力伝達装置
【課題】２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することができる力伝達装置の提供。
【解決手段】力伝達装置２０は、ボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１と、内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の軸心が一致しているときに外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５と当接するように内輪アッセンブリ２１により支持される球体３０と、球体３０を当接部材４５に対して弾性的に押し付けるスプリング３３，３４と、基準軸としてのＺ軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制すると共に、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容する一対のローラ２５と一対のガイド凹部４３ｇとを含む。
【解決手段】力伝達装置２０は、ボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１と、内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の軸心が一致しているときに外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５と当接するように内輪アッセンブリ２１により支持される球体３０と、球体３０を当接部材４５に対して弾性的に押し付けるスプリング３３，３４と、基準軸としてのＺ軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制すると共に、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容する一対のローラ２５と一対のガイド凹部４３ｇとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２要素間で力を伝達する力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、骨折や脱臼等の治療に用いられる整復装置として、下肢を整復すべき患者の少なくとも下半身を支える支持台と、患者の下腿を支持する下腿支持台と、下腿支持台を略水平な軸線の周りに移動させる第１可動テーブルと、第１可動テーブルを駆動する第１駆動手段と、下腿支持台を略水平方向に移動させる第２可動テーブルと、第２可動テーブルを駆動する第２駆動手段とを備え、患者の下肢に捻り動作と伸縮動作とを行なわせることができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この整復装置は、更に、患者の下肢に左右移動動作と上下移動動作とを行わせるために、下腿支持台を略水平面内で揺動させる揺動アームと、下腿支持台を略垂直方向に移動させる第３可動テーブルと、第３可動テーブルを駆動する第３駆動手段とを備え、患者の足首に前後への曲げ動作を行わせるために、下腿支持台と第１可動テーブルとの間に介装されると共に略水平な軸線の周りに移動自在な継手部材と、継手部材を略水平な軸線周りに移動させる第４駆動手段とを備え、患者の足首に左右への振り動作を行わせるために、継手部材と共に自在継手を構成して略垂直な軸線の周りに移動自在な第２継手部材と、下腿支持台と第１可動テーブルとの間に介装されると共に第２継手部材を略垂直な軸線の周りに移動させる第５駆動手段とを備える。加えて、特許文献１に記載の整復装置は、患者の下肢を整復する際に下肢に対して無理な力が加わらないようにするために、第１可動テーブルから患者の下腿に無理な力が加わりそうになると、第１可動テーブルから患者の下腿に対する動力の伝達がなされなくなるようにする第１のメカニカルセイフティースイッチと、第２可動テーブルから患者の下腿に無理な力が加わりそうになると、第２可動テーブルから患者の下腿に対する動力の伝達がなされなくなるようにする第２のメカニカルセイフティースイッチとを備える。
【０００３】
第１のメカニカルセイフティースイッチは、第１可動テーブルの回転中心から偏倚した位置に形成された貫通孔と、下腿支持台に連結された中継プレートの貫通孔に対応する位置に形成されたねじ孔と、このねじ孔に螺合される調整ねじと、この調整ねじのねじ部先端側に配置された鋼球と、調整ねじと鋼球との間に配置されたコイルスプリングとから構成されるものである。第１メカニカルセイフティースイッチによれば、コイルスプリングにより鋼球が付勢されて第１可動テーブルの貫通孔に押し付けられている間、第１駆動手段からの駆動力を第１可動テーブル、鋼球、および中継プレートを介して下腿支持台に伝達することができる。また、患者の下肢に捻り方向の無理な力が加わろうとすると、コイルスプリングによる付勢力に抗して鋼球と貫通孔との係合状態が解除され、第１可動テーブルから中継プレートすなわち下肢支持台への動力の伝達がなされなくなる。同様に、第２のメカニカルセイフティースイッチは、第２可動テーブルと第２駆動手段との間に介装された中間プレートに形成された貫通孔と、第２可動テーブルの当該貫通孔に対応する位置に形成されたねじ孔と、このねじ孔に螺合される調整ねじと、この調整ねじのねじ部先端側に配置された鋼球と、調整ねじと鋼球との間に配置されたコイルスプリングとから構成されるものである。これにより、コイルスプリングにより鋼球が付勢されて中間プレートの貫通孔に押し付けられている間、第２駆動手段からの駆動力を第２可動テーブルを介して下腿支持台に伝達することができる。また、患者の下肢に伸縮方向の無理な力が加わろうとすると、コイルスプリングによる付勢力に抗して鋼球と貫通孔との係合状態が解除され、第２駆動手段から第２可動テーブルすなわち下肢支持台への動力の伝達がなされなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５８０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の整復装置では、患者の下肢に捻り動作を行わせる第１可動テーブルと、患者の下肢に伸縮動作を行わせる第２駆動テーブルとに対してのみメカニカルセイフティースイッチが設けられている。従って、下肢の左右移動方向、下肢の上下移動方向、足首の前後への曲げ方向、および足首の左右への振り方向のそれぞれにおける無理な力が患者に伝達されないようにするためには、整復装置に対して、これらの動作を行わせる駆動部の数だけメカニカルセイフティースイッチを追加しなければならない。しかしながら、このようにメカニカルセイフティースイッチを多数用いれば、コストアップや装置の大型化、装置構造の複雑化を招いてしまう。このため、２要素間で力を伝達する装置として、複数方向の過負荷を遮断可能なものに対するニーズが高まっている。また、産業用ロボットや人型ロボットといったロボットの分野においても、このようなニーズは高い。
【０００６】
そこで、本発明は、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することができる力伝達装置の提供を主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による力伝達装置は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００８】
本発明による第１の力伝達装置は、
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される球体と、
前記球体を前記当接部に対して弾性的に押し付ける付勢手段と、
前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときの前記内輪要素および前記外輪要素の軸心である基準軸の周りにおける該内輪要素と該外輪要素との相対運動を規制すると共に、前記基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける前記内輪要素と前記外輪要素との相対運動を許容する運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
この力伝達装置は、２要素間に配置されて当該２要素間で力を伝達するものであり、ボールジョイントを構成する内輪要素および外輪要素と、内輪軸心と外輪軸心とが一致しているときに内輪要素および外輪要素の何れか一方に定められた当接部と当接するように内輪要素および外輪要素の他方により支持される球体と、球体を当接部に対して弾性的に押し付ける付勢手段とを備える。これにより、付勢手段によって球体が当接部に対して弾性的に押し付けられて内輪要素と外輪要素とが同心に保たれていれば、内輪要素の軸心と外輪要素の軸心とが一致しているときの両者の軸心である基準軸周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達することができる。また、この力伝達装置は、内輪軸心と外輪軸心とが一致しているときの内輪要素および外輪要素の軸心である基準軸の周りにおける当該内輪要素と当該外輪要素との相対運動を規制すると共に、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動を許容する運動拘束手段を備える。これにより、内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達される回転トルクが大きくなっても内輪要素と外輪要素との間での回転トルクの伝達が断たれることはないが、内輪要素または外輪要素に加えられる回転トルク以外の力が球体と当接部との間の静止力に打ち勝つと球体が付勢手段からの押付力に抗して当接部から外れ、内輪軸心や外輪軸心周りの回転以外の内輪要素と外輪要素との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力の方向における過負荷が遮断されることになる。従って、この力伝達装置によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００１０】
また、前記球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪軸心上に配置されてもよく、前記当接部は、前記球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心を中心とする凹部または孔部であってもよい。これにより、球体と当接部との当接を解除する力を基準軸と直交する平面内の全方向において概ね一定にすることが可能となる。
【００１１】
更に、第１の力伝達装置は、前記付勢手段による前記球体を前記当接部に押し付ける力を変更可能な押付力設定手段を備えてもよい。これにより、力伝達装置の過負荷遮断特性を任意に変更することが可能となる。
【００１２】
また、前記内輪要素は、前記球体を支持すると共に前記内輪軸心上で摺動可能な球体支持部材と、前記球体支持部材と間隔を置いて前記内輪軸心上で摺動可能な押付部材と、前記押付部材を前記内輪軸心上で進退移動させる移動機構とを有してもよく、前記付勢手段は、前記球体支持部材と前記押付部材との間に配置される弾性体であってもよい。これにより、移動機構を用いて押付部材と球体支持部材との間隔を調整することにより力伝達装置の過負荷遮断特性を容易に変更可能となる。
【００１３】
更に、前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有してもよい。これにより、内輪要素または外輪要素に加えられた力により当接部から外れた球体は付勢手段により第２凹球面に押し付けられた状態で当該第２凹球面上を転動または摺動することになるので、球体が当接部から外れた後に内輪要素が外輪要素に対して大きく移動するのを抑制して力伝達装置の動作を安定化させることができる。
【００１４】
また、前記当接部は、前記外輪要素に対して着脱自在に取り付けられる部材に形成されてもよい。これにより、当接部の構成（形状や材質等）を容易に変更することができるので、球体と当接部との接触状態や静摩擦係数すなわち力伝達装置の過負荷遮断特性を容易に調整可能となる。
【００１５】
更に、前記運動拘束手段は、前記凸球面を介して互いに同軸に対向するように前記内輪要素に設けられる一対の円柱体と、前記凹球面を介して互いに対向すると共にそれぞれ対応する前記円柱体と係合するように前記外輪要素に設けられ、前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときにそれぞれ前記基準軸と前記一対の円柱体の軸心とを含む平面と平行に延びる一対の側面を有する一対の凹部とにより構成されてもよい。これにより、基準軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動を規制しつつ、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動を許容することが可能となる。そして、かかる構成によれば、内輪軸心と外輪軸心とが一致していないときであっても、内輪要素と外輪要素との間で回転を伝達することができる。
【００１６】
また、前記円柱体は、それぞれ対応する前記凹部の前記側面の一方と当接してもよく、該円柱体と該側面の他方との間には隙間が形成されてもよい。これにより、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動をよりスムースなものとすることが可能となる。
【００１７】
更に、前記円柱体は、それぞれ中心軸周りに回転自在となるように前記内輪要素に設けられてもよい。これにより、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動をより一層スムースなものとすることが可能となる。
【００１８】
また、第１の力伝達装置は、前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に接続されており、入力回転トルクが所定値未満であるときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクを伝達すると共に、前記入力回転トルクが前記所定値以上になったときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクが伝達されないようにするトルクリミッタを更に備えてもよい。これにより、内輪要素および外輪要素の一方への回転トルクの伝達を断つことで内輪要素および外輪要素の一方から他方へと過剰な回転トルクが伝達されるのを抑制することが可能となるので、一体で多方向における過負荷を遮断する有用な力伝達装置の実現が可能となる。
【００１９】
そして、上記第１の力伝達装置は、前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に連結されており、前記基準軸周りの回転トルクと、前記基準軸と直交すると共に互いに直交する２つの軸それぞれの方向の力とを前記内輪要素および前記外輪要素の一方に出力する駆動ユニットと、前記内輪要素および前記外輪要素の他方に連結されると共に患者の身体の一部を支持する支持部材とを備える整復装置に適用されてもよい。
【００２０】
第１の力伝達装置を備えた整復装置では、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。
【００２１】
本発明による第２の力伝達装置は、
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた第１当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される第１球体と、
前記第１球体を前記第１当接部に対して弾性的に押し付ける第１付勢手段と、
前記凸球面を介して互いに対向するように前記内輪要素に設けられる一対の第２球体と、互いに対向するように前記外輪要素の外周に定められた一対の第２当接部と、前記第２球体を前記第２当接部に対して弾性的に押し付ける第２付勢手段とにより構成される運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
第２の力伝達装置は、２要素間に配置されて当該２要素間で力を伝達するものであり、ボールジョイントを構成する内輪要素および外輪要素と、内輪軸心と外輪軸心とが一致しているときに内輪要素および外輪要素の何れか一方に定められた第１当接部と当接するように内輪要素および外輪要素の他方により支持される第１球体と、第１球体を第１当接部に対して弾性的に押し付ける第１付勢手段と、凸球面を介して互いに対向するように内輪要素により支持される一対の第２球体と、互いに対向するように外輪要素の外周に定められた一対の第２当接部と、第２球体を第２当接部に対して弾性的に押し付ける第２付勢手段とにより構成される運動拘束手段を備える。これにより、第１付勢手段により第１球体が第１当接部に対して弾性的に押し付けられて内輪要素と外輪要素とが同心に保たれると共に、第２付勢手段により第２球体が第２当接部に対して弾性的に押し付けられて内輪要素と外輪要素との相対運動が規制されていれば、内輪要素の軸心と外輪要素の軸心とが一致しているときの両者の軸心周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達することができる。また、第２の力伝達装置では、内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達される回転トルクや内輪要素または外輪要素に加えられる回転トルク以外の力により、第２球体が第２当接部から外れるか、あるいは第２球体が第２当接部から外れると共に第１球体が第１当接部から外れると、内輪要素と外輪要素との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力の方向における過負荷が遮断される。従って、第２の力伝達装置によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００２３】
更に、前記第１球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪要素の軸心である内輪軸心上に配置されてもよく、前記第１当接部は、前記第１球体と係合するように前記外輪要素に設けられる該外輪要素の軸心である外輪軸心を中心とする凹部または孔部であってもよく、前記一対の第２球体は、前記内輪軸心と直交する軸上に配置されてもよく、前記第２当接部は、前記第２球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心と直交する軸を中心とする凹部または孔部であってもよい。また、前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有してもよい。
【００２４】
そして、上記第２の力伝達装置は、前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に連結されており、前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときの前記内輪要素および前記外輪要素の軸心である基準軸周りの回転トルクと、前記基準軸と直交すると共に互いに直交する２つの軸それぞれの方向の力とを前記内輪要素および前記外輪要素の一方に出力する駆動ユニットと、前記内輪要素および前記外輪要素の他方に連結されると共に患者の身体の一部を支持する支持部材とを備える整復装置に適用されてもよい。
【００２５】
第２の力伝達装置を備えた整復装置においても、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例に係る整復装置１の概略構成図である。
【図２】整復装置１に含まれる力伝達装置２０を示す断面図である。
【図３】力伝達装置２０を模式的に示す斜視図である。
【図４】力伝達装置２０を構成する内輪アッセンブリ２１を示す断面図である。
【図５】力伝達装置２０を構成する外輪アッセンブリ４１を示す断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、内輪アッセンブリ２１のローラ２５と外輪アッセンブリ４１のガイド凹部４３ｇとの関係を示す説明図である。
【図７】力伝達装置２０の動作を説明するための模式図である。
【図８】力伝達装置２０の動作を説明するための模式図である。
【図９】力伝達装置２０の動作を説明するための斜視図である。
【図１０】変形例に係る力伝達装置２０Ｂを示す断面図である。
【図１１】他の変形例に係る力伝達装置２００を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、実施例を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例】
【００２８】
図１は、本発明の実施例に係る整復装置１の概略構成図である。同図に示す整復装置１は、例えば骨折や脱臼等の治療に用いられるものであり、可動テーブル２と、可動テーブル２に搭載された３軸式駆動ユニット３と、可動テーブル２に連結された進退駆動ユニット４と、患者の下肢といった身体の一部を支持する支持台（支持部材）５とを含む。３軸式駆動ユニット３は、セイフティー機構としてのトルクリミッタ１０および本発明による力伝達装置２０を介して支持台５に連結されており、支持台５に対して、図１におけるＺ軸周りの回転トルクを出力すると共に、図１におけるＸ軸方向の力と図１におけるＹ軸方向の力とを出力する。また、進退駆動ユニット４は、３軸式駆動ユニット３を搭載した可動テーブル２を図１におけるＺ軸方向に進退移動させることができる。これにより、実施例の整復装置１は、患者の下肢といった患部に捻り動作、左右移動動作、上下移動動作および伸縮動作を行わせることができる。
【００２９】
３軸式駆動ユニット３と力伝達装置２０との間に配置されるトルクリミッタ１０は、３軸式駆動ユニット３からのＺ軸周りの回転トルクが予め定められた伝達解除閾値未満であるときには力伝達装置２０に当該回転トルクを伝達すると共に、３軸式駆動ユニット３からの回転トルクが当該伝達解除閾値以上になったときには力伝達装置２０に当該回転トルクが伝達されないようにするものである。これにより、３軸式駆動ユニット３から力伝達装置２０すなわち支持台５に支持された患者の身体の一部に過剰な回転トルクが伝達されるのを抑制することが可能となる。トルクリミッタ１０としては、スプリングといった弾性体による押付力を利用したボールプランジャ式あるいはローラプランジャ式のトルクリミッタや電磁式のトルクリミッタ（電磁クラッチ）を採用することができる。
【００３０】
図２は、上記整復装置１に含まれる力伝達装置２０の断面図であり、図３は、力伝達装置２０を模式的に示す斜視図である。これらの図に示すように、力伝達装置２０は、それぞれ複数の部材により構成されると共に互いに係合してボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ（内輪要素）２１と外輪アッセンブリ（外輪要素）４１とを含む。図２および図４に示すように、内輪アッセンブリ２１は、主として、内輪ベース部材２２と、内輪ベース部材２２に固定される中空の内輪軸部材２３と、所定の曲率半径をもった凸球面２４ａを外周に有する凸球面部材２４とにより構成される。なお、力伝達装置２０が上述の整復装置１に組み込まれる場合、内輪アッセンブリ２１の内輪ベース部材２２には、トルクリミッタ１０（３軸式駆動ユニット３）および支持台５の一方がボルト等を介して連結される。
【００３１】
内輪ベース部材２２は、炭素鋼等により有底円筒状に形成されており、円筒状の側壁部２２ａと、軸心上に形成された中心孔２２ｂと、内輪ベース部材２２の外周面から中心孔２２ｂまで径方向すなわち中心孔２２ｂと直交する方向（図４におけるＸ軸方向）に延びる連通孔２２ｃとを有する。内輪軸部材２３は、炭素鋼等により円筒状に形成されており、概ね円錐台状を呈する先端部２３ａと、先端部２３ａの最外周よりも若干細径の円筒部２３ｂとを有する。実施例では、先端部２３ａ（内輪軸部材２３）の最大外径は、内輪ベース部材２２（側壁部２２ａ）の内径の例えば２分の１程度とされている。また、先端部２３ａには、その軸心上に円筒部２３ｂの内径よりも小さい内径を有する貫通孔２３ｃが形成されている。
【００３２】
凸球面部材２４は、軸受鋼等により内部に内輪軸部材２３の円筒部２３ｂが同軸に挿入され得るように円環状に形成されており、当該円筒部２３ｂと概ね同一の軸方向長さを有する。そして、実施例では、凸球面部材２４の凸球面２４ａの曲率半径は、例えば、内輪ベース部材２２（側壁部２２ａ）の内径の２分の１よりも若干大きい程度に定められている。図４からわかるように、内輪軸部材２３は、円筒部２３ｂに凸球面部材２４を嵌め込んだ後に内輪ベース部材２２に対して同軸にボルトを介して固定される。これにより、凸球面部材２４は、内輪ベース部材２２の内底面と内輪軸部材２３の先端部２３ａとにより挟持・固定される。
【００３３】
また、内輪ベース部材２２の側壁部２２ａには、一対のローラ（円柱体）２５がそれぞれ軸受２６を介して取り付けられる。一対のローラ２５は、図４に示すように、凸球面部材２４（凸球面２４ａ）を介して図中Ｘ軸方向に延びる軸上で互いに同軸に対向するように側壁部２２ａに取り付けられる。実施例において、ローラ２５を回転自在に支持する軸受２６は、互いに対向するように内輪ベース部材２２の側壁部２２ａに形成された孔に挿入されると共にセットスクリュー２７を用いて固定される。
【００３４】
更に、内輪アッセンブリ２１は、図２および図４に示すように、軸受鋼等からなる小径の球体３０を外輪アッセンブリ４１に向けて突出するように当該内輪アッセンブリ２１の軸心（内輪軸心）上に保持する。すなわち、実施例の内輪アッセンブリ２１は、球体３０を支持すると共に内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪軸部材２３により支持される球体支持部材３１と、球体支持部材３１と間隔を置いて内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪ベース部材２２により支持される押付部材３２と、球体支持部材３１と押付部材３２との間に互いに同軸に配置される２本のスプリング３３および３４と、押付部材を内輪軸心上で進退移動させる移動機構としてのロッド３５およびセットスクリュー３６とを含む。
【００３５】
球体支持部材３１は炭素鋼等からなり、内輪軸部材２３の先端部２３ａの貫通孔２３ｃ内に摺動可能に嵌合される本体と、内輪軸部材２３の円筒部２３ｂ内でスプリング３３，３４と当接するフランジ部とを有する。球体支持部材３１の本体の端部（図中左端）には、図４に示すように、その軸心を中心とした逆円錐面状あるいは球面状の凹部である球体支持凹部３１ａが形成されており、この球体支持凹部３１ａ内に球体３０が配置される。押付部材３２は、炭素鋼等からなり、内輪ベース部材２２の中心孔２２ｂ内に摺動可能に嵌合される本体と、内輪軸部材２３の円筒部２３ｂ内でスプリング３３，３４と当接するフランジ部とを有する。押付部材３２のフランジ部と反対側の端面３２ａ（図中右側の端面）は、図４に示すように、軸心と直交しない斜面として形成されている。ロッド３５は、中心孔２２ｂ内に突出するように内輪ベース部材２２の連通孔２２ｃ内に摺動可能に挿入され、押付部材３２の本体の端面（斜面）３２ａと密に当接するように斜めに形成された先端面３５ａを有する。セットスクリュー３６は、連通孔２２ｃの外周側の領域に形成された雌ねじ部と螺合する雄ねじ部をその外周に有し、ロッド３５の端面と当接するように連通孔２２ｃに螺合される。これにより、セットスクリュー３６を連通孔２２ｃ内にねじ込んでロッド３５を内輪ベース部材２２の内部へと進行させれば、ロッド３５の先端面３５ａからの力により押付部材３２が内輪アッセンブリの軸心上で球体支持部材３１に向けて（図中左側へと）移動し、それに伴って球体支持部材３１と押付部材３２との間のスプリング３３，３４が圧縮されることになる。従って、実施例の力伝達装置２０では、セットスクリュー３６のねじ込み量を調整することでスプリング３３，３４の圧縮量を変更し、それによりスプリング３３，３４から球体支持部材３１を介して球体３０に付与される力を変更することができる。
【００３６】
一方、外輪アッセンブリ４１は、図２および図５に示すように、主として、外輪ベース部材４２と、外輪ベース部材４２に固定される環状部材４３と、内輪アッセンブリ２１を構成する凸球面部材２４の凸球面２４ａと係合可能な凹球面４４ａと円柱面状の外周面とを有する凹球面部材４４とにより構成される。なお、力伝達装置２０が上述の整復装置１に組み込まれる場合、外輪アッセンブリ４１の外輪ベース部材４２には、トルクリミッタ１０（３軸式駆動ユニット３）および支持台５の他方がボルト等を介して連結される。
【００３７】
外輪ベース部材４２は、炭素鋼等からなり、内底面としての凹球面（第２凹球面）４２ａを有する。凹球面４２ａには、外輪ベース部材４２の軸心を中心とした断面円形の比較的浅い凹部が形成されており、この凹部には、球体３０の直径よりも小さい内径を有する孔部（断面円形の貫通孔）４５ａを中心軸上に有する当接部材４５が着脱自在に嵌め込まれる。これにより、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とを両者の軸心が一致するように係合した際に、内輪アッセンブリ２１側の球体３０は、スプリング３３，３４により当接部材４５に対して弾性的に押し付けられ、孔部４５ａと係合（実質的に線接触）することになる。なお、実施例では、当接部材４５の内輪アッセンブリ２１側（図中右側）の表面は、周囲の凹球面４２ａと同心かつ同一曲率半径の球面状に形成されるが、当接部材４５の内輪アッセンブリ２１側の表面は、平坦に形成されてもよい。また、当接部材４５に孔部４５ａを形成する代わりに、当接部材４５の内輪アッセンブリ２１側の表面に例えば断面円形の凹部を形成してもよい。更に、外輪ベース部材４２の適所には、内輪アッセンブリ２１の内輪軸部材２３に形成された検出孔２３ｈの有無を非接触で検出することにより外輪アッセンブリ４１（外輪ベース部材４２）に対する内輪アッセンブリ２１（内輪軸部材２３）の移動の有無を検出する近接センサ４７が配置されている。実施例の近接センサ４７は、外輪ベース部材４２に対する内輪軸部材２３の移動を検知すると、その旨を示す信号を整復装置１の図示しないコントローラに出力する。
【００３８】
環状部材４３は、炭素鋼等からなり、凹球面部材４４の外径と概ね同径であって凹球面部材４４の軸方向長さと概ね同一の軸方向長さをもった第１孔部４３ａと、第１孔部４３ａの内輪アッセンブリ２１側（図中右側）に形成された当該第１孔部４３ａよりも小径の第２孔部４３ｂとを有する。凹球面部材４４は、環状部材４３の第１孔部４３ａ内に同軸に挿入され得るように軸受鋼等により円環状に形成されており、当該第１孔部４３ａと概ね同一の軸方向長さを有する。そして、図５からわかるように、環状部材４３は、第１孔部４３ａに凹球面部材４４を嵌め込んだ後に外輪ベース部材４２に対して同軸にボルトを介して固定される。これにより、凹球面部材４４は、外輪ベース部材４２と環状部材４３とにより挟持・固定される。また、実施例において、外輪ベース部材４２の凹球面４２ａは、球体３０の転動または摺動が可能となるように凹球面４４ａよりも若干大きい曲率半径を有すると共に、外輪ベース部材４２、環状部材４３および凹球面部材４４が一体化された状態で凹球面部材４４の凹球面４４ａと同心となるように形成される。
【００３９】
更に、実施例において、環状部材４３の外周面４３ｃは、凹球面４４ａよりも大きく、かつ内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とが係合した状態で内輪ベース部材２２の側壁部２２ａと干渉しないように定められた曲率半径を有すると共に、外輪ベース部材４２、環状部材４３および凹球面部材４４が一体化された状態で凹球面部材４４の凹球面４４ａと同心となる凸球面状に形成される。そして、環状部材４３の外周面４３ｃには、凹球面部材４４（凹球面４４ａ）を介して互いに対向すると共にそれぞれ内輪アッセンブリ２１に設けられたローラ２５の対応する一方と係合する一対のガイド凹部４３ｇが形成されている。図６に示すように、ガイド凹部４３ｇは、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときの両者の軸心を基準軸（図６等におけるＺ軸）としたときに、基準軸と一対のローラ２５の軸心（図６等におけるＸ軸方向に延びる軸）とを含む平面（ＹＺ平面）と平行に延びる一対の側面４３ｇａおよび４３ｇｂを有する。なお、図６（ａ）および（ｂ）は、何れも図２におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す。
【００４０】
ここで、実施例では、側面４３ｇａと側面４３ｇｂとの間隔がローラ２５の外径よりも若干大きく定められている。また、ローラ２５を回転自在に支持する軸受２６としては、偏心軸受が採用されており、各ローラ２５は、図６（ａ）に示すように、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とを両者の軸心が一致するように係合した際に、凸球面部材２４の凸球面２４ａおよび凹球面部材４４の凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通り図６におけるＸ軸方向に延びる軸から偏心した状態で内輪ベース部材２２の側壁部２２ａに支持される。これにより、ローラ２５は、それぞれ対応するガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接し、ローラ２５と側面４３ｇａおよび４３ｇｂの他方との間には隙間（例えば、０．５ｍｍ程度）が形成されることになる。そして、実施例では、各ローラ２５の偏心量や各ローラ２５と側面４３ｇａまたは４３ｇｂとの間の隙間が、図６（ｂ）に示すように、両者の軸心が一致する状態で内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１が基準軸（Ｚ軸）周りに回転することにより一方のローラ２５が対応するガイド凹部４３ｇの図中左側の側面４３ｇａと当接すると共に他方のローラ２５が対応するガイド凹部４３ｇの図中右側の側面４３ｇｂと当接したときに、一対のローラ２５の軸心上の中点が凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃと一致するように定められる。
【００４１】
このような一対のローラ２５および一対のガイド凹部４３ｇによれば、上記基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制しつつ、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容することが可能となる。更に、一対のローラ２５および一対のガイド凹部４３ｇは、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致していないときであっても、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との間における回転の伝達を可能とする。また、各ローラ２５をガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接させると共にローラ２５と側面４３ｇａおよび４３ｇｂの他方との間に隙間が形成されるようにすれば、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動をよりスムースなものとすることが可能となる。加えて、各ローラ２５をガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接させることにより、各ガイド凹部４３ｇの一対の側面４３ｇａおよび４３ｇｂのうち、ローラ２５と頻繁に当接することになる一方の表面を精度よく仕上げておけばよいので、それにより力伝達装置２０の製造コストを低下させることができる。
【００４２】
次に、図７から図９等を参照しながら、上述の整復装置１に組み込まれた力伝達装置２０の動作について説明する。ここでは、内輪アッセンブリ２１の内輪ベース部材２２にトルクリミッタ１０を介して３軸式駆動ユニット３が連結されると共に、外輪アッセンブリ４１の外輪ベース部材４２に支持台５が接続されている構成を例にとって力伝達装置２０の動作について説明する。
【００４３】
３軸式駆動ユニット３からトルクリミッタ１０を介して内輪アッセンブリ２１に回転トルクや力が伝達されていない状態では、図２および図３に示すように、内輪アッセンブリ２１側の球体３０がスプリング３３，３４により外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて孔部４５ａと係合（実質的に線接触）する。これにより、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは、両者の軸心が一致する状態で係合する。そして、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との軸心が一致している状態で整復装置１の３軸式駆動ユニット３や進退駆動ユニット４を作動させれば、３軸式駆動ユニット３や進退駆動ユニット４からトルクリミッタ１０を介して内輪ベース部材２２に付与された回転トルクや力が力伝達装置２０により外輪アッセンブリ４１へと伝達されると共に、外輪アッセンブリ４１から支持台５上の患者の身体の一部に伝達されることになる。
【００４４】
すなわち、内輪アッセンブリ２１側の球体３０がスプリング３３，３４により外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との軸心が一致する状態が維持されていれば、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは実質的に剛体として機能することから、３軸式駆動ユニット３や進退駆動ユニット４からの力は、内輪アッセンブリ２１から外輪アッセンブリ４１へとそのまま伝達されることになる。また、内輪アッセンブリ２１の一対のローラ２５および外輪アッセンブリ４１の一対のガイド凹部４３ｇにより、基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が規制されることから、３軸式駆動ユニット３からの回転トルクは、内輪アッセンブリ２１から外輪アッセンブリ４１へとそのまま伝達されることになる。そして、３軸式駆動ユニット３からの回転トルクが上記伝達解除閾値以上になると、トルクリミッタ１０により内輪アッセンブリ２１の内輪ベース部材２２に対する３軸式駆動ユニット３からの回転トルクの入力が断たれることになる。
【００４５】
一方、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に加えられる回転トルク以外の力（図１等におけるＸ軸方向の力やＹ軸方向の力）が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れ、それぞれの軸心周りの回転以外の内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容されることになる。例えば、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと、図７に示すように、球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れると共に各ローラ２５が対応するガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａまたは４３ｇｂ上を転動する。これにより、内輪アッセンブリ２１が外輪アッセンブリ４１に対して凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＹ軸方向に延びる軸の周りに回転し、球体３０は外輪ベース部材４２の凹球面４２ａ上を転動するようになる。すなわち、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力により球体３０が当接部材４５の孔部４５ａから外れると、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａのボールジョイントとしての機能とローラ２５およびガイド凹部４３ｇのガイド機能とにより、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＹ軸方向に延びる軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容される。これにより、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に付与されるＸ軸方向の力の外輪アッセンブリ４１への伝達が断たれることになり、力伝達装置２０により当該Ｘ軸方向における過負荷が遮断されることになる。
【００４６】
また、例えば、３軸式駆動ユニット３からのＹ軸方向の力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと、図８に示すように、球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れ、内輪アッセンブリ２１が外輪アッセンブリ４１に対して各ローラ２５の軸心すなわち凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる軸の周りに回転し、球体３０は外輪ベース部材４２の凹球面４２ａ上を転動するようになる。すなわち、３軸式駆動ユニット３からのＹ軸方向の力により球体３０が当接部材４５の孔部４５ａから外れると、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａのボールジョイントとしての機能とローラ２５およびガイド凹部４３ｇのガイド機能とにより、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容される。これにより、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に付与されるＹ軸方向の力の外輪アッセンブリ４１への伝達が断たれることになり、力伝達装置２０により当該Ｙ軸方向における過負荷が遮断されることになる。
【００４７】
更に、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力とＹ軸方向の力との合力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと、図９に示すように、球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れ、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａのボールジョイントとしての機能とローラ２５およびガイド凹部４３ｇのガイド機能とにより、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる軸と曲率中心Ｃを通りＹ軸方向に延びる軸との周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容される。これにより、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に付与されるＸＹ平面上のある方向における力の外輪アッセンブリ４１への伝達が断たれることになり、力伝達装置２０により当該方向における過負荷が遮断されることになる。
【００４８】
ここで、実施例の力伝達装置２０において、内輪アッセンブリ２１側の球体３０は、外輪アッセンブリ４１に向けて突出するように内輪アッセンブリ２１の軸心上に配置されると共に、外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５には、外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする孔部４５ａが形成されており、球体３０は、スプリング３３，３４により当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて孔部４５ａの周縁部と実質的に線接触する。従って、球体３０と当接部材４５（孔部４５ａ）との当接（係合）を解除する力は、基準軸としてのＺ軸と直交するＸ軸方向とＹ軸方向とで概ね同一となり、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力とＹ軸方向の力との合力の方向についても概ね同一となる。すなわち、実施例の力伝達装置２０では、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向、Ｙ軸方向あるいはＸＹ平面上の任意の方向における力が、スプリング３３，３４による球体３０の押付力や球体３０と孔部４５ａの周縁部との間の静摩擦係数等に基づく閾値を越えると、球体３０が当接部材４５から外れることになる。なお、実施例の力伝達装置２０は、上述のように、外輪アッセンブリ４１に対する内輪アッセンブリ２１の移動の有無を非接触で検出する近接センサ４７を有しており、近接センサ４７により外輪アッセンブリ４１に対する内輪アッセンブリ２１の移動が検出されると、図示しない整復装置１のコントローラにより３軸式駆動ユニット３の作動がされる。これにより、整復装置１を用いた治療における安全性をより向上させることが可能となる。また、実施例の力伝達装置２０において、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは、図２において二点鎖線で示す範囲内で相対運動可能である。
【００４９】
以上説明したように、実施例の力伝達装置２０は、２要素間に配置されて当該２要素間で力を伝達するものであり、ボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１と、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときに外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５と当接するように内輪アッセンブリ２１により支持される球体３０と、球体３０を当接部材４５に対して弾性的に押し付けるスプリング３３，３４とを備える。これにより、スプリング３３，３４によって球体３０が当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とが同心に保たれていれば、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときの両者の軸心である基準軸（Ｚ軸）周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達することができる。
【００５０】
また、実施例の力伝達装置２０は、基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制すると共に、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容する運動拘束機構としてのローラ２５およびガイド凹部４３ｇを備えている。これにより、トルクリミッタ１０により回転トルクの伝達が断たれない限り、内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達される回転トルクが大きくなっても両者間での回転トルクの伝達が断たれることはないが、内輪アッセンブリ２１または外輪アッセンブリ４１に加えられる回転トルク以外の力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５から外れ、内輪アッセンブリ２１の軸心や外輪アッセンブリ４１の軸心周りの回転以外の内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力の方向における過負荷が遮断されることになる。従って、実施例の力伝達装置２０によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００５１】
また、上記実施例では、球体３０が外輪アッセンブリ４１に向けて内輪アッセンブリ２１から突出するように内輪アッセンブリ２１の軸心上に配置され、外輪アッセンブリ４１に取り付けられる当接部材４５には、球体３０と係合するように外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする孔部４５ａが形成されている。これにより、球体３０と当接部材４５（孔部４５ａ）との当接（係合）を解除する力を基準軸としてのＺ軸と直交する平面内の全方向において概ね一定にすることが可能となる。ただし、球体３０と当接部（孔部４５ａ）は、内輪アッセンブリ２１や外輪アッセンブリ４１の軸心（基準軸）以外の軸上に配置されてもよいことはいうまでもない。また、球体３０は外輪アッセンブリ４１によって保持されると共に外輪アッセンブリ４１側に設けられたスプリング等の付勢手段により内輪アッセンブリ２１側に定められた当接部に押し付けられてもよい。この場合、球体３０は、外輪アッセンブリ４１の軸心上に配置されると好ましく、当接部は、球体３０と係合するように内輪アッセンブリ２１に設けられたその軸心を中心とする凹部または孔部であると好ましいが、球体３０と当接部は、外輪アッセンブリ４１や内輪アッセンブリ２１の軸心（基準軸）以外の軸上に配置されてもよい
【００５２】
更に、実施例の力伝達装置２０は、スプリング３３，３４による球体３０を当接部材４５に押し付ける力を変更可能な押付力設定機能を有しているので、力伝達装置２０では、その過負荷遮断特性を任意に変更することが可能となる。すなわち、実施例の力伝達装置２０は、球体３０を支持すると共に内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪軸部材２３により支持される球体支持部材３１と、球体支持部材３１と間隔を置いて内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪ベース部材２２により支持される押付部材３２と、押付部材３２を内輪アッセンブリ２１の軸心上で進退移動させる移動機構としてのロッド３５およびセットスクリュー３６とを備えている。これにより、ロッド３５およびセットスクリュー３６を用いて押付部材３２と球体支持部材３１との間隔を調整することによりスプリング３３，３４から球体支持部材３１を介して球体３０に付与される力すなわち力伝達装置２０の過負荷遮断特性を容易に変更可能となる。なお、球体支持部材３１と押付部材３２との間に配置されるスプリングは、１本であってもよく、３本以上であってもよい。また、スプリングの代わりに、付勢手段としてゴム等の弾性体を用いてもよく、空気圧式あるいは油圧式の付勢手段を用いてもよい。
【００５３】
更に、実施例の力伝達装置２０に含まれる外輪アッセンブリ４１は、凹球面４４ａと同心であると共に当該凹球面４４ａよりも大きい曲率半径をもった第２の凹球面４２ａを当接部材４５の周囲に有している。これにより、内輪アッセンブリ２１または外輪アッセンブリ４１に加えられた力により当接部材４５から外れた球体３０はスプリング３３，３４により第２の凹球面４２ａに押し付けられた状態で当該凹球面４２ａ上を転動または摺動することになるので、球体３０が当接部材４５から外れた後に内輪アッセンブリ２１が外輪アッセンブリ４１に対して大きく移動するのを抑制して力伝達装置２０の動作を安定化させることができる。
【００５４】
また、上記実施例において、当接部としての孔部４５ａは、外輪ベース部材４２に対して着脱自在に取り付けられる当接部材４５に形成されている。これにより、当接部としての孔部（凹部）の構成（形状）や当接部材４５の材質等を容易に変更することができるので、球体３０と当接部材４５との接触状態や静摩擦係数すなわち力伝達装置２０の過負荷遮断特性を容易に調整可能となる。なお、当接部としての孔部や凹部を外輪アッセンブリ４１に対して着脱自在に取り付けられる部材に形成する代わりに、外輪ベース部材４２等に対して孔部や凹部を形成してもよく、球体３０と第２の凹球面４２ａとを直接当接（実質的に点接触）させてもよい。
【００５５】
更に、実施例の力伝達装置２０は、凸球面２４ａを介して互いに同軸に対向するように内輪ベース部材２２により支持された一対のローラ（円柱体）２５と、凹球面４４ａを介して互いに対向すると共にそれぞれ対応するローラ２５と係合するように外輪アッセンブリ４１の環状部材４３に設けられ、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときにそれぞれ基準軸としてのＺ軸と一対のローラ２５の軸心（Ｘ軸方向に延びる軸）とを含む平面（ＹＺ平面）と平行に延びる一対の側面４３ｇａおよび４３ｇｂを有する一対のガイド凹部４３ｇとにより構成される運動拘束機構を備えている。これにより、基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制しつつ、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容することが可能となる。また、かかる構成によれば、内輪軸心と外輪軸心とが一致していないときであっても、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との間で回転を伝達することが可能となる。
【００５６】
また、上記実施例では、ローラ２５は、それぞれ対応するガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接し、ローラ２５と側面４３ｇａおよび４３ｇｂの他方との間には隙間が形成される。これにより、基準軸（Ｚ軸）とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動をよりスムースなものとすることが可能となる。更に、ローラ２５をそれぞれ中心軸周りに回転自在となるように内輪アッセンブリ２１により支持すれば、基準軸（Ｚ軸）とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動をより一層スムースなものとすることが可能となる。
【００５７】
そして、力伝達装置２０は、上述のように、一体で複数方向の過負荷を遮断可能とするものであるから、それを備えた整復装置１では、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。ただし、力伝達装置２０の適用対象は、整復装置１に限られるものではなく、力伝達装置２０が産業用ロボットや人型ロボット等の各種ロボットといった様々な産業機械や民生用機械に適用されることはいうまでもない。
【００５８】
図１０は、変形例に係る力伝達装置２０Ｂの概略構成図である。なお、以下の説明において、上述の力伝達装置２０に関連して説明した要素等と同一の要素等には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５９】
変形例に係る力伝達装置２０Ｂは、基本的に上述の力伝達装置２０と同様の構成を有するものである。この力伝達装置２０Ｂでは、当接部としての孔部４５ａが外輪ベース部材４２に形成されており、球体支持部材３１と押付部材３２との間には、１本のスプリング３３が配置されている。また、力伝達装置２０Ｂでは、上述の力伝達装置２０における環状部材４３が省略されており、凹球面部材４４の外周面が環状部材４３の外周面４３ｃと同様に凸球面状に形成されると共に、凹球面部材４４の外周面に一対のガイド凹部４３ｇが形成されている。そして、力伝達装置２０Ｂは、上記整復装置１のトルクリミッタ１０と同様の機能を有するトルクリミッタ５０を備えている。
【００６０】
トルクリミッタ５０は、図１０に示すように、ローラプランジャ式のトルクリミッタとして構成されており、炭素鋼等により概ね円盤状に形成される本体５１と、ローラ５２を回転自在に支持するローラ支持部材５３と、ローラ支持部材５３と間隔を置いて配置される押付部材５４と、ローラ支持部材５３と押付部材５４との間に配置されるスプリング５５と、セットスクリュー５６とを備える。ローラ支持部材５３は、本体５１を径方向に貫通する貫通孔５１ａの内部の一端側（図中左端側）にローラ５２の軸心が本体５１の軸心と平行をなすように摺動可能に嵌め込まれる。また、押付部材５４は、ローラ支持部材５３と間隔を置いて貫通孔５１ａ内に摺動可能に嵌め込まれ、ローラ支持部材５３と押付部材５４との間には、スプリング５５が配置される。更に、セットスクリュー５６は、押付部材５４の端部と当接するように貫通孔５１ａの他端側（図中右端側）に形成された雌ねじ部に螺合される。これにより、セットスクリュー５６を貫通孔５１ａ内にねじ込んで押付部材５４をローラ支持部材５３に向けて移動させれば、それに伴ってローラ支持部材５３と押付部材５４との間のスプリング５５が圧縮されることになる。従って、トルクリミッタ５０では、セットスクリュー５６のねじ込み量を調整することでスプリング５５の圧縮量を変更し、それによりスプリング５５からローラ支持部材５３を介してローラ５２に付与される力を変更することができる。
【００６１】
そして、力伝達装置２０Ｂの内輪アッセンブリ２１を構成する内輪ベース部材２２Ｂは、外輪アッセンブリ４１とは反対側に延出されており、トルクリミッタ５０は、内輪ベース部材２２Ｂの延出部に形成された空間内に配置される。すなわち、トルクリミッタ５０の本体５１は、ボールベアリング等の軸受５７を介して内輪ベース部材２２Ｂに形成された空間内部に内輪アッセンブリ２１と同軸に取り付けられる。更に、内輪ベース部材２２Ｂの延出部に形成された空間の内周面には、本体５１から突出するローラ５２と当接する当接凹部２２ｄが形成されている。これにより、ローラ５２は、スプリング５５によって内輪ベース部材２２Ｂの当接凹部２２ｄに対して基準軸としてのＺ軸と直交する方向（図中Ｘ軸方向）に沿って弾性的に押し付けられる
【００６２】
上述のように構成されるトルクリミッタ５０は、本体５１に付与される当該本体５１の軸心周りの回転トルクが予め定められた伝達解除閾値未満であるときには内輪アッセンブリ２１（内輪ベース部材２２Ｂ）に回転トルクを伝達すると共に、当該回転トルクが伝達解除閾値以上になったときには内輪アッセンブリ２１に回転トルクが伝達されないようにするものである。これにより、トルクリミッタ５０を備えた力伝達装置２０Ｂによれば、内輪アッセンブリ２１への回転トルクの伝達を断つことで内輪アッセンブリ２１から外輪アッセンブリ４１へと過剰な回転トルクが伝達されるのを抑制することが可能となる。すなわち、変形例に係る力伝達装置２０Ｂは、一体で多方向における過負荷を遮断する極めて有用なものである。そして、かかる力伝達装置２０Ｂを上述の整復装置１に適用すれば、トルクリミッタ１０を省略することが可能となり、整復装置１のより一層のコストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。なお、トルクリミッタ５０としてボールプランジャ式あるいは電磁式のトルクリミッタを採用し得ることはいうまでもない。また、力伝達装置２０Ｂの適用対象も、整復装置１に限られるものではなく、力伝達装置２０Ｂが産業用ロボットや人型ロボット等の各種ロボットといった様々な産業機械や民生用機械に適用されることはいうまでもない。
【００６３】
図１１は、他の変形例に係る力伝達装置２００の概略構成図である。力伝達装置２００も、上述の力伝達装置２０および２０Ｂと共通する構成を有するものであり、ボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１と、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときに外輪アッセンブリ４１に設けられた第１の当接部としての孔部４５ａと当接するように内輪アッセンブリ２１により支持される第１の球体３０と、当該球体３０を孔部４５ａに対して弾性的に押し付けるスプリング３３とを備える。第１の球体３０は、外輪アッセンブリ４１に向けて突出するように内輪アッセンブリ２１の軸心上に配置され、第１の当接部としての孔部４５ａは、球体３０と係合するように外輪ベース部材４２に形成された外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする円孔である。また、外輪ベース部材４２の孔部４５ａの周囲には、凹球面４４ａと同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２の凹球面４２ａが形成されている。
【００６４】
そして、図１１に示す力伝達装置２００は、凸球面部材２４（凸球面２４ａ）を介して内輪アッセンブリ２１の軸心と直交する軸（図中Ｘ軸方向の軸）上で互いに同軸に対向するように内輪ベース部材２２により支持される一対の第２の球体６０と、互いに対向するように外輪アッセンブリ４１を構成する凹球面部材４４の外周に形成された一対の第２の当接部としての当接凹部４４ｂと、第２の球体６０を当接凹部４４ｂに対して弾性的に押し付ける第２の付勢手段としてのスプリング６１とにより構成される運動拘束機構を備える。球体６０は、球体支持部材６２に形成された逆円錐面状あるいは球面状の凹部内に配置され、球体支持部材６２は、内輪ベース部材２２の側壁部２２ａに取り付けられるアダプタ６３に形成された孔部内に摺動可能に配置され、球体支持部材６２とアダプタ６３との間には、スプリング６１が配置される。そして、アダプタ６３は、球体６０が凹球面部材４４の当接凹部４４ｂに向けて突出するように側壁部２２ａに取り付けられる。当接凹部４４ｂは、第２の球体６０と係合するように凹球面部材４４の外周面に形成された外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする球体６０よりも小径の断面円形の凹部である。
【００６５】
このように構成される力伝達装置２００では、スプリング３３により球体３０が孔部４５ａに対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とが同心に保たれると共に、スプリング６１により第２の球体６０が第２の当接部である外輪アッセンブリ４１側の当接凹部４４ｂに対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が規制されていれば、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは実質的に剛体として機能することから、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときの両者の軸心（Ｚ軸）周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達することができる。
【００６６】
また、力伝達装置２００では、内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達される回転トルクや内輪アッセンブリ２１または外輪アッセンブリ４１に加えられる回転トルク以外の力により、第２の球体６０がスプリング６１からの押付力に抗して第２当接部である当接凹部４４ｂから外れるか、あるいは第２の球体６０が当接凹部４４ｂから外れると共に球体３０がスプリング３３からの押付力に抗して孔部４５ａから外れると、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力（Ｚ軸周りの回転トルクを含む）の方向における過負荷が遮断されることになる。従って、力伝達装置２００によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００６７】
そして、かかる力伝達装置２００も上述の整復装置１に適用され得るものであり、力伝達装置２００を備えた整復装置１においても、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。ただし、力伝達装置２００の適用対象も、整復装置１に限られるものではなく、力伝達装置２００が産業用ロボットや人型ロボット等の各種ロボットといった様々な産業機械や民生用機械に適用されることはいうまでもない。
【００６８】
以上、実施例を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。また、発明を実施するための形態の欄に記載されたものは、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、力伝達装置や、整復装置、ロボットといった各種産業機械や民生用機械の製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 整復装置、２ 可動テーブル、３ ３軸式駆動ユニット、４ 進退駆動ユニット、５ 支持台、１０，５０ トルクリミッタ、２０，２０Ｂ，２００ 力伝達装置、２１ 内輪アッセンブリ、２２，２２Ｂ 内輪ベース部材、２２ａ 側壁部、２２ｂ 中心孔、２２ｃ 連通孔、２２ｄ，４４ｂ 当接凹部、２３ 内輪軸部材、２３ａ 先端部、２３ｂ 円筒部、２３ｃ，５１ａ 貫通孔、２４ 凸球面部材、２４ａ 凸球面、２５，５２ ローラ、２６，５７ 軸受、２７，３６，５６ セットスクリュー、３０，６０ 球体、３１，６２ 球体支持部材、３１ａ 球体支持凹部、３２，５４ 押付部材、３２ａ 端面、３３，３４，５５、６１ スプリング、３５ ロッド、３５ａ 先端面、４１ 外輪アッセンブリ、４２ 外輪ベース部材、４２ａ，４４ａ 凹球面、４３ 環状部材、４３ａ 第１孔部、４３ｂ 第２孔部、４３ｃ 外周面、４３ｇ ガイド凹部、４３ｇａ，４３ｇｂ 側面、４４ 凹球面部材、４５ 当接部材、４５ａ 孔部、４７ 近接センサ、５１ 本体、５３ ローラ支持部材、６３ アダプタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２要素間で力を伝達する力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、骨折や脱臼等の治療に用いられる整復装置として、下肢を整復すべき患者の少なくとも下半身を支える支持台と、患者の下腿を支持する下腿支持台と、下腿支持台を略水平な軸線の周りに移動させる第１可動テーブルと、第１可動テーブルを駆動する第１駆動手段と、下腿支持台を略水平方向に移動させる第２可動テーブルと、第２可動テーブルを駆動する第２駆動手段とを備え、患者の下肢に捻り動作と伸縮動作とを行なわせることができるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この整復装置は、更に、患者の下肢に左右移動動作と上下移動動作とを行わせるために、下腿支持台を略水平面内で揺動させる揺動アームと、下腿支持台を略垂直方向に移動させる第３可動テーブルと、第３可動テーブルを駆動する第３駆動手段とを備え、患者の足首に前後への曲げ動作を行わせるために、下腿支持台と第１可動テーブルとの間に介装されると共に略水平な軸線の周りに移動自在な継手部材と、継手部材を略水平な軸線周りに移動させる第４駆動手段とを備え、患者の足首に左右への振り動作を行わせるために、継手部材と共に自在継手を構成して略垂直な軸線の周りに移動自在な第２継手部材と、下腿支持台と第１可動テーブルとの間に介装されると共に第２継手部材を略垂直な軸線の周りに移動させる第５駆動手段とを備える。加えて、特許文献１に記載の整復装置は、患者の下肢を整復する際に下肢に対して無理な力が加わらないようにするために、第１可動テーブルから患者の下腿に無理な力が加わりそうになると、第１可動テーブルから患者の下腿に対する動力の伝達がなされなくなるようにする第１のメカニカルセイフティースイッチと、第２可動テーブルから患者の下腿に無理な力が加わりそうになると、第２可動テーブルから患者の下腿に対する動力の伝達がなされなくなるようにする第２のメカニカルセイフティースイッチとを備える。
【０００３】
第１のメカニカルセイフティースイッチは、第１可動テーブルの回転中心から偏倚した位置に形成された貫通孔と、下腿支持台に連結された中継プレートの貫通孔に対応する位置に形成されたねじ孔と、このねじ孔に螺合される調整ねじと、この調整ねじのねじ部先端側に配置された鋼球と、調整ねじと鋼球との間に配置されたコイルスプリングとから構成されるものである。第１メカニカルセイフティースイッチによれば、コイルスプリングにより鋼球が付勢されて第１可動テーブルの貫通孔に押し付けられている間、第１駆動手段からの駆動力を第１可動テーブル、鋼球、および中継プレートを介して下腿支持台に伝達することができる。また、患者の下肢に捻り方向の無理な力が加わろうとすると、コイルスプリングによる付勢力に抗して鋼球と貫通孔との係合状態が解除され、第１可動テーブルから中継プレートすなわち下肢支持台への動力の伝達がなされなくなる。同様に、第２のメカニカルセイフティースイッチは、第２可動テーブルと第２駆動手段との間に介装された中間プレートに形成された貫通孔と、第２可動テーブルの当該貫通孔に対応する位置に形成されたねじ孔と、このねじ孔に螺合される調整ねじと、この調整ねじのねじ部先端側に配置された鋼球と、調整ねじと鋼球との間に配置されたコイルスプリングとから構成されるものである。これにより、コイルスプリングにより鋼球が付勢されて中間プレートの貫通孔に押し付けられている間、第２駆動手段からの駆動力を第２可動テーブルを介して下腿支持台に伝達することができる。また、患者の下肢に伸縮方向の無理な力が加わろうとすると、コイルスプリングによる付勢力に抗して鋼球と貫通孔との係合状態が解除され、第２駆動手段から第２可動テーブルすなわち下肢支持台への動力の伝達がなされなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５８０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の整復装置では、患者の下肢に捻り動作を行わせる第１可動テーブルと、患者の下肢に伸縮動作を行わせる第２駆動テーブルとに対してのみメカニカルセイフティースイッチが設けられている。従って、下肢の左右移動方向、下肢の上下移動方向、足首の前後への曲げ方向、および足首の左右への振り方向のそれぞれにおける無理な力が患者に伝達されないようにするためには、整復装置に対して、これらの動作を行わせる駆動部の数だけメカニカルセイフティースイッチを追加しなければならない。しかしながら、このようにメカニカルセイフティースイッチを多数用いれば、コストアップや装置の大型化、装置構造の複雑化を招いてしまう。このため、２要素間で力を伝達する装置として、複数方向の過負荷を遮断可能なものに対するニーズが高まっている。また、産業用ロボットや人型ロボットといったロボットの分野においても、このようなニーズは高い。
【０００６】
そこで、本発明は、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することができる力伝達装置の提供を主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による力伝達装置は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。
【０００８】
本発明による第１の力伝達装置は、
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される球体と、
前記球体を前記当接部に対して弾性的に押し付ける付勢手段と、
前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときの前記内輪要素および前記外輪要素の軸心である基準軸の周りにおける該内輪要素と該外輪要素との相対運動を規制すると共に、前記基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける前記内輪要素と前記外輪要素との相対運動を許容する運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
この力伝達装置は、２要素間に配置されて当該２要素間で力を伝達するものであり、ボールジョイントを構成する内輪要素および外輪要素と、内輪軸心と外輪軸心とが一致しているときに内輪要素および外輪要素の何れか一方に定められた当接部と当接するように内輪要素および外輪要素の他方により支持される球体と、球体を当接部に対して弾性的に押し付ける付勢手段とを備える。これにより、付勢手段によって球体が当接部に対して弾性的に押し付けられて内輪要素と外輪要素とが同心に保たれていれば、内輪要素の軸心と外輪要素の軸心とが一致しているときの両者の軸心である基準軸周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達することができる。また、この力伝達装置は、内輪軸心と外輪軸心とが一致しているときの内輪要素および外輪要素の軸心である基準軸の周りにおける当該内輪要素と当該外輪要素との相対運動を規制すると共に、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動を許容する運動拘束手段を備える。これにより、内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達される回転トルクが大きくなっても内輪要素と外輪要素との間での回転トルクの伝達が断たれることはないが、内輪要素または外輪要素に加えられる回転トルク以外の力が球体と当接部との間の静止力に打ち勝つと球体が付勢手段からの押付力に抗して当接部から外れ、内輪軸心や外輪軸心周りの回転以外の内輪要素と外輪要素との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力の方向における過負荷が遮断されることになる。従って、この力伝達装置によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００１０】
また、前記球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪軸心上に配置されてもよく、前記当接部は、前記球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心を中心とする凹部または孔部であってもよい。これにより、球体と当接部との当接を解除する力を基準軸と直交する平面内の全方向において概ね一定にすることが可能となる。
【００１１】
更に、第１の力伝達装置は、前記付勢手段による前記球体を前記当接部に押し付ける力を変更可能な押付力設定手段を備えてもよい。これにより、力伝達装置の過負荷遮断特性を任意に変更することが可能となる。
【００１２】
また、前記内輪要素は、前記球体を支持すると共に前記内輪軸心上で摺動可能な球体支持部材と、前記球体支持部材と間隔を置いて前記内輪軸心上で摺動可能な押付部材と、前記押付部材を前記内輪軸心上で進退移動させる移動機構とを有してもよく、前記付勢手段は、前記球体支持部材と前記押付部材との間に配置される弾性体であってもよい。これにより、移動機構を用いて押付部材と球体支持部材との間隔を調整することにより力伝達装置の過負荷遮断特性を容易に変更可能となる。
【００１３】
更に、前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有してもよい。これにより、内輪要素または外輪要素に加えられた力により当接部から外れた球体は付勢手段により第２凹球面に押し付けられた状態で当該第２凹球面上を転動または摺動することになるので、球体が当接部から外れた後に内輪要素が外輪要素に対して大きく移動するのを抑制して力伝達装置の動作を安定化させることができる。
【００１４】
また、前記当接部は、前記外輪要素に対して着脱自在に取り付けられる部材に形成されてもよい。これにより、当接部の構成（形状や材質等）を容易に変更することができるので、球体と当接部との接触状態や静摩擦係数すなわち力伝達装置の過負荷遮断特性を容易に調整可能となる。
【００１５】
更に、前記運動拘束手段は、前記凸球面を介して互いに同軸に対向するように前記内輪要素に設けられる一対の円柱体と、前記凹球面を介して互いに対向すると共にそれぞれ対応する前記円柱体と係合するように前記外輪要素に設けられ、前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときにそれぞれ前記基準軸と前記一対の円柱体の軸心とを含む平面と平行に延びる一対の側面を有する一対の凹部とにより構成されてもよい。これにより、基準軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動を規制しつつ、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動を許容することが可能となる。そして、かかる構成によれば、内輪軸心と外輪軸心とが一致していないときであっても、内輪要素と外輪要素との間で回転を伝達することができる。
【００１６】
また、前記円柱体は、それぞれ対応する前記凹部の前記側面の一方と当接してもよく、該円柱体と該側面の他方との間には隙間が形成されてもよい。これにより、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動をよりスムースなものとすることが可能となる。
【００１７】
更に、前記円柱体は、それぞれ中心軸周りに回転自在となるように前記内輪要素に設けられてもよい。これにより、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪要素と外輪要素との相対運動をより一層スムースなものとすることが可能となる。
【００１８】
また、第１の力伝達装置は、前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に接続されており、入力回転トルクが所定値未満であるときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクを伝達すると共に、前記入力回転トルクが前記所定値以上になったときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクが伝達されないようにするトルクリミッタを更に備えてもよい。これにより、内輪要素および外輪要素の一方への回転トルクの伝達を断つことで内輪要素および外輪要素の一方から他方へと過剰な回転トルクが伝達されるのを抑制することが可能となるので、一体で多方向における過負荷を遮断する有用な力伝達装置の実現が可能となる。
【００１９】
そして、上記第１の力伝達装置は、前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に連結されており、前記基準軸周りの回転トルクと、前記基準軸と直交すると共に互いに直交する２つの軸それぞれの方向の力とを前記内輪要素および前記外輪要素の一方に出力する駆動ユニットと、前記内輪要素および前記外輪要素の他方に連結されると共に患者の身体の一部を支持する支持部材とを備える整復装置に適用されてもよい。
【００２０】
第１の力伝達装置を備えた整復装置では、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。
【００２１】
本発明による第２の力伝達装置は、
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた第１当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される第１球体と、
前記第１球体を前記第１当接部に対して弾性的に押し付ける第１付勢手段と、
前記凸球面を介して互いに対向するように前記内輪要素に設けられる一対の第２球体と、互いに対向するように前記外輪要素の外周に定められた一対の第２当接部と、前記第２球体を前記第２当接部に対して弾性的に押し付ける第２付勢手段とにより構成される運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
第２の力伝達装置は、２要素間に配置されて当該２要素間で力を伝達するものであり、ボールジョイントを構成する内輪要素および外輪要素と、内輪軸心と外輪軸心とが一致しているときに内輪要素および外輪要素の何れか一方に定められた第１当接部と当接するように内輪要素および外輪要素の他方により支持される第１球体と、第１球体を第１当接部に対して弾性的に押し付ける第１付勢手段と、凸球面を介して互いに対向するように内輪要素により支持される一対の第２球体と、互いに対向するように外輪要素の外周に定められた一対の第２当接部と、第２球体を第２当接部に対して弾性的に押し付ける第２付勢手段とにより構成される運動拘束手段を備える。これにより、第１付勢手段により第１球体が第１当接部に対して弾性的に押し付けられて内輪要素と外輪要素とが同心に保たれると共に、第２付勢手段により第２球体が第２当接部に対して弾性的に押し付けられて内輪要素と外輪要素との相対運動が規制されていれば、内輪要素の軸心と外輪要素の軸心とが一致しているときの両者の軸心周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達することができる。また、第２の力伝達装置では、内輪要素および外輪要素の一方から他方へと伝達される回転トルクや内輪要素または外輪要素に加えられる回転トルク以外の力により、第２球体が第２当接部から外れるか、あるいは第２球体が第２当接部から外れると共に第１球体が第１当接部から外れると、内輪要素と外輪要素との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力の方向における過負荷が遮断される。従って、第２の力伝達装置によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００２３】
更に、前記第１球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪要素の軸心である内輪軸心上に配置されてもよく、前記第１当接部は、前記第１球体と係合するように前記外輪要素に設けられる該外輪要素の軸心である外輪軸心を中心とする凹部または孔部であってもよく、前記一対の第２球体は、前記内輪軸心と直交する軸上に配置されてもよく、前記第２当接部は、前記第２球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心と直交する軸を中心とする凹部または孔部であってもよい。また、前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有してもよい。
【００２４】
そして、上記第２の力伝達装置は、前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に連結されており、前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときの前記内輪要素および前記外輪要素の軸心である基準軸周りの回転トルクと、前記基準軸と直交すると共に互いに直交する２つの軸それぞれの方向の力とを前記内輪要素および前記外輪要素の一方に出力する駆動ユニットと、前記内輪要素および前記外輪要素の他方に連結されると共に患者の身体の一部を支持する支持部材とを備える整復装置に適用されてもよい。
【００２５】
第２の力伝達装置を備えた整復装置においても、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例に係る整復装置１の概略構成図である。
【図２】整復装置１に含まれる力伝達装置２０を示す断面図である。
【図３】力伝達装置２０を模式的に示す斜視図である。
【図４】力伝達装置２０を構成する内輪アッセンブリ２１を示す断面図である。
【図５】力伝達装置２０を構成する外輪アッセンブリ４１を示す断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、内輪アッセンブリ２１のローラ２５と外輪アッセンブリ４１のガイド凹部４３ｇとの関係を示す説明図である。
【図７】力伝達装置２０の動作を説明するための模式図である。
【図８】力伝達装置２０の動作を説明するための模式図である。
【図９】力伝達装置２０の動作を説明するための斜視図である。
【図１０】変形例に係る力伝達装置２０Ｂを示す断面図である。
【図１１】他の変形例に係る力伝達装置２００を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、実施例を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【実施例】
【００２８】
図１は、本発明の実施例に係る整復装置１の概略構成図である。同図に示す整復装置１は、例えば骨折や脱臼等の治療に用いられるものであり、可動テーブル２と、可動テーブル２に搭載された３軸式駆動ユニット３と、可動テーブル２に連結された進退駆動ユニット４と、患者の下肢といった身体の一部を支持する支持台（支持部材）５とを含む。３軸式駆動ユニット３は、セイフティー機構としてのトルクリミッタ１０および本発明による力伝達装置２０を介して支持台５に連結されており、支持台５に対して、図１におけるＺ軸周りの回転トルクを出力すると共に、図１におけるＸ軸方向の力と図１におけるＹ軸方向の力とを出力する。また、進退駆動ユニット４は、３軸式駆動ユニット３を搭載した可動テーブル２を図１におけるＺ軸方向に進退移動させることができる。これにより、実施例の整復装置１は、患者の下肢といった患部に捻り動作、左右移動動作、上下移動動作および伸縮動作を行わせることができる。
【００２９】
３軸式駆動ユニット３と力伝達装置２０との間に配置されるトルクリミッタ１０は、３軸式駆動ユニット３からのＺ軸周りの回転トルクが予め定められた伝達解除閾値未満であるときには力伝達装置２０に当該回転トルクを伝達すると共に、３軸式駆動ユニット３からの回転トルクが当該伝達解除閾値以上になったときには力伝達装置２０に当該回転トルクが伝達されないようにするものである。これにより、３軸式駆動ユニット３から力伝達装置２０すなわち支持台５に支持された患者の身体の一部に過剰な回転トルクが伝達されるのを抑制することが可能となる。トルクリミッタ１０としては、スプリングといった弾性体による押付力を利用したボールプランジャ式あるいはローラプランジャ式のトルクリミッタや電磁式のトルクリミッタ（電磁クラッチ）を採用することができる。
【００３０】
図２は、上記整復装置１に含まれる力伝達装置２０の断面図であり、図３は、力伝達装置２０を模式的に示す斜視図である。これらの図に示すように、力伝達装置２０は、それぞれ複数の部材により構成されると共に互いに係合してボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ（内輪要素）２１と外輪アッセンブリ（外輪要素）４１とを含む。図２および図４に示すように、内輪アッセンブリ２１は、主として、内輪ベース部材２２と、内輪ベース部材２２に固定される中空の内輪軸部材２３と、所定の曲率半径をもった凸球面２４ａを外周に有する凸球面部材２４とにより構成される。なお、力伝達装置２０が上述の整復装置１に組み込まれる場合、内輪アッセンブリ２１の内輪ベース部材２２には、トルクリミッタ１０（３軸式駆動ユニット３）および支持台５の一方がボルト等を介して連結される。
【００３１】
内輪ベース部材２２は、炭素鋼等により有底円筒状に形成されており、円筒状の側壁部２２ａと、軸心上に形成された中心孔２２ｂと、内輪ベース部材２２の外周面から中心孔２２ｂまで径方向すなわち中心孔２２ｂと直交する方向（図４におけるＸ軸方向）に延びる連通孔２２ｃとを有する。内輪軸部材２３は、炭素鋼等により円筒状に形成されており、概ね円錐台状を呈する先端部２３ａと、先端部２３ａの最外周よりも若干細径の円筒部２３ｂとを有する。実施例では、先端部２３ａ（内輪軸部材２３）の最大外径は、内輪ベース部材２２（側壁部２２ａ）の内径の例えば２分の１程度とされている。また、先端部２３ａには、その軸心上に円筒部２３ｂの内径よりも小さい内径を有する貫通孔２３ｃが形成されている。
【００３２】
凸球面部材２４は、軸受鋼等により内部に内輪軸部材２３の円筒部２３ｂが同軸に挿入され得るように円環状に形成されており、当該円筒部２３ｂと概ね同一の軸方向長さを有する。そして、実施例では、凸球面部材２４の凸球面２４ａの曲率半径は、例えば、内輪ベース部材２２（側壁部２２ａ）の内径の２分の１よりも若干大きい程度に定められている。図４からわかるように、内輪軸部材２３は、円筒部２３ｂに凸球面部材２４を嵌め込んだ後に内輪ベース部材２２に対して同軸にボルトを介して固定される。これにより、凸球面部材２４は、内輪ベース部材２２の内底面と内輪軸部材２３の先端部２３ａとにより挟持・固定される。
【００３３】
また、内輪ベース部材２２の側壁部２２ａには、一対のローラ（円柱体）２５がそれぞれ軸受２６を介して取り付けられる。一対のローラ２５は、図４に示すように、凸球面部材２４（凸球面２４ａ）を介して図中Ｘ軸方向に延びる軸上で互いに同軸に対向するように側壁部２２ａに取り付けられる。実施例において、ローラ２５を回転自在に支持する軸受２６は、互いに対向するように内輪ベース部材２２の側壁部２２ａに形成された孔に挿入されると共にセットスクリュー２７を用いて固定される。
【００３４】
更に、内輪アッセンブリ２１は、図２および図４に示すように、軸受鋼等からなる小径の球体３０を外輪アッセンブリ４１に向けて突出するように当該内輪アッセンブリ２１の軸心（内輪軸心）上に保持する。すなわち、実施例の内輪アッセンブリ２１は、球体３０を支持すると共に内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪軸部材２３により支持される球体支持部材３１と、球体支持部材３１と間隔を置いて内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪ベース部材２２により支持される押付部材３２と、球体支持部材３１と押付部材３２との間に互いに同軸に配置される２本のスプリング３３および３４と、押付部材を内輪軸心上で進退移動させる移動機構としてのロッド３５およびセットスクリュー３６とを含む。
【００３５】
球体支持部材３１は炭素鋼等からなり、内輪軸部材２３の先端部２３ａの貫通孔２３ｃ内に摺動可能に嵌合される本体と、内輪軸部材２３の円筒部２３ｂ内でスプリング３３，３４と当接するフランジ部とを有する。球体支持部材３１の本体の端部（図中左端）には、図４に示すように、その軸心を中心とした逆円錐面状あるいは球面状の凹部である球体支持凹部３１ａが形成されており、この球体支持凹部３１ａ内に球体３０が配置される。押付部材３２は、炭素鋼等からなり、内輪ベース部材２２の中心孔２２ｂ内に摺動可能に嵌合される本体と、内輪軸部材２３の円筒部２３ｂ内でスプリング３３，３４と当接するフランジ部とを有する。押付部材３２のフランジ部と反対側の端面３２ａ（図中右側の端面）は、図４に示すように、軸心と直交しない斜面として形成されている。ロッド３５は、中心孔２２ｂ内に突出するように内輪ベース部材２２の連通孔２２ｃ内に摺動可能に挿入され、押付部材３２の本体の端面（斜面）３２ａと密に当接するように斜めに形成された先端面３５ａを有する。セットスクリュー３６は、連通孔２２ｃの外周側の領域に形成された雌ねじ部と螺合する雄ねじ部をその外周に有し、ロッド３５の端面と当接するように連通孔２２ｃに螺合される。これにより、セットスクリュー３６を連通孔２２ｃ内にねじ込んでロッド３５を内輪ベース部材２２の内部へと進行させれば、ロッド３５の先端面３５ａからの力により押付部材３２が内輪アッセンブリの軸心上で球体支持部材３１に向けて（図中左側へと）移動し、それに伴って球体支持部材３１と押付部材３２との間のスプリング３３，３４が圧縮されることになる。従って、実施例の力伝達装置２０では、セットスクリュー３６のねじ込み量を調整することでスプリング３３，３４の圧縮量を変更し、それによりスプリング３３，３４から球体支持部材３１を介して球体３０に付与される力を変更することができる。
【００３６】
一方、外輪アッセンブリ４１は、図２および図５に示すように、主として、外輪ベース部材４２と、外輪ベース部材４２に固定される環状部材４３と、内輪アッセンブリ２１を構成する凸球面部材２４の凸球面２４ａと係合可能な凹球面４４ａと円柱面状の外周面とを有する凹球面部材４４とにより構成される。なお、力伝達装置２０が上述の整復装置１に組み込まれる場合、外輪アッセンブリ４１の外輪ベース部材４２には、トルクリミッタ１０（３軸式駆動ユニット３）および支持台５の他方がボルト等を介して連結される。
【００３７】
外輪ベース部材４２は、炭素鋼等からなり、内底面としての凹球面（第２凹球面）４２ａを有する。凹球面４２ａには、外輪ベース部材４２の軸心を中心とした断面円形の比較的浅い凹部が形成されており、この凹部には、球体３０の直径よりも小さい内径を有する孔部（断面円形の貫通孔）４５ａを中心軸上に有する当接部材４５が着脱自在に嵌め込まれる。これにより、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とを両者の軸心が一致するように係合した際に、内輪アッセンブリ２１側の球体３０は、スプリング３３，３４により当接部材４５に対して弾性的に押し付けられ、孔部４５ａと係合（実質的に線接触）することになる。なお、実施例では、当接部材４５の内輪アッセンブリ２１側（図中右側）の表面は、周囲の凹球面４２ａと同心かつ同一曲率半径の球面状に形成されるが、当接部材４５の内輪アッセンブリ２１側の表面は、平坦に形成されてもよい。また、当接部材４５に孔部４５ａを形成する代わりに、当接部材４５の内輪アッセンブリ２１側の表面に例えば断面円形の凹部を形成してもよい。更に、外輪ベース部材４２の適所には、内輪アッセンブリ２１の内輪軸部材２３に形成された検出孔２３ｈの有無を非接触で検出することにより外輪アッセンブリ４１（外輪ベース部材４２）に対する内輪アッセンブリ２１（内輪軸部材２３）の移動の有無を検出する近接センサ４７が配置されている。実施例の近接センサ４７は、外輪ベース部材４２に対する内輪軸部材２３の移動を検知すると、その旨を示す信号を整復装置１の図示しないコントローラに出力する。
【００３８】
環状部材４３は、炭素鋼等からなり、凹球面部材４４の外径と概ね同径であって凹球面部材４４の軸方向長さと概ね同一の軸方向長さをもった第１孔部４３ａと、第１孔部４３ａの内輪アッセンブリ２１側（図中右側）に形成された当該第１孔部４３ａよりも小径の第２孔部４３ｂとを有する。凹球面部材４４は、環状部材４３の第１孔部４３ａ内に同軸に挿入され得るように軸受鋼等により円環状に形成されており、当該第１孔部４３ａと概ね同一の軸方向長さを有する。そして、図５からわかるように、環状部材４３は、第１孔部４３ａに凹球面部材４４を嵌め込んだ後に外輪ベース部材４２に対して同軸にボルトを介して固定される。これにより、凹球面部材４４は、外輪ベース部材４２と環状部材４３とにより挟持・固定される。また、実施例において、外輪ベース部材４２の凹球面４２ａは、球体３０の転動または摺動が可能となるように凹球面４４ａよりも若干大きい曲率半径を有すると共に、外輪ベース部材４２、環状部材４３および凹球面部材４４が一体化された状態で凹球面部材４４の凹球面４４ａと同心となるように形成される。
【００３９】
更に、実施例において、環状部材４３の外周面４３ｃは、凹球面４４ａよりも大きく、かつ内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とが係合した状態で内輪ベース部材２２の側壁部２２ａと干渉しないように定められた曲率半径を有すると共に、外輪ベース部材４２、環状部材４３および凹球面部材４４が一体化された状態で凹球面部材４４の凹球面４４ａと同心となる凸球面状に形成される。そして、環状部材４３の外周面４３ｃには、凹球面部材４４（凹球面４４ａ）を介して互いに対向すると共にそれぞれ内輪アッセンブリ２１に設けられたローラ２５の対応する一方と係合する一対のガイド凹部４３ｇが形成されている。図６に示すように、ガイド凹部４３ｇは、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときの両者の軸心を基準軸（図６等におけるＺ軸）としたときに、基準軸と一対のローラ２５の軸心（図６等におけるＸ軸方向に延びる軸）とを含む平面（ＹＺ平面）と平行に延びる一対の側面４３ｇａおよび４３ｇｂを有する。なお、図６（ａ）および（ｂ）は、何れも図２におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す。
【００４０】
ここで、実施例では、側面４３ｇａと側面４３ｇｂとの間隔がローラ２５の外径よりも若干大きく定められている。また、ローラ２５を回転自在に支持する軸受２６としては、偏心軸受が採用されており、各ローラ２５は、図６（ａ）に示すように、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とを両者の軸心が一致するように係合した際に、凸球面部材２４の凸球面２４ａおよび凹球面部材４４の凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通り図６におけるＸ軸方向に延びる軸から偏心した状態で内輪ベース部材２２の側壁部２２ａに支持される。これにより、ローラ２５は、それぞれ対応するガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接し、ローラ２５と側面４３ｇａおよび４３ｇｂの他方との間には隙間（例えば、０．５ｍｍ程度）が形成されることになる。そして、実施例では、各ローラ２５の偏心量や各ローラ２５と側面４３ｇａまたは４３ｇｂとの間の隙間が、図６（ｂ）に示すように、両者の軸心が一致する状態で内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１が基準軸（Ｚ軸）周りに回転することにより一方のローラ２５が対応するガイド凹部４３ｇの図中左側の側面４３ｇａと当接すると共に他方のローラ２５が対応するガイド凹部４３ｇの図中右側の側面４３ｇｂと当接したときに、一対のローラ２５の軸心上の中点が凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃと一致するように定められる。
【００４１】
このような一対のローラ２５および一対のガイド凹部４３ｇによれば、上記基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制しつつ、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容することが可能となる。更に、一対のローラ２５および一対のガイド凹部４３ｇは、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致していないときであっても、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との間における回転の伝達を可能とする。また、各ローラ２５をガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接させると共にローラ２５と側面４３ｇａおよび４３ｇｂの他方との間に隙間が形成されるようにすれば、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動をよりスムースなものとすることが可能となる。加えて、各ローラ２５をガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接させることにより、各ガイド凹部４３ｇの一対の側面４３ｇａおよび４３ｇｂのうち、ローラ２５と頻繁に当接することになる一方の表面を精度よく仕上げておけばよいので、それにより力伝達装置２０の製造コストを低下させることができる。
【００４２】
次に、図７から図９等を参照しながら、上述の整復装置１に組み込まれた力伝達装置２０の動作について説明する。ここでは、内輪アッセンブリ２１の内輪ベース部材２２にトルクリミッタ１０を介して３軸式駆動ユニット３が連結されると共に、外輪アッセンブリ４１の外輪ベース部材４２に支持台５が接続されている構成を例にとって力伝達装置２０の動作について説明する。
【００４３】
３軸式駆動ユニット３からトルクリミッタ１０を介して内輪アッセンブリ２１に回転トルクや力が伝達されていない状態では、図２および図３に示すように、内輪アッセンブリ２１側の球体３０がスプリング３３，３４により外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて孔部４５ａと係合（実質的に線接触）する。これにより、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは、両者の軸心が一致する状態で係合する。そして、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との軸心が一致している状態で整復装置１の３軸式駆動ユニット３や進退駆動ユニット４を作動させれば、３軸式駆動ユニット３や進退駆動ユニット４からトルクリミッタ１０を介して内輪ベース部材２２に付与された回転トルクや力が力伝達装置２０により外輪アッセンブリ４１へと伝達されると共に、外輪アッセンブリ４１から支持台５上の患者の身体の一部に伝達されることになる。
【００４４】
すなわち、内輪アッセンブリ２１側の球体３０がスプリング３３，３４により外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との軸心が一致する状態が維持されていれば、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは実質的に剛体として機能することから、３軸式駆動ユニット３や進退駆動ユニット４からの力は、内輪アッセンブリ２１から外輪アッセンブリ４１へとそのまま伝達されることになる。また、内輪アッセンブリ２１の一対のローラ２５および外輪アッセンブリ４１の一対のガイド凹部４３ｇにより、基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が規制されることから、３軸式駆動ユニット３からの回転トルクは、内輪アッセンブリ２１から外輪アッセンブリ４１へとそのまま伝達されることになる。そして、３軸式駆動ユニット３からの回転トルクが上記伝達解除閾値以上になると、トルクリミッタ１０により内輪アッセンブリ２１の内輪ベース部材２２に対する３軸式駆動ユニット３からの回転トルクの入力が断たれることになる。
【００４５】
一方、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に加えられる回転トルク以外の力（図１等におけるＸ軸方向の力やＹ軸方向の力）が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れ、それぞれの軸心周りの回転以外の内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容されることになる。例えば、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと、図７に示すように、球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れると共に各ローラ２５が対応するガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａまたは４３ｇｂ上を転動する。これにより、内輪アッセンブリ２１が外輪アッセンブリ４１に対して凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＹ軸方向に延びる軸の周りに回転し、球体３０は外輪ベース部材４２の凹球面４２ａ上を転動するようになる。すなわち、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力により球体３０が当接部材４５の孔部４５ａから外れると、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａのボールジョイントとしての機能とローラ２５およびガイド凹部４３ｇのガイド機能とにより、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＹ軸方向に延びる軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容される。これにより、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に付与されるＸ軸方向の力の外輪アッセンブリ４１への伝達が断たれることになり、力伝達装置２０により当該Ｘ軸方向における過負荷が遮断されることになる。
【００４６】
また、例えば、３軸式駆動ユニット３からのＹ軸方向の力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと、図８に示すように、球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れ、内輪アッセンブリ２１が外輪アッセンブリ４１に対して各ローラ２５の軸心すなわち凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる軸の周りに回転し、球体３０は外輪ベース部材４２の凹球面４２ａ上を転動するようになる。すなわち、３軸式駆動ユニット３からのＹ軸方向の力により球体３０が当接部材４５の孔部４５ａから外れると、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａのボールジョイントとしての機能とローラ２５およびガイド凹部４３ｇのガイド機能とにより、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容される。これにより、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に付与されるＹ軸方向の力の外輪アッセンブリ４１への伝達が断たれることになり、力伝達装置２０により当該Ｙ軸方向における過負荷が遮断されることになる。
【００４７】
更に、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力とＹ軸方向の力との合力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと、図９に示すように、球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５の孔部４５ａから外れ、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａのボールジョイントとしての機能とローラ２５およびガイド凹部４３ｇのガイド機能とにより、凸球面２４ａおよび凹球面４４ａの曲率中心Ｃを通りＸ軸方向に延びる軸と曲率中心Ｃを通りＹ軸方向に延びる軸との周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容される。これにより、３軸式駆動ユニット３から内輪アッセンブリ２１に付与されるＸＹ平面上のある方向における力の外輪アッセンブリ４１への伝達が断たれることになり、力伝達装置２０により当該方向における過負荷が遮断されることになる。
【００４８】
ここで、実施例の力伝達装置２０において、内輪アッセンブリ２１側の球体３０は、外輪アッセンブリ４１に向けて突出するように内輪アッセンブリ２１の軸心上に配置されると共に、外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５には、外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする孔部４５ａが形成されており、球体３０は、スプリング３３，３４により当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて孔部４５ａの周縁部と実質的に線接触する。従って、球体３０と当接部材４５（孔部４５ａ）との当接（係合）を解除する力は、基準軸としてのＺ軸と直交するＸ軸方向とＹ軸方向とで概ね同一となり、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向の力とＹ軸方向の力との合力の方向についても概ね同一となる。すなわち、実施例の力伝達装置２０では、３軸式駆動ユニット３からのＸ軸方向、Ｙ軸方向あるいはＸＹ平面上の任意の方向における力が、スプリング３３，３４による球体３０の押付力や球体３０と孔部４５ａの周縁部との間の静摩擦係数等に基づく閾値を越えると、球体３０が当接部材４５から外れることになる。なお、実施例の力伝達装置２０は、上述のように、外輪アッセンブリ４１に対する内輪アッセンブリ２１の移動の有無を非接触で検出する近接センサ４７を有しており、近接センサ４７により外輪アッセンブリ４１に対する内輪アッセンブリ２１の移動が検出されると、図示しない整復装置１のコントローラにより３軸式駆動ユニット３の作動がされる。これにより、整復装置１を用いた治療における安全性をより向上させることが可能となる。また、実施例の力伝達装置２０において、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは、図２において二点鎖線で示す範囲内で相対運動可能である。
【００４９】
以上説明したように、実施例の力伝達装置２０は、２要素間に配置されて当該２要素間で力を伝達するものであり、ボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１と、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときに外輪アッセンブリ４１側の当接部材４５と当接するように内輪アッセンブリ２１により支持される球体３０と、球体３０を当接部材４５に対して弾性的に押し付けるスプリング３３，３４とを備える。これにより、スプリング３３，３４によって球体３０が当接部材４５に対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とが同心に保たれていれば、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときの両者の軸心である基準軸（Ｚ軸）周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達することができる。
【００５０】
また、実施例の力伝達装置２０は、基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制すると共に、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容する運動拘束機構としてのローラ２５およびガイド凹部４３ｇを備えている。これにより、トルクリミッタ１０により回転トルクの伝達が断たれない限り、内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達される回転トルクが大きくなっても両者間での回転トルクの伝達が断たれることはないが、内輪アッセンブリ２１または外輪アッセンブリ４１に加えられる回転トルク以外の力が球体３０と当接部材４５（孔部４５ａの周縁部）との間の静止力に打ち勝つと球体３０がスプリング３３，３４からの押付力に抗して当接部材４５から外れ、内輪アッセンブリ２１の軸心や外輪アッセンブリ４１の軸心周りの回転以外の内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力の方向における過負荷が遮断されることになる。従って、実施例の力伝達装置２０によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００５１】
また、上記実施例では、球体３０が外輪アッセンブリ４１に向けて内輪アッセンブリ２１から突出するように内輪アッセンブリ２１の軸心上に配置され、外輪アッセンブリ４１に取り付けられる当接部材４５には、球体３０と係合するように外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする孔部４５ａが形成されている。これにより、球体３０と当接部材４５（孔部４５ａ）との当接（係合）を解除する力を基準軸としてのＺ軸と直交する平面内の全方向において概ね一定にすることが可能となる。ただし、球体３０と当接部（孔部４５ａ）は、内輪アッセンブリ２１や外輪アッセンブリ４１の軸心（基準軸）以外の軸上に配置されてもよいことはいうまでもない。また、球体３０は外輪アッセンブリ４１によって保持されると共に外輪アッセンブリ４１側に設けられたスプリング等の付勢手段により内輪アッセンブリ２１側に定められた当接部に押し付けられてもよい。この場合、球体３０は、外輪アッセンブリ４１の軸心上に配置されると好ましく、当接部は、球体３０と係合するように内輪アッセンブリ２１に設けられたその軸心を中心とする凹部または孔部であると好ましいが、球体３０と当接部は、外輪アッセンブリ４１や内輪アッセンブリ２１の軸心（基準軸）以外の軸上に配置されてもよい
【００５２】
更に、実施例の力伝達装置２０は、スプリング３３，３４による球体３０を当接部材４５に押し付ける力を変更可能な押付力設定機能を有しているので、力伝達装置２０では、その過負荷遮断特性を任意に変更することが可能となる。すなわち、実施例の力伝達装置２０は、球体３０を支持すると共に内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪軸部材２３により支持される球体支持部材３１と、球体支持部材３１と間隔を置いて内輪アッセンブリ２１の軸心上で摺動可能となるように内輪ベース部材２２により支持される押付部材３２と、押付部材３２を内輪アッセンブリ２１の軸心上で進退移動させる移動機構としてのロッド３５およびセットスクリュー３６とを備えている。これにより、ロッド３５およびセットスクリュー３６を用いて押付部材３２と球体支持部材３１との間隔を調整することによりスプリング３３，３４から球体支持部材３１を介して球体３０に付与される力すなわち力伝達装置２０の過負荷遮断特性を容易に変更可能となる。なお、球体支持部材３１と押付部材３２との間に配置されるスプリングは、１本であってもよく、３本以上であってもよい。また、スプリングの代わりに、付勢手段としてゴム等の弾性体を用いてもよく、空気圧式あるいは油圧式の付勢手段を用いてもよい。
【００５３】
更に、実施例の力伝達装置２０に含まれる外輪アッセンブリ４１は、凹球面４４ａと同心であると共に当該凹球面４４ａよりも大きい曲率半径をもった第２の凹球面４２ａを当接部材４５の周囲に有している。これにより、内輪アッセンブリ２１または外輪アッセンブリ４１に加えられた力により当接部材４５から外れた球体３０はスプリング３３，３４により第２の凹球面４２ａに押し付けられた状態で当該凹球面４２ａ上を転動または摺動することになるので、球体３０が当接部材４５から外れた後に内輪アッセンブリ２１が外輪アッセンブリ４１に対して大きく移動するのを抑制して力伝達装置２０の動作を安定化させることができる。
【００５４】
また、上記実施例において、当接部としての孔部４５ａは、外輪ベース部材４２に対して着脱自在に取り付けられる当接部材４５に形成されている。これにより、当接部としての孔部（凹部）の構成（形状）や当接部材４５の材質等を容易に変更することができるので、球体３０と当接部材４５との接触状態や静摩擦係数すなわち力伝達装置２０の過負荷遮断特性を容易に調整可能となる。なお、当接部としての孔部や凹部を外輪アッセンブリ４１に対して着脱自在に取り付けられる部材に形成する代わりに、外輪ベース部材４２等に対して孔部や凹部を形成してもよく、球体３０と第２の凹球面４２ａとを直接当接（実質的に点接触）させてもよい。
【００５５】
更に、実施例の力伝達装置２０は、凸球面２４ａを介して互いに同軸に対向するように内輪ベース部材２２により支持された一対のローラ（円柱体）２５と、凹球面４４ａを介して互いに対向すると共にそれぞれ対応するローラ２５と係合するように外輪アッセンブリ４１の環状部材４３に設けられ、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときにそれぞれ基準軸としてのＺ軸と一対のローラ２５の軸心（Ｘ軸方向に延びる軸）とを含む平面（ＹＺ平面）と平行に延びる一対の側面４３ｇａおよび４３ｇｂを有する一対のガイド凹部４３ｇとにより構成される運動拘束機構を備えている。これにより、基準軸（Ｚ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を規制しつつ、基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動を許容することが可能となる。また、かかる構成によれば、内輪軸心と外輪軸心とが一致していないときであっても、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との間で回転を伝達することが可能となる。
【００５６】
また、上記実施例では、ローラ２５は、それぞれ対応するガイド凹部４３ｇの側面４３ｇａおよび４３ｇｂの一方と当接し、ローラ２５と側面４３ｇａおよび４３ｇｂの他方との間には隙間が形成される。これにより、基準軸（Ｚ軸）とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動をよりスムースなものとすることが可能となる。更に、ローラ２５をそれぞれ中心軸周りに回転自在となるように内輪アッセンブリ２１により支持すれば、基準軸（Ｚ軸）とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸（Ｘ軸およびＹ軸）の周りにおける内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動をより一層スムースなものとすることが可能となる。
【００５７】
そして、力伝達装置２０は、上述のように、一体で複数方向の過負荷を遮断可能とするものであるから、それを備えた整復装置１では、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。ただし、力伝達装置２０の適用対象は、整復装置１に限られるものではなく、力伝達装置２０が産業用ロボットや人型ロボット等の各種ロボットといった様々な産業機械や民生用機械に適用されることはいうまでもない。
【００５８】
図１０は、変形例に係る力伝達装置２０Ｂの概略構成図である。なお、以下の説明において、上述の力伝達装置２０に関連して説明した要素等と同一の要素等には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５９】
変形例に係る力伝達装置２０Ｂは、基本的に上述の力伝達装置２０と同様の構成を有するものである。この力伝達装置２０Ｂでは、当接部としての孔部４５ａが外輪ベース部材４２に形成されており、球体支持部材３１と押付部材３２との間には、１本のスプリング３３が配置されている。また、力伝達装置２０Ｂでは、上述の力伝達装置２０における環状部材４３が省略されており、凹球面部材４４の外周面が環状部材４３の外周面４３ｃと同様に凸球面状に形成されると共に、凹球面部材４４の外周面に一対のガイド凹部４３ｇが形成されている。そして、力伝達装置２０Ｂは、上記整復装置１のトルクリミッタ１０と同様の機能を有するトルクリミッタ５０を備えている。
【００６０】
トルクリミッタ５０は、図１０に示すように、ローラプランジャ式のトルクリミッタとして構成されており、炭素鋼等により概ね円盤状に形成される本体５１と、ローラ５２を回転自在に支持するローラ支持部材５３と、ローラ支持部材５３と間隔を置いて配置される押付部材５４と、ローラ支持部材５３と押付部材５４との間に配置されるスプリング５５と、セットスクリュー５６とを備える。ローラ支持部材５３は、本体５１を径方向に貫通する貫通孔５１ａの内部の一端側（図中左端側）にローラ５２の軸心が本体５１の軸心と平行をなすように摺動可能に嵌め込まれる。また、押付部材５４は、ローラ支持部材５３と間隔を置いて貫通孔５１ａ内に摺動可能に嵌め込まれ、ローラ支持部材５３と押付部材５４との間には、スプリング５５が配置される。更に、セットスクリュー５６は、押付部材５４の端部と当接するように貫通孔５１ａの他端側（図中右端側）に形成された雌ねじ部に螺合される。これにより、セットスクリュー５６を貫通孔５１ａ内にねじ込んで押付部材５４をローラ支持部材５３に向けて移動させれば、それに伴ってローラ支持部材５３と押付部材５４との間のスプリング５５が圧縮されることになる。従って、トルクリミッタ５０では、セットスクリュー５６のねじ込み量を調整することでスプリング５５の圧縮量を変更し、それによりスプリング５５からローラ支持部材５３を介してローラ５２に付与される力を変更することができる。
【００６１】
そして、力伝達装置２０Ｂの内輪アッセンブリ２１を構成する内輪ベース部材２２Ｂは、外輪アッセンブリ４１とは反対側に延出されており、トルクリミッタ５０は、内輪ベース部材２２Ｂの延出部に形成された空間内に配置される。すなわち、トルクリミッタ５０の本体５１は、ボールベアリング等の軸受５７を介して内輪ベース部材２２Ｂに形成された空間内部に内輪アッセンブリ２１と同軸に取り付けられる。更に、内輪ベース部材２２Ｂの延出部に形成された空間の内周面には、本体５１から突出するローラ５２と当接する当接凹部２２ｄが形成されている。これにより、ローラ５２は、スプリング５５によって内輪ベース部材２２Ｂの当接凹部２２ｄに対して基準軸としてのＺ軸と直交する方向（図中Ｘ軸方向）に沿って弾性的に押し付けられる
【００６２】
上述のように構成されるトルクリミッタ５０は、本体５１に付与される当該本体５１の軸心周りの回転トルクが予め定められた伝達解除閾値未満であるときには内輪アッセンブリ２１（内輪ベース部材２２Ｂ）に回転トルクを伝達すると共に、当該回転トルクが伝達解除閾値以上になったときには内輪アッセンブリ２１に回転トルクが伝達されないようにするものである。これにより、トルクリミッタ５０を備えた力伝達装置２０Ｂによれば、内輪アッセンブリ２１への回転トルクの伝達を断つことで内輪アッセンブリ２１から外輪アッセンブリ４１へと過剰な回転トルクが伝達されるのを抑制することが可能となる。すなわち、変形例に係る力伝達装置２０Ｂは、一体で多方向における過負荷を遮断する極めて有用なものである。そして、かかる力伝達装置２０Ｂを上述の整復装置１に適用すれば、トルクリミッタ１０を省略することが可能となり、整復装置１のより一層のコストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。なお、トルクリミッタ５０としてボールプランジャ式あるいは電磁式のトルクリミッタを採用し得ることはいうまでもない。また、力伝達装置２０Ｂの適用対象も、整復装置１に限られるものではなく、力伝達装置２０Ｂが産業用ロボットや人型ロボット等の各種ロボットといった様々な産業機械や民生用機械に適用されることはいうまでもない。
【００６３】
図１１は、他の変形例に係る力伝達装置２００の概略構成図である。力伝達装置２００も、上述の力伝達装置２０および２０Ｂと共通する構成を有するものであり、ボールジョイントを構成する内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１と、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときに外輪アッセンブリ４１に設けられた第１の当接部としての孔部４５ａと当接するように内輪アッセンブリ２１により支持される第１の球体３０と、当該球体３０を孔部４５ａに対して弾性的に押し付けるスプリング３３とを備える。第１の球体３０は、外輪アッセンブリ４１に向けて突出するように内輪アッセンブリ２１の軸心上に配置され、第１の当接部としての孔部４５ａは、球体３０と係合するように外輪ベース部材４２に形成された外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする円孔である。また、外輪ベース部材４２の孔部４５ａの周囲には、凹球面４４ａと同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２の凹球面４２ａが形成されている。
【００６４】
そして、図１１に示す力伝達装置２００は、凸球面部材２４（凸球面２４ａ）を介して内輪アッセンブリ２１の軸心と直交する軸（図中Ｘ軸方向の軸）上で互いに同軸に対向するように内輪ベース部材２２により支持される一対の第２の球体６０と、互いに対向するように外輪アッセンブリ４１を構成する凹球面部材４４の外周に形成された一対の第２の当接部としての当接凹部４４ｂと、第２の球体６０を当接凹部４４ｂに対して弾性的に押し付ける第２の付勢手段としてのスプリング６１とにより構成される運動拘束機構を備える。球体６０は、球体支持部材６２に形成された逆円錐面状あるいは球面状の凹部内に配置され、球体支持部材６２は、内輪ベース部材２２の側壁部２２ａに取り付けられるアダプタ６３に形成された孔部内に摺動可能に配置され、球体支持部材６２とアダプタ６３との間には、スプリング６１が配置される。そして、アダプタ６３は、球体６０が凹球面部材４４の当接凹部４４ｂに向けて突出するように側壁部２２ａに取り付けられる。当接凹部４４ｂは、第２の球体６０と係合するように凹球面部材４４の外周面に形成された外輪アッセンブリ４１の軸心を中心とする球体６０よりも小径の断面円形の凹部である。
【００６５】
このように構成される力伝達装置２００では、スプリング３３により球体３０が孔部４５ａに対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とが同心に保たれると共に、スプリング６１により第２の球体６０が第２の当接部である外輪アッセンブリ４１側の当接凹部４４ｂに対して弾性的に押し付けられて内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が規制されていれば、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１とは実質的に剛体として機能することから、内輪アッセンブリ２１の軸心と外輪アッセンブリ４１の軸心とが一致しているときの両者の軸心（Ｚ軸）周りの回転トルクや、様々な方向の力を内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達することができる。
【００６６】
また、力伝達装置２００では、内輪アッセンブリ２１および外輪アッセンブリ４１の一方から他方へと伝達される回転トルクや内輪アッセンブリ２１または外輪アッセンブリ４１に加えられる回転トルク以外の力により、第２の球体６０がスプリング６１からの押付力に抗して第２当接部である当接凹部４４ｂから外れるか、あるいは第２の球体６０が当接凹部４４ｂから外れると共に球体３０がスプリング３３からの押付力に抗して孔部４５ａから外れると、内輪アッセンブリ２１と外輪アッセンブリ４１との相対運動が許容されて当該相対運動を生じさせた力（Ｚ軸周りの回転トルクを含む）の方向における過負荷が遮断されることになる。従って、力伝達装置２００によれば、２要素間で力を伝達すると共に複数方向の過負荷を遮断することが可能となる。
【００６７】
そして、かかる力伝達装置２００も上述の整復装置１に適用され得るものであり、力伝達装置２００を備えた整復装置１においても、過負荷を遮断するためのセイフティー機構を多数用いる必要がなくなるので、コストダウン化や装置の小型化、装置構造の単純化を図ることができる。ただし、力伝達装置２００の適用対象も、整復装置１に限られるものではなく、力伝達装置２００が産業用ロボットや人型ロボット等の各種ロボットといった様々な産業機械や民生用機械に適用されることはいうまでもない。
【００６８】
以上、実施例を参照しながら本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。また、発明を実施するための形態の欄に記載されたものは、あくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、力伝達装置や、整復装置、ロボットといった各種産業機械や民生用機械の製造産業等において利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 整復装置、２ 可動テーブル、３ ３軸式駆動ユニット、４ 進退駆動ユニット、５ 支持台、１０，５０ トルクリミッタ、２０，２０Ｂ，２００ 力伝達装置、２１ 内輪アッセンブリ、２２，２２Ｂ 内輪ベース部材、２２ａ 側壁部、２２ｂ 中心孔、２２ｃ 連通孔、２２ｄ，４４ｂ 当接凹部、２３ 内輪軸部材、２３ａ 先端部、２３ｂ 円筒部、２３ｃ，５１ａ 貫通孔、２４ 凸球面部材、２４ａ 凸球面、２５，５２ ローラ、２６，５７ 軸受、２７，３６，５６ セットスクリュー、３０，６０ 球体、３１，６２ 球体支持部材、３１ａ 球体支持凹部、３２，５４ 押付部材、３２ａ 端面、３３，３４，５５、６１ スプリング、３５ ロッド、３５ａ 先端面、４１ 外輪アッセンブリ、４２ 外輪ベース部材、４２ａ，４４ａ 凹球面、４３ 環状部材、４３ａ 第１孔部、４３ｂ 第２孔部、４３ｃ 外周面、４３ｇ ガイド凹部、４３ｇａ，４３ｇｂ 側面、４４ 凹球面部材、４５ 当接部材、４５ａ 孔部、４７ 近接センサ、５１ 本体、５３ ローラ支持部材、６３ アダプタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される球体と、
前記球体を前記当接部に対して弾性的に押し付ける付勢手段と、
前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときの前記内輪要素および前記外輪要素の軸心である基準軸の周りにおける該内輪要素と該外輪要素との相対運動を規制すると共に、前記基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける前記内輪要素と前記外輪要素との相対運動を許容する運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の力伝達装置において、
前記球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪軸心上に配置され、前記当接部は、前記球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心を中心とする凹部または孔部であることを特徴とする力伝達装置。
【請求項３】
請求項２に記載の力伝達装置において、
前記付勢手段による前記球体を前記当接部に押し付ける力を変更可能な押付力設定手段を更に備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の力伝達装置において、
前記内輪要素は、
前記球体を支持すると共に前記内輪軸心上で摺動可能な球体支持部材と、
前記球体支持部材と間隔を置いて前記内輪軸心上で摺動可能な押付部材と、
前記押付部材を前記内輪軸心上で進退移動させる移動機構とを有し、
前記付勢手段は、前記球体支持部材と前記押付部材との間に配置される弾性体であることを特徴とする力伝達装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有することを特徴とする力伝達装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記当接部は、前記外輪要素に対して着脱自在に取り付けられる部材に形成されることを特徴とする力伝達装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記運動拘束手段は、
前記凸球面を介して互いに同軸に対向するように前記内輪要素に設けられる一対の円柱体と、
前記凹球面を介して互いに対向すると共にそれぞれ対応する前記円柱体と係合するように前記外輪要素に設けられ、前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときにそれぞれ前記基準軸と前記一対の円柱体の軸心とを含む平面と平行に延びる一対の側面を有する一対の凹部とにより構成されることを特徴とする力伝達装置。
【請求項８】
請求項７に記載の力伝達装置において、
前記円柱体は、それぞれ対応する前記凹部の前記側面の一方と当接し、該円柱体と該側面の他方との間には隙間が形成されることを特徴とする力伝達装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の力伝達装置において、
前記円柱体は、それぞれ中心軸周りに回転自在となるように前記内輪要素に設けられることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に接続されており、入力回転トルクが所定値未満であるときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクを伝達すると共に、前記入力回転トルクが前記所定値以上になったときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクが伝達されないようにするトルクリミッタを更に備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１１】
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた第１当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される第１球体と、
前記第１球体を前記第１当接部に対して弾性的に押し付ける第１付勢手段と、
前記凸球面を介して互いに対向するように前記内輪要素に設けられる第２球体と、互いに対向するように前記外輪要素の外周に定められた一対の第２当接部と、前記第２球体を前記第２当接部に対して弾性的に押し付ける第２付勢手段とにより構成される運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の力伝達装置において、
前記第１球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪要素の軸心である内輪軸心上に配置され、前記第１当接部は、前記第１球体と係合するように前記外輪要素に設けられる該外輪要素の軸心である外輪軸心を中心とする凹部または孔部であり、
前記一対の第２球体は、前記内輪軸心と直交する軸上に配置され、前記第２当接部は、前記第２球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心と直交する軸を中心とする凹部または孔部であることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の力伝達装置において、
前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有することを特徴とする力伝達装置。
【請求項１】
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される球体と、
前記球体を前記当接部に対して弾性的に押し付ける付勢手段と、
前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときの前記内輪要素および前記外輪要素の軸心である基準軸の周りにおける該内輪要素と該外輪要素との相対運動を規制すると共に、前記基準軸とそれぞれ直交すると共に互いに直交する２つの軸の周りにおける前記内輪要素と前記外輪要素との相対運動を許容する運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項２】
請求項１に記載の力伝達装置において、
前記球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪軸心上に配置され、前記当接部は、前記球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心を中心とする凹部または孔部であることを特徴とする力伝達装置。
【請求項３】
請求項２に記載の力伝達装置において、
前記付勢手段による前記球体を前記当接部に押し付ける力を変更可能な押付力設定手段を更に備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の力伝達装置において、
前記内輪要素は、
前記球体を支持すると共に前記内輪軸心上で摺動可能な球体支持部材と、
前記球体支持部材と間隔を置いて前記内輪軸心上で摺動可能な押付部材と、
前記押付部材を前記内輪軸心上で進退移動させる移動機構とを有し、
前記付勢手段は、前記球体支持部材と前記押付部材との間に配置される弾性体であることを特徴とする力伝達装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有することを特徴とする力伝達装置。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記当接部は、前記外輪要素に対して着脱自在に取り付けられる部材に形成されることを特徴とする力伝達装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記運動拘束手段は、
前記凸球面を介して互いに同軸に対向するように前記内輪要素に設けられる一対の円柱体と、
前記凹球面を介して互いに対向すると共にそれぞれ対応する前記円柱体と係合するように前記外輪要素に設けられ、前記内輪軸心と前記外輪軸心とが一致しているときにそれぞれ前記基準軸と前記一対の円柱体の軸心とを含む平面と平行に延びる一対の側面を有する一対の凹部とにより構成されることを特徴とする力伝達装置。
【請求項８】
請求項７に記載の力伝達装置において、
前記円柱体は、それぞれ対応する前記凹部の前記側面の一方と当接し、該円柱体と該側面の他方との間には隙間が形成されることを特徴とする力伝達装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の力伝達装置において、
前記円柱体は、それぞれ中心軸周りに回転自在となるように前記内輪要素に設けられることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一項に記載の力伝達装置において、
前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に接続されており、入力回転トルクが所定値未満であるときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクを伝達すると共に、前記入力回転トルクが前記所定値以上になったときには前記内輪要素および前記外輪要素の一方に前記入力回転トルクが伝達されないようにするトルクリミッタを更に備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１１】
２要素間で力を伝達する力伝達装置であって、
凸球面を有する内輪要素と
前記内輪要素の前記凸球面と係合する凹球面を有し、前記内輪要素と共にボールジョイントを構成する外輪要素と、
前記内輪要素の軸心である内輪軸心と前記外輪要素の軸心である外輪軸心とが一致しているときに前記内輪要素および前記外輪要素の何れか一方に定められた第１当接部と当接するように前記内輪要素および前記外輪要素の他方により支持される第１球体と、
前記第１球体を前記第１当接部に対して弾性的に押し付ける第１付勢手段と、
前記凸球面を介して互いに対向するように前記内輪要素に設けられる第２球体と、互いに対向するように前記外輪要素の外周に定められた一対の第２当接部と、前記第２球体を前記第２当接部に対して弾性的に押し付ける第２付勢手段とにより構成される運動拘束手段と、
を備えることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の力伝達装置において、
前記第１球体は、前記外輪要素に向けて前記内輪要素から突出するように前記内輪要素の軸心である内輪軸心上に配置され、前記第１当接部は、前記第１球体と係合するように前記外輪要素に設けられる該外輪要素の軸心である外輪軸心を中心とする凹部または孔部であり、
前記一対の第２球体は、前記内輪軸心と直交する軸上に配置され、前記第２当接部は、前記第２球体と係合するように前記外輪要素に設けられる前記外輪軸心と直交する軸を中心とする凹部または孔部であることを特徴とする力伝達装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の力伝達装置において、
前記外輪要素は、前記凹球面と同心であると共に該凹球面よりも大きい曲率半径をもった第２凹球面を前記当接部の周囲に有することを特徴とする力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１５６１４６（Ｐ２０１１−１５６１４６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０２０５（Ｐ２０１０−２０２０５）
【出願日】平成２２年２月１日（２０１０．２．１）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１日（２０１０．２．１）
【出願人】（５０４１３７９１２）国立大学法人 東京大学 (1,942)
【Ｆターム（参考）】
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