具体实施方式

以下，使用图式来详细说明本发明的接头装置的一实施方式。

在本说明书中，作为接头装置，例示安装于下肢大腿部的膝关节部位的膝接头装置的一种即大腿假肢(以下，简称为假腿)来进行说明。

(假腿的整体构造)

图1是以截面来绘示假腿的主要部分的侧视图。如图1所示，假腿10具有膝下侧部件1及膝上侧部件2。膝下侧部件1与膝上侧部件2借由膝关节机构3连结。膝下侧部件1对应于本发明的“第一部件”，膝上侧部件2对应于本发明的“第二部件”。膝下侧部件1的下端连结有脚部4。膝上侧部件2配置于膝下侧部件1的上端部。膝上侧部件2的上端连结有收容被安装体(人体，未图示)的下肢大腿部的断肢的插口5。

此外，假腿10上的方向以被安装体安装假腿10后站立的状态下的方向为基准。即，假腿10的上、下对应于站立状态的被安装体的上、下，指图1中的上、下。另外，假腿10的前、后(正面、背面)对应于站立状态的被安装体的前、后(正面、背面)，指图1中的右、左。

(膝关节机构)

膝关节机构3相当于假腿10的膝盖，以配置于中心的转动轴31为中心，将膝下侧部件1与膝上侧部件2以能够在假腿10的前后方向(图1中的顺时针方向及逆时针方向)上相对旋转移动的方式连接。该膝关节机构3对应于本发明的“连接部”。

此外，以下的说明是有关于以膝关节机构3的转动轴31为中心的膝下侧部件1与膝上侧部件2的相对旋转移动，是以膝下侧部件1不动，膝上侧部件2向图1中的前方(顺时针方向)或后方(逆时针方向)旋转移动为例来进行说明。

本实施方式的膝关节机构3具有调整膝关节机构3的旋转动作的旋转式减震器32。旋转式减震器32设置成能够以膝关节机构3的转动轴31为中心旋转，将以转动轴31为中心的膝下侧部件1与膝上侧部件2的相对旋转移动的动作调整为伴随适当的液压阻力的动作。本实施方式的假腿10由于在膝关节机构3上具有旋转式减震器32，因此发挥防止膝盖突然急速弯折的功能及屈服功能。该旋转式减震器32对应于本发明的“调整部”。

(膝上侧部件)

膝上侧部件2被安装成能够以膝关节机构3的转动轴31为中心，在假腿10的前后方向上旋转移动。膝上侧部件2在上端具有连结插口5的插口连结用突部21，并且具有腕部22，该腕部22从该插口连结用突部21的正下方朝向假腿10的后方侧，具体来说是膝关节机构3的后方侧延伸。

(膝下侧部件)

膝下侧部件1相当于假腿10的胫，构成假腿10的主要部分。本实施方式的膝下侧部件1在相当于假腿10的小腿部的框架11内具有伸缩装置12、电池13、六轴力传感器14、六轴运动传感器15、膝关节角度传感器16及控制部17。膝关节机构3配置于框架11的上端部。此外，在图1中，省略了将各组件之间电连接的配线的图示。

A.伸缩装置

伸缩装置12配置于框架11内的后方侧，能够在上下方向上伸缩。伸缩装置12的下端借由安装部12a能够沿假腿10的前后方向转动地安装于第一枢轴18a，所述第一枢轴18a设置于框架11内的下端部附近。另一方面，伸缩装置12的上端从框架11内露出至外部，借由安装部12b能够沿假腿10的前后方向转动地安装于第二枢轴18b，所述第二枢轴18b设置于膝上侧部件2的腕部22的前端。由此，伸缩装置12被架设成跨膝下侧部件1与膝上侧部件2。当伸缩装置12进行伸缩动作时，膝上侧部件2的腕部22上下移动，膝上侧部件2以膝关节机构3的转动轴31为中心进行转动。由此，改变膝下侧部件1与膝上侧部件2所成的角度。

本实施形态的伸缩装置12具有：旋转部121，生成旋转动力；及，转换部122，将由所述旋转部121生成的旋转动力转换为沿着伸缩方向的平移运动。在旋转部121与转换部122之间，还设置有能够断开/接通从旋转部121向转换部122的动力的传递的离合器部123。

a1.旋转部

旋转部121具有作为动力产生源的旋转电机124。旋转电机124收纳在上端开口的圆筒状的壳体120内，从电池13接受电力的供给来产生旋转动力。壳体120借由安装部12a能够转动地安装于第一枢轴18a，所述第一枢轴18a配置于框架11内的下部。壳体120以从第一枢轴18a向斜后方倾斜的方式配置。具体的旋转电机124没有特别限制，可以使用步进电机、直流(Direct Current，DC)电机等。旋转电机124以输出轴(未图示)朝上的方式收纳于壳体120内的最下端。

本实施方式的旋转部121还具有与旋转电机124一起收纳于壳体120内的变速器125。变速器125与旋转电机124的输出轴连结，借由改变输出轴的转速比来输出旋转动力。由此，可以提高旋转部121中使用的旋转电机124的选择自由度。作为变速器125，可以使用减速器或增速器。在使用减速器的情况下，可以将旋转电机124的旋转动力转换为高扭矩的旋转动力。另一方面，在使用增速器的情况下，可以将旋转电机124的旋转动力转换为高速度的旋转动力。

a2.转换部

转换部122具有下端开口的圆筒状的外筒126、及设置于该外筒126与壳体120之间的棒轴状的主轴127。

外筒126借由安装部12b能够转动地安装于第二枢轴18b，并且从第二枢轴18b朝向壳体120插入框架11内，所述第二枢轴18b配置于膝上侧部件2的腕部22。外筒126跨轴向的大致整个长度上在内周面上设置有螺旋状的内螺纹126a。

主轴127在外周面的轴向的大致整个长度上设置有与外筒126内的内螺纹126a螺合的外螺纹127a。主轴127的上端侧借由与外筒126内的内螺纹126a螺合，而能够绕轴旋转地收容于外筒126。另一方面，主轴127的下端侧安装于壳体120内的上端，虽然能够绕轴旋转，但是在轴向上仅能够移动由后文中说明的离合器部123决定的断开/接通移动范围内的距离。在壳体120内，主轴127被配置成能够传递旋转电机124的旋转动力。该主轴127对应于本发明的“旋转体”。

主轴127在被传递壳体120内的旋转电机124的旋转动力时，绕轴旋转。当主轴127旋转时，与主轴127螺合的外筒126沿着主轴127的轴向上下移动。其结果，外筒126与壳体120的分离距离发生变化，伸缩装置12的整个长度进行伸缩。即，构成转换部122的主轴127及外筒126构成为将由旋转部121生成的旋转动力转换为沿着伸缩方向的平移运动。伸缩装置12借由进行伸缩，使利用第二枢轴18b安装有外筒126的腕部22上下移动，并使膝上侧部件2以转动轴31为中心在假腿10的前后方向上转动，由此改变膝下侧部件1与膝上侧部件2所成的角度。

此外，本实施方式的伸缩装置12借由主轴127利用来自旋转部121的旋转动力绕轴旋转(正转)，而使外筒126向伸长方向移动，另一方面，借由主轴127绕轴朝向与上述相反的方向旋转(反转)，而使向伸长方向进行了移动的外筒126向收缩方向移动。关于该主轴127的绕轴的反转的构成将在下文中说明。

另外，在本实施方式的伸缩装置12中，与该转换部122相比，旋转部121在框架11内配置于更远离膝上侧部件2的一侧(靠近假腿10的脚部4的一侧)。即，夹持主轴127，外筒126配置于假腿10的上侧，而包括旋转部121的壳体120配置于假腿10的下侧。由于旋转部121具有比由外筒126及主轴127构成的转换部122更大的重量，因此在交替摆动假腿10与健康腿来正常步行时，可以有效地利用由旋转部121的重量产生的惯性。另外，由于假腿10的重心下降，因此站立时的姿势也稳定。

a3.离合器部

离合器部123具有与旋转部121侧连结的第一卡合件123a及与转换部122侧连结的第二卡合件123b，并以能够断开/接通从旋转部121向转换部122的动力的传递的方式，配置于伸缩装置12的壳体120内。该离合器部123对应于本发明的“断开/接通部”。另外，第一卡合件123a对应于本发明的“第一断开/接通部件”，第二卡合件123b对应于本发明的“第二断开/接通部件”。

图2是示意性地绘示设置于伸缩装置12的离合器部123的一实施方式的放大图。第一卡合件123a设置于旋转部121的变速器125的输出轴125a，朝向主轴127而向上方突出。另一方面，第二卡合件123b设置于主轴127的下端部127b，朝向变速器125而向下方突出。第一卡合件123a与第二卡合件123b的对向面分别具有能够相互啮合的爪部123c，123d。

第一卡合件123a与第二卡合件123b的各爪部123c，123d的具体形状没有特别限制，只要在爪部123c，123d彼此啮合时，能够将旋转部121的旋转动力传递给主轴127即可。如图2所示，可以是截面形状为梯形的爪部123c，123d，也可以如图3A所示，是截面形状为矩形的爪部123c，123d。另外，如图3B所示，也可以是截面形状为锯片状的爪部123c，123d。

在变速器125的输出侧端面125b与主轴127的下端面127c之间配置有弹簧128。弹簧128例如由螺旋弹簧等适当的反弹部件构成，将第一卡合件123a及第二卡合件123b收容在内侧。弹簧128构成为：向第一卡合件123a与第二卡合件123b分离而解除爪部123c，123d彼此的啮合的方向，常时对变速器125的输出侧端面125b及主轴127作用作用力，并且在对主轴127作用了规定的大小的轴向载荷的情况下，借由沿轴向收缩，可以使第一卡合件123a与第二卡合件123b的爪部123c，123d彼此相互啮合。借由弹簧128挠曲第一卡合件123a与第二卡合件123b啮合，而使得由旋转部121生成的旋转动力经由变速器125被传递给主轴127。该弹簧128对应于本发明的“第一施力部”。

本实施方式的弹簧128的弹力被设定为：在膝上侧部件2以转动轴31为中心向后方(逆时针方向)转动而对伸缩装置12施加有轴向的载荷时，借由向轴向收缩，使第一卡合件123a与第二卡合件123b相互啮合。

此外，如图2所示，本实施方式的弹簧128由螺旋弹簧构成。该情况下，弹簧128的两端部也可以分别固定在变速器125的输出侧端面125b与主轴127的下端面127c上。借由采用这种构成，弹簧128也可以作为对主轴127向一个方向的旋转方向施力的施力部件发挥功能。即，当弹簧128沿轴向收缩，第一卡合件123a与第二卡合件123b啮合，旋转部121的旋转动力经由离合器部123传递给主轴127时，主轴127一边抵抗旋转方向的作用力扭转弹簧128一边进行正转。然后，当解除施加于伸缩装置12的载荷时，弹簧128沿轴向弹性恢复，解除第一卡合件123a与第二卡合件123b的啮合，离合器部123被断开。由此，弹簧128借助弹力从扭转状态绕轴弹性恢复，使主轴127反转。因此，这样构成的弹簧128对应于本发明的“第二施力部”。

B.电池

电池13例如由能够充放电的锂离子二次电池等构成，配置于比伸缩装置12更靠近前方侧的框架11内。电池13相对于旋转部121的旋转电机124以能够供给电力的方式连接，并且相对于六轴力传感器14、六轴运动传感器15、膝关节角度传感器16、控制部17，以能够供给各自驱动所需的电力的方式连接。通常，电池13设置成能够从框架11内取出，但也可以构成为在配置于框架11内的状态下，能够以与外部接触或非接触(有线或无线)的方式进行充电。

此外，在旋转电机124未驱动时，如果从主轴127侧作用旋转力，则旋转电机124作为发电机发挥功能，将旋转力转换为电力。本实施方式的电池13此时也可以构成为可以使由旋转电机124转换的电力再生。

C.六轴力传感器

六轴力传感器14是能够检测假腿10的前后、左右、上下的三轴载荷以及三轴力矩的传感器，配置于框架11内的下端部。六轴力传感器14基于安装于被安装体上的假腿10经由脚部4接地时检测出的检测信号，获取施加在伸缩装置12上的压缩方向的外力的信息。检测结果被发送至控制部17。该六轴力传感器14对应于本发明的“第一获取部”。

D.六轴运动传感器

六轴运动传感器15是能够检测假腿10的前后、左右、上下的三轴加速度以及三轴角加速度的传感器，配置于膝关节机构3的正下方的框架11内的上部。六轴运动传感器15基于安装于被安装体上的假腿10移动时检测出的检测信号，获取作用在假腿10上的加速度的信息。检测结果被发送至控制部17。该六轴运动传感器15对应于本发明的“第二获取部”。

E.膝关节角度传感器

膝关节角度传感器16是例如旋转编码器(rotary encoder)等的能够检测角度信息的传感器，设置于膝关节机构3。膝关节角度传感器16获取膝下侧部件1与膝上侧部件2的相对旋转移动产生的两部件所成的角度的信息。检测结果被发送至控制部17。该膝关节角度传感器16对应于本发明的“第三获取部”。

F.控制部

控制部17例如由电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)构成，控制旋转电机124的旋转动力。详细来说，控制部17基于从六轴力传感器14、六轴运动传感器15及膝关节角度传感器16发送的各检测结果，估计假腿10的状态，并向旋转电机124输出用于生成与假腿10的状态相应的合适的旋转动力的控制信号。

(假腿的动作)

接下来，使用图1、图4～图7对假腿10的具体动作进行说明。图4是绘示接触台阶上台阶时的假腿的状态的图。图5是示意性地绘示设置于伸缩装置的离合器部啮合的状态的放大图。图6是绘示伸缩装置伸长时的假腿的状态的图。图7是示意性地绘示安装有假腿的被安装体攀登台阶的情形的图。

首先，图1示出了假腿10的站立状态。在该状态下，从未图示的被安装体的下肢大腿部经由插口5，对假腿10施加从膝上侧部件2朝向脚部4的大致垂直方向的载荷。此时，由于膝上侧部件2不向后方侧转动，并且没有压缩方向的外力(体重)作用在伸缩装置12上，因此，借由以使伸缩装置12的主轴127与旋转部121之间分离的方式发挥作用的弹簧128的弹力，离合器部123的第一卡合件123a与第二卡合件123b分离。因此，即使旋转电机124旋转驱动，旋转电机124的旋转动力也不会作用在主轴127上，伸缩装置12不工作。由于负荷不会施加在旋转电机124上，因此旋转电机124的发热也得到抑制。

此外，在该时刻，控制部17根据从六轴力传感器14、六轴运动传感器15及膝关节角度传感器16发送的各检测结果，估计假腿10处于站立状态，控制旋转电机124停止驱动或抑制生成过量的旋转动力。因此，浪费的电力消耗得到抑制。

当假腿10转移到平地步行(步行模式)，在站立姿势下，对假腿10的脚后跟侧施加载荷时，膝上侧部件2以膝关节机构3的转动轴31为中心向后方(逆时针方向)转动。当由于膝上侧部件2的转动，腕部22向下移动，压缩方向的外力施加在伸缩装置12的外筒126上时，外筒126朝向旋转部121沿轴向按压主轴127，使配置于旋转部121的变速器125与主轴127之间的弹簧128沿轴向收缩，并使离合器部123的第一卡合件123a与第二卡合件123b啮合。与此同时，膝关节机构3的旋转式减震器32将膝上侧部件2的转动动作调整为伴随适度液压阻力的动作，防止膝盖突然急速弯折。此外，此时施加在伸缩装置12上的压缩方向的外力是比旋转电机124的旋转扭矩大的力(载荷)。因此，旋转部121不至于使主轴127正转，且伸缩装置12不伸长。

在假腿10的步行模式下，例如从站立姿势转移到摆腿姿势，解除施加在伸缩装置12上的压缩方向的外力时，弹簧128沿轴向弹性恢复，由此主轴127将外筒126推起至原来的状态，使膝上侧部件2以转动轴31为中心向前方(顺时针方向)转动。由此，假腿10恢复到站立状态，为下一次载荷的施加做准备。

接下来，在利用假腿10攀登台阶S的情况下，如图4所示，借由被安装体的大腿部的上抬，与健康腿相比，假腿10上抬至台阶S的上一级并接地。此时，膝上侧部件2以膝关节机构3的转动轴31为中心向后方(逆时针方向)转动，使腕部22的前端向下移动。即，假腿10成为使膝盖弯曲的状态。当由于腕部22的向下移动，而对伸缩装置12施加压缩方向的外力时，外筒126朝向旋转部121沿轴向按压主轴127，使配置于旋转部121的变速器125与主轴127之间的弹簧128沿轴向收缩，并使离合器部123的第一卡合件123a与第二卡合件123b啮合。

借由由六轴力传感器14、六轴运动传感器15及膝关节角度传感器16来检测在上台阶时将假腿10上抬至台阶S上并接地时的加速度、或接地时施加到假腿10上的载荷等，从而在控制部17中估计假腿10的动作已转移至台阶S的上台阶动作(上台阶模式)。由此，控制部17对旋转电机124输出信号，使其生成上台阶所需的旋转动力。详细来说，在上台阶动作时，在对伸缩装置12施加了压缩方向的规定的外力的情况下，控制部17控制旋转电机124产生旋转动力，该旋转动力的方向是由外筒126及主轴127构成的转换部122转换为延伸方向的平移运动的方向。

在假腿10比健康腿更先接触上一级台阶之后，当为上台阶而经由大腿部用力踏假腿10时，压缩方向的外力会施加至伸缩装置12。但是，此时的外力比站立姿势中施加在伸缩装置12上的压缩方向的外力小，成为比旋转电机124的旋转扭矩小的力(载荷)。因此，旋转部121使连结于第二卡合件123b的主轴127正转。由此，如图6所示，外筒126向轴向的上方移动，伸缩装置12伸长。

当伸缩装置12伸长时，经由腕部22而与外筒126连结的膝上侧部件2以膝关节机构3的转动轴31为中心向前方(顺时针方向)转动。其结果，假腿10使与膝上侧部件2连结的插口5向前方倾斜，如图7所示，一边抬起被安装体一边使膝盖伸展，恢复到图1所示的站立状态。其后，借由重复上述同样的动作，能够使用假腿10攀登台阶S。根据本实施方式的假腿10，可以对与上一级台阶接触的假腿10施加用力踏的载荷，一边抬起身体一边进行上台阶动作，因此能够以近乎自然的步态攀登台阶S。

[其他实施方式]

在以上的实施方式中，设为膝关节机构3具有旋转式减震器32，但是也可以不必设置旋转式减震器32。该情况下，控制部17也可以控制屈服动作时的旋转电机124生成使伸缩装置12不伸长的程度的旋转动力，从而，借由旋转电机124的旋转动力，针对主轴127的反转产生与旋转式减震器32同样的阻力。

在以上的实施方式中例示了大腿假肢10，但是本发明的接头装置也可以是假手，另外还可以广泛应用于具有利用连接部以能够相对移动的方式连接两个部件的构造的其他接头装置。

附图标记

1：膝下侧部件(第一部件)

12：伸缩装置

121：旋转部

122：转换部

123：离合器部(断开/接通部)

123a：第一离合器(第一断开/接通部件)

123b：第二离合器(第二断开/接通部件)

124：旋转电机

125：变速器

128：弹簧(第一施力部、第二施力部)

13：电池

14：六轴力传感器(第一获取部)

15：六轴运动传感器(第二获取部)

16：膝关节角度传感器(第三获取部)

17：控制部

2：膝上侧部件(第二部件)

3：膝关节机构(连接部)

32：旋转式减震器(调整部)

10：假腿(接头装置)。