(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャスタ車輪を有し、これらのキャスタ車輪により所望の方向に移動可能な台枠と、
前記台枠に設けられた支持部に、一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第１のリンク部材と、  
第１のリンク部材の上方に平行に配置され、前記支持部に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第２のリンク部材と、
第１のリンク部材の他方の端部と第２のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、台枠に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられた中継リンク部材と、
前記中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第３のリンク部材と、
第３のリンク部材の上方に平行に配置され、当該中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第４のリンク部材と、
第３のリンク部材の他方の端部と第４のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、前記中継リンク部材に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられ、上端にサドルが固定されたサドルリンク部材と、
前記支持部と第１のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第１のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間、もしくは、当該支持部と第２のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第２のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部に方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第１の連結体と、
自然長から第１の支承部と第２の支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変位した状態で、第１連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その弾性復元力によって第１連結体を牽引付勢する第１の自重補償ばね要素と、
前記サドルリンク部材と第４のリンク部材との枢着位置から鉛直下方に離間して設けられた第３の支承部と、第４のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第４の支承部との間、もしくは、当該サドルリンク部材と第３のリンク部材との枢着位置から鉛直下方に離間して設けられた第３の支承部と、第３のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第４の支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部に方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第２の連結体と、
自然長から第３の支承部と第４の支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変位した状態で、第２の連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その弾性復元力によって第２の連結体を牽引付勢する第２の自重補償ばね要素とを備えたことを特徴とする自重補償型歩行補助装置。
【請求項２】
複数のキャスタ車輪を有し、これらのキャスタ車輪により所望の方向に移動可能な台枠と、
前記台枠に設けられた支持部に、一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第１のリンク部材と、  
第１のリンク部材の上方に平行に配置され、前記支持部に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第２のリンク部材と、
第１のリンク部材の他方の端部と第２のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、台枠に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられた中継リンク部材と、
前記中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第３のリンク部材と、
第３のリンク部材の上方に平行に配置され、当該中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第４のリンク部材と、
第３のリンク部材の他方の端部と第４のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、前記中継リンク部材に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられ、上端にサドルが固定されたサドルリンク部材と、
前記中継リンク部材と第１のリンク部材との枢軸に第１のリンク部材と一体に回動するように組み込まれた第１の歯車部材と、
前記中継リンク部材と第４のリンク部材との枢軸に第４のリンク部材と一体に回動するとともに、第１の歯車部材と噛み合い、第１のリンク部材及び第２のリンク部材の水平方向に対する傾斜角と、第３のリンク部材及び第４のリンク部材の水平方向に対する傾斜角とを常に等しくなるように連動させる第２の歯車部材と、
前記支持部と第１のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第１のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間、もしくは、当該支持部と第２のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第２のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部に方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている連結体と、
自然長から第１の支承部と第２の支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変位した状態で、前記連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その弾性復元力によって前記連結体を牽引付勢する自重補償ばね要素とを備えたことを特徴とする自重補償型歩行補助装置。
【請求項３】
自重補償ばね要素が、自重補償マスタばねに連結されたピストンロッドを有する自重補償シリンダユニットのシリンダ本体と管路で連結されたシリンダ本体を有するとともに、前記自重補償マスタばねの弾性復元力が前記管路を通る作動流体を介して伝達されるピストンロッドを有する作動シリンダユニットで構成され、
前記作動シリンダユニットは、そのシリンダ本体が一方の支承部を兼ねているとともに、そのピストンロッドが連結体を兼ねていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自重補償型歩行装置。
【請求項４】
リンク部材の長手方向途中位置に設けられている支承部の位置を、当該リンク部材の長手方向に沿って調整可能としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の自重補償型歩行装置。
【請求項５】
サドルを下降位置に保持しておくための固定手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の自重補償型歩行装置。
【請求項６】
台枠前端部に手押しハンドルを設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の自重補償型歩行補助装置。
【請求項７】
サドルに腰部を固定するための固定ベルトを設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の自重補償型歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事故による怪我や病気、高齢等のために、歩行が困難な者を補助したり、リハビリテーションを行うために用いる歩行補助装置に関し、特に、モータ等の動力を使用することなく、歩行者の体重を補償してその歩行動作を補助する自重補償型歩行補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、事故等によって脚部に障害を有していたり、高齢のために歩行が困難な者の歩行動作を補助するために様々な歩行補助装置が提案されており、例えば、特許文献１に記載されている「炊事作業補助装置」においては、キャスター車輪で移動可能なフレームにサドルを設け、使用者がこのサドル上に跨って座ることによって、立った姿勢に近い体位で身体を支えて膝、脚等への体重の負担を軽減し、車椅子では困難な普通の流し台等を使用して前後左右に移動しながら炊事作業等を行えるようにしている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されている「歩行補助装置」においては、使用者が跨って座る着座部材（サドル）に駆動源を備えた脚リンクを連結し、前記駆動源によって脚リンクを押し上げるように駆動して使用者の体重の少なくとも一部を支えることにより、使用者の歩行動作を補助するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８９８８号公報
【特許文献２】特開２００９−１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１に記載されている「炊事作業補助装置」においては、脚にキャスター車輪を取り付けたフレームにサドルが固定されているため、歩行動作は安定して行えるが、サドルに座ったまま膝を曲げて姿勢を低くする動作ができず、上下方向の作業可能な範囲が、固定されたサドルに座った位置から手の届く狭い範囲に限定されてしまう問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載されている「歩行補助装置」においては、脚リンクを駆動するための駆動源や、この駆動源の制御を行う制御手段やセンサ等を用いているため、構造が複雑で高価になる問題があるとともに、電動モータのような一般的な駆動源では電源が確保できる場所でしか使用できない問題があった。
【０００７】
また、使用者の体重の少なくとも一部を脚リンクのみで支える構造であるため、使用者の重心が脚リンクの外側にずれると、バランスを崩して転倒してしまう虞があり、運動機能や平衡感覚が衰えた高齢者等が使用する際には、安全性にも問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題点を解消し、電動モータのような駆動源や制御手段等を必要とせずに、使用者の体重を支えながら膝の屈伸動作に合わせてサドルを自動的に追従させることができ、且つ、安全で安定した歩行動作を行うことができる自重補償型歩行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】
【０００９】
前記目的のために提供される本発明の自重補償型歩行補助装置は、複数のキャスタ車輪を有し、これらのキャスタ車輪により所望の方向に移動可能な台枠と、前記台枠に設けられた支持部に、一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第１のリンク部材と、第１のリンク部材の上方に平行に配置され、前記支持部に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第２のリンク部材と、第１のリンク部材の他方の端部と第２のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、台枠に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられた中継リンク部材と、前記中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第３のリンク部材と、第３のリンク部材の上方に平行に配置され、当該中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第４のリンク部材と、第３のリンク部材の他方の端部と第４のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、前記中継リンク部材に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられ、上端にサドルが固定されたサドルリンク部材と、前記支持部と第１のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第１のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間、もしくは、当該支持部と第２のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第２のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部に方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第１の連結体と、自然長から第１の支承部と第２の支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変位した状態で、第１連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その弾性復元力によって第１連結体を牽引付勢する第１の自重補償ばね要素と、前記サドルリンク部材と第４のリンク部材との枢着位置から鉛直下方に離間して設けられた第３の支承部と、第４のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第４の支承部との間、もしくは、当該サドルリンク部材と第３のリンク部材との枢着位置から鉛直下方に離間して設けられた第３の支承部と、第３のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第４の支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部に方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第２の連結体と、自然長から第３の支承部と第４の支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変位した状態で、第２の連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その弾性復元力によって第２の連結体を牽引付勢する第２の自重補償ばね要素とを備えたものである。
【００１０】
また、本発明の自重補償型歩行補助装置は、複数のキャスタ車輪を有し、これらのキャスタ車輪により所望の方向に移動可能な台枠と、前記台枠に設けられた支持部に、一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第１のリンク部材と、第１のリンク部材の上方に平行に配置され、前記支持部に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第２のリンク部材と、第１のリンク部材の他方の端部と第２のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、台枠に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられた中継リンク部材と、前記中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第３のリンク部材と、第３のリンク部材の上方に平行に配置され、当該中継リンク部材に一方の端部が鉛直面内で回動自在に枢着された第４のリンク部材と、第３のリンク部材の他方の端部と第４のリンク部材の他方の端部にそれぞれ回動自在に枢着されて、前記中継リンク部材に対して鉛直面内で並進運動可能に設けられ、上端にサドルが固定されたサドルリンク部材と、
前記中継リンク部材と第１のリンク部材との枢軸に第１のリンク部材と一体に回動するように組み込まれた第１の歯車部材と、前記中継リンク部材と第４のリンク部材との枢軸に第４のリンク部材と一体に回動するとともに、第１の歯車部材と噛み合い、第１のリンク部材及び第２のリンク部材の水平方向に対する傾斜角と、第３のリンク部材及び第４のリンク部材の水平方向に対する傾斜角とを常に等しくなるように連動させる第２の歯車部材と、前記支持部と第１のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第１のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間、もしくは、当該支持部と第２のリンク部材との枢着位置から鉛直上方に離間して設けられた第１の支承部と、第２のリンク部材の長手方向途中位置に設けられた第２の支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部に方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている連結体と、自然長から第１の支承部と第２の支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変位した状態で、前記連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その弾性復元力によって前記連結体を牽引付勢する自重補償ばね要素とを備えたものである。
【００１１】
本発明の自重補償型歩行装置においては、自重補償ばね要素が、自重補償マスタばねに連結されたピストンロッドを有する自重補償シリンダユニットのシリンダ本体と管路で連結されたシリンダ本体を有するとともに、前記自重補償マスタばねの弾性復元力が前記管路を通る作動流体を介して伝達されるピストンロッドを有する作動シリンダユニットで構成され、前記作動シリンダユニットは、そのシリンダ本体が一方の支承部を兼ねているとともに、そのピストンロッドが連結体を兼ねていることが望ましい。
【００１２】
また、本発明の自重補償型歩行装置においては、リンク部材の長手方向途中位置に設けられている支承部の位置を、当該リンク部材の長手方向に沿って調整可能とすることが望ましく、また、サドルに乗り降りする際に、サドルを下降位置に保持しておくための固定手段を備えていることも望ましい。さらに、台枠を歩行動作に追随させるために、台枠前端部に手押しハンドルを設けたり、サドルに腰部を固定するための固定ベルトを設けることも望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１及び２に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、使用者の体重の大半がサドルに支えられるため、ひざ等に負担がかかることが無く、事故や病気によって歩行が困難な患者や、足腰の弱った高齢者であっても、足先で床面や路面を後方に軽く蹴り出すことにより、安定した姿勢で安全且つ容易に歩行動作を行うことができる。
【００１４】
また、体重を補償した状態でサドルが上下動可能であるため、歩行の途中で膝の屈伸動作を必要とする作業等も膝に負担をかけずに容易に行うことができる。さらに、怪我や病気等による歩行障害のリハビリテーション用具として使用することもできる。
【００１５】
さらに、請求項２に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、一組の連結体とこれを牽引付勢する自重補償ばね要素のみによって使用者の体重とサドルや各リンク部材の重量を補償することが可能であるため、可動部品の数を減らして構造を簡略化することができる。
【００１６】
請求項３に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、自重補償ばね要素のばね定数を、作動シリンダユニットのピストンロッドと自重補償シリンダユニットのピストンロッドの受圧面積比を選択することによって、幅広い範囲で選択することができ、設計の自由度を高めることができる。
【００１７】
また、作動シリンダユニットのシリンダ本体と自重補償シリンダユニット本体とを連結する管路の途中に開閉弁や絞りを組み込んでサドルの上下移動を拘束したり、移動速度を制限する機能を簡単に付加することができる。
【００１８】
請求項４に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、自重補償ばね要素の弾性復元力によって体重が作用していない場合にサドルが上昇してしまうことを防止し、サドルへの乗り降りを容易に行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、使用者に適合した補償力が得られるように容易に調整することができる。特に、本装置を歩行障害のリハビリテーション用具として用いる場合は、リハビリテーションの進捗の程度に応じて補償力を弱めていくことが可能であり、リハビリテーションの効果をより高めることができる。
【００２０】
請求項６に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、使用者が手押しハンドルにつかまって台枠とともに移動できるため、怪我や病気、あるいは高齢により、歩行が著しく困難な場合でもより安全で安定した歩行動作を行うことができる。
【００２１】
請求項７に記載された発明に係る自重補償型歩行補助装置によれば、使用者は、腰部を固定ベルトでサドルに固定することで両手を自由に使うことができ、サドルに跨った状態で様々な作業を安全且つ容易に行うことができる。  
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る自重補償型歩行補助装置の１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す自重補償型歩行補助装置の概略構造を示す側面図である。
【図３】図１に示す自重補償型歩行補助装置に用いられている自重補償機構の基本構造を説明する図である。
【図４】図３に示す自重補償機構の動作原理を説明する図である。
【図５】本発明の自重補償型歩行補助装置に適用される補償力調整機構の１例を示す概略側面図である。
【図６】本発明の自重補償型歩行補助装置に適用される補償力調整機構の別の例を示す概略側面図である。
【図７】本発明に係る自重補償型歩行補助装置の別の実施形態を示す斜視図である。
【図８】図７に示す自重補償型歩行補助装置の概略構造を示す側面図である。
【図９】本発明に係る自重補償型歩行補助装置のさらに別の実施形態における概略構造を示す側面図である。
【図１０】本発明に係る自重補償型歩行補助装置のさらに別の実施形態における概略構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る自重補償型歩行補助装置（以下、簡略に歩行補助装置という。）の１実施形態を示す斜視図であって、同図に示す歩行補助装置１は、複数のキャスタ車輪２で床面や路面の上を移動可能に支持された台枠３を有している。
【００２４】
前記台枠３の前端部には、上端の水平部分に使用者が両手で掴まって当該台枠３を手押し移動させるための略逆Ｕ字形の手押しハンドル４が設けられている。また、図２は、歩行補助装置１の概略構造を示す側面図であって、同図においては、構造を分かり易くするため、台枠３の幅方向中央位置における垂直面に視点を置いた図として描いてある。
【００２５】
図２に示すように、台枠３は、その前方中央部に左右一対の柱状の支持部５を有していて、その下方部分には、第１のリンク部材６の一方の端部が枢軸７回りに回動自在に連結されている。また、支持部５には、枢軸７の鉛直上方に離間した枢軸８回りに第２のリンク部材９の一方の端部が回動自在に連結されている。
【００２６】
第１のリンク部材６と第２のリンク部材９は、長さが等しく略同一形状であり、それぞれ左右一対の支持部５（図２では片方の支持部５のみ図示）間において、左右で軸線を一致して一対ずつ設けられた枢軸７と枢軸８によって両側から枢支されている。
【００２７】
また、図２では省略してあるが、これらのリンク部材６、９はそれぞれ、図１に示すように両端付近は左右に二股に分かれているが、長手方向中央部付近は連結部６Ａ、９Ａによって一体に連結された構造となっている。
【００２８】
また、図２に示すように、第１のリンク部材６の他方の端部は、中継リンク部材１０の下端部に対して枢軸１１で回動自在に連結されているとともに、第２のリンク部材９の他方の端部は、この中継リンク部材１０の上端部に対して枢軸１２で回動自在に連結されている。
【００２９】
台枠３に設けられた支持部５、第１のリンク部材６、第２のリンク部材９、及び、中継リンク部材１０は、支持部５を固定リンクとして鉛直面内で運動可能な第１の平行リンク機構ＰＬ１を構成している。
【００３０】
また、中継リンク部材１０の下端部には、第３のリンク部材１３の一方の端部が前記枢軸１１によって回動自在に連結されている。また、中継リンク部材１０の上端部には、第４のリンク部材１４の一方の端部が枢軸１２によって回動自在に連結されている。
【００３１】
さらに、第３のリンク部材１３の他方の端部は、上端に使用者が跨るサドル１５が固定されているサドルリンク部材１６の下端部と、枢軸１７で回動自在に連結されているとともに、第４のリンク部材１４の他方の端部は、前記サドルリンク部材１６に枢軸１８で回動自在に連結されている。
【００３２】
第３のリンク部材１３と第４のリンク部材１４は、長さが等しく略同一形状であり、中継リンク部材１０、第３のリンク部材１３、第４のリンク部材１４、及び、サドルリンク部材１６の４つのリンク部材は、鉛直面内で運動可能な第２の平行リンク機構ＰＬ２を構成している。
【００３３】
前述したように、第１の平行リンク機構ＰＬ１と第２の平行リンク機構ＰＬ２は、中継リンク部材１０を共通のリンク部材として連結されているため、サドル１５は、台枠３に対して常に一定の姿勢を保って、上下方向と前後方向を含む鉛直面内で並進移動が可能となっている。
【００３４】
本実施形態の歩行補助装置１においては、その使用者が図１に示すようにサドル１５に載った状態で、サドル１５の前後・上下位置に関係なく使用者の体重を補償するために、
これらの平行リンク機構ＰＬ１、ＰＬ２にはそれぞれ第１自重補償機構ＧＣ１と第２自重補償機構ＧＣ２が連結されている。
【００３５】
第１自重補償機構ＧＣ１は、図３に示すように、作動シリンダユニット１９と自重補償シリンダユニット２０、及び、両者を連結する屈曲自在な管路２１から構成されている。  第１作動シリンダユニット１９は、ロッド側端部近傍を枢軸７の鉛直上方に位置する枢軸８に回動自在に支持されているシリンダ本体１９Ａと、そのロッド側端部から進退自在に突出して先端部が第１のリンク部材６の長手方向途中位置に枢軸２２で回動自在に連結されているピストンロッド１９Ｂを備えている。
【００３６】
前記ピストンロッド１９Ｂは、シリンダ本体１９Ａ内に嵌挿されている図示しないピストンと一体に連結されている。また、シリンダ本体１９Ａのロッド側ポートＰ１は、図１及び図２に示すように、台枠３の前端に固定されている自重補償シリンダユニット２０（図３では、説明の都合上、台枠３と別に図示してある。）のシリンダ本体２０Ａのロッド側ポートＰ１と管路２１で連結されている。
【００３７】
シリンダ本体２０Ａ内にはピストン２０Ｂが嵌挿されており、これに一体に連結されたピストンロッド２０Ｃが、シリンダ本体２０Ａのロッド側端部からその外部上方に進退自在に突出している。
【００３８】
前記ピストンロッド２０Ｃの上端には鍔状のばね受部２０Ｄが形成されていて、当該ピストンロッド２０Ｃには、シリンダ本体２０Ａの上端面と前記ばね受部２０Ｄとの間に圧縮コイルばねからなる自重補償マスタばね２０Ｅが所定量圧縮変形された状態で組み込まれている。
【００３９】
作動シリンダユニット１９のシリンダ本体１９Ａのロッド側の内部空間と自重補償シリンダユニット２０のシリンダ本体２０Ａのロッド側の内部空間、ならびに、これらの間を連通している管路２１内には作動流体として、油等の非圧縮性流体が満たされており、一方、シリンダ本体１９のヘッド側の内部空間とシリンダ本体２０Ａのヘッド側の内部空間は、それぞれヘッド側ポート（図示せず）を通じて大気中に開放されている。
【００４０】
ここで、作動シリンダユニット１９のシリンダ本体１９Ａ内に嵌挿されている図示しないピストンのロッド側受圧面積をＳ１、自重補償シリンダユニット２０のシリンダ本体２０Ａ内に嵌挿されているピストン２０Ｂのロッド側受圧面積をＳ２とすると、作動シリンダユニット１９のピストンロッド１９Ｂの伸長方向の変位は、管路２１を流れる油等の非圧縮性流体を介して自重補償シリンダユニット２０のピストンロッド２０ＣにそのＳ１／Ｓ２倍の収縮方向の変位として伝達される。
【００４１】
そこで、自重補償マスタばね２０Ｅを、その自然長より枢軸８と枢軸２２の中心位置間の距離ＬｓのＳ１／Ｓ２倍の長さだけあらかじめ圧縮変形させて、シリンダ本体２０Ａの上端面と前記ばね受部２０Ｄとの間に組み込んでおくことで、作動シリンダユニット１９は、自重補償マスタばね２０Ｅのばね定数をＫとすると、ｋ＝ （Ｓ１／Ｓ２）２  Ｋのばねと等価な自重補償ばね要素として、前記距離Ｌｓに比例した反発力を発生させることができる。
【００４２】
図４は、図３に示す自重補償機構ＧＣ１の動作原理を説明する図であって、前記自重補償機構ＧＣ１は、図４において、連結体Ｃとこれを牽引付勢する自重補償ばね要素ＳＰによって模式的に表現してある。
【００４３】
前記連結体Ｃは、その長手方向途中位置を支承部Ｊ１でＡ点回りに方向変換自在、且つスライド自在に案内支持されており、且つ一方の端部をＢ点に設けられたもう一つの支承部Ｊ２で第１のリンク部材の長手方向途中位置Ｂ点に設けられた支承部Ｊ２に回動自在に連結されている。
【００４４】
また、図４において、Ｏ点は、第１のリンク部材６の枢軸７の中心位置を表しており、角度θは、第１のリンク部材６の水平方向Ｘに対する傾斜角を表している。また、Ａ点は、支持部５に対するシリンダ本体１９Ａの揺動支点となっている枢軸８の中心位置を表しており、Ｏ点から鉛直方向Ｙ上方に距離ｈだけ離間している。さらに、Ｂ点は、ピストンロッド１９Ｂ先端と第１のリンク部材６とを連結している枢軸２２の中心位置であって、Ｌｓは、Ａ点とＢ点間の距離である。
【００４５】
また、図４において、Ｇ点は、第１のリンク部材６の上端に枢軸１１を介して作用する中継リンク１０や第３のリンク部材１３から受ける荷重（サドル１５に着座した使用者の体重も含まれる。）と、第１のリンク部材６の自重を合わせた合計荷重Ｗが作用する仮想的な点であり、また、Ｌは、Ｏ点とＧ点間の距離である。
【００４６】
ここで、連結体Ｃ（本発明における第１の連結体）は、作動シリンダユニット１９のピストンロッド１９Ｂがその機能を兼ねており、また、支承部Ｊ１は、シリンダ本体１９Ａがその機能を兼ねている。さらに、支承部Ｊ２は、枢軸２２がその機能を有している。
【００４７】
また、作動シリンダユニット１９は、自然長より長さＬｓだけ圧縮変形されて前記連結体Ｃの他方の端部と支承部Ｊ１との間に組み込まれている、ばね定数ｋの自重補償ばね要素ＳＰの機能を有している。
【００４８】
ここで、第１のリンク部材６に前記合計荷重Ｗによって作用するＯ点回りの負荷トルクτＷは下記のようになる。
τＷ＝ＷＬｃｏｓθ   （１）
【００４９】
一方、前記自重補償ばね要素ＳＰは、その自然長よりＡ点とＢ点間の距離ＬＳに等しい距離だけ弾性変位されているため、そのばね定数をｋとすると、連結体Ｃには自重補償ばね要素ＳＰの復元力ｋＬＳが引っ張り力Ｔとして作用している。
【００５０】
その結果、前記引っ張り力Ｔによって、第１のリンク部材６にはＯ点回りに次の（２）式で示す補償トルクτＳが発生している。
τＳ＝ｈＴｓｉｎφ＝ｈｋＬＳｓｉｎφ  （２）
【００５１】
また、図４から明らかなように、φとθとの間にはＯ点とＢ点間の距離をｐとすると、下記の関係が成立する。
ＬＳｓｉｎφ＝ｐｃｏｓθ  （３）
そこで、前記（２）と（３）の式からφを消去すると、
τＳ＝ｋｐｈｃｏｓθ  （４）
【００５２】
ここで、補償トルクτＳは負荷トルクτＷと向きが反対であり、（１）式と（４）式の関係から、ばね定数ｋを（５）式のように選択すれば、第１のリンク部材６の角度θに関係なく、第１のリンク部材６に作用するＯ点回りに作用するトルクを０とする荷重補償が可能となる。
ｋ＝ＷＬ／ｐｈ  （５）
【００５３】
ここで、（５）式から明らかなように、ｐやｈを変化させることによって、様々な大きさの荷重Ｗに対応させることができる。図５及び図６は、それぞれ上式のｐの値を変化させる調整機構を例示したもので、図５に示すものは、図４におけるＢ点の位置をリンク部材の長手方向に形成した長孔ＬＨに沿って移動可能とし、ターンバックルＴＢによって位置調整を行えるようにしたものである。また、図６に示すものは、Ｂ点の位置をリンク部材の長手方向に沿って設けた複数の孔Ｈに差し替えることによって、段階的な位置調整を可能としたものである。
【００５４】
また、第２自重補償機構ＧＣ２は、前述した第１自重補償機構ＧＣ１と同じ構造であり、図１もしくは図２に示す作動シリンダユニット２３と、自重補償シリンダユニット２４、及び、両者を連結する屈曲自在な管路２５から構成されている。
【００５５】
図２に示すように、作動シリンダユニット２３は、ロッド側端部近傍を枢軸１８の鉛直下方に位置する枢軸１７に回動自在に支持されているシリンダ本体２３Ａと、そのロッド側端部から進退自在に突出して先端部が第４のリンク部材１４の長手方向途中位置に枢軸２６で回動自在に連結されているピストンロッド２３Ｂを備えている。
【００５６】
前記ピストンロッド２３Ｂは、本発明における第２の連結体としての機能を兼ねており、中継リンク部材１０に枢軸１２で連結されている第４のリンク部材１４に対して、この枢軸１２回りに、図２において時計方向の補償トルクを作用させて、第３のリンク部材１３、サドルリンク１６、着座した使用者の体重を含めたサドル１５等の重量や、第４のリンク部材１４の自重を合わせた荷重によって同枢軸１２回りに生じる負荷トルクを補償する。
【００５７】
本実施形態の歩行補助装置１においては、使用者は、起立姿勢に近い姿勢でサドル１５に跨って体重を支えられた状態で手押しハンドル４につかまり、足を床面ないし路面に着地させて動かすことにより、台枠３とともに容易に移動することができる。
【００５８】
なお、第１自重補償機構ＧＣ１及び第２自重補償機構ＧＣ２からサドル１５に作用する上向きの補償力は、サドル１５に跨ったときに、足が床面や路面から浮き上がって歩行動作に支障が生じない程度に、使用者の体重よりやや小さめに設定しておく。
【００５９】
使用者が膝を屈伸すると、サドル１５は一定の補償力で使用者を支えつつ使用者の動きに追従するため、使用者は、起立姿勢で膝を屈伸して行う作業等も膝に負担をかけずに容易に行うことができる。
【００６０】
なお、サドル１５に体重をかけていない状態では、自重補償装置ＧＣ１、ＧＣ２が機能していると、サドル１５が補償力で上昇してしまうため、使用者の乗り降りを容易にするために、サドル１５を下降させた位置で保持しておく固定手段を設けておくことが望ましい。
【００６１】
前記固定手段は、機械的な係止機構で実現可能であるが、本実施形態のものにおいては、管路２１と管路２５の途中に開閉弁を組込んでこれらの中を通過する作動流体を遮断することで、前記固定手段を簡単に実現することができる。また、これらの管路２１、２５の途中に絞り要素を組み込むことによって、サドル１５の急激な跳ね上がりを防ぐことができる。
【００６２】
次に、図７は、本発明に係る自重補償型歩行補助装置の別の実施形態を示す斜視図、図８はその概略構造を示す側面図であって、本実施形態の歩行補助装置１Ａは、前述した歩行補助装置１から手押しハンドル４を省くとともに、サドル１５に使用者の腰部を固定するための固定ベルト２７を付設し、さらに、台枠３の前後の向きを逆にしたものである。なお、その他の部分については、前述した歩行補助装置１と同一の構造である。
【００６３】
本実施形態のものにおいては、使用者の腰部が固定ベルト７でサドル１５に確実に固定されるので、両手を自由に使うことができ、サドルに跨った状態で様々な作業を安全且つ容易に行うことができる。
【００６４】
また、本実施形態のものにおいては、前述した歩行補助装置１のように手押しハンドル４を有していないため、使用者が歩行移動する場合には、使用者の動きに合わせて介助者が台枠３を押して移動させるか、あるいは、使用者自身が腰に固定されたサドル１５を介して台枠３を牽引移動させる。
【００６５】
なお、サドル１５は、第２の平行リンク機構ＰＬ２と第１の平行リンク機構ＰＬ１を介して台枠３に連結されており、台枠３に対しては、上下方向と前後方向の２方向に自由に移動できるので、使用者自身で台枠３を牽引移動させる際には、これらの平行リンク機構の何れか一方を無可動にするためのリンク固定手段を設ける必要がある。
【００６６】
前記リンク固定手段は、機械的な係止機構によって実現することもできるが、先述したように、サドル１５を下降位置で保持しておくための固定手段として管路２１と管路２５中に開閉弁を組み込んだ場合には、これらの一方の開閉弁をリンク固定手段に兼用し、これを遮断することにより簡単に実現することができる。
【００６７】
また、図７に示すように、本実施形態の歩行補助装置１Ａにおいては、台枠３を前述した歩行補助装置１とは前後の向きを反対にして用いているため、使用者の足下前方が開放されており、歩行動作だけではなく、例えば、書棚に対して本を出し入れするような、作業を、歩行補助装置１Ａに載った状態で容易に行うことができる。
【００６８】
次に、図９は、本発明に係る自重補償型歩行補助装置のさらに別の実施形態における概略構造を示す側面図であって、同図に示す歩行補助装置１Ｂは、連結ロッド２８（連結体）、スライダ２９（支承部）、及び、圧縮コイルばね３０（自重補償ばね要素）から構成される第１自重補償機構ＧＣ１と、連結ロッド３１（連結体）、スライダ３２（支承部）、及び、圧縮コイルばね３３（自重補償ばね要素）から構成される第２自重補償機構ＧＣ２とを備えている。なお、他の部分の構造や使用方法については、前述した歩行補助装置１Ａと同様である。
【００６９】
連結ロッド２８は、その長手方向途中位置が、支持部材５に対して枢軸８で回動自在に連結されているスライダ２９によってスライド自在に案内支持されている。また、前記連結ロッド２８の一方の端部は、第１のリンク部材６に枢軸２２で回動自在に連結されている。
【００７０】
また、スライダ２９の反対側に突出している他方の端部には、鍔状のばね受部２８Ａが形成されていて、このばね受部２８Ａとスライダ２９との間には、圧縮コイルばね３０が自然長より枢軸８と枢軸２２間の距離に略等しい長さだけ予め弾性変位させた状態で組み込まれている。ここで、前記圧縮コイルばね３０のばね定数をｋとしたとき、ｋの値は、前述した（５）式に基づいて決定される。
【００７１】
また、連結ロッド３１は、その長手方向途中位置が、サドルリンク１６に対して枢軸１７で回動自在に連結されているスライダ３２によってスライド自在に案内支持されている。前記連結ロッド３１の一方の端部は、第４のリンク部材１４に枢軸２６で回動自在に連結されている。
【００７２】
また、スライダ３２の反対側に突出している他方の端部には、鍔状のばね受部３１Ａが形成されていて、このばね受部３１Ａとスライダ３２との間には、圧縮コイルばね３３が自然長より枢軸１７と枢軸２６間の距離に略等しい長さだけ予め弾性変位させた状態で組み込まれている。
【００７３】
なお、以上に説明したそれぞれの実施形態における歩行補助装置１、１Ａ、１Ｂにおいては、第１のリンク部材６と第３のリンク部材１３、ならびに、第２のリンク部材９と第４のリンク部材１４をそれぞれ共通の枢軸１１と枢軸１２で中継リンク部材１０に連結しているが、中継リンク部材１０を共通にして第１の平行リンク機構ＰＬ１と第２の平行リンク機構ＰＬ２が構成されていればよく、これらのリンク部材はすべて個別の枢軸で中継リンク部材１０に連結するようにしてもよい。
【００７４】
また、前述した各実施形態の歩行補助装置１、１Ａ、１Ｂにおいては、ピストンロッド１９Ｂまたは連結ロッド２８の先端部を第１のリンク部材６と枢軸２２で連結し、シリンダ本体１９Ａまたはスライダ２９を枢軸８で支持部５に連結しているが、支持部５を上方に延長して、ピストンロッド１９Ｂまたは連結ロッド２８の先端部を第２のリンク部材９に回動自在に枢軸で連結し、シリンダ本体１９Ａまたはスライダ２９を枢軸８の鉛直上方に離間した位置で支持部５に枢軸で回動自在に連結してもよい。
【００７５】
同様に、前述した各実施形態のものにおいては、ピストンロッド２３Ｂまたは連結ロッド３１の先端部を第４のリンク部材１４と枢軸２６で連結し、シリンダ本体２３Ａまたはスライダ３２を枢軸１７でサドルリンク１６に連結しているが、サドルリンク１６を下方に延長して、ピストンロッド２３Ｂまたは連結ロッド３１の先端部を第３のリンク部材に枢軸で回動自在に連結し、シリンダ本体２３Ａまたはスライダ３２を枢軸１７の鉛直下方に離間した位置でサドルリンク１６に枢軸で回動自在に連結してもよい。
【００７６】
さらに、向きを反対にして、ピストンロッド１９Ｂや連結ロッド２８の先端部を支持部５側に枢軸で連結し、シリンダ本体１９Ａやスライダ２９を第１のリンク部材６側に枢軸で連結したり、ピストンロッド２３Ｂまたは連結ロッド３１の先端部をサドルリンク１６側に枢軸で連結し、シリンダ本体２３Ａまたはスライダ３２を第４のリンク部材側に枢軸で連結するようにしてもよい。
【００７７】
次に、図１０は、本発明に係る自重補償型歩行補助装置のさらに別の実施形態における概略構造を示す側面図であって、同図に示す歩行補助装置１Ｃは、台枠３上に設けられた支持部５Ａに、同一長さの第１のリンク部材６Ａと第２のリンク部材９Ａがそれぞれ、一方の端部を鉛直面内で回動自在に枢軸７Ａと枢軸８Ａで連結されている。
【００７８】
枢軸８Ａは枢軸７Ａより後側上方に設けられており、また、第１のリンク部材６Ａと第２のリンク部材９Ａのそれぞれの他方の端部は、略２等辺３角形を横にした形状の中継リンク部材１０Ａに、枢軸１１Ａと枢軸３４で回動自在に連結されている。
【００７９】
ここで、第２のリンク部材９Ａは、第１のリンク部材６Ａの上方に平行に配置されていて、台枠３に設けられた支持部５Ａ、第１のリンク部材６Ａ、第２のリンク部材９Ａ、及び、中継リンク部材１０Ａは、支持部５Ａを固定リンクとして鉛直面内で運動可能な第１の平行リンク機構ＰＬ１を構成している。
【００８０】
中継リンク部材１０Ａの枢軸３４には、第２のリンク部材９Ａの他方の端部と同軸に、第３のリンク部材１３Ａの一方の端部が鉛直面内で回動自在に連結されている。また、中継リンク部材１０Ａの枢軸１２Ａには、第４のリンク部材１４Ａの一方の端部が鉛直面内で回動自在に連結されている。
【００８１】
また、第３のリンク部材１３Ａと第４のリンク部材１４Ａの他方の端部はそれぞれ、上端にサドル１５が固定されたサドルリンク１６Ａに枢軸部１７Ａと枢軸部１８Ａで回動自在に連結されている。
【００８２】
ここで、第４のリンク部材１４Ａは、第３のリンク部材１３Ａの上方に平行に配置されていて、中継リンク１０Ａ、第３のリンク部材１３Ａ、第４のリンク部材１４Ａ、及び、サドルリンク部材１６Ａは、中継リンク１０Ａに対して鉛直面内で運動可能な第２の平行リンク機構ＰＬ２を構成している。
【００８３】
中継リンク１０Ａに支持されている枢軸１１Ａには、第１のリンク部材６Ａと一体に回動するように、第１の歯車部材としての第１のセクタ歯車３５が組み込まれ、また、枢軸１２Ａには、第４のリンク部材１４Ａと一体に回動し、且つ第１のセクタ歯車３５と噛み合う第２の歯車部材としての第２のセクタ歯車３６が組み込まれている。
【００８４】
第１のセクタ歯車３５と第２のセクタ歯車３６は、同一ピッチ円径を有しており、第１のリンク部材６Ａ及び第２のリンク部材９Ａの水平方向に対する傾斜角と、第３のリンク部材１３Ａ及び第４のリンク部材の水平方向に対する傾斜角とは常に等しい角度θで連動するようにしてある。
【００８５】
また、本実施形態の歩行補助装置１Ｃには、連結ロッド３７、スライダ３８、及び、圧縮コイルばね４０からなる、前述した歩行補助装置１Ｂにおいて用いられている第１自重補償機構ＧＣ１や第２自重補償機構ＧＣ２と同一構造の自重補償機構ＧＣが組み込まれている。
【００８６】
連結ロッド３７は、その長手方向途中位置が、支持部材５Ａに対して枢軸３８で回動自在に連結されているスライダ３９によってスライド自在に案内支持されている。また、前記連結ロッド３７の一方の端部は、第２のリンク部材９Ａに枢軸２２Ａで回動自在に連結されており、また、スライダ３９の反対側に突出している他方の端部のばね受部３７Ａと、スライダ２９との間には、圧縮コイルばね４０が自然長より枢軸３８と枢軸２２Ａ間の距離に略等しい長さだけ予め弾性変位させた状態で組み込まれている。
【００８７】
この実施形態の歩行補助装置１Ｃにおいては、第４のリンク部材１４Ａに枢軸部１２Ａ回りに作用する負荷トルクτｗ２は、第２のセクタ歯車３６と第１のセクタ歯車３５を介して、第１のリンク部材６Ａの枢軸部７Ａ回りの負荷トルクとして伝達され、さらに、中継リンク１０Ａを介して第２のリンク部材９Ａの枢軸部８Ａ回りの負荷トルクとして伝達される。
【００８８】
一方、第２のリンク部材９Ａには，前記負荷トルクτｗ２とは別に、第１のリンク部材６Ａ、第２のリンク部材９Ａ、中継リンク部材１０Ａ等の自重や、中継リンク部材１０Ａを介して、サドル１５に跨った使用者の体重や、サドル１５、サドルリンク部材１６Ａ、第３のリンク部材１３Ａ、第４のリンク部材１４Ａ等の自重による負荷トルクτｗ１が作用する。
【００８９】
ここで、第３のリンク部材１３Ａと第４のリンク部材１４Ａの水平方向に対する傾斜角と、第１のリンク部材６Ａと第２のリンク部材１４Ａの水平方向に対する傾斜角が等しい角度θで変化すると、負荷トルクτｗ２は負荷トルクτｗ１と同様にｃｏｓθで変化する。
【００９０】
一方、自重補償ばね要素としての圧縮コイルばね４０から第３のリンク部材９Ａに作用する補償トルクτｓは、先に述べた（４）式で与えられるようにｃｏｓθで変化するため、圧縮コイルばね４０に、これらの負荷トルクτｗ１、τｗ２を合わせた負荷トルクに見合った補償トルクτｓが得られるばね定数のものを使用することによって、一つの自重補償機構ＧＣのみで、使用者の体重や使用者を保持するサドル１５や各リンク部材の重量を、θの値に関係なく補償することができる。
【００９１】
本実施形態の歩行補助装置１Ｃの使用に際しては、前述した歩行補助装置１Ａや歩行補助装置１Ｂと同様に、サドル１５に設けた固定ベルト２７に腰部を固定して、使用者の歩行動作とともに台枠３を追従移動させることができるが、これに代えて、前述した図１及び図２に示す歩行補助装置１のように台枠３の前端部に手押しハンドルを設け、これを手で保持して手押し移動させるようにしてもよい。
【００９２】
また、本実施形態の歩行補助装置１Ｃにおいては、第３のリンク部材１３Ａと第４のリンク部材１４Ａの長さを第１のリンク部材６Ａと第２のリンク部材９Ａの長さと等しく設定し、また、サドル１５や自重補償機構ＧＣが干渉しないように台枠３の幅方向に位置をずらして配置することにより、サドル１５を直線的に上下変位させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の自重補償型歩行補助装置は、事故による怪我や病気、高齢等のために、自力では歩行が困難な者の歩行を補助する装置として利用することができるとともに、歩行障害のリハビリテーションを行うための装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ    自重補償型歩行補助装置
２                      キャスタ車輪
３                      台枠
４                      手押しハンドル
５、５Ａ                支持部
６、６Ａ                第１のリンク部材
７、７Ａ                枢軸
８、８Ａ                枢軸
９、９Ａ                第２のリンク部材
１０、１０Ａ            中継リンク部材
１１、１１Ａ            枢軸
１２、１２Ａ            枢軸
１３、１３Ａ            第３のリンク部材
１４、１４Ａ            第４のリンク部材
１５                    サドル
１６、１６Ａ            サドルリンク部材
１７、１７Ａ            枢軸
１８、１８Ａ            枢軸
１９                    作動シリンダユニット（自重補償ばね要素）
１９Ａ                  シリンダ本体（支承部）
１９Ｂ                  ピストンロッド（連結体）
２０                    自重補償シリンダユニット
２０Ａ                  シリンダ本体
２０Ｂ                  ピストン
２０Ｃ                  ピストンロッド
２０Ｄ                  ばね受部
２０Ｅ                  自重補償マスタばね
２１                    管路
２２、２２Ａ            枢軸（支承部）
２３                    作動シリンダユニット（自重補償ばね要素）
２３Ａ                  シリンダ本体（支承部）
２３Ｂ                  ピストンロッド（連結体）
２４                    自重補償シリンダユニット
２５                    管路
２６                    枢軸（支承部）
２７                    固定ベルト
２８                    連結ロッド（連結体）
２８Ａ                  ばね受部
２９                    スライダ（支承部）
３０                    圧縮コイルばね（自重補償ばね要素）
３１                    連結ロッド（連結体）
３１Ａ                  ばね受部
３２                    スライダ（支承部）
３３                    圧縮コイルバネ（自重補償ばね要素）
３４                   枢軸
３５                    第１のセクタ歯車（第１の歯車部材）
３６                    第２のセクタ歯車（第２の歯車部材）
３７                    連結ロッド（連結体）
３８                    枢軸
３９                    スライダ（支承部）
４０                    圧縮コイルばね（自重補償ばね要素）
ＰＬ１                  第１の平行リンク機構
ＰＬ２                  第２の平行リンク機構
ＧＣ１                  第１の自重補償機構
ＧＣ２                  第２の自重補償機構
Ｃ                      連結体
ＳＰ                    自重補償ばね要素
Ｊ１、Ｊ２              支承部
ＬＨ                    長孔
ＴＢ                    ターンバックル
Ｈ                      孔  
【図１】
0005429938.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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