KR20110018653A - 왕복식 힌지를 구비하는 무릎보조기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 무릎보조기는 착용시 착용자의 대퇴부에 대응되도록 위치하는 상부보호대; 착용시 상기 착용자의 경골부에 대응되도록 위치하는 하부보호대; 그리고 상기 상부보호대에 대하여 상기 하부보호대가 상대적으로 회전가능하도록 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대를 연결하는 왕복식 힌지를 구비하며, 상기 왕복식 힌지는 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대 중 어느 하나에 연결되며, 서로 교차하여 기설정된 각도를 이루는 제1 및 제2 가이드홀을 가지는 가이드판; 상기 제1 및 제2 가이드홀을 따라 각각 이동하는 제1 및 제2 이동체; 그리고 일단이 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대 중 어느 하나에 연결되며, 타단이 상기 제1 및 제2 이동체에 회전가능하도록 연결되어 상기 제1 및 제2 이동체가 상기 제1 및 제2 가이드홀을 따라 각각 이동함에 따라 상기 가이드판에 대하여 회전하는 연결바를 포함한다.
왕복식 힌지, 가이드판, 가이드홀, 이동체, 무릎보조기

Description

왕복식 힌지를 구비하는 무릎보조기{KNEE BRACE INCLUDING RECIPROCATING HINGE}
본 발명은 무릎보조기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 왕복식 힌지를 구비한 무릎보조기에 관한 것이다.
무릎관절은 슬관절(膝關節)이라고도 하며, 대퇴골 하단과 경골(脛骨) 상단 및 슬개골(무릎뼈)의 후방에 위치한 관절로 대퇴골과 경골이 이루는 굴절각 및 신전각을 조절하는 기능이 있다. 무릎을 펴면 측부인대가 긴장하여 하퇴는 대퇴와 일직선을 이루어 고정되나 무릎을 구부리면 인대가 늘어나 하퇴는 어느 정도 좌우로 동요하는 가능성이 생긴다.
일반적으로 무릎보조기는 슬개골 손상 또는 인대 부상 등 무릎에 상해를 입었거나 고령화로 인한 퇴행성 골관절염 등이 발생하였을 때 무릎관절부위를 고정 보호하고, 무릎의 굴절각 및 신전각을 제한하여 병변의 진행(인대, 근육 등의 2차 손상)을 막아 치료를 원활하게 하기 위해 사용한다. 따라서, 무릎보조기의 운동반경(또는 회전반경)은 실제 무릎관절의 운동반경과 근사하게 설계되어야 하며, 무릎보조기의 운동반경과 실제 무릎관절의 운동반경의 차이는 착용자의 2차 부상의 원 인이 될 수 있다. 또한, 착용자는 근사 정도에 따라 편안함을 느낄 수 있으므로, 무릎보조기의 운동반경은 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 무릎관절의 회전운동을 근사하게 구현할 수 있는 무릎보조기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 착용자의 무릎관절을 보호할 수 있는 무릎보조기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명에 의하면, 무릎보조기는 착용시 착용자의 대퇴부에 대응되도록 위치하는 상부보호대; 착용시 상기 착용자의 경골부에 대응되도록 위치하는 하부보호대; 그리고 상기 상부보호대에 대하여 상기 하부보호대가 상대적으로 회전가능하도록 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대를 연결하는 왕복식 힌지를 구비하며, 상기 왕복식 힌지는 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대 중 어느 하나에 연결되며, 서로 교차하여 기설정된 각도를 이루는 제1 및 제2 가이드홀을 가지는 가이드판; 상기 제1 및 제2 가이드홀을 따라 각각 이동하는 제1 및 제2 이동체; 그리고 일단이 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대 중 어느 하나에 연결되며, 타단이 상기 제1 및 제2 이동체에 회전가능하도록 연결되어 상기 제1 및 제2 이동체가 상기 제1 및 제2 가이드홀을 따라 각각 이동함에 따라 상기 가이드판에 대하여 회전하는 연결바를 포함한다.
상기 제1 및 제2 가이드홀은 서로 수직할 수 있다.
상기 연결바의 회전시 상기 연결바의 상기 일단은 타원궤도를 그릴 수 있다.
상기 왕복식 힌지는 기설정된 회전각을 가지며, 상기 회전각은 상기 제1 이동체가 상기 제1 가이드홀의 일단에 위치하고 상기 제2 이동체가 상기 제2 가이드홀의 일단에 위치할 때 상기 연결바와 상기 제1 이동체가 상기 제1 가이드홀의 타단에 위치하고 상기 제2 이동체가 상기 제2 가이드홀의 타단에 위치할 때 상기 연결바가 이루는 각일 수 있다.
상기 왕복식 힌지는 상기 제1 및 제2 가이드홀 중 어느 하나에 삽입설치되어 상기 제1 및 제2 이동체 중 어느 하나의 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 왕복식 힌지는 상기 스토퍼의 후단부에 연결되어 상기 스토퍼의 충격을 흡수하는 댐퍼를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 무릎관절의 회전운동을 근사하게 구현할 수 있으며, 착용자의 무릎관절을 외부 충격으로부터 보호할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 7c를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
한편, 이하에서 설명하는 '이동', '회전', '각도전환' 등은 '상대적'인 의미로 사용되므로, 예를 들어, 'A'가 'B'에 대하여 '이동'한다는 의미는, 'B'가 고정된 상태에서 'A'가 이동하는 것과 'A'가 고정된 상태에서 'B'가 이동하는 것을 모두 의미한다. 또한, 이하에서 사용하는 '상','하','좌','우','전방','후방'의 의미는 '상대적'인 의미를 가질 뿐이므로, 구조물에 대하여 좌표를 설정하는 방법에 따라 '상','하','좌','우','전방','후방'의 의미는 달라질 수 있다.
도 1은 실제 무릎관절을 구부릴 때 일어나는 운동을 나타내는 사진이다. 앞서 설명한 바와 같이, 무릎관절은 대퇴골 하단과 경골(脛骨) 상단 및 슬개골(무릎뼈)의 후방에 위치한 관절로 대퇴골과 경골이 이루는 굴절각 및 신전각을 원하는 만큼 조절하는 기능을 한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 무릎을 구부릴 경우, 경골 상단은 대퇴골 하단을 중심으로 회전운동을 하며, 이때, 경골 상단의 회전중심은 O1에서 O2로 이동한다.
즉, 경골 상단이 대퇴골 하단에 위치할 때, 경골 상단의 회전중심은 O1이며, 무릎을 구부림으로 인해 경골 상단이 대퇴골 하단을 미끄러지듯이 이동하여 경골 상단의 회전중심은 O2에 위치한다. 따라서, 도 1에 도시한 바와 같이, 경골 상단의 회전중심은 이동하며(O1 → O2), 경골 상단은 타원궤도를 그리며 이동한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎보조기를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 2의 상부보호대를 나타내는 도면이다. 도 4는 도 2의 하부보호대를 나타내는 도면이다.
무릎보조기는 상부보호대(10), 하부보호대(20), 왕복식 힌지(30), 그리고 연결바(40)를 구비한다. 착용자가 무릎보조기를 착용한 경우, 상부보호대(10)는 착용자의 대퇴부에 고정되며, 하부보호대(20)는 착용자의 경골부에 고정된다. 착용자가 무릎을 구부릴 경우, 착용자의 경골부는 대퇴부를 기준으로 회전이동하며, 하부보호대(20)는 착용자의 경골부와 함께 상부보호대(10)를 기준으로 회전이동한다. 한편, 상부보호대(10)와 하부보호대(20)의 회전이동은 상대운동이고, 전후방 위치도 상대적으로 위치하므로, 이하에서 설명되는 상부보호대(10)와 하부보호대(20)의 구조 및 기능은 서로 바뀔 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상부보호대(10)(또는 anterior thighstrap, ATS 라고도 함)는 서로 이격되어 나란하게 배치된 상부스트랩(12,14)을 구비하며, 상부스트랩(12,14)은 대퇴부의 전면에 위치하여 대퇴부의 전면을 감싼다. 이때, 상부스트랩(12,14)은 하드한 재질(예를 들어, 메탈(metal), 폴리머(polymer), CFRP 등)일 수 있다.
상부스트랩(12,14)은 상부밴드(13,15)가 끼워지는 상부밴드홀(12a,14a)을 가지며, 예를 들어, 상부밴드(13)는 탄성재질로 이루어져 대퇴부의 후면을 가압하여 상부밴드홀(12a)에 끼워진 상태에서 상부보호대(10)를 대퇴부 상에 단단하게 고정한다. 상부스트랩(12,14)은 연결스트랩(16)을 통해 연결된다. 상부고정바(18)는 상부스트랩(14)의 하부에 연결되며, 도 2에 도시한 바와 같이, 나사(S)(또는 리벳 등)와 같은 체결부재에 의해 상부고정바(18)는 후술하는 왕복식 힌지(30)에 연결된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 하부보호대(20)(또는 calf band 라고도 함)는 서로 이격되어 나란하게 배치된 하부스트랩(22,24)을 구비하며, 하부스트랩(22,24)은 경골부의 후면(예를 들어, 장딴지 부분)에 위치하여 경골부의 후면을 감싼다. 이때, 하부스트랩(22,24)은 탄성을 가지고 연신이 가능한 밴드 재질(예를 들어, chamois pneumatic strap)일 수 있으며, 이를 통해 종아리 근육의 팽창을 허용함과 동시에 착용감을 향상시킬 수 있다.
하부밴드(22,24)는 하부밴드(23,25)가 끼워지는 하부밴드홀(22a,24a)을 가지며, 예를 들어, 하부밴드(23)는 탄성재질로 이루어져 경골부의 후면을 가압하여 하부밴드홀(22a)에 끼워진 상태에서 하부보호대(20)를 경골부 상에 단단하게 고정한다. 하부스트랩(22,24)은 연결스트랩(26)을 통해 연결된다. 하부고정바(28)는 하부밴드(22)의 상부에 연결되며, 도 2에 도시한 바와 같이, 나사(S)(또는 리벳 등)와 같은 체결부재에 의해 하부고정바(28)는 후술하는 연결바(40)에 연결된다.
도 5는 도 2의 왕복식 힌지(30)를 나타내는 도면이다. 왕복식 힌지(30)는 베이스판(32) 및 가이드판(34)을 가지며, 베이스판(32)과 가이드판(34)은 서로 대응되는 형상을 가진다. 가이드판(34)은 나사(S)와 같은 체결부재를 통해 베이스판(32)과 결합되며(이와 달리, 용접 등의 체결방법으로 변형될 수 있음), 나사(S)는 가이드판(34)에 형성된 관통홀(34a)을 관통하여 베이스판(32)에 형성된 체결홀(32a)에 체결된다. 한편, 본 실시예와 달리, 가이드판(34)은 베이스판(32)에 대하여 회전가능하도록 베이스판(32)에 연결될 수 있으며, 이를 통해 후술하는 수평가이드홀(36) 및 수직가이드홀(38)의 배치를 조절할 수 있다.
가이드판(34)은 수평가이드홀(36) 및 수직가이드홀(38)을 가지며, 수직가이드홀(38)은 수평가이드홀(36)에 대하여 수직하게 배치된다. 다만, 수평가이드홀(36)과 수직가이드홀(38)이 이루는 각도는 변경될 수 있으며, 각도 변경을 통해 후술하는 연결바(40)(또는 하부보호대(20))의 운동궤도를 변경할 수 있다.
수평가이드홀(36)은 기설정된 길이(dH)를 가지며, 수평이동체(42)는 수평가이드홀(36)에 삽입되어 수평가이드홀(36)을 따라 이동한다. 수평이동체(42)는 가이드판(34)의 후면을 통해 삽입되며, 가이드판(34)이 베이스판(32)에 결합되어 수평이동체(42)가 수평가이드홀(36)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 특히, 수평이동체(42)는 돌출턱(43)을 구비하며, 돌출턱(43)은 수평이동체(42)가 수평가이드홀(36)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 한편, 앞서 설명한 수평가이드홀(36)의 길 이(dH)는 수평이동체(42)의 이동거리를 결정한다.
마찬가지로, 수직가이드홀(38)은 기설정된 길이(dV)를 가지며, 수직이동체(44)는 수직가이드홀(38)에 삽입되어 수직가이드홀(38)을 따라 이동한다. 수직이동체(44)는 가이드판(34)의 후면을 통해 삽입되며, 가이드판(34)이 베이스판(32)에 결합되어 수직이동체(44)가 수직가이드홀(38)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 특히, 수직이동체(44)는 돌출턱(45)을 구비하며, 돌출턱(45)은 수직이동체(44)가 수직가이드홀(38)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 한편, 앞서 설명한 수직가이드홀(38)의 길이(dV)는 수직이동체(44)의 이동거리를 결정한다.
한편, 스토퍼(39)는 고정핀(P)을 통해 수직가이드홀(38) 상에 설치된다. 고정핀(P)은 스토퍼(39)의 후단에 연결되며, 삽입홀(38a)에 삽입되어 고정핀(P)을 수직가이드홀(38) 상에 고정설치한다. 스토퍼(39)는 수직가이드홀(38) 상에 설치되어 수직이동체(44)의 이동을 제한하여, 수직가이드홀(38)의 길이(dV)를 단축시키는 역할을 한다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
본 실시예에서는 스토퍼(39)가 수직가이드홀(38) 상에 설치되는 것으로 설명하였으나, 스토퍼(39)는 수평가이드홀(36)에 설치될 수 있으며, 수평가이드홀(36) 및 수직가이드홀(38)에 모두 설치될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 연결바(40)의 일단은 하부보호대(20)에 연결되며, 연결바(40)의 타단은 수평이동체(42) 및 수직이동체(44)에 연결된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연결바(40)는 체결부재(42a)에 의해 수평이동체(42)에 회전가능하도록 연결되며, 체결부재(44a)에 의해 수직이동체(44)에 회전가능하도록 연결된다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시한 왕복식 힌지의 작동을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6a 내지 도 7c를 참고하여 왕복식 힌지 및 무릎보조기의 운동을 설명하기로 한다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 상부고정바(18)와 하부고정바(28)(또는 연결바(40))가 대체로 나란하게 위치할 때, 수평이동체(42)는 수평가이드홀(36)의 우측부분에 위치하며 수직이동체(44)는 수직가이드홀(38)의 상부에 위치한다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 연결바(40)가 가이드판(34)에 대하여 회전함에 따라, 수평이동체(42)는 좌측으로 이동하며, 수직이동체(44)는 하부로 이동한다. 연결바(40)는 체결부재(42a,44a)에 의해 수평이동체(42) 및 수직이동체(44)에 연결되며, 체결부재(42a,44a)를 중심으로 수평이동체(42) 및 수직이동체(44)에 대하여 회전한다.
도 6c에 도시한 바와 같이, 연결바(40)가 회전할수록 수평이동체(42)는 좌측으로 이동하고 수직이동체(44)는 하부로 이동하며, 수평이동체(42)가 수평가이드홀(36)의 좌측단에 도달하고 수직이동체(44)가 수직가이드홀(38)의 하측단에 도달할 때까지 연결바(40)는 회전한다. 이때, 스토퍼(39)는 수직가이드홀(38) 상에 설 치되어 수직가이드홀(38)의 길이를 단축시키며(dV-dV2=dV1), 수직이동체(44)의 이동을 제한한다. 따라서, 연결바(40)의 회전각은 스토퍼(39)에 의해 축소된다. 이때, 스토퍼(39)의 후단에 설치된 고정핀(P)은 댐퍼(예를 들어, 탄성체와 같은)로 대체될 수 있으며, 댐퍼는 스토퍼(39)에 가해진 충격을 흡수할 수 있다.
한편, 본 실시예와 달리, 수평이동체(42)와 수직이동체(44)는 연결바(40)가 회전함에 따라 수평가이드홀(36) 및 수직가이드홀(38)을 따라 이동하여 연결바(40)의 회전을 가능하게 할 수 있다. 특히, 가이드판(34)은 베이스판(32)에 대하여 회전가능하며, 가이드판(34)의 회전에 의해 연결바(40)의 회전이동의 형태를 변경할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 2에 도시한 무릎보조기의 운동을 나타내는 도면이다. 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이, 연결바(40)의 회전은 하부보호대(20)의 회전을 의미하며, 수평이동체(42)와 수직이동체(44)의 이동에 따라 하부보호대(20)는 연결바(40)와 함께 회전한다.
이때, 도 7b 및 7c에 도시한 바와 같이, 연결바(40)의 회전은 타원궤도의 형태로 나타나며(연결바(40)의 하단을 기준으로 궤적을 그려보면), 연결바(40)의 회전중심은 수평이동체(42)가 이동함에 따라 함께 이동한다(O1→O2→O3). 따라서, 왕복식 힌지의 운동은 앞서 설명한 무릎관절의 운동, 즉, 경골 상단이 대퇴골 하단을 중심으로 타원궤도를 그리며 회전이동하는 것과, 경골 상단의 회전중심이 이동하는 것과 근사하게 나타나는 것을 알 수 있으며, 이와 같은 방법을 통해 무릎보조기의 운동을 무릎관절의 운동과 근사하게 구현할 수 있는 것이다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다. 특히, 본 실시예의 내용은 무릎관절의 좌우에 대해 동등하게 또는 최적화되어 구현될 수 있으며, 착용자의 무릎관절의 운동궤적에 따라 변형될 수 있다. 또한, 사람 이외의 동물에도 적용될 수 있다.
도 1은 실제 무릎관절을 구부릴 때 일어나는 운동을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무릎보조기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 상부보호대를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 하부보호대를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 왕복식 힌지를 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5에 도시한 왕복식 힌지의 작동을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 2에 도시한 무릎보조기의 운동을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 상부보호대 12,14 : 상부밴드
16,26 : 연결밴드 18 : 상부고정바
20 : 하부보호대 22,24 : 하부밴드
28 : 하부고정바 30 : 왕복식 힌지
32 : 베이스판 34 : 가이드판
36 : 수평가이드홀 38 : 수직가이드홀
39 : 스토퍼 40 : 연결바
42 : 수평이동체 44 : 수직이동체

Claims (6)

  1. 착용시 착용자의 대퇴부에 대응되도록 위치하는 상부보호대;
    착용시 상기 착용자의 경골부에 대응되도록 위치하는 하부보호대; 및
    상기 상부보호대에 대하여 상기 하부보호대가 상대적으로 회전가능하도록 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대를 연결하는 왕복식 힌지를 구비하며,
    상기 왕복식 힌지는,
    상기 상부보호대 및 상기 하부보호대 중 어느 하나에 연결되며, 서로 교차하여 기설정된 각도를 이루는 제1 및 제2 가이드홀을 가지는 가이드판;
    상기 제1 및 제2 가이드홀을 따라 각각 이동하는 제1 및 제2 이동체; 및
    일단이 상기 상부보호대 및 상기 하부보호대 중 어느 하나에 연결되며, 타단이 상기 제1 및 제2 이동체에 회전가능하도록 연결되어 상기 제1 및 제2 이동체가 상기 제1 및 제2 가이드홀을 따라 각각 이동함에 따라 상기 가이드판에 대하여 회전하는 연결바를 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎보조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 가이드홀은 서로 수직한 것을 특징으로 하는 무릎보조기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결바의 회전시 상기 연결바의 상기 일단은 타원궤도를 그리는 것을 특징으로 하는 무릎보조기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 왕복식 힌지는 기설정된 회전각을 가지며,
    상기 회전각은,
    상기 제1 이동체가 상기 제1 가이드홀의 일단에 위치하고 상기 제2 이동체가 상기 제2 가이드홀의 일단에 위치할 때 상기 연결바와 상기 제1 이동체가 상기 제1 가이드홀의 타단에 위치하고 상기 제2 이동체가 상기 제2 가이드홀의 타단에 위치할 때 상기 연결바가 이루는 각인 것을 특징으로 하는 무릎보조기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 왕복식 힌지는 상기 제1 및 제2 가이드홀 중 어느 하나에 삽입설치되어 상기 제1 및 제2 이동체 중 어느 하나의 이동을 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎보조기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 왕복식 힌지는 상기 스토퍼의 후단부에 연결되어 상기 스토퍼의 충격을 흡수하는 댐퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무릎보조기.
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