JP6901485B2 - 装具のためのヒンジ - Google Patents

Description

本発明は装具に関し、特に、手足の伸長を支持および／または補助するための装具のためのヒンジに関する。

周知のように、膝装具のような肢装具は、純粋に予防的な機能を果たすことができ、または使用者が手足を伸ばすのを助ける補助力を提供することができる。膝装具は、特に、負傷に対して物理的な保護を提供することもでき、例えば、膝の負傷が持続する影響を比較的受けやすい高リスクスポーツに関与する選手によって使用され得る。

多くの個人は、膝の問題に苦しみ、これは多くの場合、以前の膝の負傷に起因する。そのような問題のいくつかは、移動性および／または負傷した人を支援する能力に著しく影響し得る。運動および理学療法、またはより重篤な場合には手術のなどの矯正措置は、いくつかの膝の問題を矯正または部分的に軽減するのを支援することができるが、多くの場合、膝の支持および伸展増大の必要が残る。

特に、例えば、前十字靭帯（ＡＣＬ）、内側側副靭帯（ＭＣＬ）または外側側副靭帯（ＬＣＬ）における靭帯損傷がある場合、膝装具を使用して支持を提供するとともに、伸展強度を増大することができ、したがって、負傷した膝の負担を軽減することができる。膝伸展に能動的な支援を提供する従来の膝装具は、膝が曲がるときに屈曲するように設計され、その過程でねじりばねまたは圧縮ばねに荷重する。使用者が脚を屈曲すると、ばねが荷重され、脚を伸ばすと、ばねの荷重が解除され、伸展動作を増大させる力が加えられる。これはまた、負傷した膝が崩れた場合に使用者を支持し、転倒を防止するのにも役立つ。

しかし、従来のばねは、有意に膝の伸展を増大し、または、膝の崩れに抵抗するのに十分な力を提供しない。さらに、従来の装具の張力付与機構は、長時間の使用にわたって力曲線プロファイルの正確な調整および保持を可能にする調節可能な力曲線を提供しない。

したがって、強度増大および膝の崩れに対する抵抗が必要な場合に膝の伸展動作の効果的な増大を提供する、長期間の使用にわたって力の曲線のプロファイルの正確な調整および保持を可能にする調節可能な力の曲線を有する張力付与機構を提供することが有利である。

図面では、本発明の好ましい実施形態を例としてのみ示す。

本発明による装具のためのヒンジ機構の一実施形態の斜視図である。 図１のヒンジ機構におけるばねの部分分解斜視図である。 図１のヒンジ機構の旋回部分の斜視図である。 係合位置にあるテンションロックを示す、ヒンジ機構の旋回部分の断面図である。 係合解除位置にあるテンションロックを示す、図４に示す旋回部分の断面図である。 ヒンジ機構の張力付与部分における調整機構の拡大斜視図である。 膝装具に取り付けられた図１の張力付与機構の斜視図である。

本発明は、人の膝装具の文脈で記載される。しかし、本発明の原理は、他の人体器官のための装具、ならびに、馬、犬および猫を含む（限定するものではない）動物の装具にも等しく適用されることは理解されよう。

図１は、例えば図７に示す膝装具１０のような肢装具に使用するための本発明のヒンジ２０の一実施形態を示す。膝装具１０は、従来通り、使用者の脚の大腿部２の前部または後部、例えば大腿部２の前部に係合するための係合部分１２ａおよび取り付け部分１２ｂを有する上側アーム１２と、使用者の脚の脛骨部分４、例えば脛骨部分４の前部または後部に係合するための係合部分１４ａおよび周知のような取り付け部分１４ｂを有する下側アーム１４とを含む。上側アーム１２は、使用者の脚部に快適に係合する輪郭で形成されており、さらに快適にするために詰め物をすることができ、従来のように、上部ストラップ２０および上側十字ストラップ２２によって脚に固定することができる。下側アーム１２は、使用者の脚部に快適に係合する輪郭で形成されており、同様にさらに快適にするために詰め物をすることができ、従来のように、下部ストラップ２４および任意選択的に下側十字ストラップ（図示せず）によって脚に固定することができる。

ヒンジ２０は、各々がガセット２６に旋回可能に取り付けられた張力付与部分２２および固定部分２４を含む。図示された実施形態では、固定部分２４は、固定ブロック４０の凹部４５から突出したピン７４によって、ガセット２６に旋回可能に取り付けられ、張力付与部分２２は、張力付与ブロック４０の凹部５５から突出するピン５８によって、ガセット２６に旋回可能に取り付けられる。張力付与部分２２と固定部分２４とは、歯部２８ａ、２８ｂにおいて、ヒンジ２０が屈曲するときに、ガセット２６に対して２つの部分２２，２４の間でほぼ対称的な動きを保証するように、運動の弧に沿ってともに動作可能にかみ合わされることが好ましい。張力付与部分２２と固定部分２４とがともに動作可能にかみ合わされていないヒンジの実施形態も可能であるが、場合によっては、治療される特定の病理が、ガセット２６に対する２つの部分２２，２４の間の概して対称な運動から受益することがあり、そのような場合、張力付与部分２２と固定部分２４とが互いに対して自由に回転することを可能にすることは不利になり得る。

好ましい実施形態では、張力付与部分２２は、装具の上側アーム１２に取り付けられている。張力付与コード３０として示されている張力付与要素が固定されている固定部分２４は、装具の下側アーム１４に取り付けられている。この構成は、ばね１００を可能な限り股関節に近づけて保持し、したがって、膝が上がったときに肢関節屈筋に対する力のモーメントを低減することにより、張力付与機構、図示されている実施形態では液圧ばね１００の重量によって引き起こされる使用者の脚のひずみを軽減するため、有利である。しかし、ヒンジ２０の設計を変更することなく、張力付与部分２２を下側アーム１４に取り付けることができ、固定部分２４を上側アーム１２に取り付けることができることが理解されよう。

図２は、装具１０を静止位置に戻すための復元力を提供する張力付与部分２２を示す。好ましい実施形態では、張力付与部分２２は、例えば、張力付与ブロック５０の端部にある相補的なねじ山に係合するねじ付きニップル１２１を介して、張力付与ブロック５０に取り付けられた固定端を各々が有する一対の液圧シリンダ１２０を備える液圧ばね１００を備える。このタイプの液圧ばねは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１４年６月２７日に出願された「ＨＹＤＲＡＵＬＩＣ ＴＥＮＳＩＯＮ ＳＰＲＩＮＧ」と題する本出願人の同時係属の米国特許出願第１４／３１７，４４７号に記載および例示されている。

図示した実施形態では、ばね１００は、一対のシリンダ１２０を備え、シリンダ１２０の各々は、閉鎖端部１２２と開放端部１２４とを有する。各シリンダ１２０は、ばね１００が使用される環境において通常行き当たる最大の力の下での変形に抵抗する厚さを有する液体不浸透性の壁１２５によって画定される。各シリンダ１２０の開放端部１２４は、相補的なねじ山を有するシールリテーナキャップ１３０を受け入れるようにねじを切られており、シリンダ１２０の開放端部１２４を間隔が固定された関係で維持するブリッジ１２３に固定される（例えば、図示のようにシールリテーナキャップ１３０に螺合される）。シリンダの閉鎖端部１２２は、張力付与ブロック５０に螺合されており、したがって、シリンダ１２０は、離間したまま整列して堅固に固定して保持されている。

各シリンダ１２０内で、ピストン１４０は、シールリテーナキャップ１３０を通じて摺動可能に配置されたピストンロッド１４２を含み、例えば、硬質鋼または高精度の公差に形成可能な他の適切な耐久性材料で構成され、各シリンダ１２０の開放端部１２４を通じて配置される。シールリテーナキャップ１３０は、例えば、シリンダ１２０の端部の周りの雌ねじ山に係合する雄ねじ山を有することができる。ピストンロッド１４２は、ピストンロッドキャップ１５０から、シールリテーナキャップ１３０および液圧シール１３２を通る中心軸方向開口１３０ａを通ってシリンダ１２０内に摺動可能に延伸している。

液圧シール１３２は、所望の圧縮特性を有する例えばシリコーン系液体または他の適切な作動液などの液体で満たされた、シリンダ１２０内の液体収容空間１２０ａを画定する。したがって、ピストン１４０が図２に示す静止位置にあるとき、液体は液体収容空間１２０ａを満たし、実質的に非圧縮状態にある。

図示された実施形態では、シリンダ１２０内のピストンロッド１４２の端部には、液体浸透性のピストンガイド１４４が設けられており、これには例えば、軸方向流路１４４ａが設けられており、ピストン１４０がシリンダ１２０へと押し込まれると、当該流路を通じて作動液が流れ、したがって、ピストンロッド１４２をブロック１０２内で正確な軸方向の整列状態に保持しながら、液体収容空間１２０ａを自由に移動する。各ピストンロッド１４２の反対側の端部は、例えば、各ピストンロッド１４２に実質的に等しい力が加えられるように、ピストンロッドキャップ１５０の中心に関して対称な位置にピストンロッド１４２を維持するように、各ピストンロッド１４２の端部を、シリンダ１２０に面するピストンロッドキャップ１５０の表面の凹部（図示せず）内に埋め込むことによって、ピストンロッドキャップ１５０に当接する（または固定される）。ピストンロッドキャップ１５０は、張力付与コード３０の第１の端部が固定されている調整ねじ６０によってシリンダ１２０に対して軸方向に移動するように拘束されており、調整ねじ６０は、ピストン１４０がシリンダ１２０内に押し込まれるときに調整ねじ６０と直に整列するブリッジ１２４内に形成されるガイド孔１２３に入る。

調整ねじ６０は、調整ねじ６０を回転させることによって張力付与コード３０に加えられる張力の量を微調整することができるように、好ましくはピストンロッドキャップ１５０に螺合される。これにより、任意の特定の場合に望ましいように、ばね１００に負荷をかけることなく、張力付与コード３０が静止位置において効果的に「予張」される、または、ヒンジ２０のある程度の動きを可能にするように緩められることが可能になる。調整ねじ６０は、図６に示すように、２つの部分、すなわちキャップねじ６０ａと、ねじ６０ａを受け入れるようにねじを切られた、ほぼ円筒形の固定部分６０とを含むことができる。固定部分６０ｂの端部には、任意選択的に、固定部分６０ｂ内に機械加工された、図示のような溝が各側部設けられており、そのため、コード３０は鋭利な角に当接しない。固定部分６０ｂには、コード３０の端部を受け入れるための側方開口６１が設けられている。したがって、固定部分６０ｂは、本質的にアイアンカーナットとして機能し、ねじ６０ａを受け入れるためのねじ山付き端部と、他端にある、コード３０を取り付けるための目とを有する。キャップねじ６０ａが一方向または他方向に回転すると、固定部分６０ｂがキャップ１５０の凹部（図示せず）に対して進入または退出し、コード３０の張力がそれぞれ締め付けまたは緩められる。固定部分６０ｂは、円筒形として示されているが、所望の張力を加えるのに十分な強度でキャップねじ６０ａおよびコード３０の端部を受け入れることができる任意の形状およびサイズであってもよい。

固定ブロック４０および張力付与ブロック５０は、例えば、７０７５アルミニウムもしくは１７−４Ｐｈステンレス鋼のような剛性のある耐久性材料から、または荷重されたばね１００の力に耐えることができる任意の他の適切な材料から形成することができる。これは、非常に大きな力が関与し、ヒンジ２０、特に２つのブロック４０，５０間のかみ合う領域の歯２８ａ、２８ｂのサイズが小さく、使用者が経験する重量を低減するために比較的軽量であることが好ましいためである。各ブロック４０，５０は、好ましくは、それぞれ２つの長手方向部分４２，４４および５２，５４を有する一体部品として形成される。ブロック４０，５０の相互にかみ合った歯車端部には、それぞれ、張力付与部材、図示された実施形態ではカム７０を含むそれぞれのスロット４６，５６（図１が最も見やすい）を各々が形成する凹面４５，５５が設けられている。カム７０の周りに、以下に説明するようにヒンジが屈曲するときにばね荷重力を提供するために、張力付与コード３０が延伸する。ブロック４０，５０には、所望に応じて、ブロック４０，５０の構造的一体性を損なわない横断方向の開口または切り欠き部（図示せず）を任意選択で設けて、ヒンジ２０の全体重量を低減することができる。

張力付与コード３０は、例えば、非常に高い引張強度を有するＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｓｐｅｃｔｒａ（商標）高強度軽量ポリエチレン繊維などのポリエチレン繊維で構成された実質的に非弾性のコードから形成することができる。このタイプの材料はまた摩擦係数が非常に低く、そのため、著しい磨耗または使用者の運動に対する抵抗なしにカム７０に沿って摺動しやすい。張力付与コード３０の第１の端部は調整ねじ６０に固定され、重ね継ぎ端部の部分が溝６２内に着座した状態で固定部分６０ｂの周りに重ね継ぎされ、張力付与コード３０の第２の端部には、ピン４８の周りに配置された重ね継ぎ端部４７が設けられ、ピン４８は、固定穴４９に閉じ込められている。コードチャネル３２が、好ましくは、カム７０に向かって滑らかな移行を提供する角度で配置された、固定ブロック４０からのコード３０の出口を提供する。

張力付与部材、図示のカム７０は、図４および図５に最もよく示されている。図示された実施形態では、カム７０は、好ましくは以下に説明する理由により枢動可能に固定ブロック４０の凹面４５に固定され、例えばピン７４に取り付けられる。カム７０は、コード３０がそれに沿って延伸するカム周縁部７２を備え、この縁部はコード３０を堅固に保持するために横方向に凹状であってもよい。

例えば、図示された実施形態では、カム縁部７２の曲率半径が、固定ブロック４０に近づくにつれて張力付与コード３０の経路に沿って漸進的に減少するように、カム縁部７２に不均一な曲率を与えることができる。したがって、ヒンジ２０が屈曲され、コード３０がカム縁部７２の周りにさらに巻き付くと、カム７０のコード３０に対する力は非直線的に増加する。代替的に、カム縁部７２は、一定の曲率半径で形成されてもよく、この場合、ヒンジ２０が屈曲したときのカム７０のコード３０に対する力の増加は、実質的に線形になる。しかし、図示された構成では、曲率半径が次第に小さくなるため、張力付与コード３０に対するカム７０の力は、コード３０がカム縁部７２の周りにさらに巻き付くにつれて、ヒンジ２０の張力付与部分２２と固定部分２４との間の角度変位あたり高い割合で増大する。

図示の実施形態では、カム７０は解放可能であり、解放部材８０によって動作位置に保持される。解放部材８０は、カム７０の係合面７６と相補的な係合面８２を提供し、カム７０を図４に示す動作位置に回転可能に固定する。固定ブロック４０の外側の解放ノブ９０が、解放部材８０に回転可能に固定されている。ノブ９０が（図示の実施形態では時計回りに）回転されると、解放部材８０の係合面８２がカム７０の係合面７６から係合を解除されて回転し、カム７０がスロット４６，５６内で回転できるようになり、実効的に、図５に示すように、カム縁部７２がコード３０の経路から後退する。したがって、図５に示す係合解除位置では、カム縁部７２がコード３０の経路から完全に後退しているため、ヒンジ２０が屈曲している程度にかかわらず、コード３０は引っ張られることはない。好ましい実施形態では、解放部材８０にノーズまたは突起８５が設けられている。ノーズまたは突起８５は、ノブ９０が（図示の実施形態では反時計周りに）係合位置に戻って回転すると、カム７０の係合面７６に力を加えて、解放部材８０の係合面８２をカム７０の係合面７６に戻して係合させ、したがって、カム７０を図４に示す動作位置に戻し、カム縁部７２を張力付与コード３０の経路内に保持する。

図７に示すような膝装具の環境での動作において、張力付与コード３０は調整ねじ６０に固定され、カム７０のカム縁部７２に巻き付けられ、固定穴４９に固定される。ヒンジ２０は、図７に示すように装具１０に固定され、ピボット５８および７４を使用者の膝６の関節に整列させる。調整ねじ６０が回転されて、張力付与コード３０が所望の張力に設定される。

使用者が膝を屈曲すると、装具１０の上側アーム１２および下側アーム１４が互いに対して屈曲し、ひいてはヒンジ２０が屈曲する。連動歯２８ａ、２８ｂは、ヒンジ２０が屈曲するときに、２つのピボット５８，７４の間の線の周りで実質的に対称なままであるように、張力付与部分２２および固定部分２４の角度位置を拘束する。同時に、ヒンジ２０が屈曲すると、張力付与コード３０がカム縁部７２に巻き付き、コード３０の第１の端部および第２の端部に力を加える。コード３０の第２の端部は、固定ブロック４０に固定されており、そのため、コード３０の第１の端部は、カム７０によって加えられる力に屈服し、ブリッジ１５０をシリンダ１２０に向けて引き寄せる。これにより、ピストン１４０がシリンダ１２０内に押し込まれ、液体収容空間１２０ａ内の作動液が圧縮され、ばね１００が荷重される。調整ねじ６０は、迅速にブリッジ１２４のガイド孔１２３内に入り、ピストンロッド１４２を安定させ、崩れを回避するのを助ける。ばね１００は、カム縁部７２の構成によって指示される速度で負荷をかけ続け、ポテンシャルエネルギーを蓄積する。使用者が装具１０の張力を解放すると、ポテンシャルエネルギーは装具１０に復元力を加えて装具および使用者の脚を静止位置に戻す。

使用者には、様々な活動のために、または治療プログラムの一部として、装具によってその運動範囲にわたって加えられる力曲線の形状を変化させるために、ヒンジに取り付けることができる異なる構成のカム縁部７２を有するカム７０を与えることができる。使用者（または医療提供者）は、固定部分４０からノブ９０を取り外すことによって、カム７０からピンを引き抜き、スロット４６を介してカム７０を取り外すことによって、カム７０を異なるカム７０に切り換え、ノブ９０を固定部分に再び取り付けて、張力付与コード３０がカム縁部７２の周りに適切に巻かれていることを保証しながら、ヒンジ２０を動作状態に戻すことによって、１つのカム７０から別のカムへと切り換えることができる。

このように、本発明の様々な実施形態を例として詳細に説明したが、本発明から逸脱することなく変更および修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれるすべてのそのような変形および修正を含む。

Claims (9)

1. 装具のためのヒンジであって、
   前記ヒンジに復元力を加えるための、第１の端部および第２の端部を有する張力付与要素と、
   ヒンジが静止位置から荷重状態に動かされるときに、前記張力付与要素に張力を付与する張力付与機構を備える張力付与部分であり、前記張力付与要素の前記第１の端部が前記張力付与機構に固定されており、前記張力付与機構が張力付与ブロックに固定されている、張力付与部分と、
   スロットを含む固定ブロックを備えた固定部分であり、前記張力付与要素の前記第２の端部が前記固定ブロックに固定されている固定部分と、
   前記張力付与ブロックは、第１の旋回点においてガセット部材に旋回可能に接続されており、前記固定ブロックは、前記第１の旋回点から離間されている第２の旋回点においてガセット部材に旋回可能に接続されていて、
   前記ヒンジが前記静止位置から動かされるときに、前記張力付与要素を拘束し、前記張力付与要素に張力付与力を加えるために、前記張力付与要素が周りに配置される周面を有する、前記スロットに収容され、カムを含む張力付与部材と、
   前記カムを動作位置に回転可能に固定するために、前記カムの係合面と相補的な係合面を備える解放部材と、前記解放部材の前記係合面を前記カムの係合面から係合を解除して、前記カムを前記張力付与要素の経路から外れた非係合位置に向けるように動かすための露出解放アクチュエータと
   を備え、
   前記張力付与ブロックおよび前記固定ブロックは、前記ガセットに対する前記張力付与部分および前記固定部分の概して対称な動きを提供するように、動作の弧に沿ってともに動作可能にかみ合わされ、
   結果として、外力が加えられて前記静止位置から前記ヒンジが動かされて、前記張力付与部材が荷重され、前記外力が除去されると、前記張力付与部材は復元力を加えて前記ヒンジを前記静止位置に戻す、ヒンジ。
2. 前記張力付与機構が液圧ばねを含む、請求項１に記載のヒンジ。
3. 前記液圧ばねは、少なくとも１つのシリンダ内に摺動可能に配置された少なくとも１つのピストンロッドを備え、前記ピストンロッドの露出部分は、前記張力付与要素が固定されるピストンロッドキャップを有する、請求項２に記載のヒンジ。
4. 前記張力付与要素は、前記ピストンロッドキャップを通じて配置され、前記張力付与要素の張力を増加または減少させるように可動な調整ねじに固定される、請求項３に記載のヒンジ。
5. 前記張力付与ブロックおよび前記固定ブロックは、前記張力付与ブロックおよび前記固定ブロックのそれぞれの当接端部に沿って形成された歯によってともにかみ合わされる、請求項１に記載のヒンジ。
6. シリンダ内に各々配置された一対のピストンロッドを備え、前記ピストンロッドの端部が前記ピストンロッドキャップの周りに対称的に配置されている、請求項３に記載のヒンジ。
7. 前記シリンダは、前記張力付与ブロックと前記固定ブロックとが互いに対して回転する平面と整列しないように前記張力付与ブロックに固定されている、請求項６に記載のヒンジ。
8. 請求項１に記載のヒンジを備える装具。
9. 前記張力付与ブロックが前記装具の上側アームに固定され、前記固定ブロックが前記装具の下側アームに固定される、請求項８に記載の装具。

Images