(57)【要約】  義足（１００）は足竜骨（１０１）および弾性を有する腓脛部（１０５）を含み、腓脛部の下端が足竜骨に連結されて義足の足関節を形成する。足竜骨は、足前部、足後部、および足前部と足後部のあいだに延在する足中央部を有する。腓脛部は、前方に向けて突出した湾曲部（１０６）を介して足竜骨から上向きに延出し、義足の足前部と一体に形成された連結要素（１０７）を介して足竜骨に固締されている。腓脛部の下端は逆方向に湾曲し（１１０）、連結要素の逆方向に湾曲した部分（１１２）に収容されている。
2007530238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部側の足前部、他方の端部側の足後部、および前記足前部と前記足後部のあいだに延在する足中央部を有する長さ方向に延在する足と、
前記足に取り付けられた足関節と、
前記足関節から上向きに延出する直立した腓脛部とを備える下肢補綴装置であって、
前記足関節および前記腓脛部が弾性部材により形成され、該部材が部材の前方に向けて突出した湾曲する螺旋部を介して前記足から上向きに延出し、さらに、前記弾性部材が、前記足の前記足前部と一体に形成された連結要素を介して前記足に取り付けられた下肢補綴装置。
【請求項２】
前記連結要素が、前記足前部から片持ち梁の形態で後方に延出し、前記足の前記足中央部および前記足後部の一部の上に位置する請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記足の前記足後部および前記足中央部が一体に形成され、かつ、一体に形成された前記足前部および前記連結要素に連結された請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記弾性部材の下端が逆方向に湾曲した請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記連結要素が、前記弾性部材の前記逆方向に湾曲した下部を格納する請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記弾性部材の前記逆方向に湾曲した下端が、前記螺旋部を形成するために渦巻の形状である請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記弾性部材の前記渦巻の半径方向内側の端部が、前記連結要素に固締された請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記連結要素が、前記弾性部材の背屈を制限するための停止部を含む請求項１記載の装置。
【請求項９】
人の足と脚下部の形状の化粧カバーをさらに備え、該化粧カバーが、前記足、前記足関節、および前記腓脛部の少なくとも下端の上に配置され、かつ前記腓脛部が、前記脚下部の前記補綴部カバー内で前記足から上向きに延出する請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記義足に力を負荷する際にエネルギーを蓄え、蓄積エネルギーを力からの解放時に返還して、歩行中に義足が推進力として発生した動力を増加させるために前記義足に装着された後部腓装置をさらに備える請求項１記載の装置。
【請求項１１】
前記後部腓装置が、前記腓脛部の上部と前記義足の下部のあいだに延在する少なくとも一つの長い部材と、前記腓脛部の上端の前方への運動に応答して前記少なくとも一つの長い部材によって弾性的に付勢されてエネルギーを蓄える少なくとも一つのばねとを含む請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのばねが、自由端が前記長い部材に連結されたコイルばねを含み、前記コイルばねが、歩行中の前記腓脛部の前記上端の前方への運動に応答して弾性的に伸張することによってエネルギーを蓄える請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
一方の端部側の足前部、他方の端部側の足後部、および前記足前部と前記足後部のあいだに延在する足中央部を有する長さ方向に延在する足竜骨と、
前記足竜骨に取り付けられた腓脛部の下部が前記義足の弾性を有する足関節を形成し、また、前記腓脛部が、弾性を有する腓脛部の前方に向けて突出した湾曲部を介して前記足竜骨から上向きに延出し、直立した弾性を有する腓脛部とを備える義足であって、
前記腓脛部が、前記足竜骨の前記足前部と一体に形成された連結要素を介して前記足竜骨に取り付けられた義足。
【請求項１４】
前記連結要素が、前記足前部から片持ち梁の形態で後方に延出し、前記足竜骨の前記足中央部および前記足後部の一部の上に位置する請求項１３記載の義足。
【請求項１５】
前記足竜骨の前記足後部と前記足中央部が一体に形成され、かつ、一体に形成された前記足前部および前記連結要素に連結された請求項１４記載の義足。
【請求項１６】
前記腓脛部の下部が逆方向に湾曲した請求項１３記載の義足。
【請求項１７】
前記連結要素が、前記腓脛部の前記逆方向に湾曲した下部を格納する請求項１６記載の義足。
【請求項１８】
前記腓脛部の前記逆方向に湾曲した下部が渦巻の形状である請求項１６記載の義足。
【請求項１９】
前記腓脛部の前記渦巻の半径方向内側の端部が、前記連結要素に固締された請求項１８記載の義足。
【請求項２０】
前記連結要素が、前記腓脛部の背屈を制限するための停止部を含む請求項１３記載の義足。
【請求項２１】
人の足と脚下部の形状の化粧カバーをさらに備え、前記化粧カバーが、前記足竜骨および前記腓脛部の少なくとも上に配置されており、さらに、前記腓脛部が、前記脚下部の前記化粧カバー内で前記足竜骨から上向きに延出する請求項１３記載の義足。
【請求項２２】
前記義足に力を負荷する際にエネルギーを蓄え、蓄積エネルギーを力からの解放時に返還して、歩行中に義足によって推進力として発生させられた動力を増加させるために前記義足に装着された後部腓装置をさらに備える請求項１３記載の義足。
【請求項２３】
前記後部腓装置が、前記腓脛部の上部と前記義足の下部とのあいだに延在する少なくとも一つの長い部材と、前記腓脛部の上端の前方への運動に応答して前記少なくとも一つの長い部材によって弾性的に付勢されてエネルギーを蓄える少なくとも一つのばねとを含む請求項２２記載の義足。
【請求項２４】
前記少なくとも一つのばねが、自由端が前記長い部材に連結されたコイルばねを含み、前記コイルばねが、歩行中の前記腓脛部の前記上端の前方への運動に応答して弾性的に伸張することによってエネルギーを蓄える請求項２３記載の義足。
【請求項２５】
長さ方向に延在する足と、
前記足に取り付けられた足関節と、
前記足関節から上向きに延出した腓脛部とを備える下肢補綴装置であって、
前記足関節および前記腓脛部が弾性部材を用いて形成され、前記腓脛部が前記足関節を形成するために前記足に取り付けられた逆方向に湾曲した下部を有するとともに、前記弾性部材の前方に向けて突出した湾曲する螺旋部を介して前記足から上向きに延出し、さらに、前記弾性部材が、前記弾性部材の前記逆方向に湾曲した下部を格納する連結要素を介して前記足に取り付けられた下肢補綴装置。
【請求項２６】
前記弾性部材の前記逆方向に湾曲した下部が、前記螺旋部を形成するために渦巻の形状である請求項２５記載の装置。
【請求項２７】
前記弾性部材の前記渦巻の半径方向内側の端部が、前記連結要素に固締された請求項２６記載の装置。
【請求項２８】
前記連結要素が、前記弾性部材の背屈を制限するための停止部を含む請求項２５記載の装置。
【請求項２９】
人の足と脚下部の形状の化粧カバーをさらに備え、前記化粧カバーが、前記足、前記足関節、および前記腓脛部の少なくとも下端の上に配置され、さらに、前記腓脛部が、前記脚下部の前記補綴部カバー内で前記足から上向きに延出する請求項２５記載の装置。
【請求項３０】
前記連結要素および前記足が一体に形成された請求項２５記載の装置。
【請求項３１】
前記連結要素が、前記弾性部材の前記逆方向に湾曲した下端を格納する前方を向いた凹面部を形成している請求項２５記載の装置。
【請求項３２】
前記連結要素がその後端で前記足に結合された請求項２５記載の装置。
【請求項３３】
前記義足に力を負荷する際にエネルギーを蓄え、蓄積エネルギーを力からの解放時に返還して、歩行中に義足が推進力として発生した動力を増加させるために前記義足に装着された後部腓装置をさらに備える請求項２５記載の装置。
【請求項３４】
前記後部腓装置が、前記腓脛部の上部と前記義足の下部のあいだに延在する少なくとも一つの長い部材と、前記腓脛部の前記上部の前方への運動に応答して前記少なくとも一つの長い部材によって弾性的に付勢されてエネルギーを蓄える少なくとも一つのばねとを含む請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも一つのばねが、自由端が前記長い部材に連結されたコイルばねを含み、前記コイルばねが、歩行中の前記腓脛部の前記上部の前方への運動に応答して弾性的に伸張することによってエネルギーを蓄える請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
長さ方向に延在する足竜骨と、
逆方向に湾曲した下部が設けられた直立した腓脛部とを備える義足において、
前記腓脛部の前記足竜骨への取り付け部が前記義足の足関節を形成し、また、前記腓脛部は、前記腓脛部の前方に向けて突出した湾曲部を介して前記足竜骨から上向きに延出し、
前記腓脛部が、前記腓脛部の前記逆方向に湾曲した下部を格納する連結要素を介して前記足竜骨に取り付けられた義足。
【請求項３７】
前記腓脛部の前記逆方向に湾曲した下部が、渦巻の形状である請求項３６記載の義足。
【請求項３８】
前記腓脛部の前記渦巻の半径方向内側の端部が、前記連結要素に固締された請求項３７記載の義足。
【請求項３９】
前記連結要素が、前記腓脛部の背屈を制限するための停止部を含む請求項３６記載の義足。
【請求項４０】
人の足と脚下部の形状の化粧カバーをさらに備え、該化粧カバーが、前記足竜骨と、前記腓脛部の少なくとも下部の周りに配置されており、さらに、前記腓脛部が、前記脚下部の前記化粧カバー内で前記足竜骨から上向きに延出する請求項３６記載の義足。
【請求項４１】
前記連結要素および前記足竜骨が一体に形成された請求項３６記載の義足。
【請求項４２】
前記連結要素が、前記腓脛部の前記逆方向に湾曲した下端を格納する前方を向いた凹面部を形成している請求項３６記載の義足。
【請求項４３】
前記連結要素がその後端で前記足竜骨に結合された請求項３６記載の義足。
【請求項４４】
前記義足に力を負荷する際にエネルギーを蓄え、蓄積エネルギーを力からの解放時に返還して、歩行中に義足が推進力として発生した動力を増加させるために前記義足に装着された後部腓装置をさらに備える請求項３６記載の義足。
【請求項４５】
前記後部腓装置が、前記腓脛部の上部と前記義足の下部のあいだに延在する少なくとも一つの長い部材と、前記腓脛部の上端の前方への運動に応答して前記少なくとも一つの長い部材によって弾性的に付勢されてエネルギーを蓄える少なくとも一つのばねとを含む請求項４４記載の義足。
【請求項４６】
前記少なくとも一つのばねが、自由端が前記長い部材に連結されたコイルばねを含み、前記コイルばねが、歩行中の前記腓脛部の前記上部の前方への運動に応答して弾性的に伸張することによってエネルギーを蓄える請求項４５記載の義足。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応用力学に関連し、動作反応機能を向上させた高性能な義足に関する。
【背景技術】
【０００２】
下肢補綴用の無関節義足は、マーチン（Martin）らの米国特許第５８９７５９４号明細書に開示されている。足関節の機能を模倣するために、剛構造の義足に関節を備えるようにされたそれ以前の解決策とは異なり、マーチンらの無関節義足は、足形成形物の内部に配置された弾性を有する足挿入体を用いている。足挿入体は、縦断面が概ねＣ字形に設計されていて、その開口部は後方に向けて配置され、補綴部に掛かる負荷をＣ字形挿入体の上端で支承し、そして、Ｃ字形挿入体の下端を介してその負荷を連結された板ばねに伝達する。板ばねは、下から見た形状は凸状であり、足挿入体を越えて足先端部にまで足底部に対して概ね平行に延在している。マーチンらによる発明は、使用者が自然な歩行ができるよう無関節義足の踵部の衝撃緩衝能力、弾性、踵からつま先への歩行、および横安定性を改良するという目的に基づいており、この発明は、使用者に通常の歩行だけではなく、肉体的運動をすることや、スポーツを楽しむことを可能にする。しかし、この公知の義足は、動的応答特性に制限があり、そのために、人の足、足関節、脛骨、および柔支持組織という人の生体力学的な機能を模倣するまでには至っていない。マーチンらの義足と、この足関節設計と、腓脛部に硬質の支柱を用いたその他の先行技術による義足は、歩行中に足関節の矢状面に通常の運動力を発生させるための充分な弾性エネルギーを蓄えることができない。テストによると、そのように設計された先行技術による義足は、健常人のそれと比較した場合、歩行中に足関節の矢状面に約２５％の運動力しか発生させないという結果になった。
【０００３】
別の義足がヴァン・Ｌ・フィリップスによって提案されており、それは、先行技術による義足の構造上の制限と、そのための不十分な性能のために従来は不可能であった種々の運動を、足切断者に行うことができるようにするための迅速さと運動量とを与えるものである、と主張されている。ランニング、跳躍、およびその他の運動がこれらの公知の義足によって可能になり、また、これらの義足は、使用者の正常な側の足と同様に使用することができる、と報告されている。例として、米国特許第６０７１３１３号、同第５９９３４８８号、同第５８９９９４４号、同第５８００５６９号、同第５８００５６８号、同第５７２８１７７号、同第５７２８１７６号、同第５８２４１１２号、同第５５９３４５７号、同第５５１４１８５号、同第５１８１９３２号、および同第４８２２３６３号を参照されたし。これらの義足は、複合材を用いて形成された足、足関節、および脛部を有し、足関節は、後方に向けて突出するように湾曲した形状である。テストによると、先行技術によるこの設計の義足は、健常人のそれと比較した場合、歩行中に足関節の矢状面に約４０％の運動力を発生させるという結果になった。足切断者による歩行、ランニング、跳躍、短距離走、スターティング、停止、および中断のような運動の内容を向上させることができる高性能義足が求められている。
【発明の開示】
【０００４】
足切断者に高いレベルの動作と機能を達成できるようにするために、改良された応用力学的構造を備えた高性能義足が求められており、高性能義足は、人の足を凌ぐことが可能であり、また、先行技術による義足をも凌ぐことができる。足切断者にとっては、改良された応用力学的構造、高低の動的応答性、および事実上タスクに応じて変化する運動の水平成分と垂直成分を向上させるために微調整が可能なアライメントの調節能力を備えた高性能義足を入手することが関心事である。
【０００５】
本発明の義足は、これらの求めに応じたものである。ここに開示した実施形態の一例によると、本発明の義足は、一方に端部側の足前部、他方に端部側の足後部、および足前部と足後部のあいだに延在し、そして、足前部と足後部から上向きに湾曲した比較的長い足中央部を備えて長さ方向に延在する足竜骨を有する。また、義足には、下向きに突出するように湾曲した下端を含む腓脛部が設けられている。調節式締着構造によって、腓脛部の湾曲した下端が足竜骨の上向きに湾曲した足中央部に取り付けられて、義足の足関節部を形成している。腓脛部は、義足の足関節も形成する弾性部材を用いて形成されており、当該弾性部材は、前方に向けて突出した湾曲部として足竜骨から上方に延出している。機械的構造をこのように方向付けて構成することは、立脚中期に負荷された圧縮力に応じて機械的構造の角速度を増加させるために好都合である。結果として、義足を用いて歩行するとき、足関節の矢状面の運動力が向上する。
【０００６】
調節式締着構造を採用しているために、腓脛部と足竜骨とのアライメントは、義足の性能を調節するために足竜骨の長さ方向で互いに調節することが可能である。互いに対向して配置されている足竜骨の上向きに湾曲した足中央部と腓脛部の下向きに突出するように湾曲した下端との足竜骨の長さ方向のアライメントを調節することによって、動的応答特性と結果としての義足の運動とを、必要／所望の水平方向および垂直方向の線形速度と関連して特定の課題を達成するように変更することができる。高低の動的応答能力はもとより双方向への作動特性を有する多用途義足がここに開示され、これらの能力と特性は、日常生活を送るとともに、スポーツおよび／または娯楽活動に参加する足切断者の達成度を向上させるものである。また、特に短距離走用の義足も開示される。
【０００７】
いくつかの実施形態において、腓脛部は、渦巻きの形になるよう逆方向に湾曲した下端を有し、腓脛部が渦巻部から直立した上端部に向けて前方上部に延出する。これにより、腓脛部が足竜骨に固定されたとき、その下端に一体形成の足関節を備え、本発明による放物線形の腓脛部と同様に曲率を変えて応答する機能を有する腓脛部が形成される。下部に渦巻部を有する腓脛部は、連結要素によって足竜骨に固定される。連結要素は、歩行中の腓脛部の背屈の大きさを制限するための停止部材を有してもよい。いくつかの実施形態において、連結要素は、足竜骨の足前部と一体に形成されている。本発明の別の形態によると、連結要素は、片持ち梁の形状で後方に向けて延出し、足竜骨の足中央部と、足後部の一部の上部に位置する。連結要素は、逆方向に湾曲して上に延出して、腓脛部の下端が格納される前方を向いた凹面部を形成し、また、逆方向に湾曲した下部は、その端部が連結要素によって支持されている。このように構成された義足は、効率が向上する。
【０００８】
本発明のこれらの並びにその他の特徴と利点は、開示した本発明の例示としての実施形態についての以下の詳細な説明と添付図面とを検討することによってより明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
ここで図を参照すると、図３〜図５に例示した実施形態において、義足１は、一方の端部側の足前部３、他方の端部側の足後部４、および足前部と足後部のあいだに延在する上向きに湾曲した足中央部５を備えて長さ方向に延在する足竜骨２を有することが判る。足中央部５は、この例示した実施形態において、足前部と足後部のあいだの長さ方向の全長に亘って上向きに突出するように湾曲している。
【００１０】
義足１の縦方向の腓脛部６はその下向きに突出するように湾曲した下部７が、足竜骨の足中央部５に隣接する後部面に着脱式固締具８と連結要素１１によって取り付けられている。固締具８は、例示した実施形態においてはナットとワッシャを有する単一のボルトであるが、締め付けられたときに足竜骨に配置された腓脛部を確実に保持可能な着脱式のクランプまたはその他の固締具であってもよい。
【００１１】
長さ方向に伸びた開口９が、足竜骨の足中央部５に隣接する後部面に形成されている（図８参照）。また、縦方向に伸びた開口１０が、たとえば図１５に示したような腓脛部６の湾曲した下端７に形成されている。着脱式の固締具８は開口９，１０を貫通して延在しており、これにより、義足の性能が特定の課題を達成するよう調整するために固締具８が緩められたときまたは取り外されたとき、腓脛部と足竜骨とを互いに図５に線Ａ−Ａで示した長さ方向のアライメントの調節が可能になる。したがって、固締具８、連結要素１１、および長さ方向に伸びた開口９，１０は、腓脛部を足竜骨に取り付けるための調節可能な締結構造を構成するとともに、義足の足関節部を形成する。
【００１２】
腓脛部６と足竜骨２とのアライメントを調節することの意味は、足竜骨の足中央部５と腓脛部６の対向する位置に隣接して配置されたドーム状つまり突出するように湾曲した面を表す二つの半径Ｒ1，Ｒ2が隣接して示されている図１と図２を検討することによって理解できるであろう。そのような二つの半径を隣接させて検討すると、運動可能な方向は、二つの半径のあいだに引かれた図１では接線Ａに、図２では接線Ａ1に直交する方向に存在することが判る。これら二つの半径の相互関係が、結果として生ずる運動の方向を決定する。したがって、義足１に対する動的応答力の掛かり具合は、この関係に依存する。凹面の半径が大きければ大きいほど、動的応答能力が大きくなる。一方、半径が小さければ小さいほど、急速な応答が可能になる。
【００１３】
本発明による義足の腓脛部と足竜骨とのアライメントが調節可能であるために、競技中の義足の水平方向または垂直方向の線型速度に影響を与えるために半径を移動させることができる。たとえば、義足１の水平方向における線型速度の性能を向上させるために、腓脛部の半径と足竜骨の半径との関係に影響を与えるようアライメントを調節することが可能である。つまり、水平方向の線型速度特性を向上させるために、図１と対比させて図２に示すように、下側、即ち足竜骨、半径Ｒ2を有する湾曲した面の位置を開始位置より遠位に位置させることができる。これによって、義足１の動的応答特性と結果としての運動を水平方向により強く振り向け、結果として、負荷された力の大きさが同じ場合、水平方向により大きい線型速度を発生させることができる。
【００１４】
足切断者は、水平方向と垂直方向の線型速度に関連する各人の必要性を満たすよう、実践を介して各々の競技に合った設定を見出すことができる。たとえば、ジャンパーとバスケットボールの選手は、短距離走者より垂直方向のより大きい跳躍を必要とする。連結要素１１は、プラスチック製または合金製のアライメント用の連結部材であり（図３、図４および図２３参照）、取り付けられた足竜骨２と腓脛部６のあいだに挟み込まれている。着脱式固締具８は、連結要素の開口１２を貫通して延在する。連結要素は、腓脛部の取付部と足竜骨の足中央部５の隣接した後部面に沿って延在する。
【００１５】
腓脛部６の湾曲した下部７は放物線形であり、放物線の最小半径部が下端に配置されるとともに、下端からは、上向きに、そして、最初は放物線形になるよう前方に向けて延出している。後方を向いた凹面部が、図３に示したように腓脛部が湾曲することによって形成されている。放物線形の有利さは、下端に小さい曲率半径部を設けることによって応答特性を迅速なものにしつつも、その隣接した終端部に比較的大きい半径に付随する向上した水平方向の線型速度を発生させるための動的応答特性を向上させる、という点にある。放物線形の上部の大きい曲率半径部は、図１と図２を参照して説明した接線Ａがアライメントを変更したときにより大きく水平方向を向くように維持することが可能であり、これにより、水平方向の線型速度の向上が行われる。
【００１６】
放物線形の腓脛部は、人の歩行中にそれ自体を圧縮するまたはそれ自体がコイル状になることによって最初の接地に対する地面からの反力に対応する。この事は、放物線の曲率半径を小さくし、その結果として、圧縮に対する抵抗が小さくなる。逆に、人の歩行中に放物線形の腓脛部が踵離地時の地面からの反力（ＧＲＦｓ）に対して伸張することによって応答する場合、この事は、放物線の曲率半径を大きくし、その結果として、抵抗が、先に述べた圧縮時の抵抗よりはるかに大きくなる。これらの抵抗は、人の歩行中の人体の前方と後方の腓腹筋群の機能に関係している。人の歩行中の最初の足底接地時には、前方の小さい腓腹筋群が偏倚して収縮することによってＧＲＦｓに応答して足を地面にまで下げ、そして、背屈モーメントを発生する。足底接地から足尖離地のあいだにおいては、後方の大きい腓腹筋群が同様に偏倚して収縮することによってＧＲＦｓに応答し、そして、足底による大きい屈曲モーメントが発生する。このモーメントの大きさは、腓の前部と後部の筋群の大きさの差に関係している。したがって、人の歩行中の背屈に対する義足の腓脛部の抵抗と足底による屈曲モーメントとを模倣することによって、正常な歩行が可能になる。放物線の曲率を変えることによって抵抗を変更できるために、人が歩行、ランニング、および跳躍をするときの人体の腓腹筋群の機能を模倣し、そして結果として、義足の効率化を達成することが可能になる。テストによると、本発明による義足は、健常人の足関節が発生させる運動力の８６％、つまり従来技術による、後方に向けて突出するように湾曲した足関節と脛部とを有する上述した種類の義足をテストして得られた値の二倍以上、の運動力を発生させることが判った。本発明による義足が発生する矢状面の運動力をこのように劇的に向上させた少なくとも一つの要素は、本発明では、前方を向いて突出するように湾曲した弾性を有する足関節と、一体に形成された同じく弾性を有する脛部とを用いているために後期の立脚中期において負荷される圧縮力に応答して角速度が増加するが、先行技術による義足においては、そのような力の負荷に対応して角速度が低下するからである、と信じられている。本発明は、使用者がそれによる義足を装着したとき、歩行に要するエネルギーを低下させ、歩行のスピードを上げ、そして、より正常に近い歩行を行うことができるようにする。
【００１７】
人は時速約３マイルの速さで歩く。１マイルを４分で走る走者は時速１２マイルで走り、１００ｍを１０秒で走る短距離走者は時速２１マイルで疾走することになる。これは、１対４対７の割合である。各々の課題の水平成分は、運動の速度が上がるにしたがって大きくなる。したがって、義足の腓脛部の半径の大きさを予め決定することが可能である。歩行者は、腓脛部の放物線の曲率半径を中距離走者と短距離走者のそれより小さくすることが必要である。短距離走者は、歩行者の場合より７倍も大きい腓脛部の放物線の曲率が必要である。この関係は、歩行者、ランナー、および短距離走者の各々について放物線の曲率を決定する方法を表している。短距離走者は大きい範囲の運動を行うことが求められているために、彼ら用の腓脛部は、この運動に伴って増大する負荷を支承することができるよう強力でなければならないが、これは、重大なことである。広いあるいは大きい放物線形の腓脛部は比較的平らな曲率を有するが、この腓脛部は、運動の範囲が広がるにつれて構造上より大きい強度を有しなければならない。
【００１８】
支柱用アダプタ１３は、腓脛部６の上端部に固締具１４によって連結されている。同様に、アダプタ１３は、支柱１５の下端部に固締具１６によって固定されている。支柱１５は、下肢端部に装着された支持構造体（図示せず）によって足切断者の下肢に締結される。
【００１９】
足竜骨２の足前部、足中央部、および足後部は、例示した実施形態において弾性を有する材料を用いて一体に形成されている。たとえば、地面からの反力によって変形させられたとき復元する特性を有する硬質の材料、具体的にはプラスチック、を用いることができる。より具体的には、足竜骨と腓脛部とは、ポリマーの母材に積層された補強用ファイバを有する積層複合材を用いて形成することができる。特に、エポキシ系熱硬化性樹脂、射出成形に用いられるデルラン（Ｄｅｌｒａｎ）（登録商標）という商品名のプラスチック、または脱気したポリウレタン共重合体に積層された高強度グラファイトを、足竜骨と腓脛部との形成に用いてもよい。これらの材料に関係する機能上の品質は、軽量で最小のクリープを有しながら大きい強度を備えることである。熱硬化性エポキシ樹脂は、義足業界の基準にしたがって真空下で積層される。ポリウレタン共重合体は凹型の金型に流し込まれ、押し出し成形されたプラスチックは、機械加工することができる。用いられる材料は、各々好都合な点と不都合な点とを有する。足竜骨と腓脛部用の積層複合材は、また、補強用ファイバと機械的伸びを良好にするための熱可塑性ポリマーの母材とを有し、業界の基準にしたがって製造された熱形成型（プレプレッグ）の積層複合材であることが好都合であることが見出された。この種の好適で市販されている複合材は、メリーランド州アーヴル・デュ・グレースのサイテック・ファイバライト社（Cytec Fiberite Inc.）が製造しているＣＹＬＯＮ（登録商標）である。代替としては、ここに開示した実施形態およびその他の実施形態において、腓脛部と足竜骨は、たとえば、固溶化熱処理・過時効（ＳＴＯＡ）と、表面に圧縮応力を発生させることによって疲労寿命を延ばす効果を有するショット・ピーニングが施されたグレード５のチタン合金のような弾性を有する合金を用いて形成することもできる。
【００２０】
弾性を有する材料の物理的性質は、それらが剛性、可撓性、および強度に関する限り、材料の厚さによって全てが決定される。薄い材料は、同一の密度を有する厚い材料より容易に変形する。用いられた材料の種類とその物理的性質が、義足の足竜骨と腓脛部の剛性と可撓性についての特性に関係する。足竜骨と腓脛部の厚さは、図３〜図５に例示した実施形態においては一様であるまたは対称形であるが、以下で説明するよう、これらの構成部品の厚さを長さ方向において、たとえば、足後部と足前部の領域を薄くし、足中央部の撓みに対しての応答性が高まるように、変化させることができる。
【００２１】
義足１が容易に高低の動的応答能力を持つことができるようにするために、足中央部５は長さ方向に湾曲して形成されており、長さ方向アーチの内側は、長さ方向アーチの外側と比較するとより高い動的応答能力を有する。この目的のために、例示した実施形態において、長さ方向アーチの凹面部の内側は、その外側より大きい曲率を有する。
【００２２】
足中央部５の長さ方向アーチの凹面部の内側と外側における各々の半径の大きさの相関関係は、足竜骨２に設けられた足底の体重を支承する領域の前方の面と後方の面としてさらに定義される。図８において、足中央部５の前部の線Ｔ1−Ｔ2は、足底の前方に位置する体重支承領域を表す。線Ｐ1−Ｐ2は、足中央部５の足底の後方に位置する体重支承領域を表す。足２の外側に位置する足底の体重支承領域は、Ｔ1−Ｐ1間の距離によって表される。足２の内側に位置する足底の体重支承領域は、Ｐ2−Ｔ2間の距離によって表される。Ｔ1−Ｐ1とＰ2−Ｔ2によって表された距離は、半径の大きさを決定し、よって、高低の動的応答についての相関関係が決定され、これら二つの線Ｔ1−Ｔ2とＰ1−Ｐ2を交わらせるまたは逸らせることによって相関関係を変更することができる。したがって、高低の動的応答性を、構造設計によって決定することができる。
【００２３】
足後部４の後端１７は、踵接地時の衝撃吸収のために屈曲することによって、接地したときの地面からの反力に応答するよう上向きに湾曲したアーチに形成されている。足後部４によって構成される踵は、歩行の最初の接地時に足後部が容易に上向きに湾曲できるようにするために、後方の外側角１８を内側角１９より後方、かつ、外側に配置して形成されている。足前部３の先端２０は、歩行の立脚段階後期の踵離地・足尖離地の姿勢において背屈した人のつま先を模倣するために、上向きに湾曲したアーチに形成されている。ゴムまたは発泡材のパッド５３，５４が、緩衝材として足前部と足後部の下面に取り付けられている。
【００２４】
義足の双方向への作動能力の向上は、足前部３の背側と足底側とを貫通して延びる伸張用の内側および外側の連結孔２１，２２によってもたらされる。伸張用の連結溝２３，２４が、対応する孔の各々から足前部の先端まで伸びて、伸張用の内側、中央、および外側の突出片２５〜２７を形成し、これによって、足竜骨の足前部が双方向へ作動する能力の向上がもたらされる。伸張用の連結孔２１，２２は、図５において、伸張用の内側連結孔２１が伸張用の外側連結孔２２より前方に配置されている足竜骨の縦軸Ａ−Ａに対して３５°の角度αだけ傾斜した方向に延びる横方向面内の線Ｂ−Ｂに沿って配置されている。
【００２５】
図５の縦軸Ａ−Ａに対する線Ｂ−Ｂの角度αは僅かに１５°であるが、それでも高低の動的応答性を生じさせることができる。この角度αが変化したとき、図８の線Ｔ1−Ｔ2の角度Ｚも変化するようになっている。矢状面に突出する伸張用の連結孔２１，２２は、横方向面に対して４５°の角度だけ傾斜しており、また、連結孔の背側は、足底側より前方に位置している。この構成にすることにより、着脱式固締具８から伸張用の外側連結孔２２までの距離が、着脱式固締具から伸張用の内側連結孔２１までの距離より短くなり、よって、足中央部が高低の動的応答性を有するようにするために、義足１の側部が、内側より短いつま先のレバー部を有する。さらに、着脱式固締具８から線Ｔ1で表された足底の外側に位置する体重支承面までの距離が、着脱式固締具から線Ｔ2によって表された足底の内側に配置された体重支承面までの距離より短くなり、よって、足中央部が高低の動的応答性を有するようにするために、義足１の側部が、内側より短いつま先のレバー部を有する。
【００２６】
足竜骨２の足後部４の前部は、足後部４の背側と足底側とを貫通して延びる伸張用の連結孔２８をさらに含む。伸張用の連結溝２９が、孔２８から足後部の後縁まで延びて、伸張用の突出片３０，３１を形成する。これらの事が、足の後部における双方向への作動能力の向上をもたらす。
【００２７】
足竜骨２の足中央部５と前部３との背側は、図３に示したように、上方を向いた凹面部３２を形成して、人の足の第５肋軸周りの運動を機能上模倣する。つまり、凹面部３２は、人の足の第２から第５中足骨の低速時の回転軸と同様に、歩行中に第５肋軸周りの運動をより容易に行うことができるよう内側が外側より前方に配置されている足竜骨の縦軸Ａ−Ａに対して１５°から３５°の角度βだけ傾斜した縦軸Ｃ−Ｃを有する。
【００２８】
双方向への作動能力の重要性は、足切断者が平坦ではない地面上を歩くとき、または、運動選手が足の内側または外側を切断したときに理解できるものである。ベクトルで表された地面からの反力の向きは、矢状面の方向から前方面への成分を有するように変化する。地面は、外側に向けて押す足の方向とは逆の内側に向けて押す。この結果、腓脛部は内側に傾斜し、そして、体重が足竜骨の内側構造部材に掛けられる。これらの圧力に対応して、足竜骨２の伸張用の内側突出片２５，３１は背屈し（上向きに反って）、次に、下向きに湾曲し、そして、伸張用の外側突出片２７，３０は足底のように屈曲して（下向きに反って）、次に、上向きに湾曲する。この運動は、足の足底面を地面に対して平らに配置しようする試みである（足底度）。
【００２９】
本発明による別の、とりわけ短距離走用の足竜骨３３を、本発明の義足に用いてもよい（図６と図７を参照）。短距離走中の体の重心は、殆ど完全に矢状面の方向を向く。義足は、低い動的応答特性を有する必要はない。したがって、足竜骨２の場合のような足前部と足中央部のあいだの凹面部の縦軸に対して１５°から３５°だけ外向きに傾斜した縦軸は必要ない。それよりも、図６と図７に示したように、凹面部の縦軸Ｄ−Ｄの方向は、前面に対して平行になっていなければならない。これにより、短距離走用の足竜骨は、矢状面方向だけに応答するようになる。さらに、線Ｅ−Ｅに沿った足前部と足中央部の伸張用の連結孔３４，３５の向きは、前面に対して平行である、即ち、外側の孔３５が前方に移動して内側の孔３４に並ぶことによって、前面に対して平行になっている。また、足竜骨３３の前方の終端部３６も前面に対して平行にされている。足竜骨の後方の終端踵部３７も、また、前面に対して平行になっている。これらの修正は、義足の多用途能力にはマイナスの方向の影響を与える。しかし、その性能は特定の課題を達成できるようになる。短距離走用の足竜骨３３の別の変更例は、足前部のつま先肋領域において、足竜骨２の場合の１５°の背屈が、足竜骨３３においては２５°〜４０°に拡大されている。
【００３０】
図９と図１０は、サイム式切断法により足を切断した足切断者が短距離走を行うときにとりわけ有利な、本発明による義足用の別の足竜骨３８を示す。この目的のために、足竜骨３８の足中央部は、腓脛部の湾曲した下部を着脱式固締具によって足竜骨に取り付けるための、後部に配置された上向きの凹面部３９を含む。この足竜骨は、全ての下肢切断者によって使用可能である。足竜骨３８は、サイム方式による足切断者にあり得る長い残肢に対しても使用可能である。その使用特性は、動的応答能力が際立って迅速なことである。その使用は、長い残肢の足切断者に特定されるものではない。それは、下腿切断者および大腿切断者の全てに使用可能である。図１１と図１２に例示した実施形態の足竜骨４０も、また、サイム式足切断者用の凹面部４１を有し、この足竜骨を用いることによって、図３〜図５と図８に例示した実施形態と同様に、義足１は、高低の動的応答特性と、双方向への作動能力とを有するようになる。
【００３１】
義足１用の数種類の足竜骨の機能上の特性は、形状と設計上の特徴とに関係付けられており、それらは、凹面形状、凸面形状、半径の大きさ、伸張性、圧縮性、および材料の物的特性に関係しており、そして、これら全ての性質が、歩行、ランニング、および跳躍運動をするとき地面からの力と関係を持つ、つまり地面からの力に反発する。
【００３２】
図１３の足竜骨４２は、足竜骨の厚さが足中央部から足後部の後方にかけて漸減していることを除くと、図３〜図５と図８に例示した実施形態に類似している。図１４の足竜骨４３は、その厚さが、前端および後端の両方にかけて漸減、つまりテーパしている。同様な厚さの変更例が、図１５の腓脛部４４と図１６の腓脛部４５に示されており、両方とも義足１に用いてもよい。足竜骨と腓脛部の各々の設計は異なる機能上の結果をもたらし、これらの機能上の結果は、種々の競技関連の課題の達成度を向上させるための特定の水平方向と垂直方向の線型速度に関係している。複数の種類の腓脛部の構成を組み込むことと、足竜骨と腓脛部のあいだの設定の調節とが可能であるために、足切断者および／または補綴技師は、幅広い種類のスポーツとレクリエーションの中から選択した一つの運動について義足の性能が最高になるよう調整することが可能な腓脛部を備えた義足を製造することができる。
【００３３】
義足１用の別の腓脛部は、図１７〜図２２に示されており、Ｃ字形の腓脛部４６，４７、Ｓ字形の腓脛部４８，４９、およびＪ字形の腓脛部５０，５１を含む。腓脛部の上端は、また、直線状の直立端部を有していてもよく、ピラミッド形の装着板が、この隣接した終端部に取り付けられている。オス型のピラミッドが、腓脛部のこの直立端部にボルトで取り付けられている。また、隣接したオス型のピラミッドと遠位の足竜骨を受承するためのプラスチックまたはアルミニウムの充填材とを、腓脛部の基部側端部と遠位の長い開口に取り付けることができる。本発明の義足は、柔軟性と多用途性を維持するために、好ましくは標準化されたユニットまたは大きさを用いて形成されたモジュール式装置である。
【００３４】
全てのトラック走行関連の競技は、反時計回りに行われる。本発明の別の、随意の特徴は、そのようなカーブした走路に沿って走行する足に作用する力を考慮に入れている。求心性の加速度は、物体が湾曲した経路に沿って運動するとき、回転の中心に向けて作用する。ニュートンの第三の法則がエネルギーの作用に適用される。等しく、そして、反対方向に作用する反力が存在する。したがって、全ての「求心性」の力に対して、「中心から離脱」する力が存在する。求心力は回転の中心に向かって作用し、反力である遠心力は回転の中心から離れる方向に作用する。走者がトラックのカーブを走行しているとき、求心力は走者をカーブの中心に向けて引き寄せ、遠心力はカーブの中心から離れるように引っ張る。走者を外向きに傾けようとする遠心力を打ち消すために、走者は、内側に傾斜する。走者がトラックを走る方向がいつも反時計回りである場合には、左側が、トラックの内側に当たる。したがって、本発明の特長によると、右用と左用の義足の腓脛部の左側を右側より薄くして、足切断者のカーブ走行性を向上させることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態における足竜骨２，３３，３８，４２，４３は、各々長さが２９ｃｍであり、図３〜図５並びに別の腓脛部と足竜骨を示したいくつかの図において、義足１の各部の大きさは正しい寸法の比を用いて示されている。しかし、当業者には容易に理解できるように、義足の特定の寸法は、義足を付ける足切断者の大きさ、体重、およびその他の特徴に合わせて変更可能である。人の足、足関節、脛骨、および支持用の柔組織は、歩行周期とランニング周期の立脚段階において動的エネルギーが負荷される。長さが長い義足の腓脛部は、弾性エネルギーを貯蔵するために、大きい貯蔵能力を有する。したがって、足関節のより大きい運動力を歩行、ランニング、および跳躍のために用いることが可能になる。このために、義足の腓脛部は、足切断者の残肢に装着されたソケットの基部に隣接した領域、たとえば脛骨結節高さ、に取り付けることができる。
【００３６】
ここで、歩行とランニングとの歩行周期の立脚段階における、義足１の動作を検討する。慣性、加速、および作用・反作用に関するニュートンの運動の三つの法則が、足２の運動力学の基礎である。作用・反作用の法則であるニュートンの第三の法則から、足が地面を押すとき、地面は、大きさは同じであるが、足が地面を押す方向とは反対の方向に足を押すことが知られている。これらは、地面からの反力として知られている。人の歩行、ランニング、および跳躍運動に関しては多くの科学的研究がなされてきた。力板を用いた研究が、ニュートンの第三の法則が歩行中に見られることを我々に教えてくれる。これらの研究から、我々は、地面が足を押す方向について知っている。
【００３７】
歩行とランニングを行っているときの立脚段階は、減速期と加速期とにさらに分割可能である。義足が接地するとき、足は地面を前方に向けて押し、そして、地面は、大きさは同じであるが、反対の方向に押し返す、つまり、地面は義足を後方に向けて押す。この力が、義足を動かす。歩行とランニングを行っているときの立脚段階の分析は、接地点が、図５と図８に示したように、足の内側より後方に偏倚した外側に位置する外側角１８であるところから開始される。最初の接地点がこのように偏倚しているために、足は上向きに反り、また、腓脛部と足底が屈曲する。腓脛部は、体重をその脛部を介して伝達できる位置を常に探している、換言すると、たとえば、その長い直立部材を地面からの力に対向する位置に配置しようとする。この事が、足を後方に向けて押している地面からの反力に対向するために、直立部材が後方に移動するとともに足底が屈曲する理由である。
【００３８】
地面からの力が、基部側端部を後方に動かすようにして腓脛部６，４４，４５，４６，４７，５０，５１、および別の実施形態における腓脛部を圧縮する。腓脛部４８，４９の場合には、地面からの反力によって先端の凹面部が圧縮された場合、基部に隣接した凹面部が伸張することによって腓脛部の全体が後方に移動する。地面からの力が最初に負荷されたとき、腓脛部は、下部が圧縮されて基部側端部が後方に移動する。腓脛部の小さい半径の下部は、人の足関節の曲がりと足底の屈曲とを模倣して圧縮され、そして、圧縮されたことによって足前部が地面にまで下げられる。同時に、足後部４の符号１７で示された後端が圧縮されて上向きに曲がる。これらの圧縮力の両方が、緩衝機構として作用する。この衝撃吸収は、足を上向きに湾曲させる偏倚した後方の外側角１８によってさらに高められ、また、外側角１８は、腓脛部が一旦運動を停止して足底が屈曲する段階になって地面が足を後方に向けて押すとき、緩衝機構とし作用する。
【００３９】
足竜骨と腓脛部の圧縮された部材は、次に、力から解放され、つまり、元の形状を求めて蓄えられたエネルギーが放出され、これにより、腓脛部の基部側端部が加速されて前方に向けて動く。腓脛部が垂直の出発位置に近づくと、地面からの力は、後方へ向けての押圧から、足に対する垂直上向きの押圧へと変化する。義足は足底の後部と前部に位置する体重支承領域を有し、そして、これらの領域が体重を支承しない長いアーチ形の中央部によって連結されているために、義足からの垂直方向の力がこの長いアーチ形の中央部を伸張させることによって体重を支承する。後部と前部に位置する体重支承面間が分岐する。地面からの力が自然な状態の垂直方向から前方を向いた方向へと移動するにしたがって、これらの垂直方向の力は、足の長いアーチ形の中央部に蓄えられる。腓脛部の下部は、足関節の背屈を模倣して伸張する。これにより、義足は、枢動して、足底の前部に配置された体重支承面が地面から離れる。力の解放が行われるために、足中央部５の長さ方向アーチは、伸張した状態から変化し、そして、足底の屈筋群の模倣された群発を作り出す元の形状に復帰しようとする。このようにして、垂直方向の圧縮によって発生して蓄えられたエネルギーが、伸張能力を向上させるために放出される。
【００４０】
足竜骨と腓脛部の長いアーチは、各々の構造部材が伸張されることに抵抗する。したがって、腓脛部の前方への運動が抑制され、足は、枢動を開始して、足底の前部に配置された体重支承領域が地面から離れる。図３〜図５と図８、図１１と図１２、および図１３と図１４に例示した実施形態の足竜骨の場合、足中央部の伸張は、高低の応答能力を有する。これらの足竜骨の足中央部から足前部にかけての遷移領域は、足の縦軸から外側に１５°から３５°逸れているために、内側の長いアーチは、外側の長いアーチより長い。通常の足では加速期または減速期に足の内側が使用されるため、これは重要な事である。
【００４１】
義足の内側の長いアーチは、外側より大きい動的応答特性を有する。外側の短いつま先レバーは、低速での歩行またはランニング時に使用される。体の重心は、正弦波曲線の空間を移動する。それは、内側、外側、近位、および遠位と移動する。遅いスピードで歩行するまたはランニングをするとき、体の重心は、速く歩くまたは走るときより、より大きく内側と外側のあいだを移動する。さらに、モーメントまたは慣性が小さいために、高い動的応答能力に対抗するための能力も小さくて済む。本発明による義足は、応用力学を用いてこれらの原理を取り込むようにされている。
【００４２】
さらに、人の歩行周期における立脚段階では、体の重心は最大限外側にずれている。立脚段階から足尖離地までのあいだ、体の重心（ＢＣＧ）は、外側から内側へと移動する。結果として、体の重心は、足竜骨２の外側へと移る。初めに（低速ギヤ）、そしてＢＣＧが前方へ移るにつれて、それは、足竜骨２の内側へと移動する（高速ギヤ）。したがって、義足の足竜骨２は、オートマチック・トランスミッションの効果を有する。つまり、それは、低速ギヤで始動して、足切断者が歩を進める毎に高速ギヤへと移っていく。
【００４３】
地面を後方に向けて押している義足を地面からの力が前方に向けて押すとき、踵が上がり始めるために、足中央部の長いアーチの前方部分が、変形して、これらの後方に向けられた力を足底面に対して直交する方向に負荷する。これが、これらの力を負荷するための最も効果的で効率のよい方法である。同じ事が、義足の足後部の後端についても当てはまる。また、それは、最初の接地時に後方を向いている地面からの力に、負荷された力の方向に対して直交している足竜骨の足底面が対向するように形成されている。
【００４４】
踵挙上から足尖離地までの歩行とランニングの後期相において、足前部の肋領域は１５°〜３５°だけ背屈している。このように上向きに突出しているアーチのために、前方に向けられた地面からの力が足のこの領域を圧縮するように作用する。この圧縮は伸張に比べると制限が少なく、義足を付けての歩行とランニングの遊脚段階への移行がスムースに行われる。歩行の立脚段階の後期において、伸張した腓脛部と伸張した足中央部の長いアーチは、各々蓄えていたエネルギーを放出して、足切断者の下肢端部を遊脚段階へと移行させる推進力に付加される。
【００４５】
人が歩行するときの主な推進機構の一つは、活動推進段階と呼ばれている。踵挙上において、体重は支持下肢の前方に掛かっており、また、重心は降下している。体重が図５に線Ｃ−Ｃで示した足前部の舟底部に掛かって下向きの加速度が生じ、これにより、人体には最大の垂直方向の力が負荷される。踵挙上につれて足が足関節の前方へと加速されることによって、地面に対する後方せん断力が発生する。加圧の中心が前方の中足骨頭の回転軸に移動することによって、背屈のトルクが依然増大する。この事は、前方への完全な転倒状態を引き起こしもするが、歩行に用いられる主たる前進力を発生する。有効に前傾しているときの効果的な足関節の機能は、踵挙上、関節部の最小移動、および殆ど中立的な足関節の位置に現われる。踵挙上を正常に継続させるためには、安定した足中央部が必須である。
【００４６】
先に言及したいくつかの実施形態において、足後部の後方と足竜骨の足前部領域には、伸張用の連結孔と伸張用の突出片とが設けられている。向きが調節された伸張用の連結孔が、留め継ぎ式ヒンジとして作用して、双方向への作動能力を向上させるために、足は、平坦ではない地面を歩行するときの足底面の総合的な接地特性が向上する。
【００４７】
図９〜図１２に示したサイム方式用の足竜骨は、動的な応答能力が明らかに異なっているが、これらの能力は、歩行、ランニング、および跳躍運動に関係している。これらの足竜骨は、四つの特異な特徴において異なっている。これらは、サイム方式による残余の下肢部を平坦な面より都合よく受承できるよう足中央部の基部に隣接した後部に凹面部を有する。また、この凹面部は、サイム方式のレベルでの足切断者に伴う長い残余の下肢に連結される足竜骨の高さを低くするように作用する。このアライメントの凹面部にとって、足竜骨のアーチ形の足中央部の対応する前方と後方の湾曲部は曲がりが急であり、かつ、サイズも小さいことが必要である。したがって、全ての足中央部の長いアーチの曲率と足後部の曲率は、曲がりが急で、かつ、小さくされている。この事は、動的応答特性に大きい影響を与える。小さい半径は、動的応答に関しては小さい貢献しかしない。しかし、義足は、前述した歩行、ランニング、および跳躍を行うときの地面からの全ての反力に対してより迅速に応答する。結果として、小さい動的応答性を備えた応答が迅速な足となる。
【００４８】
本発明による義足のアライメントを変更する事によって、競技の特定の課題の成績を向上させることが可能であるが、それは、これらのアライメントの変更が各々の課題に求められる垂直成分と水平成分に影響を与えるからである。人の足は、多機能ユニットであり、それは、歩く、走る、および跳ぶために使用できる。これに対して、人の脛骨と腓骨とから成る腓脛骨構造は、多機能ユニットではない。それは、歩行、ランニング、および跳躍運動を行うときに、長さは長いが、基部と先端とを結ぶ方向に力を負荷する単純なレバーである。それは、非圧縮性の構造体であり、また、エネルギーを蓄える能力を有しない。これに対して、本発明による義足は、動的な応答能力を有し、また、これらの動的応答能力は、歩行、ランニング、および跳躍運動を行うための水平方向と垂直方向の線型速度に関係付けられているために、人の脛骨と腓骨の性能を凌ぐものである。したがって、足切断者が競技の成績を向上させる可能性がある。このために、本発明においては、固締具８を緩めることによって、腓脛部と足竜骨とのアライメントを足竜骨の長さ方向で調節することができる。そのような変更については、図１と図２に関連して先に説明した。腓脛部は、次に、固締具８を用いて調節された位置で足竜骨に固定される。この調節を行うとき、固締具８のボルトは、対向して配置され、比較的長く縦方向に伸びた足竜骨と腓脛部の各々の開口９，１０の一方または両方に対して摺動する。
【００４９】
たとえば、足中央接地走者の場合のように足底接地で最初に接地する走者の走行特性を向上させるためにアライメントの変更を行うということは、足竜骨が腓脛部に対して前方に摺動し、そして、足底が腓脛部に対して屈曲できるようにするという事である。この新しい関係が、ランニングを行うときの水平成分を向上させる。つまり、腓脛部が足に向けて屈曲した状態で、通常はまず踵接地することに反して、足が足底接地で接地するとき、地面は、地面を前方に向けて押している足を直ちに後方に向けて押す。これにより、腓脛部が（伸張によって）急速に前に、かつ、下向きに動かされる。腓脛部の最初の動きの方向に抵抗するように作用する伸張によって、動的応答力が発生する。その結果、足は、足底の中足骨の位置にある体重支承領域を支点にして枢動する。これにより、足竜骨の足中央部に圧縮時よりも抵抗が大きい伸張を引き起こされる。腓脛部の伸張と足中央部の伸張とがもたらす総合的効果は、腓脛部のさらなる前方への移動に抵抗が生ずる事であり、これにより、使用者の体内の膝関節エキステンダーと股関節エキステンダーとが、体の重心をより効率的な方法で前方かつ基部方向に移動させることを可能にする（即ち、水平速度の向上）。この場合、腓脛部の前への運動が、足底設置走者より大きく背屈（垂直方向）を開始する腓脛部によって強い抵抗を受けないヒール・トウ走者の場合より、上へよりも前へと。
【００５０】
短距離走用の足の機能を分析するために、腓脛部と足竜骨とのアライメントの変更を行った。全ての凹面部の縦軸が前面に対して平行に配置されている足竜骨を有効利用した。腓脛部は、足底に対して屈曲させられ、また、足竜骨上の後部へと摺動させられた。これにより、たとえば、図３〜図５と図８のような多用途の足竜骨を装着した足底接地走者の場合より遠位の湾曲部の位置がさらに低くなる。この結果、水平運動の能力がさらに高くなり、そして、動的応答性が、この向上した水平能力に組み入れられる。
【００５１】
短距離走者は、大きい範囲の運動、力、およびモーメント（慣性）を有し、モーメントが、主たる作動媒体である。立脚段階における減速期は、加速期よりも短時間であるために、大きい水平方向の線型速度が得られる。この事は、つま先が接地する最初の接地時に、地面が足を後方に向けて押し、そして、足が地面を前方に向けて押すことを意味する。大きい力とモーメントとを有する腓脛部は、足底接地走者の最初の接地時よりさらに大きい屈曲と下向きの運動をさせられる。これらの力は結果として、足の長いアーチ形の凹面部を伸張する力として掛かり、また、腓脛部を伸張する力として掛かる。これらの伸張力は、先に述べたその他全てのランニングに関連した力より強い抵抗を受ける。したがって、足の動的応答能力は、負荷された力に比例する事になる。人の脛骨と腓骨とから成る腓脛骨の応答性は、エネルギーの大きさだけに関係しており、また、それは、直線状の構造であって、エネルギーを蓄えることができない。短距離走を行うときに本発明の義足がもたらすこれらの伸張力は、先に述べたその他全ての歩行とランニングに付随した力より強力である。したがって、足の動的応答能力は、負荷された力に比例し、また、人の機能と比較した場合、足切断者は競技の成績を向上させる事が可能になる。
【００５２】
図２５に示した義足５３は、腓脛部と足竜骨のあいだの調節可能な締結構造と、支柱の下端に連結するための腓脛部の上端部の構造を除いて、図３のそれに類似している。この例示した実施形態において、足竜骨５４は、プラスチック製または合金製の連結要素５６を介して腓脛部５５に調節可能に取り付けられている。連結要素は、足竜骨の縦方向において互いに離間して連結要素に配置された着脱式の固締具５７，５８によって各々足竜骨と腓脛部とに取り付けられている。連結要素を腓脛部に結合する固締具５８は、足竜骨と連結要素を結合する固締具５７より後方にある。腓脛部の作動長さをこのようにして伸張させることにより、腓脛部自体の動的応答能力が増大する。アライメントの変更は、例示した別の実施形態と同様に、縦方向に伸びた腓脛部と足竜骨の開口と協働して行われる。
【００５３】
腓脛部５５の上端部には、支柱１５を受承するための長い開口５９が形成されている。一旦開口に受承された支柱は、ボルト６０，６１を締め付け、そして、腓脛部の開口に沿った自由端側の縁６２，６３を引き寄せることによって腓脛部に確実に締着することが可能である。この連結構造は、ボルトを緩め、支柱を腓脛部に対して所望の位置まで引き出し、そして、ボルトを再度締め付けることによって調節した位置で支柱を容易に固定することができる。
【００５４】
図２８〜図３１Ｂは、本発明による別の実施形態の義足７０を示す。義足７０は、足竜骨７１、腓脛部７２、および連結要素７３を有する。義足７０は、腓脛部７２が渦巻部７５を含む下方と前方とに向けて突出するように湾曲した下部７４を有して形成されていることを除くと、図２５〜図２７に例示した実施形態の義足５３に類似している。腓脛部は、図２８に示すように渦巻部から上前方に延出して、直立した上端部を形成している。腓脛部は、先に言及したように、チタンのような金属を用いて形成するほうが有利であるが、半剛性で、弾性を有する異なる種類の弾性材を腓脛部の製造に使用することも可能である。
【００５５】
腓脛部の下部の渦巻部は、半径方向において内側の端部７６から外向きに繰り出されるにしたがって漸増する曲率半径を有し、また、腓脛部は、下部の渦巻部から上向きに延出して上端部に達したとき、上端部に隣接する部位は縦方向に湾曲しているまたは直線状である。この構成を採用することによって、足関節と腓脛部が一体であり、また、本発明による放物線形の腓脛部と同様に、曲率半径と応答特性とが変更可能であり、同時に、連結部材７３と腓脛部７２が足竜骨７１のより後方に位置された義足を製造できることが判った。その結果、腓脛部と連結要素は、補綴部カバー７７の足関節と脚の部位のより内側に隠すようにして収容される（図２８参照）。
【００５６】
連結要素７３は、プラスチックまたは合金を用いて形成されており、図３０に示すように、その前端は足竜骨７１の後部にねじ付きの固締具７８によって調節可能に固着されている。足竜骨は、上向きに湾曲した部位に長さ方向に伸びて固締具７８を受承するための開口７９を有しており、これにより、別の実施形態に関連して先に説明したように、腓脛部と足竜骨のアライメントを長さ方向、たとえば図２９の線３０−３０の方向、において調節することが可能になる。
【００５７】
連結要素の後端は横部材８０を有し、横部材は、各々の端部に配置された金属製ねじ８３，８４によって、連結要素の長さ方向に延在する二つの板部材８１，８２に固定されている。渦巻部７５の半径方向内側の端部７６は、図３０に示したように、ねじ付きの固締具８５によって連結要素の横部材８０に固締されている。腓脛部は、横部材への連結位置から出発して、足竜骨の踵部上方で半径方向内側の端部７６を取り巻き、そして、連結要素に設けられた板部材８１，８２のあいだで横部材８０の前方の開口８５を通って渦巻部から上前方へと延出する。連結要素７３の前方の横部材８６は、図２８と図３０に示したように、各々の端部に配置された固締具８７，８８によって板部材８１，８２のあいだに固着されている。固締具７８は、横部材８６のねじ付きの開口で受承されている。
【００５８】
横部材８６の後部面は、９０において横部材に接着されている、たとえば、プラスチックまたはゴムを用いて形成された楔形部材８９を支持する。楔形部材は、歩行中に上向きに延出した腓脛部の背屈の大きさを制限するための停止部材として作用する。楔形部材の大きさは選択可能であり、背屈を所望の程度に調節するために、図３１Ａのように厚い楔形部材８９’または図３１Ｂのように薄い楔形部材８９’’を用いることができる。背屈の許容量を小さくするために、貼り合わせた複数の楔形部材を連結要素に接着して用いることができる。
【００５９】
足切断者の下肢端部に取り付けられた義足用ソケット（図示せず）は、図２８に示すように、腓脛部７２の上端部に固締具９３，９４によって固定されたアダプタ９２を介して腓脛部の上端部に連結される。アダプタは、アダプタの上面に取り付けられた取付け用板に連結された逆さのピラミッド形の取付け具９１を有する。ピラミッド形の取付け具は、義足と義足用ソケットに連結するために懸架されている義足用ソケットに装着されている相補形状のソケット式取付け具によって受承される。
【００６０】
図３２〜図３４に示した本発明による実施形態の義足１００は、一方の端部側に足前部１０２、他方の端部側に足後部１０３、および足前部と足後部のあいだに延在する足中央部１０４を備えて、長さ方向に延在する足竜骨１０１を有する。腓脛部１０５の下部が足竜骨に固締されて義足の足関節を形成し、腓脛部は、前方に向けて突出した湾曲部１０６を介して足竜骨から上向きに延出する。腓脛部は、足竜骨の足前部１０２と一体に形成された連結要素１０７を介して足竜骨に固締されている。連結要素は、足前部から片持ち梁の形態で後方に延出して、足中央部１０４と、足後部１０３の一部との上方に位置する。足竜骨の足後部と足中央部は、一体に形成され、そして、固締具１０８，１０９によって一体に形成された足前部と連結要素に結合されている。
【００６１】
腓脛部１０５の下部は、渦巻部１１０を形成するよう逆方向に湾曲している。渦巻部１１０の半径方向内側の端部は、腓脛部と連結要素に対向して配置された各々の開口を貫通したねじ付きのボルトとナットという形態の連結具１１１によって連結要素に固締されている。連結要素の後方部分１１２は、逆方向に湾曲して腓脛部の渦巻部を格納し、渦巻部の自由端は固締具１１１によって湾曲した後方部分１１２の上端に固締されている。
【００６２】
停止部材１１３は、固締具１１４，１１５によって足竜骨の連結要素に結合されて腓脛部の背屈を制限する。人の足と脚下部の形状を有する腓脛部を覆う補綴部カバーが、足竜骨１０１と腓脛部１０５の少なくとも下部の外側に随意配置されており、腓脛部は、図２８の実施形態に関連して説明したように脚下部のカバーの中を通って足竜骨から上向きに延出する。
【００６３】
図３２〜図３４の実施形態の義足１００は、足竜骨が大きいばね効率を有する。一体形成の足前部と連結要素を用いることによって、弾性を有する足竜骨のつま先から腓脛部の下部との連結部までの長さが大きくなり、弾性の増加が行われる。歩行の立脚中期において足竜骨のつま先に対して力の負荷が行われた場合、片持ち梁形態の連結要素の下向きの凹面部は伸張され、また、連結要素の後方の逆方向に湾曲して前方を向いた凹面部は圧縮され、そして、足竜骨の連結要素に与えられたこれらの弾性曲げが、後の力からの解放時に歩行時の下肢の前方への推進を容易にするために放出されるエネルギーを蓄える。義足の腓脛部の下部によって形成された足関節は、人の足関節の機能を模倣するとともに、この義足は、前方へのモーメントと慣性を保存する。実施形態の足竜骨は、例示した構成に限定されるものではなく、たとえば、高・低速ギヤまたは高速ギヤだけを備えた足竜骨、一つまたはそれ以上の伸張用連結部を有する足竜骨、あるいは、複数の縦分割体によって形成された足竜骨を含む先に例示した構成のいずれであってもよい。同様に、実施形態の腓脛部は、たとえば、足関節より上部の、前方に向けて突出した湾曲部を含み、足竜骨から上向きに延出した上端部を有していてもよく、この上端部は、たとえば、ここに開示した他のいずれの実施形態の構成とも異なる構成であってよい。腓脛部の上端部は、たとえば、図３、図２７、または図２８に示したアダプタ、または別の公知のアダプタによって使用者の下肢に装着されたソケットに連結される。
【００６４】
図３２〜図３４の義足１００は、歩行中に腓脛部の上端部の前方への運動に伴うエネルギーを追加して蓄えるために設けられた後部腓装置１１４をさらに有する。これにより、歩行の有効前屈相において、弾性を有する義足に力を負荷することによって、腓脛部の前方に突出した湾曲部１０６によって形成された腓脛部１０５の矢状面の凹面部が伸張し、腓脛部の上端部の、腓脛部の下部と足竜骨との比較において前方への運動が引き起こされる。帯の形態であることが好ましいが、腓装置１１４の柔軟な長い部材１１６の上端は、固締具１１９によって腓脛部の上方に接続され、下端は、義足の下部、つまり先に説明したように、連結要素１０７と腓脛部の渦巻部１１０との連結部に連結具１１１によって接続されている。弾性体および／または非弾性体を用いて形成され、また、歩行中に張力が掛けられる柔軟な帯は、その長さを固定するまたは摺動式調節具１１７を用いて帯の重複部分の長さを変えることによって調節することができる。
【００６５】
曲線形のばね１１８の基部が、腓脛部の上端部の、たとえば、腓脛部と腓脛部に固締されたアダプタ（図示せず）のあいだに固締具１１９によって調節可能に取り付けられている。ばねの下方の自由端は、柔軟な帯と相互作用するように配置されている。帯に張力が掛かったとき、ばねは、帯の縦方向の範囲の大きさを変化させる。歩行中に腓脛部の上端部が前方に向けて運動することによって、帯が伸張されまたは（帯に予め張力が掛けられている場合には）さらに伸張され、そして、歩行中に義足に力が負荷されたとき、エネルギーを蓄えるよう力がばねに負荷されるまたはさらに負荷される。この蓄えられたエネルギーは、義足が力から解放されるときばねから返還されて、歩行中に義足が推進力として発生する動力を増大させる。
【００６６】
義足の使用前に、帯１１６に予め張力を掛けるために摺動式調節具１１７を用いて帯の長さが短くされたとき、この帯に掛けられた張力は、弾性を有する腓脛部の上端部が後方に向けて運動することを容易にするとともに、使用時に義足の腓脛部の前方への運動を制御する。また、後方への運動に対して力を補填することによって、歩行の初期の立脚段階において、義足は、踵接地時に足接地に対する迅速な応答を容易に得ることができるようになるが、それは、歩行中に踵が接地するとき、人の足と足関節に生ずる足底が屈曲する現象に類似している。
【００６７】
義足の使用中に後部腓装置１１４を用いることによって、弾性を有する腓脛部の上端部の後方への運動に対して力を補填することと、前方に向けての運動を制御することとは、義足の使用中に力の負荷または力からの解放に応答して腓脛部の上端部の縦方向への運動に対する矢状面の屈曲特性の変化に影響を与えることによって、歩行中の義足の足関節のトルク比を変更することに各々効果的である。歩行後期の終止相において発生する足関節の最大背屈トルクを、歩行中に踵接地後に最初に力が掛けられる足底接地に対する応答時に発生する足関節の足底屈曲トルクによって割った分担率として定義された歩行中の人の足関節の自然な生理的トルク比は、１１．３３対１であると報告されている。後部腓装置１１４を用いて腓脛部の上端部の縦方向への運動に対する矢状面の屈曲特性を変更することの目的は、歩行中に人の足に生ずる現象を模倣するために、義足の足関節のトルク比を増大させることである。この事は、義足を用いての適切な歩行を達成するため、また、一方が自分の足であり、他方が義足の人にとっては歩行の対称性を確保するために重要である。前方に向けての運動を制御し、また、後部腓装置１１４を用いることによって可能になることであるが、後方への運動に対して力を補填することによって、義足に発生する足関節の最大背屈トルクが足関節の足底屈曲トルクより一桁大きくなるよう、足関節のトルク比が増大されることが好ましい。足関節のトルク比は、報告されている足関節の自然トルク比である１１．３３対１に対して約１１対１の値になるよう大きくされることがより好ましい。
【００６８】
後部腓装置の別の目的は、義足に力を負荷するとき腓装置のばね１１８に弾性エネルギーを追加して蓄え、そして、力からの解放時に蓄えた弾性エネルギーを返還して歩行中に義足が推進力として発生した動力を増大させることによって歩行中の義足の効率を向上させることである。腓装置１１４は、義足に力を負荷するとき人体に位置エネルギーを発生させ、そして、義足から力を解放するときその位置エネルギーが動的エネルギーに変換されることを利用して、人の腓腹筋群が歩行中に人の足、足関節、および腓に作用する、つまり、歩行中に人体に効率よく推進力を発生させる、のと同様に義足の目的に適うものであると考察される。義足の効率を本発明による後部腓装置を用いることによって人の足のそれに近づけるまたはむしろ超えるようにすることは、たとえば、足切断者が「通常の機能」を取り戻すために重要である。後部腓装置１１４を用いることによって、腓脛部１０５の上端部の前方へ向けての運動を制御することは、腓脛部の上端部の前方への運動範囲を制限するために有効である。また、義足１００の足竜骨は、連結要素１０７の弾性を有する長さ方向のアーチを伸張し、さらに、連結要素の逆方向への湾曲部を圧縮することによって、上述したように、歩行中の力の負荷時にエネルギーを追加して蓄えることが可能である。この位置エネルギーは、歩行中の力からの解放時に推進力を発生させるための動力として返還される。
【００６９】
図３５の義足１２０は、足竜骨１２１、腓脛部１２２、および後部腓装置１２３を有する。義足を使用者の下肢に装着されたソケットに固定するためのアダプタ１２４が、適切な固締具（図示せず）を用いて腓脛部の上端部に連結されている。図３２〜図３４の実施形態と同様に、義足の連結要素１２５が、足竜骨の足前部１２６と一体に形成されている。足竜骨の足後部１２７が、図３９に連結要素と腓脛部とを連結する前の分解した状態で示されている締結構造１２８によって、連結要素の逆方向に湾曲した部位の上端に結合されている。締結構造は、腓脛部下部の逆方向に湾曲した渦巻部の内面に対向して配置された半径方向内側の内側部品１２９と、足後部１２７の上端に対向して配置された半径方向外側の外側部品１３０とを含む。通しボルトとナットのような機械式の固締具（図示せず）が、部品１２９，１３０と、締結構造によって挟持された足後部、連結要素、および腓脛部の下部の相補形の湾曲部とに互いに位置を合わせて配置された開口を貫通している。
【００７０】
義足１２０の後部腓装置１２３は、腓脛部の上端に一端が保持されたコイルばね１３１を含み、コイルばねは腓脛部とともに運動する。コイルばねの他方の自由端には、柔軟な長い部材、帯１３２、の一端が接続された金属製の留め金具１３３が連結されている。留め金具は、一端が帯の第一の端部に接続され、他端が、図３５に示すように、コイルばねの自由端に圧着係合して留められている。柔軟な帯１３２の中間部は、足竜骨と腓脛部の下部に向けて下向きに延出し、そして、締結構造１２８の部品１３０に装着された円筒形のピンの形状をした戻し部材１３４の外周に延在する。ピンに対する帯の滑り摩擦を最小にするために、ピン１３４を部品１３０に回転可能に装着してもよい。帯の第二の端部は、腓脛部の上端部の位置で、腓脛部の後部の面と腓脛部の一部に沿って下向きに延出した相補形のばね保持部材１３５のあいだに圧着して保持されている。ばね保持部材１３５の上端は、適切な固締具（図示せず）を用いてコイルばねの上端と腓脛部の上端のあいだに固定されている。柔軟な帯は、弾性部材および／または非弾性部材を用いて形成されているが、歩行中にその長さ方向に張力が掛けられる。帯の長さを固定する、あるいは、摺動式調節具（図示せず）を用いて、たとえば、金属製の留め金具１３３との接続部に隣接して重なっている部分の帯の長さを変更することによって、調節できるようにしてもよい。
【００７１】
足竜骨と腓脛部の下部とに対する腓脛部の上端部の歩行中の前方への運動は、コイルばね１３１が伸張することによって弾性的な抵抗を受け、そして、歩行後期の立脚中期に義足に力が負荷されたとき、ばね保持部材１３５の下端が後方へ屈曲することによってエネルギーが蓄えられ、蓄えられたエネルギーは、力から解放されるとき放出されて、義足が発生させる足関節の動力に補填されるとともに、義足のエネルギー効率を向上させる。コイルばね１３１は、実施形態においてばね鋼を用いて形成されているが、別の合金またはプラスチックのような非金属を用いることもできる。ばね保持部材１３５は、実施形態においてエポキシ樹脂によって被覆されたカーボン・ファイバを用いて形成されているが、合金やプラスチックを含むその他の材料を用いることもできる。図３２〜図３４に示した帯１１６に類似した柔軟な帯１３２は、デュポン社のケブラー（Kevlar）（登録商標）の幅が５／８インチで厚さが１／１６インチの織布を用いて形成されているが、当業者には明白なように、異なる材料と大きさとを用いることができる。帯１３２の第一の端部は、金属製の留め金具１３３の端部の開口を通って折り返されて、摺動式調節具または別の固締具によって調節できるように保持されている。
【００７２】
図３６の義足１４０は、図３５の義足１２０に用いられている腓脛部１２２と後部腓装置１２３とを使用する。義足１４０の足竜骨１４１は、腓脛部の渦巻形の下部を格納して支持するために、締結構造１２８によって腓脛部の下端に連結された逆方向に湾曲している連結要素１４２を有する。本発明のこの形態において、連結要素は、足竜骨の足前部１４３と足後部１４４の両方と一体に形成されている。
【００７３】
図３７に示した実施形態の義足１５０は、連結要素１５１が、独立した部材として形成されて、固締具１５３によってその後端部が足前部１５５、足中央部１５６、および足後部１５７を含む足竜骨１５２に固定されていることを除くと、図３５と図３６に示した義足に類似している。固締具１５３による連結部は、足竜骨の有効長さと、歩行後期の立脚中期におけるばね率とを大きくするために、腓脛部と連結要素との連結部より後方に配置されている。この効果は、義足１６１の連結要素１６０が足竜骨１６３の後端まで延出し、そこで固締具１６４によって足竜骨に結合される図３８の実施形態においてさらに大きくなる。固締具は、ボルトとナットのような機械的な固締具、あるいは、被覆されたカーボン・ファイバとエポキシ樹脂の複合材または被覆されたデュポン社のケブラー（登録商標）のような芳香族系ポリアミドとエポキシ樹脂の複合材を含む材料を用いて形成された別の種類の固締具であってよい。連結要素の下部前端１６５は、腓脛部が背屈するときの前方への運動の停止部材として作用するよう前方に突出している。代替として、図３２〜図３４に示した実施形態において備えられている別体としての停止部材１１３を設けることもできる。また、図３５と図３６の実施形態にはいずれの種類の停止部材も用いることができる。
【００７４】
図４０の義足１７０は、図２８〜図３１Ｂの実施形態の義足に類似している。義足１７０は、足竜骨１７１、腓脛部１７２、および連結要素１７３を含む。腓脛部１７２は、下前方に向けて突出するように湾曲し、かつ、逆方向に湾曲して渦巻部１７５を備えた下部１７４を含むように形成されている。腓脛部は、渦巻部から上向きに延出して、縦方向に湾曲したまたは直線状の直立した上端部を形成する。
【００７５】
腓脛部下部の渦巻部は、腓脛部が半径方向内側の上端部１７６から外向きに繰り出されるにしたがって漸増する曲率半径を有しており、また、腓脛部の上端部は、図３２〜図３８の実施形態と同様に、対向して配置された腓脛部と連結要素の各々の開口を貫通したねじ付きのボルトとナットという形態の連結具（図示せず）によって連結要素に締結されている。
【００７６】
連結要素１７３は、渦巻部１７５の格納部としての役を有しており、図３０に示したように、ねじ付きの固締具によって調節できるよう足竜骨１７１に締結されている。足竜骨は上向きに湾曲した部位に長さ方向に伸びた開口を有し、別の実施形態との関連で既に説明したように、その開口を貫通して、腓脛部と足竜骨とのアライメントを長さ方向で調節可能な固締具が装着されている。連結要素１７３は、図２８〜図３０のように長さ方向に延在する板部材８１，８２に替えて、開口が設けられた側壁と、横方向に離間して配置された側壁１７７によって側部を囲うことによって画成された前方に開いた開口と、を有するように形成されている。腓脛部は、図２８〜図３０に示した実施形態と同様に、前方に開いた開口を通って上向きに延出する。図２８〜図３０のように、歩行中の腓脛部の背屈の大きさを制限するために停止部材（図示せず）を設けることもできる。
【００７７】
使用者の下肢に装着されたソケットに義足を固定するために、図３５〜図３９の実施形態に類似したアダプタ１２４が、適切な固締具（図示せず）によって腓脛部の上端に連結されている。義足１７０の後部腓装置１７８は、図３５の腓装置１２３に類似しており、また、その一端を腓脛部の上端に保持されて腓脛部とともに動くコイルばね１７９を含む。コイルばねの第二の自由端には、金属製の留め金具１８１によって固締された長い柔軟な部材、帯１８０、の一端が接続されている。留め金具は、その一端が帯の第一の端部に接続され、その他端部は、図３５の後部腓装置と同様にコイルばねの自由端に圧着係合して留められている。柔軟な帯１８０の中間部は、足竜骨と腓脛部の下部に向けて下向きに延出し、そして、締結構造１８４の部品１８３に装着された円筒形のピンの形状をした戻し部材１８２の外周に延在する。ピンに対する帯の滑り摩擦を最小にするために、ピン１８２を部品１８３に回転可能に装着してもよい。帯の第二の端部は、腓脛部の上端部の位置で、腓脛部とコイルばねのあいだに圧着して保持されている。柔軟な帯は、その長さを固定する、あるいは、図３５の実施形態のように適切な固締具（図示せず）を用いることによって、その長さを調節できるようにしてもよい。後部腓装置１７８は、歩行後期の立脚中期に義足に力を負荷するときエネルギーを蓄え、そして、蓄えたエネルギーを力からの解放時に放出することによって、図３５の実施形態に関連して説明したように、足関節が矢状面上に発生する動力に対してそれを補填するように作用する。
【００７８】
図４０に示した義足１７０と図２８〜図３０に示した義足７０の違いの一つは、義足１７０の足関節が義足７０の足関節より地面からの高さが高いことである。図４０の逆方向に湾曲した渦巻状の足関節１７４の下端が、連結要素１７３が上前方に延出する形態であるために、図４０の足竜骨１７１の上向きに湾曲した中央部より高い位置にある、一方、図２８〜図３０の義足７０の渦巻部７５の下端が、足竜骨の上向きに湾曲した中央部より低い位置にあることに注目されたし。この足関節領域の地面からの高さが、歩行の立脚段階に起こる足関節の矢状面上の角度の変化に影響を与えることが認識されている。足関節領域を高い位置に配置すると、角度変化が大きくなり、逆に、足関節領域を低い位置に配置すると、角度変化が小さくなる。したがって、図４０のように足関節を高い位置に配置した場合、腓脛部の基部に隣接した端部に発生した角度変化の大きさを一定としたとき、より大きい角速度を発生させる能力を有することになる。この角速度の増加はきわめて大きく、たとえば、高さが２インチの足関節は、高さが３．５インチの足関節より角度変化が３５％も小さくなる。本発明による義足の足関節の高さは、当業者には明白なように、連結要素の大きさと構成、長さ方向のアーチの高さ、ならびに、足竜骨の足前部、足中央部、および足後部の長さを含む多数の要素を考慮して決定される。
【００７９】
これにより、例示した実施形態の説明を終える。本発明について数多くの実施形態についての図面を参照して説明したが、当業者はその他の数多くの変更例や実施形態を案出することが可能であり、それらは、この発明による原理の精神と範囲とに含まれると了解されるものとする。たとえば、本発明による義足の腓脛部の下部は、放物線形または渦巻き形状に限定されるものではなく、義足の足関節部を形成するために足竜骨に連結したとき、義足が所望の運動をするよう下向きに突出した双曲線または曲線形に構成することができる。後部腓装置に用いられる長い柔軟な部材は、帯に限定されるものではなく、可撓性を有するワイヤのような別の種類の部材を用いることができる。同様に、後部腓装置のコイルばねは、図示したコイルばねとは異なっていてもよい。例として、エネルギーを蓄えて放出するようにするために、義足の縦方向で可能な限りの高さで横方向に延在する可撓性を有する金属製の管またはプラスチックを、長い柔軟な部材と腓脛部の上端とのあいだに介在させることもできる。また、種々の実施形態に用いられた製造用材料を含む特徴は、互いに入れ替えて使用することができる。より具体的には、本発明の精神から逸脱することなく、上述した開示内容、図面、および添付特許請求の範囲に含まれる構成部品および／または当該構成部品の組合せに合理的な変更と修正を行うことが可能である。構成部品および／または構成配置について変更と修正を行うことが可能であることに加えて、当業者には、別の使用方法も、また、明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による義足の足竜骨と腓脛部の各々の曲率半径Ｒ1とＲ2を二つの隣接した円によって表した模式図であり、これにより、動的な応答能力と、歩行中の足の結果としての、二つの円を結んだ接線Ａに対して直交した矢印Ｂ方向の運動と、が生み出される。
【図２】図１に類似の図であるが、接線Ａ1に直交した矢印Ｂ1が図１の場合より水平方向を向くよう、歩行中の足の動的応答能力と結果としての運動の水平成分を増大させ、かつ、垂直成分を減少させるために本発明による義足の二つの円のアライメントを変更した形態を示す。
【図３】足切断者の下肢に義足を固定するための支柱用アダプタと、それに連結された支柱とを備えた本発明の例示としての実施形態による義足の側面図である。
【図４】図３の支柱用アダプタと支柱を備えた義足の正面図である。
【図５】図３と図４に示した実施形態の平面図である。
【図６】本発明による義足に用いることができ、とりわけ短距離走用の本発明による別の足竜骨の側面図である。
【図７】図６の足竜骨の平面図である。
【図８】図３に示した高低の応答特性とともに、双方向への作動能力が備えられた義足の足竜骨の下面図である。
【図９】サイム式足切断手術を受けた足切断者が短距離走を行うときにとりわけ好都合な、本発明による義足に用いられる別の足竜骨の側面図である。
【図１０】図９の足竜骨の平面図である。
【図１１】サイム式による足切断者用であり、高低の応答特性とともに双方向への作動能力を備えた本発明による義足に用いられる足竜骨のさらなる変更例である。
【図１２】図１１の足竜骨の平面図である。
【図１３】足竜骨の厚さにテーパが付けられ、たとえば、厚さが足竜骨の足中央部から足後部にかけて漸減している本発明による足竜骨の側面図である。
【図１４】足竜骨の足中央部から足前部と足後部の両方にかけて厚さにテーパが付けられた別の形状の足竜骨の側面図である。
【図１５】腓脛部の上端にかけて厚さにテーパが付けられた本発明による義足の放物線形の腓脛部を僅かに上前方から見たときの側面図である。
【図１６】図１５に類似しているが、中央部から上端と下端の両方にかけてテーパが付けられた別の腓脛部を示す側面図である。
【図１７】腓脛部の厚さに中央部から上端と下端の両方にかけてテーパが付けられた義足用のＣ字形腓脛部の側面図である。
【図１８】腓脛部の厚さが中央部から上端にかけて漸減する、義足用の別の例としてのＣ字形腓脛部の側面図である。
【図１９】両端部から中央部にかけて厚さが漸減する、義足用のＣ字形腓脛部の側面図である。
【図２０】上端部においてだけ厚さにテーパが付けられたＳ字形腓脛部の別の例である。
【図２１】両端にかけてテーパが付けられた、本発明による義足用のＪ字形腓脛部の側面図である。
【図２２】図２１に類似しているが、厚さが上端にかけてだけ漸減するＪ字形腓脛部を示す。
【図２３】図３に示した腓脛部を足竜骨に取付けるための、本発明による調節式締着構造に用いられる合金製またはプラスチック製の連結要素を僅かに上方から見たときの側面図である。
【図２４】足切断者の下肢に装着される支柱に図３〜５に示した義足を連結するために用いられ、また、図２８と図２９の義足に用いても有用である支柱用アダプタを僅かに側部前方から見たときの図である。
【図２５】図３のそれに類似しているが、縦方向に離間して配置され、連結要素を腓脛部と足竜骨の各々に結合する二つの着脱式固締具とともに連結要素が用いられている状態を示す本発明による別の義足の側面図である。
【図２６】図２５の連結要素の拡大側面図である。
【図２７】図２５の義足の腓脛部の拡大側面図である。
【図２８】腓脛部が補綴用カバーの内部に配置されている別の実施形態による義足の側面図である。
【図２９】図２８に示した義足の平面図である。
【図３０】図２８と図２９の義足の図２９に示した線３０−３０による断面図である。
【図３１Ａ】図３０に示した連結要素の背屈を停止させるために用いられる、異なる厚さの楔形部材の断面図である。
【図３１Ｂ】図３０に示した連結要素の背屈を停止させるために用いられる、異なる厚さの楔形部材の断面図である。
【図３２】腓脛部の下部が、渦巻きの形状になるよう逆方向に湾曲し、そして、足竜骨の足前部と一体に形成された連結要素に格納されて、支持されている別の実施形態による義足の側面図である。
【図３３】図３２の義足の正面図である。
【図３４】図３２の義足の背面図である。
【図３５】足竜骨の後方部品が、足竜骨の足前部と一体に形成された連結要素の逆方向に湾曲した上端に連結されている別の実施形態による義足の側面図である。
【図３６】連結要素が足竜骨と一体に形成されている本発明による別の形態の義足の側面図である。
【図３７】連結要素の後端部が固締具によって足竜骨に連結されている、本発明のさらなる変形例としての義足の側面図である。
【図３８】足竜骨の後端で足竜骨に連結された連結要素を示す別の実施形態による義足の側面図である。
【図３９】図３５〜図３８に示した実施形態から足竜骨と連結要素が取り外された後の腓脛部と後部腓装置の側面図である。
【図４０】数種類の別の実施形態の特徴を組み合わせて構成された、本発明の別の実施形態による義足を左側後方から見たときの斜視図である。
【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３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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