JPH08505063A - 油圧緩衝シリンダ付き人工関節 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 関節例えば人工膝関節（１０）の回転運動を緩衝するための装置で、前記関節の軸旋回点の１つの軸（２１）に歯車（３０）を設け、これが油圧シリンダ（１）内でラックギア（２８）に連結してあるピストン（２７）に影響を及ぼすように設計してある。絞弁と戻り弁（７１、９１；７２、９２；７５、９３）で油圧シリンダのピストンの２つの側を連結することによって回転運動の異なる部分で数段階に調節自在な緩衝量が得られるように成してある。更に、関節と緩衝シリンダの小型化が実現される。本出願は回転運動を緩衝するための前述の装置を含む人工関節、特に７軸旋回点を有する多軸型人工膝関節とも関連する。

Description

【発明の詳細な説明】 （表題） 油圧緩衝シリンダ付き人工関節 （技術分野） 本発明は、油圧緩衝シリンダ付き人工関節および、特に、ピストンロッドが内 外に復動するシリンダブロックを有する従来の緩衝シリンダを装着することが不 可能な人工膝関節などの人工関節の一部として組み込むように設計した油圧緩衝 シリンダに関する。本発明はスウェーデン特許出願第９１００１１８３−４号お よびＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＳＥ９１／００２４０号に説明されているような７点 式軸旋回点を有する種類の人工膝関節と組み合わせて使用するのに特に適してい るが、本発明による緩衝シリンダは、例えば４点式軸旋回点を有する多軸膝関節 や単一の軸旋回点を有する関節などのその他の種類の人工関節と組み合わせて使 用することもできる利点を有している。 （背景技術） 前述の特許出願において説明されているような７点式軸旋回点を有する形式の 人工関節は従来技術に対してそれ自体が大きな進歩を成している。後述するよう なまた本発明の請求の範囲による油圧緩衝シリンダを備えることでも旋回時の制 御が行なえ、これによって、該関節の安定性に加え、筋力に代わる能動部材がな くとも自然な脚機能に非常に近い人工膝関節を提供し得る。 その他の人工関節に油圧緩衝シリンダを組み込むのは、例えば欧州特許第００ ９７２２６号を参照すれば分るように、従来技術で公知である。きわめて単純な 設計の該緩衝シリンダは、ピストンと該ピストンの対向する側面の間の該シリン ダ内に絞弁を有するチャネル材を含んでいる。本発明はこの原理にも係るが、本 発明では緩衝シリンダの内外に作動するピストンロッドを使用していない。これ は例えば前述のような多数の軸旋回点を有する膝関節などに従来技術の緩衝シリ ンダを組み込むことによる欠点と困難が予想されるためである。 古くはスイス特許出願第２４８５８６号から、ピストンの長手方向の動きが歯 車と嵌合したピストンのラックを使うことで直接回転運動に変換されるような方 法で油圧緩衝シリンダを組み込むことも公知となっている。この構造は、主とし てドア閉りを想定したものであって、一方向にピストンへ作用するスプリングの 力が及ぶような内蔵スプリングを有し、かつ該ピストンはスプリングの力に対向 する動きで開くようなスプリング仕掛けの弁と戻り運動を緩衝するチャネル材と を含んでいる。この構造が１９４７から公知となっているにも関わらず、本発明 以前には人工関節に類似の構造が使用されておらず、本発明において適用させる のと同等である。 （発明の目的） 本発明の目的は、何らかの特筆すべき長さが関節に追加されたりまたはそれ以 外で関節の機能を障害したりしないような方法で油圧緩衝シリンダを組み込んだ 多軸旋回式人工関節を実現することである。 本発明の第２の目的は、軸方向の動きではなく軸の回転による緩衝動作からな り、これによって油圧作動流体の漏洩に対する密封性の向上を達成可能な緩衝シ リンダを実現することである。 本発明の第３の目的は、緩衝機能が異なる大きさで数段階に分けて行われ得る ような緩衝シリンダを実現することである。 本発明のさらなる目的は、関節内において発生する熱で関節の温度が上昇しす ぎないように関節内で放散されるような方法で緩衝シリンダを配置することであ る。 上記のおよびその他の目的は本明細書に添付の請求の範囲に示した特徴を有す る人工関節と緩衝シリンダを用いて実現するものである。 （図面の簡単な説明） 添付の図面を参照して本発明について詳細に説明を行なう。図面において、 図１は本発明による緩衝シリンダを含むポンプ筐体／上部ベアリング架橋（１ ）を含む７軸旋回点を有する関節である。 図２は図１のポンプ筐体の部分断面図である。 図３から図７はこれの別の略図、断面図、詳細図である。 図８は図２の歯車を装着した軸を示す。 図９は図２のラックを有するピストンを示す。 図１０は該ポンプ筐体にチャネル材と弁を組み込む方法を示す。 （発明の詳細な説明） 図１は前述のスウェーデン特許出願およびＰＣＴ特許出願により詳細に説明さ れている関節１０の実施例を示したものである。ここには７個の軸旋回軸２〜８ 、１つの上部ベアリング架橋１、２個の軸旋回軸を有する前部架橋９、３個の軸 旋回軸を有する後部架橋１１、３個の軸旋回軸を有する架台または天秤１２が示 してあり、該天秤１２はリンク９と１１を上部軸旋回軸５で脚ホルダー１３に結 合し下側軸旋回軸８で後部リンク１１を接続する２つの軸旋回軸を有する下部固 定リンク１４を脚ホルダー１３と接続している。前述の特許出願からより詳細が 明らかとなるように、この７個の軸旋回点を有する構造は特に人工膝関節に有利 に作用する。 下肢部分の旋回移動の調節と緩衝のための既知のシリンダ・ピストン構造は、 構造が重く不格好でなければまたは長すぎなければこの関節内に組み込むことが 可能である。そのため本発明による緩衝シリンダを構成する油圧ユニットは上部 ベアリング架橋１のなかに組み込まれており、これによって図２により詳細に図 示してあるようにポンプ筐体としても架橋が機能するようになっている。つまり 、上部ベアリング架橋またはポンプ筐体１は、軸旋回軸２の開口と直交し部分的 に交差する円筒状の穿孔部２３を設けるように設計してある。穿孔部２３の開放 端は被蓋２４で封止される。油圧シリンダを構成する穿孔部２３には穿孔部２３ 内部に油圧作動流体を密閉的に封止するピストン２７を含むピストン装置２０を 含む。ピストン装置２０はピストン２７から延出しピストンの長手方向の部分に 軸方向に配置したラックギア部分２９を構成する第２の部分も含む。軸旋回軸２ の穿孔内にはラックギア部分２９と嵌合する中央歯車部分３０が配置してある。 ピストン２７の動きは絞り２５、２６を通りピストン２７の両側で穿孔２３に連 通する油圧作動流体の流れが制限されることにより影響を受け、これによって軸 ２ １の回転運動が緩衝される。密封部は軸２１で油圧作動流体が漏洩しないように 組み込んである。人工補綴スリーブ取り付け用のねじを切った頚部２２はポンプ 筐体１の上部側面に配置してある。 ポンプ筐体１に関する詳細な図面では、図３にその側面図、図４に上面図、図 ５には図４の中央断面Ｃ−Ｃ、図６には正面図、また図７Ａと図７Ｂにはそれぞ れＡ−ＡとＢ−Ｂの断面図を示してある。 図３から図５を参照すると、上部から見たポンプ筐体１の主要部分が四角い部 分３１からなり、ここからねじを切ってある頚部２２と２本の側面部材３２、３ ３が延出していることが示されている。ねじ付き頚部２２はねじを切った領域か ら中央の皿穴状の表面３５まで到達する傘状の表面３４を含む。２本の側面部材 ３２、３３は軸旋回軸３の穴を開けてあり、これらの間に３軸旋回点の裏面リン ク１１用の空間が開けてある。 図６、図７Ａ、図７Ｂから明らかなように、２本の長手方向のチャネル４０、 ４１はポンプ筐体１の正面端部から円筒状の穿孔部２３と平行に穿孔してある。 チャネル４０、４１は４２、４３、４４、４５で直交するチャネル４６、４７、 ４８、４９と各々連通し、これが中央の穿孔部２３へ開口している。更にもう一 本の直交チャネル５０を設けチャネル４０との連通を測るのが望ましい。更に詳 しくは図１０についての説明を参照されたい。 図８から分るように、軸２１は、内側にねじ切りしてある穴６１を設けた軸の 一端を主要部分が形成するボルト６０と、該ボルト６０にねじを付けた歯車３０ と、ボルト６２のねじ部分にねじを切ってあり軸２１の他端を構成する長いナッ トスリーブ６３からなる。ボルト６０、歯車３０、ナットスリーブ６３は互いに 結合して、例えばねじの緩まない強力な一体型部材を形成している。歯車が軸の 周辺より外に届かないように部材を作ることも可能であり、これによって軸と中 央の歯車が１つの部材から形成するのが望ましい。 図９の断面図に図示してあるように、ピストン２０は１個の金属片６６と、該 金属片の正面および円筒状の部分を取り囲む１個のスリーブ部分で作成し、この 部分的に円筒状の部分には他にもラックギア２９を形成するのが望ましい。スリ ーブ部分６７は金属片または類似のものが存在している場合でも密封性と耐損耗 性の優れた材料から作成するのが望ましい。こうした材料の例としては、ポリア セテートおよびポリウレタンなどのプラスチック材料がある。金属片６６のピス トン部分には、スリーブ部分６７を保持するねじ６８が内部にねじ切りしてある ねじ切りした穿孔６５が設けてある。 チャネル材４０、４１とこれに直交するチャネル材の機能ならびにこれらと油 圧シリンダとの接続は図１０に詳細に図示してある。直交するチャネル４６〜５ ０は溝に配置したＯリング８１〜８５の形状をなす封止材と係合する調節自在な ねじ７１〜７５で封止するのに適している。調節ねじ７１、７２と７５はボール 台座とボール９１、９２、９３が絞弁と戻り弁として作用するように設計してあ り、排出口の調節ねじ７３、７４には良好な機能を確保するためのフィルター９ ５と磁石９４がそれぞれに設けてある。本装置の緩衝機能は、脚の後ろ向きの動 きに相当する図の上向きの方向にピストン２７が動いた場合、調節ねじ７１、７ ２の調節にあわせて第１に緩衝され、この後調節ねじ７２の排出口を通りすぎて 動いた場合、調節ねじ７１単独の制動により更に強力に緩衝される。緩衝量が増 加した場合のなめらかな変化を得るため、ピストン２０のスリーブ部分６７は、 調節ねじ７２のある排出口を通りすぎて動くピストンの部分で、ピストン端部か ら先細りになるように楔状の形状の溝（図示していない）をつけた形状を成すこ とが出来る。他の方向の動きは調節ねじ７５の絞りによって緩衝されるだけであ る。調節ねじ７１、７２、または７５で強すぎるまで絞りを調節した場合の損傷 を防止するため、例えばスプリング装架ボール弁の形状の１つまたはそれ以上の 安全弁も配置しておき、ピストン２０の両側面の間の圧力差の上限を決めるよう にしても良い。 ボール台座とボール９１、９２、９３の組み合わせが絞弁および戻り弁として 機能する調節ねじ７１、７２、７５を使用する代わりに、スプリング装架ボール を用いた従来の戻り弁も使用でき、これによってねじ７１、７２、７５による絞 り量の調節は行なえなくなるが緩衝の度合いはほぼ永久的なまたは他の方法で調 節自在な絞りのためチャネル寸法に従って一定となる。 本発明の好適実施例の１つについて詳細に説明を行なった。本発明は例えば本 発明による緩衝シリンダーを様々な種類の人工関節と組み合わせて使用するなど 、 幾多の異なる方法で実現することが可能である。本発明の範囲は添付の請求の範 囲によって制限されるのみである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの第１の軸旋回点を有する関節例えば人工膝関節などの回転 運動を油圧緩衝シリンダを用いて緩衝するための装置であって、 前記第１の軸旋回点の軸穴（２）が油圧シリンダ（２０）を横断して延在す ることと、 軸（２１）が前記第１の軸旋回点の前記軸穴内に配置してあり、前記油圧シ リンダ（２３）内に少なくとも部分的に延出する歯車（３０）へ接続してある前 記軸（２１）へリンク（９）が係止されることと、 前記歯車（３０）は前記油圧シリンダのピストン（２７）に接続したラック ギア（２９）と嵌合することと、 前記油圧シリンダの一方の側から他方の側へ流れる油圧作動流体のためのチ ャネル（４０、４１）内の前記油圧作動流体の流れに対する抵抗により前記ピス トン（２７）の動きが影響を受けるように成してあることと、 油圧作動流体が動きの方向各々によって別のチャネルに導かれるように前記 チャネル内に戻り弁（９１、９２、９３）が配置してあることを特徴とする装置 。 ２．前記ピストン（２７）の動きが少なくとも１つの前記チャネル（４０、４１ ）内部の少なくとも１つの調節自在な絞り（７１、９１；７２、９２；７５、９ ３）による抵抗で影響を受けるように成してあることを特徴とする請求項第１項 に記載の装置。 ３．油圧作動流体用の前記チャネル（４０）の少なくとも１つは前記油圧シリン ダ内に第２の排出口も有しており、前記油圧シリンダには前記回転運動の異なる 部分で選択的な緩衝を行なえるように成すための調節自在な絞り（７２、９２） を設けることができることを特徴とする請求項第２項に記載の装置。 ４．例えば人工膝関節などの関節の回転運動を油圧緩衝シリンダを用いて緩衝す るための装置であって、 前記油圧シリンダ（１）には前記油圧シリンダの一方の側を他方と連通する 油圧作動流体用の少なくとも１つのチャネル（４０、４１）を設けてあることと 、緩衝の度合いが調節できるような方法で油圧作動流体の流れを調節するため調 節自在な絞弁と戻り弁（７１、９１；７２、９２；７５、９３）が配置してある ことと、チャネルとシリンダの間に少なくとも１つのさらなる排出口が設けてあ りこれが前記緩衝シリンダの前記ピストンにより閉止されて前記ピストンの動き の異なる部分で異なる緩衝が得られるように成してあることを特徴とする装置。 ５．前記緩衝シリンダの前記ピストン（２０）は前記ピストンの前端から後方へ 延出し前記さらなる排出口に対向した位置に配置した楔状の形状の溝を有し、前 記ピストン（２０）が通りすぎたときに前記さらなる排出口の閉止が滑らかに行 なわれるように成してあることを特徴とする請求項第４項に記載の装置。 ６．人工関節の回転運動を緩衝するための装置であって、 前記関節の一方の脚が油圧シリンダと堅固に連結してあることと、 少なくとも部分的に前記油圧シリンダを通して延出する歯車に接続した軸に より前記関節の第２の脚が前記第１の脚に連結してあることと、 前記歯車が前記油圧シリンダの前記ピストンに連結してあるラックギアと係 合することと、 前記ピストンの動く方向によって前記油圧シリンダの一方の側から他方の側 へ油圧作動流体を交互に導く少なくとも２本のチャネル内の抵抗によって前記ピ ストンの動きが影響を受けるように成してあることを特徴とする装置。 ７．前記ピストンの動きは前記チャネルの少なくとも１つに設けた少なくとも１ つの調節自在な絞りからの抵抗により影響を受けることを特徴とする請求項第６ 項に記載の装置。 ８．前記油圧作動流体用チャネルの少なくとも１つは前記油圧シリンダ以内に更 にもう１つの排出口を有し前記油圧シリンダには調節自在な絞弁を設け前記回転 運動の異なる部分で前記回転運動の選択的な緩衝が行ない得るように成してある ことを特徴とする請求項第６項または第７項に記載の装置。 ９．請求項第１項から第８項までのいずれか１つに記載の関節の回転運動を緩衝 するための装置を含むことを特徴とする人工関節特に人工膝関節。 １０．７軸旋回点を有する多軸型関節から構成されることを特徴とする請求項第 ９項に記載の人工関節。