JP2009011818A - 腰部補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の前傾姿勢維持を補助することができる腰部補助装置を提供する。
【解決手段】利用者の腰部に装着される腰フレーム１２と、利用者の背部に装着される背中フレーム１４と、利用者の背部に装着される背中フレーム１４を、利用者の腰部に装着される腰フレーム１２に、関節部１６により、利用者の前方へ傾倒可能に連結し、作動状態において、背中フレーム１４を利用者の前方へ傾倒不能とするアクチュエータ４０を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、腰部補助構造に関する。

利用者の前屈動作を補助するための補助装置が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

ところで、溶接作業等の前傾姿勢を維持した状態で行う作業時には、姿勢維持のために脊柱起立筋等の背腰部の筋肉に負担がかかる。

しかし、上記補助装置では、利用者の前傾姿勢から直立姿勢へ上体を起こす動作の補助は行われているが、利用者の前傾姿勢維持の補助は行われていない。
特開２００５−３３９号公報 特開２００３−２６５５４８号公報 特開平９−５５２号公報 特開２０００−５１２８９号公報

本発明は、上記事実を考慮し、利用者の前傾姿勢維持の補助を行うことが可能な腰部補助装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の腰部補助装置は、利用者の腰部に装着される腰装着部と、利用者の背部に装着される背中装着部と、前記背中装着部を前記腰装着部に利用者の前方へ傾倒可能に連結する関節部と、作動状態において、前記背中装着部の利用者の前方への傾倒を停止させるアクチュエータと、を有することを特徴とする。

請求項１に記載の腰部補助装置では、腰装着部が利用者の腰部に装着され、背中装着部が利用者の背部に装着される。背中装着部は、関節部により腰装着部に利用者の前方へ傾倒可能に連結されている。

ここで、背中装着部の利用者の前方への傾倒は、作動状態のアクチュエータにより停止される。このため、利用者が前傾姿勢をとる際には、アクチュエータを作動状態にして、背中装着部を利用者の前方へ傾倒した状態で停止させることにより、利用者の上体の重みを背中装着部により支えることができる。これにより、利用者の前傾姿勢維持が補助される。

請求項２に記載の腰部補助装置は、請求項１に記載の腰部補助装置であって、前記関節部は、前記背中装着部と一体化されると共に、前記腰装着部に回転可能に支持され、一方向に回転することにより前記背中装着部を利用者の前方へ傾倒させる回転体を有しており、前記アクチュエータは、作動状態において、前記回転体の前記一方向への回転を停止させることを特徴とする。

請求項２に記載の腰部補助装置では、背中装着部と一体化された回転体が腰装着部に回転可能に支持されており、この回転体が一方向へ回転することにより、背中装着部が利用者の前方へ傾倒される。

ここで、回転体の上記一方向への回転は、作動状態のアクチュエータにより停止される。このため、利用者が前傾姿勢をとる際には、アクチュエータを作動状態にして、回転体の上記一方向への回転を停止させ、背中装着部を利用者の前方へ傾倒した状態で停止させることにより、利用者の上体の重みを背中装着部により支えることができる。これにより、利用者の前傾姿勢維持が補助される。

請求項３に記載の腰部補助装置は、請求項２に記載の腰部補助装置であって、利用者の下肢に装着される下肢装着部を有しており、前記アクチュエータは、一端側を前記回転体に他端側を前記下肢装着部に支持され、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていることを特徴とする。

請求項３に記載の腰部補助装置では、空気圧式アクチュエータの一端が回転体に支持され、その他端が、下肢に装着された下肢装着部に支持されている。このため、空気圧式アクチュエータをその内部に空気を供給して短縮させることにより、空気圧式アクチュエータに張力を生じさせ、該張力により回転体の上記一方向への回転を停止させることが可能である。

また、空気圧式アクチュエータの内部に空気を供給しない場合には、空気圧式アクチュエータに張力を生じさせずに回転体を回転自在にすることが可能である。

請求項４に記載の腰部補助装置は、請求項３に記載の腰部補助装置であって、前記下肢装着部から下方へ延設され、利用者の足底に掛けられるストッパ部材を有することを特徴とする。

請求項４に記載の腰部補助装置では、下肢装着部材から下方へ延設されたストッパ部材が利用者の足底に掛けられることによって、空気式アクチュエータに生じた張力により、下肢装着部が腰部側へ引き寄せられることを防止できる。よって、空気圧式アクチュエータに生じた張力を、回転体に効率良く作用させることができる。

請求項５に記載の腰部補助装置は、請求項３又は請求項４に記載の腰部補助装置であって、前記回転体には、前記一方向の反対方向にかけて次第に回転半径が増加するアクチュエータ支持部が設けられており、前記アクチュエータの一端側には、前記アクチュエータ支持部の周部に巻き掛けられると共に、前記アクチュエータ支持部の周部から前記一方向の反対方向へ巻き出されるワイヤが設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の腰部補助装置では、アクチュエータの一端側に設けられたワイヤが、回転体に設けられたアクチュエータ支持部の周部に巻き掛けられることにより、アクチュエータが回転体に支持されている。このワイヤは、アクチュエータの周部から一方向の反対方向へ巻き出されるため、回転体が一方向に回転した場合には、アクチュエータ支持部におけるワイヤの支点が、アクチュエータ支持部に対して相対的に一方向の反対方向へ移動する。

ここで、アクチュエータ支持部の回転半径は、上記一方向の反対方向にかけて次第に増加している。このため、回転体が一方向に回転し、アクチュエータ支持部におけるワイヤの支点が、アクチュエータ支持部に対して相対的に一方向の反対方向へ移動した場合には、回転体の回転軸からワイヤの支点までの距離が増加し、ワイヤを介してアクチュエータから回転体に作用するトルクが増大する。

即ち、背中装着部の前傾角度が増大すればする程、回転体の一方向への回転を止める力が増大し、背中装着部を支える力が増大する。よって、利用者の前傾角度が大きくなった場合でも、背中装着部を支持し、利用者の上体を支持することが可能である。

請求項６に記載の腰部補助装置は、請求項２に記載の腰部補助装置であって、前記第１アクチュエータは、一端を前記背中装着部に支持されて前記背中装着部から吊り下げられ、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされており、前記第１アクチュエータの他端と前記回転体とにより両端を支持されたワイヤを有することを特徴とする。

請求項６に記載の腰部補助装置では、一端を背中装着部に支持された第１アクチュエータが、背中装着部から吊り下げられ、ワイヤの両端が、第１アクチュエータの他端と回転体とにより支持されている。

ここで、第１アクチュエータは、空気圧式アクチュエータとされており、その内部に空気を供給されて短縮されることにより、自身とワイヤとに張力を発生させ、回転体の上記一方向への回転を停止させる。

また、空気圧式アクチュエータの内部に空気を供給しない場合には、空気圧式アクチュエータとワイヤとに張力を生じさせずに回転体を回転自在にすることが可能である。

なお、ワイヤをスライド自在に支持するアウターケーブルを用い、さらにこのアウターケーブルの両端についても背中装着部と腰装着部とにより支持される構成とすることもできる。

請求項７に記載の腰部補助装置は、請求項６に記載の腰部補助装置であって、利用者の下肢に装着される下肢装着部と、前記腰装着部を前記下肢装着部に繋束する繋束部材と、を有することを特徴とする。

請求項７に記載の腰部補助装置では、腰装着部が、利用者の下肢に装着された下肢装着部に、繋束部材により繋束されていることにより、腰装着部が利用者の前傾動作に追従して上側へ引き上げられることを防止できる。よって、空気圧式アクチュエータに生じた張力を、回転体に効率良く作用させることができる。

請求項８に記載の腰部補助装置は、請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の腰部補助装置であって、利用者の腹部の側方において前記背中装着部及び前記関節部の少なくとも一方に回動可能に支持された可倒式の受台と、作動状態において、前記受台をその自重に抗して回動させることにより起立させる第２アクチュエータと、を有することを特徴とする。

請求項８に記載の腰部補助装置では、背中装着部及び関節部の少なくとも一方に回動可能に支持された可倒式の受台が、利用者の腹部の側方に配置されている。該受台は、作動状態の第２アクチュエータにより、その自重に抗して回動されて起立される。

これにより、利用者は、任意時に、受台に腕（肘）を置いて作業したり、道具等を受台に置いたりすることが可能である。

請求項９に記載の腰部補助装置は、請求項８に記載の腰部補助装置であって、前記第２アクチュエータは、一端を前記背中装着部に支持されて前記背中装着部から吊り下げられ、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされており、両端を前記第２アクチュエータの他端と前記受台とにより支持されたワイヤを有することを特徴とする。

請求項９に記載の腰部補助装置では、一端を背中装着部に支持された第２アクチュエータが、背中装着部から吊り下げられ、ワイヤの両端が、第２アクチュエータの他端と受台とにより支持されている。

ここで、第２アクチュエータは、空気圧式アクチュエータとされており、その内部に空気を供給されて短縮されることにより、自身とワイヤとに張力を発生させ、受台を起立させる。

また、空気圧式アクチュエータの内部に空気を供給しない場合には、空気圧式アクチュエータとワイヤとに張力を生じさせずに受台を自重により格納位置に移動させることが可能である。

なお、ワイヤをスライド自在に支持するアウターケーブルを用い、さらにこのアウターケーブルの両端についても背中装着部と腰装着部とにより支持される構成とすることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、利用者の前傾姿勢維持の補助を行うことが可能な腰部補助装置を提供できる。

次に、本発明の腰部補助装置の一実施形態を図１〜図１６に従って説明する。

なお、説明の便宜上、図中矢印ＦＲにて示す利用者の前方側を前側とし、上下左右の方向は、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。また、この場合の左右方向は、矢印Ｓにて示す利用者の肩幅方向に相当する。

図１〜図４には、第１実施形態に係る腰部補助装置１０が示されている。図１及び図２には、利用者が装着した状態の腰部補助装置１０が示されており、図３及び図４には、未装着状態の腰部補助装置１０が示されている。これらの図に示されるように、腰部補助装置１０は、利用者の腰部に装着される腰装着部としての腰フレーム１２と、利用者の背部に装着される背中装着部としての背中フレーム１４と、腰フレーム１２と背中フレーム１４とを連結する関節部１６と、利用者の大腿（下肢）に装着される下肢装着部としての左右一対の大腿パット１８とを備えている。

腰フレーム１２は、平面視にて前方に開口した略半円状（Ｕ字状）の一対のバー１２Ａと、複数の直線状のシャフト１２Ｂとにより構成されている。一対のバー１２Ａは、平面視にて互いに重合し、且つ、側面視にて互いに略平行となるように、複数のシャフト１２Ｂにより結合されている。また、腰フレーム１２は、その左右両端にそれぞれ連結された腰ベルト２０により利用者の腰部に装着されるようになっており、その左右両端が、利用者の側腰部に位置するようになっている。

また、腰フレーム１２の左右両端には、関節部１６が配設され、この関節部１６を介して、背中フレーム１４が連結されている。背中フレーム１４は、左右一対のサイドフレーム部１４Ａと、左右一対のサイドフレーム部１４Ａを結合するセンターフレーム部１４Ｂとにより構成されている。なお、左右一対のサイドフレーム部１４Ａは左右対称の構成となっている。

サイドフレーム部１４Ａは、一端側を関節部１６に固定され、他端側をセンターフレーム部１４Ｂに結合されるバー１４Ｃ、１４Ｄを備えている。バー１４Ｃ、１４Ｄの一端側は共に直線状に形成され、前後に隙間を空けずに並列されており、関節部１６から側腹部の位置まで延出している。また、バー１４Ｃ、１４Ｄは、側腹部の位置において略直角に後方側へ屈曲されており、側腹部の位置から後背部の位置まで延出している。また、バー１４Ｃ、１４Ｄの屈曲部から他端部にかけての部分は、上下に間隔を空けて並列されており、直線状の複数のシャフト１４Ｅにより結合されている。

センターフレーム部１４Ｂは、正面視にて上側が開口したコ字状のバー１４Ｆと、バー１４Ｆの上部同士を結合するバー１４Ｇとにより構成されている。バー１４Ｆの左側下部には、左側のバー１４Ｃ、１４Ｄの他端部が結合され、バー１４Ｆの右側下部には、右側のバー１４Ｃ、１４Ｄの他端部が結合されている。

バー１４Ｆの左側上部及び左側のバー１４Ｃの一端側の直線状部にはそれぞれ左側の背中ベルト２２が連結され、バー１４Ｆの右側上部及び右側のバー１４Ｃの一端側の直線状部にはそれぞれ右側の背中ベルト２４が連結されており、該背中ベルト２２、２４により、サイドフレーム部１４Ａが、利用者の側腹部に装着され、センターフレーム部１４Ｂが、利用者の後背部に装着される。

また、関節部１６は、腰フレーム１２の左右両端部に固定されたプレート２６と、プレート２６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト２８（図１及び図２に点線で図示）と、回転シャフト２８に回転自在に支持された円盤状の回転体３０とを備えている。なお、左右一対の関節部１６は、左右対称の構成となっている。

プレート２６は、利用者の側腰部に位置し、回転シャフト２８は、利用者の側腰部から肩幅方向外方へ延出している。また、回転体３０の軸心には、回転シャフト２８が相対回転自在に嵌合する円孔（図示省略）が形成され、回転体３０の周面には、後述のワイヤ４２を巻き掛けることができる溝３０Ａ（図３及び図４参照）が形成されている。なお、回転体３０が円盤状であることは必須ではなく、半円盤状や楕円盤状などであってもよい。

また、回転体３０の周面には、外径方向へ延設された略Ｕ字状のフランジ部３２が形成されており、このフランジ部３２にバー１４Ｃの一端部が固定されている。このため、回転体３０が左側から見て反時計回り方向（請求項２の一方向に相当）へ回転することにより、背中フレーム１４が同方向へ回動し、回転体３０が左側から見て時計回り方向（請求項２の一方向の反対方向に相当）へ回転することにより、背中フレーム１４が同方向へ回動する。

即ち、背中フレーム１４は、左右の関節部１６により、腰フレーム１２の左右両端に、左右方向（肩幅方向）に沿って延在する軸回りに回動可能に連結されており、これにより、背中フレーム１４は、利用者の上体が前傾した場合には追従して前傾し、利用者の上体が起立した場合には追従して起立する。

また、各大腿パット１８は、変形自在な素材により略円筒状に構成されている。この大腿パット１８の前側には、上下方向（大腿パット１８の軸方向）に沿って延在する分割線１８Ａが形成されており、大腿パット１８の前側は、分割線１８Ａを境にして左右に開くことができるようになっている。

また、大腿パット１８の上下方向中央部には、大腿ベルト３４が巻き付けられている。この大腿ベルト３４は、例えば、マジックテープ（登録商標）等の長尺帯状部材であり、大腿ベルト３４の裏面の一端部には、大腿ベルト３４の表面に接着及び剥離が自在の接着部（図示省略）が設けられており、他端部を内側に一端部を外側にし、且つ接着部を表面に接着させた状態で、大腿パット１８の周囲に巻き付けられている。これにより、大腿パット１８が利用者の大腿に装着されている。

また、大腿パット１８の左右の下端部には、ストッパ部材としてのゴムチューブ３６の両端部がそれぞれ連結されており、Ｕ字状のゴムチューブ３６が、大腿パット１８から垂下されている。このゴムチューブ３６の長さは、足裏に引掛けることができ、且つ、その状態で遊びがないように設定されており、ゴムチューブ３６を足裏に引掛けた状態で、大腿パット１８の上方へのずれが制限されるようになっている。

また、腰部補助装置１０には、アクチュエータ４０が備えられている。アクチュエータ４０は、空気圧式アクチュエータ（流体圧式アクチュエータ、所謂、McKibben人工筋肉）とされている。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、空気圧式アクチュエータＡＣは、膨張収縮体であるインナーチューブＩＣと、インナーチューブＩＣを覆う網状の被覆体であるメッシュスリーブＭＳとを備えている。メッシュスリーブＭＳは、例えば伸縮性を持たない高張力繊維等の線材により構成されている。また、メッシュスリーブＭＳの長さ（軸）方向の両端部は、インナーチューブＩＣの長さ方向の両端部に固定されている。

図５（Ｂ）に示すように、インナーチューブＩＣは、内部に空気が供給されることにより膨張する。そして、インナーチューブＩＣの膨張は、メッシュスリーブＭＳにより空気圧式アクチュエータＡＣ全体の長さの縮小に変換される。即ち、空気圧式アクチュエータＡＣは、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、空気圧式アクチュエータＡＣはその短縮方向への力Ｆを発生する。

図６に示すように、アクチュエータ４０には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。スイッチＳＷは、給気スイッチＳ１と排気スイッチＳ２が設けられており、給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰからアクチュエータ４０へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、アクチュエータ４０内の空気が排気される。

図１〜図４に示すように、アクチュエータ４０の一端側及び他端側にはそれぞれ、ワイヤ４２、４４が取り付けられている。ワイヤ４２の一端部は、左側の回転体３０の周面に固定され、ワイヤ４２の他端部は、アクチュエータ４０の一端部に固定されており、ワイヤ４２の他端側が、回転体３０の回転軸Ｘの後方側（利用者の背中側）において回転体３０から垂れ下がるようになっている。即ち、アクチュエータ４０の一端側は、ワイヤ４２により、回転体３０の回転軸Ｘの後方側（利用者の背中側）において回転体３０に支持されている。

ここで、アクチュエータ４０は、自然長（最大長さ）の状態で、背中フレーム１４が前傾しているいないに関わらず、弛む（遊びができる）ように構成され、また、短縮する際に、背中フレーム１４が前傾しているいないに関わらず、張る（遊びがなくなる）ように構成されている。

次に、本実施形態における作用について説明する。

利用者が溶接作業等の前傾姿勢（上体を前傾した姿勢）での所定作業を行う際、背中フレーム１４が、利用者の上体の前傾に追従して、関節部１６の回転軸Ｘ回りに前方側へ回動して前傾する。また、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにした場合には、アクチュエータ４０への給気が行われ、アクチュエータ４０が短縮する。

アクチュエータ４０は、短縮する際に途中で遊びのない状態となって張力Ｆ（図２及び図４参照）を発生し、ワイヤ４２を介して回転体３０に対して左側から見て時計回り方向への回転力を付与すると共に、ワイヤ４４を介して大腿パット１８に対して腰部側への力を付与する。

ここで、ワイヤ４４が固定された大腿パット１８は、足底に引掛けられたゴムチューブ３６により腰部側へのずれ上りを防止されている。このため、回転体３０は、左側から見て時計回り方向へ回転し、背中フレーム１４を起立する側へ回動させる。

そして、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすることにより、アクチュエータ４０への給気が停止されてアクチュエータ４０内の空気圧の上昇が停止され、アクチュエータ４０の短縮が停止される。この状態において、回転体３０は、アクチュエータ４０の張力Ｆにより、左側から見て反時計回り方向へ回転不能とされ、背中フレーム１４のこれ以上の前傾が阻止される。

よって、利用者の前傾した上体の重みが背中ベルト２２、２４にかかった場合（前傾した上体を背中ベルト２２、２４に預けた場合）には、上体が背中フレーム１４に吊り下げられた状態になるため、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。以上により、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。

ここで、回転体３０の左側から見て時計回り方向への回転は、アクチュエータ４０が短縮しているいないに関わらず、自在であるため、利用者は、自由に、前傾姿勢から直立姿勢へ上体を起立させることができる。

また、大腿パット１８の前部に上下方向に沿って延在する分割線１８Ａが形成され、大腿パット１８の前部が、分割線１８Ａを境にして左右に開くことができるようになっていることにより、大腿パット１８に前側から大腿を着脱できるようになっている。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。

図７〜図９に示すように、本実施形態では、第１実施形態に備えられている回転体３０に替えて回転体５０が設けられている。回転体５０の周面には、ワイヤ４２を巻き掛けることができる溝が形成されており、該周面の一部は、回転半径Ｒ（回転軸Ｘから周面までの距離）が略一定の半円状とされている。この回転体５０の周面の半円状部５０Ａ以外の部分は、半円状部５０Ａと連続的に形成され、左側から見て時計回り方向へ次第に回転半径Ｒを増加させる湾曲部（アクチュエータ支持部）５０Ｂと、湾曲部５０Ｂ及び半円状部５０Ａと連続的に形成され、左側から見て時計回り方向へ次第に回転半径Ｒを減少させる直線状部５０Ｃとにより構成されている。

図９（Ａ）に示すように、半円状部５０Ａには、背中フレーム１４が固定されるフランジ部３２が形成されており、背中フレーム１４が直立状態である場合に、半円状部５０Ａが回転軸Ｘの上側において上方へ膨出し、湾曲部５０Ｂが回転軸Ｘの後方下側において後方へ膨出し、直線状部５０Ｃが回転軸の前方下側において上下方向に延出し、さらに、湾曲部５０Ｂと直線状部５０Ｃとの境界部が回転軸Ｘの略鉛直下方に位置する。

また、半円状部５０Ａの左側から見て反時計回り方向の端部には、ワイヤ４２の先端部が固定され、ワイヤ４２は、先端側から基端側へかけて、半円状部５０Ａ及び湾曲部５０Ｂに対して、左側から見て時計回り方向に巻き掛けられており、湾曲部５０Ｂから左側から見て時計回り方向へ巻き出される。

ワイヤ４２の支点Ｐ（湾曲部５０Ｂから巻き出された部分の上端部）は、背中フレーム１４が直立した状態において、湾曲部５０Ｂの頂点（最も後方側へ膨出した点）と下端部（直線状部５０Ｃとの境界部）との略中央部に位置している。

次に、本実施形態における作用について説明する。

図９（Ａ）に示すように、背中フレーム１４が直立した状態では、ワイヤ４２の支点Ｐが、湾曲部５０Ｂの頂点と下端部との略中央部に位置する。

そして、図９（Ｂ）に示すように、背中フレーム１４が直立位置から約３０°前傾した場合には、回転体５０が左側から見て反時計回り方向へ約３０°回転するため、支点Ｐが回転体５０に対して相対的に左側から見て時計回り方向へ回動し、湾曲部５０Ｂの下端部側へ移動する。これにより、回転軸Ｘから支点Ｐまでの距離Ｌが増大し、ワイヤ４２を介してアクチュエータ４０から回転体５０に作用するトルク（＝Ｐ×Ｌ；Ｐは、アクチュエータ４０の張力）が増大する（図１０のグラフ参照）。

そして、図９（Ｃ）に示すように、背中フレーム１４がさらに約３０°前傾した場合には、回転体５０が左側から見て反時計回り方向へさらに約３０°回転するため、支点Ｐが回転体５０に対して相対的に左側から見て時計回り方向へさらに回動し、湾曲部５０Ｂの下端部側へさらに移動する。これにより、上記距離Ｌがさらに増大し、ワイヤ４２を介してアクチュエータ４０から回転体５０に作用するトルクがさらに増大する（図１０のグラフ参照）。

即ち、背中フレーム１４の前傾角度が増大すればする程、回転体５０の左側から見て時計回り方向への回転を止める力が増大し、背中フレーム１４を支える力が増大する。よって、利用者の前傾角度が大きくなった場合でも、背中フレーム１４を支持し、利用者の上体を支持することが可能である。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１及び第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。

図１１〜図１６には、第３実施形態に係る腰部補助装置１００が示されている。図１１〜図１４には、利用者が装着した状態の腰部補助装置１００が示されており、図１５及び図１６には、未装着状態の腰部補助装置１００が示されている。これらの図に示されるように、腰部補助装置１００は、利用者の腰部に装着される腰装着部としての腰フレーム１２と、利用者の背部に装着される背中装着部としての背中フレーム１０４と、腰フレーム１２と背中フレーム１４とを連結する関節部１６と、利用者の大腿（下肢）に装着される下肢装着部としての左右一対の大腿パット１８とを備えている。

腰フレーム１２の左右方向中央部には、腰当板１０２が配設されている。また、スイッチＳＷが腰ベルト２０に取付けられている。また、大腿ベルト３４は、各大腿パット１８に上下２本ずつ設けられている。

また、腰フレーム１２の左後側と左側の大腿パット１８の後側とは、繋束部材としてのゴムチューブ１０６により繋束され、腰フレーム１２の右後側と右側の大腿パット１８の後側とは、繋束部材としてのゴムチューブ１０６により繋束されており、腰フレーム１２の後部の上側の移動が制限されている。

また、背中フレーム１０４は、左右方向視にてＬ字状、前後方向視にて逆Ｕ字状のバーにより構成されており、左右両端を左右のフランジ部３２により支持されている。該バーの中央部は、利用者の背部後方において略水平に延在する水平部１０４Ａとされており、この水平部１０４Ａには、複数（例えば、図示するように３個）のアクチュエータ収容部１０８が左右方向に並べて取付けられている。

アクチュエータ収容部１０８は、円筒状の筒部材１０８Ａと、筒部材１０８Ａの一端にその開口部を塞ぐように取付けられると共に、水平部１０４Ａに取付けられた取付ブラケット１０８Ｂと、筒部材１０８Ａの他端にその開口中央部以外を塞ぐように取付けられたドーナツ状の取付ブラケット１０８Ｃとを備えている。

図１１〜図１４に示すように、筒部材１０８Ａ内には、第１アクチュエータとしてのアクチュエータ４０が収容されている。このアクチュエータ４０の一端は、取付ブラケット１０８Ｂに固定されており、アクチュエータ４０は、取付ブラケット１０８Ｂから吊り下げられている。また、取付ブラケット１０８Ｃの中央部には、アウターケーブル１１０の一端が固定されている。また、アクチュエータ４０の他端にはワイヤ４２が取付けられている。

図１１及び図１２に示すように、左側のアウターケーブル１１０の他端は、回転シャフト２８の斜め後方下側において腰フレーム１２に固定されている。また、第１実施形態と同様、左側のアクチュエータ４０に取付けられたワイヤ４２の一端は、左側の回転体３０の周面に固定されており、ワイヤ４２は、回転体３０の回転軸Ｘの後方側（利用者の背中側）において回転体３０から垂れ下がるようになっている。即ち、アクチュエータ４０の他端は、ワイヤ４２により、回転体３０の回転軸Ｘの後方側（利用者の背中側）において回転体３０に支持されている。また、ワイヤ４２は、アウターケーブル１１０にスライド自在に支持されている。

ここで、左側のアクチュエータ４０は、自然長（最大長さ）の状態で、背中フレーム１０４が前傾しているいないに関わらず、弛む（遊びができる）ように構成され、また、短縮する際に、背中フレーム１０４が前傾しているいないに関わらず、張る（遊びがなくなる）ように構成されている。

また、図１３〜図１６に示すように、回転体３０の上部及び背中フレーム１０４の右側前端部には、長尺板状の支持部材１１２が、取付けられている。この支持部材１１２は、回転体３０の上部から利用者の側腹部の側方まで延在しており、その上端部には、受台としてのアームレスト１１４が回動可能に連結されている。アームレスト１１４は、矩形板状とされており、利用者の左右方向に沿って延びる回転軸１１６回りに回動可能に、支持部材１１２の上端部に支持されている。

ここで、回転軸１１６は、アームレスト１１４の前後方向中央部よりも後側に配置され、アームレスト１１４の重心が回転軸１１６の前方に配置されており、これにより、アームレスト１１４は、自重により前側へ傾倒する可倒式とされている。

右側のアウターケーブル１１０の他端は、背中フレーム１０４の右側前端部に固定されている。また、右側のアクチュエータ４０に取付けられたワイヤ４２は、アウターケーブル１１０によりスライド自在に支持されており、その一端は、アームレスト１１４の後端に固定されている。

ここで右側のアクチュエータ４０は、自然長（最大長さ）の状態で、背中フレーム１４が前傾しているいないに関わらず、弛む（遊びができる）ように構成され、また、短縮する際に、背中フレーム１４が前傾しているいないに関わらず、張る（遊びがなくなる）ように構成されている。

次に、本実施形態における作用について説明する。

図１１及び図１２に示すように、利用者が溶接作業等の前傾姿勢（上体を前傾した姿勢）での所定作業を行う際、背中フレーム１０４が、利用者の上体の前傾に追従して、関節部１６の回転軸Ｘ回りに前方側へ回動して前傾する。また、左側のアクチュエータ４０用のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにした場合には、左側のアクチュエータ４０への給気が行われ、左側のアクチュエータ４０が短縮する。

左側のアクチュエータ４０は、短縮する際に途中で遊びのない状態となって張力Ｆ（図２及び図４参照）を発生し、左側のアウターケーブル１１０内でスライドするワイヤ４２を介して、回転体３０に対して左側から見て時計回り方向への回転力を付与する。これにより、背中フレーム１４は起立する側へ回動する。

そして、左側のアクチュエータ４０用のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすることにより、左側のアクチュエータ４０への給気が停止されて左側のアクチュエータ４０内の空気圧の上昇が停止され、左側のアクチュエータ４０の短縮が停止される。この状態において、回転体３０は、左側のアクチュエータ４０の張力Ｆ及び左側のワイヤ４２の張力により、左側から見て反時計回り方向へ回転不能とされ、背中フレーム１０４のこれ以上の前傾が阻止される。

また、腰フレーム１２の左右両側の後部が、ゴムチューブ１０６により左右の大腿パッド１８の後部に繋束されており、腰フレーム１２の利用者の前傾に追従しての、左右方向に延びる軸回りの回動が阻止（制限）される。

よって、利用者の前傾した上体の重みが背中ベルト２２、２４にかかった場合（前傾した上体を背中ベルト２２、２４に預けた場合）には、上体が背中フレーム１０４に吊り下げられた状態になるため、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。以上により、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。

ここで、回転体３０の左側から見て時計回り方向への回転は、左側のアクチュエータ４０が短縮しているいないに関わらず、自在であるため、利用者は、自由に、前傾姿勢から直立姿勢へ上体を起立させることができる。

また、図１３及び図１４に示すように、右側のアクチュエータ４０用のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにした場合には、右側のアクチュエータ４０への給気が行われ、右側のアクチュエータ４０が短縮する。

右側のアクチュエータ４０は、短縮する際に途中で遊びのない状態となって張力Ｆ（図２及び図４参照）を発生し、右側のアウターケーブル１１０内でスライドするワイヤ４２を介して、アームレスト１１４の後端部に対して右側から見て反時計回り方向への回転力を付与する。これにより、アームレスト１１４が、自重に抗して起立する側へ回動する。

そして、右側のアクチュエータ４０用のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすることにより、右側のアクチュエータ４０への給気が停止されて右側のアクチュエータ４０内の空気圧の上昇が停止され、右側のアクチュエータ４０の短縮が停止される。この状態において、アームレスト１１４は、右側のアクチュエータ４０の張力Ｆ及び右側のワイヤ４２の張力により、右側から見て反時計回り方向へ回動不能とされ、任意位置で停止する。

よって、利用者が前傾姿勢で作業する際等の任意時に、アームレスト１１４を水平状態で停止させ、水平状態のアームレスト１１４に肘を乗せた状態で作業を行ったり、または、水平状態のアームレスト１１４に工具を乗せたりすることが可能である。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第１〜第３実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、説明は省略する。

図１７〜図２０には、第４実施形態に係る腰部補助装置１２０が示されている。腰部補助装置１２０は、利用者の腰部に装着される腰装着部としての腰フレーム１２２と、利用者の背部に装着される背中装着部としての背中フレーム１２４と、腰フレーム１２２と背中フレーム１２４とを連結する関節部１３０と、利用者の大腿（下肢）に装着される下肢装着部としての左右一対の大腿パット１８とを備えている。

腰フレーム１２２は、平面視にて前方に開口した略半円状（Ｕ字状）とされ、腰フレーム１２２の左右両端に、関節部１３０が配設されている。関節部１３０を介して、腰フレーム１２２が背中フレーム１２４と連結されている。

図１８に示すように、関節部１３０は、腰連結部１３２、フランジ部材１３４、軸部材１３６、及び、接続プレート１３８を備えている。腰連結部１３２は、方形板状のプレート部１３２Ａ及び、円筒状の円筒部１３２Ｂを備えている。プレート部１３２Ａは、板面が利用者の体側に沿うように配置され、腰フレーム１２２の左右両端部に各々固定されている。円筒部１３２Ｂは、プレート部１３２Ａの板面から法線方向に突出され、肩幅方向に配置されている。

フランジ部材１３４は、一対の円板の間にワイヤ巻き取り部が構成された糸巻き形状とされ、円筒部１３２Ｂが挿通される穴１３４Ｈが構成されている。フランジ部材１３４は、円板の一方面が腰連結部１３２に固定されている。

接続プレート１３８は、略Ｌ字状のＬ字部１３８Ａ、略円板状の円板部１３８Ｂを備えている。Ｌ字部１３８Ａは、背中フレーム１２４の下端部にＬ字が前方へ向かうように配置され背中フレーム１２４に固定されている。円板部１３８Ｂは、Ｌ字部１３８Ａの先端部内側に固定されている。円板部１３８Ｂには、円筒部１３２Ｂに対応する位置に穴（不図示）が構成されている。

軸部材１３６は、円板状のフランジ部１３６Ａ、及び、フランジ部１３６Ａと一体的に構成されフランジ部１３６Ａの板面から法線方向に突出する軸部１３６Ｂを備えている。軸部材１３６は、軸部１３６Ｂを円筒部１３２Ｂの中空に挿入した状態で、フランジ部１３６Ａが円板部１３８Ｂの外側面に固定されている。したがって、腰連結部１３２及びフランジ部材１３４と、軸部材１３６及び接続プレート１３８とは、軸部１３６Ｂを回転軸として相対回転可能とされている。これにより、腰フレーム１２２と背中フレーム１２４とが、関節部１３０を介して相対回転可能となっている。

各大腿パット１８は、ゴムチューブ１０６により、腰フレーム１２２の後側に形成された環状部１２２Ｒに取り付けられている。

背中フレーム１２４は、利用者の体幹に沿って互いに平行に離間して配置される２本の柱１２４Ａと、これら２本の柱１２４Ａの上部を架け渡すように配置される横梁１２４Ｂとで構成されている。

背中フレーム１２４の２本の柱１２４Ａの後側には、各々アクチュエータ１４０が配置されている。アクチュエータ１４０の下端側にはそれぞれ、ワイヤ１４０Ｒが取り付けられている。ワイヤ１４０Ｒの一端部は、接続プレート１３８の角部に配置された滑車１３９を介してフランジ部材１３４の外周面に固定され、ワイヤ１４０Ｒの他端部は、アクチュエータ１４０の一端部に固定されている。ワイヤ１４０Ｒの他端側は、フランジ部材１３４の後方側（利用者の背中側）においてフランジ部材１３４の下方から巻き掛けられるようになっている。

なお、アクチュエータ１４０の構成ついては、アクチュエータ４０と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、本実施形態では、ワイヤ１４０Ｒを支持するアウターケーブルは設けられていない。アウターケーブルを設けないことにより、ワイヤ１４０Ｒとアウターケーブルとの間の摩擦がなくなり、エネルギーロスを少なくすることができる。

図１７に示すように、背中フレーム１２４の横梁１２４Ｂの上面中央部２箇所には、ベルト上取付部１２４Ｃが形成されている。また、腰フレーム１２２の屈曲部分の各々には、ベルト下取付部１２２Ｂが形成されている。ベルト上取付部１２４Ｃ及びベルト下取付部１２２Ｂには、２本の肩ベルト１２５の一端と他端が各々取り付けられている。肩ベルト１２５の長手方向の中間部には、連結ベルト１２５Ａが連結されている。連結ベルト１２５Ａは、各々の肩ベルト１２５の中間部から利用者の正面に向かって肩幅方向に延出され、中央部で留め具１２５Ｂにより互いに連結可能とされている。肩ベルト１２５は、利用者の背中から肩前を経由して腰部後側に至るようにして利用者に装着され、連結ベルト１２５Ａは、利用者の正面側で２本の肩ベルト１２５を連結する。

図１９、２０にも示すように、腰フレーム１２２の両端に取り付けられた腰連結部１３２の各々には、腰ベルト２０、及び、腰後ベルト１３３が固定されている。腰ベルト２０は、各々の腰連結部１３２の先端側から延出されており、利用者の正面付近で各々の腰ベルト２０が留め具２０Ａにより連結可能とされている。留め具２０Ａには、スイッチＳＷが配置されている。腰後ベルト１３３は、一方の腰連結部１３２の後端側から他方の腰連結部１３２へ架け渡されるように、腰フレーム１２２の内側に沿って配置され、腰フレーム１２２に固定されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

図１９及び図２０に示すように、利用者が溶接作業等の前傾姿勢（上体を前傾した姿勢）での所定作業を行う際、背中フレーム１２４が、利用者の上体の前傾に追従して、関節部１３０の軸部材１３６の回転軸Ｘ回りに前方側へ回動して前傾する。また、アクチュエータ１４０用のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにした場合には、アクチュエータ１４０への給気が行われ、アクチュエータ１４０が短縮する。

アクチュエータ１４０は、短縮する際に途中で遊びのない状態となって張力Ｆ４（図２０参照）を発生し、ワイヤ１４０Ｒを介して、フランジ部材１３４に対して左側から見て時計回り方向への回転力を付与する。これにより、背中フレーム１２４は起立する側へ回動する。

そして、アクチュエータ１４０用のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすることにより、アクチュエータ１４０への給気が停止されてアクチュエータ１４０内の空気圧の上昇が停止され、アクチュエータ１４０の短縮が停止される。この状態において、フランジ部材１３４は、アクチュエータ１４０の張力Ｆ４により、左側から見て反時計回り方向へ回転不能とされ、背中フレーム１２４のこれ以上の前傾が阻止される。

また、腰フレーム１２２の左右両側の後部が、ゴムチューブ１０６により左右の大腿パッド１８の後部に繋束されており、腰フレーム１２２の利用者の前傾に追従した、左右方向に延びる軸回りの回動が阻止（制限）される。

よって、利用者の前傾した上体の重みが肩ベルト１２５にかかった場合（前傾した上体を肩ベルト１２５に預けた場合）には、上体が背中フレーム１２４に吊り下げられた状態になるため、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。以上により、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。

また、フランジ部材１３４の左側から見て時計回り方向への回転は自在であり、利用者は、自由に、前傾姿勢から直立姿勢へ上体を起立させることができる。このとき、前述のように、利用者の上体は、アクチュエータ１４０により、支持されていることから、利用者は、重いものを持っていても、容易に直立姿勢へ上体を起立させるできることができる。

以上、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、本実施形態では、アクチュエータとして、空気圧式アクチュエータを用いたが、モータの作動により回転体に巻き付けられ、又は回転体から巻き出されるワイヤを、アクチュエータとして用いてもよい。また、回転体を回転不能又は回転自在とするクラッチを、アクチュエータとすることも可能である。さらに、本実施形態では、下肢装着部として、大腿に装着される大腿パット１８を用いたが、大腿及び下腿に装着される装着具や膝や下腿に装着される装着具なども適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置が備える関節部の作用を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置が備える回転体の回転角度と回転体に作用するトルクとの関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る腰部補助装置の一部分解斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る腰部補助装置の使用状態（起立状態）を示す側面図である。 本発明の第４実施形態に係る腰部補助装置の使用状態（前傾状態）を示す側面図である。

符号の説明

１０ 腰部補助装置
１２ 腰フレーム（腰装着部）
１４ 背中フレーム（背中装着部）
１６ 関節部
１８ 大腿パット（下肢装着部）
３０ 回転体
３６ ゴムチューブ（ストッパ部材）
４０ アクチュエータ（第１アクチュエータ、第２アクチュエータ）
４２ ワイヤ
５０ 回転体
５０Ｂ 湾曲部（アクチュエータ支持部）
１００ 腰部補助装置
１０４ 背中フレーム
１１０ アウターケーブル
１１４ アームレスト（受台）
１２２ 腰フレーム（腰装着部）
１２４ 背中フレーム（背中装着部）
１３０ 関節部
１３４ フランジ部材（回転体）
１４０ アクチュエータ（第１アクチュエータ）
１４０Ｒ ワイヤ

Claims (9)

1. 利用者の腰部に装着される腰装着部と、
   利用者の背部に装着される背中装着部と、
   前記背中装着部を前記腰装着部に利用者の前方へ傾倒可能に連結する関節部と、
   作動状態において、前記背中装着部の利用者の前方への傾倒を停止させる第１アクチュエータと、
   を有することを特徴とする腰部補助装置。
2. 前記関節部は、前記背中装着部と一体化されると共に、前記腰装着部に回転可能に支持され、一方向に回転することにより前記背中装着部を利用者の前方へ傾倒させる回転体を有しており、
   前記第１アクチュエータは、作動状態において、前記回転体の前記一方向への回転を停止させることを特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
3. 利用者の下肢に装着される下肢装着部を有しており、
   前記第１アクチュエータは、一端側を前記回転体に他端側を前記下肢装着部に支持され、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていることを特徴とする請求項２に記載の腰部補助装置。
4. 前記下肢装着部から下方へ延設され、利用者の足底に掛けられるストッパ部材を有することを特徴とする請求項３に記載の腰部補助装置。
5. 前記回転体には、前記一方向の反対方向にかけて次第に回転半径が増加する第１アクチュエータ支持部が設けられており、
   前記第１アクチュエータの一端側には、前記第１アクチュエータ支持部の周部に巻き掛けられると共に、前記第１アクチュエータ支持部の周部から前記一方向の反対方向へ巻き出されるワイヤが設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の腰部補助装置。
6. 前記第１アクチュエータは、一端を前記背中装着部に支持されて前記背中装着部から吊り下げられ、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされており、
   前記第１アクチュエータの他端と前記回転体とにより両端を支持されたワイヤを有することを特徴とする請求項２に記載の腰部補助装置。
7. 利用者の下肢に装着される下肢装着部と、
   前記腰装着部を前記下肢装着部に繋束する繋束部材と、
   を有することを特徴とする請求項６に記載の腰部補助装置。
8. 利用者の腹部の側方において前記背中装着部及び前記関節部の少なくとも一方に回動可能に支持された可倒式の受台と、
   作動状態において、前記受台をその自重に抗して回動させることにより起立させる第２アクチュエータと、
   を有することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の腰部補助装置。
9. 前記第２アクチュエータは、一端を前記背中装着部に支持されて前記背中装着部から吊り下げられ、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされており、
   両端を前記第２アクチュエータの他端と前記受台とにより支持されたワイヤを有することを特徴とする請求項８に記載の腰部補助装置。

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