JP2003299679A - 義肢ソケット製造システムと義肢ソケットの製造方法 - Google Patents

義肢ソケット製造システムと義肢ソケットの製造方法

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茂 萩原
Shinichi Kasai
伸一 河西
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勝彦 大柴
Seiji Shimizu
誠司 清水
Kazuhiro Kijima
一広 木島
Masabumi Ishida
正文 石田
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Yamanashi Prefecture
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な手法にて義肢の設計を可能にする
こと、義肢として十分な強度、耐衝撃性、耐久性を持
ち、かつ軽量であること、人体に対してアレルギーなど
の原因となる化学物質の漏出や紫外線に対する十分な耐
性を得るようにすること。 【解決手段】 人体又は型となる物の形状を計測する計
測手段18、19と、計測データから義肢形状を設計す
る設計手段15と、義肢形状を積層造形し、義肢を製作
する積層造形手段20とからなる義肢ソケット製造シス
テムである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、義足、或は義手な
どの義肢を身体に装着する際に、人体の切断箇所(断
端)に装着してこの断端を動かす際の力を義肢全体に伝
え、義肢への力をコントロールすることができる義肢ソ
ケット製造システムと義肢ソケットの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】疫病や事故等で下腿部或は腕部などを切
断するケースが増加しており、下腿部を切断した場合に
おいては下腿義足が製造されることが多いが、この下腿
義足を構成している部品としては、義肢ソケット、膝継
手、足継手、足部等の各部品があり、中でも特に義肢ソ
ケットは、断端付近を包み込むように支え、人体とこれ
らの部品とをつなげて歩行可能にするためのものであ
り、直接断端に当接する部位であるため精密さなどが要
求され、時間をかけて製造されている。このため、義肢
ソケットを含む義肢の製造は、一般には、義肢装具士と
呼ばれる専門家の豊富な経験と勘によって手作業によっ
て行われている。
【0003】義肢ソケットの製造時には、義肢装具士
は、主に石膏型を使用して行うが、義肢を装着する装着
部分の長さや太さ及び皮膚の状態等は個人毎に異なるた
め、以下の手順によって各断端部の状態に適した義肢を
製造するようにしている。
【0004】例えば、義足の製造時には、先ず、図21
に示すように断端付近の採寸を行ったのちに水につけた
ギブス包帯を巻きつけて採形を行う。次に、ギプス包帯
が硬化したら採形した形状が変形しないように断端から
引抜いて陰性モデルとし、この陰性モデルに心材(パイ
プ)を立てた状態で石膏等のギプス泥を流し込み更に硬
化させる。このモデルが硬化したら外側の陰性モデルを
取り除き、陽性モデルの原型とし、この陽性モデルに対
して採寸したデータをもとに体重を支持する面や骨突起
部分等の修正が必要な箇所に応じて修正を施す。
【0005】この陽性モデルに対して、断端にかかる衝
撃を和らげるための発泡ウレタン素材を中落とし材とし
て被せ、この陽性型の上にビニール膜を被せ、アラミド
繊維などの積層材や金属製のコネクタを乗せ、ビニール
膜で覆った後、ビニール膜内部を真空で引きながら時効
硬化性アクリル樹脂を含浸させるようにして義肢ソケッ
トを造形する。アクリル樹脂が硬化した後には、陽性モ
デルを壊してこの義肢ソケットを取り出し、バリ取りや
穴開けなどの後処理を施し、この義肢ソケットに対して
膝継手、足継手、足部及び金具などを取付けて義足を完
成させている。
【0006】この製造方法によると、時間がかかり、コ
スト高になって迅速で効率の良い義肢の製造・供給が難
しくなると共に、義肢装具士の熟練度などにより形状の
ばらつきが生じるため、それまで使用していた義肢形状
が反映されにくいという問題がある。また、石膏型から
は1つの義肢しか作ることができず、全く同じ形状の義
肢を作ることは事実上できない。これらの理由によって
予備の義肢ソケットを製造することは無駄なことであ
り、現在使用している義肢ソケットが壊れた場合には、
壊れてから新たな義肢ソケットの製造に取りかかるのが
一般的となっている。
【0007】義肢ソケットの製造時間としては、通常一
週間程度かかることが多く、ソケットの装着者(以下、
使用者という)は、この間不自由を我慢しなければなら
ない。また、新たな義肢ソケットの完成後には、前述の
理由から装着感が変わるおそれがあり、更に、装着感が
変化してしまったとしても一度製造した義肢ソケットは
形状の修正が難しいため、使用者はこの義肢ソケットを
そのまま使用することになり、負担をしいられることと
なっていた。
【0008】このような理由から、最近は、CAD(C
omputer Aided Design)/CAM
(Computer Aided Manufactu
ring)を利用した義肢ソケット製造が行われ始めて
きている。このCAD/CAMを利用した義肢ソケット
制作は、一般に非接触によるレーザースキャナを使用し
て人体などの表面の形状をコンピュータに取り込み、こ
の表面形状をソフトウェアで編集することにより義肢内
面の形状(人体と接触する部分)を生成し、このデータ
を基にNC加工制御によって石膏の塊を切削して陽性型
を製造している。
【0009】従って、CAD/CAMを利用した義肢ソ
ケット製造は、CAD/CAMを利用した陽性型の形状
の設計に過ぎず、義肢本体の造形の際には最終的には手
作業に頼ることになるため製造時間が長くなり、製造コ
ストもかかってしまう結果となることが多かった。ま
た、これらの義肢製造方法によると、大量の石膏を使用
することになると共に、この石膏を廃棄する場合にも、
石膏のリサイクルを確実に行う設備がないと環境問題と
なる。
【0010】このような理由から、仮に石膏型を使うこ
となく義肢を製造でき、しかも迅速かつ自動的に製造す
ることが可能になれば、人件費の削減によるコストダウ
ンや製造時間の短縮化が図られ、障害者に対してもコス
ト面等で非常に有益であるため、このような義肢ソケッ
ト製造システムが強く望まれている。
【0011】ところで、3次元のCADデータから立体
成形する造形技術として、積層造形法と呼ばれる造形方
法がある。この技術は、設計した製品の3次元データを
各層ごとに切断して2次元データとみなし、このスライ
ス状の各データを順次積み重ねるように積層して積層物
を造形することによってCAD/CAMデータと同じ立
体形状を得るようにしたものである。
【0012】積層造形法の種類には、液体の光硬化樹脂
を硬化する光造形法、粉末にレーザ光を照射し焼結させ
る粉末焼結法、インクジェットによる液滴をバインダー
または主剤として滴下堆積するインクジェット法、樹脂
押出しにより描画する押出し法、及び切断シートを積層
するシート切断法があり、この中で、光造形法は、最も
広く利用されている造形技術である。
【0013】光造形法による造形時は、液状樹脂によっ
て薄い層を設けておき、その表面に点状の紫外光のレー
ザービームを照射して液表面を次々に硬化して積層する
ようにしたものである。このときのレーザービーム照射
のプログラムは、CADのスライスデータから自動的に
生成され、一層目の樹脂硬化が終了するとこの硬化物は
少し沈められ、その表面を液状樹脂が覆うことで薄い液
層をつくっている。更に、次の層のレーザービーム照射
のデータとして前回の照射層と性質の異なるものが送ら
れて前回積層した層と接合が行われる。
【0014】光造形法をはじめとする積層造形法は、3
次元CADデータがあれば立体形状物を全自動で簡単に
製造することができ、短時間で造形できる技術であると
共に、造形装置自体は簡単な訓練によって容易に操作可
能であるため、3次元CADデータを基にした造形方法
としては各分野で利用されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】義肢は、日常生活にお
ける十分な強度、耐衝撃性、耐久性が必要であること
と、歩行を容易にするための軽量化およびアレルギー対
策などを十分に考慮された上で製造されたものでなけれ
ばならないが、積層造形法による義肢ソケットの製造
は、容易かつ迅速に3次元立体モデルを製造できる反
面、使用可能な材料が限られ、通常義肢材料に使用され
る材料と比較すると強度や耐衝撃性など格段に弱いもの
を用いている。また、材料が毒性を含んでいると人体に
アレルギーなどの問題が生じる場合がある。このように
積層造形法によって義肢ソケットを製造しようとして
も、造形時の手間やコスト面等、完成後の義肢の強度等
の多くの問題が残るため、積層造形法は義手ソケットの
制作手段として全く考えられていなかった。
【0016】義肢ソケットの製造は、上記のような問題
を抱えつつもその問題を解決できないまま現在に至り、
手作業による製造が主となっているため、これらの問題
を解決する義肢ソケット製造システムの開発が従来より
切望されている。
【0017】本発明は、従来の課題点に鑑みて、従来に
ない新規の義肢ソケット製造システムを開発したもので
あり、その目的とするところは、製造者の製造技術を必
要とすることなく低コストで容易に短時間に同形状の義
肢ソケットを製造可能な義肢ソケット製造システムであ
り、製造後においても容易に設計変更や修正を簡単に行
うことのできる環境面に優れた義肢ソケット製造システ
ムを提供することにあり、そして、その不可欠な条件
は、良好な手法にて義肢の設計を可能にすること、義肢
として十分な強度、耐衝撃性、耐久性を持ち、かつ計量
であること、人体に対してアレルギーなどの原因となる
化学物質の漏出や紫外線に対する十分な耐性を得るよう
にすることである。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1に係る発明は、人体又は型となる物の形状
を計測する計測手段と、計測データから義肢形状を設計
する設計手段と、義肢形状を積層造形し、義肢を製作す
る積層造形手段とからなる義肢ソケット製造システムで
ある。
【0019】請求項2に係る発明は、前記計測手段に
は、内面形状測定装置或は非接触型レーザースキャナを
用いた義肢ソケット製造システムである。
【0020】請求項3に係る発明は、前記積層造形手段
としては、光硬化樹脂を使用する方法、樹脂などの粉末
を使用する方法、熱によって溶けた材料をノズルから吐
出させて積層造形する方法、カットしたシートを積層造
形する方法等を選択して実施するようにした義肢ソケッ
ト製造システムである。
【0021】請求項4に係る発明は、義肢からなる補装
具を必要とする人体の一部分、または、人体の部分的な
形状を型取りした物、または、既存の補装具の形状を所
定の間隔をおいて座標を計測し、その座標値を基に表面
形状を表す幾何平面または幾何曲面を生成し、その幾何
平面(幾何曲面)を基にして十分な強度が得られ、かつ
軽量化された所望の厚さの義肢形状を作り出した後、積
層造形法によりこの形状から造形して義肢ソケットを製
造するようにした義肢ソケットの製造方法である。
【0022】請求項5に係る発明は、義肢内面下部の間
隔を広くとり、上方に行くに従って間隔を狭く滑らかに
変化させて生成するようにした義肢ソケットの製造方法
である。
【0023】請求項6に係る発明は、義肢ソケットの内
側に断端への衝撃を吸収するための中落としを設け、こ
の中落としの形状は、義肢ソケットの内面形状の曲面を
基にオフセット曲面から生成して義肢ソケットを製造す
るようにした義肢ソケットの製造方法である。
【0024】請求項7に係る発明は、座標値の計測、表
面形状の生成、及び義肢の造形は、3次元CAD/CA
M装置を用いて3次元的に行うようにした義肢ソケット
の製造方法である。
【0025】請求項8に係る発明は、前記積層造形法
は、光造形法、粉末焼結、インクジェット、押出し、シ
ート切断等の手段を用いるようにした義肢ソケットの製
造方法である。
【0026】請求項9に係る発明は、ギボシの周りや足
を挿入する開口部分の周りの素材を他の部分よりも厚く
設けたり、エッジに丸みを付けたりする等の処理を施し
て強度や耐衝撃性を向上させるようにした義肢ソケット
の製造方法である。
【0027】請求項10に係る発明は、前記義肢ソケッ
トの人体挿入部付近、側面、突起部分や部品との接触部
分に弾性体を付着し、落下や転倒などによる破壊を防止
するようにした義肢ソケットの製造方法である。
【0028】請求項11に係る発明は、前記義肢ソケッ
トを構成する造形物表面に紫外線吸収または反射コーテ
ィングを施し、紫外線による樹脂の劣化を防止するよう
にした義肢ソケットの製造方法である。
【0029】請求項12に係る発明は、前記義肢ソケッ
トを構成する造形物表面にコーティングを施し、加水分
解による樹脂の劣化を防止するようにした義肢ソケット
の製造方法である。
【0030】請求項13に係る発明は、前記義肢ソケッ
トを構成する造形物表面にコーティングを施し、汗など
により材料の中にある物質の漏出を防ぐようにした義肢
ソケットの製造方法である。
【0031】請求項14に係る発明は、前記義肢ソケッ
トに通気性を向上させる穴を穿孔した義肢ソケットの製
造方法である。
【0032】
【発明の実施の形態】本発明における義肢ソケット製造
システムと義肢ソケットの製造方法の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態においては
義肢ソケットとして義足の場合を説明するが、義手或は
その他の同等の部材の場合も同様にして製造可能である
ことはいうまでもない。図1は、本発明における義肢ソ
ケット製造システムにおける製造工程を示した説明図で
ある。本発明における義肢ソケット製造システムは、補
装具(義肢)10を必要とする人体の一部分、または、
人体の部分的な形状を型取りした物であるギプス包帯
や、または、既存の義肢10の内面形状等の形状を所定
の間隔をおいて座標計測し、その座標値のデータをコン
ピュータ16に取り込む計測手段と、座標値を基にソケ
ット本体11の表面形状を表す幾何平面又は幾何曲面を
生成して義肢形状を設計する設計手段と、この設計手段
によって幾何平面(幾何曲面)を基にして十分な強度が
得られ、かつ軽量化された所望の厚さの義肢形状を作り
出した後にソケット本体11を積層造形して義肢を製作
する積層造形手段とからなっている。
【0033】ソケット本体11の製造時には、造形の工
程をパターン化したコンピュータプログラム(ソフトウ
ェア)17によって半自動的に製造することができ、短
時間でソケット本体11を製造でき、現在使用している
義肢ソケットとほとんど形状及び装着感等が変わらない
ものを容易に製造できる。しかも、陽性モデルを製造す
る場合の煩わしさがなく、また、モデル製造時に材料を
無駄に大量使用することがない。
【0034】計測手段は、内面形状測定装置19或は非
接触型レーザースキャナ18であり、これらの何れかに
よって座標値を計測し、計測した値から設計手段である
3次元CAD/CAM装置15によって設計を行う。こ
の3次元CAD/CAM装置15は、表面形状の生成、
及び義肢の造形を3次元的に行なうことができる。
【0035】また、積層造形手段としては、光硬化樹脂
を使用する方法、樹脂などの粉末を使用する方法、熱に
よって溶けた材料をノズルから吐出させて積層造形する
方法等を選択して実施することができ、本実施形態にお
いて積層造形装置20を用いた。積層造形手段には、光
造形法、粉末焼結、インクジェット、押出し、シート切
断等の手段を用いるようにした。
【0036】本発明の不可欠な条件の一つである良好な
手法にて義肢の設計を可能にするためには、義肢10を
必要とする人体の一部分の表面、または人体の部分的な
形状を型取りした物の表面上に所定の間隔をおいた点群
の座標値を計測し、その点群を基にして、義肢内面の基
になる形状を平面(または曲面)によって構築した。次
に、その平面(または曲面)を人体にフィットする義肢
内面の形状となるように編集し、義肢内面の形状に対し
て外側にある規則に則った間隔を隔てた平面(または曲
面)を新たに生成するようにした。この平面(曲面)
は、義肢の外形を表すものとなる。
【0037】外形を生成する場合には、例えば、義肢内
面から均一の距離を保つように生成する設計手法や図8
に示すように、義肢内面下部のみ間隔を広くとり、上方
に行くに従って間隔が狭くなるように滑らかに変化させ
て生成する設計手法、或は全体的に均一の距離とする
が、ギボシ33(ベルトの留め具)や図示しないコネク
タの取り付け位置付近の距離を大きくとるように生成す
る。
【0038】ソケット本体11を構成する内側と外側の
平面(曲面)は、身体挿入部分の不要領域の削除や角の
丸み付け、コネクタ接続形状の作成、或は通機口やギボ
シの取り付けの穴開けなどを施すことを考慮して設計を
行う必要がある。この場合、義肢10の製造後には穴あ
けやヤスリがけなどの後加工を必要とすることはない。
【0039】次いで、不可欠な条件の一つである義肢と
して十分な強度、耐衝撃性、耐久性を持ち、かつ計量に
するためには、ソケット本体11の形状を上記の平面
(曲面)の生成規則によって十分な強度、耐久性を持
ち、軽量化された義肢形状を自動的に生成させるように
し、応力が集中する部分をその応力に耐え得る適切な厚
さに形成し、強度を必要とする用途では、部分的に補強
リブ34を付設することで軽量化も可能になる。
【0040】ソケット本体11の製造後には、このソケ
ット本体11の足の挿入部付近、側面、突起部分や各部
品との接触部分に弾性体からなる素材を付着し、落下や
転倒などによる破壊を防止するようにし、例えば、足の
挿入部付近を厚く成形し、繊維質素材31を貼ることで
ひび割れ等を防ぎ、耐衝撃性、耐久性等を向上させるこ
とができ、仮にこの部分が割れたとしても損傷すること
がない。また、エッジ35に丸みを付けたり、ウレタン
32を貼着することで耐衝撃性が向上する。
【0041】ギボシ33の補強としては、このギボシ3
3の周りの素材を部分的に厚く成形し、内部に図示しな
いシリコンゴム等の弾性体を挟むことで更に耐衝撃性を
向上させることが可能となる。
【0042】紫外線による義肢10の強度低下を防ぐた
めに、ソケット本体11製造後にこのソケット本体11
を構成する造形物表面に紫外線吸収または反射コーティ
ングを施し、樹脂の劣化を防止するようにしている。
【0043】また、汗等の水分などによる素材の強度低
下を防ぐために、ソケット本体11の製造後にこのソケ
ット本体11を構成する造形物表面に遮水性コーティン
グ(ペイント)を施し、加水分解による樹脂の劣化を防
止するのがよい。
【0044】次いで、不可欠な条件である光硬化性樹脂
は、樹脂中に仮に毒性を有する可能性のある素材が含有
されている場合は、汗などによって物質(化学物質)が
溶け出して人体に対してアレルギーなどの原因となる化
学物質の漏出の可能性があるが、この対策としては上述
の遮水性コーティングを施す等の手段によって解決する
ことができる。
【0045】更に、ソケット本体11に通気性を向上さ
せる通気孔である穴部36を穿孔することによって、発
汗を抑えて有害物質の溶け出しを防ぐことができると共
に、快適さを向上させることができる。また、複数の穴
部36を設けることによって計量化を図ることができ
る。
【0046】
【実施例】以下、本発明の義肢ソケット製造システムに
おける計測手段、設計手段並びに造形手段の各工程をそ
れぞれ実施例に従って説明する。計測手段による計測
は、計測対象となる対象物の形状に応じて、人体の形状
を直接計測する方法、或は人体から型取りした物、また
は既に存在する義肢形状を計測する方法のうち適宜の方
法を用いる。
【0047】人体の形状を直接計測する場合には、非接
触型のレーザースキャナ18を使用し、このレーザース
キャナ18は、レーザービームを皮膚に照射し、その照
射位置を固定された2つのCCDカメラによって捕ら
え、三角測量により絶対的位置関係を得るようにしたも
のである。皮膚に照射するレーザービームは、その位置
をわずかに移動させるようにして走査し、断端部付近の
座標値を計測し、例えば数万箇所計測するようにすれば
よい。
【0048】計測した点座標はそのまま義肢設計に使用
してもよいが、この座標点が多い場合には計算処理時間
がかかり操作性が悪くなる。そこで、計測点が1万個を
超える多数である場合、この位置座標を平均化して1万
個程度にまとめる処理を行うようにする。この処理方法
について人体下腿部の座標値を計測した例を上げて説明
する。
【0049】図4に示すように下腿部の断端を下にし
て、脛骨を鉛直方向に定める。座標原点を断端最下点に
合わせ、脛骨に略平行になるようにZ軸をとり、身体背
面方向にY軸となるような水平面をXY平面とおく。図
において座標系と下腿部の位置関係を表している。
【0050】図5に示すように、Z軸に対して垂直とな
る平面によって計測点を区分けする。この場合の平面を
図中Aとした。平面Aは、最下位置から適当な間隔(例
えば2〜5mm)をおいて、A〜A100まであり、
全体を垂直方向に100分割し、n番目の平面Aとこ
の次の平面An+1との距離をlと表す。計測点の位
置関係が部分的に細かく変化している場合は、必要に応
じて平面の間隔を狭くしてもよい。
【0051】次に、図6に示すように、Z軸を含む平面
によって計測点を区域分けする。この平面をBと表す。
平面Bは、XZ平面からZ軸廻りに適当な角度(1〜1
0度)の間隔でB〜B99まであり、全体を均等な角
度で100分割した。計測点の位置関係が部分的に細か
く変化している場合は、N番目の平面Bとこの次の平
面Bn+1との間の角度であるθを小さくして部分的
に細かく区分けしてもよい。
【0052】平面Aと平面Bとで囲まれる小領域は、鉛
直方向に100段、円周方向に100列あり、合計で1
万個になり、それぞれの小領域に含まれる計測箇所であ
る複数の計測点の位置を平均化することで1点で表し、
この平均化した点を1万個とした。いま、任意の平面A
と平面Ai+1及び平面BとBj+1とで囲まれる
小領域に計測点がn個ある場合に、第k番目の計測点を
(X,Y,Z)と表す。n個の計測点を平均
化した点Paij(X,Y,Z)は次式によって
求めることができる。
【0053】
【数1】
【0054】
【数2】
【0055】
【数3】 このように1万個の小領域について平均化した点を計算
することで、計算処理を高速化することができる。以上
のようにして、人体の形状を直接計測する場合には実際
に計測した計測値を平均化し、この平均値を計測値とし
て利用する。
【0056】次に、人体から型取りした物、または既に
存在する義肢形状を計測する場合について説明する。人
体から型取りした物または既に存在する義肢の形状を計
測する場合は、図7に示す内面形状測定装置19を使用
する。内面形状測定装置19は、小型レーザ測長器を使
用して非接触で形状を自動的に取り込む装置であり、装
置の使用時には、義肢やギプス包帯を回転テーブルに立
てた状態で固定しておき、義肢内部に非接触型のレーザ
測長器を挿入して、測長器の高さとテーブルの回転角度
で計測位置を定め、回転軸から義肢内壁までの距離を計
測することによって3次元の座標値を計測する。
【0057】この内面形状測定装置19によって義肢や
ギプス包帯などの型取り形状の内形形状に関して所定の
間隔の点座標を計測することができる。なお、本発明の
実施例においては、ギプス包帯を高さ方向に100段、
円周方向に100点に分けて、合計で1万点の計測を行
った。このときの計測点の位置関係をレーザースキャナ
18の場合と同様に高さ方向にi、で円周方向にjで表
し、点Pbijと表す。以上のようにして、型取りした
もの、または既に存在する義肢形状を計測することがで
きる。
【0058】次に、3次元CAD/CAM装置15を用
いてこれらの計測したデータからソケット本体11の形
状を設計する場合を説明する。ソケット本体11の形状
は、義肢内面下部のみ間隔を広くとり、上方に行くに従
って間隔を狭く滑らかに変化させるように生成してお
り、加わる力が大きい箇所の強度及び耐久性などを高
め、また、それ以外の箇所を狭く滑らかにすることによ
って軽量化を図ることができるようにしている。
【0059】3次元CAD/CAM装置15によるソケ
ットの設計は、計測データを基に曲面を生成し、コンピ
ュータの画面上で形状を確認しながらソケットの内面の
形状を編集する。計測データから得られた曲線によって
囲まれた曲面の領域を法線方向へスムーズに膨らませた
りへこませたりすることによってソケット本体11形状
を容易に変化させる。図14は、編集後のソケット形状
を示した画面である。
【0060】ソケット本体11を設計する場合は、この
ソケット本体11の内側には断端への衝撃を吸収するた
めの中落とし12を設け、計測データから図8に示すよ
うに人体と中落とし12の境界曲線α、中落とし12と
ソケット本体11の境界β、ソケット本体11の外形γ
をそれぞれ使用者ごとに考慮しながら設計する必要があ
り、例えば、ソケット本体11内面の形状が決定した後
に約3mm程度外側に厚みを持たせたソケットの外形状
を生成するようにする。次に、足の挿入口付近の形状や
パイプとの接続形状を作成し、重量に耐えられるように
部分的に補強してソケット本体11の設計を完了させ
る。これを詳細に説明する。
【0061】計測によって得られた幾何の点列Paij
または点列Pbijを用いて、幾何曲線を生成する。曲
面を生成する方法としては、計測点を通過点としてベジ
ェ曲線、各種スプライン曲線の生成およびサブディビジ
ョン法による曲面生成が可能である。また、曲面生成後
の形状変形は、形状変形する領域内の計測点群を移動す
ることによって可能となる。本実施例において、計測に
よって得られた点を通過する曲面の生成、ディスプレイ
によって義肢形状を確認しながらマウスによって変形量
の指示を与えて行う義肢内面の曲面の変形、曲面のオフ
セットとソリッド化による中落とし形状と義肢形状の作
成について、実際に実施した計測点から曲面を生成する
計算、曲面の変形、オフセット曲面の生成(作成した曲
面から外側に広げた曲面)、不要な部分の切り取りとソ
リッド化、及びコネクタ部分の形状作成に従って詳細す
る。
【0062】計測点から曲面を生成する計算方法として
は、実施例では、3次元スプライン補間を基本にして曲
面を生成した。いま、計測点列PaijまたはPbij
をP ijと表し、この計測点列Pijのうち、第j列目
の点列をPと表す。まず、点列Pを通る曲線を生成
する。点Pから点Pj+1までの部分曲線C
(t)は以下のように表すことができる。
【0063】
【数4】 この部分曲線を連続してなめらかにつながった曲線とす
るために、以下の行列式を計算し、P´を得ることで
可能となる。
【0064】
【数5】 同様の計算手順で計測点列Pijの内、第i段目の点列
を通過する曲線を生成する。以上で計測点列Pij
を通るメッシュ状の曲線が生成される。得られた曲線で
囲まれる小領域は、補間曲線を生成することによって曲
面表示を行う。図9に計測点をディスプレイに表示した
例を示し、これを基に曲線を生成した例を図10、更に
曲面表示をした例を図11に示す。
【0065】次に、曲面の変形方法について説明する。
上記した計算方法によって得られる曲面は、いわば実物
の形状を表したものであるため、この形状を基にして部
分的に形状を修正し、実際の使用に適した最適な義肢内
形状を生成する。ディスプレイ上で曲面上の変形する領
域の周囲をマウスで指示し、幾つかの点を入力する。入
力したそれぞれの点を通る曲線を異なる色などで表示す
ることによりこの領域を目視により確認することができ
る。図12に表示例を示す。囲まれた領域の内部にある
計測点が自動的に選択され、領域の中心ほど変形量を大
きくしてなめらかな変形になるように、選択された計測
点に領域の中心に近い位置ほど大きい重み係数を付加
し、マウスによって変形量をコントロールする。この計
測点の計算方法について説明する。
【0066】囲まれた領域内に存在する計測点をP
cijと表す。点Pcijの移動は、点Pcji近傍の
曲面法線方向とし、従って、法線方向の算出には、点P
cijを囲む三角面の法線ベクトルを平均化することで
求めるようにした。図13に法線ベクトルの位置関係を
示す。法線ベクトルV(X,Y,Z)は、点P
ij、点Pci−1jおよび点Pcij−1によって
囲まれる三角形の法線ベクトルを表す。法線ベクトルV
(X,Y,Z)は、点Pcij、点Pci
−1jおよび点Pcij+1によって囲まれる三角形の
法線ベクトルを表す。法線ベクトルV(X,Y
)は、点Pcij、点Pci+1jおよび点P
cij+1によって囲まれる三角形の法線ベクトルを表
す。法線ベクトルV(X,Y,Z)は、点P
cij、点Pcij−1および点Pci+1jによって
囲まれる三角形の法線ベクトルを表す。kijは、領域
の中心が1となり領域の境界が0となるような重み係数
である。dは、修正前の点からの移動距離である。移動
後の点Pcij´(X´,Y´,Z´)は次式に
よって求められる。
【0067】
【数6】 ijは、領域の中心からの距離の一乗に比例して変化
するように定めると形状の変化は急峻となり、一方、k
ijを中心からの距離の平方に比例するよう定めると緩
やかになる。このようにして得られた移動後の点を基
に、新しい曲面を得ることができる。
【0068】次に、オフセット曲面の生成を説明する。
計測点として点列P(Paij)を使用した場合に得
られる曲面は、人体と義肢との理想的な接触面形状とな
る(図8における曲面α)となる。従って、中落とし1
2の素材の厚さ分を外側に広げたオフセット曲面βとソ
ケット本体11の厚さ分を更に外側に広げたオフセット
曲面γを生成する必要がある。一方、計測点として点列
(Pbij)を使用した場合に得られる曲面は、理
想的なソケット本体11内面形状(図8における曲面
β)となる。従って、中落とし12の厚さ分を内側に縮
めたオフセット曲面αとソケット本体11の厚さ分を外
側へ広げたオフセット曲面γを生成する。
【0069】本例においては、それぞれについて、基と
なる曲面をオフセットしてすべての曲面を生成するよう
にした。オフセット曲面の生成手法について説明する。
曲面の変形によって得られた編集後の曲面の計測点を点
列Pdijと表す。オフセット曲面は、点列Pdij
その法線方向へ所定の距離だけ移動させた後に曲面を生
成することによって得ることができる。法線方向の算出
には、点Pdi を囲む三角面の法線ベクトルを計算
し、それらの法線ベクトルを平均化して求めた。その計
算は、下式によって行い、移動後の点列Pdij´(X
´,Y´,Z´)を求めた。なお、法線ベクトル
(X,Y,Z)は、点P dij、点P
di−1jおよび点Pdij−1によって囲まれる三角
形の法線ベクトルを表す。法線ベクトルV(X,Y
,Z)は、点Pdij、点P i−1jおよび点
Pdij+1によって囲まれる三角形の法線ベクトルを
表す。法線ベクトルV(X,Y,Z)は、点P
dij、点Pdi+1jおよび点Pdij+1によって
囲まれる三角形の法線ベクトルを表す。法線ベクトルV
(X,X,X)は、点Pdij、点P
dij−1および点Pdi+1jによって囲まれる三角
形の法線ベクトルを表す。また、Lijは、オフセット
する距離である。
【0070】
【数7】 点列Pdij´から、前記計測点から数式1、2を利用
して曲面を生成し、この方法によって曲面α、β、γを
それぞれ求めることができる。ここで、オフセット距離
ijは、曲面α〜β間においては中落とし12の厚み
となるため一定の値を用いることができる。また、曲面
β〜γ間は、ソケット本体11の厚さであるので、強度
を保たせるために位置によって値を変化させ、例えば、
コネクタ部分を厚く、足の挿入部分を薄くするのがよ
く、Lijは次式によって求めるのがよい。ここで、L
maxは最大厚さ、Lminは最小厚さである。
【0071】
【数8】 ソケット本体11の外形曲面(図8中の曲面γ)は、必
要に応じて前述の曲面の変形の計算方法で部分的に細か
く修正し、最終的に十分な強度が得られる形状とする。
【0072】次に、不要な部分の切り取りとソリッド化
を行う場合の計算方法について、上記のようにして得ら
れた曲面を使用してソリッドデータを場合について詳述
する。図15において、ソリッドデータを作成する場合
の概要を示す。図中の図形Wは、ソケット上部のトリミ
ング位置を単純な曲面で構成した箱型のソリッドデータ
である。たとえば、図形Wを曲面βとの交差境界で分割
すると図形Wと図形Wに分けることができる。さら
に、図形Wを曲面αとの交差境界で図形W と図形
11に分割すると、図形W10は適切な中落とし形状
となる。また、図形Wを曲面γとの交差境界で図形W
00と図形W01に分割すると、図形W01をソケット
本体11の原形状とすることができる。これらの操作に
よって、ソリッドの中落とし形状とソケットの原形状を
得る。
【0073】コネクタ部分の形状作成について説明す
る。上記によって得られたソケット本体11の原形状に
コネクタを容易に組みつけられるように穴あけやアタッ
チ面を作る。図16(a)の図形Vはソケットの原形
状であり、図16(b)の図形Vは3次元CAD/C
AM装置15で作成したコネクタ形状である。図形V
から図形Vをブーリアン図形演算等によって引き算す
ることによって、図16(c)に示した実際のソケット
本体11の形状である図形Vを得る。以上のようにし
て、ソケット本体11形状及び中落とし12の形状を設
けることが可能となる。
【0074】次に、ソケット本体11を造形して義肢を
製作する積層造形手段と、更に、このソケット本体11
を用いて義肢(義足)を完成させる工程を説明する。上
記の計測手段と設計手段によって得られたソケット本体
11形状を積層造形法により造形する。積層造形法は、
造形後に義肢としてそのまま使用可能であり、この積層
造形法のうち光硬化樹脂を使用した造形について説明す
る。
【0075】図17において、20は積層造形装置であ
り、造形の開始時には積層物が載置される積層ステージ
22が光硬化性樹脂液面に位置しており、光スキャナー
23による光照射により硬化した樹脂21を積層ステー
ジ22の上に次々に積層するようにして、この積層ステ
ージ22を次第に樹脂液中に沈ませてソケット本体11
を造形する。造形のプロセスとしては、樹脂液面に造形
物断面の光照射を行い、前回の照射によって積層した樹
脂層である前層と一体になるように硬化樹脂層を形成
し、更に積層ステージ22を一層分の距離液中に沈めて
固定し、この硬化樹脂上に未硬化樹脂層を形成するとい
う工程を繰り返すことによって樹脂中にソケット本体1
1を造形することが可能となる。
【0076】造形の完了後には、積層ステージ22から
ソケット本体11を取り出し、洗浄・乾燥後にコーティ
ングおよび着色を施し、このソケット本体11に中落と
し12や図示しないコネクタ、アタッチメント、パイプ
類、関節、足及び外装等を取り付けて義足を完成させ
る。
【0077】一方、中落とし12の成形としては、図1
8に示すような粉末焼結装置24によって行う。28は
容器であり、この容器28内には軟質ゴム粉末である粉
末素材25を収納している。容器28内の粉末素材25
を図に示すように下方から押し上げることによって粉末
素材25が容器28の上縁から盛り上がり、これをロー
ラー27によって光照射領域12a全体に平坦にならし
ている。
【0078】次に、光スキャナー26から炭酸ガスレー
ザーなどの光熱エネルギを、造形する立体の断面形状に
照射して粉末素材25を溶融させて、この溶融した部分
を焼結させることによって中落とし12を成形するよう
にし、更に、この容器29内の中落とし12を一段層分
降下させ、続いて溶融・焼結を繰り返して中落とし12
の立体形状を得る。なお、粉末素材25は、硬質なプラ
スチックであれば、造形物として義肢ソケットを成形す
ることができる。
【0079】ここで、光造形法及びその他の各種の積層
造形法の特徴を表1に示す。
【0080】
【表1】 表において、比較的低価格な積層造形法は光硬化樹脂で
あり、その他の特徴も含めて光造形による造形技術が適
しているといえる。なお、軽量化、高強度を重要視する
場合には、ガラスビーズなどが混入した粉末樹脂を使用
するようにする。
【0081】光硬化樹脂は、造形後の加水分解による強
度低下を防ぐために、ウレタン、ポリエステル、アクリ
ル及び塩化ビニールなどのコーティングを施すことが望
ましいが、この場合、着色を兼ねて行うことができる。
また、その他の積層造形法による造形方法でも、積層後
の造形物の表面がざらつく場合には樹脂や塗料を塗布し
たりするのが望ましく、この場合にも着色を兼ねたもの
とするのが望ましい。
【0082】続いて、本発明によって作成した義肢ソケ
ットに対して各種の試験を行ない、その結果を記す。強
度試験は、試験片による引張強度試験、シャルピー衝撃
試験、曲げ試験、ソケットの熱変形試験、コーティング
剤の耐摩耗性試験、クロスカット試験、鉛筆による引っ
かき試験を行ない、義肢ソケットに対して繰り返し荷重
試験及び破壊試験、転倒試験、パッチテストによる評価
及びフィールドテストを行なった。
【0083】引張強度試験には、従来素材、造形直後、
恒温恒湿後、耐光試験後、及び一月経過した後の試験片
をそれぞれ使用し、従来素材は、炭素素材とアラミド繊
維を使用して強化した時硬化性素材、造形直後として
は、光造形法によって製造した試験片を造形・洗浄した
もの、恒温恒湿後としては、光造形試験片を摂氏60度
湿度90%の環境下に7日間おいたもの、耐光試験後と
しては、光造形試験片を耐光試験機に14日間おいたも
の、一月経過後としては、光造形試験片を一ヶ月間日陰
に放置したものを使用した。この試験片は、積層方向に
よって2種類の層に分けて造形し、イ積層は、積層面が
引っ張り方向に対して垂直となる造形、ロ積層は、積層
面が引っ張り方向と平行になる造形方向とした。この試
験結果を表2、3に示す。
【0084】
【表2】
【0085】
【表3】 炭素繊維とアラミドを使った従来素材は、49MPa付
近で破断が始まった。光硬化樹脂は、熱処理や露光によ
って硬化が進み、硬化後は60MPa以上の強度が得ら
れることがわかった。なお、造形後に高湿度環境下に放
置したものは強度の向上は得られなかった。
【0086】シャルピー衝撃試験の結果を表4に示す。
【0087】
【表4】 従来素材は、繊維を多く含んだ混成組織であり衝撃力に
対して強い。光硬化性樹脂の破壊エネルギーは、従来素
材の3分の1程度であるため、光硬化性樹脂を義肢素材
として使用する場合は、義肢の落下や転倒などによる衝
撃力が加わる部分の欠けや割れを防ぐためにウレタンや
シリコンなどの緩衝材を部分的に付着させる必要があ
る。ラピッドプロトタイピング装置の中には、強度と衝
撃性に優れたポリカーボネート素材やABS素材が使用
できるものもあり、特に、軽量化や運動を目的とした義
肢製造に使用できる。
【0088】曲げ試験に使用した試験片は次の5種類で
ある。従来素材としては、炭素素材とアラミド繊維を使
用して強化したアクリル素材、造形直後としては、光造
形によって製造した試験片を造形・洗浄したもの、熱処
理後として光造形試験片を摂氏80度にて8時間処理し
たものであり、造形直後と熱処理直後の試験片をそれぞ
れ積層方向によってハ積層とニ積層に分けて造形した。
ハ積層は積層面が引っ張り方向に対して垂直となる造形
であり、ニ積層は積層面が引っ張り方向と平行になる造
形とした。この試験結果を表5に示す。
【0089】
【表5】
【0090】樹脂の硬化後における試験片は、従来素材
を越える強度を示し、また、造形時の積層方向による強
度の違いはほとんどなかった。熱処理によって素材の強
度が向上することが判明したが、義肢ソケットの形状変
更が懸念される。そこで、ソケット本体11にスペーサ
を図20のように5カ所取付け、熱処理前後のスペーサ
端面の位置を3次元測定機によって計測した。計測結果
を表6に示す。
【0091】
【表6】三次元計測結果(単位mm) 熱処理による変形量は、実用に差し支えない範囲に留め
ることができた。
【0092】続いて、コーティング剤の中でも安全かつ
耐摩耗性に優れるとされる3種類のコーティング剤(ア
クリル系、ウレタン系、ポリエステル系)について耐摩
耗性試験(JIS5400−8.9)、クロスカット試
験(JIS5400−8.5)、鉛筆引っかき試験(J
IS5400−8.4)を行なった。
【0093】コーティングは、義肢ソケットの着色を兼
ねて直射日光や高湿度使用環境による素材変化を防ぐこ
とができる。耐摩耗性試験の結果を表7に示す。試験の
結果、ポリエステル系が耐摩耗性に最も優れているとい
える。
【0094】
【表7】耐摩耗試験の結果
【0095】クロスカット試験の結果を表8に示す。ク
ロスカット試験の結果、ウレタン系が最も優れていた。
【0096】
【表8】クロスカット試験の結果
【0097】鉛筆引っかき試験の結果を表9に示す。試
験の結果、ウレタン系が、最も硬度が高いことが判っ
た。
【0098】
【表9】鉛筆引っかき試験の結果
【0099】続いて、繰り返し荷重試験と圧縮破壊試験
をソケット本体11に対して行なった。繰り返し荷重
は、ISO10328に準じて最大荷重1764N、荷
重周期1Hzの条件にて百万回繰り返した。試験の結
果、ソケット本体11に異常は見られなかった。
【0100】また、圧縮破壊試験は、ソケット本体11
上下から圧縮して破壊するときの荷重を計測した。ソケ
ット本体11が破壊したときの荷重はほぼ9.8Nであ
った。
【0101】光造形によるソケット本体11は、圧縮試
験や繰り返し荷重試験ではISO規格を満足する性能を
示したが、転倒などの衝撃力による耐性は十分とはいえ
ず、このため、転倒による義足の破損を防ぐための対策
法として緩衝材の使用を検討した。衝撃力を緩和する素
材を床に敷き、加速度センサを取付けたソケット本体1
1をその上に倒すことによって衝撃力の変化を調べた。
その結果を表10〜表19に示す。
【0102】
【表10】床下に直接落下した場合
【0103】
【表11】シリコン接着剤による薄シートを敷いた場合
【0104】
【表12】発泡ウレタンシートを敷いた場合
【0105】
【表13】ストッキネットのみ敷いた場合
【0106】
【表14】ゴムシートを敷いた場合
【0107】
【表15】エアスペーサを敷いた場合
【0108】
【表16】段ボールを敷いた場合
【0109】
【表17】義肢ソケット表面にシリコン接着剤を一部分
のみ塗布した場合
【0110】
【表18】ギボシ取り付け部を強化対策した場合(シリ
コン使用)
【0111】
【表19】シリコン接着剤を義肢ソケット外面すべてに
塗布した場合
【0112】この結果、エアスペーサ、断ポールおよび
発泡ウレタンなど、空気を含んだ緩衝材が効果的であっ
た。従って、ソケット本体11が床面に接触する部分に
貼り付けることで大きな効果が得られる。
【0113】なお、ソケット本体11を立てた状態から
転倒させて壊れるかどうかの試験を行なった結果、ソケ
ット本体11製造後に後処理を行わなかった場合には、
義足を立てた状態から倒すと割れやすいため、この処理
としてアラミド樹脂とシリコンによってソケット本体1
1の外面全体を覆うことにより、強度が増し、たとえ転
倒時に割れたとしても、割れた部分がシリコンに付着し
てバラバラになるおそれがない。また、ギボシ付近の強
度は弱くなりがちであり、部分後処理としてギボシとソ
ケットの間に1mm厚のウレタンを挟んだ場合でも約1
5cmの高さから倒すとギボシ付近にひびが入るおそれ
があるが、空気を含んだ緩衝材を挟むことによってより
強度が増し、転倒しても割れることを防ぐことができ
る。
【0114】次に、光硬化性樹脂のアレルギーをパッチ
テストによって調べた。パッチテストの方法としては、
義肢ソケット用として光硬化樹脂SCR701の硬化物
および中落とし用として光硬化樹脂SCR735の硬化
物(大きさ直径5mm程度、厚さ2mm程度)をそれぞ
れ被験者の腕にテープを用いて貼り付けて48時間経過
した後にアレルギーの有無を検査したが、陰性と判断し
てもよい結果であった。
【0115】フィールドテストとしては、義足の強度が
実生活に耐え得るかどうかを確認するため、使用者が義
足を装着し、立ち座り、室内での歩行、階段の上り下
り、舗装路の歩行、未補装路の歩行、土手斜面の上り下
り、軽いジョギングを行ったが、義足が損傷することな
く、装着感も良好であった。
【0116】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、請求項
1に係る発明によると、専門的な技術や経験などを必要
とすることなく低コストで短時間に義肢ソケットを製造
することができ、また、コンピュータ処理で同形状の義
肢ソケットを製造することにより使用者の装着感が変わ
ることがなく、しかも、使用者のより好ましい形状に応
じて容易に設計変更や形状修正を行って装着感を向上さ
せる義肢ソケット製造システムであり、また環境面にお
いても優れた義肢ソケット製造システムである。
【0117】請求項2に係る発明によると、あらゆる計
測箇所に対しても容易に3次元計測を行って、計測断端
のきわめて正確な座標を計測することができる。
【0118】請求項3に係る発明によると、製造する義
肢ソケットの大きさや形状等、或は、計測手段や設計手
段を構成するシステムなどに応じた積層造形を行うこと
ができる。
【0119】請求項4に係る発明によると、製造後の義
肢ソケットの形状が製造する者ごとに大きく変わること
がなくほぼ一定形状とすることができ、また、同形状の
義肢ソケットを簡単に複数個製造することのできる義肢
ソケットの製造方法であると共に、高精度な造形を行な
うことができるため、義肢製造後には穴あけやヤスリが
けなどの後加工を必要とすることがない。
【0120】請求項5に係る発明によると、義肢の装着
箇所、義肢が必要とする強度等に応じた生成を行うこと
ができ、装着感が良く快適に使用できる義肢ソケットを
設計することができる。
【0121】請求項6に係る発明によると、使用者ごと
に異なる断端形状に適した中落とし形状とすることがで
き、断端に加わる力を分散して装着時に圧迫感等の不具
合が生じるおそれがない。
【0122】請求項7に係る発明によると、設備が小型
化でき、安価であると共に、内面形状測定装置或は非接
触レーザースキャナを用いて得られる断端形状を基にし
た義肢ソケットの製造を容易に行なうことができる。
【0123】請求項8に係る発明によると、装置を自動
化して自動造形できると共に、複雑な形状であっても高
い寸法精度で造形が可能であり、稼動時においては比較
的静かであり、あらゆる場所に設置することができる。
【0124】請求項9に係る発明によると、他の部分よ
り強度的に劣る箇所の強度や耐衝撃性を向上させ、衝撃
などに対して破損し難い義肢ソケットの製造方法であ
る。
【0125】請求項10に係る発明によると、より高強
度に製造でき、耐衝撃性、及び耐衝撃性にも優れた義肢
ソケットの製造方法である。
【0126】請求項11に係る発明によると、長時間陽
光の基にさらした場合でも劣化を防止することができる
ものである。
【0127】請求項12に係る発明によると、水分によ
る劣化を防ぎ、変形や割れなどを防止して長期間に渡っ
て使用することができ、人体に悪影響を与えるのを防ぐ
ことができる。
【0128】請求項13に係る発明によると、人体に悪
影響を与えるおそれがなく、長期間に渡って安全に使用
できる義肢ソケットの製造方法である。
【0129】請求項14に係る発明によると、装着時の
発汗を抑えて身体に悪影響を与えるおそれがなく、ま
た、長時間装着した場合にも快適に使用することができ
る義肢ソケットの製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における義肢ソケット製造システムにお
ける製造工程を示した説明図である。
【図2】本発明の義肢ソケット製造システムを示す説明
図である。
【図3】義足を示す斜視図である。
【図4】断端付近の座標系を示した説明図である。
【図5】断端付近を示した斜視図である。
【図6】断端付近の座標系を示した説明図である。
【図7】内面形状測定装置を示した斜視図である。
【図8】断端に義足を装着した状態を示す概略説明図で
ある。
【図9】計測点をディスプレイに表示した例を示す画面
である。
【図10】図9の計測点から曲線を生成した例を示す画
面である。
【図11】図9の曲線から曲面を生成した例を示す画面
である。
【図12】義肢ソケットをディスプレイに表示した例を
示す画面である。
【図13】法線ベクトルの位置関係を示した説明図であ
る。
【図14】編集後のソケット形状を示した画面である。
【図15】義肢ソケットのソリッドデータを示す説明図
である。
【図16】(a)は、義肢ソケット原形状を示した断面
図である。(b)は、3次元CAD装置で作成したコネ
クタ形状を示した斜視図である。(c)は、実際に得ら
れる義肢ソケット形状を示した断面図である。
【図17】光造形法における造形装置を示した概略斜視
図である。
【図18】粉末焼結装置を示した概略断面図である。
【図19】完成後の義肢ソケット本体を示す斜視図であ
る。
【図20】義肢ソケットにスペーサを取り付けた状態を
示す写真である。
【図21】従来の義肢ソケットの製造工程を示した説明
図である。
【符号の説明】
10 補装具(義肢) 11 義肢ソケット本体 12 中落とし 15 3次元CAD/CAM装置 18 内面形状測定装置 19 レーザースキャナ 20 積層造形装置 31 繊維質素材(弾性体) 33 ギボシ 35 エッジ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大柴 勝彦 山梨県甲府市大津町2094 山梨県工業技術 センター内 (72)発明者 清水 誠司 山梨県甲府市大津町2094 山梨県工業技術 センター内 (72)発明者 木島 一広 山梨県甲府市大津町2094 山梨県工業技術 センター内 (72)発明者 石田 正文 山梨県甲府市大津町2094 山梨県工業技術 センター内 Fターム(参考) 4C097 AA02 AA11 BB03 BB09 CC04 CC08 TA02 TA08

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 人体又は型となる物の形状を計測する計
    測手段と、計測データから義肢形状を設計する設計手段
    と、義肢形状を積層造形し、義肢を製作する積層造形手
    段とからなることを特徴とする義肢ソケット製造システ
    ム。
  2. 【請求項2】 前記計測手段には、内面形状測定装置或
    は非接触型レーザースキャナを用いた請求項1記載の義
    肢ソケット製造システム。
  3. 【請求項3】 前記積層造形手段としては、光硬化樹脂
    を使用する方法、樹脂などの粉末を使用する方法、熱に
    よって溶けた材料をノズルから吐出させて積層造形する
    方法、カットしたシートを積層造形する方法等を選択し
    て実施するようにした請求項1又は2に記載の義肢ソケ
    ット製造システム。
  4. 【請求項4】 義肢からなる補装具を必要とする人体の
    一部分、または、人体の部分的な形状を型取りした物、
    または、既存の補装具の形状を所定の間隔をおいて座標
    を計測し、その座標値を基に表面形状を表す幾何平面ま
    たは幾何曲面を生成し、その幾何平面(幾何曲面)を基
    にして十分な強度が得られ、かつ軽量化された所望の厚
    さの義肢形状を作り出した後、積層造形法によりこの形
    状から造形して義肢ソケットを製造するようにしたこと
    を特徴とする義肢ソケットの製造方法。
  5. 【請求項5】 義肢内面下部の間隔を広くとり、上方に
    行くに従って間隔を狭く滑らかに変化させて生成するよ
    うにした請求項4記載の義肢ソケットの製造方法。
  6. 【請求項6】 義肢ソケットの内側に断端への衝撃を吸
    収するための中落としを設け、この中落としの形状は、
    義肢ソケットの内面形状の曲面を基にオフセット曲面か
    ら生成して義肢ソケットを製造するようにした請求項4
    又は5に記載の義肢ソケットの製造方法。
  7. 【請求項7】 座標値の計測、表面形状の生成、及び義
    肢の造形は、3次元CAD/CAM装置を用いて3次元
    的に行うようにした請求項4乃至6の何れか1項に記載
    の義肢ソケットの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記積層造形法は、光造形法、粉末焼
    結、インクジェット、押出し、シート切断等の手段を用
    いるようにした請求項4乃至7の何れか1項に記載の義
    肢ソケットの製造方法。
  9. 【請求項9】 ギボシの周りや足を挿入する開口部分の
    周りの素材を他の部分よりも厚く設けたり、エッジに丸
    みを付けたりする等の処理を施して強度や耐衝撃性を向
    上させるようにした請求項4乃至8の何れか1項に記載
    の義肢ソケットの製造方法。
  10. 【請求項10】 前記義肢ソケットの人体挿入部付近、
    側面、突起部分や部品との接触部分に弾性体を付着し、
    落下や転倒などによる破壊を防止するようにした請求項
    4乃至9の何れか1項に記載の義肢ソケットの製造方
    法。
  11. 【請求項11】 前記義肢ソケットを構成する造形物表
    面に紫外線吸収または反射コーティングを施し、紫外線
    による樹脂の劣化を防止するようにした請求項4乃至1
    0の何れか1項に記載の義肢ソケットの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記義肢ソケットを構成する造形物表
    面にコーティングを施し、加水分解による樹脂の劣化を
    防止するようにした請求項4乃至11の何れか1項に記
    載の義肢ソケットの製造方法。
  13. 【請求項13】 前記義肢ソケットを構成する造形物表
    面にコーティングを施し、汗などにより材料の中にある
    物質の漏出を防ぐようにした請求項4乃至12の何れか
    1項に記載の義肢ソケットの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記義肢ソケットに通気性を向上させ
    る穴を穿孔した請求項4乃至13の何れか1項に記載の
    義肢ソケットの製造方法。
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