JP3570619B2

JP3570619B2 - 義足用エアシリンダ装置

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Publication number: JP3570619B2
Application number: JP32461499A
Authority: JP
Inventors: 賀章中矢; 勤富樫; 正彦奥田; 律夫白石
Original assignee: 株式会社ナブコ
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: TW537892B; KR100384758B1; HK1036923A1; KR20010051676A; CN1297718A; US6558430B1; JP2001137268A; EP1101461B1; CN1178631C; EP1101461A1

Description

【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の義足用エアシリンダ装置に関し、特に、義足が床等の接地面から離れる遊脚相にある時に、ひざの屈曲に応じて適切な抵抗力を生じるようにした技術に関する。
【０００２】
【発明の背景】
ひざの屈曲および伸展を伴う義足は、大腿部と下腿部とが相対的に揺動する義足である。こうした義足の中に、自然の歩行に似た歩行形態（つまり、歩容）を得るため、ひざの屈曲および伸展を補助するための装置を備えたものがある。補助装置としては、油圧シリンダ装置とエアシリンダ装置とが良く知られている。補助装置としての両者を比較すると、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。
【０００３】
特公昭５２−４７６３８号の明細書やＵＳＰ５，４０５，４０７号のＦＩＧ．２およびＦＩＧ．３が、義足用エアシリンダ装置の第１の技術を示している。その技術では、ピストンの内部に逆止弁、また、ピストンロッドの中に絞り弁であるニードル弁を備える。それらの弁は、ひざが屈曲するときにエアシリンダの内部の室を圧縮し、その室のエアの流出を絞り弁により制限する。しかし、エアの流れを制限する絞り弁は、一つであり、歩行中その開度も一定である。そのため、ひざの屈曲を歩行速度に応じて適切に制御することはできず、この第１の技術は、ゆっくりした歩き、通常の歩き、早歩き、小走りといった広い歩行速度範囲のすべてに応じることはできない。
【０００４】
それに対し、特許第２５０１３４６号やそれを基礎にしたＵＳＰ５，３４４，４４６号は、エアの流れを制限する絞り弁の開度を、歩行速度に応じてコンピュータにより調整する技術を明らかにしている。この第２の技術によれば、ひざの屈曲を歩行速度に応じて適切に制御することができ、義足の装着者は、歩行速度の広い範囲で自然な歩容を得ることができる。しかし、この第２の技術では、絞り弁を自動的に調整するために、制御および駆動の各手段が必要であり、義足の構造が複雑となり、そのコストが高価となっていた。
【０００５】
義足のコストが高価になることを抑えつつ、歩行速度の広い範囲で自然な歩容を得るためには、コンピュータを利用した制御を伴わずに、いわば純機械的な構造によって対応することが考えられる。エアシリンダ装置とはタイプの異なる油圧シリンダ装置における技術ではあるが、特表平８−５１１１９０（ＷＯ９５／２６１７１に対応）やＵＳＰ５，０９２，９０２号が示す第３の技術をエアシリンダ装置に適用することができる。第３の技術は、絞り弁の絞り孔を複数にし、それらをピストンの移動方向に配置し、ピストンの移動により複数の絞り孔を順次閉じるという技術である。この技術によれば、ひざの屈曲が大きくなることに応じて、絞り弁による絞り作用を強めて流れ抵抗を大きくすることができる。しかし、ピストンの移動に応じて絞り面積がデジタル的あるいは段階的に減少するため、シリンダの圧力特性もステップ状に段階的に変化することとなり、義足装着者の歩行フィーリングを悪化させてしまう。また、この種の義足用のシリンダにおいては、義足装着者ごとにシリンダの圧力特性を調整することが必要であるが、圧縮室が単一の場合、そうした装着者ごとの個別の調整に応えることも困難である。
【０００６】
【発明の解決すべき課題】
この発明は、歩行速度の広い範囲にわたって圧力特性を有効に調整することができる義足用エアシリンダ装置を提供することを第１の目的とする。
また、この発明は、歩行フィーリングを悪化させることなく、歩行速度の広い範囲で自然な歩容を得ることができる義足用エアシリンダ装置を提供することを第２の目的とする。
さらに、この発明は、絞り弁の部分を安定した構造とし、歩行速度に応じた圧力制御を確実に得ることができる義足用エアシリンダ装置を提供することを第３の目的とする。
【０００７】
【発明の考え方および手段】
この発明でも、基本的に、シリンダ本体の内部はピストンによって二つの室に区画される。区画される室は、ヘッド側の第１室とボトム側の第２室である。それら第１室と第２室とは、二つの通路によって連絡される。第１の通路は、第１室から第２室へ向かう流れを許す第１の逆止弁を含む通路である。この第１の通路は、第１室から第２室へ向かう流れを許すことによって、ひざの屈曲を可能とし、しかも、第１の逆止弁が第２室に入り込んだエアを第２室に閉じ込める。もう一つの連絡通路は第２の通路であり、第２の通路は、第２室から第１室へ向かう流れを常時制限する常時絞り弁を含む通路である。常時絞り弁は、ひざの屈曲状態が変化したとしても常に第２室の側から第１室の側へと向かう流れを制限する働きをする。
【０００８】
この発明の義足用エアシリンダ装置は、ひざが屈曲するときに第２室の内部の圧力を高めるために、次の構成をさらに備える。
Ａ．シリンダ本体のボトム部およびそのボトム部に対向するピストンの一面に、互いにはまり合う凹部あるいは凸部があり、ひざの屈曲角が増大するに応じて、ボトム側の第２室を、常時絞り弁に連絡するための開口に臨む所定の室を含めて、複数の室に分割する分割手段。
Ｂ．分割手段によって分割された複数の室のうち、所定の室を除く各室をそれぞれ絞り弁を通して第１室に連絡する補助通路。
すなわち、この発明の義足用エアシリンダ装置では、ひざの屈曲に応じてエアが封じ込められ、圧力が高まる第２室に対し、常時絞り弁によってエアの流出を制限するだけでなく、さらに、ひざの屈曲角が増大するに応じて第２室を複数の室に分割し、分割された各室を各室に対応した絞り弁により各室からのエアの流出を制限するようにしている。分割される複数の室には、常時絞り弁に連絡するための開口に臨む所定の室のほか、それと同心の他の室を含む。歩行速度のより広い範囲にわたって圧力特性を細かく制御するためには、分割の数を多くすることが好ましいが、実際的な分割の数は２〜５、通常は２〜３が適当である。第２室を複数の室に分割する時点は、分割の数に応じて適宜変えるようにする。分割の数が２の場合には、通常の歩行時のひざの屈曲角である４０°〜６０°の段階、たとえば５０°を越える時点を分割時点とし、また、分割の数が３の場合には、そうした５０°を越える時点のほか、それより小さい屈曲角、たとえば３０°の時点をそれぞれ分割時点とする。各時点において、ピストンとシリンダ本体のボトム部とは凹凸結合し、第２室の中に新たな室を区画する。区画する室を密閉するため、互いにはまり合う凹部あるいは凸部には、リップ型のシールリングなどのシール部材を設ける。より大きな歩行速度において、第２室の側に高い圧力を生じさせるため、第２の通路に、常時絞り弁に加えて、第２室から第１室へ向かう流れを許し逆の方向の流れを禁止する第２の逆止弁を設けるようにすると良い。
【０００９】
最も好ましくは、補助通路の絞り弁を前記した所定の室および常時絞り弁を通して第１室に連絡するようにするのが良い。そうすれば、第２室の分割により新たに区画される室に対する絞り弁が、所定の室と分割により新たに区画される室との間に介在することになる。所定の室には、常時絞り弁の作用により分割時点前から圧力が発生しているため、新たに区画される室の圧力は急激には上昇しない。その結果、エアシリンダ装置の特性上、急激な反発力は生じず、なだらかな特性となる。それにより、義足を装着する者は、義足に違和感を感じることなく、自然な歩行フィーリングで歩行することができる。
【００１０】
この発明で用いる常時絞り弁および絞り弁としては、各種の絞り弁を適用することもできるが、ねじ込み式のニードル弁が最も好ましい。ねじ込み式のニードル弁はねじの回転によって（つまり、回転運動を直線運動に変換することによって）適宜その開度を調節し、絞り量が一定の固定の絞り弁として用いることができる。固定の絞り弁は、可動の弁体やばねを用いない構造であるため、動きのある義足の中で安定した制御を行なうことができる。
【００１１】
【義足とエアシリンダ装置との関係】
この発明の実施例を説明するに際し、図１〜図６を参照しながら、まず、義足とエアシリンダ装置との関係を明らかにする。
図示する義足はひざのない人のための大腿義足であり、図１〜図３が多軸のひざ関節を備える義足であり、図４〜図６が単軸のひざ関節を備える義足である。それらの図において、図１および図４は、ひざが伸展し屈曲角がゼロの状態を示し、図２および図５は、ひざが少し屈曲した状態を示し、さらに、図３および図６は、ひざが最大に屈曲した状態を示す。この発明のエアシリンダ装置１０，１０’は、多軸、単軸のひざ関節を備える義足のいずれへも適用することができる。また、エアシリンダ装置に対し、説明の便宜上、符号１０，１０’を付けているが、それらのエアシリンダ装置として、後で述べる第１から第４の各実施例を適用することができる。多軸のひざ関節は、リンク機構があるためにひざ関節の部分にスペース的な余裕がないので、エアシリンダ装置のストロークの長いものには適用しにくい。それに対し、単軸のひざ関節は、単軸周りに荷重ブレーキがあるが、多軸のものに比べてスペース的な余裕があり、エアシリンダ装置のストロークの長いものにも有効に適用することができる。
【００１２】
いずれの義足も、上部にアルミニューム合金からなる大腿部材２０を備える。大腿部材２０は、ひざの形をしており、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２０ａを一体的に含む。ソケットは、義足を装着する者の断端を受け入れて、大腿部材２０の側に装着者の荷重を伝達する。一方、大腿部材２０の下部には、下腿部材３０がある。下腿部材３０の主体は、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３１である。下腿部材３０と大腿部材２０とは、ひざ関節によって屈曲および伸展可能である。図１〜図３に示す多軸のひざ関節は、ひざの前側に位置する前方リンク４０およびひざの後ろ側に位置する後方リンク５０の２つのリンクを含む。これらの各リンク４０，５０は、ひざが伸びた状態でひざの上下方向に伸び、上方の端部４０ａ，５０ａが大腿部材２０にそれぞれ回転可能に連結されている。また、これら前方リンク４０および後方リンク５０の下方側の端部４０ｂ，５０ｂは、下腿部材３０の側にそれぞれ回転可能に連結されている。それによって、大腿部材２０、前方リンク４０、後方リンク５０および下腿部材３０は、一定の動きだけが可能な限定連鎖を構成している。他方、図４〜図６に示す単軸のひざ関節を備える義足では、大腿部材２０と下腿部材３０とをひざの部分のひざ軸６０が回転可能に連結する。ひざ軸６０の回りには、装着者の荷重がかかることに応じてブレーキ力を生じる荷重ブレーキ７０がある。荷重ブレーキ７０は、ＵＳＰ３，８６３，２７４号（特公昭５２−４６４３２号に対応）が示す公知のものと同様のものであり、装着者の荷重がかかることに応じてブレーキブロックに設けた貫通孔の径を減じ、ブレーキ力を生じるタイプである。
【００１３】
こうした義足に対し、エアシリンダ装置１０，１０’は、シリンダ本体１２のシリンダボトム側がピン結合によってフレーム３１に支持される一方、シリンダ本体１２のシリンダヘッド側から外部へ延びるピストンロッド１４の端部が大腿部材２０に回転可能に連結される。エアシリンダ装置１０，１０’は、ひざの屈曲の度合いにかかわらず、中空なフレーム３１の内部に入ったままである。エアシリンダ装置１０，１０’は、ひざの屈曲および伸展を補助することにより、義足の装着者の歩行を自然な姿にする。エアシリンダ装置１０，１０’による補助機能としては、ひざの屈曲時に屈曲に対して抵抗力を与える第１機能、ひざが屈曲した後で下腿部を前方に加速的に振り出す第２機能、伸展の最終段階にクッション力を与える第３機能などがある。この発明によれば、特に、エアシリンダ装置１０，１０’による第１の機能および第２の機能を歩行速度に応じて適正化することができる。
【００１４】
【第１の実施例】
図７〜図９が、この発明の第１の実施例であるエアシリンダ装置１１０を示す。これらの図においても、各図は、前記した図１〜図３あるいは図４〜図６と同様、その中の一つの図である図７が、ひざが伸展し屈曲角がゼロの状態を示し、もう一つの図である図８が、ひざが少し屈曲した状態を示し、残りの図である図９が、ひざが最大に屈曲した状態を示す。後で示す他の実施例についても、それら３つの各状態ごとに図に示す。
【００１５】
エアシリンダ装置１１０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１１２を備える。シリンダ本体１１２は、内部の径が一様なシリンダチューブ１１２ｃと、シリンダチューブ１１２ｃの各端部に位置し、それらの各端部を閉じるヘッド部１１２ｈおよびボトム部１１２ｂとを含む。シリンダ本体１１２の内部にピストン等の部品を組み込むため、ヘッド部１１２ｈおよびボトム部１１２ｂの少なくとも一方、一般には、ヘッド部１１２ｈが、シリンダチューブ１１２ｃから分離可能になっている。ヘッド部１１２ｈは、通常、シリンダチューブ１１２ｃに対してねじ結合される。
【００１６】
そのようなシリンダ本体１１２の内部を、ピストン１１３がヘッド側の第１室８１とボトム側の第２室８２とに区画する。ピストン１１３は、シリンダチューブ１１２ｃの中にシリンダチューブ１１２ｃの軸線方向に移動可能にはまり合っている。ピストン１１３はピストンロッド１１４に一体に支持されている。ピストン１１３と一体のピストンロッド１１４は、ピストン１１３を支持する大径な部分１１４０と、その大径なピストン支持部１１４０の一端から延び、ヘッド部１１２ｈを貫通する小径ロッド部１１４１とからなる。シリンダ本体１１２のヘッド部１１２ｈから外部へ延びる小径ロッド部１１４１の外側の端部には、義足の大腿部材に連結するためのラグ１１４２がある。大径なピストン支持部１１４０は、ピストン１１３を貫いてピストン１１３の前後に延びている。ピストン支持部１１４０は、ピストン１１３からヘッド側およびボトム側に延びる２つの凸部１１４０ｈおよび１１４０ｂを含む。それら２つの凸部１１４０ｈおよび１１４０ｂの外径は同じであり、その高さもほぼ同じである。
【００１７】
次に、シリンダ本体１１２のヘッド部１１２ｈおよびボトム部１１２ｂに注目されたい。ヘッド部１１２ｈには、ヘッド部１１２ｈの軸線方向に沿って、互いに径の異なる３つの孔がある。第１の孔は、シリンダチューブ１１２ｃの内部の孔１１２０に臨む開口部に位置する大径孔１１２１であり、その大径孔１１２１に隣り合う第２の孔は、大径孔１１２１よりも径が小さく、大径孔１１２１との間に段部を作る中径孔１１２２であり、さらに、中径孔１１２２に続く第３の孔は、外部に開口する小径孔１１２３である。これらの小径孔１１２３、中径孔１１２２および大径孔１１２１は、軸線を同一にしつつ全体としてヘッド部１１２ｈを貫通する貫通孔となっている。
【００１８】
小径孔１１２３の部分には、ピストンロッド１１４の小径ロッド部１１４１の外周をシールするための第１のシール部材１５１がある。また、中径孔１１２２と大径孔１１２１との間の段部上には、ピストンロッド１１４の凸部１１４０ｈの外周をシールするための第２のシール部材１５２がある。第２のシール部材１５２は、ひざの伸展の終わり段階で、中径孔１１２２に入り込む凸部１１４０ｈの外周をシールすることによって、ピストン１１３に近接する凸部１１４０ｈ周りの室８１１をクッション室として機能させる。クッション室８１１の内部のエアは、ヘッド部１１２ｈに設けた絞り通路８１３を通してのみ第２室８２側に流れるようになっている。絞り通路８１３には、外部から絞り開度を調整可能なクッション調整ねじ８１４がある。また、第１室８１側から第２室８２側へ向かうエアの流れを許すため、ピストンロッド１１４の内部には、第１の逆止弁９１を含む第１の通路１０１がある。第１の通路１０１は、ピストンロッド１１４の大径なピストン支持部１１４０の中心を貫き、その一端はピストン支持部１１４０の端面から第２室８２に開口し、他端は小径ロッド部１１４１を径方向に横断するようにしてピストン支持部１１４０の他方の端面近くに開口している。第１の逆止弁９１が、弁体としてのボール９１ａ、ボール９１ａに閉じ力を与える弁ばね９１ｂ、および弁ばね９１ｂの一端を支持するねじ部材９１ｃを含むことは勿論である。このようなクッション室８１１に関係する構成自体は、前記したＵＳＰ５，４０５，４０７号が示す公知のものと同様である。
【００１９】
第１室８１側から第２室８２側にエアを流すための第１の通路１０１に対し、その逆のエアの流れ、つまり、第２室８２側から第１室８１側に向かうエアの流れを許すための別の通路がある。第１の通路１０１がピストンロッド１１４に配置されているのに対し、別の通路である第２の通路１０２は、シリンダ本体１１２に配置されている。第２の通路１０２は、部分的に肉厚となったシリンダチューブ１１２ｃの側壁の中を、ヘッド側からボトム側へとシリンダ本体１１２の軸線と平行に延びている。その第２の通路１０２は、ヘッド側ではヘッド部１１２ｈの端面近くの開口１０２ａを通して第１室８１に連絡し、ボトム側では、ボトム部１１２ｂに収納した第２の逆止弁９２および常時絞り弁１４０を通して第２室８２側に連絡している。
【００２０】
第２の通路１０２に対する第２の逆止弁９２は、第２の通路１０２に対して直交するように設けた孔の内部にあり、第１の逆止弁９１と同様、弁体としてのボール９２ａ、ボール９２ａに閉じ力を与える弁ばね９２ｂ、および弁ばね９２ｂの一端を支持するねじ部材９２ｃを備える。また、ねじ部材９２ｃは、通路としての機能を得るために内部に断面形状がＴ字型の孔９２ｄ、また、第２の逆止弁９２の組付けのために外部に臨む頭の部分にドライバ溝９２ｅをそれぞれ含む。他方、常時絞り弁１４０は、第２の通路１０２上、第２の逆止弁９２と直列に接続されている。常時絞り弁１４０は、シリンダ本体１１２のボトム部１１２ｂの下部に設けた段付き孔１４５の内部に位置する。段付き孔１４５は、弁座を含む小径孔１４５ａと小径孔１４５ａに比べて大径な孔１４５ｂとからなる。大径な孔１４５ｂの側部は、第２の逆止弁９２を内蔵する孔に連絡し、また、小径孔１４５ａの一端は、シリンダ本体１１２の内部の第２室８２に連絡する開口となっている。常時絞り弁１４０は、一方の端部にテーパ部１４１ａ、他方の端部に筒状のガイド部１４１ｂをもつ弁体１４１と、弁体１４１のガイド部１４１ｂの外周にねじ結合するねじリング１４２と、弁体１４１のガイド部１４１ｂにはまり合いつつ、弁体１４１およびねじリング１４２の外側を被うキャップ１４３と、キャップ１４３−ねじリング１４２およびねじリング１４２−ボトム部１１２ｂの各接合面をシールするためのＯ−リング１４４ａ，１４４ｂとを備える。このような常時絞り弁１４０は、ねじリング１４２と弁体１４１のガイド部１４１ｂとのねじ結合を利用し、回転運動−直線運動の変換を行うことにより、弁体１４１による絞り度合いあるいは開度を調整することができる。この常時絞り弁１４０は、第２の通路１０２上にあって、その弁体１４１が第２室８２に通じる開口に臨んでいるため、第２室８２から第１室８１に向かう流れを常時制限することになる。この常時絞り弁１４０の開口面積は、たとえば０．００８〜０．００９ｍｍ^２に設定される。
【００２１】
さて、この発明の第１の実施例であるエアシリンダ装置１１０では、常時絞り弁１４０に面する第２室８２の内部構造を第１室８１の側と同様にしている。ボトム部１１２ｂには、シリンダチューブ１１２ｃの内部の孔１１２０に隣接し互いに連絡する形態で、ボトム部１１２ｂの軸線方向に沿って、互いに径の異なる２つの孔がある。第１の孔は、シリンダチューブ１１２ｃの内部の孔１１２０に臨む開口部に位置する大径孔１１２５であり、その大径孔１１２５に隣り合う第２の孔は、大径孔１１２５よりも径が小さく、大径孔１１２５との間に段部を作る中径孔１１２７である。中径孔１１２７および大径孔１１２５は、シリンダチューブ１１２ｃの内部の孔１１２０と軸線を一にしている。中径孔１１２７と大径孔１１２５との間の段部上には、ピストンロッド１１４の凸部１１４０ｂの外周をシールするためのリップ型のシール部材１５５がある。シール部材１５５は、ひざの屈曲角が所定の大きさを越える段階で、ピストン支持部１１４０の凸部１１４０ｂの外周をシールするためのものである。シール部材１５５が凸部１１４０ｂの外周をシールする時点は、ひざの屈曲が大きくなり、凸部１１４０ｂが凹部である中径孔１１２７の部分に入り込む時点である。その時点は、ひざの屈曲角が５０°（この角度は、通常の歩行速度における最大の屈曲角度である。）を越える段階に相当する。こうした時点については、ピストン支持部１１４０の凸部１１４０ｂの長さあるいはシール部材１５５の配置位置を変えることにより、容易に設定することができる。
【００２２】
別の観点からすると、シール部材１５５が凸部１１４０ｂの外周をシールすることは、ボトム側の第２室８２を二つの室に分割することを意味している。分割に伴う一つの室は、シリンダチューブ１１２ｃの内部にあって、ピストン１１３とシール部材１５５とによって区画される室８２１であり、もう一つの室は、中径孔１１２７の内部に区画される室８２２である。中径孔１１２７の底部には、常時絞り弁１４０に連絡する開口があり、室８２２は、常時絞り弁１４０に連絡するための開口に臨む所定の室である。ボトム部１１２ｂには、分割に伴う二つの室８２１と８２２とを連絡するため、補助通路である絞り通路８２３がある。絞り通路８２３は、シール部材１５５よりも径方向外側で室８２１に開口し、中径孔１１２７の側面で中径孔１１２７に開口している。絞り通路８２３の途中に、絞り弁であるねじ込み式のニードル弁８２４がある。その絞り弁８２４の開口面積は、通常、常時絞り弁１４０に比べて小さく、たとえば０．００３〜０．００４ｍｍ^２に設定される。ひざの屈曲が小さく、第２室８２が分割される前の段階では、常時絞り弁１４０が第２室８２側の圧力を高め必要なトルクを生じる。それに対し、ひざの屈曲が大きくなり、第２室８２が分割された段階では、常時絞り弁１４０が室８２２の内部の圧力を高め、また、絞り弁８２４が室８２１の圧力を高めるように機能する。図１０は、エアシリンダ装置１１０における圧力特性の一例であり、横軸にひざの屈曲角度、縦軸に第２室８２側に発生する圧力あるいはそれに伴うトルクをそれぞれ示している。その図１０の特性線図が示すように、エアシリンダ装置１１０は、非常になめらかな特性を示す。
【００２３】
【第２の実施例】
図１１〜図１３が、この発明の第２の実施例であるエアシリンダ装置２１１０を示す。エアシリンダ装置２１１０では、シリンダ本体２１１２のピストン２１１３側に凹部２１２７を設け、その凹部２１２７にはまり合う凸部２１４０をシリンダ本体２１１２のボトム部２１１２ｂ側に設けるようにしている。それに応じて、第１室８１から第２室８２へ向かう流れを許す第１の逆止弁９１を含む第１の通路２１０１をもう一つの連絡通路である第２の通路２１０２と同様、シリンダチューブ２１１２ｃの側壁の中に設けるようにしている。第２の実施例のエアシリンダ装置２１１０でも、第１の実施例の場合と同様、ひざの屈曲角度が小さい段階では、常時絞り弁１４０が第２室８２側の圧力を高めているが、所定の段階になったとき、第２室８２側が、二つの室２８２１と２８２２に分離される結果、室２８２１は常時絞り弁１４０によって、もう一つの室２８２２は絞り弁８２４によって、それぞれ圧力が高まる。それにより得る圧力特性は、前記した図１０と同様である。エアシリンダ装置２１１０の別の特徴といえば、ヘッド側の中径孔１１２２に入り込むピストン２１１３に同心に凹部２１２７を設けているため、シリンダストロークを大きくすることができること、さらに、分離に伴って新たに区画される室２８２２の容量を大きくとることができるので、より十分な圧力上昇を図ることができることである。
【００２４】
【第３の実施例】
図１４〜図１６が、この発明の第３の実施例であるエアシリンダ装置３１１０を示す。エアシリンダ装置３１１０は、ピストン３１１３側の凹部３１２７とシリンダ本体３１１２のボトム部３１１２ｂ側の凸部３１４０が互いにはまり合うこと、第１の通路３１０１と第２の通路３１０２とがシリンダチューブ３１１２ｃの側壁の中にあること、の点で第２の実施例の場合と共通している。第２の実施例と異なる点は、分離により区画される室が逆であり、分離により新たに区画される室３８２２は、ピストン３１１３の凹部３１２７の内部に位置する。したがって、その新たに区画される室３８２２が絞り弁８２４によって、また、凸部３１４０の側周の室３８２１が常時絞り弁１４０によって、それぞれ圧力が高まる。なお、分離により区画される室が逆であるため、凸部３１４０の外周をシールするシール部材１５５のリップが、第２の実施例とは方向が逆になっている。
【００２５】
【第４の実施例】
図１７〜図１９が、この発明の第４の実施例であるエアシリンダ装置４１１０を示す。エアシリンダ装置４１１０では、絞り機能を３段階にわたって変化させるようにしている。設計の基本的な考え方は、第１の実施例の場合と同様である。ただ３段階の変化を可能にするため、ここでは、ピストン支持部４１４０のボトム側に延びる凸部を小径な部分４１４０ｂと大径な部分４１４０Ｂとの二つにし、それに応じて、シリンダ本体４１１２のボトム部４１１２ｂに小径な凹部４１２７ａと大径な凹部４１２７ｂとの二つを設けるようにしている。ひざの屈曲がある程度進むと、まず、小径な凸部４１４０ｂが小径な凹部４１２７ａに入り込み、ピストン支持部４１４０の凸部の側周に新たな室４８２２ａが区画される。ついで、ひざがさらに大きく屈曲すると、大径な凸部４１４０Ｂの側周にも新たな室４８２２ｂが区画される。屈曲の当初の第２室８２に対する絞りは常時絞り弁１４０であり、屈曲が進んだ段階で新たに区画される室４８２２ａ，４８２２ｂに対する絞りは、各室に応じて設けた各絞り弁４８２４ａおよび４８２４ｂである。それらの絞り弁４８２４ａ，４８２４ｂについては、常時絞り弁１４０に比べて開口面積を小さく設定するが、両絞り弁同士の開口面積については、同等にすることもできるし、一方を他方に比べて大きくすることもできる。図２０がエアシリンダ装置４１１０における圧力特性の一例である。その図２０の特性線図が示すように、エアシリンダ装置４１１０は、さらに広い歩行速度範囲に対し、なめらかな特性を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を多軸のひざ関節を備える義足に適用した形態を示す図であり、ひざが伸展した状態を示す図である。
【図２】図１の形態について、ひざが少し屈曲した状態を示す図である。
【図３】図１の形態について、ひざが最大に屈曲した状態を示す図である。
【図４】この発明を単軸のひざ関節を備える義足に適用した形態を示す図であり、ひざが伸展した状態を示す図である。
【図５】図４の形態について、ひざが少し屈曲した状態を示す図である。
【図６】図４の形態について、ひざが最大に屈曲した状態を示す図である。
【図７】この発明の第１の実施例を示す図であり、ひざが伸展した状態を示す断面図である。
【図８】図７の第１の実施例について、ひざが少し屈曲した状態を示す図である。
【図９】図７の第１の実施例について、ひざが最大に屈曲した状態を示す図である。
【図１０】第１の実施例の圧力特性を示す図である。
【図１１】この発明の第２の実施例を示す図であり、ひざが伸展した状態を示す断面図である。
【図１２】図１１の第１の実施例について、ひざが少し屈曲した状態を示す図である。
【図１３】図１１の第１の実施例について、ひざが最大に屈曲した状態を示す図である。
【図１４】この発明の第３の実施例を示す図であり、ひざが伸展した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４の第３の実施例について、ひざが少し屈曲した状態を示す図である。
【図１６】図１４の第３の実施例について、ひざが最大に屈曲した状態を示す図である。
【図１７】この発明の第４の実施例を示す図であり、ひざが伸展した状態を示す断面図である。
【図１８】図１７の第４の実施例について、ひざが少し屈曲した状態を示す図である。
【図１９】図１７の第４の実施例について、ひざが最大に屈曲した状態を示す図である。
【図２０】第４の実施例の圧力特性を示す図である。
【符号の説明】
１０，１０’，１１０，２１１０，３１１０，４１１０エアシリンダ装置
１２，１１２，２１１２，３１１２，４１１２シリンダ本体
８１第１室
８２第２室
９１第１の逆止弁
９２第２の逆止弁
１０１第１の通路
１０２第２の通路
１１３，２１１３，３１１３ピストン
１１４ピストンロッド
１１４０ｂ，２１４０，３１４０，４１４０ｂ，４１４０Ｂ凸部
１１２７，２１２７，３１２７，４１２７ａ，４１２７ｂ凹部
１４０常時絞り弁
１５５シール部材
８２３絞り通路（補助通路）
８２４，４８２４ａ，４８２４ｂ絞り弁

Claims

ひざの屈曲および伸展を補助するための義足用エアシリンダ装置において、筒型であり、一方の端部がヘッド部によって閉じられ、他方の端部がボトム部によって閉じられたシリンダ本体と、そのシリンダ本体の内部にあって、その内部をヘッド側の第１室、ボトム側の第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、義足と接続するために前記シリンダ本体のヘッド側から外部へ延びるピストンロッドと、前記第１室と前記第２室との間を連絡する通路であり、前記第１室から前記第２室へ向かう流れを許す第１の逆止弁を含む第１の通路と、前記第１室と前記第２室との間を連絡する別の通路であり、前記第２室から前記第１室へ向かう流れを常時制限する常時絞り弁を含む第２の通路とを備え、さらに、ひざが屈曲するときに前記第２室の内部の圧力を高めるために、次の構成を備えることを特徴とする義足用エアシリンダ装置。
Ａ．前記シリンダ本体のボトム部およびそのボトム部に対向する前記ピストンの一面に、互いにはまり合う凹部あるいは凸部があり、ひざの屈曲角が増大するに応じて、前記ボトム側の第２室を、前記常時絞り弁に連絡するための開口に臨む所定の室を含めて、複数の室に分割する分割手段。
Ｂ．前記分割手段によって分割された複数の室のうち、前記所定の室を除く各室をそれぞれ絞り弁を通して前記第１室に連絡する補助通路。
前記補助通路の絞り弁は、前記所定の室および前記常時絞り弁を通して前記第１室に連絡する、請求項１のエアシリンダ装置。
前記分割手段は、前記互いにはまり合う凹部あるいは凸部の部分をシールするためのシール部材を含む、請求項１のエアシリンダ装置。
前記第２の通路が、前記分割された複数の室を前記第１室の側に連絡する共通の通路となる、請求項２のエアシリンダ装置。
前記第２の通路は、前記常時絞り弁に加えて、前記第２室から前記第１室へ向かう流れを許す第２の逆止弁をさらに含む、請求項１あるいは２のエアシリンダ装置。
前記常時絞り弁および前記絞り弁は、絞り量が一定の固定の絞り弁である、請求項１あるいは２のエアシリンダ装置。
前記第２の通路が前記シリンダ本体に設けられる、請求項１のエアシリンダ装置。
前記第１の通路が、前記ピストンあるいは前記シリンダ本体のいずれか一方に設けられる、請求項７のエアシリンダ装置。
前記所定の室の体積は、分割された複数の室の残りの室の体積に比べて小さい、請求項１あるいは２のエアシリンダ装置。
前記分割された複数の室は、前記ピストンの中心軸周りに同心的に配置される、請求項１あるいは２のエアシリンダ装置。