(57)【要約】  第１の長さを画定する第１の層を含む適応性シートであって、第１の層は、第１の環境条件に応答して基本構成をとり、第２の環境条件に応答して、第１の層が基本構成と比較して第１の長さに沿って湾曲されている、山なり構成をとるように構成されている。第１の布地層は、第２の長さを画定し、第１の膨張係数を有する第１の材料であって、第２の環境条件に応答して第２の長さに沿って長さを次第に変化させるように構成されている第１の材料と、第３の長さを画定し、第１の膨張係数とは異なる第２の膨張係数を有する第２の材料と、を含む。【選択図】図１ｂ
2018522144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者に着用されその身体を囲むように構成された熱適応性衣服であって、前記熱適応性衣服は、
熱適応性布地によって画定された衣服本体を備え、前記熱適応性布地は、
着用している利用者の身体に面するように構成された内面と、
前記着用している利用者に対して外部の環境に面するように構成された外面と、
前記外面の少なくとも一部分を画定している第１の布地層と、
前記内面の少なくとも一部分を画定し、１つ以上の結合継ぎ目において前記第１の布地層に結合された第２の布地層と、
前記第１の布地層及び前記第２の布地層ならびに前記１つ以上の結合継ぎ目によって画定され、これらの中に配設された複数のキャビティと、を含み、
前記第１の布地層は、第１の環境温度範囲に応答して、前記第１の布地層が第１の平均距離だけ前記第２の布地層から離されている、基本構成をとるように構成され、
前記第１の布地層は、前記第１の環境温度範囲とは別の第２の環境温度範囲に応答して、前記第１の布地層が前記第１の平均距離よりも大きな第２の平均距離だけ前記第２の布地層から離されている、山なり構成をとるように構成されている、熱適応性衣服。
【請求項２】
前記第１の層と前記第２の層との間の前記平均距離は、前記環境温度が、前記第１の環境温度範囲との差が大きくなるほど、前記第２の温度範囲内の温度に応答して大きくなる、請求項１に記載の熱適応性衣服。
【請求項３】
前記衣服本体は、前記第２の環境温度範囲に隣接し、前記第１の環境温度範囲とは別の第３の環境温度範囲を機械的に画定し、前記第１の層と前記第２の層との間の前記増大した平均距離は、前記衣服本体の物理的構成による最大距離に制約される、請求項２に記載の熱適応性衣服。
【請求項４】
前記第２の環境温度範囲の前記温度は、前記第１の環境温度範囲の前記温度よりも低い、請求項１に記載の熱適応性衣服。
【請求項５】
前記第１の布地層は、第１の長さを画定する第１の材料を含み、前記第１の材料は、第１の熱膨張係数に従って前記第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して、前記第１の長さに沿って次第に膨張するように構成されている、請求項１に記載の熱適応性衣服。
【請求項６】
前記第１の布地層は、前記第１の長さに対して平行である第２の長さを画定する第２の材料を含み、前記第２の材料は、前記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数に従って前記第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して、前記第２の長さに沿って次第に膨張するように構成されている、請求項５に記載の熱適応性衣服。
【請求項７】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、実質的に平坦であり、結合平面に沿って一緒に結合されている、請求項６に記載の熱適応性衣服。
【請求項８】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、前記第１の長さ及び前記第２の長さに対して直交する、それぞれ第１の幅及び第２の幅を画定し、前記第１の幅及び前記第２の幅は、前記第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して、実質的に同一のままである、請求項６に記載の熱適応性衣服。
【請求項９】
熱適応性布地であって、
第１の長さを画定する布地層を備え、前記布地層は、第１の温度範囲に応答して平坦基本構成をとり、第２の温度範囲に応答して、前記布地層が前記基本構成と比較して前記第１の長さに沿って湾曲されている、山なり構成をとるように構成され、前記布地層は、
第２の長さを画定し、第１の熱膨張係数を有する第１の材料であって、前記第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して前記第２の長さに沿って、長さを次第に増大させるように構成されている、第１の材料と、
第３の長さを画定し、前記第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料と、を含む、熱適応性布地。
【請求項１０】
前記第１の材料は、温度変化にそれぞれ反対方向に応答するように構成された交互のヘテロキラル部分及びホモキラル部分を含む少なくとも１つのコイル状アクチュエータを備える、請求項９に記載の熱適応性布地。
【請求項１１】
前記第１の布地層は、１０℃の温度変化に応答して５％以下の面積における変化を示すように構成されている、請求項９に記載の熱適応性布地。
【請求項１２】
前記第１の材料及び前記第２の材料は、複数の織り込み、ならびにそれぞれ第１の繊維及び第２の繊維を画定する、請求項９に記載の熱適応性布地。
【請求項１３】
前記第１の材料は、前記第１の長さに沿って収縮または膨張するように構成された熱適応性コイルを備える、請求項９に記載の熱適応性布地。
【請求項１４】
前記第１の材料は、平坦シートを備える、請求項９に記載の熱適応性布地。
【請求項１５】
適応性シートであって、
第１の長さを画定する層を備え、前記第１の層は、第１の環境条件に応答して基本構成をとり、第２の環境条件に応答して、前記第１の層が前記基本構成と比較して前記第１の長さに沿って湾曲されている、山なり構成をとるように構成され、前記第１の層は、
第２の長さを画定し、第１の膨張係数を有する第１の材料であって、前記第２の環境条件に応答して前記第２の長さに沿って長さを変化させるように構成されている、第１の材料と、
第３の長さを画定し、前記第１の膨張係数とは異なる第２の膨張係数を有する第２の材料と、を含む、適応性シート。
【請求項１６】
前記第１の環境条件は、第１の温度範囲を含み、前記第２の環境条件は、前記第１の温度範囲とは別であり前記第１の温度範囲よりも低い温度を含む第２の温度範囲を含む、請求項１５に記載の適応性シート。
【請求項１７】
前記第１の環境条件は、第１の水分範囲を含み、前記第２の環境条件は、前記第１の水分範囲とは別である第２の水分範囲を含む、請求項１５に記載の適応性シート。
【請求項１８】
前記第１の布地層は、少なくとも第１の方向に配設された第１の複数のワイヤを備え、前記第２の布地層は、前記第１の方向に対して平行ではない少なくとも第２の方向において配設された第２の複数のワイヤを備え、前記第１の複数のワイヤ及び前記第２の複数のワイヤは、分離構成における前記第１の複数のワイヤ及び前記第２の複数のワイヤの反射性及び吸収特性とは異なる赤外線反射性及び吸収特性を有するワイヤメッシュを形成するために前記基本構成において結合するように構成されている、請求項１５に記載の熱適応性布地。
【請求項１９】
前記第１の適応性材料及び前記第２の適応性材料は、織布地の一部分を画定する、請求項１５に記載の適応性シート。
【請求項２０】
前記第１の適応性材料及び前記第２の適応性材料は、編布地の一部分を画定する、請求項１５に記載の適応性シート。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年５月２１日に出願された、ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＴＨＥＲＭＡＬＬＹ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳと題された、米国仮特許出願第６２／１６４，７４０号の非仮出願であり、その優先権を主張し、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。本出願はまた、２０１５年１１月１８日に出願された、ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＴＨＥＲＭＡＬＬＹ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳと題された、米国仮特許出願第６２／２５７，１２６号の非仮出願であり、その優先権を主張し、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
本発明は、米国エネルギー省によって与えられたＤＥ−ＡＲ００００５３６の下での政府の支援によってなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
断熱材料は、従来的に静的であり、その断熱値は周囲条件の変化に対してほとんど無反応である。上記を考慮して、従来の断熱材料の上記の障害及び欠点を克服するための改善された適応性材料システム及び方法のニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００４】
一態様は、利用者に着用されその身体を囲むように構成された熱適応性衣服であって、着用している利用者の身体に面するように構成された内面と、着用している利用者に対して外部の環境に面するように構成された外面と、外面の少なくとも一部分を画定している第１の布地層と、内面の少なくとも一部分を画定し、１つ以上の結合継ぎ目において第１の布地層に結合された第２の布地層と、第１の布地層及び第２の布地層ならびに１つ以上の結合継ぎ目によって画定され、これらの中に配設された複数のキャビティと、を含む、熱適応性布地によって画定された衣服本体を有する、熱適応性衣服を含む。
【０００５】
一実施形態において、第１の布地層は、第１の環境温度範囲に応答して、第１の布地層が第１の平均距離だけ第２の布地層から離されている、基本構成をとるように構成され、第１の布地層は、第１の環境温度範囲とは別の第２の環境温度範囲に応答して、第１の布地層が第１の平均距離よりも大きな第２の平均距離だけ第２の布地層から離されている、山なり構成をとるように構成されている。
【０００６】
別の実施形態において、第１の層と第２の層との間の平均距離は、環境温度が、第１の環境温度範囲との差が大きくなるほど、第２の温度範囲内の温度に応答して大きくなる。更なる実施形態において、衣服本体は、第２の環境温度範囲に隣接し第１の環境温度範囲とは別の第３の環境温度範囲を機械的に画定し、第１の層と第２の層との間の増大した平均距離は、衣服本体の物理的構成による最大距離に制約される。さらに別の実施形態において、第２の環境温度範囲の温度は、第１の環境温度範囲の温度よりも低い。
【０００７】
一実施形態において、第１の布地層は、第１の長さを画定する第１の材料を含み、第１の材料は、第１の熱膨張係数に従って第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して、第１の長さに沿って次第に膨張するように構成されている。
【０００８】
別の実施形態において、第１の布地層は、第１の長さに対して平行である第２の長さを画定する第２の材料を含み、第２の材料は、第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数に従って第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して、第２の長さに沿って次第に膨張するように構成されている。
【０００９】
更なる実施形態において、第１の材料及び第２の材料は、実質的に平坦であり、結合平面に沿って一緒に結合されている。さらに別の実施形態において、第１の材料及び第２の材料は、第１の長さ及び第２の長さに対して直交する、それぞれ第１の幅及び第２の幅を画定し、第１の幅及び第２の幅は、第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して、実質的に同一のままである。
【００１０】
別の態様は、熱適応性布地であって、第１の長さを画定する布地層を備え、布地層は、第１の温度範囲に応答して平坦基本構成をとり、第２の温度範囲に応答して、布地層が基本構成と比較して第１の長さに沿って湾曲されている、山なり構成をとるように構成されている、熱適応性布地を含む。布地層は、第２の長さを画定し、第１の熱膨張係数を有する第１の材料であって、第２の環境温度範囲内の温度変化に応答して第２の長さに沿って、長さを次第に変化させるように構成されている、第１の材料と、第３の長さを画定し、第１の熱膨張係数とは異なる第２の熱膨張係数を有する第２の材料と、を含み得る。
【００１１】
一実施形態において、第１の材料は、それぞれ反対方向において温度変化に応答するように構成された交互のヘテロキラル部分及びホモキラル部分を含む少なくとも１つのコイル状アクチュエータを備える。別の実施形態において、第１の布地層は、１０℃の温度変化に応答して５％以下の面積における変化を示すように構成されている。更なる実施形態において、第１の材料及び第２の材料は、複数の織り込み、ならびにそれぞれ第１の繊維及び第２の繊維を画定する。さらに別の実施形態において、第１の材料は、第１の長さに沿って収縮または膨張するように構成された熱適応性コイルを備える。また更なる実施形態において、第１の材料は、平坦シートを備える。
【００１２】
更なる態様は、適応性シートであって、第１の長さを画定する層を備え、第１の層は、第１の環境条件に応答して基本構成をとり、第２の環境条件に応答して、第１の層が基本構成と比較して第１の長さに沿って湾曲されている、山なり構成をとるように構成されている、適応性シートを含む。第１の層は、第２の長さを画定し、第１の膨張係数を有する第１の材料であって、第２の環境条件に応答して第２の長さに沿って長さを変化させるように構成されている、第１の材料と、第３の長さを画定し、第１の膨張係数とは異なる第２の膨張係数を有する第２の材料と、を含み得る。
【００１３】
一実施形態において、第１の環境条件は、第１の温度範囲を含み、第２の環境条件は、第１の温度範囲とは別であり第１の温度範囲よりも低い温度を含む第２の温度範囲を含む。別の実施形態において、第１の環境条件は、第１の水分範囲を含み、第２の環境条件は、第１の水分範囲とは別である第２の水分範囲を含む。
【００１４】
更なる実施形態において、第１の布地層は、少なくとも第１の方向に配設された第１の複数のワイヤを備え、第２の布地層は、第１の方向に対して平行ではない少なくとも第２の方向において配設された第２の複数のワイヤを備え、第１の複数のワイヤ及び第２の複数のワイヤは、赤外線反射性、かつ反射性ならびに分離構成における第１の複数のワイヤ及び第２の複数のワイヤの吸収特性とは異なる吸収特性を有するワイヤメッシュを形成するために基本構成において結合するように構成されている。
【００１５】
さらに別の実施形態において、第１の適応性材料及び第２の適応性材料は、織布地の一部分を画定する。また更なる実施形態において、第１の適応性材料及び第２の適応性材料は、編布地の一部分を画定する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１ａ】バイモルフが平坦であり曲がっていない、平坦温度における第１の材料及び第２の材料を含むバイモルフの例の例示である。
【図１ｂ】異なる温度において曲がった構成における図１ａのバイモルフを示す。
【図２ａ】第１の材料が第２の材料の反対側に交互パターンで示され、それぞれの結合平面で結合されている、第１の材料及び第２の材料を含む交互構造体を有するバイモルフの例を例示する。
【図２ｂ】異なる温度において曲がった構成における図２ａのバイモルフを示す。
【図３】第１のバイモルフ及び第２のバイモルフを備える山なり状態におけるバイモルフ構造の例を示す。
【図４ａ】２つの軸に沿って曲がるように構成されたバイモルフ構造体の例を示す。
【図４ｂ】異なる温度において曲がった構成における図４ａのバイモルフを示す。
【図５ａ】図１ａ及び１ｂのバイモルフが、束縛されていない熱適応性充填材料等として複数において使用され得る方式の例を例示する。
【図５ｂ】図１ａ及び１ｂのバイモルフが、束縛されていない熱適応性充填材料等として複数において使用され得る方式の例を例示する。
【図６ａ】平坦温度におけるヘビ状バイモルフ構造体の例を示す。
【図６ｂ】温度変化に応答して転置を受けている図６ａのバイモルフ構造を示す。
【図７】バイモルフシートを作るために使用され得る、繰り返しタイルまたは繰り返しユニットセルにおいて相互接続された４つの２層バイモルフの例を備える構造体の俯瞰図または平面図を示す。
【図８ａ】バイモルフが、上位のバイモルフ及び下位のバイモルフ上のそれぞれのワイヤを分離するキャビティを形成する、バイモルフ構造体の開いた構成を例示する。
【図８ｂ】バイモルフが、接触または近接している水平ワイヤ及び垂直ワイヤと接触している、図８ａのバイモルフ構造体の閉じた構成を例示する。
【図９ａ】バイモルフを製造する装置及び方法の一例を例示する。
【図９ｂ】図９ａの装置によって生成された図９ａのバイモルフの縁の拡大斜視図を例示する。
【図１０】図１１において例示される平坦バイモルフ構造体を生産するように構成された波状表面パターンを有するローラーの実施形態を示す。
【図１２ａ】コイル状アクチュエータならびに第１の端及び第２の端において結合された細糸を備えるバイモルフの例を例示する。
【図１２ｂ】コイル状アクチュエータならびに第１の端及び第２の端において結合された細糸を備えるバイモルフの例を例示する。
【図１３ａ】バイモルフが平坦構成（左）及び曲がった構成（右）のときにコイル状アクチュエータが直線構成を維持する、コイル状アクチュエータ及び細糸を有するバイモルフの実施形態の例を例示する。
【図１３ｂ】第１の細糸と第２の細糸との間にコイル状アクチュエータを有する第１の細糸及び第２の細糸を備えるバイモルフを例示する。
【図１４ａ】コイル状アクチュエータが反対の熱応答を有し、平坦構成（左）及び曲がった構成（右）の両方において隣接しているままである、実施形態の例を例示する。
【図１４ｂ】コイル状アクチュエータが平坦構成（左）において隣接し、曲がった構成（右）において離れ得る、実施形態の例を例示する。
【図１５】バイモルフが平坦構成（左）及び曲がった構成（右）にあるときに細糸が直線構成を維持する、コイル状アクチュエータ及び細糸を有するバイモルフの実施形態の例を例示する。
【図１６】反対の方式において温度変化に応答し得る、交互のヘテロキラルゾーン及びホモキラルゾーンを有するコイル状アクチュエータの生産用の二重芯棒構造体を例示する。
【図１７】熱適応性織物構造体の実施形態の一例を例示する。
【図１８ａ】温度の上昇に応答して山なりになることを示す袋またはキルトにおける熱応答性織物構造体を例示する。
【図１８ｂ】温度の上昇に応答して山なりになることを示す袋またはキルトにおける熱応答性織物構造体を例示する。
【図１９ａ】温度の低下に応答して山なりになることを示す熱応答性織物構造体を例示する。
【図１９ｂ】温度の低下に応答して山なりになることを示す熱応答性織物構造体を例示する。
【００１７】
図が寸法通りに描かれておらず、類似構造または類似機能の要素が図全体を通して例示的目的のために同様の参照番号によって概して示されることが留意されるべきである。また図が好ましい実施形態の説明を容易化することのみを意図されることが留意されるべきである。図は、記載された実施形態の全ての態様を例示するわけではなく、本開示の範囲を限定するものでもない。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
種々の用途に対して、衣服、ブランケットまたは織物にとって、温度変化に応答する材料である、可変断熱性を有する断熱材料を含むことが所望され得る。改善されたヒトの熱快適性の他に、このような材料は、冷暖房建物に消費するエネルギーの１０％を超える、相当な省エネルギーを可能にすることができ、冷暖房費用は、熱適応性材料の広範囲な使用を通して低減され得る。
【００１９】
種々の実施形態において、熱適応性材料は、温度の変化に応答してその断熱値を変える材料であり得る。このような熱作動は、バイモルフ、またはこれに代えて、限定されるものではないが、形状記憶ポリマーを含む、所望の温度で位相変化を受ける材料、及びガラス転移を受ける材料の使用を通して実現され得る。いくつかの実施形態において、バイモルフが、温度変化により曲がるかまたは直線状になるように、温度変化に連続的に応答することが所望され得る。
【００２０】
これに対して、いくつかの材料は、断続的温度において起こる位相変化により応答し、温度に対する段階的応答を作り出す。このような材料は、異なる位相変化温度を有する一組の材料を使用することによって、連続応答プロファイルを実現するように種々の実施形態によって使用され得る。
【００２１】
バイモルフは、任意の適切な方式において一緒に、積層されるか、接着されるか、溶着されるか、またはそうでなければ接合されるか、保持されるか、若しくは束縛された、２つ以上の材料を含み得る。いくつかの実施形態において、バイモルフは、環境温度変化により、バイモルフの一方が他方よりも膨張し、バイモルフに曲げを生じさせるように、異なる熱膨張特性を保有し得る。バイモルフは、構造体が平坦になる温度である、「平坦温度」を有し得る。いくつかの実施形態において、このような「平坦温度」より上及び下の両方でバイモルフは、２つの層の熱膨張の差により、反対方向において湾曲し得る。
【００２２】
バイモルフにおけるこの温度制御された曲げは、温度が低下したときにより厚くなり、これによってより断熱することになる布地、及び／または温度が上昇したときにより開き、これによって浸透性が向上し、より冷却することを許容する布地のような、温度依存性質を有する布地及び衣服を構築するために活用され得る。
【００２３】
熱適応性材料にとって所望され得る、厚さにおける比較的大きな変化を実現するために、バイモルフ繊維、リボン、またはシートの配置は、複層にわたる組み合わされた変化が所望の変化をもたらすように制御され得る。
【００２４】
個々のバイモルフの転置における変化量は、温度の差、バイモルフにおける２つ以上の材料についての熱膨張の係数の差、材料の剛性、ならびにバイモルフの厚さ及び長さに依存し得る。熱膨張係数の差は、小さく、いくつかの実施形態において、汎用材料について大きくても、１００〜２００μｍ／ｍ／Ｋの単位であり得る。
【００２５】
例えば、約１ｍｍの厚さにおける変化が、いくつかの衣類及び寝具用途に対する目安として採用され得る。バイモルフにおける層の各々に対して仮定される厚さの例として１０ミクロン（細い繊維に対して比較可能な厚さ）及び１０ケルビンの温度変化（室内温度に対する変化の適当な範囲）を採用すると、１ｍｍの転置を実現するために繊維は、長さ１０ｍｍである必要があることになる。いくつかの実施形態において、この変化を受けるためにバイモルフについて、その全長にわたって自由に動くことが必要となり得、他の繊維または表面層との任意の接触は、動きを減少させるかまたは完全に阻止することになるであろう。このような長さにわたる自由な繊維の動きは、種々の衣服実施形態において現実的ではなく、この長さ及び厚さ寸法におけるバイモルフのいくつかの実施形態は、外力に対する低構造耐力に悩まされ得る。このバイモルフは、１ｍｍの有効厚さを生じることになるが、平坦であるとき、バイモルフは、非現実的な薄さであることになる。この問題のあるバイモルフの厚さ、及び問題のある大きさのバイモルフの長さは、複層バイモルフ構造体の使用を通して克服され得る。
【００２６】
いくつかの実施形態において、１ｍｍ以上の単位における熱応答性材料の厚さの変化は、複層バイモルフ構造体の使用を通して実現され得る。このような用途において、周囲温度が低下したときに向上した快適性を提供するために、熱適応性材料について、それらの厚みを２倍、３倍、またはさらに４倍にすることが所望され得る。個々のより小さな転置を有する複数のより短いバイモルフから構築された、これらのバイモルフ層の各々は、各層の転置が材料における全体の厚さの変化を与え得るように、構造体内で機械的に結合され得る。バイモルフ層内の制御された構造体ならびに制御された層間関係及び構造体の組み合わせは、温度に応答して所望の累積的な厚さの変化を実現可能にすることを材料にもたらし得る。さらに、いくつかの実施形態において、複層バイモルフ構造体は、面する布地からの張力若しくは重さのような外圧または風からの負荷に耐える改善された耐久力を有し得る。
【００２７】
このような複層構造体のいくつかの実施形態の１つの利点は、短い長さのみで構造体の高さにおける大きな変化が可能になることであり得る。厚さに対し、ビームは、長い長さを有することによって転置における大きな変化を受け得るが、長い長さで自由に動くことは、衣類及び寝具のいくつかの実施形態について所望されるものではないことがある。加えて、このような動きを防止するために要求される力は、長さが増大するほど、より小さくなり得る。種々の実施形態において、各々が短い長さを有する、多くの構造化された層に対して動くことによる、高さにおける大きな変化は、短い全長のみによって実現され得る。
【００２８】
別の方式で述べると、複層構造体のいくつかの実施形態は、その構造体が互いに補強し、温度変化に応答して形状変化を受ける層として互いに足場となる位置付けにおいて個々のバイモルフを配置し、大きな全体の厚さの変化を作り出すという点において利点を有し得、複層構造体のいくつかの実施形態は、個々のバイモルフ層の各々におけるより小さな変化を合計するので、大きな厚さの変化を有し得る。断熱において、いくつかの実施形態の個々の層は、材料選択、大きな温度変化、薄い厚さ、または長い長さを通して、大きな山なり変化を実現し得る。
【００２９】
いくつかの実施形態において、複層熱作動構造体は、物理的変化の大部分が１つの寸法におけるものであり、他の寸法において最小限に変化しつつ厚さにおける比較的大きな変化を可能にするように構築され得る。一緒に撚られた多くの個々の繊維からなる、織糸内に組み込まれたバイモルフは、厚さの変化及び同等の側方の変化を経験し得る。側方の変化は、材料全体における所望されない座屈を引き起こし得、また所望の形状を維持するために衣服における付加的な構造的要素を必要とし得る。種々の実施形態において、複層熱適応性構造の異方性挙動は、織糸のような撚られた構造体に伴い得る、これらの制約を克服し得る。
【００３０】
従来の撚られた構造体またはランダムバッティング若しくは不織布構造体において、個々の繊維は、それらがバイモルフ繊維である場合、それらが一緒に動くことを保証される方式、集約的材料厚さを増大するために１つの繊維の湾曲が別の繊維の湾曲を付加する方式で一緒に保持されないであろう。大きな累積的な山なりを作り出すために各繊維の変化が隣接する繊維と協調して働く付加的な変化が、いくつかの実施形態において所望され得る。織糸において一般的に見出されるような撚糸は、繊維に対して、別の動きによって作り出された空間内に１つが動く、反対方向に動くかまたは一緒にぴったり重なる機会を提供する。これは、結果として、完全なまたは所望の厚さの変化を有しない織糸または繊維をもたらし、いくつかの実施形態において所望されないであろう。
【００３１】
複数の個々の繊維を備える織糸は、一緒に撚られる繊維に引張応力を導入し得、このような残留応力は、いくつかの実施形態における幾何形状応答の大きさを制限し得る。制御された複層構造の種々の実施形態は、温度変化による自由で完全なバイモルフの動きを許容する、最小化された応力と共に製造され得る。
【００３２】
熱適応性材料に対する商業的機会が、アパレル、寝具、寝袋、及びテントのような、例えば、断熱材が肌に近接して着座し、ヒトの熱快適性と密接に関連付けられる領域において存在する。追加の用途領域は、限定されるものではないが、とばり、内装材、断熱材、医用、濾過、及び微少流体技術を含み得る。
【００３３】
種々の実施形態において、複層構造体は、熱誘発撓みを経験する複数の繊維またはリボンを含む積層構造体を備え得る。このような繊維またはリボンにおける撓みは、１つの寸法に主として沿い、衣服またはブランケットの厚さに対応し得、リボンの幅が増大されるかまたは複数のリボン若しくは繊維が構造体全体を平行に延びると、シートに類似し始める。いくつかの実施形態において、線膨張が、バイモルフ構造体全体の２つの軸に実質的に沿って起こり得、第３の軸に沿った曲げ及び有効な厚さの変化を生む。
【００３４】
複層熱適応性構造体は、適応性充填材、キルト、または服若しくはブラケットの内層において使用され得、外層は、摩耗性、外観、及び触感のために選択され、内層は、触感及びウィッキング性質のために選択され得る。複層熱適応性構造体は、付加的な機能が付加的な層若しくは積層を通して付加されるか、あるいは付加的な機能が、編まれるか、織られるか、若しくは縫合された繊維若しくは織糸を通して、または複層構造体を通して付加される構造体の両方において、防水、防風、ウィッキング、または特定の用途のための他の層若しくは材料と一体化され得る。
【００３５】
種々の実施形態において、これらの構造体における熱駆動作動は、以下に詳述されるように、バイモルフ構造体の使用を通して実現され得るが、また形状記憶ポリマーまたは位相変化に応答して幾何形状変化を受ける他の適切な材料を通しても実現され得る。個々のバイモルフは、共押出、積層、または印刷、ナイフコーティング、または他の適切な技術を通して１つの層の別の層への堆積を通して構築され得る。下層とは異なる層のうちの１つをパターン化することが所望され、パターン化された層は、印刷されるか、マスクを通して上塗りされるか、エッチングされるか、または予備パターン化シートとして堆積されること等が行われ、接着剤、熱若しくは超音波溶着、または他の適切な接合技術を通して他のシートに接合され得る。両方の層を同様にパターン化し、リボンまたはコイルのような２次元構造体を与えることが所望され、既製のバイモルフシートが、ナイフ切断、レーザー切断、スタンピング、エッチング、または類似技術によって、その形状を与えられ得る。
【００３６】
バイモルフ構造体はまた、異なる性質を有する２つの繊維またはリボンが、２つの材料を隣接及び相反関係に配置する方式で組織化及び制約される、織物構造において生産され得る。織物構造体は、多様な範囲のパターンを生産し、印刷され、切断され、上記のバイモルフとして概して処理され得る。
【００３７】
断熱材にわたって温度勾配が存在し得る。低温環境において、これは、衣服の外側における断熱材の層（より低温）とその層のバイモルフの平坦温度との間の温度差が、肌に近い層（より高温）とその層のバイモルフの平坦温度との温度差よりも実質的に大きいものであり得ることを意味する。肌により近い層は、小さな変化のみを受け、それから、一方で外層は、大きな変化を受け得る。ヒトの体温調整により、肌の近くの温度変化の範囲は、衣服の表面におけるものほど大きくない場合があり、衣服の表面におけるバイモルフ層は、肌の近くの層よりも大きな温度範囲を経験し得る。いくつかの用途において、複層構造体全体を通して、各々が固有の平坦温度を有する、異なるバイモルフ層を用いることが利点であり得、感温性物品の表面に近い層における熱応答に比べたときに、身体に近い層における固有の熱応答を可能にする。
【００３８】
衣服またはブランケットにおける熱快適性について、臨界値を超える任意の温度において、その最小化された厚さ及び断熱値を有する、その最も低い山なり状態における熱適応性物品を有することが所望され得る。ランダム撚糸または非構造化マットにおける基本的なバイモルフは、このような温度で平坦であり得るが、温度の低下または上昇のいずれかは、バイモルフの湾曲及び厚さの増加を引き起こし得る。いくつかの実施形態において、これは、高温におけるバイモルフが、低温において有する同一形式の挙動を有する、幾何形状変化及び断熱性の向上を受けることになるので所望されないものであり得る。
【００３９】
種々の実施形態において、複層熱適応性材料は、臨界温度を超えると完全に平坦な状態に入ることによって、この問題を克服し得る。これは、２つのバイモルフが鏡像配向にあり、互いに対して押し込む構造に設計され、選択された値を超える全ての温度で平坦な最小限の山なり構造を作り出し得る。基本的なバイモルフ構造体は、いくつかの実施形態において、平坦温度が非常に高く、衣服にとって有用な範囲の外側に収まるようにバイモルフを製造することによって、この問題を最小化し得る。しかしながら、これは、いくつかの用途においてその最小限の山なり状態に衣服が決して達しないであろうことを意味し得、これは、一定の用途に対して望ましいものではない場合がある。
【００４０】
以下の例の説明は、バイモルフを通した形状及び断熱性の連続的変化に主に注目する。しかしながら、このような構造体、及び位相変化機構を通してこれらの作動は、双安定システムを生み出し得ると共に、有効な断熱性変化が、ナノ材料を含む、隣接材料を囲むかまたはこれに近接するそれらの誘電性に対する感度を有する、格子、光学コーティング、または光活性材料の幾何形状操作による多孔性または光学的性質における制御された変化を通してもたらされ得る。
【００４１】
種々の実施形態において、個々のバイモルフまたはバイモルフ層は、一緒に接合された２つ以上の材料を含む。バイモルフは、繊維、リボン、シートであり得るか、それは、２つの対になった繊維、リボン、若しくはシートであり得るか、またはそれは、いくつかの実施形態において、より複雑化された幾何形状若しくは断面を有し得る。いくつかの実施形態において、バイモルフは、異なる熱膨張係数を有する２つの材料を含み得るが、付加的な材料が、層間の改善された付着またはいくつかの他の物理的性質を改質するために含まれ得る。他の実施形態において、バイモルフは、異なる熱膨張係数の部分を有する単一材料を含み得る。２つの材料において、熱膨張係数の差または環境の刺激に応答する他の寸法変化は、バイモルフにその形状の変化を引き起こす。
【００４２】
種々のバイモルフの実施形態は、一緒に積層された２つの材料を含むが、いくつかの実施形態において、材料は、それらの全長にわたって接合または付着されている必要はなく、それらが互いに常に整列しないように２つの間においてパターンまたは形状の差があってもよい。更なる実施形態において、このような二重層構造体は、織物または編物のような織物構造体に存在し得、構造体における２つの繊維または繊維層は、それらの集約的挙動が積層されたバイモルフのものに類似するように、一緒に実質的に対にされる。バイモルフと同様、二重層構造体は、２つの層が異なる熱膨張特性、異なる水分に対する応答、または異なるいくつかの他の外部刺激に対する応答を保持するように、２つの異なる形状におけるか、または異なる構造若しくは加工履歴を有する、単一材料から製造され得る。
【００４３】
加えて、いくつかの実施形態において、第１の材料または基板が、第１の材料の両側にパターン化されたかまたはレイアウトされた、異なる熱膨張係数の第２の材料を有する、交互または両側バイモルフ構造体を有することは、利点であり得、交互のパターンは、個々のバイモルフが温度変化に応答して交互に曲がることを引き起こす。
【００４４】
交互バイモルフ構造体は、局所的湾曲及び長い範囲で曲がることなく曲がる領域を有し得る。バイモルフを最小限に備える２つの材料の長さ及び厚さは、与えられた温度変化に対する所望の曲率に対して選択され、交互バイモルフ層内において可変曲率ゾーンを作り出すように制御され得る。
【００４５】
複層熱適応性材料は、複層構造体に対して大きな転置を生み出すために個々のバイモルフの転置を合算するようにバイモルフの動きを制約し得る、マルチスカラー構造体を有し得る。このような制約は、基本的及び／または交互バイモルフ、ならびに実質的により複雑化された構造を有するバイモルフに導入され得る。これは、層間状態は、層間の接着、溶着、付着、縫合等を通してか、織物若しくは編物のような織物構造体を通してか、またはバイモルフ構造体自体の幾何形状設計によって課される制限を通して導入され得る。
【００４６】
以下の図の説明は、数個の実施形態の例を含むが、本開示の範囲及び趣旨内である幅広い種類の他の実現可能な実施形態を限定するように解釈されるべきではない。
【００４７】
図１Ａは、バイモルフ１００Ａが平坦であり曲がっていない、平坦温度における第１の材料１１０及び第２の材料１２０を備えるバイモルフ１００Ａの例の例示である。第１の材料１１０は、長さＬ１及び幅Ｗ１によって画定されているものとして示される。第２の材料１２０は、長さＬ２及び幅Ｗ２によって画定されているものとして示される。この例において、第１の材料１１０は、第２の材料１２０の長さＬ２よりも短い長さＬ１を有するが、幅Ｗ１、Ｗ２は、実質的に同一である。第１の材料１１０及び第２の材料１２０は、それぞれ対抗する外面１１１、１２１を有し、結合平面１１５に沿って一緒に接合され得る。
【００４８】
図１Ｂは、異なる温度において曲がった構成における図１Ａのバイモルフ１００を示す。この例において、温度の変化は、第１の材料外面１１１が凸状に曲がり、第２の材料外面１２１が凹状に曲がるようにバイモルフ１００Ａが曲がることを生じさせている。
【００４９】
平坦構成（図１ａ）から曲がった構成（図１ｂ）へのバイモルフ１００Ａの構成の変化は、種々の方式によって起こり得る。例えば、表１は、このような構成変化が起こり得る５つの例を例示する。
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表１：平坦構成（図１ａ）から曲がった構成（図１ｂ）へのバイモルフ１００の構成における変化を生じる例。
【００５０】
種々の実施形態において、表１の例１〜５は、温度における正または負の変化により起こり得る。したがって、いくつかの実施形態において、温度の上昇は、第１の材料１１０をＬ１に沿って膨張または収縮させ得る。更なる実施形態において、温度の低下は、第１の材料１１０をＬ１に沿って膨張または収縮させ得る。同様に、いくつかの実施形態において、温度の上昇は、第２の材料１２０をＬ２に沿って膨張または収縮させ得る。更なる実施形態において、温度の低下は、第２の材料１２０をＬ２に沿って膨張または収縮させ得る。加えて、いくつかの実施形態において、第１の材料１１０または第２の材料１２０は、正または負のいずれかの温度変化によって、それらのそれぞれの長さＬ１、Ｌ２に沿って膨張または収縮しない場合がある。
【００５１】
いくつかの実施形態において、バイモルフ１００は、１０℃の温度変化に応答して５％以下の面積における変化を示すように構成され得る。更なる実施形態において、バイモルフ１００は、１０℃以下の環境変化に応答してその有効厚さを倍化するように構成され得る。
【００５２】
図１ａ及び１ｂは、第２の材料外面１２１が凹状になるように、バイモルフ１００Ａが曲がる構成変化の例を例示するが、更なる実施形態において、バイモルフ１００Ａは、第２の材料外面１２１が凸状になり、第１の材料外面１１１が凹状になる、更なる構成（示されない）をとり得る。例えば、一実施形態において、バイモルフ１００Ａは、Ｘ℃の温度で平坦構成（図１ａ）をとり、第２の材料外面１２１が（Ｘ＋Ｙ）℃の温度で凸状（図１ｂ）になる、曲がった構成をとり得る。加えて、バイモルフ１００Ａは、第２の材料外面１２１が（Ｘ−Ｙ）℃で凹状（示されない）になる、曲がった構成をとり得る。言い換えると、いくつかの実施形態において、バイモルフ１００は、温度変化に基づいて、１つの方向に曲がり、その後、別の方向に曲がり得る。加えて、種々の実施形態において、二重矢印によって例示されるように、バイモルフ１００は、温度変化に基づいて構成間を往来的に動的に動き得る。
【００５３】
加えて、本明細書における種々の実施形態が、温度の変化に基づいてバイモルフ１００の変化を論じるが、更なる実施形態において、バイモルフ１００は、湿気、露光、化学物質への露出、液体（例えば、水）への露出、気圧、適用される力（例えば、風または接触を介して）、磁場への露出、電流への露出等を含む、１つ以上の変化する条件に基づいて構成が変化してもよい。したがって、本明細書において論じられた実施形態の例は、本発明の範囲及び趣旨内である幅広い種類の代替的及び付加的実施形態を限定しているように解釈されるべきではない。
【００５４】
図２Ａは、第１の材料１１０が第２の材料１２０の反対側に交互のパターンで示され、それぞれの結合平面１１５で結合されている、第１の材料１１０及び第２の材料１２０を備える交互構造体を有するバイモルフ１００Ｂの例を例示する。この例において、２つの部分Ｐ１、Ｐ２は、対向する外面１１１、１２１を有する第１の材料１１０及び第２の材料１２０のそれぞれの対によって画定される。図２は、バイモルフ１００Ｂが平坦であり曲がっていない構成である「平坦温度」におけるバイモルフ１００Ｂを例示する。
【００５５】
図２Ｂは、異なる温度における図２Ａのバイモルフ１００Ｂの例を示す。この例における温度の変化は、バイモルフ１００Ｂが「Ｓ」字形状に曲がることを生じさせている。より具体的には、図２Ｂの曲がった構成において、第１の材料１１０及び第２の材料１２０は、第２の材料外面１２１が凹状であり、第１の材料外面１１１が凸状であるように曲がっている。本明細書において論じられるように、このように曲がることは、材料１１０、１２０の種々の特性によって引き起こされ得る。図２ａ及び２ｂは、バイモルフ１００Ｂの例が第１の材料１１０及び第２の材料１２０の交互構造体の２つの部分Ｐ１、Ｐ２を含む、一例を示すが、更なる実施形態において、このようなバイモルフ１００Ｂは、任意の適切な複数の部分Ｐを備えてもよく、複数のバイモルフ１００がバイモルフ構造に統合されてもよい。
【００５６】
例えば、図３は、第１のバイモルフ１００Ｂ1及び第２のバイモルフ１００Ｂ2を備える山なり状態におけるバイモルフ構造３００の例を示す。図３において示される各長尺バイモルフ１００Ｂは、平坦で長尺な第２の材料１２０の交互の側部に結合された第１の材料１１０を備える、第１の部分Ｐ１、第２の部分Ｐ２及び第３の部分Ｐ３を備える。バイモルフ１００Ｂは、それぞれの端３０３、３０４で結合され、高さＨを有する内部キャビティ３０５を画定する。この例において、第１の部分Ｐ１及び第３の部分Ｐ３は、キャビティ３５０内において面する第２の材料１２０上に配設されている第１の材料１１０によって画定される。第２の部分Ｐ２は、それぞれ上側３０１及び底側３０２上で外向きに面する第２の材料１２０上に配設されている第１の材料１１０によって画定される。
【００５７】
図３において示される例において、バイモルフ１００Ｂは、環境温度に基づいて曲がった構成にあり、第１のバイモルフが上端３０１に向かって上向きに中央において曲げられ、底端３０２において下向きに中央において曲げられる、構造３００の山なり構成を引き起こす。ただし、いくつかの実施形態において、バイモルフ１００Ｂは、温度に基づいてより大きくまたはより小さく山なりになり得る。言い換えると、キャビティ３５０の高さＨは、温度の変化に基づいて膨張または収縮し得る。
【００５８】
図３において示される例は、限定された幅Ｗのバイモルフ１００を有する構造３００の例を例示するが、更なる実施形態において、バイモルフ１００は、布地等を備え得る長尺な平坦シートであり得る。同様に、図３は、端３０３、３０４において結合された３つの部分Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含むバイモルフ１００を有する構造３００の例を例示するが、更なる実施形態において、バイモルフ１００は、対向する部分が規則的または不規則的のいずれかの任意の選択された間隔で結合されている、任意の適切な複数の部分を備え得る。例えば、いくつかの実施形態において、複数の部分を有するバイモルフ１００は、端３０３、３０４においてのみ結合される必要はなく、その代わりに端の間で結合されてもよく、これは、複数のキャビティ３５０を生成し得る。
【００５９】
加えて、いくつかの実施形態において、バイモルフ１００は、バイモルフ１００の幅及び／または長さに沿って任意の所望の方式で結合され得るか、またはバイモルフ１００の長さ若しくは幅に対して平行に結合することを含むかまたは含まない、任意の他の所望の規則的または不規則的パターンで結合され得る。したがって、本明細書においてより詳細に論じられるように、いくつかの実施形態において、バイモルフ構造３００は、種々の適切なサイズ及び形状の複数のキャビティ３０５を画定する、布地等を備え得る、平坦シートを画定し得る。本明細書において論じられるように、バイモルフ１００及び／またはバイモルフ構造３００を備えるこのような布地は、温度に基づいて構成を動的に変化させ、これは、種々の目的のために所望され得る。
【００６０】
例えば、一実施形態において、及び図３を参照すると、バイモルフ構造３００は、１つ以上のキャビティ３５０の高さＨが、より低い温度で高くなるように、構成を変化させ、これは、低温環境からの断熱を動的に生成することに対して所望され得る。言い換えると、ジャケット、寝袋、ブラケット、バッグまたは他の物品は、着用者または物品を低温から動的及び次第に断熱するために低温への露出に応答して構成を変化させ得る。一方で、高温への露出において、１つ以上のキャビティの高さＨは、より高温で低くなり、高温環境において着用者または物品が過熱することを動的に防止するために所望され得る。言い換えると、着用者または密封物品を一定の温度範囲内に維持することが所望される場合、種々の実施形態は、環境温度の変化に基づいてより高いまたはより低い断熱性を動的に提供するように構成され得る。
【００６１】
図４ａ及び４ｂは、２つの軸に沿って曲がるように構成されたバイモルフ構造体４００の例を示す。バイモルフ構造体４００の例は、各々が結合平面１１５に沿って積層される三角形形状の第１の材料１１０及び第２の材料１２０を備える４つのバイモルフ１００Ｃを備える。バイモルフ１００Ｃは、それぞれの縁４１５で隣接し中心位置４２０で一緒に結合された四角形構成において一緒に接合される。種々の実施形態において、結合された中心位置は、中心位置４２０に隣接する縁４１５の一部分を備え得る。この例において、構造体４００において対向するバイモルフ１００Ｃは、上面４０１及び底面４０２において同一材料４１０、４２０を有する。
【００６２】
図４ａは、平坦構成におけるバイモルフ構造体４００を例示する。図４ｂは、上面４０１上に第２の材料１２０を有する対向するバイモルフ１００Ｃが上面４０１上に凹状部分を生成するために上向きにカールしている、湾曲構成におけるバイモルフ構造体４００を例示する。加えて、底面４０２上に第２の材料１２０を含む対向するバイモルフ１００Ｃは、底面４０２上に凹状部分を生成するために下向きにカールしている。本明細書において論じられるように、構造体４００は、温度変化に基づいて図４ａ及び４ｂの構成の間を動き得る。
【００６３】
多くの類似幾何形状、構造体、スリットパターンが、類似の幾何形状を実現するために更なる実施形態において提供され得る。例えば、更なる実施形態は、中心位置４２０の周囲に配置された任意の適切な複数のバイモルフ１００を備え得る。バイモルフ１００の形状及びこのようなバイモルフによって生成される構造体の全体形状は、任意の適切な規則的または不規則的形状であり得る。
【００６４】
種々の実施形態において、このような構造体は、束縛されていない熱適応性充填材料として供給され得る。このような単一バイモルフ層構造体４００の複層から大きな厚さの変化を実現するために、いくつかの実施形態において、コップ状の３次元形状が互いの中に入れ子になることを防止するために、複数の類似ではあるが非同一の構造体を有することが利点になり得る。種々の３次元構造体は、マルチスカラー構造体における組織化の制約として供給され得る。いくつかの実施形態において、複数のこのようなバイモルフ４００は、上記のようにキャビティ３５０（図３）において配設され得る。図５ａ及び５ｂは、図１ａ及び図１ｂのバイモルフ１００Ａが、束縛されていない熱適応性充填材料等として複数において使用され得る方式の例を例示する。
【００６５】
図６Ａは、平坦温度におけるヘビ状バイモルフ構造体６００の例を示す。バイモルフ構造体６００は、一緒に接合され、同一天井または同一切断パターンを有し得る、２つの材料１１０、１２０を備え得る。この例において、実質的に連続的な第２の材料１２０が、中心キャビティ６０５を画定する四角形形状で提示され、交互構成において第２の材料１２０の対向する側部上に配設された第１の材料１１０の部分を有する。いくつかの実施形態において、構造体６００は、１つよりも多い軸に沿った幾何形状変化を示し得る。
【００６６】
図６Ｂは、温度変化に応答して転置を受けているコイルまたは回旋状構造体６００を示し、構造体６００の第１の腕６１０の端は、第２の腕６１５に対して持ち上げられ、これは、いくつかの実施形態においてベースとして供給され得る。第１の腕６１０及び第２の腕６１５は、バイモルフ構造体６００の端及び始まりとみなされるが、これに代えて、温度変化に応答する任意の曲げを受けないことになるように、熱非応答パッドが第１の腕６１０に導入され得るか、または第２の腕６１５が材料１１０、１２０のうちの１つのみからなり得る。加えて、一実施形態において、腕６１０、６１５は、他のバイモルフまたはバイモルフ構造体に接続するためのパッドとして供給され得るように異なる形状を有し得る。個々の層内において、バイモルフ構造体６００は、層間シート、薄膜、または膜組織が生産されるように、細い紐等を通して、他のバイモルフ構造体に直接接続され得る。
【００６７】
図６Ａ及び６Ｂにおける構造体６００の例は、中心におけるキャビティと共に示されるが、多孔性のために導入される孔を含む及び含まない両方の更なる実施形態において提供され得る、多くの代替的なコイルまたはヘビ状構造体がある。多くの類似幾何形状及び構造体は、平面バネまたはダイアフラムの撓みに類似する構造体を含む、特定用途用に微調整され得る更なる実施形態において提供され得る。
【００６８】
加えて、構造体６００の例は、第１の材料１１０の２つの小片の間に積層された第２の材料１２０を含む部分６２０、ならびに第１の材料１１０及び第２の材料１２０の単一小片の積層によって画定された部分６２５も有するように例示される。種々の実施形態において、３つ以上の材料の積層を有する部分６２０は、他の部分が曲がる場合でさえ、温度変化に応答して曲がらない、構造体６００における「平坦ゾーン」を生成し得る。これは、積層の同一である上の材料及び底の材料における任意の変化が、構造体６００のその部分において互いに相殺し得るので、このため結果としてその部分６２０が曲がらないことになる。３つの材料の積層を有する部分６２０が構造体６００の例の角において示されるが、他の実施形態において、このような部分６２０は、与えられた構造体の任意の適切な部分上に存在され得る。同様に、材料１１０、１２０の積層された対によって画定される部分６２５はまた、いくつかの実施形態においてバイモルフ構造体の任意の適切な位置に存在され得る。
【００６９】
いくつかの実施形態において、コイル状またはヘビ状構造体６００は、複層構造体に対して理想的にする幾何形状制約を、それ自体によって、導入しない。ただし、類似の温度転置応答を有する複数の幾何形状を使用するが、特定の回旋を変化させることによって、相互接続されたコイルまたはヘビ状構造体のシートは、温度応答性バイモルフによって残された開空間内に即座に織り込むかまたは動くことができない場合がある。この形式の回旋されたヘビ状構造体は、更なる実施形態による、複層熱適応性構造体における１つの構成要素としての役割を見出し得る。
【００７０】
図７は、バイモルフシートを作るために使用され得る、繰り返しタイルまたは繰り返しユニットセルにおいて相互接続された４つの２層バイモルフ１００の例を備える構造体７００の俯瞰図または平面図を示す。材料のうちの１つは、影付きで示され、それは、この実施形態の例全体を通して基板として働く。実線は、材料を通した切断を表現し、点線は、基板材料の一番上に着座する、影付きではない、一番上の材料の端を示し、ドット線は、構造体７００の縁を示す。全体構造体７００は、繰り返しユニットセルであり得、相互接続されたバイモルフの大きなシートを作り出す。
【００７１】
バイモルフ部位は、ここでは４つのバイモルフカンチレバー１００に分割され、４つの各々は、温度変化に応答して構造体の中心における平面の外に動き得る。影付きである、基板材料１２０のみで示される部位は、このユニットセルと隣接ユニットセルとのバイモルフ１００の間の柔軟な紐または接続として働き得る。いくつかの実施形態において、この接続は、温度曲げ応答を有する必要はない。バイモルフ間のこの接続は、温度応答性厚さを有する柔軟なシートを作り出し得る。
【００７２】
大きな厚さ変化を実現するために、複層構造体が種々の実施形態において所望され得る。図７において示されたような層間のマルチスカラー状態は、例えば、全ての他の層が、すぐ上の層及びすぐ下の層に対して直交するように各層の向きを交互にすることによって導入され得る。層のベースは、下の層の直交バイモルフ上に立設し、層の持ち上げられたバイモルフは、上の層の直交ベースに対する支持として働く。バイモルフ部位のアスペクト比が与えられ、層間の直交回転は、各層が、種々の実施形態においてその下の層の少なくとも２つのバイモルフ部位において補うことを生じさせ、１つの層からのバイモルフが、下の層によって支持され、バイモルフの幾何形状変化によって作り出された空所内に脱落しないことを確実にする。
【００７３】
別の層に対する１つの層の直交配向から生じる層間状態に加えて、例示された構造体の例は、そのユニットセル構造体において、膨張したシートにおいて個々のバイモルフを一緒に並んで接続する柔軟な紐を有し得る。このようなシート構造体は、それらが束になるかまたは重力によってキルトポケットの底に落ちることがなく、その代わりに高温において平坦シートに留まり得るという点において利点があり得る。平面内またはシート内状態は、適応性断熱材の丸まりまたは集塊を防止し得る。
【００７４】
紐の柔軟性は、幅または相互接続の回旋経路を変化させることによって制御され得る。片側バイモルフ活性ゾーンにより示されたが、両側バイモルフ幾何形状が、上述された層間及び層内状態と共に、更なる実施形態において提示され得る。全体として、複層構造体における層の幾何形状及び層の直交配置は、バイモルフ層間の機械的結合を提供し得る。
【００７５】
図７のようなシート構造体は、個々のバイモルフ間の柔軟な層内相互接続を有し、他のバイモルフ構造体は、同様に相互接続され得る。ただし、いくつかの実施形態は、相互接続空間を必要とすることなくバイモルフを接続し得るシート構造体を備える。１つのこのような構造体は、基板の他の側部上に同一材料の同心リングを有する、基板上の点列からなり、循環構造体を有する両側バイモルフを形成する。このような材料は、２つの軸に沿った材料歪みから生じる厚さ変化を伴い、温度変化によるディンプル表面を形成し得る。柔軟な紐がこのようなディンプル表面の活性部位間で使用され得るが、循環構造体は、バイモルフ部位を最大面積密度で配置するためにこのような方式で配列化され、相互接続は、隣接間において直接的であり得る。
【００７６】
いくつかの実施形態において、ディンプル構造体、及び実際に、種々のシート構造体は、非多孔性構造体による所望されない通気性を有し得る。したがって、種々の実施形態において、小さな孔またはスリットが、蒸気輸送及び蒸発のための増加した機会を提供するために、これらの複層構造体内に導入され得る。加えて、複層構造体における温度応答性幾何形状変化は、多孔性の向上または低減を供給し得る。
【００７７】
別のバイモルフに対する１つのバイモルフの配置及び整列は、バイモルフの複層集合の有効な温度応答のためにいくつかの実施形態において所望され得る。この状態は、図３に例示されるように接合または付着を通してか、または図７に例示されるように、層の各々の幾何形状設計及び配向によって課される機械的制約を通してもたらされ得る。織り込みのような手法はまた、２つのバイモルフ部位が重なり、それらの個々の温度依存厚さが最適化された方式で合算されるように、複層構造体に状態を導入するために適当であり得る。これらの複層構造体は、片側、両側、若しくはより複雑化されたバイモルフ、機械的拡大を有する構造体、またはバイモルフを含まない作動機構を備える個々の層から構築され得る。種々の実施形態において、各個々の層の多孔性及び柔軟性は、孔、スリット、または層内の回旋ヘビ状構造体等を通して制御され得る。
【００７８】
図８ａ及び８ｂは、それぞれの端８０１、８０２において結合された上位のバイモルフ１００Ｕ及び下位のバイモルフ１００Ｌを備えるバイモルフ構造体８００を例示する。この例における上位のバイモルフ１００Ｕは、複数の垂直配向ワイヤ８１０Ｖを備えるように示され、下位のバイモルフ１００Ｌは、複数の水平配向ワイヤ８１０Ｈを備えるように示される。図８ａは、バイモルフ１００が、上位のバイモルフ１００Ｕ及び下位のバイモルフ１００Ｌ上のそれぞれのワイヤ８１０を分離するキャビティ８５０を形成する、バイモルフ構造体８００の開いた構成を例示する。図８ｂは、バイモルフ１００が接触しキャビティ８５０が実質的に存在しない、バイモルフ構造体８００の閉じた構成を例示する。水平ワイヤ８１０Ｈ及び垂直ワイヤ８１０Ｖは、図８ｂにおいて接触しているかまたは近接しているように示される。
【００７９】
種々の実施形態において、金属ナノワイヤメッシュ構造体は、熱赤外部位における反射性を生成し得る。織物用途の例において、このようなナノワイヤメッシュ構造体を備える衣類の小片は、衣服の着用者に熱エネルギーを戻すように反射することによって衣服の断熱性を生成し得る。
【００８０】
図８ａ及び８ｂの前後関係において、いくつかの実施形態において、バイモルフ構造体８００は、図８ｂに示されるように熱赤外反射メッシュ８６０を生成するように構成を変化させることによって断熱性を動的に提供し、図８ａに示されるようにワイヤ８１０を分離することによって、熱赤外反射メッシュ８６０を解除する。言い換えると、上位のバイモルフ１００Ｕ及び下位のバイモルフ１００Ｌのそれぞれのワイヤ８１０が図８ｂに示されるように結合されるとき、バイモルフ構造体８００は、熱赤外部位における反射性を生成し得るが、上位のバイモルフ１００Ｕ及び下位のバイモルフ１００Ｌのそれぞれのワイヤ８１０が図８ａに示されるように分離されるとき、バイモルフ構造体８００の熱赤外反射性質が除去され得る。
【００８１】
したがって、種々の実施形態において、図８ａに示される構成がより高温において生成され、図８ｂに示される構成がより低温において生成されることが所望され得る。このようなバイモルフ構造体８００が衣服に存在する実施形態において、この性質は、高温条件において衣服を通して熱赤外熱を放出することによって高温における衣服の着用者の過熱を防止することを自動的に補助し、低温条件において熱赤外熱を留めることを自動的に補助し得る。
【００８２】
したがって、図８ａ及び８ｂに例示されたバイモルフ構造体８００は、衣類、ブランケット、寝袋、テント等を含む種々の物品において使用されるように構成され得る。加えて、図８ａ及び８ｂに示された構造の例は、本発明の範囲及び趣旨内である幅広い種々の実施形態を限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、ワイヤ８１０は、任意の適切な材料を含んでもよく、種々の適切な方向に配向されてもよい。反射性に加えて、いくつかの材料の吸収性が、その材料の近隣に材料が近接しているときにシフトし得、この形式のバイモルフ構造体が材料の反射性及び吸収性を向上させることを可能にし、バイモルフ材料の全体断熱性質に影響を及ぼす。これに代えて、いくつかの材料の光学性質またはパターン化された構造体、例えば、回折格子が、物理的変形または伸展を通してシフトされてもよく、バイモルフ構造体との統合が、感温性光吸収及び反射性質を獲得し得る。
【００８３】
バイモルフ及びバイモルフ構造体は、種々の適切な方式で作られ得る。図９ａは、バイモルフ１００Ｄを製造する装置９００及び方法の一例を例示する。装置９００は、第１の材料１１０の巻回シートを有する第１のスプール９０５及び第２の材料１２０の巻回シートを有する第２のスプール９１０を備える。装置９００は、第１の材料のシート１１５を長手方向に第１の材料１１０の複数の布片に切断するカッター９１５をさらに含む。上位の分離バー９２０Ｕ及び下位の分離バー９２０Ｌは、上位の一組の第１の材料布片１１０Ｕと下位の一組の第１の材料布片１１０Ｌとの間の布片キャビティ９２５を画定する、一組の上位の布片１１０Ｕ及び下位の布片１１０Ｌに、第１の材料１１０の複数の布片を分離する。第２の材料１２０の第２のスプール９１０は、布片キャビティ９２５内に配設される。この例において、一組の布片１１０Ｕ、１１０Ｌは、第１の材料１１０の隣接する布片を分離することによって生成され、一度、それらが切断されると、奇数ごとの布片が上位の布片１１０Ｕになり、偶数ごとの布片が下位の布片１１０Ｌになる。これに代えて、上位の布片１１０Ｕ及び下位の布片１１０Ｌは、ロールから分離された繊維、糸、織糸、またはリボンを含んでもよい。
【００８４】
第２の材料１２０のシートは、第２のスプール９１０から伸ばされ、一組のローラー９３０Ｕ、９３０Ｌを通る。第１の材料布片１１０Ｕ、１１０Ｌはまた、ローラー９３０Ｕ、９３０Ｌを通過し、バイモルフ１００Ｄを画定するために第２の材料１２０のシートの上面及び底面にそれぞれ結合される。種々の実施形態において、第１の材料１１０及び第２の材料１２０は、溶着、積層、融着、接着、縫合等を含む任意の適切な方式で一緒に結合され得る。
【００８５】
図９ｂは、装置９００によって生成されたバイモルフ１００Ｄの縁の拡大斜視図を例示する。上述されたように、上位の布片１１０Ｕは、第２の材料の底面に配設された下位の布片１１０Ｌからずらされて第２の材料１２０の上面に配設されて示される。種々の実施形態において、バイモルフ１００Ｄは、図３に例示されたバイモルフ１００Ｂのものに類似する性質を有し、図９ａ及び９ｂに例示されたバイモルフ１００Ｄシートは、図３に例示されたようなバイモルフ構造３００等を生成するために使用され得る。
【００８６】
種々の実施形態において、バイモルフシート１００Ｄが穿孔、スリット等を備えることが所望され得る。このような構造体は、通気性、柔軟性及び／またはストレッチ性に対して所望され得る。いくつかの実施形態において、基板１２０は、穿孔され得るか、または多孔質織物、編物、または非織物材料であり得る。いくつかの実施形態において、制御された穿孔は、バイモルフ１００が一軸または二軸配向ポリマーの好ましい方向（ＣＴＥ、係数、及び強度値が、このような材料において全て異方性であり得、特定方向が所望され得る）で作動することを許容することが所望され得る。いくつかの実施形態は、交互のバイモルフの上部分及び底部分を備える層１１０の好ましい方向の整列を可能にする、ずれて穿孔または穿刺された上層及び底層を含む両側バイモルフ構造体を製造する方法を含み得る。一実施形態において、材料１１０は、２つのストライプに裂かれていないが、実体部分が穿孔ゾーンによって接続される、裂かれた構造体を有するように、代わりに穿刺されるか穿孔される。穿孔された材料１１０は、その後、片面または両面のいずれかにおいて、第２の材料１２０に適用され得る。穿孔または穿刺は、ロール間機械方向若しくは機械に直交する方向、または任意の他の適当な方向のいずれかにおいて貫通し得るパターンにおいて生成され得る。穿孔された材料１１０は、いくつかの実施形態において機械による取扱が容易であり、ロール間及びシート処理の両方に対して検査可能であり得、最適バイモルフ性能のための薄膜における好ましい配向の選択を可能にし得るという点において利点があり得る。
【００８７】
いくつかの実施形態において、複数のバイモルフシート１００Ｄは、温度応答性動作の大きな範囲を有するより厚い構造体を作り出すために、それらの厚さ変化が合算される方式で配置され得る。種々の実施形態において、本明細書において説明されるバイモルフ１００は、層にされ、それらの構成は、層が互いに直交的に積層されることを許容し得、層が互いに固定されるかまたは互いの中に入れ子になることを防止し得る層間の幾何形状制約を作り出し、近接する層の「足場となる」かまたはそこから「離昇される」ように層の各々に力を加える。直交回転は、単に実施形態の一例であり、他の角度の回転が、更なる実施形態において提示され得る。種々の実施形態において、このような層ごとの回転構成は、溶着のような層間接続を回避し得るが、いくつかの実施形態において、個々の層は、接着、溶着、または積層、縫合等を介して、一緒に結合され得る。
【００８８】
図１０は、図１０及び１１において例示される平坦バイモルフ構造体１００Ｅを生産するように構成された波状表面パターン１００１を有するローラー１０００の実施形態を示す。種々の実施形態において、バイモルフ構造体１００Ｅは、所望の温度または温度範囲内において平坦であるように構成され得る。好ましい一実施形態において、この温度または温度範囲は、ヒトまたは被験動物の肌または深部体温に対応し得る。
【００８９】
種々の実施形態において、ローラー１０００及び表面織地またはパターン１００１は、温度が周囲または肌温度に対して低減されるときにバイモルフシート１００Ｅが平坦構造体になり得るように、ヒートセット、積層、接着、またはポリマー溶着の温度においてバイモルフ１００Ｅの制御された曲率を提供するように構成され得る。
【００９０】
いくつかの実施形態において、バイモルフ１００のパターン化の寸法は、ミリメートル範囲、ミリメートル未満の範囲または他の所望のサイズであり得る。加えて、このようなパターン化は、約１μｍ、１０μｍ、１００μｍ、１００μｍ等を含む種々の厚さであり得る、基板の片側または両側を覆い得る。種々の実施形態において、バイモルフ１００の各側部は、他方に位置合わせされ得る。いくつかの実施形態において、インクジェット印刷、スクリーン印刷、及び類似の湿式技術が、バイモルフ１００上で使用され得る。
【００９１】
別の実施形態において、第１の材料１１０及び第２の材料１２０（例えば、ポリマー）は、一緒に積層され得る。積層されたバイモルフ１００は、第２の材料１２０の中心的、連続的なシート、及び第２の材料１２０の片側または両側上の平行な一連の細いリボンにおける第１の材料１１０を備え得る。例えば、このような構造は、図９ａ及び９ｂ（第２の材料１２０の両側上における第１の材料１１０の布片）に例示され、図１１（第２の材料１２０の片側上における第１の材料１１０の布片）において例示される。
【００９２】
いくつかの実施形態において、第１の材料１１０及び第２の材料１２０のうちの一方または両方は、分離したリボンまたは布片に代えて、一定の部位において穿孔を有する連続的なシートを備えるかまたはこれから生成され得る。このような実施形態は、複数の分離した布片またはリボンに比べて簡単に製造することができるので、所望され得る。
【００９３】
本明細書において論じられたように、複数のバイモルフ１００を層にすることを介してバイモルフ１００の構造体を生成することが所望され得る。いくつかの実施形態において、それぞれの層は、物理的に結合されるか若しくは接続され得るか、またはそうでない場合がある。
【００９４】
例えば、一実施形態において、種々の実施形態によるバイモルフ１００シートは、直交的に積層され、それらの起伏は、異なる方向に延びている。これは、厚さまたは山なりにおける所望の変化を有する構造体を生成し得る。このような実施形態において、層間接続または記録は、提示され得るかまたは提示されない場合がある。
【００９５】
温度変化によって材料が動的に変化することにより、バイモルフ製造は、材料及び製造プロセスに依存する、中間または平坦温度（バイモルフが平坦である温度）を制御することが難しいので、課題となり得る。例えば、材料の熱溶着は、溶着の温度における平坦温度をもたらし得、これは、いくつかの実施形態において所望されない場合がある。したがって、いくつかの実施形態において、波状表面パターン１００１を有するローラー１０００（図１０、１１）の使用は、リボン、布片またはシートを積層するために所望され、材料が低温であるときに材料が所望の中間温度または平坦温度を与えるように平坦化されるために、材料における湾曲または曲げを製造する方式を提供し得る。
【００９６】
したがって、バイモルフ構築または処理の段階において、ロール間プロセスまたは布片、リボン、穿孔されたシート、穿刺されたシート、織物等の積層のための形状化またはパターン化されたローラー１０００の使用は、バイモルフ、バイモルフシート、または二重層構造体の平坦温度または中間温度を制御するために所望され得る。加えて、いくつかの実施形態において、穿孔されたかまたは穿刺されたシートの使用は、ポリマー薄膜等の好ましく配向された方向がバイモルフ１００またはシートに対する臨界寸法において整列される、バイモルフ１００またはバイモルフシートのロール間プロセスを許容し得る。このような方向は、異方性の性質により所望され得る（例えば、ＣＴＥ、係数、強度等）。このようなバイモルフシートはまた、第１の材料１１０及び第２の材料１２０の熱溶着または接着中の制御された温度、張力、曲率、及び圧力接触面積を通して平坦温度または中間温度を有するように設定され得る。
【００９７】
図１１は、各々が対向する波状表面１００１を有する上ローラー１０００Ａ及び底ローラー１０００Ｂによって生成されたバイモルフ１００Ｅを例示する。この例において、バイモルフ１００Ｅは、バイモルフ１００Ｅの上側に対して凹状部分１０１０及び凸状部分１０１５を備える第２の材料１２０を備える。バイモルフ１００Ｅの上側において、第１の材料１１０が、第２の材料１２０の凹状部分１０１０内に配設される。
【００９８】
図１１の例において、上ローラー１０００Ａ及び底ローラー１０００Ｂは、熱及び／または圧力を提供し、これが、バイモルフ１００Ｅにおける凹状部分１０１０及び凸状部分１０１５を生成し得るか、ならびに／または第１の材料１１０及び第２の材料１２０を結合し得る。
【００９９】
熱膨張係数（ＣＴＥ）における差は、バイモルフ１００の動作または撓みの範囲を示し得る項である。いくつかの材料に伴うΔＣＴＥ項は、１００〜２００μｍ／ｍ／Ｋであり得、これは、いくつかの実施形態に対して所望されない場合がある。したがって、バイモルフの種々の実施形態は、重度に撚られたポリマーコイルアクチュエータ１２１０（例えば、図１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ等）を備え、これは、いくつかの実施形態において１０００μｍ／ｍ／Ｋ以上の有効ＣＴＥ値を有し得る。このようなＣＴＥ値は、所望の撓みまたは曲げ特性を有するバイモルフ及び二重層構造体における使用を見出し得る。特に大きなＣＴＥ値を有する任意の材料は、単に撚られたポリマーコイルアクチュエータのみならず、この様式において有用であり得る。
【０１００】
種々の実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０は、熱応答性引張アクチュエータ（直線動作）及び／または捩りアクチュエータ（回転動作）として機能し得る。更なる実施形態において、補材の使用を通して、本明細書において説明される構造体は、コイル状アクチュエータ１２１０の直線動作を直交方向における動作に変換する。このような実施形態は、熱応答性織糸、充填材、フェルト、布地等における使用のために所望され、これは、低温に露出されると厚くなる衣服及び他の物品を備え得る。
【０１０１】
種々の実施形態において、２つの対になった材料のＣＴＥ値間の差が大きい材料を対にすることが所望され得る。したがって、大きなＣＴＥ値を有するコイル状アクチュエータ１２１０は、バイモルフ１００及びバイモルフ１００を備える構造体における使用に所望され得る。いくつかの実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０は、正のＣＴＥ特性（例えば、温度上昇により膨張する、撚り方向及びコイル方向が反対であるヘテロキラルコイル）または大きな負のＣＴＥ特性（例えば、温度上昇により収縮する、撚り方向及びコイル方向が同じであるホモキラルコイル）を有し得る。種々の実施形態において、及び本明細書において説明されるように、同一細糸材料を含み、対向するコイル状アクチュエータ１２１０を一緒に対にすることは、大きなΔＣＴＥを生成し得る。
【０１０２】
種々の実施形態において、バイモルフ１００は、温度変化によるアクチュエータの直線転置がバイモルフ１００における平面外または直交性の撓みを誘発し得る、撚られたコイルアクチュエータ１２２０を備え、バイモルフ１００の高さまたは厚さにおける有効な変化を引き起こす。
【０１０３】
図１２ａ及び１２ｂは、コイル状アクチュエータ１２１０ならびに第１の端１２３０及び第２の端１２４０において結合された細糸１２２０を備えるバイモルフ１００Ｆの例を例示する。コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１２２０は、第１の端１２３０及び第２の端１２４０において単に結合され得るか、及び／またはそれらの長さの部分に沿って結合され得る。
【０１０４】
種々の実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０は、温度変化に応答して長手方向に膨張し得るかまたは収縮し得る。例えば、コイル状アクチュエータ１２１０は、冷却すると収縮し得るか（ヘテロキラル繊維アクチュエータ、撚り方向及びコイル方向が反対である）、冷却すると膨張し得る（ホモキラル繊維アクチュエータ、撚り方向及びコイル方向が同一である）。種々の実施形態において、細糸１２２０は、膨張するか、収縮するか、または長手方向の実質的な変化を示さない。
【０１０５】
図１２ａは、左において第１の温度で平坦構成のバイモルフ１００Ｆを例示し、右において温度変化によって生じた第１の収縮された構成を例示する。図１２ｂは、左において第１の温度で平坦構成の図１２ａのバイモルフ１００Ｆを例示し、右において図１２ａに例示された温度変化とは反対の温度変化によって生じた第２の収縮構成を例示する。例えば、図１２ａは、負の温度変化に基づく構成の変化を例示し、図１２ｂは、正の温度変化に基づく構成の変化を例示し得る。
【０１０６】
種々の実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１２２０は、図１２ａ及び１２ｂの実施形態の例において示されるように両方が曲がるように構成され得、曲がった構成及び直線構成の両方において隣接する、コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１２２０の長さを有する。更なる実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１２２０は、異なる方式において曲がるように構成され、コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１２２０は、平坦構成及び／または曲がった構成において隣接しなくてもよい。
【０１０７】
例えば、図１３ａは、バイモルフ１００が平坦構成（左）及び曲がった構成（右）のときにコイル状アクチュエータ１２１０が直線構成を維持する、コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１３２０を有するバイモルフ１００Ｇの実施形態の例を例示する。この例において、コイル状アクチュエータ１２１０は、温度変化によって収縮することを示され、これは、細糸１３２０がコイル状アクチュエータ１２１０から離れて曲がることを生じさせる。
【０１０８】
同様に、図１３ｂは、第１の細糸１３２０Ａと第２の細糸１３２０Ｂとの間にコイル状アクチュエータ１２１０を有する第１の細糸１３２０Ａ及び第２の細糸１３２０Ｂを備えるバイモルフ１００Ｈを例示する。この例において、バイモルフ１００Ｈは、温度変化によって収縮することを示され、これは、細糸１３２０Ａ、１３２０Ｂが、直線構成を維持するコイル状アクチュエータ１２１０から離れて曲がることを生じさせる。
【０１０９】
図１４ａ及び１４ｂは、第１の端１２３０及び第２の端１２４０で結合された第１のコイル状アクチュエータ１２１０Ａ及び第２のコイル状アクチュエータ１２１０Ｂを備えるバイモルフ１００Ｉ、１００Ｊの例を例示する。いくつかの実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０Ａ、１２１０Ｂは、それらの長さの部分に沿って結合され得る。図１４ａは、コイル状アクチュエータ１２１０Ａ、１２１０Ｂが反対の熱応答を有し、平坦構成（左）及び曲がった構成（右）の両方において隣接しているままである、実施形態の例を例示する。これに対して、図１４ｂは、コイル状アクチュエータ１２１０Ａ、１２１０Ｂが平坦構成（左）において隣接し、曲がった構成（右）において離れ得る、実施形態の例を例示する。
【０１１０】
図１５は、バイモルフ１００が平坦構成（左）及び曲がった構成（右）にあるときに細糸１２２０が直線構成を維持する、コイル状アクチュエータ１２１０及び細糸１２２０を有するバイモルフ１００Ｋの実施形態の例を例示する。この例において、コイル状アクチュエータ１２１０は、温度変化によって膨張することを示され、これは、コイル状アクチュエータ１２１０が細いと１２２０から離れて曲がることを生じさせる。
【０１１１】
種々の実施形態において、１つ以上の硬い対抗細糸１２２０と結合された１つ以上の撚られたコイルアクチュエータ１２１０は、膨張するコイル１２１０が直交的に転置され、その有効厚さを依然として変化させる最小限の線膨張を有する構造体を作り出し得る、静止構造体として作用し得る。図１５は、このような構造体の一例を例示する。
【０１１２】
所望の有効ＣＴＥ値に加えて、コイル状アクチュエータ１２１０は、シート構造体に対して利用することができない機械的接続経路、ならびに本明細書において論じられたように材料の同一長さから正及び負の両方のＣＴＥコイルを生産する利点のような、いくつかの処理または製造の利点を提案し得る。コイル状アクチュエータ１２１０の有効ＣＴＥ値は、材料の全長が芯棒の周囲にコイル状に巻かれ、コイルの中心に開空間を残すときに、コイル状アクチュエータ１２１０に対するバネ定数が大きくなる場合に最大化され得る。コイル状アクチュエータ１２１０はまた、このような構造体に存在し得る、多孔性、密度、及び通気性等によって所望され得る。
【０１１３】
図１６は、反対の方式において温度変化に応答し得る、交互のヘテロキラルゾーン１６１０及びホモキラルゾーン１６２０を有するコイル状アクチュエータ１２１０の生産用の二重芯棒構造体１６００を例示し、これは、側方歪みに対する耐性及び有効厚さの変化を残しつつ、最小限の直線歪みを有するコイル状アクチュエータ１２１０を生成し得る。構造体１６００は、第１の芯棒１６１０Ａ及び第２の芯棒１６１０Ｂを備え、各芯棒１６１０Ａ、１６１０Ｂ．１の周囲に反対方向にコイル状に巻きつくコイル状アクチュエータ１２１０を有して示される。
【０１１４】
同一繊維アクチュエータ内の交互ヘテロキラルゾーン及びホモキラルゾーンはまた、両端を張力下で保持し、反対の撚りを有する繊維の区域を生み出しつつ、繊維をその中心において重度に撚ることによって生み出され得る。その後、その繊維を単一芯棒の周囲にコイル状に巻くことによって、結果的にコイルは、ヘテロキラルゾーン及びホモキラルゾーンの両方を有することになり、交互の収縮区分及び膨張区分を有する材料の全長をもたらす。
【０１１５】
種々の実施形態において、大きな撓み及び小さな直線歪みを有する材料は、織糸（または単独要素）内の同一原繊維内における交互の収縮区分及び膨張区分を通して生成され得る。例えば、図１６に例示されるコイル状アクチュエータ１６００は、布地、織糸、または他の材料に含まれ得る。これに代えて、ある程度膨張し、ある程度収縮する、短繊維の使用が、小さな直線歪みを有する材料を生成し得る。
【０１１６】
種々の実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０は、本明細書においてより詳細に説明されるように、大きな有効ΔＣＴＥ値及び対応する大きな撓みを有するバイモルフシート構造体を作り出すために布地若しくは薄膜を通して織られるかまたは縫合され得る。更なる実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０は、バイモルフシートを作り出すためにシートに縫合されるかまたは付着され得る。いくつかの実施形態において、反対のキラリティの交互の膨張区分及び収縮区分を含む交互コイル区分を有するコイル状アクチュエータ１６００（例えば、図１６に示されるもの）は、シートまたは布地の表面に縫合されるかまたは付着され得る。シート構造体は、シートまたはリボンが、交互キラリティコイル状アクチュエータ１６００内の正または負の熱応答性ゾーンによって、温度変化による正弦的プロファイルをとる位置において形成され得る。交互キラリティコイル状アクチュエータ１６００の実施形態は、種々の分野における用途を有し得る。例えば、種々の実施形態は、布地の表面上に、温度変化による布地の起伏を誘発する、交互の正及び負のＣＴＥ領域を作り出すために従来の二重縫合において交互キラリティコイルが使用され得る、熱適応性衣服の生産のために構成され得る。いくつかの実施形態において、二重縫合における第２の織糸または繊維は、大きなＣＴＥまたは撚られたコイルアクチュエータ材料である必要はない。
【０１１７】
いくつかの実施形態において、複数のコイル状アクチュエータ１２１０は、並んでレイアウトされ、一緒に織られるかまたは縫合され、単一方向における所望のＣＴＥを有するシートまたは層を作り出し得る。また更なる実施形態において、異なるＣＴＥを有するこのようなシート（例えば、１つが大きな正のＣＴＥを有し、１つが大きな負のＣＴＥを有する）は、熱膨張における所望の差及び所望の曲率半径を有する平坦バイモルフシートを生産するために対にされ得る。
【０１１８】
更なる実施形態において、コイル状アクチュエータ１２１０は、薄膜、膜組織、または布地上に縫合され、このような薄膜、膜組織、または布地に熱応答性性質を与え得る。したがって、種々の実施形態は、断熱材料または布地を有する選択された材料のより深化した統合の必要を除去し得る。このような実施形態において、熱応答性材料は、付加的に織物の一部であり得るか、断熱材の主本体であり得るか、基板あり得るか、または接着若しくは熱付着を通して別の材料に接着され得る。
【０１１９】
更なる実施形態において、ゼロの全体変化を作り出すために正及び負のＣＴＥゾーンが加わる、このような交互キラリティコイル状アクチュエータ１６００から正味ゼロのＣＴＥ材料が構築され得る。
【０１２０】
加えて、コイル状アクチュエータ１２１０は、ガチョウの綿毛におけるものに類似する枝分かれ構造体を生成するために使用され得る。例えば、いくつかの実施形態において、コイル巻きプロセス中に薄い繊維の層を通して撚られた繊維を引張ることによって、薄い繊維がコイル内に捕捉されるかまたは絡ませられ、可変断熱性のより大きな状況において、有利な断熱、触感、及び構造的性質を有する枝分かれ構造体を形成し得る。
【０１２１】
コイル状アクチュエータ１２１０は、直線または捩りアクチュエータとして働き得る。種々の実施形態において、本明細書において論じられたように、２つの異なる材料を対にすることは、平面外または直交性の動作を生成し得る。いくつかの実施形態において、異なるＣＴＥ特性を有する相反的な対の撚られたコイルである織物構造体または編物構造体は、熱応答性バイモルフ１００を備え得る。いくつかの実施形態において、複数の材料が温度に応答して変化する織物の全体の物理的構造体を生成するために種々の適切な方式で一緒に織られ得る。このような織物構造体は、コイル状アクチュエータ１２１０、または温度に応答して構成若しくは長さを変化させる他の適切な材料若しくは構造体を備え得る。
【０１２２】
種々の実施形態において、織物構造体または編物構造体は、全体動作が結合的であり、繊維の異種グループのランダムな個々の動きによって特徴付けられないように繊維を整列することによって制約として働き、これは、熱適応性材料及びその有効厚さにおけるその撓みまたは変化を最大化することに対して所望され得る。
【０１２３】
更なる実施形態において、感温性構造体は、活性材料が対抗して働く繊維、織糸、または布地のような非適応性制約を含み、非適応性材料が線形、直線、または平坦に留まり、活性材料が膨張によって山なりになるか、または活性材料が線形、直線、若しくは平坦に留まり、非適応性材料が活性材料の制約によって山なりになり得る。織ることか、編むことか、または接着剤の使用を通しての適当な制約は、このような構造体における所望の温度応答を生成し得る。いくつかの実施形態において、材料の動作の範囲を限定する制約を用いることは利点であり得る。
【０１２４】
加えて、本明細書において論じられたように、バイモルフ１００を生成するために使用される材料は、湿気及び／または液体への露出（例えば、液体による浸潤）を含む、１つ以上の適切な環境条件に応答し得る。例えば、いくつかの実施形態において、温度変化及び水分変化（例えば、湿気及び／または利用者の汗に基づく）の両方に応答することが、衣服における応答断熱性に対して所望され得る。したがって、種々のバイモルフ構造体における水分感応性ポリマー及び他の適切な材料の使用は、温度及び水分の両方に応答的であるように構成され得る。このような材料は、水分または化学的刺激に主に応答的であり得る。
【０１２５】
図１７は、熱適応性織物構造体１７００の実施形態の一例を例示する。この例において、構造体１７００は、幾何形状変化が布地の平面ではなく、その代わりにそれに垂直であり、布地の厚さを有効に変化させる、熱応答性織物を作り出すために、異なる熱膨張特性を有する繊維を制約するように構成され得る。
【０１２６】
構造体１７００は、異なる熱膨張係数を有し得る、第１の繊維１７１０及び第２の１７２０を備えることを示される。より具体的には、第１の繊維１７１０は、平行に延びる第２の繊維１７２０に対して異なる熱膨張係数を有し、これが交互バイモルフ構造体を生成し得る。上位の交差繊維（または織糸）１７３０及び下位の交差繊維（または織糸）１７４０は、構造体１７００の形状を保持するか、及び／または第１の繊維１７１０及び第２の繊維１７２０を閉じ込めるように補助する。交差繊維１７３０、１７４０は、いくつかの実施形態によって、温度変化に応答して形状または長さを変化させてもよく、変化させなくてもよい。種々の実施形態において、構造体１７００は、図２及び３に示されるような交互バイモルフ構造体として振舞い、温度変化により平行で対向する第１の繊維１７１０及び第２の繊維１７２０の全長に沿った異なる膨張または収縮を誘発する波状構造（例えば、波板のような）をとり得る。交差して延びる繊維は、任意の特別な熱特性を有する必要はないが、外部刺激に応答して全体幾何形状の歪の主な原因となる平行で対向する繊維を制限する、それらの役割が重要である。
【０１２７】
図１８ａ及び１８ｂは、温度の上昇に応答して山なりになることを示す袋またはキルトにおける熱応答性織物構造体１８００を例示する。図１８ａは、約２５℃における構造体を例示し、図１８ｂは、約６５℃における構造体を例示する。この例において、加熱は、構造体１８００が山なりになることを引き起こすが、更なる実施形態において、本明細書において論じられたように、構造体１８００は、温度の低下に応答して山なりになるように構成されてもよい。
【０１２８】
図１９ａ及び１９ｂは、温度の低下に応答して山なりになることを示す熱応答性織物構造体を例示する。図１９ａは、３０℃において実質的に平坦な織物構造体を例示し、図１９ｂは、７℃において山なりになった構造体を例示する。
【０１２９】
本明細書において説明された織物または編物の実施形態は、既存の基盤施設及び生産方法の利点を享受し得るので、好都合であり得る。更なる実施形態は、接着剤及び／または熱付着、重量を付加し得るか、物理的歪みを誘発し得るか、またはいくつかの実施形態の材料の性質を変化し得る技術の使用を好ましく回避し得る。加えて、本明細書において論じられた織物構造体または編物構造体はまた、水分管理のためのウィッキング用の繊維、耐摩耗用の繊維、接触または感触のための繊維等のような、適応性織物に対する利点を提案し得る付加的なパターン化繊維の導入を許容し得る。
【０１３０】
説明された実施形態は、種々の変更及び代替的形式を許容し、それらの特定の例が、図面における例によって示されており、本明細書において詳細に説明された。しかしながら、説明された実施形態が、開示された特定の形式または方法に限定されるものではなく、それとは反対に、本開示が、全ての変更例、同等例、及び代替例を包含することが理解されるべきである。
【図１ａ−１ｂ】
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【図２ａ−２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ−４ｂ】
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【図５ａ−５ｂ】
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【図６ａ−６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ−９ｂ】
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【図１０】
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【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１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ−１９ｂ】
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【国際調査報告】
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