JP6881805B2 - 補助装置及び義足 - Google Patents

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Description

本発明は、関節の動作を補助する補助装置、及びその補助装置を備えている義足に関する。
一般に、義足は、足の切断面に固定されるソケットと、ソケットの下端に接続される膝継手と、膝継手の下端に接続されて接地部分となる足部とから構成される(例えば、特許文献1参照)。このような義足は、体に装着するものであるので、体への負担を増加させたり義足自体が嵩張ったりすることがないよう、軽量化と小型化が極めて重要である。
国際公開第2018/087997号
しかしながら、従来の受動式の義足は、構造がシンプルで棒状のようなものが多く、機能が限られている。また、従来の受動式の義足は、人間の足の曲線やふくらはぎの形状を模倣できていないため、デザイン性が悪いという問題がある。特に、バッテリや、モータと基板を含む電気部品を要する動力付きの義足の場合、部品数が多いため、義足全体として重くなりがちである。このため、軽量化と小型化が極めて重要である。その上、義足においては、人間の足の曲線を模倣するデザイン性も重要視される。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、軽量化と小型化を実現させると共に、デザイン性を向上させることができる補助装置及び義足を提供することを目的とする。
(1)本発明は、関節の動作を補助する補助装置であって、モータによって回転するねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換するボールねじと、前記ねじ軸の下方を回転可能に支持する下支持部材を有している骨組と、前記ねじ軸と同軸に設けられ、前記ナットと共に前記ねじ軸に沿って移動する直動部材と、前記ナットと前記直動部材との間に介在するように前記ねじ軸と同軸に設けられた第1弾性部材と、前記直動部材と前記下支持部材との間に介在するように前記ねじ軸と同軸に設けられた第2弾性部材と、前記直動部材の直線運動を回転運動に変換するクランク機構と、を備えている補助装置である。
本発明によれば、第1弾性部材及び第2弾性部材をねじ軸と同軸に設けているので、部品を配置する空間を小さくることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、本発明によれば、軽量化と小型化を実現させたことで、デザイン性を有する外装部品を配置することができ、ひいては、デザイン性を向上させることができる。
(2)本発明はまた、接地部分となる足部をさらに備え、前記クランク機構は、一端が前記直動部材の下方に相対回転可能に取り付けられ、他端が前記足部に相対回転可能に取り付けられている連結ロッドと、前記下支持部材に前記足部を相対回転可能に取り付けている回転軸と、を有している上記(1)に記載の補助装置である。
)本発明はまた前記直動部材は、前記ナットと、前記第1弾性部材と、内蔵しているシリンダであり、前記第1弾性部材は、前記ナットの上方及び下方の少なくとも一方に配置され、前記第2弾性部材は、前記直動部材の下方に配置されている上記(1)又は記載の補助装置である。
本発明によれば、足を背屈した際、クランク機構によって直動部材が下方に移動し、第2弾性部材が収縮するので、クランク機構を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータと減速機構等を保護できる。また、足を蹴り出した際に、収縮した第2弾性部材が復元する際に発生させる復元力が、足部の蹴り出し動作を支援する。このため、モータの出力を抑えることができ、低出力のモータで必要な動力を得ることができるので、モータを小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、本発明によれば、モータの動作とは無関係に、クランク機構に繋がっている足部が動作する時に、第1弾性部材収縮することで、クランク機構を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータと減速機構等を保護できる。また、本発明によれば、収縮した第1弾性部材復元する際に発生させる復元力が、足部の動作を支援する。このため、低出力のモータで必要な動力を得ることができるので、モータを小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
)本発明はまた前記骨組に着脱可能に取り付けられるカバー備えている上記(1)〜()のいずれかに記載の補助装置である。
本発明によれば、使用する人や状況に応じたデザイン性を有するカバー(例えば、人間の曲線を模倣した外装構造を有するカバー)を取り付けることで、使用する人や状況に応じたデザイン性を確保することができる。
)本発明はまた、前記骨組は前記ねじ軸の上方を回転可能に支持する上支持部材と、前記下支持部材と前記上支持部材とを連結するように前記ねじ軸の前方に設けられた第1支柱と、を有し、前記補助装置は、前記第1支柱に沿って設けられ、前記直動部材の移動を案内するレールと、前記直動部材に固定され、前記レールに沿ってスライドするガイドブロックと、を備えている上記()に記載の補助装置である。
本発明によれば、上下一対の支持部材と第1支柱で骨組を構成しているので、骨組自体を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、本発明によれば、直動部材の移動を案内するレールを備えているので、直動部材を滑らかに移動させることができる。
)本発明はまた、前記モータは、前記ねじ軸の後方に設けられ、前記骨組は、前記下支持部材と前記上支持部材とを連結するように前記ねじ軸又は前記モータの左方及び右方に設けられた左右一対の第2支柱を有している上記()に記載の補助装置である。
本発明によれば、骨組として第1支柱と左右一対の第2支柱を有しているので、第1支柱と共に左右一対の第2支柱で使用する人の体重をしっかりと支えることができる。
)本発明はまた前記カバーは、前記上支持部材の上方から被せられて前記下支持部材の下方まで巻かれているように設けられ、弾性及び防水性を有している上記()又は()に記載の補助装置である。
本発明によれば、弾性及び防水性を有しているカバーで内部を保護することができる。
(8)本発明はまた、足関節の動作を補助する補助装置であって、モータによって回転するねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換するボールねじと、前記ねじ軸の下方を回転可能に支持する下支持部材を有している骨組と、前記ねじ軸と同軸に設けられ、前記ナットと共に前記ねじ軸に沿って移動する直動部材と、前記直動部材と前記下支持部材との間に介在するように前記ねじ軸と同軸に設けられた弾性部材と、前記直動部材の直線運動を回転運動に変換するクランク機構と、を備えている補助装置である。
本発明によれば、弾性部材をねじ軸と同軸に設けているので、部品を配置する空間を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、本発明によれば、軽量化と小型化を実現させたことで、デザイン性を有する外装部品を配置することができ、ひいては、デザイン性を向上させることができる。
また、本発明によれば、足を背屈した際、クランク機構によって直動部材が下方に移動し、弾性部材が収縮するので、クランク機構を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータと減速機構等を保護できる。また、足を蹴り出した際に、収縮した弾性部材が復元する際に発生させる復元力が、足部の蹴り出し動作を支援する。このため、モータの出力を抑えることができ、低出力のモータで必要な動力を得ることができるので、モータを小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
(9)本発明はまた、前記モータの回転速度を減速して前記モータの動力を前記ボールねじに伝達する減速機構を備え、前記減速機構は、前記モータの駆動軸に固定されている小プーリと、前記ねじ軸に固定されていて、前記小プーリと比較して大きい径を有している大プーリと、前記小プーリ及び前記大プーリに引っ掛けられていて、前記小プーリが回転することで走行して前記大プーリを回転させる環状ベルトと、を有している上記(1)〜(8)のいずれかに記載の補助装置である。
本発明によれば、減速機構を備えているので、モータのトルクを減速機構で増大させてボールねじに伝達させることができる。このため、低出力のモータで必要なトルクを得ることができるので、モータを小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
(10)本発明はまた、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の補助装置を備えている義足である。
本発明によれば、軽量化と小型化を実現させると共にデザイン性を向上させた補助装置を備えているので、その補助装置を備えている義足としても、軽量化と小型化を実現させることができ、また、デザイン性を向上させることができる。
本発明の上記(1)〜(9)に記載の補助装置、並びに上記(10)に記載の義足によれば、軽量化と小型化を実現させることができ、また、デザイン性を向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係る膝継手の外観斜視図である。 図1に示す膝継手のカバー及びバッテリブロックを除した状態の外観斜視図である。 図1に示す膝継手の支柱、カバー及びバッテリブロックを除した状態の側面図である。 図1に示す膝継手の支柱、カバー及びバッテリブロックを除した状態の正面図である。 図4に示す矢印V−V方向に視た膝継手の断面図である。 図1に示す膝継手の基台下方付近で切断した断面を下方から視た横断面図である。 図1に示す膝継手の底面図である。 本発明の第2実施形態に係る足継手の外観斜視図である。 図8に示す足継手のカバーを除した状態の外観斜視図である。 図8に示す足継手の支柱及びカバーを除した状態の側面図である。 図8に示す足継手の支柱及びカバーを除した状態の正面図である。 図11に示す矢印XII−XII方向に視た足継手の断面図である。 図1に示す膝継手に第3弾性部材を付加した変形例における、支柱、カバー及びバッテリブロックを除した状態の側面図であり、(A)は膝関節を伸展させた状態を示し、(B)は膝関節を途中まで(約70°)屈曲させた状態を示し、(C)は膝関節を完全に屈曲させた状態を示す。 図1に示す膝継手における減速機構を変更した変形例の図であり、(A)は(B)に示す矢印XIVA−XIVA方向に視た断面図であり、(B)は減速機構よりも下方の部品を除した状態の底面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る膝継手1及び足継手2について詳細に説明する。
[第1実施形態]まず、図1〜図7を用いて、第1実施形態に係る膝継手1の構成について説明する。図1は、膝継手1の外観斜視図である。図2は、膝継手1のカバー10a,10b及びバッテリブロック18を除した状態の外観斜視図である。図3は、膝継手1の支柱102,103,104、カバー10a,10b及びバッテリブロック18を除した状態の側面図である。図4は、膝継手1の支柱102,103,104、カバー10a,10b及びバッテリブロック18を除した状態の正面図である。図5は、図4に示す矢印V−V方向に視た膝継手1の断面図である。図6は、膝継手1の基台105下方付近で切断した断面を下方から視た横断面図である。図7は、膝継手1の底面図である。
図1〜図7に示す膝継手(補助装置)1は、足の切断面に固定されるソケット(図示省略)と、チューブと呼ばれる支持部(例えば、後述する支持部3(図12参照))と、足継手(例えば、後述する足継手2(図8〜図12参照))と、等と共に義足ALを構成し、膝関節の動作を補助する。この膝継手1は、ソケット(図示省略)の下端に接続されると共に、支持部(例えば、後述する支持部3(図12参照))を介して足継手(例えば、後述する足継手2(図8〜図12参照))に接続される。
具体的に、膝継手1は、骨組10と、モータ11と、減速機構12と、ボールねじ13と、直動部材14と、弾性部材15と、案内部材16と、クランク機構17と、バッテリブロック18と、等を備えている。
骨組10は、膝継手1の骨格を成していて、ボールねじ13を構成しているねじ軸130等を支持している。この骨格10は、当該骨格10自体に対し、着脱可能に上下一対のカバー10a,10bを取り付ける。具体的に、骨組10は、上下一対の支持部材100,101と、前方の第1支柱102と、左右一対の第2支柱103,104と、基台105と、前後左右の連結部材106,107,108,109と、等から構成されている。
上下一対の支持部材100,101は、互いに上下に対向するように互いに間隔を空けて設けられ、前方の第1支柱102及び左右一対の第2支柱103,104によって互いに連結されている。下支持部材100は、モータ11を構成しているモータ本体110を固定していると共に、ボールねじ13を構成しているねじ軸130の下方を回転可能に支持している。上支持部材101は、ボールねじ13を構成しているねじ軸130の上方を回転可能に支持していると共に、クランク機構17を構成しているジョイント172を回転軸174で相対回転可能に取り付けている。
前方の第1支柱102は、左右一対の第2支柱103,104と共に、上下一対の支持部材100,101を互いに連結している。この前方の第1支柱102は、左右一対の第2支柱103,104の各々と間隔を空けて、ボールねじ13を構成しているねじ軸130に沿って当該ねじ軸130の前方に設けられている。また、前方の第1支柱102は、その背面側に、案内部材16を構成しているレール160を固定している。
左右一対の第2支柱103,104は、前方の第1支柱102と共に上下一対の支持部材100,101を互いに連結している。これら左右一対の第2支柱103,104は、前方の第1支柱102と間隔を空けていると共に互いに間隔を空けて、ボールねじ13を構成しているねじ軸130に沿って当該ねじ軸13又はモータ11の左右に設けられている。
基台105は、下支持部材100と対向するように、下支持部材100との間に間隔を空けて下支持部材100の下方に設けられ、前後左右の連結部材の連結部材106,107,108,109によって下支持部材100に連結されている。この基台105は、その後方かつ上面にバッテリボックス18を着脱可能に取り付ける。また、基台105は、その下面にチューブ接続部105aを有している。チューブ接続部105aは、チューブと呼ばれる支持部(図示省略)と膝継手1とを接続するためのものである。このようなチューブ接続部105aは、ピラミッドコネクタとも呼ばれており、既存の手法を用いて、チューブと呼ばれる支持部3(図12参照)と接続できるようになっている。
前後左右の連結部材106,107,108,109は、下支持部材100と基台105との間に設けられていて、下支持部材100と基台105との間に間隔を空けるように、下支持部材100と基台105とを連結している。
上方のカバー10aは、骨格10に対して着脱可能に取り付けられて、膝継手1を前方から左右の両側方にわたって覆う。この上方のカバー10aは、左右の両側方における下端から内側に向かったフランジ(符号省略)を有していて、当該フランジに設けられているねじ孔(図示省略)を用いて、骨組10を構成している基台105にねじ留めされていることで、カバー10bと共締めされている。また、上方のカバー10aは、左右の両側方における上方寄りに設けられているねじ孔(符号省略)を用いて、骨組10を構成している上支持部材101の左方及び右方にねじ留めされている。
下方のカバー10bは、骨格10に対して着脱可能に取り付けられて、支持部3(図12参照)を前方から左右の両側方にわたって覆う。この下方のカバー10bは、左右の両側方における上端から内側に向かったフランジ(図示省略)を有していて、当該フランジに設けられているねじ孔(図示省略)を用いて、骨組10を構成している基台105にねじ留めされていることで、カバー10aと共締めされている。
モータ11は、膝継手1の動力源である。このモータ11は、骨組10における後方かつ下方に配置されている。すなわち、モータ11は、ねじ軸130の後方に設けられている。具体的に、モータ11は、モータ本体110と、駆動軸111と、等から構成されている。モータ本体110は、ボールねじ13を構成しているねじ軸130と駆動軸111が平行となるように、当該駆動軸111が下方に向いた姿勢で、骨組10を構成している下支持部材100における後方かつ上方に固定されている。駆動軸111は、骨組10を構成している下支持部材100を貫通していて、当該下支持部材100の下方に飛び出すように配置されている。
減速機構12は、モータ11の回転速度を減速してボールねじ13に伝達する。この減速機構12は、骨組10を構成している下支持部材100の下方に配置されている。具体的に、減速機構12は、小プーリ120と、大プーリ121と、環状ベルト122と、等から構成されている。
小プーリ120は、大プーリ121と比較して小さい径を有している。この小プーリ120は、モータ11を構成している駆動軸111に固定されていて、モータ11の回転によって回転する。また、小プーリ120は、大プーリ121と共に環状ベルト122を引っ掛けていて、小プーリ120自体が回転することでベルト122を走行させる。
大プーリ121は、小プーリ120と比較して大きい径を有している。この大プーリ121は、ボールねじ13を構成しているねじ軸130の下端に固定されていると共に、環状ベルト122を引っ掛けている。また、大プーリ121は、環状ベルト122が走行することで大プーリ121自体が回転し、大プーリ121自体が回転することでボールねじ13を構成しているねじ軸130を回転させる。
環状ベルト122は、小プーリ120及び大プーリ121に引っ掛けられている。この環状ベルト122は、小プーリ120が回転することで環状ベルト122自体が走行し、環状ベルト122自体が走行することで大プーリ121を回転させる。
ボールねじ13は、減速機構12によって伝達されたモータ11の回転運動を直線運動に変換する。このボールねじ13は、骨組10の内側に配置されている。具体的に、ボールねじ13は、ねじ軸130と、ナット131と、等を備えている。
ねじ軸130は、骨組10を構成している各支柱102,103,104と平行となるように当該各支柱102,103,104に沿って設けられ、下方が下支持部材100に回転可能に支持されていると共に、上方が上支持部材101に回転可能に支持されている。このねじ軸130は、ナット131を嵌め込んでいて、ねじ軸130自体が回転することでナット131を上下方向に移動させる。また、ねじ軸130は、直動部材14及び弾性部材15と同軸に配置されている。
ナット131は、ねじ軸130に嵌め込まれていて、ねじ軸130が回転することで上下方向に移動する。このナット131は、弾性部材15と共に直動部材14に内蔵されていて、ナット131自体が上下方向に移動することで弾性部材15を介して直動部材14を上下方向に移動させる。
直動部材14は、ボールねじ13を構成しているねじ軸130と同軸に設けられ、ボールねじ13を構成しているナット131と共にねじ軸130に沿って移動する。この直動部材14は、ボールねじ13を構成しているナット131と、弾性部材15と、を内蔵しているシリンダである。また、直動部材14は、その前方側に、案内部材16を構成しているガイドブロック161を固定していて、案内部材16を構成しているレール160に沿って移動する。また、直動部材14は、その上方に、クランク機構17を構成している連結ロッド170の一端を第1ピン171で相対回転可能に取り付けている。
弾性部材15は、ボールねじ13を構成しているナット131と直動部材14との間に介在するように、ボールねじ13を構成しているねじ軸130と同軸に設けられたコイルばねである。具体的に、弾性部材15は、第1弾性部材150と、第2弾性部材151と、を有している。
第1弾性部材150は、ボールねじ13を構成しているナット131の下方に配置されている。第2弾性部材151は、ボールねじ13を構成しているナット131の上方に配置されている。これらの第1弾性部材150と第2弾性部材151は、ボールねじ13を構成しているナット131と共に直動部材14に内蔵されている。
第1弾性部材150は、ボールねじ13を構成しているナット131が下方向に移動した場合に当該ナット131に押し下げられ、直動部材14を押し下げる。この時、第2弾性部材151は、直動部材14に押し下げられる。また、第1弾性部材150は、ナット131が移動することとは無関係に、外力によって直動部材14が上方向に移動した場合に、当該直動部材14を介して伝達される外力によって第1弾性部材150自体が収縮する。
第2弾性部材151は、ボールねじ13を構成しているナット131が上方向に移動した場合に当該ナット131に押し上げられ、直動部材14を押し上げる。この時、第1弾性部材150は、直動部材14に押し上げられる。また、第2弾性部材151は、ナット131が移動することとは無関係に、外力によって直動部材14が下方向に移動した場合に、当該直動部材14を介して伝達される外力によって第2弾性部材151自体が収縮する。
案内部材16は、骨組10を構成している前方の第1支柱102の背面に配置されていて、直動部材14の移動を案内する。具体的に、案内部材16は、レール160と、ガイドブロック161と、を有している。
レール160は、骨組10を構成している前方の第1支柱102の背面側に、当該第1支柱102に沿って固定されている。このレール160は、ガイドブロック161がスライド可能となるように当該ガイドブロック161と噛み合っていて、ガイドブロック161の移動を案内する。ガイドブロック161は、直動部材14の前方側に固定され、レール160に沿ってスライドする。このため、ガイドブロック161の移動を案内するレール160は、ガイドブロック161に固定されている直動部材14の移動を案内する。
クランク機構17は、骨組10の上方に配置されていて、直動部材14の直線運動を回転運動に変換し、足の切断面に固定されるソケット(図示省略)に伝達する。具体的に、クランク機構17は、連結ロッド170と、第1ピン171と、ジョイント172と、第2ピン173と、回転軸174と、等を備えている。
連結ロッド170は、その一端が直動部材14の上方に第1ピン171で相対回転可能に取り付けられ、その他端がジョイント172に第2ピン173で相対回転可能に取り付けられている。第1ピン171は、直動部材14の上方に連結ロッド170の一端を相対回転可能に取り付けている。
ジョイント172は、骨組10を構成している上支持部材101に回転軸174で相対回転可能に取り付けられていると共に、連結ロッド170を第2ピン173で相対回転可能に取り付けている。このジョイント172は、その上面にソケット接続部172aを有している。ソケット接続部172aは、足の切断面に固定されるソケット(図示省略)と膝継手1とを接続するためのものである。このソケット接続部172aは、クランク機構17によって回転運動することで、義足ALの伸展・屈曲の動作を実現する。このようなソケット接続部172aは、ピラミッドコネクタとも呼ばれており、既存の手法を用いて、足の切断面に固定されるソケット(図示省略)と接続できるようになっている。
第2ピン173は、ジョイント172に連結ロッド170を相対回転可能に取り付けている。回転軸174は、骨組10を構成している上支持部材101にジョイント172を相対回転可能に取り付けている。
バッテリボックス18は、膝継手1を含めた義足ALの電源である。このバッテリボックス18は、骨組10における後方かつ下方に配置されていて、人間のふくらはぎを模倣している。
次に、図5を用いて、膝継手1の動作を説明する。
まず、膝継手1がモータ11を駆動させた場合を説明する。モータ11が駆動することで、駆動軸111が回転する。駆動軸111が回転することで、駆動軸111と一体となって小プーリ120が回転する。小プーリ120が回転することで、環状ベルト122が走行する。環状ベルト122が走行することで、大プーリ121が回転する。大プーリ121が回転することで、大プーリ121と一体となってねじ軸130が回転する。
ねじ軸130が回転することで、当該ねじ軸130の回転方向に応じて、ナット131が下方向又は上方向に移動する。ナット131が下方向に移動する場合、ナット131と一体となって、第1弾性部材150及び第2弾性部材151と共に、直動部材14がレール160に沿って下方向に移動する。ナット131が上方向に移動する場合、ナット131と一体となって、第1弾性部材150及び第2弾性部材151と共に、直動部材14がレール160に沿って上方向に移動する。
直動部材14が下方向に移動する場合、連結ロッド170が下方向に移動する。直動部材14が上方向に移動する場合、連結ロッド170が上方向に移動する。連結ロッド170が下方向に移動する場合、膝関節が屈曲する方向にジョイント172が回転軸174を中心に回転する。連結ロッド170が上方向に移動する場合、膝関節が伸展する方向にジョイント172が回転軸174を中心に回転する。
続いて、膝継手1に外部から衝撃や負荷が加わった場合を説明する。膝関節が屈曲する方向に外部から衝撃や負荷が加わった場合、膝関節が屈曲する方向に、ジョイント172が回転軸174を中心に回転する。膝関節が伸展する方向に外部から衝撃が加わった場合、膝関節が伸展する方向に、ジョイント172が回転軸174を中心に回転する。膝関節が屈曲する方向にジョイント172が回転軸174を中心に回転する場合、連結ロッド170が下方向に移動する。膝関節が伸展する方向にジョイント172が回転軸174を中心に回転する場合、連結ロッド170が上方向に移動する。連結ロッド170が下方向に移動する場合、直動部材14が下方向に移動する。連結ロッド170が上方向に移動する場合、直動部材14が上方向に移動する。
直動部材14が下方向に移動する場合、第2弾性部材151が収縮する。直動部材14が上方向に移動する場合、第1弾性部材150が収縮する。収縮した第2弾性部材151が復元する場合、その際に発生する第2弾性部材151による復元力がジョイント172の回転動作を支援する。収縮した第1弾性部材150が復元する場合、その際に発生する第1弾性部材150による復元力がジョイント172の回転動作を支援する。
このように、膝継手1は、関節の動作を補助する補助装置であって、モータ11によって回転するねじ軸130の回転運動をナット131の直線運動に変換するボールねじ13と、ねじ軸130と同軸に設けられ、ナット131と共にねじ軸130に沿って移動する直動部材14と、ナット131と直動部材14との間に介在するようにねじ軸130と同軸に設けられた弾性部材15と、直動部材14の直線運動を回転運動に変換するクランク機構17と、を備えている。
このような膝継手1によれば、弾性部材15をねじ軸130と同軸に設けているので、部品を配置する空間を小さくしたり膝継手1全体を細くしたりすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、膝継手1によれば、軽量化と小型化を実現させたことで、デザイン性を有する外装部品を配置することができ、ひいては、デザイン性を向上させることができる。
また、膝継手1によれば、ナット131と直動部材14との間に弾性部材15を介在させているので、弾性部材15が製造誤差を吸収して、主に関節の動作中に、外部からの衝撃を吸収する役割が大きくなる。また、クランク機構17より直動部材14に横方向の力が働く時に、ナット131が上下に移動しなければならないが、膝継手1によれば、ナット131と直動部材14との間に弾性部材15を介在させているので、弾性部材15が横方向の力を吸収することで、直動部材14の円滑な移動を実現させることができる。これにより、ナット131への余計な力の働きを回避することができ、ひいては、ねじ軸130とナット131のロックの回避やナット131への負荷の軽減に繋げることができる。
また、膝継手1は、モータ11の回転速度を減速してモータ11の動力をボールねじ13に伝達する減速機構12を備え、減速機構12は、モータ11の駆動軸111に固定されている小プーリ120と、ねじ軸130に固定されていて、小プーリ120と比較して大きい径を有している大プーリ121と、小プーリ120及び大プーリ121に引っ掛けられていて、小プーリ120が回転することで走行して大プーリ121を回転させる環状ベルト122と、を有している。
このような膝継手1によれば、減速機構12を備えているので、モータ11のトルクを減速機構12で増大させてボールねじ13に伝達させることができる。このため、低出力のモータ11で必要なトルクを得ることができるので、モータ11を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、膝継手1によれば、小プーリ120が回転することで走行して大プーリ121を回転させる環状ベルト122を有しているので、ギアがかみ合って連動する場合と比較して、静音化を実現させることができる。
また、膝継手1は、弾性部材15として、ナット131の下方に配置されている第1弾性部材150と、ナット131の上方に配置されている第2弾性部材151と、を有し、直動部材14は、ナット131と、第1弾性部材150と、第2弾性部材151と、を内蔵しているシリンダである。
このような膝継手1によれば、モータ11の動作とは無関係に、クランク機構17に繋がっているジョイント172と、そのジョイント172のソケット接続部172aに繋がっているソケット(図示省略)が動作する時に、第1弾性部材150及び第2弾性部材151の一方が収縮するので、クランク機構17を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータ11と減速機構12等を保護できる。また、膝継手1によれば、収縮した第1弾性部材150又は第2弾性部材151が復元する際に発生させる復元力が、ジョイント172の回転動作を支援する。このため、低出力のモータ11で必要な動力を得ることができるので、モータ11を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、膝継手1は、ねじ軸130を支持する骨組10と、骨組10に着脱可能に取り付けられるカバー(図示省略)と、を備えている。
このような膝継手1によれば、使用する人や状況に応じたデザイン性を有するカバー(人間の曲線を模倣した外装構造を有するカバー)を取り付けることで、使用する人や状況に応じたデザイン性を確保することができる。
また、膝継手1において骨組10は、ねじ軸130の下方を回転可能に支持する下支持部材100と、ねじ軸130の上方を回転可能に支持する上支持部材101と、下支持部材100と上支持部材101とを連結するようにねじ軸130の前方に設けられた第1支柱102と、を有し、膝継手1は、第1支柱102に沿って設けられ、直動部材14の移動を案内するレール160と、直動部材14に固定され、レール160に沿ってスライドするガイドブロック161と、を備えている。
このような膝継手1によれば、上下一対の支持部材100,101と第1支柱102等で骨組10を構成しているので、骨組10自体を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、膝継手1によれば、直動部材14の移動を案内するレール160を備えているので、直動部材14を滑らかに移動させることができる。
また、膝継手1においてモータ11は、ねじ軸130の後方に設けられ、骨組10は、下支持部材100と上支持部材101とを連結するようにねじ軸130又はモータ11の左方及び右方に設けられた左右一対の第2支柱103,104を有している。
このような膝継手1によれば、骨組10として第1支柱102と左右一対の第2支柱103,104を有しているので、第1支柱102と共に左右一対の第2支柱103,104で使用する人の体重をしっかりと支えることができる。
また、膝継手1において骨組10は、下支持部材100と対向するように当該下支持部材100の下方に設けられ、当該下支持部材100に連結されている基台105を有し、カバー10a,10bは、上支持部材101の左方及び右方に取り付けられると共に、基台105の下方又は上方に取り付けられる。
このような膝継手1によれば、カバー10a,10bが上支持部材101の左方及び右方に取り付けられるので、使用する人が膝を突いた時にカバー10a,10bが受ける左右方向の力を受け止めることができる。また、膝継手1によれば、カバー10a,10bが基台105の下方又は上方に取り付けられるので、カバー10a,10bが受ける上下方向の力を受け止めることができる。
また、義足ALは、このような膝継手1を備えている。
このような義足ALによれば、軽量化と小型化を実現させると共にデザイン性を向上させた膝継手1を備えているので、その膝継手1を備えている義足ALとしても、軽量化と小型化を実現させることができ、また、デザイン性を向上させることができる。
[第2実施形態]次に、図8〜図12を用いて、第2実施形態に係る足継手2の構成について説明する。図8は、足継手2の外観斜視図である。図9は、足継手2のカバー20aを除した状態の外観斜視図である。図10は、足継手2の支柱202,203及びカバー20aを除した状態の側面図である。図11は、足継手2の支柱202,203及びカバー20aを除した状態の正面図である。図12は、図11に示す矢印XII−XII方向に視た足継手2の断面図である。
図8〜図12に示す足継手(補助装置)2は、足の切断面に固定されるソケット(図示省略)と、膝継手(例えば、前述の膝継手1(図1〜図7参照))と、チューブと呼ばれる支持部3と、等と共に義足ALを構成し、足関節の動作を補助する。この足継手2は、支持部3を介して膝継手(例えば、膝継手1(図1〜図7参照))に接続される。
具体的に、足継手2は、骨組20と、モータ21と、減速機構22と、ボールねじ23と、直動部材24と、第1弾性部材250と、第2弾性部材251と、案内部材26と、クランク機構27と、足部28と、等を備えている。
骨組20は、足継手2の骨格を成していて、ボールねじ23を構成しているねじ軸230等を支持している。この骨格20は、当該骨格20自体に対し、着脱可能にカバー20aを取り付ける。具体的に、骨組20は、上下一対の支持部材200,201と、前方の第1支柱202と、左方の第2支柱203と、左方の第2支柱203と左右一対をなす右方の第2支柱(図示省略)と、等から構成されている。
上下一対の支持部材200,201は、互いに上下に対向するように互いに間隔を空けて設けられ、前方の第1支柱202及び左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)によって互いに連結されている。上支持部材200は、モータ21を構成しているモータ本体210を固定していると共に、ボールねじ23を構成しているねじ軸230の上方を回転可能に支持している。
この上支持部材200は、その上面にチューブ接続部200aを有している。チューブ接続部200aは、チューブと呼ばれる支持部3と足継手2とを接続するためのものである。このチューブ接続部200aは、ピラミッドコネクタとも呼ばれており、既存の手法を用いて、チューブと呼ばれる支持部3と接続できるようになっている。
下支持部材201は、ボールねじ23を構成しているねじ軸230の下方を回転可能に支持していると共に、足部28を回転軸273で相対回転可能に取り付けている。
前方の第1支柱202は、左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)と共に、上下一対の支持部材200,201を互いに連結している。この前方の第1支柱202は、左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)の各々と間隔を空けて、ボールねじ23を構成しているねじ軸230に沿って当該ねじ軸230の前方に設けられている。また、前方の第1支柱202は、その背面側に、案内部材26を構成しているレール260を固定している。
左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)は、前方の第1支柱202と共に上下一対の支持部材200,201を互いに連結している。これら左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)は、前方の第1支柱202と間隔を空けていると共に互いに間隔を空けて、ボールねじ23を構成しているねじ軸230に沿って当該ねじ軸23又はモータ21の左右に設けられている。
カバー20aは、骨格20に対して着脱可能に取り付けられて、足継手2を上方から、足部28を除く略全体にわたって覆う。
モータ21は、足継手2の動力源である。このモータ21は、骨組20における後方かつ上方寄りに配置されている。すなわち、モータ21は、ねじ軸230の後方に設けられている。具体的に、モータ21は、モータ本体210と、駆動軸211と、等から構成されている。モータ本体210は、ボールねじ23を構成しているねじ軸230と駆動軸211が平行となるように、当該駆動軸211が上方に向いた姿勢で、骨組20を構成している上支持部材200における後方かつ下方に固定されている。駆動軸211は、骨組20を構成している上支持部材200を貫通していて、当該上支持部材200の上方に飛び出すように配置されている。
減速機構22は、モータ21の回転速度を減速してボールねじ23に伝達する。この減速機構22は、骨組20を構成している上支持部材200の上方に配置されている。具体的に、減速機構22は、小プーリ220と、大プーリ221と、環状ベルト222と、等から構成されている。
小プーリ220は、大プーリ221と比較して小さい径を有している。この小プーリ220は、モータ21を構成している駆動軸211に固定されていて、モータ21の回転によって回転する。また、小プーリ220は、大プーリ221と共に環状ベルト222を引っ掛けていて、小プーリ220自体が回転することでベルト222を走行させる。
大プーリ221は、小プーリ220と比較して大きい径を有している。この大プーリ221は、ボールねじ23を構成しているねじ軸230の上端に固定されていると共に、環状ベルト222を引っ掛けている。また、大プーリ221は、環状ベルト222が走行することで大プーリ221自体が回転し、大プーリ221自体が回転することでボールねじ23を構成しているねじ軸230を回転させる。
環状ベルト222は、小プーリ220及び大プーリ221に引っ掛けられている。この環状ベルト222は、小プーリ220が回転することで環状ベルト222自体が走行し、環状ベルト222自体が走行することで大プーリ221を回転させる。
ボールねじ23は、減速機構22によって伝達されたモータ21の回転運動を直線運動に変換する。このボールねじ23は、骨組20の内側に配置されている。具体的に、ボールねじ23は、ねじ軸230と、ナット231と、等を備えている。
ねじ軸230は、骨組20を構成している各支柱202,203(右方の第2支柱は図示省略)と平行となるように当該各支柱202,203(右方の第2支柱は図示省略)に沿って設けられ、上方が上支持部材200に回転可能に支持されていると共に、下方が下支持部材201に回転可能に支持されている。このねじ軸230は、ナット231を嵌め込んでいて、ねじ軸230自体が回転することでナット231を上下方向に移動させる。また、ねじ軸230は、直動部材24、第1弾性部材250及び第2弾性部材251と同軸に配置されている。
ナット231は、ねじ軸230に嵌め込まれていて、ねじ軸230が回転することで上下方向に移動する。このナット231は、第1弾性部材250と共に直動部材24に内蔵されていて、ナット231自体が上方向に移動することで直動部材24及び第1弾性部材250を上方向に移動させ、ナット231自体が下方向に移動することで第1弾性部材250を介して直動部材24を下方向に移動させる。
直動部材24は、ボールねじ23を構成しているねじ軸230と同軸に設けられ、ボールねじ23を構成しているナット231と共にねじ軸230に沿って移動する。この直動部材24は、ボールねじ23を構成しているナット231と、第1弾性部材250と、を内蔵しているシリンダである。また、直動部材24は、その下方に配置されている第2弾性部材251が外側から作用する。また、直動部材24は、その前方側に、案内部材26を構成しているガイドブロック261を固定していて、案内部材261を構成しているレール260に沿って移動する。また、直動部材24は、その下方に、クランク機構27を構成している連結ロッド270の一端を第1ピン271で相対回転可能に取り付けている。
第1弾性部材250は、ボールねじ23を構成しているナット231と直動部材24との間に介在するように、ボールねじ23を構成しているねじ軸230と同軸に設けられたコイルばねである。この第1弾性部材250は、ボールねじ23を構成しているナット231の下方に配置され、当該ナット231と共に直動部材24に内蔵されている。
第2弾性部材251は、直動部材24と骨組20を構成している下支持部材201との間を介在するように、すなわち、骨組20を構成している下支持部材201の上方、かつ、直動部材24の下方に配置されるように、ボールねじ23を構成しているねじ軸230と同軸に設けられたコイルばねである。この第2弾性部材251は、直動部材24に外側から作用する。
第1弾性部材250は、ボールねじ23を構成しているナット231が下方向に移動した場合に当該ナット231に押し下げられ、直動部材24を押し下げる。直動部材24が下方向に移動して第2弾性部材を押した場合、第2弾性部材251は、それ自体が収縮する。また、第1弾性部材250は、ナット231が移動することとは無関係に、外力によって直動部材が上方向に移動した場合に、当該直動部材24を介して伝達される外力によって第1弾性部材251自体が収縮する。
第2弾性部材251は、ナット231の移動に伴って直動部材24が下方向に移動して当該直動部材24に押された場合に、第2弾性部材251自体が収縮する。また、第2弾性部材251は、ナット231が移動することとは無関係に、外力によって直動部材24が下方向に移動した場合に、当該直動部材24を介して伝達される外力によって第2弾性部材251自体が収縮する。
案内部材26は、骨組20を構成している前方の第1支柱202の背面に配置されていて、直動部材24の移動を案内する。具体的に、案内部材26は、レール260と、ガイドブロック26と、を有している。
レール260は、骨組20を構成している前方の第1支柱202の背面側に、当該第1支柱202に沿って固定されている。このレール260は、ガイドブロック261がスライド可能となるように当該ガイドブロック261と噛み合っていて、ガイドブロック261の移動を案内する。ガイドブロック261は、直動部材24の前方に固定され、レール260に沿ってスライドする。このため、ガイドブロック261の移動を案内するレール260は、ガイドブロック261に固定されている直動部材24の移動を案内する。
クランク機構27は、骨組20の下方に配置されていて、直動部材24の直線運動を回転運動に変換し、接地部分となる足部28に伝達する。具体的に、クランク機構27は、連結ロッド270と、第1ピン271と、第2ピン272と、回転軸273と、等を備えている。
連結ロッド270は、その一端が直動部材24の下方に第1ピン271で相対回転可能に取り付けられ、その他端が足部28に第2ピン272で相対回転可能に取り付けられている。第1ピン271は、直動部材24の下方に連結ロッド270の一端を相対回転可能に取り付けている。第2ピン272は、足部28に連結ロッド270の他端を相対回転可能に取り付けている。回転軸273は、骨組20を構成している下支持部材201に足部28を相対回転可能に取り付けている。
足部28は、義足ALにおける接地部分となる。この足部28は、骨組20を構成している下支持部材201に回転軸273で相対回転可能に取り付けられていると共に、連結ロッド270を第2ピン272で相対回転可能に取り付けている。
次に、図10を用いて、足継手2の動作を説明する。
まず、足継手2がモータ21を駆動させた場合を説明する。モータ21が駆動することで、駆動軸211が回転する。駆動軸211が回転することで、駆動軸211と一体となって小プーリ220が回転する。小プーリ220が回転することで、環状ベルト222が走行する。環状ベルト222が走行することで、大プーリ221が回転する。大プーリ221が回転することで、大プーリ221と一体となってねじ軸230が回転する。
ねじ軸230が回転することで、当該ねじ軸230の回転方向に応じて、ナット231が上方向又は下方向に移動する。ナット231が上方向に移動する場合、ナット231と一体となって、第1弾性部材250と共に、直動部材24がレール260に沿って上方向に移動する。ナット231が下方向に移動する場合、ナット231と一体となって、第1弾性部材250と共に、直動部材24がレール260に沿って下方向に移動する。
直動部材24が上方向に移動する場合、連結ロッド270が上方向に移動する。直動部材24が下方向に移動する場合、連結ロッド270が下方向に移動する。連結ロッド270が上方向に移動する場合、足関節が底屈する方向に足部28が回転軸273を中心に回転する。連結ロッド270が下方向に移動する場合、足関節が背屈する方向に足部28が回転軸273を中心に回転する。
続いて、足継手2に外部から衝撃や負荷が加わった場合を説明する。足関節が底屈する方向に外部から衝撃や負荷が加わった場合、足関節が底屈する方向に、足部28が回転軸273を中心に回転する。足関節が背屈する方向に外部から衝撃や負荷が加わった場合、足関節が背屈する方向に、足部28が回転軸273を中心に回転する。足関節が底屈する方向に足部28が回転軸273を中心に回転する場合、連結ロッド270が上方向に移動する。足関節が背屈する方向に足部28が回転軸273を中心に回転する場合、連結ロッド270が下方向に移動する。連結ロッド270が上方向に移動する場合、直動部材24が上方向に移動する。連結ロッド270が下方向に移動する場合、直動部材24が下方向に移動する。
直動部材24が上方向に移動する場合、第1弾性部材250が収縮する。直動部材24が下方向に移動する場合、第2弾性部材251が収縮する。収縮した第1弾性部材250が復元する場合、その際に発生する第1弾性部材250による復元力が足部28の動作を支援する。収縮した第2弾性部材251が復元する場合、その際に発生する第2弾性部材251による復元力が足部28の動作を支援する。
更に続いて、体幹の前方移動から蹴り出しの動作に移行する場合の足継手2について説明する。体幹が前方移動をする場合、足関節が背屈する方向に外部から負荷が加わり、足関節が背屈する方向に、足部28が回転軸273を中心に回転する。足関節が背屈する方向に足部28が回転軸273を中心に回転することで、連結ロッド270が下方向に移動する。連結ロッド270が下方向に移動することで、直動部材24が下方向に移動する。直動部材24が下方向に移動することで、第2弾性部材251が収縮する。
その後、蹴り出し動作に移行する。蹴り出し動作をする場合、足関節が底屈するようにモータ21を駆動させる。足関節が底屈するようにモータ21を駆動させることで、直動部材24がレール260に沿って上方向に移動する。この時、収縮していた第2弾性部材251が復元することで、その際に発生する第2弾性部材251による復元力によって直動部材24を押し上げるので、足部28の蹴り出し動作を支援する。それによって、モータ21の出力を抑えることができる。低出力のモータ21で必要な動力を得ることができるので、モータ21とバッテリを小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
このように、足継手2は、足関節の動作を補助する補助装置であって、モータ21によって回転するねじ軸230の回転運動をナット231の直線運動に変換するボールねじ23と、ねじ軸230の下方を回転可能に支持する下支持部材201を有している骨組20と、ねじ軸230と同軸に設けられ、ナット231と共にねじ軸230に沿って移動する直動部材24と、ナット231と直動部材24との間に介在するようにねじ軸230と同軸に設けられた第1弾性部材250と、直動部材24と下支持部材201との間に介在するようにねじ軸230と同軸に設けられた第2弾性部材251と、直動部材24の直線運動を回転運動に変換するクランク機構27と、を備えている。
このような足継手2によれば、第1弾性部材250及び第2弾性部材251をねじ軸230と同軸に設けているので、部品を配置する空間を小さくしたり足継手2全体を細くしたりすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、足継手2によれば、軽量化と小型化を実現させたことで、デザイン性を有する外装部品(例えば、カバー20a)を配置することができ、ひいては、デザイン性を向上させることができる。
また、足継手2によれば、ナット231と直動部材24との間に第1弾性部材250を介在させていると共に、直動部材24と下支持部材201との間に第2弾性部材251を介在させているので、第1弾性部材250と第2弾性部材251が製造誤差を吸収して、主に関節の動作中に、外部からの衝撃を吸収する役割が大きくなる。また、クランク機構27より直動部材24に横方向の力が働く時に、ナット231が上下に移動しなければならないが、足継手2によれば、ナット231と直動部材24との間に第1弾性部材250を介在させていると共に、直動部材24と下支持部材201との間に第2弾性部材251を介在させているので、第1弾性部材250及び第2弾性部材251が横方向の力を吸収することで、直動部材24の円滑な移動を実現させることができる。これにより、ナット231への余計な力の働きを回避することができ、ひいては、ねじ軸230とナット231のロックの回避やナット231への負荷の軽減に繋げることができる。
また、足継手2は、モータ21の回転速度を減速してモータ21の動力をボールねじ23に伝達する減速機構22を備え、減速機構22は、モータ21の駆動軸211に固定されている小プーリ220と、ねじ軸230に固定されていて、小プーリ220と比較して大きい径を有している大プーリ221と、小プーリ220及び大プーリ221に引っ掛けられていて、小プーリ220が回転することで走行して大プーリ221を回転させる環状ベルト222と、を有している。
このような足継手2によれば、減速機構22を備えているので、モータ21のトルクを減速機構22で増大させてボールねじ23に伝達させることができる。このため、低出力のモータ21で必要なトルクを得ることができるので、モータ21を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、足継手2によれば、小プーリ220が回転することで走行して大プーリ221を回転させる環状ベルト222を有しているので、ギアがかみ合って連動する場合と比較して、静音化を実現させることができる。
また、足継手2において、直動部材24は、ナット231と、第1弾性部材250と、を内蔵しているシリンダであり、第1弾性部材250は、ナット231の下方に配置され、第2弾性部材251は、直動部材24の下方に配置されている。
このような足継手2によれば、足を背屈した際、クランク機構27によって直動部材24が下方に移動し、第2弾性部材251が収縮するので、クランク機構27を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータ21と減速機構22等を保護できる。また、足を蹴り出した際に、収縮した第2弾性部材251が復元する際に発生させる復元力が、足部28の蹴り出し動作を支援する。このため、モータ21の出力を抑えることができ、低出力のモータ21で必要な動力を得ることができるので、モータ21を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、足継手2によれば、モータ21の動作とは無関係に、クランク機構27に繋がっている足部が動作する時に、第1弾性部材250が収縮することで、クランク機構27を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータ21と減速機構22等を保護できる。また、足継手2によれば、収縮した第1弾性部材250が復元する際に発生させる復元力が、足部28の動作を支援する。このため、低出力のモータ21で必要な動力を得ることができるので、モータ21を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、足継手2は、骨組20に着脱可能に取り付けられるカバー20aを備えている。
このような足継手2によれば、使用する人や状況に応じたデザイン性を有するカバー20a(人間の曲線を模倣した外装構造を有するカバー)を取り付けることで、使用する人や状況に応じたデザイン性を確保することができる。
また、足継手2において骨組20は、ねじ軸230の上方を回転可能に支持する上支持部材200と、下支持部材201と上支持部材200とを連結するようにねじ軸230の前方に設けられた第1支柱202と、を有し、足継手2は、第1支柱202によって設けられ、直動部材24の移動を案内するレール260と、直動部材24に固定され、レール260に沿ってスライドするガイドブロック261と、を備えている。
このような足継手2によれば、上下一対の支持部材200,201と第1支柱202等で骨組20を構成しているので、骨組20自体を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、足継手2によれば、直動部材24の移動を案内するレール260を備えているので、直動部材24を滑らかに移動させることができる。
また、足継手2においてモータ21は、ねじ軸230の後方に設けられ、骨組20は、下支持部材201と上支持部材200とを連結するようにねじ軸230又はモータ21の左方及び右方に設けられた左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)を有している。
このような足継手2によれば、骨組20として第1支柱202と左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)を有しているので、第1支柱202と共に左右一対の第2支柱203(右方の第2支柱は図示省略)で使用する人の体重をしっかりと支えることができる。
また、足継手2においてカバー20aは、上支持部材200の上方から被せられて下支持部材201の下方まで巻かれているように設けられ、弾性及び防水性を有している。
このような足継手2によれば、弾性及び防水性を有しているカバー20aで内部を保護することができる。
また、義足ALは、このような足継手2を備えている。
このような義足ALによれば、軽量化と小型化を実現させると共にデザイン性を向上させた足継手2を備えているので、その足継手2を備えている義足ALとしても、軽量化と小型化を実現させることができ、また、デザイン性を向上させることができる。
本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。すなわち、各構成の位置、大きさ、長さ、数量、形状、材質などは適宜変更できる。
例えば、上記第2実施形態の足継手2において、第1弾性部材250がナット231の下方だけに配置されている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、足継手2において第1弾性部材250は、ナット231の上方及び下方の少なくとも一方に配置されていればよい。すなわち、足継手2において第1弾性部材250は、ナット231の上方だけに配置されていてもよいし、ナット231の上方及び下方の双方に配置されていてもよい。
あるいは、上記第2実施形態の足継手2において、第1弾性部材250を備えている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、足継手2は、第1弾性部材250を備えていなくてもよい。
第1弾性部材250を備えていない場合、足継手2は、足関節の動作を補助する補助装置であって、モータ21によって回転するねじ軸230の回転運動をナット231の直線運動に変換するボールねじ23と、ねじ軸230の下方を回転可能に支持する下支持部材201を有している骨組20と、ねじ軸230と同軸に設けられ、ナット231と共にねじ軸230に沿って移動する直動部材24と、直動部材24と下支持部材201との間に介在するようにねじ軸230と同軸に設けられた第2弾性部材(弾性部材)251と、直動部材24の直線運動を回転運動に変換するクランク機構27と、を備えている。
このような足継手2によれば、第2弾性部材(弾性部材)251をねじ軸230と同軸に設けているので、部品を配置する空間を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、このような足継手2によれば、軽量化と小型化を実現させたことで、デザイン性を有する外装部品を配置することができ、ひいては、デザイン性を向上させることができる。
また、このような足継手2によれば、足を背屈した際、クランク機構27によって直動部材24が下方に移動し、第2弾性部材(弾性部材)251が収縮するので、クランク機構27を介して伝達される外部からの衝撃や負荷を的確に吸収し、モータ21と減速機構22等を保護できる。また、足を蹴り出した際に、収縮した第2弾性部材(弾性部材)251が復元する際に発生させる復元力が、足部28の蹴り出し動作を支援する。このため、モータ21の出力を抑えることができ、低出力のモータ21で必要な動力を得ることができるので、モータ21を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、上記第1実施形態の膝継手1において、ねじ軸130と同軸に設けられた弾性部材15として、コイルばねを備えている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、膝継手1は、ねじ軸130と同軸に設けられた弾性部材15として、コイルばねに代えて、ゴム系若しくはウレタン系のクッション、又は皿ばねを備えていてもよい。
また、上記第2実施形態の足継手2において、ねじ軸230と同軸に設けられた第1弾性部材250として、コイルばねを備えている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、足継手2は、ねじ軸230と同軸に設けられた第1弾性部材250として、コイルばねに代えて、ゴム系若しくはウレタン系のクッション、又は皿ばねを備えていてもよい。
また、上記第2実施形態の足継手2において、ねじ軸230と同軸に設けられた第2弾性部材251として、コイルばねを備えている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、足継手2は、ねじ軸230と同軸に設けられた第2弾性部材251として、コイルばねに代えて、ゴム系若しくはウレタン系のクッション、又は皿ばねを備えていてもよい。
また、図13に示すように、上記第1実施形態の膝継手1は、膝関節の屈曲及び伸展を補助する第3弾性部材40を備えているものであってもよい。図13は、膝継手1に第3弾性部材40を付加した変形例における、支柱102,103、カバー10a,10b及びバッテリブロック18を除した状態の側面図である。図13(A)は、膝関節を伸展させた状態を示す。図13(B)は、膝関節を途中まで(約70°)屈曲させた状態を示す。図13(C)は、膝関節を完全に屈曲させた状態を示す。
図13(A)〜図13(C)に示す膝継手1は、第1実施形態に係る膝継手1に第3弾性部材40を付加した変形例である。この変形例に係る膝継手1は、第1実施形態に係る膝継手1の構成に加え、第3弾性部材40と、第3ピン41(第1支持部)と、第4ピン(第2支持部)42と、を備えている。
第3弾性部材40は、第3ピン41と第4ピン42との間に介在するトグルばねである。具体的に、第3弾性部材40は、一端が第3ピン41に回転可能に支持されていると共に、他端が第4ピン42に回転可能に支持されている。この第3弾性部材40は、第3ピン41と第4ピン42とが近付くことで圧縮されて、第3ピン41と第4ピン42とが遠退く方向に復元力を発生させる。
第3ピン41は、左右一対の第2支柱103,104の間に架設されており、第3弾性部材40の一端を回転可能に支持している。第4ピン42は、第3ピン41と平行となるように、直動部材14における上方であって第1ピン171の直下付近に設けられ、第3弾性部材40の他端を回転可能に支持している。
第3ピン41及び第4ピン42は、相対的な高さが一致する場合に、すなわち、水平方向の前後に並ぶ場合に、最も互いが近付いた状態となる。すなわち、図13(B)に示すように、膝関節が途中まで屈曲している場合に、相対的な高さが近いこととなり、互いが近付いた状態となる。また、第3ピン41及び第4ピン42は、相対的な高さが異なるほど、互いが離れることになる。すなわち、図13(A)に示すように膝関節が伸展している場合に、相対的な高さが異なることとなり、互いが遠退いた状態となる。また、図13(B)に示すように膝関節が完全に屈曲している場合に、相対的な高さが異なることとなり、互いに遠退いた状態となる。
このように、第3ピン41及び第4ピン42は、膝関節が伸展している状態から完全に屈曲している状態に遷移する過程で、互いが段々と近付き、その後、互いが段々と遠退く(図13(A)→図13(B)→図13(C))。また、第3ピン41及び第4ピン42は、膝関節が完全に屈曲している状態から伸展している状態に遷移する過程で、互いが段々と近付き、その後、互いが段々と遠退く。
このため、第3ピン41と第4ピン42との間に介在する第3弾性部材40は、膝関節が伸展している状態から完全に屈曲している状態に遷移する過程(図13(A)→図13(B)→図13(C))で、圧縮されて第3ピン41と第4ピン42とが遠退く方向に復元力を発生させる。すなわち、第3弾性部材40は、図13(B)に示す約70°屈曲させた状態よりも更に少しだけ膝関節を屈曲させた状態までの間に圧縮されることで、膝関節を屈曲させることを妨げる方向に復元力を発生させ、その後、図13(B)に示す約70°屈曲させた状態よりも更に少しだけ膝関節を屈曲させた状態から更に屈曲する時に、これまでに圧縮されたことで蓄えたエネルギーをリリースすることで、膝関節を屈曲させることを支援する方向に復元力を発生させ、直動部材14へ下方向の力を与えることで、直動部材14が下に移動しやすくなる。これによって、クランク機構17を通じて、膝関節を屈曲させる。
また、第3ピン41と第4ピン42との間に介在する第3弾性部材40は、膝関節が完全に屈曲している状態から伸展している状態に遷移する過程(図13(C)→図13(B)→図13(A))で、圧縮されて第3ピン41と第4ピン42とが遠退く方向に復元力を発生させる。すなわち、第3弾性部材40は、図13(B)に示す約70°屈曲させた状態に到達する少しだけ前の状態までの間に圧縮されることで、膝関節を伸展させることを妨げる方向に復元力を発生させ、その後、図13(B)に示す約70°屈曲させた状態に到達する少しだけ前の状態から更に伸展する時に、これまでに圧縮されたことで蓄えたエネルギーをリリースすることで、膝関節を伸展させることを支援する方向に復元力を発生させ、直動部材14へ上方向の力を与えることで、直動部材14が上方向に移動しやすくなる。これによって、クランク機構17を通じて、膝関節を伸展させる。
このように、変形例に係る膝継手1は、骨組10に設けられた第3ピン41と、直動部材14と一体に移動することで、第3ピン41よりも上方の位置、及び第3ピン41よりも下方の位置の間で移動する第4ピン42と、一端が第3ピン41に回転可能に支持されていると共に、他端が第4ピン42に回転可能に支持されている第3弾性部材40と、を備えている。
このような変形例に係る膝継手1によれば、膝が伸展する際に、第3弾性部材40が膝関節の動作を補助するので、低出力のモータ11で必要な動力を得ることができるので、モータ11を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、変形例に係る膝継手1によれば、バッテリが切れた際に、慣性に合わせて、第3弾性部材40によって伸展を補助することで、より安易に伸展することができる。それによって、早く歩く時に膝の伸展に対応できることに加えて、十分伸展できないことによって膝折れを防止できる。
なお、この変形例に係る膝継手1において、第3弾性部材40としてトグルばねを備えている場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第3弾性部材40としてトグルばねに代えて、コイルばねを備えていてもよい。
また、図14に示すように、上記第1実施形態の膝継手1は、減速機構12に代えて減速機構50を備えているものであってもよい。図14は、膝継手1における減速機構12(図5などを参照)を減速機構50に変更した変形例の図である。図14(A)は、図14(B)に示す矢印XIVA−XIVA方向に視た断面図である。図14(B)は、減速機構50よりも下方の部品を除した状態の底面図である。
図14(A)及び図14(B)に示す膝継手1は、第1実施形態に係る膝継手1における減速機構12を減速機構50に変更した変形例である。この変形例に係る膝継手1は、第1実施形態に係る膝継手1における減速機構12に代えて、減速機構50を備えている。
減速機構50は、モータ11の回転速度を減速してボールねじ13に伝達する。この減速機構50は、骨組10を構成している下支持部材100の下方に配置されている。具体的に、減速機構50は、小ギア51と、回転軸52と、二段ギア53と、大ギア54と、等から構成されている。
小ギア51は、二段ギア53における大きい径のギア(符号省略)と比較して小さい径を有していると共に、大ギア54と比較して小さい径を有している。この小ギア51は、モータ11を構成している駆動軸111に固定されていて、モータ11の回転によって回転する。また、小ギア51は、二段ギア53における大きい径のギア(符号省略)とかみ合っていて、小ギア51自体が回転することで二段ギア53を回転させる。
回転軸52は、モータ11を構成している駆動軸111、及びボールねじ13を構成しているねじ軸130の各々と平行となるように、骨組10を構成している下支持部材100に固定されている。この回転軸52は、二段ギア53を回転可能に支持している。
二段ギア53は、相対的に大きい径のギア(符号省略)と、相対的に径の小さいギア(符号省略)と、が一体に回転する。二段ギア53における相対的に大きい径のギア(符号省略)は、小ギア51と比較して大きい径を有している。二段ギア53における相対的に小さいギア(符号省略)は、大ギア54と比較して小さい径を有している。この二段ギア53は、回転軸52に回転可能に支持されている。また、二段ギア53は、相対的に径の大きいギア(符号省略)が小ギア51とかみ合っていると共に、相対的に径の小さいギア(符号省略)が大ギア54とかみ合っていて、小ギア51が回転することで二段ギア53自体が回転し、二段ギア53自体が回転することで大ギア54を回転させる。
大ギア54は、二段ギア53における小さい径のギア(符号省略)と比較して大きい径を有している。この大ギア54は、ボールねじ13を構成しているねじ軸130に固定されていると共に、二段ギア53における小さい径のギア(符号省略)とかみ合っている。また、大ギア54は、二段ギア53が回転することで大ギア54自体が回転し、大ギア54自体が回転することでボールねじ13を構成しているねじ軸130を回転させる。
このように、変形例に係る膝継手1は、モータ11の回転速度を減速してモータ11の動力をボールねじ13に伝達する減速機構50を備え、減速機構50は、モータ11の駆動軸111に固定されている小ギア51と、ねじ軸130に固定されていて、小ギア51と比較して大きい径を有していて、かつ、二段ギア(他のギア)53を介して小ギア51と連動する大ギア54と、を有している。
このような変形例に係る膝継手1によれば、減速機構50を備えているので、モータ11のトルクを減速機構50で増大させてボールねじ13に伝達させることができる。このため、低出力のモータ11で必要なトルクを得ることができるので、モータ11を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。
また、変形例に係る膝継手1によれば、小ギア51と大ギア54が間接的にかみ合って連動するので、確実に動力を伝達することができ、エネルギーロスが少ない。このため、低出力のモータ11で必要なトルクを得ることができるので、モータ11を小さくすることができ、ひいては、軽量化と小型化を実現させることができる。また、変形例に係る膝継手1のように、ギアを採用した場合、ギア間の摩擦が小さいため、高いバックドライバビリティが得られる。このように変形例に係る膝継手1は、高いバックドライバビリティを得ることによって、バッテリが切れた時に、受動式の義足として、慣性によって膝を伸展・屈曲することによって、バッテリが切れても継続的に歩行できる。
なお、この変形例に係る膝継手1において、小ギア51と大ギア54が間接的にかみ合って連動する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、小ギア51と大ギア54が直接かみ合って連動するものであってもよい。
また、上記第1実施形態において、膝継手1の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の構成を採用した継手であれば、足継手であってもよい。さらに、上記第1実施形態において、義足ALを構成する膝継手1の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の構成を採用した継手であれば、パワードスーツの継手等、他の用途の継手であってもよい。
また、上記第2実施形態において、足継手2の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の構成を採用した継手であれば、膝継手であってもよい。さらに、上記第2実施形態において、義足ALを構成する足継手2の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の構成を採用した継手であれば、パワードスーツの継手等、他の用途の継手であってもよい。
AL 義足
1 膝継手(補助装置)
10 骨組
100 下支持部材
101 上支持部材
102 第1支柱
103,104 第2支柱
105 基台
105a チューブ接続部
106,107,108,109 連結部材
10a 上カバー(カバー)
10b 下カバー(カバー)
11 モータ
110 モータ本体
111 駆動軸
12 減速機構
120 小プーリ
121 大プーリ
122 環状ベルト
13 ボールねじ
130 ねじ軸
131 ナット
14 直動部材(シリンダ)
15 弾性部材
150 第1弾性部材
151 第2弾性部材
16 案内部材
160 レール
161 ガイドブロック
17 クランク機構
170 連結ロッド
171 第1ピン
172 ジョイント
172a ソケット接続部
173 第2ピン
174 回転軸
18 バッテリボックス
2 足継手(補助装置)
20 骨組
200 上支持部材
200a チューブ接続部
201 下支持部材
202 第1支柱
203 第2支柱
20a カバー
21 モータ
210 モータ本体
211 駆動軸
22 減速機構
220 小プーリ
221 大プーリ
222 環状ベルト
23 ボールねじ
230 ねじ軸
231 ナット
24 直動部材
250 第1弾性部材
251 第2弾性部材(弾性部材)
26 案内部材
260 レール
261 ガイドブロック
27 クランク機構
270 連結ロッド
271 第1ピン
272 第2ピン
273 回転軸
28 足部
3 支持部(チューブ)
40 第3弾性部材
41 第3ピン(第1支持部)
42 第4ピン(第2支持部)
50 減速機構
51 小ギア
52 回転軸
53 二段ギア
54 大ギア

Claims (10)

  1. 関節の動作を補助する補助装置であって、
    モータによって回転するねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換するボールねじと、
    前記ねじ軸の下方を回転可能に支持する下支持部材を有している骨組と、
    前記ねじ軸と同軸に設けられ、前記ナットと共に前記ねじ軸に沿って移動する直動部材と、
    前記ナットと前記直動部材との間に介在するように前記ねじ軸と同軸に設けられた第1弾性部材と、
    前記直動部材と前記下支持部材との間に介在するように前記ねじ軸と同軸に設けられた第2弾性部材と、
    前記直動部材の直線運動を回転運動に変換するクランク機構と、を備えている
    補助装置。
  2. 接地部分となる足部をさらに備え、
    前記クランク機構は、
    一端が前記直動部材の下方に相対回転可能に取り付けられ、他端が前記足部に相対回転可能に取り付けられている連結ロッドと、
    前記下支持部材に前記足部を相対回転可能に取り付けている回転軸と、を有している
    請求項1に記載の補助装置。
  3. 前記直動部材は、前記ナットと、前記第1弾性部材と、内蔵しているシリンダであり、
    前記第1弾性部材は、前記ナットの上方及び下方の少なくとも一方に配置され、
    前記第2弾性部材は、前記直動部材の下方に配置されてい
    請求項1又は2に記載の補助装置。
  4. 前記骨組に着脱可能に取り付けられるカバー備えている
    請求項1〜のいずれかに記載の補助装置。
  5. 前記骨組は、
    前記ねじ軸の上方を回転可能に支持する上支持部材と、
    前記下支持部材と前記上支持部材とを連結するように前記ねじ軸の前方に設けられた第1支柱と、を有し、
    前記補助装置は、
    前記第1支柱に沿って設けられ、前記直動部材の移動を案内するレールと、
    前記直動部材に固定され、前記レールに沿ってスライドするガイドブロックと、を備えている
    請求項に記載の補助装置。
  6. 前記モータは、前記ねじ軸の後方に設けられ、
    前記骨組は、前記下支持部材と前記上支持部材とを連結するように前記ねじ軸又は前記モータの左方及び右方に設けられた左右一対の第2支柱を有している
    請求項に記載の補助装置。
  7. 前記カバーは前記上支持部材の上方から被せられて前記下支持部材の下方まで巻かれているように設けられ、弾性及び防水性を有してい
    請求項又はに記載の補助装置。
  8. 足関節の動作を補助する補助装置であって、
    モータによって回転するねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換するボールねじと、
    前記ねじ軸の下方を回転可能に支持する下支持部材を有している骨組と、
    前記ねじ軸と同軸に設けられ、前記ナットと共に前記ねじ軸に沿って移動する直動部材と、
    前記直動部材と前記下支持部材との間に介在するように前記ねじ軸と同軸に設けられた弾性部材と、
    前記直動部材の直線運動を回転運動に変換するクランク機構と、を備えている
    補助装置。
  9. 前記モータの回転速度を減速して前記モータの動力を前記ボールねじに伝達する減速機構を備え、
    前記減速機構は、
    前記モータの駆動軸に固定されている小プーリと、
    前記ねじ軸に固定されていて、前記小プーリと比較して大きい径を有している大プーリと、
    前記小プーリ及び前記大プーリに引っ掛けられていて、前記小プーリが回転することで走行して前記大プーリを回転させる環状ベルトと、を有している
    請求項1〜8のいずれかに記載の補助装置。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の補助装置を備えている義足。
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