JP2007068794A - 流体アクチュエータ、流体アクチュエータの製造方法、流体アクチュエータを備えた筋力補助装置、及び流体アクチュエータで構成した拘束具 - Google Patents

Abstract

【課題】流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備えた流体アクチュエータにおいて、円滑な伸縮変形が可能であって、動作にタイムラグが生じにくい流体アクチュエータ、流体アクチュエータの製造方法、流体アクチュエータを備えた筋力補助装置、流体アクチュエータで構成した拘束具を提供する。
【解決手段】チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成する。
【選択図】図８

Description

本発明は、流体アクチュエータ、流体アクチュエータの製造方法、流体アクチュエータを備えた筋力補助装置、及び流体アクチュエータで構成した拘束具に関するものである。

従来、流体アクチュエータの一形態として、マッキンベン型の流体アクチュエータが知られている。このマッキンベン型流体アクチュエータは、中空部を有する円筒体であるスリーブの内部に、ゴム管などのように半径方向に膨張可能なチューブをスリーブと同軸状に配置して、チューブには一方の端部からチューブ内に流体を出入可能に流体送給管を接続するとともに、他方の端部を閉塞し、このチューブの両端部分にスリーブの端部をそれぞれ固定装着して構成している。

特に、スリーブは網状のシート体を円筒状として構成しており、チューブ内に流体を送給することによりチューブが半径方向に膨張した際に、スリーブによってチューブを長手方向に収縮させるようにして、アクチュエータとして機能するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

この流体アクチュエータは流体の送給によって駆動するため、電磁モータなどの重量物を不要とすることができ、流体アクチュエータを身体に装着可能に構成して、低下した筋力を流体アクチュエータで生じさせた力でアシストするようにした筋力補助機器が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

上記した流体アクチュエータでは、チューブとスリーブとを同軸状態に配置するために、網状シート体をチューブの周りに巻き付けてスリーブを形成したり、円筒状としたスリーブにチューブを挿通させたりしていた。
特開２００４−２０５２６２号公報 特開２００４−２０５２６３号公報

しかしながら、網状シート体をチューブの周りに巻き付けてスリーブを形成した場合には、スリーブに網状シート体の重なり代による厚膜領域が形成されるため、この厚膜領域の伸縮性がそれ以外の領域における伸縮性と異なるために、厚膜領域が流体アクチュエータの円滑な伸縮変形を阻害するおそれがあった。

また、円筒状としたスリーブにチューブを挿通させた場合には、円筒状のスリーブにチューブをスムーズに挿入するためにスリーブの径寸法をチューブの径寸法よりも所定の遊び寸法分だけ大きくしており、チューブとスリーブとの間に比較的大きな隙間が形成されているので、この隙間を埋める程度にチューブが膨張した後に長手方向の収縮が生じることとなるので、流体アクチュエータの動作にタイムラグが生じやすいという問題があった。

しかも、従来の流体アクチュエータは大型であって、身軽に身体に装着可能とはなっておらず、筋力補助装置への適用の障害となっているとともに、収縮性を利用したサポータなどの拘束具への適用が阻害されていた。

そこで、本発明の流体アクチュエータでは、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備えた流体アクチュエータにおいて、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成した。

さらに、スリーブには、第１の繊維コードと第２の繊維コードとを第１の角度で交差させながら巻き上げた第１の領域と、第１の角度とは異なる第２の角度で交差させながら巻き上げた第２の領域を設けたことにも特徴を有するものである。

また、本発明の流体アクチュエータの製造方法では、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備えた流体アクチュエータの製造方法において、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成することとした。

また、本発明の筋力補助装置では、送給ポンプによって送給された作動流体により駆動する流体アクチュエータを備えた筋力補助装置において、流体アクチュエータが、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備え、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成した。

さらに、以下の点にも特徴を有するものである。すなわち、
（１）流体アクチュエータを縦糸または緯糸の少なくともいずれか一方としてとしてシート状に組み上げたこと。
（２）シート状に組み上げた流体アクチュエータを複数積み重ねていること。
（３）流体アクチュエータは、チューブの膨張にともなってチューブを湾曲させることにより湾曲すること。
（４）縦糸または緯糸を構成している流体アクチュエータの隣接した一方の流体アクチュエータは、他方の流体アクチュエータにおけるチューブの膨張状態を解除した際にチューブを膨張させて、他方の流体アクチュエータの湾曲方向と反対方向に湾曲させること。

また、本発明の拘束具では、送給ポンプによって送給された作動流体により駆動する流体アクチュエータで構成した拘束具であって、流体アクチュエータが、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備え、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成した。

請求項１記載の発明によれば、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備えた流体アクチュエータにおいて、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成したことによって、スリーブがチューブの変形を阻害するおそれがなく、しかも、スリーブをチューブに極めて近接させて形成することができるので、応答性の高い流体アクチュエータとすることができる。しかも、スリーブの長さを自在とすることができるので、必要に応じて適宜な長さとした流体アクチュエータとすることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の流体アクチュエータにおいて、スリーブには、第１の繊維コードと第２の繊維コードとを第１の角度で交差させながら巻き上げた第１の領域と、第１の角度とは異なる第２の角度で交差させながら巻き上げた第２の領域を設けたことによって、チューブの膨張状態を第１の領域と第２の領域とで異ならせることができる。したがって、第１の領域と第２の領域の配置を調整することによって、流体アクチュエータの伸縮変形を調整できる。

特に、例えば第１の繊維コードと第２の繊維コードとをチューブに互いに逆方向に巻き回すことにより交差角度を１８０°近くとした場合には、チューブ内に流体を送給することにより流体アクチュエータを伸長駆動させることができ、伸長する領域と収縮する領域を備えた流体アクチュエータとすることができる。

請求項３記載の発明によれば、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備えた流体アクチュエータの製造方法において、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成することによって、スリーブがチューブの変形を阻害するおそれがなく、しかも、スリーブをチューブに極めて近接させて形成することができるので、応答性の高い流体アクチュエータを製造可能とすることができる。しかも、スリーブの長さを自在とすることができるので、任意な長さの流体アクチュエータを製造可能とすることができる。

請求項４記載の発明によれば、送給ポンプによって送給された作動流体により駆動する流体アクチュエータを備えた筋力補助装置において、流体アクチュエータが、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備え、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成したことによって、円滑に変形可能であって、しかも応答性の高い流体アクチュエータを用いることができるので、もたつき感のないスムーズな動作が可能な筋力補助装置とすることができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の筋力補助装置において、流体アクチュエータを縦糸または緯糸の少なくともいずれか一方としてとしてシート状に組み上げたことによって、身体へのフィット性に優れた筋力補助装置とすることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の筋力補助装置において、シート状に組み上げた流体アクチュエータを複数積み重ねていることによって、一つ一つの流体アクチュエータを比較的小径のチューブで構成して薄いシート状として身体へのフィット性を向上させることができるとともに、シート状の流体アクチュエータの積み重ねによって所望の駆動力を生じさせることができる。

請求項７記載の発明によれば、請求項４または請求項５に記載の筋力補助装置において、流体アクチュエータは、チューブの膨張にともなってチューブを湾曲させることにより湾曲することによって、基本的に回動動作となっている身体運動に適したアシストを可能とすることができる。

請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の筋力補助装置において、縦糸または緯糸を構成している流体アクチュエータの隣接した一方の流体アクチュエータは、他方の流体アクチュエータにおけるチューブの膨張状態を解除した際にチューブを膨張させて、他方の流体アクチュエータの湾曲方向と反対方向に湾曲させることによって、駆動方向と反対方向に対しては大きい駆動力を生じさせにくい流体アクチュエータの特性を補うことができ、もたつき感のないスムーズな動作が可能な筋力補助装置とすることができる。

請求項９記載の発明によれば、送給ポンプによって送給された作動流体により駆動する流体アクチュエータで構成した拘束具であって、流体アクチュエータが、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとを備え、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げてスリーブを形成したことによって、コンパクトであって、身体へのフィット性に優れたサポータなどの拘束具を提供できる。

本発明の流体アクチュエータ、流体アクチュエータの製造方法、流体アクチュエータを備えた筋力補助装置、及び流体アクチュエータで構成した拘束具では、流体アクチュエータを、流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、このチューブを囲繞するとともに両端部をチューブの両端部に固定したスリーブとで構成しているものである。

特に、スリーブは、チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、チューブの外周面に沿って編上げて形成している。

このようにスリーブを編上げて形成することによって、チューブの周方向において均一なスリーブを形成でき、しかも、チューブに極めて近接させてスリーブを形成できるので、応答性の高い流体アクチュエータとすることができる。

第１の繊維コードと第２の繊維コードのチューブへの編上げは、いわゆる製紐機を用いることにより容易に行うことができ、しかも、スリーブを任意の長さに形成できるので、所望の長さとした流体アクチュエータを容易に製造できる。

第１の繊維コードと第２の繊維コードのチューブへの編上げにおいては、第１の繊維コードと第２の繊維コードの交差角度を調整しながら巻き上げることができ、スリーブに、第１の繊維コードと第２の繊維コードとを第１の角度で交差させながら巻き上げた第１の領域と、第１の角度とは異なる第２の角度で交差させながら巻き上げた第２の領域を設けることができる。

このように第１の繊維コードと第２の繊維コードの交差角度の異なる領域を設けることにより、流体アクチュエータの伸縮変形の変形量を容易に調整できる。

特に、例えば第１の繊維コードと第２の繊維コードとをチューブに互いに逆方向に巻き回すことにより交差角度を１８０°近くとすることにより、チューブ内への流体の送給にともなって流体アクチュエータを伸長させることができ、チューブ内への流体の送給にともなって伸長する領域と収縮する領域を備えた流体アクチュエータとすることができる。

このように、チューブの外周面に沿って第１の繊維コードと第２の繊維コードを編上げてスリーブを形成した流体アクチュエータを用いて筋力補助装置を構成することによって、流体アクチュエータの応答性が高いので、もたつき感がなく、かつスムーズな動作が可能な筋力補助装置とすることができる。

特に、流体アクチュエータを縦糸または緯糸の少なくともいずれか一方としてとしてシート状に組み上げることによって、身体へのフィット性に優れた筋力補助装置とすることができる。

しかも、シート状に組み上げた流体アクチュエータからなるシート体を複数積み重ねて使用する場合には、一つ一つの流体アクチュエータを比較的小径のチューブで構成してシート体を薄型化することができる。

したがって、積層状態としたシート体の身体へのフィット性を向上させることができ、例えばサポータ状としたり、あるいはより複雑な形状の衣服状や手袋状などとしたりすることができ、装着した際に違和感を覚えさせない筋力補助装置あるいは拘束具とすることができる。

以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。本実施形態の流体アクチュエータは、図１に示すように、円筒状のチューブ10と、このチューブを囲繞する円筒状のスリーブ11と、チューブ10の一方の端部にスリーブ11とともに装着した先端固定具12と、チューブ10の他方の端部にスリーブ11とともに装着した基端固定具13と、この基端固定具13を介してチューブ10に一端を連通連結した流体送給管14と、この流体送給管14に連通連結して高圧空気を送気する送気ポンプ15とで構成している。本実施形態では、流体アクチュエータは作動媒体として空気を用いるようにしている。図１では、説明の便宜上、スリーブ11の一部を切欠している。

チューブ10は、流体送給管14からの空気の送給または排出にともなって膨張または収縮する伸縮性を有しており、最も簡便にはゴムチューブで構成することができる。

スリーブ11は、チューブ10の長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１繊維コード11aと、チューブ10の長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２繊維コード11bとを、チューブ10の外周面に沿って編上げて構成しており、特に、本実施形態では、図２に示す製紐機Ｂを用いてスリーブ11を形成している。

すなわち、製紐機Ｂは、芯となるチューブ10を供給するチューブ供給リール21と、このチューブ供給リール21から供給されたチューブ10の周囲に第１繊維コード11aと第２繊維コード11bを用いてスリーブ11を形成するスリーブ形成部22と、このスリーブ形成部22でスリーブ11によって囲繞されたチューブ10を巻取る巻取りリール23とで構成している。

スリーブ形成部22は、所定形状の基枠22aを有しており、この基枠22aには、回転自在に装着した第１ガイドローラ22bと第２ガイドローラ22cを設けるとともに、基枠22aの上方に配置してチューブ10を引き込みながらスリーブ11を編上げる編上体22dを設け、チューブ供給リール21から供給されたチューブ10を基枠22aの下方から上方に向けて送給するようにしている。

さらに、基枠22aには、第１繊維コード11aを供給するボビン、及び第２繊維コード11bを供給するボビンが装着されるボビンホルダ22eを設けており、このボビンホルダ22eはチューブ供給リール21から供給されたチューブ10の周囲を回転して第１繊維コード11a及び第２繊維コード11bをチューブ10に巻き回している。なお、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bとでチューブ10に対する巻き回し方向が異なるため、当然ながら第１繊維コード11aを供給するボビンと、第２繊維コード11bを供給するボビンとはそれぞれ逆方向に回転させている。

しかも、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bを編上げ状とするために、第１繊維コード11aを供給するボビンを、第２繊維コード11bを供給するボビンよりもチューブ10に近づけた状態と、その逆で第２繊維コード11bを供給するボビンを、第１繊維コード11aを供給するボビンよりもチューブ10に近づけた状態とに交互に切り替えながら各ボビンをチューブ10周りに回転させることにより、編上体22dで編上げ可能としている。

先端固定具12及び基端固定具13は、本実施形態では接着剤を用いてスリーブ11とともにチューブ10に装着している。なお、先端固定具12及び基端固定具13を装着して端部を閉塞するのではなく、例えば端部を単に縛って閉塞状態としてもよいし、スリーブ11とともにチューブ10を折り返して、折り返し部分にクリップなどのような挟着具を装着することによって端部を閉塞してもよい。

流体送給管14は、端部を閉塞したチューブ10の一方の端部に接続して、送気ポンプ15から送給された空気をチューブ10内に送気可能としており、さらにこの流体送給管14を介してチューブ10内の空気を排出可能としている。流体送給管14は、チューブ10の一端に装着した基端固定具13を介してチューブ10に接続する場合に限定するものではなく、チューブ10の中途部に接続してもよい。

本実施形態では、チューブ10には空気を送気しているが、空気ではなく、水などの液体であってもよい。ただし、後述するように、上記した流体アクチュエータは身体に装着して筋力補助装置として用いるため、できるだけ軽量であることが望ましく、そのため、本実施形態ではチューブ10に圧入される流体を空気としている。

上述したようにチューブ10をスリーブ11で囲繞して形成した流体アクチュエータは、送気ポンプ15によってチューブ10内が加圧状態とされると、チューブ10の膨張変形にともなってスリーブ11によってチューブ10の両端が互いに引っ張られるので、図３に示すように流体アクチュエータは収縮する。

流体アクチュエータの変形量は、図４に示すように、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θを調整することによって調整でき、たとえば２θ≒１８０°として第１繊維コード11aと第２繊維コード11bとをチューブ10に互いに逆方向に巻き回した場合には、チューブ10内に空気を送給することによって図５に示すように流体アクチュエータを伸長駆動させることができる。

ここで、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θは、図４に示すように、チューブ10に巻き回した第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの、チューブ10の長手方向に対向した一方の角度としている。すなわち、交差角度２θはいわゆる編組角度である。

上述したように、本実施形態では、製紐機Ｂを用いてチューブ10に第１繊維コード11aと第２繊維コード11bを巻き回してスリーブ11を形成していることによって、スリーブ11をチューブ10に極めて近接させて形成することができるので、流体アクチュエータの応答性を向上させることができる。

しかも、任意の長さのスリーブ11を形成することができるので、スリーブ11で囲繞された所望の長さのチューブ10を容易に形成することができ、自由な長さの流体アクチュエータを容易に形成できる。

しかも、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θは、製紐機Ｂにおけるチューブ10の送り速度を調整することによって任意に設定することができ、図６に示すように、スリーブ11の途中で、所定の角度で交差していた第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θを、別の交差角度に変更することにより部分的に伸縮量の異なる領域を設けた流体アクチュエータとすることができる。

このように流体アクチュエータにおいて部分的に伸縮量を調整可能としたことによって、たとえば流体アクチュエータを大きい曲率を有する湾曲面に沿って装着する場合に、チューブ10が鋭く折れ曲がることによりチューブ10の閉塞が生じやすい部分ではチューブ10を周方向に大きく膨張させるようにしておくことにより、チューブ10が閉塞することを防止でき、流体アクチュエータを確実に動作させることができる。

図６では、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θを９０°程度とした第１の領域と、第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θを１７０°程度とした第２の領域との２つの領域を設けているが、２つに限定するものではなく、さらに多くの領域を設けるようにしてもよい。

図６に示すように、スリーブ11の途中で第１繊維コード11aと第２繊維コード11bの交差角度２θを変更する場合には、交差角度２θの変更部分となるスリーブ11に緯糸16を編み込むことによって、交差角度２θの異なる２つの領域の分離を確実に行うことができる。

上述した流体アクチュエータは、単に伸縮変形させるだけでなく図７に示すように、スリーブ11の一側面に剛性板18を装着することにより、チューブ10内への空気の圧入によって流体アクチュエータを収縮させる際に、剛性板18によって収縮を抑制することによって湾曲させることができる。

剛性板18は、プラスチック製又は金属製の帯状の平板、あるいはプラスチック線または金属線などを用いることができ、スリーブ11の一側面に装着するのではなく、チューブ10に直接的に装着してもよい。

上述したように構成した流体アクチュエータは、極めて軽量であるとともに、応答性が高く、筋力補助装置に用いた場合には、もたつき感のないスムーズな動作を可能とすることができる。

特に、図８に示すように、上述したように構成した流体アクチュエータ21を緯糸とし、複数の縦糸22を用いて複数の流体アクチュエータ21を平織り状に折り込むことによりシート状に組み上げることができ、各流体アクチュエータ21に送気ポンプ23を接続してシート状流体アクチュエータ20とすることができる。

なお、流体アクチュエータ21は、緯糸として組み込むだけでなく、縦糸として組み込んでもよく、さらには縦糸と緯糸にそれぞれ組み込んでもよい。このとき、縦糸または緯糸の全てを流体アクチュエータ21とするのではなく、所要の割合で組み込んでもよい。

シート状流体アクチュエータとする場合には、流体アクチュエータ21の配設数を調整することにより、駆動力を調整することができる。したがって、例えば流体アクチュエータ21を構成しているチューブの径寸法をできるだけ小さくすると、１つ１つの流体アクチュエータ21の駆動力は小さいが、寄せ集めることによって大きい駆動力を得ることができ、しかも、流体アクチュエータ21を構成しているチューブの径寸法をできるだけ小さくすることによってシート状流体アクチュエータ20を薄型化することができる。

シート状流体アクチュエータ20は、図８に示した網目状のシート体に限定するものではなく、図９に示すように、より密な平織りとすることができる。図９のシート状流体アクチュエータ30では、図７に示したようにチューブ内を加圧することによって湾曲する流体アクチュエータ31を緯糸とし、複数の縦糸32を用いて複数の流体アクチュエータ31を平織り状に折り込んでシート状に組み上げており、特に、各緯糸となっている流体アクチュエータ31の湾曲方向を揃えておくことによって、送気ポンプ33でチューブ内を加圧することにより、図１０に示すように湾曲駆動するシート状流体アクチュエータ30とすることができる。

このようにシート状としたシート状流体アクチュエータ30は、１層だけで用いるのではなく、複数積層させることにより駆動力を増大させるようにしてもよく、さらには、例えば図１１に示すようにそれぞれ織りの異なる第１シート状流体アクチュエータ31と、第２シート状流体アクチュエータ31と、第３シート状流体アクチュエータ33とを積層した積層シート体40としてもよい。

積層シート体40では、シート状流体アクチュエータのみを単に積層するのではなく、所要の布体を介設して通気性、あるいは吸湿性の向上を図ることもできる。

また、積層シート体40では、それぞれ図１０に示したように湾曲するシート体であって、それぞれことなる湾曲方向のシート体を積層することによって、積層シート体40の駆動のバリエーションを増大させることができる。

特に、図７に示したように各スリーブの一側面に装着した剛性板の代わりに、シート状とした剛板を積層シート体40に介設して、積層シート体40を湾曲させることができるようにしてもよい。

上述したようにシート状とした流体アクチュエータでは、より薄型の流体アクチュエータとすることができるので、このシート状とした流体アクチュエータを用いることによって、図１２に示すように身体によりフィットさせることができる筋力補助装置Ｃを構成することができる。

図１２の筋力補助装置Ｃでは、上半身部分に衣服のように着用可能に構成しているものであって、図１３に示すような要介護者の介護作業などにおいて、筋力補助装置Ｃによるアシストによってより小さい力で作業を行うことができる。

特に、筋力補助装置Ｃでは、肩回り部分に、それぞれ所要の方向に湾曲するする複数のシート状流体アクチュエータを積層させて、例えば腕を前から上に上げる回動動作と、腕を横から上に上げる回動動作とをアシストするように構成することにより、腕の複雑な動きに対してアシスト可能とすることができる。

しかも、例えば腕を前から上に上げる回動動作と、その逆に上げた腕を前から下に下げる回動動作をアシストするようにシート状流体アクチュエータを積層しておくことによって、上に上げた腕を前から下に下げる際に、腕を前から上に上げる回動動作の際に駆動したシート状流体アクチュエータが動作を妨げるように作用することを抑制でき、スムーズな動作を可能とすることができる。

すなわち、駆動方向と反対方向に対しては大きい駆動力を生じさせにくい流体アクチュエータの特性を補うことができ、もたつき感のないスムーズな動作が可能な筋力補助装置Ｃとすることができる。

しかも、シート状の流体アクチュエータとしていることによって、身体へのフィット性を向上させることができ、装着感に違和感を覚えることを防止できる。

図１２中及び図１３中、50は大腿部ベルトであって、この大腿部ベルト50によって筋力補助装置Ｃの下端を支持して、筋力補助装置Ｃがずり上がったりすることを防止している。また、図示していないが、筋力補助装置Ｃの各シート状流体アクチュエータを駆動させるための空気を送給する送気ポンプ、及び各シート状流体アクチュエータの駆動制御を行う制御部は背中部分に装着しており、作業の妨げとなることを防止している。

また、筋力補助装置Ｃでは、図示しないが所定位置の筋電位を検出するためのセンサを設けており、このセンサによって筋力補助装置Ｃの装着者の動きを検出して、制御部が各シート状流体アクチュエータを駆動制御するようにしている。

本実施形態では、上半身に着用する筋力補助装置Ｃを示したが、同様のシート状流体アクチュエータを用いて下半身用の筋力補助装置を構成することもでき、さらにはグローブ状の筋力補助装置を構成することもできる。

なお、本実施形態の筋力補助装置は、筋力のアシストを行うだけでなく、逆にストレスとして作用するように各流体アクチュエータを制御することによって筋力トレーニング装置として利用することもでき、筋力補助装置は筋力トレーニング装置を含むものである。

最後に、より具体的な実施形態について説明する。内径１．８ｍｍ、外形３．２ｍｍ、長さ５００ｍｍとした天然ゴム製チューブに、テトロンモノフィラメント製の２４本ずつの第１繊維コードと第２繊維コードとを製紐機で編み上げてスリーブを形成して流体アクチュエータを形成した。第１繊維コードと第２繊維コードの編組角度は７０°とした。

この流体アクチュエータの天然ゴム製チューブ内に空気を圧入して、内圧と収縮力との特性曲線を図１４に示す。

天然ゴムの代わりにシリコーンゴムを用いることができるが、天然ゴムの方がシリコーンゴムに比べて低圧力で収縮を始め、収縮率及び収縮力ともに大きいので、高い収縮力が必要な場合には、天然ゴムが望ましい。一方、剛性を必要とする場合には、天然ゴムよりは収縮性に乏しいものの剛性の高いシリコーンゴムを用いることが望ましい。

また、収縮力を増大させるには、チューブに巻き回す第１繊維コードと第２繊維コードの数、すなわちいわゆる打ち数を多くすることによって増大させることができる。したがって、所望の収縮力が得られるように、第１繊維コードと第２繊維コードの数である打ち数、及び第１繊維コードと第２繊維コードの編組角度を調整することが望ましい。

このように収縮力を調整した線状の流体アクチュエータを用いて、図１５に示すように拘束具の一形態であるサポータＤを形成することができる。

図１５に示すサポータＤは、内径２．０ｍｍ、外形３．０ｍｍ、長さ８００ｍｍとしたシリコーンゴムチューブに、テトロンモノフィラメント製の１６本ずつの第１繊維コードと第２繊維コードとを、編組角度を７０°として製紐機で編み上げてスリーブを形成した線状流体アクチュエータ60であって、この線状流体アクチュエータ60を周面に沿って巻き回すとともに、軸方向に沿って直径３ｍｍの繊維体61を線状流体アクチュエータ60に対して平織り状に織り込んで、直径約１００ｍｍ、高さ約１５０ｍｍの円筒状としている。

この線状流体アクチュエータ60に図示しない送気ポンプを装着して、線状流体アクチュエータ60に空気を送球すると、サポータＤは内径が最大で２３．４％収縮した。

このサポータＤでは、線状流体アクチュエータ60への空気の送給量によって収縮量を調整でき、このサポータＤによる締付け圧力を調整可能とすることができる。したがって、締付け圧力を調整可能なサポータＤを提供することができ、特に、足首や膝、あるいは肩などの複雑な形状の部位へのフィット感の高いサポータを提供できる。

なお、このサポータＤは平織り状としているが、いわゆるガーター編みと呼ばれる編み込み方法によって線状流体アクチュエータ60をシート状としてサポータを形成した場合には、平織り状の場合よりも柔軟性を高めることができるので複雑な形状の表面にフィットさせやすく、締付け圧力に偏りの少ないサポータとすることができる。

一方、平織り状のサポータＤでは、伸縮性は乏しい反面、耐久性が優れ、収縮にともなって剛性が向上するので、ギブスなどの固定具としての利用に適している。

本発明の本実施形態に係る流体アクチュエータの説明図である。 製紐機の説明図である。 本発明の本実施形態に係る流体アクチュエータの説明図である。 第１繊維コードと第２繊維コードの交差角度の説明図である。 本発明の本実施形態に係る流体アクチュエータの説明図である。 本発明の本実施形態に係る流体アクチュエータの説明図である。 本発明の本実施形態に係る流体アクチュエータの説明図である。 シート状流体アクチュエータの説明図である。 シート状流体アクチュエータの説明図である。 シート状流体アクチュエータの説明図である。 シート状流体アクチュエータの説明図である。 本発明の本実施形態に係る筋力補助装置の説明図である。 本発明の本実施形態に係る筋力補助装置の説明図である。 本発明の本実施形態に係る流体アクチュエータの内圧と収縮力との相関関係を示すグラフである。 本発明の本実施形態に係る拘束具の説明図である。

符号の説明

10 チューブ
11 スリーブ
12 先端固定具
13 基端固定具
14 流体送給管
15 送気ポンプ
20 シート状流体アクチュエータ
21 流体アクチュエータ
22 縦糸
23 送気ポンプ

Claims (9)

1. 流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、
   このチューブを囲繞するとともに両端部を前記チューブの両端部に固定したスリーブと
   を備えた流体アクチュエータにおいて、
   前記スリーブは、前記チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、前記チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、前記チューブの外周面に沿って編上げて形成したことを特徴とする流体アクチュエータ。
2. 前記スリーブには、前記第１の繊維コードと前記第２の繊維コードとを第１の角度で交差させながら巻き上げた第１の領域と、前記第１の角度とは異なる第２の角度で交差させながら巻き上げた第２の領域を設けたことを特徴とする請求項１記載の流体アクチュエータ。
3. 流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、
   このチューブを囲繞するとともに両端部を前記チューブの両端部に固定したスリーブと
   を備えた流体アクチュエータの製造方法において、
   前記スリーブは、前記チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、前記チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、前記チューブの外周面に沿って編上げて形成することを特徴とする流体アクチュエータの製造方法。
4. 送給ポンプによって送給された作動流体により駆動する流体アクチュエータを備えた筋力補助装置において、
   前記流体アクチュエータは、
   流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、
   このチューブを囲繞するとともに両端部を前記チューブの両端部に固定したスリーブと
   を備え、
   前記スリーブが、前記チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、前記チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、前記チューブの外周面に沿って編上げて形成されたことを特徴とする筋力補助装置。
5. 前記流体アクチュエータを縦糸または緯糸の少なくともいずれか一方としてとしてシート状に組み上げたことを特徴とする請求項４記載の筋力補助装置。
6. 前記シート状に組み上げた前記流体アクチュエータを複数積み重ねていることを特徴とする請求項５に記載の筋力補助装置。
7. 前記流体アクチュエータは、前記チューブの膨張にともなって前記チューブを湾曲させることにより湾曲することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の筋力補助装置。
8. 縦糸または緯糸を構成している前記流体アクチュエータの隣接した一方の前記流体アクチュエータは、他方の前記流体アクチュエータにおけるチューブの膨張状態を解除した際にチューブを膨張させて、前記他方の流体アクチュエータの湾曲方向と反対方向に湾曲させることを特徴とする請求項７記載の筋力補助装置。
9. 送給ポンプによって送給された作動流体により駆動する流体アクチュエータで構成した拘束具であって、
   前記流体アクチュエータは、
   流体送給管を介した流体の送給または排出にともなって膨張または収縮するチューブと、
   このチューブを囲繞するとともに両端部を前記チューブの両端部に固定したスリーブと
   を備え、
   前記スリーブが、前記チューブの長手方向に対して左回りに巻き回す複数の第１の繊維コードと、前記チューブの長手方向に対して右回りに巻き回す複数の第２の繊維コードとを、前記チューブの外周面に沿って編上げて形成されたことを特徴とする拘束具。

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