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Development of manufacturing method of orthosis using carbon fiber reinforced thermoplastic

Research Project

Project/Area Number 21K11294
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
Research InstitutionHokkaido University of Science

Principal Investigator

Hayakawa Yasuyuki  北海道科学大学, 保健医療学部, 教授 (30348601)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 村原 伸  北海道科学大学, 保健医療学部, 講師 (10726251)
瀬野 修一郎  地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 産業技術環境研究本部 工業試験場, 主査 (10743411)
山岸 暢  地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 産業技術環境研究本部 工業試験場, 専門研究員 (30469689)
太田 佳樹  北海道科学大学, 工学部, 教授 (50233151)
可児 浩  地方独立行政法人北海道立総合研究機構, 産業技術環境研究本部 工業試験場, 主任主査 (60469690)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords炭素繊維強化熱可塑性プラスチック / 障害者 / 装具 / プラスチック成形 / 熱可塑性プラスチック成形
Outline of Research at the Start

炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP)は、一般のプラスチックと比較して強度があり、熱可塑性であることから再加熱による形状の調整が可能である。さらに、金属と異なり、異方性を持つことも特徴であり、装具への応用が期待できるが、成形方法が確立していない。本研究は、CFRTPの成形手法を確立し、軽量で機能的なCFRTP製の装具を提供することが目的である。そのため、成形機器の開発を含めた成形方法を、研究期間内に検討する。

Outline of Final Research Achievements

We have examined the use of carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP) struts as a replacement for metal struts in assistive devices for individuals with disabilities. The use of CFRTP struts allows for weight reduction, corrosion resistance, and adaptability to post-fitting deformation. To fully utilize the capabilities of CFRTP, pressure molding of at least 0.5MPa is required. We have developed a trapezoidal frame that can be heat and pressure molded with the CFRTP strut to fit the body shape without deforming the cross-sectional shape. Furthermore, to enable the introduction of this method into prosthetic manufacturing facilities, we have developed a pressure molding device using an air compressor. As a result, the joint parts cleared the JIS static test, and we were able to manufacture a device that is approximately 30% lighter than devices with metal struts.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属支柱装具は高度な変形がある場合の矯正に有効であるが、重く、錆びるなどの問題点が指摘されている。今回CFRTP支柱による装具製作を可能としたことにより、30%の軽量化を実現でき、さらに、装具の身体にあたる面をCFRTPで製作できるようにしたことから、衛生面での問題もクリアできるようなった。これらは患者、使用者のQOL向上に資することが期待できる。
また、義肢装具製作所での製作支援のため、各製作所既存のオーブン、エアーコンプレッサを用いることで、成形のために必要な機器を安価に導入できる方法を開発した。本システムは、義肢装具製作所以外にも、一般のものづくり企業でも、応用可能と考えている。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 2022 2021

All Presentation (12 results)

  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP)支柱を用いた装具製作方法の開発2024

    • Author(s)
      早川 康之, 太田 佳樹, 村原 伸, 山岸 暢, 可児 浩, 瀬野 修一郎
    • Organizer
      超異分野学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP)支柱を用いた装具製作の可能性について2023

    • Author(s)
      早川 康之, 太田 佳樹, 村原 伸, 山岸 暢, 可児 浩, 瀬野 修一郎
    • Organizer
      日本義肢装具学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP)を用いた装具支柱の開発 JIS金属製下肢装具用足継手 静的強度試験結果2023

    • Author(s)
      奈良坂 勇太, 早川 康之
    • Organizer
      日本義肢装具士協会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP)を用いた短下肢装具の支柱の検討 最適な二次成形条件の検討2023

    • Author(s)
      山中 竜生, 早川 康之
    • Organizer
      日本義肢装具士協会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] パッチを用いて成形されたCFRTP製ステー部材の数値構造解析2023

    • Author(s)
      太田佳樹
    • Organizer
      Dynamics & Design Conference
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 二次成形されたCFRTP製ステー部材の強度・剛性評価2023

    • Author(s)
      太田佳樹,早川康之,山岸暢,可児浩,瀬野修一郎
    • Organizer
      日本複合材料学会 第48回複合材料シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 太田佳樹2023

    • Author(s)
      下肢装具用CFRTP製ステー部材の開発
    • Organizer
      日本機械学会 機械力学・計測制御部門 シェルの振動と座屈研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(CFRTP)を用いた装具支柱の検討 二次成形の方法と曲げ強度について2022

    • Author(s)
      吉岡 優佑, 早川 康之, 太田 佳樹, 山岸 暢, 可児 浩, 瀬野 修一郎
    • Organizer
      第29回日本義肢装具士協会学術大会プログラム・講演集
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] プリプレグパッチを用いて成形された CFRTP 材の強度・剛性評価2022

    • Author(s)
      太田 佳樹, 早川 康之, 山岸 暢, 可児 浩, 瀬野 修一郎
    • Organizer
      第47回複合材料シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] パッチを用いて成型された CFRTP 積層材の数値剛性評価2022

    • Author(s)
      太田 佳樹
    • Organizer
      日本機械学会 Dynamics and Design Conference 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック積層材の特性評価2022

    • Author(s)
      山岸 暢, 可児 浩, 瀬野 修一郎
    • Organizer
      北海道立総合研究機構産業技術環境研究本部-工業試験場成果発表会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック製支柱付き装具の開発 成形方法の検討2021

    • Author(s)
      早川 康之, 太田 佳樹, 村原 伸, 吉岡 優佑, 山岸 暢, 可児 浩, 瀬野 修一郎, 鈴木 高士, 金澤 良昭
    • Organizer
      リハ工学カンファレンス
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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