(57)【要約】【課題】  一対の相対的可動部材間に作動させる摩擦制動装置を提供する。【解決手段】  ブレーキレバー(42)の各側に主動-対抗(agonistic-antagonistic)構成で配置された1組の形状記憶合金アクチベータ(58)を備えた制動装置(28)である。制動および解放段階が形状記憶合金アクチベータのオーステナイト変形により命令される。制動の間、制動アクチベータの短縮により摩擦パッドが回転ドラム(40)と接触することになり、制動摩擦トルクを生じさせる。一旦、ブレーキが作動されると、可撓性ガラス繊維部材(52)の変形が、上記ドラムと摩擦パッドとの間の十分な垂直力の適用により制動解放が防止される。反対に、解放用アクチベータの加熱により上記パッドの掴み力が弛み、上記ドラムは回転自在となる。
2006524303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の相対的可動部材間に作動させる摩擦ブレーキアッセンブリーであって、
前記可動部材の一方に接続された制動部材と、
前記可動部材の他方に接続されたキャリアと、
前記制動部材と係合するために前記キャリアに取着された摩擦パッドと、
前記キャリアを操作し前記摩擦パッドを前記制動部材と係合させる第1のアクチュエータと、
前記キャリアを操作し前記摩擦パッドを前記制動部材から離間させる第２のアクチュエータと、
前記第1および第２のアクチュエータを選択的に操作する制御部材と、
を具備してなる摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項２】
前記制動部材に対する偏りを維持するため、前記第１のアクチュエータと、前記キャリアとの間に弾性部材を介在させてなる請求項１記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項３】
前記弾性部材が前記キャリアから突出したビームである請求項２記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項４】
前記第１および第２のアクチュエータがそれぞれ少なくとも1つの形状記憶合金部材を含む請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項５】
前記形状記憶合金部材が伸張性部材であり、前記制御部材が該伸張性部材の長さを変化させ、前記ブレーキを作動させるようにした請求項４記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項６】
前記制御部材が前記伸張性部材のそれぞれに電流を供給し、その長さを変化させるようにした請求項５記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項７】
前記制動部材が前記他方の可動部材に回転自在に装着されたドラムであり、前記キャリアが前記アクチュエータに枢着されていて、前記ドラムと着脱自在に係合している請求項１〜６のいずれかに記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項８】
前記キャリアが、前記ドラムおよび前記アクチュエータに対して放射状に延びる部分を備えており、前記他方の可動部材と前記放射状に延びる部分との間に空隙部が形成されている請求項７記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項９】
前記キャリアの放射状に延びる部分が前記アクチュエータを前記キャリアに弾性的に連結する可撓性ビームである請求項８記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項１０】
前記アクチュエータが形状記憶合金から形成された伸張性部材である請求項８又は９記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項１１】
前記アクチュエータの各々が平行に配置された複数の伸張性部材を含む請求項１０記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項１２】
前記複数の伸張性部材が直列で電気的に接続され、これら伸張性部材を通る電流により、これら伸張性部材を短縮させるようになっている請求項１１記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項１３】
前記キャリアが、前記ドラムの回転軸と平行で、かつ、該回転軸から離間した軸を中心として回動自在に枢着されている請求項７〜１２のいずれかに記載の摩擦ブレーキアッセンブリー。
【請求項１４】
機械的関節により互いに枢着された一対のアームと、これらアームの間に接続され、これらの間の相対的回転を生じさせるようにしたアクチュエータと、この相対的動きを抑制するように作用するブレーキとを具備してなり、前記ブレーキが前記アクチュエータを操作させ、前記関節の更なる動きを抑制するようにした補綴具。
【請求項１５】
前記アクチュエータが、相対的に変位可能な一対の部材を含み、前記アクチュエータの長さを変化させ、前記ブレーキが相対的に変位可能な部材間で作動するようになっている請求項１４記載の補綴具。
【請求項１６】
前記一対の部材が互いにネジを介して螺合され、それらの間の相対的回転が前記アクチュエータの長さの変化を生じさせ、前記ブレーキがこの相対的回転を抑制するように作動するようになっている請求項１５記載の補綴具。
【請求項１７】
前記ブレーキが回転自在なドラムと、該ドラムと係合自在なブレーキシューを備えたキャリアとを含む請求項１６記載の補綴具。
【請求項１８】
前記ブレーキシューが、形状記憶合金からなる伸張性部材の短縮により前記ドラムと係合し得るようになっている請求項１７記載の補綴具。
【請求項１９】
前記ブレーキシューが、形状記憶合金からなる伸張性部材の短縮により前記ドラムから解放されるようになっている請求項１７記載の補綴具。
【請求項２０】
前記伸張性部材が弾性的接続を介して前記ブレーキシューに接続されている請求項１８又は１９に記載の補綴具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブレーキ（制動装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的システムの回転を遅くしたり、完全に停止させる場合において、異なる制動方策が用いられている。最も一般的な制動技術としては、粘性ブレーキ、流体を流量制限オリフィスに強制的に通過させる流体力学的ブレーキ、特定の流体を可変磁界の適用でその粘度を変化させるようにした磁気流動学的ブレーキ、システムの回転を止める力を2つの電磁石間に挿入された金属板内に渦電流を誘起することにより生じさせるようにした電磁石ブレーキ、2つの面を互いに押圧するようにした摩擦ブレーキが含まれる。
【０００３】
摩擦ブレーキには様々なタイプがあり、これらは摩擦面の形状、その動作原理の性質により分類される。摩擦ブレーキには6つの主なタイプがある。すなわち、ドラムブレーキ、ディスクブレーキ、ベルトブレーキ、電気機械式ブレーキ、電気機械式パワーオフブレーキ、および磁粉ブレーキである。ドラムブレーキは円筒状制動面と、ブレーキを作動させたとき、この制動面に対し押圧するようにした1又はそれ以上のブレーキシューとからなる。ドラム表面上のこのシューの摩擦によりシステムの回転が遅くなるようになっている。ディスクブレーキはディスクとキャリパー内に設けられた2つのパッドとの間に摩擦を生じさせる締め付け動作を利用するものである。キャリパーが、上記ディスクの両側に配置させたこれらパッドを用いてディスクを挟み付けると、システムの回転が遅くなる。ベルトブレーキはドラムの周囲に巻かれた摩擦ベルトからなっている。このベルトの張力は、ベルトと、ドラムとの間の掴み力に比例し、従って、この張力が増大するとドラムの回転が遅くなる。これら摩擦ブレーキは全て、選択された動作原理が可動制動部材（ブレーキシュー、パッド又はベルト）を適当に機能させるものである限り、油圧、空気圧で又は電気的に作動させることができる。
【０００４】
電気機械式ブレーキは電気的作動を介して操作されるが、トルクは機械的に伝達される。ブレーキに対し電圧を印加すると、コイルが付勢され磁界を生じさせ、それによりコイルが電磁石になる。その結果生じる磁束が、摩擦パッドと接触しているアーマチャーを引付ける。アーマチャーはシャフトとの関連で固定され、パッドはフレームとの関連で固定されているから、ブレーキの作動によりシステムの回転を遅くすることができる。殆どの設計において、電力を開放させたとき、バネによりアーマチャーがブレーキ面から離れるようになっている。反対に、或る設計においては、電力がアーマチャーに供給されていない時、一連のバネによりアーマチャーがブレーキ面と強制的に接触するようになっている。電気機械式パワーオフブレーキと呼ばれているこれらのブレーキは、コイルに対し電圧を印加することにより解放されるもので、これはアーマチャーをブレーキ面から離すべく押圧するようになっている。
【０００５】
磁粉ブレーキにおいては、磁粉は、電力が適用されていないときに単に散在しているキャビティ内に位置している。しかし、電圧がこのキャビティの頂部に配置されたコイルに印加されるや否や、磁束が生じ、これら磁粉を互いに結合させようとする。この電圧を増大させると、これら磁粉の結合がより強力になる。ブレーキロータがこれらの結合した粒子を貫通しているから、このロータに対し生じた抵抗力によりシステムの回転が遅くなる。
【０００６】
補綴術の分野では、補綴部材間の相対的枢動を制御するため、過去において幾つかのタイプのブレーキが使用されてきたが、いずれも利益と共に欠点を有するものであった。
【０００７】
粘性ブレーキは補綴への適用に好適なものであるが、高荷重条件下では漏れおよび故障を生じ易いという問題がある。更に、その比較的大きい重量のため他の解決策と比較して粘性ブレーキに対する関心を薄れさせるものとなっている。
【０００８】
マグネトレオロジー流体は、制動装置の粘度を急速、かつ、正確に変更させる必要がある場合の適用に対しては理論的に適している。しかし、実際に適用したところ、この粘度の変更は、補綴分野で満足な性能が得られるほど急速でなく、又、正確でもないことが示された。しかも、粘性ブレーキと同様に、比較的重量が重いため、力学的制動を必須としない用途への適用には適していない。
【０００９】
摩擦ブレーキは力学的制動を用途とする場合には推奨されない。なぜならば、接触面の摩擦係数が長期間の使用で変化する傾向があるからである。しかし、その単純性、並びにコンパクトおよび軽量という特性のため、力学的制動を必要としない場合には好適なブレーキである。
【００１０】
更に、上記した全ての制動装置は、作動又は非作動状態に維持させるのに電力を必要とする点で共通の制限を伴うものであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は上記欠点の幾つか又は全てを回避又は軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施の形態によれば、一対の相対的可動部材間に作動させる摩擦ブレーキアッセンブリーであって、前記部材の一方に接続された制動部材と、前記部材の他方に接続されたキャリアと、前記制動部材を係合するため前記キャリアに取着された摩擦パッドとを具備してなる摩擦ブレーキアッセンブリーが提供される。第1のアクチュエータが前記キャリアを操作し前記摩擦パッドを前記制動部材と係合させる。第２のアクチュエータが前記キャリアを操作し前記摩擦パッドを前記制動部材から離間させる。制御部材が上記第1および第２のアクチュエータを選択的に操作するようになっている。
【００１３】
本発明の更なる実施の形態によれば、機械的関節により互いに枢着された一対のアームを有する補綴具が提供される。アクチュエータがこれらアーム間に接続されていて、その間の相対的回転を作動させ、ブレーキがそのような相対的動作を抑制するようになっている。このブレーキはアクチュエータを操作し、関節における更なる動きを抑制するようになっている。
【００１４】
制動装置は電力が供給されていないときは或る作動状態を維持する機能を有する。この制動装置の好ましい実施例は形状記憶合金(SMA)の或る特定の性質を利用している。このブレーキの好ましい実施例は大腿切断者のための義足に封止させることができるが、このような特定の用途に限定されない。つまり、一対の部材間に制動作用を適用する必要がある場合の全ての用途に適している。
【００１５】
好ましい実施例において、ブレーキの作動は一組の形状記憶合金(SMA)ワイヤーにより提供される。このSMAワイヤーはブレーキレバーの各々の側に主動-対抗(agonistic-antagonistic)構成で配置されている。制動段階および解放段階は、1セットのワイヤーを短絡させる電流の適用によるSMAワイヤーのオーステナイト変態により命令される。制動作動の間、制動ワイヤーの収縮により摩擦パッドが回転ドラムと接触し制動摩擦トルクを生じさせる。一旦、ブレーキが作動されると、可撓性部材の変形によりドラムと摩擦パッドとの間の垂直方向の力が十分に維持され、それによりブレーキの解放が防止される。反対に、解放ワイヤーの作動により、パッドがその掴み力を失い、ドラムが回転自在になる。
【００１６】
このSMAワイヤーの半分はブレーキの作動のため、他の半分はブレーキの解放のために用いられる。制動増幅因子はレバー旋回軸の位置により決定される。アルミニウム6061-T6は重量軽量化にとってバルク材として適している。ブレーキ摩擦係数を増大させるため、アルミニウム-青銅およびスチールが、制動パッドおよびドラムの製造にそれぞれ適している。5V／50Aの電力供給が、SMA仕様書に従うブレーキの作動および解放について適していると推定される。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明から理解できるように、本発明の制動装置によれば、力学的制動を必要とする場合にも好適であり、電力が供給されない場合でも、装置の作動又は非作動状態を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の他の特徴および利点は、以下に添付図面を参照して記述する発明の詳細な説明からより容易に理解されるであろう。この制動システムは大腿切断者のための補綴具を背景として開発されたものであり、従って、この制動システムの属性をこの補綴具の分野を背景として説明する。しかし、この制動システムはより一般的に広く適用し得ることが理解されるであろう。
【００１９】
図１を参照すると、動力補綴具10は、下部アーム14とソケット18との間に接続された膝関節アッセンブリー12を有する。この膝関節アッセンブリー12はソケット18と下部アーム14との間の相対的回転を許容するものであり、この下部アーム14は、片持ち支持ビーム20を介して足15に接続されている。この膝関節12の回転はアクチュエータ16により制御され、アクチュエータ16は、図示する部位22で下部アームアッセンブリー14に枢着され、その反対側端部は膝関節アッセンブリー12の一部を構成する二股アーム24に接続されている。アクチュエータ16はアーマチャーを備えたネジタイプのアクチュエータであり、このアーマチャーは外側ケース内に回転自在に設けられ、ネジ山を介して直線移動自在な出力シャフト26と係合している。このアーマチャーの回転により出力シャフト26の直線的移動が誘起され、それによりアクチュエータ16を伸長又は短縮させ、膝関節アッセンブリー12において、対応する回転を生じさせる。このアクチュエータおよび膝関節アッセンブリーの更なる詳細については本出願人によるPCT出願に見出すことができるであろう。従って、ここではその更なる記述を要しないものと思われる。膝関節アッセンブリー12の回転を抑制するため、ブレーキアッセンブリー28がアクチュエータ16に組み込まれ、係合することによりアクチュエータ16の長さの変化を抑制すべく操作される。ブレーキアッセンブリー28の詳細については図2、3および4から容易に理解されるであろう。
【００２０】
図2を参照すると、アクチュエータ16は末端キャップ30を備えた外側ハウジング29を有する。アーマチャーがこのハウジング29内に回転自在に装着され、末端キャップ30中にてボス32に回転自在に支持されている。このボス32は末端キャップ30を介して突出している。アクチュエータシャフト26がボス32を通って延出し、アーマチャーとこのシャフト26との間の螺合によりアーマチャーの回転と共に長手方向に変位するようになっている。このシャフト26の回転は、イヤー24との接続により抑制されるようになっている。
【００２１】
ボス32はブレーキドラム40を有し、このブレーキドラム40はボス32と共に回転するよう固定されている。ブレーキシューキャリア42がピン44を介して装着用ブロック46に枢着されている。また、この装着用ブロック46はアクチュエータ16の本体29から突出している。上記キャリア42はレバーとして作用し、一対の外側フランジ48を有する半円筒形カップとして形成されている。これら外側フランジ48間に部分円筒状ブレーキシュー50が固定されている。このブレーキシュー50はブレーキドラム40の外周面と合致する形状を有し、ブレーキドラム40と摩擦係合している。
【００２２】
ピン44と反対側のキャリア42の端部は、一対のイヤー54間に放射状に突出するビーム52と接続している。このビーム52は非導電性材料から作られ、以下に説明するように制動応力の適用により制御された屈曲を提供するようになっている。
【００２３】
これらイヤー54はアクチュエータ16の本体28に固定され、ブレーキアッセンブリー28の範囲にまで軸方向に延出している。これらイヤー54の各々は軸方向スロット56を有し、一組の形状記憶合金(SMA)ロッド58を収容している。これらロッドは装着ブロック60に固定され、この装着ブロック60はトラニオン62を介してイヤー54に枢着されている。これらロッド58の反対側端部はビーム52に形成された孔64の各組内に挿入されている。これらロッド58は末端ブロック66，68を介してビーム52に固定されている。また、これら末端ブロック66，68は上記ロッドを調節し、ブレーキシュー50のドラム40に対する正確な位置決めを可能にしている。
【００２４】
これらロッド58は形状記憶合金から形成されている。この形状記憶合金は例えば、商標Nitinolとして市販されているものが用いられる。これらロッド58は予め歪みが与えられ、この形状記憶合金は、電流をロッド58に通したとき、オーステナイト変態を生じ、ロッド58を短縮させるという特徴を有する。又、通電を止めたとき、このロッド58は更なる通電がなされるまで、その長さは変化することがない。
【００２５】
これらロッド58は、末端ブロック66，68と同様に末端ブロック70，72を介して装着ブロック60に固定されている。末端ブロック70は単一ロッド58と係合し、導電体74と接続している。末端ブロック72は一対のロッド58と接続し、それによりこの2つのロッドを互いに電気的に接続している。イヤー54での末端ブロック70，72の配置およびビーム52上の末端ブロック66，68の配置は、電気回路において各組の複数のロッド58を連続的に接続するようになっていて、それにより同じ電流がこれらロッドに各々適用されるようにしている。導電体74は適当な制御回路に接続され、この制御回路は制御信号に応答してブレーキアッセンブリー28を適用したり、解放したりするようになっている。
【００２６】
操作に際し、ロッド58は、それに電流が供給されていないときに、キャリア42がブレーキシュー50をドラム50と若干摩擦接触した状態ないしドラム50との間に最小間隙を形成した状態に維持するよう調整される。この状態において、アクチュエータ16はアーマチャーを回転するよう操作され、シャフト26を長手方向に移動させ、膝関節アッセンブリーを中心とする回転を生じさせる。アーマチャーの回転は、上記のPCT出願に記載されているように適当な制御機能を介して制御される。
【００２７】
制動を必要とする場合、アーマチャーの回転が抑制され、ロッド26が固定位置に保持されるが、これは電流を導電体74を介してロッド58の組の一方に供給することによりなされる。この電流の通電によりこの組のロッド58が短縮し、それによりビーム52を介してキャリア42をピン44を中心として枢動させる。これにより、ブレーキシュー50がドラムの外面と係合し、ドラムに対し回転を遅延させる力が加えられる。導電体74を介して供給される電流が停止されると、ロッド58はその短縮した長さを実質的に維持し、ブレーキシュー50をドラムと接触した状態に維持させる。
【００２８】
ビーム52を介してのロッド58から応力を加えると、適用された荷重に比例してビーム52を屈曲させる。導電体74への電流を除去したとき、このビーム52の屈曲が、キャリア42の媒介を介してブレーキシュー50のドラム40に対する荷重のためのバイアス(偏り)として利用され、それにより制動力が要求されたレベルで維持される。
【００２９】
この制動を解放するため、電流がロッド58の他方の組に向けられ、それらを短縮させ、キャリア42に対する荷重を解放させる。このように、電流をロッドの組の一方又は他方へ選択的に適用することにより制動又は解放が作動され、電力を継続的に供給することなく制動を安定位置にて維持させることができる。制動又は解放への作動の間、電流はロッド58の一方の組に供給され、他方の組には供給されない。電流が供給されたロッドの組に発生する応力は、必要とする動きの制限範囲を超えて他方のロッドの組を延出させるのに要するものよりもかなり大きい。それによりブレーキアッセンブリー28の動作が確実なものとなる。
【００３０】
一般に、このブレーキアッセンブリー28は、回転する機械的システムへの制動トルクの適用又は機械的システムからの制動トルクの解放を要する全ての用途に採用することができ、これは電力が機械的システムに供給されない場合でも同じである。このブレーキは作動状態から非作動状態に変化する場合（あるいはその逆）にのみ電力の入力を必要とする。このブレーキの操作を特定の用途例を参照して、すなわち、制動アッセンブリーが電力故障、電力遮断の場合に、動力化補綴具に対する緊急制動を提供する例について説明した。この実施例ではこれを、形状記憶合金(SMA)の特定の性質、すなわち形状記憶作用を利用して達成しようとするものである。この用途例において達成されるべき判断基準の典型的セットとして、以下のことがブレーキに要請される。
【００３１】
1．電力故障、電力遮断において、ブレーキは電力が供給されない場合でも、作動後又は解放後の位置に維持されなければならない。
【００３２】
2．ブレーキは一方の脚で立っているとき、切断手術者の静荷重を耐え得るものでなければならない。すなわち、作動しているとき、2.2Nmの最小トルクを生じさせるものでなければならない。
【００３３】
3．ブレーキは補綴具をできるだけ急速に完全に阻止するものでなければならない。すなわち、補綴具を100ミリ秒未満の時間で阻止し、2秒未満で解放されなければならない。
【００３４】
4．ブレーキは電気によって作動されるものでなければならない。すなわち、ブレーキは商業的に入手できる電力供給に適合するものでなければならない。
【００３５】
5．ブレーキは特定の安全上の制約を考慮しなければならない。すなわち、ブレーキは−20℃および40℃の温度範囲で操作され、SMA部材の温度は150℃を超えず、ブレーキの寿命は100,000サイクル以上であることである。
【００３６】
6．ブレーキは特定の重量および容積上の制約を考慮しなければならない。すなわち、電力供給部を除いたブレーキは重量が500gを超えないこと、おおよその容積として直径が60mmを超えず、長さが60mmを超えない円筒状のものとする。
【００３７】
上述のような一般的な配置を用い、各部材は補綴具としてこれらの要件を満たすような寸法に形成される。適当なスケールを他の環境において適用することもできる。
【００３８】
<制動ドラム>  ドラムの回転慣性は主な関心事である。なぜならば、それが補綴具の動力に影響するからである。このパラメータをできるだけ低く保つため、ボス32の最大径は23mmに固定され、好ましい材質はアルミニウム6061−T6である。ボス32と摩擦パッド50との間の摩擦係数を改善するため、1mm厚スチールブレーキドラム40がボス32に対し圧嵌される。
【００３９】
<摩擦パッド>  高い摩擦係数および高い熱放散特性を得るため、摩擦パッド50として好ましくはアルミニウム/青銅が原材料として用いられる。アルミニウム/青銅と、スチールとの間の静摩擦係数は0.3と推定される。この値および図5に示され、かつ、式1により規定される短シュー摩擦ブレーキを考慮した場合、25mm径ドラムに対し2.2Nm制動トルクを提供するのに要する制動ドラム32と摩擦パッド50との間の法線力は587Nと推定される。
【００４０】
〔数１〕
N＝T/μr
<ブレーキレバー>  ブレーキ増幅因子はレバーの枢支点の位置に直接関係する。マルテンサイト状態のNitinolワイヤーに適用される好ましい応力(20MPa)、これらワイヤーの断面積A(0.78mm2)および上記推定の法線力（587N）を考慮すると、ブレーキの増幅因子は、X=12.5と評価される。
【００４１】
式2、式3および式4は図5から得られる。式2および式3を式4に代入し、aを解くことにより枢点の位置、a=13mm、b=11mmが推定される。
【００４２】
〔数２〕
X＝{(c2＋d2)1/2}/{b−μ(a＋r)}
〔数３〕
L2＝c2＋d2 
〔数４〕
R2＝a2＋b2 
重量を減少させる目的で、アルミニウム6061−T6がキャリア42の製造のためのバルク材料として推奨される。
【００４３】
<ビーム>  ビーム52はヤング率/引張り強度比の低い材料、例えばS-グラス-エポキシなどのグラスファイバーから作られる。図6および式5から、更にこの材料の特性(E＝45GPaおよびSu＝1000MPa)、推奨される曲げ応力σmax＝300MPa、ビーム52の先端での最大応力、F＝N/X＝46.9Nおよび10mm長さで10mm幅のビーム52を考慮すると、ビームの最小厚みは、hmin＝1mmと推定される。図6および式6から、更に同じパラメータを考慮すると、ビーム52の先端の反りは、ΔDD1＝0.42mmと推定される。
【００４４】
〔数５〕
hmin＝{6FW/(bσmax)}1/2
〔数６〕
ΔDD1＝4FW3/(Ebh3)
< SMA部材>   SMA部材(12、21)の長さは式7から得ることができ、ここで制動用SMA部材(21)の作動時の歪みは、εa＝4％であり、解放用SMA部材(12)の弾性回復変形は、力：F＝46.9Nの適用下で、εrec＝0.07％であり、一方、制動時に同じ力が作用した際の制動用SMA部材58の歪みは、εa＝0.5％である。図7から先端DD’での制動キャリア42の変位、式6から先端でのビーム52の反りを得ると、SMA部材58の長さは、LSMA＝30mmと評価される。
【００４５】
〔数７〕
εaLSMA＝DD’＋εrecLSMA＋ΔDD1＋εLSMA
式8からして、各SMA部材58の容積は、V＝23.4mm3(0.78mm2×30mm)であると推定され、従って、3つの制動用SMA部材58並びに3つの解放用SMA部材58の総容積は、VTOT＝70.2mm3(3×23.4mm3)となる。式9からして、更にNitinolの密度(ρ＝6450kg/m3)を考慮すると、各SMA部材58の質量は、m＝1.51×10-4kgであると推定され、従って、3つの制動用SMA部材58並びに3つの解放用SMA部材58の総質量は、mTOT＝4.53×10-4kg (3×1.51×10-4kg)となる。最後に、式10からして、更にNitinolの電気抵抗（ρel＝0.8μΩm)並びにビーム52の各側の3つの平行SMA部材58がスチールブロック66，68，70および72を介して直列で接続されていることを考慮すると、これらSMA部材58の電気抵抗は、Rel＝0.092Ωであると推定される。
【００４６】
〔数８〕
V＝AL
〔数９〕
m＝ρV 
〔数１０〕
Rel＝ρel(3L/A) 
ブレーキの作動において制動用SMA部材58により発生する応力は図8および式11から得られる。F＝15.6N、W＝10mm、ｘ＝6mm、A＝0.78mm2およびσｍ＝100MPaからして、このパラメータはσg＝80MPaと推定される。式12からして、更に室温Tamb＝25℃、Nitinolの変形温度Aｓ＝70℃、Nitinolの応力勾配dσ/dT＝5MPa/℃および上記のσgの推定値を考慮すると、ブレーキの作動の際の総温度上昇は、ΔT＝61℃と推定される。
【００４７】
〔数１１〕
σg＝(FW＋σｍAx )/(AW)
〔数１２〕
ΔT＝１/σg・dσ/dT＋(Aｓ- Tamb)
同様にして、ブレーキ解放において解放用SMA部材(12)により発生する応力は図9および式13から得られる。この場合、σgは167MPaと推定され、関連する総SMA温度上昇は、ΔT＝78℃と推定される。
【００４８】
〔数１３〕
σg＝σｍx/W 
ブレーキの作動又は解放に要するエネルギーは式14から得られる。Nitinolの潜熱および変態エントロピー(Cp＝322J/kg℃およびhT＝24200J/kg)、材料の質量m＝4.53x10-4kgおよび上述の温度上昇値からして、ブレーキの作動に伴うエネルギーは、Uact＝19.9Jであり、ブレーキの解放に伴うエネルギーは、Urel＝22.3Jである。
【００４９】
〔数１４〕
U＝m(cpΔT+ hT)
式15並びに上述の評価したパラメータおよびSMAブレーキの機能的要件からして、ブレーキを100ミリ秒未満で作動するのに要する電流はIact＝46.5Aであり、ブレーキを2秒未満で解放するのに要する電流はIrel＝11Aであると推定される。式16並びに上述の評価した電流値からして、ブレーキの作動に伴う電圧はVact＝4.3Vであり、ブレーキの解放に伴う電圧はVrel＝1Vであると推定される。
【００５０】
〔数１５〕
I＝(U/Rt)1/2
〔数１６〕
V＝RI
<フレーム>  補綴具との関連で固定されたままの部材はフレームの一部であると考えられる。これらの部材は、SMA挿入部60、トラニオンブロック62およびレバー枢軸44である。SMA挿入部60は例えば、比較的硬質の電気絶縁体であるHST IIフェノール樹脂から作られる。トラニオンブロック62は、例えばスチールから作られ、SMA部材58における初期張力を調整するのに使用される。レバー枢軸44は、例えばスチールから作られ、ブレーキの増幅因子が、X＝12.5に固定されるように配置される。
【００５１】
以上、本発明を特定の実施例に基づいて説明したが、本発明はこの特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】制動システムを組み込んだ補綴具を示す斜視図。
【図２】図１の補綴具で利用される制動システムの拡大斜視図。
【図３】図2に示す制動システムの部材の組立て状態を示す斜視図。
【図４】図1に示す制動システムの部材の分解図。
【図５】作動状態の遊離ブレーキ本体の模式図。
【図６】図2に示すブレーキで使用される部材の変形を分析した模式図。
【図７】図2に示すブレーキについてのブレーキパッドの移動の三角法分析を示すグラフ図。
【図８】図6に示す部材本体を示す模式図。
【図９】図8と類似の部材本体の異なる操作モードを示す模式図。
【符号の説明】
【００５３】
10…補綴具、12…膝関節アッセンブリー、14…下部アーム、16…アクチュエータ、18…ソケット、20…片持ち支持ビーム、24…イヤー、26…出力シャフト、28…ブレーキアッセンブリー、29…外側ハウジング、30…末端キャップ、32…ボス、40…ブレーキドラム、42…ブレーキシューキャリア、44…ピン、46…装着用ブロック、48…外側フランジ、50…ブレーキシュー、52…ビーム、54…イヤー、58…形状記憶合金(SMA)ロッド、60…装着ブロック、64…孔、66、68…末端ブロック
【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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【国際調査報告】
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