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人工関節用超高分子量ポリエチレンの疲労摩耗への熱的環境からの考察

研究課題

研究課題/領域番号 12650146
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 設計工学・機械要素・トライボロジー
研究機関大分大学

研究代表者

今戸 啓二  大分大学, 機器分析センター, 助教授 (80160050)

研究分担者 日垣 秀彦  九州産業大学, 工学部, 助教授 (00238263)
研究期間 (年度) 2000 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2002年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2001年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2000年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード超高分子量ポリエチレン / 人工関節 / 接触点温度 / 圧力分布 / 摩擦熱 / 温度上昇 / 摩擦係数 / ヤング率 / ペクレ数 / 摩耗 / 衝撃試験
研究概要

人工関節に使われている超高分子量ポリエチレンの摩擦熱による疲労摩耗への影響を調べるための基礎研究をおこなっている.平成12年度は接触部周辺の潤滑液温度の変化を,平成13年度は赤外線放射温度計により滑り接触域内の温度を直接測定した.その結果,接触域内では約10℃程度温度上昇することを明らかにした.このことはBergmannらによるin vivoでの測定結果とほぼ一致している.平成14年度は接触面温度を支配する摩擦係数の材料による組合せや,速度,環境温度,接触圧力による影響を調べた.その結果,摩擦係数は温度や速度にはほとんど無関係であるが,接触圧力によって大きく変化して,接触圧力の増加とともに摩擦係数が低下することを確認した.Wangらの報告による接触圧力と摩擦係数の関係式にデータを当てはめたところ,まったく一致しないことが分かり,接触条件を組み込んださらなる一般式に改善する必要のあることを指摘した.一方,材料による組み合わせ方でも摩擦係数は大きく変化して,ポリエチレンを動かす場合と,メタルやセラミックスなど硬質側を動かす場合では全く異なり,ポリエチレン側を動かした場合の摩擦係数は,硬質材料側を動かした場合の摩擦係数の2倍以上になることが分かった.また平均接触圧力だけでなく接触面の圧力分布形状が摩擦係数に大きく影響すると仮定して,形状の異なる試験片と,形状を異にした試験片ホルダーを幾つか試作して対応する圧力分布はFEMで計算して推定した.それらを使って実験した結果,入口側の圧力が低く,出口側および入口部を除く接触域周辺部の圧力の高い場合に摩擦係数の小さくなることが分かった.摩擦係数の低下する原因は潤滑液や潤滑に有効なタンパク質などがしゅう動部入口部から導入されやすいが,排除されにくいため,潤滑材として有効に機能するためと考えられ,人工関節を設計する上で活用できる発見と考えられる.

報告書

(4件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (27件)

  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの接触状態による摩擦係数の変化"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 177-178 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦面圧力分布の摩擦係数への影響"第29回日本臨床バイオメカニクス学会予稿集(幕張メッセ). 83 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦係数と摩擦熱に関する一考察"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 267-268 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの接触状態による摩擦係数の変化と摩擦面温度の測定"日本機械学会論文集(A編). 69・677. 121-127 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Keiji Imado: "A study of contact temperature due to frictional heating of UHMWPE"Proceeding of the 6th international tribology Conference Austrib'02. II. 743-749 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦熱による接触面の温度上昇の測定"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 351-356 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Keiji Imado: "A study of frictional heat for UHMWPE in terms of temperature rise and Young's modulus"Journal of Japan clinical biomechanics. 22. 145-150 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Keiji Imado: "The effect of frictional heat on mechanical property and wear rate of UHMWPE for use in total artificial joints"Proceedings of the International Tribology Conference Nagasaki. 1527-1532 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Keiji Imado: "Measurement of contact temperature due to frictional heating of UHMWPE"Journal of Japan clinical biomechanics. 23. 351-356 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Keiji Imado: "A study of contact temperature due to frictional heating of UHMWPE"Proceedings of the 6th international tribology Conference Austrib'02. 743-749 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Keiji Imado: "A Study of coefficient of friction of UHMWPE in various contact conditions and measurement of contact temperature"Transactions of the Japan society of mechanical engineers. 69, 677. 121-127 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの接触状態による摩擦係数の変化"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 177-178 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦面圧力分布の摩擦係数への影響"第29回日本臨床バイオメカニクス学会予稿集(幕張メッセ). 83 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦係数と摩擦熱に関する一考察"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 267-268 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの接触状態による摩擦係数の変化と摩擦面温度の測定"日本機械学会論文集(A編). 69・677. 121-127 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Keiji Imado: "A study of contact temperature due to frictional heating of UHMWPE"Proceeding of the 6th international tribology Conference Austrib'02. II. 743-749 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦熱による接触面の温度上昇の測定"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 23. 351-356 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの環境による摩擦係数の変化について"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 133-134 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンのすべり摩擦による温度上昇とヤング率の変化"日本臨床バイオメカニクス学会誌. 22. 145-150 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "超高分子量ポリエチレンの摩擦熱による温度上昇の測定"第28回日本臨床バイオメカニクス学会予稿集(大阪大会). 2001 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸 啓二: "UHMWPEの滑り摩擦面の温度測定"日本トライボロジー学会トライボロジー会議予稿集. 409-410 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Keiji Imado: "A study of temperature increment due to frictional heating in contact area for artificial joints using UHMWPE"Proc. of International Conference on Biomechanics combined with the Annual Scientific Meeting of Taiwanese Society of Biomechanics. 90 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Keiji Imado: "The effect of frictional heat on mechanical property and wear rate of UHMWPE for use in total artificial joints"Proc of the International Tribology Conference Nagasaki. 1527-1532 (2000)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸啓二: "超高分子量ポリエチレンの疲労摩耗に及ぼす温度の影響"日本機械学会九州支部講演論文集No.008-2. 33-34 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.IMADO: "The effect of temperature change on the mechanical property and wear rate of UHMWPE for use in total artificial joints"Synopses of International Tribology Conference. 121-121 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 今戸啓二: "超高分子量ポリエチレンのしゅう動回数に伴う摩擦係数の変化について"第27回日本臨床バイオメカニクス学会予稿集. 59-59 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] K.IMADO: "The effects of frictional heat on wear rate of UHMWPE for use in total artificial joints"Proceedings of 10th International Conference on Biomedical Engineering. 215-216 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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