WO2020204009A1 - 腕部補助装置 - Google Patents

Abstract

装着者の作業性を向上させた腕部補助装置を提供する。腕部補助装置１０を、上腕の側方側に配置された部材支持部１８と、部材支持部１８に設けられた第１軸部７２を回転軸として回動可能とされた第１部材７６と、第１部材７６に取り付けられ、上腕を支持する上腕支持部１６と、部材支持部１８に設けられ、第１軸部７２との距離を変更可能な可変部６０と、第１部材７６に回動可能に取り付けられると共に可変部６０に設けられた第２軸部８４を回転軸として回動可能に取り付けられ、腕が人体前方側へ回転する方向へ付勢する付勢手段８０と、部材支持部１８に設けられると共に、部材支持部１８における可変部６０の位置を変更可能な調整部９０と、を含んで構成する。

Description

腕部補助装置

　本発明は、腕部補助装置に関する。

　下記特許文献１には、ユーザの身体上に着用可能に構成されたハーネスと、ユーザの腕を支持するように構成されると共にハーネスに連結された腕支持具と、を備えた腕支持システムが開示されている。腕支持具には、１つまたは複数の付勢手段が取り付けられている。付勢手段は、腕に作用する重力の少なくとも一部を相殺するためのオフセット力を発生させる。

特表２０１６－５０８０７２号公報

　腕を持ち上げてする作業は、例えば、製品の組み立て、塗装、高木に栽培された果実の採取、壁への絵画等の貼り付け等多岐にわたる。また、一つの作業内において、場面に応じて作業者が必要とする腕の力は変化する。このため、補助装置により補助すべき力の大きさも作業の場面に応じて変化する。このため、補助装置の装着者の作業性を向上させることが望まれている。

　本発明は、上記事実を考慮し、装着者の作業性を向上させた腕部補助装置を得ることが目的である。

　請求項１に記載の腕部補助装置は、装着者の上腕の側方側に配置された部材支持部と、前記部材支持部の人体下方側に設けられ、装着者の上体を背面側から支持する上体支持部と、前記上腕に沿って配置され、前記部材支持部に軸方向を人体左右方向として設けられた第１軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能とされた第１部材と、前記第１部材の一方の端部に取り付けられ、前記上腕を支持する上腕支持部と、前記上腕に沿って配置され、一方の端部が、前記第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられると共に、他方の端部が、前記部材支持部に軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能に接続され、装着者の腕を付勢する付勢手段と、を含んで構成されている。

　請求項１に記載の腕部補助装置によれば、上腕に沿って付勢手段が配置されている。付勢手段は、その一方の端部が、第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。また、他方の端部が、部材支持部に間接的に又は直接的に、軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。腕部補助装置を装着した人が、人体前方側へ腕を回動した際、すなわち、腕を持ち上げた際に、第１部材は、第１軸部回りに人体前方側へ回動すると共に、付勢手段の一方の端部は、人体前方側へ移動する。このため、付勢手段の一方の端部から他方の端部までの距離、すなわち、付勢手段の長さが変化し、これに応じて付勢力が発生する。この付勢力により、第１部材には、第１軸部回りのモーメントが作用する。ここで、モーメントレバーは、第１軸部から付勢手段までの距離により決まる。具体的には、人体側面視で第１軸部から付勢手段に下した垂線の長さがモーメントレバーに相当する。これにより、腕部補助装置を装着した人の腕の回転を補助するための補助力を発生させることができる。これにより、装着者の作業性を向上させることができる。

　請求項２に記載の腕部補助装置は、請求項１に記載の腕部補助装置において、前記部材支持部に設けられ、前記第１軸部との距離を変更可能な可変部と、前記部材支持部に設けられると共に、前記部材支持部における前記可変部の位置を変更可能な調整部と、を含んで構成され、前記付勢手段は、前記他方の端部が、前記可変部を介して前記部材支持部に間接的に取り付けられ、装着者の腕が人体前方側へ回転する方向へ付勢する。

　請求項２に記載の腕部補助装置によれば、部材支持部には、第１軸部との距離を変更可能な可変部と装着者の操作により部材支持部における可変部の位置を変更するための調整部が設けられている。このため、部材支持部における可変部の位置を変更することにより、可変部に回動可能に取り付けられた付勢手段の他方の端部を移動させることができる。付勢手段の他方の端部を移動させることにより第１軸部から付勢手段までの距離、すなわち、人体側面視で第１軸部から付勢手段に下した垂線の長さが変化するため、付勢手段により発生するモーメントのモーメントレバーが変化する。これにより、付勢手段を付け替えることなく腕の回転を補助するための補助力の範囲を変更することができる。

　請求項３に記載の腕部補助装置は、請求項２に記載の腕部補助装置において、前記調整部は、前記部材支持部における前記可変部の人体上下方向の位置を無段階に変更可能とされている。

　請求項３に記載の腕部補助装置によれば、調整部を操作することにより部材支持部における可変部の人体上下方向の位置を無段階に変更することができる。これにより、作業目的に応じて補助力の範囲を適切に設定することができる。

　請求項４に記載の腕部補助装置は、請求項２又は請求項３に記載の腕部補助装置において、前記付勢手段は、中立点を越えると付勢方向が人体後方側へ反転し、前記部材支持部は、装着者の腕の人体後方側への回転に対して前記第１部材を停止するためのストッパを備えている。

　請求項４に記載の腕部補助装置によれば、付勢手段は、中立点を越えると付勢方向が人体後方側へ反転するため、人体後方側に腕を人体後方側に回転させたときに、腕を人体後方側へ向けて回動させる補助力が生じる。これに対して、部材支持部は、装着者の腕の人体後方側への回転に対して第１部材を停止するためのストッパを備えている。このため、例えば、補助力が強くなるように可変部を調整した場合であっても、腕が人体後方側へ強い補助力で回動することを防止又は抑制することができる。さらに、補助力が反転する境目となる中立点では補助力が生じなくなるため、例えば、第１部材が人体上下方向に沿って配置された状態を中立点として設定することにより、腕部補助装置を装着する人は、腕を下げた状態で容易に装着することができる。

　請求項５に記載の腕部補助装置は、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記付勢手段の前記他方の端部は、前記可変部に替えて前記可変部から装着者の肘側へ向けて延在された延長部に軸方向を人体左右方向として設けられた第３軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。

　請求項５に記載の腕部補助装置によれば、付勢手段の他方の端部は、可変部から装着者の肘側へ向けて延在された延長部に軸方向を人体左右方向として設けられた第３軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。このため、付勢手段の他方の端部の位置が可変部よりも人体前方側へ移動し、第１軸部と付勢手段の距離が変化する。これにより、付勢手段を付け替えることなく腕の回転を補助するための補助力の範囲をより広い範囲で調整することができる。

　請求項６に記載の腕部補助装置は、請求項２から請求項５の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記上腕支持部は、各々前記上腕の両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において前記第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられた一対の側部材と、前記一対の側部材の人体後方側端部に亘って形成され、前記上腕の背面側に当接する背面側部材と、を備え、前記上腕の正面側が開放されている。

　請求項６に記載の腕部補助装置によれば、上腕の正面側が開放された上腕支持部の一対の側部材には、人体左右方向外側において第１部材が取り付けられている。このため、上腕の正面側が開放された状態においても一対の側部材と背面側部材により上腕を安定して保持することができる。また、上腕の正面側を開放させているため腕部補助装置の着脱を容易にすることができると共に、上腕が拘束されないため腕部補助装置を装着した状態で調整部を容易に操作する事ができる。

　請求項７に記載の腕部補助装置は、請求項２から請求項６の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記上体支持部の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者の肩の側方側から前記部材支持部に連結され、人体左右方向の長さを調整可能なアーム部を備える。

　請求項７に記載の腕部補助装置によれば、上体支持部の上方側には、人体左右方向の長さを調整可能なアーム部を備えている。このため、腕部補助装置を装着する人の体型に合わせてアーム部の長さを調整することにより、部材支持部とこれに取り付けられた第１部材を適切な位置で上腕の側方側に配置させることができる。これにより、腕部補助装置を装着した人の上腕に適切に補助力を与えることができる。

　請求項８に記載の腕部補助装置は、請求項２から請求項７の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記上体支持部は、装着者の腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者の腰に固定可能な帯部を備える。

　請求項８に記載の腕部補助装置によれば、上体支持部は、装着者の腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者の腰に固定可能な帯部を備えている。このため、部材支持部を備えた腕部補助装置を安定して装着者に装着させることができる。これにより、上体を安定して保持した状態で上腕に適切に補助力を与えることができる。

　請求項９に記載の腕部補助装置は、請求項２から請求項８の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記上体支持部は、人体上下方向に沿ってスライド可能な可動部により前記上体支持部の人体上下方向の高さを調整可能なスライド部を備えている。

　請求項９に記載の腕部補助装置によれば、上体支持部は、可動部により人体上下方向の高さを調節可能なスライド部を備えている。このため、腕部補助装置を装着する人の体型に合わせて上体支持部の高さを調整することにより、部材支持部を備えた腕部補助装置を適切な位置で装着者に装着させることができる。これにより、腕部補助装置を装着した人の上腕に適切に補助力を与えることができる。

　請求項１０に記載の腕部補助装置は、請求項１に記載の腕部補助装置において、前記付勢手段は、前記他方の端部が、前記部材支持部に直接的に取り付けられている。

　請求項１０に記載の腕部補助装置によれば、付勢手段における他方の端部が部材支持部に直接的に取り付けられており、シンプルな構造であるので、軽量であり、また、安価に製造することができる。

　請求項１１に記載の腕部補助装置は、請求項１０に記載の腕部補助装置において、装着者の腕の回転角度について、装着者の腕が水平に伸ばされた場合を０度とし、装着者の腕が上方側へ持ち上げられた場合を正と定義する場合において、前記付勢手段による装着者の腕を付勢するトルクは、－９０度の場合に負の値で、０度を超える９０度未満の所定角度の場合に最大値となる正の値で、９０度の場合に正の値で、かつ－９０度から９０度の範囲で変動することに伴って値が滑らかに変動する。

　請求項１１に記載の腕部補助装置によれば、付勢手段による装着者の腕を付勢するトルクが、－９０度の場合に負の値で、０度を超える９０度未満の所定角度の場合に最大値となる正の値で、９０度の場合に正の値で、かつ－９０度から９０度の範囲で変動することに伴って値が滑らかに変動するので、人の負荷に対して補助力が強く、脱力した場合であっても腕が下がってしまうことを防止できる。また、補助力が反転する境目となる中立点では補助力が生じなくなるため、腕部補助装置を装着する人は、中立点となる状態で容易に装着することができる。

　請求項１２に記載の腕部補助装置は、請求項１０又は請求項１１に記載の腕部補助装置において、装着者の腕の人体後方側への回転に対して前記第１部材を停止するためのロック機構を備えている。

　請求項１２に記載の腕部補助装置によれば、装着者の腕の人体後方側への回転に対して第１部材を停止するためのロック機構を備えているので、腕が人体後方側へ強い補助力で回動することを防止又は抑制することができる。

　請求項１３に記載の腕部補助装置は、請求項１０から請求項１２の何れか１項に記載の腕部補助装置において、装着者の腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者の腰に固定可能な帯部を備え、前記上体支持部は、人体上下方向に沿って左右に対で配置されると共に、各々の下端が、回転についての３つの自由度を有するように前記帯部に取り付けられている。

　請求項１３に記載の腕部補助装置によれば、上体支持部が、人体上下方向に沿って左右に対で配置されると共に、各々の下端が、回転についての３つの自由度を有するように帯部に取り付けられているので、腰に固定された帯部に対して上体支持部を柔軟に動かすことができる。

　請求項１４に記載の腕部補助装置は、請求項１３に記載の腕部補助装置において、前記対の上体支持部は、それぞれ、長さの調節が可能である。

　請求項１４に記載の腕部補助装置によれば、対の上体支持部が、それぞれ、長さの調節が可能であるので、装着者の身長に応じて対の上体支持部の長さを調節することができ、また、上体支持部の長さを調節することで、腰に固定される帯部の位置を調節することができる。

　請求項１５に記載の腕部補助装置は、請求項１３又は請求項１４に記載の腕部補助装置において、前記対の上体支持部の各々における上方において、該対の上体支持部を互いに連結し、装着者の上体を背面側から伸縮可能に支持する背面連結部材を備えている。

　請求項１５に記載の腕部補助装置によれば、対の上体支持部の各々における上方において、当該対の上体支持部を互いに連結し、装着者の上体を背面側から伸縮可能に支持する背面連結部材を備えているので、腕を前方に向けたり横に広げたりすることで背面連結部材が伸縮し、対の上体支持部を柔軟に動かすことができる。

　請求項１６に記載の腕部補助装置は、請求項１３から請求項１５の何れか１項に記載の腕部補助装置において、上体上下方向に沿って左右に対で配置され、各々の下端が前記帯部における人体前方側に取り付けられ、かつ各々の上端が前記背面連結部材に取り付けられた肩ベルトを備えている。

　請求項１６に記載の腕部補助装置によれば、上体上下方向に沿って左右に対で配置されている肩ベルトを備えているので、装着者は腕部補助装置をリュックのように背負って一人で装着することができる。

　請求項１７に記載の腕部補助装置は、請求項１６に記載の腕部補助装置において、前記上腕支持部を前記肩ベルトに着脱可能に取り付けると共に、前記上腕に着脱可能に巻き付けられることで前記上腕支持部を前記上腕に固定する固定具を備えている。

　請求項１７に記載の腕部補助装置によれば、上腕支持部と肩ベルトが、上腕支持部を上腕に固定する固定具で繋がっているので、装着者は腕部補助装置を装着してから容易に固定具を上腕に巻き付けることができる。

　請求項１８に記載の腕部補助装置は、前記帯部に取り付けられている前記上体支持部の下端間の距離を一定に維持するための距離維持部材を備えている。

　請求項１８に記載の腕部補助装置によれば、前記帯部に取り付けられている前記上体支持部の下端間の距離を一定に維持することができる。

　請求項１９に記載の腕部補助装置は、請求項１０から請求項１７の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記上腕支持部は、各々前記上腕の両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において前記第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられた一対の側部材と、前記一対の側部材の人体後方側端部に亘って形成され、前記上腕の背面側に当接する背面側部材と、を備え、前記上腕の正面側が開放され、前記腕部補助装置は、所定位置からの前記上腕支持部の人体上方向への回動を制限する回動制限部材を備えている。

　請求項１９に記載の腕部補助装置によれば、所定位置からの上腕支持部の人体上方向への回動を制限する回動制限部材を備えているので、上腕支持部が腕から外れて腕とは無関係に回動することを防止でき、上腕支持部を常に上腕と接触させることができる。

　請求項２０に記載の腕部補助装置は、請求項１０から請求項１８の何れか１項に記載の腕部補助装置において、前記上体支持部の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者の肩の側方側から前記部材支持部に連結されたアーム部を備えている。

　請求項２０に記載の腕部補助装置によれば、上体支持部の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者の肩の側方側から部材支持部に連結されたアーム部を備えているので、上腕に沿って配置される第１部材をデフォルトで人体前方側に向けることができる。

　以上説明したように、本発明に係る腕部補助装置は、装着者の作業性を向上させることができるという優れた効果を有する。また、本発明に係る腕部補助装置は、付勢手段を付け替えることなく腕の回転を補助するための補助力の範囲を変更できるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係る腕部補助装置を装着者に装着した状態を示す側面図である。 第１実施形態に係る腕部補助装置の斜視図である。 第１実施形態に係る腕部補助装置の部材支持部の側面図である。 第１実施形態に係る腕部補助装置と装着者の位置関係を示す側面図である。 第１実施形態に係る腕部補助装置と装着者の位置関係を模式的に示す模式図である。 第１実施形態に係る腕部補助装置により得られる補助力と腕の回転角度との関係を示すグラフである。 第１実施形態に係る腕部補助装置が中立点にある状態を示す側面図である。 第１実施形態に係る腕部補助装置の人体後方側への回転が停止された状態を示す側面図である。 第２実施形態に係る腕部補助装置と装着者の位置関係を模式的に示す模式図である。 第３実施形態に係る腕部補助装置を装着者に装着した状態を示す側面図である。 第３実施形態に係る腕部補助装置を装着者に装着した状態を示す正面図である。 第３実施形態に係る腕部補助装置を装着者に装着した状態を示す背面図である。 第３実施形態に係る腕部補助装置の上腕支持部周辺を示す部分拡大斜視図である。 第３実施形態に係る腕部補助装置を装着者に装着した状態を示す背面図であり、（Ａ）は上体支持部の長さを長くした状態を示し、（Ｂ）は上体支持部の長さを短くした状態を示す。 第３実施形態に係る腕部補助装置を装着者に装着した状態を示す背面図であり、（Ａ）は腕を前方に向けて背面連結部材を伸ばした状態を示し、（Ｂ）は腕を横に広げて背面連結部材を縮めた状態を示す。 第３実施形態に係る腕部補助装置の装着者への着脱を説明する斜視図であり、（Ａ）は上腕支持部が面ファスナーで肩ベルトに繋がっている状態を示し、（Ｂ）は上腕支持部が面ファスナーで上腕に巻き付けられている状態を示す。 第３実施形態に係る腕部補助装置と装着者の位置関係を示す模式図である。 第３実施形態に係る腕部補助装置により得られる補助力と腕の回転角度との関係を示すグラフである。 第３実施形態に係る腕部補助装置を示す側面図であり、（Ａ）は正の角度に位置した状態を示し、（Ｂ）は－６０度に位置した状態を示し、（Ｃ）は－９０度に位置した状態を示す。 第３実施形態に係る腕部補助装置の変形例を示す背面図である。

　以下、図１～図８を用いて、本発明の実施形態の一例である腕部補助装置１０について説明する。以下の図において、矢印ＦＲは人体前方側を示し、矢印ＵＰは人体上方側を示し、矢印Ｗは人体左右方向を示している。

（腕部補助装置１０）
　図１には、腕部補助装置１０を装着した装着者Ｐの側面図が示されている。腕部補助装置１０は、装着者Ｐの上半身に装着される。具体的には、装着者Ｐの腰部ＷＰを支持する腰部支持部１２と、装着者Ｐの上体部ＵＢを背面側から支持する上体支持部１４と、装着者Ｐの上腕部ＡＰを支持する上腕支持部１６と、を含んで構成されている。

（腰部支持部１２）
　図２に示されるように、腕部補助装置１０の上体支持部１４の人体下方側には、人体の腰部ＷＰの外周に沿って帯状に形成された帯部としての腰ベルト２２が配置されている。腰ベルト２２は、その人体背面側が上体支持部１４の下端部に固定されると共に、人体前面側に図示しない着脱部及び固定部を備えて装着者Ｐの腰部ＷＰに取付可能に構成されている。着脱部が脱着されることにより、装着者Ｐの腰部ＷＰに腰ベルト２２が巻かれ、巻かれた腰ベルト２２は、固定部を介して装着者Ｐ又は装着者Ｐが着用する作業着等の着衣に固定される。また、腰ベルト２２は、長さ調節が可能とされている。このため、腰ベルト２２は、その長さを調節することにより、装着者Ｐの腰部ＷＰに確実に装着される。これにより、腕部補助装置を安定して装着者Ｐに装着させることができる。

（上体支持部１４）
　腰部支持部１２の人体上方側には、装着者Ｐの上体部ＵＢを背面側から支持する金属製の上体支持部１４が配置されている。上体支持部１４は、略円筒状のパイプ材により、人体正面視で略逆Ｖ字状に形成されたフレーム部２４と、フレーム部２４の人体下方側の人体左右方向両端部（下端部）に人体上下方向に沿ってスライド可能に形成されたスライド部２６と、腰ベルト２２の人体背面側に固定されると共に内部にスライド部２６が挿通されるフレーム取付部２８と、を含んで構成されている。

　フレーム取付部２８は、人体上下方向に開放された略四角筒状に形成され、人体前面側の人体左右方向両端部が、腰ベルト２２の人体背面側に固定されている。また、フレーム取付部２８の人体前面側の人体左右方向両端部の内周側には、フレーム部２４の下端部を挿通可能に形成された略円筒状のフレーム差込部３０が、フレーム取付部２８と一体で形成されている。フレーム取付部２８の内周側には、その径方向外側へ向けて延在された孔が形成されている。孔の内部には、例えば、バネ等が取り付けられることにより、孔から径方向内側へ向けて突出可能とされると共に外力により孔の内側へ埋没可能とされた略棒状のピン（図示省略）を備えたピン係止部３２が設けられている。

　スライド部２６は、フレーム差込部３０に挿通された際に外周部においてピン係止部３２と対向する部分に、径方向内側へ向けて孔が形成された挿通部３４をフレーム部２４の軸方向に沿って複数備えている。このため、フレーム差込部３０に挿通されたスライド部２６の挿通部３４とピン係止部３２が対向した際に、バネ等により付勢されたピン係止部３２のピンが挿通部３４へ向けて突出され、挿通部３４に挿通される。これにより、フレーム部２４は、フレーム取付部２８に対して係止される。また、フレーム取付部２８は、操作により、ピンをフレーム差込部３０の孔の内側へ引込むための図示しない引込部を備えている。このため、フレーム部２４とフレーム取付部２８の係合を解除してフレーム部２４の腰部支持部１２からの人体上下方向の高さを変更することができる。これにより、腕部補助装置を装着する人の体型に合わせて上体支持部の高さを調整することができる。

　なお、ここでは、ピン係止部３２は、ピンがバネ等により付勢されて挿通部３４に挿通されるとして説明したが、これに限らず、他の態様によりフレーム部がフレーム取付部に対して係止されてもよい。例えば、ピン係止部は、フレーム取付部からフレーム差込部にかけて貫通形成された孔にフレーム取付部の外側から手動により挿通されたピン等の棒状の部材により挿通部が係止されてもよい。

（アーム部３６）
　上体支持部１４の人体上方側には、装着者Ｐの肩幅に合わせて上腕支持部１６の人体左右方向の長さを調整可能に構成された金属製のアーム部３６が配置されている。アーム部３６は、人体左右方向略中央においてフレーム部２４の上端に配置された略箱状のアーム中央部３６Ａと、アーム中央部３６Ａから人体左右方向に沿って伸縮可能に構成された左右一対のアーム３６Ｂを備えている。左右一対のアーム３６Ｂは、人体右側と人体左側で各々複数（２本）のアーム３６Ｂを備える。

　各々の左右一対のアーム３６Ｂは、人体左右方向外側において、人体の肩の側方側から人体前方側へ向けて湾曲された平面視略Ｌ字状に形成されている。人体前方側へ向けて湾曲された側の先端は、後述する部材支持部１８に連結されている。このため、装着者Ｐの体型（肩幅）に合わせてアーム３６Ｂの長さを調整することにより、部材支持部１８を適切な位置で装着者Ｐの上腕部ＡＰの側方側に配置させることができる。

（部材支持部１８）
　左右一対のアーム３６Ｂの人体前方側端部には、装着者Ｐの上腕の側方側に配置された金属製の左右一対の部材支持部１８が連結されている。図２に示されるように、部材支持部１８は、外周形状が略箱状に形成されている。部材支持部１８の上端部には、人体前後方向に延在されると共に略板状に形成された上面部４２が形成され、下端部には、人体前後方向に延在されると共に略板状に形成された下面部４４が形成されている。また、部材支持部１８の人体左右方向の両側部には、一対の金属板４６が、部材支持部１８の両側部を覆うように取り付けられている。

　図３には、一対の金属板４６を取り除いた部材支持部１８が示されている。上面部４２の人体上方側かつ人体背面側の端部には、平面視で略楕円状に形成された上面側楕円板４８が取り付けられている。また、下面部４４の人体下方側かつ人体背面側の端部には、平面視で略楕円状に形成された下面側楕円板５０が取り付けられている。

　部材支持部１８の人体背面側には、上面部４２から下面部４４に亘って人体上下方向に沿って軸形状の背面側軸部５２が配置されている。上面側楕円板４８は、上面部４２を貫通した背面側軸部５２の上端部に人体左右方向へ回動可能に取り付けられている。また、下面側楕円板５０は、下面部４４を貫通した背面側軸部５２の下端部に人体左右方向へ回動可能に取り付けられている。上面側楕円板４８の人体背面側と下面側と下面側楕円板５０の人体背面側かつ上面側の間には、人体上下方向に沿って形成された軸形状の固定軸部５４が固定されている。また、複数（２本）のアーム３６Ｂの人体前方側端部は、上面側楕円板４８と下面側楕円板５０の人体背面側端部に各々接合されている。このため、部材支持部１８をアーム３６Ｂに対して人体左右方向へ回動させることができる。これにより、部材支持部１８を装着者Ｐの体型に合わせて配置することができる。

　部材支持部１８の内部には、外周形状が略直方体状に形成された金属製の可変部６０が配置されている。可変部６０の人体前面側の端部には、人体上下方向に沿って前側孔部６０Ａが貫通形成されている。また、可変部６０の人体背面側の端部には、人体上下方向に沿って後側孔部６０Ｂが貫通形成されている。さらに、可変部６０の人体前後方向略中央部には、後述する調整部としてのローレットねじ９０を螺合するための雌ねじ部６０Ｃが貫通形成されている。

　可変部６０の前側孔部６０Ａには、部材支持部１８の人体前面側において上面部４２から下面部４４に亘って人体上下方向に沿って配置された軸形状の前面側軸部５６が挿通されている。また、可変部６０の後側孔部６０Ｂには、背面側軸部５２が挿通されている。前側孔部６０Ａの内径は、前面側軸部５６の外径よりも大きく形成され、後側孔部６０Ｂの内径は、背面側軸部５２の外径よりも大きく形成されている。これにより、可変部６０は、前面側軸部５６と背面側軸部５２の軸方向に沿って部材支持部１８の内部を移動可能とされている。

　可変部６０の人体前方側端部には、人体左右方向を面外方向とする略三角板状に形成された一対の延長部６４が形成されている。一対の延長部６４は人体左右方向に間隔を設けて形成されている。また、各々の延長部６４には、人体左右方向に沿って貫通形成された一対の取付孔６６が形成されている。一対の取付孔６６は、人体左右方向に沿った同じ軸線に沿って形成されると共に内周形状が人体側面視で同一の円形状に形成されている。

　部材支持部１８の人体左右方向両側部の人体前方側には、人体左右方向を面外方向とする略三角板状に形成された一対の前側取付部材７０が配置されている。前側取付部材７０の略三角形状を構成する３つの頂点部分のうち人体背面側の２つの頂点部分は、各々上面部４２と下面部４４にボルト締結されている。前側取付部材７０の人体前方側に位置する残りの頂点部分には、人体左右方向に沿って配置された略円柱状の第１軸部７２が、一対の前側取付部材７０の間に貫通配置されている。また、前側取付部材７０の間に貫通配置された第１軸部７２の人体左右方向両端部には、人体側面視で略楕円板状に形成された一対の補助部材７４の一方の端部が、第１軸部７２を回転軸として人体上下方向に回動可能に取り付けられている。

　第１軸部７２には、人体前方側へ向けて延在された一対の第１部材７６が取り付けられている。一対の第１部材７６は、第１軸部７２を回転軸として人体上下方向へ回動可能に構成されている。また、一対の第１部材７６の間（人体左右方向の内側）には、人体左右方向に沿って形成された略円柱状の第１補助軸７８が貫通配置されている。一対の補助部材７４の他方の端部は、第１補助軸７８の人体左右方向両端部に固定されている。

　一対の第１部材７６の人体左右方向の内側には、一対の第１部材７６に沿って付勢手段としてのガススプリング８０が配置されている。ガススプリング８０は、一方の端部としての前側（肘側）の端部が、第１部材７６に人体上下方向へ回動可能に取り付けられると共に、他方の端部としての後側（肩側）の端部が、可変部６０に人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。具体的には、ガススプリング８０の肘側の端部は、一対の第１部材７６の間に人体左右方向に沿って貫通配置された軸形状の第２補助軸８２に人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。また、ガススプリング８０の肩側の端部は、可変部６０の一対の延長部６４の取付孔６６の間に配置された略円筒状の第２軸部８４に人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。

　ガススプリング８０は、肘側の端部が、第１部材７６に人体上下方向へ回動可能に取り付けられると共に肩側の端部が、可変部６０に人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。このため、後述するように、ガススプリング８０の伸縮に伴い生じる付勢力によって第１軸部７２回りのモーメントが発生する。ここでのモーメントレバーは、人体側面視で第１軸部７２からガススプリング８０に下した垂線の長さが相当する。このようにガススプリング８０が配置された腕部補助装置１０は、図７に示されるように、第１軸部７２とガススプリング８０が人体側面視で同一直線状となる位置が、中立点となる。ここでいう中立点とは、ガススプリング８０による付勢力とモーメントレバーの方向が一致するため第１軸部７２回りのモーメントが生じない点をいう。腕部補助装置１０では、中立点を境目にしてガススプリング８０の付勢力の方向が人体前方側と人体後方側との間で反転するため、モーメントの回転方向も反転する。

　略板状に形成された部材支持部１８の下面部４４の人体前方側には、ストッパ８６が形成されている。このため、中立点を越えることで人体後方側へ回動する第１軸部７２は、ストッパ８６に停止される。これにより、中立点を越えて上腕部ＡＰが人体後方側へ回動することを防止又は抑制することができる。

　部材支持部１８の上面部４２側には、調整部としてのローレットねじ９０が、上面部４２に貫通形成された孔から内側へ向けて挿通されている。ローレットねじ９０は、その軸部９０Ｂが可変部６０に形成された雌ねじ部６０Ｃに螺入され、その先端は、下面部４４に形成された図示しない孔の内部に配置されている。このため、ローレットねじ９０の頭部９０Ａを回転させることにより、可変部６０を、部材支持部１８の内部において人体上方側又は人体下方側へ移動させることができる。さらに、ローレットねじ９０を用いることにより、部材支持部１８における可変部６０の人体上下方向の位置を無段階に変更することができる。

（上腕支持部１６）
　第１部材７６の一方の端部としての肘側の端部には、上腕支持部１６が、第１部材７６に対して人体上下方向に回動可能に取り付けられている。上腕支持部１６は、上腕部ＡＰの両側部に対向して配置された一対の側部材１６Ａと、上腕部ＡＰの背面側に当接する背面側部材１６Ｂと、を備えて構成されている。一対の側部材１６Ａは、各々上腕部ＡＰの両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において第１部材７６に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。また、上腕支持部１６の上腕部ＡＰの正面側は、装着者Ｐの上腕を直接嵌めることができるように開放されている。

（作用並びに効果）
　次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

　本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、図１に示されるように、上腕部ＡＰに沿ってガススプリング８０が配置されている。ガススプリング８０は、その一方の端部（肘側の端部）が、第１部材７６に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。また、他方の端部（肩側の端部）が、可変部６０の延長部６４に軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部８４を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。装着者Ｐが、人体前方側へ腕を回動した際、すなわち、腕を持ち上げた際に、第１部材７６は、第１軸部７２回りに人体前方側へ回動すると共に、ガススプリング８０の肘側の端部は、人体前方側へ移動する。このため、ガススプリング８０の肘側の端部から肩側の端部までの距離、すなわち、ガススプリング８０の長さが変化し、これに応じて第１部材には、補助力としての第１軸部７２回りのモーメントが発生する（作用する）。これにより、装着者の作業性を向上させることができる。

　ここで、モーメントのモーメントレバーＭは、図４及び図５に模式的に示された力学モデルに基づき計算することができる。図４には、腕を人体水平方向に沿って伸ばした状態を０度とし、そこから角度θ（図５参照）だけ上腕部ＡＰを持ち上げた装着者Ｐと第１部材７６、可変部６０及びガススプリング８０の人体側面側から見た位置関係が模式的に示されている。ここで、ガススプリング８０が、第２軸部８４に取り付けられている位置（点）を点Ａとし、第２補助軸８２に取り付けられている位置（点）を点Ｂとする。また、第１軸部７２が設けられている位置（点）を点Ｃとする。

　図５には、図４に示された模式的な位置関係の拡大図が示されている。モーメントレバーＭは、人体側面視で第１軸部７２からガススプリング８０に下した垂線ＰＬの長さに相当する。第１軸部７２と第２軸部８４の距離（直線Ｌ１の長さ）をｒとすると、モーメントレバーＭは、
　Ｍ＝ｒ×ｃｏｓ（θ＋β）
で表される。

　角度（θ＋β）は、垂線ＰＬと直線Ｌ１がなす角度である。また、βは、第１部材７６、可変部６０及びガススプリング８０の幾何的関係から定まる角度であり、２×Ｅ×Ｄ×ｃｏｓβ＝Ｅ２＋Ｄ２－Ｆ２の余弦定理に基づく関係を満たす。ここで、Ｄは、ガススプリング８０の長さを表し、Ｅは、点Ｂから第１部材７６の延在方向に沿って直線Ｌ１まで引いた補助線Ｌ２の長さを表し、Ｆは、直線Ｌ２と直線Ｌ１の交点から点Ａまでの距離を表す。

　また、人体上方側へ角度θだけ上腕部ＡＰを持ち上げた状態におけるガススプリング８０の長さＤは、
　Ｄ２＝｛ｒ＋ｓ×ｓｉｎ（θ－α）｝２＋｛ｓ×ｃｏｓ（θ－α）｝２
で表される。ｓは、点Ｂと点Ｃの位置関係に基づき、ｓ２＝ｘ２＋ｙ２で表される。ここで、ｘは、第１部材７６の延在方向における点Ｂと点Ｃの距離、ｙは、第１部材７６の延在方向と直交する方向における点Ｂと点Ｃの距離を表す。また、αも点Ｂと点Ｃの位置関係に基づき定まる角度であり、ｔａｎα＝ｙ／ｘの関係を満たす。

　図６には、上腕部ＡＰの回転角度と腕部補助装置により得られる補助力の関係を示すグラフが示されている。横軸には、上腕部ＡＰの回転角度が示されている。ここでは、上腕部ＡＰの回転角度は、上腕部ＡＰを人体水平方向に沿って伸ばした場合を０度とし、上腕部ＡＰを人体上方側へ持ち上げた場合を正と定義する。縦軸には、補助力としてのモーメントが示されている。図６には、ローレットねじ９０を用いて可変部６０の位置を変更した３ケースのモーメントが示されている。具体的には、可変部６０を部材支持部１８の人体上方側へ移動して第１軸部７２に近づけた場合Ｃ１、部材支持部１８の人体下方側へ移動して第１軸部７２から遠ざけた場合Ｃ２及び部材支持部１８の人体上下方向略中間部に位置させた場合Ｃ３の３ケースである。これらのことから、可変部６０を部材支持部１８内部で移動させて第１軸部７２と第２軸部８４の距離ｒを変化させることにより、補助力生じるモーメントの範囲を増加又は減少できることがわかる。これにより、上腕部ＡＰの回転を補助するためのモーメントの範囲を変更することができる。

　さらに、本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、部材支持部１８には、第１軸部７２との距離を変更可能な可変部６０と操作により部材支持部１８における可変部６０の位置を変更するローレットねじ９０が設けられている。このため、部材支持部１８における可変部６０の位置を変更することにより、可変部６０に回動可能に取り付けられたガススプリング８０の肩側の端部を移動させることができる。ガススプリング８０の肩側の端部を移動させることにより第１軸部７２からガススプリング８０までの距離、すなわち、人体側面視で第１軸部７２からガススプリング８０に下した垂線の長さが変化するため、ガススプリング８０により発生するモーメントのモーメントレバーが変化する。これにより、ガススプリング８０を付け替えることなく上腕部ＡＰの回転を補助するためのモーメントの範囲を変更することができる。

　また、調整部にはローレットねじ９０を用いているため、部材支持部１８における可変部６０の人体上下方向の位置を無段階に変更することができる。これにより、作業目的に応じて補助力としてのモーメントの範囲を適切に変更することができる。

　図７には、腕部補助装置１０が中立点にある状態が示されている。本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、ガススプリング８０は、中立点を越えると付勢方向が人体後方側へ反転するため、人体後方側に上腕部ＡＲを人体後方側に回転させたときに、上腕部ＡＲを人体後方側へ向けて回動させるモーメントが生じる。これに対して、部材支持部１８は、装着者Ｐの上腕部ＡＲの人体後方側への回転に対して第１部材７６を停止するためのストッパ８６を下面部４４に備えている。このため、例えば、モーメントが強くなるように可変部６０を調整した場合であっても、図８に示されるように、上腕部ＡＲが人体後方側へ強いモーメントで回動することを防止又は抑制することができる。さらに、モーメントの付勢方向が反転する境目となる中立点では補助力が生じなくなるため、例えば、第１部材７６が人体上下方向に沿って配置された状態を中立点として設定することにより、腕部補助装置１０の装着者Ｐは、上腕部ＡＰを下げた状態で容易に装着することができる。

　さらに、本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、上腕部ＡＰの正面側が開放された上腕支持部１６の一対の側部材１６Ａには、人体左右方向外側において第１部材７６が取り付けられている。このため、上腕部ＡＰの正面側が開放された状態においても一対の側部材１６Ａと背面側部材１６Ｂにより上腕部ＡＰを安定して保持することができる。また、上腕部ＡＰの正面側を開放させているため腕部補助装置１０の着脱を容易にすることができると共に、上腕部ＡＰが拘束されないため装着者Ｐは、ローレットねじ９０を容易に操作する事ができる。

　以上説明したように、本実施形態に係る腕部補助装置１０は、ガススプリング８０を付け替えることなく腕の回転を補助するための補助力の範囲を変更できる。

　さらに、本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、上体支持部１４の人体上方側には、人体左右方向の長さを調整可能なアーム部３６が配置されている。このため、装着者Ｐの体型に合わせてアーム３６Ｂの長さを調整することにより、部材支持部１８とこれに取り付けられた第１部材７６を適切な位置で装着者Ｐの上腕部ＡＰの側方側に配置させることができる。これにより、装着者Ｐの上腕部ＡＰに適切に補助力を与えることができる。

　また、本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、上体支持部１４の人体下方側には、装着者Ｐの腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者Ｐの腰に固定可能な腰部支持部１２が配置されている。このため、部材支持部１８を備えた腕部補助装置１０を安定して装着者Ｐに装着させることができる。これにより、装着者Ｐの上体部ＵＢを安定して保持した状態で上腕部ＡＰに適切に補助力を与えることができる。

　また、本実施形態に係る腕部補助装置１０によれば、上体支持部１４は、人体上下方向の高さを調節可能なスライド部２６を備えている。このため、装着者Ｐの体型に合わせて上体支持部１４の高さを調整することにより、部材支持部１８を備えた腕部補助装置１０を適切な位置で装着者Ｐに装着させることができる。これにより、装着者Ｐの上腕に適切に補助力を与えることができる。

（第２実施形態）
　次に、図９を用いて、本発明に係る腕部補助装置の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

　図９には、本実施形態に係る一例としての腕部補助装置１００を装着した装着者Ｐが、腕を人体水平方向に沿って伸ばした状態を０度とし、そこから人体上方側へ角度θだけ上腕部ＡＰを持ち上げたときの第１部材７６、可変部６０及びガススプリング８０の人体側面側から見た位置関係が模式的に示されている。ここでは、可変部６０には、第１実施形態の延長部６４よりも人体前方側（肘側）に延在された延長部１６４が配置されている。このため、人体左右方向に沿って延長部１６４に取り付けられ、ガススプリング８０の肩側の端部が連結された第３軸部１８４は、第１実施形態における位置よりも所定の長さｔだけ人体前方側（肘側）に配置されている。

　モーメントのモーメントレバーＭは、図９に模式的に示された力学モデルに基づき計算することができる。ここで、ガススプリング８０が、第３軸部１８４に取り付けられている位置（点）を点Ａとし、第２補助軸８２に取り付けられている位置（点）を点Ｂとする。また、第１軸部７２が設けられている位置（点）を点Ｃとする。

　モーメントレバーＭは、人体側面視で第１軸部７２からガススプリング８０に下した垂線ＰＬ２の長さに相当する。第１軸部７２と第３軸部１８４の距離（直線Ｌ１の長さ）をｒとすると、モーメントレバーＭは、
　Ｍ＝ｒ×｛ｓ×ｃｏｓ（θ－α）－ｔ｝／Ｄ＋ｔ×｛ｓ×ｓｉｎ（θ－α）＋ｒ｝／Ｄ
で表される。ここで、ガススプリング８０の長さＤは、図９中の角φを含む２つの相似な三角形に基づき、
　Ｄ２＝｛ｒ＋ｓ×ｓｉｎ（θ－α）｝２＋｛ｓ×ｃｏｓ（θ－α）－ｔ｝２
で表される。ｓは、点Ｂと点Ｃの位置関係に基づき、ｓ２＝ｘ２＋ｙ２で表される。ｘは、第１部材７６の延在方向における点Ｂと点Ｃの距離、ｙは、第１部材７６の延在方向と直交する方向における点Ｂと点Ｃの距離を表す。また、αも点Ｂと点Ｃの位置関係に基づき定まる角度であり、ｔａｎα＝ｙ／ｘの関係を満たす。

　これらのことから、可変部６０に人体前方側へ延在された延長部１６４を設け、第３軸部１８４を肘側へ移動させることにより、補助力としてのモーメントを増加できることがわかる。これにより、上腕部ＡＰの回転を補助するためのモーメントの範囲を変更することができる。

　本実施形態に係る腕部補助装置１００によれば、ガススプリング８０の他方の端部（肩側の端部）は、可変部６０から装着者Ｐの肘側へ向けて延在された延長部に軸方向を人体左右方向として設けられた第３軸部１８４を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。このため、ガススプリング８０の他方の端部の位置となる第３軸部１８４の位置が可変部６０よりも人体前方側へ移動し、第１軸部７２とガススプリング８０の距離が変化する。これにより、ガススプリング８０を付け替えることなく腕の回転を補助するための補助力としてのモーメントの範囲をより広い範囲で調整することができる。

（第３実施形態）
　次に、図１０～図１９を用いて、本発明に係る腕部補助装置の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態又は第２実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

　まず、図１０～図１６を用いて、腕部補助装置２００の構成について説明する。図１０は、腕部補助装置２００を装着者Ｐに装着した状態を示す側面図である。図１１は、腕部補助装置２００を装着者Ｐに装着した状態を示す正面図である。図１２は、腕部補助装置２００を装着者Ｐに装着した状態を示す背面図である。

　図１３は、腕部補助装置２００の上腕支持部１６周辺を示す部分拡大斜視図である。図１４は、腕部補助装置２００を装着者Ｐに装着した状態を示す背面図であり、（Ａ）は上体支持部２５０の長さを長くした状態を示し、（Ｂ）は上体支持部２５０の長さを短くした状態を示す。図１５は、腕部補助装置２００を装着者Ｐに装着した状態を示す背面図であり、（Ａ）は腕を前方に向けて背面連結部材２７０を伸ばした状態を示し、（Ｂ）は腕を横に広げて背面連結部材２７０を縮めた状態を示す。図１６は、腕部補助装置２００の装着者Ｐへの着脱を説明する斜視図であり、（Ａ）は上腕支持部１６が面ファスナー２９０で肩ベルト２８０に繋がっている状態を示し、（Ｂ）は上腕支持部１６が面ファスナー２９０で上腕に巻き付けられている状態を示す。

　図１０～図１２に示す腕部補助装置２００は、左右対称となるように構成されており、装着者Ｐがリュックのように背負って一人で装着することで、装着者Ｐの上半身に装着される。この腕部補助装置２００は、装着者Ｐの両腕の負荷の各々に対し、ガススプリング（付勢手段）８０によって補助力を発生させる。

　具体的に、腕部補助装置２００は、左右一対の部材支持部２１０と、左右一対の第１部材２２０と、左右一対の上腕支持部１６と、左右一対の回動制限部材２３０（図１３等参照）と、左右一対のガススプリング８０と、左右一対のロック機構（図示省略）と、左右一対のアーム部２４０と、左右一対の上体支持部２５０と、帯部２６０と、背面連結部材２７０と、左右一対の肩ベルト２８０と、ストラップ２８５と、左右一対の面ファスナー（固定具）２９０と、等を備えている。

　左右一対の部材支持部２１０は、それぞれ、装着者Ｐの上体を背面側から支持する左右一対の上体支持部２５０の各々に対して、左右一対のアーム部２４０の各々を介して取り付けられていることで、装着者Ｐの左右の上腕の側方側に配置される。これら左右一対の部材支持部２１０は、それぞれ、上腕に沿って配置された第１部材２２０及びガススプリング８０をこれらの基端部側で支持する。

　左右一対の第１部材２２０は、それぞれ、上腕の側方側に沿って配置され、部材支持部２１０に軸方向を人体左右方向として設けられた第１軸部２２１（図１４、図１５、図１９等参照）を回転軸として人体上下方向へ回動可能とされている。これら左右一対の第１部材２２０は、それぞれ、上腕を支持する上腕支持部１６を先端に取り付けている。

　図１３に示すように、上腕支持部１６は、第１部材２２０の先端に、軸方向を人体左右方向として回動可能に取り付けられている。この上腕支持部１６は、各々上腕の両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において第１部材２２０に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられた一対の側部材１６Ａと、一対の側部材１６Ａの人体後方側端部に亘って形成され、上腕の背面側に当接する背面側部材１６Ｂと、を備え、上腕の正面側が開放されている。また、上腕支持部１６は、回動制限部材２３０によって、所定位置からの人体上方向への回動が制限されている。なお、上腕支持部１６は、後述するように、クッション性を有するカバー１６Ｃ（図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）参照）によって覆われる。

　回動制限部材２３０は、所定位置からの上腕支持部１６の人体上方向への回動を制限する。具体的に、回動制限部材２３０は、上腕支持部１６における第１部材２２０側の側部材１６Ａに取り付けられたピンであり、第１部材２２０に当接することで上腕支持部１６の回動を制限する。

　図１０～図１２に戻って説明する。左右一対のガススプリング８０は、それぞれ、上腕の側方側に沿って第１部材２２０の下方に配置され、一方の端部である先端が、人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に第１部材２２０の先端に取り付けられると共に、他方の端部である基端が、部材支持部２１０に直接的に、軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部２２２を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。これら左右一対のガススプリング８０は、装着者Ｐの腕を付勢する。ガススプリング８０による装着者Ｐの腕の付勢についての詳細は、後述する。

　左右一対のロック機構（図示省略）は、装着者Ｐの腕の人体後方側への回転に対して第１部材２２０を停止するための機構である。

　左右一対のアーム部２４０は、それぞれ、左右一対の上体支持部２５０の各々の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に、装着者Ｐの肩の側方側から左右一対の部材支持部２１０の各々に連結されている。より具体的にはアーム部２４０は、それぞれ上体支持部２５０から左右に互いに離れるように延び、所定の位置において、前方向にそれぞれ湾曲しており、三角筋の後部から側部にわたる部分を取り囲むような形状を有している。

　左右一対の上体支持部２５０は、それぞれ、左右一対の部材支持部２１０の各々の人体下方側に設けられ、装着者Ｐの上体を背面側から支持する。これら左右一対の上体支持部２５０は、装着者Ｐの背面側において人体上下方向に沿って左右に対で配置され、各々の下端が、回転についての３つの自由度を有するように帯部２６０に取り付けられていると共に、各々の上端が、帯状のゴムにより構成される背面連結部材２７０によって互いに連結されている。ここで、回転についての３つの自由度を有するとは、前後方向、左右方向、及び、上下方向の３つの方向にそれぞれ指向する軸心を中心として回転可能であることを意味する。

　より具体的には、上体支持部２５０の下端は、前方へ突出する図示しない球形部材が固定されて設けられている円形端部材２５０５を備えている。図示しない球形部材は、帯部２６０に固定された基部金具２６０１に形成された穴であって、内部が開口よりも広い円形の穴に嵌合している。当該穴の内部において図示しない球形部材が基部金具２６０１に対して摺動して回転することにより、上体支持部２５０は、基部金具２６０１に対して、回転についての３つの自由度を有するように、基部金具２６０１に支持されている。

　図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、左右一対の上体支持部２５０は、それぞれ、長さの調節が可能である。具体的には、上体支持部２５０には、複数の貫通孔が等間隔で上体支持部２５０の長手方向に形成された外側管２５０１と、外側管２５０１の内周面により形成される内部空間に配置され、外側管２５０１に対して同軸的な位置関係で摺動する内側管２５０２とを有している。内側管２５０２には、内側管２５０２の外方へ図示しないばねにより付勢されて突出する球状部材２５０３が設けられている。球状部材２５０３が、外側管２５０１の貫通孔に係合することにより、内側管２５０２は、外側管２５０１に対して固定されるように構成されている。

　図１０～図１２に戻って説明する。帯部２６０は、装着者Ｐの腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者Ｐの腰に固定可能である。この帯部２６０は、装着者Ｐの前方側にバックル２６１を有していて着脱可能となっており、一般的なリュックのウエストベルトと同様の機能を果たす。

　図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示すように、背面連結部材２７０は、左右一対の上体支持部２５０の各々における上方において、当該左右一対の上体支持部２５０を互いに連結し、装着者Ｐの上体を背面側から伸縮可能に支持する。

　図１０～図１２に戻って説明する。左右一対の肩ベルト２８０は、人体上下方向に沿って左右に対で配置され、各々の下端が帯部２６０における人体前方側に取り付けられ、かつ各々の上端が背面連結部材２７０に取り付けられている。このような左右一対の肩ベルト２８０は、一般的なリュックのショルダーハーネスと同様の機能を果たす。

　ストラップ２８５は、装着者Ｐの胸の辺りで左右一対の肩ベルト２８０を互いに連結し、装着者Ｐの上体を前方側から支持する。このストラップ２８５は、バックル２８６を有していて着脱可能となっており、一般的なリュックのチェストストラップと同様の機能を果たす。

　図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すように、左右一対の面ファスナー２９０は、それぞれ、左右一対の上腕支持部１６を覆うカバー１６Ｃに取り付けられている。これら左右一対の面ファスナー２９０は、それぞれ、上腕支持部１６を肩ベルト２８０に着脱可能に取り付ける（図１６（Ａ）参照）と共に、上腕に着脱可能に巻き付けられることで上腕支持部１６を上腕に固定する（図１６（Ｂ）参照）。

　次に、図１７を用いて、腕部補助装置２００と装着者Ｐの位置関係について説明する。
図１７は、腕部補助装置２００と装着者Ｐの位置関係を示す模式図である。

　ガススプリング８０により発生するモーメントのモーメントレバーＭは、図１７に示す力学モデルに基づき計算することができる。ここで、ガススプリング８０が第２軸部２２２に取り付けられている位置（点）を点Ａとし、ガススプリング８０が第１部材２２０の先端に取り付けられている位置（点）を点Ｂとする。また、第１部材２２０が第１軸部２２１に取り付けられている位置（点）を点Ｃとする。

　モーメントレバーＭは、人体側面視で第１軸部２２１からガススプリング８０に下した垂線ＰＬ３の長さに相当する。点Ａと点Ｂとの鉛直方向の距離をｒとし、点Ｂと点Ｃとの距離をｓとし、点Ａと点Ｂとの水平方向の距離をｔとすると、モーメントレバーＭは、
　Ｍ＝ｒ×（ｓ×ｃｏｓθ―ｔ）／Ｄ＋ｔ×（ｓ×ｓｉｎθ＋ｒ）／Ｄ
で表される。ここで、ガススプリング８０の長さＤは、図１７中の角φを含む２つの相似な三角形に基づき、
　Ｄ^２＝（ｒ＋ｓ×ｓｉｎθ）^２＋（ｓ×ｃｏｓθ―ｔ）^２
で表される。なお、本実施形態において、ｓ＝２００ｍｍであり、ｔ＝１２ｍｍであり、ｒ＝２０ｍｍであることが好ましい。

　次に、図１８及び図１９を用いて、腕部補助装置２００により得られる補助力と腕の回転角度との関係について説明する。図１８は、腕部補助装置２００により得られる補助力と腕の回転角度との関係を示すグラフである。図１９は、腕部補助装置２００を示す側面図であり、（Ａ）は正の角度に位置した状態を示し、（Ｂ）は－６０度に位置した状態を示し、（Ｃ）は－９０度に位置した状態を示す。なお、説明に不要な構成の図示を適宜省略する。

　図１８において、横軸には、上腕部の回転角度が示されている。ここでは、上腕部の回転角度は、上腕部を人体水平方向に沿って伸ばした場合を０度とし、上腕部を人体上方側へ持ち上げた場合を正と定義する。縦軸には、補助力としてのモーメントが示されている。図１８に示すように、ガススプリング８０による装着者Ｐの腕を付勢するトルクは、－９０度の場合に負の値（－４．０［Ｎ・ｍ］）で、－６０度の中立点の場合に０［Ｎ・ｍ］で、０度を超える９０度未満の所定角度（２０度）の場合に最大値となる正の値（７．０［Ｎ・ｍ］）で、９０度の場合に正の値（３．５［Ｎ・ｍ］）で、かつ－９０度から９０度の範囲で変動することに伴って値が滑らかに変動する。

　図１９（Ａ）に示すように、第１部材２２０が正の角度に位置する場合、上方に向けた補助力が生じている。図１９（Ｂ）に示すように、第１部材２２０が－６０度の中立点に位置する場合、補助力は生じない。図１９（Ｃ）に示すように、第１部材２２０が－９０度に位置する場合、人体後方側に向けた補助力が生じるが、ロック機構（図示省略）によってロックされて第１部材２２０が停止させられる。

　このように、腕部補助装置２００は、装着者Ｐの上腕の側方側に配置された部材支持部２１０と、部材支持部２１０の人体下方側に設けられ、装着者Ｐの上体を背面側から支持する上体支持部２５０と、上腕に沿って配置され、部材支持部２１０に軸方向を人体左右方向として設けられた第１軸部２２１を回転軸として人体上下方向へ回動可能とされた第１部材２２０と、第１部材２２０の一方の端部に取り付けられ、上腕を支持する上腕支持部１６と、上腕に沿って配置され、一方の端部が、第１部材２２０に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられると共に、他方の端部が、部材支持部２１０に直接的に、軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部２２２を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられ、装着者Ｐの腕を付勢するガススプリング８０と、を含んで構成されている。

　このような腕部補助装置２００によれば、上腕に沿ってガススプリング８０が配置されている。ガススプリング８０は、その一方の端部が、第１部材２２０に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。また、他方の端部が、部材支持部２１０に直接的に、軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部２２２を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられている。腕部補助装置２００を装着した装着者Ｐが、人体前方側へ腕を回動した際、すなわち、腕を持ち上げた際に、第１部材２２０は、第１軸部２２１回りに人体前方側へ回動すると共に、ガススプリング８０の一方の端部は、人体前方側へ移動する。このため、ガススプリング８０の一方の端部から他方の端部までの距離、すなわち、ガススプリング８０の長さが変化し、これに応じて付勢力が発生する。この付勢力により、第１部材２２０には、第１軸部２２１回りのモーメントが作用する。ここでは、モーメントレバーは、第１軸部２２１からガススプリング８０までの距離により決まる。具体的には、人体側面視で第１軸部２２１からガススプリング８０に下した垂線の長さがモーメントレバーに相当する。これにより、腕部補助装置２００を装着した装着者Ｐの腕の回転を補助するための補助力を発生させることができる。これにより、装着者Ｐの作業性を向上させることができる。

　また、腕部補助装置２００において、装着者Ｐの腕の回転角度について、装着者Ｐの腕が水平に伸ばされた場合を０度とし、装着者Ｐの腕が上方側へ持ち上げられた場合を正と定義する場合において、ガススプリング８０による装着者Ｐの腕を付勢するトルクは、－９０度の場合に負の値で、０度を超える９０度未満の所定の角度の場合に最大値となる正の値で、９０度の場合に正の値で、かつ－９０度から９０度の範囲で変動することに伴って値が滑らかに変動する。

　このような腕部補助装置２００によれば、ガススプリング８０による装着者Ｐの腕を付勢するトルクが、－９０度の場合に負の値で、０度を超える９０度未満の所定角度の場合に最大値となる正の値で、９０度の場合に正の値で、かつ－９０度から９０度の範囲で変動することに伴って値が滑らかに変動するので、装着者Ｐの負荷に対して補助力が強く、脱力した場合であっても腕が下がってしまうことを防止できる。また、補助力が反転する境目となる中立点では補助力が生じなくなるため、腕部補助装置を装着する装着者Ｐは、中立点となる状態で容易に装着することができる。

　また、中立点よりも－９０度に近づく範囲では、補助力は負の値となるため、床に落としたものを拾う場合等、装着者Ｐが下方へ手を届かせようとする際に、上方向への補助力が阻害することを回避でき、容易に届くことを可能とする。

　また、腕部補助装置２００は、装着者Ｐの腕の人体後方側への回転に対して第１部材２２０を停止するためのロック機構（図示省略）を備えている。

　このような腕部補助装置２００によれば、装着者Ｐの腕の人体後方側への回転に対して第１部材２２０を停止するためのロック機構（図示省略）を備えているので、腕が人体後方側へ強い補助力で回動することを防止又は抑制することができる。

　また、腕部補助装置２００は、装着者Ｐの腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者Ｐの腰に固定可能な帯部２６０を備え、上体支持部２５０は、人体上下方向に沿って左右に対で配置されると共に、各々の下端が、回転についての３つの自由度を有するように帯部２６０に取り付けられている。

　このような腕部補助装置２００によれば、上体支持部２５０が、人体上下方向に沿って左右に対で配置されると共に、各々の下端が、回転についての３つの自由度を有するように帯部２６０に取り付けられているので、腰に固定された帯部２６０に対して上体支持部２５０を柔軟に動かすことができる。

　また、腕部補助装置２００において、対の上体支持部２５０は、それぞれ、長さの調節が可能である。

　このような腕部補助装置２００によれば、対の上体支持部２５０が、それぞれ、長さの調節が可能であるので、装着者Ｐの身長に応じて対の上体支持部２５０の長さを調節することができ、また、上体支持部２５０の長さを調節することで、腰に固定される帯部２６０の位置を調節することができる。

　また、腕部補助装置２００は、対の上体支持部２５０の各々における上方において、対の上体支持部２５０を互いに連結し、装着者Ｐの上体を背面側から伸縮可能に支持する背面連結部材２７０を備えている。

　このような腕部補助装置２００によれば、対の上体支持部２５０の各々における上方において、当該対の上体支持部２５０を互いに連結し、装着者Ｐの上体を背面側から伸縮可能に支持する背面連結部材２７０を備えているので、腕を前方に向けたり横に広げたりすることで背面連結部材２７０が伸縮し、対の上体支持部２５０を柔軟に動かすことができる。

　また、腕部補助装置２００は、上体上下方向に沿って左右に対で配置され、各々の下端が帯部２６０における人体前方側に取り付けられ、かつ各々の上端が背面連結部材２７０に取り付けられた肩ベルト２８０を備えている。

　このような腕部補助装置２００によれば、上体上下方向に沿って左右に対で配置されている肩ベルト２８０を備えているので、装着者Ｐは腕部補助装置２００をリュックのように背負って一人で装着することができる。

　また、腕部補助装置２００は、上腕支持部１６を肩ベルト２８０に着脱可能に取り付けると共に、上腕に着脱可能に巻き付けられることで上腕支持部１６を上腕に固定する面ファスナー２９０を備えている。

　このような腕部補助装置２００によれば、上腕支持部１６と肩ベルト２８０が、上腕支持部１６を上腕に固定する面ファスナー２９０で繋がっているので、装着者Ｐは腕部補助装置２００を装着してから容易に面ファスナー２９０を上腕に巻き付けることができる。

　また、腕部補助装置２００において、上腕支持部１６は、各々上腕の両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において第１部材２２０に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられた一対の側部材１６Ａと、一対の側部材１６Ａの人体後方側端部に亘って形成され、上腕の背面側に当接する背面側部材１６Ｂと、を備え、上腕の正面側が開放され、腕部補助装置２００は、所定位置からの上腕支持部１６の人体上方向への回動を制限する回動制限部材２３０を備えている。

　このような腕部補助装置２００によれば、所定位置からの上腕支持部１６の人体上方向への回動を制限する回動制限部材２３０を備えているので、上腕支持部１６が腕から外れて腕とは無関係に回動することを防止でき、上腕支持部１６を常に上腕と接触させることができる。

　また、腕部補助装置２００は、上体支持部２５０の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者Ｐの肩の側方側から部材支持部２１０に連結されたアーム部２４０を備えている。

　このような腕部補助装置２００によれば、上体支持部２５０の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者Ｐの肩の側方側から部材支持部２１０に連結されたアーム部２４０を備えているので、上腕に沿って配置される第１部材２２０をデフォルトで人体前方側に向けることができる。

　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び変形が可能である。

　例えば、図２０に示すように、一対の円形端部材２５０５をそれぞれ支持する基部金具２６０１間の距離を一定に維持するための距離維持部材２６３Ａを設けてもよい。図２０は、第３実施形態に係る腕部補助装置の変形例を示す背面図である。
　具体的には、距離維持部材２６３Ａは、帯部２６０の上下方向における幅よりも短い幅を有して、左右の基部金具２６０１の周囲を取り囲み、且つ、左右の基部金具２６０１に掛け渡されるようにして帯部２６０の後面に沿って設けられている。距離維持部材２６３Ａは、金属製の板部材により構成されており、本実施形態では、例えば、アルミニウム合金製の板部材により構成されている。

　距離維持部材２６３Ａは、図２０に示すように、左右方向に長い帯状の板状を有しており、左右の端部２６３１Ａが、中央の部分２６３２Ａに対して、それぞれ前方向へ鈍角をなす角度で折り曲げられている。距離維持部材２６３Ａの左右の端部においては、上端から上下方向における中央に至るまで切り欠き２６３３Ａが形成されている。当該切り欠きの下端部に、後方に突出する基部金具２６０１が配置された位置関係で、距離維持部材２６３Ａの左右の端部は、基部金具２６０１を取り囲むように配置された４つのボルト２６３５Ａにより、帯部２６０に固定されている。帯部２６０と距離維持部材２６３Ａとの間には、所定の隙間が形成されている。

　また、付勢手段としてガススプリング８０が用いるとして説明したが、これに限らず、バネ等の他の付勢手段が用いられてもよい。

１０　　腕部補助装置
１４　　上体支持部
１６　　上腕支持部
１６Ａ　側部材
１６Ｂ　背面側部材
１６Ｃ　カバー
１８　　部材支持部
２６　　スライド部
３６　　アーム部
６０　　可変部
６４　　延長部
７２　　第１軸部
７６　　第１部材
８０　　ガススプリング（付勢手段）
８４　　第２軸部
８６　　ストッパ
９０　　ローレットねじ（調整部）
１００　腕部補助装置
１６４　延長部
１８４　第３軸部
２００　腕部補助装置
２１０　部材支持部
２２０　第１部材
２２１　第１軸部
２２２　第２軸部
２３０　回動制限部材
２４０　アーム部
２５０　上体支持部
２６０　帯部
２６１　バックル
２７０　背面連結部材
２８０　肩ベルト
２８５　ストラップ
２８６　バックル
２９０　面ファスナー（固定具）
Ｐ　　　装着者
ＡＰ　　上腕部
ＵＢ　　上体部
ＷＰ　　腰部

Claims (20)

1. 　装着者の上腕の側方側に配置された部材支持部と、
   　前記部材支持部の人体下方側に設けられ、装着者の上体を背面側から支持する上体支持部と、
   　前記上腕に沿って配置され、前記部材支持部に軸方向を人体左右方向として設けられた第１軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能とされた第１部材と、
   　前記第１部材の一方の端部に取り付けられ、前記上腕を支持する上腕支持部と、
   　前記上腕に沿って配置され、一方の端部が、前記第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられると共に、他方の端部が、前記部材支持部に軸方向を人体左右方向として設けられた第２軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能に接続され、装着者の腕を付勢する付勢手段と、
   　を含んで構成された腕部補助装置。
2. 　前記部材支持部に設けられ、前記第１軸部との距離を変更可能な可変部と、
   　前記部材支持部に設けられると共に、前記部材支持部における前記可変部の位置を変更可能な調整部と、を含んで構成され、
   　前記付勢手段は、前記他方の端部が、前記可変部を介して前記部材支持部に間接的に取り付けられ、装着者の腕が人体前方側へ回転する方向へ付勢する請求項１に記載の腕部補助装置。
3. 　前記調整部は、前記部材支持部における前記可変部の人体上下方向の位置を無段階に変更可能な請求項２に記載の腕部補助装置。
4. 　前記付勢手段は、中立点を越えると付勢方向が人体後方側へ反転し、前記部材支持部は、装着者の腕の人体後方側への回転に対して前記第１部材を停止するためのストッパを備えた請求項２又は請求項３に記載の腕部補助装置。
5. 　前記付勢手段の前記他方の端部は、前記可変部に替えて前記可変部から装着者の肘側へ向けて延在された延長部に軸方向を人体左右方向として設けられた第３軸部を回転軸として人体上下方向へ回動可能に取り付けられた請求項２から請求項４の何れか１項に記載の腕部補助装置。
6. 　前記上腕支持部は、各々前記上腕の両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において前記第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられた一対の側部材と、前記一対の側部材の人体後方側端部に亘って形成され、前記上腕の背面側に当接する背面側部材と、を備え、前記上腕の正面側が開放された請求項２から請求項５の何れか１項に記載の腕部補助装置。
7. 　前記上体支持部の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者の肩の側方側から前記部材支持部に連結され、人体左右方向の長さを調整可能なアーム部を備えた請求項２から請求項６の何れか１項に記載の腕部補助装置。
8. 　前記上体支持部は、装着者の腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者の腰に固定可能な帯部を備える請求項２から請求項７の何れか１項に記載の腕部補助装置。
9. 　前記上体支持部は、人体上下方向に沿ってスライド可能な可動部により前記上体支持部の人体上下方向の高さを調整可能なスライド部を備える請求項２から請求項８の何れか１項に記載の腕部補助装置。
10. 　前記付勢手段は、前記他方の端部が、前記部材支持部に直接的に取り付けられた請求項１に記載の腕部補助装置。
11. 　装着者の腕の回転角度について、装着者の腕が水平に伸ばされた場合を０度とし、装着者の腕が上方側へ持ち上げられた場合を正と定義する場合において、
    　前記付勢手段による装着者の腕を付勢するトルクは、－９０度の場合に負の値で、０度を超える９０度未満の所定角度の場合に最大値となる正の値で、９０度の場合に正の値で、かつ－９０度から９０度の範囲で変動することに伴って値が滑らかに変動する請求項１０に記載の腕部補助装置。
12. 　装着者の腕の人体後方側への回転に対して前記第１部材を停止するためのロック機構を備えた請求項１０又は請求項１１に記載の腕部補助装置。
13. 　装着者の腰周り方向に沿って帯状に形成されると共に、装着者の腰に固定可能な帯部を備え、
    　前記上体支持部は、人体上下方向に沿って左右に対で配置されると共に、各々の下端が、回転についての３つの自由度を有するように前記帯部に取り付けられている請求項１０から請求項１２の何れか１項に記載の腕部補助装置。
14. 　前記対の上体支持部は、それぞれ、長さの調節が可能である請求項１３に記載の腕部補助装置。
15. 　前記対の上体支持部の各々における上方において、該対の上体支持部を互いに連結し、装着者の上体を背面側から伸縮可能に支持する背面連結部材を備えた請求項１３又は請求項１４に記載の腕部補助装置。
16. 　人体上下方向に沿って左右に対で配置され、各々の下端が前記帯部における人体前方側に取り付けられ、かつ各々の上端が前記背面連結部材に取り付けられた肩ベルトを備えた請求項１５に記載の腕部補助装置。
17. 　前記上腕支持部を前記肩ベルトに着脱可能に取り付けると共に、前記上腕に着脱可能に巻き付けられることで前記上腕支持部を前記上腕に固定する固定具を備えた請求項１６に記載の腕部補助装置。
18. 　前記帯部に取り付けられている前記上体支持部の下端間の距離を一定に維持するための距離維持部材を備える請求項１３から請求項１７の何れか１項に記載の腕部補助装置。
19. 　前記上腕支持部は、各々前記上腕の両側部に対向して配置されると共に人体左右方向外側において前記第１部材に人体左右方向に沿った軸線回りに人体上下方向へ回動可能に取り付けられた一対の側部材と、前記一対の側部材の人体後方側端部に亘って形成され、前記上腕の背面側に当接する背面側部材と、を備え、前記上腕の正面側が開放され、
    　前記腕部補助装置は、所定位置からの前記上腕支持部の人体上方向への回動を制限する回動制限部材を備えた請求項１０から請求項１８の何れか１項に記載の腕部補助装置。
20. 　前記上体支持部の上方側に人体左右方向に沿って形成されると共に装着者の肩の側方側から前記部材支持部に連結されたアーム部を備えた請求項１０から請求項１９の何れか１項に記載の腕部補助装置。
     

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