JP7445300B2 - 膝継手 - Google Patents
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Description
しかし、一般的に機械式膝継手は機能面で電子制御式膝継手に劣っているという問題が存在する。
まず、本実施形態の膝継手1を説明する前に、本実施形態の膝継手1が組み込まれる大腿義足PFについて説明する。
以下、大腿義足PFに組み込まれる本実施形態の膝継手1について、図面に基づいて説明する。
図1~図6に示すように、膝継手1は、大腿義足PFにおけるソケットSに連結される大腿側部材2と、大腿義足PFにおける下肢部材FCに装着される下腿側部材3と、大腿側部材2と下腿側部材3とを相対的に移動可能に連結する連結機構10と、を備えている。
図1~図6に示すように、大腿側部材2は、その上端が直接またはピラミッドアダプタなどの連結器具を介してソケットSに連結されるものであり、同一形状の一対の板状の部材2a,2aによって形成されている。具体的には、一対の板状の部材2a,2aは、側面視で略L字状に形成されており、その角部が前方に位置するように先端部aがソケットSに連結されている(図21、図22参照)。なお、一対の板状の部材2a,2aの下辺部には、連結機構10の第一リンク部材11の第一端部11aおよび第二リンク部材12の第二端部12aが第一連結軸21および第三連結軸23によってそれぞれ連結されている。
図1~図6に示すように、下腿側部材3は、板状部材によって形成されたベース部材3bを有している。このベース部材3bは、直接またはピラミッドアダプタなどの連結器具を介して下肢部材FCと連結される部分である。
また、下腿側部材3の形状も必ずしも上述したような形状に限られない。連結機構10を適切に取り付けることができ、連結機構10の作動を維持できるようになっていればよい。
図1~図6に示すように、下腿側部材3の一対の側壁部材3a,3aには、連結機構10の各部材が取り付けられている。この連結機構10は、大腿側部材2と下腿側部材3とを相対的に移動可能に連結するものである。具体的には、下腿側部材3に対して大腿側部材2が前後方向および上下方向に移動可能かつ前後方向に回動可能となるように、大腿側部材2を下腿側部材3に連結するものである。
図1~図6に示すように、連結機構10は、大腿側部材2の一対の板状の部材2a,2aを幅方向に沿って連通する第一連結軸21を備えている。具体的には、大腿側部材2の一対の板状の部材2a,2aの角部を貫通するように第一連結軸21が設けられている。この第一連結軸21は、一対の板状の部材2a,2aに対して回転可能に連結されている。
図1~図6に示すように、下腿側部材3の一対の側壁部材3a,3aの外方には、一対の第一リンク部材11,11が設けられている。この一対の第一リンク部材11,11は、その第一端部11aが第一連結軸21の両端部に回転可能に連結されている。つまり、第一連結軸21によって、一対の第一リンク部材11,11の第一端部11aと大腿側部材2(つまり一対の板状の部材2a,2a)とが回転可能に連結されている。
図1~図6に示すように、一対の側壁部材3a,3aと大腿側部材2との間には、一対の第二リンク部材12,12がそれぞれ設けられている。一対の第二リンク部材12,12の第一端部12aは、第三連結軸23によって大腿側部材2と回転可能に連結されている。具体的には、大腿側部材2の一対の板状の部材2a,2aの下辺部において、第一連結軸21が連結された位置よりも後方の位置に第三連結軸23が挿通されている(図19(A)参照)。言い換えれば、一対の第二リンク部材12,12の第一端部12aは、立脚状態では、一対の第一リンク部材11,11の第一端部11aよりも後方に位置するように、大腿側部材2に連結されている。
本実施形態の膝継手1は、連結機構10が上述したような4節リンク構造を有しているので、本実施形態の膝継手1を大腿義足PFに採用すれば、大腿義足PFと下肢部材FCとの間の屈曲伸展をスムースに行うことができる。一方、人の歩行や階段の昇降を行う際には、大腿義足PFと下肢部材FCとの間における膝継手1の屈曲伸展をある程度制限することが必要になる。このため、本実施形態の膝継手1は、膝継手1の屈曲伸展を制御するために、連結機構10を構成する各部材の動きを制御する以下のような機構を有している。
まず、本実施形態の膝継手1は、一対の第四連結軸24,24の一対の側壁部材3a,3aの貫通孔3gに沿った移動、つまり、一対の第二リンク部材12,12の第二端部12bの上下方向の移動を制限する切換機構40を有している。
本実施形態の膝継手1は、一対の第一リンク部材11,11の後方への回転を停止する一対の第一回転規制部材31,31を有している。この一対の第一回転規制部材31,31は、一対の側壁部材3a,3aの外面に設けられた突起状の部材であり、一対の第一リンク部材11,11が一対の第二連結軸22を支点として後方に揺動する径路に設けられている。つまり、一対の第一リンク部材11,11が一対の第二連結軸22を支点として後方に一定角度揺動すると、一対の第一回転規制部材31,31が一対の第一リンク部材11,11と接触して一対の第一リンク部材11,11がそれ以上後方に揺動できなくなる位置に一対の第一回転規制部材31,31は設けられている。つまり、一対の第一回転規制部材31,31に一対の第一リンク部材11,11が接触すると、連結機構10の4節リンク全体の後方への揺動を制限することができる。
本実施形態の膝継手1は、一対の第二リンク部材12,12の前方への回転を停止する一対の第二回転規制部材32,32を有している。この一対の第二回転規制部材32,32は、一対の側壁部材3a,3aの内面に設けられた突起状の部材である。この一対の第二回転規制部材32,32は、一対の第四連結軸24,24が一対の移動防止部材41,41によって保持された状態において、一対の第二リンク部材12,12が一対の第四連結軸24,24を支点として前方に揺動する径路に設けられている。つまり、一対の第四連結軸24,24が一対の移動防止部材41,41によって保持された状態において、一対の第二リンク部材12,12が一対の第四連結軸24,24を支点として前方に一定角度揺動すると、一対の第二回転規制部材32,32が一対の第二リンク部材12,12と接触して一対の第二リンク部材12,12がそれ以上前方に揺動できなくなる位置に一対の第二回転規制部材32,32は設けられている。つまり、一対の第二回転規制部材32,32に一対の第二リンク部材12,12が接触すると、連結機構10の4節リンク全体の前方への揺動を制限することができる。
本実施形態の膝継手1は、一対の第二回転規制部材32,32によって一対の第二リンク部材12,12の揺動が停止されると、大腿側部材2の回転を固定する第三回転規制部材50を有している。より具体的には、一対の第二回転規制部材32,32によって一対の第二リンク部材12,12の揺動が停止されると、大腿側部材2の前方への回転(図20では反時計回り)は許容するが、大腿側部材2の後方への回転(図20では時計回り)ができないようにする第三回転規制部材50を有している。
図1~図6に示すように、一対の第一リンク部材11,11の外方には、第一連結軸21の位置を制限する一対の第一連結軸保持部15,15が設けられている。この一対の第一連結軸保持部15,15は、その第一端部15aに長孔15gが形成されており、この長孔15gに第一連結軸21の端部が回転可能に挿入されている。この一対の第一連結軸保持部15,15は、その第二端部15bが後方に湾曲した形状になっており、この第二端部15bに一対の第四連結軸24,24が回転可能に連結されている。しかも、一対の第一連結軸保持部15,15は、長孔15gの軸方向が鉛直方向を向いた状態で一対の第四連結軸24,24とともに貫通孔3gに沿って一定以上下方に移動すると、第二端部15bの後方の端縁が切換機構40の案内軸42の前縁と接触するように設けられている(図15~図18参照)。すると、一対の第四連結軸24,24とともに貫通孔3gに沿って一定以上下方に一対の第一連結軸保持部15,15が移動すれば、大腿側部材2に対して前方に移動する力が加わっても、一対の第一連結軸保持部15,15によって第一連結軸21が前方に移動することを防止できる。
図1~図6に示すように、一対の側壁部材3a,3aの背面は、上下方向に沿って延びる平坦面に形成されており、この背面に沿って移動する移動プレート61が設けられている。この移動プレート61には、その前面に一対の連結プレート62,62が設けられており、この一対の連結プレート62,62の前端部は一対の第四連結軸24,24にそれぞれ回転可能に連結されている。この一対の連結プレート62,62間には上部軸部材が設けられており、この上部軸部材にはダンパー部材65の一端が回転可能に連結されている。このダンパー部材65は、その下端が一対の側壁部材3a,3a間に設けられた下部軸部材に回転可能に連結されている。したがって、一対の第四連結軸24,24が上下方向に移動する場合には、ダンパー部材65が抵抗となるので、ダンパー部材65の抵抗を調整すれば、一対の第四連結軸24,24が上下方向に移動する速度を調整することができる。
以下、上記構造を有する本実施形態に係る膝継手1を組み込んだ大腿義足PFによって歩行や階段の昇降する場合における本実施形態の膝継手1の動きを確認する。
平地での立脚状態では、本実施形態の膝継手1は、図1~図6に示すような構造となる。平地での立脚状態、つまり、人が立った両足で立った状態では、本実施形態の膝継手1には、鉛直方向に沿って大腿側部材2を下腿側部材3に近づける方向に力が加わることになる。図1~図6に示すように、平地での立脚状態では、第二連結軸22よりも第一連結軸21が後方に位置するように大腿側部材2が配置されるので、4節リンクは後方に揺動する。すると、一対の第一リンク部材11,11が一対の第一回転規制部材31,31に接触し4節リンクの後方への揺動が停止するので、その状態で姿勢が安定した状体で立脚状態を維持できる。なお、この状態では、切換機構40の一対の作動軸44,44が一対の第二リンク部材12,12によって後方に押された状態となっている。
立脚状態から平地を歩行する場合や平地を継続して歩行する場合には、一方の足を立脚状態とした状態で他方の足を遊脚状態として、遊脚状態となった足を前方に移動させて接地する。その状態から上述した接地した足が立脚状態となるようにして、立脚状態であった足を遊脚状態として前方に移動させて接地する。この動作を繰り返すことによって平地歩行をすることができる。
つぎに、二本の足のうち、一本の足に大腿義足PFが取り付けられている状態で、階段を昇段する場合を説明する。以下では、大腿義足PFが取り付けられている足を上段に載せた状態から足を延ばして昇段する場合を説明する。
また、二本の足のうち、一本の足に大腿義足PFが取り付けられている状態で、階段を降段する場合を説明する。以下では、大腿義足PFが取り付けられている足を下段に載せた状態から降段する場合を説明する。
本実施形態に係る膝継手1を組み込んだ大腿義足PFは、4節リンクが一定以上前方に揺動することを制限する一対の第二回転規制部材32,32と、大腿側部材2の後方への回転を制限する第三回転規制部材50を有している。かかる機構を有しているので、本実施形態に係る膝継手1を組み込んだ大腿義足PFは、以下のようにすれば中腰姿勢を維持することができる。
図1~図6に示すように、一対の第二リンク部材12,12には、一対の第二リンク部材12,12の揺動、言い換えれば、4節リンクの揺動を調整するダンパー部材75を設けてもよい。図1~図6に示すように、一対の第二リンク部材12,12間に後方軸部材を設け、この後方軸部材にはダンパー部材75の一端を回転可能に連結する。また、ダンパー部材75の下端を、一対の側壁部材3a,3a間に設けられた前方軸部材に回転可能に連結する。すると、ダンパー部材75の抵抗を調整すれば、遊脚時において、屈曲状態から伸展状態に復帰する速度などを適切な状態に調整することができる。つまり、脚の動きに対する膝継手1の屈曲伸展の追従性を好ましい状態に調整することができる。
上述したように、本実施形態の膝継手1は、ソケットSに大腿側部材2の上端が連結されているので、ソケットSから加わる力を大腿側部材2が支えることになる。すると、大腿側部材2として上述したような一対の板状の部材2a,2aによって形成した場合には、ソケットSから加わる力によって一対の板状の部材2a,2aが膝継手1の屈曲方向と交差する方向に沿って傾いてしまう可能性がある。具体的には、一対の板状の部材2a,2aが連結されている第一連結軸21および第三連結軸23の軸方向に対して傾いてしまう可能性がある。一対の板状の部材2a,2aが第一連結軸21および第三連結軸23の軸方向に対して傾くと、膝継手1がスムースに屈曲や伸展をできなくなる可能性がある。例えば、傾いた部材2aが他の部材と接触などして、部材2aと第一連結軸21および第三連結軸23との相対的な回転がスムースにできなくなったりする可能性がある。
しかも、一対のアーム81,81の第一アーム81a,81aは、両者が一対の板状の部材2a,2aの外方の面と接触した状態を維持するように回転軸82に取り付けられている。つまり、一対のアーム81,81の第一アーム81a,81aは、両者が一定以上離間しないように回転軸82に取り付けられている。
2 大腿側部材
3 下腿側部材
10 連結機構
11 第一リンク部材
12 第二リンク部材
15 第一連結軸保持部
21 第一連結軸
22 第二連結軸
23 第三連結軸
24 第四連結軸
31 第一回転規制部材
32 第二回転規制部材
40 切替機構
50 第三回転規制部材
51 歯車
52 ラック状部材
60 移動速度調整部
80 傾き防止部材
PF 大腿義足
S ソケット
FC 下肢部材
Claims (8)
- 大腿義足に組み込まれる膝継手であって、
大腿義足における大腿部に装着されるソケットに連結される大腿側部材と、
大腿義足における下肢部材に連結される下腿側部材と、
前記大腿側部材と前記下腿側部材とを相対的に移動可能に連結する連結機構と、を備えており、
該連結機構は、
第一端部が第一連結軸によって前記大腿側部材に対して回転可能に連結され、第二端部が第二連結軸によって前記下腿側部材に対して回転可能に連結された第一リンク部材と、
立脚状態において、第一端部が第三連結軸によって前記第一連結軸よりも後方の位置で前記大腿側部材に回転可能に連結され、第二端部が第四連結軸によって前記第二連結軸よりも後方の位置で前記下腿側部材に回転可能に連結された第二リンク部材と、
第二端部を支点とする前記第一リンク部材の後方への回転を停止する第一回転規制部材と、を備えており、
前記第四連結軸は、
前記第一回転規制部材によって第二端部を支点とする前記第一リンク部材の後方への回転が停止した状態において、前記大腿側部材の第一連結軸周りの回転に伴って上下方向に移動するように前記下腿側部材に連結されている
ことを特徴とする膝継手。 - 前記第四連結軸の下方への移動速度を調整する移動速度調整部を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の膝継手。 - 前記連結機構は、
第一端部が前記第一連結軸に回転可能に連結され第二端部が前記第四連結軸に回転可能に連結された第一連結軸保持部を備えており、
該第一連結軸保持部は、
前記第四連結軸が下方に移動した状態において、前記第四連結軸を支点とする前記第一端部の前方への揺動が規制されている
ことを特徴とする請求項1または2記載の膝継手。 - 前記第一リンク部材は、
前記第一連結軸が該第一リンク部材の第一端部と第二端部との間で移動可能に設けられており、
前記連結機構は、
前記第四連結軸の下方への移動を制限する切換機構と、
前記大腿側部材が前記第三連結軸を支点として前方にのみ回転するように該大腿側部材の回転方向を制限する第三回転規制部材と、を備えている
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の膝継手。 - 前記第三回転規制部材が、
前記大腿側部材に固定された歯車部材と、
前記下腿側部材に固定されたラック状部材と、を有するラチェット機構である
ことを特徴とする請求項4記載の膝継手。 - 前記ラック状部材は、
前記切換機構によって前記第四連結軸の移動が制限された状態において、第二端部を支点として前記第二リンク部材が前方に回転すると前記歯車部材が係合するように配設されている
ことを特徴とする請求項5記載の膝継手。 - 前記第二端部を支点として前記第一リンク部材が前方へ回転した際に、前記第一連結軸の下方への移動を制限する第一連結軸移動規制機構を有している
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の膝継手。 - 前記大腿側部材が該膝継手の屈曲方向と交差する方向に沿って傾くことを防止する傾き防止部材を備えている。
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の膝継手。
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