JP2005000634A - 歩行補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直立姿勢の維持に対する補助力をも好適に発揮し、しかも装着時の圧迫感が軽減された歩行補助装置を提供する。
【解決手段】下肢の運動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方に補助動力発生装置（股関節アクチュエータ１０）を備えた歩行補助装置における腰部装具（１）を、左右の脊柱起立筋の中間部並びに両外側部と、左右の腸骨陵部とのそれぞれに個別に当接するパッド（１８・１９・２０）を備える背当て（４）と、該背当てに連結されて腹直筋下部を緊締するベルト（５）とを有するものとする。これにより、腰椎に支持力が働くので、直立姿勢を安定的に保持すると共に、腰部の屈曲運動に装具が及ぼす抵抗が軽減される。しかも補助動力発生装置の駆動トルクを腰回りの全体で受け止めるので、運動中の装具のずれが少なくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、股関節や膝関節の運動に補助力を与えるための歩行補助装置に関するものである。

外傷や疾病、あるいは加齢による筋力低下で自力歩行が困難となった人のために、股関節や膝関節にアクチュエータを装着し、アクチュエータが発生する動力で下肢の運動を補助するようにした歩行補助装置が種々提案されている。

従来、これらの歩行補助装置は、ベルト等を締め付けて大腿部および下腿部に固定する装具を介してアクチュエータを下肢に固定することが一般的であった。
特開昭５８−１６３３６４号公報（第１図〜第４図） 特開平７−１６３６０７号公報（第１図）

しかるに、歩行の際の脊柱の直立姿勢は、背筋と腹筋とのバランスで維持されるが、歩行機能に障害を来した人々の筋力低下は、下肢に限らずこれらの筋肉群にも当然表れ、特に腹筋の筋力低下は、直立姿勢の維持を著しく困難にする。ところが上記公報に開示された従来の装具は、単にアクチュエータを関節の近傍に固定する機能のみを備えるものであり、直立姿勢の維持を補助する機能は皆無に等しかった。

このような従来技術の課題を解決し、直立姿勢の維持に対する補助力をも好適に発揮し、しかも装着時の圧迫感が軽減された歩行補助装置を提供するために、本発明の請求項１においては、下肢の運動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方に補助動力発生装置（股関節アクチュエータ１０）を備えた歩行補助装置における腰部装具（１）を、左右の脊柱起立筋の中間部並びに両外側部と、左右の腸骨陵部とのそれぞれに個別に当接するパッド（１８・１９・２０）を備える背当て（４）と、該背当てに連結されて腹筋下部を緊締するベルト（５）とを有するものとした。

請求項２においては、左右の腸骨陵部に当接する前記パッド（２０）を、着脱自在なインナライニング（６）に設けるものとした。

請求項３においては、前記インナライニング（６）に、補助動力発生装置と人体との間に挟まれる緩衝用パッド（２１）を設けるものとした。

請求項４においては、前記ベルト（５）を、背当ての左右各端に上下に並列に結合された２本のベルト（１５Ｕ・１５Ｌ）が、腹筋下部に対応する部位に配されるバックル（１６）の左右各端に統合して結合されたものとした。

請求項５においては、前記ベルト（５）を、背当ての左右各端に一端（３１ａ）が結合され、且つ腹筋下部に対応する部位に配されるバックルの左右各端に他端が結合されたメインベルト（３１）と、背当ての上端部とメインベルトの体側部に対応する部位間を繋ぐサブベルト（３２）とからなるものとした。

このような本発明によれば、以下の如き格別な効果を奏することができる。
１．下肢の運動に補助力を与える補助動力発生装置としての股関節アクチュエータを股関節の側方に装着するための腰部装具を、左右の脊柱起立筋の中間部並びに両外側部と、左右の腸骨陵部とのそれぞれに個別に当接するパッドを備えた背当てと、該背当てに連結されて腹筋下部を緊締するベルトとを有するものとしたので、腰部の屈曲運動を阻害せずに腰椎を好適に支持して直立姿勢を安定させることができ、しかもアクチュエータの駆動トルクが腰回りの全体で受け止められるので、運動中に装具がずれる不都合を払拭することができる。
２．左右の腸骨陵部に当接するパッドを、着脱自在なインナライニングに設けるものとしたので、インナライニングを交換するだけで使用者の体格差に対応することができ、製作コストを削減することができる。
３．アクチュエータと人体との間に挟まれる緩衝用パッドをインナライニングに設けるものとしたので、使用者が万一転倒した際にも補助動力発生装置が突き当たる衝撃から人体を保護することができる。
４．背当ての左右各端に上下に並列に連結された２本のベルトを腹筋下部に対応する部位に配されるバックルの左右各端に統合して結合したので、腹腔圧を高めて内臓を正しい位置に持ち上げることができる。しかも腹腔に加わる圧力を下腹部の全体に均一に分散して圧迫感を軽減することができる。
５．背当ての左右各端と腹筋下部に対応する部位に配されるバックルの左右各端とをメインベルトで連結し、背当ての上端部とメインベルトの体側部に対応する部位間をサブベルトで繋ぐものとしたので、背当ての上部を引っ張ることで脊柱の湾曲に背当てを密接させ、腰回りに対する腰部装具の接触圧を均等化することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された歩行補助装置の人体への装着状態を示している。この歩行補助装置は、腰部装具１と、下腿部装具２と、補助動力を発生する駆動ユニット３とから構成されており、腰部装具１と下腿部装具２とを下肢に固定し、これらを介して駆動ユニット３が発生する回転トルクを下肢に伝えることにより、低下した筋力を補う力を人体に与える機能を備えている。

腰部装具１は、図２に示すように、背当て部４と、ベルト部５と、ライニング部６とからなっている。

背当て部４は、図３に併せて示すように、左右の腸骨陵部（骨盤前面端点）７から仙腸関節（脊柱と骨盤の接合点）８を通る後背部に当接するように、平面視が概ねＵ字形をなしており、その左右両端に設けられた股部駆動源連結部９に連結される減速機付き電動モータ等からなる股関節アクチュエータ１０の駆動力を受け止めることができるように、実質的な剛体で構成されている。そして背当て部４の後背部は中空に形成されており、その内部には、図には明示されていないが、制御回路と、電動モータ及び制御回路に電力を供給するバッテリーとが内蔵されている。また背当て部４の直接人体に当接する部分には、本発明によるクッションパッド１１が設けられている。

本発明によるベルト部５は、背当て部４の左右両側部に設けられたベルト結合部１３の内面にボルト止めされる比較的硬質なゴム材などで形成された左右一対の基部１４と、各基部１４の前端に固着された左右一対のウェブ部１５と、各ウェブ部１５の前端に取り付けられた左右一対のバックル１６とからなっている。そしてベルト部５の内面、つまり人体の腰回りとの対向面には、圧着ファスナなどを利用して保護用のインナライニング６が貼り付けられるようになっている。なお、ウェブ部１５は、適度な伸縮性を有するように織られている。

背当て部４に設けられたクッションパッド１１は、図３に示したように、腰椎１７に沿う窪みに当たる中央パッド１８と、腰椎１７の左右にて後方へ僅かに膨出する脊柱起立筋の左右両外側に当たる側部パッド１９とからなっている。またインナライニング６には、腸骨陵部７に当たる腸骨パッド２０が設けられている。これらにより、総計５箇所のパッドが腰回りの要所に当たり、背当て部４がずれないように保持されるようになっている。なお、剛体からなる股部動力伝達部９が人体に直接当接すると、違和感を与えるおそれがあり、また万一転倒した際に肉体に大きな衝撃が加わるおそれがあるので、これらを緩和するために、股部動力伝達部９との間に挟まれて股関節側面に当たる股関節パッド２１がインナライニング６に設けられている。

各ウェブ部１５は、基部１４の上下に固着された２本のベルトをその前端で統合して各バックル１６に結合し、前側が狭くなるＶ字形をなしている。これらウェブ部１５の上側部分１５Ｕは、腸骨陵部７に対応する部位に位置する基部１４との結合点から、臍と恥骨との中間部（丹田）に位置するバックル１６へ向けて、外腹斜筋の筋繊維が走る方向に沿って延在している。そしてウェブ部１５の下側部分１５Ｌは、股関節の側方に位置する基部１４との結合点からバックル１６へ向けて、内腹斜筋の繊維の走る方向に沿って延在している。

さて、脊柱の直立姿勢は、背筋、胸筋、および腹筋のバランスで維持されるが、歩行機能に障害を来たした人の筋力低下は、下肢に限らずこれらの筋肉群にも当然表れ、特に腹筋の筋力低下は、腹腔を下垂させると共に脊柱を側面視Ｓ字形に湾曲させ、歩行の際の直立姿勢の維持を困難にする。それが本発明によれば、直立姿勢の維持に特に大切な腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋などが重なっている丹田と呼ばれる下腹部中央にバックル１６を位置させてウェブ部１５に緊締力を加えることにより、左右の腸骨陵部７から仙腸関節８を通る後背部にかけて装着された背当て部４が脊柱の湾曲を矯正し、骨盤を安定させて姿勢を正しくすると同時に、腹腔圧を高め、内臓を正しい位置に持ち上げる作用を発揮する。またウェブ部１５は比較的広い面積で下腹部に当接するので、腹腔に加わる圧力が下腹部の全体に均一に分散され、圧迫感が軽減される。

背当て部４及びベルト部５は、図４に示すように、体幹や下肢関節を動かした時の皮膚の動きが比較的少ない部位（図４中の腰部に網線を付した部分）に装着されるように構成されている。従ってこれによると、太股を上げ下げする股関節の運動や上体の前屈運動を妨げることがなく、しかも大腿筋の伸縮による大腿囲の変化に影響されることもない。

この構成によれば、背当て部４の主たる拘束点（５箇所のパッド１８・１９・２０）を体形差が比較的少ない背中側に設定するので、使用者の体形の違いに対応するにはベルト部５のみを交換するだけで済むことから、背当て部４を共通化することができ、腰部装具１の製作コストの低減に寄与し得る。

他方、下腿部装具２は、図５に併せて示したように、前脛骨筋上部の両側からヒフク筋２２の下部とアキレス腱２３の上部との間の皮膚の動きが比較的少ない部位（図４中の下腿部に網線を付した部分）を覆うように、下腿部に巻き付く帯状部２４を備えている。これによれば、下腿部装具２の主たる拘束点が膝の屈伸運動に伴って周囲長が変化するふくらはぎ及び足首の運動に伴って皮膚が動くアキレス腱２３を避けているので、適度な緊締力をもってしっかりと下腿部装具２を下腿部に固定することができる。

駆動ユニット３は、図６に併せて示すように、テレスコピック式に伸縮可能な連結バー２５の各端に減速機付き電動モータ等からなる股関節アクチュエータ１０並びに膝関節アクチュエータ２６をそれぞれ結合してなるものであり、背当て部４の股関節の側方に対応する位置に設けられた股部駆動源連結部９、並びに下腿部装具２の膝関節の側方に対応する位置に設けられた膝部駆動源連結部２７に対し、着脱自在なように構成されている。このように、腰部装具１、下腿部装具２、および駆動ユニット３を互いに分割した構成を採るものとすれば、使用者に無理な姿勢を強いることがなく、装着、脱却を他人の手を借りずに簡単に行うことができるものとなる。

一方、性差、年齢差などによってヒトの体形は千差万別であるが、このような体形差に対して違和感を与えずに腰部装具１の身体への密着性を高めるには、身体各部との接触圧がなるべく均等になるように腰部装具１およびベルト部５を構成することが好ましい。図７は、このような観点に立って装着感のより一層の向上を企図したベルト部５の別実施例を示している。

本実施例におけるベルト部５は、背当て部４に一体的に設けられた左右のベルト結合部１３に各一端が結合され、且つ腹筋下部に対応する部位に配されるバックル１６の左右各端に長さ調節自在に各他端が結合された左右一対のメインベルト３１と、背当て部４の上端部とメインベルト３１の体側部に対応する部位間を繋ぐ左右一対のサブベルト３２とからなっている。

メインベルト３１は、伸縮性に富む素材で形成されており、上下に幅広なベルト結合部１３に対してしっかりと結合させるために、その一端３１ａはｙ字形をなして拡幅されている。そしてサブベルト３２は、柔軟性を確保するために細身にされ、背当て部４の上端部に左右に離間して設けられた係合スロット３３に対して着脱可能な係合具３４がその一端に設けられると共に、その他端３５がメインベルト３１に縫いつけられている。またその中間部には長さ調節用バックル３６が設けられている。

次に本実施例に関わる腰部装具１の装着要領について図８を参照して説明する。先ず、圧着ファスナ付きのインナライニング６を介して腰部装具１を腰回りに仮止めし、おおよその位置決めを行う。

次いで、メインベルト３１を、腸骨陵部７と股関節との中間部を通って内腹斜筋に沿わせ、且つバックル１６を下腹部で連結する。この状態で身体の後背部の腸骨上に背当て部４が固定されるように、メインベルト３１の長さを調節する。

続いて背当て部４が腰椎の湾曲にほどよく密着するように、サブベルト３２の長さを調節する。このようにして、背当て部４の上部をサブベルト３２で引きつける結果、身体の後背部に対する背当て部４の接触状態が安定し、且つ腰部装具１全体の腰回りに対する接触圧がより一層均等化され、姿勢変化に伴う圧力変化も抑制できる。

本発明装置は、テーピングを施したのと同様な緊締力が特定の筋肉に作用するように製造された運動用スパッツＳ（特開２００１−２１４３０３号公報を参照されたい）の上に装着すると、スパッツＳを形成する繊維の緊締力による筋肉支持作用と相俟って、運動機能を高める上により一層効果的である。

本発明にかかる歩行補助装置は、駆動トルクを逆に作用させれば負荷トルクを関節に作用させることができるので、運動機能補助装置としての用途のみならず、医療用、リハビリテーション用、並びに筋力増強トレーニング用の負荷発生装置としても利用することができる。

本発明装置を装着した状態の下半身を示す斜視図である。 本発明装置の腰部装具の構成を示す分解斜視図である。 背当て部と人体との関係を示す説明図である。 本発明装置と人体との関係を示す説明図である。 下腿部装具を下腿部に装着した状態を示す説明図である。 駆動ユニットの斜視図である。 ベルト部の別実施例の構成を示す分解斜視図である（実施例２）。 図７に示す装具を装着した状態の下半身を示す斜視図である。

符号の説明

１ 腰部装具
３ 駆動ユニット
４ 背当て部
５ ベルト部
６ インナライニング
１０ 股関節アクチュエータ
１１ クッションパッド
１５Ｕ、１５Ｌ ウェブ部
１６ バックル
１８ 中央パッド
１９ 側部パッド
２０ 腸骨パッド
２１ 股関節パッド
３１ メインベルト
３２ サブベルト
３３ 係合スロット
３４ 係合具
３６ 長さ調節用バックル

Claims (5)

1. 下肢の運動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方に補助動力発生装置を備えた歩行補助装置であって、
   前記補助動力発生装置を股関節の側方に固定するための腰部装具が、左右の脊柱起立筋の中間部並びに両外側部と、左右の腸骨陵部とのそれぞれに個別に当接するパッドを備えた背当てと、該背当てに連結されて腹筋下部を緊締するベルトとを有することを特徴とする歩行補助装置。
2. 前記左右の腸骨陵部に当接するパッドが、着脱自在なインナライニングに設けられることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
3. 前記インナライニングが、前記補助動力発生装置と人体との間に挟まれる緩衝用パッドを備えることを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装置。
4. 前記ベルトは、前記背当ての左右各端に上下に並列に結合された２本のベルトが、腹筋下部に対応する部位に配されるバックルの左右各端に統合して結合されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の歩行補助装置。
5. 前記ベルトは、前記背当ての左右各端に一端が結合され且つ腹筋下部に対応する部位に配されるバックルの左右各端に他端が結合されたメインベルトと、前記背当ての上端部と前記メインベルトの体側部に対応する部位間を繋ぐサブベルトとからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の歩行補助装置。

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