JP2020041575A - クラッチ機構、アクチュエータユニットおよび筋力補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝達すべき駆動力の大きさに応じて伝達容量を自動的に調整できる、シンプルなクラッチ機構を提供する。【解決手段】クラッチ機構１０は、駆動力が入力される入力部１１と、入力部１１に入力された駆動力Ｆｄを、被駆動物１２に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部１３と、入力部１１に入力された駆動力Ｆｄを、被駆動物１２を回転させる第１分力Ｆ１と、クラッチ部１３を作動させる第２分力Ｆ２とに分ける分力生成部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、クラッチ機構、アクチュエータユニットおよび筋力補助装置に関する。

農業、建設業、介護等に従事する作業者の筋力的な負担を軽減することを目的として、筋力補助装置が注目を集めている。一例として特許文献１には、駆動ユニットと該駆動ユニットの外側に設けられた電動式クラッチにより構成される駆動装置を用いて駆動される、筋力補助装置が記載されている。

特開２０１５−１８２８３３

特許文献１に記載の筋力補助装置においては、電動モータおよび遊星減速機で構成される駆動ユニットの出力側に、電動式のクラッチが設けられている。この装置では、駆動ユニットとクラッチとが別体として設けられていることから、駆動ユニットの出力を被駆動物に伝達するためには、クラッチの伝達容量を当該出力の最大値に応じたものにしておく必要がある。しかしながら駆動ユニットは必ずしも最大出力を出力するとは限らないため、クラッチを常に駆動ユニットの最大出力に応じた容量で動作させることは効率的ではない。

これに対し、駆動ユニットの出力を監視して、実際の出力に対応したクラッチ伝達容量となるようにクラッチを制御することも考えられる。しかしこの場合、出力の監視手段が必要となるため構成が複雑となる上、クラッチの伝達容量を出力に応じて変更する必要がある。このため制御に時間的ずれが生じる結果、力の急峻な変化に対応できず、位置ずれ等が発生してしまう可能性がある。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筋力補助装置等に適用可能なクラッチ機構であって、伝達すべき駆動力の大きさに応じて伝達容量を自動的に調整できるクラッチ機構を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のクラッチ機構は、駆動力が入力される入力部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、前記クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、伝達すべき駆動力の大きさに応じて伝達容量を自動的に調整できるクラッチ機構を実現することができる。

第１実施形態に係るクラッチ機構を示す斜視図である。 図１のクラッチ機構の入力部とクラッチ部とを示す斜視図である。 図１のクラッチ機構の分力生成部を示す斜視図である。 図４（ａ）は、図３の分力生成部を入力部側から見た斜視図である。図４（ｂ）は、図３の分力生成部を摩擦板側から見た斜視図である。 第２実施形態に係るクラッチ機構を示す斜視図である。 図６（ａ）は、遮断モードにおける図５のクラッチ機構の側面図であり、図６（ｂ）は、その正面図である。 図７（ａ）は、伝達モードにおける図５のクラッチ機構の側面図であり、図７（ｂ）は、その正面図である。 図８（ａ）は、駆動モードにおける図５のクラッチ機構の側面図であり、図６（ｂ）は、その正面図である。 第３実施形態に係るアクチュエータユニットの側面図である。 第４実施形態に係る筋力補助装置の側面図である。 変形例３に係る入力部の斜視図である。 変形例５に係るクラッチ機構の斜視図である。 図１３（ａ）は、遮断モードにおける図１２のクラッチ機構の側面図である。図１３（ｂ）は、伝達モードにおける図１２のクラッチ機構の側面図である。図１３（ｃ）は、駆動モードにおける図１２のクラッチ機構の側面図である。 変形例６に係るクラッチ機構の斜視図である。 図１５（ａ）は、遮断モードにおける図１４のクラッチ機構の側面図である。図１５（ｂ）は、伝達モードにおける図１４のクラッチ機構の側面図である。図１５（ｃ）は、駆動モードにおける図１４のクラッチ機構の側面図である。 図１６（ａ）は、変形例７に係るクラッチ機構の斜視図であり、図１６（ｂ）は、その分解側面図である。 図１７（ａ）は、遮断モードにおける図１６のクラッチ機構の側面図である。図１７（ｂ）は、伝達モードにおける図１６のクラッチ機構の側面図である。図１７（ｃ）は、駆動モードにおける図１６のクラッチ機構の側面図である。 図１８（ａ）は、遮断モードにおける、図１６のクラッチ機構のテーパーホールとくわえ爪の動作を示す図である。図１８（ｂ）は、伝達モードにおける、図１６のクラッチ機構のテーパーホールとくわえ爪の動作を示す図である。

まず、本発明の概要について説明する。本発明のある態様は、クラッチ機構である。このクラッチ機構は、駆動力が入力される入力部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備える。駆動力は例えば、空気圧を用いた人工筋や電気モータ等のアクチュエータから入力されてよい。入力部は例えば、こうしたアクチュエータによって牽引または圧迫されるアームやレバーであってよい。被駆動物は例えば、筋力補助装置の装着部材等であってよい。

この態様によれば、入力部に入力された駆動力は、分力生成部によって第１分力と第２分力とに分けられる。一方の第１分力は、被駆動物を回転または移動することに使われる。このとき、被駆動物の負荷の大きさ等に応じて駆動力を増加（減少）することにより、第１分力は増加（減少）される。他方の第２分力は、摩擦式のクラッチ部を作動させること、具体的には摩擦式クラッチを押し付け合わせることに使われる。第２分力の大きさが大きければ大きいほど、摩擦式クラッチは強く押し付け合わされるため、クラッチ機構の伝達容量は大きくなる。すなわち、第２分力の大きさによって、クラッチ機構の伝達容量が定まる。後述のように、第１分力を増加（減少）させるために駆動力を増加（減少）すると、それに応じて第２分力も増加（減少）するため、伝達容量は駆動力の大きさに応じて自動的に調整される。

上記のクラッチ部は、円形のロータと、ロータに押し付けられる円形の摩擦板とを備えてよい。この場合、ロータと摩擦板との接触面積を増大することができるため、クラッチ機構全体をコンパクトに保ったまま、クラッチ機構の容量を増大することができる。

分力生成部は、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カムを備えてよい。この場合、シンプルな構成で分力生成部を構成することができる。

分力生成部は、入力部と一体に設けられた入力側カムと、摩擦板と一体に設けられた出力側カムとに設けられてよく、入力部とクラッチ部とは、保持具により所定の位置関係を取るように保持されてよい。この場合、クラッチ機構全体を堅牢かつコンパクトに構成することができる。

本発明の別の態様は、アクチュエータユニットである。このアクチュエータユニットは、駆動力が入力される入力部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備えるクラッチ機構と、クラッチ機構の入力部に駆動力を入力するアクチュエータと、を備える。この場合、伝達すべき駆動力の大きさに応じて伝達容量を自動的に調整できるクラッチ機構を備えたアクチュエータユニットを構成することができる。

本発明のさらに別の態様は、筋力補助装置である。この筋力補助装置は、関節が間に位置する人体の二つの部位のうちの一方に取り付けられる第１装着具と、他方に取り付けられる第２装着具と、第１装着具に対して、第２装着具を相対回転可能に支持するクラッチ機構と、クラッチ機構に駆動力を入力するアクチュエータと、を備える。クラッチ機構は、駆動力が入力される入力部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備える。この場合、伝達すべき駆動力の大きさに応じて伝達容量を自動的に調整できるクラッチ機構を備えた筋力補助装置を構成することができる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るクラッチ機構１０の構成を説明する。図１は、クラッチ機構１０を示す斜視図である。図２は、図１のクラッチ機構１０の入力部１１とクラッチ部１３とを示す斜視図である。

図１を参照すると、クラッチ機構１０は、駆動力が入力される入力部１１と、入力部１１に入力された駆動力Ｆｄを被駆動物１２に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部１３と、入力部１１に入力された駆動力Ｆｄを第１分力Ｆ１と第２分力Ｆ２とに分ける分力生成部１４と、を備える。第１分力Ｆ１は、被駆動物１２を回転させる。第２分力Ｆ２は、クラッチ部１３を作動させる。入力部１１と、被駆動物１２と、クラッチ部１３とは、回転軸ｄ１を通るシャフト１３ｅにより一体的に組み立てられる。

入力部１１は、レバー状の部材で構成され、一方の端部付近にシャフト１３ｅが貫通する孔１１ａが設けられる。孔１１ａと反対側の端部付近には、孔１１ｂが設けられる。孔１１ｂを介してアクチュエータ（図１および図２には示されない）が連結される。このアクチュエータにより、入力部１１に駆動力Ｆｄが入力される。本例では、駆動力Ｆｄは、図１において下向きの力である。後述のように駆動力Ｆｄは、分力生成部１４により、被駆動物１２を回転させる第１分力と、クラッチ部１３を作動させる第２分力とに分けられる。

被駆動物１２は、バー状の部材で構成され、一方の端部付近にシャフト１３ｅが貫通する孔１２ａが設けられる。被駆動物１２の孔１２ａの内径はシャフト１３ｅの外径と一致しており、シャフト１３ｅは孔１２ａに固定的にはめ込まれる。

入力部１１に入力された駆動力Ｆｄが所定の大きさを超えると、被駆動物１２は、シャフト１３ｅを介して伝達される第１分力Ｆ１により、回転軸ｄ１周りに回転される。

クラッチ部１３は、円形のロータ１３ａと、円形の摩擦板１３ｂと、を備える。入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されていないとき、摩擦板１３ｂはロータ１３ａから離れており、ロータ１３ａは摩擦板１３ｂに対して自由回転できる。入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されると、摩擦板１３ｂは、第２分力Ｆ２によりロータ１３ａに押し付けられる。この第２分力Ｆ２は、被駆動物１２を回転させるための第１分力を、被駆動物１２に伝達するための力である。このように、クラッチ部１３は、駆動力Ｆｄの第１分力を、被駆動物１２に伝達または遮断する摩擦式クラッチとして動作する。クラッチ部１３は、摩擦力を向上するために、ウレタンゴム等からなる摩擦材１３ｃ、１３ｄを備えてもよい。

以下、図２を参照して、入力部１１とクラッチ部１３との構成を、より詳細に説明する。前述のように、入力部１１は、一方の端部付近に円筒状のシャフト１３ｅが貫通するための円形の孔１１ａが設けられ、他方の端部付近にアクチュエータが連結されるための孔１１ｂが設けられる。孔１１ａの内径は、シャフト１３ｅの外径よりわずかに大きい。従って、入力部１１は、シャフト１３ｅに対してわずかなクリアランスがある。

後述のように、入力部１１の孔１１ａの近辺の摩擦板１３ｂ側には、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カム（入力側カム１４ａ）を備える分力生成部１４が設けられる。

クラッチ部１３は、ロータ１３ａと、摩擦板１３ｂと、摩擦材１３ｃと、摩擦材１３ｄと、シャフト１３ｅと、回り止め１３ｆと、を備える。ロータ１３ａ、摩擦板１３ｂ、摩擦材１３ｃ、摩擦材１３ｄ、回り止め１３ｆの中心にはそれぞれ、シャフト１３ｅが貫通するための孔１３ａ１、１３ｂ１、１３ｃ１、１３ｄ１、１３ｆ１が設けられる。ロータ１３ａの孔１３ａ１は、後述のように六角形である。孔１３ｂ１、１３ｃ１、１３ｄ１はすべて円形で、その内径はシャフト１３ｅの外径よりわずかに大きい。従って、摩擦板１３ｂ、摩擦材１３ｃおよび摩擦材１３ｄは、シャフト１３ｅに対してわずかなクリアランスがある。一方、回り止め１３ｆの孔１３ｆ１の内径は、シャフト１３ｅの外径と一致している。従って、シャフト１３ｅは孔１３ｆ１に固定的にはめ込まれる。

回り止め１３ｆのロータ１３ａ側の端部には、内部を孔１３ｆ１が貫通する六角形の突出部１３ｆ２が設けられる。ロータ１３ａの孔１３ａ１の形状とサイズは、この突出部１３ｆ２の輪郭と一致する。従って、ロータ１３ａとシャフト１３ｅと回り止め１３ｆとは、固定的かつ一体的に構成される。なお、突出部１３ｆ２の輪郭と孔１３ａ１は必ずしも六角形でなくてもよく、シャフト１３ｅと回り止め１３ｆとが固定的かつ一体的に構成できれば、任意の形状であってよい。

後述のように、摩擦板１３ｂの孔１３ｂ１の近辺の入力部１１側には、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カム（出力側カム１４ｂ）を備える分力生成部１４が設けられる（図２には示されない）。

ロータ１３ａには孔１３ａ２が設けられ、摩擦材１３ｃのロータ１３ａ側には突出部１３ｃ２が設けられる。孔１３ａ２の位置、形状およびサイズは、突出部１３ｃ２の輪郭と一致する。従って、ロータ１３ａと摩擦材１３ｃとは、固定的かつ一体的に構成される。摩擦材１３ｃは、消耗等による必要に応じて交換可能であってよい。

同様に、摩擦板１３ｂには孔１３ｂ２が設けられ、摩擦材１３ｄの摩擦板１３ｂ側には突出部１３ｄ２（図２には示されない）が設けられる。孔１３ｂ２の位置、形状およびサイズは、突出部１３ｄ２の輪郭と一致する。従って、摩擦板１３ｂと摩擦材１３ｄとは、固定的かつ一体的に構成される。摩擦材１３ｄは、消耗等による必要に応じて交換可能であってよい。

なお、ロータ１３ａと摩擦板１３ｂとの間に十分な摩擦力がある場合は、摩擦材１３ｃ、１３ｄは省略されてもよい。

図３は、実施形態に係る分力生成部１４を示す斜視図である。分力生成部１４は、入力部１１の孔１１ａの近辺の摩擦板１３ｂ側に、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カム（入力側カム１４ａ）と、摩擦板１３ｂの孔１３ｂ１の近辺の入力部１１側に、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カム（出力側カム１４ｂ）と、を備える。すなわち分力生成部１４は、入力部１１と一体に設けられた入力側カム１４ａと、摩擦板１３ｂと一体に設けられた出力側カム１４ｂと、を備える。

入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されると、駆動力Ｆｄは、ロータ１３ａ（すなわちロータ１３ａと一体化されたシャフト１３ｅ）を回転させる第１分力Ｆ１と、摩擦板１３ｂをロータ１３ａに押し付ける第２分力Ｆ２と、に分けられる。

図４（ａ）は、図３の分力生成部を入力部側から見た斜視図である。図４（ｂ）は、図３の分力生成部を摩擦板側から見た斜視図である。入力側カム１４ａおよび出力側カム１４ｂは、それぞれ傾斜面１４ａ１および傾斜面１４ｂ１を有する。傾斜面１４ａ１と傾斜面１４ｂ１同士は、隙間や遊びを持たずに互いに接触するように構成される。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係るクラッチ機構１０を示す斜視図である。クラッチ機構１０は、入力部１１と、被駆動物１２と、クラッチ部１３と、保持具１６と、を備える。保持具１６以外の構成は、第１実施形態の構成と共通する。図示されるように、第２実施形態では、入力部１１とクラッチ部１３とが、保持具１６により所定の位置関係を取るように保持される。

（分力生成）
以下、図６〜図８を参照して、第１および第２実施形態のクラッチ機構の分力生成について説明する。図６（ａ）は、「遮断モード」におけるクラッチ機構１０の側面図であり、図６（ｂ）は、その正面図である。図７（ａ）は、「伝達モード」におけるクラッチ機構１０の側面図であり、図７（ｂ）は、その正面図である。図８（ａ）は、「駆動モード」における図５のクラッチ機構の側面図であり、図８（ｂ）は、その正面図である。

（遮断モード）
図６に示される遮断モードは、入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されていない状態である。このとき、摩擦板１３ｂはロータ１３ａに押し付けられておらず、ロータ１３ａと摩擦板１３ｂとの間には隙間が存在する。従って、ロータ１３ａおよびロータ１３ａと一体化した１３ｅは、摩擦板１３ｂに拘束されることなく、自由に回転することができる。換言すれば、遮断モードでは、クラッチ機構１０は、被駆動物１２に対して駆動力Ｆｄを遮断する。

入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されると、駆動力Ｆｄは、入力部１１に設けられた入力側カム１４ａから、摩擦板１３ｂに設けられた出力側カム１４ｂに伝達される。本例では、駆動力Ｆｄは、図７（ａ）において、入力部１１を右側に牽引する力である。このとき、入力側カム１４ａと出力側カム１４ｂとは、傾斜面１４ａ１と傾斜面１４ｂ１とにより接触している。これにより、駆動力Ｆｄは、ロータ１３ａを回転させる第１分力Ｆ１と、摩擦板１３ｂをロータ１３ａに押し付ける第２分力Ｆ２とに分けられる。本例では、第１分力Ｆ１は、図７（ａ）において、被駆動物１２を時計回りに回転させる力である。また第２分力Ｆ２は、図７（ｂ）において、右向きの力である。このように、入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されると、クラッチ機構１０は、被駆動物１２に対して駆動力Ｆｄを伝達する。このとき被駆動物１２は、自由回転を拘束される。

（伝達モード）
図７に示される伝達モードは、入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されているが、第１分力Ｆ１の大きさが被駆動物１２の負荷以下の状態である。このとき、被駆動物１２は、摩擦板１３ｂにより自由回転を拘束されるが、駆動力Ｆｄによって駆動されない。

伝達モードを終了させるときは、入力部１１に入力される駆動力Ｆｄを解除すればよい。この場合、伝達モードは遮断モードに移行する。

（駆動モード）
図８に示される伝達モードは、入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されており、第１分力Ｆ１の大きさが被駆動物１２の負荷より大きい状態である。このとき、被駆動物１２は、駆動力Ｆｄによって駆動される。具体的には、伝達モードから駆動力Ｆｄが増加され、第１分力Ｆ１の大きさが被駆動物１２の負荷を超えると、被駆動物１２は、駆動力Ｆｄによって駆動されて、図８（ａ）における時計回りに回転する。被駆動物１２の回転角が増加するにつれ、被駆動物１２の負荷が増加するような場合は、駆動力Ｆｄをさらに増加させれば、第１分力と第２分力のそれぞれが自動的に増加するため、被駆動物１２をさらに回転させることができる。

駆動モードを終了させるときは、入力部１１に入力される駆動力Ｆｄを解除すればよい。このとき駆動力Ｆｄは、被駆動物１２の自由回転を拘束するための大きさを維持してもよい。すなわち、駆動モードを終了させた後、遮断モードではなく、伝達モードに移行するようにしてもよい。

以上説明した通り、第１および第２実施形態によれば、クラッチの伝達容量は、出力の最大値に応じたものにしておく必要なく、伝達すべき駆動力の大きさに応じて自動的に調整される。さらにこの調整は、出力監視装置や容量調整装置といった複雑な機構を設けることなく、傾斜カム等によって構成される極めてシンプルな機構で実現することができる。

［第３実施形態］
図９は、本発明の第３実施形態に係るアクチュエータユニット１００の側面図である。アクチュエータユニット１００は、前述のクラッチ機構１０と、牽引式のアクチュエータ３０と、戻し機構４０と、を備える。アクチュエータ３０および戻し機構４０は、それぞれ孔１１ｂを介してクラッチ機構１０に連結される。

アクチュエータ３０は、空気圧を用いた人工筋や電気モータ等であってよく、クラッチ機構１０の入力部１１を、図９において右方向に牽引する。

戻し機構４０は、ばねやゴムを用いて構成され、クラッチ機構１０の入力部１１を、アクチュエータ３０の牽引方向と逆方向に牽引する。本例では、アクチュエータ３０の牽引方向は図９において右向きであり、戻し機構４０の牽引方向は左向きである。これにより、アクチュエータ３０からの駆動力が入力されていないとき（すなわち、遮断モードのとき）、入力部１１は所定の元の位置に戻る。

［第４実施形態］
図１０は、本発明の第４実施形態に係る筋力補助装置２００の側面図である。筋力補助装置２００は、関節（本例では肩関節）が間に位置する人体の二つの部位のうちの一方（本例では胴体）に取り付けられる第１装着具５０と、他方（本例は上肢）に取り付けられる第２装着具６０と、第１装着具５０に対して、第２装着具６０を相対回転可能に支持するクラッチ機構１０と、クラッチ機構１０に駆動力を入力するアクチュエータ３０と、を備える。クラッチ機構１０は、駆動力が入力される入力部１１と、入力部に入力された駆動力を、被駆動物１２に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部１３と、入力部１１に入力された駆動力Ｆｄを、被駆動物１２を回転または移動させる第１分力と、クラッチ部１３を作動させる第２分力とに分ける分力生成部１４と、を備える。

クラッチ機構１０は、ワンウェイクラッチ（図示しない）を備えてもよい。このとき、後述の伝達モードのとき、着用者７０は、上肢が上昇する方向への運動は許容される一方、上肢が下降する方向への運動は制限される。

第１装着具５０は、装着ベルト８０を介して着用者７０の胴体に取り付けられる。第１装着具５０の内部には、アクチュエータ３０が配置される。第２装着具６０は、着用者７０の上肢に装着される。入力部１１は連結アームの形状をしており、アクチュエータ３０とクラッチ機構１０とに連結される。被駆動物１２も連結アームの形状をしており、クラッチ機構１０と第２装着具６０とに連結される。

クラッチ機構１０が遮断モードのときは、クラッチ機構１０のロータは、肩の動作に合わせて自由に回転することができる。従って着用者７０は、第２装着具６０から拘束や駆動力を受けることなく、上肢を自由に運動させることができる。

クラッチ機構１０が伝達モードのときは、クラッチ機構１０のロータは、ワンウェイクラッチにより、着用者７０の上肢が上昇する方向への運動を許容する一方、上肢が下降する方向への運動を拘束する。従って着用者７０は、第２装着具６０からの拘束を受けることにより、上肢を作業用の位置まで引き上げ、その位置を保ったまま作業をすることができる。

クラッチ機構１０が駆動モードのときは、クラッチ機構１０は、分力生成部で生成した第１分力を第２装着具６０に伝達する。従って着用者７０は、第１分力による筋力補助力を受けながら、上肢を所望の作業位置まで上昇させることができる。

このようにして、着用者７０は、遮断モードと伝達モードと駆動モードとを切り替えて作業することにより、第１分力による筋力補助力を受けて腕の筋肉の負担を軽減することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

（変形例１）
実施形態では、アクチュエータは、牽引式のアクチュエータに代えて、牽引と繰り出しの両方の動作が可能な複動式のアクチュエータであってもよい。この場合、戻し機構は省略することができる。これにより、アクチュエータユニット全体をよりコンパクトにすることができる。

（変形例２）
実施形態では、アクチュエータは、直動式（人工筋やエアシリンダ・ソレノイドなど）に代えて、回転式（モータや回転式エアシリンダなど）であってもよい。これにより、構成の自由度を上げることができる。

（変形例３）
実施形態では、入力部は、レバー状の部材で構成されることに代えて、ベルトとプーリーとで構成されてもよい。図１１は、変形例３に係る入力部の斜視図である。入力部１１は、ベルト１１ｃと、プーリー１１ｄとを備える。プーリー１１ｄは、分力生成部１４ｃを備える。この場合、アクチュエータ３０と戻し機構４０とは、同方向に配置される。これにより、構成の自由度を上げることができる。

（変形例４）
実施形態では、分力生成部１４を構成する入力部１１と摩擦板１３ｂとの嵌合部分は、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カムを基に構成されることに代えて、ボールねじ等のねじ構造を基に構成されてもよい。これにより、構成の自由度を上げることができる。

（変形例５）
実施形態では、クラッチ機構は、保持具の外側に固定用保持具をさらに備えてもよい。以下、図１２および図１３を参照して、変形例５について説明する。

図１２は、変形例５に係るクラッチ機構１０ａを示す。クラッチ機構１０ａは、入力部１１と、被駆動物１２と、クラッチ部１３と、保持具１６と、固定用保持具１７と、を備える。保持具１６には、それぞればね４０ａ、４０ｂを連結するための孔１６ａ、１６ｂが設けられている。固定用保持具１７は、入力部１１、クラッチ部１３および保持具１６を外側から保持する。保持具１６および固定用保持具１７以外の構成は、第２実施形態の構成と共通する。クラッチ機構１０ａは、固定用保持具１７によって固定されるフローティング構造を形成する。固定用保持具１７の固定面１７ａは、外部の壁等に固定される。クラッチ機構１０ａの入力部１１、被駆動物１２、クラッチ部１３、保持具１６は、一体的に回転軸ｄ１周りに回転可能である。

図１３（ａ）は、遮断モードにおける図１２のクラッチ機構の側面図である。図１３（ｂ）は、伝達モードにおける図１２のクラッチ機構の側面図である。図１３（ｃ）は、駆動モードにおける図１２のクラッチ機構の側面図である。クラッチ機構１０ａには、アクチュエータ３０と、ばね４０ａと、ばね４０ｂと、が連結される。

遮断モードは、アクチュエータ３０から入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されていない状態である。遮断モードでは、ばね４０ａとばね４０ｂとは同程度の延びを持ち、自然長より長い状態に設定される。このとき、ばね４０ａとばね４０ｂとの張力は同程度の大きさであり、互いに拮抗している（以下、この状態のときのばね４０ａばね４０ｂの張力を「拮抗力」と呼ぶ）。図１３（ａ）に示されるように、遮断モードでは、被駆動物１２、クラッチ部１３および保持具１６は、クラッチ部１３から拘束を受けることなく、一体的に回転軸ｄ１周りに自由回転することができる。

伝達モードは、アクチュエータ３０から入力部１１に駆動力Ｆｄが加えられているが、第１分力の大きさが拮抗力以下の状態である。図１３（ｂ）に示されるように、伝達モードでは、クラッチ機構１０全体は、クラッチ部１３から拘束を受けて、自由回転を制限されるが、駆動力により駆動されることはない。

駆動モードは、アクチュエータ３０から入力部１１に駆動力Ｆｄが加えられており、第１分力の大きさが拮抗力より大きい状態である。図１３（ｃ）に示されるように、駆動モードでは、ばね４０ａが縮み、ばね４０ｂが延びる。これにより、固定用保持具１７を除くクラッチ機構１０全体が回転軸ｄ１周りに時計回りに回転することにより、被駆動物１２が持ち上げられる。

（変形例６）
実施形態では、入力部に入力された駆動力は、被駆動物を回転させることに代えて並進運動させてもよい。以下、図１４および図１５を参照して、変形例６に係るクラッチ機構１０ｂを説明する。図１４は、変形例６に係るクラッチ機構１０ｂの斜視図である。図１５（ａ）は、遮断モードにおける図１４のクラッチ機構の側面図である。図１５（ｂ）は、伝達モードにおける図１４のクラッチ機構の側面図である。図１５（ｃ）は、駆動モードにおける図１４のクラッチ機構の側面図である。

クラッチ機構１０ｂは、入力部１１と、被駆動物１２と、クラッチ部１３と、第１保持具１６ｃと、第２保持具１７ｂと、を備える。第２保持具１７ｂは、クラッチ機構全体を外側から保持する。被駆動物１２には、長手方向に第１ガイド穴１２ｂが設けられている。第２保持具１７ｂには、長手方向に第２ガイド穴１７ｃが設けられている。被駆動物１２は、第１ガイド穴１２ｂに沿って移動可能である。またクラッチ機構全体は、第２ガイド穴１７ｃに沿って移動可能である。入力部１１およびクラッチ部１３の構成は、第２実施形態の構成と共通する。

図１５を参照すると、アクチュエータ３０が、第２保持具１７ｂによって保持され、入力部１１に連結される。またバランスばね４０ｃが、第１保持具１６ｃおよび第２保持具１７ｂに連結される。

遮断モードは、アクチュエータ３０から入力部１１に駆動力Ｆｄが入力されていない状態である。図１５（ａ）に示されるように、遮断モードでは、被駆動物１２は、クラッチ部１３から拘束を受けることなく、第１ガイド穴１２ｂに沿って自由に移動することができる。

伝達モードは、アクチュエータ３０から入力部１１に駆動力Ｆｄが加えられているが、アクチュエータ３０からの駆動力Ｆｄの大きさが、バランスばね４０ｃの反発力以下の状態である。図１５（ｂ）に示されるように、伝達モードでは、被駆動物１２は、クラッチ部１３から拘束を受けて、ブレーキがかけられた状態にある。すなわち、被駆動物１２は、固定されて、第１ガイド穴１２ｂに沿って自由に移動することができない。

駆動モードは、アクチュエータ３０から入力部１１に駆動力Ｆｄが加えられており、駆動力Ｆｄの大きさが、バランスばね４０ｃの反発力より大きい状態である。図１５（ｃ）に示されるように、駆動モードでは、バランスばね４０ｃが縮む。これにより、クラッチ機構全体が、第２ガイド穴１７ｃに沿って右向きに移動される。

（変形例７）
実施形態では、クラッチ機構はワイヤーストッパータイプであってもよい。以下、図１６〜図１８を参照して、変形例７に係るクラッチ機構１０ｃを説明する。図１６（ａ）は、変形例７に係るクラッチ機構の斜視図であり、図１６（ｂ）は、その分解側面図である。図１７（ａ）は、遮断モードにおける図１６のクラッチ機構の側面図である。図１７（ｂ）は、伝達モードにおける図１６のクラッチ機構の側面図である。図１７（ｃ）は、駆動モードにおける図１６のクラッチ機構の側面図である。図１８（ａ）は、遮断モードにおける、図１６のクラッチ機構のテーパーホールとくわえ爪の動作を示す図である。図１８（ｂ）は、伝達モードおよび駆動モードにおける、図１６のクラッチ機構のテーパーホールとくわえ爪の動作を示す図である。

クラッチ機構１０ｃは、アクチュエータワイヤー３０ａと、牽引ワイヤー１２ｃと、ブレーキベース１６ｄと、アクチュエータベース１７ｄと、テーパーホール１９ａと、くわえ爪１９ｂと、第１プレート１９ｃと、第２プレート１９ｄと、空気圧式のアクチュエータ３０と、バランスばね４０ｄと、戻しばね４０ｅと、を備える。第１プレート１９ｃは、第１および第２実施形態における入力部に相当する。また牽引ワイヤー１２ｃは、第１および第２実施形態における被駆動物に相当する。

アクチュエータワイヤー３０ａの一端はアクチュエータ３０に接続される。アクチュエータワイヤー３０ａの他端は、ブレーキベース１６ｄに設けられた孔（図示しない）とバランスばねとを通って、第１プレート１９ｃに接続される。第１プレート１９ｃに力が加えられていないとき、戻しばね４０ｅとバランスばね４０ｄとは、自然長より縮んだ状態にあるように構成される。これにより、第１プレート１９ｃに力が加えられていないとき、第２プレート１９ｄは所定の位置に保持される。また、くわえ爪１９ｂに力が加えられていないとき、牽引ワイヤー１２ｃとくわえ爪１９ｂとの間には隙間が存在するように構成される。

ブレーキベース１６ｄの両側面にはガイド穴１６ｅが設けられる。第１プレート１９ｃと第２プレート１９ｄとは、このガイド穴１６ｅに沿って移動可能である。アクチュエータ３０から駆動力Ｆｄが入力されると、駆動力Ｆｄは、アクチュエータワイヤー３０ａにより第１プレート１９ｃを牽引する。

遮断モードは、アクチュエータ３０から第１プレート１９ｃに駆動力Ｆｄが入力されていない状態である。図１８（ａ）に示されるように、遮断モードでは、戻しばね４０ｅが自然長より縮んだ状態にあるため、第１プレート１９ｃは、戻しばね４０ｅからの反発力Ｆｒを受ける。このとき、くわえ爪１９ｂには力が加えられていないため、牽引ワイヤー１２ｃとくわえ爪１９ｂとの間には隙間が存在する。従って、図１７（ａ）に示されるように、遮断モードでは、牽引ワイヤー１２ｃは、くわえ爪１９ｂから拘束を受けることなく上下方向に自由に移動することができる。

図１８（ｂ）に示されるように、アクチュエータ３０から第１プレート１９ｃに駆動力Ｆｄが入力されると、第１プレート１９ｃが駆動力Ｆｄにより牽引され、第１プレート１９ｃと一体化されたテーパーホール１９ａは、くわえ爪１９ｂに接触する。テーパーホール１９ａに押し付けられたくわえ爪１９ｂは、中心軸方向に向けて閉じるように変形し、牽引ワイヤー１２ｃをくわえる。このくわえ爪１９ｂが牽引ワイヤー１２ｃをくわえる力を第２分力Ｆ２とすると、駆動力Ｆｄは、牽引ワイヤー１２ｃを下向きに牽引する第１分力Ｆ１と、第２分力Ｆ２とに分けられることが分かる。

伝達モードは、アクチュエータ３０から第１プレート１９ｃに駆動力Ｆｄが入力されるが、第１分力Ｆ１の大きさがバランスばね４０ｄの反発力以下の状態である。図１７（ｂ）に示されるように、伝達モードでは、牽引ワイヤー１２ｃは、くわえ爪１９ｂから拘束を受けて、ブレーキがかけられた状態にある。すなわち、牽引ワイヤー１２ｃは、固定されて、上下方向に自由に運動することができない。

駆動モードは、アクチュエータ３０から第１プレート１９ｃに駆動力Ｆｄが入力され、第１分力Ｆ１の大きさがバランスばね４０ｄの反発力より大きい状態である。図１７（ｃ）に示されるように、駆動モードでは、くわえ爪１９ｂは、牽引ワイヤー１２ｃをくわえたまま、これを下方向に牽引する。これにより、バランスばね４０ｄが縮む。従って、牽引ワイヤー１２ｃと第１プレート１９ｃと第２プレート１９ｄと戻しばね４０ｅとは、一体的にガイド穴１６ｅに沿って下方向に移動される。

これらの各変形例は実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０・・クラッチ機構、 １１・・入力部、 １２・・被駆動物、 １３・・クラッチ部、 １３ａ・・ロータ、 １３ｂ・・摩擦板、 １４ａ・・入力側カム、 １４ｂ・・出力側カム、 １６・・保持具、 １４・・分力生成部、 ３０・・アクチュエータ、 ５０・・第１装着具、 ６０・・第２装着具、 １００・・アクチュエータユニット、 ２００・・筋力補助装置、 Ｆｄ・・駆動力、 Ｆ１・・第１分力、 Ｆ２・・第２分力。

Claims (6)

1. 駆動力が入力される入力部と、
   前記入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、
   前記入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、前記クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備える
   クラッチ機構。
2. 前記クラッチ部は、円形のロータと、前記ロータに押し付けられる円形の摩擦板とを備える
   請求項１に記載のクラッチ機構。
3. 前記分力生成部は、円筒上に傾斜角をもって設けられた傾斜カムを備える
   請求項２に記載のクラッチ機構。
4. 前記分力生成部は、前記入力部と一体に設けられた入力側カムと、前記摩擦板と一体に設けられた出力側カムとに設けられ、
   前記入力部と、前記クラッチ部とは、保持具により所定の位置関係を取るように保持されている
   請求項３に記載のクラッチ機構。
5. 駆動力が入力される入力部と、
   前記入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、
   前記入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、前記クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備えるクラッチ機構と、
   前記クラッチ機構の前記入力部に駆動力を入力するアクチュエータと、を備える
   アクチュエータユニット。
6. 関節が間に位置する人体の二つの部位のうちの一方に取り付けられる第１装着具と、
   他方に取り付けられる第２装着具と、
   前記第１装着具に対して、前記第２装着具を相対回転可能に支持するクラッチ機構と、
   前記クラッチ機構に駆動力を入力するアクチュエータと、を備え、
   前記クラッチ機構は、
   駆動力が入力される入力部と、
   前記入力部に入力された駆動力を、被駆動物に伝達または遮断する摩擦式のクラッチ部と、
   前記入力部に入力された駆動力を、被駆動物を回転または移動させる第１分力と、前記クラッチ部を作動させる第２分力とに分ける分力生成部と、を備える
   筋力補助装置。

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