JP5813901B1 - 下肢運動補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡素化し、コストダウンと軽量化を図ること。【解決手段】基台１２上に回転体１４を垂直な軸線周りに回転可能に設け、回転体１４の上面には上方開口の左足用凹部２０および右足用凹部２２を設け、基台１２に設けられた電動モータ３０によって回転体１４を所定の回転角をもって往復回転駆動する。【選択図】図１

Description

本発明は、下肢運動補助装置に関し、更に詳細には、持続的他動（受動）運動式の下肢運動補助装置に関する。

主として、膝関節の屈伸運動を行う持続的他動運動（ＣＰＭ）式の下肢運動補助装置として、基台と、前記基台に一つの平面上を互いに平行に且つ前後方向に往復移動可能に設けられた左右のスライダと、前記左右のスライダを前後方向に往復駆動する駆動装置と、使用者の足を載置され、少なくとも使用者の踵の後方への移動を阻止する踵受け部を備え、当該踵受け部に対応する位置にて各々前記スライダに左右方向に水平に延在する軸線周りに、あるいは当該踵受け部に踵をつけて載せられた足の踵の関節に概ね一致する位置にて各々前記スライダに左右方向に水平に延在する軸線周りに回動可能に取り付けられた左右の足装具とを有する下肢運動補助装置が提案されている（例えば、特許文献、１、２）。

特許第５４７５８３８号公報 特許第５５０９３９６号公報

上述の如き下肢運動補助装置において、スライダを前後方向に往復駆動する駆動源は電動モータであるので、電動モータの回転出力をスライダの往復運動に変換する必要があり、その分、機構が複雑になり、コストアップとなると共に装置の重量が重くなる。

本発明が解決しようとする課題は、下肢運動補助装置の構造を簡素化し、コストダウンと軽量化を図ることである。

本発明による下肢運動補助装置は、基台（１２）と、前記基台（１２）上に垂直な軸線周りに回転可能に設けられた回転体（１４）と、前記回転体（１４）の上面の互いに離れた位置に形成され、使用者の踵の後方への移動を阻止する後壁（２０Ｂ、２２Ｂ）と使用者の足の内側および外側の側方への移動を阻止する内側壁（２０Ｄ、２２Ｄ）および外側壁（２０Ｅ、２２Ｅ）とを具備した上方開口の左足用凹部（２０）および右足用凹部（２２）と、前記基台（１２）に設けられ、前記回転体（１４）を所定の回転角をもって往復回転駆動する駆動装置（３０）とを有する。

この構成によれば、電動モータ（３０）の回転出力をスライダの往復運動に変換する機構が必要でないから、構造が簡素化され、コストダウンと軽量化が図られる。

本発明による下肢運動補助装置は、前記左足用凹部（２０）および前記右足用凹部（２２）は前記回転体（１４）の回転中心を通る一つの直径線上にあって前記回転中心を対称点として左右対称に設けられている。

この構成によれば、膝関節の屈曲運動が、左脚と右脚とで均等に行われる。

本発明による下肢運動補助装置は、前記左足用凹部（２０）および前記右足用凹部（２２）の前記外側壁はつま先側（２１Ｂ、２３Ｂ）の壁高が踵側（２１Ａ、２１Ｂ）の壁高より低い。

この構成によれば、前記左足用凹部（２０）および前記右足用凹部（２２）のつま先側につま先の外側への逃げ部（２４、２６）が形成されることになり、左足用凹部２０および右足用凹部２２が円弧軌跡上を移動することに対して、つま先が内側に移動する「うち股」状になるとする側のつま先が自ずと逃げ部（２４、２６）に位置し、膝関節に捩りの負担をかけることが回避される。

本発明による下肢運動補助装置によれば、電動モータの回転出力をスライダの往復運動に変換する機構が必要でないから、構造が簡素化され、コストダウンと軽量化が図られる。

下肢運動補助装置の一つの実施形態を示す平面図 本実施形態による下肢運動補助装置の斜視図 図１の線III−IIIに沿った断面図 本実施形態による下肢運動補助装置の動作状態を示す平面図

以下に、本発明による下肢運動補助装置の一つの実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。

下肢運動補助装置１０は、床上に置かれる円盤状の基台１２と、基台１２上に垂直な軸線周りに回転可能に設けられた円盤状の回転体１４とを有する。

回転体１４の下底面には回転体１４の回転中心と同心の円環状のカイドレール１６が形成されている。カイドレール１６は、回転体１４の下底面より下方に突出しており、回転体１４の補強リブを兼ねている。基台１２にはカイドレール１６に転動可能に係合して回転体１４を回転可能に支持する金属製のボール１８が転動可能に設けられている。

回転体１４の上面には左右方向に互いに離れた位置に左足用凹部２０および右足用凹部２２が形成されている。左足用凹部２０および右足用凹部２２の左右方向の離れ寸法は使用者の左右の足の通常時の左右間隔にほぼ等しい。この離れ寸法（距離）は、左足用凹部２０および右足用凹部２２の左右方向の中央点間で３４０ｍｍ〜４００ｍｍ程度であってよい。

より詳細には、左足用凹部２０および右足用凹部２２は、回転体１４の回転中心を通る一つの直径線上にあって回転体１４の回転中心を対称点として左右対称に設けられており、各々、平らな底壁２０Ａ、２２Ａと、下縁を底壁２０Ａ、２２Ａの後縁に接続されて使用者の踵の後方への移動を阻止する後壁２０Ｂ、２２Ｂと、下縁を底壁２０Ａ、２２Ａの前縁に接続されて使用者の足裏を載せられる前壁２０Ｃ、２２Ｃと、下縁を底壁２０Ａ、２２Ａの内側縁に接続されて使用者の足の内側方への移動を阻止する内側壁２０Ｄ、２２Ｄと、下縁を底壁２０Ａ、２２Ａの外側縁に接続されて使用者の足の外側方への移動を阻止する外側壁２０Ｅ、２２Ｅとを具備した上方開口の平面視で略矩形の窪みである。

後壁２０Ｂ、２２Ｂは、前後方向に傾斜しており、底壁２０Ａ、２２Ａに対する傾斜角が２５度〜４５度程度であってよい。前壁２０Ｃ、２２Ｃは、前後方向に傾斜しており、底壁２０Ａ、２２Ａに対する傾斜角が４５度〜７５度程度であってよい。内側壁２０Ｄ、２２Ｄおよび外側壁２０Ｅ、２２Ｅは、ほぼ直立しており、底壁２０Ａ、２２Ａに対する傾斜角が７５度〜９０度程度であってよい。

外側壁２０Ｅ、２２Ｅはつま先側２１Ｂ、２３Ｂの壁高が踵側２１Ａ、２３Ａの壁高より低い。前壁２０Ｃ、２２Ｃは外側壁２０Ｅ、２２Ｅの踵側２１Ａ、２３Ａの壁高に等しい。これにより、左足用凹部２０および右足用凹部２２の前部の外側方および前方が左足用凹部２０および右足用凹部２２の後方（一般面）に比して一段低く、当該部分がつま先の外側への逃げ部２４、２６になっている。

基台１２には電動モータ３０が取り付けられている。電動モータ３０の出力軸３２にはドライブプーリ３４が取り付けられている。回転体１４の中心軸２８にはドリブンプーリ３６が取り付けられている。ドライブプーリ３４とドリブンプーリ３６とには無端の伝動ベルト３８が掛け渡されている。これにより、回転体１４は電動モータ３０によって自身の中心周りに回転駆動される。

基台１２にはコントローラ４０が設けられている。コントローラ４０は電動モータ３０を所定の回転角および所定の回転速度をもって往復回転させるモータドライバを含んでいる。コントローラ４０は、赤外線通信やブルートゥース等の無線通式のものであり、外部の手持ちコントローラ（不図示）との通信によって、電源のオン・オフと、往復回転角および回転速度の可変設定を行う。下肢運動補助装置１０の電源は、商用交流電源であっても、再充電可能な内部バッテリであってもよい。

下肢運動補助装置１０は、使用者が椅子に着座した姿勢で、左足の踵が底壁２０Ａと後壁２０Ｂとの隅角部近傍に位置するように、左足を左足用凹部２０に入れ、右足の踵が底壁２２Ａと後壁２２Ｂとの隅角部近傍に位置するように右足を右足用凹部２２に入れた状態で使用される。電源がオンされると、電動モータ３０によって回転体１４が回転駆動され、回転体１４が所定の回転角および所定の回転速度をもって往復回転する。

回転体１４は、図４（Ａ）に示されているように、左足用凹部２０および右足用凹部２２が使用者と平行な左右方向の直線上に位置する回転位置を中立位置として、図４（Ｂ）に示されているように、中立位置より回転角θａだけ時計廻り方向に回転した右回転位置と、図４（Ｂ）に示されているように、中立位置より回転角θｂだけ反時計廻り方向に回転した左回転位置との間に往復回転する。

これにより、左右の足が交互にほぼ前後に移動し、膝関節の屈曲が受動的に繰り返し行われる。回転体１４の回転角θａとθｂとは、互い等しい角度で、２５度〜４５度程度であってよい。回転体１４の回転速度は、左足用凹部２０および右足用凹部２２の左右方向の中央点の周速度で、２０〜４０ｍｍ／ｓｅｃ程度であってよい。

下肢運動補助装置１０は、電動モータ３０の回転出力をスライダの往復運動に変換する機構が必要でないから、構造が簡素化され、コストダウンと軽量化が図られる。

また、膝関節の受動的な屈曲運動に必要な左右の足の拘束部は、回転体１４に形成された左足用凹部２０および右足用凹部２２、つまり回転体１４に一体成形される窪みであるので、足の拘束部の構造が複雑になることがなく、このことも、下肢運動補助装置１０のコストダウンと軽量化に寄与する。

左足用凹部２０および右足用凹部２２に入れられた使用者の左右の足は、回転体１４の回転による左足用凹部２０および右足用凹部２２の円弧軌跡上を移動する。

この円弧軌跡の移動において、回転体１４の右回転時（時計廻り回転時）には、図４（Ｂ）に示されているように、右足はつま先が外側に移動する「がり股」状になるのに対して、左足はつま先が内側に移動する「うち股」状になろうとする。回転体１４の左回転時（反時計廻り回転時）には、図４（Ｃ）に示されているように、左足はつま先が外側に移動する「がり股」状になるのに対して、右足はつま先が内側に移動する「うち股」状になろうとする。

解剖学的には、ヒトの足は、つま先が内側に移動する「うち股」になるのは「がり股」になるのに比して膝関節の自由度が低く、膝関節に捩りの負担をかけることになる。

このことに対して、下肢運動補助装置１０は、逃げ部２４、２６が設けられているので、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示されているように、つま先が内側に移動する「うち股」状になるとする側のつま先が自ずと逃げ部２４、２６に位置し、つま先が内側に移動することが回避される。なお、つま先が外側に移動する「がり股」状になることは、その方向の膝関節の自由度が高く、膝関節に捩りの負担をかけることはないので、その方向の逃げを設ける必要はない。

これにより、回転体１４の回転によって左足用凹部２０および右足用凹部２２が円弧運動しても、直線運動している場合と同様に、膝関節に捩りの負担をかけることなく、膝関節の屈曲運動が受動的に行われることになる。この膝関節の屈曲運動は、左足用凹部２０および右足用凹部２２が、回転体１４の回転中心を通る一つの直径線上にあって回転体１４の回転中心を対称点として左右対称に設けられていることにより、左脚と右脚とで均等に行われる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、基台１２および回転体１４の形状は、円盤形に限られることはなく、任意の形状に設定することができる。回転体１４の回転駆動は、ベルト式伝動機構を含むものに限られることなく、中心軸２８と同軸配置の伝動モータによるダイレクトドライブ方式を採用することも可能である。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１０ 下肢運動補助装置
１２ 基台
１４ 回転体
１６ カイドレール
１８ ボール
２０ 左足用凹部
２０Ａ 底壁
２０Ｂ 後壁
２０Ｃ 前壁
２０Ｄ 内側壁
２０Ｅ 外側壁
２２ 左足用凹部
２２Ａ 底壁
２２Ｂ 後壁
２２Ｃ 前壁
２２Ｄ 内側壁
２２Ｅ 外側壁
２４ 逃げ部
２６ 逃げ部
２８ 中心軸
３０ 電動モータ
３２ 出力軸
３４ ドライブプーリ
３６ ドリブンプーリ
３８ 伝動ベルト
４０ コントローラ

Claims (3)

1. 基台と、
   前記基台上に垂直な軸線周りに回転可能に設けられた回転体と、
   前記回転体の上面の互いに離れた位置に形成され、使用者の踵の後方への移動を阻止する後壁と使用者の足の内側および外側の側方への移動を阻止する内側壁および外側壁とを具備した上方開口の左足用凹部および右足用凹部と、
   前記基台に設けられ、前記回転体を所定の回転角をもって往復回転駆動する駆動装置とを有する下肢運動補助装置。
2. 前記左足用凹部および前記右足用凹部は前記回転体の回転中心を通る一つの直径線上にあって前記回転中心を対称点として左右対称に設けられている請求項１に記載の下肢運動補助装置。
3. 前記左足用凹部および前記右足用凹部の前記外側壁はつま先側の壁高が踵側の壁高より低い請求項１または２に記載の下肢運動補助装置。

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