特許 6406763 義足用板バネ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6406763

(24)【登録日】2018年9月28日

(45)【発行日】2018年10月17日

(54)【発明の名称】義足用板バネ

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/66 20060101AFI20181004BHJP

【ＦＩ】

   A61F2/66

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-132760(P2016-132760)

(22)【出願日】2016年7月4日

(65)【公開番号】特開2018-627(P2018-627A)

(43)【公開日】2018年1月11日

【審査請求日】2018年3月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005935

【氏名又は名称】美津濃株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390005751

【氏名又は名称】株式会社今仙技術研究所

(72)【発明者】

【氏名】宮田 美文

(72)【発明者】

【氏名】大森 一寛

(72)【発明者】

【氏名】後藤 学

(72)【発明者】

【氏名】浜田 篤至

【審査官】 寺澤 忠司

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１５７１９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２６８０９２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／１６９４４３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｆ ２／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アダプターが取り付けられる直線部と、板バネ状の湾曲部とを備え、
前記直線部を接地面に対して垂直に配置した際に、
前記湾曲部の全長をＬｔとし、前記湾曲部の先端から前記直線部までの水平距離をＬｆとした場合に、
０．５５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．７０
の関係を満たし、前記Ｌｔは３１０ｍｍ以下であり、
前記直線部を接地面に対して垂直に配置した状態から１３°前記湾曲部の先端側に傾けたときに、前記直線部が接地面から３５０ｍｍの高さに位置しており、かつ、前記湾曲部の先端から７０ｍｍ後側を通る鉛直軸が、接地面から３５０ｍｍの高さにおいて、前記直線部から前記湾曲部の先端側に向けて水平方向に７２ｍｍ以下の範囲に位置する、ことを特徴とする義足用板バネ。

【請求項2】

請求項１に記載の義足用板バネにおいて、
前記湾曲部は、前記直線部の後側に向けて凸アール状に湾曲する踵部を備える、ことを特徴とする義足用板バネ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、競技用の義足に装着する義足用板バネに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、繊維強化樹脂で成型された板バネ部材を足部として用いる競技用の義足が知られている。図６は、特許文献１に記載された従来の競技用義足を示す図である。従来の競技用義足６００は、足部として機能する義足用板バネ６１０と、使用者の脚の断端に取り付けられるソケット６２０と、義足用板バネ６１０とソケット６２０とを接続するアダプター６３０とより構成される。義足用板バネ６１０は、アダプター６３０が取り付けられる直線部と、板バネとして機能する湾曲部とを有しており、使用者はアダプター６３０の取り付け位置を直線部上で適宜調整することで、義足用板バネ６１０を自分の体型に合わせて使用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第８１６７９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

競技用義足の使用者は通常、板バネの反発力を効率良く利用するために、義足用板バネの直線部を７°〜２０°程つま先側に傾けた状態で使用者の荷重軸が接地部付近を通るよう、アダプターの取り付け位置を調整している。
ここで、体格が小さな使用者が義足用板バネを使用する場合は、図７に示すように、アダプターを直線部の下方に取り付ける必要があるが、現在市場に供給されている義足用板バネは、直線部と湾曲部とを含めた全体の寸法関係が身長の高い使用者に対応させた設計となっている。このため、体格が小さな使用者が義足用板バネを最適荷重位置にセットするためには、図７に示すように、水平方向に長いアダプターを使用して荷重位置を先端側に持っていかなければならない。この結果、アダプターの全長が長くなり、アダプターの質量が増加するという課題が生じていた。

【0005】

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、体格の小さな使用者であっても、短くて軽量なアダプターを用いて義足用板バネを適正な荷重位置にセットすることができる義足用板バネを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明による義足用板バネは、アダプターが取り付けられる直線部と、板バネとして機能する湾曲領域を少なくとも湾曲部とを備え、前記直線部を接地面に対して垂直に配置した際に、前記湾曲部の全長Ｌｔと、前記湾曲部の先端から前記直線部までの水平距離Ｌｆとが、０．５５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．７０の関係を満たし、前記Ｌｔは３１０ｍｍ以下であり、前記直線部を接地面に対して垂直に配置した状態から１３°前記湾曲部の先端側に傾けたときに、前記直線部が接地面から３５０ｍｍの高さに位置しており、かつ、前記湾曲部の先端から７０ｍｍ後側を通る鉛直軸が、接地面から３５０ｍｍの高さにおいて、前記直線部から前記湾曲部の先端側に向けて水平方向に７２ｍｍ以下の範囲に位置することを特徴としている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、板バネ状の湾曲部を備える義足用板バネにおいて、アダプターが取り付けられる直線部の水平方向の配置位置を、０．５５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．７０の関係を満たし、前記Ｌｔは３１０ｍｍ以下であり、前記直線部を接地面に対して垂直に配置した状態から１３°前記湾曲部の先端側に傾けたときに、前記直線部が接地面から３５０ｍｍの高さに位置しており、かつ、前記湾曲部の先端から７０ｍｍ後側を通る鉛直軸が、接地面から３５０ｍｍの高さにおいて、前記直線部から前記湾曲部の先端側に向けて水平方向に７２ｍｍ以下の範囲に位置するように設定することとしたので、体格の小さな使用者であっても、短いアダプターを使用して荷重位置を適正位置にすることができる。これによりアダプターの軽量化を図ることができ、競技用義足の軽量化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係る義足用板バネの基準状態における左側面図である。

【図2】本発明に係る義足用板バネを装着した大腿用の競技用義足を示す図である。

【図3】本発明に係る義足用板バネを装着した下腿用の競技用義足を示す図である。

【図4】本発明に係る義足用板バネの変形例を示す図である。

【図5】本発明に係る義足用板バネの変形例を示す図である。

【図6】従来の競技用義足を示す左側面図である。

【図7】体格が大きな使用者と体格が小さな使用者が、義足用板バネを最適荷重位置にセッティングした状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態１）
以下、本実施の形態１に係る義足用板バネについて図を用いて説明する。

【0010】

図１は、本実施の形態１による義足用板バネ１０の左側面図である。図２は義足用板バネ１０を装着した大腿用の競技用義足１００を表す図であり、図３は義足用板バネ１０を装着した下腿用の競技用義足２００を表す図である。

【0011】

なお、以下の説明においては、義足用板バネ１０の直線部１１を接地面Ｇに垂直に配置した状態を「基準状態」と呼び、接地面Ｇに水平な方向を「水平方向」、接地面Ｇに垂直な方向を「垂直方向」とそれぞれ定義する。また、基準状態において、直線部１１にアダプター２０が固定される側を「前側」と呼び、直線部１１を挟んで前側と対向する側を「後側」と呼ぶ。さらに、義足用板バネ１０の各部の長さは、特に断りがない限り、基準状態における左側面視上での長さを示している。

【0012】

図１において、義足用板バネ１０は、一定の厚みで板状に成型される直線部１１と、板バネとして機能する湾曲領域を少なくとも含む湾曲部１２とよりなる。義足用板バネ１０は、炭素繊維強化樹脂やガラス繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂により成型される。
直線部１１には、図２、あるいは図３に示すように、アダプター２０がボルト部材等（図示せず）を用いて固定される。大腿用の競技用義足の場合は、図２に示すように、膝関節の役割を担う膝継手４０を介してＬ字型のアダプター２０がソケット３０に取り付けられる。下腿用の競技用義足の場合は、図３に示すように、筒状のアダプター２０がソケット３０に直接固定される。

【0013】

直線部１１の垂直方向の長さは、個人の体型に応じてアダプター２０の固定位置を調整し得る長さであればよく、２００ｍｍ程度とするのが好適である。直線部１１の幅は、８０ｍｍ程度とすることで、アダプター２０を安定的に固定させることができる。直線部１１の厚みは、義足用板バネ１０の材料や使用者の体重により適宜変更することができ、例えば直線部１１を炭素繊維強化樹脂により成型する場合は、１０ｍｍ程度とすることで必要な強度を確保することができる。

【0014】

湾曲部１２は、直線部１１より後側に向けて湾曲状に突出する踵部１２ａと、踵部１２ａより接地面Ｇ側に向けて延伸する接地部１２ｂとより構成される。踵部１２ａや接地部１２ｂの形状は、所望の曲げ特性に応じて任意に採択することができる。

【0015】

例えば、踵部１２ａは、曲率半径４０ｍｍ〜８０ｍｍの円弧形状を後側に突出させた湾曲形状とすることができる。突出させる円弧形状は、単一曲率の円弧や、複数曲率の円弧を組み合わせた複合円弧とすることができる。また、踵部１２ａの形状は、後側に向けて湾曲状に突出する限りにおいて、複数の円弧形状を繋げてできる波型形状や、直線部１１より前側に一旦突出させた後に、後側に向けて大きく湾曲状に突出させた逆Ｓ字形状としてもよい。

【0016】

接地部１２ｂは、図１に示すように、曲率半径２００ｍｍ〜４００ｍｍの円弧を組み合わせて弓形に湾曲させた緩円弧形状や、図４に示すように、曲率半径２００ｍｍ〜２５０ｍｍの円弧を緩やかな逆Ｓ字状に繋いだ湾曲形状、あるいは、図５に示すように踵部１２ａからストレート部を延伸させてその先端を弓型に湾曲させた略へ字形状とすることができる。
なお、踵部１２ａと接地部１２ｂとの境界は、義足用板バネ１０の前側表面、あるいは後側表面の線分上において、曲率変化点や変曲点に基づいて定義すればよい。

【0017】

湾曲部１２の水平方向の長さＬｔ（以下、単に「全長Ｌｔ」という。）は、２７０ｍｍ〜３１０ｍｍとするのが好ましい。ここで、全長Ｌｔは、基準状態において、湾曲部１２の最も前側に位置する先端点Ｐ１と、最も後側に位置する後端点Ｐ２との間の水平方向の長さである。全長Ｌｔを上記数値範囲とするのは以下の理由による。

【0018】

全長Ｌｔを３１０ｍｍより長くする場合は、湾曲部１２に板バネとしての適切な硬さを与えるために、湾曲部１２の厚みを厚くする必要がある。この結果、義足用板バネ１０自体の質量が増加することになる。特に体格の小さな使用者にとっては、全長Ｌｔが３１０ｍｍを超えると、質量増による負担が大きくなる。一方で、湾曲部１２の全長Ｌｔが２７０ｍｍより短いと、義足用板バネ１０の撓み量が少なくなり、反発力が不足することになる。以上より、湾曲部１２の全長Ｌｔは２７０ｍｍ〜３１０ｍｍとするのが好適である。

【0019】

湾曲部１２の厚みは、一定の厚みとしても良く、あるいは、より良好な反発性を得るために、直線部１１から厚みを漸減させても良い。湾曲部１２の厚みを漸減させる場合は、例えば、直線部１１との接続部分の厚みを１１ｍｍとした場合に、先端側の厚みを５ｍｍ〜６ｍｍまで除変させることができる。

【0020】

次に、義足用板バネ１０における直線部１１の水平方向の配置位置を説明する。

【0021】

図１において、義足用板バネ１０を基準状態とした場合に、直線部１１の前側表面から先端点Ｐ１までの水平距離をＬｆと定義する。本実施の形態１では、Ｌｆは、直線部１１の前側表面のうち、直線部１１と湾曲部１２の境界点Ｐ３において測定した値である。

【0022】

本実施の形態１による義足用板バネ１０は、湾曲部１２の全長Ｌｔと水平距離Ｌｆとが、０．５５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．８０の関係を満たすように直線部１１を配置するのが好ましく、より好ましくは、０．６５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．７５の範囲である。
上記Ｌｆ／Ｌｔの数値範囲は、本発明者による以下の検証により導き出した。すなわち、本発明者は、全長Ｌｔ、及びＬｆ／Ｌｔが異なる５つの義足用板バネ（モデル１〜モデル５）について、義足用板バネ質量、アダプター質量、及びアライメントを評価し、これらに基づいて各モデルの総合評価を行った。なお、モデル１〜モデル５はいずれも、本実施の形態１による義足用板バネ１０と同様に、直線部１１と湾曲部１２とより構成され、後側に凸アール状の踵部を有する板バネ形状である。

【0023】

検証を行った各評価項目のうち、「義足用板バネ質量」は、各義足用板バネの質量が、体格の小さな使用者に適しているか否かを示している。先に述べたように、義足用板バネの全長Ｌｔを３１０ｍｍより長くすると、特に体格の小さな使用者にとって義足用板バネの質量増加につながる。このため、各義足用板バネの全長Ｌｔが３１０ｍｍ以下か否かを基準として、義足用板バネの質量の良否を判断した。

【0024】

「アライメント」は、競技用義足のソケット３０を最適荷重位置に固定できるか否かを示している。具体的には、各義足用板バネの直線部を水平面から１３°つま先側に傾けた状態において、ソケット３０の中心部を通る基準線が先端点Ｐ１から７０ｍｍ後側を通るように、アダプター２０を直線部１１に取り付けることができたか否かにより判断した。

【0025】

「アダプター質量」は、下腿用、大腿用のそれぞれについて、軽短タイプと重長タイプの２種類のアダプターを用意し、いずれの重さのアダプターを使用したかを示している。下腿用のアダプターとしては、アルミ合金の削り出しにより、３２ｍｍ,８０ｇの軽短タイプと、８０ｍｍ，１２０ｇの重長タイプの２種類の筒状アダプターを作成した。大腿用については、アルミ合金の削り出しにより、７２ｍｍ，２３０ｇの軽短タイプと、１０７ｍｍ，３６０ｇの重長タイプの２種類のＬ字型アダプターを作成した。
「総合評価」は、以上の各評価項目を３段階で総合的に評価した。

【0026】

以上の評価項目について、体格が小さい日本人が義足用板バネを使用することを想定し、日本人の膝蓋骨中央高（男性：４４４ｍｍ、女性：４０４ｍｍ）に基づき、大腿用の場合はアダプター２０の上面が接地面から３５０ｍｍの高さになるように、アダプター２０を各義足用板バネに取り付けて検証を行った。また下腿用の場合は、アダプター２０の中心軸が接地面から３５０ｍｍの高さになるよう、アダプター２０を各義足用板バネに取り付けて検証を行った。

【0027】

表１は、各モデルのＬｆ／Ｌｔ、Ｌｔ、及び各項目の検証結果を示している。

【0028】

【表1】

【0029】

モデル１（Ｌｆ／Ｌｔ＝０．７０）では、下腿用、及び大腿用のいずれにおいても、軽短タイプのアダプターを使用して適正アライメントとすることができた。また板バネ質量についても問題はなかった。

【0030】

モデル２（Ｌｆ／Ｌｔ＝０．５５）では、下腿用、大腿用共に軽短タイプのアダプターを２０を使用して適正アライメントとすることができたが、前後幅Ｌｔが３１０ｍｍを超えており、義足用板バネの質量が重くなる点において、総合評価はモデル１よりも低くなっている。

【0031】

モデル３（Ｌｆ／Ｌｔ＝０．８６）、及びモデル４（Ｌｆ／Ｌｔ＝０．８３）では、板バネ質量は問題ないが、Ｌｆ／Ｌｔの値が他のモデルよりも大きく直線部１１が後側に位置するので、下腿用、大腿用のいずれにおいても、重長タイプのアダプター２０を使用しなければ適正アライメントとすることができなかった。このため、総合評価はモデル２よりも低い。

【0032】

モデル５（Ｌｆ／Ｌｔ＝０．５０）では、Ｌｆ／Ｌｔの値が他のモデルよりも小さく直線部１１が前側に位置しているので、軽短タイプのアダプターを取り付けても荷重位置が前側に行き過ぎ、適正アライメントとすることができない。このため、総合評価としては、モデル２、及び３と同様にモデル２よりも低い。

【0033】

以上より、直線部１１を０．５５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．８０となる位置に配置すれば、体格の小さな使用者であっても、短く軽いアダプター２０を用いて義足用板バネを最適荷重位置にセットできることが分かる。特に、直線部１１を０．６５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．７５の関係を満たす位置に配置すれば、より確実に短く軽いアダプター２０を用いることができるようになる。

【0034】

以上のように、本実施の形態１による義足用板バネによれば、湾曲部の全長をＬｆとし、直線部１１の前側表面から先端点Ｐ１までの水平距離をＬｆとした場合に、０．５５＜Ｌｆ／Ｌｔ＜０．８０を満たす位置に直線部を配置することとしたので、体格の小さな使用者であっても軽量のアダプターを用いてソケットを最適荷重位置にセットすることができる。これにより、競技用義足自体の質量を軽減することができる。また、湾曲部の全長Ｌｆを２７０ｍｍ以上３１０ｍｍ以下とすることにより、質量増加を押さえつつ、必要な撓み特性を得ることができる。

【符号の説明】

【0035】

１０ 義足用板バネ
１１ 直線部
１２ 湾曲部
１２ａ 踵部
１２ｂ 接地部
２０ アダプター
３０ ソケット
４０ 膝継手
１００ 大腿用競技用義足
２００ 下腿用競技用義足

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】