(57)【要約】【課題】ねじれ紐アクチュエータのスライド部材と駆動対象物を接続するワイヤの緩みを防止し張り具合を一定にする作業を短時間で行うことを可能にする。【解決手段】ねじれ紐アクチュエータは、２本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐１と、ねじれ紐１の基端側に接続された駆動機構部２０と、ねじれ紐の先端側に接続されたスライド部材３２と、その先端側と駆動対象物との間に接続されるワイヤ５とを備えている。駆動機構部２０の作動に伴いねじれ紐１の長さが変化してスライド部材３２がねじれ紐１の長手方向に変位し、その変位がワイヤ５を介して駆動対象物に伝達される。スライド部材３２とワイヤ５との接続部に、ワイヤ５の張り具合を調整する調整手段７が設けられている。【選択図】図８
2009269156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐と、当該ねじれ紐の基端側に接続された回転出力軸を有する駆動機構部と、前記ねじれ紐の先端側に接続されて前記ねじれ紐の長手方向のスライド運動のみが許容されるスライド部材と、当該スライド部材と駆動対象物との間に接続されるワイヤとを備え、前記駆動機構部の回転出力軸が回転すると前記ねじれ紐を構成する２本の紐のねじれの強弱変化によって前記ねじれ紐の長さが変化し、その結果、前記スライド部材が前記ねじれ紐の長手方向に変位し、当該変位が前記ワイヤを介して前記駆動対象物に伝達されるねじれ紐アクチュエータであって、
前記スライド部材と前記ワイヤとの接続部に、前記ワイヤの張り具合を調整する調整手段が設けられていることを特徴とするねじれ紐アクチュエータ。
【請求項２】
前記調整手段は、前記ワイヤの端部が巻き付けられる巻き取りシャフトと、当該巻き取りシャフトを手動回転させるつまみ部とを備えていることを特徴とする
請求項１記載のねじれ紐アクチュエータ。
【請求項３】
前記巻き取りシャフトの回転量を目視でチェックすることにより、前記調整手段による前記ワイヤの張り具合の調整量を把握することを可能にする調整量把握手段を更に備えていることを特徴とする
請求項１又は２記載のねじれ紐アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載のねじれ紐アクチュエータを複数組用いて駆動対象である複数の指関節を駆動する義肢用アクチュエータユニットであって、
前記駆動機構部、前記ねじれ紐、前記スライド部材及び前記調整手段を含むアクチュエータ部が複数組、略平行に配置され、それらが義肢を構成する固定台に固定されていることを特徴とする義肢用アクチュエータユニット。
【請求項５】
前記固定台の表面に前記駆動機構部の全体又は一部が埋設される凹部が形成され、かつ、前記駆動機構部の回転出力軸と前記ねじれ紐の基端側との接続が前記回転出力軸に着脱自在な紐固定部材を介して成されていることを特徴とする
請求項４記載の義肢用アクチュエータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐とモータを用いたねじれ紐アクチュエータと、それを用いた義肢用アクチュエータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットハンドや電動義肢等に用いられるアクチュエータの一種として、例えば特許文献１又は２に記載されているようなワイヤとモータを用いたアクチュエータ（以下、ワイヤ式アクチュエータという）が知られている。図１３に、従来のワイヤ式アクチュエータの基本的な構造を示す。
【０００３】
図１３に示すワイヤ式アクチュエータでは、モータ１０１の回転軸１０１ａに減速機を介してプーリーのような回転体１０２が接続されている。あるいは、減速機内蔵型モータ１０１の回転軸１０１ａに回転体１０２が直接接続されている。回転体１０２の径方向に対向する２箇所にワイヤ１０３、１０４が１本ずつ接続され、それぞれのワイヤ１０３、１０４の他端は指関節１０５に接続されている。
【０００４】
モータ１０１の回転軸１０１ａが回転すると、回転体１０２がゆっくり回転し、２本のワイヤ１０３、１０４が互いに逆方向に駆動される。つまり、一方は引っ張られ、他方は緩められる。その結果、指関節１０５は軸心ＡＸを中心として回転駆動される。
【０００５】
多くの関節を有するロボットハンドや電動義肢等に上記のようなワイヤ式アクチュエータを使用する場合は、関節ごとに必要なモータとして小型モータ又は超小型モータを使用し、装置全体の重量を抑える必要がある。しかも、電動義肢やロボットハンド等に要求される一定以上の把持力を確保するためには、モータ及び減速機を含む駆動系にある程度の出力トルクが要求される。
【０００６】
小さなモータであっても減速機を使用することによって大きなトルクを得ることが可能となるが、減速機それ自体が装置の重量を増加させるので、例えば義肢やロボットハンドの先端部分が重くなってしまう問題が生ずる。さらに、減速機を組み込むスペースを確保するために、小形軽量の電動義肢やロボットハンドを実現することが困難な場合がある。
【０００７】
また、複数段の減速ギアが組み込まれたギア式の減速機を用いる場合は、その重量及びスペースが増加する問題に加えて、ギアが回転する際にギア同士の噛合部で発生する騒音が大きくなる問題もある。
【０００８】
このような問題を解決し得るワイヤ式アクチュエータとして、本出願人は先に、ねじれ紐アクチュエータに関する発明の特許出願を行った。このねじれ紐アクチュエータでは、２本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐の基端側がモータを含む駆動機構部に接続され、ねじれ紐の先端側がスライド部材とワイヤを介して駆動対象物に接続されている。駆動機構部のモータが回転すると、ねじれ紐を構成する２本の紐のねじれが強められ、又は緩められることにより、ねじれ紐の長さが伸縮する。その結果、スライド部材がねじれ紐の長手方向に変位し、この変位がワイヤを介して駆動対象物に伝達される。
【０００９】
上記のようなねじれ紐アクチュエータを複数組用いて電動義肢やロボットハンド等を構成する場合に、各指に少なくとも１個の関節が必要であり、きめ細かい動作を可能にするためには各指に２個の関節が必要である。例えば、親指に３個の関節、他の４本の指に２個の関節、手首に２個の関節を設ける場合は、合計１３個の関節が必要となる。したがって、１３組のねじれ紐アクチュエータが必要になる。
【００１０】
また、１個の関節を両方向に駆動するために、互いに逆方向に伸縮する２本（一対）のねじれ紐を使用するのが望ましい。そこで、各関節を駆動するための１組のねじれ紐アクチュエータの好ましい構成は、例えば、１個の駆動機構部と、その２本の回転出力軸にそれぞれ接続された２本のねじれ紐と、各ねじれ紐の先端側に接続された２個のスライド部材と、各スライド部材と関節とを接続する２本のワイヤとを備えている。
【００１１】
駆動機構部のモータが回転すると、一対のねじれ紐の一方が伸長し、他方が収縮するように駆動される。その結果、一対のスライド部材は、ねじれ紐の長手方向に沿って互いに逆方向に変位し、一対のワイヤの先端に接続された関節が支点を中心に回転するように駆動される。
【特許文献１】特開平０６−００８１７８号公報
【特許文献２】特開平０７−０９６４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のようなねじれ紐アクチュエータの組立工程において、駆動対象である指関節とスライド部材との間に手作業でワイヤを張るように接続する際に、固定した段階でワイヤが緩んでしまう場合がある。また、作業者によってワイヤの張り具合がばらついてしまう問題がある。そのような緩みや張り具合のばらつきが無い状態でワイヤの接続・固定作業を行なおうとすると、作業にかかる時間が長くなってしまう欠点もある。
【００１３】
一対のねじれ紐にスライド部材を介して接続された一対のワイヤに緩みがあったり張り具合が大きく異なったりすると、指関節の初期状態が定まり難くなる。あるいは、指関節の初期状態に対応する一対のねじれ紐のねじれ度（伸縮度）が変化するので、指関節の状態とねじれ紐アクチュエータのねじれ度とに関する動作特性が変化し、安定的な動作を損なうおそれがある。さらに、複数の指関節に使用される複数組のねじれ紐アクチュエータ相互間においても、ワイヤの張り具合が一定し、緩みのないことが望ましい。
【００１４】
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、ねじれ紐アクチュエータのスライド部材と駆動対象物を接続するワイヤの緩みを防止し、張り具合を一定にする作業を短時間で行うことを可能にすることを目的とする。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、複数組のねじれ紐アクチュエータを用いた義肢用アクチュエータユニットにおいて、ねじれ紐と回転出力軸との接続、取り外し及び再接続を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によるねじれ紐アクチュエータは、２本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐と、当該ねじれ紐の基端側に接続された回転出力軸を有する駆動機構部と、前記ねじれ紐の先端側に接続されて前記ねじれ紐の長手方向のスライド運動のみが許容されるスライド部材と、当該スライド部材と駆動対象物との間に接続されるワイヤとを備え、前記駆動機構部の回転出力軸が回転すると前記ねじれ紐を構成する２本の紐のねじれの強弱変化によって前記ねじれ紐の長さが変化し、その結果、前記スライド部材が前記ねじれ紐の長手方向に変位し、当該変位が前記ワイヤを介して前記駆動対象物に伝達されるねじれ紐アクチュエータであって、前記スライド部材と前記ワイヤとの接続部に、前記ワイヤの張り具合を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする。（請求項１）。
【００１７】
このような構成によれば、ワイヤをスライド部材と駆動対象物との間に接続した後に、ワイヤの張り具合を調整する調整手段を用いてワイヤの緩みを解消し、所定の張り具合に調整することが可能になる。例えば、指関節に接続された一対のワイヤの張り具合がほぼ等しく、緩みのない状態となるように調整することを短時間で簡単に行うことができる。その結果、指関節の初期状態に対応する一対のねじれ紐のねじれ度（伸縮度）を一定にし、ねじれ紐アクチュエータの安定的な動作を確保することができる。
【００１８】
具体的な形態として、前記調整手段は、前記ワイヤの端部が巻き付けられる巻き取りシャフトと、当該巻き取りシャフトを手動回転させるつまみ部とを備えていることが好ましい（請求項２）。
【００１９】
更に好ましい形態として、前記巻き取りシャフトの回転量を目視でチェックすることにより、前記調整手段による前記ワイヤの張り具合の調整量を把握することを可能にする調整量把握手段を更に備えている（請求項３）。
【００２０】
また、本発明による義肢用アクチュエータユニットは、上記のような構成のねじれ紐アクチュエータを複数組用いて駆動対象である複数の指関節を駆動する義肢用アクチュエータユニットであって、前記駆動機構部、前記ねじれ紐、前記スライド部材及び前記調整手段を含むアクチュエータ部が複数組、略平行に配置され、それらが義肢を構成する固定台に固定されている（請求項４）。このような構成によれば、各指関節に接続された一対のワイヤの張り具合をほぼ等しくすると共に、複数の指関節に接続された複数組のねじれ紐アクチュエータ相互間におけるワイヤの張り具合の統一を容易に実現することができる。
【００２１】
本発明の義肢用アクチュエータユニットの好ましい実施形態において、前記固定台の表面に前記駆動機構部の全体又は一部が埋設される凹部が形成され、かつ、前記駆動機構部の回転出力軸と前記ねじれ紐の基端側との接続が前記回転出力軸に着脱自在な紐固定部材を介して成されている（請求項５）。このような構成によれば、義肢用アクチュエータユニットを薄型に構成できると共に、義肢用アクチュエータユニットを組み立てる際のねじれ紐と回転出力軸との接続を容易に行うことができる。また、例えば駆動機構部の交換を行う場合に、ねじり紐と駆動機構部との接続を一旦外して再接続する作業が簡単になる。
【発明の効果】
【００２２】
上記のように、本発明によれば、ワイヤをスライド部材と駆動対象物との間に接続した後に、ワイヤの張り具合を調整する調整手段を用いてワイヤの緩みを解消し、所定の張り具合に調整することが可能であるので、ワイヤの接続及び調整作業を従来よりも短時間で行うことができる。また、義肢用アクチュエータユニットを組み立てる際のねじれ紐と回転出力軸との接続、取り外し及び再接続を容易に行うこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各部材の位置関係や方向を上下左右で説明する場合があるが、あくまで図面における位置関係や方向を意味し、実際に使用されたり組み立てられたりするときの位置関係や方向を意味するわけではない。
【００２４】
図１は、本発明のねじれ紐アクチュエータの概念を示す模式図である。図１に示すねじれ紐アクチュエータは、２本の紐１１、１２を互いに緩くねじり合わせた構造のねじれ紐１とモータ２とを用いて構成される。図１（ａ）は２本の紐１１、１２のねじれ合わせが緩められて２本の平行な紐になった状態を模式的に示しており、図１（ｂ）は２本の紐１１、１２が互いにねじれ合わされた状態を模式的に示している。ねじれ紐１、すなわち２本の紐１１、１２の一端側は駆動対象物ＯＢに接続（固定）され、他端側はモータ２の回転軸２１に接続（固定）されている。
【００２５】
図１（ａ）に示す状態でのねじれ紐１の長さをＬとし、この状態からモータ２の回転軸２１が回転して、図１（ｂ）に示すように、ねじれ紐１を構成する２本の紐１１、１２が互いにねじれ合わされた状態になると、ねじれ紐１の長さはＬ−ΔＬとなる。つまり、２本の紐１１、１２がねじれ合わされることにより、ねじれ紐１の長さがΔＬだけ短縮される。その結果、駆動対象物ＯＢには、ねじれ紐１の張力によってモータ２へ引き寄せられる方向（右方向）の駆動力Ｆが働く。したがって、ねじれ紐１は、そのねじれ方向の回転運動（モータ２の回転力）を長さ方向の直線運動（張力）に変換する機能を有することになる。
【００２６】
また、図１（ｂ）の状態からモータ２の回転軸２１が上記と逆方向に回転すると、ねじれ紐１を構成する２本の紐１１、１２のねじれが緩められる。このとき、図１には示していないが、引っ張りバネのような付勢手段で物体ＯＢが左方向に付勢されていると仮定すると、その付勢力によって物体ＯＢはモータ２から遠ざかる方向（左方向）へ移動し、ねじれ紐１の長さが伸張する。２本の紐１１、１２のねじれ合わせが緩められて２本の平行な紐になった図１（ａ）の状態で、ねじれ紐１の長さが最も長い値（Ｌ）になることが分かる。
【００２７】
したがって、２本の紐１１、１２を互いに緩くねじり合わせた構造のねじれ紐１とモータ２とを用いた上記のねじれ紐アクチュエータによれば、モータ２の回転軸２１の回転方向に応じてねじれ紐１を構成する２本の紐１１、１２のねじれが強められ、又は緩められることにより、ねじれ紐１の長さが短縮され、又は伸張され、その結果、駆動対象物ＯＢを所定の範囲内で駆動することが可能である。
【００２８】
ねじれ紐１は減速機構を含む動力伝達手段として機能するので、多段ギア等を用いた減速機が不要となり、装置全体の小型化、軽量化に大きく貢献することができる。また、多段ギア等を用いた減速機で発生するような騒音の発生が無く、静音アクチュエータを実現することができる。また、一般にねじれ紐は多段ギア等を用いた減速機に比べて安価であるので、アクチュエータのコスト低減が可能になる。
【００２９】
さらに、ねじれ紐１のねじれ方向の回転運動と長さ方向の直線運動との間にある程度の柔軟性（フレキシビリティ）及び弾性が存在するので、バネやエアシリンダ等の弾性付勢手段を用いなくても、いわゆるソフトアクチュエータを実現することが可能である。これにより、例えば人の手のようなコンプライアンス機能を容易に実現することが可能になる。
【００３０】
図２は、ねじれ紐アクチュエータを用いて指関節を駆動する適用例を示す模式図である。この模式図では、軸心ＡＸを中心として回転可能な指関節ＦＪが駆動対象物に相当する。図２に示すように、駆動対象物としての指関節ＦＪの駆動方向及び駆動範囲を規制するために、スライドガイド３１に沿って所定範囲内で移動可能なスライド部材３２が設けられ、ねじれ紐１の先端側に接続されている。このスライド部材３２は、ねじれ紐１の長手方向のスライド運動のみが許容されている。また、スライド部材３２と指関節ＦＪとの間にはワイヤ５が張られている。
【００３１】
図２に示すように、ねじれ紐１、モータ２、スライド部材３２及びワイヤ５を含むねじれ紐アクチュエータが２組設けられ、指関節ＦＪの軸心ＡＸを挟んで対向する２箇所Ｐ１及びＰ２に、２組のねじれ紐アクチュエータのワイヤ５の先端側がそれぞれ接続されている。
【００３２】
図２の構成では、スライドガイド３１及びスライド部材３２によって、駆動対象物である指関節ＦＪの駆動方向及び駆動範囲を容易に規制することができる。また、モータ２と指関節ＦＪとの距離や方向に関する設計上のフレキシビリティを確保することができるので、アクチュエータが実装されるスペースの制限に対応することが容易になると共に、スペースの有効活用が可能になる。
【００３３】
また、２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１は互いに逆方向に駆動される。例えば、図２に示すように、上側のねじれ紐１を短縮させる方向に駆動し、かつ、下側のねじれ紐１を伸張させる方向に駆動する。これにより、指関節ＦＪを軸心ＡＸ周りに回転駆動することができる。図２に示す構成では、２個のモータ２を用いて２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１を個別に駆動している。この構成では、２個のモータ２を同期させて駆動制御することが必要である。また、一方のモータ２のみが動作することを防ぐインターロック回路を設けることが好ましい。そのような制御や回路を簡素化するために、後述するように、１個のモータを用いて２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１を同時に駆動するように構成してもよい。
【００３４】
図３は、図２に示したねじれ紐アクチュエータの複数指関節への適用例を示す模式図である。２個の指関節ＦＪ１及びＦＪ２が軸心ＡＸ１で枢支連結された状態が示されている。指関節ＦＪ１は軸心ＡＸ１を中心として回転可能であり、指関節ＦＪ２は軸心ＡＸ２を中心として回転可能である。図３では省略しているが、指関節ＦＪ２についても、指関節ＦＪ１と同様に、ねじれ紐１及びスライド部材３２を含むねじれ紐アクチュエータが２組設けられ、軸心ＡＸ２を挟んで対向する２箇所に、２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１の一端側がスライド部材３２を介してそれぞれ接続されるように構成されている。この例では、１関節に対して２本のねじれ紐アクチュエータが使用され、ｎ関節の場合は２ｎ本のねじれ紐アクチュエータが使用されることになる。
【００３５】
図４は、１個のモータで２本のねじれ紐を同時に駆動する構成例を示す模式図である。この構成例は、図２又は図３に示した構成において、１個のモータを用いて２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１を同時に駆動するように構成したものである。すなわち、２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１の基端側（モータ側）が、モータ２の回転軸２１に接続された動力伝達機構４の互いに異なる２本の回転出力軸４１、４２に接続されている。モータ２の回転軸２１が回転すると、上側の第１回転出力軸４１はそれに接続されたねじれ紐１のねじれを強める方向に回転し、かつ、下側の第２回転出力軸４２はそれに接続されたねじれ紐１のねじれを緩める方向に回転するように構成されている。
【００３６】
この構成では、１個の指関節ＦＪ１について２組のねじれ紐１を含むねじれ紐アクチュエータを使用しながら、１個のモータ２でそれらのねじれ紐１を同時に駆動するので、２個のモータで個別に駆動する場合に比べて、駆動制御が簡単になる。また、指関節ＦＪ１の迅速な駆動が可能になる。
【００３７】
図４に示した構成では、動力伝達機構４として、１個のピニオンギア４３及び２個の平ギア４４、４５を用いた減速反転機構が使用されている。ピニオンギア４３はモータ２の回転軸２１に固定され、上側の平ギア４４は上側のねじれ紐１が接続された第１回転出力軸４１に固定され、下側の平ギア４５は、下側のねじれ紐１が接続された第２回転出力軸４２に固定されている。上側の平ギア４４と下側の平ギア４５は同一方向（共にピニオンギア４３と反対方向）に回転するので、２組のねじれ紐アクチュエータのねじれ紐１のねじれ方向を互いに逆の方向にしておく必要がある。
【００３８】
つまり、モータ２の回転軸２１が回転すると、第１回転出力軸４１と第２回転出力軸４２は同一方向（共にモータ２の回転軸２１と逆方向）に回転するが、２本のねじれ紐１のねじれ方向が互いに逆の方向であるので、例えば図４に示すように、上側のねじれ紐１はねじれを強める方向（長さが短縮する方向）に駆動され、下側のねじれ紐１はねじれを緩める方向（長さが伸張する方向）に駆動される。
【００３９】
動力伝達機構４を構成するギアの数や組合せを変えることにより、２本の回転出力軸４１、４２の回転方向が互いに逆方向になるように動力伝達機構４を構成し、上下２本のねじれ紐１のねじれ方向が互いに同一方向になるようにしてもよい。要するに、モータ２の回転軸２１が回転したときに、第１回転出力軸４１及び第２回転出力軸４２の一方はねじれ紐１のねじれを強める方向に回転し、他方はねじれ紐のねじれを緩める方向に回転するように、動力伝達機構４及びねじれ紐１を構成すればよい。但し、第１回転出力軸４１と第２回転出力軸４２の出力トルクが等しくなるように、あるいは両者のバランスがとれるように、動力伝達機構４を構成することが望ましい。
【００４０】
また、ギア同士の噛合部における騒音の発生を回避するために、ギアに代えて、接触面の摩擦力で動力を伝達する複数のローラ、あるいはローラ及びベルトを用いて動力伝達機構４を構成してもよい。また、モータ２として、ＤＣブラシレスモータを使用することにより、モータ２から発生する騒音を低減することも望ましい。
【００４１】
図５は、本発明の実施形態に係るねじれ紐アクチュエータのモータ２及びギアボックス４の構造を示す断面図である。ギアボックス４は、上記の説明における動力伝達機構４に相当するものである。このギアボックス４とモータ２とが一体に結合して駆動機構部２０を構成している。ギアボックス４は、基端側プレート４６、先端側プレート４７及び側面プレート４８で囲まれた箱形形状を有し、その内部空間に上述のピニオンギア４３及び平ギア４４、４５等が収容されている。
【００４２】
ギアボックス４の基端側プレート４６の中央部には、モータ２の回転軸２１とそれに固定されたピニオンギア４３とが挿通される貫通孔が形成され、その周囲の外側面（下面）にはモータ２のケース先端部を受け入れる段状凹部が形成されている。基端側プレート４６の段状凹部とモータ２のケース先端部とが嵌入、接着、ねじ止め等の手段によって互いに固定される。
【００４３】
また、基端側プレート４６の内側面（上面）には、その中心の貫通孔から所定距離を隔てた両側に、平ギア４４、４５を回転自在に支持するための固定軸部材４９が２本立設されている。平ギア４４、４５の上下には、筒状部４４１、４５１が一体に設けられ、その中心部に固定軸部材４９に外嵌するスリーブ軸受が設けられている。これにより、平ギア４４、４５は、固定軸部材４９に支持され遊転することができる。また、平ギア４４、４５はピニオンギア４３に螺合し、モータ２の回転軸２１の回転に伴って回転駆動される。
【００４４】
平ギア４４、４５の上部の中央部から上方（先端側）に向かって突出するように、回転出力軸４１、４２がそれぞれ一体に設けられ、ギアボックス４の先端側プレート４７には回転出力軸４１、４２が挿通される２個の貫通孔が形成されている。なお、回転出力軸４１（４２）、筒状部４４１（４５１）及び平ギア４４（４５）は、個別の部材として形成され、それらが一体に結合していてもよいし、それらの全て又は一部（３個のうちの２個）が初めから一体の部材として形成されていてもよい。
【００４５】
また、先端側プレート４７の内側面（下面）において、回転出力軸４１、４２が挿通される貫通孔の周りに円環状の溝が形成されており、この溝に含油焼結合金からなる円環状部材５１が嵌め込まれ接着等の手段で固定されている。また、この円環状部材５１に当接して摺動可能な円環状摺動面４４２、４５２が筒状部４４１、４５１の先端側に形成されている。
【００４６】
図５の上部において二点鎖線の長方形で囲んだ部分は、円環状部材５１の軸方向から見た平面図を示している。この平面図から分かるように、円環状部材５１の、回転側の円環状摺動面４４２、４５２に対向する円環状の面に１２個の半球状突起部５１１が周方向に離間して設けられ、この半球状突起部５１１の先端部が円環状摺動面４４２、４５２に当接するように構成されている。
【００４７】
円環状部材５１は、回転出力軸４１、４２の軸心方向への移動を規制して保持するスラストベアリングの働きを有する。つまり、回転出力軸４１、４２の先端部に接続されるねじれ紐のねじれが強められ、ねじれ紐の長さが短縮されるときに、駆動対象物を引き寄せる駆動力の反作用として、回転出力軸４１、４２が駆動対象物の方向へ引っ張られる力（以下、スラスト力という）が大きくなる。このスラスト力は、筒状部４４１、４５１の先端側の円環状摺動面４４２、４５２と円環状部材５１の半球状突起部５１１（の先端部）とが当接することによって受け止められる。
【００４８】
円環状部材５１は含油焼結合金からなり、回転側の円環状摺動面４４２、４５２との円滑な摺動を実現するので、スラスト力が大きくなっても回転駆動出力が低下しにくい。しかも、ボールベアリングを使用する場合に比べて、省スペースで安価なスラストベアリングを実現することができる。これにより、小形で安価なねじれ紐アクチュエータを実現することができる。
【００４９】
また、円環状部材５１に設けられた１２個の半球状突起部５１１の先端部が回転側の円環状摺動面４４２、４５２に当接するので、円環状部材５１の面全体で円環状摺動面４４２、４５２に当接する場合に比べて接触面（摺動面）の面積が小さくなるので、接触面での摺動摩擦に起因する出力ロスが低減される。これにより、スラスト力が大きくなっても回転駆動出力が一層低下しにくい安価なねじれ紐アクチュエータを実現することができる。なお、円環状部材５１に設けた半球状突起部５１１の数を１２個に限定する必要はなく、少なくとも３個あればスラストベアリングとして安定した動作が得られる。
【００５０】
以上に説明したような駆動機構部２０、一対のねじれ紐１、スライド部材３２及びワイヤ５からなる１組のねじれ紐アクチュエータを駆動対象である指関節の数だけ用意し、適切な配置で並べることにより、義肢用アクチュエータユニットを構成することができる。なお、本発明の義肢用アクチュエータユニットは、義肢の他に、ロボットハンド等にも適用可能である。例えば義肢において、各指に少なくとも１個の関節が必要であり、きめ細かい動作を可能にするためには各指に２個の関節が必要である。仮に、親指に３個の関節、他の４本の指に２個の関節、手首に２個の関節を設けとすると、合計１３個の関節が必要となる。したがって、１３組のねじれ紐アクチュエータが必要になる。
【００５１】
義肢用アクチュエータユニットの全体をコンパクトに構成するために、１３組のねじれ紐アクチュエータ、特に１３個の駆動機構部２０を効率よく配置する必要がある。例えば図６の模式図に示すように、１３個の駆動機構部２０、一対のねじれ紐１及びスライド部材３２を、円環状に配置することが可能である。図６において、一対の円環形状を有する第１枠部材６１及び第２枠部材６２が所定の間隔で対向するように配置され、両者が３本の棒状の連結部材６３で連結固定されている。第１枠部材６１の基端側の面には、周方向に沿って１３個の駆動機構部２０が配置され、固定されている。それぞれの駆動機構部２０は、図４及び図５を用いて説明したように、モータ２及びギアボックス（動力伝達機構）４からなり、２本の回転出力軸４１、４２を有する。
【００５２】
図６には示されていないが、２本の回転出力軸４１、４２が第１枠部材６１の内側の面から突出し、ねじれ紐１の基端側がそれぞれの回転出力軸４１、４２に接続されている。なお、図６では、２本の紐１１、１２からなるねじれ紐１（図４参照）が１本の実線で描かれている。また、図４に示した一対のねじれ紐１が１組のねじれ紐アクチュエータを構成している。
【００５３】
図６において、第２枠部材６２には、周方向に沿って１３組のスライド部材３２が配置されている。図４に示したように、１組のねじれ紐アクチュエータには、２個のスライド部材３２が設けられ、２本のねじれ紐１にそれぞれ接続されている。図６では、２個１組のスライド部材３２が２個並んだ長方形で描かれている。各スライド部材３２は、各ねじれ紐１の先端側に接続され、ねじれ紐１の長手方向のスライド運動のみが許容されている。つまり、第２枠部材６２を貫通するように形成された角孔にスライド部材３２が内嵌しており、第２枠部材６２の周方向及び径方向への変位及び回転（自転）は規制され、軸方向（ねじれ紐１の長手方向）の変位のみが許容されている。
【００５４】
これにより、駆動機構部２０の作動に伴って前述のようにねじれ紐１が伸縮すると、スライド部材３２がねじれ紐１の長手方向に変位することができる。なお、図６では図示を省略しているが、図４に示したように、スライド部材３２はワイヤ５を介して駆動対象である指関節に接続されているので、スライド部材３２がねじれ紐１の長手方向に変位することによって指関節を動かすことができる。
【００５５】
この実施形態によれば、例えば義肢の腕の周囲に複数組のねじれ紐アクチュエータを効率良く配置して、スペースを有効に使用することができる。一対の枠部材６１、６２の中央の円形開口部をつなぐ円筒状空間に、義肢の腕部又は脚部やロボットハンドの腕部を通すように配置することができる。
【００５６】
別の実施形態として、図７に示すように、板状の固定台６の上に駆動機構部２０及びスライドガイド３１を固定し、これらに加えてそれぞれ一対のねじれ紐１、スライド部材３２及びワイヤ５を含む１組のねじれ紐アクチュエータを構成するようにしてもよい。このような固定台６を幅方向に複数連結し、義肢の腕部又は脚部やロボットハンドの腕部に巻き付けるように略円筒状に配置すれば、複数の指関節を駆動するための義肢用アクチュエータユニットが構成される。
【００５７】
上記のようなねじれ紐アクチュエータ、又はそれを用いた義肢用アクチュエータユニットの組立工程において、駆動対象である指関節とスライド部材３２との間に手作業でワイヤ５を張るように接続する際に、ワイヤ５を固定した段階でワイヤ５が緩んでしまう場合がある。つまり、図７に示すように、スライド部材３２の先端側に形成された孔３２ａにワイヤ５の先端を通して固定した際に、ワイヤ５が指関節とスライド部材３２との間で緩んだ（たるんだ）状態になってしまうことがある。つまり、作業者によってワイヤ５の張り具合がばらついてしまう。逆に、そのような緩みが無く張り具合が均一な状態でワイヤ５の接続・固定作業を行おうとすれば、作業にかかる時間が長くなってしまう。
【００５８】
そこで、図８に示すように、スライド部材３２とワイヤ５との接続部に、ワイヤ５の基端側を巻き取ることによってその長さを調整する調整機構（調整手段）７を設ける。なお、図８では、ワイヤ５の基端側を調整機構７の基端側から出ているワイヤ（又は紐）５ａにワイヤ５の基端側を接続しているが、ワイヤ５が調整機構７によって巻き取り可能な可撓性（柔軟性）を有している場合は、ワイヤ５の基端側を調整機構７に直接接続して巻き取る構成としてもよい。いずれの場合も、指関節とスライド部材３２との間にワイヤ５を接続したのちに、調整機構７を用いてワイヤ５の張り具合を調整することができる。
【００５９】
この調整機構７の構成例を分解斜視図として図９に示す。図９に示す調整機構７は、上ケース７１、下ケース７２、巻き取りシャフト７３、回り止めナット７４、つまみ部７５等で構成されている。上ケース７１及び下ケース７２は、樹脂又はアルミニウム等の金属で形成され、いずれも長方形の板の両側部に低い壁７１１、７２１が形成された形状を有する。上ケース７１及び下ケース７２は、それぞれの壁７１１、７２１の先端面を付き合わせるようにして、接着、溶着等の手段で両者が結合される。ビス止め又は嵌合等の手段で両者を結合するような構造としてもよい。
【００６０】
互いに結合した状態の上ケース７１及び下ケース７２（以下、ケース７１、７２という）は、内部に空間を有し、その基端側（図９では右奧側）にはスライド部材３２の先端側が挿入される開口ＰＯが形成されている。また、スライド部材３２をケース７１、７２に固定するためのボルト７６が挿通される貫通孔７１２が上ケース７１の上面の基端側寄りに形成され、下ケース７２の対応箇所にはボルト７６の雄螺子に合致する雌螺子を有する螺子孔７２２が形成されている。図９に破線で示すように、ボルト７６が上ケース７１の貫通孔７１２及びスライド部材３２の孔３２ａを通って下ケース７２の螺子孔７２２にねじ込まれることにより、スライド部材３２とケース７１、７２（即ち調整機構７）とが図８に示したように固定（連結）される。
【００６１】
ケース７１、７２の先端側には巻き取られるワイヤ５ａが挿入される開口ＤＯが形成されている。また、上ケース７１上面の先端側寄りには巻き取りシャフト７３の上部が挿通される貫通孔７１３が形成され、下ケース７２の対応箇所には巻き取りシャフト７３の下部が挿通される貫通孔７２３が形成されている。また、巻き取りシャフト７３の上部には雄螺子７３１が切られており、これに螺合する回り止めナット７４が上ケース７１の上面側から巻き取りシャフト７３にねじ込まれる。
【００６２】
回り止めナット７４は、巻き取りシャフト７３の雄螺子７３１の下方に形成された鍔部７３２とで上ケース７１の貫通孔７１３の周辺部を挟み付けるようにして巻き取りシャフト７３を固定する（回転を防止する）働き（回り止め機能）を有する。なお、上ケース７１の貫通孔７１３の周辺部（円環部）に肉盛りを行うことが好ましい。更に、その円環部と巻き取りシャフト７３の鍔部７３２との接触面に凹凸を設けることにより、上記の回り止め機能を確実なものとすることができる。
【００６３】
なお、巻き取りシャフト７３を回転操作してワイヤ５ａを巻き取るときは、回り止めナット７４を緩め、ワイヤ５が適切な張り具合に調整された状態で回り止めナット７４を締め付けて巻き取りシャフト７３を固定することになる。巻き取りシャフト７３の上端には回転操作を容易にするためのつまみ部７５が螺合、嵌合、接着等の手段により固定されている。つまみ部７５と巻き取りシャフト７３との固定を確実にする（空回りを防止する）ために、巻き取りシャフト７３の上端部の断面形状を回り止め機能が働く異形とし、それに嵌合する凹部をつまみ部７５下面に形成するようにしてもよい。
【００６４】
本実施形態の変形例として、図１０に示すように、巻き取りシャフト７３の上側先端面に六角レンチ用の六角凹部７３４を設けてもよい。この場合は、ワイヤ５の張り具合の調整時に、所定の六角レンチを六角凹部７３４に嵌合させて巻き取りシャフト７３を回転させ、その後、回り止めナット７４を締め付けて巻き取りシャフト７３を固定することができる。したがって、つまみ部７５を省略することができる。
【００６５】
また、巻き取りシャフト７３の鍔部７３２の下方に設けられたフック７３３は、ワイヤ５ａを巻き取りシャフト７３に巻き付ける際に、その基端側を引っかけるために使用される。なお、図示の例では巻き取りシャフト７３にワイヤ（又は紐）５ａが巻き付けられ、その先端部にワイヤ５の基端側が接続される（図８参照）が、ワイヤ５の基端側を巻き取りシャフト７３に直接巻き付ける構成としてもよい。その場合は、例えば、ワイヤ５の基端側に小さな輪を形成しておき、ケース７１、７２の先端側の開口ＤＯから巻き取りシャフト７３のフック７３３が見えるように巻き取りシャフト７３の回転位置を調整し、ワイヤ５の基端側の輪をフック７３３に引っかけてから巻き取りシャフト７３を回転させてワイヤ５の基端側を巻き取るようにすればよい。
【００６６】
また、本実施形態の別の変形例として、図１１に示すように、上ケース７１の上面において、回り止めナット７４の回りの部分に目盛り７１４を設けてもよい。この目盛り７１４は、巻き取りシャフト７３の回転量を目視でチェックすることにより、ワイヤ５ａの巻き取り量（即ちワイヤ５の張り具合の調整量）を把握することを可能にする調整量把握手段に相当する。更に、つまみ部７５の周部の一箇所に目盛り７１４を指し示す突起部７５１を設けてもよい。
【００６７】
次に、図７又は図８に示した板状の固定台６、駆動機構部２０、スライドガイド３１、ねじれ紐１、スライド部材３２等を含む１組のねじれ紐アクチュエータの構造の他の実施例について説明する。図７又は図８では、義肢（又はロボットハンド）の腕部又は脚部の周囲に配置される固定台６の上にモータを含む駆動機構部２０が載置され、固定されているが、固定台６の表面に凹部を形成し、その凹部に駆動機構部２０の全体又は一部を埋設するようにしてもよい。駆動機構部２０を小形化し、固定台６にある程度の厚みを持たせることにより、そのような構造が可能になる。
【００６８】
また、図７又は図８では、ねじれ紐１の基端側が回転出力軸４１、４２に直接接続されている。例えば、図１２（ａ）に示すように、回転出力軸４１の先端部に設けた貫通孔４１１に通した紐１aで小さな輪を形成するようにしてねじり紐１の基端側を回転出力軸４１に接続している。
【００６９】
しかし、この接続方法では、例えば駆動機構部２０の交換を行う場合に、紐１aを一旦切断して駆動機構部２０を交換した後に新たな紐１aを用いてねじり紐１の基端側を回転出力軸４１（又は４２）に接続する必要があり、作業に多くの時間がかかる。そこで、図１２（ｂ）に示すように、回転出力軸４１’に着脱自在な紐固定部材８をねじれ紐１の基端側にあらかじめ接続しておく。なお、図１２（ｂ）は一方の回転出力軸４１の変形である回転出力軸４１’とそれに着脱自在な紐固定部材８を示しているが、他方の回転出力軸４２’についても同様である。
【００７０】
紐固定部材８は、樹脂又はアルミニウムのような金属で形成された略円筒形状を有する。その先端側（左側）にはねじれ紐１が挿通される貫通孔８１が形成され、基端側（右側）には六角形の凹部８２が形成されている。回転出力軸４１’の先端側には、紐固定部材８の凹部８２に挿入されて嵌合する六角柱の突起部４１２が形成されている。また、抜け止めピン又は螺子（図示せず）が挿入される貫通孔又は螺子孔８３及び４１３が紐固定部材８及び出力軸４１’（の突起部４１２）に形成されている。
【００７１】
このように回転出力軸４１’（及び４２’）に着脱自在な紐固定部材８を介してねじり紐１の基端側を回転出力軸４１’（及び４２’）に接続することにより、例えば駆動機構部２０の交換を行う場合に、ねじり紐１と駆動機構部２０との接続を一旦外して再接続する作業が簡単になる。
【００７２】
なお、回転出力軸４１’（又は４２’）と紐固定部材８との嵌合部の形状は図１２（ｂ）に示したような六角柱及び六角形の凹部に限る必要はない。つまり、それらの断面は六角形に限らず、三角形、四角形等、他の多角形でも良いし、半円や円の一部が欠けた形状でも良い。あるいは、雄螺子と雌螺子の螺合によって両者が着脱自在である構造を採用してもよい。
【００７３】
以上、本発明の複数の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上記の実施形態及び変形例に限らず、種々の形態で実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の義肢用アクチュエータユニットを構成するねじれ紐アクチュエータの概念を示す模式図である。
【図２】ねじれ紐アクチュエータを用いて指関節を駆動する適用例を示す模式図である。
【図３】図２に示したねじれ紐アクチュエータの複数指関節への適用例を示す模式図である。
【図４】１個のモータで２本のねじれ紐を同時に駆動する構成例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係るねじれ紐アクチュエータのモータ及びギアボックスの構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る義肢用アクチュエータユニットにおける１３組のねじれ紐アクチュエータの配置例を示す模式図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る義肢用アクチュエータユニットの一部分を示す斜視図である。
【図８】本発明の調整機構を備えた実施形態に係る義肢用アクチュエータユニットの一部分を示す斜視図である。
【図９】調整機構の分解斜視図である。
【図１０】調整機構を構成する巻き取りシャフトの変形例を示す斜視図である。
【図１１】調整機構の変形例を示す斜視図である。
【図１２】ねじれ紐の基端側と回転出力軸との接続方法を示す図である。
【図１３】従来のワイヤ式アクチュエータの基本的な構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  ねじれ紐
５  ワイヤ
６  固定台
７  調整手段
８  紐固定部材
２０  駆動機構部
３２  スライド部材
４１、４２  回転出力軸
７３  巻き取りシャフト
７５  つまみ部
７１４  目盛り（調整量把握手段）
【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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