JP6710029B2 - アクチュエータ及び身体支援装置 - Google Patents
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Description
加圧すると膨張する内側チューブと、
内側チューブの外面を覆って内側チューブの膨張を規制する外側スリーブと、
で構成され、
内側チューブの径方向の膨張が外側スリーブによって長さ方向の収縮に変換されるようにしたアクチュエータであって、
内側チューブが、伸び率100%以上の弾性材料によって形成された
ことを特徴とするアクチュエータ
を提供することによって解決される。
ここで、「伸び率」とは、「 JIS K 6251 : 加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方 」に準拠して算出した「所定応力伸びEs(%)」(同規格における「15.1 ダンベル状試験片」の式5を参照)のことを云う。試験片は、同規格の「6.1 ダンベル状試験片」の表1に規定される「ダンベル状1号形」のものを用いる。ただし、同表における「平行部分の厚さ」は、2.5mmとする。また、試験片に加える引張力は、1.0Kg重とする。
本発明のアクチュエータでは、従来のマッキベン型のアクチュエータにおける内側チューブ(通常、上記の伸び率が数十%程度の弾性材料で形成される。)よりもかなり伸びやすい弾性材料で内側チューブを形成したため、従来のものよりも低い圧力で同等以上の収縮力を発生させることが可能となっている。
また、本発明のアクチュエータは、内側チューブを高い圧力まで加圧しなくても動作するため、内側チューブの破れを抑えて寿命を長くするだけでなく、内側チューブ加圧手段の小型化を図ることも可能なものとなっている。
さらに、本発明のアクチュエータは、内側チューブが伸びやすい(柔らかい)素材で形成されているため、身体支援装置に用いた場合には、装着者が拘束感を感じにくいものとなっている。
しかし、上述した効果がより顕著に奏されるようにするためには、内側チューブの伸び率をさらに高めると好ましい。内側チューブの伸び率は、200%以上とすると好ましく、300%以上とするとより好ましく、400%以上とするとより好ましく、500%以上とするとより好ましく、600%以上とするとより好ましく、700%以上とするとより好ましく、800%以上とするとより好ましく、900%以上とするとより好ましい。このように伸び率の高い内側チューブは、例えば、エラストマーの発泡体によって形成することが可能である。
ただし、内側チューブの伸び率を高くしすぎると、内側チューブの強度を維持しにくくなる虞がある。このため、内側チューブの伸び率は、通常、2000%以下とされ、好ましくは、1500%以下とされる。
これにより、外側スリーブの内径よりも大きな外径を有する筒状部材を内側チューブとして用いることが可能になる。というのも、内側チューブは、伸長させればさせる程、その外径が小さくなるため、自然長状態では外側スリーブの内径よりも大きな外径を有する内側チューブであっても、伸長させることにより、外側スリーブの内部に挿入することが可能な状態となるからである。
また、外側スリーブに内側チューブを挿入した後の状態にあっては、内側チューブの外周面を外側スリーブの内周面に密着させることも容易となる。外側スリーブに挿入された内側チューブは、自然長状態へ戻ろうとして縮むことで、その外径が増大するからである。
さらに、アクチュエータを内側チューブの加圧直後から収縮しやすいものとすることが可能になる。というのも、アクチュエータの収縮は、内側チューブの径方向の膨張が外側スリーブによって長さ方向の収縮に変換されることによって生じるところ、内側チューブを予め長さ方向に伸長させた状態としておくことで、加圧開始直後の内側チューブが長さ方向よりも径方向に膨張しやすくすることができるからである。
さらにまた、非加圧時のアクチュエータを収縮しがちにしてコンパクトに収めることも可能になる。このため、アクチュエータを身体支援装置に好適に用いることが可能になる。例えば、図4に示すように、アクチュエータ10を股関節用の身体支援装置100として用いる場合を想定すると、内側チューブを長さ方向に伸長させた状態で外側スリーブに固定する構成を採用していない場合には、支援装置100の装着者200が着席した状態(内側チューブの非加圧時)において、アクチュエータ10が大きく余った状態となりやすい(図4(b)の破線部Aを参照)のに対し、内側チューブを長さ方向に伸長させた状態で外側スリーブに固定する構成を採用した場合には、装着者200が着席した状態(内側チューブの非加圧時)において、アクチュエータ10の余りを小さく抑えることが可能になる。
このように、内側チューブを長さ方向に伸長させた状態で外側スリーブに固定する構成を採用すると、様々な効果が奏されるようになるが、当該構成は、内側チューブを伸びやすい材料で形成したことによって採用することが可能になったものである。従来のマッキベン型のアクチュエータのように、内側チューブが伸びにくい(硬い)材料で形成されている場合に、内側チューブを長さ方向に伸長させた状態で外側スリーブに固定すると、内側チューブが自然長状態に戻ろうとする力が強くなりすぎ、非加圧時のアクチュエータが歪な形態になってしまう。また、非加圧時のアクチュエータに大きな収縮力が生じるようになり、身体支援装置に用いた場合に装着者が強い拘束感を感じるようになる。
本発明のアクチュエータと、
アクチュエータを身体における所定部位に取り付けるためのアクチュエータ装着部材と、
アクチュエータの内側チューブを加圧するための内側チューブ加圧手段と、
を備えたことを特徴とする身体支援装置。
を提供することによっても解決される。
これにより、装着者が拘束感を感じにくく快適に使用することができる身体支援装置を提供することが可能になる。
本発明のアクチュエータの好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図1は、本発明のアクチュエータ10を示した一部破断側面図である。図2は、図1のアクチュエータ10の動作を説明する一部破断側面図である。図2(a)は、内側チューブ11が非加圧状態にあるときの様子を、図2(b)は、内側チューブ11が加圧状態にあるときの様子を示している。図1及び図2におけるアクチュエータ10は、その中心線よりも一側を断面で示している。
内側チューブ11は、図1に示すように、その内部が中空に形成された筒状部材となっている。内側チューブ11の内部空間は、流体を受容するための流体受容部11aとなっている。内側チューブ11の両端部(両側の開口端部)には、封止部材13,14が嵌め込まれている。一方の封止部材13には、貫通孔13aが設けられており、流体移送管40の一端部が接続されている。流体移送管40の他端部(内側チューブ11に接続された側の端部とは反対側の端部)には、図示省略の内側チューブ加圧手段が接続される。内側チューブ加圧手段としては、人力駆動式のポンプや電動式のポンプ等が例示される。内側チューブ加圧手段を駆動すると、内側チューブ加圧手段から、流体移送管40の内部と封止部材13の貫通孔13aとを通じて、内側チューブ11の流体受容部11aに、流体が供給され、内側チューブ11が加圧されるようになっている。
外側スリーブ12は、図1に示すように、内側チューブ11の外面を覆う筒状部材となっている。この外側スリーブ12は、内側チューブ11の膨張を規制することにより、アクチュエータ10に所望の動作を行わせるものとなっている。すなわち、外側スリーブ12は、内側チューブ11の径方向の膨張を長さ方向の収縮に変換することで、アクチュエータ10を収縮させる機能を有している。外側スリーブ12は、そのような機能を発揮できるのであれば、その具体的な構造を限定されない。本実施態様のアクチュエータ10においては、非伸縮性の第一線材12aと非伸縮性の第二線材12bとを交差させた状態に織って(網状に織って)チューブ状に形成したものを、外側スリーブ12として用いている。外側スリーブ12における第一線材12aと第二線材12bとの交差角度θは、図2に示すように、外側スリーブ12の形態に応じて変化するようになっている。このため、第一線材12aと第二線材12bは伸縮できなくても、第一線材12aと第二線材12bとの交差角度θが変化することで、外側スリーブ12全体としては伸縮することができるようになっている。外側スリーブ12は、径方向に膨張する際には長さ方向に収縮し、長さ方向に膨張する際には径方向に収縮するようになっている。
本発明のアクチュエータ10の動作について説明する。内側チューブ11の非加圧時においては、図2(a)に示すように、アクチュエータ10は、細く長い形態となっている。この非加圧状態から、内側チューブ11の流体受容部11aに流体を供給して内側チューブ11を加圧すると、流体受容部11aの内部圧力が増加して、内側チューブ11が膨張を始める。このとき、内側チューブ11は、主として径方向に膨張し始める。というのも、内側チューブ11のように細長い管状のものは、その内部圧力が高まり始めた直後は、長さ方向よりも径方向に膨張しやすい傾向があると考えられるからである。本実施態様のアクチュエータ10においては、上記のように、内側チューブ11を予め伸長させている(内側チューブ11を伸長させた状態で外側スリーブ12に固定している)ため、径方向に膨張しやすい傾向がより強められている。
続いて、本発明の身体支援装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図3は、本発明のアクチュエータ10を用いた身体支援装置100の一例を示した図である。図4は、図3に示した身体支援装置100の動作を説明する図である。図4(a)は、身体支援装置100の装着者200が起立しているときの様子を、図4(b)は、身体支援装置100の装着者200が着席しているときの様子を示している。
11 内側チューブ
11a 流体受容部
12 外側スリーブ
12a 第一線材
12b 第二線材
13 封止部材
13a 貫通孔
14 封止部材
16 固定バンド
17 固定バンド
20 アクチュエータ装着部材
21 腰用装着部材
22 膝用装着部材
30 足踏み式ポンプ(内側チューブ加圧手段)
40 流体移送管
100 身体支援装置
200 装着者
Claims (7)
- 加圧すると膨張する内側チューブと、
内側チューブの外面を覆って内側チューブの膨張を規制する外側スリーブと、
で構成され、
内側チューブの径方向の膨張が外側スリーブによって長さ方向の収縮に変換されるようにしたアクチュエータであって、
内側チューブが、伸び率100%以上の弾性材料によって形成されており、
内側チューブが長さ方向に伸長された状態で、内側チューブの長さ方向両端部が、外側スリーブの長さ方向両端部に固定されており、
自然長状態において、内側チューブは外側スリーブの内径よりも大きな外径を有する形状であり、
非加圧時において内側チューブの外周面は外側スリーブに密着し、
非加圧時においてアクチュエータは収縮しがちな形状であるアクチュエータ。 - 内側チューブが、伸び率200%以上の弾性材料によって形成された請求項1記載のアクチュエータ。
- 内側チューブが、エラストマーの発泡体によって形成された請求項1又は2記載のアクチュエータ。
- 非加圧時における内側チューブの外周面が、外側スリーブの内周面に密着した状態とされた請求項1〜3いずれか記載のアクチュエータ。
- 請求項1〜4いずれか記載のアクチュエータと、
アクチュエータを身体における所定部位に取り付けるためのアクチュエータ装着部材と、
アクチュエータの内側チューブを加圧するための内側チューブ加圧手段と、
を備えたことを特徴とする身体支援装置。 - 内側チューブ加圧手段が、人力で駆動されるものとされた請求項5記載の身体支援装置。
- 加圧すると膨張する内側チューブと、
内側チューブの外面を覆って内側チューブの膨張を規制する外側スリーブとを有するアクチュエータの製造方法であり、
前記アクチュエータは、内側チューブの径方向の膨張が外側スリーブによって長さ方向の収縮に変換されるようにしたものであり、
内側チューブが、伸び率100%以上の弾性材料によって形成されており、
内側チューブが長さ方向に伸長された状態で、内側チューブの長さ方向両端部を、外側スリーブの長さ方向両端部に固定し、
前記内側チューブとして、内側チューブを外側チューブに挿入する前の自然長状態において、内側チューブの外径が外側スリーブの内径よりも大きな形状のものを使用し、
製造されるアクチュエータは、非加圧時において内側チューブの外周面は外側スリーブに密着し、非加圧時においてアクチュエータは収縮しがちな形状であるアクチュエータの製造方法。
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