JPH05146A - 回動可能な結合体 - Google Patents
回動可能な結合体Info
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- JPH05146A JPH05146A JP3026866A JP2686691A JPH05146A JP H05146 A JPH05146 A JP H05146A JP 3026866 A JP3026866 A JP 3026866A JP 2686691 A JP2686691 A JP 2686691A JP H05146 A JPH05146 A JP H05146A
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices ; Anti-rape devices
- A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. long-term immobilising or pressure directing devices for treating broken or deformed bones such as splints, casts or braces
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- A61F5/0123—Orthopaedic devices, e.g. long-term immobilising or pressure directing devices for treating broken or deformed bones such as splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations for the knees
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は２つの骨部の間に結合され、両骨部
間の相対角度を安定に変化することができる、人工膝関
節を提供することである。 【構成】この発明の人工膝関節は、四節連鎖構造を有す
るように形成され、該構造のうちの少なくとも１個の関
節構成部分が長さを変化できるという特徴をもってい
る。
間の相対角度を安定に変化することができる、人工膝関
節を提供することである。 【構成】この発明の人工膝関節は、四節連鎖構造を有す
るように形成され、該構造のうちの少なくとも１個の関
節構成部分が長さを変化できるという特徴をもってい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも４つの関節
構成部分を備え、平面的に動作する連鎖機構により構成
され、関節の調整可能な安定性と、並進運動及び回転運
動から構成される多中心的な回動特性とを有し、少なく
とも１個の関節構成部分の少なくとも１つの回動方向へ
の回動が第１の回動ストッパによって制限されるように
構成され、整形外科的な補助手段、例えば補形物すなわ
ち矯正器の２つの部分の間の回動可能な結合体に関す
る。関節構成部分は単独で又は対で形成されてもよい。
構成部分を備え、平面的に動作する連鎖機構により構成
され、関節の調整可能な安定性と、並進運動及び回転運
動から構成される多中心的な回動特性とを有し、少なく
とも１個の関節構成部分の少なくとも１つの回動方向へ
の回動が第１の回動ストッパによって制限されるように
構成され、整形外科的な補助手段、例えば補形物すなわ
ち矯正器の２つの部分の間の回動可能な結合体に関す
る。関節構成部分は単独で又は対で形成されてもよい。
【０００２】
【従来の技術】上記種類の回動可能な結合体は、例えば
人工の膝関節（以下単に膝関節と記す）として用いられ
ている。該回動可能な結合体の曲げ特性は並進運動及び
回転運動を合成して得られる多中心的な運動によって得
られる。上記多中心的な運動は、膝関節を構成する４個
の関節構成部分のうち、上下の骨部に取付けられる関節
構成部分を結合する２つの関節構成部分又はその延長線
が交叉する交点を瞬間中心とする回動運動を含んでい
る。該交点は膝関節が動作するとともに移動して１つの
曲線を描く。この曲線は極曲線と呼ばれる。この種の多
中心的な膝関節は、単中心的な、単軸の膝関節に比べ
て、座り位置における利点及びそれ以外にも、歩行動作
に於て床に対するかかとの接触から足先の持上げに至る
までの直立段階の間に特別な利点を生ずる。
人工の膝関節（以下単に膝関節と記す）として用いられ
ている。該回動可能な結合体の曲げ特性は並進運動及び
回転運動を合成して得られる多中心的な運動によって得
られる。上記多中心的な運動は、膝関節を構成する４個
の関節構成部分のうち、上下の骨部に取付けられる関節
構成部分を結合する２つの関節構成部分又はその延長線
が交叉する交点を瞬間中心とする回動運動を含んでい
る。該交点は膝関節が動作するとともに移動して１つの
曲線を描く。この曲線は極曲線と呼ばれる。この種の多
中心的な膝関節は、単中心的な、単軸の膝関節に比べ
て、座り位置における利点及びそれ以外にも、歩行動作
に於て床に対するかかとの接触から足先の持上げに至る
までの直立段階の間に特別な利点を生ずる。
【０００３】荷重線の後方に移動することによっての
み、直立の際に静力学的に動作の安定を確保されつつ単
中心的に作動する膝関節は、かかとに荷重を受ける歩行
の直立段階の初めに、荷重方向が変化するために動作が
不安定となるので、肢切断患者すなわち肢を切断された
人は腰の伸びモ−メントの作用を利用して膝関節を不都
合な折曲から守らねばならない。上記のように必要な腰
のモ−メントの大きさは膝関節の後方移動の大きさに左
右される。従って、肢切断患者の肉体的努力は荷重線の
上記の後方移動を制限することによってのみ減らされ
る。しかし、上記制限自体は、膝関節の作動を不安定に
するので、代償的な処置、例えば機械的な制動手段又は
液圧緩衝手段としての追加的な保証要素の使用を必要と
する。
み、直立の際に静力学的に動作の安定を確保されつつ単
中心的に作動する膝関節は、かかとに荷重を受ける歩行
の直立段階の初めに、荷重方向が変化するために動作が
不安定となるので、肢切断患者すなわち肢を切断された
人は腰の伸びモ−メントの作用を利用して膝関節を不都
合な折曲から守らねばならない。上記のように必要な腰
のモ−メントの大きさは膝関節の後方移動の大きさに左
右される。従って、肢切断患者の肉体的努力は荷重線の
上記の後方移動を制限することによってのみ減らされ
る。しかし、上記制限自体は、膝関節の作動を不安定に
するので、代償的な処置、例えば機械的な制動手段又は
液圧緩衝手段としての追加的な保証要素の使用を必要と
する。
【０００４】これに対して、多中心的な膝関節は、曲げ
位置の瞬間中心が膝関節に対応して高い位置にあるの
で、直立の時だけでなくかかとに荷重を受けた状態で直
立段階から歩行段階に移る初期に脚を延ばす場合に、腰
の伸びモ−メントを必要とせずに、勝れた安定性を確保
することができる。その他の利点は、設計が適切に行な
われたとき、直立段階の終りに於て得られる。その理由
は、その後に続く自然な歩行を実現するために引続き行
なわれる跳躍段階に円滑に移行するために、足先に荷重
を受ける膝曲げが行なわれねばならないが、後方に移動
した単中心的な膝関節を有する補形物ではこのような作
用を実現することはできず、本願発明の場合では可能で
ある。何故ならば、通常の肢切断患者は、自然な歩き方
に必要な腰の曲げモ−メントに長時間耐えることができ
ず、これに対して、上記の構造の多中心的な膝関節を有
する補形物の曲げのためには、足先に荷重を受ける直立
段階の終りに、腰にわずかの曲げモ−メントを必要とす
るのみであって、その程度のモ−メントは、通常の肢切
断患者が疲労なしに耐えることができるからである。し
かし、こうした利点は、脚の伸び位置の瞬間中心に対し
て、その時々に最適位置をとる場合にのみ、実現され
る。
位置の瞬間中心が膝関節に対応して高い位置にあるの
で、直立の時だけでなくかかとに荷重を受けた状態で直
立段階から歩行段階に移る初期に脚を延ばす場合に、腰
の伸びモ−メントを必要とせずに、勝れた安定性を確保
することができる。その他の利点は、設計が適切に行な
われたとき、直立段階の終りに於て得られる。その理由
は、その後に続く自然な歩行を実現するために引続き行
なわれる跳躍段階に円滑に移行するために、足先に荷重
を受ける膝曲げが行なわれねばならないが、後方に移動
した単中心的な膝関節を有する補形物ではこのような作
用を実現することはできず、本願発明の場合では可能で
ある。何故ならば、通常の肢切断患者は、自然な歩き方
に必要な腰の曲げモ−メントに長時間耐えることができ
ず、これに対して、上記の構造の多中心的な膝関節を有
する補形物の曲げのためには、足先に荷重を受ける直立
段階の終りに、腰にわずかの曲げモ−メントを必要とす
るのみであって、その程度のモ−メントは、通常の肢切
断患者が疲労なしに耐えることができるからである。し
かし、こうした利点は、脚の伸び位置の瞬間中心に対し
て、その時々に最適位置をとる場合にのみ、実現され
る。
【０００５】しかし、上記の機能的な特徴を有する従来
の多中心的な膝関節は、上記利点とともに、曲げ角度が
わずかであっても、伸び位置において著しく安定性を失
うという欠点があった。従って、多中心的な膝関節によ
ってのみ達成される上記の利点にその他の機能を追加し
て勝れた義足を形成することは困難であった。上記追加
的な機能とは、自然の歩き方に近似した歩行の直立段階
の初めに、かかとに荷重を受けても、安定性を失うこと
なく、しかもばねのよくきいた及び／又は緩衝された膝
曲げを開始できる機能である。上記機能を追加すること
により、効果的な衝撃を吸収するとともに、直立段階の
推移全体に亘って身体の重心の水平方向移動を極めて円
滑に形成し、歩き方を改善するとともに、人間工学の進
歩に資することができる。
の多中心的な膝関節は、上記利点とともに、曲げ角度が
わずかであっても、伸び位置において著しく安定性を失
うという欠点があった。従って、多中心的な膝関節によ
ってのみ達成される上記の利点にその他の機能を追加し
て勝れた義足を形成することは困難であった。上記追加
的な機能とは、自然の歩き方に近似した歩行の直立段階
の初めに、かかとに荷重を受けても、安定性を失うこと
なく、しかもばねのよくきいた及び／又は緩衝された膝
曲げを開始できる機能である。上記機能を追加すること
により、効果的な衝撃を吸収するとともに、直立段階の
推移全体に亘って身体の重心の水平方向移動を極めて円
滑に形成し、歩き方を改善するとともに、人間工学の進
歩に資することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、多中
心的に回動可能な結合体の機能を拡大することにある。
心的に回動可能な結合体の機能を拡大することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、本発明に
基づき、外力の作用によって少なくとも１個の関節構成
部分が縦方向に可変に形成されていることにより解決さ
れる。この縦方向変化は、例えば、２つの関節構成部分
を互いに結合する接合点が荷重を受けて一方又は他方の
関節構成部分の方向に移動可能であることによって解決
される。
基づき、外力の作用によって少なくとも１個の関節構成
部分が縦方向に可変に形成されていることにより解決さ
れる。この縦方向変化は、例えば、２つの関節構成部分
を互いに結合する接合点が荷重を受けて一方又は他方の
関節構成部分の方向に移動可能であることによって解決
される。
【０００８】上記の縦方向変化に抗して作用する抵抗手
段が備えられることがあり、該抵抗手段として例えば機
械的な摩擦を生起する手段、緩衝器等が用いられる。
段が備えられることがあり、該抵抗手段として例えば機
械的な摩擦を生起する手段、緩衝器等が用いられる。
【０００９】
【作用及び効果】少なくとも１個の関節構成部分の縦方
向変化が弾性的になされる場合に、特に利点が得られ
る。この場合、上記縦方向の変化はその時々に生じる弾
性的回復力の作用に抗してなされる。上記の回復力を形
成するために、ばね、すなわちゴムのような弾性的手段
又は圧縮空気式手段等を設けることができる。しかし基
本的な構造は縦方向に可変の関節構成部分を板ばねを用
いて形成することである。
向変化が弾性的になされる場合に、特に利点が得られ
る。この場合、上記縦方向の変化はその時々に生じる弾
性的回復力の作用に抗してなされる。上記の回復力を形
成するために、ばね、すなわちゴムのような弾性的手段
又は圧縮空気式手段等を設けることができる。しかし基
本的な構造は縦方向に可変の関節構成部分を板ばねを用
いて形成することである。
【００１０】本発明の結合体の好ましい実施例では、２
個の隣接する接合点の間隔を荷重に応じて圧縮すること
によって、荷重に従って曲げ側で関節下部が関節上部へ
と回動すると同時に、瞬間中心が回動可能な結合体から
離れて、該結合体の曲げ側に傾斜した直線上を移動す
る。該直線は、回動ストッパによって自らの制限位置が
予め定められている関節構成部分の縦軸線と一致する。
個の隣接する接合点の間隔を荷重に応じて圧縮すること
によって、荷重に従って曲げ側で関節下部が関節上部へ
と回動すると同時に、瞬間中心が回動可能な結合体から
離れて、該結合体の曲げ側に傾斜した直線上を移動す
る。該直線は、回動ストッパによって自らの制限位置が
予め定められている関節構成部分の縦軸線と一致する。
【００１１】荷重に対応して得られるこのような追加さ
れた動作により、関節の安定性は高められ、この安定性
は調整可能に形成されている。又本発明では、機械設計
を僅かに変化することによっても、関節の安定性は変化
することができる。このように、本発明の回動可能な結
合体の勝れた点は、外部からの荷重の作用を受けた場合
制限及び制御可能な追加運動を必要な方向に対して関節
構成部分に付与することができること、これと同時に適
切な構造をとる事によって、単に減少、維持又は増大に
対し若しくは荷重に応じた上記作用の組合わせに対し、
質的並びに量的に、関節の安定性に影響を与えることが
可能なことである。
れた動作により、関節の安定性は高められ、この安定性
は調整可能に形成されている。又本発明では、機械設計
を僅かに変化することによっても、関節の安定性は変化
することができる。このように、本発明の回動可能な結
合体の勝れた点は、外部からの荷重の作用を受けた場合
制限及び制御可能な追加運動を必要な方向に対して関節
構成部分に付与することができること、これと同時に適
切な構造をとる事によって、単に減少、維持又は増大に
対し若しくは荷重に応じた上記作用の組合わせに対し、
質的並びに量的に、関節の安定性に影響を与えることが
可能なことである。
【００１２】以下の記載で膝関節について述べる場合
は、本発明の回動可能な結合体の特に好適な使用例を述
べているのである。
は、本発明の回動可能な結合体の特に好適な使用例を述
べているのである。
【００１３】本発明の回動可能な結合体を膝関節用に使
用すれば、既知の多中心的な膝関節が有する前記説明の
利点を制限することなしに、歩行の直立段階の初めにか
かとに荷重を受けても膝を曲げることができる。このよ
うに本発明に基づいて形成された膝関節は、「よく弾む
膝」として周知の単中心的な膝関節を機能的に明らかに
陵駕している。
用すれば、既知の多中心的な膝関節が有する前記説明の
利点を制限することなしに、歩行の直立段階の初めにか
かとに荷重を受けても膝を曲げることができる。このよ
うに本発明に基づいて形成された膝関節は、「よく弾む
膝」として周知の単中心的な膝関節を機能的に明らかに
陵駕している。
【００１４】関節の安定性を調整するためには、第１の
回動ストッパが調整可能であることが好ましい。しか
し、関節の安定性を調整するためのできるだけ自由な調
整は、追加的な処置、例えば１つの関節構成部分の手動
による縦方向変化が可能であるときに初めて達成され
る。
回動ストッパが調整可能であることが好ましい。しか
し、関節の安定性を調整するためのできるだけ自由な調
整は、追加的な処置、例えば１つの関節構成部分の手動
による縦方向変化が可能であるときに初めて達成され
る。
【００１５】特に、膝関節として用いられる場合、荷重
を受けた状態で回動可能な結合体の安定性の改善を特に
著くするには、第１の回動ストッパが２個の剛性の関節
構成部分の間に設置され、該２個の関節構成部分のうち
の１が上側の結合部分によって形成されることが好まし
い。
を受けた状態で回動可能な結合体の安定性の改善を特に
著くするには、第１の回動ストッパが２個の剛性の関節
構成部分の間に設置され、該２個の関節構成部分のうち
の１が上側の結合部分によって形成されることが好まし
い。
【００１６】本発明の結合体を膝関節に用いるときに
は、整形外科的な補助手段の第１部分は大腿部を、第２
部分は下腿部を、４つの部分から成る連鎖機構は膝関節
を形成し、該膝関節のうちの大腿部及び下腿部と確実に
結合した２つの関節構成部分は、伸ばし位置の設定に用
いられる前側すなわち伸ばし側の関節構成部分及び後側
すなわち曲げ側の関節構成部分を介して互いに結合され
ている。上記結合が行なわれる４箇所は接合点と呼ばれ
る。本発明の膝関節は荷重を受けた場合、曲げ側の関節
構成部分が弾性的に縦方向に可変であるように形成され
ている。又本発明では、曲げ側の関節構成部分を下側の
関節構成部分と結合する接合点が該関節構成部分の内側
で縦方向移動可能に形成されており、望みの位置で固定
可能であるように形成されている。
は、整形外科的な補助手段の第１部分は大腿部を、第２
部分は下腿部を、４つの部分から成る連鎖機構は膝関節
を形成し、該膝関節のうちの大腿部及び下腿部と確実に
結合した２つの関節構成部分は、伸ばし位置の設定に用
いられる前側すなわち伸ばし側の関節構成部分及び後側
すなわち曲げ側の関節構成部分を介して互いに結合され
ている。上記結合が行なわれる４箇所は接合点と呼ばれ
る。本発明の膝関節は荷重を受けた場合、曲げ側の関節
構成部分が弾性的に縦方向に可変であるように形成され
ている。又本発明では、曲げ側の関節構成部分を下側の
関節構成部分と結合する接合点が該関節構成部分の内側
で縦方向移動可能に形成されており、望みの位置で固定
可能であるように形成されている。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００１８】図１は、接合点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを介して互
いに結合されている４つの関節構成部分５，６，７，８
を備えた平面的に動作する連鎖機構により構成された回
動可能な結合体が伸ばされた場合を概略的に示してい
る。図１では、上側の関節構成部分６は、概略的に示し
た接続装置６ａによって、整形外科的な補助手段の上部
と結合できる。同様に、下側の関節構成部分８は整形外
科的な補助手段の下部用の接続装置８ａを有する。図１
の右側にある関節構成部分５は膝の前側、すなわち伸ば
し側に設置された関節構成部分であり、該関節構成部分
には、左側に示された曲げ側の関節構成部分７が対向さ
れている。この結合体の回動運動の伸ばし位置は回動ス
トッパ９によって限定され、該回動ストッパ９は、図示
の実施例では、上側の関節構成部分６と伸ばし側の関節
構成部分５との間に形成される角度Ｕの極大値を制限す
る。
いに結合されている４つの関節構成部分５，６，７，８
を備えた平面的に動作する連鎖機構により構成された回
動可能な結合体が伸ばされた場合を概略的に示してい
る。図１では、上側の関節構成部分６は、概略的に示し
た接続装置６ａによって、整形外科的な補助手段の上部
と結合できる。同様に、下側の関節構成部分８は整形外
科的な補助手段の下部用の接続装置８ａを有する。図１
の右側にある関節構成部分５は膝の前側、すなわち伸ば
し側に設置された関節構成部分であり、該関節構成部分
には、左側に示された曲げ側の関節構成部分７が対向さ
れている。この結合体の回動運動の伸ばし位置は回動ス
トッパ９によって限定され、該回動ストッパ９は、図示
の実施例では、上側の関節構成部分６と伸ばし側の関節
構成部分５との間に形成される角度Ｕの極大値を制限す
る。
【００１９】周知の回転可能な結合体では、隣接する接
合点間の間隔がそれぞれ変えられず、曲げ動作に於ての
形状の変化は太い実線で示した伸びた位置（α0 ）から
出発して、静止状態の関節上部に対して相対的に移動す
る関節下部の３つの曲げ段階（α1 ，α2 ，α3 ）の形
状で示されている。この形状の変化、すなわち曲げ特性
は並進運動及び回転運動から構成された多中心的な運動
であり、該運動の中心は静止状態の関節の上部に破線で
描かれたこの連鎖機構の極曲線ＰＫすなわち静止中心軌
跡上の点として示されている。該極曲線ＰＫはそれぞれ
の曲げ位置に属するすべての瞬間中心Ｐを繋いで形成さ
れ、図示の例では、該瞬間中心Ｐのうち、α0 に対応す
る伸ばし位置に属する瞬間中心Ｐ0 は関節の上側の最も
遠い位置にある。
合点間の間隔がそれぞれ変えられず、曲げ動作に於ての
形状の変化は太い実線で示した伸びた位置（α0 ）から
出発して、静止状態の関節上部に対して相対的に移動す
る関節下部の３つの曲げ段階（α1 ，α2 ，α3 ）の形
状で示されている。この形状の変化、すなわち曲げ特性
は並進運動及び回転運動から構成された多中心的な運動
であり、該運動の中心は静止状態の関節の上部に破線で
描かれたこの連鎖機構の極曲線ＰＫすなわち静止中心軌
跡上の点として示されている。該極曲線ＰＫはそれぞれ
の曲げ位置に属するすべての瞬間中心Ｐを繋いで形成さ
れ、図示の例では、該瞬間中心Ｐのうち、α0 に対応す
る伸ばし位置に属する瞬間中心Ｐ0 は関節の上側の最も
遠い位置にある。
【００２０】図２の（Ａ）は本発明に基づく回動可能な
結合体の図である。図２の（Ａ）は、曲げ側の関節構成
部分７が外部の圧縮力の作用により縦方向に於て弾性的
に実質上可変に形成されている点、詳しくは、関節構成
部分７の下側の接合点Ｃが圧縮ばね２２の作用に抗して
上側の接合点Ｄの方向に移動可能であるという点で、図
１の実施例と相違している。接合点Ｃは、荷重を受けて
いない出発位置β0 （この位置は前記α0 の位置と一致
する）から出発して、荷重を受けた場合の２つの移動位
置β1 ，β2 に相当する下側の関節構成部分８の先端位
置に移動し、曲げ側の関節構成部分７はその上側の接合
点Ｄを中心として回動する。図２は荷重を受けたときに
生じ、図１の従来例では生じない運動を示している。こ
の場合前側の関節構成部分５は回動ストッパ９に当接す
る一定位置にあるので、該関節構成部分５と上側の関節
構成部分６との間の角度は一定に保たれる。しかし必要
に応じて回動ストッパの位置を調整することによって該
角度は変更することができる。
結合体の図である。図２の（Ａ）は、曲げ側の関節構成
部分７が外部の圧縮力の作用により縦方向に於て弾性的
に実質上可変に形成されている点、詳しくは、関節構成
部分７の下側の接合点Ｃが圧縮ばね２２の作用に抗して
上側の接合点Ｄの方向に移動可能であるという点で、図
１の実施例と相違している。接合点Ｃは、荷重を受けて
いない出発位置β0 （この位置は前記α0 の位置と一致
する）から出発して、荷重を受けた場合の２つの移動位
置β1 ，β2 に相当する下側の関節構成部分８の先端位
置に移動し、曲げ側の関節構成部分７はその上側の接合
点Ｄを中心として回動する。図２は荷重を受けたときに
生じ、図１の従来例では生じない運動を示している。こ
の場合前側の関節構成部分５は回動ストッパ９に当接す
る一定位置にあるので、該関節構成部分５と上側の関節
構成部分６との間の角度は一定に保たれる。しかし必要
に応じて回動ストッパの位置を調整することによって該
角度は変更することができる。
【００２１】本発明の結合体に荷重が加えられ、上記の
ように接合点Ｃが移動すると、前記瞬間中心Ｐが移動す
る。該瞬間中心Ｐは２つの関節構成部分５，７の延長線
の交点によってその都度定められる。下側の関節構成部
分の回動位置βに応じて瞬間中心Ｐが一直線上を移動す
る。該一直線は、回動ストッパ９によって予め定められ
た制限位置にある関節構成部分５，７の延長線と一致す
る。図２の（Ａ）の実施例では、すべての瞬間中心Ｐ´
0 ，Ｐ´1 及びＰ´2 は一点鎖線で示された関節構成部
分５の延長線上にあって、瞬間中心Ｐ´は、下側の関節
構成部分がβ0 位置からβ2 位置に移るに従って関節か
ら離隔するようになっている。本発明に於ては、上記の
作用は最も重大な意味を有する。
ように接合点Ｃが移動すると、前記瞬間中心Ｐが移動す
る。該瞬間中心Ｐは２つの関節構成部分５，７の延長線
の交点によってその都度定められる。下側の関節構成部
分の回動位置βに応じて瞬間中心Ｐが一直線上を移動す
る。該一直線は、回動ストッパ９によって予め定められ
た制限位置にある関節構成部分５，７の延長線と一致す
る。図２の（Ａ）の実施例では、すべての瞬間中心Ｐ´
0 ，Ｐ´1 及びＰ´2 は一点鎖線で示された関節構成部
分５の延長線上にあって、瞬間中心Ｐ´は、下側の関節
構成部分がβ0 位置からβ2 位置に移るに従って関節か
ら離隔するようになっている。本発明に於ては、上記の
作用は最も重大な意味を有する。
【００２２】図２の（Ｂ）の実施例は、荷重を受けたと
き接合点Ｃが接合点Ｄの方向にでなく接合点Ｂの方向
に、ばね（図示せず）等の作用に抗して移動できるとい
う点で、図２の（Ａ）と異なっている。下側の関節構成
部分８が荷重を受けて回動し、瞬間中心Ｐが図２の
（Ａ）と同様に移動するように、接合点Ｃは縦方向スリ
ット１７の中で移動する。
き接合点Ｃが接合点Ｄの方向にでなく接合点Ｂの方向
に、ばね（図示せず）等の作用に抗して移動できるとい
う点で、図２の（Ａ）と異なっている。下側の関節構成
部分８が荷重を受けて回動し、瞬間中心Ｐが図２の
（Ａ）と同様に移動するように、接合点Ｃは縦方向スリ
ット１７の中で移動する。
【００２３】図３は他の連鎖機構の実施例を示してい
る。この実施例では、回動ストッパ９は上側の関節構成
部分６に対する曲げ側の関節構成部分７の回動を制限す
る。瞬間中心Ｐ´は、静止している上側の関節構成部分
に対する下側の関節構成部分の回動位置βに対応して、
曲げ側の関節構成部分７の一点鎖線で示した延長線上を
移動する。更に、縦方向ストッパ３０も示されており、
該縦方向ストッパ３０は、曲げ側の連結部分７の弾性的
な縮小又は接合点Ｄへの接合点Ｃの移動の極大値を制限
する。
る。この実施例では、回動ストッパ９は上側の関節構成
部分６に対する曲げ側の関節構成部分７の回動を制限す
る。瞬間中心Ｐ´は、静止している上側の関節構成部分
に対する下側の関節構成部分の回動位置βに対応して、
曲げ側の関節構成部分７の一点鎖線で示した延長線上を
移動する。更に、縦方向ストッパ３０も示されており、
該縦方向ストッパ３０は、曲げ側の連結部分７の弾性的
な縮小又は接合点Ｄへの接合点Ｃの移動の極大値を制限
する。
【００２４】図４は図２の（Ａ）に基づく回動可能な結
合体を示す図であり、荷重に従って変化しない従来の結
合体に比べての、本発明に基く荷重に従って追加の運動
を行なう結合体の顕著な利点を示している。曲げ角度α
1 が２０°である関節を使用するときには、瞬間中心Ｐ
1 は関節の直ぐ上側かつ関節の伸ばし側に於て関節の前
方にあるが（図１）、荷重に従って変形する本発明の関
節に於ては曲げ角度β1 が２０°である場合、Ｐ´1の
位置に瞬間中心が生じ、該瞬間中心Ｐ´1 は関節の遥か
上側かつ曲げ側に於て、上部の整形外科的な補助手段の
後側に生じる。これは図５で一層具体的に示されてい
る。該図５に於て示された結合体の運動の態様は、図４
の場合と同じ態様に描かれている。かかとに向けられた
荷重Ｆの作用を受けて伸ばし位置で生起された膝伸ばし
モ−メントＭ0 ＝Ｆ×ｄo は、荷重に従って変形する本
発明の関節に於ては、上記Ｍ0 の２倍以上の値Ｍ´1 ＝
Ｆ×ｄ´1 となる。これに対し、荷重に応じて変化しな
い従来の関節では、膝曲げの場合には、非常に大きな逆
方向のモ−メントが生じ、このモ−メントはもはや筋肉
では補償されないので、必然的に肢切断患者が躓いたり
倒れたりすることとなる。
合体を示す図であり、荷重に従って変化しない従来の結
合体に比べての、本発明に基く荷重に従って追加の運動
を行なう結合体の顕著な利点を示している。曲げ角度α
1 が２０°である関節を使用するときには、瞬間中心Ｐ
1 は関節の直ぐ上側かつ関節の伸ばし側に於て関節の前
方にあるが（図１）、荷重に従って変形する本発明の関
節に於ては曲げ角度β1 が２０°である場合、Ｐ´1の
位置に瞬間中心が生じ、該瞬間中心Ｐ´1 は関節の遥か
上側かつ曲げ側に於て、上部の整形外科的な補助手段の
後側に生じる。これは図５で一層具体的に示されてい
る。該図５に於て示された結合体の運動の態様は、図４
の場合と同じ態様に描かれている。かかとに向けられた
荷重Ｆの作用を受けて伸ばし位置で生起された膝伸ばし
モ−メントＭ0 ＝Ｆ×ｄo は、荷重に従って変形する本
発明の関節に於ては、上記Ｍ0 の２倍以上の値Ｍ´1 ＝
Ｆ×ｄ´1 となる。これに対し、荷重に応じて変化しな
い従来の関節では、膝曲げの場合には、非常に大きな逆
方向のモ−メントが生じ、このモ−メントはもはや筋肉
では補償されないので、必然的に肢切断患者が躓いたり
倒れたりすることとなる。
【００２５】図６乃至９は、本発明の回動可能な結合体
を膝関節に用いた実施例を示している。
を膝関節に用いた実施例を示している。
【００２６】膝関節１は人工の下腿部２を人工の大腿部
４に結合するる。膝関節１は、平面的に動作し４個の関
節構成部分５，６，７，８から成る連鎖機構すなわち四
節回動連鎖機構を用いて形成される。上側の関節構成部
分６は上側に配置された大腿部４と、下側の関節構成部
分８は下側に配置された下腿部２とそれぞれ確実に結合
されている。図６の左側に示した関節構成部分７は、荷
重を受けて縮小可能な曲げ側の連結部分すなわち関節構
成部分として形成されている。大腿部４に対する下腿部
２の瞬間中心Ｐは、２個の関節構成部分５，７の一点鎖
線で示した延長線の交点と一致する。第１の回動ストッ
パ９は上側の関節構成部分６に対する関節構成部分５の
回動を制限するので、膝関節１の最も外側の伸ばし位置
が定まる。膝関節１は、更に、第２の回動ストッパ１０
をも有し、該回動ストッパ１０は関節構成部分５，８間
の最も狭い角度を定めるので、関節構成部分７の縮小を
制限する。図６では、伸ばし側の関節構成部分５と上側
の関節構成部分６との間で定められた角度に符号Ｕが付
され、伸ばし側の関節構成部分５と下側の関節構成部分
８との間で形成される角度に符号Ｌが付されている。
４に結合するる。膝関節１は、平面的に動作し４個の関
節構成部分５，６，７，８から成る連鎖機構すなわち四
節回動連鎖機構を用いて形成される。上側の関節構成部
分６は上側に配置された大腿部４と、下側の関節構成部
分８は下側に配置された下腿部２とそれぞれ確実に結合
されている。図６の左側に示した関節構成部分７は、荷
重を受けて縮小可能な曲げ側の連結部分すなわち関節構
成部分として形成されている。大腿部４に対する下腿部
２の瞬間中心Ｐは、２個の関節構成部分５，７の一点鎖
線で示した延長線の交点と一致する。第１の回動ストッ
パ９は上側の関節構成部分６に対する関節構成部分５の
回動を制限するので、膝関節１の最も外側の伸ばし位置
が定まる。膝関節１は、更に、第２の回動ストッパ１０
をも有し、該回動ストッパ１０は関節構成部分５，８間
の最も狭い角度を定めるので、関節構成部分７の縮小を
制限する。図６では、伸ばし側の関節構成部分５と上側
の関節構成部分６との間で定められた角度に符号Ｕが付
され、伸ばし側の関節構成部分５と下側の関節構成部分
８との間で形成される角度に符号Ｌが付されている。
【００２７】次に図６乃至９に図示する補形物の構造を
説明する。
説明する。
【００２８】下腿部２は交換可能に形成された部分によ
り構成され、該部分の下端には人工の足すなわち足首か
ら下の部分３が取着されている。大腿部４は人体の大腿
の断端又は膝関節の断端と結合する構造となっている。
り構成され、該部分の下端には人工の足すなわち足首か
ら下の部分３が取着されている。大腿部４は人体の大腿
の断端又は膝関節の断端と結合する構造となっている。
【００２９】図７に示すように、関節構成部分６は、ボ
ルト１１及びピン１２によって、大腿部４の連結部分に
回転しないように取着されている。関節構成部分５，７
の各上端は、上側の関節構成部分６の孔１３に配置され
た回動手段１４によって、上側の関節構成部分６に回動
可能に支承されている。第１の回動ストッパ９は関節構
成部分６に確実に取着されており、伸ばし側の関節構成
部分５の前面１５と協働し（図７）、該関節構成部分５
の回動角度Ｕを制限している（図６）。第１の回動スト
ッパ９は調整可能に形成されている（図示せず）ので、
４個の部分から成る連鎖機構の瞬間中心の位置は伸ばし
位置の変化に応じて移動する。このような連鎖機構によ
れば、安全性及び作動の点で肢切断患者の個人的な要求
に補形物の調整に適合させることができる。
ルト１１及びピン１２によって、大腿部４の連結部分に
回転しないように取着されている。関節構成部分５，７
の各上端は、上側の関節構成部分６の孔１３に配置され
た回動手段１４によって、上側の関節構成部分６に回動
可能に支承されている。第１の回動ストッパ９は関節構
成部分６に確実に取着されており、伸ばし側の関節構成
部分５の前面１５と協働し（図７）、該関節構成部分５
の回動角度Ｕを制限している（図６）。第１の回動スト
ッパ９は調整可能に形成されている（図示せず）ので、
４個の部分から成る連鎖機構の瞬間中心の位置は伸ばし
位置の変化に応じて移動する。このような連鎖機構によ
れば、安全性及び作動の点で肢切断患者の個人的な要求
に補形物の調整に適合させることができる。
【００３０】２個の関節構成部分５，７の各下端は回動
手段１６によって下側の関節構成部分８に支承され、該
関節構成部分８は下腿部２の上端に取着されている。曲
げ側の関節構成部分７の下端を支承する回動手段１６
は、下側の関節構成部分８に形成された縦方向スリット
１７内を案内され、該縦方向スリット１７内の所望の位
置で固定される。これによって、伸ばし側の関節構成部
分５に対する曲げ側の関節構成部分７の位置は、下側の
関節構成部分８の手動による縦方向の変化によって変え
られる。それは、瞬間中心Ｐの高さの位置従って又膝関
節１の全体としての安定性を最適にするためである。
手段１６によって下側の関節構成部分８に支承され、該
関節構成部分８は下腿部２の上端に取着されている。曲
げ側の関節構成部分７の下端を支承する回動手段１６
は、下側の関節構成部分８に形成された縦方向スリット
１７内を案内され、該縦方向スリット１７内の所望の位
置で固定される。これによって、伸ばし側の関節構成部
分５に対する曲げ側の関節構成部分７の位置は、下側の
関節構成部分８の手動による縦方向の変化によって変え
られる。それは、瞬間中心Ｐの高さの位置従って又膝関
節１の全体としての安定性を最適にするためである。
【００３１】曲げ側の関節構成部分７はボルト１８を備
え、該ボルト１８の下端は、回動手段１６に回動可能に
支承された支持体１９内を縦方向移動可能に案内され
る。ボルト１８の下端にはナット２０が螺着され、該ナ
ット２０は、回動可能な結合体が荷重を受けない状態で
の関節構成部分７の効果的な長さを定める。該長さは、
上記ナット２０を所望の位置に移動し、固定するための
別個のナットを共働させることによって調整可能に形成
されている。
え、該ボルト１８の下端は、回動手段１６に回動可能に
支承された支持体１９内を縦方向移動可能に案内され
る。ボルト１８の下端にはナット２０が螺着され、該ナ
ット２０は、回動可能な結合体が荷重を受けない状態で
の関節構成部分７の効果的な長さを定める。該長さは、
上記ナット２０を所望の位置に移動し、固定するための
別個のナットを共働させることによって調整可能に形成
されている。
【００３２】ボルト１８の上端には、上側の関節構成部
分６にあけられた孔１３を貫通する軸状の回動手段１４
に支持されるリング部が形成されている。上記ボルト１
８の上端に設けられたリング部に近い部分には、ナット
２１は螺着されている。ボルト１８には圧縮ばね２２が
嵌め込まれ、ナット２１はばね２２用の上部の受け台を
形成し、ばね２２の下端は前記の支持体１９によって支
持される。従ってナット２１をボルト１８に対して回転
すれば圧縮ばねの初期張力を調整することができる。
分６にあけられた孔１３を貫通する軸状の回動手段１４
に支持されるリング部が形成されている。上記ボルト１
８の上端に設けられたリング部に近い部分には、ナット
２１は螺着されている。ボルト１８には圧縮ばね２２が
嵌め込まれ、ナット２１はばね２２用の上部の受け台を
形成し、ばね２２の下端は前記の支持体１９によって支
持される。従ってナット２１をボルト１８に対して回転
すれば圧縮ばねの初期張力を調整することができる。
【００３３】関節１が例えば補形物を付けている人の体
重によって荷重を受けるときは、圧縮ばね２２が圧縮さ
れると同時に、ボルト１８は支持体１９の方に移動す
る。これにより、２つの回動手段１４，１６の間の間隔
が狭まるとともに、曲げ側の関節構成部分７の長さは短
縮する。該長さの変化は関節の作動にとって重要であ
る。それは、その結果、瞬間中心の位置が変わるからで
ある。
重によって荷重を受けるときは、圧縮ばね２２が圧縮さ
れると同時に、ボルト１８は支持体１９の方に移動す
る。これにより、２つの回動手段１４，１６の間の間隔
が狭まるとともに、曲げ側の関節構成部分７の長さは短
縮する。該長さの変化は関節の作動にとって重要であ
る。それは、その結果、瞬間中心の位置が変わるからで
ある。
【００３４】しかし、曲げ側の関節構成部分７は例えば
板ばねを用いて形成することができる。この場合、該板
ばねは荷重を受けて大きく撓むので、２つの回動手段１
４，１６の間隔も短いものとなる。
板ばねを用いて形成することができる。この場合、該板
ばねは荷重を受けて大きく撓むので、２つの回動手段１
４，１６の間隔も短いものとなる。
【００３５】図８に示すように、補形物が伸ばされた状
態にあり、この位置で、補形物が例えば補形物を付けて
いる人の体重によって荷重を受けるとき、瞬間中心Ｐが
荷重線の後方にあることは極めて重要である。何故なら
ば、このようにすれば、複数の部分から成る連鎖機構が
荷重の影響を受けととき、自らの構造に基づいて発揮さ
れる機能によって回動することを防止できるからであ
る。伸ばされた状態で関節構成部分５，６同士の位置が
第１の回動ストッパ９によって予め定められているの
で、関節構成部分７の効果的な長さの縮小に基づいて、
瞬間中心Ｐは、前側すなわち伸ばし側の関節構成部分５
の延長線と、２つの回動手段の間１４，１６の間の結合
線とから生じる線上を移動する。できるだけ大きな安定
性を得るために、該線が常時荷重Ｆの作用線の後方にあ
ることが重要である。
態にあり、この位置で、補形物が例えば補形物を付けて
いる人の体重によって荷重を受けるとき、瞬間中心Ｐが
荷重線の後方にあることは極めて重要である。何故なら
ば、このようにすれば、複数の部分から成る連鎖機構が
荷重の影響を受けととき、自らの構造に基づいて発揮さ
れる機能によって回動することを防止できるからであ
る。伸ばされた状態で関節構成部分５，６同士の位置が
第１の回動ストッパ９によって予め定められているの
で、関節構成部分７の効果的な長さの縮小に基づいて、
瞬間中心Ｐは、前側すなわち伸ばし側の関節構成部分５
の延長線と、２つの回動手段の間１４，１６の間の結合
線とから生じる線上を移動する。できるだけ大きな安定
性を得るために、該線が常時荷重Ｆの作用線の後方にあ
ることが重要である。
【００３６】多中心的な膝関節を有する義足の付け心地
にとって極めて重要であるのは、特に回動段階の間又は
座り位置で調整される膝曲げ角度が広がるにつれて、瞬
間中心Ｐは、図９に示したように、膝付近の位置に移動
することである。
にとって極めて重要であるのは、特に回動段階の間又は
座り位置で調整される膝曲げ角度が広がるにつれて、瞬
間中心Ｐは、図９に示したように、膝付近の位置に移動
することである。
【図１】伸ばし位置にある従来技術の多中心的な関節の
図である。
図である。
【図２】図１と同様な表現方法による、本発明の多中心
的な回動可能な結合部の図２の（Ａ）及びその変形例の
図２の（Ｂ）を示す図である。
的な回動可能な結合部の図２の（Ａ）及びその変形例の
図２の（Ｂ）を示す図である。
【図３】図２の（Ｂ）と同様な表現方法をした変形例の
図である。
図である。
【図４】荷重に相応した変形を行なわない関節と、荷重
に相応して変形を行なう関節を図２の（Ａ）と同様な表
現方法によって示した図である。
に相応して変形を行なう関節を図２の（Ａ）と同様な表
現方法によって示した図である。
【図５】図４に基づく人工膝関節の実施例の図である。
【図６】図５に基づく人工膝関節を有する義足の斜視図
である。
である。
【図７】図６に基づく膝関節の斜視図である。
【図８】図６の回動領域を示した拡大側面図である。
【図９】図８に基づく曲げ位置にある膝関節の図であ
る。
る。
２…下腿部、４…大腿部、５，６，７，８…関節構成部
分、９，１０…回動ストッパ、２２…圧縮ばね、３０…
縦方向ストッパ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…接合点、Ｆ…荷重ベ
クトル。
分、９，１０…回動ストッパ、２２…圧縮ばね、３０…
縦方向ストッパ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…接合点、Ｆ…荷重ベ
クトル。
Claims (17)
- 【請求項１】 少なくとも４つの関節構成部分（５，
６，７，８）を備え平面的に動作する連鎖機構により構
成され、関節の調整可能な安定性と、並進運動及び回転
運動から構成される多中心的な回動特性を有し、少なく
とも１個の関節構成部分の少なくとも１つの回動方向へ
の回動が第１の回動ストッパ（９）によって制限される
ように構成され、整形外科的な補助手段、例えば補形物
すなわち矯正器の２つの部分の間の回動可能な結合体に
おいて、外力（Ｆ）の作用によって少なくとも１個の関
節構成部分（７）は縦方向に可変に形成されているこ
と、を特徴とする回動可能な結合体。 - 【請求項２】 ２つの前記関節構成部分（７，８）を結
合する接合点（Ｃ）は、荷重を受けて一方又は他方の関
節構成部分（７，８）の方向に移動可能であること、を
特徴とする請求項１に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項３】 前記の縦方向変化に抗して作用する抵抗
手段を備えること、を特徴とする請求項１又は２に記載
の回動可能な結合体。 - 【請求項４】 少なくとも１個の前記関節構成部分
（７）の縦方向変化が弾性的になされること、を特徴と
する請求項１乃至３のいずれかの１に記載の回動可能な
結合体。 - 【請求項５】 第１の回動ストッパ（９）は調整可能で
あること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかの１
に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項６】 前記第１の回動ストッパ（９）は２個の
剛性の関節構成部分（５，６）の間に設置されているこ
と、を特徴とする請求項１乃至５のいずれかの１に記載
の回動可能な結合体。 - 【請求項７】 前記関節構成部分（７）の縮小すなわち
接合点（Ｃ）の移動の極大は縦方向ストッパ（３０）に
よって制限されていること、を特徴とする請求項１乃至
６のいずれかの１に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項８】 前記関節構成部分（７）の縮小すなわち
接合点（Ｃ）の移動の極大は第２の回動ストッパ（１
０）によって制限されていること、を特徴とする請求項
１乃至７のいずれかの１に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項９】 前記縦方向ストッパ（３０）及び／又は
前記第２の回動ストッパ（１０）は調整可能であるこ
と、を特徴とする請求項７又は８に記載の回動可能な結
合体。 - 【請求項１０】 整形外科的な補助手段の第１部分は大
腿部（４）を、第２部分は下腿部（２）を、４つの部分
から成る連鎖機構は膝関節（１）を形成し、該膝関節
（１）のうちの前記大腿部（４）及び下腿部（２）と確
実に結合した前記２つの関節構成部分（６，８）は、伸
ばし位置の設定に用いられる伸ばし側の関節構成部分
（５）及び曲げ側の関節構成部分（７）によって接合点
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を介して互いに結合されている回動
可能な結合体において、前記曲げ側の関節構成部分
（７）は荷重を受けて弾性的に縦方向に可変な関節構成
部分であること、を特徴とする請求項１乃至９のいずれ
かの１に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項１１】 前記第１の回動ストッパ（９）は前記
伸ばし側の関節構成部分（５）に当接し、上側の前記関
節構成部分（６）と前記伸ばし側の関節構成部分（５）
との間に形成される角度（Ｕ）の極大を制限すること、
を特徴とする請求項１０に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項１２】 前記曲げ側の関節構成部分（７）は圧
縮ばね（２２）によって下側の前記関節構成部分（８）
の接合点（Ｃ）に支持されていること、を特徴とする請
求項１０又は１１に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項１３】 前記圧縮ばね（２２）の圧縮応力は調
整可能であること、を特徴とする請求項１２に記載の回
動可能な結合体。 - 【請求項１４】 前記曲げ側の関節構成部分（７）を前
記下側の関節構成部分（８）と結合する接合点（Ｃ）は
該関節構成部分（８）の内側で縦方向移動可能に形成さ
れ、望みの位置で固定可能であること、を特徴とする請
求項１０乃至１３のいずれかの１に記載の回動可能な結
合体。 - 【請求項１５】 前記接合点（Ｃ）の縦方向移動は中心
点としての上側の接合点（Ｄ）を有する円弧上でなされ
ること、を特徴とする請求項１４に記載の回動可能な結
合体。 - 【請求項１６】 前記関節構成部分（７）が伸ばされた
ときに、該関節構成部分（７）の縦方向変化又は前記接
合点（Ｃ）の縦方向移動が、ほぼ前記荷重ベクトル
（Ｆ）の方向に又は該荷重ベクトル（Ｆ）に平行になさ
れること、を特徴とする請求項１乃至１５のいずれかの
１に記載の回動可能な結合体。 - 【請求項１７】 回動可能な結合体の荷重を受けない状
態において、前記曲げ側の関節構成部分（７）の有効な
長さが調整可能であること、を特徴とする請求項１乃至
１６のいずれかの１に記載の回動可能な結合体。
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