JP2016007659A - 関節カバー - Google Patents

Abstract

【課題】関節部への手指などの挟込みが防止されると共に、接触時に柔軟性による良好な触感を得ることができる、新規な構造の関節カバーを提供すること。【解決手段】関節部４６によって相対揺動可能に繋がれた第一部材４８と第二部材５０に取り付けられて関節部４６の外側を覆う第一のカバー体１４を備えた関節カバー１０であって、第一のカバー体１４が関節部４６の外側で第一部材４８と第二部材５０に跨って配される弾性緩衝体２２を備えていると共に、弾性緩衝体２２に中空孔３８が形成されており、弾性緩衝体２２の表面３９が中空孔３８の外周側に凸の面形状とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットなどの関節部を覆って手指の挟込みなどを防止する関節カバーに関するものである。

従来から、ロボットのアームなどには、関節部において屈曲可能とされた構造が採用されている。即ち、第一部材と第二部材が関節部で相対揺動可能に連結された構造を有しており、第一部材と第二部材が相対的に揺動することで、ロボットのアームなどの関節部での屈伸が実現される。

ところで、関節部は、屈伸作動時に手指などが挟まれて負傷したり、異物の侵入による作動不良が発生するなどの不具合を防ぐために、周囲を関節カバーで覆われる場合がある。この関節カバーとしては、特許第４５１２１９４号公報（特許文献１）に示されているように、挟込みが問題になり易い関節部の屈曲内外に部分的なカバーシートを設けるものや、実開昭６３−６４４８９号公報（特許文献２）に示されているように、関節部を全周に亘って覆う蛇腹筒状のものなどが、提案されている。なお、特許文献１では、カバーシートが第一部材（上腕フレーム４１）に対して相対変位可能とされていると共に、特許文献２では、蛇腹構造によって関節カバーの伸縮変形が許容されており、関節部の屈曲による第一部材と第二部材の相対揺動が関節カバーで妨げられることなく許容されている。

ところが、特許文献１の関節カバーでは、手指などが関節部に挟み込まれ難くはなるものの、薄肉のシート状であることから外力で容易に変形してしまって、挟込みを完全には防ぎ得なかった。一方、特許文献２の関節カバーでは、蛇腹筒状とされていることで、径方向の変形剛性が大きくされて、関節部への挟込みが有効に防止され得るが、医療用や介護用のロボットのようにアームが人体に接触する場合には、尖った山形が連なる蛇腹形状の関節カバーでは柔軟性が不十分で触感が悪く、人体の関節カバーへの接触部分で痛みなどが問題になり易い。特に、関節部の屈曲内側では、蛇腹筒状の関節カバーが軸方向に収縮してより硬くなることから、触感が一層悪くなるおそれがあった。

特許第４５１２１９４号公報 実開昭６３−６４４８９号公報

本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、関節部への手指などの挟込みが防止されると共に、接触時に柔軟性による良好な触感を得ることができる、新規な構造の関節カバーを提供することにある。

以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。

すなわち、本発明の第一の態様は、第一部材と第二部材を相対揺動可能に繋ぐ関節部の外側を覆う第一のカバー体を有する関節カバーであって、前記第一のカバー体が前記関節部の外側で前記第一部材と前記第二部材に跨って配される弾性緩衝体を備えていると共に、該弾性緩衝体には中空孔が形成されており、該弾性緩衝体の表面が該中空孔の外周側に凸の面形状とされていることを、特徴とする。

このような本発明の第一の態様に従う構造とされた関節カバーによれば、弾性緩衝体の弾性に基づく柔軟性が確保されて、人体などの接触時に痛みや不快感を与えるのを防ぐことができる。しかも、弾性緩衝体に中空孔が形成されていることにより、弾性緩衝体の変形剛性が小さくされており、より優れた柔軟性が実現される。加えて、弾性緩衝体の表面が中空孔の外周側に凸とされていることから、特に中空孔の軸と直交する方向において弾性緩衝体の変形剛性が一層小さくされて、高い柔軟性を得ることができる。

さらに、関節部の屈曲時には、第一部材および第二部材における弾性緩衝体の取付け点間の距離が変化するが、中空孔を備えた弾性緩衝体の変形剛性が小さくされていることから、弾性緩衝体が第一部材と第二部材の揺動方向で容易に弾性変形して、関節部の屈伸作動が弾性緩衝体の剛性で妨げられることなくスムーズに生ぜしめられる。

また、弾性緩衝体の表面が中空孔の外周側に凸の面形状とされていることから、弾性緩衝体が柔軟な材料で形成されていても、十分な形状安定性が確保される。それ故、弾性緩衝体が重力によって不必要に変形するのを防止できると共に、第一のカバー体に接触した手指などが、変形した第一のカバー体と共に関節部に挟み込まれるのを回避することができる。

なお、本発明では、第一のカバー体として、関節部の外側を覆うように二次元乃至は三次元的な立体形状をもって広がる全体として厚肉のシート状又はプレート状のカバー形状が好適に採用される。このようなシート状又はプレート状のカバー形状を有する第一のカバー体では、厚さ方向の中間部分を表裏面に沿って延びる中空孔が形成されることが望ましく、それによって、（厚さ方向に貫通する中空孔に比して）揺動に際しての変形追従性（伸縮性能）の向上や防塵性能の確保などが容易となる。

本発明の第二の態様は、第一又は第二の態様に記載された関節カバーであって、前記第一部材と前記第二部材の相対揺動が前記関節部の関節軸回りで許容されており、前記第一のカバー体が該関節軸の外周側を周方向に延びて配されていると共に、該第一のカバー体の前記弾性緩衝体に形成される複数の前記中空孔が該関節軸と並列に延びているものである。

第二の態様によれば、第一部材と第二部材の揺動方向が一軸回りに限定される関節部に対して、中空孔が特定方向に延びるように弾性緩衝体を配することにより、弾性緩衝体の柔軟性をより有利に得ることができる。即ち、中空孔の軸方向を関節軸の軸方向と同じ向きに設定することにより、関節部の屈伸時に弾性緩衝体には中空孔の軸と直交する方向の外力が及ぼされる。それ故、弾性緩衝体の変形剛性が小さくされて、関節部の屈伸作動が第一のカバー体の剛性で妨げられることなく、より効率的に実現される。更に、第一のカバー体が関節部と人体などとの間に挟まれて、人体などが第一のカバー体を介して関節部に接触する場合にも、弾性緩衝体が関節部と人体などとの間で中空孔の軸と直交する方向に挟まれることから、弾性緩衝体の弾性変形による柔軟性を効果的に得ることができる。

しかも、中空孔が並列的に複数設けられることにより、それら複数の中空孔を関節軸の周方向で並ぶように配すれば、目的とする柔軟性をより広い範囲で得ることができると共に、周方向でのより優れた伸縮性を得ることも可能である。また、例えば、複数の中空孔を関節軸の径方向で並ぶように配すれば、より優れた柔軟性を得ることも可能である。

また、関節軸回りで揺動機構は、例えばインナ軸部材にアウタ筒部材が相対回動可能に組み付けられて共通する中心軸回りで揺動可能に連結され、インナ軸部材とアウタ筒部材の各一方に対してそれぞれ軸直角方向外方に向かって延びる第一部材と第二部材が固定的に設けられることで構成される。そして、第一のカバー体には、関節軸と並行に延びる中空孔が、関節軸回りの周方向で所定距離を隔てて複数、それぞれ幅方向に貫通して延びるように形成されることが望ましい。

このような揺動機構において、全体として関節軸回りで外方に凸となって二次元的に湾曲した板形状をもって形成された第一のカバー体が、好適に採用される。即ち、揺動機構において、第一のカバー体で覆われる表面は、例えば上記アウタ部材で構成されるように、外方に凸となる湾曲面形状とされて、その表面に接して又は離隔して第一のカバー体が配されることが望ましい。これにより、第一のカバー体で連結される第一部材及び第二部材が相互に接近せしめられた際にも、それら両部材間に跨がって配された第一のカバー体が内方へ折り畳まれるように変形することが防止され、外方へ膨らむような変形が生ぜしめられる。要するに、揺動機構の表面によって外側に配される第一のカバー体の変形態様を規定することで、第一のカバー体が所定形状に安定して弾性変形して、目的とする衝撃吸収性や耐久性がより良好に発揮され得る。

本発明の第三の態様は、第一又は第二の態様に記載された関節カバーにおいて、前記弾性緩衝体が発泡弾性体で形成されているものである。

第三の態様によれば、弾性緩衝体がより柔軟な構造とされることで、中空孔が潰れきるまで弾性緩衝体が弾性変形した後も、優れた緩衝作用が発揮される。

本発明の第四の態様は、第一〜第三の何れか一つの態様に記載された関節カバーにおいて、前記弾性緩衝体が並列に配された複数の筒形弾性体を相互に連結した構造とされているものである。

第四の態様によれば、複数の筒形弾性体がそれぞれ中空孔を備えることから、各筒形弾性体が径方向に弾性変形することにより、優れた柔軟性が発揮される。しかも、各筒形弾性体が弾性変形することで、弾性緩衝体全体の伸縮変形量を大きく得易くなって、関節部の屈曲をより大きな角度で許容することができる。加えて、各一つの中空孔を有する複数の筒形弾性体を連結して、複数の中空孔を有する弾性緩衝体を得ることにより、複数の中空孔を有する弾性緩衝体を一体で形成する場合に比して、製造が容易である。

本発明の第五の態様は、第四の態様に記載された関節カバーにおいて、両端を前記第一部材と前記第二部材の各一方に取り付けられる連結シートに並列に延びる複数の挿入筒部が設けられており、複数の該挿入筒部に前記筒形弾性体がそれぞれ挿入されて、それら筒形弾性体が該連結シートによって相互に連結されているものである。

第五の態様によれば、筒形弾性体を連結シートの挿入筒部に差し入れて配置することで、複数の筒形弾性体を簡単に連結することができる。特に、並列に延びる複数の挿入筒部が首振り状に相対変位することにより、関節部の屈曲をより小さな抗力で許容することができる。

本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか一つの態様に記載された関節カバーにおいて、前記第一のカバー体が前記第一部材と前記第二部材に取り付けられた装着状態で前記関節部の外周側に弛んでいるものである。

第六の態様によれば、関節部が伸びた状態で、第一のカバー体が関節部の外周側に予め弛んで取り付けられることにより、関節部の屈曲作動の初期において、弛みが解消されるように第一のカバー体が変形することで、関節部の屈曲がより小さな抗力で許容される。

本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか一つの態様に記載された関節カバーにおいて、前記第一部材と前記第二部材の相対揺動が前記関節部の関節軸回りで許容されていると共に、該第一部材と該第二部材の揺動許容角度が該関節軸回りの一方側において他方側よりも大きく許容されており、該関節部が揺動許容角度の大きい一方側に屈曲した状態で該関節部の屈曲外側に前記第一のカバー体が配設されているものである。

第七の態様によれば、関節部の屈伸時により大きな伸縮が求められる屈曲外側に、容易に弾性変形する弾性緩衝体を備えた第一のカバー体を配することにより、関節部の大きな角度での屈曲を許容することができる。

本発明の第八の態様は、第七の態様に記載された関節カバーにおいて、前記第一部材と前記第二部材の揺動許容角度の大きい一方側に前記関節部が屈曲した状態で該関節部の屈曲外側となる一方に配される前記第一のカバー体と屈曲内側となる他方に配される第二のカバー体とを有しており、該第二のカバー体が弾性保護体を備えていると共に、該第二のカバー体が前記第一部材と前記第二部材に跨って配されているものである。

第八の態様によれば、関節部の屈曲内側に第二のカバー体を設けることにより、関節部において挟み込みなどの危険性が特に大きい屈曲外側と屈曲内側の両方が関節カバーで覆われて、安全性の向上が図られる。しかも、関節カバーにおける屈曲内側を覆う部分が弾性保護体を備えることにより、人体などが関節部の屈曲内側から関節カバーに接触する場合にも、痛みや不快感を与え難い。なお、第二のカバー体は、第一のカバー体と同様に、関節部の外側を覆うように二次元や三次元等の立体形状をもって広がる全体として厚肉のシート状又はプレート状のカバー形状が好適に採用される。また、第二のカバー体としては、全体として外方に凸となるように関節軸回りで二次元的に湾曲した板形状を呈するものが、好適に採用される。

本発明の第九の態様は、第一〜第八の何れか一つの態様に記載された関節カバーにおいて、前記第一部材と前記第二部材の相対揺動が前記関節部の関節軸回りで許容されており、該関節軸の軸方向外方が第三のカバー体によって覆われているものである。

第九の態様によれば、関節軸の軸方向外方が関節カバーを構成する第三のカバー体によって覆われることにより、更なる安全性の向上が図られる。なお、第一〜第三のカバー体を組み合わせて関節カバーを構成すれば、関節部の周囲を広範囲に亘って関節カバーで覆うことができて、より優れた安全性を実現することが可能となる。

本発明によれば、第一のカバー体を構成する弾性緩衝体が中空孔を備えており、弾性緩衝体が変形剛性の小さい柔軟な構造とされていることによって、人体などが第一のカバー体を介して関節部に接触する際に、優れた緩衝性と良好な触感を得ることができる。更に、弾性緩衝体の表面が中空孔の外周側に凸の面形状とされていることにより、関節部の屈伸時に弾性緩衝体の弾性変形が小さな力で効率的に生じて、関節の屈伸作動が第一のカバー体の剛性によって妨げられることなく効率的に実現される。しかも、弾性緩衝体が軟質材料で形成されていても、表面が凸面形状とされていることにより、ある程度の形状安定性も発揮される。

本発明の第一の実施形態としての関節カバーをアームへの装着状態で示す図であって、（ａ）が関節部の伸びた状態を、（ｂ）が関節部の屈曲状態を、それぞれ示す。 図１に示す関節カバーを構成する第一のカバー体の斜視図。 図２に示す第一のカバー体の断面図であって、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図。 図２に示す第一のカバー体の製造工程を説明する図であって、（ａ）が連結シート形成工程の中間状態を、（ｂ）が連結シート形成工程の完了状態を、（ｃ）が弾性緩衝体配設工程の完了状態を、それぞれ示す。 本発明の第二の実施形態としての関節カバーを構成する第一のカバー体を示す断面図。 本発明の別の一実施形態としての関節カバーをアームへの装着状態で示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の第一の実施形態としての関節カバー１０が、アーム１２への装着状態で示されている。関節カバー１０は、弾性緩衝体を備える第一のカバー体１４と、弾性保護体を備える第二のカバー体１６と、弾性被覆体を備える第三のカバー体１８とを、含んで構成されている。なお、以下の説明において、特に説明がない限り、上下方向とは図３中の上下方向を、左右方向とは図４中の左右方向を、それぞれ言う。

より詳細には、第一のカバー体１４は、図２〜４に示すように、連結シート２０に複数の筒形弾性体２２を配設した構造を有している。連結シート２０は、複数（本実施形態では五つ）の挿入筒部２４を備えている。この挿入筒部２４は、薄肉の略円筒形状を有していると共に、エラストマやゴム弾性体、布などで形成されており、本実施形態では、薄肉シート状のエラストマを円筒形状に丸めて、周方向端部を相互に固着した構造とされている。本実施形態では、挿入筒部２４がエラストマで形成されていることから、周方向端部が相互に超音波やレーザー、熱などによって溶着されている。そして、五つの挿入筒部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅが左右方向に延びるように上下並列に配置されて、隣り合う挿入筒部２４が周上で部分的に相互に溶着されることで上下に連設されている。

さらに、上端に位置する挿入筒部２４ａの上方には、第一連結部２６が設けられている。第一連結部２６は、略半分に折り畳まれたシート状エラストマの重ね合わせ面を相互に固着した二重シート状の構造を有している。また、第一連結部２６には、第一補強部材２８が固着されている。第一補強部材２８は、金属や硬質の合成樹脂などで形成された板状の部材であって、本実施形態では第一連結部２６の両面にそれぞれ重ね合わされて溶着されている。また、第一連結部２６と一対の第一補強部材２８，２８には、円形断面を有する一対の第一取付孔３０，３０が、左右両端部分を厚さ方向に貫通して形成されている。

更にまた、下端に位置する挿入筒部２４ｅの下方には、第二連結部３２が設けられている。第二連結部３２は、第一連結部２６と同様に、略半分に折り畳まれたシート状エラストマの重ね合わせ面を相互に固着した二重シート状の構造を有しており、両面に第二補強部材３４が固着されている。第二補強部材３４は、第一補強部材２８と同様に硬質板状の部材であって、第二連結部３２の両面にそれぞれ重ね合わされて溶着されている。また、第二連結部３２と一対の第二補強部材３４，３４には、上下に所定の長さで延びる長手断面を有する第二取付孔３６が、左右両端部分を厚さ方向に貫通して形成されている。なお、第二補強部材３４は、第二連結部３２の下部に固着されており、第二連結部３２の上部が第二補強部材３４を外れて容易に変形可能とされている。

また、連結シート２０の挿入筒部２４には、それぞれ筒形弾性体２２が挿入されている。筒形弾性体２２は、ゴム弾性体やエラストマなどで形成されており、本実施形態では略円筒形状とされて、径方向中央を軸方向に貫通する略円形断面の中空孔３８が形成されている。また、筒形弾性体２２は、略円筒形状とされていることからも明らかなように、前後方向（図３中、左右方向）の表面３９，３９が、中空孔３８の外周側に向かって凸の面形状を呈している。なお、筒形弾性体２２は、複数の気泡を有する発泡弾性体（発泡ゴムや発泡プラスチック）などで形成されることが望ましく、特に、相互に連続して且つ表面に開放された気泡を有するゴム又は樹脂製の発泡弾性体を採用することで、衝撃吸収力や関節揺動への追従性が更に向上され得る。本実施形態の筒形弾性体２２は、柔軟さ（緩衝性能）や衝撃吸収性能（減衰性能）に優れた発泡ウレタンによって形成されている。

そして、五つの独立した筒形弾性体２２ａ〜２２ｅが、挿入筒部２４ａ〜２４ｅの各一つに挿入されて、互いに並列に配置されている。これにより、筒形弾性体２２ａ〜２２ｅが連結シート２０によって相互に連結されており、それら五つの筒形弾性体２２ａ〜２２ｅによって本実施形態の弾性緩衝体が構成されている。なお、筒形弾性体２２は、挿入筒部２４に非固着で配設されていても良いが、筒形弾性体２２の挿入筒部２４からの抜けを防止するために、筒形弾性体２２の外周面が部分的に或いは全体を挿入筒部２４に固着されていても良い。また、本実施形態では、筒形弾性体２２が挿入筒部２４に隙間をもって挿入されているが、筒形弾性体２２が挿入筒部２４に密着して、軸方向の抜けが防止されるようにしても良い。

このような構造の第一のカバー体１４は、例えば、図５に示す各工程によって製造され得る。以下に、第一のカバー体１４の製造方法を説明する。

先ず、上端シート４０と、五つの中間シート４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅと、下端シート４４とを、それぞれエラストマで形成して、上端シート４０を略Ｕ字状、五つの中間シート４２ａ〜４２ｅを略横転Ｕ字状、下端シート４４を略逆向きＵ字状にそれぞれ曲げると共に、それらシート４０，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４４を上下に並べて、上下に重なる中間部分を相互に溶着する（図５（ａ）参照）。

次に、各中間シート４２の両端を重ね合わせて相互に溶着することで略円筒形状として、五つの挿入筒部２４ａ〜２４ｅを形成する。更に、上端シート４０を略全体が重なり合うようにそれぞれ折り曲げて溶着することにより、挿入筒部２４の上方に第一連結部２６を形成する。更にまた、下端シート４４を同様に折り曲げて溶着することにより、挿入筒部２４の下方に第二連結部３２を形成する。以上により、連結シート２０の形成工程を完了する。

また次に、形成された連結シート２０の各挿入筒部２４に対して、それぞれ予め準備された筒形弾性体２２を挿入して収容配置する。これにより、弾性緩衝体の配設工程を完了して、第一のカバー体１４の製造工程を完了する。なお、筒形弾性体２２は、型成形などの従来公知の製造方法によって得ることができる。

このような方法によって第一のカバー体１４を形成することにより、各挿入筒部２４の間にくびれた溶着部分を設けることなく、複数の挿入筒部２４を連続して設けることができる。従って、挿入筒部２４の間に緩衝性の低い部分が形成され難く、後述するように第一のカバー体１４が伸長変形された状態でも、優れた衝撃吸収力を全体に亘って得ることができる。

かくの如き構造とされた第一のカバー体１４は、図１に示すように、アーム１２の関節部４６を覆うように配設される。アーム１２は、第一部材としての上腕部４８と、第二部材としての前腕部５０とを、関節軸５２によって一軸回りで相対揺動を許容しながら連結した構造を有しており、図示しない電動モータの発生駆動力や油圧などによって、前腕部５０が上腕部４８に対して関節軸５２を中心として揺動せしめられて、関節部４６が屈曲されるようになっている。なお、本実施形態におけるアーム１２は、例えば、医療用又は介護用ロボットの腕部を構成するものであり、関節部４６が人体における肘関節に相当する。

そして、第一のカバー体１４は、第一連結部２６が第一取付孔３０に挿通される図示しないボルトによって上腕部４８に固定されると共に、第二連結部３２が第二取付孔３６に挿通される図示しないボルトによって前腕部５０に固定されることにより、上腕部４８と前腕部５０に跨って関節部４６の外側に配される。これにより、第一のカバー体１４は、関節軸５２の外周側を周方向に延びて配されて、アーム１２に取り付けられている。

さらに、第一のカバー体１４の関節部４６への装着状態において、各筒形弾性体２２は、中空孔３８が関節軸５２と並列に延びており、筒形弾性体２２の軸方向と関節軸５２の軸方向とが互いに略同じ方向とされている。

また、本実施形態では、アーム１２の関節部４６の可動範囲が関節軸５２の周方向一方側で他方側よりも大きくされて、上腕部４８と前腕部５０の相対的な揺動許容角度が、関節軸５２回りの一方側において他方側よりも大きく許容されている。そして、第一のカバー体１４は、揺動許容角度の大きい一方側に屈曲する関節部４６に対して、屈曲外側に位置するように配設される。かかるアーム１２への装着状態において、五つの筒形弾性体２２ａ〜２２ｅを連結してなる弾性緩衝体が、関節部４６の外側で上腕部４８と前腕部５０とに跨って配される。

さらに、図１（ａ）に示すように、第一のカバー体１４は、関節部４６が伸びた初期状態において、連結シート２０が関節軸５２の外周側に弛むように取り付けられており、筒形弾性体２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅが上下中央に行くに従って次第に外周側に位置することで、屈曲外方に向かって凸となっている。

一方、揺動許容角度の大きい一方側に屈曲する関節部４６の屈曲内側には、第二のカバー体１６が配置されている。本実施形態の第二のカバー体１６は、図１に示すように、筒形弾性体２２と略同じ構造の筒形弾性体５４が、連結シート５６の四つの挿入筒部２４にそれぞれ挿入配置されて相互に連結された構造を有している。そして、連結シート５６の第一，第二連結部２６，３２が上腕部４８と前腕部５０の各一方に取り付けられることにより、第二のカバー体１６が上腕部４８と前腕部５０に跨って関節部４６の外周側に配設される。なお、並列的に配された四つの筒形弾性体５４が連結シート５６で相互に連結されることによって、弾性保護体が構成されている。更に、第二のカバー体１６の関節部４６への装着状態において、各筒形弾性体５４の中空孔３８は、第一のカバー体１４と同様に関節軸５２の軸方向に延びている。また、第二のカバー体１６は、第一のカバー体１４と実質的に同じ構造であることから、対応する部位には図中に同一の符号を付すことにより、説明を省略する。

また、本実施形態では、図１に二点鎖線で示すように、関節軸５２の軸方向外方に、第三のカバー体１８がそれぞれ配設されている。第三のカバー体１８は、例えば、発泡ウレタンで形成された平板形状の部材であって、関節軸５２の端面或いは前腕部５０の左右側面に接着されて、関節部４６の側方（関節軸５２の軸方向外方）を覆って配設されている。なお、本実施形態では、第三のカバー体１８の全体が弾性被覆体とされている。

このように、関節部４６は、屈曲外側と屈曲内側が第一のカバー体１４と第二のカバー体１６で覆われていると共に、側方（関節軸５２の軸方向外方）が第三のカバー体１８，１８で覆われており、それら第一〜第三のカバー体１４，１６，１８によって関節カバー１０が構成されている。これにより、関節部４６に対する手指などの挟込みが、関節カバー１０によって防止されている。

しかも、第一，第二のカバー体１４，１６は、筒形弾性体２２の中空孔３８が関節軸５２の軸方向に延びており、人体などが第一，第二のカバー体１４，１６を介して関節部４６に接触する場合に、中空孔３８を持った筒形弾性体２２が径方向に変形することから、優れた柔軟性が発揮される。それ故、接触初期の緩衝作用が効果的に発揮されて、接触した人や物が傷付くのを防ぐことができると共に、人が接触時に痛みを感じるのも回避される。加えて、筒形弾性体２２が発泡弾性体で形成されていることから、中空孔３８が潰れ切る程の大入力に対しても、筒形弾性体２２の気泡が変形することで優れた緩衝作用が発揮される。

さらに、関節カバー１０では、第一のカバー体１４と第二のカバー体１６がそれぞれ変形することにより、関節部４６の屈曲がスムーズに許容される。即ち、関節部４６が図１（ａ）に示す屈曲前の状態から図１（ｂ）に示すように屈曲すると、第一のカバー体１４は、先ず、弛みを持って関節部４６に装着された連結シート２０が、挿入筒部２４の連設方向（図３中、上下方向）に引っ張られて、図２〜４に示すような直線的な形状に変形せしめられる。これにより、関節部４６の屈曲初期に、第一のカバー体１４の変形剛性が関節部４６の屈曲作動を阻害するのを防いで、小さな力で関節部４６が屈曲される。一方、第二のカバー体１６は、連結シート２０の弛みが大きくなって、各筒形弾性体２２の相対位置が変位せしめられることで、関節部４６の屈曲を阻害し難くなっている。

次に、関節部４６の屈曲角度がより大きくなると、第一のカバー体１４は、各挿入筒部２４および各筒形弾性体２２が、挿入筒部２４の連設方向（図３中、上下方向）に引っ張られて、略長円形に弾性変形することにより、関節軸５２回りでの長さ寸法が大きくなる。

本実施形態の第一のカバー体１４では、筒形弾性体２２の弾性変形が小さな力で生じるようになっており、関節部４６の屈曲を妨げ難くされている。即ち、筒形弾性体２２に径方向一方向の引張力が及ぼされて、筒形弾性体２２が径方向一方向に伸長変形しようとすると、伸長方向と直交する方向では径方向内側への変形が生ぜしめられる。そこにおいて、筒形弾性体２２が中空筒形状とされていることにより、伸長方向と直交する方向で生じる径方向内側への変形が剪断変形として容易に許容されることから、比較的に小さな引張入力に対しても伸長変形が有効に生ぜしめられる。これにより、関節部４６の屈曲によって第一のカバー体１４のアーム１２への取付け点間の距離が大きくなっても、第一のカバー体１４が各筒形弾性体２２の弾性変形によって小さな力で十分に伸長することから、関節部４６の屈曲作動が第一のカバー体１４によって著しく妨げられることがない。

一方、第二のカバー体１６は、屈曲内側に大きく突出するように撓むと共に、各挿入筒部２４および各筒形弾性体２２が径方向に弾性変形することで、関節部４６の大きな屈曲を許容できる。なお、医療用や介護用のロボットアームに関節カバー１０を適用する場合には、前腕部５０で人体を抱き上げるなどする際に、関節部４６の屈曲内側に突出した第二のカバー体１６によって、より柔軟な触感を提供することができる。

このように、第一，第二のカバー体１４，１６は、関節部４６の屈曲外側と屈曲内側を常に覆いながら、関節部４６の屈伸を妨げ難い構造とされており、小さな動力であっても関節部４６の屈伸作動を効率的に実現することができる。

また、複数本の筒形弾性体２２が連結シート２０内に収容されることによって、それら筒形弾性体２２が、相互に一体構造とされたり完全固着されることなく、各別に変形自由な外周面形状をもって、第一のカバー体１４を構成している。また、複数本の筒形弾性体２２は、相互に直接に固着されて弾性変形が相対的に制限されてもいない。これにより、各筒形弾性体２２における弾性変形の自由度が大きく確保されており、各種方向から及ぼされる外力に対して、何れも良好な弾性や減衰の性能による衝撃吸収力を発揮し得る。なお、本実施形態では、第二のカバー体１６が第一のカバー体１４と略同じ構造とされていることから、第二のカバー体１４についても同様の効果が奏され得る。

また、関節部４６が図１（ｂ）に示すのとは逆向きに小さな角度で屈曲する場合には、第一のカバー体１４が屈曲内側に突出するように撓むと共に、第二のカバー体１６の各挿入筒部２４と各筒形弾性体５４が挿入筒部２４の連設方向に引っ張られて伸長変形する。このように、本実施形態では、第二のカバー体１６が第一のカバー体１４と略同じ構造とされて、中空の筒形弾性体５４を備えていることにより、逆向きの屈曲作動に対しても第一，第二のカバー体１４，１６が作動を妨げ難くなっている。

なお、第三のカバー体１８は、上腕部４８と前腕部５０に跨って取り付けられるものではなく、関節部４６の屈曲を妨げないことは言うまでもない。

図６には、本発明の第二の実施形態としての関節カバーを構成する第一のカバー体６０が示されている。第一のカバー体６０は、弾性緩衝体６２が連結シート６４に収容された構造を有している。なお、以下の説明において、第一の実施形態と実質的に同一の部材および部位については、図中に同一の符号を付すことで説明を省略する。

より詳細には、弾性緩衝体６２は、第一の実施形態の筒形弾性体２２と同様の材料で形成された全体として板状の部材であって、上下方向（図６中の上下方向）の中間の二箇所には、左右方向（図６中の紙面直交方向）の全長に亘って延びる溝状のくびれ部６６，６６が形成されている。更に、弾性緩衝体６２には、略一定の円形断面を有する三つの中空孔３８，３８，３８が左右方向に貫通して形成されており、それら三つの中空孔３８，３８，３８に対して上下方向で中間にくびれ部６６，６６が位置していることで、弾性緩衝体６２の前後表面（図６中の左右表面）６８，６８が、中空孔３８，３８，３８の外周側に凸の面形状とされている。

連結シート６４は、二枚のエラストマシートや布などを重ね合わせて、上下両端部分を相互に固着した構造とされており、固着部分が第一，第二連結部２６，３２とされていると共に、固着部分を外れた上下中間には重ね合わせ面間に収容空所７０が形成されている。

そして、弾性緩衝体６２が連結シート６４の収容空所７０に挿入配置されることにより、本実施形態の第一のカバー体６０が構成されている。この第一のカバー体６０は、第一の実施形態の第一のカバー体１４と同様に、第一，第二連結部２６，３２がアーム１２の上腕部４８と前腕部５０の各一方に取り付けられることにより、アーム１２の関節部４６の外側を覆うように配される。

このような本実施形態に従う構造とされた第一のカバー体６０によっても、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。要するに、弾性緩衝体は必ずしも第一の実施形態に示すような複数の筒形弾性体２２で構成されるものに限定されず、例えば、本実施形態の如き一体構造の弾性緩衝体６２を採用することもできる。なお、連結シートの構造や製造方法も特に限定されるものではなく、例えば、本実施形態の連結シート６４のように、二枚のシートを重ね合わせて形成することもできる。しかも、くびれ部において二枚のシートを相互に溶着すれば、筒形弾性体２２を収容する挿入筒部２４を形成することも可能である。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、挿入筒部２４および筒形弾性体２２の数は限定されない。また、筒形弾性体２２の形状は、筒形であれば円筒形状には限定されず、例えば、多角筒形状も採用可能である。更に、挿入筒部２４も筒形であれば円筒形状には限定されず、筒形弾性体２２と対応する形状にも必ずしも限定されない。

また、例えば第二の実施形態に示す一体型の弾性緩衝体を採用する場合などには、弾性緩衝体をアーム１２に取り付ける手段を実現可能であれば、連結シートは必須ではない。更に、複数の筒形弾性体で弾性緩衝体を構成する場合にも、例えば、隣り合って配置される筒形弾性体を外周面で相互に接着して連結することも可能であり、この場合にも連結シートは不要になり得る。

また、前記実施形態の関節カバー１０は第一〜第三のカバー体１４（６０），１６，１８で構成されているが、本発明に係る関節カバーは、第一のカバー体１４（６０）だけで構成することもできるし、第一のカバー体１４（６０）に第二のカバー体１６と第三のカバー体１８の何れか一方だけを組み合わせて構成することもできる。このことからも明らかなように、本発明に係る関節カバーは、関節部４６の周囲を全周に亘って覆うものに限定されず、周囲の少なくとも一部を覆っていれば良い。なお、本発明に従う構造とされた関節カバー（第一のカバー体）は、関節部４６の屈曲内側や側方にだけ配される場合もある。

さらに、前記実施形態では、第一〜第三のカバー体１４（６０），１６，１８が露出した状態で装着されているが、関節部４６の屈曲を妨げなければ、例えば、伸縮性のある布やビニルテープなどで関節部と関節カバーの表面を覆っても良い。これによれば、関節カバーを取り付けられた関節部の外観を良くすることができると共に、弾性緩衝体が連結シートから脱落するのを防ぐこともできる。

更にまた、第二のカバー体１６は、必ずしも第一のカバー体１４と同様の構造に限定されない。具体的には、例えば、図６に示す第二のカバー体８０のように、連結シート２０の挿入筒部２４に、略円柱形状を呈する発泡ウレタンなどで形成された柱状弾性体８２が挿入されて、収容配置されていても良い。

また、前記実施形態では、筒形弾性体２２が関節軸５２回りに一層で並べられていたが、筒形弾性体２２を関節軸５２の径方向で二層に重ね合わせて周方向に並べることも可能であり、それによって関節部４６の屈伸に際しての周方向での追従性を確保しつつ、関節軸５２の径方向において衝撃吸収性能の向上が図られる。

また、第一，第二の連結部の構造は特に限定されるものではなく、第一，第二の連結部のアーム１２への取付方法もボルト固定に限定されるものではない。更に、第一の実施形態において第一，第二の連結部に固着されている補強部材の形状や材質、数、第一，第二の連結部への固着態様なども、特に限定されるものではないし、補強部材はなくても良い。

また、前記実施形態では、第一部材が上腕部４８とされていると共に、第二部材が前腕部５０とされており、ロボットアームの関節部４６を本発明に係る関節カバー１０で覆うようにした例が示されている。しかしながら、本発明に係る関節カバーが適用される関節部は、必ずしもアームの関節部に限定されるものではなく、例えば、ロボットの脚部や腰部、頸部などの関節部に適用することもできる。

さらに、実施形態では、一つの関節軸５２回りで上腕部４８と前腕部５０が揺動可能とされた一軸性の関節部４６に、本発明に係る関節カバーを適用した例を示したが、本発明に係る関節カバーは、二軸性関節や多軸性関節（ボールジョイントなど）にも適用可能である。なお、前記実施形態に示されたアーム１２は、医療用ロボットや介護用ロボットのものに限定されず、例えば、産業用ロボットのアームなどであっても良い。

前記実施形態では、関節部４６が伸びた状態で筒形弾性体２２が略変形していない初期形状となるように、第一のカバー体１４がアーム１２に取り付けられており、関節部４６の屈曲により筒形弾性体２２に径方向の引張力が及ぼされて、第一のカバー体１４が関節軸５２の周方向で伸長変形せしめられるようになっている。しかしながら、例えば、関節部４６が屈曲した状態で筒形弾性体２２が略変形していない初期形状となるように、第一のカバー体１４がアーム１２に取り付けられて、関節部４６が屈曲状態から伸びることで、筒形弾性体２２に径方向の圧縮力が及ぼされて、第一のカバー体１４が関節軸５２の周方向に収縮変形せしめられるようにもできる。

１０：関節カバー、１４，６０：第一のカバー体、１６，８０：第二のカバー体、１８：第三のカバー体、２０，６４：連結シート、２２：筒形弾性体（弾性緩衝体）、２４：挿入筒部、３８：中空孔、４６：関節部、４８：上腕部、５０：前腕部、５２：関節軸、６２：弾性緩衝体、７０：表面、８２：柱状弾性体

Claims (9)

1. 第一部材と第二部材を相対揺動可能に繋ぐ関節部の外側を覆う第一のカバー体を有する関節カバーであって、
   前記第一のカバー体が前記関節部の外側で前記第一部材と前記第二部材に跨って配される弾性緩衝体を備えていると共に、
   該弾性緩衝体には中空孔が形成されており、該弾性緩衝体の表面が該中空孔の外周側に凸の面形状とされていることを特徴とする関節カバー。
2. 前記第一部材と前記第二部材の相対揺動が前記関節部の関節軸回りで許容されており、前記第一のカバー体が該関節軸の外周側を周方向に延びて配されていると共に、該第一のカバー体の前記弾性緩衝体に形成される複数の前記中空孔が該関節軸と並列に延びている請求項１に記載の関節カバー。
3. 前記弾性緩衝体が発泡弾性体で形成されている請求項１又は２に記載の関節カバー。
4. 前記弾性緩衝体が並列に配された複数の筒形弾性体を相互に連結した構造とされている請求項１〜３の何れか一項に記載の関節カバー。
5. 両端を前記第一部材と前記第二部材の各一方に取り付けられる連結シートに並列に延びる複数の挿入筒部が設けられており、複数の該挿入筒部に前記筒形弾性体がそれぞれ挿入されて、それら筒形弾性体が該連結シートによって相互に連結されている請求項４に記載の関節カバー。
6. 前記第一のカバー体が前記第一部材と前記第二部材に取り付けられた装着状態で前記関節部の外周側に弛んでいる請求項１〜５の何れか一項に記載の関節カバー。
7. 前記第一部材と前記第二部材の相対揺動が前記関節部の関節軸回りで許容されていると共に、該第一部材と該第二部材の揺動許容角度が該関節軸回りの一方側において他方側よりも大きく許容されており、該関節部が揺動許容角度の大きい一方側に屈曲した状態で該関節部の屈曲外側に前記第一のカバー体が配設されている請求項１〜６の何れか一項に記載の関節カバー。
8. 前記第一部材と前記第二部材の揺動許容角度の大きい一方側に前記関節部が屈曲した状態で該関節部の屈曲外側となる一方に配される前記第一のカバー体と屈曲内側となる他方に配される第二のカバー体とを有しており、該第二のカバー体が弾性保護体を備えていると共に、該第二のカバー体が前記第一部材と前記第二部材に跨って配されている請求項７に記載の関節カバー。
9. 前記第一部材と前記第二部材の相対揺動が前記関節部の関節軸回りで許容されており、該関節軸の軸方向外方が第三のカバー体によって覆われている請求項１〜８の何れか一項に記載の関節カバー。