JP6842894B2 - 圧力式アクチュエーター、圧力式アクチュエーターの製造方法及び腰部補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、腰部補助装置等の各種の補助装置を駆動させるのに用いる圧力式アクチュエーター、その製造方法及びこのような圧力式アクチュエーターを用いた腰部補助装置に関するものである。特に、空気等の流体の圧力を利用して作動用部材を移動させるようにした圧力式アクチュエーターにおいて、各種の補助装置等を駆動させるにあたり、小型であっても作動用部材を移動させる距離を大きくして、大きな力を得られるようにした点に特徴を有するものである。

近年、腰部補助装置等の各種の補助装置が開発されており、このような補助装置を駆動させるのに、例えば、特許文献１、２等に示されるように、モーター等の回転装置による回転をギア等に伝達させて駆動力を得るようにしたものや、特許文献３に示されるように、圧力式アクチュエーターを用いて駆動力を得るようにしたものが示されている。

ここで、特許文献３に示される圧力式アクチュエーターにおいては、同文献の段落［００４１］，［００４２］、図４（Ａ），（Ｂ）等に示されるように、インナーチューブＩＣと、インナーチューブＩＣを覆う網状の被覆体であるメッシュスリーブＭＳとを備えた膨張収縮体を用い、インナーチューブＩＣ内に空気を供給して、インナーチューブＩＣを膨張させ、メッシュスリーブＭＳにより圧力式アクチュエーターＡＣ全体の長さを縮小させるようにしている。

しかし、このようにインナーチューブＩＣを膨張させ、メッシュスリーブＭＳにより圧力式アクチュエーターＡＣ全体の長さを縮小させる場合、これによって全体の長さを十分に調整することは非常に困難であり、広い範囲で長さの調整を行うためには、圧力式アクチュエーターＡＣが大型化するという問題があった。

特開２０１５−２２１１３９号公報 特開２０１６−３６９０２号公報 特開２０１３−７５０７８号公報

本発明は、空気等の流体の圧力を利用して作動用部材を移動させるようにした圧力式アクチュエーターにおいて、各種の補助装置等を駆動させるにあたり、小型であっても作動用部材の移動距離を大きくして、且つ大きな力を得られるようにすることを課題とするものである。

本発明に係る圧力式アクチュエーターにおいては、前記のような課題を解決するため、気密性を有し、その一端が内側に折り返されて２重になる筒状体と、前記筒状体の折り返された一端に取り付けられて、折り返し側の反対方向に延びる長尺状の作動用部材と、前記の作動用部材の挿通部を有し、前記の筒状体の他端側の端部を開口させた状態で取り付けられた閉塞用部材と、前記の筒状体の内部に連通する流体給排気手段とから成るようにした。

また、本発明に係る圧力式アクチュエーターの製造方法においては、気密性を有する筒状体の一端側の端部を筒状体の内周側に折り返して筒状体を２重にし、折り返された筒状体の一端側の端部を閉塞するようにして、長尺状の作動用部材をこの筒状体の一端側の端部に取り付ける一方、この筒状体の他端側の端部を開口させた状態で閉塞用部材に固定させ、前記の作動用部材を前記の筒状体の他端側の端部における閉塞用部材に設けられた挿通部を通して折り返し側と反対側に延出させると共に、前記の筒状体にその内部へ流体の導入と排気とを行う流体給排気手段を設けるようにした。

そして、本発明における前記の圧力式アクチュエーターにおいては、前記の流体給排気手段を通して流体を折り返されて２重になった筒状体の内部に導入させて、折り返された筒状体の一端側の端部と共に前記の作動用部材を折り返し側に移動させる一方、前記の流体給排気手段を通して前記筒状体の内部に導入された流体を排気させて、折り返された筒状体の一端側の端部と共に前記の作動用部材を折り返し側と反対側に移動させて筒状体を２重になるようにする。このようにすると、折り返された筒状体の一端側の端部と一緒に移動される作動用部材の移動量が、折り返された筒状体の先端部の移動量の約２倍になり、圧力式アクチュエーターが小型であっても作動用部材を移動させる距離を大きくすることができる。また、筒状体の内部に導入する流体の圧力によって折り返された筒状体の先端部が進行するので、小型のアクチュエーターであっても、筒状体の内部の圧力を調整することで筒状体の一端に取り付けられた作動用部材に必要な大きな力を与えることができる。

本発明に係る腰部補助装置においては、前屈・起立動作を補助するのに前記のような圧力式アクチュエーターを用いるようにした。

そして、本発明における前記の腰部補助装置においては、前記の圧力式アクチュエーターの２重になる筒状体および閉塞用部材を人の背部または下半身に装着させる装着部を設けると共に、前記の作動用部材の自由端を人の下半身または背部に固定する固定部を設けるようにした。

そして、前記の腰部補助装置においては、前記の装着部により圧力式アクチュエーターを背部に装着させ、前屈時には、前記の流体給排気手段を通して折り返された筒状体の内部における流体を排気させつつ、前記の作動用部材を折り返し側と反対側に移動させて、閉塞用部材の挿通部から延出している作動用部材を長くする一方、起立時には、前記の流体給排気手段を通して折り返されて２重になった筒状体の内部に流体を導入させ、前記の作動用部材を折り返し側に移動させて、閉塞用部材の挿通部から延出している作動用部材を短くするようにした。

このようにすると、特に人の動作に補助を要する、前屈状態から荷物を持った状態で起立する場合等において、流体給排気手段を通して折り返されて２重になった筒状体の内部に流体を導入させ、前記の作動用部材を折り返し側に移動させて、閉塞用部材の挿通部から延出している作動用部材を短くすることにより、小さな圧力式アクチュエーターであっても、作動用部材の移動距離を十分に大きくすることができる。また、筒状体の内部に導入する流体の圧力によって作動用部材に大きな力を作用させることができるようになる。

一方、起立から前屈状態へ移行する場合においては、人の背部から下半身にかけての背筋ラインの筋肉が２０〜４０％ほど伸びる現象を利用して、作動用部材が引き出されることとなる。そして、作動用部材の引き出しによって、筒状体の全長が短くなるように筒状体の一端が折り返されて筒状体が２重になると共に、筒状体内部の流体が流体給排気手段から排気される。この動作においては、筒状体が気密性を有することから、筒状体の内部に一定の圧力を保持しながら筒状体の折り返しが整然と進行することとなり、折り返し形状を正しく保持することができる。さらに、筒状体の内部の圧力がブレーキ作用として働き、起立から前屈状態へ一気に移行することがなく、人の腰部に大きな負担が加わりにくい。

本発明に係る圧力式アクチュエーターにおいては、前記のように流体給排気手段を通して流体を折り返されて２重になった筒状体の内部に導入させて、折り返された筒状体の一端側の端部と共に前記の作動用部材を折り返し側に移動させる一方、前記の流体給排気手段を通して筒状体の内部に導入された流体を排気させつつ、折り返された筒状体の一端側の端部と共に前記の作動用部材を折り返し側と反対側に移動させて筒状体を２重になるようにしたため、折り返された筒状体の一端側の端部と一緒に移動される作動用部材の移動量が、折り返された筒状体の先端部の移動量の約２倍になり、圧力式アクチュエーターが小型であっても、作動用部材を移動させる距離を大きくすることができる。また、筒状体の内部に導入する流体の圧力によって折り返された筒状体の先端部が進行するので、小型のアクチュエーターであっても、筒状体の内部の圧力を調整することで筒状体の一端に取り付けられた作動用部材に必要な大きな力を与えることができる。

この結果、本発明に係る圧力式アクチュエーターを前屈・起立動作を補助する腰部補助装置に用いると、小さな圧力式アクチュエーターであっても、作動用部材を移動させる距離を大きくして、大きな力を作用させることができるようになる。

本発明の実施形態に係る圧力式アクチュエーターを示し、（Ａ）は、流体給排気手段を通して折り返された筒状体の内部における流体を排気させつつ、作動用部材を折り返された筒状体の一端側の端部と一緒に折り返し側と反対側に移動させて、閉塞用部材の挿通部から延出している作動用部材を長くした状態を示した概略断面説明図、（Ｂ）は、流体給排気手段を通して折り返された筒状体の内部に流体を導入させ、作動用部材を折り返された筒状体の一端側の端部と一緒に折り返し側に移動させて、閉塞用部材の挿通部から延出している作動用部材を短くした状態を示した概略断面説明図である。 前記の実施形態に係る圧力式アクチュエーターを背部に装着させた腰部補助装置において、前記の図１（Ａ）に示したように、流体給排気手段を通して折り返された筒状体の内部における流体を排気させつつ、閉塞用部材の挿通部から延出している作動用部材を長くし、起立した状態から荷物を持ち上げる前の前屈状態を示した概略斜視図である。 前記の実施形態に係る圧力式アクチュエーターを背部に装着させた腰部補助装置において、前記の図１（Ｂ）に示したように、流体給排気手段を通して折り返された筒状体の内部に流体を導入させ、閉塞用部材から延出している作動用部材を短くして、前屈した状態から荷物を持ち上げて起立する状態を示した概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る圧力式アクチュエーター及び腰部補助装置を添付図面に基づいて具体的に説明する。なお、本発明に係る圧力式アクチュエーター及び腰部補助装置は、下記の実施形態に示したものに限定されず、発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施できるものである。

この実施形態における圧力式アクチュエーター１０においては、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、気密性を有する筒状体１１の一端側の端部１１ｂを筒状体１１の内周側に折り返して２重になるようにし、この折り返された筒状体１１の一端側の端部１１ｂを閉塞するようにして、長尺状になった作動用部材１４の一端側を筒状体１１の一端側の端部１１ｂに取り付ける一方、この筒状体１１の他端側の端部１１ａを開口させた状態で、閉塞用部材１２の外周側に固定部材１３によって固定させ、この作動用部材１４を筒状体１１の他端側の端部１１ａが取り付けられた前記の閉塞用部材１２に導くようにしている。

また、このように閉塞用部材１２に導かれた作動用部材１４の他端側を、閉塞用部材１２の中央部に設けられた挿通部１２ａを通して、折り返された筒状体１１の内部から外部に延出させると共に、前記の閉塞用部材１２に、折り返された筒状体１１の内部に対する流体の導入と排気とを行う流体給排気孔１２ｂを設け、この流体給排気孔１２ｂに、筒状体１１の内部に流体の導入と排気の通路となる流体案内管１５を取り付けている。そして図示してはいないが、流体案内管１５は三方バルブを介して小型コンプレッサーと連結され、流体給排気手段を構成している。なお、流体給排気孔１２ｂは筒状体１１の内部に折り返されない箇所に設けても構わない。

そして、この実施形態における圧力式アクチュエーター１０において、図１（Ａ）に示すように、折り返された筒状体１１の内部における流体を、流体給排気孔１２ｂに取り付けられた流体案内管１５を通して外部に排気可能な状態にすると、作動用部材１４を折り返された筒状体１１の一端側の端部１１ｂと一緒に折り返し側と反対側に移動可能な状態となる。したがって、外部から加わる力を作動用部材１４へ伝えることによって、筒状体１１の内部における流体を流体案内管１５を通して外部に排気させつつ、前記の閉塞用部材１２に設けられた挿通部１２ａを通して延出している作動用部材１４を長くすることができる。

また、図１（Ａ）の状態から、図１（Ｂ）に示すように、流体案内管１５を通して外部から流体を折り返されて２重になった筒状体１１の内部に導入すると、作動用部材１４が折り返された筒状体１１の一端側の端部１１ｂと一緒に折り返し側に移動されて、前記の閉塞用部材１２に設けられた挿通部１２ａを通して延出している作動用部材１４が短くなる。

そして、前記のように折り返された筒状体１１の内部における流体を外部に排気させたり、また外部から流体を折り返された筒状体１１の内部に導入させたりして、折り返された筒状体１１の一端側の端部１１ｂと一緒に閉塞用部材１２に設けられた挿通部１２ａを通して延出される作動用部材１４を移動させるようにした場合、作動用部材１４が移動される量Ｌ２が、折り返された筒状体１１の先端部が移動される量Ｌ１の約２倍（Ｌ２＝２・Ｌ１）になり、圧力式アクチュエーター１０が小型であっても、作動用部材１４を移動させて動作させる距離を大きくすることができる。

次に、前記のような圧力式アクチュエーター１０を前屈・起立動作を補助する腰部補助装置２０に用いた実施形態を、図２及び図３に基づいて説明する。

ここで、この実施形態における腰部補助装置２０においては、前記の圧力式アクチュエーター１０を袋体２１内に収容させると共に、袋体２１の下部から圧力式アクチュエーター１０における前記の作動用部材１４と流体案内管１５とを延出させている。

また、この腰部補助装置２０における前記の袋体２１を人体Ｐの背部Ｐａに装着させるにあたっては、前記の袋体２１の上部側に袋体２１を人体Ｐの背部Ｐａに装着させる装着部２２を設けると共に、前記の袋体２１の下部から延出された前記の圧力式アクチュエーター１０における作動用部材１４の自由端に、連結部材２３を介して下半身に固定する脚装着用ベルト（固定部）２４を設け、各脚装着用ベルト２４をそれぞれ人体Ｐの脚部Ｐｂに装着させるようにしている。

ここで、この実施形態における腰部補助装置２０において、例えば、図２に示すような前屈姿勢になって荷物Ｗを持ち上げるような場合には、先ず、前記の図１（Ａ）に示したように、折り返された筒状体１１の内部における流体を、前記の流体案内管１５を通して外部に排気可能な状態とする。

次いで人の動作に伴い、作動用部材１４が折り返された筒状体１１の一端側の端部１１ｂと一緒に折り返し側と反対側に移動して、折り返された筒状体１１の内部における流体を前記の流体案内管１５を通して外部に排気する。

以上の動作により、前記の閉塞用部材１２における挿通部１２ａを通して延出している作動用部材１４が長くなる。

そして、図２に示すように前屈姿勢で荷物Ｗを保持した状態から、図３に示すように荷物Ｗを持ち上げて起立する場合には、前記の図１（Ｂ）に示したように、前記の流体案内管１５を通して、外部から流体を前記の折り返されて２重になった筒状体１１の内部に導入させ、作動用部材１４を折り返されて２重になった筒状体１１の一端側の端部１１ｂと一緒に折り返し側に移動させて、閉塞用部材１２における挿通部１２ａを通して延出していた作動用部材１４を短くする。

このようにすると、図３に示すように、この作動用部材１４と連結部材２３を介して取り付けられた脚装着用ベルト２４が作動用部材１４によって引き上げられて、荷物Ｗを持ち上げて起立する動作が簡単に行えるようになる。

また、この実施形態における腰部補助装置２０においては、前記のように小型であっても、作動用部材１４を移動させて動作させる距離を大きくすることができる圧力式アクチュエーター１０を用いているため、この腰部補助装置２０を簡単に小型化することができるようになる。

１０ ：圧力式アクチュエーター
１１ ：筒状体
１１ａ ：筒状体の他端側（閉塞用部材側）の端部
１１ｂ ：筒状体の一端側（折り返し側）の端部
１２ ：閉塞用部材
１２ａ ：挿通部
１２ｂ ：流体給排気孔
１３ ：固定部材
１４ ：作動用部材
１５ ：流体案内管（流体給排気手段）
２０ ：腰部補助装置
２１ ：袋体
２２ ：装着部
２３ ：連結部材
２４ ：脚装着用ベルト（固定部）
Ｐ ：人体
Ｐａ ：背部
Ｐｂ ：脚部
Ｗ ：荷物

Claims (4)

1. 気密性を有し、その一端が内側に折り返されて２重になる筒状体と、
   前記筒状体の折り返された一端に取り付けられて、折り返し側の反対方向に延びる長尺状の作動用部材と、
   前記の作動用部材の挿通部を有し、前記の筒状体の他端側の端部を開口させた状態で取り付けられた閉塞用部材と、
   前記の筒状体の内部に連通する流体給排気手段とから成ることを特徴とする圧力式アクチュエーター。
2. 気密性を有する筒状体の一端側の端部を筒状体の内周側に折り返して筒状体を２重にし、折り返された筒状体の一端側の端部を閉塞するようにして、長尺状の作動用部材をこの筒状体の一端側の端部に取り付ける一方、この筒状体の他端側の端部を開口させた状態で閉塞用部材に固定させ、前記の作動用部材を前記の筒状体の他端側の端部における閉塞用部材に設けられた挿通部を通して折り返し側と反対側に延出させると共に、前記の筒状体にその内部へ流体の導入と排気とを行う流体給排気手段を設けたことを特徴とする圧力式アクチュエーターの製造方法。
3. 前屈・起立動作を補助する腰部補助装置において、請求項１に記載の圧力式アクチュエーターを用いたことを特徴とする腰部補助装置。
4. 請求項３に記載の腰部補助装置において、前記の圧力式アクチュエーターの２重になる筒状体および閉塞用部材を人の背部または下半身に装着させる装着部を設けると共に、前記の作動用部材の自由端を人の下半身または背部に固定する固定部を設けた、ことを特徴とする腰部補助装置。

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