(57)【要約】【課題】立位および歩行を伴う中腰状態を維持する作業において、中腰のしゃがみ姿勢において、脚部の筋力の負担を軽減させ、作業における疲労の低減を実現する。【解決手段】左右各々の下肢大腿部背面に緩衝構造物を装着し、中腰のしゃがみ姿勢時に下肢大腿部背面部と下肢下腿部背面部の空間を埋める様に配し、体重を負荷させることで脚部に必要となる筋力を軽減させ、疲労を軽減させる。緩衝構造物は、気密性を有した弾性体の空気室状のものとすることで、空気ばねとして利用することができ、軽量かつ人体への装着感の良い人体装着型疲労軽減装置を実現する。 【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の下肢大腿部の右足側、左足側にそれぞれ装着する２つの緩衝構造物を有し、その各々が、右足、左足各々の下肢大腿部背面側に接し配置させるための、右足、左足各々で独立した装着機構を有し、その装着機構は膝頭を除いて下肢大腿部、下肢下腿部に分離して設けられ、緩衝構造物は人体が立位状態においては、下肢下腿部背面部とは接触しない位置にあり、人体がしゃがみ姿勢（＝中腰姿勢）においては、下肢大腿部背面部と下肢下腿部背面部の両方に接触し、下肢大腿部背面部と下肢下腿部背面部にそれぞれ体重による反力を負荷させ、しゃがみ姿勢下限位置を一定以上の高さに保つとともに、下肢部の筋力の低減を図ることで、人体への疲労を低減させる人体装着型疲労軽減装置。
【請求項２】
前記人体装着型疲労軽減装置のずり下がりを防止するため、腰ベルトを付加し、その腰ベルトと前期人体装着型疲労軽減装置をベルトで接続し吊り下げたことを特徴とする、請求項１の人体装着型疲労軽減装置。
【請求項３】
前記人体装着型疲労軽減装置の体重による反力の負荷量を調節するため、緩衝構造物を交換可能とした緩衝構造物支持機構を設けたことを特徴とする、請求項１の人体装着型疲労軽減装置。
【請求項４】
前記１〜３項において、人体装着型疲労軽減装置の緩衝構造物の装着機構を分割構造とし、人体の立位と座位の姿勢変化による下肢大腿部の周長、および下肢下腿部の周長の変化に追従できるように、その構成部材の一部を弾性変形可能な部材により構成したことを特徴とする人体装着型疲労軽減装置。
【請求項５】
前記１〜４項の緩衝構造物について緩衝構造物の量および効果を調節するために、緩衝構造物を内包する部位を変形可能な袋状構造とし、緩衝構造物の交換を可能としたことを特徴とする人体装着型疲労軽減装置。
【請求項６】
前記１〜５項の人体装着型疲労軽減装置において、その着脱機構として面ファスナーを用いたことを特徴とする人体装着型疲労軽減装置。
【請求項７】
人体の下肢大腿部の右足側の下肢大腿部および下肢下腿部、および左足側の下肢大腿部および下肢下腿部にそれぞれ装着する４つの緩衝構造物を有し、その各々が、右足、左足各々の下肢大腿部背面側、および下肢下腿部背面側に接し配置させるための、右足上下、左足上下各々で独立した装着機構を有し、その緩衝構造物は人体が立位状態においては、各々の緩衝構造物とは接触しない位置にあり、人体がしゃがみ姿勢（＝中腰姿勢）においては、右足、左足それぞれの下肢大腿部の緩衝構造物と下肢下腿部緩衝構造物の双方が接触し反力を負荷させることで、しゃがみ姿勢下限位置を一定以上の高さに保つとともに、下肢部の筋力の低減を図ることで、人体への疲労を低減させる人体装着型疲労軽減装置。
【請求項８】
前記１〜７項の緩衝構造物の一部または全部を空気ばね構造とし、その内部の空気圧および空気の体積を調節するための空気圧ポンプを設けたことを特徴とする人体装着型疲労軽減装置。
【請求項９】
前記８項の空気圧ポンプと緩衝構造物の間に、逆止弁と大気解放弁を設けたことを特徴とする人体装着型疲労軽減装置。
【請求項１０】
前記１〜７項の緩衝構造物の設置量が変更できるようにするために、ひとつの緩衝構造物について設置位置の異なる２対の面ファスナーを設け、その面ファスナーの接合位置を選択することで、緩衝構造物の量を調節することを特徴とする人体装着型疲労軽減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工場内や農作業において、足腰の動作や姿勢の維持により生じる疲労に対して、人体に装着することでそれを軽減するための人体装着型疲労軽減装置について適用する。
【背景技術】
【０００２】
工場内や農場での作業は、立ち姿勢から中腰姿勢、およびしゃがみ込み状態を繰り返す様な、姿勢の変化とその維持の組み合わせで行われることが多い。特にしゃがみ姿勢の中でも中腰の状態を維持する事は、不安定な姿勢であることから筋肉への負担も多く、それにより生じる疲労を軽減することが望まれてきた。近年それらの疲労を軽減するための脚部および腰部用の「人体装着型疲労軽減装置」が多種研究開発されており、補助動力を伴うもの、伴わないものなど様々な構造のものが試作研究されている。
【０００３】
補助動力を伴う、「人体装着型疲労軽減装置」は、人体の脚部、および腰部などに装着され、人体の動き、および負荷状態を内蔵された位置センサ、トルクセンサなどにより検知し、人体に加わる負荷の一部を軽減、またはそれ以上の負荷作業を実現させるために開発されている。補助動力には電動、油圧、空圧などのアクチュエータなどが、用途、特性、可搬性などを考慮して用いられている。
【０００４】
一方、補助動力を伴わない、「人体装着型疲労軽減装置」は、同様に人体の脚部、および腰部に装着され、人体に加わる負荷の一部を軽減しようとするものである。負荷の低減の実現のための機能要素としては、ばねによる復元力を用いたもの、中間位置の保持を実現するストッパを用いるもの、負荷に拮抗するトルクで対抗するものなどがある。
ばねによる復元力を用いる場合は、起立時の自然状態を基準姿勢とし、腰部を前傾させたり、脚部を折り曲げた状態でばねによる復元力を生じさせ、基準姿勢への動作力を補助することで、作業全体での疲労軽減を図るものが多い。ストッパ、および負荷に拮抗するトルクで対抗するものの場合は、腰部を前傾させたり、脚部を折り曲げた状態のような不安定な姿勢を支えるために、抵抗力を生じさせたり、中間姿勢の保持の補助を行うことで、動作全体での疲労軽減を図るものが多い。
【０００５】
補助動力を伴わない、「人体装着型疲労軽減装置」に用いられるばね要素には、金属材料によるコイルや板バネ、トーションバーなどが考えられ、それらを用いた試作が行われている。また軽量化と人体への親和性を考慮して、ばね要素の材料として、ゴム素材を用いるケースがある。補助動力を伴わない、「人体装着型疲労軽減装置」の場合には、「人体装着型疲労軽減装置」の質量は人体が全て負荷することになるので、その質量は影響度の大きい要素であり、質量が大きい場合は疲労軽減が図れないばかりでなく、逆に疲労を増加させる要因にもなりうる。ストッパ、および負荷に拮抗するトルクで対抗するものの場合も、やはり同様に軽量である事は重要な要素である。
【０００６】
特許文献１は人体下肢部に装着し、下肢部の動作について補助動力を用いずに補助する装置について記載されたものである。
【０００７】
特許文献２は人体下肢部に装着し、下肢部の動作について補助動力を用い補助する装置について記載されたものである。
特許文献３は人体上肢部に装着し、上肢部の動作について補助動力を用いずに、上肢の持ち上げ作業を補助し疲労を軽減する装置について記載されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１４−２１２４２７  人体装着型疲労軽減装置
【特許文献２】特許第４９８９２７８号（Ｐ４９８９２７８）  下肢パワー増幅装置
【特許文献３】第２７２１４３８号  腕の疲労軽減装置
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
工場内や農場でのしゃがみ作業を伴う作業において、中腰の状態を維持する状態では、脚部の筋肉は、その中腰姿勢を保持するために筋力を発生させているため、身体に負担が掛かり、疲労を感じる事につながっている。そこで中腰姿勢において、脚部の筋肉の消費する筋力を低減できる人体装着型の疲労軽減装置が実現できれば、中腰姿勢を伴う作業による疲労の低減に寄与できる。
【００１０】
しかしながら、従来の人体装着型の疲労軽減装置の多くは金属や硬質樹脂材料による剛性の高い構造物で構成されたものが多く、その質量が大きいことや、硬度が硬いことにより人体装着時に違和感が生じたり、場合によっては痛みを伴うことがあり、快適性を損なうものも少なくない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は下肢大腿部背面に緩衝構造物を装着し、中腰姿勢における不安定な姿勢を支える、ばね、およびストッパとして利用することで、人体への負担を軽減し、疲労の軽減をはかるものである。
【００１２】
緩衝構造物には、空気を内包した気密性を有する軟質弾性材料により構成された袋とすることで、人体への装着性およびその装着時の快適性を高めるものである。
さらに、軟質弾性材料は一般的に比重が極めて小さく、補助動力を伴わない、「人体装着型疲労軽減装置」に求められる軽量化を容易に実現するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は下肢大腿部背面に緩衝構造物を装着することで、中腰姿勢における姿勢の不安定さを改善する。緩衝構造物は、軽量かつ軟質のものとするために、気密された空気を内包した袋状構造物とすることで、それを空気ばね、およびストッパとして利用することができる。ゆえに歩行時、起立時といったしゃがみ動作を伴わない動作時においても、極めて人体に対する負担を小さくでき、一方で中腰姿勢への移行時、およびその維持の際には、ストッパ機能によって筋肉の負担を軽減できる。
【００１４】
また、農業作業や工場における作業時の多くは、微細な身体姿勢の変化を伴うが、軟質な緩衝構造物をストッパとして用いることによって、微細な身体姿勢の変化にも柔軟に追従することができる。
【００１５】
また、中腰姿勢から起立姿勢への移行時においては、緩衝構造物の反力により起立姿勢への移行における筋力をアシストする機能を期待できる。この緩衝構造物を気密された空気を内包した袋状構造物とすることにより、空気ばねの効果が期待でき、軽量な構造物でありながら、筋力アシスト機能を持たせることが可能となる。
【００１６】
また緩衝構造物である気密された空気を内包した袋状構造物を、軟質弾性材料および剛性の極めて低い織物構造物で包括することにより、人体への装着性およびその装着時の快適性を高めながら、耐破壊性を高めることができる。さらに、軟質弾性材料および剛性の極めて低い織物構造物は一般的に比重が極めて小さく、補助動力を伴わない、「人体装着型疲労軽減装置」に求められる軽量化を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は先行例にもとづく人体装着型疲労軽減装置の実施方法を示した説明図である。図では人間の下肢部のみを図示しており、左側は立位状態、右側は座位状態を示している。
【図２】図２は本発明における人体装着型疲労軽減装置における実施方法を示した説明図であり、立位状態を示す。（実施例１）
【図３】図3は図２の座位状態を示す。（実施例１）
【図４】図4は人体装着型疲労軽減装置単体での詳細構造を示した説明図である。（実施例１）
【図５】図５は、２分割の人体装着型疲労軽減装置をそれぞれ、下肢大腿部と下肢下腿部に装着したものである（実施例２）
【図６】図６は、図５の座位状態を示す。（実施例２）
【図７】図７は図５のものを斜め後方から見たものである。（実施例２）
【図８】図８は、実施例２の人体装着型疲労軽減装置の発展型で、エアクッション部のクッション性を調節するための手動式空気ポンプシステムを付加したものである（実施例３）。
【図９】図９は、実施例３の手動式空気ポンプシステムのシステム系統の説明図である。（実施例３）
【図１０】図１０は、実施例２の人体装着型疲労軽減装置の発展型で、クッション性を調節するため、クッションの量を調節する機構を付加したものである。（実施例４）
【図１１】図１１は、図１０の動作状態を説明した図である。（実施例４）
【発明を実施するための形態】
【００１８】
下肢大腿部背面に軽量かつ軟質の、緩衝構造物を装着することで、中腰姿勢における筋肉の負担軽減を実現した。  
【００１９】
図１は人体装着型疲労軽減装置を実現した例である。
図１は人間の腰から下側を部分的に図示しており、図の左側は立位姿勢の状態、右側の図は座位姿勢の状態を示す。符号１は下肢大腿部、符号２は下肢下腿部である。
符号４はクッション性を有した変形可能な緩衝構造物であり、符号３の緩衝構造物支持機構によって、右足、および左足にそれぞれ固定されている。符号４の緩衝構造物がクッション性と変形量に制限が設けてあることから、座位の姿勢になった場合に、下肢大腿部と下肢下腿部の間に挟まれる形となり、座位姿勢の高さに制限を設けるとともに、適度な反発力を生むことで、人体の疲労を軽減するものである。
【実施例１】
【００２０】
図２、図３は人体装着型疲労軽減装置の実施例１を示す。緩衝構造物は下肢大腿部の背面部に設置されるように、緩衝構造物支持機構によって、右足および左足にそれぞれ固定される。
緩衝構造物支持機構は動作や時間の経過によってずり落ちが起きないように、下肢大腿部、および下肢下腿部にベルト状の弾性変形可能な構造物によって巻き付け固定される。このベルト状の部材には、任意の位置で着脱が可能な面ファスナーおよびそれに類するものによって固定される。下肢大腿部、および下肢下腿部は立位、および座位といった姿勢の変化によってその周長が変化するため、緩衝構造物支持機構には周長変化に追従するための伸縮可能な弾性変形部材が組み込まれている。さらに、腰ベルトを設けそこに接続するためのベルトで吊り下げることで、ずり下がりを防止している。
【００２１】
符号４の緩衝構造物は、その量やクッション性を変更できた方が望ましい。よって、緩衝構造物を図４の符号４で示すような袋構造とし、その中に交換可能かつ数量も変更可能な符号１５のクッション材から構成させ、さらこれを符号１４のポケットを例とした緩衝構造物支持機構により支持させることで。作業に応じたクッション性を任意に得ることができる。
【実施例２】
【００２２】
図５〜図７は実施例１の発展型を示す。人体の下肢大腿部の右足側の下肢大腿部および下肢下腿部、および左足側の下肢大腿部および下肢下腿部にそれぞれ装着する４つの緩衝構造物を有することを特徴とする。その各々が、右足、左足各々の下肢大腿部背面側、および下肢下腿部背面側に接し配置させるための、右足上下、左足上下各々で独立した装着機構を有し、その緩衝構造物は人体が立位状態においては、各々の緩衝構造物とは接触しない位置にあり、人体がしゃがみ姿勢（＝中腰姿勢）においては、右足、左足それぞれの下肢大腿部の緩衝構造物と下肢下腿部緩衝構造物の双方が接触し反力を負荷させることで、しゃがみ姿勢下限位置を一定以上の高さに保つとともに、下肢部の筋力の低減を図ることで、人体への疲労を低減させる。
【実施例３】
【００２３】
図８は人体装着型疲労軽減装置のクッション性を随時変更させる機能を実現した実施例である。緩衝構造物の一部または全部を空気ばね構造とし、その内部の空気圧および空気の体積を調節するための空気圧ポンプを設けたことを特徴とする。図９に詳細を示すように、空気圧ポンプと緩衝構造物の間には、逆止弁を設け空気圧を保持するとともに、空気圧を減らす場合には大気解放弁を用いることとしている。空気ポンプは手動式のものが候補として考えられるが、電動式のものとしても同様の機能を実現する。
【実施例４】
【００２４】
図１０は緩衝構造物の設置量が変更できるようにした、実施例３とは異なる方式のものである。ひとつの緩衝構造物について設置位置の異なる２対の面ファスナーを設け、その面ファスナーの接合位置を選択することで、緩衝構造物の量を調節することを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
工場内や農作業において、足腰の動作や姿勢の維持により生じる疲労に対して、人体に装着することで、中腰姿勢における筋肉への負担軽減を実現する。
【符号の説明】
【００２６】
１  人体の下肢大腿部
２  人体の下肢下腿部
３  緩衝構造物を脚部に固定させる支持装置
４  緩衝構造物
５  人体のかかと部
６  ずり落ち防止ベルト
７  腰ベルト
８  緩衝構造物支持部
９  緩衝構造物を脚部に固定させる支持装置の着脱機構部
１０  緩衝構造物を脚部に固定させる支持装置の着脱機構部
１１  弾性体の帯部
１２  織物構造物
１３  面ファスナー
１４  緩衝構造物支持部
１５  緩衝構造物
１６  ひざ用開口部
２１  緩衝構造物
２２  緩衝構造物支持部
２３  緩衝構造物
２４  緩衝構造物支持部
２６  手動式空気ポンプ
２７  逆止弁および大気解放弁部
２８  空気配管
２９  逆止弁
３０  大気解放弁
３１  空気ばね式緩衝構造物（調節機能用空気導入部付き）
３２  空気ばね式緩衝構造物（調節機能用空気導入部なし）
４１  選択設置用緩衝構造物
４２  面ファスナー
【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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