特開 2024-68415 付勢力発生装置および動作補助装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024068415

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】付勢力発生装置および動作補助装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20240513BHJP

   A61H 3/00 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

B25J11/00 Z

A61H3/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178849

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】390030731

【氏名又は名称】朝日インテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】弁理士法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近野 一郎

【テーマコード（参考）】

3C707

4C046

【Ｆターム（参考）】

3C707AS38

3C707HT36

3C707XK02

3C707XK06

3C707XK16

3C707XK27

3C707XK33

3C707XK42

3C707XK74

4C046AA25

4C046BB07

4C046CC01

4C046DD06

4C046DD38

4C046DD39

(57)【要約】

【課題】使用者の歩行の阻害を防止でき、耐久性が向上した付勢力発生装置および動作補助装置を提供する。
【解決手段】付勢力発生装置は、回転軸が設けられたベース部と、回転軸に対し回動可能に支持された支持部材と、第１の端部が回転軸に保持され、第２の端部が支持部材に支持された弾性体と、を有する第１付勢力発生部と、２つの端部を有し、第１の端部がベース部に支持され、第２の端部が支持部材に支持された圧縮ばねを有する第２付勢力発生部と、を備える。付勢力発生装置は、回転軸の前記ベース部に対する回転角度が所定角度の範囲において、支持部材は回転軸を中心に回動可能に構成され、回転軸が所定角度以下の範囲で回転する際には、支持部材が回動することにより、圧縮ばねが圧縮されて付勢力が発生し、回転軸が所定角度を超えて回転する際には、弾性体が変形して付勢力が更に発生するように構成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動作補助装置で用いられる付勢力発生装置であって、
回転軸が設けられたベース部と、
前記回転軸に対し回動可能に支持された支持部材と、複数の端部を含む弾性体で、前記複数の端部のうち、第１の端部が前記回転軸に保持され、第２の端部が前記支持部材に支持された弾性体と、を有する第１付勢力発生部と、
２つの端部を含む圧縮ばねで、第１の端部が前記ベース部に支持され、第２の端部が前記支持部材に支持された圧縮ばねを有する第２付勢力発生部と、を備え、
前記回転軸の前記ベース部に対する回転角度が所定角度の範囲において、前記支持部材は前記回転軸を中心に回動可能に構成され、
前記回転軸が前記所定角度以下の範囲で回転する際には、前記支持部材が回動することにより、前記圧縮ばねが圧縮されて付勢力が発生し、
前記回転軸が前記所定角度を超えて回転する際には、前記弾性体が変形して付勢力が更に発生するように構成されている、付勢力発生装置。

【請求項2】

前記第２付勢力発生部は、
前記圧縮ばねの内側に挿通され、一方の端部が前記ベース部に支持され、前記一方の端部に対して反対側の端部が前記支持部材に支持され、前記圧縮ばねの伸縮動作をガイドするガイドシャフトを有する、請求項１に記載の付勢力発生装置。

【請求項3】

前記第２付勢力発生部は、
前記ベース部に対し回転可能に支持され、前記ガイドシャフトの前記一方の端部が固定された第１ロータと、
前記支持部材に対し回転可能に支持され、貫通孔を有する第２ロータと、
前記第２ロータの前記貫通孔に固定され、前記ガイドシャフトの前記反対側の端部が貫通し、前記ガイドシャフトの長手方向に沿って摺動可能であるスライダと、を有し、
前記第１ロータおよび前記スライダは、前記圧縮ばねの端部が当接する座面をそれぞれ有し、
前記支持部材が回動し、前記第２ロータおよび前記スライダが、前記ガイドシャフトに沿って前記第１ロータへ近づくように移動する際には、前記圧縮ばねは圧縮され、前記第１ロータおよび前記スライダの座面は、互いに平行を保つように構成されている、請求項２に記載の付勢力発生装置。

【請求項4】

前記弾性体は、ゼンマイばねである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の付勢力発生装置。

【請求項5】

使用者に装着される動作補助装置であって、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の付勢力発生装置と、
前記付勢力発生装置の回転軸に固定された下フレームと、
前記下フレームに接続される腿パッドと、を備える動作補助装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、付勢力発生装置および動作補助装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、上体支持フレームがベース部に対して傾動されると、ワイヤの一部が第１プーリに巻き取られて、圧縮コイルスプリングが圧縮される前傾姿勢サポート装置が開示されている。この前傾姿勢サポート装置では、圧縮された圧縮コイルスプリングの付勢力がワイヤ及び第１プーリを介して上体支持フレームに伝達される。これにより、当該上体支持フレームに使用者の上体を引き起こす方向への付勢力が生じるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－２０９４４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示された前傾姿勢サポート装置では、装着初期状態から使用者の腿に大きな付勢力が作用する。このため、腿パッドが腿に強く押し付けられ、使用者の歩行を阻害する。

【0005】

本開示の目的は、例えば、使用者の歩行の阻害を防止でき、耐久性が向上した付勢力発生装置および動作補助装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を解決するために、本開示の一態様である付勢力発生装置は、動作補助装置で用いられる付勢力発生装置であって、回転軸が設けられたベース部と、前記回転軸に対し回動可能に支持された支持部材と、複数の端部を含む弾性体で、前記複数の端部のうち、第１の端部が前記回転軸に保持され、第２の端部が前記支持部材に支持された弾性体と、を有する第１付勢力発生部と、２つの端部を含む圧縮ばねで、第１の端部が前記ベース部に支持され、第２の端部が前記支持部材に支持された圧縮ばねを有する第２付勢力発生部と、を備え、前記回転軸の前記ベース部に対する回転角度が所定角度の範囲において、前記支持部材は前記回転軸を中心に回動可能に構成され、前記回転軸が前記所定角度以下の範囲で回転する際には、前記支持部材が回動することにより、前記圧縮ばねが圧縮されて付勢力が発生し、前記回転軸が前記所定角度を超えて回転する際には、前記弾性体が変形して付勢力が更に発生するように構成されている。

【0007】

前記第２付勢力発生部は、前記圧縮ばねの内側に挿通され、一方の端部が前記ベース部に支持され、前記一方の端部に対して反対側の端部が前記支持部材に支持され、前記圧縮ばねの伸縮動作をガイドするガイドシャフトを有していてもよい。

【0008】

前記第２付勢力発生部は、前記ベース部に対し回転可能に支持され、前記ガイドシャフトの前記一方の端部が固定された第１ロータと、前記支持部材に対し回転可能に支持され、貫通孔を有する第２ロータと、前記第２ロータの前記貫通孔に固定され、前記ガイドシャフトの前記反対側の端部が貫通し、前記ガイドシャフトの長手方向に沿って摺動可能であるスライダと、を有し、前記第１ロータおよび前記スライダは、前記圧縮ばねの端部が当接する座面をそれぞれ有し、前記支持部材が回動し、前記第２ロータおよび前記スライダが、前記ガイドシャフトに沿って前記第１ロータへ近づくように移動する際には、前記圧縮ばねは圧縮され、前記第１ロータおよび前記スライダの座面は、互いに平行を保つように構成されてもよい。

【0009】

前記弾性体は、ゼンマイばねであってもよい。

【0010】

本開示の一態様である動作補助装置は、使用者に装着される動作補助装置であって、上記の付勢力発生装置と、前記付勢力発生装置の回転軸に固定された下フレームと、前記下フレームに接続される腿パッドと、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、使用者の歩行の阻害を防止でき、耐久性が向上した付勢力発生装置および動作補助装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態にかかる動作補助装置の斜視図である。

【図2】図１に示した駆動部の正面断面図である。

【図3】図１に示した駆動部の上面図である。

【図4】図１に示した動作補助装置を装着した使用者の歩行時および作業時の駆動部の動作の説明図である。

【図5】図４に示した回転軸の回転角度と補助力の発生状態との関係についての説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の一実施形態にかかる付勢力発生装置および動作補助装置について説明する。付勢力発生装置を備える動作補助装置は、使用者の上体を起こす動作（腰を伸ばす動作）を補助するものである。図１は、動作補助装置の斜視図である。

【0014】

動作補助装置１は、使用者に上半身に装着される上部１０と、一対の駆動部２０と、一対の下肢部３０とを備える。図１において、背当て部１１に対して胸当て部１２側を前側、胸当て部１２に対して背当て部１１側を後側、駆動部２０に対して上部１０側を上側、駆動部２０に対して下肢部３０側を下側として説明する。一対の駆動部２０が互いに対向する方向を左右方向とする。図１における上部１０および下肢部３０の駆動部２０に対する姿勢は、動作補助装置１を装着した使用者が直立した状態における姿勢である。

【0015】

上部１０は、背当て部１１と、胸当て部１２と、上フレーム１３Ａ、１３Ｂと、腰部固定部材１４と、を有する。

【0016】

背当て部１１は、装着時に使用者の背中に当接する平板である。背当て部１１は、使用者の背中に当接する面、すなわち動作補助装置１の正面側の面が、弾性力のある柔らかい素材で形成されている。なお、背当て部１１の形状は図示する形態に限られない。

【0017】

胸当て部１２は、使用者の胸部に装着される部材である。胸当て部１２は、使用者の動きに追従して変形できるように、弾性力のある柔らかい素材で形成された１対の帯状部材を有する。胸当て部１２の正面側の両端には、例えば、バックル１２Ａが設けられている。バックル１２Ａにより１対の帯状部材を互いに連結することで胸当て部１２が筒状に保持される。胸当て部１２の内周長は調節可能であり、これにより胸当て部１２を使用者の胸部に適切に当接させることができる。

【0018】

上フレーム１３Ａ、１３Ｂは、一対の駆動部２０と、背当て部１１と、胸当て部１２とを互いに連結する部材である。上フレーム１３Ａ、１３Ｂは、中空丸棒等の棒材を湾曲させて形成されている。上フレーム１３Ａ、１３Ｂは剛体であり、一対の駆動部２０、背当て部１１および胸当て部１２の相対的な位置関係を固定する。

【0019】

上フレーム１３Ａは、背当て部１１の背面側に設けられており、背当て部１１および一対の上フレーム１３Ｂを固定する。各上フレーム１３Ｂは、背当て部１１の上下に伸び出ている部材であり、その下端はそれぞれ駆動部２０の上端に連結されている。一対の上フレーム１３Ｂの上端には、それぞれ胸当て部１２の帯状部材が連結されている。

【0020】

腰部固定部材１４は、１本の帯状の部材であり、一対の駆動部２０に連結されている。腰部固定部材１４の正面側の両端には、例えば、バックル１４Ａが設けられており、バックル１４Ａにより腰部固定部材１４が筒状に保持される。腰部固定部材１４の内周長は調節可能であり、腰部固定部材１４を使用者の腰部に適切に当接させることができる。腰部固定部材１４は、柔らかい部材であり、使用者の動きに追従して変形できるため、使用者が動きやすいようになっている。

【0021】

一対の下肢部３０は、全体として使用者の大腿部に概ね沿う形状をなしている。各下肢部３０は、下肢プレート３１と、軸部３２と、下肢アーム３３と、腿パッド３４と、を有する。下肢プレート３１は、駆動部２０に設けられた回転軸２５（図２参照）の回転部に固定され、回転部と共に回動可能である。軸部３２は、下肢プレート３１の下端に設けられている。下肢アーム３３は、軸部３２に回動可能に連結されている。下肢アーム３３は、軸部３２により、使用者の大腿部に近接及び離間するように回動可能である。例えば、下肢アーム３３及びそれが接続する下肢プレート３１が、下フレームに相当する。

【0022】

各腿パッド３４は、使用者の腿部の前側を覆う湾曲形状を有する部材である。各腿パッド３４は、各下肢アーム３３の先端部に設けられる。使用者が、各腿パッド３４を使用者の腿部の前側に当接させることで、腿部の動作が各駆動部２０に伝達される。

【0023】

次に、駆動部２０について説明する。例えば、駆動部２０が、付勢力発生装置に相当する。
図２及び図３は、図１に示した駆動部２０の正面断面図及び上面図である。図３に示した駆動部２０では、ケース２１は省略している。駆動部２０は、ケース２１と、一対のベース部２２と、連結部２３と、複数本のシャフト２４と、回転軸２５と、第１付勢力発生部４０と、第２付勢力発生部５０と、を備える。

【0024】

ケース２１に取り付けられている回転軸２５に腰部固定部材１４が回転可能に装着されている。これにより、駆動部２０は、腰部固定部材１４が使用者の腰部に装着された状態において使用者の腰部付近に保持される。各ベース部２２は、平面視略楕円形状の平板であり、隙間２２ａをあけて互いに対向している。ベース部２２の上端部には、上フレーム１３Ｂの下端部が、連結部２３により接続される。隙間２２ａは、一対のベース部２２の間に設けられた複数（例えば、６本）のシャフト２４により形成されている。隙間２２ａに、第１付勢力発生部４０および第２付勢力発生部５０が配置されている。各ベース部２２には、図示せぬ軸固定孔が形成されている。

【0025】

回転軸２５は、各ベース部２２の図示せぬ軸固定孔に挿入されている。回転軸２５は、固定部と当該固定部に対して回転する回転部とを有する。回転軸２５の固定部が図示せぬ軸固定穴に挿入されて、当該固定部はベース部２２に対し回転不能に固定されている。回転部は、左右方向に延びる軸を中心に回転する。

【0026】

第１付勢力発生部４０は、一対の支持部材４１と、４本の支柱４２と、弾性体４３とを有する。各支持部材４１は、平板状をなし、隙間４１ａをあけて互いに対向している。隙間４１ａは、一対の支持部材４１の間に設けられた４本の円筒状の支柱４２により形成されている。隙間４１ａに、弾性体４３が配置される。

【0027】

各支持部材４１は、下側部４１Ｂと上側部４１Ｃとを有する。下側部４１Ｂと上側部４１Ｃとの接続部は、支持部材４１の回動方向の両側にくびれ部を有する。２本のシャフト２４（第１シャフト２４Ａおよび第２シャフト２４Ｂ）が、くびれ部を挟むようにベース部２２の端縁に固定されている。下側部４１Ｂには、軸挿通穴４１ｄが形成されている。軸挿通穴４１ｄには、回転軸２５が挿通されて、各支持部材４１は、回転軸２５に対し回動可能に支持されている。

【0028】

弾性体４３は、板状部材を非接触で渦巻き状にしたゼンマイばねにより構成されている。弾性体４３の外端部（第２の端部）は、支柱４２の一つに固定され、弾性体４３の内端部（第１の端部）は、回転軸２５の回転部に固定されている。このため、回転軸２５が回転すると、弾性体４３を介して、一対の支持部材４１が回動する。このように、第１付勢力発生部４０は、回転軸２５を中心に回動可能である。

【0029】

弾性体４３であるゼンマイばねは、その外端部から中心に位置する内端部に向かって、図１の下肢プレート３１側から見て時計回りに巻回されている。よって、弾性体４３の外端部の位置を固定したまま、内端部が時計回りに回転するように弾性体４３を巻くことにより、弾性体４３には、その逆方向（反時計回り）に回転する付勢力（補助力）が発生する。当該補助力は、使用者が姿勢を前屈から直立に戻す腰の動作において、腰の動きを補助する力となる。

【0030】

第２付勢力発生部５０は、第１ロータ５１と、ガイドシャフト５２と、第２ロータ５３と、スライダ５４と、圧縮ばね５５と、を備える。第１ロータ５１は、一対のベース部２２に対し、左右方向に延びる軸を中心に回転可能に支持されている。第１ロータ５１は、左右方向に延びる軸に直交する方向に貫通する第１ザグリ孔５１ａを有する。第１ロータ５１は、ベース部２２の第２シャフト２４Ｂ側の端縁に設けられている。ガイドシャフト５２は、一端部が第１ザグリ孔５１ａに挿入されて固定され、他端部はベース部２２の第１シャフト２４Ａ側の端縁に向かって延びている。

【0031】

第２ロータ５３は、一対の支持部材４１に対し、左右方向に延びる軸を中心に回転可能に支持されている。よって、一対の支持部材４１が回動すると、これに伴い第２ロータ５３も回動する。第２ロータ５３は、上側部４１Ｃに設けられている。第２ロータ５３は、左右方向に延びる軸に直交する方向に貫通する第２ザグリ孔５３ａを有する。ガイドシャフト５２は、第２ザグリ孔５３ａを貫通している。スライダ５４は、フランジを有するブッシュ軸受であり、第２ザグリ孔５３ａに固定されている。スライダ５４をガイドシャフト５２が貫通している。このため、一対の支持部材４１の回動時には、第２ロータ５３およびスライダ５４は、ガイドシャフト５２の長手方向に沿って摺動可能である。

【0032】

圧縮ばね５５は、ガイドシャフト５２の外周を覆うように設けられている。すなわち、ガイドシャフト５２は、圧縮ばね５５の内側に挿通され、圧縮ばね５５の伸縮動作をガイドする。ガイドシャフト５２の軸と圧縮ばね５５の軸とは、略同軸である。圧縮ばね５５の一端は、第１ザグリ孔５１ａの段差面に当接している。圧縮ばね５５の他端は、スライダ５４のフランジに当接している。よって、第１ザグリ孔５１ａの段差面およびスライダ５４のフランジは、圧縮ばね５５の座面として機能する。圧縮ばね５５の一端部（第１の端部）は、第１ロータ５１を介してベース部２２に支持され、圧縮ばね５５の他端部（第２の端部）は、第２ロータ５３およびスライダ５４を介して支持部材４１に支持されている。圧縮ばね４５により、第２ロータ５３およびスライダ５４は、第１ロータ５１から離れる方向に常に付勢されている。

【0033】

次に、動作補助装置１を装着した使用者の歩行時や階段昇降時における駆動部２０の動作について説明する。

【0034】

図４は、図１に示す動作補助装置１を装着した使用者の歩行時および作業時の駆動部２０の動作の説明図である。図４（ａ）は、動作補助装置１を装着した使用者が直立した状態における、駆動部２０の状態（初期状態）を示している。この状態では、圧縮ばね４５により、第２ロータ５３およびスライダ５４が押され、支持部材４１の一方のくびれ部は第１シャフト２４Ａに当接している。

【0035】

使用者の歩行時には、腿パッド３４が腿部に押され、下肢アーム３３を介して、下肢プレート３１が、上フレーム１３Ｂおよび駆動部２０に対して、回転軸２５を中心に時計回りに回転する。これにより、図４（ｂ）に示すように、回転軸２５は時計回りに回転するので、弾性体４３を介して一対の支持部材４１も時計回りに回動する。一対の支持部材４１の回動により、第２ロータ５３も回転軸２５を中心に回動する。これにより、第２ロータ５３およびスライダ５４は、ガイドシャフト５２に沿って、第１ロータ５１へ近づくように移動するので、圧縮ばね５５は圧縮される。この結果、圧縮ばね５５による補助力が発生する。第２ロータ５３の回転に伴い、第１ロータ５１、第２ロータ５３、およびスライダ５４は、左右方向に延びる軸を中心にわずかに回転し、ガイドシャフト５２は、第１ロータ５１を中心に回転する。これにより、圧縮ばね５５の座面として機能する第１ザグリ孔５１ａの段差面およびスライダ５４のフランジは、互いに平行に保たれる。この結果、圧縮ばね５５の圧縮時に、圧縮ばね５５の中央部が外側に膨らむのが防止される。また、ガイドシャフト５２によっても、圧縮ばね５５の圧縮時に、圧縮ばね５５の中央部が外側に膨らむのが防止される。

【0036】

使用者が荷役時に弾性体４３による補助力を必要とするときには、膝を少し曲げ上半身を前方に倒すことにより、図８（ｃ）に示すように、一対の支持部材４１がさらに回動し、その他方のくびれ部が第２シャフト２４Ｂに当接する。一対の支持部材４１は、これ以上時計回りに回動することができないので、回転軸２５の回転により、図８（ｄ）に示すように、弾性体４３が巻き締められて、弾性体４３による補助力が発生する。

【0037】

図５は、図４に示した回転軸２５の回転角度と補助力の発生状態との関係についての説明図である。図５（ａ）に示すように、回転軸２５のベース部２２に対する回転角度（初期状態からの回転角度）が所定角度θ１の範囲において、回転軸２５が回転する際には、一対の支持部材４１が回動することにより、圧縮ばね５５が圧縮されて圧縮ばね５５による補助力が発生する。所定角度θ１は、一対の支持部材４１が第１シャフト２４Ａと第２シャフト２４Ｂとの間で回動する角度とほぼ等しく構成される。

【0038】

図５（ｂ）に示すように、回転軸２５が所定角度θ１を超えて、回転角度θ２の範囲で回転する際には、一対の支持部材４１は回動しないので、回転軸２５の回転により、弾性体４３が巻き締められて、弾性体４３による補助力が更に発生する。回転角度θ２は、弾性体４３による補助力が発生する範囲である。

【0039】

このように、使用者の歩行時には、圧縮ばね５５の付勢力（伸長力）のみが、回転軸２５等を介して、腿パッド３４に作用し、腿パッド３４が使用者の腿部に軽く押し付けられている。このため、使用者の歩行時に、腿パッド３４が腿部から外れるのを抑制することができ、かつ、腿部に対し大きな力が作用しないので、歩行を阻害することを防止することができる。

【0040】

弾性体４３は、ゼンマイばねであるので、その弾性変形における外端部から内端部（内端部から外端部）への力の伝達を効率よく行うことができる。

【0041】

第２付勢力発生部５０の付勢力を発生する手段として圧縮ばね５５を用いている。このため、ばねを装置に取付ける際にフック等が必要ないので、より安価で、耐久性が向上し、且つ、組立が容易な第２付勢力発生部５０を実現できる。

【0042】

本開示は、上述した実施形態の構成に限定されるものではない。特許請求の範囲によって示される本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【0043】

例えば、上記の実施形態では、弾性体４３としてゼンマイばねを使用したが、弾性体の形態はこれに限られない。ゼンマイばねは外端及び内端の２つ端部があるが、弾性体４３としては、力が発生する部材であれば、３つ端部がある弾性体を採用してもよい。

【符号の説明】

【0044】

１：動作補助装置
１０：上部
１１：背当て部
１２：胸当て部
１２Ａ：バックル
１３Ａ：上フレーム、 １３Ｂ：上フレーム
１４：腰部固定部材
１４Ａ：バックル
２０：駆動部
２１：ケース、 ２２：ベース部、 ２２ａ：隙間、 ２３：連結部、
２４：シャフト、 ２４Ａ：第１シャフト、 ２４Ｂ：第２シャフト、 ２５：回転軸
３０：下肢部
３１：下肢プレート、 ３２：軸部、 ３３：下肢アーム、 ３４：腿パッド
４０：第１付勢力発生部
４１：支持部材
４１ａ：隙間、 ４１Ｂ：下側部、 ４１Ｃ：上側部、 ４１ｄ：軸挿通穴
４２：支柱
４３：弾性体
５０：第２付勢力発生部
５１：ロータ、 ５１ａ：ザグリ孔、 ５２：ガイドシャフト、 ５３：ロータ、
５３ａ：ザグリ孔、 ５４：スライダ
θ１：所定角度、 θ２：回転角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】