(57)【要約】【課題】最小限の追加的な筋肉の努力によって関節の動きを許容する、着用可能な保護装置を提供する。【解決手段】人間が着用するのに適した、または、補装具若しくはロボットに用いるのに適した、エネルギー吸収装置が提供される。装置は支持構造を具備し、支持構造は手足の輪郭に適合し、手足に着脱可能に取り付けられる能力を有している。プレートは、しっかりと、または、摺動可能に、支持構造に取り付けられ、プレートの隣接する端部は、可撓性のリンクを用いて結合される。手足の関節を屈曲させると、摺動可能に取り付けられたプレートが摺動して、関節における手足の間の回転運動に適合する。【選択図】図９【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、この装置が、
スリーブと、
スリーブにしっかりと取り付けられた第１のプレートと、
スリーブに摺動可能に取り付けられた第２のプレートと、
第１のプレートと第２のプレートとの隣接した端部間を結合する、ヒンジ又は可撓性部材と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
スリーブは、概略、円錐形部分の一部になっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
第１のプレートと第２のプレートとは、概略、人体の一部分の形状に合致していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１のプレートはさらに、多層構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
多層構造は、耐久性の外面層と、内側のエネルギー吸収層とを具備していることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
外面層は、ＣＯＯＬＭＡＸ、ネオプレン、孔を開けられたライクラ("LYCRA")、バリスチック・ナイロン、又は、伸縮生地のうちのひとつであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
内側のエネルギー吸収層は、ゲル、エネルギー吸収発泡材、又は、形状記憶発泡材のうちのひとつであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
エネルギー吸収発泡材は、ＢＲＯＣＫ発泡材であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
スリーブは、スリーブを人体の一部分に固定するような寸法をもった、ストラップを有していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
ストラップは、自己把持部分を有していることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
スリーブの第１の側には、ストラップが取り付けられ、スリーブの第２の側には、ループが取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ストラップは、自己把持材料を具備していることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
取り付ける手段は、第１のスリーブの第１の側に取り付けられた第１のストラップ、及び、第１のスリーブの第２の側に取り付けられた第２のストラップであることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
スリーブは、人体の部分に適合可能な材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
スリーブ材料には、開口部が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
スリーブは、多層の組立体であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
多層の組立体のうち、ひとつの層は、エネルギー吸収材料であることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
エネルギー吸収材料は、気泡発泡材、形状記憶発泡材、又は、ＢＲＯＣＫ発泡材のうちのひとつであることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
第２のプレートは、プレート摺動部材によって、摺動可能にスリーブに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
第２のプレートは、プレート摺動部材に設けた相補的な嵌合構造に対して摺動可能に嵌合するような、係合構造を具備していることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
係合構造は、“Ｔ字形”の形状を有するレールであって、“Ｔ字形”の底部は、摺動可能に取り付けられたプレートの表面に取り付けられていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
相補的な嵌合構造は、上部唇部を有する溝部であって、その内部に、“Ｔ字形”の構造における頂部が保持されるようなサイズになっていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
係合構造と、相補的な嵌合構造とのサイズは、選択された材料において、第２の取り付けられたプレートの主平面に対して平行に所定の力が作用したとき、係合構造と、相補的な嵌合構造とが係脱するように定められていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
可撓性部材は、可撓性材料からモールド成形されており、リベット、接着、機械的インターロック、又は熱接合のうちの少なくともひとつによって、第１及び第２のプレートに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
第１のプレート又は第２のプレートの少なくとも一部分には、屈曲体が被覆成形されていることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記装置が、
スリーブにしっかりと取り付けられ、第１のプレートに対して遠位側にある第２のプレートの端部が、第３のプレートにおける隣接する端部に重なり合うように配置された、第３のプレート、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
隣接して重なり合う端部は、相補的な形状を有していることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
第１及び第２のプレートのサイズ及び形状は、人体の一部分の表面形状に略一致していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
エネルギー吸収材料は、第１又は第２のプレートのうち少なくともひとつの上面と、プレートから最も遠くに離れたスリーブの表面との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
エネルギー吸収材料は、第１のプレート又は第２のプレートのうち少なくともひとつから最も遠くに離れた、スリーブの表面であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
スリーブは、複数のスリーブになっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
人体の一部分を保護する方法であって、この方法が、
スリーブを提供する段階と、
第１のプレートをスリーブにしっかりと取り付ける段階と、
第２のプレートをスリーブに摺動可能の取り付ける段階と、
可撓性部材又はヒンジを用いて、第１のプレートと第２のプレートとを結合させる段階と、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記方法がさらに、
スリーブにしっかりと取り付けられた、第３のプレートを提供する段階、
を備えていることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
第２のプレートと第３のプレートとは、相補的なやり方にて、重なり合っていることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
装置であって、この装置が、
支持体と、
支持体に摺動可能に取り付けられた、衝撃を吸収するための第１の手段と、
支持体にしっかりと取り付けられた、衝撃を吸収するための第２の手段と、
第１の手段と第２の手段とをヒンジ式に取り付ける手段と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項３６】
関節のある外骨格であって、この外骨格が、
第１の構造的部材にしっかりと連結された、第１のプレート摺動部材と、
第２の構造的部材にしっかりと連結された、第２のプレート摺動部材と、
第１及び第２の摺動プレート部材によってそれぞれ束縛される、第１及び第２の摺動可能なプレートと、
第１の摺動可能なプレートと第２の摺動可能なプレートとの隣接する端部の間に配置された、可撓性の結合又はヒンジと、を備え、
第１の摺動プレート部材と第２の摺動プレート部材とは、回転式に結合され、第１の摺動プレート部材と第２の摺動プレート部材との平面に対して略平行な軸線を中心とした関節になっている、
ことを特徴とする関節のある外骨格。
【請求項３７】
第１の摺動可能なプレートと第２の摺動可能なプレートとの間にはプレートが配置され、プレートと、それぞれ第１及び第２の摺動可能なプレートとの間には、可撓性の結合又はヒンジが配置されていることを特徴とする請求項３６に記載の関節のある外骨格。
【請求項３８】
軸線は、心棒であることを特徴とする請求項３６に記載の関節のある外骨格。
【請求項３９】
組立体であって、この組立体が、
スリーブにしっかりと連結された、第１のプレート摺動部材と、
スリーブにしっかりと連結された、第２のプレート摺動部材と、
第１及び第２の摺動プレート部材によってそれぞれ束縛される、第１及び第２の摺動可能なプレートと、を備え、
第１の摺動プレート部材と第２の摺動プレート部材とは、回転式に結合され、第１の摺動プレート部材と第２の摺動プレート部材との平面に対して略平行な軸線を中心とした関節になっている、
ことを特徴とする組立体。
【請求項４０】
第１の摺動可能なプレートと第２の摺動可能なプレートとの間にはプレートが配置され、そのサイズは、プレートが第１の摺動プレート部材と第２の摺動プレート部材との部分において重なり合うようになっていることを特徴とする請求項３９に記載の組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、人体に対する保護又は外力に対する装置、及び、特に、その関節部分に関する。
［関連出願］
本願は、２００４年１１月１９日に出願された、米国仮特許出願第６０／６２９，５７４号を基礎とする優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
スポーツ、手作業の労働の実行、及び軍事行動においては、衝撃力に起因して、軟質組織及び骨の両方に負傷が生じることがある。その他の負傷は、ひざまずくときなど、人体の部分への繰り返し圧力によって生じる。そうした力を吸収ないし分散させるために、プレートを提供する装置が知られており、使用されている。しかしながら、そうした保護を提供する装置は、着用するのが不快であって、屈曲の繰り返しで位置がズレ、屈曲のために追加的な努力を必要とし、人間が負傷せずに合理的に実行できる動きに比べて、動きの範囲を制限する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最小限の追加的な筋肉の努力によって関節の動きを許容する、着用可能な保護装置が開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
装置は、１又は複数のスリーブを具備し、脚部や腕部、又は胴体などの人体の部分に合致する。第１のプレートは、スリーブにしっかりと取り付けられ、第２のプレートは、スリーブに摺動可能に取り付けられる。第１のプレートと第２のプレートとは、ヒンジ又はリンクによって互いに連結されており、第１のプレートと第２のプレートとの間の距離は、実質的に一定になっている一方、第１のプレートと第２のプレートとの主平面の間の角度は可変になっている。スリーブは、１又は複数の部分から構成され、それらは、互いに一体的に形成され、または、別々の部品から形成されている。
【０００５】
スリーブに対して摺動可能に取り付けられないプレートは、リベット、接着、縫い付け、又は他の類似の工程によって、スリーブに永久的に取り付けられる。別の観点においては、プレートは、ベルクロ(“VELCRO”)、ＤＵＡＬＬＯＣＫ、又は類似の素材を用いて、スリーブに非永久的に取り付けられる。
摺動可能に取り付けられる第２のプレートは、第２のプレートがスリーブに面する側部に係合形状を有し、プレート摺動部材における束縛形状に合致し、摺動可能なプレートは、人体の部分に沿って、スリーブの表面に対して平行な方向に実質的に直線的に摺動するようになっている。プレート摺動部材は、上述した方法によって、永久的に又は非永久的に、スリーブに取り付けられる。加えて、摺動プレート部材は、該部材がスリーブの一部をなすように、または、スリーブによって束縛されるように形成される。束縛部材と係合形状との位置は交換しても良い。
【０００６】
第１及び第２のプレートを結合するリンクは、ストラップや、帯、ヒンジ、又は第１及び第２のプレートの隣接する端部を結合するその他の手段であって、第１及び第２のプレートが軸線を中心として互いに角度を回転させることを許容し、軸線は、第１及び第２のプレートを通過する面の交差に対して概略平行になっていて、第１及び第２のプレートの相対的運動は、ヒンジの運動に近似される。本願において、「ヒンジ」とは、プレートの隣接する端部の間における、リンク又はその他の可撓性結合を表す用語として使用される。リンクは、プレートを離すように、押したり引いたりすることができ、隙間の距離を概略維持し、屈曲角度の範囲にわたって屈曲できる充分な可撓性を備えている。
【０００７】
プレート摺動部材に対して摺動可能な取付構造を有するプレートは「摺動可能な」プレートと称され、取付が摺動可能ではないプレートは「固定された」プレートと称される。「固定された」とは、本願における「永久的な」及び「非永久的な」取付という用語とは区別され、後者の用語は、プレートが動きについて摺動可能であるか、固定されているかにはかかわらず、プレートをスリーブから、または、プレート摺動部材をスリーブ又はプレート摺動部材又はその他のプレートから、取り付け及び取り外せる能力を称する。
【０００８】
ひとつ以上の固定プレートと、ひとつ以上の摺動可能なプレートとが存在し、ひとつ以上のそれぞれのタイプのプレートがスリーブに取り付けられる。スリーブは、装置が人体又は手足上にて摺動するように、実質的に円筒形の形状になっているか、あるいは、プレートに略対向する側部又は側部の一部分が省略されて、装置をユーザに固定するためにストラップ又はその他の手段が提供される。変形例としては、スリーブは、装置のいくらかの重量を人体に移すために、衣服やガーターベルトなどに組み込まれ又は取り付けられる。スリーブは、弾性的特性を有することによって、自己付着特性を有するストラップによって、または、バックルその他によって、手足に固定される。
【０００９】
固定プレート及び摺動可能なプレートのためのそれぞれのプレートと、プレート摺動部材とは、スリーブ及び取付構造によって適用される人体の部分の形状に略一致するような形状及び寸法になっている。
他の観点においては、プレート摺動部材又はスリーブへのプレートの取り付けは、プレート表面に対して実質的に直交する以外の方向に、充分な力を適用することで、プレートがスリーブ又はプレート摺動部材から係脱し、または、プレート摺動部材がスリーブから係脱するようになっている。
【００１０】
固定プレートは、２つの摺動可能なプレートの間に配置され、人体の関節が屈曲するとき、それぞれの摺動可能なプレートが、固定プレートに対して摺動及び回転し、固定プレートは、膝蓋骨又は肘に対して実質的に固定された位置に維持される。それぞれの摺動可能なプレートは、ヒンジを用いて、隣接する固定プレートに結合される。
プレートは、衝撃に対して抵抗力のある材料から形成され、全体的に又は部分的に可撓性の又は弾性の材料によって被覆され、及び、エネルギー吸収材料のコアを収容している。
スリーブは、複合物又は層状の構造物であって、伸縮性又は高伸縮性の材料又は織物を含み、ゲルや、形状記憶発泡材、エネルギー耐久層などを含むような、発泡材又はその他の衝撃吸収構造材を含み、それらは、固定プレート、摺動可能なプレート、又はプレート摺動部材と、ユーザとの間に配置される。スリーブは、ある種の領域が、特定の用途に応じて、異なるエネルギー吸収及び伸縮及び屈曲特性を有するように構成されている。１又は複数のストラップ、バックル、又はその他の固定部品は、スリーブに取り付けられ又は一体的に形成され、ストラップ、バックル、又はその他の固定部品は、スリーブを手足又はその他の人体の部分に固定すべく使用されるように配置される。また、スリーブは、衣服の物品に取り付けられる。
【００１１】
本願における開示は、人体、手足、ユーザなどの用語を使用しており、これらの用語は普通は人間に関係しているけれども、装置は、その他の霊長類や、馬、その他の動物、ロボット装置、及び補装具にも同様に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
例示的な実施形態は、添付図面によってより良く理解されるが、これらの実施形態は限定的な性質を意図してはいない。同一又は異なる図面において、対応する符号を付された要素は、同等な機能を実行する。実施形態に関連させて、特定の特徴、構造、又は特性が説明されるとき、当業者は、本願で明示されているか否かにかかわらず、そうした特徴、構造、又は特性をその他の実施形態と組み合わせることができることを理解されたい。
【００１３】
第１の実施形態は、図１Ａに側面図を示すように、プレート（固定プレート１２及び摺動可能なプレート１４）と、プレート摺動部材１６と、スリーブ１０と、ヒンジ２２と、ストラップ２０とから構成され、ここで、装置が取り付けられる手足は、直線状の状態になっている。手足は、脚部、足首、又は腕部であって、固定部材１２は、関節の屈曲部分にかぶせて配置される。他の摺動可能なプレート１４は、第１の摺動プレート１４の反対側において、固定プレート１２の端部に配置される。
【００１４】
図示のスリーブ１０は、プレート摺動部材１６及び固定プレート１２の下層に配置され、摺動可能なプレート１４は、プレート摺動部材１６の上にかぶせて配置されている。固定プレート１２の寸法及び形状は、該プレートが、保護すべき膝蓋骨や肘などの人体の部分に合致して、手足を屈曲させたときには、膝蓋骨や肘に対して実質的に所定の位置に維持されるようになっている。摺動可能なプレート１４の寸法及び形状は、該プレートが、長骨や、脛骨、又はその他の保護すべき人体の部分などの人体の部分に合致して、プレート摺動部材１６に摺動可能に取り付けられるように適合している。同様に、プレート摺動部材１６の寸法及び形状は、摺動可能なプレート１４と同一の人体の部分に合致して、対応する摺動可能なプレート１４を摺動可能に受けるように適合している。プレート摺動部材１６は、永久的に又は一時的に、スリーブ１０に取り付けられる。同様に、固定プレート１２は、永久的に又は一時的に、スリーブ１０に取り付けられる。図示の通り、プレート摺動部材１６は、リベット１８によってスリーブ１０に固定されているけれども、ベルクロ又は接着剤など、一時的に又は永久的に取り付ける、その他の取付手段を用いても良い。変形例としては、固定プレート１２及びプレート摺動部材１６は、スリーブの表面に開口部又はポケットを提供することによってスリーブに取り付けて、固定プレート１２及びプレート摺動部材１６の一部分が、そこに挿入されるようにしても良い。固定プレート１２又はプレート摺動部材は、上述した方法によって保持されるか、または、スリーブ１０の外面材料の弾性によって、または、ネジその他によって保持される。
【００１５】
固定プレート１２と摺動可能なプレート１４とは、ヒンジ２２によって結合されており、固定プレート１２及び摺動可能なプレート１４の隣接する端部は、蝶番状のやり方にて屈曲するように結合されている。単一の固定プレート１２には、ひとつ以上の摺動可能なプレート１４が結合され、摺動可能なプレートは摺動可能なプレートにヒンジ式に結合される。
【００１６】
図１Ｂは、図１Ａに示した装置について、手足の関節又は装置が取り付けられた人体の部分が屈曲した状態を示している。ヒンジ２２は、固定プレート１２と摺動可能なプレート１４との隣接する端部の間に実質的に同一の距離を維持しているけれども、２つのプレートの主平面の間の角度は鋭角になって、摺動可能なプレート１４は摺動プレート部材１６及びスリーブ１０に対して並進して、かかる角度的な回転に適合する。この並進は、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、摺動可能なプレート１４の左側の端部と、スリーブ１０の左側の端部とを比較することで分かる。
【００１７】
スリーブ１０は、図示の如く、円筒面の一部分であるか、完全な円筒形であって、円筒形の直径は、スリーブを取り付けようと意図される、人体の部分の形状に略一致する。変形例としては、スリーブ１０は、プレート１２，１４，１６を支持する下層にある手段と、衣服の物品等に組み込むことで、ストラップによって手足又は人体の部分に取り付ける手段を提供するように形成される。スリーブ１０は、用途及び求められる保護のタイプに依存して、異なるサイズ、形状、及び物理的な特性を有する。スリーブは、ＣＯＯＬＭＡＸ又は孔を開けられたライクラ（カンサス州のウィッチートーにある、Invista 社から入手可能）などの伸縮生地や、メッシュ、目の荒い織物のストラップ又はバンド、ネオプレン又は伸縮性のプラスチック、バリスチック・ナイロンなどの強度のために選択された織物から作られる。スリーブの表面は、連続しているか、または、換気を高めるために、様々なサイズの孔を開けられている。エネルギー吸収材料は、表面層として、または、２つの層の間に収容される層としてスリーブの内部に配置されて、スリーブに組み込まれる。
【００１８】
スリーブが実質的に円筒形の一部分である観点においては、スリーブ１０を人体の部分に固定するために、ストラップ２０又はその他の固定装置が提供される。ストラップは、バリスチック・ナイロン、プラスチック、伸縮生地などから作られ、付着面が取り付けられ又は組み込まれ、スリーブの対向する側部に結合されたストラップのそれぞれには、相補的な付着面又は自己付着面が配置される。ストラップ２０は、スリーブを人体の部分に固定するために重ね合わされる。変形例としては、スリーブの片側にループを取り付け、スリーブの他の側にはストラップを取り付けて、ストラップをループに通して、手作業で締め付け、折り曲げて重ねることで、スリーブを人体の部分に固定しても良い。固定材料は、ベルクロ（ニューハンプシャー州のマンチェスターにある、VELCRO 社から入手可能）、ＤＵＡＬＬＯＣＫ（ミネソタ州のセントポールにある、3M 社から入手可能）などである。その他の固定方法を用いても良く、例えば、荷物用のスナップにおいては、１又は複数の嵌合要素が、スリーブ又はプレートに直接、取り付けられる。スリーブは、分割されているか、単一の物品であるか、互いに結合された複数の物品であるか、または、複数の別々の物品である。
【００１９】
人間が使用する場合には、調節可能な固定具を採用して、個人のサイズの範囲に適合させる。しかしながら、ロボットや補装具などに使用する場合には、一定した取付構造を用いて、プレートや摺動プレートは、ボルトやリベット、接着剤などの構造取付部品を用いて、構造要素に直接取り付けられ、スリーブは省略される。構造は、補装具に組み込んでも良い。
【００２０】
スリーブ１０の構造は、所望の保護のタイプ、安楽性の考慮、及び経済的観点に依存する。エネルギー吸収材料は、人体の部分の表面とは反対側の、又はプレートとは反対側のスリーブの表面に適用されるか、外側スリーブ層の間の中間層として、スリーブに組み込まれる。エネルギー吸収材料は、ゲルや、エネルギー吸収発泡材、形状記憶発泡材、ＢＲＯＣＫ発泡材（コロラド州ボールダーにある、Brock 社から入手可能）などであって、プレートから人体の部分に伝達されるエネルギーを減衰させる。さらに、プレートの形状とエネルギー吸収材料との組み合わせが協働して、入力領域に比べて大きな領域に力が伝達されるように分配させ、人体の部分に作用する単位面積あたりの力を減少させる。別の観点においては、エネルギー吸収材料の効果は、入力速度に関してエネルギーの適用速度を減少させる。
【００２１】
固定プレート１２及び摺動可能なプレート１４は、エネルギー吸収材料又は耐破壊材料、または、両方のタイプの組み合わせから構成される。プレートは、保護すべき人体の部分の形状に略一致するようにモールド成形される。プレートは固体構造物であって、ポリエチレンや、ポリカーボネートなどの耐衝撃プラスチック、ポリカーボネート又はポリプロピレン樹脂であって、ケブラー織物（デラウェア州のウィルミントンにある、DuPont社による）や、ガラス、炭素又は硼素、又は類似の繊維を含浸させたもの、Ａｃｅ裏打ち層を備えたセラミック（カナダのオタワにある、Ace/Security Laminates 社から入手可能）、または、同一又は類似のタイプのエネルギー吸収材料を耐久性の外面によって取り囲んで中央に配置したものなどである。変形例としては、固定プレート１２又は摺動可能なプレート１４の全体又は一部分は、チタンや鋼などの金属から作っても良い。
【００２２】
固定プレート１２をスリーブ１０に固定することを意図する場合には、プレートにおいてスリーブに面する側にベルクロ又は類似の材料を固定し、対応する材料をスリーブ１０に固定して、プレート１２をスリーブに押圧することで、プレート１２をスリーブ１０に対して固定された位置に保持する。ベルクロが固定される領域は、プレートをスリーブに付着させるのに求められる強度に応じて選択される。付着強度は、通常の使用にあってはスリーブとプレートとがしっかりと結合される強度であるが、例えば手足のねじれなどによって、着用者に負傷を引き起こすような力が適用されると、スリーブとプレートが離れるように選択される。変形例としては、プレートは、リベットや、接着剤などを用いて、スリーブに結合される。
【００２３】
図２Ａ乃至図２Ｈは、３つのプレートから構成された保護装置を示していて、プレートのうち２つは摺動可能であり、プレートの寸法は、装置を、腕部や脚部などの屈曲可能な手足の保護に使用できるように定められる。この例においては、人体の手足として脚部を例示している。図２Ａは、スリーブ１０は、脚部における膝の領域に略一致するように形成され、主として正面衝突に対して手足を保護する。スリーブ１０における逃げ部６０ａ，ｂは、関節を屈曲させたとき、実質的に屈曲又は伸張し、プレートを結合するヒンジ２２の略下層に位置している。スリーブは、多層の組立体から形成されており、発泡材６０又はその他のエネルギー吸収材料又は拡張材料からなる、内側部分を含んでいる。図２Ｂに示すように、発泡材６０は、保護のために、織物６４又はその他の材料によって被覆され、装置におけるその他の要素、例えばストラップの取付箇所やプレート摺動部材が取り付けられる表面を有するスリーブ１０を形成し、人体の部分６２に接触するのに適した表面を提供している。材料は、汗が蒸散するように、いくらかの多孔性を有するものが選択される。
【００２４】
図２Ｃに示すように、プレート摺動部材１６は、プレート摺動部材１６とスリーブ１０とが対面する表面に適用された、ベルクロ又はＤＵＡＬＬＯＣＫなどの自己付着材料６６を用いて、スリーブ１０に取り付けられる。プレート摺動部材１６とスリーブ１０との間の取付箇所６６を、装置における屈曲部分から遠位側にある箇所に配置することで、関節を屈曲させるとき、スリーブが伸張する長い距離が得られ、従って、屈曲に必要な力は減少する。変形例としては、それぞれの取付箇所の位置は、伸張に対して所望の抵抗が得られるように選択される。プレート摺動部材１６が自己付着材料を用いて取り付けられたとき、実質的に正面衝突以外の方向から充分な力が適用されると、自己付着材料の部分が係脱して、手足に加わるねじれ力を減少させるように貢献する。プレート摺動部材１６には、摺動可能なプレート１４と連結するように適合された部分６８が設けられる。図２Ｄにおいては、部分６８はチャネルとして示しているけれども、部分６８は突起部であっても良い。突起部又はチャネルである部分６８の寸法は、プレート摺動部材１６と摺動可能なプレート１４との間に束縛構造が形成されるように定められる。部分６８は、プレート摺動部材１４の長さの部分、または、プレート摺動部材１４の片方又は両方の端部に延在する。
【００２５】
図２Ｅは、スリーブ１０に取り付けられた手足６２に、装置を取り付けるためのストラップ２０を備えてなる組立体を示している。ストラップは、スリーブ１０の表面６４に連続した部分であるか、または、スリーブに、リベット又はその他の固定具を用いて取り付けられた部分である。また、プレート摺動部材の部分について、さらに詳細を示している。部分６８の長さは、摺動可能なプレート１４の一部である、又は摺動可能なプレート１４に取り付けられた、摺動可能なプレート１４における対応する合致部分７０に比べて長くなっている。図面を明瞭にするために、図２Ｅにおいては、脚部が屈曲していない状態に対応する配置において、摺動可能なプレート１４における合致部分７０だけを示している。部分６８の長さは、部分７０の長さに比べて、距離６８ａだけ長くなっていて、関節を完全に屈曲させた状態のとき、摺動可能なプレート１４が摺動できる最小限の距離を表している。
【００２６】
図２Ｆは、摺動可能なプレート１４と固定プレート１２とを備えた組立体を、束縛位置において示しており、手足は直線状の状態になっている。また、複数の接着剤又は自己付着パッド６６を用いた、固定プレート１２のスリーブ１０への取り付けを示している。スリーブ１０とストラップ２０との組み合わせは、関節が直線状の状態及び屈曲した状態の両方において、固定パッド１２を関節上の所定位置に保持する傾向をもつ。図２Ｇは、組立体１の外側側面図を示していて、摺動可能なプレート１４は、ヒンジ２２又はその他の類似の可撓性の若しくは屈曲可能な要素によって、固定プレート１２に結合されている。
【００２７】
図２Ｈは、脚部に適用された装置１を示した正面図であって、脚部は直線状の状態になっている。ヒンジ２２は、摺動可能なプレート１４を、固定プレート１２に結合する。この例においては、ヒンジ２２は、プレート上に被覆成形されている。ヒンジは、リベット、ネジ、又は接着剤、プレートに設けた貫通孔、機械的インターロックなどによって取り付けても良い。また、ヒンジ２２は、摺動可能なプレート１４及び固定プレート１２の表面上に延長部２２ａを有しており、取付強度を高めると共に、手足を屈曲させて脛骨部分が地面又はその他の表面に接触したとき、クッション性のひざまずきのプラットホームの一部を形成している。そうした延長部２２ａは、摺動可能なプレートと地面との間の接触領域の部分を平坦化させるように働いて、ひざまずいた姿勢の着用者の安定性を高める。摺動可能なプレート１４と固定プレート１２とのそれぞれにあるヒンジ２２の部分の間の結合部は、１又は複数の可撓性のストリップ又はストラップになっていて、プレートの隣接する端部間の領域において、装置を屈曲させるのに必要な力を最小化する。別の観点としては、ケブラーなどの強化材料をヒンジ２２と層状にして、補強すると共に、屈曲のための可撓性を温存しつつ、ヒンジの伸びを制限する。
【００２８】
摺動可能なプレート１４をプレート摺動部材１６に取り付けるには、様々な摺動結合部を用いることができ、その例を図３に示している。図３Ａには、摺動可能なプレート１４の上面から見た、摺動結合部の平面図を示している。図３Ｂは、線Ｂ−Ｂに沿った、結合部の断面を示している。摺動可能なプレート１４は、係合構造として、その下側から延びた突起部７０を有するようにモールド成形され、突起部７０は台形又は類似の形状に形成されており、プレート摺動部材１６は、突起部７０を収容及び束縛するために、相補的な形状の凹部６８を有している。同一の横断面形状は、摺動可能なプレート１４及びプレート摺動部材１６の部分に沿って、または、その一部分だけに沿って、延びている。凹部６８がプレートの全長にわたって延びていない場合には、凹部６８は充分に長くなっていて、手足の屈曲に適合するように、凹部６８に沿った距離にわたって突起部７０は摺動することができる。凹部６８が、ヒンジ２２から遠位側にある摺動プレート部材１６の端部に達するように延びている場合には、脚部が直線状の状態であるとき、突起部７０は摺動プレート部材１６の端部を越えて延びることができ、この状況においては、凹部６８は、手足を屈曲させたときに、摺動可能なプレート１４がヒンジ２２へ向けて摺動できるのに充分な長さだけを有すれば良い。
【００２９】
プレート摺動部材１６と摺動可能なプレート１４との形状は、手足６２の形状に実質的に一致しており、図３においては中心線に対して対称的な横断面を示しているけれども、プレート摺動部材１６と摺動可能なプレート１４との形状は、中心線ないし要素の長さに沿った線に対して、いくらか非対称的であっても良いが、突起部７０とこれを収容する凹部６８については、中心線に対して実質的に対称的になっていて、摺動可能なプレート１４は、その長さに沿って、プレート摺動部材１６に対して並進する。突起部７０と凹部６８とが中心線に対して対称的ではない範囲まで、それぞれの構造は、摺動可能なプレート１４が摺動プレート部材１６に対して摺動するように、実質的に同一の曲率半径を有するべきである。
【００３０】
図３Ｂに示すように、摺動可能な部材１４と、プレート摺動部材１６とが対面している表面における曲率半径は、（突起部７０と凹部領域６８とを除き）、重なり合う部分の実質的に全体に沿って、摺動可能なプレート１４とプレート摺動部材１６との間にクリアランスが存在するように定められる。摺動可能な部材１４の曲率半径は、プレート摺動部材１６の曲率半径に比べて小さくなっていて、束縛領域からの距離が増すと、２つの間の隙間が減少し、摺動可能なプレート１４とプレート摺動部材１６とは、その外側縁部の付近にて接触することができる。そうした構造は、２つのプレートの間に侵入することができる、ほこり及びゴミの量を減少させるために作用する。同様の効果を有するその他の形状も可能である。隆起部１７又は出っ張りは隆起部として配置され、または、摺動可能なプレート１４又は摺動プレート部材１６のいずれかの表面に設けられ、外力によってプレートが変位して互いに接触するとき、２つのプレートの間の接触面積を減少させるために使用される。
【００３１】
係合構造と束縛構造との間における束縛結合３６の寸法は、摺動可能なプレート１４とプレート摺動部材１６とが各部品の長さに沿って互いに自由に摺動できると共に、摺動可能なプレート１４に対して垂直な方向については部品を保持するように定められる。低摩擦コーティング又は潤滑剤を適用することで、摺動性は改善する。
【００３２】
突起部７０を摺動部材１４に示し、凹部６８をプレート摺動部材１６に示したけれども、かかる構成は、全体として又は部分的に交換しても、図３Ｃに示したものと等しい効果が得られる。
突起部７０及び凹部６８の材料及び寸法は、摺動結合部に対して実質的に垂直で、摺動プレートの表面に対して平行な力が適用され（図３Ｃに矢印にて示す。）、かかる力が着用者に物理的な負傷を引き起こすのに充分であるとき、摺動可能なプレート１４をプレート摺動部材１６から分離させるように選択される。この分離は、プレートを摺動部材に再係合することを許容するやり方で行われるか、または、プレート又は摺動部材が分離に際して破損するやり方で行われる。
【００３３】
図４Ａには、別例による、摺動可能なプレート１４とプレート摺動部材１６との束縛を示していて、束縛領域３６は、複数の突起部７０と、対応する複数の凹部６８とを配置されて含み、凹部６８と突起部７０とが係合することで、摺動可能なプレート１４をプレート摺動部材１６に束縛している。突起部と凹部とを係合させるためには、突起部を屈曲させることが必要であり、凹部の側壁を屈曲させることが必要である。図４Ｂには、束縛領域３６の詳細を示していて、追加的な構造部３８は、突起部７０に対して略対称的に配置されており、摺動可能なプレート１４と摺動部材１６との間の隙間の中に延びている。構造部３８に設けられた、フラップ３８ａの形状である可撓性の延長部は、その寸法が、隙間をおおむね閉じるように定められ、ほこりやその他の汚染物が、束縛が生じる領域３６にアクセスするのを制限するように働く。構造部３８は、摺動可能なプレート１４の一部分としてモールド成形されるか、または、接着剤などを用いて別個に取り付けられ、摺動可能なプレート１４の表面と同一の材料から作られ、または、別の可撓性の材料から作られる。変形例としては、構造部３８は、プレート摺動部材１６に取り付けられて、摺動可能なプレート１４に向けて延びるようにしても良い。また、構造部３８のサイズ及び位置は、摺動可能なプレート１４の表面に対して直交する充分な圧力によって、摺動可能なプレート１４の内面と、プレート摺動部材又は構造部３８における対向面との間に接触が引き起こされ、もって外力によって生じ得る摺動運動を制限するように定められる。変形例としては、そうした材料は、突起部７０と凹部６８との対向部分の間に挿入しても良い。連結材料３８は、クラアランス、摺動可能なプレート及びプレート摺動部材の可撓性、及び外部摺動力に対する抵抗の大きさに依存して、連続的に、または、組立体の長さに沿った１又は複数の部分として配置される。
【００３４】
図３及び図４において、摺動可能なプレート１４は、手足の関節を屈曲させると、ヒンジ２２を介し、長さに沿って加えられる力によって、プレート摺動部材１６に対して動くように促される。プレートの間の（すなわち、固定プレート１２と摺動可能なプレート１４の間の、または、２つの摺動可能なプレート１４の間の）角度関係が変化すると、少なくとも突起部７０の長さに沿って向けられた力がもたらされ、摺動可能なプレート１４をプレート摺動部材１６に対して摺動式に移動させる。手足を屈曲させて最大の鋭角に達したとき、摺動可能なプレート１４は、プレート摺動部材１６に対して最大量、移動する。手足を直線状の位置に戻したときには、重力又はヒンジ２２によって加わる力によって、摺動可能なプレート１４は、プレート摺動部材１６に対して、先に手足が直線状の状態であったときに得られていた位置へと戻ろうとする。
【００３５】
変形例としては、摺動可能なプレート１４は、バネによって、かかる位置へ復帰するように促しても良い。図５Ａに示した例においては、突起部７０は、個別の部品から形成されているが、摺動可能なプレート１４と一体的であっても良い。突起部７０は、１又は複数のネジ７２を用いて摺動可能なプレート１４に取り付けられ、突起部７０は、その長手方向に形成された孔７４を有している。図５Ｂは、組立体におけるおおよその中心線である、線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。突起部７０は、ネジ７２によって摺動可能なプレート１４に固定されている。ひとつの観点においては、突起部７０には、必要な数以上の嵌合孔８０が設けられ、組立体の中心線に沿った複数の位置のうちのひとつに突起部７０は固定され、摺動可能なプレート１４の位置を摺動プレート１６に対して調節することができる。それぞれの長手方向の孔７４のサイズは、バネ７６を受け入れて、このバネが、チャネル６８の端部８４と、長手方向の孔７４における幅狭部８６との間の深さを満たすように定められる。バネ７６は、マンドレル７８に被着され、マンドレルは、端部８４と、孔７４の更なる延長部８２との間に、又はマンドレル７６の端部を支持するその他の手段との間に配置される。マンドレル７６は、バネ７８を支持する効果を有し、バネ７８は、圧力を加えられても座屈することがない。プレート摺動部材１６に対する摺動可能なプレート１４の摺動可能な運動は、突起部７０がチャネル６８の端部８４へ向けて動くとき、バネ７８を圧縮する効果を有する。これは、手足を真っ直ぐにしたとき、図５Ｂに示した位置へ向けて、摺動可能なプレート１４を復帰させるように促す傾向をもった回復力を生み出す。摺動可能なプレート１４をプレート摺動部材１６に対する所望の位置に復帰させるためのその他の手段には、空気バネや、液圧シリンダが含まれる。
【００３６】
「中心線」という用語は、手足に対して略長手方向に配置され、摺動可能なプレートの縁部から、該プレートの動きの方向を横切る方向について、略等距離にある線を意味するものと理解される。直線という意味での厳密な中心線を意味するものではなく、というのは、プレート、プレート摺動部材、及びスリーブの形状は、手足の様々な部分の形状及び向きに一致させるために、いくらかの非対称性を有しているためである。
【００３７】
摺動可能なプレート１４と固定プレート１２とは、ストラップや、ヒンジ、帯、ねじれ要素などによって、互いに結合されており、両者の隣接する端部の間の相対距離は固定されている一方、隣接するプレートの角度的な相対的関係は変化することができる。図６Ａには、ヒンジを備えた結合部の例を示している。この例においては、固定プレート１２と摺動可能なプレート１４とは、または、２つの摺動可能なプレート同士は、ヒンジ要素２２によって結合されている。プレートには、１又は複数のスロット４４が形成されていて、プレート１２，１４は、距離Ｄだけ隔てられている。可撓性の材料４６は、プレート１２，１４に被覆成形され、プレート１２，１４の隣接する端部間の領域を満たしていて、プレートの端部とスロット４４との間にあるプレートの領域の全部又は一部分を被覆しており、線Ｂ−Ｂにおける結合部の断面図である図６Ｂに示すように、スロット４４を介して結合し、それぞれのプレートの上下の表面は、それぞれ部分的に、モールド成形された可撓性の材料によって形成された体積に含まれている。この例においては、関節を屈曲させると、プレートの隣接する端部間に配置された可撓性の材料４６の部分によって、２つのプレートが互いに回転することが許容され、関節の動きに適合する。可撓性の材料４６には、ケブラーなどの強化材料が包被され、これを用いて、結合部の耐久性を高め、また、プレート１４，１２の間の距離Ｄを増大させる効果を有するであろう、伸びを減少させる。
【００３８】
図７Ａ，Ｂ及び図８Ａ，Ｂは、プレート間を結合する、代替的なバージョンによるヒンジを示している。これらの例から理解されるように、ヒンジとは、プレートの隣接する端部間の距離が実質的に一定するようにプレートを互いに結合する特性を有してなる、２つのプレート間の任意の結合であって、結合されたプレートが互いに回動して、実質的に直線状の整列状態から、両者間に鋭角又は鈍角が形成される整列状態に変形できるような結合を表すことを意味する。そうした構造は、装置が限定された程度までねじれるように、回転の主軸に対して直交する軸線を中心として、いくらかの角度運動することを排除する意味ではない。図８の例においては、こうしたヒンジの特性を得るために、部材８８は、部材８８がピン９０によって軸支されるように、１又は複数のピン９０を用いて、堅固に又は可撓的に配置されている。別の観点においては、堅固な部材８８は、プレートに固着し又は一体的に形成しても良い。
【００３９】
許容される角度的な回転は、摺動可能なプレートの摺動方向に対して垂直で、プレートの表面に対して平行であるような軸線を中心として最も大きくなる。これは、膝や肘の結合部などの関節に対応している。関節の回転運動に適合するため、第１の軸線に対して直交する軸線を中心とした、プレートの回転も許容される。
【００４０】
図２Ｈに示すように、２つのプレートは、固定プレート１２又は摺動可能なプレート１４の表面の全部又は一部分の上に、可撓性の材料を用いた被覆成形がなされ、２つのプレートの間にウェブ結合が作られる。そうした被覆成形は、プレートが、ストラップや、帯、又はヒンジを用いて結合される場合に実行される。ヒンジは、熱可塑性エラストマーやシリコンゴムなどの可撓性材料から形成された単一部品であるか、または、プレートは、金属やプラスチックから作られた在来のヒンジによって結合される。
【００４１】
図９の側面図には、脚部６２に適用されたときの、装置の動作を示している。図９Ａは、脚部の関節が屈曲していない状態を示している。上側の摺動可能なプレート１４ｂと、下側の摺動可能なプレート１４ａとはそれぞれ、ヒンジ２２を用いて、固定プレート１２に結合されている。固定プレート１２は、装置が所定位置にあって、脚部が略真っ直ぐであるとき、膝蓋骨の上に位置決めされるように配置される。ストラップ２０は、装置を、脚部６２に対して所定位置に保持する。それぞれの摺動可能なプレート１４は、ヒンジ２２によって、固定プレートに取り付けられる。それぞれの摺動可能なプレート１４ａ，１４ｂのための、下層にあるプレート摺動部材１６は、この図には示されていない。図９Ｂに示すように、膝を途中まで屈曲させたとき、摺動可能なプレート１４ａ，１４ｂは互いに角度的に回転して、手足の運動に従う。この角度的な回転に適合するため、摺動可能なプレート１４は、プレート摺動部材１６に対して摺動することによって、摺動可能なプレート１４が取り付けられた脚部部分に対して長手方向に（すなわち、平行に）移動する。これは、摺動可能なプレート１４ａ，１４ｂと、スリーブ１０の上端１０ｂ及び下端１０ａとの関係を比較することで、分かるだろう。図９Ｃは、膝の関節が実質的に完全に屈曲した状態を示していて、摺動可能なプレート１４ａ，１４ｂは、スリーブの端部１０ａ，１０ｂに対して並進を続け、摺動可能なプレート１４ａ，１４ｂの間の角度的な関係は、屈曲した手足によって確立された関係に一致している。固定プレート１２は、膝蓋骨の上部の所定位置に維持され、膝蓋骨に直接加わる衝撃は、固定プレート１２によって吸収される。
【００４２】
図示した保護装置は、膝に適用されているけれども、肘や足首など、その他の関節も同様に保護することができる。上側の摺動可能なプレートと、下側の摺動可能なプレートとはそれぞれ、両者の間に配置された固定プレートに結合され、それぞれの摺動可能なプレートの隣接する端部が、固定プレートに結合されている。上側の摺動可能なプレートと下側の摺動可能なプレートとは、それぞれ、上側のプレート及び摺動プレートに取り付けられている。上下のスリーブは、ストラップ、または、スリーブを手足やその他の人体の部分に固定するためのその他の手段を有している。上下のスリーブの間に配置された、中央のスリーブは、固定プレートのために提供されている。
【００４３】
別の観点においては、１又は複数のスリーブを互いに結合させるか、または、少なくともひとつの共通の層を用いて、摺動可能なプレートの配置と間隔を概略維持するように製造される。スリーブを結合する共通の層又は材料は、関節を屈曲させたとき、材料が容易に伸張する弾性特性を有するように選択され、関節を屈曲させるのに必要な努力を減少させる。変形例としては、手足を横切るようにスリーブを部分的に切断したり、いくつかの層を切断したり、または、２つのスリーブを結合する部分が伸張するように材料をデザインしても良い。スリーブの結合によって、装置１は、手足に対する方位が合わせられ、摺動可能な部材を位置決めして、装置は迅速に手足に適用される。装置を手足から係脱させたときの、プレートの隣接する端部間の間隔は、装置を手足に適用するとき、代表的なユーザの手足に対して、装置の方位を合わせることを助けるように選択される。変形例としては、装置は、図５に示した手段などによって、人間工学的な要求を満たすように適合し、摺動可能なプレート１４のプレート摺動部材１６に対する位置は、取付ネジ７２の配置によって調節される。
【００４４】
別の観点においては、プレートのサイズ、構造、及び取付けは、予測される最終用途に応じて、また、デザインの特定の要求条件に適合するように、変化するが、そうした要求条件は、保護すべき領域や、力の方向や時間プロフィールを含む、予測される衝撃力のパラメータ、耐久性、安全性、及び人間工学的なファクターなどである。同様に、プレートをスリーブに取り付ける手段は、装置をそれぞれの特定の意図された目的のために使用することを容易にするように選択される。ひとつ以上の取付手段は、それぞれの意図された使用に適しており、ユーザの好みに合わせて選択される。
【００４５】
このように、固定プレート及び摺動可能なプレート、及びスリーブにおける関連する衝撃吸収の観点によれば、関節を屈曲させることが許容され、装置の部品を動かすのに必要な力は、摺動可能なプレートとプレート摺動部材との間の摩擦力を主として克服することが分かるだろう。摩擦を最小化させるために、係合及び束縛構造のサイズ、及びその長さと形状を適切に定め、材料を選択し、表面コーティングを使用する。スリーブが、それぞれの結合されたプレートと個別に関連している場合には、スリーブは、追加的な力を入力しなくても、手足の運動と共に回転式に動く。スリーブが、図２に示すように、互いに結合されている場合には、スリーブの隣接部分を結合している材料を伸ばすために、関節の動きと同じ箇所に、いくらかの追加的な力が必要になるが、スリーブの部分を結合している材料は、小さな力で降伏するようになっているので、そうした追加的な力を最小化できる。
【００４６】
例えば、図９に示すように、スリーブ１０に対する摺動可能なプレート１４の摺動は、いくらかのスリーブ１０を露出させ、衝撃は、プレート１２，１４の介入なしに、スリーブ１０に直接伝達される。特定の用途によっては、そうした状況は許容可能である。しかしながら、これが不都合になる用途においては、露出した領域に、補助プレート１０２を配置して、摺動可能なプレート１４が、必要に応じて、補助プレート１０２の上又は下に摺動するように、補助プレートのサイズ及び配置を定める。図１０Ａは、そうした構成の一部分であって、関節が屈曲していない状態における、ひとつの摺動可能なプレート１４と、ひとつの補助プレート１０２とを示している。補助プレート１０２は、固定プレート１２であるか、または、他のプレートにヒンジ結合されていない、別のプレートである。図示の如く、補助プレート１０２は、リベットや、ボルト、自己付着材料の小片などである、１又は複数の固定具１０４を用いて、スリーブ１０に固定されている。変形例としては、補助プレート１０２は、スリーブ１０の外側被覆６４と、エネルギー吸収内面６０との間に束縛しても良い。重なり合うプレートを相補的なやり方で配置することで、連続した保護表面を維持しつつ、薄い厚みの輪郭を温存する。別の観点においては、摺動可能なプレート１４の端部を越えて摺動プレート１６の長さを延ばすことによって、または、摺動プレート１６の端部を越えて摺動可能なプレート１４を延在させることによって、補助プレート１０２を省略しても良い。別の観点においては、補助プレート１０２は、小さな屈曲角度だけが必要である状況において使用しても良い。
【００４７】
補助プレートは、可動プレートと同一のスリーブに取り付けても良い。図１０Ｃ及び図１０Ｄは、図１０Ａ及び図１０Ｂの構造について、関節を屈曲させたときの状態を示している。摺動可能なプレート１４は、ヒンジの端部へ向けて並進するように、プレート摺動部材１６に対して動いている。図示の如く、補助プレート１０２と摺動可能なプレート１４との隣接する端部間には、小さい隙間Ｇが開かれているが、部品の寸法は、用途に応じて、隙間を形成しないように、または、大きな隙間が形成されるように定められる。
【００４８】
また、この装置は、肘や、その他の人体の部分を保護するために、または、補装具における他の部分を保護するために、使用できる。そうした装置は、使用上の必要に応じて、追加的な、固定プレート又は可動なプレートを具備する。固定プレートと摺動可能なプレートとの間には、すべての又はいくつかの屈曲位置において、空間が設けられ、または、固定プレート又は摺動可能なプレートの部分は重ね合わされる。固定プレート及び摺動可能なプレート又は２つの摺動可能なプレートの組合せは、関節が屈曲したとき、連続的な保護を提供するように配置される。
【００４９】
別の観点においては、装置のサイズ及び構成は、例えば胴体など、可撓性が求められるその他の人体の部分を保護するように定められる。固定プレート、補助プレート、及び摺動可能なプレートの組合せ、または、複数の摺動可能なプレートの組合せは、人体の動きに適合するのに必要となる力を最小化しつつ、屈曲可能な関節として、同一の機能を実行するように構成される。さらに別の観点としては、武具のように、手足の反対側に別のグループのプレートを適用して、関節の裏側を保護するようにしても良い。この観点においては、ひとつ以上のグループをなす、固定プレート、摺動可能なプレート、及び補助プレートが、スリーブに関連付けられる。
【００５０】
更なる例としては、装置を用いて、ロボット装置のための外骨格を形成し、自主的に動作させるか、または、手足の動き又は支持を、全体的に又は部分的に、助けるために使用する。図１１は、手足６２を支えるために使用される組立体を示している。全般的な構造は、図２の構造と類似しているが、図１１が図２Ｅに対応している点だけが、著しい相違点である。プレート摺動部材１１２は、スリーブ１０にしっかりと取り付けられ、互いに向けて重なり合うような延長部を有しており、延長部は、軸受又はピボット１１４によって結合されている。手足の反対側は、同様の構造を有していて、軸受１１４を結合している仮想軸線は、関節を屈曲させようとする中心となる軸線に対応している。摺動可能なプレート１４は、図２Ｆに示すように、プレート摺動部材１１２によって束縛され、固定プレート１２は、膝蓋骨の上において、摺動可能なプレート１４の隣接する端部間に配置される。この例においては、固定プレート１２は、スリーブ１０にしっかりと取り付けられ、または、スリーブ１０上に単に横たわり、摺動可能なプレート１４及びヒンジ２２によって所定位置に保持される。バネ装置７６，７８に代えて、液圧アクチュータを用い、プレート摺動組立体に対する摺動可能なプレートの並進を促して、これにより、ヒンジ２２から固定プレート１２へ力を伝達する。液圧アクチュータについて開示したが、用語は、リニアモーターなどのあらゆる直動アクチュータを包含する意図である。
【００５１】
さらに、ヒンジの回転は、摺動可能なプレートの並進を促すために使用される液圧アクチュータと協働して動作する、液圧アクチュータ１２０によってガイドされ又は補助される。液圧アクチュータ１２０は、（図１２に示すように）摺動可能なプレート１４に、摺動プレート１６に、または、補助プレートに、取り付けられる。レバーアーム１２２は、ヒンジ１２４に取り付けられ、液圧アクチュータ１２０は、軸線９０を中心としてヒンジ１２４を回転させる。別の変形例においては、液圧アクチュータ１２０に代えて、ステッパモータ又はその他の回転アクチュータを用い、レバーアーム１２２を省略しても良い。回転アクチュータは、ヒンジに組み込んでも良い。
【００５２】
別の観点においては、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、外骨格がロボットに使用される場合に、摺動プレート部材１１２は、例えば手足の長骨と同じ機能を有する構造部材に、しっかりと取り付けられ又はその一部分を形成し、摺動プレート部材は、軸受又はピボット１１４によって結合される。結合部の両側にあるピボット１１４は、堅い軸（図示せず）によって結合される。そうした状況においては、固定プレート１２は、堅い軸及び固定プレート１２に対して実質的に垂直である構造によって、堅い軸に結合される。
最小限の力の適用によって、構成要素の相対的な動きが得られるような装置について開示した。しかしながら、装置は、負傷を予防するために、手足の動きの範囲を制限するようにデザインしても良い。例えば、プレート及びスリーブのサイズは、関節を正常な範囲を越えて伸展させる過伸展の状況において生じるであろう、直線状態を越えた手足の屈曲時に、プレート間に締り嵌めが生じるように定めても良い。また、隣接するプレート間の締り嵌めは、関節が真っ直ぐになった後に、摺動プレートを適切な位置に復帰させるのを補助するように使用しても良い。
【００５３】
スリーブを介して外力を分配することは、負傷を防ぎ又は減少させる。関節の上下の手足の回転は、プレート間にあるヒンジのねじれ特性によって、同様に抑制され、隣接するプレートに許容される相対的な回転には制限が設けられ、屈曲に対する保護と同様な保護が提供される。
【００５４】
主として人間の保護の用途について説明して例示したけれども、プレート及びプレート間の結合、及びプレートを取り付ける方法は、同様に、補装具に、より人間的な属性をもたせるような状況や、補装具の機構を保護するために、また、ロボット装置の外骨格を形成するために、全体的に又は部分的に、使用することができる。そうした用途においては、固定プレートは、永久的又は非永久的なやり方にて、スリーブを使用し又は使用せずに、支持部材に直接、取り付けても良い。同様に、摺動可能なプレートに関連する摺動部材は、支持部材に直接、取り付けても良い。スリーブを同様に使用して、審美的な外観を提供すると共に、メカニズムにゴミやほこり又は流体が侵入するのを防いでも良い。
【００５５】
本発明のわずかに２〜３の例示的な実施形態についてだけ、詳しく上述したけれども、当業者が容易に理解するように、本発明の新規な教示及び利点から実質的に逸脱せずに、例示的な実施形態に対して多くの改変を施すことが可能である。従って、そうしたすべての改変は、特許請求の範囲に定められた本発明の範囲に包含されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】図１Ａは、固定プレートと摺動可能なプレートとを実質的に直線的な状態の手足と共に示した側面図であって、プレート摺動部材はスリーブに永久的に取り付けられている。
【図１Ｂ】図１Ｂは、固定プレートと摺動可能なプレートとを屈曲した状態の手足と共に示した側面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、手足に適合できるスリーブを示した側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ線に沿った、スリーブ及び手足の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、プレート摺動部材をスリーブに非永久的に取り付けた例を示した側面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、それぞれのプレート摺動部材に形成された、束縛溝部の例を示した側面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、手足が実質的に直線的な状態における、束縛溝部に係合された摺動可能なプレート（図示せず）からの突起部の例と、装置を手足に適用するための取付ストラップを示した側面図である。
【図２Ｆ】図２Ｆは、プレート摺動部材によって束縛された摺動可能なプレートと、自己接着ストリップを用いてスリーブに非永久的に取り付けられた、固定プレートとを示した側面図である。
【図２Ｇ】図２Ｇは、ヒンジを用いて固定プレートに結合された摺動可能なプレートの例を示した側面図である。
【図２Ｈ】図２Ｈは、図２Ｇの組立体を示した正面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ｇの摺動プレート及びプレート摺動部材を示した正面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、摺動可能なプレートをプレート摺動部材に束縛する例を示した断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、摺動可能なプレートをプレート摺動部材に束縛する、別の例を示した断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、摺動可能なプレートをプレート摺動部材に束縛する、さらに別の例を示した断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの構造を示した詳細な断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、摺動可能なプレートをプレート摺動部材に束縛する、さらに別の例を示した断面図であって、バネ戻り機構と、摺動可能なプレートとプレート摺動部材との関係を調節するための手段とを示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの線Ｂ−Ｂに沿った長手方向の断面図を示している。
【図６Ａ】図６Ａは、固定プレートと摺動可能なプレートとを結合するヒンジを含む、図２Ｈの詳細図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの線Ｂ−Ｂに沿った長手方向の断面図を示している。
【図７Ａ】図７Ａは、ストラップ又はバーの形態である、２つのプレートを結合するヒンジの例を示した正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの線Ｂ−Ｂに沿った長手方向の断面図を示している。
【図８Ａ】図８Ａは、２つのプレートを結合する、別の例によるヒンジを示していて、軸受に配置されて剛性を提供する棒を含んでいる。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの線Ｂ−Ｂに沿った長手方向の断面図を示している。
【図９Ａ】図９Ａは、手足に取り付けられた装置を示した側面図であって、手足は直線状の状態になっている。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの装置について、手足が途中まで屈曲した状態を示している。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ａの装置について、手足が実質的に完全に屈曲した状態を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、装置における摺動可能なプレートの部分の詳細を示していて、スリーブ部分の被覆を維持すべく、補助プレートが配置されており、手足は実質的に直線状の状態になっていて、摺動可能なプレートと補助プレートとは重なり合っている。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図１０Ａの構造の線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図１０Ａの組立体を示しており、手足は実質的に完全に屈曲した状態になっていて、摺動可能なプレートと補助プレートとは互いに移動している。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図１０Ｃの構造の線Ｄ−Ｄに沿った断面図を示している。
【図１１】図１１は、外骨格の部分を示していて、プレート摺動部材のプレートは、結合部の支点に実質的に対応する軸線を中心として軸受支持されている。
【図１２】図１２Ａ、Ｂは、液圧力で動作させるヒンジを示している。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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