(57)【要約】      （修正有）【課題】人工膝関節用の制御が容易に可能な制動システムの提供。【解決手段】分散し、交互に並ぶ複数のロータ２２０とステータ２３０を使用して間に形成されるギャップ内の磁気レオロジー流体を剪断する可変トルク磁気レオロジー作動人工膝２１０である。「剪断モード」の動作では、流体の圧力上昇または圧力変化は実質的にないか、無視できるくらい小さいため都合がよい。さらに、望ましくは、複数のＭＲ流体ギャップまたは流束界面ではトランスミッションを使用しなくても低速で強いトルクが得られ、また動的トルク範囲が広い。一実施形態では、ロータ２２０および／またはステータ２３０間のギャップを閉じて、摩擦トルク成分を発生し、それにより、「ハイブリッド」制動システムを形成し、粘性トルクと摩擦トルクの組合せである全トルクまたはダンピングを発生させることができる。【選択図】図４
2010012273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工関節装置であって
ロータと、
前記ロータとの間にギャップを形成するように間隔をおいて配置されたステータと、
前記ギャップ内に存在する印加磁界に応答してレオロジーの変化を受けるように適合されている流体と、を備え、
前記ロータ及びステータの少なくとも一方は、互いに対して前記人工関節装置の軸回りに回転可能であり、
前記磁界の変化が前記流体のレオロジーを変化させるとともに、前記ロータ及びステータの間の相対回転により引き起こされる前記ロータ及びステータの間の前記液体の剪断が、前記装置の制御可能な可変ダンピングを発生する人工関節装置。
【請求項２】
前記ロータは、２つの相対する方向に回転可能である、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項３】
前記ロータ及びステータの相対回転は、最大１５０度の角度でなされる、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項４】
前記ロータ及びステータの少なくとも１つが横方向に変位可能で、前記ロータ及びステータの間の機械的接触を引き起こし、ダンピングに摩擦成分を供給する、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項５】
交互に分散されて並べられた複数のロータ及び複数のステータを備え、
前記複数のロータと複数のステータとの間のギャップ内に前記流体が収められている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項６】
前記流体が、磁性流体を備える請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項７】
前記人工関節装置が人工膝装置を備え、当該人工膝装置が人工膝を備えている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項８】
前記ロータ及びステータは、ほぼ平坦である請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項９】
力センサをさらに備えている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１０】
トルクセンサをさらに備えている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１１】
前記ロータとステータとの間の回転角を測定するように構成された角度センサをさらに備えている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１２】
前記磁界は、前記流体の粘度を変化させる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
外側ハウジングをさらに備える、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１４】
前記外側ハウジングが、義足ソケットまたは肢切断患者の残りの肢への接続を容易にするコネクタを備えている、請求項１３に記載の人工関節装置。
【請求項１５】
前記コネクタは、錐体コネクタを含む、請求項１４に記載の人工関節装置。
【請求項１６】
マイクロプロセッサをさらに備えている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１７】
前記人工関節装置に機械的に接続される補綴足を備えている、請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１８】
略円筒状の空洞を有する外側略円筒部材と、前記略円筒状の空洞内に設置される内側略円筒部材とを備えており、
前記外側略円筒部材は前記ロータであり、前記内側略円筒部材は前記ステータである請求項１に記載の人工関節装置。
【請求項１９】
前記ギャップは、前記外側略円筒部材と内側略円筒部材との間に形成される空間を有し、当該空間内に前記流体が収められている、請求項１８に記載の人工関節装置。
【請求項２０】
前記外側略円筒部材の上端に、義足ソケットまたは肢切断患者の残りの肢への接続を容易にするコネクタを備えている、請求項１９に記載の人工関節装置。
【請求項２１】
前記コネクタは、錐体コネクタである、請求項２０に記載の人工関節装置。
【請求項２２】
前記外側略円筒部材は、前記内側略円筒部材に対し、前記軸回りに回転可能である、請求項２０に記載の人工関節装置。
【請求項２３】
前記内側略円筒部材は、補綴足に機械的に接続される、請求項２０に記載の人工関節装置。
【請求項２４】
前記流体が、磁性流体を備える、請求項２０に記載の人工関節装置。
【請求項２５】
前記磁性流体に磁界を印加する電磁石をさらに備えている、請求項２４に記載の人工関節装置。
【請求項２６】
前記電磁石は、前記外側略円筒部材及び前記内側略円筒部材の１つに接続されている、請求項２５に記載の人工関節装置。
【請求項２７】
前記電磁石に接続された電源をさらに備えた請求項２５に記載の人工膝装置。
【請求項２８】
前記人工関節装置の作動を制御しモニタするフィードバック制御システムをさらに備えている、請求項２０に記載の人工膝装置。
【請求項２９】
前記内側略円筒部材と外側略円筒部材との間の回転角を測定するための少なくとも一つのセンサをさらに備えている、請求項２０に記載の人工関節装置。
【請求項３０】
前記人工関節装置の作動を制御しモニタするマイクロプロセッサ及び一つ以上のセンサをさらに備えている、請求項２０に記載の人工関節装置。
【請求項３１】
人工関節装置を操作する方法であって、当該人工関節装置がロータとステータとを備え、前記ロータ及びステータの少なくとも一方は互いに対して前記人工関節装置の軸回りに移動可能である、人工関節装置を操作する方法であって、
前記人工膝装置により、前記ロータとステータとの間の印加された磁界に応じてレオロジー変化を受けるように適合された流体を剪断するステップと、
前記人工関節装置により、前記磁界を調整して、前記流体のレオロジーを変化させることで、前記人工関節装置の可変ダンピングを発生させるステップと
を備える方法。
【請求項３２】
前記人工関節装置により、前記ロータとステータとの相対回転を制御することで、前記ロータとステータとの間の相対回転を最大１５０度とするステップをさらに備えている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記ロータは、２つの相対する方向に回転可能である、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記ロータ及びステータは、ほぼ平坦である請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記ロータ及びステータは、略円筒である請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記人工関節装置と下肢補綴部材との接続を容易にするコネクタをさらに備えている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記流体が、磁性流体を備えている、請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
前記磁界は、前記流体の粘度を変化させる、請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に人工関節に関するものであり、詳しくは、人工膝関節用の制御可能な制動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、（ｉ）さまざまな力で一方の材料表面と他方の表面とがこすれる乾燥摩擦ブレーキ、（ｉｉ）さまざまなサイズの開口部または流れ制限板を通じて圧縮された作動流体を使用する粘性トルクブレーキ、および（ｉｉｉ）流体の粘度が印加磁界に応じて変化する、ＭＲ流体（流体中に鉄微粒子が懸濁している）が固定された開口部または流れ制限板を通じて圧縮される磁気レオロジー（ＭＲ）ブレーキまたはダンパーの３種類の可変トルクブレーキが採用されていた。これらの技術はそれぞれ、補綴学の分野において従来実践されているものであり、いくつかの欠点が見られる。
【０００３】
乾燥摩擦ブレーキは一般に、そのサイズに対し、かなりのトルク範囲を持つが、制御が困難な場合が多いという点で望ましくない。摩擦パッドは、長時間使用した後、磨耗しがちであり、そのため、所定の強制されたトルクに対するブレーキとトルク応答の摩擦特性が変わる。このため、ダンピング性能が信頼できないものとなり、肢切断患者の歩行に悪影響を及ぼし、肢切断患者が不快な思いをすることになるという欠点がある。したがって、乾燥摩擦ブレーキは、頻繁な整備および／または交換を必要とし、これはコスト増につながり望ましくない。
【０００４】
高負荷状態では、粘性トルクブレーキは作動液の漏れの影響を受けやすく、場合によっては、過剰な圧力上昇による損傷を受けることもある。その結果、一度ブレーキ装置が過負荷になると普通の状態に戻らないため不可逆状態を生じる可能性があるという欠点がある。したがって、人工関節に使用するこのような粘性トルクブレーキは致命的な故障を発生しがちであり、したがって、肢切断患者の安全性の面で信頼性が低く、有害であると考えられる。
【０００５】
「弁モード」という用語は、従来の粘性トルクブレーキで使用される機械弁の代わりに流れの方向に対し垂直な可変磁界を印加することにより開口部を通じてＭＲ流体の流れを制御することを意味する。「弁モード」で動作するＭＲブレーキもまた、内部流体圧力が上昇し、したがって、従来の圧力に起因する故障の影響を受けやすく、肢切断患者は危険に晒されるという欠点がある。
【発明の概要】
【０００６】
そこで、本発明の主な目的と利点の１つは、分散され交互に並べられた複数のロータとステータを利用し、それらの間に形成されたギャップ内の磁気レオロジー流体を剪断する可変トルク磁気レオロジー作動人工膝を実現することにより上記の制限の一部または全部を克服することである。「剪断モード」の動作では、流体の圧力上昇または圧力変化は実質的にないか、無視できるくらい小さいため都合がよい。さらに、望ましくは、複数のＭＲ流体ギャップまたは流束界面ではトランスミッションを使用しなくても低速でまたは停止状態で強いトルクが得られ、また動トルク範囲が広く、本発明の用途が広がる。本発明の一実施形態では、ロータおよび／またはステータでそれらの間のギャップを閉じて、摩擦トルク成分を発生し、それにより、「ハイブリッド」制動システムを形成し、粘性トルクと摩擦トルクの組合せである全トルクまたはダンピングを発生させることができる。
【０００７】
好ましい一実施形態によれば、下肢運動を正確にかつすばやく制御する磁気レオロジー作動回転式人工膝が提示されている。人工膝は一般に、実質的中央コアと一対の側版、複数の分散され交互に並ぶ軟磁性のロータおよび軟磁性のステータ、中央コアとロータおよびステータとの間に配置された電磁石、および一対のベアリングを備える。中央コアと側版は、軟磁性材料で形成され、磁気戻り通路をなす。ロータおよびステータは、それらの間に複数のギャップが形成されるように配列されている。ギャップには、膝回転時に剪断される磁気レオロジー流体が含まれる。電磁石は電気信号に応答して変化する磁界を発生し、これにより磁気レオロジー流体の粘度の変化を制御する。ベアリングは、ロータおよび下肢の向こう脛部分と回転方式で連絡しており、人工膝から向こう脛部分へ回転抵抗トルクを伝達する。
【０００８】
他の好ましい実施形態によれば、膝関節の回転をダンピングするため人工膝用に制御可能な磁気レオロジーブレーキを備える。磁気レオロジー膝は、一般に、複数の交互に配列され間隔をあけて並べられた磁化可能なロータおよび磁化可能なステータ、磁気レオロジー流体、および磁石を備える。ロータおよびステータは、人工膝の回転の軸を中心に同心円状に配置される。磁気レオロジー流体は、ロータとステータの間に形成される複数のギャップ内に置かれる。磁石は印加された電圧に応答し、また変化する磁界を発生するように改造されており、この磁界はロータ、ステータ、および磁気レオロジー流体内を通過する。ロータとステータの間のギャップ内にある磁気レオロジー流体の剪断力により、可変トルク出力が発生し、これにより、人工膝の回転が正確に制御される。
【０００９】
さらに他の好ましい実施形態によれば、広範な動的トルク範囲を発生する電子制御人工膝を実現する。人工膝は一般に、複数のロータ、複数のステータ、および印加磁界に応じてレオロジーの変化を受けるように適合された流体を備える。ロータの材質は鉄である。ロータは回転可能であり、人工膝の回転の軸を中心に横方向に変位できる。ステータの材質は鉄であり、ロータと交互に並ぶように配置され、その間にギャップを形成する。ステータは、人工膝の回転の軸を中心に横方向に変位できる。流体は、ロータとステータの間に形成されるギャップ内に置かれる。磁界が作動すると、膝回転中に制御可能な可変膝ダンピングトルクが発生する。
【００１０】
他の好ましい実施形態によれば、肢切断患者用の回転式人工膝を実現する。人工膝は一般に、回転可能な内側スプライン、内側スプラインとかみ合う複数のロータ、ロータと交互に並べて配置された複数のステータ、ステータとかみ合う外側スプライン、およびロータとステータの間の複数の密封されたギャップ内に置かれる磁気制御可能媒体を備える。磁気制御媒体は、印加磁界に応じて制御された大きなバルク特性変化を受けるように適合処理を受けており、磁気制御媒体を剪断するロータの回転を正確に制御し、人工膝の回転のダンピングを変化させることで、肢切断患者の実質的に自然な歩行を可能にする。
【００１１】
好ましい一実施形態によれば、人工膝の可変トルク磁気レオロジーブレーキを実現する。ブレーキは一般に、実質的中央コア、中央コアの第１の端に接続されている第１の側板、中央コアの第２の端に接続されている第２の側板、および第１の側板と第２の側板の間に配置された回転可能、横方向変位可能なブレードを備える。ブレーキはさらに、ブレードとプレートとの間に形成された一対の微小ギャップ内に磁気レオロジー流体および、磁界を発生する磁石を備え、中央コア、第１の側板、第２の側板、ブレード、および磁気レオロジー流体を通る磁気回路が作られる。微小ギャップのサイズは、磁界の値が０のときにブレードと側板の間の摩擦接触が実質的にないようにできる限り小さく最適なサイズにされており、人工膝は自由に旋回し動的範囲が広くなる。
【００１２】
他の好ましい実施形態によれば、人工膝の制御可能回転式ダンパーを実現する。ダンパーは一般に、分散して並べられた複数の内側ロータおよび外側ロータ、複数の磁気レオロジー流体膜、一対の側板と電磁石を備える。内側ロータおよび外側ロータは、人工膝の軸を中心に同心円状に配列される。磁気レオロジー流体膜は、内側ロータと外側ロータの間の複数のギャップ内に置かれる。側板の対が内側ロータと外側ロータをサンドイッチ状にはさみ、側板の少なくとも１つは人工膝の軸にそって横方向に移動可能である。内側ロータ、外側ロータ、磁気レオロジー流体、および側板を通り磁界を形成するように電磁石を改造する。内側ロータと外側ロータの相対的回転および側板の少なくとも一方の横方向の動きにより、可変ダンピングトルクが発生し、これにより人工膝の回転を制御できる。
【００１３】
好ましい一実施形態によれば、電子人工膝の回転をすばやくかつ正確に制御する方法を提示する。人工膝は一般に、複数の交互に分散させて並べた軟磁性のロータ、軟磁性のステータ、およびロータとステータの間に形成される複数のギャップ内に存在する磁気レオロジー流体を備える。この方法は、磁界を印加し、隣接するロータとステータの間の摩擦接触を発生させることでロータとステータの間に引力を発生させるステップを含む。これにより、人工膝の回転が摩擦でダンピングする。ロータとステータの間に形成されるギャップに存在する磁気レオロジー流体を剪断して、前記人工膝の回転を粘性ダンピングさせる。磁界を調整し、磁気レオロジー流体の粘度と隣接するロータとステータの間の引力をすばやくかつ正確に変化させる。これにより、人工膝の屈曲と伸展を制御する可変回転ねじれ抵抗が得られる。
【００１４】
本発明と従来技術に勝る利点を要約するために、本発明のいくつかの目的と利点を上で説明した。もちろん、必ずしもこのような目的または利点すべてが本発明の特定の実施形態により達成されるとは限らないことは理解されるであろう。そこで、例えば、当業者であれば、本発明は本明細書中で教示または示唆しているように必ずしも他の目的または利点を達成せずとも本明細書中で教示しているように１つの利点または利点のグループを達成または最適化する方法で具現化または実施できることを認識するであろう。
【００１５】
これらの実施形態はすべて、本明細書に開示されている本発明の範囲内にあることを意図している。本発明のこれらの実施形態および他の実施形態は、当業者であれば、添付されている図面を参照している好ましい実施形態の以下の詳細な説明から容易に理解するであろうし、また本発明が開示されている特定の好ましい実施形態に限られないことも理解するであろう。
【００１６】
こうして、本発明の一般的性質と本質的特徴および利点を要約したが、いくつかの好ましい実施形態およびその修正は、当業者にとっては、次の図を参照する詳細な説明から明白なことであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】姿勢および旋回フェーズでのさまざまな手足の位置を示す通常の人の一運動サイクルの概略図である。
【図２】電子制御人工膝を備え、本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を有する下肢補綴アセンブリの概略図である。
【図３】本発明の人工膝の好ましい一実施形態の一般的構成全体を示す単純化された概略図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を有する磁気レオロジー作動人工膝の詳細分解斜視図である。
【図５】図４の人工膝の断面図である。
【図６】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を有する図４のコアの透視図である。
【図７】図６のコアの側面図である。
【図８】図６のコアの端面図である。
【図９】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ図４のコア側板の１つの正面図である。
【図１０】図９のコア側板の背面図である。
【図１１】図９の線１１−１１に沿った断面図である。
【図１２】図１１の領域１２−１２の拡大図である。
【図１３】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ組合せたコアおよび関連側板の正面図である。
【図１４】図１３の線１４−１４に沿った断面図である。
【図１５】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ図４の内側スプラインの端面図である。
【図１６】図１５の線１６−１６に沿った断面図である。
【図１７】図１６の領域１７−１７の拡大図である。
【図１８】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ図４のロータの１つの正面図である。
【図１９】図１８のロータの側面図である。
【図２０】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ図４のステータの１つの正面図である。
【図２１】図２０のステータの側面図である。
【図２２】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ図４の外側スプラインの透視図である。
【図２３】図２２の外側スプラインの端面図である。
【図２４】図２２の外側スプラインの上面図である。
【図２５】図２３の線２５−２５に沿った断面図である。
【図２６】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つコアの透視図である。
【図２７】図２６のコアの側面図である。
【図２８】図２６のコアの端面図である。
【図２９】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ第１のコア側板の透視図である。
【図３０】図２９のコア側板の正面図である。
【図３１】図２９のコア側板の背面図である。
【図３２】図３１の線３２−３２に沿った断面図である。
【図３３】図３２の領域３３−３３の拡大図である。
【図３４】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ第２のコア側板の透視図である。
【図３５】図３４のコア側板の背面図である。
【図３６】図３５の線３６−３６に沿った断面図である。
【図３７】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ磁気コイルの透視図である。
【図３８】図３４の磁気コイルの端面図である。
【図３９】図３８の線３９−３９に沿った断面図である。
【図４０】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ内側スプラインの透視図である。
【図４１】図４０の内側スプラインの端面図である。
【図４２】図４０の内側スプラインの側面図である。
【図４３】図４１の領域４３−４３の拡大図である。
【図４４】図４２の領域４４−４４の拡大図である。
【図４５】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つロータの正面図である。
【図４６】図４５のロータの側面図である。
【図４７】図４５の領域４７−４７の拡大図である。
【図４８】本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つステータの正面図である。
【図４９】図４８のステータの側面図である。
【図５０】図４８の領域５０−５０の拡大図である。
【図５１】磁気戻り通路が膝の外側を通る磁気レオロジー作動人工膝の他の好ましい実施形態の断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
人間の通常の歩行／走行を理解することが、運動を制御し効果的な下肢補綴を設計し開発する際の基盤となる。通常の人間の移動運動または歩行は、手足と胴体のリズミカルな一連の交互運動で身体の重心の前方進行が生じることであると記述できる。
【００１９】
図１に概略が示されている一代表的歩行サイクルは、一方の下肢１０のかかと着地から同じ下肢１０のかかとの次の着地までの間に発生する活動の繰り返しである。肢または脚１０は一般に、足１２および、膝つまり膝関節１８を介して大腿部１６に結合されたつまり関節でつながっている向こう脛部分１４からなる。１回の歩行サイクルで各下肢または脚は、１つの姿勢または伸展フェーズ２０と１つの旋回フェーズ２２を通る。
【００２０】
姿勢フェーズ２０は、かかとが床または支えている地面に接触したときのかかとの着地２４から始まり、姿勢膝は軽く屈曲し始める。この屈曲は、衝撃を受けたときの衝撃吸収を行い、さらに、身体の重心を保持し、より一定した垂直レベルの姿勢に保つ。
【００２１】
かかと着地２４後まもなく、足が平たくなるフェーズ２６の始まりのときに足の裏が地面と接触する。姿勢膝が最大の屈曲になった後、関節が再び伸展し始めると、身体の重さが振るようにして移動し支えている脚に直接かかり、足を軸に回転し続けて、中姿勢２８で最大伸展に達する。
【００２２】
くるぶしより上の身体質量が前方に回転し続け、かかと外れ３０でかかとが地面から上がって離れる。この後すぐ、身体はふくらはぎの筋肉の強制的動作により前進させられる（プッシュオフ）。プッシュオフフェーズは、つま先離れ３２で地面から足全体が上がったときに終了する。
【００２３】
後の姿勢で、支えている脚の膝が、振れによる移動のため足が地面から離れる準備として屈曲する。これは、通常、「膝を折る」と文字通り呼ばれている。このときに、隣の足は地面をけり、身体は「二重支えモード」にある、つまり、両脚が体重を支えている。
【００２４】
つま先離れ３２で、臀部が屈曲し、膝が膝折れである角に達すると、足は地面を離れ、膝は振れフェーズまで屈曲し続ける。早期の振れで、足が加速する。中振れ３４で最大の屈曲に達した後、膝は伸び始め、足は減速する。膝が伸びきると、足はもう一度、かかと着地２４’で地面に置かれ、次の歩行サイクルが開始する。
【００２５】
通常、解剖学的肢位は立位であり、したがって、屈曲は体部位が伸展または姿勢または解剖学的肢位から離れてゆく移動である。そのため、膝の曲がりが膝の屈曲となる。伸張は、手足が解剖学的肢位に向かって移動することであり、したがって、膝の伸展は「まっすぐにする」方向の移動である。
【００２６】
一般に水平面上の典型的な正常歩行進行では、最大屈曲角はαF約７０°から８０°の範囲で変化する。最大伸展角αEは通常、１８０°近辺である。したがって、水平歩行時、正常な人間の膝は約７０°〜８０°の範囲で回転し、始めおよび中ほどの姿勢の全伸展の位置からつま先離れ後まもなくの７０°〜８０°の屈曲まで変わる。他の状況では、例えば、座位では、最大屈曲角αFは約１４０°〜１５０°となりうる。
【００２７】
システムの概要 図２は、電子制御能動的膝義足を備え、本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を持つ下肢補綴アセンブリまたは義足１００の概略図である。後で詳しく述べるように、好ましくは、能動的膝義足は可変トルク磁気レオロジー（ＭＲ）制動システム１１０を備え、肢切断患者が行う移動および／またはその他の運動活動時に自然な膝関節の位置と運動を実質的にシミュレートする抵抗力を生み出す。一方の端で、人工膝１１０は、肢切断患者の残りの肢または大腿部１０４を受ける残りの肢ソケット１０２に結合または機械的に接続され、人工膝１１０の他端は義足（ｐｙｌｏｎ）またはすね部１０６に結合または機械的に接続され、さらにこれは補綴または人工足１０８に結合または機械的に接続される。
【００２８】
本発明の人工膝関節１１０では肢切断患者がさまざまな状況のもとで快適かつ安全に移動しかつ／または適応することができるという点で都合がよい。例えば、歩行中、走行中、腰を下ろしている最中、またはユーザがスーツケースを持ち上げたり、斜面を歩いて下るときなどの環境または周囲状態の微妙なまたは激しい変化が発生した場合などがある。
【００２９】
人工膝関節１１０は、重量が肢にかかったときに座屈を制限する姿勢制御を行う。さらに、人工膝１１０は空中振れ制御を行い、膝は滑らかにかつ自然に、かかと着地寸前または着地時に全伸展に達するようにしている。さらに、人工膝１１０は、抵抗トルクレベルの範囲および／または大きさを調整かつ／または微調整することにより、体重、身長、および活動レベルの異なるさまざまな患者で使用できるように改造できる。
【００３０】
好ましくは、本発明の人工膝関節１１０は、大腿部横断（膝上、Ａ／Ｎ）肢切断患者で使用される。それとは別に、または任意選択で、人工膝関節１１０は、必要に応じてまたは望みに応じて切断が膝関節を通る膝関節離断術（Ｋ／Ｄ）肢切断患者で使用するように改造でき、その際に、実質的に自然な感触および／または安全な補綴装置を実現するという目標、および／または本発明で教示または示唆されているように特徴および利点の１つまたは複数を達成するという目標を当然考慮する。
【００３１】
図３は、本発明の好ましい一実施形態による回転式人工膝または磁気レオロジー（ＭＲ）制動システム１１０の概略図である。膝アクチュエータ１１０は、電磁石または磁気コイル１１４で実質的に囲まれたあるいは包まれている実質的中央コア１１２を備え、側板またはディスク１１６、１１８の対と機械的に連絡している。可変制御電流を電磁石１１４に流すことにより、可変磁界が発生する。中央コア１１２と側板１１６、１１８は鉄製の磁化可能または磁性材料などで製造されるのが好ましい。より好ましくは、中央コア１１２と側板１１６、１１８は高磁束飽和密度、高透磁率の軟磁性材料で製造する。
【００３２】
人工膝１１０はさらに、内側スプライン１２２と機械的に連絡する複数の内側ブレードまたはプレート１２０を備える。内側スプライン１２２は、一般に、電磁石１１４を囲むかまたは包み、側板１１６、１１８に結合または機械的に接続されている。ブレード１２０は、回転のブレーキ軸１２４を中心に同心円状に配列するのが好ましい。内側スプライン１２２は、回転の膝関節軸１２４を中心に回転できるのが好ましく、したがって、ブレードまたはロータ１２０およびコア側板１１６、１１８もそうである。内側スプライン１２２の回転は、脚の下側部位（膝より下）の回転または移動に対応する。
【００３３】
人工膝１１０はさらに、外側スプライン１３２と機械的に連絡する複数の外側ブレードまたはプレート１３０を備える。外側スプライン１３２は一般に、内側スプライン１２２を囲むか、または包む。ブレード１３０は、回転のブレーキ軸１２４を中心に同心円状に配列するのが好ましい。外側スプライン１３２は、回転の膝関節軸１２４を中心に回転できるのが好ましく、したがって、ブレードまたはステータ１３０もそうである。外側スプライン１３２の回転は、脚の上側部位（膝より上）の回転または移動に対応する。外側スプラインまたはハウジング１３２は、人工膝関節１１０を適当な義足ソケットなどに接続しやすくする手段を備えるのが好ましい。外側スプライン１３２、したがってステータ１３０は、義足ソケットまたは残りの肢に関して実質的に回転しないように結合するか、または回転できないようにするのが好ましい。
【００３４】
複数のロータ１２０およびステータ１３０は交互に並べて分散しており、隣接するブレード１２０と１３０間のギャップは、磁気レオロジー（ＭＲ）流体１３４を備え、これは、内側スプライン１２２と外側スプライン１３２の間に形成されるキャビティまたは通路内に入る。好ましい一実施形態では、隣接するロータ１２０とステータ１３０の間のギャップまたは微小ギャップ内のＭＲ流体１３４は、隣接するロータ１２０とステータ１３０の間の薄い潤滑膜の形態をとる。側板１１６、１１８と隣接するステータ１３０の間に存在するＭＲ流体の剪断も、膝ダンピングに貢献できる。
【００３５】
膝関節回転時、ロータ１２０とステータ１３０の間の複数のギャップ内のＭＲ流体が剪断され、肢回転を制御するダンピングトルクを発生する。ブレードまたはディスク１２０および１３０は、鉄製の磁化可能または磁性材料などで製造されるのが好ましい。ブレードまたはディスク１２０および１３０は、機械的に実用的であるとおり、高透磁率でかつ軟磁性材料で製造されるとさらに好ましい。
【００３６】
膝関節１１０はさらに、それぞれの側板１１６、１１８に結合または接続された一対のボールベアリング１２６、１２８を備える。ボールベアリング１２６、１２８はさらに、それぞれの側壁または取り付けフォーク１３６、１３８に結合または接続される。したがって、回転式カップリングが内側スプライン１２２と取り付けフォーク１３６、１３８の間に形成される。取り付けフォーク１３６、１３８は、外側スプライン１３２と組合せて、膝関節１１０の１つの主外殻を形成する。側壁または取り付けフォーク１３６、１３８は、後述のように人工膝関節１１０を適当な義足、すね部などに接続しやすくする手段を備えるのが好ましい。
【００３７】
中央コア１１２および電磁石１１４はさらに、内側スプライン１２２、ロータ１２０、コア側板１１６、１１８、および取り付けフォーク１３６、１３８の回転とともに回転するのが好ましい。ステータ１３０は、外側スプライン１３２の回転とともに回転する。
【００３８】
ロータ１２０は、内側スプライン１２２に関して回転固定されており、ステータ１３０は、外側スプライン１３２に関して回転固定されている。移動運動または膝の回転のさまざまな段階で、また回転１２４の膝軸を中心に、ステータ１３０が回転に関して実質的に静止している間ロータ１２０は回転するか、またはロータ１２０が回転に関して実質的に静止している間ステータ１３０は回転するか、またはロータ１２０とステータ１３０の両方が回転するか、または実質的に回転に関して静止する。「ロータ」および「ステータ」という用語は、内側ブレード１２０と外側ブレード１３０とを区別するために使用されているが、ロータ１２０とステータ１３０は両方とも回転し、ロータ１２０とステータ１３０の間に相対的回転運動が生じることを教示している（ＭＲ流体が隣接するロータ１２０とステータ１３０の間のギャップ内で剪断される）。必要ならば、ブレード１２０を「内側ロータ」、ブレード１３０を「外側ロータ」と呼んでもよい。
【００３９】
磁石１１４の作動により、磁界、回路、または通路１４０が膝関節１１０内に発生または作られる。好ましい一実施形態では、磁界１４０は中央コア１１２を通り、側板１１８を通って放射状に外へ向かい、分散して並べられたロータ１２０とステータ１３０の集まりと磁気レオロジー流体１３４を通って横方向に進み、側板１１６を通って放射状に内側に入る。中央コア１１２と側板１１６、１１８を通る磁界１４０の部分は一般に、磁気戻り通路を定めるが、能動的または機能的磁界は一般に、ロータ１２０、ステータ１３０、およびＭＲ流体１３４を通る磁気通路により定められる。
【００４０】
磁気レオロジー（ＭＲ）流体１３４は、印加磁界の大きさに依存するレオロジーまたは粘性変化を受ける。次に、流体粘度のこのような変化により、発生する剪断力／応力、トルク、またはねじれ抵抗の大きさが決定され、したがって、人工膝１１０によって与えられるダンピングのレベルが決まる。そこで、この磁界の大きさを制御することによって、義肢の回転運動が制御されて、例えば、振れおよび姿勢フェーズでの屈曲と伸展が制御され、肢切断患者がより自然で安全に歩行できる。
【００４１】
好ましい一実施形態では、ロータ１２０および／またはステータ１３０は、横方向１４２に変位可能であり、したがって、磁界の影響のもとで磁界の強度により決定される可変力により隣接するロータ１２０および／またはステータ１３０とこすれて、「ハイブリッド」磁気レオロジーおよび摩擦ダンピングブレーキが作り出される。好ましい他の実施形態では、ロータ１２０およびステータ１３０はスプライン１２２および１３２に対して横方向に所定位置に固定され、したがって、制動効果は実質的に純粋に磁気レオロジーまたは粘性の効果である。その代わりに、必要に応じてまたは望みに応じてロータ１２０および／またはステータ１３０のいくつかを横方向に固定し、他方を横方向に変位可能にし、その際には、実質的に自然な感触および／または安全な補綴装置を実現するという目的、および／または、本発明で教示または示唆されているような特徴および利点の１つまたはそれ以上の特徴および利点を達成するという目的を当然考慮する。一実施形態では、側板１１６、１１８は、横方向に変位可能であり、隣接するステータ１３０との摩擦接触による摩擦ダンピングに寄与する。
【００４２】
剪断モードで動作すると、本発明のＭＲ作動人工膝内の圧力上昇はないかまたは無視できるくらい小さく、都合がよい。これにより、流体が漏れたり、膝が故障したりする可能性が実質的になくなるか、減じ、したがって装置の安全性が増し、望ましい。
【００４３】
さらに、本発明の好ましい実施形態により提示されている、複数の剪断面または磁束界面はトルク倍増器（torque multiplier）に似た振る舞いをし、トランスミッションやその他の補助コンポーネントを使用せずに、粘性トルクレベルを望ましい最大値まで１ステップずつ上げてゆくことができる。例えば、２つの磁束界面で最大粘性トルク約１Ｎ／ｍが得られるとすると、４０個の磁束界面により約４０Ｎ／ｍの粘性ダンピングトルクを得ることができる。対照的に、４０：１のステップアップトランスミッションを使用して粘性トルクを上げる場合、都合が悪いことに、システム反射慣性（reflected inertia）が約１６００倍になるだけでなく、システムの重量、サイズ、および複雑度が高まり望ましくない。
【００４４】
好ましい実施形態の人工膝の複数の剪断面または界面ではさらに広い動トルク範囲が得られ、患者が移動を安全かつ／またはより自然に行え、都合がよい。望ましいことに、好ましい実施形態のＭＲ作動人工膝は応答が高速で正確である。これもまた、患者の安全かつ／またはより自然な移動を可能にする。
【００４５】
磁気レオロジー作動人工膝 図４および５は、本発明の好ましい一実施形態による特徴と利点を有する制御可能な回転式人工膝関節２１０を示している。人工膝２１０は、好ましくは回転膝軸線２２４に実質的に沿ってまたはそれを中心として制御可能な非保存力を発生する。
【００４６】
電子的制御膝２１０は、一般に、回転可能な側板２１６、２１８の対と機械的に連絡する通常の中央コア２１２、電磁石２１４、回転可能な内側スプライン２２２と機械的に連絡する複数のブレードまたはロータ２２０、回転可能な外側スプライン２３２と機械的に連絡する複数のブレードまたはステータ２３０、回転運動を一対の外壁またはフォーク２３６、２３８に伝達する一対のボールベアリング２２６、２２８を備える。回転は、実質的に回転２２４の膝軸を中心とする。
【００４７】
複数のロータ２２０およびステータ２３０は分散させ交互に並べるのが好ましく、隣接するブレード２２０と２３０間のギャップまたは微小ギャップは、磁気レオロジー（ＭＲ）流体の薄い潤滑膜を備え、これは内側スプライン２２２と外側スプライン２３２の間に形成されるキャビティまたは通路内に入る。この好ましい実施形態は、隣接するロータ２２０とステータ２３０の間の複数のギャップまたは磁束界面内におけるＭＲ流体を剪断することによって、制御可能で信頼性が高く、有利には広い動トルク範囲を持つ人工膝関節を提供する。
【００４８】
好ましくは、端部ねじ切りロッド２４８とナット２５０を使用して、人工膝２１０の選択されたコンポーネントを固定するのが好ましく、これにより、留め具が最小限で済むため組み立て、分解手順が簡単になる。その代わりに、あるいはさらに、必要に応じてまたは望みに応じて他の種類のさまざまな留め具、例えば、ねじ、ピン、ロック、クランプなどを効果的に利用することができ、その際に安全な取付けを実現するという目的、および／または本明細書中で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点及び好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００４９】
コアおよび関連する側板（磁気戻り通路） 中央コア２１２および関連する側板２１６、２１８は高磁束飽和密度、高透磁率の軟磁性材料で形成される。そのため、電磁石２１４が作動したときに、磁界、回路、または通路が膝関節２１０内に発生するかまたは作られる。好ましい一実施形態では、磁界は中央コア２１２を縦に（回転の軸２２４に平行に）通り、側板２１８を放射状に進み、分散して並べられたロータ２２０とステータ２３０の集まりと磁気レオロジー（ＭＲ）流体を通って横方向に（横方向２４２に平行に）進み、側板２１６を放射状に進む。
【００５０】
電磁石２１４の向きまたは配置と、その電磁石を流れる電流の方向とにより、磁界の極性が決定され、それにより、磁界が側板２１８を径方向内側にまたは外側に進み、従ってそれと対応して反対方向に側板２１６を通過するかどうかが決定される。中央コア２１２と側板２１６、２１８を通る磁界の部分は一般に、磁気戻り通路を定めるが、能動的または機能的磁界は一般に、ロータ２２０、ステータ２３０、およびその間にあるＭＲ流体を通る磁気通路により定められる。
【００５１】
図６〜８は、膝関節２１０の中央コア２１２の好ましい一実施形態を示している。中央コア２１２は、一般に円柱形状が好ましく、一対の円柱部２５２、２５４を備え、コア部２５２の直径はコア部２５４の直径よりも大きい。コア部２５２は、コア側板２１６の対応するキャビティとかみ合いはまるサイズおよび形状とするが、コア部２５４は、コア側板２１８の対応するキャビティとかみ合いはまるサイズおよび形状とする。したがって、中央コア２１２はコア側板２１６、２１８が回転すると回転する。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて中央コア２１２のサイズ、形状、および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本明細書中で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点及び好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００５２】
中央コア２１２は、高飽和磁束密度、高透磁率、および低保磁力の材料で製造するのが好ましい。都合のよいことに、これにより、小型で軽量、さらに強い人工膝またはブレーキを容易に製作できる。好ましい一実施形態では、中央コア２１２は一体型のユニットを備える。他の好ましい実施形態では、中央コア２１２は積層板で形成され、渦電流損失を都合よく低減または最小限に抑えることができる。
【００５３】
コア２１２は、鉄コバルト（ＦｅＣｏ）高磁気飽和合金を含む。好ましい一実施形態では、コア２１２は鉄コバルト高磁気飽和合金、ＡＳＴＭ Ａ−８０１、タイプ１合金を含む、約５０％のコバルトを含む組成とする。例えば、コア２１２は、Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｍｅｔａｌｓから入手可能なＨｉｐｅｒｃｏ Ａｌｌｏｙ ５０（登録商標）、Ｐｅｍｅｎｄｕｒ ＶTM（商標）、またはＶａｎａｄｉｕｍ Ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ、あるいはドイツ国、ハーナウのＶａｃｕｕｍｓｃｈｍｅｌｚｅから入手可能なＶａｃｏｆｌｕｘ ５０を含み得る。他の好ましい実施形態では、コア２１２は、ドイツ国、ハーナウのＶａｃｕｕｍｓｃｈｍｅｌｚｅからＶａｃｏｆｌｕｘ １７として入手可能であり含有量が例えば約１７％と低いコバルトを含む。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア２１２は高磁気飽和、高透磁率、および低保磁力の代替材料で製作すると効果的であるが、その際に適度に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝関節を実現するという目的、および／または本明細書中で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００５４】
好ましい一実施形態では、中央コア２１２を含む材料の飽和磁束密度は、約２．２テスラである。このような高飽和磁束密度は、コンパクトかつ軽量設計が可能なため望ましいものである。例えば、飽和磁束密度が低い材料を利用した場合には、印加磁界の方向に中央コア２１２を通る戻り通路の断面積を大きくして、同じ最大トルクおよび動トルク範囲が得られるようにする必要がある。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて、中央コア飽和磁束密度を高くまたは低くすることができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝関節を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００５５】
好ましくは、中央コア２１２は、機械加工した後水素雰囲気中で熱処理をすると最適な磁気特性を持つものが形成される。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて中央コア２１２は他の手法、例えば鋳造、鍛造、成形、とりわけ積層により効果的に製作することができるが、その際に望ましい磁気特性を持ち適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００５６】
好ましい一実施形態では、図７を詳細に参照すると、中央コア２１２の寸法および構成は、長さＬ71が約３．０７６ｃｍ（１．２１１インチ）、長さＬ72が約０．６１ｃｍ（０．２４０インチ）、直径Ｄ71が約１．７２８ｃｍ（０．６８０５インチ）、直径Ｄ72が約１．４２４ｃｍ（０．５６０５インチ）である。他の好ましい実施形態では、直径Ｄ71および／または直径Ｄ72は約１．９１ｃｍ（０．７５０インチ）である。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて中央コア２１２の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００５７】
図９〜１２は、人工膝関節２１０のコア側板またはディスク２１６の好ましい一実施形態を示している。側板２１６は、一般に、円形であるのが好ましく、コア部２５２の自由端とかみ合わせて嵌めるために実質的に中心にある円形キャビティまたは貫通孔２５６を備える。この対合取付けは締まりばめを利用する。その代わりに、側板２１６およびキャビティ２５６の他の適宜の形状を必要に応じてまたは望みに応じて効果的に利用できる。
【００５８】
好ましい一実施形態では、他のコア側板またはディスク２１８のサイズ、形状、および構成を実質的に図９〜１２の側板２１６と同じにするが、ただしコア側板２１８の実質的に中心にある円形キャビティは、好ましくは締まりばめでコア部２５４と対合して嵌まり合うようなサイズ、形状、および構成としている。そこで、開示を明確にし簡潔にするために、コア側板２１６の詳細な説明では、コア側板２１８の対応する特徴のほとんどを満たし、具現化することは理解されるであろう。
【００５９】
側板２１６は、好ましくは、おおよそ等間隔に並べられ一般に円状に配列された複数の貫通孔２５８であって、人工膝２１０のさまざまなコンポーネントを固定するために端部ねじ切りロッドまたはボルトなどを受ける貫通孔２５８を備える。好ましい一実施形態では、側板２１６は５個の孔２５８を備える。好ましい他の実施形態では、側板２１６は３個の孔２５８を備える。その代わりに、他の方法で多くまたは少なく配列した孔２５８を必要に応じてまたは望みに応じて備えることができる。
【００６０】
コア側板２１６は、好ましくは、Ｏリング２６２（図４）、リップシール、またはガスケットなどを受ける円形溝２６０を備える。これは、回転可能な側板２１６と回転可能な外側スプライン２３２の内面との間に動的シールを提供し、ＭＲ流体が膝２１０から漏れるのを防止する。他の側板２１８も同様に、Ｏリング２６２（図４）を受けるように構成されており、動的シールを提供する。他の好ましい実施形態では、フランジの２つの溝がＯリングなどを受けるために外側スプライン２３２の内面に備えられており、コア側板２１６、２１８と外側スプライン２３２の間に動的シールを提供する。
【００６１】
Ｏリング２６２は、とりわけバイトン、テフロン（登録商標）、ネオプレンなどの適宜のゴム材料とする。好ましい一実施形態では、Ｏリング２６２の内径は約５０ｍｍ、幅は約１．５ｍｍである。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて動的シールの寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に確実なシールを備えるという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００６２】
コア側板２１６の内面は、好ましくは、内側スプライン２２２（図４）と位置を合わせるかまたは配置するため一般的に円状の肩または段２６４を備える。コア側板２１６の外面は、好ましくは、外側フォーク２３６（図４）と位置を合わせるかまたは配置するため一般的にリング形状の肩または段２６６を有する。任意選択で、段２６６に切断部２６８を含めて、電線やリード線を接続するための間隔を確保することができる。電線やリード線を通すために中心キャビティ２５６の周りに孔を他に備えることもできる。好ましくは、コア側板２１６の外面はテーパ部２７０を含む。そのため、重量が減り、材料を節約でき、また間隔があいて組み立てやすくなるという利点がある。
【００６３】
コア側板２１６は、高飽和磁束密度、高透磁率、および低保磁力の材料で製造するのが好ましい。都合のよいことに、これにより、小型で軽量、さらに強い人工膝またはブレーキを容易に製作できる。好ましい一実施形態では、中央コア板２１６は一体型のユニットを備える。他の好ましい実施形態では、中央コア板２１６は積層板で形成され、渦電流損失を都合よく低減または最小限に抑えることができる。
【００６４】
コア板２１６は、鉄コバルト（ＦｅＣｏ）高磁気飽和合金を含むのが好ましい。好ましい一実施形態では、コア板２１６は鉄コバルト高飽和合金（ＡＳＴＭ Ａ−８０１、タイプ１合金）を含み、約５０％のコバルトを含む組成とする。例えば、コア２１２は、Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｍｅｔａｌｓから入手可能なＨｉｐｅｒｃｏ Ａｌｌｏｙ ５０（登録商標）、Ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ ＶTM（商標）、またはＶａｎａｄｉｕｍ Ｐｅｍｅｎｄｕｒ、あるいはドイツ国、ハーナウのＶａｃｕｕｍｓｃｈｍｅｌｚｅから入手可能なＶａｃｏｆｌｕｘ ５０を含み得る。さらに他の好ましい実施形態では、コア板２１６は、ドイツ国、ハーナウのＶａｃｕｕｍｓｃｈｍｅｌｚｅからＶａｃｏｆｌｕｘ １７として入手可能であり含有量が例えば約１７％と低いコバルトを含む。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア板２１６は軟磁性代替材料などで製作すると効果的であるが、その際に適度に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝関節を実現するという目的、および／または本明細書中で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００６５】
好ましい一実施形態では、中央コア板２１６を含む材料の飽和磁束密度は、約２．２テスラである。このような高飽和磁束密度は、コンパクトかつ軽量設計が可能なため望ましいものである。例えば、飽和磁束密度が低い材料を利用した場合には、印加磁界の方向に中央コア板２１６を通る戻り通路の断面積を大きくして、同じ動トルク範囲が得られるようにする必要がある。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて、コア側板飽和磁束密度を高くまたは低くすることができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝関節を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００６６】
コア側板２１６は、機械加工した後水素雰囲気中で熱処理をすると最適な磁気特性を持つものが形成される。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア側板２１６は他の手法、例えば鋳造、鍛造、成形、とりわけ積層により効果的に製作することができるが、その際に望ましい磁気特性を持ち適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００６７】
好ましい一実施形態では、図９を詳細に参照すると、コア側板２１６の寸法および構成は、外径Ｄ91が約５．２４０ｃｍ（２．０６３インチ）、ブラインドサークル直径Ｄ92が約２．８４５ｃｍ（１．１２０インチ）、直径Ｄ93が約１．７２７ｃｍ（０．６８００インチ）、および直径Ｄ94が約２．８２ｍｍ（０．１１１インチ）である。直径Ｄ93は、好ましくは、側板２１６の中心キャビティ２５６とコア部２５２の自由端との間の締まりばめを行えるように選択している。他の好ましい実施形態では、中心キャビティ２５６の直径Ｄ93は約１．９１ｃｍ（０．７５０インチ）である。他方のコア側板２１８の対応する中心キャビティの直径は、好ましくは、コア部２５４の自由端と締まりばめを行えるように選択している。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア側板２１６、２１８の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００６８】
好ましい一実施形態では、図１０を詳細に参照すると、コア側板２１６の寸法および構成は、直径Ｄ101が約２．４３ｃｍ（０．９５８インチ）、直径Ｄ102が約２．２９ｃｍ（０．９００インチ）、幅Ｗ101が約３．３ｍｍ（０．１３インチ）である。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア側板２１６の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような特徴および利点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００６９】
好ましい一実施形態では、図１１を詳細に参照すると、コア側板２１６の寸法および構成は、直径Ｄ111が約５．０１１ｃｍ（１．９７３インチ）、直径Ｄ112が約４．８０１ｃｍ（１．８９０インチ）、直径Ｄ113が約２．４６１ｃｍ（０．９６９インチ）、直径Ｄ114が約３．５６ｃｍ（１．４０インチ）、幅Ｗ111が約５．５９ｍｍ（０．２２０インチ）、幅Ｗ112が約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）、幅Ｗ113が約１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）、角度θ111が約１３５°である。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア側板２１６の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００７０】
好ましい一実施形態では、図１２を詳細に参照すると、コア側板２１６の寸法および構成は、長さＬ121が約１．１４ｍｍ（０．０４５インチ）、幅Ｗ121が約２．７９ｍｍ（０．１１０インチ）、幅Ｗ122が約１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）、幅Ｗ123が約０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）、幅Ｗ124が約０．９７ｍｍ（０．０３８インチ）、曲率半径Ｒ121が約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）から約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）、および曲率半径Ｒ122は約３．８１ｍｍ（０．１５インチ）である。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じてコア側板２１６の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００７１】
コア側板２１６、２１８は、それぞれのベアリング２２６、２２８（図４）と機械的に連絡しており、内側スプライン２２２（したがってロータ２２０）から、さらに義足または補綴向こう脛部分に機械的に接続されているそれぞれの外側フォーク２３６、２３８の対へ回転運動を伝達する。当技術分野で知られているような多数ある適当なベアリングのうちの１つを使用できる。好ましい一実施形態では、ベアリング２２６、２２８は、コネチカット州トリントンのＴｈｅ Ｔｏｒｒｉｎｇｔｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙが販売しているＡＳＴ Ｐ／Ｎ Ｂ５４４ＤＤＸＡボールベアリングを含む。
【００７２】
電磁石または磁気コイル２１４（図４）は、一般に中央コア２１２を囲み、好ましくは、中央コア２１２および／またはコア側板２１６、２１８と機械的に連絡し、電磁石２１４は中央コア２１２および／またはコア側板２１６、２１８の回転とともに回転する。中央コア２１２は一般に、巻き線またはコイルを巻きつけたボビンを備える。巻き数または巻き線のラップは最適化される。好ましい一実施形態では、巻き線は、３４０巻きまたはラップを備える。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて少ないまたは多い巻き数またはラップを効果的に利用することができ、その際に性能を最適化するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００７３】
電磁石２１４の巻き線は、ＡＷＧ３０ゲージの銅製マグネットワイヤを使用するのが好ましい。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて巻き線に効果的に他の種類の材料を使用することができ、その際に性能を最適化するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００７４】
図１３および図１４は、本発明のＭＲ作動膝関節とともに使用する一体になっているコア側板２１８’を備える中央コア２１２’の好ましい一実施形態を示す。望ましい場合、両方のコア側板を中央コア２１２’と一体形成することができる。図１３〜図１４の実施形態は、上ですでに述べたいくつかの特徴を有する。そこで、開示を明確にし、簡潔にするため、以下に述べるこの実施形態の限定された説明で十分であることは理解されるであろう。
【００７５】
側板２１８’は、電線またはリード線を通すことができる一対の孔２７２を備える。中央コア２１８’の端は、テーパ付き周辺部２７４を有する。このテーパ２７４により、締まりばめで他の側板２１６と嵌め合い係合を行うのが容易になる。
【００７６】
好ましい一実施形態では、図１３を詳細に参照すると、中央コア２１２’およびコア側板２１８’の寸法および構成は、外径Ｄ131が約５．２４０ｃｍ（２．０６３インチ）、ブラインドサークル直径Ｄ132が約２．８４５ｃｍ（１．１２０インチ）、直径Ｄ133が約２．４６ｃｍ（０．９６９インチ）、直径Ｄ134が約２．８２ｍｍ（０．１１１インチ）、直径Ｄ135が約１．７８ｍｍ（０．０７０インチ）、長さＬ131が約１１．２ｍｍ（０．４４０インチ）、および長さＬ132が約０．９８ｍｍ（０．３８５インチ）である。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて中央コア２１２’およびコア側板２１８’の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００７７】
好ましい一実施形態では、図１４を詳細に参照すると、中央コア２１２’とコア側板２１８’の寸法および構成は、直径Ｄ141が約４．８０１ｃｍ（１．８９０インチ）、直径Ｄ142が約２．４６１ｃｍ（０．９６９インチ）、直径Ｄ143が約１．７２８ｃｍ（０．６８０５インチ）、直径Ｄ144が約３．５６ｃｍ（１．４０インチ）、直径Ｄ145が約２．４３ｃｍ（０．９５８インチ）、直径Ｄ146が約２．１６ｃｍ（０．８４９インチ）、幅Ｗ141が約５．５９ｍｍ（０．２２０インチ）、幅Ｗ142が約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）、幅Ｗ143が約１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）、幅Ｗ144が約２．５２ｃｍ（０．９９１インチ）、角度θ141が約１３５°、およびテーパ部２７４の長さは、約４５°の角度で約０．５０８ｍｍ（０．０２インチ）である。他の好ましい実施形態では、直径Ｄ143は、約１．９１ｃｍ（０．７５０インチ）である。他の好ましい実施形態では、必要に応じてまたは望みに応じて中央コア２１２’およびコア側板２１８’の寸法および／または構成を効果的に他の方法で設定することができ、その際に適切に小型化された、軽量、かつ／または耐久性のある人工膝を実現するという目的、および／または本発明で教示または示唆されているような利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を当然考慮する。
【００７８】
内側スプライン 図１５〜図１７は、人工膝関節２１０の内側スプライン２２２の好ましい実施形態を示す。内側スプライン２２２は、一般に円筒形であることが好ましく、電磁石または磁気コイル２１４を受けるための、ほぼ中央の円筒形キャビティまたは貫通孔２７６を含む（図４）。あるいは、必要に応じて、または希望に応じて、内側スプライン２２２およびキャビティ２７６の他の適宜の形状を効果的に利用してもよい。
【００７９】
内側スプライン２２２は、ほぼ等間隔に配置された複数の縦貫通孔２７８を含み、この縦貫通孔２７８は、概ね円形に配置されて、コア側板２１６、２１８、内側スプライン２２２など人工膝２１０の選択された部品を固定するための端部ねじ切りロッドまたはボルトなどを受けることが好ましい。これらの孔２７８は、一般に、コア側板２１６、２１８の対応する孔２５８と同心にする。好ましい一実施形態では、内側スプライン２２２は５つの孔２７８を含む。他の好ましい実施形態では、内側スプライン２２２は３つの孔２７８を含む。あるいは、必要に応じて、または希望に応じて、他の方法で配置された、より少ない数のまたはより多い数の孔２７８を備えてもよい。
【００８０】
内側スプライン２２２は、各Ｏリング２８２（図４）またはガスケットなどを受けるための円形溝２６０を各端部に含むことが好ましい。これにより、内側スプライン２２２と側板２１６、２１８とが膝の回転中に共に回転するため、これらの部品の間に静止シールが提供され、人工膝２１０からＭＲ流体が漏出することが防止される。好ましい代替実施形態では、各溝またはフランジが板２１６、２１８の一方または両方の内面に設けられて、Ｏリングなどを受け、静止シールを提供する。
【００８１】
Ｏリング２８２は、特にバイトン、テフロン（登録商標）、およびネオプレンなどの適宜のゴム材料などから作られる。好ましい一実施形態では、Ｏリング２８２は、約３０．５ｍｍ（１．２０１インチ）の内径と、約０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）の幅とを有する。他の好ましい実施形態では、確実なシールを提供するという目的、および／または本明細書中で教示され提示された利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、静止シールを寸法決め、かつ／または構成することができる。
【００８２】
内側スプライン２２２の外面は、ロータ２２０の対応する歯に係合するように適合されほぼ等間隔に配置された複数の縦溝２８４を有する。好ましい一実施形態では、溝２８４は一般に半円形である。他の好ましい実施形態では、溝２８４は、概ね角の丸い矩形または正方形である。他の好ましい実施形態では、ロータ２２０から内側スプライン２２２に荷重を確実に伝達するという目的、および／または本明細書中で教示され提示された利点および好都合な点の１つまたはそれ以上の利点および好都合な点を達成するという目的を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、溝２８４を形成および／または構成することができる。
【００８３】
内側スプライン２２２は、チタンまたはチタン合金から作られることが好ましく、６Ａｌ−４Ｖチタン合金から作られることがより好ましい。チタンまたはチタン合金を使用することにより、透磁性がほぼゼロになり、しかも、ロータに係合してロータからのトルクを伝達する、丈夫で硬い軽量の表面が提供されることは、有利である。さらなる恩恵は、材料（チタンまたはチタン合金）の弾性が高いため、誘導過電流によるエネルギー損失が減少することである。他の好ましい実施形態では、透磁性がほぼゼロの内側スプライン２２２と、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝とを提供するという目標、およびまたは本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、内側スプライン２２２を、特に他の金属、合金、プラスチック、セラミックから効果的に作ることができる。
【００８４】
内側スプライン２２２を機械加工により形成することが好ましい。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、内側スプライン２２２を他の技法、例えば、特に鋳造、鍛造、成形により効果的に製造することができる。
【００８５】
好ましい一実施形態では、および特に図１５を参照して、内側スプライン２２２は、ブラインドサークル大径Ｄ151が約３．６７３ｃｍ（１．４４６インチ）、径Ｄ152が約３．１１９ｃｍ（１．２２８インチ）、ブラインドサークル径Ｄ153が約２．８５４ｃｍ（１．１２０インチ）、孔径Ｄ154が約２．４９ｍｍ（０．０９８インチ）、溝の湾曲径Ｄ155が約３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）、角θ151が一般に約１５゜、および角θ152が一般に約７．５゜となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、内側スプライン２２２を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【００８６】
好ましい一実施形態では、および特に図１６、１７を参照して、内側スプライン２２２は、外径Ｄ161が約３．６３２ｃｍ（１．４３０インチ）、径Ｄ162が約２．４６４ｃｍ（０．９７０インチ）、長さＬ163が約１．９６ｃｍ（０．７７１インチ）、深さＤＴ171が約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）、幅Ｗ171が約１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）、および曲率半径Ｒ171が約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）〜約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、内側スプライン２２２を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【００８７】
ロータおよびステータ 図１８、１９は、人工膝関節２１０のロータまたは内側ブレード２２０の１つの、好ましい一実施形態を示す。ロータ２２０は内側スプライン２２２の回転に伴って回転する。好ましくは環状またはリング状の薄いロータ２２０は、一般に円形であり、内側スプライン溝２８４（図１５）に係合または嵌合するように構成された、複数の内側に延びる歯２８８を有する、ほぼ中央のキャビティまたは貫通孔２８６を含む。あるいは、必要に応じて、または希望に応じて、ロータ２２０を効果的に形成してもよい。
【００８８】
好ましい一実施形態では、歯２８８は一般に半円形である。他の好ましい実施形態では、歯２８８は、一般に角の丸い矩形または正方形である。他の好ましい実施形態では、ロータ２２０から内側スプライン２２２に荷重を確実に伝達するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、歯２８８を形成および／または構成することができる。
【００８９】
ロータ２２０は、軟磁性でかつ機械的に硬く、耐久性を高めて摩耗を最小にする材料などから作られることが好ましい。好ましい一実施形態では、ロータ２２０は青鍛鋼から作られる。他の好ましい実施形態では、ロータ２２０は、粒子のない配向シリコン鋼（電炉鋼）から作られる。他の好ましい実施形態では、耐久性のあるロータ２２０を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替の軟磁性材料などから効果的に、ロータ２２０を作ることができる。
【００９０】
ロータ２２０は、高い透磁性、低いまたはゼロの飽和保磁力、および磁気レオロジー流体１３４（図３）の密度を超える飽和磁束密度を和らげる材料から作られることが好ましい。これにより、小型かつ軽量で、電磁石２１４での電力損失がより少ない設計が可能となることは有利である。
【００９１】
好ましい一実施形態では、ロータ２２０がワイヤ放電加工（ＥＤＭ）により形成される。これにより、高い製造精度が得られ、普通なら患者に不快感を与える、ロータ２２０と内側スプライン２２２との間のバックラッシュ、がたつき、または遊びが回避または緩和されることは有利である。他の好ましい実施形態では、ロータ２２０がスタンピング技法により形成される。他の好ましい実施形態では、患者に自然かつ／または安全な歩行を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替技法を使用して効果的に、ロータ２２０を製造することができる。
【００９２】
本発明の好ましい一実施形態では、ロータ２２０は、内側スプライン２２２の相対位置に横方向に固定される。すなわち、ロータ２２０は、ブレーキ軸２２４（図４）に沿った方向２４２（図４）に移動することができない。本実施形態では、技法の中で特に、歯の係合に沿った樹脂、接着剤などの注入、ロータ２２０の内側スプライン２２２へのレーザ溶接、ロータ２２０の内側スプライン２２２への焼嵌めもしくは熱嵌め、ロータ２２０の内側スプライン２２２への接着、またはロータ２２０の内側スプライン２２２への締結により、ロータ２２０を内側スプライン２２２に取り付けることができる。これにより、普通なら患者に不快感を与える、ロータ２２０と内側スプライン２２２との間のバックラッシュ、がたつき、または遊びがなくなることまたは緩和されることは有利である。
【００９３】
好ましい一実施形態では、および特に図１８、１９を参照して、ロータ２２０は、外径Ｄ181が約４．８０ｃｍ（１．８９０インチ）、ブラインドサークル径Ｄ182が約３．６７８ｃｍ（１．４４８インチ）、径Ｄ183が約３．６７８ｃｍ（１．４４８インチ）、歯の曲率半径Ｒ181が一般に約１．５７ｍｍ（０．０６２インチ）、角θ181が一般に約１５゜、およびロータ厚さＴ191が約０．２０３ｍｍ（０．００８インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、ロータ２２０を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【００９４】
図２０、２１は、人工膝関節２１０のステータまたは外側ブレード２３０の１つの、好ましい一実施形態を示す。ステータ２３０は外側スプライン２３２の回転に伴って回転する。好ましくは環状またはリング状の薄いロータ２３０は、一般に円形であり、内側スプライン２２２を接触することなく受けるように構成された、ほぼ中央のキャビティまたは貫通孔２９０と、外側スプライン２３２の内側の溝に係合または嵌合するように構成された、ステータ外周の外側に延びる複数の歯２９２とを含む。あるいは、必要に応じて、または希望に応じて、他の方法で効果的に、ステータ２３０を形成してもよい。
【００９５】
好ましい一実施形態では、歯２９２は一般に半円形である。他の好ましい実施形態では、歯２９２は、一般に角の丸い矩形または正方形である。他の好ましい実施形態では、ステータ２３０と外側スプライン２３２との間の確実な係合を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、歯２９２を形成および／または構成することができる。
【００９６】
ステータ２３０は、軟磁性でかつ機械的に硬く、耐久性を高めて摩耗を最小にする材料などから作られることが好ましい。好ましい一実施形態では、ステータ２３０は青鍛鋼から作られる。他の好ましい実施形態では、ステータ２３０は、粒子のない配向シリコン鋼（電炉鋼）から作られる。他の好ましい実施形態では、耐久性のあるステータ２３０を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替の軟磁性材料などから効果的に、ステータ２３０を作ることができる。
【００９７】
ステータ２３０は、高い透磁性、低いまたはゼロの飽和保磁力、および磁気レオロジー流体１３４（図３）の密度を超える飽和磁束密度を和らげる材料から作られることが好ましい。これにより、小型かつ軽量で、電磁石２１４での電力損失がより少ない設計が可能となることは有利である。
【００９８】
好ましい一実施形態では、ステータ２３０がワイヤ放電加工（ＥＤＭ）により形成される。これにより、高い製造精度が得られ、普通なら患者に不快感を与える、ステータ２３０と外側スプライン２３２との間のバックラッシュ、がたつき、または遊びが回避または緩和されることは有利である。他の好ましい実施形態では、ステータ２３０がスタンピング技法により形成される。他の好ましい実施形態では、患者に自然かつ／または安全な歩行を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替技法を使用して効果的に、ステータ２３０を製造することができる。
【００９９】
本発明の好ましい一実施形態では、ステータ２３０は、外側スプライン２３２の相対位置に横方向に固定される。すなわち、ステータ２３０は、ブレーキ軸２２４（図４）に沿った方向２４２に移動することができない（図４）。本実施形態では、技法の中で特に、歯の係合に沿った樹脂、接着剤などの注入、ステータ２３０の外側スプライン２３２へのレーザ溶接、ステータ２３０の外側スプライン２３２への焼嵌めもしくは熱嵌め、ステータ２３０の外側スプライン２３２への接着、またはステータ２３０の外側スプライン２３２への締結により、ステータ２３０を外側スプライン２３２に取り付けることができる。これにより、普通なら患者に不快感を与える、ステータ２３０と外側スプライン２３２との間のバックラッシュ、がたつき、または遊びがなくなることまたは緩和されることは有利である。
【０１００】
好ましい一実施形態では、および特に図２０、２１を参照して、ステータ２３０は、径Ｄ201が約４．８１１ｃｍ（１．８９４インチ）、ブラインドサークル径Ｄ202が約４．８１１ｃｍ（１．８９４インチ）、径Ｄ203が約３．６８３ｃｍ（１．４５０インチ）、歯の湾曲径Ｄ204が一般に約０．３１８ｍｍ（０．１２５インチ）、角θ201が一般に約１５゜、およびロータ厚さＴ211が約０．２０３ｍｍ（０．００８インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、ステータ２３０を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１０１】
好ましい一実施形態では、ロータ２２０および／またはステータ２３０は、膝またはブレーキ軸２２４（図４）に沿った横方向２４２に摺動または移動することができる。従って、積み重なったロータ２２０とステータ２３０を、各ロータ面およびステータ面にほぼ垂直な方向へと、磁界が通過する際に、印加磁界に応答して、摩擦ダンピングおよびＭＲダンピングの両方が生じる。摩擦ダンピングは、ロータ面が、隣接するステータ面にこすり付けられるか、または機械的に接触することにより生じる。磁化されたロータ２２０とステータ２３０とが互いに引き付け合って、隣接するロータ２２０とステータ２３０との間の垂直な力（軸２２４の方向）を増加させるので、摩擦ダンピングは磁界強度の増加に伴って増加する。これにより、本発明の人工膝２１０が動作する、「ハイブリッド」磁気レオロジー（粘性）および摩擦ダンピングブレーキ機構が生成される。
【０１０２】
好ましい一実施形態では、ロータ−ステータ摩擦成分は、全膝トルクに約１０％以下で寄与する。他の好ましい実施形態では、広い動的トルク範囲を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、摩擦成分が効果的に、全膝トルクにより多くまたはより少なく寄与することができる。
【０１０３】
好ましい一実施形態では、本発明の人工膝ブレーキは、コア側板２１６、２１８の一方または両方が、膝またはブレーキ軸２２４に沿った横方向２４２に摺動または移動することができ、したがって摩擦ダンピングに寄与することができる。各コア側板２１６、２１８が、全膝トルクに約２０％以下で寄与する摩擦成分を生成することが好ましい。他の好ましい実施形態では、広い動的トルク範囲を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、摩擦成分が効果的に、全膝トルクにより多くまたはより少なく寄与することができる。
【０１０４】
好ましい一実施形態では、ロータ２２０およびステータ２３０は、スプライン２２２、２３２の相対位置に横方向（方向２４２）に堅く固定され、または取り付けられ、したがって、ブレーキ効果はほぼ純粋な磁気レオロジーとなる。したがって、磁気の強度が増加すると、隣接するロータ面とステータ面との間の垂直な力がゼロ、またはほぼゼロのままとなり、摩擦ダンピングが全膝トルクに寄与することはない。これにより、摩擦により生じ得る摩耗がなくなるか、または減少するので、ブレーキ疲労寿命が向上する。
【０１０５】
あるいは、ほぼ自然な感触の、かつ／または安全な義足装置を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、ロータ２２０および／またはステータ２３０のいくつかを横方向に固定し、他を横方向に移動可能としてもよい。
【０１０６】
好ましい一実施形態では、本発明の人工膝２１０は、交互に点在する４０個のロータ２２０と４１個のステータ２３０とを含む。これにより、磁気レオロジー（ＭＲ）流体のある、４０個の磁束インターフェースまたは流体ギャップが生じる。他の好ましい実施形態では、ロータ２２０の数は約１０〜１００、ステータ２３０の数は約１１〜１０１であり、磁界の存在下で制動を生じるロータ／ＭＲ流体界面の数は、ロータの数の２倍となっている。さらに他の好ましい実施形態では、ロータ２２０の数は１〜１００である。さらなる好ましい実施形態では、ステータ２３０の数は１〜１００である。他の好ましい実施形態では、広い動的トルク範囲を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替的かつ効果的に、ロータ２２０、ステータ２３０、および／または磁束インターフェースの数を選択してもよい。
【０１０７】
誘導降伏応力または粘性トルクが、ロータの数の２倍をロータ−ステータ対の間の重なり面積に乗じたもの（磁界の存在下で制動トルクを生じるロータ／ＭＲ流体界面の数）に比例することが好ましい。これにより、ロータ２２０および／またはステータ２３０の数、および／または、隣接するロータ２２０および／またはステータ２３０の間の重なりまたは嵌合表面積を、選択または事前決定することにより、粘性トルクまたは降伏応力の増減が可能になることが望ましい。別の利点は、これにより、ＭＲ作動人工膝２１０の全サイズ、すなわち半径方向サイズおよび横方向サイズを制御することが可能になることである。例えば、全膝構成を、半径方向により大きく横方向により薄くし、かつ磁束インターフェースの数および剪断面の重なり面積を適宜に選択することにより、同一の粘性トルク範囲を提供するようにしてもよい。
【０１０８】
ＭＲ流体ギャップを飽和させるのに必要な電力が、ギャップサイズの重要な関数であるため、隣接するロータ２２０とステータ２３０との間のＭＲ流体ギャップを最小にすることが望ましい。したがって、ギャップサイズをより小さくすることにより、ＭＲ作動ブレーキ２１０をより効率的にし、消費電力を減少させることが好ましい。印加磁界がない場合に、粘性ダンピング力またはトルク成分のみが、隣接するロータ面とステータ面との間のＭＲ流体の剪断から生じるように、ＭＲ流体ギャップサイズを選択することも好ましい。すなわち、ゼロ磁界状態では、ロータ２２０とステータ２３０との間に摩擦トルク成分は存在しない。
【０１０９】
したがって、好ましい一実施形態では、ＭＲ流体を飽和させるのに必要な電力が減少し、ＭＲ流体ギャップサイズを最小にすることにより、膝の動的範囲が広がる。本実施形態では、ギャップは、ゼロ磁界状態で、隣接するロータ面とステータ面との間に垂直な力が作用して摩擦を生じるほどには減少しない。ロータとステータとの間に摩擦がないため、膝関節を自由に振り動かすことができるので、より広い動的範囲が提供される。注目する点として、ゼロ磁界での粘性ダンピングは、流体ギャップの減少に伴って劇的に増加することはない。これは、ＭＲ流体が、剪断速度の増加に伴って流体粘性が減少する、剪断速度減粘として知られる特性を発揮するからである。
【０１１０】
好ましい一実施形態では、隣接するロータ２２０とステータ２３０との間のＭＲ流体ギャップサイズまたは幅が約４０ミクロン（μｍ）以下である。他の好ましい実施形態では、隣接するロータ２２０とステータ２３０との間のＭＲ流体ギャップサイズまたは幅が約１０μｍ〜約１００μｍである。他の好ましい実施形態では、広い動的トルク範囲を有するエネルギー効率のよい人工膝２１０を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替的かつ効果的に、ＭＲ流体ギャップサイズを、寸法決め、かつ／または構成することができる。
【０１１１】
好ましい一実施形態では、本発明の人工膝は、外側スプライン２３２に結合された１つのステータまたはブレード２３０を含み、ロータまたはブレード２２０は含まない。したがって、ブレード２３０とコア側板２１６、２１８との間に、２つのＭＲ流体ギャップが生成される。前記したように、ＭＲ流体ギャップの大きさが最小となることが好ましい。
【０１１２】
本発明の他の好ましい実施形態によれば、ディスク型またはブレード型のロータおよびステータの代わりに、管状のロータおよびステータを使用する。管状のロータおよびステータは、薄く、同心に配置され、交互に回転および固定される、鉄製の（または軟磁性）、一般に円筒形の複数の管を含むことが好ましい。管の間のギャップは、膝の回転中に剪断される磁気レオロジー流体を含む。ＭＲ流体を作動させる磁束は、半径方向外側に移動する。磁気戻り通路は、管状の、外側鉄製（または軟磁性）ハウジングと、軸方向に位置する中央コアとを通して閉鎖される。このような装置によって生じる粘性トルクは、各管状のロータ−ステータ対の間で生じる粘性トルクの和となる。重量、体積、および消費エネルギーを最小にするために、管状のロータおよびステータは、主に、磁気流体剪断による荷重および製造コストの制約内で、できる限り薄く作られることが好ましい。任意選択として、１つまたは複数の管状のロータおよび／またはステータを半径方向に移動可能として、全膝トルクに摩擦成分を提供してもよい。
【０１１３】
磁気レオロジー流体 前記したように、磁気レオロジー流体は、流体中に懸濁する複数の鉄または磁気の粒子を含むことが好ましい。これらの懸濁粒子は、印加磁界に応答してチェーンを生成するトルクを形成する。したがって、磁気レオロジー（ＭＲ）流体は、レオロジーもしくは粘性の変化、または印加磁界の大きさに依存する変化を受ける。次に、体積流体粘性率の変動により、発生する剪断力／応力またはトルクの大きさが決定され、したがって、人工膝２１０により提供されるダンピングまたは制動のレベルが決定される。一般に、ＭＲ流体の体積粘性率は、印加磁界の強度の増加に伴って増加する。この磁界の大きさを制御することにより、人工肢の回転動が急速かつ正確に調整され、かつ／または制御されて、例えば遊脚期および立脚期の屈曲および伸展を制御して、肢切断患者に対し、より自然かつ安全な歩行を提供する。
【０１１４】
本発明の好ましい実施形態の人工膝と組み合せて使用される磁気レオロジー流体は、いくつかの市販の、もしくは公知のＭＲ流体、または磁気制御可能な媒体のいずれか１つを含むことができる。ＭＲ流体が、高磁束容量、低磁気抵抗、および低粘性を有し、かつ本発明の人工膝が有利にも広い動的トルク範囲を提供するように、大きな磁界誘導剪断応力を有することは、好ましい。
【０１１５】
ロータ−ステータ面の間のＭＲ流体は、１ミクロンまたは数ミクロン程度の大きさの分極可能な鉄粒子を持つ、キャリア流体を含むことが好ましい。キャリア流体が剪断速度減粘動作を示し、剪断速度の増加に伴ってキャリア流体粘性が減少することが理想的である。これにより、ゼロ磁界状態（すなわち電磁石が励磁されていないとき）における、各ロータ−ステータ対の間のＭＲ流体の剪断による粘性トルクが最小になり、したがって、より大きな動作トルク範囲に備えることは、有利である。キャリア流体の適切な候補としては、特にシリコーン油、炭化水素油、および水ベースの流体がある。
【０１１６】
外側スプラインおよび取付けフォーク 図２２〜２５は、人工膝関節２１０の外側スプライン２３２の好ましい一実施形態を示す。外側スプライン２３２は、一般に円筒形であることが好ましく、ステータ２３０、コア側板２１６、２１８、およびベアリング２２６、２２８を受けるための、ほぼ中央の円筒形キャビティまたは貫通孔２８４を含む。あるいは、必要に応じて、または希望に応じて、外側スプライン２３２およびキャビティ２９４の他の適宜の形状を効果的に使用してもよい。
【０１１７】
キャビティ２９４の中央面は、ステータ２３０の対応する歯２９２に係合するように構成された、ほぼ等間隔に配置された複数の縦溝２９６を有する。好ましい一実施形態では、溝２９６は一般に半円形である。他の好ましい実施形態では、溝２９６は、一般に角の丸い矩形または正方形である。他の好ましい実施形態では、ステータ２３０と外側スプライン２３２との間の係合を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、溝２９６を形成および／または構成することができる。
【０１１８】
外側スプラインキャビティ２９４は、各コア側板２１６、２１８と整合またはこれらと共に位置するための、一対の一般に円形の肩部または段部２９８を、溝２９６の各側に１つずつ有することが好ましい。好ましい一実施形態では、２つの一般に円形の溝またはフランジがキャビティ２９４内に設けられて、Ｏリングなどを受け、回転可能な外側スプライン２３２と回転可能なコア側板２１６、２１８との間に動的シールを提供する。外側スプラインキャビティ２９４は、各ベアリング２２６、２２８と整合またはこれと共に位置するための、一対の一般に円形の肩部または段部３００を、肩部２９８の各側に１つずつさらに含むことが好ましい。
【０１１９】
好ましい一実施形態では、外側スプライン２３２は、錐体突出部またはコネクタ３０２を上端３０４に含み、肢切断患者の断端ソケットまたは残った肢への人工膝２１０の接続を容易にしている。錐体コネクタ３０２は、断端ソケットまたは残った肢と外側スプライン２３２、すなわちステータ２３０との間をほぼ回転不可能に結合することが好ましい。あるいは、人工膝２１０と肢切断患者の残った肢との取付けを確実にするという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、他の適宜のコネクタおよび取付け具を効果的に使用してもよい。
【０１２０】
好ましい一実施形態では、錐体突出部３０２はチタンまたはチタン合金を含み、外側スプライン２３２の残りの部分は陽極処理した７０７５−Ｔ６アルミニウム合金を含む。硬い陽極処理したアルミニウム合金の表面が、外側スプライン溝２９６の表面を損傷から保護することにより、バックラッシュ、がたつき、または遊びがなくなることまたは緩和されることは有利である。他の好ましい実施形態では、外側スプライン２３２はチタンまたはチタン合金から作られる。さらに他の好ましい実施形態では、外側スプライン２３２は陽極処理した７０７５−Ｔ６アルミニウム合金から作られる。他の好ましい実施形態では、適度に丈夫で耐久性があり、軽量かつ／またはほぼ非磁性の外側スプライン２３２を提供するという目標、およびまたは本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、外側スプライン２３２を、特に他の金属、合金、プラスチック、セラミックから効果的に作ることができる。
【０１２１】
外側スプライン２３２を機械加工により形成することが好ましい。好ましい一実施形態では、チタンまたはチタンブロックが、外側スプライン２３２の上端３０４のねじ切りキャビティにねじ込まれ、Ｌｏｃｋｔｉｔで固定され、錐体突出部３０２を形成するように機械加工されることにより、錐体突出部３０２の適切な並置に備える。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、外側スプライン２３２を、他の技法、例えば、特に鋳造、鍛造、成形により、効果的に製造することができる。
【０１２２】
好ましい一実施形態では、および特に図２３を参照して、外側スプライン２３２は、外径Ｄ231が約５．９９４ｃｍ（２．３６０インチ）、径Ｄ232が約４．８１３ｃｍ（１．８９５インチ）、ブラインドサークル径Ｄ233が約４．８１１ｃｍ（１．８９４インチ）、溝の湾曲径Ｄ234が約３．２０ｍｍ（０．１２６インチ）、長さＬ231が約８．０ｍｍ（０．３１５インチ）、角θ231が約３３．７゜、角θ232が約１５゜、角θ233が約１５゜、曲率半径Ｒ231が約２．４０ｃｍ（０．９４５インチ）、および曲率半径Ｒ232が約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、外側スプライン２３２を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１２３】
好ましい一実施形態では、および特に図２４、２５を参照して、外側スプライン２３２は、径Ｄ241が約４．００ｃｍ（１．５７５インチ）、径Ｄ251が約５．７１５ｃｍ（２．２５０インチ）、径Ｄ252が約５．３９８ｃｍ（２．１２５インチ）、長さＬ251が約７．８６１ｃｍ（３．０９５インチ）、長さＬ252が約１．０６７ｃｍ（０．４２０インチ）、幅Ｗ251が約４．１７１ｃｍ（１．６４２インチ）、幅Ｗ252が約１．９５８ｃｍ（０．７７１インチ）、幅Ｗ253が約６．３５ｍｍ（０．２５０インチ）、幅Ｗ254が約４．７２ｍｍ（０．１８６インチ）、および曲率半径Ｒ251が約３．０５ｍｍ（０．１２０インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、外側スプライン２３２を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１２４】
磁気レオロジー作動人工膝２１０の取付けフォーク２３６、２３８（図４）は、ベアリング２２６、２２８各々と機械的に連通し、肢切断患者の義足または人工の向こう脛部分に回転動を伝えることが好ましい。ねじ切りスタッド３０６または他の適宜のコネクタもしくはファスナを使用して、肢切断患者の義足または人工の向こう脛部分への、取付けフォーク２３６、２３８の接続を容易にする。
【０１２５】
取付けフォーク２３６、２３８は、陽極処理した７０７５−Ｔ６アルミニウム合金から作られることが好ましい。他の好ましい実施形態では、適度に丈夫で耐久性があり、軽量かつ／またはほぼ非磁性の取付けフォーク２２６、２３８を提供するという目標、およびまたは本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、取付けフォーク２２６、２３８を、特に他の金属、合金、プラスチック、セラミックから効果的に作ることができる。
【０１２６】
好ましい一実施形態では、取付けフォーク２３６、２３８を機械加工により形成する。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された恩恵および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、取付けフォーク２３６、２３８を、他の技法、例えば、特に鋳造、鍛造、成形により、効果的に形成することができる。
【０１２７】
好ましい一実施形態では、図４に示すように、人工膝２１０は、緩衝停止もしくは拘束アセンブリまたはシステム２４６を含む、屈曲停止システムまたはアセンブリをさらに含む。屈曲停止システムは、外側フォーク２３６、２３８と外側スプライン２３２との間の回転、すなわち膝関節の回転を物理的に制限することにより、最大許容屈曲角を制御する。
【０１２８】
係止システム２４６（図４）は、一般に、複数の止め、帯、細片３１２、３１４、３１６を含む。帯３１２、３１４は、ねじなどを使用して外側スプライン２３２の傾斜した外面３０８（図２３参照）に取り付けられる。帯３１６は、ねじなどを使用して側部フォーク２３６、２３８各々の傾斜した外面３３３、３３４に取り付けられる。
【０１２９】
人工膝２１０は、所定の最大屈曲角で、帯３１６が帯３１４に接触または係止し、さらに膝が回転するのを防止または制限するように、構成されることが好ましい。帯３１４は、衝撃の吸収、緩和、および／または消散効果を提供する弾性材料を含むことが好ましい。同様に、好ましい実施形態の人工膝は、必要に応じて、または希望に応じて、衝撃吸収性の伸展ストッパを含むことができる。
【０１３０】
好ましい一実施形態では、本発明の屈曲停止システムは、約１４０゜の最大屈曲角が可能となるように構成される。他の好ましい実施形態では、本発明の屈曲係止システムは、約１２５゜〜約１５０゜の最大屈曲角が可能となるように構成される。他の好ましい実施形態では、要因の中でも特に周囲の状態、活動および活動レベルに従って、必要に応じて、または希望に応じて、最大屈曲角を効果的に変化させることができる。
【０１３１】
好ましい一実施形態では、ストッパ３１４はゴムから作られ、ストッパ３１２、３１６はチタンまたはチタン合金から作られる。他の好ましい実施形態では、適度に丈夫で耐久性があり、軽量かつ／またはクッション性のある屈曲ストッパを提供するという目標、およびまたは本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、ストッパ３１２、３１４、３１６を他の材料から効果的に作ることができる。
【０１３２】
好ましい一実施形態では、ストッパ３１２、３１４、３１６は、約６．００ｃｍ（２．３６３インチ）の主要長さと、約５．９９ｍｍ（０．２３６インチ）の主要幅を有する。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、ストッパ３１２、３１４、３１６を寸法決めし、かつ／または構成してもよい。
【０１３３】
好ましい一実施形態では、人工膝２１０は、角度感知ポテンショメータ３２２（図４）を備える。ポテンショメータ３２２は、アーム３２４と取付板３２６とに接続されている。取付板３２６は、ねじ３２８又はその類およびスペーサ３３０を使用してフォーク２３８に接続される。アーム３２４の端部３３２は、適宜のねじ又はその類などを使用してフォーク２３８の傾斜した外面３３４に機械的に接続される。
【０１３４】
本発明の好ましい一実施形態では、人工膝２１０は、制御されたトルクまたは力を加えることにより脚を伸展まで押圧または付勢することによって、脚を伸ばすのを支援する伸展支援装置をさらに含む。当技術分野で公知の、ばね付勢伸展支援装置などのいくつかの装置のいずれか１つを、本発明と組合せて使用してもよい。
【０１３５】
フィードバック制御システムを設けて、本発明の好ましい実施形態の磁気レオロジー作動人工膝の作動を制御およびモニタすることが好ましい。制御システムは、一般に、中央制御装置またはマイクロプロセッサおよびメモリと、１つまたは複数の力、トルク、および角度センサと、電源（バッテリなど）と、その他の関連するハードウェアおよびソフトウェアとを含む。外側ハウジングまたはケーシングを設けて、好ましい実施形態の人工膝の種々の部品および制御システムを収容し、かつ／または保護することが好ましい。適宜の装飾用カバーを外側ハウジング上に設けることも好ましい。
【０１３６】
操作上の特徴および利点 好ましい実施形態の電子制御磁気レオロジー作動人工膝は、膝の運動に対し高速かつ即座に反応する制御を行い、しかも丈夫で、肢切断患者にとって手頃な値段である。好ましい実施形態は、肢切断患者にとって改良された安定性、歩行バランス、およびエネルギー効率を提供し、自然な膝関節の力学をシミュレートし、かつ／または厳密に再現するという利点を有する。
【０１３７】
動作時に、選択されたまたは所定の電気信号、電圧または電流により、必要に応じて、電磁石または磁気コイル２１４が作動され、複数のロータ面およびステータ面にほぼ垂直に、かつ隣接するロータ２２０とステータ２３０との間のＭＲ流体またはフィルムを通る、活性可変磁界を発生し、人工膝２１０の回転動を正確に制御する可変ダンピングトルク（または回転抵抗力）を発生する。前記したように、好ましい一実施形態によれば、トルクは摩擦ダンピング成分を含む。
【０１３８】
好ましい実施形態のＭＲ作動人工膝２１０が、迅速かつ正確な反応を提供することが望ましい。ＭＲ粒子の材料は、数ミリ秒内に印加磁界に反応することにより、流体レオロジーおよび膝の運動のリアルタイム制御に備える。これにより、患者が安全かつ／またはより自然に移動することが容易になる。
【０１３９】
粘性ダンピングトルクが、ＭＲ流体の剪断により発生することが有利である。したがって、本発明のＭＲ作動人工膝２１０内での圧力上昇または変化が全くないか、またはごくわずかしかない。これにより、流体漏出および膝の故障の可能性がなくなるか、または減少するので、望ましく安全性が増加する。さらに、圧力ベアリングなどの高価かつ／または比較的複雑な部品を使用する必要なく、確実なシールが提供される。
【０１４０】
別の利点は、隣接するロータ２２０とステータ２３０との間の複数の剪断面または磁束インターフェースが、トルク倍増器のように動作し、さらなる伝達部品または他の補助部品を使用することなく、粘性トルクレベル（および／または摩擦トルク）を所望の最大値まで上昇させることを可能にすることである。さらに、隣接するロータ２２０とステータ２３０との間の重なり表面積の選択に柔軟性があるため、最大の、達成可能な粘性トルク（および／または摩擦トルク）を増減することもできる。従って、必要に応じて、または希望に応じて、システムのサイズ、重量、および複雑さを実質的に増加することなく本発明の多用性を増加する、広い動的トルクまたはねじり抵抗範囲を提供することが望ましい。
【０１４１】
好ましい一実施形態では、本発明の人工膝は、約４０ニュートンメートル（Ｎｍ）の最大動的トルクを提供する。他の好ましい実施形態では、本発明の人工膝は、約０．５Ｎｍ〜約４０Ｎｍの動的トルクを提供する。さらに他の好ましい実施形態では、本発明の人工膝は、約１Ｎｍ〜約５０Ｎｍの動的トルクを提供する。他の好ましい実施形態では、本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、本発明の人工膝が、他の動的トルク範囲を効果的に提供することができる。
【０１４２】
好ましい一実施形態では、本発明の人工膝は、伸展期および屈曲期中に、完全な伸展と約１４０゜の屈曲角との間で、膝回転を正確に制御する。他の好ましい実施形態では、本発明の人工膝は、伸展および屈曲期中に、完全な伸展と約１２５゜〜約１５０゜の屈曲角との間で、膝回転を正確に制御する。他の好ましい実施形態では、本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、本発明の人工膝が、他の膝回転範囲を効果的に提供することができる。
【０１４３】
隣接するロータ２２０とステータ２３０との間のＭＲ流体ギャップの薄さが最適化されることによって、より高い最大トルク、より広い動的トルク範囲が提供され、必要な消費エネルギーが、好ましくは約１０ワット以下に減少することも、有利である。これにより、本発明のＭＲ作動人工膝２１０の効率および実用性が増加し、使用するワット数がより小さく、かつ／または電源が複雑でないため、コストが節約される。
【０１４４】
他の好ましい実施形態 図２６〜５１は、本発明による特徴および利点を有する複数の好ましい実施形態を示す。開示を明確かつ簡潔にするために、これらの実施形態のある特徴のみについて以下に説明する。他の特徴は図面から明らかであり、かつ／または前記の好ましい実施形態の説明において具体化されていることを理解すべきである。
【０１４５】
図２６〜２８は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝のほぼ中央のコア４１２の好ましい一実施形態を示す。コア４１２は、斜面またはテーパ面３３６と、各コア部４５２、４５４の各端部の肩部または段部３３８とを含み、関連するコア側板４１６、４１８（図２９〜３６に示す）との嵌め係合または機械接続を容易にすることが好ましい。従って、コア４１２は側板４１６、４１８の回転に伴って回転する。
【０１４６】
コア４１２は、鉄−コバルト（ＦｅＣｏ）高磁気飽和合金を含むことが好ましい。好ましい一実施形態では、コア４１２は、鉄−コバルト高飽和合金（ASTEM A-801タイプ１合金）とされ、これは約５０％のコバルトを含む組成を有する。例えば、コア２１２は、Principal Metals から入手可能なHiperco Alloy 50 （登録商標）、Permendur V （商標）又はVanadium pemendur、或いは、ドイツ、ハーナウのVacuumschelze から入手可能なVacoflux 50 を含むものとすることができる。
【０１４７】
コア４１２は、機械加工、およびそれに続く乾燥水素雰囲気中での熱処理により形成されて、最適な磁気特性を達成することが好ましい。コア４１２は、好ましくは摂氏約８２０゜で約５時間、乾燥水素雰囲気中で焼きなましされる。次にコア４１２は、毎時間約１５０゜Ｃで、約２００゜Ｃに達するまで、乾燥水素雰囲気中で冷却される。熱処理中に汚染を避けるように注意する必要があり、グリース、油、指紋などは、アセトンやその他の適宜の洗浄溶剤を使用して除去する。熱処理中、コア４１２をコア側板４１６、４１８から分離させて、起こり得る部品間の溶接を回避することが好ましい。
【０１４８】
好ましい一実施形態では、および特に図２７、２８を参照して、コア４１２は、長さＬ271が約２．５１７ｃｍ（０．９９１インチ）、長さＬ272が約５．５６ｍｍ（０．２２０インチ）、長さＬ273が約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）、長さＬ274が約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）、径Ｄ271が約１．４２４ｃｍ（０．５６０５インチ）、径Ｄ272が約１．４１５ｃｍ（０．５５７インチ）、角θ271が約１０゜、および径Ｄ281が約１．８８ｃｍ（０．７４０インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により、コア４１２を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１４９】
図２９〜３３は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝のコア側板４１６の好ましい一実施形態を示す。コア側板４１６は、コア部４５２（図２６〜２８）の端部と締り嵌めを嵌合形成するように構成されたほぼ中央のキャビティまたは貫通孔４５６と、一般に円形に配置されて、人工膝の種々の部品を固定するボルトなどを受ける、３つのほぼ等間隔に配置された貫通孔４５８とを含む。コア側板４１６は、電磁石４１４（図３７〜３９）のフランジに係合または機械接続するように構成された一般に円形の溝または凹部３５６をさらに含む。したがって、電磁石または磁気コイル４１４は、コア側板４１６の回転に伴って回転する。
【０１５０】
テーパまたはテーパ面もしくはテーパ部４７０、４７１が、コア側板４１６の各外面および内面に設けられている。これにより、重量が減少し、材料が節約され、間隙空間が提供されて、組立てが容易になることは、有利である。回転可能なコア側板４１６は、外側スプラインの溝またはフランジ内に設けられたＯリングなどを使用して、回転可能な外側スプラインと共に動的シールを形成する。
【０１５１】
コア側板４１６は、鉄−コバルト（ＦｅＣｏ）高磁気飽和合金を含むことが好ましい。好ましい一実施形態では、コア側板４１６は、鉄−コバルト高飽和合金（ASTEM A-801タイプ１合金）とされ、これは約５０％のコバルトを含む組成を有する。例えば、コア２１２は、Principal Metals から入手可能なHiperco Alloy 50 （登録商標）、Permendur V （商標）又はVanadium pemendur、或いは、ドイツ、ハーナウのVacuumschelze から入手可能なVacoflux 50 を含むものとすることができる。
【０１５２】
コア側板４１６は、機械加工、およびそれに続く乾燥水素雰囲気中での熱処理により形成されて、最適な磁気特性を達成することが好ましい。コア側板４１６は、好ましくは約８２０゜Ｃで約５時間、乾燥水素雰囲気中で焼きなましされる。次にコア側板４１６は、毎時間約１５０゜Ｃで、約２００゜Ｃに達するまで、乾燥水素雰囲気中で冷却される。熱処理中に汚染を避けるように注意する必要があり、グリース、油、指紋などは、アセトンやその他の適宜の洗浄溶剤を使用して除去する。熱処理中、コア側板４１６をコア４１２から分離させて、起こり得る部品間の溶接を回避することが好ましい。
【０１５３】
好ましい一実施形態では、および特に図３０〜３３を参照して、コア側板４１６は、径Ｄ301が約３．３５３ｃｍ（１．３２０インチ）、径Ｄ302が約２．４６１ｃｍ（０．９６９インチ）、ブラインドサークル径Ｄ311が約２．８４５ｃｍ（１．１２０インチ）、径Ｄ312が約２．４３ｃｍ（０．９５８インチ）、径Ｄ313が約２．２９ｃｍ（０．９００インチ）、孔径Ｄ314が約２．９５ｍｍ（０．１１６インチ）、角θ311が一般に１２０゜、径Ｄ321が約４．８０ｃｍ（１．８９０インチ）、径Ｄ322が約３．３０ｃｍ（１．３００インチ）、径Ｄ323が約１．８８ｃｍ（０．７４０インチ）、幅Ｗ321が約５．５９ｍｍ（０．２２０インチ）、幅Ｗ322が約１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）、幅Ｗ331が約２．５４ｍｍ（０．１００インチ）、幅Ｗ332が約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）、幅Ｗ333が約１．５２ｍｍ（０．０６０インチ）、および曲率半径Ｒ331が約６．３５ｍｍ（０．２５０インチ）、曲率半径Ｒ332が約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）、角θ331が約３０゜、角θ332が約１０゜となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、コア側板４１６を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１５４】
図３４〜３６は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝の第２のコア側板４１８の好ましい一実施形態を示す。コア側板４１８は、コア部４５４（図２６〜２８）の端部と締り嵌めを嵌合形成するように構成されたほぼ中央のキャビティまたは貫通孔４５７と、本発明の人工膝の電磁石または磁気コイル４１４（図３７〜３９）に接続された電線またはリード線を通す一対の貫通孔４７２とを含むこと以外は、第１のコア側板４１６とほぼ同一である。
【０１５５】
好ましい一実施形態では、および特に図３５、３６を参照して、コア側板４１８は、長さＬ351が約１．１４ｃｍ（０．４４８インチ）、長さＬ352が約１．０５ｃｍ（０．４１３インチ）、孔径Ｄ355が約１．７８ｍｍ（０．０７０インチ）、および径Ｄ363が約１．４２ｃｍ（０．５６０インチ）となるように、寸法決めされ構成される。図３１、３２に示し、第１のコア側板４１６について前記したように、他の寸法Ｄ351、Ｄ352、Ｄ353、Ｄ354、θ351、Ｄ361、Ｄ362、Ｗ361、およびＷ362は、寸法Ｄ311、Ｄ312、Ｄ313、Ｄ314、θ311、Ｄ321、Ｄ322、Ｗ321、およびＷ322と各々ほぼ同一である。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、コア側板４１８を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１５６】
図３７〜３９は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝の電磁石、磁気コイルまたはワイヤスプール４１４の好ましい一実施形態を示す。磁気コイル４１４は、一般に、各端部に一対のフランジ３４２、３４４を有するボビン３４０と、一般にボビン３４０の周りに巻かれ、電気リード線３５２に接続された巻線３５０とを含む。ボビンフランジ３４４内の一対のスロットまたは貫通孔３４６、３４８により、バッテリまたは他の電源に接続するリード線３５２を通すことが可能となる。
【０１５７】
磁気コイル４１４は、一般に円筒形で、コア４１２を受けて磁気コイル４１４をコア４１２に機械接続するための、一般に円筒形の貫通路３５８を有する。フランジ３４２、３４４は、各側板４１６、４１８（図２９〜３６）の溝または凹部内で受けられて、磁気コイル４１４を側板４１６、４１８に機械接続する。したがって、コア側板４１６、４１８が回転すると、磁気コイル４１４とコア４１２も回転する。
【０１５８】
ボビン４４０は、約２００゜Ｃの温度定格を有するポリフェニレンサルファイドから作られることが好ましい。巻線３５０は、約１０．５ボルトの直流で約８．０３オーム（Ω）の抵抗と、約１３．７ワットの電力定格を有する、３４０回巻きの３０ＡＷＧ銅線を含むことが好ましい。巻線の絶縁材は、摂氏約１５５゜の温度定格を有する適宜の材料を含む。リード線３５２は、約０．２５インチの区画をむき取って錫めっきしたテフロン（登録商標）絶縁材で覆われた、約８インチの長さの２４ＡＷＧより線を含むことが好ましい。
【０１５９】
好ましい一実施形態では、および特に図３８、３９を参照して、電磁石または磁気コイル４１４は、長さＬ381が約１．１３８ｃｍ（０．４４８インチ）、長さＬ382が約１．０５ｃｍ（０．４１３インチ）、幅Ｗ381が約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）、曲率半径Ｒ381が約０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）、径Ｄ381が約０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）、径Ｄ391が約２．４５ｃｍ（０．９６５インチ）、径Ｄ392が約１．８９ｃｍ（０．７４５インチ）、径Ｄ393が約２．０２ｍｍ（０．７９５インチ）、長さＬ391が約１．９５ｃｍ（０．７６６インチ）、長さＬ392が約１．７４ｃｍ（０．６８６インチ）、長さＬ393が約１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）、長さＬ394が約１．０２ｍｍ（０．０４０インチ）、および厚さＴ391が約０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により、磁気コイル４１４を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１６０】
図４０〜４４は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝の内側スプライン４２２の好ましい一実施形態を示す。内側スプライン４２２は、ロータ４２０（図４５〜４７）の対応する歯に係合または嵌合する複数の縦溝またはノッチ４８４と、磁気コイル４１４（図３７〜３９）を受けるためのほぼ中央のキャビティ４７６とを含む。内側スプライン４２２が、角の丸いほぼ矩形または正方形を有する、９個のほぼ等間隔に配置された溝４８４を含むことが好ましい。
【０１６１】
内側スプラインキャビティ４７６は、コア側板４１６、４１８（図３１、３５）のボルト受け孔にほぼ整合する、３個の縦キャビティまたは通路４７８を含むことが好ましい。通路４７８は、内側スプライン４２２とコア側板４１６、４１８とを固定するボルトなどを受ける。内側スプラインキャビティ４７６は、内側スプライン４２２の重量、したがって人工膝の重量を減少させる役目を果たす、複数の縦凹部３６０をさらに含む。
【０１６２】
内側スプライン４２２は、各端部にフランジ４８０を含み、このフランジ４８０は、Ｏリング、ガスケットなどを受けて、回転可能な内側スプライン４２２と回転可能なコア側板４１６、４１８との間に静止シールを形成する。また、隣接する段部、肩部またはフランジ３６２を各端部に設けて、人工膝の組立て中に、内側スプライン４２２へのＯリングまたはガスケットの取付けを容易にする。
【０１６３】
内側スプライン４２２は、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）により製造されることが好ましい。内側スプライン４２２は、チタンまたはチタン合金から作られ、ロータ４２０に係合してロータ４２０からのトルクを伝達する、非鉄製で、かつ丈夫で固く軽量の表面を提供することが好ましい。内側スプラインは、６ＡＩ−４Ｖチタン合金から作られることがより好ましい。
【０１６４】
好ましい一実施形態では、および特に図４１〜４４を参照して、内側スプライン４２２は、ブラインドサークル径Ｄ411が約２．８５ｃｍ（１．１２０インチ）、径Ｄ412が約２．４６ｃｍ（０．９７０インチ）、通路径Ｄ413が約２．９５ｍｍ（０．１１６インチ）、角θ411が一般に約１２０゜、角θ412が一般に約４０゜、長さＬ421が約２．２４ｃｍ（０．８８１インチ）、長さＬ422が約１．９６ｃｍ（０．７７１インチ）、湾曲長さＬ431が約１．０２ｃｍ（０．４０２インチ）、湾曲長さＬ432が約４．１７ｍｍ（０．１６４インチ）、湾曲長さＬ433が約１．８８ｍｍ（０．０７４インチ）、湾曲長さＬ434が約８．９２ｍｍ（０．３５１インチ）、外径Ｄ431が約３．６３ｃｍ（１．４３０インチ）、径Ｄ432が約３．４３ｃｍ（１．３５０インチ）、径Ｄ433が約２．９０ｃｍ（１．１４０インチ）、輪郭公差幅Ｗ431が約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）、曲率半径Ｒ431、Ｒ432、Ｒ433、Ｒ434、Ｒ435が各々約１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）、１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）、０．７６２ｍｍ（０．０３０インチ）、０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）、０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）、角θ431が約２０゜、長さＬ441が約１．４０ｍｍ（０．０５５インチ）、長さＬ442が約０．３８１ｍｍ（０．０１５インチ）、長さＬ443が約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）、長さＬ444が約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）、径Ｄ441が約３．３４５ｃｍ（１．３１７インチ）、径Ｄ442が約３．２２６ｃｍ（１．２７０インチ）、曲率半径Ｒ441が約０．２０ｍｍ（０．００８インチ）、および曲率半径Ｒ442が約０．５１ｍｍ（０．０２０インチ）となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、内側スプライン４２２を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１６５】
図４５〜４７は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝のロータまたは内側ブレード４２０の１つの、好ましい一実施形態を示す。好ましくは環状またはリング状の薄いロータ４２０は、一般に円形であり、内側スプライン溝４８４に係合または嵌合するように構成された、複数の内側に延びる歯４８８を有する、ほぼ中央のキャビティまたは貫通孔４８６を含む（図４１）。ロータ４２０が、一般に角の丸い矩形または正方形の、９個のほぼ等間隔に配置された歯４８８を含むことが好ましい。
【０１６６】
ロータ４２０は、高飽和磁束密度を有する、機械的に強く軟磁性材料から作られることが好ましい。ロータ４２０は青鍛鋼から作られることがより好ましい。ロータ４２０は、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）により形成されることが好ましい。これにより、高い製造精度が得られ、普通なら患者に不快感を与える、ロータ４２０と内側スプライン４２２との間のバックラッシュ、がたつき、または遊びが回避または緩和されるという利点が得られる。
【０１６７】
好ましい一実施形態では、および特に図４５〜４７を参照して、ロータ４２０は、大外径Ｄ451が約４．８５１ｃｍ（１．９１０インチ）、厚さＴ461が約０．２０３ｍｍ（０．００８インチ）、湾曲長さＬ471が約９．１２ｍｍ（０．３５９インチ）、湾曲長さＬ472が約１．７３ｍｍ（０．０６８インチ）、大内径Ｄ471が約３．６４２ｃｍ（１．４３４インチ）、小内径Ｄ472が約３．４３９ｃｍ（１．３５４インチ）、輪郭公差幅Ｗ471が約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）、曲率半径Ｒ471が約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）、曲率半径Ｒ472が約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）、角θ471が約４０゜となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、ロータ４２０を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１６８】
好ましい一実施形態では、ロータの大外径（Ｄ451）とロータの大内径（Ｄ471）との比率が約１．３である。他の好ましい実施形態では、ロータの大外径（Ｄ451）とロータの大内径（Ｄ471）との比率が約１．２〜約５である。さらに他の好ましい実施形態では、ロータの大外径（Ｄ451）とロータの大内径（Ｄ471）との比率が約１．１〜約１０である。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、この比率を効果的に変えてもよい。
【０１６９】
図４８〜５０は、本発明の磁気レオロジー作動人工膝のステータまたは外側ブレード４３０の１つの、好ましい一実施形態を示す。好ましくは環状またはリング状の薄いステータ４３０は、一般に円形であり、内側スプライン４２２を接触することなく受けるように構成された、ほぼ中央のキャビティまたは貫通孔４９０と、人工膝の回転可能な外側スプライン内側の溝またはノッチに係合または嵌合するように構成された、ステータ外周上の複数の外側に延びる歯４９２とを含む。ステータ４３０が、一般に角の丸い矩形または正方形の、９個のほぼ等間隔に配置された歯４９２を含むことが好ましい。
【０１７０】
ステータ４３０は、高飽和磁束密度を有する、固い鉄材料から作られることが好ましい。ステータ４３０は青鍛鋼から作られることがより好ましい。ステータ４３０は、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）により形成されることが好ましい。これにより、高い製造精度が得られ、普通なら患者に不快感を与える、ステータ４３０と外側スプラインとの間のバックラッシュ、がたつき、または遊びが回避または緩和されるという利点が得られる。
【０１７１】
好ましい一実施形態では、および特に図４８〜５０を参照して、ステータ４３０は、大内径Ｄ481が約３．６５８ｃｍ（１．４４０インチ）、厚さＴ491が約０．２０３ｍｍ（０．００８インチ）、湾曲長さＬ501が約１．１８ｃｍ（０．４６４インチ）、湾曲長さＬ502が約３．６６ｍｍ（０．１４４インチ）、大外径Ｄ501が約５．０７ｃｍ（１．９９６インチ）、小外径Ｄ502が約４．８６７ｃｍ（１．９１６インチ）、輪郭公差幅Ｗ501が約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）、曲率半径Ｒ501が約０．５０８ｍｍ（０．０２０インチ）、曲率半径Ｒ502が約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）、角θ501が約２０゜となるように、寸法決めされ構成される。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、代替方法により効果的に、ステータ４３０を寸法決め、かつ／または構成してもよい。
【０１７２】
好ましい一実施形態では、ステータの小外径（Ｄ502）とステータの大内径（Ｄ481）との比率が約１．３である。他の好ましい実施形態では、ステータの小外径（Ｄ502）とステータの大内径（Ｄ481）との比率が約１．２〜約５である。さらに他の好ましい実施形態では、ステータの小外径（Ｄ502）とステータの大内径（Ｄ481）との比率が約１．１〜約１０である。他の好ましい実施形態では、適度に小型化された、軽量かつ／または耐久性のある人工膝を提供するという目標、および／または本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、この比率を効果的に変えてもよい。
【０１７３】
図５１は、本発明の他の好ましい実施形態による特徴および利点を有する、磁気レオロジー作動人工膝５１０を示す。本実施形態では、磁気戻り通路は、人工膝５１０の外側を通過する。このような構成によって、より小型かつ／または軽量のシステムの設計に備えることができる。本明細書中で教示され提示された特長および利点の１つまたは複数を達成するという目標を十分に考慮して、必要に応じて、または希望に応じて、他の適宜の磁気戻り通路を選択または構成してもよい。
【０１７４】
図５１では、電磁石または電磁コイル５１４の作動により、磁界５４０が発生する。この電磁石または電磁コイル５１４は、複数の間隔をおいて交互に存在するロータ（内側ブレード）５２０およびステータ（外側ブレード）５３０と、人工膝５１０の外側の軟磁性のハウジングまたはケーシング５１２との間に位置することが好ましい。磁界５４０の活性部分がロータ５２０、ステータ５３０、および両者間のギャップ内の磁気レオロジー流体を通過する（ほぼ横方向５４２に進む）。磁界５４０の戻り通路は、軟磁性の側板５１６を半径方向外向きに、膝の外側５１２を横方向に、かつ第２の軟磁性の側板５１８を半径方向内向きに通過する。
【０１７５】
本発明の部品および技法をある程度特定して説明したが、本開示の精神および範囲を逸脱することなく、前記の特定の設計、構造、および方法に多くの変更を加えてもよいことは明らかである。本発明は、例示の目的で本明細書中に記載した実施形態に限定されるものではなく、各要素が受ける権利のある同等物の全範囲を含む、添付の請求の範囲を正当に解釈することによってのみ定義されることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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