JP2024058073A - 付勢装置及び人体サポート装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮空気が封入された状態の人工筋肉により構成される引張バネのサポート力が、歩行をする等の使用者の動きに抗して作用する大きな反力となることが抑えられ、且つ、使用者の作業時の人工筋肉のサポート力が十分な人体サポート装置、及び、人体サポート装置に用いられる付勢装置を提供すること。【解決手段】第１荷重入力部２０Ｂが引張られ、密閉空間内に閉じ込められた一定質量のガスが圧縮されることで引張方向とは反対方向への第１復元力を第１荷重入力部２０Ｂに生じさせるガス封入部を有する引張バネ２０と、第２荷重入力部６２が引張られることで引張方向とは反対方向への第２復元力を第２荷重入力部６２に生じさせると共に、引張方向への第２復元力を荷重出力部６１に生じさせる付勢部材６３と、を備える付勢装置である。【選択図】図９

Description

本発明は、付勢装置及び人体サポート装置に関する。

従来より、人工筋肉を用いた人体サポート装置としての腰部補助装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。腰部補助装置は、使用者の腰部の側方側に配置される左右一対のサイド部に傾動可能に取付けられていると共に使用者の背部に装着される背中フレームを備えている。また、腰部補助装置は、左右一対のサイド部に傾動可能に取付けられていると共に使用者の大腿部に当接される大腿プレートが固定された下肢フレームを備えている。さらに、腰部補助装置は、一端部が背中フレームに係止されていると共に他端部がワイヤを介して下肢フレームに係止された人工筋肉を備えている。そして、コンプレッサやタンク内からチューブを介して人工筋肉内へ圧縮空気が供給されることで、人工筋肉が収縮する。これにより、使用者の上体に起立方向へのサポート力（人体を引き起こす方向への付勢力）が加わり、重量物を持ち上げる際の使用者の腰部の負荷を低減することを可能とする。

また、コンプレッサやタンク内からチューブを介して人工筋肉内へ圧縮空気が供給され封入された後に、その封入された状態が維持されて引張バネとされて用いられて、使用者の人体をサポートする装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３－７５０７８号公報 特開２０１７－９３５０５号公報

上述した特許文献２に記載の従来の人体サポート装置では、人工筋肉内へ圧縮空気が封入された状態が維持されて引張バネとされているため、人体が、例えば歩行をする際には、人工筋肉のサポート力が人体の脚の動きに抗する反力となる。そこで、例えば、人工筋肉のサポート力がもう少し弱いものを用いた場合には、歩行をしているとき以外の、重量物を持ち上げる等の、使用者の作業時の人工筋肉のサポート力が十分ではない。

本発明は、圧縮空気が封入された状態の人工筋肉により構成される引張バネのサポート力が、歩行をする等の使用者の動きに抗して作用する大きな反力となることが抑えられ、且つ、使用者の作業時の人工筋肉のサポート力が十分な人体サポート装置、及び、人体サポート装置に用いられる付勢装置を提供することを目的とする。

本発明は、荷重が入力される第１荷重入力部と、内部にガスが封入される密閉空間を有し、前記第１荷重入力部が引張られることで引張方向への寸法が増加され引張方向と直交する方向への寸法が全体にわたって小さくなると共に前記密閉空間内の体積が減少され、前記密閉空間内に閉じ込められた一定質量のガスが圧縮されることで前記引張方向とは反対方向への第１復元力を前記第１荷重入力部に生じさせるガス封入部と、を有する引張バネと、荷重が入力される第２荷重入力部と、前記第１荷重入力部に固定された荷重出力部と、前記第２荷重入力部と前記荷重出力部との間に配置され、前記第２荷重入力部が引張られることで前記引張方向とは反対方向への第２復元力を前記第２荷重入力部に生じさせると共に、前記引張方向への第２復元力を前記荷重出力部に生じさせる付勢部材と、を備える付勢装置に関する。

前記付勢部材は、圧縮されることにより前記引張方向とは反対方向への第２復元力を生じさせる共に、前記引張方向への第２復元力を前記荷重出力部に生じさせる被圧縮部材により構成されることが好ましい。

前記被圧縮部材が所定の長さ未満に圧縮されることを防止するストッパを備えることが好ましい。前記被圧縮部材は、圧縮バネにより構成されることが好ましい。前記引張バネは人工筋肉により構成されることが好ましい。前記第１復元力及び前記第２復元力が生じているときに、前記引張バネの引張バネ係数は、前記付勢部材のバネ定数よりも大きくなることが好ましい。

また、本発明は、上記の付勢装置と、使用者の背部において使用者の上体に沿って配置された上体装着部と、前記使用者の脚部に装着された脚部装着部と、前記上体装着部と前記脚部装着部とを連結し、人体の脚軸に対応する第１軸を備え、前記第１軸の位置にワイヤガイドが設けられた連結部と、前記付勢装置と前記脚部装着部との間に設けられ、前記ワイヤガイドにガイドされ、前記付勢装置の前記第１復元力により前記第１荷重入力部が引張られ、且つ、前記第２復元力により前記第２荷重入力部が引張られて前記脚部装着部を前記引張バネの方向へ引いて、前記上体装着部を前記連結部に対して傾動させ、前記脚部装着部を前記連結部に対して傾動させることで、人体を引き起こす方向への付勢力を、前記上体装着部及び前記脚部装着部を介して人体へ伝達する左右一対のワイヤと、を備える人体サポート装置に関する。

本発明によれば、圧縮空気が封入された状態の人工筋肉により構成される引張バネのサポート力が、歩行をする等の使用者の動きに抗して作用する大きな反力となることが抑えられ、且つ、使用者の作業時の人工筋肉のサポート力が十分な人体サポート装置、及び、人体サポート装置に用いられる付勢装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態による人体サポート装置を示す側面図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置を示す背面図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す背面図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す正面図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す側面図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置を使用者が使用している様子を示す側面図である。 （Ａ）は自然長の引張バネを示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された状態の引張バネの弾性チューブ及びメッシュスリーブを模式的に示す模式図である。 （Ａ）は引張試験機にセットされた自然長の引張バネを示す説明図であり、（Ｂ）は自然長に対して引張られた引張バネを示す説明図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置の使用前における、付勢部の圧縮バネが圧縮される前の状態を示す説明図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置の付勢部の圧縮バネが、歩行者が使用中に歩行を行っているときに圧縮された状態を示す説明図である。 本発明の第１実施形態による人体サポート装置のトルクを示すグラフである。 本発明の第２実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す背面図である。 本発明の第２実施形態による人体サポート装置の付勢部を示す説明図である。

本発明の第１実施形態に係る人体サポート装置について、図面を参照して説明する。
以下の説明においては、人体サポート装置を装着している状態であって直立した状態の使用者から見た前後方向前方側を矢印ＦＲで示し、右側及び左側をそれぞれ矢印ＲＨ及び矢印ＬＨで示し、上下方向上側を矢印ＵＰで示す。また、以下の説明で、単に前後、左右、上下の方向を示す場合は、人体サポート装置を装着している状態でかつ直立した状態の使用者から見た前後、左右、上下を示すものとする。

図２、図３等に示すように、人体サポート装置１０は、連結部を構成し使用者の腰部の側方側に配置される左右一対のベース部１２と、ベース部１２に取付けられ、使用者の腰部（骨盤近傍）に装着される腰部ベルト１４と、左右一対のベース部１２を支持する上体装着部としての上体側フレーム１８と、左右一対のベース部１２に対して傾動可能に取付けられた脚部装着部としての大腿アーム１６と、引張バネ２０を構成し上体側フレーム１８に格納された人工筋肉と、を備えている。ベース部１２及び上体側フレーム１８は、カバー１０１により覆われている。

ベース部１２は、板状に形成された外側プレート２２及び内側プレート２４と、を備えている。外側プレート２２と内側プレート２４とは、側面視で（右側又は左側から見て）ほぼ同一の形状に形成されている。外側プレート２２と内側プレート２４とは、複数の接続ピン２６（図５参照）等を介して接続されており、左右方向に所定の間隔で平行に配置されている。

外側プレート２２と内側プレート２４との間には、ワイヤガイドとしての第１プーリ２８、第２プーリ３０、及び、第３プーリ３８５が回転可能に支持されている。第１プーリ２８は、外側プレート２２及び内側プレート２４の下部に、左右方向に回転軸が指向する位置関係で取付けられている。第１プーリ２８の回転軸は、使用者の脚軸としての股関節に対応する第１軸Ｃ１とされている。また、第１プーリ２８には、後述するワイヤ４８の一部が係止されるワイヤ係止部２８Ａと、後述する大腿アーム１６とが取付けられ、第１軸Ｃ１を中心に回動可能な大腿アーム取付部２８Ｂと、ワイヤ４８の長手方向の中間部が巻き取られる胴部２８２と、が設けられており、これらは第１軸Ｃ１を中心に一体的に回動する。

第１プーリ２８は第１軸プーリを構成し、ワイヤ係止部２８Ａ（図４等）は、胴部２８２の端部を構成する。

第２プーリ３０は、外側プレート２２及び内側プレート２４の上部、且つ、第１プーリ２８の後側の位置に、左右方向に回転軸が指向する位置関係で取付けられている。第２プーリ３０の回転軸は、使用者の腰軸としての仙腸関節に対応する第２軸Ｃ２とされている。また、第２プーリ３０の外周部には、後述するワイヤ４８の長手方向の中間部をガイドするためのガイド溝３０Ａが形成されている。第２プーリ３０を支持する外側プレート２２及び内側プレート２４の部分は、上体側フレーム１８に取付けられる被接続部を構成する。

腰部ベルト１４は、被固定部としての基部パッド１４１と、上側腰部ベルト１４２と、下側腰部ベルト１４３と、を有している。基部パッド１４１は、ベース部１２の内側プレート２４に、内側プレート２４に平行な位置関係で固定されている。上側腰部ベルト１４２の両端部は、それぞれ基部パッド１４１の上部に、長さ調整不能に固定されている。これにより、上側腰部ベルト１４２は、基部パッド１４１の上部同士を繋いでおり、上側腰部ベルト１４２の長さは一定である。このように長さが一定の上側腰部ベルト１４２は、図６に示すように、使用者Ｐの大殿筋の上部の上側に配置される。

下側腰部ベルト１４３の両端部は、それぞれ基部パッド１４１の下部に、長さ調整可能に固定されている。これにより、下側腰部ベルト１４３は、基部パッド１４１の下部同士を繋いでいる。下側腰部ベルト１４３の両端部の近傍には、それぞれバックル１４４が設けられており、バックル１４４の部分において、下側腰部ベルト１４３の長さを調整可能である。下側腰部ベルト１４３の長さが調整されて、下側腰部ベルト１４３は、使用者Ｐの大殿筋の後部の下部に隣接して配置される。

大腿アーム１６は、図２～図４等に示すように、使用者Ｐの大腿部に沿って延びるアーム本体３２と、アーム本体３２に取付けられカバー３４１で覆われた腿パッド３４と、を有している。アーム本体３２は、剛性を高めるためのリブ３２Ｂが設けられた延在部３２Ａを有しており、延在部３２Ａの基部は、大腿アーム取付部２８Ｂに対してほぼ前後方向に指向する軸を中心として回動可能とするヒンジ３６を介して大腿アーム取付部２８Ｂに取り付けられている。ヒンジ３６が左右方向に回動可能に構成されていることにより、大腿アーム１６がベース部１２に対して左右方向にも傾動可能とされている。

延在部３２Ａの先端部には、使用者Ｐの脚部に装着される腿パッド３４が固定されている。腿パッド３４は、使用者Ｐの大腿部の前方側の面に沿う湾曲形状に形成されている。また、腿パッド３４は、左右方向に指向する軸を中心としてアーム本体３２に対して所定の角度で回動可能に支持されている。これにより、腿パッド３４と使用者Ｐの大腿部の前方側の面との接触状態を、適切な接触状態にすることを可能とする。

図３及び図４に示すように、上体側フレーム１８は、正面視で（使用者Ｐの正面側から見て）下方側が開放され中央に頂点部を有する逆Ｖ字状に形成されている。この上体側フレーム１８は、左右方向に間隔を空けて配置されていると共に内部に引張バネ２０が配置される引張バネ収容部３８Ａを有する一対の引張バネ取付部３８と、一対の引張バネ取付部３８の上方側の部位を左右方向に繋ぐ接続部４０と、を有しており、これらは、射出成形により一体成形された樹脂製の１つの部品により構成されている。

上体側フレーム１８の左右の下端部は、下方向へ開放されたコの字に形成されたベース部取付部３８２を有しており、ベース部取付部３８２の間には、第２プーリ３０を支持する外側プレート２２及び内側プレート２４の部分により構成される被接続部が配置され、ベース部１２はベース部取付部３８２に対して回動可能に支持されている。即ち、上体側フレーム１８の左右の下端部は、左右一対のベース部１２に直接接続されており、上体側フレーム１８は、ベース部１２に対して第２軸Ｃ２を傾動（回動）軸として傾動可能に取り付けられている。

一対の引張バネ取付部３８は、正面視で上方側から下方側に向かうにつれて使用者Ｐの右側及び左側にそれぞれ傾斜している。引張バネ取付部３８には、後側において開口する断面がコの字形状の図示しない溝が形成されており、この溝が形成された部分が引張バネ収容部３８Ａを構成し、この溝に引張バネ２０が収容されている。後側の開口は蓋３８１により閉塞されている。接続部４０は、十字形状のリブ４０１を有しており、高い剛性を有して一対の引張バネ取付部３８を接続している。

図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、引張バネ２０は、所謂ＭｃＫｉｂｂｅｎ型の人工筋肉と同様に構成されている。この引張バネ２０の長手方向一方側の端部は、上体側フレーム１８の引張バネ取付部３８（図３等参照）の上端部に係止されるフレーム係止部２０Ａ（図８参照）とされており、引張バネ２０の長手方向他方側の端部は、図３等に示すように、後述するワイヤ４８（図３等参照）が付勢部６０を介して係止される第１荷重入力部としてのワイヤ係止部２０Ｂ（図８参照）とされている。また、引張バネ２０は、ゴム等の弾性材料を用いて管状に形成されたガス封入部としての弾性チューブ４４と、弾性チューブ４４を覆うカバー部材としての筒状のメッシュスリーブ４６と、を含んで構成されており、弾性チューブ４４をメッシュスリーブ４６で被覆して両端をかしめた構造となっている。

弾性チューブ４４は、内部にガス（空気）が封入される密閉空間を有しており、この弾性チューブ４４は、フレーム係止部２０Ａとワイヤ係止部２０Ｂとの間に配置されている。この弾性チューブ４４の内部には、管部材を通して接続されたポンプ２１１を介して空気が供給されるように構成されている。管部材には、弾性チューブ４４に供給された空気の量を調整可能な調整バルブ２１２が設けられている。調整バルブ２１２により、弾性チューブ４４内の密閉空間内に予め封入されるガスの量適宜空気の量を調整して付勢力を調整することにより、全身の筋力が強くないシニアや女性等の使用者が使用する場合や、全身の筋力が強い男性等の使用者が使用する場合等、場合に応じて適切に、弾性チューブ４４内の密閉空間内に予め封入されるガスの量（ガスの質量）が調節可能となっている。

メッシュスリーブ４６は、例えば伸縮性の小さい高張力繊維等の線材が織り上げられること等により形成されている。また、メッシュスリーブ４６の長さ（軸）方向の両端部は、フレーム係止部２０Ａ及びワイヤ係止部２０Ｂにそれぞれ固定されている。そして、図８（Ａ）に示された自然長の状態から図８（Ｂ）に示された状態まで引張バネ２０が引張られると（ワイヤ係止部２０Ｂがフレーム係止部２０Ａから離間する方向へ移動されると）、メッシュスリーブ４６の引張方向（図７における矢印Ａ１方向）への寸法が増加されると共に当該引張方向と直交する方向（図７における矢印Ｂ方向）への寸法が減少するようになっている。これにより、当該メッシュスリーブ４６内に配置された弾性チューブ４４の引張方向（図７における矢印Ａ１方向）への寸法が増加されると共に当該引張方向と直交する方向（図７における矢印Ｂ方向）への寸法が減少されるようになっている。その結果、弾性チューブ４４内の密閉空間内の体積が減少されて、当該密閉空間内のガスが圧縮される。これにより、引張方向とは反対方向（図７における矢印Ａ２方向）への復元力（第１復元力）がワイヤ係止部２０Ｂに生じるようになっている。

引張バネ２０の説明のために図８（Ａ）に示す引張試験にセットされた引張バネ２０においては、弾性チューブ４４の長さは２５０ｍｍであり、自然長及び引張られた状態におけるフレーム係止部２０Ａとワイヤ係止部２０Ｂとの間の長さＬは、２９０ｍｍである。また、自然長の状態における弾性チューブ４４の長手方向の中央部の外径Ｄは、３６ｍｍである。ここで、弾性チューブ４４とメッシュスリーブ４６とは密着されているため、弾性チューブ４４の外径とメッシュスリーブ４６の外径とは一致する。

本実施形態の人体サポート装置１０は、以上説明した２本の引張バネ２０を備えている。一対の引張バネ取付部３８内にそれぞれ１本ずつの引張バネ２０が設けられる。また、人体サポート装置は、以上説明した引張バネ２０を４本備えていてもよい。４本の引張バネ２０を備えた構成では、一対の引張バネ取付部３８内にそれぞれ２本ずつ引張バネ２０が設けられればよい。

図２に示されるように、上体側フレーム１８の引張バネ収容部３８Ａ内に配置された引張バネ２０の下端部（ワイヤ係止部２０Ｂ）には、付勢部６０を介してワイヤ４８の一端部が係止されている。また、ワイヤ４８は、上体側フレーム１８の下端側から導出されている。ワイヤ４８は、上体側フレーム１８下端部に設けられたプーリ３８５の後側と、第２プーリ３０の後側と、第１プーリ２８の後側とにこの順でそれぞれ掛けられてこれらにガイドされ、ワイヤ４８の他端部は、第１プーリ２８のワイヤ係止部２８Ａに係止されている。

付勢部６０は、引張バネ２０と共に付勢装置を構成し、図９に示すように、本体部６１と、ワイヤ端部固定部材６２と、圧縮バネ６３と、ストッパ６４とを有している。本体部６１は、円筒形状を有している。本体部６１の上端部は、ワイヤ係止部２０Ｂに固定されている。本体部６１の下端部には、貫通孔が形成されており、貫通孔には、ワイヤ４８が貫通している。ワイヤ４８の上端部は、本体部６１の内部空間において、ワイヤ端部固定部材６２に固定されている。

ワイヤ端部固定部材６２には、被圧縮部材としての圧縮バネ６３の上端部が当接している。圧縮バネ６３の下端部は、本体部６１の下端部の内面に当接している。即ち、圧縮バネ６３は、本体部６１の下端部の内面とワイヤ端部固定部材６２との間に配置されている。また、本体部６１の下端部の内面には、ストッパ６４がワイヤ４８を取り囲むように配置されている。ワイヤ４８は、ストッパ６４の中央を貫通している。

ワイヤ４８が下方向へ引っ張られることにより、ワイヤ端部固定部材６２は、ワイヤ４８と一体で、本体部６１に対して相対的に下方向へ引っ張られて移動して、圧縮バネ６３を圧縮する。これにより、引っ張り方向とは反対の方向へ、本体部６１に第２復元力を生じさせると共に、引っ張り方向へワイヤ端部固定部材６２に第２復元力を生じさせる。そして、更にワイヤ４８が引っ張られることで、図１０に示すように、ワイヤ端部固定部材６２がストッパ６４に当接することにより、本体部６１に対する下方向への移動が止まり、圧縮バネ６３が、このときの圧縮バネ６３の長さである所定の長さ未満に圧縮されることを防止する。更にワイヤ４８が下方向へ引っ張られることにより、引張バネ２０が引っ張られて、図８（Ｂ）に示すような状態とされて、引張バネ２０によりワイヤ係止部２０Ｂに第１復元力が発生するように構成されている。このように、第１復元力及び第２復元力が生じているときに、引張バネ２０の引張バネ係数は、圧縮バネ６３のバネ定数よりも大きくなる。

逆Ｖ字状の上体側フレーム１８の中央の頂点部の位置には、使用者Ｐの上体に装着される上体装着ベルト４２の端部が取付けられる上体装着ベルト取付部３８Ｂが、上体側フレーム１８に固定されて設けられている。図６等に示すように、上体装着ベルト４２は、使用者Ｐの右肩に装着される右側装着ベルト４２Ｒと、使用者Ｐの左肩に装着される左側装着ベルト４２Ｌと、を有しており、右側装着ベルト４２Ｒ及び左側装着ベルト４２Ｌの長さは、それぞれバックル４２１により調整可能とされている。上体側フレーム１８は、右側装着ベルト４２Ｒが使用者Ｐの右肩に装着され、左側装着ベルト４２Ｌが使用者Ｐの左肩に装着されて、上体装着ベルト取付部３８Ｂの部分が、使用者Ｐの背部から離れた位置関係とされて、使用者Ｐの背部において使用者Ｐの上体に沿って配置される。即ち、使用者Ｐが人体サポート装置１０を装着した初期状態のときには、上体側フレーム１８は、図６に示すように、使用者Ｐの腰の位置から、上方向に向かって使用者Ｐの背中から離れるように傾斜した状態とされるように、引張バネ２０は設定されている。この状態とされることにより、第１軸Ｃ１、第２軸Ｃ２が、使用者Ｐの脚軸、腰軸（股関節、仙腸関節）に完全に一致していないにも関わらず、人体サポート装置１０が使用者Ｐの動作をアシストしているときに、使用者Ｐに対して位置ずれすることを抑えることが可能とされる。

次に、人体サポート装置１０による使用者Ｐのサポートについて説明する。
図６に示されるように、本実施形態では、腰部ベルト１４、上体装着ベルト４２及び大腿アーム１６が、使用者Ｐの腰部Ｐ１、上体Ｐ２及び大腿部にそれぞれ装着されることで、人体サポート装置１０が使用者Ｐに装着される。

より具体的には、長さが一定の腰部ベルト１４の上側腰部ベルト１４２が、図６に示すように、使用者Ｐの大殿筋の上部の上側、即ち、ズボンのベルトの位置に相当する位置に配置される。そしてこの位置を基準として、腰部ベルト１４の下側腰部ベルト１４３の長さが調整されて、下側腰部ベルト１４３は、使用者Ｐの大殿筋の後部の下部に隣接して配置される。この結果、図６に示すように、上側腰部ベルト１４２と下側腰部ベルト１４３とによって、大殿筋が上下方向から挟まれたような状態となり、人体サポート装置１０は、使用者Ｐが動いた場合であっても、使用者Ｐの人体に対してずれにくい状態となる。この状態で上体装着ベルト４２及び大腿アーム１６が使用者Ｐの腰部Ｐ１、上体Ｐ２及び大腿部にそれぞれ装着されて、人体サポート装置１０が使用者Ｐに装着される。

使用者Ｐが歩行をしている際には、主として圧縮バネ６３が伸縮し、引張バネ２０は、ほとんど伸縮しない。このため、ばね係数の小さい圧縮バネ６３の第２復元力が大腿アーム１６に作用する反力は弱く、歩行の妨げとならない。

使用者Ｐが床面に置かれた重量物を持ち上げる際には、大きな負荷によりワイヤ４８が下方向へ引っ張られる。これにより、ワイヤ端部固定部材６２がストッパ６４に当接することにより、本体部６１に対する下方向への移動が止まり、圧縮バネ６３が、このときの圧縮バネ６３の長さである所定の長さ未満に圧縮されることを防止する。この状態で、更にワイヤ４８が下方向へ引っ張られることにより、引張バネ２０が引っ張られて、引き延ばされた引張バネ２０の収縮によりワイヤ４８が引張バネ２０に引き寄せられることにより、ベース部１２に対して上体側フレーム１８が回動して前傾した使用者Ｐの上体Ｐ２を引き起こす方向へのサポート力が生じる。また、大腿アーム１６がベース部１２に対して回動させられて、使用者Ｐの屈曲した状態の脚がまっすぐとされる方向へのサポート力が生じる。これにより、使用者Ｐが床面に置かれた重量物を持ち上げる際に当該使用者Ｐの腰部Ｐ１に生じる負荷を低減することができる。

次に、上述の実施形態による人体サポート装置１のトルクについて試験を行った。試験においては、上述の実施形態による人体サポート装置１を本発明品とし、実施形態による人体サポート装置１において付勢部６０が設けられておらず、ワイヤ４８の上端部がワイヤ係止部２０Ｂに直接係止されているものを比較品として用意した。試験結果は、図１１に示すとおりである。図１１のグラフにおいては、縦軸には本発明品、比較品のトルクを表しており、横軸には、図５において実線で示す初期状態から、一点鎖線で示すように、大腿アーム１６が回転させられたときの回転角度θを表している。

図１１に示すように、使用者Ｐが歩行をしている際の回転角度である０度～５０度では、本発明品のトルクの増加の傾きが、比較品のトルクの増加の傾きよりも小さい。のこれにより、使用者Ｐが歩行をしている際には、人体サポート装置１のトルクに抗して使用者Ｐは歩行を行うことになるが、このときには、人体サポート装置１のトルクが弱いため、使用者Ｐの歩行に対する反力が少ないことが分かる。

これに対して、使用者Ｐが重量物を持ち上げる際に最も使用者Ｐの負担になる１２０度付近の回転角度では、本発明品のトルクは、比較品のトルクよりも小さいものの、比較品トルクに近い値となる。このため、使用者Ｐが最も負担を感じるときに、人体サポート装置１のトルクが大きくなるため、人体サポート装置１による十分なサポート力を使用者Ｐは受けることができることが分かる。

上述の実施形態によれば、以下のような効果を発揮することができる。
本実施形態においては、付勢装置は、荷重が入力される第１荷重入力部としてのワイヤ係止部２０Ｂと、内部にガスが封入される密閉空間を有し、ワイヤ係止部２０Ｂが引張られることで引張方向への寸法が増加され引張方向と直交する方向への寸法が全体にわたって小さくなると共に密閉空間内の体積が減少され、密閉空間内に閉じ込められた一定質量のガスが圧縮されることで引張方向とは反対方向への第１復元力をワイヤ係止部２０Ｂに生じさせるガス封入部としての弾性チューブ４４と、を有する引張バネ２０と、荷重が入力される第２荷重入力部としてのワイヤ端部固定部材６２と、ワイヤ係止部２０Ｂに固定された荷重出力部としての本体部６１と、本体部６１とワイヤ端部固定部材６２との間に配置され、ワイヤ端部固定部材６２が引張られることで引張方向とは反対方向への第２復元力をワイヤ端部固定部材６２に生じさせると共に、引張方向への第２復元力を本体部６１に生じさせる付勢部材としての圧縮バネ６３と、を備える。

これにより、例えば、圧縮バネ６３のバネ定数よりも引張バネ２０のバネ定数を大きく設定することにより、ワイヤ４８を介して小さい荷重がワイヤ端部固定部材６２に入力されたときには、主として圧縮バネ６３が伸縮し、ワイヤ４８を介して大きな荷重がワイヤ端部固定部材６２に入力されたときには、主として引張バネ２０が伸縮することができる。これにより、小さい荷重がワイヤ端部固定部材６２に入力したときと、大きな荷重がワイヤ端部固定部材６２に入力されたときとで、異なる復元力を生じさせることが可能となる。

また、本実施形態においては、付勢部材は、圧縮されることにより引張方向とは反対方向への第２復元力を生じさせる共に、引張方向への第２復元力を本体部６１に生じさせる被圧縮部材としての圧縮バネ６３により構成される。そして、被圧縮部材は、圧縮バネにより構成される。これにより、引張方向、及び、引張方向とは反対方向へ第２復元力をそれぞれ生じさせる構成を容易に実現することが可能となる。

また、本実施形態においては、圧縮バネ６３が所定の長さ未満に圧縮されることを防止するストッパ６４を備える。これにより、所定の荷重を超える荷重がワイヤ４８に作用したときに、確実に引張バネ２０が引っ張られて第１復元力を生じさせることが可能となる。

また、本実施形態においては、引張バネ ２０は人工筋肉により構成される。これにより、例えば、圧縮バネ６３を、第１復元力及び第２復元力が生じているときに、引張バネの引張バネ係数が、圧縮バネ６３のバネ定数よりも大きくなるように構成することで、ワイヤ４８を介して小さい荷重がワイヤ端部固定部材６２に入力されたときには、主として圧縮バネ６３が伸縮して弱い復元力を生じることが可能となる。また、ワイヤ４８を介して大きな荷重がワイヤ端部固定部材６２に入力されたときには、主として引張バネ２０が伸縮して強い復元力を生じることが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態に係る人体サポート装置について説明する。第２実施形態による人体サポート装置では、付勢部６０に代えて、付勢部６０ａを備えている点で第１実施形態による人体サポート装置とは異なる。これ以外の構成については、第１実施形態の構成と同様であるため、同一の部材については同一の符号を付して図示し、説明を省略する。

図１２に示すように、付勢部６０ａは、引張バネ２０の上部に設けられている。付勢部６０ａは、図１３に示すように、本体部６１ａと、ワイヤ端部固定部材６２ａと、圧縮バネ６３ａと、ストッパ６４ａと、を有している。本体部６１ａは、引張バネ取付部３８（図１２参照）の上部に一体成形された筒状の部分により構成されている。

本体部６１ａの上下方向における中間の部分には、本体部６１ａの内方へ突出する上下一対の内方突出部６４ａが、本体部６１ａに一体成形されて設けられている。ワイヤ端部固定部材６２ａの下端部は、引張バネ２０の上端部２０Ａに固定されている。ワイヤ端部固定部材６２ａの上端部は、フランジ形状を有しており、フランジ形状の部分の下側には、圧縮バネ６３ａの上端部が当接している。圧縮バネ６３ａの下端部は、下側の内方突出部６４ａに当接している。

ワイヤ４８（図１２参照）が下方向へ引っ張られることにより、ワイヤ端部固定部材６２ａは、引張バネ２０の上端部２０Ａと一体で、本体部６１ａに対して相対的に下方向へ引っ張られて移動して、圧縮バネ６３ａを圧縮する。これにより、引っ張り方向とは反対の方向へ、本体部６１ａに第２復元力を生じさせると共に、引っ張り方向へワイヤ端部固定部材６２ａに第２復元力を生じさせる。そして、更にワイヤ４８が引っ張られることで、ワイヤ端部固定部材６２ａが上側の内方突出部６４ａに当接することにより、本体部６１ａに対するワイヤ端部固定部材６２ａの下方向への移動が止まり、圧縮バネ６３ａが、このときの圧縮バネ６３ａの長さである所定の長さ未満に圧縮されることを防止する。更にワイヤ４８が下方向へ引っ張られることにより、引張バネ２０が引っ張られて、図８（Ｂ）に示すような状態とされて、引張バネ２０により引張バネ２０の上端部２０Ａに第１復元力が発生するように構成されている。第１復元力及び第２復元力が生じているときに、引張バネ２０の引張バネ係数は、圧縮バネ６３ａのバネ定数よりも大きくなる。

本発明は、上述した実施形態に制限されることなく、請求の範囲に記載した範囲において、様々な形態で実施することができる。例えば、付勢装置、人体サポート装置の各部の構成は、本実施形態における付勢装置、人体サポート装置１０の各部の構成に限定されない。例えば、付勢部材被圧縮部材に限定されず、また、被圧縮部材は、圧縮バネ６３に限定されない。例えば、被圧縮部材は、スポンジ等により構成されてもよい。また、引張バネ２０に対する付勢部の配置は、本実施形態における配置に限定されない。

１０ 人体サポート装置
１２ ベース部（連結部）
１６ 大腿アーム（脚部装着部）
１８ 上体側フレーム（上体装着部）
２０ 引張バネ（付勢装置）
２０Ｂ ワイヤ係止部（第１荷重入力部）
４４ 弾性チューブ（ガス封入部）
４８ ワイヤ
６０ 付勢部（付勢装置）
６２ ワイヤ端部固定部材（第２荷重入力部）
６３ 圧縮バネ（付勢装置、被圧縮部材）
６４ ストッパ
Ｃ１ 第１軸
Ｐ 使用者

Claims (7)

1. 荷重が入力される第１荷重入力部と、内部にガスが封入される密閉空間を有し、前記第１荷重入力部が引張られることで引張方向への寸法が増加され引張方向と直交する方向への寸法が全体にわたって小さくなると共に前記密閉空間内の体積が減少され、前記密閉空間内に閉じ込められた一定質量のガスが圧縮されることで前記引張方向とは反対方向への第１復元力を前記第１荷重入力部に生じさせるガス封入部と、を有する引張バネと、
   荷重が入力される第２荷重入力部と、前記第１荷重入力部に固定された荷重出力部と、前記第２荷重入力部と前記荷重出力部との間に配置され、前記第２荷重入力部が引張られることで前記引張方向とは反対方向への第２復元力を前記第２荷重入力部に生じさせると共に、前記引張方向への第２復元力を前記荷重出力部に生じさせる付勢部材と、
   を備える付勢装置。
2. 前記付勢部材は、圧縮されることにより前記引張方向とは反対方向への第２復元力を生じさせる共に、前記引張方向への第２復元力を前記荷重出力部に生じさせる被圧縮部材により構成される請求項１に記載の付勢装置。
3. 前記被圧縮部材が所定の長さ未満に圧縮されることを防止するストッパを備える請求項２に記載の付勢装置。
4. 前記被圧縮部材は、圧縮バネにより構成される請求項３に記載の付勢装置。
5. 前記引張バネは人工筋肉により構成される請求項１に記載の付勢装置。
6. 前記第１復元力及び前記第２復元力が生じているときに、前記引張バネの引張バネ係数は、前記付勢部材のバネ定数よりも大きくなる請求項１に記載の付勢装置。
7. 請求項１～請求項６のいずれかに記載の付勢装置と、
   使用者の背部において使用者の上体に沿って配置された上体装着部と、
   前記使用者の脚部に装着された脚部装着部と、
   前記上体装着部と前記脚部装着部とを連結し、人体の脚軸に対応する第１軸を備え、前記第１軸の位置にワイヤガイドが設けられた連結部と、
   前記付勢装置と前記脚部装着部との間に設けられ、前記ワイヤガイドにガイドされ、前記付勢装置の前記第１復元力により前記第１荷重入力部が引張られ、且つ、前記第２復元力により前記第２荷重入力部が引張られて前記脚部装着部を前記引張バネの方向へ引いて、前記上体装着部を前記連結部に対して傾動させ、前記脚部装着部を前記連結部に対して傾動させることで、人体を引き起こす方向への付勢力を、前記上体装着部及び前記脚部装着部を介して人体へ伝達する左右一対のワイヤと、
   を備える人体サポート装置。
   

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