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本研究は、大腿骨代替冶具を製作し、それに骨セメントを用いてステムを固定し、負荷試験中の骨セメントに対する骨頭ステムの変位および骨頭ステムー骨セメント界面からの発音を測定することで、人骨を使用せずに骨頭ステムー骨セメント間の耐緩み特性を把握する実験的検討を行った。初年度の主な成果は次のとおりである。
1.本研究で最も重要なことは、人の大腿骨を代替するステム固定冶具を得ることである。そこで、FRPおよびアルミニウム合金の2種の材料を用いた冶具の設計、製作を検討した。
(1)FRP製骨代替冶具については、人骨と同程度のヤング率E=2000kgf/mm^2を目標に製作を検討した。冶具は外径36mm、内径28mmの円管とし、体積含有率40%を目安に、カ-ボンクロスとガラスクロスの層間ハイブリッドFRPとして、実験による経験係数を導入して剛性についての複合則を定め、E=1500〜3500kgf/mm^2の間で基本設計どうりに製作できた。E=2000kgf/mm^2を目標とした場合で、E=1940〜2270kgf/mm^2であった。
(2)アルミニウム合金製骨代替冶具については、素材のヤング率が人骨の3.5倍あるが、金属なので材質的に安定し、加工精度も容易に制御できることから、それによる代替冶具の製作を検討した。そのさい、負荷時のステムーセメント界面近くのセメント内のひずみ量が人骨を使用した場合と大差のないような代替冶具形状を有限要素法によるひずみ解析から求め、骨代替可能な冶具を定めた。
2.骨頭ステムー骨セメント間の緩み特性を評価する手段としてレ-ザ変位センサおよびFFTアナライザを利用した無人運転デ-タ採集システムを構築した。これらのシステムにより実用される骨頭ステムの負荷試験を行って、試験結果の分析中にあるが、大略耐緩み特性の評価が可能になった。
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