JP2002235785A - 膝関節用の油圧緩衝器 - Google Patents
膝関節用の油圧緩衝器Info
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Abstract
行フィーリングを向上しながら、大腿部と下腿部の最伸
展時の衝突を有効に防止すること。 【解決手段】 外筒21内の底部に内筒22を立設した
油圧緩衝器10において、内筒22の軸方向に、圧縮行
程時にピストン側油室33Bをリザーバ室41に連通
し、伸長行程時にロッド側油室33Aをリザーバ室41
に連通するオリフィス流路70を設けたもの。
Description
の膝関節用の油圧緩衝器に関する。
記載の如く、膝の振り戻し行程(屈曲時)では圧縮行程
となり、膝の踏み出し行程(伸展時)では伸長行程とな
る。そして、この緩衝装置では、膝の振り戻し行程で、
膝の曲げ角度と歩行速度等の走行モードによって変動す
る下腿部の慣性力に基づく膝下の振り戻しエネルギを、
膝の一定の曲げ角度範囲においてスムースに減衰せし
め、次の踏み出し行程に際し下腿部を速やかに直立位置
に戻すことができるように、適度な減衰力を発生させる
必要がある。また、膝の踏み出し行程でも、下腿部の慣
性力に基づく膝下の踏み出しエネルギを、膝の一定の曲
げ角度範囲においてスムースに減衰せしめ、下腿部と大
腿部の最伸展時の衝突を防止するように、適度な減衰力
を発生させる必要がある。
ダにおいて、ロッド13aの最伸長時に、シリンダ5a
のロッド側油室17aをクッション室として利用し、下
腿部2の伸展の終端時における下腿部と大腿部の衝突を
緩和可能としている。
連設するボス部22aにヘッド室16aとロッド側室1
7aを連通する通路18bを設け、伸長行程時に開く逆
止弁18aをこの通路18bに設けている。このため、
伸長行程の開始段階では減衰力を発生せず、伸長位置に
応じて伸側減衰力を徐々に大きくすることができないか
ら、伸展時の歩行フィーリングを良好にしながら下腿部
と大腿部の最伸展時の衝突を有効に防止することができ
ない。
減衰力を得ることができないから、緩衝装置が大型化す
る。
ともに、伸展時の歩行フィーリングを向上しながら、大
腿部と下腿部の最伸展時の衝突を有効に防止することに
ある。
自在に枢支される大腿部と下腿部との間に配設される膝
関節用の油圧緩衝器において、外筒内の底部に内筒を立
設し、前記外筒と内筒の開口側の端部を貫通して前記内
筒内にピストンロッドを摺動自在に挿入し、前記ピスト
ンロッドの先端部にピストンを設け、前記内筒内に前記
ピストンロッドが収容されるロッド側油室と前記ピスト
ンロッドが収容されないピストン側油室を区画し、前記
内筒と外筒との間に前記ピストン側油室と前記ロッド側
油室に連通し、内部に気体室を設けた可撓性の体積補償
部材を設けたリザーバ室を形成し、前記内筒の軸方向
に、圧縮行程時に前記ピストン側油室を前記リザーバ室
に連通し、伸長行程時に前記ロッド側油室を前記リザー
バ室に連通するオリフィス流路を設け、前記ピストン側
油室に伸長時に開く伸側チェック弁を設け、前記ロッド
側油室に圧縮時に開く圧側チェック弁を設けたものであ
る。
て更に、前記ピストン側油室に、圧側減衰力調整装置
と、前記ピストン側油室と前記リザーバ室を常時連通す
る圧側オリフィスとを並列に設けたものである。
において更に、前記ロッド側油室に、前記ロッド側油室
と前記リザーバ室を常時連通する伸側オリフィスを設け
たものである。
かの発明において更に、前記内筒の軸方向に設けたオリ
フィス流路が複数のオリフィス孔からなるようにしたも
のである。
る。 内筒の軸方向に設けたオリフィス流路により、伸長行
程時に、ピストンの側壁によりオリフィス流路を順次閉
塞し、ロッド側油室からの作動油の流出流路面積を次第
に減じ、伸側減衰力をピストンの位置に応じて増加させ
る位置依存性を具備させる。これにより、伸長行程の開
始段階から減衰力を発生させ、伸長位置に応じて伸側減
衰力を徐々に大きくすることができる。従って、下腿部
の伸展開始時には減衰力を小として下腿部を速やかに前
方に踏み出させて伸展時の歩行フィーリングを向上しな
がら徐々に減衰力を大きくし、大腿部と下腿部が一直線
となる伸展終端時には必要十分な減衰力を発生させて大
腿部と下腿部の衝突を防止する。
より、圧縮行程時に、ピストンの側壁によりオリフィス
流路を順次閉塞し、ピストン側油室からの作動油の流出
流路面積を次第に減じ、圧側減衰力をピストンの位置に
応じて増加させる位置依存性を具備させる。これによ
り、圧縮位置に応じて圧側減衰力を徐々に大きくし、下
腿部が後方へ過大に揺動することを防止できる。
を得ることができ、緩衝装置を小型化できる。
る。 ピストン側油室をリザーバ室に常時連通する圧側オリ
フィスを設けたから、圧側減衰力調整装置の全閉時に
も、圧側オリフィスが安全弁として働き、圧縮行程をロ
ックすることがない。
る。 ロッド側油室をリザーバ室に常時連通する伸側オリフ
ィスを設けたから、伸側オリフィスが最伸長時の減衰力
を発生させ、大腿部と下腿部の衝突を確実に防止する。
る。 複数のオリフィス孔によりオリフィス流路を形成した
から、伸側減衰力と圧側減衰力をピストンの位置に応じ
て増加させる位置依存性を具備させることができる。
図、図2は油圧緩衝器を示し、(A)は断面図、(B)
は伸側チェック弁と圧側オリフィスを示す断面図、図3
は内筒を示し、(A)は側面図、(B)は断面図、図4
は隔壁部材を示し、(A)は断面図、(B)は平面図、
図5はニードル弁を示し、(A)は半断面図、(B)は
平面図、図6は係合板を示す平面図である。
切断された膝のない人に供されるものであり、大腿部の
切断端が挿入される大腿ソケット部2に枢軸4を介して
下腿部3を揺動自在に結合するとともに、大腿ソケット
部2と下腿部3の間に膝関節用油圧緩衝器10を介装し
たものである。義足1は、大腿ソケット部2と下腿部3
の中心軸を同一軸上に設定した直立状態で、その中心軸
の後方に枢軸4を配置し、油圧緩衝器10の上取付部材
11を枢軸4の更に後方で軸11Aにより大腿ソケット
部2に枢着し、油圧緩衝器10の下取付部材12をその
中心軸の前方で軸12Aにより下腿部3に枢着してい
る。義足1の大腿ソケット部2、下腿部3に対する油圧
緩衝器10の取付姿勢は、油圧緩衝器10のピストンロ
ッド31の側を大腿ソケット部2に結合するものに限ら
ず、ピストンロッド31の側を下腿部3に結合するよう
に天地逆にしても良い。
21の内部の同一軸上に内筒22を立設した複筒式であ
り、外筒21の一端開口から順に係合板23、隔壁部材
24、内筒22、ヘッドカバー25、オイルシール26
を挿入し、それらを外筒21の他端段差部21Aと一端
かしめ部21Bにより挟圧固定化する。
一端側を封止するヘッドカバー25を貫通して内筒22
の内部に挿入されるピストンロッド31を備え、ピスト
ンロッド31の先端部に固定されるピストン32をその
外周のピストンリングを介して内筒22の内部に摺動自
在に設け、内筒22の内部にピストンロッド31が収容
されるロッド側油室33Aと、ピストンロッド31が収
容されないピストン側油室33Bを区画し、油室33
A、33Bに作動油を充満している。ピストンロッド3
1は、内筒22への挿入端の段差部にピストン32を組
付け、これをピストンボルト34でピストンロッド31
に固定する。
間の環状空間をリザーバ室41としている。リザーバ室
41は油圧緩衝器10の伸縮によってロッド側油室33
A、ピストン側油室33Bに進入、退出するピストンロ
ッド31のロッド体積分の作動油を、ロッド側油室33
A、ピストン側油室33Bとの間で相互に移行可能とす
る。そして、油圧緩衝器10は、リザーバ室41の内部
に設けられ、気体室42Aを密封区画する可撓性の体積
補償部材42を備える。体積補償部材42は、内筒22
の外周に接着固定され、独立した非貫通状(袋小路)の
気体室42Aを有する発泡ラバーにて構成される。油圧
緩衝器10は、体積補償部材42気体室42Aの膨張、
収縮により、ロッド側油室33A、ピストン側油室33
Bに進入、退出するピストンロッド31のロッド体積分
の作動油の体積補償と、作動油の油温変化による体積補
償とを行なう。体積補償部材42は発泡ラバーにて気体
室42Aを構成することにより、油圧緩衝器10の取付
姿勢が上下、横置きのいずれにあっても上述の体積補償
を営む。
の下端部に臨む内筒22に前述の隔壁部材24を設け、
この隔壁部材24に伸側チェック弁45を備えてピスト
ン側油室33Bに連通する流路46を有する(図4)。
伸側チェック弁45は、ディスクバルブからなり、内筒
22の内周に係着した止め輪47により背面支持され、
圧縮時に閉じてピストン側油室33Bからリザーバ室4
1への流れを阻止し、伸長時に開いてリザーバ室41か
らピストン側油室33Bへの流れを許す。また、伸側チ
ェック弁45は、図2(B)に示す如く、流路46の閉
塞面の一部を切り開いて、ピストン側油室33Bをリザ
ーバ室41に常時連通する圧側オリフィス48を備え
る。
上端部に臨む内筒22に前述のヘッドカバー25を設
け、このヘッドカバー25に圧側チェック弁51を備え
てロッド側油室33Aに連通する流路52を有する。圧
側チェック弁51は、ボールバルブからなり、ヘッドカ
バー25に係着した止め輪53により背面支持され、伸
長時に閉じてロッド側油室33Aからリザーバ室41へ
の流れを阻止し、圧縮時に開いてリザーバ室41からロ
ッド側室33Aへの流れを許す。尚、ヘッドカバー25
は、リザーバ室41を流路52へ連絡するための連絡孔
56を備え、オイルシール26との間に連絡室57を形
成する。また、内筒22の上端部には、ロッド側室33
Aをリザーバ室41に常時連通する伸側オリフィス55
を備える。
0を前述の圧側オリフィス48と並列に設けるため、外
筒21の他端側に蓋部材61をOリング62を介して液
密に設け、外筒21を蓋部材61に対して相対回転可能
とする。油圧緩衝器10は、ピストン側室33Bとリザ
ーバ室41を連通する流路63を隔壁部材24に設け、
この流路63を開度調整してオリフィス孔63Aとして
用いるためのニードル弁64(図5)を備える。ニード
ル弁64は流路63(オリフィス孔63A)に先端部を
臨み、下端部を蓋部材61に螺合する。外筒21に一体
回転可能に設けた係合板23(図6)は、ニードル弁6
4の外周の二面巾部64Aをその異形孔状係合部23A
に軸方向には移動可能にかつ回転方向には係合可能に嵌
合し、外筒21の回動によるニードル弁64の軸方向移
動により、流路63(オリフィス孔63A)の開度を調
整し、減衰力を調整する。係合板23の外筒21との一
体回転可能構造は、係合板23を外筒21に圧入する
他、係合板23を隔壁部材24、内筒22、ヘッドカバ
ー25、オイルシール26とともに外筒21に軸方向で
挟圧一体化することにより構成される。
向に沿う一定範囲で、義足1の大腿ソケット部2と下腿
部3が一直線をなす伸展終端位置Aと、義足1の最大振
り戻し端位置Bに相当するピストン32のストローク範
囲内にオリフィス流路70を形成してある(図2、図
3)。オリフィス流路70は、圧縮行程時にピストン側
油室33Bをリザーバ室41に連通可能とし、伸長行程
時にロッド側油室33Aをリザーバ室41に連通可能と
するように、ピストンロッド31の伸縮時にピストン3
2の側壁により順次閉塞される。オリフィス流路70
は、具体的には、上述の伸展終端位置Aと最大振り戻し
端位置Bに相当するピストン32の停留位置から所定の
間隔をおいた、所定の範囲内の複数位置に設けられた複
数のオリフィス孔(小径孔71、中径孔72、大径孔7
3)により形成される。
壁の所定の範囲内に設けられる長孔により形成されても
良い。
1の端部に上取付部材11を、蓋部材61の外端部に下
取付部材12を設け、これらの取付部材11、12を油
圧緩衝器10の単一軸線上に設けてある。
する。義足1にあっては、義足1の一方の脚に着目した
とき、一方の脚の踵が地についてから再び地につくまで
の1サイクルの間で、(a)踵が接地状態から爪先が地面
から離れる直前までの立脚相(図1(A)〜(B))で
は、大腿ソケット部2と下腿部3がほぼ一直線になって
いて油圧緩衝器10は最大伸長状態を保ち、(b)爪先が
地面から離れ、踵が接地するまでの遊脚相(図1(B)
〜(C)〜(D)〜(C)〜(B))では、下腿部3が
振り戻し行程で大腿ソケット部2に対して枢軸4を中心
に一旦後方へ揺動した後、続く踏み出し行程で前方へ揺
動されて大腿ソケット部に対して再びほぼ一直線とな
り、油圧緩衝器10は伸長状態から圧縮状態に至り、続
いて伸長状態となる。そして、油圧緩衝器10は、膝の
振り戻し行程(屈曲時)で下記(1)の圧縮行程となり、
膝の踏み出し行程(伸長時)で下記(2)の伸長行程とな
る。
圧縮されるピストン側油室33Bの油が、隔壁部材24
の伸側チェック弁45に設けた圧側オリフィス48を経
由してリザーバ室41に移動するとともに、ニードル弁
64により開度調整された可変オリフィス孔63A、ピ
ストン32により順次閉塞されるオリフィス流路70
(オリフィス孔71〜73)を経由してリザーバ室41
に移行し、適度な減衰力を得る。
を順次閉塞することにより、ピストン32の位置に依存
する減衰力が得られる。
全閉することがあっても、圧側オリフィス48により、
油圧緩衝器10の伸縮をロックしない。
3Bへ進入するピストンロッド31のロッド体積分の作
動油は、リザーバ室41へ排出されて体積補償部材42
により吸収される。
圧縮されるロッド側油室33Aの油が、内筒22の伸側
オリフィス55を経由してリザーバ室41に移行すると
ともに、ピストン32により順次閉塞されるオリフィス
流路70(オリフィス孔71〜73)を経由してリザー
バ室41に移行し、適度な減衰力を得る。
を順次閉塞することにより、ピストン32の位置に依存
する減衰力が得られる。
3Bから退出するピストンロッド31のロッド体積分の
作動油は、リザーバ室41の体積補償部材42から補給
される。
り戻し行程で、下腿部3がその慣性力により必要以上に
振り戻されると(構造上180度付近まで曲がる)、次の
踏み出し時に戻らなくなる。これを回避するため、油圧
緩衝器10では、上述(1)の圧縮行程で位置依存性のあ
る減衰力が作用し、振り戻し始めは下腿部3をスムース
に屈曲開始し、常に適正位置で下腿部3を制止し、次の
踏み出し行程に移行可能とする。このとき、圧側オリフ
ィス48、可変オリフィス孔63A、オリフィス孔71
〜73の二乗孔に基づく速度依存性のある減衰力によ
り、歩行速度に対応しながら、振り戻しエネルギを吸収
するものとなる。そして、踏み出し行程に入るときに
は、上述(2)の伸長行程で位置依存性のある減衰力が作
用し、踏み出し始めは減衰力を小として下腿部3を速や
かに前方に踏み出し可能としながら、大腿ソケット部2
と下腿部3が一直線となる伸展終端時には大きな減衰力
を発生させて大腿ソケット部2と下腿部3の衝突を防止
し、上述(a)の立脚相に移行することができる。このと
き、伸側オリフィス55、オリフィス孔71〜73の二
乗孔に基づく速度依存性のある減衰力により、歩行速度
に対応しながら、踏み出しエネルギを吸収するものとな
る。
り、伸長行程時に、ピストン32の側壁によりオリフィ
ス流路70を順次閉塞し、ロッド側油室33Aからの作
動油の流出流路面積を次第に減じ、伸側減衰力をピスト
ン32の位置に応じて増加させる位置依存性を具備させ
る。これにより、伸長行程の開始段階から減衰力を発生
させ、伸長位置に応じて伸側減衰力を徐々に大きくする
ことができる。従って、下腿部3の伸展開始時には減衰
力を小として下腿部3を速やかに前方に踏み出させて伸
展時の歩行フィーリングを向上しながら徐々に減衰力を
大きくし、大腿ソケット部2と下腿部3が一直線となる
伸展終端時には必要十分な減衰力を発生させて大腿ソケ
ット部2と下腿部3の衝突を防止する。
路70により、圧縮行程時に、ピストン32の側壁によ
りオリフィス流路70を順次閉塞し、ピストン側油室3
3Bからの作動油の流出流路面積を次第に減じ、圧側減
衰力をピストン32の位置に応じて増加させる位置依存
性を具備させる。これにより、圧縮位置に応じて圧側減
衰力を徐々に大きくし、下腿部3が後方へ過大に揺動す
ることを防止できる。
を得ることができ、緩衝装置を小型化できる。
に常時連通する圧側オリフィス48を設けたから、圧側
減衰調整装置60の全閉時にも、圧側オリフィス48が
安全弁として働き、圧縮行程をロックすることがない。
常時連通する伸側オリフィス55を設けたから、伸側オ
リフィス55が最伸長時の減衰力を発生させ、大腿ソケ
ット部2と下腿部3の衝突を確実に防止する。
リフィス流路70を形成したから、伸側減衰力と圧側減
衰力をピストン32の位置に応じて増加させる位置依存
性を具備させることができる。
片ロッド型とし、外筒21と内筒22の間にリザーバ室
41を設けたから、軸方向長さを短くでき、義足1への
格納性が良い。
から、伸長時にオリフィス流路70、伸側オリフィス5
5を通るロッド側油室33Aからリザーバ室41への単
位ストロークあたりの流量が、圧縮時にオリフィス流路
70、圧側オリフィス48、可変オリフィス孔63Aを
通るピストン側油室33Bからリザーバ室41への単位
ストロークあたりの流量に比して、ピストンロッド31
の断面積分少なくなり、伸長時と圧縮時で同一のオリフ
ィス流路70を用いながら、オリフィス流路70で生ず
る伸長時の減衰力を圧縮時の減衰力より小さくできる。
これにより、油圧緩衝器10の伸長開始時に、下腿部3
を速やかに伸展開始させることができる等、歩行フィー
リングを向上できる。
を圧側オリフィス48のオリフィス径より大きく設定す
ることにより、伸側オリフィス55で生ずる伸長時の減
衰力(オリフィス流路70が全部閉じた段階で、伸側オ
リフィス55により例えば最大15〜20kg/mm2の伸側減
衰力を発生させる)を、圧側オリフィス48で生ずる圧
縮時の減衰力(圧側減衰力調整装置60の可変オリフィ
ス孔63Aを全閉にし、オリフィス流路70が全部閉じ
た段階で、圧側オリフィス48により例えば最大100 kg
/mm2の圧側減衰力を発生させる)より小さく設定でき
る。
述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限
られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があっても本発明に含まれる。
を小型化するとともに、伸展時の歩行フィーリングを向
上しながら、大腿部と下腿部の最伸展時の衝突を有効に
防止することができる。
(B)は伸側チェック弁と圧側オリフィスを示す断面図
である。
断面図である。
(B)は平面図である。
(B)は平面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 揺動自在に枢支される大腿部と下腿部と
の間に配設される膝関節用の油圧緩衝器において、 外筒内の底部に内筒を立設し、 前記外筒と内筒の開口側の端部を貫通して前記内筒内に
ピストンロッドを摺動自在に挿入し、 前記ピストンロッドの先端部にピストンを設け、前記内
筒内に前記ピストンロッドが収容されるロッド側油室と
前記ピストンロッドが収容されないピストン側油室を区
画し、 前記内筒と外筒との間に前記ピストン側油室と前記ロッ
ド側油室に連通し、内部に気体室を設けた可撓性の体積
補償部材を設けたリザーバ室を形成し、 前記内筒の軸方向に、圧縮行程時に前記ピストン側油室
を前記リザーバ室に連通し、伸長行程時に前記ロッド側
油室を前記リザーバ室に連通するオリフィス流路を設
け、 前記ピストン側油室に伸長時に開く伸側チェック弁を設
け、 前記ロッド側油室に圧縮時に開く圧側チェック弁を設け
たことを特徴とする膝関節用の油圧緩衝器。 - 【請求項2】 前記ピストン側油室に、圧側減衰力調整
装置と、前記ピストン側油室と前記リザーバ室を常時連
通する圧側オリフィスとを並列に設けた請求項1に記載
の膝関節用の油圧緩衝器。 - 【請求項3】 前記ロッド側油室に、前記ロッド側油室
と前記リザーバ室を常時連通する伸側オリフィスを設け
た請求項1又は2に記載の膝関節用の油圧緩衝器。 - 【請求項4】 前記内筒の軸方向に設けたオリフィス流
路が複数のオリフィス孔からなる請求項1〜3のいずれ
かに記載の膝関節用の油圧緩衝器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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