JP2627822B2 - 遊脚相制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、クレーム１のプリアンブルに従った人工
膝継手のための遊脚相制御装置に関するものである。

この種の遊脚相制御装置では、ピストンおよびシリン
ダ装置内のピストンの動き、およびしたがって人工膝継
手の屈曲は、第１のスロットルによって制御することが
できる。膝継手を再度伸ばす際、人工膝継手の使用者
は、後ろにある下脚を前に揺動して、上脚と整列させね
ばならない。この場合生じるスロットル効果は、屈曲の
場合と同じである。しかし、屈曲と伸張とは別のプロス
セであるため、同じスロットル効果では一連の動きが不
自然となる。スロットルは調整可能であり、したがって
それぞれの歩行スタイルには適応され得るが、使用者
の、異なる一連の動きには力学的に適応できない。それ
ゆえ、スロットルは遅い動きまたは速い動きのいずれか
一方のみに対して最適な効果がある。

したがって、この発明の目的は、一連の動きを自然に
し、かつ異なる一連の速い動きに特に適した、最初に述
べた種類の遊脚相制御装置を提供することである。

この目的は、最初に述べた種類の遊脚相制御装置によ
って達成され、この装置の特徴はクレーム１の特徴付け
部分に規定される。

第２のスロットルを設けることによって、膝継手を屈
曲および伸張するための異なる制御が可能となる。一連
の動きはより自然に見える。スロットルは、遅い動きお
よび中間の速さの動きに適するように調整される。しか
し、使用者が極めて速く動く場合、ピストンは高速でシ
リンダ内に移動し、第２のチャンバ内に流体を圧縮す
る。第２のスロットルは、第２のチャンバ内の流体の圧
力が予め定められた値を上回ると閉じられる。流体な第
２のスロットルに浸透することができない。ゆえに、第
２のチャンバ内の圧力はより急激に上昇し、それによっ
て空気圧ばねの態様でシリンダ内のピストンが力学的に
押し戻される。膝継手は、敏速、かつ軽快な態様で伸ば
される。したがって、この発明に従った遊脚相制御装置
は、義肢で軽快かつ敏速に歩行することを考慮される。

この発明の遊脚相制御装置の好ましい実施例は従属ク
レームに規定される。

この発明の遊脚相制御装置のさらなる特徴および利点
は、添付の図面を参照して実施例の説明を検討すると理
解されるであろう。添付の図面は、遊脚相制御装置の実
施例の断面図を示す。

遊脚相制御装置１は、シリンダ３およびピストン12を
有するピストンおよびシリンダ装置２を含む。シリンダ
３は、その一方端でキャップ部材４を有し、かつその他
方端でベース部材６を有する管形部分５を含む。

キャップ部材４は、周囲の空気と、シリンダ３内に形
成された第１の入口側チャンバ８との間に接続を形成す
る入口ポート７を含む。入口ポート７には逆止弁９が設
けられる。逆止弁９は、第１のチャンバ８の方に向いて
いるフラッタ弁として形成される。ボア10が、シリンダ
３と同軸にキャップ部材４内のスリーブに設けられる。
ボア10は、ピストンおよびシリンダ装置２のピストン12
に接続されたピストンロッド11のための摩擦軸受を収容
する。入口ポート７の外側は、周囲の空気からの望まし
くない成分の侵入に対して保護を与えるために、フィル
タ13によって覆われる。環状シール14が、同軸ポート10
とピストンロッド11との間の空間を封止するために設け
られる。

キャップ部材４は管形部分５上にねじ込まれる。環状
シール15が、管形部分５とキャップ部材４との間の接続
を封止する。管形部分５はベース部材６上にねじ込まれ
る。環状シール16が、封止のために管形部分５とベース
部材６との間に設けられる。

第２のチャンバ17が、管形部分５内の、第１のチャン
バ８と反対側のピストン12の側部に形成される。第２の
チャンバは、ピストン12と対向する側にあるベース部材
６によって規定される。

第２のチャンバ17に通じるボア18が、ベース部材６内
に同軸方向に設けられる。ベース部材６は、ボア18に通
じる半径方向の出口ボア19を含む。出口ボア19は、塵フ
ィルタ20によって覆われる。

制御ピストン27が、ボア18内の第２のチャンバ17と対
面する側に設けられる。この制御ピストン27は、同軸ボ
ア18の内側と接触する環状シール28を含む。制御ピスト
ン27は同軸ボア29を有する。ボア29とボア18との間の接
続を形成するスロットルボアは、第２のチャンバ17側の
端部に近い同軸ボア29内に通じる。ベース部材にボルト
で締められた止め板25が、第２のチャンバの方への制御
ピストン27の動きを制限するように設けられる。制御ピ
ストン27は、圧縮ばね30によって止め板25の方に偏せら
れる。ボア18および出口ボア19は、第３のチャンバ31を
形成する。ねじ21を有する同軸ボアが、ボア18に隣接し
てベース部分内に設けられる。ねじ部22および刻み付頭
23を有するスロットルロッド24が、ねじ21内にねじ込ま
れる。スロットルロッド24は、スロットルボア32の入口
が偏った端位置でだけ開放され、制御ピストンが予め定
められた距離を移動してはじめて閉じられる程度に、ボ
ア29内にねじ込まれる。スロットルボア32の出口は第３
のチャンバ31に通じる。

第２のチャンバ17は、流路33を介して第３のチャンバ
31と直接連通する。流路33は、フラッタ弁として形成さ
れる逆止弁34を含む。逆止弁34は第２のチャンバ17の方
に向く。

止め板は、開口26を含み、それによって第２のチャン
バと対面する制御ピストン27の表面上に第２のチャンバ
内の圧力が作用する。

ピストン12は、第２のチャンバに通じている同軸ボア
35を含む。同軸ボア35は、第２のチャンバ17と反対側で
横ボア36を介して第１のチャンバと連通する。同軸ボア
35は、第２のチャンバの方に向き、フラッタ弁として形
成された逆止弁37を含む。同軸ボア35は、第１のチャン
バ８の方に円錐形に広がる部分38を含む。ピストン12
は、管形部分５と接触する環状シール39を含む。

ピストン12の同軸ボア35はピストンロッド11内に延び
ており、このロッドは中空で、キャップ部材４と対面す
る側でピストンに接続される。制御ロッド40がピストン
ロッド11内に設けられる。制御ロッド40は、刻み付部41
を含み、ねじ42によってピストンロッド11と接続され
る。制御ロッド40は円錐形部分43を含み、それはキャッ
プ部材４と反対側の制御ロッドの端部で形成され、同軸
ボア35の円錐形部分38と協働する。刻み付部41で回転す
ることによって、制御ロッド40は円錐形部分38からねじ
り出されるか、または閉鎖位置までこの部分にねじ込ま
れ、調整可能なスロットルを形成する。

膝継手義肢とともに用いる場合、遊脚相制御装置１
は、ピストンロッド11の自由端に接続された取付部材44
によって義肢の上脚部に固定される。シリンダのベース
部分は、さらなる取付部材45によって義肢の下脚部と接
続される。

遊脚相制御装置の動作が以下に説明される。膝継手を
延ばす（伸張）場合、ピストン12がキャップ部材４に隣
接する引っ込められた上方位置にある。第１のチャンバ
８の大きさは最小である。第２のチャンバ17の大きさは
最大である。遊脚相制御装置の使用者の人工脚を曲げる
（屈曲）場合、膝継手が曲げられる。ピストン12はその
上方位置から下方位置へ変位される。周囲の空気は逆止
弁９を通り大きくなっている第１のチャンバ８内に流れ
込む。ばね30およびスロットルボア32の直径は、通常の
動作において第２のチャンバ17内の圧力が制御ピストン
27を下方向に加圧するほどには十分でないように寸法決
めされる。したがって、ボア29内のスロットルボア32の
開口は開放されている。下方向に向かうピストン12は、
スロットルボア32を介して第２のチャンバ17内の空気を
変位させる。すると、この空気は第３のチャンバ31およ
び出口ボア19を介して外方向に排出される。

遊脚相制御装置を含む義肢の下脚が前方に揺動する場
合、膝継手が再度伸張される。ピストン12はシリンダ３
内で再度持ち上がる。この場合、逆止弁９は閉鎖され
る。第１のチャンバ８からの空気が第２のチャンバ17に
流れ込むことができるようにするために、制御ロッド40
は、円錐形部分38で流路間隙を残すように位置決めされ
る。逆止弁37が開いているので、空気は第１のチャンバ
から第２のチャンバへこの間隙を介して流れることがで
きる。間隙幅、およびしたがって間隙によって形成され
たスロットルのスロットル効果は、刻み付部41を調整す
ることによって遊脚相制御装置の使用者が調整すること
ができる。これによって、通常の一連の動きにうまく適
応させることができる。部分真空の形成を避けるため
に、空気は出口ボア19、逆止弁34および流路33を介して
第２のチャンバ17に流れ込んでもよい。

しかし、遊脚相制御装置の使用者が敏速な態様で動
き、それによって膝継手を屈曲させる場合、ピストン12
は図に示される位置に急速に進む。すると、空気が十分
に敏速な態様でスロットルボア32を流れることができな
いために、第２のチャンバ17内の圧力が高い値まで急激
に上昇する。屈曲動作が十分な時間継続する場合、第２
のチャンバ17内の圧力は、開口26を介して制御ピストン
27の表面上に作用する圧力が、圧縮ばね30の作用に抗し
てベースの方に制御ピストン27を動かすのに十分である
ような高い値にまで上昇する。この動きによって、スロ
ットルロッド24はスロットルボア32を覆い始める。これ
によって、第２のチャンバ17内の圧力上昇は増大し、制
御ピストン27が上昇した速度でベースの方に押圧され
る。最終的にスロットルボア32全体が覆われる。する
と、フラッタ弁37が閉じているため、ピストン12内の間
隙から空気が逃げることができないので、第２のチャン
バ17が空気圧ばねとして作用する。第２のチャンバ17に
よって形成された空気圧ばねによって、シリンダ３内に
おけるピストン12の進入動作は逆になり、ピストン12は
シリンダ３から再び押し出される。ピストン12の上方向
の動きが膝継手の伸張に対応するので、膝継手の伸張す
る動きは、第２のチャンバ17内の空気圧ばねによって生
じたピストン12の戻ろうとする動きによって積極的に支
持される。したがって、より敏速に屈曲するほど、より
敏速な伸張が可能となる。要約すると、使用者ははるか
に敏速かつ安全に動くことができる。したがって、敏速
に動いても、下脚の伸張が遅れない。

空気圧ばねによって引起こされる、戻ろうとする動き
の時間は制御することができ、刻み付ねじ22、23によっ
てスロットルロッド24を調整することによって個々の条
件に適応させることができる。

上述の実施例において、第１のチャンバ８の入口ポー
ト７は、周囲の空気と連通する。同様に、第３のチャン
バ31の出口ボア19は周囲の空気との連通を与える。これ
は媒体として空気を用いる開放型システムである。変更
を加えた実施例に従って閉鎖型システムが与えられる。
遊脚相制御装置は外ケーシングによって取り囲まれる。
この外ケーシングは密封される。この場合、ピストン12
によって変位される媒体は空気に限定されない。特に異
なる密度を有し、したがって遊脚相制御装置の特性曲線
を幾分変化させる他の気体を用いることも可能である。
極めて頑丈なアプリケーションには液体媒体が使用され
てもよい。この場合、油が適当な液体として使用され
る。しかし、その場合、空気圧「ばね」の作用が失われ
ているので、戻ろうとする動きは極めて困難である。こ
れは、特にスポーツのアプリケーションに適当であろ
う。

閉じた外ケーシングが設けられる場合、過剰量の媒体
が吸引ポート７から吸い込まれるか、過剰量の媒体が外
方向の動きの間排出されるので、過度の圧力または部分
真空がシリンダ３の外側に現われる。その場合には、周
囲の空気との圧力平衡がダイヤフラムによって与えられ
る。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピストン（12）の片側に第１のチャンバ
   （８）を有し、かつピストン（12）の反対側に第２のチ
   ャンバ（17）を有するピストンおよびシリンダ装置
   （２）を含み、両方のチャンバが調整可能な第１のスロ
   ットル（38、43）を介して接続可能である、人工膝継手
   のための遊脚相制御装置（１）であって、この装置は、 第１のチャンバ（８）が流体リザーバと連通し、 第２のスロットル（32）が第２のチャンバ（17）を流体
   リザーバと連通させるために設けられ、 第２のチャンバ（17）内の予め定められた圧力に到達す
   るか、または上回ると、第２のスロットル（32）を閉じ
   るように適応される装置が設けられることを特徴とす
   る、遊脚相制御装置。
2. 【請求項２】第２のスロットルを閉じるように適用され
   る装置は、規定された長さに沿って前後に動き、かつ第
   ２のチャンバ（17）に向かう方向に偏せられた制御ピス
   トン（27）として形成されることを特徴とする、請求項
   １に記載の遊脚相制御装置（１）。
3. 【請求項３】スロットルロッド（24）が設けられ、 制御ピストン（27）がスロットルロッド（24）に対応す
   るボア（29）を有し、スロットルロッド（24）に沿って
   案内され、 制御ピストン（27）が、その上で第２のチャンバ（17）
   内の媒体が作用する表面を有し、 スロットルボア（32）の入口がボア（29）に通じてお
   り、それによって、予め定められた圧力を上回ると、ス
   ロットルロッド（24）によってその開口が閉じられるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の遊脚相制御装置
   （１）。
4. 【請求項４】第３のチャンバ（31）が第２のチャンバ
   （17）と流体リザーバとの間に設けられ、 スロットルの出口が第３のチャンバに通じており、 第３のチャンバの出口がフィルタ（20）を介して流体リ
   ザーバと連通することを特徴とする、請求項１ないし３
   のいずれかに記載の遊脚相制御装置（１）。
5. 【請求項５】第２のチャンバ（17）が第２のチャンバ
   （17）の方に向く逆止弁（34）を介して第３のチャンバ
   （31）と連通することを特徴とする、請求項４に記載の
   遊脚相制御装置（１）。
6. 【請求項６】制御ピストン（27）のボア（29）に対する
   スロットルロッド（24）の相対位置が、調整ねじ穴（2
   3）およびねじ（22）によって調整することができるこ
   とを特徴とする、請求項３ないし５のいずれかに記載の
   遊脚相制御装置（１）。
7. 【請求項７】第１のチャンバ（８）が第１のチャンバ
   （８）の方に向く第３の逆止弁（９）を有する入口
   （７）を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のい
   ずれかに記載の遊脚相制御装置（１）。
8. 【請求項８】第１（８）および第２（17）のチャンバを
   接続させ、かつ円錐形部分（38）を含むボア（35）が設
   けられ、 ピストン（12）が中空のピストンロッド（11）と接続さ
   れ、 円錐形端部（43）を有する制御ロッド（40）がピストン
   ロッド（11）内に設けられ、 制御ロッド（40）の円錐形端部（43）が、第１のスロッ
   トルを調整するために円錐形部分（38）内において変位
   可能であることを特徴とする、請求項１ないし７のいず
   れかに記載の遊脚相制御装置（１）。
9. 【請求項９】ピストン（12）が義肢の上脚部へ取付可能
   であり、シリンダ（３）が義肢の下脚部に取付可能であ
   り、 膝継手を屈曲する際、ピストン（12）がシリンダ（３）
   内へ動くことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれ
   かに記載の遊脚相制御装置（１）。
10. 【請求項１０】流体が空気であり、 流体リザーバが周囲の空気によって形成されることを特
    徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の遊脚相
    制御装置（１）。
11. 【請求項１１】流体が液圧媒体、または空気圧媒体であ
    り、 流体リザーバが周囲の空気と圧力平衡をとられることを
    特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の遊脚
    相制御装置（１）。