JPH07436A - 整形用義肢及び矯正具の関節 - Google Patents

整形用義肢及び矯正具の関節

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JPH07436A
JPH07436A JP5241818A JP24181893A JPH07436A JP H07436 A JPH07436 A JP H07436A JP 5241818 A JP5241818 A JP 5241818A JP 24181893 A JP24181893 A JP 24181893A JP H07436 A JPH07436 A JP H07436A
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connecting rod
spur gear
shaft
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JP5241818A
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Wilfried Krieger
ビルフリート・クリーガー
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Otto Bock Orthopaedische Industrie KG
Otto Bock Orthopaedische Industrie Besitz und Verwaltungs KG
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Otto Bock Orthopaedische Industrie KG
Otto Bock Orthopaedische Industrie Besitz und Verwaltungs KG
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Abstract

(57)【要約】 【目的】関節上部（１）、関節下部（２）及び場合によ
って間挿される連接棒（９、１０）と制御要素（４）と
を有し、制御要素（４）の両側が関節軸（３；２０、２
１；２５、２６）から間隔を置いた夫々１個の枢着点
（７、８）を介して機能的に夫々１個の関節部材（１；
１、２）に作用する整形用義肢及び矯正具の関節又は回
り継手の性質を改善することを目的とする。 【構成】改善のために上記の枢着点（７、８）の少なく
とも１つがそのヒンジ関節部材（１；１、２）に対して
変位可能に配設され、機械的強制結合（１１、１２、１
３、１４；１５、１６、１７；１８、２４；３０；３
１）を介して少なくとも１個の他の関節部材（２；９、
１０；９）と連動することを提案する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は関節上部、関節下部及び
場合によって間挿される連接棒（以下一括して「関節部
材」と呼ぶ）と制御要素とを有し、制御要素の両側が関
節軸から間隔を置いた枢着点の夫々一方を介して機能的
に夫々１個の関節部材（以下「ヒンジ関節部材」）に作
用する整形用義肢及び矯正具の関節又は回り継手に関す
る。
【０００２】この関節は例えば単一中心式又は多中心式
義肢膝関節である。その場合個々の関節部材の構成は問
題でない。
【０００３】本発明の範囲内では、制御要素又は制御系
が単独の関節又は単独の回り継手に作用するのか、ある
いは複数個の関節又は回り継手に同時に作用するのかは
問題でない。
【０００４】
【従来の技術】公知の構成においては整形用義肢及び矯
正具の運動制御は限られた範囲でしかできない。その理
由はとりわけ運動制御が多くの場合受動的に行われるこ
とにある。この場合技術的機能要素はみずから作動し、
例えば運動から自発的に発生するのではなく、運動阻止
系及び／又はばね弾性緩衝系で運動に作用することによ
り運動に受動的に反応することに限られるのが普通であ
る。このことは整形用義足の関節に典型的に当てはま
る。例えば公知の義肢膝関節では運動阻止系及び／又は
ばね弾性緩衝系が好んで用いられる。この系は基本的に
各関節運動を妨げるか又は予め蓄積したエネルギーを使
用して個別の関節運動を適宜に促進する。ばね弾性緩衝
系の公知の例は、慣用のいわゆる膝腓腹部アダプタでか
つて多く用いられた弾性膝伸展ベルトである。ベルトは
義足の大腿部と下腿部に固定され、こうして膝関節の前
側を連絡する。プリテンションした伸展位から膝の屈曲
の開始と共にベルトが次第に緊張される。その結果膝屈
曲運動に抵抗して伸展位への復帰運動を促す。ところが
この機能要素には重大な欠点がある。即ちベルトの作用
の結果生じる膝伸展モーメントがひざ屈曲角の増加と共
に連続的に増大するのである。このため補助的な技術的
処置がなければ、義肢膝関節がおよそ９０°の屈曲位に
ある座位を楽に取ることが妨げられる。なぜならこの姿
勢でほぼ無負荷の義肢下腿部が伸展位に戻ろうとするか
らである。
【０００５】今日の整形用義肢及び矯正具においては関
節制御のために、関節運動又は旋回に応じて枢着点の間
の間隔が変化するように個々の関節部材の間に枢着した
制御要素又は制御系が使用される。例えば整形用義肢の
肘関節、踝、膝及び股関節、整形用腕矯正具の腕関節及
び肘領域又は整形用下肢矯正具の踝、膝及び股関節でこ
のような制御要素が知られている。
【０００６】しかし上記の種類の制御要素は整形用義肢
の単一中心式及び多中心式膝関節で最も広く普及してい
る。そこで以下の説明では主としてこの使用分野を取り
上げる。この場合制御要素は歩行運動で義肢が身体を支
える直立段階の間に伸展した義肢の膝の安定を高めるた
め及び／又は下腿部が前後に振り子状に揺動し、他方の
足が身体を支える旋回段階で義肢下腿部の運動の制御の
ために用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底にあるの
は、改善された性質を有する冒頭に述べた構造の関節を
提供する課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】冒頭に述べた関節の特徴
に関連して、本発明に基づき上記の枢着点の少なくとも
１つがそのヒンジ関節部材に対して変位可能に配設さ
れ、機械的強制結合を介して少なくとも１個の他の関節
部材と連動することによってこの課題が解決される。
【０００９】その場合上記の枢着点の少なくとも１つの
変位がヒンジ関節部材に設けた回転軸を中心とする円軌
道上で行われ、また変位が所定の摺動路に沿ったすべり
運動であることも可能である。
【００１０】機械的強制結合は１段又は多段構造の平歯
車装置であることができ、１つの段を歯車装置又は摩擦
車装置として構成することができる。平歯車装置の１つ
の段の車輪を噛み合う又は互いに転動するカム板対とし
て構成することができる。その他の変型は従属請求項の
主題であり、別の実施例に基づいて説明する。
【００１１】少なくとも１つの枢着点のヒンジ関節部材
に対する変位は１つの軌道に沿って行われる。有意義な
伝動技術的変型をすべて一貫して利用するならば、求め
る効果に応じてこの軌道をほぼ自由に設計することがで
きる。こうして初めて設計者は複数の個別機能を互いに
独立に最適化する可能性が与えられる。
【００１２】本発明に基づく変位が上記の関節の個々の
機能的特徴に及ぼす直接的及び間接的影響は基本的に互
いに区別される。
【００１３】本発明によれば例えば単一中心式関節の回
転中心又は多中心式関節の運動の瞬間中心に対する制御
要素の動的作用に関連して、枢着部の有効全応力中心距
離の大きさと経過が直接的影響を受ける。また制御要素
の行程の大きさと経過及び作用の反転の位置が間接的に
影響される。
【００１４】機械的摩擦方式で動作する運動阻止制御要
素の作用による関節トルクが間接的に影響される。ばね
弾性緩衝制御要素の作用及び運動阻止制御要素の作用に
よる関節トルクにも同じ事が当てはまる。運動阻止制御
要素の作用はその並進運動の速度に関係する（特に流体
ダンパがこれに数えられる）。
【００１５】最後に挙げた類別の制御要素に対する本発
明に基づく枢着部の変位の間接的影響は次の関連から生
まれる。
【００１６】直接的被影響量としての制御要素の行程は
当該の関節の角運動に対して動的関係にある。人の四肢
の特定の運動パターンでこの角運動は時間に関係する。
即ち特徴的な角速度曲線を有する。自然な角運動をなる
べく模擬するために整形用補助手段の同じ種類の関節例
えば義足の膝関節で使用される流体ダンパの形の制御要
素が関節の所定の角速度曲線のもとでこの役割を果たす
ことができるのは、経験によれば同時にそのピストン棒
速度のレベルも十分に高い場合だけである。それにはあ
る最小行程が必要である。別の機能上の要求が同時に提
起される場合は在来の構造でこの最小行程を得ることは
まずできない。枢着部の関節角依存性の変位という本発
明の着想を適宜に応用することにより、直接的影響とし
て行程を拡大し、行程の経過を適応させることによって
同時に間接的影響として行程速度を希望に応じて高める
ことができる。
【００１７】本発明によれば単一中心式義肢膝関節は次
の特徴を有する。即ち関節下部が関節軸と同軸に配列し
た第１の平歯車に回転不能に固着され、第１の平歯車が
第２の平歯車と噛み合い、第２の平歯車が関節軸と軸平
行な回転軸により関節軸の前方（伸展側）又は後方（屈
曲側）で関節上部に回転自在に支承されており、少なく
とも１つの枢着点を介して制御要素を枢着したクランク
アームを有する。
【００１８】関節上部が前部（伸展側）及び後部（屈曲
側）連接棒を介して関節下部と連結された四節連鎖リン
クの形の多中心式義肢膝関節は、本発明に基づき次のよ
うに構成することができる。即ち前部連接棒はこれを関
節上部と連結する上部関節軸と同軸に第１の平歯車に回
転不能に固着され、第１の平歯車は第２の平歯車と噛み
合い、第２の平歯車は後部連接棒と関節上部を連結する
上部関節軸上に回転自在に支承されており、少なくとも
１個の枢着点を介して制御要素を枢着したクランクアー
ムを有する。
【００１９】
【実施例】本発明のその他の特徴は従属請求項の主題で
あり、本発明のその他の利点に関連して実施例に基づい
て詳述する。
【００２０】図面に本発明の幾つかの実施例及び先行技
術の例を示す。
【００２１】理解の便宜のために本発明の基礎をなす問
題をまず初めに先行技術を参照しつつ説明することにす
る。
【００２２】図１８の左図Ａ及び右図Ｂは夫々関節上部
１、関節下部２及びこれらの２つの部分１、２を旋回可
能に連結する関節軸３からなる関節又は回り継手を示
す。関節軸３は関節下部２に固着されている。このよう
にして単一中心式関節又は単一中心式回り継手が取り上
げられており、夫々伸展位で示されている。また制御要
素４が設けられている。２つの実施例で制御要素４は夫
々シリンダ５とピストン棒６からなる。この長さ可変の
制御要素４は上端が関節上部１に、下端が関節下部２に
枢着される。なお上部枢着点を７で、下部枢着点を８で
示す。
【００２３】左図Ａでは上部枢着点７が関節の屈曲側、
即ちその関節軸３の後方にあり、これに対して右図Ｂで
は関節の伸展側、即ち関節軸３の前方にある。このよう
にして制御要素４の縦軸は左図Ａでは全体として屈曲
側、これに対して右図Ｂでは伸展側にある。このため例
えば関節上部１が矢印方向へ後方に旋回することにより
関節の屈曲が始まると、Ａの実施態様では２つの枢着点
７、８の相互の間隔の縮小即ちシリンダ５内へのピスト
ン棒６の進入運動が生じ、一方実施態様Ｂでは同じ屈曲
が２つの枢着点７、８の相互の間隔の拡大即ちシリンダ
５からのピストン棒６の脱出運動をもたらす。
【００２４】関節軸３に対する関節上部１の上部枢着点
７の位置は、関節の屈曲運動を継続したときに制御要素
４の枢着側が構造上可能な範囲で変動するか、即ちＡの
実施態様で制御要素４の縦軸が関節軸３の後方の位置か
らこの関節軸３の前方の位置になるか、あるいはＢの実
施態様で制御要素４の縦軸が関節軸３の前方の位置から
この関節軸３の後方の位置になるか否かの基準となる。
当該の変動が起こるならば、同時にシリンダ５に対する
ピストン棒６の並進運動の方向、またそれと共にこの位
置で存在する作用の方向もまず停止の後又はまず零通過
の後に反転する（以下では作用反転と呼び「ＷＵ」で表
す）。その結果制御要素４の機能に応じて関節に対して
異なる作用が働く。即ちＷＵ限界に到達するまで関節運
動に抵抗するばね弾性緩衝系が、ＷＵ限界を超えた後は
関節運動を促進するのである。もちろん逆の作用順序も
可能である。
【００２５】運動阻止系はＷＵ限界を超えた後に関節に
対してやはり異なる作用を働かせることができる。即ち
両方の運動方向の機能の場合、この運動阻止系（制御要
素）はその後も、場合によっては異なる抵抗特性で関節
運動に抵抗する。一方だけの運動方向の機能の場合は制
御要素が働かなくなる。ばね弾性緩衝系のように、この
場合も逆の作用順序が可能である。
【００２６】この作用反転は関節上部１の上部枢着点７
の位置（関節軸３に対する）に応じて異なる屈曲角で、
但し必ず制御要素４の縦軸が関節軸３と交差するときに
起こる。２つの実施態様Ａ及びＢで図示の４つの上部枢
着点ａ、ｂ、ｃ及びｄに対して一様におよそ次の屈曲角
即ちａでは４５°、ｂでは９０°、ｃでは１３５°、ｄ
では１８０°で作用反転が起こる。単一中心式義肢膝関
節では屈曲側及び伸展側で枢着された制御要素４のこれ
らの枢着の仕方のうち実際に有意義なのは枢着変型ｂ及
びＣだけであり、約９０°で作用反転が起こる変型ｂが
通常選ばれる。ばね弾性部材がシリンダ５の中に配設さ
れ、伸展位から関節の屈曲が開始されるときに緊張され
るならば、義肢膝関節の約９０°の屈曲角での作用反転
が四肢切断者の坐位を容易にする。緊張したばね弾性部
材の下腿に対する伸展作用はこの角で丁度ゼロであり、
この角を超えると反転して屈曲位を促すからである。
【００２７】ところが枢着変型ｂは一部で重大な欠点を
伴う。即ち関節軸３に対する上部枢着点７の位置が、シ
リンダ５に対するピストン棒６の並進運動の規模及び経
過と関節の屈曲角との関係にも決定的な影響を持つので
ある。また上記の位置は制御要素４の縦軸と関節軸３の
垂直間隔ｆと関節の屈曲角との関係を決定する。この間
隔ｆは有効応力中心距離の尺度である。この有効応力中
心距離で制御要素４と関節の間で力が伝達され、例えば
膝トルクとして働く。
【００２８】図１８の２つの実施例に基づき４つの可能
とみなされる枢着点ａ−ｄが関節軸３を中心とする半径
ｒの円軌道上に配列されているとするならば、０°ない
し１８０°の関節屈曲範囲内でシリンダ５に対するピス
トン棒６の行程（Ｈ）と称する並進運動の最大値が枢着
半径ｒの２倍値を、また有効応力中心距離ｆの最大値が
ヒンジ半径ｒの１倍値を超えないことは図１８で直ちに
明らかである。このようにして制御要素又は制御系の作
用に対して決定的なのは行程Ｈと有効応力中心がヒンジ
半径ｒの１倍値を超えないことは図１８で直ちに明らか
である。このようにして制御要素又は制御系の作用に対
して決定的なのは行程Ｈと有効応力中心距離ｆである。
内部骨格部材の場合、行程Ｈと有効応力中心距離ｆは設
計者に対してこれまで比較的狭い運動範囲を設定してき
た。
【００２９】図１９は先行技術について前部（伸展側）
連接棒９と後部（屈曲側）連接棒１０を介して関節上部
１と関節下部２が連結された四節連鎖リンクの形の多中
心式関節又は多中心式回り継手を示す。夫々対角線状に
枢着された２個の異なる制御要素４Ａ及び４Ｂが記載さ
れている。その場合関節の２つの隣接する部材の間の直
接的又は間接的枢着が取り上げられている。なお制御要
素４Ａの配列はＤＥ４１９９９Ｃ２に記載の膝関節離断
術による関節にほぼ相当する。関節が伸展位から屈曲運
動を開始する時のシリンダとピストン棒の間の相対運動
については、図１８について前述した同様の説明が当て
はまる。相違は、この相対運動の方向に対して決定的な
のは制御要素４の縦軸をなす枢着点と関節軸の結合線の
位置ではなくて関節運動の瞬間中心ＩＣ（ＩＣ＝Instan
taneous Center）であることである。
【００３０】制御要素４Ａ及び制御要素４Ｂのいずれの
構成も多くの点で欠点がある。即ち有効応力中心距離ｆ
の最大値が伸展位で既に現れる。最大行程Ｈmax があま
り大きくない。義肢膝関節又は義肢股関節として使用す
るとき、作用反転が構成Ｂでは約３０°、構成Ａでは約
７０°で、従って余りに早期に即ち余りに小さな屈曲角
で起こる。
【００３１】以下に例示する本発明の実施例は先行技術
に基づいて前述した問題の解決のためのものである。
【００３２】図１は図１８と同様の図を示す。夫々関節
上部１、関節下部２、関節軸３及び制御要素４を備えた
やはり２つの単一中心式関節が示されている。制御要素
４は同じくシリンダ５とピストン棒６からなる。左図Ａ
では制御要素が図１８Ａと同様に屈曲側に、右図Ｂでは
図１８Ｂに従って伸展側に配設されている。制御要素４
の上部枢着点をやはり参照符号７で、下部枢着点を参照
符号８で表す。
【００３３】但し上部枢着点７は本発明に基づき関節上
部１（ヒンジ関節部材）に対して変位可能に配設されて
おり、機械的強制結合を介して関節下部２と連動する。
なお図１の機械的強制結合は１段平歯車装置として構成
され、その第１の平歯車１１は関節下部２に固着した関
節軸３に回転不能に固着され、第２の平歯車１２と噛み
合う。第２の平歯車１２は補助回転軸１３上で自由に回
転し得るように関節上部１に支承されており、上部枢着
点７を介して制御要素４を枢着したクランクアーム１４
を有する。左図Ａでは第２の平歯車１２のための回転軸
１３が関節軸３の後方に、実施態様Ｂでは関節軸３の前
方にある。
【００３４】関節下部２の矢印方向の屈曲運動の際に第
２の平歯車１２はこの屈曲運動に対して常に逆向きの回
転運動を行う。その際制御要素４の上部枢着点７はほぼ
等しい割合で後方と下方に向いた、関節軸３を中心とす
る円軌道に沿って旋回する。この円軌道は伸展位から膝
の屈曲が始まる時に２つの枢着点７、８の間の間隔を短
縮すると共に制御要素４の行程を拡大することに寄与す
る。そこで得られる旋回角は平歯車対１１、１２の変速
比だけに関係するから、クランクアーム１４のヒンジ半
径と同様に自由に選択することができる。
【００３５】枢着点７と関節下部２の間の本発明に基づ
く機械的強制結合は、図２の実施例では関節軸３と同軸
に配列された遊星歯車装置によって得られる。遊星歯車
装置の中心太陽歯車１５は関節下部２と、遊星歯車キャ
リア１６は関節上部１と連結されている。この配列で外
側のリングギヤ１７は関節下部２の屈曲運動に対して常
に逆向きの回転運動を行う。外側リングギヤ１７と連結
されたクランクアーム１４は端部に制御要素４のための
上部枢着点７を担持する。この上部枢着点７は上記の屈
曲運動の際に僅かに後方に、主として下方に向いた、関
節軸３と同軸の円軌道に沿って旋回する。この円軌道は
伸展位から膝の屈曲が始まる時に制御要素４の２つの枢
着点の間隔を短縮すると共に制御要素の行程を拡大する
ことに寄与する。その時得られる旋回角は専らリングギ
ヤ１７と太陽歯車１５の間の変速比に関係するから、ク
ランクアーム１４のヒンジ半径と同様に自由に選択する
ことができる。
【００３６】図４は図１９に先行技術について図示した
四節連鎖リンクからなる多中心式関節の本発明に基づく
変型を示す。四節連鎖リンクは関節上部１、関節下部
２、前部連接棒９及び後部連接棒１０で構成される。上
部枢着点７と下部枢着点８の間に対角線状に懸架された
制御要素４は鎖線で略図として示すにとどめた。このよ
うにして制御要素４の縦軸は上後方から下前方へほぼ対
角線状に通っている。夫々両クランク機構を介して枢着
が行われる。上部両クランク機構１８は基本機構の前側
上部リンク２０の下で連接棒１９を介して前部連接棒９
に枢着され、制御要素４の上部枢着点７と同軸に配列し
たリンクを、基本機構の後側上部リンク２１と同軸に支
承した上向きのレバー２２を介して駆動する。
【００３７】下部両クランク機構２４の連接棒２３は下
方へ延長された後部連接棒１０に基本機構の後側下部リ
ンク２５の下で枢着されており、基本機構の前側下部リ
ンク２６と同軸に支承した曲がりレバー２７を駆動す
る。曲がりレバー２７の相対する端部に制御要素４の下
部枢着点８がある。
【００３８】図１９で先行技術について記載した制御要
素４Ａを比較のために図４に同じく鎖線で図示した。
【００３９】行程、レバー及びトルクの経過と図４の膝
関節の屈曲角との関係を図５に作図した。図５ではっき
り分かるように、比較のために記載した図１９の公知の
関節の曲線に比して図示のすべての量は明らかに良好で
ある。作用反転は義肢膝関節にとって余りに小さすぎる
約６０°の屈曲位から約９０°の好適な屈曲位に変位し
ている。計算上有効な全応力中心距離は遥かに有利な経
過をとる。行程Ｈは対照値に比して著しく増強され、約
９０°に最大値があり、好適な経過を示す。大きな屈曲
角で行程が増大し、計算上有効な全応力中心距離の経過
が良好であることから、ばね弾性部材４の作用によるト
ルクＭF が全屈曲範囲にわたり大幅に増強され、極めて
不利な経過の対照値より著しく遅れて最大に到達する。
運動阻止部材の作用によるトルクＭBrは−比例関係にあ
るから−計算上有効な全応力中心距離の経過に従う。そ
れ故同様の説明が同じ趣旨で当てはまる。
【００４０】制御要素の枢着に関する多様な可能性の理
解の便宜のために、ヒンジ関節部材に対する制御要素上
部枢着点の本発明に基づく関節角依存性の変位の軌道経
過を個々の特徴的な軌道成分に微分することが好まし
い。このために整形技術的補助手段の縦軸の方向づけが
考えられる。特に変位可能な制御要素枢着部という本発
明の着想を適用できる整形用義肢及び矯正具は通常、人
の支持及び運動機構内の基本位置又は初期位置を基準と
する縦軸を有するからである。この方向づけに従えば直
角座標系が考えられる。その縦座標をＬ（運動平面の縦
軸）で、横座標をＱBE（横軸）で表す。正のＬ軸は上を
指し、正のＱBE軸は関節の伸展側を指す。座標の原点は
単一中心式関節では関節の中心点に、多中心式関節では
適当な基準点（例えば複数個の主要な関節軸の１つの中
心）に置かれる。
【００４１】整形用義肢及び矯正具関節の制御要素枢着
部の本発明に基づく関節角依存性の変位の夫々設計又は
解析する軌道経過をこの基準系に組み入れるならば、所
定の機能必要条件に最適な枢着部の軌道経過と関節角と
の関係をＬ及びＱBE方向で示される作用により確かめ若
しくは既知の軌道経過の縦軸と平行しかつ運動平面で縦
軸と交差するＬ及びＱBE分を個々の作用に割り当て又は
これを特定の軌道成分に帰着させるのは比較的簡単であ
る。
【００４２】これを単一中心式義肢膝関節の詳しく図示
しない制御要素の屈曲側及び伸展側上部枢着部につい図
６で一般的に、図７では特殊的に例示する。いずれの場
合も枢着点は夫々の代表的な象限に配列されている。義
肢股関節にも同じ関連が当てはまる。図は、伸展位から
膝が屈曲を始めた時に夫々観察される枢着点が求める又
は所定の変位軌道に沿った関節運動に従って運動する
と、どのような作用が個別に又は組み合わせとして得ら
れるかを示す。
【００４３】単一中心式義肢膝関節の詳しく図示しない
制御リンクの屈曲側及び伸展側上部枢着部について図７
に示した関連を、念のために図８に屈曲側及び伸展側下
部枢着部について繰り返す。
【００４４】以下の図は本発明の別の実施例を示す。
【００４５】図９は図４の上部両クランク機構１８を有
する多中心式関節を示す。二連スライダクランク機構と
して構成された流体ダンパ２９の連接棒２８が屈曲側で
上部枢着点７に枢着される。
【００４６】図１０は多中心式関節のシリンダ５及びピ
ストン棒６として構成された制御要素４の屈曲側上部枢
着部が、外部スライダを有するスライダクランク機構３
０により関節角に応じて変位することを示す。
【００４７】図１１は単一中心式関節のシリンダ５及び
ピストン棒６として構成された制御要素４の屈曲側上部
枢着部が、内部スライダを有するスライダクランク機構
３１により関節角に応じて変位することを示す。
【００４８】図１２は２個の単一中心式関節のシリンダ
５及びピストン棒６として構成された制御要素４の両側
の枢着部が２個の１段平歯車装置により関節角に応じて
変位し得ることを示す。
【００４９】図１３及び１４は詳しく図示しない制御要
素４の屈曲側の上部枢着部７が１段平歯車装置により関
節角に応じて変位する単一中心式義肢膝関節を示す。こ
の場合は関節下部２が関節軸３に支承した第１の平歯車
１１と連結されているから、伸展位から関節の屈曲運動
が始まる時に第１の平歯車は図示の位置で関節下部２の
回動により時計回りに回転され、その際これと噛み合う
第２の平歯車１２が関節軸３の後方で関節の屈曲側に配
設された回転軸１３を中心に逆時計回りに駆動される。
第２の平歯車１２と同じ方向にそのクランクアーム１４
及びそこにある上部枢着点７が旋回される。なお２個の
平歯車１１、１２からなる歯車対のピッチ円直径の比
は、９０°の関節屈曲角で制御部材４に作用反転が起こ
るように選定されている。
【００５０】図１５、１６及び１７に略図で示す多中心
式義肢膝関節においては、四節連鎖リンクとして構成さ
れた関節の運動に伴う関節上部１の制御要素４の上部枢
着点７の変位の機械的強制結合のために、やはり平歯車
装置が使用される。この場合は前部連接棒９の前側上部
リンク２０がその軸上に配設された第１の平歯車１１と
連結されている。関節が屈曲運動を開始すると、これに
伴う前部連接棒９の旋回により第１の平歯車１１が時計
回りに回転され、これと噛み合う第２の平歯車１２を関
節上部１と後部連接棒１０の間で後側上部リンク２１と
同軸に配列された軸を中心に逆時計回りに駆動する。そ
の際クランクアーム１４と上部枢着点７が同じ方向に運
動させられる。
【００５１】平歯車１１、１２からなる歯車対のピッチ
円直径の比は、９０°の関節屈曲角で制御要素４に作用
反転が起こるように選定されている。
【００５２】多中心式関節のこの構成で特に有利なのは
膝屈曲角が約１８０°と平均以上に大きいことである。
膝の屈曲が増すにつれて上部枢着部７がこの点に関して
邪魔になる伸展位の位置から旋回軸を中心とする円軌道
に沿って下後方へ旋回して離脱し、こうして邪魔になら
ないようになるので上記の膝屈曲角が可能になる。
【００５３】この構成においては前部連接棒９の上部関
節軸２０が後部連接棒１０の上部関節軸２１の上側に、
また前部連接棒９の下部関節軸２６が後部連接棒１０の
下部関節軸２５の下側にあり、かつ後部連接棒１０の２
つの関節軸２１、２５の間隔Ｌが関節下部２の２つの関
節軸２５、２６の間隔Ｌに相当するならば、構造上及び
機能上の利点が生まれる。
【００５４】また関節上部１と関節下部２の間で直接作
用する伸展ストップで伸展位を確定すれば好都合であ
る。なお図１７のストップは２個の互いに平行に配列さ
れ、関節上部の両方の側面に通されたストップクッショ
ン３２からなる。調整ねじ３４が共通の横棒３３を介し
てストップクッション３２に作用する。この構造上の解
決策の特別の利点は、関節下部２を一方又は両方のスト
ップクッション３２に衝接した時に特に前部連接棒９に
曲げモーメントが働かないことに見られる。またストッ
プクッションを中実部材として形成された関節上部１の
中に配設することができる。
【００５５】関節下部２が義肢各部の接続のために細目
ねじ３５の形の取外し可能な継手を有するならば、取外
し可能な継手による義肢各部の遠端側接続のために好都
合である。これによって制御要素を一体化した支持下腿
構造からなる任意のユニットと関節とを工場側で組み合
わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１段平歯車装置を用いた単一中心式関節の、シ
リンダ及びピストン棒として構成された制御要素の屈曲
側及び伸展側上部枢着部の略図である。
【図２】遊星歯車装置を用いた単一中心式関節の詳しく
図示しない制御要素の屈曲側の上部枢着部の平面図であ
る。
【図３】図２の3.−3.線による横断面図である。
【図４】２個の両クランク機構を介して制御要素を対角
線状に枢着した、四節連鎖リンクとして構成された多中
心式義肢膝関節の略図である。
【図５】図４の制御要素の行程、有効応力中心距離及び
関節トルクと膝屈曲角との関係図である。
【図６】本発明の着想を応用するための一般図式であ
る。
【図７】制御要素の屈曲側及び伸展側上部枢着部の作用
を例示した図６と同様の図である。
【図８】制御要素の屈曲側及び伸展側下部枢着部の図７
と同様の図である。
【図９】多中心式関節の二連スライダクランク機構とし
て構成された流体ダンパの連接棒の、両クランク機構に
よる屈曲側上部枢着部の略図である。
【図１０】多中心式関節のシリンダ及びピストン棒とし
て構成された制御要素の、外部スライダを有するスライ
ダクランク機構による屈曲側上部枢着部の図９と同様の
図である。
【図１１】単一中心式関節のシリンダ及びピストン棒と
して構成された制御要素の、内部スライダを有するスラ
イダクランク機構による屈曲側上部枢着部の図１０と同
様の図である。
【図１２】２個の単一中心式関節のためのシリンダ及び
ピストン棒として構成された制御要素の、２個の１段平
歯車装置による関節角依存性の変位可能な両側の枢着部
の図１１と同様な図である。
【図１３】詳しく図示しない制御要素の屈曲側上部枢着
部が１段平歯車装置により関節角に応じて変位する単一
中心式義肢膝関節の平面図である。
【図１４】図１３14−14線による断面図である。
【図１５】詳しく図示しない制御要素の連接棒の屈曲側
上部枢着部が１段平歯車装置により関節角に応じて変位
する多中心式義肢膝関節の側面図である。
【図１６】図１５の膝関節の平面図である。
【図１７】図１６の膝関節の一部縦断面図を含む拡大図
である。
【図１８】先行技術として単一中心式関節のシリンダ及
びピストン棒として構成された制御要素の固定枢着位置
の枢着の略図を示す。
【図１９】先行技術について夫々シリンダ及びピストン
棒の形の２個の対角線状の制御要素を固定枢着した多中
心式関節の図４と同様の図を示す。
【符号の説明】
１…関節上部、２…関節下部、３…関節軸、４…制御要
素、７…上部枢着点、８…下部枢着点、９…前部連接
棒、１０…後部連接棒、１１…平歯車、１２…平歯車、
１３…回転軸、１４…クランクアーム、１５…太陽歯
車、１６…遊星歯車、１７…リングギヤ、１８…両クラ
ンク機構、２０…前側上部リンク、２１…後側上部リン
ク、２４…両クランク機構、２５…後側下部リンク、２
６…前側下部リンク、３０…スライダクランク機構、３
１…スライダクランク機構。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 関節上部（１）、関節下部（２）及び場
    合によって間挿される連接棒（９、１０）（以下一括し
    て「関節部材」と呼ぶ）と制御要素（４）とを有し、制
    御要素（４）の両側が関節軸（３；２０、２１；２５、
    ２６）から間隔を置いた枢着点（７、８）の夫々一方を
    介して機能的に夫々１個の関節部材（１；１、２）（以
    下「ヒンジ関節部材」）に作用する整形用義肢及び矯正
    具の関節又は回り継手において、上記の枢着点（７、
    ８）の少なくとも１つがそのヒンジ関節部材（１；１、
    ２）に対して変位可能に配設され、機械的強制結合（１
    １、１２、１３、１４；１５、１６、１７；１８、２
    ４；３０；３１）を介して少なくとも１個の他の関節部
    材（２；９、１０；９）と連動することを特徴とする関
    節又は回り継手。
  2. 【請求項２】 上記の枢着点（７、８）の少なくとも１
    つの変位がヒンジ関節部材（１；９）に設けた回転軸
    （１３）を中心とする円軌道上で行われることを特徴と
    する請求項１に記載の関節。
  3. 【請求項３】 回転軸（１３）が関節の基本機構の主軸
    （３；２１）に対して同軸であることを特徴とする請求
    項２に記載の関節。
  4. 【請求項４】 少なくとも一方の枢着点（７、８）の変
    位が所定の摺動路に沿ったすべり運動であることを特徴
    とする請求項１に記載の関節。
  5. 【請求項５】 機械的強制結合が１段平歯車装置（１
    １、１２、１３；１１、１２、２１）であることを特徴
    とする請求項２又は３に記載の関節。
  6. 【請求項６】 機械的強制結合が遊星歯車装置（１５、
    １６、１７）であることを特徴とする請求項２又は３に
    記載の関節。
  7. 【請求項７】 機械的強制結合が差動歯車装置であるこ
    とを特徴とする請求項２又は３に記載の関節。
  8. 【請求項８】 機械的強制結合がロッド式伝動装置であ
    ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに
    記載の関節。
  9. 【請求項９】 少なくとも一方の枢着点（７）が内部又
    は外部スライダを有するスライダクランク機構（３０；
    ３１）の末端部材であることを特徴とする請求項８に記
    載の関節。
  10. 【請求項１０】 ロッド式伝動装置が連接棒（１９、２
    ３）を有する両クランク機構（１８、２４）であること
    を特徴とする請求項８に記載の関節。
  11. 【請求項１１】 関節下部（２）が関節軸（３）と同軸
    に配設した第１の平歯車（１１）に回転不能に固着さ
    れ、第１の平歯車（１１）が第２の平歯車（１２）と噛
    み合い、第２の平歯車（１２）が関節軸（３）と軸平行
    な回転軸（１３）により関節軸（３）の前方（伸展側）
    又は後方（屈曲側）で関節上部（１）に回転自在に支承
    されており、かつクランクアーム（１４）を有し、制御
    要素（４）が少なくとも１個の枢着点（７）を介してク
    ランクアーム（１４）に枢着されていることを特徴とす
    る単一中心形義肢膝関節としての請求項１、２及び５に
    記載の関節。
  12. 【請求項１２】 伸展位で関節軸（３）と回転軸（１
    ３）が整形技術的補助手段の縦軸に垂直な平面にあるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の関節。
  13. 【請求項１３】 前部（伸展側）及び後部（屈曲側）連
    接棒（９、１０）を介して関節上部（１）と関節下部
    （２）を連結した四節連鎖リンクの形の多中心式義肢膝
    関節としての請求項１、２及び５に記載の関節におい
    て、前部連接棒（９）がこれと関節上部（１）を連結す
    る上部関節軸（２０）と同軸に第１の平歯車（１１）に
    回転不能に固着され、第１の平歯車（１２）が第２の平
    歯車（１２）と噛み合い、第２の平歯車（１２）が後部
    連接棒（１０）と関節上部（１）を連結する上部関節軸
    （２１）上に回転自在に支承されており、少なくとも一
    方の枢着点（７）を介して制御要素（４）を枢着したク
    ランクアーム（１４）を有することを特徴とする関節。
  14. 【請求項１４】 ９０°の関節屈曲角で制御要素（４）
    に作用の反転が起こるように、２つの平歯車（１１、１
    ２）のころがり円又はピッチ円直径の比を選定したこと
    を特徴とする請求項１１、１２又は１３に記載の関節。
  15. 【請求項１５】 伸展位で前部連接棒（９）の上部関節
    軸（２０）が後部連接棒（１０）の上部関節軸（２１）
    の上に、また前部連接棒（９）の下部関節軸（２６）が
    後部連接棒（１０）の下部関節軸（２５）の下にあるこ
    とを特徴とする請求項１３又は１４に記載の関節。
  16. 【請求項１６】 後部連接棒（１０）の２つの関節軸
    （２１、２５）の間隔（Ｌ）が関節下部（２）の２つの
    関節軸（２５、２６）の間隔（Ｌ）に相当することを特
    徴とする請求項１３、１４又は１５に記載の関節。
  17. 【請求項１７】 関節上部（１）と関節下部（２）の間
    で直接作用する伸展ストップ（３２、３３、３４）によ
    って伸展位が確定されることを特徴とする請求項１３な
    いし１６のいずれか１つに記載の関節。
  18. 【請求項１８】 伸展ストップ（３２、３３、３４）が
    ２個の平行に配列された縦移動可能なストップクッショ
    ン（３２）を有し、調整ねじ（３４）が共通の横棒（３
    ３）を介してストップクッション（３２）に作用するこ
    とを特徴とする請求項１７に記載の関節。
  19. 【請求項１９】 義肢部材の接続のために関節下部
    （２）が細目ねじ（３５）の形の取外し可能な継手を有
    することを特徴とする請求項１３ないし１８のいずれか
    １つに記載の関節。
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