JPH11128257A - エアシリンダ装置を含む義足 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】歩行補助手段としてのエアシリンダ装置の能力
を有効に利用することにより、エアシリンダ装置の小型
化を図りつつその仕事量の増大を図る。 【解決手段】エアシリンダ装置の一端を下部材に回転可
能に連結する第１のピンＰ１と、エアシリンダ装置の他
端を上部材に回転可能に連結する第２のピンＰ２との位
置関係、特に、第２のピンＰ２の取付け位置を、義足が
完全に伸展した状態にあるとき、ある特定の条件を満足
するように設定する。また、好ましくは、通常の歩行、
早歩き、小走りなどの異なる歩行速度に応じて、エアシ
リンダ装置の取付け位置（特に、第２のピンＰ２の取付
け位置）を変更可能にすると良い。
を有効に利用することにより、エアシリンダ装置の小型
化を図りつつその仕事量の増大を図る。 【解決手段】エアシリンダ装置の一端を下部材に回転可
能に連結する第１のピンＰ１と、エアシリンダ装置の他
端を上部材に回転可能に連結する第２のピンＰ２との位
置関係、特に、第２のピンＰ２の取付け位置を、義足が
完全に伸展した状態にあるとき、ある特定の条件を満足
するように設定する。また、好ましくは、通常の歩行、
早歩き、小走りなどの異なる歩行速度に応じて、エアシ
リンダ装置の取付け位置（特に、第２のピンＰ２の取付
け位置）を変更可能にすると良い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ひざの屈曲およ
び伸展を補助するためにエアシリンダ装置を利用する義
足に関し、さらに詳しくは、エアシリンダ装置の有効ス
トロークを大きく取ることができ、義足を小型化する
上、あるいは歩行速度に応じた動きを得る上で有効な技
術に関する。
び伸展を補助するためにエアシリンダ装置を利用する義
足に関し、さらに詳しくは、エアシリンダ装置の有効ス
トロークを大きく取ることができ、義足を小型化する
上、あるいは歩行速度に応じた動きを得る上で有効な技
術に関する。
【０００２】
【発明の背景】一般に、ひざの屈曲および伸展を伴う義
足は、装着者の荷重が加わるニープレートを含む上部材
と、この上部材に対しひざの部分で連結される下部材
と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連結するひ
ざ軸のほか、ひざの屈曲および伸展を補助するための補
助手段をさらに備える。こうした義足の代表例は大腿義
足であり、その大腿義足の場合、上部材のニープレート
の上端には、断端を受け入れるソケットが、また、下部
材の下端には足部材がそれぞれ支持される。ひざの屈曲
および伸展を補助するための補助手段としては、油圧シ
リンダ装置あるいはエアシリンダ装置が利用される。Ｕ
ＳＰ２，８５９，４５１号は油圧シリンダ装置を利用し
た義足、また、ＵＳＰ５，４０５，４０７号はエアシリ
ンダ装置を利用した義足をそれぞれ明らかにしている。
油圧シリンダ装置およびエアシリンダ装置は、使用する
流体は異なるが、流体の流れ抵抗によって、ひざの屈曲
および伸展を補助し、義足に対し自然の歩行に似た歩行
形態を与える点で共通している。
足は、装着者の荷重が加わるニープレートを含む上部材
と、この上部材に対しひざの部分で連結される下部材
と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連結するひ
ざ軸のほか、ひざの屈曲および伸展を補助するための補
助手段をさらに備える。こうした義足の代表例は大腿義
足であり、その大腿義足の場合、上部材のニープレート
の上端には、断端を受け入れるソケットが、また、下部
材の下端には足部材がそれぞれ支持される。ひざの屈曲
および伸展を補助するための補助手段としては、油圧シ
リンダ装置あるいはエアシリンダ装置が利用される。Ｕ
ＳＰ２，８５９，４５１号は油圧シリンダ装置を利用し
た義足、また、ＵＳＰ５，４０５，４０７号はエアシリ
ンダ装置を利用した義足をそれぞれ明らかにしている。
油圧シリンダ装置およびエアシリンダ装置は、使用する
流体は異なるが、流体の流れ抵抗によって、ひざの屈曲
および伸展を補助し、義足に対し自然の歩行に似た歩行
形態を与える点で共通している。
【０００３】ところで、これら補助手段としての油圧シ
リンダ装置とエアシリンダ装置とを比較すると、油圧シ
リンダ装置の作動流体であるオイルにはほとんど圧縮性
がないのに対し、エアシリンダ装置の作動流体であるエ
アは圧縮性をもつため、エアシリンダ装置によれば、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。こうし
たエアシリンダ装置の特長を有効に生かすためには、シ
リンダの有効ストロークを大きく取ることが必要であ
る。しかし、有効ストロークを大きく取ろうとすると、
義足の大型化を招く傾向がある。そのためなのか、この
種の義足において、今までエアシリンダ装置の有効スト
ロークを大きくするための具体的な提案は多くはない。
たとえば、前記の各ＵＳＰが示すように、シリンダ装置
のロッドエンド側を上部材にピン結合すれば、ひざの周
囲がスペース的に有利になるという内容、また、前記の
各ＵＳＰあるいはＵＳＰ５，４０５，４０７号の改良技
術を示す日本特開平９−５５１号が、その中の図に示す
ように、ロッドエンド側のピン結合の位置をひざ軸の後
部に配置するという一般的な内容が知られているにすぎ
ない。なお、ＵＳＰ２，８５９，４５１号の図２および
日本特開平９−５５１号の図４は、ひざが伸展した状態
において、ロッドエンド側のピン結合の位置がひざ軸の
後方やや上部にあることを示しているが、単に図に示す
だけであり、その位置を具体的に特定するわけではな
く、ましてや、その技術的な意義については何も教えて
いない。
リンダ装置とエアシリンダ装置とを比較すると、油圧シ
リンダ装置の作動流体であるオイルにはほとんど圧縮性
がないのに対し、エアシリンダ装置の作動流体であるエ
アは圧縮性をもつため、エアシリンダ装置によれば、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。こうし
たエアシリンダ装置の特長を有効に生かすためには、シ
リンダの有効ストロークを大きく取ることが必要であ
る。しかし、有効ストロークを大きく取ろうとすると、
義足の大型化を招く傾向がある。そのためなのか、この
種の義足において、今までエアシリンダ装置の有効スト
ロークを大きくするための具体的な提案は多くはない。
たとえば、前記の各ＵＳＰが示すように、シリンダ装置
のロッドエンド側を上部材にピン結合すれば、ひざの周
囲がスペース的に有利になるという内容、また、前記の
各ＵＳＰあるいはＵＳＰ５，４０５，４０７号の改良技
術を示す日本特開平９−５５１号が、その中の図に示す
ように、ロッドエンド側のピン結合の位置をひざ軸の後
部に配置するという一般的な内容が知られているにすぎ
ない。なお、ＵＳＰ２，８５９，４５１号の図２および
日本特開平９−５５１号の図４は、ひざが伸展した状態
において、ロッドエンド側のピン結合の位置がひざ軸の
後方やや上部にあることを示しているが、単に図に示す
だけであり、その位置を具体的に特定するわけではな
く、ましてや、その技術的な意義については何も教えて
いない。
【０００４】
【発明の解決すべき第１の課題】この発明は、エアシリ
ンダ装置の能力を有効に利用することにより、エアシリ
ンダ装置の小型化を図りつつその仕事量の増大を図るこ
とができ、義足の小型化に寄与することができる技術を
適用することを第１の目的あるいは課題とする。
ンダ装置の能力を有効に利用することにより、エアシリ
ンダ装置の小型化を図りつつその仕事量の増大を図るこ
とができ、義足の小型化に寄与することができる技術を
適用することを第１の目的あるいは課題とする。
【０００５】
【第１の課題のための手段】この第１の目的のために、
この発明では、エアシリンダ装置の一端を下部材に回転
可能に連結する第１のピンと、エアシリンダ装置の他端
を上部材に回転可能に連結する第２のピンとの位置関
係、特に、第２のピンの取付け位置を、義足が完全に伸
展した状態にあるとき、次のＡの条件を満足するように
設定する。すなわち、 Ａ．上部材と下部材とを回転可能に連結するひざ軸を中
心として回転する第２のピンの回転軌跡に対し、第１の
ピンから接線を引くとき、その接線の接点が歩行に伴う
第２のピンの揺動範囲の中心に位置していること。この
Ａの条件を満足するとき、エアシリンダ装置のピストン
は、歩行に伴う第２のピンの揺動範囲の中心において最
大速度となり、したがって、ピストンの移動に伴う全体
の仕事量が最大となる。これにより、エアシリンダ装置
の内部のエアの圧縮エネルギーを増大することができ、
その増大した圧縮エネルギーによって、ひざが屈曲した
後における反発力を有効に高めることができる。
この発明では、エアシリンダ装置の一端を下部材に回転
可能に連結する第１のピンと、エアシリンダ装置の他端
を上部材に回転可能に連結する第２のピンとの位置関
係、特に、第２のピンの取付け位置を、義足が完全に伸
展した状態にあるとき、次のＡの条件を満足するように
設定する。すなわち、 Ａ．上部材と下部材とを回転可能に連結するひざ軸を中
心として回転する第２のピンの回転軌跡に対し、第１の
ピンから接線を引くとき、その接線の接点が歩行に伴う
第２のピンの揺動範囲の中心に位置していること。この
Ａの条件を満足するとき、エアシリンダ装置のピストン
は、歩行に伴う第２のピンの揺動範囲の中心において最
大速度となり、したがって、ピストンの移動に伴う全体
の仕事量が最大となる。これにより、エアシリンダ装置
の内部のエアの圧縮エネルギーを増大することができ、
その増大した圧縮エネルギーによって、ひざが屈曲した
後における反発力を有効に高めることができる。
【０００６】エアシリンダ装置は、シリンダ本体の内部
をボトム側の第１室、ヘッド側の第２室に区画するピス
トンのほか、一端がそのピストンと一体であり、他端側
がシリンダ本体のヘッド側から外部へ伸びるロッドとを
含む。ひざの周囲に必要とするスペースを小さくするた
め、ロッドの端部に第２のピンが位置するようにするの
が好ましい。また、その第２のピンは、ひざの後部に配
置するのが良い。なぜなら、ひざ軸の回りにブレーキ手
段を配置する上で有利になるし、内部中空なフレームの
内部にエアシリンダ装置のシリンダ本体を有効に収容す
る上でも有利になり、それらによって義足の外観を良く
することができるからである。
をボトム側の第１室、ヘッド側の第２室に区画するピス
トンのほか、一端がそのピストンと一体であり、他端側
がシリンダ本体のヘッド側から外部へ伸びるロッドとを
含む。ひざの周囲に必要とするスペースを小さくするた
め、ロッドの端部に第２のピンが位置するようにするの
が好ましい。また、その第２のピンは、ひざの後部に配
置するのが良い。なぜなら、ひざ軸の回りにブレーキ手
段を配置する上で有利になるし、内部中空なフレームの
内部にエアシリンダ装置のシリンダ本体を有効に収容す
る上でも有利になり、それらによって義足の外観を良く
することができるからである。
【０００７】
【発明の解決すべき第２の課題】ところで、第２のピン
の揺動範囲は、ゆっくり歩きから通常の歩行の速度に対
応するとき約６０°であり、早歩きの速度に対応すると
き約７０°であり、小走りの速度に対応するとき約８０
°である。したがって、歩行に伴う第２のピンの揺動範
囲は、一般に、約６０°〜約８０°である。そこで、理
想的には、歩行速度の変化に合わせて、第２のピンの取
付け位置を変更し、常に、前記のＡの条件を満足するよ
うにするのが好ましい。また、次善の策として、たとえ
ば第２のピンの揺動範囲を２〜４段階（典型的には、６
０°、７０°、８０°といった３段階）の各歩行速度に
応じて、段階的に第２のピンの取付け位置を選択できる
ようにすることが望まれる。そこで、この発明は、通常
の歩行、早歩き、小走りなどの異なる歩行速度に応じ
て、エアシリンダ装置の取付け位置（特に、第２のピン
の取付け位置）を変更することができるようにすること
を第２の目的あるいは課題とする。
の揺動範囲は、ゆっくり歩きから通常の歩行の速度に対
応するとき約６０°であり、早歩きの速度に対応すると
き約７０°であり、小走りの速度に対応するとき約８０
°である。したがって、歩行に伴う第２のピンの揺動範
囲は、一般に、約６０°〜約８０°である。そこで、理
想的には、歩行速度の変化に合わせて、第２のピンの取
付け位置を変更し、常に、前記のＡの条件を満足するよ
うにするのが好ましい。また、次善の策として、たとえ
ば第２のピンの揺動範囲を２〜４段階（典型的には、６
０°、７０°、８０°といった３段階）の各歩行速度に
応じて、段階的に第２のピンの取付け位置を選択できる
ようにすることが望まれる。そこで、この発明は、通常
の歩行、早歩き、小走りなどの異なる歩行速度に応じ
て、エアシリンダ装置の取付け位置（特に、第２のピン
の取付け位置）を変更することができるようにすること
を第２の目的あるいは課題とする。
【０００８】
【第２の課題のための手段】この第２の目的のために、
この発明のエアシリンダ装置を含む義足では、上部材に
回転可能に連結する第２のピンの位置を、歩行速度に応
じて変えることができるピン位置変更手段を備える。ピ
ン位置変更手段の第１の例は、上部材のニープレートに
設けた複数の取付け孔を含み、これらの取付け孔のいず
れか一つに第２のピンを選択的に取り付けることによっ
て、第２のピンの位置を変更する構成である。ひざの周
囲のスペースをできるだけ小さくするため、複数の取付
け孔を、ひざ軸を中心とした円弧上に配置するようにす
るのが良い。複数の取付け孔の中の一つに第２のピンを
取り付けるというこの第１の例は、今までの義足の一部
を変えることによって容易に実施することができる。ま
た、ピン位置変更手段の第２の例は、上部材のニープレ
ートに設けた長孔を含み、第２のピンをこの長孔に沿っ
て移動および固定可能に構成することによって、第２の
ピンの位置を変更するというものである。この第２の例
における長孔も、第１の例の各孔の配置と同様、ひざ軸
を中心とした円弧に沿う形状にするのが良い。第２の例
は、第１の例と同様に容易に実施可能であることに加
え、無段階に、つまり連続的に第２のピンの位置を変更
可能である。これら第１および第２の各例では、第２の
ピンの取付け位置を変えるとき、第２のピンをある一つ
の取付け孔から取り外し、別の取付け孔に取り付ける作
業、あるいは、第２のピンをゆるめ、長孔の中のある位
置から別の位置へ移動し、再び締め直すという作業が必
要である。
この発明のエアシリンダ装置を含む義足では、上部材に
回転可能に連結する第２のピンの位置を、歩行速度に応
じて変えることができるピン位置変更手段を備える。ピ
ン位置変更手段の第１の例は、上部材のニープレートに
設けた複数の取付け孔を含み、これらの取付け孔のいず
れか一つに第２のピンを選択的に取り付けることによっ
て、第２のピンの位置を変更する構成である。ひざの周
囲のスペースをできるだけ小さくするため、複数の取付
け孔を、ひざ軸を中心とした円弧上に配置するようにす
るのが良い。複数の取付け孔の中の一つに第２のピンを
取り付けるというこの第１の例は、今までの義足の一部
を変えることによって容易に実施することができる。ま
た、ピン位置変更手段の第２の例は、上部材のニープレ
ートに設けた長孔を含み、第２のピンをこの長孔に沿っ
て移動および固定可能に構成することによって、第２の
ピンの位置を変更するというものである。この第２の例
における長孔も、第１の例の各孔の配置と同様、ひざ軸
を中心とした円弧に沿う形状にするのが良い。第２の例
は、第１の例と同様に容易に実施可能であることに加
え、無段階に、つまり連続的に第２のピンの位置を変更
可能である。これら第１および第２の各例では、第２の
ピンの取付け位置を変えるとき、第２のピンをある一つ
の取付け孔から取り外し、別の取付け孔に取り付ける作
業、あるいは、第２のピンをゆるめ、長孔の中のある位
置から別の位置へ移動し、再び締め直すという作業が必
要である。
【０００９】
【発明の解決すべき第３の課題】この発明は、そのよう
な第２のピンの取付けおよび取外しをすることなく、自
動的に第２のピンの位置を変えることができるようにす
ることを第３の目的あるいは課題とする。
な第２のピンの取付けおよび取外しをすることなく、自
動的に第２のピンの位置を変えることができるようにす
ることを第３の目的あるいは課題とする。
【００１０】
【第３の課題のための手段】この第３の目的のため、こ
の発明では、第２のピンをエアシリンダ装置の所定の個
所、一般的にはロッドの端部に支持した上で、この第２
のピンを特定の連結手段を介して上部材の側に連結す
る。特定の連結手段は、上部材に支持され歩行速度に応
じて内部のピストンの位置を変える油圧シリンダのほ
か、この油圧シリンダと第２のピンとの間を結合するリ
ンク機構を含む。油圧シリンダの内部には、内部を２室
に区画するピストンのほか、ピストンを一方向に押すバ
ネ、さらにはピストンに設けた流れ制御手段を含む。流
れ制御手段は、ピストンが区画する２室の間を連絡する
２つの流路のほか、一方の流路に設けた絞り弁および逆
止弁、他方の流路に設けた別の逆止弁によって構成され
る。こうした流れ制御手段は、エアシリンダ装置の反発
力の大小、つまりは歩行速度の大小に応じてバネによる
力とのつり合いを適切にくずし、ピストンの位置を変化
させる。したがって、油圧シリンダは、内部のピストン
の位置変化をリンク機構を介して第２のピンの位置変化
とし、第２のピンの位置を歩行速度に応じて連続的かつ
自動的に変化させることができる。
の発明では、第２のピンをエアシリンダ装置の所定の個
所、一般的にはロッドの端部に支持した上で、この第２
のピンを特定の連結手段を介して上部材の側に連結す
る。特定の連結手段は、上部材に支持され歩行速度に応
じて内部のピストンの位置を変える油圧シリンダのほ
か、この油圧シリンダと第２のピンとの間を結合するリ
ンク機構を含む。油圧シリンダの内部には、内部を２室
に区画するピストンのほか、ピストンを一方向に押すバ
ネ、さらにはピストンに設けた流れ制御手段を含む。流
れ制御手段は、ピストンが区画する２室の間を連絡する
２つの流路のほか、一方の流路に設けた絞り弁および逆
止弁、他方の流路に設けた別の逆止弁によって構成され
る。こうした流れ制御手段は、エアシリンダ装置の反発
力の大小、つまりは歩行速度の大小に応じてバネによる
力とのつり合いを適切にくずし、ピストンの位置を変化
させる。したがって、油圧シリンダは、内部のピストン
の位置変化をリンク機構を介して第２のピンの位置変化
とし、第２のピンの位置を歩行速度に応じて連続的かつ
自動的に変化させることができる。
【００１１】
【好ましい態様の説明】まず、図１および図２を参照し
ながら、この発明の基本的な考え方について説明する。
図１において、点Ｏが、装着者の荷重が加わるニープレ
ートを含む上部材と、下肢に対応する下部材とを回転可
能に連結するひざ軸の中心（つまりは、ニープレートの
軸中心）である。また、歩行を補助するエアシリンダ装
置は、下部材に対する連結点（第１のピンの中心）Ｐ1
と、上部材のニープレートに対する連結点（第２のピン
の中心）Ｐ2 とを備える。歩行に伴ってニープレートが
揺動するとき、第２のピンの中心Ｐ2 は、ニープレート
の軸中心Ｏを中心とした円Ｃ上を移動する。すなわち、
円Ｃは、第２のピンの中心Ｐ2 の回転軌跡である。一
方、第１のピンの中心Ｐ1 とニープレートの軸中心Ｏと
を結ぶことによって、義足の中心軸線Ｓを得る。
ながら、この発明の基本的な考え方について説明する。
図１において、点Ｏが、装着者の荷重が加わるニープレ
ートを含む上部材と、下肢に対応する下部材とを回転可
能に連結するひざ軸の中心（つまりは、ニープレートの
軸中心）である。また、歩行を補助するエアシリンダ装
置は、下部材に対する連結点（第１のピンの中心）Ｐ1
と、上部材のニープレートに対する連結点（第２のピン
の中心）Ｐ2 とを備える。歩行に伴ってニープレートが
揺動するとき、第２のピンの中心Ｐ2 は、ニープレート
の軸中心Ｏを中心とした円Ｃ上を移動する。すなわち、
円Ｃは、第２のピンの中心Ｐ2 の回転軌跡である。一
方、第１のピンの中心Ｐ1 とニープレートの軸中心Ｏと
を結ぶことによって、義足の中心軸線Ｓを得る。
【００１２】ニープレートの軸中心Ｏを通り、かつ、中
心軸線Ｓに直交する線Ｌを引き、この線Ｌを基準にして
第２のピンの中心Ｐ2 の位置を角度θで表わす。角度θ
の値のいかんにかかわらず、第２のピンの中心Ｐ2 の回
転速度は一様であり、常にｖの値をとると考えることが
できる。それに対し、エアシリンダ装置のピストンの移
動速度は、特定の位置Ｔで最大となり、その前後で変化
する。このピストンの移動速度が最大となる位置Ｔは、
円Ｃに対し第１のピンの中心Ｐ1 から引いた接線Ｍの接
点に相当する。図２の特性図に示すように、ピストンの
移動速度は、特定の位置Ｔで最大となり、回転に伴って
サインカーブをなすように変化する。ピストンの移動に
伴う全体の仕事量を最大にするためには、歩行に伴う第
２のピンの揺動範囲の中心（つまり、真ん中）で、ピス
トンの移動速度が最大となるように設定することが必要
である。
心軸線Ｓに直交する線Ｌを引き、この線Ｌを基準にして
第２のピンの中心Ｐ2 の位置を角度θで表わす。角度θ
の値のいかんにかかわらず、第２のピンの中心Ｐ2 の回
転速度は一様であり、常にｖの値をとると考えることが
できる。それに対し、エアシリンダ装置のピストンの移
動速度は、特定の位置Ｔで最大となり、その前後で変化
する。このピストンの移動速度が最大となる位置Ｔは、
円Ｃに対し第１のピンの中心Ｐ1 から引いた接線Ｍの接
点に相当する。図２の特性図に示すように、ピストンの
移動速度は、特定の位置Ｔで最大となり、回転に伴って
サインカーブをなすように変化する。ピストンの移動に
伴う全体の仕事量を最大にするためには、歩行に伴う第
２のピンの揺動範囲の中心（つまり、真ん中）で、ピス
トンの移動速度が最大となるように設定することが必要
である。
【００１３】測定の結果からあるいは経験則上、第２の
ピンの中心Ｐ2 は、歩行に伴って約６０°〜約８０°の
範囲にわたって揺動する。もう少し具体的にいうと、第
２のピンの揺動範囲は、ゆっくり歩きから通常の歩行の
速度に対応するとき約６０°であり、早歩きの速度に対
応するとき約７０°であり、小走りの速度に対応すると
き約８０°である。そこで、通常の歩行時に、エアシリ
ンダ装置の能力を有効に利用しようとする場合、典型的
な大きさの義足（たとえば、点Ｏから点Ｐ1 までの距離
が１６５ｍｍであり、点Ｏから点Ｐ2 までの距離が３０
ｍｍ）では、点Ｔは角度θが約１０°の位置となる。そ
のため、揺動角度の値である６０°を、θ＝約１０°で
ある点Ｔの前後にそれぞれ３０°ずつ振り分けることに
なる。その結果、義足が完全に伸展した状態にあると
き、第２のピンの中心Ｐ2 をθ＝約−２０°の位置に設
定する。この点、今までは、第２のピンの中心Ｐ2 をθ
＝０°の位置に設定するのが通例であり、エアシリンダ
装置のピストンのストロークを充分には生かしていな
い。以上がこの発明の基本的な考え方であり、義足が完
全伸展状態にあるとき、第２のピンの中心Ｐ2 を特定の
位置に設定し、それによって、エアシリンダ装置の仕事
量をできるだけ増大しようとする考え方である。さら
に、この発明は、そうした基本的な考え方をさらに一歩
進め、歩行速度の変化に応じて、第２のピンの中心Ｐ2
を適性に変更するという考え方にも及ぶ。
ピンの中心Ｐ2 は、歩行に伴って約６０°〜約８０°の
範囲にわたって揺動する。もう少し具体的にいうと、第
２のピンの揺動範囲は、ゆっくり歩きから通常の歩行の
速度に対応するとき約６０°であり、早歩きの速度に対
応するとき約７０°であり、小走りの速度に対応すると
き約８０°である。そこで、通常の歩行時に、エアシリ
ンダ装置の能力を有効に利用しようとする場合、典型的
な大きさの義足（たとえば、点Ｏから点Ｐ1 までの距離
が１６５ｍｍであり、点Ｏから点Ｐ2 までの距離が３０
ｍｍ）では、点Ｔは角度θが約１０°の位置となる。そ
のため、揺動角度の値である６０°を、θ＝約１０°で
ある点Ｔの前後にそれぞれ３０°ずつ振り分けることに
なる。その結果、義足が完全に伸展した状態にあると
き、第２のピンの中心Ｐ2 をθ＝約−２０°の位置に設
定する。この点、今までは、第２のピンの中心Ｐ2 をθ
＝０°の位置に設定するのが通例であり、エアシリンダ
装置のピストンのストロークを充分には生かしていな
い。以上がこの発明の基本的な考え方であり、義足が完
全伸展状態にあるとき、第２のピンの中心Ｐ2 を特定の
位置に設定し、それによって、エアシリンダ装置の仕事
量をできるだけ増大しようとする考え方である。さら
に、この発明は、そうした基本的な考え方をさらに一歩
進め、歩行速度の変化に応じて、第２のピンの中心Ｐ2
を適性に変更するという考え方にも及ぶ。
【００１４】次に、図３および図４を参照しながら、ま
ず、この発明を適用した大腿義足１０の全体的な構成を
明らかにする。大腿義足１０は、ひざのない人のための
義足であり、ひざの形状をしたニープレート１２を含む
上部材１２０と、ひざの部分から足の部分に向かって延
びる内部中空のフレーム１４を主体とした下部材１４０
と、それら下部材１４０と上部材１２０とをひざの部分
で回転可能に連結するひざ軸２０とを備える。ニープレ
ート１２はアルミニューム合金からなり、その一部に、
図示しないソケットを連結するための連結部１２ａを一
体的に支持する。一方、下部材１４０の主体となる中空
のフレーム１４は、厚さ３ｍｍ程度の繊維強化プラスチ
ックからなり、その後部には、上下に開口１４ｕおよび
１４ｄがそれぞれある。上部開口１４ｕは、フレーム１
４の内部に部品を組込むための開口、あるいはエアシリ
ンダ装置３０とフレーム１４との干渉を避けるための開
口である。また、下部開口１４ｄは、フレーム１４の内
部に内蔵する電子基板１８との電気的な接続をするため
の開口である。
ず、この発明を適用した大腿義足１０の全体的な構成を
明らかにする。大腿義足１０は、ひざのない人のための
義足であり、ひざの形状をしたニープレート１２を含む
上部材１２０と、ひざの部分から足の部分に向かって延
びる内部中空のフレーム１４を主体とした下部材１４０
と、それら下部材１４０と上部材１２０とをひざの部分
で回転可能に連結するひざ軸２０とを備える。ニープレ
ート１２はアルミニューム合金からなり、その一部に、
図示しないソケットを連結するための連結部１２ａを一
体的に支持する。一方、下部材１４０の主体となる中空
のフレーム１４は、厚さ３ｍｍ程度の繊維強化プラスチ
ックからなり、その後部には、上下に開口１４ｕおよび
１４ｄがそれぞれある。上部開口１４ｕは、フレーム１
４の内部に部品を組込むための開口、あるいはエアシリ
ンダ装置３０とフレーム１４との干渉を避けるための開
口である。また、下部開口１４ｄは、フレーム１４の内
部に内蔵する電子基板１８との電気的な接続をするため
の開口である。
【００１５】こうした大腿義足１０は、上部材１２０と
下部材１４０とがひざ軸２０を中心に自由に回転可能な
構造であるため、装着者の荷重に応じた適正なブレーキ
力を生じさせることが必要である。大腿義足１０は、ひ
ざ軸２０の回りにブレーキ手段５０を備えている。ブレ
ーキ手段５０は、ひざ軸２０を抱き抱えるブレーキブロ
ック５２の貫通孔５２ｂの径を減じることによってブレ
ーキ力を生じるタイプである。このタイプのブレーキ手
段は、たとえばＵＳＰ３，８６３，２７４号（対応する
日本特公昭５２−４６４３２号）が示すものと同様の良
く知られたものである。ブレーキブロック５２は、チタ
ン合金からなり、ひざ軸２０が入る大きな貫通孔５２ｂ
のほか、この大きな貫通孔５２ｂのある側とは反対側の
端部の近くに小さな貫通孔５２ｓがある。ブレーキブロ
ック５２は、大きな貫通孔５２ｂの中に金属ブッシュ５
３を介してひざ軸２０を入れ、しかもまた、小さな貫通
孔５２ｓの中に結合ピン６０を入れた形態でニープレー
ト１２の内側にセットされる。ひざ軸２０の両端部は、
フレーム１４の両側に固定した各軸受部材７０によって
それぞれ支持され、また、結合ピン６０の両端部は、ニ
ープレート１２に設けた支持孔内に支持される。なお、
フレーム１４に対し各軸受部材７０を固定する手法とし
ては、英国公開２，２９６，４４２号（対応する日本特
開平８−２２９０５５号）が示すように、フレーム１４
の両側に非円形形状の孔をそれぞれ設け、それらの各孔
に対し、金属製の各軸受部材７０を冷しばめによって圧
入する技術を用いることができる。この技術による固定
は非常に強固であるため、各軸受部材７０をひざの屈曲
あるいは伸展に対するストッパとしても利用することが
できる。たとえば、軸受部材７０にストッパ部７１を形
成し、そこに衝撃を緩衝するためのストッパゴム７２を
取り付け、このストッパゴム７２を上部材１２０のニー
プレート１２に当てることによって、伸展状態における
ストッパ機能を得ることができる（図５）。また、軸受
部材７０に設けたストッパ部７１を、ニープレート１２
の別の部分（第２のピンを支持する部分）に当てること
によって、屈曲状態におけるストッパ機能を得ることが
できる（図６）。ここでは、完全に伸展した状態から最
大に屈曲した状態に至るまでに、ニープレート１２は１
４０°回転するようになっている。
下部材１４０とがひざ軸２０を中心に自由に回転可能な
構造であるため、装着者の荷重に応じた適正なブレーキ
力を生じさせることが必要である。大腿義足１０は、ひ
ざ軸２０の回りにブレーキ手段５０を備えている。ブレ
ーキ手段５０は、ひざ軸２０を抱き抱えるブレーキブロ
ック５２の貫通孔５２ｂの径を減じることによってブレ
ーキ力を生じるタイプである。このタイプのブレーキ手
段は、たとえばＵＳＰ３，８６３，２７４号（対応する
日本特公昭５２−４６４３２号）が示すものと同様の良
く知られたものである。ブレーキブロック５２は、チタ
ン合金からなり、ひざ軸２０が入る大きな貫通孔５２ｂ
のほか、この大きな貫通孔５２ｂのある側とは反対側の
端部の近くに小さな貫通孔５２ｓがある。ブレーキブロ
ック５２は、大きな貫通孔５２ｂの中に金属ブッシュ５
３を介してひざ軸２０を入れ、しかもまた、小さな貫通
孔５２ｓの中に結合ピン６０を入れた形態でニープレー
ト１２の内側にセットされる。ひざ軸２０の両端部は、
フレーム１４の両側に固定した各軸受部材７０によって
それぞれ支持され、また、結合ピン６０の両端部は、ニ
ープレート１２に設けた支持孔内に支持される。なお、
フレーム１４に対し各軸受部材７０を固定する手法とし
ては、英国公開２，２９６，４４２号（対応する日本特
開平８−２２９０５５号）が示すように、フレーム１４
の両側に非円形形状の孔をそれぞれ設け、それらの各孔
に対し、金属製の各軸受部材７０を冷しばめによって圧
入する技術を用いることができる。この技術による固定
は非常に強固であるため、各軸受部材７０をひざの屈曲
あるいは伸展に対するストッパとしても利用することが
できる。たとえば、軸受部材７０にストッパ部７１を形
成し、そこに衝撃を緩衝するためのストッパゴム７２を
取り付け、このストッパゴム７２を上部材１２０のニー
プレート１２に当てることによって、伸展状態における
ストッパ機能を得ることができる（図５）。また、軸受
部材７０に設けたストッパ部７１を、ニープレート１２
の別の部分（第２のピンを支持する部分）に当てること
によって、屈曲状態におけるストッパ機能を得ることが
できる（図６）。ここでは、完全に伸展した状態から最
大に屈曲した状態に至るまでに、ニープレート１２は１
４０°回転するようになっている。
【００１６】また、大腿義足１０は、歩行補助手段とし
てのエアシリンダ装置３０を備えている。このエアシリ
ンダ装置３０は、ＵＳＰ５，４０５，４０７号、あるい
は日本特開平９−５５１号に示されるものと同様であ
る。図７が、エアシリンダ装置３０の全体構造を示して
いる。エアシリンダ装置３０は、アルミニューム合金あ
るいは合成樹脂からなる筒型のシリンダ本体３１を備え
る。シリンダ本体３１は、内部の径が一様なシリンダチ
ューブ３１２と、シリンダチューブ３１２の各端部に位
置するカバー３１４，３１６とを含む。ロッド４０が貫
通するロッドカバー３１４には、ロッド４０を案内する
小径孔８２のほか、小径孔８２とシリンダチューブ３１
２の内径との中間の径をもつ内孔８０がある。また、シ
リンダ本体３１のボトム側のカバー３１６には、肉厚な
部分３１６ｂがあり、その肉厚な部分３１６ｂはシリン
ダチューブ３１２の軸心から径方向外側に偏ったところ
に位置している。そして、その肉厚な部分３１６ｂに端
を発し、シリンダチューブ３１２の内部を通り、ロッド
カバー３１４近くの内周に開口する流路２１０がある。
てのエアシリンダ装置３０を備えている。このエアシリ
ンダ装置３０は、ＵＳＰ５，４０５，４０７号、あるい
は日本特開平９−５５１号に示されるものと同様であ
る。図７が、エアシリンダ装置３０の全体構造を示して
いる。エアシリンダ装置３０は、アルミニューム合金あ
るいは合成樹脂からなる筒型のシリンダ本体３１を備え
る。シリンダ本体３１は、内部の径が一様なシリンダチ
ューブ３１２と、シリンダチューブ３１２の各端部に位
置するカバー３１４，３１６とを含む。ロッド４０が貫
通するロッドカバー３１４には、ロッド４０を案内する
小径孔８２のほか、小径孔８２とシリンダチューブ３１
２の内径との中間の径をもつ内孔８０がある。また、シ
リンダ本体３１のボトム側のカバー３１６には、肉厚な
部分３１６ｂがあり、その肉厚な部分３１６ｂはシリン
ダチューブ３１２の軸心から径方向外側に偏ったところ
に位置している。そして、その肉厚な部分３１６ｂに端
を発し、シリンダチューブ３１２の内部を通り、ロッド
カバー３１４近くの内周に開口する流路２１０がある。
【００１７】肉厚な部分３１６ｂには、可変絞り弁３６
が内蔵されている。可変絞り弁３６は、ステンレス鋼か
らなるポペット型の弁体３６２と、その弁体３６２を開
弁方向に付勢する弁バネ３６４とを含む。弁体３６２
は、弁バネ３６４の力を受けてステッピングモータから
なる駆動モータ３４の軸３４２の端部に当たっている。
駆動モータ３４は、その内部に回転運動−直進運動に変
換するためのネジ機構を備え、そのネジ機構によって軸
３４２を軸心方向前後に移動させる。したがって、駆動
モータ３４の軸３４２が、弁体３６２を前後動させるこ
とができ、それによって可変絞り弁３６の弁開度を調整
することができる。電子基板１８が、歩行速度に応じた
コントロール信号を生じ、そのコントロール信号を駆動
モータ３４に出力し、可変絞り弁３６の弁開度を適切に
調整する。
が内蔵されている。可変絞り弁３６は、ステンレス鋼か
らなるポペット型の弁体３６２と、その弁体３６２を開
弁方向に付勢する弁バネ３６４とを含む。弁体３６２
は、弁バネ３６４の力を受けてステッピングモータから
なる駆動モータ３４の軸３４２の端部に当たっている。
駆動モータ３４は、その内部に回転運動−直進運動に変
換するためのネジ機構を備え、そのネジ機構によって軸
３４２を軸心方向前後に移動させる。したがって、駆動
モータ３４の軸３４２が、弁体３６２を前後動させるこ
とができ、それによって可変絞り弁３６の弁開度を調整
することができる。電子基板１８が、歩行速度に応じた
コントロール信号を生じ、そのコントロール信号を駆動
モータ３４に出力し、可変絞り弁３６の弁開度を適切に
調整する。
【００１８】一方、シリンダ本体３１のシリンダチュー
ブ３１２の中には、合成樹脂からなるピストン３３が軸
心方向に移動可能にはまり合っている。ピストン３３
は、その外周にピストンリング３３２を保持し、それに
よって、その前後に２つの室を区画している。肉厚な部
分３１６ｂのあるボトム側の室が第１の室３２１であ
り、ロッドカバー３１４側の室が第２の室３２２であ
る。ここで、ピストン３３がシリンダチューブ３１２の
内部を摺動するとき、ピストン３３によって流路２１０
の両端の開口２１１，２１２が閉じられないようにすべ
きである。そうしたピストン３３にはピストンロッド４
０が一体化しており、ロッド４０はロッドカバー３１４
を貫きシリンダ本体３１の外に出ている。その外に位置
するロッド４０の端部４５の部分が第２のピンを支持す
る部分になる。ロッド４０には、ピストン３３に隣り合
う部分にロッド大径部４２があり、その大径部４２の径
はロッドカバー３１４の内周の内孔８０の径にほぼ適合
している。しかも、内孔８０の開口の部分および小径孔
８２の部分に、それぞれリップ型のシールリング８３，
８５がある。そのため、ひざの伸展の最終段階におい
て、ロッド大径部４２が内孔８０の中に入り込むと、そ
の内孔８０に第３室３２３を区画することになる。
ブ３１２の中には、合成樹脂からなるピストン３３が軸
心方向に移動可能にはまり合っている。ピストン３３
は、その外周にピストンリング３３２を保持し、それに
よって、その前後に２つの室を区画している。肉厚な部
分３１６ｂのあるボトム側の室が第１の室３２１であ
り、ロッドカバー３１４側の室が第２の室３２２であ
る。ここで、ピストン３３がシリンダチューブ３１２の
内部を摺動するとき、ピストン３３によって流路２１０
の両端の開口２１１，２１２が閉じられないようにすべ
きである。そうしたピストン３３にはピストンロッド４
０が一体化しており、ロッド４０はロッドカバー３１４
を貫きシリンダ本体３１の外に出ている。その外に位置
するロッド４０の端部４５の部分が第２のピンを支持す
る部分になる。ロッド４０には、ピストン３３に隣り合
う部分にロッド大径部４２があり、その大径部４２の径
はロッドカバー３１４の内周の内孔８０の径にほぼ適合
している。しかも、内孔８０の開口の部分および小径孔
８２の部分に、それぞれリップ型のシールリング８３，
８５がある。そのため、ひざの伸展の最終段階におい
て、ロッド大径部４２が内孔８０の中に入り込むと、そ
の内孔８０に第３室３２３を区画することになる。
【００１９】ピストン３３およびロッド大径部４２の部
分に注目すると、ピストン３３の一面の一方の開口１１
１に端を発し、ピストン３３およびロッド大径部４２を
貫通し、ロッド４０の小径部の他方の開口１１２にまで
達する別の流路１１０がある。その別の流路１１０に
は、その途中に逆止弁３５がある。逆止弁３５は、ボー
ル弁体３５２と、ボール弁体３５２を弁座に向けて閉弁
方向に付勢する弁バネ３５４と、弁バネ３５４を支持す
る支持リング３５６とからなる。そのような逆止弁３５
は、ひざの伸展が最終段階に達するまでは、第２室３２
２から流路１１０を通して第１室３２１へとエアを流
し、ひざをスムーズに伸展させる。しかも、その伸展
時、その流路１１０に並列接続された前記した流路２１
０もあるため、第２室３２２から第１室３２１へのエア
の流れはよりスムーズに流れる。しかし、ひざが完全に
伸展する手前において、ロッド大径部４２がロッドカバ
ー３１４の内孔８０に内孔８０をシールするよう入り込
むと、ロッド大径部４２は、内孔８０の中に第３室３２
３を区画し、しかもまた、ロッド大径部４２周りにクッ
ション室を区画する。
分に注目すると、ピストン３３の一面の一方の開口１１
１に端を発し、ピストン３３およびロッド大径部４２を
貫通し、ロッド４０の小径部の他方の開口１１２にまで
達する別の流路１１０がある。その別の流路１１０に
は、その途中に逆止弁３５がある。逆止弁３５は、ボー
ル弁体３５２と、ボール弁体３５２を弁座に向けて閉弁
方向に付勢する弁バネ３５４と、弁バネ３５４を支持す
る支持リング３５６とからなる。そのような逆止弁３５
は、ひざの伸展が最終段階に達するまでは、第２室３２
２から流路１１０を通して第１室３２１へとエアを流
し、ひざをスムーズに伸展させる。しかも、その伸展
時、その流路１１０に並列接続された前記した流路２１
０もあるため、第２室３２２から第１室３２１へのエア
の流れはよりスムーズに流れる。しかし、ひざが完全に
伸展する手前において、ロッド大径部４２がロッドカバ
ー３１４の内孔８０に内孔８０をシールするよう入り込
むと、ロッド大径部４２は、内孔８０の中に第３室３２
３を区画し、しかもまた、ロッド大径部４２周りにクッ
ション室を区画する。
【００２０】さらに、エアシリンダ装置３０では、ひざ
が完全に伸展する手前の所定段階に、流路１１０の逆止
弁３５に対し、固定絞り３８を直列に接続するように構
成している。固定絞り３８は、ネジ込み式のニードル弁
からなり、ネジ込みの程度により、弁開度を設定するこ
とができる。したがって、固定絞り３８については、個
人差をも考慮し、義足を使用する前に予め調整し、弁開
度を設定することになろう。ロッドカバー３１４の中
に、一方の開口３８１が第３室３２３を通して流路１１
０に連絡し、しかも、その他方の開口３８２が第２室３
２２（つまりは、クッション室）に連絡する付加的な流
路を形成し、その流路の途中に固定絞り３８を配置す
る。エアシリンダ装置３０によれば、付加的な流路の他
方の開口３８２だけでなく、流路２１０の開口２１２も
クッション室に開くようにしているため、固定絞り３８
に基づくクッション作用だけでなく、可変絞り弁３６に
基づくクッション作用をも得ることができる。また、エ
アシリンダ装置３０は、流路２１０の開口２１１の近く
に、逆止弁からなるリストリクタ３９を備えている。リ
ストリクタ３９は、第２室３２２から第１室３２１へ向
かう方向の流れだけを制限する。そのため、エアシリン
ダ装置３０には、このリストリクタ３９があることによ
って、歩行速度が大きいときにより大きなクッション力
を生じるという利点もある。
が完全に伸展する手前の所定段階に、流路１１０の逆止
弁３５に対し、固定絞り３８を直列に接続するように構
成している。固定絞り３８は、ネジ込み式のニードル弁
からなり、ネジ込みの程度により、弁開度を設定するこ
とができる。したがって、固定絞り３８については、個
人差をも考慮し、義足を使用する前に予め調整し、弁開
度を設定することになろう。ロッドカバー３１４の中
に、一方の開口３８１が第３室３２３を通して流路１１
０に連絡し、しかも、その他方の開口３８２が第２室３
２２（つまりは、クッション室）に連絡する付加的な流
路を形成し、その流路の途中に固定絞り３８を配置す
る。エアシリンダ装置３０によれば、付加的な流路の他
方の開口３８２だけでなく、流路２１０の開口２１２も
クッション室に開くようにしているため、固定絞り３８
に基づくクッション作用だけでなく、可変絞り弁３６に
基づくクッション作用をも得ることができる。また、エ
アシリンダ装置３０は、流路２１０の開口２１１の近く
に、逆止弁からなるリストリクタ３９を備えている。リ
ストリクタ３９は、第２室３２２から第１室３２１へ向
かう方向の流れだけを制限する。そのため、エアシリン
ダ装置３０には、このリストリクタ３９があることによ
って、歩行速度が大きいときにより大きなクッション力
を生じるという利点もある。
【００２１】さて、エアシリンダ装置３０は、ロッド４
０側を上に向けた形態で下部材１４０および上部材１２
０にそれぞれピン結合することによって、フレーム１４
の内部に組み付ける。下部材１４０側の組付けについて
は、下部材１４０のフレーム１４の両側に、互いに向き
あうように一対のトラニオンピン１４００を支持し、各
トラニオンピン１４００の先端をシリンダチューブ３１
２のカバー３１６の部分にピボット結合する。したがっ
て、各トラニオンピン１４００が前記した第１のピン
に、また、各ピン１４００の中心が前記した中心Ｐ1 に
それぞれ相当する。他方、上部材１２０側への組付けに
ついては、ニープレート１２に設けた断面Ｕ字型の部分
１２ｕに、ロッド４０の端部（ロッドエンド）４５を配
置し、一本のクレビスピン１２００によって部分１２ｕ
と端部４５とを回転可能に結合する。クレビスピン１２
００自体は、ボルトおよびナットによって構成すること
ができ、ボルト−ナットのネジ結合によって、したがっ
て、ニープレート１２の部分１２ｕとロッド４０の端部
４５とを連結することができる。したがって、クレビス
ピン１２００が前記した第２のピンに、また、そのピン
１２００の中心が前記した中心Ｐ2 にそれぞれ相当す
る。そこで、この発明の第１の形態では、クレビスピン
１２００を前記した図１における接点Ｔの位置から３０
°だけ上方に回転した位置に配置する。３０°という角
度は、通常の歩行における揺動角度６０°の半分の値で
あるのは勿論である。
０側を上に向けた形態で下部材１４０および上部材１２
０にそれぞれピン結合することによって、フレーム１４
の内部に組み付ける。下部材１４０側の組付けについて
は、下部材１４０のフレーム１４の両側に、互いに向き
あうように一対のトラニオンピン１４００を支持し、各
トラニオンピン１４００の先端をシリンダチューブ３１
２のカバー３１６の部分にピボット結合する。したがっ
て、各トラニオンピン１４００が前記した第１のピン
に、また、各ピン１４００の中心が前記した中心Ｐ1 に
それぞれ相当する。他方、上部材１２０側への組付けに
ついては、ニープレート１２に設けた断面Ｕ字型の部分
１２ｕに、ロッド４０の端部（ロッドエンド）４５を配
置し、一本のクレビスピン１２００によって部分１２ｕ
と端部４５とを回転可能に結合する。クレビスピン１２
００自体は、ボルトおよびナットによって構成すること
ができ、ボルト−ナットのネジ結合によって、したがっ
て、ニープレート１２の部分１２ｕとロッド４０の端部
４５とを連結することができる。したがって、クレビス
ピン１２００が前記した第２のピンに、また、そのピン
１２００の中心が前記した中心Ｐ2 にそれぞれ相当す
る。そこで、この発明の第１の形態では、クレビスピン
１２００を前記した図１における接点Ｔの位置から３０
°だけ上方に回転した位置に配置する。３０°という角
度は、通常の歩行における揺動角度６０°の半分の値で
あるのは勿論である。
【００２２】また、この発明の第２の形態では、クレビ
スピン１２００の位置を歩行速度に合わせて変更するこ
とができるピン位置変更手段を備える。図８に示す第１
の例のピン位置変更手段では、ニープレート１２の部分
１２ｕに３つの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３
を設け、これらの取付け孔１２０１，１２０２，１２０
３のいずれか一つにクレビスピン１２００を選択的に取
り付けるようにする。３つの取付け孔１２０１，１２０
２，１２０３は、ひざ軸２０を中心とした円弧上に位置
する。そして、たとえば、真ん中の取付け孔１２０２
を、前記した図１における接点Ｔの位置から３０°だけ
上方に回転した位置に対応、つまりは揺動角度６０°の
通常の歩行の場合に対応させ、上方の取付け孔１２０３
を通常よりも揺動角度が大きい場合、また、下方の取付
け孔１２０１を通常よりも揺動角度が小さい場合にそれ
ぞれ対応させる。勿論、運動するような場合には、下方
の取付け孔１２０１を通常の揺動角度６０°の場合に対
応させ、残りの２つの取付け孔１２０２，１２０３を揺
動角度７０°および８０°にそれぞれ対応させるように
することもできる。また、図９に示す第２のピン位置変
更手段では、第１の例における３つの取付け孔１２０
１，１２０２，１２０３に代えて、一つの長孔１２０５
を設けている。長孔１２０５は、３つの取付け孔１２０
１，１２０２，１２０３を互いに連通させた形状であ
る。したがって、第２の例では、この長孔１２０５に対
するクレビスピン１２００の取付け位置を、たとえば揺
動角度６０°〜８０°の全範囲にわたって連続的に変更
することができる。なお、ロッド４０の本体と端部４５
とをネジ部４００を介して長さ調整可能に連結している
ため、このネジ部４００を利用してクレビスピン１２０
０の取付け位置の変化に応じることができる。
スピン１２００の位置を歩行速度に合わせて変更するこ
とができるピン位置変更手段を備える。図８に示す第１
の例のピン位置変更手段では、ニープレート１２の部分
１２ｕに３つの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３
を設け、これらの取付け孔１２０１，１２０２，１２０
３のいずれか一つにクレビスピン１２００を選択的に取
り付けるようにする。３つの取付け孔１２０１，１２０
２，１２０３は、ひざ軸２０を中心とした円弧上に位置
する。そして、たとえば、真ん中の取付け孔１２０２
を、前記した図１における接点Ｔの位置から３０°だけ
上方に回転した位置に対応、つまりは揺動角度６０°の
通常の歩行の場合に対応させ、上方の取付け孔１２０３
を通常よりも揺動角度が大きい場合、また、下方の取付
け孔１２０１を通常よりも揺動角度が小さい場合にそれ
ぞれ対応させる。勿論、運動するような場合には、下方
の取付け孔１２０１を通常の揺動角度６０°の場合に対
応させ、残りの２つの取付け孔１２０２，１２０３を揺
動角度７０°および８０°にそれぞれ対応させるように
することもできる。また、図９に示す第２のピン位置変
更手段では、第１の例における３つの取付け孔１２０
１，１２０２，１２０３に代えて、一つの長孔１２０５
を設けている。長孔１２０５は、３つの取付け孔１２０
１，１２０２，１２０３を互いに連通させた形状であ
る。したがって、第２の例では、この長孔１２０５に対
するクレビスピン１２００の取付け位置を、たとえば揺
動角度６０°〜８０°の全範囲にわたって連続的に変更
することができる。なお、ロッド４０の本体と端部４５
とをネジ部４００を介して長さ調整可能に連結している
ため、このネジ部４００を利用してクレビスピン１２０
０の取付け位置の変化に応じることができる。
【００２３】さらに、図１０に示す第３のピン位置変更
手段では、第２の例とは別の構成によって、クレビスピ
ン１２００の位置を連続的に変更することができる。第
３のピン位置変更手段では、ニープレート１２に取付け
ボルト１３００を設け、この取付けボルト１３００にク
レビスピン１２００を支持させている。取付けボルト１
３００には、一対のナット１３０１，１３０２がネジ結
合しており、それらナット１３０１，１３０２のネジ結
合の位置を変えることによって、取付けボルト１３００
を上下に移動させることができる。したがって、この取
付けボルト１３００の動きに応じて、それと一体のクレ
ビスピン１２００の位置を適切に変えることができる。
この発明の第３の形態では、クレビスピン１２００の位
置を手動で変えることなく自動的に変えることができる
ようにするため、ニープレート１２側に油圧シリンダ９
０を設けている。図１１に示す例では、油圧シリンダ９
０のシリンダ本体９１をニープレート１２に固定し、そ
の固定したシリンダ本体９１の内部をピストン９２が移
動可能である。ピストン９２からはロッド９２４が伸
び、ロッド９２４の端部を連結ロッド９３を介してＬ字
型レバー９４の一端に連結する。Ｌ字型レバー９４は、
支持ピン９５を中心にして揺動可能であり、揺動する他
方の端部にクレビスピン１２００を配置する。クレビス
ピン１２００は、すでに述べたとおり、エアシリンダ装
置３０のピストン３３から伸びるロッド４０の端部４５
に位置する。
手段では、第２の例とは別の構成によって、クレビスピ
ン１２００の位置を連続的に変更することができる。第
３のピン位置変更手段では、ニープレート１２に取付け
ボルト１３００を設け、この取付けボルト１３００にク
レビスピン１２００を支持させている。取付けボルト１
３００には、一対のナット１３０１，１３０２がネジ結
合しており、それらナット１３０１，１３０２のネジ結
合の位置を変えることによって、取付けボルト１３００
を上下に移動させることができる。したがって、この取
付けボルト１３００の動きに応じて、それと一体のクレ
ビスピン１２００の位置を適切に変えることができる。
この発明の第３の形態では、クレビスピン１２００の位
置を手動で変えることなく自動的に変えることができる
ようにするため、ニープレート１２側に油圧シリンダ９
０を設けている。図１１に示す例では、油圧シリンダ９
０のシリンダ本体９１をニープレート１２に固定し、そ
の固定したシリンダ本体９１の内部をピストン９２が移
動可能である。ピストン９２からはロッド９２４が伸
び、ロッド９２４の端部を連結ロッド９３を介してＬ字
型レバー９４の一端に連結する。Ｌ字型レバー９４は、
支持ピン９５を中心にして揺動可能であり、揺動する他
方の端部にクレビスピン１２００を配置する。クレビス
ピン１２００は、すでに述べたとおり、エアシリンダ装
置３０のピストン３３から伸びるロッド４０の端部４５
に位置する。
【００２４】エアシリンダ装置３０は、歩行速度に応じ
た反発力（この反発力は、歩行周期に応じて周期的に変
動し、その最大値は歩行速度が大きいほど大きい。）を
生じる。その反発力は、クレビスピン１２００およびＬ
字型レバー９４、さらに連結ロッド９３およびロッド９
２４を通して油圧シリンダ９０のピストン９２に加わ
る。その結果、ピストン９２は、反発力の大きさに応じ
た、つまりは歩行速度に応じて、その位置を変えること
になる。別にいうと、歩行速度に応じて、クレビスピン
１２００の位置が自動的に変わる。油圧シリンダ９０の
ピストン９２は、シリンダ本体９１の内部を左室９１ａ
および右室９１ｂに仕切り、右室９１ｂの中のバネ９６
によって常に左室９１ａ側に向かう力を受けている。し
たがって、ピストン９２は、バネ９６の力とエアシリン
ダ装置３０からの反発力とが釣り合う位置の近傍で静止
する。油圧シリンダ９０のピストン９２には、図１２が
示すように、２つの内部通路があり、各内部通路が左室
９１ａと右室９１ｂとを連通する。一方の内部通路には
逆止弁９７があり、逆止弁９７は、左室９１ａから右室
９１ｂへ向かう流れを禁じ、右室９１ｂから左室９１ａ
へ向かう流れを許す。また、他方の内部通路には、逆止
弁９８および絞り弁９９があり、絞り弁９９により流量
を制限し、しかも、逆止弁９８は右室９１ｂから左室９
１ａへ向かう流れを禁じ、左室９１ａから右室９１ｂへ
向かう流れを許す。歩行速度が大きくなると、バネ９６
の力とエアシリンダ装置３０からの反発力との釣り合い
がくずれる。バネ９６の力よりも大きな力が作用する間
は、右室９１ｂの油は逆止弁９７を含む内部通路を通っ
て左室９１ａに流れるので、ピストン９２は図１２の右
方向に移動する。他方、ピストン９２に作用する力がバ
ネ９６の力よりも小さい場合には、バネ９６の力がピス
トン９２を左方向に移動させようとするが、逆止弁９８
および絞り弁９９を含む内部通路での左室９１ａから右
室９１ｂへ向かう流れは絞り弁９８によって制限されて
いるため、油の移動量は少ない。その結果、ピストン９
２は徐々に右方向に移動し、ピストン９２に作用する力
とバネ９６の力とが釣り合う位置の近傍で静止する。一
方、歩行速度が小さくなると、ピストン９２に作用する
力の最大値が小さくなるために、先と同様な理由でピス
トン９２は徐々に左側に移動し、釣り合いの位置の近傍
で静止する。このような油圧シリンダ９０の特性を利用
することにより、エアシリンダ装置３０のロッド４０の
端部４５のクレビスピン１２００の取付け位置を連続的
に変化させることができる。
た反発力（この反発力は、歩行周期に応じて周期的に変
動し、その最大値は歩行速度が大きいほど大きい。）を
生じる。その反発力は、クレビスピン１２００およびＬ
字型レバー９４、さらに連結ロッド９３およびロッド９
２４を通して油圧シリンダ９０のピストン９２に加わ
る。その結果、ピストン９２は、反発力の大きさに応じ
た、つまりは歩行速度に応じて、その位置を変えること
になる。別にいうと、歩行速度に応じて、クレビスピン
１２００の位置が自動的に変わる。油圧シリンダ９０の
ピストン９２は、シリンダ本体９１の内部を左室９１ａ
および右室９１ｂに仕切り、右室９１ｂの中のバネ９６
によって常に左室９１ａ側に向かう力を受けている。し
たがって、ピストン９２は、バネ９６の力とエアシリン
ダ装置３０からの反発力とが釣り合う位置の近傍で静止
する。油圧シリンダ９０のピストン９２には、図１２が
示すように、２つの内部通路があり、各内部通路が左室
９１ａと右室９１ｂとを連通する。一方の内部通路には
逆止弁９７があり、逆止弁９７は、左室９１ａから右室
９１ｂへ向かう流れを禁じ、右室９１ｂから左室９１ａ
へ向かう流れを許す。また、他方の内部通路には、逆止
弁９８および絞り弁９９があり、絞り弁９９により流量
を制限し、しかも、逆止弁９８は右室９１ｂから左室９
１ａへ向かう流れを禁じ、左室９１ａから右室９１ｂへ
向かう流れを許す。歩行速度が大きくなると、バネ９６
の力とエアシリンダ装置３０からの反発力との釣り合い
がくずれる。バネ９６の力よりも大きな力が作用する間
は、右室９１ｂの油は逆止弁９７を含む内部通路を通っ
て左室９１ａに流れるので、ピストン９２は図１２の右
方向に移動する。他方、ピストン９２に作用する力がバ
ネ９６の力よりも小さい場合には、バネ９６の力がピス
トン９２を左方向に移動させようとするが、逆止弁９８
および絞り弁９９を含む内部通路での左室９１ａから右
室９１ｂへ向かう流れは絞り弁９８によって制限されて
いるため、油の移動量は少ない。その結果、ピストン９
２は徐々に右方向に移動し、ピストン９２に作用する力
とバネ９６の力とが釣り合う位置の近傍で静止する。一
方、歩行速度が小さくなると、ピストン９２に作用する
力の最大値が小さくなるために、先と同様な理由でピス
トン９２は徐々に左側に移動し、釣り合いの位置の近傍
で静止する。このような油圧シリンダ９０の特性を利用
することにより、エアシリンダ装置３０のロッド４０の
端部４５のクレビスピン１２００の取付け位置を連続的
に変化させることができる。
【００２５】また、図１３に示すように、油圧シリンダ
９０’のピストン９２’およびロッド９２４’をニープ
レート１２’に固定し、シリンダ本体９１’を移動させ
るようにすることもできる。この場合、移動するシリン
ダ本体９１’に対し、エアシリンダ装置３０のロッド４
０の端部４５を連結することになる。なお、油圧シリン
ダ９０，９０’の歩行速度への応答性は、内部通路の途
中の絞り弁９９の開度に依存する。したがって、この応
答性を高めるために絞り弁９９の開度を電子制御するよ
うにすることもできる。すなわち、歩行速度をマイクロ
コンピュータに入力し、予め入力されたプログラミング
により弁開度を変化させるようにしても良い。
９０’のピストン９２’およびロッド９２４’をニープ
レート１２’に固定し、シリンダ本体９１’を移動させ
るようにすることもできる。この場合、移動するシリン
ダ本体９１’に対し、エアシリンダ装置３０のロッド４
０の端部４５を連結することになる。なお、油圧シリン
ダ９０，９０’の歩行速度への応答性は、内部通路の途
中の絞り弁９９の開度に依存する。したがって、この応
答性を高めるために絞り弁９９の開度を電子制御するよ
うにすることもできる。すなわち、歩行速度をマイクロ
コンピュータに入力し、予め入力されたプログラミング
により弁開度を変化させるようにしても良い。
【図１】 この発明の基本的な考え方を説明するための
原理図である。
原理図である。
【図２】 図１と一緒になってこの発明の基本的な考え
方を説明するための特性図であって、ニープレートの回
転角度−ピストンの移動速度の関係を示す図である。
方を説明するための特性図であって、ニープレートの回
転角度−ピストンの移動速度の関係を示す図である。
【図３】 この発明を適用した大腿義足の全体的な構成
を示す図であり、ひざが伸展した時の状態を示す断面図
である。
を示す図であり、ひざが伸展した時の状態を示す断面図
である。
【図４】 図３の大腿義足のひざが屈曲した時の状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図５】 図３と同様の伸展状態であり、ひざが完全に
伸展した状態を示す要部の断面図である。
伸展した状態を示す要部の断面図である。
【図６】 図４の状態からさらに屈曲し、最大に屈曲し
た状態を示す要部の断面図である。
た状態を示す要部の断面図である。
【図７】 エアシリンダ装置の詳細を示す断面図であ
る。
る。
【図８】 第１の例のピン位置変更手段を含む義足の要
部を示す断面図である。
部を示す断面図である。
【図９】 第２の例のピン位置変更手段を含む義足の要
部を示す断面図である。
部を示す断面図である。
【図１０】 第３の例のピン位置変更手段を含む義足の
要部を示す断面図である。
要部を示す断面図である。
【図１１】 別のタイプのピン位置変更手段を含む義足
の概略的な構成を示す模式図である。
の概略的な構成を示す模式図である。
【図１２】 図１１の義足に用いる油圧シリンダの内部
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
【図１３】 図１１の義足の変形例を示す模式図であ
る。
る。
１０ 大腿義足 １２ ニープレート １２０ 上部材 １４ フレーム １４０ 下部材 ２０ ひざ軸 ３０ エアシリンダ装置 ４０ ロッド ５０ ブレーキ手段 １２００ クレビスピン（第２のピン） １４００ トラニオンピン（第１のピン）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 正彦 兵庫県神戸市西区福吉台１丁目1617番１ 株式会社ナブコ西神工場内
Claims (19)
- 【請求項１】 装着者の荷重が加わるニープレートを含
む上部材と、この上部材に対しひざの部分で連結される
下部材と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連結
するひざ軸と、前記上部材と前記下部材との間に連結さ
れ、ひざの屈曲および伸展に応じてストロークすること
によって歩行を補助するエアシリンダ装置と、前記エア
シリンダ装置の一端を前記下部材に回転可能に連結する
第１のピンと、前記ニープレートに支持される別のピン
であり、前記エアシリンダ装置の他端を前記上部材に回
転可能に連結する第２のピンとを備えるエアシリンダ装
置を含む義足において、ひざが完全に伸展した状態の下
で前記第２のピンの取付け位置について次のＡの条件を
満足する、エアシリンダ装置を含む義足。 Ａ．前記ひざ軸を中心として回転する第２のピンの回転
軌跡に対し、前記第１のピンから接線を引くとき、その
接線の接点が歩行に伴う前記第２のピンの揺動範囲の中
心に位置していること。 - 【請求項２】 前記エアシリンダ装置は、ひざの屈曲時
にはシリンダ長が小となり、ひざの伸展時にはシリンダ
長が大となる、請求項１の義足。 - 【請求項３】 前記エアシリンダ装置は、筒型のシリン
ダ本体と、そのシリンダ本体の内部にあって、シリンダ
本体をボトム側の第１室、ヘッド側の第２室に区画する
ピストンと、一端がそのピストンと一体であり、他端側
が前記シリンダ本体のヘッド側から外部へ伸びるロッド
とを備える、請求項１の義足。 - 【請求項４】 前記ひざの後部であって、前記ロッドの
端部に前記第２のピンが位置する、請求項３の義足。 - 【請求項５】 前記下部材は内部中空なフレームを含
み、そのフレームの内部に前記エアシリンダ装置のシリ
ンダ本体が入り込んでいる、請求項１の義足。 - 【請求項６】 前記歩行に伴う第２のピンの揺動範囲
は、約６０°〜約８０°である、請求項１の義足。 - 【請求項７】 前記第２のピンの揺動範囲は、ゆっくり
歩きから通常の歩行の速度に対応するとき約６０°であ
り、早歩きの速度に対応するとき約７０°であり、小走
りの速度に対応するとき約８０°である、請求項６の義
足。 - 【請求項８】 前記ニープレートに対する第２のピンの
取付け位置を変更可能である、請求項１、６あるいは７
のいずれかの義足。 - 【請求項９】 前記第２のピンの取付け位置は、前記ひ
ざ軸を中心とした円弧に沿って変更可能である、請求項
８の義足。 - 【請求項１０】 前記ひざ軸、ならびに前記第１および
第２の各ピンが一直線上に位置し、前記エアシリンダ装
置が下死点に位置するとき、前記ひざが９０°を越える
角度に屈曲する、請求項１の義足。 - 【請求項１１】 前記第１のピンはトラニオンピンであ
り、前記第２のピンはクレビスピンである、請求項１の
義足。 - 【請求項１２】 前記ひざ軸の回りに、前記ニープレー
トを通して加わる荷重に応じてブレーキ力を生じるブレ
ーキ手段がある、請求項１の義足。 - 【請求項１３】 装着者の荷重が加わるニープレートを
含む上部材と、この上部材に対しひざの部分で連結され
る下部材と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連
結するひざ軸と、前記上部材と前記下部材との間に連結
され、ひざの屈曲および伸展に応じてストロークするこ
とによって歩行を補助するエアシリンダ装置と、前記エ
アシリンダ装置の一端を前記下部材に回転可能に連結す
る第１のピンと、前記エアシリンダ装置の他端を前記上
部材に回転可能に連結する第２のピンと、この第２のピ
ンの位置を、歩行速度に応じて変えることができるピン
位置変更手段とを備える、エアシリンダ装置を含む義
足。 - 【請求項１４】 前記エアシリンダ装置は、筒型のシリ
ンダ本体と、そのシリンダ本体の内部にあって、シリン
ダ本体をボトム側の第１室、ヘッド側の第２室に区画す
るピストンと、一端がそのピストンと一体であり、他端
側が前記シリンダ本体のヘッド側から外部へ伸びるロッ
ドとを備え、このロッドの端部に前記第２のピンを支持
する、請求項１３の義足。 - 【請求項１５】 前記第２のピンを支持する前記ロッド
の端部は、前記ピストンと一体の前記ロッドの本体部分
に対しネジ結合され、このネジ結合を利用して前記ピス
トン側から前記第２のピンに至る前記ロッドの軸線方向
の長さを変えることができる、請求項１４の義足。 - 【請求項１６】 前記ピン位置変更手段は、前記上部材
のニープレートに設けた複数の取付け孔を含み、これら
の取付け孔のいずれか一つに前記第２のピンを選択的に
取り付けることによって、前記第２のピンの位置を変更
する、請求項１３〜１５の義足。 - 【請求項１７】 前記ピン位置変更手段は、前記上部材
のニープレートに設けた長孔を含み、前記第２のピンを
この長孔に沿って移動および固定可能に構成することに
よって、前記第２のピンの位置を変更する、請求項１３
〜１５の義足。 - 【請求項１８】 装着者の荷重が加わるニープレートを
含む上部材と、この上部材に対しひざの部分で連結され
る下部材と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連
結するひざ軸と、前記上部材と前記下部材との間に連結
され、ひざの屈曲および伸展に応じてストロークするこ
とによって歩行を補助するエアシリンダ装置と、前記エ
アシリンダ装置の一端を前記下部材に回転可能に連結す
る第１のピンと、前記エアシリンダ装置の他端と前記上
部材との間を連結するための連結手段とを備え、この連
結手段が、前記エアシリンダ装置の他端に位置する第２
のピンと、前記上部材に支持され歩行速度に応じて内部
のピストンの位置を変える油圧シリンダと、この油圧シ
リンダと前記第２のピンとの間を結合するリンク機構と
を含む、エアシリンダ装置を含む義足。 - 【請求項１９】 前記油圧シリンダは、前記エアシリン
ダ装置からの力を前記第２のピンを介して受け、その力
が大きくなるにつれて、前記第２のピンを前記第１のピ
ンから遠ざけるように前記内部のピストンの位置を連続
的に変化させる、請求項１８の義足。
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