(57)【要約】【課題】ユーザにかかる使用上の負荷がより小さい関節屈伸支援アクチュエータを提供する。【解決手段】関節の屈伸運動を支援するための関節屈伸支援アクチュエータ１０は、層状に重なる複数のセルを含むバルーン体１００を備え、隣り合うセルは、対向するそれぞれの開口を介して連通し、袋体のうち少なくとも１つはバルーン体１００の外部からの強制的な流体の流入のための開口を有し、バルーン体１００は、縁の一部に、複数のセルの重なり方向の変位可能量がこの縁の他の部分より小さい低背部１１０を有し、バルーン体１００は、流体の流入により複数のセルが膨張することで重なり方向に拡開して低背部１１０から末広がりの形状になる。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節の屈伸運動を支援するための関節屈伸支援アクチュエータであって、
層状に重なる複数のセルを含むバルーン体を備え、
前記複数のセルのうち隣り合うセルは、対向するそれぞれの開口を介して連通し、
前記複数のセルのうち少なくとも１つは前記バルーン体の外部からの強制的な流体の流入のための開口を有し、
前記バルーン体は、縁の一部に、前記流体の流入によって膨張した前記複数のセルの重なり方向の変位の最大量が前記縁の他の部分より小さい低背部を有し、
前記バルーン体は、前記流体の流入により前記複数のセルが膨張することで前記重なり方向に拡開して、前記低背部から末広がりの形状になる
関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項２】
前記バルーン体は、層状に重ねた複数の袋体を前記複数のセルとして含む
請求項１に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項３】
前記バルーン体は、袋体を前記複数のセルに区切り、且つ前記隣り合うセルを連通させる開口を有する間仕切りを備える
請求項１に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項４】
前記開口は、前記重なり方向での平面視においてすべて略重なる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項５】
前記開口のうち、少なくとも対向する１組の開口が、前記重なり方向での平面視においてその他のいずれかの開口と重ならない
請求項１〜３のいずれか１項に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項６】
前記バルーン体の前記重なり方向の一方の面が前記関節を挟む身体部位の一方に接触し、前記低背部が前記関節の関節中心の近傍に位置するよう、前記身体部位の一方に固定するための装具をさらに備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項７】
前記装具は、保持体と固定具とを含み、
前記保持体は、前記バルーン体の前記重なり方向の他方の面から前記バルーン体を支持する支持部を有する剛体であり、
前記固定具は、前記バルーン体と前記身体部位の少なくとも一方とを互いに固定する
請求項６に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項８】
前記保持体は、前腕から掌を経て拇指を除く手指の少なくとも近位指節間関節まで沿う形状を有し、
前記支持部は、前記バルーン体を、前記低背部が中手指節関節の関節中心の近傍になる位置で支持し、
前記固定具は、前記バルーン体と前記拇指を除く手指とを互いに固定するための第１固定具と、前記保持体と前記前腕とを互いに固定するための第２固定具とを含み、
前記保持体は、前記バルーン体が前記流体の流入により膨張することで前記拇指を除く手指に力をかけたときに実質的に変形しない剛体である
請求項７に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【請求項９】
前記装具は、前記拇指の可動域を、前記拇指と前記拇指を除く手指との対立位を保持するよう制限する
請求項８に記載の関節屈伸支援アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節の屈伸運動を支援する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
身体機能の改善のためのリハビリテーションでは、関節の屈伸運動を含む訓練のための装置が用いられている。例えば手指のリハビリテーション用に、手を入れる手袋状の固定具を、掌側を覆う風船を膨張させることで変形させて手指の伸展運動を補助する装置が提案されている（特許文献１参照）。また、同じく手指のリハビリテーション用に、手の甲側の指から手首に渡る袋体と手とを、手指、掌、及び手首の部分をバンドで固定して用いられる装置がある。この装置では、袋体に空気を送って膨張させることで手指を袋体側に付勢する力でその伸展を補助する（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３６０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８４４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２記載の各装置での風船又は袋体の膨張により生じて身体に加わる力には、機能回復の対象である関節の可動方向以外の方向のリハビリテーションに不要な力もある。この不要な力は、リハビリテーションを受ける患者に無用の疲労をもたらしたり、各装置の装着箇所の不快感を生じたりし得る。なお、リハビリテーションの１回の運動訓練は、例えば１時間程度続く。さらには、このような力が、ユーザの正常部位の故障を招いたり、逆に運動訓練の負荷を相殺してリハビリテーション効果を弱めたりする悪影響の可能性がある。
【０００５】
特許文献１に記載された装置では、リハビリテーションの対象である関節の周辺が多く覆われるため、他動性運動に加えて皮膚等からの体性感覚の刺激も利用する脳内の回路の再構成を促す訓練を実施しにくい。
【０００６】
また、このような風船又は袋体に代えてモータを用いて生じさせた力を、関節の可動方向の力のみとして装具を介して対象の関節周辺の部位に伝えるリハビリテーションの装置も提案されている。しかしながら、このような装置は、モータ以外に必要なプーリー等の動力伝達機構及び減速機を含めるとかなりの重量になり、ユーザへの負荷が大きい。また、対象の関節が、いかにも体外にある機械によって動かされているという感覚が強いという、使用感の問題もユーザから挙げられている。
【０００７】
そこで、本発明は、ユーザにかかる使用上の負荷がより小さい関節屈伸支援アクチュエータ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】
【０００８】
上記の目的を達成するために、関節の屈伸運動を支援するための本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータは、層状に重なる複数のセルを含むバルーン体を備え、複数のセルのうち隣り合うセルは、対向するそれぞれの開口を介して連通し、複数のセルのうち少なくとも１つはバルーン体の外部からの強制的な流体の流入のための開口を有し、バルーン体は、縁の一部に、流体の流入によって膨張した複数のセルの重なり方向の変位の最大量が縁の他の部分より小さい低背部を有し、バルーン体は、流体の流入により複数のセルが膨張することで重なり方向に拡開して、低背部から末広がりの形状になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ユーザにかかる使用上の負荷がより小さい関節屈伸支援アクチュエータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、実施の形態に係る関節屈伸支援アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、実施の形態に係る関節屈伸支援アクチュエータの使用状態を説明するための図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、実施の形態に係る関節屈伸支援アクチュエータの使用状態を説明するための図である。
【図２Ａ】図２Ａは、実施の形態におけるバルーン体の一構成例を説明するための図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、上記のバルーン体の一構成例を説明するための図である。
【図３Ａ】図３Ａは、上記のバルーン体の一構成例を説明するための図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、上記のバルーン体の一構成例を説明するための図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、上記のバルーン体の他の構成例を説明するための図である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施の形態に係る関節屈伸支援アクチュエータの使用時における、バルーン体の一状態を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施の形態に係る関節屈伸支援アクチュエータの使用時における、バルーン体の他の状態を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、他の実施の形態におけるバルーン体の一構成例を示す模式図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、さらに他の実施の形態におけるバルーン体の一構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１２】
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００１３】
（実施の形態）
［１．構成］
実施の形態にかかる関節屈伸支援アクチュエータの構成について、具体例を用いて説明する。
【００１４】
図１Ａは、本実施の形態に係る関節屈伸支援アクチュエータ１０の外観を示す斜視図である。関節屈伸支援アクチュエータ１０は、ユーザである患者の指の付け根の関節、すなわち中手指節間（ＭＰ：ｍｅｔａｃａｒｐｏｐｈａｌａｎｇｅａｌ）関節の運動訓練の支援に用いられる。患者は、関節屈伸支援アクチュエータ１０を、図１Ｂのように右前腕から右手にかけて装着して用いる。図１Ｂは、関節屈伸支援アクチュエータ１０の使用状態を説明するための図である。なお、図１Ｂの隠れ線は、見やすさのために一部の構成要素で省略されている。
【００１５】
関節屈伸支援アクチュエータ１０は、バルーン体１００及び装具２００を備える。
【００１６】
バルーン体１００は、図１Ｂに示されるように、装具２００上の、装具２００を装着するユーザの掌から指にかけての部位に当たる位置に固定される。バルーン体１００の装具２００への固定の方法は限定されないが、例えば接着剤、カシメ、又はリベット等を用い得る。または、面ファスナー等を用いて脱着可能に固定されてもよい。図１Ｃは、バルーン体１００が装具２００に固定されていない状態の関節屈伸支援アクチュエータ１０を示す斜視図である。使用時には、バルーン体１００は、矢印で示される関節屈伸支援アクチュエータ１０上の位置に固定される。バルーン体１００の詳細な構成は後述する。
【００１７】
装具２００は、保持体２１０と、第１固定具２２０と、第２固定具２３０とを含む。
【００１８】
保持体２１０は剛体であり、図１Ｂに示される例において、患者の前腕から掌を経て、拇指を除く手指の少なくとも近位指節間（ＰＩＰ：ｐｒｏｘｉｍａｌ  ｉｎｔｅｒｐｈａｌａｎｇｅａｌ）関節まで沿う形状を有する。また、保持体２１０は、ＭＰ関節付近から拇指以外の手指のＰＩＰ関節付近にかけて沿う部分（以下、支持部２１５という）で、上記の位置に固定されたバルーン体１００を支持する。
【００１９】
また、保持体２１０は、関節屈伸支援アクチュエータ１０を装着している患者の拇指を通すための孔２１５ｂを有している。関節屈伸支援アクチュエータ１０の装着時、患者の拇指では、指間関節は非装着時と同様の運動が可能であるが、他の手指との対立位を保持するようにＰＩＰ関節及び手根中手関節の可動域が装具２００によって制限される。孔２１５ａについては後述する。
【００２０】
第１固定具２２０は、バルーン体１００と、患者の拇指を除く手指とを互いに固定する。図１Ｂに示される例では、第１固定具２２０は、バルーン体１００の上面と、基節部を含む各指の腹側の一部とが接する状態で互いに固定するバンド状の部品である。
【００２１】
第２固定具２３０は、保持体２１０と患者の前腕とを互いに固定する。図１Ｂに示される例では、第２固定具２３０は、前腕の手首付近を巻回するバンド状の部品と、肘付近を巻回するバンド状の部品である。
【００２２】
なお、第１固定具２２０及び第２固定具２３０（以下、まとめて、又はいずれかひとつを特定せずに単に固定具ともいう）の構成及び数量は図示の例に限定されず、関節屈伸支援アクチュエータ１０を安全で効果的に利用できるようユーザの身体とバルーン体１００と関節屈伸支援アクチュエータ１０とを互いに固定するものであればよい。
【００２３】
また、固定具は、関節屈伸支援アクチュエータ１０を安全で効果的に利用できるようユーザの身体とバルーン体１００と関節屈伸支援アクチュエータ１０とを互いに固定するものであれば、剛体であってもよいし、布、皮革、又はゴム等のように柔軟なものでもよいし、これらの組み合わせであってもよい。
【００２４】
バルーン体１００は、層状に重なる複数のセル（小室）を含む。これらのセルのうち隣り合うセルは、対向する開口を介して連通する。また、セルの少なくとも１つは、バルーン体１００の外部からの強制的な空気の流入のための開口を有する。セルのいずれかに強制的に空気が流入（給気）されることで、各セルにも空気が流入して膨張し、その結果、バルーン体１００が膨張する。また、セル内の空気が排出されれば各セルは収縮し、その結果、バルーン体１００が収縮する。
【００２５】
また、バルーン体１００の縁には、一部に、空気の流入によって膨張した複数のセルの重なり方向の変位の最大量が、この縁の他の部分より小さい低背部がある。そして、バルーン体１００は、空気が流入して複数のセルが膨張することで、低背部を中心に回転的に拡開して、低背部から末広がりの形状になる。このような構成を有するバルーン体１００の具体例を以下に説明する。
【００２６】
バルーン体１００は、例えば複数の袋体を層状に重ねて一部を接合することで実現される。このようにして実現されるバルーン体１００の構成例を、図２Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。この例では、バルーン体１００は、４つの袋体１０２、１０４、１０６、及び１０８で構成される。
【００２７】
袋体１０２〜１０８は、屈曲及び伸展の繰り返しが容易な程度の柔軟性と耐久性を有し、使用時に膨張を十分に保てる程度に空気を透過させない材料で作られる。このような材料の例としては、例えばポリエチレン等の熱可塑性の樹脂が挙げられる。熱可塑性樹脂の場合、重ねた２枚の同形同サイズのシートの縁全体を熱溶着することで、各袋体の本体部分が得られてもよい。図２Ａにおいてハッチングで示される領域は、このように作られた袋体１０２〜１０８のそれぞれで２枚の樹脂製のシートが熱溶着された領域を示す。なお、袋体１０２に付属の帯は固定具２２０である。
【００２８】
次に袋体１０２〜１０８が、揃えて重ねた状態で縁の一部、例えば図２Ｂにおいてハッチングで示される領域が熱溶着される。これにより、袋体１０２〜１０８それぞれがセルを構成し、これらのセルが層状に重なったバルーン体１００が得られる。このようにして得られたバルーン体１００では、袋体１０２〜１０８を揃えて熱溶着した領域が、各袋体１０２〜１０８によって提供されるセルが膨張してもセルの重なり方向に変位しない低背部１１０になる。
【００２９】
図３Ａは、袋体１０２〜１０８がそれぞれ有する開口の例を説明するための図であり、袋体１０２〜１０８のそれぞれを、バルーン体１００を構成するために重ねる方向（以下、重なり方向ともいう）の上側から見た平面図である。
【００３０】
上記の例のように作られた袋体１０２〜１０８は、それぞれ収縮時には略四角形のシート状であり、少なくとも一方の面に開口を有する。より具体的には、袋体１０２は下面のみに１つの開口を有し、袋体１０４〜１０８は、いずれも上下各面に１つずつ開口を有する。これらの開口のうち、袋体１０８の上面にある開口１０８ｂと、袋体１０６の下面にある開口１０６ａとが対向する。また、袋体１０６の上面にある開口１０６ｂと、袋体１０４の下面にある開口１０４ａとが対向する。また、袋体１０４の上面にある開口１０４ｂと、袋体１０２の下面にある開口１０２ａとが対向する。これらの互いに対向する開口は直接又は他の部材を用いて間接に接続される。これにより、隣り合う袋体内の空間は対向する開口を介して連通する。
【００３１】
なお、開口同士の接続は、外部に対して気密性を持つよう行われる。また、袋体１０８の下面にある開口１０８Ａは、バルーン体１００の外部からの強制的な給気のための開口であり、給気用のポンプ等に一端が接続されたチューブ等の他端に、気密性を持つよう接続される。図１Ｃの孔２１５ａは、このチューブ等を通すための孔である。バルーン体１００は、拡開動作の回転中心のある低背部１１０が、関節屈伸支援アクチュエータ１０を装着する患者のＭＰ関節の関節中心の近傍になる位置で支持部２１５に固定されて支持される。
【００３２】
このように開口が接続された袋体１０２〜１０８によって構成されるバルーン体１００の内部での、複数のセルにまたがる空気の流路を、図３Ｂを用いて示す。図３Ｂは、バルーン体１００の断面とバルーン体１００の内部での空気の主な流路を示す模式図である。図３Ｂで模式的に示されるバルーン体１００の断面は、袋体１０２〜１０８で構成されるバルーン体１００を、図３Ａの一点鎖線の位置で切断して矢印ＩＩＩｂの方向から見たものである。
【００３３】
図３Ａ及び図３Ｂから分かるように、袋体１０２〜１０８の開口同士では、重なり方向での平面視で重なるものと重ならないものがある。より具体的には、開口１０８ｂ、開口１０６ａ、開口１０４ｂ、及び開口１０２ａは、重なり方向での平面視で互いに重なるが、その他とは重ならない。また、開口１０８Ａ、開口１０６ｂ、及び開口１０４ａは重なり方向での平面視で互いに重なるが、その他とは重ならない。このように開口を配置することで、バルーン体１００内部での、複数のセルにまたがる空気の流路は、図３Ｂの矢印に示されるように曲折する。
【００３４】
なお、バルーン体１００内部での、複数のセルにまたがる空気の流路は曲折を含まなくてもよい。例えば、全ての開口が重なり方向での平面視で略重なるように配置されている場合、図３Ｃのように流路は直線的になる。
【００３５】
複数のセルにまたがる空気の流路をこのように種々の形状にすることで、各セルの膨張の速さ及び膨張又は収縮を始める場所等の膨張の態様を、関節屈伸支援アクチュエータ１０の用途に合わせて調整されたバルーン体１００が提供される。なお、各セルの膨張の態様は、セルの材質及び形状並びに使用される給気手段等によっても影響されるため、開口の配置はこれらとの兼ね合いで、目的に応じて適宜調整される。また、図３Ａから図３Ｃに示される開口の大きさはほぼ等しいが、開口の大きさも各セルの膨張の速さの調整の目的で変更されてもよい。
【００３６】
［２．使用時の動作］
このように構成される関節屈伸支援アクチュエータ１０の使用時における、バルーン体１００の収縮時の様子と膨張時の様子とを図４Ａ及び図４Ｂにそれぞれ示す。
【００３７】
図４Ａでは、運動訓練の対象である拇指以外の手指のＭＰ関節（図中ＭＰ）が屈曲した状態にある。この状態から、図示しないチューブ等を介してバルーン体１００に強制的に給気される。この給気によってバルーン体１００内の気圧が上がるにつれてバルーン体１００は次第に膨張して拡開する。
【００３８】
バルーン体１００は、上記の重なり方向の一方の面が、ＭＰ関節を挟む患者の部位のひとつである基節部を含む各指の腹側の一部の領域に接触しているため、この膨張に伴ってこの領域に押し上げる力がかかる。この力は低背部１１０を中心とする回転的な力であり、ＭＰ関節を伸展させるような方向の力がこの領域にかかる。
【００３９】
バルーン体１００はさらに、上記の重なり方向の他方の面で支持部２１５に接触して支持されている。したがって、上記の力が患者の手指の上記の領域にかかるとき、支持部２１５にも力がかかる。しかし、支持部２１５を含む保持体２１０は剛体であって、この力が加わっても実質的に変形しない程度の剛性を有する。したがって、バルーン体１００が膨張して拡開しても、支持部２１５は変位しない。そして支持部２１５は掌側でＭＰ関節から少なくともＰＩＰ関節まで延在しているため、ＭＰ関節を挟む基節部を押すバルーン体１００の掌から離れる方向への変位を強く抑制する。
【００４０】
これにより、患者の拇指以外の手指はバルーン体１００に押し上げられ、図４Ｂに示されるようにＭＰ関節が伸展する。
【００４１】
その後、バルーン体１００内の空気が排出されれば上記の力は弱まり、患者のＭＰ関節は屈曲した状態に戻る。
【００４２】
関節屈伸支援アクチュエータ１０は、このようにＭＰ関節の屈伸運動を支援して、患者の運動訓練に資する。
【００４３】
なお、ＭＰ関節の屈伸運動は把持動作に含まれる。上述のように拇指と他の手指とが対立位で保持される関節屈伸支援アクチュエータ１０は、このような物のつかみはなしのような把持動作を含む訓練を補助する器具として用いることができる。
【００４４】
また、運動訓練は、脳卒中等による脳損傷による後遺症で運動障害がある患者では、脳波を利用して実施される場合がある。つまり、患者の脳波を解析して所定の運動企図が検出されたときに、関節屈伸支援アクチュエータ１０によって他動的に動作をさせる。この動作時に患者が得る体性感覚の刺激及び動作を視て得る視覚的な刺激の脳へのフィードバックが、脳内での所定の動作のための神経回路の再構成を促し、運動機能の回復につながる。図１Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂに示される関節屈伸支援アクチュエータ１０では指先が露出しているため、患者は把持の動作中にこのような体性感覚の刺激及び視覚的刺激を得やすく、ＭＰ関節の屈伸運動を含む動作の機能回復がより促進される。
【００４５】
また、上述のように構成される関節屈伸支援アクチュエータ１０の関節を動かす力を発生させてユーザに伝えるバルーン体１００は、モータ又はプーリー等の機械的な構成要素よりも軽量に作りやすい。また、その分要求される強度が小さいことから装具２００も軽量に作ることができる。さらに、このような機械的な構成要素に比べて、バルーン体１００は部品点数が少なく構造がより簡単であるため、メンテナンスが容易である。したがって、関節屈伸支援アクチュエータ１０は、取扱及び装用において、動力源にモータ等を用いたリハビリテーションの装置又はパワーアシスト機器といった相当物よりも容易である。
【００４６】
また、上述のように構成される関節屈伸支援アクチュエータ１０では、体外の機械によって動かされている感覚がこのようなモータ等を含む相当物に比べて生じにくい。これは、関節を動かす力が関節を挟む部位のごく近傍で発生し、ほぼ直接にこの部位に伝えられていること、及びバルーン体１００が持つ身体への形状追従性のよさが、ユーザにとってのフィット感を高めること等が理由である考えられる。また、身体からバルーン体１００に力を作用させた場合、バルーン体１００はその力を吸収しつつ、身体に危害を及ぼさない範囲で身体へ反力を返す点もモータ等を含む相当物とは異なる。このような関節屈伸支援アクチュエータ１０の特性は、ユーザの使用感の向上（より快適であるか又は不快感が少ない状態）につながり、かつ、過剰な力がユーザに掛かりにくいことから、より安全であると言える。
【００４７】
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータについて、上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
【００４８】
例えば、層状に重なる複数のセルを含むバルーン体の構成は、上述のバルーン体１００の複数の袋体を重ねる構成例に限定されない。
【００４９】
バルーン体の構成の他の例として、１つの袋体の中を複数のセルに区切る間仕切りが設けられてもよい。図５Ａは、このような構成を持つバルーン体の例を説明するためのバルーン体１００Ａの模式図である。バルーン体１００Ａは、扇形の頂面及び底面を持つ柱状体を、頂面と底面とをつなぐ間仕切りを設けて得られる。図５Ａでは、間仕切りは破線で示される。バルーン体１００Ａは、頂面及び底面の扇形の中心角を結ぶ辺が低背部１１０Ａに相当する。図５Ａの（ａ）は、バルーン体１００Ａが収縮して閉じている状態を示し、（ｂ）は膨張して拡開した状態を示す。各間仕切りは、隣り合うセルを連通させる開口を有する。
【００５０】
また、図５Ｂに示されるバルーン体１００Ｂのように、蛇腹を含む構成であってもよい。図５Ｂにおいても、間仕切りは破線で示され、また、各間仕切りは、隣り合うセルを連通させる開口を有する。
【００５１】
また、低背部１１０、１１０Ａ、及び１１０Ｂでのセルの重なり方向の高さは、それぞれバルーン体１００、１００Ａ、及び１００Ｂでセル間又はセルと外部とを隔てる部材の厚み程度であり、収縮時と膨張時との変位量はほぼゼロである。しかし、本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータのバルーン体の低背部の構成はこれに限定されない。
【００５２】
例えば、バルーン体１００Ａでは、図５Ａで図示される方向から見た各セルの輪郭の形状が略三角形であるが、台形であってもよい。この場合、台形の辺のうち、低背部に位置する辺の長さはその対辺よりも短い。なお、この場合、膨張に伴うバルーン体の回転的な拡開の中心は、厳密には低背部よりも外に位置する。しかしながら、バルーン体が膨張に伴って回転的に拡開するには、膨張による変位量の、低背部に対向する部分の低背部に対する比率が程度大きい必要があり、この比率が大きいほど、拡開の中心は低背部により近い。このような点を考慮し、本願では厳密には低背部内には位置しない拡開の中心も低背部にあると便宜的に表わす。
【００５３】
また、バルーン体の材料は実施の形態に記載した熱可塑性樹脂には限定されない。使用時にバルーン体の膨張を十分に保てる程度に気体の透過性が低ければ、材料はバルーン体の形状及び製法に応じて適宜選択し得る。例えば、樹脂又はゴム製のフィルム又はシートで少なくとも一方の面を被覆するか、又はこのようなフィルム又はシートを挟む布帛又は不織布等の繊維品のような複合的な材料であってもよい。
【００５４】
また、実施の形態では複数の袋体が熱溶着によって相互に接合されたが、袋体の接合の手段はこれに限定されない。例えばクリップ、ピンチ、ボルト、カシメ、又はリベット等の接合具によって機械的に接合されてもよい。このように接合具が用いられる場合は、接合具との摩擦等による袋体の破損を防ぐために、袋体の縁の低背部が設けられる部分に接合用のタブが設けられてもよい。
【００５５】
また、重なり方向から見たバルーン体の形状及び大きさは、実施の形態の説明に用いた各図に示される略正方形に限定されない。膨張によって力をかける部位の形状及び範囲に応じて適宜決定される。例えば、長方形及び台形等各種の多角形、又は扇形及び円形等の曲線を含む形状であってもよいし、より複雑な形状であってもよい。また、重なり方向から見たバルーン体の形状における低背部の形状及び低背部が占める範囲も、バルーン体の形状に合わせて決定されてもよい。
【００５６】
また、セルの保護又はユーザにとっての肌触りの向上のために、バルーン体を覆うカバー（図示なし）がさらに用いられてもよい。そして、バルーン体はこのカバーを介して、装具に固定されてもよい。例えばカバーに付けられた面ファスナー、スナップ、又はフック等と装具に取り付けられたこれらに対応する部材とで固定されてもよい。
【００５７】
また、本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータは、上述の実施の形態でＭＰ関節の運動訓練を用途とするものとして説明したが、これに限定されない。屈伸運動をする関節の動きの支援であれば、各種の関節に適用可能である。また、運動訓練に限らず、工場又は介護の現場で用いられるパワーアシストの用途にも適用可能である。
【００５８】
また、適用する関節、各関節で支援される運動範囲、出力の大きさ等の用途の詳細に応じて、装具は含まれなくてもよく、又は様々な材料及び形状の物が用いられる。例えば装具は、バルーン体の重なり方向の一方の面が、運動支援の対象の関節を挟む身体部位の一方に接触する状態でこの身体部位に固定できればよい。または、さらに、低背部が運動支援の対象の関節の関節中心の近傍に位置するよう固定できればよい。
【００５９】
より具体的な例として、例えば椅子からの立ち上がり動作における膝関節の運動支援を用途とする本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータを想定する。
【００６０】
この場合の装具には、保持体２１０のような剛体の構成要素は必須ではない。例えば、低背部が膝関節の回転中心の近傍として膝裏辺りに位置し、セルの重なり方向の一方の面が、この膝関節を挟む上腿の裏に接触する姿勢でバルーン体をこの上腿に固定できるバンド状の装具を備える関節屈伸支援アクチュエータであれば、上記の用途に適う。なお、この関節屈伸支援アクチュエータは、同じ取付方で、ユーザの椅子からの立ち上がり動作における股関節の運動支援にも用い得る。この場合、低背部は運動支援の対象の関節の関節中心の近傍ではない。
【００６１】
また、例えば正座の状態からの立ち上がり動作における膝関節の運動支援を用途とする場合には必ずしもバルーン体が身体に固定されなくてもよい。
【００６２】
また、剛体の保持体を含む別の例を説明するために、拇指以外のＭＰ関節の屈曲運動の支援を用途として構成された本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータを想定する。
【００６３】
この場合の装具は、例えば前腕から手の甲を経て拇指以外の手指のＰＩＰ関節を含む領域まで延在する剛体の保持体を含む。また、装具はさらに、バルーン体をユーザの拇指以外の手指に固定するための第１固定具と、この保持体を前腕等のＭＰ関節よりも近位の部位でユーザの身体に固定ための第２固定具とを含む。このバルーン体は、セルの重なり方向の一方の面がＭＰ関節を挟む部位の一方である基節部に接し、低背部は手の甲側のＭＰ関節の回転中心近傍に位置する。また、保持体の手指付近の部分は支持部として機能し、バルーン体は、セルの重なり方向の他方の面で支持部に固定されて支持される。
【００６４】
このような関節屈伸支援アクチュエータが装着された手及び腕は、給気が可能な範囲での姿勢の自由度が高く、運動支援を受けながら実施可能な作業の幅が広い。また、本発明の関節屈伸支援アクチュエータの重量が比較的軽いこともこの姿勢の自由度の高さに貢献している。また、軽量であることで、より長時間の使用が容易である。
【００６５】
また、実施の形態におけるバルーン体１００では、隣り合うセルを連通させる開口は１個のみであるが、複数個でもよい。
【００６６】
また、実施の形態におけるバルーン体１００では、隣り合うセルを連通させる開口の配置によって、複数のセルにまたがる空気の流路に複数の曲折が設けられているが、流路の曲折の個数は、所望のバルーン体１００の膨らませ方に応じて適宜変更可能である。したがって、流路に曲折を設ける場合は、少なくとも対向する１組の開口が、セルの重なり方向での平面視において他のいずれかの開口と重ならなければよい。
【００６７】
また、実施の形態におけるバルーン体１００はセルと外部とを連通させる開口を１個のみ有しているが、これに限定されず複数個有してもよい。セルと外部とを連通させる複数個の開口は、１個のセルと外部とを連通させてもよいし、複数個のセルと外部とを連通させてもよい。
【００６８】
また、本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータのバルーン体の排気は、自然排気でも強制排気でもよい。また、給気に用いられる開口と排気に用いられる開口とは共通でもよいし別でもよい。
【００６９】
また、実施の形態における関節屈伸支援アクチュエータ１０が備える装具２００では、拇指の可動域は孔によって規制されていたが、これに限定されない。装具２００での拇指の可動域の規制は、手によるつかみはなしの訓練の補助のような目的がある場合にのみなされればよい。また、拇指を他の手指と対立位に保持する手段は孔に限定されず、例えば拇指を必要以上に反らせないような壁が装具２００に設けられてもよい。
【００７０】
また、本発明に係る関節屈伸支援アクチュエータのバルーン体の膨張は、バルーン体への強制的な給気による膨張に限定されない。バルーン体は、関節屈伸支援アクチュエータの使用場所、用途、必要な出力の大きさに応じて、他の気体又は液体、つまり流体の強制的な流入によって膨張させてもよい。なお、バルーン体の材料及び構造は、使用される流体に応じて適宜変更される。
【００７１】
その他、上述の実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【００７２】
（効果など）
本発明の一態様に係る関節屈伸支援アクチュエータは、層状に重なる複数のセルを含むバルーン体を備える。
【００７３】
これらのセルのうち隣り合うセルは、対向するそれぞれの開口を介して連通し、セルのうち少なくとも１つはバルーン体の外部からの強制的な流体の流入のための開口を有する。
【００７４】
バルーン体は、縁の一部に、流体の流入によって膨張した複数のセルの重なり方向の変位の最大量が前記縁の他の部分より小さい低背部を有する。このようなバルーン体は、流体の流入により複数のセルが膨張することでセルの重なり方向に拡開して、低背部から末広がりの形状になる。
【００７５】
これにより、モータ等で機械的に関節の屈伸運動を支援する従来のアクチュエータよりも軽量であり、取扱及び装用が容易な関節屈伸支援アクチュエータが実現される。また、軽量であることは、使用時の姿勢の自由度の向上及び使用可能時間の長期化にもつながる。
【００７６】
また、バルーン体が膨張することでユーザにかかる力では、関節の運動支援に必要な力以外の力はごく小さい。したがって、不要な力による関節周辺の部位への不要な負荷が原因の不快感、疲労、又は故障などのトラブルが生じにくい。
【００７７】
このように本発明の一態様によれば、ユーザの身体との親和性が高い関節屈伸支援アクチュエータが実現される。
【００７８】
なお、上記のように動作するバルーン体は、例えば層状に重ねた複数の袋体を複数のセルとして含む構成で提供され得る。別の例としては、袋体を複数のセルに区切り、且つ隣り合うセルを連通させる開口を有する間仕切りを備える構成で提供され得る。
【００７９】
また、例えば、本発明の一態様に係る関節屈伸支援アクチュエータでは、複数の開口は、セルの重なり方向での平面視においてすべて略重なってもよい。あるいは、対向する少なくとも１組の開口が、セルの重なり方向での平面視においてその他のいずれかの開口と重ならなくてもよい。
【００８０】
このように開口の配置を変えることで、複数のセルにまたがる空気の流路の形状が変わる。例えば直線的な流路又は曲折を含む流路を設けることができる。これにより、各セルの膨張の速さ、及び膨張又は収縮を始める場所等の膨張の態様を、関節屈伸支援アクチュエータの用途に合わせて調整されたバルーン体を用いることができる。
【００８１】
また、例えば、本発明の一態様に係る関節屈伸支援アクチュエータは、バルーン体の重なり方向の一方の面が関節を挟む身体部位の一方に接触し、低背部がこの関節の関節中心の近傍に位置するよう、身体部位の一方に固定するための装具をさらに備えてもよい。またさらに、装具は、保持体と固定具とを含んでもよい。保持体は、バルーン体におけるセルの重なり方向の他方の面からバルーン体を支持する支持部を有する剛体である。固定具は、バルーン体と、運動が支援される関節を挟む身体部位の少なくとも一方とを互いに固定する。
【００８２】
これにより、特定の関節の運動の反復的な支援が容易に実行される。
【００８３】
また例えば、保持体は前腕から掌を経て拇指を除く手指の少なくとも近位指節間関節まで沿う形状を有してもよい。支持部は、バルーン体を、低背部が中手指節関節の関節中心の近傍になる位置で支持してもよい。そして固定具は、バルーン体と拇指を除く手指とを互いに固定するための第１固定具と、保持体と腕とを互いに固定するための第２固定具とを含む。保持体は、バルーン体が流体の流入により膨張することで拇指を除く手指に力をかけたときに実質的に変形しない剛体である。
【００８４】
これにより、ＭＰ関節の運動を反復的に支援する、例えばリハビリテーション用に供する関節屈伸支援アクチュエータが提供される。このような関節屈伸支援アクチュエータは、軽量であるため、単独又は軽微な補助での装着も可能である。
【００８５】
また例えば、装具は、拇指の可動域を、拇指と拇指を除く手指との対立位を保持するよう制限する。
【００８６】
これにより、把持動作を含む運動を支援することができる。より具体的には、つかみはなしの動作を含む運動訓練を支援することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０  関節屈伸支援アクチュエータ
１００、１００Ａ、１００Ｂ  バルーン体
１０２、１０４、１０６、１０８  袋体
１０８Ａ  開口
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ  低背部
２００  装具
２１０  保持体
２１５  支持部
２２０、２３０  固定具
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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