JP2009233355A - 義足装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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ことである。
【解決手段】使用者の大腿の断端部に装着されたソケット部１に対し下端に足部６を伴った下腿義肢部２を前方に回動させるスプリング１００の付勢力を変更する付勢力変更機構を備え、この機構は流体圧により上記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１３０，１３１と、この義足装置の使用者の歩行動作により上記シリンダ機構内に流体を送るポンプ機構４４ａと、このポンプ機構により上記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スプリングの付勢力を変更する圧力調整機構１４０，１４３と、を具備している。
【選択図】図１４

Description

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。

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。

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。

特開平０６−１８９９９３号公報 特開平０８−２５３１４２号公報 特開平０９−０７１３０３号公報 英国特許第１１２９３６号明細書 特開平０９−０７９２１０号公報

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ておらず、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。

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。

上述したこの発明の課題を解決するために、この発明に従った義足装置は：
使用者の大腿の断端部に装着されるソケット部と、本体部と上記本体部の下端の足部とで構成されている下腿義肢部と、上記ソケット部と上記下腿義肢部の上記本体部の上端部とを回動自在に連結する膝関節部と、を備えた義足装置において、
上記ソケット部に対して上記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、を具備しており、
上記付勢力変更機構は、流体圧により上記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、を具備している、
ことを特徴としている。

上述したこの発明の課題を解決するために、この発明に従ったもう１つの義足装置は：
使用者の大腿の断端部に装着されるソケット部と、本体部と上記本体部の下端の足部とで構成されている下腿義肢部と、上記ソケット部と上記下腿義肢部の上記本体部の上端部とを回動自在に連結する膝関節部と、を備えた義足装置において、
上記ソケット部に対して上記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、を具備しており、
上記付勢力変更機構は、上記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上記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、具備しており、
上記駆動機構は、上記下腿義肢部の上記本体部の内部に上下方向に沿って設けられたスクリュー軸と、上記スクリュー軸に螺合した移動部材と、上記下腿義肢部の上記本体部の内部に設けられて上記スクリュー軸を正逆方向に回転駆動するモータと、を含んでいて、
上記スプリングの一端は上記ソケット部に取り付けられ、上記スプリングの他端部は上記移動部材に取り付けられており、
上記電源及び上記制御部は上記下腿義肢部に設けられていて、
上記制御部は、上記検出器からの信号に対応して上記モータを駆動し上記スクリュー軸を回転させ上記移動部材を上下させることにより上記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、
ことを特徴としている。

上述したこの発明の課題を解決するために、この発明に従ったもう１つの義足装置は：
使用者の大腿の断端部に装着されるソケット部と、本体部と上記本体部の下端の足部とで構成されている下腿義肢部と、上記ソケット部と上記下腿義肢部の上記本体部の上端部とを回動自在に連結する膝関節部と、を備えた義足装置において、
上記ソケット部に対して上記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、を具備しており、
上記付勢力変更機構は、流体圧により上記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、を具備している、
ことを特徴としている。

上述の如く本発明によれば、スプリングの付勢力の変更により、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。

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。

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。 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。 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。 第１の発明の第３の実施形態の制御装置の概略図。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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２０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。

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２５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。

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。

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２２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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３２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３２に対して軸受３４により回転自在に支承されている。

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。

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。

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。

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。

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４０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１０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。

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。

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。

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。

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。

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の振子の周期が短くなり、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４８の作用により適度に維持され、重錘１０とシリンダ４０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。

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。

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。

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。

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４０ａ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。

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。

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。

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。

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４４ａにより下腿義肢部２のシリンダ４０の下部気室４０ａ内に空気を供給する。

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。

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４４ａ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１０１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。

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。

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。

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。

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。

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１１０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。

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。

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。

すなわち、この実施形態では、下腿義肢部２の本体部１２０が筒状のシリンダに構成され、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１２０ａ、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。

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。

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。

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。

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１３０ａと下部シリンダ室１３０ｂとに区画されている。

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。

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１３４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１３４に連通している。

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。

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。

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１３３に戻され、この経路を循環する。

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１３０ａ内の圧力が低下する。これによって、ピストン１３１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。

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。

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１３１の振動を減衰する。

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。

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。

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。

なお、この明細書の記載に以下の複数の発明が含まれている。

Ａ−１．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。

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。

Ａ−２．Ａ−１に記載の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。

Ａ−３．Ａ−１に記載の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。

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。

Ａ−４．Ａ−１に記載の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。

したがって、上記のＡ−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。

Ｂ−１．また、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。

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。

Ｂ−２．Ｂ−１に記載の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。

Ｂ−３．Ｂ−１に記載の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。

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。

Ｂ−４．Ｂ−１に記載の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。

したがって、上記のＢ−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。

Ａ…大腿、１…ソケット部、２…下腿義肢部、３…膝関節部、４…回動軸、５…本体部、６…足部、４１…外側部、４２…内側部、４３…弾性体、４４…空気ポンプ、４４ａ…ポンプ、５５…底部、５６…甲部、１００…スプリング、１０５…ストッパ部、１１０…スクリュー軸、１１１…モータ、１１２…移動部材、１１３…歩行検出器、１１４…電線、１１５…制御装置、１２０…本体部、１２０ａ…下部気室、１２０ｂ…上部気室、１２１…ピストン、１２２…チューブ、１２３…ゴムブシュ、１２６…絞り弁、１２７…ドレン弁、１２８…絞り弁、１２９…ドレン弁、１３０…シリンダ、１３０ａ…上部シリンダ室、１３０ｂ…下部シリンダ室、１３１…ピストン、１３２…シール部材、１３３…第１リザーバ、１３４…第２リザーバ、１３５…管、１３６…管、１４０…絞り弁、１４１…弁、１４３…絞り弁、１４５…弁

Claims (4)

1. 使用者の大腿の断端部に装着されるソケット部と、本体部と上記本体部の下端の足部とで構成されている下腿義肢部と、上記ソケット部と上記下腿義肢部の上記本体部の上端部とを回動自在に連結する膝関節部と、を備えた義足装置において、
   上記ソケット部に対して上記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、を具備しており、
   上記付勢力変更機構は、流体圧により上記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、を具備している、
   ことを特徴とする義足装置。
2. 前記ポンプ機構が前記下腿義肢部の前記足部に内蔵されている、ことを特徴とする請求項１の義足装置。
3. 前記シリンダ機構は、シリンダとシリンダ内に上下に移動自在に収容されシリンダの内部を上部気室と下部気室とに区画するピストンとを備え、
   前記スプリングの一端部は前記ソケット部に取り付けられ前記スプリングの他端部は上記ピストンに取り付けられ、
   前記付勢力変更機構の前記ポンプ機構は、前記シリンダの内部の上部気室と連通しており、
   前記付勢力変更機構の前記圧力調整機構は、前記シリンダの内部の下部気室及び上部気室の夫々に連通した絞り弁及びドレイン弁の組み合わせ又はオリフィスを有しており、下部気室及び上部気室の夫々は絞り弁及びドレイン弁の組み合わせ又はオリフィスを介して外部に連通している、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の義足装置。
4. 使用者の大腿の断端部に装着されるソケット部と、本体部と上記本体部の下端の足部とで構成されている下腿義肢部と、上記ソケット部と上記下腿義肢部の上記本体部の上端部とを回動自在に連結する膝関節部と、を備えた義足装置において、
   上記ソケット部に対して上記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、を具備しており、
   上記付勢力変更機構は、上記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上記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、具備しており、
   上記駆動機構は、上記下腿義肢部の上記本体部の内部に上下方向に沿って設けられたスクリュー軸と、上記スクリュー軸に螺合した移動部材と、上記下腿義肢部の上記本体部の内部に設けられて上記スクリュー軸を正逆方向に回転駆動するモータと、を含んでいて、
   上記スプリングの一端は上記ソケット部に取り付けられ、上記スプリングの他端部は上記移動部材に取り付けられており、
   上記電源及び上記制御部は上記下腿義肢部に設けられていて、
   上記制御部は、上記検出器からの信号に対応して上記モータを駆動し上記スクリュー軸を回転させ上記移動部材を上下させることにより上記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、
   ことを特徴とする義足装置。

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