JP2017213279A - 歩行支援器具 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡単であり、従来技術と比較して低コストな歩行支援器具を提供する。【解決手段】利用者Ａに装着されると共に利用者Ａの歩行を補助する歩行支援器具１であって、装着時に利用者Ａの大腿直筋に沿って大腿部の前側に配置される長尺状の弾性体２と、利用者Ａの股関節より上方において弾性体２の上端を利用者Ａに対して固定する第１固定具３と、利用者Ａの股関節より下方かつ膝関節の上方において弾性体２の下端を利用者Ａに対して固定する第２固定具４とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、歩行支援器具に関するものである。

利用者の身体に装着し、利用者の歩行を補助する装置が種々開発されている。例えば、特許文献１には、装着者（利用者）の動作を検出する生体信号検出手段と、駆動手段とを有する装着式動作補助装置が開示されている。この装着式動作補助装置は、検出された生体信号に基づいて、駆動手段を駆動させることにより、利用者の歩行動作を補助する。さらに、特許文献２には、駆動手段を有さず、カム−バネ機能に基づくトルク発生装置によりトルクを発生させ、利用者の歩行動作を補助する片脚式歩行支援機が開示されている。

特開２００９−６６３９５号公報 特開２０１３−２３６７４１号公報

しかしながら、特許文献１に係る装着式動作補助装置は、制御手段や、アクチュエータ等を有しており、装置構成が複雑であるため、製造時のコスト面に課題を有している。また、特許文献２に係る片脚式歩行支援機は、トルク発生装置の構成が複雑であり、部品点数も多い。したがって、特許文献２に係る片脚式歩行支援機は、駆動手段は有さないものの、製造が容易ではないため、製造時のコスト面に課題を有している。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、構成が簡単であり、従来技術と比較して低コストな歩行支援器具を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、利用者に装着されると共に利用者の歩行を補助する歩行支援器具であって、装着時に上記利用者の大腿直筋に沿って大腿部の前側に配置される長尺状の弾性体と、上記利用者の股関節より上方において上記弾性体の上端を上記利用者に対して固定する第１固定具と、上記利用者の上記股関節より下方かつ膝関節の上方において上記弾性体の下端を上記利用者に対して固定する第２固定具とを有する、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、上記第１固定具は、上記利用者の腰部に装着されたベルトに係合されると共に上記弾性体と固定される腰側係合部材を有する、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第１の手段において、上記第１固定具は、上記利用者の腰部に装着される腰部装着部と、上記腰部装着部に固定されると共に上記弾性体と固定される腰部固定部とを有する、という構成を採用する。

第４の手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの手段において、上記第２固定具は、上記膝関節の上方に巻回される脚部装着部と、上記脚部装着部に係合されると共に上記弾性体と固定される脚部固定部とを有する、という構成を採用する。

第５の手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの手段において、上記弾性体は、帯状のゴム材である、という構成を採用する。

第６の手段として、上記第１〜第５のいずれか１つの手段において、上記弾性体は、矢状面と直交する第一方向から見て、上記利用者の正中線に沿う第二方向に対する上記利用者の歩行動作時における大腿骨軸のなす傾斜角度が、後方に２０度以下かつ前方に２０度以下の範囲にあるときに、上記利用者の上記股関節に付与されるトルクが０Ｎｍより大きく、１０Ｎｍ以下の範囲となるように設定されている、という構成を採用する。

本発明に係る歩行支援器具は、弾性体が利用者の大腿直筋に沿って配置されている。この弾性体は、利用者の歩行動作に伴って両端が引っ張られることで発生したトルクにより、大腿直筋の動きを補助する。このような本発明に係る歩行支援器具は、利用者の脚を上げる動作を補助することにより、利用者の歩行動作を支援する。すなわち、本発明に係る歩行支援器具は、電気的な駆動手段やトルク発生装置のような複雑な装置を有さずに、利用者の歩行を支援することが可能である。したがって、本発明によれば、構成が簡単であり、従来技術と比較して低コストな歩行支援器具とすることができる。

利用者の脚に装着された本発明の一実施形態に係る歩行支援器具を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る歩行支援器具の各部材の詳細を示す図であり、（ａ）が腰部固定部を示す斜視図であり、（ｂ）が脚部固定部を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る歩行支援器具の性能評価実験に用いた模擬装置の模式図である。 本発明の一実施形態に係る歩行支援器具の弾性体の性能評価実験の結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る歩行支援器具１の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。図１は、利用者Ａの脚Ａ１に装着された本実施形態に係る歩行支援器具１を示す模式図である。

本実施形態に係る歩行支援器具１は、図１に示すように、利用者Ａの脚Ａ１に装着され、受動的に歩行を支援する器具である。利用者Ａは、例えば、歩行可能であるものの、歩行動作時に転倒の可能性がある高齢者等を想定している。このような歩行支援器具１は、弾性体２（弾性体）と、第１固定具３と、第２固定具４とを有している。

弾性体２は、平帯状のゴム材を複数枚重ねることで、所定のバネ定数となるように設定された部材である。この弾性体２は、歩行支援器具１が利用者Ａに装着される際に、利用者Ａの大腿直筋に沿って、大腿部前側に配置される。さらに、この弾性体２は、利用者Ａに装着される際に、両端が引っ張られることにより、利用者Ａの大腿部及び下腿部が一直線上にある直立状態において、弾性エネルギがかかった状態となっている。これにより、弾性体２は、利用者Ａの大腿直筋の、大腿部を上げる動作と、膝を曲げる動作とを補助する。また、この弾性体２は、両端が第１固定具３及び第２固定具４に固定されている。

第１固定具３は、弾性体２の上端を利用者Ａの腰部に対して固定する部材であり、腰部装着部３ａと、腰部固定部３ｂとを有している。腰部装着部３ａは、腰部において、利用者Ａの身体に巻回されるベルト状の部材である。なお、本実施形態における腰部は、利用者Ａの腰椎から、股関節までの範囲を示すものとする。この腰部装着部３ａは、例えば利用者の腹囲に応じて、長さが調節可能とされている。

図２は、本実施形態に係る歩行支援器具１の各部材の詳細を示す図であり、（ａ）が腰部固定部３ｂを示す斜視図であり、（ｂ）が脚部固定部４ｂを示す斜視図である。図２（ａ）に示すように、腰部固定部３ｂは、弾性体２の一端が挿入される弾性体第１開口３ｂ１と、弾性体第１開口３ｂ１に挿入された端部が折り返されてさらに挿入される弾性体第２開口３ｂ２と、を有するフック状の部材である。この腰部固定部３ｂは、フック状の部位が腰部装着部３ａに係合されることで、腰部装着部３ａと固定されている。このような腰部固定部３ｂは、弾性体第１開口３ｂ１及び弾性体第２開口３ｂ２に挿入されている弾性体２の部位を摩擦力により固定する、いわゆる送りカンとして機能する。これにより、腰部固定部３ｂは、利用者Ａの大腿部に配される弾性体２の長さを調節可能としている。なお、腰部固定部３ｂは、腰部装着部３ａに沿って移動することがないように、不図示のストッパを有している。

第２固定具４は、弾性体２の下端を利用者Ａの膝関節の上方に対して固定する部材であり、脚部装着部４ａと、脚部固定部４ｂとを有している。脚部装着部４ａは、利用者Ａの大腿部の長手方向における中央よりも下方であって、膝関節より上方の位置において、利用者Ａの大腿部に巻回される帯状の部材である。この脚部装着部４ａは、両端に面ファスナ等を有し、利用者Ａの大腿部の太さに応じて、長さが調節可能とされている。また、この脚部装着部４ａは、利用者Ａの大腿部に巻回される面に滑り止め加工がされており、弾性体２の弾性力によって大腿部の上方へとずり上がることを防止している。

図２（ｂ）に示すように、脚部固定部４ｂは、脚部装着部４ａが挿通される挿通開口４ｂ１と、弾性体２の他端が挿入される弾性体第１開口４ｂ２と、弾性体第１開口４ｂ２に挿入された端部が折り返されてさらに挿入される弾性体第２開口４ｂ３と、を有する部材である。この脚部固定部４ｂは、弾性体第１開口４ｂ２及び弾性体第２開口４ｂ３に挿入されている弾性体２の部位を摩擦力により固定する、いわゆる送りカンとして機能する。これにより、脚部固定部４ｂは、利用者Ａの大腿部に配される弾性体２の長さを調節可能としている。

このような本実施形態に係る歩行支援器具１の取付方法について説明する。
まず、利用者Ａは、脚部固定部４ｂを弾性体２の端部に固定し、さらに脚部固定部４ｂを脚部装着部４ａに固定する。続いて、利用者Ａは、利用者Ａの大腿部の中央よりも下部であって、膝関節より上方の位置において、脚部固定部４ｂが大腿部の前側に配置されるように脚部装着部４ａを固定する。

次に、利用者Ａは、弾性体２の端部に腰部固定部３ｂを取り付け、腰部に腰部装着部３ａを装着する。さらに、利用者Ａは、腰部固定部３ｂを腰部装着部３ａに係合させて固定する。最後に、利用者Ａは、弾性体２の腰部固定部３ｂ及び脚部固定部４ｂに固定される位置を移動させ、大腿部に沿って配置される弾性体２の長さを調節する。これにより、弾性体２は、利用者Ａの直立状態において、大腿部に沿って配置される部位に弾性力がかかった状態で保持される。

続いて、歩行支援器具１を装着した状態における利用者Ａの歩行動作について説明する。
一般的に人間は、右脚と左脚とが、それぞれ地面に着地すると共に体重を支える支持脚と、地面から離れた状態の遊脚と、として交互に機能することにより歩行している。歩行動作時において、利用者Ａは、歩行支援器具１が装着された脚Ａ１が支持脚となると、支持脚の大腿部を脊柱よりも後方へと移動させる。この動作により、弾性体２は、両端部の距離が離れることにより伸ばされ、弾性エネルギが蓄えられる。

そして、利用者Ａが脚Ａ１を支持脚から遊脚へと切り替えると、脚Ａ１は、重力により前方へと移動する。これに伴って、歩行支援器具１は、弾性体２に蓄積された弾性エネルギが解放されることで、利用者Ａの股関節に対してトルクを付与する。これにより、利用者Ａは、歩行支援器具１から、股関節を支点として上方に持ち上がる方向の力を脚Ａ１の大腿部に付与され、脚Ａ１を容易に振り上げることができる。

このような歩行支援器具１の弾性体２について、性能評価の結果を図３及び図４を参照して説明する。
本実験においては、弾性体２のゴム材の枚数を２枚、４枚及び６枚とした場合について、模擬装置Ｂに対して弾性体２を取り付け、その性能を検証した。なお、弾性体２のバネ定数は、ゴム材が２枚の場合が１４０Ｎ／ｍであり、４枚の場合が２９６Ｎ／ｍであり、６枚の場合が４２４Ｎ／ｍである。

図３は、本実施形態に係る歩行支援器具１の性能評価実験に用いた模擬装置Ｂの模式図である。この図に示すように、模擬装置Ｂは、利用者Ａの脚Ａ１を模擬した装置であり、利用者Ａの股関節を模擬する支点Ｂ１に取り付けられた大腿部Ｂ２と、大腿部Ｂ２と接続された下腿部Ｂ３とを有している。この模擬装置Ｂは、不図示の駆動部が、大腿部Ｂ２を所定のトルクで、支点Ｂ１を中心として、図３における左右方向に回転運動させる。また、模擬装置Ｂは、大腿部Ｂ２と下腿部Ｂ３とを接続する膝関節Ｂ４を有しており、下腿部Ｂ３が大腿部Ｂ２に対して一方向にのみ屈曲可能とされている。このような模擬装置Ｂの大腿部Ｂ２に沿うように、弾性体２を取り付けて実験を行った。

このような模擬装置Ｂにおいて、支点Ｂ１を支点として大腿部Ｂ２が回転移動されたとき、移動された大腿部Ｂ２が、直立状態における大腿部Ｂ２に対してなす角を、大腿部角度θと定義した。この大腿部角度θは、図３における右側（前進方向）を正とし、左側（後退方向）を負としている。大腿部角度θは、利用者Ａの正中線に沿って体を左右に等分する面（いわゆる矢状面）と直交する第一方向から見て、利用者Ａの正中線に沿う第二方向に対する利用者Ａの歩行動作時における大腿骨軸のなす傾斜角度に相当する。また、大腿部Ｂ２と下腿部Ｂ３とのなす角のうち、劣角の角度を膝関節角度φとする。

図４は、本実施形態に係る歩行支援器具１の性能評価実験の結果を示すグラフである。
まず、模擬装置Ｂにおいて、大腿部角度θの変化に伴って発生する支点Ｂ１まわりのトルクを算出した結果を図４（ａ）に示す。このグラフに示すように、弾性体２は、ゴム材の数が増え、弾性体２のバネ定数が大きくなるほど、ゴム材に蓄積される弾性エネルギが増加し、最大トルクが大きくなる。さらに、弾性体２のバネ定数が大きくなるほど、大腿部Ｂ２が前進方向に移動するまでの弾性体２のトルクの量が大きくなる。すなわち、弾性体２のバネ定数を大きくすることにより、支点Ｂ１に付与されるトルクが大きくなる。

なお、弾性体２において発生する最大トルクは、ゴム材のバネ定数と、長さと、直立状態において有している弾性エネルギ（以下、初期弾性エネルギと称する）とにより決定される。また、弾性体２において発生する最大トルクを大きくすると、利用者Ａの大腿部角度θがマイナスとなる姿勢、すなわち、大腿部が脊柱よりも後方となる姿勢のときに、利用者Ａにかかる負荷が大きくなる。本実施形態における弾性体２は、利用者Ａの大腿部角度θが−２０度以上２０度以下の範囲にあるときに、利用者Ａの股関節に付与されるトルクが０Ｎｍより大きく、１０Ｎｍ以下の範囲となるように、バネ定数、長さ及び初期弾性エネルギを設定することが好ましい。

さらに、模擬装置Ｂにおいて、歩行支援器具１を装着しない場合と、歩行支援器具１の弾性体２のゴム材の本数を変更した場合とについて、歩行動作を模擬した大腿部Ｂ２の回転運動を行ったときの大腿部角度θの時間変化を計測した結果を図４（ｂ）に示す。このグラフに示すように、弾性体２のゴム材の数が増え、バネ定数が大きくなるほど、模擬装置Ｂにおける時間当たりの大腿部角度θの変化が大きくなる。すなわち、歩行支援器具１は、弾性体２のバネ定数を大きくすることで、大腿部を上げる動作における利用者Ａの負担を減少させることができる。

また、模擬装置Ｂにおいて、歩行支援器具１を装着しない場合と、歩行支援器具１の弾性体２のゴム材の本数を変更した場合とについて、歩行動作を模擬した大腿部Ｂ２の回転運動を行ったときの膝関節角度φの時間変化を計測した結果を図４（ｃ）に示す。このグラフに示すように、弾性体２のゴム材の数が増え、弾性体２のバネ定数が大きくなるほど、模擬装置Ｂにおける膝関節角度φの最小値が小さくなり、より深く膝関節Ｂ４が曲げられていることがわかる。すなわち、歩行支援器具１の弾性体２のバネ定数を大きくすることで、利用者Ａは、より深くまで膝を曲げる動作を行うことが可能となると考えられる。

このような本実施形態に係る歩行支援器具１によれば、弾性体２が利用者Ａの大腿直筋に沿って配置されている。この弾性体２は、利用者Ａの歩行動作に伴って両端が引っ張られることで発生したトルクにより、脚Ａ１を上げる動作や、膝を曲げる動作といった大腿直筋の動きを補助する。これにより、本実施形態に係る歩行支援器具１は、利用者Ａの歩行動作を支援することができる。すなわち、本実施形態に係る歩行支援器具１は、電気的な駆動手段やトルク発生装置のような複雑な装置を有さずに、利用者Ａの歩行を支援することが可能である。したがって、本実施形態によれば、構成が簡単であり、従来技術と比較して低コストな歩行支援器具１とすることができる。

さらに、本実施形態に係る歩行支援器具１によれば、第１固定具３は、利用者Ａの腰部に装着される腰部装着部３ａと、腰部装着部３ａに固定される腰部固定部３ｂとを有している。これにより、弾性体２の上端を、利用者Ａの腰部に対して容易に固定することができる。
また、本実施形態に係る歩行支援器具１においては、腰部装着部３ａと腰部固定部３ｂとが別体とされている。このため、歩行支援器具１は、利用者Ａの体型に合わせて腰部装着部３ａを調節することが容易である。さらに、腰部固定部３ｂは、弾性体２の長さを調節する機構を有している。したがって、歩行支援器具１は、利用者Ａの体型や、運動能力に合わせて、弾性体２の長さを調節することが容易である。

また、本実施形態に係る歩行支援器具１によれば、第２固定具４は、脚部装着部４ａと、脚部装着部４ａと固定される脚部固定部４ｂとを有している。これにより、弾性体の下端を、利用者Ａの脚Ａ１に対して容易に固定することができる。
また、本実施形態に係る歩行支援器具１においては、脚部装着部４ａと脚部固定部４ｂとが別体とされている。このため、歩行支援器具１は、利用者Ａの体型に合わせて脚部装着部４ａを調節することが容易である。さらに、脚部固定部４ｂは、弾性体２の長さを調節する機構を有している。したがって、歩行支援器具１は、利用者Ａの体型や、運動能力に合わせて、弾性体２の長さを調節することが容易である。

また、本実施形態に係る歩行支援器具１によれば、弾性体２は、帯状のゴム部材とされている。これにより、歩行支援器具１は、軽量かつ折り畳み可能であり、持ち運びが容易であり、かつ利用者Ａが装着した際に、その重量が負担となることがない。さらに、弾性体２が帯状であることで、歩行支援器具１は、利用者Ａの衣服の下に身に着けることが可能である。したがって、歩行支援器具１は、装着した際に目立ちにくく、利用者Ａの精神的な負担となりにくい。

さらに、本実施形態に係る歩行支援器具１の弾性体２は、大腿部角度θが−２０度以上２０度以下の範囲にあるときに、利用者Ａの股関節に付与されるトルクが０Ｎｍより大きく、１０Ｎｍ以下の範囲となるように、バネ定数、長さ及び初期弾性エネルギを設定することが好適とされている。これにより、歩行支援器具１は、利用者Ａの歩行動作時において、利用者Ａに過大な負荷をかけることなく、股関節に対して歩行の補助に適切なトルクを付与することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

（１）上記実施形態においては、第１固定具３は、腰部装着部３ａと、腰部固定部３ｂとを有するものとしたが、本発明はこれに限定されない。第１固定具３は、腰部装着部３ａ及び腰部固定部３ｂを有さず、腰側係合部材を新たに有するものとしてもよい。この腰側係合部材は、利用者Ａが腰部に身に着けているベルトに対して係合可能な部材であり、弾性体２に固定される。歩行支援器具１は、第１固定具３がこのような腰側係合部材を有することにより、利用者Ａの有するベルトに対して固定することができる。

（２）また、上記実施形態においては、弾性体２は、複数の平帯状のゴム材によって構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。弾性体２は、つるまきバネとしてもよい。弾性体２をつるまきバネとすることにより、歩行支援器具１は、紫外線などにより劣化しにくくなり、信頼性が向上する。

（３）また、上記実施形態においては、第１固定具３は、腰部装着部３ａと、腰部固定部３ｂとが別体とされているが、本発明はこれに限定されない。腰部装着部３ａに対して、腰部固定部３ｂが接着または縫合などにより固定されているものとしてもよい。この場合、腰部固定部３ｂが腰部装着部３ａに対して移動することがないため、利用者Ａの脚Ａ１の大腿直筋に沿って、適切な位置に弾性体２を固定することができる。

（４）また、同様に、上記実施形態においては、第２固定具４は、脚部装着部４ａと、脚部固定部４ｂとが別体とされているが、本発明はこれに限定されない。脚部装着部４ａに対して、脚部固定部４ｂが接着または縫合などにより固定されているものとしてもよい。この場合についても、脚部固定部４ｂが脚部装着部４ａに対して移動することがないため、利用者Ａの脚Ａ１の大腿直筋に沿って、適切な位置に弾性体２を固定することができる。

１ 歩行支援器具
２ 弾性体
３ 第１固定具
３ａ 腰部装着部
３ｂ 腰部固定部
４ 第２固定具
４ａ 脚部装着部
４ｂ 脚部固定部
Ａ 利用者

Claims (6)

1. 利用者に装着されると共に利用者の歩行を補助する歩行支援器具であって、
   装着時に前記利用者の大腿直筋に沿って大腿部の前側に配置される長尺状の弾性体と、
   前記利用者の股関節より上方において前記弾性体の上端を前記利用者に対して固定する第１固定具と、
   前記利用者の前記股関節より下方かつ膝関節の上方において前記弾性体の下端を前記利用者に対して固定する第２固定具と
   を有することを特徴とする歩行支援器具。
2. 前記第１固定具は、前記利用者の腰部に装着されたベルトに係合されると共に前記弾性体と固定される腰側係合部材を有することを特徴とする請求項１記載の歩行支援器具。
3. 前記第１固定具は、前記利用者の腰部に装着される腰部装着部と、前記腰部装着部に固定されると共に前記弾性体と固定される腰部固定部とを有することを特徴とする請求項１記載の歩行支援器具。
4. 前記第２固定具は、前記膝関節の上方に巻回される脚部装着部と、前記脚部装着部に係合されると共に前記弾性体と固定される脚部固定部とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歩行支援器具。
5. 前記弾性体は、帯状のゴム材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歩行支援器具。
6. 前記弾性体は、矢状面と直交する第一方向から見て、前記利用者の正中線に沿う第二方向に対する前記利用者の歩行動作時における大腿骨軸のなす傾斜角度が、後方に２０度以下かつ前方に２０度以下の範囲にあるときに、前記利用者の前記股関節に付与されるトルクが０Ｎｍより大きく、１０Ｎｍ以下の範囲となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の歩行支援器具。

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