JP7112969B2 - 動作補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、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ており、上体支持フレームがベース部に対して傾動されることで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の付勢力を伝達する前傾姿勢サポート装置が開示されている。

特開２０１６－２０９４４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の前傾姿勢サポート装置においては、索状体が直接弾性体に連結されており、発揮される補助力が弾性体の弾性力に依存するため、補助力の大きさが限定されてしまうという問題がある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたもので、大きな補助力を発生させて、使用者が直立状態へ戻るのを補助することができる動作補助装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る動作補助装置は、例えば、使用者の上体を起こす動作を補助する動作補助装置であって、第１回転軸を有し、当該第１回転軸を中心に回転可能な第１プーリと、前記第１回転軸に設けられ、前記第１プーリの回転角度に応じた力を前記第１プーリに付勢する弾性体と、前記第１プーリに第１端が連結される索状体と、前記索状体の第２端が連結され、第２回転軸を中心に回転可能な第２プーリであって、前記第１プーリの外径より大きい外径を有する第２プーリと、前記第２プーリに設けられ、前記第２プーリと共に前記第２回転軸を中心に回転する小ギアと、前記小ギアより歯数が多く、前記小ギアと嵌合可能な大ギアであって、第３回転軸を中心に回転可能な大ギアと、を有し、前記使用者の側面に装着される補助ユニットと、前記第３回転軸に連結され、前記使用者の大腿部に取付可能な下肢ロッドと、前記大ギアの回転を前記下肢ロッドに伝達する、又は、前記下肢ロッドの回転を前記大ギアに伝達する伝達機構と、を備え、前記索状体は、前記第１プーリ及び前記第２プーリの外周面に巻回されており、前記弾性体の付勢力により前記第１プーリが回転して前記索状体を前記第１プーリに巻回し、かつ前記索状体を前記第２プーリからほどくことで前記第２プーリが回転し、前記第２プーリの回転により前記小ギア及び前記大ギアが回転し、前記伝達機構を介して前記大ギアが前記下肢ロッドを回転させることを特徴とする。

本発明に係る動作補助装置によれば、第１プーリに第１端が連結され、第２プーリに第２端が連結された索状体は、第１プーリ及び第２プーリの外周面に巻回されており、第１プーリの回転軸である第１回転軸には、第１プーリの回転角度に応じた力を第１プーリに付勢する弾性体が設けられている。弾性体の付勢力により第１プーリが回転して索状体を第１プーリに巻回し、かつ索状体を前記第２プーリからほどくことで第２プーリが回転する。第２プーリの回転により、第２プーリと共に第２回転軸を中心に回転する小ギア及び小ギアと嵌合可能な大ギアが回転し、伝達機構を介して大ギアが下肢ロッドを回転させる。これにより、電源を用いることなく、簡易な構成で、使用者が直立状態へ戻るのを補助することができる。また、第２プーリの外径は第１プーリの外径より大きく、大ギアの歯数は小ギアの歯数より多い。これにより、弾性体の付勢力を２段階で増幅し、大きな補助力を発生させることができる。すなわち、弾性体と下肢ロッドとが索状体で直接連結されている構成に比べて、弾性体の弾性力の影響が少なく、トルクを大きくしたりトルクを略一定にしたりすることができる。

ここで、前記伝達機構は、前記下肢ロッドと前記大ギアとの相対角度に応じて、前記下肢ロッドが前記大ギアを回転させない第１態様と、前記下肢ロッドが前記大ギアに回転方向の力を付与して前記大ギアを回転させる第２態様と、を切り替えてもよい。これにより、動作の補助の要否を切り替える操作を行う必要がなく、使用者は自身の動作を連続的に行うことができる。また、使用者の直立状態及び直立状態から前後所定角度の範囲（歩行時）には下肢ロッドが空隙内で空転するため、使用者はスムーズに歩行することができる。

ここで、前記使用者の前側における前記第１態様と前記第２態様との切り替え角度は、前記使用者の後ろ側における前記第１態様と前記第２態様との切り替え角度以上であってもよい。これにより、第１態様と第２態様との切り替え角度を歩行動作に沿った大きさとすることができる。

ここで、前記大ギアは、前記下肢ロッドが連結されている側の面に、前記第３回転軸を中心とする扇状の窪みを有し、前記窪みは、前記下肢ロッドの回転方向において、前記下肢ロッドの前記大ギアとの連結部よりも大きく形成されており、前記下肢ロッドは、前記窪みの内部を前記窪みの底部の平面に沿って回動可能であり、前記下肢ロッドと前記窪みの側壁とが当接すると、前記大ギアの回転が前記下肢ロッドに伝達可能になり、前記下肢ロッドの回転が前記大ギアに伝達可能になる。

ここで、前記下肢ロッドは、前記大ギアとの対向面にピンを備え、前記大ギアは、前記ピンが挿通される長孔を備え、前記ピンは前記下肢ロッドの回動に応じて前記長孔内を移動可能であり、前記ピンと前記長孔の端部とが当接すると、前記大ギアの回転が前記下肢ロッドに伝達可能になり、前記下肢ロッドの回転が前記大ギアに伝達可能になる。

ここで、前記下肢ロッドと前記大ギアを連結する第２索状体をさらに備え、前記第２索状体と前記大ギアとの固定部と、前記第２索状体と前記下肢ロッドとの固定部との距離が所定以上離間する方向に前記下肢ロッドが回動すると、前記大ギアの回転が前記下肢ロッドに伝達可能になり、前記下肢ロッドの回転が前記大ギアに伝達可能になる。

ここで、前記補助ユニットは、前記使用者の左側に装着される第１補助ユニットと、前記使用者の右側に装着される第２補助ユニットと、を有し、前記使用者の胸部に固定される胸部固定部材と、前記使用者の腰部に固定される腰部固定部材と、前記第１補助ユニットと、前記第２補助ユニットと、前記胸部固定部材と、前記腰部固定部材とを連結する連結部と、をさらに備えてもよい。これにより、補助動作時の補助ユニットのねじれを抑制し、下肢ロッドを滑らかに回動させることができる。

ここで、前記第３回転軸を中心に回転可能に設けられた取付部材を備え、前記腰部固定部材は、前記取付部材に第４回転軸を中心に回転可能に設けられており、前記第３回転軸と前記第４回転軸は異なる位置に設けられていてもよい。これにより、補助ユニット及び腰部固定部材の一方の回転運動が他方に直接伝達されることがなく、独立して回動可能である。補助ユニットは大腿部の角度に応じて回動するのに対し、腰部固定部材は腰部の角度に応じて回動する。人体においては、大腿部の回転軸と腰部の回転軸とで高さが異なる。したがって、仮に補助ユニットの回転軸と腰部固定部材の回転軸とを略同じ高さに構成すると、人体の前屈動作に追従することができず、腰部固定部材がねじれる原因となる。これに対し、胸部固定部材及び腰部固定部材の回転軸の高さを異ならせることにより、人体の前屈動作に追従可能となる。

ここで、前記弾性体は、板状部材を面方向に巻きこんで渦巻き状にしたゼンマイばねであり、前記弾性体は、前記第１回転軸に設けられており、前記第１プーリの外周は先端に向かって次第に細くなる形状であり、前記索状体は、前記第１プーリの根元から先端に向かうように、前記第１プーリの外周面に巻回されていてもよい。第１プーリの外周に巻き付けられている索状体が引き出されるにつれて弾性体の弾性力は大きくなる一方、索状体が巻き付いている第１プーリの外径が大きくなる。したがって、索状体を第１プーリからほどくときに要する力（見かけのばね定数）を一定に保つことができる。

ここで、前記第１プーリの外周には螺旋状の第１溝が設けられており、前記第２プーリの外周には螺旋状の第２溝が設けられており、前記索状体は前記第１溝及び前記第２溝に収容され、前記索状体は前記第１プーリ及び前記第２プーリを側面から見たときに前記第１回転軸及び前記第２回転軸と略直交していてもよい。これにより、索状体が斜めに引き出されることを防ぎ、索状体の摺動及び第１プーリ、第２プーリの回転を滑らかにし、付勢力のロスを抑制することができる。

本発明によれば、大きな補助力を発生させて、使用者が直立状態へ戻るのを補助することができる。

動作補助装置１の斜視図である。 動作補助装置１の正面図である。 動作補助装置１の右側面図である。 動作補助装置１の背面図である。 補助ユニット２０の概略を示す左側面図である。 パワーユニット４０の概略を示す斜視図である。 パワーユニット４０の概略を示す斜視図であるる。 大ギア４６の概略を示す図である。 使用者が歩行中に脚が後方に位置するときの動作補助装置１（補助ユニット２０）の様子を示す図である。 使用者が腰をやや屈曲させているときの動作補助装置１（補助ユニット２０）の様子を示す図である。 使用者が腰をさらに屈曲させているときの動作補助装置１（補助ユニット２０）の様子を示す図である。 第１プーリ４２、第２プーリ４４及び索状体４３の様子を示す図である。 第１プーリ４２、第２プーリ４４及び索状体４３の様子を示す図である。 第１プーリ４２の概略を示す図である。 第２プーリ４４の概略を示す図である。 第２の実施形態に係る動作補助装置２が有するパワーユニット４０Ａの概略を示す縦断面図である。 第３の実施形態に係る動作補助装置３が有するパワーユニット４０Ｂの概略を示す縦断面図である。 第３の実施形態に係る動作補助装置３が有するパワーユニット４０Ｂの概略を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る動作補助装置は、索状体を用いて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る。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明にかかるの第１の実施形態にかかる動作補助装置１について、図面を参照しながら説明する。

図１は動作補助装置１の斜視図であり、図２は動作補助装置１の正面図であり、図３は動作補助装置１の右側面図であり、図４は動作補助装置１の背面図である。動作補助装置１は、使用者の両側面から背中を覆うように装着される。使用者の正面及び動作補助装置１の正面は、同方向である。以下、使用者の後から前に向かう方向を＋Ｘ方向とし、使用者の右から左に向かう方向を＋Ｙ方向とし、使用者の下から上に向かう方向を＋Ｚ方向とする。

図１～図４に示すように、動作補助装置１は、主として、使用者の右側面に装着される補助ユニット１０と、使用者の左側面に装着される補助ユニット２０と、補助ユニット１０、２０を使用者に装着させるための部材である装着部３０と、下肢ロッド５０と、を有する。

装着部３０は、主として、背当て部３１と、胸当て部３２と、連結部３３ａ、３３ｂと、腰部固定部材３４と、パッド３５と、を有する。

背当て部３１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３１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。したがって、装着時にも背当て部３１が背中に食い込むことがなく、快適である。なお、背当て部３１の形状は図示する形態に限られない。

胸当て部３２（本発明の胸部固定部材に相当）は、装着時において使用者の胸部に固定される部材である。本実施の形態では、胸当て部３２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３２の正面側の両端には連結部（図示せず）が設けられており、連結部により１対の帯状部材を連結することで胸当て部３２が筒状に保持されるようになっている。ベルト（図示せず）等の調整機構により胸当て部３２の内周長は調節可能であり、胸当て部３２を使用者の胸部に当接させることができる。

連結部３３ａ、３３ｂは、左右対称であり、補助ユニット１０、２０と、背当て部３１と、胸当て部３２とを互いに連結する部材である。連結部３３ａ、３３ｂは、中空丸棒等の棒材を湾曲させて形成する。連結部３３ａ、３３ｂは剛体であり、補助ユニット１０、２０、背当て部３１及び胸当て部３２の相対位置関係を固定する。特に、背当て部３１及び連結部３３ａ、３３ｂが剛体であるため、補助ユニット１０と補助ユニット２０とは、背当て部３１及び連結部３３ａ、３３ｂにより連結されて固定される。したがって、補助ユニット１０と補助ユニット２０とが互いにねじれるような力が発生しても、補助ユニット１０、２０のねじれを抑制し、補助ユニット１０、２０の補助力を使用者に確実に伝達することができる。

連結部３３ａは、背当て部３１の背面側に設けられている棒状の部材であり、背当て部３１及び１対の連結部３３ｂを固定する。連結部３３ａは、上方側に凸状に湾曲している。連結部３３ｂは、背当て部３１の上下に伸び出ている部材であり、下端にはそれぞれ補助ユニット１０、２０の上端が連結されている。

１対の連結部３３ｂの上端には、それぞれ胸当て部３２が連結されている。胸当て部３２は、動作補助装置１の正面から見て左右に開くようになっている。使用者は、胸当て部３２を左右に開いた状態で動作補助装置１を背負うように背中に沿わせた後、胸当て部３２を体の前で閉じることにより、胸当て部３２の内側面を体に当接させる。

腰部固定部材３４は、１本の帯状の部材であり、補助ユニット１０、２０に連結されている。腰部固定部材３４により左右の補助ユニット１０、２０が使用者の腰部付近に保持される。腰部固定部材３４の正面側の両端には、例えば面ファスナが固着されており、面ファスナの結合力により腰部固定部材３４が筒状に保持されるようになっている。面ファスナの結合面積を変えることで腰部固定部材３４の内周長は調節可能であり、腰部固定部材３４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３４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。

補助ユニット１０、２０、胸当て部３２、腰部固定部材３４が連結部３３により連結され、補助ユニット１０、２０が胸当て部３２及び腰部固定部材３４により使用者に固定されるため、索状体の引張力により補助ユニット１０、２０にねじれの力が発生しても、補助ユニット１０、２０のねじれを抑制し、大腿部の回動運動に応じて下肢ロッド５０が滑らかに回動することができる。

なお、補助ユニット１０、２０を使用者の側面に装着する形態はこれに限られない。例えば、腰部固定部材を固い材料で形成し、変形しない腰部固定部材を用いて補助ユニット１０、２０を使用者の側面に装着してもよい。ただし、補助ユニット１０、２０のねじれを防止し、補助力を使用者に確実に伝達するためには、胸当て部３２及び腰部固定部材３４を用いて補助ユニット１０、２０を使用者の側面に装着することが望ましい。

また、装着部３０の形態もこれに限られない。例えば、背当て部３１と胸当て部３２との高さ方向（ｚ方向）の位置が略同じであってもよい。また、背当て部３１を無くし、胸当て部３２を１本の帯状の部材としてもよい。

図５は、補助ユニット２０の概略を示す左側面図である。補助ユニット２０の左側面には、連結部２０ａが連結されている。連結部２０ａは平板状の部材である。補助ユニット２０及び連結部２０ａには回転軸２０ｒが挿通されており、補助ユニット２０及び連結部２０ａは回転軸２０ｒを中心に回転可能である。

連結部２０ａには、平板状の連結部２０ｂが設けられている。連結部２０ｂには、腰部固定部材３４が設けられている。連結部２０ａ及び連結部２０ｂには、回転軸２０ｑが挿通されており、連結部２０ａ及び連結部２０ｂは回転軸２０ｑを中心に回転可能である。言い換えれば、腰部固定部材３４は、連結部２０ａに回転軸２０ｑを中心に回転可能に設けられている。

補助ユニット２０と腰部固定部材３４との間に連結部２０ａが介在していることにより、連結部２０ａと補助ユニット２０との回転軸２０ｒと、連結部２０ａと腰部固定部材３４との回転軸２０ｑとを異なる位置に配置することができる。ここでは、回転軸２０ｑは、回転軸２０ｒに対して＋Ｚ軸方向にオフセットしている。そのため、補助ユニット２０及び腰部固定部材３４の一方の回転運動が他方に直接伝達されることがなく、独立して回動可能である。また、補助ユニット２０は大腿部の角度に応じて回動するのに対し、腰部固定部材３４は腰部の角度に応じて回動する。人体においては、大腿部の回転軸と腰部の回転軸とでＺ軸方向の高さが異なる。したがって、仮に補助ユニット２０の回転軸と腰部固定部材３４の回転軸とを略同じ高さに配置すると、人体の前屈動作に追従することができず、腰部固定部材３４がねじれる原因となる。それに対し、回転軸２０ｒと回転軸２０ｑとを異なる位置にすることで、回転軸２０ｒの位置を使用者の大腿部の回転位置と略一致させ、回転軸２０ｑの位置を使用者の腰部の回転位置と略一致させて、動作補助装置１が人体の前屈動作により追従しやすくなる。

図１～４の説明に戻る。パッド３５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。パッド３５は、下肢ロッド５０に設けられる。使用者が、パッド３５を使用者の大腿部前側に当接させることで、大腿部の動作が補助ユニット１０、２０に伝達される。

下肢ロッド５０は、使用者の大腿部に略沿って設けられ、パッド３５を介して使用者の大腿部に取付可能である。下肢ロッド５０は、回転軸４６ｒ（図６、７等参照）に連結され、回転軸４６ｒを中心に回転可能である。

下肢ロッド５０は、下肢ロッド連結部５０ａを有する。下肢ロッド連結部５０ａの一端は、回転軸４６ｒに連結されている。下肢ロッド連結部５０ａの他端には、ヒンジ５０ｂが設けられている。ヒンジ５０ｂを介して、下肢ロッド連結部５０ａにパッド支持体５０ｃが連結される。ヒンジ５０ｂは、下肢ロッド連結部５０ａの長手方向と略直交する方向に軸を有する。したがって、パッド支持体５０ｃの先端に連結されているパッド３５の＋Ｘ軸方向の動きが下肢ロッド連結部５０ａに伝達される。また、パッド３５の＋Ｙ軸方向の動きは、ヒンジ５０ｂの回動に変換され、下肢ロッド連結部５０ａの回動を行わない。

次に、補助ユニット１０、２０について説明する。補助ユニット１０と補助ユニット２０とは左右対称であるため、以下補助ユニット２０を用いて説明する。

図６、７は、補助ユニット２０が有するパワーユニット４０の概略を示す斜視図である。図６では、－Ｚ軸方向から＋Ｚ軸方向に向かって見たときの様子を示す。また、図６では、第１カバー４０ａが省略されている。図７は、図６と同方向からみたときの斜視図であって、第１カバー４０ａを取り付けた状態を示す。また、図６、７では、下肢ロッド５０の一部を図示している。

パワーユニット４０は、主として、第１カバー４０ａと、第２カバー４０ｂと、弾性体ユニット４１と、第１プーリ４２と、索状体４３（図１１、１２等参照）と、第２プーリ４４と、小ギア４５と、大ギア４６と、を有する。

第１カバー４０ａ及び第２カバー４０ｂは、それぞれがパワーユニット４０の＋Ｙ側及びＹ側の外縁をなす略平板であり、互いに隙間を空けて対向している。第１カバー４０ａ及び第２カバー４０ｂには、複数の円柱状の柱状部４０ｃの両端がそれぞれ連結されており、柱状部４０ｃにより第１カバー４０ａ及び第２カバー４０ｂ間の隙間が保持されている。第１カバー４０ａ及び第２カバー４０ｂの間には、弾性体ユニット４１、第１プーリ４２、索状体４３、第２プーリ４４、小ギア４５、大ギア４６、及び下肢ロッド連結部５０ａの一部が設けられている。

弾性体ユニット４１は、ケース４１ａと、ケース４１ａ内部に保持された弾性体（図示省略）と、を有する。弾性体は、板状部材を面方向に巻きこんで渦巻き状にしたゼンマイばねである。なお、本実施の形態では、弾性体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れない。

第１プーリ４２は、主として、略円錐台形状のプーリ本体４２ａと、回転軸４２ｒと、を有する。第１プーリ４２は、回転軸４２ｒを中心に、回転軸４２ｒと共に回転可能である。プーリ本体４２ａの外周は、先端に向かって次第に細くなる形状である。プーリ本体４２ａの外周には、索状体４３の径に対応する螺旋状の溝４２ｂが設けられている。

第１プーリ４２は、土台４２ｃを介して弾性体ユニット４１のケース４１ａに設けられている。回転軸４２ｒは、図示しないが、ケース４１ａ内部に突出している。弾性体の一端は回転軸４２ｒに設けられており、他端はケース４１ａに設けられている。したがって、第１プーリ４２が回転すると、弾性体は、第１プーリ４２の回転角度に応じた力を第１プーリ４２に付勢する。

図７に示すように、第１プーリ４２の回転軸４１ｒには、第１カバー４０ａの外側（＋Ｙ側）に、ラチェット歯車４１ｔが設けられている。また、第１カバー４０ａには、ラチェット歯車４１ｔの歯と噛み合うラチェット受け部４１ｕが配設されている。ラチェット歯車４１ｔ及び回転軸４１ｒは、ラチェット受け部４１ｕにより反時計回りの回転が規制されている。ラチェット歯車４１ｔ及び回転軸４１ｒにより、弾性体は初期状態（下肢ロッド５０により大ギア４６に負荷がかかっていない状態）においても一定の回転数分だけ巻き締められており、その巻き締め状態が保持されている。これにより、弾性体の付勢力の強弱が調整可能である。

第２プーリ４４は、主として、外周に索状体４３が巻回される略円板形状のプーリ部４４ａと、プーリ部４４ａの－Ｙ側を向く面に、プーリ部４４ａと同心円上に設けられている薄い円柱状の凸部４４ｉ（図１５等参照）と、を有する。プーリ部４４ａの外周には、索状体４３の径に対応する螺旋状の溝４４ｂが設けられている。プーリ部４４ａ及び凸部４４ｉの略中央には、回転軸４４ｒが挿通される貫通孔４４ｇが設けられている。第２プーリ４４は、回転軸４４ｒを中心に回転可能である。

索状体４３は、第１端が第１プーリ４２に設けられ、第２端が第２プーリ４４に設けられ、溝４２ｂ及び溝４４ｂに収容される。索状体４３の配置等については後に詳述する。

小ギア４５は、第２プーリ４４に設けられ、略中央には回転軸４４ｒが挿通される貫通孔４５ｇ（図９、１０等参照）が設けられている。小ギア４５は、第２プーリ４４と共に、回転軸４４ｒを中心に回転する。

大ギア４６は、小ギア４５より歯数の多いギアである。大ギア４６の略中央には回転軸４６ｒが挿通される貫通孔４６ｇ（図８参照）が設けられており、大ギア４６は回転軸４６ｒを中心に回転可能である。大ギア４６は、小ギア４５と嵌合可能であり、小ギア４５の回転に伴い大ギア４６が回転する。

第１カバー４０ａには、固定板４０ｄがねじ止めされている。固定板４０ｄには、大ギア固定ピン４０ｐが設けられている。図６に示すように、大ギア固定ピン４０ｐは、第１カバー４０ａに形成された孔（図示省略）を介して、第２カバー４０ｂへ向かう方向（－ｙ側）に突設されている。

大ギア４６のスポーク４６ｓには、ピン受け部４６ｑが設けられている。ピン受け部４６ｑは、略円柱形状の凹部であり、Y方向に沿って延設されている。ピン受け部４６ｑには、大ギア固定ピン４０ｐが嵌合可能である。これにより、＋Ｙ方向から見て大ギア４６が半時計回りに回動する動きを規制することができる。

図８は、大ギア４６の概略を示す図であり、（ａ）は＋Ｙ方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）、（ｄ）は側面図であるである。大ギア４６の－Ｙ側の面（下肢ロッド５０が連結されている側の面）には、回転軸４６ｒを中心とする略扇状の窪み４６ｂが設けられている。窪み４６ｂは、側壁４６ｃ、４６ｄを有する。

図６、７の説明に戻る。下肢ロッド連結部５０ａは、窪み４６ｂの深さより薄い細長い平板状の部材であり、窪み４６ｂの内部を窪み４６ｂの底部の平面に沿って回動可能である。下肢ロッド連結部５０ａと側壁４６ｃとが当接すると、下肢ロッド５０の回動が大ギア４６に伝達可能になり、大ギア４６の回動が下肢ロッド５０に伝達可能になる。

図９は、使用者が歩行中に脚が後方に位置するときの動作補助装置１（補助ユニット２０）の様子を示す図である。図１０は、使用者が腰をやや屈曲させているときの動作補助装置１（補助ユニット２０）の様子を示す図である。図１１は、使用者が腰をさらに屈曲させているときの動作補助装置１（補助ユニット２０）の様子を示す図である。なお、図９～１１では、索状体４３及び第２プーリ４４の図示を省略している。

窪み４６ｂは、内部で下肢ロッド連結部５０ａが回転できるように下肢ロッド連結部５０ａよりも大きく形成されている。図９に示す状態では、下肢ロッド連結部５０ａが最も－Ｘ側に位置し、下肢ロッド連結部５０ａが側壁４６ｄに当接している。

大ギア４６には、＋Ｙ方向へ向かって突出するピン４６ｐが設けられている。また、下肢ロッド連結部５０ａには、＋Ｙ方向へ向かって突出するピン５０ｐが設けられている。ピン５０ｐとピン４６ｐとの間には、下肢ロッド付勢部材５０ｄ（例えば、引張コイルばね）が設けられており、下肢ロッド連結部５０ａが側壁４６ｄに当接する方向（パッド３５が使用者の脚に押圧される方向）に下肢ロッド連結部５０ａを付勢する。なお、図９に示す状態では、大ギア固定ピン４０ｐがピン受け部４６ｑ（図９、１０では図示省略）に嵌合しているため、＋Ｙ方向から見て大ギア４６が反時計回りに回転しない。

側壁４６ｃ、４６ｄの間では、下肢ロッド連結部５０ａは窪み４６ｂの内部で空転可能である。図９に示す状態から使用者が腰の屈曲を開始すると、下肢ロッド連結部５０ａが窪み４６ｂの内部において時計回り（図９矢印参照）に空転する。下肢ロッド連結部５０ａが所定角度以上回動すると、図１０に示すように、下肢ロッド連結部５０ａが側壁４６ｃに当接する。

図１０に示す状態から、使用者が腰をさらに屈曲し、下肢ロッド連結部５０ａがさらに前方（図１０における時計回り、図１０矢印参照）回転すると、下肢ロッド連結部５０ａは、側壁４６ｃを押圧し、大ギア４６に回転方向の力を付与して大ギア４６を回転させる。その結果、大ギア４６が時計回りに回転して（図１０太矢印参照）、大ギア固定ピン４０ｐがピン受け部４６ｑから外れ、図１１に示す状態になる。すなわち、窪み４６ｂ、側壁４６ｃ及び下肢ロッド連結部５０ａからなる伝達機構は、下肢ロッド連結部５０ａが大ギア４６を回転させない第１態様と、下肢ロッド連結部５０ａが大ギア４６に回転方向の力を付与して大ギア４６を回転させる第２態様と、を切り替え可能である。

なお、第１態様と第２態様との切り替え角度及び下肢ロッド５０の空転角度は側壁４６ｃ、４６ｄによって定められる。図９に示すように、側壁４６ｃは、使用者の前側における第１態様と第２態様との切り替え角度を定める。また、側壁４６ｃ、４６ｄは、使用者の前側及び後ろ側における下肢ロッド５０の空転角度を定める。本実施の形態では、中心線と側壁４６ｃとのなす角度θ１及び中心線と側壁４６ｄとのなす角度θ２は、略２０度である。ただし、角度θ１、θ２は図示した形態に限られず、角度θ１は角度θ２以上であればよい。角度θ１を角度θ２以上とすることで、第１態様と第２態様との切り替え角度を歩行動作に沿った大きさとすることができる。

図１１の説明に戻る。大ギア４６の回転に応じて、大ギア４６に嵌合する小ギア４５が回転する。すると、小ギア４５と共に第２プーリ４４が回転する。索状体４３は、第２プーリ４４の回転に応じて第１プーリ４２から引き出され、第１プーリ４２を回転させる。

ここで、第２プーリ４４の回転によって第１プーリ４２を回転させる構成について説明する。図１２、１３は、第１プーリ４２、第２プーリ４４及び索状体４３の様子を示す図であり、図１２は索状体４３が主に第１プーリ４２に巻回されている状態を示し、図１３は索状体４３が第１プーリ４２及び第２プーリ４４に巻回されている状態を示す。

索状体４３は、例えばワイヤロープであり、第１プーリ４２に第１端が連結され、第２プーリ４４に第２端が連結されている。なお、本実施の形態では、ワイヤロープを索状体４３として用いたが、紐、鋼線等を索状体４３として用いてもよい。索状体４３の両端には、索状体４３の中腹より径の大きい係止部材（図示は省略）が連結されている。

図１４は、第１プーリ４２の概略を示す図であり、（ａ）は＋Ｙ方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）、（ｄ）は側面図である。第１プーリ４２には、索状体取付部４２ｄが設けられている。索状体取付部４２ｄは、主として、長孔４２ｅと、円孔４２ｆとを有する。係止部材を円孔４２ｆに嵌め込んでカシメ等により固定することで、索状体４３の一端が第１プーリ４２に係止される。索状体４３は、端部が索状体取付部４２ｄに固定され、そのまま溝４２ｂに収容されてプーリ本体４２ａの外周に螺旋状に巻回される。

図１５は、第２プーリ４４の概略を示す図であり、（ａ）は＋Ｙ方向から見た平面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）、（ｄ）は側面図である。第２プーリ４４には扇形形状の窪み４４ｃが設けられており、窪み４４ｃには索状体取付部４４ｄが設けられている。索状体取付部４４ｄは、主として、長孔４４ｅと、円孔４４ｆとを有する。係止部材を円孔４４ｆに嵌め込んでカシメ等により固定することで、索状体４３の一端が第２プーリ４４に係止される。索状体４３は、端部が索状体取付部４４ｄに固定され、そのまま溝４４ｂに収容されてプーリ部４４ａの外周に螺旋状に巻回される。

図１２、１３の説明に戻る。図１２は、第２プーリ４４が回転されていないため、索状体４３は、第１プーリ４２の略全体にわたって巻回され、第２プーリ４４にはほとんど巻回されていない（第２プーリ４４における索状体４３の巻回は略１／４周程度）。そして、第２プーリ４４が回転することで、索状体４３は、図１３に示すように、第１プーリ４２からほどかれて第２プーリ４４に巻回される。

溝４２ｂ、４４ｂは、それぞれ螺旋状であり、第１プーリ４２及び第２プーリ４４を側面から見たときに索状体４３が回転軸４２ｒ及び回転軸４４ｒと直交するように配置されている。したがって、索状体４３の第１プーリ４２及び第２プーリ４４の間において索状体４３が斜めに引き出されることを防ぎ、索状体４３の摺動を滑らかにし、力の伝達におけるロスを抑制することができる。

第２プーリ４４が回転することで、索状体４３が第１プーリ４２を回転させるが、第１プーリ４２には弾性体が設けられているため、第２プーリ４４及び第１プーリ４２の回転は弾性体の付勢力に抗して行われる。第１プーリ４２の回転量が多くなればなるほど弾性体の弾性力は大きくなるが、それに伴って索状体４３が巻回されている第１プーリ４２のプーリ本体４２ａの外径が大きくなる。したがって、索状体４３を第１プーリ４２からほどく（第１プーリ４２から引き出す）ときに要する力（見かけのばね定数）を略一定に保つことができる。

第２プーリ４４の外径は第１プーリ４２の外径より大きいため、弾性体の付勢力が第１プーリ４２から第２プーリ４４に伝達されることで、第１プーリ４２と第２プーリ４４との間でトルクが増幅する。また、小ギア４５の外径は第２プーリ４４の外径より小さく、小ギア４５は歯数の多い大ギア４６に噛み合っているため、第２プーリ４４及び小ギア４５と大ギア４６との間でトルクが増幅される。したがって、弾性体の付勢力よりも大きな補助力を下肢ロッド５０に加えることができる。

図９～１１の説明に戻る。使用者が腰をかがめる方向に動くと、下肢ロッド５０及び大ギア４６は、弾性体の付勢力に抗して時計回り（図９～１１の矢印参照）に回転し、大ギア４６の回転により小ギア４５及び第２プーリ４４が弾性体の付勢力に抗して回転する。また、第２プーリ４４の回転により索状体４３が第１プーリ４２から解かれて第２プーリ４４に巻回されることで、弾性体の付勢力に抗して第１プーリ４２が回転する。

使用者が腰を伸ばす方向に動くときには、弾性体は、引き出された索状体４３を元の位置に引き込む復元力が働く。つまり、弾性体の付勢力により第１プーリ４２が回転して、索状体４３をプーリ本体４２ａに巻回し、かつ索状体４３を第２プーリ４４からほどくことで、索状体４３が第２プーリ４４を回転させ、第２プーリ４４の回転により小ギア４５及び大ギア４６がそれぞれ回転することで、下肢ロッド５０が元の位置に戻る。

本実施の形態によれば、電気等の外部の動力を用いることなく、簡易な構成で、前屈姿勢から起き上がるときの腰の伸展動作を補助することができる。また、弾性体の付勢力を２段階で増幅させることができるため、弾性体の付勢力よりも大きい力で下肢ロッド５０を付勢することができる。これにより、弾性体の付勢力よりも大きな補助力を発生させ、使用者の腰を直立状態に戻す動作を効率良く補助することができる。

また、本実施の形態によれば、所定角度以内で下肢ロッド５０が動いている間、例えば使用者が歩行している間は、下肢ロッド５０が空転するため、補助力が発生しない。したがって、歩行動作中に使用者の動作を妨げることがない。また、補助の有無は下肢ロッド５０と大ギア４６との相対角度に応じて切り替わるため、補助力を発生させるか否かについて切り替え操作を行う必要がなく、使い勝手をよくすることができる。

＜第２の実施の形態＞
本発明にかかる動作補助装置の第２の実施形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。なお、以降の説明において、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付した。図１６は、第２の実施形態に係る動作補助装置２が有するパワーユニット４０Ａの概略を示す縦断面図であって、（ａ）はパワーユニット４０Ａの全体図であり、（ｂ）はパワーユニット４０Ａの部分拡大図である。

大ギア４６Ａは、回転軸４６ｒを中心に円弧を描いて湾曲する長孔４６ｊを有する。また、下肢ロッド５０Ａは、長孔４６ｊに嵌合するピン５０ｆを有する。下肢ロッド５０Ａが回転すると、ピン５０ｆが長孔４６ｊ内を移動する。ピン５０ｆが長孔４６ｊ内を移動する間は、下肢ロッド５０Ａが回転しても大ギア４６Ａは回転せず（第１態様）、動作を補助する力が発生しない。

下肢ロッド５０Ａの回転角度が所定以上になると、ピン５０ｆと長孔４６ｊの端部とが当接する。その結果、ピン５０ｆが長孔４６ｊの端部を押圧し、下肢ロッド５０Ａが回転すると大ギア４６Ａも回転する（第２態様）。また、長孔４６ｊの端部がピン５０ｆを押圧し、大ギア４６Ａが回転すると下肢ロッド５０Ａも回転する（第２態様）。第１態様と第２態様との切り替え角度及び下肢ロッド５０の空転角度は長孔４６ｊの長さによって定められる。本実施の形態では、伝達機構はピン５０ｆ及び長孔４６ｊによって実現される。

＜第３の実施の形態＞
本発明にかかる動作補助装置の第３の実施形態について、先に説明した実施の形態と異なる部分を中心に説明する。図１７、１８は、第３の実施形態に係る動作補助装置３が有するパワーユニット４０Ｂの概略を示す縦断面図ある。図１７は、使用者が直立している状態を示し、図１８（ａ）は歩行動作中の様子を示し、図１８（ｂ）は使用者が腰を曲げたときの様子を示す。

動作補助装置３は、下肢ロッド５０Ｂと大ギア４６Ｂとを連結する第２索状体４７を備える。下肢ロッド５０Ｂは、第２索状体４７が伸長しない範囲内で空転する。したがって、第２索状体４７が伸長していない場合は、下肢ロッド５０Ｂが回転しても大ギア４６Ｂは回転せず（第１態様）、動作を補助する力が発生しない。

下肢ロッド５０Ｂが前方（図１７、１８の右方向）に移動し、第２索状体４７と大ギア４６Ｂとの固定部４６ｋと、第２索状体４７と下肢ロッド５０Ｂとの固定部５０ｇとの距離が所定以上離間すると、下肢ロッド５０Ｂが第２索状体４７を引っ張ることにより大ギア４６Ｂが回転し、大ギア４６Ｂが第２索状体４７を引っ張ることにより下肢ロッド５０Ｂが回転する（第２態様）。第１態様と第２態様との切り替え角度及び下肢ロッド５０の空転角度は第２索状体４７の長さ及び第２索状体４７の両端の固定部４６ｋ、５０ｇ間の距離によって定められる。本実施の形態では、伝達機構は第２索状体４７によって実現される。

以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、本発明の技術的思想は、人体の動作を補助する動作補助装置以外にも適用可能である。

また、本発明において、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、略平行、略直交とは、厳密に平行、直交の場合には限られない。また、例えば、単に平行、直交等と表現する場合においても、厳密に平行、直交等の場合のみでなく、略平行、略直交等の場合を含むものとする。また、本発明において「近傍」とは、例えばＡの近傍であるときに、Ａの近くであって、Ａを含んでも含まなくてもよいことを示す概念である。

１，２，３：動作補助装置
１０、２０：補助ユニット
２０ａ、２０ｂ：連結部
２０ｑ、２０ｒ：回転軸
３０ ：装着部
３１ ：背当て部
３２ ：胸当て部
３３ ：連結部
３３ａ、３３ｂ：連結部
３４ ：腰部固定部材
３５ ：パッド
４０、４０Ａ、４０Ｂ：パワーユニット
４０ａ ：第１カバー
４０ｂ ：第２カバー
４０ｃ ：柱状部
４０ｄ ：固定板
４０ｐ ：大ギア固定ピン
４１ ：弾性体ユニット
４１ａ ：ケース
４１ｒ ：回転軸
４１ｔ ：ラチェット歯車
４１ｕ ：ラチェット受け部
４２ ：第１プーリ
４２ａ ：プーリ本体
４２ｂ ：溝
４２ｃ ：土台
４２ｄ ：索状体取付部
４２ｅ ：長孔
４２ｆ ：円孔
４２ｒ ：回転軸
４３ ：索状体
４４ ：第２プーリ
４４ａ ：プーリ部
４４ｂ ：溝
４４ｃ ：窪み
４４ｄ ：索状体取付部
４４ｅ ：長孔
４４ｆ ：円孔
４４ｇ ：貫通孔
４４ｉ ：凸部
４４ｒ ：回転軸
４５ ：小ギア
４６、４６Ａ、４６Ｂ：大ギア
４６ｂ ：窪み
４６ｃ、４６ｄ：側壁
４６ｊ ：長孔
４６ｋ ：固定部
４６ｐ ：ピン
４６ｑ ：ピン受け部
４６ｒ ：回転軸
４６ｓ ：スポーク
４７ ：第２索状体
５０、５０Ａ、５０Ｂ：下肢ロッド
５０ａ ：下肢ロッド連結部
５０ｂ ：ヒンジ
５０ｃ ：パッド支持体
５０ｄ ：下肢ロッド付勢部材
５０ｆ ：ピン
５０ｇ ：固定部
５０ｐ ：ピン

Claims (10)

1. 使用者の上体を起こす動作を補助する動作補助装置であって、
   第１回転軸を有し、当該第１回転軸を中心に回転可能な第１プーリと、
   前記第１回転軸に設けられ、前記第１プーリの回転角度に応じた力を前記第１プーリに付勢する弾性体と、
   前記第１プーリに第１端が連結される索状体と、
   前記索状体の第２端が連結され、第２回転軸を中心に回転可能な第２プーリであって、前記第１プーリの外径より大きい外径を有する第２プーリと、
   前記第２プーリに設けられ、前記第２プーリと共に前記第２回転軸を中心に回転する小ギアと、
   前記小ギアより歯数が多く、前記小ギアと嵌合可能な大ギアであって、第３回転軸を中心に回転可能な大ギアと、を有し、前記使用者の側面に装着される補助ユニットと、
   前記第３回転軸に連結され、前記使用者の大腿部に取付可能な下肢ロッドと、
   前記大ギアの回転を前記下肢ロッドに伝達する、又は、前記下肢ロッドの回転を前記大ギアに伝達する伝達機構と、
   を備え、
   前記索状体は、前記第１プーリ及び前記第２プーリの外周面に巻回されており、
   前記弾性体の付勢力により前記第１プーリが回転して前記索状体を前記第１プーリに巻回し、かつ前記索状体を前記第２プーリからほどくことで前記第２プーリが回転し、前記第２プーリの回転により前記小ギア及び前記大ギアが回転し、前記伝達機構を介して前記大ギアが前記下肢ロッドを回転させる
   ことを特徴とする動作補助装置。
2. 前記伝達機構は、前記下肢ロッドと前記大ギアとの相対角度に応じて、前記下肢ロッドが前記大ギアを回転させない第１態様と、前記下肢ロッドが前記大ギアに回転方向の力を付与して前記大ギアを回転させる第２態様と、を切り替える
   ことを特徴とする請求項１に記載の動作補助装置。
3. 前記使用者の前側における前記第１態様と前記第２態様との切り替え角度は、前記使用者の後ろ側における前記第１態様と前記第２態様との切り替え角度以上である
   ことを特徴とする請求項２に記載の動作補助装置。
4. 前記大ギアは、前記下肢ロッドが連結されている側の面に、前記第３回転軸を中心とする扇状の窪みを有し、
   前記窪みは、前記下肢ロッドの回転方向において、前記下肢ロッドの前記大ギアとの連結部よりも大きく形成されており、
   前記下肢ロッドは、前記窪みの内部を前記窪みの底部の平面に沿って回動可能であり、
   前記下肢ロッドと前記窪みの側壁とが当接すると、前記大ギアの回転が前記下肢ロッドに伝達可能になり、前記下肢ロッドの回転が前記大ギアに伝達可能になる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の動作補助装置。
5. 前記下肢ロッドは、前記大ギアとの対向面にピンを備え、
   前記大ギアは、前記ピンが挿通される長孔を備え、
   前記ピンは前記下肢ロッドの回動に応じて前記長孔内を移動可能であり、
   前記ピンと前記長孔の端部とが当接すると、前記大ギアの回転が前記下肢ロッドに伝達可能になり、前記下肢ロッドの回転が前記大ギアに伝達可能になる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の動作補助装置。
6. 前記下肢ロッドと前記大ギアを連結する第２索状体をさらに備え、
   前記第２索状体と前記大ギアとの固定部と、前記第２索状体と前記下肢ロッドとの固定部との距離が所定以上離間する方向に前記下肢ロッドが回動すると、前記大ギアの回転が前記下肢ロッドに伝達可能になり、前記下肢ロッドの回転が前記大ギアに伝達可能になる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の動作補助装置。
7. 前記補助ユニットは、前記使用者の左側に装着される第１補助ユニットと、前記使用者の右側に装着される第２補助ユニットと、を有し、
   前記使用者の胸部に固定される胸部固定部材と、
   前記使用者の腰部に固定される腰部固定部材と、
   前記第１補助ユニットと、前記第２補助ユニットと、前記胸部固定部材と、前記腰部固定部材とを連結する連結部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の動作補助装置。
8. 前記第３回転軸を中心に回転可能に設けられた取付部材を備え、
   前記腰部固定部材は、前記取付部材に第４回転軸を中心に回転可能に設けられており、
   前記第３回転軸と前記第４回転軸は異なる位置に設けられている
   ことを特徴とする請求項７に記載の動作補助装置。
9. 前記弾性体は、板状部材を面方向に巻きこんで渦巻き状にしたゼンマイばねであり、
   前記弾性体は、前記第１回転軸に設けられており、
   前記第１プーリの外周は先端に向かって次第に細くなる形状であり、
   前記索状体は、前記第１プーリの根元から先端に向かうように、前記第１プーリの外周面に巻回されている
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の動作補助装置。
10. 前記第１プーリの外周には螺旋状の第１溝が設けられており、
    前記第２プーリの外周には螺旋状の第２溝が設けられており、
    前記索状体は前記第１溝及び前記第２溝に収容され、
    前記索状体は前記第１プーリ及び前記第２プーリを側面から見たときに前記第１回転軸及び前記第２回転軸と略直交する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の動作補助装置。

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