JP7390639B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の歩行動作を補助する歩行補助装置に関するものである。

特許文献１には、足底部位置に配置される入力シリンダと、大腿側リンクと下腿側リンクとの間に配置される出力シリンダと、を備える膝継手が開示されている。この膝継手では、歩行動作中に入力シリンダが床反力により圧縮されると、出力シリンダが大腿側リンクに伸展トルクを発生させる。

特開２０１３－２３３４２１号公報

しかしながら、特許文献１の膝継手では、歩行中に足が地面に着いて体重がかかっている立脚期には、使用者の足底部が地面に着いていることにより入力シリンダが圧縮されて、出力シリンダが膝関節を伸展させる方向に伸長することで、膝が曲がる膝折れが防止される。そのため、踵が着いてからつま先が離れるまで足底部が地面に着いている間は膝を曲げることができないので、自然な歩行動作をとることが困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、自然な歩行動作をとることが可能な歩行補助装置を提供することを目的とする。

本発明は、使用者の大腿部に取り付けられる支持部材と下腿部材との間に設けられ、支持部材に対して下腿部材が屈曲方向に回動すると収縮する第１液圧シリンダと、下腿部材と足部材との間に設けられ、下腿部材に対して足部材が背屈方向に回動すると収縮する第２液圧シリンダと、第１液圧シリンダが収縮するときに液体を排出する一方側圧力室と第２液圧シリンダが収縮するときに液体を排出する一方側圧力室とを連通させる第１連通路と、下腿部材に対して伸展方向に回動するように支持部材を付勢する第１付勢部材と、下腿部材に対して底屈方向に回動するように足部材を付勢する第２付勢部材と、を備える。

この発明では、使用者が前方へ歩行する際、前方に踏み出した足部材の底部が地面に着くときには、足首関節部は底屈方向に回動しており膝関節部は軽度に屈曲している。使用者が更に前進すると、足首関節部が背屈方向に回動し膝関節部は伸展方向に回動する。このとき、第２液圧シリンダが徐々に収縮するのに伴い、第２液圧シリンダから排出された液体が第１連通路を介して第１液圧シリンダに移動することで、第１液圧シリンダは徐々に伸長する。よって、第１液圧シリンダ及び第２液圧シリンダは、膝関節部及び足首関節部に、使用者の歩行動作に合った動きをさせることができる。また、第１付勢部材が下腿部材に対して支持部材を伸展方向に付勢し、第２付勢部材が下腿部材に対して足部材を底屈方向に付勢することで、遊脚期（足が地面から離れたとき）に膝関節部及び足首関節部を自然な状態に戻すことができる。

また、本発明では、下腿部材は、第１液圧シリンダの一方の端部を支持する第１フレームと、第２液圧シリンダの一方の端部を支持する第２フレームと、第１フレームと第２フレームとの間に設けられる長さ調整部材と、を有する。

この発明では、使用者の反対側の脚の長さに応じて長さ調整部材の長さを調整することで、使用者の左右の脚の長さを合わせることができる。

また、本発明は、第１液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室と第２液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室とを連通させる第２連通路と、第２連通路と第１連通路とを連通させる第３連通路と、第３連通路に設けられ、第１連通路から第２連通路に流れる液体を絞る絞り弁と、を更に備える。

この発明では、例えば、使用者が階段を降りる場合には、足首関節部が背屈方向に回動すると共に膝関節部が屈曲方向に回動する動作が要求される。このような場合に、絞り弁が設けられることで、第１液圧シリンダの一方側圧力室から排出された液体を、絞り弁を通じて第１液圧シリンダの他方側圧力室に供給することができる。よって、平地を歩行する場合だけでなく、階段を昇降する場合にも、使用者は、歩行補助装置を用いて自然な歩行動作をとることができる。

また、本発明は、第１液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室と第２液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室とを連通させる第２連通路と、第１連通路と第２連通路との連通を、第１液圧シリンダの一方側圧力室と第２液圧シリンダの他方側圧力室とが連通し第２液圧シリンダの一方側圧力室と第１液圧シリンダの他方側圧力室とが連通するように切り換え可能な切換弁と、を更に備える。

この発明では、切換弁は、第１連通路と第２連通路との連通を、第１液圧シリンダの一方側圧力室と第２液圧シリンダの他方側圧力室とが連通し第２液圧シリンダの一方側圧力室と第１液圧シリンダの他方側圧力室とが連通するように切り換えることができる。これにより、第１液圧シリンダ及び第２液圧シリンダを共に伸長させる動作、若しくは第１液圧シリンダ及び第２液圧シリンダを共に収縮させる動作が可能になる。

また、本発明では、切換弁は、第１連通路の連通及び第２連通路の連通を共に遮断し、第１液圧シリンダと第２液圧シリンダとのいずれかの一方側圧力室と他方側圧力室とを連通させることが可能である。

この発明では、第１連通路の連通及び第２連通路の連通が共に遮断され、第１液圧シリンダと第２液圧シリンダとのいずれかの一方側圧力室と他方側圧力室とが連通するので、第１液圧シリンダと第２液圧シリンダとの一方を伸縮しない状態で保持し、第１液圧シリンダと第２液圧シリンダとの他方を伸縮可能な状態にすることができる。これにより、第１液圧シリンダと第２液圧シリンダとの一方のみを収縮又は伸長させる動作が可能になる。

また、本発明は、第１液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室と第２液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室とを連通させる第２連通路と、第１連通路と第２連通路との一方と連通するロッド側室と、第１連通路と第２連通路との他方と連通するピストン側室と、を有する第３液圧シリンダと、を更に備える。

この発明では、第３液圧シリンダに液圧エネルギを貯められるので、蓄圧器を設ける必要がない。よって、蓄圧器が設けられる液圧回路と比較して小型化が可能である。

本発明によれば、自然な歩行動作をとることが可能な歩行補助装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る歩行補助装置の右側面図である。 図２は、図１における正面図である。 図３は、図１における背面図である。 図４は、図１において下腿部材が屈曲方向に回動し足部材が背屈方向に回動した状態を示す図である。 図５は、図１の歩行補助装置に長さ調整部材が挿入された状態を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る歩行補助装置の液圧回路である。 図７は、本発明の実施形態に係る歩行補助装置の第１の変形例に係る液圧回路の液圧回路図である。 図８は、使用者が平地を歩行する場合における液圧回路の第１の変形例の動作について説明する図である。 図９は、使用者が階段を昇降する場合における液圧回路の第１の変形例の動作について説明する図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る歩行補助装置の第２の変形例に係る液圧回路の液圧回路図である。

以下、図１から図１０を参照して、本発明の実施形態に係る歩行補助装置としての油圧義足１について説明する。油圧義足１では、液体として作動油が用いられる。非圧縮性流体であればよいので、作動油に代えて、作動水など他の液体を用いてもよい。

以下では、大腿部に対して下腿部を曲げる方向（脹脛を大腿部に近付ける方向）を「屈曲方向」と称し、大腿部に対して下腿部を伸ばす方向（脹脛を大腿部から離す方向）を「伸展方向」と称する。また、下腿部に対して足部を曲げる方向（つま先を下腿部に近付ける方向）を「背屈方向」と称し、下腿部に対して足部を伸ばす方向（つま先を下腿部から離す方向）を「底屈方向」と称する。また、足が地面に着いているときを「立脚期」と称し、足が地面から離れているときを「遊脚期」と称する。

まず、図１から図５を参照して、油圧義足１の全体構成について説明する。

図１は、油圧義足１の右側面図である。図２は、図１における正面図である。図３は、図１における背面図である。図４は、図１において下腿部材３が屈曲方向に回動し足部材４が背屈方向に回動した状態を示す図である。図５は、図１の油圧義足１に長さ調整部材３３ａが挿入された状態を示す図である。

図１から図３に示すように、油圧義足１は、大腿骨を切断した大腿切断の使用者が用いる大腿義足である。油圧義足１は、支持部材２と、下腿部材３と、足部材４と、膝関節部５と、足首関節部６と、第１液圧シリンダとしての油圧シリンダ７と、第２液圧シリンダとしての油圧シリンダ８と、第１付勢部材としてのコイルばね９と、第２付勢部材としてのコイルばね１０と、液圧回路としての油圧回路１００（図６参照）と、を備える。

支持部材２は、使用者の大腿部に取り付けられて大腿部を支持する。支持部材２の上部には、使用者の大腿部の断端（切断箇所）を装着するソケット（図示省略）が取り付けられる。支持部材２は、油圧シリンダ７の後述するロッド７２の先端部７２ａ（図３参照）が回動可能に取り付けられるシリンダ取付部２１を有する。シリンダ取付部２１は、支持部材２の後端部近傍に設けられる。

支持部材２は、下腿部材３の後述する回動規制部３４ａと当接する回動規制部２２を有する。回動規制部２２は、支持部材２の前端部近傍に設けられる。回動規制部２２は、下腿部材３の回動規制部３４ａと当接したときに、下腿部材３の伸展方向への回動を規制する（図１に示す状態）。

下腿部材３は、支持部材２に対して屈曲方向及び伸展方向に回動可能に連結される。下腿部材３は、油圧シリンダ７の後述するシリンダ部７１（一方の端部）を支持する第１フレーム３１と、油圧シリンダ８の後述するシリンダ部８１（一方の端部）を支持する第２フレーム３２と、第１フレーム３１と第２フレーム３２との間に設けられる長さ調整機構３３と、を有する。

第１フレーム３１は、回動軸５１を介して支持部材２と連結される。第１フレーム３１は、回動軸５１を中心として支持部材２に対して回動する（図４参照）。第１フレーム３１は、一対の側部部材３４と、側部部材３４の下端部どうしを連結する下端部材３５と、を有する。

側部部材３４は、支持部材２を介して入力される使用者の体重を受ける。一対の側部部材３４の間には、油圧シリンダ７が設けられる。一対の側部部材３４の間には、シリンダ支持軸３８が挿通する。シリンダ支持軸３８には、油圧シリンダ７のシリンダ部７１が回動可能に連結される。

下端部材３５は、一対の側部部材３４を下方から支持する。下端部材３５は、第２フレーム３２の後述する上端部材３７と上下方向に対向する。下端部材３５には、長さ調整機構３３の上端部３３ｂが連結される。

第２フレーム３２は、長さ調整機構３３を介して第１フレーム３１の下部に連結される。第２フレーム３２は、一対の側部部材３６と、側部部材３６の上端部どうしを連結する上端部材３７と、を有する。

側部部材３６は、上端部材３７を下方から支持する。側部部材３６は、上端部材３７を介して入力される使用者の体重を受ける。一対の側部部材３６の間には、油圧シリンダ８が設けられる。一対の側部部材３６の間には、シリンダ支持軸３９が挿通する。シリンダ支持軸３９には、油圧シリンダ８のシリンダ部８１が回動可能に連結される。

側部部材３６は、足部材４の後述する回動規制部４１と当接する回動規制部３６ａと、足部材４の後述する回動規制部４２と当接する回動規制部３６ｂと、を有する。

上端部材３７は、第１フレーム３１の下端部材３５と上下方向に対向する。上端部材３７には、長さ調整機構３３の下端部３３ｃが連結される。

長さ調整機構３３は、長さ調整部材３３ａ（図５参照）を有する。長さ調整機構３３では、長さ調整部材３３ａを異なる長さのものに交換可能である。これにより、使用者の反対側の脚の長さに応じて長さ調整部材３３ａの長さを調整することで、使用者の左右の脚の長さを合わせることができる。

油圧シリンダ７のシリンダ部７１を支持する第１フレーム３１と、油圧シリンダ８のシリンダ部８１を支持する第２フレーム３２とは、長さ調整部材３３ａを挟んで別々に設けられる。そのため、長さ調整部材３３ａを調整することで、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８の大きさを変更することなく、下腿部材３の長さだけを変更することができる。

足部材４は、下腿部材３に対して底屈方向及び背屈方向に回動可能に連結される。足部材４は、回動軸６１を介して下腿部材３と連結される。足部材４は、回動軸６１を中心として下腿部材３に対して回動する（図４参照）。

足部材４は、靴などを装着可能なように、健常者の足と同様の形状に形成される。足部材４は、油圧シリンダ８の後述するロッド８２の先端部８２ａ（図１参照）が回動可能に取り付けられるシリンダ取付部４３を有する。シリンダ取付部４３は、足部材４において回動軸６１を介して下腿部材３と連結される位置よりも前方に設けられる。

足部材４は、下腿部材３の回動規制部３６ａと当接する回動規制部４１と、下腿部材３の回動規制部３６ｂと当接する回動規制部４２と、を有する。回動規制部４１は、下腿部材３の前方に設けられる。回動規制部４１は、下腿部材３の回動規制部３６ａと当接したときに、足部材４の背屈方向への回動を規制する。回動規制部４２は、下腿部材３の後方に設けられる。回動規制部４２は、下腿部材３の回動規制部３６ｂと当接したときに、足部材４の底屈方向への回動を規制する。

膝関節部５は、回動軸５１を有する。回動軸５１は、支持部材２と下腿部材３とを屈曲方向及び伸展方向に回動可能に連結する。

足首関節部６は、回動軸６１を有する。回動軸６１は、下腿部材３と足部材４とを底屈方向及び背屈方向に回動可能に連結する。

油圧シリンダ７は、支持部材２と下腿部材３との間に設けられる。油圧シリンダ７が収縮すると、下腿部材３が支持部材２に対して屈曲方向に回動する。油圧シリンダ７が伸長すると、下腿部材３が支持部材２に対して伸展方向に回動する。油圧シリンダ７は、シリンダ部７１と、ロッド７２と、を有する。

シリンダ部７１は、一対の側部部材３４の間に設けられる。シリンダ部７１ついては、図６の油圧回路１００を参照しながら、後で詳細に説明する。

ロッド７２は、シリンダ部７１に対して進退する。ロッド７２がシリンダ部７１から退出すると、油圧シリンダ７は伸長する。一方、ロッド７２がシリンダ部７１に進入すると、油圧シリンダ７は収縮する。

油圧シリンダ８は、下腿部材３と足部材４との間に設けられる。油圧シリンダ８は、下腿部材３に対して足部材４が背屈方向に回動すると収縮する。油圧シリンダ８は、下腿部材３に対して足部材４が底屈方向に回動すると伸長する。油圧シリンダ８は、シリンダ部８１と、ロッド８２と、を有する。

シリンダ部８１は、一対の側部部材３６の間に設けられる。シリンダ部８１ついては、図６の油圧回路１００を参照しながら、後で詳細に説明する。

ロッド８２は、シリンダ部８１に対して進退する。ロッド８２がシリンダ部８１から退出すると、油圧シリンダ８は伸長する。一方、ロッド８２がシリンダ部８１に進入すると、油圧シリンダ８は収縮する。

油圧シリンダ８は、油圧シリンダ７よりも全長が短い。これにより、油圧シリンダ７の収容部と比較してスペースの小さい足首関節部６に油圧シリンダ８を収容することができる。油圧シリンダ７と油圧シリンダ８とは、シリンダ部７１，８１の径を変更することで、使用者の歩行動作に応じたセッティングが可能である。

コイルばね９は、ロッド７２の外周に設けられる。コイルばね９は、下腿部材３に対して伸展方向に回動するように支持部材２を付勢する。コイルばね９は、ロッド７２がシリンダ部７１から退出すると、ロッド７２の伸長と共に伸長する。一方、コイルばね９は、ロッド７２がシリンダ部７１に進入すると、ロッド７２の収縮と共に収縮する。

コイルばね１０は、ロッド８２の外周に設けられる。コイルばね１０は、下腿部材３に対して底屈方向に回動するように足部材４を付勢する。コイルばね１０は、ロッド８２がシリンダ部８１から退出すると、ロッド８２の伸長と共に伸長する。一方、コイルばね１０は、ロッド８２がシリンダ部８１に進入すると、ロッド８２の収縮と共に収縮する。

コイルばね９が下腿部材３に対して支持部材２を伸展方向に付勢し、コイルばね１０が下腿部材３に対して足部材４を底屈方向に付勢することで、遊脚期に膝関節部５及び足首関節部６を自然な状態に戻すことができる。

コイルばね９及びコイルばね１０に代えて、他のばねなどを第１付勢部材及び第２付勢部材として設けてもよい。また、コイルばね９及びコイルばね１０を、ロッド７２及びロッド８２の外周ではなく、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８とは別の位置に独立して設けてもよい。

次に、図６を参照して、油圧義足１の油圧回路１００について説明する。図６は、油圧義足１の油圧回路１００である。

油圧回路１００は、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８の動作に応じて作動油を移動させるものである。油圧回路１００は、油圧義足１の第１フレーム３１と第２フレーム３２との内側に収容される。油圧回路１００は、第１連通路１０１と、第２連通路１０２と、第３連通路１０３と、逆止弁１０４と、絞り弁１０５と、蓄圧器としてのアキュムレータ１０６と、を備える。

油圧シリンダ７は、シリンダ部７１と、ロッド７２と、ピストン７３と、一方側圧力室としてのピストン側室７４と、他方側圧力室としてのロッド側室７５と、を有する。

ロッド７２は、ピストン７３と一体に設けられてシリンダ部７１の外部へ延出される。ピストン７３は、シリンダ部７１内を摺動する。ピストン７３は、シリンダ部７１内にピストン側室７４及びロッド側室７５を画成する。ピストン側室７４は、油圧シリンダ７が収縮するときに作動油を排出する。ロッド側室７５には、油圧シリンダ７が収縮するときに作動油が供給される。

油圧シリンダ８は、シリンダ部８１と、ロッド８２と、ピストン８３と、一方側圧力室としてのピストン側室８４と、他方側圧力室としてのロッド側室８５と、を有する。

ロッド８２は、ピストン８３と一体に設けられてシリンダ部８１の外部へ延出される。ピストン８３は、シリンダ部８１内を摺動する。ピストン８３は、シリンダ部８１内にピストン側室８４及びロッド側室８５を画成する。ピストン側室８４は、油圧シリンダ８が収縮するときに作動油を排出する。ロッド側室８５には、油圧シリンダ８が収縮するときに作動油が供給される。

第１連通路１０１は、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のピストン側室８４とを連通させる。第２連通路１０２は、油圧シリンダ７のロッド側室７５と油圧シリンダ８のロッド側室８５とを連通させる。

油圧シリンダ８が収縮する場合には、第１連通路１０１を通じて作動油がピストン側室８４からピストン側室７４に移動すると共に、第２連通路１０２を通じて作動油がロッド側室７５からロッド側室８５に移動して、油圧シリンダ７が伸長する。一方、油圧シリンダ８が伸長する場合には、第１連通路１０１を通じて作動油がピストン側室７４からピストン側室８４に移動すると共に、第２連通路１０２を通じて作動油がロッド側室８５からピストン側室８４に移動して、油圧シリンダ７が収縮する。

第３連通路１０３は、第２連通路１０２と第１連通路１０１とを連通させる。第３連通路１０３には、逆止弁１０４と絞り弁１０５とが、互いに並列に並ぶように設けられる。

逆止弁１０４は、第１連通路１０１から第２連通路１０２に作動油が流れないように、作動油の流れを止める。即ち、逆止弁１０４が設けられる通路においては、第１連通路１０１から第２連通路１０２へは作動油が流通しない。

絞り弁１０５は、第１連通路１０１から第２連通路１０２に流れる作動油を絞る。即ち、第１連通路１０１から第２連通路１０２へは、絞り弁１０５によって絞られた作動油が流通する。なお、絞り弁１０５は、作動油の流れを絞る状態だけでなく完全に閉じた状態にも調整可能である。これにより、第１連通路１０１から第２連通路１０２へ作動油が流通しないようにもできる。

アキュムレータ１０６は、第２連通路１０２に連通するように設けられる。アキュムレータ１０６は、シリンダ部７１及びシリンダ部８１に対してロッド７２及びロッド８２が進退する長さに応じて変化する油圧回路１００内の作動油の体積変化を補償する。また、アキュムレータ１０６は、温度変化による作動油の体積変化を補償する。

次に、油圧義足１を用いた歩行動作について説明する。ここでは、一方の脚に油圧義足１を装着した使用者が平地を歩行する場合について説明する。

使用者が前方へ歩行する際には、他方の脚を前方に踏み出した後、油圧義足１を装着した一方の脚を前方に踏み出す。前方に踏み出した足部材４の底部が地面に着くときには、足首関節部６は底屈方向に回動しており膝関節部５は軽度に屈曲している。この状態から、使用者が更に前進すると、足首関節部６が背屈方向に回動し膝関節部５は伸展方向に回動する。

このとき、油圧シリンダ８が徐々に収縮するのに伴い、油圧シリンダ８から排出された作動油が第１連通路１０１を介して油圧シリンダ７に移動する。これにより、油圧シリンダ７は徐々に伸長する。

よって、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８は、膝関節部５及び足首関節部６に、使用者の歩行動作に合った動きをさせることができる。したがって、使用者は、油圧義足１を用いて自然な歩行動作をとることができる。

また、例えば、使用者が階段を降りる場合には、足首関節部６が背屈方向に回動すると共に膝関節部５が屈曲方向に回動する動作が要求される。このような場合に、絞り弁１０５が設けられることで、油圧シリンダ７のピストン側室７４から排出された作動油を、絞り弁１０５を通じてロッド側室７５に供給することができる。よって、平地を歩行する場合だけでなく、階段を昇降する場合にも、使用者は、油圧義足１を用いて自然な歩行動作をとることができる。

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

前方に踏み出した足部材４の底部が地面に着くときには、足首関節部６は底屈方向に回動しており膝関節部５は軽度に屈曲している。この状態から、使用者が更に前進すると、足首関節部６が背屈方向に回動し膝関節部５は伸展方向に回動する。このとき、油圧シリンダ８が徐々に収縮するのに伴い、油圧シリンダ８から排出された作動油が第１連通路１０１を介して油圧シリンダ７に移動する。これにより、油圧シリンダ７は徐々に伸長する。よって、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８は、膝関節部５及び足首関節部６に、使用者の歩行動作に合った動きをさせることができる。したがって、使用者は、油圧義足１を用いて自然な歩行動作をとることができる。

以下、図７から図１０を参照して、油圧義足１の第１及び第２の変形例に係る油圧回路２００，３００について説明する。なお、以下に示す各々の変形例では、上記の実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

まず、図７を参照して、油圧義足１の第１の変形例に係る油圧回路２００について説明する。図７は、油圧回路２００の油圧回路図である。

図７に示すように、油圧回路２００は、第１連通路１０１と、第２連通路１０２と、一対のアキュムレータ１０６と、切換弁２０１と、を備える。

第１連通路１０１及び第２連通路１０２は、切換弁２０１が後述する第１遮断位置２０１ａ若しくは第２遮断位置２０１ｃに切り換えられると、油圧シリンダ７，８の間で分断される。そのため、アキュムレータ１０６は、切換弁２０１によって分断された各々の第２連通路１０２に連通するように一対設けられる。

なお、油圧シリンダ７（若しくは油圧シリンダ８）のピストン側室７４（若しくはピストン側室８４）とロッド側室７５（若しくはロッド側室８５）とを連通させる第３連通路（図示省略）を設け、第３連通路に逆止弁１０４及び絞り弁１０５を各々設けてもよい。

切換弁２０１は、第１連通路１０１と第２連通路１０２との連通を、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のロッド側室８５とが連通し油圧シリンダ８のピストン側室８４と油圧シリンダ７のロッド側室７５とが連通するように切り換え可能である。また、切換弁２０１は、第１連通路１０１の連通及び第２連通路１０２の連通を共に遮断し、油圧シリンダ７のピストン側室７４とロッド側室７５とを、若しくは油圧シリンダ８のピストン側室８４とロッド側室８５とを連通させることが可能である。

具体的には、切換弁２０１は、４ポート４位置の切換弁である。切換弁２０１は、第１遮断位置２０１ａと、第１連通位置２０１ｂと、第２遮断位置２０１ｃと、第２連通位置２０１ｄと、を有する。

切換弁２０１は、第１遮断位置２０１ａに切り換えられると、第１連通路１０１及び第２連通路１０２が油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との間で分断され、油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との間で作動油は流通しない。同時に、切換弁２０１は、油圧シリンダ７のピストン側室７４とロッド側室７５とを、第１連通路１０１及び第２連通路１０２を介して連通させる。

このように、切換弁２０１が第１遮断位置２０１ａに切り換えられると、油圧シリンダ８のピストン側室８４とロッド側室８５とは連通しないのに対して、油圧シリンダ７のピストン側室７４とロッド側室７５とは連通する。そのため、油圧シリンダ８を伸縮しない状態で保持しながら、油圧シリンダ７を単独で伸縮させることが可能である。

切換弁２０１は、第１連通位置２０１ｂに切り換えられると、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のピストン側室８４とを連通させる。同時に、切換弁２０１は、油圧シリンダ７のロッド側室７５と油圧シリンダ８のロッド側室８５とを連通させる。これにより、油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との一方が収縮する場合には他方は伸長する。

切換弁２０１は、第２遮断位置２０１ｃに切り換えられると、第１連通路１０１及び第２連通路１０２が油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との間で分断され、油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との間で作動油は流通しない。同時に、切換弁２０１は、油圧シリンダ８のピストン側室８４とロッド側室８５とを、第１連通路１０１及び第２連通路１０２を介して連通させる。

このように、切換弁２０１が第２遮断位置２０１ｃに切り換えられると、油圧シリンダ７のピストン側室７４とロッド側室７５とは連通しないのに対して、油圧シリンダ８のピストン側室８４とロッド側室８５とは連通する。そのため、油圧シリンダ７を伸縮しない状態で保持しながら、油圧シリンダ８を単独で伸縮させることが可能である。

切換弁２０１は、第２連通位置２０１ｄに切り換えられると、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のロッド側室８５とを連通させる。同時に、切換弁２０１は、油圧シリンダ７のロッド側室７５と油圧シリンダ８のピストン側室８４とを連通させる。これにより、油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との一方が収縮する場合には他方も収縮し、油圧シリンダ７と油圧シリンダ８との一方が伸長する場合には他方も伸長する。

以上のように、切換弁２０１は、第１連通路１０１と第２連通路１０２との連通を、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のロッド側室８５とが連通し油圧シリンダ８のピストン側室８４と油圧シリンダ７のロッド側室７５とが連通するように切り換えることができる。これにより、油圧シリンダ７，８を共に伸長させる動作、若しくは油圧シリンダ７，８を共に収縮させる動作が可能になる。

また、切換弁２０１は、第１連通路１０１の連通及び第２連通路１０２の連通を共に遮断し、油圧シリンダ７のピストン側室７４とロッド側室７５とを、若しくは油圧シリンダ８のピストン側室８４とロッド側室８５とを連通させることができる。これにより、油圧シリンダ７，８の一方のみを単独で伸長又は収縮させる動作が可能になる。

以下、図８及び図９を参照して、第１の変形例に係る油圧回路２００が適用された油圧義足１を用いた歩行動作について説明する。

図８は、使用者が平地を歩行する場合における油圧回路２００の動作について説明する図である。図９は、使用者が階段を昇降する場合における油圧回路２００の動作について説明する図である。

図８及び図９には、脚姿勢に対して要求される油圧シリンダ７，８の動作と、それに対応する油圧回路２００における切換弁２０１の切り換え位置を示している。図８及び図９では、実線で示す脚姿勢は、油圧義足１が装着された一方の脚であり、破線で示す脚姿勢は、油圧義足１が装着されていない他方の脚である。

まず、図８を参照して、使用者が平地を歩行する場合について説明する。

脚姿勢Ａでは、使用者は、他方の脚に対して一方の脚を前方に踏み出している。このとき、油圧シリンダ７が収縮して膝関節部５を屈曲方向に回動させ、油圧シリンダ８が伸長して足首関節部６を底屈方向に回動させる動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１連通位置２０１ｂに切り換える。

脚姿勢Ｂでは、使用者が更に前進して、一方の脚が立脚期となり一方の脚に体重をかけ、他方の脚を遊脚期として次の動作に備えている。このとき、使用者の体重を支持するために油圧シリンダ７は伸縮せず、油圧シリンダ８のみが収縮して足首関節部６を背屈方向に回動させる動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第２遮断位置２０１ｃに切り換える。

脚姿勢Ｃでは、使用者が更に前進して、一方の脚に対して他方の脚を前方に踏み出している。このとき、油圧シリンダ７のみが伸長して膝関節部５を伸展方向に回動させ、足首関節部６の角度を維持するために油圧シリンダ８は伸縮しない動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１遮断位置２０１ａに切り換える。

脚姿勢Ｄでは、使用者が更に前進して、一方の脚に対して他方の脚を更に前方に踏み出している。このとき、油圧シリンダ７のみが収縮して膝関節部５を屈曲方向に回動させ、足首関節部６の角度を維持するために油圧シリンダ８は伸縮しない動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１遮断位置２０１ａに切り換えたままである。

脚姿勢Ｅでは、使用者が更に前進して、他方の脚が立脚期となり他方の脚に体重をかけ、一方の脚を遊脚期として次の動作に備えている。このとき、油圧シリンダ７が収縮して膝関節部５を屈曲方向に回動させ、油圧シリンダ８が収縮して足首関節部６を背屈方向に回動させる動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第２連通位置２０１ｄに切り換える。

脚姿勢Ｆでは、使用者が更に前進して、他方の脚は立脚期のままであり他方の脚に体重をかけ、一方の脚を遊脚期として前方に踏み出している。このとき、油圧シリンダ７のみが伸長して膝関節部５を伸展方向に回動させ、足首関節部６の角度を維持するために油圧シリンダ８は伸縮しない動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１遮断位置２０１ａに切り換える。

使用者は、平地を歩行する際には、脚姿勢Ａから脚姿勢Ｆまでの動作を行った後、再び脚姿勢Ａに戻って同じ動作を繰り返す。

以上のように、切換弁２０１を切り換えて油圧シリンダ７，８の動作を制御することで、上記実施形態に係る油圧回路１００と比較して、使用者は更に自然な歩行動作をとることができる。

次に、図９を参照して、使用者が階段を昇降する場合について説明する。脚姿勢Ｇから脚姿勢Ｊは、使用者が階段を昇る場合であり、脚姿勢Ｋから脚姿勢Ｌは、使用者が階段を降りる場合である。

脚姿勢Ｇでは、使用者は、他方の脚に対して一方の脚を、階段の一つ上の段に踏み出している。このとき、油圧シリンダ７が収縮して膝関節部５を屈曲方向に回動させ、油圧シリンダ８が伸長して足首関節部６を底屈方向に回動させる動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１連通位置２０１ｂに切り換える。

脚姿勢Ｈでは、使用者は、一方の脚に対して他方の脚を、階段の一つ上の段に踏み出している。このとき、使用者を次の段に向けて持ち上げるために油圧シリンダ７が伸長して膝関節部５を伸展方向に回動させ、油圧シリンダ８が収縮して足首関節部６を底屈方向に回動させる動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１連通位置２０１ｂに切り換えたままである。

脚姿勢Ｉでは、使用者が更に階段を昇り、一方の脚が立脚期となり一方の脚に体重をかけ、他方の脚を一つ上の段に着いて立脚期としている。このとき、使用者を次の段に向けて持ち上げるために油圧シリンダ７のみが伸長して膝関節部５を伸展方向に回動させ、足首関節部６の角度を維持するために油圧シリンダ８は伸縮しない動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１遮断位置２０１ａに切り換える。

脚姿勢Ｊでは、使用者が更に階段を昇り、他方の脚が立脚期となり他方の脚に体重をかけ、一方の脚を遊脚期として次の動作に備えている。このとき、油圧シリンダ７が収縮して膝関節部５を屈曲方向に回動させ、足首関節部６の角度を維持するために油圧シリンダ８は伸縮しない動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１遮断位置２０１ａに切り換えたままである。

使用者は、階段を昇る際には、脚姿勢Ｇから脚姿勢Ｊまでの動作を行った後、再び脚姿勢Ｇに戻って同じ動作を繰り返す。

以上のように、切換弁２０１を切り換えて油圧シリンダ７，８の動作を制御することで、階段を昇る際にも、使用者は更に自然な歩行動作をとることができる。

脚姿勢Ｋでは、使用者が、他方の脚に対して一方の脚を、階段の一つ下の段に踏み出している。このとき、油圧シリンダ７が収縮して膝関節部５を屈曲方向に回動させ、油圧シリンダ８が収縮して足首関節部６を背屈方向に回動させる動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第２連通位置２０１ｄに切り換える。

脚姿勢Ｌでは、使用者が更に階段を降り、他方の脚を一つ下の段に着いて立脚期として他方の脚に体重をかけ、一方の脚を一つ前の段（一つ上の段）から一つ下の段に移動させている。このとき、油圧シリンダ７が伸長して膝関節部５を伸展方向に回動させ、足首関節部６の角度を維持するために油圧シリンダ８は伸縮しない動作が要求される。そのため、油圧回路２００では、切換弁２０１を第１遮断位置２０１ａに切り換える。

以上のように、切換弁２０１を切り換えて油圧シリンダ７，８の動作を制御することで、階段を降りる際にも、使用者は更に自然な歩行動作をとることができる。

次に、図１０を参照して、油圧義足１の第２の変形例に係る油圧回路３００について説明する。図１０は、油圧回路３００の油圧回路図である。

油圧回路３００は、第１連通路１０１と、第２連通路１０２と、一対の第３連通路１０３と、一対の逆止弁１０４と、一対の絞り弁１０５と、第３液圧シリンダとしての油圧シリンダ３０７と、を備える。

油圧シリンダ３０７は、シリンダ部３０１と、ロッド３０２と、ピストン３０３と、ピストン側室３０４と、ロッド側室３０５と、を有する。ロッド３０２の外周には、第３付勢部材としてのコイルばね１１が設けられる。

ロッド３０２は、ピストン３０３と一体に設けられてシリンダ部３０１の外部へ延出される。ピストン３０３は、シリンダ部３０１内を摺動する。ピストン３０３は、シリンダ部３０１内にピストン側室３０４及びロッド側室３０５を画成する。

ピストン側室３０４は、油圧シリンダ３０７が収縮するときに作動油を排出する。ピストン側室３０４は、第１連通路１０１と連通する。

ロッド側室３０５には、油圧シリンダ３０７が収縮するときに作動油が供給される。ロッド側室３０５は、第２連通路１０２と連通する。

これに代えて、ピストン側室３０４が第２連通路１０２と連通するようにしてもよい。この場合、ロッド側室３０５が第１連通路１０１と連通する。即ち、ピストン側室３０４は、第１連通路１０１と第２連通路１０２との他方と連通し、ロッド側室３０５は、第１連通路１０１と第２連通路１０２との一方と連通する。

コイルばね１１は、ロッド３０２がシリンダ部３０１から退出すると、ロッド３０２の伸長と共に伸長する。一方、コイルばね１１は、ロッド３０２がシリンダ部３０１に進入すると、ロッド３０２の収縮と共に収縮する。

以上より、油圧回路３００では、油圧シリンダ３０７に油圧エネルギを貯められるので、アキュムレータを設ける必要がない。よって、一対のアキュムレータ１０６が設けられる油圧回路２００と比較して小型化が可能である。

以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

油圧義足１は、使用者の大腿部に取り付けられる支持部材２と、支持部材２に対して屈曲方向及び伸展方向に回動可能に連結される下腿部材３と、下腿部材３に対して底屈方向及び背屈方向に回動可能に連結される足部材４と、支持部材２と下腿部材３との間に設けられ、支持部材２に対して下腿部材３が屈曲方向に回動すると収縮する油圧シリンダ７と、下腿部材３と足部材４との間に設けられ、下腿部材３に対して足部材４が背屈方向に回動すると収縮する油圧シリンダ８と、油圧シリンダ７が収縮するときに作動油を排出するピストン側室７４と油圧シリンダ８が収縮するときに作動油を排出するピストン側室８４とを連通させる第１連通路１０１と、を備える。

この構成では、前方に踏み出した足部材４の底部が地面に着くときには、足首関節部６は底屈方向に回動しており膝関節部５は軽度に屈曲している。この状態から、使用者が更に前進すると、足首関節部６が背屈方向に回動し膝関節部５は伸展方向に回動する。このとき、油圧シリンダ８が徐々に収縮するのに伴い、油圧シリンダ８から排出された作動油が第１連通路１０１を介して油圧シリンダ７に移動する。これにより、油圧シリンダ７は徐々に伸長する。よって、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８は、膝関節部５及び足首関節部６に、使用者の歩行動作に合った動きをさせることができる。したがって、使用者は、油圧義足１を用いて自然な歩行動作をとることができる。

また、下腿部材３は、油圧シリンダ７のシリンダ部７１（一方の端部）を支持する第１フレーム３１と、油圧シリンダ８のシリンダ部８１（一方の端部）を支持する第２フレーム３２と、第１フレーム３１と第２フレーム３２との間に設けられる長さ調整部材３３ａと、を有する。

この構成によれば、使用者の反対側の脚の長さに応じて長さ調整部材３３ａの長さを調整することで、使用者の左右の脚の長さを合わせることができる。また、油圧シリンダ７のシリンダ部７１を支持する第１フレーム３１と、油圧シリンダ８のシリンダ部８１を支持する第２フレーム３２とは、長さ調整部材３３ａを挟んで別々に設けられる。そのため、長さ調整部材３３ａを調整することで、油圧シリンダ７及び油圧シリンダ８の大きさを変更することなく、下腿部材３の長さだけを変更することができる。

また、油圧義足１は、下腿部材３に対して伸展方向に回動するように支持部材２を付勢するコイルばね９と、下腿部材３に対して底屈方向に回動するように足部材４を付勢するコイルばね１０と、を備える。

この構成によれば、コイルばね９が下腿部材３に対して支持部材２を伸展方向に付勢し、コイルばね１０が下腿部材３に対して足部材４を底屈方向に付勢することで、遊脚期に膝関節部５及び足首関節部６を自然な状態に戻すことができる。

また、油圧義足１は、油圧シリンダ７が収縮するときに作動油が供給されるロッド側室７５と油圧シリンダ８が収縮するときに作動油が供給されるロッド側室８５とを連通させる第２連通路１０２と、第２連通路１０２と第１連通路１０１とを連通させる第３連通路１０３と、第３連通路１０３に設けられ、第１連通路１０１から第２連通路１０２に流れる作動油を絞る絞り弁１０５と、を備える。

この構成によれば、例えば、使用者が階段を降りる場合には、足首関節部６が背屈方向に回動すると共に膝関節部５が屈曲方向に回動する動作が要求される。このような場合に、絞り弁１０５が設けられることで、油圧シリンダ７のピストン側室７４から排出された作動油を、絞り弁１０５を通じてロッド側室７５に供給することができる。よって、平地を歩行する場合だけでなく、階段を昇降する場合にも、使用者は、油圧義足１を用いて自然な歩行動作をとることができる。

また、油圧義足１は、油圧シリンダ７が収縮するときに作動油が供給されるロッド側室７５と油圧シリンダ８が収縮するときに作動油が供給されるロッド側室８５とを連通させる第２連通路１０２と、第１連通路１０１と第２連通路１０２との連通を、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のロッド側室８５とが連通し油圧シリンダ８のピストン側室８４と油圧シリンダ７のロッド側室７５とが連通するように切り換え可能な切換弁２０１と、を備える。

この構成では、切換弁２０１は、第１連通路１０１と第２連通路１０２との連通を、油圧シリンダ７のピストン側室７４と油圧シリンダ８のロッド側室８５とが連通し油圧シリンダ８のピストン側室８４と油圧シリンダ７のロッド側室７５とが連通するように切り換えることができる。これにより、油圧シリンダ７，８を共に伸長させる動作、若しくは油圧シリンダ７，８を共に収縮させる動作が可能になる。

また、切換弁２０１は、第１連通路１０１の連通及び第２連通路１０２の連通を共に遮断し、油圧シリンダ７のピストン側室７４とロッド側室７５とを、若しくは油圧シリンダ８のピストン側室８４とロッド側室８５とを連通させることが可能である。

この構成によれば、第１連通路１０１の連通及び第２連通路１０２の連通が共に遮断され、ピストン側室７４とロッド側室７５とが、若しくはピストン側室８４とロッド側室８５とが連通するので、油圧シリンダ７，８の一方を伸縮しない状態で保持し、油圧シリンダ７，８の他方を伸縮可能な状態にすることができる。これにより、油圧シリンダ７，８の一方のみを単独で伸長又は収縮させる動作が可能になる。

また、油圧義足１は、油圧シリンダ７が収縮するときに作動油が供給されるロッド側室７５と油圧シリンダ８が収縮するときに作動油が供給されるロッド側室８５とを連通させる第２連通路１０２と、第１連通路１０１と第２連通路１０２との一方と連通するロッド側室３０５と、第１連通路１０１と第２連通路１０２との他方と連通するピストン側室３０４と、を有する油圧シリンダ３０７と、を備える。

この構成によれば、油圧シリンダ３０７に油圧エネルギを貯められるので、アキュムレータを設ける必要がない。よって、一対のアキュムレータ１０６が設けられる油圧回路２００と比較して小型化が可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、油圧シリンダ７を、シリンダ部７１が支持部材２に取り付けられロッド７２が下腿部材３に取り付けられるように配置してもよい。同様に、油圧シリンダ８を、シリンダ部８１が足部材４に取り付けられロッド８２が下腿部材３に取り付けられるように配置してもよい。

この場合、油圧シリンダ７，８では、ロッド７２，８２が一方の端部に該当し、ロッド側室７５，８５が一方側圧力室に該当し、ピストン側室７４，８４が他方側圧力室に該当する。

また、歩行補助装置は、油圧義足１に限らず、例えば障害者や高齢者など脚力の弱い使用者が用いるパワーアシスト装置であってもよい。パワーアシスト装置は、歩行動作の負荷を減らすために健常者が用いるものであってもよい。この場合、支持部材２は、使用者の大腿部に沿って設けられて大腿部に外側から取り付けられ、下腿部材３は、使用者の下腿部に沿って設けられて下腿部に外側から取り付けられ、足部材４は、使用者の足に沿って設けられて足に外側から取り付けられる。これにより、使用者の歩行動作を、自然な動きでアシストすることができる。

また、本実施形態の油圧回路１００，２００，３００を、使用者の歩行動作の補助ではなく、使用者の腕の動作をアシストするパワーアシスト装置にも適用することができる。この場合、支持部材２に相当する部材が、使用者の上腕部に沿って設けられて上腕部に外側から取り付けられ、下腿部材３に相当する部材が、使用者の前腕部に沿って設けられて前腕部に外側から取り付けられ、足部材４に相当する部材が、使用者の手に沿って設けられて手に外側から取り付けられる。

１・・・油圧義足（液圧義足，歩行補助装置），２・・・支持部材，３・・・下腿部材，４・・・足部材，７・・・油圧シリンダ（第１液圧シリンダ），８・・・油圧シリンダ（第２液圧シリンダ），９・・・コイルばね（第１付勢部材），１０・・・コイルばね（第２付勢部材），３１・・・第１フレーム，３２・・・第２フレーム，３３ａ・・・長さ調整部材，７４・・・ピストン側室（一方側圧力室），７５・・・ロッド側室（他方側圧力室），８４・・・ピストン側室（一方側圧力室），８５・・・ロッド側室（他方側圧力室），１０２・・・第２連通路，１０３・・・第３連通路，１０４・・・逆止弁，１０５・・・絞り弁，３０４・・・ピストン側室，３０５・・・ロッド側室，３０７・・・油圧シリンダ（第３液圧シリンダ）

Claims (6)

1. 使用者の大腿部に取り付けられる支持部材と、
   前記支持部材に対して屈曲方向及び伸展方向に回動可能に連結される下腿部材と、
   前記下腿部材に対して底屈方向及び背屈方向に回動可能に連結される足部材と、
   前記支持部材と前記下腿部材との間に設けられ、前記支持部材に対して前記下腿部材が屈曲方向に回動すると収縮する第１液圧シリンダと、
   前記下腿部材と前記足部材との間に設けられ、前記下腿部材に対して前記足部材が背屈方向に回動すると収縮する第２液圧シリンダと、
   前記第１液圧シリンダが収縮するときに液体を排出する一方側圧力室と前記第２液圧シリンダが収縮するときに液体を排出する一方側圧力室とを連通させる第１連通路と、
   前記下腿部材に対して伸展方向に回動するように前記支持部材を付勢する第１付勢部材と、
   前記下腿部材に対して底屈方向に回動するように前記足部材を付勢する第２付勢部材と、
   を備える、
   ことを特徴とする歩行補助装置。
2. 請求項１に記載の歩行補助装置であって、
   前記下腿部材は、
   前記第１液圧シリンダの一方の端部を支持する第１フレームと、
   前記第２液圧シリンダの一方の端部を支持する第２フレームと、
   前記第１フレームと前記第２フレームとの間に設けられる長さ調整部材と、
   を有する、
   ことを特徴とする歩行補助装置。
3. 請求項１又は２に記載の歩行補助装置であって、
   前記第１液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室と前記第２液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室とを連通させる第２連通路と、
   前記第２連通路と前記第１連通路とを連通させる第３連通路と、
   前記第３連通路に設けられ、前記第１連通路から前記第２連通路に流れる液体を絞る絞り弁と、
   を更に備える、
   ことを特徴とする歩行補助装置。
4. 請求項１又は２に記載の歩行補助装置であって、
   前記第１液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室と前記第２液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室とを連通させる第２連通路と、
   前記第１連通路と前記第２連通路との連通を、前記第１液圧シリンダの一方側圧力室と前記第２液圧シリンダの他方側圧力室とが連通し前記第２液圧シリンダの一方側圧力室と前記第１液圧シリンダの他方側圧力室とが連通するように切り換え可能な切換弁と、
   を更に備える、
   ことを特徴とする歩行補助装置。
5. 請求項４に記載の歩行補助装置であって、
   前記切換弁は、前記第１連通路の連通及び前記第２連通路の連通を共に遮断し、前記第１液圧シリンダと前記第２液圧シリンダとのいずれかの前記一方側圧力室と前記他方側圧力室とを連通させることが可能である、
   ことを特徴とする歩行補助装置。
6. 請求項１又は２に記載の歩行補助装置であって、
   前記第１液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室と前記第２液圧シリンダが収縮するときに液体が供給される他方側圧力室とを連通させる第２連通路と、
   前記第１連通路と前記第２連通路との一方と連通するロッド側室と、前記第１連通路と前記第２連通路との他方と連通するピストン側室と、を有する第３液圧シリンダと、
   を更に備える、
   ことを特徴とする歩行補助装置。

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