(57)【要約】【課題】アクチュエータの表面が焼損から保護されたアクチュエータ装置を提供すること。【解決手段】本発明に係るアクチュエータ装置は、アクチュエータワイヤ、当該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、および当該網状の発熱体を加熱するための電力を前記網状の発熱体に供給するための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、そして放熱により復元する。アクチュエータワイヤの側面は、高分子から形成されている。網状の発熱体の一端および他端は、それぞれ、アクチュエータワイヤの一端およ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には、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には、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。【選択図】図１
2018099016.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ための電力を前記網状の発熱体に供給するための制御装置
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、
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、
各電熱線はアクチュエータワイヤの側面にらせん状に巻きついており、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３】
請求項２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４】
請求項２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５】
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６】
請求項１に記載のアクチュエータ装置であって、
各電熱線はアクチュエータワイヤの側面にらせん状に巻きついており、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７】
請求項１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たたまれており、
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８】
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、かつ
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いる、
アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８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、かつ  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いる、
アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９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１１】
請求項８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らせん状に巻きついており、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１２】
請求項１１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１３】
請求項１１に記載のアクチュエータであって、
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。
【請求項１４】
請求項８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１５】
請求項８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らせん状に巻きついており、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１６】
請求項８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たたまれており、
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。
【請求項１７】
アクチュエータを製造する方法であって、以下の工程
（ａ）加熱により縮み、放熱により復元し、高分子から形成された表面を有している繊維の側面に、網状の発熱体を設ける工程、および
（ｂ）前記繊維を前記網状の発熱体と共に切断してアクチュエータを得る工程
を具備する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、かつ加熱により縮み、かつ放熱により復元する。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
【０００４】
【非特許文献１】平岡牧ら、「コイル状ポリマーアクチュエータの高伸縮性とポリマー鎖のモルフォロジー」、第２４回ポリマー材料フォーラム講演予稿集、第２４巻、第３９頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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が加熱源と接すると、アクチュエータの表面が焼損し得る。最悪の場合、コイル状ポリマー繊維から形成されるアクチュエータが熱により破断される。
【０００６】
本発明の目的は、アクチュエータの表面が焼損から保護された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】
【０００７】
本発明に係るアクチュエータ装置は、
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ための電力を前記網状の発熱体に供給するための制御装置
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、
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。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、アクチュエータの表面が焼損から保護されたアクチュエータ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】図２は、互いに撚り合わされた２本のコイル状ポリマー繊維１１１から構成されているアクチュエータワイヤ１の模式図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、網状の発熱体２が加熱されていない場合における、アクチュエータ部材６８の模式図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの簡略図を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂに含まれる線３Ｃ−３Ｃに沿って切断した断面図を示す。
【図３Ｄ】図３Ｄは、網状の発熱体２がある程度加熱された後における、アクチュエータ部材６８の模式図を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの簡略図を示す。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｄに含まれる線３Ｅ−３Ｅに沿って切断した断面図を示す。
【図３Ｇ】図３Ｇは、編まれた複数の電熱線２１の模式図を示す。
【図３Ｈ】図３Ｈは、織られた複数の電熱線２１の模式図を示す。
【図３Ｉ】図３Ｉは、織られた複数の電熱線２１の他の模式図を示す。
【図４】図４は、特許文献３に示される製紐機を示す。
【図５】図５は、アクチュエータ３を製造するために用いられる製紐機の模式図を示す。
【図６】図６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７】図７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８】図８は、レーザー変位計２４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９Ａ】図９Ａは、比較例１において用いられたアクチュエータ部材の模式図を示す。
【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２１に電流が流された場合の断面図を示す。
【図１０】図１０は、実施例１および比較例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。
【図１１】図１１は、実施例１および比較例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。
【図１２Ａ】図１２Ａは、特許文献５における、本実施形態によるアクチュエータの断面図を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、特許文献５における、繊維が縮められた状態におけるアクチュエータの断面図を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、特許文献５における、捩られておらず、かつ折りたたまれていない繊維１１１ａの模式図を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、特許文献５における、捩られているが、折りたたまれていない繊維１１１ｂの模式図を示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃ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１１１ｃの模式図を示す。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、特許文献５における、折りたたまれた繊維１１１ｃによって形成される円筒状のコイルの模式図を示す。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、特許文献５における、金属膜１４０により被覆された繊維１１１ｃの模式図を示す。
【図１４】図１４は、特許文献５における、加熱される前の繊維１１１ｃの状態の模式図を示す。
【図１５】図１５は、特許文献５における、加熱された後の繊維１１１ｃの状態の模式図を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、特許文献５における、実施例１において得られた延伸された繊維１１１ａを示す写真を示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、特許文献５における、比較例１Ａにおいて得られた延伸された繊維１１１ａを示す写真を示す図である。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、特許文献５における、比較例２Ａにおいて得られた延伸された繊維１１１ａを示す写真を示す図である。
【図１６Ｄ】図１６Ｄは、特許文献５における、比較例３Ａにおいて得られた延伸された繊維１１１ａを示す写真を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、特許文献５における、実施例１Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維１１１ｃを示す写真を示す図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、特許文献５における、比較例２Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維１１１ｃを示す写真を示す図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、特許文献５における、比較例３Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維１１１ｃを示す写真を示す図である。
【図１８】図１８は、特許文献５における、実施例１Ａ、比較例２Ａ、および比較例３Ａにおいて得られた繊維１１１ｃの熱機械的特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態が図面を参照しながら詳細に説明される。
【００１１】
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。
【００１２】
（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）は本願に参照として援用される。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。本発明は、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１」および「網状の発熱体２」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。
【００１３】
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。
【００１４】
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２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２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。
【００１５】
（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。
【００１６】
電熱線２１の例は、金属ワイヤ、導電性ポリマーから形成されるワイヤ、またはシーズヒータである。ワイヤの形状の例は、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。
【００１７】
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および図３Ｂ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。
【００１８】
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。
【００１９】
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３Ｂ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装置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の側面にらせん状に巻きつくように、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。
【００２０】
図３Ｇ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２がアクチュエータワイヤ１の側面にまきつけられる。
【００２１】
図３Ｈおよび図３Ｉ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がアクチュエータワイヤ１の側面にらせん状に巻きつくように、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。接合具４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。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。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。
【００２４】
（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。
【００２５】
（アクチュエータ装置の製造方法）
以下、本発明によるアクチュエータ装置の製造方法が説明される。
【００２６】
まず、周知の製紐機を用いて、アクチュエータワイヤ１の側面の周りに電熱線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３を得る。図４は、特許文献３に示される製紐機を示す。図４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は、芯部材の側面に繊維糸を螺旋状に巻き付ける製紐機を開示している。
【００２７】
図５は、アクチュエータ３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、１０６a〜１０６ｄ、および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を添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１０７およびスピンドル１０６を介してアクチュエータワイヤ１の側面に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およびその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３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。
【００２８】
アクチュエータ３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３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、アクチュエータ部材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、本発明によるアクチュエータ装置６０が製造される。
【００２９】
（アクチュエータ装置の動作）
以下、アクチュエータ装置６０の動作が説明される。
【００３０】
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引っ張り力が引加される。
【００３１】
図３Ａは、網状の発熱体２が加熱されていない場合における、アクチュエータ部材６８の模式図を示す。図３Ｂは、図３Ａの簡略図を示す。図３Ｃは、図３Ｂに含まれる線３Ｃ−３Ｃに沿って切断した断面図を示す。図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃ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の側面に接している。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の側面に接しているので、網状の発熱体２によって生じた熱は、効率よくアクチュエータワイヤ１に伝えられる。
【００３２】
図３Ｄは、網状の発熱体２がある程度加熱された後における、アクチュエータ部材６８の模式図を示す。図３Ｅは、図３Ｄの簡略図を示す。図３Ｆは、図３Ｄに含まれる線３Ｅ−３Ｅ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２がある程度加熱された後には、アクチュエータワイヤ１は縮む。そのため、図３Ｅおよび図３Ｆに示されるように、網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の側面から離間する。
【００３３】
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の側面から網状の発熱体２の中央部分がアクチュエータワイヤ１の長手方向に直交する方向に移動するように、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の中央部分がふくらむように、網状の発熱体２は変形する。
【００３４】
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１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１と比較して、加熱時には網状の発熱体２はもっと大きく膨らむ。すなわち、アクチュエータワイヤ１の断面における膨張率は、加熱された網状の発熱体２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１の断面におけるわずかな膨張は無視できる。
【００３５】
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の側面から離間する、すなわち、加熱時には網状の発熱体２の中央部分がふくらむので、網状の発熱体２はアクチュエータワイヤ１の側面には接しない。従って、加熱中または加熱後に、アクチュエータワイヤ１は焼損しない。言うまでもないが、アクチュエータワイヤ１が熱により破断されることも防止される。
【００３６】
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。上記の収縮および復元は繰り返され得る。
【００３７】
筒状の網状の発熱体２の両端は、接合具４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。接合具４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接合具４を介して空気中に放出されるからである。このため、網状の発熱体２の両端において生じた熱により、アクチュエータワイヤ１の両端は焼損しない。
【００３８】
（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。
【００３９】
（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２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側面は、捻られた他のコイル状ポリマー繊維の側面に接していた。
【００４０】
（網状の発熱体２の製造）
アクチュエータワイヤ１とは別に、本発明者らは、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  ３０デニール」）を捻り、２５０Ｔ／ｍの撚り数を有する電熱線２１を得た。
【００４１】
（アクチュエータワイヤ１への網状の発熱体２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の側面を４本の電熱線２１により被覆した。
【００４２】
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３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３を得た。
【００４３】
（接合具４による接合）
本発明者らは、アクチュエータ３の両端を、金属製の第１圧着部材４ａおよび第２圧着部材４ｂを用いて加締した。このようにして、本発明者らは、アクチュエータ部材６８を得た。
【００４４】
（加熱試験）
アクチュエータ部材６８の加熱試験が、以下のように行われた。図６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圧着端子４ａは、固定板７を用いて固定された。第２圧着端子４ｂには、５０グラムのおもり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はピンと張られた。ワイヤ８は、滑車２２によりガイドされた。第２圧着端子４ｂには、鏡２３がさらに取り付けられた。このように、第１圧着端子４ａは固定された一方、第２圧着端子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６では、網状の発熱体２は省略されていることに留意せよ。
【００４５】
図６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９０ミリアンペアの電流が６０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１の側面を加熱した。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。次いで、９０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の側面を室温下で自然に冷却した。
【００４６】
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。この加熱および冷却が３回、繰り返された。アクチュエータワイヤ１の収縮および復元と共に、鏡２３は、アクチュエータワイヤ１の長手方向に振動した。鏡２３の振動は、レーザー変位計２４（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。
【００４７】
図７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７から明らかなように、アクチュエータワイヤ１の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。
【００４８】
図８は、レーザー変位計２４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、２２０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２４０ミリメートルの長さになった。
【００４９】
(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２１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２１が、アクチュエータワイヤ１の側面にらせん状に巻きつくように、アクチュエータワイヤ１の周囲に形成された。比較例１では、７０ミリアンペアの電流が流された。
【００５０】
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。
【００５１】
図１０は、実施例１および比較例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。図１０から明らかなように、実施例１および比較例１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、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。
【００５２】
図１１は、実施例１および比較例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。図１１から明らかなように、実施例１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、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。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明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】
【００５４】
１  アクチュエータワイヤ
２  発熱体
２１  電熱線
３  アクチュエータ
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
９  製紐機
１０  基板
１１  糸巻体
１２  軌道
１３  組紐
１４  ガイドロール
１５  放射温度計
２２  滑車
２３  鏡
２４  レーザー変位計
６０  アクチュエータ装置
６８  アクチュエータ部材
１０１  ボビン
１０２  滑車
１０３  巻き上げ装置
１０５  ボビン
１０６  スピンドル
１０７  波状軌道
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
【００５５】
（先行出願の援用）
参考までに、特許文献５の「発明の要旨」、「実施の形態」、および「実施例」の内容は以下の通りである。本願において用いられた参照符号から区別するために、以下、特許文献５において用いられた参照符号の冒頭には、「９」が付される。例えば、特許文献５において参照符号「１１１」は繊維を意味するが、以下、本願では、繊維には「９１１１」の参照符号が付される。
【００５６】
特許文献５において用いられる用語「繊維」は、本願において用いられる用語「アクチュエータワイヤ１」に相当する。
特許文献５において用いられる用語「温度調節装置」は、本願において用いられる用語「網状の発熱体２」に相当する。
【００５７】
（特許文献５の発明の要旨）
本発明は、アクチュエータであって、以下を具備する：
繊維、および
前記繊維の加熱および冷却の少なくとも一方が可能な温度調節装置、
ここで、
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たたまれており、
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。
【００５８】
（特許文献５の実施の形態）
（用語）
まず、本明細書において用語「繊維」に付される参照符号が以下のように定義される。
用語「繊維９１１１ａ」は、捩られておらず、かつ折りたたまれていない繊維を意味する。図１３Ａを参照せよ。繊維９１１１ａは、「延伸された繊維９１１１ａ」とも呼ばれ得る。
用語「繊維９１１１ｂ」は、捩られているが、折りたたまれていない繊維を意味する。図１３Ｂを参照せよ。繊維９１１１ｂは、「捩られた繊維９１１１ｂ」とも呼ばれ得る。
用語「繊維９１１１ｃ」は、捩られており、かつ折りたたまれた繊維を意味する。図１３Ｃを参照せよ。繊維９１１１ｃは、「折りたたまれた繊維９１１１ｃ」とも呼ばれ得る。
用語「繊維９１１１」は、繊維９１１１ａ〜繊維９１１１ｃを包括的に(comprehensively)含む。
本願明細書において、折りたたまれているが、捩られていない繊維は存在しない。
【００５９】
（実施形態）
図１２Ａに示されるように、本実施形態によるアクチュエータは、直鎖状低密度ポリエチレンからなる繊維９１１１ｃおよび温度調節装置９１３０を具備している。温度調節装置９１３０は、繊維９１１１ｃの加熱および冷却の少なくとも一方が可能である。
【００６０】
（繊維）
繊維９１１１ｃは、その長軸の周りに沿って捩られている。繊維９１１１ｃは、螺旋の形状を有するように折りたたまれている。言い換えれば、繊維９１１１ｃは円筒状のコイルの形状を有するように折りたたまれている。
【００６１】
まず、本実施態様において用いられる繊維９１１１ｃを製造する方法が、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照しながら説明される。
【００６２】
図１３Ａに示されるように、Ｌ１の長さおよびｄの直径を有する繊維９１１１ａが用意される。言うまでもないが、繊維９１１１ａは細長く、かつ、繊維軸９１１１ＬＡを有している。図１３Ａでは、繊維９１１１ａはまだ捩られていないし、折りたたまれてもいない。繊維軸９１１１ＬＡは、繊維９１１１ａの中心軸でもあり、かつｘ軸方向に平行である。
【００６３】
次に、図１３Ｂに示されるように、繊維９１１１ａは捩られ、捩られた繊維９１１１ｂになる。具体的には、繊維９１１１ａの他端は繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿って捩られないように固定されながら、繊維９１１１ａの一端が、繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿って捩られる。このようにして、捩られた繊維９１１１ｂが得られる。図１３Ｂでは、繊維９１１１ｂは捩られているが、まだ折りたたまれていない。繊維９１１１ｂは、Ｌ２の長さを有している。繊維９１１１ｂは、直径ｄよりわずかに大きい直径ｄ’を有している。繊維軸９１１１ＬＡは、ｘ軸に平行である。Ｌ２の値はＬ１の値と等しいか、またはＬ１よりも小さい。
【００６４】
このような捩りが繊維９１１１ｂの一端を繊維軸９１１１ＬＡの周りに何度も回転させるように続けられる。その結果、図１３Ｃに示されるように、繊維９１１１は回転するように折りたたまれる。具体的には、Ｌ１より小さいＬ３の長さおよびｄより大きい平均直径Ｄを有するように、繊維９１１１は折りたたまれる。このときにおいても、繊維９１１１の他端は繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿って捩られないように固定されている。このようにして、捩られ、かつ折りたたまれた繊維９１１１ｃが得られる。図１３Ｂに示される角度αfは繊維バイアス角度を表す。繊維バイアス角度αfは、繊維軸９１１１ＬＡに対する繊維９１１１の捩れ角度である。平均直径Ｄは、円筒形のコイルの外径Ｄ’から繊維の直径ｄを減算することにより得られる。
【００６５】
図１３Ｃに示されるように、繊維９１１１が折りたたまれた後には、繊維軸９１１１ＬＡはもはやｘ軸に平行ではない。折りたたまれた繊維９１１１ｃは螺旋の形状を有している。言い換えれば、折りたたまれた繊維９１１１ｃは、円筒状のコイルの形状を有している。言い換えれば、折りたたまれた繊維９１１１ｃは、つるまきバネの形状を有している。図１３Ｃに示されるように、コイルはピッチｐを有する。ピッチｐは、コイルの１周期に等しい。図１３Ｄも参照せよ。
【００６６】
図１３Ｄに示されるように、当該螺旋の回転方向Ｒ１（すなわち、円筒状のコイルの回転方向Ｒ１）は、折りたたまれた繊維９１１１ｃの繊維軸９１１１ＬＡに一致する。言うまでもないが、図１３Ｂにおいて繊維９１１１が繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿って右回りに捩られた場合、図１３Ｃにおいて繊維９１１１は右回りに回転しながら折りたたまれる。同様に、図１３Ｂにおいて繊維９１１１が繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿って左回りに捩られた場合、図１３Ｃにおいて繊維９１１１は左回りに回転しながら折りたたまれる。
【００６７】
折りたたまれた繊維９１１１ｃにより形成される円筒状のコイルは、平均直径Ｄを有している。円筒状のコイルは、長軸９１１０ＬＡを有している。以下、円筒状のコイルの長軸９１１０ＬＡは、コイル軸９１１０ＬＡと呼ばれる。
【００６８】
図１３Ｃに示される角度αcはコイルバイアス角度を表す。コイルバイアス角度αcは、コイル軸９１１０ＬＡに直交する面および折りたたまれた繊維９１１１ｃの繊維軸９１１１ＬＡの間に形成される。
【００６９】
本実施形態では、繊維９１１１が直鎖状低密度ポリエチレン（以下、「Ｌ−ＬＤＰＥ」という）から形成される。繊維９１１１が直鎖状低密度ポリエチレンから形成されるので、折りたたまれた繊維９１１１ｃは、１未満のバネ指数Ｃを有する。
【００７０】
よく知られているように、バネ指数Ｃは、以下の数式（Ｉ）により表される。
Ｃ＝Ｄ／ｄ
ここで、
Ｄは、折りたたまれた繊維９１１１ｃから形成される円筒状のコイルＤの平均直径を表し、かつ
ｄは、繊維９１１１の直径を表す。
【００７１】
バネ指数Ｃの低下に伴い、円筒形のコイルは延びにくくなる。言い換えれば、円筒形のコイルの軸方向（すなわち、長軸方向）に沿って円筒形のコイルに印加される力Ｆが一定である場合、バネ指数Ｃの低下に伴い、円筒形のコイルの伸びの量は小さくなる。
【００７２】
逆に、バネ指数Ｃの増加に伴い、円筒形のコイルはより簡単に伸びる。言い換えれば、円筒形のコイルの軸方向（すなわち、長軸方向）に沿って円筒形のコイルに印加される力Ｆが一定である場合、バネ指数Ｃの増加に伴い、円筒形のコイルの伸びの量は大きくなる。
【００７３】
従って、高いバネ指数Ｃを有する円筒形のコイルは「軟らかく」、かつ低いバネ指数Ｃを有する円筒形のコイルは「硬い」。繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿った繊維９１１１の捩り回数が増加すると、すなわち、繊維軸９１１１ＬＡの周りに沿った繊維９１１１の回転回数が増加すると、得られる円筒状のコイルのバネ指数Ｃは低下する。しかし、捩り回数（すなわち、回転回数）があまりにも多く増加すると、繊維９１１１は破断してしまう。
【００７４】
直鎖状低密度ポリエチレン以外の樹脂（例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、またはナイロン６６）からなる繊維を捩ることによって１未満のバネ指数Ｃを有する円筒状のコイルを形成することは困難である。なぜなら、直鎖状低密度ポリエチレン以外の樹脂（例えば、低密度ポリエチレン）からなる繊維は、バネ指数Ｃが１未満になる前に、捩りによってその内部に生じた負荷に耐えられずに破断するからである。あるいは、直鎖状低密度ポリエチレン以外の樹脂（例えば、高密度ポリエチレンまたはナイロン６６）からなる繊維を捩って得られたコイルは、１以上のバネ指数Ｃを有するからである。詳細については、後述される実施例および比較例を参照せよ。
【００７５】
本発明者らは、直鎖状低密度ポリエチレンからなる繊維は、バネ指数Ｃが１未満になっても、破断しないことを実験により見いだした。
【００７６】
金属から形成されている一般的なコイルは、その加工容易性および性能の観点から、４以上２２以下のバネ指数Ｃを有し得る。しかし、本実施形態では、円筒状のコイルは直鎖状低密度ポリエチレンから形成され、かつ１未満という小さいバネ指数Ｃを有する。１未満という小さいバネ指数Ｃは、後述される高い変位率を実現するために必要とされる。
【００７７】
直鎖状低密度ポリエチレンは、０．９１５ｇ／ｃｍ3以上０．９２５ｇ／ｃｍ3以下の密度、および５０ｋｇ／ｍｏｌ以上２００ｋｇ／ｍｏｌ以下の重量平均分子量を有し得る。直鎖状低密度ポリエチレンは、化学構造式−（ＣＨ2−ＣＨ2）n−（ｎは自然数）により表されるエチレンモノマーユニットおよび化学構造式−（ＣＨ2−ＣＨＲ）m−（ｍは自然数、Ｒは炭化水素基）により表されるα−オレフィンモノマーユニットから構成される。
【００７８】
α−オレフィンモノマーユニットのエチレンモノマーユニットに対するモル比は、２．５％以上３．５以下であり得る。言い換えれば、ｍ／ｎの値は０．０２５以上０．０３５以下であり得る。α−オレフィンモノマーユニットは、４以上８以下の炭素数を有し得る。Ｒの例は、−ＣＨ2ＣＨ3、−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3、−ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）ＣＨ3、または−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ3である。
【００７９】
（ベース９１２０）
図１２Ａに示されるように、本実施形態によるアクチュエータは、板状のベース９１２０を具備し得る。板状のベース９１２０はその一端に第１突起９１２１ａを具備している。第１突起９１２１に、折りたたまれた繊維９１１１ｃの一端が、保持固定具９１２２を介して固定されている。板状のベース９１２０は、他端に第２突起９１２１ｂを具備している。折りたたまれた繊維９１１１ｃの他端は棒９１２３の一端に接続されている。第２突起９１２１ｂは、孔９１２１ｃを有している。棒９１２３が孔９１２１ｃを貫通している。棒９１２３は、他端にフック９１２４を有している。
【００８０】
板状のスライダー９１２５が板状のベース９１２０および棒９１２３の一端の間に、板状のベース９１２０上を摺動可能に位置している。折りたたまれた繊維９１１１ｃにより形成される円筒状のコイルの伸び縮みと共に、板状のスライダー９１２５も、コイル軸９１１０ＬＡに沿って移動する。言い換えれば、折りたたまれた繊維９１１１ｃが加熱されると、図１２Ｂに示されるように、板状のスライダー９１２５もコイル軸９１１０ＬＡに沿って移動する。板状のスライダー９１２５に代えて、またはそれと共に、滑車またはガイドチューブが用いられ得る。
【００８１】
図１２Ａでは、アクチュエータは１本の繊維９１１１ｃを具備している。アクチュエータは、２本以上の繊維９１１１ｃを具備し得る。平行に配列された２本以上の繊維９１１１ａを一体的に捩って、１本の繊維９１１１ｂを得てもよい。平行に配列された２本以上の捩られた繊維９１１１ｂを一体的に捩って、１本の繊維９１１１ｃを得てもよい。
【００８２】
繊維９１１１ｃの捩れおよび折りたたみが解けることを抑制するために、繊維９１１１ｃの一端は固定されていることが望ましい。言い換えれば、繊維９１１１ｃの一端には、保持固定具９１２２のような固定端が具備されていることが望ましい。
【００８３】
（温度調節装置９１３０）
温度調節装置９１３０の例は、加熱器または冷却器である。温度調節装置９１３０は、加熱器または冷却器の少なくとも一方を有し得る。温度調節装置９１３０は、加熱器または冷却器の両者を有し得る。加熱器の例は、ヒーターである。冷却器の例は、ペルチェ素子である。熱水または冷水が繊維９１１１に供給され、繊維９１１１ｃを加熱または冷却し得る。
【００８４】
図１２Ａに示されるように、温度調節装置９１３０は、繊維９１１１ｃおよび板状のベース９１２０の間に位置し得る。この場合、温度調節装置９１３０は、薄い板の形状を有している。言い換えれば、薄い板の形状を有しているヒーターおよびペルチェ素子の少なくとも一方が、繊維９１１１ｃおよび板状のベース９１２０の間に挟まれ得る。
【００８５】
図１３Ｅに示されるように、繊維９１１１ｃは金属膜９１４０により被覆され得る。繊維９１１１ｃの一端および他端に位置する金属の表面には、それぞれ電線９１４２ａおよび９１４２ｂが電気的に接続されている。電気エネルギーが温度調節装置９１３０として機能する制御部９１４３から電線９１４２ａおよび９１４２ｂを介して供給され得る。
【００８６】
金属膜９１４０を有する温度調節装置９１３０は、ペルチェ素子と組み合わせて用いられ得る。例えば、電気エネルギーが金属膜９１４０に供給されて金属膜９１４０を加熱し、これにより繊維９１１１ｃが加熱される。薄い板の形状を有しているペルチェ素子が繊維９１１１ｃを冷却する。ペルチェ素子に必要とされる電気エネルギーは、制御部９１４３から供給され得る。
【００８７】
（アクチュエータ動作）
折りたたまれた繊維９１１１ｃにより形成される円筒状のコイルが加熱された場合には、円筒状のコイルは、コイル軸方向９１１０ＬＡに沿って縮む。具体的には、繊維９１１１ｃが加熱された場合には、コイルバイアス角度αcが小さくなる。このため、円筒状のコイルのピッチｐが減少する。加熱された後の繊維９１１１ｃの状態を示す図１５を、加熱される前の繊維９１１１ｃの状態を示す図１４と比較せよ。このようにして、円筒形のコイルの形状を有するように折りたたまれた繊維９１１１ｃは、コイル軸方向９１１０ＬＡに沿って縮む。繊維９１１１ｃが冷却された場合には、繊維９１１１ｃは、コイル軸方向９１１０ＬＡに沿って伸びる。
【００８８】
折りたたまれた繊維９１１１ｃにより形成される円筒状のコイルは、摂氏３０度を超えて摂氏１００度以下の温度に加熱され得る。摂氏３０度以下の場合、繊維９１１１ｃは十分に加熱されておらず、折りたたまれた繊維９１１１ｃは縮まないであろう。摂氏１００度を超える場合、繊維９１１１ｃが融解し得る。円筒状のコイルは、摂氏５０度以上摂氏９０度以下の範囲で加熱されることが望ましい。
【００８９】
加熱された繊維９１１１ｃは、摂氏３０℃以下の温度まで冷却される。繊維９１１１ｃは、室温下で自然に冷却され得る。あるいは、繊維９１１１ｃは、ペルチェ素子のような冷却器により冷却され得る。このような加熱および冷却が繰り返され得る。
【００９０】
後述される実施例においても実証されているように、本発明者らは、他の樹脂から折りたたまれた繊維９１１１ｃが形成された場合と比較して、直鎖状低密度ポリエチレンから形成された繊維９１１１ｃが、０．３８×１０-2／℃以上という高い変位率ＤＲを有することを見いだした。
【００９１】
変位率ＤＲは、以下の数式（Ｉ）により定義される。
（変位率ＤＲ）＝（ｘ−ｙ）／（ｘ・ΔＴ）      （Ｉ）
ここで、
ｘは、加熱される前での前記円筒状のコイルの軸方向に沿った繊維の長さを表し、
ｘは、加熱された前での前記円筒状のコイルの軸方向に沿った繊維の長さを表し、かつ  ΔＴは、加熱前後の間での折りたたまれた繊維の温度差を表す。
【００９２】
上述したように、折りたたまれた繊維９１１１ｃが直鎖状低密度ポリエチレンから形成される場合、変位率ＤＲは０．３８×１０-2／℃という高い値である。一方、折りたたまれた繊維９１１１ｃが直鎖状低密度ポリエチレン以外の樹脂（例えば、高密度ポリエチレンまたはナイロン６６）から形成される場合、変位率ＤＲは低い値である。例えば、高密度ポリエチレンから形成された繊維９１１１ｃは、０．１２×１０-2／℃という低い変位率ＤＲを有する。ナイロン６６から形成された繊維９１１１ｃは、０．０９６×１０-2／℃という低い変位率ＤＲを有する。
【００９３】
（特許文献５の実施例）
（実施例）
以下、実施例を参照しながら、本発明がより詳細に説明される。
【００９４】
（実施例１Ａ）
０．９１８ｇ／ｃｍ3の密度を有するＬ−ＬＤＰＥのペレット（シグマアルドリッチ社より入手）が、溶融押出機に投入された。溶融押出機の内部の温度が摂氏２２０度に維持されながら、Ｌ−ＬＤＰＥは３０分ほど、溶融押出機の内部で静置された。次いで、溶融されたＬ−ＬＤＰＥは、溶融押出機の先端に取り付けられたノズルから押し出された。ノズルは、１ミリメートルの直径を有していた。このようにして、ノズルの先端からＬ−ＬＤＰＥから形成された糸が得られた。糸は、５センチメートルの直径を有する第１ローラー（図示せず）の周囲に巻き取られた。このようにして、Ｌ−ＬＤＰＥから形成された糸（直径：およそ０．５ミリメートル）が得られた。この糸は、０．１６ＧＰａの弾性係数を有していた。
【００９５】
次に、糸の一端が、５センチメートルの直径を有する第２ローラー（図示せず）にくっつけられた。第１ローラーおよび第２ローラーの間に、摂氏８０度に加熱された板が配置された。この板の表面に糸が接触されながら、第１ローラーから糸が供給され、かつ加熱により延伸された糸が第２ローラーの周囲に巻き取られた。このようにして、第２ローラーの周囲に巻き取られた繊維９１１１ａが得られた。言い換えれば、延伸された糸が繊維９１１１ａである。第１ローラーの回転速度は２ｒｐｍであった。第２ローラーの回転速度は２０ｒｐｍであった。このようにして、糸は延伸され、繊維９１１１ａを得た。繊維９１１１ａは、０．１２ミリメートルの直径を有していた。図１６Ａは、繊維９１１１ａを示す写真である。このようにして、図１３Ａに示される繊維９１１１ａが得られた。繊維９１１１ａは、２．５ＧＰａの弾性係数を有していた。
【００９６】
次に、繊維９１１１ａをカットして、２６ミリメートルの繊維９１１１ａを得た。この繊維９１１１に張力が印加されながら、繊維９１１１は捩られ、図１３Ｂに示される捩られた繊維９１１１ｂが得られた。さらに繊維９１１１は捩られ、図１３Ｃに示される折りたたまれた繊維９１１１ｃが得られた。実施例１Ａにおいては、張力は、８ＭＰａであった。図１７Ａは、実施例１Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃを示す写真である。折りたたまれた繊維９１１１ｃの長さＬ３は、９．７ミリメートルであった。
【００９７】
実施例１Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、０．７３のバネ指数Ｃを有していた。
【００９８】
（実施例１Ｂ）
実施例１Ｂにおいては、張力が１０ＭＰａであったこと以外は、実施例１Ａと同じ実験が行われた。実施例１Ｂにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、０．５２のバネ指数Ｃを有していた。
【００９９】
（実施例１Ｃ）
実施例１Ｃにおいては、張力が１７ＭＰａであったこと以外は、実施例１Ａと同じ実験が行われた。実施例１Ｃにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、０．５４のバネ指数Ｃを有していた。
【０１００】
（実施例１Ｄ）
実施例１Ｄにおいては、張力が２０ＭＰａであったこと以外は、実施例１Ａと同じ実験が行われた。実施例１Ｄにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、０．５０のバネ指数Ｃを有していた。
【０１０１】
（実施例１Ｅ）
実施例１Ｅにおいては、張力が３０ＭＰａであったこと以外は、実施例１Ａと同じ実験が行われた。実施例１Ｅにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、０．５０のバネ指数Ｃを有していた。
【０１０２】
（比較例１Ａ）
比較例１Ａにおいては、以下の事項（Ｉ）〜（ＩＶ）を除き、実施例１Ａと同じ実験が行われた。
（Ｉ）  Ｌ−ＬＤＰＥに代えて、０．９０６ｇ／ｃｍ3の密度を有する低密度ポリエチレン（以下、「ＬＤＰＥ」という）のペレット（シグマアルドリッチ社より入手）が用いられた。
（ＩＩ）  溶融押出機の内部の温度が摂氏９５度に維持された。
（ＩＩＩ）  加熱された板の温度は摂氏８５度であった。
（ＩＶ）  第２ローラーの回転速度は８ｒｐｍであった。
【０１０３】
図１６Ｂは、比較例１Ａにおいて得られた延伸された繊維９１１１ａを示す写真である。この繊維９１１１ａは、０．１ミリメートルの直径および０．１ＧＰａの弾性係数を有していた。
【０１０４】
５ＭＰａの張力が繊維９１１１に印加されながら、繊維９１１１ａは捩られた。しかし、折りたたまれる前に、すなわち、円筒形のコイルの形状が形成される前に、繊維９１１１ａは破断した。言い換えれば、繊維９１１１ａは２つに切断された。
【０１０５】
（比較例１Ｂ）
比較例１Ｂでは、張力が１０ＭＰａであったこと以外は、比較例１Ａと同じ実験が行われた。比較例１Ａの場合と同様、比較例１Ｂにおいても、円筒形のコイルの形状が形成される前に、繊維９１１１ａは破断した。
【０１０６】
（比較例１Ｃ）
比較例１Ｂでは、第２ローラーの回転速度が１２ｒｐｍであったこと以外は、比較例１Ａと同じ実験が行われた。しかし、第１ローラーおよび第２ローラーの間で、糸は２つに切断された。そのため、繊維９１１１ａは得られなかった。
【０１０７】
（比較例２Ａ）
比較例２Ａにおいては、以下の事項（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を除き、実施例１Ａと同じ実験が行われた。
（Ｉ）  Ｌ−ＬＤＰＥに代えて、０．９６ｇ／ｃｍ3の密度を有する高密度ポリエチレン（以下、「ＨＤＰＥ」という）のペレット（シグマアルドリッチ社より入手）が用いられた。
（ＩＩ）  加熱された板の温度は摂氏１００度であった。
（ＩＩＩ）  第１ローラーおよび第２ローラーの回転速度は、それぞれ１ｒｐｍおよび２５ｒｐｍであった。
【０１０８】
図１６Ｃは、比較例２Ａにおいて得られた延伸された繊維９１１１ａを示す写真である。この繊維９１１１ａは、０．１４ミリメートルの直径および１．５ＧＰａの弾性係数を有していた。
【０１０９】
次に、繊維９１１１ａをカットして、７０ミリメートルの繊維９１１１ａを得た。繊維９１１１ａに１０ＭＰａの張力が印加されながら、繊維９１１１は捩られ、図１３Ｂに示される捩られた繊維９１１１ｂが得られた。さらに繊維９１１１は捩られ、図１３Ｃに示される折りたたまれた繊維９１１１ｃが得られた。図１７Ｂは、比較例２Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃを示す写真である。折りたたまれた繊維９１１１ｃの長さＬ３は、１３．３ミリメートルであった。
【０１１０】
比較例２Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、１．２１のバネ指数Ｃを有していた。
【０１１１】
（比較例２Ｂ）
比較例２Ｂでは、張力が２０ＭＰａであったこと以外は、比較例２Ａと同じ実験が行われた。比較例２Ｂにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、１．０３のバネ指数Ｃを有していた。
【０１１２】
（比較例２Ｃ）
比較例２Ｃでは、張力が３０ＭＰａであったこと以外は、比較例２Ａと同じ実験が行われた。繊維９１１１ａは得られたが、比較例２Ｃでは、コイルの形状が形成される前に、繊維９１１１は捩り中に破断した。
【０１１３】
（比較例３Ａ）
比較例３Ａにおいては、以下の事項（Ｉ）〜（ＩＶ）を除き、実施例１Ａと同じ実験が行われた。
（Ｉ）  Ｌ−ＬＤＰＥに代えて、１．１４ｇ／ｃｍ3の密度を有するナイロン６６のペレット（シグマアルドリッチ社より入手）が用いられた。ペレットは、摂氏２１０度に維持された真空オーブン内で６時間静置された後に溶融押出機に供給された。
（ＩＩ）  溶融押出機の内部の温度が摂氏２６５度に維持された。
（ＩＩＩ）  加熱された板の温度は摂氏１７５度であった。
（ＩＶ）  第１ローラーおよび第２ローラーの回転速度は、それぞれ５ｒｐｍおよび２５ｒｐｍであった。
【０１１４】
図１６Ｄは、比較例３Ａにおいて得られた延伸された繊維９１１１ａを示す写真である。この繊維９１１１ａは、０．１２ミリメートルの直径および３．７ＧＰａの弾性係数を有していた。
【０１１５】
次に、繊維９１１１ａをカットして、５６ミリメートルの繊維９１１１ａを得た。繊維９１１１に１７ＭＰａの張力が印加されながら、繊維９１１１は捩られ、図１３Ｂに示される捩られた繊維９１１１ｂが得られた。さらに繊維９１１１は捩られ、図１３Ｃに示される折りたたまれた繊維９１１１ｃが得られた。図１７Ｃは、比較例３Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃを示す写真である。折りたたまれた繊維９１１１ｃの長さＬ３は、１２．１ミリメートルであった。
【０１１６】
比較例３Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、１．１５のバネ指数Ｃを有していた。
【０１１７】
（比較例３Ｂ）
比較例３Ｂでは、張力が３０ＭＰａであったこと以外は、比較例３Ａと同じ実験が行われた。比較例３Ｂにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、１．１のバネ指数Ｃを有していた。
【０１１８】
（比較例３Ｃ）
比較例３Ｃでは、張力が４５ＭＰａであったこと以外は、比較例３Ａと同じ実験が行われた。繊維９１１１は得られたが、比較例３Ｃでは、コイルの形状が形成される前に、繊維９１１１は捩り中に破断した。
【０１１９】
（熱機械的解析）
実施例１Ａ、比較例２Ａ、および比較例３Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、熱機械的解析に供された。具体的には、折りたたまれた繊維９１１１ｃは、熱機械的解析装置（株式会社リガクより入手、商品名：ＴＭＡ８３１０）にセットされ、その熱機械的特性を解析された。図１８は、実施例１Ａ、比較例２Ａ、および比較例３Ａにおいて得られた繊維９１１１ｃの熱機械的特性を示すグラフである。
【０１２０】
図１８において、横軸は温度（摂氏）を示す。縦軸は、歪みを示す。歪みは、以下の数式（ＩＩ）により算出される。
（歪み）＝（ｘ−ｙ）／（ｘ）      （ＩＩ）
ここで、
ｘは、加熱される前（すなわち、およそ摂氏３０℃）での円筒状のコイルの軸方向に沿った繊維の長さを表し、かつ
ｙは、加熱された後での円筒状のコイルの軸方向に沿った繊維の長さを表す。
【０１２１】
言い換えれば、以下の数式（ＩＩＩ）が充足される。
（変位率ＤＲ）＝（歪み）／ΔＴ
ΔＴは、加熱前後の間での折りたたまれた繊維の温度差を表す。
【０１２２】
実施例１Ａにおいては、折りたたまれた繊維９１１１ｃの長さＬ３は、９．７ミリメートルであった。繊維９１１１ｃが摂氏９０℃に加熱されたときには、繊維９１１１ｃは７．５ミリメートルの長さＬ３を有していた。言い換えれば、繊維９１１１ｃが摂氏９０℃に加熱されると、繊維９１１１ｃは７．５ミリメートルの長さＬ３を有するように縮んだ。次いで、繊維９１１１ｃが摂氏３０度に冷却されたときには、繊維９１１１ｃの長さＬ３は９．７ミリメートルに戻った。
【０１２３】
実施例１Ａにおいては、変位率ＤＲは、以下のように算出された。
変位率ＤＲ＝（９．７ｍｍ−７．５ｍｍ）／（９．７ｍｍ・（９０℃−３０℃））＝０．３８×１０-2／℃
【０１２４】
比較例２Ａにおいては、折りたたまれた繊維９１１１ｃの長さＬ３は、１３．３ミリメートルであった。次いで、折りたたまれた繊維９１１１ｃが摂氏９０℃まで加熱された。比較例２Ａにおいては、繊維９１１１ｃが摂氏９０℃に加熱されたときには、繊維９１１１ｃは１２．３ミリメートルの長さＬ３を有していた。繊維９１１１ｃが摂氏３０度に冷却されたときには、繊維９１１１ｃの長さＬ３は１３．３ミリメートルに戻った。
【０１２５】
比較例２Ａにおいては、変位率ＤＲは、以下のように算出された。
変位率ＤＲ＝（１３．３ｍｍ−１２．３ｍｍ）／（１３．３ｍｍ・（９０℃−３０℃））＝０．１３×１０-2／℃
【０１２６】
比較例３Ａにおいて得られた折りたたまれた繊維９１１１ｃは、１．１５のバネ指数Ｃを有していた。折りたたまれた繊維９１１１ｃの長さＬ３は、１２．１ミリメートルであった。次いで、折りたたまれた繊維９１１１ｃが摂氏９０℃まで加熱された。比較例２Ａにおいては、繊維９１１１ｃが摂氏９０℃に加熱されたときには、繊維９１１１ｃは１１．４ミリメートルの長さを有していた。繊維９１１１ｃが摂氏３０度に冷却されたときには、繊維９１１１ｃの長さＬ３は１２．１ミリメートルに戻った。
【０１２７】
比較例３Ａにおいては、変位率ＤＲは、以下のように算出された。
変位率ＤＲ＝（１２．１ｍｍ−１１．４ｍｍ）／（１２．１ｍｍ・（９０℃−３０℃））＝０．０９６×１０-2／℃
【０１２８】
表１および表２は、実施例および比較例の結果を示す。
【０１２９】
【表１】
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【０１３０】
【表２】
2018099016.tif 000004
【０１３１】
表１から明らかなように、直鎖状低密度ポリエチレンからなる繊維は、バネ指数Ｃが１未満になっても破断しない。しかし、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、またはナイロン６６からなる繊維を捩ることによって１未満のバネ指数Ｃを有する円筒状のコイルを形成することはできない。
【０１３２】
表２から明らかなように、直鎖状低密度ポリエチレンから形成された繊維９１１１ｃは、０．３８×１０-2／℃という高い変位率ＤＲを有する。一方、高密度ポリエチレンまたはナイロン６６から形成された繊維９１１１ｃは、それぞれ、０．１２×１０-2／℃および０．０９６×１０-2／℃という低い変位率ＤＲを有する。
【図１】
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【図２】
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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】
2018099016.tif 000011
【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
2018099016.tif 000013
【図３Ｈ】
2018099016.tif 000014
【図３Ｉ】
2018099016.tif 000015
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
2018099016.tif 000022
【図９Ｃ】
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【図１０】
2018099016.tif 000024
【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
2018099016.tif 000038
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
2018099016.tif 000040
【図１７Ｃ】
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【図１８】
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