JP2023005544A - 付勢力発生装置及び動作補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歩行時に補助力を小さく荷役時に補助力を大きくなる補助力の段階的な変更を容易に実現可能にする動作補助装置を提供する。【解決手段】使用者に装着される動作補助装置は、上肢フレームと、上肢フレームが固定的に連結されるベース部と、ベース部に対し回動可能に設けられた下肢フレームと、ベース部に設けられ、下肢フレームの上肢フレームに対する動作角度に応じた付勢力を発生する付勢力発生部と、を備える。付勢力発生部は、動作角度と付勢力との関係において、動作角度に対する付勢力の変化率が変化するように構成されている。【選択図】図９

Description

本開示は、付勢力発生装置及び動作補助装置に関する。

特許文献１には、人体の大腿部の側方側に配置された圧縮コイルスプリングと、人体の上体を支持する上体支持フレームと、の間にワイヤが設けられた前傾姿勢サポート装置が提案されている。前傾姿勢サポート装置では、上体支持フレームがベース部に対して傾動することでワイヤの一部がプーリの巻付部に巻き取られ、圧縮コイルスプリングを圧縮させて、上体支持フレームに人体を引き起こす方向へ人体に付勢力を伝達する。

特開２０１６－２０９４４３号公報

特許文献１に開示された前傾姿勢サポート装置では、動力源が圧縮コイルスプリングであるので、通常の設計では、その出力（補助力）の変化率は一定である。また、当該装置において圧縮コイルスプリングの付勢力を変更する場合には、圧縮コイルスプリングを伸ばすか、ワイヤを巻き上げて保持する必要があるため、強い力が必要であり、付勢力の変更が容易ではない。このため、当該装置では、歩行時に補助力を小さくし、荷役時に補助力を大きくするといった補助力の段階的な変更が困難である。

本開示の目的は、例えば、歩行時に補助力を小さく荷役時に補助力を大きくなるような補助力の段階的な変更を容易に実現可能とする付勢力発生装置及び動作補助装置を提供することにある。

上記目的を解決するために、本開示の一態様である動作補助装置は、使用者に装着される動作補助装置であって、第１フレームと、前記第１フレームが固定的に連結されるベース部と、前記ベース部に対し回動可能に設けられた第２フレームと、前記ベース部に設けられ、前記第２フレームの前記第１フレームに対する動作角度に応じた付勢力を発生する付勢力発生部と、を備え、前記付勢力発生部は、前記動作角度と前記付勢力との関係において、前記動作角度に対する前記付勢力の変化率が変化するように構成されている。

前記第２フレームは、前記ベース部に設けられた回動軸に固定され、前記付勢力発生部は、第１端部と第２端部とを有し、前記第２端部が前記回動軸に保持された第１弾性体と、第３端部と第４端部とを有し、前記第４端部が前記回動軸に保持された第２弾性体と、を備え、前記第２フレームが前記第１フレームに対して前記回動軸と共に回動するときに、前記動作角度が所定の値以下の場合には、前記第１弾性体による付勢力が発生し、前記動作角度が前記所定の値を超えた場合には、前記第２弾性体による付勢力が更に発生するように構成されていてもよい。

前記第１弾性体は、ゼンマイばねであり、前記第１端部は前記ゼンマイばねの外側の端部であり、前記第２端部は前記ゼンマイばねの中心部であり、前記第２弾性体は、ゼンマイばねであり、前記第３端部は前記ゼンマイばねの外側の端部であり、前記第４端部は前記ゼンマイばねの中心部であってもよい。

前記回動軸には、第２端部及び第４端部が挿入されるスリットが形成され、前記第２端部及び前記第４端部は、前記スリット内を前記回転軸の中心軸に直交する方向に沿って延び、前記付勢力発生部に付勢力が発生している状態において、前記第２端部及び前記第４端部は、前記回動軸の横断面において互いに交差するように前記回動軸に保持されてもよい。

前記ベース部には、前記第１弾性体及び前記第２弾性体の周囲に複数のシャフトが設けられ、前記第１弾性体の前記第１端部は、複数のシャフトの一つのシャフトに支持され、
前記第２弾性体の前記第３端部は、初期位置において複数のシャフトのいずれのシャフトからも離隔した場所に位置し、前記第１弾性体の前記第２端部及び前記第２弾性体の前記第４端部は、前記回転軸に保持され、前記第２フレームが前記第１フレームに対して前記回動軸と共に回動するときに、前記回転軸が回動して前記第２端部及び前記第４端部を回動させ、前記第１弾性体に付勢力が発生するとともに前記第２弾性体の前記第３端部が回動して複数のシャフトの一つのシャフトに当接して、前記第２弾性体の付勢力が前記第１弾性体による付勢力よりも遅れて発生してもよい。

前記ベース部には、前記第２弾性体の前記第３端部が当接するシャフトを固定するための複数の固定孔または固定長孔が前記第２弾性体の周方向に沿って形成されていてもよい。

本開示の一態様である付勢力発生装置は、動作補助装置で用いられる付勢力発生装置であって、回動軸が設けられたベース部と、複数の端部を有し、それらのうちの一つの端部が前記回動軸に保持された弾性部と、を備え、前記回動軸が前記ベース部に対して回動するときに、前記複数の端部のうち前記一つの端部以外の残りの端部が前記ベース部に支持され、前記弾性部が変形して付勢力が生じるように構成され、前記回動軸の前記ベース部に対する回動角度と前記付勢力との関係において、前記回動角度に対する前記付勢力の変化率が変化するように構成されている。

前記弾性部は、第１弾性体と第２弾性体を含み、前記第１弾性体は、ゼンマイばねであり、外側の端部である第１端部と中心部である第２端部とを有し、前記第２端部が前記回動軸に保持されており、前記第２弾性体は、ゼンマイばねであり、外側の端部である第３端部と中心部である第４端部とを有し、前記第４端部が前記回動軸に保持されており、前記回動角度が所定の値以下の場合には、前記第１弾性体による付勢力が発生し、前記回動角度が前記所定の値を超えた場合には、前記第２弾性体による付勢力が更に発生するように構成されている。

前記回動軸には、第２端部及び第４端部が挿入されるスリットが形成され、前記第２端部及び前記第４端部は、前記スリット内を前記回転軸の中心軸に直交する方向に沿って延び、前記第１弾性体及び前記第２弾性体の両方に付勢力が発生している状態において、前記第２端部及び前記第４端部は、前記回動軸の横断面において互いに交差するように前記回動軸に保持されてもよい。

前記ベース部には、前記第１弾性体及び前記第２弾性体の周囲に複数のシャフトが設けられ、前記第１弾性体の前記第１端部は、複数のシャフトの一つのシャフトに支持され、前記第２弾性体の前記第３端部は、初期位置において複数のシャフトのいずれのシャフトからも離隔した場所に位置し、前記第１弾性体の前記第２端部及び前記第２弾性体の前記第４端部は、前記回転軸に保持され、前記第２フレームが前記第１フレームに対して前記回動軸と共に回動するときに、前記回転軸が回動して前記第２端部及び前記第４端部を回動させ、前記第１弾性体に付勢力が発生するとともに前記第２弾性体の前記第３端部が回動して複数のシャフトの一つのシャフトに当接して、前記第２弾性体の付勢力が前記第１弾性体による付勢力よりも遅れて発生してもよい。

前記ベース部には、前記第２弾性体の前記第３端部が当接するシャフトを固定するための複数の固定孔または固定長孔が前記第２弾性体の周方向に沿って形成されていてもよい。

本開示によれば、歩行時に補助力を小さく荷役時に補助力を大きくなるような補助力の段階的な変更を容易に実現可能とする付勢力発生装置及び動作補助装置を提供することができる。

第１の実施形態にかかる動作補助装置の側面図である。 図１に示す動作補助装置の駆動部の正面図である。 図２に示す駆動部の分解斜視図である。 （ａ）は図３に示す駆動部の回動軸の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の回動軸を右下側から見た正面図であり、（ｃ）は（ａ）の回動軸の上面図であり、（ｄ）は（ａ）回動軸の側面図である。 （ａ）は図４（ｄ）の回動軸のＶａ－Ｖａ線に沿った断面矢視図であり、（ｂ）は図４（ｄ）の回動軸のＶｂ－Ｖｂ線に沿った断面矢視図である。 図３の第１弾性体及び第２弾性体の正面図である。 図１の動作補助装置を装着した使用者が直立した状態を示す図である。 図５に示す回動軸の回動時における回動軸と第２端部及び第４端部との位置関係を示す説明図である。 図１の動作補助装置における動作角度（横軸）と補助力（縦軸）の関係を示すグラフである。 （ａ）は第２の実施形態にかかる動作補助装置の駆動部の正面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 第２の実施形態の変形例にかかる動作補助装置の駆動部の正面図である。 第２の実施形態の別の変形例にかかる動作補助装置の駆動部の正面図である。

以下、本開示の一実施形態に係る動作補助装置は、使用者の上体を起こす動作（腰を伸ばす動作）を補助するものであり、本開示の一実施形態に係る付勢力発生装置は、その補助力を発生させるものである。使用者に装着された状態の動作補助装置では、典型的には、付勢力発生部が腰部位に位置し、付勢力発生部から膝の方向及び胸の方向に延長する２本のフレームが付勢力発生部が回動可能に取り付けられており（図７参照）、２本のフレームが交差する角度（動作角度）に応じて、付勢力発生部によって付勢力が発生する。本開示では、特に、第１及び第２の実施形態にかかる付勢力発生装置及び動作補助装置を開示しており、第１及び第２の実施形態は、後述する通り、付勢力発生部が、動作角度と付勢力との関係において、動作角度に対する付勢力の変化率が変化する点で共通している（図９参照）。以降、図面を参照して、第１及び第２の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態にかかる付勢力発生装置及び動作補助装置について説明する。図１は動作補助装置の側面図である。図１では、ベース部２１Ｂの図示を省略している。

動作補助装置１は、使用者に装着される上肢部１０と、一対の駆動部２０と、一対の下肢部３０とを備える。図１において、一対ある駆動部２０と下肢部３０とのうちの一方のみを示してあり、左側を前側、右側を後側、駆動部２０に対して上肢部１０側を上側、駆動部２０に対して下肢部３０側を下側として説明する。

上肢部１０は、背当て部１１と、胸当て部１２と、上肢フレーム１３Ａ、１３Ｂ（図１では一方のみ図示）と、腰部固定部材１４と、を有する。

背当て部１１は、装着時に使用者の背中に当接する平板である。背当て部１１は、使用者の背中に当接する面、すなわち動作補助装置１の正面側の面が、弾性力のある柔らかい素材で形成されている。なお、背当て部１１の形状は図示する形態に限られない。

胸当て部１２は、使用者の胸部に装着される部材である。胸当て部１２は、使用者の動きに追従して変形できるように、弾性力のある柔らかい素材で形成された１対の帯状部材を有する。胸当て部１２の正面側の両端には連結部（図示せず）が設けられている。連結部により１対の帯状部材を互いに連結することで胸当て部１２が筒状に保持される。ベルト（図示せず）等の調整機構により胸当て部１２の内周長は調節可能であり、これにより胸当て部１２を使用者の胸部に当接させることができる。

上肢フレーム１３Ａ、１３Ｂは、一対の駆動部２０と、背当て部１１と、胸当て部１２とを互いに連結する部材である。上肢フレーム１３Ａ、１３Ｂは、中空丸棒等の棒材を湾曲させて形成されている。上肢フレーム１３Ａ、１３Ｂは剛体であり、一対の駆動部２０、背当て部１１及び胸当て部１２の相対的な位置関係を固定する。例えば、上肢フレーム１３Ｂが、第１フレームに相当する。

上肢フレーム１３Ａは、背当て部１１の背面側に設けられており、背当て部１１及び一対の上肢フレーム１３Ｂを固定する。上肢フレーム１３Ａは、上方側に凸状に湾曲している。各上肢フレーム１３Ｂは、背当て部１１の上下に伸び出ている部材であり、その下端はそれぞれ駆動部２０の上端に連結されている。一対の上肢フレーム１３Ｂの上端には、それぞれ胸当て部１２の帯状部材が連結されている。

腰部固定部材１４は、１本の帯状の部材であり、一対の駆動部２０に連結されている。駆動部２０は、回動軸２４を中心に回転可能な状態で使用者の腰部付近に保持される。腰部固定部材１４の正面側の両端には、例えば、バックルが固着されており、バックルで腰部固定部材１４が筒状に保持される。バックルの締め付け位置を変えることで腰部固定部材１４の内周長は調節可能であり、腰部固定部材１４を使用者の腰部に当接させることができる。腰部固定部材１４は、柔らかい部材であり、使用者の動きに追従して変形できるため、使用者が動きやすいようになっている。

一対の下肢部３０は、全体として使用者の大腿部に概ね沿う形状をなしている。各下肢部３０は、下肢プレート３１と、軸部３２と、下肢フレーム３３と、腿パッド３４と、を有する。下肢プレート３１は、駆動部２０に設けられた回動軸２４の回動部２４Ａ（図３参照）に固定され、回動部２４Ａと共に回動可能である。軸部３２は、下肢プレート３１の下端に設けられている。下肢フレーム３３は、軸部３２に回動可能に連結されている。下肢フレーム３３は、軸部３２により、使用者の大腿部に近接及び離間するように回動可能である。例えば、下肢フレーム３３及びそれが接続する下肢プレート３１が、第２フレームに相当する。

各腿パッド３４は、使用者の大腿部の前側を覆う湾曲形状を有する部材である。各腿パッド３４は、各下肢部３０の下肢フレーム３３の先端部に設けられる。使用者が、各腿パッド３４を使用者の大腿部前側に当接させることで、大腿部の動作が各駆動部２０に伝達される。例えば、駆動部２０が、付勢力発生部に相当する。

次に、第１の実施形態にかかる付勢力発生装置（付勢力発生部）について説明する。図２及び３は、駆動部２０の正面図及び分解斜視図である。図２、３に示すように、駆動部２０は、一対のベース部２１Ａ、２１Ｂと、連結部２２と、複数本のシャフト２３と、回動軸２４と、第１弾性体２５及び第２弾性体２６と、を備える。なお、図２では、ベース部２１Ｂの図示を省略している。

各ベース部２１Ａ、２１Ｂは、略平板状をなし、隙間２１ｃをあけて互いに対向している。ベース部２１Ａの上端部には、上肢フレーム１３Ｂの下端部が連結部２２により固定的に連結されている。隙間２１ｃは、一対のベース部２１Ａ、２１Ｂの間に設けられた複数（例えば、５本）のシャフト２３により形成されている。隙間２１ｃに、連結部２２、回動軸２４、第１弾性体２５、及び第２弾性体２６が配置されている。各ベース部２１Ａ、２１Ｂには、軸固定孔２１ｄ及び複数のシャフト固定孔２１ｅが形成されている。円筒状のシャフト２３は、第１弾性体２５及び第２弾性体２６の上側において連結部２２の周囲に４本、第１弾性体２５及び第２弾性体２６の下側に１本設けられている。各シャフト２３は、一対のボルト及びナットを各ベース部２１Ａ、２１Ｂのシャフト固定孔２１ｅに挿通させ、ボルト及びナットを螺合させることにより、一対のベース部２１Ａ、２１Ｂに固定される。

棒状の回動軸２４は、各ベース部２１Ａ、２１Ｂの軸固定孔２１ｄに挿入されている。回動軸２４は、図示せぬ固定部と、それに対して回動可能な回動部２４Ａと、を有する。回動軸２４の固定部は、軸固定孔２１ｄに挿入されて、ベース部２１Ａ、２１Ｂに対し回動不能に固定されている。回動軸２４の構造については更に説明する。

図４（ａ）は、回動軸２４の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の回動軸２４を右下側から見た正面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、（ａ）の回動軸２４の上面図及び側面図である。回動部２４Ａは、略円柱状をなし、ベース部２１Ａ側の第１軸端部２４Ｂと、ベース部２１Ｂ側の第２軸端部２４Ｃと、それらの間に位置する本体部２４Ｄと、を有する。第１軸端部２４Ｂは、本体部２４Ｄよりも直径が小さい。回動部２４Ａには、スリット２４ｅが形成されている。スリット２４ｅは、回動部２４Ａの中心軸に沿って延び、回動部２４Ａの中心軸に直交する方向に本体部２４Ｄ及び第１軸端部２４Ｂを貫通している。図４（ａ）及び（ｃ）に示すように、スリット２４ｅは、第２軸端部２４Ｃ側から順に、第１領域２４ｅ１、第２領域２４ｅ２、及び、第３領域２４ｅ３を有する。第１領域２４ｅ１及び第２領域２４ｅ２は本体部２４Ｄに形成され、第３領域２４ｅ３は第１軸端部２４Ｂに形成されている。第３領域２４ｅ３は、ベース部２１Ａの軸固定孔２１ｄに少なくとも一部が挿入されることになる。第２弾性体２６及び第１弾性体２５が取り付けられることになる第１領域２４ｅ１及び第２領域２４ｅ２について、更に説明する。

図５（ａ）は、図４（ｄ）のＶａ－Ｖａ線に沿った回動軸２４の断面矢視図であり、（ｂ）は、Ｖｂ－Ｖｂ線に沿った断面矢視図である。図５（ａ）に示すように、第１領域２４ｅ１は、回動軸２４（回動部２４Ａ）の横断面形状が略矩形状をなし、回動部２４Ａの中心軸に直交する方向と平行をなす一対の第１面２４Ｆにより形成されている。図５（ｂ）に示すように、第２領域２４ｅ２は、一対の第２面２４Ｇ１と一対の第３面２４Ｇ２とにより形成されている。一対の第２面２４Ｇ１は、一対の第１面２４Ｆに連なり、回動部２４Ａの中心軸に直交する方向の長さが回動部２４Ａの半径と略等しく、回動部２４Ａの中心軸を挟んで互いに斜め向かいの位置関係にある。一対の第３面２４Ｇ２は、一対の第２面２４Ｇ１の内端から外周に向かうにつれてそれぞれ対向する第２面２４Ｇ１から離隔するように傾斜し、回動部２４Ａの中心軸を挟んで互いに斜め向かいの位置関係にある。第３領域２４ｅ３は第２領域２４ｅ２と略同形状であり、一対の第４面２４Ｈ１と一対の第５面２４Ｈ２とにより形成されている。

図６は、第１弾性体２５及び第２弾性体２６の正面図である。第１弾性体２５及び第２弾性体２６は、板状部材を非接触で渦巻き状にしたゼンマイばねである。第１弾性体２５及び第２弾性体２６の外端部である第１端部２５Ａ及び第３端部２６Ａは、外方へ向かって約９０°に屈曲されている。第１弾性体２５及び第２弾性体２６の内端部（中心部）である第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂは、中心に向かって屈曲されている。図２、３に示すように、第１端部２５Ａ及び第３端部２６Ａは、シャフト２３に対し引っ掛けるようにして支持される。第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂは、回動軸２４のスリット２４ｅに挿入・保持され、第２端部２５Ｂは第１領域２４ｅ１内に位置し、第４端部２６Ｂは第２領域２４ｅ２内に位置する。

図６に示すように、第１弾性体２５及び第２弾性体２６は、それぞれ第１端部２５Ａ及び第３端部２６Ａから中心に位置する第２端部２５Ｂ、２６Ｂに向かって、時計回りに巻回されている。よって、第１端部２５Ａ及び第３端部２６Ａを固定したまま、第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂが時計回りに回転するように第１弾性体２５及び第２弾性体２６を巻くことにより、第１弾性体２５及び第２弾性体２６には、その逆方向（反時計回り）に回転する力（付勢力）が発生する。当該付勢力は、使用者が姿勢を前屈から直立に戻す腰の動作において、腰の動きを補助する力（補助力）となる。

図７は、動作補助装置１を装着した使用者が直立した状態を示す図である。図８は、図５に示す回動軸２４の回動時における回動軸２４と第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂとの位置関係を示す説明図である。図８（ａ）～（ｄ）において、左図は図５（ａ）に示した回動軸２４の第１領域２４ｅ１に第２端部２５Ｂを挿入した状態の断面矢視図であり、右図は図５（ｂ）に示した回動軸２４の第２領域２４ｅ２に第４端部２６Ｂを挿入した状態の断面矢視図である。なお、当該図８（ａ）及び（ｂ）の右図においては、第４端部２６Ｂの奥側に第２端部２５Ｂが隠れている。

使用者が直立した姿勢から、膝を少し曲げ上半身を前方に倒すことにより、下肢フレーム３３は、回動軸２４を中心に上肢フレーム１３Ｂ及び駆動部２０に対して時計回りに回動する。これにより、図８（ａ）に示すように、回動軸２４は矢印Ｄ方向（反時計回り（図３の矢印Ｄ方向）に回動する。その結果、図８（ｂ）の左図に示すように、第１領域２４ｅ１内に位置する第１弾性体２５の第２端部２５Ｂが一対の第１面２４Ｆにより巻かれて、第１弾性体２５が巻き締められて、第１弾性体２５による補助力が発生する。図８（ｂ）及び（ｃ）の右図に示すように、下肢フレーム３３の初期位置からの動作角度（初期位置から上肢フレーム１３Ｂに対する時計回り方向への回動角度）が小さいときには、第２領域２４ｅ２を形成する一対の第３面２４Ｇ２は、第２弾性体２６の第４端部２６Ｂに当接していない。このため、一対の第３面２４Ｇ２により第２弾性体２６は巻き締められず、第２弾性体２６による補助力は発生しない。なお、動作角度は、ベース部２１Ａ、２１Ｂに対する回動軸２４の回動角度と同じである。

使用者がさらに曲げ上半身を前方の倒すことにより、上肢フレーム１３Ｂに対して下肢フレーム３３がさらに回動し（下肢フレーム３３の動作角度が大きくなり）、回動軸２４がさらに回動する。これにより、図８（ｄ）の右図に示すように、一対の第３面２４Ｇ２が第２弾性体２６の第４端部２６Ｂに当接し、第４端部２６Ｂが一対の第３面２４Ｇ２により巻かれて第２弾性体２６が巻き締められて、第１弾性体２５による補助力に加え、第２弾性体２６による補助力が発生する。図８（ｃ）及び（ｄ）の右図に示すように、第１弾性体２５及び第２弾性体２６に付勢力が発生している状態において、第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂは、回動軸２４の横断面において互いに交差するように回動軸２４に保持される。このように、動作補助装置１では、下肢フレーム３３が上肢フレーム１３Ｂに対して回動軸２４と共に回動するときに、第２弾性体２６による付勢力が第１弾性体２５による付勢力よりも遅れて発生するように構成されている。

第１領域２４ｅ１は、第２端部２５Ｂを挟み込むように位置し、回動軸２４が第１弾性体２５の付勢力が増加する回動方向へ回動する際に第２端部２５Ｂに当接し第２端部２５Ｂを回動させる一対の第１面２４Ｆにより形成されている。第２領域２４ｅ２は、一対の第１面２４Ｆよりも当該回動方向における上流側に位置し、回動軸２４が当該回動方向へ回動する際に第４端部２６Ｂに当接し第４端部２６Ｂを回動させる一対の第３面２４Ｇ２により形成されている。当該構成によれば、スイッチ等により補助力の切替作業を必要とすることなく自動的に、歩行時に補助力を小さく荷役時に補助力を大きくする機構を実現することができる。

図９は、動作補助装置１における動作角度（横軸）と補助力（縦軸）の関係を示すグラフである。ここで動作角度とは、下肢フレーム３３の上肢フレーム１３Ｂに対する動作角度であり、回動軸２４のベース部２１Ａ、２１Ｂに対する回動角度と同じである。図９において、実線は、本実施形態の動作補助装置１（実施例）の場合の関係を表し、第１弾性体２５及び第２弾性体２６による補助力を示す。第１弾性体２５及び第２弾性体２６は、等しいバネ定数を有している。点線は、比較例であり、単に１本のゼンマイばねを有する動作補助装置による場合の関係を示している。なお、比較例のゼンマイばねは、第１弾性体２５及び第２弾性体２６のバネ定数よりも大きいバネ定数を有している。

動作角度がθ１未満の小さい範囲（直線Ｌ１）では、第１弾性体２５のみによる補助力であり、動作角度がθ１以上の大きい範囲（直線Ｌ２）では、第１弾性体２５に加え、第２弾性体２６によっても補助力が発生するので、直線Ｌ２は直線Ｌ１に対し変化率が２倍となっている。すなわち、第１弾性体２５及び第２弾性体２６により構成される付勢力発生部は、動作角度と付勢力（補助力）との関係において、動作角度に対する付勢力（補助力）の変化率が変化している。よって、動作角度が所定の値（θ１）より小さい場合には、第１弾性体２５による付勢力が発生し、動作角度が所定の値（θ１）を超えた場合には、第２弾性体２６による付勢力が更に発生するように構成されている。なお、比較例の１本のゼンマイばねで構成される付勢力発生部は、すべての動作角度の範囲（直線Ｌ３）において、動作角度に対する付勢力（補助力）の変化率が一定である。

これにより、歩行時（図９の範囲Ｒ１）や階段昇降時（図９の範囲Ｒ２）のように補助力が不要な動作範囲では、第１弾性体２５のみによって、下肢フレーム３３が腿等から離れず自由となってしまわない程度の力が発生する。荷役作業時の大きな屈曲姿勢（図９の範囲Ｒ３）となる動作範囲では、第１弾性体２５及び第２弾性体２６による補助力が発生するので、大きな補助力を得ることができる。このように、動作補助装置１は、歩行時に補助力を小さく荷役時に補助力を大きくなるような段階的な補助力の変更機構を備えている。なお、第１弾性体２５及び第２弾性体２６を１つの弾性部と捉え、その弾性部の複数の端部のうちの一つの端部が回動軸２４に保持されると捉えると、回動軸２４がベース部２１Ａ、２１Ｂに対して回動するときに、複数の端部のうち一つの端部以外の残りの端部がベース部２１Ａ、２１Ｂに支持され、弾性部が変形して付勢力が生じるように構成され、付勢力発生装置によって、回動角度と付勢力との関係において、回動角度に対する付勢力の変化率が変化することが実現できている。このようにして、モータなどの電気的な動力源を用いることなく、補助力（付勢力）の段階的な変更が可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態にかかる付勢力発生装置及び動作補助装置について、図面を参照しながら説明する。第１の実施形態の動作補助装置１と同一の部材については同一の参照番号を付して説明を省略し、第１の実施形態の動作補助装置１と異なる構成について説明する。

図１０において、（ａ）は、第２の実施形態にかかる動作補助装置の駆動部１２０の正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。図１０では、ベース部２１Ｂの図示を省略している。第２の実施形態は、第２弾性体２６を支持する構成が、第１の実施形態とは異なっている。

第１弾性体２５及び第２弾性体２６の外周部であって回動軸２４と最も下側に位置するシャフト２３との間に相当する位置に追加のシャフト２３Ａが設けられている。第２弾性体２６の第３端部２６Ａは、追加のシャフト２３Ａと最も下側に位置するシャフト２３との間に位置し、初期状態ではどのシャフト２３、２３Ａにも接触しない位置に配置される。本実施形態の回動軸２４の回動部のスリットの形状は、全てが第１領域２４ｅ１（図４参照）と同形状に形成されおり、第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂは、回動軸２４のスリット２４ｅに挿入・保持されている。

回動軸２４が時計回りに回動すると、第２端部２５Ｂ及び第４端部２６Ｂが同時に巻かれる。第１弾性体２５は、その第１端部２５Ａがシャフト２３に支持されているので、第１弾性体２５は巻き締められて、補助力（付勢力）が発生する。第２弾性体２６は、第４端部２６Ｂが回動軸２４により回動されることにより、第３端部２６Ａは時計回りに回動する。このため、第２弾性体２６は巻き締められず、第２弾性体２６による補助力は発生しない。そして、第３端部２６Ａが追加のシャフト２３Ａに当接すると、第３端部２６Ａが固定されて、第３端部２６Ａが巻き締められて、第２弾性体２６による補助力が発生する。

このように、本実施形態においても、下肢フレーム３３が上肢フレーム１３Ｂに対して回動軸２４と共に回動するときに、第２弾性体２６による付勢力が第１弾性体２５による付勢力よりも遅れて発生するように構成されている。当該構成によれば、スイッチ等により補助力の切替作業を必要とせず、自動的に、歩行時に補助力を小さく荷役時に補助力を大きくする機構を実現することができる。なお、本実施形態においても、第１弾性体２５及び第２弾性体２６を含む１つの弾性部と捉え、その弾性部の複数の端部の一つの端部が回動軸２４に保持されると捉えると、回動軸２４がベース部２１Ａ、２１Ｂに対して回動するときに、複数の端部のうち一つの端部以外の残りの端部がベース部２１Ａ、２１Ｂに支持され、弾性部が変形して付勢力が生じるように構成され、付勢力発生装置によって、回動角度と付勢力との関係において、回動角度に対する付勢力の変化率が変化することが実現できている。

次に、第２の実施形態の付勢力発生装置及び動作補助装置の変形例について説明する。図１１は変形例にかかる動作補助装置の駆動部１２１の正面図である。図１２は別の変形例にかかる動作補助装置の駆動部１２２の正面図である。図１１及び１２では、ベース部２１Ｂの図示を省略している。

図１１に示すように、ベース部２１Ａには、追加のシャフト２３Ａを固定するための複数の固定孔２１ｆが第２弾性体２６の周方向に沿って形成されている。図示を省略したベース部２１Ｂにも同様に形成される。図１２に示すように、ベース部２１Ａには、追加のシャフト２３Ａを固定するための固定長孔２１ｇが第２弾性体２６の周方向に沿って形成されている。図示を省略したベース部２１Ｂにも同様に形成される。これらにより、追加のシャフト２３Ａを固定する位置を変更することができる。よって、第１弾性体２５による補助力が発生した後、第２弾性体２６による補助力が発生するタイミングを調整することができる。

本開示は、上述した実施形態の構成に限定されるものではない。特許請求の範囲によって示される本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。例えば、上記の実施形態では、付勢力発生部は、２本の弾性体（第１弾性体２５及び第２弾性体２６）により構成されていたが、３本以上の弾性体により構成されていてもよい。これにより、動作角度に対する補助力の変化率を３段階以上に変化するようにしてもよい。第１弾性体２５及び第２弾性体２６は、等しいバネ定数を有していたが、異なるバネ定数を有していてもよい。第１弾性体２５及び第２弾性体２６の各々を、例えば、２つの以上のゼンマイばねから構成するようにしてもよい。弾性部は、第１弾性体２５及び第２弾性体２６により構成していたが、少なくとも１つの弾性体を含んでいればよい。第１弾性体２５及び第２弾性体２６としてゼンマイばねを使用したが、弾性体の形態はこれに限らず、例えば、板ばねでもよい。

１：動作補助装置
１０：上肢部
１１：背当て部
１２：胸当て部
１３Ａ、１３Ｂ：上肢フレーム
１４：腰部固定部材
２０、１２０、１２１、１２２：駆動部
２１Ａ、２１Ｂ：ベース部
２１ｃ：隙間 ２１ｄ：軸固定孔 ２１ｅ：シャフト固定孔 ２１ｆ：固定孔
２１ｇ：固定長孔
２２：連結部
２３、２３Ａ：シャフト
２４：回動軸
２４Ａ：回動部 ２４Ｂ：第１軸端部 ２４Ｃ：第２軸端部 ２４Ｄ：本体部
２４ｅ：スリット ２４ｅ１：第１領域 ２４ｅ２：第２領域 ２４ｅ３：第３領域
２４Ｆ：第１面 ２４Ｇ１：第２面 ２４Ｇ２：第３面 ２４Ｈ１：第４面
２４Ｈ２：第５面
２５：第１弾性体
２５Ａ：第１端部 ２５Ｂ：第２端部
２６：第２弾性体
２６Ａ：第３端部 ２６Ｂ：第４端部
３０：下肢部
３１：下肢プレート
３２：軸部
３３：下肢フレーム
３４：腿パッド

Claims (11)

1. 使用者に装着される動作補助装置であって、
   第１フレームと、
   前記第１フレームが固定的に連結されるベース部と、
   前記ベース部に対し回動可能に設けられた第２フレームと、
   前記ベース部に設けられ、前記第２フレームの前記第１フレームに対する動作角度に応じた付勢力を発生する付勢力発生部と、を備え、
   前記付勢力発生部は、前記動作角度と前記付勢力との関係において、前記動作角度に対する前記付勢力の変化率が変化するように構成されている、動作補助装置。
2. 前記第２フレームは、前記ベース部に設けられた回動軸に固定され、
   前記付勢力発生部は、
   第１端部と第２端部とを有し、前記第２端部が前記回動軸に保持された第１弾性体と、
   第３端部と第４端部とを有し、前記第４端部が前記回動軸に保持された第２弾性体と、を備え、
   前記第２フレームが前記第１フレームに対して前記回動軸と共に回動するときに、前記動作角度が所定の値以下の場合には、前記第１弾性体による付勢力が発生し、前記動作角度が前記所定の値を超えた場合には、前記第２弾性体による付勢力が更に発生するように構成されている、請求項１に記載の動作補助装置。
3. 前記第１弾性体は、ゼンマイばねであり、前記第１端部は前記ゼンマイばねの外側の端部であり、前記第２端部は前記ゼンマイばねの中心部であり、
   前記第２弾性体は、ゼンマイばねであり、前記第３端部は前記ゼンマイばねの外側の端部であり、前記第４端部は前記ゼンマイばねの中心部である、請求項２に記載の動作補助装置。
4. 前記回動軸には、第２端部及び第４端部が挿入されるスリットが形成され、
   前記第２端部及び前記第４端部は、前記スリット内を前記回転軸の中心軸に直交する方向に沿って延び、
   前記付勢力発生部に付勢力が発生している状態において、前記第２端部及び前記第４端部は、前記回動軸の横断面において互いに交差するように前記回動軸に保持される、請求項３に記載の動作補助装置。
5. 前記ベース部には、前記第１弾性体及び前記第２弾性体の周囲に複数のシャフトが設けられ、
   前記第１弾性体の前記第１端部は、複数のシャフトの一つのシャフトに支持され、
   前記第２弾性体の前記第３端部は、初期位置において複数のシャフトのいずれのシャフトからも離隔した場所に位置し、
   前記第１弾性体の前記第２端部及び前記第２弾性体の前記第４端部は、前記回転軸に保持され、
   前記第２フレームが前記第１フレームに対して前記回動軸と共に回動するときに、前記回転軸が回動して前記第２端部及び前記第４端部を回動させ、前記第１弾性体に付勢力が発生するとともに前記第２弾性体の前記第３端部が回動して複数のシャフトの一つのシャフトに当接して、前記第２弾性体の付勢力が前記第１弾性体による付勢力よりも遅れて発生する、請求項３に記載の動作補助装置。
6. 前記ベース部には、前記第２弾性体の前記第３端部が当接するシャフトを固定するための複数の固定孔または固定長孔が前記第２弾性体の周方向に沿って形成されている、請求項５に記載の動作補助装置。
7. 動作補助装置で用いられる付勢力発生装置であって、
   回動軸が設けられたベース部と、
   複数の端部を有し、それらのうちの一つの端部が前記回動軸に保持された弾性部と、を備え、
   前記回動軸が前記ベース部に対して回動するときに、前記複数の端部のうち前記一つの端部以外の残りの端部が前記ベース部に支持され、前記弾性部が変形して付勢力が生じるように構成され、
   前記回動軸の前記ベース部に対する回動角度と前記付勢力との関係において、前記回動角度に対する前記付勢力の変化率が変化するように構成されている、付勢力発生装置。
8. 前記弾性部は、第１弾性体と第２弾性体を含み、
   前記第１弾性体は、ゼンマイばねであり、外側の端部である第１端部と中心部である第２端部とを有し、前記第２端部が前記回動軸に保持されており、
   前記第２弾性体は、ゼンマイばねであり、外側の端部である第３端部と中心部である第４端部とを有し、前記第４端部が前記回動軸に保持されており、
   前記回動角度が所定の値以下の場合には、前記第１弾性体による付勢力が発生し、前記回動角度が前記所定の値を超えた場合には、前記第２弾性体による付勢力が更に発生するように構成されている、請求項７に記載の付勢力発生装置。
9. 前記回動軸には、第２端部及び第４端部が挿入されるスリットが形成され、
   前記第２端部及び前記第４端部は、前記スリット内を前記回転軸の中心軸に直交する方向に沿って延び、
   前記第１弾性体及び前記第２弾性体の両方に付勢力が発生している状態において、前記第２端部及び前記第４端部は、前記回動軸の横断面において互いに交差するように前記回動軸に保持される、請求項８に記載の付勢力発生装置。
10. 前記ベース部には、前記第１弾性体及び前記第２弾性体の周囲に複数のシャフトが設けられ、
    前記第１弾性体の前記第１端部は、複数のシャフトの一つのシャフトに支持され、
    前記第２弾性体の前記第３端部は、初期位置において複数のシャフトのいずれのシャフトからも離隔した場所に位置し、
    前記第１弾性体の前記第２端部及び前記第２弾性体の前記第４端部は、前記回転軸に保持され、
    前記第２フレームが前記第１フレームに対して前記回動軸と共に回動するときに、前記回転軸が回動して前記第２端部及び前記第４端部を回動させ、前記第１弾性体に付勢力が発生するとともに前記第２弾性体の前記第３端部が回動して複数のシャフトの一つのシャフトに当接して、前記第２弾性体の付勢力が前記第１弾性体による付勢力よりも遅れて発生する、請求項８に記載の付勢力発生装置。
11. 前記ベース部には、前記第２弾性体の前記第３端部が当接するシャフトを固定するための複数の固定孔または固定長孔が前記第２弾性体の周方向に沿って形成されている、請求項１０に記載の付勢力発生装置。

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