JP3938900B2 - 柔軟なひざ制動機能をもつ義足 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ひざの屈曲を可能とするひざ継手を含む義足であって、ひざの屈曲を柔軟に制動する義足、すなわち、イ−ルディング義足に関し、特に、義足を装着する者の荷重が、義足に付属する足部のどこにかかっているかを検知するセンシング部分を機械的なリンク機構によって構成した義足に関する。
【０００２】
【発明の背景】
義足を装着する者にとって、健常者と同様の自然な歩き方をすることが基本的な願いであり、特に、左右の足を交互に出して階段を降りたり、坂をスム−ズに降りることは夢のような願いである。柔軟なひざ制動機能、つまりイ−ルディング機能は、後者の願いを実現する上で必要な機能である。このイ−ルディング機能によって、ひざ継手を含む義足に体重をかけるとき、ひざ継手がゆっくりと屈曲角度を変えていく。したがって、イ−ルディング機能をもつ義足を装着する者は、自らの体重を安心して義足に載せ、左右の足を交互に出して階段や下り坂をスム−ズに降りることができる。
【０００３】
別の見方をすれば、イ−ルディング技術は、義足（義足の屈曲）を完全にロックする技術に対し、義足を屈曲可能な状態に柔軟にロックする技術であるということができる。義足を完全にロックする技術は、たとえば、ＵＳＰ３，８６３，２７４号（対応する日本特公昭５２−４６４３２号）が示すように、ひざ軸を機械的な摩擦力を利用して締め付けて制動力を生じる技術である。それに対し、義足を柔軟にロックする技術は、作動油が絞りを通るときの流れ抵抗を利用して制動力を生じる技術である。したがって、柔軟なロック技術は、絞りのほかに、いくつかの油圧機器を含む油圧制動回路を備える。油圧制動回路の中の油圧機器の一つは、作動油が流れ込んだり流れ出したりする２つの室を区画する手段であり、その手段としては、往復動ピストンを含むピストンタイプと、揺動ベ−ンを含むロ−タリタイプとが知られている。ＵＳＰ５，７０４，９４５号（対応する特開平８−３１７９４４号）やＵＳＰ２，６６７，６４４号などはロ−タリタイプを、また、ＵＳＰ２，５３０，２８６号、ＵＳＰ２，５６８，０５３号などがピストンタイプをそれぞれ明らかにしている。
【０００４】
【発明の解決すべき課題】
さて、油圧制動回路には、通常、ひざの屈曲に対して制動力を生じる制動状態と制動力を解除した非制動状態とに切り換えるための切換え弁（つまり、制御弁）がある。そして、油圧制動回路（つまりは、油圧制動回路の切換え弁）は、義足装着者の荷重が、義足に付属する足部のどこにかかっているかに応じて制御される。油圧制動回路をそのように制御するためのセンシング制御手段としては、ひずみゲ−ジなどの電気的なセンサ−によって、義足装着者の歩行状態を検知し、その検知信号に基づいてマイクロコンピュ−タから制御信号を出力することもできる。すなわち、すべて電気的あるいは電子的な検出および処理をするような制御を行うこともできる。しかし、それにはマイクロコンピュ−タによるデ−タ処理が伴うため、そのための電源を準備する必要がある。また、電気的センサ−を常に検知可能な状態に維持しなければならないため、その分だけ電力も消費する。それらの課題を解決するためには、センシング制御手段を機械的な方法によって構成することが好ましい。
【０００５】
しかし、機械的な方法による今までのセンシング制御手段には、前記した電気的あるいは電子的な方法のように、足部のどこに荷重がかかっているかという状態を検出するという設計思想に基づくものは見当らない。たとえば、ＵＳＰ２，５３０，２８６号やＵＳＰ２，６６７，６４４号は、足部と油圧制動回路の切換え弁とをリンク機構によって連結し、足部の動きに連動するリンク機構によって切換え弁を制御している。また、足部とは無関係に、義足が屈曲しているか否かによって、油圧制動回路の切換え弁を制御するものもある。すなわち、ＵＳＰ５，７０４，９４５号（対応する特開平８−３１７９４４号）は、ひざの屈曲に伴う揺動レバ−の相対的な変位を利用し、また、ＵＳＰ２，５６８，０５３号は、ひざの屈曲に伴うリンクやレバ−の動きを利用して制御を行っている。
【０００６】
ところが、機械的な方法による今までの技術は、足部のどこに荷重がかかっているかという状態を検出するものではないため、階段や下り坂を降りるような場合、立脚相の最終における爪先離れ時に、制動力が正しく解除されず、スム−ズに遊脚相に移行することができないという問題を生じてしまう。なぜなら、階段や下り坂を降りるような場合、義足装着者は、その重心を比較的後方におく傾向があり、そのために、床反力がひざ軸のかなり後方を通ることになるからである。すなわち、平地における歩行の場合には、足部の動きあるいはひざの屈曲に伴う動きに連動して、油圧制動回路の切換え弁を有効に切換え制御することができるのに対し、階段や下り坂を降りるような場合、義足装着者の姿勢から、そうした切換えを正しく行うことができないわけである。
【０００７】
この発明は、義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを、機械的な方法によって検出するようにした、柔軟なひざ制動機能をもつ義足を提供することを目的とする。
また、この発明は、立脚相の最終における爪先離れ時に、制動力を正しく解除することができる、柔軟なひざ制動機能をもつ義足を提供することを他の目的とする。
さらに、この発明は、単軸の義足だけでなく、多軸の義足へも適用することができる、柔軟なひざ制動機能をもつ義足を提供することをも目的とする。
この発明のさらに具体的な目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の解決手段】
この発明による義足は、義足を屈曲可能な状態に柔軟に制動する技術であり、作動油が絞りを通るときの流れ抵抗を利用して制動力を生じる油圧制動回路を備える。絞りとしては、可変絞りあるいは固定絞りのいずれも用いることができる。しかし、義足装着者の特性や好みに応じて絞り量を調整可能にする点からすると、可変絞りの方が好ましい。
【０００９】
油圧制動回路は、絞りのほか、作動油が流れ込んだり流れ出したりする２つの室を区画する手段、一方向の流れに対してだけ有効な流れ抵抗を生じるための逆止弁、制動状態と非制動状態とを切り換えるための切換え弁を備える。２つの室を区画する手段としては、すでに述べたように、往復動ピストンを含むピストンタイプと、揺動ベ−ンを含むロ−タリタイプとがある。この発明に対し、それらの両タイプを適用することができるが、義足を小型化する上、また、立脚相における柔軟なひざ制動機能を得るための油圧制動回路と、遊脚相におけるひざの屈曲を制御するためのエアシリンダ装置とを有効に併存させる上からすると、ロ−タリタイプがより好ましい。なお、油圧制動回路によって、立脚相における柔軟なひざ制動機能を得るだけでなく、遊脚相におけるひざの屈曲を制御するようにすることもできる。
【００１０】
また、この発明は、ひざの上側に位置する関節上側部材と、ひざの下側に位置し、関節上側部材に揺動可能に連結してひざ屈曲を可能とした関節下側部材とを備える義足に広く適用することができる。関節上側部材と関節下側部材とを揺動可能とする連結としては、単一の軸を介する単軸による連結、あるいは４軸など複数の軸を介する多軸による連結が知られているが、この発明は、それらのいずれのものへも適用することができる。この発明は、主として機械的な手段によって、柔軟なひざ制動機能を得ることを意図しているため、義足の関節下側部材を相対的に動くことができる２つの部分によって構成する。すなわち、関節上側部材と連結してひざ屈曲を可能とするひざ継手を構成する継手構成部分と、この継手構成部分の下側に連結した部分であり、継手構成部分に対して、ひざ屈曲の動きに比べてわずかな動きをする本体部分との２つの部分である。本体部分の上部に継手構成部分が位置し、また、本体部分の下部には足部が位置する。
【００１１】
この発明の好ましい形態では、関節下側部材の継手構成部分に前記した油圧制動回路を配置し、油圧制動回路の中の２つの室を区画する手段として、揺動ベ−ンを含むロ−タリタイプを適用している。
【００１２】
さらに、この発明では、ひざの屈曲に対する制動力を生じる油圧制動回路を制御するために、義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを検知し、その検知信号に基づいて油圧制動回路を制御する特定のセンシング制御手段を備える。そのセンシング制御手段は、次のｙ１およびｙ２の特徴をもつ。
ｙ１ 関節下側部材における継手構成部分と本体部分とを連結し、義足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつリンク機構があること
ｙ２ リンク機構を構成するリンクの動きを検知し、その検知結果に基づいて油圧制動回路を制御するようになっていること
【００１３】
センシング制御手段は、義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを検知するためのセンシング部分と、そのセンシング部分の検知信号に基づいて油圧制動回路を制御する制御部分とから構成される。センシング部分は、前記した所定のリンク機構からなり、そのリンク機構の瞬間中心がセンシングポイントとなる。義足の足部の接地状態（踵が接地しているか、爪先が接地しているか状態）に応じて、次のｚ１あるいはｚ２のような検知信号を生じる。
ｚ１ 義足の足部の踵が接地したとき、その踵の接地に伴う床反力がリンク機構の瞬間中心よりも後方側を通り、それによって、関節下側部材に瞬間中心を中心にして前方へ倒れる方向の回転モ−メントを生じさせる
ｚ２ 義足の足部の爪先が接地したとき、その爪先の接地に伴う床反力がリンク機構の瞬間中心よりも前方側を通り、それによって、関節下側部材に瞬間中心を中心にして後方へ倒れる方向の回転モ−メントを生じさせる
【００１４】
すなわち、機械的なリンク機構は、義足装着者の荷重が足部の踵にかかる場合と、爪先にかかる場合とによって、自らの瞬間中心を中心として前方に倒れる方向と、後方に倒れる方向との互いに異なる回転モ−メントを生じる。これら互いに異なる回転モ−メントは、リンク機構による検知信号になる。リンク機構（つまり、センシング部分）の検知信号によって、油圧制動回路を制動状態と非制動状態とに切り換え制御する。この切換え制御は、一般的には、リンク機構の一つのリンクの動きによって、切換え弁を開閉制御することを意味する。しかし、切換え制御は、それに限定されるわけではない。たとえば、リンク機構のリンクの動きによって電気的なスイッチのスイッチングを行い、そのスイッチング作用に応じてモ−タ等で可変絞りの絞り量を制御するようにすることもできる。したがって、センシング部分による検知は機械的なものであるが、制御部分による油圧制動回路の制御は、機械的なものだけでなく、電気的あるいは電子的なものも含む。
【００１５】
機械的なリンク機構は、義足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつが、その瞬間中心の位置としては、リンク機構よりも下方側であり、しかも、直立状態における義足装着者の重心を通る荷重線よりも前方側の領域が好ましい。その領域に瞬間中心があれば、直立状態で制動力を確実に発生させるができるし、下り坂における爪先離れ時に制動力を有効に解除することができ、安定性の高い義足を得ることができる。
【００１６】
また、油圧制動回路の切換え弁については、ノ−マルオ−プン、ノ−マルクロ−ズドのいずれにすることもできるが、通常時に確実に制動をかけることによって、ひざ折れを確実に防止する観点からすれば、ノ−マルクロ−ズドの方が好ましい。さらに、遊脚相における制御を油圧制動回路とは別のエアシリンダ装置によって制御する場合には、切換え弁をノ−マルクロ−ズドとした上、リンク機構の瞬間中心を足部付近の比較的下方に配置するのが好ましい。そうすれば、爪先が床から離れて遊脚相に移行した後でも、振出し動作に伴う義足の慣性力によって、切換え弁を開こうとする力が大きくなり、しかも、エアシリンダ装置の反発力も加わることにより、切換え弁を開くことができ、遊脚相の制御をスム−ズに行うことができる。
【００１７】
さらに、今までの油圧制動回路では、切換え弁と絞りとを通路途中の一つの弁装置によって構成している。この発明でも、そのような実施形態を採ることもできるが、柔軟なひざ制動機能を確実に得るために、切換え弁と絞りとを分離し、それら両者を逆止弁に対してそれぞれ並列に接続するようにするのが好ましい。油圧制動回路をそのような形態にすれば、義足にかかる荷重の大きさや方向にかかわらず、一定の荷重がかかれば切換え弁は確実に切り換えられることになり、それにより、所定の制動力を安定して生じさせることができる。したがって、義足装着者は、自分の思いのままにひざ制動力を制御することができる。
【００１８】
【実施例】
図１〜図３は、この発明を適用した大腿義足１０の全体的な構成を明らかにしている。まず、これらの図を参照しながら、大腿義足１０の構成、およびその中での発明の特徴を説明しよう。
大腿義足１０は、ひざのない人のための義足であり、ひざの上側に位置する関節上側部材１２と、ひざの下側に位置し、関節上側部材１２に揺動可能に連結してひざ屈曲を可能とする関節下側部材１４とを備える。関節上側部材１２の主体は、アルミニュ−ム合金製のニ−プレ−ト１２０である。ニ−プレ−ト１２０には、その上部にアライメントブロック１６を支持する部分１２２、その左右にひざ軸を支持するための一対のア−ム１２４ａ，１２４ｂ、それらのア−ム１２４ａ，１２４ｂ間に位置する第３のア−ム１２６がそれぞれある。アライメントブロック１６は、たとえばチタン合金製であり、ニ−プレ−ト１２０に対しねじ結合によって固定される。そのアライメントブロック１６は、図示しないソケットを支持し、ソケットの中に入る大腿を通して義足装着者の荷重を支える。
【００１９】
ニ−プレ−ト１２０の両側の歯付き止めボルト１８が、ひざ軸（図示しない）をニ−プレ−ト１２０に（したがって、関節上側部材１２に）一体に固定している。大腿義足１０は、ひざ軸が単一の単軸義足であり、関節上側部材１２と関節下側部材１４とは、その一本のひざ軸を中心にして回転可能である。
【００２０】
関節下側部材１４には、炭素繊維強化プラスチック製の中空なフレ−ム１４０のほか、フレ−ム１４０の上部に複数の止めボルト２０で固定したベ−スブラケット２２、さらには、ひざ軸に回転可能に連結しつつ、ベ−スブラケット２２に対し特定のリンク機構（後述する）によって連結をしたハウジング部材２４の各構成部分がある。ベ−スブラケット２２およびハウジング部材２４はともにアルミニュ−ム合金製である。ひざ軸の回りを回転可能なハウジング部材２４は、ひざ屈曲を可能とするひざ継手を構成する継手構成部分である。したがって、継手構成部分であるハウジング部材２４は、ニ−プレ−ト１２０を含む関節上側部材１２に対し、たとえば１５０°〜１６０°という大きな回転あるいは揺動が可能である。また、ハウジング部材２４は、ひざの屈曲に対する制動力を生じる油圧制動回路を構成する部分でもある。そこで、ハウジング部材２４は、油圧を保持する内部空間を区画するため、両側に貫通したシリンダ孔をもつ本体２４０と、本体２４０の両側に位置しシリンダ孔の口をふさぐふた部材２４２とによって構成される。
【００２１】
ハウジング部材２４における油圧制動回路は、この発明に関係するひざ制動機能（立脚相における制御）を得るものである。大腿義足１０は、また、遊脚相における歩行補助手段として空圧によるエアシリンダ装置３０を備えている。このエアシリンダ装置３０自体は公知であり、たとえば、ＵＳＰ５，４０５，４０７号、あるいは日本国特開平９−５５１号、または、ＵＳＰ５，８８８，２３７号などに示されるものと同様である。エアシリンダ装置３０による制御は、流体が絞りを通るときの流れ抵抗を利用する点において、油圧のものと共通している。ただ、流体であるエアは、圧縮性があるため、エアシリンダ装置３０によれば、エアの圧縮による圧縮エネルギ−によって、ひざが最大に屈曲した後における反発力を得ることができる。大腿義足１０は、立脚相における制御を油圧によって、遊脚相における制御を空圧でそれぞれ達成する義足である。エアシリンダ装置３０は、ロッド３１０側の端部がクレビスピン３１２によってア−ム１２６に、また、シリンダボトム側の端部が、フレ−ム１４０に固定したトラニオンピン３２０によってそれぞれ回転可能に支持されている。なお、フレ−ム１４０の下部に位置する、断面Ｃ型のリング状の締付け部材３４は、フレ−ム１４０に足パイプを連結するためのものである。足パイプの下端には、足形状をした足部が付属されることは勿論である。
【００２２】
さて、このような大腿義足１０において、この発明では、関節下側部材１４の継手構成部分１４ｊ（ハウジング部材２４）と、その継手構成部分の下方に位置する本体部分１４ｂ（フレ−ム１４０およびそのフレ−ム１４０と一体のベ−スブラケット２２を含む部分）とを特定のリンク機構５０によって連結している。リンク機構５０は、継手構成部分であるハウジング部材２４と、本体部分の側のベ−スブラケット２２との間に相対的なわずかな動きを可能とするものであり、しかもまた、義足１０の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつものでもある。わずかな動きとは、たとえば３°以下の非常に小さな揺動であり、前記したひざ軸回りの１５０°〜１６０°という大きな動きとの対比による表現である。また、わずかな動きは、義足装着者に不安感や違和感を与えないような小さな動きでもある。リンク機構５０は、機械的な構成であり、それを構成する構成要素の外に瞬間中心をもっている。瞬間中心はセンシングポイントとなり、義足１０を装着する者の荷重が足部の踵にかかる場合と、爪先にかかる場合とを区別し、その検知結果に基づいて油圧制動回路を制御する。この発明では、センシング部分を構成するリンク機構５０の外部の所定域に位置する瞬間中心をセンシングポイントとして、義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを検知している。そのため、義足装着者の歩行する姿勢のいかんにかかわらず、平地での歩行の場合は勿論のこと、階段や下り坂を降りるような場合でも常に正しい検知を行うことができる。そして、その検知に基づいて、油圧制動回路を適切に制御し、柔軟なひざ制動機能を得ることができる。
【００２３】
図４Ａおよび４Ｂは、リンク機構５０をスケルトンで示している。図４Ａはバ−リンクを用いた例であり、図４Ｂはバ−リンクの一部をスライドに置き換えた例であり、両者はリンク機構として等価である。それらの両例において、ひざ軸１５が関節上側部材１２と関節下側部材１４とを回転可能に連結している。関節下側部材１４の下方部分には、足パイプ１７０を通して足部１７２が付属している。図４Ａにおいて、フロントリンク５２とリヤリンク５４とが、関節下側部材１４の継手構成部分１４ｊと本体部分１４ｂとの間にそれぞれピボット結合されている。したがって、図４Ａにおけるリンク機構５０は、継手構成部分１４ｊ、本体部分１４ｂのほか、フロントリンク５２およびリヤリンク５４によって構成されている。また、図４Ｂのものでは、リヤリンク５４の代わりに、機構学的に等価なスライド５６を用いている。これらのリンク機構５０は、足部１７２の爪先１７２ｔと踵１７２ｈとの間の点Ｏに瞬間中心をもつ。
【００２４】
リンク機構５０の中のフロントリンク５２は、その軸線方向の途中が継手構成部分１４ｊ側とのピボット結合部Ａとなっている。そのピボット結合部Ａよりもリンクの端の部分５２ｅが、油圧制動回路の切換え弁６０の作動子である。この例においては、切換え弁６０をノ−マルクロ−ズドにするため、フロントリンク５２の部分５２ｅとは反対側のところに、圧縮コイルばねからなるばね５８を設けている。図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、リンク機構５０の動作を示している。リンク機構５０は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４点にピボット結合部をもつ４節リンク機構である。その瞬間中心Ｏは、フロントリンク５２のピボット結合部ＡとＢとを結んだ直線と、リヤリンク５４のピボット結合部ＣとＤとを結んだ直線との交点である。通常の状態において、フロントリンク５２にばね５８による力が作用し、それに応じて切換え弁６０に作用力ｆが働き、それによって、切換え弁６０は閉じ、義足は油圧制動回路による制動がかかる状態にある（図５Ａ参照）。また、足部１７２の踵１７２ｈあるいは踵１７２ｈ側に床反力Ｆが作用する場合、床反力Ｆは瞬間中心Ｏよりも後方に位置するよう作用するため、リンク機構５０は、通常の状態と同様、切換え弁６０に対し作用力ｆが働くように変形する（図５Ｂ参照、変形後のリンク機構ＡＢ’ＣＤ’）。さらに、足部１７２の爪先１７２ｔあるいは爪先１７２ｔ側に床反力Ｆが作用する場合には、床反力Ｆは瞬間中心Ｏよりも前方に位置するよう作用するため、リンク機構５０は、前の場合とは逆に、ばね５８の力を打ち消し切換え弁６０を開き、油圧制動回路による制動を解除するように変形する（図５Ｃ参照、変形後のリンク機構ＡＢ”ＣＤ”）。
【００２５】
次に、切換え弁６０を含む油圧制動回路について説明しよう。大腿義足１０は、図６に示すように、切換え弁６０を含む油圧制動回路７０と、エアシリンダ３０ａおよびそれに付属する空圧回路３０ｃを含むエアシリンダ装置３０とを備える。エアシリンダ装置３０については、すでに述べた公知のものを適用することができる。エアシリンダ３０ａは、シリンダ内部のピストンがピストンの軸線方向の前後に２つの室を区画する。また、空圧回路３０ｃは、絞りや逆止弁を含み、ピストン前後の各室に流出入するエアの流れを制御する。エアシリンダ装置３０における室区画手段（つまりは、エアシリンダ３０ａ）は、シリンダ内部のピストンが軸線方向に往復動するピストンタイプである。それに対し、油圧制動回路７０における室区画手段８０は、揺動ベ−ン８２が２つの室８０ｅ，８０ｆを区画するロ−タリタイプである。油圧制動回路７０側の揺動ベ−ン８２と、エアシリンダ装置３０側のピストン３０ａとは、ニ−プレ−ト１２を通して互いに連結されている。油圧制動回路７０の室区画手段８０が区画する２つの室のうち、一方の第１室８０ｅが伸展室であり、他方の第２室８０ｆが屈曲室である。伸展室８０ｅは、ひざが伸展する際に油が流れ込み、ひざが屈曲する際に油が流れ出す室であり、それに対し、屈曲室８０ｆは、ひざが屈曲する際に油が流れ込み、ひざが伸展する際に油が流れ出す室である。伸展室８０ｅは、第１通路２５０を通して切換え弁６０の一方の側に連絡し、また、屈曲室８０ｆは、第２通路２６０を通して切換え弁６０の他方の側に連絡している。
【００２６】
油圧制動回路７０は、さらに、第１通路２５０と第２通路２６０との間に、切換え弁６０および室区画手段８０に対しそれぞれ並列に逆止弁９２および絞り（つまり、絞り弁）９４を備える。逆止弁９２は、第１通路２５０側から第２通路２６０側へ向かう流れ（すなわち、第１室８０ｅから第２室８０ｆに向かう流れ）を阻止し、その逆方向の流れを許す一方向弁である。また、絞り９４は、それを通る流れに抵抗を与える部材である。この絞り９４としては、いろいろなタイプのものを適用することができるが、義足装着者の体格、歩き方の好みなどに応じてその絞り量を容易に調整することができるものが好ましい。好ましい絞り９４の一例として、弁体の外周に、軸線方向に傾斜した切欠き溝（たとえば、周方向に互いに１８０°隔てた２個の切欠き溝）を設けたものを挙げることができる。
【００２７】
さて、このような油圧制動回路７０において、切換え弁６０については、ノ−マルオ−プンあるいはノ−マルクロ−ズドのいずれの形態のものをも適用することができるが、ここでは、ノ−マルクロ−ズドのものを用いている。ノ−マルクロ−ズドにすることによって、通常時に絞り９４による制動が常に働くようにし、いわゆるひざ折れを防止するねらいからである。切換え弁６０は、遊脚相から立脚相に移行するとき、その閉じ状態を保つ。したがって、油圧制動回路７０は、絞り９４が有効に作用して柔軟なひざ屈曲、つまりイ−ルディング機能を発揮する。そして、立脚相において、義足装着者の床反力がリンク機構５０の瞬間中心Ｏの前方側に位置することになると（つまり、床反力が爪先１７２ｔ側に移ると）、前記したリンク機構５０の作用によって、切換え弁６０が確実に開状態に切り換わる。そのため、油圧制動回路７０が、ひざ屈曲に対して無用な制動力を生じることはなく、義足装着者は、足部の爪先離れをスム−ズに行うことができる。また、ノ−マルクロ−ズドではあるが、切換え弁６０は、遊脚相において、義足１０の振出し動作に伴う慣性力で開状態となる。そのため、エアシリンダ装置３０による遊脚相の制御に対し、油圧制動回路７０は、切換え弁６０がノ−マルクロ−ズドであるにもかかわらず、障害とはならない。
【００２８】
次に、油圧制動回路７０が、大腿義足１０の中に構造的にいかに構成されているかについて説明する。すでに参照した図１〜図３に加えて、図７Ａおよび７Ｂ、ならびに図８が、油圧制動回路７０の各構成要素の配置関係を知る上で有用である。図７Ａおよび７Ｂは、大腿義足１０の上部、特に、ひざ軸を取り囲む部分の構成を示している。図７Ａは、切換え弁６０が閉状態（つまり、通常状態、および足部の踵１７２ｈ側が接地した状態）を示し、図７Ｂは、切換え弁６０が開状態（つまり、足部の爪先１７２ｔ側が接地した状態）を示す。また、それらの図に示す例では、リンク機構５０の前方のリンクがバ−リンク（フロントリンク５２）であるのに対し、後方のリンクは、スライド５６である。スライド５６は、ハウジング部材２４の本体２４０に設けたガイド孔５６０、およびそのガイド孔５６０に案内されるガイドロッド５６２とから構成される。ガイドロッド５６２は、ベ−スブラケット２２に固定されている。そこで、ガイド孔５６０のあるハウジング部材２４と、フレ−ム１４０と一体のベ−スブラケット２２とは、リンク機構５０によって相対的にわずかに動くことができる。その動きの大きさは、切換え弁６０を閉状態から開状態、あるいその逆に切り換えることができる大きさであり、たとえば、数ｍｍ以下のストロ−ク、あるいは数度以下の揺動角度である。
【００２９】
図８は、ハウジング部材２４のふた部材２４２を外し、ハウジング部材２４の本体２４０の部分をひざ軸の軸線方向から見た図である。ニ−プレ−ト１２０のひざ軸支持ア−ム１２４ａ，１２４ｂに固定されたひざ軸１５に、揺動ベ−ン８２が一体に支持されている。揺動ベ−ン８２は、本体２４０の内部の空間を第１室（高圧室あるいは伸展室）８０ｅと第２室（低圧室あるいは屈曲室）８０ｆとに区画する。また、ハウジング部材２４の本体２４０には、切換え弁６０および絞り９４である絞り弁、さらに逆止弁９２がそれぞれ収容される。切換え弁６０の収容部は、本体２４０の上部に位置し、その下部に絞り弁９４の収容部が位置する。そして、絞り弁９４の収容部の奥の部分に、逆止弁９２の収容部が位置する。切換え弁６０および絞り弁９４の各収容部は、フロントリンク５２に面する本体２４０の一面から本体２４０の内部に向かっている。それに対し、逆止弁９２の収容部は、ひざ軸１５の軸線方向に平行する方向に走っている。さらに、ハウジング部材２４の本体２４０には、油圧制動回路７０の通路も構成されている。
【００３０】
図９は、ハウジング部材２４の本体２４０の内部に収容された切換え弁６０を示す断面図である。本体２４０には、高圧側の第１通路２５０、低圧側の第２通路２６０、およびそれら第１、第２の両通路２５０，２６０にそれぞれ連絡する収容孔２４６がある。切換え弁６０は、第１通路２５０側と第２通路２６０側とを連絡、あるいは遮断する弁である。切換え弁６０の主体は、収容孔２４６の中に移動可能にはまりあった小型のプランジャ６１０である。プランジャ６１０は、その外周のシ−ル部材６２０によって液密にシ−ルされ、また、弁ばね６３０によって収容孔２４６の外に向かう力を受けている。しかし、プランジャ６１０は、収容孔２４６から突き出た一端６１０ａに、フロントリンク５２を通してばね５８による力をも受けている。ばね５８による力は、弁ばね６３０の力に打ち勝つため、通常の状態においては、プランジャ６１０の先端６１０ｂが、本体２４０側の弁座に当たり、それにより、切換え弁６０は閉状態を保っている。一方、リンク機構５０が、爪先１７２ｔの接地状態を検知した際には、フロントリンク５２を通してのばね５８の力が解除されるため、プランジャ６１０は、弁ばね６３０の力により収容孔２４６の外に向かって動き、切換え弁６０を開状態にする。なお、ばね５８は、ハウジング部材２４の本体２４０を一方のばね受けとし、また、フロントリンク５２にねじ結合したねじ部材５８５を他方のばね受けとしている。したがって、ねじ部材５８５のねじ込み量を変えることによって、ばね５８の力を調整することができる（図７Ａ、７Ｂ参照）。
【００３１】
図１０は、ハウジング部材２４の内部に収容された逆止弁９２および絞り弁９４を示す断面図である。逆止弁９２と絞り弁９４とは、ハウジング部材２４の内部に、互いに直交するような配置になっている。逆止弁９２の収容孔２４９２は、ハウジング部材２４の本体２４０を横方向に貫き、収容孔２４９２の両側がふた部材２４２で閉じられている。収容孔２４９２の軸線方向の途中には、逆止弁９２の弁座となる内壁部分９２ｓが構成されている。逆止弁９２は、弁座９２ｓのほか、その弁座９２ｓに着座するボ−ル弁体９２２、ボ−ル弁体９２２に着座力を与える弁ばね９２４を含む。一方、絞り弁９４の収容孔２４９４は、ハウジング部材２４の本体２４０を斜めに走り、一端の開口が義足１０の前方に臨んでいる。絞り弁９４の主体は、収容孔２４９４に入り込んだプランジャ弁体９４２である。プランジャ弁体９４２には、その軸線方向の一側の外周に切欠き溝９４２ｔ（周方向に互いに１８０°隔てた２個の切欠き溝であり、各切欠き溝は軸線方向に傾斜している）がある。２つの切欠き溝９４２ｔは、ハウジング部材２４の本体２４０の壁面と相俟って流れ抵抗を生じる部分である。プランジャ弁体９４２は、切欠き溝９４２ｔのある側を収容孔２４９４の奥に位置させ、その反対側の端部９４２ａがねじ部材９６によって支持される。したがって、本体２４０の収容孔２４９４に対する、ねじ部材９６のねじ込み量を変えることにより、絞り弁９４の絞り量を調整することができる。絞り弁９４のプランジャ弁体９４２は、切欠き溝９４２ｔのある先端側が逆止弁９２の高圧側に連絡する。また、プランジャ弁体９４２の切欠き溝９４２ｔの外周が、逆止弁９２の低圧側に連絡する。それらの連絡は、ハウジング部材２４の本体２４０に設けた通路によってなされる。
【００３２】
なお、絞り弁９４は、義足１０を組み立てた後で絞り量を調整可能にすることが望まれるのに対し、逆止弁９２の方には、そのような調整が求められない。そこで、逆止弁９２については、ハウジング部材２４の内部ではなく、揺動ベ−ン８２の内部に設けることもできる。また、揺動ベ−ン８２は、ひざ軸１５と一体であり、ひざ継手の屈曲角度と同じ１５０°〜１６０°という大きな揺動運動をする。しかし、イ−ルディング機能のための制動力を生じる範囲は、ひざの伸展状態からほぼ９０°屈曲した状態の間だけである。したがって、ひざが９０°屈曲した状態から最大に屈曲する状態において、油圧制動回路７０による制動力は、基本的に不要である。そのような範囲では、切換え弁６０の開閉に関係なく揺動ベ−ン８２をスム−ズに揺動させるようにすることが好ましい。そのため、ハウジング部材２４の本体２４０の内部に、不要な制動力の発生を抑える通路を形成するようにするのが良い。
【００３３】
この発明は、図に示した実施例に限定されるわけではなく、機械的なセンシングを行うという発明の趣旨の範囲でいろいろな変形をすることができる。図１１は、フロントリンク５２の側ではなく、リヤリンク５４の側に切換え弁６０の作動子を設けた例である。リヤリンク５４は、継手構成部分１４ｊであるハウジング部材２４とのピボット結合部Ｐに、作動子となるリンク部分５４ｅを備えている。
【００３４】
また、この発明は、単軸の義足だけでなく、多軸の義足にも適用することができる。図１２および図１３は、ひざ継手を構成する４節のリンク機構５１５を備えた義足への適用例をそれぞれ示している。図１２の例では、リンク機構５１５の中の一つのピボット結合部Ｐ’を制動するようにしている。それに対し、図１３の例では、リンク機構５１５にロッド４０を連結し、そのロッド４０を通してリンク機構５１５の動きを制動するようにしている。なお、図１２および図１３の両図中、すでに述べた実施例と同様の構成部分に対して、同一の符号を付けてある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による義足の一実施例を示す斜視図である。
【図２】 図１の実施例を反対側から見た斜視図である。
【図３】 図１の実施例の正面図である。
【図４Ａ】 この発明による義足の一例をスケルトンで示す図である。
【図４Ｂ】 図４Ａの中のリンクの一部をスライドで構成したスケルトン図である。
【図５Ａ】 この発明で用いるリンク機構の作用を示す図であり、通常の状態を示している。
【図５Ｂ】 この発明で用いるリンク機構の作用を示す図であり、踵接地の状態を示している。
【図５Ｃ】 この発明で用いるリンク機構の作用を示す図であり、爪先接地の状態を示している。
【図６】 この発明で用いる油圧制動回路の一例を示す回路図である。
【図７Ａ】 図１の実施例のひざ軸を取り囲む部分の構成図であり、切換え弁が閉状態を示している。
【図７Ｂ】 図１の実施例のひざ軸を取り囲む部分の構成図であり、切換え弁が開状態を示している。
【図８】 ハウジング部材の内部構成を示す図である。
【図９】 内部に収容された切換え弁を示す断面図である。
【図１０】 内部に収容された逆止弁および絞り弁を示す断面図である。
【図１１】 この発明の変形例を示す図である。
【図１２】 この発明の他の変形例を示す図である。
【図１３】 この発明のさらに他の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 大腿義足
１２ 関節上側部材
１２０ ニ−プレ−ト
１４ 関節下側部材
１４０ フレ−ム
１５ ひざ軸
２２ ベ−スブラケット
２４ ハウジング部材（継手構成部分）
２４０ 本体
３０ エアシリンダ装置
５０ リンク機構
５２ フロントリンク
５２ｅ 部分（作動子）
５４ リヤリンク
５６ スライド
５８ ばね
６０ 切換え弁
７０ 油圧制動回路
８０ 室区画手段
８２ 揺動ベ−ン
８０ｅ 第１室（伸展室）
８０ｆ 第２室（屈曲室）
９２ 逆止弁
９４ 絞り（絞り弁）
Ｏ 瞬間中心

Claims (12)

1. ひざの上側に位置する関節上側部材と、ひざの下側に位置し、前記関節上側部材に揺動可能に連結してひざ屈曲を可能とした関節下側部材とを備え、前記関節下側部材は、前記関節上側部材と連結して前記ひざ屈曲を可能とするひざ継手を構成する継手構成部分と、この継手構成部分の下側に連結した部分であり、前記継手構成部分に対して、前記ひざ屈曲の動きに比べて小さな動きをする本体部分とを含む義足であって、
   前記ひざの屈曲を柔軟に制動するために、次のＸおよびＹの構成を備え、
   Ｘ 作動油が絞りを通るときの流れ抵抗によって、ひざの屈曲に対する制動力を生じる油圧制動回路
   Ｙ 義足を装着する者の荷重が、義足に付属する足部のどこにかかっているかを検知し、その検知信号に基づいて前記油圧制動回路を制御するセンシング制御手段
   さらに、前記センシング制御手段が、次のｙ１およびｙ２の特徴をもつ、柔軟なひざ制動機能をもつ義足。
   ｙ１ 前記関節下側部材における継手構成部分と本体部分とを連結し、義足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつリンク機構があること
   ｙ２ 前記リンク機構を構成するリンクの動きを検知し、その検知結果に基づいて前記油圧制動回路を制御するようになっていること
2. 前記センシング制御手段は、義足装着者の荷重が前記足部のどこにかかっているかを検知するためのセンシング部分と、そのセンシング部分の検知信号に基づいて前記油圧制動回路を制御する制御部分とから構成される、請求項１の義足。
3. 前記センシング部分が、機械的な構成からなる、請求項２の義足。
4. 前記関節上側部材と前記関節下側部材とを揺動可能とする連結は、単一の軸を介する単軸による連結、あるいは複数の軸を介する多軸による連結のいずれかである、請求項１の義足。
5. 前記油圧制動回路は、前記センシング制御手段の制御によって、ひざの屈曲に対して制動力を生じさせる制動状態と、前記制動力を解除した非制動状態とに切り換わる、請求項１の義足。
6. 前記油圧制動回路は、ひざが伸展するときに作動油が入り込む第１室と、ひざが屈曲するときに作動油が入り込む第２室と、それら第２室と第１室との間を連絡する通路と、その通路上、前記第１室と第２室との間に位置する絞りと、前記通路上、その絞りと並列に接続され、前記第１室から前記第２室へ向かう流れを阻止し、その逆方向の流れを許す逆止弁と、前記通路上、その逆止弁および前記絞りと並列に接続され、前記センシング制御手段によって開閉される切換え弁とを備える、請求項１の義足。
7. 前記センシング制御手段は、前記油圧制動回路を次のように制御する、請求項１の義足。
   ｚ１ 前記義足の足部の踵が接地したとき、その踵の接地に伴う床反力が前記リンク機構の瞬間中心よりも後方側を通り、それによって、前記関節下側部材に前記瞬間中心を中心にして前方へ倒れる方向の回転モ−メントを生じさせる
   ｚ２ 前記義足の足部の爪先が接地したとき、その爪先の接地に伴う床反力が前記リンク機構の瞬間中心よりも前方側を通り、それによって、前記関節下側部材に前記瞬間中心を中心にして後方へ倒れる方向の回転モ−メントを生じさせる
   ｚ３ ｚ１およびｚ２における前記回転モ−メントの方向に応じて、前記油圧制動回路を制御し、ひざの屈曲に対して制動力を生じさせる制動状態と、前記制動力を解除した非制動状態とに切り換える
8. 前記瞬間中心は、前記リンク機構よりも下方側であり、しかも、直立状態における義足装着者の重心を通る荷重線よりも前方側の領域に位置する、請求項１の義足。
9. 前記第１室と前記第２室とは、一点を中心に揺動可能なベ−ン、あるいは直線方向に往復動可能なピストンのいずれかによって区画される、請求項６の義足。
10. 前記油圧制動回路を制御する一つのリンクは、ばねによる力を受け、前記切換え弁をノ−マルクロ−ズドにしている、請求項６の義足。
11. 前記油圧制動回路は、前記リンク機構を構成するリンクの動きによって機械的に制御し、しかもまた、前記継手構成部分と前記本体部分との間の小さな動きは、前記リンクの動きによって、前記油圧制動回路を前記制動状態と前記非制動状態とに切り換えることができる大きさのストロ−クである、請求項５の義足。
12. 前記油圧制動回路は、前記継手構成部分のところに配置されており、さらに、前記関節上側部材と前記関節下側部材との間に、遊脚相におけるひざの屈曲および伸展を補助するためのエアシリンダ装置を備える、請求項１〜１１のいずれか一つの義足。

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