(57)【要約】本開示は、ユーザが張力を印加することが不要なアクチュエータであって、かつ毎回予め定められた低い収縮率で加熱時に収縮するアクチュエータを提供する。本開示によるアクチュエータは、アクチュエータワイヤ、ばね、第１接合具、及び第２接合具を具備する。結晶性高分子からなるアクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、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、加熱によりコイルの中心軸方向に縮み、かつ放熱により復元する。アクチュエータワイヤの一端は第１接合具に、その他端は第２接合具に接続されており、第１接合具及び第２接合具の間にばねが配置されており、ばねによってアクチュエータワイヤに所定の張力が印加されており、かつ所定の張力は０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であり、ここで、Ｔはアクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力である。
2019106944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータであって、
アクチュエータワイヤ、
前記アクチュエータワイヤに所定の張力を印加しているばね、
第１接合具、および
第２接合具
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤは、結晶性高分子から形成されており、
前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具の間に配置されており、
前記ばねによって、前記第１接合具および前記第２接合具を介して前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の張力が印加されており、かつ
前記所定の張力は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であり、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合である、
アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載のアクチュエータであって、
前記ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具に接触し、かつ
前記ばねは、前記コイルの前記中心軸方向に前記アクチュエータワイヤを伸張する方向に、前記第１接合具および前記第２接合具に前記所定の張力を加えている、
アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアクチュエータであって、
前記ばねは内部空間を有し、かつ
前記アクチュエータワイヤは、前記内部空間内に配置されている、
アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項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直鎖状低密度ポリエチレンからなり、かつ
前記アクチュエータが動作していないときの前記ばねの弾性力を、前記アクチュエータワイヤの断面積で除した値が１０ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下である、
アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項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、１本の繊維で構成されている、
アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項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、複数本の繊維で構成されている、
アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６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の前記複数本の繊維は、互いに撚り合わされている、
アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のアクチュエータであって、
前記ばねは、圧縮ばねである、
アクチュエータ。
【請求項９】
アクチュエータであって、
アクチュエータワイヤ、
前記アクチュエータワイヤに所定の第１の張力を印加している第１ばね、
前記アクチュエータワイヤに所定の第２の張力を印加している第２ばね、
第１接合具、および
第２接合具
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記第１ばねおよび前記第２ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具の間に配置されており、
前記第１ばねおよび前記第２ばねは、前記コイルの前記中心軸方向に前記アクチュエータワイヤと並列に配置されており、
前記アクチュエータワイヤは、前記第１ばねおよび前記第２ばねの間に配置されており、
前記第１ばねおよび前記第２ばねによって前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の第１の張力および前記所定の第２の張力が印加されており、かつ
前記所定の第１の張力および前記所定の第２の張力の和は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であり、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合である、
アクチュエータ。
【請求項１０】
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に所定の張力を印加しているばね、
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記ばねの一端は、前記アクチュエータワイヤの一端に接続されており、
前記ばねの他端は、前記アクチュエータワイヤの他端に接続されており、
前記ばねによって、前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記張力が印加されており、かつ
前記所定の張力は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であり、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合である、
アクチュエータ。
【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、
前記アクチュエータワイヤに所定の張力を印加しているばね、
第１接合具、および
第２接合具
を具備し、
ここで、
前記ばねは内部空間を有し、
前記アクチュエータワイヤは、前記内部空間内に配置されており、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤは、結晶性高分子から形成されており、
前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具の間に配置されており、かつ
前記ばねによって、前記第１接合具および前記第２接合具を介して前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の張力が印加されている、
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、
前記アクチュエータワイヤの側面に配置され、前記アクチュエータワイヤを加熱可能な発熱体さらに具備し、
前記発熱体は電熱線から構成されており、かつ
前記電熱線は、前記アクチュエータワイヤに螺旋状に巻き付けられている、
アクチュエータ。
【請求項１３】
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に所定の張力を印加しているばね、
前記アクチュエータワイヤの側面に配置され、前記アクチュエータワイヤを加熱可能な発熱体、
前記発熱体を発熱する電力を前記発熱体に供給する制御装置、
第１接合具、および
第２接合具
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記ばねは、前記第１接合具と前記第２接合具との間に配置されており、
前記ばねによって、前記第１接合具および前記第２接合具を介して前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の張力が印加されており、
前記所定の張力は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であり、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合であり、かつ
前記所定の張力が前記アクチュエータワイヤに印加されている状態で、前記制御装置による加熱制御を行う、
アクチュエータ装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のアクチュエータ装置であって、
前記ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具に接触し、かつ
前記ばねは、前記コイルの前記中心軸方向に前記アクチュエータワイヤを伸張する方向に、前記第１接合具および前記第２接合具に前記所定の張力を加えている、
アクチュエータ装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のアクチュエータ装置であって、
前記ばねは内部空間を有し、かつ
前記アクチュエータワイヤは、前記内部空間内に配置されている、
アクチュエータ装置。
【請求項１６】
請求項１３から１５のいずれか１項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直鎖状低密度ポリエチレンからなり、かつ
前記アクチュエータ装置が動作していないときの前記ばねの弾性力を、前記アクチュエータワイヤの断面積で除した値が１０ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下である、
アクチュエータ装置。
【請求項１７】
請求項１３から１６のいずれか１項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、１本の繊維で構成されている、
アクチュエータ装置。
【請求項１８】
請求項１３から１６のいずれか１項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、複数本の繊維で構成されている、
アクチュエータ装置。
【請求項１９】
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に所定の第１の張力を印加している第１ばね、
前記アクチュエータワイヤに所定の第２の張力を印加している第２ばね、
前記アクチュエータワイヤの側面に配置され、前記アクチュエータワイヤを加熱可能な発熱体、
前記発熱体を発熱する電力を前記発熱体に供給する制御装置、
第１接合具、および
第２接合具
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記第１ばねおよび前記第２ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具の間に配置されており、
前記第１ばねおよび前記第２ばねは、前記コイルの前記中心軸方向に前記アクチュエータワイヤと並列に配置されており、
前記アクチュエータワイヤは、前記第１ばねおよび前記第２ばねの間に配置されており、
前記第１ばねおよび前記第２ばねによって前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の第１の張力および前記所定の第２の張力が印加されており、
前記所定の第１の張力および前記所定の第２の張力の和は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下を満たし、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合であり、かつ
前記所定の第１の張力および前記所定の第２の張力が前記アクチュエータワイヤに印加された状態で、前記制御装置による加熱制御を行う、
アクチュエータ装置。
【請求項２０】
マッサージ機器であって、
アクチュエータ、
一対の連結部を具備する連結器、および
加熱装置、
を具備し、
ここで、前記アクチュエータは、アクチュエータワイヤ、前記アクチュエータワイヤに所定の張力を印加しているばね、第１接合具、および第２接合具を具備し、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤは、結晶性高分子から形成されており、
前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具の間に配置されており、
前記ばねによって、前記第１接合具および前記第２接合具を介して前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の張力が印加されており、
前記所定の張力は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であり、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合であり、  前記一対の連結部の一方に対する、前記一対の連結部の他方の連結箇所は調整可能であり、
前記一対の連結部の一方が前記一対の連結部の他方に連結されることにより、前記マッサージ機器は前記人体に装着され、かつ、
前記所定の張力が印加されている前記アクチュエータワイヤは、前記加熱装置によって加熱されることにより縮む、
マッサージ機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータ、アクチュエータ装置、およびマッサージ機器に関する。
【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、並びに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。【０００３】
非特許文献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、加熱前にその軸方向に沿って張力がコイル状ポリマー繊維に印加され、その印加される張力の大きさによって、加熱時におけるコイル状ポリマー繊維の収縮率（すなわち、加熱により収縮したコイル状ポリマー繊維の長さ／放熱により復元されたコイル状ポリマー繊維の長さ）が異なることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０２２６６７号
【特許文献２】特許第５５７５１４５号公報
【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】
【０００５】
【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】
【０００６】
本開示の目的は、ユーザが張力を印加することが不要なアクチュエータであって、かつ毎回、予め定められた低い収縮率で加熱時に収縮するアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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は、
アクチュエータワイヤ、
前記アクチュエータワイヤに所定の張力を印加しているばね、
第１接合具、および
第２接合具
を具備し、
ここで、
前記アクチュエータワイヤは、その長軸の周りに沿って捩られており、
前記アクチュエータワイヤは、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、
前記アクチュエータワイヤは、加熱により前記コイルの中心軸方向に縮み、そして放熱により復元し、
前記アクチュエータワイヤは、結晶性高分子から形成されており、  前記アクチュエータワイヤの一端は、前記第１接合具に接続されており、
前記アクチュエータワイヤの他端は、前記第２接合具に接続されており、
前記ばねは、前記第１接合具および前記第２接合具の間に配置されており、
前記ばねによって、前記第１接合具および前記第２接合具を介して前記アクチュエータワイヤは伸張され、前記アクチュエータワイヤに前記所定の張力が印加されており、かつ
前記所定の張力は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下を満たし、
ここで、
Ｔは前記アクチュエータワイヤの収縮率が極小となるときの張力であり、かつ
前記収縮率は、放熱により復元された前記アクチュエータワイヤの長さに対する加熱により収縮した前記アクチュエータワイヤの長さの割合である。
【発明の効果】
【０００８】
加熱前のアクチュエータワイヤの伸びは、加熱前にアクチュエータワイヤに印加される張力に依存する。アクチュエータワイヤの収縮率もまた、当該張力に依存する。本開示によるアクチュエータの加熱前において、ばねによってアクチュエータワイヤに所定の張力が常に印加されている。この張力は、アクチュエータワイヤの低い収縮率が得られるときの張力に等しい。したがって、毎回、加熱時に同一の低い収縮率でアクチュエータワイヤは収縮する。その結果、アクチュエータは、毎回、加熱時に常に同一の大きな収縮量で変位する。【０００９】
ばねによって加熱前のアクチュエータワイヤに所定の張力が常に印加されているため、ユーザは加熱前にアクチュエータワイヤに張力を印加する必要がない。【００１０】
仮にばねが設けられていない場合は、ユーザが加熱前にアクチュエータワイヤに張力を印加する必要がある。この場合、加熱前にアクチュエータワイヤに印加される張力は毎回異なる可能性がある。したがって、毎回、加熱時に同一の低い収縮率でアクチュエータワイヤは収縮するとは限らない。その結果、アクチュエータは、毎回、加熱時に常に同一の大きな収縮量で変位するとは限らない。【００１１】
本開示は、ユーザが張力を印加することが不要なアクチュエータであって、かつ毎回、予め定められた低い収縮率で加熱時に収縮するアクチュエータを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態によるアクチュエータ装置６０の模式図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに含まれる線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した断面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、天井１７０に一端が固定されたアクチュエータワイヤ１１０の模式図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、重り１８０が他端に取り付けられたアクチュエータワイヤ１１０の模式図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、加熱時のアクチュエータワイヤ１１０の模式図を示す。
【図３】図３は、張力および収縮率の間の関係の一例を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、張力が印加されていない結晶性高分子の模式図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、張力が印加された結晶性高分子の模式図を示す。
【図５】図５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１１０の模式図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、第１実施形態の変形例によるアクチュエータ１０１の模式図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに含まれる線６Ｂ−６Ｂに沿って切断した断面図を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、第１実施形態の別の変形例によるアクチュエータの図６Ｂに対応する断面図を示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、第１実施形態のまた別の変形例によるアクチュエータの図６Ｂに対応する断面図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、第２実施形態によるアクチュエータ装置６１の模式図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに含まれる線７Ｂ−７Ｂに沿って切断した断面図を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、編まれた複数の電熱線２１の模式図を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、織られた複数の電熱線２１ａ、２１ｂの模式図を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、織られた複数の電熱線２１ａ、２１ｂの他の模式図を示す。
【図９】図９は、特許文献３に示される製紐機９の図を示す。
【図１０】図１０は、網状の発熱体１４０によって外側面が被覆されたアクチュエータワイヤ１１０を製造するために用いられる製紐機の模式図を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、網状の発熱体１４０が加熱されていない場合における、アクチュエータ１０１の模式図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａの簡略図を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ｂに含まれる線１１Ｃ−１１Ｃに沿って切断した断面図を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、網状の発熱体１４０がある程度加熱された後における、アクチュエータ１０１の模式図を示す。
【図１１Ｅ】図１１Ｅは、図１１Ｄの簡略図を示す。
【図１１Ｆ】図１１Ｆは、図１１Ｅに含まれる線１１Ｆ−１１Ｆに沿って切断した断面図を示す。
【図１２】図１２は、第３実施形態のアクチュエータ装置６２の模式図を示す。
【図１３】図１３は、第４実施形態によるアクチュエータ装置６３の模式図を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、加熱前における、マッサージ機器６が太腿１００ｈに取り付けられた状態の模式図を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、加熱時における、マッサージ機器６が太腿１００ｈに取り付けられた状態の模式図を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、アクチュエータ１０１が加熱される前の状態の模式図を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、アクチュエータ１０１がある程度加熱された後の状態の模式図を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、捩られておらず、かつ折りたたまれていない繊維９１１１ａの模式図を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１６Ａに含まれる１６Ｂ−１６Ｂ線に沿って切断した断面図を示す。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、特許文献５における、捩られており、かつ折りたたまれた繊維９１１１ｃの模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
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。
【００１４】
図１Ａは、第１実施形態によるアクチュエータ１０１を備えるアクチュエータ装置６０の模式図を示す。
【００１５】
アクチュエータ１０１は、アクチュエータワイヤ１１０、圧縮ばね１２０、第１接合具１３０ａ、および第２接合具１３０ｂを具備する。
【００１６】
アクチュエータ装置６０は、アクチュエータ１０１、発熱体１４０、および制御装置５を具備する。
【００１７】
（アクチュエータ装置６０の製造方法）
以下、第１実施形態によるアクチュエータ装置６０の製造方法が説明される。
【００１８】
アクチュエータワイヤ１１０の製造方法の詳細は、本特許出願に先行する特許文献５を参照せよ。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。アクチュエータワイヤ１１０は、非特許文献１に開示されている。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１１０」は、当該特許文献５において用いられる用語「繊維」に対応する。
【００１９】
まず、図２Ａに示されるように、アクチュエータワイヤ１１０の一端が天井１７０に固定される。
【００２０】
次に、図２Ｂに示されるように、重り１８０がアクチュエータワイヤ１１０の他端に取り付けられる。これにより、張力Ｔ１がアクチュエータワイヤ１１０に印加される。この時のアクチュエータワイヤ１１０の長さＬ１１が測定される。
【００２１】
次に、図２Ｃに示されるように、ヒーター３０１を用いて繊維１１０が加熱されると、アクチュエータワイヤ１１０が収縮する。このときのアクチュエータワイヤ１１０の長さＬ２１が測定される。ヒーター３０１としては、例えば、近赤外線放射を利用したヒーターまたは温風をコイルに吹き付ける温風機を用いることができる。
【００２２】
アクチュエータワイヤ１１０の長さＬ２１に基づいて収縮率Ｄ１（すなわち、Ｌ２１／Ｌ１１）が算出される。
【００２３】
このようにして、張力Ｔ１および収縮率Ｄ１の間の関係が調べられる。
【００２４】
同様に、張力Ｔ１とは異なる複数の張力（Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、・・・）のそれぞれに関して、張力および収縮率の間の関係が調べられる。
【００２５】
以上により、張力および収縮率の間の関係が把握される。表１はその関係の一例を示す。
【００２６】
【表１】
2019106944.tif 000003
【００２７】
図３は、張力および収縮率の間の関係の一例を示すグラフである。
【００２８】
アクチュエータワイヤ１１０の収縮率は、図３に示されるように、ある張力（図３ではＴ３）において極小値を持つと考えられる。これは、張力が小さすぎる場合または張力が大きすぎる場合は、アクチュエータワイヤ１１０の収縮率が高いと考えられるからである。ここで、「アクチュエータワイヤ１１０の収縮率が高い」とは、加熱前の張力が印加されたアクチュエータワイヤ１１０の長さに対する、加熱時のアクチュエータワイヤ１１０の収縮量が小さいことを意味する。
【００２９】
張力が小さすぎる場合、コイルの形状を有するアクチュエータワイヤ１１０のコイル間の隙間が狭い。このため、アクチュエータワイヤ１１０の加熱時にアクチュエータワイヤ１１０が収縮する余地が乏しく、アクチュエータワイヤ１１０の収縮率が高いと考えられる。
【００３０】
図４Ａは、張力が印加されていないアクチュエータワイヤ１１０内の結晶性高分子の模式図を示す。アクチュエータワイヤ１１０は、結晶性高分子からなる。結晶性高分子は、結晶性高分子の結晶４０１、および結晶４０１同士を繋いでいる非晶成分である高分子鎖４０２からなる。アクチュエータワイヤ１１０は、高分子鎖４０２の熱運動を駆動源として収縮する。図４Ａに示されるように、張力が印加されていない状態では、高分子鎖４０２は弛んでいる。
【００３１】
図４Ｂは、過大な張力（図３ではＴ６）が印加されたアクチュエータワイヤ１１０内の結晶性高分子の模式図を示す。張力が大きすぎる場合、結晶４０１同士を繋いでいる高分子鎖４０２の弛みがなくなり、高分子鎖４０２が張られた状態になる。これにより、高分子鎖４０２の運動が制限され、アクチュエータワイヤ１１０の収縮率が高いと考えられる。
【００３２】
次に、表１を参照して、予め定められた低い収縮率を実現することができる所定の張力２００が決定される。アクチュエータワイヤ１１０の収縮率が極小となるときの張力をＴ（図３ではＴ３）とすると、所定の張力２００は、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下であることが望ましい。所定の張力２００は、０．９５×Ｔ以上かつ１．０５×Ｔ以下であることがさらに望ましい。
【００３３】
次に所定の張力２００をアクチュエータワイヤ１１０に印加するための圧縮ばね１２０が用意される。圧縮ばね１２０は２つの条件を満たす。
【００３４】
第１の条件は、図１Ａに示される加熱前のアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０の長さが、所定の張力２００が印加されているときのアクチュエータワイヤ１１０の長さと等しいことである。
【００３５】
第２の条件は、圧縮ばね１２０によってアクチュエータワイヤ１１０に印加される張力の変動幅が所定の張力２００の範囲（すなわち、０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下）内に収まることである。なお、当該技術分野においてよく知られているように、圧縮ばね１２０はその圧縮量（すなわち、収縮量）によって、その弾性力は異なる。圧縮ばね１２０は圧縮されるほど、その弾性力は増加する。アクチュエータ１０１において、アクチュエータワイヤ１１０が加熱されると、アクチュエータワイヤ１１０と共に圧縮ばね１２０は収縮する。このとき、圧縮ばね１２０によってクチュエータワイヤ１１０に印加される張力は増加する。このように、アクチュエータワイヤ１１０の伸縮に応じて、アクチュエータワイヤ１１０に印加される張力は変動する。
【００３６】
次に、電熱線２１から構成される発熱体１４０がアクチュエータワイヤ１１０の外周部に接するように螺旋状にアクチュエータワイヤ１１０に巻きつけられる。
【００３７】
次に、発熱体１４０が巻きつけられたアクチュエータワイヤ１１０が圧縮ばね１２０の内部空間１２０ａ内に配置される。
【００３８】
次に、第１接合具１３０ａを用いて、アクチュエータワイヤ１１０の一端は、発熱体１４０の一端に接合される。同様に、第２接合具１３０ｂを用いて、アクチュエータワイヤ１１０の他端は、発熱体１４０の他端に接合される。
【００３９】
最後に、発熱体１４０と制御装置５とが第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂを介して電気的に接続される。
【００４０】
以上のようにして、第１実施形態によるアクチュエータ装置６０が製造される。
【００４１】
（アクチュエータワイヤ１１０）
アクチュエータワイヤ１１０の詳細は、本特許出願に先行する特許文献５を参照せよ。
【００４２】
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１１０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。
【００４３】
コイルの形状を有するアクチュエータワイヤ１１０は、加熱によりコイルの中心軸に沿って縮み、かつ放熱により復元する。言い換えれば、アクチュエータワイヤ１１０は可逆的に伸縮可能である。一例として、１０ＭＰａの応力がその一端に印加されたアクチュエータワイヤ１１０が摂氏９０度に加熱されると、アクチュエータワイヤ１１０は、２３％ほど縮む。アクチュエータワイヤ１１０が室温まで冷却されると、アクチュエータワイヤ１１０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１１０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。特許文献５の開示内容とは異なり、本発明においては、捩ることによりコイルの形状を有するコイル状ポリマー繊維を作製できる限り、コイル状ポリマー繊維の材質として、直鎖状低密度ポリエチレン以外の結晶性高分子も用いることができる。例えば、コイル状ポリマー繊維の材質は、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、またはナイロン１２）、またはポリエステルでもよい。
【００４４】
アクチュエータワイヤ１１０は、１本のコイル状ポリマー繊維から構成され得る。図５に示されるように、アクチュエータワイヤ１１０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５では、アクチュエータワイヤ１１０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。
【００４５】
（圧縮ばね１２０）
図１Ａに示されるように、圧縮ばね１２０は、アクチュエータワイヤ１１０と並列に配置される。
【００４６】
圧縮ばね１２０の一端は、第１接合具１３０ａに接触している、または第１接合具１３０ａに固定されている。同様に、圧縮ばね１２０の他端は、第２接合具１３０ｂに接触している、または第２接合具１３０ｂに固定されている。
【００４７】
図１Ｂは、図１Ａに含まれる線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した断面図を示す。
【００４８】
図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、アクチュエータワイヤ１１０は、圧縮ばね１２０の内部空間１２０ａ内に配置されている。このため、アクチュエータワイヤ１１０を圧縮ばね１２０の外部に配置する場合と比較して、アクチュエータワイヤ１１０の伸縮方向が圧縮ばね１２０の伸縮方向と一致しやすい。また、圧縮ばね１２０を内部空間１２０ａ内に配置することでコンパクトなアクチュエータ１０１を得ることができる。
【００４９】
アクチュエータワイヤ１１０の収縮および復元動作を圧縮ばね１２０で阻害しないように、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の間に隙間が設けられている。
【００５０】
アクチュエータ１０１を構成する前の圧縮ばね１２０の自然長は、アクチュエータワイヤ１１０の自然長より長い。ここで、アクチュエータワイヤ１１０の自然長とは、アクチュエータワイヤ１１０に外力が負荷されていないときのアクチュエータワイヤ１１０の長さを意味する。
【００５１】
アクチュエータ１０１が収縮したときの圧縮ばね１２０の弾性力の変動を小さくするために、圧縮ばね１２０としては、ばねの全たわみが大きい圧縮ばねを用いることが望ましい。具体的には、全たわみが３０％以上の圧縮ばねを用いることが望ましい。
【００５２】
ここで、ばねの「全たわみ」は、１００×（ばねの自然長−ばねの密着長）／ばねの自然長、として定義される。ばねの「自然長」とは、外力が負荷されていない時のばねの長さであり、ばねの「密着長」とは、ばねが最大限圧縮されたときのばねの長さである。
【００５３】
圧縮ばね１２０の材質は、例えば樹脂または金属である。圧縮ばね１２０の材質はこれらに限定されない。
【００５４】
圧縮ばね１２０の材質が金属の場合、圧縮ばね１２０および発熱体１４０との電気的な接触を防止する必要がある。この場合、圧縮ばね１２０と発熱体１４０との間に絶縁材が配置される。あるいは、圧縮ばね１２０の表面が絶縁材料によって被覆される。
【００５５】
なお、第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂの材質として圧縮ばね１２０と同じ材質を用いることで、これらが一体化して形成されていてもよい。
【００５６】
なお、本明細書では、アクチュエータワイヤ１１０に印加される引張応力Ｐは、アクチュエータワイヤ１１０に印加される張力Ｆを、アクチュエータ１０１を構成する繊維（図１６Ａの繊維９１１１ａ）の中心軸９１１１Ｌ方向に垂直な断面の面積Ｓ（図１６Ｂ）で除した値として定義される。
【００５７】
圧縮ばね１２０は、その弾性力Ｆ’がＦ’＝Ｆ（＝ＰＳ）を満たすように圧縮された状態で用いられる。
【００５８】
張力が印加されていないアクチュエータワイヤ１１０の両端を第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂで固定した後に、圧縮ばね１２０が圧縮された状態からを解放される。この後、圧縮ばね１２０が伸びることにより、アクチュエータワイヤ１１０を伸長させる所定の張力２００が、アクチュエータワイヤ１１０に印加される。これにより、アクチュエータワイヤ１１０を加熱する前において、アクチュエータワイヤ１１０に常に所定の張力２００を印加することができる。
【００５９】
なお、アクチュエータワイヤ１１０は圧縮ばね１２０の長さ以上に伸びないため、過大な張力はアクチュエータワイヤ１１０に印加されない。
【００６０】
（第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂ）
第１接合具１３０ａは、アクチュエータワイヤ１１０の一端を発熱体１４０の一端に固定するために用いられる。同様に、第２接合具１３０ｂは、アクチュエータワイヤ１１０の他端を発熱体１４０の他端に固定するために用いられる。
【００６１】
第１固定端子１３０ａおよび第２固定端子１３０ｂの例は、フォーク型圧着端子または丸形の圧着端子である。
【００６２】
図１Ａは、第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂの例として、丸形の圧着端子を示す。
（発熱体１４０）
発熱体１４０は、電熱線２１を具備する。図１Ａに示されるように、電熱線２１は、アクチュエータワイヤ１１０の外周部に接するように螺旋状にアクチュエータワイヤ１１０に巻きつけられている。
【００６３】
電熱線２１は、例えば、金属または導電性ポリマーからなる。電熱線の形状の例は、糸または薄い板である。電熱線２１の強度を高めるために、伸ばすことのできる樹脂、例えば、熱可塑性樹脂からなるフィルムを用いて電熱線２１の側面がコートされ得る。
【００６４】
発熱体１４０は、電熱線２１以外の装置を備えていてもよい。例えば、発熱体１４０は、温風をアクチュエータワイヤ１１０に吹き付ける温風機を備えていてもよい。
【００６５】
（制御装置５）
制御装置５は、発熱体１４０に電力を供給し、発熱体１４０を発熱させてアクチュエータワイヤ１１０を加熱する。制御装置５は、発熱体１４０に電力を供給するための電源を具備し得る。発熱体１４０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、発熱体１４０に電力が供給される。スイッチがオフである場合には、発熱体１４０に電力は供給されない。
【００６６】
（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。
【００６７】
図１Ａに示されるように、アクチュエータワイヤ１１０は、圧縮ばね１２０の弾性力によって、伸長されている。言い換えれば、圧縮ばね１２０の弾性力により、アクチュエータワイヤ１１０には、その長手方向に沿って所定の張力２００が印加されている。
【００６８】
制御装置５を用いて発熱体１４０が加熱される。これにより、アクチュエータワイヤ１１０は加熱され、その長手方向に沿って収縮する。
【００６９】
特許文献５に開示されているように、発熱体１４０が冷却された場合、アクチュエータワイヤ１１０は復元する。言い換えれば、発熱体１４０が冷却された場合、アクチュエータワイヤ１１０はその長手方向に沿って伸び、元通りの形状に戻る。発熱体１４０は、室温下で自然に冷却され得る。これに代えて、発熱体１４０はペルチェ素子のような冷却器を用いて冷却され得る。上記の収縮および復元は繰り返され得る。
【００７０】
アクチュエータワイヤ１１０が復元したとき、圧縮ばね１２０によって、アクチュエータワイヤ１１０には所定の張力２００が印加されている。
【００７１】
（アクチュエータ１０１の作用効果）
加熱前のアクチュエータワイヤ１１０の伸びは、加熱前にアクチュエータワイヤ１１０に印加される張力に依存する。アクチュエータワイヤ１１０の収縮率もまた、当該張力に依存する。本開示によるアクチュエータワイヤ１１０の加熱前において、圧縮ばね１２０によってアクチュエータワイヤ１１０に所定の張力が常に印加されている。この張力は、コイル状ポリマー繊維の低い収縮率が得られるときの張力に対応する。したがって、毎回、加熱時に同一の低い収縮率でアクチュエータワイヤ１１０は収縮する。その結果、アクチュエータワイヤ１１０は、毎回、加熱時に常に同一の大きな収縮量で変位する。
【００７２】
アクチュエータ１０１の加熱前において、圧縮ばね１２０によってアクチュエータワイヤ１１０に所定の張力２００が常に印加されているため、ユーザが加熱前にアクチュエータワイヤ１１０に張力を印加する必要がない。
【００７３】
なお、アクチュエータワイヤ１１０を圧縮ばね１２０の内部空間１２０ａ内に配置する代わりに、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、アクチュエータワイヤ１１０が２本の圧縮ばね１２０の間にそれらと並列に配置されていてもよい。この構成では、アクチュエータ１０１の厚みを薄くすることができる。この場合でも、アクチュエータワイヤ１１０の伸縮を２本の圧縮ばね１２０で阻害しないように、２本の圧縮ばね１２０とアクチュエータワイヤ１１０との間に隙間を設ける必要がある。また、２本の圧縮ばね１２０の張力の和は、上述の０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下を満たす。
【００７４】
図６Ｃに示されるように、アクチュエータワイヤ１１０の周囲に３本の圧縮ばね１２０が配置されていてもよい。
【００７５】
図６Ｄに示されるように、３本のアクチュエータワイヤ１１０の周囲に４本の圧縮ばね１２０が配置されていてもよい。
【００７６】
図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに示すように、複数本の圧縮ばね１２０は、アクチュエータワイヤ１１０の中心軸１１０ａ周りにほぼ等間隔となるように配置される。これにより、複数本の圧縮ばね１２０の弾性力をアクチュエータワイヤ１１０にほぼ均一に作用させることができる。このため、アクチュエータワイヤ１１０を円滑に収縮させることができる。複数本の圧縮ばね１２０の張力の和は、上述の０．９×Ｔ以上かつ１．１×Ｔ以下を満たす。
【００７７】
ところで、特許文献２は、加熱によって収縮したばね状の形状記憶合金を収縮前の形状に戻すための復帰デバイスとして、ハウジング中に配置された圧縮ばねを開示している。復帰デバイスが必要な理由は、形状記憶合金には、収縮前の状態に復帰するための復元力が無いためである。圧縮ばねによって形状記憶合金を収縮前の形状に戻すためには、圧縮ばねの反力を受けるハウジングが必要である。
【００７８】
これに対して、本開示では、形状記憶合金とは異なり、アクチュエータ１０１の機械的特性は動作時に大きく変化しない。このため、アクチュエータ１０１は、ハウジングを必要とせず、曲げに対して柔軟である。従って、アクチュエータ１０１は、例えば、身体に装着されるウェアラブル機器に適している。
【００７９】
（第２実施形態）
（アクチュエータ装置６１の構成）
第２実施形態のアクチュエータ装置６１が図７Ａに示される。図７Ｂは、図７Ａに含まれる線７Ｂ−７Ｂに沿って切断した断面図を示す。第２実施形態のアクチュエータ装置６１においては、第１実施形態のアクチュエータ装置６０とは異なり、アクチュエータワイヤ１１０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１１１ａ，１１１ｂから構成されている（図５参照）。また、アクチュエータワイヤ１１０は、複数の電熱線２１ａ、２１ｂから構成される網状の発熱体１４０によって被覆されている。網状の発熱体１４０は、アクチュエータワイヤ１１０を内部に含むように、筒状であることが望ましい。
【００８０】
図７Ａに示されるように、網状の発熱体１４０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。
【００８１】
網状の発熱体１４０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。
【００８２】
図７Ａおよび図７Ｂに示される網状の発熱体１４０は、組まれた複数の電熱線２１から形成されている。電熱線２１ａ、２１ｂがアクチュエータワイヤ１１０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１１０の外側面を被覆している網状の発熱体１４０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１４０を構成することが望ましい。電熱線２１ａ、２１ｂは、コイル（すなわち、螺旋）の形状を有し得る。電熱線２１ａ、２１ｂは、糸の形状を有し得る。ここで、各電熱線２１ａ、２１ｂは、Ｓ撚りまたはＺ撚りに組まれている。
【００８３】
このような構成により、アクチュエータワイヤ１１０をより均一に加熱することができる。
【００８４】
図８Ａ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。編まれた複数の電熱線２１に含まれる隣接する２つの電熱線は、互いに係合している。編まれた複数の電熱線２１から構成される網状の発熱体１４０がアクチュエータワイヤ１１０の側面に巻き付けられる。
【００８５】
図８Ｂおよび図８Ｃ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２１ａ、２１ｂがアクチュエータワイヤ１１０の側面に螺旋状に巻き付くように、複数の電熱線２１ａ、２１ｂが織られて、アクチュエータワイヤ１１０の外側面を被覆している網状の発熱体１４０を構成している。織られた複数の電熱線２１ａ、２１ｂ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も互いに平行である。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。
【００８６】
アクチュエータワイヤ１１０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１４０がアクチュエータワイヤ１１０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１４０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。
【００８７】
第２実施形態のアクチュエータ装置６１におけるその他の構成は、好ましい態様を含め、第１実施形態のアクチュエータ装置６０における対応する構成と同様である。
【００８８】
（アクチュエータ装置６１の製造方法）
まず、コイル状ポリマー繊維から構成されるアクチュエータワイヤ１１０が製造される。その製造方法の詳細は、本特許出願に先行する特許文献５を参照せよ。
【００８９】
次に、第１実施形態と同様にして、アクチュエータワイヤ１１０に印加される張力およびその収縮率の間の関係が把握される。
【００９０】
次に周知の製紐機を用いて、アクチュエータワイヤ１１０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１１０の表面を被覆する網状の発熱体１４０が形成される。図９は、特許文献３（特開２０１６−２１１１０４号公報）に示される製紐機を示す。図９において、参照符号９、１０、１１ａ〜１１ｈ、１２ａ〜１２ｈ、１３、および１４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（特開２０１５−０５９２７６号公報）は、アクチュエータワイヤ１１０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。
【００９１】
図１０は、網状の発熱体１４０によって外側面が被覆されたアクチュエータワイヤ１１０を製造するために用いられる製紐機の模式図を示す。図１０において、参照符号１１０１、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１０に示される製紐機は、周知の製紐機に、ボビン１１０１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１１０１からは、アクチュエータワイヤ１１０が供給される。アクチュエータワイヤ１１０は、滑車１０２によりガイドされる。その後、波状軌道１０７およびスピンドル１０６を介してアクチュエータワイヤ１１０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１１０は、複数の電熱線２１と共に巻き上げられる。
【００９２】
このようにして、複数の電熱線２１から構成されている網状の発熱体１４０によって外側面が被覆されたアクチュエータワイヤ１１０が得られる。
【００９３】
「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。
【００９４】
次に、第１実施形態と同様にして、圧縮ばね１２０が用意される。
【００９５】
次に、網状の発熱体１４０によって外側面が被覆されたアクチュエータワイヤ１１０は、所望の長さに切断される。所望の長さに切断された、網状の発熱体１４０によって外側面が被覆されたアクチュエータワイヤ１１０は、圧縮ばね１２０の内部空間１２０ａ内に配置される。
【００９６】
次に、第１接合具１３０ａを用いて、アクチュエータワイヤ１１０の一端は、発熱体１４０の一端に固定される。同様に、第２接合具１３０ｂを用いて、アクチュエータワイヤ１１０の他端は、発熱体１４０の他端に固定される。
【００９７】
最後に、発熱体１４０と制御装置５とが第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂを介して電気的に接続される。
【００９８】
以上のようにして、第２実施形態によるアクチュエータ装置６１が製造される。
【００９９】
（アクチュエータ装置６１の動作）
以下、アクチュエータ装置６１の動作が説明される。
【０１００】
図１１Ｂに示されるように、アクチュエータワイヤ１１０は、圧縮ばね１２０の弾性力によって、伸長されている。言い換えれば、圧縮ばね１２０の弾性力により、アクチュエータワイヤ１１０には、その長手方向に沿って所定の張力２００が印加されている。
【０１０１】
図１１Ａは、網状の発熱体１４０が発熱していない場合における、アクチュエータ１０１の模式図を示す。図１１Ｂは、図１１Ａの簡略図を示す。図１１Ｃは、図１１Ｂに含まれる線１１Ｃ−１１Ｃに沿って切断した断面図を示す。図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃに示されるように、網状の発熱体１４０が発熱していない場合、網状の発熱体１４０はアクチュエータワイヤ１１０の外側面に接している。制御装置５を用いて網状の発熱体１４０が発熱した直後では、網状の発熱体１４０はアクチュエータワイヤ１１０の外側面に接している。このため、網状の発熱体１４０の発熱によって生じた熱は、アクチュエータワイヤ１１０に効率良く伝えられる。また、網状の発熱体１４０によって、アクチュエータワイヤ１１０がより均一に加熱される。
【０１０２】
図１１Ｄは、網状の発熱体１４０がある程度発熱した後における、アクチュエータ１０１の模式図を示す。図１１Ｅは、図１１Ｄの簡略図を示す。図１１Ｆは、図１１Ｅに含まれる線１１Ｆ−１１Ｆに沿って切断した断面図を示す。制御装置５を用いて網状の発熱体１４０がある程度発熱した後には、アクチュエータワイヤ１１０は縮む。そのため、図１１Ｅおよび図１１Ｆに示されるように、網状の発熱体１４０はアクチュエータワイヤ１１０の外側面から離間する。
【０１０３】
このように、筒状の網状の発熱体１４０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１１０が縮むために、網状の発熱体１４０は、アクチュエータワイヤ１１０の外側面から網状の発熱体１４０が、アクチュエータワイヤ１１０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１４０が電力の印加により発熱している間は、網状の発熱体１４０が外側に膨らむように、網状の発熱体１４０は変形する。
【０１０４】
厳密に考えれば、加熱時に収縮するアクチュエータワイヤ１１０は、その長手方向の断面においてわずかに膨らむ。しかし、アクチュエータワイヤ１１０と比較して、加熱時には網状の発熱体１４０はもっと大きく膨らむ。すなわち、アクチュエータワイヤ１１０の断面における膨張率は、発熱した網状の発熱体１４０の膨張率よりもずっと小さい。このため、加熱時における収縮によるアクチュエータワイヤ１１０の断面におけるわずかな膨張は無視できる。
【０１０５】
このように、加熱時に網状の発熱体１４０がアクチュエータワイヤ１１０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１４０が膨らむので、網状の発熱体１４０はアクチュエータワイヤ１１０の外側面には接しない。
【０１０６】
特許文献５に開示されているように、網状の発熱体１４０が冷却された場合、アクチュエータワイヤ１１０は復元する。言い換えれば、網状の発熱体１４０が冷却された場合、アクチュエータワイヤ１１０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１４０はアクチュエータワイヤ１１０の外側面に接する。網状の発熱体１４０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１４０はペルチェ素子のような冷却器を用いて冷却され得る。上記の収縮および復元は繰り返され得る。
【０１０７】
（第３実施形態）
（アクチュエータ装置６２の構成）
第３実施形態のアクチュエータ装置６２が図１２に示される。第３実施形態のアクチュエータ装置６２においては、アクチュエータワイヤ１１０は、撚り合わされた９本のアクチュエータ部材を具備する。ここで、各アクチュエータ部材は、図５に示される互いに撚り合わされた２本のコイル状ポリマー繊維１１１、およびその外側面を被覆する網状の発熱体１４０を具備する。したがって、アクチュエータワイヤ１１０は、１８本のコイル状ポリマー繊維１１１を具備する。このような構成を有するアクチュエータワイヤ１１０において、コイル状ポリマー繊維１１１をより均一に加熱することができる。
【０１０８】
第３実施形態のアクチュエータ装置６２におけるその他の構成は、好ましい態様を含め、第１実施形態のアクチュエータ装置６０における対応する構成と同様である。また、第３実施形態のアクチュエータ装置６２の動作は、第１実施形態のアクチュエータ装置６０の動作と同じである。
【０１０９】
当業者は、第２実施形態によるアクチュエータ装置６１の製造方法の記載を参照することにより、第３実施形態によるアクチュエータ装置６２を容易に製造することができる。
【０１１０】
（第４実施形態）
第４実施形態のアクチュエータ装置６３が図１３に示される。第４実施形態のアクチュエータ装置６３においては、アクチュエータワイヤ１１０は、Ｕ字型のばね１２１を具備する。
【０１１１】
本態様において、Ｕ字型のばね１２１の一端はアクチュエータワイヤ１１０の一端に接続されており、Ｕ字型の圧縮ばね１２１の他端はアクチュエータワイヤ１１０の他端に接続されている。
【０１１２】
Ｕ字型のばね１２１に外力が負荷されていないときのＵ字型のばね１２１の両端の間の距離（すなわち、自然長）をＬ０とする。アクチュエータワイヤ１１０の両端をＵ字型のばね１２１の両端に取り付けることにより、Ｕ字型のばね１２１の両端の間の距離がＬ０からＸだけ短くなる。これにより、アクチュエータワイヤ１１０の加熱前において、アクチュエータワイヤ１１０は長さＬ（＝Ｌ０−Ｘ）を有する。このとき、アクチュエータワイヤ１１０には所定の張力２００が印加されている。
【０１１３】
第１実施形態のアクチュエータ装置６０とは異なり、本態様においては、アクチュエータワイヤ１１０が外部に露出しているため、外部からアクチュエータワイヤ１１０を容易に加熱または冷却することができる。
【０１１４】
第４実施形態のアクチュエータ装置６３におけるその他の構成は、好ましい態様を含め、第１実施形態のアクチュエータ装置６０における対応する構成と同様である。また、第４実施形態のアクチュエータ装置６３の動作は、第１実施形態のアクチュエータ装置６０の動作と同じである。
【０１１５】
当業者は、第１実施形態のアクチュエータ装置６０の製造方法の記載を参照することにより、第４実施形態によるアクチュエータ装置６３を容易に製造することができる。
【０１１６】
（第５実施形態）
第５実施形態では、第１実施形態によるアクチュエータ１０１を具備するマッサージ機器６が説明される。
【０１１７】
図１４Ａは、第５実施形態によるマッサージ機器６の模式図を示す。
【０１１８】
マッサージ機器６は、第１実施形態によるアクチュエータ１０１および連結器１５０、１６０を具備する。
【０１１９】
連結器１５０、１６０は一対の連結部を具備する。連結器１５０、１６０として、例えば、面ファスナーが用いられ得る。この場合、連結器１５０の連結部は、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、かつ連結器１６０の連結部は、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、連結器１５０が連結器１６０に連結される。連結器１５０に対する連結器１６０の連結箇所の調整が可能である。
【０１２０】
第１接合具１３０ａは、一方の連結器１５０に、例えば、図示しないボルトおよびナットを用いて接続されている。同様に第２接合具１３０ｂは、他方の連結器１６０に接続されている。
【０１２１】
マッサージ機器６は、一方の連結器１５０を他方の連結器１６０に連結させることにより人体に装着される。圧縮ばね１２０によって加熱前に所定の張力２００がアクチュエータワイヤ１１０に毎回、印加される。したがって、毎回、加熱時に同一の低い収縮率でアクチュエータワイヤ１１０は収縮する。その結果、アクチュエータ１は、毎回、加熱時に常に同一の大きな収縮量で変位する。
【０１２２】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、マッサージ機器６の使用態様を示す。なお、図１４Ａおよび図１４Ｂにおいては、マッサージ機器６は、６本のアクチュエータ１０１を具備する。なお、図１４Ａおよび図１４Ｂにおいては、発熱体１４０および制御装置５は省略されている。
【０１２３】
図１４Ａは、加熱前における、マッサージ機器６が太腿１００ｈに取り付けられた状態を示す。加熱により、各アクチュエータ１０１のアクチュエータワイヤ１１０が収縮する。その結果、図１４Ｂ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。上述のようにアクチュエータワイヤ１１０の収縮率は低いため、当該力は大きい。
【０１２４】
マッサージ機器６は、太腿１００ｈ以外の部位、例えば、ふくらはぎにも取り付けられうる。
【０１２５】
アクチュエータ１０１が圧縮ばね１２０を具備しない場合、マッサージ機器６を人体に装着する度に、ユーザが所定の張力２００をアクチュエータワイヤ１１０に印加することが必要である。この場合、加熱前にアクチュエータワイヤ１１０に印加される張力は毎回異なる可能性がある。これは、張力が印加されたときの加熱前のアクチュエータワイヤ１１０の長さが一定にならないためである。したがって、毎回、加熱時に同一の低い収縮率でアクチュエータワイヤ１１０は収縮するとは限らない。その結果、アクチュエータ１０１は、毎回、加熱時に常に同一の大きい収縮量で変位するとは限らない。このため、太腿１００ｈを締め付ける力は小さい可能性がある。
【０１２６】
（実施例）
以下、本発明が実施例を参照しながら、より詳細に説明される。
【０１２７】
（実験例１Ａ）
図１２に示されるアクチュエータ１０１と同様な構成を有するアクチュエータ１０１が以下のようにして作製された。
【０１２８】
＜コイル状ポリマー繊維１１１の作製＞
特許文献５（すなわち、特許第６１１１４３８号）の開示内容に従って、本発明者らはコイルの形状を有する繊維９１１１ｃ（図１６Ｃ参照）を得た。なお、以下において、繊維９１１１ｃはコイル状ポリマー繊維１１１とも称される。コイル化前のコイル状ポリマー繊維１１１の断面積、すなわち、繊維９１１１ａの中心軸９１１１ＬＡ方向に垂直な断面（図１６Ａおよび図１６Ｂ参照）の面積Ｓは０．０２２７ｍｍ２であった。コイル状ポリマー繊維１１１の自然長は２００ｍｍであった。
【０１２９】
＜引張応力および収縮率の間の関係の把握＞
図２Ａに示される例と同様にして、コイル状ポリマー繊維１１１の一端が天井１７０に固定された。
【０１３０】
次に、図２Ｂに示される例と同様にして、１１．６ｇの重り１８０がコイル状ポリマー繊維１１１の他端に取り付けられた。このとき、コイル状ポリマー繊維１１１に５ＭＰａの引張応力が印加されていた。このとき、コイル状ポリマー繊維１１１の長さは、２１０ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって５％伸張された。
【０１３１】
なお、上述のように、本明細書では、引張応力は、以下の数式（Ｉ）によって定義される。
【０１３２】
引張応力（Ｐａ）＝Ｆ／Ｓ    （Ｉ）
ここで、Ｆはコイル状ポリマー繊維１１１に印加される張力を示し、Ｓはコイル化前のコイル状ポリマー繊維１１１の断面積（図１６Ｂ参照）を示す。
【０１３３】
＜アクチュエータ部材の作製＞
２本のコイル状ポリマー繊維１１１を互いに撚り合わせることにより、図５に示される繊維を得た。
【０１３４】
本発明者らは、図１０に示される製紐機を用いて、この繊維の外側面を４本の電熱線２１により被覆した。ここで、電熱線２１として、銀メッキナイロン線（ミツフジ株式会社から購入、商品名「ＡＧＰｏｓｓ３０デニール」）の撚り線（２５０Ｔ／ｍ）が用いられた。
【０１３５】
このようにして、アクチュエータ部材が得られた。
【０１３６】
＜アクチュエータワイヤ１１０の作製＞
９本のアクチュエータ部材を互いに撚り合わせることにより、図１２に示されるアクチュエータワイヤ１１０が作製された。
【０１３７】
アクチュエータワイヤ１１０は２００ｍｍの自然長を有していた。アクチュエータワイヤ１１０は１８本のコイル状ポリマー繊維１１１を具備していた。１８本のコイル化前のコイル状ポリマー繊維１１１の総断面積Ｓ’は、０．４０８６ｍｍ２（＝０．０２２７ｍｍ２×１８）であった。
【０１３８】
＜圧縮ばね１２０の作製＞
５個のポリアセタール製圧縮ばね（サミニ株式会社から購入、商品名「プラばね７９−２０１０」）を両面テープで直列に連結することにより、圧縮ばね１２０が作製された。
【０１３９】
圧縮ばね１２０は、２５０ｍｍの自然長および０．０５２Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。なお、１個のポリアセタール製圧縮ばねは、５０ｍｍの自然長および０．２５９Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。当該技術分野でよく知られているように、Ｎ個の第１ばねが直列に連結された第２ばねは、第１ばねのばね定数のＮ分の１のばね定数を有する。
【０１４０】
圧縮ばね１２０がその自然長の１％、すなわち２.５ｍｍ収縮したとき、圧縮ばね１２０は０．１３Ｎ（＝０．０５２Ｎ／ｍｍ×２．５ｍｍ）の弾性力を発生する。従って、ばね定数０．０５２Ｎ／ｍｍは、圧縮ばね１２０の収縮率１％当りのばね定数０．１３Ｎ／％と等しい。
【０１４１】
ばね定数０．１３Ｎ／％を上述の総断面積Ｓ’で除した値（以下において「Ｋ」とも称される）は、０．３２ＭＰａ／％であった。
【０１４２】
＜アクチュエータ１０１の作製＞
アクチュエータワイヤ１１０が圧縮ばね１２０の内部空間に配置された。
【０１４３】
次に、アクチュエータワイヤ１１０の両端は、それぞれ、圧縮ばね１２０の両端から出された。そして、アクチュエータワイヤ１１０の一端は、第１接合具１３０ａを用いて、圧縮ばね１２０の一端に接合された。同様に、アクチュエータワイヤ１１０の他端は、第２接合具１３０ｂを用いて、圧縮ばね１２０の他端に接合された。第１接合具１３０ａおよび第２接合具１３０ｂとして、圧縮ばね１２０の内径より幅が大きい圧着端子が使用された。
【０１４４】
このようにして、アクチュエータ１０１が作製された。
【０１４５】
作製されたアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は２１０ｍｍであった。
【０１４６】
このとき、２５０ｍｍの自然長を有する圧縮ばね１２０は１６％収縮していた。すなわち、圧縮ばね１２０の圧縮率（以下において、「Ｘ」とも称される）は１６％（＝１００×（２５０ｍｍ−２１０ｍｍ）／２５０ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばね１２０に生じる弾性力は２．１Ｎ（＝０．１３Ｎ／％×１６％）であった。
【０１４７】
また、２００ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０は５％（＝１００×（２１０ｍｍ−２００ｍｍ）／２００ｍｍ）伸張していた。これは、圧縮ばね１２０の弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０に張力が印加されたためである。
【０１４８】
上述の引張応力および伸張率の関係によれば、このとき、アクチュエータワイヤ１１０には５ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０１４９】
＜アクチュエータ１０１の収縮率の確認＞
図１５Ａは、アクチュエータ１０１が加熱される前の状態の模式図を示す。図１５Ｂは、アクチュエータ１０１がある程度加熱された後の状態の模式図を示す。
【０１５０】
まず、カメラを用いて、図１５Ａに示される加熱前のアクチュエータ１０１の第１画像が取得された。
次に、アクチュエータ１０１の両端が制御装置に接続された。制御装置を用いて、アクチュエータ１０１の網状の発熱体１４０に５５０ミリアンペアの電流が３０秒間の加熱時間の間、流された。このようにして、アクチュエータワイヤ１１０の側面が加熱された。図１５Ｂに示されるように、加熱により、アクチュエータ１０１は、収縮した。  次に、図１５Ｂに示される加熱後のアクチュエータ１０１の第２画像が取得された。
【０１５１】
得られた第１画像および第２画像は、ＣＡＤソフトに取り込まれた。ＣＡＤソフトを用いて、各画像におけるアクチュエータ１０１の長さが測定された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、２１０ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータ１０１は、２０１ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータ１０１の収縮率は０．９６（＝２０１ｍｍ／２１０ｍｍ）であった。
【０１５２】
＜アクチュエータ１０１のサイクル特性の確認＞
アクチュエータ１０１のサイクル特性（すなわち、耐久性）が、以下の動作試験によって確認された。
【０１５３】
アクチュエータ１０１の加熱および冷却のサイクルが１万回繰り返された。加熱により、アクチュエータワイヤ１１０の側面の温度は、３０℃から７０℃へと変化した。動作試験後のアクチュエータ１０１の全長は、動作試験前のアクチュエータ１０１の全長と同じであった。すわなち、アクチュエータ１０１の全長は変化しなかった。
【０１５４】
（実験例１Ｂ）
１６.２ｇの重り１８０が用いられたこと、および１７０ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０が用いられたこと以外は、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｂによるアクチュエータ１０１が作製された。
【０１５５】
７ＭＰａの引張応力（すなわち、１６．２ｇの荷重）がコイル状ポリマー繊維１１１に印加された時のコイル状ポリマー繊維１１１の長さは１９２ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって１３％伸張された。
【０１５６】
実験例１Ｂによるアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は１９２ｍｍであった。すなわち、圧縮ばね１２０の圧縮率は２３％（＝１００×（２５０ｍｍ−１９２ｍｍ）／２５０ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばね１２０に生じる弾性力は３．０Ｎ（＝０．１３Ｎ／％×２３％）であった。
【０１５７】
また、アクチュエータワイヤ１１０は１３％（＝１００×（１９２ｍｍ−１７０ｍｍ）／１７０ｍｍ）伸張していた。
【０１５８】
圧縮ばね１２０の弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０には７ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０１５９】
実験例１Ａと同様にして、実施例２によるアクチュエータ１０１の収縮率が確認された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、１９２ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータ１０１は、１８０ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータ１０１の収縮率は０．９４（＝１８０ｍｍ／１９２ｍｍ）であった。
【０１６０】
また、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｂによるアクチュエータ１０１のサイクル特性が確認された。その結果、アクチュエータ１０１の全長は０．３％変化した。
【０１６１】
（実験例１Ｃ）
２３．２ｇの重り１８０が用いられたこと、２７０ｍｍの自然長を有する圧縮ばね１２０、および１６０ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０が用いられたこと以外は、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｃによるアクチュエータ１０１が作製された。
【０１６２】
１０ＭＰａの引張応力（すなわち、２３．２ｇの荷重）がコイル状ポリマー繊維１１１に印加された時のコイル状ポリマー繊維１１１の長さは１８９ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって１８％伸張された。
【０１６３】
圧縮ばね１２０は、６個のポリアセタール製圧縮ばね（サミニ株式会社から購入、商品名「プラばね７９−２０１０」）を連結し、その全長が２７０ｍｍとなるように切断することにより作製された。
【０１６４】
１個のポリアセタール製圧縮ばねは、５０ｍｍの自然長および０．２５９Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。従って、圧縮ばね１２０は、０．０４８Ｎ／ｍｍ（＝０．２５９Ｎ／ｍｍ×５０ｍｍ／２７０ｍｍ）のばね定数を有していた。
【０１６５】
圧縮ばね１２０がその自然長の１％、すなわち２.７ｍｍ収縮したとき、圧縮ばね１２０は０．１３Ｎ（＝０．０４８Ｎ／ｍｍ×２．７ｍｍ）の弾性力を発生する。従って、ばね定数０．０４８Ｎ／ｍｍは、圧縮ばね１２０の収縮率１％当りのばね定数０．１３Ｎ／％と等しい。
【０１６６】
実験例１Ｃによるアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は１８９ｍｍであった。すなわち、圧縮ばね１２０の圧縮率は３０％（＝１００×（２７０ｍｍ−１８９ｍｍ）／２７０ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばね１２０に生じる弾性力は３．９Ｎ（＝０．１３Ｎ／％×３０％）であった。
【０１６７】
また、アクチュエータ１０１は、１８％（＝１００×（１８９ｍｍ−１６０ｍｍ）／１６０ｍｍ）伸張していた。
【０１６８】
圧縮ばね１２０の弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０には１０ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０１６９】
実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｃによるアクチュエータ１０１の収縮率が確認された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、１８９ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータ１０１は、１７２ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータ１０１の収縮率は０．９１（＝１７２ｍｍ／１８９ｍｍ）であった。
【０１７０】
また、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｃによるアクチュエータ１０１のサイクル特性が確認された。その結果、アクチュエータ１０１の全長は０．３％変化した。
【０１７１】
（実験例１Ｄ）
２７．８ｇの重り１８０が用いられたこと、３００ｍｍの自然長を有する圧縮ばね１２０、および１６０ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０が用いられたこと以外は、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｄによるアクチュエータ１０１が作製された。
【０１７２】
１２ＭＰａの引張応力（すなわち、２７．８ｇの荷重）がコイル状ポリマー繊維１１１に印加された時のコイル状ポリマー繊維１１１の長さは１９５ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって２２％伸張された。
【０１７３】
圧縮ばね１２０は、６個のポリアセタール製圧縮ばね（サミニ株式会社から購入、商品名「プラばね７９−２０１０」）を連結することにより、作製された。
【０１７４】
１個のポリアセタール製圧縮ばねは、５０ｍｍの自然長および０．２５９Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。従って、圧縮ばね１２０は、０．０４３Ｎ／ｍｍ（＝０．２５９Ｎ／ｍｍ×５０ｍｍ／３００ｍｍ）のばね定数を有していた。
【０１７５】
圧縮ばね１２０がその自然長の１％、すなわち３.０ｍ収縮したとき、圧縮ばね１２０は０．１３Ｎ（＝０．０４３Ｎ／ｍｍ×３．０ｍｍ）の弾性力を発生する。従って、ばね定数０．０４３Ｎ／ｍｍは、圧縮ばね１２０の収縮率１％当りのばね定数０．１３Ｎ／％と等しい。
【０１７６】
実験例１Ｄによるアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は１９５ｍｍであった。すなわち、圧縮ばね１２０の圧縮率は３５％（＝１００×（３００ｍｍ−１９５ｍｍ）／３００ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばね１２０に生じる弾性力は４．５Ｎ（＝０．１３Ｎ／％×３５％）であった。
【０１７７】
また、アクチュエータ１０１は、２２％（＝１００×（１９５ｍｍ−１６０ｍｍ）／１６０ｍｍ）伸張していた。
【０１７８】
圧縮ばね１２０の弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０には１２ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０１７９】
実験例１Ａと同様にして、実施例１Ｄによるアクチュエータ１０１の収縮率が確認された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、１９５ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータ１０１は、１７７ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータ１０１の収縮率は０．９１（＝１７７ｍｍ／１９５ｍｍ）であった。
【０１８０】
また、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｄによるアクチュエータ１０１のサイクル特性が確認された。その結果、アクチュエータ１０１の全長は１％変化した。
【０１８１】
（実験例１Ｅ）
６．９ｇの重り１８０が用いられたこと、１８０ｍｍの自然長を有する圧縮ばね１２０、および１０３ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０が用いられたこと以外は、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｅによるアクチュエータ１０１が作製された。
【０１８２】
３ＭＰａの引張応力（すなわち、６．９ｇの荷重）が加熱前のコイル状ポリマー繊維１１１に印加された時のコイル状ポリマー繊維１１１の長さは１０８ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって５％伸張された。
【０１８３】
圧縮ばね１２０は、５個のポリアセタール製圧縮ばね（日本ケミカルスクリュー株式会社から購入、商品名「ＰＯＭ／ＰＢ−２０．５−２５−Ｌ３６」）を連結することにより、作製された。
【０１８４】
１個のポリアセタール製圧縮ばねは、３６ｍｍの自然長および０．０９Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。従って、圧縮ばね１２０は、０．０１８Ｎ／ｍｍ（＝０．０９Ｎ／ｍｍ×３６ｍｍ／１８０ｍｍ）のばね定数を有していた。
【０１８５】
圧縮ばね１２０がその自然長の１％、すなわち１.８ｍｍ収縮したとき、圧縮ばね１２０は０．０３２Ｎ（＝０．０１８Ｎ／ｍｍ×１．８ｍｍ）の弾性力を発生する。従って、ばね定数０．０１８Ｎ／ｍｍは、圧縮ばね１２０の収縮率１％当りのばね定数０．０３２Ｎ／％と等しい。
【０１８６】
ばね定数０．０３２Ｎ／％を上述の総断面積Ｓ’で除した値は、０．０７９ＭＰａ／％であった。
【０１８７】
実験例１Ｅによるアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は１０８ｍｍであった。すなわち、圧縮ばね１２０の圧縮率は４０％（＝１００×（１８０ｍｍ−１０８ｍｍ）／１８０ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばね１２０に生じる弾性力は１．３Ｎ（＝０．０３２Ｎ／％×４０％）であった。
【０１８８】
また、アクチュエータ１０１は、５％（＝１００×（１０８ｍｍ−１０３ｍｍ）／１０３ｍｍ）伸張していた。
【０１８９】
圧縮ばね１２０の弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０には３ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０１９０】
実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｅによるアクチュエータ１０１の収縮率が確認された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、１０８ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータ１０１は、１０４ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータ１０１の収縮率は０．９６（＝１０４ｍｍ／１０８ｍｍ）であった。
【０１９１】
また、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｅによるアクチュエータ１０１のサイクル特性が確認された。その結果、アクチュエータ１０１の全長は変化しなかった。
【０１９２】
（実験例１Ｆ）
３４．７ｇの重り１８０が用いられたこと、２５０ｍｍの自然長を有する圧縮ばね１２０、および１５０ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０が用いられたこと以外は、実験例１と同様にして、実験例１Ｆによるアクチュエータ１０１が作製された。
【０１９３】
１５ＭＰａの引張応力（すなわち、３４．７ｇの荷重）がコイル状ポリマー繊維１１１に印加された時のコイル状ポリマー繊維１１１の長さは１８８ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって２５％伸張された。
【０１９４】
圧縮ばね１２０は、５個のポリアセタール製圧縮ばね（サミニ株式会社から購入、商品名「プラばね７９−２０１５」）を連結することにより、作製された。
【０１９５】
１個のポリアセタール製圧縮ばねは、５０ｍｍの自然長および０．４８Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。従って、圧縮ばね１２０は、０．０９６Ｎ／ｍｍ（＝０．４８Ｎ／ｍｍ×５０ｍｍ／２５０ｍｍ）のばね定数を有していた。
【０１９６】
圧縮ばね１２０がその自然長の１％、すなわち２．５ｍｍ収縮したとき、圧縮ばね１２０は０．２４Ｎ（＝０．０９６Ｎ／ｍｍ×２．５ｍｍ）の弾性力を発生する。従って、ばね定数０．１０Ｎ／ｍｍは、圧縮ばね１２０の収縮率１％当りのばね定数０．２４Ｎ／％と等しい。
【０１９７】
ばね定数０．２４Ｎ／％を上述の総断面積Ｓ’で除した値は、０．５９ＭＰａ／％であった。
【０１９８】
実験例１Ｆによるアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は１８８ｍｍであった。すなわち、圧縮ばねの圧縮率は２５％（＝１００×（２５０ｍｍ−１８８ｍｍ）／２５０ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばねに生じる弾性力は６．０Ｎ（＝０．２４Ｎ／％×２５％）であった。
【０１９９】
また、アクチュエータは、２５％（＝１００×（１８８ｍｍ−１５０ｍｍ）／１５０ｍｍ）伸張していた。
【０２００】
圧縮ばねの弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０には１５ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０２０１】
実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｆによるアクチュエータ１０１の収縮率が確認された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、１８８ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータは、１７７ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータの収縮率は０．９４（＝１７７ｍｍ／１８８ｍｍ）であった。
【０２０２】
また、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｆによるアクチュエータ１０１のサイクル特性が確認された。その結果、アクチュエータ１０１の全長は４％変化した。
【０２０３】
（実験例１Ｇ）
９２.６ｇの重り１８０が用いられたこと、２７０ｍｍの自然長を有する圧縮ばね１２０、および１１０ｍｍの自然長を有するアクチュエータワイヤ１１０が用いられたこと以外は、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｈによるアクチュエータ１０１が作製された。
【０２０４】
４０ＭＰａの引張応力（すなわち、９２．６ｇの荷重）が加熱前のコイル状ポリマー繊維１１１に印加された時のコイル状ポリマー繊維１１１の長さは１８５ｍｍであった。すなわち、コイル状ポリマー繊維１１１は、重り１８０によって６８％伸張された。
【０２０５】
圧縮ばね１２０は、６個のポリエーテルエーテルケトン製圧縮ばね（サミニ株式会社から購入、商品名「プラばね７９−３０２２」）を連結し、その全長が２７０ｍｍとなるように切断することにより作製された。
【０２０６】
１個のポリエーテルエーテルケトン圧縮ばね１２０は、５０ｍｍの自然長および１．０３Ｎ／ｍｍのばね定数を有していた。従って、圧縮ばね１２０は、０．１９Ｎ／ｍｍ（＝１．０３Ｎ／ｍｍ×５０ｍｍ／２７０ｍｍ）のばね定数を有していた。
【０２０７】
圧縮ばね１２０がその自然長の１％、すなわち２．７ｍｍ収縮したとき、圧縮ばね１２０は０．５１Ｎ（＝０．１９Ｎ／ｍｍ×２．７ｍｍ）の弾性力を発生する。従って、ばね定数０．１９Ｎ／ｍｍは、圧縮ばね１２０の収縮率１％当りのばね定数０．５１Ｎ／％と等しい。
【０２０８】
ばね定数０．５１Ｎ／％を上述の総断面積Ｓ’で除した値は、１．２６ＭＰａ／％であった。
【０２０９】
実験例１Ｇによるアクチュエータ１０１において、圧縮ばね１２０およびアクチュエータワイヤ１１０の全長は１８４．８ｍｍであった。すなわち、圧縮ばね１２０の圧縮率は３２％（＝１００×（２７０ｍｍ−１８５ｍｍ）／２７０ｍｍ）であった。このとき、圧縮ばね１２０に生じる弾性力は１６Ｎ（＝０．５１Ｎ／％×３２％）であった。
【０２１０】
また、アクチュエータ１０１は、６８％（＝１００×（１８５ｍｍ−１１０ｍｍ）／１１０ｍｍ）伸張していた。
【０２１１】
圧縮ばね１２０の弾性力によって、アクチュエータワイヤ１１０には４０ＭＰａの引張応力が印加されていた。
【０２１２】
実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｇによるアクチュエータ１０１の収縮率が確認された。その結果、加熱前のアクチュエータ１０１は、１８５ｍｍの長さを有していた。加熱後のアクチュエータ１０１は、１７８ｍｍの長さを有していた。従って、アクチュエータ１０１の収縮率は０．９６（＝１７８ｍｍ／１８５ｍｍ）であった。
【０２１３】
また、実験例１Ａと同様にして、実験例１Ｇによるアクチュエータ１０１のサイクル特性が確認された。その結果、アクチュエータ１０１の全長は４％以上変化した。
【０２１４】
表２は、実験例１Ａ〜１Ｇの圧縮ばね１２０およびアクチュエータ１０１の機械的特性を示す。表３は、実験例１Ａ〜１Ｇの実験結果を示す。
【０２１５】
【表２】
2019106944.tif 000004
【０２１６】
【表３】
2019106944.tif 000005
【０２１７】
表３に示されるように、加熱前にアクチュエータ１０１に印加される引張応力の大きさにより、加熱時のアクチュエータ１０１の収縮率は異なった。実験例１Ｃおよび１Ｄのアクチュエータ１０１の収縮率が最も小さかった。従って、引張応力が１０ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下のある値に等しいときに、アクチュエータ１０１の収縮率が極小になることが推測される。例えば、引張応力が１１ＭＰａに等しいときにアクチュエータ１０１の収縮率が極小を持つと仮定すると、低い収縮率を実現できる所定の張力２００の範囲は、１０ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下である。なお、表３に示されるように、Ｋ＝０．３２、かつ３０％≦Ｘ≦３５％のときに、１０ＭＰａ以上１２ＭＰａ以下の所定の張力２００が得られる。
【０２１８】
また、表３に示されるように、実験例１Ａ〜実験例１Ｅのアクチュエータ１０１の全長の変化率は１％以下であり、それらのサイクル特性、すなわち耐久性は優れている。一方、実験例１Ｆおよび実験例１Ｇのアクチュエータ１０１の全長の変化率は４％もあり、その耐久性は劣っている。
従って、以上から、上述の所定の張力２００（すなわち、１０ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下）の範囲では、低い収縮率および優れた耐久性を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２１９】
本開示によるアクチュエータおよびアクチュエータ装置は、人工筋肉および人工筋肉を備える装置として用いられ得る。
【符号の説明】
【０２２０】
５  制御装置
６  マッサージ機器
９  製紐機
１０  基板
１１ａ〜１１ｈ  糸巻体
１２ａ〜１２ｈ  軌道
１３  組紐
１４  ガイドロール
２１，２１ａ，２１ｂ  電熱線
６０，６１，６２，６３  アクチュエータ装置
１００ｈ  太腿
１０１  アクチュエータ
１０２  滑車
１０３  巻き上げ装置
１０５ａ〜１０５ｄ  ボビン
１０６，１０６ａ〜１０６ｄ  スピンドル
１０７，１０７ａ〜１０７ｄ  波状軌道
１１０  アクチュエータワイヤ
１１０ａ  繊維軸
１１１ａ  １本のコイル状ポリマー繊維
１１１ｂ  他のコイル状ポリマー繊維
１２０  圧縮ばね
１２０ａ  圧縮ばねの内部空間
１２１  Ｕ字型圧縮ばね
１３０ａ  第１接合具
１３０ｂ  第２接合具
１４０  発熱体
１５０，１６０  連結器
１７０  天井
１８０  重り
２００  所定の張力
３０１  ヒーター
４０１  結晶
４０２  高分子鎖
１１０１  ボビン
９１１０ＬＡ  繊維９１１１ｃの繊維軸
９１１１ＬＡ  繊維９１１１ａの繊維軸
９１１１ａ  捩られておらず、かつ折り畳まれていない繊維
９１１１ｃ  捩られており、かつ折り畳まれた繊維
ｄ０  繊維９１１１ａの直径
ｄ  繊維９１１１ｃの直径
Ｄ  円筒状のコイルの平均直径
Ｌ１  繊維９１１１ａの長さ
Ｌ３  繊維９１１１ｃの初期長さ
ｐ  コイルのピッチ
ｘ  繊維またはアクチュエータワイヤ１１０の軸方向
αｃ  コイルバイアス角度 
【図１Ａ】
2019106944.tif 000006
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2019106944.tif 000009
【図２Ｃ】
2019106944.tif 000010
【図３】
2019106944.tif 000011
【図４Ａ】
2019106944.tif 000012
【図４Ｂ】
2019106944.tif 000013
【図５】
2019106944.tif 000014
【図６Ａ】
2019106944.tif 000015
【図６Ｂ】
2019106944.tif 000016
【図６Ｃ】
2019106944.tif 000017
【図６Ｄ】
2019106944.tif 000018
【図７Ａ】
2019106944.tif 000019
【図７Ｂ】
2019106944.tif 000020
【図８Ａ】
2019106944.tif 000021
【図８Ｂ】
2019106944.tif 000022
【図８Ｃ】
2019106944.tif 000023
【図９】
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【図１０】
2019106944.tif 000025
【図１１Ａ】
2019106944.tif 000026
【図１１Ｂ】
2019106944.tif 000027
【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
2019106944.tif 000029
【図１１Ｅ】
2019106944.tif 000030
【図１１Ｆ】
2019106944.tif 000031
【図１２】
2019106944.tif 000032
【図１３】
2019106944.tif 000033
【図１４Ａ】
2019106944.tif 000034
【図１４Ｂ】
2019106944.tif 000035
【図１５Ａ】
2019106944.tif 000036
【図１５Ｂ】
2019106944.tif 000037
【図１６Ａ】
2019106944.tif 000038
【図１６Ｂ】
2019106944.tif 000039
【図１６Ｃ】
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【国際調査報告】
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