JP2014161477A - 四肢関節部装具 - Google Patents
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Abstract
【課題】 個人差によるアライメントの違いを許容し、容易にフィットさせることができると共に、三次元的な角度変化に対して滑らかに屈曲・伸展させることができる四肢関節部装具を提供する。
【解決手段】 四肢関節部装具20は、近位側および遠位側のリンクハブ2,3と、これらリンクハブ2,3を互いに連結する二組のリンク機構4A,4Bとを有するリンク構造体1を備える。リンク機構4A,4Bは、近位側の端部リンク5、中央リンク7、および遠位側の端部リンク6で構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖の機構である。リンクハブ2,3における、中空部を隔てて2組のリンク機構4A,4Bの並び方向に対向する2箇所に、対向するリンクハブ3,2に対して離反する側へ沿って延びる支持部材24をそれぞれ固定状態で設け、これら二つの支持部材24に、肢体部152,153に取り付けられる装着部21,22を設置する。
【選択図】 図1
【解決手段】 四肢関節部装具20は、近位側および遠位側のリンクハブ2,3と、これらリンクハブ2,3を互いに連結する二組のリンク機構4A,4Bとを有するリンク構造体1を備える。リンク機構4A,4Bは、近位側の端部リンク5、中央リンク7、および遠位側の端部リンク6で構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖の機構である。リンクハブ2,3における、中空部を隔てて2組のリンク機構4A,4Bの並び方向に対向する2箇所に、対向するリンクハブ3,2に対して離反する側へ沿って延びる支持部材24をそれぞれ固定状態で設け、これら二つの支持部材24に、肢体部152,153に取り付けられる装着部21,22を設置する。
【選択図】 図1
Description
この発明は、四肢の変形性関節症、骨折等に伴う変形の予防および矯正、ならびに病理組織の保護、リハビリの補助を目的とした四肢関節部装具に関する。
上記目的の四肢関節部装具として、例えば特許文献1に記載のものがある。この「疼痛防止歩行補助具」は、ポリエチレン樹脂等からなる脛部用添え板を備える。装着前には、前記脛部用添え板は、脛部に対して外側に向けて30°程度開いた状態とされている。装着時には、前記脛部用添え板を強制的に変形させて脛部に当接させテープにて固定する。これにより、脛部用添え板の弾性復元力により脛部が外反側に変位させられ、関節部内側の疼痛箇所となる接触部が離間し、痛みが緩和される。
特許文献2は、上記特許文献1を改良したものであり、患者の膝関節回りのサイズ、形状に対応可能なように、生理的な膝関節の屈曲中心と歩行保持具の角度を一致させてある。他の四肢関節部装具としては、特許文献3〜5が挙げられる。
関節のアライメント(骨の配列)は、人により異なる。例えば膝関節は、矢状面上における屈曲・伸展の曲げ1自由度の動きであるが、膝関節の角度は、矢状面上の角度だけでなく、前額面上の角度(大腿脛骨角)も、人により異なる。しかし、前記特許文献1〜5のように、従来の四肢関節部装具には、前額面上の角度を調整できるものはなかった。また、従来の四肢関節部装具は、矢状面上の動きのみを行うものであるが、実際には、前額面上に角度がついた状態で屈曲し、一平面内の動きとなっていない。
このようなことから、従来の四肢関節部装具では、装具と肢体とをフィットさせ難い。また、屈曲・伸展動作を伴う場合には、装具と肢体との間のすきまが大きくなり、装具のずれが発生し易い。その結果、矯正、患部保護等の機能が低下したり、装具と肢体の擦れが生じたりするという問題があった。一方、装具を人のアライメントに合わせてオーダーメイドするのは、製作に時間がかかるため、傷病による急な要求への対応が難しい。
この発明の目的は、受傷後または術後等の治療およびリハビリ期間に使用する四肢関節部装具において、個人差によるアライメントの違いを許容し、容易にフィットさせることができると共に、三次元的な角度変化に対して滑らかに屈曲・伸展させることができる四肢関節部装具を提供することである。
この発明の四肢関節部装具は、近位側および遠位側にそれぞれ配されたリンクハブと、これら近位側および遠位側のリンクハブを互いに連結する二組のリンク機構とを有するリンク構造体を備える。前記リンク機構は、前記近位側および遠位側のリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、これら近位側および遠位側の端部リンクをそれぞれ中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記近位側の端部リンク、前記中央リンク、および前記遠位側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖の機構である。前記リンクハブは、リンクハブ中心軸に沿って貫通した中空部を有する形状である。前記リンクハブにおける、前記中空部を隔てて前記2組のリンク機構の並び方向に対向する2箇所に、対向するリンクハブに対して離反する側へ前記リンクハブ中心軸に沿って延びる支持部材をそれぞれ固定状態で設け、これら二つの支持部材に、肢体部に取り付けられる装着部を設置してある。
上記記述中の「近位側」、「遠位側」は、この四肢関節部装具を四肢関節部回りに装着した状態における位置関係を指し、体幹との結合点から近い側を「近位側」と言い、遠い側を「遠位側」と言う。また、前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶中心軸は互いに交差する位置関係であって、この交点を球面リンク中心とする。前記リンクハブ中心軸は、前記近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行である状態で、一方のリンクハブの前記球面リンク中心を通り対向するリンクハブの前記球面リンク中心に向かって延びる軸線のことである。
上記記述中の「近位側」、「遠位側」は、この四肢関節部装具を四肢関節部回りに装着した状態における位置関係を指し、体幹との結合点から近い側を「近位側」と言い、遠い側を「遠位側」と言う。また、前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶中心軸は互いに交差する位置関係であって、この交点を球面リンク中心とする。前記リンクハブ中心軸は、前記近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行である状態で、一方のリンクハブの前記球面リンク中心を通り対向するリンクハブの前記球面リンク中心に向かって延びる軸線のことである。
上記リンク構造体は、近位側のリンクハブと近位側の端部リンクで、1自由度の球面リンク機構を形成し、かつ遠位側のリンクハブと遠位側の端部リンクで、1自由度の球面リンク機構を形成する。また、2組のリンク機構の各中央リンク間に、1自由度ある。よって、リンク構造体は3自由度の機構であり、近位側のリンクハブに対して遠位側のリンクハブが2自由度で姿勢変更が可能で、その姿勢変更の可動範囲を広くとれる。
この四肢関節部装具は、上記リンク構造体の近位側および遠位側の各リンクハブ間に四肢関節部を位置させ、この四肢関節部に対して近位側および遠位側の各肢体部を近位側および遠位側のリンクハブの中空部にそれぞれ挿通させた状態で、前記各肢体部に近位側および遠位側の装着部をそれぞれ取り付けて使用する。その際、近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行である状態において、二組のリンク機構の並び方向が四肢関節部の曲げ運動軸とほぼ平行になるようにする。上述したように、リンク構造体は可動範囲が広いため、人それぞれの骨アライメントに応じて、近位側および遠位側のリンクハブの角度変更が可能である。そのため、各肢体部への装着部の取付けが容易であり、かつ四肢関節部の曲げ動作に滑らかに追従させることができる。装着部を支持する二つの支持部材は、中空部を隔てて二組のリンク機構の並び方向に対向する2箇所に、対向するリンクハブに対して離反する側に設けられているので、支持部材およびリンク機構の各部材間の干渉等による四肢関節部の曲げ動作の障害とならない。
リンクハブに固定の支持部材に装着部が支持されているため、装着部を高剛性で支持できる。また、二つの支持部材はリンクハブ中心軸の方向に延びた部材であり、この支持部材の長さ方向の任意箇所に装着部を配置することができるため、装着部を肢体に合った適正な位置に取り付けることができる。これらのことから、リンクハブと肢体との間で、力およびモーメントの伝達が確実に行われる。具体的には、四肢先端からの肢体長さ方向の荷重が遠位側の装着部からリンク構造体を介して近位側の装着部へ伝達される。その際、肢体長さ方向の荷重を四肢関節部装具で受けることができるので、関節への負荷が減り、受傷部の保護や関節内圧の軽減が図れる。また、手術後の拘縮防止のための曲げ伸ばしの運動が、前記のように受傷部に配慮した状態で実施できる。
この発明の四肢関節部装具において、前記装着部は、前記近位側および遠位側のリンクハブ間に四肢関節部を位置させ、この四肢関節部に対して近位側および遠位側の各肢体部を、その前額面が前記二つの支持部材の並び方向に沿うように、前記近位側および遠位側のリンクハブの中空部にそれぞれ挿通させた状態で、前記肢体部における前額面に対して一方側の外周を覆う保持プレートと、同状態で、前記肢体部における前額面に対して他方側の外周に巻回されて、前記肢体部を前記保持プレートに固定する、互いに前記支持部材の長さ方向に離れて位置する複数の肢体固定用ベルトとを有すると良い。
このように、装着部が、支持部材の長さ方向に離れて位置する複数の肢体固定用ベルトにより肢体部を保持プレートに固定する構成であると、肢体長さ方向の位置によって肢体部の断面形状が異なっていても、肢体部を保持プレートに確実かつ強固に固定することができる。
このように、装着部が、支持部材の長さ方向に離れて位置する複数の肢体固定用ベルトにより肢体部を保持プレートに固定する構成であると、肢体長さ方向の位置によって肢体部の断面形状が異なっていても、肢体部を保持プレートに確実かつ強固に固定することができる。
前記保持プレートと前記肢体固定用ベルトは、互いに回転自在に連結されているのが望ましい。
互いに回転自在であると、肢体固定用ベルトが支持部材の長さ方向の幅全体で肢体部と接触した状態で、肢体部を保持プレートに固定することができる。そのため、肢体固定用ベルトと肢体部との接触面積が広く、局部的に当たりが強くならず、強固に固定できる。また、肢体部の外周面の肢体長さ方向の傾斜に合わせて、保持プレートに対する各肢体固定用ベルトの角度を変えることができるので、より一層強固な固定となる。
互いに回転自在であると、肢体固定用ベルトが支持部材の長さ方向の幅全体で肢体部と接触した状態で、肢体部を保持プレートに固定することができる。そのため、肢体固定用ベルトと肢体部との接触面積が広く、局部的に当たりが強くならず、強固に固定できる。また、肢体部の外周面の肢体長さ方向の傾斜に合わせて、保持プレートに対する各肢体固定用ベルトの角度を変えることができるので、より一層強固な固定となる。
この発明の四肢関節部装具において、前記球面リンク中心は、姿勢変更中心とリンクハブ面との間に位置するのが良い。前記姿勢変更中心は、前記近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行でない状態で、前記近位側および遠位側の各リンクハブ中心軸が互いに交差する点を指す。また、前記リンクハブ面は、前記リンクハブにおける前記リンクハブ中心軸方向の位置が最も前記姿勢変更中心に近い箇所を含み、前記リンクハブ中心軸に対して垂直な平面を指す。
この四肢関節部装具では、近位側および遠位側の球面リンク機構の球面リンク中心が、それぞれ屈曲の中心となる。球面リンク中心が姿勢変更中心とリンクハブ面との間に位置するということは、リンクハブと端部リンクの回転対偶中心軸が、対向するリンクハブ側に傾いていることを意味する。この回転対偶中心軸の傾きを変えることで、近位側と遠位側の球面リンク中心間の距離を関節の動きに合うように設定できる。これにより、関節を角度変化させても四肢関節部装具がずれ難く、また肢体部と装着部との変位差を肢体部の弾性で吸収する等の使用者の負担が減る。
この四肢関節部装具では、近位側および遠位側の球面リンク機構の球面リンク中心が、それぞれ屈曲の中心となる。球面リンク中心が姿勢変更中心とリンクハブ面との間に位置するということは、リンクハブと端部リンクの回転対偶中心軸が、対向するリンクハブ側に傾いていることを意味する。この回転対偶中心軸の傾きを変えることで、近位側と遠位側の球面リンク中心間の距離を関節の動きに合うように設定できる。これにより、関節を角度変化させても四肢関節部装具がずれ難く、また肢体部と装着部との変位差を肢体部の弾性で吸収する等の使用者の負担が減る。
この発明の四肢関節部装具において、前記近位側の端部リンクと前記遠位側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる連動手段を設けると良い。
連動手段を設けると、近位側のリンクハブに対する遠位側のリンクハブの姿勢が規定されて、リンク構造体が2自由度の機構となり、リンク構造体の屈曲点が定まる。そのため、関節面骨折、靭帯損傷等で関節部が不安定となっている場合に、この四肢関節部装具を装着することにより、関節内の骨の位置が安定する。
連動手段を設けると、近位側のリンクハブに対する遠位側のリンクハブの姿勢が規定されて、リンク構造体が2自由度の機構となり、リンク構造体の屈曲点が定まる。そのため、関節面骨折、靭帯損傷等で関節部が不安定となっている場合に、この四肢関節部装具を装着することにより、関節内の骨の位置が安定する。
前記姿勢変更中心を通り前記近位側および遠位側のリンクハブ中心軸とそれぞれ同じ角度で交差する平面である移動規制平面と平行にガイド部材を設け、このガイド部材により、二つのリンク機構の各中央リンクが前記移動規制平面と平行に移動するように規制すると良い。
ガイド部材を設けることで、リンク構造体の剛性が向上する。これにより、この四肢関節部装具で、関節にかかる荷重をより多く受けることができ、関節にかかる負荷がより軽減される。
ガイド部材を設けることで、リンク構造体の剛性が向上する。これにより、この四肢関節部装具で、関節にかかる荷重をより多く受けることができ、関節にかかる負荷がより軽減される。
前記リンク構造体を構成するリンク部材間に、このリンク部材間の回転対偶部の回転角位置を規制する回転角位置規制機構を設けても良い。
これにより、近位側の装着部が取り付けられる近位側の肢体部と遠位側の装着部が取り付けられる遠位側の肢体部との角度位置に関して、正常で安全な範囲に可動範囲を限定できる。また、リハビリの計画に応じて、可動範囲を容易に変えられる。
これにより、近位側の装着部が取り付けられる近位側の肢体部と遠位側の装着部が取り付けられる遠位側の肢体部との角度位置に関して、正常で安全な範囲に可動範囲を限定できる。また、リハビリの計画に応じて、可動範囲を容易に変えられる。
前記回転角位置規制機構は、同じリンク機構の前記近位側の端部リンクと前記遠位側の端部リンクとを端部リンク間シャフトで連結したものであっても良い。
この構造であると、近位側の端部リンク、中央リンク、遠位側の端部リンク、および端部リンク間シャフトにより閉じたリンク構成となるため、リンク構造体の剛性が増す。
この構造であると、近位側の端部リンク、中央リンク、遠位側の端部リンク、および端部リンク間シャフトにより閉じたリンク構成となるため、リンク構造体の剛性が増す。
前記端部リンク間シャフトが、前記近位側および遠位側の端部リンクとそれぞれ回転可能に連結され、かつ前記近位側および遠位側の端部リンクとの連結点間の距離が変更可能であり、前記連結点間の距離を強制的に変更することで、各リンク部材間の回転対偶部の回転角位置を変更する回転角位置変更手段を設けても良い。
回転角位置変更手段を設けると、四肢関節部装具から関節に対して容易に外力を付与することができ、また外力を与えた状態で保持できる。これにより、変形性関節症等に対して、患者の症状に合わせて角度2方向の矯正ができる。
回転角位置変更手段を設けると、四肢関節部装具から関節に対して容易に外力を付与することができ、また外力を与えた状態で保持できる。これにより、変形性関節症等に対して、患者の症状に合わせて角度2方向の矯正ができる。
前記リンク構造体を構成する各リンク部材における一対のリンク部材間にばね部材を設け、このばね部材の弾性復元力により、前記近位側および遠位側の装着部を介して関節に外力を付与するようにしても良い。
関節に外力を付与する手段としてばね部材を用いることで、外力を任意の強さに容易に設定することができる。変形性関節症、靭帯損傷等の患者に対して、適切な骨アライメントをばね部材の弾性復元力により矯正した状態とすることで、患部を保護した状態で日常の動作を行うことができるようになる。
また、関節を屈曲させる方向にばね部材の弾性復元力が作用する設定とした場合は、ばね部材の弾性復元力が、曲がり難くなっている関節や屈曲方向の筋力低下に対しての補助力となり、曲げ動作を助ける働きをする。関節を伸展させる方向にばね部材の弾性復元力が作用する設定とした場合は、伸展し難くなっている関節や伸展方向の筋力低下に対しての補助力となり、伸展動作を助ける働きをする。
関節に外力を付与する手段としてばね部材を用いることで、外力を任意の強さに容易に設定することができる。変形性関節症、靭帯損傷等の患者に対して、適切な骨アライメントをばね部材の弾性復元力により矯正した状態とすることで、患部を保護した状態で日常の動作を行うことができるようになる。
また、関節を屈曲させる方向にばね部材の弾性復元力が作用する設定とした場合は、ばね部材の弾性復元力が、曲がり難くなっている関節や屈曲方向の筋力低下に対しての補助力となり、曲げ動作を助ける働きをする。関節を伸展させる方向にばね部材の弾性復元力が作用する設定とした場合は、伸展し難くなっている関節や伸展方向の筋力低下に対しての補助力となり、伸展動作を助ける働きをする。
前記ばね部材は、前記一対のリンク部材の回転対偶中心軸の周囲に設けると良い。
この場合、ばね部材が回転対偶中心軸回りに収まるので、コンパクトに配置できる。
この場合、ばね部材が回転対偶中心軸回りに収まるので、コンパクトに配置できる。
前記リンク構造体を構成する前記各リンク部材における一対のリンク部材間に、これら一対のリンク部材が相対動作する力を減衰させる減衰部材を介在させても良い。
急な荷重変化または姿勢変化が生じた場合、関節に衝撃力等が加わり患部に負荷がかかる。減衰部材が設けられていると、患部にかかる負荷を軽減できる。
急な荷重変化または姿勢変化が生じた場合、関節に衝撃力等が加わり患部に負荷がかかる。減衰部材が設けられていると、患部にかかる負荷を軽減できる。
上記四肢関節部装具において、前記近位側の装着部は大腿部に取り付けられ、前記遠位側の装着部は下腿部に取り付けられるものであり、前記遠位側の装着部が設置される遠位側の支持部材よりも前記リンクハブ中心軸方向の先に、足底に当てられる足底部材を設け、前記遠位側の支持部材と前記足底部材とをばね部材およびダンパを介して連結しても良い。
この場合、足底からの荷重が、足底部材、ばね部材とダンパ、遠位側の支持部材、リンク構造体、近位側の支持部材、および近位側の装着部を介して、大腿部に伝わる。ばね部材の弾性復元力、およびダンパの抵抗の大きさを調整することにより、膝関節にかかる荷重を容易に変更することができる。そのため、計画的なリハビリを行える。
この場合、足底からの荷重が、足底部材、ばね部材とダンパ、遠位側の支持部材、リンク構造体、近位側の支持部材、および近位側の装着部を介して、大腿部に伝わる。ばね部材の弾性復元力、およびダンパの抵抗の大きさを調整することにより、膝関節にかかる荷重を容易に変更することができる。そのため、計画的なリハビリを行える。
この発明の四肢関節部装具は、近位側および遠位側にそれぞれ配されたリンクハブと、これら近位側および遠位側のリンクハブを互いに連結する二組のリンク機構とを有するリンク構造体を備え、前記リンク機構は、前記近位側および遠位側のリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、これら近位側および遠位側の端部リンクをそれぞれ中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記近位側の端部リンク、前記中央リンク、および前記遠位側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖の機構であり、前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶中心軸は互いに交差する位置関係であって、この交点を球面リンク中心と称し、前記近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行である状態で、一方のリンクハブの前記球面リンク中心を通り対向するリンクハブの前記球面リンク中心に向かって延びる軸線をリンクハブ中心軸と称する場合に、前記リンクハブは、前記リンクハブ中心軸に沿って貫通した中空部を有する形状であり、前記リンクハブにおける、前記中空部を隔てて前記2組のリンク機構の並び方向に対向する2箇所に、対向するリンクハブに対して離反する側へ前記リンクハブ中心軸に沿って延びる支持部材をそれぞれ固定状態で設け、これら二つの支持部材に、肢体部に取り付けられる装着部を設置したため、個人差によるアライメントの違いを許容し、容易にフィットさせることができると共に、三次元的な角度変化に対して滑らかに屈曲・伸展させることができる。
この発明の一実施形態を図1ないし図8と共に説明する。
図1は、この発明の四肢関節部装具20を人の膝関節(脛骨大腿関節)部回りに装着した状態を示す。図示例は、前額面の大腿骨と脛骨との角度αが内反しているアライメント異常の膝関節部に適用されている。
図1は、この発明の四肢関節部装具20を人の膝関節(脛骨大腿関節)部回りに装着した状態を示す。図示例は、前額面の大腿骨と脛骨との角度αが内反しているアライメント異常の膝関節部に適用されている。
この四肢関節部装具20は、リンク構造体1と、このリンク構造体1の近位側および遠位側のリンクハブ2,3にそれぞれ設けられた近位側および遠位側の装着部21,22とを有する。ここで「近位側」、「遠位側」は、この四肢関節部装具20を四肢関節部回りに装着した状態における位置関係を指し、体幹との結合点から近い側を「近位側」と言い、遠い側を「遠位側」と言う。
図2および図3に示すように、前記リンク構造体1は、前記近位側および遠位側のリンクハブ2,3を二組のリンク機構4A,4Bで連結したものである。各リンク機構4A,4Bは、四つの回転対偶からなる三節連鎖の機構であり、近位側のリンクハブ2に一端が回転自在に連結された近位側の端部リンク5と、遠位側のリンクハブ3に一端が回転自在に連結された遠位側の端部リンク6と、これら端部リンク5,6の他端に両端がそれぞれ回転自在に連結された中央リンク7とで構成される。
上記二組のリンク機構4A,4Bは、幾何学的に同じ形状である。幾何学的に同じ形状とは、リンク機構4A,4Bを直線で表現した幾何学モデル、すなわち各回転対偶と、これら回転対偶間を結ぶ直線とで表現したモデルが互いに同じ形状であることを言う。また、それぞれのリンク機構4A,4Bは、直線で表現した幾何学モデルが、中央リンク7の中央部に対する近位側部分と遠位側部分とが互いに鏡像対称を成す形状である。
各リンク機構4A,4Bの近位側および遠位側の端部リンク5,6は、共に球面リンク構造である。球面リンク構造とは、リンクハブ2(3)と端部リンク5(6)の回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)、および端部リンク5(6)と中央リンク7の回転対偶中心軸O3A,O3B(O4A,O4B)が、共通の球面リンク中心P1(P2)で交差する構造を言う。
図2、図3のように、近位側と遠位側のリンクハブ2,3が互いに平行である状態で、一方のリンクハブ2(3)の球面リンク中心P1(P2)を通り対向するリンクハブ3(2)の球面リンク中心P2(P1)に向かって延びる軸線を、リンクハブ中心軸C1(C2)と称する。近位側と遠位側のリンクハブ2,3が互い平行でない状態(図1)では、リンクハブ中心軸C1,C2は互いに交差する。この交点を姿勢変更中心Oと称する。
近位側の端部リンク5と中央リンク7の回転対偶中心軸O3A,O3B、および遠位側の端部リンク6と中央リンク7の回転対偶中心軸O4A,O4Bは、互いに平行である。これに対し、近位側のリンクハブ2と近位側の端部リンク5の回転対偶中心軸O1A,O1B、および遠位側のリンクハブ3と遠位側の端部リンク6の回転対偶中心軸O2A,O2Bは、それぞれ対向するリンクハブ3,2の側に傾いている。そのため、球面リンク中心P1,P2は、前記姿勢変更中心Oとリンクハブ面F1,F2との間に位置する。リンクハブ面F1,F2は、リンクハブ2,3におけるリンクハブ中心軸C1,C2方向の位置が最も姿勢変更中心Oに近い箇所を含み、リンクハブ中心軸C1(C2)に対して垂直な平面のことである。
端部リンク5,6は図5に示す円弧状の形状であって、リンクハブ2(3)と端部リンク5(6)の回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)と、端部リンク5(6)と中央リンク7の回転対偶中心軸O3A,O3B(O4A,O4B)の成す角度βは、例えば90°である。また、回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)とリンクハブ中心軸C1(C2)の成す角度η(図6)は、例えば45°である。
図4に示すように、二組のリンク機構4A,4Bは、それぞれの回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)が互いに交差する位置関係にある。つまり、リンクハブ中心軸C1(C2)と垂直な面上での、回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)の軸間角度が180°でない。そして、回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)の軸間角度が180°よりも大きい側に、各リンク機構4A,4Bの中央リンク7(図4では省略)が位置している。図示例では、小さい方の軸間角度α1が120°とされている。したがって、リンクハブ中心軸C1(C2)に沿う方向から見た、回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)と縦断面対称面F3との角度α2も120°である。
リンクハブ2(3)は、リンクハブ中心軸C1(C2)と垂直な平面に沿って拡がる円弧状であり、内部にリンクハブ中心軸C1(C2)の方向に貫通する中空部10が形成されている。この中空部10は、開口部11を介してリンクハブ2,3の外部と連通している。開口部11は、近位側および遠位側のリンクハブ2,3のいずれについても、各回転対偶中心軸O1A,O1B,O2A,O2Bに対して同じ側に位置する。つまり、図2、図3のように、近位側のリンクハブ2と遠位側のリンクハブ3が互いに平行になる姿勢において、両リンクハブ2,3の開口部11が、共に同じ側を向く。
リンクハブ2(3)の両端には、端部リンク5(6)が回転自在に連結されるリンク連結部13がそれぞれ設けられている。リンク連結部13は、図6に示すように、内部に二つの転がり軸受14を有し、これら転がり軸受14により、端部リンク5(6)の基端に一体に設けた回転軸15を回転自在に支持する。回転軸15の軸心は、回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)と一致する。回転軸15の一端はリンク連結部13からリンクハブ2(3)の外径側へ突出しており、その突出部に端部リンク5(6)の基端が、キー16により回転不能に取り付けられている。回転軸15は、一端の大径部15aと他端に螺着したナット17とで転がり軸受14および端部リンク5(6)の基端を挟み込むことで、軸方向に抜け止めされている。
転がり軸受14は、外輪14aがリンク連結部13の内周に圧入等により嵌合し、内輪14bが回転軸14の外周に圧入等により嵌合している。転がり軸受14は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。転がり軸受14としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラー軸受を用いても良い。また、転がり軸受14の代わりに滑り軸受を用いてもよい。
また、図7に示すように、中央リンク7の両端部にそれぞれ二つの転がり軸受18が設けられ、これら転がり軸受18により、端部リンク5,6の先端にボルト19aにより結合された連結軸19を回転自在に支持する。連結軸19の軸心は、回転対偶中心軸O3A,O3B(O4A,O4B)と一致する。転がり軸受18は、外輪18aが中央リンク7の端部に圧入等により嵌合し、内輪18bが連結軸19の外周に圧入等により嵌合している。転がり軸受18は、例えば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受等の玉軸受である。転がり軸受18としては、図示例のように玉軸受を複列で配列する以外に、ローラー軸受を用いても良い。また、転がり軸受18の代わりに滑り軸受を用いてもよい。
この構成のリンク構造体1は、近位側のリンクハブ2と近位側の端部リンク5で、1自由度の球面リンク機構を形成し、かつ遠位側のリンクハブ3と遠位側の端部リンク6で、1自由度の球面リンク機構を形成する。また、2組のリンク機構4A,4Bの各中央リンク7間に、1自由度ある。よって、リンク構造体1は3自由度の機構であり、近位側のリンクハブ2に対して遠位側のリンクハブ3が2自由度で姿勢変更が可能で、その姿勢変更の可動範囲を広くとれる。
次に、図1、図8、および図9と共に前記装着部21,22について説明する。近位側の装着部21と遠位側の装着部22は、対応する構成部品の形状に若干の違いがあるが、基本的な構成は同じである。そこで、以下の説明では代表して近位側の装着部21を例にとり、近位側と遠位側とで対応する構成部品には同一符号を付すこととする。
図1において、装着部21,22は、リンク構造体1の近位側および遠位側のリンクハブ2,3に直接設けられるのではなくて、一対の支持部材24を介してリンクハブ2,3に設けられる。支持部材24は、リンクハブ2(3)からリンクハブ中心軸C1(C2)に沿って対向するリンクハブ3(2)に対して離反する側へ延びる柱状の部材であって、複数のボルト25によって基端がリンクハブ2(3)に固定されている。一対の支持部材24は、リンクハブ2(3)における中空部10(図4)を隔てて、二組のリンク機構4A,4Bの並び方向に対向する2箇所に配置されている。
図9に示すように、前記一対の支持部材24の基端付近および先端部に、概略円弧状をしたブリッジ部材26,27の両端がそれぞれボルト28で固定されている。ブリッジ部材26,27は、リンクハブ2(3)と平行で、支持部材24に対してリンクハブ2(3)と同じ側に設けられる。図8に示すように、ブリッジ部材26,27の内周には、その内周面に沿って湾曲し、支持部材24とほぼ同じリンクハブ中心軸C1(C2)方向の長さを有する保持プレート30が、内径側から複数の皿ねじ31によってブリッジ部材26,27に固定されている。これらブリッジ部材26,27の内径側の面には、肢体との接触感を良くするための緩衝部材32が接着されている。
湾曲形状である上記保持プレート30の開放側には、リンクハブ中心軸C1(C2)の長さ方向に離れた複数箇所(図示例では2箇所、図1参照)に、肢体固定用ベルト34が設けられている。肢体固定用ベルト34は、保持プレート30における湾曲形状の一方端にベルト回転連結部35で回転自在に取り付けられたバックル付きベルト部35aと、同様に保持プレート30の他方端にベルト回転連結部35で回転自在に取り付けられたバックル無しベルト部34bとからなり、バックル付きベルト部34aのバックル34cにバックル無しベルト部34bを有効長さ調節可能に締結するようになっている。肢体固定用ベルト34の内径側の面にも、保持プレート30のものと同様の緩衝部材36が接着されている。
前記ベルト回転連結部35は、保持プレート30に接着されたすべり部材37によりベルト回転軸38を回転自在に支持し、このベルト回転軸38に、肢体固定用ベルト34(バックル付きベルト部34a、バックル無しベルト部34b)の基端を取り付けてある。ベルト回転軸38は、一方端にねじ部38aが形成され、他方端につば部38bを有する軸であって、前記ねじ部38aに螺合させたナット39と前記つば部38bとで、肢体固定用ベルト34の基端と、その両側に重ね合わせた2枚の板材40と、保持プレート30とを挟み付けて止めてある。
前記支持部材24およびブリッジ部材26,27の材質としては、例えば高強度で耐食性が良いステンレスが良く、より好ましくは軽量な繊維強化プラスチック、アルミ合金、チタン等が良い。前記保持プレート30には、プラスチック、アルミ等の軽量な材料を用いるのが良い。また、緩衝部材32,36は、多孔質なウレタンやゴム、または布等が良く、これにより集中荷重を低減でき、肌触り、通気性等がよくなる。
この四肢関節部装具20は、図1に示すように下肢150に装着して使用する。すなわち、下肢150の膝関節部151をリンク構造体1の近位側および遠位側の各リンクハブ2,3間に位置させ、かつ大腿部152の膝関節部151に近い部分および下腿部153の膝関節部151に近い部分を近位側および遠位側のリンクハブ2,3の各中空部10(図4)にそれぞれ挿通させた状態で、大腿部152および下腿部153に近位側および遠位側の装着部21,22をそれぞれ取り付ける。この使用例の場合、請求項で言うところ「肢体」が下肢150、「四肢関節部」が膝関節部151、「近位側の肢体部」が大腿部152、「遠位側の肢体部」が下腿部153である。
大腿部152および下腿部153への装着部21,22の取付けは、具体的には、大腿部152、下腿部153の前面側の外周に保持プレート30を当て、大腿部152、下腿部153の背面側に2本の肢体固定用ベルト34をそれぞれ巻回させて、大腿部152、下腿部153を保持プレート30に固定する。このように装着した状態では、2組のリンク機構4A,4Bの並び方向が、膝関節の曲げ運動軸とほぼ平行になる。膝関節の曲げ運動軸は、前額面と平行な水平な軸である。先に説明したように、リンク構造体1は可動範囲が広いため、人それぞれの骨アライメントに応じて、近位側および遠位側のリンクハブ2,3の角度変更が可能であり、大腿部152および下腿部153への装着部21,22の取付けが容易である。
上記のように四肢関節部装具20を膝関節部151回りに装着した場合、足先からの肢体長さ方向の荷重の一部が、遠位側の装着部22からリンク構造体1を介して近位側の装着部21へ伝達される。このように、肢体長さ方向の荷重を四肢関節部装具20で受けることができるので、膝関節への負荷が減り、受傷部の保護や関節内圧の軽減が図れる。また、手術後の拘縮防止のための曲げ伸ばしの運動が、前記のように受傷部に配慮した状態で実施できる。リンク構造体1は可動範囲が広いため、膝関節の曲げ動作に滑らかに追従させることができる。装着部21,22をそれぞれ支持する二つの支持部材24は、リンクハブ2,3の中空部20を隔てて二組のリンク機構4A,4Bの並び方向に対向する2箇所に設けられているので、膝関節の曲げ動作の障害とならない。
この四肢関節部装具20では、近位側および遠位側の球面リンク機構の球面リンク中心P1,P2が、それぞれ屈曲の中心となる。球面リンク中心P1,P2が姿勢変更中心Oとリンクハブ面F1,F2との間に位置しており、リンクハブ2,3と端部リンク5,6の回転対偶中心軸O1A,O1B,O2A,O2B(図2、図3)が、対向するリンクハブ側に傾いている。この回転対偶中心軸O1A,O1B,O2A,O2Bの傾きを変えることで、近位側と遠位側の球面リンク中心P1,P2間の距離を膝関節の動きに合うように設定できる。これにより、膝関節を角度変化させても四肢関節部装具20がずれ難く、また大腿部152および下腿部153と装着部21,22との変位差を大腿部152、下腿部153の弾性で吸収する等の使用者の負担が減る。
リンクハブ2,3と一体の支持部材24に装着部21,22が支持されているため、装着部21,22を高剛性で支持できる。また、二つの支持部材24はリンクハブ中心軸C1,C2の方向に延びた部材であるため、患者の下肢150に合わせて、支持部材24の長さ方向の適正な箇所に装着部21,22を設置することができる。これらのことから、リンクハブ2,3と下肢150との間で、力およびモーメントの伝達を確実に行わせることができる。
装着部21,22は、肢体150(大腿部152、下腿部153)の前面側を覆う保持プレート30と、肢体150の背面側に巻回されて長さ調節可能な肢体固定用ベルト34とで肢体150に取り付ける構成であり、2本の肢体固定用ベルト34が支持部材24の長さ方向に離れて配置されているため、肢体長さ方向の位置によって肢体150の断面形状が異なっていても、肢体150に確実かつ強固に固定することができる。また、保持プレート30と肢体固定用ベルト34は互いに回転自在に連結されているので、肢体150の外周面の傾斜に合わせて保持プレート30に対する各肢体固定用ベルト34の角度を変えることができ、肢体固定用ベルト34を支持部材24の長さ方向幅全体で肢体に接触させられる。そのため、肢体固定用ベルト34と肢体150との接触面積が広く、局部的に当たりが強くならない。
図10ないし図13はリンク構造体1の異なる構成を示す。このリンク構造体1は、各リンク機構4A,4Bの近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6との間に、両者を連動させる連動手段40が設けられている。連動手段40は、近位側の端部リンク5と中央リンク7の回転対偶中心軸O3A,O3B回りに回転する第1の歯車41と、遠位側の端部リンク6と中央リンク7の回転対偶中心軸O4A,O4B回りに回転し前記第1の歯車41と噛み合う第2の歯車42とで構成されている。一対の歯車41,42は同諸元のものであり、近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6が、互いの回転方向が逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる。各歯車41,42は、軽量化のために、可動範囲外の歯型部を省いた扇形としてある。
連動手段40は、一対の歯車41,42かなる構成に限らない。例えば、近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6からそれぞれ補助リンク(図示せず)を突出させ、これら補助リンクを互いに連結させても良い。
連動手段40は、一対の歯車41,42かなる構成に限らない。例えば、近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6からそれぞれ補助リンク(図示せず)を突出させ、これら補助リンクを互いに連結させても良い。
このように連動手段40を設けると、近位側のリンクハブ2に対する遠位側のリンクハブ3の姿勢が規定されて、リンク構造体1が2自由度の機構となり、リンク構造体1の屈曲点が定まる。そのため、関節面骨折、靭帯損傷等で関節部が不安定となっている場合に、この四肢関節部装具を装着することにより、関節内の骨の位置が安定する。
また、このリンク構造体1は、各リンク機構4A,4Bの中央リンク7の移動を規制するガイド部材44を備えている。ガイド部材44は、姿勢変更中心Oを通り近位側および遠位側のリンクハブ中心軸C1,C2とそれぞれ同じ角度で交差する平面である移動規制平面F4上に配置されており、この移動規制平面F4と直交する方向から見て円弧状をしている。図11では、移動規制平面F4は紙面と平行である。
上記ガイド部材44の円弧形状は、このリンク構造体1の設計上で、近位側のリンクハブ2に対する近位側の端部リンク5の角度、および遠位側のリンクハブ3に対する遠位側の端部リンク6の角度を、同角度ずつ変化させた場合における、各中央リンク7の中心の移動経路に相当する形状である。中央リンク7の中心は、中央リンク7と近位側の端部リンク5の連結点と、中央リンク7と遠位側の端部リンク6の連結点とを結ぶ線分の中間点のことである。
詳しくは、図11に示すように、ガイド部材44は、前記移動規制平面F4に対して垂直な円筒面からなる案内面F5を内周に有する案内面部44aと、この案内面部44aから外周側へ突出した溝嵌り部44bとでなる。溝嵌り部44bの両端には、溝嵌り部44bの両面に突出したストッパ44cが設けられている。ストッパ44cは、前記移動経路上における各中央リンク7の移動範囲を限定する。
一方、各中央リンク7には、ガイド部材44の前記溝嵌り部44bが摺動自在に嵌るガイド溝45が形成されている。また、各中央リンク7には、前記案内面F5と摺動自在に接する摺動体46が、ボルト47により取り付けられている。摺動体46は、中央リンク7のガイド溝45の底面との間でガイド部材44を挟み込んで、ガイド部材44が中央リンク7から離れないように保持する。
このように、ガイド部材44により、二つのリンク機構4A,4Bの各中央リンク7が移動規制平面F4と平行に移動するように規制することにより、関節の異常な曲げや捻り、例えば膝関節の場合は内反および外反を予防できる。また、ガイド部材44を設けることでリンク構造体1の剛性が向上するため、この四肢関節部装具20で、関節にかかる荷重をより多く受けることができ、関節にかかる負荷がより軽減される。
図14は、リンク構造体1を構成するリンク部材間に、このリンク部材間の回転対偶部の回転角位置を規制する回転角位置規制機構50を設けた例を示す。図の例では、回転角位置規制機構50により、リンクハブ2(3)と端部リンク5(6)の回転対偶部の回転角位置を規制する。具体的には、端部リンク5(6)を貫通してリンクハブ2(3)にボルト51を螺着し、このボルト51の頭部と端部リンク5(6)の外面との摩擦抵抗により、リンクハブ2(3)に対する端部リンク5(6)の回転を規制する。ボルト51は、端部リンク5(6)に形成された回転対偶軸O1A,O1B(O2A,O2B)を中心とする円弧状孔52に挿通されており、端部リンク5(6)の回転角θの変化に対応可能とされている。
このように回転角位置規制機構50を設けることにより、近位側の装着部21が取り付けられる近位側の肢体部と遠位側の装着部22が取り付けられる遠位側の肢体部との角度位置に関して、正常で安全な範囲に可動範囲を限定できる。また、リハビリの計画に応じて、可動範囲を容易に変えられる。
図15および図16は、リンク部材間の回転対偶部の回転角位置を規制する機能に加えて、前記回転角位置を強制的に変更する機能を有する回転角位置規制機構を示す。この回転角位置規制機構60は、2組のリンク機構4A,4Bのそれぞれの近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6との間に、端部リンク間シャフト61で連結してある。端部リンク間シャフト61は、端部リンク5,6と回転可能である。なお、図15および図16は、近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6の距離が最も接近した状態を示している。
具体的には、各端部リンク5,6に固定された端部リンクプレート62に、軸受ユニット63を介して回転可能とした回転台フランジ64がそれぞれ設置されている。軸受ユニット63は、例えば二つの転がり軸受を並列に配置したものである。一方の回転台フランジ64には固定側フランジ65が取り付けられ、他方の回転台フランジ64には調整側フランジ66が取り付けられている。固定側フランジ65には貫通孔65aが設けられ、また調整側フランジ66にはねじ孔66aが設けられており、前記貫通孔65aに端部リンク間シャフト61が回転可能かつ軸方向に固定された状態で挿通され、前記ねじ孔66aに端部リンク間シャフト61のねじ部61aが螺合している。端部リンク間シャフト61の一端には、この端部リンク間シャフト61を回転操作するための円板状のノブ67が設けられている。
この回転角位置規制機構60によると、端部リンク間シャフト61に回転が与えられない状態では、近位側のリンクハブ2に対する遠位側のリンクハブ3の姿勢が一定に保たれて、リンク部材間の回転対偶部の回転角位置を規制する。近位側の端部リンク5、中央リンク7、遠位側の端部リンク6、および端部リンク間シャフト61により閉じたリンク構成となるため、リンク構造体1の剛性が高い。
ノブ67を操作して端部リンク間シャフト61を回転させることで、調整側フランジ66のねじ孔66aに対する端部リンク間シャフト61のねじ部61aの螺合位置が変わり、固定側フランジ65と調整側フランジ66との距離、すなわち近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6間の距離が強制的に変えられる。これにより、2組のリンク機構4A,4Bの各回転対偶部の回転角位置が変更される。端部リンク間シャフト61、ねじ孔66a、およびノブ67は、近位側および遠位側の端部リンク5,6との連結点間の距離を強制的に変更することで、各リンク部材間の回転対偶部の回転角位置を変更する回転角位置変更手段68を構成する。
このように回転角位置変更手段68を設けると、四肢関節部装具20から関節に対して容易に外力を付与することができ、また外力を与えた状態で保持できる。これにより、変形性関節症等に対して、患者の症状に合わせて角度2方向の矯正ができる。
図17および図18は、回転角位置規制機構のさらに異なる例を示す。この回転角位置規制機構70は、図15および図16の回転台フランジ64と同様の回転台フランジ74を有し、一方の回転台フランジ74には直動案内側フランジ75が取り付けられ、他方の回転台フランジ74には調整側フランジ76が取り付けられている。直動案内側フランジ75には直動軸受77が設置され、また調整側フランジ76にはねじ孔76aが設けられており、前記直動軸受77に直動シャフト71が軸方向に進退自在に支持され、また前記ねじ孔76aに直動シャフト71の有効長さ調整用ねじ部71aが螺合している。
前記直動シャフト71における、前記直動軸受77よりも両端部リンク5,6の並び方向外側に突出した部分の外周に、圧縮コイルばねからなるばね部材78が、両端を直動軸受77とばね端部材79とで軸方向に位置決めした状態で設けられている。ばね端部材79は、直動シャフト71のばね長さ調整用ねじ部71bに螺合したばね端保持部材80に設けられており、直動シャフト71に対する軸方向位置を変更可能である。ばね端保持部材80は、ナット81により回り止めされている。
また、この回転角位置規制機構70には、一対の端部リンク5,6が相対動作する力を減衰させる減衰部材83が設けられている。この図示例では、前記減衰部材83は、前記直動シャフト71と平行に設けられてダンパであり、外筒部83aが調整側フランジ76に固定され、ピストンロッド83bの先端が直動案内フランジ75に固定されている。外筒部83aとピストンロッド83bを逆に固定しても良い。
この回転角位置規制機構70を2組のリンク機構4A,4Bの両方に設けた場合、ばね部材78の弾性復元力により、リンク機構4A,4Bの近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6間の距離を縮めるように作用する。よって、回転角位置規制機構70を備えた四肢関節部装具20を四肢関節回りに装着すると、肢体に対して関節を曲げる方向に外力を与える。これにより、屈曲方向の自動介助運動や伸展方向の自動抵抗運動が行える。
ばね端保持部材80を手動で回してばね部材78の長さを調整することで、前記外力を任意の強さに容易に設定することができる。変形性関節症、靭帯損傷等の患者に対して、適切な骨アライメントをばね部材78の弾性復元力により矯正した状態とすることで、患部を保護した状態で日常の動作を行うことができる。また、この図示例のように、関節を屈曲させる方向にばね部材78の弾性復元力が作用する設定とした場合は、ばね部材78の弾性復元力が曲がり難くなっている関節や屈曲方向の筋力低下に対しての補助力となり、曲げ動作を助ける働きをする。
直動シャフト71を回転させて、調整側フランジ76のねじ孔76aに対する直動シャフト71の有効長さ調整用ねじ部71aの螺合位置を変えることにより、直動案内側フランジ75と調整側フランジ76との距離、すなわち近位側の端部リンク5と遠位側の端部リンク6間の距離が変わる。これにより、2組のリンク機構4A,4Bの各回転対偶部の回転角位置が変更される。
また、減衰部材83を設けたため、外力や自動での関節の急激な角度変位が緩和でき、関節部の保護、関節痛の低減ができる。また、この例のように、減衰部材83とばね部材78を併用した場合は、ばね部材78の弾性復元力による急な戻り変位を緩和できる。それにより、急な荷重変化または姿勢変化により患部にかかる負荷を軽減できる。
図19は、回転角位置規制機構のさらに異なる例を示す。前記回転角位置規制機構70が二つの端部リンク5,6間の距離を縮める方向に作用するばね部材78が設けられているのに対し、この回転角位置規制機構90は、二つの端部リンク5,6間の距離を伸ばす方向に作用するばね部材110が設けられている。
詳しくは、この回転角位置規制機構90も、端部リンク5,6にそれぞれ設けられた回転台フランジ94を有し、一方の回転台フランジ94には直動案内側フランジ95が取り付けられ、他方の回転台フランジ94には調整側フランジ96が取り付けられている。直動案内側フランジ95に直動軸受97が設置され、この直動軸受97に直動シャフト91が軸方向に進退自在に支持されている。直動シャフト91の一端には、直動軸受97に対する抜け止めとなるストッパ98が取り付けられている。
前記調整側フランジ96には、一方端が閉塞したばね保持外筒100が固定されている。ばね保持外筒100の内部には、ばね端保持部材101が軸方向にスライド可能に収容され、さらにばね端保持部材101にばね端部材102が保持されている。そして、このばね端部材102に、前記直動シャフト91の他端がねじ103で固定されている。
ばね保持外筒100の閉塞端には軸方向のねじ孔105が形成されており、このねじ孔105に調整ねじ106が螺合している。調整ねじ106の一端は、前記ばね端保持部材101の筒状部101aに螺合され、外周面に形成されたDカット面に固定ねじ107の先端を当接させることで、前記筒状部101aに回転不能に結合されている。調整ねじ106の他端には、この調整ねじ106を回転操作するためのノブ108が設けられている。
前記直動軸受97と前記ばね端部材102の間の直動シャフト91の外周に、圧縮コイルばねからなるばね部材110が設けられている。このばね部材110は、直動軸受97が設置された直動案内側フランジ95を調整側フランジ96から離す側に付勢することで、両端部リンク5,6間の距離を伸ばす方向に作用している。
この回転角位置規制機構90を2組のリンク機構4A,4Bの両方に設けた四肢関節部装具20を四肢関節回りに装着した状態では、前記ばね部材110の弾性復元力により、肢体に対して関節を伸ばす方向に外力を与える。これにより、伸展方向の自動介助運動や屈曲方向の自動抵抗運動が行える。
四肢関節部装具20の2組のリンク機構4A,4Bの一方に図15、図16に示す回転角位置規制機構70を設け、もう一方に図17に示す回転角位置規制機構90を設けた場合は、外反方向または内反方向に外力が付与される。それにより、関節を矯正した状態で保持することができる。また、前記自動介助運動、自動抵抗運動が行える。
図20および図21は、リンク部材間の回転対偶部の回転角位置を規制するばね部材を、ハブリンク2,3と端部リンク5,6の回転対偶部であるリンク連結部13に設けた例を示す。リンク連結部13には、二つの転がり軸受14により回転軸120が回転自在に支持され、この回転軸120のリンクハブ2(3)に端部リンク5(6)の基端がキー16を介して回転不能に取り付けられている。回転軸120の軸心は、回転対偶中心軸O1A,O1B(O2A,O2B)と一致する。
リンク連結部13の外端には、つば付き筒状のリンクハブフランジ121が複数のボルト122で締結されている。リンクハブフランジ121の各ボルト孔121aは円弧状孔であり、リンクハブフランジ121の取付位置を円周方向に調整可能である。回転軸120は、リンクハブ2(3)から軸方向外側へ延びるばね案内部120aを有する。ばね案内部120aの外端は、前記リンクハブフランジ121の軸方向孔121bを突き抜けて外側へ突出しており、その突出部に止め輪123が嵌められている。この止め輪123と基端側のナット17とにより、回転軸120が軸方向に位置決めされている。
ばね案内部120aの外周にはねじりばねからなるばね部材124が嵌められ、その一端は回転軸120に固定され、他端はリンクハブフランジ121に固定されている。このばね部材124の弾性復元力により、リンクハブ2(3)と端部リンク5(6)とが互いに定められた角度となるように付勢している。例えば、図2、図3のように、基端側のリンクハブ2と先端側のリンクハブ3が互いに平行である状態を中立状態とし、この中立状態から先端側のリンクハブ3がどちらの方向に傾いた場合でも、先端側のリンクハブ3を中立状態に復帰させるように、ばね部材124で付勢している。上記ばね部材124の弾性復元力は、ボルト122を緩めてリンクハブフランジ121の円周方向の取付位置を調整することで変更可能である。
このように、ばね部材124を、回転軸120の外周に嵌るねじりばねとすると、ばね部材120が回転対偶軸回りO1A,O1B(O2A,O2B)に収まるので、コンパクトに配置できる。図のばね部材124はねじりコイルばねであるが、コイル状でないねじりばねであっても良い。
図22は、この発明の異なる実施形態を示す。この四肢関節部装具20は、膝関節のリハビリに使用されるものであり、近位側の装着部21は大腿部152に装着され、遠位側の装着部22は下腿部153に装着される。遠位側の装着部22が設置された遠位側の支持部材24´は、リンクハブ中心軸C2の方向に遠位側の装着部22よりも先まで延長部24aが延びている。さらに、延長部24aからリンクハブ中心軸C2の方向に離れて、足底に当てられる足底部材140が設けられている。そして、延長部24aの先端と足底部材140とが、ばね部材141およびダンパ142を介して連結されている。また、延長部24aの先端と足底部材140とは、支持部材24´に対して足底部材140をリンクハブ中心軸C2に沿って案内するスライド連結機構143を介して連結されている。
足底からの荷重が、足底部材140、ばね部材141とダンパ142、遠位側の支持部材24´、リンク構造体1、近位側の支持部材24、および近位側の装着部21を介して、大腿部152に伝わる。ばね部材141の弾性復元力、およびダンパ142の抵抗の大きさを調整することにより、膝関節にかかる荷重を容易に変更することができる。そのため、計画的なリハビリを行える。
1…リンク構造体
2…近位側のリンクハブ
3…遠位側のリンクハブ
4A,4B…リンク機構
5…近位側の端部リンク
6…遠位側の端部リンク
7…中央リンク
10…中空部
21,22…装着部
24…支持部材
26,27…保持プレート
34…肢体固定用ベルト
35…ベルト回転連結部
40…連動手段
44…ガイド部材
50,60,70,90…回転角位置規制機構
61…端部リンク間シャフト
68…回転角位置変更手段
78…ばね部材
83…減衰部材
140…足底部材
141…ばね部材
142…ダンパ
150…下肢(肢体)
151…膝関節部(四肢関節部)
152…上腿部(近位側の肢体部)
153…下肢部(遠位側の肢体部)
C1…近位側のリンクハブ中心軸
C2…遠位側のリンクハブ中心軸
F1…近位側のリンクハブ面
F2…遠位側のリンクハブ面
F3…縦断面対称面
F4…移動規制平面
F5…案内面
O…姿勢変更中心
O1A,O1B…近位側のリンクハブと近位側の端部リンクの回転対偶中心軸
O2A,O2B…遠位側のリンクハブと遠位側の端部リンクの回転対偶中心軸
O3A,O3B…近位側の端部リンクと中央リンクの回転対偶中心軸
O4A,O4B…遠位側の端部リンクと中央リンクの回転対偶中心軸
P1…近位側の球面リンク中心
P2…遠位側の球面リンク中心
2…近位側のリンクハブ
3…遠位側のリンクハブ
4A,4B…リンク機構
5…近位側の端部リンク
6…遠位側の端部リンク
7…中央リンク
10…中空部
21,22…装着部
24…支持部材
26,27…保持プレート
34…肢体固定用ベルト
35…ベルト回転連結部
40…連動手段
44…ガイド部材
50,60,70,90…回転角位置規制機構
61…端部リンク間シャフト
68…回転角位置変更手段
78…ばね部材
83…減衰部材
140…足底部材
141…ばね部材
142…ダンパ
150…下肢(肢体)
151…膝関節部(四肢関節部)
152…上腿部(近位側の肢体部)
153…下肢部(遠位側の肢体部)
C1…近位側のリンクハブ中心軸
C2…遠位側のリンクハブ中心軸
F1…近位側のリンクハブ面
F2…遠位側のリンクハブ面
F3…縦断面対称面
F4…移動規制平面
F5…案内面
O…姿勢変更中心
O1A,O1B…近位側のリンクハブと近位側の端部リンクの回転対偶中心軸
O2A,O2B…遠位側のリンクハブと遠位側の端部リンクの回転対偶中心軸
O3A,O3B…近位側の端部リンクと中央リンクの回転対偶中心軸
O4A,O4B…遠位側の端部リンクと中央リンクの回転対偶中心軸
P1…近位側の球面リンク中心
P2…遠位側の球面リンク中心
Claims (5)
- 近位側および遠位側にそれぞれ配されたリンクハブと、これら近位側および遠位側のリンクハブを互いに連結する二組のリンク機構とを有するリンク構造体を備え、
前記リンク機構は、前記近位側および遠位側のリンクハブに対して回転可能に端部リンクを連結し、これら近位側および遠位側の端部リンクをそれぞれ中央リンクに対して回転可能に連結することにより、前記近位側の端部リンク、前記中央リンク、および前記遠位側の端部リンクで構成される、四つの回転対偶からなる三節連鎖の機構であり、
前記リンクハブと前記端部リンクの回転対偶中心軸は互いに交差する位置関係であって、この交点を球面リンク中心と称し、前記近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行である状態で、一方のリンクハブの前記球面リンク中心を通り対向するリンクハブの前記球面リンク中心に向かって延びる軸線をリンクハブ中心軸と称する場合に、前記リンクハブは、前記リンクハブ中心軸に沿って貫通した中空部を有する形状であり、
前記リンクハブにおける、前記中空部を隔てて前記2組のリンク機構の並び方向に対向する2箇所に、対向するリンクハブに対して離反する側へ前記リンクハブ中心軸に沿って延びる支持部材をそれぞれ固定状態で設け、これら二つの支持部材に、肢体部に取り付けられる装着部を設置したことを特徴とする四肢関節部装具。 - 請求項1に記載の四肢関節部装具において、前記装着部は、前記近位側および遠位側のリンクハブ間に四肢関節部を位置させ、この四肢関節部に対して近位側および遠位側の各肢体部を、その前額面が前記二つの支持部材の並び方向に沿うように、前記近位側および遠位側のリンクハブの中空部にそれぞれ挿通させた状態で、前記肢体部における前額面に対して一方側の外周を覆う保持プレートと、同状態で、前記肢体部における前額面に対して他方側の外周に巻回されて、前記肢体部を前記保持プレートに固定する、互いに前記支持部材の長さ方向に離れて位置する複数の肢体固定用ベルトとを有する四肢関節部装具。
- 請求項2に記載の四肢関節部装具において、前記保持プレートと前記肢体固定用ベルトは、互いに回転自在に連結されている四肢関節部装具。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の四肢関節部装具において、前記近位側および遠位側のリンクハブが互いに平行でない状態で、前記近位側および遠位側の各リンクハブ中心軸が互いに交差する点を姿勢変更中心と称し、前記リンクハブにおける前記リンクハブ中心軸方向の位置が最も前記姿勢変更中心に近い箇所を含み、前記リンクハブ中心軸に対して垂直な平面をリンクハブ面と称する場合に、前記球面リンク中心は、前記姿勢変更中心と前記リンクハブ面との間に位置する四肢関節部装具。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の四肢関節部装具において、前記近位側の端部リンクと前記遠位側の端部リンクを、前記中央リンクに対する回転方向が互いに逆で、かつ回転変位角度が同じとなるように連動させる連動手段を設けた四肢関節部装具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013034371A JP2014161477A (ja) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | 四肢関節部装具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013034371A JP2014161477A (ja) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | 四肢関節部装具 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014161477A true JP2014161477A (ja) | 2014-09-08 |
Family
ID=51612705
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013034371A Pending JP2014161477A (ja) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | 四肢関節部装具 |
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---|---|
JP (1) | JP2014161477A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017213106A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 国立大学法人九州大学 | 並列ばねによる2自由度回転機構 |
JP2020511235A (ja) * | 2017-04-14 | 2020-04-16 | ソン・ドンホSONG, Dongho | 脚矯正装置 |
JP2020533042A (ja) * | 2017-09-14 | 2020-11-19 | オットー・ボック・ヘルスケア・プロダクツ・ゲーエムベーハー | 関節装置 |
-
2013
- 2013-02-25 JP JP2013034371A patent/JP2014161477A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017213106A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | 国立大学法人九州大学 | 並列ばねによる2自由度回転機構 |
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JP2020533042A (ja) * | 2017-09-14 | 2020-11-19 | オットー・ボック・ヘルスケア・プロダクツ・ゲーエムベーハー | 関節装置 |
JP7203825B2 (ja) | 2017-09-14 | 2023-01-13 | オットー・ボック・ヘルスケア・プロダクツ・ゲーエムベーハー | 関節装置 |
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