JP3865068B2 - 大腿義足油圧膝継手 - Google Patents

Description

本発明は、大腿断端部を収容するソケットと膝部の間に形成された前後にスライドする機構を設け、該機構の変位に応じて油圧シリンダーの流量調整バルブの絞り具合を調節して膝の屈曲の抵抗を制御することで義足の膝折れを防止し、通常時の歩行を容易にするとともに、階段や坂道での交互歩行による昇降を可能とする大腿義足の膝継手に関する。

大腿義足使用者にとって立脚期の膝折れの防止は、転倒を防ぐために非常に重要である。そこで、膝折れ防止としては、荷重ブレーキ膝をはじめとしてさまざまな立脚相制御を行う膝継手が実用化されているが、任意の屈曲角において膝運動の制御の切替えを行えるものはなかった。

階段や坂道での交互歩行による昇降は、一部のＹｉｅｌｄｉｎｇ機構（義足側に体重を掛けながら膝折れさせると、膝の屈曲抵抗が大きくなり、ゆっくりと膝が屈曲して自然に近い交互歩行を可能とする機構。）において降りのみが実現されているにすぎず、昇りを交互歩行で行えるものはなかった。

また、大腿断端部の筋肉の収縮をセンサー等で検知して油圧シリンダーを制御することで膝の屈曲の抵抗を切替えるものなども開発されてはいるが、これはソケットへの特殊な加工が必要であり、コストが高くなってしまうという問題があった。
特開平１１−１９１０５

解決しようとする問題点は、電子制御を一切使用せず、特別なソケットを使用しなくとも、任意の屈曲角において随意制御により膝の屈曲における抵抗の制御を行うことのできる安価な大腿義足の膝継手を提供することである。

本発明は、大腿義足の膝折れを防止するため任意の屈曲角において随意制御により膝の屈曲の抵抗を制御するため、油圧シリンダーにより膝の屈曲伸展制御を行うこととし、大腿断端部を収容するソケットと膝軸との間に、膝軸及び下腿部に対してソケットをAP方向に動かした時に前後にスライド移動可能な機構を設け、また所定位置には油圧シリンダーからの作動油の流量を調節する流量コントロールバルブが組込まれ、該機構の変位に応じて流量コントロールバルブの絞りが調節されて油圧シリンダーの作動油の流量を調整する構成とする。

本発明の大腿義足の膝継手は、切断端の股関節伸展筋により、任意の屈曲角度において、随意制御により膝の屈曲における抵抗の制御を行うことができるので、通常歩行時には、全く膝折れの危険性を訴えることがなく、坂道や階段においては、股関節伸展筋の調節により任意に膝のLock、Yielding、Freeを制御できるので交互歩行による昇降が可能である。また、本発明は非常に簡単な構造からなっていて、電子的な制御を行っていないためにセンサーや特別なソケット、足部を必要としないので、低コストで製造可能であり、比較的安価で需要者に提供することが可能である。

大腿義足の膝折れ防止及び任意の屈曲角において随意制御により膝の調節を容易に行うという目的を、油圧方式の膝継手を有する大腿義足において、膝軸とソケット間に前後にスライドする機構、例えば４軸のリンク機構を設け、該機構の変位に応じて油圧シリンダーの流量コントロールバルブの絞りを調節して膝の屈曲抵抗を制御するという簡単な構成で実現した。

図１及び２は、請求項２に記載された大腿義足の膝継手の一実施例を示す図であり、図１は大腿断端部を後方へ伸展させた時の状態を示す図であり、図２は大腿断端部を前方へ屈曲させた状態を示す図である。以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１において、本発明の大腿義足の膝継手は、大腿断端部を収容するソケット１、該ソケット１の下面に固定された大腿部上部ブロック４、膝軸６、下腿部８、該下腿部８と膝軸６を介して回転可能に連結された大腿部下部ブロック５、大腿部上部ブロック４と大腿部下部ブロック５の左右の側面を４本の連結部材９で連結することで構成される変形可能な４軸リンク機構２、膝の屈曲を制御する油圧シリンダー７、該油圧シリンダー７の流量コントロールバルブ３から構成される。

大腿断端部を収容するソケット１は、上面が開口していて内部は空洞であり、大腿断端部をソケット１の空洞部に収容することで義足が装着される。該ソケット１下面には４軸リンク機構２の一部をなす大腿部上部ブロックが固定されている。

４軸リンク機構２は、大腿部上部ブロック４と大腿部下部ブロック５の左右側面が４本の連結部材９によって連結されて構成されて４軸のリンク機構２が形成され、該リンク機構２はソケット１をＡＰ方向へ動かした時に変位を許す機構である。また、該４軸リンク機構内には流量コントロールバルブ３が設置され、ソケット１及び大腿部上部ブロック４が下腿部８及び膝軸６に対し前方へ動いたときは、その４軸リンク機構２の変位により流量コントロールバルブ３の絞りは開く方向へ移動し、逆にソケット１及び大腿部上部ブロック４が下腿部８及び膝軸６に対し後方へ動いたときは、その４軸リンク機構２の変位により流量コントロールバルブ３の絞りは閉じる方向へ移動する。

４軸リンク機構の一部をなす大腿部下部ブロック５は下腿部８に対して膝軸６において回転自在に連結されている。

油圧シリンダー７は、膝の屈曲伸展の制御を行うものであり、内部にはピストン１２及びこれに固設されたピストンロッド１１が内挿され、シリンダー室内には油液が充填されている。ピストンロッド１１の上端部が大腿部下部ブロック５の所定位置の軸１３に、油圧シリンダーの下端部が下腿部８の所定位置の軸１４でそれぞれ回転自在に取付けられて油圧シリンダー７が大腿義足に装着されて、膝の屈曲の抵抗を制御している。

油圧シリンダー７と４軸リンク機構２内に設置された流量コントロールバルブ３はチューブ管部材１０を介して連通接続され、油圧シリンダー７内部のピストン運動によって移動する作動油は、流量コントロールバルブ３を通過するような構成をとる。

図１において、ソケット１に収容された大腿断端部側の股関節伸展筋により、大腿断端部を後方に伸展させた場合、４軸リンク機構２においては後方へのスラスト力が働き、４軸リンク機構２の上部（大腿部上部ブロック４）は、ソケット１とともに、膝軸６及び下腿部８に対し後方へ変位し、この変位に応じて流量コントロールバルブ３の絞りは閉じる方向へと移動する。この時、油圧シリンダー７のピストン運動による作動油の流量は徐々に減少していき、流量コントロールバルブ３が完全に閉じると、作動油の流量は止まることになる。つまり、膝継手はより抵抗の強いＹｉｅｌｄｉｎｇからＬｏｃｋ状態へと連続的に変化する。

逆に図２において、大腿断端部側の股関節屈曲筋により、断端部を前方に屈曲させた場合は、４軸リンク機構２においては前方へのスラスト力が働き、４軸リンク機構２の上部（大腿部上部ブロック４）は膝軸６及び下腿部８に対し前方へ変位し、この変位に応じて流量コントロールバルブ３の絞りは開く方向へと移動する。この時、油圧シリンダー７のピストン運動による作動油が徐々に流れるようになることで膝のＬｏｃｋが解除され、膝継手はより抵抗の少ないＹｉｅｌｄｉｎｇからＦｒｅｅ状態へと連続的に変化する。

このように、膝がどのような屈曲状態にあっても、大腿断端部によりソケット１を前後に動かすだけで油圧シリンダー７を制御して、膝継手のＬｏｃｋ、Ｙｉｅｌｄｉｎｇ、Ｆｒｅｅの切替えを行うことが可能である。

上記実施例において、大腿部上部ブロック４と膝軸６の間に構成される機構として４軸のリンク機構を設けているが、本発明においてはこれに限定されず、ソケット１が固定された大腿部上部ブロック４と膝軸６の間に、大腿部上部ブロック４が膝軸６若しくは大腿部下部ブロック５に対して前後にスライド移動する機構を有していればよく、該機構の変位によって油圧シリンダーの流量調整バルブの絞りを調節することで油圧シリンダーを調整し膝の屈曲の抵抗を制御する構造であれば実施可能である。

尚、本発明は上記実施例に記載の構造に限定されるものではなく、例えば、油圧シリンダー７やチューブ管部材１０はその機能が果たせるのであれば下腿部８の内部に組み込むことも可能である。また、本実施例において流量コントロールバルブ３はリンク機構２内又は近位部に配置されているが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、流量コントロールバルブ３を下腿部８内に配置し、スライド機構例えば４軸のリンク機構２の変位を機械的な伝達機構によって流量コントロールバルブ３に伝える構成とすることでリンク機構又はスライド機構の変位に応じて流量コントロールバルブ３の絞りを調節することも可能である。

実施例１における股関節伸展時の状態を示す図である。 実施例１における股関節屈曲時の状態を示す図である。

符号の説明

１ ソケット
２ ４軸リンク機構
３ 流量コントロールバルブ
４ 大腿部上部ブロック
５ 大腿部下部ブロック
６ 膝軸
７ 油圧シリンダー
８ 下腿部
９ 連結部材
１０ チューブ管部材
１１ ピストンロッド
１２ ピストン
１３ 軸
１４ 軸

Claims (3)

1. 大腿断端部が収容されるソケットと、該ソケット下面に固定される大腿部上部ブロックと、該大腿部上部ブロックが前後（ＡＰ方向）に移動可能なスライド機構と、該スライド機構と膝軸において回動自在に連結された下腿部と、上端部が大腿部下部ブロックと下端部が下腿部の所定位置にそれぞれ軸を介して回転自在に接続される油圧シリンダーと、該油圧シリンダーとチューブ管部材を介して連通接続される流量コントロールバルブであって、スライド機構の変位に応じて絞りが調節されるようにスライド機構内に設けられる流量コントロールバルブとから構成される大腿義足の膝継手であって、大腿断端部の随意によるＡＰ動作によりスライド機構の変位が流量コントロールバルブの絞りを調節し、油圧シリンダーへの作動油の流量を制御して油圧シリンダーの上下運動に抵抗を与えることで、膝軸におけるスライド機構と下腿部の回動運動、すなわち膝軸における膝継手の屈曲伸展の抵抗（Lock、Yielding、Free）を連続的に随意制御することを特徴とする大腿義足の膝継手。
2. 請求項１の前後にスライド移動する機構が、大腿部上部ブロックと大腿部下部ブロックが左右を連結部材で連結されて形成される４軸のリンク機構からなることを特徴とした請求項１記載の大腿義足の膝継手。
3. 請求項１又は２の構成からなる膝継手を有したことを特徴とした大腿義足。