JP5509396B2 - 下肢運動補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、下肢運動補助装置に関し、更に詳細には、持続的他動（受動）運動式の下肢運動補助装置に関する。

下肢運動補助装置として、股関節、膝関節、足関節等の下肢関節を持続的に受動的に運動させることにより、下肢関節の拘縮を防止する持続的他動運動（ＣＰＭ）装置が種々提案されている。

特開平１１−３４７０８１号公報 特開２０００−１５２９６８号公報 再表２００６／０４０８６１号公報 特開２０１０−１６２３７５号公報

しかしながら、従来のＣＰＭ装置は、構造が複雑で、取り扱いが難しかったり、仰臥姿勢あるいは椅子に着座した姿勢の何れかでしか使用することができず汎用性に欠けるものであったりしていた。

本発明が解決しようとする課題は、ＣＰＭ装置を、構造が簡単で、取り扱い易く、しかも、仰臥姿勢と椅子に着座した姿勢の何れでも使用できるようにすることである。

本発明による下肢運動補助装置は、基台（１０）と、前記基台（１０）に一つの平面上を互いに平行に且つ前後方向に往復移動可能に設けられた左右のスライダ（１６、１８）と、前記左右のスライダ（１６、１８）を前後方向に往復駆動する駆動装置（５８）と、使用者の足を載置され、少なくとも使用者の踵の後方への移動を阻止する踵受け部（２４Ｂ、２６Ｂ）を有し、当該踵受け部（２４Ｂ、２６Ｂ）に踵をつけて載せられた足の踵の関節に概ね一致する位置にて各々前記スライダ（１６、１８）に左右方向に水平に延在する第１の軸線（Ａ）周りに回動可能に取り付けられた左右の足装具（２４、２６）とを有する。

この構成によれば、足装具（２４、２６）が踵受け部（２４Ｂ、２６Ｂ）に対応する位置にて各々スライダ（１６、１８）に第１の軸線（Ａ）周りに回動可能に取り付けられていることにより、踵受け部（２４Ｂ、２６Ｂ）に踵をつけて足装具（２４、２６）に載せた足は、足関節（踵）が概ね第１の軸線（Ａ）と同軸上に位置するようになり、足関節の動きを束縛されないので、着座姿勢と仰臥姿勢の何れでも、自然な足関節の動きのもとに、受動的な屈伸運動を行うことができる。

本発明による下肢運動補助装置は、好ましくは、前記足装具（２４、２６）は、更に、前記第１の軸線（Ａ）と直交し、且つ前記スライダ（１６、１８）の移動平面を貫通する第２の軸線（Ｂ）周りに回動可能に前記スライダ（１６、１８）に取り付けられている。

この構成によれば、足装具（２４、２６）の自由度が増し、着座姿勢、仰臥姿勢の何れの下肢の受動的な屈伸運動においても足関節がより自然な動きになる。

本発明による下肢運動補助装置は、好ましくは、前記足装具（２４、２６）は、更に、左右方向に傾動可能である。

この構成によれば、足装具（２４、２６）の自由度が増し、着座姿勢、仰臥姿勢の何れの下肢の受動的な屈伸運動においても足関節がより自然な動きになる。

本発明による下肢運動補助装置によれば、足装具が踵受け部に対応する位置にて各々スライダに左右方向に水平に延在する第１の軸線周りに回動可能に取り付けられていることにより、踵受け部に踵をつけて足装具に載せた足は、足関節が概ね第１の軸線と同軸上に位置するようになり、足関節の動きを束縛されないので、着座姿勢と仰臥姿勢の何れでも、自然な足関節の動きのもとに、受動的な屈伸運動を行うことができる。

本発明による下肢運動補助装置の一つの実施形態を示す斜視図。 本実施形態による下肢運動補助装置の駆動系統を示すスケルトン図。 本実施形態による下肢運動補助装置の着座姿勢での使用状態を示す説明図。 本実施形態による下肢運動補助装置の仰臥姿勢での使用状態を示す説明図。 本発明による下肢運動補助装置に用いられる足装具の他の実施形態を示す斜視図。 本発明による下肢運動補助装置に用いられるスライダ及び足装具の他の実施形態を示す斜視図。 本発明による下肢運動補助装置に用いられるスライダ及び足装具の他の実施形態を示す断面図。

以下に、本発明による下肢運動補助装置の一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。

下肢運動補助装置１は、図１に示されているように、四角板状の基台１０を有する。基台１０の上面部には前後方向に長いスリット状の左右の開口１２、１４が形成されている。開口１２、１４は左右方向に所定の間隔をおいて互いに平行に延在している。開口１２と１４との左右方向の間隔（離間寸法）は、成人した人が通常歩行する際の左右の足の左右間隔と同等であってよい。

基台１０には、開口１２に案内されて前後方向に往復移動可能な左側のスライダ１６と、開口１４に案内されて前後方向に往復移動可能な右側のスライダ１８とが設けられている。左右のスライダ１６、１８は、各々、開口１２、１４に案内されて基台１０の上面と平行な一つの平面上を互いに平行に且つ前後方向に往復移動可能である。

スライダ１６、１８は、各々、上部にステープル形状のブラケット部１６Ａ、１８Ａを有している。ブラケット部１６Ａ、１８Ａには左右方向に水平に延在する支持軸２０、２２によって左右の足装具２４、２６が支持軸２０、２２の中心軸線周りに回動可能に取り付けられている。換言すると、左右の足装具２４、２６はスライダ１６、１８に前後方向に傾動可能に取り付けられている。尚、これより以降、支持軸２０、２２の中心軸線を第１の軸線Ａと云う。

足装具２４、２６は、使用者の足を載置されるものであり、踵部分〜足先部分を載せられる足裏受け部２４Ａ、２６Ａと、足裏受け部２４Ａ、２６Ａの後端側の端部より９０度屈曲した方向に延在し、使用者の踵を受け止めて踵の後方への移動を阻止する踵受け部２４Ｂ、２６Ｂとを一体に有し、足の左右方向のずれ動きを阻止するように、全体が溝形断面形状をしている。

足装具２４、２６は、踵受け部２４Ｂ、２６Ｂにて支持軸２０、２２によってスライダ１６、１８に対して第１の軸線Ａ周りに回動可能になっている。支持軸２０、２２の配置位置は、足装具２４、２６に載せられた使用者の足関節（くるぶし）の位置に対応する位置であり、理想的には、第１の軸線Ａと足装具２４、２６に載せられた使用者の足関節の中心とが同一軸線上になる位置である。足関節の位置には個人差があるから、標準的な足関節の位置を同定して第１の軸線Ａの位置が設定されればよい。

足装具２４、２６の第１の軸線Ａ周りの回動範囲は、足裏受け部２４Ａ、２６Ａが水平になる回動位置（図３参照）と、足裏受け部２４Ａ、２６Ａが垂直（鉛直）になる回動位置（図４参照）との範囲で、最大回動角度が９０度であればよい。

基台１０内には、図２に示されているように、前後左右の４個の従動プーリ５０、５２、５４、５６と、電動モータ５８と、電動モータ５８の出力軸６０に取り付けられた駆動プーリ６２と、従動プーリ５０、５２、５４、５６と駆動プーリ６２とに間に掛け渡された歯付き伝動ベルト６４とが設けられている。

従動プーリ５０は開口１２の前端より前方にあり、従動プーリ５２は開口１２の後端より後方にあり、従動プーリ５４は開口１４の前端より前方にあり、従動プーリ５６は開口１４の後端より後方にある。これにより、歯付き伝動ベルト６４は、従動プーリ５０と５２との間において開口１２の真下を前後方向に延在する左側区間Ｌと、従動プーリ５４と５６との間において開口１４の真下を前後方向に延在する右側区間Ｒとを有する。

歯付き伝動ベルト６４の左側区間Ｌには左側のスライダ１６が固定され、右側区間Ｒには右側のスライダ１８が固定されている。左側区間Ｌ、右側区間Ｒの前後長さは、それぞれ開口１２、１４の前後長さより少し長いことにより、スライダ１６、１８は、開口１２、１４の前後方向の全域に亘って往復移動することができる。

左側のスライダ１６と右側のスライダ１８との位置関係は、本実施形態では、左側のスライダ１６が開口１２の後端位置に対応する後側ストロークエンド位置に位置すれば、右側のスライダ１８が開口１４の前端位置に対応する前側ストロークエンド位置に位置し、これとは反対に、左側のスライダ１６が開口１２の前端位置に対応する前側ストロークエンド位置に位置すれば、右側のスライダ１８が開口１４の後端位置に対応する後側ストロークエンド位置に位置する位置関係に設定されている。これにより、左側のスライダ１６と右側のスライダ１８とは左側区間Ｌと右側区間Ｒとを互いに逆方向に往復移動する。

この位置関係の下に、電動モータ５８が図２で見て反時計廻り方向に駆動されると、左側のスライダ１６が左側区間Ｌを後方へ向けて移動すると同時に右側のスライダ１８が左側のスライダ１６の移動速度と同速度で右側区間Ｒを前方へ向けて移動し、これとは逆に、電動モータ５８が図２で見て時計廻り方向に駆動されると、左側のスライダ１６が左側区間Ｌを前方へ向けて移動すると同時に右側のスライダ１８が左側のスライダ１６の移動速度と同速度で右側区間Ｒを後方へ向けて移動する。

図１に示されているように、基台１０の後部には持ち運び用の手持ちハンドル１１が取り付けられている。基台１０の前部には、スライダ１６、１８の移動速度、前後ストロークを可変制御する制御装置（図示省略）や電動モータ５８の駆動回路（図示省略）を内蔵した電気ボックス７０が設けられている。電気ボックス７０からは外部電源（商用交流電源）との接続用のプラグ付き電源コード７２が延出している。電気ボックス７０には電源スイッチ７４が取り付けられている。

基台１０にはリモートコントローラ８０が接続されている。リモートコントローラ８０には、手元の電源スイッチ８２と、スライダ１６、１８の移動速度を連続的に可変設定する速度設定ダイヤル８４と、スライダ１６、１８の前後ストロークを連続的に可変設定するストローク設定ダイヤル８６とが設けられている。

図３は、椅子１００に着座した姿勢での下肢運動補助装置１の使用状態を示している。使用者は、電源スイッチ７４をオンにして椅子１００に浅く腰掛け、左脚の踵部分が左側の足装具２４の踵受け部２４Ｂに付くようにして踵部分〜足先部分を足裏受け部２４Ａ上に載せる。同様に、右脚の踵部分が右側の足装具２６の踵受け部２６Ｂに付くようにして踵部分〜足先部分を足裏受け部２６Ａ上に載せる。

この状態でリモートコントローラ８０の電源スイッチ８２をオンすると、電動モータ５８が、速度設定ダイヤル８４によって決められた速度をもって且つストローク設定ダイヤル８６によって決められたストロークに応じた時間をもって正逆回転を繰り返す。これにより、左右のスライダ１６、１８が所定の速度と所定のストロークをもって前後に互いに逆位相で往復移動する。このスライダ１６、１８の往復移動により、踵受け部２４Ｂ、２６Ｂによって踵の後方への移動を止められた状態で、左右の下肢が受動的に交互に屈伸され、股関節、膝関節、足関節の屈伸運動が左右交互に受動的に行われる。

この受動的な屈伸運動において、スライダ１６、１８が後方（使用者の手前側）に移動し、下腿が鉛直姿勢になるほど足裏が水平に近付き、足裏受け部２４Ａ、２６Ａが水平に近付く方向に足装具２４、２６が第１の軸線Ａ周りの回動する。これとは反対に、スライダ１６、１８が前方に移動し、下腿が前傾斜姿勢になるほど足裏が前上がりなり、足裏受け部２４Ａ、２６Ａが前上がりになる方向に足装具２４、２６が第１の軸線Ａ周りに回動する。これにより、着座姿勢での下肢の受動的な屈伸運動が自然な足関節の動きのもとに行われる。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、床上に仰臥した姿勢での下肢運動補助装置１の使用状態を示している。使用者は、電源スイッチ７４をオンにして仰臥姿勢になり、左脚の踵部分が左側の足装具２４の踵受け部２４Ｂに付くようにして踵部分〜足先部分を足裏受け部２４Ａ上に載せる。同様に、右脚の踵部分が右側の足装具２６の踵受け部２６Ｂに付くようにして踵部分〜足先部分を足裏受け部２６Ａ上に載せる。

この状態でリモートコントローラ８０の電源スイッチ８２をオンにすると、電動モータ５８が、速度設定ダイヤル８４によって決められた速度をもって且つストローク設定ダイヤル８６によって決められたストロークに応じた時間をもって正逆回転を繰り返す。これにより、左右のスライダ１６、１８が所定の速度と所定のストロークをもって前後に互いに逆位相で往復移動する。このスライダ１６、１８の往復移動により、踵受け部２４Ｂ、２６Ｂによって踵の後方への移動を止められた状態で、左右の下肢が受動的に交互に屈伸され、股関節、膝関節、足関節の屈伸運動が左右交互に受動的に行われる。

この受動的な屈伸運動において、図４（Ａ）に示されているように、スライダ１６、１８が後方（使用者の手前側）に移動し、膝関節が曲げられるほど足裏が水平に近付き、足裏受け部２４Ａ、２６Ａが水平に近付く方向に足装具２４、２６が第１の軸線Ａ周りの回動する。これとは反対に、スライダ１６、１８が前方に移動し、膝関節が伸ばされるほど足裏が鉛直に近付き、足裏受け部２４Ａ、２６Ａが鉛直に近付く方向に足装具２４、２６が第１の軸線Ａ周りの回動する。これにより、仰臥姿勢での下肢の受動的な屈伸運動も自然な足関節の動きのもとに行われる。

つまり、足装具２４、２６が踵受け部２４Ｂ、２６Ｂに対応する位置にて各々スライダ１６、１８に左右方向に水平に延在する第１の軸線Ａ周りに回動可能に取り付けられていることにより、踵受け部２４Ｂ、２６Ｂに踵をつけて足装具２４、２６に載せた足は、足関節（踵）が概ね第１の軸線Ａと同軸上に位置するようになり、足関節の動きを束縛されないので、着座姿勢と仰臥姿勢の何れでも、自然な足関節の動きのもとに、受動的な屈伸運動が行われる。

このように、下肢運動補助装置１は、従来のものに比して構造が簡単で、取り扱い易く、しかも、仰臥姿勢と椅子に着座した姿勢の何れでも使用することができる。

なお、スライダ１６、１８が前方へ移動する際には、足裏を足裏受け部２４Ａ、２６Ａに軽く押し付けることにより、足が足装具２４、２６に対して前方にずれ動いたり、落ちたりすることはない。このスライダ１６、１８の前方への移動時に、足が足装具２４、２６に対して前方にずれ動くことを、より確実に防ぐ必要がある場合には、図５に示されているように、足装具２４、２６に足先を覆うトウカバー部２４Ｃ、２６Ｃが設けられ、足装具２４、２６が第１の軸線Ａ周り回動可能な靴状をしていればよい。

図６は本発明による下肢運動補助装置１に用いられるスライダ１６、１８の他の実施形態を示している。この実施形態では、スライダ１６、１８は、伝動ベルト６４を接続される下部部材１７、１９と、ブラケット部１６Ａ、１８Ａを有して足装具２４、２６を支持軸２０、２２によって第１の軸線Ａ周り回動可能に支持する上部部材２１、２３とに分割されている。上部部材２１、２３の底部には鉛直方向に垂下された回転軸２１Ａ、２３Ａが固定されており、下部部材１７、１９には回転軸２１Ａ、２３Ａを回転可能に受け入れる鉛直方向の軸受孔１７Ａ、１９Ａが形成されている。回転軸２１Ａ、２３Ａが軸受孔１７Ａ、１９Ａに回転可能に嵌合することにより、足装具２４、２６は、第１の軸線Ａ周り回動可能であることに加えて、第１の軸線Ａと直交し、且つスライダ１６、１８の移動平面を貫通する第２の軸線Ｂ周りに回動可能になる。

このように足装具２４、２６の自由度が増すことにより、着座姿勢、仰臥姿勢の何れの下肢の受動的な屈伸運動においても足関節がより自然な動きになる。なお、第２の軸線Ｂ周りの回動は、足関節の第２の軸線Ｂ周り相当の動きを自然な動きの範囲に制限するために、上部部材２１、２３に固定されたストッパピン２１Ｂ、２３Ｂが下部部材１７、１９に形成された円弧状開口１７Ｂ、１９Ｂに係合することにより、所定の角度範囲に制限されていてよい。

足装具２４、２６の自由度を更に増す必要があるならば、図７に示されているように、下部部材１７、１９と上部部材２１、２３とが球面継手式に接続されればよい。この場合には、下部部材１７、１９の上部に球面状凹部１７Ｃ、１９Ｃが形成され、上部部材２１、２３の下底部に球面凸部２１Ｃ、２３Ｃが形成され、球面状凹部１７Ｃ、１９Ｃと球面凸部２１Ｃ、２３Ｃとが球面嵌合すればよい。更に、下部部材１７、１９と上部部材２１、２３との間にゴム状弾性材による弾性部材２５、２７が挟まれている。

上部部材２１、２３は、弾性部材２５、２７の挟み込みによって水平な初期姿勢をなし、弾性部材２５、２７の弾性変形を伴って下部部材１７、１９に対して左右方向に傾動を含めて球面継手式に全方向に傾動する。

以上、本発明を、その好適形態実施例について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施例により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、左右のスライダ１６、１８は個別の電動モータによって往復駆動されてもよい。この場合には、左右のスライダ１６、１８を、互いに逆位相で往復移動させることと、互いに同位相で往復移動させることとを選択することができる。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ 基台
１６ スライダ
１７ 下部部材
１７Ａ 軸受孔
１７Ｃ 球面状凹部
１８ スライダ
２０ 支持軸
２１ 上部部材
２１Ａ 回転軸
２１Ｂ ストッパピン
２１Ｃ 球面凸部
２４ 足装具
２４Ａ 足裏受け部
２４Ｂ 踵受け部
２６ 足装具
２６Ａ 足裏受け部
２６Ｂ 踵受け部
５８ 電動モータ

Claims (3)

1. 基台と、
   前記基台に一つの平面上を互いに平行に且つ前後方向に往復移動可能に設けられた左右のスライダと、
   前記左右のスライダを前後方向に往復駆動する駆動装置と、
   使用者の足を載置され、少なくとも使用者の踵の後方への移動を阻止する踵受け部を有し、当該踵受け部に踵をつけて載せられた足の踵の関節に概ね一致する位置にて各々前記スライダに左右方向に水平に延在する第１の軸線周りに回動可能に取り付けられた左右の足装具と、
   を有する下肢運動補助装置。
2. 前記足装具は、更に、前記第１の軸線と直交し、且つ前記スライダの移動平面を貫通する第２の軸線周りに回動可能に前記スライダに取り付けられている請求項１に記載の下肢運動補助装置。
3. 前記足装具は、更に、左右方向に傾動可能である請求項１または２に記載の下肢運動補助装置。

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