JP3985001B2 - 歩行補助装置用大腿部装具 - Google Patents

Description

本発明は、歩行補助装置用大腿部装具に関し、より詳しく言うと、下肢機能が低下した人の筋力を補助する力を発生する動力発生装置における補助力伝達アームの端部を大腿部に固定するための歩行補助装置用大腿部装具に関するものである。

筋力が低下して自力歩行が困難となった人のために、股関節や膝関節の近くに電動モータ等の動力発生装置を装着し、動力発生装置が発生する駆動力で下肢の運動を補助するようにした歩行補助装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照されたい）。

特許文献１に記載された歩行補助装置においては、使用者の大腿部に大腿用装着部を装着し、動力発生装置の駆動力を、大腿用装着部を介して大腿部に伝達するように構成されている。この大腿用装着部は、大腿部にしっかりと固定できるように、大腿部の全周を覆うような円筒形をなすと共に、伸縮性のある布、皮革、合成樹脂製シート等の軟質材料にて製作されており、その周方向の一部を開閉して大腿部に着脱し得るように構成されている。
特開平７−１６３６０７号公報

しかるに、特許文献１に記載の構成によると、大腿用装着部が軟質材で製作されていてその剛性が低いため、大腿用装着部における動力伝達腕の連結部に動力発生装置の駆動力が集中して伝達され、大腿部全体に均等に駆動力を加えることができない。そのため、大腿部が局部的に圧迫されるなど、使用者に違和感を与えるという問題があった。

大腿部全体に均等に駆動力を作用させるには、大腿用装着部の剛性を高くして動力発生装置の駆動力が大腿用装着部の全体に伝わるようにする必要がある。しかし、この種の外骨格型歩行補助装置においては、動力発生装置及び動力伝達装置の身体に対する固定点と身体の運動軸（関節中心）との位置が不一致であることに起因して装具と身体との間にズレの生ずることが避けられない。つまり大腿用装着部の高剛性化は、使用者の運動の自由度を阻害する要因となる。

装具の剛性を高くした上で使用者の運動の自由度を阻害しないようにするには、例えば動力発生装置と大腿用装着部との間に伸縮機構やリンク機構などを用いて装具と身体との間に生ずるズレを許容させる必要があるが、このようにすることは、構造の複雑化や重量の増大を招く要因となる。

そもそも、この種の補助装置は、身体の運動能力が低下した人が使用することを想定しているので、着脱時の取り扱いが不便であったり、重量が過大であったりすることは好ましいことではない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、動力伝達部および大腿部装具の剛性を高めつつ、装具と身体との間に生ずるズレの許容度を高めることができるように構成された歩行補助装置用大腿部装具を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明の請求項１は、大腿部の運動に補助力を与えるべく腰部に装着される動力発生装置（アクチュエータ４）の駆動軸から前記大腿部の途中まで延出された実質的にリジッドな部材からなる補助力伝達アーム５の遊端部を大腿部Ｔに固定するための歩行補助装置用大腿部装具３であって、当該大腿部装具が、前記補助力伝達アームの前記遊端部に取付けられ、前記大腿部を少なくとも部分的に外囲するステー２１と、前記大腿部の前面のみを臨むように前記ステーに取り付けられたフロントサポート板２２Ｆと、前記大腿部の後面のみを臨むように前記ステーに取り付けられたリアサポート板２２Ｒと、前記フロント、リア両サポート板の前記大腿部との接触部に介設された低摩擦なビーズを充填してなり且つ滑り易い表皮材で覆われたパッド２３とを有することを特徴とするものとした。
特に、前記フロントサポート板は前記リアサポート板より縦長であり、前記リアサポート板は前記フロントサポート板より幅広であるもの（請求項２）とすると良い。

このような本発明の請求項１の構成によれば、使用者の大腿部と装具との間が滑り接触することとなり、動力発生装置及び補助力伝達アームの端部の身体に対する固定点と身体の運動軸（関節中心）との位置が不一致であることに起因して生ずる装具と身体との間のズレが許容されるばかりでなく、脚部の内外転運動および内外旋運動も許容可能となり、下肢の自然な運動を阻害せずに済む。従って、使用者に与える違和感を払拭する上に多大な効果を奏することかできる。
また、請求項２の構成によれば、通常、体重を支えるのに発揮すべき筋力は、大腿四頭筋がハムストリングスの１．６倍くらい大きいので、フロントサポート板の高さ寸法をより大きくして支持荷重を大きくすることにより、補助力伝達アームからの力の伝達効率を高められる上、大腿部全体に伝達される力の均等化にも効果的である。しかもしゃがんだ時にリアサポート板が膝裏と干渉しないように、その下端縁を上方へ持ち上げることができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明に基づいて構成された歩行補助装置の概略構成図である。この歩行補助装置１は、腰部装具２と、大腿部装具３と、腰部装具２に結合された補助動力発生用アクチュエータ４とから構成されており、腰部装具２を腰部に装着することでアクチュエータ４を使用者の股関節の側方に固定すると共に、大腿部装具３を大腿部Ｔに装着することでアクチュエータ４の駆動軸から左右の大腿部Ｔの各外側面に沿うように延出された一対のトルクアーム５の遊端に作用する補助力を大腿部Ｔに伝達することができるようになっている。

トルクアーム５の遊端に結合された大腿部装具３は、図２に示すように、フラットバーを上面視略Ｕ字形に曲折してなるステー２１と、ステー２１の両端の対向内面に固定された薄板からなる一対のサポート板２２Ｆ・２２Ｒと、両サポート板２２Ｆ・２２Ｒの対向内面、つまり大腿部Ｔとの接触面に被着されるパッド２３とからなっている。両サポート板２２Ｆ・２２Ｒの外面には、板ばねの機能を発揮する可撓連結板２４がその上下両端を固定されており、その上下方向中間部に、ステー２１の各端が結合されている。これらのステー２１、両サポート板２２Ｆ・２２Ｒ、及び可撓連結板２４は、高剛性化と軽量化との両立を企図して例えばカーボンやケブラーなどの繊維で強化した合成樹脂材（ＦＲＰ）で形成されている。なお、トルクアーム５とステー２１との結合部並びにステー２１と両サポート板２２Ｆ・２２Ｒとの結合部は、例えば、ボルト／ナットを用い、ボルト孔を適宜なピッチで複数設ける等、使用者の体格の違いに応じてその結合位置が調節可能なように構成しておくと良い。

一対のサポート板２２Ｆ・２２Ｒは、パッド２３が被着された対向内面間に大腿部Ｔを前後から挟み込むように設けられており、大腿部Ｔの前面に当たるフロントサポート板２２Ｆの方が後面に当たるリアサポート板２２Ｒに比して縦長に形成され、且つリアサポート板２２Ｒの方がフロントサポート板２２Ｆに比して幅広に形成されている。そして図３に示すように、両サポート板２２Ｆ・２２Ｒと共に大腿部Ｔの周囲にウェブベルト２５を巻き付け、そのウェブベルト２５の端部を例えば平面ファスナを用いて止め付けることにより、大腿部装具３が大腿部Ｔに固定されるようになっている。

ここでリアサポート板２２Ｒは、大腿二頭筋を中心としたハムストリングスに当接し、フロントサポート板２２Ｆは、大腿四頭筋に当接する。リアサポート板２２Ｒは、しゃがんだ時に膝裏と干渉しないように、その下端縁を上方へ持ち上げ、その分だけ、上下寸法を短くしている。通常、体重を支えるのに発揮すべき筋力は、大腿四頭筋がハムストリングスの１．６倍くらい大きいので、フロントサポート板２２Ｆの高さ寸法をより大きくして支持荷重を大きくすると共に、力学的な力の伝達中心を大腿骨と平行にレイアウトすることにより、トルクアーム５からの力の伝達効率を高められる。

大腿部Ｔに当接するパッド２３は、シート材を縫製してなる袋体内に合成樹脂製発泡粒子（ビーズ）を充填してなっている。

袋体を形成するシート材としては、柔軟性に富み滑り易い材質のものが好ましく、特に容易に保形性が得られる点に鑑み、例えば、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン等の熱可塑性合成樹脂が適している。これらの合成樹脂材を繊維化したものを、不織布やニット地もしくは織物の形態として用いると良い。なお、発汗に対する好ましい特性を得るためには吸湿性も重要であるが、このパッド２３は、一般的に着衣の上から装着されるので、最低限、高い通気性が得られるように形成することが好ましい。

袋体内に充填するビーズは、合成樹脂材を発泡させながら造粒するか、あるいは適度に発泡させた粒径の大きなものを更に粉砕して微粒化することによって容易に得ることができる。その材質としては、例えばポリスチレン、ポリプロピレン等のように、分子に極性基がなく、低摩擦なものが好ましい。また、これらの粒径は、過度な微粒であると弾性変形し難いために硬く感じられて装着感が悪くなり、過度に粗粒であると外面に凹凸が目立つようになって外観を損ねるので、一般的には０．２〜２ｍｍ程度の範囲が好ましい。

袋体内へのビーズの充填量は、過度に少ないと大腿部Ｔの外表面に対する形状追従性が損なわれるので、ビーズが袋体内で円滑に移動でき、しかも大腿部Ｔにパッド２３を圧接した際に、ビーズの層が過度に薄くなる部分ができない程度の量を充填すれば良い。

ごく軽いビーズと言えども非装着時には自重で下方に落ちてしまうので、図３に示したように、袋体内を適宜な数の小部屋に縫製で仕切り、ビーズを適度に分散させると良い。こうすることにより、大腿部装具３を大腿部Ｔに装着した際に、各小部屋の下方に溜まっていたビーズが装着者の大腿部Ｔの形状に応じて上方へ移動し、且つ強い圧力が加わる所から弱い所へ流動的に移動するので、パッド２３の全体が大腿部Ｔに均等に密接することとなる。このようにして、屈身時にも両サポート板２２Ｆ・２２Ｒと大腿部Ｔとの接触面積が維持され、大腿部に対する圧力が分散されるため、違和感を払拭できる。

また、大腿部Ｔの運動によって大腿部装具３と大腿部Ｔとの間にズレが生じた場合、パッド２３内のビーズ同士が互いに転がり接触しているためにパッド２３内をビーズが自由に移動し得る。従って、大腿部Ｔにパッド２３が密着していても、両サポート板２２Ｆ・２２Ｒと大腿部Ｔとの間の接触摩擦がビーズの転動によって減少するので、大腿部装具３と大腿部Ｔとの間の位置ズレが許容される。これにより、大腿部Ｔの特に内外転運動および内外旋運動が阻害されずに済む。

フロントサポート板２２Ｆの内面には、フロントサポート枚２２Ｆと概ね同一形状のバックアップ板２６で保持されたエアパッド２７が取り付けられている。このエアパッド２７は、軟質なエラストマ材で形成された扁平なブリスタ状をなし、図４に示すように、その適所にエアホース２８を介してハンドポンプ２９が接続されている。これにより、ウェブベルト２５を締め付けた後に、ハンドポンプ２９でエアパッド２７にエアを送り込むことにより、大腿部装具３が大腿部Ｔにより一層しっかりと結合される。このようにして大腿部装具３は、可撓連結板２４及びエアパッド２７の弾性を伴って大腿部Ｔに結合されるようになっている。

このエアパッド２７による空気ばね作用により、例えば蹲踞姿勢をとった時などの筋肉の隆起に起因した大腿部Ｔの外表面の変形に対しても、エアパッド２７が容易に大変位し得る上、必要に応じてエアを出し入れすることで締め付け力を容易に調節することができるので、高い装着性を維持することができる。しかも簡単な構造で大きな寸法差に追従し得るので、例えばＳ、Ｍ、Ｌなど、幾つかのサイズ違いを用意しておけば、万人の体格に対応可能となる。従って、大量生産が可能となるので、従来の使用者の体格に合わせた一品製作に比して、製造コストを大幅に低減することができる。

本発明装置の全体構成を示す斜視図である。 大腿部装具の上面図である。 大腿部装具の斜視図である。 大腿部装具の前部サポートの斜視図である。

符号の説明

１ 歩行補助装置
３ 大腿部装具
４ アクチュエータ
５ トルクアーム
２３ パッド
Ｔ 大腿部

Claims (2)

1. 大腿部の運動に補助力を与えるべく腰部に装着される動力発生装置の駆動軸から前記大腿部の途中まで延出された実質的にリジッドな部材からなる補助力伝達アームの遊端部を大腿部に固定するための歩行補助装置用大腿部装具であって、
   当該大腿部装具が、前記補助力伝達アームの前記遊端部に取付けられ、
   前記大腿部を少なくとも部分的に外囲するステーと、
   前記大腿部の前面のみを臨むように前記ステーに取り付けられたフロントサポート板と、
   前記大腿部の後面のみを臨むように前記ステーに取り付けられたリアサポート板と、
   前記フロント、リア両サポート板の前記大腿部との接触部に介設された低摩擦なビーズを充填してなり且つ滑り易い表皮材で覆われたパッドとを有することを特徴とする歩行補助装置用大腿部装具。
2. 前記フロントサポート板は前記リアサポート板より縦長であり、前記リアサポート板は前記フロントサポート板より幅広であることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置用大腿部装具。

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