WO2004103246A1 - 歩行補助装置 - Google Patents

Abstract

使用者自身の筋肉の運動を妨げることがなく、しかも装着状態がずれることのない歩行補助装置を提供するために、下肢の運動に補助力を与えるべく下肢関節の少なくとも一箇所の側方に設けられる補助動力発生装置（股関節アクチュエータ１０及び／又は膝関節アクチュエータ２６）を関節の側方に固定するための装具（腰部装具１及び／又は下腿部装具２）の主たる拘束点を、体幹や関節を動かした時に皮膚の動きが比較的少ない部位に設けるものとした。これにより、皮膚の動きが少ない部位、即ち筋肉の伸縮による周囲長の変化が少ない部位にしっかりと装具を固定することができるので、運動時の圧迫感が少なくて済む上に装具がずれたりせずに済む。

Description

明 細 書

歩行補助装置

技術分野

本発明は、 下肢、 つまり主に股関節や膝関節の運動に補助力を与えるための 歩行補助装置に関するものである。

背景技術

外傷や疾病、 あるいは加齢による筋力低下で自力歩行が困難となった人のた めに、 股関節や膝関節にァクチユエ一夕を装着し、 ァクチユエ一夕が発生する 動力で下肢の運動を補助するようにした歩行補助装置が種々提案されている。 従来、 これらの歩行補助装置は、 ベルト等を締め付けて腰部、 大腿部および 下腿部に固定する装具を介してァクチユエ一夕を下肢に固定することが一般的 であった。

発明の開示

しかるに、 特開昭 5 8— 1 6 3 3 6 4号公報 （第 1図〜第 4図） 或いは特開 平 7— 1 6 3 6 0 7号公報（第 1図）に開示されたような従来の装具によると、 あくまでも自己の筋肉の衰えをカバーするために補助装置を利用する人の場合 は、 特に筋肉の牽引収縮による断面積 （周囲長） の変化が大きい大腿部を装具 で締め付けると、 それが却って筋肉の動きを阻害することとなっていた。 例え ば、 筋肉が伸びている立位で丁度良いように装具を締め付けると、 筋肉が収縮 するしゃがんだ時には大腿部に強い圧迫感を覚えることとなり、 この逆にしや がんだ時に丁度良いように装具を締め付けると、 立った時には弛みを生じてし まうことが考えられる。

伸縮可能なゴム材などで装具を構成することも考えられるが、 つまるところ、 弛まないようにするためにはある程度以上の強い締め付け力が必要であり、 違 和感ゃ苦痛を使用者に全く感じさせることのないように装具を構成することは 極めて困難であった。 本発明は、 このような従来技術の問題点を解消すベく案出されたものであり、 その主な目的は、 使用者自身の筋肉の運動を妨げることがなく、 しかも装着状 態がずれることのない歩行補助装置を提供することにある。

このような目的は、 本発明によれば、 下肢の運動に補助力を与えるべく下肢 関節の少なくとも一箇所の側方に設けられる補助動力発生装置 （股関節ァクチ ユエ一夕 1 0及び Z又は膝関節ァクチユエ一夕 2 6 ) を関節の側方に固定する ための装具 （腰部装具 1及び/又は下腿部装具 2 ) の主たる拘束点を、 体幹や 関節を動かした時に皮膚の動きが比較的少ない部位に設けることを特徴とする 歩行補助装置を提供することにより達成される。

このように、 皮膚の動きが少ない部位にしっかりと装具を固定すれば、 この 部位は筋肉の伸縮による周囲長の変化が少ないので、 運動時の圧迫感が少なく て済む上に装具がずれたりせずに済む。

好ましくは、 腹筋下部を中心とする下腹部および左右の腸骨陵部から仙腸関 節を通る後背部にかけて装着される腰部装具 （1 ) を介して股関節の側方に股 関節ァクチユエ一夕 （1 0 ) を固定したり、 脛上部の両側からヒフク筋を避け てアキレス腱上部に装着される下腿部装具 （2 ) を介して膝関節の側方に膝関 節ァクチユエ一夕 （2 6 ) を固定したりすると良い。 この腰部装具により、 所 謂丹田を圧迫することで骨盤の圧力反射で腹腔全体に圧力が加わり、 直立姿勢 が安定する。 しかも下腹部に加わるベルト （1 5 ) の拘束圧力の負担が少なく て済む。 また下腿部装具により、 膝関節の屈伸運動を補助する電動モ一タなど のァクチユエ一夕を、 使用者自身の筋肉の運動を妨げず、 且つずれないように 装着することができる。

特に、 前記下腿部装具の拘束点が足部 （3 1 ) を含むものであると良い。 こ れにより、 装具全体の重量を大地にて受け止めるように構成することができる ので、 身体の負担を軽減することができる。

また、 股関節め運動に補助力を与える股関節ァクチユエ一夕 （1 0 ) と膝関 節の運動に補助力を与える膝関節ァクチユエ一夕 （2 6 ) とを連結してなる駆 動ユニット （3 ) と、 股関節の側方に股関節ァクチユエ一夕を固定する腰部装 具 （1 ) と、 膝関節の側方に膝関節ァクチユエ一夕を固定する下腿部装具 （2 ) とを有するものとすると良い。 これにより、 補助動力発生装置を含む装具の全 体を 3分割構成とすることができるので、 装着性の向上を企図し得る。

更に、 前記駆動ユニットの上端が前記腰部装具に連結され、 前記駆動ュニッ 卜の下端が前記下腿部装具に連結されるものとすると良い。 これにより、 駆動 ュニッ卜の両端に設けられた各ァクチユエ一夕の駆動反力が各装具にてしつか りと受け止められるようにすることができる。

図面の簡単な説明

第 1図は、 本発明装置を装着した状態の下半身を示す斜視図である。

第 2図は、 本発明装置の腰部装具の構成を示す分解斜視図である。

第 3図は、 背当て部と人体との関係を示す説明図である。

第 4図は、 本発明装置と人体との関係を示す説明図である。

第 5図は、 下腿部装具を下腿部に装着した状態を示す説明図である。

第 6図は、 下腿部装具の別例を示す要部斜視図である。

第 7図は、 駆動ユニットの斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

図 1は、 本発明に基づき構成された歩行補助装置の人体への装着状態を示し ている。 この歩行補助装置は、 腰部装具 1と、 下腿部装具 2と、 補助動力を発 生する駆動ュニット 3とから構成されており、 腰部装具 1と下腿部装具 2とを 下肢に固定し、 これらを介して駆動ュニット 3が発生する回転トルクを下肢に 伝えることにより、 低下した筋力を補う力を人体に与える機能を備えている。 腰部装具 1は、 図 2に示すように、 背当て部 4と、 ベル卜部 5と、 ライニン グ部 6とからなっている。

背当て部 4は、 図 3に併せて示すように、 左右の腸骨陵部 （骨盤前面端点） 7から仙腸関節 （脊柱と骨盤の接合点） 8を通る後背部に当接するように、 平 面視が概ね U字形をなしており、 その左右両端に設けられた股部駆動源連結部 9に連結される減速機付き電動モー夕等からなる股関節ァクチユエ一夕 1 0の 駆動力を受け止めることができるように、 実質的な剛体で構成されている。 そ して背当て部 4の後背部は中空に形成されており、 その内部には、 図には明示 されていないが、 制御回路と、 電動モータ及び制御回路に電力を供給するバッ テリ一とが内蔵されている。 また背当て部 4の直接人体に当接する部分には、 クッションパッド 1 1が設けられている。

ベルト部 5は、 比較的硬質な材料で形成され、 且つ背当て部 4の左右両側部 に設けられたベルト結合部 1 3の内面にポルト止めされる左右一対の基部 1 4 と、 各基部 1 4の前端に固着された左右一対のウェブ部 1 5と、 各ウェブ部 1 5の前端に取り付けられた左右一対のバックル 1 6とからなっている。 そして ベルト部 5の内面、 つまり人体の腰回りとの対向面には、 圧着ファスナなどを 利用して保護用のライニング部 6が貼り付けられるようになつている。

背当て部 4に設けられたクッションパッド 1 1は、 腰椎 1 7に沿う窪みに当 たる中央パッド 1 8と、 腰椎 1 7の左右にて後方へ僅かに膨出する脊柱起立筋 の左右両外側に当たる側部パッド 1 9とからなっている。 またライニング部 6 には、 腸骨陵部 7に当たる腸骨パッド 2 0が設けられている。 これらにより、 総計 5箇所のパッドが腰回りの要所に当たり、 背当て部 4がずれないように保 持されるようになっている。 なお、 剛体からなる股部動力伝達部 9が人体に直 接当接すると、 痛みを与えるおそれがあり、 また万一転倒した際に肉体に大き な衝撃が加わるおそれがあるので、 これらを緩和するために、 股部動力伝達部 9との間に挟まれて股関節側面に当たる股関節パッド 2 1がライニング部 6に 設けられている。

各ウェブ部 1 5は、 基部 1 4の上下に固着された 2本の平織りベルトをその 前端で統合して各バックル 1 6に結合し、 前側が狭くなる V字形をなしている。 これらウェブ部 1 5の上側部分 1 5 Uは、 腸骨陵部 7に対応する部位に位置す る基部 1 4との結合点から、 臍と恥骨との中間部 （丹田） に位置するバックル 1 6へ向けて、 外腹斜筋の筋繊維が走る方向に沿って延在している。 そしてゥ エブ部 1 5の下側部分 1 5 Lは、 股関節の側方に位置する基部 1 4との結合点 からバックル 1 6へ向けて、 内腹斜筋の繊維の走る方向に沿って延在している。 さて、 脊柱の直立姿勢は、 背筋、 胸筋、 および腹筋のバランスで維持される が、 歩行機能に障害を来たした人の筋力低下は、 下肢に限らずこれらの筋肉群 にも当然表れ、 特に腹筋の筋力低下は、 腹腔を下垂させると共に脊柱を側面視 S字形に湾曲させ、 歩行の際の直立姿勢の維持を困難にする。 それが本発明に よれば、 直立姿勢の維持に特に大切な腹直筋、 外腹斜筋、 内腹斜筋、 腹横筋な どが重なっている丹田と呼ばれる下腹部中央にバックル 1 6を位置させてゥェ ブ部 1 5に緊締カを加えることにより、 左右の腸骨陵部 7から仙腸関節 8を通 る後背部にかけて装着された背当て部 4が脊柱の湾曲を矯正し、 骨盤を安定さ せて姿勢を正しくすると同時に、 腹腔圧を高め、 内臓を正しい位置に持ち上げ る作用を発揮する。 またウェブ部 1 5は比較的広い面積で下腹部に当接するの で、腹腔に加わる圧力が下腹部の全体に均一に分散され、圧迫感が軽減される。 背当て部 4及びベルト部 5は、 図 4に示すように、 体幹や下肢関節を動かし た時の皮膚の動きが比較的少ない部位 （図中の腰部に網線を付した部分） に装 着されるように構成されている。 従ってこれによると、 太股を上げ下げする股 関節の運動や上体の前屈運動を妨げることがなく、 しかも大腿筋の伸縮による 大腿囲の変化に影響されることもない。

この構成によれば、 背当て部 4の主たる拘束点（5箇所のパッド 1 8 · 1 9 · 2 0 ) を体形差が比較的少ない背中側に設定するので、 使用者の体形の違いに 対応するにはベル卜部 5のみを交換するだけで済むことから、 背当て部 4を共 通化することができ、 腰部装具 1の製作コストの低減に寄与し得る。

他方、 下腿部装具 2は、 図 5に併せて示したように、 前脛骨筋上部の両側か らヒフク筋 2 2の下部とアキレス腱 2 3 (¾上部との間の皮膚の動きが比較的少 ない部位 （図 4中の下腿部に網線を付した部分） を覆うように、 下腿部に巻き 付く帯状部 2 4を備えている。 これによれば、 下腿部装具 2の主たる拘束点が 膝の屈伸運動に伴って周囲長が変化するふくらはぎ及び足首の運動に伴って皮 膚が動くアキレス腱 2 3を避けているので、 適度な緊締カをもってしつかりと 下腿部装具 2を下腿部に固定することができる。

下腿部装具 2は、 図 6に示すように、 足部 3 1に装着する靴 3 2の足首に対 応する部位にその下端部を連結することもできる。 このようにすれば、 装具全 体の重量を大地にて受け止めるように構成し得るので、 身体の負担を軽減する ことができる。 ここで下腿部装具 2の靴 3 2に対する連結部 3 3は、 歩行時の 足首の動きを阻害しないように回動可能にしてあれば、 靴 3 2自体が爪先の運 動などには対応可能なようにできているので、 さほどの違和感を与えずに済む。 駆動ユニット 3は、 図 7に併せて示すように、 テレスコピック式に伸縮可能 な連結バー 2 5の各端に減速機付き電動モー夕等からなる股関節ァクチユエ一 夕 1 0並びに膝関節ァクチユエ一夕 2 6をそれぞれ結合してなるものであり、 背当て部 4の股関節の側方に対応する位置に設けられた股部駆動源連結部 9、 並びに下腿部装具 2の膝関節の側方に対応する位置に設けられた膝部駆動源連 結部 2 7に対し、着脱自在なように構成されている。 このように、腰部装具 1、 下腿部装具 2、 および駆動ュニット 3を互いに分割した構成を採るものとすれ ば、 使用者に無理な姿勢を強いることがなく、 装着、 脱却を他人の手を借りず に簡単に行うことができるものとなる。

本発明装置は、 テーピングを施したのと同様な緊締力が特定の筋肉に作用す るように製造された運動用スパッツ S (特開 2 0 0 1 - 2 1 4 3 0 3号公報を 参照されたい） の上に装着すると、 スパッツ Sを形成する繊維の緊締力による 筋肉支持作用と相俟って、 運動機能を高める上により一層効果的である。 また 本発明装置は、 駆動トルクを逆に作用させれば負荷トルクを関節に作用させる ことができるので、 運動機能補助装置としての用途のみならず、 医療用、 リハ ビリテ一シヨン用、 並びに筋力増強トレーニング用の負荷発生装置としても利 用することができる。

産業上の利用可能性

以上詳述した通り本発明によれば、 以下の如き格別な効果を奏することがで ぎる。

1 . 下肢の股関節や膝関節の運動に補助力を与えるための歩行補助装置を、 運 動時に筋肉が牽引収縮することの影響を受け難い部位に装着するものとしたの で、 筋肉の伸縮による周囲長の変化に影響されないために運動時の圧迫感を軽 減することができる上、 運動時の皮膚表面の動きが少ない部位に装着するので、 装具のずれを抑制することができる。

2 . 腹筋下部を中心とする下腹部および左右の腸骨陵部から仙腸関節を通る後 背部にかけて腰部装具を装着するものとしたので、 所謂丹田を圧迫することで 骨盤の圧力反射で腹腔全体に圧力が加わり、 正しい姿勢を安定的にとり易くな る上、 下腹部に加わるベルトの拘束圧力の負担を軽減することができる。 また 脛上部の両側からヒフク筋を避けてアキレス腱上部に装着される下腿部装具を 装着するものとしたので、 膝関節の屈伸運動を補助するァクチユエ一夕を、 使 用者自身の筋肉の運動を妨げず、 且つずれないように装着することができる。

3 . 下腿部装具の拘束点に足部を含ませることにより、 装具全体の重量を大地 にて受け止めるように構成することができるので、 身体の負担を軽減すること ができる。

4 . 補助動力発生装置を含む装具の全体を、 股関節ァクチユエ一夕と膝関節ァ クチユエ一夕とを連結してなる駆動ユニットと、 腰部装具と、 下腿部装具とか らなる 3分割構成としたので、 装着性の向上を企図することができる。

5 . 駆動ユニットの上端を腰部装具に連結し、 駆動ユニットの下端を下腿部装 具に連結するものとしたので、 駆動ュニットの両端に設けられた各ァクチユエ 一夕の駆動反力が各装具にてしつかりと受け止められるようにすることができ る。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 下肢の運動に補助力を与えるべく下肢関節の少なくとも一箇所の側方に補 助動力発生装置を備えた歩行補助装置であって、

前記補助動力発生装置を関節の側方に固定するための装具の主たる拘束点を、 体幹や関節を動かした時に皮膚の動きが比較的少ない部位に設けることを特徴 とする歩行補助装置。

2 . 股関節の側方に補助動力発生装置を固定するべく、 腹筋下部を中心とする 下腹部および左右の腸骨陵部から仙腸関節を通る後背部にかけて装着される腰 部装具と、 膝関節の側方に補助動力発生装置を固定するべく、 脛上部の両側か らヒフク筋を避けてアキレス腱上部に装着される下腿部装具との少なくともい ずれか一方を有することを特徴とする請求項 1に記載の歩行補助装置。

3 . 前記下腿部装具の拘束点が足部を含むことを特徴とする請求項 2に記載の 歩行補助装置。

4. 股関節の運動に補助力を与える股関節ァクチユエ一夕と膝関節の運動に補 助力を与える膝関節ァクチユエ一夕とを連結してなる駆動ユニットと、 股関節 の側方に前記股関節ァクチユエ一夕を固定する腰部装具と、 膝関節の側方に前 記膝関節ァクチユエ一夕を固定する下腿部装具とを有することを特徴とする請 求項 1に記載の歩行補助装置。

5 . 前記駆動ユニットの上端が前記腰部装具に連結され、 前記駆動ユニットの 下端が前記下腿部装具に連結されることを特徴とする請求項 4に記載の歩行補