(57)【要約】【課題】本発明は整形外科用装置に関する。【解決手段】弁座（１０）と、油圧ダンパ装置と、予張力を付与された弁ばね（３０）を介して前記弁座の方向に閉鎖力が加えられた弁体（２０）とを具備し、前記油圧ダンパ装置と前記弁座（10）との間の流体接続（４０）を備える弁（１）であって、前記弁（１）は弁ばね（３０）の予張力を調整するためのアジャスタ装置（５０）を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧ダンパと、
弁座（１０）を有し、予張力を付与された弁ばね（３０）を介して前記弁座（１０）の方向に閉鎖力を受ける弁体（２０）を有する弁（１）と、
前記油圧ダンパと前記弁座（１０）との間の流体接続（４０）と、
を具備し、
前記弁（１）は、前記弁ばね（３０）に付与された前記予張力を調節するためのアジャスタ装置（５０）を備えていることを特徴とする整形外科用装置。
【請求項２】
前記アジャスタ装置（５０）は、ねじ付ドライブを有することを特徴とする請求項１に記載の整形外科用装置。
【請求項３】
前記アジャスタ装置（５０）は、前記弁ばね（３０）に結合され、ハウジング（７０）内に取り付けられた弁ばねホルダ（６０）を有し、前記弁ばねホルダ（６０）上に形成され、前記ハウジング（７０）内に配置された第２のねじ山（７５）と係合する第１のねじ山（６５）を有することを特徴とする請求項２に記載の整形外科用装置。
【請求項４】
前記弁体（２０）上の前記予張力は、無段階に調節可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の整形外科用装置。
【請求項５】
前記アジャスタ装置（５０）は、設定マーキング（５５）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の整形外科用装置。
【請求項６】
前記アジャスタ装置（５０）は、該アジャスタ装置（５０）を作動させることができる形状適合要素（５６）を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の整形外科用装置。
【請求項７】
前記アジャスタ装置（５０）は、電動ドライブ（８０）と、前記電動ドライブ（８０）を制御する目的のために前記電動ドライブ（８０）に結合されたコントローラ（８５）と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の整形外科用装置。
【請求項８】
前記整形外科用装置は、コントローラ（８５）に結合された操作要素（９０）を有し、および／または、前記電動ドライブ（８０）を作動させるための通信インターフェース（９１）を有することを特徴とする請求項７に記載の整形外科用装置。
【請求項９】
前記整形外科用装置は、前記コントローラ（８５）に結合された少なくとも１つのセンサ（９５）を有することを特徴とする請求項７または８のいずれか１項に記載の整形外科用装置。
【請求項１０】
前記コントローラ（８５）は、少なくとも１つのセンサ値に従って前記ばねの前記予張力を調節するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の整形外科用装置。
【請求項１１】
前記コントローラ（８５）は、少なくとも１つのセンサ（９５）によって体重および／またはユーザの動きのパラメータの値を決定し、１つまたは複数の決定された値から、前記ドライブ（８０）の少なくとも１つの制御パラメータを算出するため、および前記弁ばね（３０）の前記予張力を調節するために、前記ドライブ（８０）を自動的に起動することを特徴とする請求項１０に記載の整形外科用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ダンパと、予圧された弁ばねを介して弁座の方向に閉鎖力を受ける弁体および弁座を有する弁、および油圧ダンパと弁座との間の流体接続を含む整形外科用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
整形外科に用いる装置、特にプロテーゼまたは装具は、ピストンおよびシリンダを有する油圧ダンパを備えることができ、油圧ダンパがジョイント上に配置されている場合、ピストンは一般にシリンダ内を伸長室と屈曲室とに分割する。伸長運動または屈曲運動に応じて、油圧作動油が一方のチャンバから他方のチャンバ内へと移動する。他の配置では、両チャンバは、圧縮チャンバおよび拡張チャンバとして設計される。油圧減衰ジョイント装置では、調整可能なバルブが流動弁（フローバルブ）として形成されることが多く、それを介して各流動流路（フローチャネル）の抵抗を可変または静的に設定できる。流動抵抗は、手動で調整できるか、またはモータで調整することもできる。さらに、油圧ダンパには、流動方向に応じて流体の流動を遮断する逆止弁が配置されている。弁体を所望の位置に保つために、これらのバルブは一般に、弁体を弁座に予張力するスプリングにより負荷が掛けられている。油圧オイルが逆止弁を通って確実に流れるようにするためには、スプリングのばね力に対抗する方向に圧力が利用可能である必要があり、それにより弁体が弁座から持ち上げられる。
【０００３】
一部の油圧ダンパには、最大許容圧力を超えたときに、整形外科用装置、特に油圧ダンパを機械的損傷から保護するため、または患者をケガから保護するために開く、いわゆる安全弁が取り付けられている。この安全弁は、事前に規定された圧力に達したときに開く過負荷保護である。特に油圧ダンパを備えた整形外科用装置では、設置スペースが限られている。しかしながら、整形外科用装置では、小さな力で弁体に直接または間接的に予張力を加える小さな弁ばねを介して強い力を加える必要がある。特に、弁ばねが機械的なつる巻きばね（螺旋ばね）またはコイルばねとして具体化される場合に、それらの製造に大きなばらつきがあることから、多数の弁ばねを試験することによってのみ所望の弁開放力が得られるという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、所望の弁開放力が常に存在する整形外科用装置を利用可能にすることにある。
【０００５】
本発明によれば、この目的は、主請求項の特徴を有する装置によって達成される。本発明の有利な実施形態および展開は、従属請求項、説明および図に開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の整形外科用装置は、油圧ダンパと、弁座を有し、予張力付与された弁ばねを介して弁座の方向に閉鎖力を受ける弁体とを有する弁を備え、油圧ダンパと弁座との間の流体接続では、弁が弁ばねの予張力を調整するための調整ユニットを有することが規定されている。従来の圧力逃がし弁は、ばね剛性の程度が異なることに起因して、固定された設定およびそれぞれの開放力における大きな変動を有することになるが、これに対して本発明の装置では、それぞれの弁ばねのばね剛性の程度が異なっていても、弁体の常時一定の閉鎖力を利用できるようにしているので、結果として、弁ばねの製造公差に関係なく、整形外科用装置が一定の品質を提供することになる。さらに、特定のユーザまたは患者に合わせて整形外科用装置を個別に調整することも可能である。例えば、下肢の装具またはプロテーゼなどの整形外科用装置では、必要な閉鎖力は、体重によって、またはそれぞれの関節にかかる負荷荷重によって種々変化する可能性がある。体重の軽い患者は、特定の負荷が存在するときに関節装置が降伏するように、バルブを開くために低いばね力を必要とする場合がある。一方、より重い体重の患者であるか又はより重い荷重の場合は、例えば患者に荷重が掛かっている場合には、より高い閉鎖力を設定することができる。弁ばねの予張力を変更して閉じる力を設定すると、バルブを様々な使用目的で、例えば様々なモデルサイズで各種の整形外科用装置に適合させることができる。
【０００７】
本発明の発展形態では、それを介して弁ばねに予張力を付与することができるねじ付きドライブを有するアジャスタ装置が提供される。弁ばね自体は、コイルばね又はつる巻きばね（螺旋ばね）などの機械的ばねとして構成することができ、特に押圧力または引張力を介して弁体を弁座のなかに押したり引いたりすることができる。同様に、代替の弁ばね、例えばエラストマー要素、または予め張力をかけられた圧縮可能な容積、例えばガス充填袋（ブラダー）を提供することが可能である。弁体は、弁ばねと直接接触することができる。代替的に、弁体を弁座のなかに押し込むために、弁体の閉鎖力を、キャリア要素または好ましくは非圧縮性流体を介して弁体に加えることができる。
【０００８】
アジャスタ装置は、弁ばねに連結されてハウジングに取り付けられ、ハウジングに配置された第２のねじ山と係合する第１のねじ山が形成される弁ばねホルダを有することができる。アジャスタ装置は、少なくとも弁ばね及び弁体とともに、離れた別のハウジング内に弁ばねホルダと一緒に挿入することができ、モジュールとして構成することができる。
【０００９】
代替え的に、ハウジングは、整形外科用装置のハウジングの一部、例えば、内部にねじ山が配置または形成された流路であってもよく、弁ばねが予張力付与されるか又は緩んでいる弁ばねホルダのねじ山と係合させることができる。弁ばねホルダは、その上にまたはその中に弁ばねが取り付けられ、そしてそれを介して弁ばねが引っ張られ得るか、または弛緩され得るように、例えば、スタブ、スリーブまたは同様のレシーブ装置として構成することができる。アジャスタ装置の移動方向に応じて、弁ばねはねじ込み式ドライブを介して事前に張力が付与されているか、または弛緩している。
【００１０】
弁体は、ほぼすべての所望のレベルになり得る予張力を用いて、弁座の方向に予張力を付与することができる。油圧システムを保護するため、または特定の患者や特定の使用条件に油圧ダンパを適合させるために利用できる閉鎖力に応じて、アジャスタ装置によって予張力の力を設定および適合させることができる。予張力の力は、ばねの製造における偏差または変動を補償し、ユーザおよび／または意図された用途に正確に適合できるようにするために、無段階で調整可能になっていることが好ましい。この無段階調整機能により、予張力の力のばらつきが大幅に低減され、予張力の力をごく僅かな偏差で目的の値に設定することができる。所望の値からの予張力の力の偏差は、好ましくは１０％未満、特に好ましくは５％未満である。例えば、９ｋＮの所望値では、予張力の力を±０．４ｋＮの精度に設定することができる。
【００１１】
アジャスタ装置は、設定マーキングを有することができる。その結果として、ユーザまたは整形外科技術者は、いずれの場合にも、設定マーキングに基づいて所望の閉鎖力を設定することができるようになる。ばねを取り付けた後に、弁体に対して試験力を加えることができる。設定されたテスト力に達する前に弁が開くと、予張力が増加する。弁が未だ開いていない場合は、ばねの予張力が減少するため、弁を閉じる力も減少する。適用される試験力の段階的変化、および所望の試験力に達したときのそれぞれの設定マークの配置によって、それぞれの設定マークまたはそれぞれの設定マークは、各ばねに個別に適用され得る。
【００１２】
アジャスタ装置は、好ましくはアジャスタ装置を作動させることができる形状適合要素を有する。スロット、クロススロット、多角形プロファイル、トルクス（登録商標）ソケット、六角形ソケット、または対応する突起として構成された形状適合要素によって、ツールまたは電動ドライブからアジャスタ装置に力を伝達することができる。
【００１３】
本発明の発展形態では、電動式駆動装置と、電動式駆動装置を制御する目的で電動式駆動装置に結合されたコントローラとを有するアジャスタ装置が提供される。駆動は、特に電動駆動として設計される。弁ばねの予張力を調整するための代替のモータ駆動装置が可能であり、それが提供される。電動式駆動装置を介して、駆動装置の作動または停止により、アジャスタ装置に直接アクセスすることなく、それぞれ所望の方向にそれぞれ所望の調節を行うことができる。
【００１４】
整形外科用装置は、好ましくは、コントローラに結合された操作要素を有し、および／または電動式駆動装置を制御するための通信インターフェースを有しているので、リモートコントロールによって、または装具、プロテーゼ、車椅子、または別の整形外科用デバイスの操作要素によって、それぞれのばねの予張力の調整を達成することができる。
【００１５】
本発明の発展形態では、コントローラに結合された少なくとも１つのセンサを有する整形外科用装置が提供される。センサを介してユーザに関するデータまたは整形外科用装置の使用に関するデータをコントローラに供給することが可能であり、それによりばねの予張力を設定することができるため、閉止力または弁体がバルブを開くための圧力を開始することができる。ダンパの使用者が自分で直接設定する場合、または、整形外科技術者が手動調整を介してか又はインターフェースや操作要素を用いた電動調整を介して直接設定する場合、センサを使用して、使用状況ごとに、または特定の活動のために、またはユーザの変更のために、積極的な設定を自動的に実行することが可能である。油圧システムがピーク荷重による損傷を受けないようにするため、または過剰な力が補綴物または装具デバイスを介して患者に伝達されるのを防ぐようにするために、スポーツなどの特別な活動、重りを運ぶため、または登山や階段を降りるなどの特別な機能のために、特別な閉鎖圧力または制限値を設定することが好都合な場合がある。それぞれの関節またはそれぞれの整形外科用装置は、限界圧力に達したときに降伏する。下肢の関節の場合は、主に膝または足首の関節の屈曲中において限界圧力に達したときに降伏する。足首の関節の場合は、伸展運動中において限界圧力に達したときに降伏する。
【００１６】
少なくとも１つのセンサ値に従って予張力を調整するコントローラを備えた能動制御により、患者または特定の活動に対する改善された個別化および適応を達成することが可能である。
【００１７】
本発明の発展実施形態では、少なくとも１つのセンサによって体重および／または運動のパラメータ値を決定し、決定した１つまたは複数のパラメータ値から、ドライブの少なくとも１つの制御パラメータを計算するようにコントローラが構成されること、および、弁ばねの予張力を調整するためのドライブを自動的に起動することが提供される。特に、体重負荷は、例えば、軸力センサを介して測定することができ、同様に、加速度、モーメント、または空間位置に基づいて、それに基づいてバルブが自動的に調整される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。
【図１】図１は、バルブの概略断面図。
【図２】図２は、電動アジャスタ装置を備えた図１の変形例を示す概略断面図。
【図３】図３は、バルブを備えた油圧ダンパを示す概略断面図。
【図４】図４は、使用例を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、油圧ダンパまたは他の油圧システムの一部に配置された弁座１０を有する弁１を示す概略断面図である。図示の例示的な実施形態では、弁座１０は、後でより詳細に説明される油圧ピストン１６０内に配置される。弁座１０には、高圧側を低圧側に接続する貫通孔４０または通路が形成されている。通路４０は、弁体２０によって閉じられている。図示の例示的な実施形態では、弁体２０は、通路４０内に突出し、通路４０を閉じる円錐状の先端部を有する。弁座１０の上または内部の弁体２０の接触面を拡大するために、弁座１０に接触斜面を配置することができる。弁体２０は、図示の例示的な実施形態では、つる巻ばねまたはコイルばねとして構成されるばね３０を介して弁座１０に対して予張力を加えられている。弁体２０は、その周囲にコイルばね３０が配置される突起またはボルト状のスタブ２３を有する。スタブ２３は、コイルばね３０用のガイドとして機能する。
【００２０】
コイルばね３０およびそれと共に弁体２０は、ピストン１６０上に配置されたスリーブ７０内で案内される。スリーブ７０は、ピストン１６０の一部とすることができるか、またはピストン上に固定させることができる。スリーブ７０は、弁座１０ならびに弁体２０およびばね３０の両方を取り囲み、バルブ１が開いているときに、油圧流体または適切な場合は空気圧流体が高圧側から通路４０を通って通過できる出口７４を備えている。スリーブ７０の内側には弁ばねホルダ６０が配置されている。弁ばねホルダ６０は、同様に、コイルばね３０が取り付けられるボルト状のスタブ６３を有する。弁ばねホルダ６０の外面上において、弁ばねホルダ６０はスリーブ７０の内壁の内ねじ７５に噛み合うねじ６５を備えている。ねじ山６５，７５を介して、弁ばねホルダ６０を一方向または他の方向に回転させることにより、ばね３０を圧縮または弛緩させることが可能である。弁ばねホルダ６０を弁体２０の方向に移動させると、ばね３０が圧縮され、弁体２０が弁座１０に押し付けられて通路４０を閉じる閉鎖力が増大する。弁ばねホルダ６０が弁体２０から離れるように動かされると、ばね３０は弛緩し、閉鎖圧力が低下する。これは、弁体２０を弁座１０から持ち上げるために、高圧側でごく僅かな圧力が必要であること、および、油圧流体および／または空気圧流体が高圧側から通過し、出口７４を通って逃げることができるように通路４０が開くことを意味している。出口７４は、高圧側の均圧容器または油圧システムの休止（レスト）への接続ラインにつなぐことができる。
【００２１】
弁ばねホルダ６０内の中央に配置されているのは、非円形の凹みであり、その中に、アジャスタ装置５０の対応する形状のピンが係合する。アジャスタ装置５０の弁ばねホルダ６０から離れる方向に向けられているのは、対応する形状の工具を挿入することができる六角形の凹部の形状の形状適合要素５６である。アジャスタ装置５０を一方向または他の方向に回転させることにより、弁ばねホルダ６０への形状嵌合カップリングを介して弁ばね３０の弛緩または増加した予張力が達成される。アジャスタ装置５０の外面には、調整実施者がどこまで予張力が行われたかを確認できるマーキング５５が配置されている。このマーキングは、予張力の力の段階的な変化を示すことができ、その結果、予張力の力を定性的にだけでなく定量的にも制御可能に調整することができる。
【００２２】
図２に、図１のバルブ配置の変形例を示す。この変形例では、機械的および手動で操作されるアジャスタ装置５０の代わりに、モータ駆動アジャスタ装置５０が弁ばねホルダ６０に連結されている。ネジ山６５，７５を介した弁座１０、弁体２０、および予張力ばね３０の基本的な機械構成は変更されない。弁体２０から離れた弁ばねホルダ６０の端部に配置されている駆動装置８０として、特に、歯車装置８２を介して弁ばねホルダ６０に連結される電動ドライブ８０が配置されている。電動ドライブ８０はコントローラ８５に接続され、コントローラ８５は、対応する制御信号を介して一方向または他の方向にモータ８０を駆動するために、少なくとも１つのセンサ、操作デバイスまたは通信インターフェースに接続することができる。スリーブ８０内の弁ばねホルダ６０の回転により、ねじ式駆動装置は、弁体２０の方向に、または弁体から離れる方向に弁ばねホルダ６０の軸方向変位をもたらし、それに関連してばね３０の予張力または弛緩を増加させる。
【００２３】
歯車装置８２は、弁ばねホルダ６０を介してばね３０を圧縮または弛緩させるために、モータ８０自体は静止したままであり、出力シャフトを介して歯車装置８２のみが駆動するように、特にスピンドル駆動として配置または構成することができる。他のアジャスタ装置５０も同様に、歯車変速機がなくても機能する、例えば純粋な線形調整のための装置を設けることができる。コントローラ８５は、有線または無線でドライブ８０に接続することができる。
【００２４】
図３に、図２のコントローラ８５を割り当てることができる、油圧ダンパ１００の形状の油圧システムの断面図を示す。油圧アクチュエータ１００は、例えば、ハウジングを装具または人工補綴物に固定するために軸受容器１５０が固定されるハウジング１３０を有する。ハウジング１３０の内部には、油圧ピストン１６０がピストンロッド１４０上で長手方向に移動できるように配置されたシリンダが形成されている。油圧ピストン１６０は、屈曲室１３１を伸長室１３２から分離している。ピストン１６０から離れる方向に向けられたピストンロッド１４０の端部において、例えば、より低い位置に油圧アクチュエータ１００を固定できるようにするために、ハウジング１３０上の軸受容器１５０に類似する軸受装置をさらに設けることができる。
【００２５】
長手方向に変位可能なピストン１６０の内部には、弁体２０が挿入される弁座１０が形成されている。ピストン１６０のピストンロッド側では、同様に円形断面の弁体２０が、凹部、特に円筒形状の中空部に挿入され、弁ばね３０を介して弁座１０の方向に力を加える。また、例示的な実施形態ではピストン１６０の一部であり、かつ空洞を取り囲むスリーブ７０の内側に配置されているのは、その外面に、スリーブ７０の内ねじ山７５に対応して構成される外ねじ山６５を有する弁ばねホルダ６０である。
後端に非円形または多角形の窪みの形状の形状適合要素５６を有するアジャスタ装置５０を通して、そのアジャスタ装置５０の変位により、および、したがって、ねじ駆動部を介して軸方向に調整可能な弁ばねホルダ６０の変位により、ピストンロッド１４０を介するばねの予張力の手動調整を達成することができる。回転の方向に応じて、ばね３０は緩められるかまたは引っ張られる。屈曲運動における油圧ダンパ１００の作動の過程で、屈曲室１００において過負荷ピークが発生する場合、弁体３０がばね３０のばね力に抗して弁座１０から押し出され、弁座１０から押し出されることにより弁１が開き、これにより通路４０が開通して、油圧流体が流路（図示せず）を介して屈曲室１３１から伸長室１３２内に流れることができる。伸長運動において高圧が生じた場合に弁１を制御された方法で開くことができるように、屈曲室１３１および伸長室１３２を周囲で変更することも原理的には可能である。予張力ばね３０の調整可能能力のおかげにより、一方では、弁体２０の開放圧力をより正確に調整することができ、他方では、使用中の予張力を様々な活動、様々な歩行状況、または整形外科用装置の使用者の変化に合わせて調整し、対応する調整を実現することができる。
【００２６】
本発明の例示的な実施形態が図４に示されている。この図４には下肢の装具が示されている。装具は、腰部ストラップまたは腰部アタッチメント２を介して患者の体幹に固定される。ストラップを介して締結装置として大腿部に締結することができる大腿部シェル３は、ジョイントピン５を介して腰部アタッチメント２に固定されている。大腿部シェル３から遠位に、足支持部を備えた下肢シェル４が、枢動ピン６を介して大腿部シェル３に関節式に接続されている。装具の上部および下部の間にそれぞれ配置される２つの油圧アクチュエータ１００が提供される。腰部アタッチメント２と大腿部シェル３との間には、油圧アクチュエータ１００が固定されており、ピボットピン５まわりに枢動する間に、ピストンロッド１４０がハウジング１３に出入りする。これに対応して、ハウジングを備えた第２の油圧アクチュエータ１００は、大腿部シェルの軸受容器１５０を介して、およびピストンロッド１４０および下腿部シェルまたは下腿部パーツ４の固定点を介して取り付けられる。ここでも、ピボットピン６を中心とした枢動は、ピストンロッド１４０とハウジング１３０との間の相対的な動きをもたらし、ハウジング１３０内のピストン１６０の動きをもたらす。センサ９５、例えば、圧力センサ、加速度センサ、力センサまたは角度センサは、装具上に配置され、コントローラ８５に接続される。同様に、示されている例示的な実施形態では、操作要素９０、例えば、タッチスクリーンの形態で、大腿部シェル３上に配置されており、バルブ１の予張力を調整する目的で、コントローラ８５、したがって電動ドライブ８０を操作することを可能にする。さらに、通信インターフェース９１は、例えば中央制御を介してソフトウェア更新を実行するために、大腿部シェル３上の例示的な実施形態では装具に配置されるか、または、データとエネルギを取得して、油圧ユニットを備えた整形外科用装置に送信するか、またはデータ評価を実行する。
【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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2021509840.tif 000008
2021509840.tif 000009
2021509840.tif 000010
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