WO2019044980A1

WO2019044980A1 - 歩行支援装置

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Publication number: WO2019044980A1
Application number: PCT/JP2018/032139
Authority: WO
Inventors: 小野寺　宏; 伊織武田
Original assignee: 国立大学法人東京大学
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2019-03-07
Also published as: JPWO2019044980A1

Abstract

歩行支援装置は、支援対象者の足に装着する歩行支援装置であって、外側部材本体部と外側部材接地部とを有する外側部材と、内側部材本体部と内側部材接地部２２とを有する内側部材と、下腿部に着脱可能で、外側部材および内側部材を支持する支持部材と、を備え、支持部材は、外側部材接地部を足部の外側に配置し、外側部材接地部の接地面の少なくとも一部が足裏の接地面と同一平面上に位置するように、外側部材本体部を支持し、支持部材は、内側部材接地部を足部の内側に配置し、内側部材接地部の接地面の少なくとも一部が足裏の接地面と同一平面上に位置するように、内側部材本体部を支持する。

Description

歩行支援装置

　本発明は、動力を用いずに装着者の歩行を支援する歩行支援装置に関する。本願は、２０１７年８月３０日に、日本国に出願された特願２０１７－１６６２６４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　下肢機能障害者、高齢者や労働者等を対象に、歩行を支援する歩行支援装置の開発が進められている。

　例えば、下肢筋力や運動機能が低下している運動障害者や高齢者等を対象とした歩行支援装置として、様々な下肢装具が開発されている。例えば、下肢装具の一種である短下肢装具は、下腿部より足部までの部分に装着する装具であり、足関節の動きを制御するものである。

　特許文献１に記載の短下肢装具は、足関節の可動範囲を所定の範囲に制限し、運動障害者や高齢者のつまずき等を防止して、転倒リスクを削減することができる（転倒防止効果）。また、特許文献１に記載の短下肢装具は、スプリングの弾性復元力によって、足関節の底背屈方向に作用する足部の筋力を補助する効果も有している（筋力補助効果）。

特開平９－１０３４４３号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の短下肢装具は、足関節の可動範囲を底背屈方向のみに制限するため、足関節の内反外反ならびに回内回外の動作を抑制し、特に側方への転倒リスクが増大する場合があった。また、わずかでも足部に筋力を有する者にとっては、短下肢装具を装着することでかえって転倒リスクが増大する場合があった。そのため、足関節の自由度を確保しつつ転倒防止効果を発揮できる歩行支援装置が望まれる。

　また、特許文献１に記載の短下肢装具は、足関節の可動範囲を所定の範囲に制限するため、装着者の蹴り出し動作を抑制してしまう場合があった。また、特許文献１に記載の短下肢装具の筋力補助効果は、底背屈方向のみに作用するため、カーブ走行動作時や方向転換動作時においては、その動作に合わせた筋力補助効果を発揮することができなかった。
そのため、多様な歩行動作に合わせた筋力補助効果を発揮できる歩行支援装置が望まれる。

　上記事情を踏まえ、本発明は、足関節の自由度を確保しつつ、転倒防止効果を発揮でき、かつ、多様な歩行動作に合わせた筋力補助効果を発揮できる歩行支援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、この発明は以下の手段を提案している。
　本発明の第一の態様に係る歩行支援装置は、支援対象者の足に装着する歩行支援装置であって、外側部材本体部と歩行地面に接地する長尺の外側部材接地部とを有し、前記外側部材接地部が前記外側部材本体部に対して相対移動したときに弾性復元力を有する外側部材と、内側部材本体部と歩行地面に接地する長尺の内側部材接地部とを有し、前記内側部材接地部が前記内側部材本体部に対して相対移動したときに弾性復元力を有する内側部材と、下腿部に着脱可能で、前記外側部材および前記内側部材を支持する支持部材と、を備え、前記支持部材は、前記外側部材接地部を足部の外側に配置し、前記外側部材接地部の接地面の少なくとも一部が足裏の接地面と同一平面上に位置するように、前記外側部材本体部を支持し、前記支持部材は、前記内側部材接地部を足部の内側に配置し、前記内側部材接地部の接地面の少なくとも一部が足裏の接地面と同一平面上に位置するように、前記内側部材本体部を支持する。

　本発明の第二の態様によれば、第一の態様に係る歩行支援装置において、前記外側部材接地部の長手方向に直交する幅方向の幅は、前記内側部材接地部の幅よりも広くてもよい。

　本発明の第三の態様によれば、第一または第二の態様に係る歩行支援装置において、前記外側部材は、前記外側部材本体部と前記外側部材接地部とがなす角度が７０度から１３０度となるようなＬ字型形状に形成されていてもよく、前記内側部材は、前記内側部材本体部と前記内側部材接地部とがなす角度が７０度から１３０度となるようなＬ字型形状に形成されていてもよい。

　本発明の第四の態様によれば、第一から第三のいずれかの態様に係る歩行支援装置において、前記外側部材と前記内側部材は、足関節のくるぶしを挟んで両側を通過するように配置されていてもよい。

　本発明の第五の態様によれば、第一から第四のいずれかの態様に係る歩行支援装置において、前記外側部材接地部と前記内側部材接地部の少なくとも一方は、前記支援対象者の足の中足趾節間関節の側部に配置されていてもよい。

　本発明の第六の態様によれば、第一から第五のいずれかの態様に係る歩行支援装置において、前記外側部材および前記内側部材と、前記支持部材との相対位置もしくは相対角度を調整できる固定部をさらに有してもよい。

　本発明の第七の態様によれば、第一から第六のいずれかの態様に係る歩行支援装置において、前記支援対象者の腰に装着する腰ベルトと、前記腰ベルトと前記支持部材とを接続するベルトをさらに有してもよい。

　本発明の第八の態様によれば、第一から第七のいずれかの態様に係る歩行支援装置において、大腿部に着脱可能な大腿支持部材と、前記大腿支持部材と前記外側部材本体部とを接続するリンク部材と、をさらに有し、前記支援対象者が膝関節を屈曲させた際に、前記リンク部材は、前記外側部材本体部を前記外側部材接地部に近づけてもよい。

　本発明の歩行支援装置によれば、足関節の自由度を確保しつつ、転倒防止効果を発揮でき、かつ、多様な歩行動作に合わせた筋力補助効果を発揮できる。

本発明の第一実施形態に係る歩行支援装置の全体構成を示す斜視図である。同歩行支援装置の正面図である。同歩行支援装置の外側部材接地部と内側部材接地部の平面図である。支援対象者の足に装着された同歩行支援装置の側面図である。支援対象者の足に装着された同歩行支援装置の側面図である。同歩行支援装置の外側部材の変形例の斜視図である。同歩行支援装置の変形例の斜視図である。同歩行支援装置の変形例の側面図である。同歩行支援装置の変形例の側面図である。同歩行支援装置の変形例の斜視図である。同歩行支援装置の実施例における測定結果を示すグラフである。本発明の第二実施形態に係る歩行支援装置であって、支援対象者の足に装着された同歩行支援装置の側面図である。支援対象者の足に装着された同歩行支援装置の側面図である。腰ベルトに接続された歩行支援装置の側面図である。

（第一実施形態）
　本発明の第一実施形態に係る歩行支援装置１００について、図１から図１１を参照して説明する。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率は適宜調整されている。

　図１は、歩行支援装置１００の全体構成を示す斜視図である。図２は、歩行支援装置１００の正面図である。
　歩行支援装置１００は、図１および図２に示すように、外側部材１と、内側部材２と、支持部材３と、を備える。歩行支援装置１００は、支援対象者が装着することで、支援対象者の歩行動作を支援する装置である。歩行支援装置１００は、支援対象者の右足に装着するものである。左足に装着する歩行支援装置は、歩行支援装置１００の左右を対称としたものを適宜用いればよいので、説明を省略する。

　外側部材１は、支持部材３に取り付けられる外側部材本体部１１と、少なくとも一部が歩行中に歩行地面に接地する外側部材接地部１２と、外側部材本体部１１と外側部材接地部１２とを接続する外側部材湾曲部１３と、を有する。

　外側部材１は、高い強度を有し、軽量で、高い弾性を有する炭素繊維強化プラスチック（carbon fiber reinforced plastic、ＣＦＲＰ）を用いて形成されている。外側部材１は、高い強度や弾性を有する素材で形成されていればよく、例えば、金属、プラスチック又はこれらの組合せで形成されていてもよい。

　外側部材１は、図１に示めすように、長尺の平板部材を板厚方向Ｄに湾曲させて外側部材湾曲部１３を形成し、外側部材本体部１１と外側部材接地部１２とが垂直となるようなＬ字型形状を有している。外側部材１において、外側部材本体部１１側の端部を基端、外側部材接地部１２側の端部を先端とする。
　なお、外側部材本体部１１と外側部材接地部１２とのなす角度は、歩行動作を考慮すると、７０度から１３０度程度であれば、好適に筋力補助効果を発揮できる。

　外側部材本体部１１は、図１に示すように、長尺の平板形状を有しており、支持部材３に取り付けられる。外側部材本体部１１は、支持部材３に取り付けやすい形状であればよく、例えば、取り付けに適した凹凸形状が形成されていてもよい。

　外側部材接地部１２は、図１に示すように、先端側に伸びる方向（長手方向Ｌ）に長尺の平板形状を有している。外側部材接地部１２の板厚方向Ｄに直交する一方の面が、歩行地面との接地面１２ｓとなる。接地面１２ｓは、少なくとも一部が歩行地面に接地すればよく、平面であっても曲面であってもよい。接地面１２ｓは、図１に示すように、長手方向Ｌに直交する幅方向Ｗに幅を有しており、歩行地面に安定して接地される。

　図３は、支持部材３を除いた歩行支援装置１００の平面図である。外側部材接地部１２は、長手方向Ｌにおいて、図３に示すように、装着者（歩行支援装置１００を装着した支援対象者）の足部Ｆの「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」付近から「かかとの中心」付近までの長さと同等もしくはそれ以下の長さを有している。外側部材接地部１２は、足部Ｆの外側に配置され、長手方向Ｌにおいて、「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」付近から先端側および「かかとの中心」付近から基端側に、はみ出さないように配置されることで、装着者の歩行を妨げない。

　外側部材１は、外側部材本体部１１を固定し、外側部材接地部１２に力を加えると、主に外側部材湾曲部１３を湾曲させて弾性変形する板バネとして機能する。すなわち、外側部材１は、外側部材接地部１２が外側部材本体部１１に対して相対移動したときに弾性復元力を有する。外側部材接地部１２に板厚方向Ｄへの力を加えた場合、外側部材１は、最も弾性変形しやすく、また、高い弾性復元力を発揮する。

　以降の説明において、外側部材接地部１２に板厚方向Ｄへの力を加えた場合に、外側部材接地部１２の先端が外側部材本体部１１に対して相対的に湾曲する方向を、図１に示すように、湾曲方向Ｂと称する。

　内側部材２は、支持部材３に取り付けられる内側部材本体部２１と、少なくとも一部が歩行中に歩行地面に接地する内側部材接地部２２と、内側部材本体部２１と内側部材接地部２２とを接続する内側部材湾曲部２３と、を有する。

　内側部材本体部２１と内側部材湾曲部２３は、それぞれ外側部材本体部１１と外側部材湾曲部１３と同様の構成および機能を有しているため、説明を省略する。

　内側部材接地部２２は、図１に示すように、外側部材接地部１２と同様、長尺の平板形状を有している。内側部材接地部２２の板厚方向Ｄに直交する一方の面が、歩行地面との接地面２２ｓとなる。

　外側部材接地部１２と内側部材接地部２２は、図３に示すように、足部Ｆの両側に配置されることで、転倒防止効果を発揮する。支援対象者が、歩行支援装置１００を装着した場合、図３に示すように、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２で囲まれた領域Ａが、支持基底面（ＢＯＳ（ｂａｓｅ　ｏｆ　ｓｕｐｐｏｒｔ））となる。装着者の身体重心位置（ＣＯＧ）が支持基底面（ＢＯＳ）の内部にあれば、装着者の歩行動作や起居動作や方向転換等の動作は安定する。しかし、身体重心位置（ＣＯＧ）が支持基底面（ＢＯＳ）の外に出れば安定性は損なわれ、速やかに身体重心位置（ＣＯＧ）を支持基底面（ＢＯＳ）の内側に戻せなければ転倒に至る。

　支援対象者が、歩行支援装置１００を装着していない場合、支持基底面（ＢＯＳ）は地面に接地した足部（靴）の投影面積（片足の靴底の面積）とされる。支援対象者が、歩行支援装置１００を装着することで、未装着時と比較して、支持基底面（ＢＯＳ）は、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２で囲まれた領域Ａまで拡大される。一方、足関節が固定されていないため、足関節の内反外反や回内回外などの様々な動作は抑制されず、装着者の動作は妨害されない。その結果、足関節の自由度を確保しつつ装着者の転倒リスクを削減できる。外側部材接地部１２と内側部材接地部２２は、図３に示すように、足部Ｆの両側に配置されるため、特に側方への転倒リスクを削減することができる。

　例えば、図３に示すように、装着者の体全体が右側方に傾き、身体重心位置（ＣＯＧ）が図３の点Ｐ１に移動した場合であっても、点Ｐ１は、領域Ａすなわち支持基底面（ＢＯＳ）の内部にあるため、外側部材接地部１２によって支持されることで、装着者は転倒に至らない。

　ただし、図３に示すように、装着者の体全体が右側方に傾き、身体重心位置（ＣＯＧ）が図３の点Ｐ２に移動した場合は、点Ｐ２は、領域Ａすなわち支持基底面（ＢＯＳ）の外部にあるため、装着者は速やかに身体重心位置（ＣＯＧ）を支持基底面（ＢＯＳ）の内側に戻せなければ転倒に至る。

　転倒を防止する観点から、領域Ａの面積が大きくなるように、外側部材接地部１２および内側部材接地部２２を配置することが望ましい。

　内側部材接地部２２の幅方向Ｗの幅は、外側部材接地部１２の幅方向Ｗの幅と大きさが異なっていてもよい。例えば図３に示すように、外側部材接地部１２は、内側部材接地部２２と比較すると、幅方向Ｗの幅が広く形成されている。そのため、外側側方への転倒リスクをより好適に削減することができる。

　外側部材接地部１２と内側部材接地部２２とは平行に配置されていなくてもよい。外側部材接地部１２と内側部材接地部２２とは、装着者の足や靴の形状に合わせて、例えば図３に示すように、基端から先端に向かうに従って、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２との距離が離れるように配置されていてもよい。領域Ａのつま先部分を拡大することで、前方への転倒リスクを好適に削減することができる。

　内側部材接地部２２は、図３に示すように、長手方向Ｌにおいて、装着者の足部Ｆの「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」付近から「かかとの中心」付近までの長さと同等もしくはそれ以下の長さを有している。内側部材接地部２２の長手方向の長さは、外側部材接地部１２の長手方向Ｌの長さと異なっていてもよい。

　支持部材３は、支援対象者の下腿部に着脱可能で、外側部材本体部１１および内側部材本体部２１を支持する部材である。支持部材３は、外側支持部３１および内側支持部３２と、装着部３３と、を有する。

　外側支持部３１は、外側部材１と同様、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いて形成されており、長尺の平板形状を有している。外側支持部３１は、外側部材本体部１１を支持するため、高い強度や剛性を有する素材で形成されていることが望ましく、例えば、金属、プラスチック又はこれらの組合せで形成されていてもよい。

　外側支持部３１は、図１に示すように、外側部材本体部１１とほぼ平行になるように配置される。外側支持部３１において、外側部材１の基端に近い端部を基端、長手方向において基端の反対の端部を先端とする。

　外側支持部３１は、図１および図２に示すように、Ｌ字金具とボルト・ナットで構成される第一固定部３１１と第二固定部３１２を用いて、外側部材本体部１１に固定されている。外側支持部３１と外側部材本体部１１とは、Ｌ字金具を介して、それぞれの板厚方向が垂直になるように固定されている。

　第一固定部３１１は、図1および図２に示すように、外側部材本体部１１の基端付近と、外側支持部３１の長手方向の中央付近と、に取り付けられる。第二固定部３１２は、図1および図２に示すように、外側部材本体部１１の長手方向の中央付近と、外側支持部３１の先端付近と、に取り付けられる。二つの固定部を用いることで、外側支持部３１と外側部材本体部１１とは、一つの固定部を用いる場合と比較して、より強く固定される。

　第一固定部３１１および第二固定部３１２が固定される場所を変更することで、外側支持部３１と外側部材本体部１１の相対位置関係を調整することができる。このような調整を行うことで、歩行支援装置１００の寸法を、装着する支援対象者に合わせた寸法に調整することができる。

　内側支持部３２は、図１および図２に示すように、第一固定部３２１と第二固定部３２２を用いて、内側部材本体部２１に固定されている。

　内側支持部３２と第一固定部３２１と第二固定部３２２は、外側支持部３１と第一固定部３１１と第二固定部３１２と同様の構成および機能を有しているため、説明を省略する。

　装着部３３は、第一装着部３４と第二装着部３５とを有しており、支援対象者の下腿部に着脱可能である。第一装着部３４は、図１に示すように、第一装着部本体３４１と調整紐３４２とを有している。調整紐３４２の長さを調整することで、装着部３３は下腿部に強く固定される。また、第一装着部本体３４１には、外側支持部３１の端部付近および内側支持部３２の端部付近が固定されている。

　第一装着部本体３４１は、外側支持部３１および内側支持部３２が動かないように固定するため、剛性が高い材質で形成されていることが望ましい。
　一方で、第一装着部本体３４１において、装着者の下腿部に接する部分は、装着者が不快を感じないよう柔軟性を有する素材でできていることが望ましい。

　第二装着部３５は、図1に示すように、第二装着部本体３５１と調整紐３５２とを有している。調整紐３５２の長さを調整することで、装着部３３は下腿部に強く固定される。
また、第二装着部本体３５１には、外側支持部３１の中央付近および内側支持部３２の中央付近が固定されている。

　第一装着部３４に加えて、第二装着部３５を用いて、支持部材３を支援対象者の下腿部に装着することで、装着者の下腿部から外側支持部３１および内側支持部３２が、相対的に移動してしまうことを好適に防ぐことができる。

　次に、歩行支援装置１００の動作について説明する。
　はじめに、支援対象者は歩行支援装置１００を装着する。以降の説明は支援対象者が靴を履いている場合を想定している。ただし、支援対象者が靴を履いていない場合であっても、支援対象者は歩行支援装置１００を装着することができる。

　図４は、支援対象者の足に装着された歩行支援装置１００の側面図である。
　支援対象者は、装着部３３に足部Ｆと下腿部を通し、下腿部の裏側を第一装着部本体３４１および第二装着部本体３５１に密接させる。次に、支援対象者は、調整紐３４２および調整紐３５２の長さを調整して、下腿部に装着部３３をしっかり固定する。

　支援対象者が歩行支援装置１００を装着し接地すると、図４に示すように、外側部材接地部１２が足部Ｆの外側に配置され、外側部材接地部１２の接地面１２ｓの少なくとも一部が靴の接地面Ｓと同一平面上に位置するように配置される。支援対象者が靴を履いていない場合は、接地面１２ｓの少なくとも一部が足裏の接地面Ｓと同一平面上に位置するように配置される。
　なお、歩行支援装置１００が地面に接地する前は、外側部材接地部１２の接地面１２ｓが足裏から、例えば３～２０ｍｍ、望ましくは３～１０ｍｍ、突出していてもよい。歩行支援装置１００が地面に接地した際に、接地面１２ｓの面積を大きくすることができる。

　また、支援対象者が歩行支援装置１００を装着し接地すると、外側部材接地部１２と同様、内側部材接地部２２が足部Ｆの内側に配置され、内側部材接地部２２の接地面２２ｓの少なくとも一部が靴の接地面Ｓと同一平面上に位置するように配置される。
　なお、歩行支援装置１００が地面に接地する前は、内側部材接地部２２の接地面２２ｓが足裏から、例えば３～２０ｍｍ、望ましくは３～１０ｍｍ、突出していてもよい。歩行支援装置１００が地面に接地した際に、接地面２２ｓの面積を大きくすることができる。

　上述のように接地面１２ｓおよび接地面２２ｓが配置されない場合、第一固定部３１１および第二固定部が固定される場所を変更することで、接地面１２ｓおよび接地面２２ｓが配置される位置を調整する。

　支援対象者が歩行支援装置１００を装着すると、図３に示すように、足部Ｆの両側に配置された外側部材接地部１２および内側部材接地部２２は、長手方向Ｌにおいて、「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」付近から先端側および「かかとの中心」付近から基端側に、はみ出さないように配置され、装着者の歩行を妨げない。

　外側部材１および内側部材２は、図４に示すように、足関節のくるぶしＡを挟んで両側を通過するように配置されることが好ましい。足関節のくるぶしＡ付近は、足関節の底背屈動作の支点となる部分であり、作用点である外側部材接地部１２および内側部材接地部２２が足関節の底背屈動作に合わせて弾性変形しやすくなるためである。

　歩行支援装置１００の装着が完了すると、装着者は歩行を開始する。装着者は、足関節が固定されていないため、足関節の内反外反や回内回外などの様々な動作が抑制されず、装着者の動作が妨害されない。歩行者は、歩行動作に合わせて、足関節を底屈（つま先が垂れ下がる方向に曲がること）させ、背屈（つま先が持ち上がる方向に曲がること）させることができる。

　支援対象者は歩行支援装置１００を装着することで、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２が、足部Ｆの両側に配置され、足関節の自由度を確保しつつ転倒防止効果を得ることができる。

　図５は、支援対象者の足に装着された歩行支援装置１００の側面図である。
　図５において、装着者の歩行時において足関節は背屈している。外側部材１は、外側部材接地部１２に板厚方向Ｄへの力を加えられ、主に外側部材湾曲部１３を湾曲させて弾性変形している。外側部材本体部１１および外側部材接地部１２においても、外側部材接地部１２に近い部分が湾曲している。外側部材接地部１２の先端は、湾曲方向Ｂに、外側部材本体部１１に近づくように湾曲する。外側部材１は、足関節が背屈した際に、上述のように弾性変形することで、弾性エネルギーを蓄積する。

　足関節が背屈した際において、外側部材接地部１２の接地面１２ｓの少なくとも一部が靴の接地面Ｓと同一平面上に位置している。

　次に、装着者は歩行地面を蹴り出して離脚する。外側部材１は、蓄積された弾性エネルギーを放出し、弾性復元力により、外側部材１を弾性変形していない状態に戻す。外側部材接地部１２には、湾曲方向Ｂに、外側部材本体部１１から遠ざかるように弾性復元力が作用する。このバネ効果により，腓腹筋とひらめ筋による足蹴り出し時の筋力を補助し（筋力補助効果）、足関節の底屈動作が支援される。

　また、足関節が固定されていないため、足関節の様々な動作が抑制されず、装着者の動作が妨害されない。そのため、装着者の足蹴り出し時の筋力を十分に発揮したうえで、歩行支援装置１００による筋力補助効果を相乗させることができる。歩行支援装置１００は無動力であるが、例えば、装着者の歩行に必要なエネルギーを少なくとも１５％低減することができる。

　内側部材２も、外側部材１と同様に、筋力補助効果を発揮し、足蹴り出し時の足関節の底屈動作を支援する。歩行支援装置１００は、外側部材１に加えて内側部材２を有しており、高い筋力補助効果を発揮することができる。

　ここで、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２の少なくとも一方は、図３に示すように、長手方向Ｌにおいて、その先端部分が装着者の足の「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」の側部に配置されることが望ましい。足の「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」は歩行時の蹴り出し動作において最も歩行者の力が必要となる部分であり、「中足趾節間関節（ＭＰ関節）」の側部に、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２の少なくとも一方が配置されることで、親指の付け根部分において筋力補助効果を発揮させる。足蹴り出し力が集中する親指の付け根部分に筋力支援効果を集中させることにより、正常歩行にきわめて近い歩行支援を提供できる。

　このように、装着者の歩行動作において、外側部材１および内側部材２は、足関節の自由度を確保しつつ、転倒防止効果を発揮する支持板として機能するとともに、筋力補助効果を発揮する板バネとしても機能する。そのため、歩行支援装置１００は、下肢筋力や運動機能が低下している運動障害者や高齢者等の歩行を支援することができる。

　さらに、歩行支援装置１００は、直進に加えてカーブ歩行動作時や方向転換動作時においても筋力補助効果を発揮することができる。

　外側部材１および内側部材２は、板厚方向Ｄへの力を加えた場合、外側部材１は、最も弾性変形しやすく、また、高い弾性復元力を発揮する。しかしながら、外側部材１および内側部材２は、板厚方向Ｄと異なる方向に力が作用した場合であっても、板バネとして機能する。そのため、装着者がカーブ歩行動作や方向転換動作を行う場合において、その進行方向に合わせて、外側部材１および内側部材２は、弾性変形して、弾性復元力により筋力補助効果を発揮することができる。

　また、足部Ｆの外側に外側部材１、内側に内側部材２、を備えており、それぞれが独立して弾性変形する。そのため、装着者がカーブ歩行動作や方向転換動作を行う場合において、外側部材１および内側部材２は、必要に応じて別々に弾性変形する。例えば、右にカーブ歩行を行う場合、支援対象者の右足の装着した歩行支援装置１００において、外側部材１は内側部材２と比較して、より湾曲方向Ｂに湾曲する。歩行支援装置１００は、このように、多様な歩行動作に合わせた筋力補助効果を発揮することができる。

　本実施形態の歩行支援装置１００によれば、足関節の自由度を確保しつつ、転倒防止効果を発揮でき、かつ、モーター等の動力を有さずとも、多様な歩行動作に合わせた筋力補助効果を発揮できる。

（変形例）
　以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本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、上述の第一実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

　例えば、上記実施形態において、歩行支援装置１００は、足の両側に配置する外側部材１および内側部材２を備えていたが、歩行支援装置の態様はこれに限定されない。歩行支援装置は、外側部材１と内側部材２のいずれか一方を備えているものであっても、足関節の自由度を確保しつつ、転倒防止効果を発揮でき、かつ、多様な歩行動作に合わせた筋力補助効果を発揮できる。

　例えば、上記実施形態において、外側部材１は全体が弾性を有していたが、外側部材の態様はこれに限定されない。外側部材湾曲部のみが弾性を有しており、外側部材本体部および外側部材接地部は弾性を有していなくてもよい。外側部材は、外側部材接地部が外側部材本体部に対して相対移動したときに弾性復元力を有する態様であればよい。内側部材についても同様である。

　例えば、上記実施形態において、外側部材１は外側部材湾曲部１３を備え、Ｌ字型形状に形成されていたが、外側部材の態様はこれに限定されない。図６は、外側部材１の変形例である外側部材１Ｂの全体構成を示す斜視図である。外側部材１Ｂは、図６に示すように、外側部材本体部１１Ｂと、全体的に湾曲した外側部材接地部１２Ｂと、を備える。外側部材接地部１２Ｂは、外側部材接地部１２と比較して、接地面が大きく湾曲しており、外側部材１Ｂが大きく傾いた場合も地面との接地を維持できる効果を有しており、特に走行時において筋力補助効果を発揮することができる。外側部材は、外側部材接地部が外側部材本体部に対して相対移動したときに弾性復元力を有する態様であればよく、図６に示す外側部材１Ｂのように、明示的な外側部材湾曲部を備えていなくてもよい。内側部材についても同様である。

　例えば、上記実施形態において、外側部材接地部１２と内側部材接地部２２とは、直接接続されていなかったが、接続されていてもよい。図７は、歩行支援装置１００の変形例である歩行支援装置１００Ｂの全体構成を示す斜視図である。図７に示すように、歩行支援装置１００Ｂは、歩行支援装置１００と比較して、さらに靴保持ベルト４１と靴保持紐４２とを有している。靴保持ベルト４１と靴保持紐４２とにより装着者の靴を上下から保持する。靴保持ベルト４１と靴保持紐４２とは、装着者の靴を「あそび」を持たせて保持することで、足関節の自由度をある程度維持できる。
　歩行支援装置１００Ｂは、足関節の自由度がある程度制約されるが、従来の短下肢装具が有する垂れ足等によるつまずき防止効果を発揮することができる。

　例えば、上記実施形態において、外側支持部３１と外側部材本体部１１とは、第一固定部３１１および第二固定部３１２によって固定されているが、第一固定部３１１および第二固定部３１２の態様はこれに限定されない。図８は、第一固定部３１１および第二固定部３１２の変形例である第三固定部３１３を備える歩行支援装置１００Ｃの全体構成を示す側面図である。第三固定部３１３は、外側部材１を固定する。さらに第三固定部３１３は、必要があれば、第三固定部３１３を中心として外側部材１を回転移動させて、外側部材１と外側支持部３１とのなす相対角度を変更することができる。第三固定部３１３に設けられたつまみを手動で操作したり、または第三固定部３１３に設けられたモーターを電動で操作することで、装着者は相対角度を調整することができる。

　図９は、歩行支援装置１００Ｃの変形例である歩行支援装置１００Ｄの全体構成を示す側面図である。歩行支援装置１００Ｄは、図９に示すように、歩行支援装置１００Ｃの第三固定部３１３を、スライド部３１４を設けて、前後方向に調整可能としたものである。
第三固定部３１３をスライド部３１４に沿って前後に移動させることで、装着者は外側部材１の外側支持部３１に対する相対位置を調整することができる。
　歩行支援装置１００Ｃや歩行支援装置１００Ｄのように、装着者は外側部材１の相対角度や相対位置を調整することで、外側部材接地部１２と地面との角度や接地距離などのアライメント調整を行うことができ、歩行時の疲労軽減ならびに歩容の改善を図った調整や、運動目的の最適化を図った調整を行うことができる。内側部材についても同様である。

　例えば、上記実施形態において、歩行支援装置１００の外側部材１および内側部材２は、足部Ｆの両側に配置されていたが、歩行支援装置１００の使用態様はこれに限定されない。歩行支援装置１００は、外側部材１および内側部材２に十分な強度を持たせることで、足部等を切断した下肢切断者に義足として装着することもできる。

　例えば、上記実施形態において、外側支持部３１と外側部材本体部１１とは、第一固定部３１１および第二固定部３１２によって固定されているが、外側支持部３１と外側部材本体部１１とは、溶接や接着などで接合されていてもよい。また、外側支持部３１と外側部材本体部１１とが一体成形されていてもよい。

　図１０は、歩行支援装置１００の変形例である歩行支援装置２００の斜視図である。歩行支援装置２００は、歩行支援装置１００に加えて、柔軟な素材で作成された腰ベルト６とベルト５（第一ベルト５１および第二ベルト５２）とをさらに備えている。大腿部前面やや内側に第一ベルト５１、大腿側面または後面に第二ベルト５２が配置され、第一ベルト５１および第二ベルト５２は、腰ベルト６と歩行支援装置１００とを接続する。歩行支援装置１００のずり落ちを防止することができる。

　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。支援対象者が、歩行支援装置１００を装着していない場合と、装着した場合の二つのケースにおいて、地面の床反力の測定を行った。

　図１１（ａ）は、支援対象者が歩行支援装置１００を装着していない場合における、靴部の床反力の測定結果を実線で示したものである。縦軸が反力[Ｎ]を示し、横軸が経過時間[ｍｓ]を示している。図１１（ａ）は、支援対象者が１ストロークの歩行を行った際の床反力の測定結果である。

　図１１（ｂ）は、支援対象者が歩行支援装置１００を装着した場合における、床反力の測定結果を示したものである。実線は靴部の床反力の測定結果を示しており、破線は歩行支援装置１００の接地部分の床反力の測定結果を示している。

　図１１（ａ）および図１１（ｂ）の測定結果より、支援対象者が歩行支援装置１００を装着することで、靴部の床反力（実線部分）が大きく削減しており、歩行に必要なエネルギーを大きく低減できていることがわかる。支援対象者が歩行支援装置１００を装着することで、床反力１５％～２０％を歩行支援装置１００が担っている（破線部分）。

　また、図１１（ｂ）の測定結果より、支援対象者が歩行支援装置１００を装着した場合であっても、足関節が固定されていないため、歩行開始時から、足を自由に動かすことができており、支援対象者の足蹴り出し時の筋力を十分に発揮したうえで、歩行支援装置１００による筋力補助効果を相乗させることが可能であることがわかる。

（第二実施形態）
　本発明の第二実施形態について、図１２および図１３を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。第二実施形態に係る歩行支援装置１００Ｅは、第一実施形態に係る歩行支援装置１００と比較して、膝関節を屈曲させた場合においても、外側部材１が弾性変形する点が異なる。歩行支援装置１００Ｅの弾性復元力により、例えば、しゃがんだ状態から立ち上がる際における筋力補助効果を発揮することができる。

　図１２は、支援対象者の足に装着された歩行支援装置１００Ｅの側面図である。歩行支援装置１００Ｅは、外側部材１と、内側部材２と、支持部材３Ｂと、大腿支持部材７と、リンク部材８と、を備える。左足に装着する歩行支援装置は、歩行支援装置１００Ｅの左右を対称としたものを適宜用いればよいので、説明を省略する。

　支持部材３Ｂは、支援対象者の下腿部に着脱可能で、外側部材本体部１１および内側部材本体部２１を支持する部材である。支持部材３Ｂは、外側支持部３１Ｂおよび内側支持部３２と、装着部３３と、を有する。

　外側支持部３１Ｂは、図１２に示すように、Ｌ字金具、ボルト・ナットおよびばね３９で構成される第一固定部３１１Ｂと第二固定部３１２Ｂを用いて、外側部材本体部１１に取り付けられている。外側支持部３１と外側部材本体部１１とは、Ｌ字金具を介して、それぞれの板厚方向が垂直になるように取り付けられている。

　第一固定部３１１Ｂおよび第二固定部３１２Ｂは、ボルトの長手方向に沿ってスライド移動可能に、外側部材本体部１１に取り付けられている。また、第一固定部３１１Ｂおよび第二固定部３１２Ｂのボルトの外周には、ばね３９が取り付けられている。第一固定部３１１Ｂおよび第二固定部３１２Ｂと、外側部材本体部１１とは、ばね３９によって、ボルトの長手方向に沿って離れる方向に、付勢されている。第一固定部３１１Ｂおよび第二固定部３１２Ｂと、外側部材本体部１１とに対して接近する方向に外力を加えると、ばね３９の弾性復元力により、反発力が発生する。

　大腿支持部材７は、支援対象者の大腿部に着脱可能な部材である。大腿支持部材７は、第一実施形態の装着部３３と同様の調整紐により、大腿部に強く固定される。

　リンク部材８は、伝達部材８１と、大腿側接続部８２と、下腿側接続部８３と、を有する。

　伝達部材８１は、大腿支持部材７と、外側部材本体部１１とを接続し、力を伝達する部材である。伝達部材８１は、第一実施形態の外側部材１と同様、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いて形成されており、長尺の平板形状を有している。伝達部材８１は、大腿からの力を伝達するため、高い強度や剛性を有する素材で形成されていることが望ましく、例えば、金属、プラスチック又はこれらの組合せで形成されていてもよい。

　大腿側接続部８２は、伝達部材８１を大腿支持部材７に取り付ける部材である。伝達部材８１の基端側の端部は、大腿側接続部８２を介して、大腿支持部材７に回動自在に取り付けられる。大腿側接続部８２は、レール状の溝を有してもよく、伝達部材８１の基端側の端部がレールをスライド移動可能に取り付けられていてもよい。

　下腿側接続部８３は、伝達部材８１を外側部材本体部１１に取り付ける部材である。伝達部材８１の先端側の端部は、下腿側接続部８３を介して、外側部材本体部１１の基端に回動自在に取り付けられる。

　図１３は、支援対象者の足に装着された歩行支援装置１００Ｅの側面図である。図１３において、装着者の歩行時において足関節は背屈して、膝関節は屈曲している。外側部材１は、第一実施形態同様、外側部材接地部１２に板厚方向Ｄへの力を加えられ、主に外側部材湾曲部１３を湾曲させて弾性変形している。外側部材本体部１１および外側部材接地部１２においても、外側部材接地部１２に近い部分が湾曲している。外側部材接地部１２の先端は、湾曲方向Ｂに、外側部材本体部１１に近づくように湾曲する。外側部材１は、足関節が背屈した際に、上述のように弾性変形することで、弾性エネルギーを蓄積する。

　装着者の膝関節が屈曲することで、リンク部材８が、外側部材本体部１１の基端を前方に押し出す。外側部材本体部１１の基端は、湾曲方向Ｂに、外側部材接地部１２の先端に近づくように湾曲する。外側部材１は、膝関節が背屈した際にも、上述のように弾性変形することで、弾性エネルギーを蓄積する。

　次に、装着者は歩行地面を蹴り出して離脚する。外側部材１は、蓄積された弾性エネルギーを放出し、弾性復元力により、外側部材１を弾性変形していない状態に戻す。外側部材接地部１２には、湾曲方向Ｂに、外側部材本体部１１から遠ざかるように弾性復元力が作用する。このバネ効果により，腓腹筋とひらめ筋による足蹴り出し時の筋力を補助し（筋力補助効果）、足関節の底屈動作が支援される。また、同時に、外側部材本体部１１には、湾曲方向Ｂに、外側部材接地部１２から遠ざかるように弾性復元力が作用する。このバネ効果により，立ち上がり時や中腰作業時の筋力を補助し（筋力補助効果）、膝関節の底屈動作が支援される。

　本実施形態の歩行支援装置１００Ｅによれば、第一実施形態において述べた効果に加え、立ち上がり時や中腰作業時の筋力を補助し（筋力補助効果）、膝関節の底屈動作を支援することができる。

　本実施形態の歩行支援装置１００Ｅによれば、健常者が装着し、長時間立位または重量物運搬作業を継続する場合において、疲労軽減と作業効率化の効果を有する。膝関節の底屈動作が支援される歩行支援装置１００Ｅによれば、特に、立ち上がり時や中腰作業時の筋力を好適に補助することができる。
　外側部材１および内側部材２の弾性力を適切に最適化することで、目的動作に適した筋力の補助が可能である。例えば、外側部材１および内側部材２は、立ち上がり動作を主に支援するように最適化されていてもよいし、中腰作業を主に支援するように最適化されていてもよい。

　以上、本発明の第二実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本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、上述の実施形態および変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。

　例えば、上記実施形態において、リンク部材８は外側部材１に取り付けられていたが、リンク部材の態様はこれに限定されない。リンク部材は、内側部材に取り付けられていてもよい。また、リンク部材は、内側部材と外側部材にそれぞれ取り付けられていてもよい。

　例えば、上記実施形態において、外側部材１および内側部材２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等の高い弾性を有する素材により形成されていたが、外側部材および内側部材の態様はこれに限定されない。外側部材および内側部材は、例えば、ＣＦＲＰにより基本構造が形成され、その周囲にゴム等の保護部材が取り付けられていてもよい。保護部材により、外側部材および内側部材が地面等に接触した際における傷の発生を防止することができる。また、外側部材および内側部材の周囲に装飾部材等が設けられていてもよい。

　例えば、上記実施形態の歩行支援装置１００Ｅは、第一実施形態の変形例で示した腰ベルト６に接続されていてもよい。図１４は、腰ベルト６に接続された歩行支援装置１００Ｅの側面図である。腰ベルト６は、歩行支援装置１００Ｅの大腿支持部材７と、構造体９によって接続されている。構造体９は、下肢と腰部の動きを妨げぬよう、ロープやワイヤのような柔軟素材または扁平なゴム素材で形成されている。歩行支援装置１００Ｅを重量物の運搬等の支援用途で使用する場合、安定した支援機能を得るために、構造体９は金属やＣＦＲＰや樹脂のような剛性体で形成されていることが好ましい。構造体９は、片足に対して１本から６本で構成され、取付位置は前面、側面または後面の少なくとも一か所であり、用途によって取付位置は変更される。腰ベルト６および構造体９により、歩行支援装置１００Ｅの大腿支持部材７のずり落ちを防止し、かつ、膝関節が屈曲した際におけるリンク部材８による外側部材本体部１１への作用効果を確実に発揮させることができる。

　例えば、上記実施形態において、リンク部材８は、外側部材本体部１１と大腿支持部材７とを力学的に接続していたが、リンク部材の態様はこれに限定されない。リンク部材の大腿側接続部は、トグルクランプ機構を有し、トグルクランプ機構を操作することで、外側部材本体部１１と大腿支持部材７との力学的接続を遮断できるように構成してもよい。
　また、リンク部材の大腿側接続部は、手動もしくは電動の切替機構を有し、切替機構を操作することで、外側部材本体部１１と大腿支持部材７との力学的接続を遮断できるように構成してもよい。
　切替機構は、例えばシフト機構である。シフト機構は、膝関節の屈曲時においても伝達部材８１が外側部材本体部１１の基端を前方に押し出すことができないように、大腿支持部材７と伝達部材８１と接続位置を前方や側方に移動させる。
　容易に外側部材本体部１１と大腿支持部材７との力学的接続を遮断することができれば、例えば作業休憩時に立ち上がり時や中腰作業時の筋力補助効果を一時的に無効化することができる。

　本発明に係る歩行支援装置は、下肢用装具として幅広く活用可能である。例えば、脳卒中後遺症、脊髄損傷、筋疾患、末梢神経疾患、頭部外傷などによる下肢運動機能障害者に使用することができる。義足使用者においては、義足に本発明に係る歩行支援装置を装着することにより，転倒防止効果と筋力補助効果を提供できる。また、麻痺は無いが下肢筋力が低下した高齢者においては、本発明に係る歩行支援装置を装着することにより，歩行安定による転倒防止効果を発揮することが可能である。さらに、健常者においても、本発明に係る歩行支援装置を装着することにより，長時間立位または重量物運搬作業を継続する必要のある場合において、装着者の転倒防止および歩行時の疲労軽減による労働安全と作業効率化が期待できる。

１００、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、２００　歩行支援装置
１、１Ｂ　　　外側部材
１１、１１Ｂ　外側部材本体部
１２、１２Ｂ　外側部材接地部
１２ｓ　　　　接地面
１３　　　　　外側部材湾曲部
２　　　　　　内側部材
２１　　　　　内側部材本体部
２２　　　　　内側部材接地部
２２ｓ　　　　接地面
２３　　　　　内側部材湾曲部
３，３Ｂ　　　支持部材
３１，３１Ｂ　　　外側支持部
３１１，３１１Ｂ　第一固定部
３１２，３１２Ｂ　第二固定部
３１３　　　　第三固定部
３１４　　　　スライド部
３２　　　　　内側支持部
３２１　　　　第一固定部
３２２　　　　第二固定部
３３　　　　　装着部
３４　　　　　第一装着部
３４１　　　　第一装着部本体
３４２　　　　調整紐
３５　　　　　第二装着部
３５１　　　　第二装着部本体
３５２　　　　調整紐
４１　　　　　靴保持ベルト
４２　　　　　靴保持紐
５　　　　　　ベルト
５１　　　　　第一ベルト
５２　　　　　第二ベルト
６　　　　　　腰ベルト
Ｓ　　　　　　足裏（靴）の接地面
７　　　　　　大腿支持部材
８　　　　　　リンク部材

Claims

　支援対象者の足に装着する歩行支援装置であって、
　外側部材本体部と歩行地面に接地する長尺の外側部材接地部とを有し、前記外側部材接地部が前記外側部材本体部に対して相対移動したときに弾性復元力を有する外側部材と、
　内側部材本体部と歩行地面に接地する長尺の内側部材接地部とを有し、前記内側部材接地部が前記内側部材本体部に対して相対移動したときに弾性復元力を有する内側部材と、
　下腿部に着脱可能で、前記外側部材および前記内側部材を支持する支持部材と、
　を備え、
　前記支持部材は、前記外側部材接地部を足部の外側に配置し、前記外側部材接地部の接地面の少なくとも一部が足裏の接地面と同一平面上に位置するように、前記外側部材本体部を支持し、
　前記支持部材は、前記内側部材接地部を足部の内側に配置し、前記内側部材接地部の接地面の少なくとも一部が足裏の接地面と同一平面上に位置するように、前記内側部材本体部を支持する、
　歩行支援装置。
　前記外側部材接地部の長手方向に直交する幅方向の幅は、前記内側部材接地部の幅よりも広い、
　請求項１に記載の歩行支援装置。
　前記外側部材は、前記外側部材本体部と前記外側部材接地部とがなす角度が７０度から１３０度となるようなＬ字型形状に形成され、
　前記内側部材は、前記内側部材本体部と前記内側部材接地部とがなす角度が７０度から１３０度となるようなＬ字型形状に形成された、
　請求項１または請求項２に記載の歩行支援装置。
　前記外側部材と前記内側部材は、足関節のくるぶしを挟んで両側を通過するように配置される、
　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記外側部材接地部と前記内側部材接地部の少なくとも一方は、前記支援対象者の足の中足趾節間関節の側部に配置される、
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記外側部材および前記内側部材と、前記支持部材との相対位置もしくは相対角度を調整できる固定部をさらに有する、
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　前記支援対象者の腰に装着する腰ベルトと、前記腰ベルトと前記支持部材とを接続するベルトをさらに有する、
　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の歩行支援装置。
　大腿部に着脱可能な大腿支持部材と、
　前記大腿支持部材と前記外側部材本体部とを接続するリンク部材と、をさらに有し、
　前記支援対象者が膝関節を屈曲させた際に、前記リンク部材は、前記外側部材本体部を前記外側部材接地部に近づける、
　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の歩行支援装置。