(57)【要約】  人工筋肉アクチュエータ装置の繊維を連続的に製造するための方法および装置が開示されている。本方法は、無撚繊維をチューブの軸に沿って、チューブの断面の局所的な温度を所定の温度まで上昇させるための加熱手段を含むチューブの内側に通すことと、無撚繊維に張力を加えることと、繊維がチューブ内にある間に無撚繊維を撚ることと、を含む。
2020509805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的工程において、
無撚繊維をチューブの軸に沿って前記チューブの内部に通すことと、
前記無撚繊維に張力を提供することと、
前記繊維が前記チューブ内部にある間に前記無撚繊維を撚ることと、
を含み、
前記チューブが、前記チューブの断面の前記局所化された温度を所定の温度へ上昇させるための加熱手段を含む、
人工筋肉アクチュエータ繊維を製造する方法。
【請求項２】
前記所定の温度が、前記繊維のガラス転移温度よりも高く、かつ前記繊維の前記融解温度よりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記無撚繊維を前記撚ることが前記チューブ内にコイル状繊維を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記無撚繊維が、ナイロン６、ナイロン６，６、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、液晶ポリマー、ポリアリレート、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるポリマー繊維を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記無撚繊維が、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
コーティングを前記撚繊維または前記無撚繊維に塗布することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維が前記チューブ内にある間に前記繊維にコーティングを施すことを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記無撚繊維を前記チューブの前記軸に沿って通す前に前記無撚繊維から水分を除去することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
不活性ガスを前記チューブ内部に供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記撚ることの間に前記チューブ内部に潤滑剤を供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記撚繊維を第２のチューブの軸に沿って通すことを更に含み、
前記第２のチューブが、前記第２のチューブの断面領域の温度を第２の所定の温度に上昇するための第２の加熱手段を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の所定の温度が、前記所定の温度よりも高い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つチューブと、
前記少なくとも１つのチューブの断面領域を局所的に加熱するための前記少なくとも１つのチューブに配置された１つ以上の加熱手段と、
を含み、
前記加熱手段が、前記少なくとも１つのチューブ断面の温度を所定の温度まで上昇させる、
人工筋肉アクチュエータ繊維を連続的に製造する装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのチューブの内径が、前記少なくとも１つのチューブの特定の長さに沿って前記繊維の前記内径よりも少なくとも１０％から２０％大きい、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記所定の温度が、前記繊維のガラス転移温度よりも高く、かつ前記繊維の融解温度よりも低い、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記繊維上にコーティングを施す少なくとも１つのコーティング手段を更に含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのチューブ内に不活性ガスを注入するガス注入手段を更に含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つのチューブ内に潤滑剤を供給する潤滑手段を更に含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１９】
第２のチューブの断面領域の温度を第２の所定の温度に上昇させるための第２の加熱手段を含む、前記第２のチューブを更に含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２の所定の温度が、前記所定の温度よりも高い、請求項１９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱的及び化学的人工筋肉アクチュエータの構造、製造、及び動作に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
下記の特許出願の材料は、本明細書で開示された実施形態と併せて使用されてもよく、それら特許出願は、「ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ  ＯＦ  ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ  ＭＵＳＣＬＥ  ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ」と題する２０１７年２月２８日に出願の米国仮特許出願第６２／４６５，００３号、「ＥＭＢＥＤＤＥＤ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＷＩＲＥＳ  ＩＮ  ＰＯＬＹＭＥＲ  ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ  ＭＵＳＣＬＥ  ＡＣＴＵＡＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ」と題する２０１７年１１月２２日に出願の米国仮特許出願第６２／５９０，１２１号、２０１７年４月２８日に出願されたＷＩＰＯ出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２０１７／０３０１９９号、及び２０１７年１０月２６日に出願された「ＳＨＥＥＴ  ＷＲＡＰＰＩＮＧ  ＭＵＳＣＬＥＳ」と題する米国特許仮出願第６２／５７７，５１２号である。これらの出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
撚ったポリマー及びカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）繊維及び糸に基づいた熱駆動トーショナルアクチュエータは、広範囲の用途を有している。撚った及び／またはコイル状ポリマーを含む人工筋肉アクチュエータは、低コスト、高生産量、及び設計の単純性という利点を有する。人工筋肉アクチュエータは、非常に単純化されたエンジニアリング及びより低い製造コストによって、小型モータに勝る利点を有し得る。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、本発明の実施形態は、人工筋肉アクチュエータ装置の繊維を連続製造する方法に関する。本方法は、撚られていない繊維をチューブの軸に沿って、チューブの内側に通すことを含む。チューブは、チューブ断面の局所的な温度を所定の温度に上昇させるための加熱手段を含む。撚られていない繊維に張力が加えられており、本方法は、繊維がチューブ内にある間に撚られていない繊維を撚ることを含む。
【０００５】
別の態様では、本発明の実施形態は、人工筋肉アクチュエータ装置の繊維を連続製造するための装置に関する。装置は、少なくとも１つのチューブ、及び少なくとも１つのチューブの断面領域を局所的に加熱するために少なくとも１つのチューブに配置された１つ以上の加熱手段を含む。加熱手段は、少なくとも１つのチューブ断面の局所的な温度を所定の温度まで上昇させる。
【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。
【０００７】
本開示の特定の実施形態は、添付の図面を参照して以下に説明されており、そこでは類似の参照番号は類似の要素を示している。しかし、添付の図面は、本明細書で説明されている様々な実装形態を示しており、本明細書で説明されている様々な技術の範囲を限定することを意味するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つ以上の実施形態による略図を示す。
【図２】本発明の１つ以上の実施形態による略図を示す。
【図３】本発明の１つ以上の実施形態による略図を示す。
【図４】本発明の１つ以上の実施形態による略図を示す。
【図５】本発明の１つ以上の実施形態によるフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明のより完全な理解をもたらすために多数の具体的な詳細が述べられている。しかし、本発明がこれらの具体的な詳細を伴わずに実施され得ることは当業者に明らかであろう。他の例では、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は説明されていない。
【００１０】
概して、本発明の実施形態は、アクチュエータ材料、または人工筋肉を製造するための装置、及び製造するための方法に関する。アクチュエータ繊維材料の実施形態は、電気的に、光子的に、熱的に、化学的に、吸収によって、または他の手段によって加熱されたときに撚り及び／または引っ張り作動を生成する撚り紡糸繊維を含む。本発明の実施形態は、撚られたか、または巻かれた人工筋繊維を利用するアクチュエータ繊維材料の製造を含み、純粋な材料であっても、ゲスト材料を含んでいてもよい。
【００１１】
従来、撚られた人工筋繊維（以下、本明細書では撚繊維と称する）の製造は、バッチ間プロセスと考えられており、バッチ毎に数メートルの撚繊維が生じる。大量の撚繊維の効率的で信頼できる連続製造は、人工筋肉の広範な商業的使用を容易にし、人工筋肉の製造コストを下げ得る。
【００１２】
連続的撚り及び紡ぎ装置内で人工筋繊維に回転力を加えると、人工筋繊維はその長さに沿って多くの異なる位置で捻れる場合がある。このことは、多過ぎる捻れが長さ及び繊維に沿った特定の場所に蓄積することにつながり得る。更に、特定の場所に多過ぎる捻れが蓄積することで、もつれが生じる場合があり、すなわち、人工筋繊維がそれ自体に捻れて、繊維の軸に沿った「捻れ玉」が生じる。そのようなもつれは、人工筋繊維に適切及び／または均等な撚りを加えることを妨げることになり、従って、製造を再開できる前に除去されなければならない。
【００１３】
本明細書に開示される実施形態は、撚繊維及びコイル状人工筋繊維（以下、コイル状繊維）を連続製造する装置、及び連続製造する方法を含み、コイル状繊維は、撚繊維または撚られていない人工筋繊維（以下、無撚繊維）であり得る。
【００１４】
張力、捻れ、及びもつれの間には関係性が存在する。例えば、人工筋繊維にかかる張力が大きいほど、人工筋繊維をもつれさせることなく、より大きな捻れが加えられ得る。しかし、張力が人工筋繊維の強度を超えると、人工筋繊維が破断する場合がある。加えられる張力の量は、人工筋繊維の引張強度によって制限されることから、繊維に挿入され得る捻れ量は、人工筋繊維の引張強度での人工筋繊維に沿ったもつれの発生に制限される。当業者であれば、上記の考察が人工筋繊維のサイズ及び材料の関数でもあることを理解するであろう。
【００１５】
１つ以上の実施形態によれば、筋繊維のバイアス角が大きいほど、動作中に人工筋繊維アクチュエータが発生させ得るトルクが大きくなる。この文脈において、バイアス角は、繊維と撚繊維の中心軸との間の相対角度を指す。本明細書に開示されている実施形態では、バイアス角は特定の作動特性に直接関係しており、それに応じて変更され得る。
【００１６】
本明細書に開示される実施形態によれば、可能な最大のバイアス角を達成するために、人工筋繊維を可能な限り最大限に撚ることが必要であり得るが、しかし、人工筋繊維に挿入され得る最大量の捻れは、繊維がもつれる前、または過度の張力下で破断する前となっている。本明細書に開示されている１つ以上の実施形態は、捻れを挿入するための装置または方法を提供しており、人工筋繊維が破断するのを防止するのに十分に低い荷重でのもつれを防止している。本発明の１つ以上の実施形態はまた、繊維をもつれさせることなく、コイル状、すなわちコイルの形状をした筋繊維を製造するために、繊維をチューブ内で連続的に撚るための装置または方法を提供する。１つ以上の実施形態によれば、得られるコイル状筋繊維は撚られたものでも撚られていないものでもよい。
【００１７】
図１は、本発明の１つ以上の実施形態による、人工筋繊維を撚るための装置を示す。人工筋繊維１００は、局所的にまたは特定の場所の領域において人工筋繊維１００の温度を上昇させる１つ以上の加熱区域を含み得る第１のチューブ１３０を通過して、その繊維の特定の場所をより柔らかくし、かつ展性を高める。人工筋繊維１００を撚るために人工筋繊維１００に回転力を加えると、人工筋繊維１００は、その特定の位置で捻れ、それが最小量の内部捻り抵抗を加える。このように、人工筋繊維１００をその特定の位置（以下、捻れ点１２１）で柔らかくする。特定場所としての局所的な加熱は、捻れが人工筋繊維１００の捻れ点１２１で起こることを確実にする。当業者は、そのような装置が複数の加熱区域を含み得、１つ以上の加熱区域が、人工筋繊維１００の複数の位置で温度を上昇（または低下）し得ることを理解するであろう。当業者はまた、装置が、捻れ点１２１が、所望の用途に応じて局所化された単一点、複数の局所化された点、１つの領域、または繊維の長さに沿った複数の領域であり得るように設計され得ることを理解するであろう。
【００１８】
１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ１３０は金属チューブであり得るか、または金属チューブを含み得る。金属チューブの区域の温度を上昇させるために、その区域は抵抗加熱によって加熱され得る。１つ以上の実施形態によれば、加熱手段は、第１のチューブ１３０の加熱区域に電流を供給し得る。１つ以上の実施形態によれば、熱電対は加熱区域の温度を制御し得る。熱電対は、第１のチューブ１３０の加熱区域に配置され得る。
【００１９】
１つ以上の実施形態によれば、加熱区域は、人工筋繊維１００上の断面点を局所的に加熱する。１つ以上の実施形態によれば、加熱区域は、人工筋繊維１００の領域を加熱する。
【００２０】
図１に示すように、人工筋繊維１００は、第１のチューブ１３０に向けて左から右へ移動する。人工筋繊維１００が捻れ点１２１で撚りを継続しているときに、無撚繊維／非コイル状繊維１１０が第１のチューブ１３０に入る。捻れ点１２１は、第１のチューブ１３０の加熱区域と実質的に重なり得る。人工筋繊維１００の軟化した部分が加熱区域から離れるにつれて、軟化した部分は冷却されてより剛性になる。当業者であれば、チューブの区域も他の手段によって冷却され得ることを理解するであろう。従って、人工筋繊維１００が第１のチューブ１３０内を移動すると、撚繊維１２０が第１のチューブ１３０から出る。
【００２１】
１つ以上の実施形態によれば、撚繊維１２０のバイアス角は、約４５度以下であり得る。他の実施形態では、撚繊維１２０のバイアス角は、５３度以下であり得るか、または５３度以下を超え得る。特定のバイアス角は、人工筋肉アクチュエータの所望の最終特性に基づいて選択され得る。上記の値は、利用可能なトルクを最大にするためのものであるが、しかし、用途によっては、利用可能な最大トルクが望ましくない場合がある。
【００２２】
本発明の１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ１３０は、捻れ点１２１、または撚繊維が依然として軟質であり得る繊維の他の部分でのもつれを防止するために軟質の撚繊維を物理的に拘束する。１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ１３０の内径は、人工筋繊維１００の直径よりもわずかに大きいだけであってよい。いくつかの実施形態では、第１のチューブ１３０の直径は、所望の人工筋繊維１００の直径に基づいて決定され得る。
【００２３】
本発明の１つ以上の実施形態によれば、人工筋繊維１００は１つの材料から作製されてもよく、その材料は、限定されるものでないが、ポリマー系繊維であり得る。例えば、ナイロン６、ナイロン６，６、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン６，１０、ナイロン６，１２、ポリアリレートなどの液晶ポリマー、及びそれらの任意の組み合わせであり得る。１つ以上の実施形態によれば、人工筋繊維１００はまた、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）系材料を含み得る。
【００２４】
人工筋繊維１００を捻っている間に、その撚りが特定の量を超えると、人工筋繊維１００を巻き得る。しかし、人工筋繊維１００の捻れを増すだけで人工筋繊維１００を巻く従来の方法は、人工筋繊維１００に沿ってもつれを形成するリスクを増加させる。
【００２５】
図２は、本発明の１つ以上の実施形態による、人工筋繊維２００をもつれさせずに、撚るための、及び／または巻くための装置を示す。第１のチューブ２３０の特定の直径を選択することによって、人工筋繊維２００は同時に撚られ、巻かれることができる。第１のチューブ２３０の内径は、人工筋繊維２００をコイル状にするのに十分に大きいが、人工筋繊維２００がもつれることを防止するのに十分に小さいものであり得る。
【００２６】
１つ以上の実施形態によれば、人工筋繊維２００は、１つの場所で撚ってもよく、次いで第１のチューブ２３０に沿った別の場所で巻いてもよい。
【００２７】
１つ以上の実施形態によれば、非限定的な実施例として、第１のチューブ２３０の内径は、巻くために無撚繊維／非コイル状繊維２１０の直径よりも１０〜２０％大きくなり得る。このような巻きは、初めからの撚繊維１２０、２２０または無撚繊維／非コイル状繊維２１０に対して実行され得る。
【００２８】
１つ以上の実施形態によれば、非限定的な実施例として、ナイロン６，６が繊維材料として使用される場合、第１のチューブ２３０の内径は、無撚繊維／非コイル状繊維２１０の直径の約２倍となり得る。
【００２９】
１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ２３０は、１つ以上の加熱区域を有し得る。更に、第１のチューブ２３０は、その長さにわたって異なる内径を有する１つ以上の区域を有し得る。１つ以上の実施形態によれば、捻れ点２２１の温度は、巻回点２４１の温度とは異なり得る。１つ以上の実施形態によれば、巻回点２４１における第１のチューブ２３０の内径は、捻れ点２２１における第１のチューブ２３０の内径と異なり得る。例えば、巻回点２４１における第１のチューブ２３０の内径は、捻れ点２２１における第１のチューブ２３０の内径よりも大きくてもよい。
【００３０】
１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ２３０は、チューブの長さにわたって複数の内径を有してもよい。このことは、繊維が第１のチューブ２３０を通って移動するときに、人工筋繊維２００を異なるように撚ること、及び／または巻くことを可能にし得る。例えば、繊維が捻れる位置における第１のチューブ２３０の内径は、繊維が巻く位置における第１のチューブ２３０の内径とは異なり得る。
【００３１】
図２では、撚り及び巻き工程は、加熱チューブ内の別個の別々の領域として示されている。１つ以上の実施形態によれば、巻き及び捻れはまた、第１のチューブ２３０内の実質的に同じ位置でも起こり得る。
【００３２】
図２に示すように、人工筋繊維２００は第１のチューブ２３０に向かって左から右に移動し、人工筋繊維２００が、捻れ点２２１及び／または巻回点２４１において撚ること及び／または巻くことを継続するとともに、無撚繊維／非コイル状繊維２１０が第１のチューブ２３０に入る。人工筋繊維２００の軟化した部分が加熱区域から動いて、離れると、軟化した繊維は冷却されてより剛性になる。その結果、撚られ得るコイル状繊維２４０が、図２に示すように、第１のチューブ２３０の右端から出ている。
【００３３】
１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ２３０、１３０の内径は、一部の繊維が他の繊維よりも緊密なコイル状構造を形成し得ることから、人工筋繊維１００、２００を製造するために使用される材料間で変化し得る。前述したように、繊維を軟化してチューブ内で撚り及び／または巻きが起きることを確実にするために、第１のチューブ２３０の特定の位置において加熱が加えられ得る。１つ以上の実施形態によれば、捻れ点２２１または巻回点２４１における人工筋繊維２３０の温度は、少なくとも人工筋繊維２００の材料のガラス転移温度、かつ人工筋繊維２００の材料の融点未満まで上昇され得る。
【００３４】
１つ以上の実施形態では、第１のチューブ１３０、２３０の後に第２のチューブが使用され得る。撚繊維１２０またはコイル状繊維２４０が第１のチューブ１３０、２３０を出た後、それらは第２のチューブに入る。第２のチューブは、撚繊維１２０またはコイル状繊維２４０をアニールして弛緩させ、得られた繊維（撚繊維、コイル状繊維、またはその他）が、張力が解放されても巻き戻されることなく、得られた配向を保持するようにする。１つ以上の実施形態では、第２のチューブは、第１のチューブ１３０、２３０と少なくとも同じ温度で動作され得る。１つ以上の実施形態において、第２のチューブの加熱温度は、第１のチューブ１３０、２３０の加熱温度よりもわずかに高くてもよい。
【００３５】
１つ以上の実施形態では、第１のチューブ１３０、２３０が、従来のバッチ式製造プロセスにおけるのと同様に、他の手段によって撚られた繊維をアニールするために使用され得る。本明細書に開示されている１つ以上の実施形態は、第１のチューブ１３０、２３０及び第２のチューブの両方の機能を提供する単一のチューブを利用してもよい。
【００３６】
図３は、本発明の１つ以上の実施形態による、人工筋繊維３００を乾燥させるための装置を示す。水分は、例えばナイロンなどの一部の人工筋肉材料の挙動に影響を及ぼし得る。１つ以上の実施形態によれば、無撚繊維／非コイル状繊維３１０の水分は、撚りまたは巻きの前に制限された量に低減され得る。例えば、第１のチューブ３３０内で軟化する前に無撚繊維／非コイル状繊維３１０を乾燥させるために乾燥チャンバ３５０または水分収集ストリップが使用され得る。そのような乾燥区域は、第１のチューブ３３０に組み込まれ得る。例えば、第１のチューブ３３０は水分収集物質を含み得る。
【００３７】
図４は、１つ以上の実施形態によると、繊維が第１のチューブ４３０の内側にある間に人工筋繊維４００にコーティングを塗布してもよい１つ以上のコーター４６０を示している。コーター４６０は、随時、すなわち、繊維を加熱する前、繊維を加熱した後、または繊維の加熱中に、人工筋繊維４００上にコーティングを塗布してもよい。コーティングは、１つ以上の実施形態に従って第１のチューブ４３０内の特定の位置に塗布されてもよく、コーティングが繊維の任意の特定の位置に塗布されてもよいようになっている。１つ以上の実施形態では、コーティングは、既知の技術に従って繊維がチューブの外側にある間に塗布されてもよい。１つ以上の実施形態によれば、不活性ガスが第１のチューブ４３０の内側に供給されてもよく、第１のチューブ４３０内側の酸化反応または化学反応を防止する。
【００３８】
１つ以上の実施形態によれば、コーティングは、２０１８年２月２２日に出願された「ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＭＵＳＣＬＥ  ＦＩＢＥＲＳ」と題するＷＩＰＯ出願第ＰＣＴ／ＵＳ１８／１９２２５号、及び２０１７年１２月７日に出願された「ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＳ  ＩＮ  ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ  ＭＵＳＣＬＥ  ＡＣＴＵＡＴＯＲＳ」と題するＷＩＰＯ出願第ＰＣＴ／ＵＳ１７／６５１２７号に開示されているコーティングと同様であり得る。これらの出願の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【００３９】
１つ以上の実施形態では、撚り工程を容易にするために潤滑剤がチューブの内側に供給されてもよい。これらの実施形態では、シリコン系油などの比較的軽い油が使用され得る。
【００４０】
本明細書に開示される１つ以上の実施形態では、第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０は金属で構成され得る。これらの実施形態では、第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０は抵抗加熱されてもよい。金属チューブを加熱するための当該技術分野において既知の他の加熱方法が使用されてもよい。例えば、加熱要素は第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０内の特定の位置に直接取り付けられてもよい。
【００４１】
図５は、本発明の１つ以上の実施形態による、撚った人工筋繊維を連続的に製造するための方法のフローチャートを示す。本明細書で開示される方法は、無撚繊維をチューブの軸に沿ってチューブの内側に通すこと（ＳＴ５００１）、及び無撚繊維に張力を加えること（ＳＴ５００２）を含み得る。本方法は、繊維がチューブ内にある間に無撚繊維を撚ることを含む（ＳＴ５００３）。１つ以上の方法における前述の繊維及びチューブは、上で開示された人工筋繊維１００、２００、３００、４００及び第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０であり得る。１つ以上の方法では、第１のチューブ１３０は、捻れ点１２１において人工筋繊維１００の温度を上昇させて、捻れ点１２１において繊維をより柔らかくし、かつ展性を高める１つ以上の加熱区域を含み得る。本明細書に開示される方法は、人工筋繊維１００に適切な張力を加えることを含み得る。本明細書に開示される方法は、軟化されて最小量の内部捻り抵抗を有する捻れ点１２１において人工筋繊維１００を撚る回転力を人工筋繊維１００に加えることを含み得る。
【００４２】
人工筋繊維１００が第１のチューブ１３０を通過すると、加熱され撚られた人工筋繊維１００の部分は、第１のチューブ１３０の加熱区域から離れるように動き、冷却し、より剛性になる。従って、人工筋繊維１００が第１のチューブ１３０を通過すると、撚繊維１２０が第１のチューブ１３０から出る。当業者は、そのような方法が人工筋繊維１００の２つ以上の区域を加熱することを含み得ることを理解する。当業者であれば、本明細書に記載の方法では、捻れ点１２１は、局所化された単一点、複数の局所化された点、１つの領域、または繊維の長さに沿った複数の領域であり得ることを理解するであろう。
【００４３】
本明細書に記載の１つ以上の方法では、人工筋繊維１００の柔らかい撚った部分は、冷却区域を介して冷却され得る。
【００４４】
本明細書に記載の１つ以上の方法では、第１のチューブ１３０は金属製チューブであってもよいか、または金属チューブを含んでもよい。金属チューブの位置の温度を上昇させるために、抵抗加熱によって加熱されてもよい。
【００４５】
本明細書に記載の１つ以上の方法では、撚繊維１２０のバイアス角は、前述のように選択され得る。
【００４６】
本明細書に記載の１つ以上の方法では、第１のチューブ１３０は、捻れ点１２１または撚繊維が依然として柔らかくあり得る繊維の他の部分において、もつれることを防ぐために、柔らかい撚繊維を物理的に拘束し得る。１つ以上の実施形態によれば、第１のチューブ１３０の内径は、人工筋繊維１００の直径よりもわずかに大きいだけであってよい。
【００４７】
本明細書に開示されている１つ以上の方法は、もつれることなく人工筋繊維２００を巻くことを含み得る。第１のチューブ２３０用に特定の直径を選択することによって、人工筋繊維２００は同時に撚られて巻かれることができる。第１のチューブ２３０の内径は、人工筋繊維２００の巻きを可能にするために十分に大きいが、人工筋繊維２００のもつれを防止するために十分に小さくなるように設計され得る。
【００４８】
上記のように、本明細書に記載の１つ以上の方法では、人工筋繊維２００は、１つの場所で撚ってもよく、次いで第１のチューブ２３０に沿った別の場所で巻いてもよい。
【００４９】
１つ以上の実施形態によれば、非限定的な実施例として、第１のチューブ２３０の内径は、無撚繊維／非コイル状繊維２１０の直径よりも１０〜２０％大きいように設計され得る。そのような巻きは、撚繊維１２０、２２０または無撚繊維／非コイル状繊維２１０に対して実行されてもよい。
【００５０】
本明細書において開示されている１つ以上の方法によれば、非限定的な実施例として、ナイロン６，６が繊維材料として使用される場合、第１のチューブ２３０の内径は、無撚繊維／非コイル状繊維２１０の直径の約２倍であり得る。
【００５１】
当業者は、本明細書において開示されている第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０は円筒形に限定されず、様々な外部形状及び内部形状を有し得ることを理解する。例えば、第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０の形状は、円筒形から異なるチューブ状の形状に変化してもよく、繊維は依然として第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０内を容易に移動することができ、もつれないようになっている。例えば、チューブの内径は長さに沿って変化してもよい。そのような変動は緩やかであっても、そうでなくてもよい。
【００５２】
本明細書において開示されている実施形態によれば、回転力が繊維に沿って第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０の加熱部分（複数可）の柔らかい領域に移動し得ることから、当業者であれば、加えられた回転力を第１のチューブ１３０、２３０、３３０、４３０の近くに提供する必要がないことを理解するであろう。
【００５３】
本明細書に開示された実施形態は、人工筋繊維の連続的製造方法を提供し得る。実施形態は、撚り工程に機械的拘束を提供することによって、より安定した撚り工程を提供し得る。更に、本明細書に開示された実施形態は、製造された人工筋繊維により大きなバイアス角を提供し得る。例えば、５３度のバイアス角が得られている。本明細書に開示されている実施形態は、５３度を超えるバイアス角を提供し得る。
【００５４】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、本開示の恩恵を受ける当業者であれば、本明細書に開示した本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態を考案できることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００５５】
１００  人工筋繊維
１１０  非コイル状繊維
１２０  撚繊維
１２１  捻れ点
１３０  第１のチューブ
２００  人工筋繊維
２１０  非コイル状繊維
２２０  撚繊維
２２１  捻れ点
２３０  第１のチューブ
２４０  コイル状繊維
２４１  巻回点
３００  人工筋繊維
３１０  非コイル状繊維
３３０  第１のチューブ
３５０  乾燥チャンバ
４００  人工筋繊維
４３０  第１のチューブ
４６０  コーター
【図１】
2020509805.tif 000003
【図２】
2020509805.tif 000004
【図３】
2020509805.tif 000005
【図４】
2020509805.tif 000006
【図５】
2020509805.tif 000007
【国際調査報告】
2020509805.tif 000008
2020509805.tif 000009