JP6491104B2 - 衝撃吸収パッドおよびそれを装着した衣類並びに大腿骨骨折予防方法 - Google Patents
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Description
[式中Xはハロゲン原子、炭素数1〜6のアルコキシ基又は炭素数1〜6のアシロキシ基を示す。R1、R2はそれぞれ水素原子または炭素数1〜6の1価の炭化水素基を示し、R1、R2は同一であっても異なっていても良い。R3は多価芳香族炭化水素基または多価脂肪族炭化水素基であり、nは1〜6の自然数を示す。]
装着感の評価は、大腿骨大転子部の直上に衝撃回避部が位置するようにポケットを設けたパンツのポケットに衝撃吸収パッドを入れ、そのパンツを10人の一般パネラーに24時間着用してもらい、「ムレ」、「着脱(トイレでの着脱含む。着脱時の違和感)」、「外観(外観の不自然さ)」の3点について下記の基準で官能評価を行ない、最も多かった基準を評価とした。
◎:ムレを感じず不快感がない。
○:ムレをほとんど感じず不快感がほとんどない。
△:どちらともいえない。
×:ムレを感じて不快である。
◎:着脱時にひっかかりがなく、違和感がない。
○:着脱時にほとんどひっかかりがなく、違和感が少ない。
△:どちらともいえない。
×:着脱時にひっかかりがあり、違和感がある。
○:衣服の上から見ても衝撃吸収パッドが入っていることがほとんどわからない。
△:どちらともいえない。
×:衣服の上から見ると衝撃吸収パッドが入っていることがわかる。
厚さ12mm、上下方向の最大長さ140mm、幅方向の最大長さ120mmの長円(角丸長方形)である図1に示す衝撃吸収パッド14を、シリコーン系発泡ゲル(商品名:NPゲル、(株)タイカ製)を用いて作製した。該パッドには、幅方向の最大部分の長さ(W)80mm、上下方向の最大部分の長さ(L)50mmの長円(角丸長方形)状貫通孔である衝撃回避部21を、その上端から該パッドの上端までの距離(L1)40mm、その下端から該パッドの下端までの距離(L2)50mm、およびその幅方向両端から該パッドの幅方向両端までの距離がそれぞれ20mmの位置に形成した。
さらに、衝撃回避部21の下方であって、仮想線X(又は第1軽減部22a)を介して幅方向に対向し、かつ衝撃回避部21および第1軽減部22a、22bと離隔する位置に、ほぼ円形の貫通穴(径20mm)である第2軽減部23a、23bを形成した。
パッドの上下方向の最大長さを155mmとし、かつ衝撃回避部21の下端からパッド下端までの距離(L2)を65mmとする以外は、実施例1と同様にして、厚さ12mm、上下方向の最大長さ155mm、幅方向の最大長さ120mmの長円(角丸長方形)である図2に示す衝撃吸収パッド15を作製した。実施例2の衝撃吸収パッド15は、実施例1の衝撃吸収パッド14よりも下端を15mm延長した構造である。
厚さ12mm、上下方向の最大長さ140mm、幅方向の最大長さ130mmの、上部が半円状でありかつ下端部の両角を円弧状曲線で置換した形状を有する図3に示す衝撃吸収パッド16を、シリコーン系発泡ゲル(商品名:NPゲル、(株)タイカ製)を用いて作製した。該パッドには、幅方向の最大部分の長さ(W)80mm、上下方向の最大部分の長さ(L)50mmの角丸長方形状貫通孔である衝撃回避部21を、その上端から該パッドの上端までの距離(L1)40mm、その下端から該パッドの下端までの距離(L2)50mm、およびその幅方向両端から該パッドの幅方向両端までの距離がそれぞれ25mmの位置に形成した。
さらに、衝撃回避部21の下方であって、仮想線Xを介して幅方向に対向し、かつ衝撃回避部21および第1軽減部22と離隔する位置に、ほぼ円形の貫通穴(径30mm)である第2軽減部23a、23bを形成した。
厚さを12mmから8mmに変更する以外は、実施例2と同様にして、衝撃吸収パッド15を作製した。
材料をNPゲルから下記のエラストマー発泡体(発泡体A)に変更する以外は、実施例1と同様にして、衝撃吸収パッド14を作製した。
材料をNPゲルから実施例5で作製されたエラストマー発泡体(発泡体A)に変更する以外は、実施例2と同様にして、衝撃吸収パッド15を作製した。
材料をNPゲルから実施例5で作製されたエラストマー発泡体(発泡体A)に変更する以外は、実施例3と同様にして、衝撃吸収パッド16を作製した。
ポリスチレンブロック−ポリイソブチレンブロック−ポリスチレンブロックを有するエラストマーを、SIBSTAR072T(商品名、(株)カネカ製)からSIBSTAR062T(商品名、(株)カネカ製)に変更して得られるエラストマー発泡体(発泡体B)を使用する以外は、実施例6と同様にして、衝撃吸収パッド15を作製した。
厚さを12mmから5mmに変更する以外は、実施例8と同様にして衝撃吸収パッド15を製作した。
エラストマー(商品名:SIBSTAR072T、(株)カネカ製)を200℃においてプレス成形し、厚さ8mmの弾性板を得た。この弾性板を切削加工し、実施例2におけるのと同寸法を有する衝撃吸収パッド15を作製した。
幅方向の最大部分の寸法(W)80mm、上下方向の最大部分の寸法(L)50mmの長円状貫通穴からなる衝撃回避部21を、径50mmのほぼ円形状貫通穴からなる衝撃回避部21aに変更する以外は、実施例5と同様にして、図8に示す衝撃吸収パッド40を作製した。
市販の大腿骨頸部骨折予防下着を比較例2として用いた。この下着に装着されている衝撃吸収パッド(ヒッププロテクタA)は大腿骨大転子部全体を覆うタイプであり、平面形状が楕円形状かつ立体形状が亀の甲羅状であり、16個の小径の貫通穴が開けられた厚さ13mm程度の弾性体である。該下着は装着時や着脱時の違和感は少ないが、該弾性体は人体に接触する面を平らな面とした亀の甲羅状の形状を有しているので、装着時の外観の変化は否めない。また、各貫通穴の径が小さいので、特に夏場などの高温時期における通気性が不十分になりがちであり、ムレが起こり易い。
市販の大腿骨頸部骨折予防下着を比較例3として用いた。この下着に装着されている衝撃吸収パッド(ヒッププロテクタB)は大腿骨大転子部全体を覆うタイプであり、形状が長円(角丸長方形)状、厚さが10mmの、貫通穴を有さない弾性体であるため、着脱性や通気性が十分ではなく、また、柔軟性に乏しいため、装着による外観の変化が大きい。
すなわち、比較例2、3のヒッププロテクタA、Bは、装着感の点で更なる改良の余地が残されていた。比較例2、3のヒッププロテクタA、Bに用いられる弾性体の特徴を下記表2に示す。
ヒッププロテクタを用いなかった。
実施例1〜2及び比較例1の衝撃吸収パッド、比較例2〜3の市販の衝撃吸収パッドならびに衝撃吸収パッドを用いない比較例4について、それぞれの衝撃吸収性能を調べるために、下記に示す評価試験を行った。結果を表8に示す。
衝撃吸収パッドの衝撃吸収性能評価は、下記のコンピューターによる転倒シミュレーションにより実施した。
(1−1)原型マルチボディモデルの作製
まず、解析ソフト(商品名:MADYMO、TASS International(株)製)およびMADYMOに内蔵されたマルチボディ生成ソフト(商品名:GEBOD、Generator of Body Data)を利用して、野田により作製された身長180cm、体重72kgの標準成人男性をスケーリングしたマルチボディモデル(野田真司、日本人高齢女性の体格・歩調を考慮した歩行転倒モデルの開発と大腿骨頸部骨折予測、名古屋大学工学研究科平成19年修士論文)を準備した。
まず、53歳から89歳までの女性8名から抽出した大腿骨標本から計測した各形状パラメータの平均値(軟骨の厚さ5mm、寛骨臼の厚さ4mm)、および軟組織には89歳女性1名のX線CT画像を用い、大腿部有限要素モデルを、軟組織を含めた大腿部のCT画像として作製した。この大腿部有限要素モデルでは、寛骨臼要素と骨頭要素とが接触することで大腿骨頸部に応力が生じ、靭帯要素が寛骨臼と大腿骨とを結合することにより、転倒時の大腿骨の挙動を制御するように構成され、これにより、大腿部に生じる応力の測定を行うことが可能になる。以下、大腿部有限要素モデルを構成する各要素を形作る材料について説明する。
E1=7.04×105×(HU)
皮質骨の骨密度(ρcor1)は、皮質骨のCT値(HU)を前出のSnyderらの文献に記載の下記式に代入して算出した。
ρcor1=1.09+(4.45×10?4)×(HU)
E2=0.7×(QCT)12
海綿骨の骨密度(ρcor2)は、海綿骨のCT値(HU)をFordらの式(Catherine M. Ford, Tony M. Keaveny and Wilson C. Hayes, The Effect of Impact The Effect of Directionon the Structural Capacity of Proximal Femur During Falls,Journal of Bineand Mineral Resarch,vol.,(1996 ), pp.377-383)に代入して算出した。
ρcor2=0.0684+(1.106×10?3)×(HU)
まず、原型マルチボディモデルの腰部と大腿を関連づけるジョイントを球ジョイントから自由ジョイントに変更した後、大腿部有限要素モデルの大腿骨遠位端(寛骨臼及び軟組織皮膚要素の上縁の節点)を原型マルチボディモデルの腰部に結合することで、股関節の特性を模擬した。寛骨臼に加え、皮膚要素上縁の節点もマルチボディの腰部に拘束したことで、靭帯要素だけなく、皮膚要素も関節剛性の役割を担い、解剖学的にも妥当な股関節構造を再現した。こうして、高齢者マルチボディモデルを作製した。
(2−1)高齢女性の歩行状態調査
ターゲットマークを装着した状態で高齢女性4名に約5mの距離を歩行してもらい、それをカメラ撮影し、歩行中の関節の位置関係や歩行速度を観察した。撮影には高速度カメラ(商品名:MEMRECAM fxK3、ST−593、(株)ナックイメージテクノロジー製)を使用し、シャッタースピードを250f/sに設定、歩行区間の中央付近を撮影範囲とした。被験者の身体の各部に装着したターゲットマークの挙動解析には、Movias Pro 62(商品名、(株)ナックイメージテクノロジー製)を使用した。表5に高齢女性の平均的体格(66.9歳、149.3cm、55.3kg)に最も近い被験者(76歳、149cm、51kg)の1分あたりの歩数、歩行速度を示す。表5に示す歩数、歩幅および歩行速度のデータは他の3名の被験者とほとんど差がなかったため、表5に示すデータを高齢者マルチボディモデルに組み込んだ。
本試験例では、転倒による骨折危険度を判定するために、実際の転倒における転倒挙動を、歩行速度、歩行姿勢、および転倒要因という3つのパラメータを用いて再現した。
falldirection and impact location,Journal of Biomechanics,34,(2001),309-317,52)を参考にして、転倒要因を意識喪失、踏み外し、滑り、つまずきの4種に分類した。意識喪失の転倒は高齢者マルチボディモデルを歩行中の状態から重力により地面に落下させることにより再現した。踏み外しは、遊脚側の足を立脚側より16cm低い地面へと歩行させることで、段差に降りる際の転倒とした。滑りは地面と足の摩擦係数を0.05に設定することで、すべりによる転倒とした。つまずきは遊脚の振り出しを障害物で妨害することで再現した。
転倒開始時の歩行姿勢と転倒要因には相関関係がある。意識喪失による転倒は、歩行周期中のどの時期でも起こるが、滑りによる転倒は、遊脚中の足が完全に地面に着いた瞬間や立脚側の足に体重をかけて踏み出す時、つまり図12中の姿勢(a)〜(d)で発生する。踏み外しによる転倒は段差から降り、足が地面に着く瞬間に発生するので、姿勢(a)で発生する。つまずきによる転倒は、遊脚側の足を振り出す瞬間、すなわち姿勢(c)〜(f)で発生しやすい。このように、転倒要因に応じて転倒する歩行姿勢が異なるので、転倒要因と歩行姿勢の組み合わせと歩行速度とを合わせて、転倒パターンを表6に示す全48通りとした。
本試験例では、大腿骨の最大圧縮主応力、最大引張主応力、および最大せん断応力を、それぞれ、大腿骨の圧縮破壊強度、引張破壊強度、およびせん断破壊強度で除した3つの値の中で、最大の値をその転倒での骨折危険度とした。骨折危険度が1に達した時、転倒により骨折したと判断する。
ρ=1.09+(4.45×10?4)×(HU)
にCT値(HU)を代入して得られた皮質骨密度(ρ)を用いて算出した。
σC=5.36×e2.107×ρ
σT=5.14×e1.761×ρ
実施例1〜2および比較例1〜4について、表6に示す48種の転倒パターンごとに骨折危険度を求め、各骨折防止性能を評価した。結果を表8に示す。なお、骨折危険度は、小数点第9位までの小数として求められているが、表8では小数点第4位を切り捨てた小数として記載する。
2 首
3 胸
4 腹
5 骨盤
6 大腿
7 下腿
8 足
9 上腕
10 前腕
11 手
14、15、16、17、18、19、40 衝撃吸収パッド
20、24、25 パッド本体
21、21a 衝撃回避部
22、22a、22b、26 第1軽減部
23、23a、23b 第2軽減部
30 衣類
31 衣類本体
51 大腿骨大転子部
52 大腿骨頸部
53 大腿骨
Claims (12)
- 上端と下端とを有し、前記上端および前記下端を結ぶ上下方向と前記上下方向に直交する幅方向とを有し、衝撃吸収作用のあるパッド本体と、前記パッド本体に形成される貫通穴からなる衝撃回避部とを備え、前記衝撃回避部が大腿骨大転子部に対応するように、かつ前記パッド本体の前記上下方向が直立状態の人体の上下方向に沿うように人体に沿って装着され、大腿骨の骨折を予防する衝撃吸収パッドであって、
前記衝撃回避部は、前記パッド本体の前記幅方向の最大部分の長さが前記パッド本体の上下方向の最大部分の長さよりも大きい、前記幅方向に長い長円状の形状を有し、前記幅方向の最大部分の長さを55mm以上100mm以下に設定した衝撃吸収パッド。 - 前記衝撃回避部の上端から前記パッド本体の上端までの距離を10mm以上に設定した請求項1に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記衝撃回避部の下端から前記パッド本体の下端までの距離を40mm以上に設定した請求項1又は2に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記パッド本体における前記衝撃回避部の下方に、前記衝撃回避部の下端から5mm以上50mm以下の位置に上端を持つ貫通穴又は凹部からなる第1軽減部を少なくとも1個設け、前記第1軽減部の最大部分の長さを5mm以上50mm以下に設定した請求項1〜3のいずれか1項に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記第1軽減部を上下に2個並べて設けた請求項4に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記パッド本体における衝撃回避部および第1軽減部以外の全面積の50%以下に1個以上の貫通穴又は凹部からなる第2軽減部を設けた請求項4または5に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記パッド本体の厚さを13mm以下に設定した請求項1〜6のいずれか1項に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記パッド本体がエラストマーからなり、前記エラストマーが、イソブチレンを構成単量体とする重合体ブロックと芳香族ビニル系単量体を構成単量体とする重合体ブロックからなるイソブチレン系ブロック共重合体である請求項1〜7のいずれか1項に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記エラストマーが粘着付与樹脂を含有する請求項8に記載の衝撃吸収パッド。
- 前記エラストマーが発泡体である請求項8または9に記載の衝撃吸収パッド。
- 衣類本体と、衝撃回避部が大腿骨大転子部に対応して配置されるように、前記衣類本体に着脱自在に装着される請求項1〜10のいずれか1項に記載の衝撃吸収パッドと、を備える衣類。
- 前記衣類本体がインナーウエアである請求項11に記載の衣類。
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