(57)【要約】  義肢で使用される衝撃吸収及び制御回転を有する真空ポンプ（１２０）。このポンプは第１のチャンバを有するハウジング（２２０）と、第１のチャンバによって受容されてその中で往復動作を行うように形成されたシャフト（２１０）とを有する。ハウジングとシャフトとがポンプチャンバ（２２３）を形成する。ピストン（２１６）がシャフトへ連結されており、ポンプチャンバ内に配置されている。インテークポート（２２５）及びエキゾーストポート（２２６）がポンプチャンバへ流体連結されている。ハウジングに対するシャフトの回転を制御するために、ポンプに対して回転構造（２３０−２３４）が取り付けられている。シャフトに対する衝撃を吸収するために、衝撃吸収構造がポンプ内に設けられている。この衝撃吸収構造には、空気圧スプリング（２６０）及び機械式スプリング部材（２５０）の両方が設けられている。場合によっては、アダプタ（２１２）が一体状のパイロン人工フットのパイロンへシャフトを連結している。
2007533413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
義肢で使用される真空ポンプであって、
第１の補綴構造へ連結可能なハウジングと、
第２の補綴構造へ連結可能なシャフトと、
インテークポート及びエキゾーストポートと、
ポンプに対して取り付けられた回転構造と、
ポンプ内に設けられた衝撃吸収構造と、
を有し、ハウジングは第１のチャンバを有し、
シャフトは第１のチャンバによって受容されるとともにその内部で往復動作するように形成され、ハウジング及びシャフトがいっしょになってポンプチャンバを形成しており、
インテークポート及びエキゾーストポートはポンプチャンバと流体連通しており、
回転構造はハウジングに対するシャフトの回転を制御するように形成されており、
衝撃吸収構造は、シャフトがポンプの中へ移動するとき及びシャフトがハウジングに対して延出した状態まで戻るときに、シャフトへの衝撃を吸収するように形成されており、
ポンプチャンバ内における第１の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがエキゾーストバルブを介してチャンバから排出され、また、第２の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがインテークバルブを介してポンプチャンバの中へガスが引き込まれ、それによって、インテークバルブのところにおいて、ポンプに連結されている外部コンポーネントの中に真空を形成することができるようになっている真空ポンプ。
【請求項２】
回転構造は、両方の回転方向におけるシャフトの回転動作を制限するために設置された動作制限コンポーネントを有する請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項３】
動作制限コンポーネントはハウジング内に取り付けられており、回転構造は動作制限コンポーネントと接触するように設置された弾性部材をさらに有し、第１の方向へのシャフトの回転動作によって、動作制限コンポーネントの一方が動かされ、その方向へのシャフトの回転動作が続けられることによって、弾性部材が変形するようになっている請求項２に記載の真空ポンプ。
【請求項４】
動作制限コンポーネントはスライダを有し、シャフトはこれらスライダの間でシャフト上に配置されたスタッドを有し、シャフトの回転によって、スタッドがスライダの一つに接触し、そのスライダを弾性部材の一つの方へ動かしてそれと接触させるようになっている請求項３に記載の真空ポンプ。
【請求項５】
弾性部材は取り外し可能なエラストマプレートを有し、真空ポンプの回転弾性がエラストマプレートを選択することによってを調節されるようになっている請求項３に記載の真空ポンプ。
【請求項６】
動作制限コンポーネントはハウジングへ外部から取り付けられた弾性部材である請求項２に記載の真空ポンプ。
【請求項７】
衝撃吸収構造はシャフト内に取り付けられたスプリング部材を有する請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項８】
スプリング部材は、ユーザの要求に基づいて、予め決められたレベルまで予荷重が加えられている請求項７に記載の真空ポンプ。
【請求項９】
スプリング部材がエラストマロッドを有する請求項７に記載の真空ポンプ。
【請求項１０】
衝撃吸収構造はハウジング内に空気圧スプリングをさらに有し、この空気圧スプリングはシャフトとハウジングとの間に配置された空気圧スプリングチャンバを有し、その空気圧スプリングチャンバは所定のレベルまでガスが充填されている請求項７に記載の真空ポンプ。
【請求項１１】
衝撃吸収構造はハウジング内に空気圧スプリングを有する請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項１２】
空気圧スプリングはシャフトとハウジングとの間に配置された空気圧スプリングチャンバを有し、その空気圧スプリングチャンバは所定のレベルまでガスが充填されている請求項１１に記載の真空ポンプ。
【請求項１３】
空気圧スプリングは空気圧スプリングチャンバへ連結されたバルブを有し、ユーザは、要望どおりに、このバルブを介して空気圧スプリングチャンバの中へガスを注入できるようになっている請求項１２に記載の真空ポンプ。
【請求項１４】
バルブは自転車タイプのバルブ及び平坦に取り付けられたアスレチックバルブのうちの一方を有する請求項１３に記載の真空ポンプ。
【請求項１５】
衝撃吸収構造はシャフトの内部に機械式スプリング部材をさらに有する請求項１１に記載の真空ポンプ。
【請求項１６】
シャフトは一体状のパイロン人工フットのパイロンを受容して固定するように形成されている請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項１７】
シャフトはアダプタをさらに有し、そのアダプタはシャフトの中に受容されて固定されるように形成され、また、アダプタは一体状のパイロン人工フットのパイロンを受容して固定するように形成されている請求項１６に記載の真空ポンプ。
【請求項１８】
ハウジングは一体状のコネクタをさらに有し、そのコネクタは補綴構造へ連結するように形成されている請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項１９】
シャフトへ連結されるとともにハウジング内に配置されたピストンをさらに有し、ポンプチャンバはそのピストン、シャフト及びハウジングに対して形成されており、シャフトの往復動作によってピストンの往復動作がもたらされるようになっている請求項１に記載の真空ポンプ。
【請求項２０】
一体状のパイロンを有する人工フットを有する義肢で使用される真空ポンプであって、
補綴構造へ連結可能なハウジングと、
シャフトと、
インテークポート及びエキゾーストポートと、
を有し、ハウジングは第１のチャンバを有し、
シャフトは第１のチャンバによって受容されるとともにその内部で往復動作するように形成されており、ハウジング及びシャフトがいっしょになってポンプチャンバを形成しており、シャフトは人工フットの一体状のパイロンの一部を受容して固定するように適合されており、
インテークポート及びエキゾーストポートはポンプチャンバと流体連通しており、
ポンプチャンバ内における第１の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがエキゾーストバルブを介してチャンバから排出され、また、第２の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがインテークバルブを介してポンプチャンバの中へガスが引き込まれ、それによって、インテークバルブのところにおいて、ポンプに連結されている外部コンポーネントの中に真空を形成することができるようになっている真空ポンプ。
【請求項２１】
シャフトはアダプタを有し、そのアダプタはシャフトの中に受容されてそれによって固定されるように形成され、アダプタは一体状のパイロンを受容するような寸法及び形状の開口部を有する請求項２０に記載の真空ポンプ。
【請求項２２】
アダプタは一体状のパイロンをアダプタ内に固定するように形成された固定構造をさらに有する請求項２１に記載の真空ポンプ。
【請求項２３】
シャフトは一体状のパイロンを受容するような寸法及び形状の開口部を有する請求項２０に記載の真空ポンプ。
【請求項２４】
ポンプに対して取り付けられた回転構造をさらに有し、その回転構造はハウジングに対するシャフトの制御回転を与えるように形成されている請求項２０に記載の真空ポンプ。
【請求項２５】
回転構造はハウジング内に取り付けられた一対のスライダと、その一対のスライダに隣接してハウジング内に取り付けられた一対の弾性プレートと、シャフトへ取り付けらるとともに一対のスライダの間に配置されたスタッドとを有し、第１の方向へのシャフトの回転動作によって、スタッドが一対のスライダの一つを押すように移動し、それによって、そのスライダはそれが一対の弾性プレートの一つに接触するまでその回転方向に摺動し、シャフトのさらなる回転によって、弾性プレートが変形するようになっている請求項２４に記載の真空ポンプ。
【請求項２６】
回転構造はハウジング及びシャフトへ外部から取り付けられた弾性部材を有する請求項２４に記載の真空ポンプ。
【請求項２７】
ポンプ内に設けられた衝撃吸収構造をさらに有し、その衝撃吸収構造は、シャフトがポンプの中へ移動するとき及びシャフトがハウジングに対して延出した状態まで戻るときに、シャフトへの衝撃を吸収するように形成されている請求項２０に記載の真空ポンプ。
【請求項２８】
衝撃吸収構造はシャフトの内部に取り付けられたスプリング部材を有する請求項２７に記載の真空ポンプ。
【請求項２９】
衝撃吸収構造はハウジング内に空気圧スプリングを有する請求項２７に記載の真空ポンプ。
【請求項３０】
空気圧スプリングは所定のレベルまでガスが充填された空気圧スプリングチャンバと、この空気圧スプリングチャンバへ連結されたバルブとを有し、そのバルブによってユーザがチャンバ内部のガスのレベルを増減させることができる請求項２９に記載の真空ポンプ。
【請求項３１】
衝撃吸収構造は、シャフト内の機械式スプリング部材と、ハウジング内の空気圧スプリングとの両方を有している請求項２７に記載の真空ポンプ。
【請求項３２】
ハウジングは一体状のコネクタをさらに有し、そのコネクタは補綴構造へ連結するように形成されている請求項２０に記載の真空ポンプ。
【請求項３３】
シャフトへ連結されるとともにポンプチャンバ内部に配置されたピストンをさらに有し、シャフトの往復動作によって、ポンプチャンバ内部でのピストンの往復動作がもたらされるようになっている請求項２０に記載の真空ポンプ。
【請求項３４】
義肢で使用される二重衝撃吸収構造を有する真空ポンプであって、
第１の補綴構造へ連結可能なハウジングと、
第２の補綴構造へ連結可能なシャフトと、
ピストンと、
インテークポート及びエキゾーストポートと、
シャフト内部に設けられた機械式スプリング部材と、
ポンプ内部に設けられた空気圧スプリングと、
を有し、ハウジングは第１のチャンバを有し、
シャフトは第１のチャンバによって受容されるとともにその内部で往復動作するように形成されており、ハウジング及びシャフトがいっしょになってポンプチャンバを形成しており、
ピストンはこのシャフトへ連結されるとともにポンプチャンバ内部に配置され、シャフトの往復動作によって、ポンプチャンバ内部でのピストンの往復動作がもたらされるようになっており、
インテークポート及びエキゾーストポートはポンプチャンバと連通しており、
空気圧スプリングは空気圧スプリングチャンバを有し、機械式スプリング部材及び空気圧スプリングは、シャフトがポンプの中へ移動するとき及びシャフトが延出した状態まで戻るときに、シャフトへの衝撃を吸収するように形成されており、
ポンプチャンバ内における第１の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがエキゾーストバルブを介してチャンバから排出され、また、第２の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがインテークバルブを介してポンプチャンバの中へガスが引き込まれ、それによって、インテークバルブのところにおいて、ポンプに連結されている外部コンポーネントの中に真空を形成することができるようになっている真空ポンプ。
【請求項３５】
機械式スプリング部材は所定のレベルまで予荷重が加えられている請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項３６】
機械式スプリング部材への予加重が所定のレベルに調節可能である請求項３５に記載の真空ポンプ。
【請求項３７】
機械式スプリング部材はエラストマロッドを有する請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項３８】
空気圧スプリングは空気圧スプリングチャンバへ連結されたバルブを有し、ユーザは、要望どおりに、このバルブを介して空気圧スプリングチャンバの中へガスを注入できるようになっている請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項３９】
バルブは自転車のバルブ及びフラッシュアスレチックバルブのうちの一方を有する請求項３８に記載の真空ポンプ。
【請求項４０】
シャフトはアダプタをさらに有し、そのアダプタはシャフトの中に受容されて固定されるように形成され、また、アダプタは一体状のパイロン人工フットのパイロンを受容して固定するように形成されている請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項４１】
ハウジングは補綴構造へ連結するように形成された一体状のコネクタをさらに有する請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項４２】
ポンプに対して取り付けられた回転構造をさらに有し、その回転構造はハウジングに対するシャフトの制御回転を与えるように形成されている請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項４３】
回転構造はハウジング内に取り付けられた一対のスライダと、その一対のスライダに隣接してハウジング内に取り付けられた一対の弾性プレートと、シャフトへ取り付けらるとともに一対のスライダの間に配置されたスタッドとを有し、第１の方向へのシャフトの回転動作によって、スタッドが一対のスライダの一つを押すように移動し、それによって、そのスライダはそれが一対の弾性プレートの一つに接触するまでその回転方向に摺動し、シャフトのさらなる回転によって、弾性プレートが変形するようになっている請求項４２に記載の真空ポンプ。
【請求項４４】
回転構造はハウジング及びシャフトへ外部から取り付けられた弾性スリーブを有する請求項４２に記載の真空ポンプ。
【請求項４５】
インテークバルブ及びエキゾーストバルブをさらに有し、それらのバルブはそれぞれインテークポート及びエキゾーストポートへ流体連結されている請求項３４に記載の真空ポンプ。
【請求項４６】
インテークバルブ及びエキゾーストバルブが一方向チェックバルブを有する請求項４５に記載の真空ポンプ。
【請求項４７】
義肢の内部に真空を形成する方法であって、
真空ポンプを準備する段階を有し、その真空ポンプは、衝撃吸収装置、制御回転構造又はその両方を有し、また、ポンプはポンプチャンバと、このポンプチャンバと流体連通したポートとを有するものであり、さらに、
義肢の補綴コンポーネントをポンプのポートへ流体連結する段階と、
ポンプを動作させて、補綴コンポーネントの実質的にシールされたチャンバからポンプのポートを介してガスを引き抜き、それによって、補綴コンポーネント内部を減圧する段階と、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、2004年4月22日に出願された衝撃吸収及び制御回転を有する補綴デバイス用の真空ポンプという名称の同時係属中の仮特許出願第60/564,423号の優先権を主張している。この仮特許出願はその全体がここにおいて文献援用される。
【０００２】
技術分野
この発明は義足や義手などの補綴デバイスに使用可能な真空ポンプに関する。さらに詳しくは、この発明は、衝撃吸収及びねじれを備えた真空ポンプに関する。
【０００３】
背景
四肢喪失者(amputee)とは、脚や腕などの四肢の部分を失った人のことである。失われた四肢の残りは、残肢(residual  limb)と一般に呼ばれる。残肢は基部に関して様々な寸法及び形状になる。すなわち、新しい四肢切断部は形状が若干膨らんでいるかあるいは円柱状であるが、多くの萎縮を有する古い四肢切断部は一般により円錐形に近い形状を有している。さらに、残肢は様々な個別の問題あるいは構造、たとえば、基部の体積及び形状、傷跡、皮膚移植、骨突起物、不均一な四肢体積、神経腫、痛み、浮腫あるいは軟組織構造によって特徴付けられる。
【０００４】
図１を参照する。図には膝よりも下の残肢５０が示されており、膝の下方で切断され、基部５２で終わっている脚５１として描かれている。この場合には、残肢５０は、軟組織の他に大腿骨５４、膝関節５５、切断された脛骨５６及び腓骨５７を有している。軟組織によって囲まれたこれらの骨構造に沿って、神経束や血管系統が存在する。これらは、神経腫、麻痺、不快感及びその他の問題を避けるために、外部圧力に対して保護されていなければならない。膝より下の残肢５０の特徴は、その基部５２が、一般に、より骨太の構造を有することであり、一方、膝よりも上の残肢の特徴は、より軟らかい組織と、血管系統及び神経束とにある。
【０００５】
図２を参照する。腕６０の一部を無くしていて、その末端が基部６２になっているような四肢喪失者の特徴は、軟組織及び骨組織とともに血管系統や神経束を有していることである。残肢６０は上腕骨６４を有する。その上腕骨６４は肩６１の下から肘６３まで延びていて、肘６３からは橈骨６５及び尺骨６６が切断箇所まで旋回可能な状態で延びている。上腕骨６４に沿って二頭筋６７及び三頭筋６８があり、それらはそれぞれ橈骨及び尺骨へなおも連結されている。
【０００６】
ある側面では、腕６０が切断された四肢喪失者は、義肢に対する耐圧力荷重ということを考慮するのではなくて、むしろ肘のところで曲げたり掴んだりする能力など、完全な腕が一般的に有する機能を遂行できるような義肢を持つということに関心がある。四肢が麻痺した人間も同じような考えを有しており、そのような彼又は彼女は麻痺した四肢にある程度の可動性や機能性を持たせることを望んでいる。
【０００７】
歴史的には、脚を失った四肢喪失者によって一般に使われてきた義肢は、大部分が高地柳(Upland  Willow)などの木で形成されていた。これらの義肢は手彫りで形成され、残肢５０の基部５２を収容するためのソケットを有している。ソケットの下側にはすね部があり、すねの下には足がある。これら木製の義肢は生皮によって覆われている。その生皮は塗装されていることが多い。大部分の木製の義肢のソケットは中空である。その理由は、四肢は、一般に、基部５２の末端ではなくて、基部５２に隣接する周辺組織によって、義肢の中に支持されるからである。
【０００８】
欧州におけるいくつかの義肢は中空の鍛造金属部材から形成されていた。繊維の義肢も使用された。それらは、モールドのまわりに引き伸ばされ、その後、乾燥して硬化させられたものである。この場合にも、これら義肢は中空であり、基部５２に隣接する周辺組織のまわりで残肢をかなりの程度支える。
【０００９】
こうした様々な義肢はすべてソケットを有している。ソケットの中には、四肢喪失者の基部５２が入れられる。一般に、ソケットには二つのカテゴリがある。まず、ハードソケットがある。ハードソケットでは、基部５２がその中に設置されて、基部がどのようなライナや基部ソックスもなしにソケットの壁に実際に接触する。ソケットの別のカテゴリは、ライナあるいはインサートを利用したソケットである。これらのソケットのカテゴリは両方とも、端部が開口したソケットであり、底部に中空チャンバを有し、ソケットのどの部分も基部５２の末端には接触しない。従って、基部５２がソケットの内壁へフィットするときに、それは基部の周辺表面のまわりで支えられる。
【００１０】
こうしたタイプのソケットは基部５２上に大きいせん断力を引き起こすとともに、ソケットが四肢に対して与える周辺圧力の影響によって、神経束や血管の流体の流れに対する圧力又は制限の問題を生じる。この圧力の影響はソケット端部への膨潤を引き起こす可能性があり、四肢喪失者が基部５２の端部に深刻な浮腫や排水結節(draining  nodule)を生じる恐れがある。
【００１１】
時間がたつにつれて、ソケットの中空チャンバの中に充填を行い、基部５２とソケットとの間をより完全に接触させることによって、膨潤及び浮腫の問題はなくすことができることがわかってきた。しかし、骨突起物などの問題のある組織構造は、軟らかい材料又は柔軟な材料をソケットの中に追加するなどの特別な配慮を必要とする。
【００１２】
今日、大部分の義肢は、サーモプラスチック、たとえば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン及びポリエチレンから形成されている。これらのプラスチックはナイロン製メリヤス編み物上にラミネートされることが多い。このメリヤス編物には様々な樹脂が含浸されることもある。
【００１３】
これまで、大部分の義肢は、プーリ、ベルトあるいは様々な馬具や革レーサあるいはレースでしばしば使用されるストラップサスペンションのような形態のものによって、四肢喪失者の体から吊り下げられていた。義肢を吊り下げる別の方法は、ウェッジサスペンションとして知られている。これにおいては、実際のウェッジがソケットの中に形成されていて、そのソケットがその開口端部でさらに閉じられている。ソケット内のウェッジは大腿部の一部を凹陥させている。さらに別のサスペンション形態は、シャトルシステムあるいは機械式のフックアップあるいはリンクアップと呼ばれるものである。これにおいては、薄い吸引ライナが基部上に装着される。基部はその末端にドッキングデバイスを有しており、そのドッキングデバイスがソケットチャンバの底部に設けられた協働部分と機械的に連結する。スリーブサスペンションも使われていた。それにおいては、四肢喪失者はラテックスラバーチューブを使用する。ラテックスラバーチューブはラバー状のスリーブに形成される。そのスリーブは、義肢の上部及び四肢喪失者の腿の両方の上に巻き付けられる。スリーブサスペンションは他の形態のサスペンション技術と組み合わせて使用されてきた。
【００１４】
正圧力システムの使用、及び負圧力システム（すなわち、低圧の閉じたチャンバ又は真空）の使用の両方が補綴の分野では利用されてきた。いっときは、正圧力システムに対して、ソケットにフィットさせるために、「膨張可能な内側チューブ」が使用された。今日では、空気圧「バッグ」がある。これは、圧力を上げてソケット内の容積変化への順応を助けるための好適な体重支持領域と人々が考える場所へ設置される。
【００１５】
こうした正圧力システムにおける問題のいくつかは、それらが特定の場所において非常に特定された圧力を利用しており、その結果、これら高圧力の領域において萎縮や組織の損失が劇的にもたらされることである。こうしたシステムのどれも、ソケット内部の体積変化に順応するために残肢と義肢のソケットとの間の全接触面積にわたって分布された正圧力をもちいてはいない。
【００１６】
負圧力を使用する一つのシステムは、ソケットを有する閉じたチャンバを利用している。これは、ソックスで引っ張って、ソックスをソケットから取り出して、その後、バルブで開口部を閉じることによって装着を行う。これによって、底部でシールが形成され、基部は低圧シールによってソケット内に保持される。
【００１７】
古いシステムはまずドイツで始まった。それらは端部が開放したソケットであった。これはソケットの底部に空気チャンバが存在することを意味している。これはあまりうまく動作しなかった。その理由は、チャンバ内への残肢の膨潤が、脚の重量を吊り下げることの負の引っ張りによって引き起こされ、それが閉じた領域内にあるためである。これは著しい浮腫をもたらし、基部の損傷や排膿を引き起こすほど重症化することもある。
【００１８】
米国において後に見出されたことは、不均一な力分布を減らすには、残肢とソケットとの間を完全に接触させることが重要であるということである。いったん完全接触が実現されれば、重量は均等に分布され、あるいは、吊り下げはソケットの開口したチャンバ部分の上だけでなく四肢の全表面上に分布される。
【００１９】
海抜ゼロメートルにおいては、人体は全体としてほぼ大気圧の状態にある。この圧力では、全身にわたって正常な流体システムが保持及び維持される。四肢喪失者が補綴を装着し、体重を残肢の表面を介して骨へ伝え始めると、残肢には、大気圧と体重を支えることによって発生する余分な圧力との和に相当する増大した圧力が加わる。この圧力の増大によって、残肢内の流体は圧力が低い人体の大部分へと失われてしまうことになる。この流体の損失によって、残肢の体積は一日のうちに減少してしまう。それは四肢喪失者によって異なる。残肢が「肉付きがよく」て軟らかいほど、体積変動はより大きい。体重が重くて表面積が小さいほど、圧力はより大きくなり、流体の「スウィング」は多い。これまでは、四肢喪失者は、減少した残肢体積を補うために、義肢を取り外して、余分に基部ソックスを装着することによって、残肢体積減少を補填していた。
【特許文献１】米国特許出願公開第2003/191539号明細書
【発明の開示】
【００２０】
発明の概要
この発明は、義肢で使用される衝撃吸収及び制御回転を有する真空ポンプを提供している。この真空ポンプは、第１の補綴構造へ連結可能なハウジングと、第２の補綴構造へ連結可能なシャフトと、インテークポート及びエキゾーストポートとを有し、ハウジングは第１のチャンバを有し、シャフトは第１のチャンバによって受容されるとともにその内部で往復動作するように形成され、ハウジング及びシャフトがいっしょになってポンプチャンバを形成しており、インテークポート及びエキゾーストポートはポンプチャンバに流体連結されている。ポンプは、また、ポンプに対して取り付けられた回転構造と、ポンプ内に設けられた衝撃吸収構造とを有する。回転構造はハウジングに対するシャフトの回転を制御するように形成されており、衝撃吸収構造は、シャフトがポンプの中へ移動するとき及びシャフトがハウジングに対して延出した状態まで戻るときに、シャフトへの衝撃を吸収するように形成されている。ポンプチャンバ内における第１の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがエキゾーストバルブを介してチャンバから排出され、また、対向する第２の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがインテークバルブを介してポンプチャンバの中へガスが引き込まれ、それによって、インテークバルブのところにおいて、ポンプに連結されている外部コンポーネントの中に真空を形成することができる。
【００２１】
別の実施形態においては、この発明は一体状のパイロンを有する人工フットを有する義肢で使用される真空ポンプを提供している。この真空ポンプは、補綴構造へ連結可能なハウジングと、シャフトと、インテークポート及びエキゾーストポートとを有し、ハウジングは第１のチャンバを有し、シャフトは第１のチャンバによって受容されるとともにその内部で往復動作するように形成されており、ハウジング及びシャフトがいっしょになってポンプチャンバを形成しており、インテークポート及びエキゾーストポートはポンプチャンバに流体連結されている。シャフトは人工フットの一体状のパイロンの一部を受容して固定するように適合されている。ポンプチャンバ内における第１の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがエキゾーストバルブを介してチャンバから排出され、また、対向する第２の方向へのシャフトのストロークによって、ガスがインテークバルブを介してポンプチャンバの中へガスが引き込まれ、それによって、インテークバルブのところにおいて、ポンプに連結されている外部コンポーネントの中に真空を形成することができる。
【００２２】
詳細な説明
この発明の一実施形態は真空ポンプ及び制御回転を有する圧縮式衝撃吸収装置である。これは、例えば、義足や義手などの義肢あるいはその他の補綴デバイスに使用されるものである。図３に示されているように、一つの実施形態においては、義足(artificial  leg)１００はソケット１０２を有する。ソケット１０２はこの発明による真空ポンプ１２０を介してパイロン１０４の一端に連結されている。パイロン１０４の他端には人工フット(artificial  foot)１０６が連結されている。ユーザの残肢すなわち残留部１１０はライナ１１２の中に収容され、ソケット１０２の内に受容されている。ソケットは、残留物１１０を収容するような寸法及び形状に形成されている。チューブ１２２などの流体連結部材によって、真空ポンプ１２０がソケット１０２へ連結されている。
【００２３】
上述したように、真空ポンプ１２０は、残留部１１０及びライナ１１２をソケット１０２の内部に設置した後、補綴ライナ１１２とソケット１０２との間のスペースからガスを除去する。ソケット１０２は、ライナ１１２と残留部１１０の皮膚との間からガスが除去されるように配置できる。このような配置は汗の除去を容易にする。ソケット１０２とライナ１１２との間からガスを除去することは、義足１００を残留部１１０上に保持する助けとなる他、それによって、ソケットのフィッティングの密着性を向上させ、ユーザが補綴構造すなわち義足を介して残留部１１０へ伝わる衝撃波を感じる度合いを改善することができる。この結果、ユーザの下側にある義足１００の場所に関して、「感覚」の意識がもたらされ、認識の増大がもたらされる。以下で使用されるように、空気とは酸素、窒素あるいは空気を含む任意の適当なガスを意味している。
【００２４】
一つの実施形態においては、真空ポンプ１２０はソケット１０２とパイロン１０４との間に直列に取り付けられるような構造になっている。以下でより詳しく説明するように、真空ポンプ１２０はシャフト１２４を有している。このシャフトは、義足１００が動いているときには、ポンプハウジング１２６内で往復動作を行う。ユーザが歩行して、義足１００上に力及び／又は体重を加えると、シャフト１２４はハウジング１２６の中へ移動する。ユーザが義足１００で遊脚期(swing  phase)を通して移動し、義足１００から力及び／又は体重を取り除くと、シャフト１２４はハウジング１２６から延出して外へ出る。この往復動作はポンプ１２０を駆動し、チューブ１２２を介して空気がソケット１０２から引き出される。
【００２５】
図４〜図１８に示されているように、この発明による真空ポンプ２００の第１の実施形態が示されている。これは、シャフト２１０及びハウジング２２０を有している。ポンプ２００の第１の端部２０１において、シャフト２１０はレシーバとして形成され一体状のカプラ２１２を有していて、補綴ピラミッド、パイロン１０４あるいはその他の適当な補綴構造を受容するようになっている。カプラ２１２のところで、補綴構造をシャフト２１０へ取り付けたり固定したりするために、複数のファスナ、たとえば、四つのセットスクリュ２１３が設けられている。別個のカプラでもよいけれども、一体状のカプラ２１２を設けることは、別個のカプラを用いる他のモデルよりもコスト的により効率的で頑丈である。ポンプ２００の反対側の端部２０２では、ハウジング２２０は、適当なコネクタ、たとえば、補綴業界で一般的に使用されているピラミッドコネクタ、あるいは、その他の適当なコネクタを受容するように形成されていいる。ハウジング２２０には補綴コンポーネントで一般的な四つ穴のボルトパターン２０５が設けられていて、各種の異なるタイプのコンポーネントを取り付けられるようになっている。
【００２６】
ハウジング２２０はベース２３０及びキャップ２４０を有している。これらは、互いに合わせた状態で一体に固定されるように形成されている。この実施形態においては、ベース２３０及びキャップ２４０はボルト２２１によって一体にボルト留めされているが、その他のタイプの取り付けあるいは固定のための方法、手段及び機構を用いることもできる。ハウジング２２０はチャンバ２２２も有している。チャンバ２２２の中には、ベース２３０に設けられた開口部２３１を介してシャフト２１０が挿入され、シャフト２１０はその中で往復動作をする。ハウジング２２０及びシャフト２１０はいっしょになってポンプチャンバあるいは真空チャンバ２２３及び衝撃吸収チャンバ２２４を形成している。
【００２７】
真空チャンバ２２３の両側では、往復動作をするときにシャフト２１０を支持するために、第１のベアリングあるいはブシュ２１４がベース２３０の中に設けられており、第２のベアリングあるいはブシュ２１５がキャップ２４０の中に設けられている。この実施形態においては、第１のベアリング２１４はベース２３０の中の、チャンバ２２２の内径の中に設置されるとともに固定されている。第２のベアリング２１５は、キャップ２４０内に載っているシャフト２１０の端部のまわりに設置され、そこへ固定されている。しかし、留意される点は、ベアリングの取り付けや固定について、その他の配置及び方法あるいは手段も、追加のベアリングを使用することも含めて、可能であり、この発明の範囲内である。このベアリング配置は、ベアリング２１４、２１５の間に、従来の同様のポンプよりも広い間隔を提供している。そうした広い間隔は、体重の重いユーザによる大きい荷重及び／又は活発な活動を可能にし、また、逆に、構造部材における応力やベアリングへの負荷を軽減し、それによって、ベアリングの摩耗を低減させる。一つの実施形態においては、ベアリング２１４、２１５にはスチールのバッキングが形成されていて、焼結された青銅から成る層や、PTFEあるいはTeflon（商標名）から成る最終層で覆われている。好適なベアリングは、イリノイ州ウォーケガン(Waukegan, IL)のPEER, Inc.から入手可能することができる。
【００２８】
Ｏリング２０３やＸリング２０４などの様々なシールもチャンバ２２２に沿って設置されていて、種々のチャンバをシャフト２１０に対してシールしている。Ｘリングシール２０４は大きい断面積を与え、ポンプ２００のチャンバのシール性を向上させている。
【００２９】
ピストン２１６がシャフト２１０へ連結され、真空チャンバ２２３内に配置されている。この実施形態においては、ピストン２１６はシャフト２１０上に設けられたネジ部にねじ係合されているが、他の取り付けあるいは固定の方法あるいは手段も可能である。シャフト２１０が往復動作を行うことによって、真空チャンバ２２３内でのピストン２１６の往復動作がもたらされる。ピストン２１６に関してチャンバをシールするために、ピストンシール２１８が設けられている。さらに、ベース２３０内には、キャップ境界側２３６において、バンパ２１９が設けられている。バンパ２１９はピストン２１６に隣接して配置された弾性材料から成るリングであり、ストロークのベース端部において、ピストン２１６の衝撃を吸収する。
【００３０】
インテークバルブ２２５がハウジング２２０に取り付けられており、真空チャンバ２２３と連通されている。一つの実施形態においては、インテークバルブ２２５はラバー製のダックビルスタイルのチェックバルブであり、一体状のフィルタを有している。しかし、他のタイプ及びスタイルのバルブも可能であり、この発明の範囲内である。そのようなバルブとしては、限定的ではないが、ボールバルブ、フラッパバルブあるいはアンブレラバルブがある。このインテークバルブ２２５は、ソケット１０２などの、義肢のソケットへ流体連結されるように形成されている。また、エキゾーストバルブ２２６が真空チャンバ２２３に流体連結した状態で設けられている。エキゾーストバルブ２２６はインテークバルブ２２５と同じタイプのバルブでもよいし、異なるタイプあるいはスタイルのものでもよい。真空チャンバ２２３内におけるピストン２１６の上方／内側へのストロークによって、真空チャンバ２２３内の空気はエキゾーストバルブ２２６を介して排出される。ピストン２１６の下方／外側へのストロークによって、ソケット１０２などの連結されたソケットからの空気は、インテークバルブ２２５を介して真空チャンバ２２３の中へ引き込まれてソケットから外へ排出され、それによって、ソケットの中に真空すなわち減圧環境が形成される。
【００３１】
ハウジング２２０及びシャフト２１０は多くの異なる材料から形成することができる。高耐久の真空ポンプに対しては、ステンレススチールが強くて相応しい材料である。低耐久のポンプ構造に対しては、アルミニウムが相応しい材料である。しかし、他の材料も使用することができる。アルミニウムを使用したときには、特に、汗と接触することによる摩耗や腐食に対する耐久性を改善するために、コーティングや表面処理(finish)が必要かもしれない。一つの適した処理は、カリフォルニア州ベンチュラ(Ventura, CA)のジェネラル・マグナプレート(General  Magnaplate)によって提供されているMagnaplate  HCRとして知られるハード陽極酸化処理に類似した酸化処理である。しかし、他の材料、コーティング及び処理も適している。
【００３２】
これまでは、ユーザが望む機能性を提供するために、ソケットとフットなどの付属肢との間に、別個の衝撃吸収装置、ポンプ及び回転コンポーネントを一体に連結しなければならなかった。コンポーネントが多いため、構造を長くする必要が生じ、その結果、ユーザによっては、彼らの義肢の高さ及び／又は長さの制約のために、これらの機能を利用できないことになる。また、多数のコンポーネントは構造の重量を増大させるが、これは大部分のユーザにとって望ましくないことである。ユーザが利用可能なそうした構造の一つは、モデル４R120及び4R121=30として販売されているOtto  Bock（登録商標名）Delta  Twist（商標名）Shock  Absorberである。
【００３３】
この発明の真空ポンプは、また、ポンプに制御回転及び衝撃吸収を付与し、義肢構造内部のコンポーネントの数を減らしている。図１２及び図１３に最もよく示されているように、回転構造は、ベース２３０の内径内に配置された一対のスライダ２３１を含む。各スライダ２３１は、スライダ２３１を限られた範囲で摺動させることができる一対の取り付け用スロット２３２を有している。スライダ２３１の対に隣接して、二つのエラストマプレート２３３が取り外し可能に取り付けられている。これらのエラストマプレートは所望のデュロメータ(durometer)、硬度あるいはスティフネスを有する弾性エラストマ材料から形成されている。これらのエラストマプレート２３３は同じスティフネスを有していてもよいし、異なるスティフネスを有していてもよい。さらに、エラストマプレート２３３はユーザが所望するようなスティフネスの異なるプレートと交換することもできる。二つのエラストマプレート２３３の間には、ベース２３０の内径へ固定されたベーススタッド２３４が設置されている。
【００３４】
回転構造はシャフト２１０に固定されたシャフトスタッド２１７も有している。シャフト２１０がベース２３０の中に挿入されるとき、シャフトスタッド２１７は一対のスライダ２３１の間でギャップ２３５の中に挿入されるように位置決めされる。動作時には、シャフト２１０が回転すると、シャフトスタッド２１７がスライダ２３１の一つを押し付け、次いで、エラストマプレート２３３の一つに向かって摺動してそれに係合する。そうすると、エラストマプレート２３３がスライダ２３１とベーススタッド２３４との間で圧縮変形される。シャフトスタッド２１７は、シャフト２１０が延出したり戻ったりするときに、一対のスライダ２３１の間で自在に摺動する。また、圧縮によって変形されるエラストマプレートの代わりに、伸びや曲げなどの他の手段によって変形する他の弾性コンポーネントを用いることもできる。
【００３５】
真空ポンプ２００の衝撃吸収構造には、スプリング部材２５０及び空気圧スプリング２６０が含まれている。スプリング部材２５０は、圧縮されたときに、抵抗が一般に直線的に増大するものであることが好ましい。一つの実施形態においては、スプリング部材２５０はエラストマ材料から成っている。エラストマ材料は比較的衝撃吸収性を有し、従って、シャフトの延出率を制限し、それによって、スプリング２５０、２６０への圧縮力が解放されたときのシャフト２１０のリバウンドを制限する。この実施形態においては、スプリング部材２５０はエラストマロッド２５１を有している。エラストマロッドとしては、ユーザの必要性に応じて様々なデュロメータのものが用いられる。このロッド２５１は、ユーザの要求が変われば、異なるデュロメータのロッドと交換することもできる。
【００３６】
ロッド２５１の第１の端部２５２はエラストマカップ２５４の内部に配置されている。ロッド２５１の第２の端部２５３はキャップ２４０の内側の上側表面２４１に対向するように配置されている。エラストマカップ２５４は、ロッド２５１がキャップ表面２４１に対して適当に圧縮されるまで、シャフト２１０の内径内にねじ係合される。カップ２５４がシャフト２１０の中へねじ込まれればねじ込まれるほど、大きい予荷重がロッド２５１の上に加わる。ロッド２５１上へ予荷重を加える他の手段を用いることもできる。
【００３７】
空気圧スプリング２６０はシャフト２１０の内側端部で動作し、空気圧スプリングチャンバすなわち衝撃吸収チャンバ２２４を有している。空気圧スプリングは、圧縮されたとき、一般に指数関数的に増大するスティフネスを有する。それは、活発な活動に対してはポンプ２００の圧縮性スティフネスを一時的に増大させるための比較的容易な方法をユーザに提供し、また、非線形なスティフネス特性によるボトム抵抗(bottoming  resistance)も提供する。空気圧スプリング２６０の圧力は、空気バルブ２６２を介して衝撃吸収チャンバ２２４内へ空気を圧送することによって増大させることができる。この実施形態においては、空気バルブ２６２は自転車のタイヤなどに用いられているものと類似したシュレーダ(Schraeder)タイプのバルブである。しかし、他のタイプの空気バルブも使用することができ、そのうちのいくつかは以下でさらに説明される。
【００３８】
真空ポンプ２００に対して二つの異なるスプリング構造を設けることによって、衝撃吸収システムに融通性(redundancy)を持たせることが可能になる。一般に、これはポンプ２００の信頼性を増大させる。なぜなら、スプリング２５０、２６０の一方に不具合が起きても、他の一方だけを用いてポンプ２００を動作させることが可能だからである。
【００３９】
図１９〜図２９に示されているように、この発明による第２の実施形態の真空ポンプ３００はシャフト３１０及びハウジング３２０を有している。ハウジング３２０はベース３３０及びキャップ３４０を有する。ポンプ３００の第１の端部３０１において、シャフト３１０はチューブクランプとして形成された一体状のカプラ３１２を有している。一つの実施形態においては、チューブクランプは一般的な補綴産業のコンポーネントである３０mmチューブ用に寸法設定されている。カプラ３１２のチューブクランプ及びカプラ２１２のレシーバに加えて、補綴業界で今日周知あるいは今後利用される他のタイプの取り付け構造を用いることもできる。それらは、シャフトと一体化して形成されるか、あるいは、シャフトへ付加されるもので、この発明の範囲内のものである。
【００４０】
ポンプ３００の対向端部３０２においては、ハウジング３２０は一体状に形成された補綴ピラミッドコネクタ３０５をキャップ３４０のところに有している。ポンプハウジング３２０と一体状のコネクタ３０５を用いることによって、高さ及び重量が節約される。さらに、それはコストの節約にもなる。その理由は、ポンプ３００を販売、配達又は支給する業者が別個の取り付け部材を購入して取り付ける必要がないためである。
【００４１】
ポンプ３００の内部コンポーネントは上述した真空ポンプ２００の第１の実施形態におけるコンポーネントと基本的に同じである。従って、対応する部材すべてを再び説明することはしない。しかし、異なる部材については以下で強調される。
【００４２】
第１の実施形態と同様に、真空ポンプ３００は真空形成及び衝撃吸収のために内部チャンバを有している。インテークバルブ３２５及びエキゾーストバルブ３２６が両方とも真空チャンバへ流体連通していて、ポンプ３００が取り付けられているソケットあるいはその他のエンクロージャの中に容易に真空を形成できるようになっている。ピストン３１６がシャフト３１０へ連結されていて、真空チャンバ内においてハウジング３２０内に載っている。先の実施形態と同様に、ポンプ３００のチャンバをシールするために、複数のＸリング３０４及びＯリング３０３が設けられている。しかし、この実施形態においては、図２３、図２４及び図２６に詳細に示されているように、各Ｘリング３０４はバックアップリング３０６に隣接して配置されている。バックアップリングは、Ｘリングを安定化し、シールが移動部材の間の隙間の中に押し出されないように制限するために設けられている。
【００４３】
この実施形態においては、空気圧スプリングあるいは衝撃吸収チャンバへのアクセスポートはフラッシュアスレチックバルブであり、サッカーボールやバスケットボールなどの運動競技用ボールに設けられているものと同様なものである。弾力性を有するバルブ部材３６７が、キャップ３４０の内部において、ナット３６６と取り付け用部材３６８との間に挟まれている。オリフィス３６９がポンプ３００の外部を衝撃吸収チャンバへ流体連結している。ボールなどの物体を膨らませるために一般に使用されるポンプニードルがオリフィス３６９の中に挿入されて、上述したようにして、必要に応じて、チャンバに空気が追加される。ポンプから突出したバルブの代わりにフラッシュバルブを用いると、一般に、外部の物体による衝撃によってバルブが損傷を被る可能性が低減する。さらに、衣服、チューブあるいはその他の補綴又は身の回り品に引っかかるようなことが少なくなる。
【００４４】
この第２の実施形態のポンプ３００は第１の実施形態よりもずっと小さくて軽量である。重量を最小限に抑えるためには、それはコーティングあるいは表面処理されたアルミニウムから形成されていることが好ましい。そのように形成されると、主として軽量の用途に適したものになるが、高耐久が求められる状況に対してはより強くて重いコンポーネントを用いて形成される。
【００４５】
図２８〜図３２に示されているように、この発明による第３の実施形態の真空ポンプ４００はシャフト４１０及びハウジング４２０を有している。これまでに述べた実施形態と同様に、ハウジング４２０はベース４３０及びキャップ４４０を有する。この実施形態においては、キャップ４４０は第１の実施形態に示されているパターン２０５と同様に、標準的な四つ穴のボルトパターン４０５を有する形態である。これによって、従来周知の様々な補綴コネクタへ取り付けが可能になる。また、他のタイプの取り付け用デバイス及び／又は方法を用いることもできる。
【００４６】
ポンプ４００の対向端部においては、シャフト４１０は一体状のカプラ４１２を有している。このカプラは、補綴ピラミッドコネクタあるいはその他の適当なコネクタを受容するためのレシーバとして形成されたものである。しかし、一体状に形成されたものであれ、別途取り付けられたものであれ、他のタイプのコネクタを使用することもできる。
【００４７】
この実施形態の真空ポンプ４００は第１及び／又は第２の実施形態について上述したものと同一又は類似したコンポーネントを有しているので、詳細は繰り返さない。この実施形態においては、ポンプ４００はフラッシュアスレチックバルブ４６５を有している。このフラッシュアスレチックバルブは上述した理由によってユーザにとって利点がある。ポンプ４００は、また、耐摩耗性及び機能性を改善するために、シールとしてのＸリング４０４をバックアップリング４０６とともに有している。
【００４８】
真空ポンプ４００は、高耐久用途のためには、ステンレススチールコンポーネントから形成されていることが好ましい。しかし、所望の強度、耐久性及び重量を提供するために、必要性に応じて、コンポーネントの一部はコーティング又は表面処理されたアルミニウムその他の適当な材料から形成することができる。
【００４９】
ここで、図３３〜図３５を参照すると、この発明による第４の実施形態が図示されている。これは、一体状のパイロンスタイルの人工フットへの取り付け用のものである。図３３においては、人工フット５５０は、一般に、垂直方向に配向された一体状のパイロン５５２を有している。このパイロンは外側プロファイル５５４を有する。示されているプロファイル５５４は、一般に、横長であり、湾曲状の端部５５５と、長い直線状の側部５５６とを有する。しかし、長円形、楕円形、長方形又はその他の適当な形状といったプロファイルを含む他のプロファイルも可能である。一体状のパイロンという用語は、パイロンタイプの構造が足及び／又は足首の構造の一部と連結して形成されているということを意味している。
【００５０】
図に示されているこの実施形態の真空ポンプ５００は第２の実施形態のポンプ３００と類似しており、先の実施形態について説明されたものと同一または類似した内部及び外部のコンポーネントを有しており、それらのコンポーネントは、必要に応じて、組み合わされたり適合されたりする。しかし、この実施形態においては、シャフト５１０はチューブクランプとして形成された一体状のカプラ５１２を有している。さらに、真空ポンプ５００はパイロンアダプタ５２０を有する。このパイロンアダプタはシャフト５１０内に受容されるような寸法及び形状を有し、チューブクランプ５１２によって固定されるか、チューブクランプ５１２へ締結されている。
【００５１】
パイロンアダプタ５２０は、シャフト５１０の内部構造に一般に対応するように設計された外部構造を有している。この実施形態においては、パイロンアダプタ５２０は一般に円筒形の取り付け用リング５２１を有する。このリングは、リング５２１よりも小さい直径を有する一般に円筒形のコンポーネント５２２へ取り付けられている。チューブクランプ５１２は、アダプタ５２０を取り付け用リング５２１のまわりでシャフト５１０内に固定又は締結している。しかし、シャフト５１０内にアダプタ５２０を固定又は締結するためには、他の手段を用いることもできる。
【００５２】
リング５２１及び円筒形のコンポーネント５２２の内部には穴５２５が形成されている。穴５２５は一体状のパイロンプロファイル５５４に対応するように形成されている。この実施形態においては、穴５２５には、湾曲状の端部５２６と、一般に直線状の長い側部５２７とが形成されている。空気通路アパーチャ５２４がコンポーネント５２１の端部５２３を通って穴５２５へ達するように設けられている。円筒形のコンポーネント５２２は一対の横長の開口部５２８をさらに有する。これらの開口部は円筒形のコンポーネント５２１の壁を通って穴５２５へ達するように形成されている。一対のセットスクリュ５２９がリング５２１の対向側に延びている。これらのセットスクリュは穴５２５へ達している。しかし、パイロン５５２締結又は固定するためには、他の手段を用いることもできる。
【００５３】
動作時には、アダプタはフット５５０のパイロン５５２上に配置される。そのとき、穴５２５はパイロン５５２を比較的密着した状態で、しかし、摺動可能な状態で受容する。空気通路５２４及び横長の開口部５２８によって、パイロン５５２がアダプタ５２０の中へ摺動挿入されるときに、穴５２５の内部の空気が排除される。次に、セットスクリュ５２９を使用して、アダプタ５２０がパイロン５５２へ固定又は締結される。その後、パイロン／アダプタ組み合わせ体がシャフト５１０の中へ挿入され、チューブクランプ５１２あるいはその他の適当なカプラによってシャフト５１０へ固定又は締結される。また、アダプタ５２０はシャフト５１０の中へ挿入され、そのシャフトへ固定又は締結されてから、パイロン５５２がアダプタ５２０の中へ挿入される。
【００５４】
選択的ではあるが、アダプタ５２０は、シャフト５１０の一体状部分として、シャフト５１０の内部へ形成されてもよい。そのような場合には、異なったパイロンプロファイル５５４に対応した穴５２５を備えた異なったシャフト５１０を用いることによって、真空ポンプ５００を特定の用途用にカスタマイズすることができる。また、所望の穴５２５を有する適当なアダプタ５２０が入手可能なシャフト５１０内に永久的に取り付けられてもよい。
【００５５】
この実施形態のアダプタ５２０によれば、真空ポンプ５００を一体状のパイロンスタイルの人工フット５５０上に効果的に取り付けることが可能であり、これまでは必要であったような多数のカプラ及びコンポーネントを用いる必要はない。その結果、真空ポンプとフットとの組み合わせ体はさらにコンパクト化され、従って、高さが問題となるような状況での使用が可能になる。また、それは多数のフィッティング及び／又はコンポーネントのバージョンよりも一般により安価である。取り外し可能なアダプタ５２０を用いることは、多数のシャフト５１０をストックしたり、また、特定のユーザの要求に合うようにポンプ５００をカスタム製造したりする必要性をなくす助けとなる。代わりに、適当なアダプタ５２０が標準の真空ポンプ５００の内部に配置固定されることによって、ユーザの希望や要求が変わったときの柔軟性や交換性を可能にすることができる。
【００５６】
場合によっては、四肢喪失者が要求する性能のために、義肢に使用される一体状のパイロン人工フットが好ましいことがある。しかし、フットと義肢のソケットとの間の距離は制限されている。こうした状況においては、高さの制約のために、真空ポンプ及び衝撃吸収装置をソケット及びパイロンと直列に揃えて使用することは困難である。この実施形態におけるアダプタ及びポンプ構造を使用することによって、一体状のパイロンフットにおいて使用するためのよりコンパクトなポンプ構造が可能になり、従って、上記の真空増強されたソケットシステムの利益をより多くのユーザが享受できる。
【００５７】
上述した実施形態とは別の実施形態すなわち第５の実施形態は、空気圧スプリングを第２の真空ポンプ構造と置換したものである。図３６においては、図４〜図１８に示されたポンプ２００と同様のポンプ６００が示されている。このポンプはハウジング６２０及びシャフト６１０を有している。この実施形態においては、真空チャンバあるいはポンプチャンバ６２３がシャフト６１０とハウジング６２０との間に形成されており、シャフト６１０へ取り付けられたピストン６１６が真空チャンバ６２３内で往復動作する。ポンプ２００と同様に、インテークバルブ６２５がハウジング６２０へ取り付けられており、そのインテークバルブが真空チャンバ６２３の底部すなわちパイロン側６２９に設けられた通路６２７によって真空チャンバ６２３と流体連通している。このインテークバルブ６２５は義肢のソケット、たとえば、ソケット１０２へ流体連結されるように形成されている。また、通路６２７のところには、エキゾーストバルブ６２６が真空チャンバ６２３と連通した状態で設けられている。
【００５８】
この実施形態においては、第２のインテークバルブ６７５がハウジング６２０へ取り付けられており、通路６７７によって、真空チャンバ６２３と連通した状態で設けられている。この第２の通路６７７は真空チャンバ６２３の上側すなわちソケット側６２８に設けられている。また、通路６７７のところには、第２のエキゾーストバルブ６７６が真空チャンバ６２３と連通した状態で設けられている。
【００５９】
真空チャンバ６２３内でのピストン６１６の上方／内側へのストロークによって、真空チャンバ６２３の上側６２８の空気はエキゾーストバルブ６２６を介して排出される。さらに、連結されているソケット、たとえば、ソケット１０２からの空気は第２のインテークバルブ６７５を介して真空チャンバ６２３の下側６２９内へ引き込まれてソケットの外へ排出され、それによって、ソケット内部に真空が形成される。ピストン６１６の下方／外側へのストロークによって、真空チャンバ６２３の下側６２９からの空気が第２のエキゾーストバルブ６７６を介して排出され、一方、連結されているソケットからの空気はインテークバルブ６２５を介して真空チャンバ６２３の上側６２８内へ引き込まれる。
【００６０】
この構造は、シャフト６１０の延出及び圧縮あるいは内向き及び外向きのストロークの両方におけるソケットからの空気を圧送し、それによって、空気をソケットから取り出す速度を二倍にしている。この構造は、ピストン６１６のソケット側すなわち基端側６２８に第２のセットのチェックバルブ６７５、６７６が設置されている。さらに、空気圧スプリング２６０をなくすことによって生じる余分な負荷を処理するために、スプリング部材６５０は上記のスプリング部材２５０に対して修正される必要がある。
【００６１】
さらに別の実施形態すなわち第６の実施形態は、基端側すなわちソケット側ベアリングがピストン上に直接設置されている。図３７においては、ポンプ７００が示されている。このポンプはシャフト７１０及びハウジング７２０を有しており、ハウジング７２０はベース７３０及びキャップ７４０を有している。ハウジング７２０とシャフト７１０との間には真空チャンバ７２３が形成されている。この実施形態においては、シャフト７１０の上部端部すなわちソケット端部７２８には、ピストン７１６がシャフト７１０へ取り付けられている。ソケット側ベアリング７１５がピストン７１６に取り付けられていて、ハウジングのキャップ７４０と相互作用するようになっている。これは、上記の実施形態、すなわち、ベアリングがピストンではなくてシャフトの上部端部へ取り付けられている実施形態とは異なる点である。また、上記の実施形態と同様に、ピストン７１６には、ピストン７１６とキャップ７４０との間において、シール７４０が設けられている。Ｏリング７０６がピストン７１６とシャフト７１０との間に設けられている。
【００６２】
この実施形態においては、ピストン７１６はシャフト７１０の上部に配置されており、シャフト７１０はピストン７１６を越えるところまでは延びていない。この結果、ポンプ７００の高さは小さくなっており、従って、ハウジングキャップ７４０の高さは前述した実施形態に比べて一般に小さくなっている。スプリング部材７５０もポンプ７００内に設けられている。しかし、この構造は、また、ベアリング間の間隔を低減しており、摩耗面にシールを必要とする。さらに、この実施形態では、空気圧スプリングは設けられていない。
【００６３】
ここで図３８を参照すると、第７の実施形態がポンプ８００として示されている。ポンプ８００はシャフト８１０及びハウジング８２０を有している。このハウジングはベース８３０及びキャップ８４０を有している。前述したような補綴コネクタ、たとえば、シャフトレシーバあるいはピラミッドカプラが、ポンプ８００を補綴コンポーネントへ連結するため、たとえば、ソケットと人工フットとの間を連結するために設けられている。図示されているように、シャフト８１０はレシーバ８１２を有し、ハウジング８２０はレシーバ８０５を有する。
【００６４】
この実施形態においては、ポンプ８００はピストンを有しておらず、その代わりに、シャフト８１０の内部において、シャフト８１０とハウジング８２０との間に真空チャンバすなわちポンプチャンバ８２３が形成されている。ポンプチャンバ８２３をシールする必要性があるため、ポンプ８００の内部には多数のシール８０４が設けられている。シャフト８１０及びポンプチャンバ８２３の内部には、スプリング部材８５０が配置されている。この実施形態においては、スプリング部材８５０は上記のエラストマロッドなどの弾性部材である。スプリング部材８５０は予荷重アジャスタ８５４その他の手段によって圧縮された状態で設置されている。
【００６５】
ハウジング８２０の内部におけるシャフト８１０の往復動作を容易にするために、一対のベアリング８１４、８１５が、ハウジング８２０内において、シャフト８１０に隣接して配置されている。シャフト８１０が内側へ移動するにつれて、スプリング部材８５０はさらに圧縮し、横方向に延びて、ポンプチャンバ８２３をほぼ満たす。スプリング部材８５０が圧縮されればされるほど、一般にそれは一層硬くなり、それによって、シャフト８１０がハウジング８２０に対してボトムアウト(bottom out)しないようになる。内側への力が取り除かれると、シャフト８１０は、ハウジング８２０に対して、そのもとの延出した位置まで戻り、スプリング部材８５０は非圧縮状態になる。シャフト８１０の往復動作によって、空気がポンプ８００に対して流入したり流出したりする。これは、他の実施形態について上記したのと同一又は同様である。
【００６６】
ハウジング８２０の内部において、ベアリング８１４、８１５の間には、制御回転のためのコンポーネントが、上記と同様に設けられている。特に、回転スライダ８３１、シャフトスタッド８１７及びハウジングスタッド８３４が図３８に示されている。シャフト８１０がハウジング８２０に対して回転するときに、回転構造が相対回転を制御する。
【００６７】
ピストンレスポンプ８００の一つの利点は、ポンプの寸法が小さく、安価で、軽量なことである。安価で、軽量で、長さの短い真空ポンプは、有用で、競争力があり、手頃な義肢を将来開発するために必要とされている。
【００６８】
上記の実施形態に示されている内部回転制御構造に対する別の形態が図３９に示されている。ピストンレスポンプ９００はシャフト９１０及びハウジング９２０を有し、その間には真空チャンバすなわちポンプチャンバ９２３が形成されている。シャフト９１０及びポンプチャンバ９２３の内部にはスプリング部材９５０が配置されている。このスプリング部材には予荷重アジャスタ９５４を用いて予荷重を付与することができる。補綴デバイスのコネクタ、たとえば、ハウジング９２０上のレシーバ９０５及びシャフト上のチューブクランプ９１２が設けられている。この実施形態においては、シャフトの往復動作を容易にするために単一のベアリング９１４が用いられている。これは、内部回転制御構造によって分割された図３８に示されている一対のベアリング８１４、８１５の代わりである。ベアリング９１４はハウジング９２０の内部に配置されており、シャフト９１０を取り囲んでいる。
【００６９】
この実施形態においては、シャフトの回転を制御するための内部弾性コンポーネントの代わりに、ポンプ９００には外部弾性コンポーネントすなわちスリーブ９３３が設けられている。回転スリーブ９３３は、適当な方法、たとえば、ボルト９３４その他の手段によって、ハウジング９２０へ連結されている。スリーブ９３３は、また、適当な方法、たとえば、ボルト９３５その他の手段によって、シャフト９１０に連結されている。その他のタイプの連結又は結合方法も可能であり、それらも、この発明の範囲内である。シャフト９１０が回転すると、回転スリーブ９３３は変形し、ハウジング９２０に対する回転に抵抗する。補綴デバイスには、その他のタイプの衝撃吸収及び回転制御構造が使用可能であり、この発明の真空ポンプでの使用に適合させることができる。
【００７０】
この発明は例示的な実施形態を参照しつつ説明されてきたが、当業者であれば、この発明の精神及び範囲から逸脱することなく形態や詳細を変更できることを理解できよう。また、記載された種々の実施形態は多くのコンポーネントを含んでいるが、それらは同じような機能性を達成するために様々に組み合わせ可能である。そうした組み合わせもこの発明の範囲内である。また、上述したように、同じ機能を実現するために、これらコンポーネントの幾つかは一つ又は複数の実施形態においては省略することもできる。
【００７１】
ここでは、膝より下の脚残肢に関して説明されてきたが、この発明の真空ポンプは膝より上の脚形態及び／又は義肢の上肢形態に使用できることも理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】残下肢を示している。
【図２】残上肢を示している。
【図３】残肢と係合した義肢であって、ソケット、真空ポンプ、パイロン及びフットを有する義肢を示している。
【図４】制御回転及び衝撃吸収を有するこの発明による第１の実施形態の真空ポンプを示している。
【図５】図４のポンプの分解図である。
【図６】図４のポンプの第１の断面図である。
【図７】図４のポンプの第２の断面図であり、図６とは交差する方向の断面図である。
【図８】図４のポンプの逆さ方向の斜視図である。
【図９】図４のポンプにおいて使用できるシャフトの側面図及び部分断面図である。
【図１０】図９のシャフトの内側にあるシールの詳細断面図である。
【図１１】図９のシャフトの斜視図であり、ハウジング取り付け用リングが設けられた状態を示している。
【図１２】図４のポンプのハウジングベースの底面図であり、内径コンポーネントの半分に焦点を当てた図である。
【図１３】図１２のハウジングベースの別の底面図であり、内径コンポーネントの他方の半分に焦点を当てた図である。
【図１４】図４のポンプのシャフト及びベースハウジングの底部斜視図である。
【図１５】ベースハウジングの上側の斜視図である。
【図１６】シャフト及びベースハウジングの上側斜視図であり、シャフトに取り付けられたピストンを示している。
【図１７】図４のポンプのハウジングキャップの底部斜視図である。
【図１８】図４のポンプの部分分解図であり、スプリング部材のコンポーネントを示している。
【図１９】この発明による第２の実施形態の真空ポンプの斜視図である。
【図２０】図１９のポンプの底部斜視図である。
【図２１】図１９のポンプにおいて使用できるシャフトの斜視図である。
【図２２】図１９のポンプのシャフト及びベースハウジングの斜視図であり、ピストンを示している。
【図２３】図２２のコンポーネントの部分断面側面図であり、ハウジング内に設けられたシールに焦点を当てている。
【図２４】図２３のシールの詳細図である。
【図２５】図１９におけるポンプのハウジングキャップの底部斜視図である。
【図２６】図２６のキャップの側面図である。
【図２７】図１９のポンプの部分分解図であり、空気圧スプリングへ連結された空気バルブを示している。
【図２８】この発明による第３の実施形態の真空ポンプを示している。
【図２９】図２８のポンプの底部斜視図である。
【図３０】図２８のポンプのハウジングキャップの底部斜視図である。
【図３１】図３０のキャップの部分断面側面図であり、ハウジング内に設けられたシールに焦点を当てている。
【図３２】図３１のシールの詳細図である。
【図３３】この発明による第４の実施形態のポンプ、アダプタ及び一体状のパイロンスタイルの人工フットの分解斜視図である。
【図３４】図３３のポンプの底部斜視図であり、アダプタが組み込まれた状態を示している。
【図３５】ポンプシャフトの側断面図であり、図３４及び図３５のアダプタがシャフトの内部に配置された状態を示している。
【図３６】この発明による第５の実施形態のポンプの側断面図である。
【図３７】この発明による第６の実施形態のポンプの側断面図である。
【図３８】この発明による第７の実施形態のポンプの側断面図である。
【図３９】この発明による第８の実施形態のポンプの側断面図である。
【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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【国際調査報告】
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