JPWO2005093305A1 - 閉位置を維持可能な切換え弁、ならびにそれを用いたひざトルク装置および義足 - Google Patents

Abstract

この発明は、弁（１０）が閉位置（制動状態）から開位置に切り換わるとき、弁体（８０）に対する操作力がなくなっても、しばらくの間閉位置を維持可能にする技術を提供する。切換え弁（１０）の弁体（８０）は、外部からの操作力を受けるほか、その操作力とは反対方向に弁ばね（９０）による戻し力を受ける。そのため、弁体（８０）は、操作力の有無に応じて、弁体（８０）の第１端（８０１）がハウジング（２０）側の弁座（４８）に着座／離座することにより弁の開閉を行う。開閉により、弁座（４８）をはさむ第１ポ−ト（３１）と第２ポ−ト（３２）とを連絡／遮断する。弁体（８０）は段付き構造であり、作動液の圧力に起因して、その段付き構造による受圧面積差に基づく力を受ける。その力が、弁の閉位置をしばらくの間維持することを可能にする。

Description

発明の属する技術分野

この発明は、外部からの操作力によって、弁の開閉を行う切換え弁であって、操作力がなくなっても閉位置をしばらくの間維持可能なものに関し、さらには、その切換え弁を用いたひざトルク装置および義足に関する。

発明の背景

一般の油圧システム（あるいは油圧回路）は、タンクからの作動液をシステムへ送り出す油圧ポンプを含む圧力源と、圧力源から作動液を供給され、所要の仕事をするためのアクチュエ−タ（たとえば、油圧シリンダや油圧モ−タ）と、システム内の作動液の圧力や流量などを制御する制御部（たとえば、切換え弁などの油圧制御弁）とを備える。このような油圧システムは、作動液がもつ流体エネルギ−を利用して能動的な仕事を行うシステムである、ということができる。

それに対し、人体に関係する油圧システムには、それら一般のものとは異なり、圧力源をもたないものがある。たとえば、ひざや足首などの関節による動きを補助する装置として、人体の動き（たとえば、曲げあるいは屈曲）に対して抵抗力を与えるものが知られている。たとえば、特許文献１は、高齢者擬似体験のための装具であり、ひざの曲げに対し抵抗力を与えるトルクダンパを示し、また、特許文献２は、大腿義足用のダンパであり、ひざを曲げるときにのみ抵抗力を与える一方向特性のロ−タリダンパを示している。さらに、特許文献３は、義足のひざ制動技術として、ひざにかかる義足装着者の荷重に応じて弁の絞り量を変え、その絞り量に応じた制動力（つまりは、抵抗力）を生じる弁装置を示している。
特開２００１‐１４７６３５号公報 特開平５‐３３７１４５号公報 特開平８‐３１７９４４号公報

このような人体用の油圧システムは、人体による運動エネルギ−を流体エネルギ−に変換し、前者の運動エネルギ−（人体の動き）を制動しようとする働きをする。したがって、この種の人体用のものは、一般の油圧システムとは異なり、圧力源をもたず、いわば受動的な仕事をする。説明の便宜上、以下においては、義足における特定の用途（ひざの屈曲を柔軟に行うという用途、別にいうと、イ−ルディング機能用）を中心に話を進めるが、人体用の油圧システムに関係するこの発明は、高齢者擬似体験装具、義足、あるいはリハビリ装具（たとえば、リハビリ時におけるひざ折れ防止のための装具）などと、複数の適用をすることができる。

さて、人体用の油圧システムが人体の動きを制動するとき、その制動作用に一方向特性をもたせるよう、あるいは必要なときに制動するように制御することが求められる。たとえば、ひざの屈曲／伸展についていえば、ひざに体重をかけひざを屈曲させるときだけ制動し、伸展するときには制動をしないようにすることが求められる。この求めに応えるため、油圧システムは、制動力を生じる制動状態と制動力を解除した非制動状態とに切り換えるための切換え弁を備える。切換え弁の弁体は、一方の端部に制御のための操作力を受け、その操作力の有無に応じて弁の開閉（つまり、切換え作用）を行う。切換えのための制御は、一般的には、リンク機構の一つのリンクの動きによって、切換え弁を開閉制御することを意味する。しかし、切換え制御は、そのような機械的な制御に限定されるわけではなく、たとえば、リンク機構のリンク、あるいはひずみゲ−ジなどの電気的なセンサ−によって、対象とする人体の動き状態（たとえば、歩行状態）を検知し、その検知信号に基づいてステッピングモ−タなどによって電気的に開閉制御することもできる。なお、その人の荷重が足部のどこにかかっているかを機械的に検出する好適な技術として、足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつリンク機構を利用し、その瞬間中心をセンシングポイントとし、荷重が足部の踵にかかる場合（弁を閉位置にし、制動をかけるべき状態）と、爪先にかかる場合（弁を開位置にし、制動を解除すべき状態）とを区別して検知する方法をすでに提案している（平成１４年１１月２１日提出の特願２００２‐３３８６２６号）。

外部からの操作力が加わる切換え弁の弁体には、弁ばねが付属し、操作力とは反対方向に戻す戻し力が与えられている。したがって、切換え弁は、操作力の有無に応じて、弁の開閉状態を即座に切り換える。しかし、いろいろ実験したところ、この応答性の良さが、逆に、不都合を生じるおそれがあることが判明した。たとえば、下り坂を歩行するとき、ひざに制動作用が働いている中で、切換え弁の弁体に対して加わっていた操作力が、突然解除されるような事態を生じることがある。このような事態は、操作力の有無が歩行状態に応じた微妙な検知結果に基づくことから生じるものである。人の歩行が個性をもつこと、あるいは歩行自体に変動があることを考慮すれば、そのような事態の発生は、完全には避けがたい。いずれにしろ、制動力が突然に解除されれば、ひざ折れを生じる危険があるため、何らかの安全対策が求められるところである。

そこで、この発明は、切換え弁が閉位置（制動状態）から開位置に切り換わるとき、弁体に対する操作力がなくなっても、しばらくの間閉位置を維持可能にした技術を提供することを目的とする。
また、この発明は、弁体を取り巻く作動液の圧力が所定以上のときに、その圧力の作用によって弁体の閉位置を維持することができる技術を提供することを他の目的とする。
この発明のその他の目的については、以下の説明から明らかになるであろう。

この発明の主体は、外部からの操作力によって、弁の開閉を行う特定の切換え弁である。この切換え弁の弁体は、外部からの操作力を受けるほか、弁ばねによる戻し力（操作力とは反対方向のばね力）を受ける。そのため、弁体は、操作力の有無に応じて、弁体の第１端がハウジング側の弁座に着座／離座することにより弁の開閉を行う構成である。弁の開閉により、弁座をはさむ第１ポ−トと第２ポ−トとを連絡／遮断する。そして、この発明では、付加的に、外部からの操作力がなくなったとしても、しばらくの間閉位置を維持可能になるように構成している。付加的な構成は、次の各特徴に関係する。
（Ａ）弁体は段付き構造の部分を含み、第１ポ−トおよび第２ポ−トを通して流れる作動液によって、その段付き構造による受圧面積差に基づく力を生じる
（Ｂ）弁体の第１端がハウジング側の弁座に着座するとき、弁体の段付き構造による受圧面積差に基づく力によって、弁体を弁座に着座する状態を維持することが可能である

弁体については単一の部品で構成することもできるし、相互に移動可能な複数の部品で構成することもできる。弁体を単一の部品で構成するとき、弁体は、第１ポ−トに臨む側に大径部、シリンダ孔の開口寄りに小径部をそれぞれ備え、しかも、弁座に着座する部分の内周側を通して、第１ポ−トと小径部の外周とを連絡する内部通路をもつ。弁体の大径部および小径部が、受圧面積差に基づく力を生じるための段付き構造になることは勿論である。また、弁体を複数の部品で構成するとき、たとえば、弁体は、軸線方向に沿った内孔をもつ外側ピストンと、その外側ピストンの内孔の中に移動可能にはまり合った内側ピストンとを備え、それに応じ、弁ばねは、外側ピストンに戻し力を与える主ばねと、内側ピストンに戻し力を与える副ばねとを備える。このように弁体が複数の部品を含むとき、複数の部品の一つに段付き構造を構成することができる。段付き部分に対する作動液の連絡をしやすくする点から、内側の部品（内側ピストン）を段付き構造にするのが好ましい。その場合、切換え弁が全閉、半開、全開の３つの状態を呈するので、全閉から全開に切り換わるとき、全開にすぐに切り換わることなく弁は半開の絞り状態をしばらくの間維持する。この「半開の絞り状態」は、「全閉」と同様、弁の「閉位置」を意味する。

このような切換え弁は、たとえば、ひざの屈曲に抵抗力を与えるひざトルク装置に有効に適用することができる。ひざトルク装置は、基本的に、ひざが伸展するときに作動液が入り込む第１室と、ひざが屈曲するときに作動液が入り込む第２室と、それら第２室と第１室との間を連絡する通路と、その通路上、第１室と第２室との間に位置する絞りであり、その絞りを通る作動液の流れ抵抗を利用してひざの屈曲に抵抗力を与える絞りと、通路上、その絞りと並列に接続され、第１室から第２室へ向かう流れを阻止し、その逆方向の流れを許す逆止弁と、通路上、その逆止弁および絞りと並列に接続される切換え弁とを備える。最後の切換え弁として、前記したＡおよびＢの各特徴をもつものを利用する。それにより、切換え弁の特性、つまり、外部からの操作力がなくなったとしても、しばらくの間閉位置を維持可能であるという特性を生かし、突然のひざ折れを未然に防ぐことができる。

ひざトルク装置の中の絞りは、それを通る作動液の流れに抵抗を与え、ひざが柔軟に屈曲することを可能とする。その屈曲抵抗は、ひざトルク装置を使用する者（義足を装着する者、あるいは、たとえばリハビリ中などの義足を装着していない者など）がひざに自らの荷重（体重）をかけることによりゆっくりとひざを屈曲するような大きさであり、たとえば４０〜１００Ｎｍ相当である。絞りとしては、可変絞りあるいは固定絞りのいずれも用いることができる。使用者の特性や好みに応じて絞り量を調整可能にする点からすると、可変絞りの方が好ましい。また、その絞りに並列の逆止弁は、ひざが屈曲するときにのみ抵抗力（制動力）が生じるようにするため、言い換えると、ひざが伸展するときには絞りによる抵抗力が生じないようにするために配置する。逆止弁としては、ボ−ルやポペットを弁体とした簡単な構造のものが好ましい。

また、ひざトルク装置は、作動液が流れ込んだり流れ出したりする２つの室を区画する手段を含む。２つの室を区画する手段としては、往復動ピストンを含むピストンタイプ、揺動ベ−ンを含むロ−タリタイプ、のいずれをも適用することができる。ひざ周りを小型化する上からすると、ロ−タリタイプの方が好ましい。なお、ＵＳＰ５，７０４，９４５号（対応する特開平８−３１７９４４号）やＵＳＰ２，６６７，６４４号などがロ−タリタイプを、また、ＵＳＰ２，５３０，２８６号、ＵＳＰ２，５６８，０５３号などがピストンタイプをそれぞれ明らかにしている。

さらにまた、ひざトルク装置の中の切換え弁については、ノ−マルオ−プン、ノ−マルクロ−ズドのいずれに設定することもできるが、通常時に確実に制動をかけることによって、ひざ折れを確実に防止する観点からすれば、ノ−マルクロ−ズドの方が好ましい。一方、義足には、立脚相におけるイ−ルディング機能を得るための装置だけでなく、遊脚相におけるひざの屈曲および伸展を補助するためのエアシリンダ装置を備える場合がある。そのような場合、エアシリンダ装置による遊脚相制御を阻害しない点からすると、ノ−マルオ−プンの方がすぐれている。また、ノ−マルオ−プン型の切換え弁において、フリ−状態における開位置をできるだけ閉位置に近づけた状態に設定することができる。ノ−マルオ−プンではあるが、ノ−マルオ−プンとノ−マルクロ−ズドとの中間（いわば、ノ−マルニュ−トラル）に設定することもできる。ノ−マルニュ−トラルに設定すれば、少ない荷重で開位置から閉位置へ切り換えることができ、制動力を得やすくすることができ、また、フリ−状態で操作力を与える部材（たとえば、リンク機構を構成するリンク）の機械的摩擦により開位置あるいは閉位置の状態を維持する（いわば、状態を記憶する）ことができる。

ここで、この発明による切換え弁の特性、すなわち、弁体に対する操作力がなくなっても、しばらくの間閉位置を維持可能な特性、についてもう少し具体的に説明する。この発明の切換え弁は、弁体が段付き構造の部分を含むため、作動液の圧力を受ける部分に受圧面積差を生じ、その受圧面積差に基づいて弁を閉じる方向の力を生み出す。この受圧面積差に基づく力は、段付き構造に伴う受圧面積差の大きさと、作動液の圧力の大きさとによって定まる。弁体周りの作動液の圧力は、ひざを屈曲する方向に荷重が加わるときに発生（つまり、制動圧力として発生）し、荷重が解除されれば解放される。したがって、発生した圧力の大きさを考慮して、受圧面積差に基づく力と弁体に戻し力を与える弁ばねのばね力とがバランスするように設定することができる。そうすれば、閉位置で内部に所定の制動圧力が発生しているとき、弁体に対する操作力が突如なくなったとしても、内部の作動液の圧力が低下するまでの少しの間、弁は閉位置を維持するようになる。このとき、弁体の段付き部に連絡する内部通路の途中に絞り作用を生じるようにすれば、段付き部の周りの作動液の圧力の低下をわずかながら遅らすことができる。人によって異なる歩行のちがいに応じるため、あるいは、人によって異なる歩行フィ−リングに適合させるため、そのような絞り作用を活用することもできる。

この発明による切換え弁の第１実施例を示す断面図である。 この発明による切換え弁の第２実施例を示す断面図である。 この発明による切換え弁の第３実施例を示す断面図である。 この発明による切換え弁の第４実施例を示す断面図である。 第４実施例の切換え弁のスペ−サを示す正面図である。 第４実施例の切換え弁のスペ−サを示す側面図である。 第４実施例の切換え弁のフリ−ピストンのピストン本体を示す側面図である。 図６Ａの６‐６線に沿う断面図である。 この発明による切換え弁の第５実施例の全閉状態を示す断面図である。 この発明による切換え弁の第５実施例の半開状態を示す断面図である。 この発明による切換え弁の第５実施例の全開状態を示す断面図である。 この発明によるひざトルク装置の一実施例を示す回路図である。 図１０のひざトルク装置のほか、空圧回路を備える義足の回路図である。 義足適用のノ−マルオ−プン型切換え弁の切換えタイミング例を示す図である。 義足適用のノ−マルクロ−ズド型切換え弁の切換えタイミング例を示す図である。

符号の説明

１０，１０２，１０３，１０４，１０５ 切換え弁
２０ ハウジング
２２ シリンダ孔
３１ 第１ポ−ト
３２ 第２ポ−ト
４０ 弁座部材
４８ 弁座
５０ ホルダ
６０ ねじリング
６４ スペ−サ
６８ フリ−ピストン
６８４ ボ−ル弁体
６８６ 作動液室
７０ カバ−リング
８０ 弁体
８０１ 第１端
８０１ 第２端
８１０ 大径部
８２０ 小径部
８３０ 内側ピストン
８４ 小室
８６ 内部通路
９０ 弁ばね（主ばね）
１０００ ひざトルク装置
７０００ エアシリンダ装置

切換え弁の第１実施例
図１は、切換え弁の第１実施例を示す断面図である。切換え弁１０は、ハウジング２０に設けたシリンダ孔２２の内部にある。シリンダ孔２２は、軸線方向に延びる止まり孔であり、ハウジング２０の一面に開口２２ａがある。また、シリンダ孔２２の一番奥には、第１ポ−ト３１があり、その第１ポ−ト３１よりも軸線方向に見て開口２２ａに近い側に第２ポ−ト３２がある。切換え弁１０は、自らが開閉することにより、第１ポ−ト３１の側と第２ポ−ト３２の側とを連絡／遮断するための制御弁である。シリンダ孔２２の奥には、第１ポ−ト３１と第２ポ−ト３２との間に、弁座部材４０がある。弁座部材４０は、中心部に貫通孔４２があり、貫通孔４２の一方の開口は第１ポ−ト３１に臨み、他方の開口は第２ポ−ト３２に臨んでいる。ハウジング２０側に当たる弁座部材４０の一面には、シ−ルリング装着溝４４があり、その装着溝４４にＯリング４６を保持する。Ｏリング４６は、ハウジング２０側と弁座部材４０との間をシ−ルし、切換え弁１０が閉じたとき、第１ポ−ト３１に連絡する側を閉じ込める。

弁座部材４０は、貫通孔４２の他方の開口の周縁部にリング状の弁座４８をもつ。弁座４８は、凸状に盛り上がった形状とし、シ−ト特性を良好にすることが好ましい。このような弁座４８の外周に、弁座部材４０は結合溝４５をもち、その結合溝４５にホルダ５０の一端を受け入れている。ホルダ５０は筒状であり、その内周側の径が、弁座部材４０に結合する側が大きく、シリンダ孔２２の開口２２ａに近い側が小さくなっている。ホルダ５０の大径孔部５１０には、周方向等間隔に複数の（たとえば、８個）丸孔５１２があり、大径孔部５１０の内外周を連絡している。また、ホルダ５０の小径孔部５２０には、その内外周にそれぞれシ−ルリング装着溝５４ｉ，５４ｏがある。内周のシ−ルリング装着溝５４ｉにはカップシ−ル５６ｉ、外周のシ−ルリング装着溝５４ｏにはＯリング５６ｏをそれぞれ保持している。また、弁体（後で述べる）がはまり合うホルダ５０の内周は、弁体と液密に近い接触をするようにしている。そのため、ホルダ５０の小径孔部５２０の内周部分の閉じた空間が区画される。その閉じた空間を開放するため、ホルダ５０は、大径孔部５１０の外周と小径孔部５２０の内周とを連絡する斜め通路５８をもつ。

ホルダ５０は、ねじリング６０およびカバ−リング７０によって支えられる。これら両リング６０，７０は、ともに外周にねじ部分６２，７２をもつ部品である。それらねじ部分６２，７２がシリンダ孔２２のねじ部分とねじ結合し、自らをハウジング２０に固定し、シリンダ孔２２の内部に他の部品を位置保持する。なお、カバ−リング７０には、シリンダ孔２２の開口２２ａ側に、外向きフランジ７４ｆおよび内向きフランジ７６ｆがある。外向きフランジ７４ｆは、ハウジング２０に対しカバ−リング７０を安定した支持をする役割を果たし、また、内向きフランジ７６ｆは、弁体（後で述べる）をガイドする役割を果たす。

さて、シリンダ孔２２の内周には、弁体をガイドするための複数のガイド部分が存在する。そのようなガイド部分として、ホルダ５０の大径孔部５１０および小径孔部５２０の各部分があり、さらには、カバ−リング７０の内向きフランジ７６ｆの部分がある。弁体８０は、段付き構造であり、ホルダ５０の大径孔部５１０にはまり合う大径部８１０と、段差８０ｓをはさんで大径部８１０に連続する小径部８２０とを備える。シリンダ孔２２の内部に入り込んだ弁体８０の第１端８０１、つまり、弁体８０の大径部８１０の前面は、弁座部材４０の弁座４８に対向している。したがって、弁体８０は、各ガイド部分にガイドされつつ軸線方向に移動することにより、第１端８０１が弁座４８に着座したり離座したりする。弁体８０の第１端８０１の径は弁座４８の径よりも少し大きくなっているだけであり、それにより、弁体８０の第１端８０１が弁座４８から離れたとき、第１ポ−ト３１側と丸孔５１２を通しての第２ポ−ト３２側とが抵抗なくスム−ズに連絡するようになっている。

段付き構造の弁体８０は、ホルダ５０と相俟って、弁体８０の段差８０ｓに隣り合う小径部８２０の外周部分にリング状の小室８４を区画する。この小室８４は、弁体８０に対し、作動液の圧力に起因して大径部８１０と小径部８２０との受圧面積差に基づく力を作用させる意味から重要である。そのため、小室８４と第１ポ−ト３１側とを連絡するため、弁体８０は内部通路８６をもつ。内部通路８６は、弁体８０の第１端８０１に開口し、大径部８１０から小径部８２０の一部に到るように中心部を軸線方向に走る第１孔８６１と、段差８０ｓに隣接した小径部８２０の内部を径方向に走り、第１孔８６１と小室８４との間を連絡する第２孔８６２とから構成される。

弁体８０は、また、コイルスプリングである弁ばね９０によるばね力を受ける。カバ−リング７０の内周に位置する弁体８０の小径部８２０の部分に、Ｃ型止めリング９２および平座金９４によって、一方のばね受けが設けられている。弁ばね９０は、止めリング９２が支持する平座金９４に一方の端を当て、また、他方の端をねじリング６０の内向きフランジの部分に当てている。したがって、弁ばね９０のばね力は、弁体８０の第１端８０１を弁座４８から離すような方向の力である。弁体８０の第２端８０２、すなわち、大径部８１０とは反対側の小径部８２０の端部は、シリンダ孔２２の開口２２ａ部分に位置するカバ−リング７０を貫通して、ハウジング２０の一面から突き出ている。突き出た第２端８０２の中心に止まり孔８８があるが、この止まり孔８８は、弁体８０に対し外部からの操作力を与えるための部材（たとえば、リンク）を接合する接合点であって、その部分にたとえばゴムなどの緩衝材を備え付けることもできる。止まり孔８８は、また、金属製の弁体８０の容積を減らすことにより、弁体８０を軽量化する手段としても機能する。

この切換え弁１０については、たとえば、平座金９４を選ぶことにより、弁ばね９０のばね力を変更することができ、ノ−マルオ−プンあるいはノ−マルクロ−ズドのいずれにも設定することができる。ノ−マルオ−プンのとき、弁ばね９０による力を、弁体８０の第２端８０２に対し与える外部からの操作力よりも大きく設定し、また、ノ−マルクロ−ズドのときには、弁ばね９０による力を、弁体８０の第２端８０２に対し与える外部からの操作力よりも小さく設定する。いずれの設定においても、切換え弁１０は、弁体８０の第１端８０１を弁座４８に着座させるとき、たとえば、ひざの屈曲に伴う動きに応じて第１ポ−ト３１側の圧力（内圧）を高め、イ−ルディング機能を達成することができる。そして、第１ポ−ト３１側に所定の圧力が発生しているとき（たとえば、イ−ルディング機能を生じているとき）、外部からの操作力が突如なくなるようなことが生じたとしても、第１ポ−ト３１側の圧力に起因する、弁体８０の受圧面積差に基づく力が弁ばね９０のばね力に打ち勝つことから、切換え弁１０はしばらくの間閉位置を維持することになる。

切換え弁の第２実施例
図２は、切換え弁の第２実施例を示す断面図である。この第２実施例は、図１の第１実施例の一部を変えた例である。第２実施例である切換え弁１０２は、第１実施例の切換え弁１０の内部通路８６に絞り部材２００を付加的に備えている。絞り部材２００は、中心部の絞り通路２０２のほか、外周に取付けねじ部２０４をもつ。したがって、弁体８０の中心部の第１孔８６１に、絞り部材２００の取付けねじ部２０４に適合するねじを切ることにより、第１孔８６１内に絞り部材２００をねじ結合によって固定することができるし、場合によっては、それを取り外して第１実施例のものと同様の形態にすることができる。絞り部材２００をもつ切換え弁１０２は、第１ポ−ト３１側に発生した圧力が低下するとき、小室８４の圧力を絞り通路２０２を通して逃がすことになる。そこで、その絞り部材２００による絞り作用により、切換え弁１０２を閉位置に維持する時間を制御することができ、ひざ折れをより有効に回避することができる。

切換え弁の第３実施例
図３は、切換え弁の第３実施例を示す断面図である。この第３実施例は、第２実施例の切換え弁１０２をさらに変えた例である。第３実施例である切換え弁１０３は、内部通路８６に絞り部材２３０を備えるほか、弁体８０の内部に内側ピストン８３０を備えている。内側ピストン８３０は、その前端部にシ−ルリング８３６を保持し、それによって、弁体８０の内部に内部室８４３を区画する。また、内側ピストン８３０は、その前端部を弁体８０の内部弁座８４８に着座／離座することで、第３孔８６３と内部室８４３とを遮断／連絡する。絞り部材２３０の絞り通路２３２は、ガスケット２３６および第３孔８６３を通して内部室８４３に連絡する。弁体８０に対する外部からの操作力は、内側ピストン８３０を通して弁体８０に伝わる。外部からの操作力がなくなったとき、内側ピストン８３０は、第３孔８６３の圧力を受けて、その前端部が内部弁座８４８から離座する。これによって、小室８４の圧力が絞り通路２３２を通して内部室８４３へ徐々に流れ込み、さらに斜め通路５８を通して第２ポート３２側へ逃げる。その結果、第１ポート３１側の圧力が徐々に低下し、やがて所定以下になると、弁体８０は弁ばね９０の作用によってその第１端８０１が弁座４８から離れた位置に復帰する。

切換え弁の第４実施例
図４は、切換え弁の第４実施例を示す断面図である。この第４実施例の切換え弁１０４は、他の実施例と同様に閉位置をしばらくの間維持することができることに加え、ノ−マルクロ−ズドに設定したときの難点、すなわち、ノ−マルクロ−ズドであるために遊脚相でひざ屈曲抵抗を生じるという難点を緩和するための対策を施した例である。切換え弁１０４は、シリンダ孔２２の奥に、弁座部材４０を貫通する形態のスペ−サ６４を備えるほか、弁体８０の内部にフリ−ピストン６８を備えている。図５Ａおよび５Ｂは、スペ−サ６４の構造を明らかにする図である。スペ−サ６４は、ロッド６４０の各端部に支持部６４１，６４２をもつ。各支持部６４１，６４２は、それぞれ通路途中の孔にはまり合ってスペ−サ６４自体を支持する。弁体８０の孔にはまり合う支持部６４２には、外周に複数の溝通路６４３があり、それら溝通路６４３によって、小室８４の側と第１ポ−ト３１側との自由な連絡を可能にしている。スペ−サ６４は、フリ−ピストン６８に対するストッパとして機能する。

図６Ａおよび６Ｂが、フリ−ピストン６８のピストン本体６８０を明らかにしている。ピストン本体６８０は、内部に弁室６８２を区画し、弁室６８２の中にボ−ル弁体６８４を収容している。フリ−ピストン６８は、弁体８０の内部に作動液室６８６を区画する。作動液室６８６の中に、コイルスプリング６８９があり、そのコイルスプリング６８９が、フリ−ピストン６８を押しピストン本体６８０の前端をスペ−サ６４側に当てている。図６Ａおよび６Ｂが示すように、ピストン本体６８０の前端には、径方向に横断する溝通路６８３があるため、ピストン本体６８０がスペ−サ６４に当たることによって、その部分での作動液の流れが阻害されることはない。作動液室６８６からスペ−サ６４側に到る通路として、ピストン本体６８０の内部の通路と、ピストン本体６８０の外周の絞り通路６８５とがある。ピストン本体６８０の内部のボ−ル弁体６８４は、作動液室６８６の作動液が第１ポ−ト３１側に流れる方向の流れを阻止する。そのため、ノ−マルクロ−ズドの切換え弁１０４が、開位置から閉位置に復帰しようとするとき、ボ−ル弁体６８４による逆止弁機能により、作動液室６８６から第１ポ−ト３１側に流れる作動液の流れに対し、絞り通路６８５による絞り作用が有効に働く。したがって、閉位置に復帰しようとする切換え弁１０４は、絞り通路６８５による絞り作用により、しばらく開位置を維持することができ、遊脚相でのひざ屈曲抵抗をなくすように作用する。

切換え弁の第５実施例
図７〜図９が、切換え弁の第５実施例を示す断面図であり、各図は、切換え弁の互いに異なる状態（図７が全閉状態、図８が半開状態、図９が全開状態）を示している。この第５実施例の切換え弁１０５は、他の実施例におけるホルダ５０と弁座部材４０とを一体化した、弁座４８５付きのホルダ５０５を用いている点、および、弁体８０を外側ピストン８０００と、その外側ピストン８０００の内孔８０２２に移動可能にはまり合う内側ピストン８５００とによって構成している点に特徴がある。外側ピストン８０００は、ホルダ５０５にはまり合う前方部分８０１０と、カバ−リング７０にはまり合う後方部分８０２０との分割構造であり、それら分割した両部分８０１０，８０２０をスプリングピン８０３０によって一体化している。外側ピストン８０００の内孔８０２２には、大径孔部８２２２と小径孔部８１２２とがある。それに応じ、内側ピストン８５００は、大径孔部８２２２にはまり合う大径部８５２０と、小径孔部８１２２にはまり合う小径部８５１０とを含む。それらの各部の外周には、それぞれＯリング８５２６，８５１６があり、それにより、外側ピストン８０００の内孔８０２２側とのシ−ルが図られている。段付き構造の内側ピストン８５００は、さらに、中心を軸線方向に貫通する中心貫通孔８５０２がある。したがって、段付き構造の内側ピストン８５００は、作動液の圧力によって、大小径部８５２０，８５１０の受圧面積差に基づく力（内側ピストン８５００をシリンダ孔２２の奥に向けて押す力）を受ける。主ばねである弁ばね９０が外側ピストン８０００に戻し力を与えていると同様、弁ばね９０に比べて小さなばね力をもつ副ばね８９０が、内側ピストン８５００の小径部８５１０に戻し力を与えている。

切換え弁１０５をノ−マルオ−プンに設定したとき、主ばね９０の戻し力がフリ−状態のリンク（図示しないが、切換え弁１０５に外部からの操作力を与えるためのリンクには、そのリンクを外側ピストン８０００の後方部分８０２０に押し付けるばね押付け力が加わっている）のばね押付け力（ばね押力）に打ち勝ち、外側ピストン８０００を後方の戻し位置に移動させている。それにより、外側ピストン８０００の前方部分８０１０の端は弁座４８５から離れている。また、そのような外側ピストン８０００の作動に応じ、内側ピストン８５００は、副ばね８９０の戻し力によって大径部８５２０の端を外側ピストン８０００の後方部分８０２０の内壁に当て、前方側の小径部８５１０の端を弁座孔４８５０から外した位置にある。すなわち、切換え弁１０５は、フリ−状態において、図９に示す全開状態を保つ。それに対し、フリ−状態からひざに荷重が加わる状態に変化すると、その変化に応じてリンクは外側ピストン８０００に荷重押付け力（荷重押力）を加える。荷重押付け力は、主ばね９０のばね力に打ち勝ち、外側ピストン８０００の前方部分８０１０の端を弁座４８５に着座させる。それに伴って、第１ポ−ト３１側に制動圧が発生し、その圧力によって、段付き構造の内側ピストン８５００に受圧面積差に基づく力が副ばね８９０の戻し力に打ち勝ち、内側ピストン８５００の小径部８５１０を弁座孔４８５０に入り込ませる。これにより、切換え弁１０５は、図７に示すような全閉状態となる。その後、外側ピストン８０００に対する荷重押付け力がなくなると、外側ピストン８０００は、主ばね９０の戻し力によって開位置に復帰するが、第１ポ−ト３１側に制動圧が発生していれば、受圧面積差に基づく力が副ばね８９０の戻し力に打ち勝って内側ピストン８５００を弁座４８５側に押し付ける状態を維持する。その状態が、図８に示す切換え弁１０５の半開状態に相当する。半開状態のとき、内側ピストン８５００（その小径部８５１０の前端部）は弁座孔４８５０との間に絞りを形作り、制動圧は、その絞りを通して徐々に第２ポ−ト３２側に抜けていく。その結果、第１ポ−ト３１側の圧力が低下し、所定以下になると、内側ピストン８５００は副ばね８９０の作用によって弁座４８５側から離れて外側ピストン８０００の内部に戻る。

図１０は、以上に述べたような切換え弁（たとえば、切換え弁１０）を含むひざトルク装置の一実施例を示す回路図を示している。ひざトルク装置１０００における室区画手段２０００は、揺動ベ−ン２２００が２つの室２０００ｅ，２０００ｆを区画するロ−タリタイプである。ひざトルク装置１００００の室区画手段２０００が区画する２つの室のうち、一方の第１室２０００ｅが伸展室であり、他方の第２室２０００ｆが屈曲室である。伸展室２０００ｅは、ひざが伸展する際に作動液が流れ込み、ひざが屈曲する際に作動液が流れ出す室であり、それに対し、屈曲室２０００ｆは、ひざが屈曲する際に作動液が流れ込み、ひざが伸展する際に作動液が流れ出す室である。室区画手段２０００の２つの室２０００ｅ，２０００ｆは、通路３０００を通して互いに連絡されており、一方から他方へ、あるいは他方から一方へと作動液を流すことができる。作動液の流れを平滑にするため、通路３０００にアキュムレ−タを付属させることもできる。

ひざトルク装置１０００は、室区画手段２０００の２つの室２０００ｅ，２０００ｆを連絡する通路３０００の間に、流れ抵抗を生じる絞り（つまり、絞り弁）４０００、および第１室２０００ｅから第２室２０００ｆに向かう流れを阻止し、その逆方向の流れを許す逆止弁５０００、ならびに義足装着者の荷重を受けて開閉する切換え弁１０を含む。それら絞り４０００、逆止弁５０００、および切換え弁１０は、通路３０００上、互いに並列接続である。この絞り４０００としては、いろいろなタイプのものを適用することができるが、その絞り量をより調整しやすいものを選ぶのが好ましい。好ましい例として、弁体の外周に、軸線方向に傾斜した切欠き溝（たとえば、周方向に互いに１８０°隔てた２個の切欠き溝）を設けたものを用いることができる。そのような絞り４０００は、義足装着者の体格、歩き方の好みなどに応じて、ねじ調節によってその絞り量を容易に調整することができる。また、逆止弁５０００としては、ボ−ル弁やポペット弁を適用することができる。

図１１は、すでに述べた切換え弁（たとえば、切換え弁１０）を含むひざトルク装置１０００に対し、エアシリンダ７０００ａおよびそれに付属する空圧回路７０００ｃを含むエアシリンダ装置７０００を組合わせた回路を示している。すなわち、義足の立脚相の制御をひざトルク装置１０００で行い、しかもまた、同じ義足の遊脚相の制御をエアシリンダ装置７０００で行うようにした形態である。エアシリンダ装置７０００については、公知のものを適用することができる。エアシリンダ７０００ａは、シリンダ内部のピストンがピストンの軸線方向の前後に２つの室を区画する。また、空圧回路７０００ｃは、絞りや逆止弁を含み、ピストン前後の各室に流出入するエアの流れを制御する。エアシリンダ装置７０００における室区画手段（つまりは、エアシリンダ７０００ａ）は、シリンダ内部のピストンが軸線方向に往復動するピストンタイプである。それに対し、ひざトルク装置１０００における室区画手段２０００は、揺動ベ−ン２２００が２つの室２０００ｅ，２０００ｆを区画するロ−タリタイプである。ひざトルク装置１０００は、ひざを構成する部材の内部に構成されており、ひざトルク装置１０００側の揺動ベ−ン２２００と、エアシリンダ装置７０００側のピストン７０００ａとは、義足の一部（たとえばニ−プレ−ト）８０００を通して互いに連結されている。図１１の組合わせ回路を備える義足は、ひざトルク装置１０００により立脚相における柔軟なひざ制動機能を得、しかもまた、エアシリンダ装置７０００によって遊脚相におけるひざの屈曲および伸展の補助機能を得る。

図１２および図１３は、ひざトルク装置を含むイ−ルディング義足の切換え弁の切換えタイミング例を示す図であり、図１２がノ−マルオ−プン型、図１３がノ−マルクロ−ズド型である。この発明による切換え弁においては、切換え弁の切換えタイミング（つまり、センシングポイント）の後でも、しばらくの間（爪先接地の段階）ひざ屈曲に対する制動圧（内圧）を生じていることが理解されるであろう。

Claims (9)

1. シリンダ孔をもつハウジングと、
   そのハウジングのシリンダ孔に入り、そのシリンダ孔の軸線方向に移動可能であり、シリンダ孔に入り込んだ第１端がハウジング側の弁座に着座／離座し、その第１端とは反対側のシリンダ孔の開口側の第２端に、第１端を前記弁座に着座させるような操作力を受ける弁体と、
   その弁体を前記操作力とは反対方向に戻す戻し力を与える弁ばねと、
   前記シリンダ孔の奥に位置する第１ポ−トと、
   その第１ポ−トよりも前記シリンダ孔の開口に近い側に位置し、前記弁座を通して第１ポ−トに連絡する第２ポ−トと、
   前記弁体の第２端に受ける操作力の有無に応じて、前記弁座と弁体の第１端を着座／離座させることにより弁の開閉を行う切換え弁であって、
   次の各特徴をさらに備え、閉位置を維持可能な切換え弁。
   （Ａ）前記弁体は段付き構造の部分を含み、前記第１ポ−トおよび第２ポ−トを通して流れる作動液によって、その段付き構造による受圧面積差に基づく力を生じる
   （Ｂ）前記弁体の第１端がハウジング側の弁座に着座するとき、前記弁体の段付き構造による受圧面積差に基づく力によって、前記弁体を弁座に着座する状態を維持することが可能である
2. 前記弁体は、前記第１ポ−トに臨む側に大径部、前記シリンダ孔の開口寄りに小径部をそれぞれ備え、しかも、前記弁座に着座する部分の内周側を通して、前記第１ポ−トと前記小径部の外周とを連絡する内部通路をもつ、請求項１の切換え弁。
3. 前記弁体は、前記軸線方向に沿った内孔をもつ外側ピストンと、その外側ピストンの内孔の中に移動可能にはまり合った内側ピストンとを備え、それに応じ、前記弁ばねは、前記外側ピストンに戻し力を与える主ばねと、前記内側ピストンに戻し力を与える副ばねとを備える、請求項１の切換え弁。
4. ひざの屈曲に抵抗力を与えるひざトルク装置であって、ひざが伸展するときに作動油が入り込む第１室と、ひざが屈曲するときに作動油が入り込む第２室と、それら第２室と第１室との間を連絡する通路と、その通路上、前記第１室と第２室との間に位置する絞りであり、その絞りを通る前記作動油の流れ抵抗を利用して前記ひざの屈曲に抵抗力を与える絞りと、前記通路上、その絞りと並列に接続され、前記第１室から前記第２室へ向かう流れを阻止し、その逆方向の流れを許す逆止弁と、前記通路上、その逆止弁および前記絞りと並列に接続され、ひざトルク装置を装着する者の荷重を受けることにより開閉される、次の構成および特徴をもつ切換え弁とを備える、ひざトルク装置。
   （ａ）シリンダ孔をもつハウジング
   （ｂ）そのハウジングのシリンダ孔に入り、そのシリンダ孔の軸線方向に移動可能であり、シリンダ孔に入り込んだ第１端がハウジング側の弁座に着座／離座し、その第１端とは反対側のシリンダ孔の開口側の第２端に、第１端を前記弁座に着座させるような操作力を受ける弁体
   （ｃ）その弁体を前記操作力とは反対方向に戻す戻し力を与える弁ばね
   （ｄ）前記シリンダ孔の奥に位置し、前記第２室に連絡する第１ポ−ト
   （ｅ）その第１ポ−トよりも前記シリンダ孔の開口に近い側に位置し、前記弁座を通して第１ポ−トに連絡し、しかもまた、前記第１室に連絡する第２ポ−ト
   （ｆ）前記切換え弁は、ひざトルク装置を装着する者の荷重を受けるとき、前記弁体の第２端に操作力を受ける
   （ｇ）前記弁体の第２端に受ける操作力の有無に応じて、前記切換え弁は、前記弁座と弁体の第１端を着座／離座させることにより弁の開閉を行う
   （Ａ）前記弁体は段付き構造の部分を含み、前記第１ポ−トおよび第２ポ−トを通して流れる作動液によって、その段付き構造による受圧面積差に基づく力を生じる
   （Ｂ）前記弁体の第１端がハウジング側の弁座に着座するとき、前記弁体の段付き構造による受圧面積差に基づく力によって、前記弁体を弁座に着座する状態を維持することが可能である
5. 前記受圧面積差に基づく力は、前記第１ポ−ト側の圧力が所定以上のときに、前記弁ばねによる戻し力に打ち勝ち前記弁体を前記弁座に着座させる状態を維持することができる、請求項４のひざトルク装置。
6. 前記第１室と前記第２室とは、一点を中心に揺動可能なベ−ン、あるいは直線方向に往復動可能なピストンのいずれかによって区画される、請求項４のひざトルク装置。
7. 前記切換え弁が、ノ−マルクロ−ズドあるいはノ−マルオ−プンのいずれかである、請求項４のひざトルク装置。
8. 請求項４のひざトルク装置を備える、ひざ継手を含む義足。
9. 前記ひざトルク装置は、義足が立脚相にあるとき、義足装着者が自らの荷重をかけることによって、ひざ継手を屈曲可能にするものであり、前記義足は、さらに、遊脚相におけるひざの屈曲および伸展を補助するためのエアシリンダ装置を備える、請求項８の義足。

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