JP7068479B2

JP7068479B2 - 巻き付けられた中空カーボンナノチューブヤーンによる油圧筋肉

Info

Publication number: JP7068479B2
Application number: JP2020544518A
Authority: JP
Inventors: マルシオ・ディアス・リマ
Original assignee: リンテック・オブ・アメリカ・インコーポレイテッド
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: US11771546B2; JP2021515607A; WO2019165265A1; US20210000587A1

Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１８年２月２２日に出願された米国仮出願第６２／６３４，１２２号に基づく優先権を主張する。その内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

弾性ポリマー繊維に基づく人工筋肉デバイスは、多様な用途を有している。撚られている及び／またはコイル状のポリマーを含む人工筋肉デバイスは、従来のモーターに比べて製造コストが小さく、製造量が多く、作動ノイズが低く、設計が簡単であるという利点を有し得る。

一態様では、本発明の実施形態は、中空カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ヤーンチューブを含む油圧筋肉に関する。ＣＮＴヤーンチューブは、撚られており中空のチューブの形態で巻き付けられている複数のＣＮＴシートと、複数のＣＮＴシートの中に含浸させた、複数のＣＮＴシートを一体に結合させる結合剤とを含む。

一態様では、本発明の実施形態は、油圧筋肉の製造方法に関する。方法は、複数のＣＮＴシートをコア繊維の周りに撚って巻き付けること、結合剤が複数のＣＮＴシートを一体に結合させるように結合剤を複数のＣＮＴシート間に含浸させること、及び複数のＣＮＴシートからコア繊維を除去することを含む。

本明細書に開示の１つまたは複数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であろう。

本発明の１つ以上の実施形態による中空カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ヤーンチューブを示す。本発明の１つ以上の実施形態によるＣＮＴヤーンチューブの作動を示す。本発明の１つ以上の実施形態によるＣＮＴヤーンチューブの作動を示す。本発明の１つ以上の実施形態による、スナールＣＮＴヤーンチューブの作動を示す。本発明の１つ以上の実施形態による、コイル状ＣＮＴヤーンチューブの作動を示す。本発明の１つ以上の実施形態によるＣＮＴヤーンチューブの製造方法を表すダイアグラムを示す。図６Ａ～図６Ｃは、本発明の１つ以上の実施形態によるコイル状ＣＮＴヤーンチューブの製造方法を表すダイアグラムを示す。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。

本発明の特定の実施形態を、以降で添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。様々な図面の同様の要素は、一貫性を保つために同様の参照番号で示されている。

本発明の実施形態の以下の詳細な説明では、本発明のより完全な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。しかしながら、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。

概して、本発明の実施形態は、中空カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が巻き付けられているチューブ（以降「ＣＮＴヤーンチューブ」または「中空ＣＮＴヤーンチューブ」という）から製造される油圧装置及びＣＮＴヤーンチューブから製造される油圧装置の製造方法に関する。より具体的には、１つ以上の実施形態は、中空のチューブを形成するために撚られており巻き付けられているＣＮＴシート／ヤーン（以降「ＣＮＴシート」という）から製造された少なくとも１本のＣＮＴヤーンチューブを含む油圧装置に関する。結合剤はＣＮＴシート間に含浸し、接着剤のように機能してＣＮＴシートを一体に結合させる。１つ以上の実施形態では、結合剤は、ＣＮＴヤーンチューブを密封し、ＣＮＴヤーンチューブ内部の流体がＣＮＴヤーンチューブの壁を通って漏れることを防止する。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴヤーンチューブ内部の流体がＣＮＴヤーンチューブの内壁に内圧をかけると、ＣＮＴヤーンチューブの直径が増加する。ＣＮＴシート中のＣＮＴはそれらの長さを維持する傾向があるため、ＣＮＴヤーンチューブの直径が増加するとＣＮＴヤーンチューブの長さは減少する。

図１の上側に示されているように、ＣＮＴシートは、ＣＮＴヤーンチューブ（１００）の中心軸に対して９０度未満のバイアス角（θ）にＣＮＴシートが整列するように巻き付けられている。ＣＮＴシートのバイアス角は、ＣＮＴヤーンチューブ（１００）の中心軸に対するＣＮＴの大部分の配向角度として定義される。以降、９０度未満のバイアス角を有するＣＮＴヤーンチューブを「ねじれＣＮＴヤーンチューブ」という。

別の実施形態では、ＣＮＴシートは、０度の正味のバイアス角を有する（すなわち、バイアス角を有さない）ように編まれていてもよい。例えば、図１の下側に示されているように、ＣＮＴシートはＣＮＴヤーンチューブ（１００）のゼロのバイアス角状態を維持するように反対方向に編まれていてもよい。

図２Ａ及び２Ｂは、内圧がかけられると作動するＣＮＴヤーンチューブ（２００）を示す。例えば、流体がＣＮＴヤーンチューブ（２００）の内壁に内圧をかけると、ＣＮＴヤーンチューブの直径（２００）が増加する。ＣＮＴヤーンチューブ（２００）が回転しない場合、あるいはＣＮＴヤーンチューブ（２００）が回転しないように固定されている場合、直径の拡大が、ＣＮＴヤーンチューブ（２００）の長さに沿って（すなわち図２Ａ及びＢのＸ軸に沿って）ＣＮＴヤーンチューブ（２００）を収縮させる。本明細書に開示の実施形態では、このプロセスは、以降線形油圧作動と呼ばれる。１つ以上の実施形態の線形油圧作動は、ＭｃＫｉｂｂｅｎ型の油圧／空気圧式アクチュエータの動作と類似しているとみなすことができる。

１つ以上の実施形態では、（図２Ｂに示されるように）バイアス角を持たないようにＣＮＴヤーンチューブ（２００）内でＣＮＴシートが編まれている場合、線形油圧作動時、ＣＮＴシートにかけられる圧力により形成される正味のトルクがゼロであることから、ＣＮＴヤーンチューブ（２００）は、ねじり力を示さない場合がある。したがって、本明細書に開示の実施形態によれば、編まれたＣＮＴヤーンチューブ（２００）の端部が回転しないように固定する必要がない場合がある。

本明細書に開示の実施形態では、（図２Ａに示されているような）ねじれＣＮＴヤーンチューブ（２００）を線形油圧作動に使用することができる。そのような実施形態では、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（２００）の両端は、ねじれの動きから固定されなければならない。

１つ以上の実施形態によれば、ＣＮＴヤーンチューブ（２００）は可撓性であってもよいが、ＣＮＴヤーンチューブ（２００）は、従来のＭｃＫｉｂｂｅｎ型筋肉よりも剛性を有すると考えることができ、そのため本明細書に開示の実施形態は、従来のＭｃＫｉｂｂｅｎ型筋肉よりも短い作動長さでより大きな力を発揮し得る。更に、ＣＮＴヤーンチューブ（２００）は、例えばいくつかのフレキシブル管用途などのより剛性が必要とされる用途において、従来のＭｃＫｉｂｂｅｎ型筋肉よりも有利な場合がある。

例えば、１つ以上の実施形態では、内径１ミリメートル（ｍｍ）のＣＮＴヤーンチューブ（２００）は、２００ポンド毎平方インチ（ＰＳＩ）の内圧で、ＣＮＴヤーンチューブ（２００）の初期長さの最大１０％収縮する場合がある。当業者であれば、本明細書に開示の実施形態における長さの収縮量に対するＣＮＴヤーンチューブ（２００）の内圧と形状との間の関係を理解するであろう。

本明細書に開示の１つ以上の実施形態は、ねじれＣＮＴヤーンチューブから製造されたねじり油圧アクチュエータに関し、ねじれＣＮＴヤーンチューブは、ねじれＣＮＴヤーンチューブの中心軸に沿った任意の直線運動から固定されるが、自由に撚ることが可能である。そのような実施形態では、ねじれＣＮＴヤーンチューブ内部の流体がねじれＣＮＴヤーンチューブの内壁に内圧をかけると、内圧がトルクを発生させる。その結果、ねじれＣＮＴヤーンチューブは自由に撚ってトルクを発生する。本明細書に開示の実施形態では、この機能はねじり油圧作動と呼ばれる。ねじり油圧作動は、熱アクチュエータ内のポリマーを加熱及び膨張させることによって作動する、撚りを施された熱アクチュエータの作動と機能的に類似しているとみなすことができる。

１つ以上の実施形態によれば、ＣＮＴヤーンチューブは、有利なことには従来のＭｃＫｉｂｂｅｎ型筋肉よりも有利に小さくすることができる。更に、ねじれＣＮＴヤーンチューブは、直線的にのみ作動する従来のＭｃＫｉｂｂｅｎ型筋肉とは異なり、有利なことにはねじれ方向に作動することができる。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴシートはばねの周りに巻き付けられていてもよい。ばねは、ＣＮＴヤーンチューブに十分な剛性を付与し、油圧作動（ねじりまたは線形）中にＣＮＴヤーンチューブがつぶれてキンクが形成されることを防止することができる。ＣＮＴヤーンチューブに沿ってキンクが形成される場合、キンクは、キンクを流体が通って流れることを妨げ、結果として圧力が妨げられる場合がある。したがって、キンクを過ぎた地点では得られる内圧で作動しない場合ある。そのため、キンクは、ＣＮＴヤーンチューブの作動長さ及び強度を減少させる場合がある。

しかしながら、１つ以上の実施形態によるＣＮＴヤーンチューブは、スナール油圧アクチュエータで使用されてもよい。図３は、作動時にスナールを生じさせるねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）から製造されるスナール油圧アクチュエータ（３０１）の例を示している。これらの実施形態では、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）は正味のバイアス角を有しているため、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の両端はねじり運動から固定されなければならない。例えば、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の一端を固定するために留め具（３２０）が使用されてもよく、またねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の他方の端部に接続される負荷（３３０）が使用されてもよい。ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の内壁に加えられる内圧は、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の内径を増加させ、その結果トルクを発生させる。負荷（３３０）が十分に小さい場合、発生したトルクは、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）にスナール（３１０）を形成する。これらの実施形態では、作動したスナール油圧アクチュエータ（３０１）（図３の右側に図示）がスナールを形成してねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）を収縮させ、負荷（３３０）を移動させる。

一例として、１つ以上の実施形態では、スナール油圧アクチュエータ（３０１）のねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）は、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の初期長さの最大２８％収縮し得る。別の実施形態では、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）は、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）の初期長さの最大９０％収縮し得る。

１つ以上の実施形態では、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）は、互いの上に積み重ねられた約１０層のＣＮＴシートを含み得る。１つ以上の実施形態では、ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）は、結合剤として機能するＥｃｏ－Ｆｌｅｘ００２０（Ｓｍｏｏｔｈ－Ｏｎ、ＩＮＣにより製造）で含浸されていてもよい。ねじれＣＮＴヤーンチューブ（３００）は、２ｍｍの内径及び２０センチメートル（ｃｍ）の長さを有し得る。

本明細書に開示の１つ以上の実施形態のねじれＣＮＴヤーンチューブは、コイル状ＣＮＴヤーンチューブであってもよい。図４は、コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）を含むコイル状油圧アクチュエータ（４０１）の例を示している。留め具（４２０）及び負荷（４３０）は、コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）の両端をねじり運動から固定することができる。流体がコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）の内壁に内圧をかけると、内圧によりトルクが発生する。コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）の両端が回転しないように固定されているため、発生したトルクは、コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）の中心軸に沿ってコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）を収縮または伸長させる（図４の「Ｙ」軸に平行な破線で示されている）。

そのような実施形態では、コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）のコイル形状を維持するために、柔らかいシリコーン（４４０）の層（例えばＥｃｏ－Ｆｌｅｘ００２０）をコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）の上にコーティングすることができる。図４では、柔らかいシリコーンの層（４４０）は、
拡大されたサブセットの中の破線で示されている。柔らかいシリコーンの層（４４０）は、コイル形状を維持するためにコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）に十分な剛性を付与しながらも、コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）の中心軸に沿って自由に動くのに十分な可撓性をコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（４００）に与える。

コイルの巻き方向に応じて、コイル状ＣＮＴヤーンチューブは、ホモキラルまたはヘテロキラルとみなすことができる。ホモキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブの実施形態では、コイルの巻き方向は、ＣＮＴシートの撚り方向と同じ方向である。油圧作動すると、ホモキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブの長さは、図４に示されているように、ホモキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブの中心軸に沿って減少する。

ヘテロキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブの実施形態では、巻き方向は、ＣＮＴシートの撚り方向と反対である。油圧作動すると、ヘテロキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブの長さは、ヘテロキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブの中心軸に沿って増加する。

例えば、２００ＰＳＩの内圧では、約１．６ｍｍの内径を有するＣＮＴヤーンチューブから製造されるホモキラルコイル状ＣＮＴヤーンチューブは、最大３０％収縮し得る。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴヤーンチューブ内部の流体を加熱することにより、内圧を熱的に駆動することができる。そのような流体は、液体であっても気体であってもよい。液体は、一般的に気体よりも作動のための昇温及び膨張が遅い場合がある。しかしながら、液体は、より強力な作動を有利に得ることができる。気体で作動すると、作動が速くなり、程度（又は長さ）も大きくなる場合がある。１つ以上の実施形態では、流体は最初は液体であってもよく、物理的相転移（例えば蒸発）または化学的相転移（例えば化学反応）により気体を形成してＣＮＴヤーンチューブを膨張及び作動させる。

１つ以上の実施形態によれば、ＣＮＴヤーンチューブを作動させるために液体の配管又はパイピングは必要がない場合がある。つまり、流体が両端から漏れることを防止するためにはＣＮＴヤーンチューブの両端を密封するのみでよく、ＣＮＴヤーンチューブ内部の流体を加熱すると、望まれる内圧を生じさせることができる。以降、このプロセスを「熱開始油圧作動」という。これらの実施形態によれば、密封されたＣＮＴヤーンチューブは、ポンプなしで作動させることができる。漏れが発生した場合、ＣＮＴヤーンチューブは作動しない。ポンプが不要であり、ＣＮＴヤーンチューブを遠隔加熱できるため、ＣＮＴヤーンチューブ内部の液体が漏れた場合でも、漏れているＣＮＴヤーンチューブ周辺の装置を汚染したりダメージを与えることはない。

１つ以上の実施形態では、本明細書に開示のＣＮＴヤーンチューブの内部に内圧を生じさせるためにポンプを使用することができる。熱により開始される油圧作動に対する、油圧作動にポンプを使用することの利点は、作動を逆にするためにＣＮＴヤーンチューブ及びＣＮＴヤーンチューブ内部の流体を冷却する必要がないことである。作動を逆にするためには、単に内圧が開放される。したがって、内圧を供給及び解放するバルブの速度によって制限される、はるかに速い作動サイクルを実現することができる場合がある。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴは導電性であってもよいため、ＣＮＴヤーンチューブ内部の液体または気体は、ＣＮＴシートに電流を通すことによる抵抗加熱によって加熱することができる。

１つ以上の実施形態では、内圧は化学的に駆動されてもよい。例えば、ＣＮＴヤーンチューブ内部の流体として過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）が使用されてもよい。Ｈ_２Ｏ_２は化学的に活性化されると燃料のように機能することができ、Ｈ_２Ｏ_２はＣＮＴヤーンチューブ内部にエネルギー及び内圧を迅速に生じさせることができる。Ｈ_２Ｏ_２の代わりにヒドラジンを使用することもできる。ＣＮＴヤーンチューブの容積が小さい場合、作動させるために必要とされる化学物質の量はそれに応じて少量である。例えば、マイクロリットルのＨ_２Ｏ_２は、ミリリットルの水と酸素に分解することができ、結果としてＣＮＴヤーンチューブの内圧が大幅に増加する。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴヤーンチューブの作動速度を制御するために、バルブを使用してＣＮＴヤーンチューブ内のＨ_２Ｏ_２の量を調節することができる。１つ以上の実施形態では、様々な濃度の水及びＨ_２Ｏ_２を含む溶液を燃料として使用することができる。濃度を制御するために、水及びＨ_２Ｏ_２は、水用の第１のライン（例えばチューブまたはパイプ）とＨ_２Ｏ_２用の第２のラインを介してＣＮＴヤーンチューブの中に供給することができる。第１及び第２のラインのそれぞれは、水及びＨ_２Ｏ_２の流量を調節するためのバルブを有していてもよい。したがって、ＣＮＴヤーンチューブ内のＨ_２Ｏ_２の濃度及び作動速度は、第１のラインの調節バルブ及び／または第２のラインの調節バルブを使用して制御することができる。

１つ以上の実施形態によれば、燃料（例えばＨ_２Ｏ_２またはヒドラジン）の化学反応を更に活性化するために触媒が使用されてもよい。そのような触媒は、ＣＮＴヤーンチューブの内壁に付着する場合がある。そのような触媒の例としては、ヒドラジンについては銀を、Ｈ_２Ｏ_２については二酸化マグネシウムを挙げることができる。

１つ以上の実施形態では、触媒は、ＣＮＴヤーンチューブを触媒の適切な溶液中に入れることよって、ＣＮＴヤーンチューブの内壁上に配置することができる。例えば、０．２５モル濃度（Ｍ）の過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）と０．５Ｍの硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）の溶液を使用することができる。

本明細書に開示の実施形態によれば、油圧流体の温度（例えば発熱化学反応の場合）は、ＣＮＴシートのダメージを防止するために摂氏４００度未満にすべきである。

図５、６Ａ～６Ｃ、及び７は、本明細書に開示の１つ以上の実施形態によるＣＮＴヤーンチューブの作製方法を示している。

図５は、図５の特徴の側面図（図５の右側）及び断面図（図５の左側）を示している。図５に示されているように、ＣＮＴヤーンチューブ（５００）は、コア繊維（５１０）の周りにＣＮＴシートを巻き付けて撚ることによって製造されてもよい。その後、コア繊維（５１０）がＣＮＴシートから除去されて、ＣＮＴヤーンチューブ（５００）が形成される。１つ以上の実施形態では、コア繊維（５１０）は、その形状を維持するのに十分な可鍛性と剛性を有するように金属である。

１つ以上の実施形態では、コア繊維（５１０）は、巻き付けられたＣＮＴシートから加熱により取り除くことができる糸はんだまたは別の金属ワイヤであってもよい。本明細書に開示の実施形態では、ＣＮＴシート上に柔らかいシリコーンの層を設けた後、コア繊維（５１０）を除去することができる。柔らかいシリコーン層は、ＣＮＴヤーンチューブ（５１０）の剛性を増加させることができる。

図６Ａ～６Ｃは、本明細書に開示の実施形態によるコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（６００）の作製方法を示している。図６Ａに示されているように、ＣＮＴシートをコア繊維（６１０）の周りに巻き付け、結合剤をＣＮＴシートの中に含浸させた後、コア繊維（６１０）は、ＣＮＴシート及び結合剤と共にコイル状に巻くことができる。コア繊維（６１０）の剛性のため、コア繊維（６１０）はそのコイル形状を失うことはない。その後、図６Ｂに示されているように、ＣＮＴシートはコア繊維（６１０）の周りに巻き付けられたままであるが、柔らかいシリコーン（６２０）の層が、巻き付けられたＣＮＴシートに支持体として貼り付けられていてもよい。図６Ｃに示されているように、コア繊維（６１０）はその後除去されてもよい。例えば、コア繊維（６１０）は、ＣＮＴシートからコア繊維（６１０）を機械的に引き出し、コア繊維（６１０）を化学エッチングし、溶融し、排出することによって除去されてもよい。１つ以上の実施形態では、コア繊維（６１０）は低い表面エネルギーを有しておりＣＮＴシートに付着しないため、コア繊維（６１０）は容易に除去することができる。コイル状ＣＮＴヤーンチューブの具体的な設計及び機能に基づいて、コア繊維を除去するために他の方法が使用されてもよい。柔らかいシリコーンの層（６２０）はコイル状ＣＮＴヤーンチューブ（６００）を十分に支持することから、コイル状ＣＮＴヤーンチューブ（６００）は、そのコイル形状を維持する。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴシートをコア繊維の周りに巻き付ける前に、コア繊維がコイル状にされてもよい。そのような実施形態では、コア繊維のコイルの直径が大きいと、ＣＮＴシートを配置し易くすることができる。しかしながら、そのような実施形態ではバイアス角を厳密に制御することは困難であると考えられる場合がある。

１つ以上の実施形態では、コア繊維はばねであってもよく、ばねはＣＮＴシートを巻き付けた後にコイル状ＣＮＴヤーンチューブ内に残されてもよく、その結果、コイル状ＣＮＴヤーンチューブは、コイル状ＣＮＴヤーンチューブの内側のばねと共に作動する。

１つ以上の実施形態では、ＣＮＴシートを巻き付ける前に、コア繊維上に触媒を付着させることができる。触媒はＣＮＴヤーンチューブの内壁に付着することができ、コア繊維が除去されると、触媒はＣＮＴヤーンチューブの内壁に残ることができる。

図７は、本明細書の実施形態によるＣＮＴヤーンチューブの製造方法を表すフローチャートを示す。１つ以上の実施形態では、図７に示されている１つ
以上の工程は、省略されてもよく、繰り返されてもよく、及び／または図７に示されている順序とは異なる順序で行われてもよい。したがって、本発明の範囲は、配列が指定されていない限り、図７に示されている具体的な工程の配列に限定されない。

工程７００では、コア繊維が準備される。例えば、コア繊維は、上述した実施形態のいずれかによるコア繊維であってもよい。

任意選択の工程７０５では、コア繊維上にＣＮＴシートを巻き付ける前に、触媒がコア繊維上に配置される。触媒は、ＣＮＴヤーンチューブ内部の化学物質／燃料の化学反応を開始するために使用することができる。例えば、触媒は、上述した実施形態において開示されている触媒と同様であってもよい。

工程７１０では、ＣＮＴシートが撚られ、コア繊維の周りに巻き付けられる。ＣＮＴシートは、特定のバイアス角で巻き付けられていてもよく、あるいはバイアス角を持たないように編まれていてもよい。例えば、ＣＮＴシートは、上に開示した実施形態に従って巻き付けられていてもよい。１つ以上の実施形態では、触媒は、巻き付けられたＣＮＴシートの内壁に付着する。

工程７１５では、ＣＮＴシート間に結合剤を含浸させて、ＣＮＴシートを一体に結合させることができる。そのような実施形態では、結合剤は、ＣＮＴヤーンチューブの内部の油圧流体がＣＮＴヤーンチューブの壁から逃げることができないようにＣＮＴヤーンチューブを密封する。例えば、結合剤は、上で開示した１つ以上の実施形態によるものであってもよい。

任意選択の工程７２０では、コイル状ＣＮＴヤーンチューブを形成するために、コア繊維は、巻き付けられたＣＮＴシート及び含浸している結合剤と共にコイル状に巻かれる。例えば、コイル状に巻くことは、コイル状に巻かれたＣＮＴヤーンチューブに関して上で開示した実施形態に従ってもよい。

任意選択の工程７２５では、巻き付けられたＣＮＴシート上に柔らかいシリコーンの層が設けられてもよい。そのような実施形態では、工程７２０でコア繊維をコイル状に巻いた後に柔らかいシリコーンの層が設けられてもよい。例えば、柔らかいシリコーン層は、上で開示した実施形態に従って設けられてもよい。

工程７３０では、コア繊維をＣＮＴシートから除去することができる。１つ以上の実施形態では、柔らかいシリコーン層を設けた後にコア繊維を除去することができ、その結果、柔らかいシリコーン層はコイル状ＣＮＴシートに機械的強度を付与してコア繊維なしでそれらのコイル形状を維持する。いくつかの実施形態では、コア繊維が除去される際に、触媒は巻き付けられたＣＮＴシートの内壁に残る。

１つ以上の実施形態では、コア繊維はばねであってもよく、ばねはＣＮＴシートの内側に残り（すなわち工程７３０は省略される）、その結果、コイル状ＣＮＴヤーンチューブはばねと共に作動する。

本開示を限定された数の実施形態に関してのみ説明したが、本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であろう。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、２００、３００、５００ＣＮＴヤーンチューブ
３０１油圧アクチュエータ
３１０スナール
３２０、４２０留め具
３３０、４３０負荷
４００コイル状ＣＮＴヤーンチューブ
４０１コイル状油圧アクチュエータ
４４０シリコーンの層
５１０、６１０コア繊維
６２０シリコーンの層

Claims

中空のチューブの形態で巻き付けられている複数のＣＮＴシート；
及び前記複数のＣＮＴシート中に含浸させた、前記複数のＣＮＴシートを一体に結合させる結合剤；を含む中空カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）ヤーンチューブを含み、
前記ＣＮＴヤーンチューブは内部に流体を含むように構成され、
前記結合剤は、前記ＣＮＴヤーンチューブを前記流体が透過しないように密封する、油圧筋肉。
前記ＣＮＴヤーンチューブが直線形であり、
前記流体が前記ＣＮＴヤーンチューブ内部を加圧すると、前記ＣＮＴヤーンチューブの内径が増加し、前記ＣＮＴヤーンチューブの長さが直線的に減少する、請求項１に記載の油圧筋肉。
前記複数のＣＮＴシートが９０度ではないバイアス角に整列している、請求項２に記載の油圧筋肉。
前記複数のＣＮＴシートが９０度の正味のバイアス角を有する、請求項２に記載の油圧筋肉。
前記複数のＣＮＴシートが９０度ではないバイアス角に整列しており、前記ＣＮＴヤーンチューブの両端の回転が防止されており、
前記ＣＮＴヤーンチューブ内部が加圧されると、前記ＣＮＴヤーンチューブが前記ＣＮＴヤーンチューブの長さに沿ってスナールを形成するように前記ＣＮＴヤーンチューブが前記ＣＮＴヤーンチューブ内部にトルクを発生させる、請求項１に記載の油圧筋肉。
前記ＣＮＴヤーンチューブがコイル形状を有しており、
前記複数のＣＮＴシートが９０度ではないバイアス角に整列しており、前記ＣＮＴヤーンチューブの両端の回転が防止されており、前記油圧筋肉が前記油圧筋肉上に配置されている、前記油圧筋肉のコイルがほどけるのを防止する支持材料を更に含み、
前記ＣＮＴヤーンチューブ内部が加圧されると、前記ＣＮＴヤーンチューブが、前記油圧筋肉の前記コイルの中心軸に沿って直線的に前記油圧筋肉の長さを変化させる前記ＣＮＴヤーンチューブ内部のトルクを形成する、請求項１に記載の油圧筋肉。
前記支持材料がシリコーン層である、請求項６に記載の油圧筋肉。
前記油圧筋肉がホモキラルであり、前記ＣＮＴヤーンチューブ内部の前記トルクが、前記油圧筋肉の前記コイルの中心軸に沿って前記油圧筋肉を直線的に収縮させる、請求項６に記載の油圧筋肉。
前記油圧筋肉がヘテロキラルであり、前記ＣＮＴヤーンチューブ内部の前記トルクが、前記油圧筋肉の前記コイルの中心軸に沿って前記油圧筋肉を直線的に伸長させる、請求項６に記載の油圧筋肉。
前記複数のＣＮＴシートが９０度ではないバイアス角に整列されており、前記ＣＮＴヤーンチューブの両端の線形作動が防止され、
前記ＣＮＴヤーンチューブ内部に内圧がかけられると、前記ＣＮＴヤーンチューブが、前記複数のＣＮＴシートを撚る方向に沿って前記ＣＮＴヤーンチューブを撚るトルクを前記ＣＮＴヤーンチューブ内に発生させる、請求項１に記載の油圧筋肉。
中空ＣＮＴヤーンチューブ内部の流体が、前記複数のＣＮＴシートを通る電流により加熱され、
前記流体の熱膨張が前記中空ＣＮＴヤーンチューブを作動させる、請求項１～１０のいずれか１項に記載の油圧筋肉。
複数のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）シートをコア繊維の周りに巻き付けること；
結合剤が前記複数のＣＮＴシートを一体に結合させるように前記結合剤を前記複数のＣＮＴシート間に含浸させること；及び
前記複数のＣＮＴシートから前記コア繊維を除去すること；
を含み、
前記結合剤は、前記ＣＮＴヤーンチューブを前記流体が透過しないように密封する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の油圧筋肉の製造方法。
前記ＣＮＴヤーンチューブをコイル状に巻き付けること；及び
前記複数のＣＮＴシート上に支持体としてのシリコーン層を設けること；
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
前記シリコーン層が前記コア繊維を除去する前に設けられる、請求項１３に記載の方法。
前記コア繊維の周りに前記複数のＣＮＴシートを巻き付ける前に、前記コア繊維上に触媒を配置することを更に含み、
前記触媒は前記巻き付けられた複数のＣＮＴシートの内壁に付着しており；
前記コア繊維が除去される際に前記触媒が前記巻き付けられた複数のＣＮＴシートの内壁に留まり；
前記触媒がＣＮＴヤーンチューブ内部の化学物質／燃料の化学反応を開始させる；
請求項１２～１４のいずれか１項に記載の方法。
前記化学物質／燃料がヒドラジンであり、前記触媒が銀である、請求項１５に記載の方法。
前記化学物質／燃料が過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）であり、前記触媒が二酸化マグネシウムである、請求項１５に記載の方法。