4種類の関節とは？完全なガイド

の ジョイントは4種類 は: 線維性関節 、 軟骨関節 、 滑膜関節 、 and 変形性関節 。これらの分類は、構造と、完全に動かないものから非常に可動性の高いものまで、許容される動きの程度に基づいています。機械工学では、 ユニバーサルジョイント は、シャフト間の回転運動をさまざまな角度で伝達する特殊なジョイント タイプであり、車両のドライブトレインや産業機械において最も重要な機構の 1 つです。

線維性関節: 動きゼロ、最大の安定性

線維性関節は、高密度の結合組織 (主にコラーゲン) によって一緒に保持されており、 動きがほとんどない 。それらは、保護または構造的サポートのために剛性が不可欠な場所に見られます。

主要なサブタイプ

• 縫合糸: 頭蓋骨の中にのみ存在します。骨はパズルのピースのように絡み合い、短いシャーピー繊維で結合されています。 20 ～ 30 歳までに、ほとんどの縫合糸が骨化（完全に癒合）し始めます。
• シンデスモーシス: 骨は靱帯または骨間膜によって接続されており、非常にわずかな動きを可能にしています。例: 足首の遠位脛腓関節。
• ゴンフォセス: ペグインソケットジョイントは、歯が歯根膜を介して顎の骨に固定される場所にのみ存在します。厳密には線維性関節のサブタイプであり、独自の 4 番目のカテゴリーとしてリストされることもあります。

線維性関節は頭蓋骨の関節の大部分を占めます。 人間の頭蓋骨には22個の骨があります 約8本の主要な縫合線で接続されています。

軟骨関節: 衝撃吸収による動きの制限

軟骨関節は軟骨を介して骨を接続します。彼らは許可します 限られた動き 圧縮力の吸収に優れています。次の 2 つのサブタイプがあります。

シンコンドローゼ vs. シンフィセス

の intervertebral discs—a type of symphysis—absorb up to 体重の3倍 通常の日常活動中に圧縮力がかかります。人間の脊椎が骨折せずに大きな負荷に耐えることができるのは、その線維軟骨構造のおかげです。

滑膜関節: 最も可動性が高く、最も一般的な関節

滑膜関節は体内で最も普及しているタイプであり、最も広い範囲の動きが可能です。それらは次によって定義されます。 滑液で満たされた滑膜腔 、 articular cartilage, and a joint capsule. There are 6つのサブタイプ 形状と動きによって分類：

• ボールアンドソケット: 最大の可動範囲（屈曲、伸展、回転、外周）。例：股関節と肩関節。股関節は最大で次のことを達成できます。 120°の屈曲 .
• ヒンジ: 一軸運動 (屈曲/伸展のみ)。例: 肘と膝の関節。膝は最大まで曲げることができます 135° .
• ピボット: 単一の軸を中心とした回転。例: 環軸関節 (片側あたり約 90° の頭部回転が可能)。
• 顆状（楕円体）： 回転を伴わない二軸運動。例: 手首関節 (橈骨手根骨)、中手指節関節。
• サドル: 二軸性で、顆状突起よりも自由度が高い。例: 親指の手根中手関節 - 対向グリップに重要です。
• 飛行機（滑空）： 平らな面は互いに滑ります。例：手首の手根間関節、肩鎖関節。

の human body contains approximately 合計360個のジョイント 、 and the majority of freely movable joints are synovial. Synovial fluid—produced by the synovial membrane—has a viscosity similar to egg white and reduces joint friction to nearly zero under normal loading conditions.

ゴンフォシス: 特殊なペグアンドソケットジョイント

ゴンフォシスは、高度に特殊化された線維性関節です。 歯と骨の間だけ 。各歯の根は、コラーゲン線維の密なネットワークである歯根膜 (PDL) によって上顎または下顎の歯槽窩に固定されています。

技術的には不動ですが、PDL では次のことが可能になります。 微細な生理的動き 咀嚼（咀嚼）力下で約 25 ～ 100 マイクロメートル。この微小な可動性により、に達する可能性のある咬合負荷による直接的な骨折が防止されます。 最大200ポンドの力 奥歯に。

一部の分類体系では、ゴム化症は、典型的な縫合糸や結合組織とは異なる独特の構造と機能により、線維性関節、軟骨性関節、滑膜性関節と並ぶ 4 番目の独立した関節タイプとしてリストされています。

の 4 Types of Joints at a Glance

ユニバーサル ジョイント: 角運動伝達に対するエンジニアリングの答え

あ ユニバーサルジョイント（Uジョイント） 直線上にない 2 つのシャフト間の回転運動とトルクの伝達を可能にする機械的カップリングで、通常は 2 つのシャフトの間の角度で効果的に動作します。 1°と30° 、 with some heavy-duty designs handling up to 45°.

ユニバーサルジョイントの仕組み

の standard Cardan U-joint consists of two yokes connected by a cross-shaped trunnion (also called a spider). As one shaft rotates, the spider transmits motion to the second yoke. あt any non-zero angle, the output shaft rotates at a variable speed 入力が一定の場合でも、シャフト 1 回転ごとに速度変動の 1 サイクルが完了します。これは速度不均一性または「カルダン誤差」と呼ばれます。

この変動を打ち消すために、エンジニアは ダブルカルダンジョイント (センタリングソケットと直列に接続された 2 つの U ジョイント)、ほぼ一定の速度出力を提供します。これは真実とは異なります 等速 (CV) ジョイント 、 though the terms are sometimes conflated.

ユニバーサルジョイントとCVジョイント

ユニバーサルジョイントが使用される場所

• あutomotive driveshafts: 後輪駆動車および四輪駆動車では、トランスミッションとディファレンシャルの接続に U ジョイントが使用されます。一般的な軽トラックのドライブシャフトは、次の角度で動作します。 3°～5° 通常の負荷の下で。
• 産業機械： 圧延機、製紙機、印刷機は、超過トルクを伝達するために頑丈な U ジョイントを使用しています。 500,000Nm 製鉄所の用途に。
• あerospace: コンパクトなアンギュラカップリングが必要な航空機制御システムやヘリコプターのテールローターシャフトで使用されます。
• あgriculture: トラクターの PTO (パワーテイクオフ) シャフトは、可変ヒッチ角度で作業機を駆動するために U ジョイントに依存しています。

生物学的関節と機械的関節: 共通原理

生物学的ジョイントと機械的ジョイントは異なるシステムに機能しますが、コアとなる工学原理は共通しています。 荷重分散、摩擦低減、動きの制限 。ボールアンドソケット滑膜ジョイントとボールアンドソケットメカニカルジョイントはどちらも多軸回転を実現します。ユニバーサル ジョイントは、肩の肩甲上腕関節の自由な動きを模倣していますが、精密な製造公差は次のとおりです。 ±0.01mm 自動車グレードのコンポーネント向け。

解剖学であろうと機械工学であろうと、関節の分類を理解することは、関節の故障の診断、補綴物の設計、ドライブトレインのエンジニアリング、および構造システムの最適化のための基礎を提供します。の ジョイントは4種類 ユニバーサルジョイントの機構は独立したトピックではありません。これらは共に、生物学的システムと工学的システムにわたって関節運動、安定性、運動伝達がどのように解決されるかを表しています。