(57)【要約】【課題】動作を軽くできる膝関節動作支援装置を提供することを課題とする。【解決手段】実施形態に係る膝関節動作支援装置は、腰に装着する上部分と、下腿部に装着する下部分と、大腿部の外側に配置された保持フレームと、を有する。保持フレームは、連結機構を介して上部分に連結される。連結機構は、保持フレームと上部分との間の距離を伸縮可能、且つ保持フレームの上部分に対する捩れを許容するように、保持フレームを上部分に連結する。保持フレームには、回動支持機構、駆動機構、および動力伝達機構が設けられている。回動支持機構は、膝関節の動きに合わせて下部分を保持フレームに対して回動可能に支持する。動力伝達機構は、駆動機構からの動力を回動支持機構に伝える。【選択図】      図１
2015180236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腰に装着する上部分と、
下腿部に装着する下部分と、
大腿部の外側に配置された保持フレームと、
この保持フレームと上記上部分との間の距離を伸縮可能に連結するとともに、上記保持フレームの上記上部分に対する捩れを許容するように上記保持フレームを上記上部分に連結した連結機構と、
膝関節の外側で上記保持フレームに設けられ、膝関節の動きに合わせて上記下部分を上記保持フレームに対して回動可能に支持する回動支持機構と、
上記保持フレームに設けられた駆動機構と、
上記保持フレームに設けられ、上記駆動機構からの動力を上記回動支持機構に伝える動力伝達機構と、
を有する膝関節動作支援装置。
【請求項２】
上記駆動機構は、上記回動支持機構より上記上部分に近い位置に設けられている、
請求項１の膝関節動作支援装置。
【請求項３】
上記駆動機構は、動力を発生させる駆動源、および減速機を有する、
請求項１の膝関節動作支援装置。
【請求項４】
上記駆動機構は、上記回動支持機構の回動軸と直交する方向に延設された駆動軸を有する、
請求項１の膝関節動作支援装置。
【請求項５】
上記動力伝達機構は、動力の伝達を遮断するクラッチを有する、
請求項１の膝関節動作支援装置。
【請求項６】
上記回動支持機構は、動力の伝達を遮断するクラッチを有する、
請求項１の膝関節動作支援装置。
【請求項７】
上記クラッチは、上記動力伝達機構によって上記回動支持機構へ動力を伝えるギアと上記下部分との間に設けられている、
請求項６の膝関節動作支援装置。
【請求項８】
上記クラッチは、歯付きクラッチである、
請求項７の膝関節動作支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、人の脚の膝関節の動作を支援する膝関節動作支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人の脚の動きを助ける装置として、歩行補助装置が普及されつつある。歩行補助装置は、例えば、腰に装着する腰部フレームに対して大腿部に装着する大腿部フレームを揺動させる左右２つの股関節アクチュエータ、および下腿部に装着する下腿部フレームを大腿部フレームに対して揺動させる左右２つの膝関節アクチュエータを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０７１７５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述した４つのアクチュエータは、それぞれ、モータの他に減速器などを有するため、比較的重い。このため、特に、膝関節アクチュエータの重量が歩行動作の際に重荷となり、脚の機敏な動きを妨げる原因になる。
【０００５】
よって、動作を軽くできる膝関節動作支援装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る膝関節動作支援装置は、腰に装着する上部分と、下腿部に装着する下部分と、大腿部の外側に配置された保持フレームと、を有する。保持フレームは、連結機構を介して上部分に連結される。連結機構は、保持フレームと上部分との間の距離を伸縮可能、且つ保持フレームの上部分に対する捩れを許容するように、保持フレームを上部分に連結する。保持フレームには、回動支持機構、駆動機構、および動力伝達機構が設けられている。回動支持機構は、膝関節の動きに合わせて下部分を保持フレームに対して回動可能に支持する。動力伝達機構は、駆動機構からの動力を回動支持機構に伝える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る膝関節動作支援装置の正面図である。
【図２】図２は、図１の膝関節動作支援装置の側面図である。
【図３】図３は、図１の膝関節動作支援装置のしゃがんだ状態の側面図である。
【図４】図４は、図１の膝関節動作支援装置の動作を制御する制御系のブロック図である。
【図５】図５は、図１の膝関節動作支援装置の変形例を示す正面図である。
【図６】図６は、図５の膝関節動作支援装置の側面図である。
【図７】図７は、図５の膝関節動作支援装置のしゃがんだ状態の側面図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る膝関節動作支援装置の正面図である。
【図９】図９は、図８の膝関節動作支援装置の側面図である。
【図１０】図１０は、図８の膝関節動作支援装置の変形例を示す正面図である。
【図１１】図１１は、図１０の膝関節動作支援装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。  
図１は、第１の実施形態に係る膝関節動作支援装置１００（以下、単に、装置１００と称する）の正面図であり、図２は、この装置１００を左横から見た側面図であり、図３は、この装置１００を装着した人がしゃがんだ状態で該装置１００を左横から見た側面図である。ここでは、この装置１００を装着した人が図１のように立った状態を基準にして、上下、左右、前後方向を説明する。
【０００９】
装置１００は、人の腰に装着する腰部装具１０（上部分）、下腿部に装着する下腿部装具２０（下部分）、および大腿部の外側に配置する保持フレーム１を有する。また、装置１００は、保持フレーム１を腰部装具１０に連結する連結機構４０、下腿部装具２０を保持フレーム１に対して回動可能に支持する回動支持機構３０、駆動力を発生する駆動機構５０、および駆動機構５０からの動力を回動支持機構３０に伝える動力伝達機構６０を有する。保持フレーム１は、回動支持機構３０、駆動機構５０、および動力伝達機構６０を保持する。さらに、装置１００は、装置１００の動作を制御する制御部８０（図４）を有する。
【００１０】
腰部装具１０は、腰部に巻き付ける腰部ベルト１１、腰部ベルト１１を腰に留めるバックル１１ａ、脚の付け根に装着する２本の大腿部ベルト１４、１４、および腰部ベルト１１に固設された左右２つの腰部フレーム１２、１２を有する。本実施形態の装置１００は、この腰部装具１０の腰部ベルト１１以外、左右一対の同じ構造を有するため、以下の説明では左側の構成のみ代表して説明し、右側の構成についての説明および図示を省略する。
【００１１】
大腿部ベルト１４は、１本の帯状のベルトであり、大腿部の前側から内股を通して大腿部の後側へ巻き回され、両端を腰部ベルト１１の左横に固定している。腰部フレーム１２は、大腿部ベルト１４の両端を固定した位置より背中側で腰部ベルト１１に固設されている。腰部フレーム１２は、連結機構４０の後述する着脱プレート４８の係合爪を回動可能且つ脱着可能に受け入れる係合孔１２ａを有する。
【００１２】
下腿部装具２０は、膝の下方で下腿部に巻き付けてマジックテープ（登録商標）などで留める下腿部上ベルト２１、および足首の上方で下腿部に巻き付けてマジックテープなどで留める下腿部下ベルト２２を有する。また、下腿部装具２０は、下腿部の外側に配置した細長い板状の下腿部フレーム２３を有する。さらに、下腿部装具２０は、足乗せプレート２７を有する。
【００１３】
下腿部フレーム２３は、複数枚の帯状の板金を下腿部に沿ってつなげた構造を有する。下腿部上ベルト２１および下腿部下ベルト２２は、それぞれ、下腿部フレーム２３を挿通するためのスリーブを有し、下腿部フレーム２３は、下腿部上ベルト２１および下腿部下ベルト２２にリベット２１ａ、２２ａで固定されている。
【００１４】
下腿部フレーム２３の下端には、ヒンジ２５を介して足乗せプレート２７が連結されている。ヒンジ２５の回動軸２５ａは、前後方向に延びており、足乗せプレート２７は、この回動軸２５ａを中心に外側に回動可能となっている。ヒンジ２５の回動軸２５ａは足首の少し上に配置されている。
【００１５】
また、足乗せプレート２７は、ヒンジ２５に対して、横方向に延設された回動軸２９を中心に回動可能に連結されている。この回動軸２９は、くるぶし近くに配置されている。このため、足乗せプレート２７は、足首の動きに合わせて回動可能となっている。
【００１６】
足乗せプレート２７は、細長い金属板を複数回折り曲げた形状を有する。足乗せプレート２７は、回動軸２９から前方に向けて下方に傾斜して延び、足の裏の土踏まず辺りを通って足の内側に向けて延び、足の内側で僅かに上方に折り曲げられている。このため、足乗せプレート２７に足を載せると、足の裏が保持されてズレ難い。
【００１７】
保持フレーム１は、大腿部の外側に配置されたメインフレーム１ａとサブフレーム１ｂを有する。サブフレーム１ｂは、メインフレーム１ａの外側に図示しないネジ等により固設されており、メインフレーム１ａから離れるように外方へ折り曲げられている。メインフレーム１ａの下端側も人体に近づく方向に僅かに折り曲げられている。上述したように、保持フレーム１には、回動支持機構３０、駆動機構５０、および動力伝達機構６０が取り付けられている。このため、駆動機構５０の駆動力を回動支持機構３０へ確実に伝達できる。
【００１８】
回動支持機構３０は、駆動プーリ３２を有する。駆動プーリ３２は、メインフレーム１ａの下端近くで、サブフレーム１ｂとの間に設けられている。駆動プーリ３２の回動軸３４の一端は、ベアリングホルダ３６を介して、メインフレーム１ａの外側に回動可能に取り付けられている。また、駆動プーリ３２の回動軸３４の他端は、サブフレーム１ｂを貫通して回動可能に支持されている。つまり、駆動プーリ３２の回動軸３４は、横方向に延びている。
【００１９】
駆動プーリ３２には、下腿部装具２０の下腿部フレーム２３の上端が固定されている。下腿部フレーム２３の上端は、外側に僅かに折り曲げられている。そして、この折り曲げ部分が駆動プーリ３２の内側に図示しないネジ等により固定されている。このため、駆動プーリ３２を回動させると、保持フレーム１に対して下腿部フレーム２３が揺動される。つまり、駆動プーリ３２、回動軸３４、およびベアリングホルダ３６が、回動支持機構３０として機能する。
【００２０】
駆動機構５０は、支持プレート５２を介して、保持フレーム１の上端近くの外側に取り付けられている。支持プレート５２は、保持フレーム１から外方へ延びて水平面に沿って配置されている。駆動機構５０は、サーボモータ５１（駆動源）、およびハーモニックドライブ（登録商標）などの減速機５３を同軸に有する。また、サーボモータ５１には、エンコーダ５４が取り付けられている。減速機５３は、サーボモータ５１の回転軸（図示せず）に取り付けられている。サーボモータ５１の回転軸は、上下方向に延設されている。このため、駆動機構５０を縦方向に配置でき、省スペース化を図ることができる。
【００２１】
動力伝達機構６０は、駆動機構５０の減速機５３の出力軸に同軸に取り付けられた電磁クラッチ６３を有する。電磁クラッチ６３の出力軸には平歯車６４が設けられている。一方、保持フレーム１の外側で駆動機構５０の前方に隣接した位置には、板金をＬ字状に折り曲げた支持プレート６１が固設されている。支持プレート６１は、保持フレーム１に対してネジ留め固定され、保持フレーム１から外方へ延びて水平面に沿って配置されている。この支持プレート６１には、上述した平歯車６４に歯合した平歯車６５ａとかさ歯車６５ｂを同軸に備えたギア回転体６６が自由に回転可能に取り付けられている。
【００２２】
また、保持フレーム１の略中央には、別のギア回転体６８が設けられている。このギア回転体６８は、メインフレーム１ａの外面側に片持ち梁状態で固設された回転軸６８ａに対して自由に回転可能に取り付けられている。ギア回転体６８は、上述したギア回転体６６のかさ歯車６５ｂと歯合するかさ歯車６７ａ、および上述した回動支持機構３０の駆動プーリ３２に対向したプーリ６７ｂを同軸に有する。このプーリ６７ｂと回動支持機構３０の駆動プーリ３２には無端状のタイミングベルト６９が掛け回されている。
【００２３】
しかして、駆動機構５０のサーボモータ５１が回転すると、減速機５３、電磁クラッチ６３、平歯車６４、平歯車６５ａ、かさ歯車６５ｂ、かさ歯車６７ａ、プーリ６７ｂ、およびタイミングベルト６９を介して、回動支持機構３０の駆動プーリ３２に動力が伝達され、下腿部フレーム２３が保持プレート１に対して揺動される。上述したように、駆動機構５０、動力伝達機構６０、および回動支持機構３０が同じ保持フレーム１に取り付けられているため、駆動力を確実に伝達でき、安定した動作支援が可能となる。
【００２４】
連結機構４０は、連結ベース４１を有する。連結ベース４１の上端には、ヒンジ４２を取り付けるための段部４１ａが設けられている。腰部装具１０の腰部フレーム１２の係合孔１２ａに脱着可能に係合する上述した脱着プレート４８は、このヒンジ４２を介して連結ベース４１の上端に取り付けられている。ヒンジ４２の回動軸４２ａが前後方向に延びているため、連結ベース４１は、人体から離れる横方向に回動可能となっている。
【００２５】
連結ベース４１の下端には、保持スリーブ４４のフランジ部４４ａが一体に固設されている。保持スリーブ４４は、内部にスライドロッド４６を挿通可能な細長い孔４４ｂを有する略円筒形の外形を有する。保持スリーブ４４は、その長手軸が上下方向に沿う姿勢で連結ベース４１に固設されている。
【００２６】
また、連結機構４０は、保持スリーブ４４の孔４４ｂに挿通されるスライドロッド４６を有する。スライドロッド４６は、大腿部の外側に沿って上下方向に延設されている。スライドロッド４６の上端には、保持スリーブ４４のフランジ部４４ａの上端面に係合するフランジ部４６ａが設けられている。
【００２７】
スライドロッド４６の基端部は、支持プレート４７を介して、保持フレーム１に固定される。支持プレート４７は、板金をＬ字状に折り曲げたものであり、保持フレーム１の外面側にネジ等を用いて固設される。支持プレート４７は、水平面に沿って保持フレーム１から外方へ延設されている。スライドロッド４６は、保持スリーブ４４の上方から細長い孔４４ｂに挿通されて、下端を図示しないネジを介して支持プレート４７に締結固定される。
【００２８】
そして、この連結機構４０は、スライドロッド４６に対する保持スリーブ４４の上下方向への移動（図１に矢印で示す）を許容することで、腰部装具１０と保持フレーム１との間の距離を伸縮可能に接続する。また、この連結機構４０は、スライドロッド４６の保持スリーブ４４に対する回動（図１に矢印で示す）を許容することで、腰部装具１０に対する保持フレーム１の捻じれを許容する。なお、ここで言う捻じれとは、スライドロッド４６の軸を中心とした保持フレーム１の回動動作を指す。
【００２９】
つまり、連結機構４０は、以下のように機能する。  
装置１００を装着した人が、図１及び図２に示す立位状態から図３に示す状態までしゃがむと、腰部装具１０と下腿部装具２０との間の距離が縮まり、連結機構４０の保持スリーブ４４に対してスライドロッド４６がスライドする。このとき、膝関節の複雑な動きに応じて、下腿部装具２０が腰部装具１０に対して僅かに捩れるが、この捩れは、保持スリーブ４４に対するスライドロッド４６の回動により吸収される。
【００３０】
図４は、装置１００の動作を制御する制御系のブロック図である。  
制御部８０には、６つの加速度センサ８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃが接続されている。各センサの取付位置も左右対称であるため、ここでも、右側の加速度センサ８２ａ、８２ｂ、８２ｃについての詳細な説明は省略する。
【００３１】
最も下方の加速度センサ８１ａは、下腿部フレーム２３の下端の外面側に取り付けられている。また、その上の加速度センサ８１ｂは、保持フレーム１のサブフレーム１ｂの外面側に取り付けられている。さらに、最も上方の加速度センサ８１ｃは、腰部フレーム１２の外面側に取り付けられている。
【００３２】
また、制御部８０には、サーボモータ５１のエンコーダ５４の他に、ロータリーエンコーダ８４が接続されている。ロータリーエンコーダ８４は、回動支持機構３０の駆動プーリ３２の外側でサブフレーム１ｂの外面側に固設されており、駆動プーリ３２の回動位置、すなわち下腿部フレーム２３の保持フレーム１に対する回動位置を検出する。
【００３３】
さらに、制御部８０には、サーボモータ５１および電磁クラッチ６３が接続されている。図示を省略してあるが、制御部８０は、腰部装具１０の腰部ベルト１１の背中側に取り付けられている。
【００３４】
ここで、制御部８０による動作を説明する。  
制御部８０は、左右６つの加速度センサ８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃを介して装置１００の動作状態を監視する。また、制御部８０は、ロータリーエンコーダ８４を介して回動支持機構３０の回動位置を監視する。つまり、制御部８０は、これらセンサ類を介してこの装置１００を装着した人の動きを監視する。
【００３５】
そして、制御部８０は、この装置１００を装着した人が通常の歩行動作をしようとしていることを判断した場合、或いはこの人が動作していないことを判断した場合、電磁クラッチ６３を切って、動力伝達機構６０による動力の伝達を遮断する。これにより、歩行時に不所望な負荷が回動支持機構３０に与えられる不具合を防止でき、歩行動作を楽にできる。
【００３６】
或いは、制御部８０は、この装置１００を装着した人が図３のしゃがんだ状態から図１、２の立位状態に向けて動こうとしていることを判断した場合、電磁クラッチ６３を繋げてサーボモータ５１を付勢する。これにより、装置１００が膝関節の動きをサポートし、例えば、重い荷物を容易に持ち上げる動作が可能となる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の膝関節動作支援装置１００によると、比較的重量のある駆動機構５０を保持プレート１の上端近くに取り付けたため、膝関節より上方の腰に近い位置に装置１００の重心をシフトすることができる。これにより、電磁クラッチ６３を切った状態で、膝を振り上げる動作などを軽くすることができ、膝の動きをよりスムーズにできる。また、このように、膝関節の外側に駆動源を設けないことで、膝関節の外側に突出する構成を小さくでき、歩行時などに手が当たる不具合を防止できる。
【００３８】
また、本実施形態によると、駆動機構５０、回動支持機構３０、および動力伝達機構６０を１つの保持フレーム１に取り付けたため、駆動プーリ３２に駆動力を確実に伝えることができ、動作を安定させることができる。また、これにより、装置構成をコンパクトにでき、動作時に装置１００が周辺の物にぶつかるような不具合を抑制できる。
【００３９】
さらに、本実施形態によると、動力伝達機構６０の途中に電磁クラッチ６３を設けたため、膝関節の動作をサポートしない歩行時などにおいて、人の自然な動きを妨げるような不所望な負荷を与えることがなく、動作をスムーズにできる。
【００４０】
図５乃至図７は、上述した第１の実施形態の変形例を示す。  
この変形例の膝関節動作支援装置２００（以下、単に、装置２００と称する）は、上述した第１の実施形態の装置１００の回動支持機構３０および動力伝達機構６０の構造を変更したものである。これ以外の構造は、上述した第１の実施形態と基本的に同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、図５乃至図７は図１乃至図３に対応するものであり、ここでも、左側の構造について代表して説明し、右側の構造についての説明および図示を省略する。
【００４１】
図５乃至図７に示すように、装置２００の回動支持機構３０’は、下腿部フレーム２３の上端に固設したかさ歯車２０２を有する。かさ歯車２０２の回動軸２０２ａの一端は、ベアリングホルダ３６を介してメインフレーム１ａに対して回動可能に取り付けられている。回動軸２０２ａの他端は、サブフレーム１ｂを貫通して延び、ロータリーエンコーダ８４が取り付けられている。回動軸２０２ａは、横方向に延設されている。
【００４２】
動力伝達機構６０’は、電磁クラッチ６３の出力側に同軸に設けた平歯車６４と歯合する平歯車６５ａを有する。平歯車６５ａは、上下方向に延設された比較的長い回動軸２０４の基端部に同軸に固設されている。回動軸２０４の先端には、回動支持機構３０’のかさ歯車２０２と歯合するかさ歯車２０６が同軸に固設されている。回動軸２０４は、平歯車２０６の近くで、保持フレーム１に固設されたベアリングホルダ２０８によって、その回転位置を拘束されている。
【００４３】
以上のように変形例に係る装置２００によると、上述した第１の実施形態の装置１００と同様の効果を奏することができることに加え、装置構成をより簡略化することができ、装置２００の重量を軽くでき、利用者の負担を軽減できる。また、装置構成を簡略化することで、装置の製造コストを低減できる。
【００４４】
また、本変形例によると、タイミングベルト６９が不要になるため、タイミングベルトの経時的な劣化による交換作業が不要となり、装置２００のメンテナンスにかかる作業負担および費用を低減できる。
【００４５】
以上述べた第１の実施形態（または変形例）の膝関節動作支援装置によれば、回動支持機構３０（３０’）、駆動機構５０、および動力伝達機構６０（６０’）を同じ保持フレーム１に取り付けたため、駆動プーリ３２に駆動力を効率良く伝達でき、屈伸動作時を支援する十分なアシスト力を発生させることができる。
【００４６】
図８は、第２の実施形態に係る膝関節動作支援装置３００（以下、単に、装置３００と称する）の正面図であり、図９は、この装置３００を左横から見た側面図である。  
装置３００は、動力伝達機構６０に電磁クラッチ６３を設ける代わりに回動支持機構３０に電磁クラッチ３０２を設け、動力伝達機構６０のタイミングベルト６９の代わりにチェーン３０４を設けた以外、上述した第１の実施形態の装置１００と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４７】
また、この装置３００の動作を制御する制御系についても、図４を用いて説明したものと同じであるため、ここではその詳細な説明を省略する。さらに、本実施形態の装置３００も、腰部ベルト１１以外、左右一対の同じ構造を有するため、以下の説明では左側の構成のみ代表して説明し、右側の構成についての説明および図示を省略する。
【００４８】
装置３００の回動支持機構３０は、電磁クラッチ３０２を有する。電磁クラッチ３０２は、メインフレーム１ａの下端近くで、サブフレーム１ｂとの間に設けられている。電磁クラッチ３０２のロータ側の回動軸は、ベアリングホルダ３６を介して、メインフレーム１ａに回動可能に取り付けられている。また、このロータ側の回動軸には、キー３０６を介して下腿部フレーム２３の上端が固定されている。
【００４９】
一方、電磁クラッチ３０２のアーマチュア側の回動軸は、サブフレーム１ｂを貫通してスライド可能且つ回動可能に支持されている。そして、このサブフレーム１ｂを貫通した回動軸の端部にロータリーエンコーダ８４が取り付けられている。ロータリーエンコーダ８４は、下腿部フレーム２３の保持フレーム１に対する回動位置を検出する。
【００５０】
また、電磁クラッチ３０２のアーマチュア側には、平歯車３０８が図示しないネジ等により取り付けられている。つまり、電磁クラッチ３０２をつないで平歯車３０８を介して駆動力を伝達すると、保持フレーム１に対して下腿部フレーム２３が揺動されるようになっている。
【００５１】
動力伝達機構６０は、駆動機構５０の減速機５３の出力軸５３ａに取り付けた平歯車６４を有する。また、保持フレーム１の外側に固設した支持プレート６１には、平歯車６４に歯合する平歯車６５ａとかさ歯車６５ｂを同軸に備えたギア回転体６６が片持ち梁状態で回転可能に取り付けられている。
【００５２】
また、保持フレーム１の略中央には、別の回転体６８が設けられている。この回転体６８は、上述したギア回転体６６のかさ歯車６５ｂと歯合するかさ歯車６７ａ、およびスプロケット３１０を同軸に有する。スプロケット３１０は、かさ歯車６７ａより保持フレーム１に近い位置に取り付けられている。
【００５３】
また、この回転体６８の下方に離間してメインフレーム１ａの外側には、さらに別のギア回転体３１２が片持ち梁状態で回転可能に取り付けられている。このギア回転体３１２は、上述した回動支持機構３０の平歯車３０８に歯合する平歯車３１４、および上述した回転体６８のスプロケット３１０に対向するスプロケット３１６を同軸に有する。そして、回転体６８のスプロケットとギア回転体３１２のスプロケットに無端状のチェーン３０４が掛け回されている。
【００５４】
さらに、回転体６８とギア回転体３１２の間の保持フレーム１の外側には、アイドラースプロケット３１８が片持ち梁状態で回転可能に取り付けられている。このアイドラースプロケット３１８は、チェーン３０４を外側から押圧する方向に移動可能であり、チェーン３０４の緩みを無くす位置に配置されて、ネジ等によりその回動軸が保持フレーム１に固定される。
【００５５】
しかして、駆動機構５０のサーボモータ５１を回転させると、減速機５３、平歯車６４、平歯車６５ａ、かさ歯車６５ｂ、かさ歯車６７ａ、スプロケット３１０、チェーン３０４、スプロケット３１６、および平歯車３１４を介して、回動支持機構３０の平歯車３０８に動力が伝達される。このとき、電磁クラッチ３０２をつないだ状態にすると、この伝達された動力により、下腿部フレーム２３が保持プレート１に対して揺動される。
【００５６】
以上のように、本実施形態によると、回動支持機構３０の平歯車３０８と下腿部フレーム２３との間に電磁クラッチ３０２を設けたため、電磁クラッチ３０２を切った状態での膝の曲げ伸ばし動作を、第１の実施形態より軽くすることができる。特に、装置３００を利用者に装着したり取り外したりするときに、利用者が椅子に座る動作を容易にでき、利便性を向上させることができる。
【００５７】
例えば、第１の実施形態の装置１００で、電磁クラッチ６３を切った状態で、下腿部フレーム２３を保持フレーム１に対して揺動させると、回動支持機構３０のプーリ３２、タイミングベルト６９、プーリ６７ｂ、かさ歯車６７ａ、かさ歯車６５ｂ、平歯車６５ａ、および平歯車６４が空回りする。このため、第１の実施形態では、電磁クラッチ６３を切っても、これら駆動伝達部品の動作に伴う負荷が発生する。
【００５８】
これに対し、第２の実施形態の装置３００では、電磁クラッチ３０２を切った状態で、膝を曲げ伸ばしして、下腿部フレーム２３を保持フレーム１に対して揺動させた場合、空回りする部材が無いので、動作負荷が殆ど無い。よって、第２の実施形態の方が第１の実施形態より膝の曲げ伸ばし動作を軽くできる。
【００５９】
図１０は、上述した第２の実施形態の変形例である膝関節動作支援装置４００（以下、単に、装置４００と称する）を示す正面図であり、図１１は、この装置４００を左横から見た側面図である。  
この装置４００は、上述した第２の実施形態の装置３００の動力伝達機構６０の構造を変更したものである。これ以外の構造は、上述した第２の実施形態と略同じであるため、同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、図１０、図１１は、図８、図９にそれぞれ対応するものであり、ここでも、左側の構造について代表して説明し、右側の構造についての説明および図示を省略する。
【００６０】
装置４００の動力伝達機構４１０は、減速機５３の出力軸に取り付けた平歯車６４と歯合する平歯車６５ａを有する。平歯車６５ａは、上下方向に延設された比較的長い回動軸４０２に同軸に固設されている。回動軸４０２の先端には、かさ歯車４０４が同軸に固設されている。回動軸４０２は、２つのベアリングホルダ４０６、４０８を介して、保持フレーム１に取り付けられている。
【００６１】
かさ歯車４０４の下方には、このかさ歯車４０４と歯合するかさ歯車４１２、および回動支持機構３０の平歯車３０８と歯合する平歯車４１４を同軸に回動軸４１６に固定したギア回転体４１８が設けられている。ギア回転体４１８は、保持フレーム１の外側に取り付けられている。回動軸４１６の先端は、サブフレーム１ｂによって回動可能に支持されている。
【００６２】
以上のように、本変形例に係る装置４００によると、上述した第２の実施形態の装置３００と同様の効果を奏することができることに加え、装置構成をより簡略化することができ、装置４００の重量を軽くでき、利用者の負担を軽減できる。また、装置構成を簡略化することで、装置の製造コストを低減できる。
【００６３】
特に、本変形例によると、チェーン３０４が不要になるため、チェーン３０４に油を点したり、経時的な劣化により交換したりするメンテナンス作業が不要となり、タイミングベルトの経時的な劣化による交換作業が不要となり、装置４００のメンテナンスにかかる作業負担および費用を低減できる。
【００６４】
上述した実施形態や変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００６５】
例えば、上述した実施形態や変形例では、電磁クラッチ６３を用いた場合について説明したが、これに限らず、図示しない機械式クラッチを用いても良い。この場合、電磁クラッチ６３を用いた場合と比較して、装置の重量を軽量化でき、図示しないバッテリーの使用持続時間も長くできる。
【００６６】
また、上述した実施形態では、両脚の膝関節の動作を支援する装置１００、２００について説明したが、装置１００、２００の構成は、少なくとも左右一方があれば良く、必ずしも両側に設ける必要はない。
【符号の説明】
【００６７】
１…保持フレーム、１ａ…メインフレーム、１ｂ…サブフレーム、１０…腰部装具、１１…腰部ベルト、１２…腰部フレーム、２０…下腿部装具、２１…下腿部上ベルト、２２…下腿部下ベルト、２３…下腿部フレーム、２７…足乗せプレート、３０、３０’…回動支持機構、３２…駆動プーリ、４０…連結機構、４１…連結ベース、４４…保持スリーブ、４６…スライドロッド、５０…駆動機構、５１…サーボモータ、５３…減速機、５４…エンコーダ、６０、６０’…動力伝達機構、６３、３０２…電磁クラッチ、６９…タイミングベルト、８０…制御部、８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ…加速度センサ、８４…ロータリーエンコーダ、１００、２００、３００、４００…膝関節動作支援装置。
【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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