(57)【要約】【課題】多様な工業製品に組み込み可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】伸縮機構と、伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置とを備え、伸縮機構と連結された負荷を伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、伸縮機構と負荷との間に設けられ、伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替える複数のロック機構を備えた構成とした。【選択図】図１
2015107533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮機構と、
前記伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置と、を備え、
前記伸縮機構と連結された負荷を前記伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、
前記伸縮機構と前記負荷との間に設けられ、前記伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替える複数のロック機構を備えたアクチュエータ。
【請求項２】
伸縮機構と、
前記伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置と、を備え、
前記伸縮機構の両端側にそれぞれ連結された負荷を前記伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、
前記伸縮機構の一端部と前記負荷との間、及び前記伸縮機構の他端部と前記負荷との間に設けられ、前記伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を交互に切り替えるロック機構を備えたアクチュエータ。
【請求項３】
伸縮機構と、
前記伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置と、を備え、
前記伸縮機構の一端側に連結された複数の負荷を前記伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、
前記伸縮機構の一端部と各負荷との間に対応して設けられ、前記伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替えるロック機構を備えたアクチュエータ。
【請求項４】
複数の伸縮機構と、
前記複数の伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置と、を備え、
各伸縮機構の一端側に連結された負荷を前記伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、
各伸縮機構の一端部と各負荷との間に設けられ、前記伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替えるロック機構を備えたアクチュエータ。
【請求項５】
前記伸縮機構が前記駆動制御装置から供給される空気圧に応じて膨張し、軸方向に収縮する伸縮体を備え、
前記ロック機構が前記伸縮体の伸縮動作に応じて進退移動する移動体と、
前記移動体の進退移動に応じて前記移動体と係合する複数の溝部を有し、前記移動体が前記溝部に係合した状態では前記移動体の移動を阻止し、前記移動体が前記溝部に非係合の状態では前記移動体の移動を許容するガイド体と、
を備えた請求項１乃至請求項４いずれかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、特に伸縮機構を備え、伸縮機構の動作により引っ張り力が付与される対象となる負荷を自在に切り替えることが可能なアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気圧により膨張し、軸方向に収縮する複数の伸縮ユニットを備え、各ユニットを連続的に伸縮動作させることにより蠕動運動を生じさせ、狭い体腔等の管路に内視鏡を送出する内視鏡推進装置や、液体を搬送するポンプ装置等が提案されている。これら各装置は、複数の伸縮ユニットの連続的な伸縮動作による蠕動運動に着目してなされたものであり、複数の伸縮ユニットの採用例として有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８１１３１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、上述のようにこれまでの伸縮ユニットの採用例は、主に蠕動運動に着目してなされたものであるため、その適用範囲は比較的限定的である。よって、伸縮ユニットを用いた適用例の更なる拡充が要望される。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、伸縮ユニットに生じる伸縮動作に着目し、多様な工業製品に組み込み可能なアクチュエータを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためのアクチュエータの構成として、伸縮機構と、伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置とを備え、伸縮機構と連結された負荷を伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、伸縮機構と負荷との間に設けられ、伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替える複数のロック機構を備えた構成とした。
また、アクチュエータの他の構成として、伸縮機構と、伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置とを備え、伸縮機構の両端側にそれぞれ連結された負荷を伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、伸縮機構の一端部と負荷との間、及び伸縮機構の他端部と負荷との間に設けられ、伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を交互に切り替えるロック機構を備えた構成とした。
また、アクチュエータの他の構成として、伸縮機構と、伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置とを備え、伸縮機構の一端側に連結された複数の負荷を伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、伸縮機構の一端部と各負荷との間に対応して設けられ、伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替えるロック機構を備えた構成とした。
また、アクチュエータの他の構成として、複数の伸縮機構と、複数の伸縮機構を伸縮動作させる駆動制御装置とを備え、各伸縮機構の一端側に連結された負荷を伸縮機構の収縮動作により引っ張るアクチュエータであって、各伸縮機構の一端部と各負荷との間に設けられ、伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替えるロック機構を備えた構成とした。
また、アクチュエータの他の構成として、伸縮機構が駆動制御装置から供給される空気圧に応じて膨張し、軸方向に収縮する伸縮体を備え、ロック機構が伸縮体の伸縮動作に応じて進退移動する移動体と、移動体の進退移動に応じて移動体と係合する複数の溝部を有し、移動体が溝部に係合した状態では移動体の移動を阻止し、移動体が溝部に非係合の状態では移動体の移動を許容するガイド体とを備えた構成とした。
上記各構成に係るアクチュエータによれば、伸縮機構と負荷との間に伸縮機構の収縮動作により引っ張り力が作用する対象となる負荷を切り替えるロック機構が設けられているため、任意の負荷に対して伸縮機構の収縮動作に応じた引っ張り力を作用させることが可能となり、工業製品の駆動源として適用することが可能となる。
なお、上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、特徴群を構成する個々の構成もまた発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】アクチュエータの概要を示す正面図である（第１実施形態）。
【図２】伸縮機構の構造を示す正面図及び断面図である。
【図３】ロック機構の斜視図、及び内部構造を模式的に示す模式図である。
【図４】ガイド体を展開して示す模式図である。
【図５】伸縮機構の伸縮動作、及び伴う負荷の状態を示すモデルである。
【図６】歩行アシスト装置の概要図である。
【図７】歩行アシスト装置の有用性を示すグラフである。
【図８】アクチュエータの概要を示す正面図である（第２実施形態）。
【図９】アクチュエータの概要を示す正面図である（第３実施形態）。
【図１０】アクチュエータの概要を示す正面図である（第４実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本発明に係るアクチュエータ１の概要を示す正面図である。同図に示すように、アクチュエータ１は、駆動制御手段としての空気圧給排装置２０からの空気の供給に応じて収縮し、空気の排出に応じて伸長する伸縮機構３０と、複数のロック機構６０ａ；６０ｂとを備え、伸縮機構３０の伸縮動作により伸縮機構３０と連結された複数の負荷４０ａ；４０ｂに対して引っ張り力を作用させる。
【００１０】
［伸縮機構の構造，動作について］
図２は、伸縮機構３０の構成を示す正面図及び断面図である。同図に示すように伸縮機構３０は、シリコンゴムや天然ゴム等の弾性体により形成され、両端部が開口した円筒状の伸縮体３２と、伸縮体３２の両端部をそれぞれ閉塞するコネクタ３４ａ；３４ｂと、伸縮体３２を軸方向に渡って複数に区画（本例では３区画）する複数のリング３６とを有する。
【００１１】
断面図に示すように、伸縮体３２の内部には繊維層３３が設けられている。繊維層３３は、伸縮体３２の軸方向に沿って延長する複数のカーボンロービングやガラスロービング等の繊維により形成される。繊維層３３は、伸縮体３２の厚さ寸法の略中心において、円周方向に沿って一様となるように形成される。複数のリング３６は、軸方向に沿って均等な間隔を有して、伸縮体３２の表面上に固着される。
【００１２】
コネクタ３４ａ；３４ｂは、伸縮体３２の両端部にそれぞれ嵌め込まれて固定され、開口部を閉塞する。伸縮体３２の両端の開口部がコネクタ３４ａ；３４ｂによって閉塞されることにより、伸縮体３２の内部には空気等の流体の供給が可能な気密室３２Ａが形成される。また、伸縮体３２の両端部にコネクタ３４ａ；３４ｂが固定されることにより、伸縮体３２に内挿された繊維層３３を形成する繊維の両端部が強固に固定される。
【００１３】
一方のコネクタ３４ａには、ターミナル３５ａが嵌着される。また、他方のコネクタ３４ｂには、ターミナル３５ｂが嵌着される。図１にも示すように、ターミナル３５ａにはワイヤ３７ａが接続され、ターミナル３５ｂにはワイヤ３７ｂが接続される。また、ターミナル３５ｂは、伸縮機構３０の気密室３２Ａと連通する図外の管路を有しており、当該管路には、空気圧給排装置２０から延びる空気給排管２０ａが接続される。つまり、空気圧給排装置２０から供給される空気は、ターミナル３５ｂ、コネクタ３４ｂを経由して気密室３２Ａ内に導入される。
【００１４】
次に、伸縮機構３０の動作について説明する。上記構成からなる伸縮機構３０の伸縮体３２に、空気圧給排装置２０からの空気が導入されると、伸縮体３２は全方位に膨張しようとする。しかし、伸縮体３２の内部には、伸縮体３２の軸方向に沿って延長する繊維層３３が設けられているため、軸方向への膨張は拘束され、径方向への膨張のみが許容される。そして、図２（ｂ）に示すように、伸縮体３２が径方向のみに膨張する結果、伸縮体３２全体では軸方向に収縮することとなる。なおこのとき、伸縮体３２は複数のリング３６の存在によって３つの膨張部を有するように区画される。
【００１５】
また、空気圧給排装置２０の駆動により伸縮体３２内の空気が外部に導出されると、伸縮体３２は、その弾性力によって図２（ｂ）に示す状態から同図２（ａ）に示す状態に伸長し、空気供給前の自然長に復帰する。以上のとおり、本実施形態に係る伸縮機構３０は、空気の導入，導出に応じて収縮と伸長とを交互に繰り返す伸縮動作可能に構成されている。
【００１６】
空気圧給排装置２０は、伸縮体３２に空気を送出するポンプや空気圧を調節するレギュレータ、及び空気の供給，排出を切り替える電磁バルブと、これらを制御するマイクロコンピュータを備えており、予め設定されたプログラムに応じて伸縮体３２への空気の供給及び排出を所定の周期で繰り返すことにより、伸縮体３２を交互に伸縮動作させる。
【００１７】
なお、本実施形態においては、伸縮機構３０の一例として、伸縮体３２の膨張により伸縮動作を得る例を示したが、伸縮機構３０としてはこれに限定されるものではない。例えばコイル或いはモータへの励磁，消磁によって可動部の収縮と伸長を交互に繰り返し可能な伸縮機構や、シリンダへの空気や油圧等の流体の供給によってピストン等の可動部の収縮と伸長を交互に繰り返し可能な伸縮機構も採用可能である。またこの場合、上記空気圧給排装置２０は、コイルやモータへの電流供給の有無や、シリンダへの流体の給排を制御し、可動部を収縮動作させる駆動制御装置に置換される。
【００１８】
［負荷について］
図１を参照し、伸縮機構３０の両端側に配置される負荷４０ａ；４０ｂについて説明する。本例における負荷４０ａ；４０ｂは、伸縮機構３０の収縮動作によって交互に引っ張り力が作用する対象としてバネが採用されている。負荷４０ａ；４０ｂの一端部は不動に固定されている。一方、負荷４０ａの他端部は、伸縮機構３０の一端部から延長するワイヤ３７ａ、ロック機構６０ａのピン６６、及びワイヤ３８ａを介して伸縮機構３０の一端側と連結される。また、負荷４０ｂの他端部は、伸縮機構３０の他端部から延長するワイヤ３７ｂ、ロック機構６０ｂのピン６６及びワイヤ３８ｂを介して伸縮機構３０の他端側と連結される。
【００１９】
ワイヤ３７ａ；３７ｂはそれぞれ、伸縮機構３０のターミナル３５ａ；３５ｂからロック機構６０ａ；６０ｂが具備する移動体としてのピン６６の一端部に渡って接続される連結部材である。ワイヤ３８ａ；３８ｂはそれぞれ、ロック機構６０ａ；６０ｂが具備するピン６６の他端部からプーリ３９を介して上述の負荷４０ａ；４０ｂの他端部に渡って接続される連結部材である。つまり、伸縮機構３０の収縮動作に伴う引っ張り力は、各ワイヤ、及びロック機構６０ａ；６０ｂのピン６６を介して負荷４０ａ；４０ｂに伝達される。
【００２０】
［ロック機構の構造，動作について］
次に、ロック機構６０ａ；６０ｂの詳細について説明する。ロック機構６０ａ；６０ｂは、伸縮機構３０の伸縮動作によって引っ張り力が作用する対象（本例では負荷４０ａ；４０ｂ）を交互に切り替えるように動作する。図３は、ロック機構６０ａ；６０ｂの斜視図、及び内部構造を模式的に示す模式図である。なお、ロック機構６０ａ；６０ｂは同一構造であるため、以下の説明においてはロック機構６０ａを例とする。
【００２１】
図３に示すように、ロック機構６０ａは、円筒状のガイド体６２と、当該ガイド体６２の内部を軸方向に沿って進退移動可能な移動体としてのピン６６とを有する。ガイド体６２は、軸方向に延長するガイド穴６３と、内壁６２ａ及び底壁６２ｂにそれぞれ形成された後述の複数の溝部とを有しており、伸縮機構３０の伸縮動作に伴うピン６６の進退移動を阻止又は許容する。
【００２２】
ピン６６は、ガイド穴６３の径寸法よりも僅かに小径に設定された円筒状の基端部６７と、基端部６７よりも小径とされ、基端部６７の軸線と同軸に延長する軸部６８とを有している。基端部６７の周面には、複数の凸部６７ａ〜６７ｄ（不図示）が均等な間隔を有して径方向外側に向けて突出する。
【００２３】
複数の凸部６７ａ〜６７ｄは、ガイド体６２の内壁６２ａに形成されたガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４内を通過可能な断面形状に設定されており、いずれかのガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４は、いずれかの凸部６７ａ〜６７ｄと一致し、ピン６６の進退移動をガイドする。
【００２４】
次に、図４を参照して、ガイド体６２の内壁６２ａに形成されたガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４の他、同じく内壁６２ａに形成された係合溝部Ｌ１〜Ｌ４、及びガイド体６２の底壁６２ｂに形成された複数の回転誘発溝部Ｍ１〜Ｍ８について説明する。図４は、円筒状のガイド体６２の内壁６２ａ側を展開して示す模式図であり、１の凸部６７ａを対象としてその移動経路を示す。また、同図においてはガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４うち、３つのガイド溝部Ｋ１〜Ｋ３が表れているものとする。
【００２５】
上述のとおり、ガイド体６２の内壁６２ａには、軸方向に沿って直線的に延長するガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４が形成されている。また、内壁６２ａがガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４によって隔てられることにより、内壁６２ａは４つの陸部Ｐ１〜Ｐ４に分断される。陸部Ｐ１〜Ｐ４における底壁６２ｂ側の端部には、ピン６６の移動を規制する係合溝部Ｌ１〜Ｌ４が形成される。
【００２６】
係合溝部Ｌ１〜Ｌ４は、ガイド体６２の底壁６２ｂ側に臨み、凸部６７ａの断面形状の一部と合致する形状を有する。従って、係合溝部Ｌ１〜Ｌ４のいずれかに凸部６７ａ（６７ｂ〜６７ｄ）が係合した状態では、ピン６６の伸縮機構３０側への移動が阻止される。
【００２７】
ガイド体６２の底壁６２ｂには、前記係合溝部Ｌ１〜Ｌ４と対向する回転誘発溝部Ｍ１〜Ｍ８が形成される。回転誘発溝部Ｍ１〜Ｍ８は、係合溝部Ｌ１〜Ｌ４と同様に凸部６７ａの断面形状の一部と合致する形状を有する。回転誘発溝部Ｍ１〜Ｍ８は、伸縮機構３０の伸長動作に伴って底壁６２ｂ側に移動するピン６６を円周方向に僅かに回転させる。
以下、伸縮機構３０の伸縮動作と凸部６７ａのガイド体６２内の移動経路について具体的に説明する。
【００２８】
まず、図４（ａ）に示すように、凸部６７ａがガイド溝部Ｋ２内にある状態において伸縮機構３０が伸長動作した場合、ガイド溝部Ｋ２内の凸部６７ａは、ピン６６の底壁６２ｂ側への移動に伴って回転誘発溝部Ｍ５側に移動し、回転誘発溝部Ｍ５と係合する。またこのとき、凸部６７ａは、回転誘発溝部Ｍ５と係合する過程において、回転誘発溝部Ｍ５を形成する斜面Ｔ１に沿って押し付けられながら移動するため、ピン６６は、円周方向に僅かに回転する。
【００２９】
次に、図４（ｂ）に示すように、凸部６７ａが回転誘発溝部Ｍ５内にある状態において伸縮機構３０が収縮動作した場合、回転誘発溝部Ｍ５内の凸部６７ａは、ピン６６の伸縮機構３０側への移動に伴って係合溝部Ｌ３側に移動し、当該係合溝部Ｌ３と係合する。
またこのとき、凸部６７ａは係合溝部Ｌ３と係合する過程において、係合溝部Ｌ３を形成する斜面Ｑ１に沿って押し付けられながら移動するため、ピン６６は、円周方向に僅かに回転する。また、凸部６７ａが係合溝部Ｌ３と係合した状態となると、ピン６６のこれ以上の伸縮機構３０側への移動が規制されるため、ピン６６のガイド体６２からの突出動作が阻止される。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、凸部６７ａが係合溝部Ｌ３内にある状態において伸縮機構３０が伸長動作した場合、係合溝部Ｌ３内の凸部６７ａは、ピン６６の底壁６２ｂ側への移動に伴って回転誘発溝部Ｍ６側に移動し、当該回転誘発溝部Ｍ６と係合する。
またこのとき、凸部６７ａは回転誘発溝部Ｍ６と係合する過程において、回転誘発溝部Ｍ６を形成する斜面Ｔ２に沿って押し付けられながら移動するため、ピン６６は、円周方向に僅かに回転する。
【００３１】
最後に、図４（ｄ）に示すように、凸部６７ａが回転誘発溝部Ｍ６内にある状態において伸縮機構３０が収縮動作した場合、回転誘発溝部Ｍ６内の凸部６７ａは、伸縮機構３０側へ移動するとともに、ガイド溝部Ｋ３を形成する面と連続する誘導斜面Ｒ１に沿ってガイド溝部Ｋ３内に進入する。またこのとき、ピン６６は、凸部６７ａが誘導斜面Ｒ１に沿って移動することから円周方向に僅かに回転する。そして、凸部６７ａがガイド溝部Ｋ３と一致した状態となることにより、ピン６６の伸縮機構３０側への移動が許容され、ピン６６のガイド体６２からの突出動作が許容される。以後、伸縮機構３０の伸長動作，収縮動作が交互に実行されるたびに、凸部６７ａは、いずれかの係合溝部Ｌ１〜Ｌ４と係合し、ピン６６のガイド体６２からの突出動作が阻止されるロック状態と、いずれかのガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４と一致し、ピン６６のガイド体６２からの突出動作が許容されるフリー状態とに変位することとなる。
【００３２】
そして、上記構成からなるロック機構６０ａ；６０ｂを伸縮機構３０の両端側に配設し、ロック状態（フリー状態）となるタイミング（位相）を互いに異なるように設定することにより、伸縮機構３０の収縮動作に伴って生じる引っ張り力が作用する対象となる負荷を交互に切り替えることが可能となる。
【００３３】
［引っ張り力の付与について］
図５は、ロック機構６０ａ；６０ｂ双方のロック状態となるタイミングをずらして設定した場合の伸縮機構３０の伸縮動作、及びこれに伴う負荷４０ａ；４０ｂの状態を示すモデルである。
【００３４】
図５（ａ）は、伸縮機構３０が伸長状態にあり、一方のロック機構６０ａの凸部６７ａが回転誘発溝部Ｍ６と係合し、他方のロック機構６０ｂの凸部６７ａが回転誘発溝部Ｍ５と係合している様子を示す。当該状態において伸縮機構３０が１回目の収縮動作を開始した場合、図５（ｂ）に示す状態に移行する。具体的には、ロック機構６０ａ側では、伸縮機構３０の収縮動作によって凸部６７ａがガイド溝部Ｋ３と一致してピン６６の伸縮機構３０側への移動を許容するフリー状態となる。一方、ロック機構６０ｂ側では、伸縮機構３０の収縮動作によって凸部６７ａが係合溝部Ｌ３と係合してピン６６の伸縮機構３０側への移動を阻止するロック状態となる。
【００３５】
そして、ロック機構６０ａ；６０ｂが上述の状態となると、伸縮機構３０はロック機構６０ｂ側の端部を固定端として収縮し、フリー状態にあるロック機構６０ａのピン６６がガイド体６２から伸縮機構３０側へ突出動作し、これに連動してワイヤ３８ａに接続された一方の負荷４０ａが上方に向けて引っ張られることとなる。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示す状態から伸長動作を経て、２回目の収縮動作が行われた場合、図５（ｃ）に示す状態に移行する。具体的には、ロック機構６０ａ側では、伸縮機構３０の収縮動作によって凸部６７ａが係合溝部Ｌ４と係合してピン６６の伸縮機構３０側への移動を阻止するロック状態となる。一方、ロック機構６０ｂ側では、伸縮機構３０の収縮動作によって凸部６７ａがガイド溝部Ｋ３と一致してピン６６の伸縮機構３０側への移動を許容するフリー状態となる。
【００３７】
そして、ロック機構６０ａ；６０ｂが上述の状態となると、伸縮機構３０はロック機構６０ａ側の端部を固定端として収縮し、フリー状態にあるロック機構６０ｂのピン６６がガイド体６２から伸縮機構３０側へ突出動作し、これに連動してワイヤ３８ｂに接続された他方の負荷４０ｂが上方に向けて引っ張られることとなる。
【００３８】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態に係るアクチュエータ１によれば、伸縮機構３０と、当該伸縮機構３０の収縮動作に伴って引っ張り力が作用する負荷４０ａ；４０ｂの間にそれぞれ、伸縮機構３０の収縮動作に伴うピン６６の移動動作を阻止するロック状態、及び移動動作を許容するフリー状態とに交互に切り替え可能なロック機構６０ａ；６０ｂを配設したことにより、引っ張り力が作用する対象を交互に切り替えることが可能となる。
【００３９】
［採用例について］
次に、上述のアクチュエータ１を組み込んだ採用例としての歩行アシスト装置１０について説明する。図６は歩行アシスト装置１０の概要図である。歩行アシスト装置１０は、歩行者１２の腰回りに対して配設される装置であり、引っ張り力を作用させる対象を交互に切り替え可能なアクチュエータ１により、足１４Ｒと足１４Ｌとに交互に上方への引っ張り力を作用させ、歩行をアシストするものである。つまり、本例においてアクチュエータ１が引っ張り力を作用させる対象（負荷）は、左右の足（１４Ｒ；１４Ｌ）である。
【００４０】
同図に示すように、伸縮機構３０、及び当該伸縮機構３０の両端側に位置するロック機構６０ａ；６０ｂは、歩行者１２の腰回りに装着された装具１５により保持される。なお、伸縮機構３０及びロック機構６０ａ；６０ｂの装着に際しては、伸縮機構３０の伸縮動作を阻害することなく、かつ、ロック機構６０ａ；６０ｂを腰回りに対して不動とする点に留意する。同図において伸縮機構３０の両端部と、ロック機構６０ａ；６０ｂのピン６６とはワイヤを介することなく直結されている。また、同図において、ピン６６に接続されたワイヤ３８ａ；３８ｂの端部はそれぞれ、足１４Ｒ；１４Ｌの膝周りに装着された装具１６を介して足１４Ｒ；１４Ｌと接続されている。
【００４１】
駆動制御装置としての空気圧給排装置２０は、歩行者１２の臀部側に装具１５を介して配設されている。空気圧給排装置２０には、センサＳ１；Ｓ２からの信号が入力する。センサＳ１；Ｓ２は、それぞれ足１４Ｒ；１４Ｌの股関節角度を検出するポテンショメーターであり、空気圧給排装置２０のマイクロコンピュータは、センサＳ１；Ｓ２からの角度値が予め設定された閾値以上又は未満となったことに応じて伸縮機構３０の収縮動作及び伸長動作を制御する。空気圧給排装置２０によってこのような制御が実行されることにより、足１４Ｒ；１４Ｌの歩みに応じたアシスト力（膝周りを上方に引き上げる引っ張り力）を交互に付与することが可能となる。
【００４２】
図７は、上記歩行アシスト装置１０の有用性を確認するために行われた実験結果を示すグラフである。当該実験は、定速で動作するトレッドミル上において被験者を歩行させることにより行われ、図７（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ歩行アシスト装置１０の装着前後における歩幅の変化、伸縮機構３０に印加される圧力と伸縮機構３０の収縮動作によって生じる牽引力（引っ張り力）との関係、及び被験者の股関節角度と伸縮機構３０の収縮動作によって生じる牽引力との関係を表すものである。
【００４３】
図７（ａ）から明らかなように、歩行アシスト装置１０を装着する前（アシスト前）の歩幅は、９０１．４ｍｍであるのに対し、歩行アシスト装置１０を装着後（アシスト後）の歩幅９２４．６ｍｍであり、アシスト前後において歩幅が２３．２ｍｍ増加していることか分かる。なお、歩幅の計測は、アシスト前後における被験者の歩行の様子を動画で撮像し、画像を解析することにより行った。
また、歩幅の計測と同時に、歩行動作において重要な縫工筋、及び半腱様筋の筋電位を計測したところ、アシスト前後において筋電位が低下したことが確認された。
以上の結果から、歩行アシスト装置１０によれば、少ない筋力で歩幅を増加させることが可能となることが確認された。
【００４４】
また、図７（ｂ）の一点鎖線で囲まれた範囲で示すように、伸縮機構３０（気密室３２Ａ）の圧力の上昇に伴って、被験者の膝周りを上方に引っ張る牽引力が増大していることが分かる。なお、牽引力の測定は、図６に示すワイヤ３８ａ；３８ｂに接続されたロードセルにより行った。
また、図７（ｃ）の一点鎖線で囲まれた範囲で示すように、上記牽引力の増大が、股関節の最大伸展直後（−５°）から発生していることが分かる。
このことから、伸縮機構３０の収縮によって生じる牽引力（アシスト力）は、被験者の股関節が最大伸展した直後から、次の一歩の踏み出し時における膝の振り上げ動作に対応する期間で適正に生じていることが確認された。
以上の結果より、アクチュエータ１を組み込んだ歩行アシスト装置１０は、高齢者や傷病者等の歩行を補助する装置として有用であることが確認された。
【００４５】
以下、図８〜図１０を参照して、アクチュエータ１の他の実施形態について説明する。なお、以下に説明するアクチュエータ１Ａ〜１Ｃを構成する各部の詳細については前述のアクチュエータ１に係るものと同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４６】
［実施形態２について］
図８は、伸縮機構３０の一端側に複数の負荷４０ａ〜４０ｄが配設されたアクチュエータ１Ａ（第２実施形態）を示す図である。同図において伸縮機構３０の他端側は、ワイヤを介して不動部５０ａに対して連結されている。つまり、伸縮機構３０が収縮動作した場合、伸縮機構３０の他端側が固定端となる。
【００４７】
伸縮機構３０の一端側からは、ワイヤ３７が延長する。ワイヤ３７は、複数の固定プーリＤ１〜Ｄ８、及び可動プーリＥ１〜Ｅ４間に掛け渡され、その先端部は不動部５０ｂに対して連結されている。複数の固定プーリＤ１〜Ｄ８は、同一高さを有する脚部によって回転可能に保持され、所定の間隔を有して直線的に配置される。
【００４８】
可動プーリＥ１は、固定プーリＤ１；Ｄ２間の上方に配置され、ワイヤ３７ａを介してロック機構６０ａのピン６６の下端部と連結されている。ロック機構６０ａは、不動部５０ｃに対して固定されている。ロック機構６０ａのピン６６の上端部には、ワイヤ３７ｂを介して負荷４０ａの下端部が連結されている。また、負荷４０ａの上端部は、ワイヤを介して不動部５０ｄと連結されている。つまり、可動プーリＥ１は、不動部５０ｄに対してワイヤ３８ａ、ロック機構６０ａのピン６６、及びワイヤ３７ａを介して吊り下げられた状態である。なお、他の可動プーリＥ２〜Ｅ４、及びロック機構６０ｂ〜６０ｄについても同様の構成であるため、その説明を省略する。
【００４９】
同図からも明らかなとおり、第１実施形態に係るアクチュエータ１と本実施形態に係るアクチュエータ１Ａとでは、複数の負荷４０ａ〜４０ｄが一端側にのみ連結されている点で異なる。本実施形態に係るアクチュエータ１Ａによれば、伸縮機構３０と各負荷４０ａ〜４０ｄとの間に前述のロック機構６０ａ〜６０ｄが配設されていることから、伸縮機構３０の収縮動作に応じた引っ張り力を負荷ごとに個別に作用させることが可能である。
【００５０】
本実施形態に係るロック機構６０ａ〜６０ｄは、伸縮機構３０の４回の収縮動作に対して１回の割合でフリー状態となるように設定されている。具体的には、図４に示した各ガイド溝部Ｋ１〜Ｋ４間における係合溝部Ｌ、及び回転誘発溝部Ｍの数を増大することにより（係合溝部Ｌを３カ所、回転誘発溝部Ｍを６カ所形成）、凸部６７ａが１のガイド溝部Ｋからこれに隣接するガイド溝部Ｋに到達するまでの係合溝部Ｌへの係合回数（＝ピン６６の移動阻止回数）を増加させることにより実現される。さらに、ロック機構６０ａ〜６０ｄの非ロック状態（フリー状態）となるタイミング（位相）を順に１回遅らせる。
【００５１】
このように設定することにより、図８（ａ）に示すように伸縮機構３０の１回目の収縮動作時においては、ロック機構６０ａのみがフリー状態となり、可動プーリＥ１が押し下げられ、突出動作するピン６６を介して連結された負荷４０ａが伸長することとなる。
また、図８（ｂ）に示すように、伸縮機構３０の２回目の収縮動作時においては、ロック機構６０ｂのみがフリー状態となり、可動プーリＥ２が押し下げられ、突出動作するピン６６を介して連結された負荷４０ｂが伸長することとなる。以後、伸縮機構３０の収縮動作が繰り返される度に、負荷４０ｃ→負荷４０ｄ→負荷４０ａ→負荷４０ｂの順に伸縮機構３０の収縮動作による引っ張り力が作用し、各負荷４０ａ〜４０ｄが順に伸長することとなる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、全てのロック機構６０ａ〜６０ｄについて伸縮機構３０の４回の収縮動作に対して１回の割合でフリー状態となるように設定したが、一部のロック機構についてフリー状態となる割合を変更することや、フリー状態となるタイミングを変更することにより、複数の負荷に同時に引っ張り力を作用させること、或いは引っ張り力が作用する負荷の順序を変更することが可能である。
いずれにしてもアクチュエータ１Ａの構成を採用すれば、単一の伸縮機構３０の伸縮動作に応じて各負荷４０ａ〜４０ｄに対して規則的に引っ張り力が生じることから、例えば各負荷を産業用ロボットの作用部等に置換し、当該作用部に対してシーケンシャルな動作を実行させることが可能となる。
なお、図示は省略しているが、伸縮機構３０が伸縮動作した場合、ロック状態にあるロック機構６０ａ〜６０ｄのピン６６は、前述の係合溝部Ｌ、及び回転誘発溝部Ｍ間において僅かに進退移動する。
【００５３】
［実施形態３について］
図９は、アクチュエータ１Ａの変形例（実施形態３）を示す概要図である。同図に示すアクチュエータ１Ｂは、伸縮機構３０の一端側に複数の負荷４０ａ〜４０ｃが連結された点で第２実施形態と共通する。同図において伸縮機構３０の下端側は、ワイヤを介して不動部５０ａに対して連結されている。つまり、伸縮機構３０が収縮動作した場合、伸縮機構３０の下端側が固定端となる。伸縮機構３０の上端側からは、ワイヤ３７が延長する。ワイヤ３７は、複数の可動プーリＥ１〜Ｅ３間にループ状に掛け渡され、その先端部は可動プーリＥ４に対して連結されている。
【００５４】
可動プーリＥ１〜Ｅ３は、ワイヤ３７ａを介して各ロック機構６０ａ〜６０ｃのピン６６の下端部と連結されている。ロック機構６０ａ〜６０ｃは、不動部５０ｂに対して固定されている。各ロック機構６０ａ〜６０ｃのピン６６の上端部には、ワイヤ３７ｂを介してそれぞれ負荷４０ａ〜４０ｃの下端部が連結されている。また、各負荷４０ａ〜４０ｃの上端部は、ワイヤを介して不動部５０ｃと連結されている。
【００５５】
本実施形態に係るロック機構６０ａ〜６０ｃは、伸縮機構３０の３回の収縮動作に対して１回の割合でフリー状態となるように設定されている。また、前述の実施形態と同様にロック機構６０ａ〜６０ｃの非ロック状態（フリー状態）となるタイミング（位相）は順に１回遅らせている。
【００５６】
以上を前提として、図９（ａ）に示す状態から伸縮機構３０の１回目の収縮動作時を実行すると、図９（ｂ）に示すように、ロック機構６０ａのみがフリー状態となり、ワイヤ３７の径方向内側への変位により可動プーリＥ１が変位後のワイヤ３７中心方向に向けて押し下げられ、突出動作するピン６６を介して連結された負荷４０ａが伸長することとなる。また、図９（ｃ）に示すように、伸縮機構３０の２回目の収縮動作時においては、ロック機構６０ｂのみがフリー状態となり、可動プーリＥ２が押し下げられ、突出動作するピン６６を介して連結された負荷４０ｂが伸長することとなる。以後、伸縮機構３０の収縮動作が繰り返される度に、負荷４０ｃ→負荷４０ａ→負荷４０ｂ→負荷４０ｃの順に伸縮機構３０の収縮動作による引っ張り力が作用し、各負荷４０ａ〜４０ｃが順に伸長することとなる。
【００５７】
このような実施形態に係るアクチュエータ１Ｂであっても単一の伸縮機構３０の伸縮動作に応じて各負荷４０ａ〜４０ｃに対して規則的に引っ張り力が生じることから、各負荷を産業用ロボットの作用部等に置換し、当該作用部に対してシーケンシャルな動作を実行させることが可能となる。
【００５８】
［実施形態４について］
図１０は、上述した各アクチュエータの更なる変形例（実施形態４）を示す概要図である。同図に示すアクチュエータ１Ｃは、複数の伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃの一端側にそれぞれ負荷４０ａ〜４０ｃが連結された点で上述の各実施形態と異なる。複数の伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃには、前述の空気圧給排装置から延びる図外の空気給排管が接続されており、空気圧給排装置からの空気が例えば同時に導入される。
【００５９】
伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃの下端側は、ワイヤを介して不動部５０ａに対して連結されている。つまり、各伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃが収縮動作した場合、各伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃの下端側が固定端となる。各伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃの上端側からは、ワイヤ３７ａが延長する。各ワイヤ３７ａは、それぞれロック機構６０ａ〜６０ｃのピン６６と接続されている。
【００６０】
ロック機構６０ａ〜６０ａは、不動部５０ｂに対して固定されている。各ロック機構６０ａ〜６０ｃのピン６６の上端部には、ワイヤ３７ｂを介してそれぞれ負荷４０ａ〜４０ｃの下端部が連結されている。また、各負荷４０ａ〜４０ｃの上端部は、ワイヤを介して不動部５０ｃと連結されている。
【００６１】
本実施形態に係るロック機構６０ａ〜６０ｃは、伸縮機構３０の３回の収縮動作に対して１回の割合でフリー状態となるように設定されている。また、前述の実施形態と同様にロック機構６０ａ〜６０ｃの非ロック状態（フリー状態）となるタイミング（位相）は順に１回遅らせている。
【００６２】
以上を前提として、図１０（ａ）に示す状態から伸縮機構３０の１回目の収縮動作時を実行すると、図１０（ｂ）に示すように、ロック機構６０ａのみがフリー状態となり、ロック機構６０ａと接続された負荷４０ａのみが伸長することとなる。また、図１０（ｃ）に示すように、伸縮機構３０の２回目の収縮動作時においては、ロック機構６０ｂのみがフリー状態となり、ロック機構６０ｂと接続された負荷４０ｂのみが伸長することとなる。以後、伸縮機構３０の収縮動作が繰り返される度に、負荷４０ｃ→負荷４０ａ→負荷４０ｂ→負荷４０ｃの順に伸縮機構３０の収縮動作による引っ張り力が作用し、各負荷４０ａ〜４０ｃが順に伸長することとなる。
【００６３】
このような実施形態に係るアクチュエータ１Ｃであっても、同期して収縮しようとする複数の伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃの伸縮動作に応じて各負荷４０ａ〜４０ｃに対して規則的に引っ張り力が生じることから、各負荷を産業用ロボットの作用部等に置換し、当該作用部に対してシーケンシャルな動作を実行させることが可能となる。また、複数の伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃを単一の空気圧給排装置により制御する構成であるため、アクチュエータ全体としての省スペース化を図ることが可能となる。
なお、当該実施形態においては、伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃを同期して収縮動作させるとしたが、空気圧給排装置において空気の導入順を個別に設定し、各伸縮機構３０Ａ〜３０Ｃを個別に収縮動作させる制御を行ってもよい。そしてこの場合、ロック機構６０ａ〜６０ｃが不要となるとも考えられるが、ロック機構６０ａ〜６０ｃを設けて非ロック状態（フリー状態）となるタイミング（位相）を適宜設定することにより、空気圧給排装置側でのプログラミングを簡素化でき、機械的要素のみで引っ張り力が作用する負荷を切り替え可能となる。
なお、図示は省略しているが、伸縮機構３０に空気が導入された場合、前述のとおりロック状態にあるロック機構６０ａ〜６０ｄのピン６６は、前述の係合溝部Ｌ、及び回転誘発溝部Ｍ間において僅かに進退移動するため、ロック状態にあるロック機構と対応する伸縮機構（例えば図１０（ｂ）の例では伸縮機構３０Ｂ，３０Ｃ）が僅かに膨張し、軸方向に収縮する。
【符号の説明】
【００６４】
１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）  アクチュエータ，２０  空気圧給排装置，３０  伸縮機構，
３２  伸縮体，４０ａ〜４０ｄ  負荷，６０ａ〜６０ｄ  ロック機構，６２  ガイド体，
６６  ピン
【図１】
2015107533.tif 000003
【図３】
2015107533.tif 000004
【図５】
2015107533.tif 000005
【図７】
2015107533.tif 000006
【図１０】
2015107533.tif 000007
【図２】
2015107533.tif 000008
【図４】
2015107533.tif 000009
【図６】
2015107533.tif 000010
【図８】
2015107533.tif 000011
【図９】
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