JP6569245B2 - トルク伝達装置、膝関節補助装置、及び生態運動訓練装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転トルクを制御可能なトルク伝達装置及びこのトルク伝達装置を用いた膝関節補助装置、及び生態運動訓練装置に関する。

従来のトルク伝達装置としては、例えば特許文献１に記載された無断変速アクチュエータがある。

この無断変速アクチュエータは、ＥＲ流体クラッチを用いたものであり、遊星歯車機構のリング・ギヤを静止部材にＥＲ流体クラッチを用いて連結したものである。

したがって、クラッチによってリング・ギヤを固定状態、自由回転状態、及び滑り状態とに連続制御することができる。この連続制御によりサン・ギヤからの入力をキャリヤからの出力として広範囲で減速させることができる。

しかし、リング・ギヤを静止部材に対して連結する構成であるため、静止部材としてのケース等が必須となって大型化し易く、重量増も招き易かった。一方、特許文献１の無断変速アクチュエータは、主に産業機械に適用するものであるため多少大型化し、重量があってもそれほど問題はない。

しかし、特許文献１のようなアクチュエータを特許文献２の膝関節補助装置、特許文献３の関節補助器、特許文献４の歩行補助装置等に適用する場合は、人体に装着して使用することから、歩行の際に大きさや重量が障害となり易かった。

すなわち、膝関節補助装置などには、産業機械用のアクチュエータをそのまま適用することはできず、可能な限りの小型化、軽量化が要求される。

また、ベッド、椅子等に装着して使用する生態運動訓練装置に適用する場合も、装着性や持ち運びの観点から可能な限りの小型化、軽量化が要求されることは同様である。

特開平２−３５２４７号公報 特開２００７−２７５４８２号公報 特開２０００−１０７２１３号公報 特開２００４−３４４３０５号公報

解決しようとする問題点は、小型、軽量化に限界がある点である。

本発明は、小型、軽量化の限界を抑制することを可能とするために、インターナル・ギヤ、サン・ギヤ、遊星ギヤ、及び遊星ギヤを支持する遊星キャリヤからなる遊星ギヤ機構と、前記インターナル・ギヤ及びサン・ギヤ間、又は前記サン・ギヤ及び遊星キャリヤ間、若しくは前記インターナル・ギヤ及び遊星キャリヤ間に設けられ相対回転する電極間への通電制御により前記相対回転を制御可能なクラッチ部と、前記インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの一つに固定され前記クラッチ部を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するクラッチ・ケース及び同他の一つに設けられ前記クラッチ部を回転方向に係合させると共に導通接続するハブ部と、前記クラッチ部は、前記クラッチ・ケースと前記ハブ部とに各別に支持され軸方向に対向配置されたアウター・プレート及びインナー・プレートとこのアウター・プレート及びインナー・プレートの間に介設され両プレートを電極とする通電制御により両プレート間のトルク伝達を制御する機能性材とを備え、前記機能性材は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子が分散され、前記通電制御により前記電気レオロジー粒子を制御するトルク伝達装置であって、前記ハブ部は、回転軸に一体に備えられ、前記回転軸は、前記インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの他の一つに一端側が結合され他端側が前記クラッチ・ケース内に臨み、前記回転軸の他端に、導通接続用のカーボン・ブラシを備え、人体の所要箇所に装着して前記通電制御により前記クラッチ・ケースに対する回転軸の相対回転に抗力を与えることを特徴とする。

本発明のトルク伝達装置は、上記構成であるから、クラッチ部を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するクラッチ・ケースを、遊星ギヤ機構に隣接させてインターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの一つに固定し、クラッチ部を回転方向に係合させると共に導通接続するハブ部を、インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの他の一つに設け、クラッチ部をインターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの何れか一対の相対回転間に配置すればよく、静止側のケースを必須とすることなく、小型、軽量化の限界を抑制することができる。

特に前記相対回転間の配置による小型、軽量化の限界抑制は、クラッチ部が、アウター・プレート及びインナー・プレートと機能性材とを備え、前記機能性材は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子が分散され、前記通電制御により前記電気レオロジー粒子を可動制御するという特性を利用することにより前記のような配置を行なわせて得ることができる。

一方向から見た膝関節補助装置の斜視図である。（実施例１） 他方向から見た膝関節補助装置の斜視図である。（実施例１） トルク伝達装置の正面図である。（実施例１） トルク伝達装置の左側面図である。（実施例１） トルク伝達装置の右側面図である。（実施例１） トルク伝達装置のカバーを外した右側面図である。（実施例１） 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図である。（実施例１） 図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図である。（実施例１） 図４のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。（実施例１） トルク伝達装置の取り付けを示すスケルトンである。（実施例１） クラッチ部の要部拡大断面図である。（実施例１） クラッチ部の機能性材を示し、（ａ）は、非通電時の概念断面図、（ｂ）は、通電時の概念断面図である。（実施例１） 機能性材の変形例を示し、（ａ）は、非通電時の概念断面図、（ｂ）は、通電時の概念断面図である。（実施例１） 変形例にかかるトルク伝達装置のスケルトンである。（実施例１） 他の変形例にかかるトルク伝達装置のスケルトンである。（実施例１） さらに他の変形例にかかるトルク伝達装置の斜視図である。（実施例１） さらに他の変形例にかかるトルク伝達装置の側面図である。（実施例１） さらに他の変形例にかかるトルク伝達装置の平面図である。（実施例１） 図１８のＸＩＸ―ＸＩＸ線矢視断面図である。（実施例１） ベッドで使用する生態運動訓練装置にかかる説明図である。（実施例２） アタッチメントの概略斜視図である。（実施例２） 引き動作による生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。（実施例３） 車椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。（実施例４） 椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。（実施例５） 椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。（実施例６） 椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。（実施例７）

小型、軽量化の限界を抑制することを可能とするという目的を、遊星ギヤ機構に隣接しインターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの一つに固定されクラッチ部を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するクラッチ・ケース及び同他の一つに設けられクラッチ部を回転方向に係合させると共に導通接続するハブ部とを備え、クラッチ部は、クラッチ・ケースとハブ部とに各別に係合し軸方向に対向配置されたアウター・プレート及びインナー・プレートとこのアウター・プレート及びインナー・プレートの間に介設され両プレートを電極とする通電制御により両プレート間のトルク伝達を制御する機能性材とを備え、機能性材は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子が分散され、通電制御により電気レオロジー粒子を可動制御することで実現した。

前記インターナル・ギヤ又は前記サン・ギヤ若しくは前記遊星キャリヤの一つに取り付けた第１のアーム部材及び同他の一つに取り付けた第２のアーム部材を備えてもよい。

前記第１のアーム部材に結合され上腿に着脱自在に取り付けるための上腿装着部と、前記第２のアーム部材に結合され下腿に着脱自在に取り付けるための下腿装着部とを備え、前記クラッチ部は、前記上腿装着部及び下腿装着部間で膝関節に対応して配置され膝関節に関してトルク伝達を制御する構成でもよい。

前記インターナル・ギヤ又は前記サン・ギヤ若しくは前記遊星キャリヤの一つに結合された運動訓練部及び同他の一つに固定されベッド等の所要箇所に取り付けるためのアタッチメントとを備えてもよい。

［膝関節補助装置]
図１は、一方向から見た膝関節補助装置の斜視図、図２は、他方向から見た膝関節補助装置の斜視図である。

図１、図２のように、膝関節補助装置１は、人体の膝部を中心とした脚部に装着されるものである。この膝関節補助装置１は、上腿装着部３と、下腿装着部５と、トルク伝達部７と、足装着部９とを備えている。

上腿装着部３は、被補助者の膝部から上腿部にかけて装着され、上腿に着脱自在に取り付けられる。下腿装着部５は、同膝部から下腿部にかけて装着され、下腿に着脱自在に取り付けられる。上腿装着部３及び下腿装着部５は、膝継手１１により相対回転自在に結合されている。

トルク伝達部７は、一方の膝継手１１の側部に配置され、膝継手１１の側部で上腿装着部３及び下腿装着部５に結合されている。

足装着部９は、左右の足首継ぎ手１２を介して下腿装着部５に回転自在に結合されている。

トルク伝達部７は、電源としてのバッテリを備えた回路基板１３に接続され、回路基板１３には、コントローラ１５が接続されている。

したがって、コントローラ１５により回路基板１３を介してトルク伝達部７に電圧を掛けると、トルク伝達部７が抵抗トルクを発生して膝継手１１に回転抵抗を与える。この回転抵抗により、被補助者の膝関節の自由な曲がりを規制して膝関節に関してトルク伝達を制御する。この回転抵抗をコントローラ１５により回路基板１３を介して制御することで、被補助者の歩行の補助を行わせることができる。

足装着部９のかかと部には、被補助者の足の運び状態を検出するロードセル１０が設けられており、足の運び状態に応じたロードセル１０の検出信号が回路基板１３に入力される。回路基板１３は、トルク伝達部７の発生トルクを適時制御し、被補助者の歩行の補助を的確に行わせることができる。

［トルク伝達装置］
図３は、トルク伝達装置の正面図、図４は、トルク伝達装置の左側面図、図５は、トルク伝達装置の右側面図、図６は、トルク伝達装置のカバーを外した右側面図、図７は、図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視断面図、図８は、図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視断面図、図９は、図４のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図、図１０は、トルク伝達装置の取り付けを示すスケルトン、図１１は、クラッチ部の要部拡大断面図である。

前記トルク伝達部７は、図３〜図１１のように形成されるトルク伝達装置によって構成されている。トルク伝達部７には、第１、第２のアーム部材１７、１９が各別に取り付けられている。第１のアーム部材１７は、上方に延設され、上腿装着部３側に結合されている。第２のアーム部材１９は、下方に延設され、下腿装着部５側に結合されている。

このトルク伝達部７は、遊星ギヤ機構２１と、クラッチ部２３とを備えている。

遊星ギヤ機構２１は、ギヤ・ケース２５内に収容され、インターナル・ギヤ２７、サン・ギヤ２９、遊星ギヤ３１、及び遊星ギヤ３１を支持する遊星キャリヤ３３からなっている。

ギヤ・ケース２５は、リング状のギヤ・ケース本体３５及びドーナツ盤状の第１、第２のカバー３７、３９からなっている。ギヤ・ケース本体３５及び第１、第２のカバー３７、３９はビス４１により、例えば、図４のように周方向４箇所で締結結合されている。ギヤ・ケース本体３５の内周には、前記インターナル・ギヤ２７が形成されている。第２のカバー３９には、前記第２のアーム部材１９が一体に形成されている。したがって、インターナル・ギヤ２７に第２のアーム部材１９が取り付けられた構成となっている。

サン・ギヤ２９は、ギヤ・ケース２５の軸心部に配置され、回転軸４３に固定されている。サン・ギヤ２９の軸心部には、樹脂製のキャップ部材４３ａが嵌め込まれている。インターナル・ギヤ２７及びサン・ギヤ２９間に、例えば３個の遊星ギヤ３１が噛み合っている。

遊星ギヤ３１は、遊星キャリヤ３３に軸受４５により回転自在に支持されている。遊星キャリヤ３３は、キャリヤ・ピン３３ａ及びキャリヤ・プレート３３ｂからなり、軸受４５は、キャリヤ・ピン３３ａに支持されている。キャリヤ・プレート３３ｂは、前記第１のアーム部材１７にビス４７により、例えば、図９のように周方向６箇所で締結結合されている。したがって、遊星キャリヤ３３に第１のアーム部材１７が取り付けられた構成となっている。

第１のアーム部材１７には、ギヤ・ケース２５の軸心と同心の窓１７ａが形成されている。窓１７ａには、樹脂製の蓋４９がインロー形成により内面側から嵌合固定され、蓋４９には、前記キャップ部材４３ａが当接している。

なお、第１のアーム部材１７は、インターナル・ギヤ２７又はサン・ギヤ２９若しくは遊星キャリヤ３３の一つに取り付け、第２のアーム部材１９は、同他の一つに取り付ければよく、第１のアーム部材１７を遊星キャリヤ３３に取り付け、第２のアーム部材１９をインターナル・ギヤ２７に取り付ける構造は限られない。

クラッチ部２３は、インターナル・ギヤ２７及びサン・ギヤ２９間に設けられ、相対回転する電極間への通電制御により前記インターナル・ギヤ及びサン・ギヤ間の相対回転を制御可能となっている。

前記クラッチ部２３は、クラッチ・ケース５１に収容されている。クラッチ・ケース５１は、遊星ギヤ機構２１のギヤ・ケース２５に隣接し、サン・ギヤ２９から突出する回転軸４３の外周に配置されている。

クラッチ・ケース５１は、クラッチ部２３を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するものである。このクラッチ・ケース５１は、クラッチ・ケース本体５３とクラッチ・ケース・カバー５４とからなっている。

クラッチ・ケース本体５３は、樹脂製の周壁部５５及び側壁部５７からなっている。周壁部５７の外周は、ギヤ・ケース２５と同径に形成されている。周壁部５７は、ギヤ・ケース２５のギヤ・ケース本体３５及び第２のカバー３９に対しノックピン５８により芯出しが行なわれている。

周壁部５７の凹部５７ａ内に、電気接続および回転係合用の中空係合ピン５９が設けられている。中空係合ピン５９は、回路基板１３に対して配線接続されている。

側壁部５７は、ギヤ・ケース２５の第２のカバー３９に隣接して軸方向に当接している。側壁部５７の内周には、軸受支持部５７ｃが備えられ、回転軸４３を軸受６３により相対回転自在に支持している。この側壁部５７は、ビス６４によりギヤ・ケース２５の第２のカバー３９に締結固定されている。この固定によりクラッチ・ケース５１がギヤ・ケース２５に隣接し、インターナル・ギヤ２７と一体的に構成される。

クラッチ・ケース・カバー５４は、樹脂製でありクラッチ・ケース本体５３の周壁部５５に、例えば、図５のように周方向６箇所のビス６６で締結結合されている。

回転軸４３は、導電性の金属で形成され、この回転軸４３には、ハブ部６５が形成されている。ハブ部６５は、クラッチ部２３を回転方向に係合させると共に導通接続するものである。回転軸４３は、サン・ギヤ２９と一体的であり、ハブ部６５は、サン・ギヤ２９に設けられた構成となる。

回転軸４３には、スプリング６７を介してカーボン・ブラシ６９が取り付けられている。カーボン・ブラシ６９は、スプリング６７の付勢力によりクラッチ・ケース・カバー５４側の接点部７１に弾接している。接点部７１は、回路基板１３に対して配線接続されている。

図６、図７〜図９、図１１、図１２のように、クラッチ部２３は、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５と機能性材である吸着シート７７との組み合わせを軸方向で複数備えている。

アウター・プレート７３は、吸着シート７７に対し一方の電極板をなすものであり、アルミニウムなどでドーナツ盤状に形成されている。このアウター・プレート７３は、外周に電気接続用の突部７３ａが形成されている。アウター・プレート７３の内周には、遊嵌穴７３ｃが形成されている。

アウター・プレート７３は、遊嵌穴７３ｃがハブ部６５に遊嵌している。アウター・プレート７３の突部７３ａは、クラッチ・ケース本体５３の凹部５７ａ内で前記電気接続用の中空ピン５９に内周側から凹凸係合している。

このアウター・プレート７３にドーナツ盤状の吸着シート７７が導電性接着剤等による接着等により固定されている。

インナー・プレート７５は、吸着シート７７に対し他方の電極板をなすものであり、ステンレスなどでドーナツ盤状に形成されている。このインナー・プレート７５は、内周部がハブ部６５に嵌合して回転方向に係合すると共に、電気的接続を行なわせる。インナー・プレート７５は、ステンレス以外にアルミニウム、鋼、リン青銅等の電気的導通を持った素材で構成することもできる。

こうして、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５は、吸着シート７７を挟むように配置され、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５を電極とする通電制御によりトルク伝達が可能となっている。

各インナー・プレート７５は背中合わせに配置され、このインナー・プレート７５間に皿ばね７６が介設されている。皿ばね７６は省略することもできる。皿ばね７６を省略するときは、クラッチ・ケース本体５３とクラッチ・ケース・カバー５４との軸方向間隔を適正に設定し、インナー・プレート７５に吸着シート７７が密着できるようにする。

吸着シート７７は、図１２のように、電気レオロジーゲルを板状又はシート状に形成したものであり、電気絶縁媒体７７ａに複数の電気レオロジー粒子７７ｂ（以下「ＥＲ粒子」と称する）を分散させている。

本実施例の電気絶縁媒体７７ａは、例えば、粘着性を有するフッ素系樹脂やシリコン樹脂等からなり、ＥＲ粒子７７ｂは、シリカゲルやカーボン等の固体粒子からなる。

ＥＲ粒子７７ｂは、吸着シート７７の表面において突出状態で保持されており、吸着シート７７に対する電圧の印加に応じて、電気絶縁媒体７７ａに相対的に没入する。これにより、吸着シート７７は、電気絶縁媒体７７ａの粘着力によってインナー・プレート７５を吸着する。

すなわち、図１２（ａ）の非通電時においては、表面に分散したＥＲ粒子７７ｂがインナー・プレート７５を支持するため、アウター・プレート７３に対してインナー・プレート７５がＥＲ粒子７７ｂに対して滑りながら相対回転する。

図１２（ｂ）の通電時においては、ＥＲ粒子７７ｂの没入作用で粘着性の高い電気絶縁媒体７７ａに表面の盛り上がり現象が起こる。この表面の盛り上がり現象と皿ばね７６の付勢力とにより吸着シート７７がインナー・プレート７５の表面に接触して粘着する。

この粘着により、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間で相対回転しようとするとき吸着シート７７がせん断力を受けると高い降伏力を示す。この高い降伏力によりアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間でのトルク伝達が行われる。

なお、吸着シート７７としては、電圧を印加すると、そのものの粘性が変化するものでもよい。また、吸着シート７７としては、電気力によって吸着を行うものであってもよい。

図１３は、変形例に係る機能性材を示し、（ａ）は、非通電時の概念断面図、（ｂ）は、通電時の概念断面図である。

図１３の吸着シート７７は、通電時及び非通電時の双方において、ＥＲ粒子７７ｂが表面上で外部に露出して保持される。この保持は、電気絶縁媒体７７ａの硬さ等によって設定することが可能である。

電気絶縁媒体７７ａの表面上のＥＲ粒子７７ｂは、吸着シート７７の表面と共に切削等の加工がなされ、吸着シート７７の表面と面一の断面を有する。ただし、電気絶縁媒体７７ａの表面上のＥＲ粒子７７ｂは、図１３（ａ）のように電気絶縁媒体７７ａの表面から突出してもよい。

そして、電圧の印加時には、図１３（ｂ）のように、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間の電気力線により、吸着シート７７表面のＥＲ粒子７７ｂに電気力を生じさせ、吸着力を発生するようにしている。なお、変形例においては、電気絶縁媒体７７ａの粘着性は不要にすることもできる。

［通電制御］
コントローラ１５の制御により回路基板１３を介してトルク伝達部７に電流が供給されると、図７、図１１、図１２において、配線部から中空ピン５９、アウター・プレート７３、吸着シート７７、インナー・プレート７５、回転軸４３、カーボン・ブラシ６９、接点部７１へと電流が流れる。この電流の流れにより吸着シート７７に電圧が掛けられ、図１２（ａ）の状態のＥＲ粒子７７ｂが、図１２（ｂ）のように可動制御される。

この可動制御により、吸着シート７７がインナー・プレート７５に密着し、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間で相対回転しようとするとき吸着シート７７がせん断力を受けると高い降伏力を示す。

なお、通電によりアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５を電極として吸着シート７７に電圧を掛けることができればよく、クラッチ・ケース５１や回転軸４３を、導電性材料と非導電性材料とで軸方向に一体に二色成型することなどにより、適宜通電経路を形成することもできる。具体的構造は後述する。

［膝関節補助］
膝関節補助装置１は、足装着部９に被補助者の足を乗せてベルトにより固定し、上腿装着部３を、被補助者の上腿部に装着し、下腿装着部５を、同下腿部に装着する。

歩行に際しては、膝継手１１、足首継ぎ手１２により上腿装着部３及び下腿装着部５間、下腿装着部５及び足装着部９間が相対回転して歩行動作を許容する。

上腿装着部３及び下腿装着部５間の相対回転時には、トルク伝達部７に第１、第２アーム部材１７、１９の双方から入力を受け、遊星ギヤ機構２１が動作する。

第１のアーム部材１７からの入力で見ると、遊星キャリヤ３３のキャリヤ・ピン３３ａがサン・ギヤ２９の周りに公転する。この公転により遊星ギヤ３１がインターナル・ギヤ２７に沿って転動し、インターナル・ギヤ２７がサン・ギヤ２９に対して減速相対回転する。

この減速相対回転が中空ピン５９からアウター・プレート７３に入力され、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５が相対回転する。

このとき、前記のような電圧印加による制御で吸着シート７７を機能させ、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間の相対回転を制限することができる。

すなわち、トルク伝達部７が発生する抗力によって歩行時に被補助者の膝関節の動きを適時に規制し、適切な歩行補助を行わせる。

かかる歩行補助は、足装着部９に設けられたロードセル１０の荷重検出により膝関節の動きを間接的に検出しながら行われる。つまり、ロードセル１０の検出によりコントローラ１５が予めプログラムされたフローにより電圧制御を的確に行なう。

プログラミングは、装着する人の膝関節の症状や体型、年齢等に応じてコントローラ１５によって行われる。また、外部機器によるプログラムをインストールすることもできる。

［実施例１の効果］
本発明実施例１のトルク伝達部７は、インターナル・ギヤ２７、サン・ギヤ２９、遊星ギヤ３１、及び遊星ギヤ３１を支持する遊星キャリヤ３３からなる遊星ギヤ機構２１と、インターナル・ギヤ２７及びサン・ギヤ２９間に設けられ相対回転する電極間への通電制御によりインターナル・ギヤ２７及びサン・ギヤ２９間の相対回転を制御可能なクラッチ部２３と、遊星ギヤ機構２１に隣接しインターナル・ギヤ２７に固定されクラッチ部２３を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するクラッチ・ケース５１、及びサン・ギヤ２９に設けられクラッチ部２３を回転方向に係合させると共に導通接続するハブ部６５とを備えている。

前記クラッチ部２３は、クラッチ・ケース５１とハブ部６５とに各別に支持され軸方向に対向配置されたアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５とこのアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５の間に介設され両プレート７３、７５を電極とする通電制御により両プレート７３、７５間のトルク伝達を制御する吸着シート７７とを備え、吸着シート７７は、電気絶縁媒体７７ａにＥＲ粒子７７ｂが分散され、通電制御によりＥＲ粒子７７ｂを可動制御する。

このため、入力回転により遊星ギヤ機構２１によりアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間に伝達し、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間の増幅された相対回転をクラッチ部２３の電圧制御により制限することができる。

このような制御により相対回転をクラッチ部２３により微細に制御することができる。

しかも、アウター・プレート７３及びインナー・プレート７５と吸着シート７７とからなるクラッチ部２３であるから遊星ギヤ機構２１に隣接しインターナル・ギヤ２７に固定されたクラッチ・ケース５１に収容することができ、静止側のケースを特に必要とすることなく、全体をコンパクトに、軽量に形成することができる。

前記インターナル・ギヤ２７と前記遊星キャリヤ３３とに第１、第２のアーム部材１７、１９を各別に取り付けた。

このため、上腿装着部３と下腿装着部５とを第１、第２のアーム部材１７、１９に各別に結合することでトルク伝達部７により膝関節の保護を行う膝関節補助装置１を簡単に構成することができる。

しかも、トルク伝達部７がコンパクトで軽量であるため、被補助者にも負担をかけずに的確な補助を行わせることができる。

膝関節補助装置１以外の装置であっても、第１、第２のアーム部材１７、１９を結合部として外部装置に結合し、コンパクトで軽量なトルク伝達部により的確なトルク制御を行わせることができる。

［変形例］
図１４は、変形例にかかるトルク伝達装置のスケルトン、図１５は、他の変形例にかかるトルク伝達装置のスケルトンである。

図１４の変形例では、遊星キャリヤ３３のキャリヤ・プレート３３ｂにクラッチ・ケース５１を固定し、このクラッチ・ケース５１に収容されたクラッチ部２３をサン・ギヤ２９側のハブ部６５に係合させた。

この変形例では、サン・ギヤ２９の回転による遊星キャリヤ３３の減速回転でサン・ギヤ２９及び遊星キャリヤ３３間が相対回転する。この相対回転によりアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間に相対回転が発生し、この相対回転をクラッチ部２３が制限する。

図１５の変形例では、図１０の例と同様にインターナル・ギヤ２７側にクラッチ・ケース５１を固定し、このクラッチ・ケース５１に収容されたクラッチ部２３を遊星キャリヤ３３側に形成したハブ部６５に係合させた。

この変形例では、サン・ギヤ２９の回転による遊星ギヤ３１を介したインターナル・ギヤ２７の減速回転で遊星キャリヤ３３及びインターナル・ギヤ２７間が相対回転する。この相対回転によりアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５間に相対回転が発生し、この相対回転をクラッチ部２３が制限する。

こうして、変形例においても、上記実施例と同様な作用効果を奏することができる。

図１６〜図１９は、さらに他の変形例にかかるトルク伝達装置であり、図１６は、斜視図、図１７は、側面図、図１８は、平面図、図１９は、図１８のＸＩＸ―ＸＩＸ線矢視断面図である。なお、基本的な構成は、図３〜図１３に示すトルク伝達部と同一であり、対応する構成部分に同符号を付し、重複した説明は省略する。

図１６〜図１９のように、変形例のトルク伝達部７では、回転軸４３を、導電性材料である金属部４３ａ、４３ｂと非導電性材料である樹脂部４３ｃとの二色成型によるものである。金属部４３ａは、クラッチ部２３側を構成し、金属部４３ｂは、サン・ギヤ２９側を構成する。それら金属部４３ａ及び４３ｂ間には、樹脂部４３ｃが介在している。

本変形例では、金属部４３ｂが金属部４３ａ側に開口する中空筒状であり、その内周に沿って樹脂部４３ｃが形成されている。この樹脂部４３ｃを介し、中実軸状の金属部４３ａの一部が金属部４３ｂの内周に嵌合している。

また、本変形例では、クラッチ部２３のアウター・プレート７３が、金属製の周壁部５５の内周にスプライン係合し、インナー・プレート７５は、回転軸４３の金属部４３ａ外周にスプライン係合している。カーボン・ブラシ６９は、トルク伝達部７のケース側（図示せず。）の基板に接している。

回転軸４３は、金属部４３ｂにおいてギヤ・ケース本体３５の第２のカバー３９に軸受６３により支持されている。

クラッチ部２３を収容する変形例のクラッチ・ケース５１は、金属製であるクラッチ・ケース本体５３と周壁部５５とが別体に形成されている。クラッチ・ケース本体５３は、周壁部５５に対する側板状に形成され、第２のカバー３９及び周壁部５５間に共締めされている。

ノックピン５８は、ギヤ・ケース２５のギヤ・ケース本体３５及び第２のカバー３９、クラッチ・ケース５１のクラッチ・ケース本体５３及び周壁部５５を貫通している。

そして、配線部から周壁部５５、アウター・プレート７３、吸着シート７７、インナー・プレート７５、回転軸４３の金属部４３ａ、カーボン・ブラシ６９、ケース側の基板へと電流が流れ、上記同様に、吸着シート７７がせん断力を受け、高い降伏力を示すことができる。

こうして、上記同様にギヤ・ケース２５及びクラッチ・ケース５１を併設し、ギヤ・ケース２５に遊星ギヤ機構２１を収容し、クラッチ・ケース５１にアウター・プレート７３及びインナー・プレート７５と吸着シート７７とからなるクラッチ部２３を収容させることで、全体をコンパクトに、軽量に形成することができる。

図２０、図２１は、実施例２に係り、図２０は、ベッドで使用する生態運動訓練装置にかかる説明図、図２１は、アタッチメントの概略斜視図である。

本実施例２は、生態運動訓練装置１Ａ、１Ｂにトルク伝達部７Ａ、７Ｂを組み付けたものである。生態運動訓練装置１Ａ、１Ｂは、同時に取り付けて使用することもでき、別々に単独で取り付けて使用することもできる。

トルク伝達部７Ａ、７Ｂは、図７の実施例１のトルク伝達部７の第１、第２のアーム部材１７、１９及び蓋４９を省き、回転軸４３を窓１７ａから軸方向外部へ突出させたものに相当する。

生態運動訓練装置１Ａは、運動訓練部７９Ａとアタッチメント８１とを備えている。

運動訓練部７９Ａは、例えばパイプを曲折形成した連結アーム８３Ａを備えている。連結アーム８３Ａの一端部が継手８４Ａにより回転軸４３Ａに結合され、他端部に脚乗せ部８５Ａが取り付けられている。

アタッチメント８１は、トルク伝達部７Ａに固定され所要箇所であるベッド８７のサイド・フレーム８７ａに着脱自在に取り付けるためのものである。アタッチメント８１は、トルク伝達装置７のサン・ギヤ側の回転軸４３Ａを貫通させ、この回転軸４３Ａをアタッチメント８１から突出させて連結アーム８３Ａの前記結合を行わせる。

したがって、運動訓練部７９Ａは、サン・ギヤに結合され、アタッチメント８１は、インターナル・ギヤに結合された構成となる。但し、運動訓練部７９Ａは、インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは記遊星キャリヤの一つに結合され、タッチメント８１は、同他の一つに固定されればよく、運動訓練部７９Ａとアタッチメント８１とは、インターナル・ギヤ又は遊星キャリヤに各別に結合することも可能である。

図２１のように、アタッチメント８１は、アタッチメント・ベース８１ａと固定部８１ｂ、可動部８１ｃを備え、固定部８１ｂに螺合するネジ軸８１ｄに可動部８１ｃが相対回転自在に結合されている。

アタッチメント・ベース８１ａには、基端部に回転軸４３Ａを通す貫通孔８１ｅが設けられ、アタッチメント・ベース８１ａの先端部８１ｆが直角状に折り曲げられている。可動部８１ｃは、先端部８１ｆに対向し、ネジ軸８１ｄの回転操作により先端部８１ｆに対して近接動作又は離反動作を行う。

したがって、アタッチメント・ベース８１ａの基端部にトルク伝達部７Ａのクラッチ・ケースを適宜固定し、回転軸４３Ａを貫通孔８１ｅから突出させる。この貫通孔８１ｅに連結アーム８３Ａを結合し、図２０のような形態を形成することができる。

この生態運動訓練装置１Ａは、可動部８１ｃ及び先端部８１ｆ間でベッド８７のサイド・フレーム８７ａを挟持させ、脚乗せ部８５をベッド８７上に配置する。

訓練対象者は、ベッド８７に横たわり、脚乗せ部８５に脚を乗せ、前後に動作させることでトルク伝達部７Ａの抗力を得ることができる。

したがって、運動訓練部７９Ａ及びアタッチメント８１を追加することでトルク伝達部７Ａにより小型、軽量の生態運動訓練装置１Ａをベッド８７等の所要箇所で手軽に用いることができる。

しかも、上記構造と同様のトルク伝達部７Ａを用いるため、連結アーム８３の双方向の回転に対して抗力を働かせることができ、途中で止めることもでき、重りを用いる場合には得られない機能を得ることができる。

生態運動訓練装置１Ｂは、運動訓練部７９Ｂとアタッチメント８１とを備えている。生態運動訓練装置１Ｂの構成は、生態運動訓練装置１Ａの構成に対応する。このため、対応する構成部分のＡをＢに変えて付し、重複説明は省略する。

連結アーム８３Ｂの一端部が継手８４Ｂにより回転軸４３Ｂに結合され、他端部に操作部８５Ｂが備えられている。

したがって、生態運動訓練装置１Ｂを、アタッチメント８１によりベッド８７のヘッド・ボード８７ｂに取り付け、操作部８５Ｂをヘッド・ボード８７ｂ上に配置することができる。

訓練対象者は、ベッド８７のヘッド・ボード８７ｂに向かって着座し、操作部８５Ｂを前後に動作させることでトルク伝達部７Ｂの抗力を得ることができる。

こうして、生態運動訓練装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

図２２は、引き動作による生態運動訓練装置にかかる説明図である。

生態運動訓練装置１Ｃは、実施例２のトルク伝達部７Ａ、７Ｂと同様な構造のトルク伝達部７Ｃを備え、運動訓練部９０とアタッチメント８１とを備えている。

運動訓練部９０は、リターン用のばね部９１とコードリール９３とを備え、回転軸４３Ｃに取り付けられている。コードリール９３は、操作用のハンドル９３ａを備えている。

したがって、生態運動訓練装置１Ｃは、トルク伝達部７Ｃに取り付けた図２１のアタッチメント８１によりベッド８７のヘッド・ボード８７ｂ等に固定させることができる。この生態運動訓練装置１Ｃのハンドル９３ａを引き操作することでトルク伝達部７Ｃの抗力を得ることができる。

こうして、生態運動訓練装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

図２３は、車椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。

生態運動訓練装置１Ｄは、実施例２のトルク伝達部７Ａ、７Ｂと同様な構造のトルク伝達部７Ｄを備え、運動訓練部９５とアタッチメント８１Ｄとを備えている。

運動訓練部９５は、連結アーム９７を備え、回転軸４３Ｄに取り付けられている。連結アーム９７に足用操作部９９が取り付けられている。足用操作部９９は、サンダルのような構造を有している。

アタッチメント８１Ｄは、車椅子１０１の脚部１０１ａに固定させるように多少の変形が施されている。

したがって、生態運動訓練装置１Ｄは、トルク伝達部７Ｄに取り付けたアタッチメント８１Ｄにより車椅子１０１の脚部１０１ａに固定させることができる。この生態運動訓練装置１Ｄの足用操作部９９に、車椅子１０１に着座する訓練対象者が足を装着し、脚を上下動させることでトルク伝達部７Ｄの抗力を得ることができる。

こうして、生態運動訓練装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

図２４は、椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。

生態運動訓練装置１Ｅは、実施例２の生態運動訓練装置１Ａと同様な構成であり、トルク伝達部７Ｅと運動訓練部１０２とアタッチメント８１Ｄと同様なアタッチメント８１Ｅとを備えている。

運動訓練部１０２は、連結アーム１０３を備え、連結アーム１０３の一端部が継手（図示省略）により回転軸４３Ｅに結合され、他端部が操作部１０３ａとなっている。

したがって、生態運動訓練装置１Ｅを、アタッチメント８１Ｅにより椅子１０５の脚１０５ａに取り付け、操作部１０３ａを椅子１０５の前下部に配置することができる。

訓練対象者は、椅子１０５に着座し、操作部１０３ａを一方の足で引き上げ、他方の足で押し下げることでトルク伝達部７Ｅの抗力を得ることができる。

こうして、生態運動訓練装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

図２５は、椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。

生態運動訓練装置１Ｆは、トルク伝達部７Ｆと運動訓練部としてのペダル部１０７と一対のアタッチメント８１Ｆａ、８１Ｆｂとを備えている。

ペダル部１０７は、両端部がアタッチメント８１Ｆａ、８１Ｆｂに回転自在に支持され、ペダル部１０７の一端部が継手（図示省略）を介してトルク伝達部７Ｆの回転軸に結合されている。トルク伝達部７Ｆは、一方のアタッチメント８１Ｆａ外に取り付けられている。

したがって、生態運動訓練装置１Ｆを、両アタッチメント８１Ｆａ、８１Ｆｂにより椅子１０５の各脚１０５ａ、１０５ｂに取り付け、ペダル部１０７を椅子１０５の前部に配置することができる。

訓練対象者は、椅子１０５に着座し、ペダル部１０７を両足で漕ぐことによりトルク伝達部７Ｆの抗力を得ることができる。

こうして、生態運動訓練装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

図２６は、椅子で使用する生態運動訓練装置にかかる概略説明図である。

生態運動訓練装置１Ｇは、トルク伝達部７Ｇと運動訓練部１０９と一対のアタッチメント８１Ｇａ、８１Ｇｂとを備えている。

トルク伝達部７Ｇは、一方のアタッチメント８１Ｇａに取り付けられ、回転軸が上下方向となるように配置されている。

運動訓練部１０９は、一対の連結アーム１１１ａ、１１１ｂ、連結アーム１１１ａ、１１１ｂの基端を結合するリンク１１３を備えている。連結アーム１１１ａ、１１１ｂの先端には、足用操作部１１５ａ、１１５ｂが取り付けられている。一方の連結アーム１１１ａは、その中間部がトルク伝達部７Ｇの回転軸に結合されている。他方の連結アーム１１１ｂは、その中間部が他方のアタッチメント８１Ｇｂに回転自在に軸支持されている。一方の連結アーム１１１ａが結合されるトルク伝達部７Ｇの回転軸と他方の連結アーム１１１ｂが支持される軸とは平行且つ左右で対称に配置される。

アタッチメント８１Ｇａ、８１Ｇｂは、トルク伝達部７Ｇの回転軸及び連結アーム１１１ｂを支持する軸が上下方向を向くように支持し、且つ椅子１１７の脚１１７ａ、１１７ｂに取り付けられるように変更して形成されている。

足用操作部１１５ａ、１１５ｂは、サンダルのような構造を有している。

したがって、生態運動訓練装置１Ｇを、両アタッチメント８１Ｇａ、８１Ｇｂにより椅子１１７の各脚１１７ａ、１１７ｂに取り付け、足用操作部１１５ａ、１１５ｂを椅子１１７の前部に配置することができる。

訓練対象者は、椅子１１７に着座し、足用操作部１１５ａ、１１５ｂを左右に拡げ、戻すことでトルク伝達部７Ｇの抗力を得ることができる。

こうして、生態運動訓練装置１Ａと同様の作用効果を奏することができる。

１ 膝関節補助装置
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ 生態運動訓練装置
３ 上腿装着部
５ 下腿装着部
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇ トルク伝達部
１７ 第１のアーム部材
１９ 第２のアーム部材
２１ 遊星ギヤ機構
２３ クラッチ部
２７ インターナル・ギヤ
２９ サン・ギヤ
３１ 遊星ギヤ
３３ 遊星キャリヤ
５１ クラッチ・ケース
６５ ハブ部
７３ アウター・プレート
７５ インナー・プレート
７７ 粘着シート、吸着シート（機能製材）
７７ａ 電気絶縁媒体
７７ｂ ＥＲ粒子（電気レオロジー粒子）
７９Ａ、７９Ｂ、９０、９５、１０２、１０９ 運動訓練部
１０７ ペダル部（運動訓練部）
８１、８１Ｄ、８１Ｅ、８１Ｆ、８１Ｇａ、８１Ｇｂ アタッチメント

Claims (4)

1. インターナル・ギヤ、サン・ギヤ、遊星ギヤ、及び遊星ギヤを支持する遊星キャリヤからなる遊星ギヤ機構と、
   前記インターナル・ギヤ及びサン・ギヤ間、又は前記サン・ギヤ及び遊星キャリヤ間、若しくは前記インターナル・ギヤ及び遊星キャリヤ間に設けられ相対回転する電極間への通電制御により前記相対回転を制御可能なクラッチ部と、
   前記インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの一つに固定され前記クラッチ部を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するクラッチ・ケース及び同他の一つに設けられ前記クラッチ部を回転方向に係合させると共に導通接続するハブ部と、
   前記クラッチ部は、前記クラッチ・ケースと前記ハブ部とに各別に支持され軸方向に対向配置されたアウター・プレート及びインナー・プレートとこのアウター・プレート及びインナー・プレートの間に介設され両プレートを電極とする通電制御により両プレート間のトルク伝達を制御する機能性材とを備え、
   前記機能性材は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子が分散され、
   前記通電制御により前記電気レオロジー粒子を制御するトルク伝達装置であって、
   前記ハブ部は、回転軸に一体に備えられ、
   前記回転軸は、前記インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの他の一つに一端側が結合され他端側が前記クラッチ・ケース内に臨み、
   前記回転軸の他端に、導通接続用のカーボン・ブラシを備え、
   人体の所要箇所に装着して前記通電制御により前記クラッチ・ケースに対する回転軸の相対回転に抗力を与える、
   ことを特徴とするトルク伝達装置。
2. 請求項１記載のトルク伝達装置であって、
   前記インターナル・ギヤ又は前記サン・ギヤ若しくは前記遊星キャリヤの一つに取り付けた第１のアーム部材及び同他の一つに取り付けた第２のアーム部材を備えた、
   ことを特徴とするトルク伝達装置。
3. 請求項２記載のトルク伝達装置であって、
   前記第１のアーム部材に結合され上腿に着脱自在に取り付けるための上腿装着部と、
   前記第２のアーム部材に結合され下腿に着脱自在に取り付けるための下腿装着部とを備え、
   前記クラッチ部は、前記上腿装着部及び下腿装着部間で膝関節に対応して配置され膝関節に関してトルク伝達を制御する、
   ことを特徴とする膝関節補助装置。
4. インターナル・ギヤ、サン・ギヤ、遊星ギヤ、及び遊星ギヤを支持する遊星キャリヤからなる遊星ギヤ機構と、
   前記インターナル・ギヤ及びサン・ギヤ間、又は前記サン・ギヤ及び遊星キャリヤ間、若しくは前記インターナル・ギヤ及び遊星キャリヤ間に設けられ相対回転する電極間への通電制御により前記相対回転を制御可能なクラッチ部と、
   前記インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの一つに固定され前記クラッチ部を収容して回転方向に係合させると共に導通接続するクラッチ・ケース及び同他の一つに設けられ前記クラッチ部を回転方向に係合させると共に導通接続するハブ部と、
   前記クラッチ部は、前記クラッチ・ケースと前記ハブ部とに各別に支持され軸方向に対向配置されたアウター・プレート及びインナー・プレートとこのアウター・プレート及びインナー・プレートの間に介設され両プレートを電極とする通電制御により両プレート間のトルク伝達を制御する機能性材とを備え、
   前記機能性材は、電気絶縁性の粘着性媒体に電気レオロジー粒子が分散され、
   前記通電制御により前記電気レオロジー粒子を制御するトルク伝達装置であって、
   前記ハブ部は、回転軸に一体に備えられ、
   前記回転軸は、前記インターナル・ギヤ又はサン・ギヤ若しくは遊星キャリヤの他の一つに一端側が結合され他端側が前記クラッチ・ケース内に臨み、
   前記回転軸の他端に、導通接続用のカーボン・ブラシを備え、
   前記インターナル・ギヤ又は前記サン・ギヤ若しくは前記遊星キャリヤの一つに結合された運動訓練部及び同他の一つに固定され所要箇所に取り付けるためのアタッチメントを備えた、
   ことを特徴とする生態運動訓練装置。

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