JPH10328290A - 装具用支持部材およびこれを用いた装具 - Google Patents
装具用支持部材およびこれを用いた装具Info
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Abstract
よび義肢などの装具類に有用な、三軸織物強化プラスチ
ックを賦形してなる装具用支持部材の提供。 【解決手段】 三軸織物強化プラスチックを賦形してな
る面状の成形体であり、さらに成形体の5〜33%の面
積が開口部であり、少なくとも一方向の単位幅あたりの
曲げ剛性が10〜1×104 kg・mm2 、目付け(単位面
積当たりの重量)が50〜1000g/m2 であること
を特長とする装具用支持部材。
Description
状の支持部材に関する。更に詳しくは、人体局所を支持
または固定するための装具および義肢などの装具類に有
用な、三軸織物強化プラスチックを賦形してなる装具用
支持部材に関する。
体幹を外部から支え、または固定することにより、骨
格、関節、筋肉にかかる体重の免荷または固定等の目的
で着用される、サポーター、ブレース、更正装具および
義肢といわれる各種装具類に使用されるものである。装
具用支持部材は一般には、皮膚に直接接しないように、
また体型や動きに適合するように発泡樹脂シート、布等
と組み合わせて用いられる。
レン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ナイロン等
の熱可塑性プラスチックを成形したものが主体であっ
た。
あるものが好ましいため、強度や弾性率が低いプラスチ
ック製の装具用支持部材は、厚みを厚くして剛性と耐久
性を確保して使用している。
ラスチック製装具用支持部材は、必要な剛性と耐久性を
持たすために、厚みが厚くなり、結果的に重くならざる
を得なかった。また、プラスチックは通気性が無いた
め、発汗により、蒸し暑い、不衛生となる、痒いなどの
問題が有り、これを避けるために、通気のための開口部
を設けようとすると剛性と耐久性の低下を招き、必要な
剛性と耐久性を確保するためには厚みが更に増すという
問題があった。また、一方向配向やニ軸織物の強化繊維
を用いた繊維強化プラスチックは、非強化のプラスチッ
ク製よりも軽量で高剛性であるが、通気のための開口部
を設けようとすると、非強化のプラスチックと同様に剛
性と耐久性の低下を招く。
テーション分野、スポーツ分野で主に用いられる装具
で、軽量、薄肉で、剛性が高く、耐久性があり、かつ通
気性に優れた装具およびそのための支持部材を提供する
ことにある。さらに、三軸織物に樹脂を含浸させた繊維
強化プラスチックを用いた、装具に適する支持部材を提
供することにある。
めに本発明は、三軸織物強化プラスチックを賦形してな
る面状の成形体であり、さらに成形体の5〜33%の面
積が開口部であり、少なくとも一方向の単位幅あたりの
曲げ剛性が10〜1×104 kg・mm2 、目付け(単位面
積当たりの重量)が50〜1000g/m2 であること
を特長とする装具用支持部材である。
してなる面状の成形体は、例えば、炭素繊維やガラス繊
維などの強化繊維を三軸の織物に製織した後、樹脂を含
浸させた三軸織物強化プラスチックや、樹脂含浸した強
化繊維を三軸の織物に製織した三軸織物強化プラスチッ
クからなり、そのままあるいは必要に応じて2枚以上積
層し成形することにより得られる。
で、図1(a)は三軸織物に樹脂を含浸させた強化プラ
スチックの平面図および図1(b)は図1(a)の断面
図である。図において1は繊維強化プラスチック、2は
開口部である。
化繊維としては、高弾性率の炭素繊維、ガラス繊維、金
属繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ポリエチ
レン繊維等の有機繊維、またはこれらの2種以上を組み
合わせて使用することができる。これらの繊維のなかで
も、炭素繊維は高弾性率で低比重であるので、同一剛性
を得るのに必要な重量を軽くすることができるので特に
適している。
は、公知の種々の熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を
用いることができる。すなわち、繊維強化プラスチック
に一般的に用いられる、エポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の
熱硬化性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポ
リカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂等が適用できる。
これらの樹脂の選択にあたっては、三軸織物強化プラス
チックの製造方法、賦形方法、使用目的を考慮して選択
する必要があり、例えば強化繊維の三軸織物に樹脂を含
浸させるのであれば、低粘度の熱硬化性樹脂を用いるこ
とが有利であり、紐状の繊維強化プラスチックを三軸織
物に製織する場合には柔軟な熱可塑性樹脂を用いること
が有利である。
織物強化プラスチックの成形は、公知の繊維強化プラス
チックの成形方法、例えば、強化繊維の三軸織物に樹脂
を含浸させた後、金型、木型あるいはプラスチック型に
挟み込んで加圧・加熱し冷却して賦形する方法、予め樹
脂を付着させた強化繊維の束を三軸に織込み、金型等で
賦形する方法等が適用できる。
ク成形体の5〜33%の面積が開口部である必要があ
り、これより開口部面積が少ない場合には、十分な通気
性が得られず、これを装具として人体に装着した場合に
は、発汗により、蒸し暑い、不衛生となる、痒いなどの
問題を生じ易い。また、三軸織物の開口部面積は理論上
33%であり、これを超える開口部面積を得ることはで
きない。
の曲げ剛性は10〜1×104 kg・mm2 の範囲であり、
単位幅あたりの曲げ剛性が10kg・mm2 より低ければ装
具支持部材として人体を有効に支持、拘束できず、1×
104 kg・mm2 より高ければ部材が人体に食い込み苦痛
を与えるため長時間の使用に耐えない。ここで、単位幅
あたりの曲げ剛性とは、曲げ剛性の値を供試体の幅で割
った値である。また、単位幅あたりの曲げ剛性は、装具
用支持部材の全ての方向で均一である必要はなく、強い
拘束が必要な方向または部分の剛性を高くし、形状が人
体に良くなじむ必要がある方向または部分の剛性を低く
する等、適用部位、目的によって設計することが好まし
い。
繊維の弾性率を変えて製織する方法あるいは部分的に三
軸織物を積層して成形する方法等が用いられるが、装具
用支持部材の目付け(単位面積当たりの重量)が50〜
1000g/m2 の範囲にある必要がある。目付けが5
0g/m2 より低いと所定の開口部面積および剛性を得
ることが困難であり、目付けが1000g/m2 より高
いと、装具用支持部材自体の重量が重くなり、装着して
歩行等の運動をする際に負担が大きく、長期間の連続装
着が困難となり、結果的に装具用支持部材としての治療
等の効果が低下する。
本発明の範囲とする方法としては、強化繊維の弾性率、
束を構成する強化繊維の本数、織物の目開き(織物を構
成する強化繊維束の間隔)、織物の厚み、積層枚数、積
層間隔、積層部面積で設計できる。
する場合は、基本的には従来の非強化プラスチックを成
形したものと同様に、皮膚に直接接しないように、また
体型や動きに適合するように発泡樹脂シート、布等と組
み合わせて用いるが、通気性を損なわないために、連続
気泡の発泡樹脂シート、不織布、目の粗い布、吸汗性の
ある布等あるいはこれらを組み合わせて用いることが好
ましい。また繊維強化プラスチックの端部が人体を傷付
けないように、柔軟な樹脂で外周を縁取りすることが好
ましい。
23500kgf/mm2 の炭素繊維の6000本の束を織り
密度(織物10cmあたりの繊維束本数)18.2の三軸
織物(1)に製織した。この三軸織物(1)の開口部面
積割合は、33%であった。エポキシ樹脂(油化シェル
エポキシ社製Epikote828)100重量部、硬化剤(3フ
ッ化ホウ素モノエチルアミン錯塩)3重量部、溶媒とし
て2−ブタノン150重量部を混合して、三軸織物
(1)に含浸させた後、8時間風乾燥してプリプレグ
(2)とした。このプリプレグ(2)を直径150mmの
円筒形の木型に沿わせて固定し、屈曲させたまま130
℃の熱風炉に入れて1時間硬化させ、冷却した後切り取
り、円周方向の長さが300mm、円筒方向の長さが15
0mmの三軸織物強化プラスチックの成形体(3)を作成
した。この成形体の厚みは0.9mm、重量は31gであ
り、目付けは690g/m2 、開口部面積は全体の30
%であった。
るために、プリプレグ(2)を、2枚のアルミ平板に挟
み、130℃の熱風炉に入れて1時間硬化させ、冷却し
た後切り取り、300mm角の三軸織物強化プラスチック
の平板成形体(4)を作成した。この平板の単位幅あた
りの曲げ剛性は82 kgf・mm2 であった。
引張り弾性率35000kgf/mm2 の炭素繊維の3000
本の束を織り密度36.4の三軸織物(5)に製織し
た。この三軸織物の開口部面積割合は、33%であっ
た。実施例1と同様にプリプレグ(6)を作成し、プリ
プレグ(6)を成形して実施例1と同一形状の三軸織物
強化プラスチックの成形体(7)を作成した。この成形
体の厚みは0.4mm、重量は15gであり、目付けは3
30g/m2 、開口部面積は全体の25%であった。
軸織物強化プラスチックの平板成形体(8)を作成し
た。この平板の単位幅あたりの曲げ剛性は13 kgf・mm
2 であった。
を、開口部を揃えて2枚積層して実施例1と同様に成形
して実施例1と同一形状の三軸織物強化プラスチックの
成形体(9)を作成した。この成形体の厚みは0.7m
m、重量は31gであり、目付けは650g/m2 、開
口部面積は全体の19%であった。
と同様に三軸織物強化プラスチックの平板成形体(1
0)を作成した。この平板の単位幅あたりの曲げ剛性は
100kgf・mm2 であった。
引張り弾性率50000kgf/mm2 の炭素繊維の3000
本の束を織り密度36.4の三軸織物(11)に製織し
た。この三軸織物の開口部面積割合は、33%であっ
た。実施例1と同様にプリプレグ(12)を作成し、プ
リプレグ(12)を開口部を揃えて3枚積層して実施例
1と同様に成形して実施例1と同一形状の三軸織物強化
プラスチックの成形体(13)を作成した。この成形体
の厚みは1.9mm、重量は45gであり、目付けは98
0g/m2 、開口部面積は全体の14%であった。
三軸織物強化プラスチックの平板成形体(14)を作成
した。この平板の単位幅あたりの曲げ剛性は2500 k
gf・mm2 であった。
引張り弾性率56kgf/mm2 で厚み3mmの高密度ポリエチ
レン板を、赤外線ヒーターで190度に加熱した後、直
径150mmの円筒形の木型に沿わせて冷却固化し、円周
方向の長さが300mm、円筒方向の長さが150mmの非
強化プラスチックの成形体(15)を作成した。この成
形体の厚みは2.8mm、重量118gであり、目付けは
2630g/m2 であった。
で190度に加熱した後、2枚のアルミ平板に挟み冷却
固化し、300mm角の三軸織物強化プラスチックの平板
成形体(16)を作成した。この平板の厚みは2.8mm
となり、単位幅あたりの曲げ剛性は103 kgf・mm2 で
あった。
引張り弾性率56kgf/mm2 で厚み1mmの高密度ポリエチ
レン板を、赤外線ヒーターで190度に加熱した後、直
径150mmの円筒形の木型に沿わせて冷却固化し、円周
方向の長さが300mm、円筒方向の長さが150mmの非
強化プラスチックの成形体(17)を作成した。この成
形体の厚みは0.9mm、重量39gであり、目付けは8
75g/m2 であった。
で190度に加熱した後、2枚のアルミ平板に挟み冷却
固化し、300mm角の三軸織物強化プラスチックの平板
成形体(18)を作成した。この平板の厚みは0.9mm
となり、単位幅あたりの曲げ剛性は8 kgf・mm2 であっ
た。
を、開口部を揃えて5枚積層して実施例1と同様に成形
して実施例1と同一形状の三軸織物強化プラスチックの
成形体(19)を作成した。この成形体の厚みは4.9
mm、重量は153gであり、目付けは3400g/
m2 、開口部面積は全体の4%であり、三軸織物の開口
部面積の12%であった。
と同様に三軸織物強化プラスチックの平板成形体(2
0)を作成した。この平板の単位幅あたりの曲げ剛性は
1.3×104 kg・mm2 であった。
た半円筒状の成形体の四隅を約50mmRで切り取り支持
部材とし、二個所をゴムバンドで巻いて図2で示す変形
性膝関節症の治療に用いられる膝関節装具のモデルを作
成した。この装具モデルを大腿部に装着した状態で1時
間の歩行を行い、装着感を評価した。評価結果を表1に
示す。
たりの曲げ剛性が10〜1×104kg・mm2 の範囲にあ
り、目付けが50〜1000g/m2 の範囲内で、かつ
成形体の5〜33%の面積が開口部であり、装着感、指
示性能ともに良好であった。このうち実施例2は、装着
感は良好であったが、拘束力が実施例1,3および4に
比べて弱かったものの、実用上問題にならない程度であ
った。
重量が増し、装着中にずり下がってくるため、頻繁に装
着し直す必要があり、支持体として実用に耐えない。比
較例2は、剛性が不足しており、拘束力が弱く、支持体
として実用に耐えない。比較例3は、剛性が高すぎて、
装具が大腿部の筋肉の動きに追従せず、体に食い込むた
め、10分以上の歩行が困難であった。また比較例1〜
3ともに通気性が無いため発汗による蒸れが著しく、装
着に不快感を伴う。
軸織物強化プラスチックを賦形してなる装具用支持部材
を提供することにより、軽くて装着感が良好であり、か
つ発汗による蒸れの少ない、連続装着性能に優れた装具
が得られる。
三軸織物に樹脂を含浸させた強化プラスチックの平面
図、(b)は(a)の断面図である。
られる膝関節装具の模式図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 支持部材が三軸織物強化プラスチックを
賦形してなる面状の成形体であることを特長とする装具
用支持部材。 - 【請求項2】 成形体の5〜33%の面積が開口部であ
ることを特長とする請求項1記載の支持部材。 - 【請求項3】 成形体の少なくとも一方向の単位幅あた
りの曲げ剛性が10〜1×104 kg・mm2 であり、目付
け(単位面積当たりの重量)が50〜1000g/m2
であることを特長とする請求項1,2記載の装具用支持
部材。 - 【請求項4】 請求項1〜3記載の支持部材を用いてな
る装具。
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