WO2023113001A1 - 動力伝達装置 - Google Patents

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WO2023113001A1
WO2023113001A1 PCT/JP2022/046290 JP2022046290W WO2023113001A1 WO 2023113001 A1 WO2023113001 A1 WO 2023113001A1 JP 2022046290 W JP2022046290 W JP 2022046290W WO 2023113001 A1 WO2023113001 A1 WO 2023113001A1
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WO
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power transmission
transmission device
housing
rotating body
shaft
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PCT/JP2022/046290
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圭 島田
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本田技研工業株式会社
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/68Operating or control means
    • 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
    • F16D41/064Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls
    • F16D41/066Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical
    • F16D41/067Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical and the members being distributed by a separate cage encircling the axis of rotation
    • 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
    • F16H3/087Toothed 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 characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089Toothed 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 characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device.
  • a joint device such as a prosthetic leg is equipped with a power transmission device equipped with an intermittent device that switches between a state in which the rotating bodies can rotate together and a state in which they can rotate relative to each other (for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 does not disclose how to protect the power transmission part from foreign matter, etc., and there is room for improvement.
  • the present invention provides a power transmission device capable of suppressing entry of foreign matter into the power transmission portion.
  • the present invention A power transmission device arranged on a power transmission path between a driving part and a driven part, a first rotating body; a second rotating body; an interrupter; A housing that accommodates the first rotating body, the second rotating body, and the disconnecting device,
  • the interrupter is 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; and an operation unit for operating the
  • FIG. 1 is a perspective view of an electric prosthetic leg 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; 4 is a cross-sectional view of the expansion device 140.
  • FIG. 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 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);
  • 1 is a schematic diagram of a vehicle drive system 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 expansion/reduction device 200 capable of expanding and contracting the angle formed by the below-the-knee member 110 and the above-knee member 120 by expanding and contracting mechanically limits the change range of the angle between the below-the-knee member 110 and the above-the-knee member 120.
  • ⁇ It includes a mechanical stop mechanism 150, a cushioning mechanism 160 that cushions the impact of the mechanical stop mechanism 150, and 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, detachable side covers 112 covering both left and right sides of the main frame 111, and detachable covers for opening and closing the rear opening 111m of the main frame 111. and a flexible rear cover 113 .
  • the main frame 111 includes a pair of side frames 111L and 111R arranged on the left and right across a unit case 250 to be housed inside, and a front frame 111F provided to connect the side frames 111L and 111R in front. , provided.
  • 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 .
  • 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 driving gear 185 is supported by the first shaft 181 so as to be integrally rotatable
  • the second driven gear 186 is supported by the second shaft 182 so as to be relatively rotatable.
  • 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. These upper case 251, middle case 252 and lower case 253 are formed separately from each other.
  • the upper case 251 accommodates the spindle unit SP. More specifically, the upper case 251 has a cylindrical shape that covers the outer peripheral side of the spindle unit SP, and prevents the sleeve 174 of the spindle unit SP from rotating via a bush 254 provided on the inner peripheral side of the upper end portion of the upper case 251. And it supports it so that a vertical movement is possible.
  • a flange portion 251a extending outward is provided at the lower end portion of the upper case 251. As shown in FIG.
  • 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 has the motor main body 171 and the gear mechanism 172 described above housed in a motor case, and the motor case is fastened to the rear and upper side of the middle case 252 .
  • a motor case of the motor M is fastened to the middle case 252 by a plurality of screws N2 that penetrate the middle case 252 from the lower side (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 frame 111F of the main frame 111
  • the pair of middle brackets 257 supports the main frame 111 with a pair of upper flanges 252b formed on both left and right sides of the middle case 252. are supported by the side frames 111L and 111R.
  • the lower case 253 is supported by the main frame 111 via the middle case 252
  • the lower case 253 itself is not supported by the main frame 111 .
  • 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 permitted.
  • 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 shifted to the position shown in FIG. state.
  • the second intermittent portion 222 is turned on, so that the motor M and the spindle unit SP are in a power transmission state via the second speed change mechanism T2.
  • the external force acting on the electric prosthesis 1 in the bending direction is transmitted from the spindle unit SP to the motor M via the second transmission mechanism T2, so the friction of the motor M is used to attenuate the external force in the bending direction.
  • smooth prosthetic stance walking becomes possible.
  • 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. 19 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. 19 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', A transmission case (not shown) that accommodates the transmission T', the first connecting/disconnecting mechanism 210 and the second connecting/disconnecting mechanism 220, 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 drive gear 901 and the first shaft 911 .
  • the second connecting/disconnecting mechanism 220 includes a second connecting/disconnecting portion 222 provided between the second driving gear 905 and the first shaft 911 .
  • 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 transmission T' is housed in a transmission case (not shown) and fixed to the vehicle body.
  • 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.
  • a power transmission device (transmission T) arranged on a power transmission path between a driving portion (motor M) and a driven portion (spindle unit SP, driving wheels WH), a first rotating body (first driven gear 184, first drive gear 901); a second rotating body (second shaft 182, first shaft 911); an intermittent device (first intermittent mechanism 210, second intermittent mechanism 220); A housing (unit case 250) that houses the first rotating body, the second rotating body, and the disconnecting device,
  • the interrupter is an engaging element (roller 281) 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; and an operating portion (operating rod 241, pin 283, retainer 282, guide 284) to be operated.
  • the housing accommodates the first rotating body, the second rotating body, and the disconnecting device, it is possible to prevent foreign matter from entering the power transmission portion.
  • the power transmission device according to (1) The first rotating body and the second rotating body are so that their axes of rotation coincide, and A power transmission device arranged so that at least a part of each other overlaps when viewed in an orthogonal direction orthogonal to the rotation axis.
  • the size of the power transmission device can be reduced.
  • the housing has a first housing (middle case 252) and a second housing (lower case 253) which are separately formed and fixed,
  • the first housing is arranged on one (upper) side of the rotation axis direction than the second housing,
  • a power transmission device provided so as to be supported by a mounting body (below-the-knee member 110) on which the power transmission device is mounted.
  • the second housing is supported by the mounting body via the first housing.
  • the housing is Provided so that the direction in which the rotation axis extends is aligned with the vertical direction, A power transmission device arranged such that the one side is vertically upward.
  • the first housing located on the upper side in the vertical direction is fixed to the mounting body.
  • the phrase "matching the vertical direction" may be a form in which the first housing is located above the second housing, other than completely matching the vertical direction.
  • the power transmission device according to any one of (2) to (4), further comprising a third rotating body (second driven gear 186, second drive gear 905) and a fourth rotating body (second shaft 182, first shaft 911),
  • the interrupter is Further comprising another engaging element arranged between the third rotating body and the fourth rotating body arranged such that the rotation axis and the rotation axis match,
  • the power transmission device, wherein the housing further houses the third rotating body, the fourth rotating body, and the other engaging element.
  • the housing can prevent foreign matter from entering the surroundings of other engaging elements.
  • the housing further has a third housing (upper case 251) formed separately from the first housing and the second housing and fixed to the first housing, The second rotating body is mechanically connected to the driven part, The power transmission device, wherein the third housing accommodates the driven portion.
  • the power transmission device according to any one of (2) to (6), further comprising a fifth rotating body (first drive gear 183) that is connected to the first rotating body so as to be able to transmit rotation and rotates around a rotation axis different from the rotation axis;
  • the power transmission device wherein the housing further houses the fifth rotating body.
  • the housing also accommodates the fifth rotating body, so the number of parts can be reduced.
  • the power transmission device is mechanically connected to the drive unit, A power transmission device, wherein another housing (motor case) that houses the drive unit is fixed to the housing.
  • the handleability of the driving unit is improved by fixing it to the housing separately from the other housing that houses the driving unit.
  • the power transmission device according to (3) or (4), A power transmission device, wherein the mounting body includes a skeleton (main frame 111) having a pair of facing portions (side frames 111L and 111R) arranged at positions facing each other with the housing interposed therebetween.
  • the mounting body includes a skeleton (main frame 111) having a pair of facing portions (side frames 111L and 111R) arranged at positions facing each other with the housing interposed therebetween.
  • the housing can be protected.
  • the housing is stably held.
  • the strength of the skeleton is improved.
  • the power transmission device according to any one of (9) to (12),
  • the skeleton has an opening (rear opening 111m) in a direction perpendicular to the facing direction of the pair of facing parts,
  • the housing can be assembled to the skeleton through the opening.
  • the power transmission device according to any one of (9) to (13), A power transmission device, wherein the mounting body includes an exterior member (side cover 112) detachably provided on an outer surface of the skeleton opposite to the housing.
  • the power transmission device is a power transmission device that is interposed in a prosthetic limb device that is attached to a wearer.

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Abstract

変速機(T)は、第1従動ギヤ(184)と、第2シャフト(182)と、第1断続機構(210)と、これらを収容するユニットケース(250)と、を備える。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。

Description

動力伝達装置
 本発明は、動力伝達装置に関する。
 従来、義足等の継手装置には、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切り替える断続装置を備える動力伝達装置が搭載されている(例えば、特許文献1)。
国際公開第2021/040039号
 特許文献1には、動力伝達部分を異物の侵入等からどのように保護するかについては開示されておらず、改善の余地があった。
 本発明は、動力伝達部分への異物等の侵入を抑制可能な動力伝達装置を提供する。
 本発明は、
 駆動部と被駆動部との動力伝達経路上に配置される動力伝達装置であって、
 第1回転体と、
 第2回転体と、
 断続装置と、
 前記第1回転体、前記第2回転体、及び前記断続装置を収容する筐体と、を備え、
 前記断続装置は、
 前記第1回転体と前記第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。
 本発明によれば、動力伝達部分への異物等の侵入を抑制できる。
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140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。 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、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着脱自在なサイドカバー112と、メインフレーム111の後部開口111m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は、内部に収容される後述のユニットケース250を挟んで左右に配置される一対のサイドフレーム111L、111Rと、サイドフレーム111L、111R同士を前方で連結するよう設けられるフロントフレーム111F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。これらアッパーケース251、ミドルケース252及びロワケース253は、互いに別体に形成されている。
 アッパーケース251は、スピンドルユニットSPを収容する。より具体的に説明すると、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。より具体的に説明すると、モータMは、前述したモータ本体部171及びギヤ機構部172がモータケースに収容され、ミドルケース252の後方且つ上方にモータケースが締結される。モータMのモータケースは、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。ミドルケース252とロワケース253とにより形成される空間には、第2駆動ギヤ185及び第2従動ギヤ186、第1駆動ギヤ183及び第1従動ギヤ184、第1断続部212、第2断続部222、及び操作機構240の一部が収容される。
 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のフロントフレーム111F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のサイドフレーム111L、111Rに支持させる。言い換えると、ロワケース253は、ミドルケース252を介してメインフレーム111に支持されており、ロワケース253自体はメインフレーム111に支持されていない。
 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。
 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19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19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´、第1断続機構210及び第2断続機構220を収容する不図示の変速機ケースと、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。
 変速機T´は不図示の変速機ケースに収容され、車体に固定される。
 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) 駆動部(モータM)と被駆動部(スピンドルユニットSP、駆動輪WH)との動力伝達経路上に配置される動力伝達装置(変速機T)であって、
 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、
 断続装置(第1断続機構210、第2断続機構220)と、
 前記第1回転体、前記第2回転体、及び前記断続装置を収容する筐体(ユニットケース250)と、を備え、
 前記断続装置は、
 前記第1回転体と前記第2回転体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、ピン283、リテーナ282、ガイド284)と、を備える、動力伝達装置。
 (1)によれば、筐体が、第1回転体、第2回転体、及び断続装置を収容するので、動力伝達部分への異物等の侵入を抑制できる。
 (2) (1)に記載の動力伝達装置であって、
 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る、動力伝達装置。
 (2)によれば、動力伝達装置を小型化できる。
 (3) (2)に記載の動力伝達装置であって、
 前記筐体は、互いに別体に形成されて固定される第1筐体(ミドルケース252)及び第2筐体(ロワケース253)を有し、
 前記第1筐体は、
  前記第2筐体よりも前記回転軸線方向の一方(上方)側に配置され、
  前記動力伝達装置を搭載する搭載体(膝下側部材110)に対して支持されるよう設けられる、動力伝達装置。
 (3)によれば、第2筐体は、第1筐体を介して搭載体に支持される。
 (4) (3)に記載の動力伝達装置であって、
 前記筐体は、
  前記回転軸線の延びる方向が鉛直方向と一致するよう設けられ、
  前記一方側が鉛直方向上方側となるよう配置される、動力伝達装置。
 (4)によれば、鉛直方向で上方側に位置する第1筐体を搭載体に固定する。なお、「鉛直方向と一致する」とは、完全に鉛直方向と一致するもの以外に第1筐体が第2筐体よりも上方側に位置する形態であればよい。
 (5) (2)~(4)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 第3回転体(第2従動ギヤ186、第2駆動ギヤ905)と、第4回転体(第2シャフト182、第1シャフト911)と、をさらに備え、
 前記断続装置は、
  前記回転軸線と回転軸線が一致するよう配置される前記第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をさらに備え、
 前記筐体は、前記第3回転体、前記第4回転体、及び前記他の係合子をさらに収容する、動力伝達装置。
 (5)によれば、筐体により他の係合子の周辺への異物の侵入を抑制できる。
 (6) (3)~(5)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 前記筐体は、前記第1筐体及び前記第2筐体とは別体に形成され、前記第1筐体に固定される第3筐体(アッパーケース251)をさらに有し、
 前記第2回転体は、前記被駆動部と機械的に接続され、
 前記第3筐体は、前記被駆動部を収容する、動力伝達装置。
 (6)によれば、被駆動部を収容する他の筐体を筐体とは別体にして筐体に固定することで、非駆動部の組み込み性が向上する。
 (7) (2)~(6)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 前記第1回転体と回転伝達可能に接続され、前記回転軸線とは異なる他の回転軸線周りに回転する第5回転体(第1駆動ギヤ183)をさらに備え、
 前記筐体は、前記第5回転体をさらに収容する、動力伝達装置。
 (7)によれば、筐体が第5回転体も収容するので、部品点数を削減できる。
 (8) (7)に記載の動力伝達装置であって、
 前記第5回転体は、前記駆動部と機械的に接続され、
 前記筐体には、前記駆動部を収容する他の筐体(モータケース)が固定される、動力伝達装置。
 (8)によれば、駆動部を収容する他の筐体をとは別体にして筐体に固定することで、駆動部の取り扱い性が向上する。
 (9) (3)又は(4)に記載の動力伝達装置であって、
 前記搭載体は、前記筐体を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の対向部(サイドフレーム111L、111R)を有する骨格(メインフレーム111)を備える、動力伝達装置。
 (9)によれば、筐体を保護することができる。
 (10) (9)に記載の動力伝達装置であって、
 前記筐体は、前記筐体を挟んで該筐体の両側に配置される一対の固定部材(ミドルブラケット257)を介して一対の前記対向部に固定される、動力伝達装置。
 (10)によれば、筐体が安定して保持される。
 (11) (10)に記載の動力伝達装置であって、
 前記筐体は、該筐体の外面から延出するよう設けられて前記固定部材が固定される延出部(上フランジ252b)を有する、動力伝達装置。
 (11)によれば、筐体と固定部材との固定が容易になる。
 (12) (9)から(11)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 前記骨格は、一対の前記対向部を連結するよう設けられる連結部(フロントフレーム111F)を有する、動力伝達装置。
 (12)によれば、骨格の強度が向上する。
 (13) (9)から(12)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 前記骨格は、一対の前記対向部の対向方向と直交する方向に開口(後部開口111m)を有し、
 前記搭載体は、前記開口の少なくとも一部を閉塞する閉塞部(リヤカバー113)を備える、動力伝達装置。
 (13)によれば、開口を介して筐体を骨格に組み付けることができる。
 (14) (9)から(13)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 前記搭載体は、前記骨格の前記筐体とは反対側の外面に対して着脱可能に設けられる外装部材(サイドカバー112)を備える、動力伝達装置。
 (14)によれば、意匠性が向上する。
 (15) (1)~(14)のいずれかに記載の動力伝達装置であって、
 前記動力伝達装置は、装着主体に対して装着される義肢装置に介装される、動力伝達装置。
 (15)によれば、義肢装置において断続装置への異物の侵入が抑制される。
 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2021-203499)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。
110 膝下側部材(搭載体)
111 メインフレーム(骨格)
111F フロントフレーム(連結部)
111L、111R サイドフレーム(対向部)
111m 後部開口(開口)
112 サイドカバー(外装部材)
113 リヤカバー(閉塞部)
182 第2シャフト(第2回転体、第4回転体)
183 第1駆動ギヤ(第5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)
210 第1断続機構(断続装置)
220 第2断続機構(断続装置)
241 操作ロッド(操作部)
250 ユニットケース(筐体)
251 アッパーケース(第3筐体)
252 ミドルケース(第1筐体)
252b 上フランジ(延出部)
253 ロワケース(第2筐体)
257 ミドルブラケット(固定部材)
281 ローラ(係合子)
282 リテーナ(操作部)
283 ピン(操作部)
284 ガイド(操作部)
901 第1駆動ギヤ(第1回転体)
905 第2駆動ギヤ(第3回転体)
911 第1シャフト(第2回転体、第4回転体)
M モータ(駆動部)
WH 駆動輪(被駆動部)
SP スピンドルユニット(被駆動部)
T 変速機(動力伝達装置)

Claims (15)

  1.  駆動部と被駆動部との動力伝達経路上に配置される動力伝達装置であって、
     第1回転体と、
     第2回転体と、
     断続装置と、
     前記第1回転体、前記第2回転体、及び前記断続装置を収容する筐体と、を備え、
     前記断続装置は、
     前記第1回転体と前記第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、動力伝達装置。
  2.  請求項1に記載の動力伝達装置であって、
     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る、動力伝達装置。
  3.  請求項2に記載の動力伝達装置であって、
     前記筐体は、互いに別体に形成されて固定される第1筐体及び第2筐体を有し、
     前記第1筐体は、
      前記第2筐体よりも前記回転軸線方向の一方側に配置され、
      前記動力伝達装置を搭載する搭載体に対して支持されるよう設けられる、動力伝達装置。
  4.  請求項3に記載の動力伝達装置であって、
     前記筐体は、
      前記回転軸線の延びる方向が鉛直方向と一致するよう設けられ、
      前記一方側が鉛直方向上方側となるよう配置される、動力伝達装置。
  5.  請求項2~4のいずれか一項に記載の動力伝達装置であって、
     第3回転体と、第4回転体と、をさらに備え、
     前記断続装置は、
      前記回転軸線と回転軸線が一致するよう配置される前記第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をさらに備え、
     前記筐体は、前記第3回転体、前記第4回転体、及び前記他の係合子をさらに収容する、動力伝達装置。
  6.  請求項3又は4に記載の動力伝達装置であって、
     前記筐体は、前記第1筐体及び前記第2筐体とは別体に形成され、前記第1筐体に固定される第3筐体をさらに有し、
     前記第2回転体は、前記被駆動部と機械的に接続され、
     前記第3筐体は、前記被駆動部を収容する、動力伝達装置。
  7.  請求項2~6のいずれか一項に記載の動力伝達装置であって、
     前記第1回転体と回転伝達可能に接続され、前記回転軸線とは異なる他の回転軸線周りに回転する第5回転体をさらに備え、
     前記筐体は、前記第5回転体をさらに収容する、動力伝達装置。
  8.  請求項7に記載の動力伝達装置であって、
     前記第5回転体は、前記駆動部と機械的に接続され、
     前記筐体には、前記駆動部を収容する他の筐体が固定される、動力伝達装置。
  9.  請求項3又は4に記載の動力伝達装置であって、
     前記搭載体は、前記筐体を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の対向部を有する骨格を備える、動力伝達装置。
  10.  請求項9に記載の動力伝達装置であって、
     前記筐体は、前記筐体を挟んで該筐体の両側に配置される一対の固定部材を介して一対の前記対向部に固定される、動力伝達装置。
  11.  請求項10に記載の動力伝達装置であって、
     前記筐体は、該筐体の外面から延出するよう設けられて前記固定部材が固定される延出部を有する、動力伝達装置。
  12.  請求項9から11のいずれか1項に記載の動力伝達装置であって、
     前記骨格は、一対の前記対向部を連結するよう設けられる連結部を有する、動力伝達装置。
  13.  請求項9から12のいずれか1項に記載の動力伝達装置であって、
     前記骨格は、一対の前記対向部の対向方向と直交する方向に開口を有し、
     前記搭載体は、前記開口の少なくとも一部を閉塞する閉塞部を備える、動力伝達装置。
  14.  請求項9~13のいずれか1項に記載の動力伝達装置であって、
     前記搭載体は、前記骨格の前記筐体とは反対側の外面に対して着脱可能に設けられる外装部材を備える、動力伝達装置。
  15.  請求項1~14のいずれか一項に記載の動力伝達装置であって、
     前記動力伝達装置は、装着主体に対して装着される義肢装置に介装される、動力伝達装置。
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