(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化するための運動に利用できる下肢負担軽減装置を提供する．【解決手段】長尺基礎リンク100と、下端部の軸支部を長尺基礎リンクの後部長手方向にスライド可能に装着した前方傾斜型のふ仰アーム200と、その中間部に上端部を軸支し下端部を長尺基礎リンク100の前部に軸支した後方傾斜型のふ仰補助アーム300と、長尺基礎リンク100に装着されふ仰アーム200の軸支部に接続しその後方スライド移動に弾性負荷をかけるばね機構400と、ふ仰アーム200の上端部に装着したサドル500とを有する下肢負担軽減装置。【選択図】図４
2011188995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺基礎リンク100と、下端部の軸支部を長尺基礎リンクの後部長手方向にスライド可能にしたスライダー600に装着した前方傾斜型のふ仰アーム200と、ふ仰アームの中間部に上端部を軸支連結し下端部を長尺基礎リンク100の前部に軸支連結した後方傾斜型のふ仰補助アーム300と、ふ仰アームの上端部に装着したサドル500と、前記サドル500の下降移動の際に反力を付加するばね機構400とを有する下肢負担軽減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易堅牢な構造で且つ安定した下肢負担軽減の補助力が得られる。
下肢負担軽減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下肢の弱った人がリハビリを行う際は，下肢の負担を一部免荷するため，手すりを使用したり他人に支えられながら実施しているのが現状である．浮力を利用する温水プールや圧力槽を利用する手法は有効であるが，設備投資と維持コストが掛かり，圧力槽を利用する方法は技術的に未完成である．コンピュータ制御による免荷法も幾つかあるが，何れも研究段階で実用化されたものはない，プ一ルを使った方法が理想であるが，施設整備と維持コストが大きい，コンピュータ制御による方法では，プールのような自然な免荷感を得ることは難しい，本発明では製作，維持コストは小さく，変位に拘わらず機構学的にぼぼ一定な支援力が得られる，所定の免荷力を得るためにセンサーで感知した信号をコンピュータで処理してアクチュエータを動かすなどの複雑なことは不要である．機構学的にほぼ一定の支援力が得られる．構造が極めて簡単なため，低コストで生産でき，維持管理も簡単で，メンテナンスコストも極めて低い．
【特許文献１】特許第3830486号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化するための運動に利用できる下肢負担軽減装置を提供する．
【課題を解決するための手段】
【０００４】
長尺基礎リンク100と、下端部の軸支部を長尺基礎リンクの後部長手方向にスライド可能にしたスライダー600に装着した前方傾斜型のふ仰アーム200と、ふ仰アームの中間部に上端部を軸支連結し下端部を長尺基礎リンク100の前部に軸支連結した後方傾斜型のふ仰補助アーム300と、ふ仰アームの上端部に装着したサドル500と、前記サドル500の下降移動の際に反力を付加するばね機構400とを有する下肢負担軽減装置。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の下肢負担軽減装置は、前記の特徴とする構成のように、構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化することができるものである．
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
発明を実施するための最良の形態を実施例と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の下肢負担軽減装置の機構原理を説明するための側面説明図である。
図２は、後述する支援荷重Ｑと座面Ｈの下向きの変位ｈとの関係の理論値と実験値を示すグラフである。
図３に初期角度α0の違いによる支援力Ｑの座面変位ｈに伴う変化を示す。
図４は、本発明の下肢負担軽減装置の床置き型の実施例を示す側面説明図である。
図５は、本発明の下肢負担軽減装置の実施例を示す側面説明図である。
【０００８】
図１において、下肢負担軽減装置の水平にした長尺基礎リンク100と、ふ仰アーム200と、ふ仰補助アーム300とからなるリンク機構の原点はOとし，A，B，Oは回転自在なピン支持部であり，Hは座面となるサドル（500）位置であり、ピン支持部Ａは水平な長尺基礎リンク100に沿ってスライド可能に設けたスライダ600上にある．リンク100の長さAH=Lとすると，ピン支持部ＢはＬの中点にあり，距離AB,BH,BOは全て同じ長さである。そのため△ABOと△OBHは二等辺三角形となり,∠OAB＝α，∠BHO＝βとすると，簡単な幾何学的考察によりα+β=90°となることが分る．すなわちOAを水平線にすると，OHは常に同一鉛直線上にある．このリンク機構を応用して下肢負担軽減装置を作る．Hを座面となるサドル（500）として体重によりリンク200の上端Hを押し下げると，ピン支持部Aとピン支持部Oとの距離ｄは増加する.そこでピン支持部AO間をゴムやばね等のばね機構400を介して連結すると，距離ｄの変化に伴い張力が発生し，座面Hを押し上げようとする。これが下肢負担軽減装置の原理である。
【０００９】
Ｈを鉛直下方に下げる力をＱ（Ｑは作用・反作用の法則で支援力となることに注意されたい），弾性体による張力をＴとすると，両者の関係は
Ｑ＝Ｔtanα:(1)式
となりリンクＢＯに作用する軸力Ｆは
Ｆ＝Ｑ／sinα：(2)式
となる。(1)式よりα＞45°であればＱ＞Ｔとなり、α＜45°ではＱ＜Ｔとなることが分る。Ｈの高さをｙとすると
tanα＝y/d＝Lsinα/d:(3)式
となる，また(2)式より軸力Ｆのｙ方向成分がＱ，ｘ方向成分がＴとそれぞれ釣合うため，ピン支持Ａのあるスライダに作用する力のｙ方向成分は0となり，スライダにはｘ方向の力Ｔのみが作用する。そのためスライダの動きを水平方向に拘束するガイドの剛性は大きくする必要はない。
Ｑ＝0のとき，すなわち無負荷状態におけるＡＯ開の距離ｄとＨの高さｙをそれぞれd0，y0，∠OAH＝α0とすると，
tanα0＝Lsinα0／d0：(4)式
となる。Ｑの増加に伴いd0がδだけ増加すると張力はＴに増加する。座面高さの変化量をhとすると，Ｈはy0−y=hだけ低くなり、リンク角度はα0からαに減少する。
tanα＝y/d=(y0-h)/(d0+δ):(5)式、
(5)式を(1)式に代入すると
Ｑ＝Ｔtanα＝Ｔ(δ)・(y0-h)/(d0+δ)：(6)式
となる。
ここで、Ｔ(δ)は張力Ｔが伸びδの関数であることを表し、δ＝0では、Ｔ＝0となる。ピタゴラスの定理を使ってδをhの関数で表すと数１：（７）式となる。
【００１０】
【数１】
2011188995.tif 000003
となる。
(7)式を(6)式に代入すると、数２：（８）式となる。
【００１１】
【数２】
2011188995.tif 000004
となる。(1)式と(8)式によりＱはαの減少（hの増加）とともに小さくなるtanαと、αの減少(δの増加)とともに増加する張力Ｔとの積であるため、y0とＬを適切に選ぶことでαの変化(hの変化)に対してＱの変化を小さくできる。
【００１２】
一方、Ｈを弾性体で沿直方向に支持した場合、hの変化に対して支持力も大きく変化するので、変動を小さくするためにはばね定数を小さくする必要がある。そのためには長いコイルスプリングを複数利用しなければならない。そのため市販品に使われている特許第3830486号の運動補助リンクにおいては，図６に示すように利用者の背後に長いコイルばねを２本用いた(図６では２本が重なっているため１本しか見えない)構造になる．そのた本発明と比べて装置は大きく複雑になる。コイルスプリングの替わりにゴムを利用しても,ｈの増加に対して支援力はほぼ比例して増加するため，利用者はばね秤で支持された感じを受けることになる。
【００１３】
それに対して本装置ではシンプルな構造でありながら，ｈの変化に対して支援力Ｑの変動が少ないため，丁度体重が支援力Ｑの分だけ軽く感じることに大きな違いがある。
図２に試作品による支援荷重ＱとＨの下向き変位hとの関係の実験結果と理論値を示す。h=40〜230mmの広範囲に亘り，Ｑ=100〜110Nの範囲で滑らかに変化していることが分かる。Ｑをｈの増加に伴いほぼ一定に保つことも，増加させることもαの初期角度の設定如何で制御可能である．
【００１４】
【００１５】
図３に初期角度α0の違いによる支援力Ｑの座面変位ｈに伴う変化を示す。α0＝60°のときにほぼ一定の支援力の得られることが分かる。
初期角度α0を変えることなく利用者に適した座面高さを得るには、座面を支持する軸を挿入する円筒をＨにピン支持することでリンクＡＨに対して図１の面内で円筒を回動可能とする。先端に座面を取り付けた軸を、Ｈにピン支持された円筒に挿入して、軸と円筒をピン等で任意の位置で固定できるようにすれば、リンクＡＨの傾きを変えることなく座面高さは変更できる。Ｈが鉛直方向しか運動しないため、先端に座面を固定した軸を、長尺基礎リンク100に固定した鉛直方向のガイド穴に挿入すれば、座面を支える軸はガイド穴のために回転することはない。そのためリンクＡＨの初期角度α0を変えることなく、利用者に適した座面高さに調整できる。そのため本装置は，下肢の弱った患者の筋肉トレーニングやリハビリで行われるスクワット運動支援装置として利用できるだけでなく，キャスターと安全のための手すりを付ければ歩行器などに応用できる。
【００１６】
図４に本発明の下肢負担軽減装置の床置き式の実施例を示す。図４において、下肢負担軽減装置は、前述した機能を満足する実用装置であり、長尺基礎リンク100と、前方傾斜型のふ仰アーム200と、後方傾斜型のふ仰補助アーム300と、長尺基礎リンク100にその長手方向にのみ走行可能に設けたスライダ600と、サドル500と、ばね機構400とからなる。ふ仰アーム200は、下端部の軸支部Ａをスライダ600に設ける。
ふ仰補助アーム300は、上端部をふ仰アーム200の中間部に軸支部Ｂで軸支し下端部を長尺基礎リンク100の前部に軸支部Ｏで軸支する。スライダ600は、ばね機構400により長尺基礎リンク100の前部に連結し、ストッパーS1、S2間でスライドする。スライダ600のストッパーS1、S2間はサドル500の昇降移動範囲を決めるもので利用者の股下長さに応じて任意に調節可能にしてある。サドル500は、下部の前部をふ仰アーム200の上端部の軸支部Ｈに装着する。
本例のばね機構400は、コイルばね、ゴム等の弾性体ばね機構、エアーばね機構等を用いて、スライダ600からふ仰アーム200を介してサドル500に所定の下降反力を付加するものである。ばね機構400はリニヤアクチェ−タなどを利用して電気的に制御することも可能である。ばね機構400は、サドル500に所定の下降荷重に対する反力を付加するものであればよく、本例に限ることなく、その他の例として、前記ふ仰アーム200とふ仰補助アーム300間の適宜な位置に設置することができる。
【００１７】
図５には、本下肢負担軽減装置を歩行器に応用した例を示す。
図５において、長尺基礎リンク100には前部に両足の踏台（図示せず）、前後左右にキャスター101と安全のための手すり110を具備してある。
サドル500は、座布団を丸めたような円筒形のものにしてある。円筒形サドルであれば利用者にとってはリンク200の傾斜角に拘わらずの自然な接触状態を維持できる。
本例の円筒形のサドル500は、垂直シャフト501の上端に固定し、垂直シャフト501の下部を、シャフト受け円筒502内に挿入しピン503で上下位置のみ調節可能にし更に上下安全ガイド506に昇降移動自在に挿入する。シャフト受け円筒502は、ふ仰アーム200の先端に設けたＹ型支持部504にピン505により若干前後首振自在に軸支する。この構成で、円筒形のサドル500の高さは、ふ仰アーム200の初期角度α0を変えることなく、利用者に適した高さに調整できる。そのため本装置は，下肢の弱った患者の筋肉トレーニングやリハビリで行われるスクワット運動支援装置として利用できるだけでなく，歩行器などに応用できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の下肢負担軽減装置は、前記の如く、構造が簡単で、下肢の負担が軽減でき支援力が不要で、スクワット運動や歩行訓練に利用でき、リハビリ現場で働く人たちの作業負担を軽減すると共に、臨床現場や老人ホームでの介護者の筋力アップやバランス能力を維持強化することができる優れた効果をもたらし．介護業界及び体力増強機器業界等に貢献すること多大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の下肢負担軽減装置の原理を説明するための側面説明図である。
【図２】支援荷重Ｑと座面Ｈの変位(下向き変位)ｈとの関係の実験値と理論値を示すグラフである。
【図３】初期傾き角α0の相違による支援荷重Ｑと座面Ｈの変位(下向き変位)ｈとの理論的関係を示すグラフである。
【図４】本発明の下肢負担軽減装置の床置き式の実施例を示す側面説明図である。
【図５】本下肢負担軽減装置を歩行器に応用した例である。
【図６】参考特許文献に掲載された図である。
【符号の説明】
【００２０】
100  長尺基礎リンク
200  前方傾斜型のふ仰アーム
300  後方傾斜型のふ仰補助アーム
400  ばね機構（支援力発生機構）
500  サドル
600  スライダ
Ａ,Ｂ,Ｏ,Ｈ  軸支部
101    キャスター
110    手すり
【図１】
2011188995.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011188995.tif 000009
【図６】
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