(57)【要約】【課題】直立歩行時に自動的に張力伝達紐の張力を解除して自然歩行を可能にし、歩行から再び前屈作業を開始すると腰部への補助モーメントを発生させる腰部負担軽減具を提供する。【解決手段】腰部負担軽減具（１０）が、腰当て部（１２ｂ）と張力伝達紐（１８、２０）との連結装着機構（２２）として、一端を腰当て部（１２ｂ）に回転可能に軸着し、他端部を張力伝達紐（１８、２０）に連結した左右一対の揺動アーム（２２ａ、２２ｂ）と、揺動アーム（２２ａ、２２ｂ）の他端側と腰当て部（１２ｂ）とを連結したばね（２２ｅ、２２ｆ）と、回転アーム（２２ａ、２２ｂ）に付設されたストッパー部（２２ｃ、２２ｄ）とを備える。【選択図】図１
2015163180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
背当てフレーム（甲羅）の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記一端部を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、各揺動アームの対向接近側に付設され左右両足を左右に開脚して体幹を前屈の際に、各揺動アームの相対逆方向を先端部を当接して対峙阻止し、体幹を直立状態にしての歩行は、前記対峙阻止状態を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とする突起状のストッパー部とを備えてなる腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。
【請求項２】
背当てフレーム（甲羅）の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、前記腰当て部の左右に対照的に設けられ各一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記回転軸芯を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、前記両揺動アームの対向接近側に円弧部を位置しその円周面が当接の際両円心間を結ぶ直線と前記両揺動アームの回転軸の軸芯間を結ぶ直線とは同一長さにし且つ平行関係にした一対の円弧状又は円形状のストッパー部とを備え、前記一対の円弧状のストッパー部は、両揺動アームの相対的逆方向回転で外周面を当接して両揺動アームの相対的逆方向回転を対峙阻止し、両揺動アームの相対的同一方向回転で前記対峙阻止状態を解除する腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体幹前屈時は腰の負担を２０〜３０％程度軽減する基本機能を有し且つ装着したまま自然歩行可能な腰部負担軽減具に関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢社会では介護が大きな問題となっており、老人介護施設等では腰痛問題のため、離職率の高いことが知られている。そこでリフトやスライドボ−ド等の福祉機器も利用されているものの、それらだけで腰痛問題の解決に十分でないことは、腰痛が依然として医療・福祉現場の問題となっていることからも明らかである。看護・介護者の殆どは腰痛対策としてバックベルトを利用しているが、腰痛を訴える人の割合は依然として高い水準にある。腰への負担の大きい作業は医療福祉現場に限らず、工業、農業、水産業、流通等のあらゆる業種にも存在する。単純な作業はロボットに代替可能でも、通常仕事には複数の動作が含まれるため、簡単には機械化できない作業は極めて多い。介護のように複雑な動作が可能なロボットは、現在のロボット技術を持ってしても極めて難しく、それらの作業が可能なロボットは、たとえできたとしても高価・複雑となり、医療・福祉現場における複雑な作業は、しばらくは人手に頼らざるを得ないもの思われる。
【０００３】
このように腰への負担の大きい作業は非常に多く、腰部負担軽減具に関するアイデアは多く提案されている。しかしながら実際に広く使われているのは、腰に巻きつける前記バックベルトしかない。しかも、その腰部負担軽減効果についての科学的根拠は殆どない。
【０００４】
近年、体幹前屈時の腰の負担を簡単に軽減する発明として、本発明者等が開発した特許文献１から特許文献４に紹介の発明がある。これ等の発明の骨子は、背中に装着した背当てフレ−ムと、背当てフレ−ムの腰当て部の左右と両下肢とをゴムベルト等の弾性体で連結装着した腰部負担軽減具であり、体幹の前屈とともに弾性体に変位を与え、その弾性力を利用して腰への補助モ−メントを得ることである。これにより前屈時に腰に作用するモ−メントが２０〜３０％軽減される。
【０００５】
しかしながらそれを実用化するには、装具を着用したままでは歩き難いためこの問題を解決する必要があった。つまり、前記弾性体は、左右一対を備え各弾性体の一端を下肢に固定すると、歩行の際にも弾性体が伸ばされるために歩き難くなる欠点がある。
【０００６】
そのため従来の腰部負担軽減具は、歩き易くするために弾性体の長さを予め「遊び」としてある程度長くしておく必要がある。一方、その「遊び」の大きい程、体幹前屈時の弾性体の変位は小さくなるため腰部負担軽減効果は減少する。即ち、「遊び」の大きさと腰部負担軽減効果とはトレ−ドオフの関係があり、両者を両立させることはこれまで提案された腰部負担軽減具には不可能であった。そのことが簡易的な腰部負担軽減具の実用化を妨げる最も大きな原因である。そこでロボット技術を利用して「遊び」の大きさを制御しようとすると、機構が複雑・高価となり、実用化からは遠ざかることになる。
【０００７】
この為、これまでに前記弾性体の張力をバックルでON/OFFする方法、歩行では振出し側の足につけたゴム張力が引張り側、立脚側の下肢のゴム張力は弛緩側になること利用し、両下肢に取り付けた張力伝達用の紐やベルトを連結して歩行に伴いスライドさせる方法などを提案し、歩き易い腰部負担軽減具の開発を目指してきた。しかしながら何れの方法にも長所短所があり、十分満足できるものには至らなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第4447330号公報
【特許文献２】特許第5061401号公報
【特許文献３】特開2013-022708号公報
【特許文献４】特開2013-252221号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、簡単な原理により上記の不具合の全てを払拭して、腰部負担軽減効果と歩き易さを両立させることに成功した世界初の技術である。
即ち、本発明は前屈作業時の腰の負担を、張力伝達紐に介設した弾性体の復元力により20〜30％軽減して腰痛を防止する基本機能を備えると共に、直立状態での歩行時は、張力伝達紐の弾性体の張力を自動的に解除して自然歩行を可能にし、自然歩行を一旦やめて両足を左右に開脚して或いは両足を前後に開脚して、再び前屈作業を開始すると腰部への補助モーメントを自動的に発生させる機能を備えた腰部負担軽減具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前記課題を満足するものであり、その特徴とする技術構成は次の(1)、(2)の通りである。
(1)、背当てフレーム（甲羅）の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記一端部を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、各揺動アームの対向接近側に付設され左右両足を左右に開脚して体幹を前屈の際に、各揺動アームの相対逆方向の先端部を当接して対峙阻止し、体幹を直立状態にしての歩行は、前記対峙阻止状態を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とする突起状のストッパー部とを備えてなる腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。
【００１１】
(2)、背当てフレーム（甲羅）の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、前記腰当て部の左右に対照的に設けられ各一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記回転軸芯を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、前記両揺動アームの対向接近側に円弧形成されその円周面が当接の際両円心間を結ぶ直線と前記両揺動アームの回転軸の軸芯間を結ぶ直線とは同一長さにし且つ平行関係にした一対の円弧状の又は円形状のストッパー部とを備え、前記一対の円弧状の又は円形状のストッパー部は、両揺動アームの相対的逆方向回転で外周面を当接して両揺動アームの相対的逆方向回転を対峙阻止し、両揺動アームの相対的同一方向回転で前記対峙阻止状態を解除する腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。
【発明の効果】
【００１２】
次に本発明の腰部負担軽減具の作用効果を詳述する。
＜突起状のストッパー部の場合＞
腰部負担軽減具を使用者の体幹に装着する前は、張力伝達紐の弾性体の張力が０の状態である。この腰部負担軽減具を直立状態の体幹に装着する。体幹への装着は、背当てフレームの上部左右の肩掛けを当該両肩に掛け、ウエスト部のベルトをウエストに巻き、弾性体を介設した一対の張力伝達紐を取り付け、張力伝達紐を軽く引っ張り直線状にして張力伝達紐に連結した下肢装着具を両下肢に装着する。
【００１３】
その状態から左右の両下肢を左右に開脚して体幹を前屈すると左右の揺動アームは互いに逆回転し、突起状のストッパー部が対峙衝突して揺動アームの下降回転を阻止するため、張力伝達紐の弾性体が伸長することで発生する張力による補助モーメントで腰の負担を軽減する。
【００１４】
この前屈状態から直立状態に戻すと、揺動アームは再び元の状態になる。これから自然歩行に入ると例えば左足から前に出すと左ばねと左張力伝達紐が伸びて左揺動アームが左回転する。これと併行して右側の揺動アームは右張力伝達紐が緩み右ばねの復元力で引き上げられて左回転する。
【００１５】
このため左右の突起状のストッパー部は前記対峙衝突の状態が解除された状態で当該アームと共に左回転する。この状態から次に右足を前に出すと右ばねと右張力伝達紐が伸びて右側の揺動アームが右回転する。これと併行して左揺動アームは左張力伝達紐が緩み左ばねの復元力で引き上げられて右回転する。左右の突起状のストッパー部は対峙衝突状態が解除された状態で当該アームと共に右回転する。これにより腰部への補助モーメントの自動発生及びその自動解除による自然歩行が可能になる。
【００１６】
＜円弧状又は円形状のストッパー部の場合＞
腰部負担軽減具を前例の突起状のストッパー部の場合と同様の状態に使用者の体幹に装着する。
この装着後、左右の両下肢を左右に開脚して体幹を前屈すると左右の揺動アームが面対象的に互いに逆回転し回転直後に両円弧状ストッパー部又は円形状ストッパー部の円周面の最接近点は当接し所謂対峙衝突して両揺動アームの下降回転を阻止するためそれ以降は両張力伝達紐の両弾性体が伸長することで発生する張力による補助モーメントで腰の負担を軽減する。
【００１７】
また左右の両下肢を前後に開脚しての前屈の際は、この前後開脚の程度により、左右の揺動アームは傾斜した状態であっても、体幹の前屈に伴い、両円弧状ストッパー部又は円形状ストッパー部がその円周面の最接近点を当接し所謂対峙衝突して両揺動アームの下降回転を阻止するため、それ以降は両張力伝達紐の両弾性体が伸長することで、左右の下肢ベルトの張力バランスが釣り合う角度まで揺動アームは自然に回転しながら発生する張力による補助モーメントで腰の負担を軽減する。
【００１８】
この前屈状態から直立状態に戻すと、揺動アームは再び元の前屈前の状態になる。この状態から歩行のために右下肢から歩行を開始すると、または左下肢から歩行を開始すると、或いは左右下肢から同時に歩行を開始すると、前記両円弧状ストッパー部又は円形状のストッパー部の各円周面の最接近点の対峙衝突の状態が解除されて自然歩行が自由に可能になるのである。
【００１９】
即ち、両円弧状ストッパー部又は円形状のストッパー部は、当該揺動アームによる回転が相対的に逆回転関係に無い場合は円周面の当接の有無にかかわらず、前記対峙衝突の状態が解除され、逆回転関係にある場合にのみ円周面が当接の際、前記対峙衝突の状態が維持されるのである。
【００２０】
なお、ストッパー部を円形状のストッパー部にする場合は、円形状のストッパー部を例えば円周面部が回転するカムフォロアー等の回転体にすることにより、外周面同士が当接した状態での歩行時は、円周面部同士が相対的に逆回転するため揺動アームのより円滑な回転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好ましい実施形態による腰部負担軽減具を示し（ａ）は平面に静置した状態の全体説明図であり、（ｂ）は縦に下げた状態の全体説明図であり、（ｃ）は直立した体幹に装着し体幹を前屈する直前の全体説明図である。但し体幹は省略してある。
【図２】図１の（ｃ）の状態から自然歩行時の説明図であり（ａ）は左足残しの右足歩進時の腰部負担軽減具の状態を示す説明図であり、（ｂ）は右足残しの左足歩進時の腰部負担軽減具の状態を示す説明図である。
【図３】本発明の腰部負担軽減具の実装モデルであり図１の（ａ）の状態を装着者の背面から見た図である。
【図４】図３に示す本発明の腰部負担軽減具の実装モデルを図１の（ｃ）と同じ状態にして直立状態の体幹に装着した状態を装着者の背面から見た図である。
【図５】図４の状態から右足からの歩進した際の状態を示す説明図であり図２の（ａ）と同じ状態になっている状態を装着者の背面から見た図である。
【図６】図１の（ｃ）の自然立位に腰部負担軽減具を装着した状態を示す説明図である。
【図７】本発明の腰部負担軽減具の実装モデルであり図６の拡大図である。
【図８】図６に示す本発明の腰部負担軽減具の実装モデルで左足を歩進した状態を示す説明図であり装着者の背面から見た図である。
【図９】図８の状態の拡大図である。
【図１０】連結装着機構の作用を説明するための概略図である。
【図１１】図１０の状態から連結装着機構が反時計回りにθ＝３０°回転した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明を実施するための形態を説明する。
図１において、本実施形態による腰部負担軽減具１０は、背当てフレーム（甲羅）１２と、背当てフレーム１２の上部から延びる肩掛けバンド１４、１６と、張力伝達紐１８、２０と、背当てフレーム１２と張力伝達紐１８、２０との間の連結装着機構２２と、下肢装着具２４、２６とを具備する。
【００２３】
前記背当てフレーム１２は、装着者の体幹の背中側脊椎に沿って当接する強化樹脂製の本体部分１２ａと、腰椎から澱部に沿って当接する強化樹脂製の腰当て部１２ｂとを具備する。本体部分１２ａと腰当て部１２ｂは一体成型タイプに成形したもの或いは組み合わせ着脱可能にした分割タイプに成形したもの等で良い。本体部分１２ａと腰当て部１２ｂは、また、特に形状については限定されないが、本体部分１２ａは図１に示すように甲羅状に成形して広幅部は中抜きにし、そこに樹脂製のメッシュ板１２ｃを一体的に配設した堅牢軽量タイプとすることが好ましい。腰当て部１２ｂは、若干後方に反っていて張力伝達紐１８、２０との連結装着機構２２の設置が可能な形状であればよい。尚、腰当て部１２ｂへの連結装着機構２２の設置は、連結装着機構２２が可動部を有するため、腰当て部１２ｂに連結装着機構２２の全体を覆うカバー（図示せず）を開閉可能に付設することが安全上好ましい。
【００２４】
背当てフレーム１２と張力伝達紐１８、２０との連結装着機構２２は、腰部への補助モーメントの自動発生・解除機構であり、各左右一対の金属製または樹脂製の揺動アーム２２ａ、２２ｂと、揺動アーム２２ａ、２２ｂの基端部近傍に形成された金属製または樹脂製のストッパー部２２ｃ、２２ｄと、ばね２２ｅ、２２ｆとからなる簡易な構成である。
【００２５】
揺動アーム２２ａ、２２ｂは、腰当て部１２ｂの背面に左右に一対設け、それぞれ一端を腰当て部１２ｂの中央部側に回転（揺動）可能に回転軸２２ｇ、２２ｈで装着し、他端部を張力伝達紐１８、２０に連結し所定の回転角度で往復揺動（旋回）可能自在に配置したものである。回転軸２２ｇ、２２ｈは一本にして左右両方の揺動アーム２２ａ、２２ｂに共用してもよい。
【００２６】
前記ストッパー部２２ｃ、２２ｄは、各揺動アームの回転軸２２ｇ、２２ｈ近傍の下部に付設され、体幹を前屈する際に、各揺動アームの相対逆回転を面接触で対峙阻止し、体幹を直立状態で歩行する際は前記対峙を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とするものであり、面接触部は互いに相対滑り運動を行うため、滑り易く摩耗し難く出来れば緩衝材を配設しておくことが好ましい。
【００２７】
揺動アーム２２ａ、２２ｂに連結するばね２２ｅ、２２ｆは、一端を腰当て部１２ｂの中央部の上部側に軸止めし他端を当該揺動アームの他端側に連結するもので、ばね力を当該揺動アーム２２ａ、２２ｂの戻り回転力と共に歩行の際の張力伝達紐１８、２０の遊び量を自動的に吸収できるばね力と収縮量を有するものであればよく、棒状、平ベルト状、角状などの天然ゴム樹脂、合成ゴム樹脂、或いは、金属製コイルスプリング、湾曲板状スプリング等で揺動アームの回転範囲内で塑性変形することなく弾性変形するものであればよい。
【００２８】
揺動アーム２２ａ、２２ｂに連結する張力伝達紐１８、２０は、弾性体を中間部に介設した棒紐、平紐、角紐などの牽引紐で良い。張力伝達紐１８、２０の前記弾性体は、棒状、平ベルト状、角状などの天然ゴム樹脂、合成ゴム樹脂、コイルスプリング、湾曲板状スプリング等、前屈時に塑性変形することなく弾性変形して所定の補助モーメントを腰部に与えるものであり、直立の際、或いは未使用の際は元の形状に復元するものであればよい。本例では、揺動アーム２２ａ、２２ｂの他端に上端部を接続した丸紐１８ａ、２０ａと、この丸紐１８ａ、２０ａの下端部を接続したバックル１８ｂ、２０ｂと、バックル１８ｂ、２０ｂに上端部を長さ調節可能に接続した第一の平ベルト１８ｃ、２０ｃと、第一の平ベルト１８ｃ、２０ｃの下端部を上リング装着部１８ｄ、２０ｄに緊締接続した丸ゴム弾性体１８ｅ、２０ｅと、丸ゴム弾性体１８ｅ、２０ｅの下リング装着部１８ｆ、２０ｆに緊締接続した第二の平ベルト１８ｇ、２０ｇとからなる。
【００２９】
張力伝達紐１８、２０に連結する前記下肢装着具２４、２６は、下肢の膝、ふくらはぎ、足首などに直接或いは衣服や靴を介して装着連結するものであり、ずれないように巻き締めるタイプが好ましく、靴との装着連結はフックタイプのものでも良い。本例は、第二の平ベルト１８ｇ、２０ｇに連結したふくらはぎ部巻き装着タイプであり、巻き装着本体は化学繊維のメッシュ布であり、その巻き付けと解除は、面ファスナーで行う。このメッシュ布に第二の平ベルト１８ｇ、２０ｇに連結する補強片をふくらはぎ上部当て側つまり膝の裏側に縫いつけ、補強片にはふくらはぎ上部から両サイドを巻回経由してメッシュ布の両サイド下端に亘る補助バンドを縫いつけ、メッシュ布の両サイド下端には足裏当てバンドを付設したものである。
【００３０】
前記のように張力伝達紐１８、２０の第二の平ベルト１８ｇ、２０ｇに連結する補強片をふくらはぎ上部当て側つまり膝の裏側に縫いつけると、膝から下の状態が屈伸しても、張力伝達紐１８、２０の遊び長さを僅少に保持できるため、前屈の際の補助モーメントの確保、及び歩行の際の揺動アームの同一方向回転を円滑に保持する。
【００３１】
次に、本実施形態による腰部負担軽減具１０の着用例を図１〜図５と共に詳述する。
図１の（ａ）は腰部負担軽減具１０を体幹に装着する前で、平面に静置した状態であり、背当てフレーム１２と張力伝達紐１８、２０との連結装着機構２２は、張力伝達紐１８、２０の弾性体の張力が０の状態で、揺動ア−ムは逆ハの字状態を示している。図１の（ｂ）は（ａ）に示す腰部負担軽減具１０を縦状態にしたものであり、揺動ア−ムは張力伝達紐１８、２０と前記下肢装着具２４、２６の重みで若干下降回動した状態で安定する。図３には図１の（ｂ）の状態と同様な状態にした実装モデルを示す。
【００３２】
この腰部負担軽減具１０を図４に示すように直立状態の体幹に装着する。体幹への装着は、図１の（ｃ）にも示すように、背当てフレーム１２の上部左右の肩掛ベルトを体幹の両肩に掛け、ウエスト部のベルトを体幹のウエストに巻き、下肢装着具２４、２６を両下肢に装着し、この後弾性体を介設した一対の張力伝達紐１８、２０のバックル１８ｂ、２０ｂにより第一の平ベルト１８ｃ、２０ｃとの長さを調節して張力伝達紐１８、２０を軽く引っ張り直線状にして揺動ア−ムのストッパー部２２ｃ、２２ｄの先端同士を対峙衝突させておく。
【００３３】
これで揺動ア−ムの下降回転は阻止された状態となる。その状態から体幹を前屈すると張力伝達紐１８、２０の弾性体が伸長してその張力により腰部に補助モーメントが発生して腰の負担を軽減するのである。
【００３４】
次に、図４及び図１の（ｃ）に示す状態から自然歩行に入ると、例えば右足から前に出すと図２の（ａ）に示すように、右ばね２２ｆと右張力伝達紐２０が伸びて右側の揺動アーム２２ｂは背面から見て時計回りの方向に回転する。これと併行して左張力伝達紐１８が緩み左ばね２２ｅの復元力で引き上げられて左揺動アーム２２ａも背面から見て時計回りに回転する。このため左右ストッパー部２２ｃ、２２ｄは衝突状態が解除された状態で当該アームと共に右回転する。図５には図４の実装モデル着用状態から右足からの歩進した際の状態を示し、図２の（ａ）と同じ状態になっている。
【００３５】
次にこの状態から左足を前に出すと図２の（ｂ）に示すように、左ばね２２ｅと左張力伝達紐１８が伸びて左揺動アーム２２ａ、２２ｂは背面から見て反時計回りに左回転する。これと併行して右張力伝達紐２０が緩み右ばね２２ｆの復元力で引き上げられて右側の揺動アーム２２ｂも背面から見て反時計回りに左回転する。左右ストッパー部２２ｃ、２２ｄは衝突状態が解除された状態で当該アームと共に左回転する。
【００３６】
このようにして本例の腰部負担軽減具１０は、腰部への補助モーメントの自動発生及びその自動解除による自然歩行を自由に可能にしたものである。
【００３７】
次に、図６〜図９を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。
第２の実施形態による腰部負担軽減具１００は、背当てフレーム（甲羅）１０２と、背当てフレーム１０２の上部から延びる肩掛けバンド１０４、１０６と、第１の実施形態と同様に構成された張力伝達紐１８、２０と、背当てフレーム１０２と張力伝達紐１８、２０との間の連結装着機構１２０と、第１の実施形態と同様の下肢装着具（図示せず）とを具備する。
【００３８】
前記背当てフレーム１０２は、第１の実施形態と概ね同様に形成されており、装着者の体幹の背中側脊椎に沿って当接する本体部分１０２ａと、腰椎から澱部に沿って当接する強化樹脂製の腰当て部１０２ｂとを具備する。腰当て部１０２ｂには、連結装着機構１２０が取付けられている。
【００３９】
連結装着機構１２０は、左右一対の揺動アーム１２２、１２４と、揺動アーム１２２、１２４の基端部近傍に形成された金属製または樹脂製のストッパー部１２６、１２８と、揺動アーム１２２、１２４に連結するばね１３４、１３６とを具備している。揺動アーム１２２、１２４は、腰当て部１０２ｂの背面に左右に一対設けられており、腰当て部１０２ｂの中央部側において、回転軸１３０、１３２によって、所定の回転角度範囲で往復揺動（旋回）可能に取付けられている。揺動アーム１２２、１２４の先端部は張力伝達紐１８、２０に連結されている。ばね１３４、１３６は第１の実施形態のばね２２ｅ、２２ｆと同様のばねである。上述したように、回転軸１３０、１３２は一本にして左右両方の揺動アーム１２２、１２４で共用してもよい。
【００４０】
ストッパー部１２６、１２８は、本例では円弧状ストッパー部となっているが、円周面無が回転する不図示のカムフォロアー等の円形状ストッパー部としてもよい。ストッパー部１２６、１２８は回転軸１３０、１３２に関して、揺動アーム１２２、１２４の各々の張力伝達紐１８、２０を連結する端部とは反対側に、揺動アーム１２２、１２４と一体的に形成されている。本実施形態において、ストッパー部１２６、１２８は、その外周面が少なくとも部分的に円弧に沿って延設されており、かつ、このストッパー部１２６、１２８の円弧は同じ直径を有し、かつ、揺動アーム１２２、１２４が傾斜しない状態では、円弧の中心Ｏ1、Ｏ2は回転軸１３０、１３２の中心の真下に位置している。こうして、ストッパー部１２６、１２８は、腰部負担軽減具１００の使用中常に接触点Ｃにおいて互いに接触しており、回転軸１３０、１３２の中心およびストッパー部１２６、１２８の円弧の中心Ｏ1、Ｏ2が形成する四角形は揺動アーム１２２、１２４の回転角度によらず常に平行四辺形となる。
【００４１】
ストッパー部１２６、１２８は、第１の実施形態と同様に、体幹を前屈する際に、各揺動アーム１２２、１２４の相対逆回転を面接触で対峙阻止し、体幹を直立状態で歩行する際は前記対峙を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とするものであり、面接触部は互いに相対滑り運動を行うため、滑り易く摩耗し難い材質であることが好ましい。
【００４２】
第２の実施形態による腰部負担軽減具１００もまた図４に示すように直立状態の体幹に装着される。体幹への装着は、図１の（ｃ）に示すように、背当てフレーム１０２の上部左右の肩掛ベルト１０４、１０６を体幹の両肩に掛け、ウエスト部のベルト１１０を体幹のウエストに巻き、下肢装着具を両下肢に装着する。そのとき、ストッパー部１２６、１２８は、接触点Ｃにおいて、互いに対峙衝突する。これによって、揺動ア−ム１２２、１２４の先端が下降する方向に、揺動ア−ム１２２、１２４が回転軸１３０、１３２を中心として回転することが阻止された状態となる。その状態から体幹を前屈すると張力伝達紐１８、２０の弾性体が伸長してその張力により腰部に補助モーメントが発生して腰の負担が軽減される。
【００４３】
次に、図４及び図１の（ｃ）に示す状態から自然歩行に入ると、例えば左足を前に出すと、図８、９に示すように、左側の張力伝達紐１８が伸びて、左側の揺動アーム１２２が背面から見て反時計回りの方向に回転し、右張力伝達紐２０が緩む。その際、ストッパー部１２６、１２８が接触点Ｃにおいて互いに当接しているため、左側の揺動アーム１２２が反時計回りに回転することによって、図８、９に示すように、左側のストッパー部１２６が右側のストッパー部１２８を右方へ押圧し、右側の揺動アーム１２４が背面から見て反時計回りの方向に回転する。
【００４４】
右足を前方へ出す場合には、右側の張力伝達紐２０が伸びて、右側の揺動アーム１２４が背面から見て時計回りの方向に回転し、左張力伝達紐１８が緩む。そのとき、左右のストッパー部１２６、１２８が接触点Ｃにおいて互いに当接した状態で、右側の揺動アーム１２４の回転によって、右側のストッパー部１２８が左側のストッパー部１２６左方へ押圧し、これによって左側の揺動アーム１２２が反時計回りの方向に回転する。こうして、左右のストッパー部１２６、１２８は互いに当接した状態で当該アームと共に回転する。
【００４５】
揺動アーム１２２、１２４は、図６〜図９に示す形態のみならず、図１０、１１に示すような左右の先端部２２２ａ、２２４ａの位置を下方に移動させた形態の揺動アーム２２２、２２４とすることができる。図１１は、図１０の状態から反時計回りにθ＝３０°回転した状態を示している。
【００４６】
図６〜図９に示すように揺動ア−ム１２２、１２４の左右端を上げ、さらに揺動ア−ム１２２、１２４の回転軸１３０、１３２の下側を抉ることで揺動ア−ム１２２、１２４の揺動範囲を大きくすることができる。図１０、１１の例では、揺動アーム２２２、２２４の揺動範囲は小さくなるが、歩行に伴う先端部２２２ａ、２２４ａにおけるｙ方向（鉛直方向）変位が、利用者の歩幅に適した大きさであれば、歩行する際の抵抗になることはない。
【００４７】
また、図１０、１１の揺動アーム２２２、２２４は初期形状の変化に伴い揺動可能範囲が異なるが、その機構学的作用は回転軸２３０、２３２を中心として同じ角速度で同方向に回転する場合、接触点Ｃを介して中心Ｏ1、Ｏ2を繋ぐ線を仮想的に一つのリンクとする平行クランク機構を構成すると考えられるので、揺動アーム１２２、１２４と本質的な相違はない。
以下、図１０、１１に示す揺動アーム２２２、２２４の例に従い、連結装着機構２２０の作用を更に詳細に説明する。
【００４８】
歩行に伴い揺動アーム２２２、２２４が回転軸２３０、２３２を中心として揺動すると、ストッパ−同志の接触点Ｃは揺動ア−ムの回転軸２３０、２３２の中心（回転中心）を結ぶ直線の中間点Ｄを中心に半径ｈの円弧を描く。即ち、接触点Ｃは常にストッパー部２２６、２２８の縁となる円弧の中心点Ｏ1、Ｏ2同志を結ぶ直線上にある。揺動アーム２２２、２２４に張力伝達紐１８、２０が連結される連結点２２２ａ、２２４ａに鉛直力ＰA、ＰBが作用する場合、回転軸２３０、２３２と接触点Ｃに作用する力を求める。簡単のため摩擦は無視する。全体座標系Σのｘ軸は回転中心２３０、２３２を通過するようにとる。連結点２２２ａ、２２４ａ間の水平距離を２Ｌとする。図１１のように揺動アーム２２２、２２４を角度θ傾けた場合の接触点Ｃの座標は、（ｈsinθ、-ｈcosθ）である。回転軸２３２の座標は（Ｒ、０）であるので、回転軸２３２から接触点Ｃへの位置ベクトルｒAは、
【数１】
2015163180.tif 000003
となる。
【００４９】
図１０に示すθ＝０の場合、回転軸２３２から連結点２２４ａへの位置ベクトルｒEは、
【数２】
2015163180.tif 000004
となる。
【００５０】
回転軸２３２を中心する座標系をΣ1とする。角度θだけ傾いた状態での座標系Σ1での連結点２２４ａの座標Ｅ1は、
【数３】
2015163180.tif 000005
となる。
【００５１】
全体座標系Σでの連結点２２４ａの座標Ｅは、
【数４】
2015163180.tif 000006
となる。
【００５２】
図１１に示すように角度θ傾いた状態での回転軸２３２から連結点２２４ａへの位置ベクトルｒEは、
【数５】
2015163180.tif 000007
【数６】
2015163180.tif 000008
となる。
【００５３】
連結点２２４ａに作用する力ＰAによるモ−メントＭPAは、
【数７】
2015163180.tif 000009
となる。
【００５４】
一方、接点点Ｃにおける反力ＲCによるモ−メントＭCは(1)より、
【数８】
2015163180.tif 000010
となる。
【００５５】
回転軸２３２に関するモ−メントの釣合式は、ＭPA＋ＭC＝０であるので式(6)、(7)より反力ＲCは、
【数９】
2015163180.tif 000011
となる。
【００５６】
式(8)よりθ＝０では、
【数１０】
2015163180.tif 000012
となる。
【００５７】
回転軸２３２に作用する力をＲAとすると、ｘｙ方向の力の釣合式より、
【数１１】
2015163180.tif 000013
となる。
【００５８】
式(8)、(10)より、
【数１２】
2015163180.tif 000014
となる。
式(11)よりＲAを小さくするには、ｈを大きくすれば良いことが分かる。
【００５９】
同様の計算を揺動アーム２２２についても行う。揺動アーム２２２も角度θ傾いているので、接触点Ｃの座標は、（ｈsinθ、-ｈcosθ）であり、回転軸２３０の座標は（−Ｒ、０）であるので回転軸２３０から接触点Ｃへの位置ベクトルｒCAは、
【数１３】
2015163180.tif 000015
となり、図１０に示すθ＝０の状態での回転軸２３０から連結点２２２ａへの位置ベクトルｒFは、
【数１４】
2015163180.tif 000016
となる。
【００６０】
回転軸２３０を中心する座標系をΣ4とする。図１１に示すように揺動アーム２２２が角度θだけ傾いている場合、座標系Σ4での連結点２２２ａの座標Ｆ4は、
【数１５】
2015163180.tif 000017
となる。全体座標系Σでの連結点２２２ａの座標は、
【数１６】
2015163180.tif 000018
となる。
【００６１】
角度θ傾いた状態での回転軸２３０から連結点２２２ａへの位置ベクトルｒFは、
【数１７】
2015163180.tif 000019
となる。
【００６２】
力ＰBによるモ−メントＭPBは、
【数１８】
2015163180.tif 000020
となる。
【００６３】
一方、接点反力ＲCによるモ−メントＭCは(12)より、
【数１９】
2015163180.tif 000021
となる。
【００６４】
回転軸２３０に関するモ−メントの釣合式は、ＭPB＋ＭC＝０であるので式(17)、(18)より
【数２０】
2015163180.tif 000022
となる。
【００６５】
式(19)よりθ＝０では、
【数２１】
2015163180.tif 000023
となる。
回転軸２３０に作用する力をＲBとすると、ｘｙ方向の力の釣合式より、
【数２２】
2015163180.tif 000024
となる。
【００６６】
式(19)、(21)より、
【数２３】
2015163180.tif 000025
となる。
【００６７】
その理由はＰBのモーメントアームが回転に伴い小さくなるためである。釣り合うためには接触点Ｃにおける反力ＲCは等しい必要があるので式(8)、(19)より、
【数２４】
2015163180.tif 000026
これはＰA＝ＰBではθ＝０の状態に満足される。
【００６８】
θ≠０では、
【数２５】
2015163180.tif 000027
となる必要がある。
【００６９】
式（２）から式（２３）までの計算は、図１０において、揺動アーム２２２及び２２４が回転する前の状態、すなわちθ＝０の状態において、下肢ベルトと揺動アームとの連結点２２２ａ、２２４ａが、揺動アームの回転中心２３０、２３２を結ぶ直線より距離Ｈだけ下にある場合についての計算である。連結点２２２ａ、２２４ａが回転軸（回転中心）２３０、２３２を結ぶ直線より距離Ｈだけ上にある場合は、式（２）から式（２３）の中にあるＨの符号を形式的に逆にするだけで計算式はすべて有効である。
【００７０】
つぎに接触点Ｃでの板同士の滑り速度を計算する。揺動ア−ム２２４に着目すると、回転軸２３２から接触点Ｃへの位置ベクトルｒCは(1)であるので、角速度をωとすると、接触点Ｃの速度ＶCは、
【数２６】
2015163180.tif 000028
となる。
【００７１】
次に、揺動アーム２２２の板に着目すると、回転軸２３０から接触点Ｃへの位置ベクトルｒCAは(12)であるので、角速度をωとすると、接触点Ｃの速度ＶCAは、
【数２７】
2015163180.tif 000029
となる。
【００７２】
滑り面の接触点Ｃでの単位接線ベクトルはｊであるので、速度ベクトルｖC、ｖCAの接線方向の成分の差が滑り速度ｓとなる。つまり、滑り速度ｓは、
【数２８】
2015163180.tif 000030
であるので、角度θとは無関係に一定となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、以上の目的、構成及び作用効果により、腰への負担の多い農業、水産業、各種製造業、流通業、看護・介護医療分野等の産業界において、従事する作業者の腰痛、腰の疲労を予防する画期的で実用的な装具として期待できる腰部負担軽減具であり、労働人口減少の抑止、医療費抑制への連動が期待できる。
【符号の説明】
【００７４】
１０    腰部負担軽減具
１２    フレーム
１２ａ    本体部分
１２ｂ    腰当て部
１２ｃ    メッシュ板
１４    肩掛けバンド
１６    肩掛けバンド
１８    張力伝達紐
１８ａ    丸紐
１８ｂ    バックル
１８ｃ    第一の平ベルト
１８ｄ    上リング装着部
１８ｅ    丸ゴム弾性体
１８ｆ    下リング装着部
１８ｇ    第二の平ベルト
２０    張力伝達紐
２０ａ    丸紐
２０ｂ    バックル
２０ｃ    第一の平ベルト
２０ｄ    上リング装着部
２０ｅ    丸ゴム弾性体
２０ｆ    下リング装着部
２０ｇ    第二の平ベルト
２２    連結装着機構
２２ａ    左揺動アーム
２２ｂ    右側の揺動アーム
２２ｃ    左ストッパー部
２２ｄ    右ストッパー部
２２ｅ    左ばね
２２ｆ    右ばね
２２ｇ    回転軸
２２ｈ    回転軸
２４    下肢装着具
２６    下肢装着具
１００    腰部負担軽減具
１０２    フレーム
１０２ａ    本体部分
１０２ｂ    腰当て部
１０４    肩掛バンド
１０６    肩掛ベルト
１１０    ベルト
１２０    連結装着機構
１２２    揺動アーム
１２４    揺動アーム
１２６    ストッパー部
１２８    ストッパー部
１３０    回転軸
１３２    回転軸
１３４    ばね
１３６    ばね
２２０    連結装着機構
２２２    揺動アーム
２２４    揺動アーム
２２２ａ    連結点
２２４    揺動アーム
２２４ａ    連結点
２２６    ストッパー部
２２８    ストッパー部
２３０    回転軸
２３２    回転軸
【図１】
2015163180.tif 000031
【図２】
2015163180.tif 000032
【図３】
2015163180.tif 000033
【図４】
2015163180.tif 000034
【図５】
2015163180.tif 000035
【図６】
2015163180.tif 000036
【図７】
2015163180.tif 000037
【図８】
2015163180.tif 000038
【図９】
2015163180.tif 000039
【図１０】
2015163180.tif 000040
【図１１】
2015163180.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月10日(2014.9.10)
【手続補正１】
【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】
背当てフレーム（甲羅）の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記一端部を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、各揺動アームの対向接近側に付設され左右両足を左右に開脚して体幹を前屈の際に、各揺動アームの相対逆方向を先端部を当接して対峙阻止し、体幹を直立状態にしての歩行は、前記対峙阻止状態を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とする突起状のストッパー部とを備えてなる腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。
【請求項２】
背当てフレーム（甲羅）の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、前記腰当て部の左右に対照的に設けられ各一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記回転軸芯を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、前記両揺動アームの対向接近側に円弧部を位置しその円周面が当接の際両円心間を結ぶ直線と前記両揺動アームの回転軸の軸芯間を結ぶ直線とは同一長さにし且つ平行関係にした一対の円弧状の又は円形状のストッパー部とを備え、前記一対の円弧状の又は円形状のストッパー部は、両揺動アームの相対的逆方向回転で外周面を当接して両揺動アームの相対的逆方向回転を対峙阻止し、両揺動アームの相対的同一方向回転で前記対峙阻止状態を解除する腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。