履物
【課題】各個人の足型に見合ったフィット感及びクッション性を得ることができ、履物に加わる圧力に応じて履物から足に加わる応力を制御することが可能な履物を提供すること。
【解決手段】底部１と上部２とから少なくともなる履物１０であって、使用者の足５と接触する上部２の内面２ａには、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足５に加える応力付与手段３が、マトリクス状に配されていることを特徴とする。
【解決手段】底部１と上部２とから少なくともなる履物１０であって、使用者の足５と接触する上部２の内面２ａには、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足５に加える応力付与手段３が、マトリクス状に配されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は履物に係り、より詳しくは、フィット感及びクッション性の向上を図った履物に関する。
【背景技術】
【０００２】
靴の運動性能、快適性を向上させるため、靴紐やストラップ、細いワイヤー等の締め具合を調整することは一般的である。しかし、靴紐やストラップ、細いワイヤー等を用いた場合、足の甲と側面とだけに局部的に圧力がかかるため、例えば傷害を負っている者や着用者にとっては履き心地が悪く、長時間に渡って履き続けることが困難になる可能性がある。また、靴紐やストラップ、細いワイヤー等を締めることで調整しても、足の凹凸や土踏まずの形状などには個人差があり、また、運動に伴う足の形状変化に追従することはできないため、靴の足に対するフィット性能は不足している。
【０００３】
足に対する靴のフィット性能を改善するために、例えば特許文献１には、靴の外部及び内側の少なくとも一方に、空気を入れるなどして膨張可能なブラダと呼ばれるエアーチャンバーと、該ブラダを膨張させるための小型ポンプ機構を有した靴に関して開示されている。この特許文献１に開示された靴では、例えば足の甲の部分にブラダを配置し、靴を履いた後に該ブラダを適当に膨張させることで、各個人に見合ったフィット性能を実現することができる。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、靴の内部に気体、液体、ゲルなどを内包するブラダと呼ばれるチャンバーを有した靴が開示されている。この特許文献２に開示された靴では、体重でブラダが変形し、フィット感、クッション性を向上させる機能がある。
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された靴では、靴の中に配されたブラダの数が少ないと、足の広い面積に均一に応力をかけることはできるが、足の各部位に独立した応力をかけることができない。各部位に独立した応力をかけるためには多数のブラダが必要となる。そのためには、ポンプ機構をブラダの数だけ備えるか、またはポンプ機構は一つだが、複雑なエアー配管と多数のバルブが必要となる。その結果、重量が重くなり、靴としては適さなくなってしまう。また、ブラダの数が多くなるためにバルブが多くなり、全てのブラダの圧力を調整するためには時間がかかってしまい、リアルタイムに外部からの圧力をセンシングして、それに応じて靴の圧力を調整することは困難である。
【０００６】
また、特許文献２に開示された靴では、足の各部位に独立して応力を付与することができないので、靴を履いている人が何らかの運動をする場合、その動きに合わせて最適な応力を最適なタイミングで与えることはできない。
【特許文献１】特開２００５−５３２１１５号公報
【特許文献２】特開２００２−５３８８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、各個人の足型に見合ったフィット感及びクッション性を得ることができ、履物に加わる圧力に応じて履物から足に加わる応力を制御することが可能な履物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の履物は、底部と上部とから少なくともなる履物であって、
使用者の足と接触する前記上部の内面には、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足に加える応力付与手段が、マトリクス状に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の履物は、請求項１において、前記底部の踵部位には、衝撃を吸収するための部材が配されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の履物は、請求項１または２において、前記応力付与手段は、ソフトアクチュエータ素子であることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の履物は、請求項３において、前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の履物は、請求項３において、前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の履物は、請求項３において、前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の履物は、請求項１ないし６のいずれかにおいて、外部からの圧力による前記応力付与手段の電位容量の変化を検知する電位用量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記応力付与手段に加える応力を算出するコンピュータ、前記応力付与手段に応力を付与するための電源、及び前記応力付与手段への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記応力付与手段とが電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の履物は、請求項７において、微小時間における前記応力付与手段の電位容量の変化から、前記コンピュータにより運動の方向を判断し、該運動に応じた応力を付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の履物によれば、履物の上部の内面には、外部からの圧力に応じて応力を発生させる応力付与手段が配されているため、履物の各部位に加わる圧力に応じた適切な応力を足に付与することができる。そのため、足が疲れにくく、足の運動や形状に応じた適切なフィット感を得ることが可能な靴を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。なお、本明細書において、足首からつま先までを「足」、足首から骨盤までを「脚」とする。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る履物１０Ａ（１０）と、履物１０Ａに挿入された足５とを模式的に示した断面図である。
本実施形態における履物１０Ａは、底部１と上部２とから概略構成され、使用者の足５と接触する上部２の内面２ａには、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足５に加える応力付与手段３が、マトリクス状に配されている。以下、詳細に説明する。
【００１２】
底部１と上部２とから少なくともなる履物としては、特に限定されるものではなく、例えば靴やサンダル等が挙げられる。
靴としては特に限定されるものではなく、日常用、陸上競技や球技、スキー、スノーボード等のスポーツ用、リハビリテーション等の際に用いる医療用、安全靴や長靴等の業務用など、特に限定されるものではない。
サンダルとしては、特に限定されるものではなく、足首５ｈを覆うものや足の甲５ｇやその一部を覆うものなどが挙げられる。本実施形態では、履物１０の一例として、靴を用いた場合について説明する。
【００１３】
応力付与手段３は、履物１０Ａの上部２の内面２ａにマトリクス状に配され、外部からの圧力を検知し、該圧力に応じた応力を足５に加えるものである。その形状は特に限定されるものではなく、例えば円柱状、四角柱状などが挙げられる。またその大きさは、感知する圧力や付与する応力に応じて適宜変更できるが、例えば５ｍｍ×５ｍｍ以上８０ｍｍ×８０ｍｍ以下（円柱状であった場合は直径５ｍｍ以上８０ｍｍ以下）、厚さは０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
上部２の内面２ａにおいて、応力付与手段３を配置する位置によってその大きさや形状を変化させてもよい。例えば、外部から加わる圧力が大きい足裏５ｃ周辺の上部２ｃ（特に踵５ｂ周辺の上部２ｂ等）には大きめの応力付与手段３を配し、足首５ｈ等のフィット感が欲しい足首５ｈ周辺の上部２ｈには、小型の応力付与手段３を高密度に配することもできる。
【００１４】
本発明の履物１０Ａでは、同一の応力付与手段３により圧力のセンシングと応力の発生とを行うため、低コスト化を図ることができる。また、履物１０Ａの上部２の内面２ａにマトリクスを構成する際に高密度化を図ることができ、足５の各部位に対して的確な応力付与を行うことができる。ゆえに、足５の動きに合わせて、適切な箇所に応力を付与することができ、フィット感の向上を図ることができる。したがって、従来の靴と比べ運動能力の向上やバランスの向上を図ることが可能である。
特に、応力付与手段３に加わる圧力は、履物１０Ａ外部からの力と履物１０Ａ内部の足５からの力とによって発生するものであるため、各個人の足型特有の圧力が生じることとなるが、応力付与手段３から足５に加わる応力は、該圧力に応じて発生されるため、各個人の足型に特有の応力を付与することができる。したがって、本発明の履物１０によれば、各個人の足型に見合ったフィット感を得ることができ、例えば開張足や外反母趾、内反小趾、踵首骨端炎等を患っていた場合においても、痛みを伴うことなく最適なフィット感を得ることができ、履物に起因した痛みを伴わずに運動をすることが可能である。また、足５がむくんできて足５のサイズが変動した際であっても、変動した足のサイズに応じて適切なフィット感を得ることができる。
更に、圧力をセンシングする部位と足５に応力を付与する部位とが同一であるため、利用者が思ったところに適切な応力を付与することができる。
【００１５】
本実施形態の履物１０Ａを、フィット性能の良さを生かしてスポーツ用シューズに適用した場合、様々なアクションに最適な応力付与が可能となる。走っていて急に止まるときだけでなく、ジャンプするとき、着地するとき、走り出すとき、身体の向きを変えるとき、クラブなどをスイングするとき、ボール等を蹴るときなど、様々なシーンで最適な応力付与が可能になる。ゆえに、運動性に優れ、運動に応じたフィット性能が得られるため足首５ｈや足裏５ｃ等に生じる損傷を抑制することができる。
また、医療用の靴に適用した場合では、歩行訓練などリハビリテーション用の靴に用いることで、足の運動に応じて適切に該足をサポートすることができるため、効率よく怪我からの回復を補助することができる。
また、サンダルに適用した場合では、従来では得られないフィット感及びサポート力に優れたサンダルを提供することができる。
【００１６】
例えば図２（ａ）は、本発明の履物１０Ａを装着し、何らかの運動の結果、足５が地面１１に着地する際の応力付与状態を模式的に示した図である。また図２（ｂ）は、本発明の履物１０Ａを装着し、何らかの運動を起こすために、足５が地面１１を蹴って離陸する際の応力付与状態を模式的に示した図である。図中矢印は足５に加わる応力を示しており、矢印が大きい（太い）ほど大きな応力を示している。
なお、図２（ａ）では、踵５ｂから地面１１に着地することを想定している。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、本発明の履物１０Ａによれば、底部１の踵部位１ａから着地する際に、履物１０Ａに生じた圧力に適した応力が、瞬時に踵５ｂ周辺の上部２ｂと足首５ｈ周辺の上部２ｈとに配された応力付与手段３ｂ，３ｈに付与され、着地の際に生じた履物１０Ａの踵部位１ａ，２ｂと足５とのずれを望ましい位置関係に修正し、着地することができる。したがって、履物１０Ａ内で、足５は適正な位置で着地することができ、足５のアーチを十分に生かして衝撃を緩衝できるため、足５の疲れを軽減することができる。また、履物１０Ａ内で足５がずれることが抑制されるため、水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
また、着地の際には、つま先５ｆが履物１０Ａの上部２に強く当たっていると爪や指を痛めてしまう。通常、踵５ｂから地面１１に着地する際は、つま先５ｆ周辺の上部２ｆに加わる圧力は小さくなっている。そのため、つま先５ｆに対する応力付与は必要最小限となり、つま先５ｆへのダメージを減らすことができる。
【００１８】
一方、足５が地面１１を蹴って離陸する際には、足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部分で地面１１を蹴って離陸するため、この部分では大きなグリップが必要となる。したがって、図２（ｂ）に示すように足の指５ｄ周辺の上部２ｄから拇指球５ｅ周辺の上部２ｅにかけての圧力変化に応じた応力、すなわち足の指５ｄ周辺の上部２ｄから拇指球５ｅ周辺の上部２ｅにかけた部分、及び拇指球５ｅと対向する足の甲５ｇ周辺の上部２ｇ、に配された応力付与部材３ｄ，３ｅ，３ｇから生じる応力が大きい履物にしてやれば、足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部分と、足の指５ｄから拇指球５ｅと接する上部２ｄ，２ｅとの摩擦は大きくなり、大きなグリップが得られる。したがって、効率よく離陸ができると共に、足５への負担が少なく、履物１０Ａ内で足５（足裏５ｃ）がずれることが抑制されるため、足裏５ｃに水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る履物１０Ｂ（１０）を模式的に示した図である。
本実施形態の履物１０Ｂが、第１実施形態の履物１０Ａと異なる点は、底部１の踵部位１ａに衝撃を吸収するための部材４が配されている点である。
【００２０】
衝撃を吸収するための部材４としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができ、例えば、ガスを風船状の部材に閉じ込めた部材や、ウレタン、ＥＶＡ樹脂、シリコン、シリコンゲル等が挙げられる。
【００２１】
本実施形態の履物１０Ｂによれば、上述した第１実施形態１０の履物１０Ａで得られる効果に加え、より効果的に運動時の衝撃を緩衝することができる。
【００２２】
従来の靴では一般的に、着地の衝撃を吸収するための部材が踵に仕込まれていることが多い。この着地の衝撃を吸収するための部材としては、例えば特許文献２に開示されていたように、ガスなどを風船状の部材に閉じ込めたクッションであったり、衝撃を吸収するための部材そのものの変形で衝撃を拡散するものであったり、様々である。
これらを効果的に作用させるためには、足と衝撃を吸収するための部材とが最適な位置関係にある状態で地面に着地することが望ましい。
【００２３】
図４は、本実施形態の履物１０Ｂを装着し、何らかの運動の結果、足５が地面１１に着地する際の応力付与状態を模式的に示した図である。本実施形態では、上述した第１実施形態の履物１０Ａを用いた際と同様に、運動によって生じた履物１０Ｂの踵部位１ａ，２ｂと足５の履物１０Ｂ内における位置とのずれを、望ましい位置関係に修正し、着地することができる。したがって、着地の際に生じた衝撃は、効率よく部材４で緩衝することができ、足５への負担を効果的に減少させることができる。
なお、つま先５ｆ（足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部位）から着地した場合においても、着地時における衝撃は踵５ｂが大きくなるため、効果的に部材４で衝撃を緩和することができ、足５及び膝や大腿部等の脚にかかる負担を低減することができる。
【００２４】
上述した第１実施形態〜第２実施形態の履物１０において、応力付与手段３としては、ソフトアクチュエータ素子を用いることが好ましい。ソフトアクチュエータ素子を用いることで、複数のソフトアクチュエータ素子をマトリクス状に配した際でも、過度に履物１０が重くなることがなく、履物１０の多数の部位で独立して足５に加わる応力を調整することが可能となる。このソフトアクチュエータ素子は電気信号で動作させるため、電気配線は、従来の、例えば特許文献１で用いられていた空気配管よりも体積を小さくすることができ、履物１０が過度に大きくなることがなく、デザイン性と機能性を両立することができる。
【００２５】
ソフトアクチュエータ素子ではなく、例えばＰＺＴなどのセラミックスアクチュエータ素子や、電磁モータなどを応力発生源に用いた場合、これらのアクチュエータ素子は強力な応力を発生し、なおかつ素子自体が強固であるため、足を痛める原因となりかねない。例えば、アクチュエータ素子が暴走した場合、足首が急激に過度に締め付けられ、アキレス腱を切るといった怪我が発生する可能性がある。
本発明のようにソフトアクチュエータ素子を用いた場合では、ソフトアクチュエータ素子自体がポリマーで構成されているため、足５が触れた感触がよく、長時間接しても足５を痛めることはない。また、ソフトアクチュエータ素子自体が暴走した場合であっても、人間の体よりソフトアクチュエータ素子を構成するポリマーの方が降伏応力が低いため、足５を痛めるほど締め付ける前にソフトアクチュエータ素子自体が降伏し、強大な応力が発生することはない。
【００２６】
ソフトアクチュエータ素子としては、従来公知のものを用いることができるが、例えば誘電エラストマーと、誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなるもの、イオン交換膜と、イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなるもの、または導電性ポリマーと、導電性ポリマーの両側に配された対向電極とからなるもの等が挙げられる。
【００２７】
図５は、誘電エラストマー３１と、誘電エラストマー３１の両側に配された対向電極３２，３３とからなるソフトアクチュエータ素子３α（３）を模式的に示した図である。図５（ａ）は通常の状態のソフトアクチュエータ素子３αであり、図５（ｂ）は、圧力が加わり、圧縮された状態のソフトアクチュエータ素子３αを模式的に示したものである。また、図５（ｃ）は、作用機序を模式的に示した図である。
外部からの圧力を受け、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように対向電極３２，３３間の距離が変化することで電位容量が変化する。この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。また、応力の発生に関しては、対向電極３２，３３間のクーロン力によって応力を発生することができる。
このような誘電エラストマー３１としては、例えば、シリコン、アクリル、ウレタンなどが挙げられる。またその厚さは、検知する圧力の大きさや発生させる応力等に応じて適宜調節できるが、例えば０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
また対向電極３２，３３としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
【００２８】
電解質が必要なソフトアクチュエータ素子では、電解質は液体であることが多く、該電解質を封止するための構造が必要となり、コストが高くなってしまう。また、該封止構造は繰り返しの可動により劣化し、損傷が生じる虞があるため、信頼性が低下する虞がある。誘電エラストマー３１と対向電極３２，３３とを用いた場合では、電解質を必要としないため、コストを低減することが出来るとともに、繰り返し使用した際の信頼性の向上を図ることができる。特に、履物１０にはかなりの回数の繰り返しが生じるため、信頼性を高くしておくことは、非常に有用である。
【００２９】
図６（ａ）は、イオン交換膜３４と、イオン交換膜３４の両側に配された対向電極３２，３３とからなるソフトアクチュエータ素子３β（３）を模式的に示した図であり、図６（ｂ）はその作用機序を模式的に示した図である。
イオン交換膜３４はイオン交換樹脂からなり、その厚さは例えば０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。誘電エラストマー３１と同様に外部からの圧力を受けイオン交換膜３４が圧縮し、対向電極２２，２３間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図６（ｂ）に示すように、イオン交換膜３４に電圧をかけると、イオン交換膜３４内のイオン４１，４２及び高分子電解質４３は、イオン４１，４２の電荷に応じて対向電極３２あるいは対向電極３３の方向に移動する。その際に、イオン４１，４２にひきずられて水分子４４も移動するため、イオン交換膜３４の部分的な膨潤、膨張が起こり、応力が発生する。
このようなイオン交換膜３４としては、従来公知なものを用いることができ、陽イオン交換樹脂、及び陰イオン交換樹脂のどちらも適用することが可能である。例えば、スチレン系やアクリル系のものが挙げられる。より具体的には、例えばスチレン・ジビニルベンゼンの共重合体からなる母体をもつものや、アクリル酸・ジビニルベンゼンの共重合体からなる母体をもつもの、ポリエチレンやフッ素樹脂などにスルホン酸基やカルボキシル基などの親水性官能基を導入したものなどが挙げられる。
また対向電極３２，３３としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
【００３０】
この方式のソフトアクチュエータ素子３βは、直流１．５Ｖ程度の小さな電圧で駆動することができるので、本発明の履物１０に用いた際に、安全であるという利点がある。
【００３１】
図７（ａ）は、電解質３５と、電解質３５の一面３５ａに配された導電性ポリマー３６と、電解質３５の他面３５ｂに配された電極３７とからなるソフトアクチュエータ素子３γ（３）を模式的に示した図であり、図７（ｂ）はその作用機序を模式的に示した図である。
誘電エラストマー３１と同様に外部からの圧力を受け電解質３５が圧縮し、導電性ポリマー３６と電極３７との間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図７（ｂ）に示すように、導電性ポリマー３６に電圧を印加すると、導電性ポリマー３６に電解質３５中の陰イオン５１（あるいは陽イオン５２）の侵入もしくは脱離が起こり、体積が変化して応力が発生する。イオンの侵入、脱離の際に、水分子を伴って該イオンが侵入、脱離したり、酸化・還元反応を伴ったりする場合もある。なお、図７（ｂ）は、電解質３５中の陰イオン５１が導電性ポリマー３５に侵入した際の様子を模式的に示したものである。
この導電性ポリマーと３６しては、例えば、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。
また電極３７としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
【００３２】
導電性ポリマー３６を用いたソフトアクチュエータ素子３γを本発明の履物１０に適用した場合では、ソフトアクチュエータ素子がある形状に変化した後は、印加電圧を解除しても形状が保持されるという特徴があり、低消費電力で駆動できるという利点がある。
【００３３】
なお、ソフトアクチュエータ素子を配する履物１０の内側面の位置に応じて、上記誘電エラストマー３１と誘電エラストマー２１の両側に配された対向電極３２，３３とからなるもの、イオン交換膜３４とイオン交換膜３４の両側に配された対向電極３２，３３とからなるもの、または電解質３５と、電解質３５の一面３５ａに配された導電性ポリマー３６と、電解質３５の他面３５ｂに配された電極３７とからなるものを使い分けることもできる。
【００３４】
図８（ａ）は、第１実施形態の履物１０Ａに配線６１が接続された図であり、図８（ｂ）は、応力付与手段３を制御する制御装置６０の一例とその概略図である。
制御装置６０は、スイッチング回路６２と、デジタルマルチメータ６３と、直流電源６４と、コンピュータ６５とから概略構成されている。そして、制御装置６０と各応力付与手段３とは配線６１により電気的に接続されている。
各応力付与手段３に加わった圧力による電位容量の変化は、配線６１を介してアナログ電流信号として出力され、デジタルマルチメータ６３に入力され、該圧力がセンシングされる。デジタルマルチメータ６３としては、例えば電気容量測定器などを用いることができる。
デジタルマルチメータ６３で測定した電位容量の変化の値をコンピュータ６５に取り込み、所定のアルゴリズムにしたがって適切な応力付加を与えるための印加電圧を計算し、直流電源６４から出力され、配線６１を介して応力付与手段３にアナログ電流信号として出力される。応力付与手段３では、直流電源６４からの電流信号に応じた応力が発生される。
各応力付与手段３への出力（応力付与）、および各応力付与手段３からの入力（圧力測定）の切り替えは、スイッチング回路６２を用いて切り替えることができる。したがって、各応力付与手段３とスイッチング回路６２とを繋ぐ配線６１は、圧力測定用と応力付与用とを同じ配線６１で行うことができる。
【００３５】
制御装置６０は、履物１０を履く人の衣類に配したり、鞄等に入れることができる。また、配線６１は、脚にそって這わせ、各応力付与手段３と接続する。この際、配線６１は予め衣類中に配することもできる。
【００３６】
本発明の靴１０によれば、微小時間における応力付与手段３に生じた圧力変動（電位容量の変化）から、運動の方向をコンピュータ６５により判断し、該運動に応じた応力を付与することができる。なお、ここで微小時間とは、行う運動にもよるが、例えば０．００１秒以上１秒以下のことをいう。
【００３７】
例えば上述した図２（ａ）において、例えば０．１秒間隔の微小時間において、踵５ｂから着地する際に生じる応力付与手段３での圧力変動を測定することで、該圧力変動に応じた応力が、瞬時に踵５ｂ周辺及び足首５ｈ周辺の上部２ｂ，２ｈとに配された応力付与手段３ｂ，３ｈに印加され、運動によって生じた履物１０と足５とのずれを、望ましい位置関係に修正し、着地することができる。したがって、適正な位置で着地することができ、足５のアーチを十分に生かして衝撃を緩衝でき、足５の疲れを軽減することができる。また、衝撃を吸収するための部材４が配された第２実施形態の履物１０Ｂでは、効率よく衝撃を吸収することができる。更に、履物１０内で足５がずれることが抑制されるため、水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
また、着地の際には、つま先５ｆが履物１０に強く当たっていると爪や指を痛めてしまうが、着地の際に履物１０のつま先５ｈ周辺の上部２ｆの応力付与は必要最小限とするようにコンピュータ６５にプラグラムをしておくことで、つま先５ｆへのダメージを減らすことができる。
【００３８】
また、上述した図２（ｂ）において、例えば０．１秒等の微小時間において、足の指５ｄ部分から拇指球５ｅにかけての圧力変動を測定し、該圧力変動に適した応力、すなわちつま先部分５ｆ（足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての上部２ｄ，２ｅ）で応力が大きい履物にしてやれば、足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部分と履物１０の底面１との摩擦は大きくなり、大きなグリップが得られる。したがって、効率よく離陸ができると共に、足５への負担が少なく、履物１０内で足５がずれることが抑制されるため、足裏５ｃに水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
【００３９】
本発明の履物１０を用いれば、何らかの運動をする場合、その動きに合わせて最適な応力付与を最適なタイミングで与えることができる。例えば、ジョギングを行う場合、走る人が１秒間に１歩の割合で走るならば、０．１秒おきに圧力センシングと応力付与を繰り返すようにコンピュータ３５にプログラミングしておくとよい。ジョギングに適した応力付与を行うことが出来、足にかかる負担を軽減することができる。
また、他の例としてはスキーやスノーボードのブーツでは、常に雪面の変化による力が足５に加わるため、足の担が大きくなっている。これらのブーツに本発明を適用することで、様々な状況に適切なフィット感を得ることができ、足の疲れを軽減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、日常用、スポーツ用、医療用、業務用など様々な履物に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る履物を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る履物を履いて地面に着地する際の様子及び地面から離陸する際の様子を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る履物を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る履物を履いて地面に着地する際の様子を模式的に示した図である。
【図５】本発明の履物に適用するソフトアクチュエータ素子の一例を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の履物に適用するソフトアクチュエータ素子の他の一例を模式的に示した断面図である。
【図７】本発明の履物に適用するソフトアクチュエータ素子の他の一例を模式的に示した断面図である。
【図８】本発明の履物と、該履物と電気的に接続される制御装置とを模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 底部、２ 上部、２ａ 上部の内面、２ｂ 踵周辺の上部、２ｃ 足裏周辺の上部、２ｄ 足の指周辺の上部、２ｅ 拇指球周辺の上部、２ｆ つま先周辺の上部、２ｇ 足の甲周辺の上部、２ｈ 足首周辺の上部、３ 応力付与手段、４ 衝撃を吸収するための部材、５ 足、５ｂ 踵、５ｃ 足裏、５ｄ 足の指、５ｅ 拇指球、５ｆ つま先、５ｇ 足の高、５ｈ 足首、１０（１０Ａ，１０Ｂ） 履物、１１ 地面、３１ 導電性エラストマー、３２，３３ 対向電極、３４ イオン交換膜、３５ 電解質、３６ 導電性ポリマー、３７ 電極、４１ 陰イオン、４２ 陰イオン、４３ 高分子電解質、４４ 水分子、５１ 陰イオン、５２ 陽イオン、６０ 制御装置、６１ 配線、６２ スイッチング回路、６３ デジタルマルチメータ、６４ 直流電源、６５ コンピュータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は履物に係り、より詳しくは、フィット感及びクッション性の向上を図った履物に関する。
【背景技術】
【０００２】
靴の運動性能、快適性を向上させるため、靴紐やストラップ、細いワイヤー等の締め具合を調整することは一般的である。しかし、靴紐やストラップ、細いワイヤー等を用いた場合、足の甲と側面とだけに局部的に圧力がかかるため、例えば傷害を負っている者や着用者にとっては履き心地が悪く、長時間に渡って履き続けることが困難になる可能性がある。また、靴紐やストラップ、細いワイヤー等を締めることで調整しても、足の凹凸や土踏まずの形状などには個人差があり、また、運動に伴う足の形状変化に追従することはできないため、靴の足に対するフィット性能は不足している。
【０００３】
足に対する靴のフィット性能を改善するために、例えば特許文献１には、靴の外部及び内側の少なくとも一方に、空気を入れるなどして膨張可能なブラダと呼ばれるエアーチャンバーと、該ブラダを膨張させるための小型ポンプ機構を有した靴に関して開示されている。この特許文献１に開示された靴では、例えば足の甲の部分にブラダを配置し、靴を履いた後に該ブラダを適当に膨張させることで、各個人に見合ったフィット性能を実現することができる。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、靴の内部に気体、液体、ゲルなどを内包するブラダと呼ばれるチャンバーを有した靴が開示されている。この特許文献２に開示された靴では、体重でブラダが変形し、フィット感、クッション性を向上させる機能がある。
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された靴では、靴の中に配されたブラダの数が少ないと、足の広い面積に均一に応力をかけることはできるが、足の各部位に独立した応力をかけることができない。各部位に独立した応力をかけるためには多数のブラダが必要となる。そのためには、ポンプ機構をブラダの数だけ備えるか、またはポンプ機構は一つだが、複雑なエアー配管と多数のバルブが必要となる。その結果、重量が重くなり、靴としては適さなくなってしまう。また、ブラダの数が多くなるためにバルブが多くなり、全てのブラダの圧力を調整するためには時間がかかってしまい、リアルタイムに外部からの圧力をセンシングして、それに応じて靴の圧力を調整することは困難である。
【０００６】
また、特許文献２に開示された靴では、足の各部位に独立して応力を付与することができないので、靴を履いている人が何らかの運動をする場合、その動きに合わせて最適な応力を最適なタイミングで与えることはできない。
【特許文献１】特開２００５−５３２１１５号公報
【特許文献２】特開２００２−５３８８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、各個人の足型に見合ったフィット感及びクッション性を得ることができ、履物に加わる圧力に応じて履物から足に加わる応力を制御することが可能な履物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に記載の履物は、底部と上部とから少なくともなる履物であって、
使用者の足と接触する前記上部の内面には、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足に加える応力付与手段が、マトリクス状に配されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の履物は、請求項１において、前記底部の踵部位には、衝撃を吸収するための部材が配されていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の履物は、請求項１または２において、前記応力付与手段は、ソフトアクチュエータ素子であることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の履物は、請求項３において、前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の履物は、請求項３において、前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の履物は、請求項３において、前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の履物は、請求項１ないし６のいずれかにおいて、外部からの圧力による前記応力付与手段の電位容量の変化を検知する電位用量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記応力付与手段に加える応力を算出するコンピュータ、前記応力付与手段に応力を付与するための電源、及び前記応力付与手段への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記応力付与手段とが電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の履物は、請求項７において、微小時間における前記応力付与手段の電位容量の変化から、前記コンピュータにより運動の方向を判断し、該運動に応じた応力を付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の履物によれば、履物の上部の内面には、外部からの圧力に応じて応力を発生させる応力付与手段が配されているため、履物の各部位に加わる圧力に応じた適切な応力を足に付与することができる。そのため、足が疲れにくく、足の運動や形状に応じた適切なフィット感を得ることが可能な靴を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。なお、本明細書において、足首からつま先までを「足」、足首から骨盤までを「脚」とする。
【００１１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る履物１０Ａ（１０）と、履物１０Ａに挿入された足５とを模式的に示した断面図である。
本実施形態における履物１０Ａは、底部１と上部２とから概略構成され、使用者の足５と接触する上部２の内面２ａには、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足５に加える応力付与手段３が、マトリクス状に配されている。以下、詳細に説明する。
【００１２】
底部１と上部２とから少なくともなる履物としては、特に限定されるものではなく、例えば靴やサンダル等が挙げられる。
靴としては特に限定されるものではなく、日常用、陸上競技や球技、スキー、スノーボード等のスポーツ用、リハビリテーション等の際に用いる医療用、安全靴や長靴等の業務用など、特に限定されるものではない。
サンダルとしては、特に限定されるものではなく、足首５ｈを覆うものや足の甲５ｇやその一部を覆うものなどが挙げられる。本実施形態では、履物１０の一例として、靴を用いた場合について説明する。
【００１３】
応力付与手段３は、履物１０Ａの上部２の内面２ａにマトリクス状に配され、外部からの圧力を検知し、該圧力に応じた応力を足５に加えるものである。その形状は特に限定されるものではなく、例えば円柱状、四角柱状などが挙げられる。またその大きさは、感知する圧力や付与する応力に応じて適宜変更できるが、例えば５ｍｍ×５ｍｍ以上８０ｍｍ×８０ｍｍ以下（円柱状であった場合は直径５ｍｍ以上８０ｍｍ以下）、厚さは０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
上部２の内面２ａにおいて、応力付与手段３を配置する位置によってその大きさや形状を変化させてもよい。例えば、外部から加わる圧力が大きい足裏５ｃ周辺の上部２ｃ（特に踵５ｂ周辺の上部２ｂ等）には大きめの応力付与手段３を配し、足首５ｈ等のフィット感が欲しい足首５ｈ周辺の上部２ｈには、小型の応力付与手段３を高密度に配することもできる。
【００１４】
本発明の履物１０Ａでは、同一の応力付与手段３により圧力のセンシングと応力の発生とを行うため、低コスト化を図ることができる。また、履物１０Ａの上部２の内面２ａにマトリクスを構成する際に高密度化を図ることができ、足５の各部位に対して的確な応力付与を行うことができる。ゆえに、足５の動きに合わせて、適切な箇所に応力を付与することができ、フィット感の向上を図ることができる。したがって、従来の靴と比べ運動能力の向上やバランスの向上を図ることが可能である。
特に、応力付与手段３に加わる圧力は、履物１０Ａ外部からの力と履物１０Ａ内部の足５からの力とによって発生するものであるため、各個人の足型特有の圧力が生じることとなるが、応力付与手段３から足５に加わる応力は、該圧力に応じて発生されるため、各個人の足型に特有の応力を付与することができる。したがって、本発明の履物１０によれば、各個人の足型に見合ったフィット感を得ることができ、例えば開張足や外反母趾、内反小趾、踵首骨端炎等を患っていた場合においても、痛みを伴うことなく最適なフィット感を得ることができ、履物に起因した痛みを伴わずに運動をすることが可能である。また、足５がむくんできて足５のサイズが変動した際であっても、変動した足のサイズに応じて適切なフィット感を得ることができる。
更に、圧力をセンシングする部位と足５に応力を付与する部位とが同一であるため、利用者が思ったところに適切な応力を付与することができる。
【００１５】
本実施形態の履物１０Ａを、フィット性能の良さを生かしてスポーツ用シューズに適用した場合、様々なアクションに最適な応力付与が可能となる。走っていて急に止まるときだけでなく、ジャンプするとき、着地するとき、走り出すとき、身体の向きを変えるとき、クラブなどをスイングするとき、ボール等を蹴るときなど、様々なシーンで最適な応力付与が可能になる。ゆえに、運動性に優れ、運動に応じたフィット性能が得られるため足首５ｈや足裏５ｃ等に生じる損傷を抑制することができる。
また、医療用の靴に適用した場合では、歩行訓練などリハビリテーション用の靴に用いることで、足の運動に応じて適切に該足をサポートすることができるため、効率よく怪我からの回復を補助することができる。
また、サンダルに適用した場合では、従来では得られないフィット感及びサポート力に優れたサンダルを提供することができる。
【００１６】
例えば図２（ａ）は、本発明の履物１０Ａを装着し、何らかの運動の結果、足５が地面１１に着地する際の応力付与状態を模式的に示した図である。また図２（ｂ）は、本発明の履物１０Ａを装着し、何らかの運動を起こすために、足５が地面１１を蹴って離陸する際の応力付与状態を模式的に示した図である。図中矢印は足５に加わる応力を示しており、矢印が大きい（太い）ほど大きな応力を示している。
なお、図２（ａ）では、踵５ｂから地面１１に着地することを想定している。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、本発明の履物１０Ａによれば、底部１の踵部位１ａから着地する際に、履物１０Ａに生じた圧力に適した応力が、瞬時に踵５ｂ周辺の上部２ｂと足首５ｈ周辺の上部２ｈとに配された応力付与手段３ｂ，３ｈに付与され、着地の際に生じた履物１０Ａの踵部位１ａ，２ｂと足５とのずれを望ましい位置関係に修正し、着地することができる。したがって、履物１０Ａ内で、足５は適正な位置で着地することができ、足５のアーチを十分に生かして衝撃を緩衝できるため、足５の疲れを軽減することができる。また、履物１０Ａ内で足５がずれることが抑制されるため、水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
また、着地の際には、つま先５ｆが履物１０Ａの上部２に強く当たっていると爪や指を痛めてしまう。通常、踵５ｂから地面１１に着地する際は、つま先５ｆ周辺の上部２ｆに加わる圧力は小さくなっている。そのため、つま先５ｆに対する応力付与は必要最小限となり、つま先５ｆへのダメージを減らすことができる。
【００１８】
一方、足５が地面１１を蹴って離陸する際には、足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部分で地面１１を蹴って離陸するため、この部分では大きなグリップが必要となる。したがって、図２（ｂ）に示すように足の指５ｄ周辺の上部２ｄから拇指球５ｅ周辺の上部２ｅにかけての圧力変化に応じた応力、すなわち足の指５ｄ周辺の上部２ｄから拇指球５ｅ周辺の上部２ｅにかけた部分、及び拇指球５ｅと対向する足の甲５ｇ周辺の上部２ｇ、に配された応力付与部材３ｄ，３ｅ，３ｇから生じる応力が大きい履物にしてやれば、足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部分と、足の指５ｄから拇指球５ｅと接する上部２ｄ，２ｅとの摩擦は大きくなり、大きなグリップが得られる。したがって、効率よく離陸ができると共に、足５への負担が少なく、履物１０Ａ内で足５（足裏５ｃ）がずれることが抑制されるため、足裏５ｃに水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る履物１０Ｂ（１０）を模式的に示した図である。
本実施形態の履物１０Ｂが、第１実施形態の履物１０Ａと異なる点は、底部１の踵部位１ａに衝撃を吸収するための部材４が配されている点である。
【００２０】
衝撃を吸収するための部材４としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものを用いることができ、例えば、ガスを風船状の部材に閉じ込めた部材や、ウレタン、ＥＶＡ樹脂、シリコン、シリコンゲル等が挙げられる。
【００２１】
本実施形態の履物１０Ｂによれば、上述した第１実施形態１０の履物１０Ａで得られる効果に加え、より効果的に運動時の衝撃を緩衝することができる。
【００２２】
従来の靴では一般的に、着地の衝撃を吸収するための部材が踵に仕込まれていることが多い。この着地の衝撃を吸収するための部材としては、例えば特許文献２に開示されていたように、ガスなどを風船状の部材に閉じ込めたクッションであったり、衝撃を吸収するための部材そのものの変形で衝撃を拡散するものであったり、様々である。
これらを効果的に作用させるためには、足と衝撃を吸収するための部材とが最適な位置関係にある状態で地面に着地することが望ましい。
【００２３】
図４は、本実施形態の履物１０Ｂを装着し、何らかの運動の結果、足５が地面１１に着地する際の応力付与状態を模式的に示した図である。本実施形態では、上述した第１実施形態の履物１０Ａを用いた際と同様に、運動によって生じた履物１０Ｂの踵部位１ａ，２ｂと足５の履物１０Ｂ内における位置とのずれを、望ましい位置関係に修正し、着地することができる。したがって、着地の際に生じた衝撃は、効率よく部材４で緩衝することができ、足５への負担を効果的に減少させることができる。
なお、つま先５ｆ（足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部位）から着地した場合においても、着地時における衝撃は踵５ｂが大きくなるため、効果的に部材４で衝撃を緩和することができ、足５及び膝や大腿部等の脚にかかる負担を低減することができる。
【００２４】
上述した第１実施形態〜第２実施形態の履物１０において、応力付与手段３としては、ソフトアクチュエータ素子を用いることが好ましい。ソフトアクチュエータ素子を用いることで、複数のソフトアクチュエータ素子をマトリクス状に配した際でも、過度に履物１０が重くなることがなく、履物１０の多数の部位で独立して足５に加わる応力を調整することが可能となる。このソフトアクチュエータ素子は電気信号で動作させるため、電気配線は、従来の、例えば特許文献１で用いられていた空気配管よりも体積を小さくすることができ、履物１０が過度に大きくなることがなく、デザイン性と機能性を両立することができる。
【００２５】
ソフトアクチュエータ素子ではなく、例えばＰＺＴなどのセラミックスアクチュエータ素子や、電磁モータなどを応力発生源に用いた場合、これらのアクチュエータ素子は強力な応力を発生し、なおかつ素子自体が強固であるため、足を痛める原因となりかねない。例えば、アクチュエータ素子が暴走した場合、足首が急激に過度に締め付けられ、アキレス腱を切るといった怪我が発生する可能性がある。
本発明のようにソフトアクチュエータ素子を用いた場合では、ソフトアクチュエータ素子自体がポリマーで構成されているため、足５が触れた感触がよく、長時間接しても足５を痛めることはない。また、ソフトアクチュエータ素子自体が暴走した場合であっても、人間の体よりソフトアクチュエータ素子を構成するポリマーの方が降伏応力が低いため、足５を痛めるほど締め付ける前にソフトアクチュエータ素子自体が降伏し、強大な応力が発生することはない。
【００２６】
ソフトアクチュエータ素子としては、従来公知のものを用いることができるが、例えば誘電エラストマーと、誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなるもの、イオン交換膜と、イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなるもの、または導電性ポリマーと、導電性ポリマーの両側に配された対向電極とからなるもの等が挙げられる。
【００２７】
図５は、誘電エラストマー３１と、誘電エラストマー３１の両側に配された対向電極３２，３３とからなるソフトアクチュエータ素子３α（３）を模式的に示した図である。図５（ａ）は通常の状態のソフトアクチュエータ素子３αであり、図５（ｂ）は、圧力が加わり、圧縮された状態のソフトアクチュエータ素子３αを模式的に示したものである。また、図５（ｃ）は、作用機序を模式的に示した図である。
外部からの圧力を受け、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように対向電極３２，３３間の距離が変化することで電位容量が変化する。この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。また、応力の発生に関しては、対向電極３２，３３間のクーロン力によって応力を発生することができる。
このような誘電エラストマー３１としては、例えば、シリコン、アクリル、ウレタンなどが挙げられる。またその厚さは、検知する圧力の大きさや発生させる応力等に応じて適宜調節できるが、例えば０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。
また対向電極３２，３３としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
【００２８】
電解質が必要なソフトアクチュエータ素子では、電解質は液体であることが多く、該電解質を封止するための構造が必要となり、コストが高くなってしまう。また、該封止構造は繰り返しの可動により劣化し、損傷が生じる虞があるため、信頼性が低下する虞がある。誘電エラストマー３１と対向電極３２，３３とを用いた場合では、電解質を必要としないため、コストを低減することが出来るとともに、繰り返し使用した際の信頼性の向上を図ることができる。特に、履物１０にはかなりの回数の繰り返しが生じるため、信頼性を高くしておくことは、非常に有用である。
【００２９】
図６（ａ）は、イオン交換膜３４と、イオン交換膜３４の両側に配された対向電極３２，３３とからなるソフトアクチュエータ素子３β（３）を模式的に示した図であり、図６（ｂ）はその作用機序を模式的に示した図である。
イオン交換膜３４はイオン交換樹脂からなり、その厚さは例えば０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。誘電エラストマー３１と同様に外部からの圧力を受けイオン交換膜３４が圧縮し、対向電極２２，２３間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図６（ｂ）に示すように、イオン交換膜３４に電圧をかけると、イオン交換膜３４内のイオン４１，４２及び高分子電解質４３は、イオン４１，４２の電荷に応じて対向電極３２あるいは対向電極３３の方向に移動する。その際に、イオン４１，４２にひきずられて水分子４４も移動するため、イオン交換膜３４の部分的な膨潤、膨張が起こり、応力が発生する。
このようなイオン交換膜３４としては、従来公知なものを用いることができ、陽イオン交換樹脂、及び陰イオン交換樹脂のどちらも適用することが可能である。例えば、スチレン系やアクリル系のものが挙げられる。より具体的には、例えばスチレン・ジビニルベンゼンの共重合体からなる母体をもつものや、アクリル酸・ジビニルベンゼンの共重合体からなる母体をもつもの、ポリエチレンやフッ素樹脂などにスルホン酸基やカルボキシル基などの親水性官能基を導入したものなどが挙げられる。
また対向電極３２，３３としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
【００３０】
この方式のソフトアクチュエータ素子３βは、直流１．５Ｖ程度の小さな電圧で駆動することができるので、本発明の履物１０に用いた際に、安全であるという利点がある。
【００３１】
図７（ａ）は、電解質３５と、電解質３５の一面３５ａに配された導電性ポリマー３６と、電解質３５の他面３５ｂに配された電極３７とからなるソフトアクチュエータ素子３γ（３）を模式的に示した図であり、図７（ｂ）はその作用機序を模式的に示した図である。
誘電エラストマー３１と同様に外部からの圧力を受け電解質３５が圧縮し、導電性ポリマー３６と電極３７との間の距離が変化することで電位容量が変化し、この電位容量の変化を測定することで圧力を検知することができる。応力の発生に関しては、図７（ｂ）に示すように、導電性ポリマー３６に電圧を印加すると、導電性ポリマー３６に電解質３５中の陰イオン５１（あるいは陽イオン５２）の侵入もしくは脱離が起こり、体積が変化して応力が発生する。イオンの侵入、脱離の際に、水分子を伴って該イオンが侵入、脱離したり、酸化・還元反応を伴ったりする場合もある。なお、図７（ｂ）は、電解質３５中の陰イオン５１が導電性ポリマー３５に侵入した際の様子を模式的に示したものである。
この導電性ポリマーと３６しては、例えば、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。
また電極３７としては、特に限定されるものではなく従来公知なものを用いることができ、例えば銅や銅を含んだ合金などが挙げられる。
【００３２】
導電性ポリマー３６を用いたソフトアクチュエータ素子３γを本発明の履物１０に適用した場合では、ソフトアクチュエータ素子がある形状に変化した後は、印加電圧を解除しても形状が保持されるという特徴があり、低消費電力で駆動できるという利点がある。
【００３３】
なお、ソフトアクチュエータ素子を配する履物１０の内側面の位置に応じて、上記誘電エラストマー３１と誘電エラストマー２１の両側に配された対向電極３２，３３とからなるもの、イオン交換膜３４とイオン交換膜３４の両側に配された対向電極３２，３３とからなるもの、または電解質３５と、電解質３５の一面３５ａに配された導電性ポリマー３６と、電解質３５の他面３５ｂに配された電極３７とからなるものを使い分けることもできる。
【００３４】
図８（ａ）は、第１実施形態の履物１０Ａに配線６１が接続された図であり、図８（ｂ）は、応力付与手段３を制御する制御装置６０の一例とその概略図である。
制御装置６０は、スイッチング回路６２と、デジタルマルチメータ６３と、直流電源６４と、コンピュータ６５とから概略構成されている。そして、制御装置６０と各応力付与手段３とは配線６１により電気的に接続されている。
各応力付与手段３に加わった圧力による電位容量の変化は、配線６１を介してアナログ電流信号として出力され、デジタルマルチメータ６３に入力され、該圧力がセンシングされる。デジタルマルチメータ６３としては、例えば電気容量測定器などを用いることができる。
デジタルマルチメータ６３で測定した電位容量の変化の値をコンピュータ６５に取り込み、所定のアルゴリズムにしたがって適切な応力付加を与えるための印加電圧を計算し、直流電源６４から出力され、配線６１を介して応力付与手段３にアナログ電流信号として出力される。応力付与手段３では、直流電源６４からの電流信号に応じた応力が発生される。
各応力付与手段３への出力（応力付与）、および各応力付与手段３からの入力（圧力測定）の切り替えは、スイッチング回路６２を用いて切り替えることができる。したがって、各応力付与手段３とスイッチング回路６２とを繋ぐ配線６１は、圧力測定用と応力付与用とを同じ配線６１で行うことができる。
【００３５】
制御装置６０は、履物１０を履く人の衣類に配したり、鞄等に入れることができる。また、配線６１は、脚にそって這わせ、各応力付与手段３と接続する。この際、配線６１は予め衣類中に配することもできる。
【００３６】
本発明の靴１０によれば、微小時間における応力付与手段３に生じた圧力変動（電位容量の変化）から、運動の方向をコンピュータ６５により判断し、該運動に応じた応力を付与することができる。なお、ここで微小時間とは、行う運動にもよるが、例えば０．００１秒以上１秒以下のことをいう。
【００３７】
例えば上述した図２（ａ）において、例えば０．１秒間隔の微小時間において、踵５ｂから着地する際に生じる応力付与手段３での圧力変動を測定することで、該圧力変動に応じた応力が、瞬時に踵５ｂ周辺及び足首５ｈ周辺の上部２ｂ，２ｈとに配された応力付与手段３ｂ，３ｈに印加され、運動によって生じた履物１０と足５とのずれを、望ましい位置関係に修正し、着地することができる。したがって、適正な位置で着地することができ、足５のアーチを十分に生かして衝撃を緩衝でき、足５の疲れを軽減することができる。また、衝撃を吸収するための部材４が配された第２実施形態の履物１０Ｂでは、効率よく衝撃を吸収することができる。更に、履物１０内で足５がずれることが抑制されるため、水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
また、着地の際には、つま先５ｆが履物１０に強く当たっていると爪や指を痛めてしまうが、着地の際に履物１０のつま先５ｈ周辺の上部２ｆの応力付与は必要最小限とするようにコンピュータ６５にプラグラムをしておくことで、つま先５ｆへのダメージを減らすことができる。
【００３８】
また、上述した図２（ｂ）において、例えば０．１秒等の微小時間において、足の指５ｄ部分から拇指球５ｅにかけての圧力変動を測定し、該圧力変動に適した応力、すなわちつま先部分５ｆ（足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての上部２ｄ，２ｅ）で応力が大きい履物にしてやれば、足の指５ｄから拇指球５ｅにかけての部分と履物１０の底面１との摩擦は大きくなり、大きなグリップが得られる。したがって、効率よく離陸ができると共に、足５への負担が少なく、履物１０内で足５がずれることが抑制されるため、足裏５ｃに水泡や胼胝腫、鶏眼等が生じ難くなる。
【００３９】
本発明の履物１０を用いれば、何らかの運動をする場合、その動きに合わせて最適な応力付与を最適なタイミングで与えることができる。例えば、ジョギングを行う場合、走る人が１秒間に１歩の割合で走るならば、０．１秒おきに圧力センシングと応力付与を繰り返すようにコンピュータ３５にプログラミングしておくとよい。ジョギングに適した応力付与を行うことが出来、足にかかる負担を軽減することができる。
また、他の例としてはスキーやスノーボードのブーツでは、常に雪面の変化による力が足５に加わるため、足の担が大きくなっている。これらのブーツに本発明を適用することで、様々な状況に適切なフィット感を得ることができ、足の疲れを軽減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、日常用、スポーツ用、医療用、業務用など様々な履物に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る履物を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る履物を履いて地面に着地する際の様子及び地面から離陸する際の様子を模式的に示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る履物を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る履物を履いて地面に着地する際の様子を模式的に示した図である。
【図５】本発明の履物に適用するソフトアクチュエータ素子の一例を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の履物に適用するソフトアクチュエータ素子の他の一例を模式的に示した断面図である。
【図７】本発明の履物に適用するソフトアクチュエータ素子の他の一例を模式的に示した断面図である。
【図８】本発明の履物と、該履物と電気的に接続される制御装置とを模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 底部、２ 上部、２ａ 上部の内面、２ｂ 踵周辺の上部、２ｃ 足裏周辺の上部、２ｄ 足の指周辺の上部、２ｅ 拇指球周辺の上部、２ｆ つま先周辺の上部、２ｇ 足の甲周辺の上部、２ｈ 足首周辺の上部、３ 応力付与手段、４ 衝撃を吸収するための部材、５ 足、５ｂ 踵、５ｃ 足裏、５ｄ 足の指、５ｅ 拇指球、５ｆ つま先、５ｇ 足の高、５ｈ 足首、１０（１０Ａ，１０Ｂ） 履物、１１ 地面、３１ 導電性エラストマー、３２，３３ 対向電極、３４ イオン交換膜、３５ 電解質、３６ 導電性ポリマー、３７ 電極、４１ 陰イオン、４２ 陰イオン、４３ 高分子電解質、４４ 水分子、５１ 陰イオン、５２ 陽イオン、６０ 制御装置、６１ 配線、６２ スイッチング回路、６３ デジタルマルチメータ、６４ 直流電源、６５ コンピュータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部と上部とから少なくともなる履物であって、
使用者の足と接触する前記上部の内面には、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足に加える応力付与手段が、マトリクス状に配されていることを特徴とする履物。
【請求項２】
前記底部の踵部位には、衝撃を吸収するための部材が配されていることを特徴とする請求項１に記載の履物。
【請求項３】
前記応力付与手段は、ソフトアクチュエータ素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の履物。
【請求項４】
前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする請求項３に記載の履物。
【請求項５】
前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする請求項３に記際の履物。
【請求項６】
前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする請求項３に記載の履物。
【請求項７】
外部からの圧力による前記応力付与手段の電位容量の変化を検知する電位用量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記応力付与手段に加える応力を算出するコンピュータ、前記応力付与手段に応力を付与するための電源、及び前記応力付与手段への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記応力付与手段とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の履物。
【請求項８】
微小時間における前記応力付与手段の電位容量の変化から、前記コンピュータにより運動の方向を判断し、該運動に応じた応力を付与することを特徴とする請求項７に記載の履物。
【請求項１】
底部と上部とから少なくともなる履物であって、
使用者の足と接触する前記上部の内面には、外部からの圧力を感知し、該圧力に応じた応力を足に加える応力付与手段が、マトリクス状に配されていることを特徴とする履物。
【請求項２】
前記底部の踵部位には、衝撃を吸収するための部材が配されていることを特徴とする請求項１に記載の履物。
【請求項３】
前記応力付与手段は、ソフトアクチュエータ素子であることを特徴とする請求項１または２に記載の履物。
【請求項４】
前記ソフトアクチュエータ素子は、誘電エラストマーと、該誘電エラストマーの両側に配された対向電極とからなることを特徴とする請求項３に記載の履物。
【請求項５】
前記ソフトアクチュエータ素子は、イオン交換膜と、該イオン交換膜の両側に配された対向電極とからなることを特徴とする請求項３に記際の履物。
【請求項６】
前記ソフトアクチュエータ素子は、電解質と、前記電解質の一面に配された導電性ポリマーと、前記電解質の他面に配された電極とからなることを特徴とする請求項３に記載の履物。
【請求項７】
外部からの圧力による前記応力付与手段の電位容量の変化を検知する電位用量測定器、前記電位容量の変化に応じて前記応力付与手段に加える応力を算出するコンピュータ、前記応力付与手段に応力を付与するための電源、及び前記応力付与手段への電気的信号の入出力の切り替えを行うスイッチング回路、からなる制御装置と各前記応力付与手段とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の履物。
【請求項８】
微小時間における前記応力付与手段の電位容量の変化から、前記コンピュータにより運動の方向を判断し、該運動に応じた応力を付与することを特徴とする請求項７に記載の履物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−４２０７９（Ｐ２０１０−４２０７９Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０６５７４（Ｐ２００８−２０６５７４）
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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