(57)【要約】【課題】不必要な膝継手部の屈折規制の解除を効果的に抑制できる義足を提供する。【解決手段】義足１は、下腿部３を足部４に接続する足継手部６と、膝継手部５の屈折を規制する屈折規制アクチュエータ部５４と、下腿部３の足継手部６に対する前後方向の傾き検知する前後荷重検知部７と、を有している。そして、義足１は、前後荷重検知部７によって、下腿部３が後方に傾いたことが検知されたとき屈折規制アクチュエータ部５４により膝継手部５の屈折を規制し、下腿部３が前方に傾いたことが検知されたとき屈折規制アクチュエータ部５４による膝継手部５の屈折規制を解除する。【選択図】図４
2018027208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿切断者用の義足であって、
大腿接続部と、
下腿部と、
足部と、
前記大腿接続部と前記下腿部とを屈折可能に接続する膝継手部と、
前記下腿部を前記足部に接続する足継手部と、
前記膝継手部の屈折を規制する屈折規制アクチュエータ部と、
前記足部のかかと側およびつま先側に荷重が加えられたことを検知する前後荷重検知部と、
前記前後荷重検知部によって、前記足部のかかと側に荷重が加えられたことが検知されたとき前記屈折規制アクチュエータ部により前記膝継手部の屈折を規制し、前記足部のつま先側に荷重が加えられたことが検知されたとき前記屈折規制アクチュエータ部による前記膝継手部の屈折規制を解除する屈折制御部と、を有していることを特徴とする義足。
【請求項２】
前記下腿部が、前記足継手部に対して前後方向に揺動可能に接続され、
前記前後荷重検知部が、前記下腿部が前記足継手部に対して後方に傾いたことによって前記足部のかかと側に荷重が加えられたことを検知し、前記下腿部が前記足継手部に対して前方に傾いたことによって前記足部のつま先側に荷重が加えられたことを検知することを特徴とする請求項１に記載の義足。
【請求項３】
前記前後荷重検知部が、前記下腿部の前記足継手部に対する傾き角度を検出する傾き角度検出部と、前記傾き角度検出部によって検出された前記傾き角度が、後傾判定角度以上のとき前記足部のかかと側に荷重が加えられたことを検知しかつ前傾判定角度以上のとき前記足部のつま先側に荷重が加えられたことを検知する角度判定部と、を有していることを特徴とする請求項２に記載の義足。
【請求項４】
角度設定値が入力される角度設定値入力部と、
前記角度設定値入力部に入力された角度設定値を、前記後傾判定角度または前記前傾判定角度として設定する角度設定部と、をさらに有していることを特徴とする請求項３に記載の義足。
【請求項５】
前記屈折制御部が、前記前後荷重検知部によって、前記足部のかかと側に荷重が加えられたことが検知されたときから屈折規制待ち時間が経過したのち前記屈折規制アクチュエータ部により前記膝継手部の屈折を規制することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の義足。
【請求項６】
前記屈折制御部が、前記前後荷重検知部によって、前記足部のつま先側に荷重が加えられたことが検知されたときから屈折規制解除待ち時間が経過したのち前記屈折規制アクチュエータ部による前記膝継手部の屈折規制を解除することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の義足。
【請求項７】
前記足継手部が、前記下腿部を前記足部に対して左右方向に揺動可能に接続することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の義足。
【請求項８】
前記下腿部の左右方向の傾きを検知する左右傾きセンサ部と、
前記下腿部の前記足部に対する左右方向の傾きを維持する傾き維持アクチュエータ部と、
前記左右傾きセンサ部によって前記下腿部の前記足部に対する左右方向の傾きが同一方向について複数回連続して検知されたとき、前記傾き維持アクチュエータにより前記下腿部の前記足部に対する左右方向の傾きを当該同一方向の傾きに維持する傾き維持制御部と、をさらに有していることを特徴とする請求項７に記載の義足。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大腿切断者用の義足に関する。
【背景技術】
【０００２】
大腿切断者用の義足は、良好な歩行を可能とするために膝関節に相当する膝継手の曲げ伸ばしが必要である。すなわち、義足を前方に踏み出して荷重を加えたときは膝継手が比較的伸びた状態で屈折（膝折れ）を規制して身体を支え、他方の足を前方に踏み出すことにより義足から荷重が抜けたときは次の一歩を踏み出すために膝継手を屈折させる。
【０００３】
このような動作を可能とした義足が特許文献１に開示されている。この義足では、膝継手軸を介して大腿部に取り付けられた滑車の周囲に制動帯を配置し、足部を接地させたときにかかと部分に荷重が加わると制動帯が滑車に押し付けられて膝継手の屈折が規制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第１５６９１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている義足では、例えば、歩行中にふらついて義足から荷重が抜けてしまうと膝継手の屈折規制が解除され、そのあとに義足に荷重が加わると膝継手が屈折してしまい転倒するおそれがあった。
【０００６】
そこで、本発明は、不必要な膝継手部の屈折規制の解除を効果的に抑制できる義足を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の義足は、大腿切断者用の義足であって、大腿接続部と、下腿部と、足部と、前記大腿接続部と前記下腿部とを屈折可能に接続する膝継手部と、前記下腿部を前記足部に接続する足継手部と、前記膝継手部の屈折を規制する屈折規制アクチュエータ部と、前記足部のかかと側およびつま先側に荷重が加えられたことを検知する前後荷重検知部と、前記前後荷重検知部によって、前記足部のかかと側に荷重が加えられたことが検知されたとき前記屈折規制アクチュエータ部により前記膝継手部の屈折を規制し、前記足部のつま先側に荷重が加えられたことが検知されたとき前記屈折規制アクチュエータ部による前記膝継手部の屈折規制を解除する屈折制御部と、を有していることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、足部のかかと側に荷重が加えられると膝継手部の屈折を規制し、次に足部のつま先側に荷重が加えられるまで屈折規制状態を維持する。このようにしたことから、通常の歩行において、義足を前方に踏み出したときは足部のかかと側に荷重が加えられて膝継手部の屈折を規制するとともに、他方の足を前方に踏み出したときは足部のつま先側に荷重が加えられて膝継手部の屈折規制が解除される。さらに、膝継手部の屈折が規制されている状態でふらついて義足から荷重が抜けてしまった場合でも、膝継手部の屈折規制が解除されてしまうことを抑制できる。
【０００９】
本発明においては、前記下腿部が、前記足継手部に対して前後方向に揺動可能に接続され、前記前後荷重検知部が、前記下腿部が前記足継手部に対して後方に傾いたことによって前記足部のかかと側に荷重が加えられたことを検知し、前記下腿部が前記足継手部に対して前方に傾いたことによって前記足部のつま先側に荷重が加えられたことを検知するようにしてもよい。このようにすることで、比較的簡易な構成により、足部のかかと側およびつま先側に荷重が加えられたことを検知することができる。
【００１０】
本発明においては、前記前後荷重検知部が、前記下腿部の前記足継手部に対する傾き角度を検出する傾き角度検出部と、前記傾き角度検出部によって検出された前記傾き角度が、後傾判定角度以上のとき前記足部のかかと側に荷重が加えられたことを検知しかつ前傾判定角度以上のとき前記足部のつま先側に荷重が加えられたことを検知する角度判定部と、を有していてもよい。このようにすることで、後傾判定角度および前傾判定角度を調整することができるので、膝継手部の屈折を規制するタイミングおよび膝継手部の屈折規制を解除するタイミングを個々の義足装着者に適切に合わせることができる。
【００１１】
本発明においては、角度設定値が入力される角度設定値入力部と、前記角度設定値入力部に入力された角度設定値を、前記後傾判定角度または前記前傾判定角度として設定する角度設定部と、をさらに有していてもよい。このようにすることで、後傾判定角度または前傾判定角度を再設定することができる。
【００１２】
本発明においては、前記屈折制御部が、前記前後荷重検知部によって、前記足部のかかと側に荷重が加えられたことが検知されたときから屈折規制待ち時間が経過したのち前記屈折規制アクチュエータ部により前記膝継手部の屈折を規制するようにしてもよい。このようにすることで、屈折規制待ち時間を調整することにより膝継手部の屈折を規制するタイミングを個々の義足装着者に適切に合わせることができる。
【００１３】
本発明においては、前記屈折制御部が、前記前後荷重検知部によって、前記足部のつま先側に荷重が加えられたことが検知されたときから屈折規制解除待ち時間が経過したのち前記屈折規制アクチュエータ部による前記膝継手部の屈折規制を解除するようにしてもよい。このようにすることで、屈折規制解除待ち時間を調整することにより膝継手部の屈折規制を解除するタイミングを個々の義足装着者に適切に合わせることができる。
【００１４】
本発明においては、前記足継手部が、前記下腿部を前記足部に対して左右方向に揺動可能に接続するようにしてもよい。このようにすることで、下腿部および足部によって、地面の左右方向の傾きを吸収することができる。
【００１５】
本発明においては、前記下腿部の左右方向の傾きを検知する左右傾きセンサ部と、前記下腿部の前記足部に対する左右方向の傾きを維持する傾き維持アクチュエータ部と、前記左右傾きセンサ部によって前記下腿部の前記足部に対する左右方向の傾きが同一方向について複数回連続して検知されたとき、前記傾き維持アクチュエータにより前記下腿部の前記足部に対する左右方向の傾きを当該同一方向の傾きに維持する傾き維持制御部と、をさらに有していてもよい。このようにすることで、左または右に傾いた地面を歩行する場合に、地面の傾きにあわせてあらかじめ下腿部を足部に対して傾けておくことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、不必要な膝継手部の屈折規制の解除を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る義足の側面図である。
【図２】図１の義足が有する膝継手部の構成を説明する図である。
【図３】図１の義足の斜視図である。
【図４】図１の義足の一部断面を含む側面図である（下腿部直立）。
【図５】図１の義足の一部断面を含む側面図である（下腿部後傾）。
【図６】図１の義足の一部断面を含む側面図である（下腿部前傾）。
【図７】図１の義足の機能ブロック図である。
【図８】図１の義足の動作を説明する図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る義足の正面図である（下腿部直立）。
【図１０】図９の義足の正面図である（下腿部左傾）。
【図１１】図９の義足の正面図である（下腿部右傾）。
【図１２】図９の義足の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る義足について、図１〜図８を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る義足の側面図である。図２は、図１の義足が有する膝継手部の構成を説明する図である。図３は、図１の義足の斜視図である。図４〜図５は、下腿部直立、下腿部後傾および下腿部前傾状態のときの義足の一部断面を含む側面図である。図７は、図１の義足の機能ブロック図である。図８は、図１の義足の動作を説明する図である。
【００２０】
図１〜図４に示すように、義足１は、ソケット２と、下腿部３と、足部４と、膝継手部５と、屈折規制アクチュエータ部５４と、足継手部６と、前後荷重検知部７と、制御部８と、を有している。
【００２１】
ソケット２は、例えば、合成樹脂製であって、内側が大腿切断者の切断された断端の形状に合わせて形成されている。ソケット２は、内側に断端がはめ込まれることにより当該断端と義足１とを接続する。ソケット２は、大腿接続部として機能する。
【００２２】
下腿部３は、例えば、チタンやアルミニウム合金などの比較的軽量かつ高剛性の金属からなる柱状部材および板部材を組み合わせて構成されている。下腿部３は、カーボンファイバーなどの材料で構成してもよい。下腿部３は、柱状の主骨材３１と、主骨材３１の上端部分に平行に配置された柱状の補助骨材３２と、主骨材３１と補助骨材３２の下端とを回動可能に接続するリンク板３３と、を有している。本実施形態において、下腿部３の主骨材３１および補助骨材３２は、四角柱状に形成されているが、円柱状や多角形柱状でもよい。
【００２３】
足部４は、例えば、合成樹脂や比較的軽量の金属などで平面視楕円形板状に形成されている。足部４は、ソール部４１と、ソール部４１の先端にヒンジ部材４２によって上方に折り曲げ可能に連結されたつま先部４３が設けられている。ソール部４１の下面には、ゴムなどの衝撃吸収可能な部材を貼り付けてもよい。また、ソール部４１の下面にはかかと高さを調整するヒール部材を取り付けてもよい。
【００２４】
膝継手部５は、中空ケース状に形成されており、ソケット２の下端に固定して取り付けられているとともに、下腿部３の主骨材３１および補助骨材３２を前後方向に揺動可能に軸支することで、ソケット２と下腿部３とを屈折可能に接続している。膝継手部５内には、屈折規制アクチュエータ部５４が設けられている。
【００２５】
屈折規制アクチュエータ部５４は、図２に示すように、下腿部３の主骨材３１の上端に係止して下腿部３の揺動（すなわち膝継手部５の「屈折」であり、「膝折れ」とも言う。）を規制するロック爪５５と、下腿部３の主骨材３１の上端への係止を解除する方向にロック爪５５の前端を引っ張る解除ばね部材５６と、プランジャ５７ａを突出させて下腿部３の主骨材３１の上端に係止する方向にロック爪５５を押圧するソレノイド部５７と、を有している。ソレノイド部５７に代えてモータカム機構を採用してもよい。屈折規制アクチュエータ部５４は、後述する制御部８からの制御信号によってソレノイド部５７のプランジャ５７ａを突出させてロック爪５５を押圧することにより膝継手部５の屈折を規制したり（図２（ａ））、プランジャ５７ａを突出前の位置に復帰させてロック爪５５を解除ばね部材５６で引っ張ることにより屈折規制を解除したりする（図２（ｂ））。
【００２６】
足継手部６は、下腿部３を足部４に対して前後方向に揺動可能に接続する。足継手部６は、足継手部本体６１と、軸受部６２、６２と、レール６３と、スライダ６４と、リンク６５と、ねじ軸６６と、揺動制御サーボモータ６７と、を有している。
【００２７】
足継手部本体６１は、直方体状の下腿部接続部６１ａと、下腿部接続部６１ａの下面の左右縁部に配置された下方に延びる脚部６１ｂ、６１ｂと、を有している。下腿部接続部６１ａの上面には接続穴６１ｃが形成されている。この接続穴６１ｃには下腿部３の下端が挿入され、接続穴６１ｃの内部において下腿部３が前後方向に揺動可能に軸支されている。接続穴６１ｃには、かかと側およびつま先側のいずれかに偏った荷重が加わっていないときに下腿部３の長さ方向が接続穴６１ｃの深さ方向と一致する初期位置に位置付けるように前後方向から下腿部３を押圧する押圧ばね部材６１ｄ、６１ｄが設けられている。接続穴６１ｃには、後述する前後荷重検知部７が設けられている。
【００２８】
軸受部６２、６２は、左右方向に互いに間隔をあけて足部４のソール部４１の上面後方寄りの箇所に固定して取り付けられている。軸受部６２、６２は、足継手部本体６１の脚部６１ｂ、６１ｂを前後方向に揺動可能に軸支する。レール６３は、ソール部４１の上面に前後方向に延在するように固定して取り付けられている。スライダ６４は、レール６３上に前後方向にスライド可能に取り付けられている。リンク６５は、一端部が脚部６１ｂ、６１ｂに回動可能に軸支され、他端部がスライダ６４に回動可能に軸支されている。
【００２９】
ねじ軸６６は、レール６３と平行に配置されており、外周面に形成された雄ねじ部（図示なし）がスライダ６４の雌ねじ部（図示なし）と螺合されている。揺動制御サーボモータ６７は、ねじ軸６６を軸を中心に回動させることにより、スライダ６４を前後方向にスライド移動させる。そして、スライダ６４がスライド移動されるとリンク６５を介して足継手部本体６１が前後方向に揺動され、下腿部３と足部４とがなす角度が変化する。この下腿部３と足部４とのなす角度は、例えば、足部のかかと高さに合わせて設定される。そして、例えば、他方の正常な足においてかかと高さが異なる靴に履き替えた場合、履き替えた靴に合わせて足部４のかかと高さを変えることになり、このような場合に、揺動制御サーボモータ６７によってかかと高さに合わせて下腿部３と足部４とのなす角度を調整する。揺動制御サーボモータ６７は、例えば、後述する制御部８に通信機能を備えて、スマートフォンにインストールされているアプリと呼ばれるプログラムと通信することによって、動作が制御される（図示省略）。また、足部４などに設けられた図示しないスイッチにより動作を制御してもよい。
【００３０】
揺動制御サーボモータ６７を、歩行動作に合わせて制御部８により制御してもよい。例えば、制御部８は、後述する前後荷重検知部７により、かかと側に荷重が加えられたことを複数回連続して検知したとき（すなわち、後方マイクロスイッチ７１の入切のみを複数回連続して検知したとき）、義足１がかかと立ちで歩いているものと判断して、下腿部３と足部４とのなす角が大きくなるように揺動制御サーボモータ６７を駆動する。または、制御部８は、後述する前後荷重検知部７により、つま先側に荷重が加えられたことを複数回連続して検知したとき（すなわち、前方マイクロスイッチ７２の入切のみを複数回連続して検知したとき）、義足１がつま先立ちで歩いているものと判断して、下腿部３と足部４とのなす角が小さくなるように揺動制御サーボモータ６７を駆動する。
【００３１】
または、例えば、制御部８は、後述する前後荷重検知部７により、かかと側に荷重が加えられていることを一定期間（例えば、４秒〜１０秒）にわたって検知したとき（すなわち、後方マイクロスイッチ７１の入状態が一定期間続いたとき）、坂道に下り方向を向いて立っているものと判断して、かかと側に荷重が加わっていることが検知されなくなるまで（後方マイクロスイッチ７１が切状態になるまで）下腿部３と足部４とのなす角が大きくなるように揺動制御サーボモータ６７を駆動する。または、制御部８は、後述する前後荷重検知部７により、つま先側に荷重が加えられていることを一定期間にわたって検知したとき（すなわち、前方マイクロスイッチ７２の入状態が一定期間続いたとき）、坂道にのぼり方向を向いて立っているものと判断して、つま先側に荷重が加わっていることが検知されなくなるまで（前方マイクロスイッチ７２が切状態になるまで）下腿部３と足部４とのなす角が小さくなるように揺動制御サーボモータ６７を駆動する。
【００３２】
前後荷重検知部７は、足部４のかかと側およびつま先側に荷重が加えられたことを検知する。具体的には、前後荷重検知部７は、下腿部３が足継手部６に対して後方に傾くことによって足部４のかかと側に荷重が加えられたことを検知し、下腿部３が足継手部６に対して前方に傾くことによって足部４のつま先側に荷重が加えられたことを検知する。
【００３３】
前後荷重検知部７は、後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２を有している。後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２は、足継手部本体６１の接続穴６１ｃの前後の壁面に下腿部３を間に挟むようにして対向配置されている。後方マイクロスイッチ７１は、図４に示すように下腿部３の前後の傾きがない状態でスイッチが切れ、図５に示すように下腿部３が足継手部本体６１に対して相対的に後方に傾くことで押下されてスイッチが入る。前方マイクロスイッチ７２は、図４に示すように下腿部３の前後の傾きがない状態でスイッチが切れ、図６に示すように下腿部３が足継手部本体６１に対して相対的に前方に傾くことで押下されてスイッチが入る。前後荷重検知部７は、マイクロスイッチに代えてロータリーエンコーダなどで構成してもよく、または、下腿部３が接することにより電気的に導通する端子金具などで構成してもよく、本発明の目的に反しない限り、その構成は任意である。
【００３４】
制御部８は、義足１の全体の動作を司る機能部である。制御部８は、ソケット２の側面に取り付けられたケース内に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび各種インターフェースを備えたコンピュータを有して構成されている。制御部８は、図７に示すように、膝継手部５内に設けられたソレノイド部５７と、前後荷重検知部７の後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２とに接続されている。制御部８は、後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２の入切状態によって下腿部３の足継手部６に対する前後方向の傾きを検知する。制御部８は、下腿部３が後方に傾いていることを検知するとソレノイド部５７にプランジャ５７ａを突出させる制御信号を送信し、下腿部３が前方に傾いていることを検知するとソレノイド部５７にプランジャ５７ａを突出前の位置に復帰させる制御信号を送信する。これにより、制御部８は、下腿部３が後方に傾いたことが検知されたとき膝継手部５の屈折を規制し、下腿部３が前方に傾いたことが検知されたとき膝継手部５の屈折規制を解除する。制御部８は、屈折制御部として機能する。
【００３５】
次に、本実施形態の義足１の動作の一例について、図８（１）〜（６）を参照して説明する。
【００３６】
（１）膝継手部５の屈折が規制されていない状態で義足１を前方に踏み出すことにより、足部４のかかと部分が地面Ｇに接する。このとき義足１には荷重が加わっていない。
【００３７】
（２）義足１に徐々に荷重が移動することにより、足部４のソール部４１全体が地面Ｇに重なって下腿部３が足継手部６に対して後方に傾くと、下腿部３により後方マイクロスイッチ７１が押下されてスイッチが入る。これにより、屈折規制アクチュエータ部５４の有するソレノイド部５７のプランジャ５７ａが突出してロック爪５５が下腿部３に係止し、膝継手部５の屈折を規制する。
【００３８】
（３）さらに、義足１のつま先側に荷重が移動して、下腿部３が足継手部６に対して直立する。この状態でも、屈折規制アクチュエータ部５４によって膝継手部５の屈折を規制したままである。
（４）さらに、義足１のつま先側により大きな荷重が移動して、下腿部３が足継手部６に対して前方に傾くと、下腿部３により前方マイクロスイッチ７２が押下されてスイッチが入る。これにより、屈折規制アクチュエータ部５４の有するソレノイド部５７のプランジャ５７ａが突出前の位置に復帰してロック爪５５の下腿部３への係止を解除し、膝継手部５の屈折規制を解除する。
【００３９】
（５）（６）そして、図示しない他方の足に荷重が移り義足１のつま先側に荷重が集中すると、つま先部４３を地面Ｇに接した状態でソール部４１のかかと部分が地面Ｇから離れ、次いで、義足１が地面Ｇから持ち上げられて次の義足１を前方に踏み出す動作に移行する。この状態でも、屈折規制アクチュエータ部５４による膝継手部５の屈折規制が解除されており、膝継手部５が屈折可能となっている。
【００４０】
例えば、上記（３）の状態において、ふらつくことにより義足１から荷重が抜けてしまった場合でも、屈折規制アクチュエータ部５４によって膝継手部５の屈折を規制した状態を維持する。これにより、不必要な膝継手部５の屈折規制の解除を抑制することができる。
【００４１】
以上より、本実施形態の義足１によれば、制御部８が、前後荷重検知部７によって、下腿部３が足継手部６に対して後方に傾いてかかと側に荷重が加わったことが検知されたとき屈折規制アクチュエータ部５４により膝継手部５の屈折を規制し、下腿部３が足継手部６に対して前方に傾いてつま先側に荷重が加わったことが検知されたとき屈折規制アクチュエータ部５４による膝継手部５の屈折規制を解除する。そのため、下腿部３が後方に傾くと膝継手部５の屈折を規制し、次に下腿部３が前方に傾くまで屈折規制状態を維持する。このようにしたことから、通常の歩行において、義足１を前方に踏み出したときは下腿部３が後方に傾いて膝継手部５の屈折を規制するとともに、他方の足を前方に踏み出して義足１から荷重が抜けたときは下腿部３が前方に傾いて膝継手部５の屈折規制が解除される。さらに、歩行中にふらついて義足１から荷重が抜けてしまった場合でも、膝継手部５の屈折規制が解除されてしまうことを抑制できる。本実施形態によれば、不必要な膝継手部５の屈折規制の解除を効果的に抑制できる。
【００４２】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態に係る義足について、図９〜図１２を参照して説明する。
【００４３】
上述した第１実施形態では、足継手部６が、下腿部３を足部４に対して前後方向に揺動可能に接続する構成であったが、以下に説明する第２実施形態の義足１Ａは、下腿部３を足部４に対して前後方向および左右方向に揺動可能に接続する足継手部６Ａを有する構成のものである。
【００４４】
義足１Ａは、ソケット２と、下腿部３と、足部４と、膝継手部５と、屈折規制アクチュエータ部５４と、足継手部６Ａと、サーボモータ６９と、前後荷重検知部７と、制御部８Ａと、左右傾きセンサ部９と、を有している。義足１Ａにおいて、上述した第１実施形態の義足１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４５】
足継手部６Ａは、足継手部本体６１Ａと、軸受部６２、６２と、レール６３と、スライダ６４と、リンク６５と、ねじ軸６６と、揺動制御サーボモータ６７と、復帰ばね部材６８、６８とを有している。
【００４６】
足継手部本体６１Ａは、直方体状の下腿部接続部６１ａと、下腿部接続部６１ａと別個に設けられた平板部６１ｅと、平板部６１ｅの下面の左右縁部に配置された下方に延びる脚部６１ｂ、６１ｂと、平板部６１ｅの上面の左右縁部に配置された上方に延びる柱状のボス６１ｆ、６１ｆと、下腿部接続部６１ａの下面と平板部６１ｅの上面とを左右方向に揺動可能に接続するヒンジ機構６１ｇと、を有している。
【００４７】
ヒンジ機構６１ｇには、サーボモータ６９が設けられている。サーボモータ６９は、後述する制御部８Ａからの制御信号によってヒンジ機構６１ｇが回動自在になるように脱力したり、ヒンジ機構６１ｇの回動位置を保持したりする。これにより、サーボモータ６９は、ヒンジ機構６１ｇの回動を許容および規制（すなわち傾きを維持）する。サーボモータ６９は、傾き維持アクチュエータ部として機能する。
【００４８】
復帰ばね部材６８、６８は、ヒンジ機構６１ｇを左右方向に挟むようにして下腿部接続部６１ａの下面と平板部６１ｅの上面との間に配置されている。復帰ばね部材６８、６８は、下腿部接続部６１ａの下面と平板部６１ｅの上面とを互いに離れる方向に押圧することにより、右側および左側のいずれかに偏って荷重が加わっていないときに下腿部接続部６１ａの下面と平板部６１ｅの上面とが平行になる初期位置に位置づける。
【００４９】
このことから、足継手部６Ａは、サーボモータ６９の脱力時においてヒンジ機構６１ｇによって左右方向に揺動可能であるとともに足継手部６Ａには下腿部３が前後方向に揺動可能に取り付けられている。そして、足継手部６Ａおよび下腿部３は、荷重の偏りがないときに復帰ばね部材６８、６８および押圧ばね部材６１ｄ、６１ｄによって傾きのない初期位置にもどる。このようにしたことから、３６０度全方向に傾き可能であるので、平坦な地面Ｇに対して足部４のソール部４１を傾けて踏み出した場合でも、ソール部４１を地面Ｇと平行に着地させることができ、重心の移動を円滑にして、安定した歩行を可能にする。
【００５０】
左右傾きセンサ部９は、下腿部３の足部４に対する左右方向の傾き検知する。左右傾きセンサ部９は、左側マイクロスイッチ９１および右側マイクロスイッチ９２を有している。左側マイクロスイッチ９１および右側マイクロスイッチ９２は、下腿部接続部６１ａの下面にボス６１ｆ、６１ｆの先端と対向するように配置されている。左側マイクロスイッチ９１は、図９に示すように下腿部３の左右の傾きがない状態でスイッチが切れ、図１０に示すように下腿部３が足部４に対して相対的に左側に傾くことで押下されてスイッチが入る。右側マイクロスイッチ９２は、図９に示すように下腿部３の左右の傾きがない状態でスイッチが切れ、図１１に示すように下腿部３が足部４に対して相対的に右側に傾くことで押下されてスイッチが入る。左右傾きセンサ部９は、マイクロスイッチに代えてロータリーエンコーダなどで構成してもよく、または、ボス６１ｆ、６１ｆが接することにより電気的に導通する端子金具などで構成してもよく、本発明の目的に反しない限り、その構成は任意である。
【００５１】
制御部８Ａは、上述した第１実施形態の制御部８と同様に、義足１Ａの全体の動作を司る機能部であって、ソケット２の側面に取り付けられたケース内に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび各種インターフェースを備えたコンピュータを有して構成されている。制御部８Ａは、図１２に示すように、膝継手部５内に設けられたソレノイド部５７と、前後荷重検知部７の後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２と、ヒンジ機構６１ｇに設けられたサーボモータ６９と、左右傾きセンサ部９の左側マイクロスイッチ９１および右側マイクロスイッチ９２と、に接続されている。制御部８Ａは、ソレノイド部５７について上述した第１実施形態の制御部８と同一の制御を行い、サーボモータ６９について以下のように制御する。
【００５２】
制御部８Ａは、通常状態ではサーボモータ６９を脱力する制御信号を送信して、ヒンジ機構６１ｇを回動可能な状態とする。これにより、地面Ｇの左右の傾きに合わせて、下腿部３を足部４に対して相対的に左右に揺動させることができる。このようにすることで、下腿部３および足部４によって、左右方向の傾きを吸収することができる。
【００５３】
さらに、制御部８Ａは、歩行中に下腿部３が左側に複数回（例えば３回）連続して傾いたことを検知するとサーボモータ６９に下腿部３が左側に傾いた回動位置を保持する制御信号を送信する。また、制御部８Ａは、歩行中に下腿部３が右側に複数回（例えば３回）連続して傾いたことを検知するとサーボモータ６９に下腿部３が右側に傾いた回動位置を保持する制御信号を送信する。このようにすることで、左または右に傾いた地面Ｇを歩行する場合に、地面Ｇの傾きにあわせてあらかじめ下腿部３を足部４に対して傾けておくことができる。制御部８Ａは、屈折制御部および傾き維持制御部として機能する。
【００５４】
また、上述した各実施形態では、下腿部３により後方マイクロスイッチ７１が押下されてスイッチが入るとすぐに屈折規制アクチュエータ部５４によって膝継手部５の屈折を規制し、下腿部３により前方マイクロスイッチ７２が押下されてスイッチが入るとすぐに屈折規制アクチュエータ部５４による膝継手部５の屈折規制を解除する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、下腿部３により後方マイクロスイッチ７１が押下されてスイッチが入ったときから所定の屈折規制待ち時間（例えば、１秒）を経過した後に屈折規制アクチュエータ部５４によって膝継手部５の屈折を規制するようにしてもよい。または、下腿部３により前方マイクロスイッチ７２が押下されてスイッチが入ったときから所定の屈折規制解除待ち時間（例えば、２秒）を経過したあとに屈折規制アクチュエータ部５４による膝継手部５の屈折規制を解除するようにしてもよい。屈折規制待ち時間および屈折規制解除待ち時間を調整することにより、膝継手部５の屈折を規制するタイミングおよび膝継手部５の屈折規制を解除するタイミングを個々の義足装着者に適切に合わせることができる。
【００５５】
また、上述した各実施形態では、屈折規制アクチュエータ部５４によって膝継手部５の屈折を規制する構成であったが、これに限定されるものではない。膝継手部５および屈折規制アクチュエータ部５４に代えて、例えば、ソケット２および下腿部３を屈折可能に接続する膝継手部としてのヒンジ部材およびこのヒンジ部材の回動を規制する膝継手サーボモータを採用した構成としてもよい。膝継手サーボモータは、屈折規制アクチュエータ部として機能する。
【００５６】
このような構成において、制御部８は、後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２の入切状態によって下腿部３の傾きを検知する。制御部８は、下腿部３が後方に傾いていることを検知すると膝継手サーボモータに現在の回動位置を保持する制御信号を送信する。そして、制御部８は、下腿部３が前方に傾いていることを検知すると膝継手サーボモータに脱力する制御信号を送信する。これにより、制御部８は、下腿部３が後方に傾いたことが検知されたときヒンジ部材の屈折を規制し、下腿部３が前方に傾いたことが検知されたときヒンジ部材の屈折規制を解除する。
【００５７】
また、上述した実施形態では、前後荷重検知部７は、後方マイクロスイッチ７１および前方マイクロスイッチ７２の入切により前後方向の傾きを検知する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、下腿部３の足継手部６に対する傾き角度を検出する傾き角度検出部としてのロータリーエンコーダを有し、制御部８により、ロータリーエンコーダによって検出された傾き角度が、後傾判定角度（例えば、後方へ５度）以上のとき足部４のかかと側に荷重が加えられたことを検知しかつ前傾判定角度（例えば、前方へ５度）以上のとき足部４のつま先側に荷重が加えられたことを検知するようにしてもよい。制御部８は、角度判定部として機能する。このようにすることで、後傾判定角度および前傾判定角度を調整することができ、膝継手部５の屈折を規制するタイミングおよび膝継手部５の屈折規制を解除するタイミングを個々の義足装着者に適切に合わせることができる。このような構成において、例えば、制御部８に通信機能を備えて、スマートフォンにインストールされているアプリと呼ばれるプログラムと通信することによって、角度設定値としての傾き角度を入力し、入力した傾き角度を後傾判定角度または前傾判定角度として設定するようにしてもよい。このような構成において、制御部８が角度設定値入力部および角度設定部として機能する。このようにすることで、後傾判定角度または前傾判定角度を容易に再設定することができる。ロータリーエンコーダに代えて、下腿部３の傾きに応じた圧力信号を出力する圧力センサを設けてもよい。
【００５８】
上記に本発明の本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５９】
１、１Ａ…義足、２…ソケット（大腿接続部）、３…下腿部、３１…主骨材、３２…補助骨材、３３…リンク板、４…足部、４１…ソール部、４２…ヒンジ部材、４３…つま先部、５…膝継手部、５４…屈折規制アクチュエータ部、５５…ロック爪、５６…解除ばね部材、５７…ソレノイド部、５７ａ…プランジャ、６、６Ａ…足継手部、６１、６１Ａ…足継手部本体、６１ａ…下腿部接続部、６１ｂ…脚部、６１ｃ…接続穴、６１ｄ…押圧ばね部材、６１ｅ…平板部、６１ｆ…ボス、６１ｇ…ヒンジ機構、６２…軸受部、６３…レール、６４…スライダ、６５…リンク、６６…ねじ軸、６７…揺動制御サーボモータ、６８…復帰ばね部材、６９…サーボモータ（傾き維持アクチュエータ部）、７…前後荷重検知部、７１…後方マイクロスイッチ、７２…前方マイクロスイッチ、８、８Ａ…制御部（屈折制御部、傾き維持制御部）、９…左右傾きセンサ部、９１…左側マイクロスイッチ、９２…右側マイクロスイッチ、Ｇ…地面。
【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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