WO2017033945A1 - 誘電エラストマー、誘電エラストマーの製造方法、誘電エラストマーアクチュエータ、及び、補助用具 - Google Patents

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dielectric elastomer
group
cage
modified silicone
metal
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敏治 草場
品川　留美
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株式会社ニコン
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Definitions

  • the present invention relates to a dielectric elastomer, a dielectric elastomer manufacturing method, a dielectric elastomer actuator, and an auxiliary tool.
  • Patent Document 1 JP-A-9-31244
  • the dielectric elastomer when a dielectric elastomer blended with fibrous barium strontium titanate is stretched, the dielectric elastomer may be damaged from the interface between the ⁇ -sized fibrous barium strontium titanate and the elastomer.
  • a cage-type polysilsesquioxane containing a metal is introduced at the terminal of the modified silicone.
  • the method for producing a dielectric elastomer according to the second aspect of the present invention includes a step of producing a mixed solution containing a modified silicone, a cage-type polysilsesquioxane containing a metal, a silane coupling agent, and an organic solvent. It includes a step of adding an initiator to the mixed solution and stirring, and a step of heating the mixed solution.
  • FIG. 1 is a chemical structural formula of methacryloyloxypropyltrimethoxysilane showing an example of a silane coupling agent. It is a conceptual diagram which shows the structure of the modified silicone resin which introduce
  • a method for synthesizing the cage-type polysilsesquioxane shown in FIGS. 4 and 5 will be described.
  • a method for synthesizing the cage-type polysilsesquioxane shown in FIG. 6 will be described.
  • a method for synthesizing the cage-type polysilsesquioxane shown in FIG. 7 will be described.
  • FIG. 8 is a front view of a user wearing the auxiliary tool 10.
  • FIG. 3 is a rear view of a user wearing the auxiliary tool 10.
  • 3 is a block diagram illustrating a control system of the auxiliary tool 10.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the actuator 110.
  • FIG. 1 shows a state where no voltage is applied to the actuator 110.
  • the actuator 110 is an example of a dielectric elastomer actuator.
  • the actuator 110 includes a power source 120, a switch 130, a pair of electrodes 122 and 124 connected to the positive electrode and the negative electrode of the power source 120, respectively, and a polymer material 126 sandwiched between the pair of electrodes 122 and 124. .
  • the switch 130 is opened and closed by a control signal from the control unit 140.
  • the voltage of the power supply 120 is also variable by a control signal from the control unit 140.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the actuator 110.
  • FIG. 2 shows a state in which a voltage is applied to the actuator 110.
  • the polymer material 126 moves in a direction in which the electrodes approach each other.
  • the volume thereof extends in the direction perpendicular to the voltage application direction, that is, in the horizontal direction in the figure. The greater the applied voltage of the power supply 120, the greater the amount of horizontal expansion.
  • the polymer material 126 used for the actuator 110 preferably has a high relative dielectric constant.
  • the polymer material 126 used for the actuator 110 preferably has a low elastic modulus.
  • the polymer material 126 desirably has an elastic modulus of 700 [kPa] or less.
  • An example of the polymer material 126 is a dielectric elastomer having a metal compound at the end of the modified silicone resin.
  • An example of the modified silicone resin is a silicone-based resin having an alkylene oxide and polysiloxane as a main chain.
  • a metal compound is introduced into the terminal of the modified silicone resin by dehydration condensation, and the crosslinking density is moderately adjusted by adding a coupling agent such as a silane coupling agent.
  • An example of the metal compound is a cage-type polysilsesquioxane containing a metal, but may be an alkali metal alkoxide, an alkaline earth metal alkoxide, or a transition metal alkoxide.
  • FIG. 3 is a chemical structural formula showing an example of a modified silicone resin.
  • alkylene oxide, polysiloxane, or a derivative thereof may be used for the portion of the repeating unit 150 represented by (—X—) n .
  • An example of the alkylene oxide is polyethylene oxide or polypropylene oxide.
  • the repeating number n of the repeating unit 150 may be, for example, 10 to 200, and may be 170 as an example.
  • the modified silicone resin preferably has a large repeating number n and a long chain length. With these, the elastic modulus of the modified silicone resin can be lowered. Further, the modified silicone resin has a methoxy group structure bonded to silicon at the terminal portion. And the silanol part by which the methoxy group couple
  • FIG. 4 is an example of a chemical structural formula of a cage-type polysilsesquioxane containing titanium in a ring-opened state.
  • FIG. 5 shows an example of a chemical structural formula of a cage-type polysilsesquioxane containing titanium in a closed state. As shown in FIG. 4 and FIG.
  • the cage-type polysilsesquioxane containing titanium has a plurality of states in which the hydroxyl group is opened without dehydration condensation and the hydroxyl group is dehydrated and condensed and closed.
  • the present invention is not limited to these, and it is considered that a mixed state of the two can also be taken.
  • the cage-type polysilsesquioxane containing a metal reacts with a silane coupling agent at a silanol group part contained in a ring-opened state and / or a silanol group part produced by hydrolysis of a siloxane bond part. Join.
  • the R group is an organic functional group
  • the R group is an alkyl group, an aryl group, a methacryl group, an acrylic group, a glycidyl group, and a cyano group. It is preferable that it is at least one of these.
  • the cage-type polysilsesquioxane containing metal may have an organic functional group that reacts with the silane coupling agent as the R group. For example, when the R group is a methacryl group, an acryl group, or the like, the cage-type polysilsesquioxane containing metal may react with the silane coupling agent at the R group portion and be bonded.
  • transition metals or rare earth metals may be used instead of titanium contained in the cage-type polysilsesquioxane.
  • the transition metal or rare earth metal contained in the cage-type polysilsesquioxane is preferably titanium or zirconium having a high dielectric constant.
  • the coupling agent is used as a crosslinking agent that directly or indirectly crosslinks the long chain modified silicone resin.
  • the coupling agent may be a silane coupling agent having a methoxy group bonded to silicon, and silanol is generated from the methoxy group bonded to silicon to form a silanol group or methoxysilane at the terminal of the long chain modified silicone.
  • the cage-type polysilsesquioxane containing metal it is bonded to the hydrolyzable group bonded to silicon by dehydration condensation.
  • the silane coupling agent may have an organic functional group such as an amino group, an epoxy group, a methacrylic group, or a vinyl group, and the organic functional group is a methacrylic group of a cage-type polysilsesquioxane containing titanium. It reacts with an organic functional group represented by an R group such as an acryl group to bond by dehydration condensation. As a result, the cage-containing polysilsesquioxane containing titanium and the silane coupling agent become cross-linking points and are introduced into the modified silicone resin.
  • FIG. 6, FIG. 7 and FIG. 8 are chemical structural formulas showing another example of the cage type polysilsesquioxane.
  • the cage-type polysilsesquioxane may have a closed or opened cubic shape.
  • the Si at an arbitrary position is replaced with Ti or the like. May be used.
  • a cage-type polysilsesquioxane in which Si adjacent to the ring-opened portion is substituted with Ti may be used as a cage-type polysilsesquioxane containing a metal.
  • a cage-type polysilsesquioxane in which Si substituted with a methacryloyloxypropyl group is substituted with Ti may be used as a cage-type polysilsesquioxane containing a metal.
  • the R group in FIGS. 6 to 8 may be the same as the R group described in FIGS.
  • the three R groups may be a Ph group, and the four R groups may be a CN group, and the structure according to FIG.
  • the seven R groups may be Ph groups and the one R group may be a CN group.
  • FIG. 9 is a chemical structural formula of methacryloyloxypropyltrimethoxysilane showing an example of a silane coupling agent.
  • methacryloyloxypropyltrimethoxysilane silanol is generated from a methoxy group bonded to silicon, and the silanol is bonded by dehydration condensation with a silanol group of a cage-type polysilsesquioxane containing a modified silicone resin or titanium.
  • methacryloyloxypropyltrimethoxysilane has a methacryl group, and the methacryl group is bonded to methacryloyl in the cage-type polysilsesquioxane containing titanium. Accordingly, the cage-type polysilsesquioxane containing titanium and the silane coupling agent are introduced into the modified silicone resin, and the dielectric properties of the modified silicone resin are enhanced.
  • the cage-type polysilsesquioxane containing titanium is introduced into the terminal of the modified silicone resin and dispersed in the modified silicone resin at the molecular level. Thereby, the interface between the modified silicone resin and the cage-type polysilsesquioxane containing titanium is substantially absent. Therefore, when a modified silicone resin containing titanium-containing cage-type polysilsesquioxane introduced at the end is used as an elastomer for a dielectric elastomer actuator, a voltage is applied from an electrode provided so as to sandwich the modified silicone resin. Even if the modified silicone resin is expanded or contracted, it is not damaged from the interface between the cage-containing polysilsesquioxane containing titanium and the modified silicone resin.
  • FIG. 10 is a conceptual diagram showing the structure of a modified silicone resin in which a cage-type polysilsesquioxane containing titanium is introduced at the terminal.
  • a cage-type polysilsesquioxane 162 containing titanium is introduced into the end of the long chain modified silicone resin constituting the soft segment 160 by dehydration condensation.
  • the cage-type polysilsesquioxane containing titanium is dispersed at the molecular level and included in the modified silicone resin.
  • the modified silicone resin is directly crosslinked with a silane coupling agent to form a crosslinking point 164.
  • the modified silicone resin is indirectly crosslinked with a silane coupling agent via a cage-type polysilsesquioxane containing titanium.
  • the modified silicone resin has an interpenetrating polymer network (IPN) structure in which cross-linked polymer networks have invaded each other.
  • IPN interpenetrating polymer network
  • the cage-type polysilsesquioxane containing metal is introduced only at the end of the long-chain modified silicone resin, and may not be introduced into the side chain.
  • the long-chain modified silicone resin may have a structure in which a cage-type polysilsesquioxane containing metal is not introduced into the side chain but introduced only into the terminal.
  • a long-chain modified silicone resin has a structure that does not include a structure such as methoxysilane that can react with a caged polysilsesquioxane containing metal in the side chain, or a side chain that includes only the main chain. There may be no structure. Thereby, since the cage-type polysilsesquioxane containing metal is introduced only at the terminal of the long-chain modified silicone, the elastic modulus of the dielectric elastomer can be lowered.
  • the long chain modified silicone resin when the number of crosslinking points 164 increases, the elastic modulus of the dielectric elastomer increases. Therefore, from the viewpoint of elastic modulus, it is desirable that the amount of long-chain modified silicone resin is small.
  • the long-chain modified silicone resin desirably has an elastic modulus of 700 kPa or less and an elongation of 50% or more.
  • FIG. 11 shows a method for synthesizing the cage polysilsesquioxane shown in FIGS. 4 and 5.
  • phenyltrimethoxysilane having a phenyl group (Ph) and methacryloyloxypropyl having a methacryloyl group (MMA) are added to a 1-liter three-necked flask equipped with a mechanical stirrer, a thermometer, and a reflux tube.
  • 23.81 g (0.096 mmol) of trimethoxysilane was added and dissolved in 300 ml of tetrahydrofuran. While stirring at room temperature, 9.87 g of 1 molar sodium hydroxide solution was added.
  • the reaction solution was heated to 60 ° C. with an oil bath and stirred for 3 hours.
  • the reaction solution was cooled to room temperature and neutralized with 10 ml of 1 molar hydrochloric acid.
  • 700 ml of diethyl ether was added and the organic layer was separated.
  • the yield was 92.9%.
  • Tn the portion corresponding to n in Tn indicates the number of Si contained in the cage-type polysilsesquioxane structure. There is.
  • the synthesized Tn contained 3.4% of silicon having SiOH.
  • FIG. 12 shows a method for synthesizing the cage-type polysilsesquioxane shown in FIG.
  • the acetone 172.5 ml / methanol 23.5 ml mixed solution was put into a flask equipped with a mechanical stirrer, thermometer, and reflux tube, and further lithium hydroxide monohydrate 3.36 g (80 mmol), pure water 2.7 g ( 150 mmol) was added and refluxed at room temperature.
  • FIG. 13 shows a method for synthesizing the cage-type polysilsesquioxane shown in FIG.
  • FIG. 14 shows a method for synthesizing the cage-type polysilsesquioxane shown in FIG.
  • FIG. 15 shows a method for synthesizing Tn containing titanium.
  • 11.0 g of dehydrated toluene was added and dissolved.
  • 0.44 g (0.78 mmol ⁇ 2 of SiOH amount) of tetraisopropoxide titanium was added.
  • Tn1 Tn1
  • 1 molar hydrochloric acid 0.78 mmol of SiOH amount ⁇ 2 ⁇ 4 alkoxy groups of Ti (OR) 4 ⁇ 1.1
  • Example 1 To Kaneka Co., Ltd., a modified silicone resin, was added to 1.5 g of a toluene solution of a cage-type polysilsesquioxane containing titanium (containing 0.3 g of Tn (0.44 mmol), 1.76 mmol (calculated value) of methacryloyl group).
  • Modified silicone resin-based elastic adhesive Silyl 4.0 g and silane coupling agent methacryloyloxypropyltrimethoxysilane 0.2 g (0.88 mmol) were mixed to introduce Tn containing titanium into the modified silicone resin. .
  • Tn / RO-SiX The molar ratio of methacryloyl groups between Tn and the silane coupling agent (referred to as “Tn / RO-SiX”) is 2/1. At this time, methacryloyloxypropyltrimethoxysilane as a silane coupling agent was added as a crosslinking agent.
  • the tensile stress, displacement, and the like of the obtained film were measured using a Minebea LTS-1kNB-S50 tensile tester under a tensile speed of 5 mm / min.
  • the sample shape has a width of 4.0 mm, a thickness of 0.42 mm, and a length of 15.0 mm.
  • the elastic modulus and elongation rate of the film were calculated from the measurement results, the elastic modulus was 664.0 kPa and the elongation rate was 91.5%.
  • the relative dielectric constant of the obtained film was measured using a capacitance method.
  • the relative dielectric constant was measured for each frequency band using a chemical impedance meter 3532-80 manufactured by HIOKI Corporation under an applied voltage of 0.1 V and room temperature.
  • the sample shape is 10 mm long and 10 mm wide. As a result, the measured dielectric constant (10 kHz) was 7.4.
  • Example 2 As Production Example 2, instead of phenyltrimethoxysilane having a phenyl group (Ph) in Production Example 1, methyltrimethoxysilane having a methyl group (Me) was used, and Tn containing titanium (referred to as Tn2) was used. Manufactured. A modified silicone resin film having a thickness of 0.280 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that Tn2 was used. (Example 3) A modified silicone resin film having a thickness of 0.320 mm was produced in the same manner as in Example 2.
  • Example 4 As Production Example 3, except that the molar ratio of methyltrimethoxysilane having a methyl group (Me) and methacryloyloxypropyltrimethoxysilane having a methacryloyl group (MMA) was changed from 6: 4 to 8: 2, Tn containing titanium (Tn3) was produced by the same method as in Production Example 2. Then, a modified silicone resin film having a thickness of 0.716 mm was produced using Tn3 in the same manner as in Example 2. (Example 5) A modified silicone resin film having a thickness of 0.719 mm was produced in the same manner as in Example 4. (Example 6) A modified silicone resin film having a thickness of 0.450 mm was produced in the same manner as in Example 4.
  • Example 7 A modified silicone resin film having a thickness of 0.512 mm was produced in the same manner as in Example 4.
  • Example 8) As Production Example 4, except that the molar ratio of phenyltrimethoxysilane having a phenyl group (Ph) and methacryloyloxypropyltrimethoxysilane having a methacryloyl group (MMA) was changed from 6: 4 to 8: 2, Tn containing titanium (referred to as Tn4) was produced by the same method as in Production Example 1.
  • a modified silicone resin film having a thickness of 0.870 mm was produced in the same manner as in Example 1, except that Tn4 was used and Tn / RO-SiX was changed from 2/1 to 10/1.
  • Example 8 the molar ratio of the methacryloyl group of the silane coupling agent to be added is reduced to 1/5 of Example 1. This reduces the cross-linking points of the modified silicone resin.
  • Example 9 A modified silicone resin film having a thickness of 1.150 mm was produced in the same manner as in Example 8 except that Tn / RO-SiX was changed from 10/1 to 1/2. In Example 9, the molar ratio of the methacryloyl group of the silane coupling agent added to Example 1 is 4 times. Thereby, the crosslinking point of the modified silicone resin is increased.
  • Example 10 A modified silicone resin film having a thickness of 0.450 mm was produced in the same manner as in Example 1 except that Tn / RO-SiX was changed from 2/1 to 1/1.
  • Example 11 A modified silicone resin film having a thickness of 0.669 mm was produced in the same manner as in Example 10.
  • Table 1 shows the film production conditions in Examples 1 to 11 and the evaluation results of each physical property.
  • the elastic modulus, elongation rate, and relative dielectric constant were measured under the same conditions as in Example 1. Although practical films could be obtained in any of Examples 1 to 11, excellent dielectric constant, elastic modulus and elongation were obtained particularly in Examples 1 to 8, as shown in Table 1. I was able to.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between displacement and tensile stress measured by a tensile testing machine in the evaluation of Example 1, Example 8, and Example 9.
  • the horizontal axis represents displacement [mm]
  • the vertical axis represents tensile stress [N].
  • the line segment 1-1 in FIG. 16 corresponds to the eighth embodiment
  • the line segment 1-2 corresponds to the first embodiment
  • the line segment 1-3 corresponds to the ninth embodiment.
  • the breaking point will be described. From FIG. 16, it is Sample 1-1 that has the longest displacement to the breaking point, which is 17.3 mm. On the other hand, the sample 1-3 having the shortest displacement to the break point is 7.86. The greater the amount of silane coupling added, the shorter the displacement to the breaking point. This is considered to be because the crosslinking point of the modified silicone resin is increased by the silane coupling agent, the hardness of the modified silicone resin is increased, and the displacement to the breaking point is thereby shortened. Note that, even in the sample 1-3 having the shortest displacement to the breaking point, the expansion / contraction amount of 25% or more required for the dielectric elastomer actuator could be secured.
  • the elastic modulus shown in Table 1 is obtained from the profile shown in FIG.
  • FIG. 17 is a graph showing dielectric loss.
  • the horizontal axis represents frequency [Hz].
  • the vertical axis represents dielectric loss [ ⁇ ].
  • the frequency with the smallest dielectric loss was selected from the measurement data of each frequency, and the relative permittivity value at that time was used as the measured value.
  • the relative dielectric constant of the modified silicone resin not introduced at all is about 3.5, as shown in FIG. 17, by introducing Tn containing titanium at the end of the modified silicone resin, Sample 1 -1 (Example 8), the relative dielectric constant could be increased to 5.4, and in Sample 1-2 (Example 1), the relative dielectric constant could be increased to 7.4.
  • the dielectric constant of the dielectric elastomer can be 4 or more.
  • an elastomer in which a cage-type polysilsesquioxane containing titanium is introduced at the end of a modified silicone resin is used as an elastomer of a dielectric elastomer actuator.
  • the relative dielectric constant of the modified silicone resin is improved, and a high output can be obtained by applying a small voltage, so that the power consumption of the dielectric elastomer actuator can be reduced.
  • Tn containing titanium is dispersed in the modified silicone resin at the molecular level. Therefore, Tn containing titanium and the modified silicone resin are dispersed. There is no damage from the interface. Thereby, the durability of the dielectric elastomer actuator can be improved.
  • the polymer material 126 may contain a component having a cyano group.
  • the polymer material 126 can increase the dielectric constant without increasing the elastic modulus.
  • the modified silicone resin may have a polymer portion having a cyano group in part.
  • the modified silicone resin may have a structure in which a polymer such as polyalkylene oxide described in FIG. 3 and a polymer having a cyano group are condensed.
  • the polymer having a cyano group may contain a polyglycerol structure, and may be, for example, a cyanated polyglycerol shown in FIG.
  • a modified silicone resin having a cyano group is obtained by mixing 10% by weight of cyanated polyglycerin with a polymer such as polyalkylene oxide and performing dehydration condensation using a tin-based catalyst or the like. You may get.
  • the polymer having a cyano group may not necessarily be condensed with the polymer described in FIG. 3, and the polymer having a cyano group may be mixed with the modified silicone resin described in FIG. .
  • the polymer material 126 may include cyanated polyglycerin having a methacryloyl group.
  • cyanated polyglycerin having a methacryloyl group a material obtained by replacing the terminal hydroxyl group of the cyanated polyglycerin shown in FIG. 18 with a methacryloyl group may be used.
  • an acrylic resin as shown in FIG. 19 may be used for the polymer material 126 in addition to / in place of the polymer such as the modified silicone resin described in FIG. 3 (where x is selected from 0 to 3). Integer). Since both the cyanated polyglycerin having a methacryloyl group and the acrylic resin have an acrylic group, both can be expected to be compatible.
  • FIG. 20 shows an example of a method for synthesizing cyanated polyglycerin having a methacryloyl group.
  • a 300 ml flask equipped with a mechanical stirrer and a thermometer was charged with a solution obtained by diluting 33 ml of a 3M polyglycerol aqueous solution, 33 ml of a 3M sodium hydroxide aqueous solution, and 50.4 g of acrylonitrile with 60.0 ml of acetone. For 3 hours. Thereafter, the mixture was allowed to stand for phase separation, and only the upper layer was recovered. The recovered solution was washed with 400 ml of distilled water and filtered, and the residue was dried under reduced pressure to obtain a cyanated polyglycerin having a methacryloyl group at the end as shown in the upper right of FIG.
  • the modified silicone resin may be one in which at least a part of the side chain of the repeating unit 150 of the polymer such as polyalkylene oxide described in FIG. 3 is substituted with a cyano group.
  • the repeating unit 150 may be an alkylene oxide having a cyano group in the side chain.
  • at least part of the methyl group in the side chain of polypropylene oxide is substituted with a hydroxyl group, and acrylonitrile is reacted with the hydroxyl group by Michael addition to produce a modified silicone resin having a cyano group in at least a part of the side chain. You can do it.
  • examples using a modified silicone resin having a cyano group will be described.
  • Example 12 After dehydration condensation of modified silicone (modified silicone resin-based elastic adhesive silyl manufactured by Kaneka Co., Ltd.) and cyanated polyglycerin under a tin-based catalyst, the skeleton shown in FIG. 7 (wherein all R groups are Ph groups) is present. Then, a solution of a cage-type polysilsesquioxane (hereinafter also referred to as “T8”) in which one of Si is substituted with Ti, a crosslinking agent (silane coupling agent), and a polymerization initiator are added and reacted. Then, a modified silicone resin into which a cage type polysilsesquioxane containing a cyano group and containing titanium was introduced was obtained.
  • modified silicone modified silicone resin-based elastic adhesive silyl manufactured by Kaneka Co., Ltd.
  • the resulting modified silicone resin contained 1 part by weight of T8, 5.30 parts by weight of modified silicone, 1.23 parts by weight of cyanated polyglycerin, and 0.46 parts by weight of the crosslinking agent.
  • the ratio of segments to hard segments was about 1: 6.5.
  • a film having a thickness of 0.330 mm was formed from the modified silicone resin.
  • Example 13 The content of cage-containing polysilsesquioxane (T8) containing titanium, the content of modified silicone, the content of cyanated polyglycerin, the content of crosslinking agent, and the thickness are shown in Example 13 in Table 2 below. Under the same conditions as described in Example 12, a modified silicone resin film was produced. As a result, the relative dielectric constant and elastic modulus as described in Example 13 of Table 2 were obtained.
  • Examples 14 to 21 instead of T8, a cage-type polysilsesquioxane having one of Si substituted with Ti and having a skeleton shown in FIG. 6 (wherein three of R groups are Ph groups and four are CN groups) is used.
  • a modified silicone resin film was obtained under the same conditions as in Example 12. The content of each component, film thickness, dielectric constant, elastic modulus and the like are as described in Examples 14 to 21 in Table 2.
  • the introduction of polyglycerin having a cyano group into the modified silicone can improve the relative dielectric constant.
  • an elasticity modulus to increase, when the ratio of a crosslinking agent (coupling agents, such as a silane coupling agent) increases. Therefore, from the viewpoint of keeping the elastic modulus low, it is preferable that the amount of the crosslinking agent is small.
  • the amount of the crosslinking agent is too small, the cage-type polysilsesquioxane containing titanium cannot be crosslinked to the modified silicone or the like.
  • the content of the cross-linking agent is 1 to 10% by weight with respect to the content of solids (cage-type polysilsesquioxane containing titanium, modified silicone, cyanated polyglycerin, and cross-linking agent), Preferably, it is 1 to 4% by weight.
  • the dielectric elastomer actuator described in the present embodiment can be used as an auxiliary tool for assisting body movement.
  • the assisting device may be, for example, an assist suit in which an actuator is attached to clothes or the like.
  • Such an auxiliary tool will now be described.
  • FIG. 21 is a front view of the user wearing the auxiliary tool 10.
  • FIG. 22 is a rear view of the user wearing the auxiliary tool 10.
  • the vertical and horizontal directions indicated by arrows in FIG. 21 are the vertical and horizontal directions of the auxiliary tool 10.
  • the front and rear directions viewed from the user are the front and rear directions of the auxiliary tool 10.
  • a belt 84 is wound around the waist of the body of the trousers 82.
  • the belt 84 has a buckle 86 disposed on the front surface of the body.
  • the upper part of the shirt 80 is formed so as not to deviate from the shoulder.
  • the hem of the pants 82 is narrowed so as not to be displaced from the ankle.
  • the inner surface of the shirt 80 and the trousers 82 may be configured like a diving suit that is in close contact with the user's body.
  • the shirt 80, the trousers 82, and the belt 84 are an example of a mounting portion that is attached to the body.
  • the belt 84 is an example of the portion of the mounting portion that is fixed to the body.
  • the auxiliary device 10 includes an anterior right artificial muscle portion 12, an anterior left artificial muscle portion 14, a posterior right artificial muscle portion 16, an posterior left artificial muscle portion 18, and a power supply portion 20. And a right detection unit 22 and a left detection unit 24, which are examples of the detection unit, a mounting detection unit 26, and a control unit 28.
  • the front right artificial muscle portion 12 includes a front right actuator 30, a pair of front right attachment portions 32, and a power wiring 34.
  • the front right actuator 30 is formed to extend in the vertical direction.
  • One end of the front right actuator 30 in the up-down direction, that is, the longitudinal direction, is disposed on the front surface of the shirt 80 above the right foot and above the belt 84 and the waist of the user.
  • the other end in the longitudinal direction of the front right actuator 30 is disposed on the front surface of the trousers 82 below the knee of the right foot.
  • the front right actuator 30 is provided so as to straddle the waist and knee joints of the user's torso.
  • the front right actuator 30 may be realized by the actuator 110 described in FIG. 1 and FIG. 2 that extends when a voltage is applied. When a voltage is applied, the front right actuator 30 extends in the vertical direction, that is, in the longitudinal direction. As a result, the front right actuator 30 contracts to assist the user's right leg ascending when walking.
  • the pair of front right attachment portions 32 attach both ends of the front right actuator 30 in the expansion / contraction direction to clothes.
  • One front right attachment portion 32 is provided at the upper end portion of the front right actuator 30 and attached to the front surface of the shirt 80.
  • the upper end portion of the front right actuator 30 may be attached to the belt 84 that is difficult to move due to the stretching force via the one front right attachment portion 32.
  • the other front right attachment portion 32 is provided at the lower end portion of the front right actuator 30 and attached to the front surface of the pants 82.
  • the front right attachment portion 32 is detachably attached to the shirt 80 or the trousers 82 together with the front right actuator 30 by a button, a fastener, a hook-and-loop fastener, or the like.
  • Part of the pair of front right mounting portions 32 is preferably made of an elastic member such as rubber.
  • One end of the power wiring 34 is electrically connected to the front right actuator 30 via the upper front right mounting portion 32.
  • the other end of the power wiring 34 is connected to the power supply unit 20.
  • the power wiring 34 electrically connects the front right actuator 30 and the power supply unit 20.
  • front left artificial muscle part 14 the rear right artificial muscle part 16, and the rear left artificial muscle part 18 have the same configuration as the front right artificial muscle part 12, their description is omitted except for the differences.
  • the front left artificial muscle portion 14 includes a front left actuator 36, a pair of front left attachment portions 38, and a power wiring 40.
  • the front left actuator 36 is attached to the front surface of the trousers 82 from the front surface of the shirt 80 above the waist to the lower part of the knee of the left foot by a pair of front left mounting portions 38. Note that one end of the front left actuator 36 may be attached to the belt 84 that is difficult to move due to the expansion and contraction force.
  • the front left actuator 36 contracts to assist the user's left leg ascending when walking.
  • the power wiring 40 electrically connects the front left actuator 36 and the power supply unit 20.
  • the rear right artificial muscle portion 16 includes a rear right actuator 42, a pair of rear right attachment portions 44, and a power wiring 46.
  • the rear right actuator 42 is attached to the rear surface of the trouser 82 by a pair of rear right attachment portions 44 from the rear surface of the trouser 82 at the base of the right foot to the vicinity of the ankle below the knee of the right foot.
  • the rear right actuator 42 may be attached to the belt 84, the shirt 80, or the like. Further, the rear right actuator 42 may have a length up to below the knee.
  • the rear right actuator 42 is disposed inside the pocket 88 of the trousers 82.
  • the pocket 88 is preferably made of a material that can expand and contract with the expansion and contraction of the rear right actuator 42.
  • the power wiring 46 electrically connects the rear right actuator 42 and the power supply unit 20 via a wiring disposed on the back of the belt 84.
  • the rear left artificial muscle portion 18 includes a rear left actuator 48, a pair of rear left attachment portions 50, and a power wiring 52.
  • the rear left actuator 48 is attached to the rear surface of the trouser 82 by a pair of rear left mounting portions 50 from the rear surface of the trouser 82 at the base of the left foot to the vicinity of the ankle below the knee of the left foot.
  • the rear left actuator 48 may be attached to the belt 84 and the shirt 80. Further, the rear left actuator 48 may have a length up to below the knee.
  • the pocket 88 is preferably made of a material that can expand and contract with the expansion and contraction of the rear left actuator 48.
  • the rear left actuator 48 is disposed inside the pocket 88 of the trousers 82.
  • the rear left actuator 48 assists in raising the user's left foot when kicking the ball by contracting.
  • the power wiring 52 electrically connects the rear left actuator 48 and the power supply unit 20 via a wiring disposed on the back of the belt 84.
  • the power supply unit 20 is provided on the buckle 86 of the belt 84.
  • the power supply unit 20 is electrically connected to the front right actuator 30, the front left actuator 36, the rear right actuator 42, and the rear left actuator 48 so as to be able to supply power.
  • the power supply unit 20 may correspond to the power supply 120 of FIGS. 1 and 2.
  • the right detection unit 22 is provided near the knee of the user's right foot.
  • the right detection unit 22 detects an acceleration corresponding to the movement of the user's right foot.
  • An example of the right detection unit 22 is a triaxial acceleration sensor.
  • the right detection unit 22 is electrically connected to the control unit 28 via the wiring 54.
  • the right detection unit 22 outputs a right acceleration signal corresponding to the movement and acceleration of the user's right foot to the control unit 28.
  • the right acceleration signal is an example of a detection signal.
  • the left detection unit 24 is provided in the vicinity of the knee of the user's left foot.
  • the left detection unit 24 is a three-axis acceleration sensor, and detects an acceleration corresponding to the movement of the user's left foot.
  • the left detection unit 24 outputs a left acceleration signal corresponding to the movement and acceleration of the user's left foot to the control unit 28 via the wiring 56.
  • the left acceleration signal is an example of a detection signal.
  • the attachment detection unit 26 is provided on the buckle 86 of the belt 84.
  • An example of the attachment detection unit 26 is a pressure sensor.
  • the attachment detection unit 26 detects pressure for determining attachment of the belt 84.
  • the attachment detection unit 26 is electrically connected to the control unit 28. When the belt 84 is worn by the user and pressure is applied to the belt 84, the attachment detection unit 26 outputs a pressure signal corresponding to the pressure to the control unit 28.
  • the control unit 28 performs overall control of the auxiliary tool 10.
  • An example of the control unit 28 is a computer.
  • the control unit 28 may correspond to the switch 130 and the control unit 140 in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 23 is a block diagram illustrating a control system of the auxiliary tool 10.
  • the control unit 28 includes a processing unit 60 and a storage unit 62.
  • the processing unit 60 functions as an acquisition unit 64, a determination unit 66, and a power supply control unit 68 by reading the auxiliary tool control program stored in the storage unit 62.
  • the acquisition unit 64 acquires a right acceleration signal and a left acceleration signal from the right detection unit 22 and the left detection unit 24.
  • the acquisition unit 64 acquires a pressure signal from the mounting detection unit 26.
  • the acquisition unit 64 outputs the acquired acceleration signal and pressure signal to the determination unit 66.
  • the determination unit 66 acquires the right acceleration signal and the left acceleration signal from the acquisition unit 64.
  • the determination unit 66 calculates the right speed that is the speed of the right foot based on the right acceleration signal.
  • the determination unit 66 determines the moving direction, speed, and stop of the right foot from the sign of the calculated right speed.
  • the determination unit 66 integrates the calculated right speed to detect the right uppermost position, which is the position where the right foot is most raised.
  • the determination unit 66 calculates a left speed that is the speed of the left foot from the left acceleration signal.
  • the determination unit 66 determines the moving direction, speed, and stop of the left foot from the left speed.
  • the determination unit 66 integrates the calculated left speed to detect the left uppermost position, which is the position where the left foot is most raised.
  • the determination unit 66 stores the detected right uppermost position and left uppermost position in the storage unit 62.
  • the determination unit 66 acquires a pressure signal from the acquisition unit 64.
  • the determination unit 66 detects the pressure acting on the belt 84 from the pressure signal, and determines whether the belt 84 is worn by the user or not.
  • the power control unit outputs the right movement signal and the left movement signal indicating the rising, lowering, and stopping of the right foot and the left foot detected based on the right acceleration signal and the left acceleration signal. Output to 68.
  • the speed of ascending and descending may be included in the right movement signal and the left movement signal.
  • the power supply control unit 68 controls the power supply unit 20 based on the right movement signal and the left movement signal detected by the determination unit 66 based on the right acceleration signal and the left acceleration signal.
  • the power source unit 20 supplies power to the front right actuator 30, the front left actuator 36, the rear right actuator 42, and the rear left actuator 48, or supplies power. Stop.
  • auxiliary tools 12 anterior right artificial muscle part, 14 anterior left artificial muscle part, 16 posterior right artificial muscle part, 18 posterior left artificial muscle part, 20 power supply part, 22 right detection part, 24 left detection part, 26 attachment detection part 28 control section, 30 front right actuator, 32 front right mounting section, 34 power wiring, 36 front left actuator, 38 front left mounting section, 40 power wiring, 42 rear right actuator, 44 rear right mounting section, 46 power wiring, 48 rear left actuator, 50 rear left mounting section, 52 power wiring, 54 wiring, 56 wiring, 60 processing section, 62 storage section, 64 acquisition section, 66 determination section, 68 power control section, 80 shirt, 82 pants, 84 belt , 86 buckles, 88 pockets, 110 actuators, 120 power supplies, 122, 124 electrodes, 126 high Child material, 130 switch, 140 control unit, 150 repeating units, 160 a soft segment, cage containing 162 titanium polysilsesquioxane, 164 cross points

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Abstract

変性シリコーンの末端に、金属化合物を有する誘電エラストマーであって、金属化合物は、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンを含み、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンは、フェニル基、アルキル基、メタクリル基、アクリル基、グリシジル基、およびシアノ基の何れか一つを有する誘電エラストマー、当該誘電エラストマーを用いた誘電エラストマーアクチュエータ等を提供する。

Description

誘電エラストマー、誘電エラストマーの製造方法、誘電エラストマーアクチュエータ、及び、補助用具
　本発明は、誘電エラストマー、誘電エラストマーの製造方法、誘電エラストマーアクチュエータ、及び、補助用具に関する。
　従来、誘電エラストマーアクチュエータに用いる誘電エラストマーの高誘電率化には、エラストマーに繊維状のチタン酸バリウムストロンチウムを混合していた（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１　特開平９―３１２４４
　しかしながら、繊維状のチタン酸バリウムストロンチウムを配合した誘電エラストマーを伸縮させた場合、μサイズの繊維状のチタン酸バリウムストロンチウムとエラストマーとの界面から誘電エラストマーが破損するおそれがあった。
　本発明の第１の態様における誘電エラストマーは、変性シリコーンの末端に、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンを導入する。
　本発明の第２の態様における誘電エラストマーの製造方法は、変性シリコーンと、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンと、シランカップリング剤と、有機溶媒とを含む混合溶液を作製する工程と、混合溶液に開始剤を添加して撹拌する工程と、混合溶液を加熱する工程とを含む。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
アクチュエータの概略断面図である。 アクチュエータの概略断面図である。 変性シリコーンの一例を示す化学構造式である。 開環した状態のチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンの一例を示す化学構造式である。 閉環した状態のチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンの一例を示す化学構造式である。 かご型ポリシルセスキオキサンの別の一例を示す化学構造式である。 かご型ポリシルセスキオキサンの別の一例を示す化学構造式である。 かご型ポリシルセスキオキサンの別の一例を示す化学構造式である。 シランカップリング剤の一例を示すメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランの化学構造式である。 チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンを末端に導入した変性シリコーン樹脂の構造を示す概念図である。 図４及び図５に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。 図６に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。 図７に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。 図８に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。 チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。 変位と引張応力との関係を示すグラフである。 誘電損失を示すグラフである。 高分子材料１２６に適用可能なシアノ化ポリグリセリンを示す。 高分子材料１２６に適用可能なアクリル樹脂の一例を示す。 メタクロイル基を有するシアノ化ポリグリセリンの合成方法を示す。 補助用具１０を装着したユーザの正面図である。 補助用具１０を装着したユーザの背面図である。 補助用具１０の制御系を説明するブロック図である。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　電気的にコントロール可能な誘電エラストマーアクチュエータは、エラストマーの弾性を利用したソフトアクチュエータとして、人工筋肉への応用が期待されている。図１は、アクチュエータ１１０の概略断面図である。図１は、アクチュエータ１１０に電圧が印加されていない状態を示す。アクチュエータ１１０は、誘電エラストマーアクチュエータの一例である。
　アクチュエータ１１０は、電源１２０と、スイッチ１３０と、電源１２０の正極および負極にそれぞれ接続された一対の電極１２２、１２４と、当該一対の電極１２２、１２４に挟まれた高分子材料１２６と、を有する。スイッチ１３０は、制御部１４０からの制御信号により開閉する。電源１２０の電圧も制御部１４０からの制御信号により可変である。
　図２は、アクチュエータ１１０の概略断面図である。図２は、当該アクチュエータ１１０に電圧が印加された状態を示す。
　図２に示すように、制御部１４０からの制御信号に基づいて、スイッチ１３０が閉じられるとともに一対の電極１２２、１２４間に電圧が印加されると、高分子材料１２６は電極間が近づく方向に短縮するとともに、その体積分が、電圧印加方向に直交する方向、すなわち図中の水平方向に伸長する。電源１２０の印加電圧が大きいほど水平方向の伸長量は大きい。
　また、高分子材料１２６に同じ大きさの電圧を印加したとすると、高分子材料１２６の比誘電率が高いほど水平方向の伸長量は大きい。したがって、アクチュエータ１１０に用いられる高分子材料１２６は、高い比誘電率を有することが好ましい。
　さらに、高分子材料１２６に同じ大きさの電圧を印加したとすると、高分子材料１２６の弾性率が低いほど水平方向に対する伸長量は大きい。したがって、アクチュエータ１１０に用いられる高分子材料１２６は、低い弾性率を有することが好ましい。例えば、高分子材料１２６は、７００［ｋＰａ］以下の弾性率を有する事が望ましい。
　高分子材料１２６の一例は、変性シリコーン樹脂の末端に、金属化合物を有する誘電エラストマーである。変性シリコーン樹脂の一例は、アルキレンオキサイドおよびポリシロキサンを主鎖とするシリコーン系の樹脂である。変性シリコーン樹脂の末端には、脱水縮合により金属化合物が導入され、シランカップリング剤等のカップリング剤の添加により架橋密度が適度に調節される。金属化合物の一例は、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンであるが、アルカリ金属のアルコキシド、アルカリ土類金属のアルコキシド、および遷移金属のアルコキシドであってもよい。金属化合物を導入することで、変性シリコーン樹脂の比誘電率は高くなる。高分子材料１２６となる金属化合物が導入された変性シリコーン樹脂の比誘電率は、６以上であることが好ましい。
　図３は、変性シリコーン樹脂の一例を示す化学構造式である。図３において（－Ｘ－）ｎで表される繰り返し単位１５０の部分には、アルキレンオキサイド、ポリシロキサン、又はこれらの誘導体等が用いられてよい。アルキレンオキサイドの一例は、ポリエチレンオキサイドまたはポリプロピレンオキサイドである。なお、繰り返し単位１５０の繰り返し数ｎは、例えば、１０～２００であってよく、一例として１７０であってよい。変性シリコーン樹脂は、繰り返し数ｎが大きく長鎖長であることが好ましい。これらにより、変性シリコーン樹脂の弾性率を下げることができる。また、変性シリコーン樹脂は末端部分において、ケイ素と結合したメトキシ基構造を有する。そして、当該ケイ素と結合したメトキシ基が加水分解されたシラノール部分が、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサン、及び、シランカップリング剤と反応して結合する。
　金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンの一例は、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンである。金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンはチタンに代えて、ジルコニアまたはチタン酸バリウムを含んでもよい。図４は、開環した状態のチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンの化学構造式の一例である。また、図５は、閉環した状態のチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンの化学構造式の一例を示す。図４および図５に示すように、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンは、水酸基が脱水縮合しないで開環した状態と、水酸基が脱水縮合して閉環した状態と、の複数の状態を取り得ると考えられているが、これらに限定されるものではなく、両者の混合状態もとり得ると考えられている。金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンは、開環した状態に含まれるシラノール基部分、および／または、シロキサン結合部分が加水分解して生成されるシラノール基部分でシランカップリング剤と反応して結合する。
　図４および図５に示した金属を含有したかご型ポリシルセスキオキサンにおいて、Ｒ基は有機官能基であり、Ｒ基はアルキル基、アリール基、メタクリル基、アクリル基、グリシジル基およびシアノ基の少なくとも１つであることが好ましい。金属を含有したかご型ポリシルセスキオキサンは、当該Ｒ基としてシランカップリング剤と反応する有機官能基を有してよい。例えば、Ｒ基がメタクリル基、アクリル基等である場合、金属を含有したかご型ポリシルセスキオキサンは当該Ｒ基部分でシランカップリング剤と反応し、結合してよい。また、かご型ポリシルセスキオキサンが含有するチタンに代えて、遷移金属もしくは希土類金属の少なくとも１種を用いてもよい。なお、変性シリコーン樹脂の比誘電率を向上させるという観点で、かご型ポリシルセスキオキサンに含まれる遷移金属もしくは希土類金属は、誘電率の高いチタンまたはジルコニウムであることが好ましい。
　本実施形態において、カップリング剤は、長鎖変性シリコーン樹脂を直接又は間接的に架橋する架橋剤として用いられる。例えば、カップリング剤は、ケイ素と結合するメトキシ基を有するシランカップリング剤であってよく、当該ケイ素と結合するメトキシ基からシラノールが生成されて、長鎖変性シリコーンの末端のシラノール基又はメトキシシランの加水分解基と脱水縮合により結合し、金属を含有したかご型ポリシルセスキオキサンにおけるケイ素と結合した加水分解基と脱水縮合により結合する。また、シランカップリング剤は、アミノ基、エポキシ基、メタクリル基、ビニル基などの有機官能基を有してよく、当該有機官能基は、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンのメタクリル基、アクリル基等のＲ基で示される有機官能基と反応して脱水縮合して結合する。これらにより、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンおよびシランカップリング剤は架橋点となり、変性シリコーン樹脂に導入される。
　図６、図７及び図８は、かご型ポリシルセスキオキサンの別の一例を示す化学構造式である。図６～図８に示すように、かご型ポリシルセスキオキサンは、閉環又は開環した立方体形状をしていてよい。ここで、図６～図８に示すかご型ポリシルセスキオキサンを本実施形態における金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンとして利用する場合、任意の位置のＳｉをＴｉ等に置換したものに用いてよい。
　例えば、図６において、開環した部分に隣接するＳｉがＴｉに置換されたかご型ポリシルセスキオキサンを金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンとして用いてよい。また、例えば、図７において、メタクリロイルオキシプロピル基が置換されたＳｉをＴｉに置換したかご型ポリシルセスキオキサンを、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンとして用いてよい。また、図６～８におけるＲ基は、図４～５において説明したＲ基と同様であってよい。一例として、図６及び図７に係る構造を有するかご型ポリシルセスキオキサンにおいて、３個のＲ基はＰｈ基、４個のＲ基はＣＮ基であってよく、図８に係る構造を有するかご型ポリシルセスキオキサンにおいて、７個のＲ基はＰｈ基、１個のＲ基はＣＮ基であってよい。
　図９は、シランカップリング剤の一例を示すメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランの化学構造式である。メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランは、ケイ素と結合するメトキシ基からシラノールが生成され、当該シラノールが変性シリコーン樹脂またはチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンのシラノール基と脱水縮合して結合する。また、メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランは、メタクリル基を有しており、当該メタクリル基が、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンにおけるメタクリロイルと結合する。これらにより、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンおよびシランカップリング剤は、変性シリコーン樹脂に導入され、変性シリコーン樹脂の誘電性が高められる。
　チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンは、変性シリコーン樹脂の末端に導入され、分子レベルで変性シリコーン樹脂内に分散される。これにより、変性シリコーン樹脂とチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンとの界面は実質的に存在しなくなる。そのため、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンを末端に導入した変性シリコーン樹脂を、誘電エラストマーアクチュエータのエラストマーとして用いた場合であって、当該変性シリコーン樹脂を挟むようにして設けた電極から電圧を印加して当該変性シリコーン樹脂を伸縮させても、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンと変性シリコーン樹脂との界面から破損することはない。
　図１０は、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンを末端に導入した変性シリコーン樹脂の構造を示す概念図である。図１０に示したように、ソフトセグメント１６０を構成する長鎖変性シリコーン樹脂の末端には、脱水縮合によりチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサン１６２が導入される。これにより、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンは、分子レベルで分散されて、変性シリコーン樹脂に含まれる。また、変性シリコーン樹脂は、シランカップリング剤により直接架橋され、架橋点１６４が形成される。さらに、変性シリコーン樹脂は、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンを介して、シランカップリング剤により間接的に架橋される。これらの架橋により、変性シリコーン樹脂は、架橋高分子網目が相互に侵入しあった相互侵入高分子網目（ＩＰＮ）構造をとる。これにより、変性シリコーン樹脂に靱性が付与され、伸縮変形時における変性シリコーン樹脂においても亀裂等の発生が抑制できる。
　ここで、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンは、長鎖変性シリコーン樹脂の末端にのみ導入され、側鎖には導入されなくてよい。これを実現するために、長鎖変性シリコーン樹脂は、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンが側鎖に導入されず、末端にのみ導入される構造のものが用いられてよい。例えば、長鎖変性シリコーン樹脂は、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンと加水分解後に反応し得るメトキシシラン等の構造を側鎖に含まない構造か、又は、主鎖のみで側鎖を含まない構造であってよい。これにより、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンが長鎖変性シリコーンの末端にのみ導入されるので、誘電エラストマーの弾性率を低くすることができる。
　また、長鎖変性シリコーン樹脂において、架橋点１６４が増えると誘電エラストマーの弾性率が高くなってしまう。従って、弾性率の観点からは、長鎖変性シリコーン樹脂は少ない方が望ましい。一例として、長鎖変性シリコーン樹脂は、７００ｋＰａ以下の弾性率、及び、５０％以上の伸び率を有することが望ましい。
　以上のことから、長鎖変形シリコーン樹脂の亀裂等を抑え、弾性率を低く抑えるために、架橋点１６４の形成を適正な範囲に保つことが望ましい。このため、長鎖変性シリコーン樹脂において、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンのＲ基のモル量（Ｔｎ）をシランカップリング剤の有機官能基のモル量（ＲＯ－ＳｉＸ）で割った数値（モル比；Ｔｎ／（ＲＯ－ＳｉＸ））は、１超２０未満とすることが好ましく、１０≧Ｔｎ／（ＲＯ－ＳｉＸ）≧２とすることがより好ましい。
　まず、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンの製造方法について説明する。
　（製造例１）
　図１１は、図４及び図５に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。まず、メカニカルスターラーと温度計、還流管を取り付けた１リットルの三口フラスコに、フェニル基（Ｐｈ）を有するフェニルトリメトキシシラン２８．５５ｇ（０．１４４ｍｍｏｌ）とメタクリロイル基（ＭＭＡ）を有するメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン２３．８１ｇ（０．０９６ｍｍｏｌ）を入れ、テトラヒドロフラン３００ｍｌに溶解した。室温で撹拌しながら、１モル濃度の水酸化ナトリウム溶液９．８７ｇを添加した。
　反応液を、オイルバスで６０℃に加温し、３時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、１モル濃度の塩酸１０ｍｌで中和した。ジエチルエーテル７００ｍｌを添加し、有機層を分液した。分液した有機層を水洗し、硫酸ナトリウムを添加して乾燥した。硫酸ナトリウムをろ別後、有機層をロータリーエバポレーターにより濃縮した。さらに真空乾燥し、かご型ポリシルセスキオキサン（Ｒ基：Ｐｈ／ＭＭＡ＝６／４）を３４．３ｇ得た。収率は、９２．９％であった。なお、以後、図４及び図５に係るかご型ポリシルセスキオキサンをＴｎという場合があり、Ｔｎにおけるｎに対応する部分はかご型ポリシルセスキオキサン構造に含まれるＳｉの数を示す場合がある。ＮＭＲ測定により、ＳｉＯＨを有するケイ素の含有量を確認したところ、合成したＴｎは、ＳｉＯＨを有するケイ素を３．４％含むことを確認した。
（製造例２）
　図１２は、図６に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。まず、アセトン１７２．５ｍｌ／メタノール２３．５ｍｌ混合溶液をメカニカルスターラー、温度計、還流管を取り付けたフラスコに入れ、更に水酸化リチウム一水和物３．３６ｇ（８０ｍｍｏｌ）、純水２．７ｇ（１５０ｍｍｏｌ）を追加して、室温で還流させた。これにさらにフェニルトリメトキシシラン１４．８７ｇ（０．０７５ｍｏｌ）及び２－シアノエチルトリエトキシシラン２１．７３ｇ（０．１ｍｏｌ）を加え、室温で３日間還流した。その後、１モル濃度の塩酸を１００ｍｌ加えて撹拌し、反応液を濾過して、Ｒのうち３個にフェニル基（Ｐｈ）を有し、Ｒのうち４個にシアノ基（ＣＮ）を有するかご型ポリシルセスキオキサン（Ｔ７タイプ）を合成した。なお、必要に応じて、反応物の洗浄、濾過等を更に行ってよい。
（製造例３）
　図１３は、図７に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。まず、製造例２で製造したかご型ポリシルセスキオキサン（Ｔ７（ＯＨ）３）９．３２ｇ（不純物を除いたＴ７（ＯＨ）３のモル量で０．０１ｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１５０ｍｌ、トリエチルアミン３．３５ｇ（０．０３３ｍｏｌ）をメカニカルスターラーと温度計、還流管を取り付けたフラスコに入れ、６℃で撹拌した。その後、３－メタクリル酸プロピルトリクロロシラン２．７５ｇ（０．０１０５ｍｏｌ）を加え、終夜還流させた。その後、反応液を濾過し、ジエチルエーテル及びトルエンで希釈した後に蒸留水で洗浄し、有機相溶液を濃縮した。その後、濃縮液にメタノールにより再沈殿処理を行い、固形物としてＲのうち３個にフェニル基（Ｐｈ）を有し、４個のＲにシアノ基（ＣＮ）を有し、１個にメタクリロイルオキシプロピル基（Ｍｅｔ）を有するかご型ポリシルセスキオキサン（Ｔ８タイプ）を回収した。
（製造例４）
　図１４は、図８に示すかご型ポリシルセスキオキサンの合成方法を示す。まず、製造例２で製造したかご型ポリシルセスキオキサン（Ｔ７（ＯＨ）３）９．３２ｇ（不純物を除いたＴ７（ＯＨ）３のモル量で０．０１ｍｏｌ）、テトラヒドロフラン１５０ｍｌ、トリエチルアミン３．３５ｇ（０．０３３ｍｏｌ）をメカニカルスターラーと温度計、還流管を取り付けたフラスコに入れ、６℃で撹拌した。その後、２－シアノエチルトリクロロシラン１．９８ｇ（０．０１０５ｍｏｌ）を加え、終夜還流させた。その後、反応液を濾過し、ジエチルエーテル及びトルエンで希釈した後に蒸留水で洗浄し、有機相溶液を濃縮した。その後、濃縮液にメタノールにより再沈殿処理を行い、固形物としてＲのうち７個にフェニル基（Ｐｈ）を有し、一個のＲにシアノ基（ＣＮ）を有するかご型ポリシルセスキオキサン（Ｔ８タイプ）を回収した。
　次に、チタンを含有したＴｎの合成方法について説明する。図１５は、チタンを含有したＴｎの合成方法を示す。まず、５０ｍｌナスフラスコをアルゴン置換し、得られたＴｎ（Ｐｈ／ＭＭＡ＝６／４）３．４３ｇ（０．０２３ｍｏｌ、ＳｉＯＨ量として０．７８ｍｍｏｌ）を当該ナスフラスコ入れた。これに、脱水トルエン１１．０ｇを添加して溶解させた。室温で撹拌しながら、テトライソプロポキシドチタン０．４４ｇ（ＳｉＯＨ量の０．７８ｍｍｏｌ×２）を添加した。
　３０分撹拌後、１モル濃度の塩酸０．１２ｇ（ＳｉＯＨ量の０．７８ｍｍｏｌ×２×Ｔｉ（ＯＲ）４のアルコキシ基４個分×１.１）を加えた。終夜撹拌して加水分解し、チタンを含有したＴｎのトルエン溶液を約１５．０ｇ得た。ここで、製造例１において製造したチタンを含有したＴｎをＴｎ１とする。
　次に、各実施例として、チタンを含有したＴｎを導入した変性シリコーン樹脂の製造方法について説明する。
　（実施例１）
　チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンのトルエン溶液１．５ｇ（Ｔｎ０．３ｇ（０．４４ｍｍｏｌ）含有、メタクリロイル基１．７６ｍｍｏｌ（計算値））に、変性シリコーン樹脂である株式会社カネカ製の変性シリコーン樹脂系弾性接着剤サイリル４．０ｇと、シランカップリング剤であるメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン０．２ｇ（０．８８ｍｍｏｌ）を混合して、変性シリコーン樹脂にチタンを含有したＴｎを導入した。Ｔｎとシランカップリング剤とのメタクリロイル基のモル比（「Ｔｎ／ＲＯ－ＳｉＸ」とする）は２／１となる。この際、シランカップリング剤であるメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランは、架橋剤として添加した。
　この混合溶液に、重合開始剤であるＡＩＢＮ２％トルエン溶液とジラウリン酸ジブチルスズを添加し撹拌した。この混合溶液をアルミカップに注入し、真空乾燥機を用いて溶媒を除去した後、１２０度で１５時間加熱硬化させて、チタンを含有したＴｎを導入した変性シリコーン樹脂のフィルムを得た。得られたフィルムの厚さは０．４２０ｍｍであった。得られたフィルムに対して弾性率、伸び率および比誘電率の測定を行った。
　得られたフィルムの引張応力及び変位等を、ミネベア製ＬＴＳ―１ｋＮＢ―Ｓ５０の引張試験機を用いて、引張速度５ｍｍ／ｍｉｎの条件で測定した。サンプル形状は、幅４．０ｍｍ、厚み０．４２ｍｍ、長さ１５.０ｍｍである。測定結果から、フィルムの弾性率及び伸び率を算出したところ、弾性率は６６４．０ｋＰａであり、伸び率は９１．５％であった。
　得られたフィルムの比誘電率は、容量法を用いて測定した。比誘電率は、株式会社ＨＩＯＫＩ製のケミカルインピーダンスメータ３５３２―８０を用いて、印加電圧０．１Ｖ、室温条件にて、各周波数帯における比誘電率を測定した。なお、サンプル形状は、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍである。その結果、測定された比誘電率（１０ｋＨｚ）は７．４であった。
　（実施例２）
　製造例２として、製造例１におけるフェニル基（Ｐｈ）を有するフェニルトリメトキシシランの代わりに、メチル基（Ｍｅ）を有するメチルトリメトキシシランを用いて、チタンを含有したＴｎ（Ｔｎ２とする）を製造した。当該Ｔｎ２を用いたこと以外は、実施例１と同様の手法により、厚さ０．２８０ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例３）
　実施例２と同様の手法により、厚さ０．３２０ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例４）
　製造例３として、メチル基（Ｍｅ）を有するメチルトリメトキシシランと、メタクリロイル基（ＭＭＡ）を有するメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランとのモル比を６：４から８：２に替えたこと以外は、製造例２と同様の手法により、チタンを含有したＴｎ（Ｔｎ３とする）を製造した。そして、Ｔｎ３を用いて、実施例２と同様の手法により、厚さ０．７１６ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例５）
　実施例４と同様の手法により、厚さ０．７１９ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例６）
　実施例４と同様の手法により、厚さ０．４５０ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例７）
　実施例４と同様の手法により、厚さ０．５１２ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例８）
　製造例４として、フェニル基（Ｐｈ）を有するフェニルトリメトキシシランと、メタクリロイル基（ＭＭＡ）を有するメタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランとのモル比を６：４から８：２に替えたこと以外は、製造例１と同様の手法により、チタンを含有したＴｎ（Ｔｎ４とする）を製造した。そして、Ｔｎ４を用いて、Ｔｎ／ＲＯ－ＳｉＸを２／１から１０／１に変えたこと以外は実施例１と同様の手法により、厚さ０．８７０ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。実施例８においては、添加するシランカップリング剤のメタクリロイル基のモル比を実施例１に対して５分の１に減じている。これにより、変性シリコーン樹脂の架橋点を減らしている。
　（実施例９）
　Ｔｎ／ＲＯ－ＳｉＸを１０／１から１／２に変えたこと以外は実施例８と同様の手法により、厚さ１．１５０ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。実施例９においては、実施例１に対し添加するシランカップリング剤のメタクリロイル基のモル比を４倍としている。これにより、変性シリコーン樹脂の架橋点を増やしている。
　（実施例１０）
　Ｔｎ／ＲＯ－ＳｉＸを２／１から１／１に変えたこと以外は実施例１と同様の手法により、厚さ０．４５０ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　（実施例１１）
　実施例１０と同様の手法により、厚さ０．６６９ｍｍの変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。
　表１に実施例１～１１におけるフィルムの製造条件および各物性の評価結果を示す。なお、弾性率、伸び率、及び比誘電率の測定は、実施例１と同様の条件により行った。実施例１～１１のいずれにおいても実用的なフィルムを得ることができたが、表１に示すように、特に実施例１～８において優れた比誘電率、弾性率、及び、伸び率を得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１６は、実施例１、実施例８、及び、実施例９の評価において引張試験機により測定された変位と引張応力との関係を示すグラフである。図１６において、横軸は変位［ｍｍ］であり、縦軸は、引張応力［Ｎ］である。図１６の１－１の線分は実施例８に対応し、１－２の線分は実施例１に対応し、１－３の線分は実施例９に対応する。
　まず、破断点について説明する。図１６から、破断点に至る変位が最も長いのが試料１－１であって、１７．３ｍｍである。一方、破断点に至る変位が最も短いのが試料１－３であって、７．８６である。シランカップリングの添加量が多くなるほど、破断点に至る変位が短くなっている。これは、シランカップリング剤により変性シリコーン樹脂の架橋点が増え、変性シリコーン樹脂の硬度が高くなり、これにより破断点に至る変位が短くなったものと考えられる。なお、破断点に至る変位が最も短い試料１－３であっても、誘電エラストマーアクチュエータに求められる伸縮量２５％以上は確保できた。
　次に、弾性率について説明する。図１６に示したプロファイルから表１に示す弾性率が得られる。弾性率は、１－１（実施例８）では、０．４０６Ｎ／ｍｍ２であり、１－２（実施例１）では、０．６６４Ｎ／ｍｍ２であり、１－３（実施例９）では、０．４２３Ｎ／ｍｍ２であった。１－１から１－３で大きな差はなく、いずれも小さな弾性率を維持できた。
　次に、誘電損失について説明する。図１７は、誘電損失を示すグラフである。図１７において、横軸は周波数［Ｈｚ］である。縦軸は誘電損失[－]である。表１に示した比誘電率は、各周波数の測定データから、誘電損失が最も小さい周波数を選定して、そのときの比誘電率値を測定値とした。
　なにも導入していない変性シリコーン樹脂の比誘電率が３．５程度であることから、図１７に示すように、変性シリコーン樹脂の末端にチタンを含有したＴｎを導入することによって、試料１－１（実施例８）においては比誘電率を５．４に高めることができ、試料１－２（実施例１）においては比誘電率を７．４に高めることができた。このように、誘電エラストマーに用いる変性シリコーン樹脂の末端にチタンを含有したＴｎを導入することによって、誘電エラストマーの比誘電率を４以上とできる。
　以上、説明したように、変性シリコーン樹脂の末端に、チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンを導入したエラストマーを誘電エラストマーアクチュエータのエラストマーとして用いる。これにより、変性シリコーン樹脂の比誘電率は向上し、小さい電圧の印加で高出力を得ることができようになるので、誘電エラストマーアクチュエータの省電力化が図れる。さらに、変性シリコーン樹脂に電圧を印加して、繰り返し伸縮させた場合においても、チタンを含有したＴｎは、分子レベルで変性シリコーン樹脂内に分散しているので、チタンを含有したＴｎと変性シリコーン樹脂との界面から破損することはない。これにより、誘電エラストマーアクチュエータの耐久性を向上させることができる。
　ここで、高分子材料１２６は、シアノ基を有する成分を含有してよい。シアノ基成分を有することで、高分子材料１２６は、弾性率を上昇させずに誘電率を増加することができる。例えば、変性シリコーン樹脂は、シアノ基を有する重合体部分を、一部に有してよい。一例として、変性シリコーン樹脂は、図３で説明したポリアルキレンオキサイド等の重合体と、シアノ基を有する重合体とが縮合した構造であってよい。
　ここで、シアノ基を有する重合体は、ポリグリセリン構造を含んでよく、例えば、図１８に示すシアノ化ポリグリセリンであってよい。一実施形態として、ポリアルキレンオキサイド等の重合体に対して、１０重量％のシアノ化ポリグリセリンを混合し、スズ系触媒等を利用して脱水縮合することで、シアノ基を有する変性シリコーン樹脂を得てよい。
　なお、シアノ基を有する重合体は図３で説明した重合体と必ずしも縮合されていなくてもよく、シアノ基を有する重合体を、図３で説明した変性シリコーン樹脂に混合して用いてもよい。
　また、高分子材料１２６として、メタクロイル基を有するシアノ化ポリグリセリンを含んでよい。例えば、高分子材料１２６として、図１８に示すシアノ化ポリグリセリンの末端の水酸基がメタクロイル基に置換されたものを用いてよい。この場合、図３で説明した変性シリコーン樹脂等の重合体に加えて／代えて、図１９に示すようなアクリル樹脂を高分子材料１２６に用いてよい（なお、ｘは０～３から選択される整数）。メタクロイル基を有するシアノ化ポリグリセリンとアクリル樹脂はともにアクリル基を有するので両者は相溶化することが期待できる。
　図２０は、メタクロイル基を有するシアノ化ポリグリセリンの合成方法の一例を示す。まず、メカニカルスターラーと温度計を取り付けた３００ｍｌフラスコに、濃度３Ｍのポリグリセリン水溶液３３ｍｌと濃度３Ｍの水酸化ナトリウム水溶液３３ｍｌ、及び、アクリロニトリル５０．４ｇをアセトン６０．０ｍｌで希釈した溶液を入れ、室温で３時間撹拌した。その後、静置して相分離させ、上層のみを回収した。回収した溶液を蒸留水４００ｍｌで洗浄して濾過し、残留物を減圧乾燥して、図３の右上に示すようなメタクロイル基を末端に有するシアノ化ポリグリセリンを得た。
　また、変性シリコーン樹脂は、図３で説明したポリアルキレンオキサイド等の重合体の繰り返し単位１５０の少なくとも一部の側鎖がシアノ基で置換されたものであってよい。例えば、繰り返し単位１５０は、シアノ基を側鎖に有するアルキレンオキサイドであってよい。一例として、ポリプロピレンオキサイドの側鎖のメチル基の少なくとも一部を水酸基に置換し、当該水酸基に対しアクリロニトリルをＭｉｃｈａｅｌ付加で反応させて、シアノ基を少なくとも一部の側鎖に有する変性シリコーン樹脂を生成してよい。次に、シアノ基を有する変性シリコーン樹脂を用いた実施例について説明する。
　（実施例１２）
　変性シリコーン（株式会社カネカ製の変性シリコーン樹脂系弾性接着剤サイリル）とシアノ化ポリグリセリンをスズ系触媒下で脱水縮合した後、図７に示す骨格（ただし、Ｒ基は全てＰｈ基）を有し、Ｓｉの１つがＴｉで置換されたかご型ポリシルセスキオキサン（以下、「Ｔ８」ともいう）の溶液、架橋剤（シランカップリング剤）、及び、重合開始剤を添加して反応させ、シアノ基を含みチタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサンを導入した変性シリコーン樹脂を得た。得られた変性シリコーン樹脂において、Ｔ８は１重量部、変性シリコーンは５．３０重量部、シアノ化ポリグリセリンは１．２３重量部、架橋剤は０．４６重量部が含まれ、その結果、ソフトセグメントとハードセグメントとの比率は約１：６．５となった。当該変性シリコーン樹脂により、厚さ０．３３０ｍｍのフィルムを形成した。フィルムの比誘電率及び弾性率を実施例１と同様の条件で行ったところ、１０ｋＨｚにおける比誘電率は４．１であり、弾性率は１０８ｋＰａであった。
　（実施例１３）
　チタンを含有するかご型ポリシルセスキオキサン（Ｔ８）の含有量、変性シリコーンの含有量、シアノ化ポリグリセリンの含有量、架橋剤の含有量、及び、厚みを下記表２の実施例１３に記載の条件として、実施例１２と同様の条件で変性シリコーン樹脂のフィルムを製造した。その結果、表２の実施例１３に記載の通りの比誘電率及び弾性率が得られた。
　（実施例１４～２１）
　Ｔ８の代わりに、Ｓｉの１つがＴｉで置換され、図６に示す骨格（ただし、Ｒ基のうち３個がＰｈ基、４個がＣＮ基）を有するかご型ポリシルセスキオキサンを用いて、実施例１２と同様の条件で変性シリコーン樹脂のフィルムを得た。各成分の含有量、フィルムの厚み、誘電率、及び、弾性率等は表２の実施例１４～２１に記載の通りである。
　実施例１２～２１に示すように、シアノ基を有するポリグリセリンを変性シリコーンに導入すると比誘電率を向上させることができる。また、架橋剤（シランカップリング剤等のカップリング剤）の割合が増加すると弾性率が増加する傾向がある。従って、弾性率を低く維持する観点から架橋剤は少ない方が好ましいが、架橋剤が少なすぎるとチタンを含有するかご型ポリシルセスキオキサンを変性シリコーン等に架橋することができない。そこで、架橋剤の含有量は、固形分（チタンを含有するかご型ポリシルセスキオキサン、変性シリコーン、シアノ化ポリグリセリン、及び、架橋剤）の含有量に対して、１～１０重量％、好ましくは、１～４重量％であることが望ましい。架橋剤の含有量を係る範囲とすることで高誘電率と低弾性率を両立することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本実施形態において説明した誘電エラストマーアクチュエータは、身体の動作を補助する補助用具に用いることができる。補助用具は、例えば、アクチュエータが衣服等に取り付けられたアシストスーツであってよい。そのような補助用具についてここで説明する。
　図２１は、補助用具１０を装着したユーザの正面図である。図２２は、補助用具１０を装着したユーザの背面図である。図２１に矢印で示す上下左右を補助用具１０の上下左右方向とする。また、ユーザから見て前後を、補助用具１０の前後方向とする。
　ユーザは、上半身にシャツ８０を着るとともに、下半身にズボン８２を履いているとする。また、ズボン８２の胴体の腰部分には、ベルト８４が巻かれている。ベルト８４は、胴体の前面に配されるバックル８６を有する。シャツ８０の上部は、肩からずれないように形成されている。ズボン８２の裾は、足首からずれないように絞られている。尚、シャツ８０及びズボン８２の内面が、ユーザの体と密着するダイビングスーツのような構成であってもよい。シャツ８０、ズボン８２、及び、ベルト８４は、身体に取り付ける装着部の一例である。更に、ベルト８４は、身体に固定されている装着部の部分の一例である。
　補助用具１０は、ユーザの身体の動作を補助する。図２１及び図２２に示すように、補助用具１０は、前右人工筋肉部１２と、前左人工筋肉部１４と、後右人工筋肉部１６と、後左人工筋肉部１８と、電源部２０と、検出部の一例である右検出部２２及び左検出部２４と、装着検出部２６と、制御部２８とを備える。
　前右人工筋肉部１２は、前右アクチュエータ３０と、一対の前右取付部３２と、電力配線３４とを備える。
　前右アクチュエータ３０は、上下方向に延びるように形成されている。前右アクチュエータ３０の上下方向、即ち、長手方向の一端は、右足の上方であって、ベルト８４及びユーザの腰の上方のシャツ８０の前面に配置されている。前右アクチュエータ３０の長手方向の他端は、右足の膝の下方のズボン８２の前面に配置されている。前右アクチュエータ３０は、ユーザの胴体の腰及び膝の関節を跨ぐように設けられている。
　前右アクチュエータ３０は、電圧が印加されると延伸する、図１及び図２で説明したアクチュエータ１１０により実現されてよい。前右アクチュエータ３０は、電圧が印加されると、上下方向、即ち、長手方向に延伸する。これにより、前右アクチュエータ３０は、収縮することにより、歩くとき等のユーザの右足の上昇を補助する。
　一対の前右取付部３２は、前右アクチュエータ３０の伸縮方向の両端を服に取り付ける。一方の前右取付部３２は、前右アクチュエータ３０の上端部に設けられ、シャツ８０の前面に取り付けられている。尚、前右アクチュエータ３０の上端部は、一方の前右取付部３２を介して、伸縮力により動きにくいベルト８４に取り付けられていてもよい。このように、身体に固定されたベルト８４に取り付けることにより、前右取付部３２は、伸縮時の支点となる前右アクチュエータ３０の上端部を確実に支持できる。他方の前右取付部３２は、前右アクチュエータ３０の下端部に設けられ、ズボン８２の前面に取り付けられている。前右取付部３２は、ボタン、ファスナー、面ファスナー等によってシャツ８０またはズボン８２に、前右アクチュエータ３０とともに取り外し可能に取り付けられている。一対の前右取付部３２の一部は、ゴム等の弾性部材で構成することが好ましい。
　電力配線３４の一端は、上側の前右取付部３２を介して、前右アクチュエータ３０と電気的に接続されている。電力配線３４の他端は、電源部２０に接続されている。これにより、電力配線３４は、前右アクチュエータ３０と電源部２０とを電気的に接続する。
　前左人工筋肉部１４、後右人工筋肉部１６及び後左人工筋肉部１８は、前右人工筋肉部１２と同様の構成を有するので、異なる点以外は説明を省略する。
　前左人工筋肉部１４は、前左アクチュエータ３６と、一対の前左取付部３８と、電力配線４０とを備える。前左アクチュエータ３６は、一対の前左取付部３８によって、腰の上方のシャツ８０の前面から左足の膝の下方にわたってズボン８２の前面に取り付けられている。尚、前左アクチュエータ３６の一端は、伸縮力により動きにくいベルト８４に取り付けてもよい。前左アクチュエータ３６は、収縮することにより、歩くとき等のユーザの左足の上昇を補助する。電力配線４０は、前左アクチュエータ３６と電源部２０とを電気的に接続する。
　後右人工筋肉部１６は、後右アクチュエータ４２と、一対の後右取付部４４と、電力配線４６とを備える。後右アクチュエータ４２は、一対の後右取付部４４によって、右足の付け根のズボン８２の後面から右足の膝の下方の足首近傍にわたってズボン８２の後面に取り付けられている。後右アクチュエータ４２は、ベルト８４及びシャツ８０等に取り付けてもよい。また、後右アクチュエータ４２は、膝下までの長さであってもよい。後右アクチュエータ４２は、ズボン８２のポケット８８の内部に配置されている。ポケット８８は、後右アクチュエータ４２の伸縮とともに、伸縮できる材料が好ましい。これにより、ポケット８８が後右アクチュエータ４２の伸縮の妨げとなることを防ぐことができる。また、ポケット８８が伸縮方向と交差する方向の後右アクチュエータ４２の変形を防ぐことができる。後右アクチュエータ４２は、収縮することにより、ボールを蹴るとき等のユーザの右足の上昇を補助する。電力配線４６は、ベルト８４の裏に配置された配線を介して、後右アクチュエータ４２と電源部２０とを電気的に接続する。
　後左人工筋肉部１８は、後左アクチュエータ４８と、一対の後左取付部５０と、電力配線５２とを備える。後左アクチュエータ４８は、一対の後左取付部５０によって、左足の付け根のズボン８２の後面から左足の膝の下方の足首近傍にわたってズボン８２の後面に取り付けられている。後左アクチュエータ４８は、ベルト８４及びシャツ８０等に取り付けてもよい。また、後左アクチュエータ４８は、膝下までの長さであってもよい。ポケット８８は、後左アクチュエータ４８の伸縮とともに、伸縮できる材料が好ましい。後左アクチュエータ４８は、ズボン８２のポケット８８の内部に配置されている。後左アクチュエータ４８は、収縮することにより、ボールを蹴るとき等のユーザの左足の上昇を補助する。電力配線５２は、ベルト８４の裏に配置された配線を介して、後左アクチュエータ４８と電源部２０とを電気的に接続する。
　電源部２０は、ベルト８４のバックル８６に設けられている。電源部２０は、前右アクチュエータ３０、前左アクチュエータ３６、後右アクチュエータ４２及び後左アクチュエータ４８と電力を供給可能に電気的に接続されている。電源部２０は、図１及び図２の電源１２０に対応するものであってよい。
　右検出部２２は、ユーザの右足の膝の近傍に設けられている。右検出部２２は、ユーザの右足の動きに対応する加速度を検出する。右検出部２２の一例は、３軸加速度センサである。右検出部２２は、配線５４を介して、制御部２８と電気的に接続されている。右検出部２２は、ユーザの右足の動き及び加速度に対応する右加速度信号を制御部２８へと出力する。右加速度信号は、検出信号の一例である。
　左検出部２４は、ユーザの左足の膝の近傍に設けられている。左検出部２４は、３軸加速度センサであって、ユーザの左足の動きに対応する加速度を検出する。左検出部２４は、ユーザの左足の動き及び加速度に対応する左加速度信号を、配線５６を介して制御部２８へと出力する。左加速度信号は、検出信号の一例である。
　装着検出部２６は、ベルト８４のバックル８６に設けられている。装着検出部２６の一例は、圧力センサである。装着検出部２６は、ベルト８４の装着を判定する圧力を検出する。装着検出部２６は、制御部２８と電気的に接続されている。装着検出部２６は、ベルト８４がユーザに装着されて、ベルト８４に圧力が作用すると、当該圧力に対応する圧力信号を制御部２８に出力する。
　制御部２８は、補助用具１０の制御全般を司る。制御部２８の一例は、コンピュータである。制御部２８は、図１および図２におけるスイッチ１３０および制御部１４０に対応するものであってよい。
　図２３は、補助用具１０の制御系を説明するブロック図である。図２３に示すように、制御部２８は、処理部６０と、格納部６２とを備える。処理部６０は、格納部６２に格納された補助用具制御プログラムを読み込むことにより、取得部６４、判定部６６、及び、電源制御部６８として機能する。
　取得部６４は、右検出部２２及び左検出部２４から右加速度信号及び左加速度信号を取得する。取得部６４は、装着検出部２６から圧力信号を取得する。取得部６４は、取得した加速度信号及び圧力信号を判定部６６へと出力する。
　判定部６６は、取得部６４から右加速度信号及び左加速度信号を取得する。判定部６６は、右加速度信号に基づいて右足の速度である右速度を算出する。判定部６６は、算出した右速度の正負から右足の移動方向、速さ及び停止を判定する。判定部６６は、算出した右速度を積算することにより、右足が最も上昇した位置である右最上位置を検出する。判定部６６は、左加速度信号から左足の速度である左速度を算出する。判定部６６は、左速度から左足の移動方向、速さ、及び、停止を判定する。判定部６６は、算出した左速度を積算することによって、左足が最も上昇した位置である左最上位置を検出する。判定部６６は、検出した右最上位置及び左最上位置を格納部６２に格納する。
　判定部６６は、取得部６４から圧力信号を取得する。判定部６６は、圧力信号からベルト８４に作用している圧力を検出して、ベルト８４がユーザに装着されているか、または、装着されていないかを判定する。判定部６６は、ベルト８４が装着されていると判定すると、右加速度信号及び左加速度信号に基づいて検出した右足及び左足の上昇、下降、停止を示す右移動信号及び左移動信号を電源制御部６８へと出力する。右移動信号及び左移動信号に上昇、下降の速さを含めてもよい。
　電源制御部６８は、ベルト８４が装着された場合、判定部６６が右加速度信号及び左加速度信号に基づいて検出した右移動信号及び左移動信号によって、電源部２０を制御する。これにより、電源部２０は、ベルト８４が装着された場合に、前右アクチュエータ３０、前左アクチュエータ３６、後右アクチュエータ４２及び後左アクチュエータ４８のいずれかに電力を供給、または、電力の供給を停止する。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
　１０　補助用具、１２　前右人工筋肉部、１４　前左人工筋肉部、１６　後右人工筋肉部、１８　後左人工筋肉部、２０　電源部、２２　右検出部、２４　左検出部、２６　装着検出部、２８　制御部、３０　前右アクチュエータ、３２　前右取付部、３４　電力配線、３６　前左アクチュエータ、３８　前左取付部、４０　電力配線、４２　後右アクチュエータ、４４　後右取付部、４６　電力配線、４８　後左アクチュエータ、５０　後左取付部、５２　電力配線、５４　配線、５６　配線、６０　処理部、６２　格納部、６４　取得部、６６　判定部、６８　電源制御部、８０　シャツ、８２　ズボン、８４　ベルト、８６　バックル、８８　ポケット、１１０　アクチュエータ、１２０　電源、１２２、１２４　電極、１２６　高分子材料、１３０　スイッチ、１４０　制御部、１５０　繰り返し単位、１６０　ソフトセグメント、１６２　チタンを含有したかご型ポリシルセスキオキサン、１６４　架橋点

Claims (17)

  1. 　変性シリコーンの末端に、金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンを有する誘電エラストマー。
  2. 　前記誘電エラストマーは、有機官能基を含むカップリング剤を更に含む請求項１に記載の誘電エラストマー。
  3. 　前記金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンは、前記カップリング剤の有機官能基と反応する有機官能基を有し、
    　前記カップリング剤の有機官能基のモル量を、前記金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンの前記有機官能基のモル量で割った数値は、１超２０未満である請求項２に記載の誘電エラストマー。
  4. 　前記金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンは、前記有機官能基としてフェニル基、アルキル基、メタクリル基、アクリル基、グリシジル基、およびシアノ基の何れか一つを有する請求項３に記載の誘電エラストマー。
  5. 　前記金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンは前記有機官能基としてメタクリル基を含む請求項４に記載の誘電エラストマー。
  6. 　カップリング剤はシランカップリング剤であり、前記シランカップリング剤の前記有機官能基はメタクリル基である請求項５に記載の誘電エラストマー。
  7. 　前記金属は、遷移金属もしくは希土類金属の少なくとも１つを含む請求項４から６の何れか１項に記載の誘電エラストマー。
  8. 　前記遷移金属は、チタンである請求項７に記載の誘電エラストマー。
  9. 　前記変性シリコーンは、シアノ基を有する重合体部分を有する、
    　請求項２から８の何れか１項に記載の誘電エラストマー。
  10. 　前記シアノ基を有する重合体部分は、ポリグリセリン構造を含む、
    　請求項９に記載の誘電エラストマー。
  11. 　前記有機官能基を含むカップリング剤は、前記シアノ基を有する重合体部分を有する前記変性シリコーン、前記金属を含むかご型ポリシルセスキオキサン、及び、当該カップリング剤の合計に対して、１～１０重量％含まれる、
    　請求項１０に記載の誘電エラストマー。
  12. 　シアノ基を有する重合体を更に含む請求項１から８のいずれか１項に記載の誘電エラストマー。
  13. 　前記変性シリコーンは、アルキレンオキシドとポリシロキサンとの共重合体である請求項１から１２の何れか１項に記載の誘電エラストマー。
  14. 　前記誘電エラストマーの比誘電率は４以上である請求項１から１３の何れか１項に記載の誘電エラストマー。
  15. 　請求項１から１４の何れか１項に記載の誘電エラストマーを用いた誘電エラストマーアクチュエータ。
  16. 　身体の動作を補助する補助用具であって、
    　身体に取り付けられる装着部と、
    　請求項１５に記載の誘電エラストマーアクチュエータと、
    　前記誘電エラストマーアクチュエータが前記装着部に取り付けられる取付け部と、
    　を備える補助用具。
  17. 　変性シリコーンと、
    　金属を含むかご型ポリシルセスキオキサンと、
    　カップリング剤と、
    　有機溶媒と、
    　を含む混合溶液を作製する工程と、
    　前記混合溶液に開始剤を添加して撹拌する工程と、
    　前記混合溶液を加熱する工程と、
    　を含む誘電エラストマーの製造方法。
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