JPH05228168A - 義足用シリンダ - Google Patents
義足用シリンダInfo
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- JPH05228168A JPH05228168A JP4073449A JP7344992A JPH05228168A JP H05228168 A JPH05228168 A JP H05228168A JP 4073449 A JP4073449 A JP 4073449A JP 7344992 A JP7344992 A JP 7344992A JP H05228168 A JPH05228168 A JP H05228168A
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Abstract
時の衝撃が作用しにくいようにして義足装着者に不快感
を与えないようにすること。 【構成】 大腿部と下腿部とを揺動自在に連結して、こ
の間にシリンダ5aを設けた義足に於いて、前記シリン
ダは、本体のスリーブ15a内に、ロッド13aを固定
したピストン12aを摺動自在に嵌入し、前記ロッドに
は、前記ピストンに連設した大径部22aを設られ、こ
の大径部がピストンのロッド室方向の終端付近前記ロッ
ドカバー14aに設けた内孔24aに嵌入する構成と
し、前記ロッドには、前記大径部が前記内孔に嵌入した
とき前記内孔を前記ヘッド側室に接続する通路21bを
開口してあり、この通路に、ロッド側室からヘッド側室
方向を順方向とする逆止弁18aと、外部調整可能な絞
り弁21aを並列に設け、前記ロッド側室と前記内孔の
間に絞り弁27aを設けたことを特徴とする。
Description
無い人の為の義足に用いるシリンダに関するものであ
る。
は、図2に示す様に、大腿を挿入する大腿部1と、この
大腿部1に軸3で下腿部2を揺動自在に取り付けると共
に、前記大腿部1と下腿部2との間にシリンダ5を設け
た構成である。
カバー11とピストン12に固定されたロッド13が貫
通するロッドカバー14との間に、ピストン12が摺動
自在に嵌入するスリーブ15を固定した構成である。こ
のシリンダ5は、そのヘッドカバー11が下腿部2に軸
6で揺動可能に取り付けられ、ロッド13の先端が大腿
部1に軸7で揺動自在に取り付けられる。尚、取り付け
は、前述の取り付けとは逆に、そのヘッドカバー11を
大腿部1に軸6で揺動可能に取り付け、ロッド13の先
端が下腿部2に軸7で揺動自在に取り付けても良い。
ブ15を、ヘッド側室16とロッド側室17とに分割す
る。このピストン12には、前記ロッド側室17からヘ
ッド側室16方向への空気の流通を許容する逆止弁18
と、ロッドカバー13の内部に設けてあり、調整ネジ1
9で調整可能とされたニードル弁20を有する絞り弁2
1を備えている。このため、図3に於いて、ピストン1
2が上方に移動する時は、ロッド側室17の空気が逆止
弁18を介してヘッド側室16側に自由に流れ、下方に
移動する時は、絞り弁21の絞り量に応じてその速度が
制限される事になる。
けられるロッド13は、ピストン12に連設した大径部
22とロッドカバー14を貫通する小径部23とを備え
ている。この大径部22は、ピストン12が上方に移動
し、ロッドカバー14の近くに達すると、ロッドカバー
14に設けた開口端にシール25を設けた内孔24に嵌
入しクッション室26を形成する構成である。尚、この
クッション室26の空気は、絞り27を介してロッド側
室17に排出される。
く時の状況を摸式化した図4を参照しながら説明する。
図4は、人が立った状態から歩き始め、踵が地に付くま
での動きを示すもので、人体を線で表してある。この図
4に於いて、a1は頭部、a2は背、a3腰、a4は
膝、a5は踵、a6は爪先を各々表す。1、2は前記し
た大腿部、下腿部である。
る迄の状態を示すものであり、位置b1は踵a5が接地
した時を示し、位置c6は踵a5が再び接地する直前を
を示すものであり、人の歩行する状態に於いてその足一
本をの一のサイクルを位置b1から位置c6に分解して
表したものである。図4に於いて、位置b1の踵a5が
接地した状態から位置b7の爪先a6が地表から離れる
迄の間を立脚相D1と呼び、爪先a6が地上から離れ踵
a5が接地する迄の間を遊脚相D2と呼ぶ。人の歩行
は、2本の足の内一方が遊脚相D2の時他方は立脚相D
1となり、この立脚相D1と遊脚相D2とを交互に繰り
返す事で歩行が行われる。
から始まり、爪先a6が地上から離れる位置b7で終了
する。この位置b1では、大腿部1と下腿部2とは、ほ
ぼ一直線状となり、背a2と頭部a1とが踵a5よりや
や後方に位置する。この位置b1ら位置b2、位置b
3、を経て人が直立した状態の位置b4に至迄は、人体
が踵a5を中心にして、大腿部1と下腿部2とが一直線
となった状態で回転し、位置b4で爪先a6が接地する
とほぼ同時に頭部a1から踵a5迄がほぼ一直線状にな
る。人が直立した状態の位置b4から位置b5、位置b
6、位置b7に向の移動は、頭部a1から踵a5迄がほ
ぼ一直線状で全体に前方へ傾斜し、位置b6当たりか
ら、腰a3を中心に人の上体を少しづつ起こすと共に、
大腿部1と下腿部2とが、爪先a6を中心に回転し続け
る。この様にして位置b5から位置b7迄は、大腿部1
と下腿部2とがはぼ一直線の状態で爪先a6を中心にし
て位置b7に到り立脚相D1が終了して遊脚相D2に移
る。
位置c1から始まり、踵a5が接地する位置b1で終了す
る。この位置c1からは、大腿部1に対して下腿部2が
膝a4を中心にして後方に回転し始め、位置c3に至っ
て大腿部1と下腿部2が最大に折れ曲がる。そして、こ
の位置c3か遊脚相D2が終了する位置c6に至迄は大
腿部1に対して下腿部2が前方に回転し、大腿部1と下
腿部2とが再びほぼ一直線状態になり、遊脚相D2が終
了し、立脚相D1へ移行する。
動について述べる。図4に示した人の歩行の状態におい
て、立脚相D1の間では義足の大腿部1と下腿部2とが
ほぼ一直線になっているので、シリンダ5のロッド13
は伸張している。この立脚相D1が終了する位置b7迄
は、大腿部1と下腿部2とがほぼ一直線になっているの
で、シリンダ5のロッドも伸張した状態を保つ。
る位置b7から、遊脚相D2は膝a4を中心に大腿部1
より後方に振り上げ、遊脚相D2が終了する位置c6迄
の間に下腿部2は、いったん振り上げられ、振り下ろさ
れる。この時、シリンダ5は、図5に示す伸張した状態
から図6に示す縮小した状態に到り、続いて図5に示す
伸張状態になる。この間にシリンダ5は次の様に機能す
る。下腿部2が振り上げられ始める位置c1からピスト
ン12が下方に移動させられ、ヘッド側室16の空気が
通路21dを介して、ニードル弁20で調整される絞り
弁21を経てロッド側室17へ流入して、下腿部2の振
り上げ速度を人体の移動に調和する様に調整する。この
様にして位置c3の位置に達すると、下腿部2が完全に
振り上げられ、シリンダ5は図6に示すように、ピスト
ン12が最下端の近くに達する。この時、シリンダ5の
ヘッド側室16には、その室内の空気が圧縮されている
ので、位置c3から振り下げられ始め、ヘッド側室16
内の空気の圧縮がされなくなると、ロッド側室17の空
気が逆止弁18を介してヘッド側室16に流入するの
で、下腿部2がスムースに振り下げら始める。そして、
位置c6になると、下腿部2が完全に伸び、シリンダ5
が図5の様に伸張するが、位置c6に達する前に、ロッ
ド13の大径部22がシール25に嵌入し内孔24にク
ッション室26を形成し、このクッション室26の空気
は、絞り27を介してロッド側室17に流入して、下腿
部2の先端2bが大腿部1に柔らかく当接するようにし
てある。
を調整するための機構で、近年この調整は、調整ネジ1
9の代わりに、モータを設け、このモータをコンピュー
タで制御し、歩行速度の合わせてニードル弁20の開度
を調整る様になっている。また、シリンダ5が図5の位
置から伸張する時、内孔24と大径部22で構成したク
ッション室26には、シール25を介してロッド側室1
7の空気が流入する。つまり、シール25は、その断面
がクッション室26方向にU字状になる様に構成されて
おり、クッション室26からロッド側室17へは空気の
流通を遮断するが、その逆は通過させる様になってい
る。
ダ5は、内孔24と大径部22とで構成するクッション
26の容積が小さい点に各種の問題点を有する。このク
ッション室26の容積が小さいと、下腿部2の振り下ろ
し速度が早くなるり、クッション室26内の空気が圧縮
されてしまい、下腿部2の先端2bと大腿部1の下端と
の当接時の衝撃が大きくなり、義足装着者の足に歩行の
都度衝撃が作用する事になり不快感を与える。また、義
足が長くなり、下腿部2の重量が増加すると、この重量
の増加により歩行速度が遅くても前述同様に、下腿部2
の先端2bと大腿部1の下端との当接時の衝撃が大きく
なり、義足装着者の足に歩行の都度衝撃が作用する事に
なり不快感を与える。
決する技術的手段は、大腿部と下腿部とを揺動自在に連
結して、この大腿部と下腿部との間にシリンダを設け、
このシリンダが遊脚相時の大腿部と下腿部の屈曲時に適
当な抵抗をあたえると共に、伸展時に反発力を与えこの
反発力により大腿部と下腿部が伸張する直前に再び抵抗
をあたえ伸張時の衝撃を防止する構成とした義足に於い
て、前記シリンダは、スリーブの両端にロッドカバーと
ヘッドカバーとを固定した本体のスリーブ内に、ロッド
を固定したピストンを摺動自在に嵌入し、このロッドが
前記ロッドカバーを貫通して外部に摺動自在に突出する
と共に、ピストンが前記スリーブをヘッド側室とロッド
側室とに分割し、前記ロッドには、前記ピストンに連設
した大径部を設られ、この大径部がピストンのロッド室
方向の終端付近前記ロッドカバーに設けた内孔に嵌入す
る構成とし、前記ロッドには、前記大径部が前記内孔に
嵌入したとき前記内孔を前記ヘッド側室に接続する通路
を開口してあり、この通路に、ロッド側室からヘッド側
室方向を順方向とする逆止弁と、外部調整可能な絞り弁
を並列に設け、前記ロッド側室と内孔との間に絞り弁を
設たことを特徴とする構成である。
ンに連設した大径部が、ロッドカバーの内孔に嵌入した
とき、ロッド側室が、絞り弁を介してロッドに開口する
通路から、逆止弁を経てヘッド側室に流入するものであ
るので、ロッド側室自体をクッション室にする事ができ
る。クッション室をロッド側室とすると、クッション室
の容積を大きくとれるので、クッションに用いる空気の
量が大量ととなる、このため、義足の重量が大きくなっ
たり、歩行速度が早い人の義足のように、遊脚相におけ
る義足の振り上げのモーメンとが大きくなっても、遊脚
相終端に於ける大腿部下端と下腿部の上端の衝突を充分
緩和し、義足の種類、速度に制限されずに、義足の装着
感覚を良好にする事が出来る。
のシリンダの実施例を説明する。尚、シリンダが義足に
装着される状態は、図2に示す従来の技術とロッドが下
方向に取り付けられる以外は、同様であるので省略す
る。また、このロッドを上方に取り付けるか下方に取り
付けるかは設計上の問題で、機能上は同一である。
15aの両端に、ヘッドカバー11aとロッドカバー1
4aとを固定し本体8aを構成する。この本体8aのス
リーブ15aには、ロッド13aに大径部22aを介し
て固定したピストン12aが摺動自在に嵌入し、ピスト
ン12aがスリーブ15aをヘッド側室16aとロッド
側室17aとに分割する。前記このロッド13aは、ロ
ッドカバー14aを貫通し本体8aの外部に突出するそ
の先端に、図2の軸6が貫通する穴を有する取り付け部
6aを備えている。尚、ヘッドカバー11aの先端に
は、図2の軸7が貫通する取り付け部7aを有する。
成された大径部22aは、ピストン12aが下方に移動
し、終端の近くになると、ロッドカバー14aに設けた
内孔24aに嵌入する構成であり、その内部に通路21
eとこの通路21eに平行に逆止弁18aを設けてあ
る。前記通路21eは、ロッド13aの内部に設けたニ
ードル弁20aの先端がが当接する弁座21fを有し、
この通路21eとニードル弁20aとで、絞り弁21a
を構成する。
内部に摺動自在に設けてあり、その先端が、前記通路2
1eの弁座21fに当接可能になっており、その下端
は、コンピュータによって制御されるモータ30に当接
している。ニードル弁20aは鍔31とロッド13aの
内孔との間に設けたばね32に寄って常時モータ30に
当接してた構成にする事で、モータ30とニードル弁2
0aとを連結している。このため、絞り弁21aは、モ
ータ30の回転によりその開度の調整が行なわれる構成
である。
部には、通路21bが設けてあり、この通路21bに
は、絞り弁21aの弁座21fと逆止弁18aの通路1
8bが開口する。この逆止弁18aは、ロッド側室17
aからヘッド側室16a方向へを順方向とするものでる
から、ピストン12aが図1の位置から下方向に移動し
はじめ、大径部22aの先端が内孔24aに嵌入する迄
は、ロッド側室17aの空気がヘッド側室16aへ自由
に流通する。つまり、シリンダ5aの伸張時の抵抗を軽
くしている。
嵌入する内孔24aは、内孔24aのロッド側室17a
への開口端にその断面がV字状のシール25aを、その
断面のV字の開いた方をロッド側室17aに向けて設け
てある。また、絞り27aは、ロッドカバー14aのロ
ッド側室17a方向の端面に開口する通路27bの軸線
と同一軸線上に設けたニードル弁27aとで構成あり、
この絞り27aの下端を、通路27cによって内孔24
aの下端に連結してある。
4aの開口端に設けたシール25aに嵌入すると、ロッ
ド側室17aと内孔24aとの間が遮断されるのが、ヘ
ッド側室16aは逆止弁18aから通路18bを経て通
路21bで構成される通路により内孔24aに接続され
る。ロッド側室17aは、シール25aがその断面のV
字の開いた部分にロッド側室17aの圧力を受けるの、
シール25aのリップは大径部22aの表面に沿うこと
になる。このため、ロッド側室17aの空気は絞り27
aのみを介してヘッド側室16aへ流出するので、シリ
ンダ5aには、クッションが作用することになる。
ピストン12aが下端から上方に移動するとき、ヘッド
側室16aの空気は、逆止弁18aが閉鎖するので、通
路21eから絞り弁21aをへて通路21bより内孔2
4aへ流入する。ピストン12aの移動によるヘッド側
室16aの容積の変化は内孔24aの容積の変化より大
きいので、ヘッド側室16aから内孔24aへ流入する
空気の量は内孔24aの容積より大きくなる。この分
は、シール25aのリップを押し上げロッド側室17a
へ流出する。従って、ピストン12aの作動速度は絞り
弁21aの開度に寄って決まる。従って、この絞り弁2
1aの開度を、モータ30によって歩行速度にあわせて
制御することで、義足を歩行速度に応じて揺動させる。
ダ5aを義足に適用したときの作動に付いて述べる。図
4に於いて、立脚相D1の位置b1から位置c6まで
は、大腿部1と下腿部2とがほぼ直線に伸びているの
で、シリンダ5aのロッド13aは図5に示すように、
伸張した状態にある。この状態から、歩行が進行する
と、位置b7から下腿部2が大腿部1の後方に振り上げら
れはじめ、位置C3に達すると最大の屈曲となる。この位
置b7では、ロッド13aが伸張しているので、大径部
22aが内孔24aの下端に達しており、位置b7から
位置c3に向かうに従って、ロッド13aが縮小しはじ
める。
6aの空気は、圧縮されその一部が、絞り弁21aを介
して通路21bより、内孔24aへ放出される。このた
め、下腿部2の振り上げ速度がピストン12aの移動速
度つまり、絞り弁21aの開度に応じた値になる。この
作動時に、ヘッド側室16aの容積ほ変化は内孔24a
の容積の変化より大きいので、ヘッド側室16aから絞
り弁21aを介して流入する空気の一部は、シール25
aを介してロッド側室17aに流入する。
ッド13aは図1(図6)に示すように縮小されたさ
れ、この位置c3から下腿部2が振り出され位置c6で
大腿部1と下腿部2がほぼ一直線となり再び位置b1にい
たる。位置c3から下腿部2か振り下げられ始めると、
ピストン12aはヘッド側室16a内に残存する空気圧
力による押圧力を受けるので下腿部2を振り下げる。こ
の振り下げによりヘッド側室16aの空気圧力は減少
し、ロッド側室17aの空気圧力とが上昇するが、この
ロッド側室17aの空気は、通路21bから逆止弁18
aを介してヘッド側室16aに流入するので、下腿部2
は抵抗なく振り出される。
ると、ピストン12aに連設した大径部22aがシール
25aに嵌入するので、通路21bが内孔24aのみに
開口しヘッド側室16aとロッド側室17aは、絞り2
7aのみを介して接続する。従って、ロッド側室17a
の空気は絞り27aから内孔24aを経て通路21bよ
り逆止弁18aを介してヘッド側室16aへ流入する。
このため、ロッド側室17aの空気圧が、絞り27aに
の開口面積に応じて上昇するので、ピストン12aの移
動速度が減少する。このため、下腿部2の振り下げ速度
も減少し、位置c6に至って、大腿部1と下腿部2とが
ほぼ一直線になるときの下腿部2の先端2bと大腿部1
の下端との当接時の衝撃を緩和する。この緩和により、
義足装着者の歩行時の衝撃を無くするものである。
7aを、ロッド13aのストローク終端においてクッシ
ョン室として利用するので、このロッド側室17aの空
気圧がピストン12aに作用する。このため低い圧力で
大きなクッション力を得ることが可能である。このた
め、従来技術と同一のクッション効果を得るのに、従来
技術の絞り27の開口面積より、本発明の絞り27aの
開口面積を大きくする事ができる。従ってその分クッシ
ョン作用の調整幅を大きく出来るので、下腿部2の短い
義足(子供用)から長い義足(大人用)に用いても、下
腿部2の振り上げ終端時に於ける衝撃の緩和が確実に出
来る。
して利用するので、クッションに利用する空気の量が多
くなるり、クッションに用するピストン12aのストロ
ークを短く出来るので、シリンダ5aの軸方向の寸法短
くし、かつ、径方向の寸法を小さくできる。この点従来
技術のクッション室は、内孔24内に構成するものであ
るから、クッションに利用する空気量が少ない。このた
め、クッションの効果を充分得られない場合は、シリン
ダ5aの軸方向寸法を長くするか、径方向の寸法を大き
くして、適切なクッション効果を得る空気量を確保しな
ければならない。従って、本発明より大型化する。シリ
ンダ5aを小型化すると、義足の大小を問わず同一のシ
リンダ5aを用いることができるで、部品点数が減少で
き経済的である。また下腿部2のシリンダ5a取り付け
部分に余裕ができるので、義足に必要な機能(例えば、
膝ブレーキ機構)を取り付け易い等の効果を有する。
ある。
ある。
ある。
1a ヘッドカバー12a ピストン13a ロッド1
4a ロッドカバー15a スリーブ16a ヘッド側
室17a ロッド側室18a 逆止弁21a 絞り弁2
1b 通路22a 大径部27a 絞り
Claims (1)
- 【請求項1】 大腿部と下腿部とを揺動自在に連結し
て、この大腿部と下腿部との間にシリンダを設け、この
シリンダが遊脚相時の大腿部と下腿部の屈曲時に適当な
抵抗をあたえると共に、伸展時に反発力を与えこの反発
力により大腿部と下腿部が伸張する直前に再び抵抗をあ
たえ伸張時の衝撃を防止する構成とした義足に於いて、
前記シリンダは、スリーブの両端にロッドカバーとヘッ
ドカバーとを固定した本体のスリーブ内に、ロッドを固
定したピストンを摺動自在に嵌入し、このロッドが前記
ロッドカバーを貫通して外部に摺動自在に突出すると共
に、ピストンが前記スリーブをヘッド側室とロッド側室
とに分割し、前記ロッドには、前記ピストンに連設した
大径部を設られ、この大径部がピストンのロッド室方向
の終端付近前記ロッドカバーに設けた内孔に嵌入する構
成とし、前記ロッドには、前記大径部が前記内孔に嵌入
したとき前記内孔を前記ヘッド側室に接続する通路を開
口してあり、この通路に、ロッド側室からヘッド側室方
向を順方向とする逆止弁と、外部調整可能な絞り弁を並
列に設け、前記ロッド側室と前記内孔の間に絞り弁を設
けたことを特徴とする義足用シリンダ。
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