(57)【要約】【課題】人体を圧迫することを防ぐとともに、人工筋の駆動力を伸展のトルクに効率的に変換することができる筋力補助装置を提供すること。【解決手段】本発明の筋力補助装置は、人工筋８０として、第１の装着具１０の反関節側に一端８１Aを設けた第１の人工筋８０Ａと、第２の装着具２０の反関節側に一端８１Ｂを設けた第２の人工筋８０Ｂとを用い、第１の人工筋８０Ａの他端８２Ａと第２の人工筋８０Ｂの他端８２Ｂとをリンク部材９０を介して連結し、第１の人工筋８０Ａの他端８２Ａをリンク部材９０に回動及び摺動可能に設け、第２の人工筋８０Ｂの他端８２Ｂをリンク部材９０に回動可能に設けたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節の一方の骨に沿って配置される第１の装着具と、
前記関節の他方の骨に沿って配置される第２の装着具と、
前記第１の装着具と前記第２の装着具とを伸展動作させる人工筋とを備え、
前記人工筋として、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用い、
使用者の肘、膝、又は手首の動作を支援する筋力補助装置であって、
前記人工筋として、前記第１の装着具の反関節側に一端を設けた第１の人工筋と、前記第２の装着具の反関節側に一端を設けた第２の人工筋とを用い、
前記第１の人工筋の他端と前記第２の人工筋の他端とをリンク部材を介して連結し、
前記第１の人工筋の前記他端を前記リンク部材に回動及び摺動可能に設け、前記第２の人工筋の前記他端を前記リンク部材に回動可能に設けたことを特徴とする筋力補助装置。
【請求項２】
前記リンク部材が、スライダー部と固定部とを有し、前記第１の人工筋の前記他端を前記スライダー部に設け、前記第２の人工筋の前記他端を前記固定部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
【請求項３】
前記スライダー部を長孔で構成し、前記固定部を前記長孔の一端側に設けたことを特徴とする請求項２に記載の筋力補助装置。
【請求項４】
前記リンク部材を前記関節の外側の所定位置に支持する支持アームを設けたことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
【請求項５】
前記支持アームを前記第２の装着具の関節側に固定し、前記支持アームと前記リンク部材とをリンクピンで連結したことを特徴とする請求項４に記載の筋力補助装置。
【請求項６】
前記支持アームにガイド溝を設け、前記リンクピンが前記ガイド溝を摺動可能としたことを特徴とする請求項５に記載の筋力補助装置。
【請求項７】
前記リンク部材を前記関節の外側の所定位置に支持する支持アームを設け、前記支持アームと前記リンク部材とをリンクピンで連結し、前記支持アームにガイド溝を設け、前記リンクピンが前記ガイド溝及び前記長孔を摺動可能としたことを特徴とする請求項３に記載の筋力補助装置。
【請求項８】
前記リンクピン、前記第1の人工筋、及び前記第2の人工筋が、前記関節の外方に常に配置されることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の筋力補助装置。
【請求項９】
前記第１の装着具が上腕に、前記第２の装着具が前腕に配置され、前記人工筋が肘の外側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用い、使用者の肘、膝、又は手首の動作を支援する筋力補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体・液体・固体の物質またはそれらの混合体を注入すると、長手方向は拘束され径方向に膨らむことを特徴とするチューブを持ち、そのチューブの外部に長手方向および径方向に伸縮する円筒型スリーブを配置し、両端を拘束し、片端に注入口を設け、チューブにポリエステル系・ポリアミド系・ポリエチレン系・ポリイミド系・ポリスチレン系・ポリカーボネート系のいずれか／もしくは混合されたフィルムまたは繊維を用いた動力装置が既に提案されている（特許文献１）。
また、この種の動力装置を利用した筋力補助装置を本出願人が既に提案している（特許文献２）。
特許文献２で提案した筋力補助装置を図５から図７に示す。
図５は筋力補助装置の伸展状態を示す要部斜視図、図６は同筋力補助装置の屈曲途中の状態を示す要部斜視図、図７は、同筋力補助装置において人工筋の無負荷状態で伸展動作を行った状態を示す要部斜視図である。
同筋力補助装置は、関節の一方の骨に沿って配置される第１の装着具１０と、関節の他方の骨に沿って配置される第２の装着具２０と、第１の装着具１０に一端３１を第２の装着具２０に他端３２を設ける人工筋３０とを備えている。第１の装着具１０は上腕に配置され、第２の装着具２０は前腕に配置される。
人工筋３０は、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって、少なくとも長手方向に伸縮するアクチュエータである。
第１の装着具１０には、スイングアーム４０を設けている。このスイングアーム４０の反関節側端部が回動支点４１となり、スイングアーム４０の関節側端部が変位端となる。そして、人工筋３０の一端３１は、スイングアーム４０の変位端に設けている。
第１の装着具１０には、補助人工筋５０を設けている。この補助人工筋５０は、その一端５１を第１の装着具１０の反関節側端部に設け、他端５２をスイングアーム４０の変位端に設けている。
第１の装着具１０には、ガイドプレート６０を設けている。このガイドプレート６０にはガイド穴６１を備え、スイングアーム４０の変位端をガイド穴６１に沿って変位させている。
第１の装着具１０と第２の装着具２０とはバネ関節７０で連結している。
肘側には、伸展用人工筋８０を備えている。伸展用人工筋８０は、図６に示す状態で最も伸展した状態を示しており、図５に示す状態で最も収縮した状態を示している。
以上のように同筋力補助装置は、第１の装着具１０と第２の装着具２０とをバネ関節７０で連結し、バネ関節７０としてコイルバネを用いることで、筋力補助装置と関節とのずれがある場合でも、スムーズな動作を確保することができる。
【特許文献１】特開２００４−１０５２６３号公報
【特許文献２】特願２００７−３４０６７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
伸展用人工筋８０は、図６に示す屈曲時において、肘側に近接して使用者を圧迫する場合がある。
また、図６に示すような屈曲時に、伸展用人工筋８０の曲がり方によっては、伸展動作時に駆動力が効率的にトルクを発生させない場合が生じてしまう。
更に、図６に示す屈曲時には、伸展用人工筋８０は無負荷の状態にあるが、伸展用人工筋８０の不自然な曲げ動作や他の部材との機構的な摩擦の発生によって不要な規制力が発生する場合がある。
一方、図７に示すように、伸展用人工筋８０を駆動させることなく、無負荷状態で伸展動作を行うと、自然長さのままであるためにたるみを生じてしまう。このようなたるみは、他の部材への干渉や、折れ曲がりによる応力集中が生じて損傷を与える原因となる。
【０００４】
そこで本発明は、人体を圧迫することを防ぐとともに、人工筋の駆動力を伸展のトルクに効率的に変換することができる筋力補助装置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】
【０００５】
請求項１記載の本発明の筋力補助装置は、関節の一方の骨に沿って配置される第１の装着具と、前記関節の他方の骨に沿って配置される第２の装着具と、前記第１の装着具と前記第２の装着具とを伸展動作させる人工筋とを備え、前記人工筋として、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用い、使用者の肘、膝、又は手首の動作を支援する筋力補助装置であって、前記人工筋として、前記第１の装着具の反関節側に一端を設けた第１の人工筋と、前記第２の装着具の反関節側に一端を設けた第２の人工筋とを用い、前記第１の人工筋の他端と前記第２の人工筋の他端とをリンク部材を介して連結し、前記第１の人工筋の前記他端を前記リンク部材に回動及び摺動可能に設け、前記第２の人工筋の前記他端を前記リンク部材に回動可能に設けたことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の筋力補助装置において、前記リンク部材が、スライダー部と固定部とを有し、前記第１の人工筋の前記他端を前記スライダー部に設け、前記第２の人工筋の前記他端を前記固定部に設けたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に記載の筋力補助装置において、前記スライダー部を長孔で構成し、前記固定部を前記長孔の一端側に設けたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１に記載の筋力補助装置において、前記リンク部材を前記関節の外側の所定位置に支持する支持アームを設けたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の筋力補助装置において、前記支持アームを前記第２の装着具の関節側に固定し、前記支持アームと前記リンク部材とをリンクピンで連結したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の筋力補助装置において、前記支持アームにガイド溝を設け、前記リンクピンが前記ガイド溝を摺動可能としたことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項３に記載の筋力補助装置において、前記リンク部材を前記関節の外側の所定位置に支持する支持アームを設け、前記支持アームと前記リンク部材とをリンクピンで連結し、前記支持アームにガイド溝を設け、前記リンクピンが前記ガイド溝及び前記長孔を摺動可能としたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載の筋力補助装置において、前記リンクピン、前記第1の人工筋、及び前記第2の人工筋が、前記関節の外方に常に配置されることを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項１に記載の筋力補助装置において、前記第１の装着具が上腕に、前記第２の装着具が前腕に配置され、前記人工筋が肘の外側に配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、人工筋が曲げ動作を伴わず、直動動作となるために、人体を圧迫することを防ぐとともに、人工筋の駆動力を伸展のトルクに効率的に変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の第１の実施の形態による筋力補助装置は、人工筋として、第１の装着具の反関節側に一端を設けた第１の人工筋と、第２の装着具の反関節側に一端を設けた第２の人工筋とを用い、第１の人工筋の他端と第２の人工筋の他端とをリンク部材を介して連結し、第１の人工筋の他端をリンク部材に回動及び摺動可能に設け、第２の人工筋の他端をリンク部材に回動可能に設けたものである。本実施の形態によれば、２つの人工筋を、リンク部材を介して連結することで、人工筋が曲げ動作を伴わず、直動動作となるために、人体を圧迫することを防ぐとともに、人工筋の駆動力を伸展のトルクに効率的に変換することができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、リンク部材が、スライダー部と固定部とを有し、第１の人工筋の他端をスライダー部に設け、第２の人工筋の他端を固定部に設けたものである。本実施の形態によれば、第１の人工筋が可動することで、人工筋を駆動させることなく人工筋が自然長のままで伸展動作を行った場合にも、人工筋を屈曲させることなく伸展動作を行うことができる。
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による筋力補助装置において、スライダー部を長孔で構成し、固定部を長孔の一端側に設けたものである。本実施の形態によれば、人工筋を自然長のままで伸展動作を行った場合に、第１の人工筋の他端は第２の人工筋の他端に近接するため、人工筋を屈曲させることなく伸展動作を行うことができる。
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、リンク部材を関節の外側の所定位置に支持する支持アームを設けたものである。本実施の形態によれば、不足の動作や外部からの力によってリンク部材が機能しなくなることを防止することができる。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による筋力補助装置において、支持アームを第２の装着具の関節側に固定し、支持アームとリンク部材とをリンクピンで連結したものである。本実施の形態によれば、支持アームの固定を第２の人工筋と同じ装着具とすることで、第２の人工筋の他端側は摺動しないために、支持アームの関節からの突出を最小限に抑えることができる。
本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態による筋力補助装置において、支持アームにガイド溝を設け、リンクピンがガイド溝を摺動可能としたものである。本実施の形態によれば、人工筋を自然長のままで伸展動作を行った場合に、人工筋に負荷を与えることがない。
本発明の第７の実施の形態は、第３の実施の形態による筋力補助装置において、リンク部材を関節の外側の所定位置に支持する支持アームを設け、支持アームとリンク部材とをリンクピンで連結し、支持アームにガイド溝を設け、リンクピンがガイド溝及び長孔を摺動可能としたものである。本実施の形態によれば、人工筋を自然長のままで伸展動作を行った場合に、人工筋に負荷を与えることがない。
本発明の第８の実施の形態は、第５から第７の実施の形態による筋力補助装置において、前記リンクピン、前記第1の人工筋、及び前記第2の人工筋が、前記関節の外方に常に配置されるものである。本実施の形態によれば、屈曲／伸展のあらゆる姿勢から伸展が可能で、かつ 人工筋の駆動力を伸展の有効なトルクに変換することができる。
本発明の第９の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、第１の装着具が上腕に、第２の装着具が前腕に配置され、人工筋が肘の外側に配置されるものである。本実施の形態によれば、肘の屈曲動作による人工筋の肘への圧迫を防止することができる。
【実施例】
【０００８】
以下に、本発明の筋力補助装置の一実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例における筋力補助装置の人工筋を駆動させずに伸展させた状態を示す側面図、図２は同筋力補助装置の屈曲状態を示す側面図、図３は同筋力補助装置の人工筋を駆動させずに伸展させた状態を示すリンク部材の動作説明図、図４は同筋力補助装置の人工筋を駆動させて伸展させた状態を示すリンク部材の動作説明図である。
なお、屈曲動作及び伸展動作を補助するためには、図５及び図６に示す構成を前提とするが、本実施例では屈曲動作に必要な部材については省略して説明する。
【０００９】
本実施例による筋力補助装置は、図１及び図２に示すように、関節の一方の骨に沿って配置される第１の装着具１０と、関節の他方の骨に沿って配置される第２の装着具２０と、第１の装着具１０と第２の装着具２０とを伸展動作させる伸展用人工筋８０とを備えている。
伸展用人工筋８０として、第１の装着具１０の反関節側に一端８１Ａを設けた第１の伸展用人工筋８０Ａと、第２の装着具２０の反関節側に一端８１Ｂを設けた第２の伸展用人工筋８０Ｂとを用いている。
第１の伸展用人工筋８０Ａの他端８２Ａと第２の伸展用人工筋８０Ｂの他端８２Ｂとをリンク部材９０を介して連結している。このとき、第１の伸展用人工筋８０Ａの他端８２Ａをリンク部材９０に回動及び摺動可能に設け、第２の伸展用人工筋８０Ｂの他端８２Ｂをリンク部材９０に回動可能に固定している。リンク部材９０は、スライダー部９１と固定部９２とを有している。本実施例においては、スライダー部９１を長孔で構成し、固定部９２を長孔の一端側に設けている。
第１の伸展用人工筋８０Ａの他端８２Ａをスライダー部９１に設け、第２の伸展用人工筋８０Ｂの他端８２Ｂを固定部９２に設けている。
リンク部材９０は、関節の外側の所定位置に支持アーム９５によって支持される。
支持アーム９５は、第２の装着具２０の関節側の端部に固定具９６によって固定され、支持アーム９５とリンク部材９０とはリンクピン９７で連結される。支持アーム９５には円弧状のガイド溝９８を備え、リンクピン９７はガイド溝９８を摺動可能に移動できる。なお、リンクピン９７はガイド溝９８とともにスライダー部９１を摺動可能に移動できる。
また、リンクピン97、第1、第2の人工筋80は、屈曲／伸展時、動作／非動作時いずれの場合でも、関節の外方の位置に配置されている。このため、屈曲／伸展のあらゆる姿勢から伸展が可能で、かつ 人工筋の駆動力を伸展の有効なトルクに変換することができる。なお、関節よりも外方とは関節と干渉しない位置であり、本実施例では関節の外側に配置された場合を示しているが、関節の両側部に配置してもよい。
【００１０】
本実施例のように、肘に設ける場合には、第１の装着具１０は上腕に配置され、第２の装着具２０は前腕に配置される。伸展用人工筋８０は、肘の外側に配置される。図示はしないが、肘の内側と外側にそれぞれ平行に２つの伸展用人工筋８０を配置することが好ましい。
伸展用人工筋８０は、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって、少なくとも長手方向に伸縮するアクチュエータである。図示はしないが、伸展用人工筋８０を収縮させる動力源を備えている。
第１の装着具１０と第２の装着具２０とはバネ関節７０で連結している。このバネ関節７０には、コイルバネを用いる。コイルバネによるバネ関節７０の回転軸のずれが、関節の回動軸のずれと等しくなるようにコイルバネの長さを調節している。
【００１１】
次に、図３及び図４を用いて伸展動作時のリンク部材の動きについて説明する。
まず、伸展用人工筋８０を駆動させずに伸展動作させた場合について図３を用いて説明する。
屈曲状態では、リンクピン９７は、スライダー部９１の端部に位置し、ガイド溝９８の一端側に位置している。
伸展動作が始まると、伸展用人工筋８０を駆動させないために、バネ関節７０の復元力、装着具２０の自重、装着者の動作による力、装着者前腕の重さ等が加わることで、リンクピン９７には第１の伸展用人工筋８０Ａの他端８２Ａの方向に力が加わる。
従って、リンクピン９７は、Ｘ１の位置から、Ｘ２、Ｘ３の位置に変位する。このとき、リンクピン９７は、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の位置におけるリンクピン９７とガイド溝９８の位置関係が示すように、ガイド溝９８を一端側から他端側に移動する。なお、リンクピン９７は、スライダー部９１の一端側に位置している。一方、第１の伸展用人工筋８０Ａの他端８２Ａは、屈曲状態ではスライダー部９１の他端側に位置しているが、伸展動作に伴って、Ｙ１から、Ｙ２、Ｙ３の位置、すなわちスライダー部９１の他端側から一端側に移動する。
このように伸展用人工筋８０を駆動させずに伸展動作させた場合には、リンクピン９７はガイド溝９８内を移動することで、第２の伸展用人工筋８０Ｂに負荷をかけることなく動作を行わせることができる。また、リンクピン９７を、ガイド溝９８内を移動させることで、リンクピン９７を、スライダー部９１の一端側に位置させるので、リンク部材９０を第１の伸展用人工筋８０Ａの方向に移動させることができる。リンク部材９０が第１の伸展用人工筋８０Ａの方向に移動するために、第１の伸展用人工筋８０Ａの端部８２Ａは、スライダー部９１内をスムーズに移動することができ、第１の伸展用人工筋８０Ａに負荷をかけることなく動作を行わせることができる。
【００１２】
次に、伸展用人工筋８０を駆動させて伸展動作させた場合を、図４を用いて説明する。
屈曲状態では、リンクピン９７は、スライダー部９１の端部に位置し、ガイド溝９８の一端側に位置している。
伸展動作が始まると、伸展用人工筋８０を駆動することで、リンクピン９７には関節側の方向に力が加わる。
従って、リンクピン９７は、Ｘ１から、Ｘ２、Ｘ３の位置に変位するが、リンクピン９７は、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の位置におけるリンクピン９７とガイド溝９８の位置関係が示すように、ガイド溝９８の一端側から移動しない。
なお、リンクピン97は、伸展動作に伴って スライダー部91の一端側から他端の方に移動する。また、第１の伸展用人工筋８０Ａの他端８２Ａについても、スライダー部９１の一端側に位置している。
このように伸展用人工筋８０を駆動させて伸展動作させた場合には、第１の伸展用人工筋８０Ａ及び第２の伸展用人工筋８０Ｂは曲げ動作を伴わず、直動動作となるために、
伸展用人工筋８０に予期せぬ過大な負荷がかかることがなく、人工筋の破損といった問題に対して、信頼性の高い装置になっている。
また、 伸展用人工筋８０の位置は、屈曲／伸展時、駆動／非駆動時のいずれの場合でも、関節の外方の位置に配置されている。 このため、人体を圧迫することなく、駆動力を伸展のトルクに効率的に変換することができる。
なお、伸展動作だけを補助する場合には、図５及び図６に示す屈曲動作のための部材を備えなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、肘、膝、又は手首などの関節での動作を支援する筋力補助装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施例における筋力補助装置の人工筋を駆動させずに伸展させた状態を示す側面図
【図２】同筋力補助装置の屈曲状態を示す側面図
【図３】同筋力補助装置の人工筋を駆動させずに伸展させた状態を示すリンク部材の動作説明図
【図４】同筋力補助装置の人工筋を駆動させて伸展させた状態を示すリンク部材の動作説明図
【図５】従来の筋力補助装置の伸展状態を示す要部斜視図
【図６】同筋力補助装置の屈曲途中の状態を示す要部斜視図
【図７】同筋力補助装置において人工筋の無負荷状態で伸展動作を行った状態を示す要部斜視図
【符号の説明】
【００１５】
１０  第１の装着具
２０  第２の装着具
７０  バネ関節
８０  伸展用人工筋
８０Ａ  第１の伸展用人工筋
８０Ｂ  第２の伸展用人工筋
８１A、８１B  一端
８２A、８２B  他端
９０  リンク部材
９１  スライダー部
９２  固定部
９５  支持アーム
９６  固定具
９７  リンクピン
９８  ガイド溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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