(57)【要約】【課題】駆動機構を簡略化し、かつ関節のずれを許容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、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に対して第２の装着具２０を変位させる関節部材４０を備え、使用者の動作を支援し、第１の装着具１０を、関節部材４０を連結する第１の外装具１１と、第１の外装具１１よりも人体側に配置される第１の内装具１２とで構成し、第２の装着具２０を、関節部材４０を連結する第２の外装具２１と、第２の外装具２１よりも人体側に配置される第２の内装具２２とで構成し、第１の外装具１１と第１の内装具１２との間、及び第２の外装具２１と第２の内装具２２との間に、それぞれ変位部材１３、２３を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の装着具に対して前記第２の装着具を変位させる関節部材を備え、
使用者の動作を支援する筋力補助装置であって、
前記第１の装着具を、前記関節部材を連結する第１の外装具と、前記第１の外装具よりも人体側に配置される第１の内装具とで構成し、
前記第２の装着具を、前記関節部材を連結する第２の外装具と、前記第２の外装具よりも前記人体側に配置される第２の内装具とで構成し、
前記第１の外装具と前記第１の内装具との間、及び前記第２の外装具と前記第２の内装具との間に、それぞれ変位部材を設けたことを特徴とする筋力補助装置。
【請求項２】
前記変位部材として、スライダーを用い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】
前記スライダーに、スプリングによって与圧を付与し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】
前記変位部材として、弾性部材を用い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】
前記弾性部材として、バネを用い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】
前記弾性部材として、樹脂弾性体を用い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７】
前記第１の装着具及び前記第２の装着具の上方を開口し、前記変位部材を、下方及び両側部にそれぞれ配置し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８】
前記第１の装着具及び前記第２の装着具の下方を開口し、前記変位部材を、上方及び両側部にそれぞれ配置し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、前記第１の装着具に一端を、前記第２の装着具に他端を設ける人工筋を備え、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１０】
前記第１の装着具が前腕に、前記第２の装着具が掌に配置され、前記第１の装着具に一端を、前記第２の装着具に他端を設ける人工筋を備え、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た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、使用者の主に肘、膝、又は手首等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、図６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９１を第２の装着具２０に他端９２を設ける人工筋９０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９０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、補助人工筋１００を設けている。
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】
リハビリの動作中に、肘や手首の関節が装置の関節位置とずれると、装着感が悪くなるだけでなく、想定外の負荷が装着者に加わり、怪我の原因にもなりかねない。
そこで特許文献２では、肘の関節ズレを防止するため、バネ関節７０を用いることを提案している。
しかし、バネ関節７０を用いる場合には、関節位置が柔軟で、高い負荷に対応しにくいため、肘や手首を駆動させるための機構には、大きな制限を受ける。例えば、作用点、駆動点をバネ関節７０の近くに配置すると、バネ関節が荷重に負け、座屈を起こすこともある。一方、関節から遠い位置に配置すると、可動範囲が狭くなる。このため、バネ関節を用いる場合には、屈曲／伸展の機構が複雑になり、部品点数が増えてしまい、重量増加に加えて、部品が干渉するといった問題を有してしまう。
【０００４】
そこで本発明は、駆動機構を簡略化し、かつ関節のずれを許容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の装着具に対して前記第２の装着具を変位させる関節部材を備え、使用者の動作を支援する筋力補助装置であって、前記第１の装着具を、前記関節部材を連結する第１の外装具と、前記第１の外装具よりも人体側に配置される第１の内装具とで構成し、前記第２の装着具を、前記関節部材を連結する第２の外装具と、前記第２の外装具よりも前記人体側に配置される第２の内装具とで構成し、前記第１の外装具と前記第１の内装具との間、及び前記第２の外装具と前記第２の内装具との間に、それぞれ変位部材を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、前記変位部材として、スライダーを用い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、前記スライダーに、スプリングによって与圧を付与し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、前記変位部材として、弾性部材を用い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、前記弾性部材として、バネを用いたことを特徴とする。
請求項６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、記弾性部材として、樹脂弾性体を用いたことを特徴とする。
請求項７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の装着具及び前記第２の装着具の上方を開口し、前記変位部材を、下方及び両側部にそれぞれ配置したことを特徴とする。
請求項８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の装着具及び前記第２の装着具の下方を開口し、前記変位部材を、上方及び両側部にそれぞれ配置したことを特徴とする。
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、前記第１の装着具に一端を、前記第２の装着具に他端を設ける人工筋を備え、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たことを特徴とする。
請求項１０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の装着具が前腕に、前記第２の装着具が掌に配置され、前記第１の装着具に一端を、前記第２の装着具に他端を設ける人工筋を備え、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たことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、装着時に生じる位置ずれ、動作中に生じる装置と人体関節との位置ずれによって負荷が加わることで、この負荷を軽減する方向に、関節部材を連結する外装具が人体を保持する内装具に追従して変位するために、装置と人体とを適切な位置関係に維持することができる。
【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、第１の装着具を、関節部材を連結する第１の外装具と、第１の外装具よりも人体側に配置される第１の内装具とで構成し、第２の装着具を、関節部材を連結する第２の外装具と、第２の外装具よりも人体側に配置される第２の内装具とで構成し、第１の外装具と第１の内装具との間、及び第２の外装具と第２の内装具との間に、それぞれ変位部材を設けたものである。本実施の形態によれば、装着時に生じる位置ずれ、動作中に生じる装置と人体関節との位置ずれによって負荷が加わることで、この負荷を軽減する方向に、関節部材を連結する外装具が人体を保持する内装具に追従して変位するために、装置と人体とを適切な位置関係に維持することができる。
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、変位部材として、スライダーを用いたものである。本実施の形態によれば、関節の位置ずれが長手方向に主に生じ、径方向にはほとんど生じないか、又は径方向のずれは装置と患者の腕との若干の遊びによって吸収できるため、長手方向の対応だけでも大きな効果を得ることができる。
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、スライダーに、スプリングによって与圧を付与したものである。本実施の形態によれば、与圧を加え、必要以上に動かないように規制することで、初期位置を安定させることができる。
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、変位部材として、弾性部材を用いたものである。本実施の形態によれば、弾性部材の変位を利用することで全ての方向の変位に対応することができる。
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、弾性部材として、バネを用いたものである。本実施の形態によれば、バネの方向によって変位方向を調整できるので長手方向など変位の大きな方向に向けた配置が可能となる。
本発明の第６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、弾性部材として、樹脂弾性体を用いたものである。本実施の形態によれば、全ての方向の変位に対応できるとともに樹脂弾性体の形状によって変位量を調整することができる。
本発明の第７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の装着具及び第２の装着具の上方を開口し、変位部材を、下方及び両側部にそれぞれ配置したものである。本実施の形態によれば、装置を人体の下方から装着できる。
本発明の第８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の装着具及び第２の装着具の下方を開口し、変位部材を、上方及び両側部にそれぞれ配置したものである。本実施の形態によれば、装置を人体の上方から装着できる。
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、第１の装着具に一端を、第２の装着具に他端を設ける人工筋を備え、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たものである。本実施の形態によれば、前腕の動作を補助することができる。
本発明の第１０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の装着具が前腕に、第２の装着具が掌に配置され、第１の装着具に一端を、第２の装着具に他端を設ける人工筋を備え、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たものである。本実施の形態によれば、掌の動作を補助することができる。
【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肘用筋力補助装置の分解構成図、図２は本発明の一実施例における手首用筋力補助装置の分解構成図、図３は同筋力補助装置の側面構成図である。
図１に示す肘用筋力補助装置は、上腕装着具１０と前腕装着具２０を備えたものである。上腕装着具１０と前腕装着具２０との間には関節部材４０が配置されている。関節部材４０には、一軸構造の部材を用いている。
上腕装着具１０は肘関節から上腕骨に沿って配置され、前腕装着具２０は肘関節から前腕骨に沿って配置されるので、上腕装着具１０が第１の装着具に相当し、前腕装着具２０が第２の装着具に相当する。
上腕装着具１０は、関節部材４０を連結する上腕外装具１１と、上腕外装具１１よりも人体側に配置される上腕内装具１２とで構成されている。
また、前腕装着具２０は、関節部材４０を連結する前腕外装具２１と、前腕外装具２１よりも人体側に配置される前腕内装具２２とで構成されている。
【０００９】
一端を上腕外装具１１に他端を前腕外装具２１に接続している人工筋６１は、前腕の屈曲動作を行わせるアクチュエータである。また、一端を上腕外装具１１に他端を前腕外装具２１に接続している人工筋６２は、前腕の伸展動作を行わせるアクチュエータである。これらの人工筋６１、６２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、人工筋６１、６２を収縮させる動力源をそれぞれ備えている。
上腕内装具１２の外周面には、変位部材１３を設けている。ここでは、変位部材１３として、上腕内装具１２の長手方向に沿って配置したレール１４と、このレール１４上を摺動する可動部１５を備えたスライダーを用いている。可動部１５は、スプリング１６によって与圧を付与され、可動部１５が必要以上に動かないように規制している。また、最大駆動範囲を越えないように、変位部材１３にはストッパー１７を設けている。
また、前腕内装具２２の外周面には、変位部材２３を設けている。ここでは、変位部材２３として、前腕内装具２２の長手方向に沿って配置したレール２４と、このレール２４上を摺動する可動部２５を備えたスライダーを用いている。可動部２５は、スプリング２６によって与圧を付与され、可動部２５が必要以上に動かないように規制している。また、最大駆動範囲を越えないように、変位部材２３にはストッパー２７を設けている。
【００１０】
図２に示す手首用筋力補助装置は、前腕装着具２０と掌装着具３０を備えたものである。前腕装着具２０と掌装着具３０との間には関節部材５０が配置されている。関節部材５０には、一軸構造の部材を用いている。
前腕装着具２０は手首関節から前腕骨に沿って配置され、掌装着具３０は手首関節から中手骨に沿って配置されるので、前腕装着具２０が第１の装着具に相当し、掌装着具３０が第２の装着具に相当する。
前腕装着具２０は、関節部材５０を連結する前腕外装具２１と、前腕外装具２１よりも人体側に配置される前腕内装具２２とで構成されている。
また、掌装着具３０は、関節部材５０を連結する掌外装具３１と、掌外装具３１よりも人体側に配置される掌内装具３２とで構成されている。
【００１１】
一端を前腕外装具２１に他端を掌外装具３１に接続している人工筋６３は、掌屈動作を行わせるアクチュエータである。また、一端を前腕外装具２１に他端を掌外装具３１に接続している人工筋６４は、甲屈動作を行わせるアクチュエータである。これらの人工筋６３、６４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、人工筋６３、６４を収縮させる動力源をそれぞれ備えている。
前腕内装具２２の外周面には、変位部材２３を設けている。ここでは、変位部材２３として、前腕内装具２２の長手方向に沿って配置したレール２４と、このレール２４上を摺動する可動部２５を備えたスライダーを用いている。可動部２５は、スプリング２６によって与圧を付与され、可動部２５が必要以上に動かないように規制している。また、最大駆動範囲を越えないように、変位部材２３にはストッパー２７を設けている。
また、掌内装具３２の掌外装具３１側の面には、変位部材３３を設けている。ここでは、変位部材３３として、掌内装具３２の長手方向に沿って配置したレール３４と、このレール３４上を摺動する可動部３５を備えたスライダーを用いている。可動部３５は、スプリング３６によって与圧を付与され、可動部３５が必要以上に動かないように規制し、更に、最大駆動範囲を越えないように、変位部材３３にはストッパーを設けてもよい。
【００１２】
以下に本実施例による肘用、手首用の両筋力補助装置の使用状態について説明する。
まず、肘用筋力補助装置の装着は、上腕内装具１２を上腕に、前腕内装具２２を前腕に、肘関節を関節部材４０に合うように装着する。装着後に、それぞれのアクチュエータを動作させる。
人工筋６１を縮めることで前腕の屈曲動作を行わせる。このとき人工筋６２はフリーの状態としている。また、人工筋６２を縮めることで前腕の伸展動作を行わせる。このとき人工筋６１はフリーの状態としている。
上記のような装着、屈曲伸展動作を通じて、装着時の肘の関節と関節部材４０の位置ずれがあった場合、屈曲伸展動作に伴う肘の関節の回動軸の移動による関節部材４０との位置ずれに対して、変位部材が肘の関節の回動軸と関節部材４０を合わすように位置ずれを補正する。
次に、手首用筋力補助装置の装着は、前腕内装具２２を前腕に、掌内装具３２を掌に手首関節を装置の関節部材５０に合うように装着する。装着後に、それぞれのアクチュエータを動作させる。
人工筋６３を縮めることで掌屈動作を行わせ、人工筋６４を縮めることで甲屈動作を行わせる。なお、人工筋６３を縮める場合には人工筋６４をフリーの状態とし、人工筋６４を縮める場合には人工筋６３をフリーの状態としている。
上記のような装着、掌屈甲屈動作を通じて、装着時の手首関節と関節部材５０の位置ずれがあった場合、掌屈甲屈動作に伴う手首関節の回動軸の移動による関節部材５０との位置ずれに対して、変位部材が肘の関節の回動軸と関節部材５０を合わすように位置ずれを補正する。
【００１３】
本実施例では、図３に示すように、上腕装着具１０は上方を開口し、変位部材１３を下方及び両側部にそれぞれ配置している。本実施例では、装置を人体の下方から装着できる。前腕装着具２０についても同様である。
なお、上腕装着具１０及び前腕装着具２０は、下方を開口し、変位部材１３、２３を、上方及び両側部にそれぞれ配置してもよい。下方を開口することで、装置を人体の上方から装着できる。
【００１４】
図４に本発明の他の実施例における筋力補助装置を示す。図４は同筋力補助装置の側面構成図である。
本実施例では、変位部材１９として、弾性部材を用いたものであり、弾性部材としてバネを用いている。弾性部材の変位を利用することで全ての方向の変位に対応することができる。また、本実施例のように、バネを用いることで、バネの方向によって変位方向を調整できる。なお、弾性部材として、エラストマーのような樹脂弾性体を用いてもよい。樹脂弾性体を用いることで、全ての方向の変位に対応できるとともに樹脂弾性体の形状によって変位量を調整することができる。
なお、本実施例では筋力補助装置として説明したが、パワーアシスト装置についても適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、主に肘、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】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例における肘用筋力補助装置の分解構成図
【図２】本発明の一実施例における手首用筋力補助装置の分解構成図
【図３】同筋力補助装置の側面構成図
【図４】本発明の他の実施例における筋力補助装置の側面構成図
【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状態を示す要部斜視図
【符号の説明】
【００１７】
１０  上腕装着具
１１  上腕外装具
１２  上腕内装具
１３、２３、３３  変位部材
１４、２４、３４  レール
１５、２５、３５  可動部
１６、２６，３６  スプリング
１７、２７  ストッパー
２０  前腕装着具
２１  前腕外装具
２２  前腕内装具
３０  掌装着具
３１  掌外装具
３２  掌内装具
４０、５０  関節部材
６１、６２、６３、６４  人工筋
【図１】
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【図２】
2010063722.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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