JPH06285101A - Prosthetic leg frame made of fiber reinforced plastic - Google Patents
Prosthetic leg frame made of fiber reinforced plasticInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、切断された下肢の補充
を目的として使用される義足に関するものであり、詳し
くはその材質として繊維強化プラスチックを使用した義
足フレームに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a prosthesis used for the purpose of supplementing a cut lower limb, and more particularly to a prosthesis frame using fiber reinforced plastic as its material.
【0002】[0002]
【従来の技術】義足は、事故などによって下肢を切断し
た者がそれを補充し、特に歩行を容易ならしめるために
用いるものである。下肢の切断者は、義足を用いること
によって、ただ単に歩行ができるというだけではなく、
正常歩行と変わらない歩き方を希望する。これは、いわ
ゆる正常歩行が歩行者にとってエネルギー消費の面で最
も経済的であるためである。2. Description of the Related Art Prostheses are used by persons who have amputated their lower limbs due to an accident or the like to replenish them and especially to facilitate walking. Amputees of the lower limbs are not only able to walk by using prostheses,
Hope to walk the same way as normal walking. This is because so-called normal walking is the most economical in terms of energy consumption for pedestrians.
【0003】しかし、義足を着用して正常歩行を行おう
とすれば、義足は下肢の切断部との接合部分や踝部で相
当柔軟に対応する必要があることから、義足の構造材で
ある義足フレームの材料としては強靱でありかつある程
度の可撓性を有するものが要求される。However, if a prosthetic leg is to be walked normally, it is necessary for the prosthesis to flexibly deal with the joint part with the amputated part of the lower limb and the ankle part. A strong and flexible material is required for the frame material.
【0004】義足の構造材である義足フレームとしては
古くは、木や鯨の骨が使用されていたが、近年軽い金属
であるアルミニウム製のものが普及し、主流になってい
た時期がある。アルミニウム製の義足フレームは、アル
ミニウム板をたたいて所定の形状に成形し、この表面に
皮を張ったものである。いわゆる金属加工の手法で大量
生産が可能であるため、生産性がよく安価であるが、軽
いといっても金属を主体にしているため着用者にとって
は重く、かつ柔軟性がないため歩行時足底を地面から離
すときに、棒足のようにして義足を外方にまわすような
動作を行わねばならず、義足着用歩行時のエネルギー消
費が極めて多いという問題点を有していた。As the artificial leg frame which is a structural material of the artificial leg, wood and whale bones have been used for a long time, but in recent years, there has been a period when aluminum, which is a light metal, has become popular and has become the mainstream. The aluminum artificial leg frame is formed by striking an aluminum plate into a predetermined shape and covering the surface with a skin. The so-called metalworking method enables mass production, so it is highly productive and inexpensive, but even though it is light, it is heavy for the wearer because it is mainly made of metal, and it is not flexible, so it is difficult to walk. When the bottom is separated from the ground, the prosthesis must be turned outward like a stick, and there is a problem in that energy consumption is extremely high when walking while wearing the prosthesis.
【0005】その後各種の新しい材料が得られるように
なってからは、軽くて丈夫なプラスチック製の義足フレ
ームが製造されるようになり相当普及している。しか
し、プラスチック製の義足フレームの場合、製造が容易
で大量生産に適した通常の射出成形法や通常の押出成形
法で製造されることはない。というのは、このような方
法で製造すると、得られた義足フレームは剛性が不足
し、またその剛性を保つためには非常に肉厚になるた
め、基本的にはアルミニウム製のものと同じになり、正
常歩行に適さないからである。Since various new materials have been obtained thereafter, a lightweight and durable plastic prosthesis frame has been manufactured and has become quite popular. However, in the case of a plastic artificial leg frame, it is not manufactured by a normal injection molding method or a normal extrusion molding method, which is easy to manufacture and suitable for mass production. This is because, if manufactured by such a method, the resulting artificial leg frame lacks rigidity and is very thick to maintain its rigidity, so basically it is the same as that made of aluminum. This is because it is not suitable for normal walking.
【0006】そのようなことから、通常プラスチック製
の義足フレーム用として繊維強化プラスチック(FR
P)が使用される。このFRPは、ガラス繊維や炭素繊
維等の強靱な強化繊維で所定の形状を形成し、この所定
の形状を形成した強化繊維に所定のプラスチック原料を
付与し、その後加熱等の処理を行ってプラスチック原料
に重合反応を起こさせて得られる。使用されるプラスチ
ックとしては、エポキシ、ポリエステル等が一般的であ
る。[0006] Therefore, the fiber reinforced plastic (FR) is usually used for the artificial leg frame made of plastic.
P) is used. This FRP forms a predetermined shape with tough reinforcing fibers such as glass fibers and carbon fibers, imparts a predetermined plastic raw material to the reinforcing fibers having this predetermined shape, and then heats it to obtain a plastic. It is obtained by causing the raw material to undergo a polymerization reaction. Epoxy, polyester, etc. are generally used as the plastic used.
【0007】このようにして得られたFRPは、強化繊
維とプラスチックとの配合割合や、プラスチックの重合
の度合等を適切に調節することによって、非常に強靱で
はあるがある程度の可撓性を有するようにすることが可
能であり、義足フレームの材料としては最適である。The FRP thus obtained is very tough but has a certain degree of flexibility by appropriately controlling the compounding ratio of the reinforcing fiber and the plastic, the degree of polymerization of the plastic and the like. Therefore, it is the most suitable material for the artificial leg frame.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のFR
Pを利用した義足フレームは、芯に使用される強化繊維
としてそれの織製品であるいわゆる強化繊維布が使用さ
れることが多い。通常強化繊維布は包帯状に織製された
ものが使用される。この包帯状の強化繊維布を螺旋状に
巻いて所定長さの筒状体をつくり、この筒状体に所定の
プラスチック原料を付与して義足フレームが得られる。By the way, the conventional FR
In the artificial leg frame using P, a so-called reinforced fiber cloth, which is a woven product thereof, is often used as the reinforcing fiber used for the core. Usually, the reinforced fiber cloth used is a band-woven material. The bandage-shaped reinforcing fiber cloth is spirally wound to form a tubular body having a predetermined length, and a predetermined plastic raw material is applied to the tubular body to obtain a prosthetic frame.
【0009】ところが、上記のようにして得られた義足
フレームは、包帯状の強化繊維布が螺旋状に巻き上げら
れているため、強化繊維布の幅方向両側部に繊維布が積
層された継ぎ目部分が形成されている。この継ぎ目部分
はただ単に繊維布が重なっているだけであるため、この
部分の長手方向への強度は他の部分に比較して極端に弱
いことになる。そこでこの弱さを補うために、FRPの
層を厚くすることが行われるが、そうすることによって
重量が増加し、結局軽いというFRPの利点が活かされ
ないことになる。However, in the artificial leg frame obtained as described above, since the bandage-shaped reinforcing fiber cloth is wound up in a spiral shape, the joint portion in which the fiber cloth is laminated on both sides in the width direction of the reinforcing fiber cloth. Are formed. Since the seam portion is simply overlapped with the fiber cloth, the strength in the longitudinal direction of this portion is extremely weak as compared with other portions. Therefore, in order to make up for this weakness, the FRP layer is thickened, but doing so increases the weight, and eventually the advantage of the FRP being light is not utilized.
【0010】このような不都合がないものとしては、す
でに公に開示されているイギリス特許の「義足部材の製
造方法」(UK Patent Application GB 2085351 A)を挙
げることができる。この義足部材(義足フレーム)の製
造方法は、プラスチックを滲み込ませて形成されたプリ
プレグ(prepreg:織物や紙などにプラスチックを滲み
込ませたものであって、未だプラスチックの重合反応が
進行していない状態のものをいう)状態の炭素繊維から
なる織製布を、義足形状の中子(moulded mandrel)の
表面に張り付け、このプリプレグ状の織製布が張設され
た中子を下型(lower mould half)と上型(upper moul
d half)との間に装填し、その後中子の内部に圧力空気
を供給して中子を膨張させ、下型および上型との密着を
良好にしてから上記補強用プラスチックに重合反応を起
こさせて義足フレームを得るものである。As a material without such inconvenience, there is a British patent "Method for manufacturing artificial leg member" (UK Patent Application GB 2085351 A) which has been publicly disclosed. The manufacturing method of this artificial leg member (prosthetic leg frame) is a method in which a plastic is soaked into a prepreg (prepreg: woven fabric or paper, etc.), and the plastic is still in the polymerization reaction. A woven cloth made of carbon fiber in a state of not being attached) is attached to the surface of a prosthesis-shaped core (moulded mandrel), and the core in which this prepreg-shaped woven cloth is stretched is used as a lower mold ( lower mold half) and upper mold
d half) and then supplying pressurized air to the inside of the core to expand the core, and to improve the close contact with the lower mold and the upper mold, and then cause the polymerization reaction on the reinforcing plastic. To obtain a prosthetic frame.
【0011】この方法を採用することによって、義足フ
レームの長手方向の引張り強さが改善されるが、逆に長
手方向に延びる継ぎ目があるため円周方向に対して弱い
部分が存在することになる。そこでその部分を補強する
ためにプラスチックの層を厚くしなければならず、結果
として義足フレームの重量が増加するという不都合が存
在する。By adopting this method, the tensile strength in the longitudinal direction of the artificial leg frame is improved, but on the contrary, since there is a seam extending in the longitudinal direction, there is a weak portion in the circumferential direction. . Therefore, the plastic layer must be thickened to reinforce that portion, and as a result, the weight of the artificial leg frame increases, which is a disadvantage.
【0012】また、プラスチック原料が含浸された織製
布を中子の表面に張設する操作については相当複雑な動
作が要求されることから、大量生産に適合するように自
動化することは難しく、結局作業者の手作業で行う他な
いため、製造コストが高くなるという問題点をも有して
いる。Further, since the operation of stretching the woven cloth impregnated with the plastic raw material on the surface of the core requires a considerably complicated operation, it is difficult to automate it so as to be suitable for mass production. In the end, there is a problem that the manufacturing cost becomes high because it has to be done manually by a worker.
【0013】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、製造が容易でしかも大量生
産に適合し、得られた製品は軽くて丈夫であり、しかも
相当複雑な形状に充分対応することができる繊維強化プ
ラスチック製義足フレームを提供することを目的として
いる。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is easy to manufacture and suitable for mass production, and the obtained product is light and durable, and is considerably complicated. It is an object of the present invention to provide a fiber reinforced plastic artificial leg frame that can sufficiently conform to the shape.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
繊維強化プラスチック製義足フレームは、強化繊維で義
足形状の芯材が形成され、この芯材にプラスチック原料
が付与され、このプラスチック原料の重合反応によって
形成された繊維強化プラスチック製義足フレームにおい
て、基材として複数本数の強化繊維が束ねられまたは撚
られた繊維束が用いられ、この繊維束が束単位で編成さ
れて編組体構造の筒状体が形成され、この編組体構造の
筒状体が上記芯材とされていることを特徴とするもので
ある。A fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to claim 1 of the present invention comprises a core material in the shape of a artificial leg formed of reinforcing fibers, and a plastic raw material is applied to the core material. In a fiber-reinforced plastic artificial leg frame formed by the polymerization reaction of, a fiber bundle in which a plurality of reinforcing fibers are bundled or twisted is used as a base material, and the fiber bundle is knitted in a bundle unit to form a braided structure. A tubular body is formed, and the tubular body having the braided structure is used as the core material.
【0015】本発明の請求項2記載の繊維強化プラスチ
ック製義足フレームは、請求項1記載の繊維強化プラス
チック製義足フレームにおいて、上記筒状体が編組体構
造に編成された状態で、筒状体の軸心線に対して一方の
繊維束と他方の繊維束とが左右対象に編成に供され、そ
れぞれの繊維束と上記軸心線との間に形成される角度が
それぞれ10°〜45°に設定されていることを特徴と
するものである。A fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to a second aspect of the present invention is the fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to the first aspect, wherein the tubular body is knitted into a braid structure to form a tubular body. One fiber bundle and the other fiber bundle are left-right symmetrically knitted with respect to the axial center line, and the angles formed between the respective fiber bundles and the axial center line are 10 ° to 45 °, respectively. It is characterized by being set to.
【0016】本発明の請求項3記載の繊維強化プラスチ
ック製義足フレームは、請求項1または2記載の繊維強
化プラスチック製義足フレームにおいて、上記強化繊維
が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊
維、ナイロン繊維および通常の有機繊維のうちのいずれ
か、またはそれらの組み合わせであることを特徴とする
ものである。A fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to claim 3 of the present invention is the fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fibers are carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, or boron fibers. , Nylon fiber and ordinary organic fiber, or a combination thereof.
【0017】本発明の請求項4記載の繊維強化プラスチ
ック製義足フレームは、請求項1、2または3記載の繊
維強化プラスチック製義足フレームにおいて、上記プラ
スチック原料が、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ウレタ
ン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂または
ポリイミド樹脂の原料であることを特徴とするものであ
る。The fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to claim 4 of the present invention is the fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to claim 1, 2 or 3, wherein the plastic material is an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, or phenol. It is a raw material of resin, diallyl phthalate resin, urethane resin, urea resin, melamine resin, silicon resin or polyimide resin.
【0018】[0018]
【作用】上記請求項1記載の繊維強化プラスチック製義
足フレームによれば、義足フレームを構成する基材は強
化繊維が繊維束状態に束ねられ、編組体構造に編成され
ているため、繊維束が縦横に交差して規則正しく絡まっ
た状態になっている。According to the fiber reinforced plastic artificial leg frame described in claim 1, since the reinforcing fibers are bundled in a fiber bundle state in the base material forming the artificial leg frame and knitted into a braided structure, the fiber bundle is formed. It is in a state where it intersects vertically and horizontally and is entangled regularly.
【0019】また、上記編組体構造で筒状体が形成さ
れ、この筒状体がプラスチック製義足の芯材とされてい
るため、従来のように継ぎ目部分の補強のためにプラス
チックの厚みを増す必要はなく、結果としてプラスチッ
クの層厚を全体的に薄くすることが可能であり、義足フ
レームの軽量化に多いに貢献することができる。Further, since the tubular body is formed with the above braided structure and this tubular body is used as the core material of the plastic artificial leg, the thickness of the plastic is increased to reinforce the joint portion as in the conventional case. It is not necessary, and as a result, the layer thickness of the plastic can be made thin as a whole, which can largely contribute to the weight reduction of the artificial leg frame.
【0020】具体的には、従来の繊維強化プラスチック
製義足フレームに対して約20%の軽量化を実現するこ
とが可能であり、金属製のものに比べると約50%の軽
量化が達成可能である。Specifically, it is possible to realize a weight reduction of about 20% with respect to a conventional fiber reinforced plastic artificial leg frame, and it is possible to achieve a weight reduction of about 50% as compared with a metal one. Is.
【0021】上記請求項2記載の繊維強化プラスチック
製義足フレームによれば、筒状体が編組体構造に編成さ
れた状態で、筒状体の軸心線に対して一方の繊維束と他
方の繊維束とが左右対象に編成に供され、それぞれの繊
維束と上記軸心線との間に形成される角度がそれぞれ1
0°〜45°に設定されているため、このように角度設
定された編組体はそれを長手方向に縮めるような外力に
対して伸長率はそれほど大きなものにはならず、結果と
して得られた義足フレームの強度を大きなものにするこ
とができる。According to the fiber-reinforced plastic artificial leg frame described in claim 2, one of the fiber bundles and the other of the fiber bundles with respect to the axial center line of the tubular body in the state where the tubular body is knitted into the braided structure. The fiber bundle and the fiber bundle are symmetrically knitted, and the angle formed between each fiber bundle and the axis is 1
Since the braid having the angle set in this way is set to 0 ° to 45 °, the expansion rate is not so large with respect to the external force that contracts the braid in the longitudinal direction. The strength of the artificial leg frame can be increased.
【0022】上記請求項3記載の繊維強化プラスチック
製義足フレームによれば、強化繊維として、炭素繊維、
ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ナイロン繊維
あるいは通常の有機繊維が用いられているため、これら
の繊維の引張り強度の大きさとそれに付与されたプラス
チックの丈夫さとの相乗作用によって極めて強靱な義足
フレームを得ることができる。According to the fiber-reinforced plastic artificial leg frame described in claim 3, carbon fiber is used as the reinforcing fiber,
Since glass fibers, aramid fibers, boron fibers, nylon fibers or ordinary organic fibers are used, a synergistic action between the tensile strength of these fibers and the toughness of the plastic added to them creates an extremely strong artificial leg frame. Obtainable.
【0023】上記請求項4記載の繊維強化プラスチック
製義足フレームによれば、プラスチック原料が、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジ
アリルフタレート樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂、メ
ラミン樹脂、ケイ素樹脂またはポリイミド樹脂の原料が
用いられているため、これらの原料はいわゆる熱硬化性
のプラスチック原料であり、主に加熱することで容易に
弾力性があってかつ強靱なプラスチックにすることがで
き、義足フレーム用の原料として適している。According to the fiber-reinforced plastic artificial leg frame described in claim 4, the plastic material is made of epoxy resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, diallyl phthalate resin, urethane resin, urea resin, melamine resin, silicon resin or Since the raw materials of polyimide resin are used, these raw materials are so-called thermosetting plastic raw materials, and it is possible to easily make elastic and tough plastic mainly by heating, and the artificial leg frame Suitable as a raw material for food.
【0024】[0024]
【実施例】図1は、本発明に係る繊維強化プラスチック
(FRP)製の義足の一例を示す一部切欠き側面略図で
あり、図2は図1の切欠き部分の部分拡大図である。本
実施例においては、図1に示すように、義足10は大腿
骨が切断された場合に適用される大腿部補填用のものを
例示している。この義足10は、義足フレーム1と、こ
の義足フレーム1の外周を被覆した皮革製または合成樹
脂製の表皮11とから基本構成されている。図1におい
ては義足フレーム1の左方が切断した大腿部に装着さ
れ、同右方が裏面に接地部を有する人工の足甲に接続さ
れるようになっている。1 is a partially cutaway side view showing an example of a fiber reinforced plastic (FRP) artificial leg according to the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of the cutout portion of FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the artificial leg 10 is an example of a prosthesis 10 that is applied when a femur is cut and is used for a femoral portion. The prosthesis 10 is basically composed of a prosthesis frame 1 and a leather or synthetic resin skin 11 covering the outer periphery of the prosthesis frame 1. In FIG. 1, the left side of the artificial leg frame 1 is attached to a cut thigh, and the right side thereof is connected to an artificial instep having a grounding portion on the back surface.
【0025】上記義足フレーム1には、基材として複数
本数の強化繊維が束ねられた繊維束2が用いられてい
る。なお、繊維束2はただ単に束ねられるだけではな
く、撚られている場合もある。そして、この繊維束2が
束単位で編成されて編組体構造の筒状体であるプリフォ
ーム1aが形成されている。The artificial leg frame 1 uses a fiber bundle 2 in which a plurality of reinforcing fibers are bundled as a base material. The fiber bundle 2 may be twisted, not just bundled. Then, the fiber bundle 2 is knitted in bundle units to form a tubular preform 1a having a braided structure.
【0026】上記編組体構造というのは、本実施例の場
合、筒状体としてのプリフォーム1aの軸心に対して所
定の角度で一の方向に延びる組の複数繊維束と、同他の
方向に延びる組の複数の繊維束とを交互に編み重ねて得
られる編み組織の一種であり、この構造自体は公知であ
る。このような編組体構造の編成製品としては特殊な用
途に使用される電線(編組線)や、特公昭53−507
5号公報に開示あるような各種のFRP製品の芯材等を
挙げることができる。In the case of the present embodiment, the above-mentioned braided structure means a set of a plurality of fiber bundles extending in one direction at a predetermined angle with respect to the axis of the preform 1a as a tubular body, and the other structure. It is a type of knitting structure obtained by alternately knitting a plurality of fiber bundles extending in a direction, and this structure itself is known. As a braided product having such a braided structure, an electric wire (braided wire) used for a special purpose, or Japanese Patent Publication No. 53-507.
Core materials of various FRP products as disclosed in Japanese Patent No. 5 can be cited.
【0027】この編組体構造のプリフォーム1aに液状
のプラスチック原料が付与され、このプラスチック原料
が繊維束2の単位繊維と単位繊維との間隙に浸透すると
ともに繊維束2と繊維束2との間隙にも浸透し、さらに
繊維束2を挟持した状態で肉厚になって原料のプラスチ
ック層3を形成した状態のプリプレグが得られる。そし
て、このプリプレグを構成している原料プラスチック層
3の重合反応(架橋反応)によって義足フレーム1が形
成されている。プラスチック原料の付与および重合反応
の促進は、公知のレジントランスファー成形法や反応射
出成形法によって行われる。A liquid plastic raw material is applied to the preform 1a having the braided structure, and the plastic raw material permeates into the gap between the unit fibers of the fiber bundle 2 and the gap between the fiber bundle 2 and the fiber bundle 2. To obtain a prepreg in which the raw material plastic layer 3 is formed by thickening the fiber bundle 2 while sandwiching the fiber bundle 2. Then, the artificial leg frame 1 is formed by the polymerization reaction (crosslinking reaction) of the raw material plastic layer 3 constituting the prepreg. The addition of the plastic raw material and the promotion of the polymerization reaction are performed by a known resin transfer molding method or reaction injection molding method.
【0028】上記筒状体が編組体構造に編成された状態
で、それぞれの繊維束と上記軸心線との間に形成される
角度がそれぞれ10°〜45°に設定されている上記筒
状体が編組体構造に編成された状態で、プリフォーム1
aの軸心線に対して一方の繊維束と他方の繊維束とが左
右対象に編成に供されている。そして、プリフォーム1
aの軸心線と編成に供される一の方向に延びる繊維束と
の間に形成される角度が10°〜45°の範囲に設定さ
れているとともに、同他の方向に延びる繊維束との間に
形成される角度が−10°〜−45°(軸心線に対する
角度の方向が異なるので負の符号を付している)の範囲
に設定されている。図2に示す例では一方が45°に、
他方が−45°に設定されている。上記角度をそれぞれ
このような角度範囲に設定することによって、プリフォ
ーム1aの長手方向の伸長率をある程度小さくすること
ができ、義足フレーム1の引張り強度を大きくすること
ができる。In the state where the tubular body is knitted into a braided structure, the angles formed between the respective fiber bundles and the axial center line are set to 10 ° to 45 °, respectively. Preform 1 with the body knitted into a braided structure
One fiber bundle and the other fiber bundle are symmetrically knitted with respect to the axis of a. And preform 1
The angle formed between the axis of a and the fiber bundle extending in one direction used for knitting is set in the range of 10 ° to 45 °, and the fiber bundle extending in the other direction is also set. Is set in the range of −10 ° to −45 ° (which is given a negative sign because the direction of the angle with respect to the axis is different). In the example shown in FIG. 2, one is 45 °,
The other is set at -45 °. By setting each of the above angles within such an angle range, the elongation rate of the preform 1a in the longitudinal direction can be reduced to some extent, and the tensile strength of the artificial leg frame 1 can be increased.
【0029】本実施例の場合、上記強化繊維として炭素
繊維が用いられているが、炭素繊維の他にガラス繊維、
アラミド繊維、ボロン繊維、ナイロン繊維あるいは通常
の有機繊維のうちのいずれか、またはそれのいずれか同
士を組み合わせた混紡品を使用してもよい。In the case of this embodiment, carbon fibers are used as the reinforcing fibers, but in addition to carbon fibers, glass fibers,
Any of aramid fiber, boron fiber, nylon fiber, ordinary organic fiber, or a blended product obtained by combining any of them may be used.
【0030】また、本実施例の場合、上記プラスチック
原料としてガラス転移温度が110℃の性能を有するエ
ポキシ樹脂の原料が用いられているが、このようなエポ
キシ樹脂の他に不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹
脂、ジアリルフタレート樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹
脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂またはポリイミド樹脂等
の原料を適用することもできる。このような原料が加熱
処理されるとそれぞれの樹脂になる。Further, in this embodiment, as the plastic raw material, a raw material of an epoxy resin having a performance of a glass transition temperature of 110 ° C. is used. In addition to such an epoxy resin, an unsaturated polyester resin and a phenol are used. Raw materials such as resin, diallyl phthalate resin, urethane resin, urea resin, melamine resin, silicon resin or polyimide resin can also be applied. When such raw materials are heat-treated, they become the respective resins.
【0031】以下本発明に係る義足フレームの製造方法
の一例について説明する。図3は本発明の係る繊維強化
プラスチック製義足フレームの製造時に使用される中子
(マンドレル)である。本実施例のプリフォーム1aの
製造に際しては、この図に示すような義足フレーム1の
形状をしたアルミニウムの合金製のマンドレル(中子)
4が用いられる。このマンドレル4は、その中央部に義
足フレーム1の形状をしたマンドレル本体41が形成さ
れ、このマンドレル本体41の両側端部に支持ロッド4
2が突設されている。このマンドレル本体41を芯にし
てその外周に繊維束2が編成されるのである。An example of the method for manufacturing the artificial leg frame according to the present invention will be described below. FIG. 3 shows a core (mandrel) used in manufacturing the fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to the present invention. At the time of manufacturing the preform 1a of the present embodiment, a mandrel (core) made of an aluminum alloy in the shape of the artificial leg frame 1 as shown in this figure.
4 is used. The mandrel 4 has a mandrel main body 41 in the shape of the artificial leg frame 1 formed in the center thereof, and the support rods 4 are formed at both end portions of the mandrel main body 41.
2 is projected. The fiber bundle 2 is knitted around the mandrel body 41 as the core.
【0032】編成に際しては、図4に例示するような編
組体成形機5が用いられる。なお、この図はいわゆる概
念図であり、実際のものはこれより複雑に構成されてい
る。この編組体成形機5は、軸心回りに図外の駆動機構
によって回転する環状体51からから基本構成されてお
り、この環状体51の上面部には等間隔に繊維束繰出部
52が立設されている。このような編組体成形機5の環
状体51の軸心上部にマンドレル4が固定される。For knitting, a braid forming machine 5 as illustrated in FIG. 4 is used. This figure is a so-called conceptual diagram, and the actual one is more complicated than this. The braid forming machine 5 is basically composed of an annular body 51 which is rotated around a shaft center by a drive mechanism (not shown), and fiber bundle feeding portions 52 are erected at equal intervals on the upper surface of the annular body 51. It is set up. The mandrel 4 is fixed to the upper part of the axial center of the annular body 51 of the braid molding machine 5.
【0033】そして、上記環状体51の繊維束繰出部5
2から複数の繊維束2が繰り出されてマンドレル4の本
体41上部で互いに結束され、マンドレル4を取り囲む
ようにその本体41と環状体51との間で繊維束2が張
設された状態とされる。その後環状体51を回転させ、
図外の補助機構の動作と相俟ってマンドレル本体41の
外周面にプリフォーム1aが編成されていく。このと
き、固定されたマンドレル4と編組体成形機5の環状体
51との位置関係が適切に調節され、プリフォーム1a
の軸心に対する編み組織の角度が上記の範囲に適切に設
定される。Then, the fiber bundle feeding portion 5 of the annular body 51.
A plurality of fiber bundles 2 are fed out from 2 and bound together at the upper part of the main body 41 of the mandrel 4, and the fiber bundle 2 is stretched between the main body 41 and the annular body 51 so as to surround the mandrel 4. It Then rotate the annular body 51,
The preform 1a is knitted on the outer peripheral surface of the mandrel body 41 in cooperation with the operation of the auxiliary mechanism (not shown). At this time, the positional relationship between the fixed mandrel 4 and the annular body 51 of the braid forming machine 5 is appropriately adjusted, and the preform 1a
The angle of the knitting structure with respect to the axis of is properly set within the above range.
【0034】このようにして、マンドレル本体41の外
周面にプリフォーム1aが形成されると、このプリフォ
ーム1aが形成した状態のマンドレル4は環状体51の
上部から取り外される。図5は取り外されたマンドレル
4の状態を例示する部分斜視図であり、マンドレル4の
外周面に繊維束2が編成された編組体構造のプリフォー
ム1aが形成されている。When the preform 1a is formed on the outer peripheral surface of the mandrel body 41 in this manner, the mandrel 4 in the state where the preform 1a is formed is removed from the upper portion of the annular body 51. FIG. 5 is a partial perspective view illustrating the state of the removed mandrel 4, and a preform 1a having a braided structure in which the fiber bundles 2 are knitted is formed on the outer peripheral surface of the mandrel 4.
【0035】図6は、外周面に編組体構造のプリフォー
ム1aが形成したマンドレル4を装填するための金型で
あり、この図では下型6のみを示している。この下型6
の中に上記外周面にプリフォーム1aが形成したマンド
レル4が嵌め込まれ、図外の上型で閉止され、本実施例
の場合は、液状のエポキシ樹脂原料がレジントランスフ
ァー成形法等で注入され、上記エポキシ樹脂原料がプリ
フォーム1aに含浸される。FIG. 6 shows a mold for loading a mandrel 4 formed with a preform 1a having a braid structure on the outer peripheral surface, and only the lower mold 6 is shown in this figure. This lower mold 6
The mandrel 4 having the preform 1a formed on the outer peripheral surface thereof is fitted therein and is closed by an upper mold (not shown). In the case of this embodiment, a liquid epoxy resin raw material is injected by a resin transfer molding method or the like, The epoxy resin raw material is impregnated into the preform 1a.
【0036】その後、マンドレル4が装填された金型
は、所定の均熱炉に装入され、所定温度で所定時間加熱
処理が施され、プリフォーム1aに含浸されたエポキシ
樹脂原料に重合反応を起こさせることによって芯材にプ
リフォーム1aを有する成形物が形成する。この成形物
からマンドレル4を引き抜くことによって本発明に係る
FRP製の義足フレーム1が得られるのである。After that, the mold loaded with the mandrel 4 is placed in a predetermined soaking furnace and subjected to heat treatment at a predetermined temperature for a predetermined time, so that the epoxy resin raw material impregnated in the preform 1a is subjected to a polymerization reaction. By raising it, a molded product having the preform 1a on the core material is formed. By pulling out the mandrel 4 from this molded product, the FRP artificial leg frame 1 according to the present invention can be obtained.
【0037】なお、本実施例においては、アルミニウム
合金製のマンドレル4が用いられているが、アルミニウ
ム製に限定されるものではなく、鋼製のものや硬質ポリ
ウレタン等の熱硬化性合成樹脂製もの、さらにはポリプ
ロピレン等の熱可塑性合成樹脂製のものも好適に適用可
能である。In this embodiment, the mandrel 4 made of aluminum alloy is used, but the mandrel 4 is not limited to aluminum, but made of steel or thermosetting synthetic resin such as hard polyurethane. Further, those made of thermoplastic synthetic resin such as polypropylene are also suitably applicable.
【0038】また、マンドレル4は、非常に伸延性能に
優れたシリコン製の中空品とし、この中空品を金型内に
装填してから内部に圧力空気を導入して膨張させ、その
外周面に編成されているプラスチックが含浸されたプリ
フォーム1aを金型の内周面に押圧するようにして義足
フレーム1をつくるようにしてもよい。このようにすれ
ば、金型の凹形に確実に合致した義足フレーム1を製造
することができるとともに、脱型した後上記内部に供給
された圧力空気を抜くことによって義足フレーム1から
マンドレル4を容易に抜き取ることができ好都合であ
る。Further, the mandrel 4 is a hollow product made of silicon which is very excellent in elongation performance. The hollow product is loaded into a mold, and then pressurized air is introduced into the mold to expand the mandrel 4, and the outer peripheral surface of the mandrel 4 is expanded. The artificial leg frame 1 may be made by pressing the knitted plastic-impregnated preform 1a against the inner peripheral surface of the mold. By doing so, it is possible to manufacture the artificial leg frame 1 that surely matches the concave shape of the mold, and at the same time, remove the pressurized air supplied to the inside after removing the mold to remove the mandrel 4 from the artificial leg frame 1. It is convenient because it can be easily removed.
【0039】本実施例の義足フレーム1について、IS
O規格(案)に準じた応力試験を行い、義足フレーム1
の複数の部位において発生する応力の主応力成分のベク
トル方向を求めた。その結果義足フレーム1の軸芯に対
する角度の最小値は±10°であり、最大値は±45°
であった。Regarding the artificial leg frame 1 of this embodiment, IS
Stress test according to O standard (draft), prosthetic leg frame 1
The vector direction of the principal stress component of the stress generated in the multiple parts of was calculated. As a result, the minimum value of the angle with respect to the axis of the artificial leg frame 1 is ± 10 °, and the maximum value is ± 45 °.
Met.
【0040】また、本実施例においては、FRP用のプ
ラスチックとして前述の通りガラス転移温度が110℃
のエポキシ樹脂が用いられている。この樹脂の性能を試
験すべく、義足フレーム1を100℃の環境下に24時
間以上放置したが、全く圧縮強度の低下は認められなか
った。In this embodiment, the glass transition temperature of the FRP plastic is 110 ° C. as described above.
Epoxy resin is used. In order to test the performance of this resin, the artificial leg frame 1 was left in an environment of 100 ° C. for 24 hours or more, but no decrease in compressive strength was observed.
【0041】さらに、マンドレル本体41の内径が50
mm、長さが400mmの義足フレームについて、従来
のアルミニウム合金製のものと比較したところ、アルミ
ニウム合金製では限界であると考えられる義足フレーム
の重量に対して、本発明に係る義足フレームは約50%
もの軽量化が達成されていることが判った。Further, the mandrel body 41 has an inner diameter of 50.
When the artificial leg frame having a length of mm and a length of 400 mm is compared with a conventional artificial leg frame made of aluminum alloy, the artificial leg frame according to the present invention has a weight of about 50 with respect to the weight of the artificial leg frame which is considered to be the limit when it is made of aluminum alloy. %
It was found that the weight saving was achieved.
【0042】また従来の包帯状の炭素繊維を用いたFR
P製の義足フレームと比較しても、本発明に係る義足フ
レーム1は、編組体の編み組織の角度が20°の場合
は、20%もの軽量化を果たしていることが確認でき
た。FR using a conventional band-shaped carbon fiber
It has been confirmed that the artificial leg frame 1 according to the present invention achieves a weight reduction of 20% when the angle of the knitting structure of the braid is 20 °, as compared with the artificial leg frame made of P.
【0043】加えて、品質の安定性の面でも、圧縮強度
は従来20%ものバラツキが存在したが、本発明の義足
フレーム1の場合はバラツキは10%以内に納まり、極
めて信頼性の高いものであることが判った。In addition, in terms of quality stability, the compressive strength of the prosthesis frame 1 of the present invention has a variation of 20%, but the variation is within 10%, which is extremely reliable. Was found.
【0044】生産性の面についても、従来の人力による
プリフォーム1aを形成させるための強化繊維の巻き付
け作業は、義足フレーム1つ当り1時間を要していた
が、編組体成形機5を利用することによって約5分でプ
リフォーム1aを形成させることができるようになっ
た。In terms of productivity, the conventional operation of winding the reinforcing fibers for forming the preform 1a by manpower required one hour for each artificial leg frame, but the braid molding machine 5 was used. By doing so, it became possible to form the preform 1a in about 5 minutes.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上詳述したように本発明の繊維強化プ
ラスチック製義足フレームは、強化繊維で義足形状の芯
材が形成され、この芯材にプラスチック原料が付与さ
れ、このプラスチック原料の重合反応によって形成され
た繊維強化プラスチック製義足フレームにおいて、基材
として複数本数の強化繊維が束ねられまたは撚られた繊
維束が用いられ、この繊維束が束単位で編成されて編組
体構造の筒状体が形成され、この編組体構造の筒状体が
上記芯材とされてなるものである。As described in detail above, in the fiber-reinforced plastic artificial leg frame of the present invention, a prosthetic leg-shaped core material is formed of reinforcing fibers, and a plastic raw material is added to the core material, and the polymerization reaction of the plastic raw material is performed. A fiber reinforced plastic artificial leg frame formed by using a fiber bundle in which a plurality of reinforcing fibers are bundled or twisted as a base material, and the fiber bundle is knitted in bundle units to form a tubular body having a braided structure. And the tubular body having the braided structure is used as the core material.
【0046】従って、上記編組体構造の筒状体は繊維束
が縦横に交差して規則正しく絡まった状態になってお
り、四方に対して充分な強度を示すようになっている。
また、継ぎ目のない上記筒状体がプラスチック製義足の
芯材とされて義足フレームが形成されているため、長手
方向および円周方向のいずれに対しても均等な引張り強
度を有し、従来のように継ぎ目部分の補強のためにプラ
スチックの厚みを増す必要はなく、結果としてプラスチ
ックの層厚を全体的に薄くすることが可能であり、義足
フレームの軽量化に大いに貢献することができる。Therefore, in the tubular body having the above-mentioned braided structure, the fiber bundles cross each other in the vertical and horizontal directions and are regularly entwined, and the tubular body has sufficient strength in all directions.
Further, since the seamless tubular body is used as a core material of a plastic artificial leg to form a prosthetic frame, it has uniform tensile strength in both the longitudinal direction and the circumferential direction, As described above, it is not necessary to increase the thickness of the plastic to reinforce the joint portion, and as a result, the thickness of the plastic layer can be reduced as a whole, which can greatly contribute to the weight reduction of the artificial leg frame.
【0047】具体的には、強度的には条件を満足した状
態で、従来の金属製義足フレームに対して一挙に約50
%の軽量化を実現することが可能であり、従来の繊維強
化プラスチック製のものに比較しても約20%の軽量化
が達成される。Concretely, in the condition that the strength is satisfied, it is about 50 at a time with respect to the conventional metal prosthesis frame.
%, It is possible to achieve a weight reduction of about 20%, and a weight reduction of about 20% is achieved even compared with a conventional fiber reinforced plastic.
【0048】また、筒状体の軸心線と編成に供される一
方の繊維束との間に形成される角度を10°〜45°に
設定すれば、このような角度設定された編組体はそれを
長手方向へ伸ばすような外力に対して伸長率はそれほど
大きなものにはならず、結果として得られた義足フレー
ムの引張り強度を大きなものにすることができ好都合で
ある。If the angle formed between the axial center line of the tubular body and one of the fiber bundles used for knitting is set to 10 ° to 45 °, the braided body having such an angle is set. The expansion ratio does not become so large with respect to an external force that extends it in the longitudinal direction, and the tensile strength of the resultant artificial leg frame can be increased, which is convenient.
【0049】さらに、強化繊維として、炭素繊維、ガラ
ス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、ナイロン繊維ある
いは通常の有機繊維を用いれば、これらの繊維の引張り
強度の大きさとそれに付与されたプラスチックの丈夫さ
との相乗作用によって義足フレームを極めて強靱なもの
にすることができる。Further, when carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, nylon fiber or ordinary organic fiber is used as the reinforcing fiber, the tensile strength of these fibers and the toughness of the plastic imparted thereto can be obtained. The synergistic effect makes the prosthetic frame extremely strong.
【0050】加えて、プラスチック原料として、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジ
アリルフタレート樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂、メ
ラミン樹脂、ケイ素樹脂またはポリイミド樹脂の原料を
用いるようにすれば、これらの原料はいわゆる熱硬化性
のプラスチック原料であり、主に加熱することで容易に
弾力性があってかつ強靱なプラスチックにすることがで
きる等義足フレーム用の原料として適している。特に、
ガラス転移温度の高いプラスチックを選択すことによっ
て、酷暑の自動車の室内のような過酷な温度条件下でも
強度劣化を起こさないものにすることができる。In addition, if a raw material of an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a phenol resin, a diallyl phthalate resin, a urethane resin, a urea resin, a melamine resin, a silicon resin or a polyimide resin is used as a plastic raw material, these materials can be used. The raw material is a so-called thermosetting plastic raw material, and is suitable as a raw material for a prosthetic leg frame, which can be easily made into a plastic having elasticity and toughness mainly by heating. In particular,
By selecting a plastic having a high glass transition temperature, it is possible to prevent the strength from deteriorating even under severe temperature conditions such as the interior of an automobile in a severe heat.
【0051】以上の他、本発明に係る義足フレームにお
いては、マンドレルを芯にしてその周りに繊維束を筒状
に編成してプリフォームをつくるようにしているため、
適宜の編組体成形機を適用することによりプリフォーム
製造の自動化を極めて容易に達成することが可能であ
り、製造コストの低減に貢献する。In addition to the above, in the artificial leg frame according to the present invention, since the mandrel is used as a core and the fiber bundle is knitted in a tubular shape around the mandrel to form a preform,
By applying an appropriate braid molding machine, automation of preform manufacture can be achieved very easily, which contributes to reduction of manufacturing cost.
【図1】本発明に係る繊維強化プラスチック製義足フレ
ームの一例を示す側面略図である。FIG. 1 is a schematic side view showing an example of a fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to the present invention.
【図2】図1の部分拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
【図3】本発明の係る繊維強化プラスチック製義足フレ
ームの製造時に使用される中子(マンドレル)である。FIG. 3 is a core (mandrel) used in manufacturing the fiber-reinforced plastic artificial leg frame according to the present invention.
【図4】編組体からなる筒状体の製造方法を例示する斜
視説明図である。FIG. 4 is a perspective explanatory view illustrating a method for manufacturing a tubular body made of a braided body.
【図5】中子の外周面に編成された編組体構造の筒状体
を例示する斜視図である。FIG. 5 is a perspective view illustrating a tubular body having a braided structure knitted on the outer peripheral surface of a core.
【図6】外周面に編組体構造筒状体が形成した中子を装
填するための金型であり、下型を例示している。FIG. 6 is a mold for loading a core having a braided structure tubular body formed on the outer peripheral surface thereof, and illustrates a lower mold.
10 義足 1 義足フレーム 1a プリフォーム(筒状体) 11 表皮 2 繊維束 3 プラスチック層 4 マンドレル(中子) 41 マンドレル本体 42 支持ロッド 5 編組体成形機 51 環状体 52 繊維束繰出部 6 下型 10 Prosthesis 1 Prosthesis frame 1a Preform (cylindrical body) 11 Skin 2 Fiber bundle 3 Plastic layer 4 Mandrel (core) 41 Mandrel main body 42 Support rod 5 Braid molding machine 51 Annular body 52 Fiber bundle feeding part 6 Lower mold
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 信太郎 兵庫県神戸市西区高塚台1丁目5番5号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shintaro Suzuki 1-5-5 Takatsukadai, Nishi-ku, Kobe-shi, Hyogo Kobe Steel Works, Ltd. Kobe Research Institute
Claims (4)
この芯材にプラスチック原料が付与され、このプラスチ
ック原料の重合反応によって形成された繊維強化プラス
チック製義足フレームにおいて、基材として複数本数の
強化繊維が束ねられまたは撚られた繊維束が用いられ、
この繊維束が束単位で編成されて編組体構造の筒状体が
形成され、この編組体構造の筒状体が上記芯材とされて
いることを特徴とする繊維強化プラスチック製義足フレ
ーム。1. A reinforcement-shaped core material is formed of reinforcing fibers,
A plastic raw material is added to the core material, and in a fiber-reinforced plastic artificial leg frame formed by a polymerization reaction of the plastic raw material, a fiber bundle in which a plurality of reinforcing fibers are bundled or twisted as a base material is used,
A fiber-reinforced plastic artificial leg frame, wherein the fiber bundle is knitted in bundle units to form a tubular body having a braided structure, and the tubular body having the braided structure serves as the core material.
態で、筒状体の軸心線に対して一方の繊維束と他方の繊
維束とが左右対象に編成に供され、それぞれの繊維束と
上記軸心線との間に形成される角度がそれぞれ10°〜
45°に設定されていることを特徴とする請求項1記載
の繊維強化プラスチック製義足フレーム。2. In the state in which the tubular body is knitted into a braided structure, one fiber bundle and the other fiber bundle are symmetrically knitted with respect to the axial center line of the tubular body, and are respectively subjected to knitting. And the angle formed between the fiber bundle and the axial center line is 10 ° to 10 °, respectively.
The fiber-reinforced plastic prosthesis frame according to claim 1, wherein the prosthesis frame is set at 45 °.
維、アラミド繊維、ボロン繊維、ナイロン繊維および通
常の有機繊維のうちのいずれか、またはそれらの組み合
わせであることを特徴とする請求項1または2記載の繊
維強化プラスチック製義足フレーム。3. The reinforcing fiber is any one of carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, boron fiber, nylon fiber and ordinary organic fiber, or a combination thereof. The fiber-reinforced plastic artificial leg frame described in 2.
脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ジアリ
ルフタレート樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミ
ン樹脂、ケイ素樹脂またはポリイミド樹脂の原料である
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の繊維強化
プラスチック製義足フレーム。4. The plastic material is an epoxy resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, diallyl phthalate resin, urethane resin, urea resin, melamine resin, silicon resin or polyimide resin material. The fiber reinforced plastic artificial leg frame according to 1, 2 or 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7979993A JPH06285101A (en) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | Prosthetic leg frame made of fiber reinforced plastic |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7979993A JPH06285101A (en) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | Prosthetic leg frame made of fiber reinforced plastic |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06285101A true JPH06285101A (en) | 1994-10-11 |
Family
ID=13700272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7979993A Pending JPH06285101A (en) | 1993-04-06 | 1993-04-06 | Prosthetic leg frame made of fiber reinforced plastic |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06285101A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7803301B2 (en) * | 2006-05-09 | 2010-09-28 | Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg | Process for making a molded valve housing for a prosthesis or an orthosis |
-
1993
- 1993-04-06 JP JP7979993A patent/JPH06285101A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7803301B2 (en) * | 2006-05-09 | 2010-09-28 | Otto Bock Healthcare Ip Gmbh & Co. Kg | Process for making a molded valve housing for a prosthesis or an orthosis |
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