(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを駆動する方法であって、以下の工程
（ａ）前記アクチュエータに張力を印加する工程、
ここで、
前記アクチュエータは繊維およびコードを具備し、
前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩じられており、
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、加熱により前記コイルの中心軸方向に沿って縮み、かつ放熱により復元
し、
前記繊維は、結晶性高分子から形成されており、
前記繊維の一端は、前記コードの一端に固定されており、
前記繊維の他端は、前記コードの他端に固定されており、
前記コードは、前記繊維の自然長よりも長く、
ここで、前記自然長は、放熱により復元され、かつ前記張力が印加されていない前
記繊維の長さであり、
前記張力は、前記繊維の長さが前記コードの長さと等しくなるように、前記コイルの前
記中心軸方向に沿って印加され、かつ
（ｂ）前記繊維を加熱して、前記繊維を収縮させる工程、
を具備し、
ここで、前記張力は前記繊維の収縮率が極小となるときの所定の張力の値に略等しく、
前記繊維の収縮率は、放熱により復元された前記繊維の長さに対する、加熱により収縮
した前記繊維の長さの割合である、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記コードの長さは、張力が予め印加された前記繊維が加熱されたときの前記繊維の収
縮率に基づいて、調整されている、
方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記コードの長さは、以下の数式（Ｉ）で示される前記繊維の収縮率Ｄから得られる前
記繊維の長さＬ０に基づいて調整されており、
Ｌ０＝Ｌ１／Ｄ  （Ｉ）
ここで、Ｌ０は前記繊維の加熱前に所定値の張力Ｔが、前記コイルの前記中心軸方向に
沿って印加されたときの前記繊維の長さを示し、かつ
Ｌ１は前記所定値の張力Ｔを維持しながら、前記繊維を加熱して前記繊維が収縮したと
きの前記繊維の長さを示す、
方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
前記繊維の加熱前における（１）前記コイルの前記中心軸方向に沿って前記繊維に印加
される所定値の張力Ｔおよび（２）前記所定値の張力Ｔが前記コイルの前記中心軸方向に
沿って印加されたときの前記繊維の長さＬ０、
前記繊維の加熱時における（３）前記所定値の張力Ｔを維持しながら、前記繊維が収縮
したときの前記繊維の長さＬ１、
（４）収縮率Ｄ＝Ｌ１／Ｌ０、
前記コードの長さは、（１）から（４）が対応づけられた表に基づいて、前記収縮率Ｄ
が得られる前記コイルの長さＬ０と等しい長さに調整されている、
方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
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、
方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記工程（ｂ）において、前記繊維は、摂氏３０度を超えて摂氏７０度以下の温度に加
熱される、
方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、さらに以下の工程
（ｃ）前記工程（ｂ）の後に、前記繊維を冷却して復元する工程
を具備する、
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記工程（ｃ）において、前記繊維は、摂氏３０度以下の温度まで冷却される、
方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法であって、
前記工程（ｂ）および前記工程（ｃ）が繰り返される、
方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
以下の数式（ＩＩ）
７ＭＰａ≦（前記張力／前記繊維の断面積）≦３０ＭＰａ  （ＩＩ）
が充足される、
方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、
以下の数式（ＩＩＩ）
７ＭＰａ≦（前記張力／前記繊維の断面積）≦１２ＭＰａ  （ＩＩＩ）
が充足される、
方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であって、
前記コードは、前記繊維の自然長の１１２．５％以上かつ１５３．５％以下の長さを有
する、
方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であって、
前記コードは、前記繊維の自然長の１１２．５％以上かつ１２１．４％以下の長さを有
する、
方法。
【請求項１４】
アクチュエータであって、以下を具備する：
繊維、および
コード、
ここで、
前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩じられており、
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、加熱により前記コイルの中心軸方向に沿って縮み、かつ放熱により復元
し、
前記繊維は、結晶性高分子から形成されており、
前記繊維の一端は、前記コードの一端に固定されており、
前記繊維の他端は、前記コードの他端に固定されており、かつ
前記コードは、前記繊維の自然長よりも長く、
ここで、前記自然長は、放熱により復元され、かつ張力が印加されていない前記繊維の
長さであり、
前記張力は前記繊維の収縮率が極小となるときの所定の張力の値に略等しく、
前記繊維の収縮率は、放熱により復元された前記繊維の長さに対する、加熱により収縮
した前記繊維の長さの割合である、
アクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のアクチュエータであって、
前記コードの長さは、張力が予め印加された前記繊維が加熱されたときの前記繊維の収
縮率に基づいて、調整されている、
アクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１４に記載のアクチュエータであって、
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（ＩＩ）
Ｄ／ｄ＜１  （ＩＩ）
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、
が充足される、
アクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１４に記載のアクチュエータであって、
前記コードは、前記繊維の自然長の１１２．５％以上かつ１５３．５％以下の長さを有
する、
アクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１４に記載のアクチュエータであって、
前記コードは、前記繊維の自然長の１１２．５％以上かつ１２１．４％以下の長さを有
する、
アクチュエータ。
【請求項１９】
請求項１４に記載のアクチュエータであって、
前記繊維を加熱することが可能な加熱装置をさらに具備する、
アクチュエータ。
【請求項２０】
繊維およびコードを具備するアクチュエータを製造する方法であって、以下の工程
（ａ）前記コードを得る工程、
ここで、
前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩じられており、
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、加熱により前記コイルの中心軸方向に沿って縮み、かつ放熱により復元
し、
前記繊維は、結晶性高分子から形成されており、
前記コードの長さは、加熱前に予め張力が印加された前記繊維の長さに等しく、
前記張力は前記繊維の収縮率が極小となるときの所定の張力の値に略等しく、
前記繊維の収縮率は、放熱により復元された前記繊維の長さに対する、加熱により収
縮した前記繊維の長さの割合に等しく、かつ、
前記コードは、放熱により復元された前記繊維よりも長く、かつ
（ｂ）前記コードの両端を前記繊維の両端に固定することにより、
前記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、アクチュエータを駆動する方法、アクチュエータ、およびアクチュエータを製造する方法に関する。
【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。【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アクチュエータ本体の長さ）が異なることを開示している。【０００４】  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。【０００５】  特許文献３は、形状記憶合金アクチュエータおよびマッサージ器を開示している。特許文献３の段落番号００２０においては、棒状部材の係合部の距離を与圧付与方向に規制する非弾性体からなるコード状のストッパー部材がアクチュエータに設けられていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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２００５−１５５３８８号公報
【特許文献４】特許第６１１１４３８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】  本発明の目的は、毎回、予め定められた収縮率で加熱時に収縮するアクチュエータを駆動する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明に係るアクチュエータを駆動する方法は、以下を具備する：  アクチュエータを駆動する方法であって、以下を具備する：  （ａ）前記アクチュエータに張力を印加する工程、  ここで、  前記アクチュエータは繊維およびコードを具備し、  前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩じられており、  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、加熱により前記コイルの中心軸方向に沿って縮み、かつ放熱により復元し、  前記繊維は、結晶性高分子から形成されており、  前記繊維の一端は、前記コードの一端に固定されており、  前記繊維の他端は、前記コードの他端に固定されており、  前記コードは、前記繊維の自然長よりも長く、    ここで、前記自然長は、放熱により復元され、かつ前記張力が印加されていない前記繊維の長さであり、  前記張力は、前記繊維の長さが前記コードの長さと等しくなるように、前記コイルの前記中心軸方向に沿って印加され、かつ  （ｂ）前記繊維を加熱して、前記繊維を収縮させる工程。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によるアクチュエータの使用時には、コイル状ポリマー繊維に張力が印加される。加熱前のコイル状ポリマー繊維の伸びは当該張力に依存する。コイル状ポリマー繊維の収縮率もまた、当該張力に依存する。【００１１】  張力がコイル状ポリマー繊維にそのコイルの中心軸方向に沿って印加されたときに、コードはストッパーとして機能し、コイル状ポリマー繊維の長さはコードの長さに等しくなる。そのため、加熱前に一定の張力がコイル状ポリマー繊維に毎回、印加される。したがって、毎回、加熱時に同一の収縮率でコイル状ポリマー繊維は収縮する。その結果、アクチュエータは、毎回、加熱時に常に同一の収縮量で変位する。【００１２】  一方、コードがない場合には、加熱前にコイル状ポリマー繊維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、加熱時に同一の収縮率でコイル状ポリマー繊維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収縮量で変位するとは限らない。【００１３】  本発明は、毎回、予め定められた収縮率で加熱時に収縮するアクチュエータを駆動する方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、第１実施形態によるアクチュエータ１の模式図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、天井１７０に一端が固定された繊維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繊維１１０の模式図を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、加熱時の繊維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、天井１７０に一端が固定されたアクチュエータ１の模式図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、張力４００が印加されたアクチュエータ１の模式図を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、加熱時のアクチュエータ１の模式図を示す。
【図５】図５は、第２実施形態によるアクチュエータ１の模式図を示す。
【図６】図６は、第３実施形態によるマッサージ機器６の模式図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、加熱前における、マッサージ機器６が太腿８００に取り付けられた状態の模式図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、加熱時における、マッサージ機器６が太腿８００に取り付けられた状態の模式図を示す。
【図８】図８は、第４実施形態によるマッサージ機器６の模式図を示す。
【図９Ａ】図９Ａ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９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの９Ｂ−９Ｂ線における、繊維９１１１ａの断面を示す模式図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、ＴＭＡ装置における加熱前の繊維１１０の状態を示す模式図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ＴＭＡ装置における加熱時の繊維１１０の状態を示す模式図である。
【図１１】図１１は、サイクル特性の評価において用いられた試験装置の模式図を示す。
【図１２】図１２は、特許文献４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。
【図１３Ａ】図１３Ａ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１３Ｂ】図１３Ｂは、張力が印加された結晶性高分子の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】（第１実施形態）  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。
【００１６】  図１は、第１実施形態によるアクチュエータ１の模式図を示す。第１実施形態によるアクチュエータ１は、繊維１１０、コード１２０、第１固定端子１３０ａ、および第２固定端子１３０ｂを具備する。（アクチュエータ１の製造方法）  以下、本発明によるアクチュエータ１の製造方法が説明される。
【００１７】  繊維１１０の製造方法の詳細は、本特許出願に先行する特許文献４を参照せよ。特許文献４（すなわち、特許第６１１１４３８号）、特許文献４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。繊維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「繊維１１０」は、当該特許文献４において用いられる用語「繊維」に対応する。
【００１８】  コード１２０は、以下のようにして、用意される。
【００１９】  まず、図２Ａに示されるように、繊維１１０の一端が天井１７０に固定される。なお、繊維１１０は結晶性高分子からなる。
【００２０】  次に、図２Ｂに示されるように、重り１８０が繊維１１０の他端に取り付けられる。これにより、張力Ｔ１が繊維１１０に印加される。この時の繊維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、繊維１１０が収縮する。このときの繊維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】  繊維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】
0006534134.tif 000002
【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】  繊維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、繊維１１０の収縮率が大きいと考えられるからである。ここで、「繊維１１０の収縮率が大きい」とは、加熱前の張力が印加された繊維１１０の長さに対する、加熱時の繊維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繊維１１０のコイル間の隙間が狭い。このため、繊維１１０の加熱時に繊維１１０が収縮する余地が乏しく、繊維１１０の収縮率が大きいと考えられる。
【００３０】  図１３Ａは、張力が印加されていない繊維１１０内の結晶性高分子の模式図を示す。繊維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１３０１、および結晶１３０１同士を繋いでいる非晶成分である高分子鎖１３０２からなる。繊維１１０は、高分子鎖１３０２の熱運動を駆動源として収縮する。図１３Ａ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１３０２は弛んでいる。
【００３１】  図１３Ｂは、過大な張力（図３ではＴ６）が印加された繊維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１３０１同士を繋いでいる高分子鎖１３０２の弛みがなくなり、高分子鎖１３０２が張られた状態になる。これにより、高分子鎖１３０２の運動が制限され、繊維１１０の収縮率が大きいと考えられる。
【００３２】  次に、表１を参照して、予め定められた収縮率（すなわち、所望の収縮率）に応じてコード１２０の長さが決定される。例えば、収縮率Ｄ１が所望の収縮率として選択される場合、十分な長さのコード１２０を切断して、長さがＬ１１のコード１２０が用意される。以上のようにして、張力が予め印加された前記繊維１１０が加熱されたときの繊維１１０の収縮率に基づいて、長さが調整されたコード１２０が得られる。
【００３３】  次に、第１固定端子１３０ａおよび第２固定端子１３０ｂ（例えば、丸形の圧着端子）を用いて、コード１２０の両端は繊維１１０の両端に固定される。
【００３４】  以上により、図１に示されるアクチュエータ１が得られる。
【００３５】  （繊維１１０）  繊維１１０の詳細は、本特許出願に先行する特許文献４を参照せよ。
【００３６】  当該特許文献４に開示されているように、繊維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。
【００３７】  コイルの形状を有する繊維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、繊維１１０は可逆的に伸縮可能である。一例として、１０ＭＰａの応力をその一端に印加された繊維１１０が摂氏９０度に加熱されると、繊維１１０は、２３％ほど縮む。繊維１１０が室温まで冷却されると、繊維１１０は元の長さになるように復元する。特許文献４にも開示されているように、繊維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４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繊維１１０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。
【００３８】  （コード１２０）  コード１２０は、繊維１１０に隣接して設けられる。
【００３９】  コード１２０は、繊維１１０の自然長よりも長い。ここで、繊維１１０の自然長とは、放熱により復元され、かつ張力が印加されていない繊維の長さを意味する。上述のように、コード１２０の長さは、張力が予め印加された繊維１１０が加熱されたときの繊維１１０の収縮率に基づいて、調整されている。
【００４０】  コード１２０は、張力の印加または加熱によって、ほぼ伸縮しない材料から構成される。ここで、「ほぼ伸縮しない」とは、コード１２０の伸縮量が、繊維１１０の伸縮量と比較して、無視できる程度に小さいことを意味する。コード１２０として、例えば、電線、金属線、または糸が挙げられる。
【００４１】  （第１固定端子１３０ａおよび第２固定端子１３０ｂ）  第１固定端子１３０ａは、繊維１１０の一端をコード１２０の一端に固定するために用いられる。同様に、第２固定端子１３０ｂは、繊維１１０の他端をコード１２０の他端に固定するために用いられる。
【００４２】  第１固定端子１３０ａおよび第２固定端子１３０ｂとして、例えば、フォーク型圧着端子または丸形の圧着端子が用いられ得る。（アクチュエータ１の駆動方法）  まず、図４Ａに示されるように、第１固定端子１３０ａが天井１７０に固定される。
【００４３】  次に、図４Ｂに示されるように、繊維１１０の長さがコード１２０の長さに等しくなるように、アクチュエータ１に張力４００が繊維１１０のコイルの中心軸方向に沿って繊維１１０に印加される。このとき、コード１２０は張られている。なお、図４Ｂは、長さがＬ１１のコード１２０が用いられる場合を示している。すなわち、表１によれば、図４Ｂは、所望の収縮率としてＤ１が選択される場合を示している。
【００４４】  次に、図４Ｃに示されるように、ヒーター３０１により繊維１１０が加熱され、繊維１１０はコイルの中心軸方向に沿って収縮する。このとき、コード１２０は緩む。表１によれば、このときの繊維１１０の長さはＬ２１であり、所望の収縮率Ｄ１が得られる。
【００４５】  そして、加熱を止めると、繊維１１０は放熱によりコイルの中心軸方向に沿って伸び、図４Ｂに示される元通りの形状に戻る。言い換えると、繊維１１０は放熱により復元する。
【００４６】  これらの収縮および復元は繰り返され得る。
【００４７】  以上のように、繊維１１０の長さがコード１２０の長さと等しくなるように、繊維１１０の加熱前に繊維１１０を伸張することで、加熱前に一定の張力が繊維１１０に毎回、印加される。したがって、毎回、加熱時に同一の収縮率で繊維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変位量で変位する。
【００４８】  なお、加熱前の繊維１１０の長さがコード１２０の長さとほぼ等しければ、すなわち、コード１２０がわずかながら緩んでいても、おおよそ所望の収縮率で繊維１１０の加熱時に繊維１１０が収縮する。ここで、「コード１２０がわずかながら緩んでいる」とは、コイルの中心軸方向のコード１２０の長さが、コード１２０が張られているときの長さの９８％以上であり、かつ、コード１２０が張られているときのその長さよりも小さいことを意味する。
【００４９】  言うまでもないが、アクチュエータ１がコード１２０を具備しない場合、引張り応力が小さすぎ、または、引張り応力が大きすぎたりし、加熱前に繊維１１０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、加熱時に同一の収縮率で繊維１１０は収縮するとは限らない。その結果、アクチュエータ１は、毎回、加熱時に常に同一の収縮量で変位するとは限らない。（第２実施形態）  図５は、第２実施形態によるアクチュエータ１の模式図を示す。第２実施形態によるアクチュエータ１は、さらに加熱装置を有する。
【００５０】  加熱装置は、電熱線５０１および電源５０２を具備する。
【００５１】  電熱線５０１は、繊維１１０の外周部に接するように螺旋状に繊維１１０に巻きつけられている。
【００５２】  電熱線５０１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５０１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５０１の側面がコートされ得る。
【００５３】  電源５０２は、電熱線５０１に電力を供給するために用いられる。電力を供給することにより電熱線５０１は発熱する。これにより繊維１１０が加熱される。（第３実施形態）  第３実施形態では、第２実施形態によるアクチュエータ１を具備するマッサージ機器６が説明される。
【００５４】  図６は、第３実施形態によるマッサージ機器６の模式図を示す。
【００５５】  マッサージ機器６は、第２実施形態によるアクチュエータ１および連結器６０１を具備する。
【００５６】  連結器６０１は一対の連結部を具備する。連結器６０１として、例えば、面ファスナーが用いられ得る。この場合、一方の連結部６０１ａ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、かつ他方の連結部６０１ｂ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、一方の連結部６０１ａが他方の連結部６０１ｂに連結される。一方の連結部６０１ａに対する他方の連結部６０１ｂの連結箇所の調整が可能である。
【００５７】  第１固定端子１３０ａは、一方の連結部６０１ａ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固定端子１３０ｂは、他方の連結部６０１ｂに接続されている。
【００５８】  マッサージ機器６は、一方の連結部６０１ａを他方の連結部６０１ｂに連結させることにより人体に装着される。装着の際に、繊維１１０の長さがコード１２０の長さと等しくなるように繊維１１０を伸長させることで、加熱前に一定の張力が繊維１１０に毎回、印加される。したがって、毎回、加熱時に同一の収縮率で繊維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収縮量で変位する。
【００５９】  図７Ａおよび図７Ｂは、マッサージ機器６の使用態様を示す。なお、図７Ａおよび図７Ｂにおいては、マッサージ機器６は、６本のアクチュエータ１を具備する。また、図７Ａおよび図７Ｂにおいては、コード１２０、第１固定端子１３０ａ、第２固定端子１３０ｂ、電熱線５０１、および電源５０２は省略されている。
【００６０】  図７Ａは、加熱前における、マッサージ機器６が太腿８００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１の繊維１１０が収縮する。その結果、図７Ｂに示されるように、太腿８００の内側に向かって太腿８００を締め付ける力が発生する。
【００６１】  なお、加熱前の繊維１１０の長さがコード１２０の長さとほぼ等しければ、すなわち、コード１２０がわずかながら緩んでいても、おおよそ所望の収縮率でコイルの加熱時に繊維１１０が収縮する。また、マッサージ機器６は太腿８００以外の部位、例えば、ふくらはぎにも取り付けられうる。
【００６２】  マッサージ機器６を人体に装着する度に、所望の張力をアクチュエータ１に印加することが必要であるが、アクチュエータ１がコード１２０を具備しない場合、加熱前に繊維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１の長さが一定にならないためである。したがって、毎回、加熱時に同一の収縮率で繊維１１０は収縮するとは限らない。その結果、アクチュエータ１は、毎回、加熱時に常に同一の収縮量で変位するとは限らない。（第４実施形態）  図８は、第４実施形態によるマッサージ機器６の模式図を示す。第４実施形態によるマッサージ機器６は、３本のアクチュエータ１を具備することを除いては、第３実施形態によるマッサージ機器６と同様の構成を有する。なお、図８においては、電熱線５０１および電源５０２は省略されている。この場合、例えば、１本のコード１２０が張られていて、他の２本のコード１２０がわずかながら弛んでいる状態でも、おおよそ所望の収縮率を得ることができる。
【００６３】  なお、各アクチュエータ１がコード１２０を具備する必要はなく、マッサージ機器６は少なくとも１本のコード１２０を具備すればよい。
【００６４】  （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。（実施例）（実験例１Ａ）＜繊維１１０の作製＞  特許文献４（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１２参照）を得た。なお、以下において、繊維９１１１ｃは繊維１１０とも称される。繊維１１０の自然長、すなわち、長さＬ３は、１００ｍｍであった。コイル化前の繊維１１０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９Ａおよび図９Ｂ参照）の面積Ｓは０．０１１３ｍｍ２であった。＜引張応力および収縮率の間の関係の把握＞  繊維１１０の収縮量がＴｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＴＭＡ）装置を用いて測定された。
【００６５】  具体的には、まず、図１０Ａに示されるように、ＴＭＡ装置のチャック部４０１および４０２のそれぞれに繊維１１０の一端および他端が固定され、繊維１１０に３．５ｇの荷重、すなわち、３ＭＰａの引張り応力が印加された状態になるまで、張力発生部４０４によって、チャック部４０１およびプローブ４０３を介して繊維１１０に引張り応力が印加された。この時の繊維１１０の長さＬ１１は、１０５．３ｍｍであった。
【００６６】  なお、本明細書では、引張り応力は、以下の数式（Ｉ）によって定義される。
【００６７】  引張り応力（Ｐａ）＝Ｆ／Ｓ    （Ｉ）ここで、Ｆは繊維１１０に印加される張力を示し、Ｓはコイル化前の繊維１１０の断面積（図１０Ｂ参照）を示す。
【００６８】  次に、繊維１１０はヒーター４０５により加熱された。１２００秒間の加熱により、繊維１１０の温度は３０℃から７０℃へと変化した。
【００６９】  図１０Ｂに示されるように、加熱により繊維１１０は収縮した。加熱時の繊維１１０の最大の収縮量ΔＬは変位検出部４０６により測定された。収縮量ΔＬは５．２６ｍｍであった。ここで、収縮量ΔＬは、以下の数式（ＩＩ）で定義される。
【００７０】  収縮量ΔＬ＝Ｌ１１−Ｌ２１    （ＩＩ）ここで、Ｌ１１は引張り応力が印加された加熱前の繊維１１０の長さを示し、Ｌ２１は加熱時の繊維１１０の長さを示す。アクチュエータ１の収縮率は０．９５であった。（実験例１B）  ７ＭＰａの引張り応力（すなわち、８．１ｇの荷重）が実験例１Aによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Aと同様の実験が行われた。
【００７１】  ７ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１１２．５ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは７．８７ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９３であった。（実験例1C）  １０ＭＰａの引張り応力（すなわち、１１．５ｇの荷重）が実験例１Ａによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Aと同様の実験が行われた。
【００７２】  １０ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１１７．９ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは１０．６１ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９１であった。（実験例1Ｄ）  １２ＭＰａの引張り応力（すなわち、１３．８ｇの荷重）が実験例１Aによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Ａと同様の実験が行われた。
【００７３】  １２ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１２１．４ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは１２．１４ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９０であった。（実験例１Ｅ）  １４ＭＰａの引張り応力（すなわち、１６．２ｇの荷重）が実験例１Aによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Ａと同様の実験が行われた。
【００７４】  １４ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１２５ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは１０．６２ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９１５であった。（実験例１Ｆ）  ３０ＭＰａの引張り応力（すなわち、３４．６ｇの荷重）が実験例１Ａによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Ａと同様の実験が行われた。
【００７５】  ３０ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１５３．５ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは１０．４３ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９３２であった。（実験例１Ｇ）  ４０ＭＰａの引張り応力（すなわち、４６．１ｇの荷重）が実験例１Ａによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Ａと同様の実験が行われた。
【００７６】  ４０ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１７１．４ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは８．５７ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９５であった。（実験例１Ｈ）  ５０ＭＰａの引張り応力（すなわち、５７．６ｇの荷重）が実験例１Ａによる繊維１１０に印加されたこと以外は、実験例１Ａと同様の実験が行われた。
【００７７】  ５０ＭＰａの引張り応力が加熱前の繊維１１０に印加された時の繊維１１０の長さは１８９．３ｍｍであった。繊維１１０が加熱された時の収縮量ΔＬは７．５７ｍｍであり、繊維１１０の収縮率は０．９６であった。
【００７８】  実験例１Ａ〜１Ｈの実験結果が、表２に示される。
【００７９】
【表２】
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【００８０】  表２に示されるように、加熱前にアクチュエータ１に印加する引張り応力の大きさにより、加熱時のアクチュエータ１の収縮率は異なった。
【００８１】  具体的には、表２に示されるように、引張り応力が小さすぎる場合（すなわち、実験例１Ａの場合）または引張り応力が大きすぎる場合（すなわち、実験例１Ｇおよび１Ｈの場合）は、収縮率は０．９５程度と高い値に留まった。すなわち、加熱前の繊維１１０の長さに対する加熱時の繊維１１０の収縮量の割合は小さかった。一方、引張り応力が７ＭＰａ〜３０ＭＰａの場合（すなわち、実験例１Ｂ〜１Ｆの場合）、収縮率は０．９５より低かった。すなわち、加熱前の繊維１１０の長さに対する加熱時の繊維１００の収縮量の割合は大きかった。
【００８２】  以上のようにして、引張り応力および収縮率の間の関係が把握された。＜コード１２０の作製＞  コード１２０として、電線（潤工社から購入）が用いられた。
【００８３】  コード１２０の長さは、上述の引張り応力および収縮率の間の関係を参照して、以下のように決定された。一例として、０．９０の収縮率が所望の収縮率として選択された。表２を参照して、この収縮率に対応する加熱前の繊維の長さＬ１１（すなわち、１２１．４ｍｍ）がコード１２０の長さとして決定された。
【００８４】  十分な長さの電線を切断することにより、長さＬ１１と等しい長さ（すなわち、１２１．４ｍｍ）を有するように調整されたコード１２０が作製された。
【００８５】  以上のようにして、張力が予め印加された繊維１１０が加熱されたときの繊維１１０の収縮率に基づいて、長さが調整されたコード１２０が得られた。＜繊維１１０およびコード１２０の固定＞  第１固定端子１３０ａとして丸形の第１圧着端子が用いられた。第２固定端子１３０ｂとして丸形の第２圧着端子が用いられた。繊維１１０の一端およびコード１２０の一端が揃うように第１圧着端子のワイヤーバレル部１３１ａは圧着ペンチを用いてかしめられ、繊維１１０の一端およびコード１２０の一端は固定された。同様に、繊維１１０の他端およびコード１２０の他端は第２圧着端子を用いて固定された。
【００８６】  以上のようにして、アクチュエータ１が得られた。＜アクチュエータ１の収縮率の確認＞  加熱前に繊維１１０の長さがコード１２０の長さ（すなわち、１２１．４ｍｍ）と等しくなるように繊維１１０に引張り応力がアクチュエータ１に印加されたこと以外は、実験例１Ａと同様に、アクチュエータ１の収縮量が測定され、その収縮率が算出された。収縮量ΔＬは１２．１４ｍｍであり、アクチュエータ１の収縮率は０．９０であった。この結果は、表２に示される実験例１Ｄの結果に一致した。
【００８７】  このように、本実施例によるアクチュエータ１の加熱前に繊維１１０の長さがコード１２０の長さと等しくなるように所定の張力を印加することで、加熱時に所望の収縮率でアクチュエータ１を変位させることができた。
【００８８】  アクチュエータ１がマッサージ機器６に適用される場合、より高いマッサージの効果を得るには、アクチュエータ１の収縮率は０．９５より低いことが望ましい。
【００８９】  以上から、０．９５より低い収縮率を得るには、所望の引張り応力（すなわち、上述の実験では７ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ以下）をアクチュエータ１に印加することが必要である。
【００９０】  実験例１Ａ〜１Ｈにおいて、上述のように、自然長が１００ｍｍである繊維１１０が用いられた。従って、表２によれば、７ＭＰａ以上かつ３０ＭＰａ以下の引張り応力を印加するには、繊維１１０の自然長の１１２．５％以上かつ１５３．５％以下の長さを有するコード１２０を用いればよい。＜サイクル特性の確認＞  実験例１Ｃ、１Ｄ、および１Ｅのアクチュエータ１のそれぞれのサイクル特性が、以下の動作試験によって確認された。（実験例１Ｃのアクチュエータ１）  図１１は、サイクル特性の評価において用いられた試験装置の模式図を示す。
【００９１】  第１固定端子１３０ａは天井１７０に固定された。第２固定端子１３０ｂには、１１．５ｇの重り１８０が取り付けられた。重り１８０により、図１１に示されるように、コード１２０は張られ、繊維１１０に１０ＭＰａが印加された。アクチュエータ１の側には、繊維１１０の加熱に用いられるコーツヒーター１２０１（坂口伝熱株式会社より購入、商品名「ＮＳＰ０１」）、および繊維１１０の冷却に用いられるファン１２０２が配置された。試験装置の周囲には、外部の影響、例えば、空気の流れの影響を低減するために囲い（図示なし）が設けられた。また、繊維１１０の近傍の温度を測定するために、加熱により伸縮しない繊維（図示なし）を繊維１１０の近傍に設け、その繊維に対して熱電対（安立計器株式会社より購入、商品名「ＳＦ−Ｋ−１００−ＡＮＰ」、図示なし）が取り付けられた。
【００９２】  次に、繊維１１０の加熱および冷却のサイクルが１万回繰り返された。
【００９３】  具体的には、まず、コーツヒーター１２０１により繊維１１０は４．８秒間加熱された。コーツヒーター１２０１の熱源域は１３０ｍｍであるため、繊維１１０の全体をほぼ均一に加熱することができる。加熱により、繊維１１０の近傍の温度は、３０℃から７０℃へと変化した。
【００９４】  次に、加熱後、コーツヒーター１２０１はエアーシリンダー（図示なし）によって繊維１１０から離れる方向に移動され、ファン１２０２の風によって繊維１１０は冷却された。冷却時間は１５秒であった。冷却により、繊維の近傍の温度は７０℃から３０℃へと変化した。
【００９５】  これらの加熱および冷却が交互に１万回繰り返された。動作試験中、レーザー変位系１９０（株式会社キーエンスより購入、商品名「ＩＬ−１００」）を用いて、重り１８０の下面にレーザー光を照射することにより繊維１１０の収縮量がモニターされた。
【００９６】  上述の動作試験の後、繊維１１０の長さは１００．３ｍｍであった。動作試験前の繊維１１０の自然長Ｌ３（すなわち、１００ｍｍ）に対する、動作試験後の繊維１１０の長さの変化率は０．３％であった。（実験例１Ｄのアクチュエータ）  １３．８ｇの重り１８０が用いられたこと、すなわち、繊維１１０に１２ＭＰａが印加されたこと以外は、上述の動作試験と同様に実験が行われた。その結果、繊維１１０の長さは１０１ｍｍであった。動作試験後の繊維１１０の長さの変化率は１％であった。（実験例１Ｅのアクチュエータ）  １６．２ｇの重り１８０が用いられたこと、すなわち、繊維１１０に１４ＭＰａが印加されたこと以外は、上述の動作試験と同様に実験が行われた。その結果、繊維１１０の長さは１０４ｍｍであった。動作試験後の繊維１１０の長さの変化率は４％であった。
【００９７】  動作試験の結果が、表３に示される。
【００９８】
【表３】
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【００９９】  実験例１Ｃおよび実験例１Ｄのアクチュエータ１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１Ｅのアクチュエータ１の全長の変化率は４％もあり、その耐久性は劣っている。
【０１００】  なお、実験例１Ａ、１Ｂ、および、１Ｆ〜１Ｈのアクチュエータ１は、動作試験に供されていない。引張り応力が大きいほど、全長の変化率は大きいと考えられる。このため、実験例１Ｃの結果から実施例１Ａおよび１Ｂのアクチュエータ１の全長の変化率は０．３％以下であると推測される。また、実験例１Ｅの結果から実施例１Ｆ〜１Ｈのアクチュエータ１の全長の変化率は４％以上であると推測される。
【０１０１】  以上から、アクチュエータ１の耐久性の観点からは引張り応力は１２ＭＰａ以下であることが望ましい。さらに、低い収縮率と優れた耐久性を両立するには、引張り応力は７ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下であることが望ましい。
【０１０２】  実験例１Ａ〜１Ｈにおいて、上述のように、自然長が１００ｍｍである繊維１１０が用いられた。従って、表３によれば、７ＭＰａ以上かつ１２ＭＰａ以下の引張り応力を印加するには、繊維１１０の自然長の１１２．５％以上かつ１２５％以下の長さを有するコードを用いればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】  本発明によるアクチュエータは、人工筋肉として用いられ得る。本発明によるアクチュエータを備える製品の例としては、人体に装着することが可能なマッサージ機器が挙げられる。【０１０４】  このマッサージ機器は、以下を具備する：  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、ここで、前記アクチュエータは繊維およびコードを具備し、    前記繊維は、その長軸の周りに沿って捩じられており、    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、加熱により前記コイルの中心軸方向に沿って縮み、かつ放熱により復元し、    前記繊維は、結晶性高分子から形成されており、    前記繊維の一端は、前記コードの一端に固定されており、    前記繊維の他端は、前記コードの他端に固定されており、    前記コードは、前記繊維の自然長よりも長く、      ここで、前記自然長は、放熱により復元され、かつ、前記張力が印加されていない前記繊維の長さであり、  前記アクチュエータの一端は、前記一対の連結部の一方に接続されており、  前記アクチュエータの他端は、前記一対の連結部の他方に接続されており、  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、  前記繊維に前記張力を印加し、前記繊維の長さが前記コードの長さと等しくなるように前記繊維を伸長させ、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、  前記張力が印加された前記繊維は、前記加熱装置によって加熱されることにより縮む。
【符号の説明】
【０１０５】１  アクチュエータ６  マッサージ機器１１０  繊維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  コード１３０ａ  第１固定端子１３０ｂ  第２固定端子１３１ａ，１３１ｂ  ワイヤーバレル部１７０  天井１８０  重り３０１  ヒーター４００  張力４０１，４０２  チャック部４０３  プローブ４０４  張力発生部４０５  ヒーター４０６  変位検出部５０１  電熱線５０２  電源６０１  連結器６０１ａ，６０１ｂ  連結部８００  太腿１２０１  コーツヒーター１２０２  ファン１３０１  結晶１３０２  高分子鎖
【要約】本発明は、アクチュエータ（１）を駆動する方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を具備する：（ａ）アクチュエータ（１）に張力を印加する工程、ここで、アクチュエータ（１）は繊維（１１０）およびコード（１２０）を具備し、繊維（１１０）は、その長軸の周りに沿って捩じられており、繊維（１１０）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、繊維（１１０）は、加熱によりコイルの中心軸方向に沿って縮み、かつ放熱により復元し、繊維（１１０）は、結晶性高分子から形成されており、繊維（１１０）の一端は、コード（１２０）の一端に固定されており、繊維（１１０）の他端は、コード（１２０）の他端に固定されており、コード（１２０）は、繊維（１１０）の自然長よりも長く、張力は、繊維（１１０）の長さがコード（１２０）の長さと等しくなるように、コイルの中心軸方向に沿って印加され、かつ（ｂ）繊維（１１０）を加熱して、繊維（１１０）を収縮させる工程。これにより、毎回、予め定められた収縮率でアクチュエータ（１）は加熱時に収縮する。【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３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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