JP2017023448A

JP2017023448A - 指動作補助装置

Info

Publication number: JP2017023448A
Application number: JP2015145547A
Authority: JP
Inventors: 証英原田; Tsukuhide Harada
Original assignee: Harada Electronics Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Electronics Industry Co Ltd
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: JP6501358B2

Abstract

【課題】構造が簡単でかつ小型化が可能な指動作補助装置を提供する。
【解決手段】指動作補助装置１０は、先端部材１８と、基端部材１６と、基端部材１６と先端部材１８との間に指ｆの長手方向に沿って配列された複数のリンク部材２０と、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８を相互に揺動可能に連結する複数の連結軸２２と、連結軸２２よりも指の背側で、長手方向に沿って設けられ末端が該先端部材１８に固定または係止された少なくとも一本の第１の線状部材２４、および連結軸２２を挟んで第１の線状部材２４の反対側で、長手方向に沿って設けられ末端が該先端部材１８に固定または係止された少なくとも一本の第２の線状部材２６の少なくとも一方と、第１の線状部材２４および第２の線状部材２６の少なくとも一方の張力を調整する駆動部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、人の手の指の背側に配置され、手の指の屈伸動作を補助する指動作補助装置に関するものである。

事故や病気等により、手の指の曲げ伸ばし動作に支障をきたしたり握力を喪失したりする場合があり、このような場合に指の曲げ伸ばし動作に支障をきたしたり握力を喪失したりした人は非常に不自由な生活を強いられることになっていた。かかる不自由を解消すべく本発明者は、下記特許文献１において、手の指の曲げ伸ばし動作の補助や握力の付加を可能とする装置を提案している。

特開２００２−３４５８６１号公報

しかしながら、上記従来の装置では、構造が複雑で小型化が難しく、例えば、手袋内に指動作補助装置を収納してなり、当該手袋を嵌めるまたは外すだけで装置の着脱を可能とする手袋型の指動作補助装置への適用には不向きであった。

それゆえ本発明は、構造が簡単でかつ小型化が可能な指動作補助装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１発明に係る指動作補助装置は、人の手の指の背側の面に配置され、手の指の屈伸動作を補助する指動作補助装置であって、指の先端部に対応配置される先端部材と、前記指の先端部よりも指の付け根側の指部分または手の甲に対応配置される基端部材と、前記基端部材と前記先端部材との間に指の長手方向に沿って配列された複数のリンク部材と、前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材を相互に揺動可能に連結する複数の連結軸と、前記連結軸よりも指の背側で、前記長手方向に沿って、前記基端部材、前記リンク部材を経て前記先端部材まで延びるとともに末端が該先端部材に固定または係止された少なくとも一本の第１の線状部材、および前記連結軸を挟んで前記第１の線状部材の反対側で、前記長手方向に沿って、前記基端部材、前記リンク部材を経て前記先端部材まで延びるとともに末端が該先端部材に固定または係止された少なくとも一本の第２の線状部材の少なくとも一方と、前記第１の線状部材および前記第２の線状部材の少なくとも一方の張力を調整して、前記基端部材に対して前記リンク部材および前記先端部材を前記連結軸周りに、指を屈曲させる方向である内側方向または指を展開させる方向である外側方向に揺動させる駆動部と、を備えることを特徴とするものである。

なお、第１発明に係る指動作補助装置にあっては、前記第１の線状部材および前記第２の線状部材の双方を備えることが好ましい。

また、第１発明に係る指動作補助装置にあっては、前記駆動部は、前記第１の線状部材の張力を強めるときには前記第２の線状部材の張力を緩めることで、前記基端部材に対して前記リンク部材および前記先端部材を前記連結軸周りに、指を屈曲させる方向である内側方向に揺動させ、逆に前記第２の線状部材の張力を強めるときには前記第１の線状部材の張力を緩めることで、前記リンク部材および前記先端部材を前記連結軸周りに、指を展開させる方向である外側方向に揺動させることが好ましい。

さらに、第１発明に係る指動作補助装置にあっては、前記リンク部材は、指の幅方向で３列にわたって設けられており、該リンク部材は、前記幅方向で隣り合う列間で長手方向に交互に配置されていることが好ましい。

さらに、第１発明に係る指動作補助装置にあっては、前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材は、前記第１の線状部材および前記第２の線状部材の少なくとも一方を案内するガイド部をそれぞれ有することが好ましい。

さらに、第１発明に係る指動作補助装置にあっては、前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材の、前記長手方向で互いに対向する面には、前記リンク部材および前記先端部材の、前記内側方向への所定の揺動角にて互いに当接して、該所定の揺動角を超える前記内側方向への揺動を阻止する傾斜面が形成されていることが好ましい。

加えて、第１発明に係る指動作補助装置にあっては、前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材の、前記長手方向で互いに対向する面には、相互に噛み合う部分歯車が形成されていることが好ましい。

上記課題を解決するため、第２発明に係る指動作補助装置は、人の手の指の背側に配置され、手の指の屈伸動作を補助する指動作補助装置であって、指の先端部に対応配置される先端部材と、前記指の先端部よりも指の付け根側の指部分または手の甲に対応配置される基端部材と、前記基端部材と前記先端部材との間に指の長手方向に沿って配列された複数のリンク部材であって、指の幅方向で少なくとも２列にわたって設けられ、幅方向で隣り合う列間で長手方向に交互に配置されているリンク部材と、前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材を相互に揺動可能に連結する複数の連結軸と、前記基端部材に対して少なくとも１つのリンク部材を前記連結軸周りに、指を屈曲させる方向である内側方向または指を展開させる方向である外側方向に揺動させる駆動部と、を備え、前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材の、前記長手方向で互いに対向する面には、相互に噛み合うことで前記少なくとも１つのリンク部材の揺動運動を前記長手方向で隣接する他のリンク部材および前記先端部材に伝達する部分歯車が形成されていることを特徴とするものである。

なお、第２発明に係る指動作補助装置にあっては、前記駆動部は、前記少なくとも１つのリンク部材に連結されたロッドを有し該ロッドの前記長手方向に沿う進退運動に基づき該リンク部材を前記連結軸周りに揺動させるアクチュエータを有することが好ましい。

また、第２発明に係る指動作補助装置にあっては、前記リンク部材は、指の幅方向で３列にわたって設けられていることが好ましい。

さらに、第２発明に係る指動作補助装置にあっては、前記リンク部材および前記先端部材を前記内側方向または前記外側方向に常時付勢する付勢手段を備えることが好ましい。

加えて、第２発明に係る指動作補助装置にあっては、前記付勢手段は、前記基端部材から前記リンク部材を経て前記先端部材まで、前記長手方向に沿って延びる板ばねであることが好ましい。

第１発明の指動作補助装置によれば、指動作補助装置を手の指に装着し、駆動部によって、末端が先端部材に固定または係止された第１の線状部材または第２の線状部材を指の根元側に引っ張ると、先端部材およびリンク部材が基端部材に対して、連結軸周りに内側方向または外側方向に揺動するので、当該揺動に伴い、先端部材およびリンク部材が装着された手の指が折り曲げられまたは伸ばされる。したがって、第１発明によれば、第１の線状部材または第２の線状部材を引っ張るだけで、指の屈伸動作を行わせることができるため、構造が簡単であり且つ小型化可能である。

また、第２発明の指動作補助装置によれば、駆動部によって、少なくとも１つのリンク部材を連結軸周りに基端部材に対して揺動させると、該揺動運動が、リンク部材および先端部材の部分歯車を介して他のリンク部材および先端部材に伝達されてそれらの部材が揺動するので、当該リンク部材および先端部材の揺動に伴い、先端部材およびリンク部材が装着された手の指が折り曲げられまたは伸ばされる。したがって、リンク部材自体が揺動運動を伝達するので、構造が簡単であり且つ小型化可能である。さらに、揺動運動の伝達が部分歯車を介して行われ、すべての揺動箇所において揺動角が等しくなるため、指の屈伸を指全体で均一に行わせることができる。

第１発明の一実施形態に係る指動作補助装置を人の手の人差し指に装着し、作動部を屈曲させた様子を示す斜視図である。図１に示す指動作補助装置における作動部（第１および第２の線状部材は省略する。）の分解斜視図である。図１に示す指動作補助装置における展開された作動部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である図１に示す指動作補助装置における展開された作動部を示し、（ａ）は右側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。図１に示す指動作補助装置における作動部および駆動部を示し、（ａ）は駆動部により第２の線状部材を引っ張った状態における平面図、（ｂ）は駆動部により第１の線状部材を引っ張った状態における平面図である。図１に示す指動作補助装置における屈曲された作動部を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。図１に示す指動作補助装置における屈曲された作動部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。第２発明の一実施形態の指動作補助装置を人の手の人差し指に装着し、展開させた様子を示す斜視図である。図８に示した指動作補助装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である図８に示した指動作補助装置を示し、（ａ）は図９（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は背面図である。図８に示した指動作補助装置を指に装着し、指の屈曲動作を補助することで、球体を把持する様子を示す側面図である。第２発明の他の一実施形態の指動作補助装置を示す斜視図である。

以下、図面に基づいて第１発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、第１発明の一実施形態に係る指動作補助装置を人の手の人差し指に装着し、作動部を屈曲させた様子を示す斜視図であり、図２は、図１に示す指動作補助装置における作動部（第１および第２の線状部材は省略する。）の分解斜視図であり、図３、４は、図１に示す指動作補助装置における展開された作動部を示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は底面図、図４（ａ）は右側面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は背面図であり、図５は、図１に示す指動作補助装置における作動部および駆動部を示し、（ａ）は駆動部により第２の線状部材を引っ張った状態における平面図、（ｂ）は駆動部により第１の線状部材を引っ張った状態における平面図である。

図１に示すように、本実施形態の指動作補助装置１０は、人の指ｆの背側に指の長手方向に沿って設置されるものであり、該指ｆの屈伸動作を補助する作動部１２と該作動部１２を駆動する駆動部１４とを備える。作動部１２は、主として、被装着者（被補助者）からみて最近位の基端部材１６と、最遠位の先端部材１８と、先端部材１６と基端部材１８との間で指の長手方向に沿って配列された複数のリンク部材２０と、指の幅方向にみて互いに重なり合う、基端部材１６とリンク部材２０間、リンク部材２０、２０間、およびリンク部材２０と先端部材１８間をそれぞれ互いに揺動可能に連結する連結軸としてのピン２２と、一端が上記駆動部１４に接続され、他端（末端）が該先端部材１８に固定または係止された第１の線状部材２４および第２の線状部材２６とからなる。

以下、各構成部品の詳細を説明する。なお、以下の説明において「前」というときには、先端部材１８と基端部材１６との関係において先端部材１８がある側を指し、「後」というときには、先端部材１８と基端部材１６との関係において基端部材１６がある側を指すものとする。また、「下」というときには、指ｆの背の上に配置される指動作補助装置１０と該指ｆの背との関係において指ｆの背がある側を指し、「上」というときには、指ｆの背の上に配置される指動作補助装置１０と該指ｆの背との関係において指動作補助装置１０がある側を指すものとする。よって、「前後方向」とは、指の長手方向と同義であり、「左右方向」または「横方向」とは指の幅方向と同義である。

まず、先端部材１８は、指ｆの先端部ｆ_ｔの背に宛がわれるとともに基端部材１６およびリンク部材２０に対してピン２２周りに揺動し、該先端部ｆ_ｔを内側に屈曲させるまたは外側に展開させるものである。なお、指ｆの先端部ｆ_ｔとは、手の指ｆの末節骨に対応する部分を少なくとも含み、遠位指節間関節および中節骨に対応する部分を含んでもよい。

先端部材１８は、図２〜４に示すように、正面視で高さが幅よりも小さい偏平な略台形形状をなし、指ｆの長手方向（前後方向）に所定の長さを有している。また、先端部材１８の上面には前後方向に延びる湾曲凸部１８ａが形成され、先端部材１８の下面には前後方向に延びる湾曲凹部１８ｂが形成されている。この湾曲凹部１８ｂにより、先端部材１８と指ｆの先端部ｆｔとの間で安定した接触を確保することができるとともに、先端部材１８を指に載置したときの低背化にもなる。

先端部材１８の後端部には、左右両端位置から後方に向けて２つの脚部１８ｃ、１８ｄが突設されており、各脚部１８ｃ、１８ｄには、連結軸としてのピン２２が左右方向に挿通されるピン収容孔２８が形成されている。装置装着時のピン収容孔２８の、前後方向おける位置は、指ｆの遠位指節間関節上またはその近傍とするのが好ましい。さらに各脚部１８ｃ、１８ｄの後縁部には、後方に隣接するリンク部材２０に形成された後述の部分歯車と噛み合う部分歯車３０が一体に形成されており、各部分歯車３０は、ピン２２の軸心周りに先端部材１８と一緒に回動する。また、各脚部１８ｃ、１８ｄの後縁部の、ピンよりも下側の部分には、上から下にみて前方に向けて傾斜した傾斜面３１が形成されている。

また、ピン２２よりも指ｆの背側（ピン２２よりも下側）である、先端部材１８の下面近傍かつ左右両端近傍には、第１の糸状部材２４が前後方向に挿通、案内されるガイド部としてのガイド孔３２がそれぞれ貫通、形成されており、ピン２２よりも上側である、先端部材１８の上面近傍の中央付近には、第２の糸状部材２６が前後方向に挿通、案内されるこれもガイド部としての２つのガイド孔３４が貫通、形成されている。

基端部材１６は、指ｆの先端部ｆｔよりも指の付け根側の指部分ｆ_ｂ（図１）または手の甲（例えば中手骨の、中手指節間関節近傍）上に配置されて、リンク部材２０および先端部材１８を支持するものであり、図２〜４に示すように、背面視で高さが幅よりも小さい偏平な略台形形状をなし、指ｆの長手方向（前後方向）に所定の長さを有している。また、基端部材１６の上面には前後方向に延びる湾曲凸部１６ａが形成され、基端部材１６の下面には前後方向に延びる湾曲凹部１６ｂが形成されている。この湾曲凹部１６ｂにより、基端部材１６と上記指部分ｆｂまたは手の甲との間で安定した接触を確保することができるとともに、基端部材１６を指または手の甲に載置したときの低背化にもなる。

また、基端部材１６の前端部には、左右両端位置から前方に向けて２つの脚部１６ｃ、１６ｄが突設されており、各脚部１６ｃ、１６ｄには、連結軸としてのピン２２が左右方向に挿通されるピン収容孔３６が形成されている。装置装着時のピン収容孔３６の、前後方向における位置は、中手指節間関節上またはその近傍とするのが好ましい。各脚部１６ｃ、１６ｄの前縁部には、前後方向に隣接するリンク部材２０に形成された後述の部分歯車と噛み合う部分歯車３８が一体に形成されている。各部分歯車３８の軸心は、連結軸としてのピン２２の軸心と一致する。

また、ピン２２よりも指ｆの背側（ピン２２よりも下側）である、基端部材１６の下面近傍かつ左右両端近傍には、第１の糸状部材２４が前後方向に挿通、案内されるガイド部としてのガイド孔４０がそれぞれ貫通、形成されており、ピン２２よりも上側である、基端部材１６の上面近傍の中央付近には、第２の糸状部材２６が前後方向に挿通、案内されるこれもガイド部としての２つのガイド孔４１が貫通、形成されている。さらに、各脚部１６ｃ、１６ｄの前縁部の、ピンよりも下側の部分には、上から下にみて後方に向けて傾斜した傾斜面４２が形成されている。

リンク部材２０は、先端部材１８と基端部材１６との間の指部分の背に宛がわれるとともに、基端部材１６に対して揺動して該指部分を内側に屈曲させまたは外側に展開させるものである。リンク部材２０は、前後方向（指の長手方向）に沿って列をなすよう複数配置され、さらに左右方向（指の幅方向）に２列以上、ここでは３列にわたって設けられている。左右方向で隣接する列間で、リンク部材２０は前後方向において交互に配置され、つまり左右方向に隣接するリンク部材２０は互いに半ピッチ分、前後方向にずらされている。そして、半ピッチ分ずらされたリンク部材２０同士は、リンク部材２０の前後に形成されたピン収容孔４４に挿通されたピン２２を介して相互に揺動可能に連結されている。同様にして、最も後方に位置するリンク部材２０は、ピン２２を介して基端部材１６の脚部１６ｃ、１６ｄに相互に揺動可能に連結され、最も前方に位置するリンク部材２０は、ピン２２を介し先端部材１８の脚部１６ｃ、１６ｄに相互に揺動可能に連結されている。

また本実施形態では、相互に幅が異なる２つのリンク部材２０が用いられており、一方は、横方向の中央に配置された幅広のリンク部材２０であり、他方は、該中央のリンク部材を側方から挟み込むようにして配置された幅狭のリンク部材２０である。このように中央のリンク部材２０を幅広に形成することで、リンク部材２０の屈伸動作を安定して指に伝えることができる。

中央のリンク部材２０の上面は、先端部材１８および基端部材１６と同様に、正面視で前後方向に延びる湾曲凸部２０ａが形成され、中央のリンク部材２０の下面には前後方向に延びる湾曲凹部２０ｂが形成されている。この湾曲凹部２０ｂにより、中央のリンク部材２０と指ｆとの間で安定した接触を確保することができるとともに、中央のリンク部材２０を指に載置したときの低背化にもなる。

また、ピン２２よりも上側である、中央のリンク部材２０の上面近傍の中央付近には、第２の糸状部材２６が前後方向に挿通、案内されるガイド部としての２つのガイド孔４６が貫通、形成され、さらに各ガイド孔４６の前後には第２の糸状部材２６を前後方向に案内するこれもガイド部としてのガイド溝４８がガイド孔４６に続いて形成されている。また、前後方向で互いに隣り合う中央のリンク部材２０の、互いに対向する面には、相互に噛み合うことで一方の中央のリンク部材２０の揺動運動を他方の中央のリンク部材２０に伝達する部分歯車５０が一体に形成されている。各部分歯車５０は、連結軸としてのピン２２の軸心周りにリンク部材２０と一緒に回動する。

側方のリンク部材２０は、高さ寸法が中央のリンク部材２０よりも大きく、中央のリンク部材２０にピン２２を介して連結した際に下端部が中央のリンク部材２０の下面よりも下方に突出する。当該突出した下端部には、第１の糸状部材２４が前後方向に挿通、案内されるガイド部としてのガイド孔５２が貫通、形成されている。

また、各側方のリンク部材２０の前面および後面の、ピン２２よりも下側の部分には、図４（ａ）に示すように、下方に向かうにつれて側方のリンク部材２０の前後方向長さを減少させる方向に所定の斜度で傾斜した傾斜面５４がそれぞれ形成されている。つまり、側方のリンク部材２０の前面の、上記下側の部分は後方に傾斜し、側方のリンク部材２０の後面の、上記下側の部分は前方に傾斜している。側方のリンク部材２０の傾斜面５４、基端部材１６の傾斜面４２および先端部材１８の傾斜面３１は、指ｆの屈曲動作補助に際してリンク部材２０および先端部材１８を、基端部材１６に対して各ピン２０周りに内側（掌側）に揺動させた際、所定の揺動角にて互いに当接し、その揺動角を超える揺動を阻止するものである。そして、当該所定の揺動角は、作動部１２を真っ直ぐに展開させた状態（図４（ａ））において、前後方向に隣接する傾斜面５４、３１、４２同士がなす角θと等しく、この角を変更することで所望の揺動角規制を行うことができる。なお、図示例では当該角は概ね４０°である。

さらに、前後方向で互いに隣り合う側方のリンク部材２０の、互いに対向する面には、相互に噛み合うことで一方の側方のリンク部材２０の揺動運動を他方の側方のリンク部材２０に伝達する部分歯車５６が一体に形成されている。また、最後尾の側方のリンク部材２０の後面には、基端部材１６の部分歯車３８と噛み合う部分歯車５６が形成され、最前位の側方のリンク部材２０の前面には、先端部材１８の部分歯車３０と噛み合う部分歯車５６が形成されている。各部分歯車５６は、連結軸としてのピン２２の軸心周りに側方のリンク部材２０と一緒に回動する。

第１の糸状部材２４および第２の糸状部材２６は、図１および図５に示すように、一端が駆動部１４に連結され、そこから基端部材１６およびリンク部材２０を経由して先端部材１８まで、それぞれのガイド孔４０、５２、３２、４１、４６、３４およびガイド溝４８を通って延び、他端（末端）が先端部材１８のガイド孔３２、３４の前方開口端に係止され抜け止めされている。第１および第２の糸状部材２４、２６としては、例えばパラ系アラミド繊維からなるコードや金属製ワイヤ等を用いることができる。アラミド繊維としては、例えばケブラー（登録商標）を用いることできる。なお、図示例では、第１の糸状部材２４および第２の糸状部材２６は各２本設けているが、所定の引張強度を発揮する限り各１本としてもよく、各３本以上設けてもよい。

駆動部１４は、本実施形態では、第１の糸状部材２４および第２の糸状部材２６の張力を調整して、基端部材１６に対してリンク部材２０および先端部材１８をピン２２周りに、指を屈曲させる方向である内側方向と、指を展開させる方向である外側方向とに揺動させるものである。図５に示すように、駆動部１４は、基端部材１６の後方に配置され、後方から第１および第２の線状部材２４、２６を引っ張るための駆動力を発生させるアクチュエータ５８を備えており、アクチュエータ５８としては、モータ駆動式や油圧駆動式、エア駆動式等のリニアアクチュエータやモータ駆動式のロータリアクチュエータを用いることができ、本実施形態では一例としてリニアアクチュエータ５８を用いている。

また、駆動部１４は、必要に応じて、アクチュエータ５８からの駆動力を第１および第２の糸状部材２４、２６に伝達する伝達機構を有していてよい。伝達機構としては、プーリ機構、歯車機構、リンク機構等の既知の様々な伝達機構を用いることができ、本実施形態では、一例としてラック・ピニオン伝達機構６０を用いている。具体的には、ラック・ピニオン伝達機構６０は、リニアアクチュエータ５８の、第２の糸状部材２６の後端が固定されたロッド５８ａに設けられた第１のラックギヤ６１と、前後方向に移動可能であり第１の糸状部材の後端２４が固定された第２のラックギヤ６３と、第１および第２のラックギヤ６１、６３間に配置され、これらのラックギヤ６１、６３間で動力を伝達するピニオンギヤ６５とから構成される。この伝達機構６０において、ロッド５８ａを第１のラックギヤ６１とともに後退させると（図５（ａ））、第２のラックギヤ６３が前方に移動するので、第２の糸状部材２６の張力が高められるとともに、第１の糸状部材２４の張力が緩められ、反対に、ロッド５８ａを第１のラックギヤ６１とともに前方に進出させると（図５（ｂ））、第２のラックギヤ６３が後方に移動するので、第１の糸状部材２４の張力が高められるとともに、第２の糸状部材２６の張力が緩められる。

なお、本実施形態の指動作補助装置１０は、駆動部１４を制御する図示しない制御手段を備えていてよい。制御手段は、例えば、生体信号を検出するセンサと、センサにより検出された生体信号に基づいてアクチュエータ５８へ制御信号を出力する演算部を有し、被補助者が指を動作させる際に筋に生じる筋電位信号に基づき、該筋に対応する指の屈伸動作を補助するようにしてもよい。あるいは、図示しないコントローラを用いて指動作補助装置１０を直接操作するようにしてもよい。

次に、上記の指動作補助装置１０を用いて、人の指ｆの屈伸動作を補助する方法について説明する。まず、リンク部材２０および先端部材１８の下面に形成された湾曲凹部１８ｂ、２０ｂが指ｆの背に対向する姿勢で指動作補助装置１０を手の甲側に設置し、リンク部材２０および先端部材１８を、ピン２２の領域を避けるように面ファスナ等の固定具で数箇所にわたって指ｆに結束、固定する。基端部材１６および駆動部１４も同様の固定具で手の甲に対して固定することができる。あるいは、図示しない手袋型の指動作補助装置を構成する場合には、各指袋内に、人が指ｆを挿入したときに上記姿勢になるよう指動作補助装置１０を予め指袋内に固定しておくことができ、この場合には、各指袋内に指ｆを挿入するだけで、指動作補助装置１０と指ｆとの位置決めを行うことができる。なお、いずれの場合においても、初期状態として、作動部１２を予め外側に展開させ真っ直ぐ伸びた姿勢（図５（ａ））にしておくと、指動作補助装置１０を指ｆへ装着するのが容易である。この初期状態において、リニアアクチュエータ５８のロッド５８ａは後方に退去した位置にある。

そして、指動作補助装置１０を指ｆに装着し作動部１２が真っ直ぐ伸びた状態から、駆動部１４のリニアアクチュエータ５８のロッド５８ａを前方に進出させると、ピン２２の上側に延びる第２の線状部材２６の張力が緩められるとともに、ピン２２の下側に延びる第１の線状部材２４の張力が高められるので（図５（ｂ））、図６および図７に示すように、先端部材１８およびリンク部材２０の前部は、基端部材１６に対して、各ピン２２周りに下向き（内側）に揺動し、その結果、指ｆを屈曲させることができる。このとき、本実施形態の指動作補助装置１０では、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８の、前後方向に互いに対向する面には、互いに噛み合いピン２２周りに回動可能な部分歯車３８、５６、３０、５０が形成されているため、対向する部材１６、２０、１８間の相対的な揺動角は、すべての箇所で等しくなる。これにより、指ｆの根元部から先端部に至る屈曲を均一に行うことができる。そして、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８間の相対的な揺動角が所定の角度θに達すると、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８の、前後方向に対向する面に形成された傾斜面３１、５４、４２同士が当接し、それ以上の指の屈曲が阻止される。

指ｆが屈曲された状態から指ｆを展開させる場合には、駆動部１４のリニアアクチュエータ５８のロッド５８ａを後退させる（図５（ａ））。これにより、第１の線状部材２４の張力が緩められるとともに、第２の線状部材２６の張力が高められるので、先端部材１８およびリンク部材２０の前部が基端部材１８に対して、各ピン２２周りに上向き（外側）に揺動し（引き起こされ）、その結果、指ｆを展開させることができる。このときも、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８に形成された部分歯車３８、５６、３０、５０が互いに噛み合いながら回動するため、対向する部材１６、２０、１８間の相対的な揺動角は、すべての箇所で等しくなる。

したがって、本実施形態の指動作補助装置１０によれば、ピン２２の下側に架設した第１の線状部材２４とピン２２の上側に架設した第２の線状部材２６を交互に引っ張るだけで、指の屈伸動作を行わせることができるため、構造が簡単であり且つ小型化可能である。

また、本実施形態の指動作補助装置１０によれば、リンク部材２０が指ｆの幅方向で３列にわたって設けられているため、横方向（幅方向）の剛性を高めることができ、より安定した指ｆの屈伸動作補助が可能である。

さらに、本実施形態の指動作補助装置１０によれば、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８に、第１の線状部材お２４よび第２の線状部材２６を案内するガイド孔４０、５２、３２、４１、４６、３４が設けられているため、指ｆの屈伸動作をスムーズに行わせることができる。

さらに、本実施形態の指動作補助装置１０によれば、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８の、前後方向で互いに対向する面には、リンク部材２０および先端部材１８の、内側方向への所定の揺動角にて互いに当接して、該所定の揺動角を超える内側方向への揺動を阻止する傾斜面３１、５４、４２が形成されているため、指ｆの過度な屈曲を防止することができる。

加えて、本実施形態の指動作補助装置１０によれば、基端部材１６、リンク部材２０および先端部材１８の、前後方向で互いに対向する面には、相互に噛み合う部分歯車３８、５６、３０、５０が形成されているため、前後方向で対向する部材１６、２０、１８間でその揺動角を等しくすることができ、指ｆを指全体で均一に屈伸させることができる。

なお、本実施形態では、ピン２２の上側および下側にそれぞれ、線状部材２４、２６を架設する例を示したが、作動部１２は、第１の線状部材２４および第２の線状部材２６のうちの一方と、作動部１２を展開方向または屈曲方向に常時付勢する板ばねやコイルばね、ゴム等の付勢部材とを備えるものでもよい。具体的には、ピン２２の下側に第１の線状部材２４のみ設ける場合には、作動部１２を展開方向に常時付勢する付勢部材を設け、ピン２２の上側に第２の線状部材２６のみ設ける場合には、作動部１２を屈曲方向に常時付勢する付勢部材を設けることができ、このようにすれば駆動部１４の構造を簡素化することができる。

次いで、第２発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここで図８は、第２発明の一実施形態の指動作補助装置を人の手の人差し指に装着し、展開させた様子を示す斜視図であり、図９および図１０は、図８に示した指動作補助装置を示し、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は側面図、図１０（ａ）は図９（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は背面図である。

図８に示すように、本実施形態の指動作補助装置７０は、人の指ｆの背側に指の長手方向に沿って設置されるものであり、該指ｆの屈伸動作を補助する作動部７２と該作動部７２を駆動する駆動部７４とを備える。作動部７２は、主として、被装着者（被補助者）からみて最近位の基端部材７６と、最遠位の先端部材７８と、先端部材７６と基端部材７８との間で指の長手方向に沿って配列された複数のリンク部材８０と、指の幅方向でみて互いに重なり合う、基端部材７６とリンク部材８０間、リンク部材８０、８０間、およびリンク部材８０と先端部材７８間をそれぞれ互いに揺動可能連結する連結軸としてのピン８２と、作動部７２、指を展開させる方向である外側方向または指を屈曲させる方向である内側方向に常時付勢する付勢手段とを備えている。

以下、各構成部品の詳細を説明する。なお、以下の説明において「前」というときには、先端部材７８と基端部材７６との関係において先端部材７８がある側を指し、「後」というときには、先端部材７８と基端部材７６との関係において基端部材７６がある側を指すものとする。また、「下」というときには、指ｆの背の上に配置される指動作補助装置７０と該指ｆの背との関係において指ｆの背がある側を指し、「上」というときには、指ｆの背の上に配置される指動作補助装置７０と該指ｆの背との関係において指動作補助装置７０がある側を指すものとする。よって、「前後方向」とは、指の長手方向と同義であり、「左右方向」または「横方向」とは指の幅方向と同義である。

まず、先端部材７８は、指ｆの先端部ｆ_ｔの背に宛がわれるとともに基端部材７６およびリンク部材８０に対してピン８２周りに揺動し、該先端部ｆ_ｔを内側（掌側）に屈曲させるまたは外側（手の甲側）に展開させるものである。なお、指ｆの先端部ｆ_ｔとは、手の指ｆの末端骨に対応する部分を少なくとも含み、遠位指節間関節および中節骨に対応する部分を含んでもよい。

先端部材７８は、図９および図１０に示すように、正面視で高さが幅よりも小さい偏平な略矩形形状をなし、指の長手方向に所定長さを有している。また、先端部材７８の下面には、前後方向に延びる湾曲凹部７８ｂが形成されている。この湾曲凹部７８ｂにより、先端部材７８と指ｆの先端部ｆ_ｔとの間で安定した接触を確保することができるとともに、先端部材７８を指ｆに搭置したときの低背化にもなる。

先端部材７８の後端部には、左右両端位置から後方に向けて２つの脚部７８ｃ、７８ｄが突設されており、各脚部７８ｃ、７８ｄには、連結軸としての上記ピン８２が左右方向に挿通されるピン収容孔８８が形成されている。装置装着時のピン収容孔８８の、前後方向における位置は、指の遠位指節間関節上またはその近傍とするのが好ましい。各脚部７８ｃ、７８ｄの後縁部には、後方にリンク部材８０に形成された後述の部分歯車と噛み合う部分歯車９０が一体に形成されており、各部分歯車９０は、ピン２２の軸心周りに先端部材７８と一緒に回動する。

基端部材７６は、指ｆの先端部ｆ_ｔよりも指の付け根側の指部分ｆ_ｂまたは手の甲（例えば中手骨の、中手指節間関節近傍）上に配置されて、リンク部材８０および先端部材７８を支持するものであり、図９および図１０に示すように、背面視で高さが幅よりも小さい偏平な略矩形形状をなし、指の長手方向で所定長さを有している。また、基端部材７６の下面には、前後方向に延びる湾曲凹部７６ｂが形成されている。この湾曲凹部７６ｂにより、基端部材７６と上記指部分ｆｂまたは手の甲との間で安定した接触を確保することができるとともに、基端部材７６を指または手の甲に載置したときの低背化にもなる。

また、基端部材７６の前端部には、左右両端位置から前方に向けて２つの脚部７６ｃ、７６ｄが突設されており、各脚部７６ｃ、７６ｄには、連結軸としてのピン８２が左右方向に挿通されるピン収容孔９２が形成されている。装置装着時のピン収容孔９２の、前後方向における位置は、中手指節間関節上またはその近傍とするのが好ましい。各脚部７６ｃ、７６ｄの前縁部には、前後方向に隣接するリンク部材８０に形成された後述の部分歯車と噛み合う部分歯車９４が一体に形成されている。各部分歯車９４の軸心は、連結軸としてのピン８２の軸心と一致する。

リンク部材８０は、先端部材７８と基端部材７６との間の指部分の背に宛がわれるとともに、基端部材７６に対して揺動して該指部分を内側に屈曲させまたは外側に展開させるものである。リンク部材８０は、前後方向（指の長手方向）に沿って列をなすよう複数配置され、さらに左右方向（指の幅方向）にも２列以上、ここでは３列にわたって設けられている。左右方向で隣接する列間で、リンク部材８０は前後方向において交互に配置され、つまり左右方向に隣接するリンク部材８０は互いに半ピッチ分、前後方向にずらされている。そして、半ピッチ分ずらされたリンク部材８０同士は、リンク部材８０の前後に形成されたピン収容孔９６に挿通されたピン８２を介して相互に揺動可能に連結されている。同様にして、最も後方に位置するリンク部材８０は、ピン８２を介して基端部材７６の脚部７６ｃ、７６ｄに相互に揺動可能に連結され、最も前方に位置するリンク部材８０は、ピン８２を介して先端部材７８の脚部７８ｃ、７８ｄに相互に揺動可能に連結されている。

また本実施形態では、相互に幅が異なる２つのリンク部材８０が用いられており、一方は、横方向の中央に配置された幅広のリンク部材８０であり、他方は、該中央のリンク部材８０を側方から挟み込むようにして配置された幅狭のリンク部材８０である。このように中央のリンク部材８０を幅広に形成することで、リンク部材８０の屈伸動作を安定して指に伝えることができる。

中央のリンク部材８０の下面には、先端部材７８および基端部材７６と同様に、前後方向に延びる湾曲凹部８０ｂが形成されていてよく、これにより、リンク部材８０と指ｆとの間で安定した接触を確保することができるとともに、リンク部材８０を指に搭置したときの低背化を図ることができる。

また、前後方向で互いに隣り合う中央のリンク部材８０の、互いに対向する面（前面および後面）には、相互に噛み合うことで一方の中央のリンク部材８０の揺動運動を他方の中央のリンク部材８０に伝達する部分歯車９８が形成されている。各部分歯車９８は、連結軸としてのピン８２の軸心周りに回動する。

同様に、前後方向で互いに隣り合う側方のリンク部材８０の、互いに対向する面には、相互に噛み合うことで一方の側方のリンク部材８０の揺動運動を他方の側方のリンク部材８０に伝達する部分歯車９９が一体に形成されている。また、最後方の側方のリンク部材８０の後面には、基端部材７６の部分歯車９４と噛み合う部分歯車９９が形成され、最前方の側方のリンク部材８０の前面には、先端部材７８の部分歯車９０と噛み合う部分歯車９９が形成されている。各部分歯車９９は、連結軸としてのピン８２の軸心周りに側方のリンク部材８０と一緒に回動する。

付勢手段は、リンク部材８０および先端部材７８を、指ｆを展開させる方向である外側方向または指ｆを屈曲させる方向である内側方向に常時付勢するものであり、図示例では、付勢手段として、基端部材７６、リンク部材８０および先端部材７８の下面の湾曲凹部７６ｂ、８０ｂ、７８ｂ内に、基端部材７６からリンク部材８０を経て先端部材７８まで前後方向に沿って延設された、指を屈曲させる方向である内側方向に常に付勢する板ばね１０１が設けられている。なお、板ばねに代えて、コイルばねやゴムを用いてもよい。

駆動部８４は、少なくとも１つのリンク部材８０（ここでは基端部材７６に最も近い中央リンク部材８０）に駆動力を与えて、基端部材１６に対してリンク部材８０および先端部材７８をピン８２周りに、指ｆを屈曲させる方向である内側方向または指ｆを展開させる方向である外側方向に揺動させるものである。駆動部７４は、基端部材７６の上面上に配置され、中央、最後尾のリンク部材８０に駆動力を与えるアクチュエータ１０３を備えており、アクチュエータ１０３としては、モータ駆動式や油圧駆動式、エア駆動式等のリニアアクチュエータやモータ駆動式のロータリアクチュエータを用いることができ、本実施形態では一例としてリニアアクチュエータ１０３を用いている。

また、駆動部８４は、必要に応じて、アクチュエータ１０３からの駆動力をリンク部材８０に伝達する伝達機構を備えていてよい。伝達機構としては、プーリ機構、歯車機構、リンク機構等の既知の様々な伝達機構を用いることができ、図示例では、アクチュエータ１０３のロッド１０３ａの進退運動をリンク部材８０の揺動運動に変換するリンク機構１０５を用いている。

なお、本実施形態の指動作補助装置７０は、駆動部８４を制御する図示しない制御手段を備えていてよい。制御手段は、例えば、生体信号を検出するセンサと、センサにより検出された生体信号に基づいてアクチュエータ１０３へ制御信号を出力する演算部を有し、被補助者が指を動作させる際に筋に生じる筋電位信号に基づき、該筋に対応する指の屈伸動作を補助するようにしてもよい。あるいは、図示しないコントローラを用いて指動作補助装置７０を直接操作するようにしてもよい。

次に、本実施形態の指動作補助装置７０を用いて、人の指ｆの屈伸動作を補助する方法について説明する。本実施形態では、リンク部材８０および先端部材７８は板ばね１０１により内側方向に常時付勢されているため、該板ばね１０１の付勢力に抗してリニアアクチュエータ１０３のロッド１０３ａを後退させて、基端部材７６、リンク部材８０および先端部材７８を板ばね１０１の付勢力に抗して真っ直ぐ伸びた姿勢にしておくのがよい（図８）。なお、リニアアクチュエータ１０３は、無給電時においてロッド１０３ａの位置が保持されるセルフロック機能を有することが好ましく、これによれば無給電下においても、リンク部材８０および先端部材７８を真っ直ぐ伸びた姿勢に維持することができる。この状態で、リンク部材８０および先端部材７８の下面に形成された湾曲凹部８０ｂ、７８ｂが指ｆの背に対向する姿勢で、指動作補助装置７０を手の甲側に設置し、リンク部材８０および先端部材７８を、ピン８２の領域を避けるように面ファスナ等の固定具で数箇所にわたって指に結束、固定する。基端部材７６および駆動部７４も同様の固定具で手の甲に対して固定することができる。

そして、指動作補助装置７０を指ｆに装着し作動部７２が真っ直ぐ伸びた状態から、駆動部７４のリニアアクチュエータ１０３のロッド１０３ａを前方に徐々に進出させると、図１１に示すように、ロッド１０３ａに伝達機構１０５を介して連結された中央、最後尾のリンク部材８０が前方下向きに揺動する。この揺動運動は、該リンク部材の前方に隣接する中央のリンク部材８０に部分歯車９８を介して伝達されるとともに、横方向に隣接する側方、最後尾のリンク部材８０にも連結軸としてのピン８２を介して伝達される。このようにして、中央、最後尾のリンク部材８０の揺動運動は、リンク部材８０の部分歯車９８、９８とピン８２を介して前方に伝達され、最終的には先端部材７８が、脚部７８ｃ、７８ｄ間を延びるピン８２周りに前方下向きに揺動するので、指ｆを屈曲させ、例えば球体を把持させることができる。

指ｆが屈曲された状態から、指を展開させる場合には、板ばね１０１の付勢力に抗してリニアアクチュエータ１０３のロッド１０３ａを後退させる。そうすると、リニアアクチュエータのロッド１０３ａに連結されたリンク部材８０が基端部材７６の脚部７６ｃ、７６ｄに挿通されたピン８２周りに揺動して引き起こされ、この揺動動作が部分歯車９８、９９およびピン８２を介して他のリンク部材８０および先端部材７８に順次伝達され、先端部材７８およびリンク部材８０が外側に引き起こされるので、指ｆを展開させることができる。

したがって、本実施形態の指動作補助装置７０によれば、基端部材７６と先端部材７８との間の複数のリンク部材８０を設けるとともに、基端部材７６、先端部材７８およびリンク部材８０に部分歯車９０、９４、９８、９９を形成し、少なくとも１つのリンク部材８０を揺動させるだけで、指の屈曲動作を行わせることができるため、構造が簡単であり且つ小型化可能ある。さらに、部分歯車９０、９４、９８、９９を介して揺動を伝達させることで、すべての揺動箇所で揺動角を等しくすることができ、指ｆを指全体で均一に屈伸させることができる。

また、本実施形態の指動作補助装置７０によれば、リンク部材８０が指ｆの幅方向で３列にわたって設けられているため、横方向（幅方向）の剛性を高めることができ、より安定した指ｆの屈伸動作補助が可能である。

なお、本実施形態では、作動部７２を屈曲方向に常時付勢する板ばね１０１を設け、屈曲方向への指の動作補助を板ばね１０１の付勢力により行う例を示したが、作動部７２を展開方向に常時付勢する板ばねをピン８２よりも上側に設け、該板ばねの付勢力に抗してアクチュエータにより作動部７２を屈曲させるようにしてもよい。あるいは、図１２に示すように、板ばねを用いず、電気モータＭおよび該モータの回転軸先端に固定された歯車Ｇにより少なくとも１つのリンク部材、好ましくは最後尾のリンク部材８０を正逆方向に回動させることで、作動部７２を屈伸させるようにしてもよい。

以上、図示例に基づき本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態で示したものに限定されず、特許請求の範囲の開示内で適宜に変更することができる。例えば、上記実施形態では、連結軸はピンであったが横方向に突出する突起でもよい。また、図示例では、リンク部材の前後に形成された２つピン収納孔は独立しているが、該２つのピン収容孔は前後方向で互いに繋がったものでもよい。さらに、第１発明では、部分歯車３０、３８、５０、５６を省略することもできる。

かくして、本発明により構造が簡単でかつ小型化が可能な指動作補助装置を提供することが可能となった。

１０、７０指動作補助装置
１２、７２作動部
１４、７４駆動部
１６、７６基端部材
１８、７８先端部材
２０、８０リンク部材
２２、８２ピン
２４第１の線状部材
２６第２の線状部材
２８、３６、４４ピン収容孔
３０、３８、５０、５６、９０、９４、９８、９９部分歯車
３１、４２、５４傾斜面
５８、１０３リニアアクチュエータ
６０ラック・ピニオン伝達機構
１０１板ばね
１０５伝達機構
Ｇ歯車
Ｍモータ

Claims

人の手の指の背側の面に配置され、手の指の屈伸動作を補助する指動作補助装置であって、
指の先端部に対応配置される先端部材と、
前記指の先端部よりも指の付け根側の指部分または手の甲に対応配置される基端部材と、
前記基端部材と前記先端部材との間に指の長手方向に沿って配列された複数のリンク部材と、
前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材を相互に揺動可能に連結する複数の連結軸と、
前記連結軸よりも指の背側で、前記長手方向に沿って、前記基端部材、前記リンク部材を経て前記先端部材まで延びるとともに末端が該先端部材に固定または係止された少なくとも一本の第１の線状部材、および前記連結軸を挟んで前記第１の線状部材の反対側で、前記長手方向に沿って、前記基端部材、前記リンク部材を経て前記先端部材まで延びるとともに末端が該先端部材に固定または係止された少なくとも一本の第２の線状部材の少なくとも一方と、
前記第１の線状部材および前記第２の線状部材の少なくとも一方の張力を調整して、前記基端部材に対して前記リンク部材および前記先端部材を前記連結軸周りに、指を屈曲させる方向である内側方向または指を展開させる方向である外側方向に揺動させる駆動部と、を備えることを特徴とする指動作補助装置。
前記第１の線状部材および前記第２の線状部材の双方を備え、
前記駆動部は、前記第１の線状部材の張力を強めるときには前記第２の線状部材の張力を緩めることで、前記基端部材に対して前記リンク部材および前記先端部材を前記連結軸周りに、指を屈曲させる方向である内側方向に揺動させ、逆に前記第２の線状部材の張力を強めるときには前記第１の線状部材の張力を緩めることで、前記リンク部材および前記先端部材を前記連結軸周りに、指を展開させる方向である外側方向に揺動させる、請求項１に記載の指動作補助装置。
前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材の、前記長手方向で互いに対向する面には、前記リンク部材および前記先端部材の、前記内側方向への所定の揺動角にて互いに当接して、該所定の揺動角を超える前記内側方向への揺動を阻止する傾斜面が形成されている、請求項１または２に記載の指動作補助装置。
人の手の指の背側に配置され、手の指の屈伸動作を補助する指動作補助装置であって、
指の先端部に対応配置される先端部材と、
前記指の先端部よりも指の付け根側の指部分または手の甲に対応配置される基端部材と、
前記基端部材と前記先端部材との間に指の長手方向に沿って配列された複数のリンク部材であって、指の幅方向で少なくとも２列にわたって設けられ、幅方向で隣り合う列間で長手方向に交互に配置されているリンク部材と、
前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材を相互に揺動可能に連結する複数の連結軸と、
前記基端部材に対して少なくとも１つのリンク部材を前記連結軸周りに、指を屈曲させる方向である内側方向または指を展開させる方向である外側方向に揺動させる駆動部と、を備え、
前記基端部材、前記リンク部材および前記先端部材の、前記長手方向で互いに対向する面には、相互に噛み合うことで前記少なくとも１つのリンク部材の揺動運動を前記長手方向で隣接する他のリンク部材および前記先端部材に伝達する部分歯車が形成されていることを特徴とする指動作補助装置。
前記リンク部材および前記先端部材を前記内側方向または前記外側方向に常時付勢する付勢手段を備える、請求項４に記載の指動作補助装置。
前記付勢手段は、前記基端部材から前記リンク部材を経て前記先端部材まで、前記長手方向に沿って延びる板ばねである、請求項４または５記載に記載の指動作補助装置。