JP7216723B2 - 膝継手部品、膝継手及び義足 - Google Patents

Description

本発明は、義足の膝部分に用いられる膝継手部品、膝継手及び膝継手を用いた義足に関する。

従来、切断脚の断端部に装着される義足の大腿ソケット内の内側面に、体重負荷と切断脚の断端部の筋肉の収縮運動とを検知する第１圧力センサを設け、大腿ソケット内の底面に体重負荷を主に検知する第２圧力センサを設け、第１圧力センサの圧力が第２圧力センサの圧力より所定圧力以上高いとき、膝継手部の屈曲伸展の抵抗を調整する液圧シリンダの可変バルブの絞り具合を、第１圧力センサ及び第２圧力センサの圧力差の検知情報により制御する義足があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２１８７７８号公報

ところが、上記義足のように、大腿ソケット部の内側面及び大腿ソケット内の底面にそれぞれ圧力センサを配置し、それらで検知した圧力を制御装置に入力し比較処理を行って、その結果に基づいて、液圧シリンダを制御する義賊では、構成品も多く、電子的な処理や制御が必要となる。つまり、構造や制御が複雑であるという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、簡易な構成で義足の膝関節を人体の膝の動きに近いものとすることができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

＜適用例１＞
本発明に係る膝継手部品（４）は、大腿部（７）に装着されるソケット（８）に結合されるシリンダチューブ（１２）と、前記シリンダチューブ（１２）の内部に形成される油室（１３）と、前記油室（１３）に充填されるオイル（１９）と、人工下腿部（９）に結合されるロッド（１４）と、前記油室（１３）に配置され、前記油室（１３）を第１の油室（１３ａ）と第２の油室（１３ｂ）に区画し、前記ロッド（１４）の移動に伴って移動するピストン（１５）と、を備えた油圧シリンダ（１０）に装着する膝継手部品（４）であって、前記第１の油室（１３ａ）と前記第２の油室（１３ｂ）とを連結し、前記ピストン（１５）が、前記第１の油室（１３ａ）から前記第２の油室（１３ｂ）に向かって動くときに、前記オイル（１９）が通過する際の第１通過特性を有する第１油路（２０）と、前記第１油路（２０）と並列となるように配置した、前記ピストン（１５）が、前記第１の油室（１３ａ）から前記第２の油室（１３ｂ）に向かって動くときに、前記第１通過特性よりも前記オイル（１９）の油圧抵抗が大きい第２通過特性を有する第２油路（３０）と、前記第１の油室（１３ａ）と前記第２の油室（１３ｂ）とを連結し、前記ピストン（１５）が、前記第２の油室（１３ｂ）から前記第１の油室（１３ａ）に向かって動くときに、前記オイル（１９）が通過する第３油路（４０）と、前記オイル（１９）が前記第１油路（２０）又は前記第２油路（３０）のいずれを通過するかを切り替える切替機構（５０）と、を備え、前記第２油路（３０）は、油路の途中に前記オイル（１９）の入出口（３１，３２）を有し、前記切替機構（５０）は、第１回転軸（５３）周りに回動可能に取り付けられ、前記人工下腿部（９）が傾いたときに、第１回転軸（５３）周りに回動し、前記第２油路（３０）の前記入出口（３１，３２）を開状態又は閉状態にすることにより、前記オイル（１９）が前記第１油路（２０）又は前記第２油路（３０）のいずれを通過するかを切り替える第１回動部材（５２）を備えていることを要旨とする。

このような膝継手部品（４）では、簡易な構成で義足（１）の膝関節を人体の膝の動きに近い動きをさせることができる。つまり、膝継手部品（４）は、義足（１）において、大腿部（７）のソケット（８）と人工下腿部（９）との間に取り付けられる油圧シリンダ（１０）に装着され、切替機構（５０）によって、油圧シリンダ（１０）内の第１の油室（１３ａ）と第２の油室（１３ｂ）を連結する第１油路（２０）と、第１油路（２０）に並列に配置された第２油路（３０）のいずれにオイル（１９）と通過させるかを切り替える切替機構（５０）を備えている。そして、切替機構（５０）は、人工下腿部（９）が傾いたときに、第１回転軸（５３）周りに回動し、第２油路（３０）の途中に設けられた、オイル（１９）の入出口（３１，３２）を開状態又は閉状態にすることによって、オイル（１９）が第１油路（２０）又は第２油路（３０）のいずれを通過するかを切り替える。

このように、第１回転軸（５３）周りに回動し、人工下腿部（９）が傾いたときに、オイル（１９）の経路を切り替えるという簡易な構造の切替機構（５０）によって、オイル（１９）の経路を第１油路（２０）と第２油路（３０）とで切り替えることができる。そして、第１油路（２０）と第２油路（３０）におけるオイル（１９）の通過特性が異なっている。したがって、義足（１）を大腿部（７）に装着して、歩行した状態において、膝継手（２）が伸びた場合（人工下腿部（９）が傾いていない場合）と、膝継手（２）が屈折した場合（人工下腿部（９）が傾いた状態）とで、膝関節の動きを異なるようにすることができ、膝関節を人体の膝の動きに近いものにすることができる。

＜適用例２＞
適用例１に記載の膝継手部品（４）において、前記切替機構（５０）は、前記第１回動部材（５２）の第２回転軸（５６）周りに回動可能に取り付けられ、前記人工下腿部（９）が傾いたときに、前記第２回転軸（５６）周りに回動し、前記第１回動部材（５２）に代わり、前記第２油路（３０）の入出口（３１，３２）を開状態又は閉状態にすることにより、前記オイル（１９）が前記第１油路（２０）又は前記第２油路（３０）のいずれを通過するかを切り替える第２回動部材（５５）を備えていることを要旨とする。

このように、第１回転軸５３周りに回動する第１回動部材（５２）の第２回転軸（５６）周りに回動可能に取り付けられた第２回動部材（５５）により、第１回動部材（５２）に代わり、第２油路（３０）の入出口（３１，３２）を開状態又は閉状態にして、前記オイル（１９）が第１油路（２０）又は第２油路（３０）のいずれを通過するかを切り替えるようにする。つまり、第１油路（２０）と第２油路（３０）の切替えを、いわゆる２重振り子のような形態で行うことにより、人工下腿部（９）の傾きに対し、より感度よく反応する切替機構（５０）とすることができる。

＜適用例３＞
適用例１又は適用例２に記載の膝継手部品（４，５）において、前記第３油路（４０）は、前記第１通過特性及び前記第２通過特性よりも油圧抵抗が小さい第３通過特性を有し、前記第２の油室（１３ｂ）において、前記第２の油室（１３ｂ）から前記第１の油室（１３ａ）への前記オイル（１９）の入出口（７５，７６）が、前記ピストン（１５）の移動方向に複数設けられていることを特徴とする膝継手部品（６）。

このような膝継手部品（６）では、第３油路（４０）に第１通過特性及び第２通過特性よりも油圧抵抗が小さい第３通過特性を持たせ、第２の油室（１３ｂ）において、第２の油室（１３ｂ）から第１の油室（１３ａ）へのオイル（１９）の入出口（７５，７６）を、ピストン（１５）の移動方向に複数設ける。これにより、ピストン（１５）が縮まる方向に移動する際には、オイル（１９）が、第２の油室（１３ｂ）から第１油路（２０）や第２油路（３０）を介して第１の油室（１３ａ）に流入する。また、ピストン（１５）が延びる方向に移動する際には、オイル（１９）が、第１の油室（１３ａ）から第３油路（４０）を介して第２の油室（１３ｂ）に流入する。このとき、第１油路（２０）、第２油路（３０）及び第３油路（４０）の通過特性が異なっているため、より実際の脚の動きに近い義足（１）の動きとすることができる。

＜適用例４＞
本発明に係る膝継手（２）は、ソケット（８）に結合されるシリンダチューブ（１２）と、前記シリンダチューブ（１２）の内部に形成される油室（１３）と、前記油室（１３）に充填されるオイル（１９）と、前記人工下腿部（９）に結合されるロッド（１４）と、前記油室（１３）に配置され、前記油室（１３）を第１の油室（１３ａ）と第２の油室（１３ｂ）に区画し、前記ロッド（１４）の移動に伴って移動するピストン（１５）と、を備えた油圧シリンダ（１０）と、適用例１～適用例３のいずれか１項に記載の膝継手部品（４，５，６）と、を備えたことを要旨とする。このような膝継手（２）は、適用例１～適用例３のいずれか１項に記載の膝継手部品（４，５，６）の特徴を有する膝継手（２）とすることができる。

＜適用例５＞
本発明に係る義足（１）は、大腿部（７）に装着されるソケット（８）と、人工下腿部（９）と、適用例４に記載の膝継手（２）と、を備えたことを要旨とする。このような義足（１）は、適用例４に記載の膝継手（２）の特徴を有する義足（１）とすることができる。

義足の概略の構成を示す図である。 膝継手の概略の構成を示す図である。 （Ａ）は膝継手部品の概略の構成を示す側面図であり、（Ｂ）は膝継手部品の概略の構成を示す正面図である。 （Ａ）は切替機構の概略の構成を示す図であって、義足が直立している状態の切替機構の様子を示す図であり、（Ｂ）は切替機構の概略の構成を示す図であって、義足が傾いた状態の切替機構の様子を示す図である。 膝継手部品を含めた膝継手の油圧回路図である。 （Ａ）は第２実施形態における切替機構の概略の構成を示す図であって、義足が直立している状態の切替機構の様子を示す図であり、（Ｂ）は第２実施形態における切替機構の概略の構成を示す図であって、義足が傾いた状態の切替機構の様子を示す図である。 （Ａ）～（Ｃ）は第３実施形態における膝継手部品を適用した膝継手の構成を示す図である。 第３実施形態における膝継手部品を適用した膝継手の油圧回路図である。 第３実施形態における義足を装着した使用者が歩行を行う際の義足の動きを示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は第３実施形態における立脚相の踵接地期から足底接地期の間の膝継手の作動の様子を示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は第３実施形態における立脚相の踵離地期、踏み切り期及び遊脚相の加速期の間の膝継手の作動の様子を示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は第３実施形態における遊脚相の遊脚中期から減速期の間の膝継手の作動の様子を示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は第３実施形態における減速期から踵接地期の間の膝継手の作動の様子を示す図である。 （Ａ）～（Ｆ）は第４実施形態における膝継手の概略の外観図と膝継手部品の油路のモード切り替えをした場合のレバーの位置と屈曲抵抗との関係及びロック状態とした場合を示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は第４実施形態での、各モードにおける膝継手部品の内部の作動状態を示す図である。 第４実施形態での、各モードにおける油圧回路の状態を模式的に示す図である。 （Ａ）は第４実施形態における膝継手の構成を示す図であり、（Ｂ）は第４実施形態におけるロック機構の説明図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

［第１実施形態］
図１～図５に基づき、第１実施形態について説明する。
＜義足の構成＞
まず、図１に基づき、義足１全体の構成について説明する。図１は、本発明が適用された義足１の概略の構成を示す図である。

図１に示すように、義足１は、ソケット８、人工下腿部９、膝継手２を備えている。ソケット８は、義足１を使用者の大腿部７に装着するための部分であり、樹脂などの弾力性のある材料を使用者の大腿部７の形状にフィットするように形成することによって、使用者の大腿部７に負担をかけないようになっている。

また、ソケット８の下端部分には、人工下腿部９及び膝継手２と連結するための連結部８ａが設けられている。連結部８ａの下端はリンク機構になっており、ソケット８の中心部に近い部分でボルト８ｂにより人工下腿部９の上端部と連結されており、このボルト８ｂを中心に、人工下腿部９がソケット８に対して屈折するようになっている。

また、連結部８ａの下端の先端部に膝継手２のロッド１４の先端がボルト８ｃにより連結されている。ソケット８の連結部８ａとロッド１４とがこのように連結されることにより、ロッド１４が伸縮すると、ソケット８（大腿部７）と人工下腿部９とが屈折動作をする。膝継手２の油圧シリンダ１０及び膝継手部品４（詳細は、後述する）は一体化されて、人工下腿部９に内包された状態で人工下腿部９に図示しないボルトなどで固定されている。

また、図１に示すように、人工下腿部９は、人間の脚の下腿を模擬した形状に形成されている。そして、上部（以下、上部下腿９ａと呼ぶ）は、ソケット８と連結されるとともに、油圧シリンダ１０及び膝継手部品４を内蔵する構造となっており、アルミなどの軽金属やＣＦＲＰなどの強度の高い樹脂を用いて形成されている。

また、人工下腿部９のうち、上部下腿９ａの下方の、いわゆる脛に当たる部分（以下、脛部９ｂと呼ぶ）は、アルミなどの軽金属やＣＦＲＰなどの強度の高い樹脂を用いて形成されている。さらに、脛部９ｂの下方の、足に相当する部分は、脛部９ｂに連結される金属部分の結合部９ｃとウレタンなどの樹脂で被覆された足部９ｄとで構成されている。

＜膝継手の構成＞
次に、図２に基づき、膝継手２の構成について説明する。図２は、膝継手２の概略の構成を示す図である。

図２に示すように、膝継手２は、油圧シリンダ１０及び膝継手部品４を備えている。油圧シリンダ１０は、シリンダチューブ１２、油室１３、ロッド１４、ピストン１５を備えている。また、油室１３にはオイル１９（作動油）が充填されている。

シリンダチューブ１２は、アルミなどの金属を円筒状に形成し、両端面１２ａ、１２ｂを円筒部分と同じ材料で塞いだ油圧シリンダである。また、端面１２ａには、ロッド１４を挿通するための穴が設けられている。シリンダチューブ１２の外形は、略直方体になっており、その１側面に膝継手部品４が図示しないボルトなどで固定されている（膝継手部品４については詳細を後述する）。

油室１３は、シリンダチューブ１２の内部に形成された空間であり、作動油であるオイル１９が充填されている。また、油室１３にはピストン１５が配置されており、油室１３を第１の油室１３ａと第２の油室１３ｂに区画している。

ピストン１５には、アルミなどの金属を棒状に形成したロッド１４が取り付けられている（ピストン１５とロッド１４は一体成形されていてもよい）。また、ロッド１４の端部には、ソケット８の連結部８ａと結合するための孔部１４ａが設けられており、連結部８ａとボルト８ｃで連結されている。そして、ピストン１５は、ロッド１４の移動（膝の曲げに伴う伸縮）に伴って移動する（シリンダチューブ１２の中心軸の軸方向（図２中上下の矢印方向）にスライドする）。

＜膝継手部品の構成＞
次に、図３（Ａ）および（Ｂ）に基づき、膝継手部品４の構成について説明する。図３（Ａ）および（Ｂ）は、膝継手部品４の概略の構成を示す図であり、図３（Ａ）は膝継手部品４の側面図、図３（Ｂ）は正面図である。

図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、膝継手部品４は、ボディ６０及びボディ６０内部に設けられた第１油路２０，第２油路３０、切替機構５０を備えている。ボディ６０は、油圧シリンダ１０の側面に取り付けられる部品であり、樹脂製の略直方体状のブロックである。油圧シリンダ１０には、図示しない複数のボルトで結合されている。ボディ６０の内部には、第１油路２０、第２油路３０、第３油路４０、油室６２、入出口７４，７５が形成されている。また、油室６２の内部に切替機構５０が設けられている。ボディ６０と油圧シリンダ１０とは、ボディ６０の入出口７４，７５を油圧シリンダの油室１３ａ，１３ｂに連結することにより油圧回路が形成されるように結合されている。

第１油路２０は、シリンダチューブ１２の第１の油室１３ａと第２の油室１３ｂとを連結する油路であり、図３（Ａ）および（Ｂ）中に実線の矢印で示してある。また、第１油路２０の途中に、オリフィス２０ａが設けられている。このオリフィス２０ａは、第１油路２０の一部にボルト２０ｂを装着できる穴部を設けることにより、ボルト２０ｂの穴部に対する挿入深さを調整することによって、オイル１９の通過面積の大きさを調整できるようになっている。

第２油路３０は、第１油路２０と並列となるように第１油路２０から分岐した、第１油路２０とはオイル１９の通過特性が異なる油路である。第１油路２０から分岐した第２油路３０を図３（Ａ）および（Ｂ）中に破線の矢印で示してある。また、第２油路３０の途中にオリフィス３０ａが設けられている。

第１油路２０と第２油路におけるオイル１９の通過特性は、それぞれの油路のオリフィス２０ａとオリフィス３０ａのオイル１９の通過面積の違いによって実現されている。本実施形態では、オリフィス３０ａのオイル１９通過面積の方がオリフィス２０ａのオイル１９の通過面積よりも小さくなっているため、第２油路３０の方が第１油路２０よりもオイル１９が通過し難くなっている（第２油路３０の油圧抵抗（第２通過特性）の方が第１油路２０の油圧抵抗（第１通過特性）よりも大きい）。

第３油路４０は、第１の油室１３ａと第２の油室１３ｂとを直結する油路である。また、第３油路４０には、第２の油室１３ｂから第１の油室１３ａへのオイル１９の流れを阻止するチェック弁７０が設けられている。

また、油室６２の一部（図３（Ａ）および（Ｂ）中油室６２の左下）には、オイル１９の入出口３１，３２が設けられており、第１油路２０及び第２油路３０の一部となっている。切替機構５０は、オイル１９が第１油路２０又は第２油路３０のいずれを通過するかを切り替える機構である。

＜切替機構の構成＞
次に、図４（Ａ）および（Ｂ）に基づき、切替機構５０の構成について説明する。図４（Ａ）および（Ｂ）は、切替機構５０の概略の構成を示す図である。図４（Ａ）は、義足１が直立している状態の切替機構５０の様子を示す図であり、図４（Ｂ）は、義足１が傾いた状態の切替機構５０の様子を示す図である。

図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、切替機構５０は、第１回動部材５２及び第２回動部材５５を備えている。第１回動部材５２は、真鍮などの金属製の立方体状の部材であり、長手方向の一端（鉛直上方向側の端部）近傍に第１回転軸５３が設けられており、第１回転軸５３周りに回動可能となるように、真鍮などの金属製のピンでボディ６０に取り付けられている。また、第１回動部材５２の他端側近傍（第１回転軸５３が設けられている端部と反対端近傍）に第２回転軸５６が設けられており、第２回転軸５６に第２回動部材５５が回動可能に、真鍮などの金属製のピンで取り付けられている。

第２回動部材５５は、第１回動部材５２よりも軽いアルミニウムなどの金属製の立方体状の部材であり、長手方向の一端がピンにより第２回転軸５６に取り付けられている。また、第２回動部材５５の一端側側面（図４（Ａ）中の左側側面）には、第２油路３０の入出口３１に対向する部分に、金属ボール５７が凸部を形成するように圧入されている。そして、圧入された金属ボール５７の先端（凸部）が入出口３１に密着すると入出口３１を閉鎖するようになっている。

このように、切替機構５０は、第１回動部材５２がボディ６０に対して回動可能に取り付けられ、第１回動部材５２の先端に第２回動部材５５が回動可能に取り付けられ、いわゆる二重振り子のようになっている。したがって、義足１が作動し、膝継手２つまりボディ６０が鉛直方向に対して傾くと、第１回動部材５２及び第２回動部材５５が自重で第１回転軸５３及び第２回転軸５６周りに回動する。すると、第２回動部材５５の側面に貼り付けられている金属ボール５７が、第２油路３０の入出口３１を閉鎖することとなり、後述するようにオイル１９の流路を切り替えることができる。また、第２回動部材５５の方が第１回動部材５２よりも軽いので、１個の回動部材が回動する場合にくらべ、第２回動部材５５の先端が、より感度よく振れることとなる。

＜膝継手の作動＞
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）及び図５に基づき、膝継手部品４が取り付けられた膝継手２の作動について説明する。図５は、膝継手部品４を含めた膝継手２の油圧回路図である。

膝継手２が伸びた状態の場合（人工下腿部９が傾いていない又は傾きが少ない場合）には、切替機構５０が垂直状態又は垂直状態に近いため、切替機構５０により入出口３１，３２が共に開状態となる。この場合、オリフィス３０ａの方のオイル１９の通過面積が小さいため、第２油路３０の油圧抵抗が第１油路２０の油圧抵抗よりも大きい。したがって、オイル１９は、図３（Ａ），（Ｂ）、および図５中に実線で示すように第１油路２０を通過こととなる。すると、油圧シリンダ１０のピストン１５は、速く移動することになる。

膝継手２の屈折が大きくなった状態の場合（人工下腿部９が傾きが大きくなった場合）には、切替機構５０によって、入出口３１が閉鎖され閉状態となり、入出口３２は開状態となる。すると、オイル１９は、図３（Ａ），（Ｂ）、および図５中に破線で示すように第２油路３０を通ることとなる。この場合、上述のように、第２油路３０の油圧抵抗の方が第１油路２０の油圧抵抗よりも大きいため、油圧シリンダ１０のピストン１５の動きは遅くなる。

さらに、膝継手２が屈折した状態から伸張する場合には、チェック弁２２が閉状態、チェック弁７０が開状態となるため、オイル１９は、第１油路２０及び第２油路３０に流れず、図３（Ａ），（Ｂ）、および図５中に一点鎖線で示すように、オイル１９は油室１３ｂから油室１３ａに流れるようになる。この場合の第３油路４０は、第１の油路１３ａと第２の油路１３ｂとを直結しているため、その油圧抵抗は、第１油路２０及び第２油路３０よりも小さい、したがって、油圧シリンダ１０のピントン１５は、速く移動することになる。

このように、膝継手２により、義足１の膝の部分が伸びた状態から屈折する場合には、膝の部分は徐々に屈折し難くなり、屈折した状態から伸張する場合にはスムーズに伸びるようになる。

＜義足の特徴＞
以上のような義足１では、簡易な構成で義足１の膝関節を人体の膝の動きに近い動きをさせることができる。つまり、膝継手部品４は、義足１において、大腿部７のソケット８と人工下腿部９との間に取り付けられる油圧シリンダ１０に装着され、切替機構５０によって、油路を切り替えている。

切替機構５０は、人工下腿部９が傾いたときに、自重によって第１回動部材５２が第１回転軸５３周りに回動するとともに、第２回動部材５５が第２回動軸５６周りに回動することによって、第２油路３０の途中に設けられた、オイル１９の入出口３１を開状態又は閉状態にする。これにより、オイル１９が第１油路２０又は第２油路３０のいずれを通過するかを切り替える。このように、第１回動部材５２及び第２回動部材５５が、第１回転軸５３周り及び第２回動軸５６周りに回動し、第１回動部材５２及び第２回動部材５５が二重振り子のように作動して、人工下腿部９が傾いたときに自重によってオイル１９の経路を切り替えるという簡易な構造の切替機構５０によって、オイル１９の経路を第１油路２０と第２油路３０とで切り替えることができる。

そして、第１油路２０と第２油路３０におけるオイル１９の通過特性が異なっている。したがって、義足１を大腿部７に装着して、歩行した状態において、膝継手２が伸びた場合（人工下腿部９が傾いていない場合）と、膝継手２が屈折した場合（人工下腿部９が傾いた状態）とで、膝関節の動きを異なるようにすることができ、膝関節を人体の膝の動きに近いものにすることができる。

さらに、第１回転軸５３周りに回動する第１回動部材５２の第２回転軸５６周りに回動可能に取り付けられた第２回動部材５５により、第１回動部材５２に代わり、第２油路３０の入出口３１，３２を開状態又は閉状態にして、オイル１９が第１油路２０又は第２油路３０のいずれを通過するかを切り替えるようにする。つまり、第１油路２０と第２油路３０の切替えを、いわゆる２重振り子のような形態で行うことにより、人工下腿部９の傾きに対し、より感度よく反応する切替機構５０とすることができる。

［第２実施形態］
次に、図６（Ａ）および（Ｂ）に基づき、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、義足１、膝継手２の構造は第１実施形態におけるものと同じであるため、その説明を省略し、第１実施形態と異なる膝継手部品５について説明する。

図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２実施形態における膝継手部品５では、切替機構５０の回動部材が第３回動部材８０の１個のみとなっている。第３回動部材８０は、第１回転軸５３周りに回動可能に取り付けられ、人工下腿部９が傾いたときに、自重によって、第１回転軸５３周りに回動し、第１実施形態と同様に第２油路３０の入出口３１，３２を開状態又は閉状態にする。これにより、オイル１９が第１油路２０又は第２油路３０のいずれを通過するかを切り替えることができるようになっている。

第２実施形態における切替機構５０では、回動部材が１個（第３回動部材８０）のみであるため、第１実施形態における２個の回動部材（第１回動部材５２，第２回動部材５５）を用いた場合に比べ、作動感度は劣るものの、構造を非常に簡易にすることが可能であり、軽量化やコストの低減が可能である。

［第３実施形態］
次に、図７～図１３に基づき、第３実施形態について説明する。図７（Ａ）～（Ｃ）は、膝継手部品６を適用した膝継手２の構成を示す図であり、図８は、膝継手部品６を適用した膝継手２の油圧回路図である。また、第３実施形態においても、義足１の構造は第１実施形態におけるものと同じであるため、その説明を省略し、第１実施形態と異なる膝継手２及び膝継手部品６について説明する。

＜膝継手及び膝継手部品の構成＞
図７（Ａ）～（Ｃ）に示すように、第３実施形態における膝継手２では、ピストン１５のリング部分が二重になっている（リング部分の一方をリング１５ａ、他方をリング１５ｂと呼ぶ）。このリング１５ａとリング１５ｂとの間には空間が存在してもよいし存在しなくてもよい。また、ロッド１４が、第１実施形態及び第２実施形態のものと異なり、ピストン１５の両端側（図７（Ａ）～（Ｃ）中で上下方向）に延伸されている。さらに、ロッド１４はシリンダチューブ１２の端面１２ａだけでなく端面１２ｂも貫通するようになっている。

そして、第３実施形態における膝継手部品６では、図８の油圧回路図に示すように、第３油路４０は、入出口７４と入出口７５を介して第１の油室１３ａと第２の油室１３ｂとを連結するとともに、入出口７４と入出口７６を介して第１の油室１３ａと第２の油室１３ｂとを連結している。換言すれば、入出口７４に接続されている油路が分岐して入出口７５と入出口７６に接続されている。

また、第３油路４０において、油路が入出口７５と入出口７６に分かれる分岐点よりも入出口７４側にオリフィス４０ａが設けられている。このオリフィス４０ａは、第３油路４０は、第１通過特性及び前記第２通過特性よりも油圧抵抗が小さい第３通過特性を有するように設定されている。また、第３実施形態における第３油路４０では、第１の油室１３ａにおいて、第１の油室１３ａから第２の油室１３ｂへのオイル１９の入出口がピストン１５の移動方向の異なる位置に２個（入出口７５，７６）設けられている。

＜膝継手の作動＞
次に、図９～図１３に基づいて、膝継手２の作動について説明する。図９は、義足１を装着した使用者が歩行を行う際の義足１の動きを示す図である。また、図１０～図１３は、歩行時の立脚相及び遊脚相における膝継手備品６の作動の様子を示す図である。

図９に示すように、義足１の使用者である人間が歩行をする際、片側の足の踵が接地し、次に同踵が接地するまでの１歩行周期は、立脚相と遊脚相と呼ばれる動きで構成される。立脚相は、歩行中に、足が床面に着いて、体重がかかっている間のことであり、踵接地期（図９中（ａ）で示す）、足底接地期（図９中（ｂ）で示す）、立脚中期（図９中（ｃ）で示す）、踵離地期（図９中（ｄ）で示す）、踏み切り期（図９中（ｅ）で示す）の５つに細分される。また、遊脚相は、歩行中に、つま先が地面を離れてから、次の踵接地までの間のこと、つまり、足が地面から離れて、振られている間のことであり、加速期（図９中（ｆ）で示す）、遊脚中期（図９中（ｇ）で示す）、減速期（図９中（ｈ）で示す）の３つに細分される。

立脚相では、踵接地期（ａ）、足底接地期（ｂ）の２つの状態（図９中（Ｉ）で示す）で、膝継手２において特に強い油圧抵抗を発生させて膝折れを抑制する。また、立脚相の踵離地期（ｄ）、踏み切り期（ｅ）及び遊脚相の加速期（ｆ）までの間（図９中（ＩＩ）で示す）では、膝継手２において適度な油圧抵抗を発生させて、素早く遊脚相へ移行させる。

遊脚相の遊脚中期（ｇ）から減速期（ｈ）の間（図９中（ＩＩＩ）で示す）では、膝継手２において、弱い油圧抵抗を発生させて素早く踵接地期（ａ）へ移行させる。また、減速期（ｈ）から踵接地期（ａ）も間（図９中（ＩＶ）で示す）では、強い油圧抵抗を発生させて、完全伸展時（踵接地時（ａ））の衝撃を緩和する。

このような立脚相、遊脚相での作動を実現するため、膝継手２は、図１０～図１３に示すように作動する。なお、図１０～図１３において、（Ａ）は、歩行周期における立脚相と遊脚相における義足１の屈曲の様子を示し、（Ｂ）は膝継手２の正面から見た構成を示し、（Ｃ）は側面から見た構成を示し、（Ｄ）は背面から見た構成を示す。

まず、立脚相の踵接地期（ａ）から足底接地期（ｂ）の間（図１０（Ａ）中（Ｉ）で示す）においては、図１０（Ｂ）に太い矢印で示すように、ピストン１５が最上部近傍から下方へ移動する。このとき、膝継手部品６は、図１０（Ａ）に示すように、義足１の後方側に傾斜している。したがって、第１回動部材５２及び第２回動部材５５の自重により、第２回動部材５５の側面に貼り付けられている金属ボール５７が、図１０（Ｂ）に示すように、第２油路３０の入出口３１を閉鎖する。すると、図１０（Ｂ）～図１０（Ｄ）中に細い矢印で示すように、オイル１９は、第２油路３０を通る。この場合、第２油路３０の油圧抵抗の方が第１油路２０の油圧抵抗よりも大きいため、油圧シリンダ１０のピストン１５はゆっくり移動（下降）する。また、この場合、第３油路４０にチェック弁７０があるため、オイル１９は、第３油路４０を介しては第２の油室１３ｂから第１の油室１３ａには流れない。したがって、ピストン１５は作動しない。

次に、立脚相の踵離地期（ｄ）、踏み切り期（ｅ）及び遊脚相の加速期（ｆ）の間（図１１（Ａ）中（Ｉ）で示す）においては、図１１（Ｂ）に太い矢印で示すように、ピストン１５が下方へ移動する。このとき、膝継手部品６は、図１１（Ａ）に示すように、義足１の前方側に傾斜しているため、第２回動部材５５の側面の金属ボール５７は、図１１（Ｂ）に示すように、第２油路３０の入出口３１を開放し、入出口３２を閉塞する。すると、図１１（Ｂ）～図１１（Ｄ）中に細い矢印で示すように、オイル１９は、第１油路２０を通る。この場合、第１油路２０の油圧抵抗の方が第２油路３０の油圧抵抗よりも小さいため、油圧シリンダ１０のピストン１５は素早く移動（下降）する。また、この場合、第３油路４０にチェック弁７０があるため、オイル１９は、第３油路４０を介しては第２の油室１３ｂから第１の油室１３ａには流れない。したがって、ピストン１５は作動しない。

次に、遊脚相の遊脚中期（ｇ）から減速期（ｈ）の間（図１２（Ａ）中（ＩＩＩ）で示す）においては、図１２（Ｂ）に太い矢印で示すように、ピストン１５が上方へ移動する。このとき、膝継手部品６は、図１２（Ａ）に示すように、義足１の前方側に傾斜しているため、第２回動部材５５の側面の金属ボール５７は、図１２（Ｂ）に示すように、第２油路３０の入出口３１を開放し、入出口３２を閉塞する。すると、図１２（Ｂ）～図１２（Ｄ）中に細い矢印で示すように、オイル１９は、第１の油室１３ａの入出口７５と入出口７６の両方の入出口を介して、第３油路４０を通る。ここで、第３油路４０の油圧抵抗は非常に小さいため、ピストン１５は素早く移動（上昇）する。この場合、第１の油室１３ａのオイル１９は、入出口７５，７６を介して第１油路２０及び第２油路３０に流出しようとするが、チェック弁２２により第１油路２０及び第２油路３０のオイル１９の流出は阻止される。したがって、オイル１９は、第３油路４０のみにより第１の油室１３ａから第２の油室１３ｂへ流出する。

次に、減速期（ｈ）から踵接地期（ａ）の間（図１３中（ＩＶ）で示す）では、図１３（Ｂ）に太い矢印で示すように、ピストン１５が上方へ移動する。このとき、膝継手部品６は、図１３（Ａ）に示すように、義足１の前方側に傾斜しているため、第２回動部材５５の側面の金属ボール５７は、図１３（Ｂ）に示すように、第２油路３０の入出口３１を開放する。すると、図１３（Ｂ）～図１３（Ｄ）中に細い矢印で示すように、オイル１９は、入出口７５のみを介して第２油路３０を通過しようとする。また、第２油路３０は、チェック弁２２で阻止されているため、結局、オイル１９は、第１油路２０及び第２油路３０のいずれも通過することができない。つまり、オイル１９は、入出口７５のみから第３油路４０を介して第１の油室１３ａから第２の油室１３ｂに流出するため、図１２（Ａ）中（ＩＩＩ）で示す遊脚相の遊脚中期（ｇ）から減速期（ｈ）の間に比べて、強い油圧抵抗がかかるため、完全伸展時（ａ）の衝撃を緩和することができる。

このように、第３油路４０の油圧抵抗が、第１油路２０の油圧抵抗（第１通過特性）及び第２油路３０の油圧抵抗（第３通過特性）よりも小さくなるようなオリフィス４０ａを第３油路４０に設けるとともに、シリンダチューブ１２に２つの入出口７５及び入出口７６を設けることにより、図９に示すように、義足１の動きを、より使用者の脚の動きに近いものとすることができる。

［第４実施形態］
次に、図１４～図１７に基づき、第４実施形態について説明する。図１４（Ａ）～（Ｆ）は、第４実施形態における膝継手２の概略の外観図と膝継手部品３の油路のモード切り替えをした場合のレバー９０の位置と屈曲抵抗との関係及びロック状態とした場合を示す図である。また、第４実施形態においては、義足１の構造は第１実施形態におけるものと類似しているため、その同じ部品や同じ構造の部分は同じ符号を付して、その説明を省略する。

第４実施形態における膝継手部品３は、第１実施形態～第２実施形態における膝継手部品４，５，６にレバー９０を設け、油路のモード切り替えを行うようにするとともに、ストッパ１００を設けて、膝継手部品４～６を、義足１の使用状態に拘わらず固定状態（「ロック状態」と呼ぶ。図１４（Ｅ）参照。）にするようにした膝継手部品である。

ここで、油路のモード切替とは、義足１を使用する際に、膝継手部品３～６を第１実施形態～第３実施形態の使用状態（「ノーマル状態」と呼ぶ。図１４（Ａ）参照。）となったり、使用状態に拘わらず自由に膝継手部品４～６が屈曲作動する状態（「フリー状態」と呼ぶ。図１４（Ｂ）参照。）となったり、膝継手４～６が屈曲作動する際に、屈曲抵抗が一律に大きくなる状態（「イールディング状態」と呼ぶ。図１４（Ｃ）参照。）となったりする状態を切り替えることをいう。

次に、図１５及び図１６に基づき、モード切替を行った際の各モードにおける膝継手部品３の作動状態を説明する。図１５（Ａ）～（Ｄ）は、各モードにおける膝継手部品３の内部の作動状態を示す図であり、図１６は、各モードにおける油圧回路の状態を模式的に示す図である。

図１５（Ａ）に示すように、油路の入出口３１，３２とチェック弁２２との間にレバー９０により回転して油路を切り替える切替バルブ９１が設けられている（図１６参照）。この切替バルブ９１をレバー９０により回転させることにより油路を切り替えて、モードを切り替えることができる。各モードにおける膝継手部品３の作動状態及び油圧回路の状態は下記（Ｖ）～（ＶＩＩ）に示す。

（Ｖ）ノーマル状態
ノーマル状態では、膝継手部品３の内部は、レバー９０を下位置にすることにより、切替バルブ９１が、図１５（Ａ）に示すように、入出口３１をオープンにする位置となる。このときの油圧回路における切替バルブ９１の状態は、図１６中の「Ａ」に示すようになる。このとき、油路が入出口３１に通過するようになっている。これにより、ノーマル状態では、膝継手部品３は、実施形態１～３で説明した膝継手部品４～６と同じように作動する。つまり、図１４（Ｆ）に示すように、ノーマル状態では、義足１が前傾している場合には、義足１が後傾している場合に比べ屈曲抵抗が弱く、義足１が後傾している場合には、義足１が前傾している場合に比べ、屈折抵抗が強いことになる。

（ＶＩ）フリー状態
フリー状態では、膝継手部品３の内部は、レバー９０を中央位置にすることにより、切替バルブ９１が図１５中で反時計周りに回転し、図１５（Ｃ）に示す状態となりバイパス回路３３が形成される。また、切替バルブ９１の下端部には突起９２が設けられているため、その突起９２によって、切替機構５０の第２回動部材５５や第３回動部材８０の金属ボール５７が入出口３１を閉状態とならないようになる。このとき油圧回路における切替バルブ９１の状態は、ノーマル状態から右にずれて、図１６中の「Ｂ」に示すようになる。すると、油路が入出口３１，３２から第１バイパス回路３３を通過するようになっている。第１バイパス回路３３は、第２バイパス回路３４に比べ油圧抵抗が小さく設定されているため（オリフィス３３ａで示す）、フリー状態では、膝継手部品３は、屈折抵抗が小さく、容易に屈折できるようになっている。

（ＶＩＩ）イールディング状態
イールディング状態では、膝継手部品３の内部は、レバー９０を上位置にすることにより、切替バルブ９１が図１５中で更に反時計周りに回転し、図１５（Ｄ）に示す状態となりバイパス回路３４が形成される。このとき油圧回路における切替バルブ９１の状態は、フリー状態から更に右にずれて、図１６中の「Ｃ」に示すようになる。すると、油路が入出口３１から第２バイパス回路３４を通過するようになっている。第２バイパス回路３４は、第１バイパス回路３３に比べ油圧抵抗が非常に大きく設定されているため（オリフィス３４ａで示す）、イールディング状態では、膝継手部品３は、屈折抵抗が非常に大きく、不意に膝折れしないようになっている。

次に、図１７に基づき、ロック機構について説明する。図１７（Ａ）および（Ｂ）は、ロック機構の説明図であり、図１７（Ａ）に膝継手２の構成を示す図、図１７（Ｂ）にロック１００部分の拡大図を示す。

図１７（Ａ）に示すように、ロック機構では、第４実施形態における膝継手２のシリンダチューブ１２の端面１２ｂ側に、シリンダチューブ１２の壁面を延伸させ、その壁面に２つの孔１２ｃ，１２ｄが穿たれている。２つの孔１２ｃ，１２はシリンダチューブ１２の底面の直径上で対抗した位置に穿たれている。また、２つの孔１２ｃ，１２ｄを貫通するように金属製の円柱状のロック１００が設けられている。ロック１００には、ロッド１４が貫通する直径の孔１０１が穿たれている。

このようなロック機構では、図１７（Ａ）に示すように、ロック１００を図中右にスライドさせると、ロック１００がロッド１４の端面に当接するため、ロック状態となる。 ロック状態からロック１００を図中左にスライドさせると、ロッド１４が、ロック１００の孔１０１を貫通するようになるため、膝継手２は通常の作動状態（非ロック状態）となる。

また、第４実施形態における膝継手部品３では、図１６に示すように、シリンダチューブ１２の入出口７４の近傍に入出口７７が設けられている。この入出口７７からは油路４０のオリフィス４０ａの手前側で油路４０に結合される油路が設けられている。この入出口７７により、ロッド１４が伸長している状態から収縮を開始した状態では、第１の油室１３ｂの作動油が入出口７４と入出口７７の両方から排出されるため、油圧抵抗が小さく、ロッド１４が速く収縮する。そして、ピストン１５が入出口７７の位置に到達すると、入出口７４のみから作動油が排出されるようになるため、油圧抵抗が大きくなり、ロッド１４の収縮速度が遅くなる。換言すれば、入出口７４とシリンダチューブ１２の底面との間にある作動油がクッションの役割を果たすようになる。本第４実施形態では、入出口７７は、義足１の膝継手２における折れ曲がり角度が６０度となる位置に設けられている。

以上のような第４実施形態の膝継手部品３やそれを適用した膝継手２によれば、膝継手２を、使用者の意思に合わせて容易に屈折させたり、非常に屈折し難い状態にしたりすることや、ロック状態にして固定することができる。したがって、使用者が、膝部分に装着して通常に使用する場合や、非装着状態での取り扱いが便利になる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、様々な形態を採ることができる。上記実施形態では、作動媒体としてオイル１９（作動油）を用いたが、いわゆる作動油ではなくとも、他の液体によるものであってよいし、空気や窒素などの気体を作動媒体として用いてもよい。

義足…１ 膝継手…２ 膝継手部品…３，４，５，６ 大腿部…７ ソケット…８ 連結部…８ａ ボルト…８ｂ 人工下腿部…９ 上部下腿…９ａ 油圧シリンダ…１０ シリンダチューブ…１２ 端面…１２ａ，１２ｂ 孔…１２ｃ，１２ｄ 油室…１３ 第１の油室…１３ａ 第２の油室…１３ｂ ロッド…１４ ピストン…１５ リング…１５ａ，１５ｂ オイル…１９ 第１油路…２０ オリフィス…２０ａ チェック弁…２２ 第２油路…３０ オリフィス…３０ａ 入出口…３１，３２ 第１バイパス回路…３３ オリフィス…３３ａ 第２バイパス回路…３４ オリフィス…３４ａ 第３油路…４０ オリフィス…４０ａ 切替機構…５０ 第１回動部材…５２ 第１回転軸…５３ 第２回動部材…５５ 第２回転軸…５６ 金属ボール…５７ ボディ…６０ 油室…６２ チェック弁…７０ 入出口…７４，７５，７６，７７ 第３回動部材…８０ レバー…９０ 切替バルブ…９１ ロック…１００ 孔…１０１。

Claims (5)

1. 大腿部に装着されるソケットに結合されるシリンダチューブと、前記シリンダチューブの内部に形成される油室と、前記油室に充填されるオイルと、人工下腿部に結合されるロッドと、前記油室に配置され、前記油室を第１の油室と第２の油室に区画し、前記ロッドの移動に伴って移動するピストンと、を備えた油圧シリンダに装着する膝継手部品であって、
   前記第１の油室と前記第２の油室とを連結し、前記ピストンが、前記第１の油室から前記第２の油室に向かって動くときに、前記オイルが通過する際の第１通過特性を有する第１油路と、
   前記第１油路と並列となるように配置した、前記ピストンが、前記第１の油室から前記第２の油室に向かって動くときに、前記第１通過特性よりも前記オイルの油圧抵抗が大きい第２通過特性を有する第２油路と、
   前記第１の油室と前記第２の油室とを連結し、前記ピストンが、前記第２の油室から前記第１の油室に向かって動くときに、前記オイルが通過する第３油路と、
   前記オイルが前記第１油路又は前記第２油路のいずれを通過するかを切り替える切替機構と、
   を備え、
   前記第２油路は、
   油路の途中に前記オイルの入出口を有し、
   前記切替機構は、
   第１回転軸周りに回動可能に取り付けられ、前記人工下腿部が傾いたときに、第１回転軸周りに回動する第１回動部材と、
   前記第１回動部材の第２回転軸周りに回動可能に取り付けられ、前記人工下腿部が傾いたときに、前記第２回転軸周りに回動し、前記第２油路の入出口を開状態又は閉状態にすることにより、前記オイルが前記第１油路又は前記第２油路のいずれを通過するかを切り替える第２回動部材と、
   を備えていることを特徴とする膝継手部品。
2. 請求項１に記載の膝継手部品において、
   前記第３油路は、
   前記第１通過特性及び前記第２通過特性よりも油圧抵抗が小さい第３通過特性を有し、
   前記第１の油室において、前記第１の油室から前記第２の油室への前記オイルの入出口が、前記ピストンの移動方向に複数設けられていることを特徴とする膝継手部品。
3. ソケットに結合されるシリンダチューブと、前記シリンダチューブの内部に形成される油室と、前記油室に充填されるオイルと、前記人工下腿部に結合されるロッドと、前記油室に配置され、前記油室を第１の油室と第２の油室に区画し、前記ロッドの移動に伴って移動するピストンと、を備えた油圧シリンダと、
   請求項１又は請求項２に記載の膝継手部品と、
   を備えたことを特徴とする膝継手。
4. 大腿部に装着されるソケットと、
   人工下腿部と、
   請求項３に記載の膝継手と、
   を備えたことを特徴とする義足。
5. （削除）

Images