KR100563445B1

KR100563445B1 - 무릎제동 기능을 갖는 의족

Info

Publication number: KR100563445B1
Application number: KR1020047013569A
Authority: KR
Inventors: 오쿠다마사히코; 이마키타도요히코; 후쿠이아리토모; 나카야요시아키
Original assignee: 가부시키카이샤 나브코
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2006-03-23
Also published as: HK1082176A1; TWI276430B; EP1570817A1; US7588604B2; DE60324185D1; AU2003284569A1; WO2004045470A1; KR20050002836A; EP1570817B1; TW200417360A; EP1570817A4; US20050234562A1; ATE410981T1

Abstract

의족 장착자의 하중이 족부의 어디에 걸려 있는가를 기계적인 방법으로 검출하도록 한, 유연한 무릎제동 기능을 갖는 의족이다. 대퇴의족(10)에 있어서, 무릎판(12)을 포함하는 관절 상측부재(12)와, 프레임(140) 및 그 프레임(140)과 일체로 된 베이스 브래킷(22)을 포함하는 관절 하측부재(14)가 무릎의 굴곡을 행한다. 하우징 부재(24)에는, 무릎축의 외에, 유압제동회로가 구성되어 있다. 하우징 부재(24)와, 본체부분 쪽의 베이스 브래킷(22)과의 사이에 상대적으로 약간의 움직임을 가능하게 하기 위하여 링크기구(50)가 있다. 링크기구(50)는, 의족의 족부의 발끝과 발뒤꿈치의 사이에 순간중심을 갖는다. 그 순간중심은 센싱 포인트로 되고, 의족 장착자의 하중이 족부의 발뒤꿈치에 걸릴 경우와 발끝에 걸릴 경우를 구별하여 검지한다. 링크기구(50)에 의한 검지결과에 기초하여 유압제동회로를 제어하고, 유연한 무릎제동을 가능하게 한다.

무릎판, 관절 상측부재, 프레임, 베이스 브래킷, 관절 하측부재, 하우징 부재, 유압제동회로, 링크기구

Description

무릎제동 기능을 갖는 의족{PROSTHETIC LEG WITH KNEE BRAKING FUNCTION}

본 발명은, 무릎의 굴곡을 가능하게 하는 무릎 조인트를 포함하는 의족으로서, 무릎의 굴곡을 유연하게 제동하는 의족, 즉, 굴곡성 의족(yielding prosthetic limb)에 관한 것으로서, 특히, 의족을 장착하는 사람의 하중이, 의족에 부속되는 족부의 어디에 걸려 있는가를 검지하는 센싱 부분을 기계적인 링크기구에 의해 구성한 의족에 관한 것이다.

의족을 장착하는 사람에 있어서, 정상인과 마찬가지로 자연스러운 걸음을 걷는 것이 기본적인 소원이며, 특히, 좌우의 발을 교대로 내딛어 계단을 내려가거나, 비탈길을 유연하게 내려가는 것은 꿈과 같은 소원이다. 유연한 무릎제동 기능, 즉 굴곡 기능(yielding function)은, 후자의 소원을 실현시키는데 필요한 기능이다. 이러한 굴곡 기능에 의해, 무릎 조인트를 포함하는 의족에 체중이 걸릴 때, 무릎 조인트가 천천히 굴곡 각도를 바꾸어간다. 따라서, 굴곡 기능을 갖는 의족을 장착한 사람은, 자기의 체중을 안심하고 의족에 싣고, 좌우의 발을 교대로 내딛어 계단이나 내리막길을 유연하게 내려갈 수 있다.

다른 측면에서 생각하여 보면, 굴곡 기술은, 의족(의족의 굴곡)을 완전하게 고정하는 기술에 대하여, 의족을 굴곡가능한 상태로 유연하게 고정하는 기술이라고 말할 수 있다. 의족을 완전하게 고정하는 기술은, 예컨대, 미국특허 제3,863,274호(대응하는 일본국 특공소52-46432호)에 나타나 있는 바와 같이, 무릎축을 기계적인 마찰력을 이용하여 조여주어서 제동력을 발생시키는 기술이다. 이에 반하여, 의족을 유연하게 고정하는 기술은, 작동유가 스로틀(throttle)을 통과할 때의 흐름 저항을 이용하여 제동력을 발생시키는 기술이다. 따라서, 유연한 고정 기술은, 스로틀 이외에, 몇개의 유압 기기를 포함하는 유압제동회로를 갖추고 있다. 유압제동회로 중의 유압 기기의 하나는, 작동유가 흘러 들어오거나 흘러 나가거나 하는 2개의 격실을 구획하는 수단이며, 그 수단으로서는, 왕복운동 피스톤을 포함하는 피스톤 타입과, 요동날개를 포함하는 로터리 타입이 알려져 있다. 미국특허 제5,704,945호(대응하는 일본국 특개평8-317944호)나 미국특허 제2,667,644호 등은 로터리 타입을, 그리고, 미국특허 제2,530,286호, 미국특허 제2,568,053호 등은 피스톤 타입을 각각 개시하고 있다.

그런데, 유압제동회로에는, 통상, 무릎의 굴곡에 대하여 제동력을 발생시키는 제동상태와 제동력을 해제한 비제동상태로 전환시키기 위한 전환밸브(즉, 제어밸브)가 있다. 그리고, 유압제동회로(다시 말해서, 유압제동회로의 전환밸브)는, 의족 장착자의 하중이, 의족에 부속되는 족부(足部)의 어디에 걸려 있는가에 따라서 제어된다. 유압제동회로를 그와 같이 제어하기 위한 센싱 제어 수단으로서는, 스트레인 게이지 등의 전기적인 센서에 의해, 의족 장착자의 보행상태를 검지하고, 그 검지신호에 기초하여 마이크로컴퓨터로부터 제어신호를 출력할 수도 있다. 즉, 모두 전기적 혹은 전자적인 검출 및 처리를 하는 제어를 행할 수도 있다. 그러나, 그것에는 마이크로컴퓨터에 의한 데이터처리가 수반되기 때문에, 이를 위한 전원을 준비할 필요가 있다. 또, 전기적 센서를 항상 검지가능한 상태로 유지하지 않으면 안되기 때문에, 그 만큼의 전력도 소비한다. 이들의 과제를 해결하기 위하여서는, 센싱 제어수단을 기계적인 방법으로 구성하는 것이 바람직하다.

그러나, 기계적인 방법에 의한 지금까지의 센싱 제어수단에는, 전술한 전기적 혹은 전자적인 방법과 같이, 족부의 어디에 하중이 걸려있는가의 상태를 검출한다고 하는 설계사상에 기초한 것은 발견되지 않고 있다. 예를 들면, 미국특허 제2,530,286호나 제2,667,644호는, 족부와 유압제동회로의 전환밸브를 링크기구에 의해 연결하고, 족부의 움직임에 연동하는 링크기구에 의해 전환밸브를 제어하고 있다. 또, 족부와는 무관하게, 의족이 굴곡하고 있는가 아닌가에 의해 유압제동회로의 전환밸브를 제어하는 것도 있다. 즉, 미국특허 제5,704,945호(대응하는 일본국 특개평8-317944호)는 무릎의 굴곡에 따른 요동 레버의 상대적인 변위를 이용하고, 또 미국특허 제2,568,053호는 무릎의 굴곡에 따른 링크나 레버의 움직임을 이용하여 제어를 행하고 있다.

그런데, 기계적인 방법에 의한 지금까지의 기술은, 족부의 어디에 하중이 걸려있는가의 상태를 검출하는 것이 아니기 때문에, 계단이나 내리막길을 내려가는 등의 경우, 서 있는 상태의 최종에 있어서의 발끝이 땅에서 떨어질 때에 제동력이 올바르게 해제되지 않아서 걷는 상태로 유연하게 이행할 수 없다는 문제가 생긴다. 왜냐하면, 계단이나 내리막길을 내려가는 경우, 의족 장착자는 그 중심을 비교적 후방에 두는 경향이 있고, 그 때문에, 바닥의 반력(反力)이 무릎축의 상당히 후방 을 지나게 되기 때문이다. 즉, 평지에서 보행하는 경우에는, 족부의 움직임 혹은 무릎의 굴곡에 따른 움직임에 연동하여, 유압제동회로의 전환밸브를 유효하게 전환 제어할 수 있음에 비하여, 계단이나 내리막길을 내려가는 경우에는, 의족 장착자의 자세로부터 그러한 전환을 올바르게 행할 수가 없는 것이다.

본 발명은, 의족 장착자의 하중이 족부의 어디에 걸려있는가를 기계적인 방법에 의해 검출하도록 한, 유연한 무릎제동 기능을 갖는 의족을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 서 있는 상태의 최종에 있어서의 발끝이 땅에서 떨어질 때에, 제동력을 올바르게 해제할 수 있는, 유연한 무릎제동 기능을 갖는 의족을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 단축의 의족뿐만 아니라, 다축의 의족에도 적용할 수 있는, 유연한 무릎제동 기능을 갖는 의족을 제공하는 것도 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 유연한 무릎제동 기능의 안전성을 담보하기 위하여, 일정한 하중이 걸렸을 때에 원하는 제동력을 확실하게 발생시키도록 한 의족을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 서 있는 상태에 있어서의 유연한 무릎제동 기능과, 걷는 상태에 있어서의 제어를 양립할 수가 있는 의족을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 의족 장착자가 안심하고 무릎에 하중을 걸어서 자기의 의 사대로 무릎을 굴곡시킬 수 있는 의족을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 구체적인 목적은, 이하의 설명으로부터 명백하여 질 것이다.

본 발명에 의한 의족은, 의족을 굴곡가능한 상태로 유연하게 제동하는 기술이며, 작동유가 스로틀을 지날 때의 흐름저항을 이용하여 제동력을 발생시키는 유압제동회로(즉, 유압에 의한 무릎제동회로)를 가지고 있다. 유압제동회로에 있어서의 스로틀로서는, 가변스로틀 혹은 고정스로틀의 어느 것이라도 사용할 수 있다. 그러나, 의족 장착자의 특성이나 기호에 따라 스로틀의 양을 조정 가능하게 하는 점으로부터 보면, 가변스로틀의 쪽이 바람직하다. 스로틀은, 그것을 통과하는 작동유의 흐름에 저항을 주고, 무릎에 유연한 굴곡작용을 가능하게 한다. 그 굴곡저항은, 의족 장착자가 의족에 자기의 하중(체중)을 걸어서 천천히 무릎을 굴곡하는 것과 같은 크기이며, 예를 들면 40∼100 Nm 상당이다. 그와 같은 스로틀에 의한 제동 기능을 무릎이 굴곡할 때에만 생기게 하기 위해서, 바꾸어 말하면, 무릎이 뻗혀질 때에는 스로틀에 의한 제동 기능이 생기지 않도록 하기 위해서, 무릎제동회로에는 그 스로틀에 병렬로 체크밸브가 배치되는 것은 물론이다. 체크밸브로서는, 볼이나 포핏을 밸브체로 한 간단한 구조의 것이 바람직하다.

유압제동회로는, 스로틀 및 체크밸브의 외에도, 작동유가 흘러 들어오거나 흘러 나가거나 하는 2개의 격실을 구획하는 수단, 제동상태와 비제동상태를 전환시키기 위한 전환밸브를 가지고 있다. 2개의 격실을 구획하는 수단으로서는, 전술한 바와 같이, 왕복운동 피스톤을 포함하는 피스톤 타입과, 요동날개를 포함하는 로터 리 타입이 있다. 본 발명에 대하여, 이들 양 타입을 적용할 수 있지만, 의족을 소형화하는 동시에, 서 있는 상태에서의 유연한 무릎제동 기능을 얻기 위한 유압제동회로와, 걷는 상태에서의 무릎의 굴곡을 제어하기 위한 에어 실린더 장치를 유효하게 병존시키기 위한 관점에서 보면, 로터리 타입이 더 바람직하다. 또한, 유압제동회로에 의해, 서있는 상태에서의 유연한 무릎제동 기능을 얻을 뿐만 아니라, 걷는 상태에서의 무릎의 굴곡을 제어하도록 하는 것도 가능하다.

또한, 전환밸브는, 의족 장착자의 하중을 받음으로써 개폐되는 밸브이며, 열린 상태와 닫힌 상태의 2개의 상태로 전환하는 스위칭기능을 나타낸다. 무릎제동회로 중에서, 닫힌 상태에 있는 전환밸브는, 작동유의 흐름을 차단하여 상기 스로틀쪽의 기능을 실효있게 하는 것에 대하여, 열린 상태에 있는 전환밸브는, 작동유를 원활하게 흘려 보내서 상기 스로틀의 기능을 무의미 혹은 무효로 한다. 따라서, 전환밸브로서는, 작은 스트로크로 열린 상태와 닫힌 상태가 전환되는 밸브구조가 바람직하다. 특히 바람직한 밸브는, 밸브시트에 대하여 밸브체를 눌러서 밸브의 개폐를 행하는 시트밸브이며, 그 밸브가 개폐될 때에, 밸브체가 밸브시트의 면에 대하여 직교하는 방향으로 움직이는 밸브이다. 그와 같은 밸브는, 밸브체의 작은 움직임으로, 그 움직임만큼의 높이를 갖는 링모양의 개구를 생기게 하므로, 즉시 커다란 유로(流路) 면적을 확보할 수가 있다. 전환밸브의 전환을 확실하고도 신속하게 행하기 위해서, 전환밸브의 밸브체와 밸브시트는 면접촉하도록 구성하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명은, 무릎의 위쪽에 위치하는 관절 상측부재와, 무릎의 아래쪽에 위치 하며, 관절 상측부재에 요동가능하게 연결되어 무릎의 굴곡을 가능하게 한 관절 하측부재를 갖는 의족에 널리 적용할 수 있다. 관절 상측부재와 관절 하측부재를 요동가능하게 하는 연결로서는, 하나의 축을 사이에 둔 단축에 의한 연결, 혹은 4축 등의 다수의 축을 사이에 둔 다축에 의한 연결이 알려져 있으나, 본 발명은 어느 쪽에도 적용할 수가 있다. 본 발명은, 주로 기계적인 수단에 의해, 유연한 무릎제동 기능을 얻는 것을 의도하고 있기 때문에, 의족의 관절 하측부재를 상대적으로 움직일 수 있는 2개의 부분으로 구성된다. 즉, 관절 상측부재와 연결되어 무릎의 굴곡을 가능하게 하는 무릎 조인트를 구성하는 조인트 구성부분과, 이 조인트 구성부분의 하측에 연결된 부분이며, 조인트 구성부분에 대하여 무릎 굴곡의 움직임과 비교하여 작은 움직임을 하는 본체부분과의 2개의 부분이다. 본체부분의 상부에 조인트 구성부분이 위치하고, 또, 본체부분의 하부에는 족부가 위치한다.

본 발명의 바람직한 형태에서는, 관절 하측부재의 조인트 구성부분에 전술한 유압제동회로를 배치하고, 유압제동회로 중의 2개의 격실을 구획하는 수단으로서, 요동날개를 포함하는 로터리 타입을 적용하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 무릎의 굴곡에 대한 제동력을 발생시키는 유압제동회로를 제어하기 위하여, 의족 장착자의 하중이 족부의 어디에 걸려 있는가를 검지하고, 그 검지신호에 기초하여 유압제동회로를 제어하는 특정한 센싱 제어수단을 가지고 있다. 그 센싱 제어수단은 다음의 y1 및 y2의 특징을 갖는다. 즉,

y1 관절 하측부재에 있어서의 조인트 구성부분과 본체부분을 연결하고, 의족의 족부의 발끝과 발뒤꿈치의 사이에 순간중심을 갖는 링크기구가 있는 것,

y2 링크기구를 구성하는 링크의 움직임을 검지하고, 그 검지결과에 기초하여 유압제동회로를 제어하도록 되어 있는 것, 을 특징으로 한다.

센싱 제어수단은, 의족 장착자의 하중이 족부의 어디에 걸려 있는가를 검지하기 위한 센싱 부분과, 그 센싱 부분의 검지신호에 기초하여 유압제동회로를 제어하는 제어부분으로 구성된다. 센싱 부분은 전술한 소정의 링크기구로 이루어지고, 그 링크기구의 순간중심이 센싱포인트로 된다. 의족의 족부의 접지상태(발뒤꿈치가, 접지하고 있는가, 발끝이 접지하고 있는가의 상태)에 따라, 다음의 z1 혹은 z2와 같은 검지신호를 발생시킨다. 즉,

z1 의족의 족부의 발뒤꿈치가 접지하였을 때, 그 발뒤꿈치의 접지에 따른 상반력(床反力)이 링크기구의 순간중심보다 후방쪽을 통과하고, 이에 의해, 관절 하측부재에 순간중심을 중심으로 하여 전방으로 쏠리는 방향(forwardly folding direction)의 회전 모멘트를 발생시키고,

z2 의족의 족부의 발끝이 접지하였을 때, 그 발끝의 접지에 따른 상반력이 링크기구의 순간중심보다 전방쪽을 통과하고, 이에 의해, 관절 하측부재에 순간중심을 중심으로 하여 후방으로 쏠리는 방향(backwardly folding direction)의 회전 모멘트를 발생시킨다

즉, 기계적인 링크기구는, 의족 장착자의 하중이 족부의 발뒤꿈치에 걸리는 경우와, 발끝에 걸리는 경우에 따라, 자기의 순간중심을 중심으로 하여 전방으로 쏠리는 방향과, 후방으로 쏠리는 방향의 서로 다른 회전 모멘트를 발생시킨다. 이들의 서로 다른 회전 모멘트는, 링크기구에 의한 검지신호가 된다. 링크기구(즉, 센싱 부분)의 검지신호에 의해, 유압제동회로를 제동상태와 비제동상태로 전환하여 제어한다. 이러한 전환제어는, 일반적으로는, 링크기구의 하나의 링크의 움직임에 의해 전환밸브를 개폐 제어하는 것을 의미한다. 그러나, 전환제어는, 그것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 링크기구의 링크의 움직임에 의해 전기적인 스위치의 스위칭을 행하고, 그 스위칭작용에 따라서 모터 등으로 가변 스로틀의 스로틀량을 제어하도록 할 수도 있다. 따라서, 센싱 부분에 의한 검지는 기계적인 것이지만, 제어부분에 의한 유압제동회로의 제어는 기계적인 것뿐만 아니라 전기적 혹은 전자적인 것도 포함한다.

기계적인 링크기구는, 의족의 족부의 발끝과 발뒤꿈치의 사이에 순간중심을 갖지만, 그 순간중심의 위치로서는, 링크기구보다 하방쪽이면서, 직립상태에서의 의족 장착자의 중심을 지나는 하중선보다 전방쪽의 영역이 바람직하다. 그 영역에 순간중심이 있으면, 직립상태에서 제동력을 확실하게 발생시킬 수 있고, 내리막길에서 발끝이 땅에서 떨어질 때에 제동력을 유효하게 해제할 수 있어서, 안정성이 높은 의족을 얻을 수가 있는 것이다.

또, 유압제동회로의 전환밸브에 관하여는, 노멀 오픈 혹은 노멀 클로즈드의 어느쪽으로 할 수 있지만, 보통때에 확실하게 제동을 걸어서, 무릎의 꺾임을 확실하게 방지한다는 관점에서 보면, 노멀 클로즈드의 쪽이 바람직하다. 또, 걷는 상태에서의 제어를 유압제동회로와는 다른 에어 실린더 장치에 의해 제어할 경우에는, 전환밸브를 노멀 클로즈드로 한 다음에 링크기구의 순간중심을 족부 부근의 비교적 하방으로 배치하는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 발끝이 바닥으로부터 떨어져서 걷는 상태로 이행된 후에도, 진출동작에 따른 의족의 관성력에 의해 전환밸 브를 열려고 하는 힘이 커지고, 게다가 에어 실린더 장치의 반발력도 가하여짐으로써 전환밸브를 열 수 있고, 걷는 상태에서의 제어를 원활하게 행할 수가 있다. 또, 걷는 상태로 이행될 때에 전환밸브가 열리도록 하는 대책으로서, 예를 들면, 의족이 발끝설치로 되는 것에 따라서 전환밸브의 밸브체를 벨브시트에 대하여 착석하는 힘을 주는 스프링력을 무효로 하는 방법 등을 적용할 수도 있다. 또한, 지금까지의 유압제동회로에서는 전환밸브와 스로틀을 통로 중간의 하나의 밸브장치로 구성하고 있다. 본 발명에서도 그러한 실시형태를 채용할 수 있지만, 유연한 무릎제동 기능을 확실하게 얻기 위하여 전환밸브와 스로틀을 분리하고, 이들 양자를 체크밸브에 대하여 각각 병렬로 접속하도록 하는 것이 바람직하다. 유압제동회로를 그와 같은 형태로 하면, 의족에 걸리는 하중의 크기나 방향에 관계없이, 일정한 하중이 걸리면 전환밸브가 확실하게 전환될 수 있게 되고, 이에 의해 소정의 제동력을 안정하게 발생시킬 수가 있다. 따라서, 의족 장착자는 자기의 생각대로 무릎제동력을 제어할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 의족의 한가지 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 실시예를 반대쪽으로부터 본 사시도이다.

도 3은 도 1의 실시예의 정면도이다.

도 4A는 본 발명에 의한 의족의 한가지 예를 스켈톤으로 나타낸 도면이다.

도 4B는 도 4A 중의 링크의 일부를 슬라이드로 구성한 스켈톤도이다.

도 5A는 본 발명에서 사용하는 링크기구의 작용을 나타내는 도면이며, 일반 적인 상태를 표시하고 있다.

도 5B는 본 발명에서 사용하는 링크기구의 작용을 나타내는 도면이고, 발뒤꿈치가 접지된 상태를 표시하고 있다.

도 5C는 본 발명에서 사용하는 링크기구의 작용을 나타내는 도면이고, 발끝이 접지된 상태를 표시하고 있다.

도 6은 본 발명에서 사용하는 유압제동회로의 한가지 예를 나타내는 회로도이다.

도 7A는 도 1의 실시예의 무릎축을 둘러싸는 부분의 구성도이며, 전환밸브가 닫힌 상태를 표시하고 있다.

도 7B는 도 1의 실시예의 무릎축을 둘러싸는 부분의 구성도이며, 전환밸브가 열린 상태를 표시하고 있다.

도 8은 하우징 부재의 내부 구성을 나타내는 도면이다.

도 9는 내부에 수용된 전환밸브를 나타내는 단면도이다.

도 10은 내부에 수용된 체크밸브 및 스로틀밸브를 나타내는 단면도이다.

도 11은 본 발명의 변형예를 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명의 또 다른 변형예를 나타내는 도면이다.

도 14는 도 6의 공압회로의 대신에 유압에 의한 별도의 회로를 조합시킨 회로도이다.

도 1 내지 도 3은, 본 발명을 적용한 대퇴의족(10)의 전체적인 구성을 나타내고 있다. 우선, 이들 도면을 참조하면서, 대퇴의족(10)의 구성 및 그 중에서의 발명의 특징을 설명하기로 한다.

대퇴의족(10)은, 무릎이 없는 사람을 위한 의족이며, 무릎의 위쪽에 위치하는 관절 상측부재(12)와, 무릎의 아래쪽에 위치하고, 관절 상측부재(12)에 요동가능하게 연결되어 무릎의 굴곡을 가능하게 하는 관절 하측부재(14)를 가지고 있다. 관절 상측부재(12)의 주체는, 알루미늄 합금제의 무릎판(120)이다. 무릎판(120)에는, 그 상부에 얼라인먼트 블록(16)을 지지하는 부분(122), 그 좌우에 무릎축을 지지하기 위한 한 쌍의 암(124a, 124b), 이들 암(124a, 124b)의 사이에 위치하는 제 3의 암(126)이 각각 있다. 얼라인먼트 블록(16)은, 예를 들면 티탄 합금제이며, 무릎판(120)에 대하여 나사결합에 의해 고정된다. 이 얼라인먼트 블록(16)은, 소켓(도시하지 않음)을 지지하고, 소켓 속에 들어가는 대퇴를 통하여 의족 장착자의 하중을 지지한다.

무릎판(120)의 양쪽에 위치한 톱니가 있는 고정볼트(18)가, 무릎축(도시하지 않음)을 무릎판(120)에 (따라서, 관절 상측부재(12)에) 일체로 고정하고 있다. 대퇴의족(10)은, 무릎축이 1개인 단축 의족이며, 관절 상측부재(12)와 관절 하측부재(14)는, 그 1개의 무릎축을 중심으로 하여 회전이 가능하다.

관절 하측부재(14)에는, 탄소섬유강화 플라스틱제의 중공 프레임(140) 외에, 프레임(140)의 상부에 복수의 고정볼트(20)로 고정된 베이스 브래킷(22), 또한, 무릎축에 회전가능하게 연결되면서, 베이스 브래킷(22)에 대하여 특정한 링크기구(이 에 관하여는 후술한다)에 의해 연결된 하우징 부재(24)의 각 구성부분이 있다. 베이스 브래킷(22) 및 하우징 부재(24)는 모두 알루미늄 합금제이다. 무릎축의 주위를 회전할 수 있는 하우징 부재(24)는, 무릎의 굴곡을 가능하게 하는 무릎 조인트를 구성하는 조인트 구성부분이다. 따라서, 조인트 구성부분인 하우징 부재(24)는, 무릎판(120)을 포함하는 관절 상측부재(12)에 대하여, 예를 들면 150°∼ 160°의 큰 회전 혹은 요동이 가능하다. 또, 하우징 부재(24)는 무릎의 굴곡에 대한 제동력을 발생시키는 유압제동회로를 구성하는 부분이기도 하다. 그래서, 하우징 부재(24)는, 유압을 유지하는 내부공간을 구획하기 위하여, 양측으로 관통된 실린더구멍을 갖는 본체(240)와, 본체(240)의 양측에 위치하여 실린더구멍의 입구를 막는 뚜껑부재(242)로 구성된다.

하우징 부재(24)에 있어서의 유압제동회로는, 본 발명에 따른 무릎제동 기능(서 있는 상태에서의 제어)을 얻는 것이다. 대퇴의족(10)은, 또한, 걷는 상태에서의 보행보조수단으로서 공압에 의한 에어 실린더 장치(30)를 가지고 있다. 이 에어 실린더 장치(30) 자체는 공지이며, 예를 들면, 미국특허 제5,405,407호, 혹은 일본국 특개평9-551호, 또는, 미국특허 제5,888,237호 등에 나타나 있는 것과 같다. 에어 실린더 장치(30)에 의한 제어는, 유체가 스로틀을 통과할 때의 흐름저항을 이용하는 점에 있어서, 유압의 것과 공통되고 있다. 다만, 유체인 에어는, 압축성이 있기 때문에, 에어 실린더 장치(30)에 의하면, 에어의 압축에 의한 압축 에너지에 의해, 무릎이 최대로 굴곡한 후에 있어서의 반발력을 얻을 수가 있다. 대퇴의족(10)은, 서 있는 상태에서의 제어를 유압에 의해, 걷는 상태에서의 제어를 공압으로 각각 달성하는 의족이다. 에어 실린더 장치(30)는, 로드(310)쪽의 단부는 클레비스핀(312)에 의해 암(126)에, 그리고 실린더바닥 쪽의 단부는 프레임(140)에 고정된 트러니언핀(320)에 의해 각각 회전가능하게 지지되고 있다. 또, 프레임(140)의 하부에 위치하는, 단면이 C형의 링모양의 고정부재(34)는, 프레임(140)에 발파이프를 연결하기 위한 것이다. 발파이프의 하단에는, 발의 형상을 갖는 족부가 부속되는 것은 물론이다.

그런데, 이러한 대퇴의족(10)에 있어서, 본 발명에서는, 관절 하측부재(14)의 조인트 구성부분(14j)(하우징 부재(24))과, 그 조인트 구성부분의 아래쪽에 위치하는 본체부분(14b)(프레임(140) 및 그 프레임(140)과 일체의 베이스 브래킷(22)을 포함하는 부분)과를 특정한 링크기구(50)에 의해 연결하고 있다. 링크기구(50)는, 조인트 구성부분인 하우징 부재(24)와, 본체부분 쪽의 베이스 브래킷(22)과의 사이에 상대적인 약간의 움직임을 가능하게 하는 것이며, 또 한편으로는, 의족(10)의 족부의 발끝과 발뒤꿈치의 사이에 순간중심을 갖는 것이기도 한다. 약간의 움직임이란, 예를 들면 3°이하의 매우 작은 요동이며, 전술한 무릎축 주위의 150°∼ 160°의 큰 움직임과 대비되는 표현이다. 또한, 약간의 움직임은, 의족 장착자에게 불안감이나 위화감을 주지 않는 작은 움직임이기도 한다. 링크기구(50)는, 기계적인 구성이며, 그것을 구성하는 구성요소의 외부에 순간중심을 갖고 있다. 순간중심은 센싱포인트로 되고, 의족(10)을 장착하는 사람의 하중이 족부의 발뒤꿈치에 걸릴 경우와 발끝에 걸릴 경우를 구별하고, 그 검지결과에 기초하여 유압제동회로를 제어한다. 본 발명에서는, 센싱 부분을 구성하는 링크기구(50)의 외부의 소정의 구역에 위치하는 순간중심을 센싱포인트로 하여, 의족 장착자의 하중이 족부의 어디에 걸려 있는가를 검지하고 있다. 이 때문에, 의족 장착자가 보행하는 자세의 여하에 관계없이, 평지에서 보행하는 경우는 물론이고 계단이나 내리막길을 내려오는 경우에도 항상 올바르게 검지를 행할 수 있다. 그리고, 그 검지에 기초하여 유압제동회로를 적절하게 제어하고, 유연한 무릎제동 기능을 얻을 수 있는 것이다.

도 4A 및 도 4B는 링크기구(50)를 스켈톤으로 나타내고 있다. 도 4A는 바 링크(bar link)를 사용한 예이고, 도 4B는 바 링크의 일부를 슬라이드로 치환한 예이며, 양자는 링크기구로서 등가이다. 이들 2가지 예에 있어서, 무릎축(15)이 관절 상측부재(12)와 관절 하측부재(14)를 회전가능하게 연결하고 있다. 관절 하측부재(14)의 아래쪽 부분에는, 발파이프(170)를 통하여 족부(172)가 부속되어 있다. 도 4A에 있어서, 전방 링크(52)와 후방 링크(54)가, 관절 하측부재(14)의 조인트 구성부분(14j)과 본체부분(14b)의 사이에 각각 피봇 결합되어 있다. 따라서, 도 4A에 있어서의 링크기구(50)는, 조인트 구성부분(14j), 본체부분(14b)의 외에, 전방 링크(52) 및 후방 링크(54)에 의해 구성되어 있다. 또, 도 4B의 예에서는, 후방 링크(54)의 대신에, 기구학적으로 등가인 슬라이드(56)를 사용하고 있다. 이들 링크기구(50)는, 족부(172)의 발끝(172t)과 발뒤꿈치(172h)의 사이의 점(O)에 순간중심을 갖는다.

링크기구(50) 중의 전방 링크(52)는, 그 축선 방향의 중간이 조인트 구성부분(14j)쪽과의 피봇 결합부(A)로 되어 있다. 그 피봇 결합부(A)보다 링크의 끝부 분(52e)이, 유압제동회로의 전환밸브(60)의 작동자이다. 이 예에 있어서는, 전환밸브(60)를 노멀 클로즈드로 하기 위하여, 전방 링크(52)의 부분(52e)과는 반대쪽에, 압축 코일스프링으로 된 스프링(58)이 설치되어 있다. 도 5A, 도 5B 및 도 5C는, 링크기구(50)의 동작을 나타내고 있다. 링크기구(50)는 A, B, C, D의 4점에 피봇 결합부를 갖는 4절 링크기구이다. 그 순간중심(0)은, 전방 링크(52)의 피봇 결합부(A)(B)를 잇는 직선과, 후방 링크(54)의 피봇 결합부(C)(D)를 잇는 직선과의 교점이다. 통상의 상태에 있어서, 전방 링크(52)에 스프링(58)에 의한 힘이 작용하여서, 이에 따라 전환밸브(60)에 작용력(f)이 가하여지며, 이에 의해 전환밸브(60)는 닫혀지고 의족은 유압제동회로에 의한 제동이 걸리는 상태에 있게 된다(도 5A 참조). 또, 족부(172)의 발뒤꿈치(172h) 혹은 발뒤꿈치(172h)쪽에 상반력(床反力)(F)이 작용할 경우, 상반력(F)은 순간중심(0)보다도 후방에 위치하도록 작용하기 때문에, 링크기구(50)는 통상의 상태와 마찬가지로 전환밸브(60)에 대하여 작용력(f)이 가하여지도록 변형한다(도 5B 참조, 변형후의 링크기구(AB' CD')). 또한, 족부(172)의 발끝(172t) 혹은 발끝(172t)쪽에 상반력(F)이 작용할 경우에는, 상반력(F)은 순간중심(0)보다도 전방에 위치하도록 작용하기 때문에, 링크기구(50)는 전술한 경우와는 반대로 스프링(58)의 힘을 무력화시키고 전환밸브(60)를 열어서, 유압제동회로에 의한 제동을 해제하도록 변형한다(도 5C 참조, 변형후의 링크기구(AB" CD")).

이하, 전환밸브(60)를 포함하는 유압제동회로에 관하여 설명하기로 한다. 대퇴의족(10)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 전환밸브(60)를 포함하는 유압제동회로 (70)와, 에어 실린더(30a) 및 그것에 부속되는 공압회로(30c)를 포함하는 에어 실린더 장치(30)를 가지고 있다. 이와 같은 유압과 공압과의 조합회로를 갖는 의족(10)은, 유압제동회로(70)에 의해 서 있는 상태에서의 유연한 무릎제동 기능을 얻고, 또한, 에어 실린더 장치(30)에 의해 걷는 상태에서의 무릎의 굴곡 및 신장에 관한 보조기능을 얻는다. 에어 실린더 장치(30)에 관하여는, 전술한 공지의 것을 적용할 수 있다. 에어 실린더(30a)는, 실린더 내부의 피스톤이 피스톤의 축선방향의 전후로 2개의 격실을 구획한다. 또, 공압회로(30c)는, 스로틀이나 체크밸브를 포함하며, 피스톤 전후의 각 격실로 유출 혹은 유입하는 에어의 흐름을 제어한다. 에어 실린더 장치(30)에 있어서의 격실 구획수단(즉, 에어 실린더(30a))은, 실린더 내부의 피스톤이 축선방향으로 왕복운동하는 피스톤 타입이다. 이에 반하여, 유압제동회로(70)에 있어서의 격실 구획수단(80)은, 요동날개(82)가 2개의 격실(80e, 80f)을 구획하는 로터리 타입이다. 유압제동회로(70)측의 요동날개(82)와, 에어 실린더 장치(30)측의 피스톤(30a)과는, 무릎판(12)을 통하여 서로 연결되어 있다. 유압제동회로(70)의 격실 구획수단(80)이 구획하는 2개의 격실중, 한쪽의 제 1 격실(80e)이 신장실이며, 다른 쪽의 제 2 격실(80f)이 굴곡실(屈曲室)이다. 신장실(80e)은, 무릎이 신장할 때에 기름이 흘러 들어오고, 무릎이 굴곡할 때에 기름이 흘러나가는 격실이며, 이에 반하여, 굴곡실(80f)은, 무릎이 굴곡할 때에 기름이 흘러 들어오고, 무릎이 신장할 때에 기름이 흘러나가는 격실이다. 신장실(80e)은, 제 1 통로(250)를 통하여 전환밸브(60)의 한쪽에 연락하고, 또, 굴곡실(80f)은, 제2 통로(260)를 통하여 전환밸브(60)의 다른 쪽에 연락하고 있다. 기름의 흐름을 평활하게 하기 위하여, 제 1 통로(250) 혹은 제 2 통로(260)에 어큐뮤레이터를 부속시킬 수도 있다.

유압제동회로(70)는, 또한, 제 1 통로(250)와 제 2 통로(260)의 사이에, 전환밸브(60) 및 격실 구획수단(80)에 대하여 각각 병렬로 체크밸브(92) 및 스로틀(즉, 스로틀 밸브)(94)을 가지고 있다. 체크밸브(92)는, 제 1 통로(250) 쪽으로부터 제 2 통로(260) 쪽으로 향하는 흐름(즉, 제 1 격실(80e)로부터 제 2 격실(80f)로 향하는 흐름)을 저지하고, 그 역방향의 흐름을 허용하는 일방향 밸브이다. 또, 스로틀(94)은, 그것을 지나는 흐름에 저항을 주는 부재이다. 이 스로틀(94)로서는, 여러가지 타입의 것을 적용할 수 있으나, 의족 장착자의 체격, 보행의 습성 등에 따라 그 스로틀량을 용이하게 조정할 수 있는 것이 바람직하다. 바람직한 스로틀(94)의 한가지 예로서, 밸브체의 외주에, 축선방향으로 경사진 절결홈(예를 들면, 원주방향으로 서로 180°떨어져 있는 2개의 절결홈)을 설치한 것 등이 있을 수 있다. 그와 같은 스로틀(94)은, 나사 조절에 의해 그 스로틀량을 용이하게 조정하고, 의족 장착자의 전술한 특성에 적합하게 만들어줄 수 있다.

또한, 이와 같은 유압제동회로(70)에 있어서, 전환밸브(60)에 관하여는 노멀 오픈 혹은 노멀 클로즈드의 어떠한 형태의 것이라도 적용할 수 있지만, 여기에서는 노멀 클로즈드의 것을 사용하고 있다. 노멀 클로즈드로 하여 줌으로써, 통상시에 스로틀(94)에 의한 제동이 항상 작동되도록 하고, 소위 무릎 꺾임을 방지하는 목적이기 때문이다. 그러한 통상의 상태에 있어서, 스로틀(94)에 의한 흐름저항은 예를 들면 40∼100 Nm 상당이며, 무릎제동회로(70)를 가지고 있는 의족을 장착한 사 람은, 자기의 체중을 무릎에 걸어줌으로써, 무릎을 천천히 굴곡할 수 있다. 더구나, 무릎제동회로(70)는, 전환밸브(60)와는 별도로 설치된 스로틀(94)에 의한 흐름저항에 의해 제동력을 발생시키도록 하고 있기 때문에, 의족 장착자는 자기의 체중을 걸어줌으로써 전환밸브(60)의 개폐제어를 확실하고도 신속하게 행할 수 있다. 이것은, 전환밸브(60)는, 일정한 하중이 의족에 걸렸을 때에, 플런저(610)가 움직이고, 그 플런저(610)가 약간 움직이는 것에 따라서, 링모양의 커다란 개구를 만들기 때문이다. 전환밸브(60)는, 걷는 상태로부터 서 있는 상태로 이행할 때에, 그 닫힌 상태를 유지한다. 따라서, 유압제동회로(70)는 스로틀(94)이 유효하게 작용하여 유연한 무릎 굴곡 기능을 발휘한다. 그리고, 서 있는 상태에 있어서, 의족 장착자의 상반력이 링크기구(50)의 순간중심(0)의 전방쪽에 위치하게 되면(즉, 상반력이 발끝(172t) 쪽으로 옮겨가면), 전술한 링크기구(50)의 작용에 의해 전환밸브(60)가 확실하게 열린 상태로 전환된다. 그 때문에, 유압제동회로(70)가, 무릎굴곡에 대하여 필요없는 제동력을 발생시키는 일이 없고, 의족 장착자는, 족부의 발끝을 떼어 걷기 시작하는 행동을 유연하게 행할 수 있다. 또, 노멀 클로즈드이기는 하지만, 전환밸브(60)는, 걷는 상태에 있어서 의족(10)의 진출동작에 따른 관성력으로 열린 상태로 된다. 그 때문에, 에어 실린더 장치(30)에 의한 걷는 상태의 제어에 대하여, 유압제동회로(70)는, 전환밸브(60)가 노멀 클로즈드임에도 불구하고, 장애가 되지 않는다.

이하에서는, 유압제동회로(70)가, 대퇴의족(10) 중에 구조적으로 어떻게 구성되어 있는가에 관하여 설명하기로 한다. 이미 참조하였던 도 1 내지 도 3의 이 외에, 도 7A, 도 7B 및 도 8이, 유압제동회로(70)의 각 구성요소의 배치관계를 아는데 유용하다. 도 7A 및 도 7B는, 대퇴의족(10)의 상부, 특히, 무릎축을 둘러싸는 부분의 구성을 나타내고 있다. 도 7A는, 전환밸브(60)가 닫힌 상태(즉, 통상의 상태 및 족부의 발뒤꿈치(172h) 쪽이 접지한 상태)를 나타내고 있으며, 도 7B는, 전환밸브(60)가 열린 상태(즉, 족부의 발끝(172t) 쪽이 접지한 상태)를 나타내고 있다. 또, 이들 도면에 나타난 예에서는, 링크기구(50)의 전방의 링크가 바 링크(전방 링크(52))인 것에 대하여, 후방의 링크는, 슬라이드(56)이다. 슬라이드(56)는, 하우징 부재(24)의 본체(240)에 설치된 가이드구멍(560), 및 그 가이드구멍(560)에 안내되는 가이드로드(guide rod)(562)로 구성된다. 가이드로드(562)는, 베이스 브래킷(22)에 고정되어 있다. 그래서, 가이드구멍(560)이 있는 하우징 부재(24)와, 프레임(140)과 일체로 된 베이스 브래킷(22)과는, 링크기구(50)에 의해 상대적으로 약간 움직일 수 있다. 그 움직임의 크기는, 전환밸브(60)를 닫힌 상태로부터 열린 상태로, 혹은 그 반대로 전환시킬 수 있는 크기이며, 예를 들면 몇 mm 이하의 스트로크 혹은 몇 도(°) 이하의 요동각도이다.

도 8은, 하우징 부재(24)의 뚜껑부재(242)를 벗겨내고, 하우징 부재(24)의 본체(240)의 부분을 무릎축의 축선방향으로 부터 바라본 도면이다. 무릎판(120)의 무릎축 지지암(124a, 124b)에 고정된 무릎축(15)에, 요동날개(82)가 일체로 지지되어 있다. 요동날개(82)는, 본체(240)의 내부의 공간을 제 1 격실(고압실 혹은 신장실)(80e)과 제 2 격실(저압실 혹은 굴곡실)(80f)로 구획한다. 또, 하우징 부재(24)의 본체(240)에는, 전환밸브(60) 및 스로틀(94)인 스로틀밸브, 그리고 체크밸 브(92)가 각각 수용된다. 전환밸브(60)의 수용부는, 본체(240)의 상부에 위치하고, 그 하부에 스로틀밸브(94)의 수용부가 위치한다. 그리고 스로틀밸브(94)의 수용부의 안쪽 부분에, 체크밸브(92)의 수용부가 위치한다. 전환밸브(60) 및 스로틀밸브(94)의 각 수용부는, 전방링크(52)에 면하는 본체(240)의 한쪽 면으로부터 본체(240)의 내부로 향하고 있다. 이에 반하여, 체크밸브(92)의 수용부는, 무릎축(15)의 축선방향으로 평행한 방향으로 뻗어나가고 있다. 또한, 하우징 부재(24)의 본체(240)에는, 유압제동회로(70)의 통로도 구성되어 있다.

도 9는, 하우징 부재(24)의 본체(240)의 내부에 수용된 전환밸브(60)를 나타내는 단면도이다. 본체(240)에는, 고압측의 제 1 통로(250), 저압측의 제 2 통로(260), 및 이들 제 1, 제 2 통로(250, 260)에 각각 연락하는 수용구멍(246)이 있다. 전환밸브(60)는. 제 1 통로(250) 측과 제 2 통로(260) 측을 연락, 혹은 차단하는 밸브이다. 전환밸브(60)의 주체는, 수용구멍(246) 중에 이동가능하게 꽉 끼워진 소형의 플런저(610)이다. 플런저(610)는, 그 외주의 밀봉부재(620)에 의해 액체가 새지 않게 밀봉되고, 또한, 밸브스프링(630)에 의해 수용구멍(246)의 바깥을 향하는 힘을 받고 있다. 그러나, 플런저(610)는, 수용구멍(246)으로부터 돌출한 한쪽 단부(610a)에, 전방링크(52)를 통하여 스프링(58)에 의한 힘도 받고 있다. 스프링(58)에 의한 힘은, 밸브스프링(630)의 힘보다 강하게 되도록, 통상의 상태에서는 플런저(610)의 선단(610b)이 본체(240) 쪽의 밸브시트에 닿고, 이에 의해 전환밸브(60)는 닫힌 상태를 유지하고 있다. 한편, 링크기구(50)가, 발끝(172t)의 접지상태를 검지한 때에는, 전방링크(52)를 통한 스프링(58)의 힘이 해제되기 때문 에, 플런저(610)는, 밸브스프링(630)의 힘에 의해 수용구멍(246)의 바깥을 향해서 움직여서 전환밸브(60)를 열린 상태로 하여 준다. 전술한 바와 같이, 전환밸브(60)는, 플런저(610)가 약간 움직이는 것에 따라서, 링 모양의 커다란 개구를 만들기 때문에, 닫힌 상태로부터 열린 상태로, 혹은 열린 상태로부터 닫힌 상태로 신속하고도 확실하게 전환한다. 또, 스프링(58)은, 하우징 부재(24)의 본체(240)를 한쪽의 스프링받이로 하고, 또한, 전방링크(52)에 나사결합된 나사부재(585)를 다른 쪽의 스프링받이로 하고 있다. 따라서, 나사부재(585)의 나사가 들어가는 깊이를 바꾸어 줌으로써, 스프링(58)의 힘을 조정할 수가 있다(도 7A 및 도 7B 참조).

도 10은, 하우징 부재(24)의 내부에 수용된 체크밸브(92) 및 스로틀밸브(94)를 나타내는 단면도이다. 체크밸브(92)와 스로틀밸브(94)는, 하우징 부재(24)의 내부에 서로 직교하도록 배치되어 있다. 체크밸브(92)의 수용구멍(2492)은, 하우징 부재(24)의 본체(240)를 가로방향으로 관통하고, 수용구멍(2492)의 양쪽은 뚜껑부재(242)에서 닫혀 있다. 수용구멍(2492)의 축선 방향의 도중에는, 체크밸브(92)의 밸브시트로 되는 내벽부분(92s)이 구성되어 있다. 체크밸브(92)는, 밸브시트(92s)의 이외에, 그 밸브시트(92s)에 착석하는 볼밸브체(922) 및 이 볼밸브체(922)에 착석력을 부여하는 밸브스프링(924)을 포함한다. 한편, 스로틀밸브(94)의 수용구멍(2494)은, 하우징 부재(24)의 본체(240)를 비스듬히 뻗어나가서, 한쪽 단부의 개구가 의족(10)의 전방에 임하고 있다. 스로틀밸브(94)의 주체는, 수용구멍(2494)에 들어간 플런저 밸브체(942)이다. 플런저 밸브체(942)에는, 그 축선 방향의 한쪽 외주에 절결홈(942t)(원주방향으로 서로 180°떨어져 있는 2개의 절결홈이 며, 각 절결홈은 축선 방향으로 경사져 있다)이 있다. 2개의 절결홈(942t)은, 하우징 부재(24)의 본체(240)의 벽면과 함께 흐름저항을 발생시키는 부분이다. 플런저 밸브체(942)는, 절결홈(942t)이 있는 쪽을 수용구멍(2494)의 속에 위치시키고, 그 반대쪽의 단부(942a)가 스프링부재(96)에 의해 지지된다. 따라서, 본체(240)의 수용구멍(2494)에 대한, 나사부재(96)의 나사가 들어가는 깊이를 변화시킴으로써, 스로틀밸브(94)의 스로틀량을 조정할 수가 있다. 스로틀밸브(94)의 플런저 밸브체(942)는, 절결홈(942t)이 있는 선단쪽이 체크밸브(92)의 고압측과 연락한다. 또한, 플런저 밸브체(942)의 절결홈(942t)의 외주가, 체크밸브(92)의 저압측과 연락한다. 이러한 연락은, 하우징 부재(24)의 본체(240)에 설치된 통로에 의해 이루어진다.

또, 스로틀밸브(94)는, 의족(10)을 조립한 후에 스로틀량을 조정 가능하게 하는 것이 바람직한 것임에 반하여, 체크밸브(92) 쪽에는, 그러한 조정이 필요하게 되지 않는다. 그래서, 체크밸브(92)에 대하여는, 하우징 부재(24)의 내부가 아니라, 요동날개(82)의 내부에 설치할 수도 있다. 또한, 요동날개(82)는, 무릎축(15)과 일체이며, 무릎 조인트의 굴곡 각도와 같은 150°∼ 160°라고 하는 큰 요동운동을 한다. 그러나, 굴곡 기능을 위한 제동력을 발생시키는 범위는, 무릎이 신장된 상태로부터 거의 90°굴곡한 상태의 사이 뿐이다. 따라서, 무릎이 90° 굴곡한 상태로부터 최대로 굴곡하는 상태에 있어서, 유압제동회로(70)에 의한 제동력은 기본적으로 불필요하다. 그러한 범위에서는, 전환밸브(60)의 개폐에 관계없이 요동날개(82)를 유연하게 회전시키도록 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 하우징 부 재(24)의 본체(240)의 내부에, 불필요한 제동력의 발생을 억제하는 통로를 형성하도록 하는 것이 좋다.

본 발명은, 도시되어 있는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 기계적인 센싱을 행한다고 하는 발명의 취지의 범위에서 여러가지 변형을 행할 수가 있다. 도 11은, 전방링크(52) 쪽이 아니라, 후방링크(54) 쪽에 전환밸브(60)의 작동자를 설치한 예이다. 후방링크(54)는, 조인트 구성부분(14j)인 하우징 부재(24)와의 피봇 결합부(P)에, 작동자가 되는 링크부분(54e)을 가지고 있다.

또한, 본 발명은, 단축의 의족뿐만 아니라, 다축의 의족에도 적용할 수 있다. 도 12 및 도 13은, 무릎 조인트를 구성하는 4절의 링크기구(515)를 갖는 의족에 적용한 예를 각각 나타내고 있다. 도 12의 예에서는, 링크기구(515) 중의 하나의 피봇 결합부(P')를 제동하도록 하고 있다. 이에 대하여, 도 13의 예에서는, 링크기구(515)에 로드(40)를 연결하고, 그 로드(40)를 통하여 링크기구(515)의 움직임을 제동하도록 하고 있다. 또, 도 12 및 도 13에서는, 전술한 실시예와 동일한 구성부분에 대하여, 동일한 참조부호를 사용하고 있다.

또한, 도 14는, 전환밸브(60)를 포함하는 유압에 의한 무릎제동회로(70)에 대하여, 유압의 구성요소를 더한 조합회로이다. 무릎제동회로(70)에 더하여진 새로운 구성요소는, 스로틀(410) 및 체크밸브(510)를 포함하는 신장 보조회로(101)와, 스로틀(420) 및 체크밸브(520)를 포함하는 굴곡 보조회로(102)이다. 무릎제동회로(70)는, 의족의 서 있는 상태에서의 유연한 무릎제동 기능을 얻기 위한 회로이며, 신장 보조회로(101) 및 굴곡 보조회로(102)는, 의족의 걷는 상태에서의 보조기 능을 얻기 위한 회로이다. 그 때문에, 신장 보조회로(101) 및 굴곡 보조회로(102)에서의 각 스로틀(410, 420)은, 무릎제동회로(70)의 스로틀(40)에 비교하여 스로틀량이 적으며, 이에 의한 흐름저항은 굴곡저항에 해당하는 값에서 최대 8 Nm이다. 또, 신장 보조회로(101) 및 굴곡 보조회로(102)에 있어서의 체크밸브(510, 520)가, 서로 역방향의 흐름만을 허용하는 1방향 밸브인 것은 물론이다. 서 있는 상태 및 걷는 상태의 각 제어를 모두 유압회로로 행할 경우, 그러한 유압회로를 의족의 무릎부분에 넣을 수 있어서 의족을 더욱 소형화할 수가 있다.

Claims

무릎의 위쪽에 위치하는 관절 상측부재와, 무릎의 아래쪽에 위치하며, 상기 관절 상측부재에 요동가능하게 연결되어 무릎의 굴곡을 가능하게 하는 관절 하측부재를 가지고 있고, 상기 관절 하측부재는, 상기 관절 상측부재와 연결되어 상기 무릎의 굴곡을 가능하게 하는 무릎 조인트를 구성하는 조인트 구성부분과, 이 조인트 구성부분의 아래쪽에 연결된 부분이며, 상기 조인트 구성부분에 대하여, 상기 무릎의 굴곡의 움직임에 비하여 약간의 움직임을 하는 본체부분을 포함하는 의족에 있어서,

상기 무릎의 굴곡을 유연하게 제동하기 위하여, 다음의 X 및 Y의 구성, 즉,

X 작동유가 스로틀을 지날 때의 흐름저항에 의해, 무릎의 굴곡에 대한 제동력을 발생시키는 유압제동회로,

Y 의족을 장착하는 사람의 하중이, 의족에 부속되는 족부의 어디에 걸려 있는가를 검지하고, 그 검지신호에 기초하여 상기 유압제동회로를 제어하는 센싱 제어수단을 가지고 있고,

또한, 상기 센싱 제어수단이, 다음의 y1 및 y2의 특징, 즉,

y1 상기 관절 하측부재에 있어서의 조인트 구성부분과 본체부분을 연결하고, 의족의 족부의 발끝과 발뒤꿈치와의 사이에 순간중심을 갖는 링크기구가 있는 것,

y2 상기 링크기구를 구성하는 링크의 움직임을 검지하고, 그 검지결과에 기초하여 상기 유압제동회로를 제어하도록 되어 있는 것을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 유연한 무릎제동 기능을 갖는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 센싱 제어수단은, 의족 장착자의 하중이 상기 족부의 어디에 걸려 있는가를 검지하기 위한 센싱 부분과, 그 센싱 부분의 검지신호에 기초하여 상기 유압제동회로를 제어하는 제어부분으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 의족.
제 2 항에 있어서, 상기 센싱 부분이 기계적인 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 관절 상측부재와 상기 관절 하측부재를 요동가능하게 하는 연결은, 하나의 축을 통한 단축에 의한 연결, 혹은 복수의 축을 통한 다축에 의한 연결 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 유압제동회로는, 상기 센싱 제어수단의 제어에 의해, 무릎의 굴곡에 대하여 제동력을 발생시키는 제동상태와, 상기 제동력을 해제한 비제동상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 유압제동회로는, 무릎이 신장할 때에 작동유가 들어 가는 제 1 격실과, 무릎이 굴곡할 때에 작동유가 들어가는 제 2 격실과, 이들 제 2 격실과 제 1 격실과의 사이를 연락하는 통로와, 그 통로 상에서, 상기 제 1 격실과 제 2 격실과의 사이에 위치하는 스로틀로서, 그 스로틀을 지나는 상기 작동유의 흐름저항을 이용하여 상기 무릎의 굴곡에 제동력을 부여하는 스로틀과, 상기 통로 상에서, 상기 스로틀과 병렬로 접속되어, 상기 제 1 격실로부터 상기 제 2 격실로 향하는 흐름을 저지하고, 그 역방향의 흐름을 허용하는 체크밸브와, 상기 통로 상에서, 상기 체크밸브 및 상기 스로틀과 병렬로 접속되어, 상기 센싱 제어수단에 의해 개폐되는 전환밸브를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 의족.
제 6 항에 있어서, 상기 전환밸브는, 밸브시트에 대하여 밸브체를 눌러 밸브의 개폐를 행하는 시트밸브이며, 그 밸브의 개폐시, 상기 밸브체는, 상기 밸브시트의 면에 대하여 직교하는 방향으로 움직이는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 제동력은, 의족이 서 있는 상태에 있을 때, 의족 장착자가 자기의 하중을 걸어 줌으로써, 무릎 조인트가 천천히 굴곡 각도를 바꾸어 가는 크기인 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 센싱 제어수단은, 상기 유압제동회로를

z1 상기 의족의 족부의 발뒤꿈치가 접지한 때, 그 발뒤꿈치의 접지에 따른 상반력이 상기 링크기구의 순간중심보다 후방쪽을 지나고, 이에 의해, 상기 관절 하측부재에 상기 순간중심을 중심으로 하여 전방으로 쏠리는 방향의 회전 모멘트를 발생시키고,

z2 상기 의족의 족부의 발끝이 접지한 때, 그 발끝의 접지에 따른 상반력이 상기 링크기구의 순간중심보다 전방쪽을 지나고, 이에 의해, 상기 관절 하측부재에 상기 순간중심을 중심으로 하여 후방으로 쏠리는 방향의 회전 모멘트를 발생시키고,

z3 z1 및 z2에 있어서의 상기 회전 모멘트의 방향에 따라, 상기 유압제동회로를 제어하여, 무릎의 굴곡에 대하여 제동력을 발생시키는 제동상태와, 상기 제동력을 해제한 비제동상태로 전환되도록, 제어하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 순간중심은, 상기 족부의 발뒤꿈치쪽보다 발끝쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 의족.
제 6 항에 있어서, 상기 제 1 격실과 상기 제 2 격실은, 한 점을 중심으로 요동이 가능한 날개, 혹은 직선방향으로 왕복운동이 가능한 피스톤 중의 어느 하나에 의해 구획되는 것을 특징으로 하는 의족.
제 6 항에 있어서, 상기 유압제동회로를 제어하는 하나의 링크는, 스프링에 의한 힘을 받아, 상기 전환밸브를 노멀 클로즈드로 하고 있는 것을 특징으로 하는 의족.
제 5 항에 있어서, 상기 유압제동회로는, 상기 링크기구를 구성하는 링크의 움직임에 의해 기계적으로 제어되고, 또한, 상기 조인트 구성부분과 상기 본체부분과의 사이의 약간의 움직임은, 상기 링크의 움직임에 의해, 상기 유압제동회로를 상기 제동상태와 상기 비제동상태로 전환시킬 수 있는 크기이며, 수 mm 이하의 스트로크인 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 유압제동회로는, 상기 조인트 구성부분에 배치되어 있고, 또한, 상기 관절 상측부재와 상기 관절 하측부재와의 사이에, 걷는 상태에서의 무릎의 굴곡 및 신장을 보조하기 위한 에어 실린더 장치를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 의족.
제 1 항에 있어서, 상기 유압제동회로는, 의족이 서 있는 상태에 있을 때, 의족 장착자가 자기의 하중을 걸어 줌으로써, 무릎 조인트를 굴곡가능하게 하는 것이며, 상기 의족은, 또한, 걷는 상태에서의 무릎의 굴곡 및 신장을 보조하기 위한 유압제어회로를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 의족.