(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の下腿に装着される下腿フレームと、
使用者の大腿部に装着され、前記下腿フレームに回転可能に連結される大腿部フレームと、
前記大腿部フレームが前記下腿フレームに対して回転する際に、前記下腿フレームから離れた側の前記大腿部フレームの端部が下方に凹んだ凹曲線に沿って移動するよう前記大腿部フレームに前記下腿フレームがその下端部を中心に回転する際に発生する回転力を伝達する回転力伝達部材と、を含む、
下肢支持装置。
【請求項２】
前記端部が移動する経路には、前記下腿フレームが回転する方向とは無関係に、前記大腿部フレームが一方向に回転する地点が含まれる、
請求項１に記載の下肢支持装置。
【請求項３】
前記下腿フレームが回転する方向とは無関係に、前記大腿部フレームが一方向に回転する前記地点は、前記凹曲線の最低点である、
請求項２に記載の下肢支持装置。
【請求項４】
前記下腿フレームに回転可能に連結される足部材をさらに含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項５】
前記下腿フレームと前記足部材とが連結される第２関節は、第１突出部及び第２突出部が形成されたカムを備える、
請求項４に記載の下肢支持装置。
【請求項６】
前記第１突出部及び前記第２突出部は非対称形状に形成される、
請求項５に記載の下肢支持装置。
【請求項７】
前記下腿フレームは、一側が前記カムの外側面に沿ってスライドすることができるラッチを備える、
請求項５に記載の下肢支持装置。
【請求項８】
前記第１突出部と前記第２突出部との間には、凹むように形成されたラッチ支持部が設けられ、前記ラッチは前記ラッチ支持部に沿ってスライドする、
請求項７に記載の下肢支持装置。
【請求項９】
前記ラッチは、前記カムの外側面に沿ってスライドするローラを含む、
請求項７又は８に記載の下肢支持装置。
【請求項１０】
前記回転力伝達部材の一側は前記ラッチに固定される、
請求項７乃至９のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項１１】
前記ラッチには、前記回転力伝達部材を案内するガイド溝が設けられる、
請求項１０に記載の下肢支持装置。
【請求項１２】
前記回転力伝達部材は、ケーブルと複数のリンクのうちの少なくとも１つを含む、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項１３】
前記下腿フレームと前記大腿部フレームとが連結される第１関節には、クラッチが設けられる、
請求項１２に記載の下肢支持装置。
【請求項１４】
前記クラッチがロック状態にある場合に、前記回転力伝達部材による回転力が前記大腿部フレームに選択的に伝達される、
請求項１３に記載の下肢支持装置。
【請求項１５】
前記大腿部フレームの前記端部が前記凹曲線の最低点に位置する場合、前記下腿フレームと前記大腿部フレームとのなす角度が６０°〜１３５°の範囲内の角度をなす、
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項１６】
前記大腿部フレームと底面が−２０°〜９０°の範囲内の角度をなす、
請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項１７】
前記下腿フレームと底面が３０°〜９０°の範囲内の角度をなす、
請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項１８】
前記下肢支持装置は、前記大腿部フレームが前記下腿フレームに対して自由に回転する歩行モード、または、前記大腿部フレームが前記下腿フレームとともに前記使用者の荷重を支持する支持モードで動作する、
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の下肢支持装置。
【請求項１９】
前記支持モード時に外力が加えられると、前記大腿部フレームの前記端部が前記凹曲線に沿って移動する、
請求項１８に記載の下肢支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の荷重を支持し、歩行を補助することができる下肢支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下肢支持装置は、使用する分野に応じて衰えた筋力と体重を補助するための補助装置として用いられるか、または重量のある物を運ぶ作業などのために使用者の筋力を増幅させて、重量物の荷重を代わりに支持するための増強装置として用いられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の一実施形態によれば、使用者の荷重を支持する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態に係る下肢支持装置は、使用者の下腿に装着される下腿フレームと、使用者の大腿部に装着され、前記下腿フレームに回転可能に連結されて、前記下腿フレームに対して回転する際に前記下腿フレームから離れた側の端部が凹曲線に沿って移動する大腿部フレームと、を含む。
【０００５】
前記端部が移動する経路には、前記下腿フレームが回転する方向とは無関係に、前記大腿部フレームが一方向に回転する地点が含まれる。
【０００６】
前記下腿フレームが回転する方向とは無関係に、前記大腿部フレームが一方向に回転する前記地点は前記凹曲線の最低点である。
【０００７】
前記大腿部フレームに回転力を伝達する回転力伝達部材をさらに含む。
【０００８】
前記回転力伝達部材は、ケーブルと複数のリンクのうちの少なくとも１つを含む。
【０００９】
前記下腿フレームと前記大腿部フレームとが連結される第１関節にはクラッチが設けられる。
【００１０】
前記クラッチがロック状態にある場合に、前記回転力伝達部材による回転力が前記大腿部フレームに選択的に伝達される。
【００１１】
前記下腿フレームに回転可能に連結される足部材をさらに含む。
【００１２】
前記下腿フレームと前記足部材とが連結される第２関節は、第１突出部及び第２突出部が形成されたカムを備える。
【００１３】
前記第１突出部及び前記第２突出部は非対称形状に形成される。
【００１４】
前記下腿フレームは、一側が前記カムの外側面に沿ってスライドすることができるラッチを備える。
【００１５】
前記第１突出部と前記第２突出部との間には、凹むように形成されたラッチ支持部が設けられ、前記ラッチは前記ラッチ支持部に沿ってスライドする。
【００１６】
前記ラッチは、前記カムの外側面に沿ってスライドするローラを含む。
【００１７】
前記大腿部フレームに回転力を伝達する回転力伝達部材をさらに含み、前記回転力伝達部材の一側は前記ラッチに固定される。
【００１８】
前記ラッチには、前記回転力伝達部材を案内するガイド溝が設けられる。
【００１９】
一実施形態に係るリンク組立体は、使用者の下腿に装着される下腿フレームと、使用者の大腿部に装着され、前記下腿フレームに対して自由に回転する歩行モードまたは前記下腿フレームとともに前記使用者の荷重を支持する支持モードで動作するように、前記下腿フレームに連結される大腿部フレームと、を含む。
【００２０】
支持モード時に外力が加えられると、前記大腿部フレームの前記下腿フレームから離れた側の端部は凹曲線に沿って移動する。
【００２１】
支持モード時に前記外力が除去されると、前記端部は前記凹曲線の最低点に位置する。
【００２２】
前記下腿フレームと前記大腿部フレームを連結し、前記下腿フレームの回転エネルギーを前記大腿部フレームに伝達する回転力伝達部材を含む。
【００２３】
前記下腿フレームには、使用者の足に装着される足部材が連結される。
【００２４】
前記足部材には、突出部が形成されたカムが装着される。
【００２５】
前記下腿フレームは、前記カムの外側面に沿ってスライドするラッチを備える。
【００２６】
前記下腿フレームと前記大腿部フレームとが連結する関節部には、クラッチが備えられ、前記クラッチはスイッチによってロックまたはロック解除される。
【００２７】
前記クラッチには溝が形成され、前記スイッチにはロック部が設けられ、前記ロック部が前記溝に挿入されることで前記クラッチがロックされる。
【００２８】
前記クラッチがロックされる場合、前記下腿フレームと前記大腿部フレームとを連結する回転力伝達部材により前記下腿フレームの回転エネルギーが前記大腿部フレームに伝達される。
【００２９】
前記クラッチがロック解除される場合、前記下腿フレームと前記大腿部フレームを連結する回転力伝達部材による干渉なしに、使用者は自由に歩行が可能である。
【００３０】
一実施形態に係る下肢支持装置は、使用者の大腿部に装着される第１フレームと、前記第１フレームに回転可能に連結され、使用者の下腿に装着される第２フレームと、前記第２フレームに回転可能に連結され、使用者の足に装着される第３フレームと、前記第３フレームに装着され、突出部が形成されるカムと、前記第２フレームに装着されて前記カムの外側面に沿ってスライドするように設けられるラッチと、前記ラッチと前記第１フレームとを連結し、前記第１フレームに回転力を伝達する回転力伝達部材とを含み、前記第１フレームが前記第２フレームに対して回転する際に、前記第１フレームの前記第２フレームから離れた側の端部は凹曲線に沿って移動する。
【００３１】
前記第１フレームと前記第２フレームとが連結される関節部には、クラッチが設けられ、前記クラッチがロックされた状態では、前記第２フレームの回転力が前記回転力伝達部材を介して前記第１フレームに伝達され。
【００３２】
前記クラッチがロック解除されると、前記第２フレームの回転力が前記第１フレームに伝達されることが邪魔される。
【発明の効果】
【００３３】
一実施形態に係る下肢支持装置によれば、使用者の荷重を安定的に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一実施形態に係る下肢支持装置を説明するための概念図である。
【図２Ａ】一実施形態に係る下肢支持装置の作動状態を示す図である。
【図２Ｂ】一実施形態に係る下肢支持装置の作動状態を示す図である。
【図３Ａ】一実施形態に係るケーブル固定部を示す図である。
【図３Ｂ】一実施形態に係るケーブル固定部を示す図である。
【図４Ａ】他の実施形態に係るケーブル固定部を示す図である。
【図４Ｂ】他の実施形態に係るケーブル固定部を示す図である。
【図５】一実施形態に係る下肢支持装置を示す図である。
【図６】一実施形態に係る下肢支持装置の分解斜視図である。
【図７】一実施形態に係る下肢支持装置の足首関節部を示す図である。
【図８Ａ】一実施形態に係る下肢支持装置の動作状態を示す図である。
【図８Ｂ】一実施形態に係る下肢支持装置の動作状態を示す図である。
【図９】他の実施形態に係る下肢支持装置を示す図である。
【図１０】他の実施形態に係る下肢支持装置の足首関節部を示す図である。
【図１１】他の実施形態に係る下肢支持装置の膝関節部を示す図である。
【図１２】他の実施形態に係る下肢支持装置の膝関節部を示す図である。
【図１３Ａ】他の実施形態に係る下肢支持装置の動作状態を示す図である。
【図１３Ｂ】他の実施形態に係る下肢支持装置の動作状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、一実施形態に係る下肢支持装置に関して図面を参照して詳しくは説明する。
【００３６】
図１は一実施形態に係る下肢支持装置を説明するための概念図であり、図２Ａ及び図２Ｂは一実施形態に係る下肢支持装置の作動状態を示す図である。
【００３７】
図１〜図２Ｂを参照すると、開示された下肢支持装置１は、エネルギー源のエネルギーを消耗せず、使用者の荷重を支持することができる。使用者は、下肢支持装置１を着用して歩行することができ、必要に応じて下肢支持装置１を荷重を支持する装置として使用することができる。言い換えれば、使用者は、必要に応じて足が支えている使用者の荷重の全体または一部を下肢支持装置１に分担させることができる。例えば、下肢支持装置１に使用者の尻を支持することができるサドルが具備された場合、使用者はサドルに座って足が支える力を下肢支持装置１に分担させて楽にすることができる。
【００３８】
下肢支持装置１が使用者の荷重を支持する場合、下肢支持装置１の重心及び使用者の下肢支持装置１を合わせた重心は、下方に凹んだ（ｃｏｎｃａｖｅ）曲線に沿って移動するようになる。このように重心が凹曲線に沿って移動するようされることで、外力が加えられて下肢支持装置１が作動しても重心は鉛直方向における凹曲線の最低点（鉛直方向における凹曲線の極値）に収束して使用者の荷重を安定的に支持することができる。
【００３９】
以下、重心が凹曲線に沿って移動するようになる下肢支持装置１の構造について説明する。
【００４０】
下肢支持装置１は、使用者の荷重を支持することができる第１フレーム１０及び第２フレーム１１を含む。第２フレーム１１は、第１関節１３を介して第１フレーム１０と連結され、第２関節１４を介して第３フレーム１２と連結される。第２フレーム１１は第３フレーム１２により支持されることができる。
【００４１】
第１フレーム１０と第２フレーム１１は、ケーブルＷで連結されることができる。ケーブルＷの一側端部は第１関節１３側に連結され、ケーブルＷの他側端部は第２関節１４側に連結されることができる。例えば、ケーブルＷの一側端部は第１関節１３に固定されてピボット（回転）可能な第１フレーム１０に連結されることができ、ケーブルＷの他側端部は第２関節１４を支持することになるが、動きのない第３フレーム１２または第２関節１４の中心軸に連結されることができる。
【００４２】
ケーブルＷは、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に回転することで、第１フレーム１０を動かすように設けられる。第２フレーム１１が第２関節１４を中心に回転すると、ケーブルＷにより回転力が伝達されて第１フレーム１０は第１関節１３を中心に回転する。このとき、第１フレーム１０の端部は凹曲線Ｃに沿って移動することができる。
【００４３】
図２Ａ及び図３Ａに示すように、第１フレーム１０の端部が凹曲線Ｃの最低点Ｃ１に位置した状態で、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に一方向Ｒ１に回転すると、ケーブルＷにより第１フレーム１０が引っ張られて第１フレーム１０も一方向Ｒ１に回転することができる。第１フレーム１０がケーブルＷで引っ張られて一方向Ｒ１に回転すると、第１フレーム１０と第２フレーム１１との間の角度θ１が大きくなって第１フレーム１０の上端部が凹曲線Ｃに沿って上部に移動して第１フレーム１０の上端部は凹曲線Ｃにおいて最低点Ｃ１でない、Ｃ２地点に位置されることができる。
【００４４】
詳しくは、第１フレーム１０の上端部が凹曲線Ｃの最低点Ｃ１に位置した状態で第２フレーム１１が一方向Ｒ１に回転すると、ケーブルＷの一側と他側との間の最小距離Ｓは減少する。ケーブルＷの一側と他側との間の最小距離Ｓが減少すると、ケーブルＷの一側に固定された第１フレーム１０は下部方向に引っ張られる。第１フレーム１０が下部方向に引っ張られると、第１フレーム１０は第１関節１３を中心に一方向Ｒ１に回転することができる。第１フレーム１０が第１関節１３を中心に回転すると、第１フレーム１０と第２フレーム１１がなす角度θ１を大きくすることができる。第１フレーム１０と第２フレーム１１がなす角度θ１が大きくなると、第１フレーム１０の上端部は凹曲線Ｃに沿って上方に移動することができる。
【００４５】
第１フレーム１０の上端部がＣ２に位置した状態で第２フレーム１１が第２関節１４を中心に他方向Ｒ２に回転すると、ケーブルＷの一側と他側との間の最小距離Ｓは増加し、第１フレーム１０は他方向Ｒ２に回転することができる。第１フレーム１０が他方向Ｒ２に回転すると、第１フレーム１０の上端部は再び凹曲線Ｃの最低点Ｃ１側に移動することができる。
【００４６】
第１フレーム１０の端部が凹曲線Ｃの最低点Ｃ１に位置した状態で、第２フレーム１１が他方向Ｒ２に回転しても、第１フレーム１０は一方向Ｒ１に回転することができる。図２Ｂ及び図３Ｂに示すように、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に他方向Ｒ２に回転すると、ケーブルＷは第１フレーム１０を引っ張り第１フレーム１０が一方向Ｒ１に回転するようにする。詳しくは、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に他方向Ｒ２に回転すると、ケーブルＷの一側と他側との間の距離Ｓは減少してケーブルＷにより第１フレーム１０が引っ張られる。ケーブルＷにより引っ張られた第１フレーム１０は一方向Ｒ１に回転して第１フレーム１０と第２フレーム１１との間の角度θ１を大きくすることができる。第１フレーム１０の上端部は、凹曲線Ｃに沿って上部に移動して凹曲線Ｃにおいて最低点Ｃ１でないＣ３に位置される。
【００４７】
第１フレーム１０の上端部がＣ３に位置した状態で、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に一方向Ｒ１に回転すると、ケーブルＷの一側と他側との間の距離Ｓが増加し、第１フレーム１０は第１関節１３を中心に他方向Ｒ２に回転する。第１フレーム１９０の上端部は再び凹曲線Ｃの最低点Ｃ１側に移動することができる。
【００４８】
上記のように、第２フレーム１１が一方向Ｒ１または他方向Ｒ２に回転すると第１フレーム１０の上端部は凹曲線Ｃに沿って移動するようにされる。第１フレーム１０の上端部に重心が位置する場合、重心は凹曲線Ｃに沿って移動することができる。外力により第１フレーム１０が第１関節１３を中心に回転して第１フレーム１０の上端部が最低点でないＣ２またはＣ３に位置しても、外力が除去されると第１フレーム１０は第１関節１３を中心に逆方向に回転し、第１フレーム１０の上端部は凹曲線Ｃの最低点であるＣ１に移動することができる。
【００４９】
第１フレーム１０の動作をエネルギーの観点から見た場合、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に回転することで、吸収／放出したエネルギーは第１関節１３から放出／吸収されることができる。第１関節１３から放出／吸収されたエネルギーにより第１フレーム１０は使用者の膝が伸びる／曲がる方向に回転される。それにより、第１フレーム１０の上端部及び重心は凹曲線Ｃに沿って移動することができる。このように、下肢支持装置１で使用者の重心は最低点であるＣ１に収束するように設けられて使用者の荷重を安定的に支持することができる。
【００５０】
第１フレーム１０の上端部の描く軌跡は上述の内容に限定されない。例えば、第１フレーム１０の上端部は、底面と平行な直線に沿って移動するように構成されることができる。第１フレーム１０の上端部が底面と平行な直線に沿って移動する場合でも、下肢支持装置１に外力が加えられて第１フレーム１０または第２フレーム１１が回転しても、第１フレーム１０の上端部から第２フレーム１１の下端部までの距離が短くならないので、使用者の荷重が下肢支持装置１により安定的に支持される。
【００５１】
以下では、第１フレーム１０の上端部が凹曲線に沿って移動する実施形態について説明する。
【００５２】
図３Ａ及び図３Ｂは一実施形態に係るケーブル固定部を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、第２フレーム１１には、ケーブル固定部１５が備えられる。ケーブル固定部１５は第２フレーム１１の側面に垂直になるように突出して備えられる。ケーブル固定部１５には、ケーブルＷが通過するように具備されたケーブル貫通孔１６が形成される。ケーブルＷの一側は第１関節１３に固定されて第１フレーム１０に連結され、ケーブルＷの他側は第３フレーム１２または第２関節１４の中心軸に固定される。ケーブルＷは第１関節１３から第３フレーム１２または第２関節１４の中心軸まで一直線の形態で延長される。
【００５３】
第２関節１４を中心に、第２フレーム１１が回転すると、ケーブルＷはケーブル貫通孔１６の内側面で曲げられる。例えば、図２Ａのように、第１フレーム１０の上端部がＣ１に位置した状態で、第２関節１４がＲ１方向に回転して第２フレーム１１が一方に回転すると、ケーブルＷが通過するケーブル固定部１５と第２フレーム１１とは一緒に移動する。ケーブルＷの他側は、第３フレーム１２または第２関節１４の中心軸に固定されるので、ケーブルＷは第３フレーム１２からケーブル固定部１５まで直線的に延長され、ケーブル固定部１５で折れ曲がり、ケーブル固定部１５から第１関節１３側まで直線的に延長される。ケーブルＷがケーブル固定部１５で折れ曲がって延長されるので、ケーブルＷの一側から他側までの最小距離Ｓが減少し、ケーブルＷの一側に固定された第１フレーム１０もさらにＲ１方向に回転されるように下部に引っ張られる。
【００５４】
同様に、図２Ｂのように、第１フレーム１０の上端部がＣ１に位置した状態で、第１関節１３がＲ１方向に回転し、第１関節と１３と連結された第２関節１４がＲ２方向に回転して第２フレーム１１が他方に回転する場合もケーブルＷは第２フレーム１１と一緒に他方に移動することができる。ケーブルＷは、ケーブル固定部１５で折れ曲がり、ケーブル固定部１５から第１関節１３側まで直線的に延長されるので、ケーブルＷの一側から他側までの最小距離Ｓが減少し、ケーブルＷの一側に固定された第１関節１３がＲ１方向に回転し、第１関節１３と連結された第１フレーム１０もさらにＲ１方向に回転されるように下部に引っ張られる。
【００５５】
図４Ａ及び図４Ｂは、他の実施形態に係るケーブル固定部を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ケーブルＷと連結されたリンクＬがケーブル固定部１５の貫通孔１６に位置するように備えられる。リンクＬは、第３フレーム１２に回転可能に連結された第１リンクＬ１及び第１リンクＬ１とケーブルＷの他側を連結する第２リンクＬ２とを含む。第２リンクＬ２と第１リンクＬ１は互いに回転可能に連結される。
【００５６】
図２Ａ及び図２Ｂのように、第１フレーム１０の上端部がＣ１に位置した状態で、第２フレーム１１が第２関節１４を中心に一方向または他方向に回転すると、ケーブル固定部１５は、第２フレーム１１が回転する方向に移動することができる。ケーブル固定部１５が移動しながらケーブル貫通孔１６の内側面がリンクＬに力を加えると、第２リンクＬ２は第１リンクＬ１に対して回転して第２リンクＬ２と第１リンクＬ１との連結部で折れる。それにより、第１関節１３に固定されるケーブルＷの一側と第３フレーム１２または第２関節１４の中心軸の最短距離は第２フレーム１１が回転した後に短くなってケーブルＷは第１関節１３を回転させ、第１関節１３は連結された第１フレーム１０を回転させるように下部に引っ張られる。
【００５７】
図５は一実施形態に係る下肢支持装置を示す図であり、図６は一実施形態に係る下肢支持装置の分解斜視図である。
【００５８】
図５及び図６を参照すると、下肢支持装置２は、第１フレーム２０及び第１関節２３を介して第１フレーム２０に回転可能に連結される第２フレーム２１を含む。第２フレーム２１は、第２関節２４を介して第３フレーム２２に回転可能に連結される。第２フレーム２１は、第３フレーム２２により支持される。
【００５９】
第１フレーム２０は使用者の大腿部に装着されることができる。第１フレーム２０には、使用者の大腿部を支持することができる第１支持部２００が備えられる。使用者が下肢支持装置２を着用するとき、第１支持部２００は使用者の大腿部の後方に位置するように配置される。使用者は大腿部の後方に位置した第１支持部２００を介して使用者の荷重を下肢支持装置２に伝達することができる。このように、使用者の荷重は、使用者の大腿部と接触する第１支持部２００により支持される。また、第１フレーム２０には使用者の尻を支持することができるサドル（図示せず）がさらに備えられる。
【００６０】
第２フレーム２１は、使用者の下腿に装着されることができる。第２フレーム２１には、使用者の下腿を支持することができる第２支持部２１０が備えられる。使用者が下肢支持装置２を着用すると、第２支持部２１０は使用者の下腿前方に位置するように配置される。使用者は、下腿前方に位置した第２支持部２１０を介して使用者の荷重を下肢支持装置２に伝達することができる。このように、使用者の荷重は使用者の下腿と接触する第２支持部２１０により支持される。
【００６１】
使用者が下肢の力を抜いた状態で、下肢支持装置２により使用者の荷重が支持されることができる。使用者の荷重は、大腿部を支持する第１支持部２００及び下腿を支持する第２支持部２１０を介して下肢支持装置２に加えられる。
【００６２】
第１関節２３には、クラッチ２０１が備えられる。使用者が下肢支持装置２を着用した状態で、歩行をする歩行モードでは、クラッチ２０１は第１フレーム２０と第２フレーム２１が第１関節２３を中心に自由に回転できるようにする。これにより、使用者は下肢支持装置２を着用した状態で歩行できる。このとき、クラッチ２０１はロック解除状態である。
【００６３】
使用者が下肢支持装置２を着用した状態で荷重を下肢支持装置２に支持させるため、使用者はクラッチ２０１をロック状態とすることができる。クラッチ２０１がロック状態となって荷重を支持する支持モードに作動すると、第１フレーム２０は、第２フレーム２１に対して自由に回転できず、所定角度（略±３０゜）以内でのみ、回転可能となるように固定される。一例として、図８Ａに示すように、第１フレーム２０の上端部が凹曲線の最低点Ｄ１に位置する場合、第１フレーム２０と第２フレーム２１のなす角度がθ２になるように固定される。
【００６４】
凹曲線の最低点に位置する場合、第１フレーム２０と第２フレーム２１がなす角度θ２は使用者の荷重が下肢支持装置２により支持されるとき、使用者が楽さを感じられる大腿部と下腿部がなす角度を考慮して設定される。例えば、第１フレーム２０と第２フレーム２１がなす角度θ２は、約６０°〜１３５°の角度を有し、より具体的には、約９０°〜１３５°の角度を有することができる。上述のように、第１フレーム２０と第２フレーム２１は最低点に位置する場合、設定された上記角度に基づいて略±３０°以内で回転することができる。
【００６５】
第２フレーム２１は第３フレーム２２に第２関節２４を中心に回転可能に連結される。第３フレーム２２にはカム２５が備えられる。第２フレーム２１の第２関節２４側には孔２１３が形成される。第３フレーム２２には孔２２０が形成される。カム２５の対向する両方側面にはシャフト２５２、２５２’が設けられる。シャフト２５２、２５２’は、第３フレーム２２に形成された孔２２０及び第２フレーム２１に形成された孔２１３をそれぞれ通過することができる。
【００６６】
１つのシャフト２５２は、第３フレーム２２の一側で孔２２０を通過し、シャフト２５２の端部には結合部材などが結合される。これにより、カム２５が第３フレーム２２に固定される。他の１つのシャフト２５２’は、第２フレーム２１の孔２１３を通過し、端部にはシャフト２５２’が孔２１３から抜けないように干渉部材などが結合される。第２フレーム２１は、シャフト２５２’を中心に回転可能に設けられる。
【００６７】
第３フレーム２２の他側には、装着ブラケット２２１がさらに配置される。装着ブラケット２２１には、第１固定孔２２２、第２固定孔２２３、及び第３固定孔２２４が形成される。第１固定孔２２２には、カム２５に設けられたシャフト２５２が挿入される。結合部材は、装着ブラケット２２１の外側でシャフト２５２と結合される。装着ブラケット２２１はシャフト２５２を中心に回転するように設けられる。
【００６８】
第２フレーム２１には第１軸２１１及び第２軸２１２が設けられる。第２固定孔２２３には第２フレーム２１に設けられた第１軸２１１が挿入される。第３固定孔２２４には第２フレーム２１に設けられた第２軸２１２が挿入される。ラッチ２６は、第２フレーム２１と装着ブラケット２２１との間に設けられる。第２軸２１２は、ラッチ２６に形成された中心孔２６１を貫通することができる。ラッチ２６は、中心孔２６１を貫通する第２軸２１２を中心に回転されるように設けられる。
【００６９】
図７は、一実施形態に係る下肢支持装置の足首関節部を示す図である。
【００７０】
図６及び図７を参照すると、カム２５の一側には、第１突出部２５０及び第２突出部２５０’が形成される。第１突出部２５０と第２突出部２５０’は対称または非対称形状に形成される。第１突出部２５０と第２突出部２５０’との間には凹状のラッチ支持部２５１が形成される。
【００７１】
使用者の荷重が下肢支持装置２により支持されるとき、ローラ２６０はカム２５に具備されたラッチ支持部２５１により支持される。第２フレーム２１が回転すると、ラッチ２６は第２フレーム２１の下側に具備された第２軸２１２を中心に回転可能であり、ラッチ２６の一側に具備された回転可能なローラ２６０はカム２５のラッチ支持部２５１に沿ってスライドすることができる。例えば、第２フレーム２１が一方向Ｒ１に回転すると、ローラ２６０はラッチ支持部２５１に沿って第１突出部２５０の方にスライドされ、第２フレーム２１が他方向Ｒ２に回転すると、ローラ２６０はラッチ支持部２５１に沿って第２突出部２５０’の方にスライドされる。
【００７２】
ラッチ２６と第１フレーム２０は、ケーブルＷにより連結される。ケーブルＷの一端のラッチ２６に固定され、ケーブルＷの他端は第１関節２３に固定される。ラッチ２６には、別途のブラケット２６２が装着されてケーブルＷの一端のブラケット２６２に固定される。ブラケット２６２にはケーブルＷを案内するガイド溝２６３が形成される。ケーブルＷの一端のブラケット２６２に固定され、ケーブルＷはガイド溝２６３により案内されて他端が第１関節２３に固定される。
【００７３】
図８Ａ及び図８Ｂは、一実施形態に係る下肢支持装置の動作状態を示す図である。
【００７４】
図８Ａを参照すると、使用者の荷重が下肢支持装置２により支持され、第１フレーム２０の上端部が最低点Ｄ１に位置した状態で、外力により第２フレーム２１が第２関節２４を中心に一方向Ｒ１に回転して、ラッチ２６のローラ２６０がカム２５のラッチ支持部２５１に沿って第１突出部２５０の方にスライドすると、ケーブルＷは第１フレーム２０を引っ張ることになる。ケーブルＷにより第１フレーム２０が引っ張られると、第１フレーム２０は第１関節２３を中心に一方向Ｒ１に回転して第１フレーム２０と第２フレーム２１との間の角度はθ２よりも大きくすることができる。第１フレーム２０と第２フレーム２１との間の角度がθ２よりも大きくなるので、第１フレーム２０の上端部が上昇される。第２フレーム２１が第２関節２４を中心に回転し、第１フレーム２０が第１関節２３を中心に回転することで上端部が上部に上昇するので、第１フレーム２０の上端部は凹曲線Ｄに沿ってＤ２位置に上昇することができる。
【００７５】
図８Ｂを参照すると、第１フレーム２０の上端部が最低点Ｄ１に位置した状態で、第２フレーム２１が第２関節２４を中心に他方向Ｒ２に回転しても、第１フレーム２０は第１関節２３を中心に一方向Ｒ１に回転する。第２フレーム２１が第２関節２４を中心に他方向Ｒ２に回転すると、ラッチ２６のローラ２６０がカム２５のラッチ支持部２５１に沿って第２突出部２５０’の方にスライドすることができる。ローラ２６０が第２突出部２５０’の外側面に沿ってスライドすると、ケーブルＷは、第１フレーム２０を引っ張ることになる。ケーブルＷにより第１フレーム２０が引っ張られると、第１フレーム２０は、第１関節２３を中心に一方向Ｒ１に回転することができる。これにより、第１フレーム２０と第２フレーム２１との間の角度がθ２よりも大きくなって第１フレーム２０の上端部が上昇される。第１フレーム２０の上端部は凹曲線Ｄに沿ってＤ３位置に移動することができる。
【００７６】
このように、第１フレーム２０の端部が最低点であるＤ１に位置する状態から第２関節２４を中心に一方向に回転するときに、第１フレーム２０の端部は右側上方Ｄ２に移動し、第２フレーム２１が第２関節２４を中心に他方向に回転するときに、第１フレーム２０の端部は左側上方Ｄ３に移動することができる。第１フレーム２０の端部が左右方向に移動する最大距離（Ｌ３＋Ｌ３’）は第３フレーム２２のサイズ及びラッチ支持部２５１のサイズによって異なる。例えば、第１フレーム２０の端部が左右方向に移動する最大距離（Ｌ３＋Ｌ３’）は略５〜６０ｃｍとすることができ、より具体的には、略２０〜４０ｃｍとすることができる。
【００７７】
第１フレーム２０が基準面である底面となす角度θ３は、略−２０°〜９０°とすることができる。すなわち、第１フレーム２０と底面とがなす角度であるθ３は、基準面である底面から下方に略２０°、上方に略９０°をなすことができる。第２フレーム２１が底面となす角度θ４は、略３０°〜９０°とすることができる。このとき、第１フレーム２０と第２フレーム２１とがなす角度θ２は、略３０°〜１８０°とすることができる。一方、下肢支持装置１は、第１フレーム２０の端部が最低点であるＤ１に位置する初期状態で、第１フレーム２０と底面とがなす角度θ３は略２０°〜６０°の範囲にあって、第２フレーム２１が底面となす角度θ４は略４０°〜７５°の範囲になるように構成される。初期状態において、第１フレーム２０と第２フレーム２１とがなす角度θ２は略６０°〜１３５°とすることができる。
【００７８】
使用者の荷重が下肢支持装置２により支持されるときに外力により第２フレーム２１が第２関節２４を中心に回転しても、第１フレーム２０の上端部が凹曲線Ｄに沿って移動するように具備されると、使用者の荷重が加えられた下肢支持装置２の重心が凹曲線Ｄに沿って移動することができる。使用者の荷重が加えられた下肢支持装置２の重心が凹曲線Ｄに沿って移動するように備えられることで、下肢支持装置２に外力が加えられても重心は最低点Ｄ１に戻られるので、使用者の荷重を安定的に支持することができる。
【００７９】
図９は、他の実施形態に係る下肢支持装置を示す図である。図９を参照すると、他の実施形態に係る下肢支持装置３は、第１フレーム３０、第１関節３３を中心に回転可能に第１フレーム３０に連結された第２フレーム３１及び第２関節３４を中心に回転可能に第２フレーム３１に連結された第３フレーム３２を含むことができる。第１フレーム３０は、使用者の大腿部の延長方向に延長される第１延長フレーム３００を含み、第１延長フレーム３００には、支持部３０１が備えられて使用者の尻または大腿部を支持することができる。第２フレーム３１は、第１関節３３を中心に回転可能に第１フレーム３０に連結される。第２フレーム３１は、使用者の下腿の延長方向に延長される第２延長フレーム３１０を含むことができる。第２延長フレーム３１０には支持部３１１が設けられて使用者の下腿を介して伝達する荷重を支持することができる。
【００８０】
図１０は、他の実施形態に係る下肢支持装置の足首関節部を示す図である。図１０を参照すると、第３フレーム３２は使用者の足に装着される。第３フレーム３２は第２関節３４を中心に回転される。例えば、第２フレーム３１と第３フレーム３２は４節リンク機構（ｆｏｕｒ−ｂａｒ  ｌｉｎｋａｇｅ）により回転可能に連結される。
【００８１】
第２フレーム３１に加えられる荷重は、４節リンク機構に具備されたピン３４１、３４２、３５２、３５３により支持される。４節リンク機構は、第３フレーム３２と後述するカム３５に連結される。カム３５には、上下方向に配置されたピン３５２、３５３が設けられ、４節リンク機構にも上下方向に配置されたピン３４１、３４２が設けられる。カム３５に具備された下部ピン３５２と４節リンク機構に設けられた下部ピン３４１は、１つの回転部材３４５により連結される。同様に、カム３５に具備された上部ピン３５３と４節リンク機構に設けられた上部ピン３４２も１つの回転部材３４６により連結される。
【００８２】
第３フレーム３２には、リンク結合部３２０が設けられる。４節リンク機構の下部には、リンク結合部３２０が挿入される結合溝３４０が設けられる。リンク結合部３２０は、結合溝３４０に挿入され、第３フレーム３２と４節リンク機構とをすべて貫通する結合部材により４節リンク機構が第３フレーム３２に結合される。
【００８３】
下肢支持装置３には第２フレーム３１に装着される装着ブラケット３７が設けられる。装着ブラケット３７には第１孔３７０及び第２孔３７１が形成される。第２延長フレーム３１０の下側には第１孔３１２と第２孔３１３が設けられる。装着ブラケット３７に形成された第１孔３７０及び第２孔３７１は、第２延長フレーム３１０の下側に形成された第１孔３１２と第２孔３１３に対応される。装着ブラケット３７の第１孔３７０と第２延長フレーム３１０の第１孔３１２を貫通する第１シャフト３１４及び装着ブラケット３７の第２孔３７１と第２延長フレーム３１０の第２孔３１３を貫通する第２シャフト３１５により装着ブラケット３７が第２延長フレーム３１０に連結される。
【００８４】
カム３５及びラッチ３６は、装着ブラケット３７と第２延長フレーム３１０との間に設けられる。カム３５には孔３５４が形成される。カム３５に形成された孔３５４には、第２シャフト３１５が貫通することができる。ラッチ３６には孔３６０が設けられる。ラッチ３６に形成された孔３６０には第１シャフト３１４が貫通される。ラッチ３６は第１シャフトを、３１４を中心に回転可能に設けられる。これにより、カム３５とラッチ３６が装着ブラケット３７と第２延長フレーム３１０との間に装着される。
【００８５】
図１１及び図１２は、他の実施形態に係る下肢支持装置の膝関節部を示す図である。図１１及び図１２を参照すると、第１関節３３にはクラッチ３１６が設けられる。使用者が下肢支持装置３を着用した状態で、歩行をする歩行モードであるときに、クラッチ３１６は第１フレーム３０と第２フレーム３１が第１関節３３を中心に自由に回転することができる。このとき、クラッチ３１６はロック解除状態である。クラッチ３１６がロック解除状態である場合、第１フレーム３０はケーブルＷにより動作されない。
【００８６】
下肢支持装置３を使用者の荷重が支持される支持モードとして使用しようとする場合、使用者はクラッチ３１６をロック状態とすることができる。クラッチ３１６がロック状態になると、第１フレーム３０は後述のケーブルＷにより動作することができる。
【００８７】
クラッチ３１６は、スイッチ３０３によりロックまたはロック解除することができる。スイッチ３０３は、クラッチ３１６と隣接した第１フレーム３０に備えられる。クラッチ３１６には溝３１７が形成される。スイッチ３０３には溝３１７に挿入されるロック部３０４が設けられる。ロック部３０４が溝３１７に挿入されると、クラッチ３１６はロックされることができ、ロック部３０４が溝３１７から離れると、クラッチ３１６はロック解除される。スイッチ３０３には、取手３０５が設けられ、使用者は取手３０５を握ってスイッチ３０３を操作してロックまたはロック解除させることができる。スイッチ３０３はモータにより自動にロックまたはロック解除することもできる。
【００８８】
第３フレーム３２にはカム３５が備えられ、第２フレーム３１にはラッチ３６が備えられる。ラッチ３６の一側は、カム３５の外側面に沿ってスライドされるように設けられる。カム３５の形状は、図６に示すカム２５と類似とすることができる。詳しくは、カム３５には突出部３５０、３５０’及び凹状のラッチ支持部３５１が形成される。突出部３５０、３５０’は、ラッチ支持部３５１の一側に具備された第１突出部３５０及びラッチ支持部３５１の他側に具備された第２突出部３５０’を含むことができる。ラッチ３６は、カム３５の外側面であるラッチ支持部３５１に沿ってスライドするローラ３６２を含む。ラッチ３６には、固定孔３６０が形成され、固定孔３６０と第２フレーム３１を貫通するシャフト３１４によってラッチ３６が第２フレーム３１に回転可能に装着される。ラッチ３６には、ケーブルＷが装着されるケーブル結合部３６１が設けられる。
【００８９】
図１３Ａ及び図１３Ｂは、他の実施形態に係る下肢支持装置の動作状態を示す図である。図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すると、使用者の荷重が下肢支持装置３により支持されるときに、ローラ３６２はカム３５に具備されたラッチ支持部３５１により支持されることができる。外力により第２フレーム３１が第２関節３４を中心に一方向または他方向に回転すると、ローラ３６２はカム３５のラッチ支持部３５１に沿って第１突出部３５０または第２突出部３５０’の方にスライドされる。
【００９０】
図１３Ａに示すように、第１フレーム３０の上端部が最低点Ｅ１に位置した状態で、使用者の荷重が下肢支持装置３により支持されているときに、クラッチ３１６がロック状態にあれば、外力により第２フレーム３１が第２関節３４を中心に一方向Ｒ１に回転する。第２フレーム３１が第２関節３４を中心に、一方向Ｒ１に回転すると、ラッチ３６のローラ３６２がカム３５のラッチ支持部３５１に沿って第１突出部３５０の方にスライドしながらケーブルＷは第１フレーム３０を引っ張ることになる。ケーブルＷにより第１フレーム３０が引っ張られると、第１フレーム３０は第１関節３３を中心に一方向Ｒ１に回転し、第１フレーム３０の上端部は凹曲線Ｅに沿ってＥ２位置に移動することができる。
【００９１】
図１３Ｂに示すように、第１フレーム３０の上端部が最低点Ｅ１に位置した状態で、第２フレーム３１が第２関節３４を中心に他方向Ｒ２に回転する場合にも、第１フレーム３０は一方向Ｒ１に回転することができる。第２フレーム３１が第２関節３４を中心に他方向Ｒ２に回転すると、ラッチ３６のローラ３６２がカム３５のラッチ支持部３５１に沿って第２突出部３５０’の方にスライドされる。ローラ３６２がカム３５の第２突出部３５０’の方にスライドしながらケーブルＷは第１フレーム３０を引張り、第１フレーム３０は第１関節３３を中心に一方向Ｒ１に回転して第１フレーム３０の上端部は凹曲線Ｅに沿ってＥ３位置に移動することができる。
【００９２】
使用者の荷重が下肢支持装置３により支持され、外力のない状態で、第１フレーム３０の上端部は凹曲線Ｅの最低点Ｅ１に位置することができる。第２フレーム３１が外力により第２関節３４を中心に回転して第１フレーム３０の上端部が凹曲線Ｅの最低点Ｅ１でないＥ２、Ｅ３地点に位置しても外力が除去されると、第１フレーム３０の上端部が凹曲線Ｅの最低点Ｅ１に再び移動することができる。
【００９３】
このように、使用者の荷重が加えられた下肢支持装置３の重心が凹曲線Ｅに沿って移動するようにされることで、下肢支持装置３に外力が加えられても重心がいつも最低点Ｅ１に収束されるので、使用者の荷重を安定的に支持することができる。
【００９４】
一実施形態または他の実施形態に係る下肢支持装置の場合、ケーブルによりラッチと第１フレームとが連結されるものとして説明したが、ケーブルの代わりに複数のリンクが連結された構造が適用されることもできる。ケーブル、複数のリンク外にも、第２フレームの回転により第１フレームが回転できるように力を伝達する手段を回転力伝達部材とすることができる。第１フレームは、使用者の大腿部に装着されるので、大腿部フレームとし、第２フレームは使用者の下腿に装着されるので、下腿フレームとし、第３フレームは使用者の足に装着されるので、足部材と称する。
【００９５】
このような下肢支持装置によれば、重心が下方に凹む（ｃｏｎｃａｖｅ）曲線に沿って移動するので、重心はいつも最低点に向う。使用者の荷重が下肢支持装置により支持されたときに、重心は最低点に位置することができる。この状態において、使用者の姿勢変化または外力により下肢支持装置のフレームが回転しても重心は下部に偏らず、上部に移動する。上部に移動した重心は、外力が除去されると、最低点に復帰するので、使用者の荷重は下肢支持装置によって安定的に支持されることができる。下肢支持装置の第１関節側にモータが装着された場合、下肢支持装置が使用者の歩行を補助することができる。
【００９６】
下肢支持装置に含まれた第１フレームの端部は、凹曲線に沿って移動する実施形態に関して説明したが、下肢支持装置は第１フレームの端部が底面に水平となる直線に沿って移動するように構成されることもできる。カムの形状を可変させて第１フレームの端部が凹曲線に沿って移動するか、または底面に水平となる直線に沿って移動するように構成することもできる。
【符号の説明】
【００９７】
１、２、３  下肢支持装置
１１、２１、３１  下腿フレーム
１０、２０、３０  大腿部フレーム
Ｃ、Ｄ、Ｅ  凹曲線
【図１】
0006660684.tif 000002
【図２Ａ】
0006660684.tif 000003
【図２Ｂ】
0006660684.tif 000004
【図３Ａ】
0006660684.tif 000005
【図３Ｂ】
0006660684.tif 000006
【図４Ａ】
0006660684.tif 000007
【図４Ｂ】
0006660684.tif 000008
【図５】
0006660684.tif 000009
【図６】
0006660684.tif 000010
【図７】
0006660684.tif 000011
【図８Ａ】
0006660684.tif 000012
【図８Ｂ】
0006660684.tif 000013
【図９】
0006660684.tif 000014
【図１０】
0006660684.tif 000015
【図１１】
0006660684.tif 000016
【図１２】
0006660684.tif 000017
【図１３Ａ】
0006660684.tif 000018
【図１３Ｂ】
0006660684.tif 000019