(57)【要約】【課題】ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性を向上させる粘度変化構造を提供する。【解決手段】粘度変化構造は、格納部と、加圧部と、を備える。格納部は、ダイラタント流体を格納する。加圧部は、格納部に格納されたダイラタント流体を加圧する。加圧部は、流体を供給されると膨張して格納部に格納されたダイラタント流体を加圧するように配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイラタント流体を格納する格納部と、
前記格納部に格納された前記ダイラタント流体を加圧する加圧部と、
を備え、
前記加圧部は、流体を供給されると膨張して前記格納部に格納された前記ダイラタント流体を加圧するように配置される、粘度変化構造。
【請求項２】
前記格納部は、非膨張性を有する、請求項１に記載の粘度変化構造。
【請求項３】
前記格納部は、可撓性を有する、請求項１又は２に記載の粘度変化構造。
【請求項４】
前記格納部は、前記ダイラタント流体を挿入及び排出するための開口部を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の粘度変化構造。
【請求項５】
前記加圧部の膨張を規制する規制部材を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の粘度変化構造。
【請求項６】
前記規制部材は、周期的な構成を有する、請求項５に記載の粘度変化構造。
【請求項７】
前記規制部材は、前記加圧部の長手方向に沿って螺旋形状を有する、請求項５又は６に記載の粘度変化構造。
【請求項８】
前記規制部材は、前記加圧部と一体として形成される、請求項５から７のいずれか一項に記載の粘度変化構造。
【請求項９】
前記加圧部は、前記ダイラタント流体とともに前記格納部に格納される、請求項１から８のいずれか一項に記載の粘度変化構造。
【請求項１０】
前記加圧部に前記流体を供給する流体供給部を更に備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の粘度変化構造。
【請求項１１】
前記ダイラタント流体は、平均粒径が２０μｍ以上７０μｍ以下の球体懸濁物質、アルコール度数が１５％以上２０％以下のアルコール、及び水を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の粘度変化構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、粘度変化構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外力により粘度が変化するダイラタント流体の特性を利用する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ダイラタント流体を用いた保護用衣服のための材料が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１９０６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の材料又は構造は、弾丸の衝突又は打撃等による瞬間的な外力によりダイラタント流体の粘度を一時的に変化させる用途などに用いられる。このような用途に限らず、ダイラタント流体の特性を利用する技術の更なる有用性向上が望まれている。
【０００５】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性を向上させる粘度変化構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態に係る粘度変化構造は、格納部と、加圧部とを備える。前記格納部は、ダイラタント流体を格納する。前記加圧部は、前記格納部に格納された前記ダイラタント流体を加圧する。前記加圧部は、流体を供給されると膨張して前記格納部に格納された前記ダイラタント流体を加圧するように配置される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る粘度変化構造によれば、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の一実施形態に係る粘度変化構造の一例である。
【図２】ダイラタント流体の圧力による変化を示した図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るダイラタント流体を格納する格納部の一例である。
【図４】本開示の一実施形態に係るダイラタント流体を格納する格納部の他の例である。
【図５】本開示の一実施形態に係るダイラタント流体を格納する格納部の他の例である。
【図６】本開示の一実施形態に係る規制部材の一例である。
【図７】本開示の一実施形態に係る規制部材の他の例である。
【図８】本開示の一実施形態に係る粘度変化構造の他の例である。
【図９】本開示の一実施形態に係る粘度変化構造を用いた姿勢維持装置の例である。
【図１０】図９に示す姿勢維持装置を装着者が装着した図である。
【図１１】本開示の一実施形態に係る粘度変化構造を用いた負荷制御装置の例である。
【図１２】図１１に示す負荷制御装置を装着者が装着した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態について説明する。
【００１０】
図１に、本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１の一例を示す。粘度変化構造１は、ダイラタント流体２を格納する格納部３と、格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧する加圧部４を備える。後述するようにダイラタント流体２は、常圧時、つまり所定の圧力が加えられていない時には液体のように振る舞い、所定の圧力が加えられると、固体のように振る舞う性質を有する。更に、ダイラタント流体２は、遅いせん断速度において液体のように振る舞い、他方、より速いせん断速度に対しては固体のような抵抗力を発生する性質を有する。格納部３が可撓性を有する場合、ダイラタント流体２に所定の圧力が加えられていない状態では格納部３は曲げる又はねじる等により任意の形状に変形させ得る。例えば格納部３を曲げた状態のまま、加圧部４によりダイラタント流体２に所定の圧力が加えられると、ダイラタント流体２の粘度が上昇する。これにより、格納部３が曲げられた状態で硬く固まる。その後、ダイラタント流体２に加えられる圧力を維持することにより、格納部３の硬さ及び形状が維持され得る。一方で、加圧部４からダイラタント流体２に加えられる圧力が減らされると、ダイラタント流体２の粘度が低下する。これにより、格納部３が再度任意の形状に変形し得る。粘度は、物質のねばりの度合であり、粘性率、粘性係数、または絶対粘度ともいう。以下の説明では、ダイラタント流体の粘度が高くなることを、ダイラタント流体が固まる、若しくは、ダイラタント流体が硬くなる、ともいう。
【００１１】
図２から図４を参照して、本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１に用いられる、ダイラタント流体２を格納する格納部３の動作について、説明する。
【００１２】
ダイラタント流体２は、任意の液体と、その液体に対して不溶性又は難溶性を示す任意の固体粒子の混合物であってもよい。ダイラタント流体２は、ダイラタンシー又は球体懸濁液ともよばれる。固体粒子は懸濁物質を含む。ダイラタント流体２の特性は球体の物体で顕著に現れる。そのため、この固体粒子は球体懸濁物質を含む。ダイラタント流体２に含まれる固体粒子には、例えば、片栗粉及びコーンスターチ等のでんぷんその他の炭水化物が含まれてもよい。ダイラタント流体２に含まれる固体粒子は、例えば二酸化珪素などの無機材料、珪酸塩、酸化チタン、セルロース、ホウ酸から生成される有機シリコン、アルミナ粒子、シリカ粒子、チタニア、ジルコニア、カルシア（酸化カルシウム）、炭酸カルシウム、砂、コーンスターチ、片栗粉、小麦粉など穀物及びその他の材料を単独で若しくは適宜組み合わせたものであっても良い。ダイラタント流体２に含まれる液体には、例えば、水及びアルコール等が含まれてもよい。ダイラタント流体２に含まれる液体は、例えば、水、アルコール、有機溶媒その他の液体若しくはこれらの任意の組み合わせでもよい。図２に示すように、ダイラタント流体２は、常圧時には、懸濁物質、例えば片栗粉等の球体懸濁物質の分子と分子との間に水等の液体の細かい分子が入り込んで全体として液体のような性質を示す。一方で、ダイラタント流体２は、瞬間的な外力が加えられると、球体懸濁物質の分子の並びが変わり、更にその球体懸濁物質の分子間に水等の分子が入ることで粘性が著しく増大するため全体として固体のような性質を示す。また、ダイラタント流体２は、一定時間の所定の圧力が加えられると、圧力に応じて球体懸濁物質の分子の間に入り込んでいる液体の分子が移動して球体懸濁物質の分子が集合することで全体として粘度が上がって硬くなり、固体のような性質を示す。ダイラタント流体２は、加えられた所定の圧力が軽減又は除去されると、圧力に応じて粘度が下がっていき、再度液体のような性質を示す。本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１は、上述したダイラタント流体２の性質を利用するものである。また、ダイラタント流体２に含まれる粒子の形状は、特に制限されず、例えば球状又は針状であってもよい。ダイラタント流体２に含まれる粒子は、真球状だけでなく、不定形の粉砕した金属酸化物でもよい。ダイラタント流体２は、アクリル酸エステル・スチレン共重合体の粒子を水その他の液体に分散させて形成したものでもよい。ダイラタント流体２に含まれる液体は、シリコーンオイルその他のシリコーン媒体でもよい。ダイラタント流体２には、ダイラタント部材としての性質をもたらす成分に加えて、他の成分、例えば、繊維、着色剤、潤滑剤、充填剤、可塑剤、着色剤、潤滑剤及び希釈剤など、その他適宜な部材を任意に組み合わせてもよい。
【００１３】
上述したダイラタント流体２の性質は、ダイラタント流体２に含まれる液体に応じて異なる。例えば、ダイラタント流体２にアルコールが含まれる場合、アルコールは有機物との親和性が高く、外圧を加えられた際のダイラタント流体２の粘度を上げ得る。また、アルコールのアルコール度数もダイラタント流体２の粘度に影響を与える。例えば、ダイラタント流体２に含まれるアルコールのアルコール度数が高いと、ダイラタント流体２は、外圧を加えられて粘度が上がったのち、その外圧が除去された後も粘度が高い状態を維持し得る。また、液体に含まれる不純物の量も、ダイラタント流体２の性質に影響し得る。例えば、水に含まれるカリウム等のミネラルの量又はアルコールに含まれる糖質の量が多いと懸濁物質の接着を弱め、外圧を加えられた際のダイラタント流体２の粘度を下げ得る。このため、ダイラタント流体２に含まれる液体は、ダイラタント流体２に加えられる圧力及び圧力を加えられた際のダイラタント流体２の粘度の要件に応じて、任意の液体であってもよい。本開示の一実施形態に係るダイラタント流体２は、例えば、懸濁物質と、アルコール及び水との混合物であってもよい。より具体的には、ダイラタント流体２は、平均粒径が２０μｍ以上７０μｍ以下の球体懸濁物質、アルコール度数が１５％以上２０％以下のアルコール、及び水を含んでもよい。水は、例えば不純物の少ない純水、又は硬度が６０ｍｇ／ｌ以下の軟水等であってもよい。かかる場合において、上述したダイラタント流体２の粘度が変化する特性がより顕著に発揮され得る。
【００１４】
図３に、本開示の一実施形態に係るダイラタント流体２を格納する格納部３の概略図を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、加圧部４に流体が供給される前及び加圧部４に流体が供給された後の格納部３の概略図を示す。図３において、格納部３は、細長い円筒形状を有する。格納部３は、ダイラタント流体２を格納する。図３において、ダイラタント流体２はドット柄で示される。格納部３の形状は図３に示されるような円筒形状に限定されるものではなく、筒状構造、平面状構造、リング状構造、立方体形状、三角錐形状、四角錐形状、円錐形状、六面体形状、六面体以上の多面体の形状、球体、楕円体若しくはその他の形状及びこれらの任意の組み合わせの形状でよい。
【００１５】
格納部３は、非膨張性を有してもよい。また、格納部３は、可撓性を有してもよい。格納部３は、格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧する加圧部４とともに用いられてもよい。加圧部４は、例えば、自身の体積を膨張させることで、ダイラタント流体２を加圧してもよい。格納部３が非膨張性を有する場合、格納部３は加圧部４から加えられた圧力を効率よく格納部３内のダイラタント流体２に加え得る。また、格納部３が可撓性を有する場合、格納部３は曲げられ、或いはねじられることにより任意の形状に変形され得る。格納部３の可撓性及び非膨張性の度合いは用途に応じて任意に定められてもよい。例えば、格納部３の可撓性は、粘度変化構造１が使用される際に、粘度変化構造１が受ける外力及び、外力に応じて曲げられ、或いはねじられ得る範囲等に応じて定められてもよい。また、格納部３の非膨張性は、加圧部４が膨張する際に格納部３に格納されたダイラタント流体２に加えられる所定の圧力に応じて定められてもよい。本実施形態においては、格納部３は、人力でも容易に曲げられる程度の可撓性を有し、一方で、張力又は破れに対しては１００Ｎ以上の耐久性を有する素材で構成されてもよい。また、格納部３は、膨張性を有してもよい。また、格納部３は、可撓性を有してなくてもよい。例えば、格納部３が、硬いゴムで形成されている場合、膨張性を有するが可撓性を有さない格納部として機能する。また、格納部３が、プラスチックで形成されている場合、膨張性も可撓性も有さない格納部として機能する。格納部３は、非膨張性を有するものと有しないもの、及び、可撓性を有するもの及び有しないものとの間で任意に組み合わせたものを用いることができる。格納部３及び加圧部４の外殻の素材は、紙、布、ゴム、プラスチック、炭素繊維、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどのフィルム素材、鉄等の金属、樹脂、紙若しくはその他の素材及びこれらの素材の任意の組み合わせの素材でよい。格納部３は、その一部に膨張する構造を有するとしてもよい。格納部３は、膨張する構造を、一つ若しくは複数有するとしてもよい。
【００１６】
加圧部４は、格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧する。加圧部４は、格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧できる任意の位置に配置されてもよい。加圧部４は、ダイラタント流体２とともに格納部３に格納されていてもよい。加圧部４は、図３に示すとおり、格納部３の長手方向中心軸に垂直に伸びる細長い円筒形状であってもよい。かかる場合、ダイラタント流体２は、加圧部４の周囲を満たすように格納部３に格納されてもよい。加圧部４は、自身の体積を膨張させることで格納部３に格納されたダイラタント流体２の体積を減らし、ダイラタント流体２を加圧する。加圧部４の形状も図３に示されるような円筒形状に限定されるものではなく、筒状構造、平面状構造、リング状構造、立方体形状、三角錐形状、四角錐形状、円錐形状、六面体形状、六面体以上の多面体の形状、球体、楕円体若しくはその他の形状及びこれらの任意の組み合わせの形状でよい。加圧部４は、格納部３と同じ形状であってもよく、或いは異なる形状であってもよい。加圧部４は、格納部３の長手方向の全域にわたって挿入されていなくてもよい。加圧部４は、格納部３の内部のうちの全部若しくは一部に挿入されているとしてよい。
【００１７】
加圧部４は、任意の方法で膨張してもよい。例えば、加圧部４は、気体及び液体等を含む流体、固定、粘性体及びこれらを任意に組み合わせたものを供給されることで膨張してもよい。そのために、加圧部４は、流体が供給される開口部４Ａを有する容器であってもよい。加圧部４に供給される流体は、任意の流体であってもよい。供給される流体は、例えば空気、二酸化炭素、及び窒素等の気体であってもよく、水及びアルコール等の液体であってもよい。例えば、流体を気体とすることにより、加圧部４の軽量化が図られ得る。加圧部４は膨張すると、格納部３に格納されたダイラタント流体２に所定の圧力が加えられる。ダイラタント流体２は所定の圧力が加えられると固体状に硬くなるため、格納部３が固まる。例えば、格納部３が可撓性を有する場合、格納部３を曲げた状態で加圧部４を膨張させると、格納部３は曲げられた状態のまま固まる。加圧部４は、自身の体積を膨張させること以外の方法で、ダイラタント流体２を加圧してもよい。例えば、加圧部４は、ダイラタント流体２に面する可動式の面を有し、可動式の面をダイラタント流体２側に移動させることで、ダイラタント流体２を加圧してもよい。本明細書で以下に説明する格納部３及び加圧部４には上記説明が同様に適用できる。加圧部４は、その一部に膨張しない構造を有するとしてもよい。加圧部４は、膨張しない構造を、一つ若しくは複数有するとしてもよい。
【００１８】
図４に本開示の一実施形態に係るダイラタント流体２を格納する格納部３の他の例を示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ、加圧部４に流体が供給される前及び加圧部４に流体が供給された後の格納部３の概略図を示す。格納部３は非膨張性を有する平面状構造の容器であってもよい。図４（ａ）において、加圧部４は、格納部３と同様に平面状構造を有し、格納部３と接触面４Ｂを介して接するように配置される。加圧部４の開口部４Ａから流体が供給されると、図４（ｂ）のように、加圧部４は膨張して接触面４Ｂを格納部３側に押し出す。これにより、格納部３に格納されたダイラタント流体２は加圧され、格納部３が固まる。
【００１９】
図５に本開示の一実施形態に係るダイラタント流体２を格納する格納部３の他の例を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、加圧部４に流体が供給される前及び加圧部４に流体が供給された後の格納部３の概略図を示す。格納部３は非膨張性を有する球状構造の容器であってもよい。図５（ａ）において、加圧部４は、格納部３と同様に球状構造を有し、格納部３と接触面４Ｂを介して接するように配置される。加圧部４の開口部４Ａから流体が供給されると、図５（ｂ）のように、加圧部４は膨張して接触面４Ｂを格納部３側に押し出す。これにより、格納部３に格納されたダイラタント流体２は加圧され、格納部３が固まる。
【００２０】
格納部３及び加圧部４は、加圧部４の膨張を規制する規制部材８とともに用いられてもよい。図６に、本開示の一実施形態に係る規制部材８の一例を示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ、加圧部４に流体が供給される前及び加圧部４に流体が供給された後の規制部材８の概略図を示す。規制部材８は、非膨張性を有してもよい。規制部材８は、加圧部４が膨張した際に、規制部材８自身が膨張しないことにより、加圧部４の膨張を規制し得る。規制部材８は、加圧部４の膨張の位置、大きさ、及び方向の少なくとも１つを規制することによって、加圧部４からダイラタント流体２に加えられる圧力の位置、大きさ、及び方向の少なくとも１つを規制することができる。例えば、規制部材８の素材は、紙、布、ゴム、プラスチック、炭素繊維、ナイロン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどのフィルム素材、鉄等の金属、樹脂、紙若しくはその他の素材及びこれらの素材の任意の組み合わせの素材でよい。図６において、規制部材８は、細長い形状を有する加圧部４の、長手方向の側面の周囲を囲むように配置されている。規制部材８は、周期的な構成を有してもよい。具体的には、規制部材８の形状、材質、強度、及び非膨張性の度合い等の少なくとも１つが繰り返されていてもよい。図６（ａ）において、規制部材８は、加圧部４の長手方向に沿って螺旋形状を有する。これにより、加圧部４が長手方向と垂直方向に側面を押し出すように膨張する際に、図６（ｂ）のように、膨張した加圧部４の側面の少なくとも一部と規制部材８とが接することで、加圧部４の当該部分の膨張が妨げられる。規制部材８は、螺旋形状等の周期的な形状を有することで、加圧部４の膨張を均一化させるように加圧部４の膨張を規制し得る。規制部材８は、加圧部４の膨張を均一にするように作用するとしてもよい。
【００２１】
図７に、本開示の一実施形態に係る規制部材８の他の例を示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれ、加圧部４に流体が供給される前及び加圧部４に流体が供給された後の規制部材８の概略図を示す。図７（ａ）において、同一の構成を有する複数の規制部材８がそれぞれ、細長い形状を有する加圧部４の、長手方向の側面の一部と他の一部を接合するように配置されている。これにより、加圧部４が長手方向と垂直方向に側面を押し出すように膨張する際に、図７（ｂ）のように、膨張した加圧部４の長手方向に垂直な断面の直径が規制部材８の長さに達すると、規制部材８によって加圧部４の膨張が妨げられる。規制部材８は、規制部材８による所望の加圧部４の膨張の規制を実現するように、加圧部４と一体として形成されてもよい。規制部材８を加圧部４と一体として形成さすることによって、加圧部４が膨張及び収縮を繰り返す用途において、加圧部４の膨張の繰り返しごとにダイラタント流体２に加えられる圧力の位置、大きさ、又は方向等の差異を減らし得る。規制部材８は、加圧部４の膨張を均一にするように作用するとしてもよい。また、規制部材８は、格納部３の膨張を規制するように配置され、格納部３の膨張を規制することで、間接的に加圧部４の膨張を規制してもよい。
【００２２】
規制部材８は、図６及び図７に例示したものに限られない。規制部材８の形状、配置位置、強度、個数及び非膨張性の度合い等は用途に応じて任意に定められてもよい。例えば、規制部材８の形状は、螺旋形状、二重螺旋形状、リング状、筒状、平面状、又は球状等、任意の形状であってもよい。また、規制部材８の配置位置は、格納部３の内部又は外部、加圧部４の内部又は外部等、任意の位置であってもよい。さらに、規制部材８は、上述した周期的な構成を有しなくてもよい。規制部材８は、加圧部４の特定の部分の膨張を規制し、或いは規制しなくてもよい。規制部材８は、加圧部４に部分ごとに異なるように膨張を規制してもよい。かかる場合、規制部材８は、加圧部４が膨張した際に、ダイラタント流体２に加えられる圧力を加圧部４の部分ごとに異ならせ得る。その結果、粘度変化構造１は、加圧部４に流体が供給された際に、格納部３の特定の部分の硬さが他の部分よりも硬く、或いは柔らかくなるように設計され得る。本明細書で以下に説明する規制部材８には上記説明が同様に適用できる。
【００２３】
以下、図８を参照して、本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１の一例について説明する。粘度変化構造１は、前述のダイラタント流体２、格納部３、及び加圧部４と、センサ５、流体供給部６、流体放出部７、規制部材８、開口部９、及び制御装置２０等の機器とを備えてもよい。
【００２４】
格納部３は、ダイラタント流体２を格納する。格納部３は、可撓性及び非膨張性の少なくとも１つを有してもよい。図８に示す粘度変化構造１では、格納部３はチューブ状の細長い筒状構造の容器である。本実施形態においては、格納部３は、人力でも容易に曲げられる程度の可撓性を有し、一方で、張力又は破れに対しては１００Ｎ以上の耐久性を有する素材で構成されてもよい。
【００２５】
格納部３は、ダイラタント流体２を挿入及び排出するための開口部９を備えてもよい。かかる場合、ダイラタント流体２は、開口部９を介して、任意のタイミングにて格納部３に挿入され、或いは格納部３から排出され得る。例えば、粘度変化構造１の使用前には、ダイラタント流体２は格納部３に挿入されず、ダイラタント流体２と粘度変化構造１とが別に運搬され、粘度変化構造１が使用される際にダイラタント流体２が格納部３に挿入されてもよい。また、ダイラタント流体２は、粘度変化構造１の使用後に格納部３から排出されてもよい。粘度変化構造１の使用のたびに、同一のダイラタント流体２が繰り返して格納部３に挿入されてもよく、或いは新たなダイラタント流体２が格納部３に挿入されてもよい。格納部３の開口部９の形状、配置位置、及び個数等は用途に応じて任意に定められてもよい。
【００２６】
加圧部４は、格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧する。加圧部４は、例えば流体の供給により膨張可能である。加圧部４は流体を供給されると膨張して格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧するように配置される。例えば、図８に示すように、加圧部４は、ダイラタント流体２とともに格納部３の長手方向中心軸に沿って格納部３の中に挿入されてもよい。
【００２７】
センサ５は、ダイラタント流体２の粘度に関する情報を検出する。センサ５は、粘度変化構造１が備える他の機器と無線又は有線により通信可能に接続されてもよい。かかる構成によれば、センサ５は、検出したダイラタント流体２の粘度に関する情報を電気信号として他の機器に送信する。他の機器は、当該情報に基づき動作してもよい。センサ５は、任意のセンサであってもよい。センサ５は、例えば圧力センサであってもよい。かかる場合、センサ５は、加圧部４のダイラタント流体２に面する面に設置され、ダイラタント流体２に加えられる圧力をダイラタント流体２の粘度に関する情報として検出する。センサ５は、粘度センサであってもよい。かかる場合、センサ５は、格納部３にダイラタント流体２とともに格納され、ダイラタント流体２の粘度をダイラタント流体２の粘度に関する情報として検出する。センサ５は、ジャイロセンサであってもよい。かかる場合、センサ５は、粘度変化構造１の任意の場所に設置され、回転、向き、又は角速度等をダイラタント流体２の粘度に関する情報として検出する。センサ５の数は複数であってもよい。センサ５は、粘度変化構造１と一体とされてもよく、別体とされてもよい。粘度変化構造１と別体とされる場合、センサ５は、例えば、筋電センサであってもよい。かかる場合、センサ５は、粘度変化構造１を含む装置を装着するユーザの肌と接する部分に設置される。筋電センサは、ユーザの筋電負荷を計測し、ユーザの筋肉の動きをダイラタント流体２の粘度に関する情報として検出してもよい。
【００２８】
流体供給部６は、加圧部４に流体を供給する。流体供給部６から供給される流体の量に応じて、加圧部４が膨張してダイラタント流体２を加圧する強さが変化し、格納部３の硬さが調整され得る。また、流体供給部６によって加圧部４に供給された流体の量が維持されることにより、格納部３の硬さも維持され得る。流体供給部６は加圧部４と一体とされてもよく、或いは中空のチューブ等を介して加圧部４と流体を供給可能に接続されてもよい。流体供給部６は、任意の量及び速度で加圧部４に流体を供給してもよい。これにより、流体供給部６は、加圧部４が膨張してダイラタント流体２を加圧する強さを調整して、格納部３の硬さを調整することができる。流体供給部６は、エアーコンプレッサ又はポンプ等のそれ自体が動作することにより加圧部４に流体を供給する機器を備えてもよい。また、流体供給部６は、ガスボンベ等の外部の流体の供給源に接続されるコネクタ、弁又はバルブ等を備えてもよい。例えば、流体は二酸化炭素であってもよい。かかる場合、流体供給部６は、高圧をかけて液体状にした二酸化炭素等を格納した二酸化炭素ボンベと接続されるコネクタを備えてもよい。これにより、二酸化炭素ボンベを交換することで継続的に利用することができ、粘度変化構造１のメンテナンス性が向上する。流体供給部６がセンサ５と通信可能に接続されている場合、流体供給部６はセンサ５が検出したダイラタント流体２の粘度に関する情報に基づき、加圧部４に流体を供給してもよい。
【００２９】
流体放出部７は、加圧部４の流体を外部に放出する。例えば流体放出部７は、排水用又は排気用のポンプ、弁又はバルブ等を備えてもよい。流体放出部７は、任意の量及び速度で加圧部４の流体を外部に放出してもよい。流体放出部７がセンサ５と通信可能に接続されている場合、流体放出部７はセンサ５が検出したダイラタント流体２の粘度に関する情報に基づき、加圧部４の流体を外部に放出してもよい。流体放出部７は、流体供給部６と一体とされてもよい。例えば、流体供給部６が排気弁を備える場合、或いは流体供給部６が排気機能を備えるエアーコンプレッサ又はポンプ等の場合、流体供給部６は流体放出部７として用いられてもよい。
【００３０】
規制部材８は、加圧部４の膨張を規制する。規制部材８は、非膨張性を有してもよい。規制部材８は、加圧部４に流体が供給される際に、加圧部４が膨張するのを制限するように配置され得る。例えば、図８に示すように、規制部材８は、ダイラタント流体２とともに加圧部４の周囲に位置するように、格納部３の中に格納されてもよい。
【００３１】
制御装置２０は、上述した粘度変化構造１の各機器を制御する。制御装置２０は、制御部２１、メモリ２２、通信モジュール２３、バッテリ２４、表示部２５、及び入力部２６等を備えてもよい。制御装置２０は、粘度変化構造１の各機器と無線又は有線により通信可能に接続されてもよい。制御装置２０として、例えば流体供給部６の制御部等、粘度変化構造１に含まれる機器が備える制御部が用いられてもよい。制御装置２０の全部又は一部は、粘度変化構造１と一体とされてもよい。或いは、制御装置２０の全部又は一部は、粘度変化構造１と有線又は無線により通信可能に接続された情報処理装置に設けられてもよい。情報処理装置には、例えば、粘度変化構造１から物理的に切り離されたリモコン、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、又はＰＣ（Personal Computer）等が含まれてもよい。これにより、粘度変化構造１の有用性が向上する。制御装置２０と流体供給部６との間は、有線、無線若しくはこれらの任意の組み合わせのネットワークにより情報などが送信、受信若しくは送受信されるとしてよい。
【００３２】
制御部２１は、粘度変化構造１及び制御装置２０の各機能を制御するための処理を提供する１つ以上のプロセッサである。制御部２１は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ又は各機能の処理に特化した専用のプロセッサであってもよい。
【００３３】
メモリ２２は、粘度変化構造１及び制御装置２０の各機能を制御するための処理、処理に用いられる情報及びプログラム等を記憶する。メモリ２２は、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等であってもよい。メモリ２２は、例えば主記憶装置又は補助記憶装置として機能してもよい。メモリ２２は、制御部２１に含まれるキャッシュメモリ等であってもよい。また、メモリ２２は、揮発性の記憶装置であってもよく、不揮発性の記憶装置であってもよい。
【００３４】
通信モジュール２３は、制御部２１の制御に基づき、粘度変化構造１の各機器と通信を行う。通信モジュール２３は、例えば、有線ＬＡＮ（Local Area Network）通信モジュール、又は無線ＬＡＮ通信モジュール等であってもよい。
【００３５】
バッテリ２４は、制御装置２０の動作に用いられる電力を供給する。バッテリ２４は、例えば、乾電池、又は蓄電池等であってもよい。また、制御装置２０は、バッテリ２４に代えて、若しくはバッテリ２４と共に、例えば、交流（Alternating Current, AC）アダプタなどを利用して、外部電源より電力が供給されるとしてもよい。
【００３６】
表示部２５は、制御部２１の制御に基づき、音、振動、ライトの点灯、又は画像等で情報を報知する。表示部２５は、例えばスピーカ、振動子、ライト、及び表示デバイス等の少なくとも１つを含んでもよい。表示デバイスは、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等とすることができる。表示部２５は、制御部２１の制御に基づいて、粘度変化構造１の動作状態、ダイラタント流体２の粘度、格納部３の硬さ、及び加圧部４に供給される流体の量等の情報を報知してもよい。例えば、表示部２５は、粘度変化構造１の動作状態に異常があると判定された場合に、音の発生或いはライトの点灯等によりユーザにエラーを報知してもよい。
【００３７】
入力部２６は、ユーザからの入力操作を受け付ける。入力部２６は、例えば電源ボタン等の物理キー、表示部２５の表示デバイスと一体的に設けられたタッチパネル等の入力デバイス、及びマウス等のポインティングデバイス等の少なくとも１つを含んでもよい。入力部２６は、ユーザによって操作されると、そのユーザ操作を電子情報として制御部２１に送信する。
【００３８】
制御部２１は、加圧部４への流体の供給を制御する。例えば、制御部２１は加圧部４に供給される流体の量を調整する。制御部２１は、任意の方法で加圧部４に供給される流体の量を調整してもよい。例えば、制御部２１は流体供給部６を制御して、流体供給部６から加圧部４に供給される流体の量を調整してもよい。また、制御部２１は流体放出部７を制御して、流体放出部７から外部に放出される加圧部４の流体の量を調整してもよい。制御部２１は、加圧部４が複数の場合、加圧部４ごとに流体の供給を制御してもよく、全ての加圧部４に対して等しく流体の供給を制御してもよい。これにより、制御部２１は、格納部３に格納されたダイラタント流体２に加えられる圧力を制御する。例えば、制御部２１は、ダイラタント流体２に高い圧力を加えることにより、格納部３を外力に対して変形しにくい剛性のある物体として振る舞わせ得る。一方で、制御部２１は、ダイラタント流体２に低い圧力を加えることにより、格納部３を外力に対して変形し得る弾性のある物体として振る舞わせ得る。
【００３９】
更に、制御部２１は、センサ５により検出されたダイラタント流体２の粘度に関する情報に基づき、上述した粘度変化構造１の各機器を制御してもよい。例えば、制御部２１はセンサ５が検出した情報に基づき、加圧部４に供給される流体の量を調整してもよい。具体的には、制御部２１は、センサ５により検出された情報に基づき、流体供給部６又は流体放出部７を制御して、加圧部４に供給される流体の量を調整することで、格納部３の硬さを増加又は減少させるように制御してもよい。
【００４０】
本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１の動作について、以下に実施例を用いて説明する。
【００４１】
（実施例１：姿勢維持装置）
本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１は、図９に示す姿勢維持装置３０に用いられ得る。姿勢維持装置３０は、前述の粘度変化構造１の機器に加え、装着者が上半身に装着するための装着具３１を備える。図１０に示すように装着者は、姿勢維持装置３０を上半身に装着する。装着者は、格納部３が装着者の背骨の近傍に位置するようにベルト等で調整する。これにより、格納部３は、装着者が立位で作業をする姿勢をとった際に負荷がかかる、装着者の僧帽筋及び大腰筋の近傍で筋肉の収縮方向に沿って位置する。このとき、格納部３の中のダイラタント流体２は所定の圧力が加えられていない。そのため、格納部３は装着者が上半身を曲げ伸ばしするのに応じて変形する。その後、装着者は例えば、作業をする姿勢をとり、流体供給部６に接続された二酸化炭素ボンベから二酸化炭素を放出させる。すると、流体供給部６から加圧部４に二酸化炭素が供給され、加圧部４は膨張する。加圧部４が膨張すると、格納部３の中のダイラタント流体２に所定の圧力が加えられる。これによりダイラタント流体２が固体状に硬くなり、装着者の姿勢に沿って格納部３が固まる。そのため装着者が長時間にわたり同じ姿勢で作業をする際の身体にかかる負荷の一部が姿勢維持装置３０により分散され、軽減される。一方で、装着者が作業を終了し姿勢を変える場合には、装着者は流体放出部７の排気弁を開いて加圧部４から二酸化炭素を外部に放出する。これにより加圧部４内の圧力は二酸化炭素を供給する前の状態に戻り、ダイラタント流体２にかかる圧力が減圧され、ダイラタント流体２が流体状に柔らかくなる。そのため、格納部３は装着者が上半身を曲げ伸ばしするのに応じて変形可能となる。これにより、装着者は姿勢維持装置３０を装着していても任意の姿勢をとることができる。装着者は姿勢維持装置３０を装着したまま、上述した姿勢維持装置３０の動作を繰り返し実行させることができる。
【００４２】
（実施例２：負荷制御装置）
本開示の一実施形態に係る粘度変化構造１は、図１１に示す負荷制御装置４０に用いられ得る。負荷制御装置４０は、前述の粘度変化構造１の機器に加え、装着者が腕に装着するための装着具４１を備える。図に示すように、負荷制御装置４０は３つの格納部３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃを備えてもよい。図１２に示すように装着者は、負荷制御装置４０を腕に装着する。装着者は、格納部３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃがそれぞれ装着者の肩、肘、及び手首の近傍に位置するように装着具４１を装着する。これにより、格納部３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、装着者が腕の曲げ伸ばし等の運動動作を行った際に負荷がかかる、装着者の上腕二頭筋等の筋肉及び肘関節等の関節の近傍に位置する。このとき、格納部３の中のダイラタント流体２は所定の圧力が加えられていない。そのため、格納部３は装着者が腕を曲げ伸ばしするのに応じて変形し、装着者に負荷をかけない。その後、装着者は、流体供給部６から流体を加圧部４に供給させ、加圧部４を膨張させる。加圧部４が膨張すると、格納部３の中のダイラタント流体２に所定の圧力が加えられる。これによりダイラタント流体２の粘度が上昇し、格納部３が硬くなる。この状態で装着者が懸垂運動又はダンベルカール等の運動動作を行うと、格納部３により装着者の動作が妨げられ、或いは身体の部分に圧力がかけられ、装着者に負荷がかかる。流体供給部６は、装着者の体調又は運動動作の継続時間等に応じて、装着者にかかる負荷を段階的に増加又は減少させるように加圧部４に供給する流体の量を調整してもよい。これにより、装着者が行う運動動作のトレーニング効果が負荷制御装置４０により高められる。装着者が運動動作を終了した場合には、装着者は流体放出部７の排気弁を開いて加圧部４内の流体を外部に放出する。これにより加圧部４内の圧力は流体を供給する前の状態に戻り、ダイラタント流体にかかる圧力が減圧され、ダイラタント流体が流体状に柔らかくなる。そのため、格納部３は装着者が腕を曲げ伸ばしするのに応じて変形可能となる。これにより、装着者は負荷制御装置４０を装着していても負荷がかけられない。装着者は負荷制御装置４０を装着したまま、上述した負荷制御装置４０の動作を繰り返し実行させることができる。
【００４３】
以上述べたように、本実施形態に係る粘度変化構造１は、ダイラタント流体２を格納する格納部３と、格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧する加圧部４とを備える。加圧部４は流体を供給されると膨張して格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧するように配置される。かかる構成によれば、加圧部４に供給される流体の量に応じて、格納部３の硬さを調整し、維持することができる。これにより、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【００４４】
本実施形態に係る粘度変化構造１の格納部３は、非膨張性を有する。かかる構成によれば、格納部３は、加圧部４から加えられた圧力を効率よく格納部３内のダイラタント流体２に加え得る。また、格納部３を所定の形状に変形させた状態で加圧部４に流体を供給した場合に、格納部３は膨張することなく、所定の形状を維持することができる。これにより、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【００４５】
本実施形態に係る粘度変化構造１の格納部３は、可撓性を有する。かかる構成によれば、加圧部４に流体が供給されない状態で、格納部３を任意の形状に変形することができる。これにより、格納部３を任意の形状に変形させた後、加圧部４に流体を供給することで、格納部３を任意の形状に維持することができる。ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【００４６】
本実施形態に係る粘度変化構造１の格納部３は、ダイラタント流体２を挿入及び排出するための開口部９を備える。かかる構成によれば、ダイラタント流体２の格納部３への挿入及び格納部３からの排出が可能となる。これにより、粘度変化構造１の使用時に格納部３にダイラタント流体２を挿入し、使用時以外はダイラタント流体２を挿入しないような粘度変化構造１の用途が可能となる。また、格納部３内のダイラタント流体２を交換するような粘度変化構造１の用途が可能となる。このように、粘度変化構造１の有用性が向上する。
【００４７】
本実施形態に係る粘度変化構造１は、加圧部４の膨張を規制する規制部材８を備える。かかる構成によれば、加圧部４からダイラタント流体２に任意の位置、大きさ、或いは方向に圧力を加えるように、規制部材８によって加圧部４の膨張を規制することが可能となる。これにより、加圧部４に流体が供給された際の格納部３の硬さを調整することが可能となり、粘度変化構造１の有用性が向上する。
【００４８】
本実施形態に係る粘度変化構造１の規制部材８は、周期的な構成を有する。例えば、規制部材８は、加圧部４の長手方向に沿って螺旋形状を有する。かかる構成によれば、規制部材８によって加圧部４からダイラタント流体２に加えられる圧力を均一化することができる。これにより、加圧部４に流体が供給された際の格納部３の硬さを均一化することが可能となり、粘度変化構造１の有用性が向上する。規制部材８は、加圧部４の膨張を均一にするように作用するとしてもよい。
【００４９】
本実施形態に係る粘度変化構造１の規制部材８は、加圧部４と一体として形成される。かかる構成によれば、加圧部４の膨張及び収縮が繰り返される用途等において、加圧部４が膨張するたびに、所望の加圧部４の膨張の規制が繰り返し実現され得る。これにより、粘度変化構造１の有用性が向上する。
【００５０】
本実施形態に係る粘度変化構造１の加圧部４は、ダイラタント流体２とともに格納部３に格納される。かかる構成によれば、加圧部４に流体が供給されて自身の体積を膨張させることで、ダイラタント流体２に直接的に圧力を加えることができる。これにより、加圧部４はダイラタント流体２により効率よく圧力を加えることができ、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【００５１】
本実施形態に係る粘度変化構造１は、加圧部４に流体を供給する流体供給部６を更に備える。かかる構成によれば、流体供給部６を制御することによって、加圧部４に供給される流体の量が制御されることで、格納部３の硬さを調整し、維持することができる。これにより、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【００５２】
本実施形態に係る粘度変化構造１のダイラタント流体２は、平均粒径が２０μｍ以上７０μｍ以下の球体懸濁物質、アルコール度数が１５％以上２０％以下のアルコール、及び水を含む。かかる構成によれば、ダイラタント流体２は、加圧部４から加えられる圧力に応じて、格納部３に適度な硬さを提供することができる。これにより、ダイラタント流体の特性を利用する技術の有用性が向上する。
【００５３】
本開示を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段又は各ステップ等に含まれる構成又は機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能である。各実施形態の各手段又は各ステップ等に含まれる構成又は機能等は、他の実施形態に組み合わせて用いることができ、複数の手段又はステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００５４】
例えば、上述した本実施形態において、粘度変化構造１が備える格納部３及び加圧部４の数、容積、及び形状は任意であってもよい。例えば、複数の格納部３に格納されたダイラタント流体２のそれぞれを加圧するように、複数の加圧部４が配置されてもよい。或いは、例えば、複数の加圧部４が１つの格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧するように配置されてもよい。更に、１つの加圧部４が複数の格納部３に格納されたダイラタント流体２を加圧するように配置されてもよい。これにより、粘度変化構造１の用途に応じて、格納部３のそれぞれに格納されたダイラタント流体２又は格納部３に格納されたダイラタント流体２の部分ごとに異なる粘度になるように調整することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１    粘度変化構造
２    ダイラタント流体
３    格納部
４    加圧部
５    センサ
６    流体供給部
７    流体放出部
８    規制部材
９    開口部
２０    制御装置
２１    制御部
２２    メモリ
２３    通信モジュール
２４    バッテリ
２５    表示部
２６    入力部
３０    姿勢維持装置
３１    装着具
４０    負荷制御装置
４１    装着具
【図１】
2019171555.tif 000003
【図２】
2019171555.tif 000004
【図３】
2019171555.tif 000005
【図４】
2019171555.tif 000006
【図５】
2019171555.tif 000007
【図６】
2019171555.tif 000008
【図７】
2019171555.tif 000009
【図８】
2019171555.tif 000010
【図９】
2019171555.tif 000011
【図１０】
2019171555.tif 000012
【図１１】
2019171555.tif 000013
【図１２】
2019171555.tif 000014