JP2009050641A - リンク機構、姿勢保持装置、機器の姿勢保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人体以外の動力源を用いることなく、筋力をそれほど使わなくとも一定の姿勢を保持可能で、広範囲での作業が可能、且つ、安価なリンク機構、当該リンク機構を用いた姿勢保持装置を提供する。
【解決手段】一対のリンク１０５，１０９が関節機構によって連結されているリンク機構であって、関節機構は、受動体及び回転体が対向配置され所定トルクより大きいときに相対的回転を許容し小さいときに相対的回転を阻止する摩擦制動機構１０７と、可動部と可動部に対して一方向への回転を許容し他方向への回転を阻止する基部からなる一方向回転機構１０４と、回転体と基部を同一軸心上に配置して固定する固定部と、受動体及び回転体を軸心方向に沿って所定の締付力で挟持する締付機構を備えて構成され、第一リンクの一端部が受動体と連結され、第二リンクの一端部が可動部と連結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一対のリンクが関節機構によって連結されているリンク機構に関し、特に、当該リンク機構を介して人体を所定の姿勢に保持する姿勢保持装置に関する。

特許文献１には、小型で軽く、装着が容易で目立たず、且つ必要十分な駆動力を有している超音波モータを用いた関節補助器として、超音波モータを応用した強力な駆動手段と、この駆動手段の動力を人間の関節の動きに同調させる制御手段を有すると共に、上記駆動手段を人間のひざに代表される関節に配し、任意の動きを行う際にその動きの補助を行い、上記駆動手段を、進行波型超音波モータを組み合わせ、且つ人間の関節の動きを感知するセンサーで構成した関節補助器が提案されている。

また特許文献２には、駆動力の伝達効率を向上させることができ、動作量及び駆動力を大きくすることができる着用形関節駆動装置として、複数の被着用体と、これらの被着用体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有する被駆動体に着用させ、上記関節部を駆動する着用形関節駆動装置であって、上記被着用体の外面に接触するように上記被着用体に装着される所定の剛性を有した複数のフレーム体、流体が供給・排出されることにより膨張・収縮する膨張収縮体と、上記膨張収縮体の外周を覆う網状の被覆体とを有し、且つ上記フレーム体間に取り付けられ、上記膨張収縮体が膨張することにより長さが縮小して駆動力を発生する少なくとも１つの流体圧式アクチュエータ、及び上記流体圧式アクチュエータへの流体の給排を制御する制御ユニットを備えている着用形関節駆動装置が提案されている。
特開２０００−１０７２１３号公報 ＷＯ２００４／０８７０３３号公報

上述した従来技術は、何れも人体の動きを補助するための関節機構に電動モータや流体機器を用いるものであり、モータを駆動するための電源装置や、流体機器に駆動用の流体を給排するための動力装置、さらには制御装置が必要となり、装置が大掛かりになるばかりかコストが嵩むという問題があった。

また、動力源を外部に設置する場合には、着用形関節駆動装置を装着した人間の行動範囲がその動力源の近傍に制限されるという問題があり、制御装置が誤動作すると、意に反した異常な動きを示すという問題もあった。

本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、人体以外の動力源を用いることなく、筋力をそれほど使わなくとも一定の姿勢を保持可能で、広範囲での作業が可能、且つ、安価なリンク機構、当該リンク機構を用いた姿勢保持装置、及び重量物である照明器具の姿勢を容易に変更でき且つ変更した姿勢を保持できる照明器具の姿勢保持装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるリンク機構の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、一対のリンクが関節機構によって連結されているリンク機構であって、前記関節機構は、受動体及び回転体が対向配置され所定トルクより大きいときに相対的回転を許容し小さいときに相対的回転を阻止する摩擦制動機構と、可動部と前記可動部に対して一方向への回転を許容し他方向への回転を阻止する基部からなる一方向回転機構と、前記回転体と前記基部を同一軸心上に配置して固定する固定部と、前記受動体及び回転体を前記軸心方向に沿って所定の締付力で挟持する締付機構を備えて構成され、第一リンクの一端部が前記受動体と連結され、第二リンクの一端部が前記可動部と連結されている点にある。

上述の構成によれば、可動部と連結された第二リンクを一方向回転機構によって許容される回転方向へ容易に回転させることができ、逆に、摩擦制動機構による制動力に抗して力を付与することにより、当該第二リンクを逆方向へ回転させることができる。つまり、一方向にはそれほどのトルクを加えずに所定の角度姿勢になるようにリンク機構を回転させると、摩擦制動機構による制動力でその状態を容易に保持することができるのである。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記摩擦制動機構は、前記軸心周りに回転する回転体と、転動軸心が前記回転体の径方向対して所定の角度で傾斜した姿勢で前記回転体の回転軌道に沿って配列された複数のローラと、各ローラを所定間隔で転動自在に保持する保持体と、前記ローラを挟み前記回転体と対向配置された受動体を備えて構成されている点にある。

回転体を軸方向の荷重を加えた状態で回転させると、各ローラが回転体及び受動体に接しながら転動する。その際、各ローラは回転体の回転軌道に対して所定角度だけ傾斜した方向に転動しようとするのを保持体で規制されながら回転体の回転軌道に沿って移動するため、各ローラと回転体及び受動体との間に軸方向の荷重に応じた摩擦力が発生する。その際、各ローラは、転動しながら滑り摩擦を発生させるので、静摩擦は発生せずに常に動摩擦による安定した制動力が得られるのである。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記締付機構による前記受動体及び回転体に対する締付力を調整する調圧機構を備えている点にあり、調圧機構により締付力を調整することにより摩擦制動機構による制動力を可変に調整することができるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記第二リンクの可動範囲を制限するストッパ機構を備えている点にあり、第二リンクを一方向回転機構によって許容される回転方向へ容易に回転させる際に、ストッパ機構により必要以上の角度まで回転することを回避し、容易に所定の角度に維持することができる。

本発明による姿勢保持装置の第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、人体の肩部から胸部骨格に沿うように延出形成された受圧部と、前記受圧部の上部から側方に突設された支持部と、上述した第一から第四の何れかの特徴構成を備えたリンク機構を備え、前記支持部に前記第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクの他端部が連結されている点にある。

同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第五特徴構成に加えて、前記リンク機構は、前記一方向回転機構により許容される回転方向と、人体の肩関節周りに前方から上方への上腕の回転方向が一致するように前記支持部に取り付けられ、前記第一または第二リンクの何れかに上腕への固定具を設けている点にある。

上述の構成によれば、受圧部を装着した人体の肩の関節部位に関節機構が位置し、第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクを固定具を介して上腕に固定すれば、人体の肩関節周りに前方から上方への上腕の回転方向への回転運動が労せずに許容され、摩擦制動機構による制動力によって多大な筋力を使わずとも人体の肩の関節の姿勢を所定の姿勢に維持することができる。このとき、摩擦制動機構による制動力以上の力を付与することにより反対方向への回転運動も可能となる。

同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第五または第六特徴構成に加えて、前記リンク機構の自由端と第三リンクが前記関節機構を介して連結された第二リンク機構を備えている点にある。

同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第七特徴構成に加えて、前記第二リンク機構は、前記一方向回転機構により許容される回転方向と、人体の腕関節周りに前方から上方への前腕の回転方向が一致するように取り付けられ、前記第三リンクに前腕への固定具を設けている点にあり、このような構成によれば、人体の肩関節、腕関節の双方を所定の姿勢で保持することができるようになる。

本発明による機器の姿勢保持装置の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成を備えたリンク機構を備え、支持部に前記第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクの他端部が支持され、他方のリンクの他端部に機器が設けられている点にある。

以上説明したように、本発明によれば、人体以外の動力源を用いることなく、筋力をそれほど使わなくとも一定の姿勢を保持可能で、広範囲での作業が可能、且つ、安価なリンク機構、当該リンク機構を用いた姿勢保持装置、及び重量物である機器の姿勢を容易に変更でき且つ変更した姿勢を保持できる機器の姿勢保持装置を提供することができるようになった。

以下に本発明によるリンク機構及びリンク機構を用いた姿勢保持装置の実施の形態を説明する。

図１に示すように、リンク機構１００は、一対のリンク１０４，１０８と、当該リンク１０４，１０８を連結する関節機構Ａを備えて構成されている。

関節機構Ａは、軸心ＣＬ方向に沿って摩擦制動機構１０６と一方向回転機構１０３が配置され、第一リンク１０８が連結された摩擦制動機構１０６が皿ばね１０９、スラストベアリング１１０を介してナット１０５にボルト１１１で締め付け固定され、第二リンク１０４が連結された一方向回転機構１０３がワッシャ１０２を介して摩擦制動機構１０６の一端面に溶着された固定部としてのナット１０５にボルト１０１で抜け止め固定されている。

一方向回転機構１０３は、軸心中央部に六角ナット１０５を相対回転不能に嵌合させるべく内周が多角形状に形成された開孔を備え、外周部に複数の爪が配列された爪車で構成される基部１０３ａと、基部１０３ａに外嵌され、基部１０３ａの外周に形成された爪に向けてバネで押圧付勢された可動噛合爪が内装された可動部１０３ｂを備えて構成され、可動部１０３ｂに第二リンク１０４が延出固定されている。

爪車と可動噛合爪とでラチェット機構が構成され、基部１０３ａの外周部に配列された爪に対して可動部１０３ｂに内装された可動噛合爪がバネによる付勢力に抗して外周方向に逃げることによって一方向への回転が許容され、基部１０３ａの外周部に配列された爪に対して可動部１０３ｂに内装された可動噛合爪が係合することにより他方向への回転が阻止される。

摩擦制動機構１０６は、回転体１０６ａ及び受動体１０６ｆが対向配置され、軸心ＣＬ周りに回転する回転体１０６ａと、転動軸心ｂが回転体１０６ａの径方向ａに対して所定の角度θで傾斜した姿勢で、回転体１０６ａの回転軌道に沿って配列された複数のローラ１０６ｂと、各ローラ１０６ｂを所定間隔で転動自在に保持する保持体１０６ｅと、ローラ１０６ｂを挟み回転体１０６ａと対向配置された受動体１０６ｆを備えて構成されている。

摩擦制動機構１０６は、ナット１０５に対するボルト１１１の締付力で調整される所定トルクより大きいときに相対的回転が許容され、小さいときに相対的回転が阻止される。つまり、ボルト１１１とナット１０５により、受動体１０６ｆ及び回転体１０６ａを軸心ＣＬ方向に沿って所定の締付力で挟持する締付機構が構成されている。

詳述すると、回転体１０６ａは環状に形成され、受動体１０６ｆとの対向面は平面状に形成されている。各ローラ１０６ｂは転動軸心ｂの方向に一様に延びる円柱形状をなし回転体１０６ａの周方向に等間隔で配列されている。また、各ローラ１０６ｂの両端面は保持体１０６ｅとの摩擦を少なくするために凸球面状に形成されている。受動体１０６ｆも回転体１０６ａとの対向面が環状の平面状に形成されている。

保持体１０６ｅも同様に環状に形成され、その軸心ＣＬ方向の厚さはローラ１０６ｂの外径よりも小さく形成され、軸心ＣＬ部はローラ１０６ｂの外径より厚さの小さいワッシャ１０６ｃを嵌合できる大きさの開孔が形成されている。保持体１０６ｅには各ローラ１０６ｂを保持する多数の孔１０６ｄが設けられ、各孔１０６ｄには各ローラ１０６ｂが転動自在に収容されている。また、各孔１０６ｄは、各ローラ１０６ｂの転動軸心ｂが回転体１０６ａの径方向ａに対して所定の角度θだけ傾斜するように形成されている。

従って、回転体１０６ａを軸心ＣＬ方向に締付力を加えた状態で回転させると、各ローラ１０６ｂが回転体１０６ａ及び受動体１０６ｆに接しながら転動し、これに追従して保持体１０６ｅも回転する。このとき、各ローラ１０６ｂは、回転体１０６ａの回転軌道に対して角度θだけ傾斜した方向に転動しようとするのを保持体１０６ｅで規制されながら回転体１０６ａの回転軌道に沿って移動するため、各ローラ１０６ｂと回転体１０６ａ及び受動体１０６ｆとの間に、ナット１０５とボルト１１１による軸心ＣＬ方向の締付力に比例した摩擦力が発生する。

その際、各ローラ１０６ｂは転動しながら滑り摩擦を発生させるので、静摩擦は発生せずに常に動摩擦による安定した制動力が得られ、仮に初期の段階で静摩擦が発生したとしてもローラ１０６ｂの転動によって瞬時に動摩擦に移行する。

このように、上述の摩擦制動機構１０６によれば、締付機構としてのボルト１１１及びナット１０５による締付力によって、回転体１０６ａの回転運動に軸心ＣＬ方向の荷重に比例した任意の制動力を付与することができ、しかも締付力を調整することにより、回転体１０６ａと受動体１０６ｆの相対的回転に対する制動力を極めて容易に制御することができる。その際、滑り摩擦は各１０６ｂの転動を伴うので、スティック・スリップの原因となる静摩擦を発生させることがなく、常に安定した制動力を得ることができるのである。

ナット１０５の一端面は、回転体１０６ａの一端面とその軸心を同一に溶着されており、一方向回転機構１０３の基部１０３ｂが、回転体１０６ａに固着されたナット１０５と嵌合することにより、基部１０３ａと回転体１０６ａが夫々独立して回転しないように構成されている。尚、ナット１０５と回転体１０６ａが接触面の摩擦力により摺動回転しない場合には、必ずしもナット１０５を溶着する必要は無い。

図５に示すように、環状の回転部材４０６ａ及び受動部材４０６ｆ、複数のローラ１０６ｂ、保持体１０６ｅ、ワッシャ１０６ｃ、ワッシャ１０９、スラストベアリング１１０を、締付機構としてのボルト１１１及びナット１０５で締め付けることで、基本的な摩擦制動機構４０６が構成され、リンクまたは他の部材は回転部材４０６ａまたは受動部材４０６ｆに固定される。

図１に戻り、第一リンク１０８の一端部及び受動体１０６ｆには、夫々複数の螺旋孔が形成され、ビス１０７（１本のみ図示）により互いに連結されている。

上述の構成により、可動部１０３ｂと連結された第二リンク１０４を一方向回転機構１０３によって許容される回転方向へ容易に回転させることができ、逆に、摩擦制動機構１０６による制動力に抗して力を付与することにより、当該第二リンク１０４を逆方向へ回転させることができる。つまり、一方向にはそれほどのトルクを加えずに所定の角度姿勢になるようにリンク機構１００を回転させると、摩擦制動機構１０６による制動力でその状態を容易に保持することができるのである。

図１に示す実施形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ボルト１０１とワッシャ１０２とナット１０５で一方向回転機構１０３を抜け止め固定し、ボルト１１１とナット１０５で摩擦制動機構１０６の制動力を調整する締付機構が構成されるものを説明したが、締付機構はこのような構成に限らず、図２に示すように、リンク機構２００は、一方向回転機構２０３及び摩擦制動機構２０６を両端からボルト２０１とナット２１１で締め付け固定するように構成してもよい。この場合、回転体２０６ａに溶着されたナット２０５の内径は、ボルト２０１の螺旋山の外径より大きい径に形成され、内周面に螺条が形成される必要が無い。

また、図３，図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ナット１０５に替えてスペーサ３０５を設け、ボルト３０１、ワッシャ３０２、一方向回転機構３０３、リンク３０４、スペーサ３０５、摩擦制動機構３０６、リンク３０８、皿ばね３０９、スラストベアリング３１０、ナット３１１でリンク機構３００を構成してもよい。この場合、一方向回転機構３０３の基部３０３ａはボルト３０１の螺旋山の外径より大きい径の円形の開孔に形成し、ボルト３０１とナット３１１で、基部３０３ａとスペーサ３０５と摩擦制動機構３０６の回転体３０６ａを挟持し、その締付力により基部３０３ｂと回転体３０６ａが独立して回転しないように構成し、或は、基部３０３ａとスペーサ３０５と回転体３０６ａを溶着してもよい。

尚、摩擦制動機構３０６を構成するローラ３０６ｂの個数や大きさは任意であり、用途に応じてローラ３０６ｂの個数、ローラを保持する位置、転動軸心ｂ方向の長さ、角度θの傾き等を適宜選択すればよい。

何れの実施形態でも、第二リンク１０４，２０４，３０４が一方向回転機構１０３，２０３，３０３の回転部１０３ｂ，２０３ｂ，３０３ｂに連結され、第一リンク１０８，２０８，３０８が摩擦制動機構１０６，２０６，３０６の受動体１０６ｆ，２０６ｆ，３０６ｆに連結されるため、第二リンク１０４，２０４，３０４と第一リンク１０８，２０８，３０８の延出方向が、一方向回転機構と摩擦制動機構の肉厚だけ軸心ＣＬ方向にずれるため、例えば、図３及び図４（ｄ）に示すように、第二リンク３０４を第一リンク３０８方向に屈折させる屈折部を形成することにより、第一リンク３０４と第二リンク３０８の回転軌道を平面上に一致させてもよい。この場合、後述するストッパ機構１１８を備えなくても、リンク３０４のリンク３０８に対する相対的回転の可動範囲は、第一リンク３０４と第二リンク３０８の接当位置で制限されるようになる。

図１に示す実施形態では、ボルト１１１及びナット１０５による締付機構により摩擦制動機構に対する締付力が調整される場合を説明したが、締付機構で設定された締付力をさらに微調整する調圧機構を設けることも可能である。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、調圧機構１１７は、寸切りボルト１１７ａと、寸切りボルト１１７ａの一端部に鋲１１７ｃで回転可能に軸着された調圧レバー１１７ｂで構成されている。

調圧レバー１１７ｂは、鋲１１７ｃから調圧レバー１１７ｂの一面または他面と寸切りボルト１１７ａの一端との垂直な距離がΔＣＬだけ異なるように軸着されている。

図６（ｃ）に示すように、調圧レバー１１７ｂの一面を、スラストベアリング１１０に当接した場合の当接面からナット１０５に螺合した寸切りボルト１１７ａの一端までの軸心ＣＬ方向の長さＣＬ_１と、図６（ｄ）に示すように、レバー１１７ｂの他面を、スラストベアリング１１０に当接した場合の当接面からナット１０５に螺合した寸切りボルト１１７ａの一端までの軸心ＣＬ方向の長さＣＬ_２がΔＣＬ異なる。

上述の調圧機構１１７により、寸切りボルト１１７ａを締緩しなくとも、軸心ＣＬ方向の長さ、つまり摩擦制動機構１０７の軸心ＣＬ方向の幅を可変して、回転体１０６ａと受動体１０６ｅの軸心ＣＬまわりの相対的回転に対する制動力を調整できるようになる。また、鋲１１７ｃから調圧レバー１１７ｂのスラストベアリング１１０との当接面までの垂直な距離の異なる面を増やすことで、軸心ＣＬ方向の長さの可変段階を増やすことも可能になる。

次に、第二リンク１０４の第一リンク１０８に対する相対的回転の可動範囲を制限するストッパ機構１１８について説明する。

図７（ａ），（ｂ）に示すように、第一リンク１０８には、一方向回転機構１０３に連結された第二リンク１０４の回転を許容する方向への回転を所定位置で阻止するストッパ機構１１８としての柱状体が、リンク１０４の回転軌道の成す面と垂直な方向へ延出配置されており、一方向回転機構１０３の回転が所定の位置で阻止されるように構成されている。

尚、ストッパ機構１１８の具体構成は上述の構成に限定されるものではなく、ストッパ機構１１８を摩擦制動機構１０６の回転体１０６ａに設け、前記リンク１０４または一方向回転機構１０３の可動部１０３ｂに当接することで第二リンク１０４の第一リンク１０８に対する相対的回転を阻止する構成や、ストッパ機構１１８を２個設ける構成であってもよく、その具体的構成は適宜変更することができる。

以下、本発明によるリンク機構を用いた姿勢保持装置について説明する。

図８は右腕用の姿勢保持装置５００を示す。姿勢保持装置５００は、人体の肩部から胸部骨格に沿うように延出形成された受圧部５０１と、受圧部の上部から側方に突設された支持部としての肩部５０２と、上述のリンク機構１００を備え、肩部５０２に第二リンク１０４または第一リンク１０８の何れか一方のリンクの他端部が連結されている。

つまり、人体の肩部から胸部骨格に沿うように延出形成された受圧部５０１と、受圧部５０１の上部から側方に突設した肩部５０２と、摩擦制動機構４０６、支持部５１２、リンク機構１００α、リンク機構１００βを備え、支持部５１２に、一方向回転機構１０３αにより許容される回転方向と、人体の肩関節周りに前方から上方への上腕の回転方向が一致するように第一リンク１０８αの摩擦制動機構１０６αに連結されていない一端が連結されている。

肩部５０２と支持部５１２の間に備えた摩擦制動機構４０６により、腕の人体前方から側方へ所定の制動力を保ちながらの回転が可能となる。これにより姿勢保持装置５００の装脱着が容易となり、装着時の腕の自由度も増える。尚、図では摩擦制動機構４０６を肩部５０２と支持部５１２の間に垂直軸心周りに回転するように備えた構成を示したが、摩擦制動機構４０６は人体の胸部から背部にいたる水平軸心周りに回転するように備えてもよい。この場合も装脱着が容易となり、腕の人体下方から側方への回転が可能となる。また、肩部５０２と支持部５１２の間に摩擦制動機構４０６を水平方向の回転用に一つ、垂直方向の回転用に一つ備えると、リンク機構１００αに備えた摩擦制動機構と合わせて３自由度となり、肩関節の任意の動作が可能となる。

リンク機構１００αの第二リンク１０４αの一方向回転機構１０３αに連結されていない一端には上腕の固定具５０３が連結され、固定具５０３は上腕を固定する複数のベルト５０４を備えている。

また、固定具５０３には、第二のリンク機構１００βが一方向回転機構１０３βにより許容される回転方向と、人体の肘関節周りに前方から上方への前腕の回転方向が一致するように第一リンク１０８βの摩擦制動機構１０６βに連結されていない一端が連結されている。

リンク機構１００βの第二リンク１０４βの一方向回転機構１０３βに連結されていない一端には前腕の固定具５０５が連結され、前記固定具５０５は前腕を固定する複数のベルト５０６を備えている。

図９（ａ），（ｂ）に示すように、右腕用の姿勢保持装置５００及び右腕用の姿勢保持装置５００と鏡像対称の構成である左腕用の姿勢保持装置６００を体に装着した場合について説明する。

図９（ａ）に示すように、実線で示す矢印の方向への回転は、リンク機構１００α，１００βの夫々の一方向回転機構１０３α，１０３βが回転を許容するので、上腕及び前腕を、容易に上げることができる。しかし破線で示す矢印の方向へは、前記一方向回転機構１０３α，１０３βが回転を阻止するので、夫々の摩擦制動機構１０６α，１０６βの制動力を少なくとも上腕及び前腕を保持し得る強さにすることで、上腕及び前腕を上げた姿勢が保持されることとなる。

即ち、上述の姿勢保持装置によれば、上腕及び前腕を人体前方から上方に上げる姿勢で高所の作業をする場合であっても極めて容易に姿勢保持することができる。例えば、建築物の天井部位に塗りつけられた石綿の除去作業などに活用できる。

上述の姿勢保持装置５００において、肩関節部分に備えたリンク機構１００αの摩擦制動機構１０６αの回転に対する制動力を、肘関節部分に備えたリンク機構１００βの摩擦制動機構１０６βの回転に対する制動力より大に調整した場合は、上腕の姿勢保持をしたまま前腕を下ろす動作、また前方より上方に上げた腕全体を下ろす動作が容易となる。

逆に、肩関節部分に備えたリンク機構１００αの摩擦制動機構１０６αの回転に対する制動力を、肘関節部分に備えたリンク機構１００βの摩擦制動機構１０６βの回転に対する制動力より小に調整した場合は、肘関節部分の姿勢保持をしたまま上腕を下ろす動作が容易となるため、例えば手に抱えた重量物を下ろす作業に有用である。このように各摩擦制動機構は用途にあわせ制動力を調整するのが望ましい。

摩擦制動機構１０６αと摩擦制動機構１０６βが同一である場合はボルトの締付力を調整することで前記制動力を調整できる。摩擦制動機構１０６αと摩擦制動機構１０６βの各構成が夫々異なることにより制動力を調整できるようにしてもよい。例えばローラの転動軸心ｂの回転体の径方向ａに対する傾きを異ならせたり、ローラの保持される位置を異ならせると、制動力が異なることとなる。

また上述のボルト１１１、または調圧機構１１７により締付力を調整するだけで摩擦制動機構１０６の制動力は用途に応じ適宜変更することができる。尚、重量物を抱え上げる作業をする際には、装着した者が該重量を認識できるので、非常に安全性が高く、また構成部材が動力源やアクチュエータを用いたものよりシンプルで故障の発生余地も少なく、安価に製造できるため経済性に富んだものとなる。

つまり、受圧部を装着した人体の肩の関節部位に関節機構が位置し、第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクを固定具を介して上腕に固定すれば、人体の肩関節周りに前方から上方への上腕の回転方向への回転運動が労せずに許容され、摩擦制動機構による制動力によって多大な筋力を使わずとも人体の肩の関節の姿勢を所定の姿勢に維持することができる。このとき、摩擦制動機構による制動力以上の力を付与することにより反対方向への回転運動も可能となる。

上述の姿勢保持装置は例示に過ぎず、本発明によるリンク機構を用いて人体の上肢、下肢、腰部の姿勢を保持する姿勢保持具にも適用することができ、介助用の補助具を構成することもできる。

以下、上述のリンク機構を用いた機器の姿勢保持装置の一例として、照明器具の姿勢保持装置について説明する。

姿勢保持装置は、支持部に上述したリンク機構の第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクの他端部が支持され、他方のリンクの他端部に機器が設けられている。

詳述すると、図１０示すように、姿勢保持装置７００は、机７０４に取着自在の支持部７０１と、支持部７０１に回転部材４０６ａの一端が固設された摩擦制動機構４０６と、摩擦制動機構４０６の受動部材４０６ｆにリンク機構１００γのリンク１０８γの一端が連結され、リンク１０４γの一端にリンク機構１００δのリンク１０８δの一端が連結され、リンク１０４δの一端に光源部７０３が取り付けられている。

このようなリンク機構１００γ，１００δにより、実線で示す矢印方向への回転は、夫々の一方向回転機構１０３により回転が許容されるので、光源部７０３を上方へ揺動させる場合には容易に操作することができる。反対に、破線で示す方向への回転は、夫々の一方向回転機構１０３により回転が阻止されるので、夫々の摩擦制動機構１０６γ，１０６δによる制動力が作用し、自重で下方へ揺動することが回避される。

ここで夫々のリンク機構１００γ，１００δのボルト１１１、または調圧機構１１７により締付力を調整し、夫々の摩擦制動機構１０６γ，１０６δの制動力を、少なくとも光源部及び構成部材等を保持し得る強さにすることで、光源部７０３の姿勢保持が容易に可能となる。尚、支持部７０１に摩擦制動機構４０６を備えているので水平方向に所定の制動力を保ちながらの回転が可能となる。

以下に本発明によるリンク機構及びリンク機構を用いた姿勢保持装置の他の実施の形態を説明する。

上述の実施形態では、摩擦制動機構１０６は、転動軸心ｂが回転体１０６ａの径方向対して所定の傾斜角度θで転動自在に且つ回転体１０６ａの回転軌道に沿って保持体１０６ｅに保持されたローラ１０６ｂ群を、回転体１０６ａと受動体１０６ｆの対向面間に所定の締付力で挟持された摩擦制動機構で構成されているものを説明したが、転動軸心ｂが回転体１０６ａの径方向ａとのなす角度θは特に限定するものではなく適宜設定すればよい。

また上述の実施形態では、摩擦制動機構は環状の平板で回転体及び受動体の間にローラを挟持する構成について説明したが、摩擦制動機構はこれに限られず、図１１に示すように、軸心ＣＬを中心に回転する回転体８０１と、回転体８０１の回転軌道に沿って配列された複数のローラ８０２と、ローラ８０２を間にして回転体８０１径方向の内側から対向する受動体８０５と、ローラ８０２を互いに所定の間隔をおいて回転軸心ｂに対し転動自在に保持する保持体８０４とから構成される摩擦制動機構８００であってもよい。

このような構成を採用すると、回転体が一方に回転するときにはローラの摩擦力が大きくなり、他方に回転するときにはローラの摩擦力が小さくなる。従って、回転体８０１及び受動体８０５にリンクを連結することで、一方向回転機構を用いなくとも姿勢保持装置のリンク機構として有効に機能する。

具体的には、回転体８０１は環状に形成され、受動体８０５との対向面がいわゆる単葉双曲線をなす面に形成されている。ローラ８０２は円柱形に形成され、回転体８０１の周方向に等間隔で配列されている。受動体８０５は環状に形成され、回転体との対向面も単葉双曲線をなす面に形成されている。保持体８０４は環状に形成されその厚みはローラ８０２の外径より小さく形成され、保持体８０４にはローラ８０２を所定の間隔で保持し得るように開孔８０３が形成されている。開孔８０３はローラの転動軸心ｂが回転体８０１の回転軸を含む断面に対し角度θ傾斜するように形成されている。

このような、回転方向により制動力が変わる摩擦制動機構は、特開０８―１３５６６１号公報に基づいて適宜構成することができる。

上述の実施形態では、摩擦制動機構１０６として、転動軸心ｂが回転体１０６ａの径方向ａに対して所定の傾斜角度θで転動自在に且つ回転体１０６ａの回転軌道に沿って保持体１０６ｅに保持された複数のローラ１０６ｂを、回転体１０６ａと受動体１０６ｆの対向面間に挟持するように構成されたものを用いたが、摩擦制動機構１０６はこれに限るものではなく、公知のトルクリミッタで構成することも可能である。

上述の実施形態において、一方向回転機構１０３を構成する基部１０３ａである爪車の爪の数について詳述していないが、仮に爪を等間隔で１０個備えている爪車であれば、リンク機構１００が回転を許容する方向の回転において３６°毎に噛合爪と噛合することとなり、また、爪を等間隔で３６個備えている場合であれば、リンク機構１００が回転を許容する方向の回転において１０°毎に噛合爪と噛合することとなる。このように爪車の爪の数は、リンク機構１００の用途により適宜選択されるものである。

上述の実施形態において、一方向回転機構１０３がラチェット機構で構成されるものを説明したが、ワンウェイクラッチ、フリーホイール等の一方向の回転のみ許容する構成であってもよい。

上述の実施形態では、調圧機構１１７としてレバー１１７ｂを用いる構成について説明したが、調圧機構はこれに限られず、カム機構やばねを用いることで摩擦制動機構１０６を構成する回転体１０６ａと受動体１０６ｆの軸心ＣＬ方向の面間の距離を可変にして締付力が調整できる構成であればよい。カム機構により締付力を調整する場合には、回転方向により締付力が異なるようにカム面を形成することにより、一方向回転機構１０３を設けずにリンク機構を構成することも可能となる。

上述の実施形態では、リンク機構を用いた姿勢保持装置として、左右の両方の上腕、前腕を保持する姿勢保持装置ついて説明したが、姿勢保持装置はこれに限られず、右腕のみ肩関節、肘関節部分の姿勢保持のために装着したり、左腕の肩関節部分のみ姿勢保持のために装着したりする場合であってもよい。また、上腕の固定具５０３及び前腕の固定具５０５を設けずに、リンク１０４α及びリンク１０４βに直接上腕及び前腕を固定する構成であってもよい。これらは姿勢保持装置の用途によって適宜選択されるものである。

上述の実施形態では、照明器具の姿勢保持装置７００として、机７０４に取着自在の支持部７０１を設けた場合について説明したが、照明器具の姿勢保持装置はこれに限られず、壁や天井に支持部を設け、前記支持部に第一のリンクまたは第二のリンクの何れか一方のリンクの他端が支持される構成であってもよい。

上述の実施形態では、照明器具の姿勢保持装置７００として、机７０４に取着自在の支持部７０１と、支持部７０１にリンク４０６ａの一端が固設された摩擦制動機構４０６と、前記摩擦制動機構４０６のリンク４０６ｆにリンク機構１００γのリンク１０８γの一端が連結され、リンク１０４γの一端にリンク機構１００δのリンク１０８δの一端が連結され、リンク１０４δの一端に光源部７０３が備えられ構成された場合について説明したが、照明器具の姿勢保持装置はこれに限られず、摩擦制動機構４０６を備えずに支持部に７０１に第一のリンク機構の何れか一方のリンクを直接支持部７０１に連結し、他方のリンクが、第二のリンク機構の一方のリンクを兼ねる構成であってもよい。

上述の実施形態では、姿勢保持装置として光源部の姿勢を調整可能な姿勢保持装置を例示したが、姿勢保持する対象は照明器具に限られず、家庭用または業務用の送風機、テレビ台、スピーカ等の任意の重量のある機器の姿勢を人力で容易に調整可能な姿勢保持装置として実現できる。

上述の実施形態では、リンク機構を構成するリンク部材についてその材質について詳述していないが、材質は用途に応じて、金属、樹脂等から適宜選択して構成すればよく、特に硬質樹脂を用いてリンク部材等を構成すれば、より軽量化を図ることができる。

上述の実施形態は何れも本発明の一実施例に過ぎず、当該記載により本発明の範囲が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更することができることは言うまでもない。

本発明によるリンク機構１００の分解斜視図 本発明によるリンク機構２００の分解斜視図 本発明によるリンク機構３００の分解斜視図 （ａ）はリンク機構１００の組立て正面図、（ｂ）はリンク機構１００の断面図、（ｃ）はリンク３００機構の組立て正面図、（ｄ）はリンク機構３００の断面図 （ａ）は摩擦制動機構４０６の分解斜視図、（ｂ）は摩擦制動機構４０６の断面図 （ａ）は調圧機構１１７の正面図、（ｂ）は調圧機構１１７の側面図、（ｃ）は調圧機構１１７を備えたリンク機構の断面図、（ｄ）は調圧機構１１７を備えたリンク機構の断面図 （ａ）はストッパ機構１１８を備えたリンク機構の正面図、（ｂ）はストッパ機構１１８を備えたリンク機構の断面図 （ａ）は、右腕用の姿勢保持装置５００の腕部分の平面図、（ｂ）は右腕用の姿勢保持装置５００の背面図、（ｃ）は右腕用の姿勢保持装置５００の側面図 （ａ）は右腕用の姿勢保持装置５００を装着した側面図、（ｂ）は右腕用の姿勢保持装置５００及び左腕用の姿勢保持装置６００を装着した正面図 本発明による照明器具の姿勢保持装置７００の概略図 本発明の別実施形態におけるリンク機構を構成する摩擦制動機構の概略図

符号の説明

Ａ：関節機構
１００：リンク機構
１０１：ボルト
１０３：一方向回転機構
１０３ａ：基部
１０３ｂ：可動部
１０４：リンク
１０４α：リンク
１０４β：リンク
１０５：ナット
１０６：摩擦制動機構
１０６ａ：回転体
１０６ｂ：ローラ
１０６ｃ：ワッシャ
１０６ｅ：保持体
１０６ｆ：受動体
１０８：リンク
１０８α：リンク
１０９：皿ばね
１１０：スラストベアリング
１１１：ボルト
１１７：調圧機構
１１８：ストッパ機構
２００：リンク機構
３００：リンク機構
４０６：摩擦制動機構
５００：右腕用の姿勢保持装置
５０１：受圧部
５０２：支持部
５０３：上腕への固定具
５０５：前腕への固定具
６００：左腕用の姿勢保持装置
７００：照明器具の姿勢保持装置
７０３：光源部

Claims (9)

1. 一対のリンクが関節機構によって連結されているリンク機構であって、
   前記関節機構は、受動体及び回転体が対向配置され所定トルクより大きいときに相対的回転を許容し小さいときに相対的回転を阻止する摩擦制動機構と、可動部と前記可動部に対して一方向への回転を許容し他方向への回転を阻止する基部からなる一方向回転機構と、前記回転体と前記基部を同一軸心上に配置して固定する固定部と、前記受動体及び回転体を前記軸心方向に沿って所定の締付力で挟持する締付機構を備えて構成され、
   第一リンクの一端部が前記受動体と連結され、第二リンクの一端部が前記可動部と連結されているリンク機構。
2. 前記摩擦制動機構は、前記軸心周りに回転する回転体と、転動軸心が前記回転体の径方向対して所定の角度で傾斜した姿勢で前記回転体の回転軌道に沿って配列された複数のローラと、各ローラを所定間隔で転動自在に保持する保持体と、前記ローラを挟み前記回転体と対向配置された受動体を備えて構成されている請求項１記載のリンク機構。
3. 前記締付機構による前記受動体及び回転体に対する締付力を調整する調圧機構を備えている請求項１または２記載のリンク機構。
4. 前記第二リンクの可動範囲を制限するストッパ機構を備えている請求項１から３の何れかに記載のリンク機構。
5. 人体の肩部から胸部骨格に沿うように延出形成された受圧部と、前記受圧部の上部から側方に突設された支持部と、請求項１から４の何れかに記載のリンク機構を備え、前記支持部に前記第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクの他端部が連結されている姿勢保持装置。
6. 前記リンク機構は、前記一方向回転機構により許容される回転方向と、人体の肩関節周りに前方から上方への上腕の回転方向が一致するように前記支持部に取り付けられ、前記第一または第二リンクの何れかに上腕への固定具を設けている請求項５記載の姿勢保持装置。
7. 前記リンク機構の自由端と第三リンクが前記関節機構を介して連結された第二リンク機構を備えている請求項５または６記載の姿勢保持装置。
8. 前記第二リンク機構は、前記一方向回転機構により許容される回転方向と、人体の腕関節周りに前方から上方への前腕の回転方向が一致するように取り付けられ、前記第三リンクに前腕への固定具を設けている請求項７記載の姿勢保持装置。
9. 請求項１から４の何れかに記載のリンク機構を備え、支持部に前記第一リンクまたは第二リンクの何れか一方のリンクの他端部が支持され、他方のリンクの他端部に機器が設けられている機器の姿勢保持装置。

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