(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022185780
(43)【公開日】2022-12-15
(54)【発明の名称】膝継手、義足、回転抵抗モジュール
(51)【国際特許分類】
A61F 2/64 20060101AFI20221208BHJP
【ＦＩ】
A61F2/64
【審査請求】未請求
【請求項の数】25
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021093611
(22)【出願日】2021-06-03
(71)【出願人】
【識別番号】503405689
【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】奥田 正彦
【テーマコード（参考）】
4C097
【Ｆターム（参考）】
4C097AA07
4C097BB03
4C097BB06
4C097CC16
4C097TA06
4C097TB05
(57)【要約】
【課題】急激な膝折れを防止できる膝継手を提供する。
【解決手段】膝継手２０は、大腿部側に設けられる大腿接続部２２と、大腿接続部２２と連結され膝軸２３周りに回転可能に設けられる下腿部２１と、下腿部２１に対して大腿接続部２２のなす膝角度θが、所定のロック角度θＬを超えないように大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する膝角度制限部２４と、膝角度θがロック角度θＬ以下の場合に膝軸２３周りの回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部が収容される収容空間２３１と、を備える。
【選択図】図６
【解決手段】膝継手２０は、大腿部側に設けられる大腿接続部２２と、大腿接続部２２と連結され膝軸２３周りに回転可能に設けられる下腿部２１と、下腿部２１に対して大腿接続部２２のなす膝角度θが、所定のロック角度θＬを超えないように大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する膝角度制限部２４と、膝角度θがロック角度θＬ以下の場合に膝軸２３周りの回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部が収容される収容空間２３１と、を備える。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、
前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、
前記膝角度が前記ロック角度以下の場合に前記回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部と、
を備える膝継手。
前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、
前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、
前記膝角度が前記ロック角度以下の場合に前記回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部と、
を備える膝継手。
【請求項2】
前記回転抵抗部は、前記膝角度が前記ロック角度以下の全角度範囲において前記回転に対して抵抗を付与する、請求項１に記載の膝継手。
【請求項3】
前記回転抵抗部は、油圧によって前記回転に対して抵抗を付与する、請求項２に記載の膝継手。
【請求項4】
前記回転抵抗部は、粘性流体の粘性によって前記回転に対して抵抗を付与する、請求項２に記載の膝継手。
【請求項5】
前記回転抵抗部が前記回転に対して付与する抵抗の大きさは前記膝角度によらず一定である、請求項１から４のいずれかに記載の膝継手。
【請求項6】
前記回転抵抗部は前記回転に対して付与する抵抗の大きさを変化させる、
請求項１から４のいずれかに記載の膝継手。
請求項１から４のいずれかに記載の膝継手。
【請求項7】
前記回転抵抗部は前記膝角度の増加に応じて前記回転に対して付与する抵抗を増加させる、請求項６に記載の膝継手。
【請求項8】
前記回転抵抗部は前記膝角度の増加に応じて前記回転に対して付与する抵抗を減少させる、請求項６に記載の膝継手。
【請求項9】
前記膝角度の角速度を検知する角速度検知部を更に備え、
前記回転抵抗部は、前記角速度検知部で検知された角速度に応じて、前記回転に対して付与する抵抗を変化させる、
請求項１から８のいずれかに記載の膝継手。
前記回転抵抗部は、前記角速度検知部で検知された角速度に応じて、前記回転に対して付与する抵抗を変化させる、
請求項１から８のいずれかに記載の膝継手。
【請求項10】
前記回転抵抗部は、前記角速度の増加に応じて前記回転に対して付与する抵抗を増加させる、請求項９に記載の膝継手。
【請求項11】
前記回転抵抗部は、前記角速度の増加に応じて前記回転に対して付与する抵抗を減少させる、請求項９に記載の膝継手。
【請求項12】
前記大腿接続部側に一端が設けられた第１リンクおよび前記下腿部側に一端が設けられた第２リンクの他端同士が回転可能に連結されたリンク機構を更に備え、
前記膝角度制限部は、少なくとも前記膝角度が前記ロック角度の時に前記第１リンクおよび前記第２リンクの少なくともいずれかが接触する制止部材を備える、
請求項１から１１のいずれかに記載の膝継手。
前記膝角度制限部は、少なくとも前記膝角度が前記ロック角度の時に前記第１リンクおよび前記第２リンクの少なくともいずれかが接触する制止部材を備える、
請求項１から１１のいずれかに記載の膝継手。
【請求項13】
前記制止部材は、少なくとも前記膝角度が前記ロック角度の時に前記第１リンクおよび前記第２リンクの連結部が接触する、請求項１２に記載の膝継手。
【請求項14】
前記制止部材は弾性を備える弾性部材である、請求項１２または１３に記載の膝継手。
【請求項15】
前記制止部材の位置を変更する位置変更部を更に備える、請求項１２から１４のいずれかに記載の膝継手。
【請求項16】
前記第２リンクの一端は、前記下腿部に固定され、
前記第１リンクの一端は、前記大腿接続部に対して移動可能であり、前記膝角度が前記ロック角度の時に当該大腿接続部と接触して制止される、
請求項１２から１５のいずれかに記載の膝継手。
前記第１リンクの一端は、前記大腿接続部に対して移動可能であり、前記膝角度が前記ロック角度の時に当該大腿接続部と接触して制止される、
請求項１２から１５のいずれかに記載の膝継手。
【請求項17】
一端が前記第１リンクに接続され、他端が前記第２リンクに接続され、前記第１リンクおよび前記第２リンクを前記膝角度が小さくなる方向に付勢するばねを更に備える、請求項１２から１６のいずれかに記載の膝継手。
【請求項18】
前記膝角度制限部は、
前記大腿接続部に設けられ、前記大腿接続部と一体的に回転する回転部材と、
前記下腿部に設けられ、前記膝角度が前記ロック角度の時に前記回転部材が接触する制止部材と、
を備える請求項１から１１のいずれかに記載の膝継手。
前記大腿接続部に設けられ、前記大腿接続部と一体的に回転する回転部材と、
前記下腿部に設けられ、前記膝角度が前記ロック角度の時に前記回転部材が接触する制止部材と、
を備える請求項１から１１のいずれかに記載の膝継手。
【請求項19】
前記膝角度制限部が前記回転を制限するロック状態と、前記膝角度制限部が前記回転を制限しない非ロック状態を機械的に切り替える機械的切替部を更に備える、請求項１から１８のいずれかに記載の膝継手。
【請求項20】
前記膝角度制限部が前記回転を制限するロック状態と、前記膝角度制限部が前記回転を制限しない非ロック状態を電気的に切り替える電気的切替部を更に備える、請求項１から１８のいずれかに記載の膝継手。
【請求項21】
大腿部と、
前記大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、
前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、
前記膝角度が前記ロック角度以下の場合に前記回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部と、
を備える義足。
前記大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、
前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、
前記膝角度が前記ロック角度以下の場合に前記回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部と、
を備える義足。
【請求項22】
大腿部側に設けられる大腿接続部と、前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、を備える膝継手に着脱可能であり、
前記膝角度が前記ロック角度以下の場合に前記回転に対して抵抗を付与する、
回転抵抗モジュール。
前記膝角度が前記ロック角度以下の場合に前記回転に対して抵抗を付与する、
回転抵抗モジュール。
【請求項23】
大腿部側に設けられる大腿接続部と、
前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、
前記大腿接続部側に一端が設けられた第１リンクおよび前記下腿部側に一端が設けられた第２リンクの他端同士が回転可能に連結されたリンク機構と、
前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部であって、少なくとも前記膝角度が前記ロック角度の時に前記第１リンクおよび前記第２リンクの少なくともいずれかが接触する弾性部材を備える膝角度制限部と、
を備える膝継手。
前記大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、
前記大腿接続部側に一端が設けられた第１リンクおよび前記下腿部側に一端が設けられた第２リンクの他端同士が回転可能に連結されたリンク機構と、
前記下腿部に対して前記大腿接続部のなす膝角度が所定のロック角度を超えないように前記大腿接続部と前記下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部であって、少なくとも前記膝角度が前記ロック角度の時に前記第１リンクおよび前記第２リンクの少なくともいずれかが接触する弾性部材を備える膝角度制限部と、
を備える膝継手。
【請求項24】
前記弾性部材の位置を変更する位置変更部を更に備える、請求項２３に記載の膝継手。
【請求項25】
前記弾性部材を交換する弾性部材交換部を更に備える、請求項２３または２４に記載の膝継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は膝継手に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、怪我や病気で足を失った人が装着する膝継手または義足として、大腿部と下腿部のなす膝角度が所定のロック角度を超えないようにロックするものが開示されている。ロック状態では膝継手の装着者の意図しないロック角度を超える膝折れを防止でき、非ロック状態ではロック角度を超えて膝を大きく曲げる着座動作等が可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平９－７５３８２号公報
【特許文献2】特開２００４－１６７１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ロック状態では膝角度がロック角度を超えないように制限されるが、膝角度がロック角度以下の状態では膝継手は自由に屈曲できる。このため、例えば大腿部と下腿部が一直線上にある膝角度が0度の状態からロック角度までの急激な膝折れが起こると、膝継手の装着者の身体のバランスが崩れて転倒を招く恐れがあった。また、転倒に至らずともロック角度までの急激な膝折れによって膝継手の装着者に大きな不安を与える恐れがあった。
【0005】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、急激な膝折れを防止できる膝継手を提供することにある。
【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、本発明のある態様の膝継手は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、下腿部に対して大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように大腿接続部と下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、膝角度がロック角度以下の場合に回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部と、を備える。
【0007】
この態様によれば、回転抵抗部が付与する抵抗によって急激な膝折れを防止できる。
【0008】
本発明の別の態様は、義足である。この義足は、大腿部と、大腿部側に設けられる大腿接続部と、大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、下腿部に対して大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように大腿接続部と下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、膝角度がロック角度以下の場合に回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部と、を備える。
【0009】
本発明の更に別の態様は、回転抵抗モジュールである。この回転抵抗モジュールは、大腿部側に設けられる大腿接続部と、大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、下腿部に対して大腿接続部のなす膝角度が、所定のロック角度を超えないように大腿接続部と下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部と、を備える膝継手に着脱可能であり、膝角度がロック角度以下の場合に回転に対して抵抗を付与する。
【0010】
本発明の更に別の態様は、膝継手である。この膝継手は、大腿部側に設けられる大腿接続部と、大腿接続部と連結され膝軸周りに回転可能に設けられる下腿部と、大腿接続部側に一端が設けられた第１リンクおよび下腿部側に一端が設けられた第２リンクの他端同士が回転可能に連結されたリンク機構と、下腿部に対して大腿接続部のなす膝角度が所定のロック角度を超えないように大腿接続部と下腿部の相対的な回転を制限する膝角度制限部であって、少なくとも膝角度がロック角度の時に第１リンクおよび第２リンクの少なくともいずれかが接触する弾性部材を備える膝角度制限部と、を備える。
【0011】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、急激な膝折れを防止できる膝継手を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】電子制御式の受動タイプの膝継手および義足の概略的な構成を示す。
【図2】電子制御式の受動タイプの膝継手および義足の概略的な構成を示す。
【図3】義足の装着者の歩行フェーズに応じた膝角度θ、もも角度Ψ、すね角度Φの遷移を簡略的に示す。
【図4】シリンダおよび駆動機構を示す図である。
【図5】膝継手の屈伸動作時の油の流れを示す図である。
【図6】機械式の受動タイプの膝継手の第１の構成例を示す。
【図7】第１の構成例の機械式の受動タイプの膝継手の屈伸動作を示す。
【図8】機械式の受動タイプの膝継手の第２の構成例を示す。
【図9】第２の構成例の機械式の受動タイプの膝継手の屈伸動作を示す。
【図10】非ロック状態における膝軸の回転動作を示す。
【図11】機械式の受動タイプの膝継手の第３の構成例を示す。
【図12】第３の構成例の機械式の受動タイプの膝継手の屈伸動作を示す。
【図13】弾性部材の位置によって異なるロック角度を示す。
【図14】非ロック状態における大腿接続部の回転動作を示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
義足には様々なタイプが存在し、能動タイプと受動タイプに大別される。受動タイプは更に電子制御式のものと機械式のものに分けられる。能動タイプでは、モータ等のアクチュエータによって膝や足首等の関節が能動的に屈伸駆動される。電子制御式の受動タイプでは、電子制御される油圧シリンダ等によって装着者の歩行中等の屈伸動作に応じて関節の抵抗が制御される。機械式の受動タイプでは、特許文献１のような機械的な機構によって膝角度のロック等が行われる。本発明はいずれのタイプの義足にも適用可能であるが、最初に電子制御式の受動タイプの義足について説明する。
【0015】
図１および図２は、電子制御式の受動タイプの膝継手２０および義足１０の概略的な構成を示す。義足１０は、大腿部としてのプラスチック製のソケット１１と、ソケット１１が接続される大腿接続部２２と、大腿接続部２２と連結され膝軸２３周りに回転可能に設けられる下腿部２１と、下腿部２１の下端に連結される足部１２を備える。ソケット１１が接続される大腿接続部２２と下腿部２１は、その連結部に設けられる図１の紙面に垂直な膝軸２３の周りに相対的に回転することで、膝関節に相当する膝継手２０を屈伸させる。また、下腿部２１と足部１２は弾性部材を介して連結され、非接地時や直立時等の地面からの荷重が小さい時の相対姿勢が弾性によって一定に保たれる。また、歩行時等の地面からの荷重が大きい時は弾性部材が弾性変形して地面を蹴り出す推進力を生む。
【0016】
膝継手２０は、高強度のフレームによって形成される下腿部２１と、大腿部としてのソケット１１に接続されると共に下腿部２１に対して膝軸２３の周りに回転可能に連結される大腿接続部２２と、膝軸２３周りの回転動作すなわち膝継手２０の屈伸動作を制限または補助するシリンダ３０と、シリンダ３０を駆動する駆動機構４０を備える。
【0017】
シリンダ３０の伸縮量と膝継手２０の膝軸２３周りの回転角度である膝角度は一対一に対応しており、シリンダ３０の伸縮量を測定して膝継手２０の膝角度を検出する膝角度検知部としての膝角度センサ６０が、シリンダ３０および大腿接続部２２の近傍に設けられる。膝角度センサ６０で検出された膝角度は制御部５０で利用される。膝角度センサ６０は、シリンダ３０の伸縮量を測定可能な任意のセンサで構成できるが、例えば、シリンダ３０の伸縮に伴って移動するピストンロッド３４に埋設された磁石の位置を検知可能なホール素子によって構成できる。膝角度は大腿部としてのソケット１１の軸と下腿部２１の軸がなす角度である。例えば、図１に示されるように、義足１０の装着者が直立しており、ソケット１１の軸と下腿部２１の軸が一直線上にある場合の膝角度は0度である。また、義足１０の装着者が着席し、下腿部２１の軸が図１の鉛直方向のままでソケット１１の軸が水平方向に変わった場合の膝角度は90度になる。
【0018】
下腿部２１に設けられる慣性センサ７５は、下腿部２１の運動を司る３軸の並進方向および／または回転方向の速度（角速度）および／または加速度（角加速度）を測定することで、下腿部２１の姿勢や運動を検知する。慣性センサ７５で検知される下腿部２１の姿勢のうち、下腿部２１の軸が鉛直線に対してなす傾斜角度であるすね角度は、膝継手２０の制御において特に有用である。慣性センサ７５は下腿部２１の任意の場所に設置できるが、例えば、シリンダ３０の外周に設置される制御基板上に制御部５０と共に実装される。
【0019】
膝角度センサ６０で取得される膝角度と、慣性センサ７５で取得されるすね角度から、大腿部としてのソケット１１の軸が鉛直線に対してなす傾斜角度であるもも角度を演算できる。すなわち、すね角度は鉛直線からの下腿部２１の傾きであり、膝角度は下腿部２１の軸からのソケット１１の軸の傾きであるため、両者を合算することで鉛直線からのソケット１１の軸の傾きであるもも角度を演算できる。なお、ソケット１１または大腿接続部２２に慣性センサを設けることで、もも角度を直接的に測定する構成としてもよい。
【0020】
図３は、義足１０の装着者の歩行フェーズ（Ａ）～（Ｇ）に応じた膝角度θ、もも角度Ψ、すね角度Φの遷移を簡略的に示す。歩行フェーズ（Ａ）は初期接地（ＩＣ：Initial Contactとも呼ばれる）であり、義足１０が接地する。歩行フェーズ（Ｂ）は荷重応答期（ＬＲ：Loading Responseとも呼ばれる）であり、接地した義足１０によって装着者の体重が支えられる。歩行フェーズ（Ｃ）は立脚中期（ＭＳｔ：Mid Stanceとも呼ばれる）～立脚終期（ＴＳｔ：Terminal Stanceとも呼ばれる）であり、義足１０が体重を支えた状態で装着者の重心が義足１０より前方に移動する。歩行フェーズ（Ｄ）は前遊脚期（ＰＳｗ：Pre-Swingとも呼ばれる）であり、続く遊脚相に遷移するために義足１０で地面を蹴り出す。歩行フェーズ（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）はそれぞれ遊脚初期（ＩＳｗ：Initial Swingとも呼ばれる）、遊脚中期（ＭＳｗ：Mid Swingとも呼ばれる）、遊脚終期（ＴＳｗ：Terminal Swingとも呼ばれる）であり、地面を離れた義足１０が後方から前方に振り出される。
【0021】
もも角度Ψは鉛直線を基準としてソケット１１が膝軸２３周りに前方に傾斜した時を正（＋Ψと図示する）とし後方に傾斜した時を負（－Ψと図示する）とする。すね角度Φは鉛直線を基準として下腿部２１が膝軸２３周りに前方に傾斜した時を正（＋Φと図示する）とし後方に傾斜した時を負（－Φと図示する）とする。膝角度θはソケット１１の軸を基準として下腿部２１が膝軸周りに後方に傾斜した時を正（＋θと図示する）とする。以上のように定義された膝角度θ、もも角度Ψ、すね角度Φは、常に「θ＋Ψ＋Φ＝０」の関係式を満たす。
【0022】
図示されるように、初期接地（Ａ）では膝角度θは略零／もも角度Ψは負／すね角度Φは正であり、荷重応答期（Ｂ）では膝角度θは略零／もも角度Ψは負／すね角度Φは正であり、立脚中・終期（Ｃ）では膝角度θは略零／もも角度Ψは正／すね角度Φは負であり、前遊脚期（Ｄ）では膝角度θは正／もも角度Ψは正／すね角度Φは負であり、遊脚初期（Ｅ）では膝角度θは正／もも角度Ψは負／すね角度Φは負であり、遊脚中期（Ｆ）では膝角度θは正／もも角度Ψは負／すね角度Φは負であり、遊脚終期（Ｇ）では膝角度θは正／もも角度Ψは負／すね角度Φは正である。
【0023】
膝角度θに着目すると、接地した義足１０が装着者の体重を支える立脚相（Ａ）～（Ｃ）では膝角度θは略零であり、立脚相（Ａ）～（Ｃ）と遊脚相（Ｅ）～（Ｇ）の間の前遊脚期（Ｄ）で膝角度θは正の値を持ち、義足１０が地面を離れて振り出される遊脚相（Ｅ）～（Ｇ）では遊脚中期（Ｆ）で極大値を取るように膝角度θは単調に増減する。
【0024】
このような膝角度θの制御すなわち膝継手２０の屈曲制御は、制御部５０が駆動機構４０およびシリンダ３０を介して行う。すなわち、立脚相（Ａ）～（Ｃ）では、装着者の体重で膝継手２０が屈曲しないように、シリンダ３０の油圧抵抗を高くして膝軸２３周りの回転を制限することで膝角度θを略零に維持する。前遊脚期（Ｄ）では、続く遊脚相（Ｅ）～（Ｇ）への準備として膝継手２０が屈曲を始められるように、シリンダ３０の油圧抵抗を徐々に低くして膝軸２３周りの回転を許容することで膝角度θが正の値になる。遊脚相（Ｅ）～（Ｇ）では、地面を離れて振り出される義足１０が地面に接触しないように、シリンダ３０の油圧抵抗を低く維持して膝継手２０の屈曲を補助する。
【0025】
図１および図２に戻って義足１０の説明を続ける。膝角度センサ６０および慣性センサ７５以外のセンサとして、下腿部２１と足部１２の間にかかる荷重を検出する荷重センサ７０を下腿部２１の下端に設けてもよい。荷重センサ７０で検出される荷重の大きさや方向に基づいて義足１０の装着者の歩行フェーズを認識できるため、膝角度センサ６０および慣性センサ７５に加えて荷重センサ７０を膝継手２０の屈曲制御に利用してもよい。一方、膝継手２０の屈曲制御は膝角度センサ６０および慣性センサ７５だけでも行えるため、荷重センサ７０を省略して膝継手２０を安価に構成してもよい。また、シリンダ３０内の油の温度を測定する温度センサ８０がシリンダ３０の外壁または内壁に取り付けられる。これらの各センサの測定情報は制御部５０で利用される。
【0026】
大腿接続部２２または下腿部２１にはバイブレータ８５が設けられる。バイブレータ８５は、義足１０を装着した使用者に対して振動による通知や注意喚起を行うものであり、制御部５０により制御される。
【0027】
制御部５０は、膝角度センサ６０、荷重センサ７０、慣性センサ７５、温度センサ８０等の各種センサの測定情報に基づいて駆動機構４０を制御して、シリンダ３０の伸縮動作に対する抵抗すなわち膝継手２０の屈伸動作時の膝軸２３の回転抵抗を制御する。制御部５０には膝継手２０の各部に電力を供給するバッテリー５５が接続される。なお、図２において駆動機構４０、制御部５０、バッテリー５５は膝継手２０の外部に示されるが、実際は膝継手２０の構成部品として下腿部２１の内部に設けられる。
【0028】
シリンダ３０は、油を作動流体として抗力を発生することで膝継手２０の屈伸動作を制限または補助する油圧シリンダである。シリンダ３０は、ソケット１１と下腿部２１を回動可能に連結する膝軸２３の近傍に設けられた上部支持点３１と、下腿部２１の一部に連結された下部支持点３２によって支持され、両支持点の間で伸縮可能である。シリンダ長が小さくなる縮小工程では膝継手２０が膝軸２３周りで図１の反時計回り方向に回転する屈曲動作が行われ、シリンダ長が大きくなる伸長工程では膝継手２０が膝軸２３周りで図１の時計回り方向に回転する伸展動作が行われる。ここで、シリンダ長とは、シリンダ３０の上部支持点３１と下部支持点３２との間の長さをいう。
【0029】
続いて、図４を参照してシリンダ３０および駆動機構４０について説明する。シリンダ３０は、シリンダチューブ３３と、シリンダチューブ３３の一端側（図４の右端側）から挿入され、シリンダチューブ３３の長手方向（図４の左右方向）に沿って移動可能なピストンロッド３４と、シリンダチューブ３３内でピストンロッド３４に固定され、シリンダチューブ３３の内壁に沿って長手方向に摺動可能なピストン３５を有する。シリンダチューブ３３の内部は、ピストン３５によって一端側（図４の右端側）の第１キャビティ３６と、他端側（図４の左端側）の第２キャビティ３７に分割される。第１キャビティ３６および第２キャビティ３７には、作動流体である油が充填される。
【0030】
駆動機構４０は、油圧によりシリンダ３０を伸縮駆動する油圧駆動機構である。駆動機構４０は、シリンダ３０にそれぞれ接続された伸展側油圧回路４１と屈曲側油圧回路４２を有する。伸展側油圧回路４１および屈曲側油圧回路４２は、それぞれ、一端側で第１キャビティ３６と連通し、他端側で第２キャビティ３７と連通する。伸展側油圧回路４１は、膝軸２３の回転抵抗を発生させる油の流路を開閉可能なバルブとしての伸展側バルブ４３と、伸展側逆止弁４４を有する。伸展側バルブ４３を開状態とすることで油が伸展側油圧回路４１を流通できるが、伸展側逆止弁４４の作用により、油は第１キャビティ３６から第２キャビティ３７に向かう方向のみに流れ、その逆方向には流れない。
【0031】
屈曲側油圧回路４２は、膝軸２３の回転抵抗を発生させる油の流路を開閉可能なバルブとしての屈曲側バルブ４５と、屈曲側逆止弁４６を有する。屈曲側バルブ４５を開状態とすることで油が屈曲側油圧回路４２を流通できるが、屈曲側逆止弁４６の作用により、油は第２キャビティ３７から第１キャビティ３６に向かう方向のみに流れ、その逆方向には流れない。伸展側バルブ４３および屈曲側バルブ４５は、制御部５０によって開度が個別に制御される。各バルブの開度は全開（開度最高）と全閉（開度最低）の間で任意の値を取りうる。各バルブの全閉時は油の流れが遮断されて油圧抵抗が最大となる。また、各バルブの開度が全開に向けて高くなるにつれて、各バルブ内で油の流通可能な断面積が大きくなるため、油の流量が増加して油圧抵抗が減少する。
【0032】
図５（ａ）は、膝継手２０の屈曲動作時の油の流れを示す。屈曲はシリンダ長が小さくなる縮小工程であり、ピストンロッド３４が図５の左方に縮退し、ピストン３５が引込側に移動する。ピストン３５の移動によって第２キャビティ３７から押し出される油は、伸展側逆止弁４４を有する伸展側油圧回路４１を流通できないため、屈曲側油圧回路４２を流通して第１キャビティ３６に流入する。この時、屈曲側バルブ４５の開度を低くすれば、油が屈曲側油圧回路４２を流れにくくすることができるため、膝継手２０の屈曲動作を制限できる。このように、制御部５０、駆動機構４０、シリンダ３０は、膝継手２０の屈曲動作時の膝軸２３の回転に対して油圧による抵抗を付与する本発明の回転抵抗部を構成する。
【0033】
図５（ｂ）は、膝継手２０の伸展動作時の油の流れを示す。伸展はシリンダ長が大きくなる伸長工程であり、ピストンロッド３４が図５の右方に伸長し、ピストン３５が押出側に移動する。ピストン３５の移動によって第１キャビティ３６から押し出される油は、屈曲側逆止弁４６を有する屈曲側油圧回路４２を流通できないため、伸展側油圧回路４１を流通して第２キャビティ３７に流入する。この時、伸展側バルブ４３の開度を低くすれば、油が伸展側油圧回路４１を流れにくくすることができるため、膝継手２０の伸展動作を制限できる。このように、制御部５０、駆動機構４０、シリンダ３０は、膝継手２０の伸展動作時の膝軸２３の回転に対して油圧による抵抗を付与する本発明の回転抵抗部を構成する。
【0034】
図２に戻り、義足１０に設けられる各種のセンサについて補足する。
【0035】
膝角度センサ６０はピストンロッド３４の伸縮位置を測定する。例えば、ピストンロッド３４に取り付けられた磁石の位置を、シリンダチューブ３３内に設けられた磁気センサで測定する。ピストンロッド３４の伸縮位置と膝継手２０の膝角度または膝軸２３の回転角度は一対一に対応しているため、膝角度センサ６０は検出したピストンロッド３４の伸縮位置を膝継手２０の膝角度に変換できる。なお、ピストンロッド３４の伸縮位置を膝継手２０の膝角度に変換する演算は制御部５０で行ってもよい。この場合の膝角度センサ６０は、ピストンロッド３４の伸縮位置を測定して制御部５０に提供する。
【0036】
慣性センサ７５は測定した各軸の速度および／または加速度に基づいて下腿部２１の姿勢や運動を検知する。例えば、慣性センサ７５が測定した速度／加速度の変化から義足１０の装着者の歩行フェーズを認識でき、また慣性センサ７５の測定値を積分することで歩行中の下腿部２１の位置を追跡できるため、一歩当たりの変位量である歩幅や一歩当たりの歩行速度を求めることができる。なお、慣性センサ７５の測定値を積分して位置を求める等の演算は制御部５０が行う。
【0037】
荷重センサ７０は、例えばひずみセンサにより構成され、下腿部２１と足部１２の間の足首部に設けられる。足首部に加わる荷重によってひずみセンサを構成する物体にひずみが生じるため、それを検出することで荷重を測定できる。このような荷重センサを大腿接続部２２に設ければ膝関節に加わる荷重も測定できる。なお、ひずみセンサが検出したひずみを荷重に変換する演算は制御部５０で行ってもよい。この場合の荷重センサ７０は、検出したひずみを制御部５０に提供する。また、制御部５０は、荷重センサ７０が測定した荷重の大きさや方向の変化から義足１０の装着者の歩行フェーズを認識できるため、歩幅や歩行速度を演算によって求めることができる。
【0038】
温度センサ８０は、シリンダ３０の作動流体である油の温度を測定する。油の物性によって温度変化に応じて油圧抵抗が変化するため、制御部５０は温度センサ８０の測定温度に応じて駆動機構４０を制御して所望の油圧抵抗を実現する。具体的には、油圧抵抗の各値を実現するための駆動機構４０への制御データセットを温度毎に作成して制御部５０に格納する。制御部５０は温度センサ８０の測定温度に対応する制御データセットを選択して制御に用いる。
【0039】
以上のような電子制御式の受動タイプの膝継手２０において、下腿部２１に対して大腿接続部２２のなす膝角度θが、所定のロック角度を超えないように大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する膝角度制限部を構成できる。
【0040】
具体的には、図５（ａ）で示した膝継手２０の屈曲動作時において、膝角度センサ６０によって測定される膝角度θが所定のロック角度θＬまで増加した場合、制御部５０が屈曲側バルブ４５を全閉（開度最低）の状態にする。これによって屈曲側油圧回路４２の油の流れが遮断されるため、ロック角度θＬを超える膝軸２３の回転が制限される。このロック状態では膝継手２０の装着者の意図しないロック角度θＬを超える膝折れを防止できる。なお、ロック角度θＬの大きさは任意に設定できるが、図３に示したような通常の歩行を阻害しないように、典型的には10度～40度の範囲で設定するのが好ましい。
【0041】
一方、膝をロック角度θＬより大きく曲げる必要がある着席時等では、膝継手２０の装着者の操作や慣性センサ７５等の測定データに基づいて着席動作等を検知した制御部５０が、膝角度θがロック角度θＬまで増加した場合であっても屈曲側バルブ４５の開状態を維持する。これによって屈曲側油圧回路４２を油が流通できるため、ロック角度θＬを超える膝軸２３の回転が許容され、膝を大きく曲げる着席動作等が可能になる。このようなロック状態と非ロック状態の切替えは、電気的切替部としての制御部５０の電子制御によって電気的に行われる。なお、図６～１３に関して後述する機械式の膝角度制限部２４を図１および２の電子制御式の膝継手２０に設けることで膝角度θのロック機構を機械的に実現してもよい。
【0042】
膝角度θがロック角度θＬ以下の状態では膝継手２０が自由に屈曲できる特許文献１に対して、本実施形態では膝角度θがロック角度θＬ以下の状態でも回転抵抗部を構成する屈曲側油圧回路４２によって屈曲動作時の膝軸２３の回転に対して抵抗が付与される。回転抵抗部が付与する抵抗によって例えばソケット１１と下腿部２１が一直線上にある膝角度θが0度の状態からロック角度θＬまでの急激な膝折れの発生を防止できる。したがって、本実施形態によれば急激な膝折れに起因する膝継手２０の装着者の転倒リスクや不安を低減できる。
【0043】
以上の回転抵抗部の構成において、屈曲側油圧回路４２は膝角度θがロック角度θＬ以下の全角度範囲において膝軸２３の回転に対して油圧による抵抗を付与できる。屈曲側油圧回路４２が膝軸２３の回転に対して付与する抵抗の大きさは、図３の歩行フェーズや膝角度θに応じて変えるのが好ましいが、歩行フェーズや膝角度θによらず一定としてもよい。この場合、屈曲側油圧回路４２における屈曲側バルブ４５の開度が一定に保たれる。
【0044】
屈曲側油圧回路４２は、慣性センサ７５や荷重センサ７０で検知できる下腿部２１における荷重位置に応じて、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗の大きさを変化させてもよい。例えば、図３において、踵付近に荷重位置がある初期接地（Ａ）では、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を大きくして、続く荷重応答期（Ｂ）や立脚中・終期（Ｃ）にかけて膝角度θを略零に維持する。また、爪先付近に荷重位置がある前遊脚期（Ｄ）では、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を小さくして、続く遊脚初期（Ｅ）や遊脚中期（Ｆ）にかけて膝角度θが大きく変化できるようにする。この場合、屈曲側油圧回路４２は、膝角度θが略零の立脚中・終期（Ｃ）から膝角度θが正の前遊脚期（Ｄ）にかけての膝角度θの増加に応じて、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を減少させている。ロック角度θＬの直前で抵抗が最小になるため、膝折れを抑制しながら膝継手２０が円滑にロック状態に移行できる。これとは逆に、屈曲側油圧回路４２は膝角度θの増加に応じて膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を増加させてもよい。ロック角度θＬの直前で抵抗が最大になるため、急激な膝折れによる衝撃を効果的に低減できる。以上のように、屈曲側油圧回路４２が膝軸２３の回転に対して付与する抵抗の大きさを変化させることで、歩行フェーズに応じた歩行のしやすさと膝継手２０のロックのしやすさを担保しながら急激な膝折れを防止できる。
【0045】
屈曲側油圧回路４２は、膝角度センサ６０が測定した膝角度θを制御部５０（角速度検知部）が時間微分して得られる膝角速度に応じて、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗の大きさを変化させてもよい。例えば、図３において、膝角速度が略零である初期接地（Ａ）～立脚中・終期（Ｃ）では、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を大きくして膝の屈曲を制限する。また、膝角速度が正である前遊脚期（Ｄ）～遊脚中期（Ｆ）では、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を小さくして膝の屈曲を補助する。この場合、屈曲側油圧回路４２は、膝角速度が略零の立脚中・終期（Ｃ）から膝角速度が正の前遊脚期（Ｄ）にかけての膝角速度の増加に応じて、膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を減少させている。これとは逆に、屈曲側油圧回路４２は膝角速度の増加に応じて膝軸２３の回転に対して付与する抵抗を増加させてもよい。
【0046】
以上、電子制御式の受動タイプの膝継手２０について説明した。続いて、機械式の受動タイプの膝継手２０について説明する。
【0047】
図６は、機械式の受動タイプの膝継手２０の第１の構成例を示す。膝継手２０は、ソケット１１（不図示）が接続される大腿接続部２２と、大腿接続部２２と連結され膝軸２３周りに回転可能に設けられる下腿部２１と、大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する膝角度制限部２４を備える。膝軸２３は大腿接続部２２の略中央に位置し、膝軸２３を軸支する軸受や膝軸２３の回転に対して抵抗を付与する回転抵抗部または回転抵抗モジュールを収容可能な図示の断面が円状の収容空間２３１が設けられる。
【0048】
大腿接続部２２と下腿部２１は長尺のリンク２５によって連結される。具体的には、リンク２５の上端部は収容空間２３１の外周に設けられる大腿連結部２５１において大腿接続部２２に固定され、リンク２５の下端部は下腿部２１の略中央に位置する下腿連結部２５２において下腿部２１に固定される。なお、図示の都合上、一つのリンク２５のみを示したが、紙面に垂直な方向に沿って複数のリンク２５を並設してもよい。この構成において、大腿接続部２２はリンク２５によって下腿部２１と連結された状態で膝軸２３周りに回転可能である。図６において、大腿接続部２２が膝軸２３周りに反時計回り方向に回転する動作が膝継手２０の屈曲動作に対応し、大腿接続部２２が膝軸２３周りに時計回り方向に回転する動作が膝継手２０の伸展動作に対応する。
【0049】
下腿部２１には、リンク２５の下腿連結部２５２を下腿部２１の軸に沿って上方に付勢する伸展補助ばね２１１が設けられる。伸展補助ばね２１１はリンク２５を介して大腿接続部２２を時計回り方向すなわち膝継手２０の伸展方向に付勢する。これによって、膝継手２０の屈曲が僅かであれば伸展補助ばね２１１の付勢力によって伸展状態に自然に復帰できる。また、膝継手２０が非ロック状態で大きく屈曲した着座等の状態から復帰する際も、伸展補助ばね２１１は膝継手２０の伸展を補助するように働く。
【0050】
下腿部２１の伸展補助ばね２１１の下方に設けられる足部取付穴２１２には、下端に足部１２が設けられた取付パイプ２１２Ａ（破線）が挿入される。また、大腿接続部２２の上端に設けられる大腿取付部２２１には、大腿部としてのソケット１１が取り付けられる。このように、膝継手２０に対して足部１２とソケット１１が取り付けられることで、図１に示したような義足１０が構成される。
【0051】
図７は、膝軸２３周りの回転動作すなわち膝継手２０の屈伸動作の図解のために大腿接続部２２と膝角度制限部２４を示す。図７（Ａ）は、大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａと、図示が省略される下腿部２１の軸が一直線上（図７の鉛直線上）にある膝角度θが0度の状態を示す。図７（Ｂ）は、下腿部２１の軸の方向がそのまま（図７の上下方向）で、大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａが反時計回り方向に20度屈曲した膝角度θが20度の状態を示す。
【0052】
膝角度制限部２４は不図示の下腿部２１に固定され、下腿部２１に対して大腿接続部２２のなす膝角度θが、所定のロック角度θＬを超えないように大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する。図示の例ではロック角度θＬは20度である。したがって、膝角度制限部２４が膝角度θをロック角度θＬ以下に制限するロック状態では、膝角度θは図７（Ａ）の0度と図７（Ｂ）の20度の間の値を取ることができ、この範囲外の値を取ることはできない。
【0053】
膝角度θが最小（0度）の図７（Ａ）では、大腿接続部２２の外周の伸展側（図７の時計回り側）に設けられる伸展側接触部２２２が、膝角度制限部２４の伸展側制止部材２４１に接触して制止される。伸展側接触部２２２と伸展側制止部材２４１は互いに係合する形状をしており、伸展側制止部材２４１の接触面に弾性材料で形成された弾性部材２４１Ａが両者の接触による衝撃を緩和する。伸展側接触部２２２と伸展側制止部材２４１が係合した図７（Ａ）の状態において、大腿接続部２２は伸展側制止部材２４１に制止されてこれ以上時計回り方向（伸展方向）に回転できない。したがって、膝角度θは図７（Ａ）の0度より小さくならないように制限される。
【0054】
膝角度θが最大（ロック角度θＬ＝20度）の図７（Ｂ）では、大腿接続部２２の外周の屈曲側（図７の反時計回り側）に設けられる屈曲側接触部２２３が、膝角度制限部２４の屈曲側制止部材２４２に接触して制止される。大腿接続部２２と一体的に回転する回転部材としての屈曲側接触部２２３は、膝継手２０の屈曲動作に応じて反時計回り方向に進行する大腿接続部２２の端面として形成され、膝角度θがロック角度θＬ＝20度の時に進路上の屈曲側制止部材２４２に面状に接触する。屈曲側制止部材２４２の屈曲側制止部２４２Ａは金属材料や弾性材料で形成される。屈曲側制止部２４２Ａを弾性材料で形成すれば、屈曲側接触部２２３との接触時の衝撃を緩和できる。屈曲側接触部２２３と屈曲側制止部２４２Ａが面接触した図７（Ｂ）の状態において、大腿接続部２２は屈曲側制止部材２４２に制止されてこれ以上反時計回り方向（屈曲方向）に回転できない。したがって、膝角度θは図７（Ｂ）の20度より大きくならないように制限される。
【0055】
膝角度制限部２４は、膝角度制限部２４が膝軸２３の回転を制限するロック状態と、膝角度制限部２４が膝軸２３の回転を制限しない非ロック状態を機械的に切り替える機械的切替部を備える。図７には二種類の機械的切替部を併せて示すが、実際にはいずれかを設ければ十分である。
【0056】
第１の機械的切替部としてのレバー２４３は、膝継手２０の装着者の手動操作によって、下腿部２１に固定された支点２４３Ａを中心に回転可能である。レバー２４３の回転操作によって、屈曲側制止部材２４２が膝軸２３から径方向に遠ざかり、大腿接続部２２の屈曲側接触部２２３の進路から外れる結果、大腿接続部２２がロック角度θＬを超えて反時計回り方向（屈曲方向）に回転できる非ロック状態に切り替わる。
【0057】
第２の機械的切替部としてのワイヤー２４４は、一端２４４Ａが屈曲側制止部２４２Ａに連結され、他端２４４Ｂを膝継手２０の装着者が引っ張ることが可能である。ワイヤー２４４の他端２４４Ｂの引張操作によって、一端２４４Ａに連結された屈曲側制止部２４２Ａが引っ張られて膝軸２３から径方向に遠ざかり、大腿接続部２２の屈曲側接触部２２３の進路から外れる結果、大腿接続部２２がロック角度θＬを超えて反時計回り方向（屈曲方向）に回転できる非ロック状態に切り替わる。
【0058】
膝角度θがロック角度θＬ以下の状態では膝継手２０が自由に屈曲できる特許文献１に対して、本構成例では回転抵抗部または回転抵抗モジュールを収容空間２３１に収容することで膝角度θがロック角度θＬ以下の状態でも屈曲動作時の膝軸２３の回転に対して抵抗が付与される。回転抵抗部または回転抵抗モジュールが付与する抵抗によって例えば大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａと下腿部２１の軸が一直線上にある膝角度θが0度の状態（図７（Ａ））からロック角度θＬ（図７（Ｂ））までの急激な膝折れの発生を防止できる。したがって、本構成例によれば急激な膝折れに起因する膝継手２０の装着者の転倒リスクや不安を低減できる。
【0059】
収容空間２３１に収容する回転抵抗部または回転抵抗モジュールは、膝軸２３の回転に対して抵抗を付与できるものであれば種類は問わない。例えば、油圧によって膝軸２３の回転に対して抵抗を付与するものでもよいし、グリースやポリマーからなる粘性流体の粘性によって膝軸２３の回転に対して抵抗を付与するものでもよいし、機械的な摩擦によって膝軸２３の回転に対して抵抗を付与するものでもよいし、歯車等によって膝軸２３の回転を減速する減速機でもよいし、膝軸２３に回転動力を与えるモータでもよい。これらの回転抵抗部を収容空間２３１に着脱可能な回転抵抗モジュールとして構成することで、膝継手２０毎の装着者に最適な種類の回転抵抗モジュールを選択できる。また、国や地域によって回転抵抗部に含まれる媒体に対する規制が異なるため、回転抵抗部を膝継手２０に後付け可能なモジュールとして構成とすることで、膝継手２０を国や地域毎にカスタマイズする手間を低減できる。
【0060】
以上のような回転抵抗部または回転抵抗モジュールは膝角度θがロック角度θＬ以下の全角度範囲において膝軸２３の回転に対して抵抗を付与できる。回転抵抗部または回転抵抗モジュールが膝軸２３の回転に対して付与する抵抗の大きさは、図３の歩行フェーズや膝角度θに応じて変えるのが好ましいが、歩行フェーズや膝角度θによらず一定としてもよい。
【0061】
図１～５に示される電子制御式の膝継手２０と異なり、図６～７に示される機械式の膝継手２０には、膝角度センサ６０、慣性センサ７５、荷重センサ７０等の測定データを電気的に生成するセンサは基本的に設けられない。一方で、特許文献２のように、下腿部２１における荷重位置を機械的に検知する荷重位置検知機構が知られており、本実施形態の機械式の膝継手２０でも利用できる。検知された荷重位置に応じて膝軸２３の回転に対して付与する抵抗の大きさを変化させる例は、図１～５の電子制御式の膝継手２０に関して前述したため重複した説明を省略する。
【0062】
図８は、機械式の受動タイプの膝継手２０の第２の構成例を示す。前述の構成例と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。大腿接続部２２と下腿部２１は第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂからなるリンク機構によって連結される。第１リンク２５Ａの大腿接続部２２側の一端（上端）は大腿連結部２５１において大腿接続部２２に固定され、第２リンク２５Ｂの下腿部２１側の一端（下端）は下腿部２１の中央より前方（図８の右方）に位置する下腿連結部２５３において下腿部２１に固定される。第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂの他端同士はリンク連結部２５４において回転可能に連結される。この構成において、大腿接続部２２は第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂによって下腿部２１と連結された状態で膝軸２３周りに回転可能である。また、下腿部２１の下腿連結部２５２と第２リンク２５Ｂのリンク連結部２４６Ａには、長尺の支持部材２４６の各端部が連結される。下腿連結部２５２を上方に付勢する伸展補助ばね２１１は、互いに連結される支持部材２４６、第２リンク２５Ｂ、第１リンク２５Ａを介して、大腿接続部２２を膝継手２０の伸展方向に付勢する。
【0063】
図９は、膝軸２３周りの回転動作すなわち膝継手２０の屈伸動作の図解のために大腿接続部２２と膝角度制限部２４を示す。図９（Ａ）は、大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａと、図示が省略される下腿部２１の軸が一直線上（図９の鉛直線上）にある膝角度θが0度の状態を示す。図９（Ｂ）は、下腿部２１の軸の方向がそのまま（図９の上下方向）で、大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａが反時計回り方向に20度屈曲した膝角度θが20度の状態を示す。
【0064】
膝角度制限部２４は不図示の下腿部２１に固定され、下腿部２１に対して大腿接続部２２のなす膝角度θが、所定のロック角度θＬを超えないように大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する。図示の例ではロック角度θＬは20度である。したがって、膝角度制限部２４が膝角度θをロック角度θＬ以下に制限するロック状態では、膝角度θは図９（Ａ）の0度と図９（Ｂ）の20度の間の値を取ることができ、この範囲外の値を取ることはできない。
【0065】
膝角度θが最大（ロック角度θＬ＝20度）の図９（Ｂ）では、膝軸２３の回転に応じて屈曲したリンク機構のリンク連結部２５４が、膝角度制限部２４の屈曲側制止部材２４５に接触して制止される。図９（Ａ）から図９（Ｂ）にかけて膝継手２０の屈曲に応じて大腿接続部２２が膝軸２３周りに反時計回り方向（屈曲方向）に回転すると、レバー２４３の支点２４３Ａより前方（図９の右方）のガイド部２４３Ｂにガイドされて、リンク連結部２５４が屈曲側制止部材２４５に向かって前方に移動する。
【0066】
リンク連結部２５４と屈曲側制止部材２４５が面接触した図９（Ｂ）の状態において、大腿接続部２２は屈曲側制止部材２４５に制止されてこれ以上反時計回り方向（屈曲方向）に回転できない。したがって、膝角度θは図９（Ｂ）の20度より大きくならないように制限される。
【0067】
ロック角度時にリンク連結部２５４が接触する屈曲側制止部材２４５は、接触面に弾性材料で形成されて接触による衝撃を緩和する弾性部材２４５Ａと、弾性部材２４５Ａの位置を変更する位置変更部２４５Ｂを備える。位置変更部２４５Ｂは先端面（図９の左端面）に弾性部材２４５Ａが埋め込まれたねじによって構成され、ねじを回すことで図９の左右方向の弾性部材２４５Ａの位置を調整できる。図９（Ｂ）に示されるように、弾性部材２４５Ａの位置はロック角度θＬを決めるため、位置変更部２４５Ｂによって膝継手２０の装着者に合わせてロック角度θＬを変更できる。なお、以上の例では、膝角度θがロック角度θＬの時に第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂのリンク連結部２５４が屈曲側制止部材２４５に接触したが、リンク連結部２５４に限らず第１リンク２５Ａまたは第２リンク２５Ｂの任意の部分が屈曲側制止部材２４５に接触してもよい。
【0068】
膝角度制限部２４のレバー２４３は、図６および７の第１の構成例と同様に、膝角度制限部２４が膝軸２３の回転を制限するロック状態と、膝角度制限部２４が膝軸２３の回転を制限しない非ロック状態を機械的に切り替える機械的切替部を構成する。図１０は、非ロック状態における膝軸２３の回転動作を示す。膝角度θがロック角度θＬ＝20度以上の図１０（Ｂ）～（Ｄ）に示されるように、膝継手２０の装着者のレバー２４３の手動操作によって、リンク連結部２５４がレバー２４３の「へ」の字形状または逆「Ｖ」の字形状の内側に移動している。この状態でガイド部２４３Ｂにおける図８および９とは反対側のガイド面がリンク連結部２５４をガイドするため、第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂからなるリンク機構は図９（Ｂ）とは逆方向に屈曲する。すなわち、図９（Ｂ）ではリンク機構が「へ」の字形状または逆「Ｖ」の字形状に屈曲していたのに対し、図１０（Ｂ）～（Ｄ）ではリンク機構が「く」の字形状または「Ｖ」の字形状に屈曲する。図９のロック状態と異なり、図１０の非ロック状態ではリンク連結部２５４が屈曲側制止部材２４５（図１０では不図示）に接触しないため、ロック角度θＬを超える膝継手２０の屈曲動作が可能になる。
【0069】
膝角度θがロック角度θＬ以下の状態では膝継手２０が自由に屈曲できる特許文献１に対して、本構成例では回転抵抗部または回転抵抗モジュールを収容空間２３１に収容することで膝角度θがロック角度θＬ以下の状態でも屈曲動作時の膝軸２３の回転に対して抵抗が付与される。回転抵抗部または回転抵抗モジュールが付与する抵抗によって例えば大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａと下腿部２１の軸が一直線上にある膝角度θが0度の状態（図９（Ａ））からロック角度θＬ（図９（Ｂ））までの急激な膝折れの発生を防止できる。したがって、本構成例によれば急激な膝折れに起因する膝継手２０の装着者の転倒リスクや不安を低減できる。
【0070】
図１１は、機械式の受動タイプの膝継手２０の第３の構成例を示す。前述の構成例と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。大腿接続部２２と下腿部２１は第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂからなるリンク機構によって連結される。第１リンク２５Ａの一端側（上端側）の上端部２５５は大腿接続部２２に固定されておらず、図示の断面が円状の膝軸２３の外周に接触しながら大腿接続部２２に対して滑らかに移動可能である。第２リンク２５Ｂの一端（左端）は下腿部２１の中央より後方（図１１の左方）に位置する下腿連結部２５３において下腿部２１に固定される。第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂの他端同士はリンク連結部２５４において回転可能に連結される。この構成において、大腿接続部２２は第１リンク２５Ａおよび第２リンク２５Ｂによって下腿部２１と連結された状態で膝軸２３周りに回転可能である。
【0071】
リンク機構には、一端（右上端）が第１リンク２５Ａの略中央に接続され、他端（左下端）が第２リンク２５Ｂの下腿連結部２５３に接続されるばね２５６が設けられる。第１リンク２５Ａは直下に設けられるばね２５６から上方に付勢されるため、その上端部２５５が膝軸２３の外周に常に押し付けられた状態になる。このように、第１リンク２５Ａの上端部２５５は膝軸２３を含む大腿接続部２２を時計回り方向すなわち膝継手２０の伸展方向（膝角度θが小さくなる方向）に付勢する。
【0072】
図１２は、膝軸２３周りの回転動作すなわち膝継手２０の屈伸動作の図解のために大腿接続部２２と膝角度制限部２４を示す。図１２（Ａ）は、大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａと、図示が省略される下腿部２１の軸が一直線上（図１２の鉛直線上）にある膝角度θが0度の状態を示す。図１２（Ｂ）は、下腿部２１の軸の方向がそのまま（図１２の上下方向）で、大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａが反時計回り方向に20度屈曲した膝角度θが20度の状態を示す。
【0073】
膝角度制限部２４は不図示の下腿部２１に固定され、下腿部２１に対して大腿接続部２２のなす膝角度θが、所定のロック角度θＬを超えないように大腿接続部２２と下腿部２１の相対的な回転を制限する。図示の例ではロック角度θＬは20度である。したがって、膝角度制限部２４が膝角度θをロック角度θＬ以下に制限するロック状態では、膝角度θは図１２（Ａ）の0度と図１２（Ｂ）の20度の間の値を取ることができ、この範囲外の値を取ることはできない。
【0074】
膝角度θが最大（ロック角度θＬ＝20度）の図１２（Ｂ）では、大腿接続部２２の外周の屈曲側（図１２の反時計回り側）に設けられる屈曲側接触部２２３が、第１リンク２５Ａの上端部２５５に接触して制止される。大腿接続部２２と一体的に回転する回転部材としての屈曲側接触部２２３は、膝継手２０の屈曲動作に応じて反時計回り方向に進行する大腿接続部２２の端面として形成され、膝角度θがロック角度θＬ＝20度の時に進路上の第１リンク２５Ａの上端部２５５に面状に接触する。第１リンク２５Ａの上端部２５５の接触面には弾性材料で形成された弾性部材２５５Ａが設けられるため、屈曲側接触部２２３との接触時の衝撃を緩和できる。屈曲側接触部２２３と第１リンク２５Ａの上端部２５５が面接触した図１２（Ｂ）の状態において、大腿接続部２２は第１リンク２５Ａの上端部２５５に制止されてこれ以上反時計回り方向（屈曲方向）に回転できない。したがって、膝角度θは図１２（Ｂ）の20度より大きくならないように制限される。
【0075】
図１２（Ａ）から図１２（Ｂ）にかけて、第１リンク２５Ａと第２リンクＢのリンク連結部２５４は、下腿部２１において弾性材料で形成された弾性部材２４７Ａと常に接触している。このため、図９で示したロック角度時（図９（Ｂ））だけリンク連結部２５４と接触する弾性部材２４５Ａと比較して、弾性部材２４７Ａはロック角度以下の全角度範囲において膝継手２０の屈伸動作に伴う振動や衝撃を効果的に緩和できる。なお、図１１に示されるように、弾性部材２４７Ａを着脱可能な弾性部材着脱部２４７Ｂが設けられる。弾性部材着脱部２４７Ｂは弾性部材２４７Ａを下方から支持するマウント２４７Ｃの下面に先端が接触するねじによって構成され、ねじを回すことで弾性部材２４７Ａの図１１の上下方向の位置調整や着脱を行える。このように、弾性部材着脱部２４７Ｂは、弾性部材２４７Ａの位置を変更する位置変更部や、弾性部材２４７Ａを交換する弾性部材交換部として機能する。図１２（Ｂ）に示されるように、弾性部材２４７Ａの位置はロック角度θＬを決めるため、弾性部材着脱部２４７Ｂによって膝継手２０の装着者に合わせてロック角度θＬを変更できる。図１３は、弾性部材２４７Ａの位置によって異なる４通りのロック角度θＬ（左から順に、0度、20度、30度、40度）を示す。
【0076】
図１４は、膝角度制限部２４が膝軸２３の回転を制限しない非ロック状態における大腿接続部２２の回転動作を示す。左から順に、膝角度θが20度、60度、90度、120度の状態を示す。膝角度θがロック角度θＬ＝20度を超える場合、不図示のレバーやワイヤー等の機械的切替手段によって第１リンク２５Ａが膝軸２３から遠ざかる径方向に引っ張られることで、第１リンク２５Ａの上端部２５５が大腿接続部２２の屈曲側接触部２２３の進路から外れる。この結果、大腿接続部２２がロック角度θＬを超えて反時計回り方向（屈曲方向）に回転できる非ロック状態に切り替わる。ロック角度θＬ＝20度を超える屈伸動作では、第１リンク２５Ａにおいて大腿接続部２２と対向するガイド面２５７が大腿接続部２２の外周面に接触しながらガイドするため、大腿接続部２２は滑らかに回転できる。
【0077】
膝角度θがロック角度θＬ以下の状態では膝継手２０が自由に屈曲できる特許文献１に対して、本構成例では回転抵抗部または回転抵抗モジュールを収容空間２３１に収容することで膝角度θがロック角度θＬ以下の状態でも屈曲動作時の膝軸２３の回転に対して抵抗が付与される。回転抵抗部または回転抵抗モジュールが付与する抵抗によって例えば大腿接続部２２の大腿取付部２２１の軸２２１Ａと下腿部２１の軸が一直線上にある膝角度θが0度の状態（図１２（Ａ））からロック角度θＬ（図１２（Ｂ））までの急激な膝折れの発生を防止できる。したがって、本構成例によれば急激な膝折れに起因する膝継手２０の装着者の転倒リスクや不安を低減できる。
【0078】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【0079】
実施形態では大腿接続部２２と下腿部２１を備える様々な膝継手２０について説明したが、膝継手２０が正常に動作する限りにおいて、膝継手２０の各構成要素は大腿接続部２２と下腿部２１のいずれに設けてもよく、大腿接続部２２および下腿部２１の外部に設けてもよい。すなわち、実施形態で大腿接続部２２に設けられた構成要素は下腿部２１や外部に設けてもよく、実施形態で下腿部２１に設けられた構成要素は大腿接続部２２や外部に設けてもよい。例えば、図６～１３に示した膝継手２０では下腿部２１に設けられていたロック状態を実現するための膝角度制限部２４を、各図と同様の機構を用いて大腿接続部２２に設けてもよい。
【0080】
なお、実施形態で説明した各装置の機能構成はハードウェア資源またはソフトウェア資源により、あるいはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。
【0081】
本明細書で開示した実施形態のうち、複数の機能が分散して設けられているものは、当該複数の機能の一部又は全部を集約して設けても良く、逆に複数の機能が集約して設けられているものを、当該複数の機能の一部又は全部が分散するように設けることができる。機能が集約されているか分散されているかにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。
【符号の説明】
【0082】
１０ 義足、１１ ソケット、２０ 膝継手、２１ 下腿部、２２ 大腿接続部、２３ 膝軸、２４ 膝角度制限部、２５ リンク、２５Ａ 第１リンク、２５Ｂ 第２リンク、３０ シリンダ、４０ 駆動機構、４２ 屈曲側油圧回路、４５ 屈曲側バルブ、５０ 制御部、６０ 膝角度センサ、７０ 荷重センサ、７５ 慣性センサ、２２１ 大腿取付部、２２２ 伸展側接触部、２２３ 屈曲側接触部、２３１ 収容空間、２４１ 伸展側制止部材、２４１Ａ 弾性部材、２４２ 屈曲側制止部材、２４２Ａ 屈曲側制止部、２４３ レバー、２４４ ワイヤー、２４５ 屈曲側制止部材、２４５Ａ 弾性部材、２４５Ｂ 位置変更部、２４７Ａ 弾性部材、２４７Ｂ 弾性部材着脱部、２５４ リンク連結部、２５５Ａ 弾性部材。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
