JP5433249B2 - 筋力補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の肘、膝、又は手首などの関節の動作を支援する筋力補助装置に関するものである。

従来の着用型関節駆動装置には、衣服に形成されたリンク体間に収縮力を作用させて人体の関節部を駆動するものがある。この種の装置は、布などで構成された衣服のリンク体に空気圧式アクチュエータからの力を作用させているが、布のようなフレキシブルな材料では、衣服に皺や弛みが生じ、人体に対して衣服がずれてしまうことにより、空気圧式アクチュエータの動作量が適切に人体に伝達されず、実使用において十分な動作量及び駆動力が得られないという問題があり、この問題に着目して、駆動力の伝達効率を向上させ、動作量及び駆動力を大きくすることができる着用型関節駆動装置が提案されている（特許文献１）。
特許文献１における実施の形態１では、例えば上腕フレームや前腕フレームとして、人体に対して非装着状態でも装着状態と同様の動作が可能な所定の剛性を有するフレームを用いることが提案されている。ここでフレームの材質としては、硬質の樹脂又はスポンジを布で覆って構成された非金属製ソフトフレームであることが記載されている。
また同文献における実施の形態２では、大腿部や下腿部を載置する支持体にフレーム用チューブを内蔵することが提案されている。ここでフレーム用チューブは、チューブ内部に空気を供給した場合には凹面状に形成され、載置された大腿部や下腿部の一部を包み込むものである。
また同文献における実施の形態３では、例えば上腕フレームや前腕フレームとして、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属により構成することが提案されている。
なお、同文献における実施の形態１及び３では、上腕フレームや前腕フレームはいずれも筒状に構成されており、腕をこの中に挿通して使用される。
また、同文献における実施の形態２では、凹面状とすることで大腿部や下腿部の一部に沿わせるもので、大腿部や下腿部を覆う場合には、大腿部や下腿部を挿入する袋状体を形成するものである。
国際公開第２００４／０８７０３３号

しかし、特許文献１における実施の形態１及び３では、筒状に構成されたフレームを使用者に応じて調整することはできない。同文献における実施の形態２においても、大腿部や下腿部の全体を覆う場合には、袋状体を用いるため、他の実施の形態同様に使用者に応じて調整することはできない。
使用者の腕や脚を型どり、使用者に応じたプレートを制作する場合には、上記文献による方法でもよいが、使用者毎に個別にフレーム制作を行う必要がある。
一方で、ある程度のサイズを準備した場合には、装着具が予定されたサイズよりも小さい場合には、装着感が悪い、長時間使用するとこすれて痛い、などといった原因になる。一方、装着具と身体との間に必要以上の隙間が生じることによって駆動力を十分に伝達できないという問題がある。

そこで本発明は、このような従来の課題を解決するもので、使用者の体格差を許容でき、体格が異なっても身体にフィットする筋力補助装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の筋力補助装置は、関節の一方の骨に沿って配置される一方の装着具と、前記関節の他方の骨に沿って配置される他方の装着具と、一方の前記装着具と他方の前記装着具とを連結する弾性体関節とを備え、使用者の肘、膝、又は手首の関節の動作を支援する筋力補助装置であって、いずれかの前記装着具を、前記骨に沿う方向が長辺となり、前記長辺に垂直な短辺方向を湾曲させた複数の分割プレートによって構成し、隣接する前記分割プレートのそれぞれの前記長辺を金属製又は樹脂製の板バネによってヒンジ状に構成した弾性連結体で連結することによって、非装着時に前記分割プレートによる湾曲状態を保持することを特徴とする。
請求項２記載の本発明の筋力補助装置は、請求項１に記載の筋力補助装置において、前記分割プレートによって構成した前記装着具には、使用者の腕や足などの身体を挿入する開口部が形成され、前記開口部の両側に配置される一対の前記分割プレートには、前記開口部を狭める保持具を設けたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明の筋力補助装置は、請求項２に記載の筋力補助装置において、前記弾性体関節は、コイルバネを用いたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明の筋力補助装置は、請求項２に記載の筋力補助装置において、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いた駆動機構を駆動ユニットとし、一方の前記装着具と他方の前記装着具とを前記弾性体関節で連結して装着ユニットとし、前記装着ユニットに対して前記駆動ユニットを脱着可能としたことを特徴とする。
請求項５記載の本発明の筋力補助装置は、請求項４に記載の筋力補助装置において、前記駆動ユニットの一端側の接続部を一方の前記装着具に配置し、前記駆動ユニットの他端側の接続部を他方の前記装着具に配置したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明の筋力補助装置は、請求項５に記載の筋力補助装置において、前記駆動ユニットのそれぞれの前記接続部を、前記弾性体関節を連結した部材に接続したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明の筋力補助装置は、請求項４に記載の筋力補助装置において、一対の前記駆動ユニットを、前記装着ユニットの両側に設けたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明の筋力補助装置は、請求項４に記載の筋力補助装置において、一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を上腕装着具とし、前記前腕装着具及び前記上腕装着具をそれぞれ複数の前記分割プレートによって構成し、前記前腕装着具を構成する前記分割プレート数と、前記上腕装着具を構成する前記分割プレート数を同じとし、同じ方向にある前記前腕装着具の前記分割プレートと前記上腕装着具の前記分割プレートとに、前記駆動ユニットのそれぞれの接続部を接続したことを特徴とする。
請求項９記載の本発明の筋力補助装置は、請求項１に記載の筋力補助装置において、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いた駆動機構を駆動ユニットとし、一方の前記装着具と他方の前記装着具とを前記弾性体関節で連結して装着ユニットとし、前記装着ユニットに対して前記駆動ユニットを脱着可能としたことを特徴とする。
請求項１０記載の本発明の筋力補助装置は、請求項９に記載の筋力補助装置において、前記駆動ユニットの一端側の接続部を一方の前記装着具に配置し、前記駆動ユニットの他端側の接続部を他方の前記装着具に配置したことを特徴とする。
請求項１１記載の本発明の筋力補助装置は、請求項１０に記載の筋力補助装置において、前記駆動ユニットのそれぞれの前記接続部を、前記弾性体関節を連結した部材に接続したことを特徴とする。
請求項１２記載の本発明の筋力補助装置は、請求項９に記載の筋力補助装置において、一対の前記駆動ユニットを、前記装着ユニットの両側に設けたことを特徴とする。
請求項１３記載の本発明の筋力補助装置は、請求項９に記載の筋力補助装置において、一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を上腕装着具とし、前記前腕装着具及び前記上腕装着具をそれぞれ複数の前記分割プレートによって構成し、前記前腕装着具を構成する前記分割プレート数と、前記上腕装着具を構成する前記分割プレート数を同じとし、同じ方向にある前記前腕装着具の前記分割プレートと前記上腕装着具の前記分割プレートとに、前記駆動ユニットのそれぞれの接続部を接続したことを特徴とする。
請求項１４記載の本発明の筋力補助装置は、請求項１に記載の筋力補助装置において、一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を上腕装着具とし、前記前腕装着具及び前記上腕装着具をそれぞれ複数の前記分割プレートによって構成したことを特徴とする。
請求項１５記載の本発明の筋力補助装置は、請求項１に記載の筋力補助装置において、一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を掌装着具とし、前記前腕装着具を複数の前記分割プレートによって構成したことを特徴とする。

本発明によれば、使用者の体格差を許容でき、体格が異なっても身体にフィットさせることができる。

本発明の第１の実施の形態による筋力補助装置は、いずれかの装着具を、骨に沿う方向が長辺となり、長辺に垂直な短辺方向を湾曲させた複数の分割プレートによって構成し、隣接する分割プレートのそれぞれの長辺を金属製又は樹脂製の板バネによってヒンジ状に構成した弾性連結体で連結することによって、非装着時に前記分割プレートによる湾曲状態を保持するものである。本実施の形態によれば、分割プレートを弾性連結体で連結して装着具を構成するため、分割プレートを身体にフィットさせることができる。特に単なるヒンジによる連結ではなく金属製又は樹脂製の板バネによってヒンジ状に構成した弾性連結体による連結としているので、非装着時にもそれぞれの分割プレートによる湾曲状態を保持でき、装着性を容易にするとともに身体に対するフィット感を高めることができる。また、弾性連結体に所定の剛性を持たせることができる。
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、分割プレートによって構成した装着具には、使用者の腕や足などの身体を挿入する開口部が形成され、開口部の両側に配置される一対の分割プレートには、開口部を狭める保持具を設けたものである。本実施の形態によれば、保持具によって分割プレートを身体に沿わせることができる。特に開口部によって、身体の挿入を容易にするだけでなく、開口部によって装着具の内部空間の大きさを変更できるためにフィット感を高めることができる。
本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による筋力補助装置において、弾性体関節は、コイルバネを用いたものである。本実施の形態によれば、手首補助装置の手首への抵抗が少なく、スムーズな動作を行わせることができる。
本発明の第４の実施の形態は、第２の実施の形態による筋力補助装置において、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いた駆動機構を駆動ユニットとし、一方の装着具と他方の装着具とを弾性体関節で連結して装着ユニットとし、装着ユニットに対して駆動ユニットを脱着可能としたものである。本実施の形態によれば、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いることで、装着具の変形に追従することができる。また、駆動ユニットとして装着ユニットに着脱可能とすることで、装着ユニットと駆動ユニットとの調整が行いやすい。
本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による筋力補助装置において、駆動ユニットの一端側の接続部を一方の装着具に配置し、駆動ユニットの他端側の接続部を他方の装着具に配置したものである。本実施の形態によれば、一方の装着具に対して他方の装着具を安定して動作させることができる。
本発明の第６の実施の形態は、第５の実施の形態による筋力補助装置において、駆動ユニットのそれぞれの接続部を、弾性体関節を連結した部材に接続したものである。本実施の形態によれば、弾性体関節を連結した部材に直接接続することで駆動ユニットを安定して動作させることができる。
本発明の第７の実施の形態は、第４の実施の形態による筋力補助装置において、一対の駆動ユニットを、装着ユニットの両側に設けたものである。本実施の形態によれば、装着ユニットの両側に駆動ユニットを設けることで安定した動作を行うことができるとともに、上下面に身体の装着用スペースを確保することができる。
本発明の第８の実施の形態は、第４の実施の形態による筋力補助装置において、一方の装着具を前腕装着具、他方の装着具を上腕装着具とし、前腕装着具及び上腕装着具をそれぞれ複数の分割プレートによって構成し、前腕装着具を構成する分割プレート数と、上腕装着具を構成する分割プレート数を同じとし、同じ方向にある前腕装着具の分割プレートと上腕装着具の分割プレートとに、駆動ユニットのそれぞれの接続部を接続したものである。本実施の形態によれば、装着によって湾曲状態が変化しても、駆動ユニットにねじれを生じることがなく、駆動ユニットを正常に動作させることができる。
本発明の第９の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いた駆動機構を駆動ユニットとし、一方の装着具と他方の装着具とを弾性体関節で連結して装着ユニットとし、装着ユニットに対して駆動ユニットを脱着可能としたものである。本実施の形態によれば、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いることで、装着具の変形に追従することができる。また、駆動ユニットとして装着ユニットに着脱可能とすることで、装着ユニットと駆動ユニットとの調整が行いやすい。
本発明の第１０の実施の形態は、第９の実施の形態による筋力補助装置において、駆動ユニットの一端側の接続部を一方の装着具に配置し、駆動ユニットの他端側の接続部を他方の装着具に配置したものである。本実施の形態によれば、一方の装着具に対して他方の装着具を安定して動作させることができる。
本発明の第１１の実施の形態は、第１０の実施の形態による筋力補助装置において、駆動ユニットのそれぞれの接続部を、弾性体関節を連結した部材に接続したものである。本実施の形態によれば、弾性体関節を連結した部材に直接接続することで駆動ユニットを安定して動作させることができる。
本発明の第１２の実施の形態は、第９の実施の形態による筋力補助装置において、一対の駆動ユニットを、装着ユニットの両側に設けたものである。本実施の形態によれば、装着ユニットの両側に駆動ユニットを設けることで安定した動作を行うことができるとともに、上下面に身体の装着用スペースを確保することができる。
本発明の第１３の実施の形態は、第９の実施の形態による筋力補助装置において、一方の装着具を前腕装着具、他方の装着具を上腕装着具とし、前腕装着具及び上腕装着具をそれぞれ複数の分割プレートによって構成し、前腕装着具を構成する分割プレート数と、上腕装着具を構成する分割プレート数を同じとし、同じ方向にある前腕装着具の分割プレートと上腕装着具の分割プレートとに、駆動ユニットのそれぞれの接続部を接続したものである。本実施の形態によれば、装着によって湾曲状態が変化しても、駆動ユニットにねじれを生じることがなく、駆動ユニットを正常に動作させることができる。
本発明の第１４の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、一方の装着具を前腕装着具、他方の装着具を上腕装着具とし、前腕装着具及び上腕装着具をそれぞれ複数の分割プレートによって構成したものである。本実施の形態によれば、前腕装着具と上腕装着具のいずれも分割プレートで構成することで、前腕と上腕へのフィット性を高めることができ、肘関節の動作支援を確実に行うことができる。
本発明の第１５の実施の形態は、第１の実施の形態による筋力補助装置において、一方の装着具を前腕装着具、他方の装着具を掌装着具とし、前腕装着具を複数の分割プレートによって構成したものである。本実施の形態によれば、前腕へのフィット性を高めることができ、手首関節の動作支援を確実に行うことができる。

以下に、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例における筋力補助装置の装着ユニットを示す斜視図、図２は同装着ユニットの底面図、図３は同装着ユニットの側面図である。
本実施例による筋力補助装置の装着ユニット１００Ａは、関節の一方の骨に沿って配置される第１の装着具１１０と、関節の他方の骨に沿って配置される第２の装着具１２０と、第１の装着具１１０と第２の装着具１２０とを連結する弾性体関節１３０とを備えている。
本実施例では、第１の装着具１１０は前腕に配置されて前腕装着具を構成し、第２の装着具１２０は上腕に配置されて上腕装着具を構成する。
第１の装着具１１０は、複数の分割プレート１１１、１１２、１１３と複数の弾性連結体１１４によって構成されている。それぞれの分割プレート１１１、１１２、１１３は、骨に沿う方向が長辺となり、長辺に垂直な短辺方向を湾曲させて構成している。分割プレート１１１は、前腕背側に沿って配置されるもので、肘関節側短辺が反肘関節側短辺よりも広く構成されている。分割プレート１１２、１１３は、それぞれ分割プレート１１１の両側に沿って配置されるもので、分割プレート１１２、１１３についても肘関節側短辺が反肘関節側短辺よりも広く構成されている。分割プレート１１１と分割プレート１１２とは、それぞれの長辺を複数の弾性連結体１１４にて連結し、分割プレート１１１と分割プレート１１３とについても、それぞれの長辺を複数の弾性連結体１１４にて連結している。
第１の装着具１１０には、分割プレート１１２と分割プレート１１３との間に、前腕を挿入する開口部１１５が形成されている。開口部１１５の両側に配置される一対の分割プレート１１２、１１３には、開口部１１５を狭める保持具１１６（図７、図８参照）を設けるための取り付け部１１６ａを備えている。
分割プレート１１２、１１３の関節側端部には弾性体関節１３０の一端を連結する連結部１３０ａを有し、分割プレート１１２、１１３の反関節側端部には駆動ユニット接続部１１７を有している。なお、駆動ユニット接続部１１７は取り付け部１１６ａを兼用している。また、分割プレート１１１には駆動ユニット接続部１１８を有している。

第２の装着具１２０は、複数の分割プレート１２１、１２２、１２３と複数の弾性連結体１２４によって構成されている。それぞれの分割プレート１２１、１２２、１２３は、骨に沿う方向が長辺となり、長辺に垂直な短辺方向を湾曲させて構成している。分割プレート１２１は、上腕背側に沿って配置されるもので、肘関節側短辺と反肘関節側短辺とはほぼ同じ長さで構成されている。分割プレート１２２、１２３は、それぞれ分割プレート１２１の両側に沿って配置されるもので、分割プレート１２２、１２３については反肘関節側短辺が肘関節側短辺よりも若干広く構成されている。分割プレート１２１と分割プレート１２２とは、それぞれの長辺を複数の弾性連結体１２４にて連結し、分割プレート１２１と分割プレート１２３とについても、それぞれの長辺を複数の弾性連結体１２４にて連結している。
第２の装着具１１０には、分割プレート１２２と分割プレート１２３との間に、上腕を挿入する開口部１２５が形成されている。開口部１２５の両側に配置される一対の分割プレート１２２、１２３には、開口部１２５を狭める保持具１２６（図７、図８参照）を設けるための取り付け部１２６ａを備えている。
分割プレート１２２、１２３の関節側端部には弾性体関節１３０の他端を連結する連結部１３０ｂを有し、分割プレート１２２、１２３には駆動ユニット接続部１２７とともに駆動ユニット接続部１２８ａを有している。また、分割プレート１２１には駆動ユニット接続部１２８ｂを有している。

弾性体関節１３０は、コイルバネを用いたバネ関節が適している。また、このコイルバネは引っ張りバネとして用いる。コイルバネの長さは、コイルバネの回転軸のずれが、肘関節の回動ずれと等しくなるように調節する。
弾性連結体１１４、１２４は、単なるヒンジによる連結体ではなく、所定の剛性を有する金属製又は樹脂製の板バネによって構成する。このようにそれぞれの分割プレート１１１、１１２、１１３を弾性連結体１１４で連結し、分割プレート１２１、１２２、１２３を弾性連結体１２４で連結することで、非装着時にも湾曲形状を保持することができる。

図４は本発明の一実施例における筋力補助装置のユニット毎の分解斜視図、図５は同筋力補助装置の斜視図、図６は同装着の異なる方向からの斜視図である。
図１から図３で説明した装着ユニット１００Ａは、第１の装着具１１０と第２の装着具１２０とを弾性体関節１３０で連結した状態のものである。
本実施例における筋力補助装置は、装着ユニット１００Ａに着脱可能な、屈曲用駆動ユニット２００及び伸展用駆動ユニット３００を有している。
屈曲用駆動ユニット２００は、第１の人工筋２１１及び第２の人工筋２１２を備えている。第１の人工筋２１１の一端には駆動ユニット接続部１１７と接続する第１接続部２２１を、第１の人工筋２１１の他端には第２の人工筋２１２の一端と接続する変位部２２２を有している。第１接続部２２１は接続補助部１１７ａを介して駆動ユニット接続部１１７と接続され、第１接続部２２１は接続補助部１１７ａに対して回動可能に設けられている。
第２の人工筋２１２の他端には駆動ユニット接続部１２７と接続する第２接続部２２３を有している。第２接続部２２３はねじなどの連結具を用いて駆動ユニット接続部１２７と接続される。第２接続部２２３の一端側には変位部２２２の他端が回動可能に設けられ、第２接続部２２３の他端側には第２の人工筋２１２の他端が回動可能に設けられている。
図示のように、一対の屈曲用駆動ユニット２００は、装着ユニット１００Ａの両側に設けられる。

一方、伸展用駆動ユニット３００は、一対の人工筋３１１、３１２を平行に設けている。一対の人工筋３１１、３１２の一端には駆動ユニット接続部１１８と接続する第１接続部３２１を、一対の人工筋３１１、３１２の他端には駆動ユニット接続部１２８ｂと接続する第２接続部３２２を有している。また、一対の人工筋３１１、３１２の中間部には、人工筋３１１、３１２の経路を規制する規制部材３２３が設けられている。この規制部材３２３は、人工筋３１１、３１２の外周を覆う筒状部材３２３ａと、この筒状部材３２３ａを所定の位置に固定する接続部３２３ｂを備えており、接続部３２３ｂによって駆動ユニット接続部１２８ａに回動可能に連結される。
図示のように、伸展用駆動ユニット３００は、装着ユニット１００Ａに設けられる。
なお、人工筋２１１、２１２、３１１、３１２は、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータである。

図７は本発明の一実施例に基づく筋力補助装置モデルの斜視図、図８は同筋力補助装置モデルの側面図である。
図に示すように、第１の装着具１１０には、前腕を挿入する開口部１１５を狭める保持具１１６を備え、第２の装着具１２０には、上腕を挿入する開口部１２５を狭める保持具１２６を備えている。
保持具１１６、１２６は、二つに分割されたベルトによって構成されており、締結方法として面ファスナーを用いたものを示している。なお、締結方法はバックルによるものでもよく、図示するような複数本のベルトでなくてもよい。
なお、人工筋２１１の一端にはチューブ２１１ａが接続され、このチューブ２１１ａは、人工筋２１１を収縮させる動力源と接続されている。また人工筋２１２の他端にはチューブ２１２ａが接続され、このチューブ２１２ａは、人工筋２１２を収縮させる動力源と接続されている。

以下に、本発明の他の実施例について、図面に基づいて説明する。
図９は本発明の他の実施例における筋力補助装置を示す斜視図、図１０は同装置の異なる方向からの斜視図、図１１は同装着の上面図、図１２は同装着の底面図である。
本実施例による筋力補助装置の装着ユニット１００Ｂは、関節の一方の骨に沿って配置される第１の装着具１１０と、関節の他方の骨に沿って配置される第２の装着具１５０と、第１の装着具１１０と第２の装着具１５０とを連結する弾性体関節１４０とを備えている。
本実施例では、第１の装着具１１０は前腕に配置されて前腕装着具を構成し、第２の装着具１５０は手に配置されて手装着具を構成する。
第１の装着具１１０は、複数の分割プレート１１１、１１２、１１３と複数の弾性連結体１１４によって構成されている。それぞれの分割プレート１１１、１１２、１１３は、骨に沿う方向が長辺となり、長辺に垂直な短辺方向を湾曲させて構成されている。分割プレート１１１は、前腕背側に沿って配置されるもので、反手首関節側短辺が手首関節側短辺よりも広く構成されている。分割プレート１１２、１１３は、それぞれ分割プレート１１１の両側に沿って配置されるもので、分割プレート１１２、１１３についても反手首関節側短辺が手首関節側短辺よりも広く構成されている。分割プレート１１１と分割プレート１１２とは、それぞれの長辺を複数の弾性連結体１１４にて連結し、分割プレート１１１と分割プレート１１３とについても、それぞれの長辺を複数の弾性連結体１１４にて連結している。
第１の装着具１１０には、分割プレート１１２と分割プレート１１３との間に、前腕を挿入する開口部１１５が形成されている。開口部１１５の両側に配置される一対の分割プレート１１２、１１３には、開口部１１５を狭める保持具１１６（図７、図８参照）を設けるための取り付け部１１６ａを備えている。
なお、本実施例における分割プレート１１２、１１３の反手首関節側端部に設けている連結部１３０ａは、駆動ユニット５００を連結し、分割プレート１１２、１１３の手首関節側端部に設けている駆動ユニット接続部１１７は、弾性体関節１４０を接続するものとして用いる。
弾性連結体１１４は、単なるヒンジによる連結体ではなく、所定の剛性を有する金属製又は樹脂製の板バネによって構成する。このようにそれぞれの分割プレート１１１、１１２、１１３を弾性連結体１１４で連結することで、非装着時にも湾曲形状を保持することができる。

本実施例における第２の装着具１５０は、手を支持する掌把持部材１５１を備えている。掌把持部材１５１の両側部には角度変更部材１５２が配置され、弾性体関節１４０は第１の装着具１１０と角度変更部材１５２とを連結している。弾性体関節１４０は、それぞれの角度変更部材１５２に対して設けており、それぞれの弾性体関節１４０は、手首の両側部に位置する。
掌把持部材１５１の両端には、掌把持部材１５１を前腕方向に近接離間させる移動機構１５３を備えている。また、掌把持部材１５１の上面両端には、ベルトを取り付けるためのベルト固定具１５４ａを備えている。また、一対の角度変更部材１５２は、支持部材１５２ａ、１５２ｂによって連結されている。支持部材１５２ａ、１５２ｂによって一対の角度変更部材１５２を連結することで、角度変更部材１５２の挙動の安定性を高めている。

弾性体関節１４０は、コイルバネを用いたバネ関節が適している。また、このコイルバネは引っ張りバネとして用いる。この構成により、手首関節を跨いで設置したアクチュエータが発生する駆動力と、その駆動力によって手首関節を圧縮する軸心方向の収縮力とを拮抗させることができる。したがって、手首関節を掌屈・背屈させるための力（トルク）に対する阻害を少なくすることができる。すなわち、手首補助装置の手首への抵抗が少なく、スムーズな動作を行わせることができる。
また、弾性体関節１４０として圧縮バネを用いることもできる。圧縮バネを用いることで、手首の掌屈・背屈に対して、バネの軸心でバネの長さが一定となる。従って、コイル間での接触が無いため、長期の繰り返し使用において、コイル同士のこすれによる変質を抑えることができる。

図１１に示すように、掌把持部材１５１と移動機構１５３とは、回動軸１５１ａによって接続されている。そして、移動機構１５３に対して、掌把持部材１５１が角度を変えることができるように、回動軸１５１ａは長孔１５１ｂに設けられている。
すなわち、本実施例の筋力補助装置は、掌把持部材１５１の両端に、掌把持部材１５１を前腕方向に近接離間させる移動機構１５３と、移動機構１５３に対する角度を変える回動軸１５１ａとを設け、回動軸１５１ａが掌把持部材１５１に対し変位可能としたものである。従って、掌把持部材１５１の角度を変化させることができるので、掌把持部材１５１が握り易くなる。特に、障害によって手首が曲がっている場合にも、無理なく適応することができる。なお、長孔１５１ｂは、回動軸１５１ａを掌把持部材１５１に対して変位可能とする構成の一例である。

本実施例における駆動ユニット５００は、装着ユニット１００Ｂに着脱可能に設けられている。
駆動ユニット５００は、掌把持部材１５１を一方向に屈曲させる第１の人工筋５１１と、掌把持部材１５１を他方向に屈曲させる第２の人工筋５１２とを備えている。
第１の人工筋５１１の一端には角度変更部材１５２に連結される第１のリンク部材５２１が設けられ、第２の人工筋５１２の一端には角度変更部材１５２に連結される第２のリンク部材５２２が設けられている。ここで、第１のリンク部材５２１と第２のリンク部材５２２は、第２の装着具１５０に連結するための接続部を構成している。
また、第１の人工筋５１１の他端及び第２の人工筋５１２の他端には第１の装着具１１０に連結される接続部５２３が設けられている。
第１の人工筋５１１及び第２の人工筋５１２は、気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータである。
図示のように、一対の駆動ユニット５００は、装着ユニット１００Ｂの両側に設けられる。

本実施例における筋力補助装置では、開口部１１５側が前腕の背側となるように装着し、ベルト固定具１５４ａに取り付けられるベルトによって手の甲が支持されるように掌把持部材１５１を把持する。
このような装着状態では、第１の人工筋５１１の収縮によって手を甲側に屈曲させ、第２の人工筋５１２の収縮によって手を掌側に屈曲させる。
なお、本実施例における筋力補助装置では、開口部１１５側が前腕の腹側となるように装着することもできる。この場合、掌把持部材１５１は移動機構１５３に対して上下いずれの向きにも着脱可能に構成しておく。取り外した掌把持部材１５１を把持した後に、開口部１１５側が前腕の腹側となるように、掌把持部材１５１を移動機構１５３に装着すれば、手に障害がある場合には容易に装着することができる。
このような装着状態では、第１の人工筋５１１の収縮によって手を掌側に屈曲させ、第２の人工筋５１２の収縮によって手を甲側に屈曲させることができる。

以上のように、本実施例によれば、複数の分割プレート１１１、１１２、１１３によって第１の装着具１１０を構成し、複数の分割プレート１２１、１２２、１２３によって第２の装着具１２０を構成し、それぞれの分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３を弾性連結体１１４、１２４で連結したことで第１の装着具１１０を前腕に、第２の装着具１２０を上腕にそれぞれフィットさせることができる。特にヒンジによる連結ではなく、弾性連結体１１４、１２４による連結としているので、それぞれの分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３による湾曲状態を保持でき、身体に対するフィット感を高めることができる。
また、本実施例によれば、第１の装着具１１０には前腕を挿入する開口部１１５が形成され、第２の装着具１２０には上腕を挿入する開口部１２５が形成され、開口部１１５の両側に配置される一対の分割プレート１１２、１１３には開口部１１５を狭める保持具１１６を設け、開口部１２５の両側に配置される一対の分割プレート１２２、１２３には、開口部１２５を狭める保持具１２６を設けたことで、分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３を身体に沿わせることができる。特に開口部１１５、１２５によって、身体の挿入を容易にするだけでなく、開口部１１５、１２５によって第１の装着具１１０及び第２の装着具１２０の内部空間の大きさを変更できるためにフィット感を高めることができる。
また、本実施例によれば、分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３を、骨に沿う方向が長辺となり、長辺に垂直な短辺方向を湾曲させて構成し、隣接する分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３のそれぞれの長辺を弾性連結体１１４、１２４で連結したことで、分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３の短辺方向の湾曲形状を保持しやすく、装着が容易となる。
また、本実施例によれば、人工筋２１１、２１２、３１１、３１２、５１１、５１２を用いたことで、装着具の変形に追従することができる。駆動機構を駆動ユニット２００、３００、５００とし、一方の装着具１１０と他方の装着具１２０、１５０とを弾性体関節１３０、１４０で連結して装着ユニット１００Ａ、１００Ｂとし、装着ユニット１００Ａ、１００Ｂに対して駆動ユニット２００、３００、５００を脱着可能としたことで、装着ユニット１００Ａ、１００Ｂと駆動ユニット２００、３００、５００との調整が行いやすい。
また、本実施例によれば、駆動ユニット２００では第１接続部２２１を第１の装着具１１０に第２接続部２２３を第２の装着具１２０に配置し、駆動ユニット３００では第１接続部３２１を第１の装着具１１０に第２接続部３２２を第２の装着具１２０に配置し、また駆動ユニット５００では接続部５２３を第１の装着具１１０に接続部を構成するリンク部材５２１、５２２を第２の装着具１５０に配置することで、第１の装着具１１０に対して第２の装着具１２０、１５０を安定して動作させることができる。
また、本実施例によれば、駆動ユニット２００では第１接続部２２１が弾性体関節１３０を連結した分割プレート１１２、１１３に、第２接続部２２３が弾性体関節１３０を連結した分割プレート１２２、１２３に接続され、また駆動ユニット５００では接続部５２３が弾性体関節１４０を連結した分割プレート１１２、１１３に、接続部を構成するリンク部材５２１、５２２が弾性体関節１４０を連結した角度変更部材１５２に接続されているので、駆動ユニット２００、５００を安定して動作させることができる。
また、本実施例によれば、一対の駆動ユニット２００、５００を、装着ユニット１００Ａ、１００Ｂの両側に設けたことで安定した動作を行うことができるとともに、上下面に身体の装着用スペースを確保することができる。
また、本実施例によれば、一方の装着具１１０を前腕装着具、他方の装着具１２０を上腕装着具とし、前腕装着具及び上腕装着具をそれぞれ複数の分割プレート１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１２３によって構成したことで、前腕と上腕へのフィット性を高めることができ、肘関節の動作支援を確実に行うことができる。
また、本実施例によれば、前腕装着具１１０を３つの分割プレート１１１、１１２、１１３で構成し、また上腕装着具１２０も３つの分割プレート１２１、１２２、１２３で構成し、同じ方向にある分割プレート１１２と分割プレート１２２とに、駆動ユニット１２０のそれぞれの接続部２２１、２２３を、同じ方向にある分割プレート１１３と分割プレート１２３とに、駆動ユニット１２０のそれぞれの接続部２２１、２２３を接続したことで、装着によって湾曲状態が変化しても、駆動ユニット２００にねじれを生じることがなく、駆動ユニット２００を正常に動作させることができる。
また、本実施例によれば、一方の装着具１１０を前腕装着具、他方の装着具１５０を掌装着具とし、前腕装着具１１０を複数の分割プレート１１１、１１２、１１３によって構成したことで、前腕へのフィット性を高めることができ、手首関節の動作支援を確実に行うことができる。

本発明は、肘、膝、又は手首などの関節の動作を支援する筋力補助装置として利用できる。

本発明の一実施例における筋力補助装置の装着ユニットを示す斜視図 同装着ユニットの底面図 同装着ユニットの側面図 本発明の一実施例における筋力補助装置のユニット毎の分解斜視図 同筋力補助装置の斜視図 同装着の異なる方向からの斜視図 本発明の一実施例に基づく筋力補助装置モデルの斜視図 同筋力補助装置モデルの側面図 本発明の他の実施例における筋力補助装置を示す斜視図 同装置の異なる方向からの斜視図 同装着の上面図 同装着の底面図

１００Ａ、１００Ｂ 装着ユニット
１１０ 第１の装着具
１１１、１１２、１１３ 分割プレート
１１４ 弾性連結体
１１５ 開口部
１２０ 第２の装着具
１３０ 弾性体関節
１２０ 第２の装着具
１２１、１２２、１２３ 分割プレート
１２４ 弾性連結体
１２５ 開口部
２００ 屈曲用駆動ユニット
３００ 伸展用駆動ユニット
２１１ 第１の人工筋
２１２ 第２の人工筋
１５０ 第２の装着具
１５１ 掌把持部材
１４０ 弾性体関節
５００ 駆動ユニット
５１１ 第１の人工筋
５１２ 第２の人工筋

Claims (15)

1. 関節の一方の骨に沿って配置される一方の装着具と、
   前記関節の他方の骨に沿って配置される他方の装着具と、
   一方の前記装着具と他方の前記装着具とを連結する弾性体関節と、
   を備え、
   使用者の肘、膝、又は手首の関節の動作を支援する筋力補助装置であって、
   いずれかの前記装着具を、前記骨に沿う方向が長辺となり、前記長辺に垂直な短辺方向を湾曲させた複数の分割プレートによって構成し、隣接する前記分割プレートのそれぞれの前記長辺を金属製又は樹脂製の板バネによってヒンジ状に構成した弾性連結体で連結することによって、非装着時に前記分割プレートによる湾曲状態を保持することを特徴とする筋力補助装置。
2. 前記分割プレートによって構成した前記装着具には、使用者の腕や足などの身体を挿入する開口部が形成され、前記開口部の両側に配置される一対の前記分割プレートには、前記開口部を狭める保持具を設けたことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
3. 前記弾性体関節は、コイルバネを用いたことを特徴とする請求項２に記載の筋力補助装置。
4. 気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いた駆動機構を駆動ユニットとし、
   一方の前記装着具と他方の前記装着具とを前記弾性体関節で連結して装着ユニットとし、
   前記装着ユニットに対して前記駆動ユニットを脱着可能としたことを特徴とする請求項２に記載の筋力補助装置。
5. 前記駆動ユニットの一端側の接続部を一方の前記装着具に配置し、前記駆動ユニットの他端側の接続部を他方の前記装着具に配置したことを特徴とする請求項４に記載の筋力補助装置。
6. 前記駆動ユニットのそれぞれの前記接続部を、前記弾性体関節を連結した部材に接続したことを特徴とする請求項５に記載の筋力補助装置。
7. 一対の前記駆動ユニットを、前記装着ユニットの両側に設けたことを特徴とする請求項４に記載の筋力補助装置。
8. 一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を上腕装着具とし、前記前腕装着具及び前記上腕装着具をそれぞれ複数の前記分割プレートによって構成し、前記前腕装着具を構成する前記分割プレート数と、前記上腕装着具を構成する前記分割プレート数を同じとし、同じ方向にある前記前腕装着具の前記分割プレートと前記上腕装着具の前記分割プレートとに、前記駆動ユニットのそれぞれの接続部を接続したことを特徴とする請求項４に記載の筋力補助装置。
9. 気体、液体、若しくは固体の物質、又はこれらの混合物の供給又は排出によって伸縮するアクチュエータを用いた駆動機構を駆動ユニットとし、
   一方の前記装着具と他方の前記装着具とを前記弾性体関節で連結して装着ユニットとし、
   前記装着ユニットに対して前記駆動ユニットを脱着可能としたことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
10. 前記駆動ユニットの一端側の接続部を一方の前記装着具に配置し、前記駆動ユニットの他端側の接続部を他方の前記装着具に配置したことを特徴とする請求項９に記載の筋力補助装置。
11. 前記駆動ユニットのそれぞれの前記接続部を、前記弾性体関節を連結した部材に接続したことを特徴とする請求項１０に記載の筋力補助装置。
12. 一対の前記駆動ユニットを、前記装着ユニットの両側に設けたことを特徴とする請求項９に記載の筋力補助装置。
13. 一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を上腕装着具とし、前記前腕装着具及び前記上腕装着具をそれぞれ複数の前記分割プレートによって構成し、前記前腕装着具を構成する前記分割プレート数と、前記上腕装着具を構成する前記分割プレート数を同じとし、同じ方向にある前記前腕装着具の前記分割プレートと前記上腕装着具の前記分割プレートとに、前記駆動ユニットのそれぞれの接続部を接続したことを特徴とする請求項９に記載の筋力補助装置。
14. 一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を上腕装着具とし、前記前腕装着具及び前記上腕装着具をそれぞれ複数の前記分割プレートによって構成したことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
15. 一方の前記装着具を前腕装着具、他方の前記装着具を掌装着具とし、前記前腕装着具を複数の前記分割プレートによって構成したことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。