JPWO2019065860A1 - 人工筋 - Google Patents

Abstract

本発明は、弾性体チューブと、高強力繊維を含むスリーブとからなる人工筋であって、前記弾性体チューブの外側を前記スリーブで覆うように配され、チューブ被覆率が７０〜１００％であり、且つスリーブ充填率が１〜４０％である人工筋に関する。

Description

本発明は、高強度であり、耐切創性、駆動性に優れた人工筋に関するものである。

近年、人工筋として、中空状の弾性体内に空気を注入して膨張させ、前記弾性体をその長手方向に収縮させる、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型人工筋が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、中空状の弾性チューブと、溶着糸を含む糸状体の交差部分を溶着した編組チューブとを具備する人工筋とすることで、人工筋の収縮動作を繰り返しても編組チューブが偏ることなく、弾性チューブの破裂を防止することができる人工筋が紹介されている。

特開２０１６−１７３１１７号公報

しかしながら、人工筋はロボットのアーム部分や人間が物品等を把持する動作を補助する装置等に使用されるため、例えば刃物等を使用する場面や装置内で突起物がある場合においては、人工筋が切創を負う可能性があり、弾性チューブや編組チューブが損傷することで収縮動作が発現できなくなる課題があった。また、高重量物を持ち上げた場合において、人工筋に高負荷が掛かると編組チューブを構成する繊維に塑性変形が起こり、収縮動作が発現できなくなる課題があった。

本発明はこのような従来技術における問題点を解決するものであり、高強度であり、耐切創性、駆動性に優れるとともに、繰り返して使用した場合の耐久性にも優れる人工筋を提供するものである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、人工筋の外側に高強力繊維を適切に配置することで、高強度な人工筋を得ることができるだけでなく、外部負荷が掛かった場合でも損傷しにくくなり、耐切創性、駆動性に優れた人工筋が得られることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明の人工筋は、以下の態様を包含する。
［１］弾性体チューブと、高強力繊維を含むスリーブとからなる人工筋であって、前記弾性体チューブの外側を前記スリーブで覆うように配され、チューブ被覆率が７０〜１００％であり、且つスリーブ充填率が１〜４０％である、人工筋。
［２］前記高強力繊維が液晶ポリエステル繊維である、前記［１］に記載の人工筋。
［３］前記高強力繊維の強度が１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、前記［１］又は［２］に記載の人工筋。
［４］前記高強力繊維の伸度が７％以下である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の人工筋。
［５］前記スリーブに使用する繊維の平均強度が、１３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載の人工筋。
［６］弾性体チューブの動摩擦係数が１．０以下である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の人工筋。
［７］スリーブを構成する繊維の単繊維繊度が０．５ｄｔｅｘ以上５００ｄｔｅｘ以下である、前記［１］〜［６］のいずれかに記載の人工筋。

本発明によれば、高強度な人工筋が得ることができるだけでなく、外部負荷が掛かった場合でも損傷しにくくなり、耐切創性、駆動性に優れるとともに、繰り返して使用した場合の耐久性にも優れる人工筋を得ることが出来る。

図１は、本発明の人工筋を説明するための概略拡大平面図である。 図２は、本発明に用いるスリーブ側面の概略拡大平面図である。 図３は、本発明の人工筋の断面の概略拡大平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の人工筋を説明するための概略拡大平面図である。図示のとおり、流体圧により伸縮する本発明の人工筋は、弾性体チューブ１０と、弾性体チューブの外表面に配置されるスリーブ２０とから主に構成される。人工筋の端部には、送気チューブ等を介してコンプレッサーやバルブが接続される。

弾性体チューブ１０は、中空の筒状に形成される弾性体からなる。これは、コンプレッサー等からの送気により膨張するように構成されている。弾性体チューブ１０は、エアーコンプレッサーからの送気により膨張できる程度の軟質ゴムであれば特に限定はなく、例えば硬度Ａ６０以下のゴムなどが挙げられる。例えば、硬度Ａ６０以下のゴムであれば、十分な人工筋収縮性を確保しやすく、硬度Ａ５５以下のゴムがより好ましい。また、弾性体チューブが軟らかすぎるとスリーブを構成する繊維の網目間にチューブが食い込みやすくなるため、人工筋の駆動性や耐久性を向上させ得る観点から、弾性体チューブ（軟質ゴム）の硬さは硬度Ａ１０以上であることが好ましい。素材としては、シリコーンなど架橋点を有するゴムが耐久性の面からより好ましい。

本発明において、弾性体チューブ１０の動摩擦係数は、好ましくは１．０以下であり、より好ましくは０．８以下、さらに好ましくは０．６以下である。弾性体チューブの動摩擦係数が上記上限以下であると、スリーブ２０を構成する繊維が弾性体チューブの外表面に引っ掛かりにくくなり、弾性体チューブへの繊維の食い込みを低減することができる。特に、本発明においてスリーブ２０は高強力繊維を用いて構成されるが、この場合、例えばポリエステル系繊維などを用いた場合と比較して、弾性体チューブが膨張した際の繊維の食い込みが大きくなり、人工筋の駆動性を低下させるだけでなく、繰り返し使用した場合には弾性体チューブの破裂が生じやすくなるが、弾性体チューブの動摩擦係数を制御することによりチューブへの繊維の食い込みを抑制し、繰り返し使用される人工筋の耐久性を向上させることができる。弾性体チューブ１０の動摩擦係数の下限は特に限定されるものではなく、通常０．１以上であり、例えば０．２以上であってよい。
なお、動摩擦係数は、ＡＳＴＭ Ｄ−１８９４に規定される方法に準じて測定することができる。

本発明においてスリーブとは、弾性体チューブの外表面に配置される筒状の組紐を意味し、例えば、図１においてスリーブ２０は、繊維２１を弾性体チューブ１０の外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みされている。繊維２１を縒り合わせて袋編みする手法については特に限定されるものではなく、例えば一般的な製紐機を用い、チューブ１０のチューブ径にあわせ複数本（例えば、３本以上）の繊維２１を交互に斜め方向に組み合わせればよい。

本発明の人工筋のスリーブ２０に用いる繊維２１は、高強力繊維が含まれていることが、人工筋に耐久性及び耐切創性を付与する観点から重要である。繊維２１には本発明の効果を損なわない限り、高強力繊維に加えて、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリスチレン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリカーボネート繊維、ポリ乳酸繊維、ポリウレタン繊維、アクリル繊維などの熱可塑性繊維を単独で、又は二種以上を組み合わせて、含んでいてもよい。スリーブを構成する繊維として高強力繊維とそれ以外の他の繊維とを含む場合、高い耐切創性を確保する観点から、高強力繊維と他の繊維とが均等に分布するよう、例えば、高強力繊維と他の繊維とを互い違いに編み込むことなどしてスリーブを構成することが好ましい。

このように構成される人工筋は、収縮動作では、コンプレッサー等からの送気により弾性体チューブ１０が径方向に膨張し、スリーブ２０により動きが制限されることで、軸方向に短くなる方向に収縮する。また、弛緩動作では、バルブを開放して排気するか、さらに吸気することで強制的に膨張した弾性体チューブ１０を元の状態に戻し、軸方向の長さが元に戻る。このとき、本発明の人工筋では、スリーブ２０の交差部分２２によって、交差部分２２を中心にパンタグラフ動作となるので、スリーブ２０が径方向に膨張することで軸方向に短くなり、人工筋が収縮動作を起こす。

以下、より詳細に本発明の人工筋のスリーブ２０の構成について説明する。図２は、本発明の人工筋の編組チューブの一例を説明するためのスリーブ２０の概略拡大平面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表しており、詳説は省略する。図２に示される例では、スリーブ２０の繊維２１は、交互に縒り合わせて袋編みされている。

次に、本発明のスリーブ２０に用いる繊維２１に含まれていることが必要な高強力繊維を説明する。本発明において、高強力繊維とは、引張強度が１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である繊維を意味し、本発明の人工筋で用いる高強力繊維は、前述した強度を示す限り、無機繊維、有機繊維のいずれであってもよく、無機繊維としては、炭素繊維などが挙げられ、有機繊維としては、液晶ポリエステル繊維、アラミド繊維（例えば、パラ系アラミド繊維）、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などが挙げられる。これらの繊維は、単独で、又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、これらの中でも液晶ポリエステル繊維は、塑性変形が起こりにくい、吸水性が低い、耐切創性が高いことから、より好適に用いることができる。

本発明の人工筋で用いる液晶ポリエステル繊維は、液晶ポリエステルを溶融紡糸することにより得ることができる。液晶ポリエステルとしては、例えば芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸等に由来する反復構成単位からなり、本発明の効果を損なわない限り、芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構成単位は、その化学的構成については特に限定されるものではない。また、本発明の効果を阻害しない範囲で、液晶ポリエステルは、芳香族ジアミン、芳香族ヒドロキシアミン又は芳香族アミノカルボン酸に由来する構成単位を含んでいてもよい。例えば、好ましい構成単位としては、表１に示す例が挙げられる。

Ｙは、１〜［置換可能な最大数］の範囲において、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基などの炭素数１から４のアルキル基など）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基など）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基など）、アラルキル基［ベンジル基（フェニルメチル基）、フェネチル基（フェニルエチル基）など］、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基など）、アラルキルオキシ基（例えば、ベンジルオキシ基など）などが挙げられる。

より好ましい構成単位としては、下記表２、表３及び表４に示す例（１）〜（１８）に記載される構成単位が挙げられる。なお、式中の構成単位が、複数の構造を示しうる構成単位である場合、そのような構成単位を二種以上組み合わせて、ポリマーを構成する構成単位として使用してもよい。

表２、表３及び表４の構成単位において、ｎは１又は２の整数で、それぞれの構成単位ｎ＝１、ｎ＝２は、単独で又は組み合わせて存在してもよく、Ｙ１及びＹ２は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基などの炭素数１から４のアルキル基など）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基など）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基など）、アラルキル基［ベンジル基（フェニルメチル基）、フェネチル基（フェニルエチル基）など］、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基など）、アラルキルオキシ基（例えば、ベンジルオキシ基など）などであってもよい。これらのうち、好ましいＹとしては、水素原子、塩素原子、臭素原子、又はメチル基が挙げられる。

また、Ｚとしては、下記式で表される置換基が挙げられる。

好ましい液晶ポリエステルは、好ましくは、ナフタレン骨格を構成単位として有する組み合わせであってもよい。特に好ましくは、ヒドロキシ安息香酸由来の構成単位（Ａ）と、ヒドロキシナフトエ酸由来の構成単位（Ｂ）の両方を含んでいる。例えば、構成単位（Ａ）としては下記式（Ａ）が挙げられ、構成単位（Ｂ）としては下記式（Ｂ）が挙げられ、溶融成形性を向上する観点から、構成単位（Ａ）と構成単位（Ｂ）の比率は、好ましくは９／１〜１／１、より好ましくは７／１〜１／１、さらに好ましくは５／１〜１／１の範囲であってもよい。

また、（Ａ）の構成単位と（Ｂ）の構成単位の合計は、例えば、全構成単位に対して６５モル％以上であってもよく、より好ましくは７０モル％以上、さらに好ましくは８０モル％以上であってもよい。ポリマー中、特に（Ｂ）の構成単位が４〜４５モル％である液晶ポリエステルが好ましい。

本発明で好適に用いられる液晶ポリエステルの融点は２５０〜３６０℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは２６０〜３２０℃である。なお、ここでいう融点とは、ＪＩＳ Ｋ７１２１試験法に準拠し、示差走差熱量計（例えば、ＤＳＣ；メトラー社製「ＴＡ３０００」）で測定し、観察される主吸収ピーク温度である。具体的には、前記ＤＳＣ装置に、サンプルを１０〜２０ｍｇをとりアルミ製パンへ封入した後、キャリヤーガスとして窒素を１００ｃｃ／分流し、２０℃／分で昇温したときの吸熱ピークを測定する。ポリマーの種類によってはＤＳＣ測定において１ｓｔ ｒｕｎで明確なピークが現れない場合は、５０℃／分の昇温速度で予想される流れ温度よりも５０℃高い温度まで昇温し、その温度で３分間完全に溶融した後、−８０℃／分の降温速度で５０℃まで冷却し、しかる後に２０℃／分の昇温速度で吸熱ピークを測定するとよい。

なお、上記液晶ポリエステルには、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂等の熱可塑性ポリマーを添加してもよい。また酸化チタン、カオリン、シリカ、酸化バリウム等の無機物、カーボンブラック、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。

本発明の人工筋で用いる高強力繊維の強度は、１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。強度が１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であると、十分な人工筋収縮性を確保し得るとともに耐切創性を向上させることができる。より好ましくは２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、特に好ましくは２２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。上限に関しては特に制限はないが、通常１００ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。なお、強度は後述する実施例に記載の測定方法により算出されるものである。

本発明の人工筋で用いる高強力繊維の伸度は、７％以下であることが好ましい。７％以下であると、人工筋に対して高負荷が掛かった際の塑性変形の抑制に優れる。より好ましくは６％以下であり、特に好ましくは５％以下である。なお、下限に関しては特に制限はないが、通常０％以上である。なお、伸度は後述する実施例に記載の測定方法により算出されるものである。

本発明の人工筋で用いる繊維の単繊維繊度は、０．５ｄｔｅｘ以上、５００ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。単繊維繊度が０．５ｄｔｅｘ以上であると、繊維製造工程で繊維の断糸が生じにくくなる。また、単繊維繊度が５００ｄｔｅｘ以下であると、適度な太さのスリーブを得やすく、高い耐切創性を確保できる。特に、高強力繊維を用いてスリーブを構成する場合、例えばポリエステル系繊維などを用いた場合と比較して、弾性体チューブが膨張した際に繊維が伸びにくく、曲がりにくいため、チューブへの食い込みが大きくなり、人工筋の駆動性を低下させるだけでなく、繰り返し使用した場合には弾性体チューブの破裂が生じやすくなる傾向にある。スリーブを構成する繊維の単繊維繊度を上記範囲の上限値以下にすることにより、高い耐切創性を確保しながら、チューブへの繊維の食い込みを抑制し、繰り返し使用される人工筋の耐久性を向上させやすくなる。本発明において、単繊維繊度は、より好ましくは０．５ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは１ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは１．５ｄｔｅｘ以上であり、また、より好ましくは２００ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは１５ｄｔｅｘ以下、特に好ましくは１０ｄｔｅｘ以下である。

本発明において、スリーブを構成する繊維はモノフィラメントであっても、マルチフィラメントであってもよいが、マルチフィラメントである場合には、総繊度が同じモノフィラメントと比較して、繊維が曲がりやすいため、弾性体チューブへの繊維の食い込みの抑制効果が高くなり、人工筋の耐久性をより向上させやすい。

また、上記繊維の総繊度は、好ましくは１０ｄｔｅｘ以上、５００００ｄｔｅｘ以下である。総繊度が１０ｄｔｅｘ以上であると、スリーブ製造工程などで繊維の断糸が生じにくくなる。総繊度が５００００ｄｔｅｘ以下であると、適度な太さのスリーブとなり、チューブの被覆面積の低下を抑制し、高い耐切創性を得られる。総繊度は、より好ましくは１５ｄｔｅｘ以上、さらに好ましくは２５ｄｔｅｘ以上であり、また、より好ましくは３００００ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは１００００ｄｔｅｘ以下である。

本発明の人工筋で用いるスリーブには高強力繊維以外の繊維が含まれていてもよく、スリーブに高強力繊維と高強力繊維以外の他の繊維を含む場合、スリーブに使用する繊維の平均強度は、１３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。上記の平均強度は、使用した各繊維の強度に、全スリーブ打数（製紐機にセットするボビン本数）におけるその繊維のスリーブ打数の比を掛けた値の合計により算出されるものである。スリーブに使用する繊維の平均強度が１３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であれば、十分な人工筋収縮性を確保し得るとともに耐切創性を向上させることができる。繊維の平均強度は、より好ましくは１４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、特に好ましくは、１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。上限に関しては特に制限はないが、１００ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。なお、強度は後述する実施例に記載の測定方法により算出されるものである。

本発明の人工筋は、チューブ被覆率が７０〜１００％であることが重要である。チューブ被覆率は、スリーブに用いる繊維の総繊度、単繊維繊度、繊維径、スリーブの打数、組角を調整することで、任意に変更することができる。チューブ被覆率が７０％未満であると、刃物などで人工筋内部にあるチューブが切創しやすくなり、チューブが損傷することにより収縮動作が発現できなくなる。チューブ被覆率は、好ましくは７５％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上であり、例えば、好ましくは８０〜１００％、より好ましくは９０〜１００％である。チューブ被覆率は、後述する実施例に記載の方法により算出することができる。

また、本発明の人工筋は、スリーブ充填率が１〜４０％であることが重要である。スリーブ充填率は、スリーブに用いる繊維の総繊度、単繊維繊度、繊維径、スリーブの打数、組角を調整することで、任意に変更することができる。４０％を超える場合は、スリーブの目が詰まり過ぎているため、スリーブ角が変化できず、人工筋として収縮動作が発現できなくなる。１％未満であると、刃物などで人工筋内部にあるチューブが切創しやすくなり、チューブが損傷することにより収縮動作が発現しなくなる。スリーブ充填率は、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上であり、また、好ましくは３５％以下、より好ましくは３０％以下であり、例えば、好ましくは５〜３５％、より好ましくは１０〜３０％である。スリーブ充填率は、後述する実施例に記載の方法により算出することができる。
チューブ被覆率とスリーブ充填率がともに上記範囲内であると、高強度繊維の特性を十分に発揮させることができ、高い耐切創性を有するとともに駆動性にも優れた人工筋を得ることができる。

以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれら実施例により何等限定されるものではない。なお、実施例中の測定値は以下の方法により測定されたものである。

（強度、伸度、繊度）
用いた繊維の強度〔ｃＮ／ｄｔｅｘ〕及び伸度〔％〕は、ＪＩＳ Ｌ１０１３試験法に準拠して、予め調湿されたヤーンを試長２０ｃｍ、初荷重０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘ及び引張速度１０ｃｍ／分の条件での破断時の強度及び伸度を測定し、ｎ＝２０の平均値を採用した。また繊度〔ｄｔｅｘ〕は質量法により求めた。

（繊維の平均強度）
繊維の平均強度は、用いた各繊維の強度に、全スリーブ打数（製組機にセットするボビン本数）における対象とする各繊維のスリーブ打数の比をかけた値の合計により算出した。

（スリーブ強力）
スリーブ強力〔Ｎ〕は、ＪＩＳ Ｌ１０１３試験法に準拠して、予め調湿されたスリーブを試長２０ｃｍ、初荷重０．２５ｃＮ／ｄｔｅｘ及び引張速度１０ｃｍ／分の条件で測定し、ｎ＝２０の平均値を採用した。

（弾性体チューブの動摩擦係数）
弾性体チューブの動摩擦係数は、ＡＳＴＭ Ｄ−１８９４に規定される方法に準じて、荷重へ巻き付けるチューブの本数を２０本として測定した。

（弾性体チューブの硬度）
弾性体チューブの硬度（硬度Ａ）は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準じて測定した。

（チューブ被覆率）
チューブ被覆率〔％〕は人工筋の側面において、人工筋の長さ方向の中心軸を基準とする長方形を人工筋直径から求め、マイクロスコープ（キーエンスＶＨＸ−５０００）にて色画像分析でスリーブ面積を特定し、上記の長方形の面積（Ｓ１）から下記式にて被覆率を求めた。
チューブ被覆率〔％〕＝スリーブ面積〔ｍｍ^２〕／Ｓ１〔ｍｍ^２〕×１００
なお、チューブ被覆率を算出するための長方形の面積（Ｓ１）は、図２を用いて以下に説明する方法により算出した。
図２は、本発明に用いるスリーブ側面の概略拡大平面図である。図示のとおり、チューブ被覆率を算出するための長方形の面積（Ｓ１）は、次に示す縦と横の長さにより算出した。縦の長さ２３は、スリーブの幅方向において、人工筋の長さ方向の中心軸から上下にそれぞれ人工筋直径〔ｍｍ〕×０．４の長さを伸ばした長さ（即ち、人工筋直径〔ｍｍ〕×０．８）として算出した。横の長さ２４は、スリーブの長さ方向において、スリーブで満たされる任意の範囲での人工筋直径〔ｍｍ〕×２の長さとして算出した。長方形の面積（Ｓ１）は、上記の縦の長さ２３と横の長さ２４の積によって求めた。

（スリーブ充填率）
スリーブ充填率〔％〕は人工筋の断面をマイクロスコープ（キーエンスＶＨＸ−５０００）にて、人工筋スリーブの最外層と最内層（チューブ最外層）との間にできる断面積（Ｓ２）及びスリーブの断面積を色画像分析で特定し、下記式にて充填率を求めた。
スリーブ充填率〔％〕＝スリーブ断面積〔ｍｍ^２〕／Ｓ２〔ｍｍ^２〕×１００
なお、人工筋スリーブの最外層と最内層との間にできる断面積（Ｓ２）は、図３を用いて以下に説明する方法により算出した。
図３は、本発明の人工筋の断面の概略拡大平面図である。図示のとおり、人工筋スリーブの最外層は、マイクロスコープにより、チューブの中心点３０とスリーブを構成する各繊維（マルチフィラメントの場合は繊維束）との最遠点を画像解析により求め、中心点３０と全ての繊維との最遠点の平均値を半径とする外周円３１を求める。外周円３１の面積から、色画像分析で特定したチューブ及びチューブ空洞部の面積を差し引いた面積を、人工筋スリーブの最外層と最内層との間にできる断面積（Ｓ２）として算出した。

（人工筋収縮評価）
２０ｃｍ長の人工筋を作製し、チューブの片端の穴を樹脂で目詰めし、もう一端のチューブをレギュレーター及び開閉バルブ付のエアーコンプレッサーに繋いだ。レギュレーターでエア圧を調整したのち、開閉バルブを用いて２０％の伸縮を１０回繰り返した結果を下記の基準で評価した。
Ａ；１０回以上伸縮する。
Ｂ；１０回未満で伸縮しなくなる。

（人工筋強度）
人工筋強力及び人工筋断面積から以下の式にて人工筋強度を求めた。なお、人工筋強力はＪＩＳ Ｌ１０１３試験法と同様に、予め調湿された人工筋を試長２０ｃｍ、初荷重０．２５〔ｃＮ／ｄｔｅｘ〕及び引張速度１０ｃｍ／分の条件で人工筋強力〔Ｎ〕を測定し、ｎ＝２０の平均値を採用した。また、人工筋断面積は、人工筋の直径をノギスにて測定し、真円として面積を算出した。
人工筋強度〔Ｎ／ｍｍ^２〕＝人工筋強力〔Ｎ〕／人工筋断面積〔ｍｍ^２〕

（切創試験後収縮評価）
２０ｃｍ長の人工筋の両端を固定し、市販の剃刀（フェザー社製）にて０．５〔Ｎ〕の荷重で垂直に押し当てた後に、先述の人工筋収縮評価と同様の評価を行った。
Ａ；１０回以上伸縮。
Ｂ；１０回未満で伸縮しなくなる。

（チューブ耐久性評価）
２０ｃｍ長の人工筋を作製し、チューブの片端の穴を樹脂で目詰めし、もう一端のチューブをレギュレーター及び開閉バルブ付のエアーコンプレッサーに繋いだ。レギュレーターでエア圧を調整したのち、開閉バルブを用いて２０％の伸縮を５，０００回繰り返した結果を下記の基準で評価した。
Ａ；チューブの破裂なし。
Ｂ；１，０００回以上５，０００回未満でチューブが破裂。
Ｃ；１，０００回未満でチューブが破裂。

（実施例１）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例２）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２８０ｄｔｅｘ／５０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例３）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ１１０ｄｔｅｘ／２０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例４）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の１６本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例５）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２ｄｔｅｘ／１ｆ（株式会社クラレ製）のモノフィラメント３２本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径０．６ｍｍ、内径０．５ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例６）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）とベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／１ｆを互いちがいに、各１２本、合計２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例７）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）とポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維２２０ｄｔｅｘ／１ｆを互いちがいに、各１２本、合計２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（比較例１）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ４４０ｄｔｅｘ／８０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（比較例２）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の８本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（比較例３）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の３２本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（比較例４）
ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維２２０ｄｔｅｘ／４０ｆの２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（比較例５）
ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維２２０ｄｔｅｘ／４０ｆの３２本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例８）
高強力繊維として、パラ系アラミド繊維２２０ｄｔｅｘ／４０ｆの２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例９）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／１ｆ（株式会社クラレ製）のモノフィラメント２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数０．４４のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

（実施例１０）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数２．４６のスチレン系エラストマーチューブを挿入し人工筋を作製した。

（実施例１１）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度５８、動摩擦係数２．００のスチレン系エラストマーチューブを挿入し人工筋を作製した。

（実施例１２）
高強力繊維として、液晶ポリエステル繊維であるベクトランＨＴ２２０ｄｔｅｘ／４０ｆ（株式会社クラレ製）の２４本のボビンをコクブンリミテッド製の製紐機にセットし、組角が１９度になるようにしてスリーブを作製した。作製したスリーブの内側に外径１．３ｍｍ、内径０．９ｍｍ、硬度４０、動摩擦係数２．１３のシリコーンチューブ（株式会社タケチ製）を挿入し人工筋を作製した。

表５および６に示すとおり、本発明に従う実施例１〜１２では、高強度であり、耐切創性、駆動性に優れた人工筋が得られた。特に実施例１〜５および７では、高い耐切創性を有しながら、人工筋の駆動性にも優れ、かつ、繰り返し使用した際の耐久性にも優れることが確認された。一方、比較例１及び３では、スリーブ充填率が４０％を超えるため、人工筋の収縮動作が発現できない結果であった。比較例２では、スリーブにおける高強力繊維の構成本数が少なく、チューブ被覆率が７０％未満であるため、耐切創性に劣る結果であった。比較例４では、スリーブを構成する繊維がＰＢＴであるため、得られた人工筋は人工筋強度と耐切創性に劣る結果であった。比較例５では、スリーブ充填率が４０％を超えているため、人工筋の収縮動作が発現できない結果であった。

本発明により得られる人工筋は、高強度であり、優れた耐切創性、駆動性を有しているので、パワーアシスト機器、リハビリテーション機器、義手、ソフトロボットハンド、建設機械遠隔操作マニピュレータなどの用途に適している。

１０ 弾性体チューブ
２０ スリーブ
２１ 繊維
２２ 交差部分
２３ チューブ被覆率を算出するための長方形の縦の長さ
２４ チューブ被覆率を算出するための長方形の横の長さ
２５ チューブ被覆率を算出するための長方形の面積（Ｓ１）
３０ チューブの中心点
３１ スリーブの最外層と定めた外周円
３２ 人工筋スリーブの最外層と最内層との間にできる断面積（Ｓ２）

Claims (7)

1. 弾性体チューブと、高強力繊維を含むスリーブとからなる人工筋であって、前記弾性体チューブの外側を前記スリーブで覆うように配され、チューブ被覆率が７０〜１００％であり、且つスリーブ充填率が１〜４０％である、人工筋。
2. 前記高強力繊維が液晶ポリエステル繊維である、請求項１に記載の人工筋。
3. 前記高強力繊維の強度が１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、請求項１又は２に記載の人工筋。
4. 前記高強力繊維の伸度が７％以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の人工筋。
5. 前記スリーブに使用する繊維の平均強度が、１３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の人工筋。
6. 弾性体チューブの動摩擦係数が１．０以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の人工筋。
7. スリーブを構成する繊維の単繊維繊度が０．５ｄｔｅｘ以上５００ｄｔｅｘ以下である、請求項１〜６のいずれかに記載の人工筋。

Images