JP2014094030A - 電動義手 - Google Patents

Abstract

【課題】指部を大きく変位させることのできるモータの利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持する。
【解決手段】指部１２，１３は、関節部１５を支点として屈曲及び伸展する。ワイヤ２１は、関節部１５を経由した状態で指部１２，１３に沿って配置される。モータ２２はワイヤ２１を巻き取ることで、その長さ方向についての一方である屈曲方向へ引っ張って指部１２，１３を屈曲させる。ワイヤ２１の途中に配置された高分子アクチュエータ２５は、高分子材料により長尺状に形成され、電圧印加に応じて弾性変形するとともに、電圧印加の停止に応じて元の形状に復元することにより軸方向に伸縮動作する。ロック機構Ａは、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後にワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制する。高分子アクチュエータ２５は、ロック機構Ａにより上記相対移動が規制されている状態で伸縮動作することで、ワイヤ２１を屈曲方向へ引っ張る。
【選択図】図１

Description

本発明は、通電により作動する駆動源を用いて複数の指部を屈曲及び伸展させるようにした電動義手に関するものである。

義手として、通電により作動するモータを駆動源として用い、モータの回転を、駆動機構を介して複数の指部に伝達し、それらの指部を屈曲及び伸展させて、把持対象物を把持するようにした電動義手が種々開発されている（例えば、特許文献１参照）。このモータとしては、電動義手への搭載性の観点から小型のものが用いられる。

特開２００３−３０５０６９号公報

上述したようにモータを駆動源とした電動義手では、指部を大きく屈曲（変位）させて把持対象物を把持することができる。
反面、小型のモータが発生するトルクは小さい。そのため、把持対象物を指部によって安定して把持することが難しい。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、指部を大きく変位させることのできるモータの利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持することのできる電動義手を提供することにある。

上記課題を解決する電動義手は、それぞれ関節部を支点として屈曲及び伸展する複数の指部と、前記関節部を経由した状態で前記各指部に沿って配置されたワイヤと、前記ワイヤを巻き取ることで、同ワイヤを、その長さ方向についての一方である屈曲方向へ引っ張って前記指部を屈曲させるモータと、高分子材料により長尺状に形成されて前記ワイヤの途中に配置され、電圧印加に応じて弾性変形するとともに、電圧印加の停止に応じて元の形状に復元することにより軸方向に伸縮動作する高分子アクチュエータと、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後に、同モータ及び前記高分子アクチュエータの一方と前記ワイヤとの相対移動を規制するロック機構とを備え、前記高分子アクチュエータは、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で伸縮動作することで、前記ワイヤを前記屈曲方向へ引っ張るものである。

上記の構成によれば、複数の指部を屈曲させて把持対象物を把持する場合には、モータ及び高分子アクチュエータが駆動源とされる。
モータの出力軸が回転させられてワイヤが巻き取られると、ワイヤが、その長さ方向についての一方である屈曲方向へ引っ張られる。ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、その指部が関節部を支点として屈曲させられる。

これに対し、ワイヤの途中に配置された高分子アクチュエータは、電圧が印加されると弾性変形し、その電圧印加が停止されると元の形状に復元することで軸方向へ伸縮動作する。

モータによってワイヤが巻き取られた後には、そのモータ及び高分子アクチュエータの一方とワイヤとの相対移動がロック機構によって規制される。そして、高分子アクチュエータの上記伸縮動作は、ロック機構により相対移動が規制されている状態で行なわれる。この伸縮動作により、ワイヤが上記屈曲方向へさらに引っ張られる。ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、その指部が関節部を支点としてさらに屈曲させられる。

ここで、モータには、変位量が多いが出力トルクが小さいという特性があり、高分子アクチュエータには、変位量は少ないが出力トルクが大きいという特性がある。
そのため、指部を大きく屈曲（多く変位）させる場合には、モータによってワイヤを屈曲方向へ多く引っ張る一方、強い力で指部を把持対象物に押付けて同把持対象物を把持する場合には、高分子アクチュエータによってワイヤを強い力で屈曲方向へ引っ張ることで、モータの特性が高分子アクチュエータによって補われる。その結果、複数の指部を把持対象物に接近する位置まで屈曲（変位）させる動作については、モータによって行なわせ、複数の指部によって把持対象物を把持する動作については、高分子アクチュエータによって行なわせる。こうすることで、指部を大きく変位させることのできるモータの利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持することが可能となる。

なお、モータによって巻き取られ、高分子アクチュエータによって屈曲方向へ引っ張られたワイヤに対し、屈曲方向とは反対方向へ引っ張る力が作用しても、ワイヤがその方向へ移動することはロック機構により規制される。その結果、把持対象物は複数の指部によって把持され続ける。

上記電動義手において、前記ロック機構は、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には、巻取り方向への前記モータの回転を許容する一方、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後には、巻取り方向とは逆方向への前記モータの回転を規制することで、前記ワイヤの前記モータとの相対移動を規制するものであり、前記高分子アクチュエータは前記ワイヤに固定されており、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には伸長させられ、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で収縮させられるものであることが好ましい。

上記の構成によれば、モータによるワイヤの巻取り時には、巻取り方向へのモータの回転がロック機構により許容される。この回転により、ワイヤが屈曲方向へ引っ張られ、同ワイヤがモータ側へ移動する。

このときには、ワイヤに固定された高分子アクチュエータが伸長させられる。そのため、伸長状態の高分子アクチュエータがワイヤと一緒に上記屈曲方向へ移動する。上記ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、複数の指部が把持対象物に接近する位置まで関節部を支点として大きく屈曲（変位）させられる。

モータによるワイヤの巻取り後には、巻取り方向とは逆方向へのモータの回転がロック機構により規制され、ワイヤのモータとの相対移動が規制される。この相対移動の規制下で高分子アクチュエータが収縮させられる。この収縮する高分子アクチュエータにより、ワイヤが長さ方向についての上記屈曲方向へさらに引っ張られる。ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、その指部が関節部を支点としてさらに屈曲させられる。複数の指部が強い力で把持対象物に押し当てられ、その把持対象物が安定して把持される。

上記電動義手において、前記ワイヤは、前記高分子アクチュエータに対し、同ワイヤの長さ方向への移動可能に設けられており、前記高分子アクチュエータは、前記軸方向についての前記指部側の端部を固定端とし、前記モータ側の端部を可動端として配置されており、前記ロック機構は、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には、同ワイヤを前記可動端に係止せず、同ワイヤの前記高分子アクチュエータとの相対移動を許容する一方、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後には同ワイヤを前記可動端に係止することで、同ワイヤの前記高分子アクチュエータとの相対移動を規制するものであり、前記高分子アクチュエータは、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には収縮させられ、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で伸長させられるものであることが好ましい。

上記の構成によれば、モータによるワイヤの巻取り時には、同ワイヤが屈曲方向へ引っ張られる。このときには、高分子アクチュエータが収縮させられ、可動端（モータ側の端部）が固定端（指部側の端部）に接近する。また、ロック機構はワイヤを上記可動端に係止しない。そのため、ワイヤの高分子アクチュエータとの相対移動が許容され、同ワイヤがモータ側へ移動する。このワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、複数の指部が把持対象物に接近する位置まで関節部を支点として大きく屈曲（変位）させられる。

モータによるワイヤの巻取り後には、同ワイヤがロック機構により可動端に係止される。この係止により、ワイヤの高分子アクチュエータとの相対移動が規制される。この相対移動の規制下で高分子アクチュエータが伸長させられる。この伸長に伴い、高分子アクチュエータの可動端（モータ側の端部）が固定端（指部側の端部）から遠ざかる。この高分子アクチュエータの可動端により、ワイヤが屈曲方向へさらに引っ張られる。ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、その指部が関節部を支点としてさらに屈曲させられる。複数の指部が強い力で把持対象物に押し当てられ、その把持対象物が安定して把持される。

上記電動義手において、前記ワイヤは前記高分子アクチュエータに対し、同ワイヤの長さ方向への移動可能に設けられ、前記モータは前記ワイヤの長さ方向への移動可能に設けられており、前記高分子アクチュエータは、軸方向についての前記指部側の端部を固定端とし、前記モータ側の端部を可動端として配置されており、前記ロック機構は、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には、巻取り方向への前記モータの回転を許容する一方、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後には、巻取り方向とは逆方向への前記モータの回転を規制することで、前記ワイヤの前記モータとの相対移動を規制するものであり、前記高分子アクチュエータは、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には収縮させられ、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で伸長させられ、その伸長により、前記屈曲方向へ前記モータを移動させるものであることが好ましい。

上記の構成によれば、モータによるワイヤの巻取り時には、巻取り方向へのモータの回転がロック機構により許容される。この回転により、ワイヤが屈曲方向へ引っ張られ、同ワイヤがモータ側へ移動する。このときには、高分子アクチュエータが収縮させられ、可動端（モータ側の端部）が固定端（指部側の端部）に接近する。上記ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、複数の指部が把持対象物に接近する位置まで関節部を支点として大きく屈曲（変位）させられる。

モータによるワイヤの巻取り後には、巻取り方向とは逆方向へのモータの回転がロック機構により規制され、ワイヤのモータとの相対移動が規制される。この相対移動の規制下で高分子アクチュエータが伸長させられる。この伸長に伴い、高分子アクチュエータの可動端（モータ側の端部）が固定端（指部側の端部）から遠ざかり、上記屈曲方向へモータが移動させられる。

そのため、ワイヤが屈曲方向へさらに引っ張られる。ワイヤの動きが、関節部を経由して指部の各部に伝達され、その指部が関節部を支点としてさらに屈曲させられる。複数の指部が強い力で把持対象物に押し当てられ、その把持対象物が安定して把持される。

上記電動義手において、前記高分子アクチュエータは、弾性を有する絶縁性高分子材料により形成された誘電体層と、弾性を有する導電性高分子材料により形成されて前記誘電体層を両側から挟む一対の電極とを備え、前記両電極間への電圧印加に応じ、前記誘電体層をその面に沿う方向へ伸長させ、前記電圧印加の停止に応じ、前記誘電体層を収縮させて元の形状に復元させることにより伸縮動作するものであることが好ましい。

上記の構成によれば、一対の電極間に電圧が印加されると、一方の電極がプラスの電荷を帯び、他方の電極がマイナスの電荷を帯びる。ここで、各電極に電荷が所定量蓄積されるまでは電流が流れるが、電荷が所定量蓄積されると電流はほとんど流れなくなる。そのため、高分子アクチュエータの伸縮動作のために消費される電力は少なくてすむ。

両電極が上記のように電荷を帯びると、プラスの電荷とマイナスの電荷とが互いに引きつけ合う力（クーロン力）が両電極に作用し、誘電体層が両電極によって両側から押圧される。誘電体層は弾性を有する絶縁性高分子材料によって形成されているため、上記のように両電極によって両側から押圧されると、自身の面に沿う方向に伸長する。電極も弾性を有する導電性高分子材料によって形成されているため、上記誘電体層に追従して伸長する。

両電極間への上記電圧印加が停止されると、各電極に蓄積されていた電荷が放出（放電）される。この放電により、各電極が帯びている電荷が少なくなり、上記クーロン力が小さくなる。その結果、誘電体層は、自身の弾性復元力により、同誘電体層の面に沿う方向に収縮する。弾性を有する電極もまた誘電体層に追従して収縮する。

上記電動義手において、前記高分子アクチュエータは、前記誘電体層及び前記両電極が渦巻き状に巻かれることにより円筒状に形成されており、前記両電極間への電圧印加に応じ軸方向へ伸長し、電圧印加の停止に応じ軸方向へ収縮して元の形状に復元するものであることが好ましい。

上記の構成によれば、高分子アクチュエータは、誘電体層及びその両側の電極が渦巻き状に巻かれることにより、コンパクトな形態（円筒状）となり、電動義手への搭載性が向上する。

円筒状をなす高分子アクチュエータは、両電極間への電圧印加に応じ、誘電体層の面に沿う方向のうち軸方向（高分子アクチュエータの軸方向）へ伸長する。高分子アクチュエータは、両電極間への上記電圧印加の停止に応じ、軸方向に収縮して元の形状に復元する。

上記電動義手において、前記高分子アクチュエータは複数本用いられており、前記高分子アクチュエータ毎の可動端は、共通の取付け部に取付けられていることが好ましい。
上記の構成によれば、高分子アクチュエータが複数本用いられ、それらの可動端が共通の取付け部に取付けられることで、同取付け部に大きな力が加えられる。その結果、取付け部を通じ各指部に大きな力が伝達される。

上記電動義手において、前記複数の指部の少なくとも１つが複数の関節部を有している場合には、前記複数の関節部を有する指部には、前記モータ及び前記高分子アクチュエータにより駆動される前記ワイヤが、前記複数の関節部を経由した状態で配置されていることが好ましい。

ワイヤを引っ張って指部を屈曲させるタイプの電動義手では、その指部が有する関節部の数が多くなるに従い、指部を関節部毎に屈曲させるために必要なワイヤの引っ張り量が多くなる。従って、複数の関節部を有する指部をワイヤによって屈曲させる電動義手に、モータ及び高分子アクチュエータを組合わせてワイヤを屈曲方向へ引っ張る上記電動義手を適用することで、指部を大きく変位させることのできるモータの利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持するといった効果が、より一層有効なものとして得られる。

上記電動義手によれば、指部を大きく変位させることのできるモータの利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持することができる。

電動義手の第１実施形態を示す図であり、電動義手の全体構成を示す模式図。 第１実施形態において、展開させられた状態の高分子アクチュエータの構造を示す斜視図。 第１実施形態における高分子アクチュエータを示す図であり、（Ａ）は電圧印加の停止に応じ収縮した高分子アクチュエータの内部構造を示す断面図、（Ｂ）は電圧印加に応じ伸長した高分子アクチュエータの内部構造を示す断面図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第１実施形態における電動義手の動作を示す模式図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第２実施形態における電動義手の動作を示す模式図。 （Ａ）〜（Ｃ）は、第３実施形態における電動義手の動作を示す模式図。

（第１実施形態）
以下、電動義手の第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、電動義手は義手本体１１、複数の指部１２，１３、指部１２，１３毎のワイヤ２１、駆動源、ロック機構Ａ、及び指部１２，１３毎の引出し機構Ｂを備えている。

義手本体１１は、人の手の甲に相当する箇所であり、電動義手の骨格部分をなしている。各指部１２，１３は、複数の可動部１４及び複数の関節部１５を備えている。複数の可動部１４は、自身の長さ方向に沿って列をなすように配置されている。ここで、各指部１２，１３の長さ方向のうち、義手本体１１に近づく側を基端側といい、義手本体１１から遠ざかる側を先端側というものとする。複数の関節部１５の１つは、義手本体１１と、その義手本体１１に最も近い箇所（基端側）の可動部１４との間に配置されている。残りの関節部１５は、隣り合う可動部１４間に配置されている。各可動部１４は、その基端部に接する関節部１５を支点として屈曲可能である。

義手本体１１には、指部１２，１３毎にプーリ１６が設けられている。各プーリ１６は、各指部１２，１３の長さ方向に直交する共通の回転軸１８に固定されており、その回転軸１８と一体で回転する。

指部１２，１３毎のワイヤ２１は、人の指の腱に相当するものであり、各関節部１５を経由した状態で指部１２，１３の長さ方向に沿って配置されている。各ワイヤ２１の一方（図１の左方）の端部２１Ａは、最も先端側の可動部１４の先端部に係止されている。各ワイヤ２１は、全ての可動部１４及び全ての関節部１５を経由した状態で配置されている。各ワイヤ２１の他方（図１の右方）の端部は、上記プーリ１６に係止されている。

駆動源は、上記ワイヤ２１を、その長さ方向についての一方（図１の右方）である屈曲方向へ引っ張って指部１２，１３を屈曲させるためのものであり、指部１２，１３に共通のモータ２２と、指部１２，１３毎に設けられた高分子アクチュエータ２５とからなる。

モータ２２としては、通電により出力軸２３を回転駆動する電動モータが用いられている。モータ２２は、義手本体１１に移動不能に取付けられており、通電の態様を切替えることで正逆回転が可能である。モータ２２の出力軸２３は上記回転軸１８に対し直交する方向（図１の紙面に直交する方向）へ延びていて、同回転軸１８に駆動連結されている。モータ２２は、出力軸２３を一方向へ回転させることで、ワイヤ２１を巻付ける方向へ両プーリ１６を回転させる。また、モータ２２は、出力軸２３を上記方向とは逆方向へ回転させることで、ワイヤ２１を引き出す方向へ両プーリ１６を回転させることが可能である。

各高分子アクチュエータ２５は、上記モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後に、そのワイヤ２１を上記屈曲方向へ引っ張るためのものである。高分子アクチュエータ２５は、高分子材料により形成され、かつ電圧印加に応じて弾性変形し、電圧印加の停止に応じて元の形状に復元することにより伸縮動作するアクチュエータである。

各高分子アクチュエータ２５としては、誘電方式と呼ばれるものと、イオン方式と呼ばれるものとがあるが、本実施形態では、変位、発生力等の点で優れる誘電方式の高分子アクチュエータ２５が採用されている。

図２は、誘電方式の高分子アクチュエータ２５を、平面状に展開させた状態で示している。図２に示すように、高分子アクチュエータ２５は、弾性を有する絶縁性高分子材料によって形成された誘電体層２６と、弾性を有する導電性高分子材料により形成されて、誘電体層２６をその厚み方向（図２の上下方向）についての両側から挟む一対の電極２７，２８とを備えている。

誘電体層２６は、架橋点の動く高分子化合物（高分子ゲル等）、例えばポリロタキサンによって形成されている。これに対し、両電極２７，２８は、汎用ゴム等によって形成されている。

高分子アクチュエータ２５は、両電極２７，２８間への電圧印加に応じ、誘電体層２６をその面に沿う方向へ伸長させ、電圧印加の停止に応じ、誘電体層２６を収縮させて元の形状に復元させることにより伸縮動作するものである。

高分子アクチュエータ２５の主要部は、誘電体層２６及び両電極２７，２８が、渦巻き状に巻かれることにより、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、両端が開口された円筒状に形成されていて、長尺状をなしている。このように、高分子アクチュエータ２５はコンパクトな形態を採っており、電動義手への搭載性のよいものとなっている。

また、各高分子アクチュエータ２５は、両電極２７，２８間への電圧印加により、誘電体層２６の面に沿う方向のうち軸方向（高分子アクチュエータ２５の長さ方向）に伸長する（図３（Ｂ）参照）。また、高分子アクチュエータ２５は、電圧印加の停止により、上記軸方向（長さ方向）に収縮して元の形状に復元する（図３（Ａ）参照）。このように、高分子アクチュエータ２５は、電圧の印加及び印加停止により軸方向に伸縮動作する。

上記高分子アクチュエータ２５の軸方向についての両方の開口には、円筒状の雌ねじ部材２９がそれぞれ挿入されて固定されている。各雌ねじ部材２９の内壁面には雌ねじが形成されている。

各高分子アクチュエータ２５内において、上記両雌ねじ部材２９間にはコイルばね３１が圧縮された状態で配置されている。各コイルばね３１は、両雌ねじ部材２９を、互いに遠ざける方向（図３（Ａ），（Ｂ）の各左右方向）へ付勢している。このコイルばね３１の付勢力は、両雌ねじ部材２９を通じて高分子アクチュエータ２５に伝わる。従って、高分子アクチュエータ２５は、その軸方向に伸びるように付勢されていることになる。このような構成を採っているのは、誘電体層２６を面に沿う方向へ伸長させる際に、渦に沿う方向へ伸長するのを極力抑えることにより、軸方向への高分子アクチュエータ２５の変位量を可能な限り大きくするためである。

図４（Ａ）に示すように、上記の構成を有する高分子アクチュエータ２５は複数本用いられている。図４（Ａ）〜（Ｃ）では、便宜上、２本の高分子アクチュエータ２５が図示されているが、この本数に限られない。また、上記図１では、指部１２，１３毎の高分子アクチュエータ２５が１本のみ図示されている。複数本の上記高分子アクチュエータ２５は、軸方向を、伸展した指部１２，１３の長さ方向に揃えた状態で並列に配置されている。すなわち、各高分子アクチュエータ２５の伸縮方向と、伸展した各指部１２，１３の長さ方向とが合致している。これらの高分子アクチュエータ２５では、その長さ方向についての両端部が可動端とされている。

図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、各高分子アクチュエータ２５の両端部には電極取出し部３２，３３が設けられている。電極取出し部３２は、両電極２７，２８の一方に電気的に接続され、電極取出し部３３は両電極２７，２８の他方に電気的に接続されている。

各高分子アクチュエータ２５の軸方向についての両側には、それぞれ板状をなす一対の取付け部３４，３５が配置されている。両取付け部３４，３５は、複数の上記高分子アクチュエータ２５を挟んで相対向している。両取付け部３４，３５の一方（取付け部３５）は電源３６のプラス極に接続され、他方（取付け部３４）はスイッチ３７を介して電源３６のマイナス極に接続されている。

各高分子アクチュエータ２５の一方（図３（Ａ），（Ｂ）の左方）の端部２５Ａは、ボルト等の締結部材３８により取付け部３４に締結されている。この締結部材３８により、電極取出し部３２が取付け部３４に圧接させられ、電極２７，２８の一方が電極取出し部３２を介して取付け部３４に電気的に接続されている。

また、各高分子アクチュエータ２５の他方（図３（Ａ），（Ｂ）の右方）の端部２５Ｂは、締結部材３９により取付け部３５に締結されている。この締結部材３９により、電極取出し部３３が取付け部３５に圧接させられ、電極２７，２８の他方が電極取出し部３３を介して取付け部３５に電気的に接続されている。

図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上記複数の高分子アクチュエータ２５は、上記ワイヤ２１に対し平行となる姿勢で、同ワイヤ２１の途中に配置されている。また、両取付け部３４，３５は、上記ワイヤ２１に対し直交した状態で同ワイヤ２１の途中に配置されている。そして、両取付け部３４，３５がワイヤ２１に固定されている。

上記複数の高分子アクチュエータ２５及び両取付け部３４，３５は、義手本体１１に固定されておらず、ワイヤ２１とともにそのワイヤ２１の長さ方向へ移動可能である。
ここで、モータ２２には、変位量が多いが出力トルクが小さいという特性があり、各高分子アクチュエータ２５には、変位量は少ないが出力トルクが大きいという特性がある。

そこで、こうした特性の相違を利用し、伸展している指部１２，１３を大きく屈曲（多く変位）させる場合には、モータ２２によってワイヤ２１を多く引っ張る。一方、強い力で指部１２，１３を把持対象物（図示略）に押付けて同把持対象物を把持する場合には、各高分子アクチュエータ２５によってワイヤ２１を強い力で上記屈曲方向へ引っ張る。こうすることで、モータ２２の特性を各高分子アクチュエータ２５によって補うようにしている。すなわち、伸展している複数の指部１２，１３を把持対象物に接近する位置まで屈曲（変位）させる動作については、モータ２２によって行なわせ、複数の指部１２，１３によって把持対象物を把持する動作については、各高分子アクチュエータ２５によって行なわせるようにしている。

図１に示すように、ロック機構Ａは、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後に、そのワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制するための機構である。ロック機構Ａとしては、次の条件を満たすものが用いられている。

条件１：モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、巻取り方向へのモータ２２の回転を許容する。
条件２：モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、巻取り方向とは逆方向へのモータ２２の回転を規制することで、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制する。

上記の条件１及び条件２を満たすロック機構Ａとして、ウォーム４１及びウォームホイール４２からなるウォームギヤ４０が用いられている。
より詳しくは、プーリ１６の回転軸１８は、モータ２２の出力軸２３に対し直交している。ウォーム４１は、円筒形や鼓形のねじ状の歯車からなり、モータ２２の出力軸２３上に一体回転可能に設けられている。ウォームホイール４２は、はす歯歯車からなり、上記回転軸１８上に一体回転可能に設けられており、上記ウォーム４１に噛み合わされている。

ウォームギヤ４０は一般に、互いに直角で交わらない２軸（回転軸１８、出力軸２３）間で大きな減速比の回転を伝達する場合に用いられる。ウォームギヤ４０には、ウォームホイール４２側からウォーム４１を回転させるために大きな荷重が必要になるという特徴がある。

引出し機構Ｂは、上記モータ２２によりプーリ１６に巻き取られたワイヤ２１を、モータ２２が引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ引き出して、屈曲された各指部１２，１３を伸展させるためのものである。各引出し機構Ｂは、指部１２，１３毎のワイヤ４５と、指部１２，１３毎の復帰ばね４６とを備えている。

指部１２，１３毎のワイヤ４５は、各関節部１５を経由した状態で同指部１２，１３の長さ方向に沿って配置されている。各ワイヤ４５の一方（図１の左方）の端部４５Ａは、最も先端側の可動部１４の先端部に係止されている。ワイヤ４５は、全ての可動部１４及び全ての関節部１５を経由した状態で配置されている。ワイヤ２１の他方（図１の右方）の端部４５Ｂは復帰ばね４６に連結されている。各復帰ばね４６は、モータ２２がワイヤ２１を引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ、すなわち、指部１２，１３を伸展させる方向へワイヤ４５を付勢している。

そして、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、両電極２７，２８間へ電圧が印加されて各高分子アクチュエータ２５が伸長させられる。また、ロック機構Ａによりワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制されている状態では、両電極２７，２８間への電圧印加が停止させられて、各高分子アクチュエータ２５が収縮させられる。

上記のようにして第１実施形態の電動義手が構成されている。次に、この電動義手の作用について説明する。
図１及び図４（Ａ）は、電動義手によって把持対象物を把持する直前の状態を示している。このときには、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り量が最少となっている。モータ２２への通電は停止されている。ワイヤ２１が引出し機構Ｂ（ワイヤ４５及び復帰ばね４６）によって、モータ２２が引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張られている。各指部１２，１３は伸展している。

また、図３（Ｂ）に示すように、スイッチ３７が閉じられている。各高分子アクチュエータ２５の両電極２７，２８（図２参照）間に電圧が印加されている。電極２７，２８の一方がプラスの電荷を帯び、他方がマイナスの電荷を帯びている。

プラスの電荷とマイナスの電荷とが互いに引きつけ合う力（クーロン力）が両電極２７，２８に作用し、誘電体層２６がその厚み方向についての両側から押圧されて、誘電体層２６の面に沿う方向に伸長している。電極２７，２８も弾性を有する導電性高分子材料によって形成されているため、上記誘電体層２６に追従して伸長している。誘電体層２６及び両電極２７，２８が渦巻き状に巻かれることにより円筒状に形成された各高分子アクチュエータ２５は、誘電体層２６の面に沿う方向のうち軸方向（長さ方向）に伸長している。

上記の状態から、電動義手によって把持対象物（図示略）を把持する場合には、モータ２２及び高分子アクチュエータ２５が駆動源とされる。
モータ２２が駆動源とされる際には、ワイヤ２１を巻き取る方向への出力軸２３の回転が、ロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）によって許容される。モータ２２の出力軸２３が回転されると、その回転がウォームギヤ４０（ウォーム４１及びウォームホイール４２）を介して回転軸１８に伝達される。プーリ１６が回転軸１８とともに回転させられ、ワイヤ２１がプーリ１６に巻き取られる。ワイヤ２１が長さ方向についての一方（図４（Ａ）の右方）である屈曲方向へ引っ張られ、同ワイヤ２１がモータ２２側へ移動する。

ここで、各高分子アクチュエータ２５は取付け部３４，３５を介してワイヤ２１に固定されている。このことから、図４（Ｂ）に示すように各高分子アクチュエータ２５は、伸長した状態でワイヤ２１と一緒に上記屈曲方向へ移動する。

このワイヤ２１の動きは、各関節部１５を経由して指部１２，１３の各可動部１４に伝達され、その指部１２，１３が関節部１５を支点として屈曲させられる。
上述したように、モータ２２には、高分子アクチュエータ２５に比べ、変位量が多いが出力トルクが小さいという特性がある。このことから、ワイヤ２１が多く引っ張られて、指部１２，１３が大きく屈曲（多く変位）させられる。この変位（屈曲）は、複数の指部１２，１３が把持対象物に接近するまで行なわれる。

指部１２，１３が上記の状態になるまでワイヤ２１がモータ２２によってプーリ１６に巻取られた後には、モータ２２に対する通電が停止される。この停止により、ワイヤ２１を屈曲方向へ引っ張る力が消失する。一方、ワイヤ２１に対しては引出し機構Ｂ（ワイヤ４５、復帰ばね４６）による力、すなわち、モータ２２が引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張る力が作用している。しかし、このときには、巻取り方向とは逆方向へのモータ２２の回転がロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）によって規制され、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制される。すなわち、ウォームギヤ４０には、ウォームホイール４２側からウォーム４１を回転させるために大きな荷重が必要になる。従って、ウォームギヤ４０がロック機構Ａとされることで、モータ２２に対する通電を停止させても、ワイヤ２１が、プーリ１６から引き出されることがなく、モータ２２により巻き取られた位置に保持される。

そして、上記のようにウォームギヤ４０によりワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制されている状況下で、図３（Ａ）に示すように、スイッチ３７が開かれ、高分子アクチュエータ２５の両電極２７，２８（図２参照）間への電圧印加が停止される。各高分子アクチュエータ２５では、放電（電荷の放出）により、両電極２７，２８に電荷が蓄積されない。その結果、各高分子アクチュエータ２５が図４（Ｃ）に示すように収縮する。

このように収縮する各高分子アクチュエータ２５により、ワイヤ２１が屈曲方向へさらに引っ張られる。ワイヤ２１のこの動きが、各関節部１５を経由して各指部１２，１３の各可動部１４に伝達され、指部１２，１３が関節部１５を支点としてさらに屈曲させられる。

上述したように、各高分子アクチュエータ２５には、モータ２２に比べ変位量は少ないが出力トルクが大きいという特性がある。このことから、ワイヤ２１が強い力で少し引っ張られて、複数の指部１２，１３が強い力で把持対象物に押し当てられ、その把持対象物が安定して把持される。

なお、モータ２２によって巻き取られ、高分子アクチュエータ２５によって長さ方向についての屈曲方向へ引っ張られたワイヤ２１に対しては、上述したように、引出し機構Ｂ（ワイヤ４５、復帰ばね４６）により、屈曲方向とは逆方向へ引っ張る力が作用する。しかし、ワイヤ２１が上記方向へ移動することはロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）によって規制され、把持対象物が複数の指部１２，１３によって把持され続ける。

上記把持対象物から指部１２，１３を離す場合には、モータ２２の出力軸２３が、上述した把持対象物を把持する際の回転方向とは逆方向へ回転（逆回転）される。この回転により、モータ２２がワイヤ２１を引っ張る力が弱まる。各ワイヤ２１は、ワイヤ４５及び復帰ばね４６により、上記モータ２２が引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張られる。その結果、各指部１２，１３が伸展させられ、把持対象物を把持する力が弱まり、各指部１２，１３が把持対象物から離れる。

なお、上記スイッチ３７は、モータ２２の上記逆回転開始から、電動義手によって把持対象物を再び把持する直前までの期間に閉じられる。スイッチ３７が閉じられることで電圧が印加され、各高分子アクチュエータ２５が伸長し、電動義手が図４（Ａ）に示す状態に復帰する。

以上詳述した第１実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）それぞれ関節部１５を支点として屈曲及び伸展する複数の指部１２，１３にワイヤ２１を配置する。ワイヤ２１をモータ２２によって巻き取ることで、同ワイヤ２１を長さ方向についての一方である屈曲方向へ引っ張って指部１２，１３を屈曲させる。ワイヤ２１の途中に高分子アクチュエータ２５を配置する。モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後に、同ワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制するロック機構Ａを設ける。ロック機構Ａにより相対移動が規制されている状態で高分子アクチュエータ２５を伸縮動作させることで、ワイヤ２１を上記屈曲方向へ引っ張るようにしている（図１）。

そのため、伸展している複数の指部１２，１３を把持対象物に接近する位置まで大きく屈曲（変位）させる動作については、モータ２２によって行なわせ、複数の指部１２，１３によって把持対象物を把持する動作については、各高分子アクチュエータ２５によって行なわせることができる。その結果、指部１２，１３を大きく屈曲（変位）させることのできるモータ２２の利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持することができる。

また、モータ２２によって巻き取られ、高分子アクチュエータ２５によって屈曲方向へ引っ張られたワイヤ２１に対しては、引出し機構Ｂにより、ワイヤ２１の長さ方向についての他方へ引っ張る力が作用するが、把持対象物を複数の指部１２，１３によって把持し続けることができる。

さらに、高分子アクチュエータ２５がモータ２２を補助するため、そのモータ２２としてより小型のものを用いることができ、軽量化及び消費電力の低減を図ることができる。
（２）ロック機構Ａとしてウォームギヤ４０を用い、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、巻取り方向へのモータ２２の回転を許容する一方、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、巻取り方向とは逆方向へのモータ２２の回転を規制することで、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制する。

取付け部３４，３５を介して、各高分子アクチュエータ２５をワイヤ２１に固定する。モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、電圧印加により各高分子アクチュエータ２５を伸長させる（図４（Ａ），（Ｂ））。ロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）により、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制されている状態では、電圧印加を停止することで各高分子アクチュエータ２５を収縮させるようにしている（図４（Ｃ））。

そのため、モータ２２によってワイヤ２１をプーリ１６に巻き取ることで、伸長状態の各高分子アクチュエータ２５をワイヤ２１と一緒に屈曲方向へ移動させ、複数の指部１２，１３を把持対象物に接近する位置まで大きく屈曲（変位）させることができる。

また、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制した状態で各高分子アクチュエータ２５を収縮させることで、把持対象物を複数の指部１２，１３によって強く把持することができる。

また、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には高分子アクチュエータ２５に電力を印加し、ワイヤ２１の巻取り後に電圧印加を停止するため、把持対象物から指部１２，１３を離している期間に比べ、把持対象物を指部１２，１３によって把持している期間が長い場合には、電力消費量を少なくすることができるメリットもある。

（３）高分子アクチュエータ２５として、弾性を有する絶縁性高分子材料により形成された誘電体層２６と、弾性を有する導電性高分子材料により形成されて誘電体層２６を厚み方向についての両側から挟む一対の電極２７，２８とを備えるものを用いている（図２）。

そのため、両電極２７，２８間への電圧印加により、誘電体層２６をその面に沿う方向へ伸長させ、電圧印加の停止に応じ、誘電体層２６を上記面に沿う方向へ収縮させて元の形状に復元させることができる。

また、各電極２７，２８に電荷が所定量蓄積されるまでは電流が流れるが、電荷が所定量蓄積されると電流はほとんど流れなくなるため、高分子アクチュエータ２５の作動（伸縮）のために消費される電力が少なくてすむ。その結果、電源３６（図３（Ａ），（Ｂ））として、容量の少ないバッテリを使用することができ、利便性が向上する。

（４）誘電体層２６及び両電極２７，２８を渦巻き状に巻くことにより、高分子アクチュエータ２５の主要部分を円筒状に形成している（図３（Ａ），（Ｂ））。
そのため、各高分子アクチュエータ２５をコンパクトな形態（円筒状）とし、電動義手への搭載性を向上させることができる。

また、電圧印加により、各高分子アクチュエータ２５を、誘電体層２６の面に沿う方向のうち軸方向（各高分子アクチュエータ２５の長さ方向）へ伸長させることができる（図３（Ｂ））。また、上記電圧印加の停止に応じ、各高分子アクチュエータ２５を上記軸方向に収縮させることができる（図３（Ａ））。

（５）高分子アクチュエータ２５を複数本用い、それらの長さ方向についての両端部を可動端とし、各可動端を取付け部３４，３５に取付けている（図４（Ａ））。
そのため、高分子アクチュエータ２５を１本のみ用いた場合に比べ、取付け部３４，３５を通じてワイヤ２１に対し大きな力を伝達し、把持対象物を両指部１２，１３による大きな力で把持することができる。

（６）指部１２，１３の駆動源の１つとして用いている高分子アクチュエータ２５は、金属によって形成された駆動源、例えば、モータや電磁アクチュエータよりも軽量である。

そのため、電動義手全体の軽量化を図ることができる。
（７）複数の関節部を有する指部を屈曲させる場合、関節部毎にモータを配置することも考えられる。この場合、重量が増加したり、モータの制御回路が複雑になったりする等の問題がある。

この点、第１実施形態では、高分子アクチュエータ２５を用いているとはいえ、モータ２２は１つで済ませている。前述したように、高分子アクチュエータ２５自体は軽量である。そのため、電動義手を軽量化することができる。また、モータ２２の制御回路を簡単にすることもできる。

（８）高分子アクチュエータ２５の誘電体層２６を、弾性を有する絶縁性高分子材料によって形成し、電極２７，２８を、弾性を有する導電性高分子材料によって形成している（図２）。

そのため、屈曲している指部１２，１３に対し、これらを伸展させて把持対象物から離間させようとする力が外部から加わっても、高分子アクチュエータ２５を伸縮させることで、その力を吸収することができる。

（９）指部１２，１３を複数の可動部１４と複数の関節部１５とにより構成し、これらの指部１２，１３に、腱に見立てたワイヤ２１を配置する。そして、ワイヤ２１をモータ２２で巻き取ることにより引っ張って、指部１２，１３を屈曲させるようにしている。

そのため、関節部が１つのものとは異なり、指部１２，１３を把持対象物の形状に沿った形に屈曲させて、同把持対象物を把持することができる。また、把持できる把持対象物の種類が増える。

（１０）ワイヤを引っ張って指部を屈曲させるタイプの電動義手では、その指部が有する関節部の数が多くなるに従い、指部を関節部毎に屈曲させるために必要なワイヤの引っ張り量が多くなる。

この点、第１実施形態では、それぞれ複数の関節部１５を有する複数の指部１２，１３の各々に、モータ２２及び高分子アクチュエータ２５により駆動されるワイヤ２１を、複数の関節部１５を経由した状態で配置している。

そのため、ワイヤ２１をモータ２２によって多く引っ張ることで、複数の指部１２，１３を把持対象物に接近する位置まで屈曲（変位）させることができる。その後に、ワイヤ２１を高分子アクチュエータ２５によって引っ張ることで、複数の指部１２，１３によって把持対象物を把持することができる。各指部１２，１３を大きく変位させることのできるモータ２２の利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持するといった上記（１）の効果を、より一層有効なものとして得ることができる。

（第２実施形態）
次に、電動義手の第２実施形態について、図１〜図３及び図５を参照して、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第１実施形態では、ワイヤ２１が両取付け部３４，３５に固定されたが、第２実施形態では、ワイヤ２１が、各高分子アクチュエータ２５に対し、同ワイヤ２１の長さ方向への移動可能に設けられている。より詳しくは、図５（Ａ）に示すように、ワイヤ２１は、隣り合う高分子アクチュエータ２５間の空間と、両取付け部３４，３５とに対し、自身の長さ方向への移動可能に挿通されている。

プーリ１６は、モータ２２の出力軸２３に一体回転可能に取付けられている。
各高分子アクチュエータ２５において、その軸方向についての指部１２，１３側の端部２５Ａは固定端とされている。各高分子アクチュエータ２５において、その軸方向についてのモータ２２側の端部２５Ｂは可動端とされている。

また、高分子アクチュエータ２５毎の固定端（端部２５Ａ）が取付けられた側の取付け部３４は義手本体１１に固定されており、同義手本体１１に対し移動不能である。高分子アクチュエータ２５毎の可動端（端部２５Ｂ）が取付けられた側の取付け部３５は、義手本体１１に固定されておらず、同義手本体１１に対しワイヤ２１の長さ方向（高分子アクチュエータ２５の軸方向）へ移動可能である。

ロック機構Ａとしては、次の条件を満たすものが用いられている。
条件３：モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、同ワイヤ２１を端部２５Ｂ（可動端）に係止せず、同ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動を許容する。

条件４：モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、同ワイヤ２１を端部２５Ｂ（可動端）に係止することで、同ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動を規制する。

上記の条件３及び条件４を満たすロック機構Ａとして、第２実施形態では、上記ウォームギヤ４０に代え、コレットチャック５０が用いられている。コレットチャック５０は、コレット５１、チャック本体５２及びアクチュエータ５３を備えており、可動側の取付け部３５の近傍に設けられている。

コレット５１は、ワイヤ２１をワークとして把持するためのものであり、中心部にワイヤ２１の挿通孔を有している。コレット５１には、挿通孔から放射状に延びる切込みが設けられている。コレット５１の外周には、プーリ１６に近づくに従い縮径するテーパ面が形成されている。

チャック本体５２は、ワイヤ２１の長さ方向についての両端部が開放された筒状をなしており、取付け部３５に固定されている。そのため、チャック本体５２は、高分子アクチュエータ２５の伸縮動作に伴い端部２５Ｂ（可動端）と一緒に前記ワイヤ２１の長さ方向へ移動する。チャック本体５２の内部には、上記コレット５１に対応して、プーリ１６に近づくに従い縮径するテーパ面が形成されている。

アクチュエータ５３は、電磁ソレノイド等からなり、上記コレット５１に駆動連結されており、同コレット５１をワイヤ２１の長さ方向へ移動させる。コレット５１がプーリ１６に近づく側へ移動させられて、チャック本体５２に入り込むに従い、コレット５１において、隣り合う切込みによって挟まれた部分が、中心部に向けて弾性変形させられ、ワイヤ２１を掴むことで、そのワイヤ２１の端部２５Ｂ（可動端）との相対移動を規制する。

さらに、各高分子アクチュエータ２５は、上記モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、電圧印加が停止されて収縮させられる。また、各高分子アクチュエータ２５は、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後、ロック機構Ａによりワイヤ２１の端部２５Ｂ（可動端）との相対移動が規制されている状態で、電圧印加により伸長させられる。

上記以外の構成は第１実施形態と同様である。そのため、第１実施形態と同様の要素については同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する。
次に、第２実施形態の電動義手の作用について説明する。

図５（Ａ）は、電動義手によって把持対象物を把持する直前の状態を示している。このときには、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り量が最少となっている。モータ２２への通電は停止されている。ワイヤ２１が引出し機構Ｂ（ワイヤ４５及び復帰ばね４６）によって、モータ２２による引っ張り方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張られている。各指部１２，１３は伸展している。

また、スイッチ３７が開かれて高分子アクチュエータ２５の両電極２７，２８（図２参照）間への電圧印加が停止されている。各高分子アクチュエータ２５では、放電（電荷の放出）により、両電極２７，２８に電荷が蓄積されていない。各高分子アクチュエータ２５は図５（Ａ）に示すように収縮している。この収縮により、モータ２２側の端部２５Ｂ（可動端）が指部１２，１３側の端部２５Ａ（固定端）に接近している。さらに、ロック機構Ａは、ワイヤ２１を端部２５Ｂ（可動端）に係止しておらず、同ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動を許容している。そのため、ワイヤ２１は高分子アクチュエータ２５に対し同ワイヤ２１の長さ方向へ移動可能である。

上記の状態から、電動義手によって把持対象物を把持する場合には、まずモータ２２の出力軸２３がプーリ１６と一体で一方向へ回転させられる。ワイヤ２１が同プーリ１６に巻き取られ、ワイヤ２１が長さ方向についての一方（図５（Ａ）の右方）である屈曲方向へ引っ張られ、ワイヤ２１が同屈曲方向へ移動する。ワイヤ２１の動きが、各関節部１５を経由して指部１２，１３の各可動部１４に伝達される。複数の指部１２，１３が、把持対象物に接近する位置まで各関節部１５を支点として大きく屈曲（変位）させられる。

指部１２，１３が上記の状態になるまでワイヤ２１がモータ２２によってプーリ１６に巻取られた後には、図５（Ｂ）に示すように、モータ２２への通電が停止される。この停止により、ワイヤ２１を上記屈曲方向へ引っ張る力が消失する。しかし、モータ２２によってワイヤ２１が巻き取られた後には、図５（Ｃ）に示すように、ワイヤ２１は、ロック機構Ａ（コレットチャック５０）により高分子アクチュエータ２５の端部２５Ｂ（取付け部３５）に係止される。この係止により、ワイヤ２１の端部２５Ｂ（取付け部３５）との相対移動が規制される。そのため、モータ２２によってプーリ１６に巻き取られたワイヤ２１が、引出し機構Ｂによって引き出されることがない。それどころか、この状態（ワイヤ２１の高分子アクチュエータ２５との相対移動が規制された状態）のもとで、上記スイッチ３７が閉じられ（図３（Ｂ）参照）、各高分子アクチュエータ２５の両電極２７，２８（図２参照）間に電圧が印加される。

この電圧印加により、各高分子アクチュエータ２５が軸方向（長さ方向）に伸長させられる。この伸長に伴い、端部２５Ｂ（可動端）が端部２５Ａ（固定端）から遠ざかる。端部２５Ｂ（可動端）が固定された取付け部３５も、ワイヤ２１を端部２５Ｂ（可動端）に係止しているロック機構Ａと一緒に同方向へ移動する。そのため、ワイヤ２１が長さ方向についての上記屈曲方向へさらに引っ張られる。

ワイヤ２１の動きが、各関節部１５を経由して指部１２，１３の各可動部１４に伝達され、指部１２，１３が各関節部１５を支点として屈曲させられる。複数の指部１２，１３が強い力で把持対象物に押し当てられ、その把持対象物が安定して把持される。

上記把持対象物から指部１２，１３を離す場合には、ロック機構Ａによるワイヤ２１の係止が解除される。この解除により、ワイヤ２１は各高分子アクチュエータ２５に対し移動することが可能となる。この状態のもと、モータ２２が、上述した把持対象物を把持する際の回転方向とは逆方向へ回転（逆回転）される。この回転により、モータ２２がワイヤ２１を引っ張る力が弱まる。ワイヤ２１は、ワイヤ４５及び復帰ばね４６により、上記モータ２２が引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張られる。その結果、各指部１２，１３が伸展させられ、把持対象物を把持する力が弱まり、各指部１２，１３が把持対象物から離れる。

なお、上記スイッチ３７は、モータ２２の上記逆回転開始から、電動義手によって把持対象物を再び把持する直前までの期間に開かれる。スイッチ３７が開かれることで、各高分子アクチュエータ２５が収縮し、電動義手は図５（Ａ）に示す状態に復帰する。

従って、第２実施形態によれば、上述した（１），（３），（４），（６）〜（１０）と同様の効果が得られる。そのほか、上記（２）に代えて次の（１１）の効果が得られる。また、第２実施形態では、高分子アクチュエータ２５が複数本用いられ、それらの長さ方向についての一方の端部２５Ｂのみが可動端とされているが、各可動端が共通の取付け部３５に取付けられていることから、上記（５）と同様の効果が得られる。この点は、後述する第３実施形態でも同様である。

（１１）ワイヤ２１を、各高分子アクチュエータ２５に対し、同ワイヤ２１の長さ方向への移動可能に設ける。各高分子アクチュエータ２５において、軸方向についての指部１２，１３側の端部２５Ａを固定端とし、モータ２２側の端部２５Ｂを可動端とする。

ロック機構Ａとしてコレットチャック５０を用い、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、同ワイヤ２１を端部２５Ｂ（可動端）に係止せず、同ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動を許容する。一方、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、同ワイヤ２１を端部２５Ｂ（可動端）に係止することで、同ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動を規制する。

モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、電圧印加の停止により各高分子アクチュエータ２５を収縮させる（図５（Ａ），（Ｂ））。ロック機構Ａ（コレットチャック５０）により、ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動が規制されている状態では、電圧を印加することで各高分子アクチュエータ２５を伸長させるようにしている（図５（Ｃ））。

そのため、モータ２２によってワイヤ２１をプーリ１６に巻き取ることで、複数の指部１２，１３を把持対象物に接近する位置まで大きく屈曲（変位）させることができる。
また、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、ロック機構Ａ（コレットチャック５０）によりワイヤ２１が端部２５Ｂ（可動端）に係止されている状態で各高分子アクチュエータ２５を伸長させることで、把持対象物を複数の指部１２，１３によって強く把持することができる。

さらに、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には高分子アクチュエータ２５への電圧印加を停止し、ワイヤ２１の巻取り後に電圧を印加するため、把持対象物を指部１２，１３によって把持する期間に比べ、把持対象物から指部１２，１３を離している期間が長い場合には、電力消費量を少なくすることができるメリットもある。

（第３実施形態）
次に、電動義手の第３実施形態について、図１〜図３及び図６を参照して、第２実施形態との相違点を中心に説明する。

図６（Ａ）に示すように、第３実施形態では、モータ２２、ロック機構Ａ、プーリ１６等が各高分子アクチュエータ２５の端部２５Ｂ（可動端）側の取付け部３５に配置されることで、モータ２２が義手本体１１に対し、ワイヤ２１の長さ方向への移動可能に構成されている。

また、第３実施形態では、第１実施形態と同様、ウォーム４１及びウォームホイール４２からなるウォームギヤ４０によってロック機構Ａが構成されている。第２実施形態とは異なり、コレットチャック５０は用いられていない。第３実施形態でのロック機構Ａは、第１実施形態でのロック機構Ａと同様の機能を担っている。

さらに、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、各高分子アクチュエータ２５に対する電圧印加が停止される。この停止により、各高分子アクチュエータ２５が収縮させられる。また、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後、ロック機構Ａによりワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制されている状態で、各高分子アクチュエータ２５に対し、電圧が印加される。この電圧印加により、各高分子アクチュエータ２５が伸長させられ、その伸長により、モータ２２が上記屈曲方向へ移動させられる。

上記以外の構成は第２実施形態と同様である。そのため、第２実施形態と同様の要素については同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する。
次に、第３実施形態の電動義手の作用について説明する。

図６（Ａ）は、電動義手によって把持対象物を把持する直前の状態を示している。このときには、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り量が最少となっている。モータ２２への通電は停止されている。ワイヤ２１が引出し機構Ｂ（ワイヤ４５及び復帰ばね４６）によって、モータ２２による引っ張り方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張られている。各指部１２，１３は伸展している。

また、スイッチ３７が開かれて高分子アクチュエータ２５の両電極２７，２８（図２参照）間への電圧印加が停止されている。各高分子アクチュエータ２５では、放電（電荷の放出）により、両電極２７，２８に電荷が蓄積されていない。各高分子アクチュエータ２５は図６（Ａ）に示すように収縮している。この収縮により、モータ２２側の端部２５Ｂ（可動端）が指部１２，１３側の端部２５Ａ（固定端）に接近している。さらに、ワイヤ２１は各高分子アクチュエータ２５（取付け部３４，３５）に固定されておらず、各高分子アクチュエータ２５（取付け部３４，３５）に対しワイヤ２１の長さ方向へ移動可能である。また、モータ２２は義手本体１１に対しワイヤ２１の長さ方向へ移動することが可能である。

上記の状態から、電動義手によって把持対象物を把持する場合には、まず、モータ２２が駆動源とされる。この際、ワイヤ２１を巻き取る方向への出力軸２３の回転は、ロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）によって許容される。

モータ２２の出力軸２３が回転されると、その回転がウォームギヤ４０（ウォーム４１及びウォームホイール４２）を介して回転軸１８に伝達される。プーリ１６が回転軸１８とともに一方向へ回転させられ、ワイヤ２１がプーリ１６に巻き取られる。ワイヤ２１が長さ方向についての一方（図６（Ａ）の右方）である屈曲方向へ引っ張られる。このときには、高分子アクチュエータ２５は収縮され続ける。そのため、ワイヤ２１は長さ方向についての上記屈曲方向へ移動する。

ワイヤ２１の動きは、各関節部１５を経由して指部１２，１３の各可動部１４に伝達される。複数の指部１２，１３が、把持対象物に接近する位置まで各関節部１５を支点として大きく屈曲（変位）させられる。

指部１２，１３が上記の状態になるまでワイヤ２１がモータ２２によってプーリ１６に巻取られた後には、図６（Ｂ）に示すように、モータ２２に対する通電が停止される。この停止により、ワイヤ２１を上記屈曲方向へ引っ張る力が消失する。一方、ワイヤ２１に対しては引出し機構Ｂ（ワイヤ４５、復帰ばね４６）による力、すなわち、モータ２２が引っ張る方向（屈曲方向）とは逆方向へ引っ張る力が作用している。しかし、このときには、図６（Ｃ）に示すように、巻取り方向とは逆方向へのモータ２２の回転がロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）によって規制され、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制される。従って、モータ２２に対する通電を停止させても、ワイヤ２１が、プーリ１６から引き出されることがなく、モータ２２により巻き取られた位置に保持される。

そして、上記のようにウォームギヤ４０によりワイヤ２１のモータ２２との相対移動が規制されている状況下で、上記スイッチ３７が閉じられ（図３（Ｂ）参照）、各高分子アクチュエータ２５の両電極２７，２８（図２参照）間に電圧が印加される。この電圧印加により、各高分子アクチュエータ２５が軸方向（長さ方向）に伸長させられる。

この伸長は、端部２５Ｂ（可動端）が端部２５Ａ（固定端）から遠ざかる方向であるモータ２２側へ移動することにより行なわれる。端部２５Ｂ（可動端）が固定された取付け部３５も、ロック機構Ａと一緒にモータ２２側へ移動する。これに伴い、モータ２２が屈曲方向へ移動させられる。そのため、ワイヤ２１が屈曲方向へさらに引っ張られる。

ワイヤ２１の動きが、各関節部１５を経由して指部１２，１３の各可動部１４に伝達され、指部１２，１３が各関節部１５を支点として屈曲させられる。複数の指部１２，１３が強い力で把持対象物に押し当てられ、その把持対象物が安定して把持される。

上記把持対象物から指部１２，１３を離す場合には、モータ２２の出力軸２３が、上述した把持対象物を把持する際の回転方向とは逆方向へ回転（逆回転）される。この回転により、モータ２２がワイヤ２１を引っ張る力が弱まる。ワイヤ２１は、引出し機構Ｂ（ワイヤ４５、復帰ばね４６）により、上記モータ２２が引っ張る方向とは逆方向へ引っ張られる。その結果、各指部１２，１３が伸展させられ、把持対象物を把持する力が弱まり、各指部１２，１３が把持対象物から離れる。

なお、上記スイッチ３７は、モータ２２の上記逆回転開始から、電動義手によって把持対象物を把持する直前までの期間に開かれる。スイッチ３７が開かれることで、各高分子アクチュエータ２５が収縮し、電動義手は図６（Ａ）に示す状態に復帰する。

従って、第３実施形態によれば、上述した（１），（３），（４），（６）〜（１０）と同様の効果が得られる。そのほか、上記（２）に代えて次の（１２）の効果が得られる。

（１２）ワイヤ２１を、各高分子アクチュエータ２５に対し、同ワイヤ２１の長さ方向への移動可能に設ける。モータ２２をワイヤ２１の長さ方向への移動可能に設ける。各高分子アクチュエータ２５において、軸方向についての指部１２，１３側の端部２５Ａを固定端とし、モータ２２側の端部２５Ｂを可動端とする。

ロック機構Ａとしてウォームギヤ４０を用い、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、巻取り方向へのモータ２２の回転を許容する一方、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、巻取り方向とは逆方向へのモータ２２の回転を規制することで、ワイヤ２１のモータ２２との相対移動を規制する。

モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には、電圧印加の停止により各高分子アクチュエータ２５を収縮させる（図６（Ａ），（Ｂ））。ロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）により、ワイヤ２１の各高分子アクチュエータ２５との相対移動が規制されている状態では、電圧を印加することで各高分子アクチュエータ２５を伸長させ、その伸長により、上記屈曲方向へモータ２２を移動させるようにしている（図６（Ｃ））。

そのため、モータ２２によってワイヤ２１をプーリ１６に巻き取ることで、複数の指部１２，１３を把持対象物に接近する位置まで大きく屈曲（変位）させることができる。
また、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後には、巻取り方向とは逆方向へのモータ２２の回転がロック機構Ａによって規制されている状態で高分子アクチュエータ２５を伸長させることで、ワイヤ２１を上記屈曲方向へ引っ張って把持対象物を複数の指部１２，１３によって強く把持することができる。

さらに、モータ２２によるワイヤ２１の巻取り時には高分子アクチュエータ２５への電圧印加を停止し、ワイヤ２１の巻取り後に電圧を印加するため、把持対象物を指部１２，１３によって把持する期間に比べ、把持対象物から指部１２，１３を離している期間が長い場合には、電力消費量を少なくすることができるメリットもある。

なお、上記実施形態は、これを以下のように変更した変形例として実施することもできる。
＜指部１２，１３について＞
・上記電動義手は、指部１２，１３を３本以上有するものにも適用可能である。指部１２，１３の本数が多くなるに従い、把持対象物を安定して把持することが可能となる。

・上記電動義手は、指部１２，１３が、上記第１〜第３実施形態とは異なる数の可動部１４及び関節部１５を有するものにも適用可能である。可動部１４及び関節部１５の数が多くなるに従い、指部１２，１３を把持対象物の形状に沿って屈曲させることができ、より安定した把持が可能となる。

なお、各指部における可動部及び関節部の数の最小値は「１」である。この場合でも、上述した（１）の効果を得ることができる。
ただし、指部を大きく変位させることのできるモータの利点を活かしつつ、把持対象物を安定して把持するといった効果は、複数の指部の少なくとも１つが複数の関節部を有している場合に、より大きなものとなる。関節部の数が多くなるに従い、指部を関節部毎に屈曲させるために必要なワイヤの引っ張り量が多くなるからである。この場合、ワイヤをモータによって多く引っ張ることで、複数の指部を把持対象物に接近する位置まで屈曲（変位）させることができる。その後に、ワイヤを高分子アクチュエータによって引っ張ることで、複数の指部によって把持対象物を把持することができる。

＜高分子アクチュエータ２５について＞
・高分子アクチュエータ２５としては、上述した誘電方式に代え、イオン方式が採用されてもよい。

イオン方式の高分子アクチュエータは、イオン交換樹脂と電極との接合体からなる。このタイプの高分子アクチュエータとしては、フッ素系イオン交換樹脂膜の両面に、金、白金等の貴金属によって形成された電極を、無電解メッキにより接合したものが代表的である。この高分子アクチュエータでは、電極間に数ボルトの電圧が印加されることで、イオン交換樹脂の内部でイオンの移動が起こり（陽イオンが陰極側へ移動し）、このイオンの移動により、高分子アクチュエータの表裏で膨潤に差が生じて、同高分子アクチュエータが弾性変形する。電圧印加が停止されると、弾性復元力により高分子アクチュエータは元の形状に復元する。これらの弾性変形及び復元により、高分子アクチュエータを伸縮動作させる。

＜指部１２，１３が把持対象物を把持する力について＞
・この力は、次の要素を調整することで変更可能である。
（ｉ）高分子アクチュエータ２５毎の電極２７，２８に印加する電圧。この電圧が高くなるに従い、上記力が増大する。

（ii）高分子アクチュエータ２５の直径。この直径が大きくなるに従い、上記力が増大する。
（iii ）伸縮動作する高分子アクチュエータ２５の本数。この本数が多くなるに従い、上記力が増大する。

この場合、電動義手に装着される高分子アクチュエータ２５の本数が変更されてもよいし、電圧印加の対象となる高分子アクチュエータ２５の本数が状況に応じて、制御により、又は操作により変更されてもよい。

＜モータ２２について＞
・モータ２２は、指部１２，１３毎に設けられてもよい。
・第３実施形態において、モータ２２、ロック機構Ａ（ウォームギヤ４０）、プーリ１６等は、各高分子アクチュエータ２５から分離した状態で、義手本体１１に対し、ワイヤ２１の長さ方向への移動可能に設けられてもよい。この場合には、モータ２２等は、各高分子アクチュエータ２５の端部２５Ｂ（可動端）及び取付け部３５の近傍に配置される。これは、伸長する各高分子アクチュエータ２５によってモータ２２等を移動させるためである。

＜ロック機構Ａについて＞
・モータ２２によるワイヤ２１の巻取り後に、同モータ２２及び高分子アクチュエータ２５の一方と、ワイヤ２１との相対移動を規制することができるものであることを条件に、上記ウォームギヤ４０及びコレットチャック５０とは異なるものがロック機構Ａとされてもよい。

１２，１３…指部、１５…関節部、２１…ワイヤ、２２…モータ、２５…高分子アクチュエータ、２５Ａ…端部（固定端）、２５Ｂ…端部（可動端）、２６…誘電体層、２７，２８…電極、３５…取付け部、４０…ウォームギヤ（ロック機構）、５０…コレットチャック（ロック機構）、Ａ…ロック機構。

Claims (8)

1. それぞれ関節部を支点として屈曲及び伸展する複数の指部と、
   前記関節部を経由した状態で前記各指部に沿って配置されたワイヤと、
   前記ワイヤを巻き取ることで、同ワイヤを、その長さ方向についての一方である屈曲方向へ引っ張って前記指部を屈曲させるモータと、
   高分子材料により長尺状に形成されて前記ワイヤの途中に配置され、電圧印加に応じて弾性変形するとともに、電圧印加の停止に応じて元の形状に復元することにより軸方向に伸縮動作する高分子アクチュエータと、
   前記モータによる前記ワイヤの巻取り後に、同モータ及び前記高分子アクチュエータの一方と前記ワイヤとの相対移動を規制するロック機構と
   を備え、前記高分子アクチュエータは、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で伸縮動作することで、前記ワイヤを前記屈曲方向へ引っ張るものであることを特徴とする電動義手。
2. 前記ロック機構は、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には、巻取り方向への前記モータの回転を許容する一方、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後には、巻取り方向とは逆方向への前記モータの回転を規制することで、前記ワイヤの前記モータとの相対移動を規制するものであり、
   前記高分子アクチュエータは前記ワイヤに固定されており、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には伸長させられ、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で収縮させられるものである請求項１に記載の電動義手。
3. 前記ワイヤは、前記高分子アクチュエータに対し、同ワイヤの長さ方向への移動可能に設けられており、
   前記高分子アクチュエータは、前記軸方向についての前記指部側の端部を固定端とし、前記モータ側の端部を可動端として配置されており、
   前記ロック機構は、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には、同ワイヤを前記可動端に係止せず、同ワイヤの前記高分子アクチュエータとの相対移動を許容する一方、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後には同ワイヤを前記可動端に係止することで、同ワイヤの前記高分子アクチュエータとの相対移動を規制するものであり、
   前記高分子アクチュエータは、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には収縮させられ、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で伸長させられるものである請求項１に記載の電動義手。
4. 前記ワイヤは前記高分子アクチュエータに対し、同ワイヤの長さ方向への移動可能に設けられ、前記モータは前記ワイヤの長さ方向への移動可能に設けられており、
   前記高分子アクチュエータは、軸方向についての前記指部側の端部を固定端とし、前記モータ側の端部を可動端として配置されており、
   前記ロック機構は、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には、巻取り方向への前記モータの回転を許容する一方、前記モータによる前記ワイヤの巻取り後には、巻取り方向とは逆方向への前記モータの回転を規制することで、前記ワイヤの前記モータとの相対移動を規制するものであり、
   前記高分子アクチュエータは、前記モータによる前記ワイヤの巻取り時には収縮させられ、前記ロック機構により前記相対移動が規制されている状態で伸長させられ、その伸長により、前記屈曲方向へ前記モータを移動させるものである請求項１に記載の電動義手。
5. 前記高分子アクチュエータは、弾性を有する絶縁性高分子材料により形成された誘電体層と、弾性を有する導電性高分子材料により形成されて前記誘電体層を両側から挟む一対の電極とを備え、前記両電極間への電圧印加に応じ、前記誘電体層をその面に沿う方向へ伸長させ、前記電圧印加の停止に応じ、前記誘電体層を収縮させて元の形状に復元させることにより伸縮動作するものである請求項１〜４のいずれか１つに記載の電動義手。
6. 前記高分子アクチュエータは、前記誘電体層及び前記両電極が渦巻き状に巻かれることにより円筒状に形成されており、前記両電極間への電圧印加に応じ軸方向へ伸長し、電圧印加の停止に応じ軸方向へ収縮して元の形状に復元するものである請求項５に記載の電動義手。
7. 前記高分子アクチュエータは複数本用いられており、
   前記高分子アクチュエータ毎の可動端は、共通の取付け部に取付けられている請求項６に記載の電動義手。
8. 前記複数の指部の少なくとも１つは複数の関節部を有しており、前記複数の関節部を有する指部には、前記モータ及び前記高分子アクチュエータにより駆動される前記ワイヤが、前記複数の関節部を経由した状態で配置されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の電動義手。