(57)【要約】  少なくとも１つの繊維を含むアクチェータ装置、及び少なくとも１つの第１のコーティングが開示されている。第１のコーティングは、少なくとも１つの繊維を包囲する。アクチェータ装置は、複数の繊維及び／または伝導性材料を含むことができる。コーティングは、複数の繊維、または各個別の繊維を取り囲むことができる。コーティングは、湿気保護、ＵＶ保護、生理食塩水保護、及び酸化保護をもたらすことができる。コーティングは、アクチュエータ装置の特定の機能及び環境に応じて、熱的または電気的に伝導性、もしくは絶縁性であってもよい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの繊維と、
少なくとも１つの第１のコーティングであって、前記少なくとも１つの繊維を取り囲む前記第１のコーティングと、
を含むアクチェータ装置。
【請求項２】
複数の繊維をさらに含み、前記複数の繊維のうち少なくとも２つが前記第１のコーティングによってコーティングされている、請求項１に記載のアクチェータ装置。
【請求項３】
前記複数の繊維が第２のコーティングによって取り囲まれている、請求項２に記載のアクチェータ装置。
【請求項４】
前記第２のコーティングが生体適合性である、請求項３に記載のアクチェータ装置。
【請求項５】
前記第２のコーティングが前記複数の繊維及び伝導性材料を生理食塩水への曝露から保護する、請求項３に記載のアクチェータ装置。
【請求項６】
前記第１のコーティングが前記複数の繊維間の表面摩擦を低減する、請求項４に記載のアクチェータ装置。
【請求項７】
伝導性材料をさらに含む、請求項１に記載のアクチェータ装置。
【請求項８】
前記伝導性材料が、金属製ワイヤであり、前記第１のコーティングが前記金属製ワイヤをコーティングする、請求項７に記載のアクチェータ装置。
【請求項９】
前記伝導性材料が金属製ワイヤであり、第３のコーティングが前記金属製ワイヤをコーティングする、請求項７に記載のアクチェータ装置。
【請求項１０】
前記第３のコーティングが、前記伝導性材料と前記複数の繊維との間の接着をもたらす、請求項９に記載のアクチェータ装置。
【請求項１１】
前記コーティングが、断熱性である、請求項１に記載のアクチェータ装置。
【請求項１２】
前記コーティングが熱伝導性である、請求項１に記載のアクチェータ装置。
【請求項１３】
前記コーティングが黒色コーティングである、請求項１に記載のアクチェータ装置。
【請求項１４】
前記コーティングが反射性である、請求項１に記載のアクチェータ装置。
【請求項１５】
前記第１のコーティング、第２のコーティング、及び第３のコーティングが、パリレン、ポリウレタン、金、銀、チタン、銅、ニッケル、クロム、ポリマー内のナノ構造クレイ、ポリマー中に分散されたグラフェン、及びフッ素化ポリマーのうち少なくとも１つの材料を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のアクチェータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体が参考として組み込まれている２０１６年１０月６日に出願された米国特許仮出願第６２／４０５，１３８号に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
保護層を有さない人工ポリマー筋肉は、環境に曝されている。例えば、ナイロンなどの特に有用な人工筋肉材料は、水が存在する場合、劣化されやすい。時間経過にともない、ナイロン製人工筋繊維は湿った環境では機能しなくなることがある。また、ナイロンは、電磁放射線の曝露に影響を受けやすいことがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一態様では、本発明の実施形態は、少なくとも１つの繊維及び少なくとも１つの第１のコーティングを含むアクチュエータ装置に関する。第１のコーティングは、少なくとも１つの繊維を包囲する。
【０００４】
別の態様では、アクチュエータ装置は、複数の繊維及び／または伝導性材料を含むことができる。コーティングは、複数の繊維、または束内の個々の繊維を取り囲んでもよい。
【０００５】
本明細書で開示された実施形態によれば、コーティングは、湿気保護、ＵＶ保護、生理食塩水保護、及び酸化保護をもたらすことができる。コーティングは、アクチュエータ装置の特定の機能及び環境に応じて、熱的または電気的に伝導性、もしくは絶縁性であってもよい。
【０００６】
本発明の他の態様及び利点は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の１つ以上の実施形態による概略図である。
【図２】本発明の１つ以上の実施形態による概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここで、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。様々な図の同様の要素は、一貫性を保つために同様の参照番号で示されている。さらに、本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、特許請求の範囲に記載された主題のより完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細が説明されている。しかし、本明細書で開示された実施形態は、これら具体的な詳細を伴わずに実施され得ることが、当業者には明らかであろう。他の事例では、説明を不必要に複雑にすることを避けるために、周知の特徴は詳細に説明されていない。
【０００９】
一般に、本発明の実施形態は、人工筋肉を保護し、場合によっては人工筋肉の特性を高めるための、作動している人工筋肉内の薄いコーティングに関する。本明細書で開示される実施形態では、人工筋肉アクチュエータは、熱的に動かされる１つ以上の繊維を含む。１つ以上の実施形態では、アクチュエータは、作動が電気的に刺激され得るように伝導性材料を含む。換言すると、印加された電圧または電流は、作動のために必要な温度変化をもたらすことができる。コーティング層の実施形態は、人工筋繊維を保護することができ、生成された人工筋肉またはアクチュエータの特性を改善することができる。
【００１０】
本発明の実施形態は、巻線されていない人造糸、または巻線されている人造糸、または混ぜものがないか、添加物を含むポリマー繊維を利用した、アクチュエータに組み込まれたコーティングを含む。「人工筋繊維」という用語は、その内容が参照により本明細書に組み込まれているＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０３０１９９に記載されているような作動を行う、ナノ繊維人造糸及び巻線されたポリマー繊維、またはナノ繊維人造糸及び巻線されたポリマー繊維の集合（束）を説明するために本明細書で全般的に使用されている。
【００１１】
図１及び２は、本発明の１つ以上の実施形態による概略図を示す。図１は、本明細書で開示される実施形態によるコーティング１０４を有する繊維１０２を含む、基本的な人工筋肉作動繊維１００を示す。
【００１２】
例えば、１つ以上の実施形態では、人工筋肉またはアクチュエータが照射を容易に吸収するように、黒色のコーティングを施すことができる。そのような照射は、アクチュエータの機能において使用され得る。本発明のさらなる一実施形態では、生体物質と密に相互作用するのに適したコーティングが選択される。
【００１３】
別の例として、１つ以上の実施形態では、コーティングは反射性である。反射性筋肉は、周囲環境の温度を大きく上回るように加熱することなく、太陽への曝露を維持できるものであることができる。
【００１４】
１つ以上の実施形態では、コーティングは熱伝導性であってもよい。このような実施形態では、コーティングは、熱を筋繊維からより容易に逃がすことが可能で、このことはストローク効率を改善し、熱による過剰な負荷からの欠陥スポットを防止することができる。このような「ホットスポット」は、人工筋肉内の伝導性材料、または人工筋繊維の長さに沿った欠陥部分を有するアクチュエータによって引き起こされることがある。そのようなホットスポットが対処されない場合、その部分に沿ったポリマー繊維が過度に加熱され、溶融して筋肉が損傷する危険性がある。
【００１５】
１つ以上の実施形態では、コーティングは断熱性であってもよい。しかし、断熱性コーティングは、人工筋繊維の過熱を引き起こすことがある。従って、このような実施形態では、コーティングは人工筋繊維アクチュエータの過熱または劣化を防止するために薄くてもよい（５ミクロン未満）。
【００１６】
本発明の１つ以上の実施形態において、コーティング材料は、人工筋繊維に新たな特性を付与するように設計されている。本発明の１つ以上の実施形態において、コーティング材料は、人工筋肉を環境条件から保護するように設計されている。いくつかの実施形態では、コーティングは、伝導体材料を保護し、及び／またはポリマー繊維を保護する働きをすることができる。
【００１７】
本発明の１つ以上の実施形態では、コーティングは多機能性であってもよい。例えば、コーティングは、熱的特性を向上させ、粘着力を与えるかまたは摩擦性を減少させ、周囲環境から保護するかまたは周囲環境に組み込まれるように設計され得る。本発明の実施形態は、人工筋肉アクチュエータのための特定の用途に応じて、上記特性の任意の組み合わせに対して作製され得る多機能性コーティングを含む。
【００１８】
コーティングは、本明細書で開示される実施形態による人工筋肉またはアクチュエータの特性を向上させるように設計されてもよい。例えば、コーティングは、生体物質と十分に相互作用するように選択されることができ、人体内の装置への組み込みに対して人工筋肉を有用なものにする。これらの実施形態では、火傷による損傷を防ぐために、十分な放熱を確実にするように注意が必要である。
【００１９】
１つ以上の実施形態において、コーティングは、伝導体材料に電気的絶縁をもたらし、及び／またはポリマー繊維を保護することができる。このような実施形態は、人工筋肉（またはアクチュエータ）を形成する繊維の束を含む人工筋肉において有用であり得る。
【００２０】
例えば、図２は、本明細書で開示される１つ以上の実施形態による束ねられた繊維の概略図である。繊維束２００は、複数の個別の繊維２０２を含む。個別の繊維の各々は、コーティング２０４−２を含んでいても、含んでいなくてもよい。複数の個別の繊維２０２を取り囲むコーティング２０４−１があってもよい。前述したように、束は伝導体材料２０６を含むことができる。伝導体材料２０６はまた、コーティング２０４−３を有することができる。コーティング２０４−１、２０４−２、２０４−３は、人工筋肉アクチュエータの所望の特性に基づいて選択された異なるコーティングであってもよい。
【００２１】
１つ以上の実施形態では、コーティングは、表面摩擦を低減するように設計されてもよい。このような実施形態はまた、図２に示すような人工筋肉（またはアクチュエータ）を形成する繊維の束を含む人工筋肉においても有用であり得る。例えば、コーティング材料としてのパリレンの低い表面張力は、束の中の筋繊維間の滑り量を増加させることができる。このような実施形態は、より細い繊維のより締まった束を生成するのに有用であり得る。
【００２２】
１つ以上の実施形態では、コーティングは、環境からの保護のために設計され得る。例えば、湿気保護、紫外線保護、酸化保護、生理食塩水保護、及び／または高温保護である。１つ以上の金属製ワイヤを含む人工筋肉またはアクチュエータの実施形態は、特に生理食塩水保護の利点を得ることができる。高温保護を含む実施形態はまた、伝導性材料の高温から外部環境を保護することができ、及び／または外部温度の突然の変化から筋繊維を保護することもできる。
【００２３】
本明細書にて開示されるコーティングの実施形態は、熱放射率に基づいて設計されてもよい。例えば、コーティングは熱放射率を高めるように設計され得る。このような例では、コーティングは黒色コーティングであってもよく、または既知の放射率を有するペイント型コーティングであってもよい。人工筋繊維に存在し得るナイロンの放射率は０．８５である。いくつかの実施形態では、コーティングは、人工筋繊維の放射率よりも高い放射率を有するように設計され得る。コーティングの使用によって熱放射率を増加させることは、人工筋肉アクチュエータの効率を高めることができる。
【００２４】
例えば、熱伝導性コーティングは、人工筋肉の長さ部分に沿った「ホットスポット」の形成を防止することができる。人工筋肉及びアクチュエータに含まれる導体の欠陥は、筋肉に沿った１つの領域で過度の熱が加えられることになり得る。その結果、ホットスポットが高すぎる温度に達すると、人工筋繊維に修復不能な損傷が生じることがある。熱伝導性コーティングは、これらのホットスポット内の熱の放散を促すことができる。
【００２５】
本発明の１つ以上の実施形態では、コーティングされた人工筋繊維の構造は、人工筋肉を構成する各筋繊維に保護層コーティングがあるという点で、本物の筋繊維の構造に類似し得る。１つ以上の実施形態では、保護コーティングはまた、人工筋肉またはアクチュエータの全体をコーティングする層であってもよい。１つ以上の実施形態では、コーティングは、外部環境が人工筋繊維に直接接触することを可能にし得る、穿刺または欠陥のない均質なものであってよい。
【００２６】
人工筋肉またはアクチュエータは、伝導体材料として組み込まれた金属製ワイヤを含むことができる。このような実施形態では、保護コーティングが金属製ワイヤを完全に覆うことが有利となり得る。金属製ワイヤが人工筋肉またはアクチュエータを構成する繊維の表面から分離しないことが必要なこともあり得る。コーティング処理の間、金属製ワイヤが繊維の表面から絶縁しないように注意を払う必要がある。このような絶縁は、人工筋繊維の性能に悪影響を与えることがある。
【００２７】
本発明の１つ以上の実施形態では、選択的ポリウレタンコーティングは、人工筋肉またはアクチュエータに含まれる金属製ワイヤ上で使用され得る。例えば、人工筋繊維に組み込まれた伝導性金属製ワイヤは、筋繊維及びワイヤをコーティングするために有用なポリマーで事前処理されてもよい。次いで、金属製ワイヤのポリマーコーティングは、さらに溶融されることができ、人工筋繊維をコーティングするか、または部分的にコーティングする。このような実施形態では、コーティングは、主に金属製ワイヤに近い領域に付着されてよく、ポリマー製筋繊維の一部の領域が露出したままにする。この選択的コーティングは、筋繊維の一部を意図的に露出させたままでワイヤを保護するのに有用であり得る。１つ以上の実施形態では、伝導性ワイヤに近い領域をより良好に保護するために、選択的コーティングが別のコーティング層と組み合わせて使用され得る。
【００２８】
本明細書にて開示される１つ以上の実施形態に従った、様々なポリマー、例えば、パリレン、ポリウレタン、ポリビニル系ポリマー、及びフッ素化ポリマーが、コーティングに使用され得る。１つ以上の実施形態では、コーティングは金属であり得る。例えば、金、銀、チタン、銅、ニッケル、及びそれらの混合物が使用され得る。１つ以上の実施形態では、上記金属の合金、または例えばクロムが使用され得る。１つ以上の実施形態では、人工筋肉に組み込まれる金属製ワイヤは、ポリウレタンでコーティングされたものであってよい。１つ以上の実施形態では、ワイヤは人工筋繊維の周りに巻き付けられることができ、加熱してポリウレタンを筋繊維の表面に融解させることができる。このような実施形態では、人工筋肉またはアクチュエータを完全にコーティングするために、より多くのポリウレタンが添加され得る。１つ以上の実施形態では、ポリマー中のナノ構造クレイ、またはポリマー中に分散されたグラフェンなどのナノ複合材料がコーティング材料として使用され得る。このような実施形態は、熱を伝導し、適切な放熱を保証するために有利になり得る。
【００２９】
一般に、コーティングを付着させるプロセスは、スパッタリング、電気メッキ、化学蒸着（ＣＶＤ）、溶液ベースの沈着、及び当技術分野で知られているように薄膜またはコーティングを生成するための他の技術を含み得る。コーティングが、捻り工程、及び／または巻線工程において損傷する可能性があることから、人工筋繊維が捻られた後、及び／または巻線後に、コーティングすることが必要となることがある。しかし、いくつかの実施形態は、捻り／巻線工程の前にコーティングされてもよい。例えば、捻り／巻線工程の前に組み込まれたコーティングを提供するために、銀コーティングされたナイロンが人工筋肉の製造において使用されてもよい。
【００３０】
１つ以上の実施形態では、ポリウレタンでコーティングされた金属製ワイヤが、人工筋肉またはアクチュエータの伝導体として使用され得る。ワイヤ上のポリウレタンは、ポリウレタンが人工筋繊維の少なくとも一部を覆うようにさらに溶融されてもよい。同一または異なる材料の別のコーティングが、引き続き１つ以上の実施形態に従って、人工筋繊維の表面上に塗布されてもよい。
【００３１】
本発明は、図面に示され、明細書に記載された特定の例に限定されるものではないことは、当業者には理解されるはずである。本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の恩恵を受ける当業者は、本明細書に記載された本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態が考案され得ることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【符号の説明】
【００３２】
１００  人工筋肉作動繊維
１０２  繊維
１０４  コーティング
２００  繊維束
２０２  繊維
２０４−１  コーティング
２０４−２  コーティング
２０４−３  コーティング
２０６  伝導体材料
【図１】
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【図２】
2019531141.tif 000004
【国際調査報告】
2019531141.tif 000005
2019531141.tif 000006
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