄは、前記繊維の直径を表す、
アクチュエータ。
【請求項２２】
請求項１１から２１のいずれか１つに記載のアクチュエータであって、
前記金属線の引張強さと前記金属線の断面積との積が０．２７Ｎより大きく、
かつ、０．６３Ｎ以下である、
アクチュエータ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、コイル状および非コイル状ナノファイバー撚糸およびポリマーファイバーのねじりおよび引張アクチュエータを開示している。平岡牧らは、非特許文献１において、直鎖状低密度ポリエチレンから形成されているコイル状ポリマー繊維を開示している。非特許文献１によれば、当該コイル状ポリマー繊維は、加熱により縮み、かつ放熱により復元する。非特許文献１は、コイル状ポリマー繊維に螺旋状に巻き付けられた電熱線を開示している。当該電熱線はコイル状ポリマー繊維を加熱するために用いられる。特許文献２は、軸方向に収縮可能なアクチュエータを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０２２６６７号
【特許文献２】米国特許第４７３３６０３号明細書
【特許文献３】特開２０１６−２１１１０４号公報
【特許文献４】特開２０１５−０５９２７６号公報
【特許文献５】特許第６１１１４３８号公報
【非特許文献１】Ｍａｋｉ  Ｈｉｒａｏｋａ  ｅｔ．  ａｌ．  ”Ｐｏｗｅｒ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｌｏｗ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｗｏｖｅｎ  ｃｏｉｌｅｄ  ｆｉｂｒｅ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｗｅａｒａｂｌｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｒｅｐｏｒｔｓ  ｖｏｌｕｍｅ  ６，  Ａｒｔｉｃｌｅ  ｎｕｍｂｅｒ：  ３６３５８  （２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示の目的は、加熱および放熱が繰り返されても網状の発熱体の電気抵抗値がほぼ変化しないアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための本開示の１つの態様にかかるアクチュエータ装置は、
アクチュエータ装置であって、
アクチュエータワイヤ、
前記アクチュエータワイヤの側面を被覆し、かつ複数の電熱線を具備する網状の発熱体、および
前記網状の発熱体を加熱する電力を前記網状の発熱体に供給する制御装置
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤの側面は、高分子から形成されており、
前記網状の発熱体の一端は、前記アクチュエータワイヤの一端に接合されており、
前記網状の発熱体の他端は、前記アクチュエータワイヤの他端に接合されており、
各電熱線は、絶縁性の第１弾性糸および金属線を具備し、
前記金属線は、前記第１弾性糸に螺旋状に巻き付いており、
前記網状の発熱体が加熱されていない場合には、前記網状の発熱体は前記アクチュエータワイヤの側面に接しており、かつ
前記網状の発熱体が加熱された場合には、前記アクチュエータワイヤが縮むために前記網状の発熱体は前記アクチュエータワイヤの側面から外側に離間する、
アクチュエータ装置。
【発明の効果】
【０００６】
電熱線は、第１弾性糸および金属線を具備する。第１弾性糸は絶縁性である。したがって、電熱線の電気抵抗値は、金属線の電気抵抗値に主に依存する。アクチュエータワイヤの伸縮に伴い、金属線の破断や磨耗は発生しがたい。このため、アクチュエータワイヤが繰り返し伸縮しても、電熱線の電気抵抗値はほぼ変化しない。したがって、複数の電熱線を具備する網状の発熱体の電気抵抗値もほぼ変化しない。これにより、網状の発熱体が加熱されたとき、その発熱量がほぼ一定となる。この結果、アクチュエータワイヤの収縮量を一定に維持することができる。【０００７】
本開示は、加熱および放熱が繰り返されても網状の発熱体の電気抵抗値がほぼ変化しないアクチュエータ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の実施の形態１におけるアクチュエータ装置６０の模式図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、互いに撚り合わされた２本のコイル状ポリマー繊維１１１ａ、１１１ｂから構成されているアクチュエータワイヤ１の模式図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示の実施の形態１における電熱線２１の模式図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本開示の実施の形態１の変形例における電熱線２１の模式図を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、加熱前における、複数本のアクチュエータ６８を具備するアクチュエータ装置６０が太腿１００ｈに取り付けられた状態の模式図を示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、加熱後における、複数本のアクチュエータ６８を具備するアクチュエータ装置６０が太腿１００ｈに取り付けられた状態の模式図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、加熱前におけるアクチュエータ６８の簡略図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに含まれる線３Ｂ−３Ｂに沿って切断した断面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、加熱時におけるアクチュエータ６８の簡略図を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃに含まれる線３Ｄ−３Ｄに沿って切断した断面図を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、編まれた複数の電熱線２１の模式図を示す。
【図３Ｆ】図３Ｆは、織られた複数の電熱線２１の模式図を示す。
【図３Ｇ】図３Ｇは、織られた複数の電熱線２１の模式図を示す。
【図４】図４は、特許文献３に示される製紐機の図を示す。
【図５】図５は、アクチュエータ６８を製造するために用いられる製紐機の模式図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、実施例１によるアクチュエータ６８が収縮した状態の模式図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施例１によるアクチュエータ６８が伸長した状態の模式図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、加熱試験において用いられた試験装置の概略図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、放射温度計１５によって測定されたアクチュエータワイヤ１の側面の温度を示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、レーザー変位計１４を用いて測定されたアクチュエータワイヤ１の長さを示すグラフである。
【図８】図８は、実施例１における網状の発熱体２の電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、比較例１において用いられたアクチュエータの模式図を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａに含まれる線９Ｂ−９Ｂに沿って切断した断面図を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、電熱線に電流が流された場合の断面図を示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、比較例１および比較例２によるアクチュエータワイヤの伸縮率を示すグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、比較例１および比較例２によるアクチュエータワイヤの側面の表面温度を示すグラフである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、比較例２における網状の発熱体の電気抵抗値の変化を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、比較例３によるアクチュエータが収縮した状態の模式図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、比較例３によるアクチュエータが伸長した状態の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明者らは、非特許文献１に開示されたコイル状ポリマー繊維から形成されるアクチュエータの加熱源として、コイル状ポリマー繊維の外側面を被覆する、複数の電熱線から構成される網状の発熱体を用いることを検討した。
【００１０】
本発明者らは、撚られた銀メッキナイロン糸を電熱線として用いた。本発明者らは、図１１Ｂに示されるように、コイル状ポリマー繊維の外側面の周りに複数の電熱線を組み、網状の発熱体を形成した。本発明者らがこの網状の発熱体を加熱源として用いてコイル状ポリマー繊維を繰り返し収縮させたところ、網状の発熱体の抵抗値が変化した。これは、メッキ金属の熱膨張係数およびナイロン糸の熱膨張係数の違いにより、ナイロン糸からメッキ金属が剥がれたためであると推察された。
【００１１】
本発明者らは、網状の発熱体の電気抵抗値の変化を抑制するために鋭意研究を行った。その結果、本発明者らは、上述の一態様に想到した。
【００１２】
以下、本開示の実施形態が図面を参照しながら詳細に説明される。
【００１３】
図１は、実施形態によるアクチュエータ装置６０の模式図を示す。実施形態によるアクチュエータ装置６０は、アクチュエータワイヤ１、網状の発熱体２、および制御装置５を具備する。アクチュエータ装置６０のアクチュエータワイヤ１の外側面に発熱体２が配置され、発熱体２と制御装置５とが電気的に接続されている。なお、アクチュエータ６８はアクチュエータワイヤ１および発熱体２を具備する。
【００１４】
（アクチュエータワイヤ１）  アクチュエータワイヤ１の詳細は、本特許出願に先行する特許文献５を参照せよ。この特許文献５（すなわち、特許第６１１１４３８号）、特許文献５に対応する米国特許出願１５／２４５，１４５、中国特許出願２０１６８００００８５７．０、および欧州特許出願１６７６７１２６．２は本願に参照として援用される。
【００１５】
アクチュエータワイヤ１は、非特許文献１に開示されている。本開示は、当該特許文献５に開示されたアクチュエータワイヤ１の改良に係るとも言える。本明細書において用いられる用語「アクチュエータワイヤ」および「発熱体」は、それぞれ、当該特許文献５において用いられる用語「繊維」および「温度調節装置」に対応する。
【００１６】
当該特許文献５に開示されているように、アクチュエータワイヤ１は、直鎖状低密度ポリエチレンから形成されているコイル状ポリマー繊維から構成され得る。アクチュエータワイヤ１は、加熱により縮み、かつ放熱により復元する。一例として、１０ＭＰａの加重をその一端に印加されたアクチュエータワイヤ１が摂氏９０度に加熱されると、アクチュエータワイヤ１は、２３％ほど縮む。アクチュエータワイヤ１が室温まで冷却されると、アクチュエータワイヤ１は元の長さになるように復元する。特許文献５にも開示されているように、アクチュエータワイヤ１は、例えば、摂氏３０度以上摂氏１００度以下の温度に加熱され得る。なお、コイル状ポリマー繊維の材質は、直鎖状低密度ポリエチレンに限られない。例えば、ポリエチレン（例えば、低密度ポリエチレン、または、高密度ポリエチレン）、ナイロン（例えば、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン１２）、ポリエステル、またはエラストマー（例えば、シリコンゴム）でもよい。
【００１７】
アクチュエータワイヤ１は、１本のコイル状ポリマー繊維から構成され得る。図２Ａに示されるように、アクチュエータワイヤ１は、互いに撚り合わされた２本以上のコイル状ポリマー繊維１１１から構成され得る。言い換えれば、アクチュエータワイヤ１は、捻られた１本のコイル状ポリマー繊維１１１ａの側面に捻られた他のコイル状ポリマー繊維１１１ｂの側面が接するように、２本以上のコイル状ポリマー繊維１１１を捻ることで形成され得る。図２Ａでは、アクチュエータワイヤ１は、互いに撚り合わされるように一体化された２本のコイル状ポリマー繊維１１１から構成されている。
【００１８】
（網状の発熱体２）
網状の発熱体２は、アクチュエータワイヤ１の側面を被覆している。網状の発熱体２は、アクチュエータワイヤ１を内部に含むように、筒状であることが望ましい。網状の発熱体２は、複数の電熱線２１から構成されている。後述されるように、網状の発熱体２は、複数の電熱線２１を組む、編む、または織ることによって、形成される。
【００１９】
（電熱線２１）
図２Ｂは、電熱線２１の一例を示す。電熱線２１は、絶縁性の弾性糸５１（すなわち、芯糸）および金属ワイヤ５２（すなわち、鞘糸）を具備する。図２Ｂに示される電熱線２１は、「シングルカバーリング電熱線」と称される。シングルカバーリング電熱線において、鞘糸は、芯糸の周りにＳ撚りまたはＺ撚りに組まれている。図２Ｂに示される例では、金属ワイヤ５２がＺ撚りに組まれている。
【００２０】
電熱線２１の電気抵抗値は、金属ワイヤ５２の電気抵抗値に主に依存する。アクチュエータワイヤ１が伸縮したとき、金属ワイヤ５２の破断や磨耗は発生しがたい。このため、アクチュエータワイヤ１が繰り返し伸縮しても、電熱線２１の電気抵抗値はほぼ変化しない。これにより、網状の発熱体２が加熱されたとき、その発熱量がほぼ一定となる。この結果、アクチュエータワイヤ１の収縮量をほぼ一定に維持することができる。金属ワイヤ５２の代わりに金属がメッキされた糸が用いられる場合、アクチュエータワイヤ１の繰り伸縮の繰り返しにより電熱線の電気抵抗値は変化する可能性がある。これは、メッキ金属の熱膨張係数が糸の熱膨張係数とは異なることにより、糸からメッキ金属が剥がれると考えられるためである。この場合、アクチュエータワイヤ１の収縮量を一定に維持することができない。
【００２１】
電熱線２１において、金属ワイヤ５２は弾性糸５１に巻き付けられている。このため、電熱線２１の剛性は、弾性糸５１の剛性に主に依存する。弾性糸５１は、糸状かつ弾性体であるため、低い剛性を有する。このため、電熱線２１は低い剛性を有する。これにより、複数の電熱線２１から構成される網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の収縮に追随できる。弾性糸５１の代わりに非弾性糸が用いられる場合、電熱線は低い剛性を有さない。このため、この場合、網状の発熱体がアクチュエータワイヤ１の収縮に追随することは困難である。
【００２２】
このように、電熱線２１は、２つの利点を有する。すなわち、それらは、経時変化がほとんどない電気抵抗値、および低い剛性である。
【００２３】
また、電熱線２１は、後述されるダブルカバーリング電熱線よりも製造工程の数および部材の数が少ないという利点も有する。
【００２４】
図２Ｂに示されるように、弾性糸５１は複数の露出された部分を有することが望ましい。これは、弾性糸５１が露出された部分を有しない程度に密に金属ワイヤ５２が巻き付けられている場合、電熱線２１をアクチュエータワイヤ１の周りに巻き付けにくいからである。なお、大きな伸縮量を有する弾性糸５１、例えば、スパンデックス（ｓｐａｎｄｅｘ）が用いられる場合、弾性糸５１が露出された部分を有しない程度に密に金属ワイヤ５２が巻き付けられていてもよい。これは、アクチュエータワイヤ１の周りに電熱線２１が巻きつけられる際に電熱線２１に張力が印加され、複数の露出された部分が形成されるからである。
【００２５】
図２Ｃは、電熱線２１の別の例を示す。図２Ｃに示される電熱線２１は、「ダブルカバーリング電熱線」と称される。ダブルカバーリング電熱線は、芯糸、第１鞘糸、および第２鞘糸を有する。ダブルカバーリング電熱線において、芯糸の周りに第１鞘糸のＳ撚りに組まれ、さらに第１鞘糸が組まれた芯糸の周りに第２鞘糸がＺ撚りに組まれている。あるいは、芯糸の周りに第１鞘糸のＺ撚りに組まれ、さらに第１鞘糸が組まれた芯糸の周りに第２鞘糸がＳ撚りに組まれている。
【００２６】
図２Ｃに示されるように、第２弾性糸５３の一部は金属線５２を被覆し、かつ第２弾性糸５３の他の部分は、第１弾性糸５１を被覆している。言い換えれば、第１弾性糸５１の長軸方向に垂直な断面において、金属線５２は、第１弾性糸５１および第２弾性糸５３の間に位置している。第２弾性糸５３は、金属線５２が螺旋状に巻き付けられた第１弾性糸５１に螺旋状に巻き付けられている。
【００２７】
ダブルカバーリング電熱線が絶縁性を有する第１弾性糸５１（すなわち、芯糸）、金属ワイヤ５２（すなわち、第１鞘糸）、および絶縁性を有する第２弾性糸５３（すなわち、第２鞘糸）を備える場合、金属ワイヤ５２を第２弾性糸５３で押さえることができる。これにより、金属ワイヤ５２が第１弾性糸５１から離間することが抑制される。
【００２８】
ダブルカバーリング電熱線が絶縁性を有する第１弾性糸（すなわち、芯糸）、絶縁性を有する第２弾性糸（すなわち、第１鞘糸）、および金属ワイヤ（すなわち、第２鞘糸）を具備する場合、芯糸および第１鞘糸の間に空気層が形成されている。このため、保温効果を得ることができる。
【００２９】
弾性糸の種類または材料を選ぶことで、異なる性質を有する電熱線２１を得ることができる。例えば、弾性糸としてスパンデックスを用いることで、優れた伸縮性を有する電熱線２１が得られる。これは、スパンデックスが非常に高い弾性を有するためである。また、延伸された高密度ポリエチレンのように熱伝導性に異方性がある材料から弾性糸が形成されている場合、熱はある方向に放熱されやすい。
【００３０】
絶縁性を有する弾性糸の材料の例は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、またはナイロンである。弾性糸は、１００度以下の耐熱性を有することが望ましい。金属ワイヤの材料は、導電性材料、例えば、ステンレス、銅、または金であればよい。なお、１本の金属ワイヤの引張強さ（Ｎ／ｍｍ２）およびその断面積（ｍｍ２）の積が、０．２７Ｎより大きく、かつ０．６３Ｎより小さいことが望ましい。ここで引張強さとは、金属ワイヤが破断するときの引張応力を意味する。この積が０．６３Ｎ以上の場合、金属ワイヤの剛性が高すぎるため、弾性糸に金属ワイヤを密着させにくい。一方で、この積が０．２７Ｎ以下では、金属ワイヤの剛性が低いため、電熱線２１の作製が困難になる。この積が０．２７Ｎ以下である場合であっても、上述の電熱線２１の利点は得られる。
【００３１】
網状の発熱体２は、複数の電熱線２１から形成され得る。図１に示されるように、網状の発熱体２は全体として網の形状を有するように、複数の電熱線２１は互いに交差することが望ましい。
【００３２】
網状の発熱体２は、組まれた複数の電熱線２１、編まれた複数の電熱線２１、または織られた複数の電熱線２１のいずれかから形成される。
【００３３】
図１に示される網状の発熱体２は、組まれた複数の電熱線２１から形成されている。図３Ａは、組まれた複数の電熱線２１から形成されている網状の発熱体２を具備するアクチュエータ６８の簡略的な模式図を示す。各電熱線２１がアクチュエータワイヤ１の外側面に螺旋状に巻き付くように、複数の電熱線２１ａ、２１ｂが組まれ、アクチュエータワイヤ１の外側面を被覆している網状の発熱体２を構成している。３本以上の電熱線２１が組まれて網状の発熱体２を構成することが望ましい。各電熱線２１（すなわち、２１ａ、２１ｂ）は、コイル（すなわち、螺旋）の形状を有し得る。各電熱線２１は、糸の形状を有し得る。ここで、各電熱線２１は、Ｓ撚りまたはＺ撚りに組まれている。
【００３４】
図３Ｅは、編まれた複数の電熱線２１の模式図を示す。各電熱線２１は、矩形波の形状を有し得る。矩形波の形状を有する複数の電熱線２１が、網状の発熱体２を形成するように、編まれている。編まれた複数の電熱線２１から構成される網状の発熱体２がアクチュエータワイヤ１の外側面に巻き付けられる。  図３Ｆおよび図３Ｇは、織られた複数の電熱線２１の模式図を示す。各電熱線２１は、細長い板の形状を有し得る。各電熱線２１としてアクチュエータワイヤ１の外側面に螺旋状に巻き付くように、複数の電熱線２１ａ、２１ｂが織られ、アクチュエータワイヤ１の外側面を被覆している網状の発熱体２を構成している。織られた複数の電熱線２１は、複数の第１電熱線２１ａおよび複数の第２電熱線２ｂに分けられる。第１電熱線２１ａは、互いに平行である。第２電熱線２１ａも平行である。各第１電熱線２１ａは、隣接する２本の第２電熱線２１ｂの一方の表側の面および他方の裏側の面に接する。各第２電熱線２１ｂもまた、隣接する２本の第１電熱線２１ａの一方の表側の面および他方の裏側の面に接する。
後述されるように、アクチュエータワイヤ１が繰り返し収縮および復元できる限り、すなわち、網状の発熱体２がアクチュエータワイヤ１の繰り返し収縮および復元に追随できる限り、網状の発熱体２は、組まれた複数の電熱線２１、編まれた複数の電熱線２１、または織られた複数の電熱線２１のいずれから形成されていてもよい。
【００３５】
網状の発熱体２の一端は、アクチュエータワイヤ１の一端に接合されている。図１に示されるように、一例として、接合具４を用いて、アクチュエータワイヤ１の一端が網状の発熱体２の一端と共に加締される。このようにして、網状の発熱体２の一端は、アクチュエータワイヤ１の一端に第１接合具４ａを用いて接合される。同様に、網状の発熱体２の他端もまた、アクチュエータワイヤ１の他端に第２接合具４ｂを用いて接合されている。すなわち、第２接合具４ｂを用いて、アクチュエータワイヤ１の他端が網状の発熱体２の他端と共に加締により固定される。第１および第２接合具４ａ，４ｂの例は、圧着端子である。圧着端子は、フォーク圧着端子またはリング圧着端子であり得る。図１には、第１接合具４ａとして、リング圧着端子が図示されている。このように、網状の発熱体２は、アクチュエータワイヤ１の一端および他端の間に設けられている。接合具４は金属から形成されることが望ましい。その理由は後述される。
【００３６】
（制御装置５）
制御装置５は、網状の発熱体２に電力を供給し、網状の発熱体２を発熱させてアクチュエータワイヤ１を加熱する。制御装置５は、網状の発熱体２に電力を供給するための電源を具備し得る。網状の発熱体２に供給される電力は、交流または直流である。制御装置５は、さらにスイッチを具備し得る。スイッチがオンである間には、網状の発熱体２に電力が供給される。スイッチがオフである場合には、網状の発熱体２に電力は供給されない。
【００３７】
（アクチュエータ装置６０の製造方法）
以下、本開示によるアクチュエータ装置６０の製造方法が説明される。
【００３８】
まず、周知のカバーリング加工機を用いて、金属ワイヤ５２が弾性糸５１に螺旋状に巻きつけられ、電熱線２１を形成する。
【００３９】
次に、周知の製紐機を用いて、アクチュエータワイヤ１の外側面の周りに複数の電熱線２１が組まれて、アクチュエータワイヤ１およびその表面を被覆する網状の発熱体２を具備するアクチュエータ６８を得る。図４は、特許文献３に示される製紐機である。図４において、参照符号１０９、１１０、１１１ａ〜１１１ｈ、１１２ａ〜１１２ｈ、１１３、および１１４は、それぞれ、製紐機、基板、糸巻体（すなわち、キャリア）、軌道、組紐、およびガイドロールを指し示す。特許文献４は、アクチュエータワイヤ１の外側面に電熱線２１を螺旋状に巻き付ける製紐機を開示している。
【００４０】
図５は、アクチュエータ６８を製造するために用いられる製紐機の模式図を示す。図５において、参照符号１０１、１０２、１０３、１０５ａ〜１０５ｄ、１０６（１０６ａ〜１０６ｄ）、および１０７（１０７ａ〜１０７ｄ）は、それぞれ、ボビン、滑車、巻き上げ装置、ボビン、スピンドル、および波状軌道を指し示す。図５に示される製紐機は、周知の製紐機に、ボビン１０１および滑車１０２を追加することにより構成されている。ボビン１０１からは、アクチュエータワイヤ１が供給される。アクチュエータワイヤ１は、滑車１０２によりガイドされる。その後、波状軌道１０７ａ〜１０７ｄおよびスピンドル１０６ａ〜１０６ｄを介してアクチュエータワイヤ１の外側面の周囲に複数の電熱線２１が供給されながら、アクチュエータワイヤ１は複数の電熱線２１と共に巻き上げられる。このようにして、アクチュエータワイヤ１、およびアクチュエータワイヤ１の外側面を被覆している複数の電熱線２１から構成されている網状の発熱体２を具備するアクチュエータ６８が得られる。「複数の電熱線２１が、Ｓ撚りに組まれている」とは、上述の製造方法によって各電熱線２１がＳ撚りに組まれていることを意味する。「複数の電熱線２１が、Ｚ撚りに組まれている」とは、上述の製造方法によって各電熱線２１がＺ撚りに組まれていることを意味する。
【００４１】
アクチュエータ６８は、所望の長さに切断される。所望の長さに切断されたアクチュエータ６８の両端は、第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂにより加締される。このようにして、アクチュエータ６８を得る。最後に、電線を用いて、接合具４（すなわち、第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂ）を制御装置５に電気的に接続する。このようにして、本開示によるアクチュエータ装置６０が製造される。
【００４２】
（アクチュエータ装置６０の動作）
以下、アクチュエータ装置６０の動作が説明される。
【００４３】
図１に示されるように、アクチュエータワイヤ１は、例えば、おもり６を用いて、ピンと張られる。言い換えれば、おもり６により、アクチュエータワイヤ１には、その長手方向に沿って張力が印加される。
【００４４】
図３Ａは、網状の発熱体２が加熱されておらず、かつ張力が印加されたアクチュエータ６８の簡略図を示す。図３Ｂは、図３Ａに含まれる線３Ｂ−３Ｂに沿って切断した断面図を示す。図３Ａに示されるように、網状の発熱体２の網目は、アクチュエータワイヤ１の外側面から大きく離間することなく、アクチュエータワイヤ１の伸張に追随して変形する。これは、網状の発熱体２を構成する複数の電熱線２１の各々が低い剛性を有するためである。なお、弾性糸５１に螺旋状に巻き付けられた金属ワイヤ５２は、高い剛性を有するものの、その螺旋の形状の変形によって弾性糸５１の伸縮に追随する。
【００４５】
図３Ａ、図３Ｂに示されるように、網状の発熱体２が加熱されていない場合、網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の外側面に接している。
【００４６】
制御装置５を用いて網状の発熱体２が加熱された直後では、網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の外側面に接しているので、網状の発熱体２の発熱によって生じた熱は、アクチュエータワイヤ１に効率よく伝えられる。
【００４７】
図３Ｃは、アクチュエータワイヤ１が網状の発熱体２によって加熱されているときのアクチュエータ６８の簡略図である。図３Ｄは、図３Ｃに含まれる線３Ｄ−３Ｄに沿って切断した断面図を示す。網状の発熱体２の加熱によって、アクチュエータワイヤ１は縮む。このとき、網状の発熱体２の網目はアクチュエータワイヤ１の外側面から大きく離間することなくアクチュエータワイヤ１の収縮に追随する。これにより、アクチュエータワイヤ１をほぼ均一に加熱することができる。仮に、網状の発熱体が高い剛性を有する複数の金属ワイヤから構成される場合、網状の発熱体の網目はアクチュエータワイヤ１の収縮に追随できず、網状の発熱体を構成する複数の金属ワイヤの一部がアクチュエータワイヤ１の外側面から大きく離間しうる。このため、アクチュエータワイヤ１をほぼ均一に加熱することができない。この結果、アクチュエータ装置の効率が低下する。
【００４８】
図３Ｃおよび図３Ｄに示されるように、電熱線２１ａ、２１ｂはアクチュエータワイヤ１の外側面から離間する。図３Ｃに示すように、網状の発熱体２がほぼ均一に膨らむことで、図３Ｄに示す電熱線２とアクチュエータワイヤ１との間の距離がほぼ均一になる。これにより、放熱時には、アクチュエータワイヤ１における温度分布がほぼ均一になる。仮に、網状の発熱体が高い剛性を有する複数の金属ワイヤから構成される場合、網状の発熱体の網目はほぼ均一に膨らむことができない。このため、放熱によって網状の発熱体が復元したときに、網目が不均一な形状に再構成され易い。
【００４９】
このように、筒状の網状の発熱体２の両端に接合された両端を有するアクチュエータワイヤ１が縮むために、網状の発熱体２は、アクチュエータワイヤ１の外側面から網状の発熱体２がアクチュエータワイヤ１の長手方向に直交する方向（すなわち、中心軸に対する半径方向外向き）に移動するように、外側に離間する。言い換えれば、網状の発熱体２が電力の印加により加熱されている間は、網状の発熱体２が部分的に又は全体的に膨らむように、網状の発熱体２は変形する。
【００５０】
このように、加熱時に網状の発熱体２がアクチュエータワイヤ１の外側面から離間する、すなわち、加熱時には網状の発熱体２が膨らむので、網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の外側面には接しない。
【００５１】
非特許文献１に開示されているように、網状の発熱体２が冷却された場合、アクチュエータワイヤ１は復元する。言い換えれば、網状の発熱体２が冷却された場合、アクチュエータワイヤ１はその長手方向に沿って伸び、元通りの形状に戻る。そのため、筒状の網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の外側面に接する。網状の発熱体２は、室温下で自然に冷却され得る。これに代えて、網状の発熱体２はペルチェ素子のような冷却器を用いて冷却され得る。前記の収縮および復元は繰り返され得る。
【００５２】
筒状の網状の発熱体２の両端は、第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂにより、アクチュエータワイヤ１の両端に接合されている。第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂは金属から形成されることが望ましい。なぜなら、網状の発熱体２の両端において生じた熱は、金属から形成される第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂを介して空気中に放出されるからである。
【００５３】
（アクチュエータ装置６０の使用例）
アクチュエータ装置６０の使用例が説明される。
【００５４】
図２Ｄは、加熱前における、複数本のアクチュエータ６８を具備するアクチュエータ装置６０が太腿１００ｈに取り付けられた状態の模式図を示す。図２Ｅは、加熱後における、複数本のアクチュエータ６８を具備するアクチュエータ装置６０が太腿１００ｈに取り付けられた状態の模式図を示す。
【００５５】
図２Ｄおよび図２Ｅに示されるように、一例として、アクチュエータ装置６０は複数本のアクチュエータ６８、第１固定具１５０、および第２固定具１６０を具備する。
【００５６】
第１固定具１５０および第２固定具１６０として、例えば、面ファスナーが用いられ得る。この場合、第１固定具１５０および第２固定具１６０の一方は、多数のフック状の突起を表面に有するフック表面を有し、かつ第１固定具１５０および第２固定具１６０の他方は、多数のループ状の突起を表面に有するループ表面を有する。フック表面をループ表面に押し付けることで、第１固定具が第２固定具に固定される。第１固定具に対する第２固定具の固定箇所の調整が可能である。
【００５７】
加熱により、図２Ｅに示されるように、太腿１００ｈの内側に向かって太腿１００ｈを締め付ける力が発生する。
【００５８】
（アクチュエータ装置６０の特性）
アクチュエータ装置６０には２つの特性が必要とされる。１点目は入力エネルギーに対する仕事量の割合である。この割合は、効率とも称される。入力エネルギーは電力と時間との積である。仕事量はおもり６の荷重、その引き上げ距離、および重力加速度の積である。アクチュエータ装置６０の効率は高いほど好ましい。２点目は、繰り返し動作の耐久性である。電熱線２１の電気抵抗値が変動すると、電熱線２１の発熱量が変動する。この結果、アクチュエータ装置６０の仕事量は変動する。このため、繰り返し動作に伴う電気抵抗値の変動は小さいことが好ましい。
【００５９】
（実施例）
以下、本開示が実施例を参照しながら、より詳細に説明される。
【００６０】
（実施例１）
（アクチュエータワイヤ１の製造）
特許文献５の開示内容に従って、本発明者らはコイル状ポリマー繊維を得た。次に、図２Ａに示されるように、本発明者らは、２本のコイル状ポリマー繊維を捻り、アクチュエータワイヤ１を得た。このように、アクチュエータワイヤ１は、互いに撚り合わされた２本のコイル状ポリマー繊維から構成された。言い換えれば、捻られた１本のコイル状ポリマー繊維の外側面は、捻られた他のコイル状ポリマー繊維の外側面に接していた。
【００６１】
（電熱線２１の製造）
ポリエステルからなるモノフィラメント（東レ株式会社より購入、繊維の太さ：１５デニール）が弾性糸５１として用いられた。ステンレス線（日本精線株式会社より購入、商品名：ステンレス鋼線、材質：ＳＵＳ  ３１６Ｌ：、直径寸法：０．０３０ｍｍ）が金属ワイヤ５２として用いられた。弾性糸５１の周りに金属ワイヤ５２がＳ撚り（撚り数：２９５０Ｔ／ｍ）に組まれた。このようにして、本発明者らは電熱線２１を得た。
【００６２】
（アクチュエータワイヤ１への電熱線２１の被覆）
本発明者らは、図５に示される製紐機を用いて、アクチュエータワイヤ１の外側面を４本の電熱線２１により被覆した。
【００６３】
本発明者らは、電熱線２１により被覆されたアクチュエータワイヤ１を切断して、おおよそ２４０ミリメートルの長さを有するアクチュエータ６８を得た。このようにして、本発明者らは、アクチュエータワイヤ１および当該アクチュエータワイヤ１の外側面を被覆する網状の発熱体２から構成されるアクチュエータ６８を得た。
【００６４】
（接合具４による接合）
本発明者らは、アクチュエータ６８の両端を、金属製の第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂを用いて加締した。このとき、第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂとして、丸形の圧着端子が用いられた。このようにして、本発明者らは、アクチュエータ６８を得た。このアクチュエータ６８の伸縮状態を観察した。図６Ａにアクチュエータ６８が収縮した状態を、図６Ｂにアクチュエータ６８が伸長した状態を示す。両者とも、網状の発熱体２は均一な形状であった。
【００６５】
（加熱試験）
アクチュエータ６８の加熱試験が、以下のように行われた。図７Ａは、加熱試験において用いられた試験装置の概略図を示す。第１接合具４ａは、固定板７を用いて固定された。第２接合具４ｂには、０．０７０ｋｇのおもり６がワイヤ８を介して取り付けられた。このおもり６により、アクチュエータワイヤ１はピンと張られ、アクチュエータ６８の全長は４７．５ｍｍになった。以下において、「アクチュエータ６８の全長」とは、アクチュエータワイヤ１に張力が負荷されて、ピンと張られたときのアクチュエータ６８の全長を意味する。ワイヤ８は、滑車１２によりガイドされた。第２接合具４ｂには、鏡１３がさらに取り付けられた。このように、第１接合具４ａは固定された一方、第２接合具４ｂはアクチュエータワイヤ１の長手方向に沿って振動可能に配置された。図７Ａでは、網状の発熱体２は省略されていることに留意せよ。
【００６６】
図７Ａに示されるように、本発明者らは、第１接合具４ａおよび第２接合具４ｂを電気的に制御装置５に接続した。制御装置５を用いて、網状の発熱体２に１００ミリアンペアの電流、０．２５ワットの電力が７秒間の加熱時間の間、印加された。このときの網状の発熱体２の電気抵抗値は３３Ωだった。このようにして、アクチュエータワイヤ１の外側面が加熱された。入力エネルギーは、１．７５ジュール（＝０．２５ワット×７秒）であった。ここで、入力エネルギーは、電力に時間を乗じることにより算出された。加熱により、アクチュエータワイヤ１は、その長手方向に、収縮した。この収縮運動によって、０．０７０ｋｇのおもり６は、０．００３３ｍ引き上げられた。このときのアクチュエータワイヤ１の仕事量は、０．００２２６ジュール（＝０．０７０ｋｇ×０．００３３ｍ×９．８ｍ／ｓ２）であった。ここで、仕事量は、おもり６の荷重に、おもり６が引き上げられた距離および重力加速度を乗じることにより算出された。以上より、実施例１によるアクチュエータ装置の効率（すなわち、１００×仕事量／入力エネルギー）は０．１２９％（＝１００×０．００２２６ジュール／１．７５ジュール）であった。次いで、５０秒間の冷却時間、電流を網状の発熱体２に流さなかった。このようにして、アクチュエータワイヤ１の外側面を室温下で自然に冷却した。
【００６７】
放熱により、アクチュエータワイヤ１は、その長手方向に伸び、復元した。アクチュエータワイヤ１の収縮および復元と共に、鏡１３は、アクチュエータワイヤ１の長手方向に振動した。鏡１３の振動は、レーザー変位計１４（キーエンス社から購入、商品名：ＬＫ−０８０）により測定された。アクチュエータワイヤ１の外側面の温度が、放射温度計１５（Apiste社から購入、商品名：FSV-210）を用いて測定された。
【００６８】
図７Ｂは、放射温度計１５によって測定されたアクチュエータワイヤ１の外側面の温度を示すグラフである。図７Ｂから明らかなように、アクチュエータワイヤ１の外側面の温度がおよそ摂氏７０度に到達した後には、アクチュエータワイヤ１の外側面の温度が低下し始める。このことは、網状の発熱体２が、アクチュエータワイヤ１の外側面から離れたことを意味している。電流が網状の発熱体２に流されている間は、アクチュエータワイヤ１の外側面の温度は、およそ摂氏６０度以上摂氏７０度以下に維持された。電流が網状の発熱体２に流されていない間は、アクチュエータワイヤ１の外側面の温度は、およそ摂氏３５度に維持された。
【００６９】
図７Ｃは、レーザー変位計１４を用いて測定されたアクチュエータワイヤ１の長さを示すグラフである。図７Ｃから明らかなように、電流が網状の発熱体２に流されている間、すなわち、アクチュエータワイヤ１が加熱されている間には、アクチュエータワイヤ１は短くなり、５３．７ミリメートルの長さになった。一方、アクチュエータワイヤ１が加熱されていない間には、アクチュエータワイヤ１は復元して、元通りの５８．３ミリメートルの長さになった。
【００７０】
この加熱および冷却が２０万回繰り返された。図８は、この間の網状の発熱体２の電気抵抗値の変化を示す。図８において、多数の測定のノイズが見られるものの、網状の発熱体２の電気抵抗値は変化しなかった。その電気抵抗値は、３３Ωだった。
【００７１】
（実施例２）
実施例２では、電熱線２１としてダブルカバーリング電熱線が用いられたこと以外は、実施例１と同様の実験が行われた。スパンデックス（東レ・オペロンテックス株式会社から購入、商品名：Ｔ−９０６Ｃ、１８０デニール）が第１弾性糸５１として用いられた。ステンレス線（日本精線株式会社から購入、商品名：ステンレス鋼線、材質：ＳＵＳ  ３１６Ｌ、直径寸法：０．０３０ｍｍ）が金属ワイヤ５２として用いられた。ポリエステルからなるモノフィラメント（ＴＨＡＩ  ＰＯＬＹＥＳＴＥＲ  ＣＯ．ＬＴＤから購入、繊維の太さ：７５デニール）が第２弾性糸として用いられた。まず、第１弾性糸５１の周りに金属ワイヤ５２がＳ撚り（撚り数：８４４Ｔ／ｍ）に組まれた。次に、金属ワイヤ５２がＳ撚りに組まれた第１弾性糸５１の周りに第２弾性糸がＺ撚り（撚り数：１００６Ｔ／ｍ）に組まれた。このようにして、本発明者らは電熱線２１を得た。
【００７２】
アクチュエータ６８は６６ｍｍの長さを有していた。
【００７３】
制御装置５を用いて、網状の発熱体２に１１０ミリアンペアの電流、０．４３ワットの電力が７秒間の加熱時間の間、印加された。このようにして、アクチュエータワイヤ１の外側面が加熱された。入力エネルギーは、３．０１ジュール（＝０．４３ワット×７秒）であった。加熱により、アクチュエータワイヤ１は、その長手方向に収縮した。この収縮運動によって、０，０７０ｋｇのおもり６が０．００４４ｍ引き上げられた。仕事量は、０．００３０２ジュール（＝０．０７０ｋｇ×０．００４４ｍ×９．８ｍ／ｓ２）であった。以上から実施例２によるアクチュエータ装置６０の効率は０．１００％（＝１００×０．００３０２ジュール／３．０１ジュール）であった。また、加熱および冷却が１０００回繰り返された。この間、網状の発熱体２の電気抵抗値の変化はなかった。
【００７４】
（比較例１）
比較例１では、発熱体２が網状ではなく、１本の電熱線であったこと以外は、実施例１と同様の実験が行われた。言い換えれば、比較例１では、図９Ａに示されるように、１本の電熱線が、アクチュエータワイヤ１の側面に螺旋状に巻きつけられた。この電熱線は、銀メッキナイロン糸（株式会社ミツフジより購入、商品名：ＡＧＰｏｓｓ、繊維の太さ：３０デニール）を捻ることにより得られた。この電熱線は、２５０Ｔ／ｍの撚り数を有していた。比較例１のアクチュエータはおよそ２４０ミリメートルの長さを有していた。
【００７５】
図７Ａに示されるように、本発明者らは、第１圧着端子４ａおよび第２圧着端子４ｂを電気的に制御装置５に接続した。制御装置５を用いて、網状の発熱体２に７０ミリアンペアの電流が流された。
【００７６】
図９Ｂは、図９Ａに含まれる線９Ｂ−９Ｂに沿って切断した断面図を示す。図９Ｂでは、電熱線２１に電流が流されていない。図９Ｃは、電熱線２１に電流が流された場合の断面図を示す。図９Ｂおよび図９Ｃに示されるように、電熱線２１を流れる電流の有無に拘わらず、電熱線２１はアクチュエータワイヤ１の側面に接している。そのため、加熱開始からおよそ３２秒が経過したとき、アクチュエータワイヤ１は破断した。
【００７７】
図１０Ａは、比較例１によるアクチュエータワイヤ１の伸縮率を示すグラフである。比較のため、下記の比較例２によるアクチュエータワイヤ１の伸縮率も示す。図１０Ａから明らかなように、比較例１および比較例２においても、加熱開始から３０秒が経過するまでの間は、伸縮率はマイナス５％〜マイナス１０％程度であった。すなわち、アクチュエータワイヤ１は、５％〜１０％、収縮した。しかし、比較例１では、加熱からおよそ３２秒が経過した時点で、伸縮率が突然、＋２０％に増加している。これは、比較例１のアクチュエータワイヤ１は破断したことを意味している。
【００７８】
図１０Ｂは、比較例１によるアクチュエータワイヤ１の側面の表面温度を示すグラフである。比較のため、下記の比較例２によるアクチュエータワイヤ１の側面の表面温度も示す。図１０Ｂから明らかなように、比較例２においては、アクチュエータワイヤ１の側面の表面温度は、常に、おおよそ摂氏７５度以下であった。一方、比較例１においては、加熱からおよそ３２秒が経過した時点で、アクチュエータワイヤ１の側面の温度が、突然、摂氏９０度を超えた。これは、比較例１のアクチュエータワイヤ１は破断したことを意味している。
【００７９】
（比較例２）
比較例２では、電熱線２１として銀メッキナイロン線（株式会社ミツフジより購入、商品名：ＡＧＰｏｓｓ、繊維の太さ：３０デニール）を撚ることにより得られた線（撚り数：２５０Ｔ／ｍ）が用いられたこと以外は、実施例１と同様の実験が行われた。銀メッキナイロン線は、ナイロンの弾性をほぼ保持していた。
【００８０】
比較例２のアクチュエータは、３５ｍｍの長さを有していた。
【００８１】
制御装置５を用いて、網状の発熱体に７５ミリアンペアの電流、０．１９ワットの電力が７秒間の加熱時間の間、印加された。このときの電気抵抗値は約７．２Ωであった。このようにして、アクチュエータワイヤ１の外側面が加熱された。入力エネルギーは、１．３３ジュール（＝０．１９ワット×７秒）であった。加熱により、アクチュエータワイヤ１は、その長手方向に、収縮した。この収縮運動によって、０．０５０ｋｇのおもり６は０．００２６ｍ引き上げられた。仕事量は、０．００１２７ジュール（＝０．０５０ｋｇ×０．００２６ｍ×９．８ｍ／ｓ２）であった。すなわち、このアクチュエータ装置の効率は０．０９６％（＝１００×０．００１２７ジュール／１．３４ジュール）であった。また、加熱および冷却が５００回繰り返された。５００回終了後の網状の発熱体の電気抵抗値は８．３Ωであった。図１０Ｃは、この間の網状の発熱体の電気抵抗値の変化を示す。初期に電気抵抗値が６．７Ωまで低下し、その後、増加した。電気抵抗値は、その最小値から最大値まで２３％変化した。
【００８２】
（比較例３）
比較例３では、電熱線２１としてステンレス線（日本精線株式会社より購入、商品名：ステンレス鋼線、材質：ＳＵＳ  ３１６Ｌ、直径寸法：０．０５０ｍｍ）が用いられたこと以外は、実施例１と同様の実験が行われた。このステンレス線の引張強さは９００（Ｎ／ｍｍ２）で、断面積は０．００２（ｍｍ２）であった。すなわち、それらの積は、１．８０（Ｎ）であった。
【００８３】
比較例３のアクチュエータは２８ｍｍの長さを有していた。このアクチュエータの伸縮状態が観察された。図１１Ａは、アクチュエータが収縮した状態を示す。図１１Ｂは、アクチュエータが伸長した状態を示す。図１１Ａの領域５０に示されるように、アクチュエータが収縮した状態において、網状の発熱体を構成する複数の電熱線の一部がアクチュエータワイヤ１の外側面から大きく離間した。
【００８４】
制御装置５を用いて、網状の発熱体に２３０ミリアンペアの電流、０．２７６ワットの電力が７秒間の加熱時間の間、印加された。このようにして、アクチュエータワイヤ１の外側面が加熱された。入力エネルギーは、１．９３２ジュール（＝＝０．２７６ワット×７秒）であった。加熱により、アクチュエータワイヤ１は、その長手方向に、収縮した。この収縮運動によって、０．０５０ｋｇのおもり６は０．００３０ｍ引き上げられた。仕事量は、０．００１４７ジュール（＝０．０５０ｋｇ×０．００３０ｍ×９．８ｍ／ｓ２）であった。すなわち、このアクチュエータ装置の効率は０．０７６％（＝１００×０．００１４７ジュール／１．９３２ジュール）であった。
【００８５】
実施例１、２および比較例２、３の実験結果が表１に示される。
【００８６】
【表１】
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【００８７】
比較例２によるアクチュエータ装置では、網状の発熱体の電気抵抗値が変化した。これは、メッキ金属の熱膨張係数および弾性糸の熱膨張係数の違いにより、弾性糸からメッキ金属が剥がれたためであると推察される。比較例２によるアクチュエータ装置では、アクチュエータワイヤ１の加熱および冷却の繰り返し動作において、網状の発熱体の発熱量が変動し、アクチュエータワイヤ１の収縮量は安定しないと考えられる。
【００８８】
一方、実施例１および実施例２によるアクチュエータ装置では、網状の発熱体２の電気抵抗値が変化しなかった。このため、実施例１および実施例２によるアクチュエータ装置では、アクチュエータワイヤ１の収縮量を一定に維持できると考えられる。
【００８９】
なお、比較例３のアクチュエータは、加熱および冷却の繰り返し動作試験に供されなかった。アクチュエータの伸縮に伴い、網状の発熱体を構成する複数のステンレス線が破断もしくは磨耗しない限り、網状の発熱体の電気抵抗値はほぼ変化しないと考えられる。  表１に示されるように、実施例１および実施例２によるアクチュエータ装置の効率は、比較例２および比較例３によるアクチュエータ装置の効率よりも高かった。従って、実施例１および実施例２によるアクチュエータ装置は低消費電力の観点から好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本開示によるアクチュエータ装置は、人工筋肉として用いられ得る。
【符号の説明】
【００９１】
１    アクチュエータワイヤ
２    発熱体
４    接合具
４ａ    第１接合具
４ｂ    第２接合具
５    制御装置
６    おもり
７    固定板
８    ワイヤ
１３    鏡
１４    レーザー変位計
１５    放射温度計
２１    電熱線
２２    滑車
２３    鏡
５０    領域
５１    弾性糸
５２    金属ワイヤ
５３    第２弾性糸
６０    アクチュエータ装置
６８    アクチュエータ
１００ｈ    装着部
１０１    ボビン
１０２    滑車
１０３    巻き上げ装置
１０５ａ〜１０５ｄ    ボビン
１０６ａ〜１０６ｄ    スピンドル
１０７ａ〜１０７ｄ    波状軌道
１０９    製紐機
１１０    基板
１１１ａ〜１１１ｈ    糸巻体
１１２ａ〜１１２ｈ    軌道
１１３    組紐
１１４    ガイドロール
１５０    第１固定具
１６０    第２固定具
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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