JP2004243114A - 多節機構として並進運動および回転運動する結合体 - Google Patents

Abstract

【課題】踵接地の際の膝折れを防止し、つま先離れの際にスムーズに膝折れし立脚期から遊脚期への移行がスムーズにでき、有効な立曲げができ、しかも、立曲げとその後の伸展における腿支持部の重心位置の上下動を低減する。
【解決手段】結合体が関節構成部（２、５、６、７、８、９）からなり、装着者の荷重が作用するとき、結合体が関節構成部２を固定節とする多節機構として並進運動および回転運動することにより、結合体に連結された前部リンク３と後部リンク４の連結部が屈曲（立曲げ）および伸展に応じて上下左右に移動し目的を達成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は膝関節を備える義足に関し、特に、装着者の荷重が前部リンクおよび後部リンクを通して結合体に作用するとき、多節機構として並進運動および回転運動する結合体に関する。

一般に、膝関節を備える義足は、装着者の断端を受ける腿支持部と地面に接地する足部、そして、この腿支持部と足部との間に位置し、両部の屈曲および伸展を可能とする膝関節とを備える。この種の義足の代表例は大腿義足である。

腿支持部と足部との間の膝の部分に位置する膝関節の構造として、１本の回転軸を中心に動き、膝関節の屈曲の角度が変わっても常に回転中心は一定である単軸と、複数の節（つまり、多節）を含み、膝関節の屈曲の角度に応じて回転中心が変化する多軸との２種類があり、ここでは、多軸あるいは多節を含むものを対象とする。なぜなら、多節の膝関節は、屈曲角度により回転中心あるいは瞬間回転中心の移動をおこなう運動をとることにより、立脚期における構造的膝安定、つまり、足部の踵が地面に接地し、膝関節に装着者の荷重が加わった瞬間の膝折れを防ぐ、膝折れ防止効果を得られるためである。こうした考えは、たとえば特許文献１が示すように、かなり以前から知られている。
ＵＳＰ２，６３８，６０５号

こうした多節の膝関節について、さらなる改良を図ることを考えた。改良の第１の視点は、踵接地の際の膝折れ防止と、つま先離れの際のスムーズな膝折れを実現するという視点である。従来から多く用いられている多節の膝関節である４節リンク機構を用いて説明をおこなう。４節リンク機構は、腿支持部に固定される上部リンクと、足部に固定される下部リンクと、上部リンクおよび下部リンクにそれぞれ連結される前部リンクと後部リンクの４つのリンクからなり、瞬間回転中心は、前部リンクの延長線と後部リンクの延長線との交点に相当する。膝折れ防止効果は瞬間回転中心を膝関節のより上方、特には上方かつ後方に位置するように４節リンク機構を構成すれば大きくなるが、そのような４節リンク機構にした場合、つま先離れの際のスムーズな膝折れができなくなる。逆に瞬間回転中心を膝関節の近くに位置するように４節リンク機構を構成すれば、つま先離れの際のスムーズな膝折れは生じやすくなるが、踵接地の際の膝折れ防止効果は得られなくなる。このように、４節リンク機構の膝関節では踵接地の際の膝折れ防止と、つま先離れの際のスムーズな膝折れとが二律背反事項となる。

上記の二律背反事項を緩和するものとして、ＵＳＰ５，１８１，９３１号（特開平５−１４６号に対応）には４節リンク機構の後部リンクの長さを装着者の荷重により収縮させるようにしたものが提案されている。しかし、この装置では後部リンクの片方の連結部をスライドさせて、後部リンクの長さを収縮伸長させるためのスライダ機構が必要になり、連結部が軸だけの多節の膝関節に比べて耐久性に問題があった。

そこで、本発明は、スライダ機構のない可動部が軸だけの多節の膝関節を用いて、踵接地の際の膝折れ防止と、つま先離れの際にスムーズに膝折れできる、多節の膝関節を提供することを第１の目的とする。

改良の第２の視点は、立脚期の初期段階、つまり足部の踵が地面に接地する当初における膝関節の屈曲（立曲げ、stance flexion）を有効に達成させるという視点である。この立曲げには、いくつかの技術的な意義、すなわち、義足による歩行の姿（歩容）を健常者の歩容に近づけること、踵接地の際の衝撃を吸収し緩和すること、装着者の重心位置の上下動を低減し装着者を疲れにくくすること、さらには、股関節の筋肉の負担を軽減すること、などの意義がある。

この第２の視点からの改良技術としては、ＵＳＰ５，３１４，４９８号（特表平５−５０５７４５号に対応）、ＵＳＰ５，５４５，２３２号（特開平８−３３６６３号に対応）やＵＳＰ５，６４５，５９０号などが知られている。しかし、これらの技術は弾性体の変形により立曲げを実現しており、立曲げ後の膝関節の伸展力は弾性体の反発力に依存しているため、立曲げ角が大きくなればなるほど、装着者の荷重による膝関節屈曲モーメントが大きくなり、立曲げ後の膝関節の伸展にわずかながら不安が否めない。多節の膝関節では、膝関節を完全に伸展した際に瞬間回転中心が最も膝関節に近づくため、膝関節が屈曲した状態ではつま先離れの際のスムーズな膝折れは困難となる。弾性体の反発力以外に立脚期中に踵からつま先に向う装着者の荷重移動が膝関節の伸展要素として考えられるが、荷重移動のエネルギは上向きの力が得られないため、立曲げの際に腿支持部の重心位置がいったん下に落ち込むと、装着者の荷重移動により膝関節を伸展させることは困難であった。

そこで、本発明では有効な立曲げを実現し、しかも、立曲げとその後の伸展における腿支持部の重心位置の上下動を低減する、多節の膝関節を提供することを第２の目的とする。

本発明では、上記第１および第２の目的を達成するため、請求項１は、関節構成部（２、５、７、８）からなり、前部リンク３および後部リンク４の下方の連結部と回転可能に連結される連結部を有し、関節構成部２を固定節とする結合体において、関節構成部２は、関節構成部５と、関節構成部７の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部５は、関節構成部２と、関節構成部８の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部７は、関節構成部２と、関節構成部８と、後部リンク４の下方の連結部の、３つに回転可能に連結される３の連結部を有し、関節構成部８は、関節構成部５と、関節構成部７の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、さらに、前部リンク３の下方の連結部が、関節構成部８の有する２つの連結部のうち関節構成部５と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして回転可能に連結され、この結合体に荷重が前部リンク３および後部リンク４を通して作用するとき、結合体が関節構成部（２、５、７、８）を節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする４節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体である。ここで連結部とは少なくとも２つの、リンク、節および関節構成部を回転可能に連結する１つの接合部分のことであり、また、ここでリンクとは連結部を両端に有す部材であり、節とは少なくとも２つの連結部を有す部材であり、関節構成部とは少なくとも１つの節からなり結合体を構成するものをいう。

請求項２は、請求項１記載の結合体において、関節構成部８が、３つの連結部を有し、関節構成部（５、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前部リンク３の下方の連結部と回転可能に連結される連結部を１つ有することを特徴とする、結合体である。

請求項３は、請求項１記載の結合体において、さらに関節構成部（６、９）を設けた結合体で、関節構成部２は、関節構成部（５、６、７）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、関節構成部５は、関節構成部（２、８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部６は、関節構成部（２、９）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部７は、関節構成部（２、８、９）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、関節構成部８は、関節構成部（５、７）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、さらに、前部リンク３の下方の連結部が、関節構成部８の有する２つの連結部のうち関節構成部５と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして回転可能に連結され、関節構成部９は、少なくとも関節構成部（６、７）の２つに回転可能に連結される少なくとも２つの連結部を有し、また、後部リンク４の下方の連結部が、関節構成部９の有する連結部のいずれか１つと回転可能に連結され、この結合体に荷重が前部リンク３および後部リンク４を通して作用するとき、結合体が関節構成部（２、５、６、７、８、９）を節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする多節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体である。

請求項４は、請求項２記載の結合体において、さらに関節構成部（６、９）を設けた結合体で、関節構成部２は、関節構成部（５、６、７）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、関節構成部５は、関節構成部（２、８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部６は、関節構成部（２、９）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部７は、関節構成部（２、８、９）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、関節構成部８は、関節構成部（５、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前部リンク３の下方の連結部と回転可能に連結される連結部の３つの連結部を有し、関節構成部９は、少なくとも関節構成部（６、７）の２つに回転可能に連結される少なくとも２つの連結部を有し、また、後部リンク４の下方の連結部が、関節構成部９の有する連結部のいずれか１つと回転可能に連結され、この結合体に荷重が前部リンク３および後部リンク４を通して作用するとき、結合体が関節構成部（２、５、６、７、８、９）を節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする多節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体である。

請求項５は、請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の結合体において、関節構成部９が、３つの連結部を有し、関節構成部（６、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、後部リンク４の下方の連結部と回転可能に連結される連結部を１つ有することを特徴とする、結合体である。

請求項６は、請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の結合体において、結合体に含まれる関節構成部２および関節構成部７が、それぞれ３つの連結部を有し、関節構成部２が関節構成部（５、６）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、関節構成部７と回転可能に連結される連結部を１つ有す１つの節からなり、関節構成部７が関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、関節構成部２と回転可能に連結される連結部を１つ有す１つの節からなるとき、結合体が関節構成部（２、５、６、７、８、９）のそれぞれを１つの節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする６節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体である。

請求項７は、請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の結合体において、結合体に含まれる関節構成部２および関節構成部７が、それぞれ４つの連結部を有し、関節構成部２が関節構成部（５、６）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、関節構成部７と回転可能に連結される連結部を２つ有す１つの節からなり、関節構成部７が関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、関節構成部２と回転可能に連結される連結部を２つ有す、つまり、関節構成部７が、関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部を有する節と、関節構成部２と連結される２つの連結部のうち一方の連結部と、関節構成部８と回転可能に連結される連結部の、２つの連結部を有する節と、関節構成部２と連結される２つの連結部のうちもう一方の連結部と、関節構成部９と回転可能に連結される連結部の、２つの連結部を有する節の、３つの節からなるとき、結合体が関節構成部（２、５、６、８、９）のそれぞれを１つの節とし、関節構成部７を３つの節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする８節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体である。

請求項８は、請求項１から７のいずれか１項に記載の結合体において、荷重に応じて結合体が多節機構として並進運動および回転運動するとき、結合体の少なくとも１つの連結部の回転を制限する少なくとも１つのストッパを備えることを特徴とする、結合体である。

請求項９は、請求項１から７のいずれか１項に記載の結合体において、荷重に応じて結合体が多節機構として並進運動および回転運動するとき、結合体の少なくとも１つの連結部の回転を弾性変形しつつ制限する少なくとも１つの弾性体を備えることを特徴とする、結合体である。ここで、弾性体としては、ゴムであってもバネやダンパであってもよく、結合体の少なくとも１つの連結部の回転を弾性変形しつつ制限するための手段のすべてをいう。

以上述べたように本発明は、踵接地の際の膝折れを防止でき、つま先離れの際にスムーズに膝折れし立脚期から遊脚期への移行がスムーズにでき、有効な立曲げができ、しかも、立曲げとその後の伸展における腿支持部の重心位置の上下動を低減できるといった効果を奏する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。説明では膝関節を側面から見たとき、重なり合う位置にあり同じ動きをするリンク、節および関節構成部は同名称で１つのものとし、同軸線上に重なる連結部は１つの連結部として説明をおこなう。一実施例として図６に重なり合う位置にあり同じ動きをするリンク、関節構成部の一部を分解し、同軸線上に重なる連結部の軸線を一点鎖線で表した膝関節の部分分解図を示す。図１は本発明の望ましい一実施例を示す多節の膝関節の概要側面図である。図１１は図１の実施例において立脚期から遊脚期にいたる瞬間回転中心の位置を示す動作分解図である。

まず、図１の一実施例を参照しながら、この発明を適用した義足の全体的な構成を明らかにする。装着者の荷重を受ける腿支持部Ａと、この腿支持部Ａに対し膝関節を介して連結される足部Ｂとを備える義足であって、膝関節は、腿支持部Ａに固定される上部リンク１と、複数の関節構成部からなる結合体と、前部リンク３と後部リンク４、およびストッパＳ１とを備え、前部リンク３および後部リンク４の上方の連結部が上部リンク１に回転可能にそれぞれ連結され、ストッパＳ１は上部リンク１と前部リンク３のなす角度を所定角度以上に広がらないように制限し、結合体は関節構成部（２、５、６、７、８、９）からなり、それぞれ、関節構成部２は、関節構成部（５、６、７）の３つに回転可能に連結される３つの連結部を有し、関節構成部５は、関節構成部（２、８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部６は、関節構成部（２、９）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部７は、関節構成部（２、８、９）の３つに回転可能に連結される３つの連結部を有し、関節構成部８は、関節構成部（５、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前部リンク３の下方の連結部と回転可能に連結される連結部の３つの連結部を有し、関節構成部９は、関節構成部（６、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、後部リンク４の下方の連結部と回転可能に連結される連結部の３つの連結部を有しており、この結合体に装着者の荷重が前部リンク３および後部リンク４を通して作用するとき、結合体が関節構成部（２、５、６、７、８、９）のそれぞれを１つの節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする６節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体である。

次に、図１の実施例を代表例として膝関節の動作を明らかにする。まず、膝関節の立脚期の初期段階における動作について多節の膝関節の側面図である図７、図８を参照し説明をおこなう。なお、これら多節の膝関節の側面図は図６の側面図であり、説明のため手前側に位置する前部リンク３および後部リンク４をリンクの中央部から下を切断、省略し、さらに手前側に位置する関節構成部２を省略し、また、ストッパ（Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ）と弾性体（Ｅ１、Ｅ２）を備えた多節の膝関節の側面図である。図７は、膝関節が伸展し結合体に装着者の荷重が加わっていない状態、つまり、足部Ｂの踵が地面に接地する直前の多節の膝関節の状態を示す側面図である。このとき前部リンク３の延長線と後部リンク４の延長線との交点である膝関節の瞬間回転中心は、図１１の交点Ｐ１にある。図７の状態のとき、膝関節は完全に伸展した状態ではなく軽く屈曲した状態にあるため、その後の踵接地の瞬間に受ける衝撃を分散し装着者に伝わる衝撃をやわらげることができる。図８は、踵接地後における多節の膝関節の状態を示す側面図である。このときの膝関節の瞬間回転中心は、図１１の交点Ｐ２にある。

図７から図８に示す状態へと移行する膝関節の動作について説明する。足部Ｂの踵が地面に接地し装着者の荷重が膝関節に作用するとき、装着者の重心位置は膝関節よりも後方に位置するため、前部リンク３よりも後部リンク４に多くの荷重が加わり、加わった荷重は後部リンク４を通して関節構成部９を回転させ、この回転により関節構成部７が関節構成部（２、７）を連結する連結部を中心として屈曲方向に回転し、さらに、関節構成部７の回転により関節構成部７に連結されている関節構成部８が回転するといった結合体の多節機構からなる動作により、膝関節が屈曲（立曲げ）する。このとき、弾性体Ｅ１が関節構成部（２、５）を連結する連結部の回転を弾性変形しつつ制限し、さらにストッパＳ２ａが関節構成部（２、５）を連結する連結部の回転を制限することにより、膝関節の屈曲（立曲げ）角度が所定角度以上にならないよう制限される。関節構成部７の屈曲方向の回転に加え、関節構成部８と関節構成部９の回転により、図８に示すように屈曲（立曲げ）し、しかも、前部リンク３および後部リンク４の下方の連結部の間隔が狭くなるため前部リンク３と後部リンク４のなす角度が図７に示す踵接地前に比べて小さくなる。このため、前部リンク３の延長線と後部リンク４の延長線との交点である膝関節の瞬間回転中心は、図１１に示す交点Ｐ１から膝関節の上方かつ後方に位置する交点Ｐ２に移動する。結果、有効な立曲げと踵接地の際の膝折れ防止を同時に実現することができる。

次に立脚期の中期段階、つまり、装着者の重心位置が膝関節の上に移動するまでの膝関節の動作について説明する。装着者の重心位置が膝関節の上に移動すると、膝関節は図７に示す状態にもどり、このときの膝関節の瞬間回転中心は、図１１の交点Ｐ３にある。装着者の荷重が後部リンク４から前部リンク３に移動することにより、前部リンク３に加わる荷重が大きくなり、前部リンク３に加わった荷重は、前部リンク３を通して関節構成部８を回転させ、この回転により関節構成部７が関節構成部（２、７）を連結する連結部を中心として膝関節の伸展方向に回転し、さらに、関節構成部７の回転により関節構成部７に連結されている関節構成部９が回転するといった結合体の多節機構からなる動作により、膝関節が伸展する。このような、装着者の荷重移動による膝関節の伸展を可能にするためには、立脚期の初期段階の屈曲（立曲げ）時と、立脚期の中期段階の伸展時における腿支持部Ａの重心位置の上下差、つまり、位置エネルギ差を小さくする必要があり、本発明では、前部リンク３および後部リンク４の下方の連結部を、屈曲（立曲げ）および伸展に応じて上下左右に移動させることにより、立曲げとその後の伸展における腿支持部Ａの重心位置の上下動を低減することを実現している。また、腿支持部Ａの重心位置の上下動を小さくすることは、装着者への負荷を軽減することにもなる。このように、立脚期中に踵からつま先に向う装着者の荷重移動により膝関節を伸展させることができるため、立曲げ角度を大きくすることが可能となり、健常者のように立脚期の早い段階で足部Ｂの足底全体を地面に接地させ、安定した状態で装着者の荷重を支えることができるようになる。

次に立脚期の後期段階、つまり、つま先離れの際における動作について図９を参照し説明をおこなう。このときの膝関節の瞬間回転中心は、図１１の交点Ｐ４にある。立脚期の後期段階では装着者の重心位置は足部Ｂのつま先に移動し、さらに膝関節の伸展が進むが、弾性体Ｅ２が関節構成部（２、６）を連結する連結部の回転を弾性変形しつつ制限し、さらにストッパＳ２ｂが関節構成部（２、６）を連結する連結部の回転を制限することにより、膝関節の伸展角度が所定角度以上にならないよう制限される。最も膝折れが生じやすくなるのは、膝関節が完全に伸展する、つまり、装着者の重心位置がつま先にある図９に示す状態の時であり、このとき、前部リンク３および後部リンク４の下方の連結部の間隔が広くなるため前部リンク３と後部リンク４のなす角度が図７に示す立脚期の中期段階に比べて大きくなる。このため、前部リンク３の延長線と後部リンク４の延長線との交点である膝関節の瞬間回転中心は、図１１に示す交点Ｐ３から膝関節の近くに位置する交点Ｐ４に移動する。結果、つま先離れの際のスムーズな膝折れを実現することができる。

また、立脚期の中期段階では、膝関節の瞬間回転中心は図１１の交点Ｐ３に示すようにＰ４に比べ膝関節から離れた位置にあり、膝折れしにくい状態にあるため、地面に凹凸のある場所での歩行など、立脚期の中期段階で膝関節が外部から屈曲モーメントを受けた場合、容易に図８に示す膝折れ防止位置に移行できるので、凹凸のあるところでも安定した歩行をおこなうことができる。

このように、弾性体（Ｅ１、Ｅ２）を踵接地の際とつま先離れの際に別々に作用させることにより、それぞれの時期に適した膝関節の調整が可能となる。さらに、立脚期において瞬間回転中心の位置を大きく立脚期の初期段階、中期段階、後期段階の３つの段階に分けることができるため、膝関節の調整範囲が広がり、幅広い活動域に対応させることができる。

次に、遊脚期における動作について図１０を参照し説明をおこなう。足部Ｂが地面から離れる遊脚期においては、上部リンク１、前部リンク３および後部リンク４が自由に変形し膝折れが起きる。また、この遊脚期では図６に示すダンパ装置Ｆによって、足部Ｂの蹴り上げおよび振り出しの運動がコントロールされる。

次に、図２を参照し、別の好ましい一実施例を説明する。図２の多節の膝関節の概要側面図では、実施例１で説明した結合体に含まれる関節構成部２および関節構成部７が、それぞれ４つの連結部を有し、関節構成部２が関節構成部（５、６）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、関節構成部７と回転可能に連結される連結部を２つ有す１つの節からなり、関節構成部７が関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、関節構成部２と回転可能に連結される連結部を２つ有す、つまり、関節構成部７が、関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部を有する節と、関節構成部２と連結される２つの連結部のうち一方の連結部と、関節構成部８と回転可能に連結される連結部の、２つの連結部を有する節と、関節構成部２と連結される２つの連結部のうちもう一方の連結部と、関節構成部９と回転可能に連結される連結部の、２つの連結部を有する節の、３つの節からなるとき、結合体が関節構成部（２、５、６、８、９）のそれぞれを１つの節とし、関節構成部７を３つの節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする８節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体であり、実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図３を参照し、さらに別の好ましい一実施例を説明する。図３の多節の膝関節の概要側面図では、結合体は関節構成部（２、５、７、８）からなり、関節構成部２は、関節構成部（５、７）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部５は、関節構成部（２、８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、関節構成部７は、関節構成部（２、８）と、後部リンク４の下方の連結部の、３つに回転可能に連結される３の連結部を有し、関節構成部８は、関節構成部（５、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前部リンク３の下方の連結部と回転可能に連結される連結部の３つの連結部を有し、この結合体に装着者の荷重が前部リンク３および後部リンク４を通して作用するとき、結合体が関節構成部（２、５、７、８）を節とし、そのうち関節構成部２を固定節とする４節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする結合体であり、後部リンク４を通して作用する装着者の荷重を関節構成部９を介さず直接関節構成部７に作用させ、関節構成部７を回転させることで、結合体の関節構成部数を減らし結合体の簡略化および軽量化を図ることができる。

今までの実施例では、結合体に含まれる関節構成部（８、９）は、それぞれ３つの連結部を有していたが、関節構成部（８、９）の少なくとも１つが２つの連結部を有してもよく、関節構成部８が２つの連結部を有する場合は、関節構成部８の有する関節構成部（５、７）と連結される２つの連結部のうち関節構成部５と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして、前部リンク３の下方の連結部が回転可能に連結される。また、関節構成部９が２つの連結部を有する場合は、関節構成部９の有する関節構成部（６、７）と回転可能に連結される２つの連結部のいずれか１つと軸を共通にして、後部リンク４の下方の連結部が回転可能に連結される。図４に実施例１における変形例の１つとして、関節構成部８のみが２つの連結部を有し、関節構成部８の有する関節構成部（５、７）と連結される２つの連結部のうち関節構成部５と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして、前部リンク３の下方の連結部が回転可能に連結される組み合わせを示す。また、図５に実施例３における変形例として、関節構成部８が２つの連結部を有し、関節構成部８の有する関節構成部（５、７）と連結される２つの連結部のうち関節構成部５と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして、前部リンク３の下方の連結部が回転可能に連結される組み合わせを示す。

結合体を構成する関節構成部は、それぞれが連結し多節機構として並進運動および回転運動できればよく、関節構成部を構成する節の少なくとも１つが弾性体を含む節であってもよい。具体的には、例えば関節構成部５が弾性体を含む節の場合、関節構成部５が剛体の節のときに比べ、膝関節の屈曲（立曲げ）角度を広げるとともに、踵接地の際には瞬間回転中心の位置をより膝関節の上方かつ後方に位置させることができる。

本発明の望ましい一実施例を示す多節の膝関節の概要側面図である。（実施例１） 本発明の別の好ましい一実施例を示す多節の膝関節の概要側面図である。（実施例２） 本発明のさらに別の好ましい一実施例を示す多節の膝関節の概要側面図である。（実施例３） 変形例の１つを示す多節の膝関節の概要側面図である。（実施例４） 他の変形例の１つを示す多節の膝関節の概要側面図である。（実施例４） 膝関節の部分を分解して示す部分分解図である。 踵接地前および立脚期の中期段階における多節の膝関節の状態を示す側面図である。 踵接地後における多節の膝関節の状態を示す側面図である。 立脚期の後期段階における多節の膝関節の状態を示す側面図である。 遊脚期における多節の膝関節の状態を示す側面図である。 立脚期から遊脚期にいたる瞬間回転中心の位置を示す動作分解図である。

符号の説明

Ａ 腿支持部
Ｂ 足部
１ 上部リンク
２ 関節構成部
３ 前部リンク
４ 後部リンク
５ 関節構成部
６ 関節構成部
７ 関節構成部
８ 関節構成部
９ 関節構成部
Ｓ１ ストッパ
Ｓ２ａ ストッパ
Ｓ２ｂ ストッパ
Ｅ１ 弾性体
Ｅ２ 弾性体
Ｆ ダンパ装置

Claims (9)

1. 関節構成部（２、５、７、８）からなり、前部リンク（３）および後部リンク（４）の下方の連結部と回転可能に連結される連結部を有し、前記関節構成部（２）を固定節とする結合体において、前記関節構成部（２）は、前記関節構成部（５）と、前記関節構成部（７）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、前記関節構成部（５）は、前記関節構成部（２）と、前記関節構成部（８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、前記関節構成部（７）は、前記関節構成部（２）と、前記関節構成部（８）と、前記後部リンク（４）の下方の連結部の、３つに回転可能に連結される３の連結部を有し、前記関節構成部（８）は、前記関節構成部（５）と、前記関節構成部（７）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、さらに、前記前部リンク（３）の下方の連結部が、前記関節構成部（８）の有する２つの連結部のうち前記関節構成部（５）と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして回転可能に連結され、この結合体に荷重が前記前部リンク（３）および前記後部リンク（４）を通して作用するとき、結合体が前記関節構成部（２、５、７、８）を節とし、そのうち前記関節構成部（２）を固定節とする４節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、結合体。
2. 前記関節構成部（８）が、３つの連結部を有し、前記関節構成部（５、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記前部リンク（３）の下方の連結部と回転可能に連結される連結部を１つ有することを特徴とする、請求項１記載の結合体。
3. 請求項１記載の結合体において、さらに関節構成部（６、９）を設けた結合体で、前記関節構成部（２）は、前記関節構成部（５、６、７）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、前記関節構成部（５）は、前記関節構成部（２、８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、前記関節構成部（６）は、前記関節構成部（２、９）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、前記関節構成部（７）は、前記関節構成部（２、８、９）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、前記関節構成部（８）は、前記関節構成部（５、７）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、さらに、前記前部リンク（３）の下方の連結部が、前記関節構成部（８）の有する２つの連結部のうち前記関節構成部（５）と回転可能に連結される連結部と軸を共通にして回転可能に連結され、前記関節構成部（９）は、少なくとも前記関節構成部（６、７）の２つに回転可能に連結される少なくとも２つの連結部を有し、また、前記後部リンク（４）の下方の連結部が、前記関節構成部（９）の有する連結部のいずれか１つと回転可能に連結され、この結合体に荷重が前記前部リンク（３）および前記後部リンク（４）を通して作用するとき、結合体が前記関節構成部（２、５、６、７、８、９）を節とし、そのうち前記関節構成部（２）を固定節とする多節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、請求項１記載の結合体。
4. 請求項２記載の結合体において、さらに関節構成部（６、９）を設けた結合体で、前記関節構成部（２）は、前記関節構成部（５、６、７）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、前記関節構成部（５）は、前記関節構成部（２、８）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、前記関節構成部（６）は、前記関節構成部（２、９）の２つに回転可能に連結される２つの連結部を有し、前記関節構成部（７）は、前記関節構成部（２、８、９）の３つに回転可能に連結される少なくとも３つの連結部を有し、前記関節構成部（８）は、前記関節構成部（５、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記前部リンク（３）の下方の連結部と回転可能に連結される連結部の３つの連結部を有し、前記関節構成部（９）は、少なくとも前記関節構成部（６、７）の２つに回転可能に連結される少なくとも２つの連結部を有し、また、前記後部リンク（４）の下方の連結部が、前記関節構成部（９）の有する連結部のいずれか１つと回転可能に連結され、この結合体に荷重が前記前部リンク（３）および前記後部リンク（４）を通して作用するとき、結合体が前記関節構成部（２、５、６、７、８、９）を節とし、そのうち前記関節構成部（２）を固定節とする多節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、請求項２記載の結合体。
5. 前記関節構成部（９）が、３つの連結部を有し、前記関節構成部（６、７）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記後部リンク（４）の下方の連結部と回転可能に連結される連結部を１つ有することを特徴とする、請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の結合体。
6. 結合体に含まれる前記関節構成部（２）および前記関節構成部（７）が、それぞれ３つの連結部を有し、前記関節構成部（２）が前記関節構成部（５、６）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記関節構成部（７）と回転可能に連結される連結部を１つ有す１つの節からなり、前記関節構成部（７）が前記関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記関節構成部（２）と回転可能に連結される連結部を１つ有す１つの節からなるとき、結合体が前記関節構成部（２、５、６、７、８、９）のそれぞれを１つの節とし、そのうち前記関節構成部（２）を固定節とする６節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の結合体。
7. 結合体に含まれる前記関節構成部（２）および前記関節構成部（７）が、それぞれ４つの連結部を有し、前記関節構成部（２）が前記関節構成部（５、６）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記関節構成部（７）と回転可能に連結される連結部を２つ有す１つの節からなり、前記関節構成部（７）が前記関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部の他に、前記関節構成部（２）と回転可能に連結される連結部を２つ有す、つまり、前記関節構成部（７）が、前記関節構成部（８、９）と回転可能に連結される２つの連結部を有する節と、前記関節構成部（２）と連結される２つの連結部のうち一方の連結部と、前記関節構成部（８）と回転可能に連結される連結部の、２つの連結部を有する節と、前記関節構成部（２）と連結される２つの連結部のうちもう一方の連結部と、前記関節構成部（９）と回転可能に連結される連結部の、２つの連結部を有する節の、３つの節からなるとき、結合体が前記関節構成部（２、５、６、８、９）のそれぞれを１つの節とし、前記関節構成部（７）を３つの節とし、そのうち前記関節構成部（２）を固定節とする８節機構として並進運動および回転運動することを特徴とする、請求項３あるいは４のいずれか１項に記載の結合体。
8. 荷重に応じて結合体が多節機構として並進運動および回転運動するとき、結合体の少なくとも１つの連結部の回転を制限する少なくとも１つのストッパを備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の結合体。
9. 荷重に応じて結合体が多節機構として並進運動および回転運動するとき、結合体の少なくとも１つの連結部の回転を弾性変形しつつ制限する少なくとも１つの弾性体を備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の結合体。
   

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