(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースに対して回転自在に設けられる入力シャフトと、
前記ベースに対して回転自在に設けられる出力リンクと、
前記入力シャフトの軸方向と交差する軸方向を有する前記入力シャフトに固定して連結される第１回転軸と、
前記第１回転軸周りに回転可能に前記第１回転軸に連結される第１連結リンクと、
前記第１回転軸の軸方向と交差する軸方向を有する前記第１連結リンクに連結される第２回転軸と、
前記第２回転軸に回転可能に連結される第２連結リンクと、
前記第２連結リンクと前記出力リンクとの間を連結する第３回転軸であって、前記第３回転軸は、前記第２回転軸の軸方向と交差する軸方向を有し、前記第２連結リンクに対して回転可能に連結される、第３回転軸と、
を有し、
前記第３回転軸の軸方向は、前記入力シャフトの軸方向及び前記第２回転軸の軸方向と交差し、
前記入力シャフトの軸方向と前記第２回転軸の軸方向とが互いに一致するとき、前記入力シャフトに入力された動力の伝達が、前記第２回転軸と前記第２連結リンクとが相対回転することにより、前記出力リンクに対して遮断され、前記入力シャフトの軸方向と前記第２回転軸の軸方向とが互いに一致しないとき、前記入力シャフトに入力された動力の伝達が、前記第２回転軸と前記第２連結リンクとが一体に回転することにより、前記出力リンクに対して行われる、動力伝達アセンブリ。
【請求項２】
前記第２回転軸の前記入力シャフトの回転軸に対する角度を保持するように、前記出力リンクに対する前記第２連結リンクの位置を保持するロック装置をさらに含む、請求項１に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項３】
前記ロック装置は、前記出力リンクに対する前記第２連結リンクの動きを拘束するように、前記出力リンクから前記第２連結リンクに向かって移動するストッパーを含む、請求項２に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項４】
前記ロック装置は、前記出力リンクに対する前記第２連結リンクの動きを拘束する方向に前記ストッパーを付勢する弾性力を提供する第１弾性部材をさらに含む、請求項３に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項５】
前記第２連結リンクが前記ストッパーから離脱する方向に前記第２連結リンクに弾性力を提供する第２弾性部材をさらに含む、請求項４に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項６】
前記ロック装置は、前記第１連結リンク及び前記第２連結リンクのうちの少なくとも１つ以上の連結リンクと磁気的に結合可能な磁性体を含む、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項７】
前記入力シャフト、前記出力リンク、前記第１回転軸、前記第１連結リンク、前記第２回転軸、前記第２連結リンク、及び前記第３回転軸のうちの少なくとも１つ以上にかかる負荷に関する情報を検出するためのセンサと、
前記センサで検出された情報に基づいて前記ロック装置を制御するための制御部と、
をさらに含み、
前記制御部は、前記センサで検出された情報が閾値を上回ると、前記ロック装置を解除する、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項８】
前記ロック装置は、
前記出力リンクに対する前記第２連結リンクの動きを拘束するストッパーと、
前記出力リンクに対する前記第２連結リンクの動きを拘束する第１方向に前記ストッパーを付勢する弾性力を提供する第１弾性部材と、
電流が印加された場合に、前記ストッパーが前記第１方向の反対方向である第２方向に移動するよう電磁気力を提供して前記第２連結リンクを前記ストッパーから解除させるソレノイドとを含む、請求項７に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項９】
前記ロック装置は、前記第３回転軸の回転角度を調整可能な制御モータを含む、請求項２に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項１０】
前記入力シャフトの回転軸と前記出力リンクの回転軸とは互いに一致する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の動力伝達アセンブリ。
【請求項１１】
ユーザーの体の一部分に固定される固定モジュールと、
ユーザーの体の他の部分を保持する保持モジュールと、
前記固定モジュールの一方側に設置されて動力を生成する駆動モジュールと、
前記駆動モジュールから動力が伝達されて前記保持モジュールに伝達するための動力伝達アセンブリと、
を含み、
前記動力伝達アセンブリは、
前記駆動モジュールから動力が入力される入力シャフトと、
前記保持モジュールに動力を伝達する出力リンクと、
前記入力シャフトの軸方向と交差する軸方向を有する前記入力シャフトに固定して連結される第１回転軸と、
前記第１回転軸周りに回転可能に前記第１回転軸に連結される第１連結リンクと、
前記第１回転軸の軸方向と交差する軸方向を有する前記第１連結リンクに連結される第２回転軸と、
前記第２回転軸に回転可能に連結される第２連結リンクと、
前記第２連結リンクと前記出力リンクとの間を連結する第３回転軸であって、前記第３回転軸は、前記第２回転軸の軸方向と交差する軸方向を有し、前記第２連結リンクに対して回転可能に連結される、第３回転軸と、
を有し、
前記第３回転軸の軸方向は、前記入力シャフトの軸方向及び前記第２回転軸の軸方向と交差し、
前記入力シャフトの軸方向と前記第２回転軸の軸方向とが互いに一致するとき、前記入力シャフトに入力された動力の伝達が、前記第２回転軸と前記第２連結リンクとが相対回転することにより、前記出力リンクに対して遮断され、前記入力シャフトの軸方向と前記第２回転軸の軸方向とが互いに一致しないとき、前記入力シャフトに入力された動力の伝達が、前記第２回転軸と前記第２連結リンクとが一体に回転することにより、前記出力リンクに対して行われる、運動補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達アセンブリ及びこれを含む運動補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、関節に問題が生じ、これに対する痛みや不便を訴える人が高齢化社会の進展に伴って増加している。そのため、関節に不具合のある老人や患者の歩行を円滑にする運動補助装置に対する関心が高まっている。また、軍事用等の目的で人体の筋力を強化させるための運動補助装置が開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、動力伝達アセンブリ及びこれを含む運動補助装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態によれば、動力伝達アセンブリは、ベースに対して回転自在に設けられる入力リンクと、前記ベースに対して回転自在に設けられる出力リンクと、前記入力リンクの軸方向と交差する方向に連結される第１回転軸と、前記第１回転軸に連結される第１連結リンクと、前記第１連結リンクに連結され、前記第１回転軸の軸方向と交差する方向に連結される第２回転軸と、前記第２回転軸に連結される第２連結リンクと、前記第２連結リンク及び前記出力リンクの間に連結され、前記第２回転軸の軸方向と交差する方向に連結される第３回転軸とを含む。
【０００５】
前記出力リンクは、前記入力リンクと同じ方向に回転自在に設けられてもよい。
【０００６】
前記入力リンクの軸方向と前記第２回転軸の軸方向とが互いに一致するか否かに応じて、前記入力リンクに入力された動力が前記出力リンクに伝達されるか又は遮断されてもよい。
【０００７】
前記第１回転軸の軸方向は、前記入力リンクの軸方向と直交し、前記第２回転軸の軸方向は前記第１回転軸の軸方向と直交し、前記第３回転軸の軸方向は前記第２回転軸の軸方向と直交し、前記出力リンクの軸方向は前記第３回転軸の軸方向と直交してもよい。
【０００８】
前記第３回転軸の軸方向は前記入力リンクの軸方向と直交してもよい。
【０００９】
前記出力リンクの軸方向は前記第１回転軸の軸方向と直交してもよい。
【００１０】
前記動力伝達アセンブリは、前記第２回転軸が前記入力リンクの回転軸に対して成す相対的な角度を保持させることができるロック装置をさらに含んでもよい。
【００１１】
前記ロック装置は、前記出力リンクに対して相対的に移動可能であるとともに前記第２連結リンクの動きを拘束するためのストッパーを含んでもよい。
【００１２】
前記ロック装置は、前記ストッパーが前記第２連結リンクの動きを拘束する方向に弾性力を提供する第１弾性部材をさらに含んでもよい。
【００１３】
前記動力伝達アセンブリは、前記第２連結リンクが前記ストッパーから離脱する方向に前記第２連結リンクに弾性力を提供する第２弾性部材をさらに含んでもよい。
【００１４】
前記ストッパーは、第１弾性部材に連結されるとともに前記出力リンクに対して摺動可能なストッパーボディと、前記ストッパーボディに連結されてユーザーが把持することのできる把持部とを含んでもよい
【００１５】
前記ロック装置は、前記第１連結リンク及び前記第２連結リンクのうちの少なくとも１つ以上の連結リンクと磁気的に結合可能な磁性体を含んでもよい。
【００１６】
前記動力伝達アセンブリは、前記入力リンク、前記出力リンク、前記第１回転軸、前記第１連結リンク、前記第２回転軸、前記第２連結リンク、及び前記第３回転軸のうちの少なくとも１つ以上にかかる負荷に関する情報を検出するためのセンサと、前記センサで検出された情報に基づいて前記ロック装置を制御するための制御部とをさらに含んでもよい。
【００１７】
前記制御部は、前記センサで検出された情報が閾値を上回ると、前記ロック装置を解除してもよい。
【００１８】
前記ロック装置は、前記第２連結リンクの動きを拘束するためのストッパーと、前記ストッパーが前記第２連結リンクの動きを拘束する第１方向に弾性力を提供する第１弾性部材と、電流が印加された場合に、前記ストッパーが前記第１方向と反対方向である第２方向に移動するよう電磁気力を提供して前記第２連結リンクを前記ストッパーから解除させるソレノイドとを含んでもよい。
【００１９】
前記動力伝達アセンブリは、前記ロック装置が解除されると、前記第２回転軸が前記入力リンクの回転軸に対して成す相対的な角度が変化する方向に弾性力を提供する第２弾性部材をさらに含んでもよい。
【００２０】
前記第２弾性部材は、動力を遮断する方向に前記第２連結リンクに弾性力を提供する。
【００２１】
前記第２弾性部材は、前記第２回転軸が前記入力リンクの軸方向と一致する方向に回転するように弾性力を提供してもよい。
【００２２】
前記ロック装置は、前記第３回転軸の回転角度を調整可能な制御モータを含んでもよい。
【００２３】
前記第１連結リンクは、前記入力リンクで生成された駆動トークを前記第２連結リンクに伝達する第１位置と、前記駆動トークを前記第２連結リンクに伝達しない第２位置の間で枢動されてもよい。
【００２４】
前記第２位置で、前記第１連結リンクは、前記第２回転軸に対して回転自在であり、前記駆動トークを前記第２連結リンクに伝達しなくてもよい。
【００２５】
前記第２位置で、前記入力リンク及び前記第２回転軸は並んでいるように整列されてもよい。
【００２６】
前記第２位置で、前記入力リンク及び前記第２連結リンクは、前記入力リンクの回転軸及び前記第２連結リンクの回転軸が一直線上に位置するよう並んで整列されてもよい。
【００２７】
前記第２位置で、前記第１連結リンク及び前記第２連結リンクは連結された状態が保持されてもよい。
【００２８】
前記動力伝達アセンブリは、前記第１連結リンクを前記第１位置及び前記第２位置のいずれか一位置に選択的に固定させ得るロック装置をさらに含んでもよい。
【００２９】
前記動力伝達アセンブリは、前記ロック装置が解除されるとき、前記第１連結リンクを前記第１位置及び前記第２位置のうち他の一位置に回転させ得る弾性部材をさらに含んでもよい。
【００３０】
一実施形態によれば、動力伝達アセンブリは、動力が入力される入力リンクと、動力を出力する出力リンクと、前記入力リンク及び前記出力リンクの間に連結される複数の連結リンクとを含み、前記複数の連結リンクのうちのいずれか１つの連結リンクの回転角度に応じて、前記入力リンクに入力された動力が前記出力リンクに伝達されるか又は遮断される。
【００３１】
前記入力リンクの回転軸と前記出力リンクの回転軸とは互いに一致してもよい。
【００３２】
前記複数の連結リンクは、前記入力リンクに対して相対的に回転自在な第１連結リンクと、前記第１連結リンクに対して相対的に回転自在な第２連結リンクとを含んでもよい。
【００３３】
前記第２連結リンクの回転角度に応じて、前記入力リンクに入力された動力が前記出力リンクに伝達されるか又は遮断されてもよい。
【００３４】
前記複数の連結リンクのうちのいずれか１つの連結リンクが特異点にあるとき、前記入力リンクに入力された動力が前記出力リンクに伝達されてもよい。
【００３５】
一実施形態によれば、運動補助装置は、ユーザーの体の一部分に固定される固定モジュールと、ユーザーの体の他の部分を保持する保持モジュールと、前記固定モジュールの一方側に設置されて動力を生成する駆動モジュールと、前記駆動モジュールから動力が伝達されて前記保持モジュールに伝達するための動力伝達アセンブリとを含み、前記動力伝達アセンブリは、前記駆動モジュールから動力が入力される入力リンクと、前記保持モジュールに動力を伝達する出力リンクと、前記入力リンク及び出力リンクの間に連結される複数の連結リンクとを含み、前記複数の連結リンクのうちのいずれか１つの連結リンクの回転角度に応じて、前記駆動モジュールで生成された動力が前記出力リンクに伝達されるか又は遮断される。
【００３６】
前記運動補助装置は、ユーザーの動きに関する情報を検出するためのセンサと、前記情報に基づいてユーザーが動くことに困難を感じるか否かを判断する制御部とを含み、ユーザーが動くことを困難に感じる場合、前記制御部は、前記動力伝達アセンブリが駆動力を伝達するように命令を伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力伝達状態にある場合を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力伝達状態にある場合を示す概念図である。
【図３】一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力伝達状態にある場合を示す動作図である。
【図４】一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力遮断状態にある場合を示す斜視図である。
【図５】一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力遮断状態にある場合を示す概念図である。
【図６】一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力遮断状態にある場合を示す動作図である。
【図７】他の実施形態に係る動力伝達アセンブリの斜視図である。
【図８】更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの斜視図である。
【図９】更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの斜視図である。
【図１０】更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの正面図である。
【図１１】更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの側面図である。
【図１２】更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリを示す図である。
【図１３】更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリを示す図である。
【図１４】更なる実施形態に係る運動補助装置を示す図である。
【図１５】一実施形態に係る運動補助装置の制御部を示す図である。
【図１６】一実施形態に係る運動補助装置の制御方法を示す図である。
【図１７Ａ】一実施形態に係る運動補助装置の制御方法を示す図である。
【図１７Ｂ】一実施形態に係る運動補助装置の制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、例示的な図面を参照して実施形態を詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付すことにおいて、同一の構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されたとしても可能な限り同じ符号を付してあるという点に留意しなければならない。また、実施形態の説明において、関連する公知構成又は機能に対する具体的な説明が実施形態に対する理解を妨害するものと判断される場合は、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
また、実施形態における構成要素の説明において、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を用いることができる。これらの用語は、ある構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語によって当該の構成要素の本質や順番又は順序等が限定されることはない。いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されると記載されている場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結されたり接続され得るが、各構成要素の間に更なる構成要素が「連結」、「結合」又は「接続」されてもよいことを理解すべきである。
【００４０】
いずれか１つの実施形態に含まれる構成要素と共通の機能を含む構成要素は、他の実施形態で同一の名称を用いて説明することにする。反対とされる記載がない限り、いずれか１つの実施形態に記載した説明は他の実施形態にも適用でき、重複する範囲で具体的な説明は省略する。
【００４１】
図１は、一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力伝達状態にある場合を示す斜視図であり、図２は、一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力伝達状態にある場合を示す概念図であり、図３は、一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力伝達状態にある場合を示す動作図である。
【００４２】
図４は、一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力遮断状態にある場合を示す斜視図であり、図５は、一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力遮断状態である場合を示す概念図であり、図６は、一実施形態に係る動力伝達アセンブリが動力遮断状態にある場合を示す動作図である。
【００４３】
図１〜図６を参照すると、一実施形態に係る動力伝達アセンブリ１０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、及び出力リンク１５０を含む。動力伝達の順序に応じて、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、及び出力リンク１５０が順次連結され得る。
【００４４】
入力リンク１２０は、ベース１１０に対して回転自在に設けられている。入力リンク１２０には、例えば、ベース１１０に設置された駆動モータ（Ｍ）から動力が入力される。
【００４５】
第１回転軸１２５は、入力リンク１２０の軸方向と交差する方向、例えば、直交する方向に入力リンク１２０に連結されてもよい。第１回転軸１２５は、隣接する２つのリンク、即ち、入力リンク１２０及び第１連結リンク１３０のそれぞれに対して回転自在な独立した部材であってもよい。また、それとは異なって、入力リンク１２０及び第１連結リンク１３０のいずれか１つに固定される一方で、残りの１つに対しては相対的に回転自在な部材であってもよい。残りの第２回転軸１３５及び第３回転軸１４５については重複する説明を省略する。
【００４６】
第１連結リンク１３０は第１回転軸１２５に連結され、入力リンク１２０に対して相対的に回転してもよい。
【００４７】
第２回転軸１３５は、第１回転軸１２５の軸方向と交差する方向、例えば、直交する方向に第１連結リンク１３０に連結されてもよい。
【００４８】
第２連結リンク１４０は第２回転軸１３５に連結され、第１連結リンクに対して相対的に回転してもよい。
【００４９】
第３回転軸１４５は、第２回転軸１３５の軸方向と交差する方向、例えば、直交する方向に第２連結リンク１４０に連結されてもよい。第３回転軸１４５の軸方向は、入力リンク１２０の軸方向と、例えば、直交する方向に交差してもよい。
【００５０】
出力リンク１５０は、ベース１１０に対して回転自在に設けられる。出力リンク１５０は、入力リンク１２０と同じ方向に回転してもよい。出力リンク１５０の回転軸は、入力リンク１２０の回転軸と互いに一致してもよい。出力リンク１５０の軸方向は、第３回転軸１４５の軸方向と、例えば、直交する方向に交差してもよい。出力リンク１５０の軸方向は、第１回転軸１２５の軸方向と、例えば、直交する方向に交差してもよい。
【００５１】
一方、図１〜図６に示す折り曲げられた多角形状の入力リンク１２０ないし出力リンク１５０の形状は１つの例示に過ぎず、例えば、ドーナツ型、円形又は球形等、その他の任意の形状に形成することも可能である。
【００５２】
以下、入力リンク１２０の回転軸、第１回転軸１２５、第２回転軸１３５、第３回転軸１４５、及び出力リンク１５０の回転軸のうち、動力伝達の順序を基準に互いに隣接する２つの回転軸がすべて直交する場合を例に取って動力伝達アセンブリ１０の動作について説明する。
【００５３】
第２連結リンク１４０の回転角度に応じて、入力リンク１２０に入力された動力が出力リンク１５０に伝達されるか又は遮断される。言い換えれば、入力リンク１２０の軸方向と第２回転軸１３５の軸方向とが互いに一致するか否かに応じて、入力リンク１２０に入力された動力が出力リンク１５０に伝達されるか又は遮断される。
【００５４】
先ず、図１〜図３に示すように、第２連結リンク１４０が回転していない状態、即ち、第２連結リンク１４０の回転角度がｚ軸を基準として０度の状態では、入力リンク１２０の軸方向と第２回転軸１３５の軸方向とは互いに一致していない。この場合、構造的に、入力リンク１２０、第１連結リンク１３０、第２連結リンク１４０、及び出力リンク１５０のうち互いに隣接する２つのリンクは全て１つの剛体の運動を行うため、結果的に入力リンク１２０及び出力リンク１５０は１つの剛体の運動を行うことになる。従って、動力伝達の順序を基準として、入力リンク１２０ないし出力リンク１５０は全てベース１１０を基準に回転し、入力リンク１２０から出力リンク１５０に動力が伝達される。言い換えれば、入力リンク１２０の軸方向が第２回転軸１３５の軸方向と一致していなければ、動力を伝達できる。
【００５５】
次に、図４〜図６に示すように、第２連結リンク１４０が回転した状態、即ち、第２連結リンク１４０の回転角度がｚ軸を基準として９０度の状態では、入力リンク１２０の軸方向と第２回転軸１３５の軸方向が互いに一致する。言い換えれば、入力リンク１２０に入力された動力は、入力リンク１２０から第２回転軸１３５の間に存在する構成要素に対してのみ伝達され、第２回転軸１３５の後に連結された構成要素には伝達されない。従って、入力リンク１２０に動力が入力されても、その動力は入力リンク１２０及び第１連結リンク１３０のみを回転させ、第２連結リンク１４０及び出力リンク１５０は回転させない。言い換えれば、入力リンク１２０の軸方向が第２回転軸１３５の軸方向と一致していれば動力が遮断される。
【００５６】
一方、図１〜図３に示すように、入力リンク１２０ないし出力リンク１５０の全てが回転する場合、駆動モータ（Ｍ）に印加される慣性モーメントは最大になり、図４〜図６に示すように、入力リンク１２０及び第１連結リンク１３０のみが回転する場合、駆動モータ（Ｍ）に印加される慣性モーメントは最小となる。従って、図１〜図３に示す状態で第２連結リンク１４０が少しでも離脱すると、慣性モーメントが小さくなる状態、即ち、図４〜図６に示すような状態に軸が自動で整列することになる。言い換えれば、図１〜図３に示す動力伝達アセンブリ１０の状態を特異点と言える。言い換えれば、第２連結リンク１４０が特異点にある場合、入力リンク１２０に入力された動力が出力リンク１５０に伝達され、第２連結リンク１４０が特異点から離脱すると、動力が遮断されるものと理解される。
【００５７】
一方、動力伝達アセンブリ１０が、２つの連結リンク１３０、１４０、及び３つの回転軸１２５、１３５、１４５を含む場合を例示的に説明したが、連結リンクの個数及び回転軸の個数は限定されない。実施形態に係る動力伝達アセンブリは、入力リンク及び出力リンクの間に連結される複数の連結リンクを含み、複数の連結リンクのいずれか１つの連結リンクの回転角度に応じて、動力を伝達又は遮断する構成であればどのようなものでも構わない。言い換えれば、複数の連結リンクのうちのいずれか１つの連結リンクが特異点にある場合、入力リンクに入力された動力は出力リンクに伝達され、逆の場合には動力は遮断される。
【００５８】
実施形態によれば、動力伝達アセンブリは、複数の構成要素のうちの一部が完全に分離することなく、構造的な変化によって動力を伝達又は遮断してもよい。従って、クラッチ等のように摩擦力によって動力を選択的に伝達する方式とは異なり、摩擦力を耐えるためにかさばる（ｂｕｌｋｙ）構成を備える必要がないため、小型化を図ることができる。また、摩擦エネルギーによるエネルギーの浪費を減らし、省エネを向上させることができる。また、動力を遮断するために摩擦力の作用がないため耐久性が向上し、製品全体の寿命サイクルを延ばすことができる。また、製造が比較的容易で、故障やメンテナンスの点で有利な長所がある。また、ギアの係合又は解除を用いて動力を選択的に伝達する方式とも異なり、分離及び結合のための遊隙が不要になるため、バックラッシュ（ｂａｃｋｌａｓｈ）現象が起きないことから、バックラッシュ現象を考慮する必要がなく設計が容易になり、より正確な制御が可能となる。例えば、実施形態に係る動力伝達アセンブリは、精密制御が必要なロボットのアーム等に用いることができる。
【００５９】
図７は、他の実施形態に係る動力伝達アセンブリの斜視図である。
【００６０】
図７を参照すると、他の実施形態に係る動力伝達アセンブリ２０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、出力リンク１５０、及びロック装置２６０を含む。
【００６１】
ロック装置２６０は、第２連結リンク１４０の角度を保持することができる。言い換えれば、ロック装置２６０は、第２回転軸１３５が入力リンク１２０の回転軸に対して成す相対的な角度を保持させ得る。
【００６２】
ロック装置２６０は、例えば、入力リンク１２０から出力リンク１５０に動力が伝達される状態を保持させる。言い換えれば、ロック装置２６０は、入力リンク１２０の軸方向と第２回転軸１３５の軸方向とが互いに一致しない状態を保持させ得る。言い換えれば、ロック装置２６０は、動力伝達アセンブリ１０が特異点に留まるよう拘束できる。
【００６３】
ロック装置２６０は、ストッパー２６２及び第１弾性部材２６４を含み得る。
【００６４】
ストッパー２６２は、出力リンク１５０に対して相対的に移動可能であり、第２連結リンク１４０の動きを拘束する。例えば、ストッパー２６２は、出力リンク１５０の一方側に配置され、図７を基準にして上方に移動した場合、第２連結リンク１４０の下面に形成された溝に挿入されて第２連結リンク１４０を固定できる。
【００６５】
第１弾性部材２６４は、ストッパー２６２が第２連結リンク１４０の動きを拘束する方向に弾性力を提供する。例えば、第１弾性部材２６４は、図７を基準にしてストッパー２６２を上方に加圧する圧縮バネであってもよい。
【００６６】
動力伝達アセンブリ２０は、第２弾性部材２７０をさらに含んでもよい。第２弾性部材２７０は、ロック装置２６０が解除されると、第２回転軸１３５が入力リンク１２０の回転軸に対して成す相対的な角度が変化する方向に弾性力を提供する。第２弾性部材２７０は、第２連結リンク１４０がストッパー２６２から離脱する方向に移動するよう、第２連結リンク１４０に弾性力を提供する。
【００６７】
例えば、第２弾性部材２７０は、動力を遮断させる方向に第２連結リンク１４０に弾性力を提供することができる。言い換えれば、第２弾性部材２７０は、第２回転軸１３５が入力リンク１２０の軸方向と一致する方向に回転するよう、弾性力を提供してもよい。第２弾性部材２７０は、第３回転軸１４５に設置され、ｚ軸を基準にして第２連結リンク１４０を時計回りに回転させる弾性力を提供するねじりバネであってもよい。
【００６８】
第２弾性部材２７０によると、ロック装置２６０が解除されるとき第２連結リンク１４０を迅速に移動させることで、より迅速かつ確実に動力を遮断することができる。また、第２連結リンク１４０を動力伝達の方向に移動させるためには、第２弾性部材２７０の弾性力よりも大きい力で第２連結リンク１４０を移動させなければならないため、ユーザーのミス又は装置の誤動作により動力が伝達されるという問題を防止できる。
【００６９】
図８は、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの斜視図である。
【００７０】
図８を参照すると、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリ２０’のロック装置２６０’は、入力リンク１２０から出力リンク１５０に動力が遮断される状態を保持する。言い換えれば、図７に示すものと反対に、ロック装置２６０’は、入力リンク１２０の軸方向と第２回転軸１３５の軸方向が互いに一致する状態を保持できる。
【００７１】
動力伝達アセンブリ２０’の第２弾性部材２７０’は、動力を伝達させる方向に第２連結リンク１４０に弾性力を提供する。言い換えれば、第２弾性部材２７０’は、第３回転軸１４５に設置され、ｚ軸を基準として第２連結リンク１４０を反時計回りに回転させる弾性力を提供するねじりバネであってもよい。
【００７２】
図９は、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの斜視図である。
【００７３】
図９を参照すると、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリ３０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、出力リンク１５０、及びロック装置３６０を含む。ロック装置３６０は、ストッパー３６２及び第１弾性部材３６４を含む。
【００７４】
ストッパー３６２は、第１弾性部材３６４に連結されて出力リンク１５０に対して摺動可能なストッパーボディ３６２１と、ストッパーボディ３６２１に連結してユーザーが把持することのできる把持部３６２２とを含み得る。必要に応じて、ユーザーは把持部３６２２を操作し、ストッパー３６２を移動させることによって、入力リンク１２０から出力リンク１５０に伝達される動力を伝達させるか又は遮断することができる。言い換えれば、ユーザーは手動でストッパー３６２を操作できる。
【００７５】
図１０は、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの正面図であり、図１１は、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリの側面図である。
【００７６】
図１０及び図１１を参照すると、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリ４０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、出力リンク１５０、及びロック装置４６０を含む。
【００７７】
ロック装置４６０は、磁気を用いて第１連結リンク１３０又は第２連結リンク１４０を固定する。ロック装置４６０は、出力リンク１５０に設けられ、第１連結リンク１３０及び第２連結リンク１４０のうちの少なくとも１つ以上の連結リンクと磁気的に結合可能な磁性体を少なくとも１つ以上含んでもよい。
【００７８】
例えば、ロック装置４６０は、動力伝達状態の位置で第２連結リンク１４０を出力リンク１５０と磁気的に結合させる第１磁性体４６２と、第１磁性体４６２の位置に対応するよう配置されるとともに第２連結リンク１４０に備えられる第１メタルチップ４６４とを含んでもよい。一方、第１磁性体４６２及び第１メタルチップ４６４の位置は互いに変更されてもよく、第２連結リンク１４０が伝導体である場合、第１メタルチップ４６４は省略されてもよい。第１メタルチップ４６４によると、第２連結リンク１４０の材質を自由に選択できるメリットがある。
【００７９】
同様に、ロック装置４６０は、動力伝達状態の位置で第１連結リンク１３０を出力リンク１５０と磁気的に結合させる第２磁性体４６６と、第２磁性体４６６の位置に対応するよう配置されるとともに、第１連結リンク１３０に備えられる第２メタルチップ４６８とを含む。
【００８０】
図１２は、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリを示す図である。
【００８１】
図１２を参照すると、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリ５０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、出力リンク１５０、ロック装置５６０、センサ５８０、及び制御部５９０を含む。
【００８２】
ロック装置５６０は、電流印加の有無に応じて動力を伝達又は遮断する。ロック装置５６０は、ストッパー２６２、第１弾性部材２６４、及びソレノイド５６６を含んでいる。
【００８３】
ストッパー２６２は、第２連結リンク１４０の動きを拘束する。第１弾性部材２６４は、ストッパー２６２が第２連結リンク１４０の動きを拘束する第１方向に弾性力を提供する。
【００８４】
ソレノイド５６６は、電流が印加され多場合に、ストッパー２６２が第２連結リンク１４０の動きを拘束しない方向、即ち、第１方向と反対方向である第２方向に移動するよう電磁気力を提供する。
【００８５】
センサ５８０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、及び出力リンク１５０のうちの少なくとも１つ以上にかかる負荷に関する情報を検出する。センサ５８０は、例えば、前記の構成要素のうちの少なくとも１つ以上に取り付けられたひずみゲージ（ｓｔｒａｉｎ  ｇａｕｇｅ）を含んでもよい。他の例として、センサ５８０は、互いに接触した２つの構成要素の間に取り付けられて２つの構成要素の間に作用する圧力を測定する圧力センサを含んでもよい。実施形態においてセンサ５８０の種類は限定されず、動力伝達アセンブリ５０の構成要素にかかる負荷に関する情報を検出できる手段であれば、どのようなものでもよいことが分かる。
【００８６】
制御部５９０は、センサ５８０で検出された情報に基づいてロック装置５６０を制御する。制御部５９０は、センサ５８０で検出された情報が閾値を上回ると、ロック装置５６０を解除させる。制御部５９０によると、動力伝達アセンブリ５０の構成要素に負荷がかかり過ぎることを防止するため、動力伝達アセンブリ５０の破損を防止し、ユーザーの安全性を向上させる。
【００８７】
図１３は、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリを示す図である。
【００８８】
図１３を参照すると、更なる実施形態に係る動力伝達アセンブリ６０は、入力リンク１２０、第１回転軸１２５、第１連結リンク１３０、第２回転軸１３５、第２連結リンク１４０、第３回転軸１４５、出力リンク１５０、ロック装置６６０、及び制御部６９０を含む。
【００８９】
ロック装置６６０は、第３回転軸１４５の回転角度を調整可能な制御モータ６６２を含んでもよい。制御モータ６６２は、制御部６９０から入力された信号によりモータ軸の回転角度を調整できる。制御モータ６６２は、例えば、位置制御が可能なサーボモータ（ｓｅｒｖｏ−ｍｏｔｏｒ）を含んでもよい。制御モータ６６２は、例えば、モータ軸の回転角度を測定できるエンコーダを含んでもよい。
【００９０】
ロック装置６６０は、制御モータ６６２及び第３回転軸１４５を連結する減速機６６４をさらに含む。減速機６６４によって、第３回転軸１４５の回転角度をより精密に調整することができる。
【００９１】
制御部６９０は、制御モータ６６２を制御することによって、入力リンク１２０に入力された動力が出力リンク１５０に伝達されるか又は遮断されるようにする。制御部６９０には、例えば、制御モータ６６２に設けられたエンコーダ等から第３回転軸１４５の回転角度に関する情報が入力され、該情報に基づいて制御モータ６６２を制御することができる。
【００９２】
図１４は、更なる実施形態に係る運動補助装置を示す図である。
【００９３】
図１４を参照すると、更なる実施形態に係る運動補助装置１は、ユーザーに着用されてユーザーの運動を補助する。
【００９４】
ユーザーは、人、動物又はロボット等であってもよく、これらに限定されない。また、図１４は、運動補助装置１が、ユーザーの太ももの運動を補助する場合について図示しているが、運動補助装置１は、ユーザーの手、上膊、下膊等の上体の他の部分や、足、ふくらはぎ等の下半身の他の部位を補助することも可能である。言い換えれば、運動補助装置１は、ユーザーの体の一部分の運動を補助することができる。以下、運動補助装置１が、人の太ももの運動を補助する場合について例示的に説明する。
【００９５】
運動補助装置１は、固定モジュール１１、駆動モジュール１３、動力伝達アセンブリ１０、及び保持モジュール１５を含む。
【００９６】
固定モジュール１１は、ユーザーの体の一部分に固定され、ユーザーの外面に沿って取り囲む形状であってもよい。例えば、固定モジュール１１は、ユーザーの腰の一方側に固定され、ユーザーの接触の部分に対応する湾曲面を含む形状であってもよい。
【００９７】
駆動モジュール１３は、動力伝達アセンブリ１０に伝達される動力を提供する。例えば、駆動モジュール１３は、動力伝達アセンブリ１０の側方向に、言い換えれば、駆動モジュール１３の回転軸が動力伝達アセンブリ１０の回転軸から離間するように配置されてもよい。この場合、駆動モジュール１３及び動力伝達アセンブリ１０が回転軸を共有する場合よりも、ユーザーから突出する高さを小さくすることができる。一方、図面とは異なって、駆動モジュール１３は、動力伝達アセンブリ１０とさらに離間して配置されてもよい。この場合、駆動モジュール１３から動力伝達アセンブリ１０に動力を伝達する動力伝達モジュールがさらに備えられてもよい。動力伝達モジュールは、ギア等の回転体であるか、ワイヤー、ケーブル、ストリング、ゴムバンド、バネ、ベルト、又はチェーン等の長手方向部材であってもよい。
【００９８】
動力伝達アセンブリ１０は、駆動モジュール１３から動力が伝達され、保持モジュール１５に伝達し、ユーザーの関節部の運動を補助する。動力伝達アセンブリ１０は、ユーザーの関節部に対応する位置である固定モジュール１１の一方側に配置される。動力伝達アセンブリ１０の一方は駆動モジュール１３に連結され、他方は保持モジュール１５に連結されてもよい。
【００９９】
動力伝達アセンブリ１０は、固定モジュール１１に対して回転自在に設置され、駆動モジュール１３から動力が入力される入力リンクと、固定モジュール１１に対して回転自在に設置されて保持モジュール１５に動力を伝達する出力リンクと、入力リンク及び出力リンクの間に連結される複数の連結リンクを含む。駆動モジュール１３で生成された動力は、複数の連結リンクのいずれか１つの連結リンクの回転角度に応じて出力リンクに伝達されるか又は遮断される。
【０１００】
この場合、着用者の歩行状況によって動力を伝達させるか又は遮断することで、ユーザーの安全性を向上させることができる。また、動力の伝達は、特異点で行われるため、迅速に動力を遮断できるという点で応答性が向上する。また、動力遮断のとき、出力リンクは、入力リンク及び入力リンクと連結された駆動モジュール１３のローター等の慣性モーメントの影響を受けることなく自由に回転できる。従って、バッテリが全て放電した場合でもユーザーは運動補助装置１を外すことなく大きい抵抗感なしで動作することができるため、使用の利便性が向上する。また、運動補助装置１がユーザーに及ぼす影響をテストするとき、補助力の影響を除いて運動補助装置１の重さによる影響のみをテストすることも可能となるため、製品のテストを容易に行うことができる。
【０１０１】
保持モジュール１５は、ユーザーの体の他の部分、例えば、太ももを保持し、ユーザーの下肢の運動を補助することもできる。保持モジュール１５は、連結部材１５ａ、力伝達フレーム１５ｂ、作用部材１５ｃ、及び保持部材１５ｄを含む。
【０１０２】
連結部材１５ａは、例えば、動力伝達アセンブリ１０とヒンジ結合してもよい。連結部材１５ａのヒンジ軸は、動力伝達アセンブリ１０の出力リンクの回転軸と交差する方向に、例えば、直交する方向に配置されてもよい。この場合、保持モジュール１５は、固定モジュール１１に対して２自由度運動が可能になる。
【０１０３】
力伝達フレーム１５ｂは、ユーザーの体の一部分に力を伝達する。力伝達フレーム１５ｂの一端部は連結部材１５ａと連結して回動され、他端部は作用部材１５ｃに連結してユーザーの体の一部分に力を伝達する。例えば、力伝達フレーム１５ｂは、ユーザーの太ももを押したり引っ張ったりすることができる。力伝達フレーム１５ｂは、ユーザーの太ももの長手方向に沿って延長、折り曲げられて、ユーザーの太ももの周縁の一部を取り囲んでもよい。力伝達フレーム１５ｂの一端部はユーザーの太ももの側面に位置し、他端部はユーザーの太ももの前面に位置してもよい。言い換えれば、力伝達フレーム１５ｂの一端部側の面と、他端部側の面は互いに直交する。
【０１０４】
力伝達フレーム１５ｂは、連結部材１５ａに対して可動に連結されてもよい。力伝達フレーム１５ｂ及び連結部材１５ａの相対的な運動によって、動力伝達アセンブリ１０から作用部材１５ｃまでの全長が変化する。この場合、保持モジュール１５は、固定モジュール１１に対して３自由度の運動を行ってもよい。
【０１０５】
作用部材１５ｃは、力伝達フレーム１５ｂの他端部に連結され、ユーザーの体の一部に力を作用させる。例えば、作用部材１５ｃは、ユーザーの太ももの前面又は周縁方向に沿って配置し、ユーザーの太ももを押したり引っ張ったりする。作用部材１５ｃは、力伝達フレーム１５ｂの他端部を中心に両側に延びたユーザーの太ももに対応する湾曲面を含む。
【０１０６】
保持部材１５ｄは、作用部材１５ｃの一方側に連結されてもよい。例えば、保持部材１５ｄは、ユーザーの太ももの周縁を取り囲むように配置され、ユーザーの太ももが力伝達フレーム１５ｂから離脱することを防止する。
【０１０７】
一方、駆動モジュール及び／又は保持モジュールは追加的に提供されてもよい。例えば、保持モジュール１５は膝まで延長し、保持モジュール１５のうち膝関節に対応する位置に追加動力伝達アセンブリがモジュールが備えられてもよい。また、追加動力伝達アセンブリに追加保持モジュールが連結され、追加保持モジュールは、ユーザーのふくらはぎを保持することによって、ふくらはぎの運動を補助することもできる。ここで、追加動力伝達アセンブリを駆動するためのアクチュエータは、追加動力伝達アセンブリの一側に配置されてもよく、追加動力伝達アセンブリから離間して、例えば、固定モジュール１１に配置されてもよい。
【０１０８】
図１５は、一実施形態に係る運動補助装置の制御部を示す図である。
【０１０９】
図１５を参照すると、制御部１５００は、メモリ１５１０、プロセッサ１５２０、入出力デバイス１５３０、及びこれらを連結するバス１５４０を含む。制御部１５００は、例えば、固定モジュール１１に搭載されてもよい。制御部１５００は、図１２に示す制御部５９０又は図１３に示す制御部６９０のうち少なくとも１つ以上の例示である。
【０１１０】
入出力デバイス１５３０は、送信部及び／又は受信部を含み得る。送信部は、ハードウェア及び信号を送信するために必要なソフトウェアを含んでもよい。送信される信号は、例えば、駆動モジュール１３及び／又は動力伝達アセンブリ１０に伝達するためのデータ信号及び／又は制御信号であってもよい。受信部は、ハードウェア及び信号を受信するために必要なソフトウェアを含んでもよい。受信される信号は、例えば、１つ以上のセンサ、例えば、センサ５８０から受信されるデータ信号及び／又は制御信号であってもよい。駆動モジュール１３及び／又は動力伝達アセンブリ１０に伝達するためのデータ信号及び／又は制御信号であってもよい。
【０１１１】
プロセッサ１５２０には、以下に示すように、図１６、図１７Ａ、及び図１７Ｂのうちの１つ以上に示すステップを行う命令がプログラムされている。例えば、プロセッサ１５２０は、入出力デバイス１５３０によってセンサで提供された情報に基づいて制御命令を伝達し、駆動モジュール１３及び／又は動力伝達アセンブリ１０を制御する。例えば、プロセッサ１５２０は、１つ以上のセンサ、例えば、センサ５８０から検出された力に基づいて、制御命令を動力伝達アセンブリ１０に伝達し、選択的に動力伝達アセンブリに結合された開閉装置を解除できる。さらに、一実施形態では、プロセッサ１５２０は、入出力デバイス１５３０によって受信された着用者の動作に関する情報を含む信号を１つ以上のセンサから受信し得る。例えば、センサは、着用者の足裏に位置する圧力センサ、ジョイント角度又はジョイント角速度を検出する電位差計、又はユーザーが歩行状態の場合に加速情報を測定する慣性測定装置であってもよい。プロセッサ１５２０は、着用者が歩くことを困難に感じるか否かを判断する。例えば、センサで検出された情報に基づいて着用者が着用者の正常速度に比べてゆっくり歩く場合、着用者が歩くことを困難に感じると判断してもよい。ユーザーが歩くことを困難に感じた場合、駆動モジュール１３から保持モジュール１５に動力を選択的に伝達する制御命令を動力伝達アセンブリ１０に伝達することができる。
【０１１２】
図１６は、一実施形態に係る運動補助装置の制御方法を示す図である。
【０１１３】
図１６を参照すると、ステップＳ１６１０において、制御部１５００は初期化される。
【０１１４】
ステップＳ１６２０において、制御部１５００は、１つ以上のセンサからデータを受信する。例えば、制御部１５００は、入出力デバイス１５３０によってセンサ５８０及び／又はユーザーの足裏に位置する圧力センサからデータを受信する。
【０１１５】
ステップＳ１６３０において、制御部１５００は、データがロック／解除条件が満たされるか否かを判断する。
【０１１６】
ステップＳ１６４０において、制御部１５００は、ロック／解除条件が満たされるか否かに応じて、動力伝達アセンブリを制御する命令を伝達する。例えば、制御部１５００は、入出力デバイス１５３０によってロック／解除条件が満たされるか否かに応じて、動力伝達アセンブリ１０が動力伝達状態及び動力遮断状態のいずれか１つの状態に設定する命令を伝達する。
【０１１７】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、一実施形態に係る運動補助装置の制御方法を示す図である。
【０１１８】
図１６〜図１７Ｂを参照すると、一実施形態では、ステップＳ１７３０ａにおいて、制御部１５００は、ステップＳ１６２０でセンサから受信されたデータに基づいて、動力伝達アセンブリ１０の構成に作用する負荷が閾値を上回るか否かを判断する。ステップＳ１７４０ａにおいて、制御部１５００が、負荷が閾値を上回ると判断した場合、制御部１５００は、動力伝達アセンブリ１０を動かして動力遮断状態になるよう設定する命令を伝達する。従って、制御部１５００は、運動補助装置１に過剰な負荷がかかることを防止する。
【０１１９】
他の実施形態で、ステップＳ１７３０ｂにおいて、制御部１５００は、ステップＳ１６２０でセンサから受信されたデータに基づいて、ユーザーが歩くことを困難に感じるか否かを判断する。ステップＳ１７４０ｂにおいて、ユーザーが歩くことを困難に感じると制御部１５００が判断した場合、制御部１５００は、動力伝達アセンブリ１０を動かして動力伝達状態になるように設定する命令を伝達する。従って、制御部１５００は、運動補助装置１に自動的にユーザーの運動を補助させることができる。
【０１２０】
上述したように、限定された実施形態と図面によって本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野にの通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形を加えることができる。従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なもの等によって定められるものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１  運動補助装置
１０、２０、２０’、３０、４０、５０  動力伝達アセンブリ
１１０  ベース
１２０  入力リンク
１２５  第１回転軸
１３０  第１連結リンク
１３５  第２回転軸
１４０  第２連結リンク
１４５  第３回転軸
１５０  出力リンク
２６０、２６０’、３６０、４６０、５６０  ロック装置
２６２、２６２’、３６２  ストッパー
２６４、２６４’、３６４  第１弾性部材
２７０、２７０’  第２弾性部材
３６２１  ストッパーボディ
３６２２  把持部
４６２  第１磁性体
４６４  第１メタルチップ
４６６  第２磁性体
４６８  第２メタルチップ
５６６  ソレノイド
５９０  制御部
Ｍ  駆動モータ
【図１】
0006794201.tif 000002
【図２】
0006794201.tif 000003
【図３】
0006794201.tif 000004
【図４】
0006794201.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006794201.tif 000007
【図７】
0006794201.tif 000008
【図８】
0006794201.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006794201.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0006794201.tif 000013
【図１３】
0006794201.tif 000014
【図１４】
0006794201.tif 000015
【図１５】
0006794201.tif 000016
【図１６】
0006794201.tif 000017
【図１７Ａ】
0006794201.tif 000018
【図１７Ｂ】
0006794201.tif 000019