JP2006075379A - 歩行補助装置の大腿部装着具 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータから付与される補助トルクを、大腿部全体に均一に伝達すべく高い剛性を確保しつつ、装着感及び着脱性に優れた歩行補助装置の大腿部装着具を提供する。
【解決手段】 大腿部装着具９は、使用者の大腿部Ｔに外股側から装着される上面視略Ｕ字形の基部９ａと、基部９ａの左右両端から内股側に延出する左右の開閉部９ｂ・９ｃとからなり、全体としては上面視略Ｃ字形に形成されている。左右開閉部９ｂ・９ｃの先端間の間隔は、装着時における大腿部からの脱落を防止すべく大腿部の太さよりも狭く設定されている。また、基部９ａの剛性は、アクチュエータから付与される補助トルクを大腿部全体に均等に伝達すべく高く設定されており、開閉部部９ｂ・９ｃの剛性は、開閉方向に弾性変形すべく低く設定されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、歩行補助装置に含まれるアクチュエータから付与される補助トルクを、使用者の大腿部に伝達すべく、使用者の大腿部に着脱自在に装着される装着具（大腿部装着具に関するものである。

使用者の歩行を補助することを目的として、股関節と膝関節に補助トルクを付与するアクチュエータを備えた歩行補助装置が種々知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の歩行補助装置は、アクチュエータで股関節と膝関節とを伸展・屈曲させることにより、使用者の歩行を補助するように構成されている。特許文献１に開示されている従来技術では、使用者の大腿部に大腿用装着部（大腿部装着具）を装着し、電気モータ（アクチュエータ）から付与される駆動力（補助トルク）を、大腿用装着部を介して大腿部に伝達させるように構成されている。なお、大腿用装着部は、使用者の大腿部側方に位置する動力伝達腕により支持されている。

前記大腿用装着部は、装着時における大腿部からの脱落を防止すべく、大腿部の全周を覆うような形状（円筒状の形状）に形成されている。そして、大腿用装着部の周方向の一部には、マジックテープ（登録商標）や締め付けベルトなどからなる開閉機構が設けられており、前記開閉機構を操作して周方向の一部を開閉することにより大腿部に着脱するように構成されている。また、大腿用装着部は、大腿部に密着して装着すべく、伸縮性のある布、皮革、合成樹脂シート等の軟質の材料から作成されている。
特開平７−１６３６０７号公報（段落００１４〜００１６、図１）

しかしながら、特許文献１に記載されているような従来技術では、大腿部装着具（大腿用装着部）は、軟質の材料から作成されているため、剛性が低いという問題があった。

大腿部装着具の剛性が低いと、補助トルクの伝達は、大腿部装着具における動力伝達腕が連結された部分（連結部分）に集中するため、補助トルクを大腿部全体に均等に伝達させることができない。その結果、補助トルクの伝達率が低下するので、大腿部全体に必要な補助トルクを付与することができない。また、補助トルクの伝達が前記連結部分に集中すると、前記連結部分に対応する大腿部（大腿部の外股側）に過剰な力が加わるため、大腿部が局部的に圧迫されるなど、違和感を与えるおそれもある。

また、前記従来技術では、大腿部装着具は、大腿部の全周を覆うような円筒状に形成されており、大腿部への着脱時には、一々前記開閉機構を操作して周方向の一部を開閉しなければならないので、着脱に手間がかかるという問題があった。

腿部装着具の剛性を高めるためには、大腿部装着具に補強部材を取り付けたり、大腿部装着具そのものを剛性の高い材料から作成したりすることが考えられるが、このようにすると、部品点数や重量が増加するという問題が新たに生じる。また、補助トルクの伝達が前記連結部分に集中するのを避けるために、大腿部装着具と大腿部との間にパッドを介在させることも考えられるが、その場合も、部品点数や重量の増加を招くので好ましくない上、パッドの変形で補助トルクが吸収されてしまうので、伝達率も低下する。

そもそも、この種の補助装置は、主に筋力が低下した人が使用することを想定しているので、重かったり、取り扱いが不便であったりすることは好ましいことではない。すなわち、この種の補助装置では、軽量かつ着脱性に優れ、しかも装着時に快適であることが求められている。

そこで、本発明の課題は、アクチュエータから付与される補助トルクを、大腿部全体に均一に伝達すべく高い剛性を確保しつつ、装着感及び着脱性が優れている歩行補助装置の大腿部装着具を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明に係る歩行補助装置の大腿部装着具９は、使用者の大腿部に外股側から装着される上面視略Ｕ字形の基部９ａと、基部９ａの左右両端から内股側に延出する左右の開閉部９ｂ・９ｃとからなる、全体としては上面視略Ｃ字形の形状を有し、左右開閉部９ｂ・９ｃの先端間の間隔は、大腿部の太さよりも狭く設定されており、基部９ａの剛性は、歩行補助装置に含まれるアクチュエータから付与される補助トルクを大腿部全体に均等に伝達すべく高く設定されており、開閉部９ｂ・９ｃの剛性は、開閉方向に弾性変形すべく低く設定されている。

このように構成された大腿部装着具９は、その形状が全体として上面視略Ｃ字形に形成されており、左右の開閉部９ｂ・９ｃの先端間が開放されているので、開閉部９ｂ・９ｃの先端間から大腿部に着脱することができる。この大腿部装着具９は、装着時は、基部９ａの内面が大腿部の外股側と密接し、開閉部９ｂ・９ｃの内面が大腿部の内股側と密接することにより、大腿部に保持される。また、基部９ａは、大腿部における大腿骨を含む部分に対応している。

そして、開閉部９ｂ・９ｃの先端間の間隔は、大腿部の太さよりも狭く設定されているので、装着時に、大腿部装着具９が大腿部から脱落することはない。また、開閉部９ｂ・９ｃの剛性は、開閉方向に弾性変形すべく低く設定されているので、着脱時には、使用者が力を加えて開閉部９ｂ・９ｃの先端をそれぞれ外側に開き、開閉部９ｂ・９ｃの先端間の間隔を広げることにより、大腿部をＣ字の内側に入れる又はＣ字の外側に出すことができる。つまり、この大腿部装着具９は、開閉部９ｂ・９ｃの先端間の開閉のみにより簡単に着脱することができる。

また、基部９ａの剛性は、アクチュエータから付与される補助トルクを大腿部全体に均等に伝達すべく高く設定されているので、大腿部全体に必要な補助トルクを付与することができる。また、補助トルクの伝達が、大腿部装着具９における大腿部支持具２（図１参照）と連結する部分に集中することがないので、大腿部に過度な圧迫感を与えるおそれもなくなる。なお、「大腿部全体」とは、大腿部における大腿骨を含む部分のことである。

そして、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃとを、繊維強化複合材料により一体に構成すると、大腿部装着具９を軽量化することができるので、装着時における使用者の負担が軽減される。繊維強化複合材としては、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化繊維に、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂など）、又は熱可塑性樹脂（ＰＥＥＫ，ナイロン６、ナイロン６６、ポリエチレンテレフタレートなど）を含浸させたものを用いるとよい。

また、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃの材料に繊維強化複合材料を用いると、強化繊維の配向角（特に、周方向に対する配向角）、積層枚数、及び密度の設定により、基部９ａの剛性を高くし、開閉部９ｂ・９ｃの剛性を低くすることができる。

さらに、開閉部９ｂ・９ｃは、大腿部軸方向の全てに設ける必要はなく、大腿部軸方向における上端及び下端側にのみ設ければよい。このようにすると、例えば、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃとを、同一設定の繊維強化複合材料（強化繊維の配向角、積層枚数、及び密度の設定が同一の繊維強化複合材料）により一体に構成した場合でも、大腿部装着具９の周方向端部において大腿部軸方向における中央部を切欠することにより、開閉部９ｂ・９ｃの剛性を基部９ａの剛性よりも低くすることができる。つまり、基部９ａの高剛性と開閉部９ｂ・９ｃの低剛性を実現することができる。

本発明によれば、アクチュエータから付与される補助トルクを、大腿部全体に均一に伝達すべく高い剛性を確保しつつ、装着感及び着脱性に優れた歩行補助装置の大腿部装着具を提供することができる。

以下、本発明に係る歩行補助装置の大腿部装着具（以降、単に「大腿部装着具」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（歩行補助装置）
まず、歩行補助装置の概略について、図１を参照しつつ説明する。図１に示すように、歩行補助装置Ｅは、使用者の腰部に着脱自在に装着される上面視略Ｃ字形に形成された腰部支持具１と、使用者の左右の大腿部に着脱自在に装着される上下に長い棒状に形成された大腿部支持具２と、使用者の左右の下腿部に着脱自在に装着される上下に長い棒状に形成された下腿部支持具３と、使用者の左右の足部（使用者が履いた靴）に装着される足部支持具４とを備えている。

腰部支持具１の側部前端及び大腿部支持具２の上端には、左右の股関節に補助トルクを付与する補助トルクアクチュエータを取り付けるための左右一対の股間部アクチュエータベース５が設けられている。また、大腿部支持具２の下端及び下腿部支持具３の上端には、左右の膝関節に補助トルクを付与する補助トルクアクチュエータを取り付けるための左右一対の膝関節アクチュエータベース６が設けられている。

大腿部支持具２における股間部アクチュエータベース５並びに膝関節アクチュエータベース６との連結部は、回動軸が前後方向に延在するヒンジ７ａ・７ｂを介して屈曲自在に連結されている。また、下腿部支持具３における膝関節アクチュエータベース６並びに足部支持具４との連結部も、回動軸が前後方向に延在するヒンジ８ａ・８ｂを介して屈曲自在に連結されている。

各アクチュエータベース５・６に取り付けられる補助トルクアクチュエータ（股関節アクチュエータ・膝関節アクチュエータ）は、クラッチ及び減速機付き電動モータからなり、腰部支持具１並びに大腿部支持具２の下端のそれぞれにモータハウジングが固定され、大腿部支持具２並びに下腿部支持具３の各上端のそれぞれにロータが固定される。これにより、股間節並びに膝関節の運動に対応した補助的な動力（補助トルク）が、腰部支持具１の側部前端と大腿部支持具２の上端との連結部及び大腿部支持具２の下端と下腿部支持具３の上端との連結部に与えられる。

大腿部支持具２の上下方向中間位置には、一対の弾性Ｃ字形部材を適宜な上下間隔をおいて連結してなる大腿部装着具９が、所定範囲を上下に摺動可能に結合している。また、下腿部支持具３の上下方向中間位置にも、一対の弾性Ｃ字形部材を適宜な上下間隔をおいて連結してなる下腿部結合クリップ１０が、所定範囲を上下に摺動可能に結合している。下腿部支持具３と足部支持具４との連結部１１は、左右方向に延在する軸上で回動可能になっており、足首の運動に追従可能になっている。

腰部支持具１の中央部には、図示されない上肢との結合部が設けられる背当て板１２が取り付けられている。なお、制御回路やバッテリーなどは、この背当て板１２に取り付けられる。

以上のように構成された歩行補助装置Ｅは、図２に示すように、使用者の下肢に装着される。そして、補助トルクアクチュエータ（股関節アクチュエータ・膝関節アクチュエータ）で生成した補助トルクを、左右の股関節及び膝関節に付与することにより、使用者の歩行を補助する。

（大腿部装着具）
次に、本発明に係る大腿部装着具の実施形態について、図３〜図５を参照しつつ説明する。参照する図面において、図３は、図１に示した大腿部装着具９の拡大図である。また、図４は、大腿部装着具９を使用者の大腿部Ｔに装着した状態を示す図であり、図５は、図４におけるＶ矢視図である。

なお、以下の説明では、「剛性」とは、「曲げ剛性」のことを指す。これは、股関節アクチュエータから付与された補助トルクを大腿部支持具２を介して大腿部に伝える際に、大腿部装着具９には主に曲げ応力が作用するためである。

図３に示すように、大腿部装着具９は、使用者の大腿部に外股側から装着される上面視略Ｕ字形の基部９ａと、基部９ａの左右両端から内股側に延出する左右の開閉部９ｂ・９ｃとからなり、全体としては上面視略Ｃ字形に形成されている。左側の開閉部９ｂは、大腿部軸方向における上端及び下端側にのみ形成されており、右側の開閉部９ｃは、大腿部軸方向における上端及び下端側にのみ形成されている。開閉部９ｂ・９ｃの先端は外側に折り曲げられている。この大腿部装着具９は、装着時は、基部９ａの内面が大腿部Ｔの外股側と密接し、開閉部９ｂ・９ｃの内面が大腿部Ｔの内股側と密接することにより、大腿部Ｔに保持される（図４及び図５参照）。また、図５に示すように、基部９ａは、大腿部における大腿骨を含む部分に対応している。

基部９ａの剛性（曲げ剛性）は、アクチュエータから付与される補助トルクを大腿部全体に均等に伝達すべく高く設定されている。したがって、大腿部全体に必要な補助トルクを付与することができる。なお、ここでいう「大腿部全体」とは、図４及び図５に示すように、大腿部Ｔにおける少なくとも大腿骨Ｂを含む部分のことである。また、基部９ａが広い面積で大腿部Ｔに当たるので面圧が低くなり、圧迫感が軽減される。

開閉部９ｂ・９ｃの剛性（曲げ剛性）は、開閉方向に弾性変形すべく低く設定されている。したがって、この開閉部９ｂ・９ｃ先端は、使用者が力を加えて弾性変形させることにより、それぞれ外側に開くことができる。なお、開閉部９ｂ・９ｃは外側に折り曲げられているので、大腿部装着具９が大腿部に装着されているときでも、使用者は開閉部９ｂ・９ｃの先端を掴むことができる。また、開閉部９ｂ・９ｃの先端間の間隔Ｗ１は、大腿部Ｔの太さＷ２よりも狭く設定されている（図５参照）。

基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃは、繊維強化複合材料により一体に構成されている。繊維強化複合材料としては、強化繊維（炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維など）に、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂など）又は熱可塑性樹脂（ＰＥＥＫ，ナイロン６、ナイロン６６、ポリエチレンテレフタレートなど）を含浸させたものを用いるとよい。このように、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃとを、繊維強化複合材料により一体に構成すると、大腿部装着具９を軽量化することができるので、装着時における使用者の負担が軽減される。

また、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃの材料に繊維強化複合材料を用いると、強化繊維の配向角（特に、周方向に対する配向角）、積層枚数、及び密度の設定により基部９ａの剛性を高くし、開閉部９ｂ・９ｃの剛性を低くすることができる。具体的には、例えば、基部９ａでは強化繊維の密度を高くし（あるいは積層枚数を厚くし）、開閉部９ｂ・９ｃでは強化繊維の密度を低く（あるいは積層枚数を薄く）することにより、基部９ａの高い剛性と開閉部９ｂ・９ｃの低い剛性を実現することができる。

開閉部９ｂ・９ｃは、大腿部軸方向における上端及び下端側にのみ設ければよいので、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃとを同一設定の繊維強化複合材料により一体に構成しても、大腿部装着具９の周方向端部において大腿部軸方向における中央部を切欠することにより、開閉部９ｂ・９ｃの剛性を基部９ａの剛性よりも低くすることができる。つまり、基部９ａの高剛性と開閉部９ｂ・９ｃの低剛性を実現することができる。なお、「同一設定の繊維強化複合材料」とは、強化繊維の配向角、積層枚数、及び密度の設定が同一である繊維強化複合材料のことである。

また、開閉部９ｂ・９ｃは、大腿部軸方向における中央部が基部９ａ側に湾曲したテーパ状に形成することもできる。その場合でも、開閉部９ｂ・９ｃは、大腿部軸方向における上端及び下端側にのみ存在することとなる。したがって、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃとを同一設定の繊維強化複合材料により一体に構成しても、基部９ａの高剛性と開閉部９ｂ・９ｃの低剛性を実現することができる。

以上のように構成された大腿部装着具９は、開閉部９ｂ・９ｃの先端間が開放されているので、開閉部９ｂ・９ｃの先端間から大腿部Ｔに着脱することができる。つまり、大腿部Ｔを開閉部９ｂ・９ｃの先端間から大腿部装着具９のＣ字の内側に入れることにより、大腿部Ｔに装着することができる。また、大腿部Ｔを開閉部９ｂ・９ｃの先端間からＣ字の外側に出すことにより、大腿部Ｔから取り外すことができる。

また、図５に示すように、開閉部９ｂ・９ｃの先端間の間隔Ｗ１は大腿部Ｔの太さＷ２よりも狭く設定されているので、装着時に、大腿部装着具９が大腿部Ｔから脱落することはない。そして、開閉部９ｂ・９ｃの剛性は開閉方向に弾性変形すべく低く設定されているので、着脱時には開閉部９ｂ・９ｃの先端をそれぞれ外側に開き、開閉部９ｂ・９ｃの間隔を広げることにより、大腿部ＴをＣ字の内側に入れる又はＣ字の外側に出すことができる。

なお、開閉部９ｂ・９ｃの剛性は低く設定されているので、大腿部の太さが異なる場合でも、幅広く対応することができる。つまり、例えば、使用者の体型が変化し大腿部が太くなった場合（あるいは細くなった場合）でも、大腿部装着具９を装着することが可能である。また、歩行補助装置Ｅを大腿部の太さが異なる複数の使用者で使用する場合でも、大腿部装着具９を装着することが可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃは繊維強化複合材料から作成されているが、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃの材料は繊維強化複合材料のみに限定されるものではなく、様々な材料を用いることができる。

また、本実施形態では、基部９ａと開閉部９ｂ・９ｃを一体に構成しているが、基部と開閉部を別体に構成しても構わない。また、本実施形態では、歩行補助装置としては、図１に示したような歩行補助装置を想定しているが、歩行補助装置の構成は特に限定されるものではない。つまり、本発明に係る大腿部装着具は、様々なタイプの歩行補助装置に適用することが可能である。

歩行補助装置Ｅの概略を示す図である。 図１に示した歩行補助装置Ｅを使用者に取り付けた状態を示す図である。 図１に示した大腿部装着具９の拡大斜視図である。 大腿部装着具９を使用者の大腿部Ｔに装着した状態を示す図である。 図４におけるＶ矢視図である。

符号の説明

Ｅ 歩行補助装置
９ 大腿部装着具
９ａ 基部
９ｂ 開閉部（上端側）
９ｃ 開閉部（下端側）
Ｔ 使用者の大腿部

Claims (4)

1. 歩行補助装置に含まれるアクチュエータから付与される補助トルクを使用者の大腿部に伝達すべく、使用者の大腿部に着脱自在に装着される装着具であって、
   前記大腿部に外股側から装着される上面視略Ｕ字形の基部と、前記基部の左右両端から内股側に延出する左右の開閉部とからなる、全体としては上面視略Ｃ字形の形状を有し、
   左右開閉部の先端間の間隔は、前記大腿部の太さよりも狭く設定されており、
   前記基部の剛性は、前記アクチュエータから付与される補助トルクを大腿部全体に均等に伝達すべく高く設定されており、
   前記開閉部の剛性は、開閉方向に弾性変形すべく低く設定されていることを特徴とする歩行補助装置の大腿部装着具。
2. 前記基部は、大腿部における大腿骨を含む部分に対応することを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置の大腿部装着具。
3. 前記基部及び開閉部は、繊維強化複合材料により一体に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の歩行補助装置の大腿部装着具。
4. 前記開閉部は、前記基部の大腿部軸方向における上端及び下端側にのみ設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の歩行補助装置の大腿部装着具。

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