WO2021153410A1 - 動作補助装置 - Google Patents

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WO2021153410A1
WO2021153410A1 PCT/JP2021/002014 JP2021002014W WO2021153410A1 WO 2021153410 A1 WO2021153410 A1 WO 2021153410A1 JP 2021002014 W JP2021002014 W JP 2021002014W WO 2021153410 A1 WO2021153410 A1 WO 2021153410A1
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WO
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side frame
frame
user
knee
piston portion
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/002014
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English (en)
French (fr)
Inventor
茂樹 渡邉
Original Assignee
トヨフレックス株式会社
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Application filed by トヨフレックス株式会社 filed Critical トヨフレックス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
    • A61F2/60—Artificial legs or feet or parts thereof
    • A61F2/64—Knee joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F19/00—Hoisting, lifting, hauling or pushing, not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an operation assisting device.
  • Patent Document 1 discloses a knee supporter in which a leaf spring having an arc due to bending stress is provided between the upper limbs and the lower limbs to reduce the burden on the knee joint and facilitate walking and standing up.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a motion assisting device capable of generating a strong assisting force and reducing the burden on the knee and the leg muscles supporting the knee under a high load.
  • the purpose is.
  • the motion assist device is an motion assist device mounted on the knee of the user, and has a rod-shaped first upper side frame and a rod-shaped first.
  • a first rotating shaft having a lower side frame, a first rotating shaft that rotatably connects the first upper side frame and the first lower side frame, and provided on the outside of the knee when worn.
  • the second side frame which is provided inside the knee when worn, and is provided near the upper ends of the first upper side frame and the second upper side frame, and is provided near the upper ends of the second upper side frame.
  • An upper mounting member that abuts on the portion
  • a lower mounting member that is provided near the lower ends of the first lower side frame and the second lower side frame and that abuts on the lower leg of the user at the time of mounting
  • the first 1 A bottomed tubular cylinder portion provided on one of the upper side frame and the first lower side frame, and a rod-shaped or present on the other side of the first upper side frame and the first lower side frame.
  • An auxiliary force generating portion that is a bottom tubular piston portion and has a piston portion that slides along the inner peripheral surface of the cylinder portion and an urging force generating portion that urges the piston portion.
  • the first rotation axis and the second rotation axis substantially coincide with the positions of the rotation axes of the knee joint of the user, and the cylinder portion and the piston portion , It is characterized in that it is rotatable with respect to the first side surface frame.
  • the first rotating shaft, the second upper side frame, and the second rotating shaft that rotatably connect the first upper side frame and the first lower side frame when viewed from the user's side when mounted.
  • the second rotation axis that rotatably connects the lower side frame and the lower side frame substantially coincides with the position of the rotation axis of the user's knee joint.
  • the first side surface frame provided on the outside of the knee portion at the time of mounting is provided with an auxiliary force generating portion having a cylinder portion, a piston portion, and an urging force generating portion for urging the piston portion.
  • the cylinder part and the piston part are rotatable with respect to the first side surface frame.
  • the piston portion slides along the inner peripheral surface of the cylinder portion by changing the angle formed by the first upper side frame and the first lower side frame. Then, when the piston portion slides along the inner peripheral surface of the cylinder portion and the total length of the auxiliary force generating portion is shortened, the urging force generating portion exerts a force on the piston portion so that the piston portion is separated from the bottom surface of the cylinder portion. To urge. As a result, it is possible to generate a strong assisting force and reduce the burden on the knees and the leg muscles that support the knees when the load is high.
  • One of the piston portion or the cylinder portion is provided near the center of the first upper side surface frame, and the other of the piston portion or the cylinder portion is provided near the center of the first lower side surface frame. You may be. As a result, the distance between the rotation axis and the assisting force point can be increased, and the assisting force of the motion assisting device can be strengthened.
  • the vicinity of the upper end of the piston portion may be provided on the first upper side surface frame, and the vicinity of the upper end of the cylinder portion may be provided on the first lower side surface frame.
  • the urging force generating portion is a compression spring
  • the cylinder portion has a protruding portion provided on the bottom surface of the cylinder portion so as to project into the hollow portion of the cylinder portion
  • the piston portion has a bottom. It has a tubular shape and is provided with the compression spring inside, and the compression spring may be provided at one end in the protruding portion and the other end in the piston portion.
  • the present invention it is possible to generate a strong assisting force and reduce the burden on the knees and the muscles of the legs that support the knees when the load is high.
  • the motion assist device of the present invention is attached to the knee of the user to reduce the burden on the knee and the muscles of the leg that supports the knee when the user bends the knee.
  • FIG. 1 is a front view showing an outline of the operation assisting device.
  • FIG. 2 is a perspective view thereof, and
  • FIG. 3 is a side view.
  • FIG. 1 shows a state when the user faces the front side of the paper
  • FIG. 3 shows a state when the user faces the left side of the paper.
  • the up, down, left, and right directions are based on the direction when viewed from the user.
  • the direction from the back to the front of the user is defined as the + x direction
  • the direction from the left to the right of the user is defined as the + y direction
  • the direction from the bottom to the top of the user is defined as the + z direction.
  • the operation assisting device 1 mainly includes side frames 11 and 12, an upper back frame 13, a lower back frame 14, an auxiliary force generating portion 15, and a belt 16 (not shown in FIGS. 1 and 2; see FIG. 3). Have.
  • the motion assist device 1 is mounted on the left leg of the user, but a motion assist device 1 may be mounted on the right leg of the user (detailed later).
  • the side frames 11 and 12 are provided on both sides of the user's knee when worn. Since the motion assist device 1 is mounted on the user's left leg L (see the dotted line in FIG. 3), the side frame 11 is provided on the outside of the user's knee when mounted, and the side frame 11 is assisted. A force generating unit 15 is provided. In the present embodiment, the side frame 11 corresponds to the first side frame of the present invention. The side frame 12 is provided inside the user's knee when worn.
  • the side frames 11 and 12 have upper frames 11a and 12a, lower frames 11b and 12b, and rotation shafts 11c and 12c, respectively.
  • the upper frames 11a and 12a and the lower frames 11b and 12b are rod-shaped.
  • the upper frames 11a and 12a and the lower frames 11b and 12b are formed of plate-shaped members, but may be formed of round bar-shaped or square bar-shaped members.
  • the shape of the member includes the shape of "abbreviation" even if it is not specified.
  • the rod shape may be substantially rod shape.
  • the abbreviation means not only the case where they are exactly the same, but also the concept including errors and deformations to the extent that the identity is not lost. Therefore, the round bar shape and the square bar shape also mean the substantially round bar shape and the substantially square bar shape.
  • the rotating shaft 11c rotatably connects the upper frame 11a and the lower frame 11b
  • the rotating shaft 12c rotatably connects the upper frame 12a and the lower frame 12b.
  • the rotating shafts 11c and 12c are provided on the reinforcing member 17, respectively.
  • Reinforcing members 17 are provided on the upper frames 11a and 12a and the lower frames 11b and 12b.
  • the rotating shaft 11c is inserted into holes provided in the upper frame 11a, the lower frame 11b, and the reinforcing member 17, and both ends thereof are prevented from coming off by screws or the like.
  • the rotating shaft 12c is inserted into holes provided in the upper frame 12a, the lower frame 12b, and the reinforcing member 17, and both ends thereof are prevented from coming off by screws or the like.
  • the upper frame 11a and the lower frame 11b can be rotated about the rotation shaft 11c, and the upper frame 12a and the lower frame 12b can be rotated about the rotation shaft 12c.
  • the rotation axes 11c and 12c substantially coincide with the positions of the rotation axes of the user's knee joint when viewed from the side of the user when worn. Therefore, when the user bends the knee, the side frames 11 and 12 are naturally deformed at the position of the knee joint, so that the user can naturally bend and stretch the knee.
  • the upper back frame 13 and the lower back frame 14 are members that connect the upper frame 11a and the lower frame 11b, respectively, and have a substantially arc shape in a plan view (when viewed from the + z direction).
  • the upper back frame 13 is provided near the upper ends of the side frames 11 and 12, and the lower back frame 14 is provided near the lower ends of the side frames 11 and 12.
  • Holes 11d and 12d are formed at the upper ends of the upper frames 11a and 12a, and belts 16 are provided in the holes 11d and 12d.
  • the belt 16 and the upper back frame 13 come into contact with the user's thigh when worn, and correspond to the upper mounting member of the present invention.
  • Holes 11e and 12e are formed at the lower ends of the lower frames 11b and 12b, and belts 16 are provided in the holes 11e and 12e.
  • the belt 16 and the lower back frame 14 come into contact with the lower leg of the user when worn, and correspond to the lower mounting member of the present invention.
  • the operation assisting device 1 is fixed to the user's leg by the upper mounting member and the lower mounting member.
  • the auxiliary force generating portion 15 mainly has a cylinder portion 15a, a piston portion 15b, and a compression spring 15c (not shown in FIGS. 1 to 3, see FIG. 4).
  • the cylinder portion 15a is provided on the lower frame 11b, and the piston portion 15b is provided on the upper frame 11a.
  • the piston portion 15b may be provided on the lower frame 11b, and the cylinder portion 15a may be provided on the upper frame 11a.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an outline of the auxiliary force generating unit 15.
  • the cylinder portion 15a has a bottomed tubular shape, and the piston portion 15b slides along the inner peripheral surface of the cylinder portion 15a. In other words, the cylinder portion 15a guides the piston portion 15b.
  • the piston portion 15b has a bottomed tubular shape, and the bottom surface of the piston portion 15b is arranged on the upper side (+ z side). As a result, a space is formed inside the auxiliary force generating portion 15 by the cylinder portion 15a and the piston portion 15b.
  • a compression spring 15c is provided inside the space formed by the cylinder portion 15a and the piston portion 15b. The compression spring 15c urges the piston portion 15b with a force, which is a form of the urging force generating portion of the present invention.
  • the cylinder portion 15a and the piston portion 15b are made of resin. As a result, the weight of the auxiliary force generating unit 15 can be reduced. Further, by forming the piston portion 15b into a bottomed tubular shape, the weight of the auxiliary force generating portion 15 can be reduced as compared with the case where the piston portion 15b has a rod shape.
  • the bottom surface of the cylinder portion 15a has a push shaft 15d provided so as to project into the hollow portion of the cylinder portion 15a.
  • a push portion 15e is provided at the tip of the push shaft 15d.
  • the push shaft 15d and the push portion 15e correspond to the protruding portion of the present invention.
  • One end of the compression spring 15c is provided on the push portion 15e, and the other end is provided on the piston portion 15b (here, the bottom surface of the piston portion 15b). By providing the compression spring 15c inside the piston portion 15b, the compression spring 15c is guided by the piston portion 15b.
  • the vicinity of the upper end of the piston portion 15b is provided on the upper frame 11a, and the vicinity of the upper end of the cylinder portion 15a is provided on the lower frame 11b.
  • the total length of the auxiliary force generating portion 15 (that is, the cylinder portion 15a and the piston portion 15b) can be increased. Therefore, by adjusting the length of the push shaft 15d, the strength of the compression spring 15c, that is, the strength of the urging force applied to the piston portion 15b can be easily adjusted.
  • the cylinder portion 15a and the lower frame 11b are attached via a rotating shaft 15f, and the cylinder portion 15a is rotatable with respect to the lower frame 11b. Further, the piston portion 15b and the upper frame 11a are attached via a rotating shaft 15g, and the piston portion 15b is rotatable with respect to the upper frame 11a.
  • the cylinder portion 15a (that is, the rotating shaft 15f) is provided near the center of the lower frame 11b, and the piston portion 15b (that is, the rotating shaft 15g) is provided near the center of the upper frame 11a. .. Therefore, the distance between the rotating shaft 11c, which is the fulcrum, and the rotating shafts 15f, 15g, which are the force points, can be increased, and the auxiliary force of the operation assisting device 1 can be strengthened.
  • FIG. 3 shows a state in which the user's knee is not bent.
  • the bending angle of the user's knee is small, and the total length of the assisting force generating portion 15 hardly changes. Therefore, the assisting force is not generated in the motion assisting device 1.
  • FIG. 5 shows the state of the motion assisting device 1 when the bending angle of the user's knee is approximately 45 degrees
  • FIG. 6 shows the state of the device 1 when the bending angle of the user's knee is approximately 90 degrees
  • FIG. 7 shows the state of the device 1. It is a figure which shows the state of the apparatus 1 when the angle is about 135 degrees.
  • the knees of the user bend and the angle formed by the upper frame 11a and the lower frame 11b changes, so that the rotating shafts 15f and 15g move along the connecting portion orbital circle C. Since the cylinder portion 15a is rotatable with respect to the lower frame 11b and the piston portion 15b is rotatable with respect to the upper frame 11a, when the rotating shafts 15f and 15g move along the connecting portion orbital circle C, , The piston portion 15b slides along the inner peripheral surface of the cylinder portion 15a.
  • the compression spring 15c is formed from the bottom surface of the cylinder portion 15a to the piston portion 15b. A force is applied to the piston portion 15b so that the piston portion 15b is separated from the piston portion.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an outline of the assisting force generating portion 15 when the bending angle of the user's knee is approximately 135 degrees.
  • the direction of the urging force by the compression spring 15c is the direction along the tangent line of the connecting portion orbital circle C at the positions of the rotating shafts 15f and 15g (see the arrows in FIGS. 5 to 7).
  • the compression spring 15c urges the upper frame 11a and the lower frame 11b with a force in a direction in which the angle formed by the upper frame 11a and the lower frame 11b becomes smaller. That is, when the user bends the knee, the force in the direction of extending the knee is urged by the compression spring 15c to the upper frame 11a and the lower frame 11b, and the burden on the muscles of the knee joint and the leg is reduced. ..
  • the distance between the rotating shaft 15f and the rotating shaft 15g becomes closer. Specifically, when the bending angle of the user's knee is approximately 90 degrees from the distance d1 between the rotating shaft 15f and the rotating shaft 15g when the bending angle of the user's knee is approximately 45 degrees (see FIG. 5). The distance d2 between the rotating shaft 15f and the rotating shaft 15g (see FIG. 6) is closer. Further, from the distance d2 between the rotation shaft 15f and the rotation shaft 15g when the bending angle of the user's knee is approximately 90 degrees (see FIG. 6), the bending angle of the user's knee is approximately 135 degrees (FIG. 7).
  • the distance d3 between the rotating shaft 15f and the rotating shaft 15g is closer. In other words, as the bending angle of the user's knee increases, the compression spring 15c is compressed more, and as a result, the urging force of the compression spring 15c increases.
  • the motion assisting device 1 since the assisting force generated by the assisting force generating portion 15 is applied to the side frame 11, the motion assisting device 1 provides a strong assist when the knee is deeply bent to lift the load in the unloading work or the like. Force can be generated.
  • the auxiliary force can be increased as the bending angle of the knee increases.
  • the load on the knee joint and the leg muscles that support the knee increases, but by increasing the assisting force as the bending angle of the knee increases, the motion assist device 1 provides appropriate support. It can be performed.
  • the compression spring 15c is used to generate the urging force, the auxiliary force and the movement amount of the piston portion 15b (that is, the bending angle of the knee) are adjusted by changing the wire diameter and the number of turns of the spring. Can be done. Similarly, the amount of deformation of the compression spring 15c can be adjusted by changing the length of the push shaft 15d and the size of the push portion 15e, whereby the assisting force can be adjusted and the bending angle of the knee can be adjusted. Further, since it is easy to change the compression spring 15c and the push portion 15e, that is, the strength of the assisting force, the range in which the assisting force works, and the bending angle of the knee are easily adjusted, the motion assisting device 1 is easy to use.
  • the motion assist device 1 mounted on the left leg of the user has been described as an example, but the motion assist device mounted on the right leg of the user is also conceivable.
  • the auxiliary force generating portion 15 may be provided on the side frame 12 provided on the outside of the knee portion of the user at the time of attachment.
  • the side frame 12 corresponds to the first side frame of the present invention.
  • the motion assisting device attached to the user's right leg may be symmetrical with respect to the motion assisting device 1 mounted on the user's left leg.
  • a compression spring 15c was used as the urging force generating section of the auxiliary force generating section 15, but the form of the urging force generating section is not limited to this.
  • a gas spring or an air cylinder can be used as the urging force generating unit.
  • the piston portion 15b has a bottomed tubular shape, and a compression spring 15c is provided inside the piston portion 15b, but the piston portion 15b may have a rod shape having no hollow portion. In this case, the compression spring 15c may be provided in the hollow portion of the cylinder portion 15a. Further, the length of the push shaft 15d and the size of the push portion 15e are not limited to the illustrated form, and the push shaft 15d and the push portion 15e are not indispensable.
  • the operation assisting device 1 was fixed to the user by using the upper back frame 13, the lower back frame 14, and the belt 16 (upper mounting member and lower mounting member), but the method of fixing the motion assisting device 1 to the user is this.
  • a belt may be provided instead of the upper back frame 13 and the lower back frame 14.
  • a belt may be further provided between the upper mounting member and the lower mounting member.
  • the cylinder portion 15a (rotating shaft 15f) is provided near the center of the lower frame 11b, and the piston portion 15b (rotating shaft 15g) is provided near the center of the upper frame 11a.
  • the mounting positions of the 15b on the upper frame 11a and the lower frame 11b are not limited to this.
  • the distance between the rotating shaft 11c and the rotating shafts 15f and 15g can be increased.
  • the auxiliary force of the operation assisting device 1 can be further strengthened.
  • the compression spring 15c provided inside the cylinder section 15a and the piston section 15b is used as the urging force generating section, but the form of the assisting force generating section is not limited to this.
  • a spring can be used as the urging force generating unit.
  • the arm is extended from the central axis of the mainspring, the tip of the arm is rotatably attached to one of the cylinder portion 15a and the piston portion 15b, and the arm is attached from the end opposite to the central axis of the mainspring.
  • the tip portion of the arm may be rotatably attached to the other of the cylinder portion 15a and the piston portion 15b.
  • substantially parallel and substantially orthogonal are not limited to cases where they are strictly parallel and orthogonal.
  • the "neighborhood” is a concept indicating that, for example, when it is in the vicinity of A, it is near A and may or may not include A.

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Abstract

動作補助装置は使用者の膝部に装着される。動作補助装置の装着時に使用者の側面から見て、第１上側側面フレームと第１下側側面フレームとを回動可能に連結する第１回転軸及び第２上側側面フレームと第２下側側面フレームとを回動可能に連結する第２回転軸は、使用者の膝関節の回転軸の位置と略一致する。装着時に前記膝部の外側に設けられる第１側面フレームには、シリンダ部と、ピストン部と、ピストン部に力を付勢する付勢力発生部と、を有する補助力発生部が設けられており、シリンダ部及びピストン部は、第１側面フレームに対して回動可能である。

Description

動作補助装置
　本発明は、動作補助装置に関する。
　特許文献１には、上肢と下肢の間に、曲げ応力により弧になっている板ばねを設けて、膝関節への負担を軽減し歩行や立ち上がりを容易にした膝サポータが開示されている。
特開２０１１－０３０７２１号公報
　例えば、荷揚げ作業を行う場合には、腰に負担がかからないように膝を曲げて荷物を持ち上げることが行われる。しかしながら、特許文献１に記載の発明では、板ばねを使用しているため付勢力が弱く、荷揚げ作業のような高負荷時に膝や膝を支える脚部の筋肉への負担を軽減することができない。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、強い補助力を発生させて、高負荷時に膝や膝を支える脚部の筋肉への負担を軽減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、本発明の実施形態の一例に係る動作補助装置は、使用者の膝部に装着される動作補助装置であって、棒状の第１上側側面フレームと、棒状の第１下側側面フレームと、前記第１上側側面フレームと前記第１下側側面フレームとを回動可能に連結する第１回転軸と、有し、装着時に前記膝部の外側に設けられる第１側面フレームと、棒状の第２上側側面フレームと、棒状の第２下側側面フレームと、前記第２上側側面フレームと前記第２下側側面フレームとを回動可能に連結する第２回転軸と、有し、装着時に前記膝部の内側に設けられる第２側面フレームと、前記第１上側側面フレーム及び前記第２上側側面フレームの上端近傍に設けられており、装着時に前記使用者の大腿部に当接する上部取付部材と、前記第１下側側面フレーム及び前記第２下側側面フレームの下端近傍に設けられており、装着時に前記使用者の下腿に当接する下部取付部材と、前記第１上側側面フレーム及び前記第１下側側面フレームの一方に設けられた有底筒状のシリンダ部と、前記第１上側側面フレーム及び前記第１下側側面フレームの他方に設けられた棒状又は有底筒状のピストン部であって、前記シリンダ部の内周面に沿って摺動するピストン部と、前記ピストン部に力を付勢する付勢力発生部と、を有する補助力発生部と、を備え、装着時に前記使用者の側面から見て、前記第１回転軸及び前記第２回転軸は前記使用者の膝関節の回転軸の位置と略一致し、前記シリンダ部及び前記ピストン部は、前記第１側面フレームに対して回動可能であることを特徴とする。
　前記動作補助装置によれば、装着時に使用者の側面から見て、第１上側側面フレームと第１下側側面フレームとを回動可能に連結する第１回転軸及び第２上側側面フレームと第２下側側面フレームとを回動可能に連結する第２回転軸は、使用者の膝関節の回転軸の位置と略一致する。装着時に前記膝部の外側に設けられる第１側面フレームには、シリンダ部と、ピストン部と、ピストン部に力を付勢する付勢力発生部と、を有する補助力発生部が設けられており、シリンダ部及びピストン部は、第１側面フレームに対して回動可能である。したがって、ピストン部は、第１上側側面フレームと第１下側側面フレームとのなす角度が変化することによりシリンダ部の内周面に沿って摺動する。そして、付勢力発生部は、ピストン部が前記シリンダ部の内周面に沿って摺動して補助力発生部の全長が短くなると、シリンダ部の底面からピストン部が離れるようにピストン部に力を付勢する。これにより、強い補助力を発生させて、高負荷時に膝や膝を支える脚部の筋肉への負担を軽減することができる。
　前記ピストン部又は前記シリンダ部の一方は、前記第１上側側面フレームの中央近傍に設けられており、前記ピストン部又は前記シリンダ部の他方は、前記第１下側側面フレームの中央近傍に設けられていてもよい。これにより、回転軸と、補助する力点との距離を遠くし、動作補助装置の補助力を強くすることができる。
　前記ピストン部の上端近傍が前記第１上側側面フレームに設けられており、前記シリンダ部の上端近傍が前記第１下側側面フレームに設けられていてもよい。これにより、補助力発生部の全長を長くし、付勢力発生部による付勢力の強さを容易に調整することができる。
　前記付勢力発生部は、圧縮ばねであり、前記シリンダ部は、前記シリンダ部の中空部に突出するように前記シリンダ部の底面に設けられた突出部を有し、前記ピストン部は、有底筒状であり、内部に前記圧縮ばねが設けられており、前記圧縮ばねは、一端が前記突出部に設けられ、他端が前記ピストン部に設けられていてもよい。これにより、膝の曲げ角度が大きくなるにつれて補助力を増大させることができ、その結果、動作補助装置が適切なサポートを行うことができる。
　本発明によれば、強い補助力を発生させて、高負荷時に膝や膝を支える脚部の筋肉への負担を軽減することができる。
動作補助装置の概略を示す正面図である。 動作補助装置の概略を示す斜視図である。 動作補助装置の概略を示す側面図である。 補助力発生部の概略を示す断面図である。 使用者の膝の曲げ角度が略４５度のときの動作補助装置の様子を示す図である。 使用者の膝の曲げ角度が略９０度のときの動作補助装置の様子を示す図である。 使用者の膝の曲げ角度が略１３５度のときの動作補助装置の様子を示す図である。 使用者の膝の曲げ角度が略１３５度のときの補助力発生部の概略を示す断面図である。
　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。本発明の動作補助装置は、使用者の膝部に装着し、使用者が膝を曲げたときに膝や膝を支える脚部の筋肉への負担を軽減するものである。
　図１は、動作補助装置の概略を示す正面図である。図２は、その斜視図、図３は、側面図である。
　図１では、使用者が紙面手前側を向いたときの様子を示し、図３では、使用者が紙面左側を向いたときの様子を示す。説明のため、上下左右の方向は、使用者から見たときの方向を基準とする。以下、使用者の後から前に向かう方向を＋ｘ方向とし、使用者の左から右に向かう方向を＋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。
　動作補助装置１は、主として、側面フレーム１１、１２と、上部背面フレーム１３と、下部背面フレーム１４と、補助力発生部１５と、ベルト１６（図１、２では図示省略。図３参照）を有する。なお、動作補助装置１は、使用者の左脚に装着する形態であるが、動作補助装置１を使用者の右脚に装着する形態も考えられる（後に詳述）。
　側面フレーム１１、１２は、装着時に使用者の膝部の両側面に設けられる。動作補助装置１は、使用者の左脚Ｌ（図３点線参照）に装着する形態であるため、側面フレーム１１は、装着時に使用者の膝部の外側に設けられ、側面フレーム１１には補助力発生部１５が設けられている。なお、本実施の形態では、側面フレーム１１が本発明の第１側面フレームに相当する。側面フレーム１２は、装着時に使用者の膝部の内側に設けられる。
　側面フレーム１１、１２は、それぞれ、上側フレーム１１ａ、１２ａと、下側フレーム１１ｂ、１２ｂと、回転軸１１ｃ、１２ｃと、を有する。
　上側フレーム１１ａ、１２ａ及び下側フレーム１１ｂ、１２ｂは、棒状である。本実施の形態では、上側フレーム１１ａ、１２ａ及び下側フレーム１１ｂ、１２ｂは板状部材により形成されているが、丸棒状や角棒状の部材により形成されていてもよい。以降、部材の形状は、明記がなくても「略」の形状を含む。例えば、棒状は略棒状であってもよい。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を意味する。よって、丸棒状や角棒状もまた、略丸棒状及び略角棒状を意味している。
　回転軸１１ｃは、上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂとを回動可能に連結し、回転軸１２ｃは、上側フレーム１２ａと下側フレーム１２ｂとを回動可能に連結する。
　回転軸１１ｃ、１２ｃは、それぞれ補強部材１７に設けられている。補強部材１７は、上側フレーム１１ａ、１２ａ及び下側フレーム１１ｂ、１２ｂに設けられている。回転軸１１ｃは、上側フレーム１１ａ、下側フレーム１１ｂ及び補強部材１７に設けられた孔に挿入され、両端がねじ等により抜け止めされる。回転軸１２ｃは、上側フレーム１２ａ、下側フレーム１２ｂ及び補強部材１７に設けられた孔に挿入され、両端がねじ等により抜け止めされる。
　これにより、上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂとは、回転軸１１ｃを中心に回動可能であり、上側フレーム１２ａと下側フレーム１２ｂとは、回転軸１２ｃを中心に回動可能である。
　図３に示すように、装着時に使用者の側面から見て、回転軸１１ｃ、１２ｃは、使用者の膝関節の回転軸の位置と略一致する。したがって、使用者が膝を曲げたときに側面フレーム１１、１２が膝関節の位置で自然に変形するため、使用者が膝の曲げ伸ばしを自然に行うことができる。
　上部背面フレーム１３及び下部背面フレーム１４は、それぞれ、上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂとを連結する部材であり、平面視（＋ｚ方向から見たとき）における形状が略円弧状である。
　上部背面フレーム１３は、側面フレーム１１、１２の上端近傍に設けられており、下部背面フレーム１４は、側面フレーム１１、１２の下端近傍に設けられている。
　上側フレーム１１ａ、１２ａの上端には孔１１ｄ、１２ｄが形成されており、孔１１ｄ、１２ｄにはベルト１６が設けられている。このベルト１６及び上部背面フレーム１３は、装着時に使用者の大腿部に当接するものであり、本発明の上部取付部材に相当する。
　下側フレーム１１ｂ、１２ｂの下端には孔１１ｅ、１２ｅが形成されており、孔１１ｅ、１２ｅにはベルト１６が設けられている。このベルト１６及び下部背面フレーム１４は、装着時に使用者の下腿に当接するものであり、本発明の下部取付部材に相当する。
　上部取付部材及び下部取付部材により、動作補助装置１が使用者の脚に固定される。
　補助力発生部１５は、主として、シリンダ部１５ａと、ピストン部１５ｂと、圧縮ばね１５ｃ（図１～３では図示省略、図４参照）を有する。シリンダ部１５ａは、下側フレーム１１ｂに設けられており、ピストン部１５ｂは上側フレーム１１ａに設けられている。ただし、ピストン部１５ｂが下側フレーム１１ｂに設けられており、シリンダ部１５ａが上側フレーム１１ａに設けられていてもよい。
　図４は、補助力発生部１５の概略を示す断面図である。シリンダ部１５ａは有底筒状であり、シリンダ部１５ａの内周面に沿ってピストン部１５ｂが摺動する。言い換えれば、シリンダ部１５ａによりピストン部１５ｂがガイドされる。
　ピストン部１５ｂは有底筒状であり、ピストン部１５ｂの底面は上側（＋ｚ側）に配置されている。その結果、シリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂにより補助力発生部１５の内部に空間が形成される。シリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂにより形成された空間の内部には圧縮ばね１５ｃが設けられている。圧縮ばね１５ｃは、ピストン部１５ｂに力を付勢するものであり、本発明の付勢力発生部の一形態である。
　シリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂは樹脂により形成される。これにより、補助力発生部１５を軽量化することができる。また、ピストン部１５ｂを有底筒状とすることで、棒状にする場合と比べて補助力発生部１５を軽量化することができる。
　シリンダ部１５ａの底面には、シリンダ部１５ａの中空部に突出するように設けられたプッシュシャフト１５ｄを有する。プッシュシャフト１５ｄの先端には、プッシュ部１５ｅが設けられている。プッシュシャフト１５ｄ及びプッシュ部１５ｅは、本発明の突出部に相当する。
　圧縮ばね１５ｃは、一端がプッシュ部１５ｅに設けられ、他端がピストン部１５ｂ（ここでは、ピストン部１５ｂの底面）に設けられている。圧縮ばね１５ｃをピストン部１５ｂの内部に設けることで、圧縮ばね１５ｃがピストン部１５ｂによりガイドされる。
　図１～３の説明に戻る。ピストン部１５ｂの上端近傍が上側フレーム１１ａに設けられており、シリンダ部１５ａの上端近傍が下側フレーム１１ｂに設けられている。これにより、補助力発生部１５（すなわち、シリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂ）の全長を長くすることができる。そのため、プッシュシャフト１５ｄの長さを調整することで、圧縮ばね１５ｃの強さ、すなわちピストン部１５ｂに加える付勢力の強さを容易に調整できる。
　シリンダ部１５ａと下側フレーム１１ｂとは回転軸１５ｆを介して取り付けられており、シリンダ部１５ａは下側フレーム１１ｂに対して回動可能である。また、ピストン部１５ｂと上側フレーム１１ａとは回転軸１５ｇを介して取り付けられており、ピストン部１５ｂは上側フレーム１１ａに対して回動可能である。
　また、シリンダ部１５ａ（すなわち、回転軸１５ｆ）は下側フレーム１１ｂの中央近傍に設けられており、かつ、ピストン部１５ｂ（すなわち、回転軸１５ｇ）は上側フレーム１１ａの中央近傍に設けられている。そのため、支点である回転軸１１ｃと、力点である回転軸１５ｆ、１５ｇとの距離を遠くし、動作補助装置１の補助力を強くすることができる。
　図３は、使用者の膝が曲がっていない状態である。歩行時には、使用者の膝の曲げ角度が小さく、補助力発生部１５の全長がほとんど変化しないため、動作補助装置１では補助力は発生していない。
　図５は、使用者の膝の曲げ角度が略４５度のときの動作補助装置１の様子を示し、図６は、曲げ角度が略９０度のときの装置１の様子を示し、図７は、角度が略１３５度のときの装置１の様子を示す図である。
　使用者の膝が曲がり、上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂとのなす角度が変化することで、回転軸１５ｆ、１５ｇは接続部軌道円Ｃに沿って移動する。シリンダ部１５ａは下側フレーム１１ｂに対して回動可能であり、ピストン部１５ｂは上側フレーム１１ａに対して回動可能であるため、回転軸１５ｆ、１５ｇが接続部軌道円Ｃに沿って移動すると、ピストン部１５ｂがシリンダ部１５ａの内周面に沿って摺動する。
　圧縮ばね１５ｃは、ピストン部１５ｂがシリンダ部１５ａの内周面に沿って摺動して補助力発生部１５の全長、すなわち圧縮ばね１５ｃの全長が短くなると、シリンダ部１５ａの底面からピストン部１５ｂが離れるようにピストン部１５ｂに力を付勢する。
　図８は、使用者の膝の曲げ角度が略１３５度のときの補助力発生部１５の概略を示す断面図である。プッシュ部１５ｅにより圧縮ばね１５ｃが押圧されて圧縮ばね１５ｃの長さが短くなると、圧縮ばね１５ｃの弾性力により圧縮ばね１５ｃがシリンダ部１５ａに力を付勢する。
　図５～７の説明に戻る。圧縮ばね１５ｃによる付勢力の向きは、回転軸１５ｆ、１５ｇの位置における接続部軌道円Ｃの接線に沿った方向である（図５～７の矢印参照）。その結果、圧縮ばね１５ｃにより、上側フレーム１１ａと下側フレーム１１ｂとのなす角度が小さくなる方向の力が上側フレーム１１ａ及び下側フレーム１１ｂに付勢される。つまり、使用者が膝を曲げた状態において、圧縮ばね１５ｃにより膝を伸ばす方向の力が上側フレーム１１ａ及び下側フレーム１１ｂに付勢され、膝関節や脚部の筋肉への負担が軽減される。
　図５～７に示すように、使用者の膝の曲げ角度が大きくなるにつれて、回転軸１５ｆと回転軸１５ｇとの距離がより近くなる。具体的には、使用者の膝の曲げ角度が略４５度のとき（図５参照）の回転軸１５ｆと回転軸１５ｇとの距離ｄ１より、使用者の膝の曲げ角度が略９０度のとき（図６参照）の回転軸１５ｆと回転軸１５ｇとの距離ｄ２の方が近い。また、使用者の膝の曲げ角度が略９０度のとき（図６参照）の回転軸１５ｆと回転軸１５ｇとの距離ｄ２より、使用者の膝の曲げ角度が略１３５度のとき（図７参照）の回転軸１５ｆと回転軸１５ｇとの距離ｄ３の方が近い。言い換えれば、使用者の膝の曲げ角度が大きくなるにつれて、圧縮ばね１５ｃがより大きく圧縮され、その結果、圧縮ばね１５ｃの付勢力が大きくなる。
　本実施の形態によれば、補助力発生部１５による補助力が側面フレーム１１に加わるようにしたため、荷揚げ作業等において膝を深く曲げて荷物を持ち上げるような場合に、動作補助装置１が強い補助力を発生させることができる。
　付勢力を発生させるのに圧縮ばね１５ｃを用いるため、膝の曲げ角度が大きくなるにつれて補助力を大きくすることができる。膝の曲げ角度が大きくなるにつれて膝関節や膝を支える脚部の筋肉への負担が大きくなるが、膝の曲げ角度が大きくなるにつれて補助力を増大させることで、動作補助装置１が適切なサポートを行うことができる。
　膝関節の位置と回転軸１１ｃ、１２ｃの位置を合わせることで、着用時の動作に違和感がなく、また、補助力発生部１５による補助力を使用者に効率よく伝えることができる。
　膝の曲げ角度が小さいときには補助力がほとんど発生しないため、使用者の歩行動作が阻害されない。
　付勢力を発生させるのに圧縮ばね１５ｃを用いるため、ばねの線径や巻数等を変更することで補助力の調整やピストン部１５ｂの移動量（すなわち、膝の曲げ角度）の調整を行うことができる。同様に、プッシュシャフト１５ｄの長さやプッシュ部１５ｅの大きさを変更することで圧縮ばね１５ｃの変形量を調整でき、これにより補助力の調整や膝の曲げ角度の調整を行うことができる。また、圧縮ばね１５ｃやプッシュ部１５ｅの変更、すなわち補助力の強さ、補助力が働く範囲、膝の曲げ角度の調整が容易であるため、動作補助装置１の使い勝手がよい。
　本実施の形態では、使用者の左脚に装着する動作補助装置１を例に説明したが、使用者の右脚に装着する動作補助装置も考えられる。使用者の右脚に装着する場合には、装着時に使用者の膝部の外側に設けられる側面フレーム１２に補助力発生部１５を設ければよい。この場合には、側面フレーム１２が本発明の第１側面フレームに相当する。言い換えれば、使用者の右脚に装着する動作補助装置は、使用者の左脚に装着する動作補助装置１の左右対称形であればよい。
　補助力発生部１５が有する付勢力発生部として圧縮ばね１５ｃを用いたが、付勢力発生部の形態はこれに限られない。例えば、付勢力発生部として、ガススプリングやエアシリンダを用いることもできる。
　ピストン部１５ｂを有底筒状とし、ピストン部１５ｂの内部に圧縮ばね１５ｃを設けたが、ピストン部１５ｂが中空部を有さない棒状であってよい。この場合には、圧縮ばね１５ｃをシリンダ部１５ａの中空部に設ければよい。さらに、プッシュシャフト１５ｄの長さやプッシュ部１５ｅの大きさも図示した形態に限られないし、プッシュシャフト１５ｄやプッシュ部１５ｅは必須ではない。
　上部背面フレーム１３、下部背面フレーム１４及びベルト１６（上部取付部材及び下部取付部材）を用いて動作補助装置１を使用者に固定したが、動作補助装置１を使用者に固定する方法はこれに限られない。例えば、上部背面フレーム１３、下部背面フレーム１４にかえてベルトを設けてもよい。また、上部取付部材と下部取付部材との間にさらにベルトを設けてもよい。
　シリンダ部１５ａ（回転軸１５ｆ）は下側フレーム１１ｂの中央近傍に設けられており、ピストン部１５ｂ（回転軸１５ｇ）は上側フレーム１１ａの中央近傍に設けられているが、シリンダ部１５ａやピストン部１５ｂの上側フレーム１１ａ、下側フレーム１１ｂへの取付位置はこれに限られない。例えば、回転軸１５ｆは下側フレーム１１ｂの下端近傍に設けたり、回転軸１５ｇを上側フレーム１１ａの上端近傍に設けたりすることで、回転軸１１ｃと回転軸１５ｆ、１５ｇとの距離を遠くし、動作補助装置１の補助力をさらに強くすることができる。ただし、補助力発生部１５が側面フレーム１１から突出せず、使い勝手を良くするためには、回転軸１５ｆ、１５ｇをそれぞれ下側フレーム１１ｂ、上側フレーム１１ａの中央近傍に設けることが望ましい。
　補助力発生部１５では、シリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂの内部に設けられた圧縮ばね１５ｃを付勢力発生部としているが、補助力発生部の形態はこれに限られない。例えば、付勢力発生部としてゼンマイばねを用いることもできる。この場合には、ゼンマイばねの中心軸からアームを伸ばし、このアームの先端部分をシリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂの一方へ回動可能に取り付け、かつ、ゼンマイの中心軸と反対側の端からアームを伸ばし、このアームの先端部分をシリンダ部１５ａ及びピストン部１５ｂの他方へ回動可能に取り付けるようにしてもよい。
　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。
　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。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　　　：動作補助装置
１１、１２：側面フレーム
１１ａ、１２ａ：上側フレーム
１１ｂ、１２ｂ：下側フレーム
１１ｃ、１２ｃ：回転軸
１１ｄ、１１ｅ、１２ｄ、１２ｅ：孔
１３　　：上部背面フレーム
１４　　：下部背面フレーム
１５　　：補助力発生部
１５ａ　：シリンダ部
１５ｂ　：ピストン部
１５ｃ　：圧縮ばね
１５ｄ　：プッシュシャフト
１５ｅ　：プッシュ部
１５ｆ、１５ｇ：回転軸
１６　　：ベルト
１７　　：補強部材

Claims (4)

  1. 　使用者の膝部に装着される動作補助装置であって、
    　棒状の第１上側側面フレームと、棒状の第１下側側面フレームと、前記第１上側側面フレームと前記第１下側側面フレームとを回動可能に連結する第１回転軸と、を有し、装着時に前記膝部の外側に設けられる第１側面フレームと、
    　棒状の第２上側側面フレームと、棒状の第２下側側面フレームと、前記第２上側側面フレームと前記第２下側側面フレームとを回動可能に連結する第２回転軸と、を有し、装着時に前記膝部の内側に設けられる第２側面フレームと、
    　前記第１上側側面フレーム及び前記第２上側側面フレームの上端近傍に設けられており、装着時に前記使用者の大腿部に当接する上部取付部材と、
    　前記第１下側側面フレーム及び前記第２下側側面フレームの下端近傍に設けられており、装着時に前記使用者の下腿に当接する下部取付部材と、
    　前記第１上側側面フレーム及び前記第１下側側面フレームの一方に設けられた有底筒状のシリンダ部と、前記第１上側側面フレーム及び前記第１下側側面フレームの他方に設けられた棒状又は有底筒状のピストン部であって、前記シリンダ部の内周面に沿って摺動するピストン部と、前記ピストン部に力を付勢する付勢力発生部と、を有する補助力発生部と、
    　を備え、
    　装着時に前記使用者の側面から見て、前記第１回転軸及び前記第２回転軸は前記使用者の膝関節の回転軸の位置と略一致し、
    　前記シリンダ部及び前記ピストン部は、前記第１側面フレームに対して回動可能である
    　動作補助装置。
  2. 　前記ピストン部又は前記シリンダ部の一方は、前記第１上側側面フレームの中央近傍に設けられており、前記ピストン部又は前記シリンダ部の他方は、前記第１下側側面フレームの中央近傍に設けられている
    　請求項１に記載の動作補助装置。
  3. 　前記ピストン部の上端近傍が前記第１上側側面フレームに設けられており、
    　前記シリンダ部の上端近傍が前記第１下側側面フレームに設けられている
    　請求項１又は２に記載の動作補助装置。
  4. 　前記付勢力発生部は、圧縮ばねであり、
    　前記シリンダ部は、前記シリンダ部の中空部に突出するように前記シリンダ部の底面に設けられた突出部を有し、
    　前記ピストン部は、有底筒状であり、内部に前記圧縮ばねが設けられており、
    　前記圧縮ばねは、一端が前記突出部に設けられ、他端が前記ピストン部に設けられている
    　請求項１から３のいずれか一項に記載の動作補助装置。
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