自鎖關節，特別是矯形器械關節的製作方法
2023-06-13 11:43:56 1
專利名稱：自鎖關節，特別是矯形器械關節的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自鎖關節，特別是一種矯形器械關節，包括兩個由一轉動軸線連接的關節件。矯形器械的相應部分與該關節之間的連接由這些關節件實現。
矯形器械上的關節應具有穩定的性能。它們能以一種受控的方式引導並支撐局部癱瘓病人(如脊柱裂)和那些不能自行移動的病人的運動。這種關節可被移動到一鎖定狀態以實現支撐功能，並當病人需要自由移動(例如當他或她希望坐下時)時可被移動到一非鎖定狀態。
根據現有技術的現狀，這類關節有兩種基本形式，與Ferrari治療方法相應的傳統關節由一簡單的埋頭螺栓鎖定，它在關節轉動軸線的範圍內阻止關節件的短杆臂朝對方相互移動，或僅允許很有限的移動。為解除關節的鎖定狀態，需向上滑動埋頭螺栓，從而釋放該關節。然而，由於殘疾人的身體姿勢，有很大的力矩作用在鎖定的關節上以及埋頭螺栓上，這些力矩使殘疾人不可能解脫關節，甚至旁人也要相當費力。
用於支撐脊椎運動的其它形式的關節涉及所謂的往復運動步態矯形器械。該關節包括一自由擺動件，而關節的其中另一個關節件則連接於一個搖臂(或Bowden纜)，用以將機械力從一個脊椎關節傳遞到另一個脊椎關節。當一個銷與一個繞關節的轉動軸線轉動的絞接臂嚙合時，該關節是鎖定的。當該銷脫離嚙合時，會出現上文已敘述的問題。
在現有技術的這種狀態的基礎上，本發明的目的是提供一種自鎖關節，特別是一種矯形器械關節，它能以最小的力氣被解除鎖定狀態，這樣，即使殘疾人自己也可解除關節的鎖定狀態。
根據本發明，該目的是這樣實現的，即各關節件都有一曲形裝置，並且這些曲形裝置以這樣一個大角度相交，即當一個關節件相對於另一個轉動時，在兩個曲形裝置中導向的且其軸線位於曲形裝置中心線相交處的一個滾動體可沿曲形裝置中心線自由地移動，並且當在中心線相交處所繪的與它們相切的假想切線之間之角度α接近零且連接兩曲形裝置的曲率圓心的線不穿過在鎖定位置的相交或接觸點處之關節轉動軸線時，可使關節進入自鎖的鎖定狀態。
這樣選擇關節件上曲形裝置的位置，即在關節打算自由移動的區域它們以一個相對較大的角度相交。該角度必須足夠大，這樣在兩個曲形裝置中導向的滾動體才不會卡在所述曲形裝置之間而鎖住關節。如果關節件相互繞它們的轉動軸線轉動，那麼曲形裝置就會移到這樣一個位置，其中在它們相交處所繪的假想切線的相交角度接近零。在此位置，滾動體通過作用在關節件上的力卡在兩個曲形裝置之間，即所述滾動體將力垂直於曲形裝置中心線從一個關節件傳遞到另一個關節件。在此位置，沒有力(切線相交角度等於零)或基本上沒有力(切線相交角度幾乎是零)沿曲形裝置中心線的方向作用在滾動體上，這樣只需很小的力就可將滾動體移動到可在曲形裝置中被再次自由導向的位置，即用很小的力就可解除關節的鎖定狀態。除其它因素外，鎖定效果開始時的切線角度取決於滾動體和曲形裝置之間材料的配合，以及潤滑。
由於關節只需很小的觸發力來解除鎖定狀態，所以在某些場合就可能會很容易地發生不希望的解除鎖定情況，例如快速持續的負載換向。為克服這種現象，一個力作用在滾動體上，以保持並鎖定在鎖定位置，該鎖定位置是在關節件從非鎖定狀態到鎖定狀態的往復移動情況下到達的。該力可以通過例如重力，橡膠帶，彈簧或磁鐵獲得。該保持力只會很輕微地增加解除關節鎖定狀態所需的力。
本方案的進一步優點源於從屬權利要求2至6。
根據本發明的另一方案，是以這種方式獲得具有這種性能的關節，即設有一個樞軸，它以絞接的方式在連杆的一端連接它們，各連杆都通過不與關節的轉動軸線重合的樞軸絞接於關節件，並且在關節的鎖定位置，一個或兩個連杆靠抵在一個止檔上，所述止檔以這樣一種方式設置，即在此狀態下，連杆幾乎處於平行的位置或略微超出此位置，由此一個作用在一個或兩個連杆上的力就使它們到達它們的鎖定位置。當所設的兩個連杆進入平行或接近平行的位置時，到達鎖定位置。在此位置，作用在關節件上的力通過兩個連杆以及連接這些完全或幾乎完全垂直於樞軸軌跡的連杆的樞軸傳遞。結果，這就完全擺脫了由連杆決定的沿其軌跡方向的力。本方案的其餘內容與前述方案相同，關於這一點就不必再作進一步的解釋。
對於第一方案，也可以設置一個止檔。該止檔可利用一個曲形裝置的端部形成，或者可以獨立於它形成。
該方案的進一步優點源於從屬權利要求6和7。
在該發明概念的最佳衍生方案中，提供了一種「曲形裝置方案」和「連杆方案」的組合，其中兩個曲形裝置中的一個以這樣一種方式由一個連杆代替，即其端部之一絞接於相應的關節件，而其另一端部則藉助於一個滾動或滑動體在位於另一關節件上的曲形裝置中導向。
儘管在上文和下文中描述的本發明涉及用於矯形器械的關節，很明顯，這種自鎖關節也可應用於其它場合，例如鉸鏈板或摺疊桌。
而且，通過相應地設置曲形裝置或連接於關節件的連杆，也可提供幾個鎖定位置。
在下文中，將以實施例的方式更詳細地解釋本發明。在附圖中
圖1.1是一側視圖，示出了處於非鎖定位置並帶有兩個曲槽的矯形器械關節；圖1.2示出了圖1所示的關節，但它處於鎖定位置；圖2是圖1.1和1.2中所示滾動體的剖視圖；圖3是處於鎖定位置並帶有兩個連杆的矯形器械關節的原理圖；圖4是一側視圖，示出了處於鎖定位置，並帶有一個曲槽和一個連杆的矯形器械關節；圖4.1是圖4所示矯形器械關節的原理圖；圖4.2是該實施例另一變化的原理圖；圖5示出了圖4所示的矯形器械關節，但它處於非鎖定位置；圖6是根據本發明的用於往復移動步態矯形器械的關節的透視圖，其形式為具有一個曲形裝置和一個連杆。
在各附圖中，以相同的參考號表示相同的零件或具有相同效果的零件。
在圖1所示的實施例中，所示的關節處於非鎖定，即自由可動的，狀態(圖1.1)，和鎖定狀態(圖1.2)。關節件1，2帶有用於容納並固定導軌的連接裝置3，然後導軌再被固定於矯形器械的背部或腿部。由於矯形器械的這些部分並非是本發明的目的，所以在任何附圖中均未示出。
關節件1，2具有一個共同的旋轉軸線4，它們可繞該軸線相互絞接。在該圖中不能看出的情況是關節件2是分叉的。關節件1位於該分叉口之內。從理論上講，從一個不同實施例的透視圖6中可看出這種設置。為了更好的理解圖1，讀者可參照該圖。
各關節件1，2具有這樣一種尺寸，即可以設置形式為圓形軌跡之一部分的的曲槽5，6，並且曲槽5，6可通過如端銑方法以簡單的方式加工。以這樣一種方式設置這些曲槽5，6，即它們在關節的預定擺動範圍內相交，曲槽5(它可從側視圖1中看出)也以相同的方式位於關節件2的後分叉部分上，。
滾動體7在曲槽5，6中導向。為了使摩擦力最小，將曲槽5，6的寬度以及滾動體7的直徑設計的儘可能大。剖視圖2所示的滾動體的形式也有助於減小摩擦力。圖2示出了三個相互獨立的轉動滾子，其中滾子8在關節件2的前，後分叉部分上的曲槽5內運動，滾子9則在關節件1的曲槽6內運動。
從圖1.1中可看出，曲槽5和6或它們各自的中心線10和11在關節的非鎖定位置以一個較大的角度相交。這就保證了滾動體7的自由導向。關節件1的位置越接近鎖定位置(圖1.2)相交的角度越小，直到在鎖定位置該角度達到或幾乎達到零。在該位置，關節件1靠抵在一個位於關節件2分叉部分之間的止檔12上，該止檔被設計為一個凸輪，這樣可以調節關節件1的終點位置以及觸發力的大小。也可以用曲槽5的端部作為一個止檔。
關節件1或滾動體7的鎖定位置由一根橡膠帶13保持，該橡膠帶通過一解脫杆14作用在滾動體7上並也將所述滾動體7保持在鎖定位置。解脫杆14位於一個設在關節件1上的槽內(為了理解請見圖6中的參考號15)並且可繞一個固定在關節件1上的轉銷16擺動。該杆的分叉端(見圖2)容納了滾動體7的軸，同時其另一端固定有橡膠帶13，該橡膠帶也相應地固定在關節件2上，以施加一個拉力。
為解除關節的鎖定狀態，向下壓解脫杆14的自由端，由此使滾動體7移出其卡緊位置。現在就可自由移動該關節。
在原理圖3中示出了本發明的一個特別簡單的實施例。該關節也有兩個繞一共同轉動軸線4絞接的關節件1，2。此外，還設置有兩個連杆16，17，它們的端部通過一個樞軸18絞接在一起。在它們的另一端，連杆16通過一個臂19(形成關節件2的一個彎出部分)和一樞軸20連接於關節件2，連杆17則通過一樞軸21連接於關節件1。
當連杆16，17位於平行或接近平行的位置時，關節達到鎖定位置。在該位置，連杆16靠抵在一止檔12上，它阻止關節進一步移動而超出其死點位置。鎖定位置由一根位於關節件1和樞軸18之間的橡膠帶13保持。為解除關節的鎖定狀態，必須將連杆16，17壓出它們的平行位置，同理這只需很小的觸發力。
樞軸18的原理與前述實施例的滾動體7(或者它的軸)相當，在後者的情況下，對該點(滾動體7)的約束由兩個曲槽實現，在前者的情況下，則是由兩個連杆16和17實現，它們的端點分別相對於關節件1和2描繪出圓形軌跡，這些圓形軌跡的半徑分別由連杆16和17的長度決定。
圖4和5示出了本發明的又一個實施例。該實施例相當於圖1和3中的實施例的組合。為說明這種組合，除圖4外還有一個與之對應的原理圖(圖4.1)。
從該圖中可清楚地看出，在本實施例中圖1所述實施例的曲槽6已經由圖3所示實施例的連杆17代替。當然，也可以反過來，即以連杆16代替曲槽5。這種變化示於圖4.2中。
正如從圖1所示實施例中已經看出的，關節件2是分叉的，以容納關節件1。所示的曲槽5以相同的形式位於兩個分叉部分上。滾動體7包括兩個經一轉動軸線連接的滾子，每個所述滾子在關節件2的兩個曲槽5中導向。同時解脫杆14形成代替曲槽6的連杆，由此所述連杆的長度由解脫杆14的轉銷16到滾動體7的軸的中心之間的距離決定。
該關節實施例的操作方法與前述實施例完全相同，因此就不在這方面再作進一步解釋。
根據圖6所示的實施例顯示根據本發明的關節也可馬上應用於往復運動步態矯形器械上。該實施例基本上相當於圖4和5所示的實施例。然而，與該實施例相比，關節件2是彎曲的。其彎曲的端部連接於機械力傳遞件(Bowden纜或搖臂)。在圖6中，例如有一個連接件22安裝在關節件2上並導向一個搖臂，從而可使之轉動。此外，在該實施例中，有一個導向矯形器械背部的連接件23，它可繞關節的轉動軸線自由轉動。
權利要求
1.自鎖關節，特別是矯形器械關節，包括兩個通過一個轉動軸線連接的關節件，其特徵在於各關節件(1，2)都有一曲形裝置(5，6)，並且這些曲形裝置(5，6)以這樣一個大角度相交，即當一個關節件(1，2)相對於另一個轉動時，在兩個曲形裝置中導向的且其軸線位於曲形裝置中心線(10，11)相交處的一個滾動體(7)可沿曲形裝置中心線(10，11)自由地移動，並且當在中心線(10，11)相交處所繪的與它們相切的假想切線之間之角度α接近零且連接兩曲形裝置(5，6)的曲率圓心的線不穿過在鎖定位置的相交或接觸點處的關節轉動軸線(4)時，可使關節進入自鎖的鎖定狀態。
2.如權利要求1所述的自鎖關節，其特徵在於當關節件(1，2)相互地從非鎖定狀態向鎖定狀態運動時，作用在滾動體(7)上的一個力保持並固定所獲得的鎖定狀態。
3.如權利要求1或2所述的自鎖關節，其特徵在於曲形裝置(5，6)是圓形軌跡的一部分。
4.如上述權利要求之一所述的自鎖關節，其特徵在於曲形裝置(5，6)為槽。
5.自鎖關節，特別是矯形器械關節，包括兩個通過一個轉動軸線連接的關節件，其特徵在於設有一個樞軸(18)，它以絞接的方式在連杆(16，17)的一端連接它們，各連杆(16，17)都通過不與關節的轉動軸線(4)重合的樞軸(20，21)絞接於關節件(1，2)，並且在關節的鎖定位置，兩個連杆(16，17)中的一個靠抵在一個止檔(12)上，所述止檔(12)以這樣一種方式設置，即在此狀態下，連杆(16，17)幾乎處於平行的位置或略微超出此位置。
6.如權利要求5所述的自鎖關節，其特徵在於當連杆(16，17)相互地從非鎖定狀態移動到鎖定狀態時，作用在一個或兩個連杆(16，17)上的力保持或固定住所獲得的鎖定位置。
7.如權利要求5或6所述的自鎖關節，其特徵在於止檔(12)是可調的。
8.如權利要求1至4之一和權利要求5至7之一所述的自鎖關節，其特徵在於兩個曲形裝置(5，6)中的一個以這樣一種方式由一個連杆(16，17)代替，即其端部之一絞接於相應的關節件(1，2)，而其另一端部則藉助於一個滾動或滑動體在位於另一關節件上的曲形裝置中導向。
全文摘要
本發明的目的是提供一種自鎖關節，特別是一種矯形器械關節，它可以較小的力解除其鎖定狀態，這樣即使手有殘疾的病人也可解除關節的鎖定狀態。為此目的，關節件(1，2)帶有曲形裝置(5，6)，它們以這樣一個大角度相交，即當一個關節件(1，2)相對於另一個轉動時，在兩個曲形裝置中導向的且其軸線位於曲形裝置中心線(10，11)相交處的一個滾動體(7)可沿曲形裝置中心線(10，11)自由地移動。並且當在中心線(10，11)相交處所繪的與它們相切的假想切線之間之角度α接近零且連接兩曲形裝置(5，6)的曲率圓心的線不穿過在鎖定位置的相交或接觸點處的關節轉動軸線(4)時，可使關節進入自鎖的鎖定狀態。
文檔編號F16C11/04GK1127984SQ9419293
公開日1996年7月31日 申請日期1994年8月1日 優先權日1993年7月30日
發明者凱·亨寧·施潘道, F·O·科普, M·齊比爾 申請人:凱·亨寧·施潘道