立石科学技術振興財団

助成研究成果集(第26号) 2017

実用志向型電動義手のためのマグネシウム合金製可動式手関節継手の製作
Production of movale wrist joint made in magnesium alloy for a practical use- oriented,electrically powered prosthes
2151034

研究代表者

湘南工科大学准教授

森貴彦

電を用いない電動義手の研究開発が活発に行わ[研 究 の 目 的]れている。しかし，いずれの製品もまだ義手モーターを用いて電動ハンドを駆動する方式

ユーザーの日常生活動作の補助を十分に満足での筋電義手は，ケーブルを牽引して手先具の開きる能力に達していないといえる。使いやすさ

閉を行う方式の能動義手に比べて機能性や操作の改善や獲得できる日常生活動作の質と数の強性に優れているため，新たな福祉機器として期化など実用的なユーザビリティを有する電動義待されており，我が国では厚生労働省管轄の社手を用意し，ユーザーの選択肢をもっと増やす

会復帰促進等事業の下でドイツ Ottobock 社の必要がある。たとえば，現行のオットーボック筋電義手が毎年支給されている。しかし，川村社製筋電義手には可動式手関節継手があるが，らの調査結果によると，片腕前腕切断に対する丈夫であるものの重い上に使い勝手が悪い。手義手における筋電義手の割合は，公的支給制度

関節継手 (可動式手首) の機能改善や軽量化はが整っている欧米ではドイツ 70%，アメリカ

早期に解決しなければならない重要な技術的課

25%，イタリア 16% であるが，日本では 2 %題である。鉄やアルミニウム以外の実用金属をと極めて低い支給率である。H24 年度第 6 回用いた軽量な可動式手関節継手が必要である。

義肢等補装具専門家会議報告によると，障害者

そこで，本研究では，総合的に優れた特性を自立支援法での支給は H22 年度に 5 例および多く持つマグネシウム合金を用いた可動式手関H24 年度に 4 例，労災保険法での研究用支給

節継手 (可動式手首) とそれを搭載する実用志は過去 5 年間 (H20〜24 年度) で 87 例である。 向型電動ハンドを製作する。
このように義手ユーザーとなり得る潜在的な上肢切断者数が非常に多いにも関わらず，日本[研究の内容，成果］での支給率は際立って低いことがわかる。その理由として，支給審査基準の高さだけでなく，

1．手継手の先行技術と先行研究費用対効果の低さ (機能とコストのアンバラン

図 1 に示す手継手は，Ottobock 社製の電動ス)，デザインの見劣り，操作訓練の難しさなハンド用回旋・迅速交換式屈曲手継手 10V39

どが要因と考えられ，筋電義手の普及を妨げる(重量 149.2 g) であり，ボタンが 3 個ついてい課題となっている。これらの課題を解決すべく，る。1 個は可動部であるねじ穴のついたボルト

近年，国内外で大学や企業による筋電義手や筋を手継手からリリースするための金属製のボタ― 1 ―立石科学技術振興財団

図1

Ottobock 社製回旋・迅速交換式屈曲手継手 10V39図3

先 行 研 究 で 試 作 し た 手 継 手 (左：ボ タ ン レ ス 型，右：ねじ締めロック機構付き)

屈，可動域 90 度の橈屈・尺屈の機能を有し，装飾グローブの上からでも片手で手継手に一定の力を加えることにより，ロックが解除される。
なるべく複数の箇所で位置決めができるようにボールジョイントの表面に複数の穴を準備し，
図2

筐体にバネ構造を持つ穴と同径のプランジャー

電動義手用装飾グローブ(バネを持つピン) を装着した。しかし，プランジャーの先がボールの穴に嵌ることにより，ンである。もう 1 個は電動ハンドを屈曲・伸展

手継手をロックすることができるが，プランさせるための金属製のボタンであり，押しながジャーのバネ力だけでは不十分であった。そこら使用する。残りの 1 個は電動ハンドを回内方で，図 3 右に示すようにボールジョイトにボル向および回外方向に回旋させるための樹脂製のトを直接ねじ込み方式をロック機構として採用

ボタンであり，押しながら使用する。

したが，装飾グローブの上から操作が困難とボタン操作を必要とする上記の手継手を本電なってしまい，抜本的な改善策が必要となった。

動ハンドに採用した場合，図 2 に示す本電動義手用装飾グローブで電動ハンドを美装化した際2．手継手の機能改善に手継手の操作が極めて困難になる問題が想定

本研究代表者は先行研究で試作した手継手できた。手継手の機能改善や軽量化が必要で(図 3 右) をベースに，それのロック機構に関あった。

する問題点を解決するため，本研究では。鉄やそこで，本研究代表者は先行研究において，アルミニウム以外の実用金属を用いた軽量な可Ottobock 社製の回旋・迅速交換式屈曲手継手

動式手関節継手を開発した。実施内容は以下の10V39 のもつ問題点を解決するために，機能通りである。

改善と軽量化を施した手継手を試作した (図 3

ボールジョイントを基本として，締め操作の左)。こ の 手 継 手 は，可 動 部 中 心 部 に ボ ー ル

ためのねじ部品を使わなくても位置決めができジョイントを配置し，可動域 90 度の掌屈・背るように，ボールジョイントと C 型バネと 2― 2 ―Tateisi Science and Technology Foundation本のアームを装着した。この構造により，義肢関節は無段階で 360 度の回旋，縦方向および斜め方向への掌屈・背屈が無段階に可能である。
そこで，無段階で動く義肢関節の運動を，1本のアームの一端をワンタッチの手動操作で軽く押すだけで義肢関節の運動を瞬間的に完全にロックすることができる (図 4(a))。また，1本のアームの他端をもう一端と同じ方向からワンタッチの手動操作で軽く押すだけで義肢関節の運動を瞬間的にロック解除することができる(図 4(b))。
上記の機能により，ねじ締め操作やアームの

図4

ビリヤ―ドボールで試作した模型引き上げ操作を排除し，被覆されたカバーの上
か ら の 容 易 な 操 作 を 可 能 と し た (図 5 (a) 〜(d))。以下，主な特徴である。
・関節の任意方向に無段階操作・同方向からのブレーキ操作・ワンタッチロック・ワンタッチアンロック
特に回旋・迅速交換式屈曲手継手 10V39 の場合，手先具が装飾グローブを装着した状態でねじ締操作が困難であるが，本機能により，装飾グローブ装着時でもブレーキ操作が簡単にできる。また，1 つのボールジョイントを用いることで義肢の迅速な回旋と掌屈・背屈を可能とし た。特 に 回 旋・迅 速 交 換 式 屈 曲 手 継 手
10V39 の場合，斜め方向への掌屈・背屈が不可能であるが，本機能で手先具を 360 度の回旋，縦方向の掌屈・背屈だけでなく斜め方向への掌屈・背屈も実現できる。
3．手継手の軽量化先行研究では，ボールジョイントを摩耗に強い NC ナイロン製，筐体を強度が大きいポリ

図5

試作した手継手カーボネイト製にすることで，先行技術である
Ottobock 社製の電動ハンド用回旋・迅速交換タッチロック機構に変更することで，さらに式屈曲手継手 10V39 (重量 149.2 g，図 6(a))

16.4g の軽量化に成功した (重量 106.7 g，図 6に 比 べ て 26.1 g の 軽 量 化 に 成 功 し た (重 量(c))。

123.1 g，図 6(b))。また，ステンレス製のねじ締めロック機構をマグネシウム合金製のワン― 3 ―立石科学技術振興財団[今後の研究の方向，課題］
電動ハンドが持つ手先具の重量次第では，ワンタッチロック機構の保持力を維持できない場合があった。また，保持力を強くするとアームが破損する場合があった。今後の研究の方針として，保持力を大幅に向上させても破損しないような機構に改善する必要がある。
［成果の発表，論文等］
(1)

森貴彦，
「優れたユーザビリティを有する電動義手の開発」，医療福祉専門誌月刊「地域ケアリング」
2016 年 11 月号，pp. 79-82 (2016)

(2)

森貴彦，
「操作が簡単な電動ハンドの開発」，医療福祉専門誌月刊「地域ケアリング」2017 年 5 月号，pp. 50-53 (2017)

図6

各手継手の重量― 4 ―