(57)【要約】【解決手段】本発明は、Δ軸を中心にして相互に回動自在な２つの要素間で動きを制御する関節に関する。この関節は、Δ軸を有する円筒状内腔（７）を有する、第１の要素に固定するためのハブ（６）と、Δ軸を中心にしてハブに対し回動可能となるようにハブ（６）の内腔に係合された、第２の要素に固定するためのシャフト（１０）とを備える。本発明は、ハブ（６）及びシャフト（１０）が、Δ軸に垂直な所定の応力（Ｆ３，Ｆ４）の作用により変形可能であり、Δ軸を中心とした回動の阻止作用を保証するよう、弾性を有することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Δ軸を中心として互いに対して回動する２つの要素(3, 4)間で動きを制御する関節であって、
Δ軸の円筒状内腔(7)を形成した、第１の要素(3)に固定するためのハブ(6)と、
ハブ(6)の内腔に係合されて、Δ軸を中心とした回動であってハブに対して回転可能な、第２の要素(4)に固定するためのシャフト(10)と、
を備えており、
ハブ(6)及びシャフト(10)は、Δ軸に垂直に印加される応力(F3, F4)が所定の値よりも大きい場合に変形して、Δ軸を中心とした回動を阻止する弾性を有することを特徴とする関節。
【請求項２】
請求項１に記載の関節において、
内腔(7)の内側表面とシャフト(10)の外側表面が接触し、かつ該接触面が相補性の形状を有しており、さらにハブ(6)及びシャフト(10)は弾性変形自在に形成され、
外力のない状態では、内腔(7)の内側表面とシャフト(10)の外側表面は、Δ軸を中心として回動可能な形状を維持しており、
Δ軸に垂直な所定の応力(F3, F4)が印加された状態では、内腔(7)の内側表面とシャフト(10)の外側表面が共に変形し、この可逆的な変形により、Δ軸を中心とした回動が阻止されるよう構成されてなることを特徴とする関節。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の関節において、
ハブ(6)及びシャフト(10)は、円筒状内腔(7)の内側表面とシャフト(10)の外側表面が、Δ軸に垂直な応力の作用により相補性の形状を維持しつつ楕円状に変形するよう構成されてなることを特徴とする関節。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載の関節において、
ハブ(6)は、第１の要素(3)の固定手段(9)を設けた円筒状スリーブ(8)を備え、
シャフト(10)は、ハブのスリーブ(8)の形状と相補性をなす形状の円筒状スリーブ(11)であって、かつ第２の要素のための固定手段(12)を設けた円筒状スリーブ(11)を備えていることを特徴とする関節。
【請求項５】
請求項４に記載の関節において、
ハブのスリーブ(8)の内側表面及びシャフトのスリーブ(11)の外側表面は、低摩擦係数を有する材料で被覆され、又は該材料で形成されてなることを特徴とする関節。
【請求項６】
請求項４に記載の関節において、さらに、
ハブとシャフトの間に挿入された、低摩擦係数を有するリングを備えることを特徴とする関節。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一に記載の関節において、さらに
ハブとシャフトの間でΔ軸に沿った相対的な移動を阻止する阻止手段(15)を備えることを特徴とする関節。
【請求項８】
大腿部の付け根に少なくとも一の取付部(3)と、人工の脛骨要素(4)と、前記取付部と前記脛骨部分との間で関節的な動きを実現する結合手段(1)とを備えた膝用プロテーゼであって、
前記結合手段が、請求項１乃至７のいずれか一に記載された少なくとも一の関節を有することを特徴とする膝用プロテーゼ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Δ軸に従って互いに回転移動する２つの要素間の、動きを制御する関節を作製するために用いられる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
好ましい用途（これに限定するものでないが）として、本発明は、大腿部の付け根用取付部と、先端部に人工足（義足）を有する脛骨と呼ばれる要素との間で、関節的な動きを保証する人工膝（膝用プロテーゼ）を形成するために脚部用プロテーゼに用いた、動きを制御する関節に関する。
【０００３】
このようなプロテーゼの関節、すなわち人工膝としては、プロテーゼの使用者にとって異なる歩行相に対応した２つの機能を保証できるものでなくてはならない。
【０００４】
まず、動きを制御する関節は、歩行時の支持と呼ぶ相においてブロックされ得るものでなくてはならず、その間は使用者の体重がプロテーゼに掛かる。次に、この関節は、歩行相において脛骨部分の前後移動を可能にするようにブロックが外され得るものでなくてはならず、その間はプロテーゼの使用者が健常な脚部に体重を移している。
【０００５】
このような２つの機能を保証するために、動きを制御する関節は、動きを規制する手段と規制を解除する手段を備え、回動の自在化と回動のロック作用という２つの作動モードの移行を可能にしなければならない。
【０００６】
このような目的のために、枢軸部と、脛骨部分の前後移動を規制及び規制解除するために制御された油圧式のジャッキ部とを備える関節を用いた特許文献１（フランス特許第ＦＲ２２６１７４２号明細書）が開示されている。
【０００７】
回動の動きを規制又は規制解除する機能に関しては、このような関節でも十分であるが、これでは構成部品が比較的重くなり、特に油圧式のジャッキ部が複雑で嵩張るため、結果的にプロテーゼ構体の重量が相対的に大きなものとなって使用コストが高騰するという欠点がある。また重量に関しては、プロテーゼのこのような特性によって年配者の使用が困難となってしまう点も重要である。
【０００８】
一方でロック機構を簡素化するために、特に特許文献２（ドイツ特許第ＤＥ１０３０５０８号明細書）、特許文献３（ドイツ特許第ＤＥ８４１１９３号明細書）、特許文献４（フランス特許第ＦＲ１０９９５７０号明細書）において、軸または窪みのいずれかが弾性を有することにより、応力によってこれら２つの可動要素を並進可能とし、回動にブレーキを掛ける接触片すなわち摩擦表面を配置した関節を用いる構成が開示されている。ここでは、外部応力がない休止状態では摩擦表面は互いに離れ、一方で応力の作用下では接触し合う。
【特許文献１】フランス特許第ＦＲ２２６１７４２号明細書
【特許文献２】ドイツ特許第ＤＥ１０３０５０８号明細書
【特許文献３】ドイツ特許第ＤＥ８４１１９３号明細書
【特許文献４】フランス特許第ＦＲ１０９９５７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらの例では、特に関節の重量を増大させてしまう摩擦表面や摩擦片を要するという問題がある。またこれらの例では、関節を効率的にロックできるという保証が必ずしもないという欠点もある。したがって、回動をロック、ブロック可能な機能を提供しつつも、ブロック作用に必要な付属部材や装置を低減あるいは省略可能な、簡単な設計の新規な関節が求められている。これにより、関節自体やロック作用の効率性を保証しつつ、一時的なブロック作用の保証に必要な制御手段の重量を減らすことが可能となる。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
これらの目的を達成するために、本発明は、Δ軸を中心にして互いに対して回動可能な２つの要素間で動きを制御する関節に関したものであり、この関節は、
Δ軸の円筒状内腔が設けられていて、第１の要素に固定するようになされたハブと、
Δ軸に対して可動となるようにハブの内腔に係合されたシャフトとを具備している。このシャフトは、第２の要素と堅固に固定するためのものである。
【００１１】
本発明によれば、この関節はΔ軸を中心にした回動のロック作用、すなわち幾何学的なブレーキ作用を保証するために、Δ軸に対して垂直な応力が所定値よりも大きな場合に変形するよう、弾性変形可能であることを特徴とする。
【００１２】
したがって、本発明の一の特徴によれば、内腔の内側表面とシャフトの外側表面とが接触し、相補性の形状を有している。またハブとシャフトは弾性的に変形可能であり、これにより、
外部応力がない休止状態では、内腔の内側表面とシャフトの外側表面は、Δ軸を中心にした回動が可能な円筒状の形状であり、
一方でΔ軸に対して垂直に印加される応力が所定値よりも大きい場合は、内腔の内側表面とシャフトの外側表面が同時に変形する。このような可逆的な同時変形がΔ軸のロック作用すなわちブレーキ作用を奏する。
【００１３】
本発明によれば、Δ軸を中心とする回動をロックするハブとシャフトの同時変形が可逆的であるレベルまで、様々の形状を取ることができる。応力が無くなると、Δ軸を中心とする回動が可能となる元の形状に復帰する。この同時変形は、回動可能な回転形状から、それ以上回転せずに回動のブレーキ作用すなわち幾何学的なロック作用を生じる形状まで、接触した両表面が可逆的に移行できるように、すなわちハブとシャフトの案内が可能となるようにしなければならない。
【００１４】
本発明の一の特徴によれば、ハブとシャフトは、円筒状内腔の内側表面とシャフトの外側表面が、Δ軸に垂直に印加される応力の作用によって相補的な形状を保つことにより、楕円形をなすように作製されている。
【００１５】
同様に、ハブとシャフトは、ハブの内腔の内側表面とシャフトの外側表面が、Δ軸を中心とする回動をロックするために可逆的に同時変形する状態を検知できるレベルに、また関節の作用に伴いハブの内側表面と軸の外側表面の形状の相補性が維持されるレベルまで異なるように作製できる。
【００１６】
本発明に係る関節の好ましい実施形態（限定するものでない）によれば、ハブは、その外表面端縁に第１の要素用の固定手段が設けられた円筒状のスリーブを有している。他方でシャフトは、同心円状であってハブのスリーブの内側に合わせられる円筒状のスリーブを有している。このような中空シャフトは、内側表面端縁に第２の要素用の固定手段を有している。
【００１７】
本発明によれば、これらの円筒状スリーブは、要求される機械的特性を備えた任意の材質にて作製できる。
【００１８】
本発明の一の特徴によれば、ハブのスリーブの内側表面及び／又はシャフトのスリーブの外側表面は、低摩擦係数を有する材質で被覆され、またはこのような材質で構成される。
【００１９】
また本発明によれば、ハブとシャフトの間に低摩擦係数の材料で作製したリングを挿入することもできる。
【００２０】
さらに本発明の他の特徴によれば、関節は、Δ軸に沿ったハブとシャフトの相対的な移動を阻止する阻止手段を有する。
【００２１】
さらにまた本発明は、大腿部の付け根に装着する少なくとも一の要素と、人工の脛骨用要素と、前記装着要素と前記脛骨部分との間で関節的な動きをする連結手段とを備えた脚部用すなわち人工脚部用のプロテーゼに関する。この関節的な動きがなされる連結手段は、装着要素と脛骨用要素とを連結する、本発明に係る少なくとも一の関節を有する。
【００２２】
勿論、上述した本発明に係る異なる特徴は、互いに排他的でない限り、異なる組み合わせに従って相互に利用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
さらに、本発明に係る他の種々な特徴も、本発明を限定しない実施例として示す添付図を参照すれば、以下の説明から明らかとなる。
【００２４】
動きを制御する関節を図１及び図２に例示すると共に、全体として参照符号１で表す。このような動きを制御する関節は、図１に概略的に示すように、好ましい用途においては脚部用プロテーゼ２の関節的な動きを保証するためのものである。この脚部用プロテーゼ２は、使用者の大腿部の付け根（図示せず）に固定する取付部３を有する。プロテーゼ２は、関節１によって取付部３に結合され、関節１に対向して人工足部５を備えた脛骨部４も有している。取付部３、脛骨部４、人工足部５は当業者に既知の任意の適切な態様で作製され得る。なお脛骨部４、取付部３、人工足部５に関する詳細は、動きを制御する関節１に関する本発明の本質と関連しないので、本明細書において説明を省略する。
【００２５】
関節１は、Δ軸を中心とした、取付部３と脛骨要素４の相対的な回動を可能とする人工膝を形成するように意図したものである。さらに、制御された関節１は、プロテーゼ２の使用者の体重を支持し、足部５へ体重移動するために、Δ軸を中心とした回動を阻止できるように構成される。
【００２６】
Δ軸を中心として、取付部３と脛骨要素４の間での回動阻止または規制された動作を可能とするため、動きを制御する関節１は、Δ軸の円筒状内腔７を設けたハブ６を有する。このハブ６は、取付部３に固定するためのものである。実施例に図示するように、ハブ６は、少なくともその内腔位置すなわち内壁７に、外部応力がない休止状態で、Δ軸を中心に回転可能な筒状のスリーブ８を有する。円筒状スリーブ８の外表面端縁には、取付部３への固定手段９が設けられている。
【００２７】
次に、関節１は、Δ軸での回動においてハブ６に対して可動するよう、このハブの内腔７に係合するシャフト１０を有する。このシャフト１０は、脛骨要素４に固定するためのものである。実施例に図示するように、シャフト１０は、（以下、上記と同じ修正必要）外部応力がない休止状態で、少なくとも外壁の端縁に、Δ軸を中心に回転可能な筒状のスリーブ１１を備えている。具体的には図２から明らかなように筒状スリーブ１１は、内腔７を形成したスリーブ８の内壁にスリーブ１１の外壁が接触するように、筒状のスリーブ８の形状と相補性をなす形状としている。最後に、筒状スリーブ１１は、脛骨要素４に固定要素１２を有しており、この固定要素１２は、その内側表面端縁でスリーブ１１に結合されている。
【００２８】
円筒状スリーブ８及び１１は、後述するように、スリーブの可逆的な弾性変形を可能にする材料で作製される。
【００２９】
このようにして得られた、本発明に係る関節１は以下のように機能する。
【００３０】
Δ軸に垂直な応力が関節１に印加されるとき、或いはΔ軸に垂直な応力がスリーブ８及び１１の弾性変形を生じるには不十分な大きさであるとき、スリーブ８とスリーブ１１間のガイド又は接触表面は、Δ軸を中心にして、矢印Ｆ１又はＦ２で示されるいずれかの方向に回動可能な、Δ軸を中心とする円筒状回転可能形状を有する。この休止状態は、脚部用プロテーゼ２の場合、使用者の体重が健常な脚部に移行する場合のモーメントに対応し、腰部用プロテーゼの脛骨部分は前後移動できる。勿論、取付部３に対する脛骨部分４の動きに関する回動可能な範囲を規定するための停止手段（図示せず）を関節１に付加することも可能であることはいうまでもない。また２つのスリーブ間での回動をスムーズにするために、接触面のうち一方又は他方を、例えばテフロン（登録商標）系材料のような低摩擦係数の材料で被覆することもできる。さらに低摩擦係数を有するテフロン（登録商標）その他の材料で作製された薄厚のリングを、ハブとシャフトの間に挿入することも可能である。
【００３１】
ただし、矢印Ｆ３、Ｆ４で示す応力がスリーブ８及び１１を変形できる十分な強度でΔ軸に垂直に印加されると、実施例に係る接触面は、円筒状回転可能な形状を損なって、図４に示すような楕円形を形成する。これにより、摩擦だけに由来するブレーキ作用またはロック作用とは異なる、ロック作用すなわち幾何学的なブレーキ作用が生じる。このようにして、Δ軸を中心としたあらゆる回動がブロックされ又はブレーキが掛かる。このような状況は、脚部用プロテーゼ２の場合、使用者が自分の体重をプロテーゼに掛ける場合のモーメントに対応する。
【００３２】
本発明に係る関節１は、回動の簡単なロック作用すなわちブレーキ作用を得ることが可能であり、また、本発明に係る関節のように最低限の構成部品を用いているので、軽量で嵩張らないことは明白である。
【００３３】
さらに図示した実施例によれば、関節１は、Δ軸に応じて、ハブとシャフトの相対的な移動すなわち軸方向にずれる並進運動を阻止する阻止手段１５を有する。
【００３４】
本発明は、その範囲から逸脱することなく、種々の変更がされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る脚部用プロテーゼ全体を側部から見た断面図である。
【図２】図１に示す脚部用プロテーゼに用いる、本発明に係る動きを制御する関節における軸線方向の断面図である。
【図３】本発明に係る動きを制御する関節を、関節の自在な回動が可能となる非変形状態で示す、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図である。
【図４】本発明に係る関節に荷重が掛かった時に変形した状態にある関節が、Δ軸に応じて関節の全回動がロックされた状態を示す図３と同様の横断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・関節（結合手段）
２・・・脚部用プロテーゼ
３・・・取付部
４・・・脛骨要素
５・・・人工足部
６・・・ハブ
７・・・内腔
８・・・スリーブ
９・・・固定手段
１０・・・シャフト
１１・・・スリーブ
１２・・・固定手段
１５・・・阻止手段
Ｆ３・・・応力
Ｆ４・・・応力
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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