JP6632744B2 - アクチュエータ装置及び関節運動アシスト装置 - Google Patents

アクチュエータ装置及び関節運動アシスト装置 Download PDF

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Description

本発明は、アクチュエータ装置及び当該アクチュエータ装置を備える関節運動アシスト装置に係り、より詳しくは、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に関する。
従来から、要介護者・要看護者の介護・看護に用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、介護者が、身体の自由が効かない寝たきりの高齢者等の被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたり、あるいは移動させるための介護用の外骨格型の筋力補助装置がある。
かかる筋力補助装置の一つとして、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置を備える関節運動アシスト装置がある（特許文献１参照：以下、「従来例」と呼ぶ）。この従来例の技術では、アシスト対象となる関節（肘関節、腰関節）に接続された第１部位に第１外骨格部材を取り付け、当該関節に接続された第２部位に第２外骨格部材を取り付ける。ここで、第１外骨格部材の関節側端部には鋼鉄製の第１歯車部材が固定され、第２外骨格部材の関節側端部には鋼鉄製の第２歯車部材が固定され、当該第１歯車部材及び第２歯車部材が噛合している。そして、第１外骨格部材にピストンシリンダ機構のシリンダが取り付けられ、第１歯車部材にアームを介してピストンシリンダ機構のピストンロッドが取り付けられている。こうした状態で、ピストンロッドが往復直線運動すると、第１外骨格部材と第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、アシスト対象となる関節の関節運動をアシストするようになっている。
特開２０１３−２２２９６号公報
上述した従来例の技術では、関節運動アシスト装置が、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置を備えているため、関節運動アシスト装置の重量が重くなる。また、従来例の技術で採用されたピストンシリンダ機構では、ピストンにより仕切られるシリンダ室内の密封性を高めるため、一般的に、ピストンの外周にＯリング等のピストンシールを取り付け、当該ピストンシールがシリンダの内周に摺接するようにしている。また、ピストンシリンダ機構では、シリンダにおけるピストンロッドを貫通させる部分に、シリンダ室内の密封性を高めるためのシールを、一般的に取り付けている。こうした構造のピストンシリンダ機構では、ピストンを駆動させるためには、高圧力の空気圧を出力するポンプが必要となる。そして、シリンダ室と連通させたポンプを動作させていないときには、ピストンの動きが硬く、手動でピストンを動かすことが容易でないことがある。この結果、従来例の技術では、関節運動アシスト装置の装着者が移動する場合や、アクチュエータ装置が駆動動作をしていない場合等に、装置の重さや非駆動時のピストンの硬さ（以下、「アクチュエータ装置の硬さ」と記す）により、装置の装着者に身体的負荷をかけることがある。さらに、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置は、その製作に高い工作精度が要求される。
また、従来例の技術のアクチュエータ装置では、ピストンロッドにおけるシリンダからの突出部分を含めたピストンシリンダ機構の最長の長さは、ピストンロッドの大部分がシリンダ内に収められているときに相当するピストンシリンダ機構が最短のときの長さのせいぜい２倍程度にしかならない。以下では、アクチュエータ機構の最長の長さに対する最短の長さの比を「伸縮比」と記すこととする。
そこで、従来例の技術では、第１外骨格部材の関節側端部及び第２外骨格部材の関節側端部に、互いに噛合する歯車部材を固定し、当該歯車部材の噛み合い位置の変化により第１外骨格部材と第２外骨格部材とが交差する角度を変化させるという技術的思想を採用して、伸縮比が小さいピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置であっても、アシストすべき関節（肘関節、腰関節）の関節運動の可動範囲を広げている。
ここで、膝関節は、装置の装着者の下肢部を除く全体重を支えるため、非常に大きな負荷がかかる。したがって、従来例の技術を膝関節に適用した場合には、歯車部材の耐久性能を超える負荷がかかることがあり、関節運動アシスト装置に歯車部材を採用することは、現実的ではない。こうした事情から、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置を使用して、膝関節の関節運動アシストを行う場合には、アクチュエータ装置を除いた関節運動アシスト装置の構造（以下、「装着外骨格構造」とも記す）を、強度が保てる単純な構造にする必要がある。しかしながら、装着外骨格構造を単純な構造にしつつ、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置を採用すると、関節運動の可動範囲を広げることができない。
このため、高い工作精度が要求されることなく軽量に製作することができ、そして、アクチュエータ装置の硬さを低減しつつ低圧力での駆動が可能であり、さらに、伸縮比が２よりも大きいアクチュエータ装置により、関節運動の可動範囲を広げることができる技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、装置の製作者にとっての製作の容易性を向上させることができるとともに、装着者の利便性を向上させることのできる新たなアクチュエータ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、当該アクチュエータ装置を備え、関節運動を適切にアシストすることができる新たな関節運動アシスト装置を提供することを目的とする。
本発明は、第１の観点からすると、筒状部材と；第１蓋部及び前記第１蓋部の辺縁から延在する第１延在部を有し、前記筒状部材の一端側に前記第１延在部が嵌め込まれ、前記筒状部材に対して、前記筒状部材の軸方向に沿った方向への移動が可能な第１移動部材と；前記第１蓋部と同一の径を有する第２蓋部及び前記第２蓋部の辺縁から延在する第２延在部を有し、前記筒状部材の他端側に前記第２延在部が嵌め込まれ、前記第１移動部材と衝突せずに、前記筒状部材に対して、前記筒状部材の軸方向に沿った方向への移動が可能な第２移動部材と；前記筒状部材の軸方向に沿って膨縮する膨縮部材と；前記膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部と；を備え、前記膨縮部材の一方側端部が前記第１蓋部に取り付けられ、前記膨縮部材の他方側端部が前記第２蓋部に取り付けられ、前記膨縮部材の膨張により、前記第１延在部の前記第１蓋部及び前記第２延在部の前記第２蓋部が前記筒状部材から遠ざかる方向に移動し、前記膨縮部材の収縮により、前記第１延在部の前記第１蓋部及び前記第２延在部の前記第２蓋部が前記筒状部材に近づく方向に移動する、ことを特徴とするアクチュエータ装置である。

当該アクチュエータ装置では、筒状部材の一端側に第１移動部材が嵌め込まれ、筒状部材の他端側に第２移動部材が嵌め込まれる。こうした状態で、膨縮部材が膨張すると、第１移動部材の第１蓋部が、筒状部材の軸方向に沿って、当該筒状部材から遠ざかる方向へ移動する。また、膨縮部材が膨張すると、第２移動部材の第２蓋部が、筒状部材の軸方向に沿って、当該筒状部材から遠ざかる方向へ移動する。この結果、アクチュエータ装置の筒状部材の軸方向に沿った長さは、筒状部材の長さと、第１延在部の長さと、第２延在部の長さとの和程度となる。
一方、膨縮部材が収縮すると、第１移動部材の第１蓋部が、筒状部材の軸方向に沿って、筒状部材に近づく方向に移動する。また、膨縮部材が収縮すると、第２移動部材の第２蓋部が、筒状部材の軸方向に沿って、当該筒状部材に近づく方向へ移動する。この結果、アクチュエータ装置の筒状部材の軸方向に沿った長さは、筒状部材の長さ程度となる。このため、第１延在部の長さ及び第２延在部の長さを、適宜設定することにより、本発明のアクチュエータ装置の伸縮比を２よりも大きくさせることができる。
ここで、調整部を除いた、膨縮部材を含むアクチュエータ装置の全部又は一部を樹脂製とすることができ、アクチュエータ装置の軽量化を図ることができる。また、本発明では、密封性の高い膨縮部材を膨縮させることにより、アクチュエータ装置が駆動する。このため、本発明のアクチュエータ装置では、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置に必要な密封性を高めるためのシールを必要とせず、簡易な工作で本発明のアクチュエータ装置を製作することができる。このため、本発明のアクチュエータ装置を廉価に製作することができる。また、本発明のアクチュエータ装置では、密封性を高めるためのシールが不要であるため、低圧力での駆動が可能である。このため、ダイヤフラム式ポンプやベーン式ポンプなどの低振動、低騒音のポンプを使用することができ、本発明のアクチュエータ装置は、実用性が高いものとなる。
したがって、本発明のアクチュエータ装置によれば、簡易な工作で軽量に製作することができ、低圧力での駆動が可能であり、さらに、伸縮比を大きくすることができる。
本発明のアクチュエータ装置では、前記筒状部材の周壁部には、前記筒状部材が延びる方向に沿って開口する少なくとも１つの第１ガイド溝及び少なくとも１つの第２ガイド溝が形成され、前記第１延在部は、前記第１蓋部の周方向に所定の間隔で配置された前記第１ガイド溝の数と同数の第１嵌挿片であり、前記第２延在部は、前記第２蓋部の周方向に所定の間隔で配置された前記第２ガイド溝の数と同数の第２嵌挿片であり、前記第１嵌挿片には、前記第１ガイド溝に係合する第１突起部が設けられ、前記第２嵌挿片には、前記第２ガイド溝に係合する第２突起部が設けられる、ようにすることができる。そして、前記第１嵌挿片及び前記第２嵌挿片のそれぞれは、櫛歯状に互い違いになるように配置され、前記第１突起部が前記第１ガイド溝に沿ってスライド移動することにより、前記第１移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動し、前記第２突起部が前記第２ガイド溝に沿ってスライド移動することにより、前記第２移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動する、ようにすることができる。
この場合には、第１移動部材における第１嵌挿片（第１延在部）及び第２移動部材における第２嵌挿片（第２延在部）のそれぞれは、櫛歯状に互い違いになるように配置される。そして、膨縮部材の膨縮により、第１嵌挿片に設けられた第１突起部が、筒状部材の周壁部に形成された第１ガイド溝に沿ってスライド移動し、第２嵌挿片に設けられた第２突起部が、筒状部材の周壁部に形成された第２ガイド溝に沿ってスライド移動する。このため、第１延在部及び第２延在部の長さが、筒状部材の長さとほぼ等しい場合には、アクチュエータ装置が最長になるときの長さを、アクチュエータ装置が最短になるときの長さの約３倍にすることができる。
また、本発明のアクチュエータ装置では、前記筒状部材の内部に、所定の間隙を空けて、入れ子式に固定された補強用筒状部材を更に備え、前記第１移動部材の前記第１延在部は、前記筒状部材と前記補強用筒状部材との間隙に嵌挿され、前記筒状部材及び前記補強用筒状部材に対してスライド移動し、前記第２移動部材の前記第２延在部は、前記筒状部材と前記補強用筒状部材との間隙に嵌挿され、前記筒状部材及び前記補強用筒状部材に対してスライド移動する、ようにすることができる。
この場合には、第１延在部及び第２延在部が、筒状部材と補強用筒状部材との間に挟み込まれる。こうした挟み込みにより、膨縮部材が筒状部材の軸方向以外の方向に蛇行して膨張する事態の発生を抑制することができる。この結果、膨縮部材が筒状部材の軸方向に膨縮し、筒状部材及び補強用筒状部材に対する第１延在部のスライド移動に伴うガタの発生が低減され、筒状部材及び補強用筒状部材に対する第２延在部のスライド移動に伴うガタの発生が低減される。また、こうした挟み込みにより、第１延在部及び第２延在部がスライド移動に伴い変形することを低減することができる。この結果、筒状部材に対する第１延在部のスライド移動及び第２延在部のスライド移動を安定させ、これにより、アクチュエータ装置の荷重耐性の向上を図ることができる。
本発明のアクチュエータ装置では、前記膨縮部材の膨縮に従い、長さが可変するテレスコープ式の芯部材を更に備え、前記芯部材は、前記膨縮部材内に挿入され、前記筒状部材、前記第１移動部材及び第２移動部材から形成される内部空間内において、前記筒状部材の中心軸に沿って配置される、ようにすることができる。この場合にも、膨縮部材が筒状部材の軸方向以外の方向に蛇行して膨張する事態の発生を低減することができる。この結果、膨縮部材が筒状部材の中心軸方向に膨縮し、筒状部材内での膨縮部材の膨張行程及び収縮行程を安定させることができる。
また、本発明のアクチュエータ装置では、前記第１延在部及び前記第２延在部のそれぞれは、前記筒状部材に対してテレスコープ式に取り付けられ、前記第１移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動し、前記第２移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動する、ようにすることができる。
この場合には、第１移動部材及び第２移動部材のそれぞれは、筒状部材に対してテレスコープ式に取り付けられる。そして、膨縮部材の膨縮により、第１移動部材及び第２移動部材が、筒状部材に対してスライド移動する。このため、第１延在部及び第２延在部の長さが、筒状部材の長さとほぼ等しい場合には、アクチュエータ装置が最長になるときの長さを、アクチュエータ装置が最短になるときの長さの約３倍にすることができる。
本発明は、第２の観点からすると、骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の一方側部位と他方側部位とを接続している関節の機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、本発明のアクチュエータ装置と；前記一方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記一方側部位に固定される第１外骨格部材と；前記他方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記他方側部位に固定される第２外骨格部材と；を備え、前記第１外骨格部材は、前記アクチュエータ装置における前記第１移動部材の前記第１蓋部に、前記関節運動の回動軸に平行な第１所定軸を軸にして回動可能に接続され、前記第２外骨格部材は、前記アクチュエータ装置における前記第２移動部材の前記第２蓋部に、前記関節運動の回動軸に平行な第２所定軸を軸にして回動可能に接続される、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。
この関節運動アシスト装置では、所定対象物に装着される外骨格装置は、一方側部位に固定される第１外骨格部材と、他方側部位に固定される第２外骨格部材とから構成され、当該第１外骨格部材及び第２外骨格部材が、本発明のアクチュエータ装置に接続されている。このため、所定対象物に装着される装着外骨格構造を簡易にしつつ、関節運動の可動範囲を広げることができる。
したがって、本発明の関節運動アシスト装置によれば、簡易な工作で軽量に製作することができ、低圧力での駆動が可能であり、かつ、伸縮比の大きいアクチュエータ装置を備え、関節運動を適切にアシストすることができる。
ここで、所定対象物は、人体であってもよいし、骨格構造を有する人体以外の対象物であってもよい。
本発明の関節運動アシスト装置では、前記所定対象物の関節は、膝関節であり、前記第１外骨格部材は大腿部に固定され、前記第２外骨格部材は下腿部に固定される、ようにすることができる。この場合には、所定対象物の膝関節の運動をアシストすることができる。
以上説明したように、本発明のアクチュエータ装置によれば、装置の工作精度の容易化、軽量化及び低圧力での駆動可能化を図ることができ、さらに、アクチュエータ装置の伸縮比を大きくすることができるという効果を奏する。また、本発明の関節運動アシスト装置によれば、軽量で低圧力での駆動が可能であり、かつ、伸縮比の大きいアクチュエータ装置を備え、装着者に身体的負荷をかけず、かつ、装着外骨格構造を簡易にした状態で関節運動の可動範囲を広げ、関節運動を適切にアシストすることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る関節運動アシスト装置の外観図である。 図１のアクチュエータ装置の本体部の外観図である。 図１のアクチュエータ装置の本体部の構成を説明するための分解斜視図である。 図３の筒状部材の構造を説明するための図である。 図３の第１移動部材の構造を説明するための図である。 図３の第２移動部材の構造を説明するための図である。 図１の調整部の構成を説明するための図である。 アクチュエータ装置の本体部の状態を説明するための図（その１）である。 アクチュエータ装置の本体部の状態を説明するための図（その２）である。 関節伸展時の関節運動アシスト装置の外観図である。 膨縮部材の変形例を説明するための図である。
１００…関節運動装置、１１１…第１骨格部材、１１５…第１取付部材、１１７，１１８…ベルト部材、１２１…第２骨格部材、１２５…第２取付部材、１２７，１２８…ベルト部材、１５０…アクチュエータ装置、１５１…本体部、１５８…調整部、１５９…配管、２０５…筒状部材、２１０…第１移動部材、２２０…第２移動部材、２５０…補強用筒状部材、２６０，２６０Ｂ…膨縮部材、２６１n…円環状部材、２７０…芯部材、３１１…加圧ポンプ、３１２…減圧ポンプ、３１３…電気−空気圧制御弁、３１４…制御部、３１５，３１６…配管、ＧＣ１1〜ＧＣ１4…第１ガイド溝、ＧＣ２1〜ＧＣ２4…第２ガイド溝、ＥＴ１1〜ＥＴ１4…第１延在部（第１嵌挿片）、ＥＴ２1〜ＥＴ２4…第２延在部（第２嵌挿片）、ＰＲ１1〜ＰＲ１4…第１突起部、ＰＲ２1〜ＰＲ２4…第２突起部、ＨＬ…穴、ＡＸＪ…軸部材、ＡＸ１…軸部材（第１所定軸）、ＡＸ２…軸部材（第２所定軸）
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１０を参照して説明する。なお、本実施形態においては、所定対象物としての「人体の右脚」の膝関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置を例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
ここで、本発明の関節運動アシスト装置は、人体の左脚及び右脚に装着される。なお、人体の左脚に装着される関節運動アシスト装置については、人体の右脚に装着される関節運動アシスト装置と同様に構成されている。
［構成］
図１には、一実施形態に係る関節運動アシスト装置１００の外観図が示されている。図１は、人体の脚部に装着された関節運動アシスト装置１００を、膝関節が屈曲状態のときに、人体の右側から眺めた外観図である。
関節運動アシスト装置１００は、図１に示されるように、第１骨格部材１１１と、ベルト部材１１７，１１８と、第２骨格部材１２１と、ベルト部材１２７，１２８とを備えている。また、関節運動アシスト装置１００は、第１取付部材１１５と、第２取付部材１２５とを備えている。さらに、関節運動アシスト装置１００は、アクチュエータ装置１５０を備えている。
ここで、第１骨格部材１１１及び第１取付部材１１５が、第１外骨格部材に対応している。第２骨格部材１２１及び第２取付部材１２５が、第２外骨格部材に対応している。
また、座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、アクチュエータ装置１５０の後述する筒状部材が人体にとって上方に延びる方向を＋Ｚ方向、人体の左側から右側へと向かう方向を＋Ｘ方向、＋Ｚ方向及び＋Ｘ方向に直交し、人体にとっての前方方向を＋Ｙ方向とする座標系である。
上記の第１骨格部材１１１は、例えば、長板状の鋼鉄製の部材である。第１骨格部材１１１は、右大腿部（一方側部位）が膝関節から延びる方向に沿って、右大腿部の右側（＋Ｘ方向側）に配置され、布製や樹脂製等のベルト部材１１７，１１８により右大腿部に固定される。
上記の第２骨格部材１２１は、例えば、長板状の鋼鉄製の部材である。第２骨格部材１２１は、右下腿部（他方側部位）が膝関節から延びる方向に沿って、右下腿部の右側（＋Ｘ方向側）に配置され、布製や樹脂製等のベルト部材１２７，１２８により右下腿部に固定される。
そして、第１骨格部材１１１の膝関節側端部である一方側の端部と、第２骨格部材１２１の膝関節側端部である一方側の端部とは、軸部材ＡＸＪを軸にして、回動可能に取り付けられている。ここで、軸部材ＡＸＪの軸方向は、膝関節の関節運動の回動軸と平行になっている。
上記の第１取付部材１１５は、例えば、長板状の鋼鉄製の部材である。第１取付部材１１５の一方側の端部は、第１骨格部材１１１の他方側の端部に固定されている。また、第１取付部材１１５の他方側の端部は、アクチュエータ装置１５０における後述する第１嵌挿部に、軸部材ＡＸ１（第１所定軸）を軸にして回動可能に接続されている。ここで、軸部材ＡＸ１の軸方向は、膝関節の関節運動の回動軸に平行になっている。
上記の第２取付部材１２５は、例えば、長板状の鋼鉄製の部材である。第２取付部材１２５の一方側の端部は、第２骨格部材１２１の他方側の端部に固定されている。また、第２取付部材１２５の他方側の端部は、アクチュエータ装置１５０における後述する第２嵌挿部に、軸部材ＡＸ２（第２所定軸）を軸にして回動可能に接続されている。ここで、軸部材ＡＸ２の軸方向は、膝関節の関節運動の回動軸に平行になっている。
＜アクチュエータ装置１５０の構成＞
上記のアクチュエータ装置１５０の構成について、説明する。
アクチュエータ装置１５０は、図１に示されるように、本体部１５１と、調整部１５８と、配管１５９とを備えている。
《本体部１５１の構成》
上記の本体部１５１の構成について、説明する。本体部１５１は、図２（Ａ），（Ｂ）及び図３により総合的に示されるように、筒状部材２０５と、第１移動部材２１０と、第２移動部材２２０とを備えている。また、本体部１５１は、補強用筒状部材２５０と、膨縮部材２６０と、芯部材２７０とを備えている。ここで、図２（Ａ），（Ｂ）のそれぞれは、図２（Ａ），（Ｂ）に示した座標系での本体部１５１の外観図である。当該図２（Ａ），（Ｂ）には、膨縮部材２６０が収縮しているときの本体部１５１の状態が示されている。また、図３は、本体部１５１の分解斜視図である。
上記の筒状部材２０５は、例えば、樹脂製の部材であり、図３及び図４（Ａ）〜（Ｃ）により総合的に示されるように、＋Ｚ方向側及び−Ｚ方向側の両端部が開口した中空の筒状部材である。ここで、図４（Ａ）〜（Ｃ）のそれぞれは、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示した座標系での筒状部材２０５の外観図である。
筒状部材２０５の周壁部には、筒状部材２０５が延びる方向（Ｚ方向）に沿って開口する４個の第１ガイド溝ＧＣ１1〜ＧＣ１4と、４個の第２ガイド溝ＧＣ２1〜ＧＣ２4とが形成されている。本実施形態では、第１ガイド溝ＧＣ１1、第２ガイド溝ＧＣ２1、第１ガイド溝ＧＣ１2、第２ガイド溝ＧＣ２2、第１ガイド溝ＧＣ１3、第２ガイド溝ＧＣ２3、第１ガイド溝ＧＣ１4、第２ガイド溝ＧＣ２4の順で、８個のガイド溝が筒状部材２０５の周壁部に等間隔に形成されている。以下の説明では、第１ガイド溝ＧＣ１1〜ＧＣ１4を総称する場合には、「第１ガイド溝ＧＣ１」と記す。また、第２ガイド溝ＧＣ２1〜ＧＣ２4を総称する場合には、「第２ガイド溝ＧＣ２」と記す。また、以下では、筒状部材２０５の外径を「Ｒ205」と記し、筒状部材２０５の内径を「ｒ205」と記す。
上記の第１移動部材２１０は、例えば、樹脂製の部材であり、図３及び図５（Ａ）〜（Ｃ）により総合的に示されるように、第１蓋部ＬＤ１及び当該第１蓋部ＬＤ１から−Ｚ方向に延在する４個の第１嵌挿片（第１延在部）ＥＴ１1〜ＥＴ１4を有する構造に成型加工されている。ここで、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4は、第１蓋部ＬＤ１の周方向に沿って、等間隔に配置されている。そして、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4のそれぞれには、−Ｚ方向側の端部側に第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4が設けられている。
第１移動部材２１０の４個の第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4は、筒状部材２０５の＋Ｚ方向側の開口に嵌挿される。そして、第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4のそれぞれは、第１ガイド溝ＧＣ１1〜ＧＣ１4に係合するようになっている。本実施形態では、第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4のそれぞれは、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4が筒状部材２０５に嵌挿された後、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4に取り付けられるようになっている。こうした構成により、第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4が筒状部材２０５の第１ガイド溝ＧＣ１1〜ＧＣ１4に沿ってスライド移動することにより、第１移動部材２１０が筒状部材２０５に対してスライド移動ができるようになっている。ここで、第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4は、筒状部材２０５に対する第１移動部材２１０の移動を制限するストッパとして機能し、第１移動部材２１０が筒状部材２０５から外れないようにしている。
また、第１移動部材２１０の第１蓋部ＬＤ１には、配管１５９を通す穴ＨＬが形成されている。以下の説明では、第１嵌挿片（第１延在部）ＥＴ１1〜ＥＴ１4を総称する場合には、「第１嵌挿片（第１延在部）ＥＴ１」と記し、第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4を総称する場合には、「第１突起部ＰＲ１」と記す。また、以下では、第１移動部材２１０の外径を「Ｒ210」と記し、第１移動部材２１０の内径を「ｒ210」と記す。また、穴ＨＬの径を「ＲHL」と記す。
上記の第２移動部材２２０は、例えば、樹脂製の部材であり、図３及び図６（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、第２蓋部ＬＤ２及び当該第２蓋部ＬＤ２から＋Ｚ方向に延在する４個の第２嵌挿片（第２延在部）ＥＴ２1〜ＥＴ２4を有する構造に成型加工されている。ここで、第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4は、第２蓋部ＬＤ２の周方向に沿って、等間隔に配置されている。そして、第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4のそれぞれには、＋Ｚ方向側の端部側に第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4が設けられている。
第２移動部材２２０の４個の第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4は、筒状部材２０５の−Ｚ方向側の開口に嵌挿される。そして、第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4のそれぞれは、第２ガイド溝ＧＣ２1〜ＧＣ２4に係合するようになっている。本実施形態では、第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4のそれぞれは、第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4が筒状部材２０５に嵌挿された後、第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4に取り付けられるようになっている。こうした構成により、第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4が筒状部材２０５の第２ガイド溝ＧＣ２1〜ＧＣ２4に沿ってスライド移動することにより、第２移動部材２２０が筒状部材２０５に対してスライド移動ができるようになっている。ここで、第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4は、筒状部材２０５に対する第２移動部材２２０の移動を制限するストッパとして機能し、第２移動部材２２０が筒状部材２０５から外れないようにしている。
このように、第１移動部材２１０及び第２移動部材２２０が筒状部材２０５に嵌挿された場合に、第１嵌挿片（第１延在部）ＥＴ１1〜ＥＴ１4及び第２嵌挿片（第２延在部）ＥＴ２1〜ＥＴ２4のそれぞれは、櫛歯状に互い違いになるように配置されるようになっている。以下の説明では、第２嵌挿片（第２延在部）ＥＴ２1〜ＥＴ２4を総称する場合には、「第２嵌挿片（第２延在部）ＥＴ２」と記し、第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4を総称する場合には、「第２突起部ＰＲ２」と記す。また、以下では、第２移動部材２２０の外径を「Ｒ220」と記し、第２移動部材２２０の内径を「ｒ220」と記す。
上記の補強用筒状部材２５０は、例えば、樹脂製の部材であり、図３に示されるように、＋Ｚ方向側及び−Ｚ方向側の両端部が開口した中空の筒状部材である。補強用筒状部材２５０は、筒状部材２０５の内部に入れ子式に固定される。そして、筒状部材２０５と補強用筒状部材２５０との間には、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4及び第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4を嵌挿できる間隙が設けられる。
こうした構成により、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4のそれぞれが、筒状部材２０５と補強用筒状部材２５０との間隙に嵌挿され、第１移動部材２１０が筒状部材２０５及び補強用筒状部材２５０に対してスライド移動ができるようになっている。また、こうした構成により、第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4のそれぞれが、筒状部材２０５と補強用筒状部材２５０との間隙に嵌挿され、第２移動部材２２０が筒状部材２０５及び補強用筒状部材２５０に対してスライド移動ができるようになっている。ここで、補強用筒状部材２５０の外径を「Ｒ250」とし、補強用筒状部材２５０の内径を「ｒ250」とした場合には、「Ｒ205 > ｒ205 > Ｒ210，Ｒ220 > ｒ210，ｒ220 > Ｒ250 > ｒ250」の関係が成立する。
上記の膨縮部材２６０は、本実施形態では、樹脂製の部材であり、図３に示されるように、環状溝を有する伸縮自在なベローズである。本実施形態では、当該膨縮部材２６０は、第１移動部材２１０、第２移動部材２２０及び補強用筒状部材２５０から形成される空間内に嵌通される。そして、膨縮部材２６０の＋Ｚ方向側端部は、第１移動部材２１０の第１蓋部ＬＤ１に取り付けられる。ここで、膨縮部材２６０の＋Ｚ方向側端部の中央には、径「ＲHL」の開口が形成され（図３において不図示）、当該開口には、第１蓋部ＬＤ１の穴ＨＬを通した可撓性の配管１５９が取り付けられる。

また、膨縮部材２６０の−Ｚ方向側端部は、第２移動部材２２０の第２蓋部ＬＤ２に取り付けられる。以下の説明では、膨縮部材２６０を「ベローズ２６０」とも記す。ここで、ベローズ２６０の伸縮部分の外径を「Ｒ260」とし、ベローズ２６０の伸縮部分の内径を「ｒ260」とした場合、「Ｒ260 > ｒ260 > ＲHL」の関係が成立している。
上記の芯部材２７０は、例えば、樹脂製の部材であり、図３に示されるように、テレスコープ式に段階的に伸縮するように構成された部材である。芯部材２７０は、図３に示されるように、第１筒状部２７１と、第２筒状部２７２と、第３筒状部２７３とを備えている。当該第１筒状部２７１、第２筒状部２７２及び第３筒状部２７３には、多数の孔が形成されている。当該芯部材２７０は、本実施形態では、膨縮部材２６０の内部に挿入される。そして、第１筒状部２７１の＋Ｚ方向側の端部は、ベローズ２６０内部の＋Ｚ方向側端部における開口部分に取り付けられる。また、第３筒状部２７３の−Ｚ方向側の端部は、ベローズ２６０内部の−Ｚ方向側端部に取り付けられる。
本実施形態では、芯部材２７０が最短になるときの長さは、筒状部材２５０のＺ軸方向に沿った長さと概ね同じになっている。また、芯部材２７０が最長になるときの長さは、筒状部材２５０のＺ軸方向に沿った長さと、第１移動部材２１０のＺ軸方向に沿った長さと、第２移動部材２２０のＺ軸方向に沿った長さとの和と概ね同じになっている。
ここで、第１筒状部２７１の外径を「Ｒ271」、第２筒状部２７２の外径を「Ｒ272」、第３筒状部２７３の外径を「Ｒ273」とした場合には、「ｒ250 > Ｒ260 > ｒ260 > Ｒ271 > Ｒ272 > Ｒ273 > ＲHL」の関係が成立している。また、本実施形態では、ベローズ２６０の−Ｚ方向側端部はベローズ２６０本体から切り離し可能となっており、芯部材２７０が、ベローズ２６０本体に挿入された後に、ベローズ２６０の−Ｚ方向側端部がベローズ２６０本体部に取り付けられるようになっている。また、本実施形態では、ベローズ２６０内の空間は、芯部材２７０に形成された多数の孔、及び、配管１５９を介して、調整部１５８と連通している。
《調整部１５８の構成》
上記の調整部１５８について、説明する。調整部１５８は、配管１５９を介して本体部１５１の膨縮部材２６０と連通している。かかる構成を有する調整部１５８は、図７に示されるように、加圧ポンプ３１１と、減圧ポンプ３１２と、電気−空気圧制御弁３１３と、制御部３１４と、配管３１５，３１６とを備えている。
上記の加圧ポンプ３１１は、配管３１５を介して、電気−空気圧制御弁３１３のポンプ側接続口の一方側に接続されている。当該加圧ポンプ３１１は、膨縮部材２６０への空気の強制的供給を行う際に利用される。上記の減圧ポンプ３１２は、配管３１６を介して、電気−空気圧制御弁３１３のポンプ側接続口の他方側に接続されている。当該減圧ポンプ３１２は、膨縮部材２６０からの空気の強制的排出を行う際に利用される。
上記の電気−空気圧制御弁３１３は、流路切換弁と、圧力制御弁（比例ソレノイドバルブ）とを備えて構成されている。流路切換弁の入口側の一方が加圧ポンプ３１１に接続され、入口側の他方が減圧ポンプ３１２に接続されている。そして、流路切換弁は、制御部３１４による制御のもとで、膨縮部材２６０への空気の強制的供給を行う際には、加圧ポンプ３１１に接続されている配管３１５と膨縮部材２６０と連通している配管１５９とを接続して流路を形成する。また、流路切換弁は、制御部３１４による制御のもとで、膨縮部材２６０からの空気の強制的排出を行う際には、減圧ポンプ３１２に接続されている配管３１６と膨縮部材２６０と連通している配管１５９とを接続して流路を形成する。
上記の制御部３１４は、膨縮部材２６０からの空気の強制的排出、及び、膨縮部材２６０への空気の強制的供給の切り換えの制御を行う。かかる制御に際して、膨縮部材２６０への空気の強制的供給を行う場合には、制御部３１４は、電気−空気圧制御弁３１３が加圧ポンプ３１１と膨縮部材２６０とを接続する流路を形成し、膨縮部材２６０内の空気圧力を調整するように制御する。また、膨縮部材２６０からの空気の強制的排出を行う場合には、制御部３１４は、電気−空気圧制御弁３１３が減圧ポンプ３１２と膨縮部材２６０とを接続する流路を形成し、膨縮部材２６０内の空気圧力を調整するように制御する。
こうした制御は、実験、シミュレーション、経験等による関節を駆動する筋力に関する生体情報に基づいて行われるようにすることができる。ここで、関節を駆動する筋力に関する生体情報は、不図示の検出部が、筋電図、筋肉の硬さ等を検出することで、取得するようにすることができる。また、こうした制御は、不図示の入力部への入力操作に基づいて行うようにすることができる。
［動作］
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置１００の動作、すなわち、膝関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作を説明する。
当初においては、関節運動アシスト装置１００では、調整部１５８による膨縮部材２６０内の空気圧調整は行われておらず、図１に示されるように、膝関節は屈曲状態にあるものとする。そして、このときのアクチュエータ装置１５０の本体部１５１の状態は、図２（Ａ），（Ｂ）に示される状態になっている。以下では、アクチュエータ装置１５０の動作に主に着目して、膝関節のアシスト動作を説明する。
＜関節の屈曲状態から伸展状態へのアシスト動作＞
関節運動のアシスト動作は、膝関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、調整部１５８が、膨縮部材２６０への空気の強制的供給を行うための制御を行う。調整部１５８により、膨縮部材２６０への空気の強制的供給が行われると、膨縮部材２６０内の空気圧が上昇する。こうして膨縮部材２６０内の空気圧が上昇すると、膨縮部材２６０が膨張する。
膨縮部材２６０が膨張する過程により、膨縮部材２６０が膨張したときのアクチュエータ装置１５０の本体部１５１の状態が図８及び図９に示されている。図２（Ａ），（Ｂ）の状態から図８及び図９の状態に遷移する膨縮部材２６０の膨張過程により、膨縮部材２６０に取り付けられた第１移動部材２１０の第１嵌挿片ＥＴ１が、筒状部材２０５の第１ガイド溝ＧＣ１に沿って＋Ｚ方向にスライド移動することにより、第１移動部材２１０が筒状部材２０５に対して＋Ｚ方向に移動する。当該移動は、第１突起部ＰＲ１が第１ガイド溝ＧＣ１の＋Ｚ方向側の端に当接するまで行われる。
また、膨縮部材２６０の膨張過程により、膨縮部材２６０に取り付けられた第２移動部材２２０の第２嵌挿片ＥＴ２が、筒状部材２０５の第２ガイド溝ＧＣ２に沿って−Ｚ方向にスライド移動することにより、第２移動部材２２０が筒状部材２０５に対して−Ｚ方向に移動する。当該移動は、第２突起部ＰＲ２が第２ガイド溝ＧＣ２の−Ｚ方向側の端に当接するまで行われる。このように、膨縮部材２６０の膨張過程により、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１のＺ方向に沿った長さが長くなる。そして、本実施形態では、本体部１５１が最長になるときの長さは、本体部１５１が最短のときの長さの約３倍になる。
こうしてアクチュエータ装置１５０の本体部１５１の長さが長くなると、図１０に示されるように、第１移動部材２１０に間接的に取り付けられた第１骨格部材１１１と、第２移動部材２２０に間接的に取り付けられた第２骨格部材１２１とのなす角が広くなる。この結果、第１骨格部材１１１が固定されている大腿部と、第２骨格部材１２１が固定されている下腿部とがなす角度が広くなり、膝関節は屈曲状態から伸展状態になる。
＜関節の伸展状態から屈曲状態へのアシスト動作＞
膝関節が伸展状態であるとき（図１０参照）に、膝関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、調整部１５８が、膨縮部材２６０からの空気の強制的排出を行うための制御を行う。調整部１５８により、膨縮部材２６０からの空気の強制的排出が行われると、膨縮部材２６０内の空気圧が下降する。こうして膨縮部材２６０内の空気圧が下降すると、膨縮部材２６０が収縮する。
膨縮部材２６０が収縮する過程により、膨縮部材２６０が収縮したときのアクチュエータ装置１５０の本体部１５１の状態が図２（Ａ），（Ｂ）に示されている。図８及び図９の状態から図２（Ａ），（Ｂ）の状態に遷移する膨縮部材２６０の収縮過程により、膨縮部材２６０に取り付けられた第１移動部材２１０の第１嵌挿片ＥＴ１が、筒状部材２０５の第１ガイド溝ＧＣ１に沿って−Ｚ方向にスライド移動することにより、第１移動部材２１０が筒状部材２０５に対して−Ｚ方向に移動する。当該移動は、第１突起部ＰＲ１が第１ガイド溝ＧＣ１の−Ｚ方向側の端に当接するまで行われる。
また、膨縮部材２６０の収縮過程により、膨縮部材２６０に取り付けられた第２移動部材２２０の第２嵌挿片ＥＴ２が、筒状部材２０５の第２ガイド溝ＧＣ２に沿って＋Ｚ方向にスライド移動することにより、第２移動部材２２０が筒状部材２０５に対して＋Ｚ方向に移動する。当該移動は、第２突起部ＰＲ２が第２ガイド溝ＧＣ２の＋Ｚ方向側の端に当接するまで行われる。このように、膨縮部材２６０の収縮過程により、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１のＺ方向に沿った長さが短くなる。
こうしてアクチュエータ装置１５０の本体部１５１の長さが短くなると、図１に示されるように、第１移動部材２１０に間接的に取り付けられた第１骨格部材１１１と、第２移動部材２２０に間接的に取り付けられた第２骨格部材１２１とのなす角が狭くなる。この結果、第１骨格部材１１１が固定されている大腿部と、第２骨格部材１２１が固定されている下腿部とがなす角度が狭くなり、膝関節は伸展状態から屈曲状態になる。
以上説明したように、本実施形態では、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１は、筒状部材２０５と、第１移動部材２１０と、第２移動部材２２０と、膨縮部材２６０とを備えている。当該筒状部材２０５の一端側の開口に第１移動部材２１０が嵌挿され、当該筒状部材２０５の他端側の開口に第２移動部材２２０が嵌挿されている。そして、筒状部材２０５、第１移動部材２１０及び第２移動部材２２０から形成される空間内に、膨縮部材２６０が嵌通されている。
ここで、筒状部材２０５の周壁部には、第１移動部材２１０の第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4に設けられた第１突起部ＰＲ１1〜ＰＲ１4に係合する第１ガイド溝ＧＣ１1〜ＧＣ１4が形成されている。また、筒状部材２０５の周壁部には、第２移動部材２２０の第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4に設けられた第２突起部ＰＲ２1〜ＰＲ２4に係合する第２ガイド溝ＧＣ２1〜ＧＣ２4が形成されている。そして、第１移動部材２１０及び第２移動部材２２０が筒状部材２０５に嵌挿された場合に、第１嵌挿片ＥＴ１1〜ＥＴ１4及び第２嵌挿片ＥＴ２1〜ＥＴ２4のそれぞれは、櫛歯状に互い違いになるように配置されている。
こうしたアクチュエータ装置１５０の本体部１５１の構成で、膨縮部材２６０が膨張すると、第１嵌挿片ＥＴ１が、第１ガイド溝ＧＣ１に沿って筒状部材２０５から遠ざかる方向にスライド移動することにより、第１移動部材２１０が筒状部材２０５から遠ざかる方向に移動する。また、膨縮部材２６０が膨張すると、第２嵌挿片ＥＴ２が、第２ガイド溝ＧＣ２に沿って筒状部材２０５から遠ざかる方向にスライド移動することにより、第２移動部材２２０が筒状部材２０５から遠ざかる方向に移動する。このように、膨縮部材２６０が膨張すると、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１のＺ方向に沿った長さが長くなる。そして、本実施形態では、本体部１５１が最長になるときの長さは、本体部１５１が最短のときの長さの約３倍になる。
このため、アクチュエータ装置の伸縮比を、ピストンシリンダ機構のアクチュエータ装置に比べて、飛躍的に大きくすることができる。
また、本実施形態では、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１は、補強用筒状部材２５０を備えている。そして、第１嵌挿片ＥＴ１及び第２嵌挿片ＥＴ２が、筒状部材２０５と補強用筒状部材２５０との間隙に嵌挿され、筒状部材２０５及び補強用筒状部材２５０に対してスライド移動ができるようになっている。このようにして第１延在部及び第２延在部を、筒状部材２０５と補強用筒状部材２５０との間に挟み込むことで、ベローズ２６０が筒状部材２０５の軸方向以外の方向に蛇行して膨張する事態の発生を低減することができる。このため、ベローズ２６０の蛇行により生じる第１延在部及び第２延在部の移動に伴うガタの発生が低減される。また、第１延在部及び第２延在部を、筒状部材２０５と補強用筒状部材２５０との間に挟み込むことにより、第１延在部及び第２延在部がスライド移動に伴い変形することを低減することができる。このため、筒状部材２０５に対する第１移動部材２１０のスライド移動及び第２移動部材２２０のスライド移動を安定させ、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１の強化を図ることができる。
さらに、本実施形態では、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１は、テレスコープ式の芯部材２７０を備えている。そして、芯部材２７０は、膨縮部材２６０の内部に挿入される。このようにして膨縮部材２６０の内部に芯部材２７０を挿入することで、ベローズ２６０が筒状部材２０５の軸方向以外の方向に蛇行して膨張する事態の発生を低減することができる。このため、膨縮部材２６０が筒状部材２０５の中心軸方向に沿って膨縮し、筒状部材２０５内での膨縮部材２６０の膨張行程及び収縮行程を安定させることができる。
また、本実施形態では、筒状部材２０５、第１移動部材２１０、第２移動部材２２０、補強用筒状部材２５０及び芯部材２７０は、樹脂製の部材である。そして、本実施形態では、膨縮部材２６０を樹脂製のベローズにしている。このため、アクチュエータ装置１５０の本体部１５１の軽量化を図ることができる。
また、本実施形態では、こうしたアクチュエータ装置を利用して、簡易な構成の外骨格部材を人体に装着して、膝関節の関節運動をアシストする。このため、本発明のアクチュエータ装置を利用することで、人体に装着される装着外骨格構造を簡易にしながら、関節運動の可動範囲を広げることができる。
このため、本実施形態によれば、簡易な工作で軽量に製作可能、低圧力での駆動が可能、かつ、伸縮比の大きいアクチュエータ装置を提供することができる。また、本実施形態では、軽量、低圧力での駆動可能かつ伸縮比の大きいアクチュエータ装置を使用して、関節運動を適切にアシストすることができる。
したがって、本実施形態によれば、装置の製作者にとっての製作の容易性を向上させることができるとともに、装着者の利便性を向上させることのできるアクチュエータ装置を提供することができる。また、本実施形態によれば、当該アクチュエータ装置を使用して、関節運動を適切にアシストすることができる。
［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、第１移動部材の第１延在部、及び、第２移動部材の第２延在部を嵌挿片とし、当該第１嵌挿片及び第２嵌挿片のそれぞれが、櫛歯状に互い違いになるように配置した。これに対して、第１延在部及び第２延在部を筒状にして、当該第１延在部及び第２延在部のそれぞれを、筒状部材に対して、テレスコープ式に取り付けるようにしてもよい。この場合には、筒状の第１延在部に第１ガイド溝に係合する第１突起部を設け、筒状の第２延在部に第２ガイド溝に係合する第２突起部を設ける。こうした構成であっても、実施形態の場合と同様に、第１突起部が第１ガイド溝に沿ってスライド移動することにより、第１移動部材が筒状部材に対してスライド移動し、第２突起部が第２ガイド溝に沿ってスライド移動することにより、第２移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動する。こうした構成では、第１移動部材及び第２移動部材が、筒状部材に対して、Ｚ方向に移動し、膨縮部材が筒状部材の軸方向以外の方向に蛇行して膨張する事態の発生を低減することができる。
また、第１延在部及び第２延在部のそれぞれを、筒状部材に対してテレスコープ式に取り付ける場合に、筒状部材の周壁部に第１ガイド溝及び第２ガイド溝を形成しないようにしてもよい。そして、筒状部材に第１ガイド溝及び第２ガイド溝を形成しないようにした場合には、第１延在部に第１突起部を設けないようにするとともに、第２延在部に第２突起部を設けないようにする。ここで、「第１移動部材の外径＜筒状部材の内径＜筒状部材の外径＜第２移動部材の内径」の関係がある場合に、筒状部材における＋Ｚ方向側の開口の縁と、第１移動部材の第１蓋部の縁との間、及び、筒状部材における＋Ｚ方向側の開口の縁と、第２移動部材の第２延在部の＋Ｚ方向側の縁との間の少なくとも一方を、筒状部材のＺ方向の長さより僅かに短い布や複数の紐で繋ぐようにしてもよい。こうした構成を採用することにより、当該布や複数の紐が、当該布や複数の紐で繋がれた側の筒状部材に対する移動部材の移動を制限するストッパとして機能し、当該移動部材が筒状部材から外れないようにすることができる。
また、筒状部材における開口の縁と移動部材とを繋ぐ部材の素材を布とした場合には、筒状部材と移動部材との隙間に、埃等の異物が侵入することを防止することができる。
なお、第１延在部及び第２延在部を筒状にする構成の場合には、補強用筒状部材を本体部の構成要素から省略する。また、第１延在部及び第２延在部を筒状にする構成の場合には、芯部材を本体部の構成要素としてもよいし、また、芯部材を本体部の構成要素から省略するようにしてもよい。
また、上記の実施形態では、ベローズが、筒状部材、第１移動部材及び第２移動部材から形成される空間内に嵌通されることとした。これに対して、ベローズ内に、筒状部材、第１移動部材及び第２移動部材を挿入してもよい。この場合には、例えば、ベローズ内部の＋Ｚ方向側端部に、調整部と連通する穴が形成された第１蓋部を取り付け、ベローズ内部の−Ｚ方向側端部に第２蓋部を取り付けるようにすればよい。
ここで、ベローズ内部に挿入される第１移動部材及び第２移動部材は、櫛歯状に互い違いに配置されるものであってもよいし、筒状部材に対してテレスコープ式に配置されるものであってもよい。なお、ベローズ内部に筒状部材、第１移動部材及び第２移動部材を挿入する場合には、芯部材を本体部の構成要素から省略してよい。
また、上記の実施形態では、膨縮部材をベローズとした。これに対して、図１１（Ａ）に示される樹脂製の中空の円環状部材２６１nをＮ個用意し、図１１（Ｂ）のように、当該Ｎ個の円環状部材２６１nを積層したものを、膨縮部材２６０Ｂとすることができる。ここで、隣り合う円環状部材同士（例えば、円環状部材２６１2及び円環状部材２６１3）は連通している。また、円環状部材２６１1には、配管１５９が取り付けられ、配管１５９を介して調整部と連通している。
また、上記の実施形態では、筒状部材に形成される第１ガイド溝の数及び第２ガイド溝の数を、それぞれ４とした。そして、第１移動部材が有する第１嵌挿片の数を４とし、第２移動部材が有する第２嵌挿片の数を４とした。これに対して、第１ガイド溝の数、第２ガイド溝の数、第１嵌挿片の数及び第２嵌挿片の数を、それぞれ、１〜３、又は、５以上にしてもよい。
また、上記の実施形態では、アクチュエータ装置の本体部の形状を円筒形状にした。これに対して、筒状部材を多角筒形状にし、第１移動部材の第１蓋部、第２移動部材の第２蓋部、補強用筒状部材等の形状を筒状部材の形状に合せて、本体部の形状を筒状部材の形状に合せた多角筒形状にしてもよい。
また、上記の実施形態では、本体部が、補強用筒状部材を備えることとしたが、本体部の構成要素から、補強用筒状部材を省略するようにしてもよい。
また、上記の実施形態では、本体部が、芯部材を備えることとしたが、本体部の構成要素から、芯部材を省略するようにしてもよい。
また、上記の実施形態では、人体の膝関節の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置について説明したが、人体の肘関節等の他の関節の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置であってもよいことは勿論である。
また、本実施形態においては、膨縮部材として樹脂製の部材を採用したが、膨縮部材は、伸縮自在であり、人体に装着される装置の重さ等の負担をかけることがない素材であれば、他の素材であってもよい。
また、調整部の構成としては、空気の吐出、及び、空気の吸引を行うことのできる手動式ポンプであってもよい。
また、本発明の関節運動アシスト装置は、作動流体を空気としたが、他の気体や、水や油等の液体であってもよい。
本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野で利用する場合には、リハビリテーション用として装着するだけでなく、力が弱っている者がパワーアシスト用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野以外で、物を持ち上げる等のパワーアシスト装置としても利用することができる。
また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の内骨格型の哺乳類、外骨格型又は内骨格型のロボット等の所定対象物の関節運動アシスト装置にも本発明を適用することができる。
また、上記の実施形態では、アクチュエータ装置を、関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に適用した。これに対して、本発明のアクチュエータ装置を他の用途に適用してもよいことは勿論である。
例えば、アクチュエータ装置の第１移動部材の第１蓋部を地面等に当接させるとともに、アクチュエータ装置の第２移動部材の第２蓋部を人体の臀部に当節させる。そして、本発明のアクチュエータ装置を動作させ、人体のしゃがんだ姿勢から立ち上がった姿勢へのアシスト、人体の立ち上がっている姿勢からしゃがんだ姿勢へのアシスト等に、本発明のアクチュエータ装置を利用することができる。
また、構造物等（例えば、車）をジャッキアップする場合に、本発明のアクチュエータ装置を利用することができる。
以上説明したように、本発明のアクチュエータ装置は、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置のアクチュエータ装置に適用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に適用することができる。

Claims (7)

  1. 筒状部材と；
    第１蓋部及び前記第１蓋部の辺縁から延在する第１延在部を有し、前記筒状部材の一端側に前記第１延在部が嵌め込まれ、前記筒状部材に対して、前記筒状部材の軸方向に沿った方向への移動が可能な第１移動部材と；
    前記第１蓋部と同一の径を有する第２蓋部及び前記第２蓋部の辺縁から延在する第２延在部を有し、前記筒状部材の他端側に前記第２延在部が嵌め込まれ、前記第１移動部材と衝突せずに、前記筒状部材に対して、前記筒状部材の軸方向に沿った方向への移動が可能な第２移動部材と；
    前記筒状部材の軸方向に沿って膨縮する膨縮部材と；
    前記膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部と；を備え、
    前記膨縮部材の一方側端部が前記第１蓋部に取り付けられ、前記膨縮部材の他方側端部が前記第２蓋部に取り付けられ、
    前記膨縮部材の膨張により、前記第１延在部の前記第１蓋部及び前記第２延在部の前記第２蓋部が前記筒状部材から遠ざかる方向に移動し、前記膨縮部材の収縮により、前記第１延在部の前記第１蓋部及び前記第２延在部の前記第２蓋部が前記筒状部材に近づく方向に移動する、
    ことを特徴とするアクチュエータ装置。
  2. 前記筒状部材の周壁部には、前記筒状部材が延びる方向に沿って開口する少なくとも１つの第１ガイド溝及び少なくとも１つの第２ガイド溝が形成され、
    前記第１延在部は、前記第１蓋部の周方向に所定の間隔で配置された前記第１ガイド溝の数と同数の第１嵌挿片であり、
    前記第２延在部は、前記第２蓋部の周方向に所定の間隔で配置された前記第２ガイド溝の数と同数の第２嵌挿片であり、
    前記第１嵌挿片には、前記第１ガイド溝に係合する第１突起部が設けられ、
    前記第２嵌挿片には、前記第２ガイド溝に係合する第２突起部が設けられ、
    前記第１嵌挿片及び前記第２嵌挿片のそれぞれは、櫛歯状に互い違いになるように配置され、
    前記第１突起部が前記第１ガイド溝に沿ってスライド移動することにより、前記第１移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動し、
    前記第２突起部が前記第２ガイド溝に沿ってスライド移動することにより、前記第２移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
  3. 前記筒状部材の内部に、所定の間隙を空けて、入れ子式に固定された補強用筒状部材を更に備え、
    前記第１移動部材の前記第１延在部は、前記筒状部材と前記補強用筒状部材との間隙に嵌挿され、前記筒状部材及び前記補強用筒状部材に対してスライド移動し、
    前記第２移動部材の前記第２延在部は、前記筒状部材と前記補強用筒状部材との間隙に嵌挿され、前記筒状部材及び前記補強用筒状部材に対してスライド移動する、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
  4. 前記膨縮部材の膨縮に従い、長さが可変するテレスコープ式の芯部材を更に備え、
    前記芯部材は、
    前記膨縮部材内に挿入され、
    前記筒状部材、前記第１移動部材及び第２移動部材から形成される内部空間内において、前記筒状部材の中心軸に沿って配置される、
    ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
  5. 前記第１延在部及び前記第２延在部のそれぞれは、前記筒状部材に対してテレスコープ式に取り付けられ、
    前記第１移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動し、前記第２移動部材が前記筒状部材に対してスライド移動する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
  6. 骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の一方側部位と他方側部位とを接続している関節の機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、
    請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置と；
    前記一方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記一方側部位に固定される第１外骨格部材と；
    前記他方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記他方側部位に固定される第２外骨格部材と；を備え、
    前記第１外骨格部材は、前記アクチュエータ装置における前記第１移動部材の前記第１蓋部に、前記関節運動の回動軸に平行な第１所定軸を軸にして回動可能に接続され、
    前記第２外骨格部材は、前記アクチュエータ装置における前記第２移動部材の前記第２蓋部に、前記関節運動の回動軸に平行な第２所定軸を軸にして回動可能に接続される、
    ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
  7. 前記所定対象物の関節は、膝関節であり、
    前記第１外骨格部材は大腿部に固定され、前記第２外骨格部材は下腿部に固定される、
    ことを特徴とする請求項６に記載の関節運動アシスト装置。
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