JP6651182B2

JP6651182B2 - 能動織布

Info

Publication number: JP6651182B2
Application number: JP2015172741A
Authority: JP
Inventors: 康一鈴森; 和田　晃; 和田　　晃; 晃寛大野; 駿一車谷
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2035-09-02
Also published as: JP2016156116A

Description

本発明は能動織布に関し、特に、人工筋を用いる能動織布に関する。

能動織布とは、何らかの動力により能動的に変形可能な織布を言う。例えば、特許文献１には、圧電素子を用いて布地を変形させることを可能とした能動織布が開示されている。これは、具体的には、布地にポリフッ化ビニリデンのような圧電性材料が含浸され、裏面に電極膜が蒸着されてなる圧電性ファイバの縦糸と横糸に適当な駆動電圧を与えることによって、該当する圧電性ファイバを伸縮させ、それらに接している被駆動面を変形させることが可能なものである。

また、人工筋として用いられる流体圧アクチュエータが知られている。これは、原動力として流体圧の変化を用いて駆動するものである。例えば、空気圧を用いたアクチュエータとしては、例えば特許文献２がある。特許文献２に開示のアクチュエータは、所謂マッキベン人工筋と呼ばれるものである。これは、中空の弾性管状体と、弾性管状体を覆う補強層である編組被覆体とを有する構造からなる。このような構造のマッキベン人工筋にコンプレッサから空気を導入すると、弾性管状体が径方向に誇張し、長さ方向には収縮して収縮力が発生する。

特開２００２−２０３９９６号公報特開昭４８−２４１７５号

しかしながら、特許文献１のような圧電素子を用いた能動織布は、電極膜等が織糸に形成されているため、これにより織られた織布はしなやかさに欠け、また重量も通常の織布に比べて重たくなっていた。また、布地に電気を用いるため、被服として使用する場合には、絶縁対策等も行わなければならず、実用するには課題も多かった。

さらに、特許文献２のようなマッキベン人工筋は、通常は１本で用いられるものであり、近年複数本を束ねて筋肉を模倣するように用いられるようになってきたものである。したがって、マッキベン人工筋を織布の織糸として用いるような発想はこれまでまったく無かった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、マッキベン人工筋を用いることで大きな発生力及び大きな収縮量が得られると共に、軽くしなやかな能動織布を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による能動織布は、中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体を弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなる編組チューブと、からなるマッキベン人工筋を用いる人工筋糸と、人工筋糸と共に織り上げられる織糸と、を具備するものである。

ここで、織糸は、人工筋糸に用いられるマッキベン人工筋の糸状体の縒り合わせ角に合わせて織り上げられるものであれば良い。

また、織糸は、伸縮性を有するものであっても良い。

また、織糸は、中空の筒状に形成される弾性体からなる他の弾性チューブと、他の糸状体を他の弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなる他の編組チューブと、からなる他のマッキベン人工筋を用いる他の人工筋糸であっても良い。

また、本発明による能動織布は、中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、弾性チューブと共に織り上げられる織糸と、を具備し、織糸を弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みして編組チューブが構成されることで、マッキベン人工筋が形成されるものであっても良い。

また、本発明による人工筋を用いる能動織布は、中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体を弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなる編組チューブと、からなるマッキベン人工筋を用いる複数の人工筋糸を具備し、該複数の人工筋糸は、人工筋糸の短辺方向に配置され、複数の人工筋糸の短辺方向に連続する３本以上の人工筋糸を織り上げて構成されるユニットを複数構成し、複数のユニットは、隣り合うユニット間で周期的に人工筋糸が入れ替わりユニット同士が結束されるように人工筋糸が織り上げられるものである。

ここで、ユニットは、３つ編み状に織り上げられるものであれば良い。

また、ユニットは、第１の人工筋糸と第２の人工筋糸と第３の人工筋糸とからなり、第１の人工筋糸に対して第２の人工筋糸及び第３の人工筋糸が整数倍の周期で３つ編み状に織り上げられるものであれば良い。

また、複数のユニットは、人工筋糸の短辺方向に連続して結束されるように織り上げられるものであれば良い。

また、複数の人工筋糸は、筒状体となるように織り上げられても良い。

また、能動織布をパワーアシストスーツに用いても良い。

本発明の能動織布には、マッキベン人工筋を用いることで大きな発生力及び大きな収縮量が得られると共に、軽くしなやかであるという利点がある。

図１は、本発明の第１実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図２は、本発明の第２実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図３は、本発明の第３実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図４は、本発明の第４実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図５は、本発明の第４実施例の他の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図６は、本発明の能動織布を用いたパワーアシストスーツの使用形態を説明するための概略図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の第１実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図であり、図１（ａ）は横糸が１方向に織り上げられた例であり、図１（ｂ）は横糸が２方向に織り上げられた例である。図示の通り、本発明の人工筋を用いる能動織布は、人工筋糸１０と、織糸２０とから主に構成される。人工筋糸１０の端部には、送気チューブ等を介して例えばコンプレッサやバルブが接続される。以下、説明の都合上、人工筋糸１０を縦糸と称し、織糸２０を横糸と称する。

人工筋糸１０は、マッキベン人工筋を用いるものである。マッキベン人工筋は、弾性チューブ１１と、編組チューブ１２とからなる。弾性チューブ１１は、中空の筒状に形成される弾性体からなる。これは、コンプレッサ等からの送気により膨張するように構成されている。そして、編組チューブ１２は、糸状体１３を弾性チューブ１１の外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなるものである。人工筋糸１０は、複数本を平行に並べたものでも良いし、１本を所定の長さで折り返して並べても良い。人工筋糸１０の端部については、一方の端部を閉端とし、他方の端部を開放端として、開放端から送気及び排気を行えば良い。

このように構成されるマッキベン人工筋は、収縮動作では、コンプレッサ等からの送気により弾性チューブ１１が径方向に膨張し、編組チューブ１２により動きが制限されることで、軸方向に短くなる方向に収縮する。また、弛緩動作では、バルブを開放して排気するか、さらに吸気することで強制的に膨張した弾性チューブ１１を元の状態に戻し、軸方向の長さが元に戻る。このような構成のマッキベン人工筋は、従来から用いられる基本的構造であれば良いが、今後開発されるべきあらゆるものも適用可能である。

そして、人工筋糸１０を縦糸として、横糸となる織糸２０が人工筋糸１０と共に織り上げられる。織糸２０は、綿糸や絹糸、ポリエステル等、通常の織布に使用される材質の糸であれば良い。また、織糸２０は、伸縮性を有していても良い。伸縮性のある織糸を用いることで、能動織布に例えばコンプレッション効果を持たせることも可能となる。伸縮性のある織糸を用いた場合、人工筋糸１０の弛緩時には、マッキベン人工筋の弛緩動作における排気が促進されることにもなる。

図１（ａ）に示される第１実施例の能動織布では、織糸２０は、人工筋糸１０に用いられるマッキベン人工筋の糸状体１３の縒り合わせ角に合わせて織り上げられる例を示した。具体的には、編組チューブ１２の糸状体１３は、弾性チューブ１１に対して２０度の角度で袋編みされており、これに合わせて、織糸２０も弾性チューブ１１に対して２０度の角度で織り上げられている。このように織り上げられることで、織糸２０が人工筋糸１０の収縮動作を妨げる影響を格段に小さくすることが可能となる。なお、本発明の能動織布において、織糸２０の織り上げ角度は上述の図示例に限定されず、例えば９０度であっても良いが、好ましくは１５度から４０度程度の範囲で、編組チューブ１２の糸状体１３に合わせて適宜調整されれば良い。

また、図１（ａ）では、人工筋糸に対して１方向の織り上げ角度に横糸となる織糸が織り上げられる例を示した。この場合、能動織布が直線的に収縮せず、歪むように収縮することになる。直線的に収縮させたい場合は、例えば図１（ｂ）に示されるように、織糸をさらにクロスさせるように２方向に織り上げれば良い。即ち、図１（ｂ）に示されるように、横糸が２方向の織糸で織り上げられており、例えば２０度の角度と−２０度の角度でクロスするように織り上げられる。これにより、マッキベン人工筋からなる人工筋糸１３に対して織糸２０が対称となり、能動織布を直線的に収縮させることが可能となる。

このように構成された本発明の第１実施例の能動織布は、マッキベン人工筋を用いた人工筋糸１０に送気することで、マッキベン人工筋が軸方向に短くなる方向に収縮するため、能動織布が縦糸方向に縮むことになる。マッキベン人工筋は、大きな発生力及び大きな収縮量が得られるので、織糸の影響をあまり受けずに能動織布も同様に大きな発生力及び大きな収縮量が得られることになる。また、マッキベン人工筋を用いた人工筋糸１０は、例えば金属体を用いるものではないので、軽くしなやかな能動織布を構成可能である。

なお、本発明の能動織布は、上述の図示例のような縦糸と横糸の単純な織り上げだけでなく、例えばニット編み等、特殊な織り方であっても良い。

次に、図２を用いて本発明の第２実施例の能動織布を説明する。図２は、本発明の第２実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、第２実施例の能動織布は、縦糸だけでなく横糸も人工筋糸で構成した例である。即ち、本発明の第２実施例の能動織布は、織糸が、マッキベン人工筋を用いる人工筋糸２０ａからなる。人工筋糸２０ａは、弾性チューブ２１と、編組チューブ２２とからなる。弾性チューブ２１は、中空の筒状に形成される弾性体からなる。これは、コンプレッサ等からの送気により膨張するように構成されている。そして、編組チューブ２２は、糸状体２３を弾性チューブ２１の外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなるものである。人工筋糸２０ａも人工筋糸１０と同様に、複数本を平行に並べたものでも良いし、１本を所定の長さで折り返して並べても良い。また、人工筋糸２０ａの端部についても、一方の端部を閉端とし、他方の端部を開放端として、開放端から送気及び排気を行えば良い。

そして、人工筋糸１０を縦糸として、横糸となる織糸２０である人工筋糸２０ａが人工筋糸１０と共に織り上げられる。人工筋糸２０ａの織り上げ角度についても、第１実施例と同様、例えば人工筋糸１０に用いられるマッキベン人工筋の糸状体１３の縒り合わせ角度に合わせれば良い。図示例では、９０度で交差するものを示したが、本発明はこれに限定されず、適宜調整されれば良い。また、横糸である人工筋糸をさらにクロスさせるように２方向に織り上げても良い。

このように構成された本発明の第２実施例の能動織布は、縦糸だけでなく横糸も人工筋糸を用いているため、さらに大きな発生力及び大きな収縮量が得られる。また、能動織布が縦糸方向だけでなく、横糸方向にも収縮可能となるため、より高度な収縮動作が可能となる。

次に、図３を用いて本発明の第３実施例の能動織布を説明する。図３は、本発明の第３実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図中、図１や図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、第３実施例の能動織布は、縦糸と横糸によりマッキベン人工筋を形成している。即ち、本発明の第３実施例の能動織布は、弾性チューブ１１と、織糸２０とからなる。弾性チューブ１１は、中空の筒状に形成される弾性体からなる。織糸２０は、弾性チューブ１１と共に織り上げられる。具体的には、織糸２０を弾性チューブ１１の外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みして編組チューブ状部１２ａが構成される。これにより、マッキベン人工筋状部１０ａが形成される。

即ち、本発明の第３実施例の能動織布は、縦糸として弾性チューブ１１を用い、横糸である織糸２０を編組チューブとして編むことで、マッキベン人工筋が形成されるものである。この例では、マッキベン人工筋の編組チューブを構成する糸状体を織糸と共用することで、シンプルな織布となる。

次に、図４を用いて本発明の第４実施例の能動織布を説明する。図４は、本発明の第４実施例の能動織布を説明するための概略拡大平面図である。図中、図１乃至図３と同一の符号を付した部分は同一物を表している。なお、図中、人工筋糸の織り方を分かりやすくするために、人工筋糸１０を黒や濃いグレーや薄いグレーで色分けした。図示の通り、第４実施例の能動織布は、複数の人工筋糸を短辺方向に配置して織り上げることで織布が形成されるものである。即ち、本発明の第４実施例の能動織布は、マッキベン人工筋を用いる複数の人工筋糸１０を具備する。そして、複数の人工筋糸１０は、人工筋糸１０の短辺方向に配置されている。ここで、ユニットは、複数の人工筋糸の短辺方向に連続する３本以上の人工筋糸を織り上げて構成されるものとする。具体的には、図示例では、複数のユニットＡ，Ｂ，Ｃ．．．は、複数の人工筋糸１０の短辺方向に連続する３本（Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３；Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３；Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３；．．．）を織り上げて構成される例を示した。そして、複数のユニットＡ，Ｂ，Ｃ．．．は、隣り合うユニット間で周期的に人工筋糸が入れ替わりユニット同士が結束されるように人工筋糸が織り上げられている。

具体的には、複数の人工筋糸１０の内の第１の人工筋糸をＡ_１，Ｂ_１，Ｃ_１．．．とする。また、第２の人工筋糸をＡ_２，Ｂ_２，Ｃ_２．．．とする。さらに、第３の人工筋糸をＡ_３，Ｂ_３，Ｃ_３．．．とする。これら第１の人工筋糸と第２の人工筋糸と第３の人工筋糸とから、ユニットＡ，Ｂ，Ｃ．．．が構成されている。そして、例えば第１の人工筋糸Ｂ_１と第２の人工筋糸Ｂ_２と第３の人工筋糸Ｂ_３が織り上げられて、ユニットＢが構成されている。図４に示される例では、各ユニットは、３つ編み状に織り上げられている例を示した。そして、隣り合うユニット、例えばユニットＡとユニットＢ間で、周期的に人工筋糸が入れ替わりユニット同士が結束されるように人工筋糸が織り上げられている。図４に示される例では、例えば第１の人工筋糸Ｂ_１に対して、第２の人工筋糸Ｂ_２と第３の人工筋糸Ｂ_３が、１倍の周期で３つ編み上に織り上げられている。即ち、第１の人工筋糸Ｂ_１に対して、第２の人工筋糸Ｂ_２と第３の人工筋糸Ｂ_３が、隣り合うユニットＡ，Ｃ間で、第２の人工筋糸Ａ_２と第３の人工筋糸Ｃ_３と１周期ごとに入れ替わるように織り上げられて結束されている。ユニットから隣りのユニットに移った人工筋糸は、その隣のユニット内で織り上げられてユニット間が結束されることになる。

このように、本発明の第４実施例の能動織布は、横糸を用いずに縦糸のみで織布を構成することで、横糸が縦糸の人工筋糸の収縮を妨げることが無くなるため、収縮率の大きい能動織布を実現可能となる。

さらに、図５に、本発明の第４実施例の他の編み方の能動織布を説明するための概略拡大平面図を示す。図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、この例でも、複数の人工筋糸１０の内の第１の人工筋糸をＡ_１，Ｂ_１，Ｃ_１．．．とする。また、第２の人工筋糸をＡ_２，Ｂ_２，Ｃ_２．．．とする。さらに、第３の人工筋糸をＡ_３，Ｂ_３，Ｃ_３．．．とする。これら第１の人工筋糸と第２の人工筋糸と第３の人工筋糸とから、ユニットＡ，Ｂ，Ｃ．．．が構成されている。そして、例えば第１の人工筋糸Ｂ_１と第２の人工筋糸Ｂ_２と第３の人工筋糸Ｂ_３が織り上げられて、ユニットＢが構成されている。そして、図４と異なるところとしては、図５では、例えば第１の人工筋糸Ｂ_１に対して、第２の人工筋糸Ｂ_２と第３の人工筋糸Ｂ_３が、２倍の周期で３つ編み上に織り上げられている。即ち、第１の人工筋糸Ｂ_１に対して、第２の人工筋糸Ｂ_２と第３の人工筋糸Ｂ_３が、隣り合うユニットＡ，Ｃ間で、第２の人工筋糸Ａ_２と第３の人工筋糸Ｃ_３と２周期ごとに入れ替わるように織り上げられて結束されている。

このように、第１の人工筋糸に対して第２の人工筋糸及び第３の人工筋糸が２倍の周期で３つ編み状に織り上げられても良い。なお、本発明の能動織布はこれに限定されず、３倍以上の周期であっても良く、即ち、整数倍の周期で３つ編み状に織り上げられていれば良い。

なお、上述の図示例では、ユニットが、複数の人工筋糸の短辺方向に連続する３本の人工筋糸を３つ編み状に織り上げて構成される例を示したが、本発明の能動織布に用いられるユニットは必ずしも３つ編み状には限定されず、３本の人工筋糸が解れないように織り込まれていれば良い。さらに、ユニットが３本の人工筋糸からなる例を示したが、本発明は４本や５本等、さらに多くの人工筋糸からユニットが構成されるものであっても良い。そして、４つ編み状や５つ編み状に織り上げられれば良いが、これらの編み込み方にも特に制限はなく、隣り合うユニット間で周期的に人工筋糸が入れ替わりユニット同士が結束されるように人工筋糸が織り上げられるものであれば良い。

図４や図５に示される本発明の第４実施例の能動織布は、複数のユニットが人工筋糸の短辺方向に連続して結束されることで、大きな能動織布も構成可能となる。さらに、例えば能動織布の両短辺も結束することで、筒状体となるように織り上げられても良い。

このように、本発明の第４実施例の能動織布は、織り込み方を種々工夫することで、全体的な織り目を均一にしたり、ユニット間の織り目を大きくしたりといったバリエーションが種々可能となる。

以下、上述の本発明の能動織布を用いたパワーアシストスーツについて説明する。図６は、本発明の能動織布を用いたパワーアシストスーツの使用形態を説明するための概略図である。図中、図１等と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示例では、パワーアシストスーツとして例えばジャケットに本発明の能動織布を用いたものを示した。即ち、ジャケットの所定部分に人工筋糸１０や織糸２０等からなる本発明の能動織布を配置したものである。なお、本発明の能動織布を用いるパワーアシストスーツは、ジャケットに限定されるものではなく、例えば膝サポータや足首サポータ、手袋等、あらゆるものを含むものである。

パワーアシストスーツに用いられる能動織布には、制御装置３０が接続されている。制御装置３０は、パワーアシストスーツに用いられる能動織布の特定の部位を任意に収縮可能なように、バルブやコンプレッサを制御するものである。必要により身体の動きを検出してフィードバック制御可能なようにも構成可能である。なお、図示例では人工筋糸１０が強調して示されているが、通常の織布と同じように人工筋糸を目立たなく構成することも勿論可能である。

パワーアシストスーツとして、例えばジャケットに本発明の能動織布を用いることで、例えば肩の動きや腹筋、背筋の動き等をアシストすることが可能となる。例えば、肩の位置の能動織布を収縮させることで肩を持ち上げる動作をアシストしたり、背筋の位置の能動織布を収縮させて身体を起こす動作をアシストしたりすることが可能となる。なお、本発明の能動織布の配置位置は図示例には限定されず、所定の動きを実現可能な位置に適宜配置すれば良い。

本発明の能動織布は、大きな発生力及び大きな収縮量が得られると共に、軽くしなやかであるため、これをパワーアシストスーツとして用いると、従来のアシストスーツのようなロボットアームのような大掛かりな装置も不要である。

また、本発明の能動織布は、織布全体の収縮動作だけでなく、人工筋糸に接続されるバルブやコンプレッサの構成によっては、人工筋糸単位、即ち、織糸単位での収縮制御も可能となる。

なお、本発明の能動織布は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０人工筋糸
１０ａマッキベン人工筋状部
１１弾性チューブ
１２編組チューブ
１２ａ編組チューブ状部
１３糸状体
２０織糸
２０ａ人工筋糸
２１弾性チューブ
２２編組チューブ
２３糸状体
３０制御装置

Claims

人工筋を用いる能動織布であって、該能動織布は、
中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体を前記弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなる編組チューブと、からなるマッキベン人工筋を用いる人工筋糸と、
前記人工筋糸と共に織り上げられる織糸であって、前記人工筋糸に用いられるマッキベン人工筋の糸状体の縒り合わせ角に合わせて織り上げられる織糸と、
を具備することを特徴とする能動織布。
請求項１に記載の能動織布において、前記織糸は、伸縮性を有することを特徴とする能動織布。
人工筋を用いる能動織布であって、該能動織布は、
中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体を前記弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなる編組チューブと、からなるマッキベン人工筋を用いる複数の人工筋糸を具備し、
該複数の人工筋糸は、人工筋糸の短辺方向に配置され、
前記複数の人工筋糸の短辺方向に連続する第１の人工筋糸と第２の人工筋糸と第３の人工筋糸を、第１の人工筋糸と第２の人工筋糸を交差させ第３の人工筋糸と第１の人工筋糸を交差させることを周期的に繰り返し３つ編み状に織り上げて構成されるユニットを複数構成し、
複数のユニットは、隣り合うユニット間で周期的に第２の人工筋糸と第３の人工筋糸が入れ替わりユニット同士が交錯されるように人工筋糸が織り上げられる、
ことを特徴とする能動織布。
請求項３に記載の能動織布において、前記ユニットは、第１の人工筋糸に対して第２の人工筋糸及び第３の人工筋糸が整数倍の周期で３つ編み状に織り上げられることを特徴とする能動織布。
請求項３又は請求項４に記載の能動織布において、前記複数のユニットは、人工筋糸の短辺方向に連続して交錯されるように織り上げられることを特徴とする能動織布。
請求項５に記載の能動織布において、前記複数の人工筋糸は、筒状体となるように織り上げられることを特徴とする能動織布。
請求項１乃至請求項６の何れかに記載の能動織布を用いるパワーアシストスーツ。