(57)【要約】【課題】  中腰姿勢保持のアシストのための構成を簡略化し、軽量で、コンパクトで、電力を用いないで、または低消費電力で、下向きの力モーメントを支えることができる装着型姿勢保持装置を提供する。【解決手段】  装着者１０の体幹１１に装着されて保持される体幹保持具２０、３０と、大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０と、股関節付近で、左右方向の回転軸線７５を有し、体幹保持具２０、３０と大腿保持具４０とを接続、遮断するクラッチ６０と、角度検出、継続時間などによって、装着者１０の中腰姿勢を検出してクラッチ６０を接続し、角速度、加速度・角速度などによって、中腰姿勢を脱したことを検出して遮断するクラッチ制御手段１１１〜１１５（図１１）とを含む。【選択図】      図１
2019141954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）装着者の体幹に装着されて保持される体幹保持具と、
（ｂ）装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具と、
（ｃ）股関節付近で、左右方向の軸線まわりの回転軸線を有し、体幹保持具と大腿保持具とを接続、遮断するクラッチと、
（ｄ）装着者の中腰姿勢でクラッチを接続状態にするクラッチ制御手段とを含むことを特徴とする装着型姿勢保持装置。
【請求項２】
体幹保持具と大腿保持具とのいずれか一方と、クラッチとの間に設けられ、クラッチの接続状態でそのクラッチの回転軸線と共通な直線まわりに、体幹が起き上がるトルクを発生する駆動源をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装着型姿勢保持装置。
【請求項３】
クラッチは、
クラッチの前記軸線方向に配置される一対のクラッチ部材であって、それらの少なくとも一方が、相互の近接方向に変位して接続状態になり、相互の離反方向に変位して遮断状態になるクラッチ部材と、
クラッチ部材を相互の近接方向に変位する変位駆動手段と、
クラッチ部材に相互の離反方向にばね力を与えるばねとを有し、
クラッチ部材の変位駆動手段による接続状態で、装着者によって予め定める値以上のトルクが作用したとき、一対のクラッチ部材が前記軸線まわりのずれを生じることを特徴とする請求項１または２記載の装着型姿勢保持装置。
【請求項４】
クラッチの変位駆動手段は、
一方のクラッチ部材を、他方のクラッチ部材の近接方向に、ばね力に抗して、電磁力によって変位する電磁コイルを有し、
クラッチ制御手段は、
電池と、
装着者の中腰姿勢を検出し、中腰姿勢になっている期間だけ、電池から電磁コイルに励磁電力を与える中腰姿勢検出制御手段とを含むことを特徴とする請求項３記載の装着型姿勢保持装置。
【請求項５】
中腰姿勢検出制御手段は、
装着者の中腰姿勢になったことを検出する中腰姿勢検出手段と、
装着者の中腰姿勢から起き上がったことを検出する起き上がり検出手段と、
中腰姿勢検出手段と起き上がり検出手段との出力に応答し、中腰姿勢になった後、起き上がるまでの中腰姿勢になっている期間だけ、電池から電磁コイルに励磁電力を与えるスイッチ手段とを含むことを特徴とする請求項４記載の装着型姿勢保持装置。
【請求項６】
（ｅ）体幹保持具は、
（ｅ１）装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具２０と、
（ｅ２）装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具３０であって、
（ｅ２−１）体幹下部の左右両側方から背後にわたって体幹下部の後半周を覆う外囲部と、体幹下部の背後で外囲部から立ち上がる背板とを有する、全体が剛性の面状フレーム３１と、
（ｅ２−２）面状フレームに連結され、体幹下部の左右両側方から腹部にわたって体幹下部の前半周を覆うベルト３６とを有する体幹下部保持具３０とを含み、
（ｆ）クラッチ６０における前記回転軸線まわりに相互に角変位自在の一対のクラッチ部材のうち、一方のクラッチ部材が面状フレーム３１に取り付けられ、
（ｇ）大腿保持具４０と他方のクラッチ部材とに取り付けられる大腿フレーム８０であって、
（ｇ１）股関節付近から大腿に沿って左右両側方で、下方に延びてそれぞれ配置される一対の上フレーム片であって、各上フレーム片の上端部と、他方のクラッチ部材とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上フレーム片８１と、
（ｇ２）大腿保持具４０から大腿に沿って左右両側方で、上方に延びてそれぞれ配置される一対の下フレーム片８２とを有する大腿フレーム８０と、
（ｈ）各上フレーム片８１の下端部と、各下フレーム片８２とを、前後方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第１受動回転軸８３と、
（ｉ）各下フレーム片８２の下端部と、大腿保持具４０とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第２受動回転軸４５とを含むことを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の装着型姿勢保持装置。
【請求項７】
面状フレーム３１の外囲部は、
前記一方のクラッチ部材が固定され、上方に立ち上がる左右一対の脇部フレーム３２と、
脇部フレーム３２から体幹下部の後方に弯曲して延び、体幹下部の後方で左右の端部が背板３４にそれぞれ固定される左右一対の背部フレーム３３とを含むことを特徴とする請求項６に記載の装着型姿勢保持装置。
【請求項８】
面状フレーム３１の外囲部は、
前記一方のクラッチ部材が固定され、上方から斜め後方に立ち上がって体幹下部の後方に弯曲して延び、体幹下部の後方で左右の端部が背板３４にそれぞれ固定される左右一対の外囲片３２ａを含むことを特徴とする請求項６に記載の装着型姿勢保持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着者が行なう力作業などを支援する装着型姿勢保持装置に関し、特に、中腰作業での中腰姿勢保持のアシストにより、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシスト支援するために有利な装着型姿勢保持装置に関する。
【０００２】
本件明細書中、用語「左右方向」、「前後方向」および「上下方向」、ならびに「正面」、「側面」、「平面」および「背面」は、支援される装着者が、上体、上半身ともいうことがある体幹とともに両下肢を揃えて直立した姿勢における方向をいう。
【０００３】
図面のハッチング、斜線は、断面でない部分にも、構成を明瞭に示すために描かれることがある。
【背景技術】
【０００４】
中腰作業には、農業での雑草取り、大根やキャベツなど大型野菜、いちごなどの収穫作業、建設業での左官業や鉄筋作業、物流業での荷役作業、介護での口腔ケアやオムツ交換作業、医療での腹腔鏡手術作業などがある。
【０００５】
典型的な従来技術は、腕を支え肩関節と肘関節の角度を保持するパワーアシストスーツである（特許文献１）。人体に装着される上腕装着部には電動モータが固定され、人体に装着される前腕装着部には、モータの駆動軸がクラッチを介して接続される。ラチェット機構は、クラッチがｏｎの接続状態で、モータの駆動軸によって回転されるラチェットに係止爪が噛み合って駆動軸の肘を伸ばす方向への回転動作をロックして固定し、直動モータから成る爪アクチュエータがロック解除信号によって係止爪の噛み合いを外して肘を伸ばす方向への回転動作を許可する構成を有する。パワーアシストスーツを人体から取り外す場合、クラッチがｏｆｆの遮断状態にされる。制御部は、音声検出部の検出結果に基づいて、モータ、爪アクチュエータを駆動し、クラッチをｏｎ／ｏｆｆする。
【０００６】
この従来技術では、制御部による音声検出によって、肩関節と肘関節、ならびに股関節と膝関節の角度を保持・解除の動作をするので、音声の指令から動作までに時間を要し、すぐに姿勢を維持したくても動作が遅れる。また、毎回、同じ動作のために、同じ言葉を発声する必要があり、ユーザである装着者にとって、面倒である。
【０００７】
この従来技術におけるラチェット機構は、１本の係止爪をラチェット歯に当てて、腕を支える重量に耐えて固定・解除する機構であるので、この構成を、腰関節角度を固定して中腰姿勢を保持するために、より大きな重量に耐えて固定・解除するように適用するとすれば、ラチェット機構の強度を大きくし、係止爪を太くする必要があり、構成が大きく重くなる。強度を向上するために、多数の係止爪をラチェット歯に当てて固定・解除しようとすれば、構成が複雑になり、大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２５１０５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、構成を簡略化し、軽量で、コンパクトで、電力を用いないで、または低消費電力で、中腰姿勢保持のアシストのために、下向きの力モーメントを支えることができる装着型姿勢保持装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
（ａ）装着者の体幹に装着されて保持される体幹保持具と、
（ｂ）装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具と、
（ｃ）股関節付近で、左右方向の軸線まわりの回転軸線を有し、体幹保持具と大腿保持具とを接続、遮断するクラッチと、
（ｄ）装着者の中腰姿勢でクラッチを接続するクラッチ制御手段とを含むことを特徴とする装着型姿勢保持装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装着型姿勢保持装置は、主に、中腰作業での中腰姿勢保持のアシストにより、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシストすることができる。左右の股関節や腰関節付近に取り付けた減速機付き電動モータなどの駆動源を用いることなく、電磁クラッチまたは機械式クラッチを用いることにより、安価で、軽量で、コンパクトで、低消費電力あるいは電力を用いないで、腰の曲げ伸ばし運動を制動することにより、上向きの力モーメントを発生することはできないが、下向きの力モーメントを支えることができるので、中腰姿勢保持のアシストができる。
【００１２】
本発明は、
体幹保持具と大腿保持具とのいずれか一方と、クラッチとの間に設けられ、クラッチの接続状態でそのクラッチの回転軸線と共通な直線まわりにトルクを発生する駆動源をさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、中腰作業での中腰姿勢保持および持ち上げを、駆動源による上向きの力モーメントを作用してアシストすることにより、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシストすることができる。
【００１４】
本発明は、
クラッチは、
前記軸線方向に配置される一対のクラッチ部材であって、それらの少なくとも一方が、相互の近接方向に変位して接続状態になり、相互の離反方向に変位して遮断状態になるクラッチ部材と、
クラッチ部材に相互の離反方向にばね力を与えるばねとを有し、
クラッチ部材の接続状態で、装着者によって予め定める値以上のトルクが作用したとき、一対のクラッチ部材が前記軸線まわりのずれを生じることを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、クラッチの一対のクラッチ部材は、たとえば、摩擦板であり、または噛み合い歯付きロータとアーマチュアであり、装着者によって予め定める値以上のトルクが作用したとき、たとえば、電磁コイルの電磁力に抗して、または操作されるハンドルに作用する力に抗して、一対のクラッチ部材間のばねによる離反方向に作用するばね力とともに、一対のクラッチ部材が前記軸線まわりのずれを生じる。したがって、装着者の安全が確保される。
【００１６】
本発明は、
クラッチは、
一方のクラッチ部材を、他方のクラッチ部材の近接方向に、ばね力に抗して、電磁力によって変位する電磁コイルを有し、
クラッチ制御手段は、
電池と、
装着者の中腰姿勢を検出し、中腰姿勢になっている期間だけ、電池から電磁コイルに励磁電力を与える中腰姿勢検出制御手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、クラッチ制御手段の中腰姿勢検出制御手段は、装着者が、たとえば、体幹と大腿との角度の継続時間によって、中腰姿勢に入ったことを検出し、その角速度、または体幹の回転角速度、体幹の上向きの加速度などによって、中腰姿勢を脱したことを検出し、中腰姿勢になっている期間だけ、電池から電磁コイルに励磁電力を与えるので、中腰姿勢の保持の自動的なアシストが可能になるとともに、電池からの電力の無駄な消費が抑えられる。
【００１８】
本発明は、
中腰姿勢検出制御手段は、
装着者の中腰姿勢になったことを検出する中腰姿勢検出手段と、
装着者の中腰姿勢から起き上がったことを検出する起き上がり検出手段と、
中腰姿勢検出手段と起き上がり検出手段との出力に応答し、中腰姿勢になった後、起き上がるまでの中腰姿勢になっている期間だけ、電池から電磁コイルに励磁電力を与えるスイッチ手段とを含むことを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、中腰姿勢検出制御手段の中腰姿勢検出手段は、前述のとおり、装着者が、たとえば、体幹と大腿との角度の継続時間によって、中腰姿勢に入ったことを検出し、起き上がり検出手段は、体幹と大腿との角度の角速度、または体幹の回転角速度、体幹の上向きの加速度などによって、中腰姿勢を脱したことを検出し、スイッチ手段は、中腰姿勢になっている期間だけ、電池から電磁コイルに励磁電力を与えるので、電池からの電力の無駄な消費が抑えられる。
【００２０】
本発明は、
（ｅ）体幹保持具は、
（ｅ１）装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具２０と、
（ｅ２）装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具３０であって、
（ｅ２−１）体幹下部の左右両側方から背後にわたって（体幹下部の背後では、臀部および仙骨部よりも上方の腰部および脊柱部下部を含む）体幹下部の後半周を覆う外囲部と、体幹下部の背後で外囲部から立ち上がる背板とを有する、全体が剛性の面状フレーム３１と、
（ｅ２−２）面状フレームに連結され、体幹下部の左右両側方から腹部にわたって体幹下部の前半周を覆うベルト３６とを有する体幹下部保持具３０とを含み、
（ｆ）クラッチ６０は、その遮断状態で前記回転軸線まわりに相互に角変位自在の一対のクラッチ部材のうち、一方のクラッチ部材が面状フレーム３１に取り付けられ、
（ｇ）大腿保持具４０と他方のクラッチ部材とに取り付けられる大腿フレーム８０であって、
（ｇ１）股関節付近から大腿に沿って左右両側方で、下方に延びてそれぞれ配置される一対の上フレーム片であって、各上フレーム片の上端部と、他方のクラッチ部材とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上フレーム片８１と、
（ｇ２）大腿保持具４０から大腿に沿って左右両側方で、上方に延びてそれぞれ配置される一対の下フレーム片８２とを有する大腿フレーム８０と、
（ｈ）各上フレーム片８１の下端部と、各下フレーム片８２とを、前後方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第１受動回転軸８３と、
（ｉ）各下フレーム片８２の下端部と、大腿保持具４０とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第２受動回転軸４５とを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、体幹下部保持具３０を、外囲部と背板とを有する全体が剛性の面状フレーム３１と、ベルト３６とによって、構成し、体幹１１と大腿保持具４０との中腰姿勢保持と、上向きモーメントのアシストとを、確実に迅速に行なうことができるようになる。
【００２２】
第１受動回転軸８３によれば、（ａ）面状フレーム３１の左右側面剛体フレームである脇部フレーム３１と、腰後部剛体フレームである背部フレーム３３のみによって、体幹１１の下部の側部から背後に装着としたので、軽量化でき、装着者のねじりにも対応でき、装着者のねじりの動作を拘束せず、（ｂ）左右の股関節中心の左右両サイドに取り付けたクラッチ６０の下端部に固定される上フレーム片８１を、前後方向軸まわりに回転する受動回転軸８３を介して、大腿部剛体フレームである下フレーム片８２に取り付ける構成が実現されるので、装着者１１の上半身の左右への傾きに対応でき、装着者１１のこの上半身の左右への傾き動作を拘束せず、（ｃ）装着者の左右方向への開脚動作に対応でき、したがって、装着者１１のこの左右方向への開脚動作を拘束しない。
【００２３】
第２受動回転軸４５は、大腿保持具４０と大腿フレーム８０との角変位を円滑に行なうことを確実にする。
【００２４】
本発明は、特に、図２〜図７に示されるように、
面状フレーム３１の外囲部は、
前記一方のクラッチ部材が固定され、上方に立ち上がる左右一対の脇部フレーム３２と、
脇部フレーム３２から体幹下部の後方に弯曲して延び、体幹下部の後方で左右の端部が背板３４にそれぞれ固定される左右一対の背部フレーム３３とを含むことを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、面状フレーム３１を高い剛性で実現することが容易である。脇部フレーム３２は、体幹１１の左右で立ち上がるので、装着者１０の体幹１１が左右に傾くことを抑制し、これによって、中腰姿勢のアシストが確実になる。
【００２６】
本発明は、特に、図２０〜図２５に示されるように、
面状フレーム３１の外囲部は、
前記一方のクラッチ部材が固定され、上方から斜め後方に立ち上がって体幹下部の後方に弯曲して延び、体幹下部の後方で左右の端部が背板３４にそれぞれ固定される左右一対の外囲片を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、面状フレーム３１を高い剛性で実現することが容易である。外囲片は、上方から斜め後方に立ち上がるので、装着者１０の自由な中腰姿勢を可能にし、体幹１１のの左右の傾きが許容され、これによって、快適な中腰姿勢のアシストができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の一形態である装着型姿勢保持装置１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図２】装着型姿勢保持装置１の装着状態を示す側面図である。
【図３】装着型姿勢保持装置１の図２における一部を拡大して示す側面図である。
【図４】面状フレーム３１の正面図である。
【図５】面状フレーム３１の左側面図である。
【図６】面状フレーム３１の一部の平面図である。
【図７】面状フレーム３１の分解斜視図である。
【図８】装着者１０が中腰作業動作のために、前かがみの姿勢ある状態を説明するためのスケルトン図である。
【図９】クラッチ６０とその付近を示す断面図である。
【図１０】クラッチ６０の電磁コイル６３に関連する電気回路図である。
【図１１】図１〜図９の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の他の形態における電気回路図である。
【図１３】装着者１０が中腰作業動作のために、前かがみの姿勢から中腰姿勢に入る状態を説明するためのスケルトン図である。
【図１４】装着者１０が中腰作業動作を行なっている中腰姿勢から、起き上がる状態を説明するためのスケルトン図である。
【図１５】図１１の処理回路１１３の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１２０とその付近を示す断面図である。
【図１７】図１６に示される実施の形態における噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い歯が離間してクラッチ１２０が遮断した状態を示す一部の周方向展開図である。
【図１８】本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１４０とその付近を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１６０とその付近を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の他の形態である装着型姿勢保持装置１ａを装着者１０に装着した状態を示す側面図である。
【図２１】装着型姿勢保持装置１ａの一部を拡大して示す側面図である。
【図２２】面状フレーム３１ａの正面図である。
【図２３】面状フレーム３１ａの左側面図である。
【図２４】面状フレーム３１ａの一部の平面図である。
【図２５】面状フレーム３１ａの分解斜視図である。
【図２６】本発明の実施の他の形態におけるクラッチ６０および減速機８８付き電動モータ８７を組み合わせた構成とその付近を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は本発明の実施の一形態である装着型姿勢保持装置１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図２は装着型姿勢保持装置１の装着状態を示す側面図であり、図３は装着型姿勢保持装置１の図２における一部を拡大して示す側面図である。図１などには、本発明の実施の他の形態の一部の構成も併せて示すことがある。これらの図面を参照して、装着型姿勢保持装置１は、装着者１０に装着されて保持される保持装置２と、保持装置２に設けられ装着者１０の体幹１１と左右の各大腿１２との間に中腰姿勢保持をアシストするクラッチ６０とを有する。図１〜図３は、装着者１０が、体幹１１とともに左右の大腿１２を含む両下肢を揃えて直立した姿勢を示す。左右とは、前述のとおり、装着者１０における方向を言い、したがって、図１における右、左である。装着型姿勢保持装置１は、それを装着した装着者１０の正中矢状面１３に関して左右にほぼ面対称に構成され、本件明細書、図面中、左右の構成要素の参照符は、左右を個別的に示すために数字に添え字Ｌ、Ｒをそれぞれ付し、総括的に、または連結した構成を示すために、および左または右を記載して数字だけで示す。
【００３０】
保持装置２は、装着者１０の胸郭、鎖骨、肩甲骨付近の体幹上部１４に装着されて保持される体幹上部保持具２０と、腹、腰の骨盤、股関節付近の体幹下部１５に装着されて保持される腰カフと呼ぶことができる体幹下部保持具３０と、大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０とを含む。
【００３１】
図４は面状フレーム３１の正面図であり、図５は面状フレーム３１の左側面図であり、図６は面状フレーム３１の一部の平面図であり、図７は面状フレーム３１の分解斜視図である。図４、図６は、左右対称に構成される面状フレーム３１のほぼ左半分を示す。体幹下部保持具３０は、クラッチ６０の位置で、体幹下部１５の下腹ベルト３６を有する。下腹ベルト３６は、臍部下方で、連結具３７によって左右に分離、連結して着脱自在である。
【００３２】
装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具３０は、基本的に、全体が剛性の面状フレーム３１とベルト３６とを有する。面状フレーム３１は、体幹下部の左右両側方から背後にわたって（体幹下部の背後では、臀部および仙骨部よりも上方の腰部および脊柱部下部を含む）体幹下部の後半周を覆う外囲部３５と、体幹下部の背後で外囲部３５から立ち上がる背板３４とを有する。ベルト３６は、面状フレーム３１に連結され、体幹下部の左右両側方から腹部にわたって体幹下部の前半周を覆う。
【００３３】
体幹下部保持具３０の面状フレーム３１は、前述のとおり、剛性であり、腰側部・背部フレームとも呼ぶことができ、腰側部に配置される脇部フレーム３２と、脇部フレーム３２に連なって腰背部に配置される背部フレーム３３とが、背後で背板３４によって連結されて構成される。脇部フレーム３２は、その一部が体幹下部１５を少なくとも部分的に覆う曲面状に形成された部材でもよいが、後述の図２０〜図２５に示される実施の形態では、体幹１１の側部で上下に細長い長尺の部材である外囲片３２ａによって実現されてもよい。
【００３４】
面状フレーム３１の高さを、その上部が脇下直ぐの位置でなく、腰部から脇下直ぐの間の位置まで短くして低くし、背板３４の高さも、腰部から脇下直ぐの間の位置まで短くして、装着し易くする。背板３４の上部は、肩ベルト２１に連結される。したがって、体幹下部保持具３０が、外囲部３５と背板３４とを有する面状フレーム３１とベルト３６とによって構成されるので、体幹１１と大腿保持具４０との中腰姿勢保持と、上向きモーメントのアシストとを、確実に迅速に行なうことができるようになる。
【００３５】
脇部フレーム３２の下部は、後述の図９に示されるように、クラッチ６０のクラッチ本体６１に固定され、大腿フレーム８０の上フレーム片８１は、クラッチ６０の回転体６２の回転軸６６に固定される。脇部フレーム３２の下部はまた、下腹ベルト３６の両端部に取り付けられる。
【００３６】
面状フレーム３１と下腹ベルト３６とは、クラッチ６０の接続状態で、回転軸６６の軸線７５まわりの体幹下部保持具３０を介する体幹上部保持具２０と大腿保持具４０との角度を確実に保つために副次的な働きをし、クラッチ６０が変位するのを防ぎ、回転軸６６の軸線７５が左右方向に傾いたり、前後方向に傾いたりするのを防ぐ。面状フレーム３１と下腹ベルト３６とはまた、回転軸６６の軸線７５を、装着者１０の左右の股関節中心を通る一直線にできるだけ一致させて、ずれないようにする働きをする。こうすることによって、体幹上部保持具２０と体幹下部保持具３０と大腿保持具４０との各位置が上下に変位することを防ぐことができる。装着者は、腰を椎間関節によって曲げずに、体幹１１を直立した姿勢で、歩行、持ち上げ、持ち下げ、中腰の各動作を行なう。
【００３７】
大腿フレーム８０は、上フレーム片８１と下フレーム片８２とが、前後方向の軸線まわりに角変位自在な第1受動回転軸８３によって、連結され、上下に延びて構成される。上下のフレーム片８１、８２は、剛性である。
【００３８】
左右の各大腿保持具４０は、大腿１２を全周にわたって囲む大腿カフと呼ぶことができるベルト本体４１と、ベルト本体４１の外周部に大腿１２の外側である腓側から前へ、周方向の一部にわたって延びて固定片４２によってベルト本体４１に固定される保持片４３とを有する。下アーム片８２の下端部と、保持片４３の外側部とは、左右方向の軸線まわりに角変位自在な第２受動回転軸４５によって、連結される。
【００３９】
体幹上部保持具２０は、装着者１０の鎖骨、肩甲骨付近に逆Ｕ字状に配置される左右一対の肩ベルト２１と、胸郭を囲んで腋窩から斜め下方に背に延びる胸カフと呼ぶことができる胸ベルト２２とを有する。肩ベルト２１と胸ベルト２２とは、背板３４の上部に連結される。
【００４０】
体幹上部保持具２０は、図１では肩ベルト２１と胸ベルト２２で構成されているが、実施の他の形態では、装着し易いようにするため、ベストや所謂チョッキの形状をしていてもよい。
【００４１】
前述の保持装置２は、腰関節保持以外の動作を束縛しないための機構を有していることが重要である。対象とする腰関節の抗重力方向に保持するように下向きの力モーメントを支える姿勢保持装置であるクラッチ６０を配置して、対象とする腰関節の角度保持方向以外の回転方向については、装着者１０の動作を妨げないようにするために、第１受動回転軸８３は、駆動機器を取り付けていない回転軸であり、空回りする回転軸である。この第１受動回転軸８３を、対象とする関節の外側周囲に配置している構成によって、次の特有の利点ａ〜ｃがある。
【００４２】
ａ、面状フレーム３１の左右側面剛体フレームである脇部フレーム３１と、腰後部剛体フレームである背部フレーム３３のみによって、体幹１１の下部の側部から背後に装着としたので、軽量化でき、装着者のねじりにも対応でき、装着者のねじりの動作を拘束しない。
【００４３】
ｂ、左右の股関節中心の左右両サイドに取り付けたクラッチ６０の下端部に固定される上フレーム片８１を、前後方向軸まわりに回転する受動回転軸８３を介して、大腿部剛体フレームである下フレーム片８２に取り付ける構成が実現されるので、装着者１１の上半身の左右への傾きに対応できる。したがって、装着者１１のこの上半身の左右への傾き動作を拘束しない。
【００４４】
ｃ、前記ｂと同じ構成が実現されるので、装着者の左右方向への開脚動作に対応できる。したがって、装着者１１のこの左右方向への開脚動作を拘束しない。
【００４５】
図８は、装着者１０が中腰作業動作のために、前かがみの姿勢ある状態で持ち上げ動作を説明するための中腰姿勢を保持する状態を示すスケルトン図である。装着者１０が物体を手で掴んで持ち上げようとするとき、中腰状態では、体幹１１が直立し、大腿１２が鉛直から前方に角変位している。中腰状態では、体幹１１が直立し、大腿１２が鉛直から前方に角変位している。装着者１０の力によるトルクが大腿１２Ｌ、１２Ｒの大腿保持具４０Ｌ、４０Ｒに伝わる。持ち下げ作業などでも同じである。
【００４６】
装着者１１との接触部である胸部と大腿部カフである大腿保持具４０へのクラッチ６０の連結は重要な構成であるので、一部重複する部分も含めて述べる。股関節中心の左右両サイドにクラッチ６０を１台ずつ合計２台配置している。このため、クラッチ６０の回転中心７５と股関節が一致するので、起き上がり時や立ち上がり時や足を前後方向に振り上げたとき、クラッチ６０の一端部から下方へ伸びた剛体の大腿部フレームである上下のフレーム片８１，８２が大腿１２と同角度で回転する。またクラッチ６０の下部に前後方向軸周りに回転する受動回転軸８３を介して剛体の大腿部フレームである上下のフレーム片８１，８２の一端部を取り付けてあり、大腿部フレームである上下のフレーム片８１，８２の他端部には左右方向軸まわりに回転する受動回転軸８３を介して大腿部カフである大腿保持具４０が取り付けられ、この大腿部カフである大腿保持具４０で装着者１０の下体に姿勢保持力を伝えている。
【００４７】
このため、上体である体幹１１を左右に傾けたときや左右に開脚したときに、大腿部カフである大腿保持具４０の位置が元の位置からずれず、装着者１０の動きを束縛しなくて身体から離れもしないので、クラッチ６０と大腿部カフである大腿保持具４０との間の長さ調整機構が不要となり、軽量化と低コスト化できる。
【００４８】
またクラッチ６０のもう一つの端部から上方へ伸びた剛体の腰下方フレームである面状フレーム３１が腰部まであり、図３に拡大して示されるように、腰部の上に背板３４胸部カフである体幹上部保持具２０の胸ベルト２２と肩ベルト２１とは、背板３４の上部に連結され、この胸部カフである胸ベルト２２は装着者１０の上体に姿勢保持力を伝えている。このため、上体を左右に傾けたときや上体をねじったりしたときに、胸部カフである胸ベルト２２の位置が元の位置からずれず装着者の動きを束縛しなくて身体から離れもしないので、従来の腰後部剛体フレームや後方側面剛体フレームや背中の腰中央部に取り付けていた２つの受動回転軸が不要となり、軽量化と低コスト化ができる。
【００４９】
また股関節中心の左右両サイドにクラッチ６０を配置しているので、中腰作業などでの腰関節の保持については、クラッチ６０の回転中心は腰関節中心からずれるが、作用点（着力点）である装着者１０の胸部と大腿１２から充分に離れているので、クラッチ６０の接続状態における力を充分に伝えることができる。
【００５０】
図９は、クラッチ６０とその付近を示す断面図である。クラッチ６０は、ステータとしてのクラッチ本体６１と、アーマチュアとしての回転体６２とを有する。クラッチ本体６１は、電磁コイル６３が配置されるフイールド６４と、一方のクラッチ部材である摩擦板６５とを有し、フイールド６４は、脇フレーム３２に固定される。回転体６２は、回転軸６６と、回転軸６６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定される支持部材６７と、摩擦板６５に近接方向（図９の右方）に変位して摩擦接触によってクラッチの接続状態となり離反方向（図９の左方）に変位してクラッチ６０の遮断状態となる他方のクラッチ部材である摩擦板６８と、摩擦板６８を摩擦板６５から離反方向にばね力を与える板ばね６９とを有する。支持部材６７は、回転軸６６が挿通し軸受７１を介してフイールド６４を支持する筒部７２と、筒部７２に連なるフランジ部７３とを有する。フランジ部７３には、摩擦板６８が、板ばね６９を介して周方向の相対的な変位が阻止されて取り付けられる。電磁コイル６３が励磁されて生じる電磁力によって、摩擦板６８は板ばね６９のばね力に抗して摩擦板６５に近接変位して摩擦接触しクラッチ６０の接続状態となる。電磁コイル６３が励磁されずに消磁されると、摩擦板６８は板ばね６９のばね力によって摩擦板６５に離反変位して空隙Δｄ１（たとえば、０．３ｍｍ）をあけてクラッチの遮断状態となる。
【００５１】
クラッチ本体６１のフイールド６４は、脇フレーム３２に固定される。回転体６２の回転軸６６は、大腿フレーム８０の上フレーム片８１に固定される。筒部７２と上フレーム片８１とは、回転軸６６とともに、平行キー７４によって相互の回転が阻止され、したがって、摩擦板６８と上フレーム片８１、したがって、大腿フレーム８０とは、回転軸６６の軸線まわりにずれを生じることはない。
【００５２】
電磁コイル６３が励磁されることによって、摩擦板６５と摩擦板６８とが摩擦接触して本件装着型姿勢保持装置１が作動している状態におけるクラッチ６０の最大許容トルクは、その姿勢保持状態が装着者の意図と違ったとき、装着者がクラッチ６０を自分の力で動かすことができる予め定める値未満の値に設定される。したがって、摩擦板６５、６８の摩擦接触状態で、装着者によって前記予め定める値以上のトルクが作用したとき、摩擦板６５、６８が回転軸６６の軸線まわりのずれを生じることが可能である。これによって、基本的に安全な装着型姿勢保持装置１が実現される。
【００５３】
装着者が中腰姿勢を保持するのに必要な力は、装着者の上半身の体重を保持するのに必要な力である。したがって、摩擦板方式のクラッチ６０の必要な最大許容トルクに対応する摩擦力は、少なくとも装着者の上半身の体重Ｗ１を保持するのに必要な力と同等であればよい。一般の装着者は、上半身の体重Ｗ１に加えるに、２０ｋｇ〜３０ｋｇ以上の物体を持ち上げる背筋力Ｗ２を有している。したがって、前記予め定める値は、一般の装着者が摩擦板６５、６８に作用している摩擦力Ｗ３以上の力を出せるように、すなわち、たとえば、（Ｗ１≦Ｗ３＜Ｗ１＋Ｗ２）となるように、選んで設定することによって、装着者の意図と違った場合には、摩擦接触している摩擦板６５、６８が角変位してずれて、装着型姿勢保持装置を動かすことができ、安全が確保される。
【００５４】
図１０は、クラッチ６０の電磁コイル６３に関連する電気回路図である。装着者１０の左右の股関節の付近に設置されたクラッチ６０には、可撓性ケーブル１０２を介して押しボタンスイッチ１０１が繋がれる。押しボタンスイッチ１０１は、押し易く持ち易い細長い卵形状で手のひらの中にすっぽり入るサイズ（たとえば、外形が縦２〜３ｃｍ、横２〜３ｃｍ、全長４〜７ｃｍなど）であり、クラッチ６０の付近に、装着者の手元付近にあり、腰から、たとえば、０．１〜０．５ｍの長さを有する可撓性ケーブル１０２によってぶら下げた状態になるように設けられる。可撓性ケーブル１０２の一端部は、押しボタンスイッチ１０１に接続され、他端部は、たとえば、クラッチ６０のクラッチ本体６１に、または体幹下部保持具３０に固定されてもよい。押しボタンスイッチ１０１は、左右いずれか一方に設けられてもよいが、左右にに設けられてもよい。こうして、押しボタンスイッチ１０１をいずれか少なくとも一方の手で握ったまま、たとえ、両手で荷物を持った状態でも、押しボタンスイッチ１０１の押しボタンを簡単に押すことができる。
【００５５】
クラッチ６０の電磁コイル６０には、押しボタンスイッチ１０１、可撓性ケーブル１０２、ヒューズ１０３を介して、電池１０４から励磁電力が供給され、バリスタ１０５によって逆起電力が抑制される。ヒューズ１０３、電池１０４などは、背板３４に固定された制御ボックス３９（図２）に収納され、可撓性ケーブル１０２に電線によって接続される。
【００５６】
押しボタンスイッチ１０１は、押しボタンの各回の押圧操作のたびに、ｏｎ／ｏｆｆのスイッチグ態様が交互に変化する自己保持機能を有する。自己保持機能は、押しボタンスイッチ１０１の機械的構成によって、または電気的構成によって、実現されてもよい。
【００５７】
図１１は、図１〜図９の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。ステップａ１からａ２に移り、装着者によって手元付近に腰からぶら下げた押しボタンスイッチ１０１が操作されてスイッチング態様がｏｎになると、そのｏｎのスイッチング態様が自己保持され、ステップａ３で中腰姿勢保持のアシスト動作が行なわれる。中腰姿勢保持のアシスト動作では、ステップａ３１で、電磁コイル６３に電流が流れて電磁力が発生する。これによって、ステップａ３２で、クラッチ６０は、その摩擦板６５、６８が近接して摩擦接触し結合し、接続状態になる。後述の実施の他の形態では、噛み合い歯付きロータと噛み合い歯付きアーマチュアとの噛み合い歯が噛み合って結合し、接続状態になる。こうして、ステップａ３３では、装着者１０の上半身の脇フレーム３２と下半身の大腿フレーム８１とが結合されて、角変位が阻止され、腰の曲げ伸ばし運動が制動され、中腰姿勢が保持されて中腰姿勢保持のアシストができる。
【００５８】
装着者によって押しボタンスイッチ１０１が操作されてスイッチング態様がｏｆｆになると、ｏｎの自己保持がリセットされ、そのｏｆｆのスイッチング態様が自己保持され、ステップａ４で中腰姿勢保持のアシスト動作が解除される。中腰姿勢保持のアシスト動作では、ステップａ４１で、電磁コイル６３に電流が流れず電磁力が発生しない。ばね６９によって、ステップａ４２で、クラッチ６０は、その摩擦板６５、６８が離反して切り離されて遮断状態になる。こうして、ステップａ４３では、装着者１０の上半身の脇フレーム３２と下半身の大腿フレーム８１とが切り離されて、角変位が可能になり、腰の曲げ伸ばし運動が自由になり、中腰姿勢保持のアシストが切れる。すなわち、手元スイッチ１０１を押すと、電池１０４」からの電流が止まり電磁力はなくなり、クラッチ６０のばね６９の力で上半身の体幹１１に取り付けられたフレーム２０、３０と下半身の大腿１２に取り付けられたフレーム４０とが切り離されて、クラッチ６０の軸線７５まわりの腰の曲げ伸ばし運動が自由になり、中腰姿勢保持のアシストが切れる。電磁コイル６３に印加する電圧は、電池１０４の電圧であり、たとえば、ＤＣ２０〜５０Ｖで一定である。電磁コイル６３に電圧を印加すると、電流が流れて中腰姿勢保持に必要な電磁力が発生される。
【００５９】
本発明の実施の他の形態では、装着者の操作によって、電池１０４からの電圧、したがって、励磁電力の値を変化調整して電磁コイル６３に与える励磁電力調整回路が、電池１０４と電磁コイル６３との間に設けられてもよい。これによって、発生させる電磁力の強さを変えて、クラッチ６０の最大許容トルク、したがって、装着者によって作用されるトルクが摩擦板６５、６８の摩擦接触状態で摩擦板６５、６８が回転軸６６の軸線まわりのずれを生じさせる前記予め定める値を選んで設定することができる。たとえば、男性の装着者が使用する場合は電圧を高くして電磁力を強くし、女性の装着者が使用する場合は電圧を低くして電磁力を弱くして、電池１０４の消費電力を最小必要限度に抑えるようにすることができる。摩擦板方式のクラッチ６０では、作用している摩擦力以上の力を出せることによって、また図１５、図１６に示される歯のかみ合わせ方式のクラッチ１２０では、歯飛びする力以上を出せることによって、装着型姿勢保持装置を動かすことができる装置であるので、基本的に安全である。
【００６０】
図１２は、本発明の実施のさらに他の形態における電気回路図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同じ参照符を付す。注目すべきは、前述の押しボタンスイッチ１０１に代えて、制御接点１１１が用いられ、装着者１０の中腰姿勢になった後、起き上がるまでの中腰姿勢になっている期間だけ、制御接点１１１がｏｎにされて、電池１０４から電磁コイル６３に励磁電力を与える。図１および図８に示される角度検出器１１２は、左右の各クラッチ６０に備えられ、その回転軸６６の角度θをそれぞれ検出する。この検出される角度θは、脇部フレーム３２と上フレーム片８１との間の角度に対応し、たとえば、補角である。角度検出器１１２の出力は、マイクロコンピュータによって実現される処理回路１１３に与えられる。処理回路１１３は、左右の各角度検出器１１２のいずれもが中腰姿勢になっている継続時間を計時するタイマ１１４を備える。また各角度検出器１１２による検出角度θを演算して起き上がり上向き角速度ω１を求める。加速度・角速度検出器１１５は、制御ボックス３９に固定され、装着者の１０の体幹１１の上向きの加速度αを検出し、また体幹１１の回転角速度ω２も検出する。その出力は処理回路１１３に与えられる。
【００６１】
図１３は、装着者１０が中腰作業動作のために、前かがみの姿勢から中腰姿勢に入る状態を説明するためのスケルトン図である。左右の各角度検出器１１２は、角度θをそれぞれ検出する。角度θについて、中腰作業動作のための中腰姿勢に入ることを判別する閾値θ１は、たとえば、３０〜４０度の範囲で予め定められる。
【００６２】
体幹の回転角速度は、体幹１１の重心の水平軸周りの回転角の速度であり、体幹１１（上半身）の図１３における角度θの時間微分値である速度ωである。たとえば、前述の角度器１１２および後述の図２６に関連して説明する左右の電動モータ８７に内蔵された同様な角度器計測する角速度は、体幹１１と左の大腿１２Ｌの角度θ１の速度ω１と、体幹１１と右の大腿１２Ｒの角度θ２の速度ω２とになる。左右の大腿１２Ｌ、１２Ｒを動かさない場合は、ωとω１、ω２は同じであるが、それ以外は異なる。
【００６３】
図１４は、装着者１０が中腰作業動作を行なっている中腰姿勢から、起き上がる状態を説明するためのスケルトン図である。加速度・角速度の検出器１１５は、体幹１１の上向きの加速度αを検出し、起き上がる状態を判別する閾値α１は、たとえば、０．８５〜１．１５Ｇの範囲で予め定められる。処理回路１１３は、各角度検出器１１２による検出角度θをそれぞれ演算して起き上がり上向き角速度ω１をそれぞれ求める。または加速度・角速度の検出器１１５にて、体幹１１の回転角速度ω２も検出する。角速度ωについて、ω１とω２のいずれか大きい方をωとして、起き上がる状態を判別する閾値ω３は、たとえば、３００度／秒の値に予め定められる。
【００６４】
図１５は、図１２の処理回路１１３の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｂ１からステップｂ２に移り、左右の各角度検出器１１２によってそれぞれ計測、検出された股関節の角度が与えられる。ステップｂ３では、左右の各角度検出器１１２による検出角度のいずれもが、閾値θ１以上であるかを判別し、そうであれば、ステップｂ４で閾値θ１以上である継続時間Ｔを、タイマ１１４によって計測する。継続時間Ｔの閾値Ｔ１は、たとえば、３〜５秒の範囲で予め定められる。継続時間Ｔが、閾値Ｔ１以上過ぎると（Ｔ１≦Ｔ）、装着者が中腰姿勢に入ったと判断し、中腰姿勢が検出され、その後、ステップｂ６で中腰姿勢保持をアシストする動作を行なう。
【００６５】
ステップｂ６では、ステップｂ６１で制御接点１１１をｏｎに導通し、これによって、電磁コイル６３に電流が流れて電磁力が発生される。この電磁力によって、摩擦板６５、６８が板ばね６９のばね力に抗して近接変位し、クラッチの接続状態になる。そのため、上半身の体幹１１の体幹上部保持具２０、体幹下部保持具３０と、下半身の大腿１２の大腿保持具４０との角変位が阻止されて結合される。こうして、中腰姿勢保持をアシストする動作が行なわれる。
【００６６】
ステップｂ７では、加速度・角速度検出器１１５によって、体幹１１の上向きの加速度αを計測、検出する。ステップｂ８では、体幹１１の加速度αが、閾値α１以上（α１≦α）であるかを判別し、そうであれば、ステップｂ９で、体幹１１の左右の大腿との角度θに基づいて角速度ω１をそれぞれ演算して計測する。また体幹１１の回転角速度ω２も計測する。ステップｂ１０では、左右の角速度ω１かω２のいずれか大きいωが、閾値ω３以上（ω３≦ω）であるかを判別し、そうであれば、装着者１１の中腰姿勢が終了して、起き上がったことが検出、判断される。
【００６７】
こうして、中腰姿勢検出のステップｂ２〜ｂ５と、起き上がり検出のステップｂ７〜ｂ１０との動作によって、中腰姿勢になった後、起き上がるまでの中腰姿勢になっている期間だけ、ステップｂ６では、電池１０４から電磁コイル６３に励磁電力が与えられる。
【００６８】
次のステップｂ１１では、中腰姿勢保持をアシストする動作が解除される。ステップｂ１１１では、制御接点１１１をｏｆｆに遮断し、これによって、電磁コイル６３に電流を流さず、電磁力を発生しない。この電磁力がなくなることによって、ステップｂ１１２では、摩擦板６５、６８が板ばね６９のばね力によって離反変位し、クラッチ６０の遮断状態になる。そのため、上半身の体幹１１の体幹上部保持具２０、体幹下部保持具３０と、下半身の大腿１２の大腿保持具４０との角変位が切り離される。こうして、中腰姿勢保持をアシストする動作が解除される。
【００６９】
図１６は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１２０とその付近を示す断面図である。このクラッチ１２０は、前述の実施の形態のクラッチ６０における電磁力による摩擦板の摩擦接触に代えて、電磁力による噛み合い歯の噛み合いを行なう。クラッチ１２０は、フイールドとしてのクラッチ本体１２１と、アーマチュアとしての回転体１２２とを有する。クラッチ本体１２１は、電磁コイル１２３が配置されるフイールド１２４と、一方のクラッチ部材である噛み合い歯付きロータ１２５とを有し、フイールド１２４は、脇部フレーム３２に固定される。回転体１２２は、回転軸１２６と、回転軸１２６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定される支持部材１２７と、他方のクラッチ部材である噛み合い歯付きアーマチュア１２８と、噛み合い歯付きアーマチュア１２８を噛み合い歯付きロータ１２５から離反方向（図１６の左方）にばね力を与えるコイルばね１２９とを有する。噛み合い歯付きアーマチュア１２８は、回転軸１２６の軸線７５まわりに支持部材１２７、したがって、回転軸１２６とは、相互の角変位が阻止される。噛み合い歯付きアーマチュア１２８は、噛み合い歯付きロータ１２５に近接方向（図１６の右方）に変位して噛み合い歯付きロータ１２５の噛み合い歯によってクラッチ１２０の接続状態となり、離反方向（図１６の左方）に変位してクラッチ１２０の遮断状態となる。
【００７０】
噛み合い歯付きロータ１２５は、回転軸１２６が挿通し、軸受１３１を介してフイールド１２４を支持する筒部１３２と、筒部１３２に連なるフランジ部１３３とを有する。フランジ部１３３には、その外周部に噛み合い歯が図１６の軸線方向左方に臨んで形成されて、噛み合い歯付きロータ１２５が形成される。
【００７１】
図１７は、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い歯が離間してクラッチ１２０が遮断した状態を示す一部の周方向展開図である。電磁コイル１２３が励磁されて生じる電磁力によって、噛み合い歯付きアーマチュア１２８はばね１２９のばね力に抗して噛み合い歯付きロータ１２５に近接変位して噛み合い歯が相互に噛み合い、クラッチ１２０の接続状態となる。電磁コイル１２３が励磁されずに消磁されると、噛み合い歯付きアーマチュア１２８はばね１２９のばね力によって噛み合い歯付きロータ１２５から離反変位して空隙Δｄ２（たとえば、０．４ｍｍ）をあけてクラッチの遮断状態となる。
【００７２】
クラッチ本体１２１のフイールド１２４は、脇フレーム３２に固定される。回転体１２２の回転軸１２６は、大腿フレーム８０の上フレーム片８１に固定される。筒部１３２と上フレーム片８１とは、回転軸１２６とともに、平行キー１３４によって相互の回転が阻止され、したがって、噛み合い歯付きアーマチュア１２８と上フレーム片８１、したがって、大腿フレーム８０とは、回転軸１２６の軸線７５まわりにずれを生じることはない。
【００７３】
図１７の周方向展開図において、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との各噛み合い歯は、回転軸１２６の軸線７５を含む仮想一平面に関して対称に構成される。したがって、装着者１０による過大なトルクが作用したとき、いずれの回転方向においても、軸線７５の方向に離反変位する分力が発生して、ロータ１２５とアーマチュア１２８とは、それらのいわば歯飛びが生じて、ずれることができる。
【００７４】
電磁コイル１２３が励磁されることによって、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い歯が噛み合って、本件装着型姿勢保持装置１が作動している状態におけるクラッチ１２０の最大許容トルクは、その姿勢保持状態が装着者１０の意図と違ったとき、装着者１０が接続状態にあるクラッチ１２０によって連結している脇部フレーム３２と上フレーム片８１との角度を自分の力でずらして動かすことができる予め定める値未満の値に設定される。この予め定める値は、ロータ１２５とアーマチュア１２８との噛み合い歯の形状およびばね１２９のばね定数などに依存して、定められる。したがって、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い状態で、装着者によって前記予め定める値以上のトルクが作用したとき、噛み合い歯付きアーマチュア１２８がばね１２９のばね力に抗して図１５の左方の離反方向へ変位して噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュアとの噛み合い歯のいわば歯飛びが生じて、前述のクラッチ６０と同じく、回転軸１２６の軸線７５まわりのずれを生じることが可能である。これによって、基本的に安全な装着型姿勢保持装置１が実現される。したがって、一般の典型的な装着者１０は、噛み合い歯の噛み合わせが、歯飛びする力以上を出せることによって、装着者１０の意図と違った場合には、装着型姿勢保持装置を動かすことができる装置であるので、基本的に安全である。
【００７５】
図１６および図１７の実施の形態におけるその他の構成は、前述の図１〜図１５の実施の形態と同じである。
【００７６】
図１８は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１４０とその付近を示す断面図である。このクラッチ１４０は、前述の実施の形態のクラッチ６０、１２０に代えて、用いることができ、複数の摩擦板１４５、１４８の摩擦接触を、電磁力の代りに、装着者１０のハンドル操作で行なう。クラッチ１４０は、一方のクラッチ部材である複数の摩擦板１４５付きのクラッチ本体１４１と、回転軸１４６を備え他方のクラッチ部材である複数の摩擦板１４８付きの回転体１４２とを有する。クラッチ本体１４１は、摩擦板１４５が固定され軸線７５の方向に変位可能な環状のロータ１４４と、ロータ１４４を挿通して脇部フレーム３２に固定されるインナスリーブ１５２と、インナスリーブ１５２が挿通され軸線７５の方向に変位可能なアウタスリーブ１５３とを有する。インナスリーブ１５２には、回転軸１４６の軸線７５に垂直なピン１５５によって揺動可能なレバー１５６と、レバー１５６にその一端部１５６ａがロータ１４４とアウタスリーブ１５３を離間させる方向のばね力を与える板ばね１４９とが設けられる。摩擦板１４５には、コイルばね１５９によって、摩擦板１４８との離反方向にばね力が与えられる。インナスリーブ１５２は、面状フレーム３１、したがって体幹１１に連なる脇部フレーム３２に固定される。
【００７７】
ハンドル１５７は、回転軸１４６の軸線７５に垂直なピン１５８によって揺動操作され、このピン１５８は、インナスリーブ１５２に設けられる。ハンドル１５７の揺動によって、図１８の実線のとおりクラッチ１４０の遮断のための位置と、仮想線のとおりの接続のための位置とに切り換えることができ、これによって、アウタスリーブ１５３が軸線７５の方向に変位する。
【００７８】
回転体１４２は、回転軸１４６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定されるアーマチュアである支持部材１４７と、支持部材１４７に固定され摩擦板１４５と摩擦接触することができる摩擦板１４８と、インナスリーブ１５２との間に介在される軸受１５１とを有する。支持部材１４７と上フレーム片８１とは、平行キー１５４によって、回転軸１４６との相互の回転が阻止され、したがって、回転軸１４６と、大腿１２に連なる上フレーム片８１とが固定される。
【００７９】
多板の摩擦板１４５、１４８とコイルばね１５９の構造をさらに述べる。支持部材１４７に取付けられた３枚の外側の摩擦板１４８と、ロータ１４４に取付けられた３枚の内側摩擦板１４５とが接触したり外れたりする構造になっている。コイルばね１５９が摩擦板１４５、１４８よりも半径方向内側に取り付けられており、上記のアーマチュアである支持部材１４７とロータ１４４との各摩擦板１４８、１４５を引き離す方向に力が作用する。
【００８０】
ハンドル１５７が図１８の実線のとおり右のクラッチ遮断位置にあるとき、レバー１５６の一端部１５６ａは、ばね１４９のばね力によって、ロータ１４４とアウタスリーブ１５３との間にあり、摩擦板１４５、１４８には摩擦接触のための力が作用せず、クラッチ遮断している。このように、ハンドル１５７を図１８の右方向に動かすと、コイルばね１５９によってアーマチュア１４７が切り離され、摩擦板１４５，１４８が外れ、また板ばね１４９によってレバー１５６が戻る。
【００８１】
ハンドル１５７が図１８の仮想線のとおり左のクラッチ接続位置に切り換えられると、アウタスリーブ１５３は、レバー１５６の一端部１５６ａをばね１４９のばね力に抗して押し下げて角変位し、摩擦板１４５、１４８は、アウタスリーブ１５３によるロータ１４４と、レバー１５６の他端部１５６ｂとの間で押圧され、摩擦接触され、クラッチ接続される。このように、ハンドルを図１８の左方向に動かすと、アウタスリーブ１５３を左方向にシフトし、レバー１５６が押し込まれて、ロータ１４４が左方向にシフトして摩擦板１４５，１４８が接触する構造である。その他の構成と作用とは、前述の実施の形態に類似する。
【００８２】
図１９は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１６０とその付近を示す断面図である。このクラッチ１６０は、前述の実施の形態のクラッチ６０、１２０、１４０に代えて、用いることができ、噛み合い歯の噛み合いを、電磁力の代りに、装着者１０のハンドル操作で行なう。クラッチ１６０は、一方のクラッチ部材である噛み合い歯付きロータ１６５を備えるクラッチ本体１６１と、他方のクラッチ部材である噛み合い歯付きアーマチュア１６８を備える回転体１６２とを有する。
【００８３】
クラッチ本体１６１は、軸線７５の方向に変位可能な噛み合い歯付きロータ１６５と、脇部フレーム３２に固定されるインナスリーブ１７２と、インナスリーブ１７２が挿通され軸線方向に変位可能なアウタスリーブ１６３とを有する。インナスリーブ１７２には、回転軸１６６の軸線７５に垂直なピン１７８によって揺動可能なハンドル１７７が設けられ、ハンドル１７７の揺動によってアウタスリーブ１６３が軸線７５の方向に変位可能である。コイルばね１７９は、一方の噛み合い歯付きロータ１６５を他方の噛み合い歯付きロータ１６２から離反させて噛み合いが解除される方向にばね力を与える。
【００８４】
ハンドル１７７の揺動によって、図１８のとおりクラッチ１６０の遮断のための右位置と、接続のための左位置とに切り換えることができ、これによって、アウタスリーブ１６３が軸線７５の方向に変位する。
【００８５】
回転体１６２は、回転軸１６６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定される支持部材１６７と、支持部材１６７に固定され噛み合い歯付きロータ１６５に噛み合うことができる噛み合い歯付きアーマチュア１６８と、インナスリーブ１７２との間に介在される軸受１７１とを有する。支持部材１６７と上フレーム片８１とは、平行キー１７４によって、回転軸１６６との相互の回転が阻止される。
【００８６】
ハンドル１７７を図１８のとおり、右方向に動かすと、コイルばね１７９によってロータ１６５がアーマチュア１６８から切り離され、噛み合い歯が外れ、クラッチ遮断位置になる。
【００８７】
ハンドル１７７を図１９の左方向に動かすと、アウタスリーブ１６３を左方向にシフトし、ローラ１６９が押し込まれて、噛み合い歯付きロータ１６５が左方向にシフトして噛み合い歯付きロータ１６８との噛み合い歯が噛み合い、クラッチ接続位置になる。
【００８８】
噛み合い歯に軸線７５まわりの力がかかると、軸線７５の右方向である噛み合わせが外れる方向に力がかかるが、この力はインナスリーブ１７２が受け止める。こうして、ロータ１６５とアーマチュア１６８とは、軸線７５まわりにずれて、安全が確保される。ローラ１６９はインナスリーブ１７２のテーパ部分に嵌め込まれているので、ローラ１６９にかかる力の分力は外周方向に働く。この力はアウタスリーブ１６３の内周で受け止めるので、ハンドル１７７には伝わらず、クラッチ１６０が外れることはない。その他の構成と作用とは、前述の実施の形態に類似する。
【００８９】
図２０は本発明の実施の他の形態である装着型姿勢保持装置１ａを装着者１０に装着した状態を示す側面図であり、図２１は装着型姿勢保持装置１ａの図２０における一部を拡大して示す側面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似するが、注目すべきは、前述の面状フレーム３１に代えて、面状フレーム３１ａが実施される。この実施の形態において、前述の実施の形態と対応する部分には、同一の数字の参照符に添え字ａを付して示す。
【００９０】
図２２は面状フレーム３１ａの正面図であり、図２３は面状フレーム３１ａの左側面図であり、図２４は面状フレーム３１ａの一部の平面図であり、図２５は面状フレーム３１ａの分解斜視図である。図２２、図２４は、左右対称に構成される面状フレーム３１ａのほぼ左半分を示す。面状フレーム３１の外囲部３５ａは、一方のクラッチ部材６５が固定され、上方から斜め後方に立ち上がって体幹下部の後方に弯曲して延び、体幹下部の後方で左右の端部が背板３４にそれぞれ固定される左右一対の外囲片３２ａを含む。体幹下部保持具３０ａは、基本的に、全体が剛性の面状フレーム３１ａとベルト３６とを有する。面状フレーム３１ａは、体幹下部の左右両側方から背後にわたって（体幹下部の背後では、臀部および仙骨部よりも上方の腰部および脊柱部下部を含む）体幹下部の後半周を覆う外囲部３５ａと、体幹下部の背後で外囲部３５ａから立ち上がる背板３４とを有する。ベルト３６は、面状フレーム３１ａに連結され、体幹下部の左右両側方から腹部にわたって体幹下部の前半周を覆う。
【００９１】
体幹下部保持具３０の面状フレーム３１ａは、前述のとおり、剛性であり、腰側部・背部フレームとも呼ぶことができる。面状フレーム３１ａの高さを、その上部が脇下直ぐの位置でなく、腰部から脇下直ぐの間の位置まで短くして低くし、背板３４の高さも、腰部から脇下直ぐの間の位置まで短くして、装着し易くする。体幹下部保持具３０ａは、外囲部３５ａと背板３４とを有する面状フレーム３１ａとベルト３６とによって構成されるので、体幹１１と大腿保持具４０との中腰姿勢保持と、上向きモーメントのアシストとを、確実に迅速に行なうことができるようになる。
【００９２】
この実施の形態によれば、面状フレーム３１ａを高い剛性で実現することが容易である。外囲片３２ａは、上方から斜め後方に立ち上がるので、装着者１０の自由な中腰姿勢を可能にし、体幹１１の左右の傾きが許容され、これによって、快適な中腰姿勢のアシストができる。
【００９３】
図２６は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ６０および減速機８８付き電動モータ８７を組み合わせた駆動源８９とその付近を示す断面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には、同じ参照符を付す。注目すべきは、体幹下部保持具３０と大腿保持具４０とのいずれか一方と、クラッチ６０との間に、駆動源８９が設けられ、クラッチ６０の接続状態でそのクラッチ６０の回転軸線と共通な直線まわりにトルクを発生する。この実施の形態によれば、中腰作業での中腰姿勢保持および持ち上げを、駆動源による上向きの力モーメントを作用してアシストすることにより、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシストすることができる。
【００９４】
モータ８７のハウジングである本体部９０は、クラッチ本体６１を介してブラケット９１によってフイールド６４に固定され、体幹下部保持具３０の脇部フレーム３２に固定される。モータ８７の出力軸は、クラッチ回転体６２および大腿フレーム８０に固定され、電磁コイル６３が励磁ないとき、摩擦板６５に摩擦板６８が吸着されず、モータ８７の回転トルクが体幹下部保持具３０の脇部フレーム３２と大腿保持具４０の上下のフレーム片８１、８２との間の相対的な角変位力として作用する。
【００９５】
クラッチ６０のｏｎ／ｏｆｆ動作について、クラッチ６０をｏｆｆしてから、すぐにモータ８７は回転動作を開始する。またモータ８７が停止してから、すぐにクラッチ６０をｏｎする。
【００９６】
本発明の実施の他の形態では、図２６のクラッチ６０に代えて、前述の図１８のクラッチ１４０を使用してもよい。手動ハンドル１５７の操作によって、クラッチ１４０をｏｆｆしてから、そのｏｆｆ操作を検出するスイッチによって、すぐにモータ８７は回転動作を開始する。またモータ８７が停止してから、すぐに手動ハンドル１５７でｏｎ操作をする。図１６、図１９のクラッチ１２０、１６０などが用いられてもよい。
【００９７】
摩擦板６５，６８のずれと、前述のクラッチ１２０，１６０の歯とびと、モータ８７の駆動とは、安全性の観点から重要である。モータ８７が装着者１０の意図と逆方向に動作した場合には、モータ８７が装着者１０側から、すなわちモータ８７の出力軸側から、逆回転できる（減速比が１/１００〜１/５０程度でバックドライアブルである）ように構成される。またモータ８７が装着者１０の意図と逆方向に動作した場合には、摩擦板６５、６８が電磁力により吸着されていても、装着者１０の力により摩擦板６５、６８がずれて、逆回転することにより動かすことができるように構成される。モータ８７が装着者１０の意図と逆方向に動作した場合、噛み合い歯１２５、１２８が電磁力により吸着されていても、装着者１０の力により噛み合い歯１２５、１２８がずれて、歯とびし、逆回転することにより動かすことができるように構成される。
【００９８】
前述の実施の各形態の有利な点を、特許文献１と比べて、述べる。特許文献１は、音声検出による構成と、モータとラチェット機構とクラッチとを設けている。本件は、特許文献１の音声検出とモータとラチェット機構を省略している。その代りに、自己保持型のスイッチ操作（図９）や、モーションセンサで検出した股関節角度・体幹加速度・体幹の回転角速度を用いた自動操作（図１１）にて、図８、図１５のように電池を用いて電流を流して電磁コイルにて発生する電磁力（または図１７、図１８のように手動の機械式のハンドル操作力）で、１または複数の摩擦板を接触させたり（図８、図１７）、多数の噛み合い歯を噛み合わせたりして（図５、図１８）結合し、更に、ばね力で切り離すクラッチ構造（図８、図１５、図１７、図１８）にしている。本件では、特許文献１の繰り返し発声を行なう場合には煩わしい音声検出ではなく、簡単な機械式ハンドル操作やスイッチ操作や上記モーションセンサにて検出した自動操作にて、特許文献１のラチェット機構の１つや２つの係止爪の噛み合わせではなく、本件では、多数の噛み合い歯の全てを噛み合わせることにより、力を分散させ、また、１または複数の摩擦板の結合による場合も同様に力を分散させることによって、強い力に対応できコンパクトに構成できる。
【００９９】
安全面から、通常以上に強い力がかかった場合に、特許文献１ではラチェット機構の１つや２つの係止爪の離脱が困難であり、危険である。これに対して、本件の多数の噛み合い歯の噛み合わせでは、歯飛びして角変位してずれるように構成され、また摩擦接触する摩擦板が角変位してずれるように構成されるので、安全である。特許文献１のラチェット機構における1つや２つの係止爪では、たとえ、係止爪が外れて歯飛びしても、係止爪の数が少ないので、ラチェット歯および係止爪が破損、摩耗によって、すぐに使えなくなるおそれがある。本件の多数の噛み合い歯の噛み合わせの構成では、何回か歯飛びさせるまで使えるので、長寿命である利点がある。更に、本件の摩擦板による結合方式では、歯飛びのようなことは起らず、何回でも使え、長寿命である利点がある。
【０１００】
特許文献１のクラッチについて、ラチェット機構の係止爪のような歯の切り離しは、ばね部材によって係止状態になっている係止爪を引き起こすような切り離し構造である。これに対して、本件の実施の形態（図１５、図１８）では、噛み合った多数の噛み合い歯が付いた歯車を、その軸線方向に引き離す構造であるので、構造が簡単、コンパクトであり、また結合した摩擦板を軸方向に引き離す構造も同様に簡単、コンパクトな構造になる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
発明の装着型姿勢保持装置は、主に、中腰作業での中腰姿勢保持のアシストにより、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシストするための装置である。中腰姿勢保持のアシストは、腰椎と背筋をバイパスするように装着者の外側にフレームを取り付けて、装着者の動きを阻害することなく、腰椎と背筋にかかる力を軽減する。左右の股関節や腰関節付近に取り付けた減速機付き電動モータを用いることなく、電磁コイルを備える電磁クラッチまたはハンドル操作による機械式クラッチを用いることにより、安価で、軽量で、コンパクトで、低消費電力あるいは電力を用いないで、腰の曲げ伸ばし運動を制動することにより、上向きの力モーメントを発生することはできないが、下向きの力モーメントを支えることができるので、中腰姿勢保持のアシストができる。
【０１０２】
本発明は、装着者の中腰姿勢保持のアシストだけでなく、２つの部材、たとえば、体幹保持具と大腿保持具などとの角変位の角度をクラッチの接続によって保持して支援し、またはクラッチの遮断によって自由な角変位を可能にする用途に関連して、装着者以外の、たとえば、工業製品などの用途に広範囲に実施できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  装着型姿勢保持装置
２  保持装置
１０  装着者
１１  体幹
１２  大腿
２０  体幹上部保持具
３０  体幹下部保持具
３１  面状フレーム
３２  脇部フレーム
３２ａ  外囲片
３３  背部フレーム
３４  背板
３５  外囲部
３６  ベルト
３９  制御ボックス
４０  大腿保持具
４５  第２受動回転軸
５３  面状フレーム
６０、１２０、１４０、１６０  クラッチ
６１クラッチ本体
６２  回転体
６３、１２３  電磁コイル
６５、６８、１４５、１４８  摩擦板
６６、１２６、１４６、１６６  回転軸
６９  板ばね
７５  軸線
８０  大腿フレーム
８１  上フレーム片
８２  下フレーム片
８３  第1受動回転軸
８７  電動モータ
８９  駆動源
１０１  押しボタンスイッチ
１０２  可撓性ケーブル
１０４  電池
１１１  制御接点
１１２  角度検出器
１１３  処理回路
１１４  タイマ
１１５  加速度・角速度検出器
１２５、１６５  噛み合い歯付きロータ
１２８、１６８  噛み合い歯付きアーマチュア
１２９、１５９、１７９  コイルばね
１５７、１７７  ハンドル
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2019141954.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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