特許 7606400 膝継手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-17

(45)【発行日】2024-12-25

(54)【発明の名称】膝継手

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/64 20060101AFI20241218BHJP

   H02K 7/18 20060101ALI20241218BHJP

   A61F 2/74 20060101ALI20241218BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

A61F2/64

H02K7/18 A

A61F2/74

B25J11/00 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021071956

(22)【出願日】2021-04-21

(65)【公開番号】P2022166623

(43)【公開日】2022-11-02

【審査請求日】2024-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(72)【発明者】

【氏名】橋本 浩明

(72)【発明者】

【氏名】三輪 真吾

【審査官】齊藤 公志郎

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２００８０４５１１３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５２１５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００２３１３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｆ ２／６０－７４

Ｈ０２Ｋ ７／１８

Ｂ２５Ｊ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、
前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する発電部と、
作動流体が流通し前記抵抗を発生させるとともに、前記作動流体の流通に基づいて前記抵抗を調整する制御弁を有する流体回路と、
前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部と、
を備え、
前記流体回路は、前記作動流体により動作する流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダ内を移動するピストンにより仕切られた前記流体圧シリンダ内の第１ポートと第２ポートとを接続するとともに前記発電部が途中に設けられた発電流路と、を備え、
前記発電流路は、前記第１ポートから前記第２ポートへと前記作動流体が流通し前記作動流体の流量を調整する第１並列制御弁を有する第１並列流路と、
前記第２ポートから前記第１ポートへと前記作動流体が流通し前記作動流体の流量を調整する第２並列制御弁を有する第２並列流路と、
前記発電流路の途中に設けられ、前記発電部を有する発電部流路と、
を備え、
前記第１並列流路、前記第２並列流路、及び前記発電部流路は、それぞれ並列に設けられており、
前記発電部流路は、前記発電部と直列に接続され、前記発電部流路を流れる前記作動流体の流量を調整する発電部制御弁を有し、
前記制御部は、前記第１並列制御弁又は前記第２並列制御弁を独立に制御し前記発電部への前記作動流体の流量方向について流量を調整する、
膝継手。

【請求項2】

前記発電部は、前記作動流体により駆動され発電するギヤモータを備える、請求項１に記載の膝継手。

【請求項3】

前記発電流路内に設けられ、前記発電流路を流れる前記作動流体の流量と圧力損失により生じる差圧との関係を制御する前記制御弁を備える、
請求項１または２に記載の膝継手。

【請求項4】

前記発電流路は、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する他の流路を備え、
前記他の流路には、流通する前記作動流体の流量と圧力損失により生じる差圧との関係を制御する他の制御弁が設けられている、
請求項３に記載の膝継手。

【請求項5】

前記第１並列流路において前記第２ポートから前記第１ポートへの前記作動流体の流通を制限する第１逆止弁と、
前記第２並列流路において前記第１ポートから前記第２ポートへの前記作動流体の流通を制限する第２逆止弁と、を備える、
請求項１または２に記載の膝継手。

【請求項6】

大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、
前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する発電部と、
作動流体が流通し前記抵抗を発生させるとともに、前記作動流体の流通に基づいて前記抵抗を調整する制御弁を有する流体回路と、
前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部と、
を備え、
前記流体回路は、前記作動流体により動作する流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダ内を移動するピストンにより仕切られた前記流体圧シリンダ内の第１ポートと第２ポートとを接続するとともに前記発電部が途中に設けられた発電流路と、を備え、
前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第１ポートとを接続する第１流路と、
前記中間流路の前記一端側と前記第２ポートとを接続する第２流路と、
前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを接続する第３流路と、
前記中間流路の前記他端側と前記第２ポートとを接続する第４流路と、を備え、
前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、
前記第２流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、
前記第３流路には、前記第１ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の流通を制限すると共に、前記中間流路から前記第１ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第３逆止弁が設けられ、
前記第４流路には、前記第２ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の移動を制限すると共に、前記中間流路から前記第２ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第４逆止弁が設けられる、
膝継手。

【請求項7】

前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第２ポートとを並列に接続する第１流路および第２流路と、前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを並列に接続する第３流路および第４流路とを備え、
前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、
前記第３流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、
前記第２流路には、前記中間流路から前記第２ポートへの前記作動流体の流通を許容すると共に、前記第２ポートから前記中間流路への前記作動流体の流通を制限する第３逆止弁が設けられ、
前記第４流路には、前記中間流路から前記第１ポートへの前記作動流体の流通を許容すると共に、前記第１ポートから前記中間流路への前記作動流体の流通を制限する第４逆止弁が設けられる、
請求項１に記載の膝継手。

【請求項8】

前記中間流路の前記一端側と前記他端側とを接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路を流通する前記作動流体の流量を調整するバイパス制御弁またはバイパスリリーフ弁と、を備える、請求項７に記載の膝継手。

【請求項9】

前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部を備え、
前記制御部は、前記発電部が発生する発電抵抗に比して弱い抵抗を発生させる場合、前記他の制御弁を任意に調整し、前記発電抵抗に比して強い抵抗を発生させる場合、前記制御弁を任意に調整する、
請求項４に記載の膝継手。

【請求項10】

大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、
前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する発電部と、
前記発電部が設けられ前記抵抗を発生させる作動流体が流通する流体回路と、
前記流体回路に設けられ前記作動流体の流通に基づいて前記抵抗を調整する制御弁と、
前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部と、
前記流体回路に設けられた前記作動流体により動作する流体圧シリンダと、
前記流体圧シリンダ内を移動するピストンにより仕切られた前記流体圧シリンダ内の第１ポートと第２ポートとを接続するとともに前記発電部が途中に設けられた発電流路と、を備え、
前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第１ポートとを接続する第１流路と、
前記中間流路の前記一端側と前記第２ポートとを接続する第２流路と、
前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを接続する第３流路と、
前記中間流路の前記他端側と前記第２ポートとを接続する第４流路と、を備え、
前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、
前記第２流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、
前記第３流路には、前記第１ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の流通を制限すると共に、前記中間流路から前記第１ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第３逆止弁が設けられ、
前記第４流路には、前記第２ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の移動を制限すると共に、前記中間流路から前記第２ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第４逆止弁が設けられる、
膝継手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、身体の動きに基づいて発電する膝継手に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、大腿部シャフトと下腿部シャフトと義足足部と関節と接続部分とを備える補装具（義足）について記載されている。特許文献１に記載されている補装具では、有効な膝モーメントを決定するモーメントセンサが関節に設けられ、屈曲抵抗および伸展抵抗を提供する抵抗手段が下腿部シャフトに設けられている。各々の抵抗手段は、センサデータおよびセンサデータの評価に基づいて制御される。このような義足は、内部に設けられた電源によりセンサや制御装置に電力が供給されることにより油圧機器等の内部装置が制御される。そのため、内部装置を備える義足は、電源が消費した所定のタイミングにおいて充電する必要がある。特許文献２には、義足の屈曲動作において発電し蓄電池に充電する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０１３－５１０６０５号公報

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２０２０５７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

義足は、ユーザの使用時において発電装置があっても本来の機能を損なわず、歩きやすい義足に構成されていることが望ましい。特許文献２に記載された技術によれば、屈曲動作において充電した電力を用いて伸展動作を行うため、発電パターンが限定される。

【0005】

本発明は、膝継手の動作において発生する抵抗を利用して回生電力を得ることができる膝継手、を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する発電部と、を備える膝継手である。

【0007】

また、本発明は、作動流体が流通し前記抵抗を発生させる流体回路を備え、前記発電部は、前記作動流体の流通に基づいて発電してもよい。

【0008】

また、本発明は、前記発電部は、前記作動流体により駆動され発電するギヤモータを備えていてもよい。

【0009】

また、本発明の前記流体回路は、前記作動流体の流通に基づいて前記抵抗を調整する制御弁を備えていてもよい。

【0010】

また、本発明は、前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部を備えていてもよい。

【0011】

また、本発明の前記流体回路は、前記作動流体により動作する流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダ内を移動するピストンにより仕切られた前記流体圧シリンダ内の第１ポートと第２ポートとを接続するとともに前記発電部が途中に設けられた発電流路と、を備えていてもよい。

【0012】

また、本発明の前記発電流路内に設けられ、前記発電流路を流れる前記作動流体の流量と圧力損失により生じる差圧との関係を制御する制御弁を備えていてもよい。

【0013】

また、本発明の前記発電流路は、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する他の流路を備え、前記他の流路には、流通する前記作動流体の流量と圧力損失により生じる差圧との関係を制御する他の制御弁が設けられていてもよい。

【0014】

また、本発明の前記発電流路は、前記第１ポートから前記第２ポートへと前記作動流体が流通し前記作動流体の流量を調整する第１並列制御弁を有する第１並列流路と、前記第２ポートから前記第１ポートへと前記作動流体が流通し前記作動流体の流量を調整する第２並列制御弁を有する第２並列流路と、を備え、前記制御部は、前記第１並列制御弁又は前記第２並列制御弁を独立に制御し前記発電部への前記作動流体の流量方向について流量を調整してもよい。

【0015】

また、本発明前記 第１発電流路において前記第２ポートから前記第１ポートへの前記作動流体の流通を制限する第１逆止弁と、前記第２発電流路において前記第１ポートから前記第２ポートへの前記作動流体の流通を制限する第２逆止弁と、を備えていてもよい。

【0016】

また、本発明の前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第１ポートとを接続する第１流路と、前記中間流路の前記一端側と前記第２ポートとを接続する第２流路と、前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを接続する第３流路と、前記中間流路の前記他端側と前記第２ポートとを接続する第４流路と、を備え、前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、前記第２流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、前記第３流路には、前記第１ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の流通を制限すると共に、前記中間流路から前記第１ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第３逆止弁が設けられ、前記第４流路には、第２ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の移動を制限すると共に、前記中間流路から前記第２ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第４逆止弁が設けられていてもよい。

【0017】

また、本発明の前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第２ポートとを並列に接続する第１流路および第２流路と、前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを並列に接続する第３流路および第４流路とを備え、前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、前記第３流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、前記第２流路には、前記中間流路から前記第２ポートへの前記作動流体の流通を許容すると共に、前記第２ポートから前記中間流路への前記作動流体の流通を制限する第３逆止弁が設けられ、前記第４流路には、前記中間流路から前記第１ポートへの前記作動流体の流通を許容すると共に、前記第１ポートから前記中間流路への前記作動流体の流通を制限する第４逆止弁が設けられていてもよい。

【0018】

また、本発明の前記中間流路の前記一端側と前記他端側とを接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路を流通する前記作動流体の流量を調整するバイパス制御弁またはバイパスリリーフ弁と、を備えていてもよい。

【0019】

本発明は、前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部を備え、前記制御部は、前記発電部が発生する発電抵抗に比して弱い抵抗を発生させる場合、前記他の制御弁を任意に調整し、前記発電抵抗に比して強い抵抗を発生させる場合、前記制御弁を任意に調整してもよい。

【0020】

本発明の一態様は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する発電部と、前記発電部が設けられ前記抵抗を発生させる作動流体が流通する流体回路と、前記流体回路に設けられ前記作動流体の流通に基づいて前記抵抗を調整する制御弁と、前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部と、前記流体回路に設けられた前記作動流体により動作する流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダ内を移動するピストンにより仕切られた前記流体圧シリンダ内の第１ポートと第２ポートとを接続するとともに前記発電部が途中に設けられた発電流路と、を備え、前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第１ポートとを接続する第１流路と、前記中間流路の前記一端側と前記第２ポートとを接続する第２流路と、前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを接続する第３流路と、前記中間流路の前記他端側と前記第２ポートとを接続する第４流路と、を備え、前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、前記第２流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、前記第３流路には、前記第１ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の流通を制限すると共に、前記中間流路から前記第１ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第３逆止弁が設けられ、前記第４流路には、第２ポートから前記中間流路への流通方向における前記作動流体の移動を制限すると共に、前記中間流路から前記第２ポートへの流通方向における前記作動流体の流通を許容する第４逆止弁が設けられる、膝継手である。

【0021】

本発明の一態様は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する発電部と、前記発電部が設けられ前記抵抗を発生させる作動流体が流通する流体回路と、前記流体回路に設けられ前記作動流体の流通に基づいて前記抵抗を調整する制御弁と、前記制御弁の動作を制御するとともに前記発電部により発電された電力を利用して動作する制御部と、前記流体回路に設けられた前記作動流体により動作する流体圧シリンダと、前記流体圧シリンダ内を移動するピストンにより仕切られた前記流体圧シリンダ内の第１ポートと第２ポートとを接続するとともに前記発電部が途中に設けられた発電流路と、を備え、前記発電流路は、前記発電部が途中に設けられた中間流路の一端側と前記第２ポートとを並列に接続する第１流路および第２流路と、前記中間流路の他端側と前記第１ポートとを並列に接続する第３流路および第４流路と、前記発電部の前記一端側と前記他端側とを接続するバイパス流路と、を備え、前記第１流路には、前記作動流体の流量を調整する第１制御弁が設けられ、前記第３流路には、前記作動流体の流量を調整する第２制御弁が設けられ、前記第２流路には、前記中間流路から前記第２ポートへの前記作動流体の流通を許容すると共に、前記第２ポートから前記中間流路への前記作動流体の流通を制限する第３逆止弁が設けられ、前記第４流路には、前記中間流路から前記第１ポートへの前記作動流体の流通を許容すると共に、前記第１ポートから前記中間流路への前記作動流体の流通を制限する第４逆止弁が設けられ、前記バイパス流路には、前記バイパス流路を流通する前記作動流体の流量を調整するバイパス制御弁またはバイパスリリーフ弁が設けられている膝継手である。

【0022】

本発明の一態様は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、を備える膝継手において、前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗を用いて発電する、膝継手発電方法である。

【0023】

本発明の一態様は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、前記大腿接続部に対して回転可能に連結された下腿部と、を備える膝継手において、前記大腿接続部に対する前記下腿部の回転において発生する抵抗の抵抗値を制御装置に制御させて発電する、プログラムである。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、膝継手の動作において発生する抵抗を利用して回生電力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】実施形態に係る膝継手の構成を示す断面図である。

【図2】膝継手のシリンダの構成を概略的に示す図である。

【図3】膝継手を制御する制御装置の構成を示すブロック図である。

【図4】発電部を有するシリンダの液圧回路の構成を概略的に示す図である。

【図5】第２実施形態に係る液圧回路の構成を概略的に示す図である。

【図6】膝継手１の抵抗を調整する制御方法を示すフローチャートである。

【図7】第３実施形態に係る液圧回路の構成を概略的に示す図である。

【図8】屈曲動作時の液圧回路の動作を示す図である。

【図9】屈曲動作の減速、停止時のアイドリング回路の動作を示す図である。

【図10】伸展動作時の液圧回路の動作を示す図である。

【図11】伸展動作の減速、停止時のアイドリング回路の動作を示す図である。

【図12】第４実施形態に係る液圧回路の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、実施形態に係る膝継手の基本構成について説明する。

【0027】

図１に示されるように、膝継手１は、使用者（膝継手１の装着者）の大腿から下部の身体を補う装置である。膝継手１は、大腿に接続される大腿接続部１Ａと、大腿接続部１Ａに回転可能に連結された下腿部１Ｂと、大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとに連結されたシリンダ１Ｃ（流体圧シリンダ）と、を備える。大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの間の前方には、前部リンク部１１が回転可能に連結されている。大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの間の後方には、後部リンク部１２が回転可能に連結されている。膝継手１は、後述の制御装置１０（図３参照）により制御される。制御装置１０は、膝継手１内の任意の位置に設けられている。

【0028】

前部リンク部１１の上方は、第１軸１３を介して大腿接続部１Ａに回転可能に連結されている。前部リンク部１１の下方は、第３軸１５を介して下腿部１Ｂに回転可能に連結されている。後部リンク部１２の上方は、第２軸１４を介して大腿接続部１Ａに回転可能に連結されている。後部リンク部１２の下方は、第４軸１６を介して下腿部１Ｂに回転可能に連結されている。

【0029】

大腿接続部１Ａには、使用者の大腿部の下端に装着されるソケット（例えば特開２０１７－６３３９号公報の図１参照）が接続される。下腿部１Ｂは、上記構成により、前部リンク部１１及び後部リンク部１２が膝軸に対応する回転機構となり、大腿接続部１Ａに対して回転する。つまり、大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂと前部リンク部１１と後部リンク部１２とは、４節リンクを構成している。その結果、上述したように、下腿部１Ｂは、大腿接続部１Ａに対して膝軸（仮想軸）まわりに回転可能である。

【0030】

大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの回転は、伸縮自在なシリンダ１Ｃ（流体圧シリンダ）により制限または補助されている。シリンダ１Ｃは、脹脛に相当する位置に配置されている。シリンダ１Ｃの上端は、大腿接続部１Ａに回転可能に連結されている。シリンダ１Ｃの下端は、下腿部１Ｂに回転可能に連結されている。シリンダ１Ｃは、略倒立して設けられたシリンダチューブ１Ｃ１と、シリンダチューブ１Ｃ１内に移動自在に設けられたピストン１Ｃ２と、ピストン１Ｃ２の上方に連結されたピストンロッド１Ｃ３とを備える。シリンダ１Ｃは、大腿接続部１Ａ側に設けられていてもよい。

【0031】

シリンダチューブ１Ｃ１は、有底の円筒形に形成されている。シリンダチューブ１Ｃ１の上端は、蓋１ＣＦにより閉塞されている。蓋１ＣＦの中心には、貫通孔１ＣＨが形成されている。貫通孔には、ピストンロッド１Ｃ３が挿入されている。シリンダチューブ１Ｃ１の下端部は、下腿部１Ｂ側に連結部１Ｃ１３を介して回転可能に連結されている。シリンダチューブ１Ｃ１の内部は、円板状に形成されたピストン１Ｃ２により仕切られている。ピストン１Ｃ２は、例えば、シリンダチューブ１Ｃ１の内径より若干小さい外形に形成されている。シリンダチューブ１Ｃ１は、円筒形以外の形状に形成されていてもよい。

【0032】

ピストン１Ｃ２の上面には、ピストンロッド１Ｃ３の下端が連結されている。ピストンロッド１Ｃ３は、円柱状に形成されている。ピストンロッド１Ｃ３は、貫通孔１ＣＨからシリンダチューブ１Ｃ１の外部に突出している。ピストンロッド１Ｃ３の上端は、大腿接続部１Ａに連結部１Ｃ１３を介して回転可能に連結されている。

【0033】

上記構成により膝継手１は、下腿部１Ｂが大腿接続部１Ａに対して回転し、回転に連動してピストンロッド１Ｃ３がシリンダチューブ１Ｃ１に対して伸縮する。このとき、ピストン１Ｃ２がシリンダチューブ１Ｃ１の内部を移動する際に抵抗が生じるため、シリンダ１Ｃは、下腿部１Ｂが大腿接続部１Ａに対して回転する際の抵抗を与える。

【0034】

図２に示されるように、シリンダ１Ｃには、抵抗を制御するための流体回路が設けられている。シリンダチューブ１Ｃ１の内部は、ピストン１Ｃ２により仕切られている。シリンダチューブ１Ｃ１の内部は、ピストン１Ｃ２により仕切られた空間のうちピストンロッド１Ｃ３の側に位置する第１ポート１Ｃ１１と、ピストン１Ｃ２を隔ててピストンロッド１Ｃ３の反対側の空間に位置する第２ポート１Ｃ１２とが画定されている。

【0035】

シリンダチューブ１Ｃ１の内部は、作動流体が充填されている。作動流体は、例えば、作動油である。作動流体は、作動油以外の流体であってもよい。第１ポート１Ｃ１１と第２ポート１Ｃ１２とは、作動流体が流通する流路１Ｑ１により接続されている。流路１Ｑ１には、伸展側バルブ１Ｇと伸展側逆止弁１Ｇ１とが直列に接続されている。伸展側バルブ１Ｇと伸展側逆止弁１Ｇ１との接続順は入れ替えられてもよい。また、第１ポート１Ｃ１１と第２ポート１Ｃ１２とは、作動流体が流通する流路１Ｑ２により接続されている。流路１Ｑ２には、屈曲側バルブ１Ｈと屈曲側逆止弁１Ｈ１とが直列に接続されている。屈曲側バルブ１Ｈと屈曲側逆止弁１Ｈ１との接続順は入れ替えられてもよい。

【0036】

図３には、膝継手１を制御する制御装置１０の構成が示されている。制御装置１０は、例えば、検知部１Ｄと、制御部１Ｅと、伸展側バルブ１Ｇと、伸展側逆止弁１Ｇ１と、屈曲側バルブ１Ｈと、屈曲側逆止弁１Ｈ１と、バッテリ１Ｊと、バッテリ状態取得部１Ｋと、発電部２０とを備えている。発電部２０については後述する。

【0037】

検知部１Ｄは、膝継手１の姿勢や負荷状態及び大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの相対位置に関する情報を直接又は間接的に取得する。検知部１Ｄは、例えば特開２０１７－６３３９号公報の図２に記載された膝角度センサ、６軸慣性センサ、荷重センサなどを有することによって、膝継手１の姿勢や負荷状態及び大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの相対位置に関する情報を取得する。他の例では、検知部１Ｄが、例えば特開２０１９－１８０８８７号公報の図２に記載された位置検出部のように距離を計測することによって大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの相対位置に関する情報を取得したり、例えば特開２０１９－１８０８８７号公報の図６に記載された位置検出部のように傾斜角度を計測することによって膝継手１の姿勢や負荷状態及び大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとの相対位置に関する情報を取得したりしてもよい。

【0038】

制御部１Ｅは、検知部１Ｄの検知結果に基づいてシリンダ１Ｃの抵抗を制御する。制御部１Ｅは、検知部１Ｄの検知結果から使用者の動作の状態を推定する。即ち、制御部１Ｅは、使用者の動作の状態に応じた抵抗を発生するようにシリンダ１Ｃの抵抗を制御する。制御部１Ｅは、発電部２０により発電された電力を利用して動作する。制御部１Ｅは、供給される電力を安定させるため、発電部２０により発電された電力をバッテリ１Ｊに充電し、バッテリ１Ｊに蓄電された電力に基づいて動作する。

【0039】

伸展側バルブ１Ｇは、流路１Ｑ１の作動流体の流通量を調整し、シリンダ１Ｃの伸長を制限する。伸展側バルブ１Ｇの調整により第１ポート１Ｃ１１から第２ポート１Ｃ１２への作動流体の流れが規制され、膝継手１の伸展が制限される。伸展側バルブ１Ｇの開度は、制御部１Ｅによって制御される。伸展側バルブ１Ｇの開度が減少させられる場合には、シリンダチューブ１Ｃ１の第１ポート１Ｃ１１内の作動流体が、伸展側バルブ１Ｇを介して第２ポート１Ｃ１２に流入しづらくなる。

【0040】

つまり、伸展側バルブ１Ｇの開度が減少させられる場合には、シリンダ１Ｃが伸長しづらくなり、膝継手１が伸展しづらくなる。すなわち、膝継手１の伸展を制限する必要がある場合に、制御部１Ｅは、伸展側バルブ１Ｇの開度を減少させる。伸展側逆止弁１Ｇ１は、伸展側バルブ１Ｇの開弁時に第２ポート１Ｃ１２内の流体が伸展側バルブ１Ｇを介して第１ポート１Ｃ１１に逆流することを防止する。

【0041】

屈曲側バルブ１Ｈは、流路１Ｑ２の作動流体の流通量を調整し、シリンダ１Ｃの縮小を制限する。屈曲側バルブ１Ｈの調整により第２ポート１Ｃ１２から第１ポート１Ｃ１１への作動流体の流れが規制され、膝継手１の屈曲が制限される。屈曲側バルブ１Ｈの開度は、制御部１Ｅによって制御される。屈曲側バルブ１Ｈの開度が減少させられる場合には、シリンダチューブ１Ｃ１の第２ポート１Ｃ１２内の流体が、屈曲側バルブ１Ｈを介して第１ポート１Ｃ１１に流入しづらくなる。

【0042】

つまり、屈曲側バルブ１Ｈの開度が減少させられる場合には、シリンダ１Ｃが縮小しづらくなり、膝継手１が屈曲しづらくなる。すなわち、膝継手１の屈曲を制限する必要がある場合に、制御部１Ｅは、屈曲側バルブ１Ｈの開度を減少させる。屈曲側逆止弁１Ｈ１は、屈曲側バルブ１Ｈの開弁時に第１ポート１Ｃ１１内の流体が屈曲側バルブ１Ｈを介して第２ポート１Ｃ１２に逆流することを防止する。

【0043】

制御部１Ｅは、検知部１Ｄの検知結果に基づいて各種の演算処理を行う。バッテリ１Ｊは、例えば検知部１Ｄ、制御部１Ｅなどのような膝継手１を構成する部分（詳細には、電力を消費して作動する部分）に電力を供給する。バッテリ状態取得部１Ｋは、バッテリ１Ｊの状態（例えば充電率（ＳＯＣ）（残量）、容量、開回路電圧、開回路電位などのデータ）を取得する。バッテリ１Ｊは、発電部２０において発生した発電電力を蓄電する。バッテリ１Ｊの蓄電量は、バッテリ状態取得部１Ｋにより取得されたデータに基づいて制御部１Ｅにより制御され、荷重電や過放電が防止される。バッテリ１Ｊは、例えば、二次電池により構成されている。バッテリ１Ｊは、コンデンサ、キャパシタにより構成されていてもよい。

【0044】

制御部１Ｅは、使用者の動作の状態として、使用者が歩行状態であるか非歩行状態であるか、あるいは歩行状態であるとき、歩行のどの局面（遊脚相屈曲期、遊脚相伸展期、立脚相など）であるかを、検知部１Ｄの検知結果に基づいて推定する。制御部１Ｅは、使用者の歩行局面が遊脚相屈曲期である場合には、屈曲抵抗を小さく制御し、立脚相である場合には、屈曲抵抗を大きく制御する。また、制御部１Ｅは、使用者の動作の状態が非歩行状態であると推定した場合、膝継手１を例えば最大屈曲モード、自転車フリーモード、着座フリーモード、セーフティロックモード、立位静止モードなどに設定する。

【0045】

上記実施形態において、流路１Ｑ１及び流路１Ｑ２は、無くてもよい。この場合、制御部１Ｅは、屈曲動作或いは伸展動作において流路１Ｑ３を流通する作動流体の流量を発電部２０の発電抵抗を調整することにより調整してもよい。即ち、制御部１Ｅは、発電部２０におけるギヤモータの端子間に発生する発電抵抗あるいはＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御等に基づくギヤモータへの導通時間を調整し、ギヤモータの回転抵抗を変化させてもよい。

【0046】

上述した様に、膝継手１によれば、屈曲或いは伸展の動作において発生する抵抗を用いて発電し、回生電力を膝継手１の電源電力として利用することができる。膝継手１によれば、屈曲或いは伸展の動作の抵抗を発生させる流体回路に流通する作動流体のエネルギーを利用して電力を発生させることができる。

【0047】

［第１実施形態］
以下、膝継手１における発電部２０について説明する。図４に示されるように、膝継手１におけるシリンダ１Ｃには、発電部２０が設けられている。発電部２０は、身体の膝関節における屈曲動作および伸展動作のうちいずれか１つにおいて発生する抵抗を用いて電力を発生する。発電部２０は、例えば、大腿接続部１Ａと下腿部１Ｂとを回転自在に連結する膝軸まわりの回転において発生する抵抗を用いて発電する。図４の例では、発電部２０は、シリンダ１Ｃが短縮する屈曲動作において発電すると共に、シリンダ１Ｃが伸長する伸展動作において発電するように構成されている。

【0048】

シリンダ１Ｃは、作動流体が流通する流体回路１Ｑ（油圧回路）を備える。流体回路１Ｑは、作動流体の圧力損失により生じる差圧を発生させることで、シリンダ１Ｃに抵抗を発生させる。作動流体の抵抗は、発電部２０の一方側接続された流路の圧力と、他方側に接続された流路の圧力との圧力損失により生じる差圧に基づいて発生する。流体回路１Ｑにおいて発生する抵抗力は、この差圧にピストン１Ｃ２の面積を乗じることで算出される。

【0049】

流体回路１Ｑは、作動流体により動作するシリンダ１Ｃと、シリンダ１Ｃ内を移動するピストン１Ｃ２により仕切られたシリンダ１Ｃ内の第１ポート１Ｃ１１と第２ポート１Ｃ１２とを接続すると共に発電部２０が途中に設けられた流路１Ｑ３（発電流路）と、他の流路とを備える。他の流路には、例えば、流路１Ｑ１（第１並列流路）と、流路１Ｑ２（第２並列流路）とが設けられている。流路１Ｑ３は、第１ポート１Ｃ１１と第２ポート１Ｃ１２とを接続している。流体回路１Ｑにおいて、流路１Ｑ３から見て他の流路である流路１Ｑ１、流路１Ｑ２は、並列に設けられている。流路１Ｑ１と流路１Ｑ２とが設けられていることにより、伸展動作或いは屈曲動作において発生する抵抗に基づいて発電することができる。

【0050】

ピストンロッド１Ｃ３の伸長時において作動流体は、第１ポート１Ｃ１１から吐出され、流路１Ｑ３及び流路１Ｑ１を流通して第２ポート１Ｃ１２へと還流する。ピストンロッド１Ｃ３の短縮時において作動流体は、第２ポート１Ｃ１２から吐出され、流路１Ｑ３及び流路１Ｑ２を流通して第１ポート１Ｃ１１へ還流する。流路１Ｑ１及び流路１Ｑ２は、流路１Ｑ３に並行するバイパス流路である。流路１Ｑ１には、後述の制御弁（伸展側バルブ１Ｇ）が接続されている。流路１Ｑ２には、後述の制御弁（屈曲側バルブ１Ｈ）が接続されている。流路１Ｑ３に流通する作動流体に基づいて発電部２０において発電される。発電部２０における抵抗は、伸展側バルブ１Ｇ又は屈曲側バルブ１Ｈの開度に基づいて調整される。

【0051】

発電部２０は、例えば、流路１Ｑ３の途中に設けられている。発電部２０は、作動流体の流通に基づいて発電する。発電部２０は、例えば、作動流体により駆動され発電するギヤモータを備える。ギヤモータは、例えば、トロコイドギヤを有するトロコイドポンプや外接歯車式や楕円歯車等のギヤポンプ等のポンプとポンプに接続されたモータとを備える。ギヤモータにより、ポンプの回転を増速して、モータに大きな起電力を発生させることができる。（発電部２０にギヤポンプを設けることにより、発電部２０を小型化しても大きなトルクが得られると共に、大きな油圧抵抗を発生させることができる。）ギヤモータにより、発電効率を向上させることができる。

【0052】

膝継手１に生じさせる抵抗は、発電部２０の発電量に基づいて調整される。発電量は、ギヤモータの端子間に発生する発電抵抗を変化させて調整される、発電抵抗は、ギヤモータの端子間に設けられた制御回路（不図示）に対するＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御に基づいて調整される。制御回路は、例えば、ギヤモータの端子間に接続されたＦＥＴ等のトランジスタ素子により構成されている。制御回路は、トランジスタ素子のＯＮ／ＯＦＦの時間をＰＷＭで調整することにより、発電部２０に生じる発電抵抗が調整される。

【0053】

制御部１Ｅは、流体回路１Ｑに発生する抵抗値を制御し、発電部２０の発電量を調整する。作動流体の流量は膝の屈曲伸展速度で決まるため、直接制御できない。制御部１Ｅは、流体回路１Ｑを流通する作動流体の流量と差圧（圧力損失）の関係を制御弁及び発電部２０により調整することで膝継手に発生する抵抗を任意に調整する。制御部１Ｅは、伸展側バルブ１Ｇ（第１並列制御弁）又は屈曲側バルブ１Ｈ（第２並列制御弁）を独立に制御し発電部２０への作動流体の流量方向について流量を調整する。ここで、差圧は、バルブにより変わる定数×流量^αにより算出される。αは、理論上２である。制御部１Ｅは、例えば、発電部２０におけるギヤモータの端子間に接続された制御回路のＯＮ／ＯＦＦの時間をＰＷＭ制御し、流体回路１Ｑに流通する作動流体の流量と差圧の関係を調整する。制御部１Ｅは、発電部２０において発生する発電抵抗に加えて制御弁を制御することにより、膝継手１に発生する抵抗を調整する。

【0054】

膝継手１によれば、発電部２０にギヤモータが設けられていることにより小型化しても大きなトルクを得ることができ、大きな油圧抵抗を発生させることができる。膝継手１によれば、ギヤモータを有していることにより、ギヤポンプ部の回転が遅い場合でも、ギヤにより増速されるため、モータを高速回転させ、起電力を発生させ、回生電力を得ることができる。また、膝継手１によれば、回生電力の発生に基づいてギヤポンプにおいて大きな油圧抗力を発生させることもできる。膝継手１によれば、屈曲或いは伸展の動作に応じて動作する流体回路において流通する作動流体の抵抗を利用して発電することができる。

【0055】

膝継手１によれば、発電部２０に制御弁を接続することにより、発電部２０において発生する発電抵抗を任意に調整することができる。膝継手１によれば、発電部２０に並列に他の流路と他の制御弁を設けることにより、発電部において発生する発電抵抗に比して弱い抵抗を発生させることができる。膝継手１によれば、発電部２０において発生する発電抵抗をギヤモータの端子間へのオン／オフに基づいて調整することができる。膝継手１によれば、他の流路と他の制御弁を設けることにより、ギヤモータにおけるその調整幅を超えて弱い抵抗を発生させることができる。

【0056】

発電部２０は、発電部２０に発電させた電力を利用して動作してもよいし、バッテリ１Ｊに充電させてもよい。流体回路１Ｑにおいて、制御部１Ｅに制御される制御弁（伸展側バルブ１Ｇ及び屈曲側バルブ１Ｈ）が設けられている。伸展側バルブ１Ｇ、屈曲側バルブ１Ｈは、流路１Ｑ３に並列に設けられた流路１Ｑ１（第１発電流路）及び流路１Ｑ２（第２発電流路）に接続された並列制御弁である。並列制御弁は、発電部２０が発生する抵抗に比して弱い抵抗を発生させる。制御部１Ｅは、発電部２０が発生する前記抵抗Ｒ１に比して弱い抵抗を発生させる場合、並列制御弁を任意に調整する。

【0057】

伸展側バルブ１Ｇ（第１並列制御弁）は、伸展時（第１ポート１Ｃ１１が高圧になった時）に圧力を下げるように調整する。屈曲側バルブ１Ｈ（第２並列制御弁）は、屈曲時（第２ポート１Ｃ１２が高圧になった時）に圧力を下げるように調整する。流路１Ｑ１において、伸展側バルブ１Ｇには伸展側逆止弁１Ｇ１（第１逆止弁）が直列に接続されている。伸展側逆止弁１Ｇ１は、作動流体を第１ポート１Ｃ１１から第２ポート１Ｃ１２への流通方向に流通させ、第２ポート１Ｃ１２から第１ポート１Ｃ１１への流通方向の流通を制限する。流路１Ｑ２において、屈曲側バルブ１Ｈには屈曲側逆止弁１Ｈ１（第２逆止弁）が直列に接続されている。伸展側逆止弁１Ｇ１と屈曲側逆止弁１Ｈ１とが設けられていることにより、伸展動作或いは屈曲動作において発生する抵抗を個別に調整することができる。

【0058】

屈曲側逆止弁１Ｈ１は、作動流体を第２ポート１Ｃ１２から第１ポート１Ｃ１１への流通方向に流通させ、第１ポート１Ｃ１１から第２ポート１Ｃ１２への流通方向の流通を制限する。伸展側バルブ１Ｇと屈曲側バルブ１Ｈとは、制御部１Ｅにより制御され、作動流体の流量と圧力損失により生じる差圧との関係を調整して抵抗を発生する制御弁である。伸展側バルブ１Ｇが電磁弁である場合、開度は、開閉回数によって調整される。伸展側バルブ１Ｇが電磁制御弁である場合、開度は、開口量によって調整される。屈曲側バルブ１Ｈが電磁弁である場合、開度は、開閉回数によって調整される。屈曲側バルブ１Ｈが電磁制御弁である場合、開度は、開口量によって調整される。

【0059】

流体回路１Ｑにおいて、発電部２０には、作動流体の流量（Ｉ１）に基づく抵抗（Ｒ１）が発生し、伸展側バルブ１Ｇ及び屈曲側バルブ１Ｈにおいて作動流体の流量（Ｉ２）に基づく抵抗（Ｒ２）が発生する。流体回路１Ｑの剛性抵抗は、Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）である。発電部２０における作動流体の流量（Ｉ１）は、Ｉ１＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）である。発電部２０における発電量は、Ｒ１・Ｉ１＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）である。

【0060】

流体回路１Ｑにおいて、伸長動作時は、屈曲側逆止弁１Ｈ１により流路１Ｑ２に作動流体が流れず、作動流体が流路１Ｑ３と流路１Ｑ１とを経由して第１ポート１Ｃ１１から第２ポート１Ｃ１２の流通方向に流通する。流体回路１Ｑにおいて、屈曲動作時は、伸展側逆止弁１Ｇ１により流路１Ｑ１に作動流体が流れず、作動流体が流路１Ｑ３と流路１Ｑ２とを経由して第２ポート１Ｃ１２から第１ポート１Ｃ１１の流通方向に流通する。

【0061】

流体回路１Ｑにおいて、例えば、伸長動作時或いは屈曲動作時に伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈを全開にすると、流路１Ｑ１或いは流路１Ｑ２に作動流体が抵抗なく流通し、発電部２０の抵抗（Ｒ１）によらず、流体回路１Ｑの抵抗が略ゼロになる。この場合、流路１Ｑ３に作動流体が流通せず、発電部２０において発電が行われない。膝継手１の動作において、例えば遊脚相屈曲期のように屈曲抵抗を小さくする必要がある場合（素早い動きに対応させる場合）、発電部２０が抵抗となるので、伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈを全開にすることにより、流体回路１Ｑを流路する作動流体の抵抗を略ゼロにすることができる。

【0062】

流体回路１Ｑにおいて、伸長動作時或いは屈曲動作時に伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈの流量を絞っていくと、抵抗（Ｒ２）が増加し、流路１Ｑ３の流量（Ｉ１）が増加し、発電部２０において発電が行われる。即ち、発電部２０は、伸展側逆止弁１Ｇ１（第１逆止弁）及び屈曲側逆止弁１Ｈ１（第２逆止弁）によって許容された流通方向における作動流体の流通に基づいて発電する。

【0063】

流体回路１Ｑにおいて、伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈを全閉にすると、流体回路１Ｑの抵抗は、Ｒ１となり、流路１Ｑ３の流量（Ｉ１）によって発電部２０において発電が行われる。この場合、シリンダ１Ｃの動きをロックすることができない。

【0064】

上述したように、膝継手１によれば、身体の膝関節における屈曲動作および伸展動作のうちいずれか１つにおいて発生する抵抗を用いて発電部により発電することができる。膝継手１によれば、従来、義足動作において抵抗を発生させるために捨てられていたエネルギーを用いて発電により回生し、内部電源の充電回数を低減すると共に、内部機器の電力を賄うことができる。膝継手１によれば、内部において発電した電力に基づいて制御部が動作するため、膝継手の充電回数を低減または不要とすることができる。膝継手１によれば、人が腿を振るエネルギーに基づいて電力を回生しているので、電力消費量を上回る回生エネルギーを得ることができる。

【0065】

［第２実施形態］
図５に示されるように、流体回路１Ｑにおいて、流路１Ｑ３には、発電部２０に直列に接続された第１制御弁１Ｍ（制御弁）が設けられている。第１制御弁１Ｍは、発電流路内に設けられ、当該流路１Ｑ３を流れる作動流体の流量を制御する。第１制御弁１Ｍは、発電部２０に抵抗を加算させる。第４実施形態と同様に、制御部１Ｅは、伸展側バルブ１Ｇ（第１並列制御弁）又は屈曲側バルブ１Ｈ（第２並列制御弁）を独立に制御し発電部２０への作動流体の流量方向について流量を調整する。制御部１Ｅは、発電部２０が発生する抵抗Ｒ１に比して強い抵抗Ｒ１を発生させる場合、第１制御弁１Ｍを任意に調整する。第１制御弁１Ｍは、例えば、流路１Ｑ３において発電部２０と第２ポート１Ｃ１２との間に接続されている。第１制御弁１Ｍは、例えば、流路１Ｑ３において発電部２０と第１ポート１Ｃ１１との間に接続されていてもよい。

【0066】

流体回路１Ｑにおいて、例えば、伸長動作時或いは屈曲動作時に伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈを全開にすると、流路１Ｑ１或いは流路１Ｑ２に作動流体が抵抗なく流通し、発電部２０の抵抗（Ｒ１）によらず、流体回路１Ｑの抵抗が略ゼロになる。この場合、流路１Ｑ３に作動流体が流通せず、発電部２０において発電が行われない。流体回路１Ｑにおいて、伸長動作時或いは屈曲動作時に伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈの流量を絞っていくと、抵抗（Ｒ２）が増加し、流路１Ｑ３の流量（Ｉ１）が増加し、発電部２０において発電が行われる。

【0067】

流体回路１Ｑにおいて、伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈを全閉にすると共に、第１制御弁１Ｍを全閉にするとシリンダ１Ｃの動きをロックすることができる。上記構成により、流体回路１Ｑにおいて、膝継手１の動作をロック可能なクラッチが実現できる。また、流体回路１Ｑにより、電源を切った場合でも任意の抵抗力を発生可能とすると共に、小型軽量化を実現できる。

【0068】

流体回路１Ｑにおいて抵抗をＲ１以上にする場合、第１制御弁１Ｍを全開とすると、流路１Ｑ３の流量（Ｉ１）によって発電部２０において発電が行われ、発電部２０に発生する抵抗（Ｒ１）に加えて伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈの抵抗（Ｒ２）が合成される。

【0069】

次に制御部１Ｅにおいて実行される流体回路１Ｑの制御方法の処理について説明する。

【0070】

図６には、制御部１Ｅにおいて実行される膝継手発電方法における流体回路１Ｑの制御方法の処理の流れが示されている。制御部１Ｅは、膝継手１の伸展動作或いは屈曲動作において抵抗が必要であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。抵抗が不要な場合（ステップＳ１００：Ｎｏ）、制御部１Ｅは、第１制御弁１Ｍ、伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈの全ての制御弁を全開に開放する（ステップＳ１０２）。抵抗が必要な場合（ステップＳ：Ｙｅｓ）、制御部１Ｅは、膝継手１の発生抵抗が発電部２０に発生する発電抵抗に比して強いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。

【0071】

発電抵抗に比して強い発生抵抗が必要な場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、制御部１Ｅは、伸展側バルブ１Ｇあるいは屈曲側バルブ１Ｈを全閉とし、第１制御弁１Ｍを調整する（ステップＳ１０６）。発電抵抗以下の弱い発生抵抗が必要な場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、制御部１Ｅは、第１制御弁１Ｍを全開とし、並列制御弁である伸展側バルブ１Ｇ或いは屈曲側バルブ１Ｈを調整する（ステップＳ１０８）。制御部１Ｅは、各制御弁を調整し屈曲動作或いは伸展動作に基づいて発電部２０に発電させる（ステップＳ１１０）。

【0072】

上述したように、第２実施形態に係る流体回路１Ｑによれば、膝継手１の発生抵抗と発電部２０において発生する発電抵抗との強さの度合いに基づいて、膝継手１に適切な抵抗を発生させることができる。

【0073】

第２実施形態に係る膝継手１によれば、発電部２０に制御弁を接続することにより、発電部２０において発生する発電抵抗を任意に調整することができる。膝継手１によれば、発電部２０に並列に他の流路と他の制御弁を設けることにより、発電部において発生する発電抵抗に比して弱い抵抗を発生させることができる。膝継手１によれば、発電部２０において発生する発電抵抗をギヤモータの端子間へのオン／オフに基づいて調整することができる。膝継手１によれば、他の流路と他の制御弁を設けることにより、ギヤモータにおけるその調整幅を超えて弱い抵抗を発生させることができる。

【0074】

膝継手１によれば、伸展側逆止弁１Ｇ１（第１逆止弁）及び屈曲側逆止弁１Ｈ１（第２逆止弁）が設けられていることにより、伸展動作或いは屈曲動作において発生する抵抗を個別に調整することができる。膝継手１によれば、流路１Ｑ１（第１発電流路）と流路１Ｑ２（第２発電流路）とが設けられていることにより、伸展動作或いは屈曲動作において発生する抵抗に基づいて発電することができる。

【0075】

［第３実施形態］
第１実施形態、第２実施形態における流体回路１Ｑにおいて、発電部２０に流通する作動流体は、膝継手１の屈曲動作又は伸展動作を切り替えると逆方向に流通していた。発電部２０において作動流体の流通に基づいてギヤモータのロータの回転が増速されるため、ロータ部分の回転慣性が大きくなり、ロータの正転と逆転とが繰り返された場合、その都度回転に基づくエネルギーがロスし、発電効率が低下する。発電部２０における発電効率を向上させるためには、作動流体の流通方向は一方向であることが望ましい。第３実施形態の流体回路１Ｑは、発電部２０に流通する作動流体の流通方向が一方向であるように構成されている。

【0076】

図７に示されるように、第３実施形態に係る流体回路１Ｓは、作動流体が流通する発電流路が形成されている。発電流路は、発電部２０が途中に設けられた中間流路１ＳＣを備える。中間流路１ＳＣの一端側の接続部２１には、第１ポート１Ｃ１１と接続する第１流路１Ｓ１と、第２ポート１Ｃ１２とを接続する第２流路１Ｓ２とが接続されている。中間流路１ＳＣの他端側の接続部２２には、第１ポート１Ｃ１１と接続する第３流路１Ｓ３と、第２ポート１Ｃ１２と接続する第４流路１Ｓ４と、が接続されている。

【0077】

第１流路１Ｓ１には、作動流体の流量を調整する第１制御弁１Ｍが設けられている。第２流路１Ｓ２には、作動流体の流量を調整する第２制御弁１Ｎが設けられている。第３流路１Ｓ３には、第１ポート１Ｃ１１から中間流路１ＳＣへの流通方向における作動流体の流通を制限すると共に、中間流路１ＳＣから第１ポート１Ｃ１１への流通方向における作動流体の流通を許容する第３逆止弁１Ｈ２が設けられている。第４流路１Ｓ４には、第２ポート１Ｃ１２から中間流路１ＳＣへの流通方向における作動流体の移動を制限すると共に、中間流路１ＳＣから第２ポート１Ｃ１２への流通方向における作動流体の流通を許容する第４逆止弁１Ｇ２が設けられる。

【0078】

図８に示されるように、流体回路１Ｓにおいて膝継手１の屈曲動作時に、作動流体は、第２ポート１Ｃ１２から吐出され、第２制御弁１Ｎ、発電部２０、第３逆止弁１Ｈ２を流通し、第１ポート１Ｃ１１に還流する。流体回路１Ｓによれば、第２制御弁１Ｎを制御することにより膝継手１の抵抗を調整し発電部２０において発電することができる。このとき、作動流体は、第１制御弁１Ｍにも流通するため、第１制御弁１Ｍを調整して膝継手１の抵抗を調整してもよい。

【0079】

図９に示されるように、流体回路１Ｓによれば、膝継手１の屈曲動作の減速時や停止時において、作動流体が発電部２０を流通して巡回するアイドリング回路が形成される。アイドリング回路は、第２制御弁１Ｎ、発電部２０、第４逆止弁１Ｇ２を繋ぐループ状の流路により形成される。アイドリング回路にて作動流体が流通することにより、屈曲動作が止まっても発電部２０において回生モータにブレーキがかからず慣性により回り続けて発電が継続される。発電部２０においては、発電部２０の回生モータが常に回転し続けるため慣性によるロスが無く発電性能が向上する。

【0080】

図１０に示されるように、流体回路１Ｓによれば、膝継手１の伸展動作時において、作動流体は、第１ポート１Ｃ１１から吐出され、第１制御弁１Ｍ、発電部２０、第４逆止弁１Ｇ２を流通し、第２ポート１Ｃ１２に還流する。流体回路１Ｓによれば、第１制御弁１Ｍを制御することにより膝継手１の抵抗を調整し発電部２０において発電することができる。このとき、発電部２０に流通する作動流体の方向は、屈曲動作時の流通方向と同じである。そのため、流体回路１Ｓによれば、発電部２０に流通する作動流体の流通方向が逆転するものに比して発電効率が向上する。

【0081】

発電部２０において作動流体の流通方向が一定であるため、発電部２０の回生モータにブレーキがかからず発電が継続される。発電部２０において、回生モータが常に回転し続けるため慣性によるロスが無く発電性能が向上する。作動流体は、第２制御弁１Ｎにも流通するため、第２制御弁１Ｎを調整して膝継手１の抵抗を調整してもよい。

【0082】

図１１に示されるように、流体回路１Ｓによれば、膝継手１の伸展動作の減速時や停止時において、作動流体が発電部２０を流通して巡回するアイドリング回路が形成される。

【0083】

アイドリング回路は、発電部２０、第３逆止弁１Ｈ２、第１制御弁１Ｍを繋ぐ流路により形成される。

【0084】

アイドリング回路にて作動流体が流通することにより、発電部２０において発電部２０の回生モータにブレーキがかからず発電が継続される。発電部２０においては、発電部２０の回生モータが常に回転し続けるため慣性によるロスが無く発電性能が向上する。

【0085】

流体回路１Ｓによれば、屈曲時において第２制御弁１Ｎが発電部２０に対する直列制御弁であり、第１制御弁１Ｍが発電部２０に対する並列制御弁として作用する。そして、伸展時には、第１制御弁１Ｍが発電部２０に対する直列制御弁であり、第２制御弁１Ｎが発電部２０に対する並列制御弁として作用する。即ち、流体回路１Ｓは、第２実施形態の流体回路１Ｑ（図５、図６参照）と同様の回路構成として作用する。

【0086】

第３実施形態に係る膝継手１によれば、伸展動作或いは屈曲動作において発生する抵抗に基づいて流通する作動流体を発電部２０において一定の方向に流通させることができ、発電部２０における損失を低減し、発電効率を向上させることができる。

【0087】

［第４実施形態］
図１２に示されるように、第４実施形態に係る流体回路１Ｔは、作動流体が流通する発電流路が形成されている。発電流路は、発電部２０が途中に設けられた中間流路１ＴＣを備える。中間流路１ＴＣの一端側の接続部２１には、第２ポート１Ｃ１２と接続された第１流路１Ｔ１および第２流路１Ｔ２とが並列に接続されている。中間流路１ＴＣの他端側の接続部２２には、第１ポート１Ｃ１１と接続された第３流路１Ｔ３および第４流路１Ｔ４とが並列に接続されている。中間流路１ＴＣの一端側の接続部２１と他端側の接続部２２とは、バイパス流路１ＴＢにより接続されている。

【0088】

第１流路１Ｔ１には、作動流体の流量を調整する第１制御弁１Ｍが設けられている。第２流路１Ｔ２には、中間流路１ＴＣから第２ポート１Ｃ１２への作動流体の流通を許容すると共に、第２ポート１Ｃ１２から中間流路１ＴＣへの作動流体の流通を制限する第３逆止弁１Ｇ３が設けられている。第３流路１Ｔ３には、作動流体の流量を調整する第２制御弁１Ｎが設けられている。第４流路１Ｔ４には、中間流路１ＴＣから第１ポートへの作動流体の流通を許容すると共に、第１ポート１Ｃ１１から中間流路１ＴＣへの作動流体の流通を制限する第４逆止弁１Ｈ３が設けられている。バイパス流路１ＴＢには、バイパス流路１ＴＢを流通する作動流体の流量を調整するバイパス制御弁１Ｐが設けられている。バイパス制御弁１Ｐは、発電部２０の中間流路１ＴＣに対する並列制御弁として作用する。

【0089】

膝継手１の屈曲動作時に流体回路１Ｔにおいて作動流体は、第２ポート１Ｃ１２から吐出され第１制御弁１Ｍ、発電部２０、第４逆止弁１Ｈ３を流通し、第１ポート１Ｃ１１に還流する。流体回路１Ｔによれば、屈曲動作時に、第１制御弁１Ｍを制御することにより膝継手１の抵抗を調整し発電部２０において発電することができる。このとき、作動流体は、第２制御弁１Ｎにも流通するため、第２制御弁１Ｎを調整して膝継手１の抵抗を調整してもよい。膝継手１の屈曲動作時にバイパス制御弁１Ｐを開放すると、作動流体は発電部２０を経由せずにバイパス流路１ＴＢを流通して第４逆止弁１Ｈ３を経由して第１ポート１Ｃ１１に流入するため、抵抗が生じなくなる。

【0090】

流体回路１Ｔにおいて、バイパス制御弁１Ｐは、伸展時に第２実施形態に係る流体回路１Ｑにおける伸展側バルブ１Ｇと同様に作用し、屈曲時に第２実施形態に係る流体回路１Ｑにおける屈曲側バルブ１Ｈと同様に作用する。

【0091】

流体回路１Ｔにおいて、第２制御弁１Ｎと並列に第４逆止弁１Ｈ３が接続されているため、膝継手１の屈曲時における第４逆止弁１Ｈ３の抵抗を０とすると、第２制御弁１Ｎの開閉状態に関わらず作動流体が第４流路１Ｔ４を流通するため、流体回路１Ｔ全体の抵抗は変化しない。第４実施形態に係る流体回路１Ｔが適用された膝継手１によれば、屈曲時における屈曲側抵抗が伸展側の抵抗を調整するための第２制御弁１Ｎの開閉状態に依存しない様に構成することができる。

【0092】

膝継手１の伸展動作時に流体回路１Ｔにおいて作動流体は、第１ポート１Ｃ１１から吐出され、第２制御弁１Ｎ、発電部２０、第３逆止弁１Ｇ３を流通し、第２ポート１Ｃ１２に還流する。流体回路１Ｔによれば、伸展動作時に、第２制御弁１Ｎを制御することにより膝継手１の抵抗を調整し発電部２０において発電することができる。このとき、作動流体は、第１制御弁１Ｍにも流通するため、第１制御弁１Ｍを調整して膝継手１の抵抗を調整してもよい。伸展動作時にバイパス制御弁１Ｐを開放すると、作動流体は発電部２０を経由せずにバイパス流路１ＴＢを流通して第３逆止弁１Ｇ３を経由して第２ポート１Ｃ１２に流入するため、抵抗が生じなくなる。流体回路１Ｔにおいて、第１制御弁１Ｍを開閉しても流体回路１Ｔにおける全体の抵抗は変化しない。

【0093】

バイパス制御弁１Ｐは、モータにより開閉が制御される制御弁を例示しているが、これに限らず、作動流体の圧力が予め設定された一定以上の圧力となった場合に自動的に閉状態から開放状態となり作動流体を流通させるように構成されたバイパスリリーフ弁であってもよい。

【0094】

第４実施形態に係る膝継手１によれば、伸展動作或いは屈曲動作において発生する抵抗に基づいて流通する作動流体に基づいて発電部２０において発電することができ、更に、伸展動作においては第１制御弁に、屈曲動作においては第２制御弁に作動流体が流通するため、抵抗の調整を任意に行うことができる。膝継手１によれば、バイパス流路１ＴＢにおいて並列制御弁として作用するバイパス制御弁１Ｐを開放することで、発生する抵抗を無くすこともできる。

【0095】

膝継手１によれば、伸展動作においては第１制御弁に、屈曲動作においては第２制御弁に作動流体が流通するため、抵抗の調整を屈曲伸展それぞれ独立に（任意に）行うことができる。また、膝継手１によれば、バイパス流路の並列制御弁を開放することで、発生する抵抗を無くすこともできる。本発明によれば、発電部において発生する抵抗に比して弱い抵抗、強い抵抗のいずれも発生させることができる。

【0096】

上述した制御部１Ｅは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。これらの各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。

【0097】

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。上記実施形態において発電部は、ギヤモータを用いて発電するものを例示した。発電部は、これに限らず、他の発電装置が適用されてもよい。例えば、発電部は、膝継手におけるシリンダ等の伸縮する機構に応じて発電するリニアモータや、膝継手の回転軸に設けられる回生モータ等が用いられてもよい。またピストンロッドにラックを形成し、その伸縮をピニオンギヤで回転に変えてギヤモータに接続し、発電してもよい。

【0098】

上述の各実施形態において、複数の物体で構成されているものは、当該複数の物体を一体化してもよく、逆に一つの物体で構成されているものを複数の物体に分けることができる。一体化されているか否かにかかわらず、発明の目的を達成することができるように構成されていればよい。

【0099】

上述の各実施形態において、複数の機能が分散して設けられているものは、当該複数の機能の一部又は全部を集約して設けても良く、逆に複数の機能が集約して設けられているものを、当該複数の機能の一部又は全部が分散するように設けることができる。機能が集約されているか分散されているかにかかわらず、発明の目的を達成することができるように構成されていればよい。

【符号の説明】

【0100】

１…膝継手、１Ａ…大腿接続部、１Ｂ…下腿部、１Ｃ…シリンダ、１Ｃ１…シリンダチューブ、１Ｃ１１…第１ポート、１Ｃ１２…第２ポート、１Ｃ１３…連結部、１Ｃ２…ピストン、１Ｃ３…ピストンロッド、１ＣＦ…蓋、１ＣＨ…貫通孔、１Ｄ…検知部、１Ｅ…制御部、１Ｇ…伸展側バルブ、１Ｇ１…伸展側逆止弁、１Ｇ２…第４逆止弁、１Ｇ３…第３逆止弁、１Ｈ…屈曲側バルブ、１Ｈ１…屈曲側逆止弁、１Ｈ２…第３逆止弁、１Ｈ３…第４逆止弁、１Ｊ…バッテリ、１Ｋ…バッテリ状態取得部、１Ｍ…第１制御弁、１Ｎ…第２制御弁、１Ｐ…バイパス制御弁、１Ｑ…流体回路、１Ｑ１…流路、１Ｑ２…流路、１Ｑ３…流路、１Ｓ…流体回路、１Ｓ１…第１流路、１Ｓ２…第２流路、１Ｓ３…第３流路、１Ｓ４…第４流路、１ＳＣ…中間流路、１Ｔ…流体回路、１Ｔ１…第１流路、１Ｔ２…第２流路、１Ｔ３…第３流路、１Ｔ４…第４流路、１ＴＢ…バイパス流路、１ＴＣ…中間流路、２…理論上、１０…制御装置、１１…前部リンク部、１２…後部リンク部、１３…第１軸、１４…第２軸、２０…発電部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】