(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者の荷重が加わるニープレートを含む上部材と、この上部材に対しひざの部分で連結される下部材と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連結するひざ軸と、前記上部材と前記下部材との間に連結され、ひざの屈曲および伸展に応じてピストンがストロークすることによって歩行を補助するエアシリンダ装置と、前記エアシリンダ装置の一端を前記下部材に回転可能に連結する第１のピンと、前記ニープレートに支持される別のピンであり、前記エアシリンダ装置の他端を前記上部材に回転可能に直接連結する第２のピンとを備えるエアシリンダ装置を含む義足において、ひざが完全に伸展した状態の下で前記第２のピンの取付け位置について次のＡの条件を満足させることにより、前記エアシリンダ装置のピストンの有効ストロークを大きく取ることの制約の下で、前記ピストンの移動に伴う全体の仕事量が最大となるようにしたことを特徴とする、エアシリンダ装置を含む義足。
Ａ．前記ひざ軸を中心として回転する第２のピンの回転軌跡に対し、前記第１のピンから接線を引くとき、その接線の接点が歩行に伴う前記第２のピンの揺動範囲全体の中心に位置していること。
【請求項２】
前記ニープレートに対する第２のピンの取付け位置を変更可能なピン位置変更手段をさらに備える、請求項１の義足。
【請求項３】
前記ピン位置変更手段は、前記上部材のニープレートに設けた複数の取付け孔を含み、これらの取付け孔のいずれか一つに前記第２のピンを選択的に取り付けることによって、前記第２のピンの位置を変更する、請求項２の義足。
【請求項４】
前記ピン位置変更手段は、前記上部材のニープレートに設けた長孔を含み、前記第２のピンをこの長孔に沿って移動および固定可能に構成することによって、前記第２のピンの位置を変更する、請求項２の義足。
【請求項５】
前記エアシリンダ装置は、筒型のシリンダ本体と、そのシリンダ本体の内部にあって、シリンダ本体をボトム側の第１室、ヘッド側の第２室に区画するピストンと、一端がそのピストンと一体であり、他端側が前記シリンダ本体のヘッド側から外部へ伸びるロッドとを備え、このロッドの端部に前記第２のピンを支持し、しかもまた、
前記第２のピンを支持する前記ロッドの端部は、前記ピストンと一体の前記ロッドの本体部分に対しネジ結合され、このネジ結合を利用して前記ピストン側から前記第２のピンに至る前記ロッドの軸線方向の長さを変えることができる、請求項３あるいは４のいずれか一つの義足。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ひざの屈曲および伸展を補助するためにエアシリンダ装置を利用する義足に関し、さらに詳しくは、エアシリンダ装置の有効ストロークを大きく取ることができ、義足を小型化する上、あるいは歩行速度に応じた動きを得る上で有効な技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
一般に、ひざの屈曲および伸展を伴う義足は、装着者の荷重が加わるニープレートを含む上部材と、この上部材に対しひざの部分で連結される下部材と、これらの上部材と下部材とを回転可能に連結するひざ軸のほか、ひざの屈曲および伸展を補助するための補助手段をさらに備える。こうした義足の代表例は大腿義足であり、その大腿義足の場合、上部材のニープレートの上端には、断端を受け入れるソケットが、また、下部材の下端には足部材がそれぞれ支持される。
ひざの屈曲および伸展を補助するための補助手段としては、油圧シリンダ装置あるいはエアシリンダ装置が利用される。ＵＳＰ２，８５９，４５１号は油圧シリンダ装置を利用した義足、また、ＵＳＰ５，４０５，４０７号はエアシリンダ装置を利用した義足をそれぞれ明らかにしている。油圧シリンダ装置およびエアシリンダ装置は、使用する流体は異なるが、流体の流れ抵抗によって、ひざの屈曲および伸展を補助し、義足に対し自然の歩行に似た歩行形態を与える点で共通している。
【０００３】
ところで、これら補助手段としての油圧シリンダ装置とエアシリンダ装置とを比較すると、油圧シリンダ装置の作動流体であるオイルにはほとんど圧縮性がないのに対し、エアシリンダ装置の作動流体であるエアは圧縮性をもつため、エアシリンダ装置によれば、エアの圧縮による圧縮エネルギーによって、ひざが最大に屈曲した後における反発力を得ることができる。こうしたエアシリンダ装置の特長を有効に生かすためには、シリンダの有効ストロークを大きく取ることが必要である。しかし、有効ストロークを大きく取ろうとすると、義足の大型化を招く傾向がある。そのためなのか、この種の義足において、今までエアシリンダ装置の有効ストロークを大きくするための具体的な提案は多くはない。たとえば、前記の各ＵＳＰが示すように、シリンダ装置のロッドエンド側を上部材にピン結合すれば、ひざの周囲がスペース的に有利になるという内容、また、前記の各ＵＳＰあるいはＵＳＰ５，４０５，４０７号の改良技術を示す日本特開平９−５５１号が、その中の図に示すように、ロッドエンド側のピン結合の位置をひざ軸の後部に配置するという一般的な内容が知られているにすぎない。なお、ＵＳＰ２，８５９，４５１号の図２および日本特開平９−５５１号の図４は、ひざが伸展した状態において、ロッドエンド側のピン結合の位置がひざ軸の後方やや上部にあることを示しているが、単に図に示すだけであり、その位置を具体的に特定するわけではなく、ましてや、その技術的な意義については何も教えていない。
【０００４】
【発明の解決すべき第１の課題】
この発明は、エアシリンダ装置の能力を有効に利用することにより、エアシリンダ装置の小型化を図りつつその仕事量の増大を図ることができ、義足の小型化に寄与することができる技術を適用することを第１の目的あるいは課題とする。
【０００５】
【第１の課題のための手段】
この第１の目的のために、この発明では、エアシリンダ装置の一端を下部材に回転可能に連結する第１のピンと、エアシリンダ装置の他端を上部材に回転可能に連結する第２のピンとの位置関係、特に、第２のピンの取付け位置を、義足が完全に伸展した状態にあるとき、次のＡの条件を満足するように設定する。
すなわち、
Ａ．上部材と下部材とを回転可能に連結するひざ軸を中心として回転する第２のピンの回転軌跡に対し、第１のピンから接線を引くとき、その接線の接点が歩行に伴う第２のピンの揺動範囲の中心に位置していること。
このＡの条件を満足するとき、エアシリンダ装置のピストンは、歩行に伴う第２のピンの揺動範囲の中心において最大速度となり、したがって、ピストンの移動に伴う全体の仕事量が最大となる。これにより、エアシリンダ装置の内部のエアの圧縮エネルギーを増大することができ、その増大した圧縮エネルギーによって、ひざが屈曲した後における反発力を有効に高めることができる。
【０００６】
エアシリンダ装置は、シリンダ本体の内部をボトム側の第１室、ヘッド側の第２室に区画するピストンのほか、一端がそのピストンと一体であり、他端側がシリンダ本体のヘッド側から外部へ伸びるロッドとを含む。ひざの周囲に必要とするスペースを小さくするため、ロッドの端部に第２のピンが位置するようにするのが好ましい。また、その第２のピンは、ひざの後部に配置するのが良い。なぜなら、ひざ軸の回りにブレーキ手段を配置する上で有利になるし、内部中空なフレームの内部にエアシリンダ装置のシリンダ本体を有効に収容する上でも有利になり、それらによって義足の外観を良くすることができるからである。
【０００７】
【発明の解決すべき第２の課題】
ところで、第２のピンの揺動範囲は、ゆっくり歩きから通常の歩行の速度に対応するとき約６０°であり、早歩きの速度に対応するとき約７０°であり、小走りの速度に対応するとき約８０°である。したがって、歩行に伴う第２のピンの揺動範囲は、一般に、約６０°〜約８０°である。そこで、理想的には、歩行速度の変化に合わせて、第２のピンの取付け位置を変更し、常に、前記のＡの条件を満足するようにするのが好ましい。また、次善の策として、たとえば第２のピンの揺動範囲を２〜４段階（典型的には、６０°、７０°、８０°といった３段階）の各歩行速度に応じて、段階的に第２のピンの取付け位置を選択できるようにすることが望まれる。
そこで、この発明は、通常の歩行、早歩き、小走りなどの異なる歩行速度に応じて、エアシリンダ装置の取付け位置（特に、第２のピンの取付け位置）を変更することができるようにすることを第２の目的あるいは課題とする。
【０００８】
【第２の課題のための手段】
この第２の目的のために、この発明のエアシリンダ装置を含む義足では、上部材に回転可能に連結する第２のピンの位置を、歩行速度に応じて変えることができるピン位置変更手段を備える。ピン位置変更手段の第１の例は、上部材のニープレートに設けた複数の取付け孔を含み、これらの取付け孔のいずれか一つに第２のピンを選択的に取り付けることによって、第２のピンの位置を変更する構成である。ひざの周囲のスペースをできるだけ小さくするため、複数の取付け孔を、ひざ軸を中心とした円弧上に配置するようにするのが良い。複数の取付け孔の中の一つに第２のピンを取り付けるというこの第１の例は、今までの義足の一部を変えることによって容易に実施することができる。また、ピン位置変更手段の第２の例は、上部材のニープレートに設けた長孔を含み、第２のピンをこの長孔に沿って移動および固定可能に構成することによって、第２のピンの位置を変更するというものである。この第２の例における長孔も、第１の例の各孔の配置と同様、ひざ軸を中心とした円弧に沿う形状にするのが良い。第２の例は、第１の例と同様に容易に実施可能であることに加え、無段階に、つまり連続的に第２のピンの位置を変更可能である。これら第１および第２の各例では、第２のピンの取付け位置を変えるとき、第２のピンをある一つの取付け孔から取り外し、別の取付け孔に取り付ける作業、あるいは、第２のピンをゆるめ、長孔の中のある位置から別の位置へ移動し、再び締め直すという作業が必要である。
【０００９】
【発明の解決すべき第３の課題】
この発明は、そのような第２のピンの取付けおよび取外しをすることなく、自動的に第２のピンの位置を変えることができるようにすることを第３の目的あるいは課題とする。
【００１０】
【第３の課題のための手段】
この第３の目的のため、この発明では、第２のピンをエアシリンダ装置の所定の個所、一般的にはロッドの端部に支持した上で、この第２のピンを特定の連結手段を介して上部材の側に連結する。特定の連結手段は、上部材に支持され歩行速度に応じて内部のピストンの位置を変える油圧シリンダのほか、この油圧シリンダと第２のピンとの間を結合するリンク機構を含む。油圧シリンダの内部には、内部を２室に区画するピストンのほか、ピストンを一方向に押すバネ、さらにはピストンに設けた流れ制御手段を含む。流れ制御手段は、ピストンが区画する２室の間を連絡する２つの流路のほか、一方の流路に設けた絞り弁および逆止弁、他方の流路に設けた別の逆止弁によって構成される。こうした流れ制御手段は、エアシリンダ装置の反発力の大小、つまりは歩行速度の大小に応じてバネによる力とのつり合いを適切にくずし、ピストンの位置を変化させる。したがって、油圧シリンダは、内部のピストンの位置変化をリンク機構を介して第２のピンの位置変化とし、第２のピンの位置を歩行速度に応じて連続的かつ自動的に変化させることができる。
【００１１】
【好ましい態様の説明】
まず、図１および図２を参照しながら、この発明の基本的な考え方について説明する。
図１において、点Ｏが、装着者の荷重が加わるニープレートを含む上部材と、下肢に対応する下部材とを回転可能に連結するひざ軸の中心（つまりは、ニープレートの軸中心）である。また、歩行を補助するエアシリンダ装置は、下部材に対する連結点（第１のピンの中心）Ｐ1 と、上部材のニープレートに対する連結点（第２のピンの中心）Ｐ2 とを備える。歩行に伴ってニープレートが揺動するとき、第２のピンの中心Ｐ2 は、ニープレートの軸中心Ｏを中心とした円Ｃ上を移動する。すなわち、円Ｃは、第２のピンの中心Ｐ2 の回転軌跡である。一方、第１のピンの中心Ｐ1 とニープレートの軸中心Ｏとを結ぶことによって、義足の中心軸線Ｓを得る。
【００１２】
ニープレートの軸中心Ｏを通り、かつ、中心軸線Ｓに直交する線Ｌを引き、この線Ｌを基準にして第２のピンの中心Ｐ2 の位置を角度θで表わす。角度θの値のいかんにかかわらず、第２のピンの中心Ｐ2 の回転速度は一様であり、常にｖの値をとると考えることができる。それに対し、エアシリンダ装置のピストンの移動速度は、特定の位置Ｔで最大となり、その前後で変化する。このピストンの移動速度が最大となる位置Ｔは、円Ｃに対し第１のピンの中心Ｐ1 から引いた接線Ｍの接点に相当する。図２の特性図に示すように、ピストンの移動速度は、特定の位置Ｔで最大となり、回転に伴ってサインカーブをなすように変化する。ピストンの移動に伴う全体の仕事量を最大にするためには、歩行に伴う第２のピンの揺動範囲の中心（つまり、真ん中）で、ピストンの移動速度が最大となるように設定することが必要である。
【００１３】
測定の結果からあるいは経験則上、第２のピンの中心Ｐ2 は、歩行に伴って約６０°〜約８０°の範囲にわたって揺動する。もう少し具体的にいうと、第２のピンの揺動範囲は、ゆっくり歩きから通常の歩行の速度に対応するとき約６０°であり、早歩きの速度に対応するとき約７０°であり、小走りの速度に対応するとき約８０°である。そこで、通常の歩行時に、エアシリンダ装置の能力を有効に利用しようとする場合、典型的な大きさの義足（たとえば、点Ｏから点Ｐ1 までの距離が１６５ｍｍであり、点Ｏから点Ｐ2 までの距離が３０ｍｍ）では、点Ｔは角度θが約１０°の位置となる。そのため、揺動角度の値である６０°を、θ＝約１０°である点Ｔの前後にそれぞれ３０°ずつ振り分けることになる。その結果、義足が完全に伸展した状態にあるとき、第２のピンの中心Ｐ2 をθ＝約−２０°の位置に設定する。この点、今までは、第２のピンの中心Ｐ2 をθ＝０°の位置に設定するのが通例であり、エアシリンダ装置のピストンのストロークを充分には生かしていない。以上がこの発明の基本的な考え方であり、義足が完全伸展状態にあるとき、第２のピンの中心Ｐ2 を特定の位置に設定し、それによって、エアシリンダ装置の仕事量をできるだけ増大しようとする考え方である。さらに、この発明は、そうした基本的な考え方をさらに一歩進め、歩行速度の変化に応じて、第２のピンの中心Ｐ2 を適性に変更するという考え方にも及ぶ。
【００１４】
次に、図３および図４を参照しながら、まず、この発明を適用した大腿義足１０の全体的な構成を明らかにする。
大腿義足１０は、ひざのない人のための義足であり、ひざの形状をしたニープレート１２を含む上部材１２０と、ひざの部分から足の部分に向かって延びる内部中空のフレーム１４を主体とした下部材１４０と、それら下部材１４０と上部材１２０とをひざの部分で回転可能に連結するひざ軸２０とを備える。ニープレート１２はアルミニューム合金からなり、その一部に、図示しないソケットを連結するための連結部１２ａを一体的に支持する。一方、下部材１４０の主体となる中空のフレーム１４は、厚さ３ｍｍ程度の繊維強化プラスチックからなり、その後部には、上下に開口１４ｕおよび１４ｄがそれぞれある。上部開口１４ｕは、フレーム１４の内部に部品を組込むための開口、あるいはエアシリンダ装置３０とフレーム１４との干渉を避けるための開口である。また、下部開口１４ｄは、フレーム１４の内部に内蔵する電子基板１８との電気的な接続をするための開口である。
【００１５】
こうした大腿義足１０は、上部材１２０と下部材１４０とがひざ軸２０を中心に自由に回転可能な構造であるため、装着者の荷重に応じた適正なブレーキ力を生じさせることが必要である。大腿義足１０は、ひざ軸２０の回りにブレーキ手段５０を備えている。ブレーキ手段５０は、ひざ軸２０を抱き抱えるブレーキブロック５２の貫通孔５２ｂの径を減じることによってブレーキ力を生じるタイプである。このタイプのブレーキ手段は、たとえばＵＳＰ３，８６３，２７４号（対応する日本特公昭５２−４６４３２号）が示すものと同様の良く知られたものである。ブレーキブロック５２は、チタン合金からなり、ひざ軸２０が入る大きな貫通孔５２ｂのほか、この大きな貫通孔５２ｂのある側とは反対側の端部の近くに小さな貫通孔５２ｓがある。ブレーキブロック５２は、大きな貫通孔５２ｂの中に金属ブッシュ５３を介してひざ軸２０を入れ、しかもまた、小さな貫通孔５２ｓの中に結合ピン６０を入れた形態でニープレート１２の内側にセットされる。ひざ軸２０の両端部は、フレーム１４の両側に固定した各軸受部材７０によってそれぞれ支持され、また、結合ピン６０の両端部は、ニープレート１２に設けた支持孔内に支持される。なお、フレーム１４に対し各軸受部材７０を固定する手法としては、英国公開２，２９６，４４２号（対応する日本特開平８−２２９０５５号）が示すように、フレーム１４の両側に非円形形状の孔をそれぞれ設け、それらの各孔に対し、金属製の各軸受部材７０を冷しばめによって圧入する技術を用いることができる。この技術による固定は非常に強固であるため、各軸受部材７０をひざの屈曲あるいは伸展に対するストッパとしても利用することができる。たとえば、軸受部材７０にストッパ部７１を形成し、そこに衝撃を緩衝するためのストッパゴム７２を取り付け、このストッパゴム７２を上部材１２０のニープレート１２に当てることによって、伸展状態におけるストッパ機能を得ることができる（図５）。また、軸受部材７０に設けたストッパ部７１を、ニープレート１２の別の部分（第２のピンを支持する部分）に当てることによって、屈曲状態におけるストッパ機能を得ることができる（図６）。ここでは、完全に伸展した状態から最大に屈曲した状態に至るまでに、ニープレート１２は１４０°回転するようになっている。
【００１６】
また、大腿義足１０は、歩行補助手段としてのエアシリンダ装置３０を備えている。このエアシリンダ装置３０は、ＵＳＰ５，４０５，４０７号、あるいは日本特開平９−５５１号に示されるものと同様である。図７が、エアシリンダ装置３０の全体構造を示している。エアシリンダ装置３０は、アルミニューム合金あるいは合成樹脂からなる筒型のシリンダ本体３１を備える。シリンダ本体３１は、内部の径が一様なシリンダチューブ３１２と、シリンダチューブ３１２の各端部に位置するカバー３１４，３１６とを含む。ロッド４０が貫通するロッドカバー３１４には、ロッド４０を案内する小径孔８２のほか、小径孔８２とシリンダチューブ３１２の内径との中間の径をもつ内孔８０がある。また、シリンダ本体３１のボトム側のカバー３１６には、肉厚な部分３１６ｂがあり、その肉厚な部分３１６ｂはシリンダチューブ３１２の軸心から径方向外側に偏ったところに位置している。そして、その肉厚な部分３１６ｂに端を発し、シリンダチューブ３１２の内部を通り、ロッドカバー３１４近くの内周に開口する流路２１０がある。
【００１７】
肉厚な部分３１６ｂには、可変絞り弁３６が内蔵されている。可変絞り弁３６は、ステンレス鋼からなるポペット型の弁体３６２と、その弁体３６２を開弁方向に付勢する弁バネ３６４とを含む。弁体３６２は、弁バネ３６４の力を受けてステッピングモータからなる駆動モータ３４の軸３４２の端部に当たっている。駆動モータ３４は、その内部に回転運動−直進運動に変換するためのネジ機構を備え、そのネジ機構によって軸３４２を軸心方向前後に移動させる。したがって、駆動モータ３４の軸３４２が、弁体３６２を前後動させることができ、それによって可変絞り弁３６の弁開度を調整することができる。電子基板１８が、歩行速度に応じたコントロール信号を生じ、そのコントロール信号を駆動モータ３４に出力し、可変絞り弁３６の弁開度を適切に調整する。
【００１８】
一方、シリンダ本体３１のシリンダチューブ３１２の中には、合成樹脂からなるピストン３３が軸心方向に移動可能にはまり合っている。ピストン３３は、その外周にピストンリング３３２を保持し、それによって、その前後に２つの室を区画している。肉厚な部分３１６ｂのあるボトム側の室が第１の室３２１であり、ロッドカバー３１４側の室が第２の室３２２である。ここで、ピストン３３がシリンダチューブ３１２の内部を摺動するとき、ピストン３３によって流路２１０の両端の開口２１１，２１２が閉じられないようにすべきである。そうしたピストン３３にはピストンロッド４０が一体化しており、ロッド４０はロッドカバー３１４を貫きシリンダ本体３１の外に出ている。その外に位置するロッド４０の端部４５の部分が第２のピンを支持する部分になる。ロッド４０には、ピストン３３に隣り合う部分にロッド大径部４２があり、その大径部４２の径はロッドカバー３１４の内周の内孔８０の径にほぼ適合している。しかも、内孔８０の開口の部分および小径孔８２の部分に、それぞれリップ型のシールリング８３，８５がある。そのため、ひざの伸展の最終段階において、ロッド大径部４２が内孔８０の中に入り込むと、その内孔８０に第３室３２３を区画することになる。
【００１９】
ピストン３３およびロッド大径部４２の部分に注目すると、ピストン３３の一面の一方の開口１１１に端を発し、ピストン３３およびロッド大径部４２を貫通し、ロッド４０の小径部の他方の開口１１２にまで達する別の流路１１０がある。その別の流路１１０には、その途中に逆止弁３５がある。逆止弁３５は、ボール弁体３５２と、ボール弁体３５２を弁座に向けて閉弁方向に付勢する弁バネ３５４と、弁バネ３５４を支持する支持リング３５６とからなる。そのような逆止弁３５は、ひざの伸展が最終段階に達するまでは、第２室３２２から流路１１０を通して第１室３２１へとエアを流し、ひざをスムーズに伸展させる。しかも、その伸展時、その流路１１０に並列接続された前記した流路２１０もあるため、第２室３２２から第１室３２１へのエアの流れはよりスムーズに流れる。しかし、ひざが完全に伸展する手前において、ロッド大径部４２がロッドカバー３１４の内孔８０に内孔８０をシールするよう入り込むと、ロッド大径部４２は、内孔８０の中に第３室３２３を区画し、しかもまた、ロッド大径部４２周りにクッション室を区画する。
【００２０】
さらに、エアシリンダ装置３０では、ひざが完全に伸展する手前の所定段階に、流路１１０の逆止弁３５に対し、固定絞り３８を直列に接続するように構成している。固定絞り３８は、ネジ込み式のニードル弁からなり、ネジ込みの程度により、弁開度を設定することができる。したがって、固定絞り３８については、個人差をも考慮し、義足を使用する前に予め調整し、弁開度を設定することになろう。ロッドカバー３１４の中に、一方の開口３８１が第３室３２３を通して流路１１０に連絡し、しかも、その他方の開口３８２が第２室３２２（つまりは、クッション室）に連絡する付加的な流路を形成し、その流路の途中に固定絞り３８を配置する。エアシリンダ装置３０によれば、付加的な流路の他方の開口３８２だけでなく、流路２１０の開口２１２もクッション室に開くようにしているため、固定絞り３８に基づくクッション作用だけでなく、可変絞り弁３６に基づくクッション作用をも得ることができる。また、エアシリンダ装置３０は、流路２１０の開口２１１の近くに、逆止弁からなるリストリクタ３９を備えている。リストリクタ３９は、第２室３２２から第１室３２１へ向かう方向の流れだけを制限する。そのため、エアシリンダ装置３０には、このリストリクタ３９があることによって、歩行速度が大きいときにより大きなクッション力を生じるという利点もある。
【００２１】
さて、エアシリンダ装置３０は、ロッド４０側を上に向けた形態で下部材１４０および上部材１２０にそれぞれピン結合することによって、フレーム１４の内部に組み付ける。下部材１４０側の組付けについては、下部材１４０のフレーム１４の両側に、互いに向きあうように一対のトラニオンピン１４００を支持し、各トラニオンピン１４００の先端をシリンダチューブ３１２のカバー３１６の部分にピボット結合する。したがって、各トラニオンピン１４００が前記した第１のピンに、また、各ピン１４００の中心が前記した中心Ｐ1 にそれぞれ相当する。他方、上部材１２０側への組付けについては、ニープレート１２に設けた断面Ｕ字型の部分１２ｕに、ロッド４０の端部（ロッドエンド）４５を配置し、一本のクレビスピン１２００によって部分１２ｕと端部４５とを回転可能に結合する。クレビスピン１２００自体は、ボルトおよびナットによって構成することができ、ボルト−ナットのネジ結合によって、したがって、ニープレート１２の部分１２ｕとロッド４０の端部４５とを連結することができる。したがって、クレビスピン１２００が前記した第２のピンに、また、そのピン１２００の中心が前記した中心Ｐ2 にそれぞれ相当する。そこで、この発明の第１の形態では、クレビスピン１２００を前記した図１における接点Ｔの位置から３０°だけ上方に回転した位置に配置する。３０°という角度は、通常の歩行における揺動角度６０°の半分の値であるのは勿論である。
【００２２】
また、この発明の第２の形態では、クレビスピン１２００の位置を歩行速度に合わせて変更することができるピン位置変更手段を備える。図８に示す第１の例のピン位置変更手段では、ニープレート１２の部分１２ｕに３つの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３を設け、これらの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３のいずれか一つにクレビスピン１２００を選択的に取り付けるようにする。３つの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３は、ひざ軸２０を中心とした円弧上に位置する。そして、たとえば、真ん中の取付け孔１２０２を、前記した図１における接点Ｔの位置から３０°だけ上方に回転した位置に対応、つまりは揺動角度６０°の通常の歩行の場合に対応させ、上方の取付け孔１２０３を通常よりも揺動角度が大きい場合、また、下方の取付け孔１２０１を通常よりも揺動角度が小さい場合にそれぞれ対応させる。勿論、運動するような場合には、下方の取付け孔１２０１を通常の揺動角度６０°の場合に対応させ、残りの２つの取付け孔１２０２，１２０３を揺動角度７０°および８０°にそれぞれ対応させるようにすることもできる。また、図９に示す第２のピン位置変更手段では、第１の例における３つの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３に代えて、一つの長孔１２０５を設けている。長孔１２０５は、３つの取付け孔１２０１，１２０２，１２０３を互いに連通させた形状である。したがって、第２の例では、この長孔１２０５に対するクレビスピン１２００の取付け位置を、たとえば揺動角度６０°〜８０°の全範囲にわたって連続的に変更することができる。なお、ロッド４０の本体と端部４５とをネジ部４００を介して長さ調整可能に連結しているため、このネジ部４００を利用してクレビスピン１２００の取付け位置の変化に応じることができる。
【００２３】
さらに、図１０に示す第３のピン位置変更手段では、第２の例とは別の構成によって、クレビスピン１２００の位置を連続的に変更することができる。第３のピン位置変更手段では、ニープレート１２に取付けボルト１３００を設け、この取付けボルト１３００にクレビスピン１２００を支持させている。取付けボルト１３００には、一対のナット１３０１，１３０２がネジ結合しており、それらナット１３０１，１３０２のネジ結合の位置を変えることによって、取付けボルト１３００を上下に移動させることができる。したがって、この取付けボルト１３００の動きに応じて、それと一体のクレビスピン１２００の位置を適切に変えることができる。
この発明の第３の形態では、クレビスピン１２００の位置を手動で変えることなく自動的に変えることができるようにするため、ニープレート１２側に油圧シリンダ９０を設けている。図１１に示す例では、油圧シリンダ９０のシリンダ本体９１をニープレート１２に固定し、その固定したシリンダ本体９１の内部をピストン９２が移動可能である。ピストン９２からはロッド９２４が伸び、ロッド９２４の端部を連結ロッド９３を介してＬ字型レバー９４の一端に連結する。Ｌ字型レバー９４は、支持ピン９５を中心にして揺動可能であり、揺動する他方の端部にクレビスピン１２００を配置する。クレビスピン１２００は、すでに述べたとおり、エアシリンダ装置３０のピストン３３から伸びるロッド４０の端部４５に位置する。
【００２４】
エアシリンダ装置３０は、歩行速度に応じた反発力（この反発力は、歩行周期に応じて周期的に変動し、その最大値は歩行速度が大きいほど大きい。）を生じる。その反発力は、クレビスピン１２００およびＬ字型レバー９４、さらに連結ロッド９３およびロッド９２４を通して油圧シリンダ９０のピストン９２に加わる。その結果、ピストン９２は、反発力の大きさに応じた、つまりは歩行速度に応じて、その位置を変えることになる。別にいうと、歩行速度に応じて、クレビスピン１２００の位置が自動的に変わる。油圧シリンダ９０のピストン９２は、シリンダ本体９１の内部を左室９１ａおよび右室９１ｂに仕切り、右室９１ｂの中のバネ９６によって常に左室９１ａ側に向かう力を受けている。したがって、ピストン９２は、バネ９６の力とエアシリンダ装置３０からの反発力とが釣り合う位置の近傍で静止する。油圧シリンダ９０のピストン９２には、図１２が示すように、２つの内部通路があり、各内部通路が左室９１ａと右室９１ｂとを連通する。一方の内部通路には逆止弁９７があり、逆止弁９７は、左室９１ａから右室９１ｂへ向かう流れを禁じ、右室９１ｂから左室９１ａへ向かう流れを許す。また、他方の内部通路には、逆止弁９８および絞り弁９９があり、絞り弁９９により流量を制限し、しかも、逆止弁９８は右室９１ｂから左室９１ａへ向かう流れを禁じ、左室９１ａから右室９１ｂへ向かう流れを許す。
歩行速度が大きくなると、バネ９６の力とエアシリンダ装置３０からの反発力との釣り合いがくずれる。バネ９６の力よりも大きな力が作用する間は、右室９１ｂの油は逆止弁９７を含む内部通路を通って左室９１ａに流れるので、ピストン９２は図１２の右方向に移動する。他方、ピストン９２に作用する力がバネ９６の力よりも小さい場合には、バネ９６の力がピストン９２を左方向に移動させようとするが、逆止弁９８および絞り弁９９を含む内部通路での左室９１ａから右室９１ｂへ向かう流れは絞り弁９８によって制限されているため、油の移動量は少ない。その結果、ピストン９２は徐々に右方向に移動し、ピストン９２に作用する力とバネ９６の力とが釣り合う位置の近傍で静止する。一方、歩行速度が小さくなると、ピストン９２に作用する力の最大値が小さくなるために、先と同様な理由でピストン９２は徐々に左側に移動し、釣り合いの位置の近傍で静止する。このような油圧シリンダ９０の特性を利用することにより、エアシリンダ装置３０のロッド４０の端部４５のクレビスピン１２００の取付け位置を連続的に変化させることができる。
【００２５】
また、図１３に示すように、油圧シリンダ９０’のピストン９２’およびロッド９２４’をニープレート１２’に固定し、シリンダ本体９１’を移動させるようにすることもできる。この場合、移動するシリンダ本体９１’に対し、エアシリンダ装置３０のロッド４０の端部４５を連結することになる。
なお、油圧シリンダ９０，９０’の歩行速度への応答性は、内部通路の途中の絞り弁９９の開度に依存する。したがって、この応答性を高めるために絞り弁９９の開度を電子制御するようにすることもできる。すなわち、歩行速度をマイクロコンピュータに入力し、予め入力されたプログラミングにより弁開度を変化させるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の基本的な考え方を説明するための原理図である。
【図２】  図１と一緒になってこの発明の基本的な考え方を説明するための特性図であって、ニープレートの回転角度−ピストンの移動速度の関係を示す図である。
【図３】  この発明を適用した大腿義足の全体的な構成を示す図であり、ひざが伸展した時の状態を示す断面図である。
【図４】  図３の大腿義足のひざが屈曲した時の状態を示す断面図である。
【図５】  図３と同様の伸展状態であり、ひざが完全に伸展した状態を示す要部の断面図である。
【図６】  図４の状態からさらに屈曲し、最大に屈曲した状態を示す要部の断面図である。
【図７】  エアシリンダ装置の詳細を示す断面図である。
【図８】  第１の例のピン位置変更手段を含む義足の要部を示す断面図である。
【図９】  第２の例のピン位置変更手段を含む義足の要部を示す断面図である。
【図１０】  第３の例のピン位置変更手段を含む義足の要部を示す断面図である。
【図１１】  別のタイプのピン位置変更手段を含む義足の概略的な構成を示す模式図である。
【図１２】  図１１の義足に用いる油圧シリンダの内部構造を示す模式図である。
【図１３】  図１１の義足の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
１０  大腿義足
１２  ニープレート
１２０  上部材
１４  フレーム
１４０  下部材
２０  ひざ軸
３０  エアシリンダ装置
４０  ロッド
５０  ブレーキ手段
１２００  クレビスピン（第２のピン）
１４００  トラニオンピン（第１のピン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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