CN101959477B - 具有手动锁定机构的膝部联结器以及大腿义肢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手动地将膝部联结器的上部构件和下部构件的摆动运动切换成锁定状态或非锁定状态的手动锁定机构的技术。尤其涉及简化手动锁定机构的结构、使具有这种手动锁定机构的膝部联结器和义肢结构紧凑的技术。为此，对将上部构件和下部构件间连接成可摆动状态的摆动轴的其中一个进行限制。因此，手动锁定机构具有包含凹凸部的摆动轴和限制该摆动轴的动作的锁定构件。锁定构件能够切换成与摆动轴的凹凸部相接触的锁定状态和脱离凹凸部的非锁定状态。在锁定状态时，将来自摆动轴的力作为锁定构件长边方向的压缩负荷施加。

Description

具有手动锁定机构的膝部联结器以及大腿义肢

技术领域

本发明涉及能够在膝部伸展的状态下手动地将位于膝部上方的上部构件和位于膝部下方的下部构件切换成可摆动的非锁定状态或不能摆动的锁定状态的膝部联结器以及具有该膝部联结器的大腿义肢，尤其涉及能有效地使进行非锁定状态/锁定状态切换的手动锁定机构结构紧凑的技术。 

背景技术

膝部联结器具有能够使上部构件与下部构件进行摆动的膝关节的作用。具有这种膝部联结器的义肢的典型代表就是大腿义肢。在具有膝部联结器的义肢上，为了有效地进行摆动运动，一般是设置气压汽缸或油压汽缸、或是弹簧汽缸这类阻力发生装置。而为了实现义肢的小型化或是结构紧凑化，油压汽缸和弹簧汽缸比气压汽缸更好。但气压汽缸的气体具有压缩性，因此能够得到膝部最大程度弯曲后的回弹力。 

例如，专利文献1公开了一种具有气压汽缸的义肢，专利文献2公开了一种具有油压汽缸的义肢，专利文献3公开了一种具有弹簧汽缸的义肢。 

专利文献1：日本专利特开2001-137268号公报 

专利文献2：日本专利特开2002-58689号公报 

专利文献3：日本专利特开昭55-130657号公报 

具有膝部联结器的义肢由于上部构件和下部构件能够摆动，因此要求防止使用者所不希望的屈膝。专利文献4公开了一种防止屈膝的技术，能够在使用者的负荷施加时相应地产生制动作用，步行时自动地对摆动运动作锁定/非锁定切换。 

专利文献4：日本实用新型实公昭55-32574号公报 

然而，这种防止屈膝的技术是利用使用者的负荷，因此譬如在雪地或不平整的地面上步行时，不能有效地发挥作用。当在雪地或不平整的地面上步行时，为了可靠地防止屈膝，最好是预先锁定在膝部伸展的形态。所谓膝部伸展的形态，有的是指上部构件和下部构件伸直的形态(专利文献5和专利文献6)，也有的是指上部构件和下部构件构成“ㄑ”字形的形态(专利文献7)。 

专利文献5：日本专利特开昭62-87149号公报 

专利文献6：GB2099708A 

专利文献7：日本专利特开平9-75382号公报 

若采用专利文献5～7公开的各种技术，当在雪地或不平整的地面上步行时，能够以锁定状态可靠地防止屈膝。而且也能够手动地将上部构件和下部构件的摆动运动暂时从锁定状态切换成非锁定状态。从而，如果为了平时成为非锁定状态而在钢丝拉紧的状态下进行固定，则也可认为通常步行时对应适当的摆动运动。然而，迄今为止的手动锁定机构结构复杂，构成零件也多，还需要有在钢丝拉紧的状态下进行固定的新的机构。因此，难以实现膝部联结器和义肢的结构紧凑化，且在外观上也有需改良之处。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种技术，该技术能够简化步行时能有选择地切换非锁定状态/锁定状态的手动锁定机构的结构，且使包含该结构的膝部联结器或义肢实现结构紧凑化。 

本发明的目的还在于提供一种技术，该技术能够美化外观，且能提高手动锁定机构的切换操作性。 

本发明的其它目的可从后面的说明中明确。 

本发明着眼于将上部构件和下部构件可摆动地连接的连接装置包括摆动轴，通过限制该摆动轴的动作来获得锁定状态。摆动轴是膝部联结器或义肢所必需的装置，通过使它成为手动锁定机构的一个构成要素，能够简化手动锁定机构的结构。 

本发明的手动锁定机构具有以下特征： 

(A)上述的摆动轴是手动锁定机构的一个构成要素，包含了沿自身的轴线方向延伸的凹凸部。 

(B)具有锁定构件，该锁定构件支承在上部构件和下部构件中对摆动轴(即作为动作限制对象的摆动轴)可旋转地加以支承的构件上，该锁定构件能够手动且有选择地切换成与摆动轴的凹凸部相接触的锁定状态以及脱离该凹凸部的非锁定状态。 

(C)在锁定状态时，锁定构件以其长边方向的第1端部与凹凸部面对面的状态与该凹凸部相接触，抑制上部构件和下部构件企图将膝部弯曲的动作。 

要维持锁定状态时，要在抑制摆动运动的锁定构件上施加相当大的力。 在迄今为止的锁定构件上，这种力通常是作为弯曲负荷施加的。因此在在设计锁定构件的强度时必须有充分的考虑。从这一点来说，本发明的手动锁定机构在维持锁定状态时，来自摆动轴的力是作为长边方向的压缩负荷施加到锁定构件上的。由于是压缩负荷，就使锁定构件的强度设计有了余地。而且能够将锁定构件沿水平方向配置，能够将手动操作部设置在与摆动轴接触的第1端部相反的第2端部。另外，锁定构件能够有选择地切换成非锁定状态/锁定状态，因此既能够在锁定状态下步行，也能够在非锁定状态下步行。 

另外，作为将上部构件和下部构件可摆动地进行连接的连接装置，有摆动运动的摆动中心固定的单轴、或者是摆动运动的摆动中心随着摆动而变化的多轴。采用单轴时，是限制单一的单轴的动作，而采用多轴时，是限制多个摆动轴中一个摆动轴的动作。由于单一的单轴位于膝部联结器的上部，因此使用具有该膝部联结器的义肢的人能够自己操作与面对该单轴的内侧的第1端部相反的外侧的第2端部(即手动操作部)，能够根据需要容易地切换成锁定状态或非锁定状态。而如果是包含多个摆动轴的多轴，则通过采用限制膝部联结器上部的摆动轴的形态，即能进行与单轴同样的切换。因此，最好是限制位于膝部联结器上部的摆动轴，在这种情况下，最好是将锁定构件支承在具有充分机械强度的管套安装部。 

此处，限制摆动轴的动作并且将上部构件和上部构件的摆动运动设定为锁定形态就是上部构件和上部构件使膝部伸展的形态。换言之，这种形态是安装了义肢的使用者能够在雪地或不平整的地面上步行的形态。因而，这种形态是从上部构件和上部构件伸直的膝部角度0度到不会妨碍步行的膝部角度20度的形态。 

根据是切换成锁定状态还是非锁定状态，锁定构件在锁定状态的位置与非锁定状态的位置之间变化。从而，为了维持锁定状态或非锁定状态，最好是设置用于限制位置的位置限制装置。作为位置限制装置，有以下方法：譬如使限制位置用的螺栓或销钉可出入地落入浅槽中，或是利用爪部来卡住。 

另外，关于锁定构件，能够通过旋转操作或滑动操作中的任一种操作来切换成锁定状态和非锁定状态。伴随着这种切换，无论是旋转操作还是滑动操作，都是在水平配置的锁定构件的水平面上移动。因此锁定构件以及其动作只需极小的空间即可。 

在这种膝部联结器以及具有该膝部联结器的义肢上，为了使膝部联结器的动作有效进行，最好是设置阻力发生装置，来针对膝部联结器产生的膝部弯曲及伸展产生阻力。本发明的手动锁定构件结构简单，且所需空间很小， 因此在设置这种阻力发生装置时不会有任何障碍。阻力发生装置也可以采用油压汽缸、弹簧汽缸或气压汽缸中的任意一种。顺便提一句，在除了本发明的手动锁定机构之外还具有阻力发生装置的大腿义肢上，这些手动锁定机构以及阻力发生装置都位于膝部联结器的轮廓的内侧。这样，该大腿义肢不仅结构紧凑，而且外表美观。 

附图说明

图1是表示本发明第1实施例的膝部联结器的主视图。 

图2是沿图1的2-2线剖切的剖视图。 

图3是沿图1的3-3线剖切的剖视图。 

图4是表示第1实施例的膝部联结器的另外状态的主视图。 

图5是沿图4的5-5线剖切的剖视图。 

图6是沿图4的6-6线剖切的剖视图。 

图7是表示本发明第2实施例的膝部联结器的主视图。 

图8是沿图7的8-8线剖切的剖视图。 

图9是沿图7的9-9线剖切的剖视图。 

图10是表示本发明另一例手动锁定机构的锁定状态的剖视图。 

图11是表示图10的手动锁定机构在切换时的状态的剖视图。 

图12是表示图10的手动锁定机构在非锁定状态的剖视图。 

符号说明 

30膝部联结器(第1实施例) 

32上部构件 

34下部构件 

36前侧连杆 

38后侧连杆 

40连接装置 

50伸展辅助机构 

60油压汽缸 

70手动锁定机构 

72摆动轴 

720凹凸部 

721第1面 

722第2面 

74锁定构件 

76操纵杆(手动操作部) 

80螺帽构件 

230膝部联结器(第2实施例) 

232上部构件 

234下部构件 

260气压汽缸 

272摆动轴 

700手动锁定机构(另一例) 

740锁定构件 

742锁定爪 

760按钮式手动操作部 

770挡块 

具体实施方式

图1～图3是将本发明运用到多轴膝部联结器的第1实施例。第1实施例的膝部联结器30具有位于膝部上侧的上部构件32、和位于膝部下侧并可摆动地与上部构件32连接而使膝部能够弯曲的下部构件34。上部构件32在上部中央部一体地支承定位块322。定位块322是安装未图示的管套的部分，通过插入管套的大腿来支承义肢使用者的负荷。另一方面，在下部构件34的下部中央也设有另一个定位块342。该定位块342是安装用来支承足部的脚状构件的部分。因而，膝部联结器30构成大腿义肢的主要部分。 

多轴的连接装置40将上部构件32和下部构件34连接成可摆动的状态。连接装置40由4节连杆机构构成。4节连杆机构是将4个连杆可旋转地连接而成的限定连锁。上部构件32以及下部构件34分别作为该限定连锁的4个连杆中的一个连杆发挥作用。剩余的2个连杆是前侧连杆36和后侧连杆38。这两个连杆36、38的上下各端部设有与其它连杆连接的连接部362、364和382、384。此处，前后两个连杆36、38均呈左右对称的形状，上下各连接部分别为左右一对。从而，前后隔开的前侧连杆36和后侧连杆38两者结合起来包围膝部联结器30的外侧，并划分其内侧空间。此外，在膝部联结器30上，在下部构件34与后侧连杆38之间支承着伸展辅助机构50。伸展辅助机构50除了压缩弹簧52外，还包括两个辅助连杆54、56，在膝部的弯曲较小的阶段产生使膝部伸展的伸展力。 

在这种膝部联结器30的内侧空间中，设有作为阻力发生装置的油压汽缸60。油压汽缸60在上部安装位置622与上部构件32可旋转地连接，且在下部安装位置624上与下部构件34可旋转地连接，且对于上部构件32和下部构件34的摆动运动施加阻力。油压汽缸60本身是已知的，具有包括汽缸孔的汽缸本体64、进入汽缸孔中且将汽缸孔划分成两个室的活塞66、以及从该活塞66的一部分延伸到汽缸本体64的外部的活塞杆68。另外，虽然图中未示出，但油压汽缸60为了产生油压阻力，在汽缸本体64中具有已知的油压回路。油压回路具有第1通路和第2通路，第1通路具有仅允许流体从活塞一侧的第1室向活塞另一侧的第2室流动的第1止回阀、以及向该流体施加流动阻力的第1节流阀，第2通路具有仅允许流体从第2室向第1室流动的第2止回阀、以及向该流体施加流动阻力的第2节流阀。 

第1实施例的膝部联结器30针对连接装置40的4个连接部中位于更上方且与具有充分机械强度的定位块322相邻的连接部362，设有手动锁定机构70。手动锁定机构70的一个主体是连接部362处的摆动轴72。摆动轴72如图3所示，是截面为圆形、朝水平方向延伸的旋转轴。摆动轴72通过两端的止动螺钉73a、73b而固定在前侧连杆36上，并将上部构件32支承成可旋转或可摆动的状态。 

在截面为圆形的摆动轴72上，在其轴线方向中央部具有将其自身的外周侧面挖去后形成的凹凸部720。凹凸部720具有沿着摆动轴72的轴线方向扩展的第1面721、和沿着与该第1面721交叉(此处为大致正交)的方向扩展的第2面722。凹凸部720的第1面721从外周延伸到轴的中心附近，且沿着轴线方向的截面形状为圆弧状。然而，凹凸部720只占了摆动轴72的轴线方向中央部的一部分，而且其深度(第2面722的宽度)与轴径相比非常小(譬如只是轴径的1/4以下)。因此摆动轴72虽然具有凹凸部720，但具有足够的机械强度来承受摆动运动时的负荷以及锁定时的负荷。 

手动锁定机构70的另一主体是锁定构件74。锁定构件74与具有凹凸部720的摆动轴相配合，实现抑制上部构件32绕摆动轴72摆动的锁定状态、以及允许上部构件32摆动的非锁定状态。在非锁定状态时，锁定构件74不承受会引起强度问题的负荷。但在锁定状态时，锁定构件74会与相互限制动作的摆动轴72一起，直接承受义肢使用者的负荷。因此在膝部联结器30上，是在支承管套安装部即定位块322的部分安装锁定构件74。支承定位块322的部分在膝部联结器30中也是机械强度最大的部分。此处采用贯通定位块322的中心孔的支承螺栓(图中未示)、以及与支承螺栓进行螺纹结合的 螺帽构件80，来将锁定构件74安装到上部构件32上。锁定构件74被可旋转地支承在螺帽构件80的外周。由此使锁定构件74以与摆动轴72交叉的状态沿水平方向延伸，且从支承在螺帽构件80上的第1端部延伸到位于上部构件32的外周边缘的第2端部。 

锁定构件74的第1端部如图2及图3所示，呈凸轮形状，具有与摆动轴72的凹凸部720相接触而实现锁定状态的锁定部74L、以及离开凹凸部720而实现非锁定状态的非锁定部74U。另外，从长边方向看，在与第1端部相反一侧的第2端部具有成为手动操作部的操纵杆76。操纵杆76在膝部联结器30的轮廓的内侧，但位于上部构件32的外侧。因而，义肢使用者能够根据需要对操纵杆76进行旋转操作，由此切换成锁定状态或非锁定状态。此外，在锁定构件74的第1端部附近安装有螺栓或销钉等定位构件，通过使该定位构件可出入地落入设在上部构件32上的导向槽或定位槽，能够构成对锁定构件74进行位置限制的位置限制装置。通过位置限制装置，能够将锁定构件74可靠地维持在锁定状态或非锁定状态。再有，如果将导向槽设置在从锁定位置的定位槽起未到非锁定位置的定位槽的位置，即设在非锁定位置的定位槽跟前，则能够更可靠地进行锁定操作。在采用这样的导向槽时，为了使定位构件移动到非锁定位置的定位槽中，必须使之越过导向槽的侧壁。因此在进行锁定操作时，即使因误操作而发生未能使定位构件进入锁定位置的定位槽的情况，也不会突然变成非锁定状态。由于这种情况也不是锁定状态，因此义肢使用者会注意到尚未成为锁定状态。这样，使用者就能在变成非锁定状态之前再度进行锁定操作，从而可靠地变成锁定状态。 

在锁定状态下，锁定构件74的锁定部74L与摆动轴72一侧的凹凸部720的第1面721相接触，能够抑制企图使膝部弯曲的动作。即，在摆动轴72上的第1面721与锁定构件74上的端面相互挤压的方向上，摆动轴72的旋转被可靠地阻止。然而，锁定构件74并不阻止其端面向离开第1面721的相反方向运动。摆动轴72在第2面722受到限制之前能够向相反方向运动。由于膝部联结器30具有伸展辅助机构50，因此如图4～6所示，能够实现譬如膝部角度为10度左右的纵向弯曲或摆动。从而与完全锁定的情况相比，当在雪地或不平整的地面上步行时，不会影响步行时的稳定性，能自然地步行。 

图7～9是将本发明运用到单轴的膝部联结器上的第2实施例。第2实施例的膝部联结器230是将具有定位块2322的上部构件232、和以内部中空的框架为主体的下部构件234通过单一摆动轴(单轴)272连接成可摆动的 状态。另外膝部联结器230的阻力发生装置是气压汽缸260。膝部联结器230上的手动锁定机构270限制位于上部构件234上部的摆动轴272的动作。因而，手动锁定机构270与第1实施例中的手动锁定机构70相同，由摆动轴272和锁定构件74构成，该摆动轴272具有凹凸部720，该锁定构件74具有操纵杆76，该操纵杆76可旋转地支承于定位块2322的一部分，且用于进行旋转操作。 

图10～12表示另一例手动锁定机构的不同状态。上述的手动锁定机构70是通过对锁定构件74作旋转操作来进行锁定/非锁定的切换。而图10～12所示的手动锁定机构700则是通过对锁定构件740作滑动操作来进行锁定/非锁定的切换。锁定构件740根据滑动操作而相应地使其长边方向的一端与摆动轴72的凹凸部720的第1面721相接触或相脱离。 

锁定构件740在相反一侧的端部设有按钮式的手动操作部760，在该手动操作部760中内装推压弹簧762。锁定构件740还一体地支承着与其并排延伸的挡块连动板764。在锁定构件740上设有锁定爪742。在该锁定爪742的下方配置着具有上部倾斜面772的挡块770。挡块770通过推压弹簧774承受上推力。挡块770被锁定爪742卡住的状态(见图10)就是锁定状态。当要从该锁定状态切换成非锁定状态时，只要按下手动操作部760，挡块连动板764就经过上部倾斜面772而将挡块770向下方推压，使挡块770从锁定爪742脱出(见图11)。图中虽未示出，但在锁定构件740上有弹力Fc施加，该弹力Fc施加返回非锁定状态的方向的力。将该弹力Fc设定成小于手动操作部760的推压弹簧762的弹力Fa以及挡块770的推压弹簧774的弹力Fb(附带提一下，弹力Fa＞弹力Fb≥弹力Fc)。因此，如果手离开手动操作部760，则锁定爪742已从挡块770脱离的锁定构件740就成为一端从摆动轴72脱离的非锁定状态(见图12)。另外，当从非锁定状态切换到锁定状态时，只要推压手动操作部760即可，随之变成锁定构件740的锁定爪742卡住挡块770的状态。 

Claims (12)

1.一种膝部联结器，具有：

位于膝部的上方的上部构件；

位于膝部的下方的下部构件；

具有可旋转地支承在所述上部构件和所述下部构件中的一方构件上的至少一个摆动轴、且将上部构件和下部构件可摆动地连接的连接装置；以及

能在所述上部构件和所述下部构件使膝部伸展的形态下手动地将所述上部构件和所述下部构件的摆动运动切换成锁定状态或非锁定状态的手动锁定机构，

所述手动锁定机构具有以下特征：

(A)所述摆动轴是手动锁定机构的一个构成要素，包含了沿自身的轴线方向延伸的凹凸部，

(B)具有锁定构件，该锁定构件支承在所述上部构件和所述下部构件中对所述摆动轴可旋转地加以支承的构件上，该锁定构件能够手动且有选择地切换成与所述摆动轴的凹凸部相接触的锁定状态以及脱离该凹凸部的非锁定状态，

(C)在所述锁定状态时，所述锁定构件以其长边方向的第1端部与所述凹凸部面对面的状态与所述凹凸部相接触，抑制所述上部构件和所述下部构件企图使膝部弯曲的动作。

2.如权利要求1所述的膝部联结器，其特征在于，所述连接装置是单轴或多轴中的任意一种，当所述上部构件和所述下部构件间进行摆动时，单轴的摆动中心固定，多轴的摆动中心发生变化。

3.如权利要求1所述的膝部联结器，其特征在于，所述使膝部伸展的形态是从所述上部构件和所述上部构件伸直的膝部角度0度到不会妨碍步行的膝部角度20度的形态。

4.如权利要求1所述的膝部联结器，其特征在于，所述凹凸部是将截面为圆形的摆动轴的外周侧面挖去后形成的结构，具有沿着与所述锁定构件的长边方向第1端部的面相同的方向扩展的第1面、以及沿着与该第1面交叉的方向扩展的第2面。

5.如权利要求4所述的膝部联结器，其特征在于，所述锁定构件可旋转地支承在所述上部构件上，所述第1面为圆弧状。

6.如权利要求1所述的膝部联结器，其特征在于，所述锁定构件从长边方向看，在与所述第1端部相反的第2端部设有手动操作部，该手动操作部位于膝部联结器的轮廓的内侧。

7.如权利要求1所述的膝部联结器，其特征在于，设有位置限制装置，该位置限制装置在所述锁定构件处于所述锁定状态时进行位置限制，从而使该锁定构件维持其锁定状态。

8.一种大腿义肢，具有权利要求1所述的膝部联结器，

在所述上部构件上设有用于安装管套的管套安装部，在所述下部构件上设有用于安装足部的足部安装部，

所述锁定构件可旋转地支承在所述管套安装部的构成要素即支承螺栓的周围。

9.如权利要求8所述的大腿义肢，其特征在于，所述锁定构件从长边方向看，在与所述第1端部相反的第2端部设有手动操作部，该手动操作部位于安装了大腿义肢的使用者能够自行操作的高度。

10.如权利要求8所述的大腿义肢，其特征在于，所述锁定构件能够通过旋转操作或滑动操作中的任意一种操作，来切换成所述锁定状态和所述非锁定状态。

11.如权利要求8所述的大腿义肢，其特征在于，还具有阻力发生装置，该阻力发生装置针对由膝部联结器产生的膝部弯曲及伸展产生阻力，该阻力发生装置以及所述手动锁定机构位于所述膝部联结器的轮廓的内侧。

12.如权利要求11所述的大腿义肢，其特征在于，所述阻力发生装置是油压汽缸、弹簧汽缸或气压汽缸中的任意一种。

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