(57)【要約】【課題】背屈を向上させてユーザの足取りを向上させると同時に長い有効寿命及び耐久性を維持する義足の提供。【解決手段】義足が、弾性材料で作られている本体を備えたソールプレートを有する。ソールプレートは前後方向に細長く、ソールプレートの前方部分はつま先部分を構成し、後方部分はかかと部分を構成する。ソールプレートと接触状態にある平板状部分を備えた足首部材が、かかと部分のところでソールプレートに固定されている。足首部材は、平板状部分の前方に位置決めされると共に移行部分によって平板状部分から分離された延長部分を有する。弾性パッドが、足首部材の接触部分とソールプレートとの間に設けられている。弾性パッドと足首部材の延長部分は互いに隙間を形成しており、使用者の体重が初期接触に続いて前方に移されると、足首部材の延長部分が前方に傾斜して弾性パッドと延長部分との間に形成された隙間を減少させて義足の背屈を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
義足であって、
弾性材料で作られた可撓性本体を備えるソールプレートを有し、前記ソールプレートは、前後方向軸線に沿って細長く、前記ソールプレートの前方部分が、つま先部分を構成し、後方部分が、かかと部分を構成し、
前記ソールプレートと接触状態にある平板状部分を備えた足首部材を有し、前記足首部材は、前記かかと部分のところで前記ソールプレートに固定され、前記足首部材は、前記平板状部分の前方に位置決めされると共に移行部分によって前記平板状部分から分離された延長部分を有し、
前記足首部材の接触部分と前記ソールプレートとの間に設けられた弾性パッドを有し、
前記弾性パッドと前記足首部材の前記延長部分は、互いに隙間を形成しており、使用者の体重が初期接触に続いて前方に移されると、前記足首部材の前記延長部分が前方に傾斜して前記隙間を減少させ、前記弾性パッドに接触して前記ソールプレートを前記弾性パッド回りに弓形にし、前記ソールプレートの応力を減少させると共に分散させ、前記ソールプレートは、撓んで前記義足の背屈を向上させて前記ユーザの足取りを向上させる、義足。
【請求項２】
前記弾性パッドは、前記ソールプレートに沿って前方方向又は後方方向に動くことができ、それにより前記延長部分と前記弾性パッドにより形成された前記隙間のサイズを調節して前記義足の背屈を調節する、請求項１記載の義足。
【請求項３】
前記弾性パッドの厚さは、前記延長部分と前記弾性パッドにより形成された前記隙間のサイズを変更して前記義足の背屈を変更するよう調節可能である、請求項１記載の義足。
【請求項４】
前記足首部材と関連したカプラを有し、前記カプラは、前記足首部材を下肢人工装具に接合するよう動作できる、請求項１記載の義足。
【請求項５】
前記ソールプレートは、繊維材料で補強されたポリマーを含む複合材料の本体で形成されている、請求項１記載の人工装具。
【請求項６】
前記繊維材料は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ポリマー繊維、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項５記載の義足。
【請求項７】
前記ソールプレートは、ガラス繊維強化又は炭素繊維強化ポリマー複合材、及びこれらの組み合わせで形成されている、請求項６記載の義足。
【請求項８】
前記ソールプレートは、４〜１９Ｍｐｓｉの可撓性を有する、請求項７記載の義足。
【請求項９】
前記弾性パッドは、６０〜９０のショアＡスケール硬さを有する、請求項１記載の義足。
【請求項１０】
前記弾性パッドは、２０〜６０ポンド／立方フィート（３２０〜９６０ｋｇ／ｍ3）の密度を有する、請求項１記載の義足。
【請求項１１】
前記弾性パッドは、ゴム、ウレタン、及び独立気泡フォームから成る群から選択された材料で作られている、請求項１記載の義足。
【請求項１２】
義足であって、
弾性材料で作られた可撓性本体を備えるソールプレートを有し、前記ソールプレートは、前後方向軸線に沿って細長く、前記ソールプレートの前方部分が、つま先部分を構成し、後方部分が、かかと部分を構成し、
前記ソールプレートと接触状態にある平板状部分を備えた足首部材を有し、前記足首部材は、前記かかと部分のところで前記ソールプレートに固定され、前記足首部材は、前記平板状部分の前方に位置決めされると共に移行部分によって前記平板状部分から分離された延長部分を有し、
前記足首部材の接触部分と前記ソールプレートとの間に設けられた弾性パッドを有し、
前記ソールプレートは、ユーザの足取りを向上させるために４〜１９Ｍｐｓｉの可撓性を有する、義足。
【請求項１３】
義足であって、
弾性材料で作られた可撓性本体を備えるソールプレートを有し、前記ソールプレートは、前後方向軸線に沿って細長く、前記ソールプレートの前方部分が、つま先部分を構成し、後方部分が、かかと部分を構成し、
前記ソールプレートと接触状態にある平板状部分を備えた足首部材を有し、前記足首部材は、前記かかと部分のところで前記ソールプレートに固定され、前記足首部材は、前記平板状部分の前方に位置決めされると共に移行部分によって前記平板状部分から分離された延長部分を有し、
前記足首部材の接触部分と前記ソールプレートとの間に設けられた弾性パッドを有し、
前記弾性パッドは、前記義足の背屈を調節するために前後に動くことができる、義足。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に義足に関する。本発明は特に、踝下（sub-malleolar ）非関節運動型義足に関する。
【０００２】
なお、本願は、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，６７０号の優先権主張出願であり、この米国仮特許出願を参照により引用し、その記載内容を本明細書の一部とする。
【背景技術】
【０００３】
義足は、下肢人工装具の非常に重要なコンポーネントである。義足は、エネルギーを確実に蓄えたり放出したりしなければならず、しかも、ユーザが歩いているとき、走っているとき又は定位置に立っているときに、筋肉運動と正しく協調するよう多くの運動の自由度で撓まなければならない。加うるに、義足は、埃、汚れ、種々の液体、及び広範な動作温度にさらされることを含む周囲条件下において多数回の動作サイクルにわたり信頼性のある動作をもたらさなければならない。加うるに、義足は、比較的安価であり且つ保守しやすいということが、一般的に望ましい。
【０００４】
先行技術は、自然な足の動きを真似る義足の製造において多大な技術進歩をもたらした。これら器具のうち大抵のものは、機械的に複雑であり且つ多くの可動部品を用いている。かかる器具は、極めて良好であり且つ信頼性のある性能上の特性をもたらすが、特に大量生産用途及びかかる器具を支援したり保守したりする複雑精巧な技術的インフラを備えていないユーザ間ではこれらのコスト及び複雑さが高いのでこれらの使用が制限されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
踝下（全ての機械的部品は、足関節（又は距腿関節）の頂部のところの骨突起又は踝の下に配置される）非関節運動型器具は、一般に、ソールプレートと組み合わせて用いられる非関節運動型足首部材を含む機械的に単純な人工装具から成っている。かかる器具のソールプレートは、通常、比較的剛性であり且つ耐久性のある材料、例えば炭素繊維等で作られている。剛性材料を使用することは、大きな力又は負荷にさらされるソールプレートの長い有効寿命を計算に入れている。しかしながら、かかる剛性材料により、ソールプレートが自然な足取りを可能にするのに十分な可撓性を持たないという欠点が生じる場合がある。非常に剛性の高い材料又は厚みのある材料は、耐久性を高めることができるが、ソールプレートのかかと（ヒール）が自然な足の動作に近くなるのに十分な期間にわたり地面との接触を維持することができるほどは撓まない。そのような早まったかかとの持ち上げにより、人工装具の使用者の自然な足取りが損なわれ、心理的及び身体上の疲労が増大する。
【０００６】
したがって、当該技術分野においては、可撓性の高いソールプレートを有し、それにより背屈を向上させてユーザの足取りを向上させると同時に長い有効寿命及び耐久性を維持する人口装具が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に詳細に説明するように、本発明は、関節連結部材を備えておらず、関節運動部材を含むエミュレートし、非常に長い有効寿命全体を通じて快適で自然な足の運動を提供する義足を提供する。加うるに、本発明の義足は、定期的な保守又は調整を必要とせず、しかも、比較的安価である。本発明のこれ利点及び他の利点は、図面の記載及び以下の説明から明らかになろう。
【０００８】
義足が、先行技術においては代表的な度合よりも低い材料剛性又は全体的部品剛性の弾性材料で作られている本体を備えたソールプレートを有する。ソールプレートは、前後方向に細長く、ソールプレートの前方部分は、つま先部分を構成し、後方部分は、かかと部分を構成する。ソールプレートと接触状態にある平板状部分を備えた足首部材が、かかと部分のところでソールプレートに固定されている。足首部材は、平板状部分の前方に位置決めされると共に移行部分によって平板状部分から分離された延長部分を有する。弾性パッドが、足首部材の接触部分とソールプレートとの間に設けられている。弾性パッドと足首部材の延長部分は、互いに隙間を形成しており、使用者の体重が初期接触に続いて前方に移されると、足首部材の延長部分が前方に傾斜して弾性パッドと延長部分との間に形成された隙間を減少させて義足の背屈を向上させると同時にソールプレートを弾性パッド回りに弓形にし、ソールプレートの内部応力を分散させることにより重要な耐久性要件を保持する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、下肢人工装具に取り付け可能であり、自然な足の運動を提供する義足に関する。本発明の義足は、弾性材料の本体で形成されたソールプレートを有する。ソールプレートは、前後方向に細長く、ソールプレートの前方部分は、つま先部分を構成し、後方部分は、かかと部分を構成する。ソールプレートと接触状態にある平板状部分を備えた足首部材が、かかと部分のところでソールプレートに固定されている。足首部材は、平板状部分の前方に位置する延長部分を更に有する。足首部材をソールプレートに取り付けると、延長部分は、ソールプレートの表面から間隔を置いて配置される。義足は、足首部材の延長部分とソールプレートの間の空間内に設けられた弾性パッドを更に有する。
【００１０】
次に図１を参照すると、本発明に従って構成された義足１０の実施形態が示されている。義足１０は、ソールプレート１２を有している。ソールプレート１２は、弾性材料で作られており、本発明の開示の前後の脈絡の中で、弾性材料は、力が加えられると曲げられ又は違った仕方で変形する場合があり、かかる力が除かれると、その元の形状に戻る材料を意味するものと理解されたい。先行技術においては、ソールプレートの弾性材料は、典型的には、耐久性に関する設計上の要件により、適正な足取りに関する力学的条件に必要なレベルを超える場合の多い高度の剛性を有している。本発明では、ソールプレート１２は、ポリマー複合材、例えば繊維強化複合材から二次加工されるのが良い。強化材料は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、又は任意他の高強度繊維のものであるのが良い。かかる材料は、異方性又は疑似等方性複合材には限定されず、等方性材料、例えばばね鋼のものであって良い。本発明では、ソールプレート１２に利用される材料は、ガラス繊維強化ポリマー複合材であるのが良い。
【００１１】
ソールプレート１２は、一般に、足の裏に対応した形状を有し、この点に関し、一般に、前後方向軸線に沿って細長く、ソールプレートの前方部分は、足のつま先（トウ）部分に相当し、後方部分は、足のかかと（ヒール）部分に相当している。ソールプレート１２の厚さ及び組成は、その撓み特性を特定のユーザの要望に合わせるよう様々であって良い。本発明では、ソールプレート１２は、４〜１９Ｍｐｓｉ(Mポンド/平方インチ）の可撓性又は材料モジュラス特性を有するのが良い。ソールプレートの材料の厚さは、可撓性を上述の範囲内に維持するよう調節可能である。例えば、剛性の低い材料を用いた場合、ソールプレートを厚くするのが良い。これに対し、剛性の高い材料を用いる場合、ソールプレートを薄くするのが良い。可撓性の高いソールプレート１２を用いると、ソールプレート１２の背屈により、かかと部分は、自然な足取りを真似るよう長く地面と接触状態のままでいることができる。ソールプレート１２の可撓性は、弾性パッド１８と関連して、足取りを向上させることができ、しかも長い寿命を有する耐久性のある義足１０を提供することができる。
【００１２】
図１及び図３を参照すると、足首部材１４が、ソールプレート１２に接触するよう動作する底面２０を有している。底面２０は、ソールプレート１２のかかとの付近に位置する平板状部分２２を有している。平板状部分２２は、平板状部分２２の前方に間隔を置いて位置する移行部分２４のところで上方に傾斜している。移行部分２４の前方に間隔を置いて延長部分２６が設けられており、この延長部分は、上方に傾斜した僅かに湾曲状態のプロフィールを有している。
【００１３】
足首部材１４は、ソールプレート１２に結合されていて、平板状部分２２が、ソールプレート１２のかかと領域に接触するようになっている。１対のボルト１６ａ，１６ｂが、足首部材１４に形成されたスロットを貫通して足首部材１４をソールプレート１２のかかと部分に固定するようになっている。足首部材１４の延長部分２６は、足首部材１４をソールプレート１２に取り付けると、ソールプレート１２の下方部分から間隔を置いて位置する。足首部材１４の延長部分２６と弾性パッド１８は、隙間２８を形成する。足首部材１４は、これと関連したコネクタ３０を更に有している。このコネクタ３０は、足を下肢人工装具の残部に接合するよう機能する。
【００１４】
さらに図１に示されているように、弾性パッド１８は、足首部材１４の延長部分２６とソールプレート１２の下方部分との間の空間内に設けられている。この弾性パッド１８は、代表的には、軟質ポリマー材料で作られている。この材料は、人工装具を個々のユーザに合わせるよう選択可能である。本発明の一特徴では、この材料は、独立気泡ポリエステル又はポリエーテルフォームである。このフォームは、２０〜６０ポンド／立方フィート（ｐｃｆ）（３２０〜９６０ｋｇ／ｍ3）の密度を有するのが良い。この材料は、ゴム、例えばＳＢＲであっても良く、ゴム材料のデュロメータ範囲は、６０〜９０ショアＡスケール硬さを構成する。特性が様々な他の材料を本発明により使用して弾性パッド１８を形成しても良いことは、理解されるべきである。弾性パッド１８は、図２に示すようにソールプレート１２に沿って前方に動かされてソールプレート１２の可撓性に影響を及ぼし、それによりユーザの足取りを調整することができるが、これについては以下に詳細に説明する。加うるに、弾性パッド１８の厚さ及び硬さは、ソールプレート１２に可撓性を調整するようこの場合も又図４に示すように調整可能である。
【００１５】
本明細書において用いる足取りという用語は、歩き方として定義できる。足取りは、下肢、上肢、及び体幹の往復運動を含む非常に複雑な活動であり、足取りは、ひとまとまりの足取りサイクルにおいて互いに逆の下肢に同時に起こり、次に同じ下肢に起こる２つの別々の相に分割できる。このサイクルは、２つの相、即ち、スイング（swing）及びスタンス（stance）に分けられる。スタンス相は、足が地面と接触状態にあるときの期間であり、スイング相は、足が体重支持面に当たっていない期間を意味している。スタンス相は、３つの段階、即ち、１）かかとが地面に当たったときの接触段階、２）十分な地面との接触を始め、そしてかかとが持ち上がった状態で終わるミッドスタンス段階、３）足が地面を離れるために準備する推進段階を含む。
【００１６】
人の足の接触段階中、足は、体重の大部分が外縁部に加わった状態でかかとの後側面部分のところで着地する。次に、体重が内縁部に次第にシフトする。というのは、足は、回内運動位置まで下に且つ内方に動く。これは、距骨下関節の内旋により達成される。足弓は、かかとの打撃力を分散させるよう平らになり、中間足弓が、解除し、張力を解放すると共に足弓靱帯の靱帯の可撓性を高めて衝撃吸収及びでこぼこの地形学的特徴への適合を容易にする。足球部は、最初に地面に接触する。ミッドスタンス段階の間、体重は、足の後方部分から前方部分にシフトする。回内運動は、足が回外運動まで上方且つ前方に回り始めると終わる。距骨下関節及び弛緩した中間足構造は、剛性になり、足をこれが体を前方に進むようにする梃子として働くよう準備させる。体重は、直接足の上に移る。推進中、足は、効果的に梃子になり、後方構造は、力をもたらし、足球部は、梃子の支点として役立つ。体重を外縁部にシフトさせた状態で、足は、効果的に下方に動き、下肢から遠ざかる。つま先で立つことにより、足は、地面から遠ざけられて体重を支持しないスイング相の状態に進められ、その後ついにはスタンス相が次の地面接触の際に繰り返し起こる。
【００１７】
人工装具では、ソールプレートは、人工装具のソケットと関連して、ソールプレートのかかとからソケットの中心までの垂直距離であるかかとレバー及びソケットの中心線からソールプレートの前方端部までの垂直距離であるつま先レバーを定める。これらレバーは、ソケットを足との関係で動かしてつま先レバーかかかとレバーかのいずれかを短くし、対応のレバーを拡大することにより操作できる。つま先レバーを長くすると、かかとの持ち上げが遅れ、膝延長部がスタンス相の間、長く支持される。
【００１８】
本発明の義足１０の動作原理を説明すると、ソールプレート１２は、ユーザが前方に足を踏み出すとその長さに沿って撓む。足首部材１４の後側部分は、ソールプレート１２のかかと部分に固定されていて、足首部材の後方平板状部分２２が、ソールプレート１２の後方かかと部分と一緒に動くようになる。ユーザの体重が初期接触に続き後方又は前方に移されると、足首部材１４の延長部分２６は、前方に傾斜し、弾性パッド１８と延長部分２６との間に形成された隙間２８を減少させる。次に、延長部分２６は、弾性パッド１８に接触してこれを圧縮し、それによりソールプレート１２を弾性パッド１８回りに弓形にしてソールプレート１２の応力を減少させて分散させ、それにより長い有効寿命を促進する。加うるに、ソールプレート１２の撓みにより、足の背屈特性が向上し、それにより、足は、延長部分２６との完全接触状態が達成されるまで地面と長期間にわたって接触したままであり、それにより義足１０のユーザのより自然な足取りが促進される。上述したように、弾性パッド１８を図２に示すようにソールプレート１２に対して前方に動かすのが良い。前方方向への弾性パッド１８の運動は、延長部分２６と弾性パッド１８との間の隙間２８が増大するので、足の背屈を増大させるという作用効果を有する。これと同様に、弾性パッド１８の厚さを図４に示すように減少させても良く、この場合も又足の背屈が増大する。弾性パッド１８の存在は、足首部材１４の前方傾動を制限するのに役立ち、又、当業者であれば理解されるように、運動度は、弾性パッド１８を構成する材料の厚さ及び（又は）硬さを選択することにより選択できる。
【００１９】
本発明の変形実施形態では、多数の弾性パッド１８を足首部材１４とソールプレート１２との間に位置決めしても良い。例えば、多部品から成る足首部材の通過を可能にするよう中間部にスロットが形成されたソールプレート１２を本発明により利用することができる。かかる設計例では、弾性パッド１８は、スロットの互いに反対側でソールプレート１２と足首部材１４との間に位置決めして上述したのと同一の機能を実行するのが良い。
【００２０】
本発明を例示的に説明した。理解されるべきこととして、用いた用語は、性質上、本発明を限定するものではなく説明のための用語である。本発明の多くの改造例及び変形例を上記の教示に照らして想到できる。したがって、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で、具体的に説明した形態以外の形態で実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に従ってソールプレートと足首部材との間に設けられた弾性部材を有する義足の側面図である。
【図２】図１の義足の側面図であり、弾性部材がソールプレートに対して前方に動かされている状態を示す図である。
【図３】本発明の義足の足首部材の側面図である。
【図４】厚さの減少した弾性部材を有する図１の義足の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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