2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of flexible sports protectors hardening under high speed deformation based on impact biomechanics
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26420010
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
樋口 理宏 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (50455185)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 祐介 東京工業大学, 工学院, 准教授 (70432135)
立矢 宏 金沢大学, 機械工学系, 教授 (10216989)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 衝撃工学 / 生体工学 / 高分子材料 / エポキシ樹脂 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，高速変形時のみ樹脂材料の粘弾性特性を利用して高速変形時のみ外殻が硬化するスポーツ用柔軟プロテクターの開発を目的としており，得られた成果は下記の通りである．
（１）プロテクターの外殻材料として，アミン硬化ビスフェノールA型エポキシ樹脂を選定し，主剤・硬化剤の配合比を変更することで，緩和弾性率の時間依存性を操作可能であることを示した．さらに，広範囲のひずみ速度において圧縮試験を行い，圧縮特性のひずみ速度感受性が極めて高いことを明らかにした．
（２）スポーツにおける衝撃現象を簡便な形式で模擬した動的有限要解析により，プロテクターを装着したダミー体の衝撃応答を評価した．同解析により，スポーツにおける衝撃現象の時間スケールを明らかにし，生体衝撃を模擬した衝撃試験において被衝突体となるダミー体は，鋼材やアルミ材を用いた場合でも十分に人体の衝撃応答およびプロテクターの衝撃低減効果を評価できることがわかった．
（３）軟質エポキシ樹脂の弾性率の時間依存性とスポーツ動作・衝突現象の時間スケールを照らし合わせることで，スポーツ用柔軟プロテクターを試作した．軟質エポキシ樹脂を外殻としたニーサポーター等を作製した．さらに，柔軟性評価試験により同試作プロテクターの柔軟性を評価し，市販のバレーボール用ニーサポーターと同等の柔軟性を確保できることを示した．
（４）落錘式衝撃試験により，同プロテクターの衝撃特性評価を行った．開発した試作プロテクターが衝撃変形下で硬化することで内殻材を一様圧縮することで衝撃力を分散するとともに，衝撃力を低減できることを明らかにした．さらに，外殻となる軟質エポキシ樹脂の中立面に強化繊維を挿入することにより，曲げに対する柔軟性を損なうことなく，幅広い温度範囲においても，高い衝撃吸収性を発揮できることを明らかにし，本研究課題で開発した柔軟プロテクターの優位性を示した．
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