JPH08229059A - 大腿義足 - Google Patents

大腿義足

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JPH08229059A JP7165705A JP16570595A JPH08229059A JP H08229059 A JPH08229059 A JP H08229059A JP 7165705 A JP7165705 A JP 7165705A JP 16570595 A JP16570595 A JP 16570595A JP H08229059 A JPH08229059 A JP H08229059A
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Hiroki Nakayama
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大腿義足における膝継手軸受部材とストッパ
ーを、立脚時および膝折時に下腿フレームには小さいモ
ーメントのみが作用するようにし、下腿フレーム全体の
厚さを一様にして強度を落とすことなく軽量化を図り、
かつ下腿フレーム内外周面の突起部を少なくし、下腿フ
レーム内の空間を広くしたインテリジェント義足に対応
可能な大腿義足を提供する。 【構成】 大腿義足において、立脚時回転ストッパー面
５と膝折時回転ストッパー面６とを膝継手軸受部材４と
一体的に形成し、この膝継手軸受部材４を、該下腿フレ
ーム１に埋設した大腿義足である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大腿切断者の歩行を介
助するために装着される義足、特に、義足を構成する大
腿部分と下腿部分との接続部である膝継手軸受部の新規
な構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】大腿義足は、足の大腿部から下の部分を
切断した人の歩行を介助するために装着する義足である
が、近時にあっては、歩行時に健常者と同様の歩行状態
を再現せしめるように下腿部分を大腿部分の歩行動作に
連動せしめる駆動メカニズムを内蔵せしめてなる大腿義
足、所謂、インテリジェント義足が提案されている。
【０００３】ところで、大腿義足はこれを装着する使用
者に、できうる限り快適な装着感を与えるよう、人間の
脚と同等以下の重量であることが求められるが、インテ
リジェント義足、特に、その下腿部分にあっては該下腿
部分を駆動するためのメカニズムを内蔵するものであ
り、この駆動メカニズムはその特性から軽量化を図る上
で限界が有り、このため、必要な軽量化を図るために
は、下腿部分におけるフレーム（以下、単に下腿フレー
ムと言う。）での軽量化が必要になる。
【０００４】このため従来にあっては、装着者の体重を
支える大腿義足の下腿フレームとしては、剛性が高く、
加工が容易にできるなどの利点からアルミニウム合金な
どの金属材料が使われていたが、金属材料は重量が重く
なるという欠点があり、この対策として欧米では下腿フ
レームとして、比強度、比剛性に優れた繊維強化プラス
チックによるフレームが商品化されている。
【０００５】繊維強化プラスチックによって下腿フレー
ムを構成するに際しては装着者の生活様式が下腿フレー
ムの構造上に影響を及ぼす。大腿義足の強度設計基準に
はＩＳＯ規格があり、特に立脚時における強度設計基準
として、装着者の体重の約４倍の安全裕度が求められて
いるため、非常に大きなモーメントがフレームの膝継手
軸受部に作用することになる。ところが、このＩＳＯ規
格にあっては、立姿勢と椅子生活が主体の欧米での生活
様式を基本とするものであり、下腿フレームに作用する
力は主として、立脚時の下腿フレームの軸方向への圧縮
力と、膝継手軸受部に作用するモーメントである。
【０００６】これに対して日本における生活様式は、前
述の各姿勢に加えて日常生活の中で膝を折って座る姿勢
（正座）が加わり、また、この姿勢が生活の基本となっ
ている。このため、正座姿勢（以下、膝折時という）を
とる際、立脚時とは逆方向に極めて大きなモーメントが
膝継手軸受部、および、下腿フレームの膝継手軸受部の
周辺部に作用するものであって、ＩＳＯ規格にない膝折
時のフレームの膝継手軸受部に作用する大きなモーメン
トも設計に反映させる必要がある。
【０００７】すなわち、大腿義足は図９に示すように、
大腿に装着するためのソケット部21、下腿部23、足部24
から構成されている。下腿部23の下腿フレーム25内には
義足自身を運動させる役割をするシリンダ32、および、
その図示を省略したが前記シリンダ32を作動させる蓄力
作動体、バルブおよび制御器などの駆動メカニズムが内
蔵されている。ソケット部21と下腿部23とは膝関節に相
当する膝継手部材22で軸33によって回動自在に接続され
ている。
【０００８】図10、11において詳細に図示するように、
下腿フレーム25の上端部には、立脚時に、膝継手部材22
に突設してなる立脚時ストッパー26が当接する固定側ス
トッパー27が設けられ、また、下腿フレーム25の内側壁
には膝継手部材22に突設してなる膝折時ストッパー28が
当接する固定側ストッパー29が下腿フレーム25に対して
ビス、ボルト等（図示は省略した。）の締結手段によっ
て固定されている。
【０００９】いまこの様なインテリジェント義足におい
て、図10に示す立脚時の状態においては膝継手部材22の
立脚時ストッパー26と下腿フレーム25に設けた固定側ス
トッパー27とが当接して、ソケット部21の前方への回転
を止め、立姿勢を保持する。この時下腿フレーム25には
装着者の体重に基づく軸方向への圧縮力と、加えて下腿
フレーム25における膝継手軸受部31周辺には固定側スト
ッパー27を支点とする図中矢印Ｍ1 で示す回転モーメン
トＭ1 が作用する。また一方、図11に示す膝折時の状態
においては、膝継手部材22の膝折時ストッパー28と下腿
フレーム25に設けた固定側ストッパー29とが当接して、
ソケット部21の床面30方向への過剰回転を止め、正座姿
勢を保持するのであるが、下腿フレーム25に対する装着
者の体重に基づく荷重は固定側ストッパー29を支点とす
る軸33の回転モーメントＭ2 の一点のみとなるが、体重
による過大な回転モーメントＭ2 が膝継手軸受部31周辺
に作用する結果となる。また、立脚時には、回転モーメ
ントＭ1 の他に、膝継手軸受部31周辺には横方向にも横
方向モーメントが作用する。
【００１０】図10および図11からも理解されるように、
下腿フレーム25に作用する回転モーメントは装着者の姿
勢によって全く反対方向に作用することとなり、下腿フ
レーム25における膝継手軸受部31の周辺部は極めて大き
な応力が発生することとなる。このため、該下腿フレー
ム25の軸33を支承する部分には十分な強度を付与するた
めに厚肉にせざるを得ず、下腿フレーム25の軽量化を阻
害することとなっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前述の如く、大腿義足
にあっては、前記回転モーメントおよび横方向モーメン
トを下腿フレームで支承する必要があるが、支承する部
分に極めて大きな応力が発生することとなるため、一般
的にフレームの形状は作用する応力に応じて厚みを変え
る必要がある。このように厚みが部位によって異なるも
のを繊維強化プラスチックで成形する場合、均一な強化
繊維の挿入が困難となり、成形効率が悪くなる。また、
特に強度が要求される膝継手部において十分に強度を付
与するために突起部や角部を形成すると、当該部分には
強化繊維が隅まで充分に充満されない場合が多く、高い
応力の作用下において強度不足を生じることとなる。ま
た、下腿フレームの突起部は義足としての美観の点か
ら、さらに、インテリジェント義足においては、下腿フ
レーム内に下腿部を駆動するための駆動メカニズムを内
蔵せしめるため、下腿フレーム内の空間をより広く確保
するためにも下腿フレーム内外周面の突起部は好ましい
ものではない。
【００１２】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、大腿義足における下腿フレームの膝継
手軸受部に対して立脚時あるいは膝折時に作用する装着
者の体重による圧縮荷重、これによるモーメントを下腿
フレームにおける膝継手軸受部周辺に分散せしめ、下腿
フレームに作用する単位面積当たりのモーメントを低減
し、これによって下腿フレームの強度を落とすことなく
全体の厚さを一様にして軽量化を可能にし、かつ、フレ
ーム内外周面の突起部を少なくし、フレーム内の空間を
広くしたインテリジェント義足を提供することを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、大腿に
装着するソケット部と、下部に足部を固定してなる下腿
フレームとを軸により回動自在に連結してなる大腿義足
において、立脚時および膝折時におけるソケット部の回
動を規制するストッパーを一体的に形成してなる膝継手
軸受部材を、前記ストッパーが下腿フレーム内面に突出
するように下腿フレームに埋設するとともに、他方ソケ
ット部の回動部に前記ストッパーと係合するストッパー
を設けてなるソケット部を下腿フレームに軸により回動
自在に連結した大腿義足に存する。
【００１４】また、本発明の要旨は、膝継手軸受部材を
三角形、矩形、六角形、八角形等の多角形状に成形する
とともに、該膝継手軸受部材の各々のコーナー部を円弧
に成形した大腿義足に存する。
【００１５】さらに、本発明の要旨は、膝継手軸受部材
を楕円、長円、卵形等の非円形形状とした大腿義足に存
する。
【００１６】さらにまた、本発明の要旨は、非円形状形
状とした膝継手軸受部材を、下腿フレームの鉛直軸に対
して下方前方に45°〜75°傾斜させて下腿フレームに埋
設した大腿義足に存する。
【００１７】また、本発明の要旨は、フランジ部を設
け、下腿フレームより 0.6〜1.0mm 厚い上記非円形形状
の膝継手軸受部材を下腿フレームに冷し嵌めして埋設し
た大腿義足に存する。
【００１８】
【作用】膝継手軸受部材に立脚時ストッパーと膝折時ス
トッパーとを一体的に成形し、該膝継手軸受部材を下腿
フレームに埋設することによって装着者の体重に基づく
軸方向への圧縮力と、装着者の姿勢によって全く反対方
向に作用する下腿フレームに作用する回転モーメント
を、膝継手軸受部材を介して下腿フレームに分散せし
め、換言すれば、下腿フレームに作用する圧縮力および
回転モーメントを膝継手軸受部材による広い接触面で支
承せしめ、下腿フレームに加わる軸方向への圧縮力およ
び回転モーメントによる単位面積当たりの荷重を分散さ
せ軽減せしめている。
【００１９】膝継手軸受部材の形状は装着者の体重によ
って考慮されるべきであり、三角形、四角形、その他の
多角形、瓢箪形、楕円、長円、卵形等の非円形形状等種
々の形状を採用することが可能であるが、特に、膝継手
軸受部材として非円形状に成形するのが望ましい。その
理由は、回転モーメントを受け止め、下腿フレームに対
する応力集中を避け、軸方向への圧縮力および回転モー
メントを効果的に分散せしめうるからである。
【００２０】本発明者等は、膝継手軸受部材として非円
形状を採用した場合の立脚時および膝折時に作用する回
転モーメントをできるだけ小さくするための膝継手軸受
部材の下腿フレームへの埋設条件について検討を行っ
た。
【００２１】図12は膝継手軸受部材４として中心を変位
させた大小の２つの円を共通接線で結んだ卵形の非円形
状となし、下腿フレーム１に埋設した状態において膝継
手軸受部材４の挙動によって下腿フレーム１に作用する
荷重の状態を代表的な配置に基づいて示したものであっ
て、図12(a) は下腿フレーム１の鉛直軸線３に平行 (0
°) に、(b) は下腿フレーム１の鉛直軸線３に直角 (90
°) に埋設した例である。(a) においては立脚時の回転
モーメントＭ1 によって、下腿フレーム１は変形を生起
し、膝継手軸受部材４との間に間隙Ｓを形成しつつ下腿
フレーム１の上部において立脚時の回転モーメントＭ1
を伝達するが、下腿フレーム１のフリンジ部1aの大円側
（Ａ）の位置において引張り力、小円側（Ｃ）において
圧縮力が、また、同時に膝継手軸受部材４の中心軸に対
称位置に同様の引張り力および圧縮力が生起し、さら
に、膝継手軸12から下方、前側に体重による圧縮力が作
用している。また同様に、(b) おいては膝折時の回転モ
ーメントＭ2 によって、下腿フレーム１の上部、大円側
（Ｂ）に引張り力、小円側（Ｄ）に圧縮力が作用してい
る。
【００２２】上記から明らかなように、膝継手軸受部材
４を埋設せる下腿フレーム１の開口部２に作用する破壊
機構は、引張破壊と圧縮破壊の２種類である。ここで注
目されるべきは下腿フレーム１上部の周辺の幅の狭い部
分、所謂、フリンジ部1aに作用する回転モーメントによ
って生起される引張り力あるいは圧縮力の最大荷重であ
る。前記フリンジ部1aには立脚時および膝折時において
回転モーメントＭ1 、Ｍ2 の作用方向が逆転するが、該
部分に作用する引張り力の総和と圧縮力の総和とは等し
いものであり、いずれにしても局部的な集中荷重を回避
することが極めて重要となる。下腿フレーム１の破壊を
回避するためには、下腿フレームにおける過大な応力集
中を回避しうる膝継手軸受部材４の埋設条件が重要とな
る。
【００２３】上述の観点から、ＩＳＯ規格に準拠しつつ
有限要素解析により得られた膝継手軸受部材４の埋設方
向と最大応力について解析を行った結果を図13に示す。
応力の評価の対象をフレーム開口部周辺に限定し、ま
た、応力の評価の対象を引張応力あるいは圧縮応力の何
れか一方を検討すれば充分であることから、解析に際し
ては引張応力を採用した。
【００２４】いま、体重100kg の装着者を想定し、下腿
フレームとして繊維強化プラスチックを用いて3mm の肉
厚で成形し、中心距離24mmの半径12mmおよび 7mmの円を
共通接線にて連続させてなる略卵形状の膝継手軸受部材
４を、下腿フレーム１の鉛直軸線３上で大腿義足の回動
中心に置き、フリンジ部1aにおける幅を12mmを確保する
ようにして、順次下腿フレーム１の鉛直軸線３に対して
前方（大腿義足として前方を意味する。）に取付け角度
を変化させて下腿フレーム１の生起する立脚時および膝
折時の最大応力を有限要素解析した結果である。
【００２５】この解析結果から明らかなように、膝継手
軸受部材４の埋設条件としての角度の増大とともに立脚
時および膝折時の最大引張応力は減少傾向を示し、立脚
時においては65°〜75°の範囲において最小値を示し、
また、膝折時においては45°〜55°の範囲において最小
値を示す。一方、現在の繊維強化プラスチックとして提
供される最高の強度といわれる600MPaの範囲に納まる膝
継手軸受部材４の埋設条件としては、下腿フレーム１の
鉛直軸線３に対して前方方向に45°〜75°に設定すれ
ば、繊維強化プラスチックの強度範囲に納まり十分であ
るが、立脚時および膝折時の最大引張応力を勘案した最
も効果的な膝継手軸受部材４の埋設条件は下腿フレーム
１の鉛直軸線３に対して60°〜70°とするのが望ましい
ことが理解される。
【００２６】本発明者等は、上記膝継手軸受部材の埋設
条件について種々の条件下において有限要素解析を行っ
たが、最大引張応力の絶対値は別としてこの角度範囲が
有効であること、さらに、非円形形状の膝継手軸受部材
においてはほぼこの埋設条件は適用できることを確認し
た。
【００２７】しかし、機械加工した下腿フレーム１の開
口部２に、機械加工した非円形形状の膝継手軸受部材４
を埋設する場合には若干の間隙が必要となり、この間隙
が、上記の埋設条件の検討において、図12に示したよう
に、立脚時および膝折時に回転モーメントＭ1 、Ｍ2 が
作用すると、開口部２と膝継手軸受部材４の間に間隙Ｓ
が生じ、若干の「がた」が発生することになる。このた
め、使用者の装着感が損なわれることになる。
【００２８】一方、間隙Ｓが生じることによって、回転
モーメントＭ1 、Ｍ2 が作用すると、膝継手軸受部材４
が２点で下腿フレーム１に接触し、下腿フレーム１の一
部に高い接触応力が発生することは上記の通りで、これ
を無くすことによって、下腿フレーム１の圧壊による破
壊を避けることができる。したがって、間隙Ｓをなくす
ために、非円形形状の膝継手軸受部材４を下腿フレーム
１の開口部２に冷し嵌めして埋設する。
【００２９】冷し嵌めして埋設する場合には、アルミニ
ウム製の膝継手軸受部材４が好ましい。アルミニウムの
線膨張率は23.7×10-6／℃であるため、アルミニウム製
の膝継手軸受部材４を冷却して冷し嵌めすることが可能
である。液体窒素などを使用して膝継手軸受部材４を冷
却し、縮ませて下腿フレーム１の開口部２に嵌め込んだ
後、常温に戻してやれば、膝継手軸受部材４は開口部２
を押し拡げることとなり、膝継手軸受部材４と下腿フレ
ーム１は隙間なく接触することになる。
【００３０】冷し嵌めすることにより、上記のように、
下腿フレーム１の開口部２には押し拡げる力が作用す
る。この力が大き過ぎると下腿フレーム１を破壊し易く
するため、両者の寸法関係は一定の範囲に制御する必要
がある。図14は膝継手軸受部材４と開口部２の寸法差
と、膝継手軸受部材４が回転することによって下腿フレ
ーム１が破壊する最大モーメントとの関係を示したもの
である。機械加工上の寸法精度を±0.015mm とする、膝
継手軸受部材４と開口部２の寸法差が最も小さい場合で
も一定の押し拡げ力を得るには目標値として寸法差は0.
06mm以上であればよい。一方、両者の寸法差が0.17mm以
上になると、押し拡げ力のために下腿フレーム１が破壊
する。機械加工精度を考慮すると両者の寸法差の目標値
は0.14mm以下にすればよいことが分かる。両者の寸法差
を0.06mm〜0.14mmの範囲に機械加工することは精度的に
可能である。
【００３１】また、立脚時、非円形形状の膝継手軸受部
材４に作用するモーメントは上記の回転モーメントＭ1
の他に、膝継手軸受部材４を横方向に回転させる横方向
モーメントが生じる。その結果、下腿フレーム１と膝継
手軸受部材４との接触面積が減少し、このため接触応力
が増大して下腿フレーム１が破壊し易くなる。この現象
を防止するために、非円形形状の膝継手軸受部材４にフ
ランジ部を設けることによって、フランジが横方向モー
メントによる膝継手軸受部材４の回転を阻止することが
でき、また、膝継手軸受部材４の厚さを下腿フレーム１
より 0.6〜1.0mm 厚くすることによって、膝継手軸受部
材４に多少の回転が生じても接触面積が減少することは
なく、接触応力が増大することはない。
【００３２】図15に膝継手軸受部材４と下腿フレーム１
の厚さの寸法差と、膝継手軸受部材４に作用する横方向
モーメントによる下腿フレーム１の破壊荷重との関係を
示す。膝継手軸受部材４の厚さ寸法精度を考慮すると、
強度的には 0.6mm以上厚ければ膝継手軸受部材４に多少
の回転が生じても接触面積が減少することはなく、接触
応力が増大することはない。また、本発明の目的がイン
テリジェント義足を提供することにあることから、意匠
的には 1.0mm以下に抑えることが望ましい。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の具体例について説明するが、
これは発明を限定するものではなく、発明の理解を容易
になすためのものであって、本発明の技術的思想を逸脱
しない範囲において自由に変更しうるものである。
【００３４】実施例１ 本発明に係わる大腿義足、特に、膝関節部分の詳細を図
１に示す。図１において、１は下腿フレームを示し、歩
行時に下腿部を大腿部の歩行動作に連動せしめる駆動メ
カニズムを内蔵し、かつ、駆動メカニズムと大腿部に装
着するソケット部21の連接のために後部は開放され、下
腿フレーム１の膝関節部分は断面がほぼＵ状になってい
る。この下腿フレーム１の上部における膝関節部分には
後述する膝継手軸受部材４の嵌合する開口部２が開設さ
れている。この開口部２は大小２円を共通接線で連続し
てなる略卵形状の非円形状の膝継手軸受部材４を埋設す
るために、非円形状の膝継手軸受部材４と同一形状・寸
法に、さらには、立脚時の下腿フレーム１の鉛直軸線３
に対して約70°前側に傾斜させて開設されている。
【００３５】膝継手軸受部材４は図２に詳細に図示する
如く、大きい円と、少し離れた位置に中心を持つ小さい
円とを共通接線で結んだ略卵形状の非円形状突起部７
と、この非円形状突起部７には円盤15が一体的に成形さ
れており、該円盤15から立脚時と膝折時にそれぞれ固定
側ストッパー面５、６となる平行な固定側ストッパー部
16が垂下状態に設けられてなり、さらに、大円部分に軸
12の貫通孔11が穿設されている。また、非円形状突起部
７から突出している円盤15の外周の一部はフランジの効
果を奏する。膝継手軸受部材４と固定側ストッパー部16
とはその相対的配置関係が立脚時の下腿フレーム１の鉛
直軸線３に対して約70°前側に傾斜するように位置づけ
られている。この膝継手軸受部材４にあっては、固定側
ストッパー部16において立脚時および膝折時の全荷重を
支承することから、アルミニウム(合金を含む。) 、チ
タニウム( 合金を含む。) 等の金属で構成するのがよ
い。前記膝継手軸受部材４は下腿フレーム１の開口部２
に内面側から固定側ストッパー部16が下腿フレーム１側
壁面から突出するように嵌着し埋設する。
【００３６】図３は膝継手軸受部材４の代表的な変形例
の形状を示し、(a) は三角形の各々のコーナー部を円弧
で接続したもので、立脚時と膝折時にそれぞれ固定側ス
トッパー部16が一体的に設けられている。また、(b) は
矩形の各コーナー部を円弧で接続したもので、固定側ス
トッパー部16が一体的に設けられ、さらに、(c) および
(d) は非円形形状の膝継手軸受部材４の例を示すもの
で、(c) は長円の場合、(d) は卵形の場合を示し、いづ
れの場合にあっても立脚時と膝折時にそれぞれ固定側ス
トッパー部16が一体的に設けられている。
【００３７】膝継手軸受部材４が埋設された下腿フレー
ム1 に大腿部に装着するためのソケット部（図示を省略
している。）の回動部17が連結される。いま、図示の実
施例においてはソケット部の下端に連結部材18を介して
軸受部19が接続されている。半月状のニープレート８に
軸受部19を一体に組み立てたもので、ニープレート８は
軸受部19から突出して設けられ、このニープレート８の
突出部20が前述の膝継手軸受部材４の円盤15の外周面に
係合し、下腿フレーム１の回動運動を円滑になさしめる
補助的な軸受機能を発揮する。また、ニープレート８に
おける切断面９、10が回動ストッパーとなり、膝継手軸
受部材４に設けた固定側ストッパー面５、６に当接する
ことによって立脚時および膝折時の姿勢を維持する。か
かる状態において下腿フレーム１の外方から軸12を嵌挿
し、軸12の両端に設けたピン孔13に割りピン14を挿入し
て行う。軸12が外方に突出するために装着者の着衣を損
傷する恐れある時はカバーを取り付けることは当然であ
る。
【００３８】図４、および、図５は本発明に係る大腿義
足の作動状態を示すものであって、図４の立脚時にあっ
ては、ソケット部21の回動部17におけるニープレート８
の立脚時回転ストッパー面９と、下腿フレーム１におけ
る膝継手軸受部材４に設けた固定側ストッパー部16の固
定側ストッパー面５とが当接し、大腿義足の装着者の立
姿勢を保持する。
【００３９】この時下腿フレーム１に作用する荷重は、
装着者の体重による圧縮力Ｐと、ニープレート８の立脚
時回転ストッパー面９が膝継手軸受部材４に設けたスト
ッパー部16の固定側ストッパー面５とが当接することに
よって発生する回転モーメントＭ1 が膝継手軸受部材４
を介して伝達されることになる。圧縮力Ｐと回転モーメ
ントＭ1 との複合された荷重は、膝継手軸受部材４の非
円形状突起部７の稜線と下腿フレーム１との接触面にお
いて伝達されることになり、従来の如くストッパー取付
け部に対する集中荷重から分散荷重と変換され、下腿フ
レーム１に対する単位面積当たりの荷重は軽減されるこ
ととなる。
【００４０】また、図５は膝折時の大腿義足の作動状態
を示すものであって、ソケット部21の回動部17における
ニープレート８の膝折時回転ストッパー面10と、下腿フ
レーム１における膝継手軸受部材４に設けたストッパー
部16の固定側ストッパー面６とが当接し、過度な回動を
停止せしめて大腿義足の装着者の膝折姿勢を保持する。
【００４１】この時下腿フレーム１に作用する荷重は、
装着者の体重によってニープレート８の膝折時回転スト
ッパー面10が膝継手軸受部材４に設けた固定側ストッパ
ー部16の固定側ストッパー面６とが当接することによっ
て発生する回転モーメントＭ 2 であるが、この回転モー
メントＭ2 はその全てが膝継手軸受部材４を介して伝達
されることになる。そしてこの回転モーメントＭ2 は、
膝継手軸受部材４の稜線と下腿フレーム１との接触面に
おいて伝達されることになり、従来の如く回転軸の取付
け部近傍に対する集中荷重から分散荷重と変換され、下
腿フレーム１に対する単位面積当たりの荷重は軽減され
ることとなる。
【００４２】実施例２ 図６に実施例２に使用した膝継手軸受部材４を示す。膝
継手軸受部材４は大きい円と、少し離れた位置に中心を
持つ小さい円とを共通接線で結んだ略卵形状の非円形状
突起部７とフランジ34が一体的に成形されており、該フ
ランジ34には立脚時と膝折時にそれぞれ固定側ストッパ
ーとなる固定側ストッパー部16が設けられてなり、さら
に、大円部分に軸12の貫通孔11が穿設されている。膝継
手軸受部材４の寸法は、大円部分の半径が12.5mm、小円
部分の半径が10.0mm、二つの円の中心間距離が25mm、フ
ランジ34の幅が 5mm、非円形状突起部７の厚さが 3.7mm
である。まお、膝継手軸受部材４はアルミニウム製であ
る。
【００４３】この膝継手軸受部材４を冷し嵌めして埋設
する下腿フレーム１の厚さは 3.0mmで、埋設する下腿フ
レーム１の開口部２の寸法は、図７に示すように、大円
部分の半径が12.45mm 、小円部分の半径が9.95mm、二つ
の円の中心間距離が25mmである。したがって、冷し嵌め
前の状態で非円形状突起部７と開口部２の寸法差は0.1m
m である。
【００４４】膝継手軸受部材４はアルミニウム製である
ため、下腿フレーム１への冷し嵌めが可能である。すな
わち、アルミニウムの線膨張率は23.7×10-6／℃である
ため、膝継手軸受部材４を液体窒素中で冷して、下腿フ
レーム１の開口部２に膝継手軸受部材４の非円形状突起
部７を嵌着することができる。この冷し嵌めによって、
非円形状突起部７は開口部２を押し拡げることとなり、
立脚時および膝折時に回転モーメントＭ1 、Ｍ2 が作用
しても、開口部２と非円形状突起部７との間に間隙Ｓが
生じることはない。このため使用者の装着感を損なうこ
とはなくなり、また、間隙Ｓが生じることによる下腿フ
レーム１の圧壊による破壊を避けることができる。
【００４５】膝継手軸受部材４にはフランジ34があり、
膝継手軸受部材４の非円形状突起部７の厚さを下腿フレ
ーム１の厚さより 0.7mm厚くしているため、膝継手軸受
部材４に横方向モーメントを受けても、膝継手軸受部材
４の回転を阻止することができ、また、膝継手軸受部材
４に多少の回転が生じても、下腿フレーム１との接触面
積が減少することはなく接触応力が増大することはな
い。なお、実施例２の膝継手軸受部材４においては、固
定側ストッパー部16の設けられている位置が実施例１と
は異なっているが、この場合は、ニープレート８の立脚
時回転ストッパー面９と膝折時回転ストッパー面10の位
置を調整するこで対応可能である。
【００４６】また、図８に示すように、膝継手軸受部材
４の非円形状突起部７の外周面にテーパ35を付け、一
方、下腿フレーム１の開口部２の断面形状を非円形状突
起部７の断面形状と相似形にして、図中の矢印方向に冷
し嵌めすることによって、膝継手軸受部材４を下腿フレ
ーム１に適切な密着力で埋設することができる。このた
め、膝継手軸受部材４に横方向モーメントを受けても、
下腿フレーム１の破壊強度を著しく向上させることが可
能である。
【００４７】
【発明の効果】以上、述べたところから明らかなよう
に、本発明の大腿義足においては、膝継手軸受部材に立
脚時および膝折時の両回転ストッパーを設け、該膝継手
軸受部材を下腿フレームに埋設する構成を採用すること
によって、大腿義足における回動部の構成を簡素化し、
かつ、立脚時および膝折時に下腿フレームに作用する装
着者の体重による圧縮力および／または回転モーメント
および横方向モーメントを膝継手軸受部材によって分散
して伝達するごとくなすことによって、下腿フレーム全
体の厚さを一様にして強度を落とすことなく軽量化を図
ることができ、かつ、下腿フレーム内外周面の突起部を
少なくし、下腿フレーム内の空間を広くしたインテリジ
ェント義足に対応可能な大腿義足を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる大腿義足を示す図である。
【図２】膝継手軸受部材を示す図で、(a) は正面図、
(b) は側面図である。
【図３】膝継手軸受部材の変形例の一例を示す図で、
(a) および(b) は多角形形状の膝継手軸受部材の例を、
(c) および(d) は非円形形状の多角形の膝継手軸受部材
の例を示す(a) 〜(c) は斜視図、(d) は正面図である。
【図４】立脚時のニープレートと膝継手軸受部材との関
係を示す図で、(a) は全体図を、(b) は(a) の円内の拡
大図である。
【図５】膝折時のニープレートと膝継手軸受部材との関
係を示す図で、(a) は全体図を、(b) は(a) の円内の拡
大図である。
【図６】実施例２に使用した膝継手軸受部材を示す図
で、(a) は正面図、(b) は側面図である。
【図７】実施例２の下腿フレームの開口部の形状を示す
図である。
【図８】変形実施例の膝継手軸受部材の非円形状突起部
の断面形状と、下腿フレームの開口部の断面形状を示す
図である。
【図９】従来の大腿義足の一例を示す図である。
【図10】従来の大腿義足における立脚時の膝継手軸受部
材の回転ストッパーと下腿部フレームの回転ストッパー
との関係を示す図である。
【図11】従来の膝折時の膝継手軸受部材の回転ストッパ
ーと下腿部フレームの回転ストッパーとの関係を示す図
である。
【図12】膝継手軸受部材の埋設状態と下腿フレームに作
用する力を示した図で、(a) は立脚時を、(b) は膝折時
を示す図である。
【図13】有限要素解析により得られた膝継手軸受部材の
埋設状態と下腿フレームに作用する引張力の計算結果を
示す図である。
【図14】膝継手軸受部材と開口部の寸法差と、膝継手軸
受部材が回転することによって下腿フレームが破壊する
最大モーメントとの関係を示す図である。
【図15】膝継手軸受部材と下腿フレームの厚さの寸法差
と、膝継手軸受部材に作用する、軸の軸方向の回転モー
メントによる下腿フレームの破壊荷重との関係を示す図
である。
【符号の説明】
１…下腿フレーム、２…開口部、３…鉛直軸線、４…膝
継手軸受部材、５…膝継手軸受部材の立脚時回転ストッ
パー面、６…膝継手軸受部材の膝折時回転ストッパー
面、７…非円形状突起部、８…ニープレート、９…立脚
時回転ストッパー面、10…膝折時回転ストッパー面、11
…貫通孔、12…軸、13…ピン孔、14…割りピン、15…円
盤、16…固定側ストッパー部、17…回動部、18…連結部
材、19…軸受、20…突出部、21…ソケット部、22…膝継
手部材、23…下腿部、24…足部、25…下腿フレーム、26
…膝継手部材の立脚時回転ストッパー、27…下腿部の立
脚時回転ストッパー、28…膝継手部材の膝折時回転スト
ッパー、29…下腿部の膝折時回転ストッパー、30…床
面、31…膝継手軸受部、32…シリンダ、33…膝継手軸、
34…フランジ、35…テーパ、Ｓ…間隙、Ｐ…圧縮力、Ｍ
1 …回転モーメント、Ｍ 2 …回転モーメント。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 大腿に装着するソケット部と、下部に足
    部を固定してなる下腿フレームとを軸により回動自在に
    連結してなる大腿義足において、立脚時および膝折時に
    おけるソケット部の回動を規制するストッパーを一体的
    に形成してなる膝継手軸受部材を、前記ストッパーが下
    腿フレーム側壁面から突出するように下腿フレームに埋
    設するとともに、他方ソケット部の回動部に前記ストッ
    パーと係合するストッパーを設けてなるソケット部を下
    腿フレームに軸により回動自在に連結したことを特徴と
    する大腿義足。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の大腿義足において、膝継
    手軸受部材を三角形、矩形、六角形、八角形等の多角形
    状に成形するとともに、該膝継手軸受部材の各々のコー
    ナー部を円弧に成形したことを特徴とする大腿義足。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の大腿義足において、膝継
    手軸受部材を楕円、長円、卵形等の非円形形状としたこ
    とを特徴とする大腿義足。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の大腿義足において、膝継
    手軸受部材を下腿フレームの鉛直軸に対して下方前方に
    45°〜75°傾斜させて下腿フレームに埋設したことを特
    徴とする大腿義足。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の大腿義足において、フラ
    ンジ部を設け、下腿フレームより 0.6〜1.0mm 厚い膝継
    手軸受部材を下腿フレームに冷し嵌めして埋設したこと
    を特徴とする大腿義足。
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