JP6816622B2

JP6816622B2 - 関節規制器具

Info

Publication number: JP6816622B2
Application number: JP2017078542A
Authority: JP
Inventors: 祥則藤掛
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-11
Filing date: 2017-04-11
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-04-11
Also published as: EP3388043A1; US10881535B2; EP3388043B1; JP2018175315A; US20180289512A1

Description

本発明は、関節規制器具に関する。

ユーザの脚部に装着されてユーザの歩行を補助するための補助用装具が知られている。例えば特許文献１の補助用装具は、ユーザの下腿部に装着される下腿フレームとユーザが足裏を載置する足裏フレームとを回動可能に連結している。この補助装具では、足関節の底背屈運動を補助するように、また底背屈運動が足関節の可動範囲を超えないように、リンク機構をモータで駆動して補助動作を制御している。

特開２００７−５４０８６号公報

動力を用いた補助用装具は、装置として大型化を招き、足関節用に限らず身体の関節に用いる装具としては利便性に欠けるものであった。関節運動に動力補助を与えないパッシブな補助用装具であっても、ユーザの疾患状態によっては、ユーザが過度に関節を曲げないように、補助用装具の可動範囲を規制する必要がある。しかし、ユーザによる関節の曲げを許容する範囲を身体的に本来曲げられる範囲よりも狭くしようとすると、規制した範囲の両端で関節の曲げ力により規制部材に大きな衝撃を与えてしまう。このような衝撃によって規制部材が損傷したり摩滅したりすると、許容する運動範囲を正確に管理できなかったり、部品交換の手間が発生したりして、補助用装具としての利便性を損なう。さらには、装具の補修や交換部品の調達のためにリハビリ計画にまで支障を来す場合があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、単純な構造で耐久性の高い、関節の可動範囲を規制する関節規制器具を提供するものである。

本発明の一態様における関節規制器具は、装着者の第１の骨部と第２の骨部とを接続する関節の可動する範囲を規制する関節規制器具であって、第１の骨部の側の身体部位に装着される第１部材と、第２の骨部の側の身体部位に装着される第２部材と、第１部材と第２部材とが互いに関節の可動方向に沿って予め規制された揺動範囲で揺動可能なように、第１部材と第２部材とを支持する関節機構とを備え、関節機構は、第１部材と第２部材とが互いに揺動範囲を超えて揺動しようとする場合に、揺動に抗する弾性力を発揮する弾性機構を有する。

このような弾性機構を備えることにより、関節の曲げ力によって規制部材が受ける大きな衝撃を逃がすことができ、規制部材の損傷や摩滅を低減することができる。規制部材の損傷や摩滅を回避することにより、許容する運動範囲を正確に管理することができ、リハビリ計画を支障なく遂行することができる。

また、上記の関節機構は、第１部材に対して直接的または間接的に固定され、揺動範囲を規制する規制部材と、第２部材に対して直接的または間接的に固定され、揺動範囲の一端と他端とで規制部材と接触する揺動部材とを有し、上記の弾性機構は、揺動部材の揺動軸を変位させることにより、揺動部材が規制部材と接触した後に当該接触点周りに更に揺動することを許容する変位部材と、変位部材の変位に抗することにより弾性力を発揮する弾性部材とを含むように構成することができる。このように揺動軸を変位させる構造を採用することにより、大きな衝撃を逃がす剛性を確保しやすくなる。

また、この場合に弾性部材は、揺動部材が揺動範囲で揺動する間は揺動軸が変位しないように、変位部材を付勢するように構成すると良い。このように構成することにより、設定された揺動範囲においては、揺動軸が変位してしまうことを防ぐことができるので、ユーザは、通常の使用時において違和感を覚えることがない。

この場合に、関節機構は、規制部材を支持するホルダ部と一体的に設けられ、揺動部材のシャフト面を受ける第１部分ブッシュと、変位部材と一体的に設けられ、第１部分ブッシュと共に円環を成してシャフト面を受ける第２部分ブッシュとを有するように構成すると良い。このように構成すれば、設定された揺動範囲においては両ブッシュで揺動部材のシャフト面を受けることができるので、滑らかな揺動を実現することができる。

この場合に変位部材は、揺動部材が揺動範囲で揺動する間に弾性部材から付勢力を受けてホルダ部と接触する接触面を有し、第２部分ブッシュは、弾性部材によりシャフト面に付勢されないように構成すると良い。このように構成すると、弾性部材は、設定された揺動範囲において揺動部材のシャフト面を押圧することがないので、揺動部材の滑らかな揺動を妨げることがない。

このような関節規制器具においては、弾性部材はバネであり、変位部材とバネは、トグル機構を介して連結されると良い。このようにトグル機構を採用することにより、外形が小さくばね定数が大きなバネを採用することができるので、弾性機構は、小型でありながら大きな衝撃力を吸収することができる。このとき、バネは、揺動軸に対して円周方向に沿って配置されるスプリングコイルであると良い。スプリングコイルを揺動軸に対して円周方向に沿って配置することにより、より省スペース化を実現することができる。

上記の関節規制器具は、第１部材と第２部材の一方は、装着者の下腿部に装着される下腿フレームであり、第１部材と第２部材の他方は、装着者の足裏を載置する足裏フレームであり、関節機構は、装着者の足関節の底屈運動と背屈運動の範囲を規制するように揺動範囲が定められるものとして利用すると良い。足関節の運動規制については、規制範囲の両端で特に大きな衝撃が発生しやすく、このような弾性機構の効果を多く享受できる。

本発明により、単純な構造で耐久性の高い、関節の可動範囲を規制する関節規制器具を提供することができる。

本実施形態にかかる足関節規制器具の外観斜視図である。関節機構の外観斜視図である。揺動シャフトを取り除いた関節機構の構成を示す正面図である。揺動シャフトを取り除いた関節機構の構成を示す背面側斜視図である。関節機構の基準状態を模式的に示す模式図である。ストッパピンの構造を示す外観斜視図である。関節機構の底屈回転の様子を示す模式図である。関節機構の背屈回転の様子を示す模式図である。規制範囲を超えて揺動シャフトが揺動する様子を示す模式図である。弾性機構の作用を示す正面図である。弾性機構の作用を示す背面側斜視図である。他の例の関節機構の構造を模式的に示す模式図である。更に他の例のストッパピンの構造を示す外観斜視図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態にかかる足関節規制器具１０の外観斜視図である。足関節規制器具１０は、装着者の、下腿の骨（脛骨と腓骨）と距骨とを接続する足関節９０３の可動範囲を規制する規制器具である。足関節規制器具１０は、主に、下腿の骨の側であって下腿９０１をサポートする下腿フレーム１０１と、距骨の側であって踝から先の足９０２をサポートする足裏フレーム２００と、足関節９０３の可動方向に沿って規制された揺動範囲で揺動可能なようにこの２つのフレームを支持する関節機構３００とによって構成される。

足裏フレーム２００は、足裏を載置する載置面を有する底板２０１と、底板２０１の側方に立設された側板２０２とを有する。より具体的には、関節機構３００は、下腿フレーム１０１の下端と外側の側板２０２とを、揺動可能に連結している。足裏フレーム２００の足９０２への装着は、不図示の装着ベルト等を介して実現される。装着者が例えば靴状のカップソールを履く場合には、カップソールを固定するように構成しても良い。関節機構３００は、後述するように、足関節９０３が身体的に本来曲げられる範囲よりも狭い範囲で揺動する構造を有する。なお、図１は、後の図面との関係がわかるように、関節機構３００のカバーを外した様子を示している。関節機構３００は、実際の使用時においては、機構内部への塵埃等の進入を防ぐためにカバーが装着される。

足関節規制器具１０は、さらに、下腿９０１を挟んで下腿フレーム１０１と反対側に下腿フレーム１０２を備える。すなわち、下腿フレーム１０１、１０２は、下腿９０１を挟むように装着されて、下腿９０１をサポートしている。なお、下腿フレーム１０１、１０２の下腿９０１への装着は、不図示の装着ベルト等を介して実現される。

足関節規制器具１０は、下腿フレーム１０２と内側の側板２０２を、揺動自在に連結する連結機構８００を備える。連結機構８００は、関節機構３００のような揺動を規制する構造を有さない。すなわち、足関節９０３の可動範囲は、内側に配設された連結機構８００によっては規制されず、外側に配設された関節機構３００によって規制される。このように構成することにより、足関節規制器具１０を装着者に装着したまま、規制する範囲を調整することができる。

なお、図１は、患脚が右脚であることを想定しており、関節機構３００が右脚の外側に配置される様子を示している。本実施形態においては、足関節規制器具１０は、右脚用の規制器具であるが、もちろん、関節機構３００を左脚の外側に配置した左脚用の規制器具を製作することもできる。また、図示するように踝から足先に向かう方向をｘ軸プラス方向、底板２０１の平面で内側に向かう方向をｙ軸プラス方向、大腿に沿って上体へ向かう方向をｚ軸プラス方向と定める。以降の図においては、図１と同じ座標系を示してそれぞれの向きを明らかにする。

図２は、関節機構３００の外観斜視図である。図１と同様に、カバーを外した状態を示す。関節機構３００は、主に、ホルダ３１０と、揺動シャフト３２０と、ストッパピン４１０、４２０とによって構成される。

ホルダ３１０は、下腿フレーム１０１に固定されている。ホルダ３１０は、例えばアルミブロックから削り出しによって成形される。なお、ホルダ３１０は、下腿フレーム１０１に対してｘ軸周りに多少の回転を許容するように、下腿フレーム１０１に連結されていても良い。

揺動シャフト３２０は、足裏フレーム２００の側板２０２に、カップリング部材２１０を介して固定されている。揺動シャフト３２０は、揺動軸Ｓａ周りに揺動可能にホルダ３１０に軸支されている。すなわち、装着者が足関節を動かして背屈運動および底屈運動を行うと、足裏フレーム２００がその動作に追従し、揺動シャフト３２０がホルダ３１０に対して揺動軸Ｓａ周りに揺動する。

ストッパピン４１０は、ホルダ３１０に側方から嵌挿され、揺動シャフト３２０の揺動範囲のうち底屈運動の揺動角を規制する。ストッパピン４２０は、ホルダ３１０に側方から嵌挿され、揺動シャフト３２０の揺動範囲のうち背屈運動の揺動角を規制する。具体的な構造および動作については後述する。

図３は、揺動シャフト３２０を取り除いた関節機構３００の構成を示す正面図である。正面から観察されない一部の構成を点線で表す。また、図４は、揺動シャフト３２０を取り除いた関節機構３００の構成を示す背面側斜視図である。

関節機構３００は、主に、変位フレーム３３１と、トグルリンク３３２と、スプリングコイル３３３とによって構成される弾性機構３３０を有する。弾性機構３３０は、装着者の底背屈運動により足裏フレーム２００が下腿フレーム１０１に対して規制された揺動範囲を超えて揺動しようとする場合に、その揺動に抗する弾性力を発揮する機構である。具体的な作用については後述する。

変位フレーム３３１は、揺動シャフト３２０のシャフト面３２０ａを受けて滑り軸受として機能する第１部分ブッシュ３３４が固定された半環形状部３３１ａと、トグルリンク３３２の一部を枢設する平板部３３１ｂとを有する。ホルダ３１０は、平板部３３１ｂと対向する位置に平板部３３１ｂと同様の外形をした拡張部３１０ａを有する。拡張部３１０ａもトグルリンク３３２の一部を枢設しており、トグルリンク３３２とスプリングコイル３３３を、平板部３３１ｂと拡張部３１０ａで挟み込む構成を成す。

スプリングコイル３３３は、揺動軸Ｓａに直交する方向であるｚ軸方向に沿って配置されており、両端でそれぞれトグルリンク３３２に枢結されている。揺動シャフト３２０がストッパピン４１０、４２０によって規制された揺動範囲で揺動する状況においては、変位フレーム３３１は、スプリングコイル３３３の伸長力を受けてシャフト面３２０ａの方向（ｘ軸方向）へ付勢される。このときのスプリングコイル３３３の取付荷重は、例えば１００Ｎ程度であり、変位フレーム３３１のｘ軸方向への与圧は２０００Ｎ程度である。

ホルダ３１０は、付勢された変位フレーム３３１の半環形状部３３１ａと対を成す半円筒部に、シャフト面３２０ａを受けて滑り軸受として機能する第２部分ブッシュ３１４を備える。第２部分ブッシュ３１４は、第１部分ブッシュ３３４と共に略円環を成し、揺動シャフト３２０が揺動可能なようにそのシャフト面３２０ａを支持する。

ただし、変位フレーム３３１がシャフト面３２０ａの方向へ付勢されても、第１部分ブッシュ３３４がシャフト面３２０ａに押しつけられて揺動シャフト３２０の揺動を妨げることがないように、変位フレーム３３１は、ホルダ３１０に対して付勢される。具体的には、変位フレーム３３１は、半環形状部３３１ａの端に押圧面３３１ｃを有し、押圧面３３１ｃが、ホルダ３１０に設けられた対向する受面３１０ｂを押圧する。このような構成により、揺動シャフト３２０は、第１部分ブッシュ３３４と第２部分ブッシュ３１４とによって形成される円環に対して遊嵌するので、装着者の底背屈運動に従って滑らかに揺動することができる。

図５は、関節機構３００の基準状態を模式的に示す模式図である。ここで、基準状態とは、装着者が直立したときの状態である。このとき、足裏フレーム２００は、下腿フレーム１０１に対して直交している。また、図６は、ストッパピン４１０の構造を示す外観斜視図である。

図５は、底屈用のストッパピン４１０が嵌挿される前の様子を示している。底屈用のストッパピン４１０と背屈用のストッパピン４２０は、それぞれホルダ３１０に対して交換可能である。ストッパピン４２０はストッパピン４１０と同様の構造を成すので、ストッパピン４１０について説明する。

ストッパピン４１０は、全体としてボルト形状を成し、先端側から順に張出ピン部４１１、係止部４１２、基軸部４１３、つまみ部４１５が中心軸を揃えて配列されている。張出ピン部４１１は、中心軸に沿って円筒状に延伸し、その長さは予め定められた有効長Ｌ_ｋに正確に調整されている。また、その先端面は、揺動シャフト３２０と接触する打撃受面４１１ａとして機能する。

係止部４１２は、いわゆる二方取り形状を成し、最狭部の幅は張出ピン部４１１の直径とほぼ等しい。基軸部４１３は、係止部４１２に接続される円筒部分とつまみ部４１５に接続される二方取り形状部分とから成り、二方取り形状部分の円弧面には、円錐状の位置決穴４１４が設けられている。

つまみ部４１５は、ユーザがストッパピン４１０を交換するときに把持する部分であり、例えばローレット加工により把持性が高められている。つまみ部４１５の端面である天面４１５ａには、ストッパピン４１０の属性を示す記号である刻印４１６が刻まれている。刻印４１６は、このストッパピンが底屈用のものであるか背屈用のものであるか、有効長Ｌ_ｋが如何なる長さであるか（あるいは規制される揺動角が何度であるか）を、ユーザが一目で認識できるように設けられている。

ホルダ３１０の側面には、底屈用のストッパピン４１０を嵌挿するための嵌挿孔３１０ｃと、背屈用のストッパピン４２０を嵌挿するための嵌挿孔３１０ｅとが設けられている。具体的には、嵌挿孔３１０ｃは、ホルダ３１０の側壁のうち揺動軸Ｓａの高さより高い位置で、揺動シャフト３２０が揺動する内部空間までｘ軸方向に沿って貫通している。同様に、嵌挿孔３１０ｅは、ホルダ３１０の側壁のうち揺動軸Ｓａの高さより低い位置で、揺動シャフト３２０が揺動する内部空間までｘ軸方向に沿って貫通している。

嵌挿孔３１０ｃの中間付近には、ｚ軸方向に沿って上下に拡張された係止溝３１０ｄが設けられている。同様に、嵌挿孔３１０ｅの中間付近には、ｚ軸方向に沿って上下に拡張された係止溝３１０ｆが設けられている。

ユーザは、底屈用のストッパピン４１０を嵌挿孔３１０ｃへ嵌挿する。このとき、係止部４１２の最狭部が上下方向（ｚ軸方向）となるように挿入すると、係止部４１２は係止溝３１０ｄまで到達する。この時点でユーザがストッパピン４１０をその中心軸周りに９０度回転させると、係止部４１２が係止溝３１０ｄに係止する。同時に、ホルダ３１０の側壁近傍に設けられたボールプランジャ３１５の先端が位置決穴４１４に嵌入し、ストッパピン４１０は、ホルダ３１０に対して位置決めされて固定される。

同様に、ユーザは、背屈用のストッパピン４２０を嵌挿孔３１０ｅへ嵌挿する。このとき、係止部４２２の最狭部が上下方向（ｚ軸方向）となるように挿入すると、係止部４２２は係止溝３１０ｆまで到達する。この時点でユーザがストッパピン４２０をその中心軸周りに９０度回転させると、係止部４２２が係止溝３１０ｆに係止する。同時に、ホルダ３１０の側壁近傍に設けられたボールプランジャ３１６の先端が位置決穴４２４に嵌入し、ストッパピン４２０は、ホルダ３１０に対して位置決めされて固定される。

このようにストッパピン４１０、４２０がホルダ３１０に固定されると、それぞれの張出ピン部４１１、４２１は、揺動シャフト３２０が揺動する内部空間に向かって有効長Ｌ_ｋに応じた長さ分だけ張り出している。つまり、張出ピン部４１１、４２１は、揺動シャフト３２０の揺動軸Ｓａに直交する方向に張り出している。張出ピン部４１１の張り出し量によって底屈運動の揺動範囲が規制され、張出ピン部４２１の張り出し量によって背屈運動の揺動範囲が規制される。

図７は、関節機構３００の底屈回転の様子を示す模式図である。揺動シャフト３２０は、揺動軸Ｓａに対して放射方向に伸びる２つの腕部を有し、一方の腕部には、ストッパピン４１０の先端面である打撃受面４１１ａに激突する打撃面３２０ｂが形成されている。装着者が底屈運動をすると、足裏フレーム２００は図中の点線矢印の方向へ揺動し、これに伴って揺動シャフト３２０は太線矢印の方向へ揺動する。そして、揺動軸Ｓａ周りにα_ｋ度揺動すると、打撃面３２０ｂが打撃受面４１１ａに激突する。すなわち、関節機構３００は、底屈側にα_ｋ度だけ揺動可能なように揺動範囲を規制している。

底屈用のストッパピン４１０は、張出ピン部４１１の有効長Ｌ_ｋが異なる複数のストッパピンのセットの中から、底屈側に規制したい揺動範囲に応じて、ユーザによって選択される。いずれの有効長Ｌ_ｋを有するストッパピンが嵌挿孔３１０ｃに嵌挿されても、その打撃受面４１１ａと線接触で激突するように、揺動シャフト３２０の打撃面３２０ｂは、円筒面形状に加工されている。

具体的には、打撃受面４１１ａは平面であるので、打撃面３２０ｂは、揺動軸Ｓａと平行な中心軸に対して円筒面となるように加工されている。このように、規制したい揺動角α_ｋによらず、打撃面３２０ｂは打撃受面４１１ａと線接触で激突するので、衝突時の撃力を分散させることができ、ストッパピン４１０の破損や摩滅を低減することができる。なお、ストッパピンのセットは、底屈側の揺動角α_ｋを０度とする有効長Ｌ_ｋを有するストッパピンを含んでも良い。

図８は、関節機構３００の背屈回転の様子を示す模式図である。揺動シャフト３２０は、揺動軸Ｓａに対して放射方向に伸びる２つの腕部のうち、打撃面３２０ｂが形成された腕部でない他方の腕部には、ストッパピン４２０の先端面である打撃受面４２１ａに激突する打撃面３２０ｃが形成されている。装着者が背屈運動をすると、足裏フレーム２００は図中の点線矢印の方向へ揺動し、これに伴って揺動シャフト３２０は太線矢印の方向へ揺動する。そして、揺動軸Ｓａ周りにβ_ｋ度揺動すると、打撃面３２０ｃが打撃受面４２１ａに激突する。すなわち、関節機構３００は、背屈側にβ_ｋ度だけ揺動可能なように揺動範囲を規制している。

背屈用のストッパピン４２０も、底屈用のストッパピン４１０と同様に、張出ピン部４２１の有効長Ｌ_ｋが異なる複数のストッパピンのセットの中から、背屈側に規制したい揺動範囲に応じて、ユーザによって選択される。いずれの有効長Ｌ_ｋを有するストッパピンが嵌挿孔３１０ｅに嵌挿されても、その打撃受面４２１ａと線接触で激突するように、揺動シャフト３２０の打撃面３２０ｃは、円筒面形状に加工されている。

具体的には、打撃受面４２１ａは平面であるので、打撃面３２０ｃは、揺動軸Ｓａと平行な中心軸に対して円筒面となるように加工されている。このように、規制したい揺動角β_ｋによらず、打撃面３２０ｃは打撃受面４２１ａと線接触で激突するので、衝突時の撃力を分散させることができ、ストッパピン４２０の破損や摩滅を低減することができる。なお、ストッパピンのセットは、背屈側の揺動角β_ｋを０度とする有効長Ｌ_ｋを有するストッパピンを含んでも良い。底屈側の揺動角α_ｋを０度とするストッパピン４１０と背屈側の揺動角β_ｋを０度とするストッパピン４２０とを選択すれば、基準位置で足関節を固定することができる。

これまで説明したように、関節機構３００は、適当な有効長Ｌ_ｋを有するストッパピン４１０、４２０を選択してホルダ３１０に固定すれば、底屈側への揺動角α_ｋと背屈側への揺動角β_ｋとをそれぞれ独立して揺動範囲を規制することができる。しかし、規制する揺動範囲は、装着者が足関節機能として身体的に本来曲げられる範囲よりも狭いので、打撃面３２０ｂと打撃受面４１１ａ、および打撃面３２０ｃと打撃受面４２１ａは、互いに大きな力でぶつかり合う。例えば、歩行中における底背屈運動のモーメント荷重は最大で７０Ｎｍにも達する場合があり、このとき打撃受面４１１ａ、４２１ａには、３５００Ｎもの撃力が加えられる。

このような撃力が歩行の一歩ごとに加えられると、張出ピン部４１１、４２１は次第に摩滅してしまい、規制したい揺動角が維持できなくなってしまう。場合によっては、張出ピン部４１１、４２１が破損してしまう。すると、許容する底背屈運動の範囲を正確に管理できなくなり、リハビリ計画にも支障を来す。一方で、ストッパピン４１０、４２０を頻繁に新品に取り替えることも、費用的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態における関節機構３００は、打撃受面４１１ａ、４２１ａが受ける衝撃を逃がすように弾性機構３３０を備え、張出ピン部４１１、４２１の摩滅や破損を防いでいる。

図９は、規制範囲を超えて揺動シャフト３２０が揺動する様子を示す模式図である。ここでは、図８の状態から揺動角β_ｋを超えて背屈側に足裏フレーム２００が揺動されようとする状況を想定する。

揺動シャフト３２０の揺動角がβ_ｋに到達し、下腿フレーム１０１に対して足裏フレーム２００がさらに揺動しようとすると、揺動シャフト３２０は、打撃面３２０ｃと打撃受面４２１ａの接触点Ｐ周りに揺動を開始する。具体的には、実際には上述のように打撃面３２０ｃと打撃受面４２１ａはｙ軸方向に沿って線接触しているので、この接触線周りに揺動シャフト３２０が揺動し始める。このとき、揺動軸Ｓａは元の位置からシフトする。なお、後述するように揺動シャフト３２０は変位フレーム３３１からｘ軸プラス方向への押圧力を受けるので、この押圧力と揺動シャフト３２０が足裏フレーム２００から受ける揺動力の作用により、接触点Ｐはｚ軸マイナス方向に徐々に移動する。

図１０は、弾性機構３３０の作用を示す正面図である。図３と同様に、正面から観察されない一部の構成を点線で表す。また、図１１は、弾性機構３３０の作用を示す背面側斜視図である。いずれの図も揺動シャフト３２０を取り除いた様子を示す。

弾性機構３３０は、下腿フレーム１０１に対して足裏フレーム２００が規制された揺動範囲を超えてさらに揺動しようとすると、その揺動に抗する弾性力を発揮する。上述のように、揺動シャフト３２０の揺動角がβ_ｋに到達した後は、揺動シャフト３２０には接触点Ｐを中心としたモーメントが働く。このとき、揺動シャフト３２０のシャフト面３２０ａは、第１部分ブッシュ３３４に接触し、第１部分ブッシュ３３４を介して変位フレーム３３１を押圧する。すると、その押圧力により変位フレーム３３１は、図１０の太線矢印の方向へ変位し始め、変位フレーム３３１の押圧面３３１ｃは、ホルダ３１０の受面３１０ｂから離間する。すなわち、変位フレーム３３１は、揺動シャフト３２０の揺動軸Ｓａを変位させることにより、揺動シャフト３２０がストッパピン４２０と接触した後に接触点Ｐ周りに更に揺動することを許容する部材として機能する。

このとき、スプリングコイル３３３は、変位フレーム３３１の変位に抗することにより、間接的に、揺動シャフト３２０の規制範囲を超える揺動に抗する弾性力を発揮する。より具体的には、変位フレーム３３１が揺動シャフト３２０から押圧力を受けて変位すると、変位フレーム３３１の平板部３３１ｂに枢設されたトグルリンク３３２と、ホルダ３１０の拡張部３１０ａに枢設されたトグルリンク３３２とが、それぞれ互いの成す角が小さくなるように回動して、スプリングコイル３３３を上下から押圧する。このときトグルリンク３３２は、トグル機構として機能し、スプリングコイル３３３の弾性力は、変位フレーム３３１が変位し始めるときに急激に大きくなる。すなわち、弾性機構３３０は、全体として、揺動シャフト３２０が規制範囲の端に到達した後は規制範囲をわずかに超えて揺動してしまうことを許容するかわりに、ストッパピン４１０、４２０に加わる撃力を逃がしている。

なお、上述のように、変位フレーム３３１のｘ軸方向への与圧が２０００Ｎ程度となるようにスプリングコイル３３３のバネ定数は調整されている。したがって、揺動シャフト３２０がストッパピン４１０、４２０によって規制された揺動範囲で揺動する状況においては、変位フレーム３３１は変位しない。換言すると、揺動シャフト３２０の揺動軸Ｓａは、揺動シャフト３２０が規制された範囲で揺動する限り、変位しない。

また、上述のようにスプリングコイル３３３は、ｚ軸方向に沿って配置されている。スプリングコイル３３３が揺動軸Ｓａに対して円周方向に沿って配置されると、変位フレーム３３１の平板部３３１ｂ、およびホルダ３１０の拡張部３１０ａを小さくすることができ、ひいては関節機構３００の省スペース化を実現することができる。

次に、これまで説明した関節機構３００の変形例について説明する。図１２は、他の例の関節機構３００’の部分構造を模式的に示す模式図である。なお、上述の関節機構３００と同様の構成については、特に言及する構成を除いて省略する。

関節機構３００’は、弾性部材として、スプリングコイルを用いるのではなく、代わりに重ね板バネ７３０を用いる点で関節機構３００と異なる。変位フレーム７３１は、第１部分ブッシュ３３４を円弧の内側で支持する円弧形状を成し、円弧の外側では、重ね板バネ７３０の一端側を固定している。重ね板バネ７３０の他端側は、ビス７３２によってホルダ３１０の拡張部３１０’ａに固定されている。

このような構成の関節機構３００’であっても、上述の関節機構３００と同様に、装着者の底背屈運動により足裏フレーム２００が下腿フレーム１０１に対して規制された揺動範囲を超えて揺動しようとする場合に、その揺動に抗する弾性力を発揮できる。

図１３は、更に他の例のストッパピン４１０’の構造を示す外観斜視図である。ストッパピン４１０’は、ストッパピン４１０と異なり、張出ピン部４１１’の中間に緩衝バネ４１９を備える。緩衝バネ４１９は、張出ピン部４１１’が揺動シャフト３２０から受ける衝撃を逃がす弾性部材として機能する。このようなストッパピンを底屈側および背屈側の両方に用いれば、上述の変位フレーム３３１やトグルリンク３３２などの機構を省くことができる。

以上説明した足関節規制器具においては、ホルダ３１０を関節機構３００の一部の要素として説明したが、ホルダ３１０の構造を下腿フレーム１０１に組み込んでも良い。また、揺動範囲を規制する規制部材は、ストッパピンの形態に限らない。ピン形状でなくても、ブロック部材のようなものであっても構わない。背屈用と底屈用を兼ねた、二股の構造体であっても構わない。また、利便性の観点からは揺動シャフト３２０の揺動範囲を規制する規制部材が交換可能であることが好ましいが、交換できないものであっても良い。例えば、規制範囲の異なる足関節規制器具をそれぞれ準備するのであれば、ホルダ３１０や下腿フレーム１０１と一体的に形成された規制部材であっても構わない。

以上説明した実施形態では、規制する揺動範囲の両端で比較的大きな衝撃が発生する足関節に装着する足関節規制器具を説明したが、上述のような関節機構は、足関節規制器具に採用するに留まらない。すなわち、一方の骨部の側の身体部位に装着される第１部材と、他方の骨部の側の身体部位に装着される第２部材とを、規制された揺動範囲で揺動可能なように支持する関節機構であれば、どの関節に適用される関節規制器具であっても採用し得る。このような関節機構を備えた関節規制器具は、電気制御などを必要としない、単純な構造で耐久性の高いものである。

１０足関節規制器具、１０１、１０２下腿フレーム、２００足裏フレーム、２０１底板、２０２側板、２１０カップリング部材、３００、３００’ 関節機構、３１０ホルダ、３１０ａ、３１０’ａ拡張部、３１０ｂ受面、３１０ｃ、３１０ｅ嵌挿孔、３１０ｄ、３１０ｆ係止溝、３１４第２部分ブッシュ、３１５、３１６ボールプランジャ、３２０揺動シャフト、３２０ａシャフト面、３２０ｂ、３２０ｃ打撃面、３３０弾性機構、３３１、７３１変位フレーム、３３１ａ半環形状部、３３１ｂ平板部、３３１ｃ押圧面、３３２トグルリンク、３３３スプリングコイル、３３４第１部分ブッシュ、４１０、４１０’、４２０ストッパピン、４１１、４１１’、４２１張出ピン部、４１１ａ、４２１ａ打撃受面、４１２、４２２係止部、４１３基軸部、４１４位置決穴、４１５つまみ部、４１５ａ天面、４１６刻印、４１９緩衝バネ、７３０重ね板バネ、７３２ビス、８００連結機構、９０１下腿、９０２足、９０３足関節

Claims

装着者の第１の骨部と第２の骨部とを接続する関節の可動する範囲を規制する関節規制器具であって、
前記第１の骨部の側の身体部位に装着される第１部材と、
前記第２の骨部の側の身体部位に装着される第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とが互いに前記関節の可動方向に沿って予め規制された揺動範囲で揺動可能なように、前記第１部材と前記第２部材とを支持する関節機構と
を備え、
前記関節機構は、前記第１部材と前記第２部材とが互いに前記揺動範囲を超えて揺動しようとする場合に、揺動に抗する弾性力を発揮する弾性機構を有し、
前記関節機構は、
前記第１部材に対して直接的または間接的に固定され、前記揺動範囲を規制する規制部材と、
前記第２部材に対して直接的または間接的に固定され、前記揺動範囲の一端と他端とで前記規制部材と接触する揺動部材と
を有し、
記弾性機構は、
前記揺動部材の揺動軸を変位させることにより、前記揺動部材が前記規制部材と接触した後に当該接触点周りに更に揺動することを許容する変位部材と、
前記変位部材の変位に抗することにより前記弾性力を発揮する弾性部材と
を含む関節規制器具。
前記弾性部材は、前記揺動部材が前記揺動範囲で揺動する間は前記揺動軸が変位しないように、前記変位部材を付勢する請求項１に記載の関節規制器具。
前記関節機構は、
前記規制部材を支持するホルダ部と一体的に設けられ、前記揺動部材のシャフト面を受ける第１部分ブッシュと、
前記変位部材と一体的に設けられ、前記第１部分ブッシュと共に円環を成して前記シャフト面を受ける第２部分ブッシュと
を有する請求項２に記載の関節規制器具。
前記変位部材は、前記揺動部材が前記揺動範囲で揺動する間に前記弾性部材から付勢力を受けて前記ホルダ部と接触する接触面を有し、
前記第２部分ブッシュは、前記弾性部材により前記シャフト面に付勢されない請求項３に記載の関節規制器具。
前記弾性部材はバネであり、
前記変位部材と前記バネは、トグル機構を介して連結されている請求項１から４のいずれか１項に記載の関節規制器具。
前記バネは、前記揺動軸に対して円周方向に沿って配置されるスプリングコイルである請求項５に記載の関節規制器具。
前記第１部材と前記第２部材の一方は、前記装着者の下腿部に装着される下腿フレームであり、
前記第１部材と前記第２部材の他方は、前記装着者の足裏を載置する足裏フレームであり、
前記関節機構は、前記装着者の足関節の底屈運動と背屈運動の範囲を規制するように前記揺動範囲が定められる請求項１から６のいずれか１項に記載の関節規制器具。