WO2023112999A1 - 断続装置及び継手装置 - Google Patents

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WO2023112999A1
WO2023112999A1 PCT/JP2022/046288 JP2022046288W WO2023112999A1 WO 2023112999 A1 WO2023112999 A1 WO 2023112999A1 JP 2022046288 W JP2022046288 W JP 2022046288W WO 2023112999 A1 WO2023112999 A1 WO 2023112999A1
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WO
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rotation axis
rotating body
disconnecting device
power
drive
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Application number
PCT/JP2022/046288
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English (en)
French (fr)
Inventor
圭 島田
善明 小谷
聖二 小ノ澤
拓洋 小野
豊 日木
Original Assignee
本田技研工業株式会社
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Filing date
Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/08Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D41/00Freewheels or freewheel clutches
    • F16D41/06Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/08Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts

Definitions

  • the present invention relates to an intermittent device and a joint device.
  • the intermittent device is required to be able to switch between the two states described above appropriately according to the situation.
  • the present invention provides an intermittent device and a joint device that can appropriately switch between a state in which rotating bodies can rotate together and a state in which they can rotate relative to each other.
  • the present invention an engaging element arranged between the first rotating body and the second rotating body; the engaging element in an engaged state in which the first rotating body and the second rotating body are rotatable together; and in a disengaged state in which the first rotating body and the second rotating body are relatively rotatable;
  • An intermittent device comprising:
  • the operation unit is an actuator that moves the engager; an operator provided so as to be able to operate the engaging element via the operating element or to be able to operate the engaging element without the operating element;
  • the first rotating body and the second rotating body are so that their axes of rotation coincide, and are arranged so that at least a portion of each other overlaps when viewed in an orthogonal direction orthogonal to the rotation axis;
  • the operator is an advance/retreat element provided so as to be movable forward/backward along an orthogonal direction orthogonal to the rotation axis; an extending portion extending along the rotation axis and provided so as to be movable back and forth along the rotation axis;
  • the joint device is a first member; a second member; a connecting portion that connects the first member and the second member such that an angle formed by the first member and the second member can be changed; an enlarging/reducing device capable of enlarging and reducing the angle formed by the first member and the second member;
  • the expansion/contraction device is having a power source and a power transmission section that transmits the power of the power source; The disconnecting device is applied to the power transmission section.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electric prosthesis 1 equipped with an intermittent device according to an embodiment of the present invention, viewed obliquely from the front.
  • FIG. Fig. 2 is an exploded perspective view of the electric prosthetic leg 1 of Fig. 1; 3 is a perspective view of an expansion device 140.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric prosthetic leg 1 of FIG. 1; It is a sectional view of an extension device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part showing a bent state of the electric prosthesis 1 of FIG. 1;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the main part showing the maximum bending state of the electric prosthetic leg 1 of FIG.
  • FIG. 1; 4 is a cross-sectional view of two-way clutch 280.
  • FIG. FIG. 9 is a perspective view showing an example of a retainer 282 (including rollers 281, guides 284 and rubber balls 282c) shown in FIG. 8; 9 is a perspective view showing another example of the retainer shown in FIG. 8 (including rollers 281 and rubber balls 282c); FIG. FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing the operation of the operating mechanism 240, where (A) is a diagram showing a state in which the first intermittent section 212 and the second intermittent section 222 are off, and (B) is a diagram showing the state in which the first intermittent section 212 is off and the second intermittent section 222 is off; 222 is a diagram showing an on state, and (C) is a diagram showing a state where the first intermittent section 212 is on and the second intermittent section 222 is off. (A) is a cross-sectional view showing a state in which the second intermittent section 222 is off, and (B) is a diagram showing the position of the operating rod 241 at that time.
  • (A) is a cross-sectional view showing a state in which the second intermittent portion 222 is operated from OFF to ON
  • (B) is a diagram showing the position of the operating rod 241 at that time.
  • (A) is a cross-sectional view showing the normal rotation ON state of the second intermittent section 222
  • (B) is a diagram showing the position of the operating rod 241 at that time.
  • (A) is a cross-sectional view showing the reverse ON state of the second intermittent portion 222
  • (B) is a diagram showing the position of the operating rod 241 at that time.
  • FIG. 10 is a diagram showing the motion of the user and the electric prosthesis 1 during step-up (step-up motion).
  • FIG. 10 is a diagram showing motions of the user and the electric prosthesis 1 when walking on a flat ground (walking motion on a flat ground);
  • Fig. 10 is a cross-sectional view showing a connecting portion between an operating rod 241 and a rack 241a in the electric prosthetic leg 1 of the first modified example;
  • Fig. 11 is a perspective view of a driving part in the electric prosthetic leg 1 of the second modified example; Fig.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a drive unit in the electric prosthetic leg 1 of the second modified example;
  • FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the operation of the drive unit in the electric prosthetic leg 1 of the second modified example when the rollers 281 are not engaged.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the operation of the drive unit in the electric prosthetic leg 1 of the second modified example when the roller 281 is shifted from the engaged state to the non-engaged state.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the operation of the elastic energy storage mechanism 300A when the roller 281 is in the disengaged state;
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating the operation of the elastic energy storage mechanism 300A in the engaged state of rollers 281;
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of a driving portion of a third modified example; It is a figure explaining operation
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a drive unit of a fourth modified example; FIG.
  • FIG. 12 is another cross-sectional view of the driving portion of the fourth modified example; It is explanatory drawing of a geneva mechanism. It is a figure explaining operation
  • FIG. 11 is a perspective view of a driving portion of a fifth modified example;
  • FIG. 7 is a view of a cam groove 711 formed in a cam drum 710 developed in the rotational direction;
  • 1 is a schematic diagram of a vehicle driving device 900 equipped with an intermittent device according to an embodiment of the present invention;
  • the electric prosthesis 1 of this embodiment as shown in FIGS. 123 (see FIGS. 17 and 18), the upper knee member 120 positioned above the knee, and the knee joint mechanism 130 that connects the lower knee member 110 and the upper knee member 120 so that the angle formed can be changed;
  • An enlarging/reducing device 200 capable of enlarging and reducing the angle formed by the below-knee member 110 and the above-knee member 120, and a mechanical stop mechanism 150 for mechanically limiting the changeable range of the angle formed between the below-knee member 110 and the above-knee member 120.
  • a cushioning mechanism 160 that cushions the impact of the mechanical stop mechanism 150
  • a battery B that supplies power to the expansion/contraction device 200 and the like.
  • the upper knee member 120 has an adapter 121 connected to a socket (not shown).
  • the socket is a joint member provided on the thigh 123 , and the upper knee member 120 is integrated with the thigh 123 by connecting the adapter 121 to the socket.
  • the below-the-knee side member 110 includes a box-shaped main frame 111 with openings at the top and rear, side covers 112 covering both left and right sides of the main frame 111, and a detachable rear cover 113 covering the rear opening of the main frame 111 in an openable and closable manner. And prepare.
  • a knee upper member 120 is provided on the upper part of the main frame 111 via a rotating part 135 that constitutes the knee joint mechanism 130, and a leg part 114 extending downward is provided on the lower part of the main frame 111.
  • an expanding/reducing device 200 capable of expanding and contracting the angle formed by the above-knee member 110 and above-the-knee member 120 is provided.
  • the expansion/contraction device 200 of the present embodiment is an expansion/contraction device 140 that can expand and contract the angle formed by the below-the-knee member 110 and the above-the-knee member 120 by expanding and contracting.
  • the elastic device 140 extends in the vertical direction, and is mechanically connected to the upper knee member 120 on one side in the extending direction and mechanically connected to the below knee member 110 on the other side in the extending direction, which will be described later in detail. be done.
  • “mechanically connected” is a concept that includes a configuration of direct connection and a configuration of connection via another member.
  • the telescopic device 140 is connected to a motor M that outputs rotational power, a transmission T that transmits the power of the motor M, and a transmission T so that power can be transmitted.
  • a spindle unit SP that converts the rotational power output from the unit into translational motion (stretching motion); And prepare.
  • the motor M is arranged behind and above the transmission T, and the spindle unit SP is arranged in front and above the transmission T.
  • the motor M is a motor with a built-in gear mechanism that includes a motor main body portion 171 and a gear mechanism portion 172 that reduces the output rotation of the motor main body portion 171 .
  • the spindle unit SP has a male-threaded spindle 173 and a female-threaded sleeve 174 , and the rotation of the spindle 173 translates the sleeve 174 along the axis of the spindle 173 .
  • the spindle 173 receives the rotational power of the motor M transmitted by the transmission T and performs rotational motion.
  • the sleeve 174 is supported by the unit case 250 so as to be non-rotatable and vertically movable.
  • the sleeve 174 when the spindle 173 rotates to one side by receiving the rotational power of the motor M transmitted by the transmission T, the sleeve 174 is translated away from the transmission T, and when the spindle 173 rotates to the other side, the sleeve 174 translates closer to transmission T;
  • the translational movement of the sleeve 174 away from the transmission T may be referred to as the extension operation of the spindle unit SP
  • the extension operation of the spindle unit SP This is sometimes called a contraction operation.
  • the distance between the sleeve 174 and the transmission T expands and contracts depending on the rotation direction of the spindle 173.
  • the upper end of sleeve 174 is connected to upper knee member 120 via link member 175 .
  • the below-knee member 110 and the above-knee member 120 rotate around the rotating portion 135 .
  • the angle formed by the upper-knee member 120 and the lower-knee member 110 changes.
  • the knee joint mechanism 130 extends as the formed angle increases, and the formed angle becomes smaller. Sometimes the knee joint mechanism 130 bends.
  • the expansion/contraction device 200 of the present embodiment expands and contracts the expansion/contraction device 140 by converting rotational motion into translational motion by the spindle unit SP of the expansion/contraction device 140. Although it expands and contracts the angle formed, it does not have a part that expands and contracts (moves) like the expansion device 140 (spindle unit SP), and gears are engaged between the below-the-knee member 110 and the above-the-knee member 120.
  • a mechanism engagement mechanism between spur gears, hypoid gear mechanism (registered trademark), worm gear mechanism, etc.
  • the transmission T includes a first transmission mechanism T1 that transmits the power of the motor M to the spindle unit SP at a first gear ratio, and a transmission mechanism T1 that transmits the power of the motor M to the spindle unit SP at a second gear ratio different from the first gear ratio. and a second transmission mechanism T2.
  • the first transmission mechanism T ⁇ b>1 and the second transmission mechanism T ⁇ b>2 are switched between a power disconnection state and a power connection state by the connecting/disconnecting mechanisms 210 and 220 .
  • the first gear ratio and the second gear ratio may be different, and one of the first transmission mechanism T1 and the second transmission mechanism T2 may be a reduction mechanism and the other may be a speed increase mechanism.
  • One may be a constant velocity mechanism and the other may be a reduction mechanism or speed increasing mechanism, both may be reduction mechanisms, or both may be speed increasing mechanisms.
  • the first gear ratio is the post-shift rotation speed, which is the rotation speed of the first transmission mechanism T1 opposite to the motor M side (spindle unit SP side) with respect to the pre-shift rotation speed, which is the rotation speed of the motor M side in the first transmission mechanism T1. It is a ratio of numbers.
  • the second gear ratio is the post-shift rotation speed, which is the rotation speed on the opposite side of the motor M (spindle unit SP side) in the second transmission mechanism T2, relative to the rotation speed before shifting, which is the rotation speed on the motor M side in the second transmission mechanism T2. It is a ratio of numbers.
  • the first transmission gear ratio of the first transmission mechanism T1 when the first transmission gear ratio of the first transmission mechanism T1 is smaller than 1, the rotation speed on the opposite side of the motor M (spindle unit SP side) is lower than the rotation speed on the motor M side, and the torque increases.
  • the second gear ratio of the second transmission mechanism T2 is greater than 1, the rotation speed on the side opposite to the motor M (spindle unit SP side) increases more than the rotation speed on the motor M side, and the torque decreases.
  • the first gear ratio is set to be smaller than 1
  • the second gear ratio is set to be larger than 1
  • the first transmission mechanism T1 is arranged below the second transmission mechanism T2.
  • a first shaft 181 is rotatably arranged on a downward extension line of the output shaft 172a of the gear mechanism portion 172, and a first shaft 181 is arranged on a downward extension line of the spindle 173 of the spindle unit SP. and a rotatably disposed second shaft 182 .
  • the first shaft 181 is connected to the output shaft 172a of the gear mechanism 172 of the motor M so as to be able to rotate integrally therewith through a coupling 187 that allows an axial error.
  • the second shaft 182 is rotatably connected to the spindle 173 of the spindle unit SP.
  • the second shaft 182 of this embodiment is integrated with the spindle 173 of the spindle unit SP, the second shaft 182 is the spindle 173 of the spindle unit SP and is connected using spline fitting or coupling. You may
  • the first transmission mechanism T1 includes a first drive gear 183 and a first driven gear 184 that mesh with each other.
  • the first drive gear 183 is rotatably supported by the first shaft 181
  • the first driven gear 184 is rotatably supported by the second shaft 182 located in the inner space of the first driven gear 184 .
  • the rotation axes of the first driven gear 184 and the second shaft 182 are aligned with each other. Moreover, they are arranged so that at least a part of them overlap each other when viewed in an orthogonal direction orthogonal to the rotation axis. In other words, at least part of each is arranged on the same plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the first transmission mechanism T1 of the present embodiment is a deceleration transmission mechanism in which the first driving gear 183 has a diameter smaller than that of the first driven gear 184, and can extend and retract the spindle unit SP at low speed and high torque.
  • the second transmission mechanism T2 includes a second drive gear 185 and a second driven gear 186 that mesh with each other.
  • the second drive gear 185 is rotatably supported by the first shaft 181
  • the second driven gear 186 is rotatably supported by the second shaft 182 located in the internal space of the second driven gear 186 .
  • the rotation axes of the second driven gear 186 and the second shaft 182 are aligned with each other. Moreover, they are arranged so that at least a part of them overlap each other when viewed in an orthogonal direction orthogonal to the rotation axis. In other words, at least part of each is arranged on the same plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the second transmission mechanism T2 of the present embodiment is a speed increasing transmission mechanism in which the second drive gear 185 has a diameter larger than that of the second driven gear 186, and can extend and retract the spindle unit SP at high speed and low torque. .
  • the second transmission mechanism T2 is arranged above the first transmission mechanism T1 in this embodiment, the second transmission mechanism T2 may be arranged below the first transmission mechanism T1.
  • the first driven gear 184 and the second driven gear 186 may be positioned at different positions in the rotation axis direction.
  • the first shaft 181 and the second shaft 182 of the present embodiment are formed integrally from the beginning, they may be integrally connected (combined) after the upper and lower gear support portions are separately formed. good.
  • the first connecting/disconnecting mechanism 210 includes a first connecting/disconnecting portion 212 provided between the first driven gear 184 and the second shaft 182 .
  • the second connecting/disconnecting mechanism 220 includes a second connecting/disconnecting portion 222 provided between the second driven gear 186 and the second shaft 182 .
  • These intermittent portions 212 and 222 have a common configuration, and can be switched between an interrupted state in which power transmission is interrupted and a power transmittable state in which rotational power can be transmitted in both one direction and the other direction. configured to Details of the intermittent portions 212 and 222 will be described later.
  • the unit case 250 includes an upper case 251, a middle case 252 and a lower case 253.
  • the upper case 251 has a tubular shape covering the outer peripheral side of the spindle unit SP, and non-rotatably and vertically movable supports the sleeve 174 of the spindle unit SP via a bush 254 provided on the inner peripheral side of the upper end portion. .
  • a flange portion 251a extending outward is provided at the lower end portion of the upper case 251.
  • the upper case 251 is fastened to the front and upper side of the middle case 252 by a plurality of screws N1 passing through the flange portion 251a from above.
  • the middle case 252 rotatably supports the upper end side of the first shaft 181 via the bearing B1, and rotatably supports the upper end side of the second shaft 182 via the bearing B2.
  • the upper case 251 is fastened to the front and above the middle case 252
  • the motor M is fastened to the rear and above the middle case 252 .
  • the motor M is fastened to the middle case 252 by a plurality of screws N2 penetrating the middle case 252 from below (inside).
  • a lower flange 252 a for fastening the lower case 253 and a pair of upper flanges 252 b for fixing to the main frame 111 are provided on the outer periphery of the middle case 252 .
  • the lower case 253 is fastened below the middle case 252 with a plurality of screws N3 that pass through the lower flange 252a of the middle case 252 from above.
  • the lower case 253 not only covers the transmission T below and laterally, but also rotatably supports the lower end side of the first shaft 181 via the bearing B3.
  • the three-stage structure of the upper case 251, the middle case 252, and the lower case 253 can not only casing the transmission T and the spindle unit SP, but also unitize the expansion device 140 including the motor M. It is possible to reduce the number of parts and reduce the weight.
  • the unit case 250 is attached to the main frame 111 via one upper bracket 256 and a pair of middle brackets 257, as shown in FIG.
  • the upper bracket 256 supports the upper end of the upper case 251 on the front wall of the main frame 111
  • the pair of middle brackets 257 supports the main frame 111 with a pair of upper flanges 252 b formed on both left and right sides of the middle case 252 . supported by the left and right side walls of the
  • the expansion device 140 when the expansion device 140 is assembled after attaching the upper bracket 256 and the middle bracket 257 to the main frame 111 side, by placing the pair of upper flanges 252b of the middle case 252 on the pair of middle brackets 257, Since the expansion device 140 can be temporarily held on the main frame 111, the work of fastening the middle case 252 to the middle bracket 257 and the work of fastening the upper case 251 to the upper bracket 256 are facilitated. In addition, it becomes easy to remove the extension device 140 by reversing the procedure.
  • the upper case 251 and the middle case 252 receive a higher load than the lower case 253, they are fastened to the main frame 111 via the upper bracket 256 and the middle bracket 257 to support the transmission T and the spindle unit SP. Not only is the strength increased, but the rigidity of the lower case 253 can be lowered to reduce the weight.
  • FIG. 4 shows the extension state of the electric prosthesis 1
  • FIG. 6 shows the bending state of the electric prosthesis 1
  • FIG. 7 shows the maximum bending state of the electric prosthesis 1. It should be noted that the maximum flexion state shown in FIG.
  • the mechanical stop mechanism 150 includes a stopper member 151 provided on the below-the-knee member 110, and a first contact portion 152 and a second contact portion provided on the above-the-knee member 120. 153 and.
  • the first contact portion 152 contacts the stopper member 151, thereby restricting the knee joint mechanism 130 from bending in the opposite direction.
  • the second contact portion 153 contacts the stopper member 151, thereby restricting further bending of the knee joint mechanism 130 from the maximum bending state.
  • the cushioning mechanism 160 is provided on the side of the upper knee member 120 and includes a pressing portion 162 capable of pressing the upper end portion of the link member 175 with the biasing force of a spring 161 (for example, a compression coil spring).
  • the lower end of the link member 175 is rotatably connected to the sleeve 174 of the spindle unit SP via the first rotating portion 176, and the upper end of the link member 175 is connected to the upper knee member 120 by the second rotating portion 177. is rotatably connected via the A cam portion 178 is formed at the upper end portion of the link member 175 .
  • the cam portion 178 includes a small-diameter outer peripheral portion 178a having a small diameter centered on the second rotating portion 177, a large-diameter outer peripheral portion 178b having a long distance from the second rotating portion 177, a small-diameter outer peripheral portion 178a, and a large-diameter outer peripheral portion. and a connecting outer peripheral portion 178c that connects 178b without steps.
  • the pressing portion 162 faces the small-diameter outer peripheral portion 178a of the cam portion 178, so that the pressing portion 162 and the cam portion 178 are separated from each other. ing.
  • FIG. 4 when the knee joint mechanism 130 is extended in response to the contraction operation of the spindle unit SP and approaches the mechanical stop position on the extension side, the position where the pressing portion 162 and the cam portion 178 face each other is the connecting outer peripheral portion 178c.
  • the cam portion 178 contacts the pressing portion 162 , the large-diameter outer peripheral portion 178 b pushes the pressing portion 162 against the biasing force of the spring 161 .
  • the cam portion 178 is pressed in the return direction by the biasing force of the spring 161 .
  • the biasing force of the spring 161 acts as a resistance, and the impact when the first contact portion 152 contacts the stopper member 151 is buffered.
  • Each of the intermittent portions 212 and 222 has a common configuration, and can be switched between a blocked state in which power transmission is blocked and a power transmission enabled state in which rotational power can be transmitted in both directions. Configured.
  • Each of the disconnecting sections 212, 222 of this embodiment is configured using a two-way clutch 280 with a forced free function, as shown in FIG.
  • the two-way clutch 280 includes a plurality of (three in this embodiment) rollers 281 arranged between the outer peripheral surface of the second shaft 182 and the inner peripheral surfaces of the gears 184 and 186, and the plurality of rollers 281 at predetermined speeds.
  • a plurality of retainers (three in this embodiment) that radially pass through the retainer 282 that holds the space, the operating mechanism 240, and the second shaft 182 and are operated by the operating mechanism 240 to the forced free position and the forced free release position.
  • a plurality of (three in this embodiment) guides 284 provided on the retainer 282 and defining the relative rotational position of the retainer 282 with respect to the second shaft 182 when the pin 283 is in the forced free position.
  • Rollers 281 may be balls or sprags.
  • a radial distance A between the outer peripheral surface of the second shaft 182 and the inner peripheral surfaces of the gears 184 and 186 is smaller than the diameter B of the roller 281 . Further, flat portions 182a are formed on the outer peripheral portion of the second shaft 182 at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • roller 281 when the roller 281 is held at the center of the flat portion 182a in the circumferential direction, the roller 281 does not mesh with the outer peripheral surface of the second shaft 182 and the inner peripheral surfaces of the gears 184 and 186 (disengaged state). Relative rotation between shaft 182 and gears 184 and 186 is permitted (forced free state).
  • roller 281 when the roller 281 is allowed to move in the circumferential direction with respect to the second shaft 182, the roller 281 meshes (engages) with the outer peripheral surface of the second shaft 182 and the inner peripheral surfaces of the gears 184 and 186, The shaft 182 and the gears 184, 186 are connected so as to rotate integrally in two directions (forced free release state).
  • the retainer 282 has a ring shape that is rotatable relative to the second shaft 182 and the gears 184 and 186, and holds a plurality of roller holding portions 282a that hold the rollers 281 and a guide 284. and a plurality of guide holding portions 282b.
  • the retainer 282 is provided adjacent to the roller 281 in the circumferential direction with respect to the axis of rotation.
  • a plurality of rubber balls 282c are embedded in the outer peripheral surface of the retainer 282 at predetermined intervals in the circumferential direction. These rubber balls 282c prevent unintended idling in the forced free release state by generating moderate friction between the gears 184, 186 and the retainer 282.
  • FIG. The member that causes friction between the gears 184, 186 and the retainer 282 is not limited to the rubber ball 282c, and may be an O-ring.
  • the pin 283 has a conical convex portion 283a on the radially outer end, and the guide 284 has a conical shape that fits (engages) the convex portion 283a on the radially inner end face. of recesses 284a.
  • the guide action of the pin 283 and the guide 284 positions the retainer 282 relative to the second shaft 182 to a predetermined position where the relative rotational position is in a forced free state. be. Further, as shown in FIG.
  • a V-groove 282d extending along the axial direction may be formed in the inner peripheral portion of the retainer 282. As shown in FIG. By doing so, not only can the number of parts and the assembly process be reduced by eliminating the guide 284, but also an error in the axial direction of the pin 283 can be allowed.
  • the operating mechanism 240 includes an operating rod 241 provided to enable intermittent operation of the intermittent portions 212 and 222, and a servomotor 242 for linearly moving the operating rod 241.
  • the second shaft 182 is a hollow shaft having an internal space S2 extending in the rotation axis direction (also referred to as the vertical direction), and the operating rod 241 is arranged in this internal space S2.
  • the operating rod 241 is provided with a rack 241a at its lower end exposed from the internal space S2.
  • the operating rod 241 is supported by bearings B4 and B5 disposed in the internal space S2 so as to be movable forward and backward integrally with the rack 241a in the direction of the rotation axis and not relatively rotatable.
  • a lid member 188 having an insertion hole through which the operation rod 241 is inserted is screwed to the lower end of the second shaft 182 .
  • the lid member 188 prevents foreign matter from entering the internal space S2 and facilitates replacement of the operating rod 241.
  • a pinion 243 provided on an output shaft 242a of a servomotor 242 is meshed with the rack 241a.
  • the servomotor 242 and the pinion 243 of this embodiment constitute the driving section of the present invention.
  • the operating rod 241 is mechanically connected to the driving section via a rack 241a.
  • the operating rod 241 has a first large diameter portion 241c1, a first small diameter portion 241b1, a second large diameter portion 241c2, a second small diameter portion 241b2, and a third large diameter portion 241c3 in order from above. They are formed with predetermined lengths and intervals.
  • the operating rod 241 is provided so as to be able to control the two intermittent portions 212 and 222 simultaneously, but may be provided separately for each of the intermittent portions 212 and 222 .
  • the operating rod 241 of the present embodiment is integrally formed from the beginning, the intermittent portions 212 and 222 may be separately formed and then integrally connected (combined).
  • the operating rod 241 of this embodiment changes the position of the roller 281 via the pin 283, the guide 284 and the retainer 282, but the pin 283 directly changes the position of the roller 281 without the guide 284 and the retainer 282. It can also be applied to a modified example that
  • the intermittent portions 212 and 222 are switched between a forced free state (hereinafter referred to as “off state” as appropriate) and a forced free release state (hereinafter referred to as “on state” as appropriate) by an operation mechanism 240.
  • the second large diameter portion 241c2 pushes the pin 283 of the second intermittent portion 222 in the outer diameter direction, and the third large diameter The first intermittent portion 212 and the second intermittent portion 222 are turned off by the portion 241c3 pushing out the pin 283 of the first intermittent portion 212 in the radial direction.
  • the first large-diameter portion 241c1 pushes the pin 283 of the second intermittent portion 222 in the radial direction
  • the small diameter portion 241b2 allows the pin 283 of the first intermittent portion 212 to return in the radial direction, thereby turning the second intermittent portion 222 off and the first intermittent portion 212 on.
  • the operation rod 241 moves from the position where the second large diameter portion 241c2 pushes the pin 283 of the second intermittent portion 222 in the outer diameter direction to the position where the first small diameter portion 241b1 pushes the pin 283 inside the pin 283. It shows a state in which it has moved to a position that allows it to return in the direction.
  • the pin 283 has already moved in the radial direction.
  • guide 284 pushes back the pin 283 radially inwardly on the inclined surface of the concave portion 284a.
  • the arrow shown in the figure is between the second shaft 182 and the second driven gear 186.
  • the retainer 282 rotating together with the second driven gear 186 moves the roller 281 in the reverse direction with respect to the second shaft 182 .
  • the roller 281 meshes with the outer peripheral surface of the second shaft 182 and the inner peripheral surface of the second driven gear 186, and is in a reverse ON state in which the second shaft 182 and the second driven gear 186 are integrally rotated in the reverse direction. to appear.
  • the retainer 282 can be viewed as one element of the actuator of the operating portion that moves the roller 281 .
  • the operation rod 241 moves from the position where the first small diameter portion 241b1 allows the pin 283 of the second intermittent portion 222 to return in the radial direction to the first large diameter portion 241c1. pushes the pin 283 radially outward, the projection 283a of the pin 283 fits into the recess 284a of the guide 284, and the guide action of the pin 283 and the guide 284 causes the retainer 282 to move relative to the second shaft 182.
  • the rotational position is fixed at a predetermined position in a positioned state. In this state, the roller 281 is held at the center of the flat portion 182a in the circumferential direction. It is in an OFF state in which relative rotation with the second driven gear 186 is allowed.
  • the transmission T is put into a speed change state in which the operating rod 241 is positioned at the position shown in FIG. 11(C).
  • the motor M and the spindle unit SP are in a power transmission state via the first speed change mechanism T1.
  • the power of the motor M is applied to the first shaft 181, the first driving gear 183, the first driven gear 184, the connecting/disconnecting portion 212 of the first connecting/disconnecting mechanism 210, the second The shaft 182 is transmitted to the spindle unit SP.
  • the sleeve 174 translates (extends) away from the transmission T, and the knee upper member 120 to which the sleeve 174 is connected moves toward the rotating portion 135 with respect to the knee lower member 110 to which the transmission T is attached. , and the knee joint mechanism 130 extends. Since the power for extension is the power that has been increased in torque when decelerated by the first transmission mechanism T1, a large load is applied to the electric prosthesis 1 when the electric prosthesis 1 is moved forward to climb the stairs. Even so, it is possible to reliably extend the knee joint mechanism 130 from the bent state.
  • the transmission T is put into a speed change state in which the operating rod 241 is positioned at the position shown in FIG. 11(B).
  • the motor M and the spindle unit SP are in a power transmission state via the second speed change mechanism T2.
  • the power of the motor M is applied to the first shaft 181, the second driving gear 185, the second driven gear 186, and the second connecting/disconnecting mechanism 220. 222, the second shaft 182, and the spindle unit SP.
  • the sleeve 174 translates (reduces) so as to approach the transmission T, and the below-the-knee member 110 to which the transmission T is attached moves toward the rotating portion 135 with respect to the above-knee member 120 to which the sleeve 174 is connected.
  • the knee joint mechanism 130 bends. Since this bending power is the power whose torque is reduced when the speed is increased by the second transmission mechanism T2, the knee joint mechanism 130 can be bent quickly.
  • the operating rod 241 is positioned at the position shown in FIG. Set the gear shift state.
  • the first intermittent portion 212 and the second intermittent portion 222 are turned off, so that the motor M and the spindle unit SP are in a free state in which they are not connected.
  • the knee joint mechanism 130 can be arbitrarily extended and bent according to the walking situation, so smooth free-leg walking of the prosthetic leg is possible.
  • the shift state may be such that the vehicle is positioned at the position shown in FIG. 11(C).
  • the external force acting on the electric prosthetic leg 1 in the bending direction is transmitted from the spindle unit SP to the motor M via the first transmission mechanism T1.
  • the external force in the bending direction is attenuated via the first transmission mechanism T1 or the external force in the bending direction is attenuated via the second transmission mechanism T2 can be appropriately changed according to the physique and preference of the user of the electric prosthesis 1. can do.
  • the position between the position shown in (A) of FIG. 11 and the position shown in (C) of FIG. 11 does not enter.
  • the lid member 188 having an insertion hole through which the operation rod 241 is inserted is screwed to the lower end of the second shaft 182, so that the operation rod 241 can be easily replaced by removing the lid member 188. can be done.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a connecting portion between the operating rod 241 and the rack 241a in the electric prosthetic leg 1 of the first modified example.
  • the operating rod 241 is non-rotatable relative to the rack 241a and is integrally movable forward and backward in the rotational axis direction. It is configured to be integrally movable forward and backward in the rotational axis direction.
  • the operating rod 241 is provided rotatably about the rotation axis and can move back and forth in the direction of the rotation axis
  • the rack 241a is non-rotatable about the rotation axis and can move back and forth in the direction of the rotation axis. provided in
  • the rack 241a is fixed to the rack gear holder 244, and the operating rod 241 is supported in the hole 244a provided on the upper surface of the rack gear holder 244. More specifically, an E-ring (snap ring) 245 is fitted to the lower end of the operating rod 241 so as not to move in the rotation axis direction with respect to the operating rod 241 .
  • a rod holder nut 246 having an insertion hole 246a through which the operating rod 241 is inserted is screwed to the upper end of the 241 .
  • the rack gear holder 244 is slidably supported on the slider base 247 in the rotation axis direction.
  • the operation rod 241 moves from the position where the first small-diameter portion 241b1 allows the pin 283 of the second intermittent portion 222 to return in the radial direction to the first large-diameter portion.
  • the portion 241c1 moves to the position where the pin 283 is pushed out in the radial direction, the force received by the pin 283 and the guide 284 becomes the rotational force of the operating rod 241, and the operating load of the operating rod 241 can be reduced.
  • the rack 241a is fixed to the rack gear holder 244 with a screw 248, and the rack 241a is preferably provided with a slot hole 249 for adjusting the tightening position. Accordingly, since the relative positions of the pinion 243 and the rack 241a can be adjusted, the relative positions of the pinion 243 and the operating rod 241 can be easily determined during assembly.
  • FIG. 20 is a perspective view of the driving portion of the electric prosthesis 1 of the second modification
  • FIG. 21 is an exploded perspective view of the driving portion of the electric prosthesis 1 of the second modification.
  • the driving part in the electric prosthesis 1 of the second modification includes a servomotor 242, a pinion 243 that meshes with a rack 241a provided on an operating rod 241, and an elastic energy storage mechanism provided between the servomotor 242 and the pinion 243.
  • the elastic energy storage mechanism 300 includes a first rotating bracket 310 provided on the output shaft 242a of the servomotor 242, a second rotating bracket 320 disposed between the first rotating bracket 310 and the pinion 243, and a C-shaped A first elastic member 331 and a second elastic member 332 are provided.
  • the first rotating bracket 310 is provided with a first engaging portion 311 protruding in the radial direction, and the first engaging portion 311 extends from the first rotating bracket 310 side of the second rotating bracket 320 toward the first rotating bracket 310 . It engages with the second engaging portion 322 protruding to the side in the circumferential direction. Further, the second rotating bracket 320 is provided with a third engaging portion 323 projecting from the pinion 243 side surface toward the pinion 243 side. engages in the circumferential direction with the fourth engaging portion 264 protruding from the second rotary bracket 320 side.
  • the direction in which the fourth engaging portion 264 of 243 engages is the same direction.
  • the first elastic member 331 biases the first engaging portion 311 and the second engaging portion 322 in a direction to engage them, and the second elastic member 332 pushes the third engaging portion 323 and the fourth engaging portion 264 together. are biased in the direction of engagement.
  • the rotation of the servomotor 242 on one side moves from the first engagement portion 311 of the first rotation bracket 310 to the second rotation of the second rotation bracket 320 via the first elastic member 331 . It is input to the engaging portion 322 and directly transmitted from the third engaging portion 323 of the second rotary bracket 320 to the fourth engaging portion 264 of the pinion 243 .
  • the rotation of the servomotor 242 on the other side (hereinafter referred to as the reverse direction) is directly input from the first engaging portion 311 of the first rotating bracket 310 to the second engaging portion 322 of the second rotating bracket 320, The power is transmitted from the third engaging portion 323 of the second rotating bracket 320 to the fourth engaging portion 264 of the pinion 243 via the second elastic member 332 .
  • FIGS. 22 and 23 are diagrams for explaining the operation of the drive unit in the electric prosthetic leg 1 of the second modified example.
  • the position shown in FIGS. 22 and 23(A) is the position shown in FIG. 11(A), and the position shown in FIGS. 22 and 23(B) is the position shown in FIG. 11(B).
  • the position shown in (C) of FIGS. 22 and 23 is the position shown in (C) of FIG.
  • the first elastic member 331 and the second elastic member 332 are schematically illustrated, and elastic energy is stored when they extend in the circumferential direction.
  • FIG. 24 shows the disengaged state of the roller 281, the transition from the engaged state to the disengaged state of the roller 281, and the transition from the engaged state to the disengaged state of the roller 281 (without elastic energy storage mechanism).
  • 4 is a graph showing the current value of the servomotor 242, the position of the operating rod 241, and the elastic energy of the elastic members 331 and 332 in the case of .
  • the vertical axis indicates the current value of the servomotor 242, the position of the operating rod 241, and the elastic energy of the elastic members 331 and 332, and the horizontal axis indicates time.
  • the operating rod 241 moves according to the current of the servomotor 242.
  • the vertical movement of the operating rod 241 is restricted as described above.
  • the elastic energy storage mechanism 300 as shown in the lower graph of FIG. Keep the current flowing until it moves.
  • the servomotor 242 may be overloaded and damaged.
  • FIG. 25 is a diagram showing another example of elastic energy storage mechanism 300 (hereinafter referred to as elastic energy storage mechanism 300A).
  • the elastic energy storage mechanism 300A includes a third elastic member 333 and a fourth elastic member 334, which are extension coil springs.
  • the operating rod 241 used in the elastic energy storage mechanism 300A is divided into at least three parts, and this operating rod 241 is hereinafter referred to as an operating rod 241A.
  • the operating rod 241A may be a part of the operating rod 241 of the above embodiment, or may be a separate member attached to the operating rod 241.
  • the operating rod 241A includes a first operating rod 341 provided with small diameter portions 241b1, 241b2 and large diameter portions 241c1 to 241c3 (not shown in FIG. 25), and a second operating rod 341 provided with a rack 241a (not shown in FIG. 25). It has an operating rod 342 and a hollow third operating rod 343 provided between the first operating rod 341 and the second operating rod 342, and the first operating rod 341 to the third operating rod 343 extend in the axial direction. are assembled so as to be movable relative to each other.
  • the first operating rod 341 has a first spring bearing portion 341a and a position regulating portion 341b in order from above, and the portion below the position regulating portion 341b is configured to be inserted into the hollow portion 343a of the third operating rod 343. be.
  • a second spring receiving portion 343b is provided at the upper end of the third operating rod 343, and a third elastic member 333 is provided between the first spring receiving portion 341a of the first operating rod 341 and the second spring receiving portion 343b. is placed.
  • a pair of guide slots 343d communicating with the hollow portion 343a are formed in the third operating rod 343 below the second spring receiving portion 343b.
  • the upper end of the second operating rod 342 is provided with a third spring receiving portion 342a.
  • the upper portion of the second operating rod 342 is inserted through the hollow portion 343a of the third operating rod 343, and the third spring receiving portion 342a is exposed outside through the pair of guide slots 343d.
  • a fourth spring receiving portion 343c is provided at the lower end portion of the third operating rod 343, and the third spring receiving portion 342a of the second operating rod 342 exposed to the outside from the pair of guide slots 343d and the fourth spring.
  • a fourth elastic member 334 is arranged between the receiving portion 343c.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining the operation of the elastic energy storage mechanism 300A.
  • the position shown in (A) of FIG. 26 is the position shown in (A) of FIG. 11, the position shown in (B) of FIG. 26 is the position shown in (B) of FIG.
  • the position shown in C) is the position shown in (C) of FIG.
  • the vertical movement of the operating rod 241A is not restricted. Therefore, when the servo motor 242 is rotated in the normal direction from the position shown in FIG. 26(B), the operating rod 241A moves to the position shown in FIG. 26(A) (the position shown in FIG. 11(A)). do. That is, when the second operating rod 342 provided with the rack 241a moves upward, the third operating rod 343 moves upward via the fourth elastic member 334, and when the third operating rod 343 moves upward, the third operating rod 343 moves upward. 3 The first operating rod 341 moves upward via the elastic member 333 . At this time, since the vertical movement of the operating rod 241A is not restricted, elastic energy is not stored in the third elastic member 333 and the fourth elastic member 334. As shown in FIG.
  • the operating rod 241A moves to the position shown in FIG. 26(C) (the position shown in FIG. 11(C)). . That is, when the second operating rod 342 provided with the rack 241a moves downward, the third operating rod 343 moves downward via the fourth elastic member 334, and when the third operating rod 343 moves downward, the third operating rod 343 moves downward. 3 The first operating rod 341 moves downward via the elastic member 333 . At this time, since the vertical movement of the operating rod 241A is not restricted, elastic energy is not stored in the third elastic member 333 and the fourth elastic member 334. As shown in FIG.
  • FIG. 28 is a perspective view of the driving portion of the electric prosthesis 1 of the third modification
  • FIG. 29 is an exploded perspective view of the driving portion of the electric prosthesis 1 of the third modification.
  • the driving portion of the operating rod 241 is configured by the rack and pinion mechanism including the rack 241a and the pinion 243, but in the third modified example, a link mechanism is used.
  • the driving part in the electric prosthesis 1 of the third modified example includes a servomotor 242, a driven gear 401, a torsion spring 402, a spacer 403, and an arm part 400 coupled with a connecting part 500 provided on the operating rod 241.
  • the connecting portion 500 has a rod fixing portion 501 fixed to the lower end portion of the operating rod 241 and an arm connecting portion 502 provided below the rod fixing portion 501 .
  • the arm connecting portion 502 is formed with an elongated hole 505 penetrating in the direction of the output axis of the servomotor 242 and extending in the direction perpendicular to the direction of the rotation axis of the operating rod 241 (vertical direction) and the direction of the output axis of the servomotor 242 .
  • the arm portion 400 is provided with a cylindrical arm body 410 that accommodates the driven gear 401 , the torsion spring 402 and the spacer 403 , and an engagement pin 421 that extends from the arm body 410 and is guided into the elongated hole 505 of the arm connecting portion 502 . and an arm fixing portion 430 provided on the opposite side of the arm piece 420 with the arm body 410 interposed therebetween.
  • a portion of the arm body 410 in the circumferential direction is cut off, and the arm fixing portion 430 is composed of a pair of fixing pieces 431 extending from both ends thereof.
  • the driven gear 401 has a cylindrical shape, and an inner peripheral gear (not shown) that meshes with a pinion 243 provided on the output shaft 242a of the servomotor 242 is provided on the inner peripheral portion on the servomotor 242 side.
  • Four teeth 401a are provided on the outer periphery.
  • the torsion spring 402 is provided in a cylindrical shape so as to cover the outer peripheral portion of the driven gear 401, and is provided with a plurality of engagement grooves 402b that engage with a plurality of teeth 401a on the side opposite to the servomotor 242. are also provided with a plurality of engaging grooves 402c.
  • the spacer 403 is provided in a cylindrical shape so as to cover the outer peripheral portion of the torsion spring 402, and has a plurality of engaging claws (not shown) engaged with a plurality of engaging grooves 402c of the torsion spring 402 on the servomotor 242 side. provided on the perimeter.
  • the torsion spring 402 is arranged on the inner peripheral portion of the spacer 403 so that the engaging groove 402c engages with the engaging claw of the spacer 403, and the tooth 401a of the driven gear 401 engages with the engaging groove 402b of the torsion spring 402.
  • a driven gear 401 is arranged on the inner peripheral portion of the torsion spring 402 so as to match. Then, the bolt 405 is fastened to the output shaft 242a of the servomotor 242 while the inner peripheral gear of the driven gear 401 and the pinion 243 of the servomotor 242 are engaged.
  • the engagement pin 421 is inserted into the long hole 505 of the arm connection portion 502, and the bolt 407 is attached to the engagement pin 421 in a state in which a pair of washers 406 are arranged to sandwich the arm connection portion 502. conclude.
  • the spacer 403 is held by the arm body 410 by tightening the pair of fixing pieces 431 with the bolt 408 and the nut 409 while the spacer 403 is arranged on the inner peripheral portion of the arm body 410 of the arm portion 400 .
  • FIG. 30A and 30B are diagrams for explaining the operation of the drive unit in the electric prosthetic leg 1 of the third modified example.
  • the position shown in (A) of FIG. 30 is the position shown in (A) of FIG. 11
  • the position shown in (B) of FIG. 30 is the position shown in (B) of FIG.
  • the position shown in C) is the position shown in (C) of FIG.
  • the engagement pin 421 moves in the elongated hole 505 according to the position of the operating rod 241 in the rotation axis direction (vertical direction). Therefore, the elongated hole 505 and the engaging pin 421 connect the movement of the arm portion 400 in the rotation axis direction (vertical direction in the drawing) of the operating rod 241 when the arm portion 400 rotates with the rotation of the servomotor 242 . 500 , but does not transmit to the connecting portion 500 the arm portion 400 in the direction perpendicular to the rotation axis direction (vertical direction) of the operating rod 241 and the output axis direction of the servomotor 242 (horizontal direction in the figure).
  • assembly errors can be suppressed and workability is improved. Further, when the servomotor 242 is overloaded, the torsion spring 402 is twisted and the load on the servomotor 242 can be reduced, so that the servomotor 242 can be prevented from being damaged.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view of the drive unit in the electric prosthesis 1 of the fourth modification
  • FIG. 32 is another cross-sectional view of the drive unit of the fourth modification
  • FIG. 33 is an explanatory diagram of the geneva mechanism.
  • the driving part in the electric prosthesis 1 of the modified example is a servomotor 242, a geneva drive gear 610 provided on the output shaft 242a of the servomotor 242, and a geneva driven gear 620 supported by a rotating shaft 602 extending parallel to the output shaft 242a. and a pinion 243 that is supported by the rotating shaft 602 and meshes with a rack 241 a provided on the operating rod 241 .
  • genever drive gear 610 includes an arc portion 611 having an arc shape centered on output shaft 242 a and an extension portion 611 a extending radially outward from arc portion 611 . and a drive pin 612 projecting toward.
  • Geneva driven gear 620 has two substantially U-shaped slots 625 arranged 60° apart about axis of rotation 602 and extending radially outward, and a slot between and between the two slots 625 .
  • Concave arcuate portions 626 that are concave toward the rotating shaft 602 formed on both sides in the circumferential direction are formed. The curvature of the concave arc portion 626 is set to be the same as the curvature of the arc portion 611 of the geneva drive gear 610 and is guided by the arc portion 611 of the geneva drive gear 610 .
  • the geneva drive gear 610 rotates, the drive pin 612 of the geneva drive gear 610 engages with the slot 625 of the geneva driven gear 620 and slides in the slot 625 to rotate.
  • drive gear 610 rotates once, it rotates geneva driven gear 620 by 60°.
  • the geneva driven gear 620 rotates 60 degrees and the drive pin 612 is separated from the slot 625, the geneva driven gear 610 continues to rotate while the geneva driven gear 620 stops. That is, the genever driving gear 610 and the geneva driven gear 620 convert the continuous rotation input to the geneva driving gear 610 into intermittent rotation and output the intermittent rotation from the geneva driven gear 620 .
  • FIG. 34 is a diagram for explaining the operation of the drive section in the electric prosthetic leg 1 of the fourth modified example.
  • the position shown in (A) of FIG. 34 is the position shown in (A) of FIG. 11, the position shown in (B) of FIG. 34 is the position shown in (B) of FIG.
  • the position shown in C) is the position shown in (C) of FIG.
  • the position of the operating rod 241 is determined by rotating the geneva driving gear 610 once by the servomotor 242. power consumption can be reduced, and control can be simplified.
  • the Geneva mechanism includes a mechanical stop mechanism, and rotation from the Geneva driven gear 620 side is not transmitted to the Geneva driving gear 610, so that the position of the operating rod 241 does not shift even if an external force acts.
  • FIG. 35 is a perspective view of the driving part in the electric prosthetic leg 1 of the fifth modification.
  • the driving part in the electric prosthesis 1 of the fifth modification includes a servomotor 242, a pinion 243 provided on the output shaft 242a of the servomotor 242, a spur gear 701 that meshes with the pinion 243, and the spur gear 701 that rotates integrally.
  • a cam drum 710 and a pin member 715 that engages with a cam groove 711 formed in the cam drum 710 and slides along the cam groove 711 provided at the lower end of the operating rod 241 are provided.
  • FIG. 36 is a view of the cam groove 711 formed in the cam drum 710 developed in the rotational direction.
  • the cam groove 711 is provided on the outer peripheral surface of the cam drum 710, and includes a first horizontal portion 711a, a second horizontal portion 711b positioned above the first horizontal portion 711a, and a second horizontal portion 711b positioned above the second horizontal portion 711b.
  • the operating rod 241 When the pin member 715 of the operating rod 241 is positioned at the first horizontal portion 711a, the operating rod 241 is positioned at the position shown in FIG. 11C, and when the pin member 715 is positioned at the second horizontal portion 711b. 11(B), and when the pin member 715 is positioned at the third horizontal portion 711c, the operating rod 241 is positioned at the position shown in FIG. 11(A).
  • the lengths of the first horizontal portion 711 a to the third horizontal portion 711 c are each configured to be longer than the diameter of the pin member 715 .
  • the position of the operating rod 241 does not change as long as the pin member 715 is positioned on the horizontal portions 711a to 711c. Further, since the position of the operating rod 241 is determined by the position of the pin member 715 sliding on the cam groove 711 regardless of the rotation angle of the servomotor 242, the accuracy required for the rotation angle of the servomotor 242 is low. Good accuracy. Moreover, in addition to the relatively simple structure, the degree of freedom of the inclination angle of the cam groove 711 is large. That is, by adjusting the diameter of the cam drum 710, the inclination of the inclined portions 711d and 711e can be adjusted according to the torque of the servomotor 242.
  • the spur gear 701 may be configured to be capable of power transmission with the pinion 243 provided on the output shaft 242a of the servomotor 242 via a bevel gear mechanism.
  • a prosthetic leg device (electric leg prosthesis) applied to a knee joint as one embodiment of a joint device in which the disconnecting device of the present invention is used was illustrated, but not limited to this, a prosthetic limb applied to an elbow joint It may be a device (electric prosthesis), and the wearer may be an animal other than a human being or a robot.
  • the below-the-knee member 110 of the above-described embodiment becomes the terminal side of the wearing subject with respect to the above-the-knee member 120, that is, the forearm.
  • FIG. 37 is a schematic diagram of a vehicle drive system equipped with the disconnecting device of the above-described embodiment.
  • a vehicle drive device 900 of FIG. 37 includes a motor M as a drive source, a transmission T' for transmitting the power of the motor M, a first connecting/disconnecting mechanism 210 and a second connecting/disconnecting mechanism 220 provided in the transmission T', and a differential device DIF that distributes the output from the transmission T' to the left and right drive wheels WH.
  • the transmission T' includes a first transmission mechanism T1 that transmits the power of the motor M to the left and right driving wheels WH at a first gear ratio, and a transmission mechanism T1 that transmits the power of the motor M to the left and right wheels at a second gear ratio different from the first gear ratio. and a second transmission mechanism T2 for transmission to the driving wheels WH.
  • the relationship between the first gear ratio and the second gear ratio is the same as in the above embodiment.
  • the first transmission mechanism T1 includes a first drive gear 901 and a first driven gear 902 that mesh with each other.
  • the first driving gear 901 is supported by a first shaft 911 so as to be relatively rotatable
  • the first driven gear 902 is supported by a second shaft 912 so as to be integrally rotatable.
  • the second transmission mechanism T2 includes a second drive gear 905 and a second driven gear 906 that mesh with each other.
  • the second drive gear 905 is supported relatively rotatably on the first shaft 911
  • the second driven gear 906 is supported on the second shaft 912 so as to be integrally rotatable.
  • an input gear 907 to which the power of the motor M is input is attached to the first shaft 911 so as to be integrally rotatable.
  • an output gear 908 capable of outputting the power of the motor M to the differential device DIF is attached to the second shaft 912 so as to rotate integrally therewith.
  • the first connecting/disconnecting mechanism 210 includes a first connecting/disconnecting portion 212 provided between the first driving gear 901 and the first shaft 911 and an operation mechanism 240 for switching the first connecting/disconnecting portion 212 .
  • the second connecting/disconnecting mechanism 220 includes a second connecting/disconnecting portion 222 provided between the second drive gear 905 and the first shaft 911 , and an operation mechanism 240 for switching the second connecting/disconnecting portion 222 .
  • These intermittent portions 212 and 222 have a common configuration, and can be switched between an interrupted state in which power transmission is interrupted and a power transmittable state in which rotational power can be transmitted in both one direction and the other direction.
  • rollers 281, the operating rods 241, the pins 283, the retainers 282, and the guides 284, which constitute the intermittent portions 212 and 222, are the same as those in the above-described embodiment, and therefore are given the same reference numerals and their explanations are omitted.
  • the power of the motor M is transmitted to the left and right through the second transmission mechanism T2 when the first intermittent portion 212 is turned off and the second intermittent portion 222 is turned on. It is transmitted to the driving wheels WH. Further, in a state where the first intermittent portion 212 is on and the second intermittent portion 222 is off, the power of the motor M is transmitted to the left and right drive wheels WH via the first transmission mechanism T1. Further, when the first intermittent portion 212 is off and the second intermittent portion 222 is off, the power of the motor M is not transmitted to the left and right drive wheels WH, which is a so-called neutral state.
  • the intermittent device of the present invention By applying the intermittent device of the present invention to the vehicle drive device 900, rotation matching during gear shifting becomes unnecessary, and responsiveness during gear shifting is improved. Moreover, the number of parts constituting the disconnecting device can be reduced compared to a general dog clutch or the like.
  • the first connecting/disconnecting mechanism 210 and/or the second connecting/disconnecting mechanism 220 may be provided on the second shaft 912 instead of the first shaft 911 .
  • the drive wheels WH may be drive wheels or the like for moving an endless track, in addition to circular wheels as in the present embodiment.
  • the intermittent device is applied to the driving device that drives the driving wheels WH as the propulsion unit that propels the vehicle. You may apply an interrupting device to the drive device which drives a propulsion part.
  • the intermittent device may be applied to a driving device for driving a working unit such as a snow removing unit or a mowing unit of a work machine such as a snow remover or a lawn mower.
  • an engaging element (roller 281) arranged between a first rotating body (first driven gear 184, first driving gear 901) and a second rotating body (second shaft 182, first shaft 911); , the engaging element in an engaged state in which the first rotating body and the second rotating body are rotatable together; and in a disengaged state in which the first rotating body and the second rotating body are relatively rotatable;
  • An intermittent device (first intermittent mechanism 210, second intermittent mechanism 220) comprising an operating portion (operating rods 241, 241A, pins 283, retainers 282, guides 284) that is operated to
  • the operation unit is an actuator (retainer 282, guide 284) that moves the engaging element; an operator (operating rods 241, 241A, pin 283) provided so as to be able to operate the engaging element via the operating element or to be able to operate the engaging element without the operating element;
  • the first rotating body and the second rotating body are so that their axes of rotation coincide, and are arranged so that at least a portion of each other overlaps when
  • the extension portion is mechanically connected to a driving portion (servo motor 242) that drives the extension portion,
  • the connecting/disconnecting device wherein the extending portion has a first extending portion (operating rods 241, 241A) and a second extending portion (rack 241a) which are rotatable relative to each other about the rotation axis.
  • the extension portion since the extension portion has the first extension portion and the second extension portion which are rotatable relative to each other, the force acting on the extension portion during the retracting movement of the advancing/retracting element is extended. It becomes a rotating force of the existing portion, and the operating load of the extending portion can be reduced.
  • the extension portion can be moved back and forth in the rotation axis direction by the driving portion.
  • the intermittent device according to (3) Of the first extension portion and the second extension portion, when the portion arranged closer to the driving portion is the second extension portion, The first extending portion is provided rotatably with respect to the rotation axis and movable forward and backward in the direction of the rotation axis, The disconnecting device, wherein the second extending portion is provided so as to be non-rotatable with respect to the rotational axis and movable back and forth in the direction of the rotational axis.
  • the intermittent device according to any one of (1) to (4),
  • the first rotating body has a larger diameter than the second rotating body and is hollow so as to have a first internal space therein,
  • the second rotating body is arranged so that at least a part of it is located in the first internal space, and is formed hollow so as to have a second internal space (internal space S2) inside,
  • the disconnecting device wherein the extension part is arranged so that a part thereof is located in the second internal space.
  • a disconnecting device having an insertion hole through which the extending portion is inserted, and further comprising a closing portion (lid member 188) provided to close one end portion of the second internal space in the rotation axis direction.
  • the extension part can be easily replaced, and the optimum extension part can be used according to the on/off timing of the intermittent device.
  • the bearing by arranging the bearing in the vicinity of the closing portion, the bearing can be easily attached and detached when the extension portion is replaced.
  • the extension part is rotatable about the rotation axis, the force acting on the extension part when the advance/retreat element is retracted becomes the rotational force of the extension part, and the operation load of the extension part. can be reduced.
  • the extension portion is mechanically connected to a driving portion that drives the extension portion;
  • the drive unit having a drive source (servo motor 242) and an elastic energy storage mechanism (elastic energy storage mechanisms 300 and 300A),
  • the elastic energy storage mechanism includes a first driving member (first rotating bracket 310, second operating rod 342), a second driving member (second rotating bracket 320, third operating rod 343), and the first driving member and a first elastic member (first elastic member 331, fourth elastic member 334) interposed between and the second driving member so as to be able to transmit power, the second driving member and the third driving member (pinion 243, a first operating rod 341) or a second elastic member (second elastic member 332, third elastic member 333) interposed between the extension portions so as to be able to transmit power.
  • the power consumption of the drive source can be suppressed.
  • the intermittent device according to (10), The unidirectional power (rotational power or translational power) of the drive source is transmitted from the first drive member to the second drive member via the first elastic member, and transmitted from the second drive member to the third drive member or the extension, Power in the other direction of the drive source is transmitted from the first drive member to the second drive member, and from the second drive member to the third drive member or the extension portion via the second elastic member.
  • An interrupting device provided to be transmitted.
  • the power consumption of the drive source can be suppressed.
  • the intermittent device is provided to be capable of generating rotational power
  • the first driving member (first rotating bracket 310) and the second driving member (second rotating bracket 320) are provided as rotating members having the same rotation axis
  • the first elastic member (first elastic member 331) is provided so that rotational power input to the first driving member is transmitted to the second driving member
  • the second elastic member (second elastic member 332) is an intermittent device provided so that the rotational power transmitted to the second driving member is transmitted to the third driving member (pinion 243) or the extension portion. .
  • the intermittent device is provided to be capable of generating translational power
  • the first driving member (second operating rod 342) and the second driving member (third operating rod 343) are provided as translational members having the same translational axis
  • the first elastic member (fourth elastic member 334) is provided so that the translational force input to the first driving member is transmitted to the second driving member
  • the second elastic member (third elastic member 333) is provided so that the translational force transmitted to the second driving member is transmitted to the third driving member (first operating rod 341) or the extension portion. , interrupter.
  • the intermittent device is mechanically connected to a driving portion that drives the extension portion;
  • the drive unit The power conversion mechanism has a drive source (servo motor 242) and a power conversion mechanism, Having a fourth driving member (arm portion 400, geneva driving gear 610, cam drum 710), The disconnecting device, wherein the fourth drive member is arranged to be in transmissible engagement with the fifth drive member (connection 500, geneva driven gear 620) or said extension.
  • the power of the driving source can be properly transmitted.
  • the intermittent device is provided to be capable of generating rotational power
  • the power conversion mechanism converts rotational power input to the fourth drive member (arm portion 400, cam drum 710) into translational power, which is transmitted to the fifth drive member (connecting portion 500) or the extension portion.
  • An interrupting device provided for
  • the rotational power of the drive source can be converted into translational power and transmitted.
  • a guide groove (long hole 505, cam groove 711) is provided in one of the fourth drive member and the fifth drive member or the extension part, An intermittent device, wherein an engagement projection (engagement pin 421, pin member 715) guided by the guide groove is provided on the other of the fourth drive member and the fifth drive member or the extension portion.
  • the engaging projections that engage with the guide grooves can convert rotational force into translational force.
  • the intermittent device according to (14),
  • the drive source is provided to be capable of generating rotational power
  • the power conversion mechanism converts the rotational power (continuous rotation) input to the fourth drive member (geneva drive gear 610) into another rotational power (intermittent rotation) to drive the fifth drive member or the extension portion.
  • An interrupting device provided to be transmitted to the
  • the input rotational power can be converted into other rotational power and transmitted.
  • the load on the drive source can be reduced.
  • the interrupter according to any one of (1) to (18),
  • the first rotating body has a larger diameter than the second rotating body and is hollow so as to have a first internal space therein
  • the second rotating body is arranged so that at least a part of it is located in the first internal space, and is formed hollow so as to have a second internal space therein
  • the disconnecting device wherein the extending portion is arranged such that at least a portion thereof is located in the second internal space.
  • the size can be reduced.
  • the intermittent device according to any one of (1) to (19),
  • the advance/retreat child is When positioned outside in the orthogonal direction, the engaging element is in one of the engaged state and the disengaged state;
  • a disconnecting device When positioned inside in the orthogonal direction, A disconnecting device, wherein the engaging element is provided so as to be in the other of the engaged state and the disengaged state.
  • the engaged state and the disengaged state can be controlled according to the radial position of the advancing/retracting element.
  • the intermittent device according to (20) The operator is When positioned at the first position in the rotation axis direction, the advancing/retracting element is positioned on the outer side in the orthogonal direction; When positioned at the second position in the rotation axis direction, The disconnecting device, wherein the advancing/retracting element is provided so as to be positioned on the inner side in the orthogonal direction.
  • the radial position of the advancing/retreating element can be controlled by advancing/retreating the operator to the first position or the second position along the rotation axis.
  • the advance/retreat child is The engaging element is in the disengaged state when positioned on the outer side in the orthogonal direction
  • the extension part is When positioned at a third position different from the first position and the second position in the rotation axis direction,
  • the disconnecting device, wherein the advancing/retracting element is provided so as to be positioned on the outer side in the orthogonal direction.
  • the position in the radial direction of the advance/retreat element can be controlled by moving the operation element to the third position along the rotation axis.
  • the engaging element has a plurality of engaging bodies (rollers 281) spaced apart in the circumferential direction with respect to the rotation axis
  • the actuator is a plurality of advance/retreat elements that are spaced apart in a circumferential direction with respect to the rotation axis and move the plurality of engaging bodies; and a retainer (retainer 282, guide 284) that holds the plurality of engaging bodies and the plurality of advancing/retracting elements.
  • the actuator is composed of a plurality of retractable elements and a retainer.
  • the interrupter according to any one of (1) to (22),
  • the engaging elements include a plurality of engaging bodies (rollers 281) spaced apart in a circumferential direction with respect to the rotation axis, a retainer (retainer 282, guide 284) that holds the plurality of engaging bodies, The intermittent device, wherein the advancing/retracting element is provided to move the plurality of engaging elements via the retainer.
  • an engaging element is composed of a plurality of engaging bodies and a retainer.
  • the interrupter according to any one of (1) to (24), Further comprising a third rotating body (second driven gear 186) and a fourth rotating body (second shaft 182) arranged so that the rotation axis and the rotation axis match, another engaging element (roller 281) arranged between the third rotating body and the fourth rotating body; an engaged state in which the third rotating body and the fourth rotating body are capable of integrally rotating the other engaging element; Further, another operating portion (operating rods 241, 241A, pin 283, retainer 282, guide 284) to be operated in a disengaged state in which the third rotating body and the fourth rotating body are relatively rotatable. an interrupting device.
  • the intermittent device according to (25), The other operation unit is another actuator (retainer 282, guide 284) that moves the other engager; Other operators (operating rods 241, 241A, pin 283) and an interrupting device.
  • the other operator is another advance/retreat element (pin 283) provided so as to be movable forward and backward along an orthogonal direction perpendicular to the rotation axis; and other extending portions (operating rods 241, 241A, rack 241a) that extend along the rotation axis and are provided to be movable back and forth along the rotation axis,
  • the connecting/disconnecting device, wherein the other advancing/retracting element is provided such that an inner end, which is an end of the other advancing/retracting element on the side of the rotation axis in the orthogonal direction, abuts the other extending part.
  • the inner end of the other advance/retreat element abuts the extension part, so that the other advance/retreat element is orthogonal to the rotation axis of the third rotating body and the fourth rotating body. It becomes possible to move back and forth along the orthogonal direction.
  • the drive source can be shared and the control can be simplified.
  • a joint device (electric prosthetic leg 1) to which the disconnecting device according to any one of (1) to (28) is applied,
  • the joint device is a first member (below-the-knee member 110); a second member (knee upper member 120); a connecting portion (knee joint mechanism 130) that connects the first member and the second member such that the angle formed by the first member and the second member can be changed; an enlarging/reducing device (an enlarging/reducing device 200) capable of enlarging and reducing the angle formed by the first member and the second member;
  • the expansion/contraction device is having a power source (motor M) and a power transmission section (transmission T) that transmits the power of the power source;
  • the coupling device wherein the disconnecting device is applied to the power transmission section.
  • the joint device according to (29) The first member is mounted on the mounting main body so that the first member is closer to the distal end of the mounting main body than the second member is, A joint device, wherein the connecting portion is a prosthetic limb device (electric prosthetic leg 1) provided to function as a joint of the wearing subject.
  • a prosthetic limb device electrical prosthetic leg 1
  • the joint device according to (30), A joint device, wherein the prosthetic limb device is a prosthetic leg device (electric prosthetic leg 1) that is attached to the leg of the wearer.

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Abstract

第1断続機構(210)は、第1従動ギヤ(184)と第2シャフト(182)との間に配置されるローラ(281)と、ローラ(281)を第1従動ギヤ(184)と第2シャフト(182)とが一体回転可能な係合状態と、ローラ(281)を第1従動ギヤ(184)と第2シャフト(182)とが相対回転可能な非係合状態と、に操作する操作ロッド(241)と、を備える。操作ロッド(241)は、リテーナ(282)を介してローラ(281)を操作可能であって、ピン(283)の内端と当接する。

Description

断続装置及び継手装置
 本発明は、断続装置及び継手装置に関する。
 従来、回転体同士が一体回転可能な状態と相対回転可能な状態とを切り替える断続装置が知られている。このような断続装置は、車両の駆動装置、継手装置などに利用される(例えば、特許文献1)。
国際公開第2021/040039号
 断続装置では、状況に応じて適切に前述の2つの状態を切り替え可能であることが求められる。
 本発明は、回転体同士が一体回転可能な状態と相対回転可能な状態とを適切に切り替え可能な断続装置及び継手装置を提供する。
 本発明は、
 第1回転体と第2回転体との間に配置される係合子と、
 前記係合子を、前記第1回転体と前記第2回転体とが一体回転可能な係合状態と、前記第1回転体と前記第2回転体とが相対回転可能な非係合状態と、に操作する操作部と、を備える断続装置であって、
 前記操作部は、
 前記係合子を動かす作動子と、
 該作動子を介して前記係合子を操作可能に、又は該作動子を介さず前記係合子を操作可能に設けられる操作子と、を有し、
 前記第1回転体及び前記第2回転体は、
  互いの回転軸線が一致するように、且つ、
  前記回転軸線と直交する直交方向視で、互いの少なくとも一部が重なり合うよう配置され、
 前記操作子は、
  前記回転軸線と直交する直交方向に沿って進退移動可能に設けられる進退子と、
  前記回転軸線に沿って延在し、かつ該回転軸線に沿って進退移動可能に設けられる延在部と、を有し、
 前記進退子は、該進退子の前記直交方向における前記回転軸線側の端部である内端が、前記延在部と当接するよう設けられる。
 また、本発明は、
 上記した断続装置が適用される継手装置であって、
 前記継手装置は、
 第1部材と、
 第2部材と、
 前記第1部材と前記第2部材との成す角を変更可能に前記第1部材と前記第2部材とを連接する連接部と、
 前記第1部材と前記第2部材との前記成す角を拡大及び縮小可能な拡縮装置と、を備え、
 前記拡縮装置は、
 動力源と、前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を有し、
 前記断続装置は、前記動力伝達部に適用される。
 本発明によれば、回転体同士が一体回転可能な状態と相対回転可能な状態とを適切に切り替えることができる。
本発明の一実施形態の断続装置を搭載した電動義足1を斜め前方から見た斜視図である。 図1の電動義足1の分解斜視図である。 伸縮装置140の斜視図である。 図1の電動義足1の断面図である。 伸縮装置の断面図である。 図1の電動義足1の屈曲状態を示す要部断面図である。 図1の電動義足1の最大屈曲状態を示す要部断面図である。 二方向クラッチ280の断面図である。 図8に示すリテーナ282の一例(ローラ281、ガイド284及びゴム球282cを含む)示す斜視図である。 図8に示すリテーナの他例(ローラ281及びゴム球282cを含む)示す斜視図である。 操作機構240の動作を示す図であり、(A)は第1断続部212及び第2断続部222がオフの状態を示す図、(B)は第1断続部212がオフ、第2断続部222がオンの状態を示す図、(C)は第1断続部212がオン、第2断続部222がオフの状態を示す図である。 (A)は、第2断続部222がオフの状態を示す断面図であり、(B)はそのときの操作ロッド241の位置を示す図である。 (A)は、第2断続部222がオフからオンに操作された状態を示す断面図であり、(B)はそのときの操作ロッド241の位置を示す図である。 (A)は、第2断続部222の正転オン状態を示す断面図であり、(B)はそのときの操作ロッド241の位置を示す図である。 (A)は、第2断続部222の逆転オン状態を示す断面図であり、(B)はそのときの操作ロッド241の位置を示す図である。 (A)は、第2断続部222がオンからオフに操作された状態を示す断面図であり、(B)はそのときの操作ロッド241の位置を示す図である。 昇段時の使用者及び電動義足1の動作(昇段動作)を示す図である。 平地歩行時の使用者及び電動義足1の動作(平地歩行動作)を示す図である。 第1変形例の電動義足1において、操作ロッド241とラック241aとの連結部分を示す断面図である。 第2変形例の電動義足1における駆動部の斜視図である。 第2変形例の電動義足1における駆動部の分解斜視図である。 第2変形例の電動義足1における駆動部の、ローラ281の非係合状態における動作を説明する模式図である。 第2変形例の電動義足1における駆動部の、ローラ281の係合状態から非係合状態に遷移するときの動作を説明する模式図である。 ローラ281の非係合状態、ローラ281の係合状態から非係合状態への遷移時、ローラ281の係合状態から非係合状態への遷移時(弾性エネルギー蓄積機構300なし)の場合における、モータの電流値(モータ電流)、ロッドの位置、及び弾性エネルギーを示すグラフである。 弾性エネルギー蓄積機構300Aの斜視図である。 弾性エネルギー蓄積機構300Aにおける、ローラ281の非係合状態における動作を説明する模式図である。 弾性エネルギー蓄積機構300Aにおける、ローラ281の係合状態における動作を説明する模式図である。 第3変形例の駆動部の斜視図である。 第3変形例の駆動部の分解斜視図である。 第3変形例の駆動部の動作を説明する図である。 第4変形例の駆動部の断面図である。 第4変形例の駆動部の他の断面図である。 ジェネバ機構の説明図である。 第4変形例の駆動部の動作を説明する図である。 第5変形例の駆動部の斜視図である。 カムドラム710に形成されたカム溝711を回転方向に展開した図である。 本発明の一実施形態の断続装置を搭載した車両用駆動装置900の模式図である。
 以下、本発明の一実施形態の断続装置を搭載した電動義足について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、電動義足の使用者を基準に前後方向、左右方向、上下方向を定義する。図面には、電動義足の前方をFr、後方をRr、左側をL、右側をR、上方をU、下方をDとして示す。
 本実施形態の電動義足1は、図1~図5に示すように、ひざのない人の脚部に装着される義足であり、ひざの下側に位置する膝下側部材110と、大腿部123(図17及び図18参照)に装着され、ひざの上側に位置する膝上側部材120と、膝下側部材110と膝上側部材120との成す角を変更可能に連接する膝関節機構130と、膝下側部材110と膝上側部材120との成す角を拡大及び縮小可能な拡縮装置200と、膝下側部材110と膝上側部材120との成す角の変更範囲を機械的に制限するメカストップ機構150と、メカストップ機構150による衝撃を緩衝する緩衝機構160と、拡縮装置200などに電力を供給するバッテリBと、を備える。
 膝上側部材120は、不図示のソケットに連結されるアダプター121を備える。ソケットは、大腿部123に設けられるジョイント部材であり、ソケットにアダプター121を連結することで、大腿部123に膝上側部材120が一体化される。
 膝下側部材110は、上部及び後部が開口する箱形状のメインフレーム111と、メインフレーム111の左右両側面を覆うサイドカバー112と、メインフレーム111の後部開口を開閉可能に覆う着脱自在なリヤカバー113と、を備える。
 メインフレーム111の上部には、膝関節機構130を構成する回動部135を介して膝上側部材120が設けられ、メインフレーム111の下部には、下方に延在する脚部114が設けられる。
 膝上側部材120及び膝下側部材110により形成された空間には、膝下側部材110と膝上側部材120との成す角を拡大及び縮小可能な拡縮装置200が設けられる。本実施形態の拡縮装置200は、伸縮することにより膝下側部材110と膝上側部材120との成す角を拡大及び縮小可能な伸縮装置140である。伸縮装置140は、上下方向に延在し、詳しくは後述するが、延在方向の一方側が膝上側部材120に機械的に接続され、延在方向の他方側が膝下側部材110に機械的に接続される。なお、「機械的に接続」とは、直接接続される構成、及び他部材を介して接続される構成を含む概念である。
 図3~図5に示すように、伸縮装置140は、回転動力を出力するモータMと、モータMの動力を伝達する変速機Tと、変速機Tに動力伝達可能に接続され、変速機Tから出力される回転動力を並進運動(伸縮運動)に変換するスピンドルユニットSPと、変速機Tに設けられる第1断続機構210及び第2断続機構220と、伸縮装置140をユニット化するユニットケース250と、を備える。
 モータMは、変速機Tの後方且つ上方に配置され、スピンドルユニットSPは、変速機Tの前方且つ上方に配置される。モータMは、モータ本体部171と、モータ本体部171の出力回転を減速するギヤ機構部172と、を備えるギヤ機構内蔵モータである。スピンドルユニットSPは、雄ねじが形成されたスピンドル173と、雌ねじが形成されたスリーブ174と、を有し、スピンドル173の回転によりスリーブ174がスピンドル173の軸心に沿って並進運動する。
 具体的に説明すると、スピンドル173は、変速機Tによって伝達されたモータMの回転動力を受けて回転運動を行う。一方、スリーブ174は、ユニットケース250に回転不能且つ上下移動可能に支持されている。したがって、変速機Tによって伝達されたモータMの回転動力を受けてスピンドル173が一方側に回転すると、スリーブ174が変速機Tから離れるように並進移動し、スピンドル173が他方側に回転すると、スリーブ174が変速機Tに近づくように並進移動する。なお、スリーブ174が変速機Tから離れるように並進移動することをスピンドルユニットSPの伸長動作と呼ぶことがあり、反対にスリーブ174が変速機Tに近づくように並進移動することをスピンドルユニットSPの縮小動作と呼ぶことがある。
 即ち、スピンドル173の回転方向に応じてスリーブ174と変速機Tとの距離が伸縮する。スリーブ174の上端部は、リンク部材175を介して膝上側部材120に連結されている。スピンドル173の回転方向に応じてスリーブ174と変速機Tとの距離が伸縮することで、膝下側部材110と膝上側部材120とが回動部135を中心に回転する。これにより、膝上側部材120と膝下側部材110との成す角が変わる。膝上側部材120と膝下側部材110との成す角を鋭角側と鈍角側の角度のうち鋭角側の角度とすると、成す角が大きくなるときに膝関節機構130が伸展し、成す角が小さくなるときに膝関節機構130が屈曲する。
 なお、本実施形態の拡縮装置200は、伸縮装置140のスピンドルユニットSPによる回動運動から並進運動への変換によって伸縮装置140を伸縮させ、それに伴って膝下側部材110と膝上側部材120との成す角を拡大及び縮小させるものであったが、伸縮装置140(スピンドルユニットSP)のような伸縮(運動)する部分を有さず、膝下側部材110と膝上側部材120との間にギヤ噛み合い機構(平歯車同士の噛み合い機構、ハイポイドギヤ機構(登録商標)、ウォームギヤ機構、など)を設けて、回転運動を伝達することによって膝下側部材110と膝上側部材120との成す角を拡大及び縮小させるものであってもよい。
 変速機Tは、モータMの動力を第1変速比でスピンドルユニットSPに伝達する第1変速機構T1と、モータMの動力を第1変速比とは異なる第2変速比でスピンドルユニットSPに伝達する第2変速機構T2と、を備える。第1変速機構T1及び第2変速機構T2は、断続機構210、220によって動力の遮断状態と接続状態とが切り替えられる。
 このような変速機Tによれば、変速比の異なる2つの動力伝達路を備えることで、膝関節機構130における伸展と屈曲の動作スピード及び発生動力を切り替えることができる。第1変速比及び第2変速比は異なっていればよく、第1変速機構T1と第2変速機構T2とは、いずれか一方が減速機構で他方が増速機構であってもよく、いずれか一方が等速機構で他方が減速機構又は増速機構であってもよく、両方が減速機構であってもよく、両方が増速機構であってもよい。
 第1変速比は、第1変速機構T1におけるモータM側の回転数である変速前回転数に対する、第1変速機構T1における反モータM側(スピンドルユニットSP側)の回転数である変速後回転数の比率である。第2変速比は、第2変速機構T2におけるモータM側の回転数である変速前回転数に対する、第2変速機構T2における反モータM側(スピンドルユニットSP側)の回転数である変速後回転数の比率である。
 例えば、第1変速機構T1の第1変速比が1より小さい場合、反モータM側(スピンドルユニットSP側)の回転数はモータM側の回転数よりも減少し、トルクが増加する。第2変速機構T2の第2変速比が1より大きい場合、反モータM側(スピンドルユニットSP側)の回転数はモータM側の回転数よりも増加し、トルクが減少する。本実施形態では、第1変速比が1より小さく、第2変速比が1よりも大きく設定されており、第1変速機構T1が第2変速機構T2よりも下方に配置されている。
 第1変速機構T1及び第2変速機構T2には、ギヤ機構部172の出力軸172aの下方延長線上に回転可能に配置される第1シャフト181と、スピンドルユニットSPのスピンドル173の下方延長線上に回転可能に配置される第2シャフト182と、が含まれる。第1シャフト181は、軸心誤差を許容するカップリング187を介して、モータMのギヤ機構部172の出力軸172aに一体回転可能に連結される。第2シャフト182は、スピンドルユニットSPのスピンドル173に一体回転可能に接続されている。なお、本実施形態の第2シャフト182は、スピンドルユニットSPのスピンドル173と一体化されているが、第2シャフト182は、スピンドルユニットSPのスピンドル173とし、スプライン嵌合やカップリングを用いて連結してもよい。
 第1変速機構T1は、互いに噛み合う第1駆動ギヤ183及び第1従動ギヤ184を備える。第1駆動ギヤ183は、第1シャフト181に一体回転可能に支持され、第1従動ギヤ184は、第1従動ギヤ184の内部空間に位置する第2シャフト182に相対回転可能に支持されている。第1従動ギヤ184及び第2シャフト182は、互いの回転軸線が一致する。また、回転軸線と直交する直交方向視で、互いの少なくとも一部が重なり合うよう配置される。言い換えると、それぞれの少なくとも一部が回転軸線と直交する同一の平面上に位置するように配置される。本実施形態の第1変速機構T1は、第1駆動ギヤ183を第1従動ギヤ184よりも小径とした減速伝達機構であり、スピンドルユニットSPを低速且つ高トルクで伸縮動作させることができる。
 第2変速機構T2は、互いに噛み合う第2駆動ギヤ185及び第2従動ギヤ186を備える。第2駆動ギヤ185は、第1シャフト181に一体回転可能に支持され、第2従動ギヤ186は、第2従動ギヤ186の内部空間に位置する第2シャフト182に相対回転可能に支持されている。第2従動ギヤ186及び第2シャフト182は、互いの回転軸線が一致する。また、回転軸線と直交する直交方向視で、互いの少なくとも一部が重なり合うよう配置される。言い換えると、それぞれの少なくとも一部が回転軸線と直交する同一の平面上に位置するように配置される。本実施形態の第2変速機構T2は、第2駆動ギヤ185を第2従動ギヤ186よりも大径とした増速伝達機構であり、スピンドルユニットSPを高速且つ低トルクで伸縮動作させることができる。なお、本実施形態では、第1変速機構T1の上側に第2変速機構T2を配置しているが、第1変速機構T1の下側に第2変速機構T2を配置してもよい。つまり、第1従動ギヤ184と第2従動ギヤ186とは、回転軸線方向において異なる位置に位置していればよい。また、本実施形態の第1シャフト181及び第2シャフト182は、それぞれ、最初から一体形成されるが、上下のギヤ支持部を別体として形成した後、一体的に連結(結合)してもよい。
 第1断続機構210は、第1従動ギヤ184と第2シャフト182との間に設けられる第1断続部212を備える。第2断続機構220は、第2従動ギヤ186と第2シャフト182との間に設けられる第2断続部222を備える。これらの断続部212、222は、共通の構成を有しており、動力伝達を遮断する遮断状態と、一方向及び他方向の両方向の回転動力を伝達可能な動力伝達可能状態と、に切り替え可能に構成される。なお、断続部212、222の詳細は後述する。
 図3~図5に示すように、ユニットケース250は、アッパーケース251、ミドルケース252及びロワケース253を備える。
 アッパーケース251は、スピンドルユニットSPの外周側を覆う筒形状を有し、その上端部の内周側に設けられるブッシュ254を介してスピンドルユニットSPのスリーブ174を回転不能且つ上下移動可能に支持する。また、アッパーケース251の下端部には、外側方に延在するフランジ部251aが設けられる。アッパーケース251は、フランジ部251aを上方から貫通する複数のネジN1によってミドルケース252の前方且つ上方に締結される。
 ミドルケース252は、軸受B1を介して第1シャフト181の上端側を回転可能に支持し、且つ軸受B2を介して第2シャフト182の上端側を回転可能に支持する。ミドルケース252の前方且つ上方にはアッパーケース251が締結され、ミドルケース252の後方且つ上方にはモータMが締結される。モータMは、下側(内側)からミドルケース252を貫通する複数のネジN2によってミドルケース252に締結される。また、ミドルケース252の外周部には、ロワケース253を締結するための下フランジ252aと、メインフレーム111に固定するための一対の上フランジ252bと、が設けられる。
 ロワケース253は、ミドルケース252の下フランジ252aを上方から貫通する複数のネジN3によってミドルケース252の下方に締結される。ロワケース253は、変速機Tの下方及び側方を覆うだけでなく、軸受B3を介して第1シャフト181の下端側を回転可能に支持する。
 このようなユニットケース250によれば、アッパーケース251、ミドルケース252及びロワケース253の3段構造によって、変速機T及びスピンドルユニットSPをケーシングできるだけでなく、モータMも含めた伸縮装置140をユニット化することが可能になるので、部品点数の削減や軽量化が図れる。
 また、ユニットケース250は、図3に示すように、1つのアッパーブラケット256及び一対のミドルブラケット257を介してメインフレーム111に取付けられる。アッパーブラケット256は、アッパーケース251の上端部をメインフレーム111の前壁部に支持させ、一対のミドルブラケット257は、ミドルケース252の左右両側部に形成される一対の上フランジ252bをメインフレーム111の左右側壁部に支持させる。
 例えば、メインフレーム111側にアッパーブラケット256及びミドルブラケット257を取付けた後、伸縮装置140を組み付けるようにした場合、一対のミドルブラケット257上にミドルケース252の一対の上フランジ252bを載せることで、伸縮装置140をメインフレーム111に仮保持できるので、ミドルケース252のミドルブラケット257に対する締結作業や、アッパーケース251のアッパーブラケット256に対する締結作業が容易になる。また、逆の手順による伸縮装置140の取り外し作業も容易になる。
 また、アッパーケース251及びミドルケース252は、ロワケース253に比べて高い荷重を受けるため、アッパーブラケット256及びミドルブラケット257を介してメインフレーム111に締結することで、変速機T及びスピンドルユニットSPの支持強度が高められるだけでなく、ロワケース253の剛性を下げて軽量化が図れる。
 図4は電動義足1の伸展状態を示し、図6は電動義足1の屈曲状態を示し、図7は電動義足1の最大屈曲状態を示す。なお、電動義足1による歩行中に、図7に示す最大屈曲状態となることはない。
 メカストップ機構150は、図4、図6及び図7に示すように、膝下側部材110に設けられるストッパ部材151と、膝上側部材120に設けられる第1当接部152及び第2当接部153と、を備える。図4に示す状態では、第1当接部152がストッパ部材151に当接することで、膝関節機構130が逆方向に屈曲することが規制される。また、図7に示す状態では、第2当接部153がストッパ部材151に当接することで、膝関節機構130が最大屈曲状態から更に屈曲することが規制される。
 緩衝機構160は、膝上側部材120側に設けられ、ばね161(例えば、圧縮コイルばね)の付勢力でリンク部材175の上端部を押圧可能な押圧部162を備える。リンク部材175の下端部は、スピンドルユニットSPのスリーブ174に第1回動部176を介して回動可能に連結され、リンク部材175の上端部は、膝上側部材120に第2回動部177を介して回動可能に連結される。リンク部材175の上端部には、カム部178が形成されている。カム部178は、第2回動部177を中心とする小径な小径外周部178aと、第2回動部177からの距離が長い大径外周部178bと、小径外周部178aと大径外周部178bを段差なく連結させる連結外周部178cと、を連続的に有する。
 図6及び図7に示すように、膝関節機構130が屈曲した状態では、押圧部162がカム部178の小径外周部178aと対向しているため、押圧部162とカム部178とは離間している。図4に示すように、スピンドルユニットSPの縮小動作に応じて膝関節機構130が伸展し、伸展側のメカストップ位置に近づくと、押圧部162とカム部178との対向位置が連結外周部178cから大径外周部178bに移動するのに伴い、カム部178は、押圧部162に当接するとともに、大径外周部178bが押圧部162をばね161の付勢力に抗して押し込む。言い換えると、カム部178は、ばね161の付勢力で戻し方向に押圧される。これにより、ばね161の付勢力が抵抗となり、第1当接部152がストッパ部材151に当接する際の衝撃が緩衝される。
 つぎに、断続部212、222及び操作機構240の詳細について、図8以降を参照して説明する。
 各断続部212、222は、共通の構成を有しており、動力伝達を遮断する遮断状態と、一方向及び他方向の両方向の回転動力を伝達可能な動力伝達可能状態と、に切り替え可能に構成される。本実施形態の各断続部212、222は、図8に示すように、強制フリー機能を備える二方向クラッチ280を用いて構成されている。二方向クラッチ280は、第2シャフト182の外周面部とギヤ184、186の内周面部との間に配置される複数(本実施形態では3つ)のローラ281と、複数のローラ281を所定の間隔に保持するリテーナ282と、操作機構240と、第2シャフト182を径方向に貫通し、操作機構240によって強制フリー位置と強制フリー解除位置とに操作される複数(本実施形態では3つ)のピン283と、リテーナ282に設けられ、ピン283が強制フリー位置のとき第2シャフト182に対するリテーナ282の相対回転位置を規定する複数(本実施形態では3つ)のガイド284と、を備える。ローラ281は、ボールでもよく、スプラグでもよい。
 第2シャフト182の外周面部とギヤ184、186の内周面部との径方向の間隔Aは、ローラ281の直径Bよりも小さい。また、第2シャフト182の外周部には、周方向に所定の間隔で平坦部182aが形成されており、平坦部182aの周方向中央側では、間隔Aが直径Bよりも大きい。
 つまり、ローラ281が平坦部182aの周方向中央部に保持される状態では、ローラ281が第2シャフト182の外周面部及びギヤ184、186の内周面部に噛み合わず(非係合状態)、第2シャフト182とギヤ184、186との相対回転が許容される(強制フリー状態)。
 一方、ローラ281が第2シャフト182に対する周方向の移動が許容される状態では、ローラ281が第2シャフト182の外周面部及びギヤ184、186の内周面部に噛み合い(係合状態)、第2シャフト182とギヤ184、186とが二方向において一体回転可能に接続される(強制フリー解除状態)。
 図9に示すように、リテーナ282は、第2シャフト182及びギヤ184、186に対して相対回転可能なリング形状であり、ローラ281を保持する複数のローラ保持部282aと、ガイド284を保持する複数のガイド保持部282bと、を有する。言い換えると、リテーナ282は、回転軸線に対する円周方向においてローラ281と隣接して設けられる。
 また、リテーナ282の外周面には、複数のゴム球282cが周方向に所定の間隔で埋設されている。これらのゴム球282cは、ギヤ184、186とリテーナ282との間に適度な摩擦を生じさせることで、強制フリー解除状態における意図しない空転を防止する。なお、ギヤ184、186とリテーナ282との間に摩擦を生じさせる部材は、ゴム球282cに限らず、Oリングであってもよい。
 図8に戻って、ピン283は、径方向外側の端部に円錐状の凸部283aを有し、ガイド284は、径方向内側の端面に凸部283aと嵌合(係合)する円錐状の凹部284aを有する。ピン283の凸部283aがガイド284の凹部284aに嵌合すると、ピン283及びガイド284によるガイド作用によって、第2シャフト182に対するリテーナ282の相対回転位置が強制フリー状態となる所定の位置に位置決めされる。また、図10に示すように、ガイド284の凹部284aの代わりに、リテーナ282の内周部に軸方向に沿うV溝282dを形成してもよい。このようにすると、ガイド284を不要にして部品点数及び組立工程を削減できるだけでなく、ピン283の軸方向の誤差を許容できる。
 操作機構240は、断続部212、222を断続操作可能に設けられる操作ロッド241と、操作ロッド241を直線移動させるサーボモータ242と、を備える。
 第2シャフト182は、回転軸線方向(上下方向とも称する)に延びる内部空間S2を有する中空軸であり、この内部空間S2に操作ロッド241が配置される。操作ロッド241は、内部空間S2から露出する下端部にラック241aが設けられる。操作ロッド241は、内部空間S2に配置された軸受B4、B5によりラック241aと相対回転不能且つ回転軸線方向に一体で進退移動可能に支持される。第2シャフト182の下端部は、操作ロッド241が挿通する挿通孔を有する蓋部材188が螺合する。蓋部材188は、内部空間S2への異物の侵入を防止するとともに、操作ロッド241の取り換えを容易にする。ラック241aには、サーボモータ242の出力軸242aに設けられるピニオン243が噛み合っており、サーボモータ242の駆動に応じて、操作ロッド241の上下方向のポジションが切り替えられる。本実施形態のサーボモータ242及びピニオン243が本発明の駆動部を構成する。操作ロッド241は、ラック241aを介して駆動部と機械的に接続される。
 図11に示すように、操作ロッド241には、上方から順に、第1大径部241c1、第1小径部241b1、第2大径部241c2、第2小径部241b2、第3大径部241c3が所定の長さ及び間隔で形成されている。操作ロッド241は、2つの断続部212、222を同時に制御可能に設けられているが、断続部212、222ごとに別々に設けられていてもよい。また、本実施形態の操作ロッド241は、最初から一体形成されるが、断続部212、222ごとに別体として形成した後、一体的に連結(結合)してもよい。また、本実施形態の操作ロッド241は、ピン283、ガイド284及びリテーナ282を介してローラ281の位置を変更するが、ガイド284及びリテーナ282を介さずにピン283で直接ローラ281の位置を変更する変形例にも適用できる。
 以下の説明では、断続部212、222を同時に制御する操作機構240の動作について図11を参照しながら説明する。
 図11に示すように、断続部212、222は、操作機構240によって強制フリー状態(以下、適宜オフ状態と称する)と強制フリー解除状態(以下、適宜オン状態と称する)とに切り替えられる。
 操作機構240の操作ロッド241は、図11の(A)に示す上位置にあるとき、第2大径部241c2が第2断続部222のピン283を外径方向に押し出しつつ、第3大径部241c3が第1断続部212のピン283を外径方向に押し出すことで、第1断続部212及び第2断続部222をオフ状態とする。
 また、操作機構240の操作ロッド241は、図11の(B)に示す中位置にあるとき、第1小径部241b1が第2断続部222のピン283が内径方向に戻ることを許容しつつ、第3大径部241c3が第1断続部212のピン283を外径方向に押し出すことで、第2断続部222をオン状態、第1断続部212をオフ状態とする。
 また、操作機構240の操作ロッド241は、図11の(C)に示す下位置にあるとき、第1大径部241c1が第2断続部222のピン283を外径方向に押し出しつつ、第2小径部241b2が第1断続部212のピン283が内径方向に戻ることを許容することで、第2断続部222をオフ状態、第1断続部212をオン状態とする。
 つぎに、二方向クラッチ280の動作について、第2断続部222を例に、図12~図16を参照しつつ説明する。以下の例では、第2断続部222における図11の(A)から(B)を経て(C)へ移行する場合を例に説明する。
 図12の(A)及び(B)に示すように、操作ロッド241の第2大径部241c2が第2断続部222のピン283を外径方向に押し出す状態では、ピン283の凸部283aがガイド284の凹部284aに嵌合し、第2シャフト182に対するリテーナ282の相対回転位置が所定の位置で固定される。この状態では、ローラ281が平坦部182aの周方向中央部に保持されるため、ローラ281が第2シャフト182の外周面部及び第2従動ギヤ186の内周面部に噛み合わず、第2シャフト182と第2従動ギヤ186との相対回転が許容されるオフ状態となる。
 図13の(A)及び(B)は、操作ロッド241が、第2大径部241c2が第2断続部222のピン283を外径方向に押し出す位置から第1小径部241b1がピン283の内径方向への戻りを許容する位置に移動した状態を示している。図13では、既にピン283が内径方向に移動しているが、実際は、第2シャフト182と第2従動ギヤ186との相対回転が生じたタイミングで、第2従動ギヤ186と連れ回りするリテーナ282のガイド284が凹部284aの傾斜面でピン283を内径方向に押し戻す。
 図14の(A)及び(B)に示すように、ピン283の内径方向への戻りが許容される状態で、第2シャフト182と第2従動ギヤ186との間に図中の矢印で示す正転方向の相対回転が生じると、第2従動ギヤ186と連れ回りするリテーナ282がローラ281を第2シャフト182に対して正転方向に移動させる。これにより、ローラ281は、第2シャフト182の外周面部及び第2従動ギヤ186の内周面部に噛み合い、正転方向において第2シャフト182と第2従動ギヤ186とを一体的に回転させる正転オン状態を出現させる。
 図15の(A)及び(B)に示すように、ピン283の内径方向への戻りが許容される状態で、第2シャフト182と第2従動ギヤ186との間に図中の矢印で示す逆転方向の相対回転が生じると、第2従動ギヤ186と連れ回りするリテーナ282がローラ281を第2シャフト182に対して逆転方向に移動させる。これにより、ローラ281は、第2シャフト182の外周面部及び第2従動ギヤ186の内周面部に噛み合い、逆転方向において第2シャフト182と第2従動ギヤ186とを一体的に回転させる逆転オン状態を出現させる。リテーナ282は、ローラ281を動かす操作部の作動子の一要素と見ることができる。
 図16の(A)及び(B)に示すように、操作ロッド241が、第1小径部241b1が第2断続部222のピン283の内径方向の戻りを許容する位置から第1大径部241c1がピン283を外径方向に押し出す位置に移動すると、ピン283の凸部283aがガイド284の凹部284aに嵌合し、ピン283及びガイド284によるガイド作用によって、第2シャフト182に対するリテーナ282の相対回転位置が所定の位置に位置決め状態で固定される。この状態では、ローラ281が平坦部182aの周方向中央部に保持されるため、ローラ281が第2シャフト182の外周面部及び第2従動ギヤ186の内周面部に噛み合わず、第2シャフト182と第2従動ギヤ186との相対回転が許容されるオフ状態となる。
 このように構成された電動義足1では、これまでの受動ダンパーを備える受動義足では、非義足側の足で一段ずつ上がらざるをえなかった階段の昇段動作をスムーズに行うことが可能となる。
 具体的に説明すると、図17の(A)→(D)に示すように、電動義足1を前に出して階段を昇る(昇段)際に電動義足1に荷重がかかった状態で、膝関節機構130を屈曲した状態から伸展するとき大きな動力が必要となる。
 このとき、変速機Tは、操作ロッド241を図11の(C)に示すポジションに位置させる変速状態とする。この変速状態では、モータMとスピンドルユニットSPが第1変速機構T1を介して動力伝達状態となる。この状態で、モータMを第1方向に回転させると、モータMの動力が、第1シャフト181、第1駆動ギヤ183、第1従動ギヤ184、第1断続機構210の断続部212、第2シャフト182、スピンドルユニットSPへと伝達される。これにより、スリーブ174が変速機Tから離れるように並進移動(伸長動作)し、変速機Tが取り付けられた膝下側部材110に対し、スリーブ174が連結された膝上側部材120が回動部135を中心に回転して、膝関節機構130が伸展する。そして、この伸展させる動力は、第1変速機構T1で減速される際に高トルク化された動力なので、電動義足1を前に出して階段を昇る際に電動義足1に大きな荷重がかかった状態であっても、膝関節機構130を屈曲した状態から確実に伸展させることが可能になる。
 一方、階段の昇段動作をスムーズに行うためには、図17の(E)→(H)に示すように、健常足に荷重がかかった状態で、膝関節機構130が伸展した状態から屈曲させる(持ち上げる)必要がある。膝関節機構130が伸展した状態から屈曲させる際には、大きな動力は必要ないが素早い動作が必要となる。
 このとき、変速機Tは、操作ロッド241を図11の(B)に示すポジションに位置させる変速状態とする。この変速状態では、モータMとスピンドルユニットSPが第2変速機構T2を介して動力伝達状態となる。この状態で、モータMを第1方向とは反対の第2方向に回転させると、モータMの動力が、第1シャフト181、第2駆動ギヤ185、第2従動ギヤ186、第2断続機構220の断続部222、第2シャフト182、スピンドルユニットSPへと伝達される。これにより、スリーブ174が変速機Tに近づくように並進移動(縮小動作)し、スリーブ174が連結された膝上側部材120に対し、変速機Tが取り付けられた膝下側部材110が回動部135を中心に回転して、膝関節機構130が屈曲する。そして、この屈曲させる動力は、第2変速機構T2で増速される際に低トルク化された動力なので、膝関節機構130を素早く屈曲させることが可能になる。
 また、図18に示す平地歩行の際、及び階段を降りる(降段)際には、電動義足1に荷重がかからない遊脚時には、操作ロッド241を図11の(A)に示すポジションに位置させる変速状態とする。この変速状態では、第1断続部212及び第2断続部222がオフ状態となるため、モータMとスピンドルユニットSPが接続されないフリーの状態となる。この状態では、歩行状況に応じて膝関節機構130の任意の伸展及び屈曲が許容されるので、円滑な義足遊脚歩行が可能になる。
 一方、図18に示す階段を降りる(降段)際及び平地歩行の際、電動義足1に荷重がかかる立脚時には、操作ロッド241を図11の(B)に示すポジションに位置させる変速状態とする。この変速状態では、第2断続部222がオン状態となるので、モータMとスピンドルユニットSPが第2変速機構T2を介して動力伝達状態となる。この状態では、電動義足1に作用する屈曲方向の外力がスピンドルユニットSPから第2変速機構T2を介してモータMに伝達されるので、モータMのフリクションを利用して屈曲方向の外力を減衰させることにより、円滑な義足立脚歩行が可能になる。
 本実施形態によれば、操作ロッド241を上下方向に移動させて、図11の(A)に示すポジションと図11の(B)に示すポジションとの間で切り替える際に、図11の(C)に示すポジションを経由しないので、階段を降りる(降段)際及び平地歩行の際の変速状態の切替を迅速に行うことができる。
 また、図18に示す階段を降りる(降段)際及び平地歩行の際、図11の(C)に示すポジションに位置させる変速状態としてもよい。この場合、電動義足1に作用する屈曲方向の外力がスピンドルユニットSPから第1変速機構T1を介してモータMに伝達される。第1変速機構T1を介して屈曲方向の外力を減衰させるか、第2変速機構T2を介して屈曲方向の外力を減衰させるかは、電動義足1の使用者の体格や好みに応じて適宜変更することができる。第1変速機構T1を介して屈曲方向の外力を減衰させる場合、操作ロッド241を上下方向に移動させる際、図11の(A)に示すポジションと図11の(C)に示すポジションとの間に図11の(B)に示すポジションが入らないことが好ましい。この場合、小径部241b1、241b2及び大径部241c1~241c3の位置や数が異なる操作ロッド241に取り換える必要がある。前述したように、第2シャフト182の下端部は、操作ロッド241が挿通する挿通孔を有する蓋部材188が螺合しているので、蓋部材188を外すことで容易に操作ロッド241を取り替えることができる。
(第1変形例)
 図19は、第1変形例の電動義足1における、操作ロッド241とラック241aとの連結部分を示す断面図である。
 前述した実施形態では、操作ロッド241がラック241aと相対回転不能且つ回転軸線方向に一体で進退移動可能に構成されたが、第1変形例では、操作ロッド241がラック241aに対し相回転可能且つ回転軸線方向に一体で進退移動可能に構成される。言い換えると、操作ロッド241が回転軸線に対して回転可能に、かつ、回転軸線方向に進退移動可能に設けられ、ラック241aが回転軸線に対して回転不能に、かつ、回転軸線方向に進退移動可能に設けられる。
 第1変形例では、ラック241aがラックギヤホルダ244に固定され、ラックギヤホルダ244の上面に設けられた孔部244aに操作ロッド241が支持される。より具体的に説明すると、操作ロッド241の下端部には、操作ロッド241に対しEリング(スナップリング)245が回転軸線方向に移動不能に嵌合し、Eリング245を挟むように、操作ロッド241の上端部に、操作ロッド241が挿通する挿通孔246aが設けられたロッドホルダーナット246が螺合する。ラックギヤホルダ244は、スライダーベース247上を回転軸線方向に摺動自在に支持される。
 したがって、サーボモータ242の出力軸242aに設けられるピニオン243が回転しラック241aが上下方向に移動すると、ラック241aとともにラックギヤホルダ244、ロッドホルダーナット246、Eリング245、及び操作ロッド241が上下方向に移動する。一方、操作ロッド241は、Eリング245に対し回転可能であるため、ラックギヤホルダ244に対し相対回転することができる。
 これにより、図16の(A)及び(B)で説明した、操作ロッド241が、第1小径部241b1が第2断続部222のピン283の内径方向の戻りを許容する位置から第1大径部241c1がピン283を外径方向に押し出す位置に移動する際に、ピン283とガイド284が受ける力が操作ロッド241の回転力となり、操作ロッド241の操作荷重を低減できる。
 また、ラック241aはラックギヤホルダ244にねじ248により固定されるが、ラック241aには、締め付け位置を調整可能なスロット穴249が設けられていることが好ましい。これにより、ピニオン243とラック241aの相対位置が調整可能であるので、組み立て時に容易にピニオン243と操作ロッド241の相対位置を決定することができる。
(第2変形例)
 図20は第2変形例の電動義足1における駆動部の斜視図であり、図21は第2変形例の電動義足1における駆動部の分解斜視図である。
 第2変形例の電動義足1における駆動部は、サーボモータ242と、操作ロッド241に設けられたラック241aに噛み合うピニオン243と、サーボモータ242とピニオン243との間に設けられた弾性エネルギー蓄積機構300と、を備える。弾性エネルギー蓄積機構300は、サーボモータ242の出力軸242aに設けられる第1回転ブラケット310と、第1回転ブラケット310とピニオン243との間に配置された第2回転ブラケット320と、C字形状の第1弾性部材331及び第2弾性部材332と、を備える。
 第1回転ブラケット310には、径方向に突出する第1係合部311が設けられ、第1係合部311が第2回転ブラケット320の第1回転ブラケット310側の面から第1回転ブラケット310側に突出する第2係合部322と周方向で係合する。また、第2回転ブラケット320には、ピニオン243側の面からピニオン243側に突出する第3係合部323が設けられ、第3係合部323がピニオン243の第2回転ブラケット320側の面から第2回転ブラケット320側に突出する第4係合部264と周方向で係合する。
 第2回転ブラケット320の第2係合部322に対して第1回転ブラケット310の第1係合部311が係合する方向と、第2回転ブラケット320の第3係合部323に対してピニオン243の第4係合部264が係合する方向とは同じ方向である。第1弾性部材331は、第1係合部311及び第2係合部322を係合させる方向に付勢し、第2弾性部材332は、第3係合部323及び第4係合部264を係合させる方向に付勢する。
 したがって、サーボモータ242の一方側(以下、正転方向と称する)の回転は、第1回転ブラケット310の第1係合部311から第1弾性部材331を介して第2回転ブラケット320の第2係合部322に入力され、第2回転ブラケット320の第3係合部323からピニオン243の第4係合部264に直接伝達される。一方、サーボモータ242の他方側(以下、逆転方向と称する)の回転は、第1回転ブラケット310の第1係合部311から第2回転ブラケット320の第2係合部322に直接入力され、第2回転ブラケット320の第3係合部323から第2弾性部材332を介してピニオン243の第4係合部264に伝達される。
 続いて、このように構成された弾性エネルギー蓄積機構300の作用について説明する。
 図22及び図23は、第2変形例の電動義足1における駆動部の動作を説明する図である。図22及び図23の(A)に示すポジションは、図11の(A)に示すポジションであり、図22及び図23の(B)に示すポジションは、図11の(B)に示すポジションであり、図22及び図23の(C)に示すポジションは、図11の(C)に示すポジションである。また、図22及び図23において、第1弾性部材331及び第2弾性部材332を模式化し、周方向に延びている状態は弾性エネルギーが蓄えられている状態を示している。
 ローラ281の非係合状態では、操作ロッド241の上下方向の移動が規制されない。そのため、図22の(B)に示すポジションからサーボモータ242を正転方向に回転させると、操作ロッド241が図22の(A)に示すポジション(図11の(A)に示すポジション)に移動する。このとき、操作ロッド241の上下方向の移動が規制されないので、第1弾性部材331には弾性エネルギーが蓄えられない。
 また、図22の(B)に示すポジションからサーボモータ242を逆転方向に回転させると、操作ロッド241が図22の(C)に示すポジション(図11の(C)に示すポジション)に移動する。このとき、操作ロッド241の上下方向の移動が規制されないので、第2弾性部材332には弾性エネルギーが蓄えられない。
 ローラ281の係合状態では、操作ロッド241の上下方向の移動が規制される。そのため、図22の(B)に示すポジション(図23の左の状態)からサーボモータ242を正転方向に回転させても、操作ロッド241が動かず、これに伴ってピニオン243及び第2回転ブラケット320も回転しない。したがって、第1回転ブラケット310の第1係合部311が、第2回転ブラケット320の第2係合部322に対し正転方向に回転し、第1弾性部材331に弾性エネルギーが蓄えられる(図23の真中の上の状態)。そして、ローラ281が係合状態から非係合状態に遷移すると、第1弾性部材331の弾性エネルギーによって、第2回転ブラケット320及びピニオン243が正転方向に回転し、操作ロッド241が図22の(A)に示すポジション(図11の(A)に示すポジション)に移動する(図23の右上の状態)。
 また、図22の(B)に示すポジション(図23の左の状態)からサーボモータ242を逆転方向に回転させても、操作ロッド241が動かず、これに伴ってピニオン243も回転しない。したがって、第2回転ブラケット320の第3係合部323が、ピニオン243の第4係合部264に対し逆転方向に回転し、第2弾性部材332に弾性エネルギーが蓄えられる(図23の真中の下の状態)。そして、ローラ281が係合状態から非係合状態に遷移すると、第2弾性部材332の弾性エネルギーによって、ピニオン243が逆転方向に回転し、操作ロッド241が図22の(C)に示すポジション(図11の(C)に示すポジション)に移動する(図23の右下の状態)。
 図24は、ローラ281の非係合状態、ローラ281の係合状態から非係合状態への遷移時、ローラ281の係合状態から非係合状態への遷移時(弾性エネルギー蓄積機構なし)の場合における、サーボモータ242の電流値、操作ロッド241の位置、及び弾性部材331、332の弾性エネルギーを示すグラフである。縦軸が、サーボモータ242の電流値、操作ロッド241の位置、及び弾性部材331、332の弾性エネルギーを示し、横軸が時間を示す。
 図24の上のグラフに示すようにローラ281の非係合状態においては、サーボモータ242の電流に応じて操作ロッド241が移動する。一方、ローラ281の係合状態からサーボモータ242に電流を流して操作ロッド241を移動させようとすると、前述したように操作ロッド241の上下方向の移動が規制される。この場合、弾性エネルギー蓄積機構300が無いと、図24の下のグラフに示すように、サーボモータ242はローラ281が係合状態から非係合状態になって、操作ロッド241が所定のポジションに移動するまで電流を流し続ける。そのため、サーボモータ242に過大な負荷がかかり破損する虞がある。
 一方、弾性エネルギー蓄積機構300を備える本変形例の場合、図24の真中のグラフに示すように、サーボモータ242は弾性エネルギー蓄積機構300に所定の弾性エネルギーを蓄積させた時点で電流を停止する。そのため、サーボモータ242に過大な負荷がかかることがない。また、操作ロッド241は、弾性エネルギー蓄積機構300に蓄えられた第1弾性部材331又は第2弾性部材332の弾性エネルギーによってローラ281が係合状態から非係合状態に遷移したときに所定のポジションに移動する。このように第2変形例によれば、サーボモータ242の消費電力を抑制できるとともに、サーボモータ242に過大な負荷がかかり破損するのを抑制できる。
 図25は、弾性エネルギー蓄積機構300の他の例(以下、弾性エネルギー蓄積機構300Aと称する)を示す図である。
 弾性エネルギー蓄積機構300Aでは、引張コイルばねである第3弾性部材333及び第4弾性部材334と、を備える。なお、弾性エネルギー蓄積機構300Aで用いられる操作ロッド241は、少なくとも3分割されており、以下ではこの操作ロッド241を操作ロッド241Aと称する。なお、他の例として、操作ロッド241Aは、上記実施形態の操作ロッド241の一部でもよく、操作ロッド241に取り付けられる別部材であってもよい。
 操作ロッド241Aは、小径部241b1、241b2及び大径部241c1~241c3(図25では不図示)が設けられた第1操作ロッド341と、ラック241a(図25では不図示)が設けられた第2操作ロッド342と、第1操作ロッド341と第2操作ロッド342との間に設けられ中空形状の第3操作ロッド343と、を有し、第1操作ロッド341~第3操作ロッド343が軸線方向に相対移動可能に組み立てられる。
 第1操作ロッド341は、上方から順に第1ばね受部341aと位置規制部341bとを有し、位置規制部341bより下方が、第3操作ロッド343の中空部343aに挿通するように構成される。第3操作ロッド343の上端部には、第2ばね受部343bが設けられ、第1操作ロッド341の第1ばね受部341aとこの第2ばね受部343bとの間に第3弾性部材333が配置される。
 第3操作ロッド343には、第2ばね受部343bの下方に、中空部343aに連通する一対のガイドスロット343dが形成される。
 第2操作ロッド342の上端部には、第3ばね受部342aが設けられる。第2操作ロッド342の上部は、第3操作ロッド343の中空部343aに挿通され、第3ばね受部342aが一対のガイドスロット343dから外部に露出する。
 また、第3操作ロッド343の下端部には、第4ばね受部343cが設けられ、一対のガイドスロット343dから外部に露出した第2操作ロッド342の第3ばね受部342aとこの第4ばね受部343cとの間に第4弾性部材334が配置される。
 このように構成された弾性エネルギー蓄積機構300Aの作用について説明する。
 図26は、弾性エネルギー蓄積機構300Aの動作を説明する図である。図26の(A)に示すポジションは、図11の(A)に示すポジションであり、図26の(B)に示すポジションは、図11の(B)に示すポジションであり、図26の(C)に示すポジションは、図11の(C)に示すポジションである。
 ローラ281の非係合状態では、操作ロッド241Aの上下方向の移動が規制されない。そのため、図26の(B)に示すポジションからサーボモータ242を正転方向に回転させると、操作ロッド241Aが図26の(A)に示すポジション(図11の(A)に示すポジション)に移動する。即ち、ラック241aが設けられた第2操作ロッド342が上方に移動すると、第4弾性部材334を介して第3操作ロッド343が上方に移動し、第3操作ロッド343が上方に移動すると、第3弾性部材333を介して第1操作ロッド341が上方に移動する。このとき、操作ロッド241Aの上下方向の移動が規制されないので、第3弾性部材333及び第4弾性部材334には弾性エネルギーが蓄えられない。
 また、図26の(B)に示すポジションからサーボモータ242を逆転方向に回転させると、操作ロッド241Aが図26の(C)に示すポジション(図11の(C)に示すポジション)に移動する。即ち、ラック241aが設けられた第2操作ロッド342が下方に移動すると、第4弾性部材334を介して第3操作ロッド343が下方に移動し、第3操作ロッド343が下方に移動すると、第3弾性部材333を介して第1操作ロッド341が下方に移動する。このとき、操作ロッド241Aの上下方向の移動が規制されないので、第3弾性部材333及び第4弾性部材334には弾性エネルギーが蓄えられない。
 ローラ281の係合状態では、操作ロッド241Aの上下方向の移動が規制される。そのため、図27の(B)に示すポジション(図26の(B)と同じポジション)からサーボモータ242を正転方向に回転させても、第1操作ロッド341が動かず、第3操作ロッド343も動かない。したがって、第2操作ロッド342のみが上方に移動し、第2操作ロッド342のばね受部342aと第3操作ロッド343のばね受部343c間の距離が変わることで第4弾性部材334に弾性エネルギーが蓄えられる(図27の(A)の状態)。そして、ローラ281が係合状態から非係合状態に遷移すると、第4弾性部材334の弾性エネルギーによって、第3操作ロッド343が上方に移動し、これに伴い第3弾性部材333を介して第1操作ロッド341が図26の(A)に示すポジション(図11の(A)に示すポジション)に移動する。
 また、図27の(B)に示すポジション(図26の(B)と同じポジション)からサーボモータ242を逆転方向に回転させても、第1操作ロッド341が動かず、第2操作ロッド342が下方に移動し、これに伴い第3ばね受部342aがガイドスロット343dの下端と当接し、第3ばね受部342aによって第3操作ロッド343が下方に移動する。したがって、第1操作ロッド341のばね受部341aと第3操作ロッド343のばね受部343b間の距離が変わることで第3弾性部材333に弾性エネルギーが蓄えられる(図27の(C)の状態)。そして、ローラ281が係合状態から非係合状態に遷移すると、第3弾性部材333の弾性エネルギーによって、第1操作ロッド341が下方に移動し、第1操作ロッド341が図26の(C)に示すポジション(図11の(C)に示すポジション)に移動する。
(第3変形例)
 図28は第3変形例の電動義足1における駆動部の斜視図であり、図29は第3変形例の電動義足1における駆動部の分解斜視図である。
 前述した実施形態では、操作ロッド241の駆動部がラック241aとピニオン243からなるラックアンドピニオン機構から構成されていが、第3変形例では、リンク機構が用いられる。
 第3変形例の電動義足1における駆動部は、サーボモータ242と、ドリブンギヤ401と、トーションバネ402と、スペーサ403と、操作ロッド241に設けられた連結部500と結合するアーム部400と、を備える。連結部500は、操作ロッド241の下端部に固定されるロッド固定部501と、ロッド固定部501の下方に設けられるアーム連結部502とを有する。アーム連結部502には、サーボモータ242の出力軸線方向に貫通し、操作ロッド241の回転軸線方向(上下方向)及びサーボモータ242の出力軸線方向に直交する方向に長い長孔505が形成されている。
 アーム部400は、ドリブンギヤ401、トーションバネ402、スペーサ403を収容する円筒状のアーム本体410と、アーム本体410から延びてアーム連結部502の長孔505に案内される係合ピン421が設けられたアーム片420と、アーム本体410を挟んでアーム片420の反対側に設けられたアーム固定部430と、を備える。アーム本体410は、円周方向の一部が切りかかれており、アーム固定部430は、その両端部から延びる一対の固定片431から構成される。
 ドリブンギヤ401は円筒形状を有し、サーボモータ242側の内周部にサーボモータ242の出力軸242aに設けられるピニオン243と噛み合う内周ギヤ(不図示)が設けられ、サーボモータ242と反対側の外周部に4つの歯401aが設けられる。トーションバネ402は、ドリブンギヤ401の外周部を覆うように円筒状に設けられ、サーボモータ242と反対側に複数の歯401aに係合する複数の係合溝402bが設けられるともに、サーボモータ242側にも複数の係合溝402cが設けられる。スペーサ403は、トーションバネ402の外周部を覆うように円筒状に設けられ、サーボモータ242側にトーションバネ402の複数の係合溝402cに係合する複数の係合爪(不図示)が内周部に設けられている。
 組立は、スペーサ403の係合爪に係合溝402cが係合するようトーションバネ402をスペーサ403の内周部に配置し、さらにトーションバネ402の係合溝402bにドリブンギヤ401の歯401aが係合するようドリブンギヤ401をトーションバネ402の内周部に配置する。そして、ドリブンギヤ401の内周ギヤとサーボモータ242のピニオン243を嵌合させた状態で、ボルト405をサーボモータ242の出力軸242aに締結する。また、アーム部400は、係合ピン421をアーム連結部502の長孔505に挿通させ、アーム連結部502を挟むように一対のワッシャー406を配置した状態で、ボルト407を係合ピン421に締結する。そして、アーム部400のアーム本体410の内周部にスペーサ403を配置した状態で、ボルト408及びナット409で一対の固定片431を締め付けることでスペーサ403がアーム本体410に保持される。
 続いて、このように構成された第3変形例の電動義足1における駆動部の作用について説明する。
 図30は、第3変形例の電動義足1における駆動部の動作を説明する図である。図30の(A)に示すポジションは、図11の(A)に示すポジションであり、図30の(B)に示すポジションは、図11の(B)に示すポジションであり、図30の(C)に示すポジションは、図11の(C)に示すポジションである。
 図30の(A)、(B)、(C)に示すように、操作ロッド241の回転軸線方向(上下方向)の位置に応じて、係合ピン421が長孔505を移動する。したがって、長孔505及び係合ピン421は、サーボモータ242の回転にともなってアーム部400が回転したとき、操作ロッド241の回転軸線方向(図中、上下方向)のアーム部400の移動を連結部500に伝達するとともに、操作ロッド241の回転軸線方向(上下方向)及びサーボモータ242の出力軸線方向に直交する方向(図中、横方向)のアーム部400を連結部500に伝達しない。
 第3変形例によれば、組み立て誤差を抑制することができ、作業性が向上する。また、サーボモータ242に過負荷が発生した場合に、トーションバネ402にねじれが発生しサーボモータ242の負荷を低減できるので、サーボモータ242の破損を防止することができる。
(第4変形例)
 図31は第4変形例の電動義足1における駆動部の断面図であり、図32は第4変形例の駆動部の他の断面図であり、図33はジェネバ機構の説明図である
 第4変形例の電動義足1における駆動部は、サーボモータ242と、サーボモータ242の出力軸242aに設けられるジェネバ駆動ギヤ610と、出力軸242aと平行に延びる回転軸602に支持されるジェネバ従動ギヤ620と、回転軸602に支持され操作ロッド241に設けられたラック241aに噛み合うピニオン243と、を備える。
 図33も参照して、ジェネバ駆動ギヤ610は、出力軸242aを中心に円弧形状を有する円弧部611と、円弧部611から径方向外方から延びる延出部611aに設けられジェネバ従動ギヤ620に向けて突出する駆動ピン612と、を有する。ジェネバ従動ギヤ620には、回転軸602を中心に60°離間して配置され径方向外方に延びる略U字形の2本のスロット625と、2本のスロット625の間及び2本のスロットの円周方向両側に形成された回転軸602に向かって凹となる凹状円弧部626とが形成される。凹状円弧部626の曲率は、ジェネバ駆動ギヤ610の円弧部611の曲率と同じに設定されており、ジェネバ駆動ギヤ610の円弧部611によって案内される。
 図33に示すように、ジェネバ駆動ギヤ610が回転すると、ジェネバ駆動ギヤ610の駆動ピン612が、ジェネバ従動ギヤ620のスロット625に嵌合して、スロット625内を摺動しながら回転し、ジェネバ駆動ギヤ610が1回転するとき、ジェネバ従動ギヤ620を60°回転させる。また、ジェネバ従動ギヤ620が60°回転して駆動ピン612がスロット625から外れて離間した後は、ジェネバ駆動ギヤ610が連続して回転する一方、ジェネバ従動ギヤ620は停止する。即ち、ジェネバ駆動ギヤ610及びジェネバ従動ギヤ620は、ジェネバ駆動ギヤ610に入力された連続回転を間欠回転に変換してジェネバ従動ギヤ620から出力する。
 図34は、第4変形例の電動義足1における駆動部の動作を説明する図である。図34の(A)に示すポジションは、図11の(A)に示すポジションであり、図34の(B)に示すポジションは、図11の(B)に示すポジションであり、図34の(C)に示すポジションは、図11の(C)に示すポジションである。
 第4変形例によれば、サーボモータ242によりジェネバ駆動ギヤ610を1回転させることにより、操作ロッド241の位置が決まるので、サーボモータ242に常時通電させて位置制御する必要がなく、サーボモータ242の消費電力を低減でき、制御を簡易にできる。また、ジェネバ機構にはメカストップ機構が内在されており、ジェネバ従動ギヤ620側からの回転はジェネバ駆動ギヤ610に伝達されないので、外力が作用しても操作ロッド241の位置がずれることがない。
(第5変形例)
 図35は、第5変形例の電動義足1における駆動部の斜視図である。
 第5変形例の電動義足1における駆動部は、サーボモータ242と、サーボモータ242の出力軸242aに設けられるピニオン243と、ピニオン243と噛合する平歯車701と、平歯車701と一体に回転するカムドラム710と、操作ロッド241の下端部に設けられカムドラム710に形成されたカム溝711に係合しカム溝711に沿って摺動するピン部材715と、を備える。サーボモータ242の出力軸242aに設けられるピニオン243が回転し平歯車701が回転すると、これに伴ってカムドラム710が回転し、カム溝711にピン部材715が摺動することで操作ロッド241が上下方向に移動する。
 図36は、カムドラム710に形成されたカム溝711を回転方向に展開した図である。
 カム溝711は、カムドラム710の外周面に設けられ、第1水平部711aと、第1水平部711aよりも上方に位置する第2水平部711bと、第2水平部711bよりも上方に位置する第3水平部711cと、第1水平部711aと第2水平部711bとを接続する第1傾斜部711dと、第2水平部711bと第3水平部711cとを接続する第2傾斜部711eと、を有する。操作ロッド241のピン部材715が、第1水平部711aに位置するとき、操作ロッド241は図11の(C)に示すポジションに位置し、ピン部材715が、第2水平部711bに位置するとき、操作ロッド241は図11の(B)に示すポジションに位置し、ピン部材715が、第3水平部711cに位置するとき、操作ロッド241は図11の(A)に示すポジションに位置する。第1水平部711a~第3水平部711cの長さは、それぞれピン部材715の直径よりも長くなるように構成される。
 第5変形例によれば、ピン部材715が水平部711a~711cに位置する限り操作ロッド241の位置は変わらないので、操作ロッド241に外力が加わっても操作ロッド241の位置が維持される。また、操作ロッド241の位置はサーボモータ242の回転角によらずカム溝711に摺動するピン部材715の位置で決まるので、サーボモータ242の回転角度の要求精度が低く、操作ロッド241の位置精度がよい。また、構造が比較的シンプルであることに加えて、カム溝711の傾斜角の自由度が大きい。即ち、カムドラム710の径を調整することで傾斜部711d、711eの傾きを、サーボモータ242のトルクに合わせて調整できる。なお、平歯車701は、傘歯車機構を介してサーボモータ242の出力軸242aに設けられるピニオン243と動力伝達可能に構成されてもよい。
 以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
 例えば、上記実施形態では、本発明の断続装置が用いられる継手装置の一実施形態としての膝継手に適用した義足装置(電動義足)を例示したが、これに限らず、肘関節に適用した義肢装置(電動義肢)であってもよく、装着主体としては人間以外の他の動物であってもよく、ロボットであってもよい。肘関節に適用する場合、上記実施形態の膝下側部材110が、膝上側部材120に対して装着主体の末端側、即ち前腕となる。
 また、本発明の断続装置は、継手装置に限らず車両の駆動装置に用いられてもよい。図37は、前述の実施形態の断続装置を搭載した車両用駆動装置の模式図である。
 図37の車両用駆動装置900は、駆動源としてモータMと、モータMの動力を伝達する変速機T´と、変速機T´に設けられる第1断続機構210及び第2断続機構220と、変速機T´からの出力を左右の駆動輪WHに分配するディファレンシャル装置DIFと、を備える。
 変速機T´は、モータMの動力を第1変速比で左右の駆動輪WHに伝達する第1変速機構T1と、モータMの動力を第1変速比とは異なる第2変速比で左右の駆動輪WHに伝達する第2変速機構T2と、を備える。第1変速比と第2変速比の関係については前述の実施形態と同様である。
 第1変速機構T1は、互いに噛み合う第1駆動ギヤ901及び第1従動ギヤ902を備える。第1駆動ギヤ901は、第1シャフト911に相対回転可能に支持され、第1従動ギヤ902は、第2シャフト912に一体回転可能に支持されている。第2変速機構T2は、互いに噛み合う第2駆動ギヤ905及び第2従動ギヤ906を備える。第2駆動ギヤ905は、第1シャフト911に相対回転可能に支持され、第2従動ギヤ906は、第2シャフト912に一体回転可能に支持されている。第1シャフト911には、第1駆動ギヤ901及び第2駆動ギヤ905に加えて、モータMの動力が入力される入力ギヤ907が一体回転可能に取り付けられている。また、第2シャフト912には、第1従動ギヤ902及び第2従動ギヤ906に加えて、モータMの動力をディファレンシャル装置DIFに出力可能な出力ギヤ908が一体回転可能に取り付けられている。
 第1断続機構210は、第1駆動ギヤ901と第1シャフト911との間に設けられる第1断続部212と、第1断続部212を切り替え操作する操作機構240と、を備える。第2断続機構220は、第2駆動ギヤ905と第1シャフト911との間に設けられる第2断続部222と、第2断続部222を切り替え操作する操作機構240と、を備える。これらの断続部212、222は、共通の構成を有しており、動力伝達を遮断する遮断状態と、一方向及び他方向の両方向の回転動力を伝達可能な動力伝達可能状態と、に切り替え可能に構成される。なお、断続部212、222を構成する、ローラ281、操作ロッド241、ピン283、リテーナ282、ガイド284は前述の実施形態と同様であるので、同一符号を付して説明を省略する。
 このように構成された車両用駆動装置900では、第1断続部212がオフ、且つ、第2断続部222がオンの状態で、モータMの動力が、第2変速機構T2を介して左右の駆動輪WHに伝達される。また、第1断続部212がオン、且つ、第2断続部222がオフの状態で、モータMの動力が、第1変速機構T1を介して左右の駆動輪WHに伝達される。さらに、第1断続部212がオフ、且つ、第2断続部222がオフの状態で、モータMの動力が左右の駆動輪WHに伝達されない、いわゆるニュートラル状態となる。
 車両用駆動装置900に本発明の断続装置を適用することで、変速時の回転合わせが不要になり、変速時の応答性が向上する。また、一般的なドグクラッチ等に比べて、断続装置を構成する部品点数を削減することができる。なお、第1断続機構210及び/又は第2断続機構220は、第1シャフト911の代わりに、第2シャフト912に設けられてもよい。また、駆動輪WHは本実施形態のような円形の車輪の他に、無限軌道を動かす起動輪などでもよい。また、本実施形態は車両を推進する推進部としての駆動輪WHを駆動する駆動装置に断続装置を適用したものであったが、船舶や飛行体などの他の移動体を推進するプロペラなどの推進部を駆動する駆動装置に断続装置を適用してもよい。さらに、移動体の推進部の他に、除雪機や草刈機などの作業機の、除雪部や草刈部などの作業部を駆動する駆動装置に断続装置を適用してもよい。
 本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
 (1) 第1回転体(第1従動ギヤ184、第1駆動ギヤ901)と第2回転体(第2シャフト182、第1シャフト911)との間に配置される係合子(ローラ281)と、
 前記係合子を、前記第1回転体と前記第2回転体とが一体回転可能な係合状態と、前記第1回転体と前記第2回転体とが相対回転可能な非係合状態と、に操作する操作部(操作ロッド241、241A、ピン283、リテーナ282、ガイド284)と、を備える断続装置(第1断続機構210、第2断続機構220)であって、
 前記操作部は、
 前記係合子を動かす作動子(リテーナ282、ガイド284)と、
 該作動子を介して前記係合子を操作可能に、又は該作動子を介さず前記係合子を操作可能に設けられる操作子(操作ロッド241、241A、ピン283)と、を有し、
 前記第1回転体及び前記第2回転体は、
  互いの回転軸線が一致するように、且つ、
  前記回転軸線と直交する直交方向視で、互いの少なくとも一部が重なり合うよう配置され、
 前記操作子は、
  前記回転軸線と直交する直交方向に沿って進退移動可能に設けられる進退子(ピン283)と、
  前記回転軸線に沿って延在し、かつ該回転軸線に沿って進退移動可能に設けられる延在部(操作ロッド241、241A、ラック241a)と、を有し、
 前記進退子は、該進退子の前記直交方向における前記回転軸線側の端部である内端が、前記延在部と当接するよう設けられる、断続装置。
 (1)によれば、操作部によって、係合子の係合状態と非係合状態とを適切に切替えることができる。
 (2) (1)に記載の断続装置であって、
 前記延在部は、該延在部を駆動する駆動部(サーボモータ242)と機械的に接続され、
 前記延在部は、前記回転軸線を中心に互いに相対回転可能に設けられる第1延在部(操作ロッド241、241A)及び第2延在部(ラック241a)を有する、断続装置。
 (2)によれば、延在部が互いに相対回転可能に設けられる第1延在部及び第2延在部を有するので、進退子の退避移動の際に延在部に作用する力が延在部の回転力となり、延在部の操作荷重を低減できる。
 (3) (2)に記載の断続装置であって、
 前記駆動部は、前記延在部を前記回転軸線方向に進退移動させるよう設けられる、断続装置。
 (3)によれば、駆動部により延在部を回転軸線方向に進退移動させることができる。
 (4) (3)に記載の断続装置であって、
 前記第1延在部及び前記第2延在部のうち、前記駆動部寄りに配置されるものを前記第2延在部としたとき、
  前記第1延在部は前記回転軸線に対して回転可能に、かつ、前記回転軸線方向に進退移動可能に設けられ、
  前記第2延在部は前記回転軸線に対して回転不能に、かつ、前記回転軸線方向に進退移動可能に設けられる、断続装置。
 (4)によれば、第1延在部を回転可能としつつ、駆動部寄りに配置される第2延在部を回転不能とすることで、駆動部から動力が適切に第2延在部に入力される。
 (5) (1)~(4)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記第1回転体は、前記第2回転体よりも大径に、且つ内部に第1内部空間を有するよう中空に形成され、
 前記第2回転体は、少なくとも一部が前記第1内部空間に位置するよう配置され、且つ内部に第2内部空間(内部空間S2)を有するよう中空に形成され、
 前記延在部は、一部が前記第2内部空間に位置するよう配置される、断続装置。
 (5)によれば、第2内部空間への異物の侵入を抑制できる。
 (6) (5)に記載の断続装置であって、
  前記延在部を挿通する挿通孔を有するとともに、前記第2内部空間の前記回転軸線方向における一方側の端部を閉塞するよう設けられる閉塞部(蓋部材188)をさらに備える、断続装置。
 (6)によれば、第2内部空間への異物の侵入を抑制できる。
 (7) (6)に記載の断続装置であって、
 前記閉塞部は、前記第2回転体に対して着脱可能に設けられる、断続装置。
 (7)によれば、延在部の交換が容易となり、断続装置のオン/オフのタイミングの求等に応じて最適な延在部を使用することができる。
 (8) (7)に記載の断続装置であって、
 前記第2内部空間の前記閉塞部の近傍に配置され、前記延在部を軸支する軸受部(軸受B5)をさらに備える、断続装置。
 (8)によれば、閉塞部の近傍に軸受部を配置することで、延在部の交換の際に軸受も着脱しやすい。
 (9) (5)~(8)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記延在部は、前記回転軸線を中心に回転可能に設けられる、断続装置。
 (9)によれば、延在部が回転軸線を中心に回転可能なので、進退子の退避移動の際に延在部に作用する力が延在部の回転力となり、延在部の操作荷重を低減できる。
 (10) (1)から(9)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記延在部は、該延在部を駆動する駆動部と機械的に接続され、
 前記駆動部は、
 駆動源(サーボモータ242)と、弾性エネルギー蓄積機構(弾性エネルギー蓄積機構300、300A)と、を有し、
 前記弾性エネルギー蓄積機構は、第1駆動部材(第1回転ブラケット310、第2操作ロッド342)と、第2駆動部材(第2回転ブラケット320、第3操作ロッド343)と、前記第1駆動部材及び前記第2駆動部材の間に動力伝達可能に介装される第1弾性部材(第1弾性部材331、第4弾性部材334)と、前記第2駆動部材及び第3駆動部材(ピニオン243、第1操作ロッド341)又は前記延在部の間に動力伝達可能に介装される第2弾性部材(第2弾性部材332、第3弾性部材333)と、を有する、断続装置。
 (10)によれば、駆動源の消費電力を抑制できる。
 (11) (10)に記載の断続装置であって、
 前記駆動源の一方向の動力(回転動力又は並進動力)は、
 前記第1駆動部材から前記第1弾性部材を介して前記第2駆動部材に伝達され、前記第2駆動部材から前記第3駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられ、
 前記駆動源の他方向の動力は、前記第1駆動部材から前記第2駆動部材に伝達され、前記第2駆動部材から前記第2弾性部材を介して前記第3駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
 (11)によれば、駆動源の消費電力を抑制できる。
 (12) (11)に記載の断続装置であって、
 前記駆動源は、回転動力を発生可能に設けられ、
 前記第1駆動部材(第1回転ブラケット310)及び前記第2駆動部材(第2回転ブラケット320)は同一の回転軸線を有する回転部材として設けられ、
 前記第1弾性部材(第1弾性部材331)は、前記第1駆動部材に入力された回転動力が前記第2駆動部材に伝達されるよう設けられ、
 前記第2弾性部材(第2弾性部材332)は、前記第2駆動部材に伝達された回転動力が前記第3駆動部材(ピニオン243)又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
 (12)によれば、回転動力を利用してエネルギーを蓄積できる。
 (13) (11)に記載の断続装置であって、
 前記駆動源は、並進動力を発生可能に設けられ、
 前記第1駆動部材(第2操作ロッド342)及び前記第2駆動部材(第3操作ロッド343)は同一の並進軸線を有する並進部材として設けられ、
 前記第1弾性部材(第4弾性部材334)は、前記第1駆動部材に入力された並進動力が前記第2駆動部材に伝達されるよう設けられ、
 前記第2弾性部材(第3弾性部材333)は、前記第2駆動部材に伝達された並進動力が前記第3駆動部材(第1操作ロッド341)又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
 (13)によれば、並進動力を利用してエネルギーを蓄積できる。
 (14) (1)から(13)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記延在部は、該延在部を駆動する駆動部と機械的に接続され、
 前記駆動部は、
 駆動源(サーボモータ242)と、動力変換機構と、を有する
 前記動力変換機構は、
 第4駆動部材(アーム部400、ジェネバ駆動ギヤ610、カムドラム710)を有するとともに、
 該第4駆動部材は、第5駆動部材(連結部500、ジェネバ従動ギヤ620)又は前記延在部と動力伝達可能に係合するよう設けられる、断続装置。
 (14)によれば、駆動源の動力を適切に伝達できる。
 (15) (14)に記載の断続装置であって、
 前記駆動源は、回転動力を発生可能に設けられ、
 前記動力変換機構は、前記第4駆動部材(アーム部400、カムドラム710)に入力された回転動力を並進動力に変換して前記第5駆動部材(連結部500)又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
 (15)によれば、駆動源の回転動力を並進動力に変換して伝達できる。
 (16) (15)に記載の断続装置であって、
 前記第4駆動部材及び前記第5駆動部材又は前記延在部のいずれか一方には案内溝(長孔505、カム溝711)が設けられ、
 前記第4駆動部材及び前記第5駆動部材又は前記延在部のいずれか他方には、前記案内溝に案内される係合突起(係合ピン421、ピン部材715)が設けられる、断続装置。
 (16)によれば、案内溝に係合する係合突起により回転動力を並進動力に変換できる。
 (17) (14)に記載の断続装置であって、
 前記駆動源は、回転動力を発生可能に設けられ、
 前記動力変換機構は、前記第4駆動部材(ジェネバ駆動ギヤ610)に入力された回転動力(連続回転)を他の回転動力(間欠回転)に変換して前記第5駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
 (17)によれば、入力された回転動力を他の回転動力に変換して伝達できる。
 (18) (14)から(17)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記駆動部は、前記駆動源及び前記第4駆動部材の間に動力伝達可能に介装される第3弾性部材(トーションバネ402)を有する、断続装置。
 (18)によれば、駆動源の負荷を低減できる。
 (19) (1)から(18)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記第1回転体は、前記第2回転体よりも大径に、且つ内部に第1内部空間を有するよう中空に形成され、
 前記第2回転体は、少なくとも一部が前記第1内部空間に位置するよう配置され、且つ、内部に第2内部空間を有するよう中空に形成され、
 前記延在部は、少なくとも一部が前記第2内部空間に位置するよう配置される、断続装置。
 (19)によれば、小型化することができる。
 (20) (1)から(19)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記進退子は、
 前記直交方向における外側に位置するときに、
 前記係合子が前記係合状態と前記非係合状態との一方の状態となり、
 前記直交方向における内側に位置するときに、
 前記係合子が前記係合状態と前記非係合状態との他方の状態なるよう設けられる、断続装置。
 (20)によれば、進退子の径方向における位置に応じて係合状態及び非係合状態を制御することができる。
 (21) (20)に記載の断続装置であって、
 前記操作子は、
 前記回転軸線方向における第1の位置に位置するときに、
 前記進退子が前記直交方向における前記外側に位置し、
 前記回転軸線方向における第2の位置に位置するときに、
 前記進退子が前記直交方向における前記内側に位置するよう設けられる、断続装置。
 (21)によれば、操作子を回転軸線に沿って第1の位置又は第2の位置に進退移動することで、進退子の径方向における位置を制御することができる。
 (22) (21)に記載の断続装置であって、
 前記進退子は、
 前記直交方向における前記外側に位置するときに、前記係合子が前記非係合状態となるもので、
 前記延在部は、
 前記回転軸線方向における前記第1の位置及び前記第2の位置と異なる第3の位置に位置するときに、
 前記進退子が前記直交方向における前記外側に位置するよう設けられる、断続装置。
 (22)によれば、操作子を回転軸線に沿って第3の位置に移動することで、進退子の径方向における位置を制御することができる。
 (23) (1)から(22)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記係合子は、前記回転軸線に対する円周方向に離間して配置される複数の係合体(ローラ281)を有し、
 前記作動子は、
 前記回転軸線に対する円周方向に離間して配置され複数の前記係合体を動かす複数の前記進退子と、
 複数の前記係合体及び複数の前記進退子を保持する保持器(リテーナ282、ガイド284)と、を有する、断続装置。
 (23)によれば、複数の進退子と保持器とにより作動子が構成される。
 (24) (1)から(22)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記係合子は、前記回転軸線に対する円周方向に離間して配置される複数の係合体(ローラ281)と、
 複数の前記係合体を保持する保持器(リテーナ282、ガイド284)と、を有し、
 前記進退子は、前記保持器を介して複数の前記係合子を動かすよう設けられる、断続装置。
 (24)によれば、複数の係合体と保持器とにより係合子が構成される。
 (25) (1)から(24)のいずれかに記載の断続装置であって、
 前記回転軸線と回転軸線が一致するよう配置される第3回転体(第2従動ギヤ186)及び第4回転体(第2シャフト182)をさらに
備えるとともに、
 前記第3回転体と前記第4回転体との間に配置される他の係合子(ローラ281)と、
 前記他の係合子を、前記第3回転体と前記第4回転体とが一体回転可能な係合状態と、
 前記第3回転体と前記第4回転体とが相対回転可能な非係合状態と、に操作する他の操作部(操作ロッド241、241A、ピン283、リテーナ282、ガイド284)と、をさらに有する、断続装置。
 (25)によれば、他の操作部によって、第3回転体及び第4回転体の係合状態と、第3回転体及び第4回転体の非係合状態とを適切に切替えることができる。
 (26) (25)に記載の断続装置であって、
 前記他の操作部は、
 前記他の係合子を動かす他の作動子(リテーナ282、ガイド284)と、
 該他の作動子を介して前記他の係合子を操作可能に、又は該他の作動子を介さず前記他の係合子を操作可能に設けられる他の操作子(操作ロッド241、241A、ピン283)と、を有する、断続装置。
 (26)によれば、他の操作子によって第3回転体及び第4回転体の係合状態と、第3回転体及び第4回転体の非係合状態とを適切に切替えることができる。
 (27) (26)に記載の断続装置であって、
 前記他の操作子は、
 前記回転軸線と直交する直交方向に沿って進退移動可能に設けられる他の進退子(ピン283)と、
 前記回転軸線に沿って延在し、かつ該回転軸線に沿って進退移動可能に設けられる他の延在部(操作ロッド241、241A、ラック241a)と、を有し、
 前記他の進退子は、該他の進退子の前記直交方向における前記回転軸線側の端部である内端が、前記他の延在部と当接するよう設けられる、断続装置。
 (27)によれば、他の操作子では、他の進退子の内端が延在部と当接することで、他の進退子が第3回転体及び第4回転体の回転軸線と直交する直交方向に沿って進退移動可能となる。
 (28) (27)に記載の断続装置であって、
 前記第2回転体と前記第4回転体とは一体回転可能に設けられ、
 前記延在部と前記他の延在部とは一体に設けられるとともに、前記回転軸線方向において異なる位置に位置するよう配置される、断続装置。
 (28)によれば、駆動源を共有することができ、さらに制御を簡素化できる。
 (29) (1)から(28)のいずれかに記載の断続装置が適用される継手装置(電動義足1)であって、
 前記継手装置は、
 第1部材(膝下側部材110)と、
 第2部材(膝上側部材120)と、
 前記第1部材と前記第2部材との成す角を変更可能に前記第1部材と前記第2部材とを連接する連接部(膝関節機構130)と、
 前記第1部材と前記第2部材との前記成す角を拡大及び縮小可能な拡縮装置(拡縮装置200)と、を備え、
 前記拡縮装置は、
 動力源(モータM)と、前記動力源の動力を伝達する動力伝達部(変速機T)と、を有し、
 前記断続装置は、前記動力伝達部に適用される、継手装置。
 (29)によれば、継手装置において係合子の係合状態と非係合状態とを適切に切替えることができる。
 (30) (29)に記載の継手装置であって、
 装着主体に対して前記第1部材が前記第2部材よりも該装着主体の末端側となるよう装着され、
 前記連接部が、該装着主体の関節として機能するよう設けられる義肢装置(電動義足1)である、継手装置。
 (30)によれば、義肢装置において係合子の係合状態と非係合状態とを適切に切替えることができる。
 (31) (30)に記載の継手装置であって、
 前記義肢装置は、前記装着主体の脚部に装着される義足装置(電動義足1)である、継手装置。
 (31)によれば、義足装置において係合子の係合状態と非係合状態とを適切に切替えることができる。
 (32) (31)に記載の継手装置であって、
 前記義足装置は、前記第2部材が前記脚部の大腿部に装着され、
 前記連接部が、前記大腿部と下腿部との間の膝関節として機能するよう設けられる、継手装置。
 (32)によれば、義足装置の膝関節において係合子の係合状態と非係合状態とを適切に切替えることができる。
 以上、各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
 なお、本出願は、2021年12月15日出願の日本特許出願(特願2021-203497)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
1 電動義足(継手装置、義肢装置、義足装置)
110 膝下側部材(第1部材)
120 膝上側部材(第2部材)
130 膝関節機構(連接部)
182 第2シャフト(第2回転体、第4回転体)
184 第1従動ギヤ(第1回転体)
186 第2従動ギヤ(第3回転体)
188 蓋部材(閉塞部)
200 拡縮装置
210 第1断続機構(断続装置)
220 第2断続機構(断続装置)
241、241A 操作ロッド(操作部、操作子、延在部、第1延在部)
241a ラック(延在部、第2延在部、ラック部)
242 サーボモータ(駆動部、駆動源)
243 ピニオン(第3駆動部材)
281 ローラ(係合子、係合体)
282 リテーナ(操作部、作動子、保持器)
283 ピン(操作部、操作子、進退子)
284 ガイド(操作部、作動子、保持器)
300、300A 弾性エネルギー蓄積機構
310 第1回転ブラケット(第1駆動部材)
320 第2回転ブラケット(第2駆動部材)
331 第1弾性部材
332 第2弾性部材
333 第3弾性部材(第2弾性部材)
334 第4弾性部材(第1弾性部材)
341 第1操作ロッド(第3駆動部材)
342 第2操作ロッド(第1駆動部材)
343 第3操作ロッド(第2駆動部材)
400 アーム部(第4駆動部材)
402 トーションバネ(第3弾性部材)
421 係合ピン(係合突起)
500 連結部(第5駆動部材)
505 長孔(案内溝)
610 ジェネバ駆動ギヤ
612 駆動ピン
620 ジェネバ従動ギヤ(第5駆動部材)
710 カムドラム(第4駆動部材)
711 カム溝
715 ピン部材(係合突起)
901 第1駆動ギヤ(第1回転体)
911 第1シャフト(第2回転体)
B5 軸受(軸受部)
S2 内部空間(第2内部空間)
T 変速機(動力伝達部)
M モータ(動力源)

Claims (32)

  1.  第1回転体と第2回転体との間に配置される係合子と、
     前記係合子を、前記第1回転体と前記第2回転体とが一体回転可能な係合状態と、前記第1回転体と前記第2回転体とが相対回転可能な非係合状態と、に操作する操作部と、を備える断続装置であって、
     前記操作部は、
     前記係合子を動かす作動子と、
     該作動子を介して前記係合子を操作可能に、又は該作動子を介さず前記係合子を操作可能に設けられる操作子と、を有し、
     前記第1回転体及び前記第2回転体は、
      互いの回転軸線が一致するように、且つ、
      前記回転軸線と直交する直交方向視で、互いの少なくとも一部が重なり合うよう配置され、
     前記操作子は、
      前記回転軸線と直交する直交方向に沿って進退移動可能に設けられる進退子と、
      前記回転軸線に沿って延在し、かつ該回転軸線に沿って進退移動可能に設けられる延在部と、を有し、
     前記進退子は、該進退子の前記直交方向における前記回転軸線側の端部である内端が、前記延在部と当接するよう設けられる、断続装置。
  2.  請求項1に記載の断続装置であって、
     前記延在部は、該延在部を駆動する駆動部と機械的に接続され、
     前記延在部は、前記回転軸線を中心に互いに相対回転可能に設けられる第1延在部及び第2延在部を有する、断続装置。
  3.  請求項2に記載の断続装置であって、
     前記駆動部は、前記延在部を前記回転軸線方向に進退移動させるよう設けられる、断続装置。
  4.  請求項3に記載の断続装置であって、
     前記第1延在部及び前記第2延在部のうち、前記駆動部寄りに配置されるものを前記第2延在部としたとき、
      前記第1延在部は前記回転軸線に対して回転可能に、かつ、前記回転軸線方向に進退移動可能に設けられ、
      前記第2延在部は前記回転軸線に対して回転不能に、かつ、前記回転軸線方向に進退移動可能に設けられる、断続装置。
  5.  請求項1~4のいずれか一項に記載の断続装置であって、
     前記第1回転体は、前記第2回転体よりも大径に、且つ内部に第1内部空間を有するよう中空に形成され、
     前記第2回転体は、少なくとも一部が前記第1内部空間に位置するよう配置され、且つ内部に第2内部空間を有するよう中空に形成され、
     前記延在部は、一部が前記第2内部空間に位置するよう配置される、断続装置。
  6.  請求項5に記載の断続装置であって、  前記延在部を挿通する挿通孔を有するとともに、前記第2内部空間の前記回転軸線方向における一方側の端部を閉塞するよう設けられる閉塞部をさらに備える、断続装置。
  7.  請求項6に記載の断続装置であって、
     前記閉塞部は、前記第2回転体に対して着脱可能に設けられる、断続装置。
  8.  請求項7に記載の断続装置であって、
     前記第2内部空間の前記閉塞部の近傍に配置され、前記延在部を軸支する軸受部をさらに備える、断続装置。
  9.  請求項5~8のいずれか一項に記載の断続装置であって、
     前記延在部は、前記回転軸線を中心に回転可能に設けられる、断続装置。
  10.  請求項1から9のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記延在部は、該延在部を駆動する駆動部と機械的に接続され、
     前記駆動部は、
     駆動源と、弾性エネルギー蓄積機構と、を有し、
     前記弾性エネルギー蓄積機構は、第1駆動部材と、第2駆動部材と、前記第1駆動部材及び前記第2駆動部材の間に動力伝達可能に介装される第1弾性部材と、前記第2駆動部材及び第3駆動部材又は前記延在部の間に動力伝達可能に介装される第2弾性部材と、を有する、断続装置。
  11.  請求項10に記載の断続装置であって、
     前記駆動源の一方向の動力は、
     前記第1駆動部材から前記第1弾性部材を介して前記第2駆動部材に伝達され、前記第2駆動部材から前記第3駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられ、
     前記駆動源の他方向の動力は、前記第1駆動部材から前記第2駆動部材に伝達され、前記第2駆動部材から前記第2弾性部材を介して前記第3駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
  12.  請求項11に記載の断続装置であって、
     前記駆動源は、回転動力を発生可能に設けられ、
     前記第1駆動部材及び前記第2駆動部材は同一の回転軸線を有する回転部材として設けられ、
     前記第1弾性部材は、前記第1駆動部材に入力された回転動力が前記第2駆動部材に伝達されるよう設けられ、
     前記第2弾性部材は、前記第2駆動部材に伝達された回転動力が前記第3駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
  13.  請求項11に記載の断続装置であって、
     前記駆動源は、並進動力を発生可能に設けられ、
     前記第1駆動部材及び前記第2駆動部材は同一の並進軸線を有する並進部材として設けられ、
     前記第1弾性部材は、前記第1駆動部材に入力された並進動力が前記第2駆動部材に伝達されるよう設けられ、
     前記第2弾性部材は、前記第2駆動部材に伝達された並進動力が前記第3駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
  14.  請求項1から13のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記延在部は、該延在部を駆動する駆動部と機械的に接続され、
     前記駆動部は、
     駆動源と、動力変換機構と、を有する
     前記動力変換機構は、
     第4駆動部材を有するとともに、
     該第4駆動部材は、第5駆動部材又は前記延在部と動力伝達可能に係合するよう設けられる、断続装置。
  15.  請求項14に記載の断続装置であって、
     前記駆動源は、回転動力を発生可能に設けられ、
     前記動力変換機構は、前記第4駆動部材に入力された回転動力を並進動力に変換して前記第5駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
  16.  請求項15に記載の断続装置であって、
     前記第4駆動部材及び前記第5駆動部材又は前記延在部のいずれか一方には案内溝が設けられ、
     前記第4駆動部材及び前記第5駆動部材又は前記延在部のいずれか他方には、前記案内溝に案内される係合突起が設けられる、断続装置。
  17.  請求項14に記載の断続装置であって、
     前記駆動源は、回転動力を発生可能に設けられ、
     前記動力変換機構は、前記第4駆動部材に入力された回転動力を他の回転動力に変換して前記第5駆動部材又は前記延在部に伝達されるよう設けられる、断続装置。
  18.  請求項14から17のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記駆動部は、前記駆動源及び前記第4駆動部材の間に動力伝達可能に介装される第3弾性部材を有する、断続装置。
  19.  請求項1から18のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記第1回転体は、前記第2回転体よりも大径に、且つ内部に第1内部空間を有するよう中空に形成され、
     前記第2回転体は、少なくとも一部が前記第1内部空間に位置するよう配置され、且つ、内部に第2内部空間を有するよう中空に形成され、
     前記延在部は、少なくとも一部が前記第2内部空間に位置するよう配置される、断続装置。
  20.  請求項1から19のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記進退子は、
     前記直交方向における外側に位置するときに、
     前記係合子が前記係合状態と前記非係合状態との一方の状態となり、
     前記直交方向における内側に位置するときに、
     前記係合子が前記係合状態と前記非係合状態との他方の状態なるよう設けられる、断続装置。
  21.  請求項20に記載の断続装置であって、
     前記操作子は、
     前記回転軸線方向における第1の位置に位置するときに、
     前記進退子が前記直交方向における前記外側に位置し 、
     前記回転軸線方向における第2の位置に位置するときに、
     前記進退子が前記直交方向における前記内側に位置するよう設けられる、断続装置。
  22.  請求項21に記載の断続装置であって、
     前記進退子は、
     前記直交方向における前記外側に位置するときに、前記係合子が前記非係合状態となるもので、
     前記延在部は、
     前記回転軸線方向における前記第1の位置及び前記第2の位置と異なる第3の位置に位置するときに、
     前記進退子が前記直交方向における前記外側に位置するよう設けられる、断続装置。
  23.  請求項1から22のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記係合子は、前記回転軸線に対する円周方向に離間して配置される複数の係合体を有し、
     前記作動子は、
     前記回転軸線に対する円周方向に離間して配置され複数の前記係合体を動かす複数の前記進退子と、
     複数の前記係合体及び複数の前記進退子を保持する保持器と、を有する、断続装置。
  24.  請求項1から22のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記係合子は、前記回転軸線に対する円周方向に離間して配置される複数の係合体と、
     複数の前記係合体を保持する保持器と、を有し、
     前記進退子は、前記保持器を介して複数の前記係合子を動かすよう設けられる、断続装置。
  25.  請求項1から24のいずれか1項に記載の断続装置であって、
     前記回転軸線と回転軸線が一致するよう配置される第3回転体及び第4回転体をさらに
    備えるとともに、
     前記第3回転体と前記第4回転体との間に配置される他の係合子と、
     前記他の係合子を、前記第3回転体と前記第4回転体とが一体回転可能な係合状態と、
     前記第3回転体と前記第4回転体とが相対回転可能な非係合状態と、に操作する他の操作部と、をさらに有する、断続装置。
  26.  請求項25に記載の断続装置であって、
     前記他の操作部は、
     前記他の係合子を動かす他の作動子と、
     該他の作動子を介して前記他の係合子を操作可能に、又は該他の作動子を介さず前記他の係合子を操作可能に設けられる他の操作子と、を有する、断続装置。
  27.  請求項26に記載の断続装置であって、
     前記他の操作子は、
     前記回転軸線と直交する直交方向に沿って進退移動可能に設けられる他の進退子と、
     前記回転軸線に沿って延在し、かつ該回転軸線に沿って進退移動可能に設けられる他の延在部と、を有し、
     前記他の進退子は、該他の進退子の前記直交方向における前記回転軸線側の端部である内端が、前記他の延在部と当接するよう設けられる、断続装置。
  28.  請求項27に記載の断続装置であって、
     前記第2回転体と前記第4回転体とは一体回転可能に設けられ、
     前記延在部と前記他の延在部とは一体に設けられるとともに、前記回転軸線方向において異なる位置に位置するよう配置される、断続装置。
  29.  請求項1から28のいずれか1項に記載の断続装置が適用される継手装置であって、
     前記継手装置は、
     第1部材と、
     第2部材と、
     前記第1部材と前記第2部材との成す角を変更可能に前記第1部材と前記第2部材とを連接する連接部と、
     前記第1部材と前記第2部材との前記成す角を拡大及び縮小可能な拡縮装置と、を備え、
     前記拡縮装置は、
     動力源と、前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を有し、
     前記断続装置は、前記動力伝達部に適用される、継手装置。
  30.  請求項29に記載の継手装置であって、
     装着主体に対して前記第1部材が前記第2部材よりも該装着主体の末端側となるよう装着され、
     前記連接部が、該装着主体の関節として機能するよう設けられる義肢装置である、継手装置。
  31.  請求項30に記載の継手装置であって、
     前記義肢装置は、前記装着主体の脚部に装着される義足装置である、継手装置。
  32.  請求項31に記載の継手装置であって、
     前記義足装置は、前記第2部材が前記脚部の大腿部に装着され、
     前記連接部が、前記大腿部と下腿部との間の膝関節として機能するよう設けられる、継手装置。
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