JP6406772B1 - 義足用板バネ - Google Patents

Abstract

【課題】膝関節周りの慣性モーメントを低下させることで、膝下の回転性を高めることができ、走行時の板バネの振り易さを向上させることができる義足用板バネを提供する。【解決手段】湾曲板状に形成された湾曲部を備える義足用板バネにおいて、当該義足用板バネの全長をＬｔとした場合に、先端からＬｔ／２の範囲に、前記湾曲部から肉抜きがなされた軽量化領域を有することとした。これにより、膝関節回りの慣性モーメントを低下させることができ、義足用板バネの振りやすさを向上させることが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、競技用の義足に装着する義足用板バネに関する。

スポーツ競技で用いられる義足として、繊維強化樹脂で成型された板バネ部材を足部として用いる競技用の義足が知られている。例えば、非特許文献１には、Ｃ字型の湾曲部を有する義足用板バネが開示されている。このような競技用義足の使用者は、板バネ状足部の湾曲領域を撓ませて反発力を生じさせ、この反発力を利用して進行方向への推進力を得ている。

パシフィックサプライ株式会社 オズール義肢部品 総合カタログ（日本語版）２０１５‐２０１６、１６９頁

従来の義足用板バネは、主に撓み特性に着目して湾曲部の形状設計がなされている。しかしながら、撓み特性に加えて走行時の義足用板バネの振りやすさを考慮して形状設計がなされた義足用板バネは知られていない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、膝下の回転性を高めて振りやすさを向上させることのできる義足用板バネを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による義足用板バネは、アダプターが取り付けられる直線部と、湾曲板状に形成された板バネとして機能する湾曲部とを備える一の板状部材よりなる義足用板バネにおいて、前記直線部の延伸方向を基準にして定める足長方向における当該義足用板バネの全長をＬｔとした場合に、先端からＬｔ／２の範囲に、前記湾曲部から肉抜きがなされた軽量化領域を有し、当該義足用板バネの前記湾曲部が目標とする所望の剛性分布を有する義足用板バネを前記全長Ｌｔで湾曲板状に形成し、該形成した義足用板バネを先端から任意の位置ｘ（ただしｘ≦Ｌｔ／２）で切断した断面の幅をｗ´ _ｘ 、断面積をＡ´ _ｘ 、断面二次モーメントをＩ´とした場合に、前記軽量化領域を前記先端から任意の位置ｘで切断した断面の幅ｗ _ｘ 、断面積Ａ _ｘ 、及び断面二次モーメントＩ _ｘ が、ｗ _ｘ ＝ｗ´ _ｘ ・・・１）、Ｉ´ _ｘ ≦Ｉ _ｘ ・・・２）、Ａ _ｘ ＜０．９Ａ´ _ｘ ・・・３）、をいずれも満たし、且つ前記軽量化領域の長さＬｌが、０．１２Ｌｔ＜Ｌｌ ・・・４）の関係を満たすことを特徴としている。

本発明によれば、義足用板バネの曲げ剛性を確保しながら軽量化を図ることができる。これにより、義足用板バネの膝関節回りの慣性モーメントを低下させることができ、走行時の板バネの振り易さを向上させることが可能になる。

本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの側面図である。 本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの平面図である。 本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの斜視図である。 ＣＡＥ解析を説明するための図である。 基準モデルの斜視図である。 図５におけるＢＢ断面図である。 図２におけるＡＡ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの変形例を示す斜視図である。 図８におけるＣＣ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの変形例を示す斜視図である。 図１０におけるＤＤ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの変形例を示す斜視図である。 図１２におけるＥＥ断面図である。 本発明の実施の形態１に係る義足用板バネの変形例を示す斜視図である。 図１４におけるＦＦ断面図である。 実施例１〜３における軽量化領域の断面図である。 実施例４〜８における軽量化領域の断面図である。 比較例２における貫通孔部分の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る義足用板バネの側面図である。 本発明の実施の形態２に係る義足用板バネの斜視図である。 踵部の配置位置を説明するための図である。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態１に係る義足用板バネについて図を用いて説明する。

図１は、本実施の形態１による義足用板バネ１０の側面図である。以下の説明においては、図１に示すように、義足用板バネ１０の直線部１１を接地面Ｇに垂直に配置した状態を「基準状態」と定義し、接地面Ｇに水平な方向を「水平方向」と定義し、接地面Ｇに垂直な方向を「垂直方向」と定義する。また、基準状態において、爪先側が位置する方向を「前側」、あるいは「先端側」と呼び、踵側が位置する方向を「後側」、あるいは「後端側」と呼ぶ。さらに、義足用板バネの前後方向を「ＦＲ方向」と定義し、ＦＲ方向に直交する方向、すなわち義足用板バネの左右方向を「ＬＲ方向」と定義する。

図１において、義足用板バネ１０は、平板状に成型される直線部１１と、板バネとして機能する湾曲部１２とより構成される。直線部１１と湾曲部１２は、炭素繊維強化樹脂やガラス繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂により一体的に成型される。義足用板バネ１０は、基準状態において最も先端側に位置する最先端点Ｐｆと、最も後端側に位置する最後端点Ｐｂとを有しており、最先端点Ｐｆと最後端点Ｐｂとの間の水平方向の長さが、義足用板バネ１０の全長Ｌｔとして定義される。

直線部１１には、ソケット（図示せず）と義足用板バネ１０とを接続するアダプター（図示せず）が固定される。直線部１１の垂直方向の長さは、個人の体型に応じてアダプターの固定位置を調整し得る長さであればよく、例えば２００ｍｍ程度とすることができる。直線部１１の幅は、８０ｍｍ程度とすることで、アダプターを安定的に固定させることができる。直線部１１の厚みは使用者の体重や材料に応じて設計を変更すればよく、例えば直線部１１を炭素繊維強化樹脂により成型する場合は、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることで必要な強度を確保することができる。

湾曲部１２は、直線部１１の下端、すなわち平板状に成型された直線部１１の曲率が変化する変曲点、から最先端点Ｐｆまでの領域である。本実施の形態１では、湾曲部１２はＣ字形状をなしている。湾曲部１２の形状はＣ字形状に限らず、直線部１１と合わせてＪ字形状をなす二次曲線形状や、複数の変曲点を有する湾曲形状であってもよい。
以下、湾曲部１２の詳細な構成を説明する。
図２は義足用板バネ１０の平面図であり、図３は義足用板バネ１０の斜視図である。図２、及び図３において、湾曲部１２の先端側には、肉抜き部１４が形成された軽量化領域１３が設けられる。軽量化領域１３は、義足用板バネ１０においてＦＲ方向に占める一定範囲の領域として特定され、図１ないし図３においては、一点鎖線で囲まれた領域として特定されている。
肉抜き部１４は、湾曲部１２から一定の領域を削除した後に残る凹跡や孔跡あるいは凸状のリブ形状として表れる。本実施の形態１では、肉抜き部１４は湾曲部１２を貫く貫通孔として形成されている。
軽量化領域１３は、図１、あるいは図２に示すように、先端点ＰｆからＬｔ／２の範囲に設けられる。軽量化領域１３を先端点ＰｆからＬｔ／２の範囲に設ける理由を以下述べる。

本発明者は、走行時相当の荷重による応力の分布をＣＡＥ解析により求めた。解析は、ソリッドワークス社の「ＳＯＬＩＤＷＯＲＫＳ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ」を使用し、線形静解析を実施した。解析に使用した義足用板バネは、湾曲部が、直線部の下端から後側に突出する踵部と、土踏まずに相当するアーチ部と、接地部とを有する湾曲形状のモデルである。直線部、踵部、アーチ部、及び接地部それぞれの剛性は、義足の陸上選手がスプリント走行を行うとき、好ましい反発性能が得られるよう設定されている。かかるモデルについて、以下の条件で解析を行った。なお、求めた結果はｖｏｎ ｍｉｓｅｓ応力である。
ａ）材料モデル：等方性材料、
ｂ）荷重条件：床面から鉛直上方向に荷重（３０００Ｎ）負荷、
ｃ）板バネの拘束条件：板バネの上端３０ｍｍから１５０ｍｍの両面を完全拘束、
ｄ）接触条件：板バネと床面間に接触を定義し、摩擦係数を限りなく小さく(０．００１)した。

図４は、ＣＡＥ解析の結果を示している。図４に示す解析結果より、走行中の義足用板バネは、後方部に比べて前方部（先端点Ｐｆから１／２の領域）の応力が小さいことが分かる。このため、先端点Ｐｆから１／２の領域に軽量化領域１３を配置することとし、必要な剛性を確保しながら質量を削減し軽量化を図ることとしている。

以下、軽量化領域１３の具体的な構造をさらに説明する。
まず、義足用板バネ１０が目標とする剛性分布を有する義足用板バネを、板状に成型した基準モデルＢＭを考える。図５は、基準モデルＢＭの斜視図を示している。基準モデルＢＭは、つま先側の先端点から直線部の上端までの全ての領域が、矩形状の断面が連続して形成された湾曲板状に成型されている。すなわち、基準モデルＢＭの表面や内部には、凹凸が存在していない。かかる基準モデルＢＭを基準状態に置き、つま先側の先端点から水平方向にｘ_ｍｍ後側の任意の位置（ただし、ｘ≦Ｌｔ／２である。）においてＬＲ方向に切断する。そして、得られる切断面を断面ＣＳ´_ｘとし、断面ＣＳ´_ｘの幅をｗ´_ｘ、高さをｔ´_ｘ、断面積をＡ´_ｘ、断面二次モーメントをＩ´_ｘと定義する。図６は、図５におけるＢＢ断面を示している。

次に、本発明による義足用板バネ１０を、目標とする剛性分布で、基準モデルＢＭと同じ全長Ｌｔで作成する場合を考える。義足用板バネ１０を基準状態に置き、先端点Ｐｆから水平方向にｘ_ｍｍ後側の任意の位置（ただし、ｘ≦Ｌｔ／２である。）においてＬＲ方向に切断する。そして、得られる切断面を断面ＣＳ_ｘとし、断面ＣＳ_ｘの幅をｗ_ｘ、断面積をＡ_ｘ、断面二次モーメントをＩ_ｘと定義する。図７は、断面ＣＳ_ｘの一例を示す図であり、図２におけるＡＡ断面を示している。

軽量化領域１３は、以上の定義のもと、ＬＲ方向の切断面が下記の条件１）ないし３）の全てを満たしている。
ｗ_ｘ＝ｗ´_ｘ ・・・１）
Ｉ´_ｘ≦Ｉ_ｘ ・・・２）
Ａ_ｘ＜０．９Ａ´_ｘ ・・・３）
言い換えると、軽量化領域１３は、目標とする剛性分布を有する同一長さの基準モデルＢＭに対して、先端点ＰｆからＬｔ／２の範囲において、断面積を減少させつつも断面二次モーメントを低下させないよう断面形状を適宜に変形させることにより、一定の質量を削除して湾曲部１２の軽量化を図る領域である。

さらに、基準状態において、図１に示すように側面図上に現れる肉抜き部１４の板厚の中央部分の道のりＬｌが、全長Ｌｔに対して下記の条件４）を満たしている。
０．１２Ｌｔ＜Ｌｌ ・・・４）
軽量化領域１３における肉抜きの量は、断面積がＡ_ｘ＜０．９Ａ´_ｘの関係を満たせば軽量化を図ることができるが、上記条件４）を満たす範囲に、Ａ_ｘ＜０．９Ａ´_ｘとなる肉抜き部１４を形成することにより、十分な軽量化を図ることができ、膝関節回りの慣性モーメントを確実に低下させることができる。

軽量化領域１３の形状は、貫通孔により肉抜き部１４を形成するものに限られず、軽量化領域１３が、上述した１）〜４）の条件を満たす限りにおいて任意の形状とすることができる。例えば図８に示すように、義足用板バネ８０の上表面に施した２本の溝構造としてもよい。この場合、図８におけるＣＣ断面は、図９に示すように、中央と両端に凸リブが形成される３本のリブ凸形状となる。また、図１０に示すように、義足用板バネ１００の上表面側を皿状に凹ませた凹構造としてもよい。この場合、図１０におけるＤＤ断面は、図１１に示すように、左右の両エッジにおいて凸リブが形成された２本のリブ凸形状となる。
また、図１２に示すように、義足用板バネ１２０の上表面側の左右それぞれの端部から一定の範囲を切り欠いた切欠き構造としてもよい。この場合、図１２におけるＥＥ断面は、図１３に示すように、中央部分に１本のリブが形成された凸形状となる。また、図１４に示すように、義足用板バネ１４０の内部に形成された中空構造としてもよい。この場合、図１４におけるＦＦ断面は、図１５に示すように、横長の口型形状となる。

なお、貫通孔や溝、あるいは中空領域として形成された肉抜き部１４には、義足用板バネ１０の本体よりも比重が小さい発泡体などの軽量部材を充填させても、本発明と同様の効果を得ることができる。また、上述した軽量化領域１３の変形例において肉抜き部１４を溝や切り欠きにより形成する場合は、義足用板バネの裏面側（ソール側）に設けてもよい。

以上のように構成される軽量化領域１３は、湾曲板状に成型した基材から所望の領域を削り出したり切り出すことにより成型することができる。また、肉抜き部１４の形状に対応する凹凸が形成された金型を用いて、軽量化領域１３を直接成型してもよい。

次に、本発明の効果を説明する。
本発明の効果を検証するため、本発明に係る義足用板バネ（実施例１〜８）と、比較例１〜３とをシミュレーションにより作成し、振りやすさの検証を行った。シミュレーションは、ソリッドワークス社の「ＳＯＬＩＤ ＷＯＲＫＳ ＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮ」を用いた。実施例１〜８、及び比較例１〜３の湾曲部はいずれも、図１に示すＣ字形状に作成した。表１に、実施例１〜８、及び比較例１〜３の詳細を示す。

実施例１〜８、及び比較例１〜３はいずれも、全長Ｌｔを２９６ｍｍ、幅ｗを７０ｍｍの一定幅で作成した。実施例１〜８の軽量化領域１３には、肉抜き部１４として平面視矩形状の貫通孔を設けている。図１６は、実施例１〜３の軽量化領域１３の断面図を示している。実施例１〜３はいずれも、肉抜き部１４の幅ｌｗを１７ｍｍとし、軽量化領域１３の長さＬｌを、実施例１〜３でそれぞれ異ならせた。図１７は実施例４〜８の軽量化領域１３の断面図を示している。実施例４〜８はいずれも、肉抜き部１４の幅ｌｗを３５．８ｍｍとし、軽量化領域１３の長さＬｌを、実施例４〜８でそれぞれ異ならせた。軽量化領域の長さＬｌは板厚の中央部分の道のりで定義している。表１における実施例１〜８の板厚ｔは、軽量化領域１３の厚みを示しており、軽量化領域１３以外の厚みは、比較例１と同じく１０ｍｍとした。

一方、比較例１は実施例１〜８に対する基準モデルＢＭである。比較例１は、１０ｍｍの一定板厚で形成している。表１においては、比較例１の断面積Ａを、上述した基準モデルＢＭの断面積Ａ´として扱い、このＡ´の値に基づいて実施例１〜８、及び比較例２のＡ／Ａ´を算出した。比較例２は、図１８に示すように、９．４ｍｍ幅の肉抜き部１４を有しているが、断面積比Ａ／Ａ´は、本発明の上記条件３）を満たしていない。比較例３は、３５．８ｍｍ幅の肉抜き部１４を有しているが、Ｌｌ／Ｌｔの値が上記条件４）を満たしていない。

表１において、慣性モーメントＭＯＩは以下の条件で算出した。各義足用板バネを基準状態から爪先側に回転させていき、基準状態の先端から７０ｍｍ後方の点から垂直方向に伸ばした軸線と義足用板バネの直線部との水平距離が、接地面Ｇから３５０ｍｍ上方の位置において１００ｍｍになった状態を、各義足用板バネの固定位置とした。そして、この固定位置において、各義足用板バネを、仮想の膝継ぎ手の回転軸を回転中心として回転させた。仮想の膝継ぎ手の回転軸の位置は、各義足用板バネを基準状態から１３°後方に傾けた状態において、爪先側の先端部から７０ｍｍ後方の位置に仮想軸ＡＸを接地面Ｇに垂直に立て、当該仮想軸ＡＸの接地面Ｇより４４０ｍｍ上側とした。

次に、以上のように作成した実施例１〜８、及び比較例１〜３の義足用板バネの振り易さを検証した。振りやすさの検証は以下の通りに行った。まず、大腿用義足を使用する陸上競技者の甲が、比較例１の義足用板バネを使用して実走した時に得られた各種実データと、当該実データに基づいて算出した算出値とを、マスターデータとして求めた。

具体的には、義足用板バネを振出した時の膝継ぎ手の伸展角度Ａｎｇ、振出し時の平均伸展角速度Ｖｅｌ、及び膝継ぎ手の最大屈曲から最大伸展までの時間（以下「振出し時間」という。）ｔｓを測定した。次に、得られた平均伸展角速度Ｖｅｌと、比較例１の慣性モーメントＭＯＩとに基づいて角運動量Ｌを算出した。

また、甲の実走データより、義足用板バネの蹴り出し歩幅ｓｌｓと、健側の蹴り出し歩幅ｓｌｈとをそれぞれ測定し、双方の値を用いて、１００ｍを走行した時の歩数（以下「１００ｍ歩数」という。）ｓｔ１００と、１００ｍの走行中に義足用板バネを振出す回数（以下「１００ｍ板バネ振出し回数」という。）ｓｎ１００とを算出した。以上のように得られたマスターデータの値を表２に示す。

次に、甲が、実施例１〜８、及び比較例１〜３の義足用板バネを使用した場合に、マスターデータと同程度膝継ぎ手を伸展させ、同程度の角運動量を発揮していると仮定し、実施例１〜８、及び比較例１〜３のそれぞれについて、慣性モーメントＭＯＩの値に基づいて振出し平均伸展角速度Ｖｅｌを求め、求めた平均伸展角速度Ｖｅｌに基づいて振出し時間ｔｓを算出した。さらに、算出した振出し時間ｔｓと、マスターデータとして算出した１００ｍ板バネ振出し回数ｓｎ１００とより、１００ｍを走行した場合の振出し時間（以下「１００ｍ換算ｔｓ」という。）ｔｓ１００を、実施例１〜８、及び比較例１〜３のそれぞれについて算出した。

表３に、実施例１〜８、及び比較例１〜３の、平均伸展角速度Ｖｅｌ、振出し時間ｔｓ、１００ｍ換算ｔｓ＿ｔｓ１００、及び比較例１（ＢＭ）に対する実施例１〜８及び比較例２の１００ｍ換算ｔｓ＿ｔｓ１００のタイム差を示す。

表３の「振出し時間ｔｓ」より、実施例１〜８は、比較例１（基準モデル）に比べて、１回当たりの膝の伸展において膝下部分を早く振れていることが分かる。また、１００ｍの走行に換算した「１００ｍ換算ｔｓ＿ｔｓ１００」の比較においても、実施例１〜８は、比較例１（基準モデル）に比べて走行タイムの差が表れていることがわかる。特に、実際の競技での使用を想定した１００ｍ換算ｔｓ＿ｔｓ１００の値においても有意な差を生じており、実施例１〜８は比較例（基準モデル）に比べて十分な効果を見出すことができる。
（実施の形態２）
本実施の形態２に係る義足用板バネは、上述した軽量化領域１３を、後側に凸アール状に突出する踵部を有する義足用板バネにおいて備えるものである。そして踵部の位置を最適化することで、膝関節回りの慣性モーメントをさらに低下させることとしている。以下の説明において、上述した実施の形態１と同じ構成要件については同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１６は、本実施の形態２に係る義足用板バネ１６０の側面図である。図１７は義足用板バネ１６０の斜視図である。 図１６において、義足用板バネ１６０は、湾曲部１２が、接地面Ｇとの接地領域をなす接地部１２ａと、荷重状態の湾曲部１２と接地面Ｇとの間にクリアランスを与えるアーチ部１２ｂと、撓み領域として反発力を生じさせる踵部１２ｃとより構成される。

接地部１２ａは、接地面Ｇとの接地領域であり、その形状は、接地面Ｇに向けて凸状に湾曲する円弧形状とするのが好適である。接地部１２ａは、基準状態において最先端に位置する先端点Ｐｆから、下向き凸の湾曲方向が変化する変曲点Ｐ１までの範囲として定義される。接地部１２ａの水平方向の長さは、基準状態において６０〜１００ｍｍ程度とするのが好ましい。接地部１２ａを円弧形状とする場合は、例えば曲率半径２００ｍｍ〜２５０ｍｍ程の単一曲率の円弧とすることができる。また、複数曲率の円弧を組み合わせた複合円弧形状としてもよい。

アーチ部１２ｂは、荷重状態の湾曲部１２が接地部１２ａのみで接地面Ｇにコンタクトし続けるよう、湾曲部１２と接地面Ｇとの間にクリアランスを与える領域である。アーチ部１２ｂは、直線状か、もしくは上側に向けて凸状に湾曲する湾曲形状とすることができる。本実施の形態２では、上側に向けて凸状に湾曲する湾曲形状としており、その範囲は、変曲点Ｐ１から、上向き凸の湾曲方向が変化する変曲点Ｐ２までの領域として定義される。アーチ部１２ｂを円弧形状とする場合は、例えば曲率半径１５０ｍｍ以上の単一曲率の円弧形状とすることができる。また、複数曲率の円弧を組み合わせた複合円弧としてもよい。アーチ部１２ｂの水平方向の長さは、荷重状態において接地面Ｇとの間に十分なクリアランスを確保するという観点より、全長Ｌｔの４０％〜７０％とするのが好ましく、全長Ｌｔの５０％〜６０％の範囲とするのがより好ましい。

踵部１２ｃは、義足用板バネ１０の反発力を生じさせる撓み領域として機能する。踵部１２ｃの範囲は、アーチ部１２ｂの後側端となる変曲点Ｐ２から、直線部１１の下側端となる変曲点Ｐ３までの領域として定義される。踵部１２ｃは、後側に向けて円弧状に突出する円弧状領域１２ｃ_１を少なくとも有しており、円弧状領域１２ｃ_１には、基準状態において最も後側に位置する最後端点Ｐｂが含まれる。円弧状領域１２ｃ_１は、例えば、曲率半径４０ｍｍ〜８０ｍｍ程の円弧とすることができる。また、複数曲率の円弧を組み合わせた複合円弧としてもよい。

義足用板バネ１６０における踵部１２ｃの具体的な配置位置を、図１８を用いて更に説明する。図１８は、基準状態における先端点Ｐｆ、最後端点Ｐｂ、及び変曲点Ｐ１〜Ｐ３をそれぞれ示している。
図１８において、最先端点Ｐｆと最後端点Ｐｂとの水平距離を全長Ｌｔと定義し、接地面Ｇから最後端点Ｐｂまでの高さをＨｂと定義した場合に、踵部１２ｃは、２６０ｍｍ≦Ｌｔ≦３１０ｍｍ、且つ１６０ｍｍ≦Ｈｂとなるように配置される。また、全長Ｌｔ、最後端点Ｐの高さＨｂ、及び義足用板バネ１６０の厚みｔは、０．０５０≦（Ｈｂ／Ｌｔ）／ｔの関係を満たしている。なお、義足用板バネ１６０の厚みｔが一定でない場合は、湾曲部１２の中で最も薄い箇所の厚みをｔとすればよい。

踵部１２ｃを上記の範囲とする理由は以下の通りである。踵部１２ｃを有する義足用板バネ１６０において、膝関節周りの慣性モーメントを低下させるためには、踵部１２ｃを想定される膝関節に近い位置に配置するのが好ましい。また、質量を低下させる観点よりは、全長Ｌｔは短いのが好ましい。このような条件を満たすにあたり、図１８において、接地部１２ａとアーチ部１２ｂの形状を一定形状とし、最後端点Ｐｂの水平方向の位置を変化させて踵部１２ｃの張り出し量を変化させる場合を考える。踵部１２ｃを後方に張り出していく場合、全長Ｌｔが３１０ｍｍより長くなると、義足用板バネ１６０の質量が増加し、且つレバーアーム長が長くなる。そのため必要な剛性も増え板厚ｔも増大する。この結果、振りやすさに影響が出る程に膝関節周りの慣性モーメントが大きくなる。一方、踵部１２ｃの張り出しを短くしていく場合、全長Ｌｔが２６０ｍｍより短くなると、義足用板バネ１６０の撓み量が少なくなり十分な反発力が得られない。このため、全長Ｌｔが２６０ｍｍ〜３１０ｍｍとなるように最後端点Ｐｂを水平方向に配置するのが好適である。

また、最先端点Ｐｆから変曲点Ｐ２までの形状を一定形状とし、最後端点Ｐｂの垂直方向の位置を変化させる場合を考える。最後端点Ｐｂの高さＨｂが１６０ｍｍより短くなると、想定される膝関節と義足用板バネ１６０の重心との距離が長くなり、振りやすさに影響が出る程に慣性モーメントが大きくなる。このため、最後端点Ｐｂの高さＨｂは１６０ｍｍ以上になるよう、最後端点Ｐｂを垂直方向に配置するのが好ましい。

さらに、接地点よりも後ろ側の長さは、板バネのバネ定数に線形的に対応するため、目標とするバネ状数を達成しようとする場合、全長Ｌｔが長くなると必要な板厚が増大し質量が重くなる。このため、全長Ｌｔに対する最後端点高さＨｂの比率（Ｈｂ／Ｌｔ）と共に、板厚tに対する（Ｈｂ／Ｌｔ）の比率を高めることが望ましい。本発明者が複数の義足用板バネで検討を重ねた結果、０．０５０≦（Ｈｂ／Ｌｔ）／ｔとするのが好適である。

以上のように構成される義足用板バネ１６０において、軽量化領域１３は、図１６、あるいは図１７に示されるように、最先端点ＰｆからＬｔ／２の範囲であって、接地部１２ａからアーチ部１２ｂにわたる範囲に設けられる。また、軽量化領域１３のＬＲ方向の断面は、基準モデルに対して、上述した１）〜３）の全ての条件、すなわち、ｗ_ｘ＝ｗ´_ｘ、Ｉ´_ｘ≦Ｉ_ｘ、及びＡ_ｘ＜０．９Ａ´_ｘを満たしている。軽量化領域１３に設けられる肉抜き部１４は、義足用板バネ１６０の表面から裏面までを貫通する縦長の孔部として形成されている。肉抜き部１４の形状は、実施の形態１で説明したように、溝形状や中空形状としてもよい。

以上のように、本実施の形態２による義足用板バネ１６０によれば、踵部１２ｃを備える義足用板バネにおいて、最先端点Ｐｆから１／２の範囲に、上記の条件１）〜３）を満たす軽量化領域１３を配置した。これにより、義足用板バネの質量を軽減させることができ、膝関節回りの慣性モーメントを低下させることができる。さらに、踵部１２ｃの水平方向、及び垂直方向の配置位置を、重量増加と撓み特性への影響が出ない範囲において、想定される膝関節により近づけることとしたので、必要な撓み特性を確保しながら、膝関節回りの慣性モーメントを低下させることができる。これにより、義足用板バネの振りやすさを更に向上させることが可能となる。

１０、８０、１００、１２０、１４０、１６０ 義足用板バネ
１１ 直線部
１２ 湾曲部
１２ａ 接地部
１２ｂ アーチ部
１２ｃ 踵部
１３ 軽量化領域
１４ 肉抜き部
Ｐｆ 最先端点
Ｐｂ 最後端点

Claims (8)

1. アダプターが取り付けられる直線部と、湾曲板状に形成された板バネとして機能する湾曲部とを備える一の板状部材よりなる義足用板バネにおいて、
   前記直線部の延伸方向を基準にして定める足長方向における当該義足用板バネの全長をＬｔとした場合に、先端からＬｔ／２の範囲に、前記湾曲部から肉抜きがなされた軽量化領域を有し、
   当該義足用板バネの前記湾曲部が目標とする所望の剛性分布を有する義足用板バネを前記全長Ｌｔで湾曲板状に形成し、該形成した義足用板バネを先端から任意の位置ｘ（ただしｘ≦Ｌｔ／２）で切断した断面の幅をｗ´_ｘ、断面積をＡ´_ｘ、断面二次モーメントをＩ´とした場合に、
   前記軽量化領域を前記先端から任意の位置ｘで切断した断面の幅ｗ_ｘ、断面積Ａ_ｘ、及び断面二次モーメントＩ_ｘが、
   ｗ_ｘ＝ｗ´_ｘ ・・・１）
   Ｉ´_ｘ≦Ｉ_ｘ ・・・２）
   Ａ_ｘ＜０．９Ａ´_ｘ ・・・３）
   をいずれも満たし、且つ前記軽量化領域の長さＬｌが、
   ０．１２Ｌｔ＜Ｌｌ ・・・４）
   の関係を満たす、ことを特徴とする義足用板バネ。
2. 請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
   前記肉抜きは、当該義足用板バネを貫通する貫通孔として形成されている、
   ことを特徴とする義足用板バネ。
3. 請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
   前記肉抜きは、当該義足用板バネの表面及び／又は裏面に設けられた溝として形成されている、
   ことを特徴とする義足用板バネ。
4. 請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
   前記肉抜きは、当該義足用板バネの内部に設けられた空隙として形成されている、
   ことを特徴とする義足用板バネ。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の義足用板バネにおいて、
   前記肉抜きがなされた領域には、当該義足用板バネよりも比重が小さい材料よりなる充填材が充填されている、
   ことを特徴とする義足用板バネ。
6. 請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
   前記湾曲部は、後側に向けて突出する踵部を備える、
   ことを特徴とする義足用板バネ。
7. 請求項６に記載の義足用板バネにおいて、
   前記踵部において最も後側に突出する最後端点の高さＨｂが１５０ｍｍ≦Ｈｂを満たし、前記全長ＬｔがＬｔ≦３１０ｍｍを満たす、
   ことを特徴とする義足用板バネ。
8. 請求項７に記載の義足用板バネにおいて、
   前記高さＨｂ、前記長さＬｔ、及び当該義足用板バネの板厚ｔが、
   ０．０５０≦（Ｈｂ／Ｌｔ）／ｔの関係を満たす、
   ことを特徴とする義足用板バネ。