(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体局所を支持または固定する装具および義肢などの装具を支持するための部材であって、該支持部材が炭素繊維を製織した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、該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１０〜２５００kgf・mm２、目付け（単位面積当たりの重量）が５０〜１０００ｇ／ｍ２、開口部の面積が５〜３３％であることを特徴とする装具用支持部材。
【請求項２】
請求項１記載の支持部材を用いてなる装具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装具類に適する面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。
【０００２】
【従来の技術】
装具用支持部材とは、人体の四肢または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。
【０００３】
従来、装具用支持部材としては、ポリエチレン、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。
【０００４】
装具用支持部材は、剛性が高く、耐久性が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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来用いられてきたプ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。
【０００６】
本発明の目的は、整形外科分野、リハビリテーション分野、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、人体局所を支持または固定する装具および義肢などの装具を支持するための部材であって、該支持部材が炭素繊維を製織した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、該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１０〜２５００kgf・mm２、目付け（単位面積当たりの重量）が５０〜１０００ｇ／ｍ２、開口部の面積が５〜３３％であることを特徴とする装具用支持部材と、該支持部材を用いてなる装具である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。
【０００９】
図１は、本発明を理解するための模式図で、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。
【００１０】
本発明の、三軸織物強化プラスチックの強化繊維としては、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。
【００１１】
三軸織物強化プラスチックの樹脂としては、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。
【００１２】
本発明の装具用支持部材を得るための三軸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。
【００１３】
本発明において、三軸織物強化プラスチック成形体の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。
【００１４】
さらに、少なくとも一方向の単位幅あたりの曲げ剛性は１０〜１×１０４kgf・mm２の範囲であり、単位幅あたりの曲げ剛性が１０kgf・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、１×１０４kgf・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。
【００１５】
この方法は、三軸織物を構成する３方向の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５０ｇ／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。
【００１６】
単位幅あたりの曲げ剛性および目付け量を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。
【００１７】
本発明の装具用支持部材を装具として使用する場合は、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。
【００１８】
【実施例】
［実施例１］
引張り強度３６０kgf/mm2 、引張り弾性率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１５０mm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。
【００１９】
成形体の単位幅あたりの曲げ剛性を測定するために、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。
【００２０】
［実施例２］
引張り強度３４５kgf/mm2 、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３３０ｇ／ｍ2 、開口部面積は全体の２５％であった。
【００２１】
実施例１と同様にプリプレグ（６）より三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・mm2 であった。
【００２２】
［実施例３］
実施例２のプリプレグ（６）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０．７mm、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。
【００２３】
プリプレグ（６）を２枚積層し、実施例１と同様に三軸織物強化プラスチックの平板成形体（１０）を作成した。この平板の単位幅あたりの曲げ剛性は１００ kgf・mm2 であった。
【００２４】
［実施例４］
引張り強度３７５kgf/mm2 、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９８０ｇ／ｍ2 、開口部面積は全体の１４％であった。
【００２５】
実施例１と同様にプリプレグ（１２）より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 kgf・mm2 であった。
【００２６】
［比較例１］
引張り強度４．５kgf/mm2 、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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
［比較例２］
引張り強度４．５kgf/mm2 、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８７５ｇ／ｍ2 であった。
【００２９】
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、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。
【００３０】
［比較例３］
実施例１のプリプレグ（２）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４．９mm、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。
【００３１】
プリプレグ（２）を５枚積層し、実施例１と同様に三軸織物強化プラスチックの平板成形体（２０）を作成した。この平板の単位幅あたりの曲げ剛性は１．３×１０４kgf・mm２であった。
【００３２】
実施例１〜４および比較例１〜３で作成し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。
【００３３】
実施例１〜４は、対応する平板の単位幅あたりの曲げ剛性が１０〜１×１０４kgf・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。
【００３４】
一方、比較例１は、目付けが大きいために重量が増し、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。
【００３５】
【表１】
0004346117.tif 000002
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量で通気性のある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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる三軸織物の模式図で、（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、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図２】実施例で作成した変形性膝関節症の治療に用いられる膝関節装具の模式図である。
【符号の説明】
１：樹脂が含浸された強化繊維束
２：開口部
【図１】
0004346117.tif 000003
【図２】
0004346117.tif 000004