背筋力補助装置
【課題】モータが停止したときにワイヤが伸びてユーザの姿勢が崩れないように、ワイヤを保持するフェイルセーフ機構を備えた背筋力補助装置を提供する。
【解決手段】背筋力補助装置１００は、ユーザの腰に装着される腰ハーネス２０と、腰ハーネス２０に取り付けられているワイヤ巻き上げ器３０と、ユーザの背中に装着される背ハーネス１０と、ワイヤ巻き上げ器３０から伸びて背ハーネス１０に固定されているワイヤＷａを備える。ワイヤ巻き上げ器３０は、ワイヤＷａを巻き取るプーリ２２と、プーリ２２を駆動するモータ３４と、プーリ２２とモータ３４の間で回転力を伝達するウォームギア３７とを備えている。ウォームギア３７は、逆駆動され難いので、モータ３４が停止してもワイヤＷａが伸びてユーザの姿勢が崩れることはない。
【解決手段】背筋力補助装置１００は、ユーザの腰に装着される腰ハーネス２０と、腰ハーネス２０に取り付けられているワイヤ巻き上げ器３０と、ユーザの背中に装着される背ハーネス１０と、ワイヤ巻き上げ器３０から伸びて背ハーネス１０に固定されているワイヤＷａを備える。ワイヤ巻き上げ器３０は、ワイヤＷａを巻き取るプーリ２２と、プーリ２２を駆動するモータ３４と、プーリ２２とモータ３４の間で回転力を伝達するウォームギア３７とを備えている。ウォームギア３７は、逆駆動され難いので、モータ３４が停止してもワイヤＷａが伸びてユーザの姿勢が崩れることはない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの背筋力を補助する装着型の背筋力補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重い荷物を持ち上げる作業、或いは、人を抱き上げる作業は重労働である。例えば、患者を抱き上げる介護者は相当な体力的負担を強いられる。作業者（介護者）のそのような負担を軽減するため、前屈姿勢から背屈する動作を補助する装置が例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。そのような装置は、ユーザの主に背筋力を補助する。そのような装置を本明細書では背筋力補助装置と称する。
【０００３】
特許文献１や特許文献２の背筋力補助装置は、ユーザの背と腰に取り付けられるベルトのような装着帯を有している。そして、腰の装着帯に取り付けられたワイヤ巻き上げ器から伸びているワイヤが背の上部で装着帯に結ばれており、ワイヤ巻き上げ器でワイヤを巻き上げることによって、前屈しているユーザが背中を起こす動作（背屈動作）を補助する。なお、本明細書では、ユーザの背に取り付けられる装着帯を背ハーネスと称し、腰に取り付けられる装着帯を腰ハーネスと称する。背ハーネスはジャケットのように着衣する態様であってよいし、腰ハーネスは下着のように履くものであってもよい。また、本明細書では、巻き上げることが可能な可撓体の総称として「ワイヤ」との用語を用いる。従って、本明細書における「ワイヤ」には、金属性の狭義のワイヤだけでなく、紐やベルトも含まれる。ワイヤ（紐やベルトを含む）は、金属以外、例えば樹脂や繊維で作られていてもよい。カーボン含有の繊維などは、引っ張り力に強く、背筋力補助装置には好適な材料である。また、以下では、「ワイヤ巻き上げ器」を単に「巻き上げ器」と称する。ウインチや電動リールは「巻き上げ器」の一種である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３９号公報
【特許文献２】特開２００８−６７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書が開示する技術は、ワイヤを用いた背筋力補助装置のフェイルセーフ機構に関する。特に、モータが停止したときに巻き上げ器が逆回転し、ワイヤが伸びてユーザの姿勢が崩れないように、ワイヤを保持するフェイルセーフ機構を備えた背筋力補助装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する背筋力補助装置は、ユーザの腰に装着される腰ハーネスと、腰ハーネスに取り付けられているワイヤ巻き上げ器と、ユーザの背中に装着される背ハーネスと、ワイヤ巻き上げ器から伸びて背ハーネスに固定されているワイヤを備える。なお、背ハーネスに固定されるワイヤとは別のワイヤを後に導入するので、背ハーネスに固定されるワイヤを以下では背ワイヤと称することにする。
【０００７】
本明細書が開示する背筋力補助装置の一つの形態は、ワイヤ巻き上げ器が、背ワイヤを巻き取るプーリと、プーリを駆動するモータと、プーリとモータの間で回転力を伝達するウォームギアとを備えていることを特徴とする。背ワイヤを巻き取るプーリを他のプーリと区別するため以下では巻取プーリと称する。ウォームギアとは、良く知られているように、ねじ歯車（ウォーム）とはす歯歯車（ウォームホイール）を組み合わせた機構である。通常、ねじ歯車（ウォーム）が駆動側に配置され、はす歯歯車（ウォームホイール）が被駆動側に配置される。別言すれば、ねじ歯車にモータのトルクが直接伝達され、はす歯歯車は、ねじ歯車からモータトルクを受ける。ウォームギアの特徴は、バックラッシが非常に小さいこと、及び、逆駆動されないこと（あるいは逆駆動に極めて大きなトルクが必要であること）である。従って、ウォームギアのはす歯歯車を巻取プーリ側に配置し、ねじ歯車をモータ側に配置することよって、モータが停止しても（即ち、モータ自体は逆駆動可能な状態となっても）、巻取プーリは逆駆動されない。即ち、ウォームギアを採用することによって、モータが停止しても巻取プーリは停止するだけで背ワイヤを伸ばしてしまうことがなく（巻取プーリが逆回転して背ワイヤを繰り出してしまうことがなく）、ユーザの姿勢は保持される。
【０００８】
本明細書が開示する背筋力補助装置はさらに、背ワイヤに予め定められた閾値力以上の力が加わったときに、ウォームギアのねじ歯車とモータとの間のトルク伝達経路を遮断するトルクリミッタを備えていることが好ましい。トルクリミッタを備えていれば、何らかの要因でモータが予定以上のトルクを出力した場合であってもトルクリミッタが機能してトルク伝達が遮断され、ユーザの背が必要以上に引っ張られることがない。さらに、ウォームギア（ねじ歯車）とモータとの間のトルク伝達経路が遮断されてねじ歯車が自由になったとしても、ウォームギア（はす歯歯車）は逆駆動されないので、巻取プーリが逆回転することはなく、ユーザの姿勢が保持される。
【０００９】
トルクリミッタは、多数のメーカーが様々なタイプのものを提供しているのでそれらのいずれかを用いればよい。しかし、本明細書は、背筋力補助装置に好適な新規なトルクリミッタも提供する。その具体的な構造は実施例にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）は、背筋力補助装置の側面図を示す。図１（Ｂ）は、ユーザの背面からみたときの背筋力補助装置を示す。
【図２】前屈した状態における背筋力補助装置の側面図を示す。
【図３】背筋力補助装置の効果を説明する図である。図３（Ａ）は、ガイドプーリがない場合のワイヤ張力とサポートモーメントの関係を示す図である。図３（Ｂ）は、ガイドプーリがある場合のワイヤ張力とサポートモーメントの関係を示す図である。
【図４】巻き上げ器の構造を示す図である。図４（Ａ）は、巻き上げ器の平面図を示しており、図４（Ｂ）は巻き上げ器の正面図を示している。
【図５】トルクリミッタの変形例の模式的斜視図である。
【図６】トルクリミッタの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、実施例の背筋力補助装置１００の模式図を示す。図１は、ユーザが装着している状態での背筋力補助装置１００を示している。図１（Ａ）は、背筋力補助装置１００の側面図を示す。図１（Ｂ）は、ユーザの背面から見たときの背筋力補助装置１００を示す。背筋力補助装置１００は、ユーザが装着する背ハーネス１０と腰ハーネス２０が背ワイヤＷａで繋がれた構造を有している。背ハーネス１０は、ユーザの上半身（主に背中）に装着される。腰ハーネス２０は、ユーザの腰に装着される。なお、「ハーネス」とは、体に装着する装着帯一般を表す言葉である。背筋力補助装置１００における腰ハーネス２０は、巻き上げ器３０を腰後方に固定する役割を有する。背ハーネス１０は、巻き上げ器３０から伸びる背ワイヤＷａの張力を背の上部左右に伝達する役割を有する。背筋力補助装置１００は、巻き上げ器３０で背ワイヤＷａを巻き上げることによって、ユーザの背屈動作（曲がった背すじを伸ばす動作）を補助する力、別言すれば、背屈方向に作用するサポートモーメントをユーザに付与する。
【００１２】
背筋力補助装置１００の構造を詳しく説明する。図１に示すように、腰ハーネス２０には、ユーザの腰後部に相当する位置に巻き上げ器３０が取り付けられている。巻き上げ器３０のベースとなるのが腰プレート２１である。巻き上げ器３０は、幾つかのプーリ（２４、２２、３１、３３）、ウォームギア３７、トルクリミッタ３２、及び、モータ３４などの部品から構成されており、それらは腰プレート２１に配置されている。巻き上げ器３０の構造については後に詳しく説明する。
【００１３】
３個のプーリ２４ａ、２４ｂ、及び、２４ｃは、テンショナ２５を構成する。テンショナ２５は、背ワイヤＷａが緩まないように最低限の張力を背ワイヤＷに付与するデバイスである。テンショナ２５を構成する３個のプーリ２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃのうち、中央のプーリ２４ｂがバネ（不図示）で付勢されている。背ワイヤＷａは、３個のプーリ２４ａ、２４ｂ、及び、２４ｃに交互に巻き掛けられており、バネによって最低限の張力が背ワイヤＷａに付与される。
【００１４】
背ハーネス１０には、ユーザの背中に相当する位置に背プレート１２が取り付けられている。背プレート１２からユーザの後方に向かって支柱１４が伸びている。支柱１４の先端にガイドプーリ１６が回転自在に取り付けられている。別言すると、ユーザの背中後方にガイドプーリ１６が配置されている。ガイドプーリ１６の回転軸は、ピッチ軸方向に伸びている。別言すると、ガイドプーリ１６はピッチ軸周りに自在に回転する。「ピッチ軸方向」とはユーザの左右方向に相当する。「ピッチ軸」はロボットの技術分野で良く用いる技術用語であり、ロボット（本実施例の場合はユーザの身体）の左右方向に伸びる軸を表す。
【００１５】
巻き上げ器３０から伸びている背ワイヤＷａは、ユーザの背中から後方へ離れた位置でガイドプーリ１６を通り、ユーザの背の上部に相当する位置で背ハーネス１０に連結されている。より詳しくは、図１（Ｂ）に示されているように、巻き上げ器３０から伸びる背ワイヤＷａは、ガイドプーリ１６を介して上方へと（腰から頭部へ向かう方向へ）伸びており、ガイドプーリ１６よりも上方でカラビナ１９ｂを介して２方向に別れ、それぞれがユーザの背上部の左右で背ハーネス１０に結ばれている。背ワイヤＷａの先端はカラビナ１９ａを介して背ハーネス１０に結ばれている。
【００１６】
支柱１４は、ユーザの体幹中心線に沿ってスライド可能に背プレート１２に取り付けられている。支柱１４は、外部から加わる力（背ワイヤＷａの張力）によって受動的にスライドする。支柱１４がスライドすることによる効果を説明する。図２は、ユーザが前屈したときの背筋力補助装置１００の側面図を示している。ユーザが前屈すると、巻き上げ器３０と背上部ワイヤ連結位置との位置関係が変化する。ユーザが前屈する前は、支柱１４はポジションＰ１で背プレート１２に連結していたが、ユーザが前屈すると支柱１４の連結点はポジションＰ２へ移動する。支柱１４は、巻き上げ器３０から伸びている背ワイヤＷａの長さが最も小さくなるポジションＰ２に受動的に移動する。このとき、背ワイヤＷａがガイドプーリ１６の両側で作用する張力の合力の方向が支柱の長手方向に一致する。すなわち、背ワイヤＷａに作用する張力が支柱１４を倒すようには作用しない。支柱１４をスライド可能に構成することによって、背ワイヤＷａの張力が支柱１４を倒す方向に作用しないようにすることできる。
【００１７】
背筋力補助装置１００の機能を説明する。最初、巻き上げ器３０は、背ワイヤＷａの張力が第１閾値に一致するように制御される。第１閾値は小さい値に設定されている。ユーザが前屈しようとすると、巻き上げ器３０は張力を一定に維持するように背ワイヤＷａを繰り出す。ユーザは、背屈しようとするときにコントローラ（不図示）を操作し、巻き上げ器３０を作動させる。巻き上げ器３０が背ワイヤＷａを巻き上げることによって、ユーザの背屈動作を補助する。なお、このとき巻き上げ器３０は、背ワイヤＷａの張力が第１閾値よりも顕著に大きい第２閾値に一致するように制御される。そのような制御によって、ユーザを背屈させる向きにほぼ一定のトルク（サポートモーメント）をユーザに加えることができる。
【００１８】
ガイドプーリ１６の効果について説明する。図１（Ａ）によく示されているように、腰後部の巻き取り器３０から伸びている背ワイヤＷａは、ガイドプーリ１６によって背の後方へと導かれてから背の上部へ向かう。この状態を模式的に示したのが図３である。図３は、背筋力補助装置１００を装着したユーザを線画で模式的に表した図である。図３（Ａ）はガイドプーリ１６がない場合を示しており、図３（Ｂ）はガイドプーリ１６がある場合を示している。なお、符号２２は、巻き取り器３０の部品であって背ワイヤＷａを巻き取る巻取プーリを示している。巻取プーリ２２を含む巻き取り器３０の構造については後に詳しく説明する。記号ｓ１はユーザの背の上部後方のワイヤ連結点を示している。図３（Ａ）では、背ワイヤＷａは巻取プーリ２２（巻き上げ器３０）からワイヤ連結点ｓ１へ一直線に伸びている。図３（Ｂ）では、背ワイヤＷａは巻取プーリ２２からガイドプーリ１６を通って連結点ｓ１へ伸びている。
【００１９】
図３における他の記号の意味を説明する。記号ｓ２は、腰の中心を示している。記号Ｌは、腰中心ｓ２とワイヤ連結点ｓ１までの長さを示している。記号Ｔはワイヤ張力を示している。記号Ａ１とＡ２は、ユーザの体幹から後方へ伸びる垂線と背ワイヤＷａがなす角度を示している。Ｍｇはユーザに作用する重力を示している。Ｍｔ１とＭｔ２は張力Ｔによってユーザに作用する腰中心ｓ２回りのモーメントを示している。モーメントＭｔ１とＭｔ２が、背筋力補助装置がユーザに与えるサポートモーメントに相当する。Ｍｔ１はガイドプーリ１６がない場合のサポートモーメントを表し、Ｍｔ２はガイドプーリ１６がある場合のサポートモーメントを表している。図３から明らかなとおり、Ｍｔ１＝Ｌ・ＴｃｏｓＡ１であり、Ｍｔ２＝Ｌ・ＴｃｏｓＡ２である。腰から伸びる背ワイヤＷａがガイドプーリ１６を介することによって角度Ａ２が角度Ａ１よりも小さくなる。その結果、張力Ｔが同じであるならガイドプーリ１６がある方がない場合よりもサポートモーメントが大きくなる。すなわち、ガイドプーリ１６が、腰から伸びる背ワイヤＷａを背の後方へ一旦導いてから背の上部の連結点ｓ１へ向かわせることによって、大きなサポートモーメントを発生させている。
【００２０】
ガイドプーリ１６が背から伸びている支柱１４によって支えられていることは、次の利点も与える。図３（Ｂ）に示すように、背ワイヤＷａの張力Ｔに起因して、ガイドプーリ１６には背へ向かう力Ｔ２が発生する。この力Ｔ２は、ユーザの背のほぼ中央を押す。ユーザが前屈状態から背屈する際、この力Ｔ２がユーザの背を押す。この力Ｔ２は、上半身の姿勢が真っ直ぐになるように作用する。この力Ｔ２が背屈時に背すじを伸ばすように作用するので、背筋力補助装置１００はユーザの腰に加わる負担をより一層低減する。
【００２１】
図４を参照して、巻き上げ器３０の構造を詳しく説明する。巻取プーリ２２は、モータ３４によって駆動される。モータ３４から巻取プーリ２２までのトルク伝達経路は、駆動プーリ３３、ワイヤＷ１、Ｗ２、被駆動プーリ３１、ウォームギア３７（ねじ歯車３５とはす歯歯車３６）によって構成されている。
【００２２】
駆動プーリ３３は、モータ３４のシャフトに固定されている。駆動プーリ３３には第２ワイヤＷ２が巻き掛けられている。被駆動プーリ３１は、駆動プーリ３３と対をなすプーリであり、駆動プーリ３３から被駆動プーリ３１へモータトルクが伝達される。被駆動プーリ３１には第１ワイヤＷ１が巻き掛けられている。駆動プーリ３３から伸びる第２ワイヤＷ２の先端と被駆動プーリ３１から伸びる第１ワイヤＷ１の先端はトルクリミッタ３２で連結されている。トルクリミッタ３２は、第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２と束ねて圧着している単純な金属環である。トルクリミッタ３２は、第１ワイヤＷ１（第２ワイヤＷ２）に作用する張力が予め定められた閾値張力を超えると第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２のいずれかが抜ける程度の圧力で両者を圧着している。即ち、トルクリミッタ３２は、モータ３４から巻取プーリ２２へ加わるトルクが所定の閾値トルクを超えるとトルク伝達経路を遮断する。
【００２３】
被駆動プーリ３１の回転軸にはねじ歯車３５（ウォーム）が固定されている。ねじ歯車３５にははす歯歯車３６（ウォームホイール）が噛み合っている。はす歯歯車３６の回転軸には巻取プーリ２２が固定されている。ねじ歯車３５とはす歯歯車３６はウォームギア３７を構成する。ねじ歯車３５はモータ３４の側に配置されておりモータ３４のトルクが直接に伝達される。はす歯歯車３６は巻取プーリ２２の側に配置されている。良く知られているように、ウォームギアはバックラッシが非常に小さいうえ、はす歯歯車側からの逆駆動には極めて大きなトルクが必要とされる。巻き上げ器３０では、事実上、はす歯歯車側からの、即ち巻取プーリ２２からの、逆駆動は不可能である。
【００２４】
背筋力補助装置１００の巻き上げ器３０は、モータ３４から巻取プーリ２２の間にウォームギア３７とトルクリミッタ３２が介在している。さらに詳細には、トルクリミッタ３２は、ウォームギア３７よりもトルク伝達経路上モータよりに配置されている。そのような構成により次の利点が得られる。
【００２５】
まず、ウォームギア３７によって、背ワイヤＷａ側からの逆駆動を防止できる。このことは、次の２点で有用である。一つは、背筋力補助装置１００は、モータ３４の出力に頼ることなく、ユーザの背を曲げる方向にどんなに大きな力加わってもこれに耐えることができる。他の一つは、何らかの原因でモータ３４の出力が低下した場合であっても、背ワイヤＷａを繰り出す方向に巻取プーリ２２が逆駆動されることがない。このことは、トルクリミッタ３２が作動してモータ３４から巻取プーリ２２までのトルク伝達経路が遮断されたときであっても、巻取プーリ２２が逆回転して背ワイヤＷａが伸びてしまってユーザの姿勢が崩れることがないことを保証する。
【００２６】
トルクリミッタ３２の可動範囲は駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１の間の距離Ｌａである（図４（Ｂ）参照）。発明者らの検討によれば、トルクリミッタ３２の可動範囲、即ち距離Ｌａは、約２０ｃｍ程度あれば、ユーザの背筋の曲がりをサポートするのに実用上十分な背ワイヤＷａ巻き上げ距離を確保できる。
【００２７】
図５と図６を参照して、背筋力補助装置１００に好適なトルクリミッタ４０の構造を説明する。なお、図５では、ウォームギアのねじ歯車３５と対をなすはす歯歯車３６、及び、巻取プーリ２２の図示は省略していることに留意されたい。
【００２８】
トルクリミッタ４０は、モータ３４の回転力が伝達される駆動プーリ３３と、駆動プーリ３３と対をなしておりねじ歯車３５と連動して回転する被駆動プーリ３１との間に配置される。トルクリミッタ４０は、直動ガイド（４２、４３）、第１ワイヤＷ１、第２ワイヤＷ２、フック４８、回転軸４６、バネ４７、小片４５で構成される。第２ワイヤＷ２は駆動プーリ３３に巻き掛けられており、その先端にフック４８が結ばれている。第１ワイヤＷ１は被駆動プーリ３１に巻き掛けられており、その先端に小片４５が結ばれている。
【００２９】
フック４８と小片４５はいずれも直動ガイド（４２、４３）にスライド可能に支持されている。直動ガイド（４２、４３）は、ワイヤ巻き上げ器３０の腰プレート２１に固定されており、小片４５とフック４８を、駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１を結ぶ方向と平行に個別にスライド可能に支持する。直動ガイド（４２、４３）は、一対の側壁４３と、両端を側壁４３に固定されているロッド４２を備える。側壁４３とロッド４２はいずれも、腰プレート２１に固定されており、駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１を結ぶ方向に伸びている。ロッド４２は小片４５を貫通している。小片４５は、ロッド４２に沿って移動することができる。一対の側壁４３のそれぞれにはスリット４４が設けられており、そのスリット４４に、回転軸４６がスライド可能に係合している。回転軸４６は、フック４８を軸支している。回転軸４６とフック４８の間にはネジリバネ４７が取り付けられている。別言すれば、回転軸４６は、直動ガイドとフック４８の間に介在しており、直動ガイドにスライド可能に支持されているとともにフック４８を回転可能に支持している。
【００３０】
図５、図６に示すようにフック４８は一部が切り欠かれた円板であり、その切欠部に小片４５が係合する。ネジリバネ４７は、フック４８を、小片４５との係合を維持する回転方向に付勢している。直動ガイド（４２、４３）は、フック４８と小片４５の動きをスライドの一方向に限定し、その一方向と交差する方向ではフック４８と小片４５が外れないようにそれらの動きを規制する。
【００３１】
トルクリミッタ４０の動作を、図６を参照して説明する。図６（Ａ）は、小片４５がフック４８に係合している状態を示しており、図６（Ｂ）は、小片４５がフック４８から外れた状態を示している。フック４８と回転軸４６の間にネジリバネ４７が配置されている。ネジリバネ４７の一端はフック４８の突起４９ｂに固定されており、他端は回転軸４６の突起４９ａに固定されている。図６において、ネジリバネ４７は、フック４８を時計方向に付勢しており、その付勢力によって、フック４８と小片４５との係合が維持される。第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２に作用する張力Ｔｓが小さい間は、ネジリバネ４７の付勢力が張力Ｔｓに勝り、小片４５の係合が維持される（図６（Ａ））。小片４５が係合している間は、第２ワイヤＷ２から第１ワイヤＷ１へ、即ち駆動プーリ３３から被駆動プーリ３１へモータトルクが伝達される。何らかの要因で張力Ｔｓが大きくなり、張力Ｔｓがネジリバネ４７の付勢力に勝ると、フック４８が反時計方向に回転し、フック４８と小片４５の係合が解かれ、トルク伝達経路が遮断される（図６（Ｂ））。別言すると、このトルクリミッタ４０は、小片４５とフック４８が係合している間は駆動プーリ３３から被駆動プーリ３１へトルクを伝達するが、第１ワイヤＷ１に閾値力以上の力が加わるとネジリバネ４７の弾性力に抗してフック４８が回転して小片４５がフック４８から外れる。
【００３２】
フック４８と小片４５はともに直動ガイド（４２、４３）にスライド可能に支持されているので、それらの係合が解かれた後に、再び係合するのが容易である。即ち、このトルクリミッタ４０は、トルク伝達経路が遮断された後の復旧が容易であるという利点を有する。
【００３３】
背筋力補助装置の留意点について述べる。ガイドプーリ１６は、背ハーネス１０ではなく、腰ハーネス２０に支持されていてもよい。即ち、ガイドプーリ１６は、腰ハーネス２０と背ハーネス１０の一方に支持されていればよい。いずれに支持されているとしても、ガイドプーリ１６はユーザの背中後方に配置される。背ワイヤＷａは、ワイヤ巻き上げ器３０から伸びており、ガイドプーリ１６を介してユーザの背中上部に相当する位置で背ハーネス１０に固定されている。第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２は駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１に巻き掛けられた同一のベルトであってもよい。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：背ハーネス
１２：背プレート
１４：支柱
１６：ガイドプーリ
１９ａ、１９ｂ：カラビナ
２０：腰ハーネス
２１：腰プレート
２２：巻取プーリ
２５：テンショナ
３０：巻き上げ器
３１：被駆動プーリ
３２、４０：トルクリミッタ
３３：駆動プーリ
３４：モータ
３５：ウォーム
３６：ウォームホイール
３７：ウォームギア
４２、４３：直動ガイド
４４：スリット
４５：小片
４６：回転軸
４７：ネジリバネ
４８：フック
１００：背筋力補助装置
Ｗａ、Ｗ１、Ｗ２：ワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの背筋力を補助する装着型の背筋力補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
重い荷物を持ち上げる作業、或いは、人を抱き上げる作業は重労働である。例えば、患者を抱き上げる介護者は相当な体力的負担を強いられる。作業者（介護者）のそのような負担を軽減するため、前屈姿勢から背屈する動作を補助する装置が例えば特許文献１や特許文献２に開示されている。そのような装置は、ユーザの主に背筋力を補助する。そのような装置を本明細書では背筋力補助装置と称する。
【０００３】
特許文献１や特許文献２の背筋力補助装置は、ユーザの背と腰に取り付けられるベルトのような装着帯を有している。そして、腰の装着帯に取り付けられたワイヤ巻き上げ器から伸びているワイヤが背の上部で装着帯に結ばれており、ワイヤ巻き上げ器でワイヤを巻き上げることによって、前屈しているユーザが背中を起こす動作（背屈動作）を補助する。なお、本明細書では、ユーザの背に取り付けられる装着帯を背ハーネスと称し、腰に取り付けられる装着帯を腰ハーネスと称する。背ハーネスはジャケットのように着衣する態様であってよいし、腰ハーネスは下着のように履くものであってもよい。また、本明細書では、巻き上げることが可能な可撓体の総称として「ワイヤ」との用語を用いる。従って、本明細書における「ワイヤ」には、金属性の狭義のワイヤだけでなく、紐やベルトも含まれる。ワイヤ（紐やベルトを含む）は、金属以外、例えば樹脂や繊維で作られていてもよい。カーボン含有の繊維などは、引っ張り力に強く、背筋力補助装置には好適な材料である。また、以下では、「ワイヤ巻き上げ器」を単に「巻き上げ器」と称する。ウインチや電動リールは「巻き上げ器」の一種である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３９号公報
【特許文献２】特開２００８−６７７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書が開示する技術は、ワイヤを用いた背筋力補助装置のフェイルセーフ機構に関する。特に、モータが停止したときに巻き上げ器が逆回転し、ワイヤが伸びてユーザの姿勢が崩れないように、ワイヤを保持するフェイルセーフ機構を備えた背筋力補助装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する背筋力補助装置は、ユーザの腰に装着される腰ハーネスと、腰ハーネスに取り付けられているワイヤ巻き上げ器と、ユーザの背中に装着される背ハーネスと、ワイヤ巻き上げ器から伸びて背ハーネスに固定されているワイヤを備える。なお、背ハーネスに固定されるワイヤとは別のワイヤを後に導入するので、背ハーネスに固定されるワイヤを以下では背ワイヤと称することにする。
【０００７】
本明細書が開示する背筋力補助装置の一つの形態は、ワイヤ巻き上げ器が、背ワイヤを巻き取るプーリと、プーリを駆動するモータと、プーリとモータの間で回転力を伝達するウォームギアとを備えていることを特徴とする。背ワイヤを巻き取るプーリを他のプーリと区別するため以下では巻取プーリと称する。ウォームギアとは、良く知られているように、ねじ歯車（ウォーム）とはす歯歯車（ウォームホイール）を組み合わせた機構である。通常、ねじ歯車（ウォーム）が駆動側に配置され、はす歯歯車（ウォームホイール）が被駆動側に配置される。別言すれば、ねじ歯車にモータのトルクが直接伝達され、はす歯歯車は、ねじ歯車からモータトルクを受ける。ウォームギアの特徴は、バックラッシが非常に小さいこと、及び、逆駆動されないこと（あるいは逆駆動に極めて大きなトルクが必要であること）である。従って、ウォームギアのはす歯歯車を巻取プーリ側に配置し、ねじ歯車をモータ側に配置することよって、モータが停止しても（即ち、モータ自体は逆駆動可能な状態となっても）、巻取プーリは逆駆動されない。即ち、ウォームギアを採用することによって、モータが停止しても巻取プーリは停止するだけで背ワイヤを伸ばしてしまうことがなく（巻取プーリが逆回転して背ワイヤを繰り出してしまうことがなく）、ユーザの姿勢は保持される。
【０００８】
本明細書が開示する背筋力補助装置はさらに、背ワイヤに予め定められた閾値力以上の力が加わったときに、ウォームギアのねじ歯車とモータとの間のトルク伝達経路を遮断するトルクリミッタを備えていることが好ましい。トルクリミッタを備えていれば、何らかの要因でモータが予定以上のトルクを出力した場合であってもトルクリミッタが機能してトルク伝達が遮断され、ユーザの背が必要以上に引っ張られることがない。さらに、ウォームギア（ねじ歯車）とモータとの間のトルク伝達経路が遮断されてねじ歯車が自由になったとしても、ウォームギア（はす歯歯車）は逆駆動されないので、巻取プーリが逆回転することはなく、ユーザの姿勢が保持される。
【０００９】
トルクリミッタは、多数のメーカーが様々なタイプのものを提供しているのでそれらのいずれかを用いればよい。しかし、本明細書は、背筋力補助装置に好適な新規なトルクリミッタも提供する。その具体的な構造は実施例にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）は、背筋力補助装置の側面図を示す。図１（Ｂ）は、ユーザの背面からみたときの背筋力補助装置を示す。
【図２】前屈した状態における背筋力補助装置の側面図を示す。
【図３】背筋力補助装置の効果を説明する図である。図３（Ａ）は、ガイドプーリがない場合のワイヤ張力とサポートモーメントの関係を示す図である。図３（Ｂ）は、ガイドプーリがある場合のワイヤ張力とサポートモーメントの関係を示す図である。
【図４】巻き上げ器の構造を示す図である。図４（Ａ）は、巻き上げ器の平面図を示しており、図４（Ｂ）は巻き上げ器の正面図を示している。
【図５】トルクリミッタの変形例の模式的斜視図である。
【図６】トルクリミッタの動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、実施例の背筋力補助装置１００の模式図を示す。図１は、ユーザが装着している状態での背筋力補助装置１００を示している。図１（Ａ）は、背筋力補助装置１００の側面図を示す。図１（Ｂ）は、ユーザの背面から見たときの背筋力補助装置１００を示す。背筋力補助装置１００は、ユーザが装着する背ハーネス１０と腰ハーネス２０が背ワイヤＷａで繋がれた構造を有している。背ハーネス１０は、ユーザの上半身（主に背中）に装着される。腰ハーネス２０は、ユーザの腰に装着される。なお、「ハーネス」とは、体に装着する装着帯一般を表す言葉である。背筋力補助装置１００における腰ハーネス２０は、巻き上げ器３０を腰後方に固定する役割を有する。背ハーネス１０は、巻き上げ器３０から伸びる背ワイヤＷａの張力を背の上部左右に伝達する役割を有する。背筋力補助装置１００は、巻き上げ器３０で背ワイヤＷａを巻き上げることによって、ユーザの背屈動作（曲がった背すじを伸ばす動作）を補助する力、別言すれば、背屈方向に作用するサポートモーメントをユーザに付与する。
【００１２】
背筋力補助装置１００の構造を詳しく説明する。図１に示すように、腰ハーネス２０には、ユーザの腰後部に相当する位置に巻き上げ器３０が取り付けられている。巻き上げ器３０のベースとなるのが腰プレート２１である。巻き上げ器３０は、幾つかのプーリ（２４、２２、３１、３３）、ウォームギア３７、トルクリミッタ３２、及び、モータ３４などの部品から構成されており、それらは腰プレート２１に配置されている。巻き上げ器３０の構造については後に詳しく説明する。
【００１３】
３個のプーリ２４ａ、２４ｂ、及び、２４ｃは、テンショナ２５を構成する。テンショナ２５は、背ワイヤＷａが緩まないように最低限の張力を背ワイヤＷに付与するデバイスである。テンショナ２５を構成する３個のプーリ２４ａ、２４ｂ、及び２４ｃのうち、中央のプーリ２４ｂがバネ（不図示）で付勢されている。背ワイヤＷａは、３個のプーリ２４ａ、２４ｂ、及び、２４ｃに交互に巻き掛けられており、バネによって最低限の張力が背ワイヤＷａに付与される。
【００１４】
背ハーネス１０には、ユーザの背中に相当する位置に背プレート１２が取り付けられている。背プレート１２からユーザの後方に向かって支柱１４が伸びている。支柱１４の先端にガイドプーリ１６が回転自在に取り付けられている。別言すると、ユーザの背中後方にガイドプーリ１６が配置されている。ガイドプーリ１６の回転軸は、ピッチ軸方向に伸びている。別言すると、ガイドプーリ１６はピッチ軸周りに自在に回転する。「ピッチ軸方向」とはユーザの左右方向に相当する。「ピッチ軸」はロボットの技術分野で良く用いる技術用語であり、ロボット（本実施例の場合はユーザの身体）の左右方向に伸びる軸を表す。
【００１５】
巻き上げ器３０から伸びている背ワイヤＷａは、ユーザの背中から後方へ離れた位置でガイドプーリ１６を通り、ユーザの背の上部に相当する位置で背ハーネス１０に連結されている。より詳しくは、図１（Ｂ）に示されているように、巻き上げ器３０から伸びる背ワイヤＷａは、ガイドプーリ１６を介して上方へと（腰から頭部へ向かう方向へ）伸びており、ガイドプーリ１６よりも上方でカラビナ１９ｂを介して２方向に別れ、それぞれがユーザの背上部の左右で背ハーネス１０に結ばれている。背ワイヤＷａの先端はカラビナ１９ａを介して背ハーネス１０に結ばれている。
【００１６】
支柱１４は、ユーザの体幹中心線に沿ってスライド可能に背プレート１２に取り付けられている。支柱１４は、外部から加わる力（背ワイヤＷａの張力）によって受動的にスライドする。支柱１４がスライドすることによる効果を説明する。図２は、ユーザが前屈したときの背筋力補助装置１００の側面図を示している。ユーザが前屈すると、巻き上げ器３０と背上部ワイヤ連結位置との位置関係が変化する。ユーザが前屈する前は、支柱１４はポジションＰ１で背プレート１２に連結していたが、ユーザが前屈すると支柱１４の連結点はポジションＰ２へ移動する。支柱１４は、巻き上げ器３０から伸びている背ワイヤＷａの長さが最も小さくなるポジションＰ２に受動的に移動する。このとき、背ワイヤＷａがガイドプーリ１６の両側で作用する張力の合力の方向が支柱の長手方向に一致する。すなわち、背ワイヤＷａに作用する張力が支柱１４を倒すようには作用しない。支柱１４をスライド可能に構成することによって、背ワイヤＷａの張力が支柱１４を倒す方向に作用しないようにすることできる。
【００１７】
背筋力補助装置１００の機能を説明する。最初、巻き上げ器３０は、背ワイヤＷａの張力が第１閾値に一致するように制御される。第１閾値は小さい値に設定されている。ユーザが前屈しようとすると、巻き上げ器３０は張力を一定に維持するように背ワイヤＷａを繰り出す。ユーザは、背屈しようとするときにコントローラ（不図示）を操作し、巻き上げ器３０を作動させる。巻き上げ器３０が背ワイヤＷａを巻き上げることによって、ユーザの背屈動作を補助する。なお、このとき巻き上げ器３０は、背ワイヤＷａの張力が第１閾値よりも顕著に大きい第２閾値に一致するように制御される。そのような制御によって、ユーザを背屈させる向きにほぼ一定のトルク（サポートモーメント）をユーザに加えることができる。
【００１８】
ガイドプーリ１６の効果について説明する。図１（Ａ）によく示されているように、腰後部の巻き取り器３０から伸びている背ワイヤＷａは、ガイドプーリ１６によって背の後方へと導かれてから背の上部へ向かう。この状態を模式的に示したのが図３である。図３は、背筋力補助装置１００を装着したユーザを線画で模式的に表した図である。図３（Ａ）はガイドプーリ１６がない場合を示しており、図３（Ｂ）はガイドプーリ１６がある場合を示している。なお、符号２２は、巻き取り器３０の部品であって背ワイヤＷａを巻き取る巻取プーリを示している。巻取プーリ２２を含む巻き取り器３０の構造については後に詳しく説明する。記号ｓ１はユーザの背の上部後方のワイヤ連結点を示している。図３（Ａ）では、背ワイヤＷａは巻取プーリ２２（巻き上げ器３０）からワイヤ連結点ｓ１へ一直線に伸びている。図３（Ｂ）では、背ワイヤＷａは巻取プーリ２２からガイドプーリ１６を通って連結点ｓ１へ伸びている。
【００１９】
図３における他の記号の意味を説明する。記号ｓ２は、腰の中心を示している。記号Ｌは、腰中心ｓ２とワイヤ連結点ｓ１までの長さを示している。記号Ｔはワイヤ張力を示している。記号Ａ１とＡ２は、ユーザの体幹から後方へ伸びる垂線と背ワイヤＷａがなす角度を示している。Ｍｇはユーザに作用する重力を示している。Ｍｔ１とＭｔ２は張力Ｔによってユーザに作用する腰中心ｓ２回りのモーメントを示している。モーメントＭｔ１とＭｔ２が、背筋力補助装置がユーザに与えるサポートモーメントに相当する。Ｍｔ１はガイドプーリ１６がない場合のサポートモーメントを表し、Ｍｔ２はガイドプーリ１６がある場合のサポートモーメントを表している。図３から明らかなとおり、Ｍｔ１＝Ｌ・ＴｃｏｓＡ１であり、Ｍｔ２＝Ｌ・ＴｃｏｓＡ２である。腰から伸びる背ワイヤＷａがガイドプーリ１６を介することによって角度Ａ２が角度Ａ１よりも小さくなる。その結果、張力Ｔが同じであるならガイドプーリ１６がある方がない場合よりもサポートモーメントが大きくなる。すなわち、ガイドプーリ１６が、腰から伸びる背ワイヤＷａを背の後方へ一旦導いてから背の上部の連結点ｓ１へ向かわせることによって、大きなサポートモーメントを発生させている。
【００２０】
ガイドプーリ１６が背から伸びている支柱１４によって支えられていることは、次の利点も与える。図３（Ｂ）に示すように、背ワイヤＷａの張力Ｔに起因して、ガイドプーリ１６には背へ向かう力Ｔ２が発生する。この力Ｔ２は、ユーザの背のほぼ中央を押す。ユーザが前屈状態から背屈する際、この力Ｔ２がユーザの背を押す。この力Ｔ２は、上半身の姿勢が真っ直ぐになるように作用する。この力Ｔ２が背屈時に背すじを伸ばすように作用するので、背筋力補助装置１００はユーザの腰に加わる負担をより一層低減する。
【００２１】
図４を参照して、巻き上げ器３０の構造を詳しく説明する。巻取プーリ２２は、モータ３４によって駆動される。モータ３４から巻取プーリ２２までのトルク伝達経路は、駆動プーリ３３、ワイヤＷ１、Ｗ２、被駆動プーリ３１、ウォームギア３７（ねじ歯車３５とはす歯歯車３６）によって構成されている。
【００２２】
駆動プーリ３３は、モータ３４のシャフトに固定されている。駆動プーリ３３には第２ワイヤＷ２が巻き掛けられている。被駆動プーリ３１は、駆動プーリ３３と対をなすプーリであり、駆動プーリ３３から被駆動プーリ３１へモータトルクが伝達される。被駆動プーリ３１には第１ワイヤＷ１が巻き掛けられている。駆動プーリ３３から伸びる第２ワイヤＷ２の先端と被駆動プーリ３１から伸びる第１ワイヤＷ１の先端はトルクリミッタ３２で連結されている。トルクリミッタ３２は、第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２と束ねて圧着している単純な金属環である。トルクリミッタ３２は、第１ワイヤＷ１（第２ワイヤＷ２）に作用する張力が予め定められた閾値張力を超えると第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２のいずれかが抜ける程度の圧力で両者を圧着している。即ち、トルクリミッタ３２は、モータ３４から巻取プーリ２２へ加わるトルクが所定の閾値トルクを超えるとトルク伝達経路を遮断する。
【００２３】
被駆動プーリ３１の回転軸にはねじ歯車３５（ウォーム）が固定されている。ねじ歯車３５にははす歯歯車３６（ウォームホイール）が噛み合っている。はす歯歯車３６の回転軸には巻取プーリ２２が固定されている。ねじ歯車３５とはす歯歯車３６はウォームギア３７を構成する。ねじ歯車３５はモータ３４の側に配置されておりモータ３４のトルクが直接に伝達される。はす歯歯車３６は巻取プーリ２２の側に配置されている。良く知られているように、ウォームギアはバックラッシが非常に小さいうえ、はす歯歯車側からの逆駆動には極めて大きなトルクが必要とされる。巻き上げ器３０では、事実上、はす歯歯車側からの、即ち巻取プーリ２２からの、逆駆動は不可能である。
【００２４】
背筋力補助装置１００の巻き上げ器３０は、モータ３４から巻取プーリ２２の間にウォームギア３７とトルクリミッタ３２が介在している。さらに詳細には、トルクリミッタ３２は、ウォームギア３７よりもトルク伝達経路上モータよりに配置されている。そのような構成により次の利点が得られる。
【００２５】
まず、ウォームギア３７によって、背ワイヤＷａ側からの逆駆動を防止できる。このことは、次の２点で有用である。一つは、背筋力補助装置１００は、モータ３４の出力に頼ることなく、ユーザの背を曲げる方向にどんなに大きな力加わってもこれに耐えることができる。他の一つは、何らかの原因でモータ３４の出力が低下した場合であっても、背ワイヤＷａを繰り出す方向に巻取プーリ２２が逆駆動されることがない。このことは、トルクリミッタ３２が作動してモータ３４から巻取プーリ２２までのトルク伝達経路が遮断されたときであっても、巻取プーリ２２が逆回転して背ワイヤＷａが伸びてしまってユーザの姿勢が崩れることがないことを保証する。
【００２６】
トルクリミッタ３２の可動範囲は駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１の間の距離Ｌａである（図４（Ｂ）参照）。発明者らの検討によれば、トルクリミッタ３２の可動範囲、即ち距離Ｌａは、約２０ｃｍ程度あれば、ユーザの背筋の曲がりをサポートするのに実用上十分な背ワイヤＷａ巻き上げ距離を確保できる。
【００２７】
図５と図６を参照して、背筋力補助装置１００に好適なトルクリミッタ４０の構造を説明する。なお、図５では、ウォームギアのねじ歯車３５と対をなすはす歯歯車３６、及び、巻取プーリ２２の図示は省略していることに留意されたい。
【００２８】
トルクリミッタ４０は、モータ３４の回転力が伝達される駆動プーリ３３と、駆動プーリ３３と対をなしておりねじ歯車３５と連動して回転する被駆動プーリ３１との間に配置される。トルクリミッタ４０は、直動ガイド（４２、４３）、第１ワイヤＷ１、第２ワイヤＷ２、フック４８、回転軸４６、バネ４７、小片４５で構成される。第２ワイヤＷ２は駆動プーリ３３に巻き掛けられており、その先端にフック４８が結ばれている。第１ワイヤＷ１は被駆動プーリ３１に巻き掛けられており、その先端に小片４５が結ばれている。
【００２９】
フック４８と小片４５はいずれも直動ガイド（４２、４３）にスライド可能に支持されている。直動ガイド（４２、４３）は、ワイヤ巻き上げ器３０の腰プレート２１に固定されており、小片４５とフック４８を、駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１を結ぶ方向と平行に個別にスライド可能に支持する。直動ガイド（４２、４３）は、一対の側壁４３と、両端を側壁４３に固定されているロッド４２を備える。側壁４３とロッド４２はいずれも、腰プレート２１に固定されており、駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１を結ぶ方向に伸びている。ロッド４２は小片４５を貫通している。小片４５は、ロッド４２に沿って移動することができる。一対の側壁４３のそれぞれにはスリット４４が設けられており、そのスリット４４に、回転軸４６がスライド可能に係合している。回転軸４６は、フック４８を軸支している。回転軸４６とフック４８の間にはネジリバネ４７が取り付けられている。別言すれば、回転軸４６は、直動ガイドとフック４８の間に介在しており、直動ガイドにスライド可能に支持されているとともにフック４８を回転可能に支持している。
【００３０】
図５、図６に示すようにフック４８は一部が切り欠かれた円板であり、その切欠部に小片４５が係合する。ネジリバネ４７は、フック４８を、小片４５との係合を維持する回転方向に付勢している。直動ガイド（４２、４３）は、フック４８と小片４５の動きをスライドの一方向に限定し、その一方向と交差する方向ではフック４８と小片４５が外れないようにそれらの動きを規制する。
【００３１】
トルクリミッタ４０の動作を、図６を参照して説明する。図６（Ａ）は、小片４５がフック４８に係合している状態を示しており、図６（Ｂ）は、小片４５がフック４８から外れた状態を示している。フック４８と回転軸４６の間にネジリバネ４７が配置されている。ネジリバネ４７の一端はフック４８の突起４９ｂに固定されており、他端は回転軸４６の突起４９ａに固定されている。図６において、ネジリバネ４７は、フック４８を時計方向に付勢しており、その付勢力によって、フック４８と小片４５との係合が維持される。第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２に作用する張力Ｔｓが小さい間は、ネジリバネ４７の付勢力が張力Ｔｓに勝り、小片４５の係合が維持される（図６（Ａ））。小片４５が係合している間は、第２ワイヤＷ２から第１ワイヤＷ１へ、即ち駆動プーリ３３から被駆動プーリ３１へモータトルクが伝達される。何らかの要因で張力Ｔｓが大きくなり、張力Ｔｓがネジリバネ４７の付勢力に勝ると、フック４８が反時計方向に回転し、フック４８と小片４５の係合が解かれ、トルク伝達経路が遮断される（図６（Ｂ））。別言すると、このトルクリミッタ４０は、小片４５とフック４８が係合している間は駆動プーリ３３から被駆動プーリ３１へトルクを伝達するが、第１ワイヤＷ１に閾値力以上の力が加わるとネジリバネ４７の弾性力に抗してフック４８が回転して小片４５がフック４８から外れる。
【００３２】
フック４８と小片４５はともに直動ガイド（４２、４３）にスライド可能に支持されているので、それらの係合が解かれた後に、再び係合するのが容易である。即ち、このトルクリミッタ４０は、トルク伝達経路が遮断された後の復旧が容易であるという利点を有する。
【００３３】
背筋力補助装置の留意点について述べる。ガイドプーリ１６は、背ハーネス１０ではなく、腰ハーネス２０に支持されていてもよい。即ち、ガイドプーリ１６は、腰ハーネス２０と背ハーネス１０の一方に支持されていればよい。いずれに支持されているとしても、ガイドプーリ１６はユーザの背中後方に配置される。背ワイヤＷａは、ワイヤ巻き上げ器３０から伸びており、ガイドプーリ１６を介してユーザの背中上部に相当する位置で背ハーネス１０に固定されている。第１ワイヤＷ１と第２ワイヤＷ２は駆動プーリ３３と被駆動プーリ３１に巻き掛けられた同一のベルトであってもよい。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：背ハーネス
１２：背プレート
１４：支柱
１６：ガイドプーリ
１９ａ、１９ｂ：カラビナ
２０：腰ハーネス
２１：腰プレート
２２：巻取プーリ
２５：テンショナ
３０：巻き上げ器
３１：被駆動プーリ
３２、４０：トルクリミッタ
３３：駆動プーリ
３４：モータ
３５：ウォーム
３６：ウォームホイール
３７：ウォームギア
４２、４３：直動ガイド
４４：スリット
４５：小片
４６：回転軸
４７：ネジリバネ
４８：フック
１００：背筋力補助装置
Ｗａ、Ｗ１、Ｗ２：ワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの腰に装着される腰ハーネスと、
腰ハーネスに取り付けられているワイヤ巻き上げ器と、
ユーザの背中に装着される背ハーネスと、
ワイヤ巻き上げ器から伸びており、背ハーネスに固定されているワイヤと、
を備えており、
ワイヤ巻き上げ器は、
ワイヤを巻き取るプーリと、
プーリを駆動するモータと、
プーリとモータの間で回転力を伝達するウォームギアと、
を備えていることを特徴とする背筋力補助装置。
【請求項２】
ワイヤに予め定められた閾値力以上の力が加わったときに、ウォームギアのねじ歯車とモータの間のトルク伝達経路を遮断するトルクリミッタを備えていることを特徴とする請求項１に記載の背筋力補助装置。
【請求項３】
トルクリミッタは、モータの回転力が伝達される駆動プーリと、駆動プーリと対をなしておりウォームギアと連動して回転する被駆動プーリとの間に配置されており、
以下の構成部品、即ち、
駆動プーリと被駆動プーリの一方に巻き掛けられた第１ワイヤの先端に固定されているフックと、
駆動プーリと被駆動プーリの他方に巻き掛けられた第２ワイヤの先端に固定されており、フックと係合する小片と、
小片とフックを、駆動プーリと被駆動プーリを結ぶ方向と平行に個別にスライド可能に支持する直動ガイドと、
直動ガイドとフックの間に介在しており、直動ガイドにスライド可能に支持されているとともにフックを回転可能に支持している回転軸と、
フックを、小片との係合を維持する回転方向に付勢するバネと、
を備えており、
小片とフックが係合している間は駆動プーリから被駆動プーリへトルクが伝達され、第１ワイヤに前記閾値力以上の力が加わるとバネに抗してフックが回転して小片がフックから外れることを特徴とする請求項２に記載の背筋力補助装置。
【請求項１】
ユーザの腰に装着される腰ハーネスと、
腰ハーネスに取り付けられているワイヤ巻き上げ器と、
ユーザの背中に装着される背ハーネスと、
ワイヤ巻き上げ器から伸びており、背ハーネスに固定されているワイヤと、
を備えており、
ワイヤ巻き上げ器は、
ワイヤを巻き取るプーリと、
プーリを駆動するモータと、
プーリとモータの間で回転力を伝達するウォームギアと、
を備えていることを特徴とする背筋力補助装置。
【請求項２】
ワイヤに予め定められた閾値力以上の力が加わったときに、ウォームギアのねじ歯車とモータの間のトルク伝達経路を遮断するトルクリミッタを備えていることを特徴とする請求項１に記載の背筋力補助装置。
【請求項３】
トルクリミッタは、モータの回転力が伝達される駆動プーリと、駆動プーリと対をなしておりウォームギアと連動して回転する被駆動プーリとの間に配置されており、
以下の構成部品、即ち、
駆動プーリと被駆動プーリの一方に巻き掛けられた第１ワイヤの先端に固定されているフックと、
駆動プーリと被駆動プーリの他方に巻き掛けられた第２ワイヤの先端に固定されており、フックと係合する小片と、
小片とフックを、駆動プーリと被駆動プーリを結ぶ方向と平行に個別にスライド可能に支持する直動ガイドと、
直動ガイドとフックの間に介在しており、直動ガイドにスライド可能に支持されているとともにフックを回転可能に支持している回転軸と、
フックを、小片との係合を維持する回転方向に付勢するバネと、
を備えており、
小片とフックが係合している間は駆動プーリから被駆動プーリへトルクが伝達され、第１ワイヤに前記閾値力以上の力が加わるとバネに抗してフックが回転して小片がフックから外れることを特徴とする請求項２に記載の背筋力補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１３５４３（Ｐ２０１２−２１３５４３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１５０９（Ｐ２０１１−８１５０９）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]