(57)【要約】  運動とリハビリテーション用の手持ち握り具が記載されている。本発明による、この手持ち握り具は、携帯可能で、高機能の流体をベースとするブレーキ／ダンパにより制御され、コンパクトで、軽量な機構のものとし、この動きに対する抵抗力がコンピュータ化された制御により操作中に変更でき、これによって、ユーザーからの応答に応じて、行われる運動を変更し、動作またはリハビリテーションセッションを調整するようにする。【選択図】図７
2008532704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下を備える抵抗力が可変の手持ち握り具：
ユーサーの手で握り持つようになっている一つまたは複数の握り要素を有するハンドル部；および
前記ハンドル部に結合されていて、ユーザーの手指による前記ハンドル部の握り部分の握りしめに反応して調節可能な可変の抵抗力を発揮するように作動するダンパ部であって、前記ダンパ部は、高機能の流体ダンパであるもの。
【請求項２】
さらに力センサを備え、このセンサは、握力のマグニチュードを表す力シグナルを提供するようになっている請求項１の手持ち握り具。
【請求項３】
前記力センサは、前記器具のクローズドループ・コントロールを行うようになっている請求項２の手持ち握り具。
【請求項４】
さらに位置センサを備え、この位置センサは、前記握り部の関連位置を表す位置シグナルを提供する請求項１の手持ち握り具。
【請求項５】
前記位置センサは、前記器具の閉ループ・コントロールを行うようになっている請求項３の手持ち握り具。
【請求項６】
前記高機能の流体は、電気粘性流体（ＥＲＦ）である請求項１の手持ち握り具。
【請求項７】
さらに、前記器具の作動を調節するコントローラを備えている請求項１の手持ち握り具。
【請求項８】
前記コントローラは、遠隔通信を行うことができる請求項７の手持ち握り具。
【請求項９】
前記ハンドル部は、挟持ハンドルを備え、前記ダンパは、ロータリーブレーキを備えている請求項１または請求項６の手持ち握り具。
【請求項１０】
前記ハンドル部は、リニアハンドルを備え、前記ダンパは、ロータリーブレーキを備えている請求項１または請求項６の手持ち握り具。
【請求項１１】
前記ハンドル部は、リニアハンドルを備え、前記ダンパは、リニアブレーキを備えている請求項１または請求項６の手持ち握り具。
【請求項１２】
前記高機能の流体は、磁気粘性流体（ＥＲＦ）である請求項１の手持ち握り具。
【請求項１３】
前記ダンパは、前記ハンドル部を前記ダンパへ結合するギアボックスを備えている請求項１の手持ち握り具。
【請求項１４】
前記ダンパは、ラチェット機構を備え、前記ハンドル部が不作動位置へ戻され、続くユーザーの握る動作に備える前記ハンドル部の戻る力をなくしてしまうようになっている請求項１の手持ち握り具。
【請求項１５】
前記器具は、ＭＲＩに適合する材料から実質的に構成されている請求項１の手持ち握り具。
【請求項１６】
前記ダンパ機構が以下を備えている請求項４の手持ち握り具：
絶縁ケースとこのケース内に取り付けられた回転する軸；
前記軸に取り付けられて、この軸と一緒に回転する一つまたは複数の回転可能なシリンドリカルな電極；
前記ケースに固定され、前記電極と対向していて、同軸になっている一つまたは複数のシリンドリカルな接地電極と、前記接地電極と回転可能な電極との間に配置の間隙；および
前記間隙に配置の電気粘性流体。
【請求項１７】
前記ダンパは、回転可能な電極を備え、前記回転可能な電極を備え、この回転可能な電極は、前記電極の表面を不連続するのに十分なノッチおよび／または孔を備えていて、高い磁場における前記器具の動作にあって、前記電極に生じる渦流を低下させるようになっている請求項１の手持ち握り具。
【請求項１８】
以下を備える可変抵抗ブレーキ：
絶縁ケースとこのケース内に取り付けられた回転する軸；
前記軸に取り付けられて、この軸と一緒に回転する一つまたは複数の回転可能なシリンドリカルな電極；
前記ケースに固定され、前記電極と対向していて、同軸になっている一つまたは複数のシリンドリカルな接地電極と、前記接地電極と回転可能な電極との間に配置の間隙；
前記間隙に配置の電気粘性流体；および
前記回転可能な電極の回転方向を制御するように働くラチェット機構。
【請求項１９】
前記高機能の流体は、電気粘性流体である請求項１８の可変抵抗ブレーキ。
【請求項２０】
以下を備える可変抵抗ブレーキ：
絶縁ケースとこのケース内に取り付けられた回転する軸を備えるハウジング；
前記軸に取り付けられて、この軸と一緒に回転する一つまたは複数の回転可能な円筒状電極；
前記ケースに固定され、前記電極と対向していて、同軸になっている一つまたは複数の円筒状接地電極と、前記接地電極と回転可能な電極との間に配置の間隙；および
前記間隙に配置の電気粘性流体であって、前記回転可能な電極は、前記電極の表面を不連続するのに十分なノッチおよび／または孔を備えていて、高い磁場における前記ブレーキの作動のとき、前記電極に生じる渦流を低下させるようになっているもの。
【請求項２１】
前記高機能の流体は、電気粘性流体である請求項２０の可変抵抗ブレーキ。
【請求項２２】
運動またはリハビリテーションテーションのための人間との間にある独立している器具であって、以下の構成を備える前記器具：
ユーザーにより操作されるフレーム機構；
前記フレーム機構に結合され、ユーザーのインプットにより与えられる動きに反応して調節可能な可変抵抗力を提供するように作動するダンパ機構で、前記ダンパ機構は、高機能の流体ダンパを備えているもの。
【請求項２３】
前記器具は、デスクトップ型器具として構成されている請求項２０の独立した器具。
【請求項２４】
前記器具は、手、脚部、足、腕または他の人間に付随するもの、または、動かせる部分によって操作可能なものである請求項２０の独立した器具。
【請求項２５】
前記高機能の流体は、電気粘性流体である請求項２０の独立型器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、スマートな可変抵抗手持ち運動用具と題して２００５年３月１４日に出願の米国仮特許出願第６０／６６１，６２５号の優先権を主張するもので、前記出願のすべてを参考文献として、ここに組み入れるものとする。
【０００２】
［連邦支援の研究または開発に関する声明］
なし
【０００３】
［発明の背景］
人の手のためのトレーニングおよびリハビリテーションを行う器具類は、種々のものが知られている。これらの器具類は、スプリングや抵抗力をもつようになっているような単純な機械機構に基づいているものが一般的である。Ｈｅａｖｙ  Ｇｒｉｐｓ（登録商標）握り具およびＤｉｇｉ−Ｆｌｅｘ（登録商標）リハビリテーション機構が手／指運動具として現在使用できるもので、これらは、スプリングを使用して手の握り具合を強化するようになっている。手および指のための他の市販されている運動具は、フレキシブルなパテ状のもので、使用者がそれを握ると抵抗するようなすごく単純なものである。その他の似た運動具は、ゴムボール、卵状のものまたは色々なものを詰めたフレキシブルな袋を利用している。これらのものは、道具としては使用できるが、発揮できる抵抗力の度合いは、使用する材料如何により決まってしまい、時に応じて変えることができない。したがって、これらの器具で利用できる運動の程度は、きまってしまう。これらの器具は、抵抗のレベルを変えるために、違うものにしなければならない。しかしながら、これらの運動およびリハビリテーション器具は、広く使用されていて、低廉なコスト、入手のしやすさ及び簡単な構造によって使用されやすいものになっている。
【０００４】
リハビリテーション用の器具類の別の範疇のものは、等速およびＣＰＭマシンのようなリハビリテーション機械である。これらの機械器具は、手の関節のすべてをある範囲にわたり動かすようにするものである。これらは、抵抗力と補助力を与える一方、個々の人にほぼ近いリハビリテーションテーションのためのレジメにそうユニークな調節を行うようになっている・
【０００５】
［発明の概要］
本発明は、存在している器具の欠点を対象とする運動およびリハビリテーションのための手持ち器具を目指す。本発明による前記手持ち器具は、ポータブルなもので、高性能の流体をベースとしたブレーキ／ダンパーによって制御でき、コンパクトで、軽量な機構が提供でき、その機構の動きに対する抵抗がコンピュータ化された制御を介して条件を変えて行う運動が変わるように、そして、ユーザーの反応にトレーニングまたはリハビリテーション期間に合うように変化することができるようになっている。
【０００６】
高性能の流体は、範疇としては高性能材料であって、これらの特性は、電場、磁界および熱のようないろいろな刺激の作用で変えられるものである。ここに例をあげるように、高性能の流体は、小さいが、強力なダンパーに入れられて、変化する条件に適合するように変化する特性をもつ軽量な器具が作られるものである。一つの実施例においては、電気粘性流体類（ＥＲＦｓ）として知られている高性能の流体級に基づくブレーキ／ダンパーが高性能な流体をベースとするブレーキ／ダンパー・システムを例としてあげている。本発明によるＥＲＦブレーキ／ダンパーを利用する運動およびリハビリテーション用手持ち器具は、コンパクトで軽量であり、頑丈で、高機構のトルク調節ができ、強い力を発揮できるものであり；使用している間、リハビリテーション運動を最適に行うクローズドループ・コンピュータ制御のためのリアルタイム能力を有している。本発明の比肩できる実施例においては、磁気粘性流体も別途使用できるようになっている。
【０００７】
このように、一つのアスペクトにおいては、本発明は、トルクまたは力のインプットに抵抗する電気粘性流体ブレーキ／ダンパー器具を目的とするもので、このブレーキ機構は、絶縁ケース、このケースに回転可能に取り付けられている軸；前記軸に取り付けられている一つまたは複数の回転可能なシリンドリカルな電極；前記ケースに固定され、前記回転可能な電極に対向しながら同軸になっている一つまたは複数の接地のシリンドリカルな電極であって、該接地電極と前記回転可能な電極との間にある間隙；および前記間隙内にある電気粘性流体を含んでいる。好ましくは、前記ポータブル式のシリンドリカルの電極は、単一の一体部品を備え、接地のシリンドリカルの電極は、単一の一体部品を備えている。前記回転可能なシリンドリカルの電極は、複数のノッチと複数の孔を備え、前記回転可能な電極の表面が十分な非連続性をもつようになっていて、磁気共鳴影像装置（ＭＲＩ）のような高磁界装置におけるブレーキ／ダンパーを利用するために渦電流を減らすようになっている。
【０００８】
別の態様においては、本発明は、トルクまたは力の入力に抵抗するためのリニア電気粘性流体ブレーキ／ダンパーを目指すものであって、この“同軸チャンネル”ダンパーＥＲＦ器具は、ハウジングを備え、このハウジングは、絶縁ケース、前記ケースに固定された外部電極と同軸の前記ケースに固定されている接地された内部シリンドリカルの電極、前記ケースに取り付けられた前記接地電極の両側にある二つのフローチャンネル、前記接地内部電極と前記外部電極の間にある間隙，前記内部電極内を直線方向に動くピストン、前記ピストンに装着されてベースラインダンピングを調節する２方向リリーフバルブまたは１方向リリーフバルブ；および前記間隙と前記内部電極内にある電気粘性流体を備えている。
【０００９】
さらなる別の態様においては、本発明は、手の力の強さをトレーニングし、リハビリテーションを行う器具を目指すものであって、この器具は、使用者の手で握り、絞りあげる一つまたは複数の握り部を有するハンドルアッセンブリーと、ここに記載の高性能の流体を含むダンパーアッセンブリーとを含むものである。好ましくは、前記ダンパーアッセンブリーは、ここに記載の電気粘性ブレーキ／ダンパー、電気粘性流体ダンパーの軸に取り付けられて、入力または出力またはトルクを前記ハンドルアッセンブリーに加える歯車機構；および前記可動のハンドルが戻ろうとする力をなくすようにするラチェットアッセンブリーを含んでいる。また別途、前記本発明の手持ち握り具は、ここに記載の電気粘性流体ブレーキ機構のいずれをも含むことができる。さらに好ましくは、前記手持ち握り具は、角度、速度および前記ハンドル類の加速度をように機能するセンサアッセンブリーを備えるセンサシステムを含み、前記センサアッセンブリーは、前記器具の閉ループコントロールを行うように機能する。前記センサアッセンブリーは、また、前記軸に対するトルクまたは／および前記ハンドル類にかかる力を計測して、前記器具の閉ループコントロールを行うように機能する。好ましい手持ち握り具は、さらに、電気粘性流体機構をコントロールするコントローラーアッセンブリーを備え、このコントローラーアッセンブリーは、リモート通信ができるようになっている。さらに好ましくは、前記手持ち握り具は、この器具内蔵か、又は、外部に配置の一つまたは複数のバッテリーを備えるバッテリーで駆動するように成っている。
【００１０】
最も代表的なアスペクトにおいては、本発明は、広くは、人と向き合って別に他の装置や器具類を必要とせずに運動またはリハビリテーションを行う器具を目指すものであり、この器具は、使用者が操作できるフレーム機構；および前記フレーム機構に結合していて、使用者が加える動きに反応して制御可能な可変抵抗力を発揮するダンパーアッセンブリーを含んでいる。好ましくは、別に他の装置や器具類を必要としない器具は、机上で行える器具として構成される。この器具は、身体の手、脚部、腕または他の付随体または可動部分を介して操作できる。
【００１１】
［発明の詳細な記述］
高性能の流体を用いて、使用時に即しての調節可能な抵抗力をもたせるようにした携帯可能、制御可能であってコンピュータ化されていて、抵抗が変化する運動およびリハビリテーションを行うための手持ち握り具がここに記載されている。高機能の流体は、例えば、その特性が電場、磁界および熱といった種々の刺激を加えることで変化させることができる高機能材料である。高機能のマテリアルをコンパクトではあるが強力なダンパーブレーキを組み込んで、変化する条件に適合するように変化することができる特性の軽量な器具を作るようになっている。本発明によれば、ここに記載のように、高機能の流体を運動およびリハビリテーション用の器具に組み入れて、手の治療と握力強化を図るものである。
【００１２】
高機能の流体の一つである電気粘性流体類は、電場にあっては、粘度のような流動性特性が変化する。これらの流体は、オイルなどのような絶縁ベースの流体で、径が０．０１μｍから０．１μｍのオーダーの粒子の懸濁液から作られるものである。これら粒子の容積割合は、２０％から６０％の間が一般的である。場合によりウインスロー効果と言われている電気粘性の効果は、電気粘性流体（ＥＲＦ）における流体と粒子の誘電率における差から生じるものと考えられている。電場が存在する場合、前記粒子は、誘導双極子モーメントにより、前記複数の電場のラインにそって連鎖状態になる。この誘導構造により、前記ＥＲＦの粘度、降伏ストレス、およびその他の特性が変化し、前記ＥＲＦの濃度がミリセカンドのオーダーで液体の濃度からゲルのような粘弾性をもつようなものに変化する。ＥＲＦは、電気的に制御できる非常に強い抵抗力をもつ一方、それらのサイズ（重量および形状パラメータ）は、極めて小さなものである。ＥＲＦは、すりへらす作用がなく、毒性がなく、さらにはまた、汚染作用もなく、したがって、健康および安全条件に合致するものである。ＥＲＦの電気的に制御される粘性特性を使用して、強い抵抗力および制御可能な力とトルクを発揮できるコンパクトなダンパー／ブレーキが開発されたものである。これらは、スプリングまたは重しをもつ機械のようにエネルギーを蓄えているものではなく、触る感覚とリハビリテーションを行うものとして完璧であり、これは、人体がアクチュエータとなり、ＥＲＦがダンパー／ブレーキになるからである。人体は、常に、なにかを感じるために人体それ自身の力をはたらかせていなければならない。したがって、ＥＲＦブレーキからの抵抗力だけで筋力増強およびリハビリテーションにおける使用には十分である。
【００１３】
本発明による手持ち握り具は、リアルタイムで機能し、抵抗力を正確に制御できると共に、あまり効果的できない操作部分から前記手持ち握り具を分離した場合の正確な力と位置、可能性を正確に記録することができる。この高機能の手持ち握り具は、これのハンドルを圧縮（握り締め）することで閉じるようにして操作されるもので、抵抗力を異なるレベルに変えるために遠隔調節されるものである。抵抗力を制御できることで使用者が前記手持ち握り具を開いたり、閉じたりしたり、または、高機能の指／手の運動器具で指を動かすのに必要な抵抗度合い、または、力の度合いを調節することができる。別の代替案としては、以下のものが含まれる：（１）指の運動器具で握り部を開いたり、閉じたりしたり、または、指を動かしたりするために各個人が打ち勝つ一定の度合いの力を与える筋肉の緊張の点；（２）動きの始めにおける力と動きの終りにおける力との差における抵抗の変化であって、これら二つの値の間が滑らかに変わるように規制するコンピュータでの変化の点；（３）各個人が動きの間の全体を通して独特の力に特定できるようにするプログラム化された抵抗の点；そして（４）正確な速度がプログラムされ、ユーザーが加える力に応じて、前記速度を維持できるようにする抵抗力の変化の点。対話式メニュウにより、ユーザーが最初と最終の正確な値と反復使用する回数を指定できる。手持ち握り動作は、種々の場合に応じて別々にプログラムできる。
【００１４】
前記器具のコンパクトで軽量であるという特徴で、前記器具を家庭内や、事務所内や、さらに多くの医療所およびリハビリテーションを行う施設内といった室内空間が広くない場所で使用することができる。別の重要な特徴は、前記器具が手軽に持ち運びできる点で、これによって、その場、その場での治療手順を円滑にさせることができる。患者は、前記器具を自分で家庭に持ち帰り、トレーニングしたり、運動したりすることができる。医者は、これら患者のトレーンニングと運動の実態を離れた場所でモニターすることができる。医者は、患者が実際に運動をしているかの点を確認できなきなくともコンピュータを介して離れた位置から力の抵抗運動を最適なものにすることができる。この点は、移動できないために、これらのサービスを受けることができない個人個人にとって極めて重要な点である。
【００１５】
コンピュータ化によって、幾つかの重要な革新が図れる。達成できる機能は、後々の評価のために蓄積された結果をもって“各個人別”の診断ルーチンおよび／または運動プロトコルのためにプログラム化できる。素早く行われるコンピュータ化された評価と調節により供給されたフィードバックコントロールにより、前記器具が各個人別の運動操作レベルに確実に合うようになる。各個人別の調節により、サイズおよび／または性別は、操作上うまくゆくかには関係がない。さらに、グラフィックディスプレイおよび音の指示で現時点の力の強さ、反復回数および握り位置のような情報を各個人に与えることができる。前記音の指示を発揮されている力に合わせるようにモジュレートし、コンピュータモニターを見ることなく各個人に彼または彼女が行っている反応に関する情報を知らせるようにできる。これにより、操作が簡単になり、さらにバイオフィードバックを行わせることができる。
【００１６】
記載された器具類は、抵抗力を与える好ましい方法としてＥＲＦダンパーを使用している。しかしながら、必要な抵抗力をだすようにする方法は、この方法に限ったものではない。別の高機能のマテリアルも非常に似た機能をもち、同じようにして使用できるものである。例えば、磁気粘性流体類も電場に対し磁場を使用することでほぼＥＲＦの機能に匹敵するものである。重要な点は、ＥＲＦ要素が提供する融通性のすべてをもちながらコインパクトで、携帯可能で、コンピュータ化できる機構を維持するようにできる点である。
【００１７】
本発明の利点を説明し、さらに当業者が同じものを作り、使用することを助けるために以下の実施例を提示する。これらの実施例は、この記述の範囲を制限する意図は，一切ないものである。
【実施例】
【００１８】
［実施例Ｉ］
[挟持するハンドルの動きとロータリーブレーキの動きをもつ手のリハビリを行う器具]
新規な手のリハビリテーションを行う器具のこの構造は、４つの副機構からなる：ａ）ＥＲＦ抵抗要素；ｂ）ギアボックス；ｃ）ハンドルおよびｄ）一方が光学エンコーダで他方が力センサであり、患者が行う動きと力を測定する二つのセンサ。各副機構には、複雑性が異なっているいくつかの部材が含まれている。一般的にいって、全ての部材は、強度と安全性を考慮し、非磁性のもので、正規で強い応力テストに十分に耐えるように構成されている。この器具は、ポリマー類（プラスチック）および非磁性体で作られ、これにより、高磁場を含む広範囲の種々の環境で使用できるようになっている。
【００１９】
男性の手の最大握力は、４００  Ｎであり、女性にあっては、２２８  Ｎである。すべての部材は、この器具のハンドルを握る人が１５０Ｎの握力（健康な人の握力のほぼ５０％）を前記器具に作用させることができるように設計されている。完成されたＣＡＤモデルを図１に示す。
【００２０】
非磁性体の高機能手持ち握り具の独特な調節可能な可変の抵抗は、前記歯車機構の出力側に接続のＥＲＦ要素を介して達成されるものである。この高機能のリハビリテーション器具は、ロータリーＥＲＦ抵抗要素を使用して、抵抗トルクを制御するようになっている。この抵抗要素は、二つの電極からなり、それぞれ個々は、マルチプル同軸シリンダのセットからなる。これらは、同軸円形パターンの構成になっている（図２）。
【００２１】
これら電極の一方は、固定電極となっていて、前記抵抗要素の外側に配置されている一方、第２の電極は、回転電極として機能し、前記固定の電極と“対面”できるようになって、同軸シリンダのいくつかの連続した対が形成されるようになっている。図３は、前記電極の固定のものと回転するものの各個々のものを示し、各個々の同軸シリンダは、“合体”されるようになっている。これら二つの電極のマルチプル同軸シリンダの構成により、前記抵抗要素について最大の剪断表面領域が得られる一方、全体の容積をコンパクトに保つことができおるようになっている。前記粘性流体は、前記固定および回転電極の連続したシリンダの間の極めて狭い間隙内で作動し、その結果、前記回転軸に抵抗トルクが発生するようになっている。それぞれ対になっている連続の同軸シリンダにおいて前記流体に前記電場の力を作用させることで、前記トルクを容易に制御できる。
【００２２】
ギアボックスを用いてユーザーが感じ取れるような前記機構の抵抗能力を高めることができる。前記ＥＲＦ抵抗要素からの抵抗トルクは、人間の手の力によるトルに比較し比較的に弱いものである。ギアボックスなしの抵抗トルク要素は、必然的にかなり大きくなってしまう。器具全体の体積と重量を小形に保つためには、ギアボックス比率を１〜３１．６のように大きくとるようにする（図４）。このギア機構により前記ＥＲＦ抵抗トルクを倍増し、さらにまた、これをセンササブシステムの基礎として機能するようにする。
【００２３】
この実施例においては、手を動かしてハンドル機構をはさむようにしている。ハンドルは、操作する人の触覚インターフェースである。これらハンドルは、中心軸まわりを４５°回転するようになっていて、質量の中心でバランスするようになっている。親指側のグリップは、固定のグリップであり、高機能の手指リハビリテーション器具の質量の中心は、前記グリップのカラムの丁度真上の中心になっている。このハンドグリップ・アッセンブリーは、１度の遊びがあり、トランスミッションブラケットで前記ハンドルから力を前記ギアボックス入力側へ伝える。前記トランスミッションブラケットは、前記軸まわりを回転し前記ギアボックス出力側から力をＥＲＦブレーキへ伝える（図５）。
【００２４】
必要な診断データのすべては、二つの主のセンサを前記器具の構成に採用することで得られる。第１のセンサは、光学式エンコーダ（図５Ａ）で、手の角度、速度および加速度を測定する。この光学エンコーダは、前記ギアボックスの入力側に取り付けられ、前記ハンドルの位置を直に読み取る。この構成に含まれている理想のセンサは、解像度１０２４のＲｅｎｃｏＫｏｗ−Ｐｒｏｆｉｌｅエンコーダである。
【００２５】
第２のセンサは、小形の力センサであって、患者の手の握力の測定とＥＲＦ抵抗要素の閉ループコントロールを行う。このＦＵＴＥＫ力センサ（アルミニウムのひずみゲージ）は、前記固定の親指側グリップ／ギアボックスを、前記センサをつけた平行な二面を介して前記ＥＲＦ抵抗要素にテンションまたはコンプレッションで連結している（図６）。前記力センサは、３度の遊び（回転する）ボールとソケットピン結合部をもつ二方の端部で支持され、これによって、前記ゲージは、二方の力部材として取り付けられている。前記ピン結合部は、プラスチックソケットにより前記手持ち握り具に取り付けられているから、前記力センサは、前記器具の他の部分とは電気絶縁されている。前記ＥＲＦケースとギアボックスケースは、大きなプラスチックベアリングにより中央軸にそって整列している。前記ＥＲＦハウジングは、その軸まわりを自由に回転し、前記力センサは、前記ＥＲＦハウジングからの直接な反応力を測定する。
【００２６】
［実施例ＩＩ］
［ハンドルが直線運動する動きと回転ブレーキをもつ手指リハビリテーション器具］
新規な手指リハビリテーション器具のための、この提案機構は、５つの主たる副機構からなる；ａ）ＲＥＦ抵抗要素；ｂ）ギアボックス；ｃ）ラチエット機構；ｄ）ハンドルおよびｅ）一方が光学エンコーダで、他方が力センサであって、患者が行う動きと力を測定する二つのセンサ。各副機構には、複雑性が異なっているいくつかの部材が含まれている。一般的にいって、全ての部材は、強度と安全性を考慮し、非磁性のもので、正規で強い応力テストを最高なものにするようになっている。この高機能の手指リハビリテーション器具は、人の傍らに置くことができるように構成されていて、各個人が重みを感じないようになっている。この器具は、ポリマー類（プラスチック）および非磁性体で作られ、これにより、高磁場を含む広範囲の種々の環境で使用できるようになっている。
【００２７】
男性の手の最大握力は、４００  Ｎであり、女性にあっては、２２８  Ｎである。すべての部材は、この器具のハンドルを握る人の手に３００  Ｎの力を加えることができるようになっている。完成されたＣＡＤモデルを図７に示す。
【００２８】
非磁性体の高機能手持ち握り具の独特な調節可能な可変の抵抗は、前記歯車機構の出力側に接続のＥＲＦ要素を介して達成されるものである。この高機能の手指リハビリテーション器具は、ロータリーＥＲＦ抵抗要素を使用して、抵抗トルクを制御するようになっている。
【００２９】
前記抵抗要素は、アルミニウムの回転電極と固定電極からなり、これらは、同軸円形パターンの態様になっている。固定された電極は、二つの同軸シリンダのセットであり、前記抵抗要素の外側に配置されている、前記回転電極は、単純な同軸シリンダであって、前記固定電極と合うようになっていて、これにより、連続した同軸シリンダのいくつかの対が形成される。これらの互い違いになっているプレートは、正の電極および負の電極として機能し、電場を発生させ、前記ＥＲＦを動作させる。この粘性流体の作動は、前記固定電極と前記回転電極の連続したシリンダの間の極めて狭い間隙内で作動し、その結果、連続した同軸シリンダの各組みにおいて、前記流体に前記電場の力を作用させることで、前記トルクを容易に制御できる。図９に示すように、いくつかのノッチと孔が前記回転電極に設けられていて、回転面が不連続にされていて、前記高機能の手持ち器具を強力な磁場で使用されたとき、渦流が生じないようになっている。
【００３０】
ギアボックスを用いてユーザーが感じ取れるような前記機構の抵抗能力を高めることができる。前記ＥＲＦ抵抗要素からの抵抗トルクは、人間の手の力によるトルに比較し比較的に弱いものである。ギアボックスなしの抵抗トルク要素は、必然的に過剰に大きくなってしまう。器具全体の体積と重量を小形に保つためには、遊星歯車機構（歯車比率１〜５．５）を用いて、前記ＥＲＦ抵抗トルクを倍増する。ギアボックスは、非磁性体のＤｅｌｒｉｎを用いて作れられる。
【００３１】
ラトェットギア機構を用いて、前記機構の戻る力を最小にし（前記ハンドルの開放）、その結果、前記器具を最低の状態のスプリング力で開始位置へリセットできるようになっている。このラチェットおよびつめ機構によって、一方方向へ動くが、他方の方向へ動かないようになる（つめは、一端がピボットされたビームであって、前記ラチェットの歯にかみ合い、前記ホイールが一方の方向へ動かないようになっている）。ラチェット−ホイール歯の構成は、前記リングギアの外辺に設けられている。ユーザーが前記ハンドルを閉じると（握り絞る）、前記ラチェット機構でギアとＥＲＦブレーキが動くようになる：さらに、前記ハウジングへ抵抗トルクを伝え、したがって前記つめが出力軸に係合する。前記ハンドルが閉じられているときは、前記ラチェット機構で前記ギア機構と前記ＥＲＦ抵抗ブレーキの動きがロックされる。前記ラチェット機構は、前記ハンドルが釈放され、人の力が加われなくなるときの逆戻り回転を防ぐ。ついで、前記つめハウジングと出力軸は、前記ＥＲＦ抵抗要素から離脱し、前記器具は、弾性マテリアルまたは小さなスプリングで開始位置へリセットされる。ラチェットとギア機構は、図９に図示されている。
【００３２】
前記ＥＲＦ抵抗要素からのトルクは、遊星歯車機構により倍加され、前記つめハウジングへ伝達される。このトルクは、前記直線ハンドルへ伝えられる。この構造にあっては、前記ブレーキ／ギア／ラチェットの回転運動は、前記出力軸に巻き付けてあるフレキシブルなワイヤを介してハンドルの直線運動に変えられる。このワイヤの他端は、直線運動するピエゾ電子センサ取付部に連結されており、この取付部は、可動ハンドルに接続している。既知のトルクにとって、モーメントアーム（軸の直径）が小さいとき（トルク＝力＊モーメントアーム）、より強い力が発生されるようになっている。したがって、前記抵抗要素から最大の抵抗力を発生させるには、前記ワイヤをごく細い径の軸に巻き付けるようにする。この出力軸は、前記つめハウジングに連結し、前記ＥＲＦブレーキから前記抵抗トルクを前記フレキシブルのワイヤへ伝える。図１０Ａ〜図１０Ｃは前記直線ハンドルがトランスミッション（出力）軸にどのように連結されているかを示している。前記ラチェット機構、つめハウジングおよび出力軸は、非磁性体材料で作られている。
【００３３】
この実施例においては、直線スライド機構に手をかけて動かすと、前記ハンドルは、操作する人の感覚作用のインターフェースになる。前記のスライド運動は、前記センサ取付部（直線運動）を前記トランスミッション軸に接続のフレキシブルなワイヤを介してプーリーのように回転運動に変えられる（回転運動）。前記手持ち握りアッセンブリーは、１度の遊びをもち、前記機構の力を前記ラチェットとギヤ・ボックス機構へ伝える。
【００３４】
二つの調節可能なカラーが前記ハンドルのアームに設けられていて、握る手の大きさが異なるそれぞれの人ために前記ハンドルのストロークが調節できるようになっている。また、このハンドル機構のアームの長さを調節して、ブレーキ／ギア／ラチェット機構部分を前記握りハンドルよりも離れて位置させることができるようにしてある。前記ハンドルは、プラスチックの非磁性体材料で作られている。図１１Ａは、前記ハンドルがスタート位置にある状態を示し、図１１Ｂは、前記ハンドルが完全に握り閉めた状態を示す。
【００３５】
必要なすべての診断データは、前記器具の構造に使用している二つのプライマリーセンサにより得ることができる。第１のセンサは、手の角度、速度および加速度を測る光学式エンコーダ（図１０Ａ）である。この光学式エンコーダは、トランスミッション軸に取り付けられていて、前記ハンドルの位置を直に読み取る。この発明の構造に含まれる理想的なセンサは、１０２４解像度をもつＲｅｎｃｏ  Ｌｏｗ−Ｐｒｏｆｉｌｅエンコーダである。
【００３６】
第２のセンサは、圧電センサで、握る人の手の握力を測り、前記ＥＲＦ抵抗要素の閉ループ・コントロールを行うものである（図１０Ｂ）。圧電センサは、前記センサハウジングに内蔵され、前記ハンドルの直線方向の動きにおける握力を直に読み取るものである。前記センサハウジングは、可動（スライドする）ハンドルをフレキシブルなワイヤロープに接続するようになっている。力を測る圧電センサは、前記ハウジングと可動のハンドルの間に配置されている。
【００３７】
前記力センサの第２の選択肢は、小形力センサ（アルミニウムのひずみゲージのタイプ）で、前記した実施例におけると同様に前記ＥＲＦ抵抗要素からのトルクを測定するものである。前記力センサは、動かない親指握り部／ギアボックスを前記ＥＲＦ抵抗要素にリンクしている。この選択肢により、前記ＥＲＦハウジングは、その軸まわりを自由に回転し、前記力センサは、前記ＥＲＦハウジングからの直接な反発力を測定する。ついで、この力は、前記ギアレシオにより倍増され、握力が測定されることになる。
【００３８】
［実施例ＩＩＩ］
［ハンドルが直線運動し、リニアダンパをもつ手指リハビリテーション器具］
手持ち握り具の第２の携帯は、動きの方向にそってリニアダンパが配置されている。新規のＥＲＦ“同軸チャンネル”ダンパ（ＥＲＦ−ＣＣＤ）（図１２Ａ，図１２Ｂ）が考案されている。装置的に複雑でなく、部品点数の減らせ、ギアやラチェット構造も必要がないリニア構造には、いくつかの利点がある。前記ダナのアウターケースは、前記フレームに取り付けてある。前記軸は、前記力センサに直接に取り付けられる。リニア式エンコンダまたはリニア使用に調整したロータリー式エンコーダを用いて動きを捕捉する。戻りの力は、長さと強度が調節できるようになっている二つのスプリングまたは“バングル”コードによって得られるようになっている。前記装置のストローク長さは、軸カラーを用いて素早く調節できるようになっている。
【００３９】
市販されているリニアＥＲＦダナにあっては、流体は、前記ピストンの内部のチャンネルを流れるか、または、前記ピストンの外側まわりを流れる。これらの構造にあっては、最大のダンピングを得るためには、前記ピストンは、極めて大きなもの（前記電極の表面領域を最大にするために）にしなければならいか、または、前記流体の流れのチャンネルをきわめて細いものにしなければならない。両構造とも、明らかな欠点をもっている。ピストンが大形（長さ及び／または直径）の構造の場合、構造が大形になり、コンパクトと高機能の装置にすることはできない。流体のチャンネルを細くする場合も、前記装置が駆動されず、前記装置が動作可能なダンピングの動作範囲が低下してしまう場合、前記チャンネルが流体の流れを低下させてしまうので、機能特性の低下を招いてしまう。
【００４０】
前記ＥＲＦ−ＣＣＤは、前記シリンダ本体を囲む同軸間隙を用いる、その二つのチャンバの流れを変更（磁場の強度に応じて）することでダンピング作用を発揮する。前記流体は、前記ダンパの両側のチャンネルを流れる。これらのチャンネルは、間隙に通じていて、この間隙は、前記シリンダ本体と直径が僅かに太い同軸のシリンダの外周面に形成されているものである（図１３Ａ〜１３Ｂ、図１５Ａ〜１５Ｄ参照）。前記ピストンは、図１４に示すように、ソリッドのものにすることができ、二方リリーフバルブ（図示せず）を含み、ベースラインダンピングを調節したり、または、図１３Ａ〜１３Ｂ、図１５Ａ〜１５Ｄに示すように、一方弁（ボールタイプまたはバタフライタイプなど）を含んでいる。この選択は、前記ダンパの端部利用に基づくものである。手指のリハビリテーション装置には、一方弁を前記ピストンに組み込み、一方方向のダンピング作用を低下させるようにする（図１５Ａ〜１５Ｄ参照）。この新規の構造で、ダンパ容積ごとに最大可能な電極領域になるようにし、他の構造に較べ力密度を大きくすることができるようになる。部品点数が少なく、簡単な構造によっても低コストで信頼性が高いものにすることができる。
【００４１】
図１５Ａと図１５Ｂは、一方弁をもつＥＲＦ−ＣＣＤの流体の流れの詳細を示す。図１５Ｂは、電場の存在のもとで、前記一方弁が閉じ、前記同軸チャンネルを流れる流量レートが前記電場の強度を調節することで変えられるようになっている。前記電場の強度が高ければ高いほど、前記ＥＲＦが厚くなり、ダンピング作用が強くなる。図１５Ｄは、前記ハンドルを閉じ、流体が前記ピストンを流れるようになる場合の前記一方弁の開き具合を示す。流体は、また、前記同軸間隙を通り、さらに、前記ハンドルが前記開始位置へ戻るために必要な力を弱くするようになっている。
【００４２】
［実施例ＩＶ］
[指／手のリハビリテーション用器具]
この器具は、持ち運びでき、コンピュータ化された手指と掌のリハビリテーションまたは運動を行う器具を操作するために構成されている。この器具は、電気粘性流体タイプの抵抗要素のコンパクトで、リニアタイプのものからなり、各指にリアルタイムで変化することができる個々の指に抵抗を与えるようになっている。図１６Ａと図１６Ｂは、二つの概念的な図を示し、これらの図にあっては、リニアの高機能の流体抵抗要素が複数の指に取り付けられ、掌の内側に固定のコアに接地されている。このイメージは、２本または４本の指に対する構造を示しているが、前記中央コアに抵抗要素を付け加えることで５本すべての指をカバーできるように簡単に広げることができる。力は、高機能の流体抵抗要素により発生され、その要素の抵抗力は、コンピュータ制御ソフトウエアにより変化されることができるようになっている。これによって、個別化された運動レジメを操作中に患者のニーズまたは各指の異なる運動要件に合うように変更できる。
【００４３】
本発明は、一つまたは複数の好ましい実施例に関連して記載されたが、前記明細書を読了した当業者であれば、各種の変更、均等物への置換、他の変更をここに記載の構成と方法に実施できる。したがって、特許証により与えられる保護は、添付の請求の範囲に含まれる定義と、これと均等のものによってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】掴みハンドルの動きをもち、ロータリーブレーキをもつ本発明による手持ち握り具の一つの実施例を示す。
【図２】固定電極と回転電極を示す図１の実施例のＥＲＦブレーキ要素の断面立体図。
【図３】前記回転する電極を挿入するのに先立ち、前記抵抗要素により囲まれた固定電極の断面立体図。
【図４】遊星キャリアと軸を含むギアを示す図１の実施例の一部の立体展開図。
【図５Ａ】前記ハンドルとギアシステムを連結するトランスミッションブラケットを示す図１の図の一部の異なる斜視方向からの立体図。
【図５Ｂ】前記ハンドルとギアシステムを連結するトランスミッションブラケットを示す図１の図の一部の異なる斜視方向からの立体図。
【図６】４５°の角度で完全に延びている前記ハンドルをもつセンサの位置を示す図１の実施例の一部の断面立体展開図。
【図７】リニアハンドルの動きとロータリーブレーキをもつ本発明による手持ち握り具の別の実施例を示す図。
【図８】図７の実施例ロータリーブレーキの回転電極を示す図。
【図９】図７の実施例７の遊星ギアとラチェット／つめ機構を示す図。
【図１０Ａ】図７のリニアハンドルとトランスミッション（出力）軸との間の連結構造を示す図。
【図１０Ｂ】図７のリニアハンドルとトランスミッション（出力）軸との間の連結構造を示す図。
【図１０Ｃ】図７のリニアハンドルとトランスミッション（出力）軸との間の連結構造を示す図。
【図１１Ａ】ハンドルが開始位置（開放）にある図７の実施例を示す図。
【図１１Ｂ】ハンドルが最終位置（閉止）にある図７の実施例を示す図。
【図１２Ａ】リニアハンドルの動きとリニアダンパをもつ本発明による手持ち握り具の別の実施例を示す二つの図。
【図１２Ｂ】リニアハンドルの動きとリニアダンパをもつ本発明による手持ち握り具の別の実施例を示す二つの図。
【図１３Ａ】図１２Ａの実施例のリニアダンパの断面立体展開図。
【図１３Ｂ】図１２Ｂの実施例のリニアダンパの断面立体展開図。
【図１４】ソリッドのピストンをもつ図１２Ａと図１２Ｂの実施例のリニアダンパの断面立体展開図。
【図１５Ａ】閉止位置にある一体の一方弁をもつ図１２Ａと図１２Ｂの実施例の断面立体展開図。
【図１５Ｂ】流体の流れを示す図１５Ａの実施例のリニアダンパの断面立体展開図。
【図１５Ｃ】開放位置にある一体の一方弁をもつ図１２Ａと図１２Ｂの実施例の断面立体展開図。
【図１５Ｄ】流体の流れを示す図１５Ｃの実施例のリニアダンパの断面立体展開図。
【図１６Ａ】個々の指に対する本発明の実施例の立体図。
【図１６Ｂ】個々の指に対する本発明の実施例の立体図。
【図１】
2008532704.tif 000003
【図２】
2008532704.tif 000004
【図３】
2008532704.tif 000005
【図４】
2008532704.tif 000006
【図５Ａ】
2008532704.tif 000007
【図５Ｂ】
2008532704.tif 000008
【図６】
2008532704.tif 000009
【図７】
2008532704.tif 000010
【図８】
2008532704.tif 000011
【図９】
2008532704.tif 000012
【図１０Ａ】
2008532704.tif 000013
【図１０Ｂ】
2008532704.tif 000014
【図１０Ｃ】
2008532704.tif 000015
【図１１Ａ】
2008532704.tif 000016
【図１１Ｂ】
2008532704.tif 000017
【図１２Ａ】
2008532704.tif 000018
【図１２Ｂ】
2008532704.tif 000019
【図１３Ａ】
2008532704.tif 000020
【図１３Ｂ】
2008532704.tif 000021
【図１４】
2008532704.tif 000022
【図１５Ａ】
2008532704.tif 000023
【図１５Ｂ】
2008532704.tif 000024
【図１５Ｃ】
2008532704.tif 000025
【図１５Ｄ】
2008532704.tif 000026
【図１６Ａ】
2008532704.tif 000027
【図１６Ｂ】
2008532704.tif 000028
【国際調査報告】
2008532704.tif 000029