(57)【要約】【課題】  義手使用者の生活利便性の向上に資する、簡単構造で、軽量かつ安価な能動義手を提供する。【解決手段】  能動義手は、固定指が固定されたベース部と、前記ベース部に対して回転可能に設けられ、使用者の腕が差し込まれるホルダ部と、前記固定指よりも先端側に設けられた可動指と、前記固定指と前記可動指との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の伸縮部材と、前記伸縮部材と並列に設けられたヒンジ部であって、伸び位置と曲げ位置との間で回動可能に前記固定指と前記可動指とを連結するヒンジ部と、内部に作動流体が貯留された駆動部であって、前記ホルダ部の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、前記伸縮部材内に前記作動流体を送って前記ヒンジ部の周りを旋回するように前記伸縮部材を伸長させ、前記伸び位置から前記曲げ位置にする駆動部と、を備える。【選択図】図１
2019136225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定指が固定されたベース部と、
前記ベース部に対して回転可能に設けられ、使用者の腕が差し込まれるホルダ部と、
前記固定指よりも先端側に設けられた可動指と、
前記固定指と前記可動指との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の伸縮部材と、
前記伸縮部材と並列に設けられたヒンジ部であって、前記固定指の延びる方向と前記可動指の延びる方向とが略平行になった伸び位置と、前記固定指の延びる方向に対して前記可動指の延びる方向が交差した曲げ位置と、の間で回動可能に前記固定指と前記可動指とを連結するヒンジ部と、
内部に作動流体が貯留された駆動部であって、前記ホルダ部の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、前記伸縮部材内に前記作動流体を送って前記ヒンジ部の周りを旋回するように前記伸縮部材を伸長させ、前記伸び位置から前記曲げ位置にする駆動部と、
を備える能動義手。
【請求項２】
前記伸縮部材は、ベローズである請求項１に記載の能動義手。
【請求項３】
前記可動指に設けられ、内部に第２作動流体を貯留するとともに、把持対象物に当接することで圧縮される有底筒状の第２伸縮部材と、
前記使用者の腕に当接する位置に設けられ、圧縮された前記第２伸縮部材から送られる前記第２作動流体を受け取って伸長することで前記使用者の腕を押圧する有底筒状の第３伸縮部材と、
を備える請求項１に記載の能動義手。
【請求項４】
前記ベース部に設けられた第２固定指と、
前記第２固定指よりも先端側に設けられた第２可動指と、
前記第２固定指と前記第２可動指との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の第４伸縮部材と、
前記第４伸縮部材と並列に設けられた第２ヒンジ部であって、前記第２固定指の延びる方向と前記第２可動指の延びる方向とが略平行になった伸び位置と、前記第２固定指の延びる方向に対して前記第２可動指の延びる方向が交差した曲げ位置と、の間で回動可能に前記第２固定指と前記第２可動指とを連結する第２ヒンジ部と、
を備え、
前記駆動部は、前記ホルダ部の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、前記第４伸縮部材内に前記作動流体を送って前記第２ヒンジ部の周りを旋回するように前記第４伸縮部材を伸長させ、前記伸び位置から前記曲げ位置にする請求項１に記載の能動義手。
【請求項５】
前記使用者の腕に装着され、前記使用者の腕の長さに合わせて伸縮可能な細長い平板状の支持部と、
前記支持部に対して回動可能に前記支持部に連結され、前記使用者の上腕に固定されることが可能な固定部と、
を備える請求項１に記載の能動義手。
【請求項６】
前記作動流体は、空気である請求項１に記載の能動義手。
【請求項７】
前記駆動部は、前記ホルダ部の回転運動を前記駆動部内の前記作動流体を加圧する方向の直線運動に変換する変換機構を備え、
前記変換機構は、前記ホルダ部と一体に設けられる請求項１に記載の能動義手。
【請求項８】
前記ベース部、前記ホルダ部、前記固定指、前記可動指、前記ヒンジ部、および前記駆動部は、樹脂材料により形成される請求項１に記載の能動義手。
【請求項９】
前記駆動部は、ポンプ部を含み、前記ポンプ部は、前記ベース部と前記ホルダ部との間から外れた位置に設けられ、内部に前記作動流体が貯留されるとともに、前記作動流体を加圧することで、前記伸縮部材内に前記作動流体を送る請求項１に記載の能動義手。
【請求項１０】
前記駆動部は、
前記ベース部に固定された第１板状部と、
前記ホルダ部に固定され前記ホルダ部の回転に伴い前記第１板状部に対して回転する第２板状部と、
前記第１板状部と前記第２板状部との間に設けられ内部に前記作動流体を貯留したバルーン状部であって、前記ベース部に対して前記ホルダ部が回転する際に前記第１板状部と前記第２板状部との間に挟まれて前記伸縮部材内に前記作動流体を送るバルーン状部と、
を有する請求項１に記載の能動義手。
【請求項１１】
前記駆動部は、前記ホルダ部の外側に前記ホルダ部の中心軸と略平行に設けられた伸縮性のあるチューブで構成されるとともに、当該チューブ内部に前記作動流体を貯留し、当該チューブは、一端で前記ベース部に固定されるとともに他端で前記ホルダ部の基部側に固定され、前記ホルダ部が前記ベース部に対して回転することで伸長して前記伸縮部材内に前記作動流体を送る請求項１に記載の能動義手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上肢切断者の利用に供される能動義手に関する。
【背景技術】
【０００２】
上肢切断者は日本国内におよそ８．２万人存在する。上肢切断者のほとんどは、装飾義手を使用している。装飾義手は、見た目にも違和感がない装飾性の高いものが存在するが、使用者がこれを能動的に動かすことはできない。一方、筋電義手は、使用者の筋肉の筋電位を利用して指を能動的に動かすことができる。このため、使用者は、筋電義手を用いることで物を把持することができるが、その使用には訓練を要するなど課題も多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６７６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、装飾義手では、対象物を把持することはできず、利用者の生活利便性の向上には寄与しない。筋電義手には、重量・コスト・公的制度・訓練施設の不備などの問題があり、現時点でほとんど社会に普及していない。このため、義手使用者が軽量・安価な義手を求めている中で、需要と供給がマッチしていない。
【０００５】
本発明の目的とするところは、義手使用者の生活利便性の向上に資する、簡単構造で、軽量かつ安価な能動義手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の一態様に係る能動義手は、固定指が固定されたベース部と、前記ベース部に対して回転可能に設けられ、使用者の腕が差し込まれるホルダ部と、前記固定指よりも先端側に設けられた可動指と、前記固定指と前記可動指との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の伸縮部材と、前記伸縮部材と並列に設けられたヒンジ部であって、前記固定指の延びる方向と前記可動指の延びる方向とが略平行になった伸び位置と、前記固定指の延びる方向に対して前記可動指の延びる方向が交差した曲げ位置と、の間で回動可能に前記固定指と前記可動指とを連結するヒンジ部と、内部に作動流体が貯留された駆動部であって、前記ホルダ部の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、前記伸縮部材内に前記作動流体を送って前記ヒンジ部の周りを旋回するように前記伸縮部材を伸長させ、前記伸び位置から前記曲げ位置にする駆動部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係る能動義手の全体構成を示した概略図である。
【図２】図２は、図１に示す能動義手を使用者に装着した状態を示した斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す能動義手の駆動部および指部周りを拡大して示す斜視図である。
【図４】図４は、図１に示す能動義手の動力伝達を模式的に示した模式図である。
【図５】図５は、図１に示す能動義手の伸縮部材およびヒンジ部を拡大して示し、伸縮部材をその軸線を通る面で切断して内部を示した断面模式図である。
【図６】図６は、無負荷状態における、ホルダ部の回外角αと、伸縮部材の内部の圧力Ｐと、の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、無負荷状態における、回外角αとヒンジ部のなす角θ（図５参照）の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、負荷状態における、ホルダ部の回外角αと、伸縮部材の内部の圧力Ｐと、の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、回外角速度ωと可動指指先速度ｖとの関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、回外角αおよび伸縮部材の内部の圧力Ｐが時間経過に伴いどのように変化するかを示したグラフである。
【図１１】図１１は、第１変形例にかかる能動義手の第２伸縮部材および第３伸縮部材を模式的に示した模式図である。
【図１２】図１２は、図１１に示す第１変形例にかかる能動義手の第３バンド部材、平板部、および第２伸縮部材を示した斜視図である。
【図１３】図１３は、第３バンド部材、平板部、および第２伸縮部材を使用者の上腕に装着した状態を示した斜視図である。
【図１４】図１４は、時間経過に対して、ホルダ部の回外角αと、第３伸縮部材から使用者の腕に加えられる力の測定値と、の関係を示すグラフである。
【図１５】図１５は、第２変形例の能動義手のホルダ部、変換機構、およびピストンロッドを示した模式図である。
【図１６】図１６は、第３変形例の能動義手の全体構成を示した模式図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す能動義手の動力伝達を模式的に示した模式図である。
【図１８】図１８は、第４変形例の能動義手のホルダ部、指部、およびポンプ部周りを拡大して示した模式図である。
【図１９】図１９は、図１８のＦ１９−Ｆ１９線の位置に沿った断面模式図である。
【図２０】図２０は、第５変形例の能動義手のホルダ部、ポンプ部（第１固定部、第２固定部、チューブ）周りを拡大して示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら能動義手の実施形態について説明する。下記実施形態の能動義手は、モータやソレノイド等の電動アクチュエータおよびコンプレッサ等の外部動力源を用いないで、人力によるマニュアル式で指部を回動できる非電動で且つ指部を可動できるタイプの義手である。また、下記能動義手は、主として、前腕部に切断断端を有する患者に利用される義手である。
【０００９】
[第１実施形態]
図１から図９を参照して、能動義手の第１実施形態について説明する。図１、図２に示すように、能動義手１１は、断面Ｌ字形に折れ曲がった板状をなしたベース部１２と、ベース部１２の先端側に取り付けられた指部１３と、同じくベース部１２の先端側に取り付けられた第２指部１４と、ベース部１２に対して固定的に設けられた駆動部１５と、使用者の腕１６（残存肢）の先端部が差し込まれるホルダ部１７と、ホルダ部１７を回転可能に支持する回転軸１８と、能動義手１１を使用者の腕１６に対して固定するためのソケット部２１と、を備える。
【００１０】
図３に示すように、ベース部１２は、使用者の腕１６の軸方向（指部１３の延びる方向）と平行に方向に延びた第１板２２と、使用者の腕１６の軸方向と交差する方向に延びた第２板２３と、第１板２２と第２板２３とに跨る補強用の第３板２４と、を有する。ベース部１２は、第１板２２と第２板２３によって、「Ｌ」字形をなしている。第１板２２、第２板２３、第３板２４は、一体的に形成される。第２板２３は、後述するホルダ部１７の回転軸１８が通される貫通孔２５を有する。第３板２４は、三角形状をなしている。
【００１１】
駆動部１５は、指部１３の回動動作を駆動する。駆動部１５は、ベース部１２に対して一体的に設けられた円筒形のポンプ部２６と、ポンプ部２６の内側に差し込まれたピストンロッド２７と、ホルダ部１７とピストンロッド２７との間に介在された変換機構２８と、ポンプ部２６と指部１３の伸縮部材３１とを接続した送り管３２と、を有する。
【００１２】
図３、図４に示すように、ポンプ部２６は、円筒形に形成された外殻部３３と、外殻部３３の内側に収納された中空のベローズ３４と、外殻部３３と一体的に設けられベース部１２に固定された補強用リブ３５と、を有する。外殻部３３は、ホルダ部１７の回転軸１８を支持するためのボス３６を有する。ボス３６には、使用者の腕１６の軸方向（ピストンロッド２７と平行な方向）に延びた第２貫通孔３７が設けられている。第２貫通孔３７には、回転軸１８が通される。ポンプ部２６は、後述するように３Ｄプリンティングによってベース部１２と一体的に三次元造形されているが、ベース部１２に対して例えばねじ等で着脱可能な構造となっていてもよい。補強用リブ３５は、ポンプ部２６の外殻部３３の端部と一体的に設けられる。補強用リブ３５は、３Ｄプリンティングによってベース部１２と一体的に三次元造形されていてもよい。なお、ポンプ部２６の内部空間（外殻部３３とピストンロッド２７のピストン部２７Ｂで規定される空間）を高気密に構成した場合には、ベローズ３４を省略することもできる。
【００１３】
ピストンロッド２７は、円筒形の外殻部３３の奥部に向かって押し込まれることで、ベローズ３４をその軸方向に圧縮できる。ピストンロッド２７は、細長い棒状をなした軸部２７Ａと、軸部２７Ａの先端側に設けられた略円盤形のピストン部２７Ｂ（ヘッド）と、を有する。ピストンロッド２７は、ポンプ部２６の円筒形の軸方向に沿って進退移動することができる。ピストン部２７Ｂには、外殻部３３の内周面に対する滑り性を向上するためにフッ素樹脂等、各種のコーティングがなされていてもよいし、或いはグリース等の潤滑油が塗布されていてもよい。
【００１４】
図３に示すように、軸部２７Ａの先端は、例えば、半球形に形成され、変換機構２８のカム面２８Ａ上に当接し、当該カム面２８Ａ上を滑って滑らかに移動することができる。ベローズ３４は、柔軟性のある樹脂材料、例えばポリエチレン等によって形成される。ベローズ３４は、有底の円筒形をなしている。ベローズ３４の構成は、後述する指部１３の伸縮部材３１と略同様である。ベローズ３４および伸縮部材３１は、３Ｄプリンティングによってゴム状の弾性材料で形成されてもよい。３Ｄプリンティングに最適な材料としては、熱可塑性エラストマーやシリコーンゴム等がある。
【００１５】
変換機構２８は、ホルダ部１７の回転運動をピストンロッド２７の進退運動に変換するカム部で構成される。変換機構２８（カム部）は、細長い平板が回転軸１８の周囲に巻き付いた形状をなしており、回転軸１８を中心とした螺旋状をなしている。変換機構２８の表面には、ピストンロッド２７の端部が当接する平滑なカム面２８Ａが設けられている。カム面２８Ａには、ピストンロッド２７の滑り性を向上するためにフッ素樹脂等、各種のコーティングがなされていてもよいし、或いはグリース等の潤滑油が塗布されていてもよい。
【００１６】
送り管３２は、合成樹脂等によって形成された可撓性を有する一般的なチューブで構成される。送り管３２は、ポンプ部２６内のベローズ３４と、指部１３の伸縮部材３１と、を接続している。本実施形態において、送り管３２が外部に露出するように設けられているが、送り管３２が指部１３の固定指６１の内部に通されていても当然によい。このような構造をとることによって、使用の際に送り管３２が周辺の構造物に引っ掛かってしまうことが防止される。
【００１７】
ホルダ部１７は、ベース部１２に対して回転可能に設けられている。ホルダ部１７は、使用者の腕１６（残存肢）の断端付近が差し込まれるカップ状（コーン状）をなしている。ホルダ部１７は、上肢切断者の断端付近の形状に相補的な形状のカップ形状ないしコーン形状を有することが好ましいが、一般的な錐台形をなしたカップ形状であってもよい。
【００１８】
回転軸１８は、例えば、金属製の第１部分１８Ａと、ホルダ部１７に接続された樹脂製の第２部分１８Ｂと、第２部分１８Ｂにおいて半径方向に突出するように形成されたフランジ部分１８Ｃと、を有する。回転軸１８の第２部分１８Ｂは、ホルダ部１７と一体に三次元造形されている。回転軸１８は、後述する３Ｄプリンティングによって全体を樹脂材料のみから形成することも当然にできる。
【００１９】
第１部分１８Ａは、第２部分１８Ｂに形成された穴部に差し込まれて第２部分１８Ｂと固定されても良い。或いは、第１部分１８Ａの外周面には雄ねじが形成されていてもよく、第２部分１８Ｂに形成された雌ねじに対して第１部分１８Ａの雄ねじが係合することで第１部分１８Ａが第２部分１８Ｂに固定されてもよい。或いは、第１部分１８Ａを第２部分１８Ｂに対するインサートとして、インサート成形のように第１部分１８Ａに対して３Ｄプリントを施すことで第１部分１８Ａと第２部分１８Ｂとを一体に成形してもよい。
【００２０】
ホルダ部１７の内周面には、使用者の腕１６の断端との摩擦力を高めるために、ゴム状の弾性を有する樹脂によって皮膜を形成してもよい。これによって、使用者の腕１６がホルダ部１７に対してスリップしてしまうことが防止される。或いは、使用者が本実施形態の能動義手１１を長時間利用した際の腕の断端の痛みを低減するために、例えばスポンジ状のクッション部材をホルダ部１７の内周面に設けても当然によい。
【００２１】
回転軸１８は、ベース部１２の第２板２３に設けられた貫通孔２５と、ポンプ部２６の外殻部３３に設けられたボス３６に形成された第２貫通孔３７と、ホルダ部１７の補強用リブ３５に形成された第３貫通孔３８と、を貫通するように設けられる。したがって、回転軸１８は、３個の軸受によって回転可能に支持されており、回転時にぶれてしまうことが防止される。フランジ部分１８Ｃは、補強用リブ３５に当接している。使用者がホルダ部１７を回転させる際には、使用者の肘から前腕に向かう方向に使用者の腕１６からホルダ部１７に荷重が加えられる。補強用リブ３５は、この荷重を受けることができる。
【００２２】
図１、図２に示すように、ソケット部２１は、使用者の前腕１６に沿うように設けられる支持部４１と、使用者の上腕に固定される固定部４２と、支持部４１と固定部４２とを回動可能に連結する連結部４３と、を有する。支持部４１は、細長い平板状をなした支持部本体４４と、支持部本体４４を使用者の前腕１６に固定するためのバンド部材４５と、を有する。支持部本体４４は、複数の細長い板材４１Ａ同士をつなぎ合わせて形成され、全体として１つの細長い平板状を構成する。図３に示すように、各板材４１Ａには、一対の長穴４６が形成されている。長穴４６は、板材４１Ａの長手方向に沿って細長く延びている。各板材４１Ａにおける長穴４６同士は、平行である。図３に示すように、板材４１Ａ同士は、長穴４６に通されたねじ４７によって固定される。このため、使用者又は義肢装具士は、長穴４６およびねじ４７を用いて伸縮させたり、或いは、用いられる細長い板材４１Ａの数を増減したりすることで、使用者の前腕１６（残存肢）の長さに合わせて支持部４１の長さを適宜に調節できる。バンド部材４５は、１つの板材４１Ａ（本実施形態では、指部１３から最も遠い位置にある板材４１Ａ）の一対の長穴４６に通されており、使用者の前腕１６と板材４１Ａ（支持部４１）とを固定する。なお、支持部４１の形状は、細長い平板状に限られるものではない。支持部４１の形状は、例えば、使用者の腕（前腕１６）のカーブにフィットするように湾曲した断面を有する細長い形状（例えば、半円筒形状）であってもよい。
【００２３】
図１、図２に示すように、固定部４２は、平板状の固定部本体５１と、使用者の上腕の周囲を取り囲むようにリング状をなしたリング部５２と、第２バンド部材５３と、を有する。図２に示すように、固定部本体５１には、一対の第２長穴５４が設けられている。第２長穴５４は、固定部本体５１の長手方向に沿って細長く延びている。第２長穴５４同士は、平行である。この一対の第２長穴５４に通されたねじ（図示省略）によって、リング部５２が固定部本体５１に固定される。このため、使用者は、第２長穴５４およびねじを介して、適宜にリング部５２の位置を調整できる。また、一対の第２長穴５４には、第２バンド部材５３が通される。第２バンド部材５３は、使用者の肘の内側に引っ掛けられる。第２バンド部材５３は、使用者の肘に対して支持部４１および固定部４２がぴったりとフィットするように固定部４２を使用者の肘に固定する。
【００２４】
リング部５２は、一部に開放した開放部を有する略円筒形の円筒部５２Ａと、開放部の周囲を規定するとともに円筒部５２Ａから突出した一対の突出片５２Ｂと、一対の突出片５２Ｂを貫通するボルト状の軸部および指掛け用のダイヤルを有するダイヤル部材５２Ｃと、ダイヤル部材５２Ｃの軸部の雄ねじに係合するナット部材（図示省略）と、を有する。一対の突出片５２Ｂ同士は、離間して設けられている。各突出片５２Ｂには、ダイヤル部材５２Ｃの軸部を通すための孔が設けられている。ダイヤル部材５２Ｃの軸部は、一対の突出片５２Ｂを貫通しており、一対の突出片５２Ｂの一方側にダイヤル部材５２Ｃのダイヤルが位置し、一対の突出片５２Ｂの他方側にナットが位置する。
【００２５】
使用者又は義肢装具士は、ナットに対するダイヤル部材５２Ｃの締め具合いによってリング部５２の内径を調整できる。すなわち、ダイヤル部材５２Ｃを時計回り方向に回すことでリング部５２の内径を小さくでき、ダイヤル部材５２Ｃを反時計回り方向に回すことでリング部５２の内径を大きくできる。連結部４３は、金属製の一般的なヒンジで構成される。連結部４３は、支持部本体４４に対して固定部本体５１が回動できるように、支持部本体４４と固定部本体５１とを連結する。
【００２６】
図３に示すように、指部１３は、人間の人差し指や中指等を模して全体形状が形成される。本実施形態では、指部１３の数は、１個で構成されているが、指部１３が複数（例えば、２〜５本）であってもよい。指部１３を５本とした場合には、第２指部１４を省略してもよい。
【００２７】
図３、図４に示すように、指部１３は、ベース部１２に固定された中空筒状の固定指６１と、固定指６１よりも先端側に設けられた中空筒状の可動指６２と、固定指６１と可動指６２との間に設けられた筒状の伸縮部材３１と、伸縮部材３１と並列に設けられたヒンジ部６３と、固定指６１と可動指６２とに跨って設けられる付勢部材６４と、可動指の周囲を覆ったゴム製の指サック６５と、を有する。固定指６１および可動指６２のそれぞれは、中空筒状に形成されるが、強度向上のために中実構造で構成されてもよい。付勢部材６４は、ゴム状の弾性を有する樹脂材料によって帯状に形成される。より具体的には、付勢部材６４は、ゴム製の帯で構成される。付勢部材６４は、例えば、ヒンジ部に対して、伸縮部材３１を間に挟んだ反対側に設けられる。このため、伸縮部材３１は、ヒンジ部６３と付勢部材６４との間に位置される。付勢部材６４は、固定指６１と可動指６２とが略平行になった伸び位置Ｐ１を維持するようにこれらに張力を加える。
【００２８】
なお、本実施形態では、付勢部材６４をゴム状の弾性を有する樹脂材料によって構成しているが、付勢部材６４をスプリングで構成してもよいし、本実施形態の能動義手１１全体を覆うように形成したゴム製の表皮によって代用してもよい。このような表皮は、人の皮膚を忠実に再現したものが多数流通している。本実施形態では、このような表皮を商業的に入手して、上記した能動義手１１の付勢部材６４を除いた構造全体の上側に被せて使用することもできる。
【００２９】
ヒンジ部６３は、固定指６１に対して可動指６２を回動可能に、固定指６１と可動指６２とを連結する。
【００３０】
図３、図４に示すように、伸縮部材３１は、樹脂材料によって形成された中空且つ有底のベローズで構成される。伸縮部材３１は、例えば、ポリエチレンで構成される。このようにベローズで構成された伸縮部材３１は、軸方向（長手方向）に伸縮する伸縮性と、軸方向と交差する方向へ曲がる可撓性と、を有する。本実施形態の伸縮部材３１（ベローズ）は、いわゆる袋状になっていて、内部に作動流体が供給されることで伸長できる。伸縮部材３１は、透光性を有することが好ましい。
【００３１】
伸縮部材３１は、内部に作動流体である空気を貯留している。本実施形態では、作動流体として空気（気体）を用いた、いわゆる空気圧作動式にしている。これによって、能動義手１１の重量当たりの出力（把持力）が大きくなる。このため、能動義手１１の全体重量が低減されるとともに、空気が持つ圧縮性流体の特性によって把持対象物を柔らかく保持することできる。このため、柔らかい食品や飲料を入れた紙コップ等を保持する際にも本実施形態の能動義手１１を好適に利用できる。
【００３２】
本実施形態の能動義手１１に用いられる作動流体としてはこれに限定されるものではなく、水や油等の液体を用いた水圧作動式又は油圧作動式にしても当然によい。作動流体として水や油を利用した場合には、非圧縮性流体の特性によって、対象物の把持に際して大きな力を出せるようになるメリットや、対象物を把持する際に指の応答性がさらに良好になるメリットがある。
【００３３】
第２指部１４は、ベース部１２に対して固定的に設けられている。第２指部１４は、人間の親指を模して全体形状が形成されるが、途中の位置で指部から遠ざかる方向に屈曲している。第２指部１４は、中空筒状に形成されるが、強度向上のために中実構造で構成されてもよい。第２指部１４は、指部１３と略平行になった平行部６６と、指部１３から遠ざかる方向に延びた側方突出部６７と、側方突出部６７に被せられたゴム製の第２指サック６８と、を有する。側方突出部６７は、指部１３の回動範囲と干渉しない位置に設けられている。
【００３４】
上記した、ベース部１２、ポンプ部２６（駆動部１５）、変換機構２８（駆動部１５）、ピストンロッド２７（駆動部１５）、ホルダ部１７、回転軸１８の第２部分１８Ｂ、ソケット部２１の支持部４１（板材４１Ａ）、固定部４２は、３Ｄプリンタを用いた３Ｄプリンティング技術によって立体成形（三次元造形）される。すなわち、ベース部１２、ポンプ部２６、変換機構２８、ピストンロッド２７、ホルダ部１７、第２部分１８Ｂ、支持部４１（板材４１Ａ）、固定部４２は、ＰＬＡ、ＡＢＳ、ポリアミド等の樹脂材料によって形成される。この立体成形に用いられる３Ｄプリンティングの方式としては、光造形法、粉末法、熱溶解積層法（ＦＤＭ法）、シート積層法、インクジェット法等、任意の方式を採用できる。ホルダ部１７は、上記したように一般的な錐台形のカップ形状（コーン形状）に形成されてもよいが、上肢切断者の断端付近の形状をスキャンして、これに相補的な形状の凹部（カップ形状、コーン形状）を有するホルダ部１７を３Ｄプリンティングで形成することも当然にできる。このように、本実施形態の能動義手１１の部品の大部分を３Ｄプリンタで形成した結果、能動義手１１を極めて安価に製造することが可能となった。
【００３５】
続いて、図２から図５を参照して、本実施形態の能動義手１１の使用方法および動作について説明する。上肢切断者に対する能動義手１１の調整は、医師の処方の下にフィッティング作業を行う義肢装具士等によって行われる。義肢装具士は、ホルダ部１７に前腕１６の断端付近を差し込んだ状態で、ねじ４７を調整して支持部４１を伸び縮みさせたり、細長い板材４１Ａの数を増減させたりして、使用者の残存肢の長さに合わせて支持部４１の長さを調整する。義肢装具士は、ホルダ部１７に前腕１６の断端付近を差し込んだ状態で、ソケット部２１のリング部５２内に使用者の前腕１６を通し、ダイヤル部材５２Ｃおよびナットを調整して使用者の上腕にリング部５２を固定する。さらに、義肢装具士は、第１バンド部材４５を使用者の前腕１６の周囲に巻き掛けて前腕１６と支持部４１とを固定するとともに、第２バンド部材５３を使用者の肘の内側の位置に巻き掛けて支持部４１の末端と固定部４２とが肘にぴったりとフィットするようにこれらを固定する。これによって、能動義手１１を使用者の腕１６にしっかりと固定できる。
【００３６】
このとき、支持部４１は、連結部４３を介して固定部４２に対して回動可能に連結されているために、使用者には肘の曲げ伸ばしの自由が確保される。使用者は、前腕１６の回転によって指部１３の開閉動作を行うことができる。前腕１６の回転動作には、手の平を上に向ける方向に回転させる回外動作（Supination）と、手の平を下向きにする方向に回転させる回内動作（Pronation）と、がある。例えば、右手を例に考えた場合には、回外動作は自分の右手の前腕１６を時計回り方向に回転させることに対応し、回内動作は自分の右手の前腕１６を反時計回り方向に回転させることに対応する。なお、人間の回外動作のトルクは、回内動作のトルクの１．３〜１．４倍であることが知られている。このため、本実施形態では、大きなトルクを発生できる前腕１６の回外動作によって、指部１３を第２指部１４に向けて回動させ、把持動作をさせることとしている。
【００３７】
図４に示すように、使用者が前腕１６を回外動作させると、回転軸１８を中心に、ホルダ部１７、回転軸１８および変換機構２８が回転する。この変換機構２８のカム面２８Ａには、ピストンロッド２７の軸部２７Ａの先端が当接している。このカム面２８Ａと軸部２７Ａの先端とによって構成されたカム機構によって、回転軸１８の回転運動がピストンロッド２７の進退運動に変換される。これによって、ピストンロッド２７がポンプ部２６の奥部に差し込まれて、ポンプ部２６の内部のベローズ３４が圧縮される。これによって、ベローズ３４内の空気が圧縮され、送り管３２を経由して伸縮部材３１の内部に送られる。伸縮部材３１に送られた空気は、伸縮部材３１内の圧力を高くし、その内圧によって伸縮部材３１をその軸方向に伸長させる。その際、本実施形態では、伸縮部材３１に並列にヒンジ部６３が設けられているために、伸縮部材３１は、ヒンジ部６３を中心にヒンジ部６３の周りを旋回するように伸長する。これによって、本実施形態では、伸縮部材３１が単に軸方向に伸びるのではなく、指部１３の可動指６２がヒンジ部６３を中心に第２指部１４に向けて回動する。このとき、伸縮部材３１は、付勢部材６４の付勢力に打ち勝って伸縮部材３１をヒンジ部６３を中心に旋回させる。これによって、指部１３は、固定指６１の延びる方向と可動指６２の延びる方向とが略平行になった伸び位置Ｐ１から、固定指６１の延びる方向と可動指６２の延びる方向とが交差した曲げ位置Ｐ２となる。使用者は指部１３をこのように曲げ位置Ｐ２にすることで、把持対象物を指部１３（可動指６２）と第２指部１４との間で把持できる。
【００３８】
一方、対象物の把持の解除をする場合には、使用者が回外動作させた前腕１６を元の位置に回内動作させる。これによって、上記した回外動作とは逆方向にホルダ部１７の回転軸１８および変換機構２８が回転し、ピストンロッド２７の押込みが解除される。これによって、伸縮部材３１の内圧（ポンプ部２６のベローズ３４の内圧）が低下する。その結果、伸縮部材３１を伸長させる方向の力よりも、付勢部材６４の付勢力および伸縮部材３１の復元力のほうが大きくなるので、伸縮部材３１が元の長さに戻されて指部１３が曲げ位置Ｐ２から伸び位置Ｐ１に戻される。これによって、対象物の把持を解除することができる。付勢部材６４に、装飾用の表皮を用いた場合でも、表皮の付勢力（復元力）によって、指部１３を曲げ位置Ｐ２から元の伸び位置Ｐ１に戻すことができる。
【００３９】
続いて、発明者らは、本実施形態の能動義手１１の性能について評価を行った。評価結果を図６〜図９に示す。図６は、指部１３に負荷をかけない状態における、ホルダ部１７の回外角α（元の位置からの回転角度）と、伸縮部材３１の内部の圧力Ｐと、の関係を示すグラフである。対象物を把持する把持力は、圧力Ｐに所定の定数を乗じて算出されるため、圧力Ｐに比例する。図６によれば、前腕１６（ホルダ部１７）を回外動作させて回外角αを大きくしていけば、回外角αに比例して圧力Ｐが大きくなっていくことが理解される。一方、前腕１６（ホルダ部１７）をこのように回外動作させた状態から、元の位置に戻すように前腕１６を回内動作させて回外角αを小さくしていけば、これに伴い圧力Ｐが小さくなっていくことが理解される。
【００４０】
図７は、上記指部１３に負荷をかけない状態における、回外角αとヒンジ部６３のなす角θ（図５参照）の関係を示すグラフである。図７の試験（評価）は、図６の試験（評価）と同時に行ったものであり、図６では回外角αと圧力Ｐの関係に着目し、図７では回外角αとヒンジ部６３のなす角θの関係に着目したものある。図７によれば、前腕１６（ホルダ部１７）を回外動作させて回外角αを大きくしていけば、回外角αに比例して指部１３の固定指６１と可動指６２とがなす角θが大きくなっていくことが理解される。一方、前腕１６（ホルダ部１７）をこのように回外動作させた状態から、元の位置に戻すように前腕１６を回内動作させて回外角αを小さくしていけば、これに伴い固定指６１と可動指６２とがなす角θが小さくなっていくことが理解される。また、図６、図７の関係でいえば、伸縮部材３１の内部の圧力Ｐの上昇に伴い屈曲角度が変化することが理解される。したがって、図６、図７によれば、使用者は、ホルダ部１７の回外角αを操作することによって、可動指６２が固定指６１に対してなす角θを容易に調整できる。
【００４１】
図８は、指部１３に負荷をかけた状態における、ホルダ部１７の回外角αと、伸縮部材３１の内部の圧力Ｐと、の関係を示すグラフである。図８では、指部１３の固定指６１と可動指６２とがなす角θを例えば０．９ラジアンに保持した状態で、ホルダ部１７を回外動作および元に戻す動作をさせている。図８の評価は、指部１３と第２指部１４との間に把持対象物を把持した状態を模しており、いわゆる負荷状態の試験に相当する。図８によれば、指部１３に負荷がかけられた状態であっても、前腕１６（ホルダ部１７）を回外動作させて回外角αを大きくしていけば、回外角αに比例して圧力Ｐが大きくなることが理解される。これはすなわち、回外角αに比例して指部１３と第２指部１４の間で対象物を把持する把持力が大きくなることを意味する。一方、使用者が回外角αを一定に維持した場合には、対象物を把持する把持力が略一定に維持されることとなる。さらに、前腕１６（ホルダ部１７）をこのように回外動作させた状態から、元の位置に戻すように前腕１６を回内動作させて回外角αを小さくしていけば、これに伴い圧力Ｐが小さくなっていくことが理解される。
【００４２】
図９は、回外角速度ωと可動指指先速度ｖとの関係を示すグラフである。この結果によれば、例えば回外動作において、最大で８５０ｍｍ／ｓの指先速度を出すことができる。比較例として、市販されている筋電義手であるオットーボック社製の商品名「ＤＭＣプラス」を挙げる。この筋電義手では、指先速度が１３０ｍｍ／ｓである。このため、本実施形態の能動義手１１では、把持動作の際に、最大で比較例の筋電義手の６倍以上の指先速度を発揮することができる。図９および比較例によれば、対象物の素早い把持および解放が可能であることが理解される。なお、把持の解放動作は、専ら付勢部材６４の付勢力および伸縮部材３１の復元力に依存しているために、把持動作よりも指先速度が低下している。しかしながら、伸縮部材３１と付勢部材６４との間の摩擦を低減することで、解放動作時の指先速度を上げることが可能である。
【００４３】
図１０は、回外角αおよび伸縮部材３１の内部の圧力Ｐが時間経過に伴いどのように変化するかを示したグラフである。図１０に対応する実験では、飲料が入ったペットボトルを把持して持ち上げる作業を行った。本実施形態の能動義手１１によれば、使用者が前腕の回外角αを一定に維持した場合には、伸縮部材３１の内部の圧力Ｐも略一定に維持されることが理解される。これはすなわち、対象物を把持する把持力が略一定に維持されることを意味する。
【００４４】
一方、比較例として、一般的な筋電義手の試験結果（図示省略）を挙げる。一般に、筋電位には微弱な変動を生じてしまう。筋電義手では、筋電位によって把持力に強弱をつけるため、筋電位の微小な変化に伴い把持力が変化してしまう。このため、比較例の筋電義手では、本実施形態の能動義手１１のように把持力を略一定にして対象物を把持することは困難である。したがって、本実施形態の能動義手１１では、把持力を略一定にでき、対象物の把持が安定する。
【００４５】
本実施形態によれば、能動義手１１は、固定指６１が設けられたベース部１２と、ベース部１２に対して回転可能に設けられ、使用者の腕が差し込まれるホルダ部１７と、固定指６１よりも先端側に設けられた可動指６２と、固定指６１と可動指６２との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の伸縮部材３１と、伸縮部材３１と並列に設けられたヒンジ部６３であって、固定指６１の延びる方向と可動指６２の延びる方向とが略平行になった伸び位置Ｐ１と、固定指６１の延びる方向に対して可動指６２の延びる方向が交差した曲げ位置Ｐ２と、の間で回動可能に固定指６１と可動指６２とを連結するヒンジ部６３と、内部に作動流体が貯留された駆動部１５であって、ホルダ部１７の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、伸縮部材３１内に前記作動流体を送ってヒンジ部６３の周りを旋回するように伸縮部材３１を伸長させ、伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２にする駆動部１５と、を備える。
【００４６】
この構成によれば、一つの伸縮部材３１と、一つのヒンジ部６３と、を組み合わせた簡単な構造によって、義手の指および指の関節を構成できる。これによって、伸縮部材３１の数を低減して、義手の構造を簡略化することができる。これによって、機構を単純化することができ、機械効率が高く、操作に必要な力量が低減された能動義手１１を実現できる。上記構成によれば、例えば、駆動部１５と伸縮部材３１とをバルブレスの回路で接続できるために、圧力損失が低く信頼性も高くできる。また、作動流体を用いて可動指６２を可動させるために、当該作動流体を適宜に供給することで、指の数の増加や関節数の増加にも容易に対応できる。また、使用者にとって操作も簡単であり、訓練期間を短縮してユーザフレンドリーな能動義手１１を実現できる。さらに、筋電義手のようにモータ音もせず静粛に動作できるとともに、水に濡れた場合でもショートの危険性もない。さらに、筋電義手のように筋電センサーの位置調整も不要であるだけでなく、汗による故障の問題もない。さらに、筋肉の疲労による誤作動も生じない。
【００４７】
伸縮部材３１は、ベローズである。この構成によれば、伸縮部材３１を伸縮性および可撓性のある部材で構成できる。また、ベローズは、ゴムチューブよりも耐久性が良好であり、軽量かつ高耐久性の能動義手１１を実現できる。
【００４８】
伸縮部材３１は、前記使用者の腕１６に装着され、使用者の腕１６の長さに合わせて伸縮可能な細長い平板状の支持部４１と、支持部４１に対して回動可能に支持部４１に連結され、前記使用者の上腕に固定されることが可能な固定部４２と、を備える。能動義手１１を使用する使用者の前腕１６部分の残存肢の長さは、使用者ごとに異なることが通常である。本実施形態によれば、使用者の残存肢の長さに合わせて支持部４１の長さを適宜に変更（一例として、長穴４６を用いた長さを変更や、細長い板材４１Ａの数を増減させる長さの変更等）することができ、ユーザフレンドリーな能動義手１１を実現できる。また、固定部４２が支持部４１に対して回動可能であるために、能動義手１１を使用する際に、使用者に肘の曲げ伸ばしの自由を確保することができる。これによって、さらにユーザフレンドリーな能動義手１１を実現できる。
【００４９】
作動流体は、空気である。このため、作動流体として圧縮性流体が用いられるために、把持対象物を柔らかく把持することができる。また、能動義手１１の全体重量を低減することができ、使用者が使い易い能動義手１１を実現できる。また、ポンプ部２６を能動義手１１に内蔵し、使用者自身でポンプ部２６を駆動することにより、従来の空気圧システムで必須だった重量のあるコンプレッサやバルブ、それらを制御する電子機器等の外部機器が不要となる。このためにシステム全体の可搬性が改善されるとともに、軽量低価格の能動義手１１を実現できる。
【００５０】
ベース部１２、ホルダ部１７、固定指６１、可動指６２、ヒンジ部６３、および駆動部１５は、樹脂材料により形成される。この構成によれば、これらの構造物を軽量に実現できる。また、金属材料を極力使用しないために、切削加工等が不要であり、製造コストを削減できる。さらに、これらを樹脂材料で形成することによって、これらをすべて３Ｄプリンタによって形成することができる。これによって、金型を作成することが不要であり、能動義手１１の製造コストを著しく低減できる。
【００５１】
以下、図１１から図１９を参照して能動義手１１の変形例について説明する。以下の各変形例では、主として上記実施形態と異なる部分について説明し、上記実施形態と共通する部分については図示或いは説明を省略する。
【００５２】
［第１変形例］  
図１１から図１４を参照して、第１変形例の能動義手１１について説明する。本変形例の能動義手は、使用者に対して対象物を把持する把持力をフィードバックする力覚フィードバックシステム付きの能動義手である。
【００５３】
能動義手１１は、断面Ｌ字形に折れ曲がった板状をなしたベース部１２と、ベース部１２の先端側に取り付けられた指部１３と、ベース部１２の先端側に取り付けられた第２指部１４と、ベース部１２に対して固定的に設けられた駆動部１５と、使用者の腕１６（残存肢）の先端部が差し込まれるホルダ部１７と、能動義手１１を使用者の腕１６に対して固定するためのソケット部２１と、を備える。
【００５４】
指部１３は、人間の人差し指や中指等を模して全体形状が形成される。本実施形態では、指部１３の数は、１個で構成されているが、指部１３が複数（例えば、２〜５本）であってもよい。指部１３は、ベース部１２に固定された中空筒状の固定指６１と、固定指６１よりも先端側に設けられた中空筒状の可動指６２と、固定指６１と可動指６２との間に設けられた筒状の伸縮部材３１と、伸縮部材３１と並列に設けられたヒンジ部６３と、固定指６１と可動指６２とに跨って設けられる付勢部材６４と、可動指６２の周囲を覆ったゴム製の指サック６５と、を有する。
【００５５】
能動義手１１は、可動指６２の先端部付近に設けられた凹部７１と、凹部７１内に収納された第２伸縮部材７２と、使用者の上腕に巻かれる第３バンド部材７３と、第３バンド部材７３に取り付けられた平板部７４と、平板部７４に取り付けられ使用者の腕１６に当接するように設けられた第３伸縮部材７５と、第２伸縮部材７２と第３伸縮部材７５とを接続するように設けられた第２送り管７６と、を有する。本実施形態では、可動指６２に凹部７１を設け、この凹部７１内に第２伸縮部材７２を配置しているが、凹部７１を設けないで可動指６２の表面に第２伸縮部材７２を配置しても当然によい。また、第２伸縮部材７２の設置位置は可動指６２の先端付近（指先）に限られず、例えば、第２指部１４の先端付近等、他の位置に設置されてもよい。
【００５６】
第２伸縮部材７２は、樹脂材料によって形成された中空且つ有底筒状のベローズで構成される。第２伸縮部材７２は、その軸方向に伸縮可能である。第２伸縮部材７２は、指部１３のうち、把持対象物に当接する部分を構成する。第３伸縮部材７５も同様に、樹脂材料によって形成された中空且つ有底筒状のベローズで構成される。第３伸縮部材７５は、その軸方向に伸縮可能である。第２伸縮部材７２および第３伸縮部材７５は、上記実施形態の伸縮部材３１と略同様の構成を有する。第２伸縮部材７２の直径は、第３伸縮部材７５の直径と同じである。第２伸縮部材７２の内部および第３伸縮部材７５の内部には、作動流体（第２作動流体）として空気が貯留されているが、作動流体として空気以外の水や油等を用いてもよい。第２伸縮部材７２および第３伸縮部材７５は、３Ｄプリンティングによってゴム状の弾性材料（熱可塑性エラストマーやシリコーンゴム等）で形成されてもよい。
【００５７】
続いて、図１１から図１４を参照して、本変形例の能動義手１１の作用について説明する。図１１に示すように、例えば指部１３と第２指部１４との間で対象物を把持した場合には、第２伸縮部材７２が対象物に当接し、第２伸縮部材７２内の空気が第２送り管７６を介して第３伸縮部材７５内に送られる。第２伸縮部材７２で対象物を把持している状態では、パスカルの原理によって、第２伸縮部材７２の内部の圧力と、第３伸縮部材７５の内部の圧力が等しくなる。したがって、第２伸縮部材７２と第３伸縮部材７５の直径を等しくすることで、対象物を把持する把持力と等しい力で、第３伸縮部材７５によって使用者の上腕を押圧できる。これによって、指部１３と第２指部１４との間で対象物を把持する把持力を、使用者の上腕に対する押圧力として正しくフィードバックできる。このため、使用者は、対象物を把持する際に、どの程度の把持力で対象物を把持しているかを把握しながら、対象物を把持することができる。
【００５８】
これによって、使用者は、例えば開封したパウチゼリー（アルミ蒸着で形成したフィルム層を有する樹脂製バッグ内に収納されたゼリー）や、飲料を入れた紙コップ等を保持することもできる。
【００５９】
続いて、発明者らは、本変形例の能動義手１１の性能について評価を行った。評価結果を図１４に示す。評価では、本変形例の能動義手１１を用いて、開封済のパウチゼリーを持ち上げて移動させる試験を行った。図１４は、時間経過に対して、ホルダ部１７の回外角αと、第３伸縮部材７５から使用者の腕１６に加えられる力の測定値と、の関係を示すグラフである。第３伸縮部材７５から使用者の腕１６に加えられる力の測定値は、使用者の上腕に把持力のフィードバックとして加えられる押圧力の測定値である。
【００６０】
図１４において、評価開始から最初に現れる第１突出部８１は、対照例（コントロール）である。対照例では、実験者が能動義手１１が装着される手とは反対側の手の指を使用して、指部１３の可動指６２（可動指６２に取り付けられた第２伸縮部材７２）と第２指部１４との間に開封済のパウチゼリーを挟むように保持した際に、第３伸縮部材７５によって使用者の上腕に力覚（押圧力）としてフィードバックされる力の測定値が０．７５〜０．９Ｎであることを示す。これは、把持対象物を０．７５〜０．９Ｎの把持力で把持している状態で、使用者の上腕に把持力のフィードバックがなされる状態を模擬している。開封した状態のパウチゼリーを把持するのに適切な把持力は、図１４に破線で示される０．３〜１．９Ｎの範囲内である。
【００６１】
実験者は、先のフィードバックの感覚（第１突出部８１として図１４に示される力覚）を覚えておき、この力覚フィードバックシステムによるフィードバックを受けつつ対象物を把持する試験を３回行った。その結果、図１４に第２突出部８２、第３突出部８３、第４突出部８４で示される力の測定値（把持力および実験者にフィードバックされる力覚）ように、多少ばらつきがあるもの、３回の試行のすべてにおいて第１突出部８１で示される把持力が再現されることが確認できた。これによって、実験者が開封した状態のパウチゼリーを適切な把持力（０．３〜１．９Ｎの範囲内）で把持できることが確認された。
【００６２】
図１４によれば、対象物の把持に伴い、使用者の上腕に対する把持力のフィードバックが正しくなされることが理解される。また、３回の試行のすべてにおいて、開封した状態のパウチゼリーの把持に適した把持力である０．３〜１．９Ｎの範囲内となった。このため、本変形例の力覚フィードバックシステム付きの能動義手１１によれば、開封後のパウチゼリーの内容物を吹き出させることなく、適切な把持力によってパウチゼリーを把持できることが確認された。また、本変形例の能動義手１１によれば、把持対象物を飲料入りの紙コップやその他柔らかい食品にした場合でも同様に、対象物を潰さない程度の把持力で把持することができることが確認された。
【００６３】
第１変形例によれば、能動義手１１は、可動指６２に設けられ、内部に第２作動流体を貯留するとともに、把持対象物に当接することで圧縮される有底筒状の第２伸縮部材７２と、前記使用者の腕に当接する位置に設けられ、圧縮された第２伸縮部材７２から送られる前記第２作動流体を受け取って伸長することで前記使用者の腕を押圧する有底筒状の第３伸縮部材７５と、を備える。
【００６４】
この構成によれば、第２伸縮部材７２および第３伸縮部材７５によって、把持対象物を把持する把持力を使用者の腕にフィードバックすることができる。これによって、使用者は、把持力を随時把握することができるため、例えば、パウチゼリーや食品、飲料入りの紙コップなど、柔らかい把持対象物を把持する場合でも、把持力を適宜に調節することができ、把持対象物を能動義手１１によって握り潰してしまうことを防止できる。第２伸縮部材７２と第３伸縮部材７５とを簡単なバルブレス回路で接続することで力覚フィードバックシステムが実現されるために、能動義手１１を低コストで実現できるとともに、信頼性の高い力覚フィードバックシステムを実現できる。
【００６５】
［第２変形例］  
図１５を参照して、第２変形例の能動義手１１について説明する。本変形例の能動義手１１では、変換機構２８は、回転軸１８ではなく、ホルダ部１７と一体に設けられている。変換機構２８（カム部）は、細長い平板がホルダ部１７の周囲に巻き付いた形状をなしており、ホルダ部１７を中心とした螺旋状をなしている。
【００６６】
本変形例では、回転軸１８が省略されており、ホルダ部１７は、例えばピン８５やボルト等を介してベース部１２に対して回転可能に取り付けられている。したがって、本変形例では、回転軸１８が省略されているため、ホルダ部１７と指部１３との間の距離が著しく短縮されている。
【００６７】
本実施形態によれば、駆動部１５は、ホルダ部１７の回転運動をポンプ部２６内の前記作動流体を加圧する方向の直線運動に変換する変換機構２８を備え、変換機構２８は、ホルダ部１７と一体に設けられる。この構成によれば、ホルダ部１７の回転運動を用いてポンプ部２６内の作動流体を加圧する機構を簡単かつ省スペースで実現できる。さらに、変換機構２８は、ホルダ部１７と一体に設けられているために、変換機構２８を設けるために別途にスペースを要することがなく、ホルダ部１７から可動指６２までの距離を短くすることができる。これによって、能動義手１１を小型化できるとともに、使用者の腕１６の断端から指部１３の先端までの距離を長過ぎず自然な長さにできる。これによって、ユーザフレンドリーな能動義手１１を実現できる。
【００６８】
［第３変形例］  
図１６、図１７を参照して、第３変形例の能動義手１１について説明する。本変形例の能動義手１１は、第２変形例のように変換機構２８がホルダ部１７と一体になっている。また、指部１３は、５本で構成されている。各指部１３には、固定指６１（第２固定指）と、可動指６２（第２可動指）と、これらの間の位置に設けられ伸縮可能な筒状の伸縮部材３１（第４伸縮部材）と、固定指６１（第２固定指）と可動指６２（第２可動指）とを連結するヒンジ部６３（第２ヒンジ部）と、が含まれる。
【００６９】
各指部１３の関節（伸縮部材３１、ヒンジ部６３）の数が増大されており、関節の数が２又は３で構成される。さらに、本変形例では、指部１３が５本で構成されているため、固定的に設けた第２指部１４を省略している。各伸縮部材３１（第４伸縮部材）、各ヒンジ部６３（第２ヒンジ部）の構成は、上記実施形態の伸縮部材３１、ヒンジ部６３の構成と同様である。
【００７０】
駆動部１５のポンプ部２６の位置は、ベース部１２とホルダ部１７との間から外れた位置に設けられる。より具体的には、ポンプ部２６は、使用者の肘の近傍で、肘の外側の位置に設けられる。本変形例では、１つのポンプ部２６によって複数の指部１３を回動させるため、本変形例のポンプ部２６に収納されるベローズ３４の内部の容積は、上記実施形態のポンプ部２６のベローズ３４の内部の容積よりも大きくなっていることが好ましい。また、ポンプ部２６の数は複数個であっても当然によく、上記実施形態に記載したポンプ部２６を複数配置しても当然よい。ベース部１２と一体になった支持部４１の基部側端に取り付けられている。
【００７１】
図１６、図１７を参照して、本変形例の能動義手１１の作用について説明する。本変形例の能動義手１１において、使用者がホルダ部１７を回外動作させると、ホルダ部１７と一体になった変換機構２８が回転してピストンロッド２７を押圧する。これによって、ポンプ部２６内のベローズ３４が圧縮されて、ベローズ３４内の作動流体（空気）が送り管３２を介して送られる。本変形例のように、作動流体（空気等）を用いて指部１３を伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２に回動させる機構であれば、それぞれの伸縮部材３１（アクチュエータ）に送り管３２を介して作動流体を供給することができ、指部１３の数や関節の数を増やして、容易に５本の指部１３を有する能動義手１１を実現できる。
【００７２】
本変形例では、送り管３２は途中で５本に分岐しており、５本の指部１３に対して加圧された空気を供給する。図１７では、５本の指部１３のうち、１本（人差し指）のみを摘出して示す。図１７の人差し指に相当する指部１３では、各伸縮部材３１に空気が供給され、各伸縮部材３１が対応するヒンジ部６３の周りを旋回するように伸長する。これによって、指部１３が伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２に回動する。このような伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２に回動が各指部１３において起こり、使用者が対象物を把持することができる。使用者がホルダ部１７の回外動作を解除したとき、付勢部材６４の付勢力、伸縮部材３１の復元力、ベローズ３４の復元力等によって、各指部１３が曲げ位置Ｐ２から伸び位置Ｐ１に戻される。
【００７３】
なお、親指に相当する指部１３の回動方向は、他の人差し指、中指、薬指、小指に対応する指部１３の回動方向とは概ね逆向きであることが、人間の手の構造と一致しており、使用者に違和感を生じない。本変形例によれば、指部１３の数を人体に倣って増加できるだけでなく、関節の数も人体に倣って増加させることができる。これによって、さらに自然な能動義手１１を実現できるだけでなく、見た目にも自然で使用者に拒否感を与えない能動義手１１を実現できる。
【００７４】
本変形例によれば、能動義手１１は、ベース部１２に設けられた第２固定指６１と、第２固定指６１よりも先端側に設けられた第２可動指６２と、第２固定指６１と第２可動指６２との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の第４伸縮部材３１と、第４伸縮部材３１と並列に設けられた第２ヒンジ部６３であって、第２固定指６１の延びる方向と第２可動指６２の延びる方向とが略平行になった伸び位置Ｐ１と、第２固定指６１の延びる方向に対して第２可動指６２の延びる方向が交差した曲げ位置Ｐ２と、の間で回動可能に第２固定指６１と第２可動指６２とを連結する第２ヒンジ部６３と、を備え、駆動部１５は、ホルダ部１７の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、第４伸縮部材３１内に前記作動流体を送って第２ヒンジ部６３の周りを旋回するように第４伸縮部材３１を伸長させ、伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２にする。
【００７５】
この構成によれば、一つのポンプ部２６から伸縮部材３１と第４伸縮部材との両方に作動流体を供給することができる。これによって、指部１３の数を増加した場合でも構造が複雑化することがなく、より人間の手に近い能動義手１１を簡単な構造で実現できる。
【００７６】
本変形例において、駆動部１５は、ポンプ部２６を含み、ポンプ部２６は、ベース部１２とホルダ部１７との間から外れた位置に設けられ、内部に前記作動流体が貯留されるとともに、前記作動流体を加圧することで、伸縮部材３１内に前記作動流体を送る。この構成によれば、ベース部１２とホルダ部１７とをさらに近づけて配置することができる。これによって、能動義手１１を小型化できるとともに、ホルダ部１７から可動指６２までの距離を短くして、使い易く見た目にも自然な能動義手を実現できる。
【００７７】
［第４変形例］  
図１８、図１９を参照して、第４変形例の能動義手１１について説明する。本変形例では、駆動部１５のうちポンプ部２６の構成が上記実施形態とは異なっている。ポンプ部２６は、ベローズ３４を内蔵するのではなく、いわゆる回転式の板（ベーン）を有する扁平なポンプで構成される。
【００７８】
ホルダ部１７は、ピン８５やボルトによってベース部１２に対して回転可能に取り付けられている。ポンプ部２６（駆動部１５）は、ベース部１２とホルダ部１７との間の位置にコンパクトに設けられている。ポンプ部２６の形状は、略円盤形をなしている。
【００７９】
ポンプ部２６（駆動部１５）は、ホルダ部１７と一体になった円筒状のケース８６と、ベース部１２に固定された第１板状部９１と、ホルダ部１７に固定された第２板状部９２と、第１板状部９１と第２板状部９２との間に設けられたバルーン状部９３と、を有する。バルーン状部９３は、内部に作動流体である空気を貯留しており、送り管３２を介して伸縮部材３１に接続されている。本変形例でも作動流体は空気に限定されるものではなく、例えば水や油等の液体であってもよい。なお、ポンプ部２６の内部空間（第１板状部９１、第２板状部９２、およびケース８６で規定される空間）を高気密に構成した場合には、バルーン状部９３を省略することもできる。
【００８０】
続いて、本変形例の能動義手１１の作用について説明する。使用者がホルダ部１７を回外動作させると、それに伴い第２板状部９２が回転する。これによって、第１板状部９１に対して第２板状部９２が回転する。そして、第１板状部９１と第２板状部９２の間に位置するバルーン状部９３が、第１板状部９１、第２板状部９２、およびケース８６の間で圧縮されて、伸縮部材３１に向けて空気を送る。これによって伸縮部材３１は、ヒンジ部６３の周りを旋回するように伸長し、指部１３が伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２に回動する。これによって、指部１３と第２指部１４との間に把持対象物を把持することができる。使用者がホルダ部１７の回外動作を解除すると、伸縮部材３１の内圧およびバルーン状部９３の内圧が低下し、伸縮部材３１を伸長させる方向の力よりも、付勢部材６４の付勢力、伸縮部材３１の復元力が大きくなるので、指部１３が曲げ位置Ｐ２から伸び位置Ｐ１に戻る。
【００８１】
本変形例によれば、駆動部１５は、ベース部１２に固定された第１板状部９１と、ホルダ部１７に固定されホルダ部１７の回転に伴い第１板状部９１に対して回転する第２板状部９２と、第１板状部９１と第２板状部９２との間に設けられ内部に前記作動流体を貯留したバルーン状部９３であって、ベース部１２に対してホルダ部１７が回転する際に第１板状部９１と第２板状部９２との間に挟まれて伸縮部材３１内に前記作動流体を送るバルーン状部９３と、を有する。
【００８２】
この構成によれば、ポンプ部２６を扁平に形成しやすい構造となり、さらに変換機構２８が不要であり、これによって、ホルダ部１７と可動指６２との間の距離を短くすることができる。これによって、能動義手１１を小型化できるとともに、使用者の腕１６の断端から可動指６２の先端までの距離を長過ぎず自然な長さにすることができる。これによって、使い易く、見た目にも自然なユーザフレンドリーな能動義手１１を実現できる。一方、使用者の前腕（残存肢）の長さが短い場合は、変換機構２８を含む上記した実施形態を採用することで、能動義手１１の長さを長くすることも可能である。
【００８３】
［第５変形例］  
図２０を参照して、第５変形例の能動義手について説明する。本変形例では、ポンプ部２６（駆動部１５）は、ベローズ３４を内蔵するのではなく、内部に空気を貯留した有底のチューブ９４を複数本有する。したがって、本変形例では、ポンプ部２６は、ホルダ部１７の周囲にリング形に設けられている。複数のチューブ９４は、ホルダ部１７の中心軸Ｃと略平行に設けられている。
【００８４】
ポンプ部２６（駆動部１５）は、ベース部１２に固定された円盤状の第１固定部９６と、ホルダ部１７の根元側にフランジ状に設けられた第２固定部９７と、第１固定部９６と第２固定部９７との間に渡された複数のチューブ９４と、を有する。チューブ９４は、一端で紐状の連結具９５を介して第１固定部９６に固定され、他端で同じく紐状の連結具９５を介して第２固定部９７に固定される。チューブ９４は、ゴム等で形成された伸縮性・可撓性のあるチューブであり、端部が密閉された有底の円筒状をなしている。チューブ９４は、内部に作動流体としての空気を貯留している。チューブ９４は、複数の送り管３２を介して指部の伸縮部材３１に接続されている。
【００８５】
本変形例の能動義手１１の作用について説明する。使用者がホルダ部１７を回外動作させると、第１固定部９６に対して第２固定部９７が回転する。これによって、複数のチューブ９４がらせん状をなすように引き延ばされる。これによって、チューブ９４内部の空気が圧縮され送り管３２を介して伸縮部材３１側に押し出される。このような機構によって、指部１３が伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２に回動される。これによって、把持対象物を指部１３と第２指部１４との間に把持することができる。使用者がホルダ部１７の回外動作を解除したとき、伸縮部材３１の内圧およびチューブ９４の内圧が低下し、伸縮部材３１を伸長させる方向の力よりも、付勢部材６４の付勢力および伸縮部材３１の復元力が大きくなるので、指部１３が曲げ位置Ｐ２から伸び位置Ｐ１に戻される。
【００８６】
本変形例によれば、駆動部１５は、ホルダ部１７の外側にホルダ部１７の中心軸Ｃと略平行に設けられた伸縮性のあるチューブ９４で構成されるとともに、当該チューブ９４内部に前記作動流体を貯留し、当該チューブ９４は、一端でベース部１２に固定されるとともに他端でホルダ部１７の基部側に固定され、ホルダ部１７がベース部１２に対して回転することで伸長して伸縮部材３１内に前記作動流体を送る。
【００８７】
この構成によれば、駆動部１５をホルダ部１７の周囲にリング状に配置することができる。また、変換機構２８が不要であり、チューブ９４がらせん状に引き延ばされる原理を利用して、チューブ９４内部の作動流体を伸縮部材３１に送って伸縮部材３１を伸長させ、指部１３を伸び位置Ｐ１から曲げ位置Ｐ２に回動させることができる。これによって、駆動部１５を省スペースなものにして能動義手１１を小型化できるとともに、ホルダ部１７と可動指６２の先端部との間の距離を短くすることができる。また、必要に応じて、チューブ９４の数を増減することも容易である。これによって、使用者の腕１６の断端から指部１３の先端までの距離が短く、見た目にも自然で使い易い能動義手１１を実現できる。一方、使用者の前腕（残存肢）の長さが短い場合は、変換機構２８を含む上記した実施形態を採用することで、能動義手１１の長さを長くすることも可能である。
【００８８】
これまで、実施形態および幾つかの変形例について図面を参照しながら具体的に説明したが、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態および各変形例では、伸縮部材３１が固定指６１と可動指６２との間の位置に配置されているが、伸縮部材３１、固定指６１、可動指６２の配置はこれに限られるものではない。例えば、伸縮部材３１の内部に固定指６１の全部又は一部を配置してもよいし、伸縮部材３１の内部に可動指６２の全部又は一部を配置してもよい。上記実施形態およびいくつかの変形例中に記載された構成要素を適宜に組み合わせて一つの能動義手１１を実現することも当然にできる。
【００８９】
以下に、他の形態にかかる発明を付記する。
［１］
固定指が設けられたベース部と、
前記ベース部に対して回転可能に設けられ、使用者の腕が差し込まれるホルダ部と、
前記固定指よりも先端側に設けられた可動指と、
前記固定指と前記可動指との間の位置に設けられ、伸縮可能な筒状の伸縮部材と、
前記伸縮部材と並列に設けられたヒンジ部であって、前記固定指の延びる方向と前記可動指の延びる方向とが略平行になった伸び位置と、前記固定指の延びる方向に対して前記可動指の延びる方向が交差した曲げ位置と、の間で回動可能に前記固定指と前記可動指とを連結するヒンジ部と、
内部に作動流体が貯留されたポンプ部であって、前記ホルダ部の回転運動を用いて前記作動流体を加圧することで、前記伸縮部材内に前記作動流体を送って前記ヒンジ部の周りを旋回するように前記伸縮部材を伸長させ、前記伸び位置から前記曲げ位置にするポンプ部と、
固定的に設けられた第２指部と、
を備える能動義手。
［２］
前記伸び位置に向けて前記可動指を付勢する付勢部材を備える［１］に記載の能動義手。
【符号の説明】
【００９０】
１１…能動義手、１２…ベース部、１５…駆動部、１７…ホルダ部、２６…ポンプ部、２８…変換機構、３１…伸縮部材、４１…支持部、４２…固定部、６１…固定指、６２…可動指、６３…ヒンジ部、７２…第２伸縮部材、７５…第３伸縮部材、９１…第１板状部、９２…第２板状部、９３…バルーン状部、９４…チューブ、Ｐ１…伸び位置、Ｐ２…曲げ位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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