(57)【要約】【課題】立位および歩行を伴う中腰状態において上肢を高所に維持する作業において、上肢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】左右各々の胸部前面に、持ち上げた上肢部を支持するための緩衝構造物およびそれを保持する構造物を装着し、それを上肢の持ち上げた姿勢時に胸部前面部と上肢との空間を埋める様に配し、上肢の自重を負荷させることで上肢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４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の胸部前面の右側面近傍、および左側面近傍に配する、それぞれの２つの緩衝構造物を有し、その各々が、右上肢上腕部、左上肢上腕部各々の背面側と接する位置に配置され、それらの２つの緩衝構造物は、上半身に大きくその位置が変化しないように固定され、上肢を持ち上げた場合に、前記の緩衝構造物に接触することでその自重を預けることで、腕の持ち上げ位置を
一定以上の高さに保つとともに、上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】
人体の胸部前面の右側面近傍、および左側面近傍に配する、それぞれの２つの緩衝構造物を有し、その各々が、右上肢上腕部、左上肢上腕部各々の背面側と接する位置に配置され、それらの２つの緩衝構造物は、上半身に大きくその位置が変化しないように固定され、
さらに、人体の右側、および左側の上肢部上腕部背面の各々に配する、それぞれの２つの緩衝構造物を有し、その各々が、胸部前面部と接する位置に配置され、それらの２つの緩衝構造物は、それぞれの上肢事右腕部に大きくその位置が変化しないように固定され
上肢を持ち上げた場合に、前記の緩衝構造物に接触することでその自重を預けることで、腕の持ち上げ位置を一定以上の高さに保つとともに、上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３】
前記緩衝構造物は右側および左側の肩部の各々を跨いでつながれた帯状の部材と、胸部前面部および胸部背面部を、胸部側面部の右側、および左側の各々を跨いでつながれた帯状の部材により保持されたことを特徴とする請求項１および請求項２の人体装着型疲労軽減装置。
【請求項４】
前記人体装着型疲労軽減装置の上肢部の自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および請求項２の人体装着型疲労軽減装置。
【請求項５】
前記１〜４項において、上肢の保持位置および保持反力を変更するために、人体装着型疲労軽減装置の緩衝構造物の装着数量を変更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７】
前記１〜６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８】
前記の胸部前面に配した緩衝構造物において、その胸部中央部に対して、胸部側面部に向かうに従って、胸部胸板からの厚さを厚くすることで、上肢を持ち上げた際に、胸部側面部より胸部中央部方向に上肢を保持することを特徴とした前記１〜７項の人体装着型疲労軽減装置
【請求項９】
前記１〜８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１０】
前記９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１１】
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、腕を上げた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、腕を上げて高所のものを取ったり、作業をする様なことが多い。特に腕を肩より上方に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上肢部用の「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、人体の上肢部などに装着され、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、同様に人体の上肢部に装着され、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、腕を持ち上げた時の自然状態を基準姿勢とし、腕を下した状態においては、ばねによる復元力を生じさせ、基準姿勢への復元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および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】特願２０１４−０９９７４４  人体装着型疲労軽減装置
【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】
工場内や農場での腕を持ち上げる作業を伴う作業において、腕を持ち上げた状態を維持する姿勢では、上肢部の筋肉は、その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。そこで腕を持ち上げた姿勢において、上肢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、腕を持ち上げた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】
本発明は胸部前面に上肢を持ち上げた状態を保持する機能を有する緩衝構造物を装着し、それをばね要素、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、内部に緻密な気泡を有するスポンジ状の部材や、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】
本発明は胸部前面に上肢を持ち上げた状態を保持する機能を有する緩衝構造物を装着することで、腕を持ち上げた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、内部に緻密な気泡を有するスポンジ状の部材や、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。ゆえに上肢を保持する動作と関係ない通常時においても、極めて人体に対する負担を小さくでき、一方で腕を持ち上げた姿勢への移行時、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】
また緩衝構造物である内部に緻密な気泡を有するスポンジ状の部材、または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】
【００１６】
【図１】図1は人体の上半身部を正面から見て図示したものである。
【図２】図２は人体の上半身部を斜め側面から見て図示したものである。
【図３】図３は人体の上半身部を上面から見て図示したものである。
【図４】図４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る。（実施例１）
【図５】図５は図４の人体の正面部から見た状態を示す。（実施例１）
【図６】図６は図４の人体の上面部から見た状態を示す。（実施例１）
【図７】図７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る。（実施例２）
【図８】図８は図７の人体の正面部から見た状態を示す。（実施例２）
【図９】図９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る。（実施例３）
【図１０】図１０は図９の人体の正面部から見た状態を示す。（実施例３）
【図１１】図１１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る。（実施例４）
【図１２】図１２は胸部に装着する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１３】図１３は上枝部に装着する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２）
【図１４】図１４は上枝部に装着する人体装着型疲労軽減装置単体を人体に装着しない時のひとつの状態での詳細構造を示した説明図である。（実施例２）
【図１５】図１５は、実施例５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５）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
胸部前面に、上肢を持ち上げた姿勢が保持できる構造を有した、軽量かつ軟質の、緩衝構造物を装着することで、上肢の持ち上げ姿勢の保持における筋肉の負担軽減を実現した。  
【実施例１】
【００１８】
図１、図２、図３は人体の上半身部を図示したものである。
各図では、右側、および左側の腕（＝上枝部）をひじの高さが肩の高さ近辺まで持ち上げている。このような姿勢は、例えば農作業においては、ブドウやナシのような高所に実る果実の収穫などにおいて取られることがある。産業用途においては、例えばものを持ち上げてそれを支え続けるような作業が考えられる。このような作業は上枝部の自重に逆らう様にして人体の筋力により行うため、このような作業が一定時間以上継続した場合に、上枝部が疲労を感じる事が多い。
疲労を感じる上枝部の持ち上げ高さは、図１〜３のような高さに限定されず、この図より低い位置、または高い位置においても同様である。
【００１９】
図４、図５、図６は前記のような疲労を軽減するための人体装着型疲労軽減装置を実現した例である。
図４は人間の上半身部の正面から見た状態を部分的に図示している。符号１は右側上肢部、符号２は左側上肢部である。
符号１１および符号１２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１３の緩衝構造物支持構造物によって、胸部前面部の右側、および左側にそれぞれ固定されている。符号１１および符号１２の緩衝構造物にクッション性と変形量に制限が設けてあることから、上肢部を持ち上げた姿勢になった場合に、符号６および符号７の上肢上腕部の背面側と胸部前面部の間の緩衝構造物を挟む形となり、上肢の持ち上げ姿勢の保持を行うとともに、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。
【００２０】
右側の上枝部と左側の上枝部は相互に干渉しない位置にあるため、前述の上枝部の持ち上げの保持動作は、右側、および左側を単独で実施できる。
【００２１】
また、上枝部を持ち上げた位置で保持させたくない時は、上枝部を前述の緩衝構造物に干渉しないように若干上枝部を開き気味にすることで実現できる。
【００２２】
図１２は人体装着型疲労軽減装置の単体での詳細を示す。符号５１および５２の緩衝構造物は胸部前面部に設置されるように、緩衝構造物支持構造物によって、人体にそれぞれ固定される。
緩衝構造物支持構造物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、符号５４および符号５５の胸部前面部、および胸部背面部をつなぐように、肩部、および胸部側面部をそれぞれ跨ぐようにして、帯状またはそれに類する構造物によって固定される。符号５１および５２の緩衝構造物は、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。
【００２３】
また符号５１および５２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１４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クッション材から構成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。
また、符号５１、５２は本実施例では個別の構造としているが、符号５１、５２を一体構造としたり、符号５３の支持構造物と一体構造としても同様の効果が期待できる。
【実施例２】
【００２４】
図７、８、９は実施例１の発展型となる実施例２である。人体の胸部前面部の右側および左側、および右側、および左側の上肢上腕部の背面側の各々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。
実施例１と異なる点は、上枝側に取り付けられた緩衝構造物と、胸部側に取り付けられた緩衝構造物が接触することで、上枝部の持ち上げ姿勢の保持を実現することである。この方法により得られる効果は、胸部、および上枝部に設ける緩衝構造物の厚さや大きさを、実施例１と相対比較すると小さく抑えることができることである。
【実施例３】
【００２５】
図１０は実施例２の発展型となる実施例３である。人体の胸部前面部の右側および左側、および右側、および左側の上肢上腕部の背面側の各々にそれぞれ装着する４つの緩衝構造物を有するが、上枝側の緩衝構造物と胸部側の緩衝構造物との接触部に、符号３５、３６で図示されたような上枝部を保持するための凹凸部を有することを特徴とする。これにより、符号３２、３４に符号３１、３３を載せる場合の上枝の開閉方向の保持力を低減できる効果がある。
【００２６】
図１３は上枝部に装着する人体装着型疲労軽減装置の単体での詳細を示す。符号５６の緩衝構造物は上枝上腕部部に設置されるように、符号５７の緩衝構造物支持構造物によって、人体にそれぞれ固定される。図１４は上枝部に装着する前の状態であり、この図のように符号５７はベルトの機能によって、着脱を助けている。
符号５６の緩衝構造物は、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。
【００２７】
また符号５６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１４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クッション材から構成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４】
【００２８】
図１１は実施例３の変形例となる実施例３である。人体の胸部前面部にひとつ、および右側、および左側の上肢上腕部の背面側の各々にそれぞれ装着する３つの緩衝構造物を有するが、上枝側の緩衝構造物と胸部側の緩衝構造物との接触部に、符号４１、４２で図示されたような上枝部を保持するための凸部を有することを特徴とする。これにより、実施例３と同様に上枝の開閉方向の保持力を低減できる効果がある。
【実施例５】
【００２９】
図１２は人体装着型疲労軽減装置の上肢部の保持性を変化し改善させる機能を実現する実施例である。緩衝構造物の一部または全部を空気ばね構造とした場合に、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付与することを特徴とする。符号６１の空気圧ポンプと符号６４の空気ばね式緩衝構造物の間には、符号６２の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符号６３の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。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
工場内や農作業において、上肢の持ち上げ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、その姿勢における筋肉への負担軽減を実現する。
【符号の説明】
【００３１】
１  人体の右側上肢部
２  人体の左側上肢部
３  人体の胸部前面部
４  人体の頭部
５  人体の腹部前面部
６  人体の右側上枝上腕部の背面部
７  人体の左側上枝上腕部の背面部
８  人体の胸部側面部
９  人体の肩部
１１  右側上肢支持用緩衝構造物
１２  左側上肢支持用緩衝構造物
１３  緩衝構造物支持構造物
１４  胸部前面部と胸部背面部を肩部を跨いでつないだ帯状の部材
１５  胸部前面部と胸部背面部を胸部側面部を跨いでつないだ帯状の部材
１３  右側上肢支持用緩衝構造物
１４  左側上肢支持用緩衝構造物
１５  胸部前面部に設置した緩衝構造物
１６  上肢上腕部背面側に設置した緩衝構造物
２１  胸部用緩衝構造物支持構造物
２２  上枝用緩衝構造物支持構造物
２３  右側上肢に取り付けた緩衝構造物
２４  右側胸部前面に取り付けた緩衝構造物
２５  右側上肢に取り付けた緩衝構造物
２６  右側胸部前面に取り付けた緩衝構造物
３１  右側上肢に取り付けた緩衝構造物
３２  右側胸部前面に取り付けた緩衝構造物
３３  右側上肢に取り付けた緩衝構造物
３４  右側胸部前面に取り付けた緩衝構造物
３５  右側上枝の保持のための緩衝構造物の凹凸部
３６  左側上枝の保持のための緩衝構造物の凹凸部
４１  右側上枝の保持のための緩衝構造物の凹凸部
４２  左側上枝の保持のための緩衝構造物の凹凸部
４３  緩衝構造物の凹部
５１  右側胸部前面部に取り付ける緩衝構造物
５３  左側胸部前面部に取り付ける緩衝構造物
５４  胸部用緩衝構造物支持構造物
５４  胸部前面部と胸部背面部を肩部を跨いでつないだ帯状の部材
５５  胸部前面部と胸部背面部を胸部側面部を跨いでつないだ帯状の部材
５６  上枝用緩衝構造物
５７  上枝用緩衝構造物支持構造物
６１  手動式空気ポンプ
６２  逆止弁
６２  大気解放弁
６４  空気ばね式緩衝構造物（調節機能用空気導入部付き）
６５  空気ばね式緩衝構造物（調節機能用空気導入部なし）
６６  空気配管
【図１】
2017006219.tif 000003
【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】
2017006219.tif 000012
【図１１】
2017006219.tif 000013
【図１２】
2017006219.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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