WO2004045470A1

WO2004045470A1 - ひざ制動機能をもつ義足

Info

Publication number: WO2004045470A1
Application number: PCT/JP2003/014713
Authority: WO
Inventors: Masahiko Okuda; Toyohiko Imakita; Aritomo Fukui; Yoshiaki Nakaya
Original assignee: Nabco Limited
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2003-11-19
Publication date: 2004-06-03
Also published as: EP1570817A1; TW200417360A; HK1082176A1; TWI276430B; DE60324185D1; US20050234562A1; EP1570817A4; KR20050002836A; ATE410981T1; KR100563445B1; EP1570817B1; US7588604B2; AU2003284569A1

Abstract

　義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを、機械的な方法で検出するようにした、柔軟なひざ制動機能をもつ義足である。大腿義足（１０）において、ニ−プレ−ト（１２）を含む関節上側部材（１２）と、フレ−ム（１４０）およびそのフレ−ム（１４０）と一体のベ−スブラケット（２２）を含む関節下側部材（１４）とがひざの屈曲をする。ハウジング部材（２４）には、ひざ軸のほか、油圧制動回路が構成されている。ハウジング部材（２４）と、本体部分の側のベ−スブラケット（２２）との間に相対的なわずかな動きを可能とするため、リンク機構（５０）がある。リンク機構（５０）は、義足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつ。その瞬間中心はセンシングポイントとなり、義足装着者の荷重が足部の踵にかかる場合と、爪先にかかる場合とを区別して検知する。リンク機構（５０）による検知結果に基づいて、油圧制動回路を制御し、柔軟なひざ制動を可能とする。

Description

明細書ひざ制動機能をもつ義足発明の属する技術分野

の発明はヽひざの屈曲を可能とするひざ継手を含む義足であつてヽひざの屈曲を柔軟に制動する義足ヽすなわちヽィ一ルディング我足に関しヽ特に、義足を装着する者の荷重がヽ我足に付属する足部のどこにかかつているかを検知するセンシング部分を機械的なリンク機構によつて構成した足にする 0 発明の背景

義足を装着する者にとつてヽ常と同様の自然な歩き方をすることが基本的な願いであり、特にヽ左右の足を交互に出して階段を降りたり、坂をスム一ズに降りるとは夢のよな願いでめる o 柔軟なひざ制動機能、つまりィ ―ルァィング機能は、後者の願いを実現する上で必要な機能である 0 しのィ ―ルディング機能によてひざ継手を含む義足に体重をかけるとき、ひざ継手がゆつぐと屈曲角度を変えていく。したがつてヽィ一ルディング機能をも我足を装着する者は、自らの体重を女心して義足に載せ、左右の足を交互に出して階段や下り坂をスム ―ズに降りるとができる

別の見方をすれば、ィ —ル丁ング技術はヽ我足（義足の屈曲 ) を完全にロックする技術に対しヽ我足を屈曲可能な状態に柔軟に D ックする技術であるということがでぎ o 我足を完全に口ヅクする技術は、たとえば、 U S P 3 5 8 6 3 ， 2 7 4号 (対応する曰本特公昭 5 2 — 4 6 4 3 2号）が示すように、ひざ軸を機械的な摩擦力を利用して締め付けて制動力を生じる技術である。それに対し、義足を柔軟にロックする技術は、作動油が絞りを通るときの流れ抵抗を利用して制動力を生じる技術である。したがって、柔軟なロック技術は、絞りのほかに、いくつかの油圧機器を含む油圧制動回路を備える。油圧制動回路の中の油圧機器の一つは、作動油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であり、その手段としては、往復動ピストンを含むピストンタイプと、摇動ベーンを含むロータリタイプとが知られている。 U S P 5， 7 0 4 , 9 4 5号 (対応する特開平 8 — 3 1 7 9 4 4号）や U S P 2 , 6 6 7， 6 4 4号などは口—タリタイプを、また、 U S P 2 , 5 3 0 , 2 8 6号、 U S P 2 , 5 6 8， 0 5 3号などがピストンタイプをそれぞれ明らかにしている。発明の解決すべき課題

さて、油圧制動回路には、通常、ひざの屈曲に対して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（つまり、制御弁）がある。そして、油圧制動回路（つまりは、油圧制動回路の切換え弁）は、義足装着者の荷重が、義足に付属する足部のどこにかかっているかに応じて制御される。油圧制動回路をそのように制御するためのセンシング制御手段としては、ひずみゲージなどの電気的なセンサーによって、義足装着者の歩行状態を検知し、その検知信号に基づいてマイクロコンピュー夕から制御信号を出力することもできる。すなわち、すべて電気的あるいは電子的な検出および処理をするような制御を行うこともできる。しかし、それにはマイクロコンピュー夕によるデータ処理が伴うため、そのための電源を準備する必要がある。また、電気的センサーを常に検知可能な状態に維持しなければならないため、その分だけ電力も消費する。それらの課題を解決するためには、センシング制御手段を機械的な方法によって構成することが好ましい。

しかし、機械的な方法による今までのセンシング制御手段には、前記した電気的あるいは電子的な方法のように、足部のどこに荷重がかかっているかという状態を検出するという設計思想に基づくものは見当らない ο たとえば、 u s P 2 , 5 3 0 , 2 8 6号や U S P

2 6 6 7 ， 6 4 4号は、足部と油圧制動回路の切換え弁とをリンク機構によつて連糸口し、足部の動きに連動するリンク機構によって切換え弁を制御している足部とは無関係に、義足が屈曲しているか否かによつて、油圧制動回路の切換え弁を制御するものもある。すなわちヽ U S P 5 , 7 0 4 , 9 4 5号（対応する特開平 8

― 3 1 7 9 4 4号 ) は、ひざの屈曲に伴う揺動レノ一の相対的な変位を利用し、また、 U S P 2 ₃ 5 6 8 , 0 5 3号は、ひざの屈曲に伴つリンクやレ一の動きを利用して制御を行っている o

ところが、機械的な方 ¾sによる今までの技術は、足部のどこに荷重力 ^s力つているかという状態を検出するものではないため、階段や下り坂を降りるような場合、立 S Φ相の最終における爪先離れ時に、制動力が正しく解除されず、スム—ズに遊脚相に移行することができないとい問題を生じてしまう。なぜなら、階段や下り坂を降りるような場合、義足装着者は、その重心を比較的後方におく傾向があり、そのために、床反力がひざ軸のかなり後方を通ることになるからである 0 すなわち、平地における歩行の場合には、足部の動きあるいはひざの屈曲に伴う動きに連動して、油圧制動回路の切換え弁を有効に切換え制御することができるのに対し、階段や下り坂を降りるような場合、義足装着者の姿勢から、そうした切換えを正しく行うことができないわけである。

この発明は、義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを、機械的な方法によって検出するようにした、柔軟なひざ制動機能をもつ義足を提供することを目的とする。

また、この発明は、立脚相の最終における爪先離れ時に、制動力を正しく解除することができる、柔軟なひざ制動機能をもつ義足を提供することを他の目的とする。

さらに、この発明は、単軸の義足だけでなく、多軸の義足へも適用することができる、柔軟なひざ制動機能をもつ義足を提供することをも目的とする。

さらにまた、この発明は、柔軟なひざ制動機能の安全性を担保するため、一定の荷重がかかったときに確実に所望の制動力を生じるようにした義足を提供することを目的とする。

また、この発明は、立脚相における柔軟なひざ制動機能と、遊脚相における制御とを両立することができる義足を提供することを他の目的とする。

さらに、この発明は、義足装着者が安心感をもってひざに荷重をかけ自らの意思でひざを屈曲させることができる義足を提供することを目的とする。

この発明のさらに具体的な目的は、以下の説明から明らかになるであろう。発明の開示

この発明による義足は、義足を屈曲可能な状態に柔軟に制動する技術であり、作動油が絞りを通るときの流れ抵抗を利用して制動力を生じる油圧制動回路（つまり、油圧によるひざ制動回路）を備える。油圧制動回路における絞りとしては、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。しかし、義足装着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。絞りは、それを通る作動油の流れに抵抗を与え、ひざに柔軟な屈曲作用を可能とする。その屈曲抵抗は、義足装着者が義足に自らの荷重（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 4 0〜 1 0 0 N m相当である。そのような絞りによる制動機能をひざが屈曲するときにのみ生じさせるため、言い換えると、ひざが伸展するときには絞りによる制動機能を生じないようにするため、ひざ制動回路には、その絞りに並列に逆止弁が配置されることは勿論である。逆止弁としては、ボールやポぺットを弁体とした簡単な構造のものが好ましい。

油圧制動回路は、絞りおよび逆止弁のほか、作動油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、制動状態と非制動状態とを切り換えるための切換え弁を備える。 2 つの室を区画する手段としては、すでに述べたように、往復動ピストンを含むピストンタイプと、揺動べ一ンを含む口一タリタイプとがある。この発明に対し、それらの両タイプを適用することができるが、義足を小型化する上、また、立脚相における柔軟なひざ制動機能を得るための油圧制動回路と、遊脚相におけるひざの屈曲を制御するためのエアシリンダ装置とを有効に併存させる上からすると、口一タリタイプがより好ましい。なお、油圧制動回路によって、立脚相における柔軟なひざ制動機能を得るだけでなく、遊脚相におけるひざの屈曲を制御するようにすることもできる。

また、切換え弁は、義足装着者の荷重を受けることにより開閉される弁であり、開状態と閉状態との 2つの状態に切り換わるスイツチング機能を果たす。ひざ制動回路の中において、閉状態にある切換え弁は、作動油の流れを遮断して前記絞りの方の機能を実効あらしめるのに対し、開状態にある切換え弁は、作動油をスムーズに流して前記絞りの機能を無意味あるいは無効にする。したがって、切換え弁としては、わずかなストロークで開状態と閉状態とが切り換わる弁構造が好ましい。特に好ましい弁は、弁座に対して弁体を押し付けて弁の開閉を行うシート弁であり、その弁の開閉時、弁体が弁座の面に対して直交する方向に動く弁である。そのような弁は、弁体の小さな動きで、その動き分の高さのリング状の開口を生じるので、即座に大きな流路面積を確保することができる。切換え弁の切換えを確実かつ迅速に行うため、切換え弁の弁体と弁座とは面接触するように構成するのが最も好ましい。

この発明は、ひざの上側に位置する関節上側部材と、ひざの下側に位置し、関節上側部材に摇動可能に連結してひざ屈曲を可能とした関節下側部材とを備える義足に広く適用することができる。関節上側部材と関節下側部材とを揺動可能とする連結としては、単一の軸を介する単軸による連結、あるいは 4軸など複数の軸を介する多軸による連結が知られているが、この発明は、それらのいずれのものへも適用することができる。この発明は、主として機械的な手段によって、柔軟なひざ制動機能を得ることを意図しているため、義足の関節下側部材を相対的に動くことがでぎる 2つの部分によって構成する。すなわち、関節上側部材と連結してひざ屈曲を可能とするひざ継手を構成する継手構成部分と、この継手構成部分の下側に連結した部分であり、継手構成部分に対してひざ屈曲の動きに比ベてわずかな動ぎをする本体部分との 2つの部分である。本体部分の上部に継手構成部分が位置し、また、本体部分の下部には足部が位置する

この発明の好ましい形態では、関節下側部材の継手構成部分に前記した油圧制動回路を配置し、油圧制動回路の中の 2つの室を区画する手段として、揺動べーンを含むロータリタイプを適用している。

さらに、この発明では、ひざの屈曲に対する制動力を生じる油圧制動回路を制御するために、義足装着者の荷重が足部のどしにかかているかを検知しヽその検知信号に基づいて油圧制動回路を制御する特定のセンシング制御手段を備える。そのセンシング制御手段はヽ次の y 1および y 2の特徴をもつ

y 1 関節下側部材における継手構成部分と本体部分とを連口し、我足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもリンク機構があること

y 2 リンク機構を構成するリンクのぎを検知し、その検知結果に基づいて油圧制動回路を制御するよラになつていること

センシング制御手段は、義足装着者の荷重が足部のどこにか力つているかを検知するためのセンシング部分と、そのセンシング部分の検知信号に基づいて油圧制動回路を制御する制御部分とから構成される。センシング部分は、前記した所定のリンク機構からなり、そのリンク機構の瞬間中心がセンシングポントとなる。我足の足部の接地状態（踵が接地しているか、爪先が接地しているか状態）に応じて、次の z 1 あるいは z 2のような検知信号を生じる。

z 1 義足の足部の踵が接地したとき、その踵の接地に伴う床反力がリンク機構の瞬間中心よりも後方側を通り、それによつて、関節下側部材に瞬間中心を中心にして前方へ倒れる方向の回転モ―メントを生じさせる

z 2 義足の足部の爪先が接地したとき、その爪先の接地に伴う床反力がリンク機構の瞬間中心よりも前方側を通り、それによつて、関節下側部材に瞬間中心を中心にして後方へ倒れる方向の回転モーメントを生じさせる

すなわち、機械的なリンク機構は、義足装着者の荷重が足部の踵にかかる場合と、爪先にかかる場合とによって、自らの瞬間中心を中心として前方に倒れる方向と、後方に倒れる方向との互いに異なる回転モーメントを生じる。これら互いに異なる回転モーメントは、リンク機構による検知信号になる。リンク機構（つまり、センシング部分）の検知信号によって、油圧制動回路を制動状態と非制動状態とに切り換え制御する。この切換え制御は、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、それに限定されるわけではない。たとえば、リンク機構のリンクの動きによって電気的なスイツチのスィヅチングを行い、そのスィツチング作用に応じてモータ等で可変絞りの絞り量を制御するようにすることもできる。したがつて、センシング部分による検知は機械的なものであるが、制御部分による油圧制動回路の制御は、機械的なものだけでなく、電気的あるいは電子的なものも含む。機械的なリンク機構は、義足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつが、その瞬間中心の位置としては、リンク機構よりも下方側であり、しかも、直立状態における義足装着者の重心を通る荷重線よりも前方側の領域が好ましい。その領域に瞬間中心があれば、直立状態で制動力を確実に発生させるがでぎるし下坂における爪 t ¾ 4 時に制動力を有効に解除することができ安定性の高い義足を得ることができる。

また、油圧制動回路の切換え弁については、ノ ―マルオープン、ノルクローズドのいずれに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、ノーマルクローズドの方が好ましレ、。さらに、遊脚相における制御を油圧制動回路とは別のエアシリンダ装置によつて制御する場合には、切換え弁をノーマルクロ—ズドとした上、リンク機構の瞬間中心を足部付近の比較的下方に配置するのが好ましい。そうすれば、爪先が床から離れて遊脚相に移行した後でも、振出し動作う義足の慣性日 ->·

に伴力によって、切換え弁を日フとする力が大きくなり、しかも、エアシリンダ装置の反発力も加わるとにより、切換え弁を開くことができ、遊脚相の制御をスム ―ズに行うことがでなお、遊脚相への移行時に切換え弁が開 < よつにする対策として、たとえば、義足が爪先設置になるとに応じて、切換え弁の弁体を弁座に対し着座する力を与えるばね力を無効にする方法などを適用することもできる。さらに、今までの油圧制動回路では、切換え弁と絞りとを通路途中の一つの弁装置によって構成している。この発明でも、そのような実施形態を採ることもできるが、柔軟なひざ制動機能を確実に得るために、切換え弁と絞りとを分離し、それら両者を逆止弁に対してそれそれ並列に接続するようにするのが好ましい。油圧制動回路をそのような形態にすれば、義足にかかる荷重の大きさや方向にかかわらず、一定の荷重がかかれば切換え弁は確実に切り換えられるとになり、それにより、所定の制動力を安定して生じさせることがでぎる。したがって、義足装着者は、自分の思いのままにひざ制動力を制御することができる。図面の簡単な説明

図 1 は、の発明による義足の実施例を示す斜視図である。図 2 は、図 1 の実施例を反対側から見た斜視図である 0

図 3 は、図 1 の実施例の正面図である o

図 4 Aはこの発明による義足の一例をスケルトンで示す図であ o

図 4 Bは、図 4 Aの中のンクの一部をスライドで構成したスケルトン図である。

図 5 Aは、この発明で用いるンク機構の作用を示す図であり、通常の状態を示している ο

図 5 Bは、この発明で用いる V ンク機構の作用を示す図であり、踵接地の状態を示している o

図 5 Cは、この発明で用いる U ンク機構の作用を示す図であり、爪先接地の状態を示している o

図 6 は、この発明で用いる油圧制動回路の一例を示す回路図である。

図 7 Aは、図 1 の実施例のひざ軸を取り囲む部分の構成図であり、切換え弁が閉状態を示している。図 7 Bは、図： !_の実施例のひざ軸を取り囲む部分の構成図であり、切換え弁が開状態を示している。

図 8 は、ノヽゥジング部材の内部構成を示す図である

図 9 は、内部に収容された切換え弁を示す断面図であ o 図 1 0は、内部に収容された逆止弁および絞り弁を示す断面図で

CO & o

図 1 1 は、この発明の変形例を示す図である。

図 1 2は、この発明の他の変形例を示す図である ο

図 1 3は、この発明のさらに他の変形例を示す図でめ

図 1 4は、図 6の空圧回路に代えて、油圧による別の回路を組み合わせた回路図である。発明を実施するための最良の形態

図 1 〜図 3は、この発明を適用した大腿義足 1 0の全体的な構成を明らかにしている。まず、これらの図を参照しながら、大腿義足 1 0の構成、およびその中での発明の特徴を説明しょう。

大腿義足 1 0は、ひざのない人のための義足であり、ひざの上側に位置する関節上側部材 1 2 と、ひざの下側に位置し、関節上側部材 1 2 に揺動可能に連結してひざ屈曲を可能とする関節下側部材 1 4 とを備える。関節上側部材 1 2の主体は、アルミニューム合金製のニープレート 1 2 0である。二一プレート 1 2 0 には、その上部にァライメントブロック 1 6 を支持する部分 1 2 2、その左右にひざ軸を支持するための一対のアーム 1 2 4 a , 1 2 4 b、それらのアーム 1 2 4 a , 1 2 4 b間に位置する第 3のアーム 1 2 6がそれそれある。ァライメントブロック 1 6は、たとえばチタン合金製であり、ニープレート 1 2 0 に対しねじ結合によって固定される。そのァライメントブロック 1 6 は、図示しないソケットを支持し、ソケットの中に入る大腿を通して義足装着者の荷重を支える。

二—プレート 1 2 0の両側の歯付き止めボルト 1 8が、ひざ軸（図示しない）を二—プレート 1 2 0 に（したがって、関節上側部材 1 2 に）一体に固定している。大腿義足 1 0は、ひざ軸が単ュの単軸義足であり、関節上側部材 1 2 と関節下側部材 1 4 とは、その一本のひざ軸を中心にして回転可能である。

関節下側部材 1 4 には、炭素繊維強化プラスチック製の中空なフレーム 1 4 0のほか、フレーム 1 4 0の上部に複数の止めボルト 2 0で固定したベースブラケット 2 2、さらには、ひざ軸に回転可能に連結しつつ、ベースブラケット 2 2 に対し特定のリンク機構（後述する）によって連結をしたハウジング部材 2 4の各構成部分がある。ベースブラケヅト 2 2およびハウジング部材 2 4はともにアルミニユーム合金製である。ひざ軸の回りを囱転可能なハウジング部材 2 4は、ひざ屈曲を可能とするひざ継手を構成する継手構成部分である。したがって、継手構成部分であるハウジング部材 2 4は、ニープレート 1 2 0 を含む関節上側部材 1 2 に対し、たとえば 1 5 0 ° ~ 1 6 0 ° という大きな回転あるいは揺動が可能である。また、ハウジング部材 2 4は、ひざの屈曲に対する制動力を生じる油圧制動回路を構成する部分でもある。そこで、ハウジング部材 2 4は、油圧を保持する内部空間を区画するため、両側に貫通したシリンダ孔をもつ本体 2 4 0 と、本体 2 4 0の両側に位置しシリンダ孔の口をふさぐふた部材 2 4 2 とによって構成される。

ハウジング部材 2 4における油圧制動回路は、この発明に関係するひざ制動機能 (立脚相における制御）を得るものである大腿足 1 0 は、また遊脚相における歩行補助手段として空圧によるェァシリンダ装置 3 0 を備えている。このエアシリンダ装置 3 0 自体は公知であり、たとえば U S P 5 , 4 0 5 , 4 0 7号、あるいは日本国特開平 9 ― 5 5 1号または、 U S P 5 , 8 8 8， 2 3 7号などに示されるものと同様であるシリンダ装置 3 0 による制御は、流体が絞を siるとぎの流れ抵抗を利用する点において、油圧のものと共通しているただ、流体であるエアは、圧縮性があるため、エアシリンダ装置 3 0 によれば、エアの圧縮による圧縮エネルギーによってひざが最大に屈曲した後における反発力を得ることができる。大腿義足 1 0は、立脚相における制御を油圧によって、遊脚相における制御を空圧でそれそれ達成する義足である。エアシリンダ装置 3 0は、ロヅド 3 1 0側の端部がクレビスピン 3 1 2 によってァ一ム 1 2 6 に、また、シリンダボトム側の端部が、フレーム 1 4 0 に固定したトラニオンピン 3 2 0 によつてそれそれ回転可能に支持されている。なお、フレ —ム 1 4 0の下部に位置する、断面 C型のリング状の締付け部材 3 4は、フレーム 1 4 0 に足ノィプを連結するためのものである。足パイプの下端には、足形状をした足部が付属されることは勿論である

さて、このような大腿義足 1 0 において、この発明では、関節下側部材 1 4の継手構成部分 1 4 j (ハウジング部材 2 4 ) と、その継手構成部分の下方に位置する本体部分 1 4 b ( フレーム 1 4 0およびそのフレーム 1 4 0 と一体のベースブラケヅ卜 2 2 を含む部分）とを特定のリンク機構 5 0 によって連結している。リンク機構

5 0は、継手構成部分であるハウジング部材 2 4 と、本体部分の側のベースブラケット 2 2 との間に相対的なわずかな動きを可能とするものであり、しかもまた、義足 1 0の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつものでもある。わずかな動きとは、たとえば 3 ° 以下の非常に小さな揺動であり、前記したひざ軸回りの 1 5 0 ° ~ 1 6 0 ° という大きな動きとの対比による表現である。また、わずかな動きは、義足装着者に不安感ゃ違和感を与えないような小さな動きでもある。リンク機構 5 0は、機械的な構成であり、それを構成する構成要素の外に瞬間中心をもっている。瞬間中心はセンシングポイントとなり、義足 1 0 を装着する者の荷重が足部の踵にかかる場合と、爪先にかかる場合とを区別し、その検知結果に基づいて油圧制動回路を制御する。この発明では、センシング部分を構成するリンク機構 5 0の外部の所定域に位置する瞬間中心をセンシングポィントとして、義足装着者の荷重が足部のどこにかかっているかを検知している。そのため、義足装着者の歩行する姿勢のいかんにかかわらず、平地での歩行の場合は勿論のこと、階段や下り坂を降りるような場合でも常に正しい検知を行うことができる。そして、その検知に基づいて、油圧制動回路を適切に制御し、柔軟なひざ制動機能を得ることができる。

図 4 Aおよび 4 Bは、リンク機構 5 0 をスケルトンで示している。図 4 Aはバーリンクを用いた例であり、図 4 Bはバーリンクの一部をスライドに置き換えた例であり、両者はリンク機構として等価である。それらの両例において、ひざ軸 1 5 が関節上側部材 1 2 と関節下側部材 1 4 とを回転可能に連結している。関節下側部材 1 4の下方部分には、足パイプ 1 7 0 を通して足部 1 7 2 が付属している。図 4 Aにおいて、フロントリンク 5 2 とリャリンク 5 4 とが、関節下側部材 1 4の継手構成部分 1 4 j と本体部分 1 4 b との間にそれそれピポヅト結合されている ο したがって、図 4 Aにおけるリンク機構 5 0は、継手構成部分 1 4 j 、本体部分 1 4 bのほか、フロントリンク 5 2およぴリャリンク 5 4 によって構成されている。また、図 4 Bのものでは、リャリンク 5 4の代わりに、機構学的に等価なスライド 5 6 を用いている。れらのリンク機構 5 0は、足部 1 7

2の爪先 1 7 2 t と踵 1 7 2 hとの間の点 0に瞬間中心をもつ。

リンク機構 5 0の中のフロンンク 5 2は、その軸線方向の途中が継手構成部分 1 4 j側とのピボット結合部 Aとなっている。そのピボット結合部 Aよりもリンクの端の部分 5 2 eが、油圧制動回路の切換え弁 6 0の作動子である o この例においては、切換え弁 6

0 をノーマルクローズドにするため、フロントリンク 5 2の部分 5

2 e とは反対側のところに、圧縮コィルばねからなるばね 5 8 を設けている。図 5 A、 5 Bおよび 5 Cは、リンク機構 5 0の動作を示している。リンク機構 5 0はヽ A、 B、 C、 Dの 4点にピボット結合部をもつ 4節リンク機構である ο その瞬間中心 0は、フロントリンク 5 2のピボヅト結合部 Aと B とを結んだ直線と、リャリンク 5

4のピボット結合部 C と D とを結んだ直線との交点である。通常の状態において、フロントリンク 5 2 にばね 5 8 による力が作用し、それに応じて切換え弁 6 0 に作用力： f が働き、それによつて、切換え弁 6 0は閉じ、義足は油圧制動回路による制動がかかる状態にある（図 5 A参照）。また、足部 1 7 2の踵 1 7 2 hあるいは踵 1 7 2 h側に床反力 Fが作用する場合、床反力 Fは瞬間中心 0よりも後方に位置するよう作用するため、リンク機構 5 0は、通常の状態と同様、切換え弁 6 0 に対し作用力： f が働くように変形する（図 5 B 参照、変形後のリンク機構 A B ' C D ' ) 。さらに、足部 1 7 2の爪先 1 7 2 t あるいは爪先 1 Ί 2 t側に床反力 Fが作用する場合には、床反力 Fは瞬間中心 0よりも前方に位置するよう作用するため、リンク機構 5 0は、前の場合とは逆に、ばね 5 8の力を打ち消し切換え弁 6 0 を開き、油圧制動回路による制動を解除するように変形する（図 5 C参照、変形後のリンク機構 A B " C D " ) 。

次に、切換え弁 6 0 を含む油圧制動回路について説明しょう。大腿義足 1 0は、図 6 に示すように、切換え弁 6 0 を含む油圧制動回路 7 0 と、エアシリンダ 3 0 aおよびそれに付属する空圧回路 3 0 cを含むエアシリンダ装置 3 0 とを備える。このような油圧と空圧との組み合わせ回路を備える義足 1 0 は、油圧制動回路 7 0 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 3 0 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。エアシリンダ装置 3 0 については、すでに述べた公知のものを適用することができる。エアシリンダ 3 0 aは、シリンダ内部のビストンがビ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 3 0 cは、絞りや逆止弁を含み、ビ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 3 0 における室区画手段（つまりは、エアシリンダ 3 0 a ) 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、油圧制動回路 7 0 における室区画手段 8 0は、揺動べ—ン 8 2が 2つの室 8 0 e , 8 O f を区画する口一タリタイプである。油圧制動回路 7 0側の揺動べ—ン 8 2 と、エアシリンダ装置 3 0側のビストン 3 0 aとは、ニープレート 1 2 を通して互いに連結されている。油圧制動回路 7 0の室区画手段 8 0が区画する 2つの室のうち、一方の第 1室 8 0 eが伸展室であり、他方の第 2室 8 O f が屈曲室である。伸展室 8 0 eは、ひざが伸展する際に油が流れ込み、ひざが屈曲する際に油が流れ出す室であり、それに対し、屈曲室 8 0 f は、ひざが屈曲する際に油が流れ込み、ひざが伸展する際に油が流れ出す室である。伸展室 8 0 eは、第 1通路 2 5 0 を通して切換え弁 6 0の一方の側に連絡し、また、屈曲室 8 O f は、第 2通路 2 6 0 を通して切換え弁 6 0の他方の側に連絡している。油の流れを平滑にするため、第 1通路 2 5 0 あるいは第 2通路 2 6 0 にアキュムレー夕を付属させることもできる。

油圧制動回路 7 0は、さらに、第 1通路 2 5 0 と第 2通路 2 6 0 との間に、切換え弁 6 0および室区画手段 8 0 に対しそれそれ並列逆止弁 9 2および絞り（つまり、絞り弁） 9 4を備える。逆止弁 9 2 は、第 1通路 2 5 0側から第 2通路 2 6 0側へ向かう流れ（すなわち、第 1室 8 0 eから第 2室 8 0 f に向かう流れ）を阻止し、その逆方向の流れを許す一方向弁である。また、絞り 9 4は、それを通る流れに抵抗を与える部材である。この絞り 9 4 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、義足装着者の体格、歩き方の好みなどに応じてその絞り量を容易に調整することができるものが好ましい。好ましい絞り 9 4の一例として、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 1 8 0 ° 隔てた 2個の切欠き溝）を設けたものを挙げることができる。そのような絞り 9 4は、ねじ調節によってその絞り量を容易に調整し、義足装着者の前記した特性に適合させることができる。

さて、このような油圧制動回路 7 0 において、切換え弁 6 0 については、ノーマルオープンあるいはノーマルクローズドのいずれの形態のものをも適用することができるが、ここでは、ノーマルクロ —ズドのものを用いている。ノーマルクローズドにすることによつて、通常時に絞り 9 4 による制動が常に働くようにし、いわゆるひざ折れを防止するねらいからである。そのような通常状態において、絞り 9 4による流れ抵抗は、たとえば 4 0〜： L 0 0 N m相当であり、ひざ制動回路 7 0 を備える義足の装着者は、自らの体重をひざにかけることによって、ひざをゆっくりと屈曲することができる。しかも、ひざ制動回路 7 0は、切換え弁 6 0 とは別個に設けた絞り 9 4 による流れ抵抗によって制動力を生じるようにしているため、義足装着者は、切換え弁 6 0の開閉制御を自らの体重をかけることにより、確実かつ迅速に行うことができる。というのは、切換え弁 6 0 は、一定の荷重が義足にかかったときに、プランジャ 6 1 0が動き、そのプランジャ 6 1 0がわずかに動くことに応じ、リング状の大きな開口を生じるからである。切換え弁 6 0は、遊脚相から立脚相に移行するとき、その閉じ状態を保つ。したがって、油圧制動回路 7 0 は、絞り 9 4が有効に作用して柔軟なひざ屈曲、つまりィールデイング機能を発揮する。そして、立脚相において、義足装着者の床反力がリンク機構 5 0の瞬間中心 0の前方側に位置することになると（つまり、床反力が爪先 1 7 2 t側に移ると）、前記したリンク機構 5 0の作用によって、切換え弁 6 0が確実に開状態に切り換わる。そのため、油圧制動回路 7 0 が、ひざ屈曲に対して無用な制動力を生じることはなく、義足装着者は、足部の爪先離れをスムーズに行うことができる。また、ノーマルクローズドではあるが、切換え弁 6 0は、遊脚相において、義足 1 0の振出し動作に伴う慣性力で開状態となる。そのため、エアシリンダ装置 3 0 による遊脚相の制御に対し、油圧制動回路 7 0 は、切換え弁 6 0がノーマルクローズドであるにもかかわらず、障害とはならない。

次に、油圧制動回路 7 0が、大腿義足 1 0の中に構造的にいかに構成されているかについて説明する。すでに参照した図 1 〜図 3 に加えて、図 7 Aおよび 7 B、ならびに図 8が、油圧制動回路 7 0の各構成要素の配置関係を知る上で有用である。図 7 Aおよび 7 Bは、大腿義足 1 0の上部、特に、ひざ軸を取り囲む部分の構成を示している。掘 7 Aは、切換え弁 6 0が閉状態（つまり、通常状態、および足部の踵.1 7 2 h側が接地した状態）を示し、図 7 Bは、切換え弁 6 0が開状態（つまり、足部の爪先 1 7 2 t側が接地した状態）を示す。また、それらの図に示す例では、リンク機構 5 0の前方のリンクがバーリンク ( フロントリンク 5 2 ) であるのに対し、後方のリンクは、スライド 5 6 である。スライド 5 6 は、ハウジング部材 2 4の本体 2 4 0 に設けたガイド孔 5 6 0、およびそのガイド孔 5 6 0 に案内されるガイドロヅド 5 6 2 とから構成される。ガイドロヅド 5 6 2 は、ベ一スブラケヅト 2 2 に固定されている。そこで、ガイド孔 5 6 0のあるハウジング部材 2 4 と、フレーム 1 4 0 と一体のベースブラケヅト 2 2 とは、リンク機構 5 0 によって相対的にわずかに動くことができる。その動きの大きさは、切換え弁 6 0 を閉状態から開状態、あるいその逆に切り換えることができる大きさであり、たとえば、数 m m以下のストローク、あるいは数度以下の揺動角度である。

図 8は、ハウジング部材 2 4のふた部材 2 4 2 を外し、ノヽゥジング部材 2 4の本体 2 4 0の部分をひざ軸の軸線方向から見た図である。ニープレート 1 2 0のひざ軸支持アーム 1 2 4 a , 1 2 4 bに固定されたひざ軸 1 5 に、摇動べ—ン 8 2が一体に支持されている。揺動べ—ン 8 2は、本体 2 4 0の内部の空間を第 1室（高圧室あるいは伸展室） 8 0 e と第 2室（低圧室あるいは屈曲室） 8 0 f とに区画する。また、ハウジング部材 2 4の本体 2 4 0 には、切換え弁 6 0および絞り 9 4である絞り弁、さらに逆止弁 9 2 がそれぞれ収容される。切換え弁 6 0の収容部は、本体 2 4 0の上部に位置し、その下部に絞り弁 9 4の収容部が位置する。そして、絞り弁 9 4の収容部の奥の部分に、逆止弁 9 2の収容部が位置する。切換え弁 6 0および絞り弁 9 4の各収容部は、フロントリンク 5 2 に面する本体 2 4 0の一面から本体 2 4 0の内部に向かっている。それに対し、逆止弁 9 2の収容部は、ひざ軸 1 5の軸線方向に平行する方向に走つている。さらに、ノヽゥジング部材 2 4の本体 2 4 0 には、油圧制動回路 7 0の通路も構成されている。

図 9 は、八ウジング部材 2 4の本体 2 4 0の内部に収容された切換え弁 6 0 を示す断面図である本体 2 4 0 には、高圧側の第 1通路 2 5 0 、低圧側の第 2通路 2 6 0、およびそれら第 1、第 2の両通路 2 5 0 , 2 6 0 にそれそれ連絡する収容孔 2 4 6 がある。切換え弁 6 0は、第 1通路 2 5 0側と第 2通路 2 6 0側とを連絡、あるいは遮断する弁である。切換え弁 6 0の主体は、収容孔 2 4 6の中に移動可能にはまりあった小型のプランジャ 6 1 0である。プランジャ 6 1 0は、その外周のシール部材 6 2 0 によつて液密にシ一ルされ、また、弁ばね 6 3 0 によて収容孔 2 4 6の外に向かう力を受けているしかし、プランジャ 6 1 0は、収容孔 2 4 6 から突き出た一端 6 1 0 aに、フロント V ンク 5 2 を通してばね 5 8 による力をも受けている。ばね 5 8 による力は、弁ばね 6 3 0の力に打ち勝っため、通常の状態においては、プランジャ 6 1 0の先端 6 1 0 bが、本体 2 4 0側の弁座に当たり、それにより、切換え弁 6 0は閉状態を保っている。一方、リンク機構 5 0が、爪先 1 7 2 t の接地状態を検知した際には、フロントリンク 5 2 を通してのばね 5 8 の力が解除されるため、プランジャ 6 1 0は、弁ばね 6 3 0の力により収容孔 2 4 6の外に向かって動き、切換え弁 6 0 を閧状態にする。すでに述べたように、切換え弁 6 0は、プランジャ 6 1 0がわずかに動くことに応じ、リング状の大きな開口を生じるため、閉状台から開状態へ、あるいは開状態から閉状態へと迅速にかつ確実に切り換わる。なお、ばね 5 8はノヽウジング部材 2 4の本体 2 4 0 を一方のばね受けとし、またフ πントリンク 5 2 にねじ結合したねじ部材 5 8 5 を他方のばね受けとしている。したがって、ねじ部材 5 8 5のねじ込み量を変えるとによって、ばね 5 8の力を調整することができる（図 7 A 、 7 B参照）。

図 1 0は、ハウジング部材 2 4の内部に収容された逆止弁 9 2および絞り弁 9 4 を示す断面図である。逆止弁 9 2 と絞り弁 9 4 とは、ノヽゥジング部材 2 4の内部に互いに直交するような配置になっている逆止弁 9 2の収容孔 2 4 9 2は、ハウジング部材 2 4の本体

2 4 0 を横方向に貫き、収容孔 2 4 9 2の両側がふた部材 2 4 2でォ]じられている。収容孔 2 4 9 2の軸線方向の途中には、逆止弁 9

2の弁座となる内壁部分 9 2 sが構成されている。逆止弁 9 2 は、弁座 9 2 sのほか、その弁座 9 2 s に着座するボール弁体 9 2 2 、ボ —ル弁体 9 2 2 に着座力を与える弁ばね 9 2 4 を含む。一方、絞弁 9 4の収容孔 2 4 9 4は八ゥジング部材 2 4の本体 2 4 0を斜めに走り、一端の開口が義足 1 0の前方に臨んでいる。絞り弁 9 4の主体は、収容孔 2 4 9 4に入り込んだプランジャ弁体 9 4 2である。プランジャ弁体 9 4 2 には、その軸線方向の一側の外周に切欠き溝 9 4 2 t (周方向に互いに 1 8 0 ° 隔てた 2個の切欠き溝であり、各切欠き溝は軸線方向に傾斜している）がある。 2つの切欠き溝 9 4 2 t は、ハウジング部材 2 4の本体 2 4 0の壁面と相俟って流れ抵抗を生じる部分である。プランジャ弁体 9 4 2 は、切欠き溝 9 4 2 tのある側を収容孔 2 4 9 4の奥に位置させ、その反対側の端部 9 4 2 aがねじ部材 9 6 によって支持される。したがって、本体 2 4 0の収容孔 2 4 9 4に対する、ねじ部材 9 6のねじ込み量を変えることにより、絞り弁 9 4の絞り量を調整することができる。絞り弁 9 4のプランジャ弁体 9 4 2 は、切欠き溝 9 4 2 t のある先端側が逆止弁 9 2の高圧側に連絡する。また、プランジャ弁体 9 4 2の切欠き溝 9 4 2 t の外周が、逆止弁 9 2の低圧側に連絡する。それらの連絡は、ハウジング部材 2 4の本体 2 4 0 に設けた通路によってなされる。

なお、絞り弁 9 4は、義足 1 0 を組み立てた後で絞り量を調整可能にすることが望まれるのに対し、逆止弁 9 2 の方には、そのような調整が求められない。そこで、逆止弁 9 2 については、ハウジング部材 2 4の内部ではなく、揺動べーン 8 2の内部に設けることもできる。また、揺動べーン 8 2は、ひざ軸 1 5 と一体であり、ひざ継手の屈曲角度と同じ 1 5 0 ° 〜 1 6 0 ° という大きな揺動運動をする。しかし、ィールディング機能のための制動力を生じる範囲は、ひざの伸展状態からほぼ 9 0 ° 屈曲した状態の間だけである。したがって、ひざが 9 0 ° 屈曲した状態から最大に屈曲する状態において、油圧制動回路 7 0 による制動力は、基本的に不要である。そのような範囲では、切換え弁 6 0の開閉に関係なく揺動べーン 8 2をスムーズに揺動させるようにすることが好ましい。そのため、ハウジング部材 2 4の本体 2 4 0の内部に、不要な制動力の発生を抑える通路を形成するようにするのが良い。

この発明は、図に示した実施例に限定されるわけではなく、機械的なセンシングを行うという発明の趣旨の範囲でいろいろな変形をすることができる。図 1 1は、フロントリンク 5 2の側ではなく、リャリンク 5 4の側に切換え弁 6 0の作動子を設けた例である。リャリンク 5 4は、継手構成部分 1 4 jであるハウジング部材 2 4とのピボット結合部 Pに、作動子となるリンク部分 5 4 を備えている

また、この発明は、単軸の義足だけでなく、多軸の義足にも適用することができる。図 1 2および図 1 3は、ひざ継手を構成する 4 節のリンク機構 5 1 5を備えた義足への適用例をそれそれ示している。図 1 2の例では、リンク機構 5 1 5の中の一つのピボット結合部 P，を制動するようにしている。それに対し、図 1 3の例では、リンク機構 5 1 5 にロッド 4 0を連結し、そのロッド 4 0を通してリンク機構 5 1 5の動きを制動するようにしている。なお、図 1 2 および図 1 3の両図中、すでに述べた実施例と同様の構成部分に対して、同一の符号を付けてある。

さらにまた、図 1 4は、切換え弁 6 0を含む油圧によるひざ制動回路 7 0に対し、油圧の構成要素を加えた組合わせ回路である。ひざ制動回路 7 0に加わる新たな構成要素は、絞り 4 1 0および逆止弁 5 1 0を含む伸展補助回路 1 0 1 と、絞り 4 2 0および逆止弁 5 2 0を含む屈曲補助回路 1 0 2 とである。ひざ制動回路 7 0が、義足の立脚相における柔軟なひざ制動機能を得るための回路であり、伸展補助回路 1 0 1および屈曲補助回路 1 0 2がヽ我足の遊脚相における補助機能を得るための回路であるそのため、伸展補助回路

1 0 1および屈曲補助回路 1 0 2 における各絞 4 1 0 ， 4 2 0は、ひざ制動回路 7 0の絞り 4 0 に比ベて絞り量が小であり、それによる流れ抵抗は、屈曲抵抗に相当する値で最大 8 N mであよヽ伸展補助回路 1 0 丄ょび屈曲補' .助回路 1 0 2 における逆止弁 5 1

0 , 5 2 0が、互いに逆方向の流れのみを許す一方向弁であることは勿論である。立脚相および遊脚相の各制御をともに油圧回路で行う場合、そのような油圧回路を義足のひざの部分に組み込むことができ、義足をより一層小型化することができる。

Claims

請求の範囲

1 . ひざの上側に位置する関節上側部材と、ひざの下側に位置し、前記関節上側部材に揺動可能に連結してひざ屈曲を可能とした関節下側部材とを備え、前記関節下側部材は、前記関節上側部材と連結して前記ひざ屈曲を可能とするひざ継手を構成する継手構成部分と、この継手構成部分の下側に連結した部分であり、前記継手構成部分に対して、前記ひざ屈曲の動きに比べてわずかな動きをする本体部分とを含む義足であって、

前記ひざの屈曲を柔軟に制動するために、次の Xおよび Yの構成を備え、

X 作動油が絞りを通るときの流れ抵抗によって、ひざの屈曲に対する制動力を生じる油圧制動回路

Y 義足を装着する者の荷重が、義足に付属する足部のどこにかかつているかを検知し、その検知信号に基づいて前記油圧制動回路を制御するセンシング制御手段

さらに、前記センシング制御手段が、次の y lおよび y 2 の特徴をもつ、柔軟なひざ制動機能をもつ義足。

y 1 前記関節下側部材における継手構成部分と本体部分とを連結し、義足の足部の爪先と踵との間に瞬間中心をもつリンク機構があること

y 2 前記リンク機構を構成するリンクの動きを検知し、その検知結果に基づいて前記油圧制動回路を制御するようになっていること

2 . 前記センシング制御手段は、義足装着者の荷重が前記足部のどこにかかっているかを検知するためのセンシング部分と、そのセンシング部分の検知信号に基づいて前記油圧制動回路を制御する制御部分とから構成される、請求項 1 の義足。

3 . 前記センシング部分が、機械的な構成からなる、請求項 2の義足。

4 . 前記関節上側部材と前記関節下側部材とを揺動可能とする連結は、単一の軸を介する単軸による連結、あるいは複数の軸を介する多軸による連結のいずれかである、請求項 1の義足。

5 .前記油圧制動回路は、前記センシング制御手段の制御によって、ひざの屈曲に対して制動力を生じさせる制動状態と、前記制動力を解除した非制動状態とに切り換わる、請求項 1の義足。

6 . 前記油圧制動回路は、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制動力を与える絞りと、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、前記センシング制御手段によって開閉される切換え弁とを備える、請求項 1の fe足。

7 . 前記切換え弁は、弁座に対して弁体を押し付けて弁の開閉を行うシート弁であり、その弁の開閉時、前記弁体は、前記弁座の面に対して直交する方向に動く、請求項 6の義足。

8 . 前記制動力は、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、ひざ継手がゆつくりと屈曲角度を変えていく大きさである、請求項 1の義足。

9 . 前記センシング制御手段は、前記油圧制動回路を次のように制御する、請求項 1 の義足。

z 1 前記義足の足部の踵が接地したとぎ、その踵の接地に伴う床反力が前記リンク機構の瞬間中心よりも後方側を通り、それによつて、前記関節下側部材に前記瞬間中心を中心にして前方へ倒れる方向の回転モーメントを生じさせる

Z 2 前記義足の足部の爪先が接地したとぎヽその爪先の接地に伴フ床反力が前記リンク機構の瞬間中心よりも刖方側を通り、それによつて、前記関節下側部材に目 'J記瞬間中心を中心にして後方へ倒れる方向の回転モーメントを生じさせる

Z 3 z 1および z 2 における前記回転モ一メン卜の方向に応じて、刖記油圧制動回路を制御し、ひざの屈曲に対して制動力を生じさせる制動状態と、前記制動力を解除した非制動状態とに切り換える

1 0 . 前記瞬間中心は、前 gd足部の踵側よりも爪先側に位置する、 m求項 1の義足。

1 1 . "lu記第 1室と前記第 2室とは、一点を中心に摇動可能なベーン、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つて区画される、請求項 6 の義疋

1 2 . 前記油圧制動回路を制御する一のリンクは、ばねによる力を受け、前記切換え弁をノ一マルクロ一ズドにしている、請求項 6 の我疋。

1 3 . 前記油圧制動回路は、刖記リンク機構を構成するリンクの動ぎによつて機械的に制御し、しかもまた、刖記継手構成部分と前記本体部分との間のわずかな動きは、前記リンクの動きによって、目 IJ 記油圧制動回路を前記制動状態と前記非制動状態とに切り換えることができる大きさであり、数 m m以下のストロークである、請求項 5の義足。

1 4 . 前記油圧制動回路は、前記継手構成部分のところに配置されており、さらに、前記関節上側部材と前記関節下側部材との間に、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 1 の義足。

1 5 . 前記油圧制動回路は、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油圧制御回路を備える、請求項 1 の義足。