腰部補助装置
【課題】利用者の前傾姿勢維持を補助することができる腰部補助装置を提供する。
【解決手段】腰部補助装置は、利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中フレーム１４と、背中装着部に取り付けられ利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する肩ベルト２２と、利用者の下肢の前方に装着される太腿プレート１８と、一端部が太腿プレート１８に連結され、他端部が背中フレーム１４と相対移動可能に関節部１６で連結され、相対移動時に非屈曲形状を維持可能な連結フレーム２０と、作動状態において、背中フレーム１４の利用者の前方への傾倒を停止させるアクチュエータ４０と、を備えている。
【解決手段】腰部補助装置は、利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中フレーム１４と、背中装着部に取り付けられ利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する肩ベルト２２と、利用者の下肢の前方に装着される太腿プレート１８と、一端部が太腿プレート１８に連結され、他端部が背中フレーム１４と相対移動可能に関節部１６で連結され、相対移動時に非屈曲形状を維持可能な連結フレーム２０と、作動状態において、背中フレーム１４の利用者の前方への傾倒を停止させるアクチュエータ４０と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰部補助構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、利用者の上半身の前屈動作を補助するための補助装置が知られている。例えば、特許文献１には、腰装着部、背中装着部、利用者の前方へ傾倒可能になるように背中装着部を腰装着部に連結する関節部、及び、作動状態において、背中装着部の利用者の前方への傾倒を制御する第１アクチュエータを備えた腰部補助装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の腰部補助装置では、さらに、利用者の下肢に装着される下肢装着部と、腰装着部を下肢装着部に繁束する繁束部材を設けて、腰装着部の背中装着部と同方向への回転を規制している。この繁束部材は、ゴムチューブ等の容易に変形可能な部材で構成されているため、利用者の姿勢状態によっては、繁束部材に緩みが生じていたり、下肢装着部の位置がずれていたりする場合がある。繁束部材が緩んでいたり、下肢装着部の位置がずれていたりという状態のままで、第１アクチュエータが作動すると、腰装着部の回転規制が適切に行われないなどにより、背中装着部に起き上がる方向への力が作用する際に、起き上がり方向への力が適切に伝達されない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１１８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、腰部補助装置を装着した状態で利用者の前屈動作を安定して補助することの可能な腰部補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の腰部補助装置は、利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、前記背中装着部に取付部を介して該取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、利用者の下肢の少なくとも前方に装着される下肢装着部と、一端部が前記下肢装着部に連結され、他端部が前記背中装着部の前記追従移動を許容するように前記背中装着部と相対移動可能に関節部で連結され、前記相対移動時に非屈曲形状を維持可能な連結部と、作動状態において、利用者の前方への傾倒に抗する力を前記背中装着部へ作用させるアクチュエータと、を備えたものである。
【０００７】
請求項１に記載の腰部補助装置では、背中装着部が利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能とされている。また、前支持部が、背中装着部に取付部を介して該取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられ、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する。下肢装着部は、利用者の下肢の少なくとも前方に装着されている。
【０００８】
連結部は、一端部が下肢装着部に連結され、他端部が背中装着部と相対移動可能に関節部で連結されている。背中装着部との連結は、背中装着部の前記追従移動を許容するように行われている。そして、連結部は、この相対移動時に非屈曲形状を維持可能とされている。
【０００９】
利用者が前屈動作を行うと、背中装着部は利用者の前方への傾倒に追従移動する。この前屈状態でアクチュエータを作動させると、背中装着部へ利用者の前方への傾倒に抗する力が作用する。一方、下肢装着部に連結された連結部は、非屈曲形状を維持するので、背中装着部と逆方向の力が作用して、背中装着部と連結部とには相対移動する方向へ力が作用する。連結部の他端は、下肢装着部によって所定の位置に維持されているので、連結部の反力を用いて背中装着部へ安定して力を作用させることができる。
【００１０】
上体の重みを背中装着部に取り付けられた前支持部に預ける利用者は、前方への傾倒に抗する力によって、前傾姿勢時における負担が軽減される。
【００１１】
また、前支持部は、背中装着部に取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられているので、利用者の動きの自由度が増し、背中装着部に対して上半身を左右方向へ倒す動作を自由に行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の腰部補助装置は、前記背中装着部は、利用者の背部の上側を頂点とする三角形状であること、を特徴とする。
【００１３】
前記背中装着部を上記の構成とすることにより、利用者の肩、腕の後方に空間ができ、肩の動きの自由度を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の腰部補助装置は、前記背中装着部は、利用者の背部の上側で合流して三角形状の２辺を構成する２本のフレームを有し、該フレームに沿って前記アクチュエータが配置されていること、を特徴とする。
【００１５】
上記構成のフレームは、三角形状の２辺を構成していることから、利用者の上下方向に傾斜せずに配置されたフレームと比較して長さが長い。したがって、このフレームにアクチュエータを配置することにより、アクチュエータの長さも長くでき、大きな出力を得ることができる。さらに、かかる構成とすることで、アクチュエータをフレーム枠構造の一部として兼用することができ、部品点数の削減および全体構造の軽量化をも図ることができる。
【００１６】
請求項４に記載の腰部補助装置は、前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の上下方向に可動とされていること、を特徴とする。
【００１７】
このように、下肢装着部を上下方向に可動とすることにより、利用者の身長に応じて下肢装着部の位置を適正な位置に配置することができる。
【００１８】
請求項５に記載の腰部補助装置は、前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の前後方向を軸心として回動可能であること、を特徴とする。
【００１９】
このように、下肢装着部を連結部に対して利用者の前後方向を軸心として回動可能につることにより、利用者の脚の左右方向への開脚運動に追従させることができる。
【００２０】
請求項６に記載の腰部補助装置は、前記アクチュエータが、前記背中装着部へ利用者の起き上がり方向への力を作用させること、を特徴とする。
【００２１】
このように、アクチュエータが、背中装着部へ利用者の起き上がり方向への力を作用させることにより、前述の利用者の前傾姿勢時における負担を軽減することに加えて、利用者の起き上がり動作の補助も行うことができる。
【００２２】
請求項７に記載の腰部補助装置は、前記関節部が、前記背中装着部と前記連結部とが利用者の左右方向に沿った軸周りに相対回転可能となるように構成されていること、を特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の腰部補助装置では、利用者の前屈動作時に、背中装着部と連結部とが、利用者の左右方向に沿った軸周りに相対回転される。そして、アクチュエータの作動時には、背中装着部と連結部へは、前屈時とは逆方向に相対回転する方向へ力が作用することにより、背中装着部の前方への傾倒が停止される。
【００２４】
請求項８に記載の腰部補助装置は、前記関節部で前記連結部及び背中装着部に連結され、利用者の腰部に装着される腰装着部、をさらに備えたこと、を特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の腰部補助装置によれば、腰装着部により、アクチュエータの作動時に、背中装着部が利用者の前方側に移動することが阻止され、前傾姿勢の補助をより安定的に行うことができる。
【００２６】
請求項９に記載の腰部補助装置は、前記アクチュエータが、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていること、を特徴とする。
【００２７】
このように、アクチュエータとして、空気式アクチュエータを用いて、背中装着部の利用者の前方への傾倒を停止させることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の腰部補助装置は、前記アクチュエータの一端からワイヤが延出され、前記関節部に、周部へ前記ワイヤが巻き掛けられた回転体が設けられ、前記アクチュエータの作動開始当初から前記ワイヤの張力が前記背中装着部及び前記連結部に作用するように、前記アクチュエータの作動時に前記回転体と前記背中装着部または前記連結部とを固定するクラッチ機構が構成されていること、を特徴とする。
【００２９】
請求項１０に記載の腰部補助装置は、アクチュエータの一端から延出されたワイヤが回転体の周部へ巻き掛けられている。背中装着部と連結部が相対移動し、両者の位置関係が変化することから、ワイヤ長は、巻き掛け分も含めて、相対移動に対応した長さとなっている。そこで、アクチュエータの作動時に、回転体を背中装着部または連結部に固定することにより、ワイヤ長に関わりなく、ワイヤの張力がアクチュエータの作動開始当初から背中装着部及び連結部に作用するようにすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、腰部補助装置を装着した状態で、利用者の前傾姿勢を安定して補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの概略を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の概略説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の変形例の概略説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の他の変形例の概略説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の他の変形例の概略説明図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置から腰フレーム部を除去したものの動作を説明する説明図であり、（Ｃ）（Ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の動作を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置のクラッチ機構を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置のクラッチ機構において、プーリーがプレートに固定されていない状態を示す断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置のクラッチ機構において、プーリーがプレートに固定されている状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を背面からみた図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
[第１実施形態]
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図中矢印ＦＲにて示す利用者の前方側を前側とし、上下左右の方向は、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。
【００３３】
図１〜図３には、第１実施形態に係る腰部補助装置１０が示されている。図１には、未装着状態の腰部補助装置１０が示されており、図２及び図３には、利用者が装着した状態の腰部補助装置１０が示されている。これらの図に示されるように、腰部補助装置１０は、背中装着部としての背中フレーム１４、前支持部としての肩ベルト２２、下肢装着部としての太腿プレート１８、連結部としての連結フレーム２０を備えている。
【００３４】
背中フレーム１４は、利用者の背部に装着され、左右一対のサイドフレーム部１４Ａと、左右一対のサイドフレーム部１４Ａを結合するセンターフレーム部１４Ｂ、１４Ｃとを備えている。なお、左右一対のサイドフレーム部１４Ａは左右対称の構成となっている。
【００３５】
サイドフレーム部１４Ａは、長尺筒状とされ、利用者の背部の上下方向に沿うように互いに離間して配置されている。サイドフレーム部１４Ａの下端には、下サイド部１４Ｄが連結固定されている。下サイド部１４Ｄは、左右一対のサイドフレーム部１４Ａの各々の下端から斜め前方へ伸びて、利用者の腰部左右両脇に配置される。
【００３６】
センターフレーム部１４Ｂは、左右一対のサイドフレーム部１４Ａの上端を連結するように配置され、センターフレーム部１４Ｃは、左右一対のサイドフレーム部１４Ａの中間部を連結するように配置されている。
【００３７】
下サイド部１４Ｄに、腰装着部としての腰フレーム部１２が設けられている。腰フレーム部１２は、左右一対の下サイド部１４Ｄを横断するように、センターフレーム部１４Ｂと略並行に配置されている。腰フレーム部１２の中央には、腰板１２Ａが取り付けられている。腰フレーム部１２のコ字両側先端は、関節部１６で、背中フレーム１４及び連結フレーム２０と相対回転可能に連結されている。
【００３８】
また、下サイド部１４Ｄの上端には、滑車部４４が構成されている。滑車部４４には、後述するワイヤ４２が巻き掛けられ、ワイヤ４２の方向を利用者の背面側から斜め前方側へ導いている。
【００３９】
サイドフレーム部１４Ａには、肩ベルト２２が取り付けられている。肩ベルト２２は、左右一対設けられており、各々の一端がセンターフレーム部１４Ｂの中央に取り付けられ、他端がサイドフレーム部１４Ａの下端部に各々取り付けられている。左右一対の肩ベルト２２は、中央部でベルト２２Ａによって連結され、利用者の上半身に肩ベルト２２が密着し、背中フレーム１４がずれないようにしている。
【００４０】
下サイド部１４Ｄの下端には、関節部１６が構成されている。関節部１６で、連結フレーム２０と背中フレーム１４（下サイド部１４Ｄ）とが連結されている。関節部１６の前方には、腰ベルト１３が設けられている。腰ベルト１３は、左右一対の関節部１６を連結するように架け渡され、利用者の腰前に配置される。関節部１６の詳細については、後述する。
【００４１】
連結フレーム２０は、長尺形状とされ、利用者の下肢に沿って配置される。連結フレーム２０は、一端（上端）が、関節部１６で下サイド部１４Ｄと連結されている。下サイド部１４Ｄと連結フレーム２０とは、利用者の左右方向に沿った回転軸Ｓ周りに、互いに相対回転可能に連結されている。連結フレーム２０は、背中フレーム１４との相対回転によっても、屈曲しないリジッドな部材で構成されている。
【００４２】
連結フレーム２０の他端側には、太腿プレート１８が固定されている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方に配置される。
【００４３】
関節部１６は、下サイド部１４Ｄの下端部に固定されたプレート２６と、プレート２６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト２８と、回転シャフト２８に回転自在に支持された円盤状の回転体２４とを備えている。また、腰フレーム部１２の両端部１２Ｂが配置されている。なお、左右一対の関節部１６は、左右対称の構成となっている。
【００４４】
プレート２６は、利用者の側腰部に位置し、回転シャフト２８は、利用者の側腰部から肩幅方向外方へ延出している。回転体２４の軸心には、回転シャフト２８が相対回転自在に嵌合する円孔（図示省略）が形成され、回転体２４の周面には、後述のワイヤ４２を巻き掛けることができる溝２４Ａが形成されている。なお、回転体２４が円盤状であることは必須ではなく、半円盤状や楕円盤状などであってもよい。
【００４５】
プレート２６の内側には、腰フレーム部１２の両端部１２Ｂが配置されている。両端部１２Ｂは、回転シャフト２８周りに回転可能に取り付けられている。
【００４６】
回転体２４には、連結フレーム２０の一端が固定され、連結フレーム２０は回転体２４と共に回転可能とされている。回転体２４に対してプレート２６が左側から見て反時計回り方向へ回転することにより、背中フレーム１４が同方向へ回動する。また、回転体２４に対してプレート２６が左側から見て時計回り方向へ回転することにより、背中フレーム１４が同方向へ回動する。
【００４７】
このとき、太腿プレート１８が利用者の下肢前方に当てられているので、連結フレーム２０の位置は利用者の下肢に沿った位置に規制されている。したがって、背中フレーム１４と連結フレーム２０とは、関節部１６の回転シャフト２８を中心に、相対回転する。
【００４８】
また、腰部補助装置１０には、アクチュエータ４０が備えられている。アクチュエータ４０は、背中フレーム１４の一対のサイドフレーム部１４Ａ内に各々収納されている。アクチュエータ４０は、空気圧式アクチュエータ（流体圧式アクチュエータ、所謂、McKibben人工筋肉）とされている。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、空気圧式アクチュエータＡＣは、膨張収縮体であるインナーチューブＩＣと、インナーチューブＩＣを覆う網状の被覆体であるメッシュスリーブＭＳとを備えている。メッシュスリーブＭＳは、例えば伸縮性を持たない高張力繊維等の線材により構成されている。また、メッシュスリーブＭＳの長さ（軸）方向の両端部は、インナーチューブＩＣの長さ方向の両端部に固定されている。
【００４９】
図４（Ｂ）に示すように、インナーチューブＩＣは、内部に空気が供給されることにより膨張する。そして、インナーチューブＩＣの膨張は、メッシュスリーブＭＳにより空気圧式アクチュエータＡＣ全体の長さの縮小に変換される。即ち、空気圧式アクチュエータＡＣは、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、空気圧式アクチュエータＡＣはその短縮方向への力Ｆを発生する。
【００５０】
図５に示すように、アクチュエータ４０には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。スイッチＳＷは、給気スイッチＳ１と排気スイッチＳ２が設けられており、給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰからアクチュエータ４０へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、アクチュエータ４０内の空気が排気される。
【００５１】
図１〜図３に示すように、アクチュエータ４０の下端側には、ワイヤ４２が取り付けられている。ワイヤ４２の一端部は、アクチュエータ４０の下端から出て、滑車部４４に巻き掛けられて方向を変え、回転体２４の溝２４Ａに固定されている。
【００５２】
ここで、アクチュエータ４０は、自然長（最大長さ）の状態で、少なくとも背中フレーム１４の前傾を許容する範囲で、即ち背中フレーム１４が前傾したときに、ワイヤ４２が回転体２４へ巻き付けが増加する分をゆとりとして、回転体２４へ巻き掛け固定されている。
【００５３】
なお、図６には、本実施形態の腰部補助装置１０を簡略化した説明図が示されている。図６では、前傾状態の背中フレーム１４に、アクチュエータ４０が作動しているときの状態が示されている。
【００５４】
次に、本実施形態における作用について説明する。
利用者が溶接作業等の上半身前傾姿勢での所定作業を行う際、前屈動作を行うと、背中フレーム１４が、利用者の上体の前傾に追従して前傾する。このとき、背中フレーム１４は、連結フレーム２０と相対回転し、関節部１６の回転軸Ｓ周りに回転する。連結フレーム２０は、太腿プレート１８によって利用者の下肢に沿った位置に規制されている。
【００５５】
背中フレーム１４が前傾の状態で、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにした場合には、アクチュエータ４０への給気が行われ、アクチュエータ４０が短縮する。
【００５６】
アクチュエータ４０は、短縮し、短縮の途中でワイヤ４２に遊びのない状態となって張力Ｆ（図３及び図６参照）を発生させる。これにより、連結フレーム２０へＹ方向の回転力が作用する。しかし連結フレーム２０は、大腿プレート１８によって規制されているため、Ｙ方向へ回転することができない。このため、アクチュエータ４０の短縮は、背中フレーム１４のＸ方向への回転となって現れる。このとき、前傾した利用者の上体には、肩ベルト２２を介して、起き上がり回転方向Ｘへの力が作用するので、利用者が上体を起こす動作を補助することができる。さらに、起き上がり回転方向Ｘへの力を、利用者の前方への傾倒力よりも大きくすることにより、背中フレーム１４を起き上がり方向Ｘへ回転させて、利用者の上体を起こさせることができる。
【００５７】
そして、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすると、アクチュエータ４０への給気が停止されてアクチュエータ４０内の空気圧の上昇が停止し、アクチュエータ４０の短縮が停止される。この状態において、背中フレーム１４のＸ方向への回転が停止する。
【００５８】
この状態で、前傾した利用者の上体の重みが肩ベルト２２にかけられると（前傾した上体を肩ベルト２２に預けると）、上体が背中フレーム１４に吊り下げられた状態になる。したがって、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。このように、アクチュエータ４０の短縮を維持することによっても、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。
【００５９】
ここで、回転体２４の左側から見て時計回り方向への回転は、アクチュエータ４０が短縮しているかいないかに関わらず、自在であるため、利用者は、自由に、前傾姿勢から直立姿勢へ上体を起立させることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、太腿プレート１８に連結された連結フレーム２０は、非屈曲形状を維持するので、アクチュエータ４０の作動時に、連結フレーム２０に背中フレーム１４と逆方向の回転力（回転軸Ｓ周り）を容易に作用させることができる。このように、連結フレーム２０の回転力（反力）を用いて、背中フレーム１４へ、起き上がり回転方向Ｘへの力を、安定して作用させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、一対のサイドフレーム１４Ａにアクチュエータ４０を各々配置したが、いずれか一方のサイドフレーム１４Ａにのみアクチュエータ４０を配置してもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、アクチュエータ４０を、サイドフレーム１４Ａに沿って上下方向に配置したが、アクチュエータ４０は、図７に示すように、センターフレーム１４Ｃに沿った横方向に配置してもよい。この場合にも、図６に示される場合と同様に、背中フレーム１４に起き上がり回転方向Ｘへの力を作用させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、アクチュエータ４０を背中フレーム１４に装着した例について説明したが、アクチュエータ４０は、図８に示すように、連結フレーム２０側に配置してもよい。この場合には、ワイヤ４２は、プレート２６側に固定する。アクチュエータ４０を連結フレーム２０側に配置した場合でも、張力Ｆにより、背中フレーム１４に起き上がり回転方向Ｘへの力を作用させ、連結フレーム２０に背中フレーム１４と逆回転方向Ｙへの力を作用させることができる。これにより、利用者の、前傾姿勢時における負担の軽減、前傾姿勢の維持、上体の起き上がり動作を、安定して補助することができる。
【００６４】
また、アクチュエータ４０は、図９に示すように、背中フレーム１４と連結フレーム２０の両方に配置してもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、１つのアクチュエータ４０について、１本の空気圧式アクチュエータを用いたが、空気圧式アクチュエータは、必要とされる補助力に応じて複数本用いてもよい。この場合には、空気圧式アクチュエータの本数分のワイヤ４２が回転体２４に固定される。
【００６６】
また、本実施形態では、腰フレーム部１２を設けたが、腰フレーム部１２は、必ずしも必要ではない。特に、腰フレーム部１２を設けることにより、アクチュエータ４０の作動時に、背中フレーム１４が利用者の前方側に移動することを阻止することができる。すなわち、腰フレーム部１２がない場合には、図１０（Ａ）に示す前傾状態においてアクチュエータ４０を作動させると、図１０（Ｂ）に示すように、関節部１６が前方へ移動してしまい、利用者へ起き上がり方向へ力が作用されにくい。腰フレーム部１２を設けた場合には、図１０（Ｃ）に示す前傾状態においてアクチュエータ４０を作動させると、図１０（Ｄ）に示すように、腰フレーム部１２により関節部１６の前方への移動が規制され、利用者へ起き上がり方向への力を効果的に作用させ、利用者の補助をより安定的に行うことができる。腰フレーム部１２に代えて、腰ベルト１３を関節部１６の前方のみならず後方へも配置して、腰ベルトによって関節部１６を利用者の股関節部へ固定するようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施形態では、太腿プレート１８を利用者の下肢の前側のみを覆う形状としたが、利用者の下肢の全周を覆う構成としてもよい。特に、前方のみを覆うことで、装着の煩雑さが省けると共に、全周を覆う場合と比較して利用者の装着感も向上させることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の腰補助装置５０では、アクチュエータが、連結フレーム２０側に配置されている点が第１実施形態と異なっている。また、関節部１６に、クラッチ機構が設けられている点が第１実施形態と異なっている。
【００７０】
図１１〜図１３に示すように、連結フレーム５２は、長尺筒状とされ、利用者の下肢に沿って配置されている。連結フレーム５２の一端部は、アーム５４を介して回転シャフト２８に回転可能に取り付けられて、下サイド部１４Ｄに連結されている。連結フレーム５２の他端部には、太腿プレート１８が取り付けられている。連結フレーム５２の筒内には、下アクチュエータ７０が収納されている。下アクチュエータ７０の自体の構成は、アクチュエータ４０と同様である。図１４に示すように、下アクチュエータ７０には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰから下アクチュエータ７０へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、下アクチュエータ７０内の空気が排気される。
【００７１】
下アクチュエータ７０のワイヤ７２は、下アクチュエータ７０の上端側から出て、一端が後述するプーリー６８に固定されている。
【００７２】
左右の関節部１６の各々には、クラッチ機構６０が構成されている。クラッチ機構６０は、図１５に示すように、制御空気室部材６２、ダイアフラム６４、プレート６６、プーリー６８を含んで構成されている。
【００７３】
制御空気室部材６２は、略円板状とされ、外側面の周方向に凹状の制御空気室６２Ａが構成されている（図１６及び図１７参照）。また、外周面には、制御空気室６２Ａに連通する制御空気ポート６２Ｂが穿孔されている。制御空気ポート６２Ｂには、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰから制御空気ポート６２Ｂを介して制御空気室６２Ａに圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、制御空気室６２Ａ内の空気が排気される。制御空気室部材６２の中央部には、軸孔６２Ｃが穿孔され、この軸孔６２Ｃに回転シャフト２８が挿通されている。
【００７４】
ダイアフラム６４は、制御空気室部材６２の外側面に接着され、制御空気室６２Ａの壁面の一部を構成している。制御空気室６２Ａは、ダイアフラム６４により密閉されている。ダイアフラム６４は、弾性を有する膜で構成され、制御空気室６２Ａ内の空気圧に応じて変形し制御空気室６２Ａを拡縮可能とされている。
【００７５】
プレート６６は、略円板形状とされ、下サイド部１４Ｄの先端部に固定されている。また、プレート６６は、ダイアフラム６４の外側に配置されている。プレート６６には、中央部に軸孔６６Ａが穿孔され、この軸孔６６Ａに回転シャフト２８が挿通されている。また、プレート６６には、軸孔６６Ａを中心にして周方向に１０個のピン孔６６Ｂが穿孔されている。ピン孔６６Ｂは、プーリー６８側がわずかに小径とされており、段差Ｄが構成されている。ピン孔６６Ｂには、後述するピン８０が挿通される。
【００７６】
プーリー６８は、円板状とされプレート６６の外側面に配置されている。プーリー６８の外周には、溝６８Ａが構成されている。また、プーリー６８の中央部には、スラストベアリング６８Ｃが設けられ、回転シャフト２８に相対回転可能に取り付けられている。プーリー６８には、ピン孔６６Ｂの並びに沿って、かつ、ピン孔６６Ｂよりもわずかに孔同士の間隔が短い１１個のピン穴６８Ｂが穿孔されている。
【００７７】
ピン８０は、ピン孔６６Ｂの各々に、ダイアフラム６４側から挿入されている。図１６に示すように、ピン８０の外周には、スプリング８２が取り付けられ、スプリング８２の一端は段差Ｄに当接されている。ピン８０は、スプリング８２によりダイアフラム６４側へ付勢されている。これにより、ダイアフラム６４による押圧力がピン８０に作用していない状態では、図１６に示すように、ダイアフラム６４を制御空気室６２Ａ側に押して変形させ、ピン８０の先端部はプレート６６内に収まってプーリー６８側へ突出しないようになっている。制御空気室６２Ａへ圧縮空気が供給されて制御空気室６２Ａ内の圧力が高くなると、図１７に示すように、ピン８０はダイアフラム６４によりプーリー６８側へ押されて、先端がプーリー６８側へ突出し、ピン孔６８Ｂのいずれかに挿入されるように構成されている。
【００７８】
制御空気室部材６２、ダイアフラム６４、及び、プレート６６は、回転シャフト２８と共に回転するように回転シャフト２８に固定されている。プーリー６８は、ピン８０が挿入されていない状態では、回転シャフト２８周りに回転可能とされ、ピン８０のいずれかがピン孔６８Ｂのいずれかに挿入されると、プレート６６に固定されて回転シャフト２８と共に回転するように構成されている。回転体２４及び連結フレーム５２は、回転シャフト２８に対して回転可能に取り付けられている。
【００７９】
下アクチュエータ７０から延びるワイヤ７２の端部は、プーリー６８の溝６８Ａに固定され、溝６８Ａに沿って巻きかけられている。ワイヤ７２の長さは、連結フレーム２０の利用者前方への回転に追従可能な充分な長さが確保されている。アーム５４とプーリー６８の間には、例えば捩りバネから成る、テンションスプリング７４が取り付けられ、プーリー６８を左側からみて反時計回り方向に付勢している。これにより、ワイヤ７２の遊び分はプーリー６８に巻き取られ、下アクチュエータ７０へプリテンションがかかった状態となっている。このプリテンションは、アクチュエータの定格の５〜１０％程度とされ、これにより、アクチュエータの使用効率を向上することができる。
【００８０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
利用者が前屈動作を行うと、背中フレーム１４が、利用者の上体の前傾に追従して前傾する。このとき、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１はオフしており、背中フレーム１４と連結フレーム２０とは、関節部１６の回転軸Ｓ周りに相対回転する。この相対回転時に、背中フレーム１４と連結フレーム２０とは、クラッチ機構６０によって連結を切り離されているので、背中フレーム１４はフリーに前傾に追従することができる。
【００８１】
背中フレーム１４が前傾の状態で、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにすると、下アクチュエータ７０、及び、制御空気室６２Ａへの給気が行われる。これにより、下アクチュエータ７０が短縮する。制御空気室６２Ａの内圧が高くなり、ダイアフラム６４は、図１６に示す状態から図１７に示す状態へ変形し、ピン８０がプーリー６８のピン穴６８Ｂに挿入される。これにより、プーリー６８は、プレート６６に固定され、ワイヤ７２の巻き出しは規制される。したがって、下アクチュエータ７０は、短縮の開始時から、ワイヤ７２に張力Ｆを発生させることができる。
【００８２】
張力Ｆにより、連結フレーム５２には、回転軸Ｓを中心に、回転方向Ｙへの力が作用され、背中フレーム１４には、回転軸Ｓを中心に、連結フレーム５２とは逆回転方向Ｘへの力が作用される。このとき、前傾した利用者の上体には、肩ベルト２２を介して、起き上がり回転方向Ｘへの力が作用するので、利用者が上体を起こす動作を補助することができる。また、前傾姿勢時における負担が軽減され、前傾姿勢の維持を容易に行うことができる。さらに、起き上がり回転方向Ｘへの力を、利用者の前方への傾倒力よりも大きくすることにより、背中フレーム１４を起き上がり方向Ｘへ回転させて、利用者の上体を起こさせることができる。
【００８３】
スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすると、アクチュエータへの給気が停止されて、下アクチュエータ７０内、及び、制御空気室６２Ａ内の空気圧の上昇が停止し、下アクチュエータ７０の短縮が停止される。この状態において、背中フレーム１４が停止する。
【００８４】
この状態で、前傾した利用者の上体の重みが肩ベルト２２にかけられると（前傾した上体を肩ベルト２２に預けると）、上体が背中フレーム１４に吊り下げられた状態になる。したがって、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。このように、下アクチュエータ７０の短縮を維持することによっても、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。
【００８５】
本実施形態によれば、クラッチ機構６０を備えているので、下アクチュエータ７０の作動時に、ワイヤ７２の巻き掛けられたプーリー６８がプレート６６に固定される。これにより、ワイヤ７２の下アクチュエータ７０からの巻き出しが規制されて、下アクチュエータ７０の作動直後からワイヤ７２に張力Ｆを発生させることができる。したがって、下アクチュエータ７０については、ワイヤ７２の遊び長さ吸収分の短縮が不要となり、下アクチュエータ７０を効率よく利用することができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、下アクチュエータ７０の作動時にワイヤ７２へ張力Ｆを発生させるクラッチ機構６０を設けたが、第１実施形態におけるアクチュエータ４０側にもクラッチ機構６０と同様の構成を適用することもできる。
【００８７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１、第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８８】
本実施形態の腰補助装置９０は、背中装着部としての背中フレームの形状、前支持部としての肩ベルトと背中フレームとの連結構造、及び、連結部の連結構造が第１実施形態と異なっている。
【００８９】
図１８、１９に示されるように、本実施形態の腰部補助装置９０は、背中フレーム９２、前支持部９４、大腿プレート１８、及び、連結フレーム９６を備えている。
【００９０】
背中フレーム９２は、２本のサイドフレーム９２Ａ、センターフレーム９２Ｂ、及び、取付プレート９２Ｃを備えている。２本のサイドフレーム９２Ａは、利用者の下側の一端部が、各々下サイド部１４Ｄに連結され、上側の各々の他端部が互いに連結され、全体として上側を頂点とする略三角形状に構成されている。センターフレーム９２Ｂは、サイドフレーム９２Ａの中間部で、２本のサイドフレーム９２Ａ同士を連結している。サイドフレーム９２Ａの内部には、アクチュエータ４０が備えられ、アクチュエータ４０の下端からワイヤ４２が延出され、滑車部４４に巻き掛けられている。
【００９１】
取付プレート９２Ｃは、断面Ｌ字になるように屈曲された板状とされている。取付プレート９２Ｃは、Ｌ字の一辺面が２本のサイドフレーム９２Ａの上端部を覆うように、且つ、Ｌ字の他辺面が２本のサイドフレーム９２Ａの前側に配置されるように取り付けられている。取付プレート９２ＣのＬ字の他辺面には、支持棒９２Ｄが取り付けられている。支持棒９２Ｄは、上下方向に配置され、下端に後述する前支持部９４の回動部９４Ｂが連結されている。支持棒９２Ｄは、上端側が取付プレート９２Ｃに取り付けられている。支持棒９２Ｄは、取付プレート９２Ｃに対して上下方向にスライド移動して取付位置を変更可能とされており、下端の位置が上下方向に調整可能になっている。
【００９２】
前支持部９４は、可動プレート９４Ａ、及び、肩ベルト２２を有している。可動プレート９４Ａは板状とされ、板面が取付プレート９２Ｃの他辺面と略平行になるように配置されている。可動プレート９４Ａの取付プレート９２Ｃ側には、回動部９４Ｂが設けられている。回動部９４Ｂは、支持棒９２Ｄの下端と連結され、支持棒９２Ｄとの連結部分を中心にして回動可能とされている。回動部９４Ｂは、支持棒９２Ｄの先端を球状としてその周りをベアリングで受ける構造としたり、前後方向に配置された軸に支持棒９２Ｄを固定して当該軸を回動可能に支持したりすることにより構成することができる。これにより、可動プレート９４Ａと取付プレート９２Ｃ（背中フレーム９２）とは、互いに対向した状態で相対回転可能とされている。すなわち、図２０（Ａ）に示される状態から、利用者が上半身を左右に倒すと、図２０（Ｂ）に示されるように、背中フレーム９２に対して前支持部９４が回動して利用者の上半身に追随するようになっている。また、前支持部９４は、支持棒９２Ｄの取付プレート９２Ｃに対する取付位置を変更することにより、背中フレーム９２に対して上下方向に位置調整できるようになっている。
【００９３】
肩ベルト２２は、左右一対設けられており、各々の一端が可動プレート９４Ａの上端に取り付けられ、他端が可動プレート９４Ａの下端に取り付けられている。左右一対の肩ベルト２２は、中央部でベルト２２Ａによって連結され、利用者の上半身に肩ベルト２２が密着するようにしている。
【００９４】
連結フレーム９６は、背中フレーム９２との相対回転によっても、屈曲しないリジッドな部材で構成されている。連結フレーム９６は、上連結部９７及び下連結部９８を有している。上連結部９７は、断面コ字状の長尺板形状とされ、利用者の下肢に沿ってコ字の開放側が外向きとなるように配置されている。上連結部９７は、一端（上端）が、関節部１６で下サイド部１４Ｄと連結されている。下サイド部１４Ｄと上連結部９７とは、利用者の左右方向に沿った回転軸Ｓ周りに、互いに相対回転可能に連結されている。上連結部９７のコ字状で互いに対向する板面には、連結穴９７Ａが長手方向に複数並ぶように穿孔されている。また、上連結部９７のコ字状の中央に配置される板面には、長手方向に長穴９７Ｂが構成されている。
【００９５】
上連結部９７の下端側には、下連結部９８が連結されている。下連結部９８は、ヒンジ９８Ｃを介して板状の第１連結部９８Ａと第２連結部９８Ｂとが連結されて構成されている。第１連結部９８Ａと第２連結部９８Ｂとは、ヒンジ９８Ｃにより、利用者の前後方向を軸として互いに相対回転可能とされている。第１連結部９８Ａの上端は、上連結部９７のコ字内側に挿入可能とされ、上連結部９７に連結されている。図１９に示されるように、第１連結部９８Ａの上端には、幅方向の両端に突出する係合部９８ＡＥが形成されており、該係合部９８ＡＥが上連結部９７の対向配置された一対の連結穴９７Ａに係合されて、第１連結部９８Ａと上連結部９７とが連結されている。第１連結部９８Ａには、長穴９７Ｂに係合するピン９８Ｐが形成されており、ピン９８Ｐは、長穴９７Ｂに沿って移動し、第１連結部９８Ａを上連結部９７の長手方向に沿ってガイド可能になっている。複数の連結穴９７Ａが構成されていることから、連結穴９７Ａを選択することによって連結フレーム９６の長さを調整できるようになっている。
【００９６】
第２連結部９８Ｂには、太腿プレート１８が連結されている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方に配置される。
【００９７】
本実施形態における、アクチュエータ４０を用いた利用者の前傾動作、起き上がり動作については、第１実施形態と同様に行われる。
【００９８】
本実施形態の腰補助装置９０では、背中フレーム９２が頂点を上側とする略三角形状とされているので、利用者の肩、腕の後方側にスペースができ、動作の自由度を高くすることができる。
【００９９】
また、２本のサイドフレーム９２Ａは、利用者の上下方向から傾斜して配置されているので、サイドフレーム９２Ａの長さは上下方向に配置した場合と比較して長くなる。したがって、内部により長いアクチュエータ４０を配置することができ、大きな出力を得ることができる。
【０１００】
また、前支持部９４は、背中フレーム９２に対して対向した状態で相対回転可能とされ、利用者の上半身の左右への動きに追随するので、利用者が自由に上半身を左右方向へ倒すことができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、連結フレーム９６の長さが調整できるようになっているので、利用者に応じて、適切な位置に大腿プレート１８を配置することができる。
【０１０２】
また、本実施形態では、第１連結部９８Ａと第２連結部９８Ｂとが、ヒンジ９８Ｃにより、利用者の前後方向を軸として互いに相対回転可能とされており、連結プレート９６が利用者の脚の開脚動作に追随するので、利用者が自由に脚の開脚動作を行うことができる。
【０１０３】
以上、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。例えば、本実施形態では、アクチュエータとして、空気圧式アクチュエータを用いたが、モータの作動により回転体に巻き付けられ、又は回転体から巻き出されるワイヤを、アクチュエータとして用いてもよい。また、回転体を回転不能又は回転自在とするクラッチを、アクチュエータとすることも可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 腰部補助装置
１２ 腰フレーム部
１４ 背中フレーム
１６ 関節部
１８ 太腿プレート
２０ 連結フレーム
２２ 肩ベルト
２４ 回転体
２６ プレート
２８ 回転シャフト
４０ アクチュエータ
４２ ワイヤ
５０ 腰補助装置
５２ 連結フレーム
６０ クラッチ機構
６６ プレート
６８ プーリー
７０ 下アクチュエータ
７２ ワイヤ
７４ テンションスプリング
９０ 腰部補助装置
９２ 背中フレーム
９４ 前支持部
９４Ｂ 回動部
９６ 連結フレーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰部補助構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、利用者の上半身の前屈動作を補助するための補助装置が知られている。例えば、特許文献１には、腰装着部、背中装着部、利用者の前方へ傾倒可能になるように背中装着部を腰装着部に連結する関節部、及び、作動状態において、背中装着部の利用者の前方への傾倒を制御する第１アクチュエータを備えた腰部補助装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１の腰部補助装置では、さらに、利用者の下肢に装着される下肢装着部と、腰装着部を下肢装着部に繁束する繁束部材を設けて、腰装着部の背中装着部と同方向への回転を規制している。この繁束部材は、ゴムチューブ等の容易に変形可能な部材で構成されているため、利用者の姿勢状態によっては、繁束部材に緩みが生じていたり、下肢装着部の位置がずれていたりする場合がある。繁束部材が緩んでいたり、下肢装着部の位置がずれていたりという状態のままで、第１アクチュエータが作動すると、腰装着部の回転規制が適切に行われないなどにより、背中装着部に起き上がる方向への力が作用する際に、起き上がり方向への力が適切に伝達されない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１１８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、腰部補助装置を装着した状態で利用者の前屈動作を安定して補助することの可能な腰部補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の腰部補助装置は、利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、前記背中装着部に取付部を介して該取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、利用者の下肢の少なくとも前方に装着される下肢装着部と、一端部が前記下肢装着部に連結され、他端部が前記背中装着部の前記追従移動を許容するように前記背中装着部と相対移動可能に関節部で連結され、前記相対移動時に非屈曲形状を維持可能な連結部と、作動状態において、利用者の前方への傾倒に抗する力を前記背中装着部へ作用させるアクチュエータと、を備えたものである。
【０００７】
請求項１に記載の腰部補助装置では、背中装着部が利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能とされている。また、前支持部が、背中装着部に取付部を介して該取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられ、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する。下肢装着部は、利用者の下肢の少なくとも前方に装着されている。
【０００８】
連結部は、一端部が下肢装着部に連結され、他端部が背中装着部と相対移動可能に関節部で連結されている。背中装着部との連結は、背中装着部の前記追従移動を許容するように行われている。そして、連結部は、この相対移動時に非屈曲形状を維持可能とされている。
【０００９】
利用者が前屈動作を行うと、背中装着部は利用者の前方への傾倒に追従移動する。この前屈状態でアクチュエータを作動させると、背中装着部へ利用者の前方への傾倒に抗する力が作用する。一方、下肢装着部に連結された連結部は、非屈曲形状を維持するので、背中装着部と逆方向の力が作用して、背中装着部と連結部とには相対移動する方向へ力が作用する。連結部の他端は、下肢装着部によって所定の位置に維持されているので、連結部の反力を用いて背中装着部へ安定して力を作用させることができる。
【００１０】
上体の重みを背中装着部に取り付けられた前支持部に預ける利用者は、前方への傾倒に抗する力によって、前傾姿勢時における負担が軽減される。
【００１１】
また、前支持部は、背中装着部に取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられているので、利用者の動きの自由度が増し、背中装着部に対して上半身を左右方向へ倒す動作を自由に行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載の腰部補助装置は、前記背中装着部は、利用者の背部の上側を頂点とする三角形状であること、を特徴とする。
【００１３】
前記背中装着部を上記の構成とすることにより、利用者の肩、腕の後方に空間ができ、肩の動きの自由度を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の腰部補助装置は、前記背中装着部は、利用者の背部の上側で合流して三角形状の２辺を構成する２本のフレームを有し、該フレームに沿って前記アクチュエータが配置されていること、を特徴とする。
【００１５】
上記構成のフレームは、三角形状の２辺を構成していることから、利用者の上下方向に傾斜せずに配置されたフレームと比較して長さが長い。したがって、このフレームにアクチュエータを配置することにより、アクチュエータの長さも長くでき、大きな出力を得ることができる。さらに、かかる構成とすることで、アクチュエータをフレーム枠構造の一部として兼用することができ、部品点数の削減および全体構造の軽量化をも図ることができる。
【００１６】
請求項４に記載の腰部補助装置は、前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の上下方向に可動とされていること、を特徴とする。
【００１７】
このように、下肢装着部を上下方向に可動とすることにより、利用者の身長に応じて下肢装着部の位置を適正な位置に配置することができる。
【００１８】
請求項５に記載の腰部補助装置は、前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の前後方向を軸心として回動可能であること、を特徴とする。
【００１９】
このように、下肢装着部を連結部に対して利用者の前後方向を軸心として回動可能につることにより、利用者の脚の左右方向への開脚運動に追従させることができる。
【００２０】
請求項６に記載の腰部補助装置は、前記アクチュエータが、前記背中装着部へ利用者の起き上がり方向への力を作用させること、を特徴とする。
【００２１】
このように、アクチュエータが、背中装着部へ利用者の起き上がり方向への力を作用させることにより、前述の利用者の前傾姿勢時における負担を軽減することに加えて、利用者の起き上がり動作の補助も行うことができる。
【００２２】
請求項７に記載の腰部補助装置は、前記関節部が、前記背中装着部と前記連結部とが利用者の左右方向に沿った軸周りに相対回転可能となるように構成されていること、を特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の腰部補助装置では、利用者の前屈動作時に、背中装着部と連結部とが、利用者の左右方向に沿った軸周りに相対回転される。そして、アクチュエータの作動時には、背中装着部と連結部へは、前屈時とは逆方向に相対回転する方向へ力が作用することにより、背中装着部の前方への傾倒が停止される。
【００２４】
請求項８に記載の腰部補助装置は、前記関節部で前記連結部及び背中装着部に連結され、利用者の腰部に装着される腰装着部、をさらに備えたこと、を特徴とする。
【００２５】
請求項８に記載の腰部補助装置によれば、腰装着部により、アクチュエータの作動時に、背中装着部が利用者の前方側に移動することが阻止され、前傾姿勢の補助をより安定的に行うことができる。
【００２６】
請求項９に記載の腰部補助装置は、前記アクチュエータが、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていること、を特徴とする。
【００２７】
このように、アクチュエータとして、空気式アクチュエータを用いて、背中装着部の利用者の前方への傾倒を停止させることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の腰部補助装置は、前記アクチュエータの一端からワイヤが延出され、前記関節部に、周部へ前記ワイヤが巻き掛けられた回転体が設けられ、前記アクチュエータの作動開始当初から前記ワイヤの張力が前記背中装着部及び前記連結部に作用するように、前記アクチュエータの作動時に前記回転体と前記背中装着部または前記連結部とを固定するクラッチ機構が構成されていること、を特徴とする。
【００２９】
請求項１０に記載の腰部補助装置は、アクチュエータの一端から延出されたワイヤが回転体の周部へ巻き掛けられている。背中装着部と連結部が相対移動し、両者の位置関係が変化することから、ワイヤ長は、巻き掛け分も含めて、相対移動に対応した長さとなっている。そこで、アクチュエータの作動時に、回転体を背中装着部または連結部に固定することにより、ワイヤ長に関わりなく、ワイヤの張力がアクチュエータの作動開始当初から背中装着部及び連結部に作用するようにすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によれば、腰部補助装置を装着した状態で、利用者の前傾姿勢を安定して補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの概略を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の概略説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の変形例の概略説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の他の変形例の概略説明図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の他の変形例の概略説明図である。
【図１０】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置から腰フレーム部を除去したものの動作を説明する説明図であり、（Ｃ）（Ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る腰部補助装置の動作を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置のクラッチ機構を示す分解斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置のクラッチ機構において、プーリーがプレートに固定されていない状態を示す断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る腰部補助装置のクラッチ機構において、プーリーがプレートに固定されている状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図２０】本発明の第３実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を背面からみた図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
[第１実施形態]
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図中矢印ＦＲにて示す利用者の前方側を前側とし、上下左右の方向は、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。
【００３３】
図１〜図３には、第１実施形態に係る腰部補助装置１０が示されている。図１には、未装着状態の腰部補助装置１０が示されており、図２及び図３には、利用者が装着した状態の腰部補助装置１０が示されている。これらの図に示されるように、腰部補助装置１０は、背中装着部としての背中フレーム１４、前支持部としての肩ベルト２２、下肢装着部としての太腿プレート１８、連結部としての連結フレーム２０を備えている。
【００３４】
背中フレーム１４は、利用者の背部に装着され、左右一対のサイドフレーム部１４Ａと、左右一対のサイドフレーム部１４Ａを結合するセンターフレーム部１４Ｂ、１４Ｃとを備えている。なお、左右一対のサイドフレーム部１４Ａは左右対称の構成となっている。
【００３５】
サイドフレーム部１４Ａは、長尺筒状とされ、利用者の背部の上下方向に沿うように互いに離間して配置されている。サイドフレーム部１４Ａの下端には、下サイド部１４Ｄが連結固定されている。下サイド部１４Ｄは、左右一対のサイドフレーム部１４Ａの各々の下端から斜め前方へ伸びて、利用者の腰部左右両脇に配置される。
【００３６】
センターフレーム部１４Ｂは、左右一対のサイドフレーム部１４Ａの上端を連結するように配置され、センターフレーム部１４Ｃは、左右一対のサイドフレーム部１４Ａの中間部を連結するように配置されている。
【００３７】
下サイド部１４Ｄに、腰装着部としての腰フレーム部１２が設けられている。腰フレーム部１２は、左右一対の下サイド部１４Ｄを横断するように、センターフレーム部１４Ｂと略並行に配置されている。腰フレーム部１２の中央には、腰板１２Ａが取り付けられている。腰フレーム部１２のコ字両側先端は、関節部１６で、背中フレーム１４及び連結フレーム２０と相対回転可能に連結されている。
【００３８】
また、下サイド部１４Ｄの上端には、滑車部４４が構成されている。滑車部４４には、後述するワイヤ４２が巻き掛けられ、ワイヤ４２の方向を利用者の背面側から斜め前方側へ導いている。
【００３９】
サイドフレーム部１４Ａには、肩ベルト２２が取り付けられている。肩ベルト２２は、左右一対設けられており、各々の一端がセンターフレーム部１４Ｂの中央に取り付けられ、他端がサイドフレーム部１４Ａの下端部に各々取り付けられている。左右一対の肩ベルト２２は、中央部でベルト２２Ａによって連結され、利用者の上半身に肩ベルト２２が密着し、背中フレーム１４がずれないようにしている。
【００４０】
下サイド部１４Ｄの下端には、関節部１６が構成されている。関節部１６で、連結フレーム２０と背中フレーム１４（下サイド部１４Ｄ）とが連結されている。関節部１６の前方には、腰ベルト１３が設けられている。腰ベルト１３は、左右一対の関節部１６を連結するように架け渡され、利用者の腰前に配置される。関節部１６の詳細については、後述する。
【００４１】
連結フレーム２０は、長尺形状とされ、利用者の下肢に沿って配置される。連結フレーム２０は、一端（上端）が、関節部１６で下サイド部１４Ｄと連結されている。下サイド部１４Ｄと連結フレーム２０とは、利用者の左右方向に沿った回転軸Ｓ周りに、互いに相対回転可能に連結されている。連結フレーム２０は、背中フレーム１４との相対回転によっても、屈曲しないリジッドな部材で構成されている。
【００４２】
連結フレーム２０の他端側には、太腿プレート１８が固定されている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方に配置される。
【００４３】
関節部１６は、下サイド部１４Ｄの下端部に固定されたプレート２６と、プレート２６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト２８と、回転シャフト２８に回転自在に支持された円盤状の回転体２４とを備えている。また、腰フレーム部１２の両端部１２Ｂが配置されている。なお、左右一対の関節部１６は、左右対称の構成となっている。
【００４４】
プレート２６は、利用者の側腰部に位置し、回転シャフト２８は、利用者の側腰部から肩幅方向外方へ延出している。回転体２４の軸心には、回転シャフト２８が相対回転自在に嵌合する円孔（図示省略）が形成され、回転体２４の周面には、後述のワイヤ４２を巻き掛けることができる溝２４Ａが形成されている。なお、回転体２４が円盤状であることは必須ではなく、半円盤状や楕円盤状などであってもよい。
【００４５】
プレート２６の内側には、腰フレーム部１２の両端部１２Ｂが配置されている。両端部１２Ｂは、回転シャフト２８周りに回転可能に取り付けられている。
【００４６】
回転体２４には、連結フレーム２０の一端が固定され、連結フレーム２０は回転体２４と共に回転可能とされている。回転体２４に対してプレート２６が左側から見て反時計回り方向へ回転することにより、背中フレーム１４が同方向へ回動する。また、回転体２４に対してプレート２６が左側から見て時計回り方向へ回転することにより、背中フレーム１４が同方向へ回動する。
【００４７】
このとき、太腿プレート１８が利用者の下肢前方に当てられているので、連結フレーム２０の位置は利用者の下肢に沿った位置に規制されている。したがって、背中フレーム１４と連結フレーム２０とは、関節部１６の回転シャフト２８を中心に、相対回転する。
【００４８】
また、腰部補助装置１０には、アクチュエータ４０が備えられている。アクチュエータ４０は、背中フレーム１４の一対のサイドフレーム部１４Ａ内に各々収納されている。アクチュエータ４０は、空気圧式アクチュエータ（流体圧式アクチュエータ、所謂、McKibben人工筋肉）とされている。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、空気圧式アクチュエータＡＣは、膨張収縮体であるインナーチューブＩＣと、インナーチューブＩＣを覆う網状の被覆体であるメッシュスリーブＭＳとを備えている。メッシュスリーブＭＳは、例えば伸縮性を持たない高張力繊維等の線材により構成されている。また、メッシュスリーブＭＳの長さ（軸）方向の両端部は、インナーチューブＩＣの長さ方向の両端部に固定されている。
【００４９】
図４（Ｂ）に示すように、インナーチューブＩＣは、内部に空気が供給されることにより膨張する。そして、インナーチューブＩＣの膨張は、メッシュスリーブＭＳにより空気圧式アクチュエータＡＣ全体の長さの縮小に変換される。即ち、空気圧式アクチュエータＡＣは、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、空気圧式アクチュエータＡＣはその短縮方向への力Ｆを発生する。
【００５０】
図５に示すように、アクチュエータ４０には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。スイッチＳＷは、給気スイッチＳ１と排気スイッチＳ２が設けられており、給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰからアクチュエータ４０へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、アクチュエータ４０内の空気が排気される。
【００５１】
図１〜図３に示すように、アクチュエータ４０の下端側には、ワイヤ４２が取り付けられている。ワイヤ４２の一端部は、アクチュエータ４０の下端から出て、滑車部４４に巻き掛けられて方向を変え、回転体２４の溝２４Ａに固定されている。
【００５２】
ここで、アクチュエータ４０は、自然長（最大長さ）の状態で、少なくとも背中フレーム１４の前傾を許容する範囲で、即ち背中フレーム１４が前傾したときに、ワイヤ４２が回転体２４へ巻き付けが増加する分をゆとりとして、回転体２４へ巻き掛け固定されている。
【００５３】
なお、図６には、本実施形態の腰部補助装置１０を簡略化した説明図が示されている。図６では、前傾状態の背中フレーム１４に、アクチュエータ４０が作動しているときの状態が示されている。
【００５４】
次に、本実施形態における作用について説明する。
利用者が溶接作業等の上半身前傾姿勢での所定作業を行う際、前屈動作を行うと、背中フレーム１４が、利用者の上体の前傾に追従して前傾する。このとき、背中フレーム１４は、連結フレーム２０と相対回転し、関節部１６の回転軸Ｓ周りに回転する。連結フレーム２０は、太腿プレート１８によって利用者の下肢に沿った位置に規制されている。
【００５５】
背中フレーム１４が前傾の状態で、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにした場合には、アクチュエータ４０への給気が行われ、アクチュエータ４０が短縮する。
【００５６】
アクチュエータ４０は、短縮し、短縮の途中でワイヤ４２に遊びのない状態となって張力Ｆ（図３及び図６参照）を発生させる。これにより、連結フレーム２０へＹ方向の回転力が作用する。しかし連結フレーム２０は、大腿プレート１８によって規制されているため、Ｙ方向へ回転することができない。このため、アクチュエータ４０の短縮は、背中フレーム１４のＸ方向への回転となって現れる。このとき、前傾した利用者の上体には、肩ベルト２２を介して、起き上がり回転方向Ｘへの力が作用するので、利用者が上体を起こす動作を補助することができる。さらに、起き上がり回転方向Ｘへの力を、利用者の前方への傾倒力よりも大きくすることにより、背中フレーム１４を起き上がり方向Ｘへ回転させて、利用者の上体を起こさせることができる。
【００５７】
そして、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすると、アクチュエータ４０への給気が停止されてアクチュエータ４０内の空気圧の上昇が停止し、アクチュエータ４０の短縮が停止される。この状態において、背中フレーム１４のＸ方向への回転が停止する。
【００５８】
この状態で、前傾した利用者の上体の重みが肩ベルト２２にかけられると（前傾した上体を肩ベルト２２に預けると）、上体が背中フレーム１４に吊り下げられた状態になる。したがって、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。このように、アクチュエータ４０の短縮を維持することによっても、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。
【００５９】
ここで、回転体２４の左側から見て時計回り方向への回転は、アクチュエータ４０が短縮しているかいないかに関わらず、自在であるため、利用者は、自由に、前傾姿勢から直立姿勢へ上体を起立させることができる。
【００６０】
本実施形態によれば、太腿プレート１８に連結された連結フレーム２０は、非屈曲形状を維持するので、アクチュエータ４０の作動時に、連結フレーム２０に背中フレーム１４と逆方向の回転力（回転軸Ｓ周り）を容易に作用させることができる。このように、連結フレーム２０の回転力（反力）を用いて、背中フレーム１４へ、起き上がり回転方向Ｘへの力を、安定して作用させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、一対のサイドフレーム１４Ａにアクチュエータ４０を各々配置したが、いずれか一方のサイドフレーム１４Ａにのみアクチュエータ４０を配置してもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、アクチュエータ４０を、サイドフレーム１４Ａに沿って上下方向に配置したが、アクチュエータ４０は、図７に示すように、センターフレーム１４Ｃに沿った横方向に配置してもよい。この場合にも、図６に示される場合と同様に、背中フレーム１４に起き上がり回転方向Ｘへの力を作用させることができる。
【００６３】
また、本実施形態では、アクチュエータ４０を背中フレーム１４に装着した例について説明したが、アクチュエータ４０は、図８に示すように、連結フレーム２０側に配置してもよい。この場合には、ワイヤ４２は、プレート２６側に固定する。アクチュエータ４０を連結フレーム２０側に配置した場合でも、張力Ｆにより、背中フレーム１４に起き上がり回転方向Ｘへの力を作用させ、連結フレーム２０に背中フレーム１４と逆回転方向Ｙへの力を作用させることができる。これにより、利用者の、前傾姿勢時における負担の軽減、前傾姿勢の維持、上体の起き上がり動作を、安定して補助することができる。
【００６４】
また、アクチュエータ４０は、図９に示すように、背中フレーム１４と連結フレーム２０の両方に配置してもよい。
【００６５】
また、本実施形態では、１つのアクチュエータ４０について、１本の空気圧式アクチュエータを用いたが、空気圧式アクチュエータは、必要とされる補助力に応じて複数本用いてもよい。この場合には、空気圧式アクチュエータの本数分のワイヤ４２が回転体２４に固定される。
【００６６】
また、本実施形態では、腰フレーム部１２を設けたが、腰フレーム部１２は、必ずしも必要ではない。特に、腰フレーム部１２を設けることにより、アクチュエータ４０の作動時に、背中フレーム１４が利用者の前方側に移動することを阻止することができる。すなわち、腰フレーム部１２がない場合には、図１０（Ａ）に示す前傾状態においてアクチュエータ４０を作動させると、図１０（Ｂ）に示すように、関節部１６が前方へ移動してしまい、利用者へ起き上がり方向へ力が作用されにくい。腰フレーム部１２を設けた場合には、図１０（Ｃ）に示す前傾状態においてアクチュエータ４０を作動させると、図１０（Ｄ）に示すように、腰フレーム部１２により関節部１６の前方への移動が規制され、利用者へ起き上がり方向への力を効果的に作用させ、利用者の補助をより安定的に行うことができる。腰フレーム部１２に代えて、腰ベルト１３を関節部１６の前方のみならず後方へも配置して、腰ベルトによって関節部１６を利用者の股関節部へ固定するようにしてもよい。
【００６７】
また、本実施形態では、太腿プレート１８を利用者の下肢の前側のみを覆う形状としたが、利用者の下肢の全周を覆う構成としてもよい。特に、前方のみを覆うことで、装着の煩雑さが省けると共に、全周を覆う場合と比較して利用者の装着感も向上させることができる。
【００６８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の腰補助装置５０では、アクチュエータが、連結フレーム２０側に配置されている点が第１実施形態と異なっている。また、関節部１６に、クラッチ機構が設けられている点が第１実施形態と異なっている。
【００７０】
図１１〜図１３に示すように、連結フレーム５２は、長尺筒状とされ、利用者の下肢に沿って配置されている。連結フレーム５２の一端部は、アーム５４を介して回転シャフト２８に回転可能に取り付けられて、下サイド部１４Ｄに連結されている。連結フレーム５２の他端部には、太腿プレート１８が取り付けられている。連結フレーム５２の筒内には、下アクチュエータ７０が収納されている。下アクチュエータ７０の自体の構成は、アクチュエータ４０と同様である。図１４に示すように、下アクチュエータ７０には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰから下アクチュエータ７０へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、下アクチュエータ７０内の空気が排気される。
【００７１】
下アクチュエータ７０のワイヤ７２は、下アクチュエータ７０の上端側から出て、一端が後述するプーリー６８に固定されている。
【００７２】
左右の関節部１６の各々には、クラッチ機構６０が構成されている。クラッチ機構６０は、図１５に示すように、制御空気室部材６２、ダイアフラム６４、プレート６６、プーリー６８を含んで構成されている。
【００７３】
制御空気室部材６２は、略円板状とされ、外側面の周方向に凹状の制御空気室６２Ａが構成されている（図１６及び図１７参照）。また、外周面には、制御空気室６２Ａに連通する制御空気ポート６２Ｂが穿孔されている。制御空気ポート６２Ｂには、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰから制御空気ポート６２Ｂを介して制御空気室６２Ａに圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、制御空気室６２Ａ内の空気が排気される。制御空気室部材６２の中央部には、軸孔６２Ｃが穿孔され、この軸孔６２Ｃに回転シャフト２８が挿通されている。
【００７４】
ダイアフラム６４は、制御空気室部材６２の外側面に接着され、制御空気室６２Ａの壁面の一部を構成している。制御空気室６２Ａは、ダイアフラム６４により密閉されている。ダイアフラム６４は、弾性を有する膜で構成され、制御空気室６２Ａ内の空気圧に応じて変形し制御空気室６２Ａを拡縮可能とされている。
【００７５】
プレート６６は、略円板形状とされ、下サイド部１４Ｄの先端部に固定されている。また、プレート６６は、ダイアフラム６４の外側に配置されている。プレート６６には、中央部に軸孔６６Ａが穿孔され、この軸孔６６Ａに回転シャフト２８が挿通されている。また、プレート６６には、軸孔６６Ａを中心にして周方向に１０個のピン孔６６Ｂが穿孔されている。ピン孔６６Ｂは、プーリー６８側がわずかに小径とされており、段差Ｄが構成されている。ピン孔６６Ｂには、後述するピン８０が挿通される。
【００７６】
プーリー６８は、円板状とされプレート６６の外側面に配置されている。プーリー６８の外周には、溝６８Ａが構成されている。また、プーリー６８の中央部には、スラストベアリング６８Ｃが設けられ、回転シャフト２８に相対回転可能に取り付けられている。プーリー６８には、ピン孔６６Ｂの並びに沿って、かつ、ピン孔６６Ｂよりもわずかに孔同士の間隔が短い１１個のピン穴６８Ｂが穿孔されている。
【００７７】
ピン８０は、ピン孔６６Ｂの各々に、ダイアフラム６４側から挿入されている。図１６に示すように、ピン８０の外周には、スプリング８２が取り付けられ、スプリング８２の一端は段差Ｄに当接されている。ピン８０は、スプリング８２によりダイアフラム６４側へ付勢されている。これにより、ダイアフラム６４による押圧力がピン８０に作用していない状態では、図１６に示すように、ダイアフラム６４を制御空気室６２Ａ側に押して変形させ、ピン８０の先端部はプレート６６内に収まってプーリー６８側へ突出しないようになっている。制御空気室６２Ａへ圧縮空気が供給されて制御空気室６２Ａ内の圧力が高くなると、図１７に示すように、ピン８０はダイアフラム６４によりプーリー６８側へ押されて、先端がプーリー６８側へ突出し、ピン孔６８Ｂのいずれかに挿入されるように構成されている。
【００７８】
制御空気室部材６２、ダイアフラム６４、及び、プレート６６は、回転シャフト２８と共に回転するように回転シャフト２８に固定されている。プーリー６８は、ピン８０が挿入されていない状態では、回転シャフト２８周りに回転可能とされ、ピン８０のいずれかがピン孔６８Ｂのいずれかに挿入されると、プレート６６に固定されて回転シャフト２８と共に回転するように構成されている。回転体２４及び連結フレーム５２は、回転シャフト２８に対して回転可能に取り付けられている。
【００７９】
下アクチュエータ７０から延びるワイヤ７２の端部は、プーリー６８の溝６８Ａに固定され、溝６８Ａに沿って巻きかけられている。ワイヤ７２の長さは、連結フレーム２０の利用者前方への回転に追従可能な充分な長さが確保されている。アーム５４とプーリー６８の間には、例えば捩りバネから成る、テンションスプリング７４が取り付けられ、プーリー６８を左側からみて反時計回り方向に付勢している。これにより、ワイヤ７２の遊び分はプーリー６８に巻き取られ、下アクチュエータ７０へプリテンションがかかった状態となっている。このプリテンションは、アクチュエータの定格の５〜１０％程度とされ、これにより、アクチュエータの使用効率を向上することができる。
【００８０】
次に、本実施形態の作用について説明する。
利用者が前屈動作を行うと、背中フレーム１４が、利用者の上体の前傾に追従して前傾する。このとき、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１はオフしており、背中フレーム１４と連結フレーム２０とは、関節部１６の回転軸Ｓ周りに相対回転する。この相対回転時に、背中フレーム１４と連結フレーム２０とは、クラッチ機構６０によって連結を切り離されているので、背中フレーム１４はフリーに前傾に追従することができる。
【００８１】
背中フレーム１４が前傾の状態で、スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにすると、下アクチュエータ７０、及び、制御空気室６２Ａへの給気が行われる。これにより、下アクチュエータ７０が短縮する。制御空気室６２Ａの内圧が高くなり、ダイアフラム６４は、図１６に示す状態から図１７に示す状態へ変形し、ピン８０がプーリー６８のピン穴６８Ｂに挿入される。これにより、プーリー６８は、プレート６６に固定され、ワイヤ７２の巻き出しは規制される。したがって、下アクチュエータ７０は、短縮の開始時から、ワイヤ７２に張力Ｆを発生させることができる。
【００８２】
張力Ｆにより、連結フレーム５２には、回転軸Ｓを中心に、回転方向Ｙへの力が作用され、背中フレーム１４には、回転軸Ｓを中心に、連結フレーム５２とは逆回転方向Ｘへの力が作用される。このとき、前傾した利用者の上体には、肩ベルト２２を介して、起き上がり回転方向Ｘへの力が作用するので、利用者が上体を起こす動作を補助することができる。また、前傾姿勢時における負担が軽減され、前傾姿勢の維持を容易に行うことができる。さらに、起き上がり回転方向Ｘへの力を、利用者の前方への傾倒力よりも大きくすることにより、背中フレーム１４を起き上がり方向Ｘへ回転させて、利用者の上体を起こさせることができる。
【００８３】
スイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオフにし、排気スイッチＳ２をオフにすると、アクチュエータへの給気が停止されて、下アクチュエータ７０内、及び、制御空気室６２Ａ内の空気圧の上昇が停止し、下アクチュエータ７０の短縮が停止される。この状態において、背中フレーム１４が停止する。
【００８４】
この状態で、前傾した利用者の上体の重みが肩ベルト２２にかけられると（前傾した上体を肩ベルト２２に預けると）、上体が背中フレーム１４に吊り下げられた状態になる。したがって、利用者は、背腰部の筋肉（脊柱起立筋等）を使うことなく、前傾姿勢を維持することが可能となる。このように、下アクチュエータ７０の短縮を維持することによっても、利用者の前傾姿勢維持の補助が達成される。
【００８５】
本実施形態によれば、クラッチ機構６０を備えているので、下アクチュエータ７０の作動時に、ワイヤ７２の巻き掛けられたプーリー６８がプレート６６に固定される。これにより、ワイヤ７２の下アクチュエータ７０からの巻き出しが規制されて、下アクチュエータ７０の作動直後からワイヤ７２に張力Ｆを発生させることができる。したがって、下アクチュエータ７０については、ワイヤ７２の遊び長さ吸収分の短縮が不要となり、下アクチュエータ７０を効率よく利用することができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、下アクチュエータ７０の作動時にワイヤ７２へ張力Ｆを発生させるクラッチ機構６０を設けたが、第１実施形態におけるアクチュエータ４０側にもクラッチ機構６０と同様の構成を適用することもできる。
【００８７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１、第２実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００８８】
本実施形態の腰補助装置９０は、背中装着部としての背中フレームの形状、前支持部としての肩ベルトと背中フレームとの連結構造、及び、連結部の連結構造が第１実施形態と異なっている。
【００８９】
図１８、１９に示されるように、本実施形態の腰部補助装置９０は、背中フレーム９２、前支持部９４、大腿プレート１８、及び、連結フレーム９６を備えている。
【００９０】
背中フレーム９２は、２本のサイドフレーム９２Ａ、センターフレーム９２Ｂ、及び、取付プレート９２Ｃを備えている。２本のサイドフレーム９２Ａは、利用者の下側の一端部が、各々下サイド部１４Ｄに連結され、上側の各々の他端部が互いに連結され、全体として上側を頂点とする略三角形状に構成されている。センターフレーム９２Ｂは、サイドフレーム９２Ａの中間部で、２本のサイドフレーム９２Ａ同士を連結している。サイドフレーム９２Ａの内部には、アクチュエータ４０が備えられ、アクチュエータ４０の下端からワイヤ４２が延出され、滑車部４４に巻き掛けられている。
【００９１】
取付プレート９２Ｃは、断面Ｌ字になるように屈曲された板状とされている。取付プレート９２Ｃは、Ｌ字の一辺面が２本のサイドフレーム９２Ａの上端部を覆うように、且つ、Ｌ字の他辺面が２本のサイドフレーム９２Ａの前側に配置されるように取り付けられている。取付プレート９２ＣのＬ字の他辺面には、支持棒９２Ｄが取り付けられている。支持棒９２Ｄは、上下方向に配置され、下端に後述する前支持部９４の回動部９４Ｂが連結されている。支持棒９２Ｄは、上端側が取付プレート９２Ｃに取り付けられている。支持棒９２Ｄは、取付プレート９２Ｃに対して上下方向にスライド移動して取付位置を変更可能とされており、下端の位置が上下方向に調整可能になっている。
【００９２】
前支持部９４は、可動プレート９４Ａ、及び、肩ベルト２２を有している。可動プレート９４Ａは板状とされ、板面が取付プレート９２Ｃの他辺面と略平行になるように配置されている。可動プレート９４Ａの取付プレート９２Ｃ側には、回動部９４Ｂが設けられている。回動部９４Ｂは、支持棒９２Ｄの下端と連結され、支持棒９２Ｄとの連結部分を中心にして回動可能とされている。回動部９４Ｂは、支持棒９２Ｄの先端を球状としてその周りをベアリングで受ける構造としたり、前後方向に配置された軸に支持棒９２Ｄを固定して当該軸を回動可能に支持したりすることにより構成することができる。これにより、可動プレート９４Ａと取付プレート９２Ｃ（背中フレーム９２）とは、互いに対向した状態で相対回転可能とされている。すなわち、図２０（Ａ）に示される状態から、利用者が上半身を左右に倒すと、図２０（Ｂ）に示されるように、背中フレーム９２に対して前支持部９４が回動して利用者の上半身に追随するようになっている。また、前支持部９４は、支持棒９２Ｄの取付プレート９２Ｃに対する取付位置を変更することにより、背中フレーム９２に対して上下方向に位置調整できるようになっている。
【００９３】
肩ベルト２２は、左右一対設けられており、各々の一端が可動プレート９４Ａの上端に取り付けられ、他端が可動プレート９４Ａの下端に取り付けられている。左右一対の肩ベルト２２は、中央部でベルト２２Ａによって連結され、利用者の上半身に肩ベルト２２が密着するようにしている。
【００９４】
連結フレーム９６は、背中フレーム９２との相対回転によっても、屈曲しないリジッドな部材で構成されている。連結フレーム９６は、上連結部９７及び下連結部９８を有している。上連結部９７は、断面コ字状の長尺板形状とされ、利用者の下肢に沿ってコ字の開放側が外向きとなるように配置されている。上連結部９７は、一端（上端）が、関節部１６で下サイド部１４Ｄと連結されている。下サイド部１４Ｄと上連結部９７とは、利用者の左右方向に沿った回転軸Ｓ周りに、互いに相対回転可能に連結されている。上連結部９７のコ字状で互いに対向する板面には、連結穴９７Ａが長手方向に複数並ぶように穿孔されている。また、上連結部９７のコ字状の中央に配置される板面には、長手方向に長穴９７Ｂが構成されている。
【００９５】
上連結部９７の下端側には、下連結部９８が連結されている。下連結部９８は、ヒンジ９８Ｃを介して板状の第１連結部９８Ａと第２連結部９８Ｂとが連結されて構成されている。第１連結部９８Ａと第２連結部９８Ｂとは、ヒンジ９８Ｃにより、利用者の前後方向を軸として互いに相対回転可能とされている。第１連結部９８Ａの上端は、上連結部９７のコ字内側に挿入可能とされ、上連結部９７に連結されている。図１９に示されるように、第１連結部９８Ａの上端には、幅方向の両端に突出する係合部９８ＡＥが形成されており、該係合部９８ＡＥが上連結部９７の対向配置された一対の連結穴９７Ａに係合されて、第１連結部９８Ａと上連結部９７とが連結されている。第１連結部９８Ａには、長穴９７Ｂに係合するピン９８Ｐが形成されており、ピン９８Ｐは、長穴９７Ｂに沿って移動し、第１連結部９８Ａを上連結部９７の長手方向に沿ってガイド可能になっている。複数の連結穴９７Ａが構成されていることから、連結穴９７Ａを選択することによって連結フレーム９６の長さを調整できるようになっている。
【００９６】
第２連結部９８Ｂには、太腿プレート１８が連結されている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。太腿プレート１８は、利用者の下肢の前方に配置される。
【００９７】
本実施形態における、アクチュエータ４０を用いた利用者の前傾動作、起き上がり動作については、第１実施形態と同様に行われる。
【００９８】
本実施形態の腰補助装置９０では、背中フレーム９２が頂点を上側とする略三角形状とされているので、利用者の肩、腕の後方側にスペースができ、動作の自由度を高くすることができる。
【００９９】
また、２本のサイドフレーム９２Ａは、利用者の上下方向から傾斜して配置されているので、サイドフレーム９２Ａの長さは上下方向に配置した場合と比較して長くなる。したがって、内部により長いアクチュエータ４０を配置することができ、大きな出力を得ることができる。
【０１００】
また、前支持部９４は、背中フレーム９２に対して対向した状態で相対回転可能とされ、利用者の上半身の左右への動きに追随するので、利用者が自由に上半身を左右方向へ倒すことができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、連結フレーム９６の長さが調整できるようになっているので、利用者に応じて、適切な位置に大腿プレート１８を配置することができる。
【０１０２】
また、本実施形態では、第１連結部９８Ａと第２連結部９８Ｂとが、ヒンジ９８Ｃにより、利用者の前後方向を軸として互いに相対回転可能とされており、連結プレート９６が利用者の脚の開脚動作に追随するので、利用者が自由に脚の開脚動作を行うことができる。
【０１０３】
以上、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能である。例えば、本実施形態では、アクチュエータとして、空気圧式アクチュエータを用いたが、モータの作動により回転体に巻き付けられ、又は回転体から巻き出されるワイヤを、アクチュエータとして用いてもよい。また、回転体を回転不能又は回転自在とするクラッチを、アクチュエータとすることも可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 腰部補助装置
１２ 腰フレーム部
１４ 背中フレーム
１６ 関節部
１８ 太腿プレート
２０ 連結フレーム
２２ 肩ベルト
２４ 回転体
２６ プレート
２８ 回転シャフト
４０ アクチュエータ
４２ ワイヤ
５０ 腰補助装置
５２ 連結フレーム
６０ クラッチ機構
６６ プレート
６８ プーリー
７０ 下アクチュエータ
７２ ワイヤ
７４ テンションスプリング
９０ 腰部補助装置
９２ 背中フレーム
９４ 前支持部
９４Ｂ 回動部
９６ 連結フレーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、
前記背中装着部に取付部を介して該取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、
利用者の下肢の少なくとも前方に装着される下肢装着部と、
一端部が前記下肢装着部に連結され、他端部が前記背中装着部の前記追従移動を許容するように前記背中装着部と相対移動可能に関節部で連結され、前記相対移動時に非屈曲形状を維持可能な連結部と、
作動状態において、利用者の前方への傾倒に抗する力を前記背中装着部へ作用させるアクチュエータと、
を備えた腰部補助装置。
【請求項２】
前記背中装着部は、利用者の背部の上側を頂点とする三角形状であること、を特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
【請求項３】
前記背中装着部は、利用者の背部の上側で合流して三角形状の２辺を構成する２本のフレームを有し、該フレームに沿って前記アクチュエータが配置されていること、を特徴とする請求項２に記載の腰部補助装置。
【請求項４】
前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の上下方向に可動とされていること、を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の腰部補助装置。
【請求項５】
前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の前後方向を軸心として回動可能であること、を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の腰部補助装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記背中装着部へ利用者の起き上がり方向への力を作用させること、を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項７】
前記関節部は、前記背中装着部と前記連結部とが利用者の左右方向に沿った軸周りに相対回転可能となるように構成されていること、を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項８】
前記関節部で前記連結部及び背中装着部に連結され、利用者の腰部に装着される腰装着部、をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていること、を特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータの一端からワイヤが延出され、
前記関節部に、周部へ前記ワイヤが巻き掛けられた回転体が設けられ、前記アクチュエータの作動開始当初から前記ワイヤの張力が前記背中装着部及び前記連結部に作用するように、前記アクチュエータの作動時に前記回転体と前記背中装着部または前記連結部とを固定するクラッチ機構が構成されていること、を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項１】
利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、
前記背中装着部に取付部を介して該取付部を中心に利用者の左右方向へ回動可能に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、
利用者の下肢の少なくとも前方に装着される下肢装着部と、
一端部が前記下肢装着部に連結され、他端部が前記背中装着部の前記追従移動を許容するように前記背中装着部と相対移動可能に関節部で連結され、前記相対移動時に非屈曲形状を維持可能な連結部と、
作動状態において、利用者の前方への傾倒に抗する力を前記背中装着部へ作用させるアクチュエータと、
を備えた腰部補助装置。
【請求項２】
前記背中装着部は、利用者の背部の上側を頂点とする三角形状であること、を特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
【請求項３】
前記背中装着部は、利用者の背部の上側で合流して三角形状の２辺を構成する２本のフレームを有し、該フレームに沿って前記アクチュエータが配置されていること、を特徴とする請求項２に記載の腰部補助装置。
【請求項４】
前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の上下方向に可動とされていること、を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の腰部補助装置。
【請求項５】
前記下肢装着部は、前記背中装着部に対して利用者の前後方向を軸心として回動可能であること、を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の腰部補助装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、前記背中装着部へ利用者の起き上がり方向への力を作用させること、を特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項７】
前記関節部は、前記背中装着部と前記連結部とが利用者の左右方向に沿った軸周りに相対回転可能となるように構成されていること、を特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項８】
前記関節部で前記連結部及び背中装着部に連結され、利用者の腰部に装着される腰装着部、をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていること、を特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータの一端からワイヤが延出され、
前記関節部に、周部へ前記ワイヤが巻き掛けられた回転体が設けられ、前記アクチュエータの作動開始当初から前記ワイヤの張力が前記背中装着部及び前記連結部に作用するように、前記アクチュエータの作動時に前記回転体と前記背中装着部または前記連結部とを固定するクラッチ機構が構成されていること、を特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−８７９２６（Ｐ２０１１−８７９２６Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４２８７（Ｐ２０１０−２１４２８７）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
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