(57)【要約】【課題】立脚期の膝の屈曲を制動する。【解決手段】脚にかかる荷重を膝部より上側で支持する荷重支持装具１００と、大腿部１２に装着される大腿部リンク１１０と、下腿部１３に装着される下腿部リンク１２０と、大腿部リンクの中央位置付近に回動可能に配置され挿通部材の摺動を許容するリング部材１７０と、リング部材に摺動可能に挿通されると共に下端部が下腿部リンクの中央位置付近に揺動可能に連結される中継部リンク１３０と、大腿部リンクの動作で引かれる牽引ワイヤ１５１と、脚の接地状態を検知する接地センサ１６０と、牽引ワイヤの端部と連結され接地センサが接地を検知しているとき大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが離間する運動を制動し、接地センサが接地を検知ないとき大腿部リンクの上端と中継部リンクの上端とが離間する運動を制動しない制動装置１５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの脚への荷重による負担を軽減する脚補助装置であって、
前記ユーザの一方または両方の脚にかかる荷重の少なくとも一部を前記ユーザの前記一方の脚の膝部より上側の部分で支持する荷重支持装具と、
前記一方の脚の大腿に装着され、上端部が前記荷重支持装具に揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の前記膝部に至る大腿部リンクと、
前記一方の脚の下腿に装着され、上端部が前記大腿部リンクに揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の足部に至る下腿部リンクと、
前記大腿部リンクの中央位置付近に回動可能に配置され、挿通された部材の摺動を許容するリング部材と、
上端部が、直立姿勢のときの前記ユーザの腰部付近の高さに配置され、前記リング部材に摺動可能に挿通されると共に、下端部が前記下腿部リンクの中央位置付近に揺動可能に連結される中継部リンクと、
一端が前記荷重支持装具と前記大腿部リンクとの連結点付近に固定され、他端が前記中継部リンクの上端部の一点を貫通して前記中継部リンクの内部に入る牽引ワイヤと、
前記一方の脚が接地しているか否かを検知する接地センサと、
前記中継部リンク内にある前記牽引ワイヤの端部と連結し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しているときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知していないときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動しないように構成されている制動装置と、
を備えることを特徴とする脚補助装置。
【請求項２】
前記制動装置は、前記中継部リンクの内部に配置され、上端が前記牽引ワイヤの前記中継部リンクの内部の端部と連結するラチェット部材と、
前記中継部リンクの中央位置付近に設置された筺体の内部にあって、前記ラチェット部材と係合又は離間できる爪具と、を備え、
前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知すると、前記ラチェット部材と前記爪具とが係合して、前記ラチェット部材の上方への移動は禁止するが、下方への移動は許容するように、また、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しないときは、前記ラチェット部材と前記爪具とが離間しているように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の脚補助装置。
【請求項３】
前記荷重支持装具は、前記ユーザの一方又は両方の脚にかかる荷重の少なくとも一部を、前記ユーザの骨盤部で支持するもの、又は、前記ユーザの少なくとも前記一方の脚の前記膝部と前記大腿の後部とで支持するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脚補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚への負荷を軽減する脚補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、歩行などの人の動作に対して、膝を屈曲又は伸展するときの回転力による負担を軽減する技術や、ユーザの体重の一部又は全部を支持することによりユーザの脚への負担を軽減する等、人の動作を補助するための多様な技術が開発されている。
【０００３】
ユーザの歩行を補助する装置では、ユーザが体を持ち上げる動作をするとき、膝関節に求められる回転力をモータ等の動力により積極的に補助する技術や、あるいは膝の屈曲方向の回転力を受け止める手段によるものが知られている。これらとして具体的には、ユーザの大腿部に装着される上側リンクと、上側リンクの下端部に連結される下側リンクとが、ラチェット機構により連結されるものが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、ラチェット機構を利用して立脚期における膝の屈曲方向への回転運動を止める技術が記載されている。また、特許文献２には、ばねなどの弾性材を利用して立脚期の膝の伸展方向への回転運動を補助する技術が記載されている。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、モータやアクチュエータ等の能動機構を使用することなく、ユーザ自身の体重の一部を脚への荷重を軽減する力として利用する点で共通する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４２８８７７号公報
【特許文献２】特許第５２１３６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の技術にあっては、ユーザの立脚期の上側リンクの回転運動を制動又は補強するための力の発生を上側リンクと下側リンクの連結部で行っている。しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の構造は、上側リンクの回転運動の中心位置と、この運動を制動又は補強するための力を上側リンクに伝える位置と、が近接している。このため、制動又は補強に必要な力（トルク）が大きくなり、制動又は補強の力を伝達するための部材の強度、及び制動又は補強の力を受ける位置での上側リンク部材の強度を、両者共に高いものとせざるを得ない。よって、部材の質量や大きさが増加してコストも嵩むという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置とこの制動装置を有効に機能させるための体重支持機構を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の脚補助装置は、ユーザの脚に負荷されている荷重それ自体を利用して、この荷重による上側リンクの屈曲方向への回転運動を制動することによって、ユーザの脚への荷重による負担を軽減する。そこで、本発明の脚補助装置は、まず、ユーザの脚にかかる荷重の少なくとも一部を直接に支持する荷重支持部と、この荷重支持部を支持するために大腿部リンクと下腿部リンク及び両者の間に牽引ワイヤを介して配置される中継部リンクとによる体重支持機構を構成し、更に、この体重支持機構の途中、即ち中継部リンクの内部に、牽引ワイヤに接続して立脚期の大腿部リンクの屈曲の運動を制動する制動機構を設けることによって、前記の課題を解決するものである。
【００１０】
本発明の脚補助装置において最も特徴的な点は、中継部リンクと牽引ワイヤとを、大腿部リンクと下腿部リンクのどの位置にどのように配置するかという点、即ち、体重支持機構の構成である。
【００１１】
なお、通常は、歩行中でなく、椅子などに腰掛けている場合、立脚期、遊脚期の語は使用されないことが一般的である。本明細書では、「立脚期」という語は歩行中かどうかに関係なく「足底が接地している期間」と同じ意味でも使用する。また、同様に「遊脚期」という語は歩行中かどうかに関係なく「足底が接地していない期間」と同じ意味でも使用する。
【００１２】
更に、「膝の伸展」とは、「膝の屈曲」と反対の動作、即ち臀部と踵が次第に離れていく方向の動作を意味する。更に「上側リンクの屈曲」という表記は、「ユーザの膝の屈曲に追従して動く上側リンクの、膝の屈曲方向への動作」という意味で使用する。また、「上側リンクの伸展」も同ように「上側リンクの、膝の伸展方向への動作」の意味で使用する。
【００１３】
本発明において上記課題を解決するため、請求項１に記載の脚補助装置は、ユーザの脚への荷重による負担を軽減する脚補助装置であって、前記ユーザの一方または両方の脚にかかる荷重の少なくとも一部を前記ユーザの前記一方の脚の膝部より上側の部分で支持する荷重支持装具と、前記一方の脚の大腿に装着され、上端部が前記荷重支持装具に揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の前記膝部に至る大腿部リンクと、前記一方の脚の下腿に装着され、上端部が前記大腿部リンクに揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の足部に至る下腿部リンクと、前記大腿部リンクの中央位置付近に回動可能に配置され、挿通された部材の摺動を許容するリング部材と、上端部が、直立姿勢のときの前記ユーザの腰部付近の高さに配置され、前記リング部材に摺動可能に挿通されると共に、下端部が前記下腿部リンクの中央位置付近に揺動可能に連結される中継部リンクと、一端が前記荷重支持装具と前記大腿部リンクとの連結点付近に固定され、他端が前記中継部リンクの上端部の一点を貫通して前記中継部リンクの内部に入る牽引ワイヤと、前記一方の脚が接地しているか否かを検知する接地センサと、前記中継部リンク内にある前記牽引ワイヤの端部と連結し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しているときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知していないときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動しないように構成されている制動装置と、を備えることを特徴とする脚補助装置である。
【００１４】
ここで「ユーザの脚にかかる荷重」とは、ユーザ自身の体重とユーザの手や肩などに携行されている物の荷重、更にユーザに背負われている人や物の荷重を含めたすべての荷重を意味する。「前記一方の脚」とは本装置を装着している側の脚を意味する。
【００１５】
上述したように、本発明においては、各リンク同士の連結位置及び各リンクと牽引ワイヤの連結位置の決定が最も重要な課題となるわけである。このため、請求項１においては、「大腿部リンクの中央位置付近」、「ユーザの腰部付近」、「下腿部リンクの中央位置付近」、「荷重支持装具と大腿部リンクとの連結点付近」、「中継部リンクの上端部の一点」としており、必ずしも中央部や腰部の一点に限定せず、ある程度の幅を持たせた位置としている。ここで、「リンクの中央位置」とは、「リンクの長手方向の中央位置」との意である。
【００１６】
このような構成により、請求項１に記載の脚補助装置では、大腿部リンクの下端部、即ち既述した２つのリンクの連結部から最も遠い上端部の位置で大腿部リンクの屈曲の回転運動の向きとは逆向きに牽引ワイヤを引くように制動力を発揮することになる。このため、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置とこの制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供できる。
【００１７】
同じく請求項２に記載の発明にあっては、前記制動装置は、前記中継部リンクの内部に配置され、上端が前記牽引ワイヤの前記中継部リンクの内部の端部と連結するラチェット部材と、前記中継部リンクの中央位置付近に設置された筺体の内部にあって、前記ラチェット部材と係合又は離間できる爪具と、を備え、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知すると、前記ラチェット部材と前記爪具とが係合して、前記ラチェット部材の上方への移動は禁止するが、下方への移動は許容するように、また、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しないときは、前記ラチェット部材と前記爪具とが離間しているように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、接地センサが前記一方の脚の接地を検知するとき、即ち立脚期には、ラチェット部材と爪具とが係合して、ラチェット部材の上方への移動は禁止されるから、ラチェット部材の上端部に連結している牽引ワイヤの移動も禁止されることになり、結局、大腿部リンクの屈曲の運動も停止することになる。このとき、大腿部リンクの下端部、即ち既述した２つのリンクの連結部から最も遠い上端部の位置で大腿部リンクの屈曲の回転運動の向きとは逆向きに牽引ワイヤを引くように確かに制動力を発揮する。
【００１９】
以下、脚補助装置が歩行動作を妨げないことについて説明する。まず、立脚期即ち接地センサが前記一方の脚の接地を検知しているとき、ラチェット部材の下方への移動は許容されるから、立脚期の大腿部リンクの伸展の運動では、ラチェット部材の上端に連結している牽引ワイヤも妨げられずに下方に引かれる。
【００２０】
一方、遊脚期では、接地センサが前記一方の脚の接地を検知しないから、ラチェット部材と爪具とが離間しており、従って、ラチェット部材は上方へも下方へも移動できる。即ち、遊脚期では、大腿部リンクの屈曲、伸展の両方向への回転とも妨げられない。従って、請求項２に記載の制動装置は、歩行動作を妨げないことがわかる。
【００２１】
従って、請求項２に記載の制動装置では、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置を備える脚補助装置を提供することができる。
【００２２】
同じく請求項３に記載の発明では、前記荷重支持装具は、前記ユーザの一方又は両方の脚にかかる荷重の少なくとも一部を、前記ユーザの骨盤部で支持するもの、又は、前記ユーザの少なくとも前記一方の脚の前記膝部と前記大腿の後部とで支持するものであることを特徴とする。
請求項３に係る発明によれば、ユーザの脚にかかる荷重の少なくとも一部を支持する荷重支持装具を、骨盤部で支持するものと、膝部と大腿後部とで支持するものとの内から選択できる。膝部と大腿後部とで支持する荷重支持具を使用する場合、ユーザの姿勢によっては脚への荷重を有効に支持しない状況が生じるが、少なくとも荷重を支持できている限り、大腿部リンクの屈曲の運動を制動する制動力を大腿部リンクに伝達する位置は骨盤部で支持する荷重支持具の場合の伝達位置と同じである。また、膝部と大腿後部とで支持する荷重支持具の作用が歩行動作を妨げないことも、ユーザの骨盤部で支持する荷重支持具の場合と同様である。従って本発明によれば、制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構を備えた軽量で安価な脚補助装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る脚補助装置によれば、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置と、この制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構と、を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供することができる。
【００２４】
即ち、請求項１に記載の脚補助装置よれば、大腿部リンクの下端部から最も遠い上端部の位置で大腿部リンクの屈曲の回転運動の向きとは逆向きに牽引ワイヤを引くように制動力を発揮することになる。このため、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置とこの制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供できる。
【００２５】
また、請求項２に記載の脚補助装置によれば、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置を備える脚補助装置を提供することができる。
【００２６】
そして、請求項３に記載の脚補助装置によれば、制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構を備えた軽量で安価な脚補助装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る脚補助装置の膝屈曲姿勢での模式的側面図である。
【図２】同脚補助装置の直立姿勢での模式的側面図である。
【図３】同脚補助装置における制動装置の構成を示す模式図である。
【図４】同脚補助装置におけるラチェット部材の変形例を示す模式図である。
【図５】同脚補助装置における制動装置の第１の変形例の構成を示す模式図である。
【図６】同脚補助装置における制動装置の第２の変形例の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る脚補助装置の荷重支持装具の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下本発明に係る脚補助装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る脚補助装置について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る脚補助装置の膝屈曲姿勢での模式的側面図、図２は同脚補助装置の直立姿勢での模式的側面図である。
【００３０】
実施形態に係る脚補助装置の主要な使用目的は以下の通りである。本実施形態に係る脚補助装置２００は、脚力が弱く歩行に支障をきたしている人の歩行補助を目的とする。また、本脚補助装置２００は、脚力に問題がない健康な人でも、重い荷物を背負ったり、介護や救助などのため人を背負ったりする場合の、脚への負担を軽減することを目的とする。
【００３１】
更に、これらとは別な使用目的は以下の通りである。即ち、本発明は、人体の脊柱の動き（屈曲、伸展、ひねり動作など）に追従して動作できる構造で上半身に装着する荷重支持装具を新たに提供して、この荷重支持具を脚補助装置２００に連結させ、両手で重い荷物を持つ場合や腰部を屈曲する場合などに両手や脊柱にかかる荷重の一部を、この荷重支持装具に連結した脚補助装置２００で支持することにより、歩行動作を妨げずに両手や脊柱など人体の上部（腰より上の部分）にかかる荷重負担を軽減することを目的とする。脚補助装置２００をこのように使用することで脚への荷重負担が軽減される。脚補助装置２００の体重支持構造によれば、人体の脚にかかるすべての荷重は、最終的に人体の脚と荷重支持装具１００との２つの経路に分かれて支持されるからである。
【００３２】
以下、脚補助装置２００の全体構成について説明する。
【００３３】
実施形態に係る脚補助装置２００は、大分して、ユーザ１０の脚にかかる荷重を支持するための荷重支持構造である荷重支持装具１００、大腿部リンク１１０、下腿部リンク１２０、中継部リンク１３０、足部リンク１４０と、この荷重支持構造の途中に設けられる制動装置１５０と、を備えて構成される。
【００３４】
そこで、初めに荷重支持構造について、次に制動装置について説明する。ここで、荷重支持装具と各リンクによるリンク機構とで構成される荷重支持構造は、荷重支持装具の下方に左右の脚にそれぞれ対応して配置することができる。このとき、左右に配置される荷重支持構造は同一であるので、以下では左脚に配置される荷重支持構造について説明する。
【００３５】
まず荷重支持装具１００について説明する。荷重支持装具１００は、ユーザ１０の腰部に巻き付けられるベルト部１０１と、このベルト部１０１に取り付けられた腰保持部１０２と、ベルト部１０１からユーザ１０の大腿部１２に沿って設けられた垂下部１０３とから構成される。
【００３６】
ベルト部１０１は例えば布、皮革、樹脂、金属等からなる帯状部材であり、ユーザ１０の腰部１１に巻き付けられて固定される。腰保持部１０２はベルト部１０１がユーザ１０に取り付けられた状態において、ベルト部１０１の後下側に配置される。腰保持部１０２は、籠状の、あるいは袋状の部材であり、ユーザ１０の坐骨底部を中心として骨盤の後ろ半分で体重の一部を支持する。
【００３７】
腰保持部１０２は、様々な素材、例えば、布、皮革、樹脂、金属等などの組み合わせで構成される。垂下部１０３には、第１ジョイント１８１を介して大腿部リンク１１０の上端部１１１が揺動可能に配置される。
この構造により、ユーザ１０の脚に掛かる全荷重の一部は荷重支持構造で支持され、全荷重の残りの分は股関節を通じてユーザ１０自身の脚で支持されることになる。即ち、ユーザ１０の脚に掛かる全荷重は脚補助装置２００とユーザ１０自身の脚との２つの箇所で支持されることになる。
【００３８】
次に荷重支持構造を構成する各リンク部材について説明する。荷重支持構造を構成する各リンク部材は、アルミニウムなどの金属やそれに相当する強度を有する素材で構成された中空性部材である。断面の形状は円形でも、多角形でも、また、コの字型でもよい。以下大腿部リンク１１０、下腿部リンク１２０、中継部リンク１３０、足部リンク１４０について説明する。
【００３９】
大腿部リンク１１０は、上端部１１１が荷重支持装具１００の垂下部１０３に第１ジョイント１８１で揺動可能に連結され、ユーザ１０の腰部１１付近から大腿部１２に沿って配置され、大腿部１２の動きに追従して揺動する。
【００４０】
下腿部リンク１２０は、上端部１２１が大腿部リンク１１０の下端部１１２に、第２ジョイント１８２を介して揺動可能に連結され、下腿部１３に沿って配置される。下腿部リンク１２０の上端部１２１は下腿部１３の上側に上側ベルト１９１で固定され、下端部１２２が下腿部１３の下端部に下側ベルト１９２で固定される。また、下腿部リンク１２０の下端部１２２には、足部リンク１４０が配置されており、ユーザ１０の脚の接地部に至る。更に、足部リンク１４０には、接地センサ１６０が配置される。
【００４１】
大腿部リンク１１０の中央位置付近には、リング部材１７０が回動可能に接続されている。リング部材１７０は、中継部リンク１３０の断面の形状に合致し、中継部リンク１３０が挿通されて摺動が許容できればどのような形状であってもよい。中継部リンク１３０は、上端部１３１がユーザ１０の腰部１１の付近に固定されずに配置され、リング部材１７０に摺動可能に挿通されると共に、下端部１３２が下腿部リンク１２０の中央位置付近に第３ジョイント１８３で揺動可能に連結される。
【００４２】
また、中継部リンク１３０の上端部１３１には、ユーザ１０が把持できる湾曲した把持部１３３が配置されている。更に、中継部リンク１３０には、制動装置１５０が配置されている。制動装置１５０は、牽引ワイヤ１５１とラチェット部材２２３とを備える。
【００４３】
牽引ワイヤ１５１は、一端が大腿部リンク１１０の上端部１１１であり、垂下部１０３との連結点付近に固定され、他端は中継部リンク１３０の上端部１３１の一点を貫通して、制動装置１５０のラチェット部材２２３の上端と連結している。制動装置１５０については後述する。
【００４４】
ユーザ１０が脚補助装置２００を装着すると、第１ジョイント１８１、第２ジョイント１８２、及び第３ジョイント１８３はそれぞれ、ユーザ１０の左股関節のピッチ軸、膝部１４の関節のピッチ軸、及び左足首関節のピッチ軸とそれぞれ同軸に位置する。これにより、脚補助装置２００の大腿部リンク１１０、下腿部リンク１２０、及び中継部リンク１３０は、ユーザ１０の脚の動きに応じて揺動することができる。
【００４５】
以下、牽引ワイヤ１５１、中継部リンク１３０をどのように配置すればよいかについて検討する。説明のため、牽引ワイヤ１５１の大腿部リンク１１０側への固定位置をＡ、牽引ワイヤ１５１の中継部リンク１３０の内部への貫通位置をＢ、リング部材１７０の大腿部リンク１１０への接続位置をＣ、及び中継部リンク１３０の下端部の下腿部リンク１２０への連結位置をＤとする（図１参照）。この場合、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれの選び方及びそれらの組み合わせ方には、ここで提示したもの以外にも、例えばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれの位置が少しずつ異なる多くの変形例が考えられる。
【００４６】
ここで、本発明の課題を解決するために最も重要な要件は、（１）Ａの位置を大腿部リンクと下腿部リンクの連結部からできるだけ離れた位置に設定することである。そして、次に重要な要件は、（２）制動力の増大の仕方が急な変動をしないようにするため、直立姿勢においてＡ、Ｂの位置の高さが同じに設定することである。この２つの要件が満たされていれば、本明細書で提示したものと類似の効果のある脚補助装置を形成することができる。但し、それらは図１で示した脚補助装置２００と比して、幾らか不都合な面もある。
【００４７】
例えば、図１に示したものに比して、膝を屈曲したときに中継部リンクが体幹から離れ過ぎて困ったり、逆に近過ぎて困ったりするという場合がある。また、図１に示したものと比して膝の屈曲時のＣ、Ｄの位置が大腿部リンクと下腿部リンクの連結部に少し近い位置を選定した上で、直立姿勢でのＡ、Ｂの位置の高さが同じに設定すると、中継部リンクの上端がユーザ１０の腰部より上に上がり過ぎて困るという場合等がある。
【００４８】
このような事情から、本明細書では最も一般的に有効な構成として、図１に示すような４点を選択して例示した。しかしながら、これが常に最善の構成であるとは必ずしも言えない場合もありうる。例えば、膝を屈曲したときに中継部リンクが体幹から図１の場合よりも離れていた方が却って都合がよい、あるいは逆にもっと近づいている方が却って都合がよいという場合もあろうし、また同じく、中継部リンクの上端が図１の場合に比べてユーザ１０の腰部より上に上がっている、あるいは下がっている方が却って都合がよいという場合もありうる。
【００４９】
また、Ｃを大腿部リンク１１０の中央位置より少し下（または上）に選び、Ｄも下腿部リンク１２０の中央位置より少し下（または上）に選ぶようにすると、図３の場合に比べて２つの点で違いが生じる。１つは、直立の姿勢から膝を屈曲していくに従って中継部リンク１３０の上端が次第に前方（または後方）に少しずつ飛び出していくことであり、もう１つは、直立の姿勢から膝を屈曲していくに従って制動力の増大の仕方が図３の場合に比べて急激に変化することである。この２つの事態は、脚補助装置の通常の一般的な使用の場合には利点とみなすことはできないが、これらの事態が却って都合が良いというような、特殊な用途で使用する場合には、逆に利点となる。
【００５０】
以上の考察から、実際の具体的な使用場面では、このような変形例もそれなりに有効な脚補助装置となる。このような事情から、本発明では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれの位置を厳密に限定しない。
【００５１】
次に、足部リンク１４０について説明する。足部リンク１４０は、ユーザ１０の足部１５に沿って配置された接地センサ１６０を取り付けるための構造物である。足部リンク１４０は、下腿部リンク１２０の下端部に第４ジョイント１８４により揺動可能に連結されて、取付板１４１と、前板１４２と、後板１４３とでほぼ三角形状に形成される。なお、足部リンク１４０は、取付板１４１、前板１４２、後板１４３とも、その形状、構造は本明細書で提示したものに限定されず、他の構成でもよい。
【００５２】
接地センサ１６０は、制動装置による制動がユーザ１０の歩行や立上がり等の動作を妨げないよう、脚補助装置２００を装着している側の脚が立脚期か遊脚期かを判別する機能を有する。具体的には、下腿部リンク１２０及び足部リンク１４０の内部に配置される各構成部材との協働作用により、足底の接地を検知するものであり、最終的には、接地を検出したとき接地検出ワイヤ１６７を下方に引き、接地を検出しないとき接地検出ワイヤ１６７を下方に引かない。
【００５３】
接地センサ１６０は、つま先側、踵側のどちらに配置しても接地の検出が可能である。また、本実施形態では、接地を検出すると接地検出ワイヤ１６７が下方に引かれる構造にしてあるが、逆に上方に引かれるように構成して、接地の情報を制動装置１５０に伝達することもできる。また、接地センサ１６０の形状、構造は他のものでもよい。例えば、足底が接地しているときにＯＮ信号を出し、接地していないときにＯＦＦ信号を出すＯＮ−ＯＦＦスイッチ等であってもよい。なお、接地センサ１６０は、棒状体１６１、１６２と接地検出ワイヤ１６７以外に、その他の必要な構成材を備えているが、この構成は公知であり詳細な説明は省略する。
【００５４】
棒状体１６１と棒状体１６２は、足部リンクの足底板に垂直に上昇、下降可能に取り付けられている。つま先側の棒状体１６１の機能は、足部１５のつま先側が接地しているか否かを、踵側の棒状体１６２の機能は、足部１５の踵側が接地しているか否かを検出することである。
【００５５】
図２に示すように、接地検出ワイヤ１６７は下腿部リンク１２０の内部に延設され、更に下腿部リンク１２０と中継部リンク１３０の連結部から中継部リンク１３０の内部に延設される。そして、接地検出ワイヤ１６７は、制動装置１５０に至る。そして、図３に示すように、接地検出ワイヤ１６７の先端は制動装置１５０の筺体１５２内部の爪具受け部２２１の下半部２２１ａに連結される。
【００５６】
一方、接地検出ワイヤ１６７の下端は、下腿部リンク１２０の内部を下方に向かい、下腿部リンク１２０と足部リンク１４０の連結部で足部リンク１４０の内部に入り、そこで必要な諸構成部材と関連しあって、最終的に棒状体１６１、棒状体１６２に分枝して接続している。このような構成により、接地検出ワイヤ１６７は、足底が接地しているか否かにより制動装置の爪具受け部２２１を駆動する。
【００５７】
次に、制動装置１５０について詳細に説明する。図３は同脚補助装置における制動装置の構成を示す模式図である。制動装置１５０は、中継部リンク１３０の内部に配置される部材と、中継部リンク１３０の中央位置付近に設置された筺体１５２の内部に配置される部材とを備える。
【００５８】
まず、中継部リンク１３０の内部に配置される部材について説明する。中継部リンク１３０の内部には、牽引ワイヤ１５１と、上端が牽引ワイヤ１５１の下端に連結するラチェット部材２２３が配置される。なお、図３ではラチェット部材２２３の下端に連結してラチェット部材引き戻しばね２２２が描かれているが、このラチェット部材引き戻しばね２２２は、大腿部リンク１１０が屈曲を停止して逆に伸展するとき、速やかにラチェット部材２２３を下方に引き戻す目的で設置したもので、必ずしも常に必要というわけではない。
【００５９】
また、筺体１５２の内部には、ラチェット部材２２３と係合又は離間する爪具２２４と、爪具２２４を回動可能に連結する爪具受け部２２１と、爪具２２４の先端部２２４ａを上方に回動するように引く引きばね２２６と、爪具受け部２２１をラチェット部材２２３から離間させるように引く引きばね２２５と、爪具受け部２２１の下半部に連結して、爪具受け部２２１をラチェット部材２２３に近づけるように働く接地検出ワイヤ１６７とが配置されている。
【００６０】
また、ラチェット部材２２３は多数の歯部２２３ａが所定のピッチで併設された部材であり、上下方向に所定の長さ寸法を備える。この場合、ラチェット部材２２３の歯部２２３ａのピッチ（爪具２２４の先端部２２４ａの底面と接触するラチェット部材２２３の凹部底面部分２２３ｃの歯の先端からの深さ）とサイズ（歯高）を変更することができる。図４は同脚補助装置におけるラチェット部材の変形例を示す模式図である。
【００６１】
図４に示すラチェット部材３２３は、歯部３２３ａのピッチとサイズを下方に行くほど次第に大きくしたものである。このように設定したのは、大腿部リンク１１０の屈曲ではその回転力（トルク）が屈曲角の増大につれて大きくなるため、この力を受けるラチェット部材３２３の歯部３２３ａのピッチとサイズは初めの部分（ラチェット部材３２３の上方部）では小さくてよいからである。このように、ラチェット部材３２３の歯部３２３ａのピッチとサイズを小さくして多数の歯部を持つようにすればそれだけラチェット部材３２３と爪具２２４の係合によって停止するときの衝撃の程度を軽減できる。
【００６２】
本実施形態に係る脚補助装置２００において制動装置１５０は、接地センサ１６０からの情報、即ち接地検出ワイヤ１６７の動作に基づいて次のように制動力を発揮する。まず、立脚期の場合、即ち、接地センサ１６０がユーザ１０の一方の脚の接地を検知した場合、接地検出ワイヤ１６７が下方に引かれ、これにより爪具受け部２２１がラチェット部材２２３の歯部２２３ａに向かって引き寄せられ、爪具２２４がラチェット部材２２３のいずれかの歯部２２３ａと係合する。この係合により、ラチェット部材２２３の上方への移動は禁止され停止する。即ち、大腿部リンク１１０の屈曲運動は制動（この例では停止）される。
【００６３】
また逆に、立脚期に膝を伸展させる場合には、大腿部リンク１１０が伸展方向に回転して牽引ワイヤ１５１が緩み、ラチェット部材２２３が自重により、又はラチェット部材引き戻しばね２２２の収縮力により、下方に引き戻される。このとき、爪具２２４の先端部２２４ａはラチェット部材２２３の歯部２２３ａの斜面部２２３ｂと接触し、図３に記載した矢印Ｅ方向に押し出され回転し始める。
【００６４】
この回転により、爪具２２４の先端部２２４ａが歯部２２３ａの歯の１つを乗り越えると、直ちに爪具２２４の先端部２２４ａは引きばね２２６により上方に引き戻され、その結果再び歯部２２３ａの次の歯と係合する。
【００６５】
以下、同ようにしてラチェット部材２２３は係合しながら下方へ移動できることになる。即ち、立脚期の大腿部リンク１１０の伸展運動は妨げられない。一方、遊脚期の場合、即ち、接地センサ１６０がユーザ１０の一方の脚の接地を検知しない場合には、接地検出ワイヤ１６７が下方に引かれない。
【００６６】
そのため、爪具２２４と爪具受け部２２１は共に引きばね２２５によってラチェット部材２２３から引き離されている。従って、ラチェット部材２２３は、爪具２２４に妨げられることなく、上方へも下方へも移動できることになる。即ち、遊脚期の大腿部リンク１１０の屈曲運動も伸展運動も制動装置１５０によって妨げられることはない。なお、筺体の内部の構成は、図３に示したものに限定されず、他の構成法でもよい。例えば、形状記憶合金、磁石、電磁石等を使用する構成であってもよい。
【００６７】
第１実施形態の脚補助装置における制動装置は、上述したものに限られない。以下、制動装置の変形例について簡単に説明する。
【００６８】
＜第１の変形例に係る制動装置＞
まず、第１の変形例に係る制動装置１５０Ａについて説明する。図５は同脚補助装置における制動装置の第１の変形例の構成を示す模式図である。（ａ）は遊脚期の屈曲又は進展中の状態を示し、（ｂ）は立脚期で屈曲中の状態を示す。この制動装置１５０Ａは、ラチェット部材２２３Ａ、爪具２２４からなるラチェット機構とコイルばね２３０とを備えるものである。
【００６９】
制動装置１５０Ａは、図３に示した制動装置１５０のラチェット部材２２３と同様のラチェット部材２２３Ａを備え、このラチェット部材２２３Ａの歯部２２３ａを形成した側と反対側において、中継部リンク１３０の内壁面との間にコイルばね２３０を配置している。コイルばね２３０の上端はラチェット部材２２３Ａと接触することなく牽引ワイヤ１５１に連結されている。また、コイルばね２３０の下端はラチェット部材２２３の下端部と連結されている。なお、図中符号１５３、１５４はスペーサ部材である。
【００７０】
この例に係る制動装置１５０Ａは、このような構成により、図３に示した制動装置１５０と同様に、接地センサ１６０により駆動される接地検出ワイヤ１６７によりラチェット部材２２３への爪具２２４の係合状態を制御して立脚期（図５（ｂ））と遊脚期（図５（ａ）)の大腿部リンク１１０の屈曲、伸展の回転運動を制御する。なお、この変形例１の制動装置は、立脚期の膝の伸展運動（立上がり動作）を、膝が一旦屈曲したときにコイルばね２３０に蓄えられた弾性力によって積極的に支援することができる。
【００７１】
＜第２の変形例に係る制動装置＞
次に、第２の変形例に係る制動装置１５０Ｂについて説明する。図６は同脚補助装置における制動装置の第２の変形例の構成を示す模式図である。第２の変形例に係る制動装置１５０Ｂは、互いに接触する２つの部材、即ち制動板２３３と摩擦板２３４との摩擦力を制動力として利用するものである。摩擦板２３４は、接地検出ワイヤ１６７で上下方向に移動され、摩擦板２３４は、摩擦板２３４の移動により回動する２つの回動部材２３５、２３６で制動板２３３に押し付けられる。
【００７２】
なお、制動板２３３は、金属製の基部２３３ａとゴム製の摩擦部２３３ｂとから構成され、全体が上側にむけて厚さが薄く形成されている。また、回動部材２３５、２３６は筺体１５２及び摩擦板２３４に軸支されている。更に、図中符号２３７は引きばね、２３８はあて板を示している。
【００７３】
即ち、この制動装置１５０Ｂでは、ユーザ１０の脚が接地すると、大腿部リンク１１０の屈曲するため牽引ワイヤ１５１が制動板２３３を上方へ引き上げる一方、接地センサ１６０により接地検出ワイヤ１６７が駆動され摩擦板２３４が斜め上方（上方への力と制動板へ向かう横向きの力との合力の方向）に引き上げられる。このため、制動板２３３と摩擦板２３４が接触し、摩擦力が発生する。この摩擦力は、牽引ワイヤ１５１の動きと反対の方向、即ち、下方に作用するから、大腿部リンク１１０の屈曲の運動を制動することになる。
【００７４】
また、立脚期の膝の伸展動作では、まず、牽引ワイヤ１５１が緩むこととなり、制動板２３３が下方に速やかに引き戻されるためには、この摩擦力より強い力で制動板を下方に引く必要がある。本制動装置１５０Ｂでは、摩擦板引き戻しばね２３７により制動板２３３を下方に移動させる。この摩擦板引き戻しばね２３７の力は、立脚期の膝の伸展（立上がり）動作の妨げにはならないから、制動装置１５０Ｂによっても図３に示した制動装置１５０と同様の効果を有する。
【００７５】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る脚補助装置の荷重支持装具の構成を示す模式図である。本実施形態に係る脚補助装置２００Ａは、第１実施形態に係る脚補助装置２００の荷重支持装具１００の構成を変更したものである。本実施形態における荷重支持装具２４０は、ユーザ１０の大腿部１２に装着する大腿部支持部２４１と、膝部１４の前側部（脛骨上端部）に装着する膝部支持部２４２とを備える。大腿部支持部２４１と膝部支持部２４２とは、それぞれが単独では制動作用を発揮せず、両者が一対になって制動作用を発揮する。大腿部支持部２４１と膝部支持部２４２とは、左右の脚の一方、又は両方の大腿部と膝部に配置することができる。
【００７６】
大腿部支持部２４１は、装着時に側面から見た形状が図７のようにコの字型の部材である。大腿部支持部２４１の上端部は大腿部リンク１１０の上部に、下端部は大腿部リンク１１０の下部に、それぞれ留具２４３、２４４で固定されている。大腿部支持部２４１が大腿の後面と接触する部分の横断面の形状は、半円形、コの字型など湾曲した窪みを持つ形状でも、また窪みのない平板な形状でも良い。また、大腿部支持部２４１の上端部を大腿部リンク１１０の上部に固定せず、大腿部支持部２４１の上端部の形状を適度に変更して、ベルト部１０１の後部に固定したベルト状部材と連結させる構成でも良い（図面は省略した）。大腿部支持部２４１は、立脚期の膝の屈曲動作に際して、同側の膝部１４を回転軸として同側の大腿部リンク１１０が後方へ回転するときの回転力による荷重を支持する。
【００７７】
また、膝部支持部２４２は、膝部１４を挟んで留具２４９、２５０で下腿部リンク１２０の上部に固定されている。膝部支持部２４２は、立脚期の脚の膝部１４の前下部での、下腿部リンク１２０の屈曲に伴って膝を前方に水平方向に押し出す荷重を支持する。
【００７８】
骨盤部で支持する第１実施系形態に係る荷重支持装具１００と、膝部と大腿後部で支持する第２実施形態に係る荷重支持装具１００Ａとでは、体重支持の点で次のような違いがある。即ち、前者では直立姿勢でも一部の荷重を支持できるが、後者ではそれができないという違いである。
【００７９】
しかし、膝を屈曲していくに従い、次第に制動効果を増大させられるようになる点では、両者とも同じである。そしてこのときの大腿部リンク１１０にかかる荷重を、歩行動作を妨げることなく、有効に軽減できる点でも同じである。即ち、荷重支持装具１００Ａを使用した脚補助装置２００Ａでも当初の課題は解決されている。
【００８０】
なお、本明細書で開示した体重支持構造に関する技術は、立脚期の膝の伸展動作、具体的には、階段や坂道を登るときの動作、あるいは中腰からの立上がり動作などを、モータなどの動力を使うかどうかにかかわらず、積極的に支援する装置を開発する場合にも有効である。即ち、本明細書が開示した体重支持構造に関する技術は、ユーザの立脚期の膝の伸展動作に伴う上側リンクの伸展方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに支援すること（回転運動の力を補強すること）のできる支援（補強）装置を、軽量で安価に製作するために有効である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明に係る脚補助装置は、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置と、この制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構と、を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供することができ、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００８２】
１０：ユーザ
１１：腰部
１２：大腿部
１３：下腿部
１４：膝部
１５：足部
１００：荷重支持装具
１０１：ベルト
１０２：腰保持部
１０３：垂下部
１１０：大腿部リンク
１２０：下腿部リンク
１３０：中継部リンク
１３３：把持部
１４０：足部リンク
１５０：制動装置
１５１：牽引ワイヤ
１５２：筺体
１６０：接地センサ
１６１、１６２：棒状体
１６７：接地検出ワイヤ
１７０：リング部材
１８１：第１ジョイント
１８２：第２ジョイント
１８３：第３ジョイント
１８４：第４ジョイント
１９１：上側ベルト
１９２：下側ベルト
２００：脚補助装置
【図１】
2018164546.tif 000003
【図２】
2018164546.tif 000004
【図３】
2018164546.tif 000005
【図４】
2018164546.tif 000006
【図５】
2018164546.tif 000007
【図６】
2018164546.tif 000008
【図７】
2018164546.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月19日(2017.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚への負荷を軽減する脚補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、歩行などの人の動作に対して、膝を屈曲又は伸展するときの回転力による負担を軽減する技術や、ユーザの体重の一部又は全部を支持することによりユーザの脚への負担を軽減する等、人の動作を補助するための多様な技術が開発されている。
【０００３】
ユーザの歩行を補助する装置では、ユーザが体を持ち上げる動作をするとき、膝関節に求められる回転力をモータ等の動力により積極的に補助する技術や、あるいは膝の屈曲方向の回転力を受け止める手段によるものが知られている。これらとして具体的には、ユーザの大腿部に装着される上側リンクと、上側リンクの下端部に連結される下側リンクとが、ラチェット機構により連結されるものが提案されている。
【０００４】
特許文献１には、ラチェット機構を利用して立脚期における膝の屈曲方向への回転運動を止める技術が記載されている。また、特許文献２には、ばねなどの弾性材を利用して立脚期の膝の伸展方向への回転運動を補助する技術が記載されている。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２に記載の技術は、モータやアクチュエータ等の能動機構を使用することなく、ユーザ自身の体重の一部を脚への荷重を軽減する力として利用する点で共通する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４２８８７７号公報
【特許文献２】特許第５２１３６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の技術にあっては、ユーザの立脚期の上側リンクの回転運動を制動又は補強するための力の発生を上側リンクと下側リンクの連結部で行っている。しかし、特許文献１及び特許文献２に記載の構造は、上側リンクの回転運動の中心位置と、この運動を制動又は補強するための力を上側リンクに伝える位置と、が近接している。このため、制動又は補強に必要な力（トルク）が大きくなり、制動又は補強の力を伝達するための部材の強度、及び制動又は補強の力を受ける位置での上側リンク部材の強度を、両者共に高いものとせざるを得ない。よって、部材の質量や大きさが増加してコストも嵩むという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置とこの制動装置を有効に機能させるための体重支持機構を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の脚補助装置は、ユーザの脚に負荷されている荷重それ自体を利用して、この荷重による上側リンクの屈曲方向への回転運動を制動することによって、ユーザの脚への荷重による負担を軽減する。そこで、本発明の脚補助装置は、まず、ユーザの脚にかかる荷重の少なくとも一部を直接に支持する荷重支持部と、この荷重支持部を支持するために大腿部リンクと下腿部リンク及び両者の間に牽引ワイヤを介して配置される中継部リンクとによる体重支持機構を構成し、更に、この体重支持機構の途中、即ち中継部リンクの内部に、牽引ワイヤに接続して立脚期の大腿部リンクの屈曲の運動を制動する制動機構を設けることによって、前記の課題を解決するものである。
【００１０】
本発明の脚補助装置において最も特徴的な点は、中継部リンクと牽引ワイヤとを、大腿部リンクと下腿部リンクのどの位置にどのように配置するかという点、即ち、体重支持機構の構成である。
【００１１】
なお、通常は、歩行中でなく、椅子などに腰掛けている場合、立脚期、遊脚期の語は使用されないことが一般的である。本明細書では、「立脚期」という語は歩行中かどうかに関係なく「足底が接地している期間」と同じ意味でも使用する。また、同様に「遊脚期」という語は歩行中かどうかに関係なく「足底が接地していない期間」と同じ意味でも使用する。
【００１２】
更に、「膝の伸展」とは、「膝の屈曲」と反対の動作、即ち臀部と踵が次第に離れていく方向の動作を意味する。更に「上側リンクの屈曲」という表記は、「ユーザの膝の屈曲に追従して動く上側リンクの、膝の屈曲方向への動作」という意味で使用する。また、「上側リンクの伸展」も同ように「上側リンクの、膝の伸展方向への動作」の意味で使用する。
【００１３】
本発明において上記課題を解決するため、請求項１に記載の脚補助装置は、ユーザの脚への荷重による負担を軽減する脚補助装置であって、前記ユーザの一方または両方の脚にかかる荷重の少なくとも一部を前記ユーザの前記一方の脚の膝部より上側の部分で支持する荷重支持装具と、前記一方の脚の大腿に装着され、上端部が前記荷重支持装具に揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の前記膝部に至る大腿部リンクと、前記一方の脚の下腿に装着され、上端部が前記大腿部リンクに揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の足部に至る下腿部リンクと、前記大腿部リンクの中央位置付近に回動可能に配置され、挿通された部材の摺動を許容するリング部材と、上端部が、直立姿勢のときの前記ユーザの腰部付近の高さに配置され、前記リング部材に摺動可能に挿通されると共に、下端部が前記下腿部リンクの中央位置付近に揺動可能に連結される中継部リンクと、一端が前記荷重支持装具と前記大腿部リンクとの連結点付近に固定され、他端が前記中継部リンクの上端部の一点を貫通して前記中継部リンクの内部に入る牽引ワイヤと、前記一方の脚が接地しているか否かを検知する接地センサと、前記中継部リンク内にある前記牽引ワイヤの端部と連結し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しているときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知していないときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動しないように構成されている制動装置と、を備えることを特徴とする脚補助装置である。
【００１４】
ここで「ユーザの脚にかかる荷重」とは、ユーザ自身の体重とユーザの手や肩などに携行されている物の荷重、更にユーザに背負われている人や物の荷重を含めたすべての荷重を意味する。「前記一方の脚」とは本装置を装着している側の脚を意味する。
【００１５】
上述したように、本発明においては、各リンク同士の連結位置及び各リンクと牽引ワイヤの連結位置の決定が最も重要な課題となるわけである。このため、請求項１においては、「大腿部リンクの中央位置付近」、「ユーザの腰部付近」、「下腿部リンクの中央位置付近」、「荷重支持装具と大腿部リンクとの連結点付近」、「中継部リンクの上端部の一点」としており、必ずしも中央部や腰部の一点に限定せず、ある程度の幅を持たせた位置としている。ここで、「リンクの中央位置」とは、「リンクの長手方向の中央位置」との意である。
【００１６】
このような構成により、請求項１に記載の脚補助装置では、大腿部リンクの下端部、即ち既述した２つのリンクの連結部から最も遠い上端部の位置で大腿部リンクの屈曲の回転運動の向きとは逆向きに牽引ワイヤを引くように制動力を発揮することになる。このため、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置とこの制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供できる。
【００１７】
同じく請求項２に記載の発明にあっては、前記制動装置は、前記中継部リンクの内部に配置され、上端が前記牽引ワイヤの前記中継部リンクの内部の端部と連結するラチェット部材と、前記中継部リンクの中央位置付近に設置された筺体の内部にあって、前記ラチェット部材と係合又は離間できる爪具と、を備え、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知すると、前記ラチェット部材と前記爪具とが係合して、前記ラチェット部材の上方への移動は禁止するが、下方への移動は許容するように、また、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しないときは、前記ラチェット部材と前記爪具とが離間しているように構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、接地センサが前記一方の脚の接地を検知するとき、即ち立脚期には、ラチェット部材と爪具とが係合して、ラチェット部材の上方への移動は禁止されるから、ラチェット部材の上端部に連結している牽引ワイヤの移動も禁止されることになり、結局、大腿部リンクの屈曲の運動も停止することになる。このとき、大腿部リンクの下端部、即ち既述した２つのリンクの連結部から最も遠い上端部の位置で大腿部リンクの屈曲の回転運動の向きとは逆向きに牽引ワイヤを引くように確かに制動力を発揮する。
【００１９】
以下、脚補助装置が歩行動作を妨げないことについて説明する。まず、立脚期即ち接地センサが前記一方の脚の接地を検知しているとき、ラチェット部材の下方への移動は許容されるから、立脚期の大腿部リンクの伸展の運動では、ラチェット部材の上端に連結している牽引ワイヤも妨げられずに下方に引かれる。
【００２０】
一方、遊脚期では、接地センサが前記一方の脚の接地を検知しないから、ラチェット部材と爪具とが離間しており、従って、ラチェット部材は上方へも下方へも移動できる。即ち、遊脚期では、大腿部リンクの屈曲、伸展の両方向への回転とも妨げられない。従って、請求項２に記載の制動装置は、歩行動作を妨げないことがわかる。
【００２１】
従って、請求項２に記載の制動装置では、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置を備える脚補助装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る脚補助装置によれば、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置と、この制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構と、を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供することができる。
【００２３】
即ち、請求項１に記載の脚補助装置よれば、大腿部リンクの下端部から最も遠い上端部の位置で大腿部リンクの屈曲の回転運動の向きとは逆向きに牽引ワイヤを引くように制動力を発揮することになる。このため、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置とこの制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供できる。
【００２４】
また、請求項２に記載の脚補助装置によれば、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置を備える脚補助装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る脚補助装置の膝屈曲姿勢での模式的側面図である。
【図２】同脚補助装置の直立姿勢での模式的側面図である。
【図３】同脚補助装置における制動装置の構成を示す模式図である。
【図４】同脚補助装置におけるラチェット部材の変形例を示す模式図である。
【図５】同脚補助装置における制動装置の第１の変形例の構成を示す模式図である。
【図６】同脚補助装置における制動装置の第２の変形例の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る脚補助装置の荷重支持装具の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明に係る脚補助装置を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る脚補助装置について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る脚補助装置の膝屈曲姿勢での模式的側面図、図２は同脚補助装置の直立姿勢での模式的側面図である。
【００２８】
実施形態に係る脚補助装置の主要な使用目的は以下の通りである。本実施形態に係る脚補助装置２００は、脚力が弱く歩行に支障をきたしている人の歩行補助を目的とする。また、本脚補助装置２００は、脚力に問題がない健康な人でも、重い荷物を背負ったり、介護や救助などのため人を背負ったりする場合の、脚への負担を軽減することを目的とする。
【００２９】
更に、これらとは別な使用目的は以下の通りである。即ち、本発明は、人体の脊柱の動き（屈曲、伸展、ひねり動作など）に追従して動作できる構造で上半身に装着する荷重支持装具を新たに提供して、この荷重支持具を脚補助装置２００に連結させ、両手で重い荷物を持つ場合や腰部を屈曲する場合などに両手や脊柱にかかる荷重の一部を、この荷重支持装具に連結した脚補助装置２００で支持することにより、歩行動作を妨げずに両手や脊柱など人体の上部（腰より上の部分）にかかる荷重負担を軽減することを目的とする。脚補助装置２００をこのように使用することで脚への荷重負担が軽減される。脚補助装置２００の体重支持構造によれば、人体の脚にかかるすべての荷重は、最終的に人体の脚と荷重支持装具１００との２つの経路に分かれて支持されるからである。
【００３０】
以下、脚補助装置２００の全体構成について説明する。
【００３１】
実施形態に係る脚補助装置２００は、大分して、ユーザ１０の脚にかかる荷重を支持するための荷重支持構造である荷重支持装具１００、大腿部リンク１１０、下腿部リンク１２０、中継部リンク１３０、足部リンク１４０と、この荷重支持構造の途中に設けられる制動装置１５０と、を備えて構成される。
【００３２】
そこで、初めに荷重支持構造について、次に制動装置について説明する。ここで、荷重支持装具と各リンクによるリンク機構とで構成される荷重支持構造は、荷重支持装具の下方に左右の脚にそれぞれ対応して配置することができる。このとき、左右に配置される荷重支持構造は同一であるので、以下では左脚に配置される荷重支持構造について説明する。
【００３３】
まず荷重支持装具１００について説明する。荷重支持装具１００は、ユーザ１０の腰部に巻き付けられるベルト部１０１と、このベルト部１０１に取り付けられた腰保持部１０２と、ベルト部１０１からユーザ１０の大腿部１２に沿って設けられた垂下部１０３とから構成される。
【００３４】
ベルト部１０１は例えば布、皮革、樹脂、金属等からなる帯状部材であり、ユーザ１０の腰部１１に巻き付けられて固定される。腰保持部１０２はベルト部１０１がユーザ１０に取り付けられた状態において、ベルト部１０１の後下側に配置される。腰保持部１０２は、籠状の、あるいは袋状の部材であり、ユーザ１０の坐骨底部を中心として骨盤の後ろ半分で体重の一部を支持する。
【００３５】
腰保持部１０２は、様々な素材、例えば、布、皮革、樹脂、金属等などの組み合わせで構成される。垂下部１０３には、第１ジョイント１８１を介して大腿部リンク１１０の上端部１１１が揺動可能に配置される。
この構造により、ユーザ１０の脚に掛かる全荷重の一部は荷重支持構造で支持され、全荷重の残りの分は股関節を通じてユーザ１０自身の脚で支持されることになる。即ち、ユーザ１０の脚に掛かる全荷重は脚補助装置２００とユーザ１０自身の脚との２つの箇所で支持されることになる。
【００３６】
次に荷重支持構造を構成する各リンク部材について説明する。荷重支持構造を構成する各リンク部材は、アルミニウムなどの金属やそれに相当する強度を有する素材で構成された中空性部材である。断面の形状は円形でも、多角形でも、また、コの字型でもよい。以下大腿部リンク１１０、下腿部リンク１２０、中継部リンク１３０、足部リンク１４０について説明する。
【００３７】
大腿部リンク１１０は、上端部１１１が荷重支持装具１００の垂下部１０３に第１ジョイント１８１で揺動可能に連結され、ユーザ１０の腰部１１付近から大腿部１２に沿って配置され、大腿部１２の動きに追従して揺動する。
【００３８】
下腿部リンク１２０は、上端部１２１が大腿部リンク１１０の下端部１１２に、第２ジョイント１８２を介して揺動可能に連結され、下腿部１３に沿って配置される。下腿部リンク１２０の上端部１２１は下腿部１３の上側に上側ベルト１９１で固定され、下端部１２２が下腿部１３の下端部に下側ベルト１９２で固定される。また、下腿部リンク１２０の下端部１２２には、足部リンク１４０が配置されており、ユーザ１０の脚の接地部に至る。更に、足部リンク１４０には、接地センサ１６０が配置される。
【００３９】
大腿部リンク１１０の中央位置付近には、リング部材１７０が回動可能に接続されている。リング部材１７０は、中継部リンク１３０の断面の形状に合致し、中継部リンク１３０が挿通されて摺動が許容できればどのような形状であってもよい。中継部リンク１３０は、上端部１３１がユーザ１０の腰部１１の付近に固定されずに配置され、リング部材１７０に摺動可能に挿通されると共に、下端部１３２が下腿部リンク１２０の中央位置付近に第３ジョイント１８３で揺動可能に連結される。
【００４０】
また、中継部リンク１３０の上端部１３１には、ユーザ１０が把持できる湾曲した把持部１３３が配置されている。更に、中継部リンク１３０には、制動装置１５０が配置されている。制動装置１５０は、牽引ワイヤ１５１とラチェット部材２２３とを備える。
【００４１】
牽引ワイヤ１５１は、一端が大腿部リンク１１０の上端部１１１であり、垂下部１０３との連結点付近に固定され、他端は中継部リンク１３０の上端部１３１の一点を貫通して、制動装置１５０のラチェット部材２２３の上端と連結している。制動装置１５０については後述する。
【００４２】
ユーザ１０が脚補助装置２００を装着すると、第１ジョイント１８１、第２ジョイント１８２、及び第３ジョイント１８３はそれぞれ、ユーザ１０の左股関節のピッチ軸、膝部１４の関節のピッチ軸、及び左足首関節のピッチ軸とそれぞれ同軸に位置する。これにより、脚補助装置２００の大腿部リンク１１０、下腿部リンク１２０、及び中継部リンク１３０は、ユーザ１０の脚の動きに応じて揺動することができる。
【００４３】
以下、牽引ワイヤ１５１、中継部リンク１３０をどのように配置すればよいかについて検討する。説明のため、牽引ワイヤ１５１の大腿部リンク１１０側への固定位置をＡ、牽引ワイヤ１５１の中継部リンク１３０の内部への貫通位置をＢ、リング部材１７０の大腿部リンク１１０への接続位置をＣ、及び中継部リンク１３０の下端部の下腿部リンク１２０への連結位置をＤとする（図１参照）。この場合、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれの選び方及びそれらの組み合わせ方には、ここで提示したもの以外にも、例えばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれの位置が少しずつ異なる多くの変形例が考えられる。
【００４４】
ここで、本発明の課題を解決するために最も重要な要件は、（１）Ａの位置を大腿部リンクと下腿部リンクの連結部からできるだけ離れた位置に設定することである。そして、次に重要な要件は、（２）制動力の増大の仕方が急な変動をしないようにするため、直立姿勢においてＡ、Ｂの位置の高さが同じに設定することである。この２つの要件が満たされていれば、本明細書で提示したものと類似の効果のある脚補助装置を形成することができる。但し、それらは図１で示した脚補助装置２００と比して、幾らか不都合な面もある。
【００４５】
例えば、図１に示したものに比して、膝を屈曲したときに中継部リンクが体幹から離れ過ぎて困ったり、逆に近過ぎて困ったりするという場合がある。また、図１に示したものと比して膝の屈曲時のＣ、Ｄの位置が大腿部リンクと下腿部リンクの連結部に少し近い位置を選定した上で、直立姿勢でのＡ、Ｂの位置の高さが同じに設定すると、中継部リンクの上端がユーザ１０の腰部より上に上がり過ぎて困るという場合等がある。
【００４６】
このような事情から、本明細書では最も一般的に有効な構成として、図１に示すような４点を選択して例示した。しかしながら、これが常に最善の構成であるとは必ずしも言えない場合もありうる。例えば、膝を屈曲したときに中継部リンクが体幹から図１の場合よりも離れていた方が却って都合がよい、あるいは逆にもっと近づいている方が却って都合がよいという場合もあろうし、また同じく、中継部リンクの上端が図１の場合に比べてユーザ１０の腰部より上に上がっている、あるいは下がっている方が却って都合がよいという場合もありうる。
【００４７】
また、Ｃを大腿部リンク１１０の中央位置より少し下（または上）に選び、Ｄも下腿部リンク１２０の中央位置より少し下（または上）に選ぶようにすると、図１の場合に比べて２つの点で違いが生じる。１つは、直立の姿勢から膝を屈曲していくに従って中継部リンク１３０の上端が次第に前方（または後方）に少しずつ飛び出していくことであり、もう１つは、直立の姿勢から膝を屈曲していくに従って制動力の増大の仕方が図１の場合に比べて急激に変化することである。この２つの事態は、脚補助装置の通常の一般的な使用の場合には利点とみなすことはできないが、これらの事態が却って都合が良いというような、特殊な用途で使用する場合には、逆に利点となる。
【００４８】
以上の考察から、実際の具体的な使用場面では、このような変形例もそれなりに有効な脚補助装置となる。このような事情から、本発明では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄそれぞれの位置を厳密に限定しない。
【００４９】
次に、足部リンク１４０について説明する。足部リンク１４０は、ユーザ１０の足部１５に沿って配置された接地センサ１６０を取り付けるための構造物である。足部リンク１４０は、下腿部リンク１２０の下端部に第４ジョイント１８４により揺動可能に連結されて、取付板１４１と、前板１４２と、後板１４３とでほぼ三角形状に形成される。なお、足部リンク１４０は、取付板１４１、前板１４２、後板１４３とも、その形状、構造は本明細書で提示したものに限定されず、他の構成でもよい。
【００５０】
接地センサ１６０は、制動装置による制動がユーザ１０の歩行や立上がり等の動作を妨げないよう、脚補助装置２００を装着している側の脚が立脚期か遊脚期かを判別する機能を有する。具体的には、下腿部リンク１２０及び足部リンク１４０の内部に配置される各構成部材との協働作用により、足底の接地を検知するものであり、最終的には、接地を検出したとき接地検出ワイヤ１６７を下方に引き、接地を検出しないとき接地検出ワイヤ１６７を下方に引かない。
【００５１】
接地センサ１６０は、つま先側、踵側のどちらに配置しても接地の検出が可能である。また、本実施形態では、接地を検出すると接地検出ワイヤ１６７が下方に引かれる構造にしてあるが、逆に上方に引かれるように構成して、接地の情報を制動装置１５０に伝達することもできる。また、接地センサ１６０の形状、構造は他のものでもよい。例えば、足底が接地しているときにＯＮ信号を出し、接地していないときにＯＦＦ信号を出すＯＮ−ＯＦＦスイッチ等であってもよい。なお、接地センサ１６０は、棒状体１６１、１６２と接地検出ワイヤ１６７以外に、その他の必要な構成材を備えているが、この構成は公知であり詳細な説明は省略する。
【００５２】
棒状体１６１と棒状体１６２は、足部リンクの足底板に垂直に上昇、下降可能に取り付けられている。つま先側の棒状体１６１の機能は、足部１５のつま先側が接地しているか否かを、踵側の棒状体１６２の機能は、足部１５の踵側が接地しているか否かを検出することである。
【００５３】
図２及び図３に示すように、接地検出ワイヤ１６７は下腿部リンク１２０の内部に延設され、更に下腿部リンク１２０と中継部リンク１３０の連結部から中継部リンク１３０の内部に延設される。そして、接地検出ワイヤ１６７は、制動装置１５０に至る。そして、図３に示すように、接地検出ワイヤ１６７の先端は制動装置１５０の筺体１５２内部の爪具受け部２２１の下半部２２１ａに連結される。
【００５４】
一方、接地検出ワイヤ１６７の下端は、下腿部リンク１２０の内部を下方に向かい、下腿部リンク１２０と足部リンク１４０の連結部で足部リンク１４０の内部に入り、そこで必要な諸構成部材と関連しあって、最終的に棒状体１６１、棒状体１６２に分枝して接続している。このような構成により、接地検出ワイヤ１６７は、足底が接地しているか否かにより制動装置の爪具受け部２２１を駆動する。
【００５５】
次に、制動装置１５０について詳細に説明する。図３は同脚補助装置における制動装置の構成を示す模式図である。制動装置１５０は、中継部リンク１３０の内部に配置される部材と、中継部リンク１３０の中央位置付近に設置された筺体１５２の内部に配置される部材とを備える。
【００５６】
まず、中継部リンク１３０の内部に配置される部材について説明する。中継部リンク１３０の内部には、牽引ワイヤ１５１と、上端が牽引ワイヤ１５１の下端に連結するラチェット部材２２３が配置される。なお、図３ではラチェット部材２２３の下端に連結してラチェット部材引き戻しばね２２２が描かれているが、このラチェット部材引き戻しばね２２２は、大腿部リンク１１０が屈曲を停止して逆に伸展するとき、速やかにラチェット部材２２３を下方に引き戻す目的で設置したもので、必ずしも常に必要というわけではない。
【００５７】
また、筺体１５２の内部には、ラチェット部材２２３と係合又は離間する爪具２２４と、爪具２２４を回動可能に連結する爪具受け部２２１と、爪具２２４の先端部２２４ａを上方に回動するように引く引きばね２２６と、爪具受け部２２１をラチェット部材２２３から離間させるように引く引きばね２２５と、爪具受け部２２１の下半部に連結して、爪具受け部２２１をラチェット部材２２３に近づけるように働く接地検出ワイヤ１６７とが配置されている。
【００５８】
また、ラチェット部材２２３は多数の歯部２２３ａが所定のピッチで併設された部材であり、上下方向に所定の長さ寸法を備える。この場合、ラチェット部材２２３の歯部２２３ａのピッチ（爪具２２４の先端部２２４ａの底面と接触するラチェット部材２２３の凹部底面部分２２３ｃの歯の先端からの深さ）とサイズ（歯高）を変更することができる。図４は同脚補助装置におけるラチェット部材の変形例を示す模式図である。
【００５９】
図４に示すラチェット部材３２３は、歯部３２３ａのピッチとサイズを下方に行くほど次第に大きくしたものである。このように設定したのは、大腿部リンク１１０の屈曲ではその回転力（トルク）が屈曲角の増大につれて大きくなるため、この力を受けるラチェット部材３２３の歯部３２３ａのピッチとサイズは初めの部分（ラチェット部材３２３の上方部）では小さくてよいからである。このように、ラチェット部材３２３の歯部３２３ａのピッチとサイズを小さくして多数の歯部を持つようにすればそれだけラチェット部材３２３と爪具２２４の係合によって停止するときの衝撃の程度を軽減できる。
【００６０】
本実施形態に係る脚補助装置２００において制動装置１５０は、接地センサ１６０からの情報、即ち接地検出ワイヤ１６７の動作に基づいて次のように制動力を発揮する。まず、立脚期の場合、即ち、接地センサ１６０がユーザ１０の一方の脚の接地を検知した場合、接地検出ワイヤ１６７が下方に引かれ、これにより爪具受け部２２１がラチェット部材２２３の歯部２２３ａに向かって引き寄せられ、爪具２２４がラチェット部材２２３のいずれかの歯部２２３ａと係合する。この係合により、ラチェット部材２２３の上方への移動は禁止され停止する。即ち、大腿部リンク１１０の屈曲運動は制動（この例では停止）される。
【００６１】
また逆に、立脚期に膝を伸展させる場合には、大腿部リンク１１０が伸展方向に回転して牽引ワイヤ１５１が緩み、ラチェット部材２２３が自重により、又はラチェット部材引き戻しばね２２２の収縮力により、下方に引き戻される。このとき、爪具２２４の先端部２２４ａはラチェット部材２２３の歯部２２３ａの斜面部２２３ｂと接触し、図３に記載した矢印Ｅ方向に押し出され回転し始める。
【００６２】
この回転により、爪具２２４の先端部２２４ａが歯部２２３ａの歯の１つを乗り越えると、直ちに爪具２２４の先端部２２４ａは引きばね２２６により上方に引き戻され、その結果再び歯部２２３ａの次の歯と係合する。
【００６３】
以下、同ようにしてラチェット部材２２３は係合しながら下方へ移動できることになる。即ち、立脚期の大腿部リンク１１０の伸展運動は妨げられない。一方、遊脚期の場合、即ち、接地センサ１６０がユーザ１０の一方の脚の接地を検知しない場合には、接地検出ワイヤ１６７が下方に引かれない。
【００６４】
そのため、爪具２２４と爪具受け部２２１は共に引きばね２２５によってラチェット部材２２３から引き離されている。従って、ラチェット部材２２３は、爪具２２４に妨げられることなく、上方へも下方へも移動できることになる。即ち、遊脚期の大腿部リンク１１０の屈曲運動も伸展運動も制動装置１５０によって妨げられることはない。なお、筺体の内部の構成は、図３に示したものに限定されず、他の構成法でもよい。例えば、形状記憶合金、磁石、電磁石等を使用する構成であってもよい。
【００６５】
第１実施形態の脚補助装置における制動装置は、上述したものに限られない。以下、制動装置の変形例について簡単に説明する。
【００６６】
＜第１の変形例に係る制動装置＞
まず、第１の変形例に係る制動装置１５０Ａについて説明する。図５は同脚補助装置における制動装置の第１の変形例の構成を示す模式図である。（ａ）は遊脚期の屈曲又は進展中の状態を示し、（ｂ）は立脚期で屈曲中の状態を示す。この制動装置１５０Ａは、ラチェット部材２２３Ａ、爪具２２４からなるラチェット機構とコイルばね２３０とを備えるものである。
【００６７】
制動装置１５０Ａは、図３に示した制動装置１５０のラチェット部材２２３と同様のラチェット部材２２３Ａを備え、このラチェット部材２２３Ａの歯部２２３ａを形成した側と反対側において、中継部リンク１３０の内壁面との間にコイルばね２３０を配置している。コイルばね２３０の上端はラチェット部材２２３Ａと接触することなく牽引ワイヤ１５１に連結されている。また、コイルばね２３０の下端はラチェット部材２２３の下端部と連結されている。なお、図中符号１５３、１５４はスペーサ部材である。
【００６８】
この例に係る制動装置１５０Ａは、このような構成により、図３に示した制動装置１５０と同様に、接地センサ１６０により駆動される接地検出ワイヤ１６７によりラチェット部材２２３への爪具２２４の係合状態を制御して立脚期（図５（ｂ））と遊脚期（図５（ａ）)の大腿部リンク１１０の屈曲、伸展の回転運動を制御する。なお、この変形例１の制動装置は、立脚期の膝の伸展運動（立上がり動作）を、膝が一旦屈曲したときにコイルばね２３０に蓄えられた弾性力によって積極的に支援することができる。
【００６９】
＜第２の変形例に係る制動装置＞
次に、第２の変形例に係る制動装置１５０Ｂについて説明する。図６は同脚補助装置における制動装置の第２の変形例の構成を示す模式図である。第２の変形例に係る制動装置１５０Ｂは、互いに接触する２つの部材、即ち制動板２３３と摩擦板２３４との摩擦力を制動力として利用するものである。摩擦板２３４は、接地検出ワイヤ１６７で上下方向に移動され、摩擦板２３４は、摩擦板２３４の移動により回動する２つの回動部材２３５、２３６で制動板２３３に押し付けられる。
【００７０】
なお、制動板２３３は、金属製の基部２３３ａとゴム製の摩擦部２３３ｂとから構成され、全体が上側にむけて厚さが薄く形成されている。また、回動部材２３５、２３６は筺体１５２及び摩擦板２３４に軸支されている。更に、図中符号２３７は引きばね、２３８はあて板を示している。
【００７１】
即ち、この制動装置１５０Ｂでは、ユーザ１０の脚が接地すると、大腿部リンク１１０の屈曲するため牽引ワイヤ１５１が制動板２３３を上方へ引き上げる一方、接地センサ１６０により接地検出ワイヤ１６７が駆動され摩擦板２３４が斜め上方（上方への力と制動板へ向かう横向きの力との合力の方向）に引き上げられる。このため、制動板２３３と摩擦板２３４が接触し、摩擦力が発生する。この摩擦力は、牽引ワイヤ１５１の動きと反対の方向、即ち、下方に作用するから、大腿部リンク１１０の屈曲の運動を制動することになる。
【００７２】
また、立脚期の膝の伸展動作では、まず、牽引ワイヤ１５１が緩むこととなり、制動板２３３が下方に速やかに引き戻されるためには、この摩擦力より強い力で制動板を下方に引く必要がある。本制動装置１５０Ｂでは、摩擦板引き戻しばね２３７により制動板２３３を下方に移動させる。この摩擦板引き戻しばね２３７の力は、立脚期の膝の伸展（立上がり）動作の妨げにはならないから、制動装置１５０Ｂによっても図３に示した制動装置１５０と同様の効果を有する。
【００７３】
＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について説明する。図７は本発明の第２実施形態に係る脚補助装置の荷重支持装具の構成を示す模式図である。本実施形態に係る脚補助装置２００Ａは、第１実施形態に係る脚補助装置２００の荷重支持装具１００の構成を変更したものである。本実施形態における荷重支持装具２４０は、ユーザ１０の大腿部１２に装着する大腿部支持部２４１と、膝部１４の前側部（脛骨上端部）に装着する膝部支持部２４２とを備える。大腿部支持部２４１と膝部支持部２４２とは、それぞれが単独では制動作用を発揮せず、両者が一対になって制動作用を発揮する。大腿部支持部２４１と膝部支持部２４２とは、左右の脚の一方、又は両方の大腿部と膝部に配置することができる。
【００７４】
大腿部支持部２４１は、装着時に側面から見た形状が図７のようにコの字型の部材である。大腿部支持部２４１の上端部は大腿部リンク１１０の上部に、下端部は大腿部リンク１１０の下部に、それぞれ留具２４３、２４４で固定されている。大腿部支持部２４１が大腿の後面と接触する部分の横断面の形状は、半円形、コの字型など湾曲した窪みを持つ形状でも、また窪みのない平板な形状でも良い。また、大腿部支持部２４１の上端部を大腿部リンク１１０の上部に固定せず、大腿部支持部２４１の上端部の形状を適度に変更して、ベルト部１０１の後部に固定したベルト状部材と連結させる構成でも良い（図面は省略した）。大腿部支持部２４１は、立脚期の膝の屈曲動作に際して、同側の膝部１４を回転軸として同側の大腿部リンク１１０が後方へ回転するときの回転力による荷重を支持する。
【００７５】
また、膝部支持部２４２は、膝部１４を挟んで留具２４９、２５０で下腿部リンク１２０の上部に固定されている。膝部支持部２４２は、立脚期の脚の膝部１４の前下部での、下腿部リンク１２０の屈曲に伴って膝を前方に水平方向に押し出す荷重を支持する。
【００７６】
骨盤部で支持する第１実施形態に係る荷重支持装具１００と、膝部と大腿後部で支持する第２実施形態に係る荷重支持装具１００Ａとでは、体重支持の点で次のような違いがある。即ち、前者では直立姿勢でも一部の荷重を支持できるが、後者ではそれができないという違いである。
【００７７】
しかし、膝を屈曲していくに従い、次第に制動効果を増大させられるようになる点では、両者とも同じである。そしてこのときの大腿部リンク１１０にかかる荷重を、歩行動作を妨げることなく、有効に軽減できる点でも同じである。即ち、荷重支持装具１００Ａを使用した脚補助装置２００Ａでも当初の課題は解決されている。
【００７８】
なお、本明細書で開示した体重支持構造に関する技術は、立脚期の膝の伸展動作、具体的には、階段や坂道を登るときの動作、あるいは中腰からの立上がり動作などを、モータなどの動力を使うかどうかにかかわらず、積極的に支援する装置を開発する場合にも有効である。即ち、本明細書が開示した体重支持構造に関する技術は、ユーザの立脚期の膝の伸展動作に伴う上側リンクの伸展方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに支援すること（回転運動の力を補強すること）のできる支援（補強）装置を、軽量で安価に製作する場合にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係る脚補助装置は、ユーザの立脚期の膝の屈曲に伴う上側リンクの屈曲方向への回転運動を、歩行動作を妨げることなく、大きな力を必要とせずに制動できる制動装置と、この制動装置を有効に機能させるための独自の体重支持機構と、を備えた、軽量で安価な脚補助装置を提供することができ、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００８０】
１０：ユーザ
１１：腰部
１２：大腿部
１３：下腿部
１４：膝部
１５：足部
１００：荷重支持装具
１０１：ベルト
１０２：腰保持部
１０３：垂下部
１１０：大腿部リンク
１２０：下腿部リンク
１３０：中継部リンク
１３３：把持部
１４０：足部リンク
１５０：制動装置
１５１：牽引ワイヤ
１５２：筺体
１６０：接地センサ
１６１、１６２：棒状体
１６７：接地検出ワイヤ
１７０：リング部材
１８１：第１ジョイント
１８２：第２ジョイント
１８３：第３ジョイント
１８４：第４ジョイント
１９１：上側ベルト
１９２：下側ベルト
２００：脚補助装置
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの脚への荷重による負担を軽減する脚補助装置であって、
前記ユーザの一方または両方の脚にかかる荷重の少なくとも一部を前記ユーザの前記一方の脚の膝部より上側の部分で支持する荷重支持装具と、
前記一方の脚の大腿に装着され、上端部が前記荷重支持装具に揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の前記膝部に至る大腿部リンクと、
前記一方の脚の下腿に装着され、上端部が前記大腿部リンクに揺動可能に連結され、下端部が前記一方の脚の足部に至る下腿部リンクと、
前記大腿部リンクの中央位置付近に回動可能に配置され、挿通された部材の摺動を許容するリング部材と、
上端部が、直立姿勢のときの前記ユーザの腰部付近の高さに配置され、前記リング部材に摺動可能に挿通されると共に、下端部が前記下腿部リンクの中央位置付近に揺動可能に連結される中継部リンクと、
一端が前記荷重支持装具と前記大腿部リンクとの連結点付近に固定され、他端が前記中継部リンクの上端部の一点を貫通して前記中継部リンクの内部に入る牽引ワイヤと、
前記一方の脚が接地しているか否かを検知する接地センサと、
前記中継部リンク内にある前記牽引ワイヤの端部と連結し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しているときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動し、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知していないときには、前記大腿部リンクの上端と前記中継部リンクの上端とが互いに離間する運動を制動しないように構成されている制動装置と、
を備えることを特徴とする脚補助装置。
【請求項２】
前記制動装置は、前記中継部リンクの内部に配置され、上端が前記牽引ワイヤの前記中継部リンクの内部の端部と連結するラチェット部材と、
前記中継部リンクの中央位置付近に設置された筺体の内部にあって、前記ラチェット部材と係合又は離間できる爪具と、を備え、
前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知すると、前記ラチェット部材と前記爪具とが係合して、前記ラチェット部材の上方への移動は禁止するが、下方への移動は許容するように、また、前記接地センサが前記一方の脚の接地を検知しないときは、前記ラチェット部材と前記爪具とが離間しているように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の脚補助装置。