JP7374903B2 - 整形外科用装置 - Google Patents

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Description

本発明は、油圧ダンパと、予圧された弁ばねを介して弁座の方向に閉鎖力を受ける弁体および弁座を有する弁、および油圧ダンパと弁座との間の流体接続を含む整形外科用装置に関する。
整形外科に用いる装置、特にプロテーゼまたは装具は、ピストンおよびシリンダを有する油圧ダンパを備えることができ、油圧ダンパがジョイント上に配置されている場合、ピストンは一般にシリンダ内を伸長室と屈曲室とに分割する。伸長運動または屈曲運動に応じて、油圧作動油が一方のチャンバから他方のチャンバ内へと移動する。他の配置では、両チャンバは、圧縮チャンバおよび拡張チャンバとして設計される。油圧減衰ジョイント装置では、調整可能なバルブが流動弁(フローバルブ)として形成されることが多く、それを介して各流動流路(フローチャネル)の抵抗を可変または静的に設定できる。流動抵抗は、手動で調整できるか、またはモータで調整することもできる。さらに、油圧ダンパには、流動方向に応じて流体の流動を遮断する逆止弁が配置されている。弁体を所望の位置に保つために、これらのバルブは一般に、弁体を弁座に予張力するスプリングにより負荷が掛けられている。油圧オイルが逆止弁を通って確実に流れるようにするためには、スプリングのばね力に対抗する方向に圧力が利用可能である必要があり、それにより弁体が弁座から持ち上げられる。
一部の油圧ダンパには、最大許容圧力を超えたときに、整形外科用装置、特に油圧ダンパを機械的損傷から保護するため、または患者をケガから保護するために開く、いわゆる安全弁が取り付けられている。この安全弁は、事前に規定された圧力に達したときに開く過負荷保護である。特に油圧ダンパを備えた整形外科用装置では、設置スペースが限られている。しかしながら、整形外科用装置では、小さな力で弁体に直接または間接的に予張力を加える小さな弁ばねを介して強い力を加える必要がある。特に、弁ばねが機械的なつる巻きばね(螺旋ばね)またはコイルばねとして具体化される場合に、それらの製造に大きなばらつきがあることから、多数の弁ばねを試験することによってのみ所望の弁開放力が得られるという問題点がある。
本発明の目的は、所望の弁開放力が常に存在する整形外科用装置を利用可能にすることにある。
本発明によれば、この目的は、主請求項の特徴を有する装置によって達成される。本発明の有利な実施形態および展開は、従属請求項、説明および図に開示されている。
本発明の整形外科用装置は、油圧ダンパと、弁座を有し、予張力付与された弁ばねを介して弁座の方向に閉鎖力を受ける弁体とを有する弁を備え、油圧ダンパと弁座との間の流体接続では、弁が弁ばねの予張力を調整するための調整ユニットを有することが規定されている。従来の圧力逃がし弁は、ばね剛性の程度が異なることに起因して、固定された設定およびそれぞれの開放力における大きな変動を有することになるが、これに対して本発明の装置では、それぞれの弁ばねのばね剛性の程度が異なっていても、弁体の常時一定の閉鎖力を利用できるようにしているので、結果として、弁ばねの製造公差に関係なく、整形外科用装置が一定の品質を提供することになる。さらに、特定のユーザまたは患者に合わせて整形外科用装置を個別に調整することも可能である。例えば、下肢の装具またはプロテーゼなどの整形外科用装置では、必要な閉鎖力は、体重によって、またはそれぞれの関節にかかる負荷荷重によって種々変化する可能性がある。体重の軽い患者は、特定の負荷が存在するときに関節装置が降伏するように、バルブを開くために低いばね力を必要とする場合がある。一方、より重い体重の患者であるか又はより重い荷重の場合は、例えば患者に荷重が掛かっている場合には、より高い閉鎖力を設定することができる。弁ばねの予張力を変更して閉じる力を設定すると、バルブを様々な使用目的で、例えば様々なモデルサイズで各種の整形外科用装置に適合させることができる。
本発明の発展形態では、それを介して弁ばねに予張力を付与することができるねじ付きドライブを有するアジャスタ装置が提供される。弁ばね自体は、コイルばね又はつる巻きばね(螺旋ばね)などの機械的ばねとして構成することができ、特に押圧力または引張力を介して弁体を弁座のなかに押したり引いたりすることができる。同様に、代替の弁ばね、例えばエラストマー要素、または予め張力をかけられた圧縮可能な容積、例えばガス充填袋(ブラダー)を提供することが可能である。弁体は、弁ばねと直接接触することができる。代替的に、弁体を弁座のなかに押し込むために、弁体の閉鎖力を、キャリア要素または好ましくは非圧縮性流体を介して弁体に加えることができる。
アジャスタ装置は、弁ばねに連結されてハウジングに取り付けられ、ハウジングに配置された第2のねじ山と係合する第1のねじ山が形成される弁ばねホルダを有することができる。アジャスタ装置は、少なくとも弁ばね及び弁体とともに、離れた別のハウジング内に弁ばねホルダと一緒に挿入することができ、モジュールとして構成することができる。
代替え的に、ハウジングは、整形外科用装置のハウジングの一部、例えば、内部にねじ山が配置または形成された流路であってもよく、弁ばねが予張力付与されるか又は緩んでいる弁ばねホルダのねじ山と係合させることができる。弁ばねホルダは、その上にまたはその中に弁ばねが取り付けられ、そしてそれを介して弁ばねが引っ張られ得るか、または弛緩され得るように、例えば、スタブ、スリーブまたは同様のレシーブ装置として構成することができる。アジャスタ装置の移動方向に応じて、弁ばねはねじ込み式ドライブを介して事前に張力が付与されているか、または弛緩している。
弁体は、ほぼすべての所望のレベルになり得る予張力を用いて、弁座の方向に予張力を付与することができる。油圧システムを保護するため、または特定の患者や特定の使用条件に油圧ダンパを適合させるために利用できる閉鎖力に応じて、アジャスタ装置によって予張力の力を設定および適合させることができる。予張力の力は、ばねの製造における偏差または変動を補償し、ユーザおよび/または意図された用途に正確に適合できるようにするために、無段階で調整可能になっていることが好ましい。この無段階調整機能により、予張力の力のばらつきが大幅に低減され、予張力の力をごく僅かな偏差で目的の値に設定することができる。所望の値からの予張力の力の偏差は、好ましくは10%未満、特に好ましくは5%未満である。例えば、9kNの所望値では、予張力の力を±0.4kNの精度に設定することができる。
アジャスタ装置は、設定マーキングを有することができる。その結果として、ユーザまたは整形外科技術者は、いずれの場合にも、設定マーキングに基づいて所望の閉鎖力を設定することができるようになる。ばねを取り付けた後に、弁体に対して試験力を加えることができる。設定されたテスト力に達する前に弁が開くと、予張力が増加する。弁が未だ開いていない場合は、ばねの予張力が減少するため、弁を閉じる力も減少する。適用される試験力の段階的変化、および所望の試験力に達したときのそれぞれの設定マークの配置によって、それぞれの設定マークまたはそれぞれの設定マークは、各ばねに個別に適用され得る。
アジャスタ装置は、好ましくはアジャスタ装置を作動させることができる形状適合要素を有する。スロット、クロススロット、多角形プロファイル、トルクス(登録商標)ソケット、六角形ソケット、または対応する突起として構成された形状適合要素によって、ツールまたは電動ドライブからアジャスタ装置に力を伝達することができる。
本発明の発展形態では、電動式駆動装置と、電動式駆動装置を制御する目的で電動式駆動装置に結合されたコントローラとを有するアジャスタ装置が提供される。駆動は、特に電動駆動として設計される。弁ばねの予張力を調整するための代替のモータ駆動装置が可能であり、それが提供される。電動式駆動装置を介して、駆動装置の作動または停止により、アジャスタ装置に直接アクセスすることなく、それぞれ所望の方向にそれぞれ所望の調節を行うことができる。
整形外科用装置は、好ましくは、コントローラに結合された操作要素を有し、および/または電動式駆動装置を制御するための通信インターフェースを有しているので、リモートコントロールによって、または装具、プロテーゼ、車椅子、または別の整形外科用デバイスの操作要素によって、それぞれのばねの予張力の調整を達成することができる。
本発明の発展形態では、コントローラに結合された少なくとも1つのセンサを有する整形外科用装置が提供される。センサを介してユーザに関するデータまたは整形外科用装置の使用に関するデータをコントローラに供給することが可能であり、それによりばねの予張力を設定することができるため、閉止力または弁体がバルブを開くための圧力を開始することができる。ダンパの使用者が自分で直接設定する場合、または、整形外科技術者が手動調整を介してか又はインターフェースや操作要素を用いた電動調整を介して直接設定する場合、センサを使用して、使用状況ごとに、または特定の活動のために、またはユーザの変更のために、積極的な設定を自動的に実行することが可能である。油圧システムがピーク荷重による損傷を受けないようにするため、または過剰な力が補綴物または装具デバイスを介して患者に伝達されるのを防ぐようにするために、スポーツなどの特別な活動、重りを運ぶため、または登山や階段を降りるなどの特別な機能のために、特別な閉鎖圧力または制限値を設定することが好都合な場合がある。それぞれの関節またはそれぞれの整形外科用装置は、限界圧力に達したときに降伏する。下肢の関節の場合は、主に膝または足首の関節の屈曲中において限界圧力に達したときに降伏する。足首の関節の場合は、伸展運動中において限界圧力に達したときに降伏する。
少なくとも1つのセンサ値に従って予張力を調整するコントローラを備えた能動制御により、患者または特定の活動に対する改善された個別化および適応を達成することが可能である。
本発明の発展実施形態では、少なくとも1つのセンサによって体重および/または運動のパラメータ値を決定し、決定した1つまたは複数のパラメータ値から、ドライブの少なくとも1つの制御パラメータを計算するようにコントローラが構成されること、および、弁ばねの予張力を調整するためのドライブを自動的に起動することが提供される。特に、体重負荷は、例えば、軸力センサを介して測定することができ、同様に、加速度、モーメント、または空間位置に基づいて、それに基づいてバルブが自動的に調整される。
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
図1は、バルブの概略断面図。 図2は、電動アジャスタ装置を備えた図1の変形例を示す概略断面図。 図3は、バルブを備えた油圧ダンパを示す概略断面図。 図4は、使用例を示す概略構成図。
図1は、油圧ダンパまたは他の油圧システムの一部に配置された弁座10を有する弁1を示す概略断面図である。図示の例示的な実施形態では、弁座10は、後でより詳細に説明される油圧ピストン160内に配置される。弁座10には、高圧側を低圧側に接続する貫通孔40または通路が形成されている。通路40は、弁体20によって閉じられている。図示の例示的な実施形態では、弁体20は、通路40内に突出し、通路40を閉じる円錐状の先端部を有する。弁座10の上または内部の弁体20の接触面を拡大するために、弁座10に接触斜面を配置することができる。弁体20は、図示の例示的な実施形態では、つる巻ばねまたはコイルばねとして構成されるばね30を介して弁座10に対して予張力を加えられている。弁体20は、その周囲にコイルばね30が配置される突起またはボルト状のスタブ23を有する。スタブ23は、コイルばね30用のガイドとして機能する。
コイルばね30およびそれと共に弁体20は、ピストン160上に配置されたスリーブ70内で案内される。スリーブ70は、ピストン160の一部とすることができるか、またはピストン上に固定させることができる。スリーブ70は、弁座10ならびに弁体20およびばね30の両方を取り囲み、バルブ1が開いているときに、油圧流体または適切な場合は空気圧流体が高圧側から通路40を通って通過できる出口74を備えている。スリーブ70の内側には弁ばねホルダ60が配置されている。弁ばねホルダ60は、同様に、コイルばね30が取り付けられるボルト状のスタブ63を有する。弁ばねホルダ60の外面上において、弁ばねホルダ60はスリーブ70の内壁の内ねじ75に噛み合うねじ65を備えている。ねじ山65,75を介して、弁ばねホルダ60を一方向または他の方向に回転させることにより、ばね30を圧縮または弛緩させることが可能である。弁ばねホルダ60を弁体20の方向に移動させると、ばね30が圧縮され、弁体20が弁座10に押し付けられて通路40を閉じる閉鎖力が増大する。弁ばねホルダ60が弁体20から離れるように動かされると、ばね30は弛緩し、閉鎖圧力が低下する。これは、弁体20を弁座10から持ち上げるために、高圧側でごく僅かな圧力が必要であること、および、油圧流体および/または空気圧流体が高圧側から通過し、出口74を通って逃げることができるように通路40が開くことを意味している。出口74は、高圧側の均圧容器または油圧システムの休止(レスト)への接続ラインにつなぐことができる。
弁ばねホルダ60内の中央に配置されているのは、非円形の凹みであり、その中に、アジャスタ装置50の対応する形状のピンが係合する。アジャスタ装置50の弁ばねホルダ60から離れる方向に向けられているのは、対応する形状の工具を挿入することができる六角形の凹部の形状の形状適合要素56である。アジャスタ装置50を一方向または他の方向に回転させることにより、弁ばねホルダ60への形状嵌合カップリングを介して弁ばね30の弛緩または増加した予張力が達成される。アジャスタ装置50の外面には、調整実施者がどこまで予張力が行われたかを確認できるマーキング55が配置されている。このマーキングは、予張力の力の段階的な変化を示すことができ、その結果、予張力の力を定性的にだけでなく定量的にも制御可能に調整することができる。
図2に、図1のバルブ配置の変形例を示す。この変形例では、機械的および手動で操作されるアジャスタ装置50の代わりに、モータ駆動アジャスタ装置50が弁ばねホルダ60に連結されている。ネジ山65,75を介した弁座10、弁体20、および予張力ばね30の基本的な機械構成は変更されない。弁体20から離れた弁ばねホルダ60の端部に配置されている駆動装置80として、特に、歯車装置82を介して弁ばねホルダ60に連結される電動ドライブ80が配置されている。電動ドライブ80はコントローラ85に接続され、コントローラ85は、対応する制御信号を介して一方向または他の方向にモータ80を駆動するために、少なくとも1つのセンサ、操作デバイスまたは通信インターフェースに接続することができる。スリーブ80内の弁ばねホルダ60の回転により、ねじ式駆動装置は、弁体20の方向に、または弁体から離れる方向に弁ばねホルダ60の軸方向変位をもたらし、それに関連してばね30の予張力または弛緩を増加させる。
歯車装置82は、弁ばねホルダ60を介してばね30を圧縮または弛緩させるために、モータ80自体は静止したままであり、出力シャフトを介して歯車装置82のみが駆動するように、特にスピンドル駆動として配置または構成することができる。他のアジャスタ装置50も同様に、歯車変速機がなくても機能する、例えば純粋な線形調整のための装置を設けることができる。コントローラ85は、有線または無線でドライブ80に接続することができる。
図3に、図2のコントローラ85を割り当てることができる、油圧ダンパ100の形状の油圧システムの断面図を示す。油圧アクチュエータ100は、例えば、ハウジングを装具または人工補綴物に固定するために軸受容器150が固定されるハウジング130を有する。ハウジング130の内部には、油圧ピストン160がピストンロッド140上で長手方向に移動できるように配置されたシリンダが形成されている。油圧ピストン160は、屈曲室131を伸長室132から分離している。ピストン160から離れる方向に向けられたピストンロッド140の端部において、例えば、より低い位置に油圧アクチュエータ100を固定できるようにするために、ハウジング130上の軸受容器150に類似する軸受装置をさらに設けることができる。
長手方向に変位可能なピストン160の内部には、弁体20が挿入される弁座10が形成されている。ピストン160のピストンロッド側では、同様に円形断面の弁体20が、凹部、特に円筒形状の中空部に挿入され、弁ばね30を介して弁座10の方向に力を加える。また、例示的な実施形態ではピストン160の一部であり、かつ空洞を取り囲むスリーブ70の内側に配置されているのは、その外面に、スリーブ70の内ねじ山75に対応して構成される外ねじ山65を有する弁ばねホルダ60である。
後端に非円形または多角形の窪みの形状の形状適合要素56を有するアジャスタ装置50を通して、そのアジャスタ装置50の変位により、および、したがって、ねじ駆動部を介して軸方向に調整可能な弁ばねホルダ60の変位により、ピストンロッド140を介するばねの予張力の手動調整を達成することができる。回転の方向に応じて、ばね30は緩められるかまたは引っ張られる。屈曲運動における油圧ダンパ100の作動の過程で、屈曲室100において過負荷ピークが発生する場合、弁体30がばね30のばね力に抗して弁座10から押し出され、弁座10から押し出されることにより弁1が開き、これにより通路40が開通して、油圧流体が流路(図示せず)を介して屈曲室131から伸長室132内に流れることができる。伸長運動において高圧が生じた場合に弁1を制御された方法で開くことができるように、屈曲室131および伸長室132を周囲で変更することも原理的には可能である。予張力ばね30の調整可能能力のおかげにより、一方では、弁体20の開放圧力をより正確に調整することができ、他方では、使用中の予張力を様々な活動、様々な歩行状況、または整形外科用装置の使用者の変化に合わせて調整し、対応する調整を実現することができる。
本発明の例示的な実施形態が図4に示されている。この図4には下肢の装具が示されている。装具は、腰部ストラップまたは腰部アタッチメント2を介して患者の体幹に固定される。ストラップを介して締結装置として大腿部に締結することができる大腿部シェル3は、ジョイントピン5を介して腰部アタッチメント2に固定されている。大腿部シェル3から遠位に、足支持部を備えた下肢シェル4が、枢動ピン6を介して大腿部シェル3に関節式に接続されている。装具の上部および下部の間にそれぞれ配置される2つの油圧アクチュエータ100が提供される。腰部アタッチメント2と大腿部シェル3との間には、油圧アクチュエータ100が固定されており、ピボットピン5まわりに枢動する間に、ピストンロッド140がハウジング13に出入りする。これに対応して、ハウジングを備えた第2の油圧アクチュエータ100は、大腿部シェルの軸受容器150を介して、およびピストンロッド140および下腿部シェルまたは下腿部パーツ4の固定点を介して取り付けられる。ここでも、ピボットピン6を中心とした枢動は、ピストンロッド140とハウジング130との間の相対的な動きをもたらし、ハウジング130内のピストン160の動きをもたらす。センサ95、例えば、圧力センサ、加速度センサ、力センサまたは角度センサは、装具上に配置され、コントローラ85に接続される。同様に、示されている例示的な実施形態では、操作要素90、例えば、タッチスクリーンの形態で、大腿部シェル3上に配置されており、バルブ1の予張力を調整する目的で、コントローラ85、したがって電動ドライブ80を操作することを可能にする。さらに、通信インターフェース91は、例えば中央制御を介してソフトウェア更新を実行するために、大腿部シェル3上の例示的な実施形態では装具に配置されるか、または、データとエネルギを取得して、油圧ユニットを備えた整形外科用装置に送信するか、またはデータ評価を実行する。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]油圧ダンパと、
弁座(10)を有し、予張力を付与された弁ばね(30)を介して前記弁座(10)の方向に閉鎖力を受ける弁体(20)を有する弁(1)と、
前記油圧ダンパと前記弁座(10)との間の流体接続(40)と、
を具備し、
前記弁(1)は、前記弁ばね(30)に付与された前記予張力を調節するためのアジャスタ装置(50)を備えていることを特徴とする整形外科用装置。
[2]前記アジャスタ装置(50)は、ねじ付ドライブを有することを特徴とする[1]に記載の整形外科用装置。
[3]前記アジャスタ装置(50)は、前記弁ばね(30)に結合され、ハウジング(70)内に取り付けられた弁ばねホルダ(60)を有し、前記弁ばねホルダ(60)上に形成され、前記ハウジング(70)内に配置された第2のねじ山(75)と係合する第1のねじ山(65)を有することを特徴とする[2]に記載の整形外科用装置。
[4]前記弁体(20)上の前記予張力は、無段階に調節可能であることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれか1に記載の整形外科用装置。
[5]前記アジャスタ装置(50)は、設定マーキング(55)を有することを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか1に記載の整形外科用装置。
[6]前記アジャスタ装置(50)は、該アジャスタ装置(50)を作動させることができる形状適合要素(56)を有することを特徴とする[1]乃至[5]のいずれか1に記載の整形外科用装置。
[7]前記アジャスタ装置(50)は、電動ドライブ(80)と、前記電動ドライブ(80)を制御する目的のために前記電動ドライブ(80)に結合されたコントローラ(85)と、を備えていることを特徴とする[1]乃至[6]のいずれか1に記載の整形外科用装置。
[8]前記整形外科用装置は、コントローラ(85)に結合された操作要素(90)を有し、および/または、前記電動ドライブ(80)を作動させるための通信インターフェース(91)を有することを特徴とする[7]に記載の整形外科用装置。
[9]前記整形外科用装置は、前記コントローラ(85)に結合された少なくとも1つのセンサ(95)を有することを特徴とする[7]または[8]のいずれか1に記載の整形外科用装置。
[10]前記コントローラ(85)は、少なくとも1つのセンサ値に従って前記ばねの前記予張力を調節するように構成されることを特徴とする[9]に記載の整形外科用装置。
[11]前記コントローラ(85)は、少なくとも1つのセンサ(95)によって体重および/またはユーザの動きのパラメータの値を決定し、1つまたは複数の決定された値から、前記ドライブ(80)の少なくとも1つの制御パラメータを算出するため、および前記弁ばね(30)の前記予張力を調節するために、前記ドライブ(80)を自動的に起動することを特徴とする[10]に記載の整形外科用装置。

Claims (8)

  1. 油圧ダンパと、
    弁座(10)を有し、予張力を付与された弁ばね(30)を介して前記弁座(10)の方向に閉鎖力を受ける弁体(20)を有する弁(1)と、
    前記油圧ダンパと前記弁座(10)との間の流体接続(40)と、
    を具備し、
    前記弁(1)は、前記弁ばね(30)に付与された前記予張力を調節するためのアジャスタ装置(50)を備えており、
    前記アジャスタ装置(50)は、電動ドライブ(80)と、前記電動ドライブ(80)を制御するために前記電動ドライブ(80)に接続されたコントローラ(85)と、を備え、
    前記コントローラ(85)に接続された少なくとも1つのセンサ(95)をさらに有し、
    前記コントローラ(85)は、前記少なくとも1つのセンサからのセンサ値に従って前記弁ばね(30)の前記予張力を調節するように構成されていることを特徴とする整形外科用装置。
  2. 前記アジャスタ装置(50)は、ねじ付ドライブを有することを特徴とする請求項1に記載の整形外科用装置。
  3. 前記アジャスタ装置(50)は、前記弁ばね(30)に結合され、ハウジング(70)内に取り付けられた弁ばねホルダ(60)を有し、前記弁ばねホルダ(60)上に形成され、前記ハウジング(70)内に配置された第2のねじ山(75)と係合する第1のねじ山(65)を有することを特徴とする請求項2に記載の整形外科用装置。
  4. 前記弁体(20)上の前記予張力は、無段階に調節可能であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の整形外科用装置。
  5. 前記アジャスタ装置(50)は、設定マーキング(55)を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の整形外科用装置。
  6. 前記アジャスタ装置(50)は、角張ったまたは非円形の突起または窪みの形状に形成され、該アジャスタ装置(50)を作動させることができる形状適合要素(56)を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の整形外科用装置。
  7. 前記整形外科用装置は、前記コントローラ(85)に接続された操作要素(90)を有し、および/または、前記電動ドライブ(80)を作動させるための通信インターフェース(91)を有することを特徴とする請求項1に記載の整形外科用装置。
  8. 前記コントローラ(85)は、少なくとも1つのセンサ(95)によって体重および/またはユーザの動きのパラメータの値を決定し、1つまたは複数の決定された値から、前記電動ドライブ(80)の少なくとも1つの制御パラメータを算出するため、および前記弁ばね(30)の前記予張力を調節するために、前記電動ドライブ(80)を自動的に起動することを特徴とする請求項1に記載の整形外科用装置。
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