JP2015091930A - 装具用板材料、装具および装具の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 優れた機械物性と優れた賦形性および軽量化を両立する装具用板材料が求められていた。【解決手段】 熱可塑性樹脂と炭素繊維からなるプリプレグからなり、前記炭素繊維の繊維長が６ｍｍ以上２５ｍｍ以下である装具用板材料。当該装具用板材料は、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以上３５体積％以下であること、厚みが１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であること、装具用板材料の長手方向に対して、４０〜５０゜の角度に炭素繊維が配向したプリプレグ層を有することが好ましい。【選択図】 なし

Description

本発明は、軽量かつ機械物性優れ、賦形性に優れた装具用板材料に関する。さらに詳しくは、装具を製造するに好適な中間基材である装具用板材料および軽量かつ機械物性優れた装具ならびに該装具の製造方法に関する。

脳溢血や脳梗塞の患者は、片方麻痺によって足首間接を自分の意思で自由に動かせない障害が生じることがある。このような障害を負った患者は、歩行の際に足先を持ち上げることができず、歩行時に足先が下がり、地面や段差に引っかかったり躓いたりするので、上手く歩行ができないことから、一般的に短下肢装具等の医療用装具を補助具として装着する（特許文献１）。

以前は金属製の装具が主流であったが、現在はで患者の負担軽減のため、軽量な樹脂性の装具が一般的となっており、とりわけ短下肢装具に関しては、比重と機械物性のバランスおよび賦型性の面からポリオレフィン系の材料が一般的である（特許文献２）。

短下肢装具としては、より軽量である方が患者への歩行時の負担が少なくなるため好まれるが、歩行時に短下肢装具は患者の体重を支える必要があるため、機械物性の面から、軽量化には限界があった。

上記課題を解決するため、非特許文献１では過去に炭素繊維織物に樹脂を含浸させたプリプレグを用いた手法が提案されているが、この手法は従来のポリオレフィン系の材料を用いた手法と比較して賦形性に劣る問題点があった。
一方で、装具はスポーツ用途でも用いられる。従来から、スポーツ時には下腿部の保護やパフォーマンスの向上を目的として、一般的にサポーターと呼ばれるスポーツ用装具が用いられている。特に、サッカーやラグビー等の競技においては、競技者の脛を保護する目的で、合成樹脂製の脛当て型の装具が使用される（特許文献３）。これらスポーツ用装具についても、より軽量である方が競技者への負担も軽減し、より高いパフォーマンスが発揮できるため好まれるが、従来技術では、機械物性の面から軽量化には限界があった。

特開平 ９−１０３４４３号公報 特開２００７−１４５１２号公報 特開２００４−２５４７７６号公報 日本義肢装具学会誌 ２２，９４−９５

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、軽量かつ機械物性優れ、賦形性に優れ、装具を製造するに好適な中間基材である装具用板材料、および軽量かつ機械物性優れた装具、ならびに該装具の製造方法を提供することを目的とする。

本発明等は上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、熱可塑性樹脂と特定の繊維長の炭素繊維からなるプリプレグを用いることにより、課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明の要旨は、以下の（１）〜（１２）に関する。

（１） 熱可塑性樹脂と炭素繊維からなるプリプレグからなり、前記炭素繊維の繊維長が６ｍｍ以上２５ｍｍ以下である装具用板材料。

（２） 炭素繊維の体積含有率が１０体積％以上３５体積％以下である上記（１）に記載の装具用板材料。

（３） 厚み方向において、内層に０．０５ｍｍ以上にわたり炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下である層を有する上記（１）または（２）に記載の装具用板材料。

（４） 前記プリプレグにおいて、炭素繊維の体積含有率が２０体積％以上５０体積％以下である上記（１）〜（３）のいずれかに記載の装具用板材料。

（５） 装具用板材料の長手方向においてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて得られた曲げ強度０ＦＳおよび曲げ弾性率０ＦＭと、装具用板材料の長手方向から４５゜回転した試験片切り出し方向においてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて得られた曲げ強度４５ＦＳおよび曲げ弾性率４５ＦＭが、下記式（ａ）〜（ｄ）を満たす上記（１）〜（４）のいずれかに記載の装具用板材料。

（ａ）０ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≧ ３６０Ｎ
（ｂ）０ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≧ ４０Ｎ・ｍ
（ｃ）４５ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≧ ２２０Ｎ
（ｄ）４５ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≧ ２２Ｎ・ｍ
Ｔ：装具用板材料の厚み
（６） 少なくとも一方の表面に、不織布を有する上記（１）〜（５）のいずれかに記載の装具用板材料。

（７） 前記熱可塑性樹脂が酸変性ポリプロピレンを含有する上記（１）〜（６）のいずれかに記載の装具用板材料。

（８） 上記（１）〜（７）のいずれかに記載の装具用板材料からなる装具。

（９） 炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなり、屈曲部および／または湾曲部を有する装具の製造方法であって、下記工程（ｉ）〜（ｉｖ）を有する装具の製造方法。
［工程（ｉ）］ 一方向に配向した繊維長６ｍｍ以上２５ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなるプリプレグ基材を、炭素繊維の配列方向が異なる向きに少なくとも２枚積層してプリプレグ積層体を得る工程
［工程（ｉｉ）］ 前記プリプレグ積層体を加熱して、前記熱可塑性樹脂を軟化させる工程
［工程（ｉｉｉ）］ 前記工程（ｉｉ）で加熱したプリプレグ積層体を屈曲部および／または湾曲部を有する型に押し付けて沿わせて賦型を行う工程
［工程（ｉｖ）］ 前記工程（ｉｉｉ）において成形された成形品を前記屈曲部および／または湾曲部を有する型から取り外す脱型工程
（１０）前記プリプレグ基材を構成する炭素繊維の体積含有率が、２０体積％以上５０体積％以下である上記（９）に記載の装具の製造方法。

（１１） 前記工程（ｉ）において、積層されたプリプレグ基材の間に、樹脂シート、および／または、炭素繊維と樹脂からなり、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下であるシートを、０．２ｍｍ以上の厚みとなるように積層する上記（９）または（１０）に記載の装具の製造方法。

（１２） 前記工程（ｉ）において、前記プリプレグ積層体を仮止めする上記（９）〜（１１）のいずれかに記載の装具の製造方法。

本発明によれば、軽量かつ機械物性優れ、賦形性に優れ、装具を製造するに好適な中間基材である装具用板材料、および軽量かつ機械物性優れた装具、ならびに該装具の製造方法を提供できる。

以下、本発明について、詳細に説明する。

（装具）
本発明における装具とは、四肢および体幹に装着するものであり、医療用途、スポーツ用途をはじめ、狩猟用途、武装用途等幅広く適用可能である。特に、医療用途およびスポーツ用途において好ましく適用される。より好ましくは、短下肢装具等の医療用装具として適用される。

（装具用板材料）
本発明の装具用板材料は、熱可塑性樹脂と炭素繊維からなるプリプレグからなり、前記炭素繊維の繊維長が６ｍｍ以上２５ｍｍ以下である必要がある。繊維長が長いほど機械物性に優れる傾向にあり、一方、繊維長が短いほど賦形性に優れる傾向にあるが、炭素繊維の繊維長が６ｍｍ以上であれば装具とした際に必要な機械物性が得られる。また炭素繊維の繊維長が２５ｍｍ以下であれば装具用板材料として必要な賦形性が得られる。機械物性と賦形性のバランスから８ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲が好ましい。

本発明の装具用板材料は、上述のプリプレグを複数枚積層した積層基材である。具体的にはプリプレグを２枚以上積層した積層基材であって、所望の機械特性を任意に設計しやすいという観点からプリプレグを４枚以上積層した積層基材が好ましく、特に好ましくはプリプレグを８枚以上積層した積層基材である。なお、製造コストや賦型性の観点から、通常はプリプレグを１９２枚以下積層した積層体であり、好ましくはプリプレグを９６枚以下積層した積層体である。

本発明の装具用板材料は、必要に応じて前記プリプレグ以外の成分を含有しても良いが、装具用板材料として、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以上３５体積％以下であることが好ましい。炭素繊維の体積含有率が高いほど機械物性に優れる傾向にあり、炭素繊維の体積含有率が低いほど賦形性に優れる傾向にあるが、炭素繊維の体積含有率が低すぎると、装具とした際に好ましい機械物性が得られない場合がある。また炭素繊維の体積含有率が高すぎると、装具用板材料として好ましい賦形性が得られない場合がある。機械物性と賦形性のバランスから１３体積％以上３０体積％以下の範囲がより好ましい。

本発明の装具用板材料は、前述の通り前記プリプレグ以外の成分を含有しても良く、該装具用板材料の厚み方向において、内層に０．０５ｍｍ以上にわたり、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下である層を有することが好ましい。曲げ強さや曲げ剛性といった曲げ特性は、断面二次モーメントの観点から、材料の厚み方向における表層の性質が大きく影響する。装具用板材料がこの曲げ特性に優れたほど、装具とした際に好ましい機械物性が得られる。一方、引張特性に関しては、断面を構成する材料は、厚み方向において一様に影響を与える。装具用板材料には、装具とした際の機械特性の観点からある程度の引張特性は必要とされるが、引張特性が極端に高い場合、装具として賦型することが困難となる。すなわち、上記の厚さ方向断面の材料構成の曲げ特性と引張特性への影響の違いを利用して、装具用板材料の厚み方向における内層に、炭素繊維の体積含有率が低い層を含有することが機械物性と賦形性のバランスから好ましい。該炭素繊維の体積含有率が低い層としては、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下で、層の厚みが０．０５ｍｍ以上であれが、より好ましい効果が得られる。一方、層の厚みが極端に厚くなると、装具用板材料としての厚みも増し、賦型時にシワの発生の原因になるため、装具用板材料の賦型性の確保観点からすると２ｍｍ以下であつことがより好ましい。さらに好ましい該炭素繊維の体積含有率が低い層の炭素繊維の体積含有率は５体積％以下であり、より好ましい該炭素繊維の体積含有率が低い層の厚みとしては、０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。

本発明の装具用板材料の外層は、熱可塑性樹脂と炭素繊維からなり、前記炭素繊維の繊維長が６ｍｍ以上２５ｍｍ以下であるプリプレグで構成されている。当該外層の外側に、本発明の効果を阻害しない範囲で、更に別の層を有していても良い。

本発明の装具用板材料は、装具用板材料の長手方向に対して０〜１０゜の角度に炭素繊維が配向したプリプレグ層と、装具用板材料の長手方向に対して４０〜５０゜の角度に炭素繊維が配向したプリプレグ層を有することが好ましい。装具用板材料の長手方向に対して０〜１０゜の角度に炭素繊維が配向したプリプレグ層を有することで、歩行時に患者の体重を担うに好ましい機械物性が得られ好ましい。また装具を必要する患者は四肢の長幹骨の捻転変形を起こし易いが、装具用板材料の長手方向に対して、４０〜５０゜の角度に炭素繊維が配向したプリプレグ層を有することで、装具とした際に捻り剛性を付与することができ、これにより長幹骨の捻転変形を抑制することができ好ましい。なお、装具用材料の長手方向とは装具とした際の長手方向と同義である。

通常、装具としては長手方向にもっとも応力が掛かるため、長手方向に対して０゜の角度に炭素繊維が配向したプリプレグ層を表層から近い層に配置することが好ましい。具体的な積層構成としては、長手方向に対して繊維配向が［０／４５／−４５］_Ｓや［０／４５／−４５／Ｘ］_Ｓ、［０／４５／−４５／Ｘ／−４５／４５／０］_Ｓおよびこれらの繰り返しといった積層構成が挙げられる。なおここでの“Ｘ”とは、繊維配向が９０°の層であったり、前記“炭素繊維の体積含有率が低い層”である。

本発明に用いるプリプレグは、炭素繊維の体積含有率で２０体積％以上５０体積％以下であることが好ましい。本発明の装具用板材料は、上述の通り、積層構造を取ることが好ましく、また必要に応じてプリプレグ以外の成分を含有しても良いが、本発明に用いるプリプレグの炭素繊維の体積含有率が高い程、その設計自由度は高くなり、また機械物性にも優れる傾向にある。本発明に用いるプリプレグの炭素繊維の体積含有率が低すぎると、装具用板材料としての設計が容易ではなくなり、また装具とした際に好ましい機械物性が得られない場合がある。一方で、極端にプリプレグの炭素繊維の体積含有率が高い場合は、炭素繊維と熱可塑性樹脂の界面強度の低下や、プリプレグ内にボイドが発生することにより、機械物性の低下が懸念される。プリプレグの炭素繊維の体積含有率が５０体積％以下であれば、好ましい炭素繊維と熱可塑性樹脂の界面強度が得られ、またプリプレグ内のボイドの発生も抑制できて、装具とした際に好ましい機械物性が得られる。

本発明の装具用板材料は、装具用板材料の長手方向においてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて得られた曲げ強度０ＦＳおよび曲げ弾性率０ＦＭと、装具用板材料の長手方向から４５゜回転した試験片切り出し方向においてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて得られた曲げ強度４５ＦＳおよび曲げ弾性率４５ＦＭが下記式（ａ）〜（ｄ）を満たすことが好ましい。
（ａ）０ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≧ ３６０Ｎ
（ｂ）０ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≧ ４０Ｎ・ｍ
（ｃ）４５ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≧ ２２０Ｎ
（ｄ）４５ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≧ ２２Ｎ・ｍ
式（ａ）および（ｂ）を満たせば、装具とした際に、歩行時に患者の体重を担うに好ましい機械物性が得られ、また式（ｃ）および（ｄ）を満たせば、装具とした際に、該装具を装着した患者の長幹骨の捻転変形を抑制することができ好ましい。より好ましい値は、下記式（ａ’）〜（ｄ’）であり、さらに好ましい値は、下記式（ａ’’）〜（ｄ’’）である。
（ａ’）４５０Ｎ ≦ ０ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≦ ２５００Ｎ
（ｂ’）６０Ｎ・ｍ ≦ ０ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≦ ４５０Ｎ・ｍ
（ｃ’）３００Ｎ ≦ ４５ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≦ ２５００Ｎ
（ｄ’）３５Ｎ・ｍ ≦ ４５ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≦ ４５０Ｎ・ｍ
（ａ’ ’）８５０Ｎ ≦ ０ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≦ ２５００Ｎ
（ｂ’ ’）１２０Ｎ・ｍ ≦ ０ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≦ ４５０Ｎ・ｍ
（ｃ’ ’）６００Ｎ ≦ ４５ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≦ ２５００Ｎ
（ｄ’ ’）１００Ｎ・ｍ ≦ ４５ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≦ ４５０Ｎ・ｍ
本発明の装具用板材料における厚みは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。厚みが厚いほど装具とした際の機械物性に優れるが、厚いと賦形時にシワがより易く、また厚さが増すに従い重量も増加する。厚みが１．０ｍｍ以上であれば装具とした際に好ましい機械物性が得られる。また３．０ｍｍ以下であれば賦形時のシワを抑制することができ装具用板材料として好ましい賦形性が得られ、また装具とした際に軽量化の効果があり好ましい。より好ましい厚みとしては、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。

本発明の装具用板材料および装具は、その表面に、意匠性もしくは機能性の観点から、必要に応じて、不織布、樹脂層、金属被覆層、ゴム、またはこれらの複合体を有するものであっても良い。なかでも不織布を有するものが好ましい。不織布を有することで、賦形時のシワを抑制することができるとともに、不織布層が断熱層となることで装具用板材料の放熱を抑制でき、より長い賦型時間を確保でき、装具用板材料として好ましい賦形性が得られる。

＜熱可塑性樹脂＞
本発明で用いる熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアミド（ＰＡ）、液晶ポリマー、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアセタール、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリスチレン、変性ポリスチレン、ＡＳ樹脂（アクリロニトリルとスチレンとのコポリマー）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンのコポリマー）、変性ＡＢＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂（メチルメタクリレート、ブタジエン及びスチレンのコポリマー）、変性ＭＢＳ樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、変性ポリメチルメタクリレート等及びこれらのポリマーアロイ等が挙げられる。これら１種を単独で用いてもよく、２種類以上を併用しても良い。上記の中でも、機械物性と軽量性の観点からポリオレフィンが好ましい。ポリオレフィンの中でも、ポリプロピレン系がより好ましく、酸変性ポリプロピレンがさらに好ましい。

＜炭素繊維＞
本発明で用いる炭素繊維は特に限定されず、ＰＡＮ系炭素繊維、ＰＩＣＨ系炭素繊維などが挙げられる。好ましい炭素繊維としては、ＪＩＳ Ｒ７６０１（１９８６）に準じて測定したストランド引張強度が１．０ＧＰａ以上９．０ＧＰａ以下、ストランド引張弾性率が１５０ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下のものである。より好ましい炭素繊維としては、ＪＩＳ Ｒ７６０１（１９８６）に準じて測定したストランド引張強度が１．５ＧＰａ以上９．０ＧＰａ以下、ストランド引張弾性率が２００ＧＰａ以上１０００ＧＰａ以下のものである。

炭素繊維の形態としては、一方向に引き揃えられたものであってもよく、織物、ノンクリンプファブリック、もしくはチョップドされたものであっても良い。中でも、積層により強度および剛性の設計が可能である点から、一方向に引き揃えられたものが好ましい。

＜プリプレグの製造方法＞
熱可塑性樹脂と炭素繊維からプリプレグを製造する方法は、溶融樹脂を押出機にて含浸させる方法、粉末樹脂を繊維層に分散し溶融させる方法、樹脂をフィルム化してラミネートする方法、樹脂を溶剤に溶かし溶液の状態で含浸させた後に溶剤を揮発させる方法、樹脂を繊維化して混合糸にする方法、熱可塑性樹脂のモノマーの状態で含浸させた後に重合させてポリマーにする方法などがある。溶融樹脂を押出機にて含浸させる方法は樹脂を加工する必要が無いという利点があるが、安定したプリプレグを製造するのが難しい。粉末樹脂を繊維層に分散する方法は含浸がしやすいという利点があるが、粉末を均一に繊維層に分散させるのが困難である。樹脂をフィルム化してラミネートする方法はフィルム加工する必要があるが、比較的品質の良いものが作られる傾向にある。

溶融法にて熱可塑性樹脂を含浸させる工程は、前記押出機以外にも加熱プレスと冷却プレスの組合せにより溶融含浸後にプリプレグを固化させる方法、ダブルベルトプレスを使用して加熱ゾーンや冷却ゾーンを設ける方法がある。ダブルベルトプレスを使用する方法は連続的に生産できるため生産性に優れている。

＜装具の製造方法＞
以下本発明における装具用板材料を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなり、屈曲部および／又は湾曲部を有する装具を製造する方法の一例を示す。

＜＜［工程（ｉ）］ 一方向に配向した繊維長６ｍｍ以上２５ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなるプリプレグ基材を、炭素繊維の配列方向が異なる向きに少なくとも２枚積層してプリプレグ積層体を得る工程＞＞
本発明の工程（ｉ）における“一方向に配向した繊維長６ｍｍ以上２５ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなるプリプレグ基材”を得る方法としては特に限定しないが、例えば、上記 ＜プリプレグの製造方法＞により得られるプリプレグに、繊維長が６ｍｍ以上２５ｍｍ以下となるように切込みを入れることにより得られる。この切込はレーザーマーカー、カッティングプロッター又は抜型等を利用して得られる。中でも抜型を用いたものが、高速に加工できるため好ましい。

本発明の工程（ｉ）においては、前記プリプレグ基材を、炭素繊維の配列方向が異なる向きに少なくとも２枚積層してプリプレグ積層体を得る。本発明においては、少なくとも２枚のプリプレグが、当該プリプレグを構成する炭素繊維の配列方向が異なるように積層されていればよく、それ以外に、前記プリプレグを構成する炭素繊維の配向方向が同じになるように積層された前記プリプレグが積層されていてもよいし、炭素繊維の配向方向が異なるように積層された２枚のプリプレグのいずれの炭素繊維の配向方向とも異なる配向方向になるように前記プリプレグが積層されていてもよい。

前述した通り、本発明の装具用板材料は、前述の通り前記プリプレグ以外の成分を含有しても良く、該装具用板材料の厚み方向において、内層に０．０５ｍｍ以上にわたり、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下である層を有することが好ましい。従って、工程（ｉ）において、積層されたプリプレグ基材の間に、樹脂シート、および／または、炭素繊維と樹脂からなり、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下であるシートを、０．２ｍｍ以上の厚みとなるように積層することが好ましい。

また、取扱い性の観点から、工程（ｉ）において、前記プリプレグ積層体を仮止めすることが好ましい。仮止めとは、積層体がバラバラにならない程度に各層を接着させておくことを意味する。仮止めの方法は特に限定はないが、超音波溶着、レーザー溶着、通電加熱溶着、熱スタンプ溶着等が挙げられる。

＜＜［工程（ｉｉ） 前記プリプレグ積層体を加熱して、前記熱可塑性樹脂を軟化させる工程］＞＞
本発明の工程（ｉｉ）における加熱方法としては、特に限定されないが、ＩＲヒーター、ＩＨヒーター、熱風循環式オーブン、スチーム式オーブン等が挙げられる。加熱温度としては、前記熱可塑性樹脂を軟化させることができればよいが、具体的には、前記熱可塑性樹脂の融点よりも１０〜１００℃高い温度、又は前記熱可塑性樹脂が融点を有さないときはガラス転移温度よりも１０〜１００℃高い温度で加熱すればよい。１０〜１００℃高い温度で加熱すれば、前記プリプレグ積層体の層間を接着することができると共に、後述の賦型工程において、良好な賦型性が得られる。好ましくは１５〜８０℃高い温度で加熱すればよい。

本発明の工程（ｉｉ）における“前記プリプレグ積層体を加熱して前記熱可塑性樹脂を軟化させる工程”では、前記プリプレグ積層体の層間の接着性を上げるため、加圧してもよく、一端加熱して前記熱可塑性樹脂を軟化させたものを冷却されて前記熱可塑性樹脂を固化させた後、再加熱により再度、前記熱可塑性樹脂を軟化させても良い。

＜＜［工程（ｉｉｉ）］ 前記工程（ｉｉ）で加熱したプリプレグ積層体を屈曲部および／または湾曲部を有する型に押し付けて沿わせて賦型を行う工程＞＞
本発明の工程（ｉｉｉ）における押し付け方法としては、屈曲部および／または湾曲部を有する型の外側に押し付けて賦型することが好ましい。屈曲部および／または湾曲部を有する型の温度としては、２０℃〜１００℃が好ましい。温度が低すぎると、加熱したプリプレグ積層体の冷却が急速となり、好ましい賦型時間が確保できず、また、温度が高すぎると、後述の脱型が困難となるが、２０℃〜１００℃であれば、好ましい賦型性と脱型性を確保できる。

本発明の工程（ｉｉｉ）における“屈曲部および／または湾曲部を有する型”としては、例えば、人体の肘、膝、脛や、膝下からつま先にかけての短下肢をかたどった形状が挙げられる。

＜＜［工程（ｉｖ）］ 前記工程（ｉｉｉ）において成形された成形品を前記屈曲部および／または湾曲部を有する型から取り外す脱型工程＞＞
本発明における工程（ｉｖ）は、工程（ｉｉｉ）で賦型した後、成形品が十分冷却された固化した後に行う。具体的には、成形品の表面温度が、前記熱可塑性樹脂の融点よりも３０℃以上低い温度、又は前記熱可塑性樹脂が融点を有さないときはガラス転移温度よりも１５℃以上低い温度となった後に脱型することが好ましい。

脱型方法としては特に限定されず、必要に応じて、成形品の端部や不要部をトリミングした後に脱型しても良い。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、実施例に記載の発明に限定されるものではない。また実施例および比較例おいて各性状の測定および評価は下記の方法で実施した。

（機械物性評価）
得られた装具用板材料より湿式カッターにて長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍの曲げ試験片を切り出し、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に規定する試験方法に従い、それぞれ３点曲げ試験を行った。試験機としてはインストロン万能試験機４４６５型を用いた。測定した試験片の数はそれぞれｎ＝６とし、その全平均値より曲げ強度および曲げ弾性率を算出し、また装具としての機械物性として、算出した曲げ強度および曲げ弾性率を用いて下記式（１）にて耐荷重指数を、下記式（２）にて剛性指数を算出した。結果を表１に記す。
［耐荷重指数（Ｎ）］ ＝ ［曲げ強度（ＭＰａ）］×［厚さ（ｍｍ）］^２・・・式（１）
［剛性指数（Ｎ・ｍ）］ ＝ ［曲げ弾性率（ＧＰａ）］×［厚さ（ｍｍ）］^３・・・式（２）
（賦形性評価および重量測定）
得られた装具用板材料を所望の大きさに裁断し、２００℃雰囲気下の循環式熱風炉内で１５分間過熱した後、最表層の繊維方向が装具用の短下肢形状型の長手方向になる様に、型の脹脛および踵側から押し付けて成形し、冷却後型から外した。シワなく賦形できた場合は○、賦形できたがシワが残った場合は△、賦形できなかった場合は×として記録した。また賦形したものを型の形状にそって切断加工した後、重量を測定した。それぞれの結果を表１に記す。

（製造例１―プリプレグ１の製造）
一方向に炭素繊維（三菱レイヨン製パイロフィルＴＲ ５０Ｓ）を平面状に引き揃えて目付が７８ｇ／ｍ^２となる繊維シートとし、繊維シートの両面から、酸変性ポリプロピレン樹脂（三菱化学製モディックＰ９５８Ｖ）からなる目付が４０ｇ／ｍ^２のフィルムを挟み、カレンダロールを複数回通して加熱と加圧により、樹脂を繊維シートに含浸させ、繊維体積含有率Ｖｆ３５ｖｏｌ％、厚み１２２μｍｍのプリプレグを作製した。

（製造例２―プリプレグ２の製造）
目付が６１ｇ／ｍ^２の酸変性ポリプロピレン樹脂のフィルムを用いた以外は製造例１と同様の手法で、繊維体積含有率Ｖｆ２６ｖｏｌ％、厚み１６５μｍｍのプリプレグを作製した。

（実施例１）
製造例１で得たプリプレグを５３０ｍｍ角に切り出し、カッティングプロッター（レザック製Ｌ−２５００カッティングプロッター）を用いて、繊維となす角度θの絶対値が４５゜、強化繊維の繊維長Ｌが２５ｍｍになるように切込みを入れ、切込みプリプレグを得た。この切込みプリプレグを積層構成が［０／４５／９０／−４５］_Ｓとなる様に積層して積層体を得た。こうして得られた積層体を５３５ｍｍ角で深さ１．５ｍｍの印籠金型内に配置して、２００℃まで加熱した後、多段プレス機で２２０℃の盤面で０．５５ＭＰａの圧力で７分間加熱・加圧後、同一の圧力で室温まで冷却し、１．０ｍｍ厚の装具用板材料を得た。得られた装具用板材料を評価した結果、装具用板材料として適応可能な機械物性を有しており、また多少のシワは発生したが賦形することができた。

（比較例１）
プリプレグに切込みを入れず、切込みプリプレグとしなかった以外は実施例１と同等の手法で１．０ｍｍ厚の装具用板材料を得た。得られた装具用板材料を評価した結果、装具用板材料として機械物性は十分であったが、賦形することができなかった。

（実施例２）
製造例２で得たプリプレグを原料とし、強化繊維の繊維長Ｌが１０ｍｍになるように切込みを入れ、積層構成を［０／４５／−４５／９０／−４５／４５／０］とした以外は実施例１と同等の手法で１．２ｍｍ厚の装具用板材料を得た。得られた装具用板材料を評価した結果、装具用板材料として適応可能な機械物性を有しており、またシワなく賦形することができた。

（実施例３）
積層構成を［０／４５／−４５／９０／−４５／４５／０］_２とした以外は実施例２と同等の手法で２．３ｍｍ厚の装具用板材料を得た。得られた装具用板材料を評価した結果、装具用板材料として優れた機械物性を有しており、またシワなく賦形することができた。

（実施例４）
製造例１で得たプリプレグを５３０ｍｍ角に切り出し、カッティングプロッター（レザック製Ｌ−２５００カッティングプロッター）を用いて、繊維となす角度θの絶対値が４５゜、強化繊維の繊維長Ｌが１０ｍｍになるように切込みを入れ、切込みプリプレグを得た。非繊維強化のポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ株式会社製ノバテックＥＡ６Ａ）を０．５ｍｍｔ、５３０ｍｍ角に切り出し、この非繊維強化のポリプロピレン樹脂と切込みプリプレグを用いて、積層構成が［０／４５／０／４５／−４５／９０／（非繊維強化のポリプロピレン樹脂）／９０／−４５／４５／０／４５／０］となる様に積層して積層体を得た。積層体は実施例１と同様にプレスにより一体化して２．０ｍｍ厚の装具用板材料を得た。得られた装具用板材料の全体での繊維体積含有率は２１体積％であった。得られた装具用板材料を評価した結果、装具用板材料として優れた機械物性を有しており、またシワなく賦形することができた。

（比較例２）
４．０ｍｍ厚のポリプロピレン板（日本ポリプロ株式会社製ノバテックＥＡ６Ａ）を用いて、装具用材料としての評価を行った。結果、賦形性および機械物性は装具用材料としては適応可能であるが、軽量性に欠けるものであった。

Claims (12)

1. 熱可塑性樹脂と炭素繊維からなるプリプレグからなり、前記炭素繊維の繊維長が６ｍｍ以上２５ｍｍ以下である装具用板材料。
2. 炭素繊維の体積含有率が１０体積％以上３５体積％以下である請求項１に記載の装具用板材料。
3. 厚み方向において、内層に０．０５ｍｍ以上にわたり炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下である層を有する請求項１または２に記載の装具用板材料。
4. 前記プリプレグにおいて、炭素繊維の体積含有率が２０体積％以上５０体積％以下である請求項１〜３のいずれかに記載の装具用板材料。
5. 装具用板材料の長手方向においてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて得られた曲げ強度０ＦＳおよび曲げ弾性率０ＦＭと、装具用板材料の長手方向から４５゜回転した試験片切り出し方向においてＡＳＴＭ Ｄ７９０に準じて得られた曲げ強度４５ＦＳおよび曲げ弾性率４５ＦＭが、下記式（ａ）〜（ｄ）を満たす請求項１〜４のいずれかに記載の装具用板材料。
   （ａ）０ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≧ ３６０Ｎ
   （ｂ）０ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≧ ４０Ｎ・ｍ
   （ｃ）４５ＦＳ×Ｔ×Ｔ ≧ ２２０Ｎ
   （ｄ）４５ＦＭ×Ｔ×Ｔ×Ｔ ≧ ２２Ｎ・ｍ
   Ｔ：装具用板材料の厚み
6. 少なくとも一方の表面に、不織布を有する請求項１〜５のいずれかに記載の装具用板材料。
7. 前記熱可塑性樹脂が酸変性ポリプロピレンを含有する請求項１〜６のいずれかに記載の装具用板材料。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の装具用板材料からなる装具。
9. 炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなり、屈曲部および／または湾曲部を有する装具の製造方法であって、下記工程（ｉ）〜（ｉｖ）を有する装具の製造方法。
   ［工程（ｉ）］ 一方向に配向した繊維長６ｍｍ以上２５ｍｍ以下の炭素繊維と熱可塑性樹脂とからなるプリプレグ基材を、炭素繊維の配列方向が異なる向きに少なくとも２枚積層してプリプレグ積層体を得る工程
   ［工程（ｉｉ）］ 前記プリプレグ積層体を加熱して、前記熱可塑性樹脂を軟化させる工程
   ［工程（ｉｉｉ）］ 前記工程（ｉｉ）で加熱したプリプレグ積層体を屈曲部および／または湾曲部を有する型に押し付けて沿わせて賦型を行う工程
   ［工程（ｉｖ）］ 前記工程（ｉｉｉ）において成形された成形品を前記屈曲部および／または湾曲部を有する型から取り外す脱型工程
10. 前記プリプレグ基材を構成する炭素繊維の体積含有率が、２０体積％以上５０体積％以下である請求項９に記載の装具の製造方法。
11. 前記工程（ｉ）において、積層されたプリプレグ基材の間に、樹脂シート、および／または、炭素繊維と樹脂からなり、炭素繊維の体積含有率が１０体積％以下であるシートを、０．２ｍｍ以上の厚みとなるように積層する請求項９または１０に記載の装具の製造方法。
12. 前記工程（ｉ）において、前記プリプレグ積層体を仮止めする請求項９〜１１のいずれかに記載の装具の製造方法。