(57)【要約】【課題】荷重が進んだ状態においても、荷重に対するリニアな変位特性を得ることができ、より多くの推進エネルギーを得ることのできる義足用板バネを提供する。【解決手段】板バネ状の湾曲部を備える義足用板バネにおいて、前記湾曲部の先端側に位置する接地部の後側に、上向きに湾曲するアーチ部を配置し、前記接地部の曲げ剛性を、前記アーチ部の曲げ剛性よりも高めることとした。これにより、広い荷重レンジにおいて、リニアな変位特性を得ることができるようになる。【選択図】図１
2018000626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板バネ状の湾曲部を備える義足用板バネにおいて、
前記湾曲部は、先端側に位置する接地部と、前記接地部の後側に配置された上向きに湾曲するアーチ部とを有し、
前記接地部の曲げ剛性は、前記アーチ部の曲げ剛性に等しいか、あるいは大きい、ことを特徴とする義足用板バネ。
【請求項２】
請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
前記アーチ部は、アーチの立ち上がり領域の曲げ剛性が、アーチの中央部の曲げ剛性よりも大きい、ことを特徴とする義足用板バネ。  
【請求項３】
請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
前記接地部の長さをＬｃとし、前記湾曲部の全長をＬｔとした場合に、Ｌｃ＜０．５Ｌｔの関係を満たす、ことを特徴とする義足用板バネ。
【請求項４】
請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
前記湾曲部は、後ろ向きに凸状に湾曲する踵部を、前記アーチ部の後側にさらに備える、ことを特徴とする義足用板バネ。
【請求項５】
請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
前記アーチ部のアーチ高は１０ｍｍ以上である、ことを特徴とする義足用板バネ。
【請求項６】
アダプターが取り付けられる直線部と、板バネ状の湾曲部とを備える義足用板バネにおいて、
前記湾曲部は、先端側に位置する接地部と、前記接地部の後側に配置された上向きに湾曲するアーチ部とを有し、
前記接地部の曲げ剛性は、前記アーチ部の曲げ剛性に等しいか、もしくは大きく、
荷重試験において、前記直線部の変形が１０〜２０ｍｍのときの荷重の増加と前記直線部の変形が７０〜８０ｍｍのときの荷重の増加との比が、７０％以上である、ことを特徴とする義足用板バネ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、競技用の義足に装着する義足用板バネに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、繊維強化樹脂で成型された板バネ部材を足部として用いる競技用の義足が知られている。例えば、特許文献１には、使用者の脚の断端を挿入するソケットをＪ字型に成形した炭素繊維強化樹脂製の足部に固定させた競技用義足が開示されている。このような従来の競技用義足の使用者は、板バネ状足部の湾曲領域を撓ませて反発力を生じさせ、この反発力を利用して進行方向への推進力を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８２８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の義足用板バネは、接地領域が下向きに湾曲する弓型形状となっており、接地後に荷重が加えられていくと、弓形のソール面全体が地面と接地していくことになる。このため使用者は、荷重量に応じて板バネ義足を湾曲させていくことはできず、効率的に推進エネルギーを得ることができなかった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、荷重が進んだ状態においても、荷重に対する直線的な変位特性を得ることができ、より多くの推進エネルギーを得ることのできる義足用板バネを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による義足用板バネは、板バネ状の湾曲部を備える義足用板バネにおいて、前記湾曲部の先端側に位置する接地部の後側に、上向きに湾曲するアーチ部を配置し、前記接地部の曲げ剛性を、前記アーチ部の曲げ剛性と等しいか、あるいは高くしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、義足用板バネの接地部の後側に上向きに湾曲するアーチ部を設け、接地部の曲げ剛性をアーチ部の曲げ剛性と等しいかあるいは高めたので、荷重が進んだ状態においても、湾曲部の裏面全体が接地面に接触していくのを防止することができる。これにより、広い荷重レンジにおいて、荷重に対する直線的な変位特性を得ることができるようになり、使用者はより多くの推進エネルギーを得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態１に係る義足用板バネの左側面図である。
【図２】接地部の変形例を示す図である。
【図３】接地部の変形例を示す図である。
【図４】アーチ部のアーチ高を説明するための図である。
【図５】接地部とアーチ部の曲げ剛性を説明するための図である。
【図６】踵部の変形例を示す図である。
【図７】実施例と比較例のＳＳカーブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
以下、本実施の形態１に係る義足用板バネについて図を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本実施の形態１による義足用板バネ１０の左側面図である。なお、以下の説明においては、義足用板バネ１０の直線部１１を接地面Ｇに垂直に配置した状態を「基準状態」と呼び、接地面Ｇに水平な方向を「水平方向」、接地面Ｇに垂直な方向を「垂直方向」とそれぞれ定義する。また、基準状態において、直線部１１に対して湾曲部の先端が位置する側を「前側」と呼び、直線部１１を挟んで前側と対向する側を「後側」と呼ぶ。さらに、義足用板バネ１０の各部の長さは、特に断りがない限り、基準状態における左側面視上での長さを示している。
【００１１】
図１において、義足用板バネ１０は、板状に成型される直線部１１と、板バネとして機能する湾曲部１２とよりなる。直線部１１と湾曲部１２は、炭素繊維強化樹脂やガラス繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂により一体的に成型される。
直線部１１には、ソケット（図示せず）と義足用板バネ１０とを接続するアダプター（図示せず）が固定される。直線部１１の垂直方向の長さは、個人の体型に応じてアダプターの固定位置を調整し得る長さであればよく、例えば２００ｍｍ程度とすることができる。直線部１１の幅は、８０ｍｍ程度とすることで、アダプターを安定的に固定させることができる。直線部１１の厚みは使用者の体重や材料に応じて設計を変更すればよく、例えば直線部１１を炭素繊維強化樹脂により成型する場合は、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることで必要な強度を確保することができる。
【００１２】
湾曲部１２は、接地面Ｇとの接地領域をなす接地部１２ａと、荷重状態の湾曲部１２と接地面Ｇとの間にクリアランスを与えるアーチ部１２ｂと、撓み領域として反発力を生じさせる踵部１２ｃとより構成される。接地部１２ａ、アーチ部１２ｂ、及び踵部１２ｃは一体的に成型されており、本実施の形態１では、それぞれの境界を、板バネ義足１０の後側面上における変曲点や曲率の変化点により定義している。
【００１３】
以下、湾曲部１２の詳細な構成を説明する。
【００１４】
接地部１２ａは、接地面Ｇに向けて凸状に湾曲する円弧形状をなしている。接地部１２ａの円弧形状としては、例えば曲率半径２００ｍｍ〜２５０ｍｍ程の単一曲率の円弧とすることができる。また、複数曲率の円弧を組み合わせた複合円弧としてもよい。本実施の形態１では、曲率半径の小さな円弧を、アーチ部１２ｂとの境界である変曲点Ｐ２の直前に導入した複合円弧形状としている。さらに接地部１２ａの形状は、一定厚みの平板形状に形成してもよく、図２に示すような先細り形状や、図３に示すようにアーチ部１２ｂよりも厚みを厚くした湾曲形状としてもよい。図２のような先細り形状とすれば、ソフトな蹴り出し感とすることができ、図３のような厚めの湾曲形状とすれば、接地当初よりリニアな変位特性を得ることができる。
【００１５】
接地部１２ａの水平方向の長さＬｃは、湾曲部１２の全長Ｌｔの５０％以下に設定するのが好ましい。これは、後述するように接地部１２ａは、アーチ部１２ｂや踵部１２ｃに比べて曲げ剛性が高く、高剛性の接地部１２ａの長さを全長Ｌｔの５０％以上とすると、湾曲部１２全体として十分な撓み性能を発揮するのが難しくなることによる。
【００１６】
次に、アーチ部１２ｂについて説明する。アーチ部１２ｂは、上向きに湾曲する円弧形状をなしている。アーチ部１２ｂの範囲は、変曲点Ｐ２から、Ｐ２の次に現われる変曲点Ｐ３までの範囲として定義される。アーチ部１２ｂの円弧形状としては、例えば曲率半径１５０ｍｍ〜２５０ｍｍ程の単一曲率の円弧形状とすることができる。また、複数曲率の円弧を組み合わせた複合円弧としてもよい。
【００１７】
アーチ部１２ｂの水平方向の長さは、荷重状態において接地面Ｇとの間に十分なクリアランスを確保するという観点より、全長Ｌｔの４０％〜７０％とするのが好ましく、全長Ｌｔの５０％〜６０％の範囲とするのがより好ましい。
アーチ部１２ｂのアーチ高Ｔａ、すなわち、図４において、接地部１２ａと踵部１２ｃに接する直線Ｌ１と、直線Ｌ１に並行で且つアーチ部１２ｂの底面に接する直線Ｌ２との間の距離Ｔａは、１０ｍｍ以上とするのが好ましく、１５ｍｍ以上とするのがより好ましい。また、アーチ高Ｔａを定義した接点Ｐ５から接地面Ｇまでの高さｈは、基準状態において５０ｍｍ以上とするのが好適である。アーチ高Ｔａとアーチ部１２ｂの高さｈを上記範囲で設定することにより、荷重状態において、アーチ部１２ｂと接地面Ｇとの間に良好なクリアランスを生じさせることができる。
【００１８】
アーチ部１２ｂは、曲げ剛性の観点よりは以下の条件を満たすことが好ましい。図５は、接地部１２ａ、及びアーチ部１２ｂにおける曲げ剛性ＥＩの測定ポイントを示す図である。図５において、アーチ部１２ｂの水平方向における中間点をＰ６、点Ｐ６と変曲点Ｐ２との中間点をＰ７、接地部１２ａの水平方向における中央部をＰ８とする。Ｐ６，Ｐ７，Ｐ２，Ｐ８における曲げ剛性ＥＩを、それぞれＥＩ１，ＥＩ２，ＥＩ３，ＥＩ４とした場合に、ＥＩ１〜ＥＩ４は下記（１）〜（３）を満たしている。
【００１９】
ＥＩ１≦ＥＩ２・・・（１）
ＥＩ２≦ＥＩ３・・・（２）
ＥＩ２≦ＥＩ４・・・（３）
上記条件によれば、接地部１２ａの曲げ剛性をアーチ部１２ｂの曲げ剛性よりも高くしているので、荷重状態においても接地部１２ａによる接地状態を維持することができる。また、アーチ部１２ｂにおいては、アーチの立ち上がり面（Ｐ２−Ｐ７間）の剛性を、アーチ部１２ｂの中央Ｐ６よりも高くしているので、荷重状態においてアーチ部１２ｂ全体が潰れるのを抑えることができ、湾曲部１２と接地面Ｇとの間にクリアランスを確保することができる。そして、アーチ部１２ｂの中央Ｐ６よりも後側の領域を撓ませ易くすることで、踵部１２ｃを含む湾曲部１２の後側を十分に撓ますことができ、必要な反発力を得ることができる。
【００２０】
次に、踵部１２ｃについて説明する。図１において、踵部１２ｃは、アーチ部１２ｂと直線部１２ｃとを結ぶ円弧形状をなしている。踵部１２ｃの領域は、変曲点Ｐ３から、直線部１１との境界点Ｐ３までの範囲として定義される。踵部１２ｃの形状は、撓みにより反発力を生じさせ得る円弧形状であれば如何なる形状であってもよい。例えば、図１に示すような、直線部１１の前側に向って下凸状に湾曲させた円弧形状や、図６に示すように、曲率半径４０ｍｍ〜８０ｍｍ程の円弧を直線部１１よりも後側に向けて突出させた円弧形状としてもよい。図６に示すような踵部１２ｃを後側に突出する凸アール形状とすれば、湾曲部１２の全長Ｌｔと湾曲部の全高をコンパクトに抑えながら十分な撓み量を得ることができる。
【００２１】
以上のように構成される湾曲部１２は、水平方向の長さＬｔ（以下、単に「全長Ｌｔ」という。）を２７０ｍｍ〜３１０ｍｍとするのが好ましい。全長Ｌｔを３１０ｍｍより長くする場合は、湾曲部１２に必要な剛性を与えるために湾曲部１２の厚みを厚くする必要があり、義足用板バネ１０自体の質量が増加する。一方、湾曲部１２の全長Ｌｔが２７０ｍｍより短いと、義足用板バネ１０の撓み量が少なくなり、反発力が不足する。以上の理由により、全長Ｌｔは２７０ｍｍ〜３１０ｍｍとするのが好適である。なお、本実施の形態１では、全長Ｌｔは、基準状態における湾曲部の最先端点と最後端点との水平距離により定めている。
【００２２】
次に、以上のように構成される義足用板バネ１０の作用効果を説明する。
【００２３】
本発明による義足用板バネ１０の効果を検証するため、本発明に係る義足用板バネ（実施例）と、従来タイプの義足用板バネ（比較例）を用意し、それぞれについて荷重試験を行った。
【００２４】
実施例として、直線部１１の後側に踵部１２ｃを突出させた図６に記載の義足用板バネを炭素繊維強化樹脂により作成した。具体的には、２４ｔ炭素繊維を使用した一方向プリプレグを用いて、接地部Ｒ：２４０ｍｍ、アーチ部Ｒ：１６０ｍｍ、アーチ高Ｔａ：２３ｍｍ、アーチ部中央高さｈ：６０ｍｍ、踵部Ｒ：４７ｍｍ、直線部１１の厚み：１１ｍｍ、先端Ｐ１の厚み：７ｍｍとなるよう成型した。曲げ剛性は、Ｐ６（ＥＩ１）：１８０．３Ｎ・ｍ２、Ｐ７（ＥＩ２）：１９５．５Ｎ・ｍ２、Ｐ２（ＥＩ３）：１９５．５Ｎ・ｍ２、Ｐ８（ＥＩ４）：１９５．５Ｎ・ｍ２である。 
比較例として、アダプターが取り付けられる直線部と、弓形の接地部と緩やかに湾曲する踵部とを備える略Ｃ字型の湾曲部と、を備える炭素繊維強化樹脂製の義足用板バネを用意した。比較例に係る義足用板バネは、接地部の中央付近において曲率半径：３４５ｍｍ、踵部の曲率半径：６２ｍｍである。
【００２５】
以上のように構成される実施例、及び比較例それぞれの義足用板バネの直線部にＬ字型アダプターを固定し、オートグラフ（荷重試験機）を用いて荷重と変位量との関係を測定した。Ｌ字型アダプターは、Ｌ字型アダプターの上面が接地面から３５０ｍｍの高さに位置するよう直線部に固定した。荷重試験機の測定条件としては、直線部１１を１５°先端側に傾けた状態で、Ｌ字型アダプターの後端から１０５ｍｍの位置に荷重を加え、Ｌ字型アダプターの上面の沈み込み量を変位量として測定した。また、実施例、及び比較例ともに、荷重時に生じる前後方向の移動による水平力をキャンセルさせるために、接地部をスライド板の上に接触させて測定を行った。
【００２６】
図７は、実施例と比較例それぞれの、荷重と変位量の関係を示すＳＳカーブを示している。図７より、本発明では、直線状に立ち上がるＳＳカーブが得られている。例えば実施例のＳＳカーブでは、変位量が１０ｍｍ〜２０ｍｍのときの荷重の増加は０．１７５ｋＮであり、このときの荷重増加量／変位量で示される傾きｋ１は０．０１７５である。一方、変位量が７０ｍｍ〜８０ｍｍのときの荷重の増加は０．２２５ｋＮであり、このときの傾きｋ２は０．０２２５である。ｋ１とｋ２の比をみると、ｋ１／ｋ２は０．７７７となり、実施例によるＳＳカーブは略直線的であるといえる。つまり、本発明によれば、荷重初期と荷重が進んだ状態とにおいて、荷重量に対する湾曲部の変位量に差はなく、常に荷重を加えた分だけ湾曲部を撓ませることができる。
【００２７】
これに対して比較例では、ＳＳカーブは指数関数的に立ち上がっている。このため、比較例では、荷重が進むにつれて、同一荷重量に対して得られる湾曲部の変位量は減少する。
【００２８】
また、同一使用者により加えられる荷重上限は、実施例による義足用板バネでも比較例による義足用板バネでも一定であると想定できるので、ＳＳ曲線がリニアに立ち上がる本発明のほうが、荷重量と変位量とにより求められるエネルギー量は大きくなる。
【００２９】
以上より、本発明によれば、使用者は、広い荷重レンジにおいて効率的に反発力を得ることができ、従来の義足用板バネに比べて、より大きな反発力を利用して進行方向への推進力を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  義足用板バネ
１１  直線部
１２  湾曲部
１２ａ  接地部
１２ｂ  アーチ部
１２ｃ  踵部
【図１】
2018000626.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2018000626.tif 000007
【図６】
2018000626.tif 000008
【図７】
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