筋力補助具
【課題】 前屈だけでなく例えば上半身を側方に傾けたり回転させたり仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を軽減できる。
【解決手段】 筋力補助具１を、それぞれ繊維強化プラスチックからなる外側パイプ１１及びこの外側パイプに摺動自在に挿入した棒状の内側部材１２と、この外側パイプと内側部材とに連結されるチューブ形状のシリコンゴムからなる弾性部材１３とによって構成する。筋力補助具１を、例えば背部と大腿部との２個所の間に２本装着すれば、上半身の前屈、側屈、あるいは捻りのいずれの姿勢においても、この筋力補助具にはこの姿勢を元に戻そうとする復元力が発生し、この復元力により背部や腰部周囲の筋肉に掛かる負担を軽減できる。
【解決手段】 筋力補助具１を、それぞれ繊維強化プラスチックからなる外側パイプ１１及びこの外側パイプに摺動自在に挿入した棒状の内側部材１２と、この外側パイプと内側部材とに連結されるチューブ形状のシリコンゴムからなる弾性部材１３とによって構成する。筋力補助具１を、例えば背部と大腿部との２個所の間に２本装着すれば、上半身の前屈、側屈、あるいは捻りのいずれの姿勢においても、この筋力補助具にはこの姿勢を元に戻そうとする復元力が発生し、この復元力により背部や腰部周囲の筋肉に掛かる負担を軽減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば農作業や介護作業を行なう者が装着する筋力補助具に関する。
【背景技術】
【０００２】
収益性の高い農業経営を目指す農家では、きめ細かい手作業によって農作物の付加価値を高める取り組みが行なわれている。また少子高齢化が進む今日においては、介護者の拡充等が強く求められている。ところで手作業による農作業や介護動作は、中腰や前屈姿勢で行なう場合が多く、このような姿勢の作業は、肩部、腰部、膝部あるいは首部等の筋肉等に、過大な負担を掛ける。
【０００３】
このような農作業や介護動作等における筋肉の負担を低減させるために、本発明者等は、図２１に示すように、肩部から大腿部に伸縮性のベルトを掛けると共に、腰部周りを締付ける腰部ベルトを有する腰部筋力補助具（特許文献１参照。）、及び図２２に示すように、肩から延伸するゴムベルトを、その先端に連結したワイヤを介して電動式ワイヤ巻取器によって伸縮させる、筋力補助装置（特許文献２参照。）を、それぞれ開発して提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００９−１４５５４０（明細書及び図面）
【特許文献２】特許第４３４５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに上述した筋力補助具は、いずれもベルトの引張力を利用するため、前屈姿勢による作業では有効であるものの、上半身を側方に傾けた姿勢、上半身を回転させた姿勢、上半身を仰向けに反らした姿勢、あるいは腕を持上げた姿勢等による作業では、いずれもベルトの引張力を利用することができず、必ずしも有効ではない場合もある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、前屈だけでなく、例えば上半身を側方に傾けたり、回転させたり、仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を効果的に軽減できる筋力補助具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による筋力補助具の特徴は、伸び方向だけでなく、縮み方向及び曲げ方向に対しても復元力を発揮することにある。すなわち本発明による筋力補助具は、人体の表面において、人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された棒状の内側部材、並びにこの外側パイプと内側部材とに連結される弾性部材を備えている。上記弾性部材は、上記内側部材が上記外側パイプから抜け出る方向、またはこの外側パイプ内に侵入する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、上記外側パイプの先端部分と上記内側部材の先端部分とは、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される。
【０００８】
ところで上記外側パイプと内側部材との先端部分が、いずれも係止具に揺動可能に係止される状態では、例えば上半身を側方に傾けたり、捻ったりする場合には、両先端部分の位置が相互に平行にずれるだけで、外側パイプと内側部材とに曲げ力が発生しない場合もあり得る。そこで上記２個所に設けた係止具の少なくとも一方は、上記外側パイプと内側部材との先端部分を、それぞれ軸方向のみならず倒れ方向にも拘束するものであることが望ましい。
【０００９】
また作業途中や終了後等には、上記２個所の係止具の間隔が過大または過小となる姿勢が必要になる場合もあり得る。かかる場合には、上記外側パイプ及び内側部材の伸縮長さや曲げの限度を越えてしまい、このような姿勢がとれないことが起こり得る。そこで上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材に予め設定した値を超える軸方向力または曲げ力が加わったときには、この係止具に係止された外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備え、上記移動手段は、上記先端部分乃至係止具に働く摩擦力またはばね力を利用する手段であることが、さらに望ましい。
【００１０】
上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向及び倒れ方向に移動させる電動モータを有しており、さらに上記人体の表面の伸縮を計測するセンサと、制御装置と、これらの電動モータ、センサ、及び制御装置に電力を供給する電源とを備え、上記制御装置は、上記センサからの信号に基づいて上記電動モータの駆動を制御するように構成することもできる。
【００１１】
本発明による筋力補助具において、内側部材を２本に分割して、それぞれ外側パイプの両端から摺動自在に挿入し、弾性部材によって、この２本の内側部材を相互に連結するように構成してもよい。すなわち、この筋力補助具は、人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材を相互に連結する弾性部材を備えている。上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される。
【００１２】
ここで上記２本の内側部材を、２本の弾性部材によって、それぞれ外側パイプに連結してもよい。すなわち、この筋力補助具は、人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材をそれぞれこの外側パイプに連結する弾性部材を備えている。上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される。
【００１３】
上記外側パイプと内側部材とは、それぞれ繊維強化プラスチックで形成され、上記弾性部材は、ゴム材からなるチューブによって形成されていることが望ましい。
【００１４】
上記人体の表面における２個所は、それぞれ背部と大腿部の後側、膝の上部と下部、頭部の後側と肩部、または上腕部と腰部のいずれかであることが望ましい。
【００１５】
ここで「２個所の間に装着するもの」の数は、１つに限らず２つ以上の場合も含む。「曲げ方向に弾性を有する材料」とは、例えば合成樹脂、若しくは繊維強化プラスチック、または、ばね鋼、ピアノ線、若しくは形状記憶合金等の金属が該当する。「外側パイプ」および「内側部材」の断面形状は、円形に限らず、楕円形あるいは多角形も含む。「内側部材」は中実のものに限らず、中空のパイプも含む。「外側パイプと内側部材とに連結する」とは、外側パイプと内側部材との外側の先端部分に連結する場合に限らず、外側パイプの両先端部の中間、及び内側部材の両先端部の中間に位置する個所に、それぞれ連結する場合も含む。
【００１６】
「弾性部材」には、例えば天然または合成ゴムであって、「外側パイプ」および「内側部材」の周囲を囲むチューブ状乃至帯状のもの、または金属ばねであって、コイル状乃至ジグザグ状に折り畳んだ板状ばねが該当する。コイル状のばねの線材断面形状は、円形であっても多角形であってもよい。「人体の表面に設けた係止具」とは、例えばボディースーツ、ジャケット、胸と背中とに装着するサスペンダやベルト、腰部周りベルト、足周りベルト、腕周りベルト、頭部周りキャップに取り付けた部品であって、「外側パイプ」および「内側部材」と先端部分を係止する全ての部品を意味する。
【００１７】
「倒れ方向」とは、「係止具」を中心として、「外側パイプ」等が揺動する方向を意味する。「軸方向及び倒れ方向に拘束する」とは、例えば布、皮、合成樹脂、または金属からなる筒状の係止具を、ボディースーツ等に接合して、この筒状の係止具に「外側パイプ」または「内側部材」の一方の先端部分を挿入すると共に、この先端部分をはと目等で、ボディースーツ等に結合したり、あるいはこの先端部分を所定の長さにわたって、糸やリング等によって、ボディースーツ等に直接固定したりすることが該当する。
【００１８】
「摩擦力を利用する手段」とは、「外側パイプ」等の「先端部分」と「係止具」、あるいは「係止具」と腰部ベルト等とが相互に移動可能であって、両者を所定の摩擦力によって係止することを意味する。「ばね力を利用する手段」とは、「外側パイプ」等の「先端部分」と「係止具」、あるいは「係止具」と腰部ベルト等とが相互に移動可能であって、両者を所定のばね力によって着脱するラチェット等により係止することを意味する。
【００１９】
「繊維強化プラスチック」とは、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、シリコンカーバイト繊維、ボロン繊維、ウイスカ、またはアルミニウム等の金属繊維を混合した合成樹脂、あるいはこれらの繊維からなる布やシート等を合成樹脂で固めたものを意味する。合成樹脂としては、例えばポリプロピレン、若しくはポリアミド等の熱可塑性樹脂、またはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、若しくはエポキシアクリレート等の熱硬化性樹脂が該当する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による筋力補助具は、伸び方向だけでなく、縮み方向及び曲げ方向に対しても復元力を発揮できるため、前屈だけでなく、例えば上半身を側方に傾けたり、捻ったり、仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を効果的に軽減できる。
【００２１】
上記２個所に設けた係止具の少なくとも一方において、上記外側パイプと内側部材との先端部分を、それぞれ軸方向及び倒れ方向に拘束することによって、筋力補助具に曲げ力を有効に発生させることができる。
【００２２】
２個所に設けた係止具のいずれか一方に、外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備えることによって、作業途中や終了後等において、これらの外側パイプ及び内側部材の伸縮長さや曲げの限度を越えるような姿勢をとることが可能となる。
【００２３】
人体の表面の伸縮を計測するセンサからの信号に基づいて、２個所に設けた係止具のいずれか一方に係止された外側パイプまたは内側部材の先端部分を、電動モータによって軸方向及び倒れ方向に移動させることによって、利用者の体型、筋力、作業の負荷、及び姿勢や姿勢の変化速度等に対して、きめ細かい伸縮力や曲げ力の調整が可能となり、より適切に利用者の筋力の負担を軽減することができる。
【００２４】
外側パイプに摺動自在に挿入する内側部材を２本に分割することによって、この２本の内側部材の曲げ弾性率を相違させることができる。したがって筋力補助具の全体の曲げ弾性率を、さらに細かく調整することが可能となる。
【００２５】
２本に分割した内側部材を、２本の弾性部材によって、それぞれ外側パイプに連結することによって、この２本の弾性部材の弾性率を相違させることができる。したがって筋力補助具の全体の曲げ弾性率のみならず、軸方向の弾性率についても、さらに細かく調整することが可能となる。
【００２６】
外側パイプと内側部材とを、それぞれ繊維強化プラスチックで形成し、弾性部材を、ゴム材からなるチューブによって形成することによって、上記筋力補助具を小型かつ軽量にすることができると共に、容易に組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】筋力補助具の一部断面図である。
【図２】伸ばした状態の筋力補助具の一部断面図である。
【図３】曲げた状態の筋力補助具の一部断面図である。
【図４】弾性部材の連結部分の拡大断面図である。
【図５】他の筋力補助具の一部断面図である。
【図６】他の筋力補助具の一部断面図である。
【図７】伸ばした状態の他の筋力補助具の一部断面図である。
【図８】他の筋力補助具の断面図である。
【図９】他の筋力補助具の断面図である。
【図１０】他の筋力補助具の断面図である。
【図１１】背中と大腿部との間に装着したときの背面図である。
【図１２】背中と大腿部との間に装着して前屈姿勢をとったときの側面図である。
【図１３】背中と大腿部との間に装着して側屈姿勢をとったときの背面図である。
【図１４】背中と大腿部との間に装着して上半身を捻ったときの背面図である。
【図１５】係止具の拡大図である。
【図１６】膝上と膝下との間に装着したときの側面図である。
【図１７】頭部と肩部との間に装着したときの背面及び側面図である。
【図１８】上腕部と腰部との間に装着したときの側面図である。
【図１９】他の係止具の拡大図である。
【図２０】他の係止具の拡大図である。
【図２１】従来例による腰部筋力補助具の模式図である。
【図２２】従来例による筋力補助装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１〜図２０を参照しつつ、本発明による筋力補助具の構成と作用とを説明する。さて図１に示すように、本発明による筋力補助具１は、それぞれ曲げ方向に弾性を有する炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックからなる外側パイプ１１、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された中実の棒状の内側部材１２、並びにこの外側パイプと内側部材とに連結するシリコンゴム材からなる弾性部材１３を備えている。
【００２９】
弾性部材１３は、チューブ形状に形成してあり、この弾性部材の内側に、外側パイプ１１と内側部材１２とが挿入されている。また弾性部材１３の両端部は、外側パイプ１１と内側部材１２との先端部分に、それぞれ連結部材１４、１５を介して連結してある。なお連結部材１４、１５の詳細については、図４及び図５等を参照しつつ後述する。
【００３０】
図２は、上述した筋力補助具１の両先端部分に設けた連結部材１４、１５を、矢印のように軸方向に引っ張った状態を示している。すなわち筋力補助具１を軸方向に引っ張ると、棒状の内側部材１２が、外側パイプ１１から摺動しつつ延伸し、同時にチューブ形状の弾性部材１３が軸方向に伸びる。したがってこの状態では、弾性部材１３が引張られた状態になって、外側パイプ１１と内側部材１２との先端部分の間隔を、図１に示した状態に縮めようとする復元力が発生する。
【００３１】
図３は、上述した筋力補助具１を、矢印のように曲げた状態を示している。すなわち筋力補助具１を曲げると、それぞれ弾性の外側パイプ１１と、これに挿入された内側部材１２とが曲げられて、これらの部材に、図１に示した真っ直ぐの状態に戻そうとする復元力が発生する。
【００３２】
図４は、上述した筋力補助具１の内側部材１２の先端部分に、連結部材１５を介して弾性部材１３を連結する構造の１例を示している。さて連結部材１５は、合成樹脂からなる円柱の先端側部分を平らにして平板部分１５ｂを形成し、この平板部分に開口穴１５ｃが設けてある。また後側部分の中心には、雌ねじを螺設した開口穴１５ｄが形成してある。内側部材１２の先端部分には、上述した開口穴１５ｄに形成した雌ねじに螺合する雄ねじが螺設してあり、この雄ねじの根元部分に、連結部材１５とほぼ同等な外径のフランジ部材１２aが螺入してある。
【００３３】
チューブ形状の弾性部材１３の先端部分には、内側部材１２の外径とほぼ同等の直径からなる開口穴が設けてあって、この開口穴が上述した内側部材１２の先端部分に設けた雄ねじに挿入されている。そして連結部材１５の開口穴１５ｄに形成した雌ねじを、内側部材１２の先端部分に設けた雄ねじに螺入することによって、弾性部材１３の先端部分が、この連結部材の後端面と、フランジ部材１２aの前面との間に挟み込まれて、この弾性部材が内側部材の先端部分に連結される。
【００３４】
図５は、弾性部材によって、外側パイプと内側部材とを連結する他の構造を示している。なお図４で示した部品または部位と同等のものは、参照の便宜等のため、図４で示した部品番号に一律１００を加えた番号にしている（以下図６、図７、図８、図９、図１０、図１１〜図１４、図１５、図１６、図１７、図１８〜図１９及び図２０においても同様に、一律２００、３００〜１２００を加えた番号にしてある。）。さて図５に示す筋力補助具１０１では、チューブ状の弾性部材１１３の両先端部分が、合成樹脂材からなる締め付けバンド１１４ｅ、１１５ｅによって、それぞれ外側パイプ１１１及び内側部材１１２の長さ方向のほぼ中央部に固定されている。
【００３５】
なお外側パイプ１１１と内側部材１１２とは、図１において説明したものと同等の材料であり、この内側部材の先端部分と連結部材１１５とは、図４において説明したものと同等の構造で連結してある。また外側パイプ１１１先端部分と連結部材１１４とは、この連結部材の後側端部分に、雄ねじを設けた円柱部分１１４aを突設し、この円柱部分を外側パイプ１１１先端部分の内径面に設けた雌ねじに螺入して連結する。
【００３６】
図６に、筋力補助具の他の実施の形態を示す。すなわち筋力補助具２０１は、図１に示す筋力補助具１とは、弾性部材２１３が異なるだけであって、残りの外側パイプ２１１と内側部材２１２は、同等である。すなわち弾性部材２１３は、ステンレス製のコイルばねによって形成してあって、このコイルばねの内径に、外側パイプ２１１と内側部材２１２とが挿入されている。
【００３７】
なお弾性部材２１３を形成するコイルばねの両端部分は、外側パイプ２１１と内側部材２１２との両先端部分に、それぞれ連結された金属製の連結部材２１４、２１５のフランジ部２１４ａ、２１５ａに、それぞれ溶接結合されている。したがって連結部材２１４，２１５を、相互に軸方向に引っ張れば、コイルばねで形成された弾性部材２１３が伸びて、この弾性部材によって、元の長さに戻そうとする復元力が生じる。
【００３８】
図７に示す筋力補助具３０１は、上述したものと同様なコイルばねで形成された弾性部弾性部材３１３を、外側パイプ３１１から内側部材３１２を所定の長さだけ引っ張りだした状態において連結したものであって、この弾性部材の一方の先端部分を、この外側パイプの先端部分に連結するのではなく、所定の長手方向位置、すなわちこの外側パイプの開放端寄りの位置に結合した金属性のリング部材３１４ａに溶接したものである。したがってこのような弾性部材３１３には、軸方向に引張った場合と縮めた場合との双方向に、軸方向の復元力が生じる。
【００３９】
図８は、図１に示した筋力補助具の内側部材を、２分割したものである。すなわち筋力補助具４０１は、それぞれ外側パイプ４１１、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材４１２、４１２、並びにこの２本の棒状の内側部材を相互に連結する弾性部材４１３を備えている。したがって弾性部材４１３は、２本の棒状の内側部材４１２、４１２が、軸方向であって相互に離反する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力を発生する。なお弾性部材４１３を、図７に示すようなステンレス製のコイルばねにすれば、２本の棒状の内側部材４１２、４１２が、軸方向であって相互に接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの圧縮力を発生する。
【００４０】
このように内側部材４１２を２本に分割することによって、この内側部材の曲げ弾性率を相違させることができるため、筋力補助具４０１の軸方向に沿った曲げ弾性率の分布を変化させることが可能となる。したがって筋力補助具４０１を取り付ける人体の、それぞれの個所毎に、より適正な曲げ弾性率を備えた筋力補助具を使用することができる。
【００４１】
また内側部材４１２、４１２の長さを相違させて２分割すれば、筋力補助具４０１の曲げ弾性率を、この筋力補助具の長さ方向に沿って、さらに細かく調整することが可能となる。すなわち内側部材４１２と外側パイプ４１１とが重なる部分は、両者の弾性率を加えたものになるが、２本の内側部材４１２、４１２の中間であって、外側パイプ４１１内が中空になった部分は、この外側パイプ単独の弾性率になる。そこで内側部材４１２、４１２の長さを相違させて２分割すれば、外側パイプ４１１内が中空になる位置が、この外側パイプの軸方向の中央位置から変化するため、この外側パイプ単独の弾性率になる部分を、中央位置から軸方向に変化させることが可能となる。
【００４２】
図９は、図８に示した筋力補助具において、合成樹脂製の締め付けバンド５１４ｅによって、弾性部材５１３を外側パイプ５１１の外周に連結したものである。このように弾性部材５１３と外側パイプ５１１とを連結することによって、内側部材５１２、５１２に対するこの外側パイプの相対的な軸方向位置を安定させることができる。
【００４３】
図１０に示す筋力補助具６０１は、内側部材６１２と弾性部材６１３とを、それぞれ２分割して、この２分割した弾性部材によって、この２分割した内側部材を、外側パイプ６１１にそれぞれ連結したものである。ここで弾性部材６１３は、内側部材６１２と外側パイプ６１１との外周に、それぞれ締付けバンド６１５ｅ、６１４ｅによって固定されている。なお弾性部材６１３、６１３の長さを相互に相違させることも容易にできる。また弾性部材６１３、６１３の先端部を、図４に示したような連結部材を介して、それぞれ内側部材６１２、６１２の先端部に連結することも容易にできる。
【００４４】
図１１は、図５に示したものと同等な筋力補助具７０１を、背部と大腿部の後側との２個所に、それぞれ２本装着した場合を示している。なお筋力補助具７０１の両先端部分は、それぞれ係止具７０２、７０２を介して、胸部周りベルト７０４と大腿部周りベルト７０５とに連結してある。また胸部周りベルト７０４と大腿部周りベルト７０５とは、ボディースーツ７０３の表面に縫い付けてある。
【００４５】
図１２、図１３及び図１４は、図１１に示した筋力補助具７０１を装着した状態で、それぞれ上半身を前方に傾けた前屈姿勢、上半身を側方に傾けた側屈姿勢、及び上半身を捻った捻り姿勢をとった場合を示している。すなわち図１２に示す前屈姿勢では、筋力補助具７０１が引っ張られる共に、背部から臀部の表面に沿って曲げられるため、この筋力補助具の軸方向及び曲げ方向の復元力によって、背部及び腰部に掛かる筋力の負担が軽減される。また図１３に示す側屈姿勢では、筋力補助具７０１が引っ張られると共に、側方に曲げられるため、この筋力補助具の軸方向及び曲げ方向の復元力によって、背部及び腰部に掛かる筋力の負担が軽減される。さらに図１４に示す捻り姿勢でも、筋力補助具７０１が引っ張られると共に、側方に曲げられるため、この筋力補助具の軸方向及び曲げ方向の復元力によって、背部及び腰部に掛かる筋力の負担が軽減される。
【００４６】
図１５は、図１１〜図１４に示したものと同様な、筋力補助具の先端部分を係止する係止具の詳細構造の1例を示している。すなわち係止具８０２は、布または皮製の部材からなる縦長のポケット形状を有している。すなわち係止具８０２は、縦長の筒状部分８２３と、この筒状部分の周囲を取り巻く周縁部分８２２とを有しており、この周縁部分は、伸縮性の繊維からなる胸部周りバンド８０４に縫い付けられる。また縦長の筒状部分８２３には、筋力補助具８０１の先端部分と、これに連結した連結部材８１５とが挿入され、この連結部材の先端部分に形成した平板部分８１５ｂに設けた開口穴８１５ｃが、はと目８２１によって、胸部周りバンド８０４に固定される。
【００４７】
このように筋力補助具８０１の先端部分を、縦長のポケット形状の係止具８０２に挿入して係止することによって、この筋力補助具の先端部分を軸方向のみならず、倒れ方向にも拘束することができる。したがって側屈姿勢や捻り姿勢をとって係止具８０２が側方に傾斜する場合には、筋力補助具８０１の先端部分が、この係止具によって倒れ方向に拘束されるため、この筋力補助具が曲げられて、これにより曲げ方向の復元力が生じる。
【００４８】
さて図１６は、図５に示したものと同等な筋力補助具９０１を、左右の膝の上部と下部との２個所の間に装着した場合を示している。なお筋力補助具９０１の両先端部分は、それぞれ図１５に示したものと同等な係止具９０２に挿入されて係止されている。なお２個の係止具９０２、９０２は、それぞれボディースーツ９０３に設けた腰部周りベルト９０６と膝下周りベルト９０５とに縫い付けてある。
【００４９】
図１６（Ｂ）に示すように、膝を曲げた場合には、膝の表面に沿って筋力補助具９０１が引っ張られると共に曲げられるため、この筋力補助具の軸方向と曲げ方向との双方の復元力が生じて、下半身、特に膝周辺の筋力への負担を軽減することができる。
【００５０】
図１７は、図７に示したものと同等な筋力補助具１００１を２本、それぞれ頭部の後側と肩部との２個所の間に装着した場合を示している。なお筋力補助具１００１の両先端部分は、それぞれ上述したものと同等な係止具１００２、１００２を介して、頭部周りベルト１００７と胸部周りベルト１００４とにそれぞれ連結してある。また頭部周りベルト１００７と胸部周りベルト１００４とは、それぞれ布製の頭部キャップ１００６と上半身スーツ１００３とに縫い付けてある。
【００５１】
図１７に示す筋力補助具１００１は、図７に示すように、弾性部材がコイル状のばねで形成してあるため、引張方向のみならず圧縮方向及び曲げ方向にも復元力を発揮する。したがって頭部を俯けの状態、仰向けの状態、左右に傾ける状態、回転させる状態のいずれの場合にも、この状態をもとに戻そうとする復元力を発揮する。
【００５２】
図１８は、図７に示したものと同等な筋力補助具１１０１を、それぞれ左右の上腕部の下部と、腰部の両脇との２個所の間に装着した場合を示している。なお筋力補助具１１０１の両先端部分は、係止具１１０２、１１０２を介して、上腕部周りベルト１１０９と腰部周りベルト１１０８とにそれぞれ連結してある。また上腕部周りベルト１１０９と腰部周りベルト１１０８とは、ボディースーツ１１０３とに縫い付けてある。
【００５３】
図１８に示す筋力補助具１１０１は、図７に示すように、弾性部材がコイル状のばねで形成してあるため、引張方向のみならず圧縮方向及び曲げ方向にも復元力を発揮する。したがって上腕部を上方に挙げた状態、下方に下げた状態、左右に傾ける状態、及び左右に振る状態のいずれの場合にも、この状態をもとに戻そうとする復元力を発揮する。
【００５４】
ところで例えば図１８に示すように筋力補助具１１０１を装着した場合には、上腕部を下方に下げると、上腕部と腰部の両脇との２個所の間の距離が短くなって、この筋力補助具の縮みまたは曲げ限度を超えてしまう場合もあり得る。したがって作業途中や中断等において、上腕部を下方に十分下げることが困難になったり、筋力補助具１１０１が破損したりする恐れがある。そこで図１９に示すように、腰部の両脇に設けた係止具１１０２は、予め設定した値を超える軸方向力または曲げ力が加わったときには、この係止具に係止された外側パイプ１１１１の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備えている。
【００５５】
軸方向に移動させる移動手段は、係止具１１０２に設けたシリンダ部分１１２４と、このシリンダ部分に挿入した外側パイプ１１１１の先端部との間に働く摩擦力を用いるもので、両者の嵌め合い寸法を、所定の軸方向力が加わったときに、この外側パイプの先端部がシリンダ部分に対して軸方向に滑るように設定してある。なおシリンダ部分１１２４に締め付けボルト１１２５を設けて、外側パイプ１１１１の先端部との間に働く摩擦力を調整するようにしてもよい。
【００５６】
また倒れ方向に移動させる移動手段は、係止具１１０２に設けたラチェット機構１１２６を用いており、腰部周りベルトに対して図示しない回転自在の平歯車と、ばねによってこの平歯車に押圧される爪とを備えている。そして外側パイプ１１１１の先端部に、予め設定した値を超える揺動力が加わったときには、この平歯車の回転を止める爪が外れて係止具１１０２を回転させ、これにより筋力補助具１１０１を倒れ方向に揺動させる。
【００５７】
図２０に示す係止具１２０２は、外側パイプ１２１１の先端部分を、軸方向及び倒れ方向に移動させる電動モータを有している。すなわち軸方向に移動させる電動モータは、外側パイプ１２１１の先端部分に設けたピストン部分１２２９と、このピストン部分が挿入されるシリンダ部分１２２８とを有するリニアモータであって、このピストン部分には、複数の永久磁石が軸方向に配列してあり、このシリンダ部分には、このピストン部分を軸方向に移動させる電気コイルが巻設してある。また倒れ方向に移動させる電動モータは、係止具１２０２を回転させるステップ・モータ１２２７であって、腰部ベルト１２０８に装着してある。またボディースーツ１２０３の表面または皮膚の表面において腰部の中心位置には、上下方向に２列並列したストレイン・ゲージからなるセンサＡが貼着してあり、さらに腰部ベルト１２０８には、バテッリーを同架した制御装置Ｂが設けてある。
【００５８】
したがって例えば前屈姿勢をとると、２列のセンサＡの長さが変化して抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づいて、制御装置Ｂが上述したリニアモータを駆動して、外側パイプ１２１１の先端部分を、軸方向に移動させる。また側屈姿勢をとった場合には、２列のセンサＡの長さの変化が相違するため、この抵抗値の変化の相違に基づいて、制御装置Ｂが上述したステップ・モータを駆動して、外側パイプ１２１１の先端部分を揺動させる。
【００５９】
なお制御装置Ｂによるリニアモータ等を駆動する制御は、センサＡの出力信号に対する比例制御、微分制御、積分制御、あるいはこれらの組合せ等を用いることができる。さらに手首等にスイッチを設けて、リニアモータ等を手動で駆動するようにすることも容易に構成できる。
【００６０】
また図１９及び図２０に示す係止具１１０２及び係止具１２０２は、図７に示す構成の筋力補助具に限らず、他の構成の筋力補助具、例えば図８〜図１０に示した筋力補助具に、容易に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
前屈だけでなく、例えば上半身を側方に傾けたり、回転させたり、仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を効果的に軽減できるため、農業や介護業のみならず、他の林業、水産業、運輸、製造業、あるいはリハビリテーション等に関する産業に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０１〜１２０１ 筋力補助具
１１、１１１〜６１１、１１１１〜１２１１ 外側パイプ
１２、１１２〜６１２、８１２ 内側部材
１３、１１３〜６１３ 弾性部材
７０２、８０２〜１２０２ 係止具
１１２４ シリンダ部分（移動手段）
１１２６ ラチェット機構（移動手段）
１２２７ ステップ・モータ（電動モータ）
１２２８ シリンダ部分（電動モータ）
１２２９ ピストン部分（電動モータ）
Ａ ストレンイン・ゲージ（センサ）
Ｂ バテッリーを同架した制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば農作業や介護作業を行なう者が装着する筋力補助具に関する。
【背景技術】
【０００２】
収益性の高い農業経営を目指す農家では、きめ細かい手作業によって農作物の付加価値を高める取り組みが行なわれている。また少子高齢化が進む今日においては、介護者の拡充等が強く求められている。ところで手作業による農作業や介護動作は、中腰や前屈姿勢で行なう場合が多く、このような姿勢の作業は、肩部、腰部、膝部あるいは首部等の筋肉等に、過大な負担を掛ける。
【０００３】
このような農作業や介護動作等における筋肉の負担を低減させるために、本発明者等は、図２１に示すように、肩部から大腿部に伸縮性のベルトを掛けると共に、腰部周りを締付ける腰部ベルトを有する腰部筋力補助具（特許文献１参照。）、及び図２２に示すように、肩から延伸するゴムベルトを、その先端に連結したワイヤを介して電動式ワイヤ巻取器によって伸縮させる、筋力補助装置（特許文献２参照。）を、それぞれ開発して提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２００９−１４５５４０（明細書及び図面）
【特許文献２】特許第４３４５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに上述した筋力補助具は、いずれもベルトの引張力を利用するため、前屈姿勢による作業では有効であるものの、上半身を側方に傾けた姿勢、上半身を回転させた姿勢、上半身を仰向けに反らした姿勢、あるいは腕を持上げた姿勢等による作業では、いずれもベルトの引張力を利用することができず、必ずしも有効ではない場合もある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、前屈だけでなく、例えば上半身を側方に傾けたり、回転させたり、仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を効果的に軽減できる筋力補助具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明による筋力補助具の特徴は、伸び方向だけでなく、縮み方向及び曲げ方向に対しても復元力を発揮することにある。すなわち本発明による筋力補助具は、人体の表面において、人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された棒状の内側部材、並びにこの外側パイプと内側部材とに連結される弾性部材を備えている。上記弾性部材は、上記内側部材が上記外側パイプから抜け出る方向、またはこの外側パイプ内に侵入する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、上記外側パイプの先端部分と上記内側部材の先端部分とは、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される。
【０００８】
ところで上記外側パイプと内側部材との先端部分が、いずれも係止具に揺動可能に係止される状態では、例えば上半身を側方に傾けたり、捻ったりする場合には、両先端部分の位置が相互に平行にずれるだけで、外側パイプと内側部材とに曲げ力が発生しない場合もあり得る。そこで上記２個所に設けた係止具の少なくとも一方は、上記外側パイプと内側部材との先端部分を、それぞれ軸方向のみならず倒れ方向にも拘束するものであることが望ましい。
【０００９】
また作業途中や終了後等には、上記２個所の係止具の間隔が過大または過小となる姿勢が必要になる場合もあり得る。かかる場合には、上記外側パイプ及び内側部材の伸縮長さや曲げの限度を越えてしまい、このような姿勢がとれないことが起こり得る。そこで上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材に予め設定した値を超える軸方向力または曲げ力が加わったときには、この係止具に係止された外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備え、上記移動手段は、上記先端部分乃至係止具に働く摩擦力またはばね力を利用する手段であることが、さらに望ましい。
【００１０】
上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向及び倒れ方向に移動させる電動モータを有しており、さらに上記人体の表面の伸縮を計測するセンサと、制御装置と、これらの電動モータ、センサ、及び制御装置に電力を供給する電源とを備え、上記制御装置は、上記センサからの信号に基づいて上記電動モータの駆動を制御するように構成することもできる。
【００１１】
本発明による筋力補助具において、内側部材を２本に分割して、それぞれ外側パイプの両端から摺動自在に挿入し、弾性部材によって、この２本の内側部材を相互に連結するように構成してもよい。すなわち、この筋力補助具は、人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材を相互に連結する弾性部材を備えている。上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される。
【００１２】
ここで上記２本の内側部材を、２本の弾性部材によって、それぞれ外側パイプに連結してもよい。すなわち、この筋力補助具は、人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材をそれぞれこの外側パイプに連結する弾性部材を備えている。上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される。
【００１３】
上記外側パイプと内側部材とは、それぞれ繊維強化プラスチックで形成され、上記弾性部材は、ゴム材からなるチューブによって形成されていることが望ましい。
【００１４】
上記人体の表面における２個所は、それぞれ背部と大腿部の後側、膝の上部と下部、頭部の後側と肩部、または上腕部と腰部のいずれかであることが望ましい。
【００１５】
ここで「２個所の間に装着するもの」の数は、１つに限らず２つ以上の場合も含む。「曲げ方向に弾性を有する材料」とは、例えば合成樹脂、若しくは繊維強化プラスチック、または、ばね鋼、ピアノ線、若しくは形状記憶合金等の金属が該当する。「外側パイプ」および「内側部材」の断面形状は、円形に限らず、楕円形あるいは多角形も含む。「内側部材」は中実のものに限らず、中空のパイプも含む。「外側パイプと内側部材とに連結する」とは、外側パイプと内側部材との外側の先端部分に連結する場合に限らず、外側パイプの両先端部の中間、及び内側部材の両先端部の中間に位置する個所に、それぞれ連結する場合も含む。
【００１６】
「弾性部材」には、例えば天然または合成ゴムであって、「外側パイプ」および「内側部材」の周囲を囲むチューブ状乃至帯状のもの、または金属ばねであって、コイル状乃至ジグザグ状に折り畳んだ板状ばねが該当する。コイル状のばねの線材断面形状は、円形であっても多角形であってもよい。「人体の表面に設けた係止具」とは、例えばボディースーツ、ジャケット、胸と背中とに装着するサスペンダやベルト、腰部周りベルト、足周りベルト、腕周りベルト、頭部周りキャップに取り付けた部品であって、「外側パイプ」および「内側部材」と先端部分を係止する全ての部品を意味する。
【００１７】
「倒れ方向」とは、「係止具」を中心として、「外側パイプ」等が揺動する方向を意味する。「軸方向及び倒れ方向に拘束する」とは、例えば布、皮、合成樹脂、または金属からなる筒状の係止具を、ボディースーツ等に接合して、この筒状の係止具に「外側パイプ」または「内側部材」の一方の先端部分を挿入すると共に、この先端部分をはと目等で、ボディースーツ等に結合したり、あるいはこの先端部分を所定の長さにわたって、糸やリング等によって、ボディースーツ等に直接固定したりすることが該当する。
【００１８】
「摩擦力を利用する手段」とは、「外側パイプ」等の「先端部分」と「係止具」、あるいは「係止具」と腰部ベルト等とが相互に移動可能であって、両者を所定の摩擦力によって係止することを意味する。「ばね力を利用する手段」とは、「外側パイプ」等の「先端部分」と「係止具」、あるいは「係止具」と腰部ベルト等とが相互に移動可能であって、両者を所定のばね力によって着脱するラチェット等により係止することを意味する。
【００１９】
「繊維強化プラスチック」とは、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、シリコンカーバイト繊維、ボロン繊維、ウイスカ、またはアルミニウム等の金属繊維を混合した合成樹脂、あるいはこれらの繊維からなる布やシート等を合成樹脂で固めたものを意味する。合成樹脂としては、例えばポリプロピレン、若しくはポリアミド等の熱可塑性樹脂、またはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、若しくはエポキシアクリレート等の熱硬化性樹脂が該当する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による筋力補助具は、伸び方向だけでなく、縮み方向及び曲げ方向に対しても復元力を発揮できるため、前屈だけでなく、例えば上半身を側方に傾けたり、捻ったり、仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を効果的に軽減できる。
【００２１】
上記２個所に設けた係止具の少なくとも一方において、上記外側パイプと内側部材との先端部分を、それぞれ軸方向及び倒れ方向に拘束することによって、筋力補助具に曲げ力を有効に発生させることができる。
【００２２】
２個所に設けた係止具のいずれか一方に、外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備えることによって、作業途中や終了後等において、これらの外側パイプ及び内側部材の伸縮長さや曲げの限度を越えるような姿勢をとることが可能となる。
【００２３】
人体の表面の伸縮を計測するセンサからの信号に基づいて、２個所に設けた係止具のいずれか一方に係止された外側パイプまたは内側部材の先端部分を、電動モータによって軸方向及び倒れ方向に移動させることによって、利用者の体型、筋力、作業の負荷、及び姿勢や姿勢の変化速度等に対して、きめ細かい伸縮力や曲げ力の調整が可能となり、より適切に利用者の筋力の負担を軽減することができる。
【００２４】
外側パイプに摺動自在に挿入する内側部材を２本に分割することによって、この２本の内側部材の曲げ弾性率を相違させることができる。したがって筋力補助具の全体の曲げ弾性率を、さらに細かく調整することが可能となる。
【００２５】
２本に分割した内側部材を、２本の弾性部材によって、それぞれ外側パイプに連結することによって、この２本の弾性部材の弾性率を相違させることができる。したがって筋力補助具の全体の曲げ弾性率のみならず、軸方向の弾性率についても、さらに細かく調整することが可能となる。
【００２６】
外側パイプと内側部材とを、それぞれ繊維強化プラスチックで形成し、弾性部材を、ゴム材からなるチューブによって形成することによって、上記筋力補助具を小型かつ軽量にすることができると共に、容易に組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】筋力補助具の一部断面図である。
【図２】伸ばした状態の筋力補助具の一部断面図である。
【図３】曲げた状態の筋力補助具の一部断面図である。
【図４】弾性部材の連結部分の拡大断面図である。
【図５】他の筋力補助具の一部断面図である。
【図６】他の筋力補助具の一部断面図である。
【図７】伸ばした状態の他の筋力補助具の一部断面図である。
【図８】他の筋力補助具の断面図である。
【図９】他の筋力補助具の断面図である。
【図１０】他の筋力補助具の断面図である。
【図１１】背中と大腿部との間に装着したときの背面図である。
【図１２】背中と大腿部との間に装着して前屈姿勢をとったときの側面図である。
【図１３】背中と大腿部との間に装着して側屈姿勢をとったときの背面図である。
【図１４】背中と大腿部との間に装着して上半身を捻ったときの背面図である。
【図１５】係止具の拡大図である。
【図１６】膝上と膝下との間に装着したときの側面図である。
【図１７】頭部と肩部との間に装着したときの背面及び側面図である。
【図１８】上腕部と腰部との間に装着したときの側面図である。
【図１９】他の係止具の拡大図である。
【図２０】他の係止具の拡大図である。
【図２１】従来例による腰部筋力補助具の模式図である。
【図２２】従来例による筋力補助装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１〜図２０を参照しつつ、本発明による筋力補助具の構成と作用とを説明する。さて図１に示すように、本発明による筋力補助具１は、それぞれ曲げ方向に弾性を有する炭素繊維を用いた繊維強化プラスチックからなる外側パイプ１１、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された中実の棒状の内側部材１２、並びにこの外側パイプと内側部材とに連結するシリコンゴム材からなる弾性部材１３を備えている。
【００２９】
弾性部材１３は、チューブ形状に形成してあり、この弾性部材の内側に、外側パイプ１１と内側部材１２とが挿入されている。また弾性部材１３の両端部は、外側パイプ１１と内側部材１２との先端部分に、それぞれ連結部材１４、１５を介して連結してある。なお連結部材１４、１５の詳細については、図４及び図５等を参照しつつ後述する。
【００３０】
図２は、上述した筋力補助具１の両先端部分に設けた連結部材１４、１５を、矢印のように軸方向に引っ張った状態を示している。すなわち筋力補助具１を軸方向に引っ張ると、棒状の内側部材１２が、外側パイプ１１から摺動しつつ延伸し、同時にチューブ形状の弾性部材１３が軸方向に伸びる。したがってこの状態では、弾性部材１３が引張られた状態になって、外側パイプ１１と内側部材１２との先端部分の間隔を、図１に示した状態に縮めようとする復元力が発生する。
【００３１】
図３は、上述した筋力補助具１を、矢印のように曲げた状態を示している。すなわち筋力補助具１を曲げると、それぞれ弾性の外側パイプ１１と、これに挿入された内側部材１２とが曲げられて、これらの部材に、図１に示した真っ直ぐの状態に戻そうとする復元力が発生する。
【００３２】
図４は、上述した筋力補助具１の内側部材１２の先端部分に、連結部材１５を介して弾性部材１３を連結する構造の１例を示している。さて連結部材１５は、合成樹脂からなる円柱の先端側部分を平らにして平板部分１５ｂを形成し、この平板部分に開口穴１５ｃが設けてある。また後側部分の中心には、雌ねじを螺設した開口穴１５ｄが形成してある。内側部材１２の先端部分には、上述した開口穴１５ｄに形成した雌ねじに螺合する雄ねじが螺設してあり、この雄ねじの根元部分に、連結部材１５とほぼ同等な外径のフランジ部材１２aが螺入してある。
【００３３】
チューブ形状の弾性部材１３の先端部分には、内側部材１２の外径とほぼ同等の直径からなる開口穴が設けてあって、この開口穴が上述した内側部材１２の先端部分に設けた雄ねじに挿入されている。そして連結部材１５の開口穴１５ｄに形成した雌ねじを、内側部材１２の先端部分に設けた雄ねじに螺入することによって、弾性部材１３の先端部分が、この連結部材の後端面と、フランジ部材１２aの前面との間に挟み込まれて、この弾性部材が内側部材の先端部分に連結される。
【００３４】
図５は、弾性部材によって、外側パイプと内側部材とを連結する他の構造を示している。なお図４で示した部品または部位と同等のものは、参照の便宜等のため、図４で示した部品番号に一律１００を加えた番号にしている（以下図６、図７、図８、図９、図１０、図１１〜図１４、図１５、図１６、図１７、図１８〜図１９及び図２０においても同様に、一律２００、３００〜１２００を加えた番号にしてある。）。さて図５に示す筋力補助具１０１では、チューブ状の弾性部材１１３の両先端部分が、合成樹脂材からなる締め付けバンド１１４ｅ、１１５ｅによって、それぞれ外側パイプ１１１及び内側部材１１２の長さ方向のほぼ中央部に固定されている。
【００３５】
なお外側パイプ１１１と内側部材１１２とは、図１において説明したものと同等の材料であり、この内側部材の先端部分と連結部材１１５とは、図４において説明したものと同等の構造で連結してある。また外側パイプ１１１先端部分と連結部材１１４とは、この連結部材の後側端部分に、雄ねじを設けた円柱部分１１４aを突設し、この円柱部分を外側パイプ１１１先端部分の内径面に設けた雌ねじに螺入して連結する。
【００３６】
図６に、筋力補助具の他の実施の形態を示す。すなわち筋力補助具２０１は、図１に示す筋力補助具１とは、弾性部材２１３が異なるだけであって、残りの外側パイプ２１１と内側部材２１２は、同等である。すなわち弾性部材２１３は、ステンレス製のコイルばねによって形成してあって、このコイルばねの内径に、外側パイプ２１１と内側部材２１２とが挿入されている。
【００３７】
なお弾性部材２１３を形成するコイルばねの両端部分は、外側パイプ２１１と内側部材２１２との両先端部分に、それぞれ連結された金属製の連結部材２１４、２１５のフランジ部２１４ａ、２１５ａに、それぞれ溶接結合されている。したがって連結部材２１４，２１５を、相互に軸方向に引っ張れば、コイルばねで形成された弾性部材２１３が伸びて、この弾性部材によって、元の長さに戻そうとする復元力が生じる。
【００３８】
図７に示す筋力補助具３０１は、上述したものと同様なコイルばねで形成された弾性部弾性部材３１３を、外側パイプ３１１から内側部材３１２を所定の長さだけ引っ張りだした状態において連結したものであって、この弾性部材の一方の先端部分を、この外側パイプの先端部分に連結するのではなく、所定の長手方向位置、すなわちこの外側パイプの開放端寄りの位置に結合した金属性のリング部材３１４ａに溶接したものである。したがってこのような弾性部材３１３には、軸方向に引張った場合と縮めた場合との双方向に、軸方向の復元力が生じる。
【００３９】
図８は、図１に示した筋力補助具の内側部材を、２分割したものである。すなわち筋力補助具４０１は、それぞれ外側パイプ４１１、及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材４１２、４１２、並びにこの２本の棒状の内側部材を相互に連結する弾性部材４１３を備えている。したがって弾性部材４１３は、２本の棒状の内側部材４１２、４１２が、軸方向であって相互に離反する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力を発生する。なお弾性部材４１３を、図７に示すようなステンレス製のコイルばねにすれば、２本の棒状の内側部材４１２、４１２が、軸方向であって相互に接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの圧縮力を発生する。
【００４０】
このように内側部材４１２を２本に分割することによって、この内側部材の曲げ弾性率を相違させることができるため、筋力補助具４０１の軸方向に沿った曲げ弾性率の分布を変化させることが可能となる。したがって筋力補助具４０１を取り付ける人体の、それぞれの個所毎に、より適正な曲げ弾性率を備えた筋力補助具を使用することができる。
【００４１】
また内側部材４１２、４１２の長さを相違させて２分割すれば、筋力補助具４０１の曲げ弾性率を、この筋力補助具の長さ方向に沿って、さらに細かく調整することが可能となる。すなわち内側部材４１２と外側パイプ４１１とが重なる部分は、両者の弾性率を加えたものになるが、２本の内側部材４１２、４１２の中間であって、外側パイプ４１１内が中空になった部分は、この外側パイプ単独の弾性率になる。そこで内側部材４１２、４１２の長さを相違させて２分割すれば、外側パイプ４１１内が中空になる位置が、この外側パイプの軸方向の中央位置から変化するため、この外側パイプ単独の弾性率になる部分を、中央位置から軸方向に変化させることが可能となる。
【００４２】
図９は、図８に示した筋力補助具において、合成樹脂製の締め付けバンド５１４ｅによって、弾性部材５１３を外側パイプ５１１の外周に連結したものである。このように弾性部材５１３と外側パイプ５１１とを連結することによって、内側部材５１２、５１２に対するこの外側パイプの相対的な軸方向位置を安定させることができる。
【００４３】
図１０に示す筋力補助具６０１は、内側部材６１２と弾性部材６１３とを、それぞれ２分割して、この２分割した弾性部材によって、この２分割した内側部材を、外側パイプ６１１にそれぞれ連結したものである。ここで弾性部材６１３は、内側部材６１２と外側パイプ６１１との外周に、それぞれ締付けバンド６１５ｅ、６１４ｅによって固定されている。なお弾性部材６１３、６１３の長さを相互に相違させることも容易にできる。また弾性部材６１３、６１３の先端部を、図４に示したような連結部材を介して、それぞれ内側部材６１２、６１２の先端部に連結することも容易にできる。
【００４４】
図１１は、図５に示したものと同等な筋力補助具７０１を、背部と大腿部の後側との２個所に、それぞれ２本装着した場合を示している。なお筋力補助具７０１の両先端部分は、それぞれ係止具７０２、７０２を介して、胸部周りベルト７０４と大腿部周りベルト７０５とに連結してある。また胸部周りベルト７０４と大腿部周りベルト７０５とは、ボディースーツ７０３の表面に縫い付けてある。
【００４５】
図１２、図１３及び図１４は、図１１に示した筋力補助具７０１を装着した状態で、それぞれ上半身を前方に傾けた前屈姿勢、上半身を側方に傾けた側屈姿勢、及び上半身を捻った捻り姿勢をとった場合を示している。すなわち図１２に示す前屈姿勢では、筋力補助具７０１が引っ張られる共に、背部から臀部の表面に沿って曲げられるため、この筋力補助具の軸方向及び曲げ方向の復元力によって、背部及び腰部に掛かる筋力の負担が軽減される。また図１３に示す側屈姿勢では、筋力補助具７０１が引っ張られると共に、側方に曲げられるため、この筋力補助具の軸方向及び曲げ方向の復元力によって、背部及び腰部に掛かる筋力の負担が軽減される。さらに図１４に示す捻り姿勢でも、筋力補助具７０１が引っ張られると共に、側方に曲げられるため、この筋力補助具の軸方向及び曲げ方向の復元力によって、背部及び腰部に掛かる筋力の負担が軽減される。
【００４６】
図１５は、図１１〜図１４に示したものと同様な、筋力補助具の先端部分を係止する係止具の詳細構造の1例を示している。すなわち係止具８０２は、布または皮製の部材からなる縦長のポケット形状を有している。すなわち係止具８０２は、縦長の筒状部分８２３と、この筒状部分の周囲を取り巻く周縁部分８２２とを有しており、この周縁部分は、伸縮性の繊維からなる胸部周りバンド８０４に縫い付けられる。また縦長の筒状部分８２３には、筋力補助具８０１の先端部分と、これに連結した連結部材８１５とが挿入され、この連結部材の先端部分に形成した平板部分８１５ｂに設けた開口穴８１５ｃが、はと目８２１によって、胸部周りバンド８０４に固定される。
【００４７】
このように筋力補助具８０１の先端部分を、縦長のポケット形状の係止具８０２に挿入して係止することによって、この筋力補助具の先端部分を軸方向のみならず、倒れ方向にも拘束することができる。したがって側屈姿勢や捻り姿勢をとって係止具８０２が側方に傾斜する場合には、筋力補助具８０１の先端部分が、この係止具によって倒れ方向に拘束されるため、この筋力補助具が曲げられて、これにより曲げ方向の復元力が生じる。
【００４８】
さて図１６は、図５に示したものと同等な筋力補助具９０１を、左右の膝の上部と下部との２個所の間に装着した場合を示している。なお筋力補助具９０１の両先端部分は、それぞれ図１５に示したものと同等な係止具９０２に挿入されて係止されている。なお２個の係止具９０２、９０２は、それぞれボディースーツ９０３に設けた腰部周りベルト９０６と膝下周りベルト９０５とに縫い付けてある。
【００４９】
図１６（Ｂ）に示すように、膝を曲げた場合には、膝の表面に沿って筋力補助具９０１が引っ張られると共に曲げられるため、この筋力補助具の軸方向と曲げ方向との双方の復元力が生じて、下半身、特に膝周辺の筋力への負担を軽減することができる。
【００５０】
図１７は、図７に示したものと同等な筋力補助具１００１を２本、それぞれ頭部の後側と肩部との２個所の間に装着した場合を示している。なお筋力補助具１００１の両先端部分は、それぞれ上述したものと同等な係止具１００２、１００２を介して、頭部周りベルト１００７と胸部周りベルト１００４とにそれぞれ連結してある。また頭部周りベルト１００７と胸部周りベルト１００４とは、それぞれ布製の頭部キャップ１００６と上半身スーツ１００３とに縫い付けてある。
【００５１】
図１７に示す筋力補助具１００１は、図７に示すように、弾性部材がコイル状のばねで形成してあるため、引張方向のみならず圧縮方向及び曲げ方向にも復元力を発揮する。したがって頭部を俯けの状態、仰向けの状態、左右に傾ける状態、回転させる状態のいずれの場合にも、この状態をもとに戻そうとする復元力を発揮する。
【００５２】
図１８は、図７に示したものと同等な筋力補助具１１０１を、それぞれ左右の上腕部の下部と、腰部の両脇との２個所の間に装着した場合を示している。なお筋力補助具１１０１の両先端部分は、係止具１１０２、１１０２を介して、上腕部周りベルト１１０９と腰部周りベルト１１０８とにそれぞれ連結してある。また上腕部周りベルト１１０９と腰部周りベルト１１０８とは、ボディースーツ１１０３とに縫い付けてある。
【００５３】
図１８に示す筋力補助具１１０１は、図７に示すように、弾性部材がコイル状のばねで形成してあるため、引張方向のみならず圧縮方向及び曲げ方向にも復元力を発揮する。したがって上腕部を上方に挙げた状態、下方に下げた状態、左右に傾ける状態、及び左右に振る状態のいずれの場合にも、この状態をもとに戻そうとする復元力を発揮する。
【００５４】
ところで例えば図１８に示すように筋力補助具１１０１を装着した場合には、上腕部を下方に下げると、上腕部と腰部の両脇との２個所の間の距離が短くなって、この筋力補助具の縮みまたは曲げ限度を超えてしまう場合もあり得る。したがって作業途中や中断等において、上腕部を下方に十分下げることが困難になったり、筋力補助具１１０１が破損したりする恐れがある。そこで図１９に示すように、腰部の両脇に設けた係止具１１０２は、予め設定した値を超える軸方向力または曲げ力が加わったときには、この係止具に係止された外側パイプ１１１１の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備えている。
【００５５】
軸方向に移動させる移動手段は、係止具１１０２に設けたシリンダ部分１１２４と、このシリンダ部分に挿入した外側パイプ１１１１の先端部との間に働く摩擦力を用いるもので、両者の嵌め合い寸法を、所定の軸方向力が加わったときに、この外側パイプの先端部がシリンダ部分に対して軸方向に滑るように設定してある。なおシリンダ部分１１２４に締め付けボルト１１２５を設けて、外側パイプ１１１１の先端部との間に働く摩擦力を調整するようにしてもよい。
【００５６】
また倒れ方向に移動させる移動手段は、係止具１１０２に設けたラチェット機構１１２６を用いており、腰部周りベルトに対して図示しない回転自在の平歯車と、ばねによってこの平歯車に押圧される爪とを備えている。そして外側パイプ１１１１の先端部に、予め設定した値を超える揺動力が加わったときには、この平歯車の回転を止める爪が外れて係止具１１０２を回転させ、これにより筋力補助具１１０１を倒れ方向に揺動させる。
【００５７】
図２０に示す係止具１２０２は、外側パイプ１２１１の先端部分を、軸方向及び倒れ方向に移動させる電動モータを有している。すなわち軸方向に移動させる電動モータは、外側パイプ１２１１の先端部分に設けたピストン部分１２２９と、このピストン部分が挿入されるシリンダ部分１２２８とを有するリニアモータであって、このピストン部分には、複数の永久磁石が軸方向に配列してあり、このシリンダ部分には、このピストン部分を軸方向に移動させる電気コイルが巻設してある。また倒れ方向に移動させる電動モータは、係止具１２０２を回転させるステップ・モータ１２２７であって、腰部ベルト１２０８に装着してある。またボディースーツ１２０３の表面または皮膚の表面において腰部の中心位置には、上下方向に２列並列したストレイン・ゲージからなるセンサＡが貼着してあり、さらに腰部ベルト１２０８には、バテッリーを同架した制御装置Ｂが設けてある。
【００５８】
したがって例えば前屈姿勢をとると、２列のセンサＡの長さが変化して抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に基づいて、制御装置Ｂが上述したリニアモータを駆動して、外側パイプ１２１１の先端部分を、軸方向に移動させる。また側屈姿勢をとった場合には、２列のセンサＡの長さの変化が相違するため、この抵抗値の変化の相違に基づいて、制御装置Ｂが上述したステップ・モータを駆動して、外側パイプ１２１１の先端部分を揺動させる。
【００５９】
なお制御装置Ｂによるリニアモータ等を駆動する制御は、センサＡの出力信号に対する比例制御、微分制御、積分制御、あるいはこれらの組合せ等を用いることができる。さらに手首等にスイッチを設けて、リニアモータ等を手動で駆動するようにすることも容易に構成できる。
【００６０】
また図１９及び図２０に示す係止具１１０２及び係止具１２０２は、図７に示す構成の筋力補助具に限らず、他の構成の筋力補助具、例えば図８〜図１０に示した筋力補助具に、容易に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
前屈だけでなく、例えば上半身を側方に傾けたり、回転させたり、仰向けに反らしたり、あるいは腕を持上げたりするいずれの姿勢においても、筋肉等への負担を効果的に軽減できるため、農業や介護業のみならず、他の林業、水産業、運輸、製造業、あるいはリハビリテーション等に関する産業に広く利用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０１〜１２０１ 筋力補助具
１１、１１１〜６１１、１１１１〜１２１１ 外側パイプ
１２、１１２〜６１２、８１２ 内側部材
１３、１１３〜６１３ 弾性部材
７０２、８０２〜１２０２ 係止具
１１２４ シリンダ部分（移動手段）
１１２６ ラチェット機構（移動手段）
１２２７ ステップ・モータ（電動モータ）
１２２８ シリンダ部分（電動モータ）
１２２９ ピストン部分（電動モータ）
Ａ ストレンイン・ゲージ（センサ）
Ｂ バテッリーを同架した制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、
それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された棒状の内側部材、並びにこの外側パイプと内側部材とに連結される弾性部材を備え、
上記弾性部材は、上記内側部材が上記外側パイプから抜け出る方向またはこの外側パイプ内に侵入する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、
上記外側パイプの先端部分と上記内側部材の先端部分とは、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される
ことを特徴とする筋力補助具。
【請求項２】
上記２個所に設けた係止具の少なくとも一方は、上記外側パイプと内側部材との先端部分を、それぞれ軸方向及び倒れ方向に拘束するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助具。
【請求項３】
上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材に予め設定した値を超える軸方向力または曲げ力が加わったときには、この係止具に係止された外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備え、
上記移動手段は、上記先端部分乃至係止具に働く摩擦力またはばね力を用いる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筋力補助具。
【請求項４】
上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向及び倒れ方向に移動させる電動モータを有し、
さらに上記人体の表面の伸縮を計測するセンサと、制御装置と、上記電動モータ、センサ、及び制御装置に電力を供給する電源とを備え、
上記制御装置は、上記センサからの信号に基づいて上記電動モータの駆動を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筋力補助具。
【請求項５】
人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、
それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材を相互に連結する弾性部材を備え、
上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、
上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される
ことを特徴とする筋力補助具。
【請求項６】
人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、
それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材をそれぞれこの外側パイプに連結する弾性部材を備え、
上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、
上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される
ことを特徴とする筋力補助具。
【請求項７】
上記外側パイプと内側部材とは、それぞれ繊維強化プラスチックで形成され、上記弾性部材は、ゴム材からなるチューブによって形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の筋力補助具。
【請求項８】
上記人体の表面における２個所は、それぞれ背部と大腿部の後側、膝の上部と下部、頭部と肩部、または上腕部と腰部のいずれかである
ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の筋力補助具。
【請求項１】
人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、
それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された棒状の内側部材、並びにこの外側パイプと内側部材とに連結される弾性部材を備え、
上記弾性部材は、上記内側部材が上記外側パイプから抜け出る方向またはこの外側パイプ内に侵入する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、
上記外側パイプの先端部分と上記内側部材の先端部分とは、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される
ことを特徴とする筋力補助具。
【請求項２】
上記２個所に設けた係止具の少なくとも一方は、上記外側パイプと内側部材との先端部分を、それぞれ軸方向及び倒れ方向に拘束するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の筋力補助具。
【請求項３】
上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材に予め設定した値を超える軸方向力または曲げ力が加わったときには、この係止具に係止された外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向または倒れ方向に移動させる移動手段を備え、
上記移動手段は、上記先端部分乃至係止具に働く摩擦力またはばね力を用いる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筋力補助具。
【請求項４】
上記２個所に設けた係止具のいずれか一方は、上記外側パイプまたは内側部材の先端部分を、軸方向及び倒れ方向に移動させる電動モータを有し、
さらに上記人体の表面の伸縮を計測するセンサと、制御装置と、上記電動モータ、センサ、及び制御装置に電力を供給する電源とを備え、
上記制御装置は、上記センサからの信号に基づいて上記電動モータの駆動を制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筋力補助具。
【請求項５】
人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、
それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材を相互に連結する弾性部材を備え、
上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、
上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される
ことを特徴とする筋力補助具。
【請求項６】
人体の表面において人体の動きによって間隔が変化する２個所の間に装着するものであって、
それぞれ曲げ方向に弾性を有する材料からなる外側パイプ及びこの外側パイプに摺動自在に挿入された２本の棒状の内側部材、並びにこの２本の棒状の内側部材をそれぞれこの外側パイプに連結する弾性部材を備え、
上記弾性部材は、上記２本の棒状の内側部材が軸方向であって相互に離反または接近する方向に移動するときに、この移動の方向と逆向きの引張力または圧縮力を発生し、
上記２本の棒状の内側部材の両先端部分は、それぞれ上記人体の表面に設けた係止具を介して上記２個所に係止される
ことを特徴とする筋力補助具。
【請求項７】
上記外側パイプと内側部材とは、それぞれ繊維強化プラスチックで形成され、上記弾性部材は、ゴム材からなるチューブによって形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の筋力補助具。
【請求項８】
上記人体の表面における２個所は、それぞれ背部と大腿部の後側、膝の上部と下部、頭部と肩部、または上腕部と腰部のいずれかである
ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の筋力補助具。
【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２１】
【図２２】
【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２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−１８８８９６（Ｐ２０１１−１８８８９６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５３２７（Ｐ２０１０−５５３２７）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（３１００１０５７５）地方独立行政法人北海道立総合研究機構 (51)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【出願人】（５０９１７３１５５）株式会社スマートサポート (3)
【上記２名の代理人】
【識別番号】１０００６７４４８
【弁理士】
【氏名又は名称】下坂 スミ子
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【出願人】（３１００１０５７５）地方独立行政法人北海道立総合研究機構 (51)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【出願人】（５０９１７３１５５）株式会社スマートサポート (3)
【上記２名の代理人】
【識別番号】１０００６７４４８
【弁理士】
【氏名又は名称】下坂 スミ子
【Ｆターム（参考）】
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