JP2019141520A - 歩行支援装置及び歩行支援靴 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行者の足先が床面から離れたタイミングを検知して、効果的に背屈動作支援を行う。【解決手段】離床時の足の背屈動作を支援する歩行支援装置１０は、靴本体１０１の底部の足の後部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、荷重の解除によって復帰動作する第１のポンプ１１と、靴本体１０１の底部の足の前部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、荷重の解除によって復帰動作する第２のポンプ１２と、圧縮空気の圧縮エネルギーを足関節Ｆ３を背屈させるための力に変換し、圧縮空気を大気へ放出することに伴って力を足関節Ｆ３に作用させるアクチュエータ２０と、第１のポンプ１１の圧縮動作によって圧縮空気をアクチュエータ２０へ導き、第２のポンプ１２の復帰動作によってアクチュエータ２０により圧縮空気を放出させる制御機構３０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、歩行支援装置及び歩行支援靴に関し、詳しくは、歩行者の離床時の背屈動作を支援する歩行支援装置及びこの歩行支援装置が組み付けられた歩行支援靴に関するものである。

人の歩行動作は、左右の足のそれぞれにおいて、足が床面と接している立脚期（図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ））と足が床面から離れる遊脚期（図１０（Ａ）、図１０（Ｅ））とを繰り返している。足が遊脚となっている状態（図１０（Ａ））から、足の踵が地面に接触する状態（図１０（Ｂ））となり、重心が前方に移動して足先が床面に接地し（図１０（Ｃ））、踵が床面から離れて足先のみが床面に接地した状態（図１０（Ｄ））となる。そして、足先が床面から離れて遊脚期に入る（図１０（Ｅ））。

健康な歩行者であれば、遊脚期には足先を持ち上げて足を前方に振り出すことができる。しかし、高齢者は前脛骨筋の筋力が低下しているために足先を持ち上げる背屈動作が行いにくく、足先が垂れ下がって歩行が摺足となるため、つまずきや転倒が起こりやすい。

このため、歩行時における足の背屈動作を支援する装置が提案されている。例えば、特許文献１に記載の歩行支援装置は、歩行者の下腿に取り付けられる下腿装具と、歩行者の足に取り付けられる足装具と、足装具の足先の底面に設けられ圧縮空気を供給するポンプと、ポンプと連通しポンプから供給された圧縮空気の圧力とバネの付勢力とを用いて下腿装具に対して足装具を背屈方向に移動させることで背屈動作を支援するアクチュエータとを備えている。

歩行動作が、重心が前方に移動して足先が床面に接地した状態（図１０（Ｃ））となると、足先でポンプが踏まれて人体の荷重がかかり、アクチュエータに圧縮空気が供給され、バネを付勢力に反する方向に伸長させる。歩行が進み、図１０（Ｄ）に示す状態を経て足先が床面から離れると（図１０（Ｅ））、ポンプが荷重から解除されてアクチュエータの圧縮空気がポンプへ戻り、バネの付勢力が作用して下腿装具に対して足装具を背屈方向に移動させ、背屈動作を支援する。

特許第５７２５５５３号公報

背屈動作の支援は、そのタイミングが非常に重要である。歩行者の足先が床面から離れる前に背屈動作の支援を行っても意味がなく、歩行者の足先が床面から離れて足先が垂れ下がった状態になってから支援を開始しても、つまずきや転倒防止の効果は期待できない。背屈動作の支援は歩行者の足先が床面から離れたタイミングで行われることが望ましい。

特許文献１に記載の発明においては、ポンプにかかる人体の荷重に応じて、ポンプとアクチュエータとの間で圧縮空気を移動させることにより、背屈動作を支援するための力を生成し、この力を足関節へ作用させている。しかし、歩行動作において、特に歩行が低速である場合には、歩行者の足先は床面に接地した状態から徐々に床面から離れていくので、ポンプにかかる荷重は徐々に解除され、アクチュエータの圧縮空気は少しずつポンプに戻る。このため、背屈動作を支援するための力は、足先が床面から完全に離れる前から少しずつ足関節へ作用して足関節への背屈動作の支援が行われてしまい、効果的な背屈動作の支援が行われていない。

本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり、歩行者の足先が床面から離れるタイミングを正確に検知して、効果的に背屈動作支援を行う歩行支援装置及び歩行支援靴を提供することを目的とする。

本発明による歩行支援装置は、離床時の足の背屈動作を支援するものであって、靴本体の底部の足の後部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、前記荷重の解除によって復帰動作する第１のポンプと、靴本体の底部の足の前部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、前記荷重の解除によって復帰動作する第２のポンプと、前記第１のポンプにより導入された前記圧縮空気の圧縮エネルギーを足関節を背屈させるための力に変換し、前記圧縮空気を大気へ放出することに伴って前記力を足関節に作用させるアクチュエータと、前記第１のポンプの圧縮動作によって圧縮空気の圧力を受けたとき、前記圧縮空気を前記アクチュエータへ導き、前記第２のポンプの復帰動作によって前記圧力が低下したとき、前記アクチュエータに圧縮空気を放出させる制御機構とを備える。

本発明の歩行支援装置は、歩行動作において、踵など足の後部が靴本体を介して床面に接触する状態で、第１のポンプが人体の荷重を受けて圧縮動作する。制御機構は第１のポンプによる圧縮空気の圧力を受けたとき、圧縮空気をアクチュエータへ導く。アクチュエータは、この圧縮空気の圧縮エネルギーを足関節を背屈させるための力に変換して保持する。第１のポンプにより、足関節を背屈させるために必要な圧縮エネルギーが生成される。
歩行が進み、重心が前方に移動して足の前部が靴本体を介して床面に接地する状態では、人体の荷重が第２のポンプに加わって第２のポンプが圧縮動作し、制御機構はこの第２のポンプによる圧縮空気をアクチュエータへ導く。足の後部が床面から離れると、第１のポンプは荷重が解除されて大気から空気を導入して復帰動作する。
そして、足の前部が床面から離れると、第２のポンプの圧縮動作が解除され、制御機構が受ける圧力が低下する。この圧力低下により制御機構が切り替わりアクチュエータから圧縮空気が放出される。この圧縮空気の放出に伴って力が足関節に作用し、足の背屈動作を支援する。

このように、本発明においては、足の前部が床面から離れるタイミングを検知するための第２のポンプを備えることで、足の前部が床面から離れるタイミングを正確に検知して、検知したタイミングで足関節への背屈動作の支援を開始することができ、効果的に足の背屈動作の支援を行うことができる。

好ましい実施形態においては、前記制御装置は、パイロットバルブであり、前記パイロットバルブは、前記第1、第２の各ポンプによる圧縮空気を前記アクチュエータへ導く第１の流路と、前記圧縮空気を前記アクチュエータから大気に放出するための第２の流路と、前記第１、第２の各ポンプによる圧縮空気を受けるパイロットポートとを備え、前記パイロットポートが受ける圧力が閾値を超えたときに前記第１の流路が通じ、前記パイロットポートが受ける圧力が閾値以下になったときに前記第２の流路が通じる。

一の実施形態においては、前記第1のポンプは、第1の逆止弁により前記アクチュエータへの圧縮空気の圧送が許容されるが、前記アクチュエータからの圧縮空気の逆流は阻止され、第２の逆止弁により大気への圧縮空気の放出は阻止されるが大気の引き込みは許容されている。

一の実施形態においては、前記第２のポンプは、前記第３の逆止弁により前記アクチュエータへの圧縮空気の圧送は許容されるが、前記アクチュエータからの圧縮空気の逆流は阻止されている。

前記第２のポンプは、人体の荷重を受けて弾性変形し、前記荷重の解除によって復元するクッション材を含むものであることが好ましい。

前記アクチュエータは、圧縮ばねを含み、前記アクチュエータへの圧縮空気の導入により前記圧縮ばねが伸張することで前記圧縮空気の圧縮エネルギーが足関節を背屈させるばね力に変換され、前記圧縮空気の放出によって前記圧縮ばねが復元することで前記ばね力を足関節に作用させるものであってもよい。

本発明による歩行支援靴は、上記の実施形態の歩行支援装置が組み付けられたものであり、足が収容される靴本体と、足の足関節より上方位置に固定される腿支持部材とを備える。前記第１、第２の各ポンプは、前記靴本体の靴底部内に設けられ、前記アクチュエータは、前記靴本体と前記腿支持部材との間に前記腿支持部材に対して前記靴本体が近づく方向に前記力が作用するように設けられる。

本発明によれば、足先が床面から離れたタイミングを検知することができるため、効果的に背屈動作の支援が可能となる。

本発明の一実施形態に係る歩行支援装置の全体の概略構成を示す図であり、（Ａ）はアクチュエータに圧縮空気が導入された状態を示す図、（Ｂ）はアクチュエータから圧縮空気を放出した状態を示す図である。 パイロットバルブのパイロットポートが受ける圧力の変化を説明する図である。 本発明の歩行支援装置の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る歩行支援装置が組み付けられた歩行支援靴の全体の概略構成を示す図であり、歩行支援靴が遊脚となっている状態を示す図である。 歩行支援靴の靴本体の後部が床面に接触する状態を示す図である。 歩行支援靴の靴本体の前部が床面に接地する状態を示す図である。 歩行支援靴の靴本体の前部が床面から離れて遊脚となる状態を示す図である。 アクチュエータの構成を示す図である。 （Ａ）は第２のポンプの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は歩行動作の説明図である。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本発明の一実施形態の歩行支援装置１０の原理を説明する図である。なお、以下の説明では、歩行の進行方向を前側、前側と反対側を後側とする。

歩行支援装置１０は、離床時の足の背屈動作を支援するものであり、第１のポンプ１１と、第２のポンプ１２と、アクチュエータ２０と、制御機構であるパイロットバルブ３０とを備えている。

第１のポンプ１１は、靴本体１０１（後述）の底部の足の後部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、荷重の解除によって復帰動作するものである。第１のポンプ１１は、第１のチューブ４１を介して第２のポンプ１２と連通するように接続されている。第１のチューブ４１には第1の逆止弁５１が設けられており、第1の逆止弁５１により第２のポンプ１２への圧縮空気の圧送が許容されるが、第２のポンプ１２からの圧縮空気の逆流は阻止されている。また、第１のポンプ１１は、先端に第２の逆止弁５２が連結された第４のチューブ４４と連通接続しており、第２の逆止弁５２により大気への圧縮空気の放出は阻止されるが大気の引き込みは許容されている。

第２のポンプ１２は、靴本体１０１の底部の足の前部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、荷重の解除によって復帰動作するものである。第２のポンプ１２は第２のチューブ４２によりパイロットバルブ３０と連通接続している。第２のチューブ４２は、基端チューブ４２ａと、基端チューブ４２ａの一端から二股に分岐した第１、第２の分岐チューブ４２ｂ、４２ｃとからなり、基端チューブ４２ａの他端は第２のポンプ１２と連通接続し、第１の分岐チューブ４２ｂはパイロットバルブ３０のポート３４Ａ〜３４Ｊ（後述）に、第２の分岐チューブ４２ｃはパイロットバルブ３０のパイロットポート３３（後述）に連通接続している。第１の分岐チューブ４２ｂには第３の逆止弁５３が介在しており、第３の逆止弁５３により、第２のポンプ１２はアクチュエータ２０への圧縮空気の圧送は許容されるが、アクチュエータ２０からの圧縮空気の逆流は阻止されている。

第２のポンプ１２は、圧送可能な圧縮空気の量が、第１のポンプ１１が圧送可能な圧縮空気の量よりも小さい容量のものであり、第２のポンプ１２の復帰動作により第２のポンプ１２が第２のチューブ４２内の空気を吸引する際に、パイロットポート３３が受ける圧力が閾値（後述）以下になる容量であればよい。また、第２のポンプ１２は第１のポンプ１１と比べて容量が小さく小型であるため、靴本体の後部と比較してスペースが小さい靴本体の前部に配置しやすい。

パイロットバルブ３０は、第１のポンプ１１の圧縮動作によって圧縮空気の圧力を受けたとき、圧縮空気をアクチュエータ２０へ導き、第２のポンプ１２の復帰動作によって圧力が低下したとき、アクチュエータ２０に圧縮空気を放出させるものである。パイロットバルブ３０は、第1、第２の各ポンプ１１、１２による圧縮空気をアクチュエータ２０へ導く第１の流路３１と、圧縮空気をアクチュエータ２０から大気に放出するための第２の流路３２と、第１、第２の各ポンプ１１、１２による圧縮空気を受けるパイロットポート３３とを備えている。本実施形態では、第１の流路３１がポート３４Ａ〜３４Ｅ、第２の流路３２がポート３４Ｆ〜３４Ｊを有する５ポート弁のスプリングリターン式のエアーオペレートバルブを用いている。

パイロットバルブ３０は、パイロットポート３３が受ける圧力が閾値を超えたときに第１の流路３１が通じ（図１（Ａ））、パイロットポート３３が受ける圧力が閾値以下になったときに第２の流路３２が通じる（図１（Ｂ））。第１の流路３１が通じた図１（Ａ）の状態をオン、第２の流路３２が通じた図１（Ｂ）の状態をオフとも言う。

閾値は、大気圧よりも高く、第１のポンプ１１からの圧縮空気によりパイロットバルブ３０がオンとなる値であって、第１のポンプ１１及び第２のポンプ１２への荷重が解除されたときにパイロットバルブ３０がオフとなる値に設定されている。

詳細には、「第１の流路３１が通じる」とは、図１（Ａ）に示すように、パイロットポート３３が受ける圧力が閾値を超えたときに、アクチュエータ２０と連通する第３のチューブ４３にポート３４Ａが繋がり、第２のチューブ４２の第１の分岐チューブ４２ｂにポート３４Ｄが繋がった状態を示す。ポート３４Ａとポート３４Ｄはパイロットバルブ３０内で連通しているので、分岐チューブ４２ｂと第３のチューブ４３とが繋がり、第１の流路３１が通じる。

「第２の流路３２が通じる」とは、図１（Ｂ）に示すように、パイロットポート３３の圧力が閾値以下になったときに、第３のチューブ４３にポート３４Ｆが繋がり、第２のチューブ４２の第１の分岐チューブ４２ｂにポート３４Ｉが繋がった状態を示す。ポート３４Ｆとポート３４Ｈとはパイロットバルブ３０内で連通しており、ポート３４Ｈは大気に開放されているので、これにより第３のチューブ４３は大気と繋がり、第２の流路３２が通じる。また、第１の分岐チューブ４２ｂにポート３４Ｉが繋がり、ポート３４Ｉは閉鎖されたポート３４Ｇと連通しているので、これにより第１の分岐チューブ４２ｂが閉鎖される。

アクチュエータ２０は、第１のポンプ１１により導入された圧縮空気の圧縮エネルギーを足関節Ｆ３を背屈させるための力に変換し、圧縮空気を大気へ放出することに伴って力を足関節Ｆ３に作用させるものである。アクチュエータ２０は、両端の開口が封止された筒状部材２１と、筒状部材２１の内部に長さ方向に摺動自由に収容された摺動部材２２と、摺動部材２２の一端面２２ａと筒状部材２１との一端面２１ａとの間に設けられた圧縮ばね２３と、摺動部材２２に連結され足関節Ｆ３を背屈させる力を足関節Ｆ３に作用させるワイヤー２４とを備えている。摺動部材２２の他端面２２ｂと筒状部材２１の他端面２１ｂとの間に形成される密閉されたエアー室２５は、第３のチューブ４３によりパイロットバルブ３０と連通しており、第３のチューブ４３を介してエアー室２５に圧縮空気が導入され、また、エアー室２５から圧縮空気が放出される。アクチュエータ２０のエアー室２５に圧縮空気が導入されて摺動部材２２が移動し圧縮ばね２３が圧縮されることにより、圧縮空気の圧縮エネルギーが足関節Ｆ３を背屈させるばね力に変換される。エアー室２５からの圧縮空気の放出によって圧縮ばね２３が復元することでばね力が足関節Ｆ３に作用する。

次に、歩行支援装置１０の動作を図１、図２を用いて説明する。
図２の横軸は時間を示し、縦軸はパイロットバルブ３０のパイロットポート３３が受ける圧力（以下、「パイロットポート圧力」とも言う）を示している。なお、図２はパイロットポート圧力の変化を説明するための概略図であり、実際のパイロットポート圧力の変化を示したものではない。

図２において、（Ａ）の期間は足が遊脚となっている状態である。第１のポンプ１１、第２のポンプ１２は荷重を受けておらず、第１のポンプ１１、第２のポンプ１２、パイロットバルブ３０、エアー室２５、第１〜第４の各チューブ４１〜４４の各内部圧力及びパイロットポート圧力は大気圧であり、パイロットバルブ３０の閾値以下である。このとき、パイロットバルブ３０は図１（Ｂ）に示す第２の流路３２が通じたオフ状態である。

図２の（Ｂ）の期間は足の後部が靴本体を介して床面Ｐに接触する状態となっている。第１のポンプ１１は荷重を徐々に受けて圧縮動作し、圧縮空気が第１のチューブ４１、第1の逆止弁５１、第２のポンプ１２を通過してパイロットポート３３に到達し、パイロットポート３３が受ける圧力が閾値を超える。すると、パイロットバルブ３０が切り替わり、第１の流路３１が通じた図１（Ａ）に示すオン状態となる。圧縮空気は第１の流路３１を通過してアクチュエータ２０のエアー室２５に導入される。エアー室２５の内部の圧力と第２のポンプ１２の内部の圧力とが釣り合う位置までアクチュエータ２０の摺動部材２２が移動し、圧縮ばね２３が圧縮される。第２のポンプ１２の圧縮空気の圧縮エネルギーは足関節Ｆ３を背屈させるばね力に変換されてアクチュエータ２０に蓄えられる。足の後部により第２のポンプ１２に荷重がかかるにつれて、エアー室２５内の圧力及びパイロットポート圧力は徐々に増加する。

図２の（Ｃ）の期間は重心が前方に移動して足の前部が靴本体を介して床面Ｐに接地する状態である。このとき、第２のポンプ１２は荷重を受けて圧縮動作し、圧縮空気が第２のチューブ４２、第１の流路３１、第３のチューブ４３を通過してアクチュエータ２０のエアー室２５に導入される。すなわち、アクチュエータ２０のエアー室２５には第１のポンプ１１による圧縮空気に加えてさらに第２ポンプによる圧縮空気が導入される。第２のポンプ１２は第１のポンプ１１よりも圧送可能な圧縮空気の量が少ないためにエアー室２５内の圧力及びパイロットポート圧力は若干増加する程度である。

歩行が進むと、足の後部は床面Ｐから離れた状態となる。このとき、第２のポンプ１２は荷重が解除されて第２の逆止弁５２を介して大気を引き込んで復元し、内部が大気圧となる。第２のポンプ２１は、第1の逆止弁５１により第１のポンプ１１やアクチュエータ２０から空気は導入されない。

図２の（Ｄ）の時点は足の前部が床面Ｐから離れる直前の状態を示し、図２の（Ｅ）の期間は、足の前部が床面Ｐから離れて遊脚となっている状態を示す。図２の（Ｄ）の時点から（Ｅ）の期間に移行すると、第２のポンプ１２は荷重が解除されて第２のポンプ１２が復元する。このとき、第２のポンプ１１は第２のチューブ４２内にある空気を吸引するので、パイロットポート圧力が減少して閾値を下回り、パイロットバルブ３０が切り替わって第１の流路３１が閉じ、第２の流路３２が通じる。これにより、アクチュエータ２０のエアー室２５から圧縮空気が導出されて大気に放出され、圧縮ばね２３が復元し摺動部材２２が移動してワイヤー２４が引っ張られて足関節Ｆ３に背屈方向に力が生じ、この力が足関節Ｆ３の背屈動作を支援する。

なお、第２のポンプ１２の荷重が解除されても、第１のポンプ１１内の圧力はすでに大気圧となっており第２のチューブ４２内の圧力よりも小さいため、第２のポンプ１２には第１のポンプ１１から空気が導入されない。

上記の動作を繰り返すことで、足が床面Ｐから離れる度に歩行支援装置１０が足関節Ｆ３に背屈方向に力を作用させ、足関節Ｆ３の背屈動作を支援する。

上記の実施形態によれば、足関節を背屈させるために必要な圧縮エネルギーを生成する第１のポンプ１１に加え、足の前部が床面から離れるタイミングを検知するための第２のポンプ１２を備えることで、第２のポンプ１２により足の前部が床面Ｐから離れるタイミングを正確に検知して、検知したタイミングで足関節への背屈動作の支援を開始することができ、効果的に足の背屈動作の支援を行うことができる。
また、パイロットバルブ３０としてエアーオペレートバルブを用いることで、電気的エネルギーを用いずに機械的な機構のみで足先が床面Ｐから離れるタイミングを検出することができ、電池交換などの手間がない。

図３に本発明の歩行支援装置１０の他の例を示す。
図３の歩行支援装置１０は、第１のチューブ４１を、第２のポンプ１２とパイロットバルブ３０を連通させる第２のチューブ４２の基端チューブ４２ａに連通させている点で第１の実施形態と異なっている。上記の構成によっても、第２のポンプ１２を用いて歩行者の足の前部が床面Ｐから離れたタイミングを検知することができるため、効果的に背屈動作の支援が可能となる。

次に、上記の歩行支援装置１０を組み付けた歩行支援靴１００の実施形態について、図４から図９を用いて説明する。図４から図９には、右足用又は左足用の歩行支援靴１００のみを示しているが、歩行支援靴１００は左右一対として用いられるものである。なお、図４から図９において、歩行支援靴１００は説明のために構成を簡略化して示しており、実際の歩行支援靴を示すものではない。

歩行支援靴１００は、足が収容される靴本体１０１と、回転支持機構６０とを備えている。靴本体１０１は、足収容部１０２と靴底部１０３とを備えており、靴底部１０３には幅方向の中央部に、歩行支援装置１０の第１のポンプ１１と、第２のポンプ１２とが収容されている。詳細には、図４に示すように、靴底部１０３の靴本体１０１に足が収容されたときに足の後部の踵骨Ｆ１に対応する位置に第１のポンプ１１が配置され、足の前部の中足骨Ｆ２の骨頭部Ｆ２１に対応する位置に第２のポンプ１２が配置される。

また、靴本体１０１には、回転支持機構６０が設けられている。回転支持機構６０は、足装部材６１と、下腿支持部材６２と、固定ベルト６３とを備えている。足装部材６１は、下端が靴本体１０１の足収容部１０２の側方に取り付けられ、上方に延びて上端が足関節Ｆ３（脛骨・腓骨・距骨で構成され、足首とも呼ばれる部分）に対応する位置にある。下腿支持部材６２は下部材６２ｂと下部材６２ｂに連続して形成された上部材６２ｃとからなり、下部材６２ｂは下端が足装部材６１の先端に支持軸６４により回転自由に軸支され、下腿の側方から下腿に沿って上方に延び上端が下腿の前方に位置している。上部材６２ｃは下端が下部材６２ｂの上端と連続し、下腿の前方を上方に延びて上端部６２ａが足関節Ｆ３よりも上方に位置するように形成されている。固定ベルト６３は、下腿支持部材６２の上端部６２ａに取り付けられ下腿支持部材６２を足関節Ｆ３よりも上方位置で足の下腿に固定している。足装部材６１及び下腿支持部材６２は合成樹脂から形成されているが、金属により形成されていてもよい。回転支持機構６０は、足関節Ｆ３を背屈させるための力を足関節Ｆ３を確実に作用させるためのものであり、支持軸６４を中心に靴本体１０１が下腿支持部材６２に対して回転するように力の方向を規制している。

歩行支援装置１０のアクチュエータ２０は、下腿支持部材６２の上端部６２ａと靴本体１０１の足収容部１０２の上面１０２ａとの間に連結されており、靴本体１０１が下腿支持部材６２に対して近づく背屈方向（図７の矢印Ａ１に示す方向）に力を働かせる。

詳細には、アクチュエータ２０は、図８に示すように、平行に配置された２本の伸縮自由なベローズ２６と、２本のベローズ２６の間に設けられる圧縮ばね２７とを備えており、各ベローズ２６の上端及び圧縮ばね２７の上端、各ベローズ２６の下端及び圧縮ばね２７の下端は、それぞれ支持部材２８で連結されている。上側の支持部材２８は下腿支持部材６２の上端部６２ａに連結され、下側の支持部材２８は靴本体１０１の上面１０２ａに連結されており、下側の支持部材２８の内部には、各ベローズ２６と連通する第３のチューブ４３が通され、第３のチューブ４３により各ベローズ２６に圧縮空気が導入される。

圧縮空気が導入されると、各ベローズ２６が伸張するとともに圧縮ばね２７が伸長し、圧縮空気の圧縮エネルギーが足関節Ｆ３を背屈させる力に変換される。各ベローズ２６から圧縮空気が放出されると、圧縮ばね２７が縮むことにより靴本体１０１の上面１０２ａが下腿支持部材６２の上端部６２ａに対して近づく方向（背屈方向）に引っ張られて支持軸６４を軸にして回転し、力が足関節Ｆ３に作用する。

第１のポンプ１１は、例えば蛇腹ポンプからなる。第２のポンプ１２は、図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示すように、人体の荷重を受けると圧縮して弾性変形し、荷重の解除によって復元する平板状の平面視円形状のクッション材１３を有している。第２のポンプ１２は、２枚のシート部材１４でクッション材１３が挟み込みまれ、シート部材１４の間の空間に第１のポンプ１１と連通するための第１のチューブ４１の一端及びパイロットバルブ３０と連通するための第２のチューブ４２の一端が挿入され、２枚のシート部材１４の外周縁が第１のチューブ４１及び第２のチューブ４２を挟んだ状態で熱溶着等により封止されている。

歩行支援靴１００の動作を図４から図７を用いて説明する。
図４は歩行支援靴１００が床面Ｐに接触せず足が遊脚となっている状態を示しており、図２の（Ａ）の期間内のある時点での歩行動作の状態を示している。このとき、パイロットバルブ３０は第２の流路３２が閉じたオフの状態である。

図５は、歩行支援靴１００の靴本体１０１の靴底部１０３の後部が床面Ｐに接触する状態を示しており、図２の（Ｂ）の期間内のある時点での歩行動作の状態を示している。第１のポンプ１１は荷重を受けて圧縮変形し圧縮空気を導出する。これにより、パイロットポート３３が受ける圧力が閾値を超え、パイロットバルブ３０が切り替わり、第１の流路３１が通じたオンの状態となる。第１のポンプ１１からの圧縮空気は第２のポンプ１２、パイロットバルブ３０の第１の流路３１を通過してベローズ２６に導入され、ベローズ２６が伸長すると、ベローズ２６の伸長により圧縮ばね２７が付勢力に反して伸長する。これにより、圧縮空気の圧縮エネルギーが足関節を背屈させるための力に変換されて保持される。

図６は、重心が前方に移動して靴本体１０１の前部が床面Ｐに接地する状態を示しており、図２の（Ｃ）の期間内のある時点での歩行動作の状態を示している。第２のポンプ１２は荷重を受け、シート部材１４の間の空間の容積が小さくなり、クッション材１３が圧縮変形する。この圧縮動作により、圧縮空気が第２のチューブ４２、第１の流路３１、第３のチューブ４３を通過してベローズ２６に導入される。第２のポンプ１２は第１のポンプ１１よりも容量が小さく、圧送可能な圧縮空気の量が少ないためにベローズ２６の伸長はわずかである。また、第２のポンプ１２の圧縮空気により、パイロットポート３３が受ける圧力が若干増加する。また、図６において、足の後部は床面Ｐから離れた状態であり、第２のポンプ１２は荷重が解除されて第２の逆止弁５２を介して大気を引き込んで復元する。

なお、歩行動作が図５の状態から図６の状態に進むと、足に対して下腿が離れていく方向に移動する、すなわち、靴本体１０１の上面１０２ａが下腿支持部材６２の上端部６２ａに対して離れるため、ベローズ２６が伸長してもベローズ２６や圧縮ばね２７が撓まず、歩行が妨げられることはない。

図７は、靴本体１０１の前部が床面Ｐから離れて遊脚となるに示す状態を示しており、図２の（Ｅ）の期間内のある時点での歩行動作の状態を示している。第２のポンプ１２への荷重が解除され、クッション材１３が復元してシート部材１４の間の空間の容積が大きくなる。このため、第１のポンプ１１は第２のチューブ４２内にある空気を吸引してパイロットポート３３が受ける圧力が減少し、パイロットバルブ３０が切り替わり第１の流路３１が閉じ、第２の流路３２が通じる。これにより、アクチュエータ２０のベローズ２６から圧縮空気が放出されて圧縮ばね２７が縮小し、靴本体１０１が下腿支持部材６２に対して近づく背屈方向に力を発生させ、足関節Ｆ３の背屈動作を支援する。このとき発生する力は、回転支持機構６０により支持軸６４を中心とした回転方向とされ、足関節Ｆ３に作用する。

上記の歩行支援靴１００によると、第２のポンプ１２を用いて歩行者の足の前部が床面Ｐから離れたタイミングを検知することができるため、効果的に背屈動作支援が可能となる。

以上、本発明の一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く、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
例えば、第１、第２の各ポンプ１１、１２の形態は上記の実施形態には限定されず、圧縮空気を圧送することが可能であればどのような形態でもよい。また、アクチュエータ２０の構成、制御機構の構成も上記の実施形態に限定されない。さらに、歩行支援靴１００において、アクチュエータ２０やパイロットバルブ３０は靴底部１０３内に収容されていてもよく、靴本体１０１の任意の箇所に収容されていてもよい。。

１０ 歩行支援装置
１１ 第１のポンプ
１２ 第２のポンプ
１３ クッション材
２０ アクチュエータ
２３ 圧縮ばね
３０ パイロットバルブ（制御機構）
３１ 第１の流路
３２ 第２の流路
３３ パイロットポート
５１ 第1の逆止弁
５２ 第２の逆止弁
５３ 第３の逆止弁
６２ 下腿支持部材
１００ 歩行支援靴
１０１ 靴本体
１０３ 靴底部
Ｆ３ 足関節

Claims (7)

1. 離床時の足の背屈動作を支援する歩行支援装置であって、
   靴本体の底部の足の後部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、前記荷重の解除によって復帰動作する第１のポンプと、
   靴本体の底部の足の前部が当たる位置に設けられ、人体の荷重を受けて圧縮動作して圧縮空気を圧送し、前記荷重の解除によって復帰動作する第２のポンプと、
   前記第１のポンプにより導入された前記圧縮空気の圧縮エネルギーを足関節を背屈させるための力に変換し、前記圧縮空気を大気へ放出することに伴って前記力を足関節に作用させるアクチュエータと、
   前記第１のポンプの圧縮動作によって圧縮空気の圧力を受けたとき、前記圧縮空気を前記アクチュエータへ導き、前記第２のポンプの復帰動作によって前記圧力が低下したとき、前記アクチュエータに圧縮空気を放出させる制御機構とを備える歩行支援装置。
2. 前記制御装置は、パイロットバルブであり、
   前記パイロットバルブは、
   前記第1、第２の各ポンプによる圧縮空気を前記アクチュエータへ導く第１の流路と、
   前記圧縮空気を前記アクチュエータから大気に放出するための第２の流路と、
   前記第１、第２の各ポンプによる圧縮空気を受けるパイロットポートとを備え、
   前記パイロットポートが受ける圧力が閾値を超えたときに前記第１の流路が通じ、前記パイロットポートが受ける圧力が閾値以下になったときに前記第２の流路が通じる請求項１に記載の歩行支援装置。
3. 前記第1のポンプは、第1の逆止弁により前記アクチュエータへの圧縮空気の圧送が許容されるが、前記アクチュエータからの圧縮空気の逆流は阻止され、第２の逆止弁により大気への圧縮空気の放出は阻止されるが大気の引き込みは許容されている請求項１または２のいずれかに記載の歩行支援装置。
4. 前記第２のポンプは、前記第３の逆止弁により前記アクチュエータへの圧縮空気の圧送は許容されるが、前記アクチュエータからの圧縮空気の逆流は阻止されている請求項１または２のいずれかに記載の歩行支援装置。
5. 前記第２のポンプは、人体の荷重を受けて弾性変形し、前記荷重の解除によって復元するクッション材を含むものである請求項１または４に記載の歩行支援装置。
6. 前記アクチュエータは、圧縮ばねを含み、
   前記アクチュエータへの圧縮空気の導入により前記圧縮ばねが伸張することで前記圧縮空気の圧縮エネルギーが足関節を背屈させるばね力に変換され、前記圧縮空気の放出によって前記圧縮ばねが復元することで前記ばね力を足関節に作用させるものである請求項１に記載の歩行支援装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の歩行支援装置が組み付けられた歩行支援靴であって、
   足が収容される靴本体と、
   足の足関節よりも上方位置に固定される下腿支持部材とを備え、
   前記第１、第２の各ポンプは、前記靴本体の靴底部内に設けられ、
   前記アクチュエータは、前記靴本体と前記腿支持部材との間に前記腿支持部材に対して前記靴本体が近づく方向に前記力が作用するように設けられる歩行支援靴。