| 研究課題/領域番号 |
21K11294
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分59010:リハビリテーション科学関連
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| 研究機関 | 北海道科学大学 |
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研究代表者 |
早川 康之 北海道科学大学, 保健医療学部, 教授 (30348601)
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| 研究分担者 |
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, 研究主任 (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, 研究主幹 (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, 主査 (60469690)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 炭素繊維強化熱可塑性プラスチック / 障害者 / 装具 / 熱可塑性プラスチック成形 / プラスチック成形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。
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| 研究実績の概要 |
本研究の最終目標は、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成形方法を確立し、障害者の身体形状に合わせ、軽量で機能的なCFRTP製装具を提供することにある。本研究では、装具に適したCFRTP製支柱と装具製作のための二次加工用成形機器を開発し、小規模な装具製作所を想定した実験環境下で、実用性の評価を行うことを目的としている。2022年度は、以下について目標を立て、研究を実施した。
１．2021年度開発の成形機器による、CFRTP支柱の二次成形方法の検討。
２．二次成形した下肢装具支柱による「JIS T 9214 金属製下肢装具用足継手」の強度試験の実施。
３．下肢装具が成形できるサイズの成形機器の大型化と、成形方法の検証。
2021年度に実施した研究成果を基に、具体的な装具支柱の成形方法について検討した。
CFRTP装具支柱の開発では、CFRTPの積層厚を2㎜から、装具支柱として使用可能な5㎜、6㎜に変更し、二次成形時の強度を確認し、2㎜厚とそん色のない結果が得られた。成形時には厚みが増したため、従来の方法では加圧時に支柱形状を維持することが困難となることが判ったため、シリコーン枠型の形状改良を行い、問題点についてアプローチした。また、実際の装具足継手に取り付け、「JIS T 9214 金属製下肢装具用足継手」の静的試験を実施し、十分な強度が得られることを確認した。一方、足継手への取り付け方法についての問題点が明らかとなったため、その解決方法についても検証した。成形機器の開発では、下肢装具が成形できるサイズに機器を大型化し、成形を実施した。機器の開発では、機器や下肢モデルの破損など、解決する問題点について確認することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度の目標は、2021年度に確認した試験片での成形手法を装具支柱の成形に進めることであった。「JIS T 9214 金属製下肢装具用足継手」に対応する支柱の成形手法については、シリコーンの枠型形状を工夫することで、良好な形状の二次成形を可能とし、さらに、この形状で二次成形したCFRTP支柱の強度は、JIS規格をクリアすることも確認できた。現在使われているジュラルミン製の支柱と比較すると、曲げ強度は十分に高いため、さらに軽量化を図るために、支柱幅と厚みを変化させることを検討している。CFRTP支柱は、金属の足継手との接合を行う必要があるが、強度の弱くなる継手との接合部分について接続方法の検討を行い、一定の知見も得ることができたため、軽量化が期待できる。
一方で、次の段階であるCFRTP装具の製作については、成形機器が大きくなることで生じる問題点について、解決方法を検討しながら進めた。成形に関しては、石膏体の強度担保のため、現在用いられている石膏よりも強度の高いものの使用や、マトリックスとしてのガラスチップの石膏への混入などを提案し、成形性などを確認した。また、成形器については、加圧成形に使用するシリコーンシート取り付け方法の検討などを行い、成形時の耐久性を含めて検討した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は、実際の装具を製作し、装具としての機能確認を行う。CFRTPは異方性を持つ材料のため、下腿支持部（装具を下肢に固定する部分）の線維方向を変えることによる影響が考えられることから、複数の条件を設定した装具を製作し、機械特性の評価を実施する。併せて、臨床の義肢装具士に、製作方法を提示して、製作者サイドからの問題点について確認する。
一方で、二次成形条件についても再度検討を行う。現在よりも低温低圧での成形で、大きな機械特性の低下がなければ、義肢装具製作施設での導入は、しやすくなると考えている。2021年度、2022年度は過去の報告に準じた条件で成形し、機械特性の確認を行っていたが、二次成形時の加熱温度と成形圧を変えることによる影響について確認を行う。
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