JP2021078621A - 人工筋肉筋、人工筋肉セット及び動作補助具 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性チューブの内面同士が密着し難い人工筋肉筋等を提供することにある。【解決手段】 人工筋肉筋１１は、弾性チューブ１３に編組スリーブ１４を被覆してなり、弾性チューブ１３内に、弾性チューブ１３の中心軸方向と直交する断面における最大寸法は、弾性チューブ１３が膨張していない状態であって横断面形状を円形状とした場合の内径よりも小さい固定体１５が挿入されている。【選択図】図３

Description

本発明は、弾性チューブに編組スリーブを被覆してなる人工筋肉筋等に関するものである。

人工筋肉として、「弾性チューブと前記弾性チューブの外側に設けられる組紐チューブとを備えた複数本の人工筋肉により形成されるアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体の端部に装着される外側筒体と、前記外側筒体の内部に設けられ、前記弾性チューブと前記組紐チューブとを接着し、かつ前記第外側筒体と前記人工筋肉とを接着する接着部と、を有するアクチュエータ」が提案されている（例えば特許文献１、２）。
なお、弾性チューブと組物チューブ（スリーブ）とを備えるものを人工筋肉筋とし、人工筋肉筋が複数本並設されたものを人工筋肉としている。
人工筋肉筋の弾性チューブは内部への圧縮流体の供給により膨張し、人工筋肉筋が収縮する。このため、弾性チューブは軟化しやすい材料により構成されている。

特開２０１６−１５３６６３号公報 特開２０１９−０９５０５１号公報

しかしながら、特許文献１等の弾性チューブは、内面同士が密着しやすく、圧縮流体の通路を塞いでしまうという課題がある。
本発明が解決しようとする課題は、弾性チューブの内面同士が密着し難い人工筋肉筋等を提供することにある。

本発明の一態様に係る人工筋肉筋は、弾性チューブに編組スリーブを被覆してなる人工筋肉筋において、前記弾性チューブ内に固体物が挿入されている。
本発明の一態様に係る人工筋肉セットは、弾性チューブに編組スリーブを被覆してなる複数本の人工筋肉筋と、平行に並べて配した状態の前記人工筋肉筋の各端部側を固定する固定具とを備え、前記人工筋肉筋は上記の人工筋肉筋である。
本発明の一態様に係る動作補助具は、使用者の腰回りに装着される腰ベルト部を備えた動作補助具であって、前記腰ベルト部は上記の人工筋肉セットを有する。

本発明によれば、弾性チューブの内面同士が密着するのを防止できる。

実施形態に係る動作補助具（コルセット）の概略図である。 実施形態に係る人工筋肉セットの斜視図である。 人工筋肉セットの平面図であり、一部を切り欠いている。 変形例に係る動作補助具（スーツ）の概略図である。

＜概要＞
本発明の一態様に係る人工筋肉筋は、弾性チューブに編組スリーブを被覆してなる人工筋肉筋において、前記弾性チューブ内に固体物が挿入されている。
別態様に係る人工筋肉筋において、前記固体物は、前記弾性チューブの中心軸方向と直交する断面における最大寸法は、前記弾性チューブが膨張していない状態であって横断面形状を円形状とした場合の内径よりも小さい。これにより、弾性チューブ内に圧縮流体をスムーズに流入させることができる。
別態様に係る人工筋肉筋において、前記固体物は磁性体である。これにより、人体に及ぼす磁気効果も併せて得られる。

＜実施形態＞
動作補助具の一例としてコルセット、人工筋肉セット及び人工筋肉筋について図面を参照しながら説明する。

１．全体
概要
主に、図１を用いて説明する。
コルセット１００は、使用者の腰回りに装着される腰ベルト部１０１と腹回りに装着される腹ベルト部１０２，１０３とを有するコルセット本体１０５と、人工筋肉セット３０とを有する。腰ベルト部１０１の表面に、２つの人工筋肉セット３０が取り付けられている。
以下、人工筋肉セット３０について説明する。

２．人工筋肉セット
主に、図２を用いて説明する。
人工筋肉セット３０は、人工筋肉１０と、人工筋肉１０を固定する固定具２０とを備える。ここでは、人工筋肉１０の両端が固定されており、人工筋肉セット３０は２個の固定具２０を備える。

（１）人工筋肉
主に図３を用いて説明する。
人工筋肉１０は、Ｍ本（Ｍは、２以上の自然数であり、ここでは８本である）の人工筋肉筋１１を並設してなる。人工筋肉１０は、Ｎ（Ｍより小さい自然数）本のチューブ１２によりＭ本の人工筋肉筋１１を構成してなる。ここでは、Ｍ＝８、Ｎ＝１である。つまり、８本の人工筋肉筋１１は、１本のチューブ１２を複数回折り返して構成されている。

（１−１）チューブ
チューブ１２は、内部に圧縮空気が流入される弾性チューブ１３と、弾性チューブ１３の外周面を覆う編組スリーブ１４と、弾性チューブ１３内に挿入された１以上の固体物１５とを備える。圧縮空気は、圧縮流体の一例である。
人工筋肉筋１１も、内部に圧縮空気が流入される弾性チューブ１３と、弾性チューブ１３の外周面を覆う編組スリーブ１４と、弾性チューブ１３内に挿入された１以上の固体物１５とから構成される。言うまでもなく、チューブ１２を構成する弾性チューブ１３、編組スリーブ１４及び固体物１５は、当該チューブ１２により構成される人工筋肉筋１１の弾性チューブ１３、編組スリーブ１４及び固体物１５と同じ構成である。
チューブ１２は、長さ方向の一端が開口し、他端が閉塞する。開口側端に、内部に圧縮空気を流入させるためのプラグ３が取付けられている。なお、プラグ３には、図外の圧縮空気を流入させるポンプと接続されたソケットが着脱自在に装着される。また、チューブ１２の他端は閉塞具５により塞がれている。
チューブ１２は、８本の人工筋肉筋１１の中心軸が略平行になるように折り返され、折返部１２ａの内部でも圧縮空気が流動するように固定具２０で固定されている。

（１−２）弾性チューブ
弾性チューブ１３は、外径４ｍｍ以下の細径であり、好ましくは２〜４ｍｍである。このように細径の弾性チューブ１３を使用することにより、動作補助具（例えば、コルセットやスーツ）に使用する場合の嵩張りを抑えることができる。また、人工筋肉筋１１の１本当りの収縮を、低圧、小空気量で行うことができる。
また、弾性チューブ１３は、硬度３０度以下且つ肉厚（厚さ）が外径の１／６以下のものが好ましく、特に好ましくは硬度１０度以下且つ肉厚が外径の１／８以下である。肉厚は具体的には、０．５ｍｍ以下が好ましく、特に好ましくは０．２〜０．５ｍｍである。このように、柔軟な弾性チューブ１３を使用することにより、動作補助具にフィットしやすくでき、嵩張らず使用者の動作をスムーズに行うことができる。弾性チューブ１３は、外径４ｍｍ以下の細径であるが、０．５ＭＰａ程度までの圧縮空気に耐えることができる。

（１−３）編組スリーブ
編組スリーブ１４は、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維等の繊維をスリーブ状に編みこんだ構造である。編組スリーブ１４における繊維の編組角度は、２０〜３０度が好ましい。なお、編組角度は、編組スリーブ１４の筒軸（中心軸）と繊維との間の角度である。編組スリーブ１４における繊維同士の間隔は０．５〜０．８ｍｍが好ましい。

（１−４）固体物
固体物１５は、弾性チューブ１３内に圧縮空気を供給していない状態で、弾性チューブ１３内に挿入される大きさを有している。具体的には、固体物１５における弾性チューブ１３の中心軸が延伸する方向（この方向を中心軸方向とする）と直交する断面（横断面）の最大寸法は、弾性チューブ１３が膨張していない状態であって横断面形状を円形状とした場合の内径よりも小さい。つまり、固体物１５の中心軸方向と直交する断面における周縁の全長が、弾性チューブ１３の横断断面における内周の全長より小さい。これにより、固体物１５の弾性チューブ１３への挿入を容易に行うことができる。また、圧縮空気を弾性チューブ１３内に供給する際に、弾性チューブ１３の膨張が阻害される（圧縮空気の流動性が阻害される）ことが少ない。
固体物１５における弾性チューブ１３の中心軸と平行な方向（以下、中心軸方向ともいう）の寸法は、特に限定するものでない。但し、一対の固定具の間隔よりも短い必要がある。
固体物１５の形状（形態）は、例えば、円球状、弾性チューブ１３の中心軸方向に長い楕円球、カプセル状、円柱、円筒状（可撓性の有無の両方を含む）、これらが組み合わされた形状であってもよい。固体物１５は、中空状であってもよいし、中実状であってもよいし、筒のような貫通孔を有してもよいし、表面に凹凸を有してもよい。但し、弾性チューブ１３が凹凸で避けることのない範囲である。固体物１５は、例えば、繊維状であってもよいし、編組状であってもよいし、チューブ状であってもよいし、コイル状であってもよい。
固体物１５は、例えば、アルミニウム、チタン、マグネシウム、鉄等の金属であってもよいし、木材、紙材、コルク材、樹脂、発泡材等であってもよい。固体物１５は、弾性チューブ１３に固着し難い材料が好ましい。固体物１５は、熱伝導率の低い材料で構成し、使用前に加熱してもよいし、磁性体等の血行改善機能を有するとされる材料により構成してもよい。複数の固体物１５は、すべて同じ構成（例えば、形状、材質等）であってもよいし、異なる構成であってもよい。なお、すでに磁性を有する磁性体を弾性チューブ１３内に挿入してもよいし、弾性チューブ内に例えば鋼球を挿入した後に鋼球を磁化させて磁性体としてもよい。

（２）固定具
主に図２及び図３を用いて説明する。
固定具２０は、図１に示すように、人工筋肉１０を腰ベルト部１０１の両端の上下の被係止部１０４に固定する際にも使用される。ここでは、固定具２０の係止部２３が被係止部１０４に固定される。
固定具２０は、図２に示すように、本体２１とカバー体２６と樹脂体２９とを備える。
本体２１は、図３に示すように、チューブ１２の折返部１２ａ（人工筋肉筋１１の端部）を収容する収容部２２と、上紀の係止部２３と、収容部２２内に形成され且つ折返部１２ａを位置決めするための位置決め部２４とを有している。なお、位置決め部２４は、人工筋肉筋１１が並設する並設方向に間隔をおいて複数個設けられている。
カバー体２６は、図２に示すように、本体２１の収容部２２における人工筋肉筋１１の入口側を被覆する被覆部２７と、被覆部２７における並設方向の端部に設けられ且つ本体２１の被固定部２５に固定される固定部２８とを有する。なお、ここでのカバー体２６の本体２１への固定は、係止構造を利用している。
樹脂体２９は、図２及び図３に示すように、本体２１にカバー体２６が装着された状態で、収容部２２に充填されている。なお、充填及び硬化の際には、チューブ１２内に０．５〜１．０気圧の圧力が印加されている。

＜変形例＞
以上、一実施形態に係る動作補助具、人工筋肉セット及び人工筋肉筋について説明したが、この実施形態に限られるものではなく、例えば、以下のような変形例であってもよい。また、実施形態と変形例とを組み合わせたものでもよいし、変形例同士を組み合わせたものでもよい。また、実施形態や変形例に記載していない例や要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。

１．動作保持具
実施形態では、主に腰回りに使用するコルセット１００について説明したが、肩専用、腕専用、脚専用等のコルセットとして使用することもできる。
実施形態では動作補助具としてコルセットについて説明したが、人工筋肉セット３０は、他の動作補助具としても利用できる。以下、動作補助具の一例としてスーツ２００について、図４を用いて説明する。
スーツ２００は、使用者４００の腰回りに装着される腰ベルト部２０１と、肩回りに装着される肩ベルト部２０２，２０３と、脚回りに装着される脚ベルト部２０４，２０５と、人工筋肉セット３０とを有する。
第１実施形態のコルセット１００では、人工筋肉１０は腰ベルト部１０１の長手方向に沿って、すなわち使用者４００の腰部から腹部方向に沿って設置したが、第２実施形態のスーツ２００では、人工筋肉１０は腰ベルト部２０１の幅方向に沿って、すなわち使用者４００の腰部から肩部方向に沿って設置している。
第１実施形態のコルセット１００では、腹部から腰部方向にアシスト力が働くが、第２実施形態のスーツ２００では、肩部から腰部方向及び脚部から腰部方向にアシスト力が働く。

動作補助具は人工筋肉を用いて使用者の動作を補助するものであれば特に限定はなく、コルセットやスーツに限定されるものではなく、リハビリに使用することもできる。また、筋力トレーニング用の補助具としても利用することができる。但し、この場合、動作補助具における人工筋肉の収縮のタイミングが異なる。
人工筋肉セット３０は着脱自在に係合していたが、人工筋肉セットをコルセットやスーツに縫い付けて一体化してもよい。また、人工筋肉セット３０は着脱自在のため、他の動作補助具と共通して使用できるようにしてもよい。実施形態においては、２つの人工筋肉セット３０を使用したが、数に限定はなく、１つもしくは３つ以上であってもよい。
固体物として、血行改善機能を有するとされる磁性体等の材料を利用することで、コルセット機能と磁気機能とによるダブル効果を得ることができる。特に動作補助具に磁性体等からなる固体物を使用することで、動作補助具を装着するだけで面状の広い範囲で磁気効果が容易に得られる。

２．人口筋肉セット
（１）チューブ
実施形態では１本のチューブ１を用いて８本の人工筋肉筋１１を構成していたが、例えば、２本のチューブを用いて８本の人工筋肉筋１１を構成してもよい。つまり、Ｍ本の人工筋肉筋を、Ｍ本よりも本数が小さいＮ本のチューブを用いて構成すればよい。これにより、全本数の人工筋肉筋の両端を固定具に固定する場合に比べて、効率よく人工筋肉筋の両端を固定具に固定できる。
チューブを複数本でＭ本の人工筋肉筋を構成する場合、複数本のチューブの仕様を同じにしてもよいし、異なるようにしてもよい。
例えば、チューブを３本利用し、それぞれ弾性チューブの特性（特に弾性率）を変えて徐々に膨張率が上がるように（人工筋肉筋として収縮が大きくなるように）構成してもよいし、弾性チューブの直径を変えてもよい。
実施形態では、１本のチューブを利用し、（Ｍ−１）個の折り返し部を有するようにしたが、１本のチューブで２個の人工筋肉筋部と１個の折り返し部（固定部）とを有するように構成してもよい。この場合も、全本数の人工筋肉筋の両端を固定具に固定する場合に比べて、効率よく人工筋肉筋の両端を固定具に固定できる。

（２）人工筋肉
実施形態の人工筋肉１０では、８本の人工筋肉筋１１を１列（１段）に並設したが、２段以上の多段に並設してもよい。実施形態では、８本の人工筋肉筋１１を１本のチューブ１で構成しているため、弾性チューブの外径が同じであったが、編組スリーブは異なっていてもよい。この場合、編組スリーブは１本の人工筋肉筋１１の略同じ長さを有する必要がある。但し、弾性チューブの外径は４ｍｍ以下が好ましい。
人工筋肉１０は固定具２０で動作補助具に固定させたが、固定手段は限定されるものでない。また、固定具２０は人工筋肉１０の両端に設けたが、固定具２０の取付け場所、取付個数等は、実施形態に限定されるものではない。
実施形態では、圧縮流体として圧縮空気について説明したが、気体に限らず、オイル等の液体等であってもよい。

（３）固定具
実施形態の固定具２０は、本体２１とカバー体２６と樹脂体２９とを備えていたが、人工筋肉筋１１やチューブ１２を固定できればよく、例えば、樹脂体を備えなくてもよいし、カバー体を備えなくてもよい。
固定具２０は係止部２３を備えていたが、係止部を備えなくてもよいし、コルセット本体１０５に着脱可能に装着されなくてもよい。

１ チューブ
１０ 人工筋肉
１１ 人工筋肉筋
１３ 弾性チューブ
１４ 編組スリーブ
１５ 固体物
３０ 人工筋肉セット
１００ コルセット（動作補助具）
２００ スーツ（動作補助具）

Claims (5)

1. 弾性チューブに編組スリーブを被覆してなる人工筋肉筋において、
   前記弾性チューブ内に固体物が挿入されている
   人工筋肉筋。
2. 前記固体物は、前記弾性チューブの中心軸方向と直交する断面における最大寸法は、前記弾性チューブが膨張していない状態であって横断面形状を円形状とした場合の内径よりも小さい
   請求項１に記載の人工筋肉筋。
3. 前記固体物は磁性体である
   請求項１又は２に記載の人工筋肉筋。
4. 弾性チューブに編組スリーブを被覆してなる複数本の人工筋肉筋と、
   平行に並べて配した状態の前記人工筋肉筋の各端部側を固定する固定具と
   を備え、
   前記人工筋肉筋は請求項１〜３の何れか１項に記載の人工筋肉筋である
   人工筋肉セット。
5. 使用者の腰回りに装着される腰ベルト部を備えた動作補助具であって、
   前記腰ベルト部は請求項４に記載の人工筋肉セットを有する
   動作補助具。

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