JP2000037406A

JP2000037406A - 義足装置

Info

Publication number: JP2000037406A
Application number: JP10209456A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Tanaka; 繁田中; Tetsuya Nakamura; 哲也中村
Original assignee: Sakura Rubber Co Ltd
Current assignee: Sakura Rubber Co Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2000-02-08
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP4368957B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大腿部から下を失った使用者に装着される義足
装置において、歩行速度が変化した場合でも、最適かつ
円滑な歩行を可能とする義足装置を提供する。【解決手段】下腿義肢部２の本体５内に上下方向に案内
部材１２を設け、締螺子１３を緩めてこの案内部材１２
に沿って重錘１０を上下方向に移動可能で、かつこの締
螺子１３を締め付けて任意の位置で固定可能とし、歩行
速度に対応して下腿義肢部２の重心Ｇの位置を変更して
その振り出し速度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大腿部から下を失
った使用者、すなわち膝関節および下腿を失った使用者
に装着される義足装置に関する。さらに特定すれば、本
発明は上記のような義足装置において、使用者の歩行速
度に適応した作動をなし、使用者がより早く、または遅
く、より快適に歩行または走行することを可能とした義
足装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、大腿部から下を失った使用者に
装着される義足は、大腿の断端部に装着されるソケット
部と、人体の下腿および足部に相当する部分である下腿
義肢部と、上記のソケット部と下腿義肢部とを回動自在
に連結する膝関節に相当する膝関節部とから構成されて
いる。このような義足は、使用者の歩行の際に、上記の
下腿義肢部が大腿に対して前方に振り出されて着地し、
より円滑な歩行を可能としている。

【０００３】しかし、従来の義足においては、上記の下
腿義肢部の振り出しの速度について考慮が払われておら
ず、より円滑な歩行を妨げていた。すなわち、健常者が
歩行または走行する場合には、大腿の前方への振り出し
の際に膝関節が曲がって下腿が後方に遅れ、この後にこ
の下腿部分が前方に振り出され、体重の移動と同期して
この振り出された下腿の足部が着地する。この下腿の振
り出し速度は、大腿の振り出し速度すなわち歩行または
走行の速度に対応して変化するものである。

【０００４】しかし、従来の義足では上述のような歩行
の際の下腿義肢部の運動の特性について考慮が払われお
らず、円滑な歩行を妨げていた。すなわち、義足の下腿
義肢部の運動は、剛体振子の運動に模擬してモデル化で
きるが、従来の義足では、この下腿義肢部の振子として
の周期が一定であった。通常の場合には、この下腿義肢
部の周期は標準的な歩行速度に対応して設定されている
ので、使用者がたとえば早く歩行したり走行したりする
場合には、下腿義肢部の振り出しが遅れ、歩行または走
行の円滑さを損なうものであった。また、この下腿義肢
部の周期を短く設定すると、ゆっくり歩行する場合に下
腿義肢部の振り出しが過度に早くなり、これも歩行の円
滑さを損なうものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に基づいてなされたもので、上記のような大腿部から下
を失った使用者に装着される義足において、使用者の歩
行速度が変化した場合でも、常に最適の円滑な歩行を可
能とする義足装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の第１の
本発明は、使用者の大腿の断端部に装着されるソケット
部と、下腿義肢部と、上記のソケット部と下腿義肢部と
を回動自在に連結する膝関節部とを備えたものにおい
て、上記の下腿義足部に上下方向に移動自在に設けられ
た重錘と、この重錘を上下方向に移動案内するとともに
任意の位置で固定することができる重錘移動機構とを具
備したことを特徴とするものである。

【０００７】したがって、この重錘の位置を調整するこ
とにより、膝関節部からこの下腿義肢部の重心までの距
離が変化し、この下腿義肢部の振子の周期が変化する。
よって、ゆっくり歩行する際には、重錘の位置を下げて
この下腿義肢部の周期を長くしてその振り出しの速度を
遅くし、また早く歩行または走行する場合には、この重
錘の位置を上げてこの下腿義肢部の周期を短くしてその
振り出し速度を早くし、いずれの場合でも最適でかつ円
滑な歩行を可能とする。

【０００８】また、請求項２に記載の発明は、前記の重
錘移動機構は、手動により前記の重錘を上下方向に移動
させかつ任意の位置に固定するものである。したがっ
て、使用者が歩行速度に合わせて任意に重錘の位置を調
整し、下腿義肢部の振り出し速度を最適に設定すること
ができる。また、この発明のものは、使用者が自らの歩
行の癖等に対応して下腿義肢部の振り出し速度を微妙に
調整することが可能であり、かつ構造が簡単で信頼性が
高い。

【０００９】また、請求項３に記載の発明は、前記の重
錘移動機構は、前記の重錘を上下方向に移動させる駆動
機構と、この駆動機構に駆動用の電力を供給する電源
と、この義足装置の使用者の歩行速度を検出する検出器
と、この検出器からの信号に対応して上記の駆動機構を
制御し、前記の重錘を使用者の歩行速度に対応した位置
まで移動させる制御部とを具備したものである。

【００１０】したがって、使用者の歩行または走行の速
度に対応して自動的に下腿義肢部の振り出しの速度が調
整されるので、遅い歩行、早い歩行、走行等を交互に繰
り返す場合でも上記のような調整作業が不要で煩わしさ
がなく、またこれらの歩行や走行を繰り返すスポーツ等
をおこなうことも可能となる。

【００１１】また、請求項４に記載の発明は、前記の重
錘移動機構は、流体圧により前記の重錘を移動させるシ
リンダ部と、この義足装置の使用者の歩行動作により上
記のシリンダ内に流体を送るポンプ機構と、このポンプ
機構により上記のシリンダ内に供給された流体を排出す
るとともにその排出流量を制限し使用者の歩行速度に対
応した上記のシリンダ内への流体の送り量に対応してこ
のシリンダ内の流体圧を変化させて上記の重錘を移動さ
せる圧力調整機構とを具備したものである。

【００１２】したがって、上記の請求項３に記載の発明
と同様に、自動的に下腿義肢部の振り出しの速度が調整
されるので、遅い歩行、早い歩行、走行等を交互に繰り
返す場合でも上記のような調整作業が不要で煩わしさが
ない。また、この発明のものは、電池の交換等が不要で
あり、また構造も簡単で信頼性も高い。

【００１３】また、請求項５に記載の第２の本発明は、
使用者の上腿の断端部に装着されるソケット部と、下腿
義肢部と、上記のソケット部と下腿義肢部とを回動自在
に連結する膝関節部とを備えたものにおいて、上記のソ
ケット部に対して上記の下腿義肢部を前方に回動する方
向に付勢するスプリングと、このスプリングの付勢力を
変更する付勢力変更機構とを具備したことを特徴とする
ものである。

【００１４】したがって、このスプリングの付勢力を変
更することにより、この下腿義肢部の振子としての振動
の周期が変化する。よって、ゆっくり歩行する際にはこ
の下腿義肢部の周期を長くしてその振り出しの速度を遅
くし、また早く歩行または走行する場合には、この下腿
義肢部の周期を短くしてその振り出し速度を早くし、い
ずれの場合でも最適でかつ円滑な歩行を可能とする。

【００１５】また、請求項６に記載の発明は、前記の付
勢力変更機構は、手動により前記のスプリングの初期変
形量を変更してその付勢力を変更するものである。した
がって、使用者が歩行速度に合わせてスプリングの付勢
力を任意に調整し、下腿義肢部の振り出し速度を最適に
設定することができる。また、この発明のものは、使用
者が自らの歩行の癖等に対応して下腿義肢部の振り出し
速度を微妙に調整することが可能であり、かつ構造が簡
単で信頼性が高い。

【００１６】また、請求項７に記載の発明は、前記の付
勢力変更機構は、前記のスプリングの初期変形量を変更
してその付勢力を変更する駆動機構と、この駆動機構に
駆動用の電力を供給する電源と、この義足装置の使用者
の歩行速度を検出する検出器と、この検出器からの信号
に対応して上記の駆動機構を制御し、前記のスプリング
の付勢力を使用者の歩行速度に対応して変更する制御部
とを具備したものである。

【００１７】したがって、使用者の歩行または走行の速
度に対応して自動的に下腿義肢部の振り出しの速度が調
整されるので、遅い歩行、早い歩行、走行等を交互に繰
り返す場合でも上記のような調整作業が不要で煩わしさ
がなく、またこれらの歩行や走行を繰り返すスポーツ等
をおこなうことも可能となる。

【００１８】また、請求項８に記載の発明は、前記の付
勢力変更機構は、流体圧により前記のスプリングの初期
変形量を変更してその付勢力を変更するシリンダ機構
と、この義足装置の使用者の歩行動作により上記のシリ
ンダ機構内に流体を送るポンプ機構と、このポンプ機構
により上記のシリンダ機構内に供給された流体を排出す
るとともにその排出流量を制限し使用者の歩行速度に対
応した上記のシリンダ機構内への流体の送り量に対応し
てこのシリンダ機構内の流体圧を変化させて上記のスプ
リングの付勢力を変更する圧力調整機構とを具備したも
のである。

【００１９】したがって、上記の請求項７に記載の発明
と同様に、自動的に下腿義肢部の振り出しの速度が調整
されるので、遅い歩行、早い歩行、走行等を交互に繰り
返す場合でも上記のような調整作業が不要で煩わしさが
ない。また、この発明のものは、電池の交換等が不要で
あり、また構造も簡単で信頼性も高い。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
形態を説明する。図１には、第１の本発明の第１の実施
形態を示す。図中の１はソケット部であって、このソケ
ット部１は使用者の大腿Ａの断端部に従来公知の手段に
より装着されるように構成されている。また、図中の２
は下腿義肢部であって、この下腿義肢部２の上端部と上
記のソケット部１の下端部は膝関節部３により回動自在
に連結され、この実施形態では、回動軸４により枢着さ
れている。

【００２１】上記の下腿義肢部２は、中空筒状の本体部
５と、この本体部５の下端に形成された足部６とから構
成されている。なお、この図１では、この足部６は本体
５と一体に描かれているが、歩行床面または路面の状態
やその他の条件に対応して、最適の形状の足部６を交換
可能に構成しても良い。また、上記の本体部５は、たと
えばチタン合金や繊維強化樹脂等の材料で形成され、強
靭でかつ軽量に構成されている。

【００２２】そして、この下腿義肢部２の本体部５の内
部には、重錘１０が設けられ、この重錘１０は、重錘移
動機構１１により上下方向に移動可能で、かつ任意の位
置で固定できるように構成されている。

【００２３】上記の重錘移動機構１１は、以下のように
構成されている。すなわち、この下腿義肢部２の本体部
５内には、上下方向に沿って棒状の案内部材１２が設け
られている。そして、この案内部材１２は、たとえば上
記の重錘１０を摺動自在に貫通し、この重錘１０はこの
案内部材１２に沿って移動自在に案内されている。ま
た、この重錘１０には、締螺子１３が螺装されており、
この締螺子１３を締め付けることにより、その先端部が
上記の案内部材１２を押圧し、この重錘１０をその任意
の位置に固定できるように構成されている。

【００２４】次に、上記の第１の実施形態の作動を説明
する。前述のように、この義足装置の使用者が歩行する
際には、大腿Ａの振り出しに遅れて下腿義肢部２が前方
に振り出され、使用者の体重移動等のタイミングに対応
してこの振り出された下腿義肢部２の足部６が接地す
る。

【００２５】この場合に、使用者が早く歩行または走行
する場合には、当然ながら大腿Ａの振り出し速度も早く
なる。そして、使用者は、歩行に先だってその歩行すべ
き速度に対応して上記の締螺子１３を緩め、重錘１０を
上方または下方に移動してこの下腿義肢部２の重心Ｇの
位置を変更し、所定の位置で締螺子１３を締め付け、こ
の重錘１０をその位置に固定する。

【００２６】前述のように、この下腿義肢部２の運動は
剛体振子に模擬できるので、上記の重錘１０を上下に移
動させてこの下腿義肢部２の重心Ｇから前記の膝関節部
３の回動軸４までの距離Ｌを変更することにより、この
下腿義肢部２の振子の周期、すなわち振り出しの速度を
変更することができる。したがって、早く歩行または走
行する場合には、これに対応して上記の重錘１０を上方
に移動し、重心Ｇと回動軸４との距離を短くしてこの下
腿義肢部２の振り出し速度を早くする。また、歩行速度
が遅い場合には、上記と逆に重錘１０を下方に移動し、
この下腿義肢部２の振り出し速度を遅くする。このよう
にして、歩行または走行の速度に対応して下腿義肢部２
の振り出し速度を最適に設定し、速度の遅い場合または
早い場合のいずれでも円滑な歩行をなすことができる。

【００２７】また、この実施形態のものは、構造が簡単
で信頼性が高いとともに、使用者が個々の歩行の癖等に
対応してこの下腿義肢部２の運動を微妙に設定できると
いう利点もある。すなわち、大腿Ａの振り出し方、これ
に追従して振り出される下腿義肢部２の振り出しのタイ
ミングや速度、この下腿義肢部２の足部６が接地する際
の大腿Ａとの角度、体重移動とのタイミング等は、使用
者によりそれぞれ異なるが、この実施形態のものは、使
用者自らがこれらの癖に対応して下腿義肢部２の振り出
しを微妙に調整できる。

【００２８】なお、本発明は上記の実施形態には限定さ
れない。たとえば、図２には第１の本発明の第２の実施
形態を示す。このものは、下腿義肢部２の本体が棒状の
支柱部５ａとして構成されており、この支柱部５ａがこ
の下腿義肢部２の本体と、重錘１０の案内部材とを兼用
しているものである。なお、この実施形態のものは、上
記の点以外は前記の第１の実施形態と同様の構成であ
り、図２中で第１の実施形態と対応する部分には同じ符
号を付してその説明は省略する。この実施形態の作動お
よび特徴は、上記の第１の実施形態と同様であるが、よ
り構造が簡単でかつ軽量に構成できる利点がある。

【００２９】また、図３および図４には、第１の本発明
の第３の実施形態を示す。このものは、前記の重錘の移
動を自動化したものである。この実施形態のものは、下
腿義肢部２の本体部５の内部に重錘１０が収容され、ま
たこの重錘１０を自動的に上下に移動させる駆動機構２
０が設けられている。この駆動機構２０は、上下方向に
沿って設けられたスクリュー軸２１を備えており、この
スクリュー軸２１は重錘１０に設けられたナット２９を
貫通してこれに螺合している。

【００３０】このスクリュー軸２１は、上記の本体部５
に回転自在に支承されているとともに、この本体部５内
に設けられたモータ２２により正逆両方向に回転駆動さ
れる。よって、このモータ２２によりこのスクリュー軸
２１が回転されると、上記の重錘１０が上下に移動す
る。また、このモータ２２にはロータリーエンコーダ２
５が内蔵されており、上記のスクリュー軸２１の回転を
検出することにより上記の重錘１０の位置を検出する。

【００３１】また、この下腿義肢部２には、歩行検出器
２４が取り付けられている。この歩行検出器２４は、た
とえば加速度検出器から構成され、この義足装置の振り
出しの加速度、あるいは接地の際の衝撃等を検出し、こ
れらから歩行者の歩行速度を検出するものである。

【００３２】そして、上記のモータ２２、ロータリーエ
ンコーダ２５、歩行検出器２４等は、電線３０を介して
制御装置２３に接続されている。この制御装置２３は、
使用者の身体、たとえば腰部等に装着される。この制御
装置２３は、図４に示すように、上記のモータ２２を駆
動するための電力を供給する電池２６、上記のモータ２
２の回転を制御するモータ駆動部２７、およびこれらを
制御する制御部２８等を内蔵している。

【００３３】以下、この実施形態の作動を説明する。上
記の歩行検出器２４、ロータリーエンコーダ２５等から
の信号は、上記の制御部２３に入力される。この制御部
２８では、これらの信号からこの使用者の歩行速度を算
定し、これに対応して前記の重錘の最適な位置を算出す
る。そして、これに対応して上記のモータ駆動部２７に
制御信号を出力し、モータ２２を駆動して重錘１０を上
記の算出した最適の位置まで移動させる。

【００３４】なお、この実施形態のものは、その構成お
よび作動は上記の点以外は前記の第１の実施形態と同様
の構成であり、図３および図４中で対応する部分には同
じ符号を付してその説明は省略する。

【００３５】この実施形態のものは、使用者の歩行速度
に対応して重錘１０の位置が自動的に変更され、下腿義
肢部２の振り出し速度が歩行速度に対応した最適の値に
自動的に設定される。したがって、使用者は歩行または
走行の速度を変える度に設定をする必要がなく、煩わし
さがない。また、この実施形態のものは、遅い歩行、早
い歩行および走行を頻繁に繰り返すような場合に適して
おり、遅い歩行や早い走行を繰り返すようなスポーツ等
でもより快適に楽しむことができる。

【００３６】また、この実施形態のものは、個々の使用
者の歩行の癖等に対応した制御プログラムを上記の制御
部２８に予め入力しておくこともできる。また、図５に
は第１の本発明の第４の実施形態を示す。このものは、
前記の第３の実施形態における制御装置２３、すなわち
電池２６、制御部２８、歩行検出器２４等を下腿義肢部
２に取り付けたものである。なお、３１はこれらの部品
を保護する着脱自在のカバーである。

【００３７】このものは、外部に電線が導出されないの
で、この義足装置の装着等の取扱が容易であり、また電
線等によって使用者の歩行や動作が妨げられない等の利
点がある。

【００３８】また図６には本発明の第５の実施形態を示
す。このものは、上記の重錘の内部にモータ等を内蔵さ
せたものである。すなわち、この実施形態では、前記の
スクリュー軸２１は義足の本体部５側に固定されてい
る。そして、重錘１０ａは、中空のケーシング３２を備
えており、上記のスクリュー軸２１はこのケーシング３
２を貫通している。そして、このケーシング３２内には
ナット部材３３が収容され、このナット部材３３は上記
のスクリュー軸２１に螺合し、また上記のケーシング３
２に対して軸受３４により回転自在に支承されている。

【００３９】また、このケーシング３２内には、モータ
３７が収容され、歯車３５，３６を介して上記のナット
部材３３を正、逆、両方向に回転駆動するように構成さ
れている。また、本体部５内には、上記のスクリュー軸
２１と平行に案内ロッド３８が取り付けられており、こ
の案内ロッド３８は上記のケーシング３２を摺動自在に
貫通している。

【００４０】なお、この実施形態のものは、上記の点以
外は前記の第３の実施形態と同様の構成であり、図６中
でこの実施形態に対応する部分には同じ符号を付してそ
の説明は省略し、また制御系統や配線等も省略されてい
る。

【００４１】この実施形態のものは、上記のモータ３７
によりナット部材３３が回転駆動され、このモータ３７
やナット部材３３を含めた重錘１０ａが上下に移動して
重心の位置を調整する。

【００４２】この実施形態のものは、重錘１０ａ内にナ
ット部材３３やモータ３７等が内蔵されているので、よ
り小形化が可能であるとともに、このモータ３７や駆動
用の歯車３５，３６等の質量がこの重錘１０ａの質量と
して兼用されるので、この義足装置全体をより軽量にす
ることができる。なお、この実施形態では、重錘１０ａ
内にモータを内蔵した例を示したが、これに限らず、電
池、その他の部品を重錘に内蔵させ、それらの質量をこ
の重錘の質量として兼用させることもでき、このように
してもこの義足装置の軽量化が達成できる。

【００４３】また、図７には第１の本発明の第６の実施
形態を示す。このものは、歩行者の歩行動作を利用して
空気圧により重錘の位置を変更するものである。この実
施形態のものは、下腿義肢部２の本体が円筒状のシリン
ダ４０により構成されている。そして、このシリンダ４
０内には、重錘１０が上下に移動自在に収容されてい
る。この重錘１０とシリンダ４０の内面との間は、たと
えばシール部材等により気密が維持されている。この重
錘１０により区画されたシリンダ４０の内部は、重錘１
０より下側が下部気室４０ａ、重錘１０より上側が上部
気室４０ｂである。

【００４４】また、この実施例のソケット部１には、使
用者の歩行動作により作動されるポンプ機構が内蔵され
ている。このポンプ機構としては各種の構造のものが採
用可能であるが、この実施形態では図示のような構造の
ものが採用されている。すなわち、このソケット１は、
外側部４１と内側部４２とから構成され、外側部４１は
膝関節部３を介して下腿義肢部２に連結され、また内側
部４２は使用者の大腿の断端部Ａに装着される。

【００４５】上記の内側部４２は外側部４１に対して少
なくとも上下方向に移動自在に取り付けられている。こ
の取り付け構造も各種の構造のものが採用可能である
が、この実施形態のものでは、これらの間にたとえば発
泡ゴム等の弾性体４３が充填されており、使用者の体重
がこの内側部４２に作用した場合に、この弾性体４３が
圧縮され、この内側部４２が外側部４１に対して下方に
移動するように構成されている。

【００４６】そして、この外側部４１と内側部４２との
間には、たとえばベローズ形の空気ポンプ４４が設けら
れ、内側部４２が下方に移動すると、空気を吐出するよ
うに構成されている。そして、この空気ポンプ４４は、
チューブ４５等を介して前記のシリンダ４０の下部気室
４０ａに連通している。また、この下部気室４０ａは、
所定の空気抵抗を有する調整可能形の絞り弁４６および
ドレン弁４７を介して大気に連通している。また、上記
の上部気室４０ｂも、同様に絞り弁４８およびドレン弁
４９を介して大気に連通している。なお、上記の絞り弁
４６，４８は、一定の空気抵抗を有するオリフイスでも
良い。

【００４７】次に、この実施形態の作用を説明する。使
用者が歩行をすると、この歩行動作により上記の空気ポ
ンプ４４が作用し、シリンダ４０の下部気室４０ａ内に
空気を供給する。この下部気室４０ａ内に供給された空
気は、絞り弁４６を介して大気に放出されるが、その際
の空気抵抗により、この下部気室４０ａ内の圧力は上昇
する。

【００４８】そして、使用者がゆっくり歩行している場
合には、空気ポンプ４４から下部気室４０ａ内に供給さ
れる空気の流量が少ないので、この下部気室４０ａ内の
圧力は比較的低くなり、上記の重錘１０は下方に移動す
る。したがって、この下腿義肢部２の振子の周期は長く
なり、その振り出し速度は遅い歩行速度に対応して遅く
なる。また、使用者が早く歩行または走行した場合に
は、上記の空気ポンプ４４から供給される空気の流量が
多くなり、この下部気室４０ａの圧力は上昇する。これ
によって重錘１０は上方に移動し、この下腿義肢部２の
振子の周期が長くなり、早い歩行または走行に対応して
この下腿義肢部２の振り出し速度が早くなる。なお、上
記の作動の際に、上部気室４０ｂ内の圧力は、絞り弁４
８の作用により適度に維持され、重錘１０とシリンダ４
０の内周面との摩擦力とともに、この重錘１０が上下に
振動するのを防止する減衰作用をなす。

【００４９】この実施形態のものは、前記の第３の実施
形態と同様に、使用者の歩行または走行の速度に対応し
て自動的に下腿義肢部の振り出し速度が変更されるの
で、操作に煩わしさがなく、歩行または走行の速度を頻
繁に変更することができる。さらに、この実施形態のも
のは、使用者の歩行動作を利用して重錘の位置を変更す
るので、電源等が不要であり、保守等が不要であるとと
もに構造も簡単で信頼性が高い。

【００５０】また、図８には第７の実施形態を示す。こ
のものは、上記の第６の実施形態と同様に、歩行動作に
対応して作動する空気ポンプにより重錘の位置を変更す
るものであるが、構造をより簡略化したものである。

【００５１】すなわち、この実施形態のものは、シリン
ダ４０の上部気室４０ｂをチューブ５０等を介して空気
ポンプ４４の吸入側に連通させ、また重錘１０には下部
気室４０ａと上部気室４０ｂとを連通する連通路５１を
形成し、この連通路５１の途中にオリフイス等の絞り部
５２を設けたものである。なお、この実施形態では、下
部気室４０ａや上部気室４０ｂと大気とを連通する絞り
弁やドレン弁は省略されている。

【００５２】このものは、上部気室４０ｂの空気が空気
ポンプ４４に吸入されて負圧となり、またこの空気ポン
プ４４から空気が下部気室４０ａに送られ、この下部気
室４０ａの圧力が高くなる。そして、この空気は、上記
の連通路５１、絞り部５２を介して下部気室４０ａから
上部気室４０ｂに送られ、空気はこの経路を循環する。
そして、使用者が遅く歩行した場合には、この空気ポン
プ４４による空気の循環量が少ないので、下部気室４０
ａと上部気室４０ｂとの差圧が少なくなり、重錘１０は
下方に移動し、この下腿義肢部２の振り出し速度が遅く
なる、また、使用者が早く歩行または走行した場合に
は、空気ポンプ４４による循環空気量が多くなるので、
下部気室４０ａと上部気室４０ｂとの間の差圧が大きく
なり、重錘１０が上方に移動し、この下腿義肢部２の振
り出し速度が早くなる。

【００５３】この実施形態のものは、前述の第５の実施
形態と同様の作動をなすものであるが、空気が閉ループ
内の経路を循環するので、大気と連通する絞り弁やドレ
ン弁等が不要となり、構造がより簡単となる。

【００５４】また、この実施形態のものは、上記のよう
に空気が流通する経路が閉ループを構成しており、外部
と連通していないので、この閉ループの循環経路内に空
気の代わりにその他の気体または液体等の流体を封入す
ることが可能である。液体を封入した場合には、圧縮性
がないので、前記のような空気の圧縮性に起因する重錘
の振動等の問題がない。

【００５５】また、図９には本発明の第８の実施形態を
示す。このものは、前記の空気ポンプを義足装置の足部
に内蔵させたものである。すなわちこの実施形態では、
図９に示すように義足装置の足部６が、比較的硬質の合
成ゴム等の材料からなる底部５５と、この底部５５の上
側に積層された圧縮性の発泡ゴム等の材料からなる甲部
５６とから構成されており、使用者の体重が作用する
と、この甲部５６が圧縮される。

【００５６】そして、この甲部５６内には、たとえばベ
ローズ形の空気ポンプ４４ａが埋設されており、歩行に
際して使用者の体重が作用する度に、この空気ポンプ４
４ａにより下腿義肢部２のシリンダ４０の下部気室４０
ａ内に空気を供給する。

【００５７】なお、この実施形態は、上記の点以外は前
記の第６の実施形態と同様な構成であり、図９中でこの
第６の実施形態に対応する部分には同じ符号を付してそ
の説明は省略する。

【００５８】この実施形態のものは、前記の第６の実施
形態と同様の作用効果が得られるが、空気ポンプ４４ａ
が足部６内に内蔵されているので、より小形化ができ、
また構造も簡単である。また、甲部５６や空気ポンプ４
４ａの圧縮により、歩行の際の地面からの衝撃をより効
果的に緩衝する効果もある。

【００５９】また、図１０には本発明の第９の実施形態
を示す。このものは、前記の図８に示す第７の実施形態
の空気ポンプを、前記の図９に示す第８の実施形態と同
様に下腿義肢部２の足部６内に内蔵させたものである。

【００６０】なお、この第９の実施形態は上記の点以外
は前記の第７および第８の実施形態と同様な構成であ
り、図１０中で第７および第８の実施形態と対応する部
分には同じ符号を付してその説明は省略する。

【００６１】この実施形態のものは、上記の第８の実施
形態と同様な作用効果を得られるが、空気が循環する経
路が閉ループであり、外部と連通していないので、この
閉ループの循環経路内に空気の代わりにその他の気体ま
たは液体等の流体を封入することが可能である。液体を
封入した場合には、圧縮性がないので、前記のような空
気の圧縮性に起因する重錘の振動等の問題がない。

【００６２】また、図１１ないし図１４を参照して本発
明の第２の発明を説明する。この第２の発明は、前述し
た第１の発明と同様の目的、効果を有するものである
が、下腿義肢部の振り出し速度を変更する構成として、
重錘の移動に変わってこの下腿義肢部を前方に付勢する
スプリングを備え、このスプリングの初期変形量を変更
することによりその付勢力を変更し、下腿義肢部の振り
出し速度を変更するものである。

【００６３】図１１には、この第２の発明の第１の実施
形態を示す。このものは、スプリングたとえば引っ張り
コイルスプリング１００を備えており、このスプリング
１００の一端部はソケット１側に取り付けられ、また他
端部は下腿義肢部２側に取り付けられている。そして、
このスプリング１００により、この下腿義肢部２は前方
に振り出されるように付勢されている。

【００６４】また、この下腿義肢部２内には、上記のス
プリング１００の付勢力を変更する付勢力変更機構１０
１が内蔵されている。この付勢力変更機構１０１は、上
下方向に沿って設けられた案内レール１０２を備えてお
り、またこの案内レール１０２に沿って摺動自在な摺動
部材１０３を備えている。この摺動部材１０３には、締
螺子１０４が螺装されており、この締螺子１０４の頭部
は下腿義肢部２の本体５の外側に突出している。そし
て、この摺動部材１０３には、前記のスプリング１００
の他端部が取り付けられている。なお、この実施形態で
は、上記のソケット部１の前部にストッパ部１０５が形
成され、このストッパ部１０５は下腿義肢部２の一部に
当接し、上記のスプリング１００の付勢によりこの下腿
義肢部２が所定の角度以上前方に回動しないように規制
している。

【００６５】なお、この第２の発明は、上記の点以外は
前記の第１の発明と同様の構成であり、図１１中で第１
の発明の実施形態に対応する部分には同じ符号を付して
その説明は省略する。

【００６６】次に、この第２の発明の第１の実施形態の
作用を説明する。上記のように、この下腿義肢部２はス
プリング１００により前方に振り出されるように付勢さ
れており、その振動の周期すなわち振り出し速度は、こ
のスプリング１００の付勢力により変化する。

【００６７】そして、この実施形態では、たとえば遅く
歩行する場合には、上記の締螺子１０４を緩めるととも
に、この締螺子１０４を摘んで上記の摺動部材１０３を
上方に移動させ、スプリング１００の初期変形量を少な
くし、所定の位置でこの締螺子１０４を締め付けて摺動
部材１０３を固定する。これによって、このスプリング
１００の付勢力が小さくなり、この下腿義肢部２の振り
出し速度が遅くなる。また、早く歩行または走行する場
合には、この摺動部材１０３を下方に移動させ、スプリ
ング１００の初期変形量を大きくしてその付勢力を大き
くし、このした腿義肢部２の振り出し速度を早くする。

【００６８】この第２の発明のものは、前述の第１の発
明と同様に歩行または走行の速度に対応して下腿義肢部
２の振り出しの速度を変更し、より円滑な歩行または走
行が可能となる。また、この第２の発明のものは、重錘
を使用しないので、より軽量に形成することが可能とな
る。

【００６９】また、図１２には第２の発明の第２の実施
形態を示す。このものは、下腿義肢部２内に上下方向に
沿ってスクリュー軸１１０を設け、このスクリュー軸１
１０に螺合した移動部材１１２にスプリング１００の他
端部を取り付けたものである。また、このスクリュー軸
１１０は、モータ１１１により正逆両方向に回転駆動さ
れる。また、この実施形態では、図３に示す前述の第１
の発明の第３の実施形態と同様に、歩行速度等を検出す
る歩行検出器１１３、を備え、これらは電線１１４を介
して電池や制御部を内蔵した制御装置１１５に接続され
ている。

【００７０】この実施形態のものは、前記の図３に示し
た実施形態と同様に、歩行検出器１１３により歩行速度
を検出し、この信号に対応して上記のモータ１１１を駆
動してスクリュー軸１１０を回転し、移動部材１１２が
上下に移動する。これにより、プリング１００の初期変
形量を変更してその付勢力を変化させ、歩行速度に対応
した下腿義肢部２の振り出し速度を最適に自動的に調整
する。

【００７１】なお、この実施形態において、上記の制御
装置を前記の図５に示す実施形態と同様に、下腿義肢部
２に一体的に取り付けることもできる。また、図１３に
は第２の発明の第３の実施形態を示す。このものは、上
記のスプリングの初期変形量を変更する機構を空気圧方
式にしたものである。

【００７２】すなわち、この実施形態では、下腿義肢部
２の本体が筒状のシリンダ１２０に構成され、この内部
にピストン１２１が気密を維持して上下に移動自在に収
容されており、このピストン１２１の下側が下部気室１
２ａ、上側が上部気室１２０ｂに形成されている。そし
て、スプリング１００の他端部は、このピストン１２１
に取り付けられている。なお、１２３はこのスプリング
１００がシリンダ状の下腿義肢部２を貫通する部分の気
密を維持するためのゴムブッシュである。

【００７３】また、この実施形態のソケット部１は、前
記の図６に示す第１の発明の第５の実施形態と同様な構
成であり、歩行動作により作動される空気ポンプ４４を
備えている。そして、この空気ポンプ４４の空気吐出側
は、チューブ１２２等を介して上記の上部気室１２０ｂ
に連通されている。また、この上部気室１２０ｂおよび
下部気室１２０ａは、それぞれ絞り弁１２６，１２８お
よびドレン弁１２７，１２９を介して大気に連通してい
る。

【００７４】この実施形態のものは、使用者が遅く歩行
した場合には、空気ポンプ４４からの供給空気流量が少
ないので、上部気室１２０ｂ内の圧力が比較的低く、よ
ってピストン１２１が上昇してスプリング１００の初期
変形量を少なくし、その付勢力を減少させて下腿義肢部
２の振り出し速度を遅くする。また、早く歩行または走
行した場合には、空気ポンプ４４からの供給空気流量が
多くなるため、上部気室１２０ｂ内の圧力が上昇し、ピ
ストン１２１が下方に移動し、スプリング１００の初期
変形量が大きくなってその付勢力が増大し、下腿義肢部
２の振り出し速度が早くなる。

【００７５】また、図１４には第２の発明の第４の実施
形態を示す。このものは、基本的には前記の図１３に示
す第３の実施形態と同様のものであるが、流体圧により
スプリングの付勢力を調整する形式のものである。

【００７６】すなわち、図１４に示すように、この実施
形態では足部６に前記と同様にポンプ４４ａが内蔵され
ている。また、下腿義肢部２の本体部１２０内にはシリ
ンダ１３０が設けられ、このシリンダ１３０の下端部は
下腿義肢部２の本体部１２０に取り付けられている。そ
して、このシリンダ１３０内には、ピストン１３１が液
密を維持して摺動自在に収容されており、このピストン
１３１によりシリンダ１３０内が上部シリンダ室１３０
ａと下部シリンダ室１３０ｂとに区画されている。

【００７７】そして、上記の上部シリンダ室１３０ａ内
には、スプリング１００が収容されており、このスプリ
ング１００の下端部は上記のピストン１３１に取り付け
られ、また上端部はシリンダ１３０の上端のシール部材
１３２を液密に摺動自在に貫通し、ソケット部１に取り
付けられている。

【００７８】また、この下腿義肢部２の本体部１２０内
には、第１リザーバ１３３および第２リザーバ１４２が
設けられている。そして、上記のシリンダ１３０内に
は、流体、たとえば油圧作動油等が充填されており、上
部シリンダ室１３０ａは絞り弁１４０および弁１４１を
介して上記の第１リザーバ１３３内に連通し、また下部
シリンダ室１３０ｂは絞り弁１４３および弁１４５を介
して上記の第２リザーバ１４２に連通している。

【００７９】また、上記のポンプ４４ａの吐出側は、管
１３５を介して上記の上部シリンダ室１３０ａ内に連通
し、また吸込側は管１３６を介して上記の第１リザーバ
１３３に連通している。

【００８０】なお、この実施形態は上記の点以外は前記
の図１３に示す第３の実施形態と同様な構成であり、図
１４中でこの第３の実施形態と対応する部分には同じ符
号を付してその説明は省略する。

【００８１】この実施形態のものは、歩行または走行に
伴って上記のポンプ４４ａが作動し、流体たとえば作動
油を第１リザーバ１３３から吸入し、これを加圧してシ
リンダ１３０の上部シリンダ室１３０ａ内に供給する。
そして、この上部シリンダ室１３０ａ内に供給された作
動油は、上記の絞り弁１４０を介して第１リザーバ１３
３に戻され、この経路を循環する。

【００８２】そして、歩行速度が遅い場合には、上記の
ポンプ４４ａにより上部シリンダ室１３０ａ内に供給さ
れる作動油の流量が少ないので、この上部シリンダ室１
３０ａ内の圧力が低下する。これによって、ピストン１
３１が上方に移動し、スプリング１００の初期変形量が
減少して付勢力が減少する。よって、この下腿義肢部２
の前方への振出し速度が歩行速度に対応して遅くなる。

【００８３】また、歩行または走行の速度が早くなる
と、ポンプ４４ａから上部シリンダ室１３０ａ内に供給
される作動油の流量が増加するため、この上部シリンダ
室１３０ａ内の圧力が上昇する。これによって、ピスト
ン１３１が下方に移動し、スプリング１００の初期変形
量が増大して付勢力が増加し、この下腿義肢部２の前方
への振出し速度が歩行または走行の速度に対応して早く
なる。

【００８４】なお、上記のようなピストン１３１の上下
移動により、下部シリンダ室１３０ｂ内の容積が変化す
るので、この下部シリンダ室１３０ｂ内の作動油は上記
の第２リザーバ１３４に排出され、またこのリザーバか
ら戻される。この場合に、上記の絞り弁１４３により流
通する作動油に流動抵抗が与えられ、上記のピストン１
３１の振動を減衰する。

【００８５】この実施形態のものは、流体たとえば作動
油が循環する経路が閉じループであるので、上記のよう
な作動油を使用することができる。また、このように圧
力媒体として液体を使用するので、その圧力を高く設定
することが可能であり、上記のようなシリンダ１３０や
ポンプ４４ａ等を小形に形成することができ、全体を軽
量かつコンパクトに構成できる。

【００８６】なお、本発明は上述した実施形態には限定
されず、各種の変更、変形が可能である。たとえば、第
１の発明における重錘の形状や配置、個数等は上記のも
のには限定されず、下腿義肢部の構造等に対応して最適
のものに設計可能である。また、このモータ等を駆動す
る電池をこの重錘と兼用させても良い。

【００８７】また、前述の第２の発明におけるスプリン
グは、引っ張りコイルスプリングには限定されず、圧縮
コイルスプリング、ねじりスプリング、板バネ、空気ス
プリング等、設計仕様に対応して各種のスプリングを採
用することができる。

【００８８】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、重錘の移動
による重心位置の移動、またはスプリングの付勢力の変
更等により、義足の下腿義肢部の振り出し速度を使用者
の歩行または走行の速度に対応して任意に設定すること
ができる。

【００８９】したがって、遅く歩行する場合には下腿義
肢部の振り出し速度を遅くし、また早く歩行または走行
する場合には下腿義肢部の振り出し速度を早くし、歩行
または走行の速度に対応した最適の値に設定し、より円
滑な歩行を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の第１の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図２】第１の発明の第２の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図３】第１の発明の第３の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図４】第１の発明の第３の実施形態の制御装置の概略
図。

【図５】第１の発明の第４の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図６】第１の発明の第５の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図７】第１の発明の第６の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図８】第１の発明の第７の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図９】第１の発明の第８の実施形態の義足の一部を断
面で示す側面図。

【図１０】第１の発明の第９の実施形態の義足の一部を
断面で示す側面図。

【図１１】第２の発明の第１の実施形態の義足の一部を
断面で示す側面図。

【図１２】第２の発明の第２の実施形態の義足の一部を
断面で示す側面図。

【図１３】第２の発明の第３の実施形態の義足の一部を
断面で示す側面図。

【図１４】第２の発明の第４の実施形態の義足の一部を
断面で示す側面図。

【符号の説明】

１ソケット部２下腿義肢部３膝関節部１０重錘１１重錘移動機構１２案内部材１３締螺子２１スクリュー軸２２モータ２３制御装置４０シリンダ４４，４４ａ空気ポンプ４６絞り弁１００スプリング１０２案内レール１０３摺動部材１０４締螺子１１０スクリュー軸１１１モータ１１５制御装置１２０シリンダ１２１ピストン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村哲也東京都渋谷区笹塚１丁目21番17号櫻護謨株式会社内Ｆターム(参考） 4C097 AA02 BB02 CC01 CC15 CC18 TA08 TB14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】使用者の大腿の断端部に装着されるソケ
ット部と、下腿義肢部と、上記のソケット部と下腿義肢
部とを回動自在に連結する膝関節部とを備えたものにお
いて、上記の下腿義足部に上下方向に移動自在に設けられた重
錘と、この重錘を上下方向に移動案内するとともに任意
の位置で固定することができる重錘移動機構とを具備し
たことを特徴とする義足装置。
【請求項２】前記の重錘移動機構は、手動により前記
の重錘を上下方向に移動させかつ任意の位置に固定する
ものであることを特徴とする請求項１の義足装置。
【請求項３】前記の重錘移動機構は、前記の重錘を上
下方向に移動させる駆動機構と、この駆動機構に駆動用
の電力を供給する電源と、この義足装置の使用者の歩行
速度を検出する検出器と、この検出器からの信号に対応
して上記の駆動機構を制御し、前記の重錘を使用者の歩
行速度に対応した位置まで移動させる制御部とを具備し
たことを特徴とする請求項１の義足装置。
【請求項４】前記の重錘移動機構は、流体圧により前
記の重錘を移動させるシリンダ部と、この義足装置の使
用者の歩行動作により上記のシリンダ内に流体を送るポ
ンプ機構と、このポンプ機構により上記のシリンダ内に
供給された流体を排出するとともにその排出流量を制限
し使用者の歩行速度に対応した上記のシリンダ内への流
体の送り量に対応してこのシリンダ内の流体圧を変化さ
せて上記の重錘を移動させる圧力調整機構とを具備した
ことを特徴とする請求項１の義足装置。
【請求項５】使用者の上腿の断端部に装着されるソケ
ット部と、下腿義肢部と、上記のソケット部と下腿義肢
部とを回動自在に連結する膝関節部とを備えたものにお
いて、上記のソケット部に対して上記の下腿義肢部を前方に回
動する方向に付勢するスプリングと、このスプリングの
付勢力を変更する付勢力変更機構とを具備したことを特
徴とする義足装置。
【請求項６】前記の付勢力変更機構は、手動により前
記のスプリングの初期変形量を変更してその付勢力を変
更するものであることを特徴とする請求項５の義足装
置。
【請求項７】前記の付勢力変更機構は、前記のスプリ
ングの初期変形量を変更してその付勢力を変更する駆動
機構と、この駆動機構に駆動用の電力を供給する電源
と、この義足装置の使用者の歩行速度を検出する検出器
と、この検出器からの信号に対応して上記の駆動機構を
制御し、前記のスプリングの付勢力を使用者の歩行速度
に対応して変更する制御部とを具備したことを特徴とす
る請求項１の義足装置。
【請求項８】前記の付勢力変更機構は、流体圧により
前記のスプリングの初期変形量を変更してその付勢力を
変更するシリンダ機構と、この義足装置の使用者の歩行
動作により上記のシリンダ機構内に流体を送るポンプ機
構と、このポンプ機構により上記のシリンダ機構内に供
給された流体を排出するとともにその排出流量を制限し
使用者の歩行速度に対応した上記のシリンダ機構内への
流体の送り量に対応してこのシリンダ機構内の流体圧を
変化させて上記のスプリングの付勢力を変更する圧力調
整機構とを具備したことを特徴とする請求項１の義足装
置。