JP2021502866A - カーボンナノチューブ人工筋肉弁及び接続 - Google Patents
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Abstract
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）人工筋肉弁は、中空ＣＮＴチューブを含む。中空ＣＮＴチューブは、中空管の形態で巻かれた複数のＣＮＴシート、及び、ＣＮＴシート間に浸透するゲスト材料を含む。中空ＣＮＴチューブの少なくとも一部が、Ａ〜Ｃのうちの少なくとも１つにあたる：Ａ．中空ＣＮＴチューブの残りの部分の厚さより薄い厚さを備える、Ｂ．中空ＣＮＴチューブの残りの部分の内径よりも小さい内径を備える、及びＣ．少なくとも１つの部分のＣＮＴが、中空ＣＮＴチューブの残りの部分のＣＮＴシートの正味のバイアス角よりも小さいバイアス角に合わされる。中空ＣＮＴチューブの流体の圧力が所定の圧力を超えるとき、中空ＣＮＴ糸の少なくとも一部が潰れて、キンクを形成する。
Description
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年１２月１１日に提出された米国仮出願第６２／５９７，２０５号、及び２０１８年３月２１日に提出された米国仮出願第６２／６４６，２９５号に対する優先権を主張するものであり、その内容全体を参照により援用している。
本願は、２０１７年１２月１１日に提出された米国仮出願第６２／５９７，２０５号、及び２０１８年３月２１日に提出された米国仮出願第６２／６４６，２９５号に対する優先権を主張するものであり、その内容全体を参照により援用している。
ねじれたポリマー及びＣＮＴ繊維／糸をベースとしたカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）人工筋肉デバイス（ＣＮＴ筋肉）は、広範囲の用途を有する。ＣＮＴ筋肉には、低コスト、大量生産、設計の簡素化という利点がある。さらに、ＣＮＴ筋肉は、単純だが効果的な動作により、非ＣＮＴ筋肉よりも利点がある可能性がある。
一態様では、本明細書に開示される実施形態は、中空ＣＮＴチューブを含むカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）人工筋肉弁に関する。中空ＣＮＴチューブは、中空管の形態で巻かれた複数のＣＮＴシート、及び、ＣＮＴシート間に浸透するゲスト材料を含む。中空ＣＮＴチューブの少なくとも一部が、Ａ〜Ｃのうちの少なくとも１つにあたる：Ａ．中空ＣＮＴチューブの残りの部分の厚さより薄い厚さを備える、Ｂ．中空ＣＮＴチューブの残りの部分の内径よりも小さい内径を備える、及びＣ．少なくとも１つの部分のＣＮＴが、中空ＣＮＴチューブの残りの部分のＣＮＴシートの正味のバイアス角よりも小さいバイアス角に合わされる。中空ＣＮＴチューブの流体の圧力が所定の圧力を超えるとき、中空ＣＮＴ糸の少なくとも一部が潰れて、キンクを形成する。
一態様では、本明細書に開示される実施形態は、中空管の形に巻かれた１つ以上のＣＮＴシートを含む中空ＣＮＴチューブ；剛性チューブ；剛性チューブの端部の内面に塗布した接着剤を含む、ＣＮＴチューブの接続に関する。ＣＮＴチューブの接続では、中空ＣＮＴチューブの端部が剛性チューブの端部の内側に配置され、中空ＣＮＴチューブの端部が接着剤を介して剛性チューブに固定され、また接着剤が中空ＣＮＴチューブの端部の外側の部分に浸透する。
一態様では、本明細書に開示される実施形態は、中空ＣＮＴチューブを固定する方法に関する。方法は、剛性チューブの端部の内面に接着剤を塗布すること；剛性チューブの端部の内側に中空ＣＮＴチューブの端部を配置することを含み、このことにおいて接着剤が中空ＣＮＴチューブの端部の少なくとも一部に浸透し、中空ＣＮＴチューブが、中空管の形態で巻かれる１つ以上のＣＮＴシートを含む。この方法はさらに、接着剤を介して中空ＣＮＴチューブの端部を剛性チューブの端部に固定することを含む。
本明細書で開示される１つ以上の実施形態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。
本発明の具体的な実施形態は、添付の図面を参照して詳細にここで説明される。様々な図の同様の要素は、一貫性のために同様の参照番号で示される。
本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明のより完全に近い理解を提供するために、多く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なしに実施され得ることは、当業者には明らかである。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。
概して、本発明の実施形態は、中空管（以下、中空ＣＮＴチューブ）の形態であるカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）人工筋肉デバイスに関する。具体的には、本発明の実施形態は、中空ＣＮＴチューブ内の流体の流れを制御するための弁として使用され得る中空ＣＮＴチューブ、中空ＣＮＴチューブへの接続（例えば、別のチューブによる）及び中空ＣＮＴチューブを（例えば、別のチューブに）固定するための方法に関する。
図１は、コアファイバ（以下、マンドレル（１０４））の周囲に配置されたＣＮＴチューブ（１０２）を示す。ＣＮＴチューブ（１０２）は、マンドレル（１０４）の周りに巻かれた１つ以上のＣＮＴシートを含む。ＣＮＴシートは、ＣＮＴの薄いシートである。
１つ以上の実施形態では、ＣＮＴシートは、マンドレル（１０４）の中央アクセス部「Ｃ」と共にバイアス角「θ」を生成するように巻かれ得る。例えば、０°のバイアス角はＣに平行に向けられたＣＮＴシートに対応し、９０°のバイアス角はＣに垂直に向けられたＣＮＴシートに対応する。
１つ以上の実施形態では、バイアス角は、以下の式（１）によって定義される。
（１） θ＝ｔａｎ−１（２πｒＴ）
（１） θ＝ｔａｎ−１（２πｒＴ）
式（１）において、「ｒ」は、ＣＮＴシートとＣとの間の半径の距離であり、「Ｔ」は、１メートルあたりのねじれ（ターン）の数である。
１つ以上の実施形態では、ＣＮＴシートは、ＣＮＴチューブ（１０２）の一部または全体でＣを横切る均一なバイアス角を有するように巻かれ得る。あるいは、他の実施形態では、バイアス角は、Ｃにわたって変化し得る。
１つ以上の実施形態では、バイアス角は、Ｃに垂直な方向（すなわち、半径方向）で均一であってよい。あるいは、他の実施形態では、バイアス角は、半径方向に変化し得る。例えば、バイアス角は、ｒが増加するにつれて単調に増加または減少する。
１つ以上の実施形態では、バイアス角の標準偏差は、ＣＮＴチューブ（１０２）の一部または全体で±５°未満であり得る。
１つ以上の実施形態では、ＣＮＴシートは、正味のバイアス角が９０°（すなわち、バイアス角がない）になるようにランダムなバイアス角で巻かれてもよい。
１つ以上の実施形態において、ＣＮＴシートは、バイアス角のない状態を作り出すために、交互のバイアス角（すなわち、±４５°）で巻かれてもよい。例えば、ＣＮＴシートの１つの層を４５°のバイアス角で巻くことができ、またＣＮＴシートの別の層を−４５°（または１３５°）のバイアス角で前の層に巻くことができる。そうなれば、ＣＮＴシートがバイアス角を相殺する。
１つ以上の実施形態では、マンドレル（１０４）は、様々なポリマー繊維、金属ワイヤ、炭素繊維、ガラス繊維、玄武岩繊維、光ファイバ、天然繊維／糸、別のＣＮＴチューブ、またはそのトウとプライからのものであり得るが、これらに限定されない。
１つ以上の実施形態では、ＣＮＴチューブ（１０２）は、巻かれたＣＮＴシートに浸透するゲスト材料を含む。ゲスト材料は、ＣＮＴシートの一部または全体に浸透し得る。
１つ以上の実施形態では、ゲスト材料は、ＣＮＴシートに浸透するその能力、ＣＮＴチューブの空洞を覆う能力、融点、生体適合性、または高温／低温の状態での耐久性に基づいて選択することができるが、これらに限定されない。
１つ以上の実施形態では、シリコーン系ゴムが高温に耐えることができ、加熱されたときにＣＮＴチューブ（１０２）から押し出され得ないため、ゲスト材料としてシリコーン系ゴムを使用することができる。例えば、ゲスト材料は、シルガード１８４シリコーン系ゴムまたはパラフィンワックスであり得る。
１つ以上の実施形態では、ゲスト材料は、シリコーン系ゴム、ポリウレタン、スチレンブタジエンコポリマー、及び天然ゴムなどのエラストマー；パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）などのフッ素化プラスチック；ケブラーやノメックスなどのアラミド；エポキシ；ポリイミド；またはパラフィンワックスを含むことができるが、これらに限定されない。
図１Ｂで示されているように、図１Ａに示すマンドレル（１０４）は、中空ＣＮＴチューブ（１００）を作出するために取り除かれてもよい。１つ以上の実施形態では、中空ＣＮＴチューブ（１００）は、ＣＮＴチューブ（１０２）であってよい。他の実施形態では、中空ＣＮＴチューブ（１００）は、中空ＣＮＴチューブ（１００）の内面または外面にそれぞれ適用される内部コーティングまたは外部コーティングなどの追加の材料を有することができる。
１つ以上の実施形態では、中空ＣＮＴチューブ（１００）の壁は、中空ＣＮＴチューブ（１００）内の流体が中空ＣＮＴチューブ（１００）の壁から漏れることができないようにシールされる。例えば、ＣＮＴシートはしっかりと巻かれてもよく、またはゲスト材料は中空ＣＮＴチューブ（１００）の壁を完全にシールしてもよい。
１つ以上の実施形態では、グラフェンシート／フレーク、酸化グラフェンシート／フレーク、またはグラフェンナノプレートレットなどの層を、例えば１０枚すべてのＣＮＴシートごとなどで、ＣＮＴシート間に追加することができる。これらの層は、中空ＣＮＴチューブ（１００）のシールに役立つ。
１つ以上の実施形態では、流体が中空ＣＮＴチューブ（１００）の内部にあるとき、流体は、中空ＣＮＴチューブ（１００）の壁に内部の半径方向の圧力（以下、内圧）を加えることができる。ＣＮＴシートが伸張に抗うため、中空ＣＮＴチューブ（１００）は径方向の拡張に抗う。中空ＣＮＴチューブ（１００）は、中空ＣＮＴチューブ（１００）の破裂の圧力に対する内圧に抗うことができる。
１つ以上の実施形態では、中空ＣＮＴチューブ（１００）がバイアス角を有する場合、バイアス角が存在することや、ＣＮＴシートが伸張から抗うことにより、内圧が中空ＣＮＴチューブ（１００）の壁にトルクを生成する。発生するトルクは、中空ＣＮＴチューブ（１００）の内径（図１Ｂに示す「Ｄ」）の３乗に比例する。内圧が臨界値に達すると、中空ＣＮＴチューブ（１００）のトルクの影響を受けやすい部分が潰れ、その部分がＣＮＴシートのねじれを締める方向に沿ってねじれる。したがって、中空ＣＮＴチューブ（１００）の脆い部分（以下、虚弱部）の崩壊は、流体の流れを制限し得る。
図２は、中空ＣＮＴチューブ（２００）の側面図（上）及び断面図（下）を示し、それにおいて中空ＣＮＴチューブ（２００）の虚弱部が潰れ、キンク（２０２）を形成している。虚弱部が潰れると、虚弱部の内径が小さくなり、その結果、虚弱部のトルクが小さくなる。これにより、トルクの不均一性が高まり、キンク（２０２）が安定する。流体が中空ＣＮＴチューブ（２００）の壁に十分な内圧を加える限り、キンク（２０２）は安定したままである。一方、中空ＣＮＴチューブ（２００）の残りの部分（２０４）の内径は、虚弱部と比較すると、それほど短くしなくてもよい。
１つ以上の実施形態では、虚弱部が潰れると、中空ＣＮＴチューブ（２００）内の流体フラックスが完全に停止し得る。他の実施形態では、流体フラックスは、中空ＣＮＴチューブ（２００）の設計に基づいて予め定められた値まで減少させることができる。
１つ以上の実施形態では、ゲスト材料は弾性であり、内圧が所定の値まで低下すると、キンク（２０２）が開く。
図３Ａは、中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）の虚弱部の例を示す。図３Ａにおいて、虚弱部（中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）の中心）は、中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）の残りの部分の内径よりも小さい内径を有する。以下、直径がより小さい虚弱部を「小規模部」と呼ぶ。
１つ以上の実施形態では、小規模部の中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）の内径（図３Ａで「Ｄ」として示される）が残りの部分よりも小さいので、小規模部は、残りの部分ほどトルクを生成せず、トルコの不均一を引き起こす。さらに、その内径のために、小規模部は残りの部分よりも弱い場合がある。中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）の全長にわたるトルクの不均一性と、小規模部の弱さにより、内圧が臨界値を超えると、小規模部が潰れ、キンクが形成される。
１つ以上の実施形態において、小規模部を有する中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）は、ＣＮＴシートを包み、マンドレルの残りよりも薄い部分を有するマンドレルの周りにＣＮＴチューブを作成することによって作成され得る。ＣＮＴチューブからマンドレルを取り外した後、マンドレルの薄肉部に配置された中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）の部分が小規模部である、小規模部を有する中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ）が作成される。１つ以上の実施形態では、小規模部の内径は、数マイクロメートル程度に小さくてよい。
図３Ｂは、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）の虚弱部の別の例を示す。図３Ｂでは、虚弱部（中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）の中心）は、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）の残りの部分よりも薄い。以下、より薄い虚弱部を「薄肉部」と呼ぶ。
１つ以上の実施形態において、薄肉部は、ねじれに対してより脆弱であり得る。１つ以上の実施形態において、薄肉部の内径が中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）の残りの部分の内径と同じである場合、生成されるトルクは、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）に沿って均一であり得る。ただし、薄肉部はねじれに対していっそう脆弱であるため、内圧が臨界値を超えると、薄肉部が潰れる。
１つ以上の実施形態において、薄肉部を有する中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）は、ＣＮＴチューブの残りよりも薄い部分を有するＣＮＴチューブを作成するために、ＣＮＴシートをマンドレルの周りに巻き付けるまたは浸透させることによって、作成され得る。ＣＮＴチューブからマンドレルを取り外した後、薄肉部を備える中空ＣＮＴチューブ（３００Ｂ）が作成される。
図３Ｃは、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）の虚弱部の別の例を示す。図３Ｃでは、虚弱部は、バイアス角「θ１」を有する。これは、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）の残りの部分（３０２）のバイアス角「θ２」とは異なる。以下、バイアス角が異なる虚弱部を「バイアス部（３０４）」と呼ぶ。
１つ以上の実施形態において、０°と９０°に近いバイアス角で、理論上発生トルクは０に近づき、５４．７３°に近いバイアス角で理論上発生トルクが最大となる。したがって、バイアス部（３０４）のバイアス角は、適切に設計させることができ、残りの部分（３０２）とは異なるトルクを生じ、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）にわたってトルクの不均一性を引き起こす。内圧が臨界値を超える場合、トルクの不均一性は、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）により虚弱部が潰れさせることが可能である。
１つ以上の実施形態において、ねじれに対する中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）の強度は、バイアス角に依拠する。１つ以上の実施形態では、バイアス角が小さい（０°に近い）中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）の部分は、バイアス角が大きい（９０°に近い）部分よりもねじれに対して弱い場合がある。したがって、虚弱部は、中空ＣＮＴチューブ（３００Ｃ）の残りの部分よりも小さいバイアス角を有する部分であり得る。したがって、図３Ｃに示されるように、バイアス部（３０４）は、残りの部分（３０２）よりも小さいバイアス角を有し得、その結果、バイアス部（３０４）は、虚弱部である。
１つ以上の実施形態では、虚弱部は、限定されないが、上で開示された小規模部、薄肉部、及びバイアス部（３０４）の任意の組み合わせであり得る。
１つ以上の実施形態において、中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ）は、中空ＣＮＴチューブ（３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ）の全長にわたって複数の虚弱部を有し得る。
図４は、中空ＣＮＴチューブ（４０６）をねじるモーター（４０４）によってキンク（４０２）が開始され得ることを示す。１つ以上の実施形態では、キンク（４０２）を開始するために、モーター（４０４）は、ＣＮＴシートのねじれに沿った方向（すなわち、ＣＮＴシートを引き締める方向）に中空ＣＮＴチューブ（４０６）をねじる。キンク（４０２）が開始されると、開始されたキンクは今や残りの部分よりも小さな内径を有するので、中空ＣＮＴチューブ（４０６）にトルクの不均一性が誘発される。トルクの不均一性により、中空ＣＮＴチューブ（４０６）が完全に潰れ、安定したキンク（４０２）が作出される。これらの実施形態では、中空ＣＮＴチューブ（４０６）は、均一な厚さ、内径、またはバイアス角を有することができる。
１つ以上の実施形態において、誘発されたトルクの不均一性は、モーター（４０４）がキンク（４０２）を作出する一助となるので、弱いモーター（４０４）でさえ十分であり得る。
１つ以上の実施形態では、複数のモーター（４０４）を中空ＣＮＴチューブ（４０６）に配置することができる。
１つ以上の実施形態では、キンク（４０２）は、モーター（４０４）を介して中空ＣＮＴチューブ（４０６）をほどくことによって開くことができる。例えば、モーター（４０４）は、中空ＣＮＴチューブ（４０６）のねじり方向と反対の方向に中空ＣＮＴチューブ（４０６）を回転させることができる。
１つ以上の実施形態では、中空ＣＮＴチューブの可撓性により、中空ＣＮＴチューブは、モーター（４０４）を介したキンクの形成に独特に適するようになる。
１つ以上の実施形態では、流体ネットワークに中空ＣＮＴチューブを組み込むために、中空ＣＮＴチューブを様々な接続で固定することができる。
典型的には、ホースなどのポリマーチューブは、はんだ付けまたは接着することができず、ポリマーチューブへの接続は信頼に足るものでなくなる。また、接着剤はポリマーチューブに容易に浸透せず、そのため、ポリマーチューブに適切に接着しない。加硫ゴム製のチューブに効果的に接着できる接着剤はほとんどなく、そのどれも満足のいくものではない。
１つ以上の実施形態において、中空ＣＮＴチューブは、接着剤を中空ＣＮＴチューブの壁に浸透させておく多くのオープンスペースを備えるＣＮＴのネットワークを有し得る。
図５は、剛性チューブ（５０２）と中空ＣＮＴチューブ（５０６）との間の接続（５００）を示す。１つ以上の実施形態では、剛性チューブ（５０２）は、金属管または剛性ポリマー管であってよい。１つ以上の実施形態では、剛性チューブ（５０２）は、中空ＣＮＴチューブ（５０６）よりも可撓性が低い管であってよい。
接着剤（５０４）は、剛性チューブ（５０２）の端部（以下、「粘着性端部」）の内面に配置される。中空ＣＮＴチューブ（５０６）の一端（以下、「固定端」）は、剛性チューブ（５０２）の粘着性端部の内側に嵌合する。１つ以上の実施形態では、接着剤（５０４）が乾燥すると、接着剤（５０４）は固体になり、中空ＣＮＴチューブ（５０６）の固定端を剛性チューブ（５０２）の粘着性端部の内側にしっかりと保持する。
１つ以上の実施形態では、接着剤（５０４）は、剛性及び中空ＣＮＴチューブ（５０２、５０６）の内部の液体がその接続（５００）を通って漏れることがないように、接続（５００）をシールすることができる。
１つ以上の実施形態では、接着剤（５０４）は、一種のホットメルト接着剤であってもよく、加熱して、中空ＣＮＴチューブ（５０６）の固定端に付着するようにしてもよい。次に、ホットメルト接着剤（５０６）が冷めて固体になり、中空ＣＮＴチューブ（５０６）を剛性チューブ（５０２）にしっかりと固定する。
１つ以上の実施形態では、接着剤（５０４）と接触する少なくとも一部分の中空ＣＮＴチューブ（５０６）の固定端の外層のＣＮＴシートは、ゲスト材料によって浸透されても、高密度化されてもいない。非浸透／非高密度化部分は、接着剤（５０４）がこれらの部分のＣＮＴシートに浸透し、強力な接着をもたらすことを可能にする。
１つ以上の実施形態では、接着剤（５０４）は、中空ＣＮＴチューブ（５０６）の厚さの少なくとも５％から最大９９％までＣＮＴシートに浸透することができる。
１つ以上の実施形態では、中空ＣＮＴチューブ（５０６）の少なくとも固定端の内側の部分は、フルオロポリマーで処理することができる。フルオロポリマーは、接着剤（５０４）が中空ＣＮＴチューブ（５０６）の固定端の内側部分に浸透するのを阻止することができる。
１つ以上の実施形態において、フルオロポリマーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）からなる群に由来する材料の任意の組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。
図６は、剛性チューブ（６０２）の粘着性端部が中空ＣＮＴチューブ（６０４）の近くまたはそれと接触する鋭い縁部を有する接続（６００）を示す。中空ＣＮＴチューブ（６０４）の内部の流体が内圧を加えると、中空ＣＮＴチューブ（６０４）が膨張し得る。剛性チューブ（６０２）の粘着性端部は、中空ＣＮＴチューブ（６０４）の固定端が拡張することを防ぐ。しかし、剛性チューブ（６０２）にない中空ＣＮＴチューブ（６０４）の部分は拡張可能である。したがって、剛性チューブ（６０２）の鋭い縁部は、中空ＣＮＴチューブ（６０４）に応力を加える。以下、鋭い縁部によって応力が加えられた中空ＣＮＴチューブ（６０４）の部分を「応力点」（６０６）と呼ぶ。応力点（６０６）は、数回の膨張サイクル後に引き裂かれることにより、中空ＣＮＴチューブ（６０４）の寿命を短くする可能性がある。
図７は、剛性チューブ（７０２）の粘着性端部が中空ＣＮＴチューブ（７０４）の近くまたはそれと接触する曲面を有する接続（７００）を示す。流体から内圧をかけると、中空ＣＮＴチューブ（７０４）が膨張するときに、剛性チューブ（７０２）の曲面により、中空ＣＮＴチューブ（７０４）の外径の円滑な移行が可能になり、中空ＣＮＴチューブ（７０４）への応力が減少する。図７の拡大部分は、中空ＣＮＴチューブ（７０４）の円滑に膨張した部分（７０６）を示す。
１つ以上の実施形態では、剛性チューブ（７０２）の曲面は、中空ＣＮＴチューブ（７０４）の固定端の外径の０．５から３倍の曲率を有することができる。
１つ以上の実施形態では、剛性チューブ（７０２）の粘着性端部は、図７に示すように漏斗形状を有する。
図８Ａ及び図８Ｂは、１つ以上の実施形態による実施の例を示している。図８Ａ及び図８Ｂのそれぞれにおいて、中空ＣＮＴチューブ（８０２）は、２つの剛性チューブ（８０４）に固定されている。図８Ａ及び図８Ｂでは、説明を簡単にするために、剛性チューブ（８０４）の一部のみが示されている。しかし、各剛性チューブ（８０４）の両端部は、別の中空ＣＮＴチューブの端部に中空ＣＮＴチューブの端部を接続するために、上記の実施形態で開示されているように変更してもよい。したがって、複数の接続を作成して、複数の中空ＣＮＴチューブを複数の剛性チューブで固定することができる。
１つ以上の実施形態によるコネクタは、上記の実施形態で開示された複数の接続を備えていてよく、その結果コネクタが複数の中空ＣＮＴチューブを一緒に接続するようにすることができる。例えば、コネクタは、三次元の接続を形成するために特定の方法で互いに接続された複数の剛性チューブを有することができる。
本明細書の１つ以上の実施形態に従って開示された接続／コネクタは、マイクロ流体アプリケーション、油圧システム、マイクロ冷却システム、薬物送達システム、または空気圧式のマイクロチューブアクチュエータなどのマイクロチューブを固定／接続するために使用され得る。
図９は、中空ＣＮＴチューブを固定する方法を示すフローチャートを示す。１つ以上の実施形態では、図９に示されているステップの１つ以上は、省略され、繰り返され、及び／または図９に示される順序とは異なる順序で実行され得る。したがって、本発明の範囲は、図９に示されるステップの特定の編成に限定されない。
ステップ９０５では、剛性チューブの端部の内面に接着剤が塗布される。例えば、図５に示すように、接着剤（５０４）は、剛性チューブ（５０２）の粘着性端部に塗布される。
ステップ９１０では、中空ＣＮＴチューブの端部が、接着剤で覆われた剛性チューブの端部の内側に配置される。例えば、図５に示すように、中空ＣＮＴチューブ（５０６）の固定端は、剛性チューブ（５０２）の粘着性端部に配置される。
ステップ９１５では、中空ＣＮＴチューブの端部が剛性チューブの端部に固定される。例えば、上で開示されたように、接着剤は、中空ＣＮＴチューブの固定端のＣＮＴシートに浸透することができる。別の例では、接着剤を加温して、中空ＣＮＴチューブのＣＮＴシートを溶融及び浸透させることができる。
さらに、上で開示したように、中空ＣＮＴチューブの端部の内側部分は、接着剤が中空ＣＮＴチューブの内側部分に浸透するのを防ぐためにフルオロポリマーで処理されてもよい。
さらに、図７を参照して上で開示したように、剛性チューブの端部は、中空ＣＮＴチューブへの応力を低減するために湾曲され得る。
１つ以上の実施形態では、上述の中空ＣＮＴチューブ及び接続／コネクタは、マイクロチューブ作動システムまたは流体ネットワーク、例えばマイクロ流体ネットワーク、薬物送達システム、油圧システム、または空気圧システムを実現するために一緒に接続され得る。
本開示は限られた数の実施形態のみに関して説明されてきたが、この開示の利益を有する当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく他の様々な実施形態が考案され得ることを理解する。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
１００ 中空ＣＮＴチューブ
１０２ ＣＮＴチューブ
１０４ マンドレル
２００ 中空ＣＮＴチューブ
２０２ キンク
２０４ 残りの部分
３００Ａ 中空ＣＮＴチューブ
３００Ｂ 中空ＣＮＴチューブ
３００Ｃ 中空ＣＮＴチューブ
３０２ 残りの部分
３０４ バイアス部
４０２ キンク
４０４ モーター
４０６ 中空ＣＮＴチューブ
５００ 接続
５０２ 剛性チューブ
５０４ 接着剤
５０６ 中空ＣＮＴチューブ
６０２ 剛性チューブ
６０４ 中空ＣＮＴチューブ
６０６ 応力点
７００ 接続
７０２ 剛性チューブ
７０４ 中空ＣＮＴチューブ
７０６ 円滑に膨張した部分
８０２ 中空ＣＮＴチューブ
８０４ 剛性チューブ
１０２ ＣＮＴチューブ
１０４ マンドレル
２００ 中空ＣＮＴチューブ
２０２ キンク
２０４ 残りの部分
３００Ａ 中空ＣＮＴチューブ
３００Ｂ 中空ＣＮＴチューブ
３００Ｃ 中空ＣＮＴチューブ
３０２ 残りの部分
３０４ バイアス部
４０２ キンク
４０４ モーター
４０６ 中空ＣＮＴチューブ
５００ 接続
５０２ 剛性チューブ
５０４ 接着剤
５０６ 中空ＣＮＴチューブ
６０２ 剛性チューブ
６０４ 中空ＣＮＴチューブ
６０６ 応力点
７００ 接続
７０２ 剛性チューブ
７０４ 中空ＣＮＴチューブ
７０６ 円滑に膨張した部分
８０２ 中空ＣＮＴチューブ
８０４ 剛性チューブ
Claims (16)
- カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）人工筋肉弁であって、
中空ＣＮＴチューブであって、
中空管の形態で巻かれた複数のＣＮＴシート、及び、前記ＣＮＴシート間に浸透するゲスト材料を含み、この場合前記中空ＣＮＴチューブの少なくとも一部が、Ａ〜Ｃのうちの少なくとも１つにあたる、
Ａ．前記中空ＣＮＴチューブの残りの部分の厚さより薄い厚さを備える、
Ｂ．前記中空ＣＮＴチューブの前記残りの部分の内径よりも小さい内径を備える、
Ｃ．前記少なくとも１つの部分のＣＮＴが、前記中空ＣＮＴチューブの前記残りの部分のＣＮＴシートの正味のバイアス角よりも小さいバイアス角に合わされる、また
この場合、前記中空ＣＮＴチューブの流体の圧力が所定の圧力を超えるとき、前記中空ＣＮＴチューブの少なくとも一部が潰れて、キンクを形成する前記中空ＣＮＴチューブを含む前記ＣＮＴ人工筋肉弁。 - 前記中空ＣＮＴチューブの前記少なくとも一部が前記潰れることが、前記流体の流れを完全に停止させる、請求項１に記載のＣＮＴ人工筋肉弁。
- 前記中空ＣＮＴチューブの前記少なくとも一部が前記潰れることが、前記流体の流れを所定の流れに減少させるが、前記流れを完全には停止させない、請求項１に記載のＣＮＴ人工筋肉弁。
- 前記中空ＣＮＴチューブの前記残りの部分の前記ＣＮＴシートが同じバイアス角に合わされる、請求項１から３のいずれかに記載のＣＮＴ人工筋肉弁。
- カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）チューブの接続であって、
中空管の形態で巻かれた１つ以上のＣＮＴシートを含む中空ＣＮＴチューブ、
剛性チューブ、及び前記剛性チューブの端部の内面に塗布される接着剤を含み、
この場合、前記中空ＣＮＴチューブの端部が前記剛性チューブの前記端部の内側に配置され、
前記中空ＣＮＴチューブの前記端部が前記接着剤を介して前記剛性チューブに固定され、また
前記接着剤が前記中空ＣＮＴチューブの前記端部の外側の部分に浸透する、前記ＣＮＴチューブの接続。 - 前記中空ＣＮＴチューブの前記端部の内側の部分が、前記接着剤が前記中空ＣＮＴチューブの前記内側の部分に浸透するのを阻止するフルオロポリマーで処理される、請求項５に記載のＣＮＴチューブの接続。
- 前記接着剤が一種のホットメルト接着剤である、請求項５または請求項６に記載のＣＮＴチューブの接続。
- 前記剛性チューブの前記端部の前記内面が、前記中空ＣＮＴチューブと接触する湾曲形状部分を有する、請求項５から７のいずれかに記載のＣＮＴチューブの接続。
- 前記湾曲形状部分が漏斗形状を有している、請求項８に記載のＣＮＴチューブの接続。
- 前記湾曲形状部分が、前記中空ＣＮＴチューブの前記端部の外径の０．５〜３倍の曲率半径を有する、請求項８または請求項９に記載のＣＮＴチューブの接続。
- 請求項５から１０のいずれかに記載の複数の前記ＣＮＴチューブの接続を含むコネクタデバイス。
- 中空カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）チューブを固定する方法であって、
剛性チューブの端部の内面に接着剤を塗布すること、前記剛性チューブの前記端部の内側に前記中空ＣＮＴチューブの端部を配置すること、この場合前記接着剤が前記中空ＣＮＴチューブの前記端部の少なくとも一部に浸透し、また
この場合、前記中空ＣＮＴチューブは、中空管の形態で巻かれる１つ以上のＣＮＴシートを含む、及び
前記接着剤を介して前記中空ＣＮＴチューブの前記端部を前記剛性チューブの前記端部に固定することを含む、前記方法。 - 前記中空ＣＮＴチューブの前記端部の内側の部分を、前記接着剤が前記中空ＣＮＴチューブの前記内側の部分に浸透するのを阻止するフルオロポリマーで処理することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
- さらに、
前記中空ＣＮＴチューブの前記端部を前記剛性チューブの前記端部の内側に配置した後、前記接着剤を加温することを含み、
この場合、前記接着剤が、一種のホットメルト接着剤である、請求項１２または請求項１３に記載の方法。 - 前記中空ＣＮＴチューブの外層の前記１つ以上のＣＮＴシートの一部が、高密度化されず、浸潤されていない、また
前記方法がさらに、前記中空ＣＮＴチューブの前記外層の前記一部に前記接着剤を浸透させることを含む、請求項１２から１４のいずれかに記載の方法。 - さらに、
前記中空ＣＮＴチューブの前記端部を保持する前記剛性チューブの前記端部の前記内面が、前記中空ＣＮＴチューブと接触する湾曲形状部分を有するように、前記剛性チューブの前記端部を形成することを含み、
この場合、前記湾曲形状部分が、前記中空ＣＮＴチューブの前記端部の外径の０．５から３倍の曲率半径を有する、請求項１２から１５のいずれかに記載の方法。
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