脚装具
【課題】大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い構造の脚装具を提供する。
【解決手段】脚装具１００は、ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンク２０と、ユーザの下腿に取り付けられ、膝関節の側方で大腿リンク２０と揺動可能に連結している下腿リンク３０を備える。この脚装具１００は、直立姿勢のユーザに装着された脚装具１００を側方から観測したときに、大腿リンク２０と下腿リンク３０の連結部１２においてそれらのリンクが膝裏側でなす角度が１８０度以上となるように構成されている。ユーザが膝を屈曲させても、大腿リンク２０と下腿リンク３０が膝裏側でなす角度は９０度以上となり、皮膚や衣服が挟まれ難い。
【解決手段】脚装具１００は、ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンク２０と、ユーザの下腿に取り付けられ、膝関節の側方で大腿リンク２０と揺動可能に連結している下腿リンク３０を備える。この脚装具１００は、直立姿勢のユーザに装着された脚装具１００を側方から観測したときに、大腿リンク２０と下腿リンク３０の連結部１２においてそれらのリンクが膝裏側でなす角度が１８０度以上となるように構成されている。ユーザが膝を屈曲させても、大腿リンク２０と下腿リンク３０が膝裏側でなす角度は９０度以上となり、皮膚や衣服が挟まれ難い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの脚に装着し、脚の動きをアシストする脚装具に関する。特に、膝関節を動かすことが不自由なユーザのための脚装具に関する。
【背景技術】
【０００２】
脚の動き、特に膝関節の動きをサポートする装置として長下肢装具が知られている。長下肢装具は、ユーザの大腿と下腿の夫々に装着する装着具（リンク）が、膝関節の回転軸と概ね同軸の位置で連結されている多リンク構造を有する。本明細書では、大腿に装着する装着具を大腿リンクと称し、ユーザの下腿に装着する装着具を下腿リンクと称する。近年では、アクチュエータによって下腿リンクを揺動させ、歩行動作を積極的にアシストする動力付の下肢装具も提案されている（例えば、特許文献１）。本明細書における「脚装具」という用語は、アクチュエータを備えない従来の長下肢装具だけでなく、動力付の装具も含むことに留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１３５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したとおり、脚装具は、脚に沿って配置され、膝の屈伸に伴って揺動する多リンク機構を備えている。大腿リンクと下腿リンクの連結部は膝の側方に位置する。そのため、膝を屈曲する際に大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚あるいは衣服が挟まれる虞がある。本明細書が開示する技術は、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い構造の脚装具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する新規な脚装具は、ユーザの脚に装着する脚装具であり、ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンクと、ユーザの下腿に取り付けられる下腿リンクを備えている。下腿リンクは、膝関節の側方で大腿リンクに揺動可能に連結している。この脚装具は、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、大腿リンクと下腿リンクの連結部において大腿リンクと下腿リンクがなす膝裏側でのピッチ軸回りの角度が２１０度以上となるように構成されている。なお、ピッチ軸とは、ユーザの横方向に伸びる軸線を意味する。また、「膝関節を伸ばしきったとき」とは、大腿と下腿がほぼ一直線に揃う状態を意味する。
【０００６】
大腿リンクと下腿リンクは、ユーザの側方両側で相互に連結されているとよい。この場合、大腿リンクが、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め下方に伸びる略Ｕ字形状の大腿下部フレームを有しているとよい。さらに、大腿下部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに略３０度の傾きをなしているとよい。
【０００７】
或いは、下腿リンクが、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め上方に伸びる略Ｕ字形状の下腿上部フレームを有しているとよい。さらに、下腿上部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに略３０度の傾きをなしているとよい。
【０００８】
脚装具が大腿下部フレームを備える場合、下腿リンクがユーザの下腿の長手方向に平行に伸びている場合であっても、下腿リンクと大腿下部フレームとが膝裏側でなすピッチ軸回りの角度は２１０度となる。或いは、脚装具が上記の下腿上部フレームを備える場合、大腿リンクがユーザの大腿の長手方向に平行に伸びている場合であっても、大腿リンクと下腿上部フレームとが膝裏側でなすピッチ軸回りの角度は２１０度となる。以下、大腿と下腿が膝裏側でなすピッチ軸回りの角度を単に膝角度と称することにする。また、大腿リンクと下腿リンクの連結部の周りで大腿リンクと下腿リンクが膝裏側でなすピッチ軸回りの角度をリンク膝角度と称することにする。
【０００９】
通常の生活においては、膝角度は１８０度から６０度の範囲で変化すれば十分である。即ち、ユーザが膝関節を伸ばしきって立脚したときが膝角度＝１８０度であり、ユーザがイス等から立ち上がるときが膝角度＝６０度である。上記の構造を有する脚装具では、ユーザが膝関節を伸ばしきったときにリンク膝角度が２１０度となり、ユーザがイス等に座ったときにリンク膝角度が９０度となる。即ち、上記の構造を有する脚装具では、リンク膝角度は最も小さいときでも９０度である。一般に２つのリンクが相互に揺動可能に連結されている場合、２つのリンクのなす角度が９０度以上ならば、リンクの間に物体が位置していても、リンク間の角度が小さくなるにつれて物体はリンク間の広い方へ滑っていき、挟み込まれる可能性は少ない。しかしながら、２つのリンクのなす角度が９０度以下となると、リンクの間に位置する物体は滑りにくくなり、リンク間の角度が小さくなるにつれて挟み込まれる可能性が高くなる。上記の構造を有する脚装具は、リンク膝角度は最も小さいときでも９０度であるから、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟み込まれ難い。
【００１０】
なお、脚装具は、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに略３０度の傾きをなしている下腿上部フレームと大腿下部フレームの双方を有していてもよい。この場合、膝角度が６０度のときにリンク膝角度は１２０度となる。
【００１１】
脚装具は、ユーザの足に取り付けられ、足首関節の側方で下腿リンクと揺動可能に連結している足リンクをさらに備えているとなお好ましい。このとき、脚装具は、大腿リンクが前後からユーザの大腿を支持し、下腿リンクが前後からユーザの下腿を支持し、足リンクが後方からユーザの足の踵を支持するように構成されているとよい。そのような脚装具は、脚のピッチ軸回りの揺動に対して、大腿の前後の２箇所、下腿の前後の２箇所、及び、足の踵の１箇所の合計５箇所で脚を支持するので、ユーザの脚をしっかりと支持することができる。脚をしっかりと支持する脚装具は、ユーザに安心感を与えるとともに、遊脚時に脚装具がズレてしまうことを効果的に防止することができる。
【００１２】
ユーザの脚を５箇所で支持する脚装具の場合、脚装具は、下腿リンクに対する大腿リンクの初期位置が調整可能に構成されていることが好ましい。大腿リンクがユーザの大腿をその前後で支持し、下腿リンクがユーザの下腿をその前後で支持する構造の場合、ユーザの大腿と下腿の相対的な位置関係と、大腿リンクと下腿リンクの相対的な位置関係に相違がある可能性がある。即ち、脚の形状と脚装具の形状に相違がある可能性がある。そのような場合、脚装具がユーザの脚になじまない可能性がある。発明者らの検討によれば、脚の形状と脚装具の形状に相違がある場合、ユーザが大腿前部に感じる圧迫感が増すことが判明した。下腿リンクに対する大腿リンクの初期位置を調整可能にすることによって、ユーザの脚の形状に応じて脚装具を調整することができ、上記のような圧迫感を低減することができる。
【００１３】
脚装具は、下腿リンクにおいてユーザの脛に対向する面に脛あてパッドが取り付けられているとよい。さらに、下腿リンクの脛に対向する面から脛あてパッド表面までの距離が調整可能に構成されていることが好ましい。下腿リンクにおいて脛に当接する部分は、脚装具がユーザの体重を支える際に、この部分を通じて体重を支持するための力をユーザに加える部分である。そのため、この部分にパッドを備えるとともに、そのパッドの位置（下腿リンクから脛あてパッド表面までの距離）を調整可能に構成することによって、個々のユーザの脚の形状に応じて調整可能な脚装具を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書が開示する技術は、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い脚装具を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例の脚装具全体の斜視図である。
【図２】第１実施例の脚装具の側面図である。
【図３】図２の直線Ｌ２に沿った模式的断面図である。
【図４】図２の直線Ｌ３に沿った模式的断面図である。
【図５】第２実施例の脚装具の側面図である。
【図６】第３実施例の脚装具の側面図である。
【図７】第４実施例の脚装具の側面図である。
【図８】第５実施例の脚装具の側面図である。
【図９】第５実施例の脛当て部分の断面図である。
【図１０】第６実施例の脚装具の側面図である。
【実施例１】
【００１６】
本実施例の脚装具１００は、主として一方の脚の膝関節を自由に動かすことができない非健常者の脚動作補助を目的とした装置である。脚装具１００を説明する前に、図面に記した座標系を説明する。座標系のＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、ユーザが直立姿勢をとったときに、夫々、前後方向、横方向、及び、鉛直方向に伸びる軸を示している。Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、ロボットの技術分野では、ロール軸、ピッチ軸、及び、ヨー軸として知られている。
【００１７】
脚装具１００は、主として、ユーザＨの大腿に取り付けられる大腿リンク２０、下腿に取り付けられる下腿リンク３０、足に取り付けられる足リンク４０から構成される。大腿リンク２０と下腿リンク３０は、一対の連結部１２ａ、１２ｂによって、膝関節の側方両側で相互に回転可能に連結されている。一対の連結部１２ａ、１２ｂは、ユーザＨの膝関節の夫々の側方に位置し、膝関節の回転軸と同軸に位置する。なお、連結部１２ａには、モータ１４（アクチュエータ）とエンコーダ（不図示）が搭載されており、モータ１４が下腿リンク３０を揺動させる。下腿リンク３０と足リンク４０は、一対の連結部１６ａ、１６ｂによって、足首関節の側方両側で相互に回転可能に連結されている。なお、図１では右側の連結部１６ａは隠れて見えない。一対の連結部１６ａ、１６ｂは、ユーザＨの足首関節の夫々の側方に位置し、足首関節のピッチ軸回りの回転軸と同軸に位置する。このように、脚装具１００は、ユーザＨの大腿、下腿、及び、足の連結構造と同等の機械的構造を有している。脚装具１００は、ユーザＨに取り付けられ、ユーザの脚（下腿と足）の揺動に合わせて下腿リンク３０と足リンク４０が揺動する。なお、足リンク４０には、ユーザが履く靴４１が固定されているが、理解を助けるため、図では靴４１を仮想線（２点鎖線）で描いてある。
【００１８】
脚装具１００はさらに、コントローラ（不図示）とバッテリ（不図示）を有している。エンコーダは、リンク膝角度を計測する。コントローラは、エンコーダ（不図示）の検出角度に基づいて、適宜にモータ１４を制御する。例えば、脚装具１００は、ユーザの歩行動作に合わせて下腿リンク３０を揺動させ、ユーザの下腿（膝関節）の動きを支援する。あるいは、脚装具１００は、ユーザの着座動作、起立動作に合わせてモータ１４を制御し、それらの動作時に膝関節に加わる負荷を軽減する。なお、制御アルゴリズムについての説明は割愛する。
【００１９】
大腿リンク２０は、大腿下部フレーム２２と、大腿保護プレート２１を有する。下腿リンク３０は、下腿上部フレーム３１、下腿下部フレーム３３、及び、中間フレーム３２を有する。図２の直線Ｌ２は、側面からみたときに大腿下部フレーム２２の長手方向中心線を示している。図２の直線Ｌ３は、側面からみたときに下腿上部フレーム３１の長手方向中心線を示している。図２の直線Ｌ１は、直立姿勢をとったときの脚の中心線を示している鉛直方向に伸びている。
【００２０】
大腿リンク２０の大腿下部フレーム２２と、下腿リンク３０の下腿上部フレーム３１は、膝両側の連結部１２ａ、１２ｂにて相互に回転可能に連結している。図２に示すように、ユーザＨが膝関節を伸ばしきったとき、大腿下部フレーム２２は脚の中心線Ｌ１に対して前方に角度Ａ１だけ前方に傾斜し、下腿上部フレーム３１は中心線Ｌ１に対して前方に角度Ａ２だけ傾斜する。なお、図２の角度Ａ３がリンク膝角度（大腿リンク２０と下腿リンク３０がピッチ軸回りに膝裏側でなす角度）を示している。角度Ａ１と角度Ａ２はともに３０度である。即ち、脚装具１００は、ユーザＨが膝関節を伸ばしきったときに、リンク膝角度Ａ３が２４０度となるように構成されている。大腿下部フレーム２２と下腿上部フレーム３１はともに、膝前方から膝側方両側へ伸びる略Ｕ字形状であり、図２とは反対側の側面から観測しても、リンク膝角度Ａ３は２４０度である。
【００２１】
図２の直線Ｌ２は、ピッチ軸方向から観測したときの大腿下部フレーム２２の長手方向中心線を表している。図２の直線Ｌ３は、ピッチ軸方向から観測したときの下腿上部フレーム３１の長手方向中心線を表している。図３は図２の直線Ｌ２に沿った断面図を示しており、大腿下部フレーム２２が、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め下方に伸びるＵ字形状であることが良く示されている。図４は図２の直線Ｌ３に沿った断面図を示しており、下腿上部フレーム３１が、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め上方に伸びるＵ字形状であることがよく示されている。
【００２２】
上記の構造により、ユーザＨが膝角度６０度までしゃがんでもリンク膝角度Ａ３は１２０度である。即ち、リンク膝角度Ａ３は、２４０度から１２０度の間で変化する。リンク膝角度Ａ３は常に９０度を超えているので、大腿リンク２０と下腿リンク３０の間に皮膚や衣服が挟まれ難い。
【実施例２】
【００２３】
図５に第２実施例の脚装具２００の側面図を示す。脚装具２００は、大腿リンク２２０の構造と足リンク４０の構造は第１実施例の大腿リンク２０、足リンク４０と同じである。下腿リンク２３０は、メインフレーム２３２と、脛当てフレーム２３１で構成されている。メインフレーム２３２は、下腿両側の夫々に、下腿の長手方向に沿って配置されている。メインフレーム２３２は、膝の連結部１２ｂ（１２ａ）から足首の連結部１６ｂ（１６ａ）まで直線的に伸びている。別言するとメインフレーム２３２は、下腿の長手方向（図５では直線Ｌ１）に平行に伸びている。
【００２４】
大腿リンク２２０の大腿下部フレーム２２２は、第１実施例の大腿下部フレーム２２と同様に、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め下方に伸びるＵ字形状をなしており、ユーザが膝関節を伸ばしきったときに、脚長手方向Ｌ１に対して角度Ａ１だけ前方に傾いている。角度Ａ１は第１実施例と同じ３０度である。従って、脚装具２００は、ユーザが膝関節を伸ばしきったときにリンク膝角度Ａ３が２１０度となるように構成されている。この脚装具２００は、ユーザＨの膝角度が１８０度から６０度までの範囲で変化するのに応じて、リンク膝角度Ａ３が２１０度から９０度の範囲で変化する。脚装具２００では、大腿リンク２２０と下腿リンク２３０の角度Ａ３が９０度を下回ることがなく、皮膚や衣服が挟まれ難い。
【実施例３】
【００２５】
図６に第３実施例の脚装具３００の側面図を示す。脚装具３００は、下腿リンク３３０の構造と足リンク４０の構造は第１実施例の下腿リンク３０、足リンク４０と同じである。大腿リンク３２０は、メインフレーム３２２と、２本のサブフレーム３２３で構成されている。メインフレーム３２２は、大腿の両側に夫々配置されている。サブフレーム３２３が、両側のメインフレーム３２２を連結している。
【００２６】
メインフレーム３２２は、膝の連結部１２ａ、１２ｂから大腿の中心線（図６では直線Ｌ１）に沿って伸びている。下腿リンク３３０の下腿上部フレーム３３１は、第１実施例の下腿上部フレーム３１と同様に、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め上方に伸びるＵ字形状をなしており、脚長手方向Ｌ１に対してピッチ軸回りに角度Ａ２だけ前方に傾いている。角度Ａ２は第１実施例と同じ３０度である。従って、ユーザＨが膝関節を伸ばしきったとき、脚装具３００は、リンク膝角度Ａ３が２１０度となるように構成されている。この脚装具３００も、第２実施例の脚装具２００と同様に、リンク膝角度Ａ３が２１０度から９０度の範囲で変化する。
【実施例４】
【００２７】
図７に第４実施例の脚装具４００の側面図を示す。第３実施例の脚装具３００ではサブフレーム３２３が大腿の後ろ側を囲んで大腿両側のメインフレーム３２２を連結しているのに対して、第４実施例の脚装具４００では、２本のサブフレーム４２３が大腿の前側を囲んでいる点で異なっている。その他の点では、脚装具４００は第３実施例の脚装具３００と同じである。
【実施例５】
【００２８】
図８に第５実施例の脚装具５００の側面図を示す。脚装具５００では、個々のユーザの体格に応じた調整機能が充実している。第５実施例の大腿リンク５２０は、主として、大腿下部フレーム５２２と、大腿保護プレート５２１で構成されている。大腿下部フレーム５２２と大腿保護プレート５２１は、第１実施例の大腿下部フレーム２２と大腿保護プレート２１と同じである。大腿保護プレート５２１には、２本のベルト５２７が備えられている。ベルト５２７は、ユーザの大腿を囲み、大腿リンク５２０を大腿に固定している。大腿保護プレート５２１の裏側にはパッド５２５が配置され、ベルト５２７の大腿の裏側に相当する部分にもパッド５２６が配置されている。パッド５２５と５２６は、ユーザの大腿を保護する目的で備えられている。ベルト５２７の長さを調整するとともに、厚みの異なるパッド５２５と５２６を配置することによって、大腿リンク５２０をユーザの大腿の太さに適応させることができる。
【００２９】
下腿リンク５３０は、主として、メインフレーム５３２、サブフレーム５３１、及び調整フレーム５３３で構成されている。メインフレーム５３２は下腿の両側に配置されており、側方から観測したときに、連結部１２ａ、１２ｂから下腿の長手方向中心線（図８では直線Ｌ１）に沿って位置する。サブフレーム５３１は、膝下前方から下腿両側へとＵ字状に伸びており、両側のメインフレーム５３２を連結する。サブフレーム５３１の裏側、脛に相当する部分には、脛当てユニット５５０が取り付けられている。また、メインフレーム５３２を挟んでサブフレーム５３１と反対側には、ベルト５３４が配置されている。サブフレーム５３１（脛当てユニット５５０）とベルト５３４によって、下腿リンク５３０はユーザＨの下腿に固定される。
【００３０】
側方から観測したとき、大腿リンク５２０の大腿下部フレーム５２２は、連結部１２ａ、１２ｂから大腿の長手方向（図８では直線Ｌ１）に対してピッチ軸回りに角度Ａ１だけ傾斜して伸びている。角度Ａ１は第１実施例の場合と同様に３０度である。下腿リンク５３０のメインフレーム５３２は、連結部１２ａ、１２ｂから、下腿の長手方向（図８では直線Ｌ１）に沿って伸びている。従って、第２実施例の脚装具２００と同様、脚装具５００は、ユーザが膝関節を伸ばしきったときに、リンク膝角度Ａ３が２１０度となるように構成されている。
【００３１】
下腿メインフレーム５３２の下端には調整フレーム５３３が連結されており、その調整フレーム５３３の下端が、連結部１６ａ、１６ｂ（１６ｂは不図示）を介して足リンク４０と連結している。長さの異なる別の調整フレームに交換することによって、下腿リンク全体の長さを調整することができる。
【００３２】
第５実施例の脚装具５００では、大腿リンク５２０は、パッド５２５を介して前側から大腿を支持するとともに、パッド５２６を介して後ろ側から大腿を支持する。また、下腿リンク５３０は、脛当てユニット５５０を介して前側から下腿を支持するとともに、ベルト５３４によって後ろ側から下腿を支持する。また、足リンク４０は、靴４１を介してユーザの足の踵をその後ろ側から支持する。即ち、脚装具５００は、大腿の前後、下腿の前後、及び、踵の合計５箇所でユーザの脚を支持する。脚装具５００は、５箇所で脚を支持することによって、ユーザの脚をしっかりと支持することができる。脚装具５００は、ユーザに安心感を与えるとともに、遊脚時に脚装具がズレてしまうことを防止する。
【００３３】
ここで、特に、大腿の後ろ側、下腿の前側（膝下）、及び、踵の３箇所の支持は重要である。これら３箇所における支持が、ユーザの膝が曲がった際、膝がさらに曲がることに対して脚装具の抵抗力をしっかりと脚に伝える。具体的には、脚が体重を支える際、足を支点として下腿が前方へ揺動しそうになることに対して下腿リンクがユーザの下腿を膝下で支え、大腿が後方へ揺動しそうになることに対して大腿リンクがユーザの大腿を後ろ側から支える。このように上記の３箇所は、体重を支えるのに好適な支持ポイントである。
【００３４】
図９に、脛当てユニット５５０の断面図を示す。なお、ボルト５５８と５５９は、本来は図９の断面に現れるものではなく、図９の断面よりも紙面手前側あるいは紙面奥側に位置するが、理解を助けるために図９の断面図に描いてある。脛当てユニット５５０は、サブフレーム５３１の裏側に配置されているブロックユニットと、そのブロックユニットの後方（ユーザの脛ＨＳに対向する側）にパッド５５４を備える。ブロックユニットは、３個のブロック５５２ａ、５５２ｂ、及び、５５１が組み合わされて構成されている。ブロック５５２ａと５５２ｂは、Ｚ軸方向を向くボルト５５９によって連結されている。ブロック５５１は、２個のブロック５５２ａと５５２ｂをはさんでサブフレーム５３１にボルト５５８で留められている。ブロック５５１のユーザの脛ＨＳに対向する面にパッド５５４が取り付けられている。
【００３５】
ボルト５５９を緩め、ボルト５５８を締め込むと、ブロック５５１（パッド５５４）がサブフレーム５３１に近づく方向に移動する。逆に、ボルト５５８を緩め、ボルト５５９を締め込むと、ブロック５５１（パッド５５４）がサブフレーム５３１から遠ざかる方向に移動する。ボルト５５８と５５９を調整することによって、サブフレーム５３１の裏側からパッド５５４表面までの距離を変更することができる。即ち、脚装具５００は、ユーザの下腿の形状に応じてパッド５５４の位置を調整することができる。
【実施例６】
【００３６】
図１０に第６実施例の脚装具６００の側面図を示す。脚装具６００は、大腿下部フレーム６２２の構造が異なるだけで残りは第５実施例の脚装具５００の構造と同じである。そのため、図１０では、大腿下部フレームの符号、及び、大腿下部フレームを含む大腿リンクの符号だけが図５の脚装具５００の符号と異なり、残りの部品については脚装具５００と同じ符号を付している。
【００３７】
図１０の右側に、大腿下部フレーム６２２とメインフレーム５３２（下腿リンク５３０）との連結部の拡大図を示している。大腿下部フレーム６２２の下端にはスリット６９２が設けられている。大腿下部フレーム６２２は、スリット６９２を通っているボルト６９３によってメインフレーム５３２に連結されている。ボルト６９３を緩めると、大腿下部フレーム６２２はスリット６９２の長手方向に沿って移動することができる。即ち、スリット６９２とボルト６９３による連結構造によって、脚装具６００は、下腿リンク５３０に対する大腿リンク６２０の相対的な位置を調整することができる。第６実施例の脚装具６００は、下腿リンク５３０に対する大腿リンク６３０の初期位置が調整可能に構成されている。
【００３８】
第６実施例の脚装具６００の利点を述べる。脚装具６００は、第５実施例の脚装具５００と同様に、ユーザの脚を５箇所で支持する。大腿リンクがユーザの大腿をその前後で支持し、下腿リンクがユーザの下腿をその前後で支持する構成の場合、ユーザの大腿と下腿の相対的な位置関係と、大腿リンクと下腿リンクの相対的な位置関係が相違する可能性がある。そのような場合、脚装具がユーザの脚になじまない虞がある。あるいは、大腿の太さはユーザによって相違があるから、下腿リンクを装着したとき、下腿リンクと大腿の前面あるいは後面との位置関係がユーザによって異なる可能性がある。このように、脚の形状と脚装具の形状に相違がある場合、ユーザが大腿前部に感じる圧迫感が増す。脚装具６００は、下腿リンク５３０に対する大腿リンク６２０の初期位置が調整可能である。そのような構成によって、脚装具６００は、ユーザの脚の形状に応じて大腿リンク６２０と下腿リンク５３０の相対的な位置関係を調整することができ、ユーザが感じる圧迫感を低減することができる。
【００３９】
実施例の脚装具の留意点について述べる。いずれの脚装具も膝両側の連結部１２ａ、１２ｂに対する下腿リンク取り付け角度（ピッチ軸回りの取り付け角度）、及び、連結部１２ａ、１２ｂに対する大腿リンクの取り付け角度（ピッチ軸回りの取り付け角度）が調整可能である。また、脚装具は、大腿リンクに対して下腿リンクを揺動させるモータ（アクチュエータ）と、モータを制御するコントローラを備えている。コントローラは、下腿リンクの揺動角（膝裏角度）の膝伸展方向（膝を伸ばす向きの下腿回転方向）の制限角度を変更可能に構成されている。
【００４０】
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】
【００４１】
１２ａ、１２ｂ、１６ａ、１６ｂ：連結部
１４：モータ
２０、２２０、３２０、５２０、６２０：大腿リンク
２１：大腿保護プレート
２２、２２２、５２２、６２２：大腿下部フレーム
３０、２３０、３３０、５３０：下腿リンク
３１、３３１：下腿上部フレーム
３２：中間フレーム
３３：下腿下部フレーム
４０：足リンク
４１：靴
１００、２００、３００、４００、５００、６００：脚装具
２３２、３２２：メインフレーム
５２５、５２６：パッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの脚に装着し、脚の動きをアシストする脚装具に関する。特に、膝関節を動かすことが不自由なユーザのための脚装具に関する。
【背景技術】
【０００２】
脚の動き、特に膝関節の動きをサポートする装置として長下肢装具が知られている。長下肢装具は、ユーザの大腿と下腿の夫々に装着する装着具（リンク）が、膝関節の回転軸と概ね同軸の位置で連結されている多リンク構造を有する。本明細書では、大腿に装着する装着具を大腿リンクと称し、ユーザの下腿に装着する装着具を下腿リンクと称する。近年では、アクチュエータによって下腿リンクを揺動させ、歩行動作を積極的にアシストする動力付の下肢装具も提案されている（例えば、特許文献１）。本明細書における「脚装具」という用語は、アクチュエータを備えない従来の長下肢装具だけでなく、動力付の装具も含むことに留意されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１３５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したとおり、脚装具は、脚に沿って配置され、膝の屈伸に伴って揺動する多リンク機構を備えている。大腿リンクと下腿リンクの連結部は膝の側方に位置する。そのため、膝を屈曲する際に大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚あるいは衣服が挟まれる虞がある。本明細書が開示する技術は、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い構造の脚装具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する新規な脚装具は、ユーザの脚に装着する脚装具であり、ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンクと、ユーザの下腿に取り付けられる下腿リンクを備えている。下腿リンクは、膝関節の側方で大腿リンクに揺動可能に連結している。この脚装具は、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、大腿リンクと下腿リンクの連結部において大腿リンクと下腿リンクがなす膝裏側でのピッチ軸回りの角度が２１０度以上となるように構成されている。なお、ピッチ軸とは、ユーザの横方向に伸びる軸線を意味する。また、「膝関節を伸ばしきったとき」とは、大腿と下腿がほぼ一直線に揃う状態を意味する。
【０００６】
大腿リンクと下腿リンクは、ユーザの側方両側で相互に連結されているとよい。この場合、大腿リンクが、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め下方に伸びる略Ｕ字形状の大腿下部フレームを有しているとよい。さらに、大腿下部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに略３０度の傾きをなしているとよい。
【０００７】
或いは、下腿リンクが、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め上方に伸びる略Ｕ字形状の下腿上部フレームを有しているとよい。さらに、下腿上部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに略３０度の傾きをなしているとよい。
【０００８】
脚装具が大腿下部フレームを備える場合、下腿リンクがユーザの下腿の長手方向に平行に伸びている場合であっても、下腿リンクと大腿下部フレームとが膝裏側でなすピッチ軸回りの角度は２１０度となる。或いは、脚装具が上記の下腿上部フレームを備える場合、大腿リンクがユーザの大腿の長手方向に平行に伸びている場合であっても、大腿リンクと下腿上部フレームとが膝裏側でなすピッチ軸回りの角度は２１０度となる。以下、大腿と下腿が膝裏側でなすピッチ軸回りの角度を単に膝角度と称することにする。また、大腿リンクと下腿リンクの連結部の周りで大腿リンクと下腿リンクが膝裏側でなすピッチ軸回りの角度をリンク膝角度と称することにする。
【０００９】
通常の生活においては、膝角度は１８０度から６０度の範囲で変化すれば十分である。即ち、ユーザが膝関節を伸ばしきって立脚したときが膝角度＝１８０度であり、ユーザがイス等から立ち上がるときが膝角度＝６０度である。上記の構造を有する脚装具では、ユーザが膝関節を伸ばしきったときにリンク膝角度が２１０度となり、ユーザがイス等に座ったときにリンク膝角度が９０度となる。即ち、上記の構造を有する脚装具では、リンク膝角度は最も小さいときでも９０度である。一般に２つのリンクが相互に揺動可能に連結されている場合、２つのリンクのなす角度が９０度以上ならば、リンクの間に物体が位置していても、リンク間の角度が小さくなるにつれて物体はリンク間の広い方へ滑っていき、挟み込まれる可能性は少ない。しかしながら、２つのリンクのなす角度が９０度以下となると、リンクの間に位置する物体は滑りにくくなり、リンク間の角度が小さくなるにつれて挟み込まれる可能性が高くなる。上記の構造を有する脚装具は、リンク膝角度は最も小さいときでも９０度であるから、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟み込まれ難い。
【００１０】
なお、脚装具は、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに略３０度の傾きをなしている下腿上部フレームと大腿下部フレームの双方を有していてもよい。この場合、膝角度が６０度のときにリンク膝角度は１２０度となる。
【００１１】
脚装具は、ユーザの足に取り付けられ、足首関節の側方で下腿リンクと揺動可能に連結している足リンクをさらに備えているとなお好ましい。このとき、脚装具は、大腿リンクが前後からユーザの大腿を支持し、下腿リンクが前後からユーザの下腿を支持し、足リンクが後方からユーザの足の踵を支持するように構成されているとよい。そのような脚装具は、脚のピッチ軸回りの揺動に対して、大腿の前後の２箇所、下腿の前後の２箇所、及び、足の踵の１箇所の合計５箇所で脚を支持するので、ユーザの脚をしっかりと支持することができる。脚をしっかりと支持する脚装具は、ユーザに安心感を与えるとともに、遊脚時に脚装具がズレてしまうことを効果的に防止することができる。
【００１２】
ユーザの脚を５箇所で支持する脚装具の場合、脚装具は、下腿リンクに対する大腿リンクの初期位置が調整可能に構成されていることが好ましい。大腿リンクがユーザの大腿をその前後で支持し、下腿リンクがユーザの下腿をその前後で支持する構造の場合、ユーザの大腿と下腿の相対的な位置関係と、大腿リンクと下腿リンクの相対的な位置関係に相違がある可能性がある。即ち、脚の形状と脚装具の形状に相違がある可能性がある。そのような場合、脚装具がユーザの脚になじまない可能性がある。発明者らの検討によれば、脚の形状と脚装具の形状に相違がある場合、ユーザが大腿前部に感じる圧迫感が増すことが判明した。下腿リンクに対する大腿リンクの初期位置を調整可能にすることによって、ユーザの脚の形状に応じて脚装具を調整することができ、上記のような圧迫感を低減することができる。
【００１３】
脚装具は、下腿リンクにおいてユーザの脛に対向する面に脛あてパッドが取り付けられているとよい。さらに、下腿リンクの脛に対向する面から脛あてパッド表面までの距離が調整可能に構成されていることが好ましい。下腿リンクにおいて脛に当接する部分は、脚装具がユーザの体重を支える際に、この部分を通じて体重を支持するための力をユーザに加える部分である。そのため、この部分にパッドを備えるとともに、そのパッドの位置（下腿リンクから脛あてパッド表面までの距離）を調整可能に構成することによって、個々のユーザの脚の形状に応じて調整可能な脚装具を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書が開示する技術は、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い脚装具を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施例の脚装具全体の斜視図である。
【図２】第１実施例の脚装具の側面図である。
【図３】図２の直線Ｌ２に沿った模式的断面図である。
【図４】図２の直線Ｌ３に沿った模式的断面図である。
【図５】第２実施例の脚装具の側面図である。
【図６】第３実施例の脚装具の側面図である。
【図７】第４実施例の脚装具の側面図である。
【図８】第５実施例の脚装具の側面図である。
【図９】第５実施例の脛当て部分の断面図である。
【図１０】第６実施例の脚装具の側面図である。
【実施例１】
【００１６】
本実施例の脚装具１００は、主として一方の脚の膝関節を自由に動かすことができない非健常者の脚動作補助を目的とした装置である。脚装具１００を説明する前に、図面に記した座標系を説明する。座標系のＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、ユーザが直立姿勢をとったときに、夫々、前後方向、横方向、及び、鉛直方向に伸びる軸を示している。Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、ロボットの技術分野では、ロール軸、ピッチ軸、及び、ヨー軸として知られている。
【００１７】
脚装具１００は、主として、ユーザＨの大腿に取り付けられる大腿リンク２０、下腿に取り付けられる下腿リンク３０、足に取り付けられる足リンク４０から構成される。大腿リンク２０と下腿リンク３０は、一対の連結部１２ａ、１２ｂによって、膝関節の側方両側で相互に回転可能に連結されている。一対の連結部１２ａ、１２ｂは、ユーザＨの膝関節の夫々の側方に位置し、膝関節の回転軸と同軸に位置する。なお、連結部１２ａには、モータ１４（アクチュエータ）とエンコーダ（不図示）が搭載されており、モータ１４が下腿リンク３０を揺動させる。下腿リンク３０と足リンク４０は、一対の連結部１６ａ、１６ｂによって、足首関節の側方両側で相互に回転可能に連結されている。なお、図１では右側の連結部１６ａは隠れて見えない。一対の連結部１６ａ、１６ｂは、ユーザＨの足首関節の夫々の側方に位置し、足首関節のピッチ軸回りの回転軸と同軸に位置する。このように、脚装具１００は、ユーザＨの大腿、下腿、及び、足の連結構造と同等の機械的構造を有している。脚装具１００は、ユーザＨに取り付けられ、ユーザの脚（下腿と足）の揺動に合わせて下腿リンク３０と足リンク４０が揺動する。なお、足リンク４０には、ユーザが履く靴４１が固定されているが、理解を助けるため、図では靴４１を仮想線（２点鎖線）で描いてある。
【００１８】
脚装具１００はさらに、コントローラ（不図示）とバッテリ（不図示）を有している。エンコーダは、リンク膝角度を計測する。コントローラは、エンコーダ（不図示）の検出角度に基づいて、適宜にモータ１４を制御する。例えば、脚装具１００は、ユーザの歩行動作に合わせて下腿リンク３０を揺動させ、ユーザの下腿（膝関節）の動きを支援する。あるいは、脚装具１００は、ユーザの着座動作、起立動作に合わせてモータ１４を制御し、それらの動作時に膝関節に加わる負荷を軽減する。なお、制御アルゴリズムについての説明は割愛する。
【００１９】
大腿リンク２０は、大腿下部フレーム２２と、大腿保護プレート２１を有する。下腿リンク３０は、下腿上部フレーム３１、下腿下部フレーム３３、及び、中間フレーム３２を有する。図２の直線Ｌ２は、側面からみたときに大腿下部フレーム２２の長手方向中心線を示している。図２の直線Ｌ３は、側面からみたときに下腿上部フレーム３１の長手方向中心線を示している。図２の直線Ｌ１は、直立姿勢をとったときの脚の中心線を示している鉛直方向に伸びている。
【００２０】
大腿リンク２０の大腿下部フレーム２２と、下腿リンク３０の下腿上部フレーム３１は、膝両側の連結部１２ａ、１２ｂにて相互に回転可能に連結している。図２に示すように、ユーザＨが膝関節を伸ばしきったとき、大腿下部フレーム２２は脚の中心線Ｌ１に対して前方に角度Ａ１だけ前方に傾斜し、下腿上部フレーム３１は中心線Ｌ１に対して前方に角度Ａ２だけ傾斜する。なお、図２の角度Ａ３がリンク膝角度（大腿リンク２０と下腿リンク３０がピッチ軸回りに膝裏側でなす角度）を示している。角度Ａ１と角度Ａ２はともに３０度である。即ち、脚装具１００は、ユーザＨが膝関節を伸ばしきったときに、リンク膝角度Ａ３が２４０度となるように構成されている。大腿下部フレーム２２と下腿上部フレーム３１はともに、膝前方から膝側方両側へ伸びる略Ｕ字形状であり、図２とは反対側の側面から観測しても、リンク膝角度Ａ３は２４０度である。
【００２１】
図２の直線Ｌ２は、ピッチ軸方向から観測したときの大腿下部フレーム２２の長手方向中心線を表している。図２の直線Ｌ３は、ピッチ軸方向から観測したときの下腿上部フレーム３１の長手方向中心線を表している。図３は図２の直線Ｌ２に沿った断面図を示しており、大腿下部フレーム２２が、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め下方に伸びるＵ字形状であることが良く示されている。図４は図２の直線Ｌ３に沿った断面図を示しており、下腿上部フレーム３１が、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め上方に伸びるＵ字形状であることがよく示されている。
【００２２】
上記の構造により、ユーザＨが膝角度６０度までしゃがんでもリンク膝角度Ａ３は１２０度である。即ち、リンク膝角度Ａ３は、２４０度から１２０度の間で変化する。リンク膝角度Ａ３は常に９０度を超えているので、大腿リンク２０と下腿リンク３０の間に皮膚や衣服が挟まれ難い。
【実施例２】
【００２３】
図５に第２実施例の脚装具２００の側面図を示す。脚装具２００は、大腿リンク２２０の構造と足リンク４０の構造は第１実施例の大腿リンク２０、足リンク４０と同じである。下腿リンク２３０は、メインフレーム２３２と、脛当てフレーム２３１で構成されている。メインフレーム２３２は、下腿両側の夫々に、下腿の長手方向に沿って配置されている。メインフレーム２３２は、膝の連結部１２ｂ（１２ａ）から足首の連結部１６ｂ（１６ａ）まで直線的に伸びている。別言するとメインフレーム２３２は、下腿の長手方向（図５では直線Ｌ１）に平行に伸びている。
【００２４】
大腿リンク２２０の大腿下部フレーム２２２は、第１実施例の大腿下部フレーム２２と同様に、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め下方に伸びるＵ字形状をなしており、ユーザが膝関節を伸ばしきったときに、脚長手方向Ｌ１に対して角度Ａ１だけ前方に傾いている。角度Ａ１は第１実施例と同じ３０度である。従って、脚装具２００は、ユーザが膝関節を伸ばしきったときにリンク膝角度Ａ３が２１０度となるように構成されている。この脚装具２００は、ユーザＨの膝角度が１８０度から６０度までの範囲で変化するのに応じて、リンク膝角度Ａ３が２１０度から９０度の範囲で変化する。脚装具２００では、大腿リンク２２０と下腿リンク２３０の角度Ａ３が９０度を下回ることがなく、皮膚や衣服が挟まれ難い。
【実施例３】
【００２５】
図６に第３実施例の脚装具３００の側面図を示す。脚装具３００は、下腿リンク３３０の構造と足リンク４０の構造は第１実施例の下腿リンク３０、足リンク４０と同じである。大腿リンク３２０は、メインフレーム３２２と、２本のサブフレーム３２３で構成されている。メインフレーム３２２は、大腿の両側に夫々配置されている。サブフレーム３２３が、両側のメインフレーム３２２を連結している。
【００２６】
メインフレーム３２２は、膝の連結部１２ａ、１２ｂから大腿の中心線（図６では直線Ｌ１）に沿って伸びている。下腿リンク３３０の下腿上部フレーム３３１は、第１実施例の下腿上部フレーム３１と同様に、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部１２ａ、１２ｂへ向かって後方斜め上方に伸びるＵ字形状をなしており、脚長手方向Ｌ１に対してピッチ軸回りに角度Ａ２だけ前方に傾いている。角度Ａ２は第１実施例と同じ３０度である。従って、ユーザＨが膝関節を伸ばしきったとき、脚装具３００は、リンク膝角度Ａ３が２１０度となるように構成されている。この脚装具３００も、第２実施例の脚装具２００と同様に、リンク膝角度Ａ３が２１０度から９０度の範囲で変化する。
【実施例４】
【００２７】
図７に第４実施例の脚装具４００の側面図を示す。第３実施例の脚装具３００ではサブフレーム３２３が大腿の後ろ側を囲んで大腿両側のメインフレーム３２２を連結しているのに対して、第４実施例の脚装具４００では、２本のサブフレーム４２３が大腿の前側を囲んでいる点で異なっている。その他の点では、脚装具４００は第３実施例の脚装具３００と同じである。
【実施例５】
【００２８】
図８に第５実施例の脚装具５００の側面図を示す。脚装具５００では、個々のユーザの体格に応じた調整機能が充実している。第５実施例の大腿リンク５２０は、主として、大腿下部フレーム５２２と、大腿保護プレート５２１で構成されている。大腿下部フレーム５２２と大腿保護プレート５２１は、第１実施例の大腿下部フレーム２２と大腿保護プレート２１と同じである。大腿保護プレート５２１には、２本のベルト５２７が備えられている。ベルト５２７は、ユーザの大腿を囲み、大腿リンク５２０を大腿に固定している。大腿保護プレート５２１の裏側にはパッド５２５が配置され、ベルト５２７の大腿の裏側に相当する部分にもパッド５２６が配置されている。パッド５２５と５２６は、ユーザの大腿を保護する目的で備えられている。ベルト５２７の長さを調整するとともに、厚みの異なるパッド５２５と５２６を配置することによって、大腿リンク５２０をユーザの大腿の太さに適応させることができる。
【００２９】
下腿リンク５３０は、主として、メインフレーム５３２、サブフレーム５３１、及び調整フレーム５３３で構成されている。メインフレーム５３２は下腿の両側に配置されており、側方から観測したときに、連結部１２ａ、１２ｂから下腿の長手方向中心線（図８では直線Ｌ１）に沿って位置する。サブフレーム５３１は、膝下前方から下腿両側へとＵ字状に伸びており、両側のメインフレーム５３２を連結する。サブフレーム５３１の裏側、脛に相当する部分には、脛当てユニット５５０が取り付けられている。また、メインフレーム５３２を挟んでサブフレーム５３１と反対側には、ベルト５３４が配置されている。サブフレーム５３１（脛当てユニット５５０）とベルト５３４によって、下腿リンク５３０はユーザＨの下腿に固定される。
【００３０】
側方から観測したとき、大腿リンク５２０の大腿下部フレーム５２２は、連結部１２ａ、１２ｂから大腿の長手方向（図８では直線Ｌ１）に対してピッチ軸回りに角度Ａ１だけ傾斜して伸びている。角度Ａ１は第１実施例の場合と同様に３０度である。下腿リンク５３０のメインフレーム５３２は、連結部１２ａ、１２ｂから、下腿の長手方向（図８では直線Ｌ１）に沿って伸びている。従って、第２実施例の脚装具２００と同様、脚装具５００は、ユーザが膝関節を伸ばしきったときに、リンク膝角度Ａ３が２１０度となるように構成されている。
【００３１】
下腿メインフレーム５３２の下端には調整フレーム５３３が連結されており、その調整フレーム５３３の下端が、連結部１６ａ、１６ｂ（１６ｂは不図示）を介して足リンク４０と連結している。長さの異なる別の調整フレームに交換することによって、下腿リンク全体の長さを調整することができる。
【００３２】
第５実施例の脚装具５００では、大腿リンク５２０は、パッド５２５を介して前側から大腿を支持するとともに、パッド５２６を介して後ろ側から大腿を支持する。また、下腿リンク５３０は、脛当てユニット５５０を介して前側から下腿を支持するとともに、ベルト５３４によって後ろ側から下腿を支持する。また、足リンク４０は、靴４１を介してユーザの足の踵をその後ろ側から支持する。即ち、脚装具５００は、大腿の前後、下腿の前後、及び、踵の合計５箇所でユーザの脚を支持する。脚装具５００は、５箇所で脚を支持することによって、ユーザの脚をしっかりと支持することができる。脚装具５００は、ユーザに安心感を与えるとともに、遊脚時に脚装具がズレてしまうことを防止する。
【００３３】
ここで、特に、大腿の後ろ側、下腿の前側（膝下）、及び、踵の３箇所の支持は重要である。これら３箇所における支持が、ユーザの膝が曲がった際、膝がさらに曲がることに対して脚装具の抵抗力をしっかりと脚に伝える。具体的には、脚が体重を支える際、足を支点として下腿が前方へ揺動しそうになることに対して下腿リンクがユーザの下腿を膝下で支え、大腿が後方へ揺動しそうになることに対して大腿リンクがユーザの大腿を後ろ側から支える。このように上記の３箇所は、体重を支えるのに好適な支持ポイントである。
【００３４】
図９に、脛当てユニット５５０の断面図を示す。なお、ボルト５５８と５５９は、本来は図９の断面に現れるものではなく、図９の断面よりも紙面手前側あるいは紙面奥側に位置するが、理解を助けるために図９の断面図に描いてある。脛当てユニット５５０は、サブフレーム５３１の裏側に配置されているブロックユニットと、そのブロックユニットの後方（ユーザの脛ＨＳに対向する側）にパッド５５４を備える。ブロックユニットは、３個のブロック５５２ａ、５５２ｂ、及び、５５１が組み合わされて構成されている。ブロック５５２ａと５５２ｂは、Ｚ軸方向を向くボルト５５９によって連結されている。ブロック５５１は、２個のブロック５５２ａと５５２ｂをはさんでサブフレーム５３１にボルト５５８で留められている。ブロック５５１のユーザの脛ＨＳに対向する面にパッド５５４が取り付けられている。
【００３５】
ボルト５５９を緩め、ボルト５５８を締め込むと、ブロック５５１（パッド５５４）がサブフレーム５３１に近づく方向に移動する。逆に、ボルト５５８を緩め、ボルト５５９を締め込むと、ブロック５５１（パッド５５４）がサブフレーム５３１から遠ざかる方向に移動する。ボルト５５８と５５９を調整することによって、サブフレーム５３１の裏側からパッド５５４表面までの距離を変更することができる。即ち、脚装具５００は、ユーザの下腿の形状に応じてパッド５５４の位置を調整することができる。
【実施例６】
【００３６】
図１０に第６実施例の脚装具６００の側面図を示す。脚装具６００は、大腿下部フレーム６２２の構造が異なるだけで残りは第５実施例の脚装具５００の構造と同じである。そのため、図１０では、大腿下部フレームの符号、及び、大腿下部フレームを含む大腿リンクの符号だけが図５の脚装具５００の符号と異なり、残りの部品については脚装具５００と同じ符号を付している。
【００３７】
図１０の右側に、大腿下部フレーム６２２とメインフレーム５３２（下腿リンク５３０）との連結部の拡大図を示している。大腿下部フレーム６２２の下端にはスリット６９２が設けられている。大腿下部フレーム６２２は、スリット６９２を通っているボルト６９３によってメインフレーム５３２に連結されている。ボルト６９３を緩めると、大腿下部フレーム６２２はスリット６９２の長手方向に沿って移動することができる。即ち、スリット６９２とボルト６９３による連結構造によって、脚装具６００は、下腿リンク５３０に対する大腿リンク６２０の相対的な位置を調整することができる。第６実施例の脚装具６００は、下腿リンク５３０に対する大腿リンク６３０の初期位置が調整可能に構成されている。
【００３８】
第６実施例の脚装具６００の利点を述べる。脚装具６００は、第５実施例の脚装具５００と同様に、ユーザの脚を５箇所で支持する。大腿リンクがユーザの大腿をその前後で支持し、下腿リンクがユーザの下腿をその前後で支持する構成の場合、ユーザの大腿と下腿の相対的な位置関係と、大腿リンクと下腿リンクの相対的な位置関係が相違する可能性がある。そのような場合、脚装具がユーザの脚になじまない虞がある。あるいは、大腿の太さはユーザによって相違があるから、下腿リンクを装着したとき、下腿リンクと大腿の前面あるいは後面との位置関係がユーザによって異なる可能性がある。このように、脚の形状と脚装具の形状に相違がある場合、ユーザが大腿前部に感じる圧迫感が増す。脚装具６００は、下腿リンク５３０に対する大腿リンク６２０の初期位置が調整可能である。そのような構成によって、脚装具６００は、ユーザの脚の形状に応じて大腿リンク６２０と下腿リンク５３０の相対的な位置関係を調整することができ、ユーザが感じる圧迫感を低減することができる。
【００３９】
実施例の脚装具の留意点について述べる。いずれの脚装具も膝両側の連結部１２ａ、１２ｂに対する下腿リンク取り付け角度（ピッチ軸回りの取り付け角度）、及び、連結部１２ａ、１２ｂに対する大腿リンクの取り付け角度（ピッチ軸回りの取り付け角度）が調整可能である。また、脚装具は、大腿リンクに対して下腿リンクを揺動させるモータ（アクチュエータ）と、モータを制御するコントローラを備えている。コントローラは、下腿リンクの揺動角（膝裏角度）の膝伸展方向（膝を伸ばす向きの下腿回転方向）の制限角度を変更可能に構成されている。
【００４０】
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】
【００４１】
１２ａ、１２ｂ、１６ａ、１６ｂ：連結部
１４：モータ
２０、２２０、３２０、５２０、６２０：大腿リンク
２１：大腿保護プレート
２２、２２２、５２２、６２２：大腿下部フレーム
３０、２３０、３３０、５３０：下腿リンク
３１、３３１：下腿上部フレーム
３２：中間フレーム
３３：下腿下部フレーム
４０：足リンク
４１：靴
１００、２００、３００、４００、５００、６００：脚装具
２３２、３２２：メインフレーム
５２５、５２６：パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの脚に装着される脚装具であり、
ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンクと、
ユーザの下腿に取り付けられ、膝関節の側方で大腿リンクと揺動可能に連結している下腿リンクと、を備えており、
脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、大腿リンクと下腿リンクの連結部において大腿リンクと下腿リンクのなす膝裏側でのピッチ軸回りの角度が２１０度以上となるように構成されていることを特徴とする脚装具。
【請求項２】
大腿リンクと下腿リンクはユーザの側方両側で相互に連結されており、
大腿リンクが、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め下方に伸びるＵ字形状の大腿下部フレームを有していることを特徴とする請求項１に記載の脚装具。
【請求項３】
大腿下部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに３０度の傾きをなしていることを特徴とする請求項２に記載の脚装具。
【請求項４】
下腿リンクが、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め上方に伸びるＵ字形状の下腿上部フレームを有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脚装具。
【請求項５】
下腿上部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに３０度の傾きをなしていることを特徴とする請求項４に記載の脚装具。
【請求項６】
ユーザの足に取り付けられ、足首関節の側方で下腿リンクと揺動可能に連結している足リンクをさらに備えており、
大腿リンクは前後からユーザの大腿を支持しており、下腿リンクは前後からユーザの下腿を支持しており、足リンクは後方からユーザの足の踵を支持していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の脚装具。
【請求項７】
下腿リンクに対する大腿リンクの初期位置が調整可能であることを特徴とする請求項６に記載の脚装具。
【請求項８】
下腿リンクにおいてユーザの脛に対向する面に脛あてパッドが取り付けられており、下腿リンクの前記対向する面から脛あてパッド表面までの距離が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の脚装具。
【請求項１】
ユーザの脚に装着される脚装具であり、
ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンクと、
ユーザの下腿に取り付けられ、膝関節の側方で大腿リンクと揺動可能に連結している下腿リンクと、を備えており、
脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、大腿リンクと下腿リンクの連結部において大腿リンクと下腿リンクのなす膝裏側でのピッチ軸回りの角度が２１０度以上となるように構成されていることを特徴とする脚装具。
【請求項２】
大腿リンクと下腿リンクはユーザの側方両側で相互に連結されており、
大腿リンクが、膝前上方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め下方に伸びるＵ字形状の大腿下部フレームを有していることを特徴とする請求項１に記載の脚装具。
【請求項３】
大腿下部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに３０度の傾きをなしていることを特徴とする請求項２に記載の脚装具。
【請求項４】
下腿リンクが、膝前下方から膝関節の側方両側の連結部へ向かって後方斜め上方に伸びるＵ字形状の下腿上部フレームを有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の脚装具。
【請求項５】
下腿上部フレームは、脚装具を装着したユーザが膝関節を伸ばしきったときに、ユーザの大腿の長手方向に対してピッチ軸回りに３０度の傾きをなしていることを特徴とする請求項４に記載の脚装具。
【請求項６】
ユーザの足に取り付けられ、足首関節の側方で下腿リンクと揺動可能に連結している足リンクをさらに備えており、
大腿リンクは前後からユーザの大腿を支持しており、下腿リンクは前後からユーザの下腿を支持しており、足リンクは後方からユーザの足の踵を支持していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の脚装具。
【請求項７】
下腿リンクに対する大腿リンクの初期位置が調整可能であることを特徴とする請求項６に記載の脚装具。
【請求項８】
下腿リンクにおいてユーザの脛に対向する面に脛あてパッドが取り付けられており、下腿リンクの前記対向する面から脛あてパッド表面までの距離が調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の脚装具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２５２７９（Ｐ２０１２−１２５２７９Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７６６５６（Ｐ２０１０−２７６６５６）
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【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７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１３日（２０１０．１２．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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