短下肢装具
【課題】ダンパが揺動する必要のない短下肢装具を提供する。
【解決手段】短下肢装具１０は、ユーザの下腿に装着される下腿部材１２と、ユーザの足に装着される足部材１４と、ダンパ４０と連結機構２０を備える。足部材１４は、下腿部材１２に揺動可能に連結されている。ダンパ４０は、可動端が動くことによって粘性抵抗を付与する。ダンパ４０は、下腿部材１２に固定されており、下腿部材１２がユーザに装着されたときに可動端が下腿の長手方向に沿って動く。連結機構２０は、足部材１４をダンパ４０の可動端に連結する。連結機構２０は、足部材１４の揺動に連動してダンパ４０の可動端を動かす。
【解決手段】短下肢装具１０は、ユーザの下腿に装着される下腿部材１２と、ユーザの足に装着される足部材１４と、ダンパ４０と連結機構２０を備える。足部材１４は、下腿部材１２に揺動可能に連結されている。ダンパ４０は、可動端が動くことによって粘性抵抗を付与する。ダンパ４０は、下腿部材１２に固定されており、下腿部材１２がユーザに装着されたときに可動端が下腿の長手方向に沿って動く。連結機構２０は、足部材１４をダンパ４０の可動端に連結する。連結機構２０は、足部材１４の揺動に連動してダンパ４０の可動端を動かす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短下肢装具（ＡＦＯ：Ａｎｋｌｅ Ｆｏｏｔ Ｏｒｔｈｏｓｉｓ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
足を自在に動かすことができないユーザのための補助デバイスとして、短下肢装具が知られている。短下肢装具は、ユーザの下腿に固定される下腿部材と足に固定される足部材を備えている。本明細書で用いる「下腿」とは、膝と足首の間の部分を意味する。また、「足」とは、足首関節よりも先の部分を意味する。短下肢装具の中には、足部材が、下腿部材に揺動可能に連結されており、下腿部材と足部材の間にダンパ及び／又はバネが連結されているものがある。ダンパやバネは、歩行の際に足首に加わる負荷を和らげる。短下肢装具の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１５６９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダンパの一端が下腿部材に揺動可能に連結されており、ダンパの他端が足部材に揺動可能に連結されている場合、ダンパは足部材の揺動に連動して揺動することになる。短下肢装具はコンパクトであることが望ましいが、従来の短下肢装具は、ダンパが揺動するためのスペースを確保する必要があった。本明細書が開示する技術は、ダンパが揺動する必要のない短下肢装具を提供する。本明細書が開示する技術によれば、ダンパの揺動を許容するスペースを確保する必要がなく、コンパクトな短下肢装具を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する一つの技術は、ダンパが揺動しない短下肢装具を提供する。その短下肢装具は、ユーザの下腿に装着される下腿部材と、ユーザの足に装着される足部材と、下腿部材に固定されているダンパと、連結機構を備える。足部材は、下腿部材に揺動可能に連結されている。ダンパは、動くことによって粘性抵抗を付与する可動端を有する。可動端は、下腿部材がユーザに装着されたときに、下腿の長手方向に沿って動くことができる。連結機構は、足部材をダンパの可動端に連結している。連結機構は、足部材の揺動に連動してダンパの可動端を動かす。そのような連結機構を備えることによって、この新規な短下肢装具は、ダンパを下腿部材に固定することを実現している。
【０００６】
連結機構の具体的構造の好適な一例は、ガイドブロックとリンクを備えている。ガイドブロックは、ダンパの可動端に取り付けられている。ガイドブロックは、短下肢装具がユーザに装着されたときにユーザの前後方向に伸びるガイド溝又はガイドレールを有する。リンクの下端が足部材に固定されており、上端がガイド溝又はガイドレールにスライド可能に係合している。
【０００７】
そのような構造の連結機構においては、足部材とともにリンクが揺動する。リンクが揺動すると、リンクの上端が円弧に沿って移動する。リンクの揺動に伴って、ガイド溝又はガイドレールに係合しているリンクが、ガイドブロックを下腿の長手方向に沿って直線的に動かす。即ち、上記の連結機構によって、下腿部材に固定されているダンパが機能する。
【０００８】
本明細書が開示する他の一つの技術は、ユーザの歩行動作をさらに効果的に補助することのできる短下肢装具を提供する。その短下肢装具は、着地したときの足の底屈を補助するとともに、自重を支えるための足の動作を補助する。そのような短下肢装具は、上記したダンパに加えてバネユニットを備える。バネユニットは、下腿部材とガイドブロックを連結する。バネユニットは、下腿部材とガイドブロックの間で、ダンパと並列に連結されている。
【０００９】
ダンパは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際に粘性抵抗を付与する。粘性抵抗は、連結機構を介して足部材に付与される。他方、ダンパは、足部材の背屈方向への揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与しない。このダンパは、可動端が一方向に動くときに粘性抵抗を与え、逆方向に動くときには粘性抵抗を付与しない、いわゆるワンウエイダンパである。さらに、このダンパは、可動端が中立位置から背屈側に位置する場合にはいずれの方向の揺動に対しての粘性抵抗を与えない。そのようなワンウエイダンパは、典型的には、可動端が中立位置から一方向に動くときにダンパの粘性材料を動かし、逆方向に動くときには粘性材料と離間する構造で実現される。なお、「中立位置」とは、ユーザに応じて個別に調整されるものであるが、例えば、足部材が下腿部材と略直交するときの足部材の位置に相当する。ダンパの具体的な構造の一例は後に説明する。
【００１０】
歩行動作において、踵が接地した後に足が中立位置から底屈し、足の裏全体が接地する。上記のワンウエイダンパは、踵が接地した後の足の底屈動作を補助する。
【００１１】
バネユニットは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際にはバネ力を付与しない。他方、バネユニットは、足部材の中立位置から背屈方向へ揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際にバネ力を付与する。中立位置から背屈側では、バネユニットはいずれの方向の揺動に対してもバネ力を与える。バネ力は連結機構を介して足部材に付与される。そのようなバネユニットは、典型的には、バネユニットの端部が一方向に動くときにはバネ本体から離間し、逆方向に動くときにはバネ本体を動かす構造で実現される。
【００１２】
一方の足が接地した後、他方の脚が前方へ揺動して体幹が前方へ移動するのに伴って、その足は中立位置を超えて背屈する。その足は、離地するときに中立位置へ向かって底屈する。上記のバネユニットは、離地するまでの一連の足の動作を補助する。
【００１３】
連結機構は、リンク上端のスライド範囲が、足部材の回転軸線よりも後方であるとよい。ここで、「回転軸線よりも後方」とは、ユーザが短下肢装具を取り付けたときに、ユーザの前後方向に沿って「回転軸線よりも後方」であることを意味する。なお、短下肢装具では通常、下腿部材の向こうずね側を「前」と称している。上記連結機構のガイドブロックとリンクをそのようにレイアウトすることによって、ダンパとバネユニットをさらに効果的に作動させることができる。即ち、上記のレイアウトは、足部材が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動したときのガイドブロックのストロークＳｐと、足部材が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロックのストロークＳｄが、Ｓｐ／Ａｐ＜Ｓｄ／Ａｄの関係を満たす。そのような関係を満たす短下肢装具は、バネユニットを比較的長いストロークで動作させることができるとともに、逆に、ダンパを比較的短いストロークで動作させることができる。同じバネ定数であれば、ストロークの長いバネはストロークの短いバネよりも直径を小さくできる。また、同じ粘性抵抗であればストロークの短いダンパはストロークの長いダンパよりも安価である。そのような関係は、ガイドブロックとリンクの幾何学的な幾つかの配置で実現することができる。上記のレイアウトが上記した揺動範囲とストロークの関係を満たす理由は実施形態で説明する。
【００１４】
以上述べた通り、本明細書が開示する新規な技術は、従来よりも優れた短下肢装具を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の短下肢装具の模式図である。
【図２】リンクの揺動角とバネ／ダンパのストロークとの関係を説明する図である。
【図３】他の実施形態の短下肢装具の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して実施例の短下肢装具を説明する。図１は、第１実施例の短下肢装具１０の模式図を示している。以下、簡単のため、「短下肢装具１０」を「ＡＦＯ１０」と略称する。ＡＦＯ１０は、主な部品として、下腿部材１２、足部材１４、ジョイント１６、ワンウエイダンパ４０、ワンウエイバネユニット５０、連結機構２０、及び、リニアガイド３０を備えている。図１に示されているように、ワンウエイダンパ４０、ワンウエイバネユニット５０、及び連結機構２０は、ユーザがＡＦＯ１０を装着したときに下腿Ｒの側方に位置するように、下腿部材１２に取り付けられている。
【００１７】
足部材１４は、ジョイント１６によって下腿部材１２に揺動可能に連結されている。下腿部材１２は、ユーザの下腿Ｒに取り付けられる。足部材１４はユーザの足Ｆに取り付けられる。ユーザがＡＦＯ１０を装着すると、ジョイント１６はユーザの足首関節と略同軸に位置する。ユーザが足を底屈方向或いは背屈方向に揺動すると、足部材１４も揺動する。図１の符号「Ｃ］は、ジョイント１６の回転軸線を示している。図１に示す足首関節の角度、即ち、足Ｆと下腿Ｒが略直角をなすときが足部材１４の中立位置に相当する。なお、「中立位置」は、ユーザに応じて個別に調整される。
【００１８】
ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２に固定されている。まずワンウエイダンパ４０について説明する。ワンウエイダンパ４０は、粘性材４１、ケース４２、ピストンロッド４４を有している。ケース４２は下腿部材１２に固定されている。粘性材４１がケース４２の中に配置されている。ピストンロッド４４の下端は、後述するガイドブロック２２に連結されており、ガイドブロック２２が下腿Ｒの長手方向に沿って上下に移動すると、ピストンロッド４４も上下に移動する。なお、下腿Ｒの長手方向は図１の上下方向に相当する。図１の状態においては、ピストンロッド４４の上端が粘性材４１に接している。詳しくは後述するが、足Ｆが背屈方向に揺動するとガイドブロック２２が下方に直線的に動き、足Ｆが底屈方向に揺動するとガイドブロック２２が上方に直線的に動く。ガイドブロック２２については後に詳しく説明する。
【００１９】
粘性材４１は、圧縮性の材料で作られている。粘性材４１の自然長はＬ１であり、足部材１４がちょうど中立位置にあるときにピストンロッド４４の上端が粘性材４１に接する。粘性材４１とピストンロッド４４は接しているだけであり、相互に固定はされていない。図１に示す状態からガイドブロック２２が上方に移動するとピストンロッド４４が粘性材４１を圧縮する。このとき、粘性材４１は、ピストンロッド４４の動きに対して粘性抵抗を付与する。図１に示す状態からガイドブロック２２が下方に移動するとピストンロッド４４の上端は粘性材４１から離れる。ガイドブロック２２が下方に移動するときには粘性材４１はピストンロッド４４に粘性抵抗を付与しない。ピストンロッド４４の下端がワンウエイダンパ４０の可動端に相当する。
【００２０】
ワンウエイダンパ４０は、ガイドブロック２２が中立位置から上方へ移動するに際に粘性抵抗を付与する。ワンウエイダンパ４０は、ガイドブロック２２が中立位置から下方へ移動する際には粘性抵抗をピストンロッド４４に付与しない。さらにワンウエイダンパ４０は、ピストンロッド４４が一旦上方に移動した後に再び下方へ移動する際にも、粘性抵抗を付与しない。
【００２１】
次に、ワンウエイバネユニット５０について説明する。ワンウエイバネユニット５０は、スプリング５４、ストッパ５６、ピストンロッド５８を有している。ストッパ５６は、下腿部材１２に固定されている。ストッパ５６には孔が設けられており、その孔をピストンロッド５８が通過している。ピストンロッド５８の上端にはリブ５８ａが設けられている。リブ５８ａとストッパ５６の間には、スプリング５４が嵌挿されている。ピストンロッド５８の下端は、ガイドブロック２２に連結されている。ピストンロッド５８の下端が、ワンウエイバネユニット５０の可動端に相当する。
【００２２】
ピストンロッド５８は、リニアガイド３０にガイドされ、下腿Ｒの長手方向に沿って上下に直線的に移動することができる。即ち、リニアガイド３０は、ピストンロッド５８をその長手方向に沿って摺動可能に支持している。スプリング５４の自然長はＬ２であり、足部材１４がちょうど中立位置にあるときに、ピストンロッド５８のリブ５８ａとストッパ５６の間の距離もＬ２となる。なお、スプリング５４を意図的に圧縮させて（例えば、リブ５８ａとストッパ５６の間にスペーサを配置する）、中立位置付近の復元力の強さを調整することができる。図１に示す状態からガイドブロック２２が下方に移動すると、リブ５８ａとストッパ５６の間が縮まってスプリング５４が圧縮される。このとき、スプリング５４はピストンロッド５８を介してガイドブロック２２にバネ力（復元力）を付与する。リブ５８ａとスプリング５４は接しているだけであり、相互に固定はされていない。従って、図１の状態からガイドブロック２２が上方に移動すると、リブ５８ａとストッパ５６の間が距離Ｌ２よりも大きくなり、リブ５８ａとスプリング５４が離間する。図１の状態からガイドブロック２２が上方に移動するときには、スプリング５４はガイドブロック２２にバネ力を付与しない。
【００２３】
次に、連結機構２０について説明する。連結機構２０は、主に、ガイドブロック２２とリンク２８で構成されている。ガイドブロック２２は、ワンウエイバネユニット５０の可動端（ピストンロッド５８の先端）に連結されており、リニアガイド３０にガイドされながら、下肢Ｒの長手方向に沿って上下動することができる。ガイドブロック２２は、ワンウエイダンパ４０の可動端にも連結されているが、主としてリニアガイド３０によってガイドされる。ガイドブロック２２には、ユーザの前後方向に伸びるガイド溝２２ａが形成されている。
【００２４】
リンク２８の下端は足部材１４に固定されており、リンク２８の上端はカムフォロワ２６を介してガイド溝２２ａに係合している。リンク２８は、回転軸線Ｃの周りに揺動する。このときリンク２８の上端は、ガイド溝２２ａに沿ってスライドする。
【００２５】
図１の符号「Ｖ」は、ジョイント１６の回転軸線Ｃ（足部材１４の回転軸線）を通り、下腿部材１２の長手方向に沿って伸びる直線を表している。別言すれば、直線Ｖは、ユーザがＡＦＯ１０を装着したとき、回転軸線Ｃを通り、ユーザの下腿の長手方向に沿って伸びる直線を表している。図１に示すとおり、リンク２８の上端のスライド範囲は、直線Ｖよりも後方に位置する。そのような配置は特別な効果を奏する。その効果については後述する。
【００２６】
連結機構２０の動作について説明する。前述したように、図１の状態は足部材１４が中立位置にある状態を示している。このとき、粘性材４１の長さは自然長Ｌ１であり、スプリング５４の長さは自然長Ｌ２である。
【００２７】
ユーザが足Ｆを底屈方向に揺動するとき、足部材１４も底屈方向に揺動する。底屈方向は、足先が下がる向きの足首関節の回転方向に相当する。なお、背屈方向は、足先が上がる向きの足首関節の回転方向に相当する。図１の矢印Ｐが底屈方向を示しており、矢印Ｄが背屈方向を示している。足部材１４が底屈方向に揺動すると足部材１４に固定されたリンク２８が矢印ｐの向きに揺動する。リンク２８の上端の位置が上がる。リンク２８の上端にはガイドブロック２２が係合しており、リンク２８の上端は、ガイド溝２２ａに沿ってスライドしながら、ガイドブロック２２を押し上げる。このとき、ピストンロッド４４を介して粘性材４１が圧縮される。ガイドブロック２２の上方への移動に伴って粘性材４１がピストンロッド４４と連結機構２０を介して足部材１４に粘性抵抗を付与する。他方、足部材１４が中立位置から底屈方向へ揺動するとき、連結機構２０によってガイドブロック２２が押し上げられ、ピストンロッド５８が上方に移動する。ワンウエイバネユニット５０のリブ５８ａとストッパ５６の距離がＬ２よりも拡大するが、このときスプリング５４はリブ５８ａから離れ、バネ力を付与しない。
【００２８】
他方、ユーザが足Ｆを中立位置から背屈方向（矢印Ｄの方向）に揺動するとき、足部材１４も背屈方向に揺動する。足部材１４が背屈方向に揺動すると足部材１４に固定されたリンク２８が矢印ｄの向きに揺動する。リンク２８の上端の位置が下がる。リンク２８の上端はガイド溝２２ａに沿ってスライドしながらガイドブロック２２を押し下げる。このとき、ピストンロッド５８が下方に移動する。ワンウエイバネユニット５０のリブ５８ａとストッパ５６の距離がＬ２よりも縮まり、スプリング５４が圧縮される。そのため、ワンウエイバネユニット５０は、足部材１４を底屈方向に揺動する向きのバネ力を付与する。
【００２９】
ＡＦＯ１０の動作をまとめると次の通りである。ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２に取り付けられている。ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２と連結機構２０の間に並列に連結されている。連結機構２０のガイドブロック２２が下腿Ｒの長手方向に沿って移動するとき、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０の夫々の可動端も下腿Ｒの長手方向に沿って移動する。ワンウエイダンパ４０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が上方に移動する際に足部材１４に粘性抵抗を付与する。ワンウエイダンパ４０は、足部材１４の背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が下方に移動する際には足部材１４に粘性抵抗を付与しない。ワンウエイバネユニット５０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が上方に移動する際には足部材１４にバネ力を付与しないが、足部材１４の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が下方に移動する際に足部材１４にバネ力を付与する。
【００３０】
ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２に固定されており、足部材１４が揺動してもそれらは揺動しない。ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０が揺動しないことは、上記した連結機構２０の構造によって達成される。上記の構成によれば、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０を下腿部材１２に固定することができるので、コンパクトなＡＦＯ１０を実現することがきできる。特に、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０を下腿部材１２の長手方向に沿って平行に配置することができるので、それらをコンパクトにレイアウトすることができる。
【００３１】
次に、上記連結機構２０が奏するさらなる効果を説明する。その効果は、リンク２８の上端のスライド範囲が、直線Ｖよりも後方に位置する構成に起因する（図１参照）。連結機構２０は、バネとダンパを効果的に利用することができる。図２は、足部材１４が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｐの大きさと、足部材１４が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｄの大きさを示している。図２の上側の図の点Ｃは、ジョイント１６の回転軸に相当する。Ｘ軸は、足部材１４の長手方向に相当する。Ｘ軸の正の方向が足先方向に相当する。Ｙ軸は、下腿部材１２の長手方向に相当する。即ちＹ軸は、図１の直線Ｖに相当する。点Ｐ１は、足部材１４が中立位置にあるときのリンク２８の上端の位置を示している。角度Ａｎは、足部材１４の長手方向とリンク２８のなす角度を表している。足部材１４が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動するとき、リンク２８の上端は点Ｐ２に位置する。距離Ｓｐは、足部材１４が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動したときのガイドブロック２２のストロークを表す。足部材１４が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動するとき、リンク２８の上端は点Ｐ３に位置する。距離Ｓｄは、足部材１４が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロック２２のストロークを表す。
【００３２】
図２の下側のグラフは、リンク２８の取り付け角度Ａｎを変化させたときの、Ｓｄ／ＡｄとＳｐ／Ａｐの変化を示す。なお、リンク長は１．０とし角度Ａｄ＝Ａｐ＝２０［ｄｅｇ］で計算した。Ｓｐ／Ａｐは、足部材１４が底屈方向へ角度Ａｐ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｐを表す。Ｓｄ／Ａｄは、足部材１４が背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｄを表す。Ｓ／Ａの絶対値が大きいほど、単位角度の揺動に対するストロークが大きいことを示す。図２の符号Ｗ１が示す範囲では、足部材１４の背屈方向の揺動に対してガイドブロック２２のストロークが比較的大きくなり、逆に足部材１４の底屈方向の揺動に対してガイドブロック２２のストロークが比較的小さくなる。
【００３３】
即ち、リンク２８の上端のスライド範囲がＷ１の範囲であれば、ワンウエイバネユニット５０を比較的長いストロークで動作させることができるとともに、逆に、ワンウエイダンパ４０を比較的短いストロークで動作させることができる。同じバネ定数であれば、ストロークの長いバネはストロークの短いバネよりも直径を小さくできる。また、同じ粘性抵抗であればストロークの短いダンパはストロークの長いダンパよりも安価である。従って、リンク２８の上端のスライド範囲がＷ１の範囲となるように連結機構２０を構成すれば、バネとダンパを効率よく利用するＡＦＯを実現できる。
【００３４】
上記のレイアウトは、リンク２８の上端のスライド範囲が、ユーザがＡＦＯ１０を装着したときに足部材１４の回転軸線Ｃよりも後方となっている構成に基本的に相当する。前述したように、図２の点Ｃは、ジョイント１６の回転軸線に相当し、軸Ｙが下腿部材１２の長手方向に相当する。軸Ｙは、ジョイント１６の回転軸線Ｃを通り下腿部材１２に沿って伸びる直線である。従って、上記した連結機構２０の構成は、さらには次の通りに別言するともできる。即ち、リンク２８の揺動範囲は、回転軸線Ｃを通り下腿に沿って伸びる直線Ｖ（Ｙ軸）よりも後方であり、回転軸線Ｃを通り直線Ｖと交差する直線（Ｘ軸）よりも上方である。または、大雑把にいえば、上記の構成は、リンク２８が、下腿部材１２と足部材１４を連結するジョイント１６から下腿の後側に伸びる構成に対応する。即ち、下腿部材１２と足部材１４を連結するジョイント１６から下腿の後方に向かってリンク２８が伸びるように連結機構２０を構成すれば、上記の効果が得られる。
【００３５】
ここで、上記したＡＦＯ１０では、リンク２８上端が、ガイドブロック２２のガイド溝２２ａによって案内され、ガイドブロック２２に対して前後方向に移動する。従って、ガイドブロック２２には、リンク２８上端の前後方向の位置に応じて、モーメントが負荷される。このとき、ガイドブロック２２に大きなモーメントが負荷されると、ガイドブロック２２の上下方向の移動が妨げられてしまう。このようなモーメントを低減するためには、ガイドブロック２２に対するリンク２８上端の移動範囲に応じて、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０の配置を定めるとよい。具体的には、リンク２８上端の前後方向の移動限（即ち、移動範囲の両端位置）に、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０をそれぞれ配置するとよい。この構成によると、ガイドブロック２２に負荷されるモーメントを有意に低減することができ、その結果、例えばリニアガイド３０に小型のものを採用することが可能となる。
【００３６】
次に、図３を参照して第２実施例のＡＦＯ１１０を説明する。第２実施例のＡＦＯ１１０は、ワンウエイダンパ１４０と、２つのワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂと、リニアガイド１３０を備えている。ワンウエイダンパ１４０、ワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂ、リニアガイド１３０の構造は、第１実施例のワンウエイダンパ１４０、ワンウエイバネユニット５０、リニアガイド１３０とそれぞれ同じであるので、ここでは説明を省略する。ただし、リニアガイド１３０は、ワンウエイダンパ１４０に設けられており、そのピストンロッド１４４をガイドしている。
本実施例のＡＦＯ１１０では、ワンウエイダンパ１４０にリニアガイド１３０が設けられ、その両側にワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂが配置されている。ここで、２つのワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂは、リニアガイド１３０からの距離が互いに等しく、ワンウエイダンパ１４０を中心として対称に配置されている。このように、ガイドブロック２２をガイドするリニアガイド１３０に対して、複数のワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂを対称的に配置すると、ガイドブロック２２に加えられるモーメントを低減することができる。なお、ワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂに限られず、複数のワンウエイダンパ１４０をリニアガイド１３０に対して対称的（等距離）に配置してもよい。
【００３７】
上記した実施例のＡＦＯについての留意点を述べる。実施例のＡＦＯ１０、１１０は、ワンウエイダンパ４０、１４０とバネユニット５０、１５０ａ、１５０ｂの双方を備えるが、いずれか一方のみを備えるものであってもよい。実施例のＡＦＯ１０、１１０では、連結機構２０のリンク２８上端は、ガイドブロック２２が有するガイド溝２２ａに係合する。ガイド溝２２ａに変えてガイドレールを採用しても、同様の効果を得ることができる。第２実施例のＡＦＯ１１０では、２個のワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂを備えた。ここで、２個のワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂの替わりに、２個のワンウエイダンパ１４０を備えても同様の効果を奏する。
【００３８】
実施例のＡＦＯ１０は、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０を備える。ワンウエイダンパ４０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際に粘性抵抗を付与し、足部材１４の背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与しない。ワンウエイバネユニット５０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際にはバネ力を付与せず、足部材１４の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際にバネ力を付与する。ワンウエイダンパ４０に加えてサブダンパを備えてもよい。サブダンパは、ワンウエイダンパ４０とは正反対に作動する。即ちサブダンパは、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際に粘性抵抗を付与せず、足部材１４の背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与する。さらに、ワンウエイバネユニット５０に加えてサブバネユニットを備えても良い。サブバネユニットは、ワンウエイバネユニット５０とは正反対に作動する。即ち、サブバネユニットは、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際にはバネ力を付与し、足部材１４の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際にはバネ力を付与しない。もちろん、サブダンパの粘性抵抗はワンウエイダンパ４０の粘性抵抗より小さく、サブバネユニットのバネ定数は、ワンウエイバネユニット５０のバネ定数よりも小さいことが好ましい。
【００３９】
本明細書が開示する技術の留意点を述べる。本明細書が開示する技術の第１の目的は、ダンパ及び／又はバネが揺動しないＡＦＯを提供することにある。その目的は、ＡＦＯは、上記した連結機構を備えることによって達成される。ＡＦＯはワンウエイダンパでなく通常のダンパを有するものであっても第１の目的は達成される。本明細書が開示する技術の二次的な目的は、ダンパとバネを有効に作動させるＡＦＯを提供することにある。二次的な目的は、ユーザがＡＦＯを装着したときにリンク上端の移動範囲がジョイント１６の回転軸線よりも後方に存在することによって達成される。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１１０：短下肢装具（ＡＦＯ）
１２：下腿部材
１４：足部材
１６：ジョイント
２０：連結機構
２２：ガイドブロック
２２ａ：ガイド溝
２８：リンク
３０、１３０：リニアガイド
４０、１４０：ワンウエイダンパ
４１：粘性材
４２：ケース
４４、１４４：ピストンロッド
５０、１５０ａ、１５０ｂ：ワンウエイバネユニット
５４：スプリング
５６：ストッパ
５８：ピストンロッド
５８ａ：リブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短下肢装具（ＡＦＯ：Ａｎｋｌｅ Ｆｏｏｔ Ｏｒｔｈｏｓｉｓ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
足を自在に動かすことができないユーザのための補助デバイスとして、短下肢装具が知られている。短下肢装具は、ユーザの下腿に固定される下腿部材と足に固定される足部材を備えている。本明細書で用いる「下腿」とは、膝と足首の間の部分を意味する。また、「足」とは、足首関節よりも先の部分を意味する。短下肢装具の中には、足部材が、下腿部材に揺動可能に連結されており、下腿部材と足部材の間にダンパ及び／又はバネが連結されているものがある。ダンパやバネは、歩行の際に足首に加わる負荷を和らげる。短下肢装具の一例が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１５６９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダンパの一端が下腿部材に揺動可能に連結されており、ダンパの他端が足部材に揺動可能に連結されている場合、ダンパは足部材の揺動に連動して揺動することになる。短下肢装具はコンパクトであることが望ましいが、従来の短下肢装具は、ダンパが揺動するためのスペースを確保する必要があった。本明細書が開示する技術は、ダンパが揺動する必要のない短下肢装具を提供する。本明細書が開示する技術によれば、ダンパの揺動を許容するスペースを確保する必要がなく、コンパクトな短下肢装具を実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する一つの技術は、ダンパが揺動しない短下肢装具を提供する。その短下肢装具は、ユーザの下腿に装着される下腿部材と、ユーザの足に装着される足部材と、下腿部材に固定されているダンパと、連結機構を備える。足部材は、下腿部材に揺動可能に連結されている。ダンパは、動くことによって粘性抵抗を付与する可動端を有する。可動端は、下腿部材がユーザに装着されたときに、下腿の長手方向に沿って動くことができる。連結機構は、足部材をダンパの可動端に連結している。連結機構は、足部材の揺動に連動してダンパの可動端を動かす。そのような連結機構を備えることによって、この新規な短下肢装具は、ダンパを下腿部材に固定することを実現している。
【０００６】
連結機構の具体的構造の好適な一例は、ガイドブロックとリンクを備えている。ガイドブロックは、ダンパの可動端に取り付けられている。ガイドブロックは、短下肢装具がユーザに装着されたときにユーザの前後方向に伸びるガイド溝又はガイドレールを有する。リンクの下端が足部材に固定されており、上端がガイド溝又はガイドレールにスライド可能に係合している。
【０００７】
そのような構造の連結機構においては、足部材とともにリンクが揺動する。リンクが揺動すると、リンクの上端が円弧に沿って移動する。リンクの揺動に伴って、ガイド溝又はガイドレールに係合しているリンクが、ガイドブロックを下腿の長手方向に沿って直線的に動かす。即ち、上記の連結機構によって、下腿部材に固定されているダンパが機能する。
【０００８】
本明細書が開示する他の一つの技術は、ユーザの歩行動作をさらに効果的に補助することのできる短下肢装具を提供する。その短下肢装具は、着地したときの足の底屈を補助するとともに、自重を支えるための足の動作を補助する。そのような短下肢装具は、上記したダンパに加えてバネユニットを備える。バネユニットは、下腿部材とガイドブロックを連結する。バネユニットは、下腿部材とガイドブロックの間で、ダンパと並列に連結されている。
【０００９】
ダンパは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際に粘性抵抗を付与する。粘性抵抗は、連結機構を介して足部材に付与される。他方、ダンパは、足部材の背屈方向への揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与しない。このダンパは、可動端が一方向に動くときに粘性抵抗を与え、逆方向に動くときには粘性抵抗を付与しない、いわゆるワンウエイダンパである。さらに、このダンパは、可動端が中立位置から背屈側に位置する場合にはいずれの方向の揺動に対しての粘性抵抗を与えない。そのようなワンウエイダンパは、典型的には、可動端が中立位置から一方向に動くときにダンパの粘性材料を動かし、逆方向に動くときには粘性材料と離間する構造で実現される。なお、「中立位置」とは、ユーザに応じて個別に調整されるものであるが、例えば、足部材が下腿部材と略直交するときの足部材の位置に相当する。ダンパの具体的な構造の一例は後に説明する。
【００１０】
歩行動作において、踵が接地した後に足が中立位置から底屈し、足の裏全体が接地する。上記のワンウエイダンパは、踵が接地した後の足の底屈動作を補助する。
【００１１】
バネユニットは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際にはバネ力を付与しない。他方、バネユニットは、足部材の中立位置から背屈方向へ揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際にバネ力を付与する。中立位置から背屈側では、バネユニットはいずれの方向の揺動に対してもバネ力を与える。バネ力は連結機構を介して足部材に付与される。そのようなバネユニットは、典型的には、バネユニットの端部が一方向に動くときにはバネ本体から離間し、逆方向に動くときにはバネ本体を動かす構造で実現される。
【００１２】
一方の足が接地した後、他方の脚が前方へ揺動して体幹が前方へ移動するのに伴って、その足は中立位置を超えて背屈する。その足は、離地するときに中立位置へ向かって底屈する。上記のバネユニットは、離地するまでの一連の足の動作を補助する。
【００１３】
連結機構は、リンク上端のスライド範囲が、足部材の回転軸線よりも後方であるとよい。ここで、「回転軸線よりも後方」とは、ユーザが短下肢装具を取り付けたときに、ユーザの前後方向に沿って「回転軸線よりも後方」であることを意味する。なお、短下肢装具では通常、下腿部材の向こうずね側を「前」と称している。上記連結機構のガイドブロックとリンクをそのようにレイアウトすることによって、ダンパとバネユニットをさらに効果的に作動させることができる。即ち、上記のレイアウトは、足部材が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動したときのガイドブロックのストロークＳｐと、足部材が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロックのストロークＳｄが、Ｓｐ／Ａｐ＜Ｓｄ／Ａｄの関係を満たす。そのような関係を満たす短下肢装具は、バネユニットを比較的長いストロークで動作させることができるとともに、逆に、ダンパを比較的短いストロークで動作させることができる。同じバネ定数であれば、ストロークの長いバネはストロークの短いバネよりも直径を小さくできる。また、同じ粘性抵抗であればストロークの短いダンパはストロークの長いダンパよりも安価である。そのような関係は、ガイドブロックとリンクの幾何学的な幾つかの配置で実現することができる。上記のレイアウトが上記した揺動範囲とストロークの関係を満たす理由は実施形態で説明する。
【００１４】
以上述べた通り、本明細書が開示する新規な技術は、従来よりも優れた短下肢装具を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の短下肢装具の模式図である。
【図２】リンクの揺動角とバネ／ダンパのストロークとの関係を説明する図である。
【図３】他の実施形態の短下肢装具の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面を参照して実施例の短下肢装具を説明する。図１は、第１実施例の短下肢装具１０の模式図を示している。以下、簡単のため、「短下肢装具１０」を「ＡＦＯ１０」と略称する。ＡＦＯ１０は、主な部品として、下腿部材１２、足部材１４、ジョイント１６、ワンウエイダンパ４０、ワンウエイバネユニット５０、連結機構２０、及び、リニアガイド３０を備えている。図１に示されているように、ワンウエイダンパ４０、ワンウエイバネユニット５０、及び連結機構２０は、ユーザがＡＦＯ１０を装着したときに下腿Ｒの側方に位置するように、下腿部材１２に取り付けられている。
【００１７】
足部材１４は、ジョイント１６によって下腿部材１２に揺動可能に連結されている。下腿部材１２は、ユーザの下腿Ｒに取り付けられる。足部材１４はユーザの足Ｆに取り付けられる。ユーザがＡＦＯ１０を装着すると、ジョイント１６はユーザの足首関節と略同軸に位置する。ユーザが足を底屈方向或いは背屈方向に揺動すると、足部材１４も揺動する。図１の符号「Ｃ］は、ジョイント１６の回転軸線を示している。図１に示す足首関節の角度、即ち、足Ｆと下腿Ｒが略直角をなすときが足部材１４の中立位置に相当する。なお、「中立位置」は、ユーザに応じて個別に調整される。
【００１８】
ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２に固定されている。まずワンウエイダンパ４０について説明する。ワンウエイダンパ４０は、粘性材４１、ケース４２、ピストンロッド４４を有している。ケース４２は下腿部材１２に固定されている。粘性材４１がケース４２の中に配置されている。ピストンロッド４４の下端は、後述するガイドブロック２２に連結されており、ガイドブロック２２が下腿Ｒの長手方向に沿って上下に移動すると、ピストンロッド４４も上下に移動する。なお、下腿Ｒの長手方向は図１の上下方向に相当する。図１の状態においては、ピストンロッド４４の上端が粘性材４１に接している。詳しくは後述するが、足Ｆが背屈方向に揺動するとガイドブロック２２が下方に直線的に動き、足Ｆが底屈方向に揺動するとガイドブロック２２が上方に直線的に動く。ガイドブロック２２については後に詳しく説明する。
【００１９】
粘性材４１は、圧縮性の材料で作られている。粘性材４１の自然長はＬ１であり、足部材１４がちょうど中立位置にあるときにピストンロッド４４の上端が粘性材４１に接する。粘性材４１とピストンロッド４４は接しているだけであり、相互に固定はされていない。図１に示す状態からガイドブロック２２が上方に移動するとピストンロッド４４が粘性材４１を圧縮する。このとき、粘性材４１は、ピストンロッド４４の動きに対して粘性抵抗を付与する。図１に示す状態からガイドブロック２２が下方に移動するとピストンロッド４４の上端は粘性材４１から離れる。ガイドブロック２２が下方に移動するときには粘性材４１はピストンロッド４４に粘性抵抗を付与しない。ピストンロッド４４の下端がワンウエイダンパ４０の可動端に相当する。
【００２０】
ワンウエイダンパ４０は、ガイドブロック２２が中立位置から上方へ移動するに際に粘性抵抗を付与する。ワンウエイダンパ４０は、ガイドブロック２２が中立位置から下方へ移動する際には粘性抵抗をピストンロッド４４に付与しない。さらにワンウエイダンパ４０は、ピストンロッド４４が一旦上方に移動した後に再び下方へ移動する際にも、粘性抵抗を付与しない。
【００２１】
次に、ワンウエイバネユニット５０について説明する。ワンウエイバネユニット５０は、スプリング５４、ストッパ５６、ピストンロッド５８を有している。ストッパ５６は、下腿部材１２に固定されている。ストッパ５６には孔が設けられており、その孔をピストンロッド５８が通過している。ピストンロッド５８の上端にはリブ５８ａが設けられている。リブ５８ａとストッパ５６の間には、スプリング５４が嵌挿されている。ピストンロッド５８の下端は、ガイドブロック２２に連結されている。ピストンロッド５８の下端が、ワンウエイバネユニット５０の可動端に相当する。
【００２２】
ピストンロッド５８は、リニアガイド３０にガイドされ、下腿Ｒの長手方向に沿って上下に直線的に移動することができる。即ち、リニアガイド３０は、ピストンロッド５８をその長手方向に沿って摺動可能に支持している。スプリング５４の自然長はＬ２であり、足部材１４がちょうど中立位置にあるときに、ピストンロッド５８のリブ５８ａとストッパ５６の間の距離もＬ２となる。なお、スプリング５４を意図的に圧縮させて（例えば、リブ５８ａとストッパ５６の間にスペーサを配置する）、中立位置付近の復元力の強さを調整することができる。図１に示す状態からガイドブロック２２が下方に移動すると、リブ５８ａとストッパ５６の間が縮まってスプリング５４が圧縮される。このとき、スプリング５４はピストンロッド５８を介してガイドブロック２２にバネ力（復元力）を付与する。リブ５８ａとスプリング５４は接しているだけであり、相互に固定はされていない。従って、図１の状態からガイドブロック２２が上方に移動すると、リブ５８ａとストッパ５６の間が距離Ｌ２よりも大きくなり、リブ５８ａとスプリング５４が離間する。図１の状態からガイドブロック２２が上方に移動するときには、スプリング５４はガイドブロック２２にバネ力を付与しない。
【００２３】
次に、連結機構２０について説明する。連結機構２０は、主に、ガイドブロック２２とリンク２８で構成されている。ガイドブロック２２は、ワンウエイバネユニット５０の可動端（ピストンロッド５８の先端）に連結されており、リニアガイド３０にガイドされながら、下肢Ｒの長手方向に沿って上下動することができる。ガイドブロック２２は、ワンウエイダンパ４０の可動端にも連結されているが、主としてリニアガイド３０によってガイドされる。ガイドブロック２２には、ユーザの前後方向に伸びるガイド溝２２ａが形成されている。
【００２４】
リンク２８の下端は足部材１４に固定されており、リンク２８の上端はカムフォロワ２６を介してガイド溝２２ａに係合している。リンク２８は、回転軸線Ｃの周りに揺動する。このときリンク２８の上端は、ガイド溝２２ａに沿ってスライドする。
【００２５】
図１の符号「Ｖ」は、ジョイント１６の回転軸線Ｃ（足部材１４の回転軸線）を通り、下腿部材１２の長手方向に沿って伸びる直線を表している。別言すれば、直線Ｖは、ユーザがＡＦＯ１０を装着したとき、回転軸線Ｃを通り、ユーザの下腿の長手方向に沿って伸びる直線を表している。図１に示すとおり、リンク２８の上端のスライド範囲は、直線Ｖよりも後方に位置する。そのような配置は特別な効果を奏する。その効果については後述する。
【００２６】
連結機構２０の動作について説明する。前述したように、図１の状態は足部材１４が中立位置にある状態を示している。このとき、粘性材４１の長さは自然長Ｌ１であり、スプリング５４の長さは自然長Ｌ２である。
【００２７】
ユーザが足Ｆを底屈方向に揺動するとき、足部材１４も底屈方向に揺動する。底屈方向は、足先が下がる向きの足首関節の回転方向に相当する。なお、背屈方向は、足先が上がる向きの足首関節の回転方向に相当する。図１の矢印Ｐが底屈方向を示しており、矢印Ｄが背屈方向を示している。足部材１４が底屈方向に揺動すると足部材１４に固定されたリンク２８が矢印ｐの向きに揺動する。リンク２８の上端の位置が上がる。リンク２８の上端にはガイドブロック２２が係合しており、リンク２８の上端は、ガイド溝２２ａに沿ってスライドしながら、ガイドブロック２２を押し上げる。このとき、ピストンロッド４４を介して粘性材４１が圧縮される。ガイドブロック２２の上方への移動に伴って粘性材４１がピストンロッド４４と連結機構２０を介して足部材１４に粘性抵抗を付与する。他方、足部材１４が中立位置から底屈方向へ揺動するとき、連結機構２０によってガイドブロック２２が押し上げられ、ピストンロッド５８が上方に移動する。ワンウエイバネユニット５０のリブ５８ａとストッパ５６の距離がＬ２よりも拡大するが、このときスプリング５４はリブ５８ａから離れ、バネ力を付与しない。
【００２８】
他方、ユーザが足Ｆを中立位置から背屈方向（矢印Ｄの方向）に揺動するとき、足部材１４も背屈方向に揺動する。足部材１４が背屈方向に揺動すると足部材１４に固定されたリンク２８が矢印ｄの向きに揺動する。リンク２８の上端の位置が下がる。リンク２８の上端はガイド溝２２ａに沿ってスライドしながらガイドブロック２２を押し下げる。このとき、ピストンロッド５８が下方に移動する。ワンウエイバネユニット５０のリブ５８ａとストッパ５６の距離がＬ２よりも縮まり、スプリング５４が圧縮される。そのため、ワンウエイバネユニット５０は、足部材１４を底屈方向に揺動する向きのバネ力を付与する。
【００２９】
ＡＦＯ１０の動作をまとめると次の通りである。ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２に取り付けられている。ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２と連結機構２０の間に並列に連結されている。連結機構２０のガイドブロック２２が下腿Ｒの長手方向に沿って移動するとき、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０の夫々の可動端も下腿Ｒの長手方向に沿って移動する。ワンウエイダンパ４０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が上方に移動する際に足部材１４に粘性抵抗を付与する。ワンウエイダンパ４０は、足部材１４の背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が下方に移動する際には足部材１４に粘性抵抗を付与しない。ワンウエイバネユニット５０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が上方に移動する際には足部材１４にバネ力を付与しないが、足部材１４の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が下方に移動する際に足部材１４にバネ力を付与する。
【００３０】
ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０は、下腿部材１２に固定されており、足部材１４が揺動してもそれらは揺動しない。ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０が揺動しないことは、上記した連結機構２０の構造によって達成される。上記の構成によれば、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０を下腿部材１２に固定することができるので、コンパクトなＡＦＯ１０を実現することがきできる。特に、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０を下腿部材１２の長手方向に沿って平行に配置することができるので、それらをコンパクトにレイアウトすることができる。
【００３１】
次に、上記連結機構２０が奏するさらなる効果を説明する。その効果は、リンク２８の上端のスライド範囲が、直線Ｖよりも後方に位置する構成に起因する（図１参照）。連結機構２０は、バネとダンパを効果的に利用することができる。図２は、足部材１４が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｐの大きさと、足部材１４が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｄの大きさを示している。図２の上側の図の点Ｃは、ジョイント１６の回転軸に相当する。Ｘ軸は、足部材１４の長手方向に相当する。Ｘ軸の正の方向が足先方向に相当する。Ｙ軸は、下腿部材１２の長手方向に相当する。即ちＹ軸は、図１の直線Ｖに相当する。点Ｐ１は、足部材１４が中立位置にあるときのリンク２８の上端の位置を示している。角度Ａｎは、足部材１４の長手方向とリンク２８のなす角度を表している。足部材１４が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動するとき、リンク２８の上端は点Ｐ２に位置する。距離Ｓｐは、足部材１４が中立位置から底屈方向に角度Ａｐ揺動したときのガイドブロック２２のストロークを表す。足部材１４が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動するとき、リンク２８の上端は点Ｐ３に位置する。距離Ｓｄは、足部材１４が中立位置から背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロック２２のストロークを表す。
【００３２】
図２の下側のグラフは、リンク２８の取り付け角度Ａｎを変化させたときの、Ｓｄ／ＡｄとＳｐ／Ａｐの変化を示す。なお、リンク長は１．０とし角度Ａｄ＝Ａｐ＝２０［ｄｅｇ］で計算した。Ｓｐ／Ａｐは、足部材１４が底屈方向へ角度Ａｐ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｐを表す。Ｓｄ／Ａｄは、足部材１４が背屈方向に角度Ａｄ揺動したときのガイドブロック２２のストロークＳｄを表す。Ｓ／Ａの絶対値が大きいほど、単位角度の揺動に対するストロークが大きいことを示す。図２の符号Ｗ１が示す範囲では、足部材１４の背屈方向の揺動に対してガイドブロック２２のストロークが比較的大きくなり、逆に足部材１４の底屈方向の揺動に対してガイドブロック２２のストロークが比較的小さくなる。
【００３３】
即ち、リンク２８の上端のスライド範囲がＷ１の範囲であれば、ワンウエイバネユニット５０を比較的長いストロークで動作させることができるとともに、逆に、ワンウエイダンパ４０を比較的短いストロークで動作させることができる。同じバネ定数であれば、ストロークの長いバネはストロークの短いバネよりも直径を小さくできる。また、同じ粘性抵抗であればストロークの短いダンパはストロークの長いダンパよりも安価である。従って、リンク２８の上端のスライド範囲がＷ１の範囲となるように連結機構２０を構成すれば、バネとダンパを効率よく利用するＡＦＯを実現できる。
【００３４】
上記のレイアウトは、リンク２８の上端のスライド範囲が、ユーザがＡＦＯ１０を装着したときに足部材１４の回転軸線Ｃよりも後方となっている構成に基本的に相当する。前述したように、図２の点Ｃは、ジョイント１６の回転軸線に相当し、軸Ｙが下腿部材１２の長手方向に相当する。軸Ｙは、ジョイント１６の回転軸線Ｃを通り下腿部材１２に沿って伸びる直線である。従って、上記した連結機構２０の構成は、さらには次の通りに別言するともできる。即ち、リンク２８の揺動範囲は、回転軸線Ｃを通り下腿に沿って伸びる直線Ｖ（Ｙ軸）よりも後方であり、回転軸線Ｃを通り直線Ｖと交差する直線（Ｘ軸）よりも上方である。または、大雑把にいえば、上記の構成は、リンク２８が、下腿部材１２と足部材１４を連結するジョイント１６から下腿の後側に伸びる構成に対応する。即ち、下腿部材１２と足部材１４を連結するジョイント１６から下腿の後方に向かってリンク２８が伸びるように連結機構２０を構成すれば、上記の効果が得られる。
【００３５】
ここで、上記したＡＦＯ１０では、リンク２８上端が、ガイドブロック２２のガイド溝２２ａによって案内され、ガイドブロック２２に対して前後方向に移動する。従って、ガイドブロック２２には、リンク２８上端の前後方向の位置に応じて、モーメントが負荷される。このとき、ガイドブロック２２に大きなモーメントが負荷されると、ガイドブロック２２の上下方向の移動が妨げられてしまう。このようなモーメントを低減するためには、ガイドブロック２２に対するリンク２８上端の移動範囲に応じて、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０の配置を定めるとよい。具体的には、リンク２８上端の前後方向の移動限（即ち、移動範囲の両端位置）に、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０をそれぞれ配置するとよい。この構成によると、ガイドブロック２２に負荷されるモーメントを有意に低減することができ、その結果、例えばリニアガイド３０に小型のものを採用することが可能となる。
【００３６】
次に、図３を参照して第２実施例のＡＦＯ１１０を説明する。第２実施例のＡＦＯ１１０は、ワンウエイダンパ１４０と、２つのワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂと、リニアガイド１３０を備えている。ワンウエイダンパ１４０、ワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂ、リニアガイド１３０の構造は、第１実施例のワンウエイダンパ１４０、ワンウエイバネユニット５０、リニアガイド１３０とそれぞれ同じであるので、ここでは説明を省略する。ただし、リニアガイド１３０は、ワンウエイダンパ１４０に設けられており、そのピストンロッド１４４をガイドしている。
本実施例のＡＦＯ１１０では、ワンウエイダンパ１４０にリニアガイド１３０が設けられ、その両側にワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂが配置されている。ここで、２つのワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂは、リニアガイド１３０からの距離が互いに等しく、ワンウエイダンパ１４０を中心として対称に配置されている。このように、ガイドブロック２２をガイドするリニアガイド１３０に対して、複数のワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂを対称的に配置すると、ガイドブロック２２に加えられるモーメントを低減することができる。なお、ワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂに限られず、複数のワンウエイダンパ１４０をリニアガイド１３０に対して対称的（等距離）に配置してもよい。
【００３７】
上記した実施例のＡＦＯについての留意点を述べる。実施例のＡＦＯ１０、１１０は、ワンウエイダンパ４０、１４０とバネユニット５０、１５０ａ、１５０ｂの双方を備えるが、いずれか一方のみを備えるものであってもよい。実施例のＡＦＯ１０、１１０では、連結機構２０のリンク２８上端は、ガイドブロック２２が有するガイド溝２２ａに係合する。ガイド溝２２ａに変えてガイドレールを採用しても、同様の効果を得ることができる。第２実施例のＡＦＯ１１０では、２個のワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂを備えた。ここで、２個のワンウエイバネユニット１５０ａ、１５０ｂの替わりに、２個のワンウエイダンパ１４０を備えても同様の効果を奏する。
【００３８】
実施例のＡＦＯ１０は、ワンウエイダンパ４０とワンウエイバネユニット５０を備える。ワンウエイダンパ４０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際に粘性抵抗を付与し、足部材１４の背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与しない。ワンウエイバネユニット５０は、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際にはバネ力を付与せず、足部材１４の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際にバネ力を付与する。ワンウエイダンパ４０に加えてサブダンパを備えてもよい。サブダンパは、ワンウエイダンパ４０とは正反対に作動する。即ちサブダンパは、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際に粘性抵抗を付与せず、足部材１４の背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与する。さらに、ワンウエイバネユニット５０に加えてサブバネユニットを備えても良い。サブバネユニットは、ワンウエイバネユニット５０とは正反対に作動する。即ち、サブバネユニットは、足部材１４の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が一方向に移動する際にはバネ力を付与し、足部材１４の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロック２２が逆方向に移動する際にはバネ力を付与しない。もちろん、サブダンパの粘性抵抗はワンウエイダンパ４０の粘性抵抗より小さく、サブバネユニットのバネ定数は、ワンウエイバネユニット５０のバネ定数よりも小さいことが好ましい。
【００３９】
本明細書が開示する技術の留意点を述べる。本明細書が開示する技術の第１の目的は、ダンパ及び／又はバネが揺動しないＡＦＯを提供することにある。その目的は、ＡＦＯは、上記した連結機構を備えることによって達成される。ＡＦＯはワンウエイダンパでなく通常のダンパを有するものであっても第１の目的は達成される。本明細書が開示する技術の二次的な目的は、ダンパとバネを有効に作動させるＡＦＯを提供することにある。二次的な目的は、ユーザがＡＦＯを装着したときにリンク上端の移動範囲がジョイント１６の回転軸線よりも後方に存在することによって達成される。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４１】
１０、１１０：短下肢装具（ＡＦＯ）
１２：下腿部材
１４：足部材
１６：ジョイント
２０：連結機構
２２：ガイドブロック
２２ａ：ガイド溝
２８：リンク
３０、１３０：リニアガイド
４０、１４０：ワンウエイダンパ
４１：粘性材
４２：ケース
４４、１４４：ピストンロッド
５０、１５０ａ、１５０ｂ：ワンウエイバネユニット
５４：スプリング
５６：ストッパ
５８：ピストンロッド
５８ａ：リブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの下腿に装着される下腿部材と、
ユーザの足に装着される足部材であり、下腿部材に揺動可能に連結されている足部材と、
可動端が動くことによって粘性抵抗を付与するダンパであり、下腿部材に固定されているとともに、下腿部材がユーザに装着されたときに可動端が下腿の長手方向に沿って動くダンパと、
足部材をダンパの可動端に連結する連結機構であり、足部材の揺動に連動してダンパの可動端を動かす連結機構を備えていることを特徴とする短下肢装具。
【請求項２】
前記連結機構は、
ダンパの可動端に取り付けられており、短下肢装具がユーザに装着されたときにユーザの前後方向に伸びるガイド溝又はガイドレールを有するガイドブロックと、
下端が足部材に固定されており、上端がガイド溝又はガイドレールにスライド可能に係合しているリンクと、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の短下肢装具。
【請求項３】
下腿部材とガイドブロックを連結するバネユニットであり、前記ダンパと並列に連結されているバネユニットを有しており、
前記ダンパは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際に粘性抵抗を付与し、足部材の背屈方向への揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与しないワンウエイダンパであり、
前記バネユニットは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際にはバネ力を付与せず、足部材の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際にバネ力を付与することを特徴とする請求項２に記載の短下肢装具。
【請求項４】
前記連結機構は、リンク上端のスライド範囲が、足部材の回転軸線よりも後方となるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の短下肢装具。
【請求項１】
ユーザの下腿に装着される下腿部材と、
ユーザの足に装着される足部材であり、下腿部材に揺動可能に連結されている足部材と、
可動端が動くことによって粘性抵抗を付与するダンパであり、下腿部材に固定されているとともに、下腿部材がユーザに装着されたときに可動端が下腿の長手方向に沿って動くダンパと、
足部材をダンパの可動端に連結する連結機構であり、足部材の揺動に連動してダンパの可動端を動かす連結機構を備えていることを特徴とする短下肢装具。
【請求項２】
前記連結機構は、
ダンパの可動端に取り付けられており、短下肢装具がユーザに装着されたときにユーザの前後方向に伸びるガイド溝又はガイドレールを有するガイドブロックと、
下端が足部材に固定されており、上端がガイド溝又はガイドレールにスライド可能に係合しているリンクと、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の短下肢装具。
【請求項３】
下腿部材とガイドブロックを連結するバネユニットであり、前記ダンパと並列に連結されているバネユニットを有しており、
前記ダンパは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際に粘性抵抗を付与し、足部材の背屈方向への揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際には粘性抵抗を付与しないワンウエイダンパであり、
前記バネユニットは、足部材の中立位置から底屈方向への揺動に連動してガイドブロックが一方向に移動する際にはバネ力を付与せず、足部材の中立位置から背屈方向への揺動に連動してガイドブロックが逆方向に移動する際にバネ力を付与することを特徴とする請求項２に記載の短下肢装具。
【請求項４】
前記連結機構は、リンク上端のスライド範囲が、足部材の回転軸線よりも後方となるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の短下肢装具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−９８０１４（Ｐ２０１１−９８０１４Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５３６０４（Ｐ２００９−２５３６０４）
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]