JP2018186925A - コイル化アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】加熱部材の長尺部材同士の電気的接点を減らして加熱部材の複数本の長尺部材を備えながら電気抵抗の低下を抑えることができるコイル化アクチュエータを提供する。【解決手段】コイル化アクチュエータ４であって、熱により伸縮可能な繊維１，１１１ｃと、通電により繊維を加熱可能な少なくとも２本以上の長尺部材２ａ，２ｂを有する加熱部材２と、加熱部材の長尺部材同士を絶縁する少なくとも２本以上の長尺部材３ａ，３ｂを有する絶縁部材３とを備え、繊維は、その長軸１１０ＬＡの周りに沿って捩られており、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、加熱部材の長尺部材は、繊維の外周を、互いに交差することなく巻かれ、絶縁部材の長尺部材は、繊維の外周に巻かれ、加熱部材および絶縁部材は、加熱部材の長尺部材と絶縁部材の長尺部材とが組み合わさって互いに交差する交差部２１を複数有しつつ繊維の外周を網状に覆っている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明はコイル化アクチュエータに関する。

外部刺激により伸張又は収縮する繊維状のアクチュエータは、骨格と組み合わせて人工筋肉としてデバイスを駆動したり、布地に織り込んで面状のデバイスを変形させるなどの用途に利用できる。例えば、特許文献１は、ポリマー繊維を用いたポリマー繊維アクチュエータを開示している。このポリマー繊維アクチュエータは、熱によって歪み動作し、軽量、柔軟、及び、高出力という特長がある。このようなポリマー繊維アクチュエータの加熱手段としては、電熱線を巻き付けて抵抗加熱を行うものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−４２７８３号公報

ポリマー繊維アクチュエータの熱分布が不均一であれば、効率が低下する。そこで、均熱化のために電熱線を高密度で配置した場合、電熱線同士が電気的接点を持つことで低抵抗になるという課題があった。電熱線が低抵抗である場合には、高電流化し、発火又は感電などの危険性が増大する。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、繊維と加熱部材の複数本の電熱線を構成する長尺部材とが一体化された構成で、加熱部材の長尺部材同士の電気的接点を減らして加熱部材の複数本の長尺部材を備えながら電気抵抗の低下を抑えることができるコイル化アクチュエータを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかるコイル化アクチュエータは、コイル化アクチュエータであって、
熱により伸縮可能な繊維と、
通電により前記繊維を加熱可能な少なくとも２本以上の長尺部材を有する加熱部材と、
前記加熱部材の前記長尺部材同士を絶縁する少なくとも２本以上の長尺部材を有する絶縁部材とを備え、
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畳まれており、
前記加熱部材の前記長尺部材は、前記繊維の外周を、互いに交差することなく巻かれ、
前記絶縁部材の前記長尺部材は、前記繊維の外周に巻かれ、
前記加熱部材および前記絶縁部材は、前記加熱部材の前記長尺部材と前記絶縁部材の前記長尺部材とが組み合わさって互いに交差する交差部を複数有しつつ前記繊維の外周を網状に覆っている。

本発明の前記態様にかかるコイル化アクチュエータによれば、繊維と加熱部材の複数本の長尺部材と絶縁部材の複数本の長尺部材とが一体化された構成で、長尺部材同士の電気的接点を減らし、加熱部材として複数本の長尺部材を備えながら電気抵抗の低下を防止することができる。また、前記態様は、使用時の発火及び感電などの危険性を低減できる。

本実施形態によるコイル化アクチュエータを示す説明図 本実施形態によるコイル化アクチュエータを拡大した説明図 本実施形態によるコイル化アクチュエータの組目部分を拡大した説明図 本実施形態によるコイル化アクチュエータの組目部分において加熱部材を切断したときの拡大断面図 本実施形態の変形例によるコイル化アクチュエータを示す説明図 捩られておらず、かつ折り畳まれていない繊維１１１ａの模式図 捩られているが、折り畳まれていない繊維１１１ｂの模式図 捩られており、かつ折り畳まれた繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２の模式図 折り畳まれた繊維１１１ｃによって形成される円筒状のコイルの模式図 １１１ｃ−１と１１１ｃ−２を撚り合せた繊維の模式図 図２Ｅの繊維に加熱部材と絶縁部材とを巻き付けた本実施形態の簡略版の変形例のコイル化アクチュエータの模式図 図２Ｅの繊維に加熱部材と絶縁部材とを巻き付けた本実施形態のさらに簡略版の変形例のコイル化アクチュエータの模式図 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ、加熱される前、加熱中、加熱後の繊維１１１ｃの状態の模式側面図 本実施形態によるコイル化アクチュエータを製造するときに使用する製紐機の斜視図 実施例の抵抗値測定結果を示す図 実施例における伸縮率測定系の図 実施例の伸縮率測定結果と温度測定結果を示す図 比較例１のコイル化アクチュエータを示す図 比較例１の抵抗値測定結果を示す図 比較例１の伸縮率測定結果と温度測定結果を示す図 比較例２のコイル化アクチュエータを示す図 比較例２の抵抗値測定結果を示す図 比較例２の伸縮率測定結果と温度測定結果を示す図

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
本発明の第１態様によれば、
コイル化アクチュエータであって、
熱により伸縮可能な繊維と、
通電により前記繊維を加熱可能な少なくとも２本以上の長尺部材を有する加熱部材と、
前記加熱部材の前記長尺部材同士を絶縁する少なくとも２本以上の長尺部材を有する絶縁部材とを備え、
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畳まれており、
前記加熱部材の前記長尺部材は、前記繊維の外周を、互いに交差することなく巻かれ、
前記絶縁部材の前記長尺部材は、前記繊維の外周に巻かれ、
前記加熱部材および前記絶縁部材は、前記加熱部材の前記長尺部材と前記絶縁部材の前記長尺部材とが組み合わさって互いに交差する交差部を複数有しつつ前記繊維の外周を網状に覆っている、
コイル化アクチュエータを提供する。

前記態様によれば、前記複数の交差部のそれぞれにおいて、前記加熱部材の前記長尺部材と前記絶縁部材の前記長尺部材とが組み合わさって互いに交差しており、前記加熱部材の前記長尺部材の位置ずれが前記絶縁部材の前記長尺部材で抑制され、前記加熱部材の隣接する前記長尺部材同士が接近するのを抑制することができる。この結果、電熱線を構成する加熱部材の複数本の長尺部材と繊維とが一体化された構成で、加熱部材の複数本の長尺部材を備えながら、加熱部材の長尺部材同士の電気的接点を減らして電気抵抗の低下を抑えることができる。

また、このような構成によれば、前記加熱部材により前記繊維が加熱されていないとき、複数の前記長尺部材が交差する箇所（以下、「交差部」とも称される）のうち隣接する交差部間に位置する前記複数の長尺部材が前記繊維の前記外面に接触しており、前記加熱部材により前記繊維が加熱されて縮むとき、前記隣接する交差部間の間隔が、前記繊維の非加熱時の前記隣接する交差部間の間隔よりも小さくなり、前記隣接する交差部間に位置する前記複数の長尺部材が前記繊維の前記外面から離れるように弛むことができる。よって、熱によって伸縮する量が異なる繊維と、加熱部材と、絶縁部材とで構成されても、三者は一体化された構成となっている。

なお、繊維が加熱されて縮むときに、隣接する交差部間の間隔が小さくなるのは、繊維の伸縮方向と略平行方向に隣接している交差部間の距離が小さくなり、伸縮方向と略垂直方向に隣接している交差部間の距離が大きくなるからである。

また、複数本の加熱部材の長尺部材を有することで、加熱部材の長尺部材が繊維を覆う率が増して繊維温度の均熱化ができる。さらに、加熱部材の長尺部材同士の電気的接点がないことで、加熱部材の長尺部材の本数によらず、加熱部材の電気抵抗を設計することができる。また、繊維の伸縮による電気的接点の増減がなく、動作が安定になる。なお、ここで本数とは、繊維が束で構成されている場合は、一束を一本と数える。

本発明の第２態様によれば、第１態様において、
複数の前記交差部のうち、４つの交差部が組目交差部として大略四辺形の頂点の位置に配置されて、前記大略四辺形の組目を構成し、前記大略四辺形の組目が前記繊維の外周に複数個配置されて網状に前記繊維の外周を覆っており、
前記大略四辺形のうちの対向する２辺が前記加熱部材で構成され、残りの対向する２辺が前記絶縁部材で構成され、
前記大略四辺形の組目のうちの隣接する前記組目交差部同士では、一方の前記組目交差部では、前記加熱部材は前記繊維と前記絶縁部材との間に位置し、もう一方の前記組目交差部では、前記絶縁部材は前記繊維と前記加熱部材との間に位置する、コイル化アクチュエータを提供する。

前記態様によれば、各組目交差部では、繊維の外側で加熱部材の長尺部材と絶縁部材の長尺部材とが重なるとき、加熱部材の長尺部材と絶縁部材の長尺部材とのいずれか一方が内側に他方が外側に配置され、かつ、絶縁部材の長尺部材に加熱部材の長尺部材が押し付けられている。よって、加熱部材の長尺部材は絶縁部材の長尺部材の表面に沿って位置ずれしにくくなっており、加熱部材の長尺部材同士が接触して電気的接点が形成されるのを抑制することができる。また、１つの交差部で、点的に、加熱部材の長尺部材の位置ずれを抑制するのではなく、組目として４つの交差部で、言わば面的に、加熱部材の長尺部材の位置ずれを抑制することができるので、より一層、位置ずれ抑制効果を発揮することができる。

本発明の第３態様によれば、第１又は２態様において、
前記加熱部材の伸縮量は、前記絶縁部材の伸縮量よりも小さい材料で構成され、
前記絶縁部材は、外力により伸縮可能な材料で構成され、
前記交差部では、前記絶縁部材は、前記加熱部材によって押し付けられて保持されている、コイル化アクチュエータを提供する。

前記態様によれば、各組目交差部では、加熱部材の長尺部材と絶縁部材の長尺部材とのいずれか一方が内側に他方が外側に配置され、かつ、絶縁部材の長尺部材に加熱部材の長尺部材が押し付けられて保持されている。よって、加熱部材の長尺部材は絶縁部材の長尺部材の表面に沿って位置ずれしにくくなっており、加熱部材の長尺部材同士が接触して電気的接点が形成されるのをより抑制することができる。

本発明の第４態様によれば、第３態様において、
前記加熱部材の前記長尺部材は、金属の糸状部材であり、
前記絶縁部材の前記長尺部材は、ポリエチレン繊維の束の糸状部材である、コイル化アクチュエータを提供する。

前記態様によれば、前記絶縁部材の長尺部材に前記加熱部材の長尺部材が押し付けられるとき、前記加熱部材と前記絶縁部材とで剛性が異なるので、前記絶縁部材の長尺部材に前記加熱部材の長尺部材が確実に押し付けられて保持されている。よって、加熱部材の長尺部材は絶縁部材の長尺部材の表面に沿ってより位置ずれしにくくなっており、加熱部材の長尺部材同士が接触して電気的接点が形成されるのをより確実に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
（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１１１ａ」は、捩られておらず、かつ折り畳まれていない繊維を意味する。図２Ａを参照のこと。繊維１１１ａは、「延伸された繊維１１１ａ」とも呼ばれ得る。
用語「繊維１１１ｂ」は、捩られているが、折り畳まれていない繊維を意味する。図２Ｂを参照のこと。繊維１１１ｂは、「捩られた繊維１１１ｂ」とも呼ばれ得る。
用語「繊維１１１ｃ」は、捩られており、かつ折り畳まれた繊維を意味する。図２Ｃを参照のこと。繊維１１１ｃは、「折り畳まれた繊維１１１ｃ」とも呼ばれ得る。
用語「繊維１１１」は、繊維１１１ａ〜繊維１１１ｃを包括的に（ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ）含む。本願明細書において、折り畳まれているが、捩られていない繊維は存在しない。

（実施形態）
（全体構成）
図１Ａ及び図２Ｆに示されるように、本実施形態によるコイル化アクチュエータ４は、繊維１と、加熱部材２と、絶縁部材３とを備えている。なお、詳しくは後述するが、図１Ａでは、加熱部材２と絶縁部材３とをそれぞれ８本の糸状部材で構成しているのに比較して、図２Ｆは理解しやすくするため、加熱部材２と絶縁部材３とをそれぞれ４本の糸状部材で構成している。言い換えれば、図１Ａの実施形態の簡略版の変形例として図２Ｆを示しているが、加熱部材２と絶縁部材３との本数以外は同一構成である。

繊維１は、熱により伸縮可能な熱歪繊維であり、一例として、コイル状繊維を少なくとも２本以上撚り合わせて１本にしている繊維（以下、２ＰＬＹポリマー繊維と称す。）１１１ｃを芯として、その周囲に定電流直流電源６に接続可能な加熱部材２と、絶縁部材３とが配置されている。このように構成したコイル化アクチュエータ４は、加熱部材一体型繊維アクチュエータとも称する。

２ＰＬＹポリマー繊維１１１ｃは第１ポリマー繊維１１１ｃ−１と第２ポリマー繊維１１１ｃ−２とを撚り合わせてある（図２Ｅ参照）。第１ポリマー繊維１１１ｃ−１および第２ポリマー繊維１１１ｃ−２はそれぞれ長軸１１０ＬＡ（図２Ｃ参照）の周りに沿って捩られているとともに、第１ポリマー繊維１１１ｃ−１および第２ポリマー繊維１１１ｃ−２のそれぞれが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、熱により伸縮可能としている。２本の繊維を総称するときは１１１ｃで参照し、１本ずつ個別の繊維を指すときは１１１ｃ−１，１１１ｃ−２で参照する。このような繊維１は、例えば、室温状態で初期長さＬ３（図２Ｃ参照）の繊維１が加熱されると収縮して、初期長さＬ３より長軸（すなわち、長手方向）１１０ＬＡ沿いに短くなる一方、加熱が停止されて冷却され、室温に戻ると、再び、伸長して初期長さＬ３の自然長の状態まで復帰し、初期長さＬ３まで長軸１１０ＬＡ沿いに長くなる。

加熱部材２は、外力による伸縮量がポリマー繊維の伸縮量に比べて非常に小さい材料で構成された複数の長尺部材、例えば複数の糸状部材で構成されている。より具体的には、加熱部材２は、第１糸状部材２ａと第２糸状部材２ｂと第３糸状部材２ｄと第４糸状部材２ｅと第５糸状部材２ｆと第６糸状部材２ｇと第７糸状部材２ｈと第８糸状部材２ｉで構成されている。第１糸状部材２ａと第２糸状部材２ｂと第３糸状部材２ｄと第４糸状部材２ｅと第５糸状部材２ｆと第６糸状部材２ｇと第７糸状部材２ｈと第８糸状部材２ｉは、それぞれ、繊維１の外面に配置され、繊維１の外面を螺旋状に互いに同方向に周回し、言い換えれば、繊維１の外周を、互いに交差することなく巻かれている。また、加熱部材２は、通電により繊維１を加熱可能な部材である。

また、絶縁部材３は、外力により伸縮可能な材料で構成された複数の長尺部材、例えば複数の糸状部材で構成されている。より具体的には、絶縁部材３は、第９糸状部材３ａと第１０糸状部材３ｂと第１１糸状部材３ｄと第１２糸状部材３ｅと第１３糸状部材３ｆと第１４糸状部材３ｇと第１５糸状部材３ｈと第１６糸状部材３ｉで構成されている。第９糸状部材３ａと第１０糸状部材３ｂと第１１糸状部材３ｄと第１２糸状部材３ｅと第１３糸状部材３ｆと第１４糸状部材３ｇと第１５糸状部材３ｈと第１６糸状部材３ｉは、それぞれ、繊維１の外面に配置され、繊維１の外面を螺旋状に互いに同方向に周回し、言い換えれば、繊維１の外周に巻かれている。絶縁部材３の複数の糸状部材同士は互いに交差することなく巻くことにより、より小型化を図ることができる。一例として、絶縁部材の糸状部材は、ポリエチレン繊維の束の糸状部材である。

また、加熱部材２と絶縁部材３とは、互いに交差して複数の交差部２１を形成して大略円筒網状に繊維１の外周を覆っている。各交差部２１では、図１Ｄに示すように、繊維１の外側で加熱部材２の長尺部材と絶縁部材３の長尺部材とが重なるとき、加熱部材２と絶縁部材３とのいずれか一方が内側に他方が外側に配置され、かつ、絶縁部材３の糸状部材に加熱部材２の糸状部材が押し付けられて保持されている。よって、加熱部材２の糸状部材は絶縁部材３の糸状部材の表面に沿って位置ずれしにくくなっており、加熱部材２の糸状部材同士が接触して電気的接点が形成されるのを抑制している。よって、絶縁部材３は、加熱部材の糸状部材同士を絶縁する機能を有している。なお、絶縁部材の長尺部材に加熱部材の長尺部材が押し付けられるとき、場合によっては、へこみつつ保持されて、より位置ずれしにくくなることもある。

複数の交差部２１のうち、４つの交差部２１が、組目交差部（例えば２１−１，２１−２，２１−３，２１−４）として大略四辺形の頂点の位置に配置されて、大略四辺形の組目２０を構成し、この大略四辺形の組目２０が繊維１の外周に複数個配置されて網状に繊維１の外周を覆っている。以下、組目として総称的に言及するときは、符号２０とし、個別の組目を指すときは、２０−１，２０−２，２０−３のように言及する。交差部についても同様に、総称的に言及するときは、符号２１とし、個別の交差部を指すときは、２１−１，２１−２，２１−３のように言及する。大略四辺形の組目のうちの隣接する組目交差部同士では、一方の組目交差部では、加熱部材２は繊維１と絶縁部材３との間に位置し、もう一方の組目交差部では、絶縁部材３は繊維１と加熱部材２との間に位置している。

第１糸状部材２ａと第２糸状部材２ｂと第３糸状部材２ｄと第４糸状部材２ｅと第５糸状部材２ｆと第６糸状部材２ｇと第７糸状部材２ｈと第８糸状部材２ｉにそれぞれ電流が流されると、発熱して、繊維１を加熱可能となっている。複数の糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉのそれぞれは、金属の細単線である。この金属の細単線が、繊維１の外面で螺旋状に同方向に周回している。

また、複数の糸状部材３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉのそれぞれは、複数本の繊維が束になって若干撚られた状態で構成されている。この束が繊維１の外面で螺旋状に周回している。

図１Ｂは図１Ａのコイル化アクチュエータ４を拡大して示している。図１Ｃはコイル化アクチュエータ４の組目部分を拡大した説明図である。図１Ｄは（ａ）が絶縁部材３の糸状部材３ａに沿って加熱部材２の糸状部材を切断したときの説明図であり、（ｂ）が絶縁部材３の糸状部材３ｄに沿って加熱部材２の糸状部材を切断したときの説明図であり、（ｃ）が絶縁部材３の糸状部材３ｂに沿って加熱部材２の糸状部材を切断したときの説明図である。

なお、図１Ｂ及び図１Ｃでは、理解しやすくするため、絶縁部材３の糸状部材が加熱部材２の糸状部材よりも外側に配置されているときは交差部に白丸を付し、絶縁部材３の糸状部材が加熱部材２の糸状部材よりも内側に配置されているときは交差部に黒丸を付している。また、図１Ｃでは、絶縁部材３の糸状部材のうち組目と直接関係の無い部分は点線で示して、組目がより理解しやすいようにしている。

図１Ｂ及び図１Ｃより明らかなように、この実施形態では、絶縁部材３の各糸状部材に対して加熱部材２の糸状部材は、外側に位置する交差部が２個続いたのち、内側に位置する交差部が２個続き、その後、再び、内側に位置する交差部が２個続き、内側に位置する交差部が２個続くといったように繰り返されている。また、加熱部材２の各糸状部材に対して絶縁部材３の糸状部材は、外側に位置する交差部が２個続いたのち、内側に位置する交差部が２個続き、その後、再び、内側に位置する交差部が２個続き、内側に位置する交差部が２個続くといったように繰り返されている。

図１Ｂ及び図１Ｃを用いて、糸状部材の構成を詳細に説明する。
金属の細単線である糸状部材２ａは、絶縁部材３の糸状部材３ａの外側又は内側を通って交差して、交差部２１又は２５を形成する。交差部２１又は２５のうち、組目の頂点の位置に配置されている交差部を組目交差部と称する。

具体的に、まず、１つの四辺形の組目２０−１について説明する。四辺形の組目２０−１は、第１組目交差部２１−１，第２組目交差部２１−２，第３組目交差部２１−３，第４組目交差部２１−４を有している。第１組目交差部２１−１では、絶縁部材３の糸状部材３ａの外側に加熱部材２の糸状部材２ａが配置されている。第２組目交差部２１−２では、絶縁部材３の糸状部材３ａの内側に加熱部材２の糸状部材２ｂが配置されている。第３組目交差部２１−３では、絶縁部材３の糸状部材３ｄの外側に加熱部材２の糸状部材２ｂが配置されている。第４組目交差部２１−４では、絶縁部材３の糸状部材３ｄの内側に加熱部材２の糸状部材２ａが配置されている。第１組目交差部２１−１と第２組目交差部２１−２との間は、絶縁部材３の糸状部材３ａが１つの辺（絶縁辺と称する。）２３ａ−１を構成している。この絶縁辺２３ａ−１と対向して、第３組目交差部２１−３と第４組目交差部２１−４との間は、絶縁部材３の糸状部材３ｄが１つの絶縁辺２３ｄ−１を構成している。一方、第１組目交差部２１−１と第４組目交差部２１−４との間は、加熱部材２の糸状部材２ａが１つの辺（加熱辺と称する。）２２ａ−１を構成している。この加熱辺２２ａ−１と対向して、第２組目交差部２１−２と第３組目交差部２１−３との間は、加熱部材３の糸状部材２ｂが１つの加熱辺２２ｂ−１を構成している。よって、四辺形の組目２０−１は、絶縁辺２３ａ−１と絶縁辺２３ｄ−１と加熱辺２２ａ−１と加熱辺２２ｂ−１との４つの辺と、第１組目交差部２１−１，第２組目交差部２１−２，第３組目交差部２１−３，第４組目交差部２１−４との４つの組目交差部とで構成されている。

このように構成される組目２０−１では、加熱部材２の糸状部材同士が隣接する方向（言い換えれば、絶縁部材３の糸状部材の長手方向沿い）の組目交差部間では、加熱部材２の糸状部材の位置が絶縁部材３の糸状部材に対して内側と外側で互いに異なっており、加熱部材２の糸状部材が絶縁部材３の糸状部材で内側と外側とから挟み付けられて略固定されている。例えば、加熱部材２の隣接する糸状部材２ａ，２ｂでは、絶縁部材３の糸状部材３ａに対して、第１組目交差部２１−１では糸状部材２ａが外側に配置され、第２組目交差部２１−２では糸状部材２ａが内側に配置されるため、糸状部材２ａ，２ｂ同士が接近したとしても、絶縁部材３の糸状部材３ａが間に介在して直接接触を防止することができる。同様に、絶縁部材３の糸状部材３ｄに対して、第３組目交差部２１−３では糸状部材２ｂが外側に配置され、第４組目交差部２１−４では糸状部材２ａが内側に配置されるため、糸状部材２ａ，２ｂ同士が接近したとしても、絶縁部材３の糸状部材３ｄが間に介在して直接接触を防止することができる。

なお、加熱辺２２ａ−１の中間部と加熱辺２２ｂ−１の中間部とを絶縁部材３の糸状部材３ｂが横切って交差部２５をそれぞれ形成しているが、この糸状部材３ｂには、加熱辺２２ａ−１の中間部と加熱辺２２ｂ−１の中間部とがそれぞれ押し付けられて保持されており、各中間部が絶縁部材３の糸状部材３ｂの表面に沿って位置ずれしにくくなっており、中間部同士が接触して電気的接点が形成されるのを抑制している。言い換えれば、各組目２０は、対向する複数の辺で形成する形状を有しており、加熱部材２の糸状部材同士が接触することがないようにしている。

前記組目２０−１に隣接する、別の四辺形の組目２０−２について説明する。四辺形の組目２０−２は、第５組目交差部２１−５，第６組目交差部２１−６，第７組目交差部２１−７，第８組目交差部２１−８を有している。第５組目交差部２１−５では、絶縁部材３の糸状部材３ｉの内側に加熱部材２の糸状部材２ｉが配置されている。第６組目交差部２１−６では、絶縁部材３の糸状部材３ｉの外側に加熱部材２の糸状部材２ａが配置されている。第７組目交差部２１−７では、絶縁部材３の糸状部材３ｂの内側に加熱部材２の糸状部材２ａが配置されている。第８組目交差部２１−８では、絶縁部材３の糸状部材３ｂの外側に加熱部材２の糸状部材２ｉが配置されている。第５組目交差部２１−５と第６組目交差部２１−６との間は、絶縁部材３の糸状部材３ｉが１つの絶縁辺２３ｉ−１を構成している。この絶縁辺２３ｉ−１と対向して、第７組目交差部２１−７と第８組目交差部２１−８との間は、絶縁部材３の糸状部材３ｂが１つの絶縁辺２３ｂ−１を構成している。一方、第５組目交差部２１−５と第８組目交差部２１−８との間は、加熱部材２の糸状部材２ｉが１つの加熱辺２２ｉ−１を構成している。この加熱辺２２ｉ−１と対向して、第６組目交差部２１−６と第７組目交差部２１−７との間は、加熱部材３の糸状部材２ａが１つの加熱辺２２ａ−２を構成している。よって、四辺形の組目２０−２は、絶縁辺２３ｉ−１と絶縁辺２３ｂ−１と加熱辺２２ｉ−１と加熱辺２２ａ−２との４つの辺と、第５組目交差部２１−５，第６組目交差部２１−６，第７組目交差部２１−７，第８組目交差部２１−８との４つの組目交差部とで構成されている。

このように構成される組目２０−２では、先の組目２０−１と同様に、加熱部材２の糸状部材同士が隣接する方向の組目交差部間では、加熱部材２の糸状部材の位置が絶縁部材３の糸状部材に対して内側と外側で互いに異なっている。例えば、加熱部材２の隣接する糸状部材２ｉ，２ａでは、絶縁部材３の糸状部材３ｉに対して、第５組目交差部２１−５では糸状部材２ｉが内側に配置され、第６組目交差部２１−６では糸状部材２ａが外側に配置されるため、糸状部材２ｉ，２ａ同士が接近したとしても、絶縁部材３の糸状部材３ｉが間に介在して直接接触を防止することができる。同様に、絶縁部材３の糸状部材３ｂに対して、第７組目交差部２１−７では糸状部材２ａが内側に配置され、第８組目交差部２１−８では糸状部材２ｉが外側に配置されるため、糸状部材２ｉ，２ａ同士が接近したとしても、絶縁部材３の糸状部材３ｂが間に介在して直接接触を防止することができる。

なお、加熱辺２２ｉ−１の中間部と加熱辺２２ａ−２の中間部とを絶縁部材３の糸状部材３ａが横切って交差部２５と第１組目交差部２１−１をそれぞれ形成しているが、この糸状部材３ａには、加熱辺２２ｉ−１の中間部と加熱辺２２ａ−２の中間部とがそれぞれ押し付けられて保持されており、各中間部が絶縁部材３の糸状部材３ａの表面に沿って位置ずれしにくくなっており、中間部同士が接触して電気的接点が形成されるのを抑制している。

このように、組目２０−１と２０−２とで説明したように、隣接する２つの組目２０−１，２０−２の組目交差部の位置を互いにずらせて配置することにより、絶縁部材３の各糸状部材３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉでは、組目交差部と組目でない交差部とが交互に配置されるように加熱部材２の糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉと交差するように配置されている。この結果、繊維１の周囲に多数の組目２０が隣接して配置されていることになり、加熱部材２の隣接する糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉ同士の接触が組目２０により防止することができる。

全ての組目２０は、繊維１が伸縮するのに追随して変形することができて、繊維１と加熱部材２と絶縁部材３とは一体化している。このような組目であるから、前記したように加熱部材の糸状部材同士が互いに接触することがなく、電気的接点を持つことがない。その結果、加熱部材の糸状部材の本数によらず電気抵抗を設計することができる。また、繊維１の伸縮による電気的接点の増減がなく、動作が安定になる。なお、組目２０の形状として略四角形とすれば、向かい合った辺で形成する形状のうちでは、角（すなわち、頂点）の数が最も少ないので、加熱部材２の糸状部材を、より密に配置することができて、より好ましい。

なお、前記説明では、糸状部材がそれぞれ８本の場合について説明しているが、例えば、８本よりも少ない本数、例えば４本で構成した場合（図２Ｆの例を参照。）には、図１Ｂ及び図１Ｃにおいて、以下ように考えればよい。

すなわち、図１Ａの実施形態の簡略版の変形例として図２Ｆに示すように、加熱部材２の糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅはそのままで、糸状部材２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉの位置にそれぞれ糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅが再び繊維１の外周を周回して配置されていると考えればよい。同様に、絶縁部材３の糸状部材３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅはそのままで、糸状部材３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉの位置にそれぞれ糸状部材３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅが再び繊維１の外周を周回して配置されていると考えればよい。

また、図１Ａの実施形態のさらに簡略版の変形例として図２Ｇに示すように、加熱部材２の糸状部材２ａ，２ｂはそのままで、糸状部材２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉの位置にそれぞれ糸状部材２ａ，２ｂが再び繊維１の外周を周回して配置されていると考えればよい。同様に、絶縁部材３の糸状部材３ａ，３ｂはそのままで、糸状部材３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉの位置にそれぞれ糸状部材３ａ，３ｂが再び繊維１の外周を周回して配置されていると考えればよい。この図２Ｇの変形例では、組目２０−１１は、中間の２つの交差部が無く、隣接する４個の組目交差部２１−１１，２１−１２，２１−１３，２１−１４と、加熱辺２２ａ−１と加熱辺２２ｂ−１と絶縁辺２３ａ−１と絶縁辺２３ｂ−１とで構成されている。
このような変形例でも、実施形態の電気抵抗低下抑制効果を発揮することができる。

以下、各構成について詳細に説明する。
（繊維）
本実施の形態において、繊維１は、２本の繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２を撚り合わせた２ＰＬＹポリマー繊維１１１ｃである。例えば、繊維１は、直鎖状低密度ポリエチレンからなる２本の繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２で構成されており、加熱部材２で繊維１の加熱が可能である。繊維１は、これ以外の材料でも使用可能であって、例えば、ポリエチレン（低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン）、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン１２など）、ＰＶＤＦ、ポリエステル、又は、エラストマー（シリコンゴム）でもよい。

繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２は、それぞれ、その長軸の周りに沿って捩られている。繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２は、それぞれ、螺旋の形状を有するように折り畳まれている。言い換えれば、繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２は、それぞれ、円筒状のコイルの形状を有するように折り畳まれている。
本実施形態において、２ＰＬＹポリマー繊維、すなわち、繊維１を芯として、その周囲に定電流直流電源５に接続された加熱部材２が配置されている。繊維１としては、１本の繊維１１１ｃ−１または１１１ｃ−２でも使用可能であるが、実際は、２本のコイル状の繊維ｃ−１および１１１ｃ−２をよじって１本の繊維１にしない限り、コイル状の繊維ｃ−１または１１１ｃ−２のよじれがほどけてしまい、取扱いにくい。そこで、少なくとも、２本のコイル状の繊維ｃ−１および１１１ｃ−２をよじって１本の繊維１にすると、安定して取扱うことができる。

まず、本実施態様において用いられる繊維１１１ｃを製造する方法が、図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら説明される。

図２Ａに示されるように、Ｌ１の長さ及びｄの直径を有する繊維１１１ａが用意される。言うまでもないが、繊維１１１ａは、細長く、かつ、繊維軸１１１ＬＡを有している。図２Ａでは、繊維１１１ａは、まだ捩られていないし、折り畳まれてもいない。繊維軸１１１ＬＡは、繊維１１１ａの中心軸でもあり、かつｘ軸方向に平行である。

次に、図２Ｂに示されるように、繊維１１１ａは捩られて、捩られた繊維１１１ｂになる。具体的には、繊維１１１ａの他端は、繊維軸１１１ＬＡの周りに沿って捩られないように固定されながら、繊維１１１ａの一端が、繊維軸１１１ＬＡの周りに沿って捩られる。このようにして、捩られた繊維１１１ｂが得られる。図２Ｂでは、繊維１１１ｂは捩られているが、まだ折り畳まれていない。繊維１１１ｂは、Ｌ２の長さを有している。繊維１１１ｂ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１１１ＬＡは、ｘ軸に平行である。長さＬ２の値は図２Ａの繊維１１１ａの長さＬ１の値と等しいか、又はＬ１よりも小さい。

このような捩りが繊維１１１ｂの一端を繊維軸１１１ＬＡ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２Ｃに示されるように、繊維１１１は回転するように折り畳まれる。具体的には、長さＬ１より短い長さＬ３及び直径ｄより大きい平均直径Ｄを有するように、繊維１１１は折り畳まれる。このときにおいても、繊維１１１の他端は、繊維軸１１１ＬＡ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、捩られかつ折り畳まれた繊維１１１ｃ−１が１本得られる。同様に繊維１１１ｃ−２をもう１本製造したのち、図２Ｅに示すように２本の繊維１１１ｃ−１，１１１ｃ−２を撚り合わせて２ＰＬＹポリマー繊維１１１ｃとしている。
図２Ｂに示される角度α_ｆは、繊維バイアス角度を表す。繊維バイアス角度α_ｆは、繊維軸１１１ＬＡに対する繊維１１１の捩れ角度である。平均直径Ｄは、円筒形のコイル形状の繊維１１１ｃ−１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。

図２Ｃに示されるように、繊維１１１が折り畳まれた後には、繊維軸１１１ＬＡはもはやｘ軸に平行ではない。折り畳まれた繊維１１１ｃ−１は螺旋の形状を有している。言い換えれば、折り畳まれた繊維１１１ｃ−１は、円筒状のコイルの形状を有している。言い換えれば、折り畳まれた繊維１１１ｃ−１は、つるまきバネの形状を有している。図２Ｃ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２Ｄも参照のこと。

図２Ｄ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、折り畳まれた繊維１１１ｃ−１の繊維軸１１１ＬＡに一致する。言うまでもないが、図２Ｂにおいて繊維１１１が繊維軸１１１ＬＡの周りに沿って右回りに捩られた場合、図２Ｃにおいて繊維１１１は右回りに回転しながら折り畳まれる。同様に、図２Ｂにおいて繊維１１１が繊維軸１１１ＬＡの周りに沿って左回りに捩られた場合、図２Ｃにおいて繊維１１１は左回りに回転しながら折り畳まれる。

折り畳まれた繊維１１１ｃ−１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１１０ＬＡを有している。以下、円筒状のコイルの長軸１１０ＬＡは、コイル軸１１０ＬＡと呼ばれる。

一例として、直鎖状低密度ポリエチレンは、０．９１５ｇ／ｃｍ^３以上０．９２５ｇ／ｃｍ^３以下の密度、及び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−（ＣＨ_２−ＣＨ_２）_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及び化学構造式−（ＣＨ_２−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。

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、−ＣＨ_２ＣＨ_３、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３、−ＣＨ_２ＣＨ（ＣＨ_３）ＣＨ_３、又は、ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３である。

（加熱部材）
加熱部材２の各糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉとしては、金属、例えばステンレス（ＳＵＳ３１６）直径５０μｍで構成される。
加熱部材２としては、例えば８本の糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉの全てを加熱用の糸状部材として構成してもよいし、又は、８本の糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉのうちのいずれか８本未満の糸状部材のみ加熱用の糸状部材とし、残りの糸状部材は加熱しない糸状部材としてもよい。加熱用の糸状部材の例としては、ステンレス以外にピアノ線、チタン、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ベリリウム銅、アルミ、金、銀、白金、スズ、鉛フリーハンダ、ニクロム、又は、パーマロイを挙げられる。又は、加熱部材２の長尺部材としては、糸状部材に限らず、糸状部材よりも幅広な、紐状の金属板でもよい。ここで、紐状の金属板とは、金属箔のスリッター加工等によって得られる、長細く、かつ、薄い金属板のことを意味する。金属箔の材料としては、チタン、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ベリリウム銅、ステンレス、アルミニウム、金、銀、白金、スズ、鉛フリーハンダ、ニクロム、又は、パーマロイを挙げられる。また、厚みの薄い金属箔で強度に問題が生じる場合は、金属箔の片面にフィルムを張ることで強度を高めることが可能である。
複数の糸状部材２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉのそれぞれは、単線で構成されているが、これに限られるものではなく、複数本の繊維が束になって構成してもよい。一例として８本を示したが、複数であれば本数に限定されない。

（絶縁部材）
絶縁部材３の各糸状部材３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉとしては、例えばポリエチレン繊維の束（１００デニール）で構成される。
絶縁部材３としては、全てを同じ材料で構成しても良いし、異なる材料で構成しても良い。例えば、延伸をした高密度ポリエチレンは、熱の配向性が延伸方向に高い特徴が知られている。このような材料を用いると、加熱部材２で発生した熱を長手方向に早く均熱化する効果がある。また、絶縁部材３としては、冷却時も早く冷却することができる。絶縁部材３の断熱特性、伝熱特性、又は蓄熱特性を用いて熱設計をすることができる。異なる特性の絶縁部材３を配置することで、より詳細な熱設計も可能となる。絶縁部材３の例としては、ポリエチレン（低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、又は高密度ポリエチレン）以外に、ポリウレタン、ナイロン（ナイロン６、ナイロン６，６、又はナイロン１２など）、ポリエステル、又はＰＶＤＦでもよい。
ここで、絶縁部材３としては、ポリウレタン弾性繊維（スパンテックスと称す。）は、伸縮性に優れている為、加熱部材２を押さえて組目２０の頂点（すなわち、組目交差部２１−１，２１−２，２１−３，２１−４など）の移動を防止する効果がある。絶縁部材３としては、伸縮性に優れた材料であれば、スパンテックスに限らず、ナイロン又はポリエステルに伸縮性かさ高加工を行ったテクスチャード加工糸でも良い。また、絶縁部材３としては、ゴム弾性材料などでも良い。

（端子）
図１Ａに示されるように、本実施形態によるコイル化アクチュエータ４は、さらに、その一端に固定板である第１通電用端子５ａを具備し、他端に第２通電用端子５ｂを具備するようにしてもよい。第１通電用端子５ａには、折り畳まれた繊維１１１ｃと加熱部材２と絶縁部材３の各一端が固定されている。第２通電用端子５ｂには、折り畳まれた繊維１１１ｃと加熱部材２と絶縁部材３との各他端が固定されている。第２通電用端子５ｂには、紐状部材８を介して、引張力印加部材の一例としての重り７が連結されて一定の引張力が少なくとも繊維１に印加されている。

なお、絶縁部材３は、図１Ｅに示すように、第１通電用端子５ａと第２通電用端子５ｂとに固定せずに、ケーシング３０に固定するようにしてもよい。
絶縁部材３の糸状部材として熱伝導性が高い材料を使用し、ケーシング３０の例としてヒートシンク部材に絶縁部材３を接続させることにより、絶縁部材３の冷却が早くなり、アクチュエータの昇温及び降温による応答性が早くなる。絶縁部材３としての応答性が早くなると、人体の素早い動きに追従するアシストが可能となる。
絶縁部材３として、熱伝導性が高い材料としては、例えば、高密度ポリエチレン又は炭素繊維などが挙げられる。
ヒートシンク部材は、コイル化アクチュエータ４のカバーの一部として配置してもよい。

また、第１通電用端子５ａと第２通電用端子５ｂとは定電流直流電源６に接続可能とし、定電流直流電源６から加熱部材２に通電可能としている。定電流直流電源６により加熱部材２が通電されると発熱して、繊維１１１ｃが熱により伸縮可能となる。定電流直流電源６と第１通電用端子５ａと第２通電用端子５ｂとは、常時接続してもよいし、定電流直流電源６と、第１通電用端子５ａと第２通電用端子５ｂとの間で着脱可能に接続されるようにしてもよい。定電流直流電源６には、図示しないスイッチが備えられて、スイッチのオンオフにより通電又は通電停止することができる。

よって、第１通電用端子５ａと第２通電用端子５ｂは、コイル化アクチュエータ４の端部において、２ＰＬＹポリマー繊維１と加熱部材２と絶縁部材３とを一束としてまとめるために接続され、第２通電用端子５ｂには、２ＰＬＹポリマー繊維１と加熱部材２と絶縁部材３に引張力を印加する手段の例として重り７が接続されている。重り７により２ＰＬＹポリマー繊維１と加熱部材２と絶縁部材３とが引っ張られることで伸びた状態となり、両者は一体化し接触する。

次に、定電流直流電源６により加熱部材２を通電すると、発熱する。発熱している加熱部材と２ＰＬＹポリマー繊維１とは接触しているので、２ＰＬＹポリマー繊維１は、熱伝導により速やかに昇温され、熱歪によって縮む。引っ張られることで２ＰＬＹポリマー繊維１と加熱部材２と絶縁部材３は一体化していたが、２ＰＬＹポリマー繊維１が縮むことで、引張力は緩和され、加熱部材２と２ＰＬＹポリマー繊維１との接触点は減少する。さらに、加熱部材２への通電を停止すると、加熱部材２及び２ＰＬＹポリマー繊維１は冷却し、２ＰＬＹポリマー繊維１は元の長さに伸びる。２ＰＬＹポリマー繊維１が伸びることで、絶縁部材３と加熱部材２と２ＰＬＹポリマー繊維１とは引っ張られ、再び一体となり、接触点が増加する。

このように、コイル化アクチュエータ４が加熱すると、２ＰＬＹポリマー繊維１と加熱部材２との接触点が減少し、２ＰＬＹポリマー繊維１の過熱による変質を防ぐことができる。

図１Ａ及び図２Ｅでは、アクチュエータ４の繊維１は、２本の繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２を具備している。アクチュエータ４の別の例としては、１本の繊維１１１ｃ−１を具備し得る。アクチュエータ４のまた別の例としては、平行に配列された２本以上の繊維１１１ａを一体的に捩って、１本の繊維１１１ｂを得てもよい。アクチュエータ４のさらに別の例としては、平行に配列された２本以上の捩られた繊維１１１ｂを一体的に捩って、１本の繊維１１１ｃを得てもよい。

また、繊維１１１ｃの捩れ及び折り畳みが解けることを抑制するために、繊維１１１ｃ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１１１ｃの各端子５ａ，５ｂには、保持固定具のような固定部材が具備されていることが望ましい。

（アクチュエータ動作）
繊維１１１ｃ−１または１１１ｃ−２は、加熱により、コイル軸１１０ＬＡ方向に沿って縮む。具体的には、繊維１１１ｃ−１または１１１ｃ−２が加熱された場合には、コイルバイアス角度α_ｃ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。繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２を撚り合わせた繊維１１１ｃ、従って繊維１も加熱により縮む。加熱部材２で加熱された後の繊維１の状態を示す図３の（ａ）は加熱部材２で加熱される前の繊維１の状態を示し、図３の（ｂ）は加熱部材２で加熱中の繊維１の状態を示し、図３の（ｃ）は加熱部材２で加熱された後の繊維１の状態を示す。このようにして、加熱部材２による加熱により、円筒形のコイルの形状を有するように折り畳まれた繊維１は、図３の（ｃ）に示すように、端子５ａおよび５ｂの間の距離が小さくなるように沿って縮む。加熱停止後に繊維１が冷却された場合には、繊維１は、図３の（ａ）に示すように、端子５ａおよび５ｂの間の距離が大きくなるように沿って伸びる。

繊維１１１ｃ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。繊維１１１ｃの温度が摂氏３０度以下の場合、繊維１１１ｃは十分に加熱されておらず、折り畳まれた繊維１１１ｃは縮まないと考えられる。繊維１１１ｃの温度が摂氏１００度を超える場合、繊維１１１ｃが融解し得る。よって、円筒状のコイルは、加熱部材２により摂氏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。

加熱された繊維１１１ｃは、摂氏３０℃以下の温度まで冷却される。繊維１１１ｃは、室温下で自然に冷却され得る。あるいは、繊維１１１ｃは、ペルチェ素子のような冷却器により冷却され得る。
なお、ここまでは、図３を参照しつつ、１本の繊維１１１ｃの動作を説明してきたが、本実施例では、繊維１１１ｃは２本の繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２を撚ったものであるが、その動作は１本の場合と同様である。
このような加熱及び冷却が繰り返されて、コイル化アクチュエータ４の伸縮動作を得る。

以下、実施例を参照しながら、本発明をより詳細に説明される。実施形態では加熱部材２及び絶縁部材３はそれぞれ８本の糸状部材で構成されているが、この実施例１では、簡略化して、加熱部材２及び絶縁部材３はそれぞれ２本の糸状部材で構成されている場合について説明する。

コイル化アクチュエータ４の作製方法を説明する。
初めに、高強度の直鎖状低密度ポリエチレン（以後、ＬＬＤＰＥと称す。）繊維を以下の手順で作製した。密度０．９１８ｇ／ｃｃのＬＬＤＰＥ（ペレット状、シグマ―アルドリッチ社から購入。）を加熱溶融押出機に入れ、２２０℃に加熱し、３０分ほど保持させた後、直径１ｍｍのノズルから押出し、糸状になった繊維をロールに巻き取った。
次に、巻き取ったＬＬＤＰＥの繊維を、回転数を調整できる２個のローラー間に張り、ローラー間に８０℃に熱した加熱板を置き、ローラー間に張られた繊維が加熱板に接触するようにし、一方のローラーから繰り出した繊維を、他方のローラーで巻き取りながら延伸した。ローターの直径は５ｃｍで、繰り出すローラーの回転速度を２ｒｐｍ、巻き取るローラーの回転速度を２０ｒｐｍに設定し、１０倍に延伸して、繊維１１１ａを得た。

次に、コイル状繊維に加工した。延伸後に得られた繊維１１１ａに荷重を加えながら加撚して繊維１１１ｂを得た。加撚により、繊維１１１ａが直線形を保ったまま捩れていき、繊維１１１ａの太さで正規化した繊維長さあたりの撚数が０．２３回転程度まで捩れると、繊維は直線形を保てなくなり、コイル状に変形するよじれが生じた。繊維は、撚数が１回転増える毎にコイルが一巻き分捩れて、さらに加撚を続行すると、最終的に繊維１１１ｃ全体がコイル形状に変形した。

さらに、２ＰＬＹポリマー繊維１に加工した。コイル状繊維１１１ｃ−１および１１１ｃ−２を用意し、その撚り合わせを行なった。２ＰＬＹポリマー繊維１にすることで、捩れが解けることを防止できる。

加熱部材２用としてのステンレス細単線（ＳＵＳ３１６ 直径５０μｍ）を２本と絶縁部材３用としての高密度ポリエチレン（１００デニール）２本とを用いて、コイル化アクチュエータ４を作製した。繊維１用としての２ＰＬＹポリマー繊維を芯にして（４つ打ち）を行なった。製紐とは、糸をメッシュ状に組物製作することである。
製紐は、単式で上方巻取り方式（縦型）の丸組機を用いた。一般に、単式とは一重に、複式とは二重に組む機械である。縦型には上方巻取り方式と下方巻取り方式があり、また、横型は水平方向に巻き取る方式である。平組機では、２次元組物を作製し、丸組機は円筒状組物、つまり３次元形状を有する２次元組物を作製する。本実施例１では、４つ打ち製紐を行なったが、４つ打ちとはボビンの数であり、それ以上のボビンの数を用いてもそれより少ないボビンの数を用いて製紐を行なってもよい。一般的に丸組機は、偶数のボビンを用いるが、例えば、４つ打ちの内、２本はステンレス細単線を用いて、１本は絶縁糸、残り１本は空にして全体で奇数本であっても円筒網状に編むことはできる。すなわち、本数に限定されることはない。また、単式を用いたが、複式で二重に組んでも良い。二重に組むことで、より保温性が増す。

図４に作製に用いた４つ打ちの製紐機を示す。丸組機は、一般に４つ打ち、６つ打ち、８つ打ちなど使用するボビンの数でそれぞれ異なるが、工程は同じである。以後、４つ打ちの説明を行うが、８つ打ち、１６打ちであっても同様である。芯となる２ＰＬＹポリマー繊維のボビン１０１は、ギアによって、２ＰＬＹポリマー繊維１に任意の張力を与えながら一定速度で繰り出した。２ＰＬＹポリマー繊維１は滑車１０２で向きを垂直方向に変え、巻き上げ装置１０３によって、ステンレスと高密度ポリエチレンとで構成した組物１０４の芯に配置されつつ引き上げられた。

また、ステンレス（直径３０μｍ）のボビン１０５ａと高密度ポリエチレン（１００デニール）のボビン１０５ｂとは、スピンドル１０６にそれぞれ保持した。スピンドル１０６は、波状軌道１０７上を走行した。４つ打ちなので、ステンレスのボビン１０５ａが２本と高密度ポリエチレンのボビン１０５ｂが２本の全部で４本であった。また、ステンレスのボビン１０５ａと高密度ポリエチレンのボビン１０５ｂとは互いに隣り合うスピンドルに保持された。ステンレスのボビン１０５ａと高密度ポリエチレンのボビン１０５ｂとからそれぞれ供給されたステンレスと高密度ポリエチレンとは製紐機の上方中央部の組成点１０８で集まり、そこで組物１０４が形成された。４つのスピンドル１０６を順にスピンドル１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４と称すると、１０６−１と１０６−３とが時計回りに、スピンドル１０６−２と１０６−４とが反時計回りに波状軌道１０７上を走行する。時計回りに走行するスピンドル１０６−１にはステンレスボビン１０５ａが保持され、反時計回りに走行するスピンドル１０６−２には高密度ポリエチレンボビン１０５ｂが保持され、軌道交差部１０９の間においてすれ違うことによって、組物１０４においてステンレス細単線と高密度ポリエチレン糸との交差部が形成される。スピンドル１０６−１からのステンレス細単線がスピンドル１０６−２からの高密度ポリエチレン糸の上を交差した場合、スピンドル１０６−４からの高密度ポリエチレン糸はスピンドル１０６−１からのステンレス細単線の上を交差し、スピンドル１０６−２からの高密度ポリエチレン糸はスピンドル１０６−３からのステンレス細単線の上を交差し、スピンドル１０６−３からのステンレス細単線はスピンドル１０６−４からの高密度ポリエチレン糸の上を交差することになる。

このように、水平面で波状軌道１０７上を他のスピンドル１０６と交錯しながら移動する水平方向の運動と、垂直方向に引き上げられる垂直方向の運動との２つの運動により、ステンレス細単線と高密度ポリエチレン糸とが互いに交差して交差部及び４つの組目交差部による組目２０をそれぞれ形成することで組まれた。
組物１０４のステンレス細単線２と高密度ポリエチレン糸３と、その芯の２ＰＬＹポリマー繊維１とが同時に垂直方向に引き上げられたことで、コイル化アクチュエータ４が作製できた。

実施例１では４つ打ちで説明したが、さらにも実施例２として、１６打ちも作製した。本数が増える以外は、実施例１と同じ構成である。これは、後述する比較例１が４つ打ち、比較例２が８つ打ちであるのに対して、比較検討のため、実施例２を１６打ちとしたものである。１６打ちとは、加熱部材２の糸状部材が８本で絶縁部材３の糸状部材が８本であり、先の実施形態で説明した構成と同じ構成である。実施例１では４つ打ちとして説明したが、本数が増えても同じ原理で作製できるため、１６打ちの作製方法についての説明は省略する。

実施例２にかかるコイル化アクチュエータ４の長さが１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍのときそれぞれの抵抗値をテスターで測定した。その結果を図５に示す。その傾きから、コイル化アクチュエータ４の抵抗は０．３Ω／ｍｍと分かった。
また次に、コイル化アクチュエータ４の温度が約３０℃から約６０℃に変化した時の伸縮率を測定した。測定方法について説明をする。

コイル化アクチュエータ４を任意の長さに切り、その両端を圧着端子５ａ，５ｂでまとめて固定支持し、通電時の伸縮特性を確認した。測定系を図６に示し、説明する。図６の固定板１０に一方の端子５ａを留め、反対側の端子５ｂに滑車１２及び紐状部材８を介して５０ｇの重り７をつけて、引張力を印加した。また、この圧着端子５ａ，５ｂから定電流直流電源６に接続し、ステンレス細単線２に通電を行なった。また、通電によって伸縮する長さを、レーザー変位計１４からのレーザーを反射するための反射板１３を重り７に繋がる端子５ｂに設けることで測定した。また、温度をモニターするために、放射温度計１５（Ａｐｉｓｔｅ製 ＦＳＶ−２１０）でコイル化アクチュエータ４を上方から観察した。

通電により、放射温度計１５での表示温度がおよそ６０℃に保持されるのを確認して、通電を切り、伸縮率を求めた。図７にその結果を示す。通電が始まると、ステンレス短細線２が発熱し、その熱が２ＰＬＹポリマー繊維１に伝導することによって、２ＰＬＹポリマー繊維１が熱歪により縮んだことが推定できる。その結果、２ＰＬＹポリマー繊維１の伸縮率は５．５％であった。
次に、比較例１について説明する。

［比較例１］
加熱部材２Ｚが４本で、絶縁部材が無い構成のコイル化アクチュエータ４Ｚを作製した。作製方法は、実施例１と同じく、単式で上方巻取り方式（縦型）の丸組機を用いた。ただし、４打ちで、４つのスピンドルに保持するボビン全てがステンレス細単線の丸製紐である。その結果、図８に示すコイル化アクチュエータ４Ｚができた。絶縁部材３がないので、加熱部材２Ｚは互いに電気的接点２Ｘを持って組目を形成している。
コイル化アクチュエータ４Ｚの長さが１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍのときそれぞれの抵抗値をテスターで測定した。その結果を図９に示す。その傾きから、コイル化アクチュエータ４Ｚの抵抗は０．２Ω／ｍｍと分かった。
また次に、コイル化アクチュエータ４の温度が約３０℃から約６０℃に変化した時の伸縮率を測定した。その結果を図１０に示す。伸縮率は３．２％であった。
次に、比較例２について説明する。

［比較例２］
加熱部材２Ｙが８本で、絶縁部材が無い構成のコイル化アクチュエータ４Ｙを作製した。作製方法は、実施例１と類似して、単式で上方巻取り方式（縦型）の丸組機を用いた。ただし、８打ちで、８つのスピンドルに保持するボビン全てがステンレス細単線の丸製紐である。その結果、図１１に示すコイル化アクチュエータ４Ｙができた。絶縁部材３がないので、加熱部材２Ｙは互いに電気的接点２Ｘを持って組目を形成している。
コイル化アクチュエータ４Ｙの長さが１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍのときそれぞれの抵抗値をテスターで測定した。その結果を図１２に示す。その傾きから、コイル化アクチュエータ４Ｙの抵抗は０．０８Ω／ｍｍと分かった。
また次に、コイル化アクチュエータ４Ｙの温度が約３０℃から約６０℃に変化した時の伸縮率を測定した。その結果を図１３に示す。伸縮率は４．５％であった。
実施例２は比較例１に比べて加熱部材の糸状部材の数が倍であるにもかかわらず、抵抗値は１．５倍である。これは電気的接点２Ｘが途中になく、電流が流れる距離が比較例１に比べて増えたことによると考えられる。また、加熱部材の糸状部材の本数が増えたことで繊維１の均熱化し伸縮率が増加したと考えられる。一方、実施例２と加熱部材の糸状部材の本数が同数の８本である比較例２は、抵抗値が半分以下になった。伸縮率は比較例１よりは大きいものの、実施例２よりも小さい。伸縮率が実施例２に比べて低下した原因は、比較例２は電気的接点２Ｘが加熱部材の糸状部材の途中に複数あるため、電流が流れる距離が短くなり、発熱の偏りが場所により発生したと考えられる。

以上説明したように、本実施形態にかかるコイル化アクチュエータ４によれば、複数の交差部２１のそれぞれにおいて、加熱部材２の糸状部材と絶縁部材３の糸状部材とが組み合わさって互いに交差しており、加熱部材２の糸状部材の位置ずれが絶縁部材３の糸状部材で抑制され、加熱部材２の隣接する糸状部材同士が接近するのを抑制することができる。この結果、電熱線を構成する加熱部材２の複数本の糸状部材と繊維１とが一体化された構成で、加熱部材２の複数本の糸状部材を備えながら、加熱部材２の糸状部材同士の電気的接点を減らして電気抵抗の低下を抑えることができる。また、このコイル化アクチュエータ４は、使用時の発火及び感電などの危険性を低減できる。

また、１つの交差部２１で、点的に、加熱部材２の糸状部材の位置ずれを抑制するのではなく、組目２０として４つの交差部２１で、言わば面的に、加熱部材２の糸状部材の位置ずれを抑制することができるので、より一層、位置ずれ抑制効果を発揮することができる。

また、各交差部２１では、加熱部材２の糸状部材と絶縁部材３の糸状部材とのいずれか一方が内側に他方が外側に配置され、かつ、絶縁部材３の糸状部材に加熱部材２の糸状部材が押し付けられて保持されている。よって、加熱部材２の糸状部材は絶縁部材３の糸状部材の表面に沿って位置ずれしにくくなっており、加熱部材２の糸状部材同士が接触して電気的接点が形成されるのをより抑制することができる。

なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかるコイル化アクチュエータは、繊維と加熱部材が一体化された構成でありながら、加熱部材の長尺部材同士の電気的接点を減らして複数本の長尺部材を備えながら電気抵抗の低下を抑えることができるアクチュエータとして有用である。また、本発明の前記態様にかかるコイル化アクチュエータは、人工筋肉又は面状のデバイス又はセンサー等の用途にも応用できる。

１ 繊維
２ 加熱部材
３ 絶縁部材
２ａ，２ｂ 糸状部材
３ａ，３ｂ 糸状部材
４ コイル化アクチュエータ
５ａ 第１通電用端子
５ｂ 第２通電用端子
６ 定電流直流電源
７ 重り
８ 紐状部材
１２ 滑車
１３ 反射板
１４ レーザー変位計
１５ 放射温度計
２０ 組目
２０−１，２０−２，２０−３ 組目
２１ 交差部
２１−１ 第１組目交差部
２１−２ 第２組目交差部
２１−３ 第３組目交差部
２１−４ 第４組目交差部
２１−５ 第５組目交差部
２１−６ 第６組目交差部
２１−７ 第７組目交差部
２１−８ 第８組目交差部
２２ａ−１ 加熱部材の糸状部材２ａの組目２０−１の加熱辺
２２ｂ−１ 加熱部材の糸状部材２ｂの組目２０−１の加熱辺
２３ａ−１ 絶縁部材の糸状部材３ａの組目２０−１の絶縁辺
２３ｂ−１ 絶縁部材の糸状部材３ｂの組目２０−１の絶縁辺
２５ 組目交差部でない交差部
３０ ケーシング
１０１ ２ＰＬＹポリマー繊維のボビン
１０２ 滑車
１０３ 巻き上げ装置
１０４ 組物
１０５ ボビン
１０６，１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４ スピンドル
１０７ 波状軌道
１０８ 組成点
１０９ 軌道交差部
１１０ 配向角度
１１０ＬＡ コイル軸
１１１ 繊維
１１１ａ 捩られておらず、かつ折り畳まれていない繊維
１１１ｂ 捩られているが、折り畳まれていない繊維
１１１ｃ−１捩られており、かつ折り畳まれた繊維
１１ｃ−２ 捩られており、かつ折り畳まれた繊維
１１１ｃ ２ＰＬＹポリマー繊維
１１１ＬＡ 繊維軸
ｄ 繊維の直径
Ｄ 円筒形のコイルの平均直径
Ｄ’ コイルの外径
Ｌ１ 繊維１１１ａの長さ
Ｌ２ 繊維１１１ｂの長さ
Ｌ３ 繊維１１１ｃの長さ
ｐ コイルのピッチ
Ｒ１ 円筒状のコイルの回転方向
α_ｃ コイルバイアス角度
α_ｆ 繊維バイアス角度

Claims (4)

1. コイル化アクチュエータであって、
   熱により伸縮可能な繊維と、
   通電により前記繊維を加熱可能な少なくとも２本以上の長尺部材を有する加熱部材と、
   前記加熱部材の前記長尺部材同士を絶縁する少なくとも２本以上の長尺部材を有する絶縁部材とを備え、
   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畳まれており、
   前記加熱部材の前記長尺部材は、前記繊維の外周を、互いに交差することなく巻かれ、
   前記絶縁部材の前記長尺部材は、前記繊維の外周に巻かれ、
   前記加熱部材および前記絶縁部材は、前記加熱部材の前記長尺部材と前記絶縁部材の前記長尺部材とが組み合わさって互いに交差する交差部を複数有しつつ前記繊維の外周を網状に覆っている、
   コイル化アクチュエータ。
2. 複数の前記交差部のうち、４つの交差部が組目交差部として大略四辺形の頂点の位置に配置されて、前記大略四辺形の組目を構成し、前記大略四辺形の組目が前記繊維の外周に複数個配置されて網状に前記繊維の外周を覆っており、
   前記大略四辺形のうちの対向する２辺が前記加熱部材で構成され、残りの対向する２辺が前記絶縁部材で構成され、
   前記大略四辺形の組目のうちの隣接する前記組目交差部同士では、一方の前記組目交差部では、前記加熱部材は前記繊維と前記絶縁部材との間に位置し、もう一方の前記組目交差部では、前記絶縁部材は前記繊維と前記加熱部材との間に位置する、請求項１に記載のコイル化アクチュエータ。
3. 前記加熱部材の伸縮量は、前記絶縁部材の伸縮量よりも小さい材料で構成され、
   前記絶縁部材は、外力により伸縮可能な材料で構成され、
   前記交差部では、前記絶縁部材は、前記加熱部材によって押し付けられて保持されている、請求項１又は２に記載のコイル化アクチュエータ。
4. 前記加熱部材の前記長尺部材は、金属の糸状部材であり、
   前記絶縁部材の前記長尺部材は、ポリエチレン繊維の束の糸状部材である、
   請求項３に記載のコイル化アクチュエータ。

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