JP2994563B2 - 義足フレーム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大腿切断者の義足、特に
下腿部を構成する義足フレーム（以下、単に義足フレー
ムと言う。）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大腿義足は、足の大腿部から下の部分を
切断した人の歩行を介助するために装着する義足で、近
時、インテリジェント義足として、歩行時に下腿部を大
腿部の歩行動作に連動せしめる駆動メカニズムを内蔵せ
しめ、健常者の歩行状態を再現せしめる大腿義足が提案
されている。これは図６に示すように、ソケット５、膝
継手部材６、下腿部７、足部８から構成されている。下
腿部７の義足フレーム内には義足自身を運動させる役割
をするシリンダ12、図示を省略したがシリンダ12を作動
させる蓄力作動体、バルブおよび制御器などの駆動メカ
ニズムが内蔵されている。このような大腿義足は、これ
を装着する使用者にできる限り快適な装着感を与えるよ
う、人間の足と同等以下の重量であることが求められ
る。ところが、インテリジェント義足にあっては、下腿
部を駆動するための駆動メカニズムは、その特性上軽量
化に限界を生じ、このため、必要な重量に抑えるために
は、義足フレームでの軽量化が必要になる。

【０００３】このような要求から欧米では、義足フレー
ムとして比強度、比剛性に優れた繊維強化プラスチック
によって製作された義足フレームが商品化されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、繊維強化プラ
スチックによって義足フレームを製作する場合には、以
下の問題が生じる。すなわち、義足フレームには、部位
により発生する応力に大きな差があるため、義足フレー
ムの形状は作用する応力に応じて厚みを変える必要があ
る。このように厚みが部位によって異なるものを繊維強
化プラスチックで成形する場合、均一な強化繊維の装入
が困難となり、成形効率が悪くなる。また、特に強度が
要求される膝継手部における突起部や角部は強化繊維が
隅々まで十分に行き届かない場合が多く、義足フレーム
では、このような突起部に高い応力が生じるので、強度
が大幅に不足することになる。

【０００５】さらに、生活様式が義足フレームの構造に
影響を及ぼす。すなわち、立姿勢、椅子生活が主体の欧
米では、義足フレームに作用する荷重は主として、義足
フレームの軸方向への圧縮力であるので、破壊しにく
く、繊維強化プラスチック単体でも対応できた。しかし
ながら、日本においては、膝を曲げて座る姿勢（正座）
が加わり、これが生活の基本となっている。このため、
正座姿勢をとる際、極めて大きな引張り力が膝継手軸受
部およびその周辺に作用する。これに対応するには、膝
継手軸受部およびその周辺の繊維強化プラスチックの肉
厚を極めて厚くするばかりでなく、特別に強化繊維を軸
受部の円周方向に配置しなければならない。これは手作
業となり、繊維強化プラスチック成形性の利点を著しく
阻害するばかりでなく、強度品質の安定性に問題を生じ
る。

【０００６】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、義足フレームの膝継手軸受部に膝継手
軸受部材と膝曲げストッパーを配設し、膝曲げ時に作用
する引張り力を両部材で受け、義足フレームには圧縮応
力のみが生じるようにして、義足フレーム全体の厚さを
一様にしても強度を落とすことなく軽量化を図ることが
でき、さらに、大量生産可能な義足フレームを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、大腿義
足における下腿部を構成する義足フレームにおいて、義
足フレームを繊維強化プラスチックにより断面をＵ字状
に形成するとともに、該義足フレームの膝継手軸受部お
よびその近傍を外周面から囲繞する膝継手軸受部材と、
前記義足フレーム内周面に嵌着するＵ字状の膝曲げスト
ッパーとを固着してなる義足フレームに存する。

【０００８】このような膝継手軸受部材と膝曲げストッ
パーの素材は、軽くて剛性を有するアルミニウム合金、
チタン合金、マグネシウム合金などが好ましい。ただ
し、膝継手軸受部材を使用することは重量増につながる
ため、使用量は最小に抑えることが重要である。膝継手
軸受部材は対象とする最も過酷な状況下、すなわち、膝
曲げ時に作用する力の方向および大きさを考慮して設計
する。また、上記金属と同等の剛性を有する素材があれ
ば、膝継手軸受部材をこれに替えても同等の効果を得る
ことができる。さらに、これら膝継手軸受部材と膝曲げ
ストッパーとを義足フレーム成形時に一体成形すること
により、義足フレームへの密着性を高めるとともに、膝
継手軸受部材と膝曲げストッパーとを接合する加工工程
が省略でき、生産効率を向上することができる。

【０００９】また、本発明の要旨は、膝継手軸受部材と
膝曲げストッパーとが、横断面がＵ字状の義足フレーム
を内外周面から挟着するように構成された義足フレーム
に存する。

【００１０】さらに、本発明の要旨は、膝曲げストッパ
ーが、正座時、義足フレームが接する床面に対して垂直
で、かつ前記膝継手軸受部材の軸受に軸支される前記膝
曲げストッパーと接触する膝継手部材の接触面が、前記
床面に対して平行になるように調整された義足フレーム
に存する。

【００１１】

【作用】義足フレームでは、その大半の部分は、実際の
使用条件の下で高応力が生じないほぼ一定の応力部で占
められている。このことを利用して、義足フレームをこ
の応力に応じた厚みで成形すると、ほぼ一様な厚みとな
り、繊維強化プラスチックの成形に適した形状とするこ
とができる。一方、膝曲げ時に作用する高応力部の強度
的な問題については、膝継手軸受部材により対応する。

【００１２】正座時における義足フレームには、図３
(b) に示すように、膝曲げ時、体重の一部を受けて、支
点となる義足フレーム１の膝継手軸受部９には破壊につ
ながり易い引張り応力が生じる。この引張り応力は、図
４(a) に示す膝継手軸受部材２で受け持たせる。一方、
膝曲げストッパーに生じる圧縮応力は膝曲げストッパー
３を介して義足フレーム１に伝えられる。

【００１３】義足フレーム１は、膝継手軸受部材と膝曲
げストッパーが、Ｕ字状湾曲部を内外周面から密着して
挟む構造としているため、膝曲げストッパー３に生じる
圧縮応力は、図３(a) に示すように、義足フレーム１の
外周面に向かう力として義足フレーム１に伝えられ、一
方、膝継手軸受部材２に生じる引張り応力は、図４(b)
に示すように、義足フレーム１の内周面に向かう圧縮応
力として義足フレーム１に伝えられる。上記のように、
義足フレーム１に伝えられる力の方向は逆で、純粋に義
足フレーム面に垂直であることから、間に挟まれた義足
フレームは、単に両面側から圧縮されるだけとなり、直
接義足フレームの膝継手軸受部に引張り力が作用する場
合に比べて著しく破壊しにくくなる。

【００１４】したがって、膝継手軸受部材の力伝達面積
を適当に増やすことにより、低応力に対応して決められ
た薄い繊維強化プラスチック義足フレームでも破壊しな
くなる。このようにして、従来は、極めて厚かった膝継
手軸受部近傍は著しく薄くできる。ここで、膝継手軸受
部材２と膝曲げストッパー３とが重なっていない場合
は、義足フレーム１に伝えられる力の方向が逆であるた
め、曲げモーメントが働き、義足フレーム１には剪断
力、曲げ力、またはこれらが組合わさった力が働き、義
足フレーム１の破壊につながるため好ましくない。

【００１５】また、膝曲げストッパー３が、正座時、義
足フレーム１が接する床面11に対して垂直で、かつ膝曲
げストッパー３と膝継手軸受部材２の軸受に軸支される
膝継手部材６とが接触する接触面10が、正座時、床面11
に対して平行になるように調整されていると、正座時、
膝継手部材６から膝曲げストッパー３に加わる圧縮力は
膝曲げストッパー３に垂直に加わり、義足フレーム１の
Ｕ字状湾曲部全体に分散される。

【００１６】上記のように、大きな引張り応力が生じる
膝継手軸受部に膝継手軸受部材と膝曲げストッパーを用
いることによって、義足フレームの厚さを一様なものに
することができ、義足フレーム成形時における成形性が
大幅に向上する。これにより、繊維強化プラスチックの
特長である量産性が活かされ、強度を落とすことなく軽
量化を図ることができ、低コストの義足フレームを提供
することが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。
図１(a) 、(b) に本発明に係わる義足フレームの概要を
示す。また、図２は図１(b) のＡ−Ａ線断面図である。
図１において、１は繊維強化プラスチック製の義足フレ
ームで、義足フレーム１の膝継手軸受部には、図２に示
すように、膝継手軸受部材２と膝曲げストッパー３とが
義足フレーム１を挟んで重なるように義足フレーム１に
密着して配設されている。膝継手軸受部材２と膝曲げス
トッパー３は軽量で剛性の有るアルミニウム合金製であ
る。

【００１８】使用者が義足を付けたまま正座姿勢を保持
する必要があるため、膝曲げストッパー３を義足フレー
ム１の内側に密着して配設している。正座時には、図３
に示すように、膝継手部材６から膝曲げストッパー３に
体重の一部が加わる。このため膝曲げストッパー３の形
状は、正座時、義足フレーム１に垂直方向の荷重が作用
するようにした。こうすることにより、膝曲げストッパ
ー上部に作用した荷重が圧縮荷重として義足フレーム１
に分散される。

【００１９】また、正座時には、膝継手軸受部９周辺に
は、図３に示すように、引張り力が加わる。この力を図
４(b) に示すように、義足フレーム１の外側に密着して
配設した膝継手軸受部材２で受け、圧縮荷重として義足
フレーム１に分散させる。

【００２０】このようにして、膝曲げ（正座）時に膝曲
げストッパー３に作用する圧縮荷重、膝継手軸受部材２
に作用する引張り荷重は、これら二つの部材によって分
散して繊維強化プラスチック製の義足フレーム１を両側
から圧縮する力となるため、膝曲げ時に膝継手軸受部９
に作用する大きな引張り力によっても義足フレーム１が
破壊することはない。

【００２１】

【発明の効果】以上、述べたところから明らかなよう
に、本発明の義足フレームは、膝継手軸受部近傍を膝継
手軸受部材と膝曲げストッパーとで挟む構成としている
ため、膝曲げ時に膝継手軸受部に作用する引張り力を膝
継手軸受部材で、圧縮力を膝曲げストッパーで受け、義
足フレームには分散して圧縮力のみが生じるようにして
いるため、膝継手軸受部周辺の義足フレームの厚さを他
の部分と同様の厚さとすることができ、繊維強化プラス
チック成形による義足フレームの製造が容易となり、低
価格な義足フレームを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる義足フレームの概要を示す図
で、(a) は正面図で(b) は側面図である。

【図２】図１(b) のＡ−Ａ線断面図で、膝継手軸受部材
と膝曲げストッパーが義足フレームを挟んで密着して配
設されていることを示す図である。

【図３】(a) は膝曲げストッパーに作用する圧縮力を義
足フレームに分散させる説明図で、(b) は膝曲げ時に、
義足フレームに作用する力の説明図である。

【図４】(a) は膝継手軸受部材に作用する引張り力の説
明図で、(b) は膝継手軸受部材に作用する引張り力を圧
縮力として義足フレームに分散させる説明図である。

【図５】大腿義足を説明する図である。

【符号の説明】

１…義足フレーム、２…膝継手軸受部材、３…膝曲げス
トッパー、４…荷重受け金具、５…ソケット、６…膝継
手部材、７…下腿部、８…足部、９…膝継手軸受部、10
…接触面、11…床面、12…シリンダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61F 2/60 - 2/66 ＷＰＩ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大腿義足における下腿部を構成する義足
   フレームにおいて、義足フレームを繊維強化プラスチッ
   クにより形成するとともに、該義足フレームの膝継手軸
   受部およびその近傍を外周面から囲繞する膝継手軸受部
   材と、前記義足フレーム内周面に嵌着するＵ字状の膝曲
   げストッパーとを固着してなることを特徴とする義足フ
   レーム。
2. 【請求項２】 膝継手軸受部材と膝曲げストッパーと
   が、横断面がＵ字状の義足フレームを内外周面から挟着
   するように構成された請求項１記載の義足フレーム。
3. 【請求項３】膝曲げストッパーが、正座時、義足フレー
   ムが接する床面に対して垂直で、かつ前記膝継手軸受部
   材の軸受に軸支され、前記膝曲げストッパーと接触する
   膝継手部材の接触面が、前記床面に対して平行になるよ
   うに調整された請求項１または２記載の義足フレーム。