(57)【要約】      （修正有）【課題】減衰シリンダ内において２つの減衰室を互いに分離させる減衰ピストンと、この２つの減衰室の接続路内に配置される減衰弁とを有し、運動減衰装置に内蔵される減衰液に対する減衰弁の透過率が制御部により制御されうる、制御可能な運動減衰装置に関する。【解決手段】両減衰室１２，１３は、電磁的に影響を受けない減衰液が充填され、制御部は、磁気粘性流体が充填される摺動ピストン機構２１を有し、摺動ピストン機構２１は、減衰ピストン１０’に力作用的に結合される摺動ピストン２２を有し、摺動ピストン２２は、自身の流動抵抗に関して制御可能な磁界発生装置３０の影響を受ける上記磁気粘性流体を介して減衰弁１５に接続される作動部に作用する。【選択図】図３
2005331107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減衰シリンダ（１０）内において２つの減衰室（１２，１３）を相互に分離させる減衰ピストン（１０’）と、前記２つの減衰室（１２，１３）の接続路（２８，２９）内に配置される減衰弁（１５）とを有し、運動減衰装置（４）内に内蔵される減衰液に対する前記減衰弁（１５）の透過率が制御部（２１，１６）により制御される制御可能な運動減衰装置（４）において、両減衰室（１２，１３）は、電磁的作用を受けない減衰液が充填され、前記制御部は、磁気粘性流体が充填される摺動ピストン機構（２１）を有し、前記摺動ピストン機構（２１）は、前記減衰ピストン（１０’）に力作用的に結合される摺動ピストン（２２）を有し、前記摺動ピストン（２２）は、自身の流動抵抗に関して制御可能な磁界発生装置（３０）の影響を受ける前記磁気粘性流体を介して前記減衰弁（１５）に接続される作動部（１６）に作用することを特徴とする制御可能な運動減衰装置（４）。
【請求項２】
前記摺動ピストン機構（２１）は、前記摺動ピストン（２２）により分離される２つの作動室（２３，２４）を含み、前記作動室（２３，２４）を相互に接続する迂回路（２６，２７）により前記迂回路（２６，２７）の流動抵抗が前記磁界発生装置（３０）によって調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の運動減衰装置。
【請求項３】
前記減衰弁（１５）は、前記作動部を形成すると共に復元ばねによって案内されるラム（１６）に接続され、前記ラム（１６）は、隔壁（３１）に調節可能に接続され、前記隔壁（３１）は、前記摺動ピストン機構（２１）を前記迂回路（２６、２７）によって相互に接続される２つの作動室（２３，２４）に分割することを特徴とする請求項２に記載の運動減衰装置。
【請求項４】
前記減衰弁（１５）は、前記減衰シリンダ（１０）に隣接して配置され、前記摺動ピストン機構（２１）は、前記減衰シリンダ（１０）と同軸に配設されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の運動減衰装置。
【請求項５】
前記減衰弁（３８，３９）は、前記減衰ピストン（１０´）と同軸に配設されると共に、前記減衰ピストン（１０’）の構成部分をなすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の運動減衰装置。
【請求項６】
前記運動減衰装置と前記摺動ピストン機構は、回転ピストン（１０ａ，２２ａ）の形態をなし、前記減衰弁（６５）と前記迂回路（７２，７８）は、扇形に延在する壁部（６１，７１）内に設けられ、前記減衰弁は、回転弁（６５）の形態をなし、前記迂回路（７２）は、作動部の構成部分として回転翼（７５）を内蔵し、前記回転弁（６５）及び前記回転翼（７５）は、軸（９２）により相互に接続されると共にねじりばね（９０）によって正常位置において保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の運動減衰装置。
【請求項７】
前記減衰弁（１５）は、制御ピストン（８２）により前記作動部（１６）に接続され、前記作動部（１６）は、磁界発生装置（８５，８６）によって調節可能な複数の各迂回路（８０，８１）によって前記摺動ピストン機構（２１）に接続され、前記迂回路（８０、８１）は、個々の前記磁界発生装置（８５，８６）の作動によって前記制御ピストン（８２）をあらゆる所望の位置に、特に前記摺動ピストン（２２）の移動に従った位置に調節することを特徴とする請求項１又は２に記載の運動減衰装置。
【請求項８】
前記運動減衰装置は、磁気粘性流体の代わりに電気粘性流体を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の運動減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減衰シリンダ内の２つの減衰室を相互に分離させる減衰ピストンと、上記２つの減衰室の接続路内に配置される減衰弁とを有する運動減衰装置に関する。この運動減衰装置に内蔵される減衰液に対し、減衰弁の透過率が制御部によって制御される。
【背景技術】
【０００２】
このような人工膝関節用の制御可能な運動減衰装置は、ドイツ特許出願公開第１０２１４３５７号公報により公知である。この運動減衰装置における減衰シリンダは、減衰シリンダ内において減衰ピストンの軸方向の移動により押し退けられる減衰液としての役割を果たす磁気粘性流体が充填されており、この磁気粘性流体は、上記減衰シリンダ内において減衰ピストンによって分離される２つのシリンダ室を接続する減衰弁を介して流動する。減衰ピストンを変位させ、以って所望の減衰効果を達成するためには、減衰弁の透過率によって、減衰ピストンに作用する相応の大きな又は小さな力が必要になる。上記公知の運動減衰装置においては、減衰弁の透過率を制御する装置は、より高い又はより低い強さに制御される磁界によって、磁気粘性流体の粘度を公知の方法で変化させ、以って減衰シリンダ内における該流体の流動抵抗を相応に変化させる１つ以上の電磁石の形態をとる。上記公知の公報において、２つの実施例が減衰弁の構成に関して示されている。一方の実施例によれば、減衰弁は、該減衰弁と減衰ピストンとの間における隙間によって構成され、この隙間には、制御可能な磁界が透過する。また他の実施例によれば、減衰ピストンにより分離される２つの減衰室は、減衰ピストンが移動するとその中で磁気粘性流体が流動する迂回路によって接続される。この迂回路は磁界発生装置を通り、上記磁界発生装置の制御可能な磁界が、該磁界の領域内において流動する磁気粘性流体の粘度を、それぞれの所望の態様で制御して減衰を増減させる。
【０００３】
さらに他の公知の運動減衰装置は、ヨーロッパ特許第０９５７８３８Ｂ１号公報において記載されており、この運動減衰装置も同様に磁気粘性流体を減衰液として内蔵する。
【０００４】
公知の運動減衰装置において用いられる磁気粘性流体（ＭＲＦ）は、小さい磁化可能粒子を含むことから、約３の範囲内の、したがって鉄の相対密度の２分の１に近い、高い相対密度を有する流体である。その結果、運動減衰装置に対する所要の流体装填量という観点において、運動減衰装置は非常に重くなり、このことは、該装置の実際の使用に関して著しい欠点となる。何よりもＭＲＦの粘度を自由自在に増加させることができず、すなわち飽和が起こり、このことは、より高い磁力にもかかわらず、減衰において如何なる増加も達成され得ないことを意味する。
【０００５】
さらにまた、国際公開第９９／２７２７３号公報により、減衰装置内における磁気粘性流体の量を減じることを目的として、その一方の減衰室は従来の減衰液、たとえば油を内蔵する一方で、他方の減衰室は磁気粘性流体を内蔵するが、この磁気粘性流体は、減衰液としても作用し、このため運動減衰装置の重量の相当な割合を占める、運動減衰装置が周知である。
【０００６】
また、従来の減衰液、特に油のみが用いられ（たとえば米国特許第６，１１３，６４２号公報）、かつ、減衰液の流通がその操作に多大な電流を必要とし、このために減衰装置用に相応に強い電源が必要となる減衰弁の形態をとる、電磁式滑り弁を手段として達成される人工膝関節用運動減衰装置が周知である。
【０００７】
このような義足用運動減衰装置は、電子制御部内に記憶されるプログラムにより制御さ
れる。その一例は、英国特許出願公開第２３２８１６０Ａ号公報に記載されている。
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２１４３５７号公報
【特許文献２】ヨーロッパ特許第０９５７８３８Ｂ１号公報
【特許文献３】国際公開第９９／２７２７３号公報
【特許文献４】米国特許第６，１１３，６４２号公報
【特許文献５】英国特許出願公開第２３２８１６０Ａ号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、運動減衰装置が高い動力対重量比と低いエネルギ消費量と高速応答性とを有するような減衰シリンダと減衰ピストンと減衰弁とを備えた、実際の運動減衰装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は、最初に示された運動減衰装置に関して、両減衰室は、電磁的作用を受けない減衰液が充填され、制御部は、磁気粘性流体が充填される摺動ピストン機構を有し、摺動ピストン機構は、減衰ピストンに力作用的に結合される摺動ピストンを有し、摺動ピストンは、自身の流動抵抗に関して制御可能な磁界発生装置の影響を受ける磁気粘性流体を介して減衰弁に接続される作動部に作用する、という点において達成される。
【発明の効果】
【００１０】
このように設計された運動減衰装置においては、直接の減衰部分にはいかなる磁気粘性流体も全く内蔵されず、その結果、周知の同様の運動減衰装置と比較すると、運動減衰装置の関連部分は、通常の減衰液、すなわち減衰油またはガス、特に空気のみを内蔵するため、大幅に軽量化される。実際の運動減衰装置に必要とされる空間と比較すると、制御部内に内蔵される磁気粘性流体は、相対的に小さい空間に閉じ込められ、制御部を満たすためだけに供せられるが、この磁気粘性流体は、何らかの顕著な減衰効果を伴うのではなく、減衰弁の制御を容易にする小さい力の伝達のみを行い、その減衰弁が、運動減衰装置の減衰の程度を決める役割を果たす。
【００１１】
さらにまた、この運動減衰装置は、磁気粘性流体の使用から開放されるため、そうでなければこの流体によって引き起こされる摩耗現象の大幅な減少という重要な利点が得られる。この摩耗現象は、流体に添加される磁化可能粒子によって引き起こされ、たとえば人工膝関節の場合のように、多大な力が運動減衰装置において吸収される必要がある場合に、当然のこととして、特に著しい影響を及ぼす。このような摩耗は、従来の減衰油が用いられる場合には、その減衰油により潤滑されるためにこの点においていかなる摩耗も全く見られない、所要のシール要素の部分において特に影響を及ぼす。
【００１２】
本発明に係る運動減衰装置において、磁気粘性流体は、摺動ピストン機構に集中せしめられるが、摺動ピストン機構は、小さい物理的寸法を有しており、すなわち過剰な重量を有さない。さらにまた、摺動ピストン機構は、相対的に小さい力、すなわち減衰弁に作用する力のみを伝達するが、これは、減衰弁が調節のためにいかなる力も特に消費することを必要としない場合であり、このことは特に摩耗減少効果を有する。そのために必要とされる力は、減衰ピストンが摺動ピストン機構の摺動ピストンに力作用的に結合されているため、いわば減衰ピストンから流用される。したがって、その結果として摺動ピストン機構またはそれが制御する減衰弁を作動させるために、いかなる追加の力発生装置も必要としない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記摺動ピストン機構の有利な制御態様は、摺動ピストン機構が、摺動ピストンにより
分離される２つの作動室を含み、その作動室を相互に接続する迂回路により、迂回路の流動抵抗が磁界発生装置によって調節可能である点において達成される。その迂回路は、迂回路に作用する磁界発生装置によって、作動部に対する摺動ピストン機構の作用を有利な態様で制御することを可能にする。
【００１４】
有利な実施態様として、減衰弁は、上記作動部を形成すると共に復元ばねにより案内されるラムに接続され、このラムは、隔壁に調節可能に接続され、隔壁は、摺動ピストン機構を、迂回路によって相互に接続される２つの作動室に分割する。その結果、各移動段階後に、作動部、以って減衰弁がそれらの正常位置に戻され、その位置から運動減衰装置の上記２つの構成要素が、新しく開始される移動段階の性質、特に速度に応じて移動せしめられ、上記段階に対する所望の効果が達成される。
【００１５】
減衰シリンダに対する摺動ピストン機構の明瞭な配置は、減衰弁が減衰シリンダに隣接して配置され、摺動ピストン機構が減衰シリンダと同軸に配設される場合に達成される。しかしながら、これに代わる方法として、減衰弁を減衰ピストンと同軸に配設すると共に、この減衰弁を減衰ピストンの一つの構成要素とすることである。その結果、特に小型の設計を得ることができる。
【００１６】
運動減衰装置の設計に関し、一方において、例えば自動車のショックアブソーバの場合のように、減衰ピストンを減衰シリンダ内に配置してそのシリンダ内において移動させることができる。しかしながら、これに代わる方法として、運動減衰装置と摺動ピストン機構との各々に回転ピストンの形態をとらせると共に、減衰弁と迂回路との各々を扇形に延在する壁部内に設け、減衰弁に回転弁の形態をなさしめると共に、迂回路に作動部の構成要素として回転翼を内蔵させ、回転弁と回転翼とを回転軸により相互に接続すると共に、ねじりばねによってそれらの正常位置において保持することも可能である。したがって、これは本質的に回転対称の構成であり、これにより同様に有利に取り付けることが可能になる。
【００１７】
減衰弁を制御しうる格別の可能性は、該減衰弁が、制御ピストンにより作動部に接続され、作動部が、磁界発生装置によって調節可能な複数の各迂回路をその摺動ピストン機構内に内蔵し、迂回路が個々の磁界発生装置の作動によって制御ピストンをあらゆる所望の位置、特に摺動ピストンの移動に従った位置に調節するという点において構成される。復元装置とは無関係に選択的に制御可能な、このような摺動ピストン機構を用いることにより、磁界発生装置の相応の調節によって、摺動ピストンの移動や磁界発生装置の不作動といった潜在的な減衰設定を含めて、減衰弁のあらゆる所望の制御を達成することが可能になる。このような制御形態は、たとえばセンサにより、減衰されるべき運動のある一定の運動シーケンス、たとえば医学的に必要とされる運動減衰形態用に設計されるミニコンピュータ用のプログラムから開始されうる。
【００１８】
制御部を操作するための磁気粘性流体の代わりに、同等の効果を有する流体、すなわちその粘度が電界により影響される電気粘性流体を用いることも可能である。
【００１９】
また、本発明に係る制御可能な運動減衰装置は、人工補装具、特に義足だけではなく、ショックアブソーバの場合のような往復運動の減衰を含む、他の用途における使用にも適したものであることを指摘しておく。
【実施例】
【００２０】
本発明の実施例が図面に示されている。
【００２１】
図１および２において概略的に示される義足は、上側下肢部３を貫く軸２のまわりにお
いて回転しうる、人工膝関節１を有する義足である。上記上側下肢部３上において足部５へと向かう方向に、上側下肢部３と足部５との間において接続部としての役割を果たす、下側下腿部６が配置されている。膝関節１には、下肢部３から離反する方向において、大腿部断端を受ける役割も果たす大腿部７が取り付けられる。膝関節１が屈曲すると、該関節のレバーアーム８は、足部５の方へと移動せしめられ（図２参照）、このことが、図３及び図４に示される運動減衰装置の減衰ピストンラム９を相応に変位させる。図１及び図２において符号４により示される上記運動減衰装置は、所望のプログラムに従って膝関節の移動を減衰させ、運動減衰装置４は、その位置において上側下肢部３に対して若干変位せしめられる。このような変位を可能にするために、運動減衰装置４は、足部５の方を向くその側部において、軸１１上に支持される。プログラムにより運動減衰装置４を制御することは、本発明の範囲内には含まれない。これに関しては、たとえば上記英国特許第２３２８１６０号公報を参照することができる。
【００２２】
したがって、図１に示される義足の伸展位置から始って、人工膝関節１は、軸２のまわりに回転可能であり、膝関節１が略半屈曲位置にある状態において、減衰ピストン１０’（図３及び図４参照）が図１に示されるその位置と比較してさらに運動減衰装置４内へ挿入された、図２において示される位置をとる。
【００２３】
この限りにおいて、これは、基本的にヨーロッパ特許第０８５７８３８号公報に示された種類の公知の設計である。
【００２４】
図３は、図１及び図２に概略的に示された運動減衰装置４の内部構造を示す。この運動減衰装置４は、減衰ピストンラム９を有する。減衰ピストンラム９は、減衰シリンダ１０内で変位することができ、減衰ピストン１０’を同時に変位させる。減衰ピストン１０’は、減衰シリンダ１０を２つの減衰室１２，１３に分割し、減衰室１２，１３は、減衰液、特に従来の減衰油で満たされる。しかしながら、この減衰液は、空気等の気体であってもよい。減衰液は、減衰ピストン１０’が移動されると押し退けられ、このことが、上側路部分２８と下側路部分２９とによって構成される接続路内において、対応する流れを生じさせる。いずれの路部分２８，２９も減衰弁１５により相互に接続され、減衰弁１５は、図３に示されるその位置において、減衰ピストン１０’が変位せしめられると、減衰弁１５が減衰室１２，１３の間における圧力の実質的に流動抵抗を伴わない均等化を可能にするように、２つの路部分２８，２９を相互に接続する。
【００２５】
減衰弁１５は、減衰弁１５の作動部として作用するラム１６を内蔵している。このラム１６が変位せしめられると、減衰弁シリンダ１９内において変位可能に支持される２つの弁体１７，１８を変位させる。ラム１６が図３に示される位置にある状態では、２つの弁体１７，１８の間における空隙２０が、２つの路部分２８，２９の流体接続部を形成し、その結果として、減衰弁１５が図３に示される位置にあることにより、運動減衰装置は、減衰ピストン１０’の移動を可能にし、実質的に減衰されない状態に維持される。
【００２６】
しかしながら、ラム１６が２つの弁体１７，１８を変位させると、その結果として、弁体１７，１８は、路部分２８，２９を幾分か閉鎖し、路部分２８，２９は、空隙２０内において終端する。このため、これによって路部分２８，２９により形成される迂回路内において起こる流動抵抗の増大により、減衰ピストン１０’に変位に対する抵抗を発生させ、以って膝関節１（図１及び図２参照）の移動について所望の減衰が起こる。この減衰効果を有する減衰弁１５の調節を、以下により充分に説明する。
【００２７】
減衰ピストンラム９は、摺動ピストン機構２１内へと突出すると共に、その機構内において摺動ピストン２２を変位させる。摺動ピストン２２は、摺動ピストン機構２１を、２つの分離された作動室２３，２４に分割し、作動室２３，２４は、迂回路２５により相互
に接続される。摺動ピストン機構２１と作動室２３，２４に接続される各室には、磁気粘性流体が充填される。したがって、減衰ピストン１０’が、以って摺動ピストン２２が変位せしめられると、迂回路２５内に内蔵される磁気粘性流体は、迂回路２５の２つの部分２６，２７を通して流動せしめられる。迂回路部分２６，２７と液圧的に並列に、弾性隔壁３１が配置される。弾性隔壁３１はダイヤフラムばねによって形成され、その弾性により、そこに接続されるラム１６の復元ばねとして作用する。このような構造の結果、減衰ピストン１０’が移動されると、次のような動作原理が働く。すなわち、減衰ピストン１０’が摺動ピストン２２に作用し、該ピストンがそれぞれ正圧及び負圧を作動室２３，２４に加え、それぞれの差圧が迂回路２５によって均等化される。最初、隔壁３１の２つの側部に対する差圧はなく、したがって、その結果として、ラム１６の位置は、影響を受けないままに維持される。しかしながら、磁気粘性流体の流動抵抗が２つの迂回路部分２６，２７内において増大すると、このことが隔壁３１の２つの側部に対して対応する正圧及び負圧を生じしめ、隔壁３１は、そのために相応に変位し、ラム１６を同時に変位させる。ラム１６は、弁体１７，１８を変位させ、その結果として、路部分２８または路部分２９のいずれかの出口が狭められ、このことにより、２つの減衰室１２，１３の接続路が狭められる。これにより、減衰ピストン１０’の移動に相応する減衰、したがって図１及び図２に示される義足の移動の減衰が引き起こされる。
【００２８】
２つの迂回路部分２６，２７を通して流れる磁気粘性流体の粘度は、電流がそれを通って流れるコイルである磁界発生装置３０によって影響される。このコイルは、電流のそれぞれの強さに基づいて磁界を発生させ、磁界は、迂回路部分２６，２７によって公知の態様で閉じられる。この部分において磁界が強くなると、磁気粘性流体の粘度が増大し、その結果として、隔壁３１の両側部に対して対応する差圧が生じ、したがって減衰弁１５の対応する移動が生じ、これが運動減衰装置９／１０の対応する減衰となって現れる。
【００２９】
上記説明の内容から、減衰ピストン１０’と減衰シリンダ１０とによって構成される運動減衰装置は、従来の減衰液を用いる減衰弁１５によって作用する一方、プログラムの電気信号に基づき、磁気粘性流体により制御される減衰弁によって運動減衰装置の減衰を制御するという特定の利点が有利に利用され、減衰弁の操作のためのエネルギは、摺動ピストン機構によって減衰ピストンの移動から流用される。この摺動ピストン機構は、磁気粘性流体が充填されるため、電気信号によって減衰弁を有利に制御することができる。
【００３０】
図３に示される運動減衰装置の設計において、減衰弁１５は、減衰シリンダ１０に隣接して横方向に配置される。逆に、図４に示される実施態様においては、減衰弁は、減衰ピストンと同軸に配設され、この設計は、図３の実施態様と比較すると、図１及び図２に示されるように、運動減衰装置内への収容に関して寸法上の利点がある。
【００３１】
このような同軸配置は、図４に示されている。図４に示される実施態様において、運動減衰装置は、図３に示された実施態様のように、減衰ピストンラム９と減衰シリンダ１０とを有し、減衰シリンダ１０の内部において、該減衰ピストンラム９が減衰ピストン１０’を変位させる。この場合、減衰ピストンラム９は、その長手方向に、内面が２つの減衰室１２，１３の迂回路を形成する管体３４を有する。その迂回路は、管体３４の２つの開口部３６，３７を跨いで延在し、開口部３６，３７は、内方に中空部３８内へ延びる。中空部３８を取り巻くと共に、図４に示される位置において、減衰室１２，１３を開口部３６，３７により相互に接続される弁部３９が、管体３４内において変位可能に保持されている。弁部３９が変位すると、開口部３６，３７が幾分か閉じられる。このことは、図３における弁体１７，１８の変位に対応している。
【００３２】
弁部３９の変位は、図３の実施態様と同様に、ダイヤフラムばねの形態をとる隔壁４１により移動されるラム４０によって達成される。隔壁４１は、シリンダ４４と該シリンダ
内の軸方向に移動可能な摺動ピストン４５とによって形成される摺動ピストン機構の２つの室４２，４３の間において、ラム４０の弾性復元ばねを形成する。摺動ピストン４５は、管体３４から垂設される。管体３４は、減衰ピストンラム９の延長部であり、減衰ピストンラム９、すなわち膝関節が移動されると、往復移動する。ラム４０が減衰ピストンラム９によって同時変位することが妨げられない限り、開口部３６，３７に対する弁部３９の変位は起こらない。その結果、減衰ピストン１０’の対応する移動により、２つの減衰室１２，１３内に含まれる減衰液は、中空部３８を通って自由に流動することができる。したがって、減衰効果を生ずるであろう差圧が２つの減衰室１２，１３内において発生することは不可能である。減衰ピストンラム９の移動、したがって人工膝関節の移動は、これにより減衰されない状態で維持される。
【００３３】
このラム４０の移動はまた、室４２，４３内に含まれる磁気粘性流体を押し退ける隔壁４１の対応する変位によって達成され、これは、２つの室４２，４３を相互に接続する迂回路部分４６，４７により妨害されることなく行なわれる。図３の実施態様と同様に、迂回路部分４６，４７は、磁界発生装置４８，４９を備えており、相応の電流、以って迂回路部分４６，４７に作用する磁界が付与されれば、磁界発生装置４８および４９は、磁気粘性流体の粘度に相応の影響を及ぼし、以って隔壁４１の変位を妨害する。磁界発生装置４８，４９は、環状磁石の形態をとることができる。これにより、いわば固定ラム４０と摺動ピストン４５との間に相対的な移動が起こり、これが、弁部３９と開口部３６，３７との間における、相応の相対的な移動となって現れる。これにより、弁部３９を内蔵する減衰弁の調節が起こり、その結果として、ラム９の移動、以って義足の移動が相応に減衰される。したがって、作用原理に関して、図４の実施態様は図３のものと同一である。このため、この点に関しては、図３に関連して示された説明の内容を参照されたい。
【００３４】
図４に示される実施態様の設計の利点は、この設計の運動減衰装置においては、減衰弁と関連の制御部とが互いに前後に同軸に配置され、これにより、こうした運動減衰装置の実施態様を、図１及び図２に示されたように配置することが簡単になる、ということである。
【００３５】
図３及び図４に示されたように、減衰シリンダと該減衰シリンダと一体に軸方向に移動される減衰ピストンとを有する運動減衰装置の構成は、減衰シリンダ内において、回転する態様で移動する回転ピストンを用いて達成することができる。これは、図５ａないし図５ｅに図示される実施態様において示され、図５ａは、図５ｂの線Ａ−Ａにおける断面図であり、図５ｃは、図５ｂの線Ｂ−Ｂにおける断面図である。
【００３６】
図５ａに示される実施態様において、減衰ピストンは、軸５５の周りに回転する回転ピストン１０ａの形態をとる。回転ピストン１０ａは、減衰シリンダ５９の内壁５８上においてシール５７により密封しながら支持される翼５６を有する。回転ピストン１０ａは、減衰翼５６から離反する方向を向いたその側部上において、減衰シリンダ５９の扇形に延在する壁部５８内に埋設されるシール６０と密封接触を維持する。これにより、減衰シリンダ５９内において、減衰翼５６を有する回転ピストン１０ａによって相互に分離される２つの減衰室６２，６３が形成される。
【００３７】
２つの減衰室６２，６３は、接続路６４により相互に接続され、この接続路６４内に減衰弁６５が回転可能に設けられる。減衰弁６５の作用モードが、図５ｄ１、図５ｄ２及び図５ｄ３と関連して、より詳細に説明される。減衰弁６５が図５ａに示される位置にある状態では、２つの減衰室６２，６３内に含まれる減衰液は、一方の減衰室６２から他方の減衰室６３内へ、かつこれと逆方向にも同様に、実質的に妨害されることなしに流動することができる。
【００３８】
回転ピストン１０ａには、摺動ピストン２２ａ（図５ｃ参照）を有する摺動ピストン機構７０が同軸に接続され、摺動ピストン２２ａは、図５ａの回転ピストン１０ａのように回転ピストンの形態をとり、回転ピストン１０ａが回転すると同時に回転する。図５ａの回転ピストン１０ａのように、摺動ピストン２２ａは、摺動ピストン２２ａが回転すると同時に回転するベーン６６を有する。図５ｃに示される摺動ピストン機構の内壁６７に対する摺動ピストン２２ａ及びベーン６６の密封は、回転ピストン１０ａと関連して上記に説明された態様と同じ態様で達成される。
【００３９】
義足が屈曲されると、図５ａないし図５ｅにおいて示される運動減衰装置は、図３及び図４に示された運動減衰装置の作動に対応する態様で作動する。すなわち、人工膝関節が屈曲されると、回転ピストン１０ａが回転する。その結果、回転ピストン１０ａと摺動ピストン２２ａは、図５ｂに示される接続部材９１によって回転に関し固定された状態で相互に接続されているため、ベーン６６を有する摺動ピストン２２ａも、図５ｃに示されるように回転する。
【００４０】
図５ａに示される設計と同様に、２つの作動室７３，７４の間における接続部７２を有する壁部７１は、摺動ピストンシリンダ７０の内部へと突出している。接続部７２内には回転翼７５が嵌合し、回転翼７５は、その一方の側部に作用する圧力によって相応に回転する。摺動ピストン２２ａを内蔵する摺動ピストン機構７０には、磁気粘性流体が充填される。この磁気粘性流体は、ベーン６６が回転したときに一方の作動室７３から他方の作動室７４へと接続部７２を通して押し退けられると共に、回転翼７５を相応に同時に変位させる。この同時変位は、図３に示された隔壁３１の場合と同様に、相応に調節されるねじりばね（９０）による抵抗を有する回転翼７５によって妨害される。油圧的に、接続部７２は迂回路７８と並行に接続されており、迂回路７８は、透過性がある場合には、磁気粘性流体を、実質的に妨害することなしに一方の作動室７３から他方の作動室７４へ、そしてこれと逆方向にも同様に流動させる。迂回路７８内には、２つの磁界発生装置７９，７９’が設けられ、磁界発生装置７９，７９’は、相応に調節される電流によって迂回路７８を介する流体の流れを制御する磁界を発生させる。磁界発生装置７９，７９’は、環状磁石の形態をとりうる。迂回路７８を通る磁気粘性流体の流れが磁界発生装置７９，７９’によって妨害されればされる程、２つの作動室７３，７４における差圧の効果が増大して、これが回転翼７５の相応の移動となって現れる。回転翼７５の軸９２は、図５ｅに示されるように、減衰弁６５に直接接続されており、減衰弁６５は、それが回転すると、図５ｄ１，図５ｄ２及び図５ｄ３に明確に示されているように、接続路６４を通る減衰液の流れを幾分か妨害して、以ってベーン５６の回転移動の、以って減衰ピストン１０ａの回転移動の相応の減衰を引き起こす。
【００４１】
図５ｅに、共通軸９２を介した回転翼７５と減衰弁６５との間の接続が図示されている。
【００４２】
上記実施態様の制御可能な運動減衰装置において、減衰ピストンのいずれの方向における各行程の移動は、現在の磁界の強さに基づいて、磁気粘性流体によって減衰される。したがって、行程の終りには、減衰効果もまた喪失する。しかしながら、減衰効果をそれぞれの磁界発生装置の励起によって調節される固定値に、恒久的に調節することも可能である。その実施態様は、図６において示され、この実施態様は、減衰シリンダと減衰弁とを有する減衰ピストンに関して、図３に示された設計と同一である。しかしながら、図６に示される実施態様においては、減衰弁１５（図３の場合と同じ参照符号）の移動は、次のように行われる。
【００４３】
減衰弁１５は、ラム１６によって調節され、以って、図３の実施態様に関連して説明されたように、自身の位置と減衰ピストンラム９の減衰とを変化させる。図３にしたがった
実施態様の場合と同様に、ラム１６を変位させるエネルギは、減衰ピストンラム９の移動から流用される。この減衰ピストンラム９は、自身と摺動ピストン２２とが移動されると、路８０，８１内において、図３の実施態様に示されるように、摺動ピストン機構２１を有する部分を満たす磁気粘性流体を押し退ける。路８０，８１は、制御ピストン８２により分離される室８３，８４内へと延出し、すなわち、室８３，８４内における圧力が、制御ピストン８２の相応の軸方向変位を引き起こす。それぞれの室８３，８４に加わる上記圧力は、磁界発生装置８５，８５’と８６，８６’とにより制御される。各磁界発生装置８５，８５’と８６，８６’は、路８０または８１から室８３または８４への接続部に作用し、以って、それらの磁界の強さに基づいて制御ピストン８２の変位に相応の影響を及ぼす。路８０は、接続部８７により室８４に接続される。したがって、２つの各路８０，８１によって制御ピストン８２のそれぞれの所望の側部に作用を及ぼすことが可能となり、その結果として、制御ピストン８２は、磁界発生装置の制御に従って選択的に変位せしめられる。この制御ピストン８２の変位により、減衰弁１５は、ラム１６によって相応に調節され、これにより減衰ピストン９の固定的減衰がもたらされる。
【００４４】
このような減衰調節は、ラム１６と減衰弁１５とに接続されると共に公知の構造の磁気センサを内蔵するセンサ８８によって指示され、この磁気センサは、自身の調節によって、減衰弁１５の調節を再現すると共にこの調節を制御部に伝達するための、様々な装置を作動させる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、制御可能な運動減衰装置を有する義足の伸展位置における図である。
【図２】図２は、同じ義足を示す図であり、膝に代わる義足部分が屈曲位置にある場合を示す。
【図３】図３は、減衰弁が減衰シリンダに隣接して配置されてなる運動減衰装置の設計を示す図である。
【図４】図４は、減衰弁が減衰ピストンと同軸に配設される運動減衰装置の設計を示す図である。
【図５ａ】図５ａは、運動減衰装置と摺動ピストン機構との各々が回転ピストンシリンダの形態をなす運動減衰装置の設計を示す図である。
【図５ｂ】図５ｂは、運動減衰装置と摺動ピストン機構との各々が回転ピストンシリンダの形態をなす運動減衰装置の設計を示す図である。
【図５ｃ】図５ｃは、運動減衰装置と摺動ピストン機構との各々が回転ピストンシリンダの形態をなす運動減衰装置の設計を示す図である。
【図５ｄ】図５ｄは、運動減衰装置と摺動ピストン機構との各々が回転ピストンシリンダの形態をなす運動減衰装置の設計を示す図である。
【図５ｅ】図５ｅは、運動減衰装置と摺動ピストン機構との各々が回転ピストンシリンダの形態をなす運動減衰装置の設計を示す図である。
【図６】図６は、減衰弁がいかなる所望の位置にも調節可能な運動減衰装置の設計を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  膝関節
２  軸
３  上側下肢部
４  運動減衰装置
５  足部
６  下側下肢部
７  大腿部
８  レバーアーム
９  減衰ピストンラム
１０  減衰シリンダ
１０’  減衰ピストン
１１  軸／減衰ピストンディスク
１２  減衰室
１３  減衰室
１５  減衰弁
１６  ラム
１７  弁体
１８  弁体
１９  減衰弁シリンダ
２０  空隙
２１  摺動ピストン機構
２２  摺動ピストン
２３  作動室
２４  作動室
２５  迂回路
２６  迂回路部分
２７  迂回路部分
２８  路部分
２９  路部分
３０  磁界発生装置
３１  隔壁
３４  管体
３６  開口部
３７  開口部
３８  中空部
３９  弁部
４０  ラム
４１  隔壁
４２  室
４３  室
４４  シリンダ
４５  摺動ピストン
４６  迂回路部分
４７  迂回路部分
４８  磁界発生装置
４９  磁界発生装置
５５  軸
５６  減衰翼
５７  密封部
５８  内壁
５９  減衰シリンダ
６０  密封部
６２  減衰室
６３  減衰室
６４  接続路
６５  減衰弁
６６  ベーン
６７  内壁
７０  摺動ピストンシリンダ
７１  壁部
７２  接続部
７３  作動室
７４  作動室
７５  回転翼
７８  迂回路
７９  磁界発生装置
７９’  磁界発生装置
８０  路
８１  路
８２  制御ピストン
８３  室
８４  室
８５  磁界発生装置
８６  磁界発生装置
８７  接続部
８８  センサ
８９  発光ダイオード
９０  ねじりばね
９１  接続部材
９２  軸
【図１】
2005331107.tif 000003
【図２】
2005331107.tif 000004
【図３】
2005331107.tif 000005
【図４】
2005331107.tif 000006
【図５ａ】
2005331107.tif 000007
【図５ｂ】
2005331107.tif 000008
【図５ｃ】
2005331107.tif 000009
【図５ｄ】
2005331107.tif 000010
【図５ｅ】
2005331107.tif 000011
【図６】
2005331107.tif 000012
【外国語明細書】
Controllable motion damper
The invention relates to a controllable motion damper with a damping piston, said damping piston separating two damping chambers from each other in a damping cylinder, and with a damping valve disposed in a connecting channel of the two damping chambers, the transmissivity of said damping valve for a damping fluid contained in the motion damper being controlled by a control device.
Such a controllable motion damper for an artificial knee joint is known from DE-OS 10214357. The damping cylinder in said motion damper is filled with a magnetorheological fluid serving as damping fluid, said magnetorheological fluid being displaced by the axial movement of a damping piston in the damping cylinder, wherein the magnetorheological fluid flows through a damping valve, said damping valve connecting the two cylinder chambers in the damping cylinder, said cylinder chambers being separated by the damping piston. Depending on the transmissivity of the damping valve, correspondingly larger or smaller forces acting on the damping piston are required in order to displace the damping piston and thus to achieve the desired damping effect. In the known motion damper, the device controlling the transmissivity of the damping valve is in the form of one or more electromagnets which, through a magnetic field controlled for higher or lower intensity, correspondingly change in known manner the viscosity of the magnetorheological fluid and thus its flow resistance in the damping cylinder. In the known publication, two illustrative embodiments are provided for the arrangement of the damping valve. According to one embodiment, the damping valve consists of a gap between the damping valve and the damping piston, the gap being permeated by a controllable magnetic field. According to a further embodiment, the two damping chambers separated by the damping piston are connected by a bypass channel in which the magnetorheological fluid flows when the damping piston moves. The bypass channel passes through a magnetic field generator, wherein the controllable magnetic field of said magnetic field generator controls the viscosity of the magnetorheological fluid flowing in the region of the magnetic field in the respectively desired manner for more or less damping. 
A further known motion damper is described in EP 0957838 B1, said motion damper likewise containing a magnetorheological fluid as the damping fluid. 
The magnetorheological fluid (MRF) used in the known motion dampers is a fluid which, because it contains small magnetizable particles, has a high relative density in the range of approximately 3, this therefore being close to half the relative density of iron. Consequently, in view of the required fluid charges of the motion damper, the motion damper is made very heavy, this representing a considerable disadvantage with regard to its practical use. Above all, the viscosity of an MRF cannot be increased at will, i.e. saturation occurs, which means that, in spite of higher magnetic power, it is not possible to achieve any increase in damping.
Further known from the international application WO 99/27273 is a motion damper in which, for the purpose of reducing the volume of a magnetorheological fluid in the damper, one damping chamber thereof contains a conventional damping fluid, e.g. oil, while the other damping chamber contains the magnetorheological fluid, which, however, additionally acts as the damping fluid, thereby accounting for a considerable proportion of the weight of the motion damper.
Also known are motion dampers for artificial knee joints in which only a conventional damping fluid, especially oil, is used (e.g. US 6,113,642) and in which the control of the throughflow of the damping fluid is accomplished by means of electromagnetically operated slide valves in the form of damping valves, the operation of which requires considerable electrical currents, this necessitating a correspondingly strong power supply for the damper.
Such motion dampers for artificial legs are controlled by programs which are stored in electronic controllers. An example thereof is contained in GB 2328160 A.
The object of the invention is to design the actual motion damper with damping cylinder, damping piston and damping valve such that said motion damper has a high power-to-weight ratio, low power consumption and a fast response.
The object of the invention is achieved in connection with the initially indicated motion damper in that both damping chambers are filled with an electromagnetically uninfluenceable damping fluid, the control device having a slide piston unit filled with a magnetorheological fluid, said slide piston unit having a slide piston non-positively coupled to the damping piston, wherein, through the intermediary of the magnetorheological fluid, said magnetorheological fluid being influenceable by a controllable magnet with regard to its flow resistance, said slide piston acts on an actuator connected to the damping valve. 
In said thus designed motion damper, the immediate damping region contains no magnetorheological fluid whatsoever, with the result that, in comparison with the known similar motion dampers, the relevant region of the motion damper has considerably less weight, since it contains only a normal damping fluid, i.e. damping oil or gas, especially air. In comparison with the space required by the actual motion damper, the magnetorheological fluid contained in the control device is confined to a relatively small space serving merely to fill the control device, wherein, however, this does not involve any appreciable damping effect, but merely the transmission of small forces which provide for easy control of the damping valve, said damping valve being responsible for the degree of damping of the motion damper. 
Furthermore, since the motion damper is kept free from the use of a magnetorheological fluid, there is the essential advantage of a sharp reduction in the wear phenomena otherwise caused by said fluid, said wear phenomena being attributable to the magnetizable particles added to the fluid and having, of course, a particularly pronounced impact when considerable forces need to be cushioned in the motion damper, as is the case, for example, with an artificial knee joint. Such wear has an impact above all in the region of required sealing elements, which, if conventional damping oil is used, exhibit no wear whatsoever in this regard, because they are lubricated by the damping oil.
In the motion damper according to the invention, the magnetorheological fluid is concentrated on the slide piston unit, which, however, is of small physical size, i.e. which is not of excessive weight. Furthermore, the slide piston unit transmits only relatively small forces, namely those forces which act on the damping valve, it being the case, however, that said damping valve requires no particular expenditure of force whatsoever for the purpose of adjustment, this having an especially wear-reducing effect. The therefor required forces are, as it were, diverted from the damping piston, since the damping piston is non-positively coupled to the slide piston of the slide piston unit, with the result, therefore, that no additional force generator is required for operating the slide piston unit or the damping valve it controls.
An advantageous mode of control of the slide piston unit can be accomplished in that the slide piston unit contains two actuating chambers separated by the slide piston, with a bypass channel interconnecting said actuating chambers, the flow resistance of said bypass channel being adjustable by the magnetic field generators. The bypass channel makes it possible in advantageous manner to control the action of the slide piston unit on the actuator by means of the magnetic field generator acting on the bypass channel.
In an advantageous embodiment, the damping valve is connected to a ram forming the actuator and guided by a restoring spring, said ram being adjustably connected to a partition wall, said partition wall dividing the slide piston unit into the two actuating chambers interconnected by the bypass channel. The consequence of this is that, after each phase of movement, the actuator and therefore the damping valve are returned to their normal positions, out of which positions said two components of the motion damper are then moved depending on the nature, particularly on the speed, of a newly commencing phase of movement, in order to achieve the desired effect on said phase.
A clear arrangement of the slide piston unit in relation to the damping cylinder is accomplished if the damping valve is disposed next to the damping cylinder and the slide piston unit is coaxial with the damping cylinder. Alternatively, however, it is also possible for the damping valve to be coaxial with the damping piston and for it to be a constituent part of the damping piston, this resulting in an especially compact design.
With regard to the design of the motion damper, it is possible, on the one hand, for a damping piston to be coaxially disposed and moved in a damping cylinder, as is the case, for example, in automobile shock absorbers. Alternatively, however, it is also possible for the motion damper and the slide piston unit each to be in the form of a rotary piston and for the damping valve and the bypass channel each to be provided in a sectorially extending wall, the damping valve being in the form of a rotary valve and the bypass channel containing a rotary vane as a constituent part of the actuator, wherein rotary valve and rotary vane are interconnected by a rotary shaft and are held in their normal positions by a torsion spring. This, therefore, is essentially a rotationally symmetrical arrangement which likewise provides advantageous possibilities of attachment.
A particular possibility of controlling the damping valve consists in that the damping valve is connected to the actuator by a control piston, said actuator containing in its slide piston unit a plurality of bypass channels each adjustable by a magnetic field generator, wherein, depending on the activation of the individual magnetic field generators, said bypass channels adjust the control piston to any desired positions and more especially to positions which follow the movement of the slide piston. With such a slide piston unit, which can be selectively controlled independently of a restoring device, it is possible through corresponding adjustment of the magnetic field generators to achieve any desired control of the damping valve, including latent damping settings with the slide piston moving and the magnetic field generator inactive, wherein such a form of control may originate, for example via sensors, from a program on a minicomputer, said program being designed for certain motion sequences of the motion which is to be damped, e.g. medically required forms of motion damping.
Instead of the magnetorheological fluid for operating the control device, it is also possible to use a fluid which is of equivalent effect, namely an electrorheological fluid, the viscosity of which is influenced by an electric field. 
It should also be pointed out that the controllable motion damper according to the invention is suitable for use not only in prostheses, more particularly in artificial legs, but also in other applications involving the damping of a reciprocating motion, as is the case in a shock absorber. 
Illustrative embodiments of the invention are presented in the drawings, in which: 
Fig. 1           shows an artificial leg with a controllable motion damper, with the artificial leg in the stretched position;
Fig. 2           shows the same artificial leg, with that portion of the artificial leg replacing the knee in the bent position;
Fig. 3           shows a design of the motion damper in which the damping valve is disposed next to the damping cylinder;
Fig. 4           shows a design of the motion damper in which the damping valve is coaxial with the damping piston;
Fig. 5a-e  show the design of a motion damper in which the motion damper and the slide piston unit are each in the form of a rotary piston cylinder;
Fig. 6           shows a design of the motion damper in which the damping valve is adjustable to any desired positions. 
The artificial leg schematically presented in Fig. 1 and 2 is an artificial leg with the artificial knee joint 1, said knee joint 1 being rotatable about the shaft 2, said shaft 2 penetrating the upper lower leg part 3, wherein disposed on said upper lower leg part 3 in the direction towards the foot part 5 is the lower lower leg part 6, which acts as the connection between the upper lower leg part 3 and the foot part 5. Attached to the knee joint 1 in the direction away from the lower leg part 3 is the thigh part 7, which serves also to receive a thigh stump. When the knee joint 1 bends, its lever arm 8 is moved towards the foot part 5 (see Fig. 2), this correspondingly displacing the damping piston ram 9 of a motion damper presented in Fig. 3 and 4. Said motion damper, identified by reference character 4 in Fig. 1 and 2, damps the knee joint movements in accordance with a desired program, the motion damper 4 being slightly displaced in its position in relation to the upper lower leg part 3. In order to make such displacement possible, the motion damper 4 is supported, on its side facing the foot part 5, on the shaft 11. The control of the motion damper 4 by means of a program does not fall within the scope of the present invention. Reference may be made in this respect, for example, to the aforementioned GB 2328160. 
Starting from the stretched position of the artificial leg as presented in Fig. 1, therefore, the artificial knee joint 1 can be rotated about the shaft 2 and, with the knee joint 1 approximately in the half-bent position, assumes the position presented in Fig. 2, in which the damping piston 10' (see Fig. 3 and 4) is inserted further into the motion damper 4 in comparison with its position as presented in Fig. 1. 
Inasmuch, this is basically a known design of the kind presented also in EP 0 857 838.
Fig. 3 shows the internal construction of the motion damper 4 schematically presented in Fig. 1 and 2. Said motion damper 4 comprises the damping piston ram 9, said damping piston ram 9 being displaceable in the damping cylinder 10 and co-displacing the damping piston 10'. The damping piston 10'divides the damping cylinder 10 into the two damping chambers 12 and 13, which damping chambers 12 and 13 are filled with a damping fluid, more particularly with a conventional damping oil. However, said damping fluid may also be a gas, such as air. The damping fluid is displaced when the damping piston 10' is moved, this giving rise to a corresponding flow in the connecting channel, said connecting channel consisting of the upper channel part 28 and the lower channel part 29. Both channel parts 28 and 29 are interconnected by the damping valve 15, wherein, when in its position as presented in Fig. 3, said damping valve 15 interconnects the two channel parts 28 and 29 in such a manner that, when the damping piston 10' is displaced, the damping valve 15 allows a pressure equalization between the damping chambers 12 and 13, said pressure equalization being virtually devoid of flow resistance.  
The damping valve 15 contains the ram 16, which ram 16 acts as an actuator for the damping valve 15, wherein said ram 16, when displaced, displaces the two valve disks 17 and 18, which are displaceably supported in the damping valve cylinder 19. With the ram 16 in the position presented in Fig. 3, the space 20 between the two valve disks 17 and 18 forms a flow connection for the two channel parts 28 and 29, with the result that, with the damping valve 15 in the position shown in Fig. 3, the motion damper allows a movement of the damping piston 10' to remain virtually undamped. 
When, however, the ram 16 displaces the two valve disks 17 and 18, with the result that said valve disks 17 and 18 more or less close the channel parts 28 and 29, said channel parts 28 and 29 terminating in the space 20, then, owing to the thereby caused increased flow resistance in the bypass channel formed by the channel parts 28 and 29, there is produced a resistance against the displacement of the damping piston 10' and thus a desired damping of the movement of the knee joint 1 (see Fig. 1 and 2). This adjustment of the damping valve 15, which has a damping effect, will be more fully explained in the following. 
The damping piston ram 9 projects into the slide piston unit 21 and displaces therein the slide piston 22, which slide piston 22 divides the slide piston unit 21 into two separate actuating chambers 23 and 24, said actuating chambers 23 and 24 being interconnected by the bypass channel 25. The slide piston unit 21 and the chambers connected to the actuating chambers 23 and 24 are filled with a magnetorheological fluid. When the damping piston 10' and thus the slide piston 22 are displaced, therefore, the magnetorheological fluid contained in the bypass channel 25 is caused to flow through the two parts 26 and 27 of the bypass channel 25. Arranged hydraulically in parallel with the bypass channel parts 26 and 27 is the elastic partition wall 31, which is formed by a diaphragm spring and which, owing to its elasticity, acts as a restoring spring for the thereto connected ram 16. This construction results, when the damping piston 10' is moved, in the following operating principle: the damping piston 10' acts on the slide piston 22, which exerts a positive and a negative pressure, respectively, on the actuating chambers 23 and 24, the respective pressure difference being equalized through the bypass channel 25. Initially, there is no pressure difference on the two sides of the partition wall 31, with the result, therefore, that the position of the ram 16 remains uninfluenced. When, however, the flow resistance for the magnetorheological fluid is increased in the two bypass channel parts 26 and 27, this gives rise to corresponding positive and negative pressures on the two sides of the partition wall 31, which partition wall 31 is thereupon correspondingly deflected and co-displaces the ram 16. The ram 16 displaces the valve disks 17 and 18, as a consequence of which the outlet of either channel part 28 or channel part 29 is constricted, this constricting the connecting channel for the two damping chambers 12 and 13. This results in corresponding damping of the movement of the damping piston 10' and therefore in the damping of the movement of the artificial leg presented in Fig. 1 and 2. 
The viscosity of the magnetorheological fluid flowing through the two bypass channel parts 26 and 27 is influenced by the magnetic field generator 30, said magnetic field generator 30 being a coil through which an electric current flows, said coil generating a magnetic field which is dependent on the respective strength of the current, said magnetic field being closed in known manner via the bypass channel parts 26 and 27. When the magnetic field becomes stronger in this region, the viscosity of the magnetorheological fluid is increased, this resulting in corresponding pressure differences on both sides of the partition wall 31 and therefore in a corresponding movement of the damping valve 15, this then finding expression in a corresponding damping of the motion damper 9/10. 
It becomes evident from the above explanatory remarks that the motion damper, consisting of the damping piston 10' and the damping cylinder 10, acts via the damping valve 15 using a conventional damping fluid, wherein, however, advantageous use is made of the particular advantages of control, based on the electric signals of a program, of the damping of said motion damper by a damping valve controlled by a magnetorheological fluid, the energy for the operation of the damping valve being diverted from the movement of the damping piston via the slide piston unit, which slide piston unit, because it is filled with the magnetorheological fluid, allows the advantageous control of the damping valve by means of electric signals. 
In the design of the motion damper presented in Fig. 3, the damping valve 15 is disposed laterally next to the damping cylinder 10. Conversely, in the illustrative embodiment presented in Fig. 4, the damping valve is arranged coaxially with the damping piston, wherein, compared with the illustrative embodiment in Fig. 3, this design offers a size advantage with regard to its accommodation in a motion damper, as shown in Fig. 1 and 2. 
Such a coaxial position is presented in Fig. 4. In the illustrative embodiment shown in Fig. 4, the motion damper, as in the illustrative embodiment shown in Fig. 3, comprises the damping piston ram 9 and the damping cylinder 10, in which damping cylinder 10 the damping piston ram 9 displaces the damping piston 10'. In this case, the damping piston ram 9 contains, in its extension, the pipe piece 34, the interior of which forms the bypass channel for the two damping chambers 12 and 13. Said bypass channel extends over the two openings 36 and 37 in the pipe piece 34, said openings 36 and 37 leading inwardly into the hollow space 38. Displaceably held in the pipe piece 34 is the valve part 39, which valve part 39 encompasses the hollow space 38 and, in the position presented in Fig. 4, interconnects the damping chambers 12 and 13 via the openings 36 and 37. When the valve part 39 is displaced, the openings 36 and 37 are more or less blocked off, this corresponding to the displacement of the valve disks 17 and 18 in Fig. 3. 
The displacement of the valve part 39 is accomplished via the ram 40, which, similarly to the illustrative embodiment in Fig. 3, is moved by the partition wall 41, said partition wall 41 being in the form of a diaphragm spring. The partition wall 41 forms an elastic restoring spring for the ram 40 between two chambers 42 and 43 of a slide piston unit formed by the cylinder 44 and the therein axially movable slide piston 45. The slide piston 45 is suspended from the pipe piece 34, said pipe piece 34 being an extension of the damping piston ram 9, and is moved in reciprocating manner when the damping piston ram 9, i.e. the knee joint, is moved. As long as the ram 40 is not prevented from being co-displaced by the damping piston ram 9, there is no displacement of the valve part 39 in relation to the openings 37 and 38, with the result that, with simultaneous movement of the damping piston 10', the damping fluid contained in the two damping chambers 12 and 13 is able to flow freely via the hollow space 38, it therefore being impossible for a pressure difference - which would produce a damping effect - to be created in the two damping chambers 12 and 13. The movement of the damping piston ram 9 and therefore of the artificial knee joint thus remains undamped. 
This movement of the ram 40 is also accompanied by a corresponding displacement of the partition wall 41, which partition wall 41 displaces the magnetorheological fluid contained in the chambers 42 and 43, this taking place without hindrance via the bypass channel parts 46 and 47, said bypass channel parts 46 and 47 interconnecting the two chambers 42 and 43. Similarly to the illustrative embodiment in Fig. 3, said bypass channel parts 46 and 47 are provided with magnetic field generators 48 and 49, wherein, given a corresponding flow of current and thus a magnetic field acting on the bypass channel parts 46 and 47, said magnetic field generators 48 and 49 correspondingly influence the viscosity of the magnetorheological fluid and thereby correspondingly hinder the displacement of the partition wall 41. The magnetic field generators 48 and 49 may be in the form of ring pole magnets. This results in a relative movement between the - as it were - fixed ram 40 and the slide piston 45, this finding expression in a corresponding relative movement between the valve part 39 and the openings 36 and 37. This gives rise to an adjustment of the damping valve containing the valve part 39, as a result of which the movement of the ram 9, and therefore of the artificial leg, is correspondingly damped. With regard to operating principle, therefore, the illustrative embodiment in Fig. 4 is identical with that in Fig. 3, with the consequence that reference is made in this respect to the explanatory remarks presented in relation to Fig. 3. 
The advantage of the design of the illustrative embodiment shown in Fig. 4 consists in the fact that, in this design of motion damper, the damping valve and the associated control device are arranged coaxially one behind the other, this simplifying the placement of such an embodiment of a motion damper, as presented in Fig. 1 and 2. 
The construction of the motion damper with damping cylinder and axially therewith moved damping piston, as presented in Fig. 3 and 4, can also be accomplished using rotary pistons which move in rotating manner in a damping cylinder. This is presented in the illustrative embodiment shown in Fig. 5a to e, Fig. 5a showing a section along line A-A from Fig. 5b and Fig. 5c showing a section along line B-B from Fig. 5b. 
In the illustrative embodiment presented in Fig. 5a, the damping piston is in the form of a rotary piston 10a which rotates about the axis 55. The rotary piston 10a comprises the vane 56, which is sealingly supported via the seal 57 on the inside wall 58 of the damping cylinder 59. On its side facing away from the damping vane 56, the rotary piston 10a maintains sealing contact with the seal 60, which seal 60 is embedded in the sectorially extending wall 58 of the damping cylinder 59. Thus formed in the damping cylinder 59 are the two damping chambers 62 and 63, which damping chambers 62 and 63 are separated from each other by the rotary piston 10a with the damping vane 56. 
The two damping chambers 62 and 63 are interconnected by the connecting channel 64, in which connecting channel 64 is rotatably installed the damping valve 65, the mode of operation of which will be described in fuller detail in connection with Fig. 5d1, 5d2 and 5d3. With the damping valve 65 in the position presented in Fig. 5a, the damping fluid contained in the two damping chambers 62 and 63 is able to flow virtually without hindrance from one damping chamber 62 into the other damping chamber 63 and vice versa. 
Connected coaxially to the rotary piston 10a is the slide piston unit 70 with the slide piston 22a (see Fig. 5c), wherein said slide piston 22a, like the rotary piston 10a in Fig. 5a, is also in the form of a rotary piston and is co-rotated when the rotary piston 10a rotates. Like the rotary piston 10a in Fig. 5a, the slide piston 22a comprises the vane 66, which vane 66 is co-rotated when the slide piston 22a rotates. The sealing of the slide piston 22a and of the vane 66 with respect to the inside wall 67 of the slide piston unit shown in Fig. 5c is accomplished in the same manner as described above in connection with the rotary piston 10a. 
When an artificial leg is bent, the motion damper presented in Fig. 5a to 5e is operated in a manner which corresponds to the operation of the motion dampers shown in Fig. 3 and 4, i.e. the rotary piston 10a is rotated when the artificial knee joint is bent, as a result of which the slide piston 22a with its vane 66 is also rotated as in Fig. 5c, since the rotary piston 10a and the slide piston 22a are interconnected in rotationally fixed manner by means of the connecting piece 91 shown in Fig. 5b. 
Similarly to the design shown in Fig. 5a, the wall 71 projects into the interior of the slide piston cylinder 70, said wall 71 containing a connection 72 between the two actuating chambers 73 and 74. Fitted into said connection 72 is a rotary vane 75, which rotary vane 75 is correspondingly rotated by a pressure acting on one of its sides. The slide piston unit 70, containing the slide piston 22a, is filled with magnetorheological fluid, which, when the vane 66 rotates, is displaced from one actuating chamber 73 into the other actuating chamber 74 via the connection 72 and correspondingly co-displaces the rotary vane 75. Said co-displacement is opposed by the rotary vane 75 with a resistance from a correspondingly adjusted torsion spring (90), similarly to the case with the partition wall 31 presented in Fig. 3. Hydraulically, the connection 72 is connected in parallel with the bypass channel 78, wherein said bypass channel 78, when there is transmissivity, allows the magnetorheological fluid to flow virtually without hindrance from one actuating chamber 73 into the other actuating chamber 74 and vice versa. Installed in said bypass channel 78 are the two magnetic field generators 79 and 79', which, through a correspondingly adjusted flow of current, generate a magnetic field which controls the flow of fluid through the bypass channel 78. The magnetic field generators 79 and 79' may be in the form of ring pole magnets. The more the flow of the magnetorheological fluid through the bypass channel 78 is hindered by the magnetic field generators 79 and 79', the greater is the effect of the pressure difference in the two actuating chambers 73 and 74, this finding expression in a corresponding movement of the rotary vane 75. The shaft 92 of the rotary vane 75 is, as shown in Fig. 5e, directly connected to the damping valve 65, wherein said damping valve 65, when it rotates, as clearly shown in Fig. 5d1, 5d2 and 5d3, more or less hinders the flow of damping fluid through the connecting channel 64, thereby causing a corresponding damping of the rotational movement of the vane 56 and therefore of the damping piston 10a. 
Fig. 5e illustrates the connection between the rotary vane 75 and the damping valve 65 through the common shaft 92. 
With the above-presented illustrative embodiments of a controllable motion damper, the movement of the damping piston with each stroke in either direction is damped by the magnetorheological fluid, depending on the strength of the existing magnetic field. At the end of a stroke, therefore, the damping effect also ends. However, it is also possible to adjust the damping effect permanently to a fixed value which is adjusted through excitation of the respective magnetic field generator. An illustrative embodiment thereof is presented in Fig. 6, which, with regard to the damping piston with damping cylinder and damping valve, is identical with the design shown in Fig. 3. However, in the illustrative embodiment shown in Fig. 6, the movement of the damping valve 15 (same reference character as in Fig. 3) is accomplished in the following manner: 
The damping valve 15 is adjusted via the ram 16 and, as was described in connection with the illustrative embodiment according to Fig. 3, thereby changes its position and the damping of the damping piston ram 9. As in the case of the illustrative embodiment according to Fig. 3, the energy for the displacement of the ram 16 is diverted from the movement of the damping piston ram 9, which, when it and the slide piston 22 are moved, displaces a magnetorheological fluid in the channels 80 and 81, said magnetorheological fluid filling the region with the slide piston unit 21, as shown in the illustrative embodiment according to Fig. 3. The channels 80 and 81 extend into the chambers 83 and 84 separated by the control piston 82, i.e. a pressure in chamber 83 or 84 causes a corresponding axial displacement of the control piston 82. Said pressure on the respective chamber 83 or 84 is controlled via the magnetic field generators 85 and 85' as well as 86 and 86', which each act on the connection from channel 80 or 81 to chamber 83 or 84 and thus correspondingly influence the displacement of the control piston 82, depending on the strength of their magnetic field. The channel 80 is connected to the chamber 84 via the connection 87. It is therefore possible to act on the respectively desired side of the control piston 82 through each of the two channels 80 and 81, as a consequence of which the control piston 82 is selectively displaced according to the control of the magnetic field generators. With this displacement of the control piston 82, the damping valve 15 is correspondingly adjusted via the ram 16, this resulting in a fixed damping of the damping piston 9. 
This adjustment of the damping is indicated via the sensor 88, said sensor 88 being connected to the ram 16 and to the damping valve 15 and containing a magnetic sensor of known construction, wherein said magnetic sensor, depending on its adjustment, activates various devices which reproduce the adjustment of the damping valve 15 and communicate said adjustment to a controller.
List of reference characters
1    Knee joint
2    Shaft
3    Upper lower leg part
4    Motion damper
5    Foot part
6    Lower lower leg part
7    Thigh part
8    Lever arm  
9    Damping piston ram
10   Damping cylinder
10'  Damping piston
11   Shaft / damping piston disk
12   Damping chamber
13   Damping chamber
15   Damping valve
16   Ram
17   Valve disk
18   Valve disk
19   Damping valve cylinder
20   Space
21   Slide piston unit
22   Slide piston
23   Actuating chambers
24   Actuating chambers
25   Bypass channel
26   Bypass channel parts
27   Bypass channel parts
28   Channel part
29   Channel part
30   Magnetic field generator
31   Partition wall
34   Pipe piece
36   Openings
37   Openings
38   Hollow space
39   Valve part
40   Ram
41   Partition wall
42   Chambers
43   Chambers
44   Cylinder
45   Slide piston
46   Bypass channel part
47   Bypass channel part
48   Magnetic field generator
49   Magnetic field generator
55   Axis
56   Damping vane    
57   Seal
58   Inside wall
59   Damping cylinder
60   Seal
62   Damping chamber
63   Damping chamber
64   Connecting channel
65   Damping valve
66   Vane
67   Inside wall
70   Slide piston cylinder
71   Wall
72   Connection
73   Actuating chamber
74   Actuating chamber
75   Rotary vane
78   Bypass channel
79   Magnetic field generator
79'  Magnetic field generator
80   Channel
81   Channel     
82   Control piston
83   Chamber
84   Chamber
85   Magnetic field generator
86   Magnetic field generator
87   Connection
88   Sensor
89   Light-emitting diodes
90   Torsion spring
91   Connecting piece
92   Shaft
What is claimed is:
1.   Controllable motion damper (4) with a damping piston (10'), said damping piston (10') separating two damping chambers (12, 13) from each other in a damping cylinder (10), and with a damping valve (15) disposed in a connecting channel (28, 29) of the two damping chambers (12, 13), the transmissivity of said damping valve (15) for a damping fluid contained in the motion damper (4) being controlled by a control device (21, 16), characterized in that both damping chambers (12, 13) are filled with an electromagnetically uninfluenceable damping fluid, the control device having a slide piston unit (21) filled with a magnetorheological fluid, said slide piston unit (21) having a slide piston (22) non-positively coupled to the damping piston (10'), wherein, through the intermediary of the magnetorheological fluid, said magnetorheological fluid being influenceable by controllable magnetic field generators (30) with regard to its flow resistance, said slide piston (22) acts on an actuator (16) connected to the damping valve (15). 
2.   Motion damper according to claim 1, characterized in that the slide piston unit (21) contains two actuating chambers (23, 24) separated by the slide piston (22), with a bypass channel (26, 27) interconnecting said actuating chambers (23, 24), the flow resistance of said bypass channel (26, 27) being adjustable by the magnetic field generators (30).
3.   Motion damper according to claim 2, characterized in that the damping valve (15) is connected to a ram (16) forming the actuator and guided by a restoring spring, said ram (16) being adjustably connected to a partition wall (31), said partition wall (31) dividing the slide piston unit (21) into the two actuating chambers (23, 24) interconnected by the bypass channel (26, 27).
4.   Motion damper according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the damping valve (15) is disposed next to the damping cylinder (10) and the slide piston unit (21) is coaxial with the damping cylinder (10).
5.   Motion damper according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the damping valve (38, 39) is coaxial with the damping piston (10') and is a constituent part of the damping piston (10').
6.   Motion damper according to claim 1 or 2, characterized in that the motion damper and the slide piston unit are each in the form of a rotary piston (10a, 22a) and the damping valve (65) and the bypass channel (72, 78) are each provided in a sectorially extending wall (61, 71), the damping valve being in the form of a rotary valve (65) and the bypass channel (72) containing a rotary vane (75) as a constituent part of the actuator, wherein rotary valve (65) and rotary vane (75) are interconnected by a shaft (92) and are held in the normal position by a torsion spring (90).
7.   Motion damper according to claim 1 or 2, characterized in that the damping valve (15) is connected to the actuator (16) by a control piston (82), said actuator (16) being connected to the slide piston unit (21) by a plurality of bypass channels (80, 81) each adjustable by a magnetic field generator (85, 86), wherein, depending on the activation of the individual magnetic field generators (85, 86), said bypass channels (80, 81) adjust the control piston (82) to any desired positions and more especially to positions which follow the movement of the slide piston (22).
8.   Motion damper according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the various motion dampers are provided, instead of with magnetorheological fluid, with electrorheological fluid.
Abstract
The invention relates to a controllable motion damper with a damping piston, said damping piston separating two damping chambers from each other in a damping cylinder, and with a damping valve disposed in a connecting channel of the two damping chambers, the transmissivity of said damping valve for a damping fluid contained in the motion damper being controlled by a control device. Both damping chambers are filled with an electromagnetically uninfluenceable damping liquid, the control device having a slide piston unit filled with a magnetorheological fluid, said slide piston unit having a slide piston non-positively coupled to the damping piston, wherein, through the intermediary of the magnetorheological fluid, said magnetorheological fluid being influenceable by controllable magnetic field generators with regard to its flow resistance, said slide piston acts on an actuator connected to the damping valve. 
2005331107.tif 000013
2005331107.tif 000014
2005331107.tif 000015
2005331107.tif 000016
2005331107.tif 000017
2005331107.tif 000018
2005331107.tif 000019
2005331107.tif 000020
2005331107.tif 000021
2005331107.tif 000022