JP4418934B2 - 機械式歩行安定化装置 - Google Patents

Description

この発明は、歩行に障害がある障害者が特に家庭内で介助者なしで自立的に歩行訓練を行い、機能回復をはかる歩行器に取り付け、任意の車輪の動きを制御し、利用者の歩行の安定を図りうる機械式歩行安定化装置に関する。

従来、器具及び構造物などの固形物を移動する場合、車輪が移動面に臨まれる手段として、キャスターなどがあった。器具及び構造物などの固形物を移動する際、移動面上の障害物が邪魔になり、前記のキャスターが利用できない場合に、大きな車輪を持つ前記キャスターや前記固形物に直接設置された大きな車輪を利用して障害物を乗り越えた。周囲の状況により大きな車輪が利用できない場合に、小さな車輪では障害物を乗り越えることは出来なかった。このような不都合を是正し、敷居、畳のへり等の障害物が多い建造物内において、安定に移動が行えるようにする一例として、特に障害者が家庭内で利用する歩行器において、障害となる段差を乗り越えると共に、車輪の回転により転倒する不安定性を是正するものとして本出願人の一人は、枠体の下面に滑動安定板を備えたキャスターを設置した歩行器についての発明を特開平７−２３６６７０号として出願済であるが、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を制御する機構はない。

及び、段差を安定に越える滑動安定板を備えたキャスターを滑動安定板の前後動、上下動及び角度変化により接地部領域を可変するし、摩擦力を変化させ、加速度の調整を可能とする滑動安定板を備えたキャスターを、特開平10−98084号として出願し、特許2979170として登録された。この発明は、滑動安定板に可撓性を持つ材料を用い、滑動安定板の滑動安定板接地部領域を可変とするものであり、接地部領域を可変となす事により、摩擦力を変化させ、加速度の調整を可能とするというものである。

前記キャスターでは、キャスターの移動面に対して、前記支持安定脚の底面が形成され、移動方向を前方として、前記支持安定脚の底面が後方に数度の傾斜角度を上向きに持つ形態に形成され、前記滑動安定板に固着された前記調整具の調整により該滑動安定板を可動出来るようにに形成されたことを特徴としている。

前記キャスターの前記滑動安定板には、穴が開設され、前記穴から車輪下方が移動面に臨まれ、前記車輪下方よりも前方に前記滑動安定板の接地部が位置して設けられると共に、調整具の調整の効果で、上下動を成し得ることにより、前記滑動安定板の接地部領域が増減量なし得る。本調整具は実施例ではゴムを利用しており、バネの利用も可能であるがセンサーとして用いているものではなく、ブレーキを利用することなく、加えられる加速度を制御し得る目的であり、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を制御する機構はない。

また本出願人の一人は、滑動安定板と車輪が接地するキャスターであって、前記滑動安定板は前下り傾斜の位置の角度から後下がり傾斜の位置の角度の間をこの滑動安定板の傾斜角度が変更可能に形成され、そして、滑動安定板の傾斜角度を変更することにより、滑動安定板および車輪が接地した状態から滑動安定板は接地し車輪は浮き上がる状態まで、滑動安定板の接地部にかかる接地圧力を変化させていることを特徴とするキャスターを特開２００１−１７０４に出願している。本出願は前記特許2979170と併せ、米国特許ＵＳ6625846及びオーストラリア特許７５９６９８を取得済みである

前記特許2979170は本出願と類似したソリ（滑動安定板）やゴムでできた調整具を備え、滑動安定板の傾斜角度を変更しない状態において、滑動安定板および車輪が接地した状態で、滑動安定板の接地摩擦力を変化させており、また、特開２００１−１７０４、米国特許ＵＳ6625846及びオーストラリア特許７５９６９８は前述のように、滑動安定板の傾斜角度を変更することにより、車輪が接地しない状態まで、滑動安定板の接地圧力を変化させるとともに、滑動安定板の傾斜角度を変更し得る駆動装置を持ち得るもので、この滑動安定板の傾斜角度が変更されると検知装置により検知し、外部に滑動安定板の傾斜角度変化を検知した検出データを出力する事を特徴としているが、いずれも摩擦力センサーとしての役割を持つものではなく、さらに、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を制御する機構はない。

さらに、使用者の制動要求に確実に作動する、安全で、かつ、長期の使用に対しても十分な耐久性を有し、メンテナンスの不要な制動機構を持つ歩行器用車輪装置を提供する目的の特開平11-276535歩行器用車輪装置がある。

前記特開平11-276535は、その目的を実現する手段として、電磁ブレーキ１８を励磁すると、ブラケット側面部１６ａ側のステータ２２が、ホイール２４側のアーマチュア２１を吸引して車輪５を制動する。電磁ブレーキ１８の励磁が解除されると、アーマチュア２１が板ばね１０によってステータ２２から離れ、ステータ２２とアーマチュア２１との間にギャップｇを生ずる。このギャップｇを、車軸１７の調整ねじ３１を回してブラケット１６を弾性変形させることにより調整する事を採用している。

このことから、歩行器を安定に走らせるものとして、使用者の制動要求に応じて確実に作動し、長期の使用に対しても耐久性を有する安価な歩行器用車輪装置を提供する特開2000-210354では、車輪１の回転を伝達する伝達手段として複数のギヤ６、８、９、１１、１２及び１６を用いて、これらのギヤの一つを電磁ブレーキ１６で回転を制動することによって、車輪１を制動している。

さらに前記を下に、特開2000-210352歩行器用車輪装置及び同装置を備えた自立歩行支援機があり、渦電流を利用した非接触式で、かつ制動力を調整できる歩行器用車輪装置を提供すると共に、同装置を備え、使用者が手元の操作部によって制動力調整ができ、また使用中の制動力を表示することができる自立歩行支援機を提供するために、車輪１と、該車輪の回転を減速するための減速手段を備えた歩行器用車輪装置において、前記減速手段が、前記車輪と一体に回転する回転円板６と、該回転円板両側から所定空隙で、前記回転円板に対向する永久磁石１４と、該永久磁石を保持するための磁石支持板１３により構成され、前記永久磁石が前記磁石支持板上で、隣接する永久磁石の極性が互いに逆向きとなるようにして複数個周設された渦電流式減速装置と、前記磁石支持板を任意に回転するための回転手段を備えた渦電流制御機構により構成されたことを特徴とする歩行器用車輪装置がある。

しかし、特開平11-276535、特開2000-210354や特開2000-210352は、本出願のように車輪を制御する手法を採用しているが、センサーとしての役割を持つソリ、さらに、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を自動的に制御する機構はない。

従来のキャスターの例として特開昭64一44301号公報記載があるが、その目的は、従来のキャスターと同様に平らの路面上を転動しながら走行している際に障害となる段差を乗り越える目的でキャスターにそり材を前方部分にのみ取り付け段差を乗り越える補助に利用するものである。またキャスターの首振りにより段差乗り越えが不能にならないように進行方向に対しそり及びキャスターの進行方向を制御するものである。同時に平らの路面上を転動しながら走行するためにそり材を確保するストッパーを設け、その実現を図っている。

また段差乗り越えについては特開昭64−44301号がある。また、従来のキャスターの例として重量体を希望する高さに持ち上げることを目的としている実開昭50−140166号公報記載がある。また雪上の利用に橇を利用する特開平5-221321の橇付き手押し型搬送車の発明がある。

前記特開昭64−44301号、実開昭50−140166号公報記載、特開平5-221321はそりを持つが、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を自動的に制御する機構はなく、いずれも構成や要素がまったく異なっている。

従来、高齢者の大腿骨頚部骨折、受傷前からの腰痛、脊椎の後弯、筋力の低下、リウマチ等により歩行に障害を生じた場合に、自立的な歩行を補助して訓練を行い、機能回復をはかる歩行器として例えば前部および左右を囲み、後部を解放した形状の枠体の下面に設けた脚杆にて４点にて支持する４点支持構造や、または３点にて支持する３点支持構造の交互型歩行器（以下、この明細書において交互型歩行器とは障害者の両下肢の交互の繰り出しにより歩行訓練を行う形式の歩行器をいう）といわれるものがあった。

この交互型歩行器は、障害者が直立した姿勢で枠体の上部に設けた体重支持杆を把持するか又は枠体の上体受部内に体を入れるとともに左右の体重支持杆を腋にて挟むように前屈みになるかして体重を枠体にかけながら移動して歩行訓練を行うものであって、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を制御する機構はない。

また他の従来例として歩行障害の程度が杖を使用する杖歩行よりも重いが、交互型歩行器を使用する場合よりも軽微な障害者を対象として病院内において医師または介助者の指導、監督の下に歩行訓練を行うものとして、枠体の下面においてその前方には水平方向に遊転可能なキャスター構造の２個の車輪と後方には２個の車輪との合計４個の車輪又は１個のキャスターの車輪と後方には２個の車輪との合計３個の車輪を装着した歩行器があった。

ところで上記交互型歩行器は、上肢が運び得る距離により障害者自らの歩幅が決定されるので、馴れないと取扱い難いとともに歩幅が任意になること、リズミカルな歩調になって歩行が杖歩行に回復するまでに訓練に多くの時間を必要としていたこと、障害者自らの自立性が保証される反面、介助者の保護を必要としていたこと等の不都合があった。そこでこの不都合を是正し、退院後に特に介助者がいず、敷居、畳のへり等の段差が多い家庭内において安定に歩行が行えるようにするとともに上記車輪付の歩行器において、車輪の回転により転倒する不安定性を是正するものとして本出願人の一人は、枠体の下面に滑動安定板を備えた歩行器についての考案を実公平3-16655 号として出願済であるが、バネが検知した摩擦力を、梃子を利用して増幅し、車輪を自動的に制御する機構はない。

特開平７−２３６６７０号公報 特許２９７９１７０号公報 特開２００１−１７０４号公報 米国特許ＵＳ６６２５８４６号公報 オーストラリア特許７５９６９８公報 特開平１１−２７６５３５号公報 特開２０００−２１０３５４号公報 特開２０００−２１０３５２号公報 実開昭５０−１４０１６６号公報 特開昭６４−４４３０１号公報 特開平０５−２２１３２１号公報 実公平3-16655 号公報

これまで述べた器具を用いてもなお、従来の歩行器では、じゅうたん、畳、フローリング等、異なる床面の間を移動するときに床の摩擦が変化することで歩行器が加速してしまい、転倒するという危険性がある。

床と歩行器との摩擦係数が大きい場所から小さい場所へ移動する際に、特開２００１−１７０４、特許2979170、米国特許ＵＳ6625846及びオーストラリア特許７５９６９８や特開平７−２３６６７０号を利用しても、突然の摩擦係数変化に利用者がついていけず、さらに段差があり段差上部の摩擦係数が大きく、段差下部の摩擦係数が小さい場合には一層滑りやすい事実がある。

また通常の４輪式など歩行器を使用していて加速してしまうのは、利用時全体に渡って摩擦係数が小さく、使用者が必要としている摩擦力が確保できていない場合である。特に、じゅうたん、畳からフローリングへ移動する場合には顕著である。

摩擦係数がそれぞれの課題において異なる事に起因している。摩擦係数が適当な大きさで、さらに一定であれば、使用者は安定した歩行を行うことができる。

検知装置は床上を移動する際にバネ２本で止められており、不安定な動きをする。検知には影響を与えないで、前後左右方向及び上下方向の動きを制約する必要があった。

本発明はじゅうたん、畳、フローリング等、異なる床面の間を移動するときに、床との摩擦が変化することで歩行器が加速してしまい、転倒するという危険性を回避するために、床面の摩擦係数の変化を感知できる機構を設け、検知した摩擦力にしたかって車輪にブレーキを掛け、歩行の安定を図っている。すなわちフローリング上ではキャスターにブレーキがかかり、じゅうたん上ではブレーキは解除される機構である。

それによって本発明を取り付けた任意の車輪に床面の形状に応じた負荷を与え、床面が変化しても一定速度で歩行できるような歩行器が設計・製作可能となる。

床上にある物体をばねで水平方向に引くと、床と物体の摩擦によって、ばねの伸びが変化することを利用して、床面の摩擦係数を検知し、車輪にブレーキをかける機械式歩行安定化装置を考案した。

本機械式歩行安定化装置は、摩擦を作り出すソリとその摩擦力を検知するバネと床とソリの摩擦力の変化でバネばねの伸びが変わる。その変化を拡大する梃子とさらにブレーキ力に変え、梃子が与えるブレーキ力によりあらかじめ定めた速度に制御できるブレーキ装置を用いる。

床面との摩擦を作り出すソリは、経験からもっとも安定するフェルト地を硬質のソリに貼り付けて、さらに梃子に反映するバネ力との調整を行い、センサー部として用いている。ソリの材質は何でもよく、またフェルトは毛足の短い化繊の絨毯など一定の摩擦力が見込まれるものなら何でもよい。

本体や保持部とセンサーは、ばねでつながれており、センサーが床から受ける摩擦力の変化によって、ばねの伸びが変化するようになっている。

ばねが伸びることによって発生する張力を、梃子の原理で増幅して、車輪にブレーキをかける。ブレーキの形式は踏面ブレーキで、車輪前方からブレーキパッドが押し当てられる。

センサーが梃子の作用点、ブレーキパッドが力点である。梃子のリンクは2本あり、本機械式歩行安定化装置を取り付けた両方の車輪に同時にブレーキがかかるようになっている。

床面がじゅうたんであれば、センサーは摩擦によって後ろに引きずられる。このとき、ブレーキパッドは車輪から遠ざかる方向へ動くので、ブレーキ解除の状態となる。

フローリング上であれば、センサーが床から受ける摩擦力よりも、ばねの張力の方が大きくなるため、センサーは図中の矢印の方向に引っ張られる。その動きと連動して、ブレーキパッドは車輪に押しつけられ、ブレーキがかかった状態となる。

その結果機械式歩行安定化装置を用いた歩行器の利用試験では、利用者の推進力に変えた実験で前方への弾性のないロープの張力を測定したが、その張力は全測定区間において、一定値を示しており、本発明の効果を実証できた。

保持装置を設けることにより、検知装置の可動域を制限するガイド機構となり、検知装置の動きを安定させた。そのため、ばねに無理な力が加わることが無く、伸びすぎやねじれによる破損を防ぐことができた。

以上説明したように本発明の機械式歩行安定化装置は、体重を支持する枠体と車輪を備えた歩行器の進行に伴う床面に対する摩擦力を検知する検知装置と、検知装置の検知した摩擦力の変化にしたがって摩擦力を伝達する伝達装置と、検知部を前後左右方向及び上下方向に一定の範囲で移動自由に安定して保持する保持装置と、機械式歩行安定化装置を取り付けた歩行器の任意の車輪に自動的にブレーキの掛け外しを行うブレーキ装置の効果により、歩行器が進む床面に対し、ほぼ一定の摩擦力で利用できる摩擦力を与える。すなわち機械式歩行安定化装置を取り付けた歩行器の利用により、歩行器の車輪の動きを制御し、床面の摩擦力が変化している状態において、自らの意思で手動や電動のブレーキを用いることなく、歩行器は安定に進み、利用者の歩行の安定を図りうる。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１の上部構造（１）は機械式歩行安定化装置上部構造であり、鉄製である。大きさは歩行器の横幅に対応した幅480ｍｍ長さ85ｍｍである。材質については、アルミニューム、強化プラスチックなど上部に取り付ける歩行器を保持できればどのような材料を用いてもよい。保持装置である左右の保持装置基部（１３）及びソリ上部構造誘導部（１４）は共に鉄製であり、上部構造（１）に溶接してある。

左右の保持装置基部（１３）の間は55ｍｍである。穴（１２）は歩行器脚部取り付け穴である。左右のソリ上部構造誘導部（１４）は25ｍｍの間を空けて取り付けてある。上部構造（１）と左右の保持装置基部（１３）と左右のソリ上部構造誘導部（１４）は、溶接した一体構造であるが、ビス等で止める組み立て式にすることもできる。

ソリ（５）と摩擦材（５１）及びソリ上部構造（５２）からなる検知装置は、前記構成の保持装置を設けることにより、保持装置が検知装置の可動域を制限するガイド機構となり、前後左右方向及び上下方向に円滑かつ安定に動ける。その動きが安定することにより、ばねに無理な力が加わることが無く、伸びすぎやねじれによる破損を防ぐことができる。

車輪部は車輪保持部（２）、車輪（２３）、車軸（２２）、取り付け具（２１）からなり、上部構造（１）へ取り付けている。本実施例の車輪は直径65 mmで、ゴム車を用いている。なお本実施例は固定式の車輪機構を用いているが、車輪は球式でもよく、回転を正面１２０度程度までで、ブレーキが掛けられる範囲内の回転可能性に制限したキャスターであれば利用可能である。

ブレーキ（３）はブレーキ（３）を取り付け具（３１）で梃子（４）へ取り付けている。ブレーキ（３）は踏面ブレーキで、超高分子量ポリエチレンからなり、縦45ｍｍ横28ｍｍの大きさのブレーキパッドを用いている。本実施例では超高分子量ポリエチレンを用いているが、ある程度すべりが可能ならどのような材質、たとえばアルミ材などを用いてもよい。また形状はシューブレーキを用いてもよい。梃子の圧力変化に伴ってブレーキ力を変化させることができれば、電池式の電磁ブレーキなども利用可能である。

梃子（４）は検知装置であるソリ（５）に軸点繋止具（４４）で回転自在に取り付けており、他方は上部構造（１）にナット（４２）で取り付けた梃子軸ガイド（４１）の下部の梃子軸（４３）に取り付けている。なお左右は対象となっている。

梃子（４）のブレーキ（３）に与える梃子比は、梃子軸（４３）の位置により、梃子比5.9 :1となっている。

検知装置は、ソリ（５）、検知部としての摩擦材（５１）、ソリ上部構造（５２）、バネ（５３）、バネ止め（５４）、バネ止め保持装置（５５）、バネ用繋止具（５６）からなる。

ソリ（５）の材質はアクリル板で寸法は80 mm×120 mm×20 mmとなっている。重さは摩擦材（５１）、ソリ上部構造（５２）を含め725
gである。なお一定の摩擦が与えられれば、形態は中空でもよく、材質もアルミなど何でもよい。この上部にソリ上部構造（５２）を糊付けしてある。ソリ上部構造（５２）は保持装置に収納可能な大きさであり、本実施例においてはＴ字型に成型し、上部の幅は50ｍｍ厚さ7ｍｍ長さ６0ｍｍであり、下部は幅２0ｍｍ高さ50ｍｍ長さ６0ｍｍである。本実施例における大きさはバネ比、検知部の材質による摩擦力に適した大きさであり、この大きさに限るものではなく、検知部の材質やバネ比、梃子比により適宜変更可能である。

バネ（５３）は左右対象に２本用いており、ステンレス製でサイズは線径0.6 mm，外径7 mm，自然長40 mmであり、ばね定数 0.1097
N/mmとなっている。本実施例においては前記検知装置に対応しているが、その構成により適宜材質、バネ定数、形状は変更可能である。

バネ（５３）は、ソリ上部構造誘導部（１４）の前面に配したバネ止め保持装置（５５）の下部で、一方をバネ止め（５４）により繋止しており、他方は検知装置であるソリ（５）の上部にバネ用繋止具（５６）により繋止してある。

図２は正面図であり、利用する床面（Ｇ）を示している。図中上部構造（１）は図１の機械式歩行安定化装置上部構造であり、車輪保持部（２）、ブレーキ（３）、梃子（４）、検知装置であるソリ（５）、左右の保持装置基部（１３）、取り付け具（２１）、車輪（２３）、ブレーキ（３）の取り付け具（３１）、梃子軸ガイド（４１）、ナット（４２）、ソリ上部構造（５２）、バネ止め（５４）、バネ止め保持装置（５５）も図１のとおりである。

図３は検知装置の要部を示す参考図であり、上部構造（１）は図１の機械式歩行安定化装置上部構造であり、ソリ上部構造誘導部（１４）、梃子（４）、軸点繋止具（４４）、検知装置のソリ（５）、検知部としての摩擦材（５１）、ソリ上部構造（５２）、バネ（５３）、バネ止め（５４）、バネ止め保持装置（５５）、バネ用繋止具（５６）も図１のとおりである。

図４は進行方向を（Ｆ）とした歩行器に機械式歩行安定化装置（Ｗ）を取り付けた参考図であり、今回は方向を自由に変えるために後輪をキャスター構造とした。前輪の回転方向をある程度制御し機械式歩行安定化装置（Ｗ）を取り付ける場合には、後輪をキャスター構造とする必要はない。

図５−１は進行方向を（Ｆ）とし、（Ｃ）位置にある車輪と、検知装置であるソリ（５）が大きな摩擦力（Ｓ）を検知すると、検知装置であるソリ（５）が後方へ引かれ、バネ（５３）が長くなり、梃子軸（４３）を持つ梃子（４）の長手を後方に下げて、（Ｃ）位置にある車輪にブレーキを掛けないでいることを示している。

図５−２は進行方向を（Ｆ）とし、（Ｃ）位置にある車輪と検知装置であるソリ（５）が少ない摩擦力（Ｗ）を検知すると、バネ（５３）が短くなり、検知装置であるソリ（５）が前方へ引かれ、梃子軸（４３）を持つ梃子（４）の長手を平行の位置まで進め、（Ｃ）位置にある車輪にブレーキを掛けていることを示している。

表１、２は共に摩擦力の変化を表した図表である。表１、２は歩行器をモータに結ばれた紐によって，じゅうたん→フローリングの順に一直線に引張ったときの摩擦力の変化を示す実験結果のグラフである。Ｙ軸方向に検知部とじゅうたんからフローリングへ移動した場合の摩擦力、Ｘ軸方向に移動に要した時間を秒で示し、時間の変化でじゅうたんからフローリングへ移動したことを示す。

表１は、機械式歩行安定化装置を用いない場合のグラフであり、絨毯（Ｊ）からフローリング（Ｋ）上では張力が0 Nとなる瞬間があり、転倒の危険があると言える。

表２では機械式歩行安定化装置を用いている。絨毯（Ｊ）からフローリング（Ｋ）に移動しても張力の低下は見られない。

摩擦力の計算は通常用いられる方法によっており、表２は，機械式歩行安定化装置を利用することにより、歩行器が全測定区間において，ほぼ一定の摩擦力を受けている事を表している。

本発明の機械式歩行安定化装置を利用することにより、歩行器が床面に対しほぼ一定の摩擦力で利用できるようになる。すなわち機械式歩行安定化装置を取り付けた歩行器の利用により、歩行器の車輪の動きを制御し、手動や電動のブレーキを手や足などにより、自ら利用することなく、利用者の歩行の安定を図りうる。そして介護に依存せざるを得ないでいた障害者、特に瞬間に判断してブレーキを利用することに不向きな高齢障害者が、在宅や施設内で歩行可能になり、生活自立を果たすことができる。

図１は機械式歩行安定化装置の要部を示す斜視図である。 図２は機械式歩行安定化装置の正面図である。 図３は検知装置の要部を示す参考図である。 図４は進行方向を（Ｆ）とした歩行器に機械式歩行安定化装置（Ｗ）を取り付けた参考図である。 図５−１は大きな摩擦力を持つ床面上で機械式歩行安定化装置を利用した場合の検知装置と梃とブレーキの利用状態を示す参考図である。 図５−２は少ない摩擦力を持つ床面上で機械式歩行安定化装置を利用した場合の検知装置と梃とブレーキの利用状態を示す参考図である。

Claims (3)

1. 体重を支持する枠体と車輪を備えた歩行器の進行に伴う床面に対する摩擦力を検知する検知装置と、
   前記検知装置は摩擦力の変化を検知する検知部にソリとバネ備え、
   前記ソリと床面との摩擦力の変化により前記ソリに取り付けた前記バネの伸びが変化するように構成し、
   前記検知装置の検知した摩擦力の変化にしたがって摩擦力を伝達する伝達装置と、
   前記伝達装置は前記ソリに取り付けた梃子からなり、前記検知部の前記バネの変化を前記梃子により増幅し、
   機械式歩行安定化装置を取り付けた任意の車輪に前記梃子で増幅した変化により自動的にブレーキの掛け外しを行うブレーキ装置からなる機械式歩行安定化装置
2. 検知部を前後左右方向及び上下方向に一定の範囲で移動自由に安定して保持する保持装置を備えた請求項１に記載の機械式歩行安定化装置
3. ブレーキに機械式ブレーキを用いた請求項１又は請求項２に記載の機械式歩行安定化装置