JP6593869B2 - 伸縮ファイバー、この伸縮ファイバーを用いた伸縮シート及びこの伸縮シートを用いたアシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、伸縮ファイバー、この伸縮ファイバーを用いた伸縮シート及びこの伸縮シートを用いたアシスト装置に関し、さらに詳しくは、身体動作を支援するために用いられる伸縮ファイバー、この伸縮ファイバーを用いた伸縮シート及びこの伸縮シートを用いたアシスト装置に関する。

誘電性を有する高分子材料を用いたアクチュエータは、小型軽量であり、且つ柔軟な動きが可能である。そのため、このアクチュエータは、モータに代わる次世代型の駆動源として注目されている。

誘電性を有する高分子材料を用いたアクチュエータは、例えば、人工筋肉等への応用が期待されている。高分子材料としては、ポリ塩化ビニルやポリメタクリル酸メチル等がある。その中でも、可塑剤を含有させたポリ塩化ビニルゲルは、生体筋肉に類似し、電気刺激によりクリープ変形又はベンディング変形を生じる。そのため、可塑剤を含有させたポリ塩化ビニルゲルは、人工筋肉等に用いることに適している。

本特許出願人は、可塑剤を含有させたポリ塩化ビニルゲルを用いたアクチュエータの研究をこれまでに行ってきた。本特許出願人は、こうしたアクチュエータに関するこれまでの研究の成果を、例えば、特許文献１に提案している。

特許文献１で提案されているアクチュエータは、複数の陽極と複数の陰極とが交互に重なり、陽極と陰極との間に誘電性高分子材料からなるゲルをそれぞれ設けるとによって構成されている。このアクチュエータは、陽極と陰極との間に電圧を印加したり、電圧の印加を停止したりすることによって、陽極と陰極とが重なる方向に伸縮する。

他方、近年、人間共存型ロボットの研究が行われている。特に、運動機能が低下した人や高齢者の動作を支援するための支援装置の研究が、近年活発に行われている。例えば、人の歩行をアシストするための装置は、種々の文献によって提案されている。

特許文献２で提案されている歩行運動補助具は、歩行動作を補助するための装置である。歩行運動補助具は、駆動モータと、太股の前部に取り付けられる補助力伝達部と、股関節の角度を検知する静電容量型センサと、駆動モータの動作を制御するための制御手段とを有している。この歩行運動補助具は、静電容量型センサが股関節の角度を検知している。制御手段は、静電容量型センサからの出力に基づいて駆動モータの動作を制御し、歩行運動補助具に引張力を与えることによって人の歩行運動を支援している。

具体的には、静電容量型センサは、使用者の股関節における前後方向の関節角度を検出する。制御手段が備える記憶手段は、使用者の股関節における関節角度の変化に対応して駆動モータを駆動するための駆動タイミング情報及び駆動出力情報に関する制御情報を記憶している。制御手段は、記憶手段に記憶された制御情報に基づいて左右一対の駆動モータをそれぞれ制御する。

特開２０１２−１３０２０１号公報 特開２０１３−２０８３９７号公報

しかしながら、特許文献２で提案されている歩行運動補助具は、モータの駆動力を利用して補助力伝達部を動かしているので、限られた範囲でしか補助力伝達部を動かすことができない。すなわち、この歩行運動補助具は、動きの自由度が低く、アシストすることができる人の動作の内容が限定される。また、この歩行運動補助具は、歩行運動補助具を人の脚部に巻いて、面ファスナ等で人の脚部に装着することが必要である。そのため、この歩行運動補助具は、装着した人に対してフィットした感覚を与えることができず、違和感を与えるおそれがある。

そこで、本特許出願人は、特許文献１等で提案してきたアクチュエータに関する技術を、特許文献２等で提案されている人の動作を支援するための支援装置等に適用することを考えた。

ところが、特許文献１で提案したアクチュエータは、１方向に伸縮するアクチュエータである。また、このアクチュエータは、一定の体積を有している。そのため、このアクチュエータを支援装置等にそのまま適用した場合、装着した人にフィットした感覚を与えることができる支援装置にすることが困難であるとともに、人の多様な動作に対応することができる支援装置にすることも困難である。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、人にフィットした感覚与えることができ、多様な人の動作を支援することができる伸縮ファイバー、この繊維を用いた伸縮シート及びこの伸縮シートを用いたアシスト装置を提供することにある。

（１）上記課題を解決するための本発明に係る伸縮ファイバーは、電場応答性ゲル状ポリマー層を有する第１の導電性ファイバーと、前記第１の導電性ファイバーに電場を与える第２の導電性ファイバーと、を備え、前記第１の導電性ファイバーと前記第２の導電性ファイバーとが、前記第１の導電性ファイバー及び前記第２の導電性ファイバーの長手方向の全体で又は部分的に接触して前記第１の導電性ファイバーが前記第２の導電性ファイバーに巻かれていることを特徴とする。

この発明によれば、伸縮ファイバーが上記の構成を備えているので、伸縮ファイバーに電圧を印加したとき、電場応答性ゲル状ポリマー層に電場が与えられる。電場が与えられた場合、電場応答性ゲル状ポリマー層に電子が注入され、注入された電子は、第２の導電性ファイバー近傍の電場応答性ゲルポリマーに移動し、且つ蓄積される。そして、注入された電子は、第２の導電性ファイバーとの間に静電気的付着力を発生させることによって、電場応答性ゲル状ポリマー層は、第２の導電性ファイバーに引き寄せられる。そのため、第１の導電性ファイバー及び第２の導電性ファイバーを長手方向に引っ張る力が作用し、伸縮ファイバーが長手方向に伸びる。一方、電圧の印加を停止した場合、電場が消滅するので、電場応答性ゲル状ポリマー層内の電子の移動及び蓄積が解消され、第１の導電性ファイバーの電場応答性ゲル状ポリマーと第２の導電性ファイバーとの間の静電気的付着力がなくなり、第１の導電性ファイバーと第２の導電性ファイバーとは互いに離れ、第１の導電性ファイバー及び第２の導電性ファイバーを長手方向に引っ張る力が解除される。そのため、伸縮ファイバーが長手方向に縮み、元の長さに復元する。このように、伸縮ファイバーは、それ自体でアクチュエータとして機能する。

本発明に係る伸縮ファイバーにおいて、前記第１の導電性ファイバー及び前記第２の導電性ファイバーを長手方向に一定の間隔を空けて接触させた接触部を有し、前記第１の導電性ファイバーと前記第２の導電性ファイバーとは、前記接触部同士の間で隙間を空けて相互に巻かれて螺旋状をなしている。

この発明によれば、伸縮ファイバーが上記のように構成されているので、電圧を印加したときに、電場応答性ゲル状ポリマー層が接触部で第２の導電性ファイバーに引き寄せられて、第２の導電性ファイバー及び第１の導電性ファイバーが長手方向に引っ張られる。第２の導電性ファイバーと第１の導電性ファイバーとは、接触部同士の間で隙間を空けて相互に巻かれて螺旋状をなしているので、第２の導電性ファイバー及び第１の導電性ファイバーが引っ張られたとき、接触部同士の間に存在する隙間が小さくなる。そのため、伸縮ファイバーは、長手方向に伸びる。一方、電圧の印加を停止した場合、第２の導電性ファイバーに引き寄せられていた電場応答性ゲル状ポリマー層が元の状態に戻ることによって、第１の導電性ファイバー及び第２の導電性ファイバーを長手方向に引っ張る力が解除される。そのため、伸縮ファイバーが長手方向に縮み、元の長さに復元する。

本発明に係る伸縮ファイバーにおいて、前記第２の導電性ファイバーが中心に位置し、前記第１の導電性ファイバーが前記第２の導電性ファイバーの外周面に螺旋状に巻かれ、前記第１の導電性ファイバーと前記第２の導電性ファイバーとが前記長手方向の全体で接触し、隣り合う前記第１の導電性ファイバー同士が接触している。

この発明によれば、伸縮ファイバーが上記のように構成されているので、電圧を印加したときに、電場応答性ゲル状ポリマー層が第２の導電性ファイバーに引き寄せられて、第１の導電性ファイバーが長手方向に引っ張られる。第２の導電性ファイバーは第１の導電性ファイバーから力を受けて長手方向に引っ張られる。その結果、伸縮ファイバーは、長手方向に伸びる。一方、電圧の印加を停止した場合、第２の導電性ファイバーに引き寄せられていた電場応答性ゲル状ポリマー層が元の状態に戻ることによって、第１の導電性ファイバーが元の長さまで縮む。第２の導電性ファイバーは、第１の導電性ファイバーから力を受けて元の長さまで縮む。

本発明に係る伸縮ファイバーにおいて、前記第１の導電性ファイバーが、導電線と該導電線の周囲を覆う前記電場応答性ゲル状ポリマー層とによって構成されている。

この発明によれば、第１の導電性ファイバーを上記のように構成したので、第１の導電性ファイバーの構造を簡素にすることができる。そのため、第１の導電性ファイバーを容易に製造することが可能である。

（２）上記課題を解決するための本発明に係る伸縮運動する伸縮シートは、上述した本発明に係る伸縮ファイバーが用いられ、前記伸縮ファイバーが、縦方向に直線状に延びる縦ファイバーと、横方向に直線状に延びる横ファイバーとを構成し、前記縦ファイバーと前記横ファイバーとが織り込まれた織物として構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、伸縮シートが、伸縮ファイバーからなる縦ファイバーと横ファイバーとにより構成されているので、縦ファイバーと横ファイバーとに電圧を印加したり電圧の印加を停止したりすることによって、伸縮シートを縦方向と横方向の両方向に伸縮させることができる。そのため、この発明によれば、伸縮シートを２次元的に伸縮するアクチュエータとして機能させることができる。

本発明に係る他の態様の伸縮運動する伸縮シートは、上述した本発明に係る伸縮ファイバーが用いられ、前記伸縮ファイバーで複数のループを連ねて形成し、該ループ同士を絡めて編み込まれた編物として構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、伸縮シートが編物として構成されているので、伸縮シートを構成する伸縮ファイバーに電圧を印加した場合、伸縮シートが２次元的に伸縮する。そのため、この発明によれば、伸縮シートを２次元的に伸縮するアクチュエータとして機能させることができる。また、伸縮シートが編物として構成されているので、伸縮シートを柔軟にすることができる。また、編み方に応じて伸縮の程度を自由に設定することができる。

本発明に係る他の態様の伸縮運動する伸縮シートは、電場応答性ゲル状ポリマー層を有する第１の導電性ファイバーと、前記第１の導電性ファイバーに電場を付与する第２の導電性ファイバーとで織り込まれた織物として構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、第１の導電性ファイバーと、その第１の導電性ファイバーに電場を付与する第２の導電性ファイバーとで織物が構成されているので、第２の導電性ファイバーに電圧を印加したり電圧の印加を停止したりすることによって、第１の導電性ファイバーを折れ曲がり動作させて伸縮シートを一方向に伸縮させることができる。そのため、この発明によれば、伸縮シートを一方向に伸縮するアクチュエータとして機能させることができる。

（４）上記課題を解決するための本発明に係るアシスト装置は、上述した本発明に係る伸縮シートが、衣服として構成されているアシスト装置であって、前記伸縮シートが支援の対象になる動作を起こすための筋肉に対応する位置に少なくとも用いられていることを特徴とする。

この発明によれば、アシスト装置が上記本発明に係る伸縮シートを用いた衣服として構成されているので、伸縮シート自体がアクチュエータとして機能する。そのため、モータ等のアクチュエータを別途に設ける必要がない。また、人の腕や脚にアシスト装置を装着する際に、ベルトを用いたり、面ファスナを用いたりする必要がない。そのため、アシスト装置を着用した人にフィットした感覚を与えることができる。また、アシスト装置が上記本発明に係る伸縮シートを用いて構成されているので、伸縮シートが伸縮する方向及び伸縮する長さを自在に設定することによって、支援しようとする人の動作に適した動きを行わせることができる。

本発明によれば、人にフィットした感覚与えることができ、多様な人の動作を支援することができる伸縮ファイバー、この伸縮ファイバーを用いた伸縮シート及びこの伸縮シートを用いたアシスト装置を提供することができる。

本発明の第１タイプの伸縮ファイバーを説明するための説明図である。 第１の導電性ファイバーの構造を示す斜視図である。 電場応答性ゲル状ポリマー層のメカニズムを説明するための伸縮ファイバーの縦断面を示す説明図である。 電場応答性ゲル状ポリマー層のメカニズムを説明するための伸縮ファイバーの横断面を示す説明図である。 本発明の第２タイプの伸縮ファイバーを説明するための説明図である。 第２タイプの伸縮ファイバーの電場応答性ゲル状ポリマー層のメカニズムを説明するための伸縮ファイバーの横断面を示す説明図である。 本発明の織物としての伸縮シートを模式的に示した平面図である。 本発明の編物としての伸縮シートを模式的に示した平面図である。 本発明のアシスト装置としての衣服を人が装着した態様を示す斜視図である。 図９に示すアシスト装置としての衣類の背面を示す平面図である。 本発明のアシスト装置としての衣類を歩行訓練に用いた場合を説明するための説明図である。 本発明のアシスト装置としてのシャツを溶け合い動作に用いた場合を説明するための説明図である。 導電線に電場応答性ゲル状ポリマー層を形成する方法の一例を模式的に示す説明図である。 導電線に電場応答性ゲル状ポリマー層を形成する図１３とは別の方法を模式的に示す説明図である。 伸縮シートの作製例を示す模式図である。 図１５に示す伸縮シートに用いた第１の導電性ファイバー（電場応答性ゲル状ポリマー層を有するもの）の説明図である。 図１６に示す第１の導電性ファイバーの動作実験の平面写真（Ａ）と正面写真（Ｂ）である。 図１７に示す動作実験における電圧印加前（Ａ）と電圧印加後（Ｂ）の折れ曲がりの様子を示す正面写真である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以下の記載や図面にのみ限定されるものではない。

［基本構成］
本発明に係る伸縮ファイバー１（１Ａ，１Ｂ）は、図１又は図５に示すように、電場応答性ゲル状ポリマー層１３，２３を有する第１の導電性ファイバー１１，２１と、電場応答性ゲル状ポリマー層１３，２３に電場を与える第２の導電性ファイバー１４，２４とにより構成されている。これらの伸縮ファイバー１（１Ａ，１Ｂ）は、第１の導電性ファイバー１１，２１が第２の導電性ファイバー１４，２４に巻かれることによって構成されている。図１に示す伸縮ファイバー１Ａでは、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４とが第１の導電性ファイバー１１及び第２の導電性ファイバー１４の長手方向において部分的に接触している形態である。図５に示す伸縮ファイバー１Ｂでは、第２の導電性ファイバー２４が第１の導電性ファイバー２１の外周に巻かれることによって、第１の導電性ファイバー２１及び第２の導電性ファイバー２４の長手方向の全体で接触している形態である。

なお、本願において、「ファイバー」とは、紐状の素材を示す意味で用いており、線（線材）やワイヤーと言い換えてもよい。したがって、伸縮ファイバーや導電性ファイバーは、伸縮線（伸縮ワイヤー）や導電性線材（導電性ワイヤー）と言い換えてもよい。

本発明に係る伸縮シート３０（３０Ａ，３０Ｂ）は、図７又は図８に示すように、前記した伸縮ファイバー１（１Ａ，１Ｂ）が織り込まれることによって形成された織物（図７参照）、又は伸縮ファイバー１（１Ａ，１Ｂ）が編み込まれることによって形成された編物（図８参照）である。

本発明に係るアシスト装置５０，７０は、例えば、図９及び図１２に示すように、前記した伸縮シート３０（３０Ａ，３０Ｂ）が、支援の対象になる動作を起こすための筋肉に対応する位置に少なくとも用いられた衣服として構成されている。

上記の構成を有する伸縮ファイバー１（１Ａ，１Ｂ）、この繊維により構成された伸縮シート３０（３０Ａ，３０Ｂ）及びこの伸縮シート３０（３０Ａ，３０Ｂ）を用いたアシスト装置５０，７０によれば、人にフィットした感覚与えることができ、多様な人の動作を支援することができるという特有の効果を奏する。以下、これら本発明の具体的な構成について、適宜に図面を参照しつつ説明する。

［伸縮ファイバー］
伸縮ファイバー１は、２つのタイプを包含する。第１タイプの伸縮ファイバー１Ａは、第１の導電性ファイバー１１が第２の導電性ファイバー１４に巻かれると共に、第２の導電性ファイバー１４が第１の導電性ファイバー１１に巻かれ、螺旋状をなしている。なお、第１タイプの伸縮ファイバー１Ａを、以下では、「撚り線構造」の伸縮ファイバー１Ａということがある。第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂは、第２の導電性ファイバー２４が中心に位置し、第１の導電性ファイバー２１が第２の導電性ファイバー２４の外周に螺旋状に巻かれた構造をなしている。なお、第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂを、以下では、「カバードヤーン構造」の伸縮ファイバー１Ｂということがある。

〈第１タイプの伸縮ファイバー〉
第１タイプの伸縮ファイバー１Ａは、撚り線構造をなしている。この伸縮ファイバー１Ａは、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４とが互いに相手方に巻かれて、螺旋状の構造をなしている。第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４とは、第１の導電性ファイバー１１及び第２の導電性ファイバー１４の長手方向に間隔を空けた複数の位置で接触している。以下、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４とが接触している複数の部分を「接触部１５」という。接触部１５と接触部１５との間では、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４との間に隙間が存在する。

第１の導電性ファイバー１１は、図２に示すように、導電性を有する材料を備えた導電線１２と、この導電線１２の周囲を覆う電場応答性ゲル状ポリマー層１３とによって構成されている。導電線１２は導電性を有していればよく、導電線１２自体が伸縮することは必須ではない。また、第２の導電性ファイバー１４は、導電性を有していればよく、第２の導電性ファイバー１４自体が伸縮することは必須ではない。

以下、伸縮ファイバー１が伸縮するメカニズムについて、図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４では、伸縮ファイバー１として、図１に示す第１タイプの伸縮ファイバー１Ａを使用し、第１の導電性ファイバー１１を陰極線とし、第２の導電性ファイバー１４を陽極線とした場合を例に示している。なお、図３及び図４は、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４とが接触する接触部１５を模式的に示している。また、図３は伸縮ファイバー１Ａの縦断面を表し、図４は伸縮ファイバー１Ａの横断面を表しているが、理解を容易にするために、ハッチングの記載は省略している。

伸縮ファイバー１Ａに電圧が印加されていない場合、図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示すように、電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、ポリマーが均一に分散し、ゲル状態をなしている。この電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、伸縮ファイバー１Ａに電圧が印加されず、電場応答性ゲル状ポリマー層１３に電場が形成されていない。

伸縮ファイバー１Ａに電圧が印加されると、電場が電場応答性ゲル状ポリマー層１３に与えられる。電場が与えられると、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すように、陰極線１２から電場応答性ゲル状ポリマー層１３に電子が注入され、注入された電子は陽極として用いられている第２の導電性ファイバー１４近傍の電場応答性ゲルポリマー層１３に移動し、且つ蓄積する。

その結果、陽極である第２の導電性ファイバー近傍の電場応答性ゲル状ポリマー層１３と第２の導電性ファイバー１４との間に静電気的付着力が発生し、図３（Ｃ）及び図４（Ｃ）に示すように、電場応答性ゲル状ポリマー層１３自体が第２の導電性ファイバー１４の周囲に引き寄せられる。電場応答性ゲル状ポリマー層１３自体が第２の導電性ファイバー１４の周囲に引き寄せられる作用は、第１の導電性ファイバー１１を長手方向に引っ張る引張力を与える。

一方、伸縮ファイバー１Ａに対する電圧の印加を停止した場合、電場応答性ゲル状ポリマー層１３に与えられていた電場は消滅する。電場が消滅すると、電場応答性ゲル状ポリマー層１３内への電子の移動及び蓄積が解消され、電場応答性ゲル状ポリマー層１３と第２の導電性ファイバー１４との間の静電気的付着力はなくなる。その結果、第２の導電性ファイバー１４の周囲に引き寄せられていた電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、第２の導電性ファイバー１４の周囲から離れる方向に移動し、第１の導電性ファイバー１１の導電線１２の周囲を覆う形態に復元する（図３（Ａ）及び図４（Ａ）を参照）。また、第１の導電性ファイバー１１に生じていた引張力が消滅する。

電場応答性ゲル状ポリマー層１３が、上記のように作用した場合、伸縮ファイバー１Ａは、以下に説明するように、長手方向に伸縮する。

第１タイプの伸縮ファイバー１Ａの作用について、図１を再び参照して説明する。図１（Ａ）は、伸縮ファイバー１Ａに電圧が印加されず、電場応答性ゲル状ポリマー層１３に電場が与えられていないときの形態を示している。この図１（Ａ）に示した伸縮ファイバー１Ａは、各接触部１５同士の間で、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４との間に広い隙間が存在する。

この伸縮ファイバー１Ａに電圧を印加したとき、各接触部１５で、電場応答性ゲル状ポリマー層１３に電場が与えられる。電場が与えられると、第１の導電性ファイバー１１の電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、各接触部１５で、第２の導電性ファイバー１４に引き寄せられる。そのため、引張力が第１の導電性ファイバー１１の長手方向に発生する。また、第２の導電性ファイバー１４は、接触部１５で第１の導電性ファイバー１１に接続されているので、第１の導電性ファイバー１１の引張力が接触部１５で第２の導電性ファイバーに伝達され、第２導電性ファイバー１４にも引張力が作用する。

引張力が第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４とに作用した場合、第１の導電性ファイバー１１と第２の導電性ファイバー１４と間に存在する隙間が小さくなる。その結果、伸縮ファイバー１Ａは、図１（Ｂ）に示すように、長手方向に伸びる。

一方、電圧の印加を停止し、電場応答性ゲル状ポリマー層１３に与えられていた電場を消滅させると、接触部１５で第２の導電性ファイバー１４に引き寄せられていた第１の導電性ファイバー１１の電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、第２の導電性ファイバー１４から離れる方向に移動する。そのため、第１の導電性ファイバー１１に発生していが引張力は消滅する。引張力が消滅することによって、伸縮ファイバー１Ａは、接触部１５同士の間に存在する隙間が広げられる。その結果、伸縮ファイバー１Ａは、図１（Ａ）に示すように、長手方向に縮む。

以上のように、第１タイプの伸縮ファイバー１Ａは、その長手方向に伸縮するアクチュエータとして機能する。

〈第２タイプの伸縮ファイバー〉
第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂは、図５に示すように、カバードヤーン構造をなしている。この伸縮ファイバー１Ｂは、中心に位置する第２の導電性ファイバー２４と、この第２の導電性ファイバー２４の外周に巻かれた第１の導電性ファイバー２１とにより構成されている。第１の導電性ファイバー２１は、第２の導電性ファイバー２４の長手方向に螺旋状をなして第２の導電性ファイバー２４の外周に巻かれている。隣り合う第１の導電性ファイバー２１同士は、相互に接触している。

第１の導電性ファイバー２１及び第２導電性ファイバー２４の各々の構造自体は、第１の導電性ファイバー１１及び第２の導電性ファイバー１４の構造とそれぞれ同様である。ただし、伸縮ファイバー１Ｂは、図５に示すように、第１の導電性ファイバー２１及び第２の導電性ファイバー２４が伸縮する構造をなしている。そのため、第１の導電性ファイバー２１の導電線２２及び、第２の導電性ファイバー２４は、伸縮性を有している。

伸縮ファイバー１Ｂは、第１の伸縮ファイバー１Ａと同様に、長手方向に伸縮し、伸縮ファイバー１Ｂ自体でアクチュエータとして機能する。伸縮ファイバー１Ｂについても、電場応答性ゲル状ポリマー層１３のメカニズムは、図３を参照して説明したメカニズムと同様である。電場応答性ゲル状ポリマー層２３の作用及び伸縮ファイバー１Ｂが長手方向に伸縮する作用について、図５及び図６を参照して、以下に説明する。

図５（Ａ）は、伸縮ファイバー１Ｂに電圧が印加されず、電場応答性ゲル状ポリマー層２３に電場が与えられていないときの形態を示している。電場応答性ゲル状ポリマー層２３に電場が与えられていないとき、図６（Ａ）に示すように、電場応答性ゲル状ポリマー層２３は、ポリマーが均一に分散し、ゲル状態をなしている。

この伸縮ファイバー１Ｂに電圧を印加し、電場応答性ゲル状ポリマー層２３に電場を与えたとき、電場が電場応答性ゲル状ポリマー層２３に与えられる。電場が与えられると、陰極線２２から電場応答性ゲル状ポリマー層２３に電子が注入され、注入された電子は陽極として用いられている第２の導電性ファイバー２４近傍の電場応答性ゲルポリマー層２３に移動し、且つ蓄積する。その結果、陽極である第２の導電性ファイバー近傍の電場応答性ゲル状ポリマー層２３と第２の導電性ファイバー２４との間に静電気的付着力が発生し、図６（Ｂ）に示すように、電場応答性ゲル状ポリマー層１２自体が第２の導電性ファイバー２４に引き寄せられる。その際、第１の導電性ファイバー２１の電場応答性ゲル状ポリマー層２３が、全体として扁平又は略扁平に変形する。

そのため、引張力が第１の導電性ファイバー２１の長手方向に発生する。この引張力は、第１の導電性ファイバー２１を長手方向に伸ばす。第２の導電性ファイバー２４は、第１の導電性ファイバー２１に巻かれているので、第１の導電性ファイバー２１が伸びることに伴って、長手方向に伸びる。その結果、伸縮ファイバー１Ｂは、図５（Ｂ）に示すように、長手方向に伸びる。

一方、伸縮ファイバー１Ｂに電圧を印加することを停止し、電場応答性ゲル状ポリマー層２３に与えられていた電場が消滅したとき、第２の導電性ファイバー２４に引き寄せられていた第１の導電性ファイバー２１の電場応答性ゲル状ポリマー層２３は、第２の導電性ファイバー２４から離れる方向に移動しながら元の状態に戻る。そのため、第１の導電性ファイバー２１に発生していが引張力は消滅する。引張力が消滅することによって、長手方向に伸ばされていた第１の導電性ファイバー２１は、もとの形態に復帰する。第２の導電性ファイバー２４は、第１の導電性ファイバー２１が元の形態に戻ることに伴って、元の形態に復帰する。その結果、伸縮ファイバー１Ｂは、図３（Ａ）に示すように、長手方向に縮む。

以上のように、伸縮ファイバー１Ｂは、伸縮ファイバー１Ｂ自体がアクチュエータとして機能する。なお、伸縮ファイバー１Ｂが伸縮したときに、第１の導電性ファイバー２１がたるみ、第２の導電性ファイバー２４との間に隙間が生じることがないように、伸縮ファイバーＢを構成することが必要である。そのためには、第１の導電性ファイバー２１は、長手方向に小さな張力を与えて第２の導電性ファイバーの外周に巻き付けるとよい。また、伸縮ファイバー１Ｂが伸縮したときに、第１の導電性ファイバー２１が第２の導電性ファイバー２４の長手方向の端部からはみ出すことがないように、伸縮ファイバー１Ｂを構成することも必要である。そのためには、伸縮ファイバー１Ｂの長手方向の両端において、第１導電性ファイバー２１の長手方向の両端が、この第１導電性ファイバー２１に巻かれた第２導電性ファイバー２４の端部よりも外側に延びた形態に伸縮ファイバー１Ｂを構成するとよい。

なお、これまでに説明した第１の導電性ファイバー１１，２１は、導電線１２，２２と導電線１２，２２の周囲を覆う電場応答性ゲル状ポリマー層１３，２３とで構成されている。そのため、第１の導電性ファイバー１１，２１の構造が簡素であり、第１の導電性ファイバー１１，２１を容易に製造することが可能である。なお、第１の導電性ファイバー１１，２１の具体的な製造方法は、後に詳細に説明する。

［伸縮ファイバーにより構成された伸縮シート］
伸縮シート３０は、前記した本発明に係る第１タイプの伸縮ファイバー１Ａや、第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂを用いて構成されている。この伸縮シート３０は、織物の伸縮シート３０Ａと編物の伸縮シート３０Ｂとを包含する。なお、織物は、平行をなす複数の縦ファイバーと平行をなす複数の横ファイバーとが、共に直線状をなしており、縦ファイバーと横ファイバーとが相互に直交して形成された伸縮シートである。ただし、平行をなす複数の縦ファイバーの間に隙間があるもの、及び平行をなす複数の横ファイバーの間に隙間があるものもここでは、織物として扱う。一方、編物は、伸縮ファイバーで複数のループを連ねて形成し、ループ同士を絡めて編み込まれた伸縮シートをいう。編物である伸縮シートに使用される繊維は、１本でもよく、複数本でもよい。

〈織物である伸縮シート〉
織物である伸縮シート３０Ａは、図７に示すように、平行をなす複数の縦ファイバー２と平行をなす複数の横ファイバー３とにより構成されている。なお、縦ファイバー２及び横ファイバー３は、前記した本発明に係る伸縮ファイバー１（１Ａ，１Ｂ）である。横ファイバー３と縦ファイバー２とは直交している。織物である伸縮シート３０Ａでは、横ファイバー３が縦ファイバー２の上に配置される部位と、横ファイバー３が縦ファイバー２の下側に配置される部位とが、縦方向及び横方向に交互に現れる。なお、伸縮ファイバー１を用いた伸縮シート３０Ａの織り方は特に限定がなく、図７に示した平織り構造のほかに、例えば、綾織り、しゅす織り等も選択できる。

伸縮シート３０Ａの周囲は、電極３１，３２，３３，３４が配置されている。図７の上側に位置する電極３１と右側に位置する電極３２は陽極（正極）である。図７の下側に位置する電極３３と左側に位置する電極３４は陰極（負極）である。図７において、縦ファイバー２の上端は陽極３１に接続され、縦ファイバー２の下端は陰極３３に接続されている。一方、横ファイバー３の右端は陽極３２に接続され、横ファイバー３の左端は陰極３４に接続されている。この電極３１，３２，３３，３４は、図示しない電源に接続されており、縦ファイバー２及び横ファイバー３に同時に電圧を印加することもできるし、別々に電圧を印加することもできる。

伸縮シート３０Ａは、上下の電極３１，３３から縦ファイバー２に対して電圧が印加されたとき、上下方向に伸びる。一方、縦ファイバー２に対して電圧３１，３３からの電圧の印加を停止したとき、上下方向に縮む。また、伸縮シート３０Ａは、左右の電極３２，３４から横ファイバー３に対して電圧が印加されたとき、左右方向に伸びる。一方、横ファイバー３に対して電圧の印加を停止したとき、左右方向に縮む。上下に伸縮する長さと左右に伸縮する長さとは、印加する電圧で自由に調整することができる。そのため、伸縮シート３０Ａは、上下に伸縮する長さと左右に伸縮する長さとが同じになるように調整したり、上下に伸縮する長さを左右に伸縮する長さよりも長くなるように又は短くなるように調整したりすることができる。

また、伸縮シート３０Ａは、場所によって異なる種類の縦ファイバー２や横ファイバー３を用いて構成することもできる。例えば、伸縮シート３０の中央の領域に位置する縦ファイバー２は、伸縮性が相対的に低い伸縮ファイバー１を用い、その両側の領域に位置する縦ファイバー２は、伸縮性が相対的に高い伸縮ファイバー１を用いて伸縮シート３０を構成することができる。伸縮性が相対的に高い伸縮ファイバー１と伸縮性が相対的に低い伸縮シートとで構成された伸縮シート３０Ａは、伸縮シートＡの伸縮ファイバー１に印加したり停止したりする電圧の値が同じであっても、伸縮シート３０Ａには、相対的に大きく伸縮する領域と相対的に小さく伸縮する領域とを形成させることができる。

〈編物である伸縮シート〉
編物である伸縮シート３０Ｂは、図８に示すように、前記した本発明に係る伸縮ファイバー１で複数のループを連ねて形成し、ループ同士を絡めて編み込まれている。伸縮シート３０Ｂは、１本の伸縮ファイバー１を編み込んで形成したり、複数本の伸縮ファイバー１を編み込んで形成したりすることができる。なお、図８は、よこメリヤス平編によって編まれた伸縮シート３０Ｂを１つの例として示している。ただし、編物である伸縮シート３０Ｂの編み方は、特に限定されない。編物である伸縮シート３０Ｂは、横編みで伸縮ファイバー１を編み込んでもよいし、縦編みで伸縮ファイバー１を編み込んでもよい。横編みとしては、例えば、天竺編み、リブ編み（フライス編み又はゴム編みともいう。）及びパール編み（リンクス編み又はガーター編みともいう。）を挙げることができる。縦編みとしては、例えば、トリコット編み及びアトラス編みを挙げることができる。編み方は、伸縮シート３０Ｂの用途に応じて、上記の編み方の中から適宜に選択することができる。

編物である伸縮シート３０Ｂでは、伸縮ファイバー１のループ同士を相互に絡めた部分に空間が形成される。空間が形成された部分では、伸縮ファイバーが自在に変形するためループの部分が弾性的に変形する。編物である伸縮シート３０Ｂは、ループ同士を相互に絡めた部分が複数連ねて形成されている。そのため、編物である伸縮シート３０Ｂは、弾性的に変形する部分が伸縮シート３０Ｂの全体に存在するため、高い伸縮性を備えている。

複数の伸縮ファイバー１を編み込んで伸縮シート３０Ｂを形成した場合、伸縮ファイバー１のすべてに同じ大きさの電圧を印加したり、伸縮ファイバー１ごとに異なる大きさの電圧を印加したりすることができる。伸縮ファイバー１のすべてに同じ大きさの電圧を印加したり電圧の印加を停止したりした場合、伸縮シート３０Ｂは、縦方向及び横方向に均等に伸縮する。これに対し、伸縮ファイバー１ごとに異なる大きさの電圧を印加したり、電圧の印加を停止したりした場合、伸縮シート３０Ｂが伸縮する長さは、不均一になる。この現象を利用して、一枚の伸縮シート３０Ｂの異なる領域で、相対的に大きく伸縮する領域と相対的に小さく伸縮する領域を設定することができる。

また、伸縮シート３０Ｂは、種類の異なる伸縮ファイバー１を用いて構成することもできる。例えば、伸縮性が相対的に高い伸縮ファイバー１で編み込んだ部分と、伸縮性が相対的に低い伸縮ファイバーで編み込んだ部分とを設けて伸縮シート３０Ｂを構成することができる。また、伸縮シート３０は、異なる編み方の部分が形成されるようにして構成することもできる。例えば、伸縮性が相対的に高い編み方で編み込んだ部分と、伸縮性が相対的に低い編み方で編み込んだ部分とを設けて伸縮シート３０Ｂを構成することができる。

［伸縮シートを用いたアシスト装置］
伸縮シート３０を用いたアシスト装置は、第１タイプのアシスト装置５０と第２タイプのアシスト装置７０とを包含する。第１タイプのアシスト装置５０は、例えば、歩行訓練等のように、相対的に大きな力を必要とする人の動作を支援するために用いる装置である。第２タイプのアシスト装置７０は、例えば、溶け合い動作のように、人の筋肉に相対的に小さな力をゆっくりと与えることとゆっくりと取り除くこととを繰り返し行う動作をアシストする装置である。

〈第１タイプのアシスト装置〉
第１タイプのアシスト装置５０は、図９及び図１０に示すように、人の腕、脚及び胴を覆うボディスーツタイプの装置である。このアシスト装置５０は、伸縮し易い一般的な繊維と、後述する各サポート部を構成している伸縮ファイバー１とで構成されている。伸縮ファイバー１で構成された伸縮シート３０は、図９及び図１０に示すように、胸部サポート部５１、背中サポート部５２、ウエストサポート部５３、手首サポート部５４、アームサポート部５５、脚サポート部５６及び足サポート部５７に用いられている。また、アシスト装置５０は、アシスト装置５０の動作を制御するためのコントロールボックス６０を備えている。なお、図９及び図１０は、アシスト装置５０の一例を示すものでる。伸縮ファイバー１を用いる場所、伸縮ファイバー１を用いる形態は、図９及び図１０に示した位置及び形態に限定されない。

胸部サポート部５１は、図９に示すように、右肩から左の横腹にかけて延びる部分５１ａと左肩から右の横腹にかけて延びる部分５１ｂとで構成されている。右肩から左の横腹にかけて延びる部分５１ａと左肩から右の横腹にかけて延びる部分５１ｂとは、胸部の中央で交差している。この胸部サポート部５１は、例えば、この胸部サポート部５１を構成している伸縮ファイバー１に電圧を印加し、点線で示した矢印の方向に胸部サポート部５１を伸縮させたり、実線で示した矢印の方向に胸部サポート部５１を伸縮させたりすることによって、胸の筋肉の動きをサポートする。なお、胸部サポート部５１の幅（図９の実線で示した矢印が延びる方向の寸法）は、一定になるように形成したり、広い部分と狭い部分が設けられるように形成したりすることができる。

背中サポート部５２は、図１０に示すように、右肩から左の横腹にかけて延びる部分５２ａと、左肩から右の横腹にかけて延びる部分５２ｂとによって構成されている。この背中サポート部５２は、例えば、点線で示した矢印の方向に背中サポート部５２を伸縮させたり、実線で示した矢印の方向に背中サポート部５２を伸縮させたりすることによって、背筋の動きをサポートし、姿勢を強制する場合等に利用する。なお、背中サポート部５２の幅（図１０の実線で示した矢印が延びる方向の寸法）は、一定になるように形成したり、広い部分と狭い部分が設けられるように形成したりすることができる。

ウエストサポート部５３は、腹部と腰部とを囲んでいる。ウエストサポート部５３は、ウエストサポート部５３が延びる方向（図９及び図１０の点線の矢印で示した方向）に伸縮させたり、幅方向（図９及び図１０の実線で示した矢印が延びる方向）に伸縮させたりすることによって、腹筋の動きをサポートしたり、骨盤の位置を安定させたりする。

手首サポート部５４は、手首の周りを囲んでいる。この手首サポート部５４は、図９及び図１０の実線で示した矢印が延びる方向及び点線で示した矢印が延びる方向に伸縮させることにより、腕に作用する。この手首サポート部５４は、胸部サポート部５１、背中サポート部５２及び後述する腕サポート部５５と協働することができるように構成されている。手首サポート部５４は、例えば、胸部サポート部５１、背中サポート部５２及び腕サポート部５５と協働し、重い荷物を持ち上げる動作を支援する。

腕サポート部５５は、上腕の位置に設けられている。腕サポート部５５は、上腕の内側に位置する部分５５ａと外側に位置する部分５５ｂとにより構成されている。腕サポート部５５は、図９及び図１０において、点線で示した矢印が延びる方向と実線で示した矢印が延びる方向とに伸縮することによって上腕に作用する。この腕サポート部５５は、胸部サポート部５１、背中サポート部５２及び手首サポート部５４と協働し、重い荷物を持ち上げる動作を支援する。

脚サポート部５６は、両足の太股の位置に設けられている。脚サポート部５６の前部は、例えば図９に示すように、ウエストサポート部５３の横腹の位置から膝の上側の位置にかけて斜めに延びる部分５６ａと太股の内側から外側にかけて斜めに延びる部分５６ｂとが交差して構成されている。また、脚サポート部５６の後部は、例えば図１０に示すように、腰部から太股の内側にかけて延びる部分５６ｃと、太股の外側から内側にかけてななめに延びる部分５６ｄとが交差して構成されている。脚サポート部５６は、この脚サポート部５６を構成している各部５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄが延びる方向（図９及び図１０に点線で示した矢印が延びる方）と幅方向（図９及び図１０に実線で示した矢印が延びる方）とに伸縮させることにより脚部の動作をサポートする。

足サポート部５７は、足の裏に設けられている。足サポート部５７は、例えば、歩行時に発生する衝撃を和らげている。

コントロールボックス６０は、電源とアシスト装置５０の動作を制御するためのコントローラとを内部に備えている。コントローラは、動作情報が記憶された記憶部と、各サポート部の動作を制御する制御部とを有している。記憶部は、例えば、しゃがんだ状態から立ち上がる動作、しゃがみ込む動作、歩行動作、物を持ち上げる動作等の動作に関する情報が記憶されている。各情報は、上記の各動作を行ったときに、各サポート部を構成する伸縮シート３０の伸縮の程度とそのときの電圧との関係等を予め測定して得られた情報である。

コントロールボックス６０と各サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７とを接続するリート線及びリード線と各サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７とのコネクト部分とはアシスト装置５０の伸縮に追従することができる、柔軟性及び弾性を有する材料で構成されている。

このアシスト装置５０を利用する人は、支援する内容に応じ、作動させるサポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７の選択と、選択したサポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７の動きの内容の選択を行うことができる。図１１は、アシスト装置５０を用いて歩行支援を行う場合を示している。歩行支援は、アシスト装置５０の脚サポート部５６を主に動作させて行われる。

アシスト装置５０を用いて、図１１に示すように歩行支援を行う場合、記憶部に記憶された情報の中から歩行を行うためのプログラム等の情報が選択される。コントローラは、選択された情報に基づいて、太股を持ち上げたり下ろしたりする動作を右足と左足の交互に行うようにアシスト装置５０の脚サポート部５６を制御する。その際、太股の上げ下ろしを円滑に行うために、コントローラは、脚サポート部５６の伸縮の程度が脚サポート部５６内の異なる領域で差が生じるように、脚サポート部５６に電圧を印加する。例えば、コントローラは、脚サポート部５６の前部のうち上側の部分が大きく縮み、且つ下側が小さく伸びるように脚サポート部５６に電圧を印加するように制御する。

なお、第１タイプのアシスト装置５０は、各サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７をセンサとして機能させることもできる。すなわち、各サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７を構成する伸縮シート３０において、印加した電圧とその電圧に応じた伸縮の状態とが対応する。この電圧と伸縮の状態とを予め記憶部に記憶し、コントローラは、印加した電圧と記録部の情報とに基づいてサポート部の状態を判断する。判断されたサポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７の状態は、例えば、コントローラにフィードバックされ、動作の支援を行う際に利用される。

ただし、サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７は、例えば、歪みゲージ等をサポート分部に組み込み、ロードセルから送られる信号でサポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７の状態を判断するように構成することもできる。

以上、第１タイプのアシスト装置５０において、各サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７は、伸縮シート３０によって構成されているので、各サポート部５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７自体がアクチュエータとして機能する。そのため、モータ等の駆動源を別途に設ける必要がない。また、アシスト装置５０を装着する際に、ベルトを用いたり、面ファスナを用いたりする必要がない。そのため、アシスト装置５０を着用した人にフィットした感覚を与えることができる。また、アシスト装置５０が伸縮シート３０を用いて構成されているので、伸縮シート３０が伸縮する方向及び伸縮する長さを自在に設定することによって、支援しようとする人の動作に適した動きを行わせることができる。

〈第２タイプのアシスト装置〉
第２タイプのアシスト装置７０は、図１２に示すように、Ｔシャツの形態をなした装置である。第２タイプのアシスト装置７０は、人の胸部に対応する部分にサポート部７１を備えている。このサポート部７１は、伸縮シート３０が伸縮することによって人の胸部をマッサージする。第２タイプのアシスト装置７０は、例えば、動悸や息切れの症状が現れたときに、胸部にゆっくりと負荷がかかるように、サポート部をゆっくりと伸張させたり伸縮させたりし、胸部をマッサージすることによって、人の精神を落ち着かせる場合等の溶け合い動作を行う場合に用いられる。

［伸縮ファイバーの具体的な構成］
次に、伸縮ファイバー１の具体的な構成について、詳細に説明する。

〈第１タイプの伸縮ファイバーの具体的な構成〉
第１タイプの伸縮ファイバー１Ａは、上述したように、電場応答性ゲル状ポリマー層１３を有する第１の導電性ファイバー１１と、電場応答性ゲル状ポリマー層１３に電場を付与する第２の導電性ファイバー１４とによって構成されている。なお、この伸縮ファイバー１Ａの長手方向に直交する断面形状は特に限定されず、丸線でも平角線でも帯状線でもよい。

（第１の導電性ファイバー）
第１の導電性ファイバー１１は、導電線１２とこの導電線１２の周囲を覆う電場応答性ゲル状ポリマー層１３とによって構成されている。

（導電線）
導電線１２は、導電性を有する材料で構成されている。この導電線１２は、それ自体が伸縮性を有していてもよいが、その伸縮性は必須ではない。こうした導電線１２としては、伸縮性を有する導電線のほか、（１）導電性を有する材料で、それ自体は伸縮しないワイヤー、（２）非導電性の基材に導電性を有するフィラーを混ぜ合わせた線状の部材、（３）非導電性の基材の表面に導電性を有するフィラーをコーティングした部材、（４）導電性を有し、一定の長さを有する線状の部材が、径方向及び長手方向に集合し、それ自体が伸縮する繊維として構成された部材等を挙げることができる。導電線１２の長手方向に直交する断面形状は特に限定されず、丸線でも平角線でも帯状線でもよい。なお、本願で「フィラー」は、添加物を示す意味で用いている。

以下では、一例として、（２）非導電性の基材に導電性を有するフィラーを混ぜ合わせた線状の部材で導電線１２を構成する場合について詳細に説明する。

導電線１２は、伸縮性を有する基材と導電線１２に導電性を与えるフィラーとで構成されている。基材としては、例えば、合成ゴム系、ポリウレタン系、エポキシ系及びシリコーン系の材料を挙げることができる。一方、フィラーとしては、カーボン系のフィラー及び金属系のフィラーを挙げることができる。

カーボン系のフィラーとしては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウイスカー、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル等の微粒子等を挙げることができる。また、金属系のフィラーとしては、例えば、金、白金、パラジウム、ルテニウム、銀、鉄、コバルト、ニッケル、銅、チタン等を挙げることができる。その中でも、導電性の高い銀、銅等を金属系のフィラーとして用いることが好ましい。その場合、金属系のフィラーとしては、銀、銅等の微粒子、又は表面に銀等をめっきした微粒子を使用することができる。

なお、導電線１２は、以上に説明した線を用いることには限定されない。導電線１２としては、例えば、アルミニウム、銅、チタン等の金属材料、インジウム錫オキサイド、カーボン材料等の導電性無機材料、導電性有機材料等、公知の電極材料を選択して用いることができる。

（電場応答性ゲル状ポリマー層）
電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、高分子材料からなるゲル状の層である。電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）と可塑剤であるアジピン酸ジブチル（ＤＢＡ）とを、溶媒であるテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）内で混合して精製されたものである。電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、ポリ塩化ビニルとアジピン酸ジブチルとの重量比を調整することによって、その剛性を調整することができる。この電場応答性ゲル状ポリマー層１３において、ポリ塩化ビニル：アジピン酸ジブチル（重量比）は、１：２〜１：８の範囲内にすることが好ましい。

電場応答性ゲル状ポリマー層１３の基材としては、ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ナイロン６、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル、シリコーン等の誘電性を有する高分子材料を用いることができる。可塑剤としては、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジオクチル、セバシン酸ジブチル、セバシン酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル、コハク酸ジエチルなど有機酸エステル系化合物等から単数または複数選択できる。

第１の導線性ファイバー１１は、湿式紡糸法及び溶融紡糸法のどちらの方法で製造してもよい。なお、湿式紡糸法は、原料を溶剤に溶かし、凝固浴と呼ばれる溶液中で減量を口金から押し出して化学反応させた後、溶剤を除去して製造する方法である。溶融紡糸法は、原料を熱で溶かし、減量を口金から押し出して繊維状にした後、冷やして固めて製造する方法である。溶融紡糸法で第２の導線性部材１４を製造する場合、溶融温度、張力、ノズル径及び乾燥条件等を調整することによって所望の第１の導線性部材１４を得る。

なお、溶融紡糸法で第１の導電性ファイバー１１を製造する場合、導電線１２及び電場応答性ゲル状ポリマー層１３が熱可塑性でありかつ、両者のガラス移転温度が相互に近い材料で製造される。また、溶融紡糸法で第１の導線性ファイバー１１を製造する場合、溶融温度、張力、ノズル径及び乾燥条件等を調整することによって所望の第１の導線性ファイバー１１を得る。

ただし、第１の導線性ファイバー１１を製造する方法は、乾式紡糸法を排除するものではない。乾式紡糸法は、原料を熱で気化する溶剤に溶かし、熱雰囲気中で減量を口金から押し出して溶剤を蒸発させて製造する方法である。

なお、第１の導電性ファイバー１１は、上記の製造方法で製造することには限定されない。例えば、第１の工程で、湿式紡糸法、溶融紡糸法又は乾式紡糸法によって、導電線１２を製造し、第２の工程で、電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成することによって製造することもできる。その場合、電場応答性ゲル状ポリマー層１３は、例えば、図１３に示す方法、又は図１４に示す方法で形成することができる。

図１３に示す方法は、粘度が相対的に低いポリマーを用いて電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法である。なお、図１３は、電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法に用いる装置を簡略化して示している。この方法に用いる装置は、一定の距離を空けて配置され、導電線１２が掛け渡されている２つのローラ１０２，１０３と、ポリマーが収容された槽１０１と、２つのローラ１０２，１０３の間に設けられた乾燥槽１０４とを備えている。２つのローラ１０２，１０３のうち、一方のローラ１０２は、槽１０１の内部に配置されている。また、この装置は、完成した第１の導電性ファイバー１１を巻き取るための図示しないドラムを備えている。

２つのローラ１０２，１０３は、両者の間で導電線１２を複数回往復させている。ポリマーが収容された層１０１は、導電線１２をローラで案内して槽１０１の内部に収容されたポリマーの内部に送り込み、導電線１２の表面にポリマーの層を形成している。乾燥槽１０４は、導電線１２の表面に付着したポリマーを乾燥させている。

この電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法は、２つのローラ１０２，１０３で導電線１２を往復させている間に導電線１２を槽１０１に収容されたポリマーに浸けて、薄い膜を導電線１２の表面に形成することと、乾燥槽１０４で導電線１２の表面に形成された薄い膜を乾燥することとを、繰り返し行う。そして、この電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法は、ポリマーへの漬け込みと乾燥とを繰り返し行うことにより、導電線１２の表面に複数の薄い膜を形成し、電場応答性ゲル状ポリマー層１３を所望の厚さに形成する。

図１４に示す方法は、粘度が相対的に高いポリマーを用いて電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法である。なお、図１４は、電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法に用いる装置を簡略化して示している。この方法に用いる装置は、例えば、ポリマーが収容された槽１１１と、この槽１１１の内部で導電線１２を案内するローラ１１２と、乾燥槽１１３とを備えている。また、この装置は、完成した第１の導電性ファイバー１１を巻き取るためのドラム１１４を備えている。

槽１１１の内部には、電場応答性ゲル状ポリマー層１３として後に構成される、相対的に粘度が高いポリマーが収容されている。ローラ１１２は、ポリマーが収容された槽１１１に送り込まれた導電線１２をポリマーの内部に案内し、導電線１１２をポリマーの内部に浸漬させている。また、ローラ１１２は、表面にポリマーが付着した導電線１２を乾燥槽１１３に向けて案内している。乾燥槽１１３は、導電線１２の表面に付着したポリマーを乾燥させることによって、電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成している。

この電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する方法は、導電線１２を１回だけ槽１１１に収容されたポリマーの内部に浸漬することによって、所望の厚さの電場応答性ゲル状ポリマー層１３を形成する。

なお、第１の導線性ファイバー１１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層１３の表面は、吸着性を有している。そのため、伸縮ファイバー１Ａを容易に撚り線構造に形成することができるように、電場応答性ゲル状ポリマー層１３の表面にシリコーン系の物質又はフッ素系潤滑物質を被覆させるとよい。

第１の導電性ファイバー１１が丸線の場合の直径は、０．０１ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。また、導電線１２が丸線の場合の直径は、０．００５ｍｍ以上、１．９５ｍｍ以下であり、電場応答性ゲル状ポリマー層１３の層の厚さは、０．００５ｍｍ以上、１．９５ｍｍ以下である。

（第２の導電性ファイバー）
第２の導電性ファイバー１４は、導電性を有する材料で構成されている。第２の導電性ファイバー１４は、それ自体が伸縮性を有してもよいが、伸縮性を備えていることは必須ではない。第２の導電性ファイバー１４としては、第１の導電性ファイバー１１と同様に、伸縮性を有する導電線のほか、（１）導電性を有する材料で、それ自体は伸縮しないワイヤー、（２）非導電性の基材に導電性を有するフィラーを混ぜ合わせた線状の部材、（３）非導電性の基材の表面に導電性を有するフィラーをコーティングした部材、（４）導電性を有し、一定の長さを有する線状の部材が、径方向及び長手方向に集合し、それ自体が伸縮する繊維として構成された部材等を挙げることができる。第２の導電性ファイバー１４の長手方向に直交する断面形状は特に限定されず、丸線でも平角線でも帯状線でもよい。なお、ここでの「フィラー」も添加物を示す意味で用いている。

具体的な材料は、第１の導電性ファイバー１１の導電線１２と同様である。また、製造方法も第１の導電性ファイバー１１の導電線１２の製造方法と同様である。この第２の導電性ファイバーが丸線の場合の直径は、０．００５ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。

〈第２タイプの伸縮ファイバーの具体的な構成〉
第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂは、上述したように、電場応答性ゲル状ポリマー層２３を有する第１の導電性ファイバー２１と、電場応答性ゲル状ポリマー層２３に電場を付与する第２の導電性ファイバー２４とによって構成されている。なお、この伸縮ファイバー１Ｂの長手方向に直交する断面形状も特に限定されず、丸線でも平角線でも帯状線でもよい。

（第１の導電性ファイバー）
第１の導電性ファイバー２１は、導電線２２と、この導電線２２の周囲を覆う高分子材料からなる電場応答性ゲル状ポリマー層２３とで構成されている。導電線２２は、伸縮性及び導電性の両方を備えている。導電線２２としては、伸縮性を有する導電線のほか、（１）伸縮性を有する非導電性の基材に導電性を有するフィラーを混ぜ合わせた線状の部材、（２）導電性を有し、一定の長さを有する線状の部材が、径方向及び長手方向に集合し、それ自体が伸縮する繊維として構成された部材等を挙げることができる。

導電線２２が伸縮性を有する非導電性の基材に導電性を有するフィラーを混ぜ合わせた線状の部材である場合、導電線２２の材料及び導電線２２の製造方法は、第１タイプの伸縮ファイバー１Ａの導電線１２の材料及び製造方法と同様である。また、電場応答性ゲル状ポリマー層２３の材料及び層の形成方法は、第１タイプの伸縮ファイバー１Ａの電場応答性ゲル状ポリマー層１３の材料及び層の形成方法と同様である。また、この陰極線２２の製造方法も、第１タイプの伸縮ファイバー１Ａを構成する第２の導線性部材１１の製造方法と同様である。なお、第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂでは、電場応答性ゲル状ポリマー層２３において、ポリ塩化ビニル：アジピン酸ジブチル（重量比）は、１：２〜１：８の範囲内にすることが好ましい。ここでの「フィラー」も添加物を示す意味で用いている。

なお、第２タイプの伸縮ファイバー１Ｂについても、第１の導線性ファイバー２１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層２の表面は、吸着性を有している。伸縮ファイバー１Ｂを容易にカバードヤーン構造にすることができるように、電場応答性ゲル状ポリマー層２３の表面にシリコーン系の物質又はフッ素系潤滑物質を被覆させるとよい。

第１の導電性ファイバー２１が丸線の場合の直径は、０．０１ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。また、導電線２２が丸線の場合の直径は、０．００５ｍｍ以上、１．９５ｍｍ以下であり、電場応答性ゲル状ポリマー層２３の層の厚さは、０．００５ｍｍ以上、１．９５ｍｍ以下である。

（第２の導電性ファイバー）
第２の導電性ファイバー２４は、伸縮性及び導電性の両方の性質を有する材料で構成されている。第２の導電性ファイバー２４としては、第１の導電性ファイバー２１と同様に、伸縮性を有する導電線のほか、（１）伸縮性を有する非導電性の基材に導電性を有するフィラーを混ぜ合わせた線状の部材、（２）導電性を有し、一定の長さを有する線状の部材が、径方向及び長手方向に集合し、それ自体が伸縮する繊維として構成された部材等を挙げることができる。なお、第２の導電性ファイバー２４の具体的な材料は、第１の導電性ファイバー２１の導電線２２と同様である。また、製造方法も第１の導電性ファイバー２１の導電線２２の製造方法と同様である。こうした第２の導電性ファイバー２４が丸線の場合の直径は、０．００５ｍｍ以上、２ｍｍ以下である。

［伸縮シートの作製例とその伸縮結果］
以下に、伸縮運動する伸縮シートの他の態様について、図１５〜図１８を参照しつつ説明する。この態様の伸縮シート４０は、図１５に示すように、電場応答性ゲル状ポリマー層４３を有する第１の導電性ファイバー４１と、その第１の導電性ファイバー４１に電場を付与する第２の導電性ファイバー４４とで織り込まれた織物として構成されている。なお、この第１の導電性ファイバー４１は、上記した符号１１，２１で示した第１の導電性ファイバーと同様、導電性を有する材料を備えた導電線４２と、また、この導電線４２の周囲を覆う電場応答性ゲル状ポリマー層４３とによって構成されている。導電線４２及び電場応答性ゲル状ポリマー層４３は、上記した符号１１，２２で示した導電線及び上記した符号１３，２３で示した電場応答性ゲル状ポリマー層と同様の材料や機能であるので、ここでの説明は省略する。

（伸縮シートの構成）
図１５に示す伸縮シート４０は、第１の導電性ファイバー４１と第２の導電性ファイバー４４とで織り込まれた織物である。第１の導電性ファイバー４１は、平行をなす横ファイバーとして複数設けられており、その一端には陰極（カソード）が配置されている。一方、第２の導電性ファイバー４４は、平行をなす縦ファイバーとして複数設けられており、その一端には陽極（アノード）が配置されている。第１の導電性ファイバー４１と第２の導電性ファイバー４４とは、直交又は略直交となるように交差して織り込まれており、第１の導電性ファイバー４１が第２の導電性ファイバー４４の上に配置される部位と、第１の導電性ファイバー４１が第２の導電性ファイバー４４の下側に配置される部位とが、縦方向及び横方向に交互に現れている。

前記した陰極と陽極は、図示しない電源に接続されており、それら陰極と陽極に同時に電圧を印加することもできるし、別々に電圧を印加することもできる。後述の実験結果で明らかなように、陰極と陽極に電圧が印加されたとき、第１の導電性ファイバー４１の長手方向が縮み、その電圧の印加を停止したとき、第１の導電性ファイバー４１の長手方向の縮みは元に戻る。この動作は、伸縮シート４０に電圧を印加することにより、陰極である第１の導電性ファイバー４１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層４３が陽極である第２の導電性ファイバー４４に吸着しながらまとわりつくことにもとづくものであり、第１の導電性ファイバー４１の長手方向が収縮する。また、電圧印加を解除することにより、第１の導電性ファイバー４１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層自身の弾性により、元の状態に戻る。

（動作実験に用いた試験試料の作製）
図１５に示す伸縮シート４０を構成する第１の導電性ファイバー４１と第２の導電性ファイバー４４との動作確認の実験を行った。図１６は、実験に用いた矩形断面の第１の導電性ファイバー４１を示している。第１の導電性ファイバー４１の作製は、１）ポリ塩化ビニル：アジピン酸ジブチル：ＴＨＦが重量比で１：４：１０の溶液を作製し、これをガラス板上にキャストし、乾燥することで、厚さ約０．１５ｍｍの電場応答性ゲル状ポリマー層４３を得た。２）次に、ポリ塩化ビニル：アジピン酸ジブチル：アセチレンカーボンブラック：ＴＨＦが重量比で１：４：１．５：４０の溶液を作製し、前述と同様の方法で厚さ０．０１２ｍｍの導電性ゲル薄膜を得た。この導電性ゲル薄膜をマルチメータで抵抗値を測定したところ、約５０ｋΩ（端子間距離：１ｃｍ）であった。３）次に、導電性ゲル薄膜を幅１ｍｍに細長く切断して導電性ゲル薄膜線材４２とし、前記１）で作製した電場応答性ゲル状ポリマー層４３上に配置した。さらにその上に、前記１）と同様の方法により電場応答性ゲル状ポリマー層４３を積層して挟み、導電性ゲル薄膜線材４２を中央となるように幅４ｍｍに切断して、図１６に示すな矩形断面の第１の導電性ファイバー４１を得た。この第１の導電性ファイバー４１の総厚さは約０．３ｍｍであり、マルチメータで確認したところ導電性が損なわれないことを確認した。なお、第２の導電性ファイバー４４として、この実験では、直径が０．４５ｍｍ、０．９０ｍｍ、１．５ｍｍのアルミニウム線をそれぞれ使用した。

（動作実験結果）
図１７は、図１６に示す第１の導電性ファイバー４１の動作実験の平面写真（Ａ）と正面写真（Ｂ）であり、図１８は、その動作実験における電圧印加前（Ａ）と電圧印加後（Ｂ）の折れ曲がりの様子を示す正面写真である。図１７及び図１８に示すように、伸縮シート４０に電圧を印加すると、図１８に示すように、第１の導電性ファイバー４１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層４３が第２の導電性ファイバー４４に吸着してまとわりつく。これにより、第１の導電性ファイバー４１に曲がりが発生し、伸縮シート４０が収縮した。

曲がりの程度は、第１の導電性ファイバー４１と第２の導電性ファイバー４４との接触部４５における電圧印加の前後の折れ曲がり角度で評価した。電圧印加前の角度をαとし、電圧印加後の角度をβとしたとき、その角度の差を変動角θとした。なお、この変動角は、デジタルマイクロスコープ（キーエンス製：ＶＨＸ−２０００）の測角機能を用いて計測した。条件としては、印加電圧と、印加電圧の周波数とを変更するとともに、第２の導電性ファイバー４４の直径も変化させた。

最初に、１００Ｖ〜５００Ｖまで１００Ｖ毎に直流電圧を印加し、１５秒後の変動角θ（電圧印加前後の角度差）について測定した。この測定は、直径０．４５ｍｍ、０．９０ｍｍ、１．５ｍｍの３種のアルミニウム線（第２の導電性ファイバー４４）で行った。その結果を表１に示す。変動角θは、各直径のアルミニウム線において、印加電圧の増大に伴って大きくなった。また、変動角θは、アルミニウム線の直径が大きくなるに伴って大きくなった。具体的には、３００Ｖの印加電圧において、直径０．４５ｍｍで変動角θは１０．３°であり、直径０．９ｍｍでは変動角θは２５．６°であり、直径１．５ｍｍで変動角θは５０．１°であった。

次に、印加する直流パルス電圧の周波数を０．３Ｈｚ及び１Ｈｚとしたときの変動角θを、１００Ｖ〜５００Ｖまで１００Ｖ毎に評価した。その結果を表２に示す。変動角θは、印加した直流パルス電圧の増大に伴い、各直径のアルミニウム棒で大きくなった。また、アルミニウム線の直径が大きいほど、変動角θは大きくなった。しかし、印加した直流パルス電圧の周波数が大きくなるにしたがって、変動角θは小さくなった。具体的には、直径０．４５ｍｍのアルミニウム線を用いた場合、３００Ｖの直流パルス電圧を０．３Ｈｚで印加したときの変動角θは７．５°であり、１Ｈｚで印加したときの変動角θは６．１°であった。また、直径０．９０ｍｍのアルミニウム線を用いた場合、３００Ｖの直流パルス電圧を０．３Ｈｚで印加したときの変動角θは１４．４°であり、１Ｈｚで印加したときの変動角θは１１．８°であった。また、直径１．５０ｍｍのアルミニウム線を用いた場合、３００Ｖの直流パルス電圧を０．３Ｈｚで印加したときの変動角θは３２．８°であり、１Ｈｚで印加したときの変動角θは１６．８°であった。

以上、図１５に示す態様の伸縮シート４０を構成する第１の導電性ファイバー４１と第２の導電性ファイバー４４の交差点（接触部４５）において、陰極である第１の導電性ファイバー４１の変動角は、印加する電圧及び第２の導電性ファイバー４４（アルミニウム線）の直径の増大に伴って大きくなることがわかった。これは、大きな電圧を印加した場合や、直径が大きい場合は、第１の導電性ファイバー４１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層４３が第２の導電性ファイバー４４に吸着しながらまとわりつく動作が起こりやすいことにもとづくものであると考えられる。また、印加する直流パルス電圧の周波数が増大するに従って変動角θは小さくなった。これは、現時点では、周波数が大きくなると、第１の導電性ファイバー４１を構成する電場応答性ゲル状ポリマー層４３の復元が戻りきらないためであろうと考えられる。

この結果より、第１の導電性ファイバー４１と、その第１の導電性ファイバー４１に電場を付与する第２の導電性ファイバー４４とで織物が構成された伸縮シート４０は、第２の導電性ファイバー４４に電圧を印加したり電圧の印加を停止したりすることによって、第１の導電性ファイバー４１を折れ曲がり動作させ、伸縮シート４０を一方向に伸縮させることができ、この伸縮シート４０を一方向に伸縮するアクチュエータとして機能させることができることを確認した。

１，１Ａ，１Ｂ 伸縮ファイバー
２ 縦ファイバー（伸縮ファイバー）
３ 横ファイバー（伸縮ファイバー）
１１，２１ 第１の導電性ファイバー
１２，２２ 導電線
１３，２３ 電場応答性ゲル状ポリマー層
１４，２４ 第２の導電性ファイバー
１５ 接触部
３０ 伸縮シート
３０Ａ 伸縮シート（織物）
３０Ｂ 伸縮シート（編物）
３１，３２，３３，３４ 電極
４０ 伸縮シート
４１ 第１の導電性ファイバー
４２ 導電線（導電性ゲル薄膜線材）
４３ 電場応答性ゲル状ポリマー層
４４ 第２の導電性ファイバー
４５ 接触部
θ 変動角（α−β）
５０ アシスト装置
５１ 胸部サポート部
５２ 背中サポート部
５３ ウエストサポート部
５４ 手首サポート部
５５ 腕サポート部
５６ 脚サポート部
５７ 足サポート部
６０ コントロールボックス
７０ アシスト装置
７１ 胸部サポート部

Claims (8)

1. 導電線及び該導電線の周囲を覆う誘電性を有する電場応答性ゲル状ポリマー層によって構成された第１の導電性ファイバーと、
   前記第１の導電性ファイバーに電場を付与する第２の導電性ファイバーと、を備え、
   前記第１の導電性ファイバーと前記第２の導電性ファイバーとが、前記第１の導電性ファイバー及び前記第２の導電性ファイバーの長手方向の全体で又は部分的に接触して前記第１の導電性ファイバーが前記第２の導電性ファイバーに巻かれている、ことを特徴とする伸縮ファイバー。
2. 前記第１の導電性ファイバー及び前記第２の導電性ファイバーを長手方向に一定の間隔を空けて接触させた接触部を有し、
   前記第１の導電性ファイバーと前記第２の導電性ファイバーとは、前記接触部同士の間で隙間を空けて相互に巻かれて螺旋状をなしている、請求項１に記載の伸縮ファイバー。
3. 前記第２の導電性ファイバーが中心に位置し、
   前記第１の導電性ファイバーが前記第２の導電性ファイバーの外周面に螺旋状に巻かれ、
   前記第１の導電性ファイバーと前記第２の導電性ファイバーとが前記長手方向の全体で接触し、
   隣り合う前記第１の導電性ファイバー同士が接触している、請求項１に記載の伸縮ファイバー。
4. 前記第１の導電性ファイバーに電場が付与されたとき、前記電場応答性ゲル状ポリマー層は前記第２の導電性ファイバーに引き寄せられて前記伸縮ファイバーが長手方向に伸び、
   前記第１の導電性ファイバーへの電場の付与が停止したとき、前記第２の導電性ファイバーに引き寄せられていた電場応答性ゲル状ポリマーが前記第２の導電性ファイバーの周囲から離れて前記伸縮ファイバーが長手方向に縮む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の伸縮ファイバー。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された伸縮ファイバーが用いられ、
   前記伸縮ファイバーが、縦方向に直線状に延びる縦ファイバーと、横方向に直線状に延びる横ファイバーとを構成し、
   前記縦ファイバーと前記横ファイバーとが織り込まれた織物として構成されていることを特徴とする伸縮運動する伸縮シート。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された伸縮ファイバーが用いられ、
   前記伸縮ファイバーで複数のループを連ねて形成し、該ループ同士を絡めて編み込まれた編物として構成されていることを特徴とする伸縮運動する伸縮シート。
7. 導電線及び該導電線の周囲を覆う誘電性を有する電場応答性ゲル状ポリマー層によって構成された第１の導電性ファイバーと、前記第１の導電性ファイバーに電場を付与する第２の導電性ファイバーとで織り込まれた織物として構成されていることを特徴とする伸縮運動する伸縮シート。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載された伸縮シートが衣服として構成されているアシスト装置であって、前記伸縮シートが支援の対象になる動作を起こすための筋肉に対応する位置に少なくとも用いられていることを特徴とするアシスト装置。