JPH08511975A - 定トルク動作範囲副子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 これは、リハビリ療法を受けている関節に一定のトルクを加えるための動作範囲副子（10）である。副子（10）は第１の固定器部（12）と第２の固定器部（14）とを包含する。第１の腕（18）は第１の固定器部（12）より突出し、第２の腕（20）は第２の固定器部（14）より突出する。第１及び第２の固定器部（18と20）は、旋回機構（24）により副子回転軸回りに回転自在に接続される。駆動プーリ（56）は、副子旋回軸から間隔を置かれた駆動軸回りに、第１の腕に回転可能に取り付けられる。駆動軸回りに配置された渦巻きバネ（50）により、第１の腕（18）に対して駆動プーリ（56）にトルクが加えられる。ベルト（30）は、駆動プーリ（56）と従動プーリ（42）とを連結する。固定器部の間に加えられるトルクの量は、バネ（50）を巻いたり巻き戻したりするトルク調整機構（52と54）により、調整することができる。固定器部の間の回転運動の範囲を制限するために、調整可能停止機構（80）を使用することができる。駆動プーリ（56）の動き（52と54）に係合し駆動プーリの動きを防止するロック機構（66）により、固定器部を互いに対してロックすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 定トルク動作範囲副子 発明の背景 本発明は、リハビリ療法を受けている関節に、トルクを加えるための機能的副 子又は固定器に関する。 手首、肘、膝及び他の関節への負傷又は外科手術は、しばしば屈曲又は伸張拘 縮に帰着する。このような衰弱させる状態は、患者が負傷した関節を完全に曲げ たり（伸張拘縮の場合）伸ばしたりするのを（屈曲拘縮の場合）妨げる。動作範 囲（すなわちROM）副子とは、身体的リハビリ療法において、患者が関節を曲げ たり伸ばしたりすることができる動作範囲を拡張するために、一般に使用される 機能的副子である。このタイプの副子は一般に知られており、例えばMitchellら による米国特許第5,036,837号に開示されている。 市場で入手できる動作範囲副子は、典型的には、負傷した関節に拘縮に対抗し てトルクを加えるためのバネ付き固定器部を包含する。この力は、関節運動の運 動範囲又は角度を徐々に広げるのに貢献する。しかし、バネは受動的装置であり 、バネが戻るに従い力の量が減少するようになる。固定器部の角度の変化毎のト ルクの減少量は、副子の見掛け上の弾性として知られている。従って、大部分の 動作範囲副子は、患者の関節運動の範囲が治療において広がるに従い、加えられ るトルクの量を一定に維持するための継続的な調整を必要とする。これらのトル ク調整手続きは時間がかかり不都合である。 改良された動作範囲副子の継続した必要性があるのは明白である。特に、関節 の全動作角の範囲において、調整無しに相対的に一定のトルクを加えることがで きる副子が必要とされている。また、副子により加えられるトルクの量は、異な る患者の要求に合わせるため調整可能でなければならない。商業的に実行可能で あるためには、そのような副子は、使用及び動作が好都合で効率的に製造するこ とができなければならない。 発明の要旨 本発明は、リハビリ療法を受けている関節の全動作範囲において、相対的に一 定のトルクを加えることができる動作範囲副子である。副子は、それぞれ関節の 第１及び第２の側の患者の身体部分に接続するよう構成された、第１及び第２の 固定器部と、駆動アセンブリを包含する。第１及び第２の固定器部は、第１及び 第２の腕をそれぞれ包含し、回転軸構造により副子の旋回軸回りに旋回自在に連 結されている。駆動アセンブリは、従動プーリ、駆動プーリ、バイアス部材、及 び連結部を包含する。従動プーリは、副子旋回軸回りに第２の腕に取り付けられ る。駆動プーリは、駆動軸回りに、副子旋回軸より間隔を置いて第１の腕に取り 付けられる。バイアス部材は、第１の腕と駆動プーリとに連結され駆動プーリに トルクを加える。連結部は、駆動プーリを従動プーリに連結し、第１の固定器部 と及び第２の固定器部との間にトルクを加える。 一実施態様では、バイアス部材は渦巻きバネを包含する。バネは、駆動軸回り に配置され、第１の腕に取り付けられた第１の端及び駆動プーリに取り付けられ た第２の端を有する。駆動プーリと従動プーリとはベルトにより連結される。 副子の他の実施態様はトルク調整機構を包含する。トルク調整機構はウォーム ホイールと調整ウォームとを包含する。ウォームホイールは、駆動軸回りに回転 自在に、第１の腕に取り付けられ、渦巻きバネの第１の端部に連結される。調整 ウォームは、回転自在に第１の腕に取り付けられ、ウォームホイールと噛み合う 。調整ウォームは回転されて、ウォームホイールを回転させ、回し渦巻きバネ上 の引っ張りを調整する。 更に他の実施態様において副子は、第１及び第２の固定器部角位置を互いに固 定するためのロック機構を包含する。ロック機構は、駆動プーリと係合して駆動 プーリの回転を防止する、キーにより作動するスライドを包含する。 更に他の実施態様において副子は、第１の固定器部及び第２の固定器部との間 の動作範囲を制限するための調整可能停止機構を包含する。停止機構は、内側に 突出し、第１の腕に対して剛直に取り付けられたタブを持つ１つ以上のワッシャ と、従動プーリと共に回転するように取り付けられ、ワッシャに対して突出する 、タブと遭遇する突起部を包含するブッシングとを包含する。従動プーリの回転 運 動の範囲は、ブッシング突起部とワッシャタブとの係合により制限される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による動作範囲副子の斜視図である。 図２は、図１に示される駆動アセンブリの、駆動及び従動機構の中心を通る長 手方向の面に沿った断面図である。 図３は、駆動プーリ、従動プーリ、及びロック機構を示すために一部を切り欠 いた、図１に示される駆動アセンブリの側面図である。 図４は、コイルバネとトルク調整機構とを示すために一部を切り欠いた、図１ に示される駆動アセンブリの側面図である。 図５は、図１に示される副子の、調整可能な動作範囲停止機構の分解斜視図で ある。 図６は、図１に示される副子の大腿部装着固定器部の、ネジとボルトとを通る 長手方向の面に沿った断面図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明による定トルク機能的動作範囲副子10を、図１に概して示す。説明され る副子10の実施態様は、膝のリハビリ療法のために構成されており、大腿部装着 固定器部12（すなわち、患者の身体の、関節の第１の側の部分に装着される第１ の固定器部）、脹ら脛装着固定器部14（すなわち、患者の身体の、関節の第２の 側の部分に装着される第２の固定器部）、及び定トルク駆動アセンブリ16を包含 する。固定器部12と14とは第１及び第２の腕18及び20をそれぞれ包含し、第１及 び第２の腕18及び20は第１の又は副子旋回軸回りに旋回機構24により連結されて いる。使用においては、副子旋回軸が膝の回転軸に合うように、患者の脚の上で の固定器部12と14との位置が調整される。駆動アセンブリ16は、膝運動の全範囲 にわたり、拘縮に抗して相対的に一定のトルクを供給し、それにより、負傷が治 癒し運動の範囲が広がるに従いトルクを調節する必要性を緩和する。 図２〜図４に基づき、駆動アセンブリ16が説明され得る。示されるように、駆 動アセンブリ16は、ベルト30等の連結部により機械的に互いに接続された、駆動 機構26と従動機構28とを包含する。腕18は基底板32を包含する。駆動機構26、従 動機構28、及びベルト30は、基底板32と34とにより形成されるハウジング内に配 置される。従動機構28は、フランジ36、ブッシング38、及び従動プーリ42を包含 し、これらはすべて、副子旋回軸を定義するネジ山付きシャフト40により共に締 結される。フランジ36はリベット44により脹ら脛装着部14の腕20に締結され、副 子旋回軸回りに回転するように基底板34の貫通孔に軸受け装着される。ネジ山付 きシャフト40を含むキャップ48は、フランジ36の基底板34とは反対の側に固定さ れる。ブッシング38は、これも又副子旋回軸回りに回転するように、ブッシング 46により基底板32の貫通孔に軸受け装着される。従って、駆動機構26により従動 プーリ42に加えられるトルクは、脹ら脛装着固定器部14を、大腿部装着固定器部 12に対し回転させる。 駆動機構26は、大腿部装着固定器部12の腕18の、従動機構28及び副子旋回軸よ り間隔を置いた位置に取り付けられ、バイアストルクを発生させるためのバネ50 等のバイアス部材を包含する。バネ50によって発生されたトルクは、ベルト30に より駆動機構28に連結される。示されている実施態様では、駆動機構26は、ウォ ームホイール52、調整ウォーム54、及び駆動プーリ56を包含する。駆動プーリ56 は、軸受け部61及び63回りの回転のために取り付けられたシャフト67を包含する 軸受け58により、駆動軸回りに回転するよう取り付けられる。軸受け部61と63と は、ネジ60と65とにより、基底板32と34とにそれぞれ取り付けられる。駆動プー リ56はシャフト67に圧着される。 ウォームホイール52は、基底板32の凹部に、駆動プーリ56に対し同心円状に位 置するリング形状部材である。示されている実施態様では、バネ50は渦巻きタイ プのバネであり、ウォームホイール52内において駆動プーリ56回りに巻かれてい る。バネ50の第１の端62はウォームホイール52に係合される。バネ50の第２の端 64は、シャフト67を用いて駆動プーリ56に係合される。調整ウォーム54は、ウォ ームホイール52との噛み合いと駆動軸に垂直な軸回りの回転とのために、基底板 32及び34の凹部内に配置される。調整ウォーム54とウォームホイール52とは、ト ルク調整機構として機能する。図１及び図４に示すように、調整ウォーム54の両 端は、基底板32及び34の外にある凹部まで延長している。調整ウォーム54を回転 させるためにキー又は他のレンチ（図示せず）を使用でき、それによりウォーム ホイール52を回転させ、バネにより駆動プーリ56に加えられるトルクの量を増加 又は減少させるためにバネ50を巻いたり巻き戻したりすることができる。 従動プーリ42及び駆動プーリ56は、図２及び図３では一定半径の円形プーリと して示されているが、巻かれたり巻き戻されたりする際バネ50により発生するト ルクの微細な変動を補償するために、又は副子の角度と加えられるトルクとの間 の関係を変化させるために偏心円（すなわち変化する半径を持つ）でもあり得る 。あるいは、歯が連結機構として機能する歯車（図示せず）をプーリ42及び56の 代わりとすることができる。 ロック機構66は、固定器部12と14との間の相対運動を防止する。示されている 実施態様では、ロック機構66はキー68、スライド70、及びピン72を包含する。ス ライド70は、駆動プーリ56に向かいそして離れる直線路に沿った動きにスライド を案内する基底板34の凹部に配置される。スライド70は、駆動プーリ56に隣接す る端部に、歯に噛み合う先端部74を包含する。ピン72はスライド70に取り付けら れ、スライド70より突出する。キー68は、スライド70の動きに概して垂直の直線 路に沿った動きにキーを導く基底板34の凹部に配置され、キーの動く進路に対し 非平行な角度で延びる細長いスロット76を有する。キー68の互いに対抗する端部 は、基底板34を越えて延びている。ピン72は、スロット76の中まで延びており、 キー68の動きをスライド70と連結する。キー68の端部を動かすことにより、患者 又は臨床家は、キーをその動きの方向に沿って前後に強いることができ、スライ ド先端部74を駆動プーリ56の歯に噛み合わせたり解放したりできる。従って、固 定器部12と14とを、副子10が作動するよう構成されている運動範囲内のいかなる 位置においても、互いに対して都合よく且つ剛直にロックすることができる。 調節可能動作範囲停止機構80は、臨床家が固定器部12と14との間の回転運動の 範囲を制御することを可能にする。おそらく図２及び図５において最良に示され るように、停止機構80は、ピン82、停止ワッシャ84、及び従動機構28のブッシン グ38より突出する突起86を包含する。３本のピン82は副子旋回軸の周囲の円周上 に配置され、基底板32より突出する。ワッシャ84はそれぞれ、円周上に間隔をあ けて配置された複数の穴87と、ワッシャの中央開口部に向かって延びたタブ88と を包含する。ワッシャの穴87は、タブ88が円周上の所望のいかなる位置にあって もピン82で受けとめられ得るように間隔を置かれている。ワッシャ84は、タブ88 がブッシングの突起86と所望の停止位置で係合するように、ピン82に重ね合わせ て置かれる。キャップ90はワッシャ84を覆い、ワッシャを定位置に安定させるた めに、ブッシング38にネジ止めされる。ブッシング38は従動機構28と共に動くた め、固定器部12と14との間の回転運動の範囲は、突起86がワッシャタブ88と係合 することにより制限される。臨床家は、患者の状態が快方に向かうにしたがい副 子10が動作する範囲を増加及び減少させるために、都合よくキャップ90を取り外 しワッシャ84を置き換えることができる。 固定器部12と14は、図１と図６とを参照しながらより詳細に説明され得る。示 されるように、大腿部装着固定器部12は、オーバーセンタークランプ104により 腕18に調整可能に取り付けられた前方及び後方大腿部部分100を包含する。各大 腿部部分100は、一端が腕18に取り付けられた直角ブラケット106を包含する。前 方及び後方大腿部支持部108は、クランプ107によりブラケット106の他方の端部 に調整可能に取り付けられている。ブラケット106は、前方及び後方大腿部支持 部108を、患者の大腿部の前方部及び後方部にそれぞれ隣接して配置し、一方で 副子の駆動アセンブリ16の反対側を空けておく。従って、副子10は、患者の脚に 側面より都合よく配置することができる。 大腿部支持部108をブラケット106に取り付けるためのクランプ107は、細長い スロット付きトラック110、トラックフォロア114、ネジ116、及びワッシャ118を 包含する。大腿部支持部108は、ピン112によりトラック110に回転自在に取り付 けられる。トラック追跡部114は、トラック110内にスライド自在に取り付けられ る。大腿部支持部108は、ワッシャ118、ブラケットの細長い穴120を介してトラ ック追跡部114のネジ穴へ延びるネジ116により、ブラケット106に取り付けられ る。スロット付きトラック110は、患者の脚に平行な軸回りに方向付けられるよ うに構成されており、一方ブラケット106のスロット状の穴120は、脚と垂直に方 向付けられるように構成されている。従って、大腿部支持部108の位置は、患者 に適合するように調整ができ、ネジ116のハンドル122を用いてブラケット106に 確実にクランプできる。 クランプ104は、ネジ山付きボルト128に回転自在に連結されたオーバーセンタ ーハンドル126を包含する。ボルト128は、固定器腕18、クランプブッシング130 、及びブラケット106の細長い穴132を貫いて延びる。細長い穴132は、副子10の 装着と取り外しとを容易にするために大腿部部分100を空けたり閉めたりできる ように、患者の脚に垂直に方向付けられるように構成されている。大腿部支持部 100が適切に配置されるとき、ブラケット106はオーバーセンターハンドル126の 作動により固定器腕18にクランプされる。 患者の大腿部ではなく脹ら脛部のために構成される部品の大きさ以外、脹ら脛 装着固定器部14は、上記の大腿部装着固定器部12と構造的且つ動作的に同一であ る。固定器部12と14とは、異なる大きさの脚を待つ患者に快適にしかし確実に適 合するよう、患者又は臨床家により都合よく装着、調整、及び取り外すことがで きる。異なる大きさの支持部100を、副子10が患者の両側の四肢における屈曲及 び伸張拘縮の双方に使用できるように、腕18と20とに都合よく取り付けることも できる。 動作範囲副子10は、先行技術で示されるものよりかなりの利点を提供する。調 整可能な固定器部は、副子が迅速且つ都合よく患者へ装着し及び患者から取り外 されることを可能にする。これらの固定器部は、相対的に広い範囲で調整するこ ともでき、副子が異なるサイズの患者に快適且つ確実に適合するのを可能とする 。 駆動及び従動プーリがその比率がＮで表される異なった直径を有するとき、副 子の外見上の弾性は、バネの弾性のＮ²分の１に減少する。具体的には、駆動プ ーリが△∝度回転し、駆動プーリへのトルクが△Ｔ変化すれば、従動プーリはＮ △∝度回転し、従動プーリへのトルクは△Ｔ／Ｎ変化することになる。従って、 駆動プーリの弾性は△Ｔ／△∝で、一方従動プーリの弾性は（△Ｔ／Ｎ）／Ｎ△ ∝であり、駆動プーリの弾性のＮ²分の１となる。従って、相対的に一定のトル クを、調整の必要無しに実用上の関節の角度範囲にわたって加えることができる 。 副子により加えられるトルクの量は、異なる患者の要求に応えるため、トルク 調節機構で容易に調整することができる。副子が作動する関節運動の範囲も、停 止機構で都合よく調節することができる。ロック機構の使用は、患者が固定器を 都合よく且つ快適に配置し、そして取り外すことを可能とする。 本発明は、好ましい実施態様と関連して説明されてきたが、当業者は本発明の 精神及び範囲より逸脱することなく、形態及び詳細回りにの変更が可能であるこ とを認識する。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 てロックすることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１の腕を含み、身体の関節の第１の側の部分に装着されるように構成され た第１の固定器部、 第２の腕を含み、身体の第２の側の部分に装着されるように構成された第２の 固定器部、 副子の回転軸回りに第１及び第２の腕を回転自在に連結するための旋回機構、 副子の回転軸回りに第２の腕に取り付けられる従動プーリ、 副子回転軸から間隔をおかれた、駆動軸回りに第１の腕に回転可能に取り付け られた従動プーリ、 第１の腕に対して駆動プーリにトルクを加えるための、第１の腕と駆動プーリ とに接続されたバイアス部材、及び 第１及び第２の固定器部との間にトルクを加えるために駆動プーリから従動プ ーリへトルクを転送するための、駆動プーリと従動プーリとを連結する連動器と を包含する、リハビリ療法を受けている関節にトルクを加えるための動作範囲副 子。 ２．バイアス部材が渦巻きバネを包含する、請求項１に記載の動作範囲副子。 ３．連動器が駆動プーリ及び従動プーリ上の噛み合う歯を包含する、請求項１に 記載の動作範囲副子。 ４．連動器が駆動プーリと従動プーリとを連結するベルトを包含する、請求項１ に記載の動作範囲副子。 ５．駆動プーリ及び従動プーリのうちの少なくとも１つが偏心プーリである、請 求項１に記載の動作範囲副子。 ６．第１と第２の固定器部との間に加えられるトルクを調整するためのトルク調 整機構を更に包含する、請求項１に記載の動作範囲副子。 ７．バイアス部材が、駆動軸回りに配置され第１の腕に接続される第１の端部と 駆動プーリに接続される第２の端部とを持つ渦巻きバネを包含し、 トルク調整機構が、渦巻きバネ上の引っ張りを調節するための機構を包含する 、請求項６に記載の動作範囲副子。 ８．トルク調整機構が、渦巻きバネの第１の端部が接続され、第１の腕に回転可 能に取り付けられたウォームホイール、及び 渦巻きバネ上の引っ張りを調節するためにウォームホイールを回転させるよう 、第１の腕に回転可能に取り付けられ、ウォームホイールと噛み合う調整ウォー ムとを包含する、請求項７に記載の動作範囲副子。 ９．第１と第２の固定器部の互いに対する角位置をロックするためのロック機構 をさらに包含する、請求項１に記載の動作範囲副子。 10．ロック機構が駆動プーリと係合して駆動プーリの回転を防止するための機構 を包含する、請求項９に記載の動作範囲副子。 11．第１と第２の固定器部との間の動作範囲を制限するための調整可能停止機構 を更に包含する、請求項１に記載の動作範囲副子。 12．停止機構が従動プーリの回転運動の範囲を制限するための機構を包含する、 請求項11に記載の動作範囲副子。 13．停止機構が、内部側に突出するタブを持ち、第１の腕に対して剛直に取り付 けられた１つ以上のワッシャ、及び 回転運動の範囲がブッシングの突起とワッシャのタブとの係合により制限され る従動プーリと共に回転するように取り付けられ、ワッシャ内に延び、タブと係 合する突起を含むブッシングを包含する、請求項12に記載の動作範囲副子。 14．タブの位置と従動プーリの回転運動の範囲とを調整できるように、第１の腕 に対しワッシャを取り付けるための解除可能な機構を包含する、請求項13に記載 の動作範囲副子。 15．第１の腕に対しワッシャを取り付けるための解除可能な機構が、第１の腕か ら突出するピン、及び ピンにワッシャを取り付けるためのワッシャの穴を有する、請求項14に記載の 動作範囲副子。 16．従動プーリ、駆動プーリ、及び連動器のためのハウジングを更に包含する、 請求項１に記載の動作範囲副子。 17．第１の腕を含み、身体の関節の第１の側の部分に装着されるように構成され た第１の固定器部、 第２の腕を含み、身体の関節の第２の側の部分に装着されるように構成された 第２の固定器部、 副子の回転軸回りに第１及び第２の腕を回転自在に連結するための旋回機構、 副子の回転軸回りに第２の腕に取り付けられる従動プーリ、 副子回転軸より間隔をあけられた、駆動軸回りに第１の腕に回転可能なように 取り付けられた従動プーリ、 第１の腕に対して駆動プーリにトルクを加えるために、駆動軸回りに配置され 第１の腕と駆動プーリとに接続された渦巻きバネ、及び 駆動プーリから従動プーリへ回転バイアス力を転送し第１及び第２の固定器部 との間にトルクを加えるために、駆動プーリと従動プーリとを連結する連動器を 包含する、リハビリ療法を受けている関節にトルクを加えるための動作範囲副子 。 18．渦巻きバネの引っ張りを調整するためのトルク調整機構を更に包含する、請 求項17に記載の動作範囲副子。 19．トルク調整機構が、渦巻きバネの第１の端部が接続され、第１の腕に回転可 能に取り付けられたウォームホイールと、 渦巻きバネ上の引っ張りを調整するためにウォームホイールを回転させるため に、第１の腕に回転可能に取り付けられウォームホイールと噛み合う調整ウォー ムとを包含する、請求項18に記載の動作範囲副子。 20 第１と第２の固定器部との間の動作範囲を制限するための調整可能停止機構 を更に包含する、請求項17に記載の動作範囲副子。 21．停止機構が、従動プーリの回転運動の範囲を制限するための機構を包含する 、請求項20に記載の動作範囲副子。 22．停止機構が、内部側に突出するタブを持ち、第１の腕に対して剛直に取り付 けられた１つ以上のワッシャ、及び 回転運動の範囲がブッシングの突起とワッシャのタブとの係合により制限され る従動プーリと共に回転するように取り付けられ、ワッシャ内に延び、タブと係 合する突起を含むブッシングを包含する、請求項21に記載の動作範囲副子。 23．タブの位置と従動プーリの回転運動の範囲とを調整できるように、第１の腕 に対しワッシャを取り付けるための解除可能な機構を包含する、請求項22に記載 の動作範囲副子。 24．第１の腕に対しワッシャを取り付けるための解除可能な機構が、第１の腕か ら突出するピン、及び ピンにワッシャを取り付けるためのワッシャの穴を有する、請求項23に記載の 動作範囲副子。 25．第１と第２の固定器部の互いに対する角位置をロックするためのロック機構 をさらに包含する、請求項20に記載の動作範囲副子。 26．ロック機構が駆動プーリと係合し駆動プーリの回転を防止するための機構を 包含する、請求項25に記載の動作範囲副子。 27．駆動プーリ及び従動プーリのうちの少なくとも１つが偏心プーリである、請 求項17に記載の動作範囲副子。 28．改良点が第１及び第２の固定器部の互いに対する位置をロックするためのロ ック機構であることを特徴とし、リハビリ療法を受けている患者の身体の関節の 対抗する側の部分に装着するための第１及び第２の固定器部と、第１と第２の固 定器部との間にトルクを加える駆動アセンブリとを包含するタイプの、動作範囲 副子。 29．駆動アセンブリが駆動プーリを包含し、ロック機構が駆動プーリと係合し駆 動プーリの回転を防止する機構を包含する、請求項28に記載の動作範囲副子。 30．駆動プーリが歯を包含し、ロック機構が駆動プーリの歯に噛み合う機構を包 含する、請求項28に記載の動作範囲副子。