KR100980531B1 - 몰드 제품 제조방법 - Google Patents

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KR100980531B1
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Abstract

본 발명은 몰드 제품 제조방법으로서, 에폭시 수지로 비금속 섬유를 침투시키고, 이 수지 침투된 섬유를 배열하여 상기 섬유의 시트를 형성하는 단계와; 형성된 상기 시트로부터 다수의 수지침투 가공재를 절단하는 단계와; 상기 수지침투 가공재를 연속층으로 형성하고, 이 형성된 연속층을 압축몰드의 몰드 공동부에 적층형태로(바람직하게는 교차방향 섬유를 갖는 수지침투 가공재와 종방향 및/또는 위상방향 배향 섬유를 갖는 수지침투 가공재가 교번으로 배열된 수지침투 가공재로 형성됨) 배열하는 단계와; 상승 온도로 압축 몰딩을 행하는 단계와; 상기 압축 몰드로부터 몰딩된 몰드 제품을 제거하는 단계를; 포함한다. 몰드 제품으로는 J형상 파일론(11) 및 소울 플레이트(23)를 포함하는 보철장치가 바람직하다.
레이-업, 소울 플레이트,수지침투 가공재, 파일론, 토우 오프(toe-off)

Description

몰드 제품 제조방법{METHOD OF CONSTRUCTION OF MOULDED PRODUCTS}
본 발명은 몰드 제품 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 몰드 제품에 관한 것이다. 특히 본 발명은 보철 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 이하에 실시예를 통해 그 제조방법을 상세히 설명하며, 그러나 이 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
근래 15년에 걸쳐 하체 사지 절단 수술을 받은 사람이 늘어나고 있으며, 이들은 삶의 질을 향상시키기를 간절히 바라고 있다. 이를 위해 이들은 기초적인 활동성을 가능하게 할 뿐만 아니라 정상인이 즐기는 방식과 같은 강약의 충돌관련 활동에 참가할 수 있고 자신들의 사기를 진작시킬 수 있는 저렴한 형태의 보철이 출현을 기대하고 있다.
보철분야에서의 수많은 기술적 발전에 의해 이러한 요구가 현실화되어 다양한 형태의 보철 다리를 장애자들이 선택할 수 있게 되었다. 이동 발걸음, 작업 활동과 같은 정상적인 걸음걸이를 위한 일반적 타입의 보철 외에도 보다 활동적인 라이프 스타일을 가능하게 하여 장애인의 생활의 질을 향상시킬 수 있는 보철에 대한 수요도 늘고 있다. 노동, 농장작업 등과 같은 강도 있는 작업과 조깅, 스쿼시, 등산, 테니스 등과 같은 중상위 레벨의 활동, 런닝, 스프린트, 점프, 농구, 배구 등 과 같은 고강도 충돌관련 스포츠에도 참가할 수 있는 경량의 내구력을 갖는 보철을 개발하기 위해 보철산업 분야에서는 많은 노력이 있어 왔다.
그 결과 여러 가지 다양한 형태의 보철이 개발되어 왔으며, 몸을 대신할 부분의 기능과 외관이 몸에 가깝게 모사되도록 개발의 주안점을 두었다. 그러나, 하체 다리 보철은 독특한 문제를 안고 있다. 즉 하체 다리 보철은 사람의 중량과 활동 레벨을 지지하고 보행 활동 중에 발생하는 힘을 견딜 수 있기에 충분해야 한다. 그 결과, 종래 개발된 일부 보철은 매우 무겁고 강고하여 착용자의 활동레벨, 작업, 레크레이션, 스포츠 등의 활동을 선택하는데 많은 제약을 주었다.
지금까지 제안된 여러 가지 다양한 복합형 발, 다리 보철장치가 있으며, 이들 대부분은 현대적 복합물질(조성물) 기술을 이용하여 사용중에 에너지 축적 및 방출을 행한다. 예를 들면 소터 등(Shorter et al)에 의한 미국특허 제5,116,383호와 아브로개스트 등(Abrogast et al)에 의한 미국특허 제4,865,612호에 개시된 발 보철 장치는 복합 물질로 구성되어 발이 지면에 놓일 때 에너지를 축적하고 발이 지면에서 떨어질 때 에너지를 방출하여 발을 들어 올리거나 추력을 부여하여 환자의 보행동작을 도우며, 이를 위해 무릅에 접속된 한쌍의 얇은 전방 신장 스프링 부재를 갖는 인조 발을 개시하고 있다. 미국특허 제5,116,383호는 단일 탄소 섬유 보강 무릅을 갖는 에너지 축적형 인조 발을 설명하고 있으며, 여기서의 단일 탄소 섬유 보강 무릅은 캔티레버로서 그 후방단에서 상부 발목 장착부로 접속된 하부 스프링부를 갖는다. 에너지 저장형 인조 발은 볼 앤드 소켓 형 탄성 발목 관절과 결합된다.
종래 기술로서 또 다른 하체 다리 보철 장치는 스프링을 포함하고, 다중 리프 스프링이나 평탄 스프링형 부재를 포함하여 인체 발의 반응과 성능에 근사한 능력을 얻도록 시도하고 있다. 이러한 예로는 머렛(Merlette)의 미국특허 제4,959,073호 및 필립스(Phillips)의 미국특허 제4,547,913호, 제4,822,363호 및 제5,776,205호를 들 수 있다.
상기 하체 다리 보철 장치는 플렉스 풋(Flex-Foot)으로 알려진 보철장치로서, 복합 지주 및 발 구성으로 되어 있으며, 특히 미국특허 제4,547,913호에 자세히 기재되어 있다. 이 보철장치에서 사용되는 물질에 의해 발생하는 스프링 작용은 부가적인 이동성과 안락성을 착용자에게 부여한다. 필립의 미국특허 제5,776,205호 공보에서와 같이 다수의 스프링을 이용하는 종래의 보철 인조 발은 하중이 스프링에 별도로 분배되는 것과 같은 수직 하중하에서는 잠기는 경향이 있다.
또한, 상용 가능한 플렉스 풋 시스템의 동적 발은 강고한 발목 관절을 가지고 있지 않다. 그러나, 이 시스템은 발의 본체 또는 중앙에 고정되는 분리형 후방 힐(즉 발꿈치) 세그멘트 또는 힐을 구현하고 있다. 이 시스템은 다른 보철장치 보다는 뛰어난 성능을 가지고 있지만 다수의 부품과 관절을 가지고 있으며, 이러한 구조는 힐로부터 토우(발가락) 끝까지 에너지를 전달하는데는 부적절한 면이 있는데 그 이유는 미국특허 제4,822,363호에 설명한 바와 같은 J형상 파일론(J-pylon) 상에서 또는 미국 특허 제5,976,191호에 설명한 전체적인 일체형 부재에서 별도로된 힐 플레이트로부터 별도로된 토우부까지의 연속적인 에너지 전달과 관련된 후방 힐 세그멘트의 결함 때문이다. 이런 결과가 나오는 이유는 적절한 착용자 지지 또 는 적절한 보철 지지를 위해 추가의 지지부재를 결합시킬 필요성 또는 파일론 두께를 증대시킬 필요성 때문이다.
별도의 힐 스프링 부재 및/또는 발과 단일 부재 사이에 위치하는 포옴/고무 탄성 물질을 포함하는 종래기술의 보철 발은 스프링부재 또는 포옴/고무 탄성물질에서의 수직 하중을 흡수하여 힐 스트라이크로부터 토우로의 일정한 에너지 전달을 분산시키는 경향이 있다.
미국특허 제4,822,363호 및 제4,547,913호는 평탄 스프링 후방 힐 플레이트에 접속되는 복합 물질의 J형상 파일론을 설명하고 있다. 또한, 미국특허 제4,959,073호는 힐부재가 일체로 형성된 복합 물질의 J형상 파일론을 설명하고 있다. 그 밖에도 미국특허 제5,037,444호는 별도로 소위 "시애틀 풋(Seattle Foot)"으로 알려진 복합물질의 보철 인조 발을 설명하고 있다. 이들 보철장치는 발걸음 동작 및 활동 레벨에 있어 커다란 진전을 이루고 있으며, 다른 물질에 비해 강도/경직도 대 중량 비가 높은 그래파이트를 가지고 있다. 그 결과 이들 보철장치는 입력된 또는 저장된 에너지의 거의 완전한 복원, 보다 가벼움, 높은 피로 강도, 최소 크리프(creep) 특성을 가지고 있다. 그러나, 이들 보철 장치는 또한 여러 가지 단점도 가지고 있다. 예를 들면, 다른 물질에 비해 높은 강도/경직도 대 중량비를 갖는 그래파이트 때문에 물질 레이-업 조립 방법에 따라서 국부적인 경직도, 급격한 요동 및 제동이 발생하며, 그 결과 평활성, 심지어 착용자의 활보 중에 부품의 유연성에 방해를 준다. 또한, 그래파이트는 그 중량이 상대적으로 가볍지만 근원적인 강성을 가지고 있는데 그 이유는 높은 인장강도에 따라 다른 물질에 비해 보다 높 은 경직도 대 중량비가 초래되고, 피로 응력에 따른 고장이 보다 쉽게 일어날 수 있는 영역이 있기 때문이다.
상기 설명한 필립스와 머렛 특허에서와 같이, 토우부에서의 스프링과는 별도의 스프링 상에서 동작하는 스프링 하중형 힐을 이용하는 종래 기술의 보철 인조발은 효과적으로 힐에 에너지를 저장하지만 보행 싸이클 중에 발이 앞으로 구를 때 힐로부터 보철 인조발의 토우부로 에너지를 전달하는 데는 효율적이지 못하다. 이들 장치는 여전히 토우부에서 스프링의 별도 하중을 요하게 된다. 그 결과 착용자는 보행 싸이클 중에 발을 구르는데 있어 부자연스러운 느낌을 주면서 불균일한 보행을 야기하는 특출하고도 부자연스러운 지연 또는 지체를 감지하게 된다.
필립스의 미국특허 제4,547,913호 및 제4,822,33호와 같은 일부 종래 기술의 보철 인조발은 정강이부의 길이축을 중심으로 비틀림 운동을 수용할 수 있지만 정강이부의 형상은 스프링 강도 및 브레이크(제동)강도를 위해 설계된 것으로서 비틀림을 위한 설계는 아니다.
미국특허 제4,547,913호, 제4,822,363호 및 제4,959,073호 등의 종래 장치는 외각층이 직조 위사 섬유 또는 직조 앵귤러 섬유로 되고 메인 코어가 단방향(UD:Uni-directional)의 종방향 섬유로 구성된 매우 터프한 에폭시 열경화성 수지의 고강도 그래파이트 필라멘트를 포함하여 비틀림 강도를 향상시키고 있다. 위사 또는 앵귤러 직조 물질은 직조 슬리브 형태로 되어 있다. 이들 직조 슬리브는 용이하게 메인 코어에 있는 UD 종방향 섬유 위에서 미끄러지면서 이 종방향 섬유를 피복한다. 이들 외층은 직조 슬리브이며 모든 섬유 필라멘트는 처음부터 끝까지 연속 체가 된다. 그렇지 않은 경우, 이들 필라멘트를 직조 슬리브로 직조하는 것을 가능하지 않다. 통상적으로, 메인 코어와 직조 슬리브는 다수의 겹사 또는 적층으로 형성되며, 이들 겹사 또는 적층은 최종 형상으로 형성된 강고한 몰드에 위치하고 이어서 경화된다.
이러한 구조는 연속 필라멘트 각각이 상부 최종단, 정강이부, 보철의 인조발부로 방해 없이 신장되거나, 다리부의 상부로부터 발목부를 통해 발의 상부와 토우부로 하향하는 형태가 된다. 또한, 힐 플레이트 및/또는 단일부재는 전방 최종단으로부터 힐 최종단 까지 방해 없이 뻗는 연속 필라멘트를 가진다. 즉, 모든 섬유 필라멘트가 연속하며 종방향, 위사방향 또는 여러 각도 방향으로 끊어지지 않고 연속하여 구성된다. 이와 유사한 제조방법은 미국특허 제5,037,44호, 제5,156,631호, 제5,181,933호, 제5,493,456호, 제5,514,185호 및 제6,071,313호에 기재되어 있다.
이러한 제조방법은 다음과 같은 단점을 가지고 있다.
(a) 강고한 상부 최종단 형성을 위해 파일론의 상부 최종단을 두껍게 할 필요가 있다. 이 상부 최종단의 폭을 확대하여 이 부분의 문제를 해소할 수도 있다.
(b) 사용자의 요구를 수용하기 위해 다수의 겹사 또는 적층을 늘려서 파일론의 두께를 늘리고 그 중량 또는 활동 레벨이 커지도록 하는 것이 중요하다.
(c)파일론의 폭이 감소함에 따라 강도를 유지하기 위해 추가의 적층이 부가되었다.
(d)여러 가지 동적인 영역에서 파일론의 두께를 점차 감축시켜, 발목부에 비해 인조발부의 두께를 감소시키고, 정강이부에 비해 발목부의 두께를 감소시키는 것이 중요하다.
여러 가지 부분에서 파일 또는 적층의 수가 변화한다. 상기 (a),(b),(c),(d)를 근거로 할 때 발의 사이즈 및 특정 보철에 필요한 강도에 따라서, 이용되는 겹사의 수가 필요에 따라 증대 또는 감소할 수 있다는 것을 일반적으로 예측할 수 있다. 예를 들면, 작은 보철 또는 몸무게가 작은 개인용 보철의 경우는 보다 작은 적층을 필요로 할 것이다. 몸무게가 큰 개인을 위한 보철은 보다 많은 적층을 요할 수 있다. 실용적으로 경량을 유지하면서도 강도와 경직성에 필요한 적층수를 적게 이용하는 것이 일반적으로 바람직하다.
상기의 설명으로부터 종래 제조방법의 경우, 보철의 두께나 폭을 증대시키기 위해 추가의 겹사 또는 적층을 사용할 때 다수의 여러 가지 몰드를 설치하거나 몰드 공동부 규격(mould cavity dimensions)에 변화를 주는 것이 필요하게 되었다. 즉, 보철의 다양한 중량 또는 다양한 중량 범주에 대응하기 위해서는 다양한 규격의 공동부를 이용할 필요가 있다. 즉 다양한 두께나 폭을 통해 다양한 규격의 보철을 제공하고 그 결과 두께 또는 폭의 다양화를 통해 다양한 유연성을 수용하여 사지절단 수술을 받은 사람의 여러 가지 외골격, 내골격 프레임과, 몸 체형 및 활동조건을 지원할 필요가 있다.
본 발명은 보철과 같은 종래 몰드 제조 장치의 제조공정에서의 상기 문제점을 감소 또는 해소하기 위한 것으로서, 사지절단 수술을 받은 사람(이하 "장애자"라 함)을 포함하는 개별 사용자의 다양한 요구를 다음에서 설명하는 공정 방법으로 실현할 수 있고, 단일 형상 및 체적을 가지는 공동부 몰드에서 사용자의 다양한 중량 등급(weight categories) 또는 다양한 중량 범위를 수용하는 보철을 포함하는 몰드 제품을 제조할 수 있어 제공공정의 효율성과 저비용화를 도모한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일측면은 여러 중량 범위 환자를 위한 보철 장치 제조방법으로서,
(a)열경화성 수지 내에 비금속 섬유를 침투시키고, 이 수지 침투된 섬유를 배열하여 섬유 시트를 형성하는 단계;
(b) 상기 섬유 시트를 접었을 때 상기 시트의 섬유가 서로 교차하는 방향으로 배열되도록 경사지게 제공되는 다수의 접힘선을 따라, 상기 시트를 구부려 접어서 서로 다른 평면으로 된 2중의 섬유층을 가지는 수지침투 가공재를 형성하고, 각 층의 섬유가 상기 수지침투 가공재의 종축과 다른 각도의 방향성을 가지도록 하는 단계;
(c)상기 단계(b)에서 형성된 상기 시트로부터 다수의 수지침투 가공재를 절단하는 단계;
(d)상기 단계(c)로부터 얻어진 상기 수지침투 가공재를 여러 층으로 형성하고, 이 형성된 층을 압축몰드의 몰드 공동부에 적층형태로 배열하는 단계;
(e)설정된 고온에서 압축 몰딩을 행하여 보철 장치를 형성하는 단계; 및
(f)상기 압축 몰드로부터 상기 보철 장치를 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 보철 장치 형성을 위한 상기 수지 침투 가공재는 동일 개수로 적층되되, 사용자의 중량 범위에 따라 섬유의 조성비와, 섬유 면적당 중량비(FAW) 및 섬유 배향 중 적어도 하나 또는 그 이상의 조합을 가변함으로써, 사용자의 중량 범위에 관계없이 상기 몰드 공동부는 동일한 형상과 크기를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 단계(a)에서 용액 드럼 권회 기법 또는 열용해기법(후술함)을 이용하여 시트가 생성되지만, 드럼 권회 기법을 이용하여 상기 수지침투된 섬유를 드럼에 감고, 그 결과 상기 드럼 상에 부착된 릴리스 페이퍼 시트 상에 지지되는 섬유에 의해 형성되는 중간 복합 시트를 생성하고, 상기 드럼 상에서 지지된 상태로 상기 중간 복합 시트를 절단하여 릴리스 페이퍼를 제거한 후 상기 단계(a)에서 형성된 시트를 얻는 것이 바람직하다. 상기 시트에서의 모든 섬유는 동일 또는 유사 배향 또는 방향으로(UD:unidirectional: 단일방향이라고도 할 수 있음) 배열된다.
상기 단계(a)에서 설명한 용액 드럼 권회 기법 대신에 열용해 기법을 이용하는 경우 상기 기법을 이용하여 형성된 수지침투 가공재는 연속형 섬유를 가지는 동시에 열용해 수지침투 이후 릴리스 페이퍼의 연속 시트에 배치된다. 이들 열용해 일방향 수지침투 가공재는 롤 당 75m, 100m, 150m 또는 200m의 롤에 저장될 수 있다.
드럼 권회형 UD 수지침투 가공재와 열용해 UD 수지침투 가공재 사이의 중요한 차이점은 이들 수지침투 가공재의 종방향 길이에 있다. 드럼 권회형 UD 수지침투 가공재의 종방향 길이는 드럼의 원주에 의해 결정된다(예를 들면 1.90m 원주를 갖는 드럼은 1.90m의 UD 수지침투 가공재 만을 생성할 수 있다). 이와는 달리 열용해 UD는 상기한 바와 같이 롤 당 75m, 100m, 150m 또는 200m의 롤에 연속 길이방향으로 저장될 수 있다.
교차방향 섬유의 수지침투 가공재를 형성하기 위해 상기 중간시트는 15°,22.5°, 30°,45°,60°로 된 그룹 중에서 선택되는 다양한 각도로 절단되고, 이 절단에 의해 생성되는 최종시트는 경사측면을 가지며, 이 경사측면은 상기 최종시트를 접어서 상기 수지침투 가공재를 형성하기 전에 수직방향에 대해 목표 각도를 갖는다. 이후, 상기 최종시트는 이후 설명하는 바와 같이 접혀서 교차섬유를 갖는 수지침투 가공재 또는 적층 시트가 형성된다. 이 시트로부터 후술하는 방식으로 수지침투 가공재가 절단된다.
이들 수지침투 가공재는 각 섬유가 종방향 또는 위사방향으로 배열되는 수지침투 가공재와 교대(교번)로 배열될 수도 있으며, 상술한 드럼 권회 기법에 의해 형성되어 직각형 또는 정사각형의 최종 시트를 형성할 수도 있다. 따라서, 종방향 또는 위사방향 섬유를 갖는 수지침투 가공재는 최종 시트로부터 절단될 수도 있다.
상술한 바와 같은 중간시트의 절단은 교차섬유의 수지침투 가공재를 위한 45°,60°와 종방향 및 위사방향 섬유를 위한 0°로 구성된 그룹 중에서 선택되는 각도로 드럼의 외면에 형성되는 절단선 또는 홈에 의해 수행된다.
상술한 용액 드럼 권회형 기법과 상술한 열용해 기법 간의 다른 중요한 차이점은 열용해기법과는 달리 용액 드럼 권회기법에서 드럼 상에 형성된 절단선 또는 홈 대신에 목표 각도(즉, 15°, 22.5°, 30°, 45°, 60°)가 수지침투 가공재 시트 상에서 물리적으로 절단된다는 점이다.
본 발명의 제조방법은 장애인(사지절단 장애인)용으로서 복합(조성)물질로 된 보철장치, 특히 개선된 하체 사지 보철장치와 같은 경량화, 저렴화된 몰드 제품의 실현을 가능하게 한다. 이러한 몰딩방법을 통해 상기한 바와 같은 종래기술에서의 섬유유리의 강도, 동적 내구력, 중량 문제, 경직/강성 및 피로 한계 문제에서의 한계를 효과적으로 극복할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 에폭시 수지와 비금속 섬유를 조합하므로 모든 개별 섬유의 수지침투를 통해 보다 동적인 내구력, 중량 및 두께 감소의 효과를 얻는 동시에 섬유의 자연 유연성 및 응답을 유지하여 보철장치에 있어서 힐 스트라이트에서 토우 오프(toe-off) 까지의 원활한 전이를 가능하게 한다, 또 다른 이점은 힐 스트라이크 중에 하중 분산 작용을 수행하는 탄성 구축 매트릭스의 충격 분산을 보다 용이하게 한다.
본 발명의 보철장치는 탄소 및/또는 유리섬유 적층으로 보강된 에폭시 수지로 구성하는 것이 바람직하지만 아라미드 섬유 또는 최근 개발된 합성섬유와 같은 기타 다른 비금속 섬유로 구성할 수도 있다.
상기 보철장치는 J형상 파일론 형태로 되는 것이 바람직하다.
상기 파일론은 최소한 최외측에서 상기 교차방향 섬유층과 종방향 및 위사방향 배열 섬유층의 교번적층으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 보철장치는 소울 플레이트와 이 소울 플레이트에 부착된 J형상 파일론의 조합 형태로 된 보철장치가 될 수도 있으며, 여기서 소울 플레이트는 전방 토우부 및 후방 힐부를 포함한다. 소울 플레이트는 J형상 파일론과 동일한 물질로 제조할 수도 있다. 상기 보철장치는 소울 플레이트 자체일 수도 있다.
상기 J형상 파일론은 상부 정강이 장착부와 하부 정강이부 및 발목영역부를 포함한다. 상기 발목영역부는 하부 정강이부 부근의 상부로부터 발목영역부 하단으로 가면서 테이퍼 형상으로 된다.
상기 상부 정강이 장착부는 실질적으로 일정한 두께 및 폭을 갖는 것이 바람직하다. 상기 하부 정강이부는 상기 발목 영역부로 접근함에 따라 외측으로 벌어지는 폭을 가질 수도 있다. 또한, 하부 또는 자유단이나 그 부분에서 상기 발목영역부는 약간의 오목형 곡률을 가질 수도 있다.
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상기 소울 플레이트는 J형상 파일론의 발목 영역부와 실질적으로 같은 폭을 갖는 것이 바람직하다. 상기 소울 플레이트는 힐부와 토우부를 포함할 수 있으며, 상기 힐부는 상기 발목 영역부와 상호 접촉하는 부분에서 상보적 또는 대응하는 곡률을 갖는 것이 바람직하다.
적절한 방법, 예를 들면 접착제 또는 파스너 등을 사용하여 소울 플레이트의 하측에 탄성 소울 패드를 부착할 수도 있다. 소울 플레이트는 그 토우 단부로부터 90mm 내지 110 mm 사이의 지정된 포인트에서 발목 영역부 하측에 장착될 수 있다. 2개의 소울 플레이트를 통해서 23cm - 30cm 범위의 다수의 발 치수가 가능하다. 이러한 목적에 적합하도록 소울 플레이트와 발목영역부에는 구멍이 형성되며, 이 구멍은 정렬되어 볼트와 같은 파스너를 수용하며, 이 구멍을 통해 소울 플레이트가 선택된 위치에서 발목영역부에 고정된다. 2개의 공동 정렬 구멍이 발목 영역부와 소울 플레이트에 적절하게 배치된다.
소울 플레이트는 발목 영역부와 동일한 폭을 갖는 것이 바람직하다. 또한 힐부가 토우부의 선단과 실질적으로 같은 반경으로 적합하게 만곡되는 것이 바람직하다.
J형상 파일론의 상부 정강이 장착부는 예를 들면 볼트나 기타 다른 적절한 파스너 등의 해제 가능 부착수단으로 장착 브라켓에 고정되어 상부 장착부가 다리 스텀프 소켓의 첨단부에 고정될 수 있도록 구성할 수도 있다. 다리 스텀프 소켓은 T형상 브라켓을 부착하고 있다. 브라켓은 소켓에 고정되거나 고정가능한 상부 플랜지와, 장착부가 고정되는 다리 플랜지를 가진다. 이와는 달리, 상부 정강이부는 다리 스텀프 소켓의 첨단부에 직접적으로 적층될 수도 있다.
본 발명의 보철장치는 보행 싸이클에서 가해지는 중량으로 소울 플레이트의 힐 스트라이크 시에 에너지를 축적하며, 그 결과 힐 스트라이크 중의 에너지를 중간 폿(평탄 풋)으로 전달하고 소울 플레이트의 토우 오프 포인트에서 에너지를 방출하여 보철장치에 대해 안정되고 통제된 추진 상승력 또는 추력을 제공하며, 결과적으로 자연보행의 효과를 얻게 된다.
상기한 바와 같이, 발목 영역부에 고정된 소울 플레이트는 일체형 설계 및 조립의 결과로서 지체, 지연, 요동 및/또는 제동 없이 보행 싸이클 중에 소울 플레이트의 힐 스트라이크에서 토우 오프에 걸쳐 부드럽고 일정한 에너지 방출을 전달할 수 있다. 이러한 효과는 미국특허 제4,822,363호와 같은 종래기술의 보철장치와는 다른 점이며, 이러한 종래 장치의 경우 해제 및 부착가능 소울 플레이트를 가지고 2개의 별도 부재(즉 소울 플레이트와 파일론)를 통해 에너지 방출을 전달하여 보행 싸이클 중에 에너지 방출을 얻는다.
본 발명의 보철장치는 힐 스트라이크에서 토우 오프 까지에 걸쳐 축적된 에너지의 연속적인 부드러운 전달을 이용하게 하는 특성을 통해 별도의 발목 관절 보철을 이용하지 않고도 각이 있거나 불균일한 지형의 문제를 극복할 수 있다. 본 발명의 보철장치는 다수의 구멍들을 포함하며, 상기 볼트가 결합되는 상기 구멍들 각각은 발 치수 조절이 용이하도록 적절히 선택될 수 있다.
본 발명의 보철장치는 또한 비틀림 운동을 최소화할 수 있고, 안정되고 통제된 측방향 중앙 운동이 가능하다. 향상된 무릎 제어는 소울 플레이트 분산 관성에서의 구름(roll)을 용이하게 하므로 힐 스트라이크 및 중간 스트라이크 그리고 토우 오프의 강도에 관계없이 보다 부드러운 운동 전이를 제공한다.
바람직하게는, J형상 파일론은 정강이부를 포함하며, 이 정강이부는 상부 정강이 장착부 및 하부 정강이부를 포함하고, 모든 사용자 중량 범위에 걸쳐 균일한 두께 및 폭을 갖는다. 상기한 성능에 영향을 주는 것 없이도 착용자에게 맞도록 본 발명의 파일론을 적절히 절단가공할 수 있다.
이하 본 발명의 보다 쉬운 이해와 그 구체적인 실시가 가능하도록 이하에서 설명하는 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하며, 도면에서 예시한 것은 본 발명의바람직한 실시예인 보철장치를 위주로 되어 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 보철장치를 배면에서 본 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에로서, 스텀프 소켓에 끼워지는 보철장치를 나타낸 측입면도.
도 3은 장착 브라켓이 제거되고 스텀프 소켓으로부터 분리된 보철장치의 정 면도.
도 4는 도 2의 A-A 선 평면도.
도 5는 소울 플레이트 평면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 방법의 단계(a) 및 (b)를 예시하는 사시도.
도 8 내지 도 10은 절단선과 여러 가지 배향으로 정렬된 홈을 가지고 있으며, 도 6 및 도 7에서 본 발명의 방법에 사용되는 드럼을 나타낸 도면.
도 11 내지 도 13은 섬유가 종방향으로 배열된 수지침투 가공재의 형성을 나타낸 도면.
도 14 내지 도 18은 섬유가 교차방향으로 배열된 수지침투 가공재의 형성을 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 방법에 관한 바람직한 일실시예를 나타낸 일반 흐름도.
다음에 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 하체 사지 보철장치(10)는 측입면도로 볼 때 대략 J형상의 파일론(11)을 가지고 있으며, 이 파일론(11)은 상부 정강이 장착부(12), 하부 정강이부(13) 및 발목 영역부(14)를 가지고 있다. 도 2에 보다 명료히 예시한 바와 같이, 상부 정강이 장착부(12), 하부 정강이부(13) 및 발목 영역부(14)는 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 또한 여기에는 소울 플레이트도 결합된다.
도 3에 도시한 바와 같이, J형상 파일론(11)은 상부 장착부(12)에서 포인트(15)에 걸쳐 일정한 폭을 가지고 있다. 하부 정강이부(13)는 Y-Y방향으로 표시된 파일론(11)의 종축을 중심으로 하여 대칭으로 벌어지면서 폭이 포인트(16) 까지 증대하며, 이후부터는 J형상 파일론(11)은 실질적으로 일정한 폭으로 발목영역부(14)로 이어진다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 하부 사지 보철 장치(10)는 또한 T형 브라켓(18)을 포함하며, 이 브라켓(18)은 볼트(20)를 통해 체결되어 있다. T형 브라켓(18)은 또한 스텀프 소켓(22)에 직접 적층될 수 있는 상부 플랜지(21)를 포함한다. 이와는 달리, 상부 플랜지(21)는 다양한 정렬 커넥터를 가지고 스텀프 소켓(22)의 바닥에 접속되어 보행 운동의 미세조율과 소켓 결합을 보조하기 위한 조절, 발목 정렬 등을 가능하게 한다.
발목영역(14)의 하측에는 일체로 형성된 소울 플레이트(23)가 고정되며, 이 소울 플레이트(23)는 단일체 소자로서 힐부(17A)와 토우부(17)가 일렬로 되어 있다. 토우부(17)는 상측으로 다소의 요부 형상(약간의 곡률을 가진 현상)을 하고 있으며, 소울 플레이트(23)에 파일론(11)을 접속한 볼트(26)로부터 전방으로 뻗는 반면 힐부(17A)는 상측이 다소 볼록하고 볼트(26)로부터 후방으로 뻗는다. 소울 플레이트(23)는 발목 영역부(14)와는 실질적으로 동일한 폭을 가지고 있다. 소울 플레이트에는 소울 패드(27)가 부착된다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 소울 플레이트(23)와 파일론(11) 사이에 일정 간격의 개구쌍이 일련으로 배치되며, 이 개구쌍에 적절한 볼트(26)를 체결하여 여러 위치에서 소울 플레이트(23)가 발목 영역부(14)에 고정된다. 도 5에 도시한 바와 같이, 토우부(17)의 선단은 소울 플레이트(23)의 힐부(17A)와 같이 부분 원형으로 되어 있다. 상부 구조는 보철장치(10)의 힐부(17A)에 대해 상대적으로 토우부(17)의 다양한 조절이 가능하도록 되어 있으며, 그 결과 토우부(17), 힐부(17A) 및 소울 플레이트(23)가 발걸음 동작 중에 발생하는 다양한 변화에 적절하게 대처할 수 있다.
고무 또는 우레탄 패드(27)와 같은 탄성 소울 물질이 소울 플레이트(23)의 하측에 부착되어 토우부(17)와 힐부(17A)를 모두 덮고, 연속하여 소울 플레이트(23)의 전체 길이를 따라 뻗어 있다. 고무/우레탄 패드(27)는 하부사지 보철장치(10)에 가요성을 부여하는 한편 힐이나 하부 정강이부(13)를 따라 축방향으로 가해질 수 있는 힐 충격이나 토크 부하를 흡수하는데 도움이 준다.
또한, 고무 또는 우레탄 패드(27)는 착용자에게 에너지 완충과 향상된 안락감을 부여한다. 통상적으로, 고무 또는 우레탄(27)은 적절한 접착제에 의해 적절한 위치에 부착된다. 고무 또는 우레탄 패드(27)는 비접동면(non-slip surface)과 같이 작용하여 하체사지 보철장치(10)를 신발 없이 사용할 수 있도록 한다.
상기 설명한 바와 같이, 메인 지지체 또는 J형상 파일론(11)의 구조 및 설계에 의해 정강이 장착부(12)에서 하부 정강이부(13)와 발목 영역부(14)에 이르는 부분에서 모든 응력집중을 균등하게 분산시킬 수 있다. 소울 플레이트(23)는 보다 큰 안정성을 부여하는 한편 정상운동, 측면이동, 전후 이동의 제어를 가능하게 설계되어 있다.
또한, 본 발명의 보철장치 및 그 제조방법은 하체 사지 또는 다리 보철의 고유 강도 및 내구력을 증대시켜 탄성 응답 전체 보철장치의 복귀 에너지의 신규성을 가지고 있을 뿐만 아니라 모든 사용자 중량 범위에 대해 단일 형상 및 체적을 가지도록 하는 설계에 따른 정형화를 가능하게 한다.
또한, 본 발명은 탄성율의 독특한 변화, 힐 충돌에서 중간 부분 충격 및 토오 오프(toe-off)까지의 부드러운 전이, 보다 향상된 비틀림 이동을 가능하게 하며, 그 결과 다양한 형태의 외골격과 내골격 프레임, 다향한 체형, 장애자의 활동 요건의 다양성 등을 수용할 수 있고, 종래의 보철장치에 비해 허벅다리 및 하체 뒷쪽 근육의 피로 및 긴장을 감소시킬 수 있다.
결과적으로 J형상 파일론(11)은 상부 정강이 장착부(12)로부터 하부 정강이부(13) 및 발목 영역부(14)에 이르기까지 균일한 두께로 연속하는 것이 바람직하다. 도시한 바와 같이 소울 플레이트(23)의 형상은 보다 부드럽게 토우 오프를 제어할 수 있다. 또한, J형상 파일론(11)의 구성 및 구조는 상부 정강이 장착부(12)에서 발목 영역부(14)에 이르기까지의 전체 보철장치(10)에 대해 효율적인 탄성과 복귀 에너지를 제공한다. 그 결과 종래 기술의 경우는 다양한 특별 치수(폭 및/또는 두께)의 파일론, 힐 플레이트/소울 부재와 그 강성의 다양화를 요하지만, 본 발명의 경우는 이러한 필요성을 제거한 개선된 제조공정이 가능하다.
통상적으로, 발목 영역부(14)의 하부표면에 대한 J형상 파일론(11)의 길이는 255mm에서 368mm 까지에 걸쳐 있을 수 있다. 여기에 더하여 소울 두께의 증대(최대 20mm), T형 브라켓(18)의 상부에 대한 확장 웨지(wedge)의 부착(최대 3cm), 소켓 (22)의 하측에 대한 확대(최대 7.5cm)로 인해 J형상 파일론(11)의 길이가 더 길어질 수 있다. 하체 사지 보철장치의 높이를 증대시키는 이러한 방법은 하체사지 보철장치(10)의 성능에 영향을 주지 않는다. J형상 파일론(11)의 폭은 통상적으로 장착부(12)에서 45mm 로 진행하다가 포인트(15)에서부터 특정 위치(16)로 향하면서(포인트에서 위치(16)까지는 80mm) 외향으로 폭이 늘어나며(67mm 폭으로 늘어남), 이후 발목 영역부(14)까지 일정한 상태를 유지한다. 통상적으로 소울 플레이트(23)는 또한 67mm의 폭을 가진다.
도 5의 구멍(24) 및 도 4의 구멍(25)을 위한 중심점은 통상 소울 플레이트(23) 또는 발목부(14)의 측변 에지로부터 통상적으로 15mm에 위치한다. 소울 플레이트(23)의 구멍(24)은 플레이트(23)의 전방 에지로부터 90mm와 110mm 사이에 위치할 수 있고 발목 영역부(14)에서의 구멍(25)은 소울 플레이트(23)의 구멍(24)과 적절하게 정렬될 수 있으며, 이러한 구조를 통해 발 치수의 증감이 가능하게 된다. 이와 같이 치수 변화가 가능하다는 점이 본 발명의 특징 중 하나가 될 수 있다.
상부 정강이 장착부(12)의 길이는 도 3에 도시한 바와 같이 하부 정강이 장착부의 포인트(15)까지 55mm 만큼 절단되며, 성능에 영향을 주지않고도 착용자의 요구에 맞게 조절될 수 있다. 모든 J형상 파일론(11)과 소울 플레이트(23)는 10kg의 간격으로 모두 30kg 내지 130kg의 사용자 중량 등급에 걸쳐 실질적으로 동일한 두께, 폭, 기타 치수를 가진다. 이러한 구성은 본 발명의 신규성에 해당된다.
본 발명에 있어서, 단일 형상 및 체적의 공동부 몰드는 J형상 파일론(11)과 소울 플레이트(23) 몰드를 위해 사용된다. 따라서, J형상 파일론을 모든 사용자 중량 등급에 대해 폭, 두께, 형상 및 체적을 균등하게 할 수 있다.
토우부(17) 및 소울 플레이트(23)의 힐부(17A)는 필요에 따라 적절한 크기로 맞추어져 토우와 힐의 강성을 증대시키고 힐 스트라이크 길이 또는 토우 오프의 하향 이동을 감소시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 축에 의해 장착 및 지지되는 카본 보빈(31)으로부터 탄소 또는 유리 필라멘트(30)가 풀려나온다. 드럼(36)이 필라멘트(30)를 끌어 당길 때 축(32)은 회전한다. 필라멘트(30)는 바람직하게는 에폭시 수지 용액(35)이 포함된 수지조(resin bath)(34)를 통과한다. 수지조(34)의 통과 이후, 수지침투 필라멘트(30A)가 드럼(36)에 감긴다. 이 드럼(36)에는 한 장의 릴리스 페이퍼(37)가 부착되는데, 바람직하게는 이 릴리스 페이퍼는 실리콘 코팅된 것으로서 양 단부(38)(39)가 부호 40에서 중첩되어 양면 테이프로 고정되어 드럼(36) 상에서 릴리스 페이퍼(37)의 연속(무단) 시트를 형성하게 된다. 이후 수지침투 필라멘트(30A)는 드럼(36)이 회전될 때 릴리스 페이퍼(37) 상에 감긴다. 드럼(36)은 축(41)에 연결된 적절한 기계적 수단(도시안됨)에 의해 구동된다. 동시에 드럼의 회전에 따라서 축(32)과 함께 수지조(34)는 화살표A 또는 B로 표시한 방향으로 선형으로 이동하여 수지침투 필라멘트(30A)가 릴리스 페이퍼(37) 상에 균등한 간격으로 놓이도록 작용하게 되며(소정의 섬유 면적당 중량비 또는 섬유밀도로), 결과적으로 도시한 바와 같이 연속루프(42)로부터 중간 수지침투 가공재 시트(48A)(도 12)가 생성된다. 드럼(36)의 회전에 의해 연속루프(42)가 릴리스 페이퍼(37) 상에 감김에 따라서 연속루프(42)는 각각 선행 루프 위에 중첩하게 된다. 그 결과 생성된 중간 수지침투 가 공재 시트(48A)(도 12)는 각 수지침투 필라멘트(30A)로부터 그 섬유의 결합 보존력을 가지고 있으며, 릴리스 페이퍼(37)로부터 분리될 수 있다. 수지침투 필라멘트(30A)를 중첩하여 결과적으로 부호 42A와 같은 시트(48A)의 최종 외관을 구성한다.
이와는 다른 실시예로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 고정 수지조(34) 및 축(32)과 관련하여 양방향 A 또는 B로 드럼(36)을 왕복 운동시켜 도 6에서 설명한 바와 같은 동일한 결과를 제공할 수도 있다. 그러나, 도 6의 구성이 보다 바람직한 것임을 알 수 있다.
도 8, 도 9 및 도 10의 실시예의 경우 드럼(36)에 긴 홈 또는 절단선(43)(44)(45)이 배치되어 3개의 절단 각도에서 드럼(36)에서 복합 시트(46)의 절단 및 제거를 용이하게 하며, 여기서의 절단각도 및 절단선은 통상적으로(절대적인 것이 아님) 도 8에 도시한 바와 같이 0°또는 축(41)에 대해 평행한 절단선(43), 도 9에 도시한 바와 같이 축(41)에 대해 60°인 절단선(44), 도 10에 도시한 바와 같이 축(41)에 대해 45°인 절단선(45)을 들 수 있다. 다른 각도의 절단선(도 8, 도 9 및 도 10에는 도시하지 않음)을 이용하여 단방향 수지침투 가공재를 위한 다른 교차각을 제공할 수도 있다.
절단선(43)(44)(45) 및 다른 각도의 절단선을 동일 드럼(36)에 배치할 수도 있고 다른 여러 드럼(36)에 배치할 수도 있다. 그러나, 동일 드럼 상의 다수의 절단선은 다양성 및 비용 측면에서 바람직한 구조라 할 수 있다.
도 11 내지 도 13은 절단선(43)을 따라 절단 나이프(47)로 복합 시트(46)를 절단하여 중간 수지침투 가공재 시트(48A)를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다. 중간 수지침투 가공재 시트(48A)는 도시한 바와 같은 바람직한 형상 및 크기의 수지침투 가공재(49)로 절단된다. 각 중간 수지침투 가공재 시트(48A)는 도시한 바와 같이 종방향 또는 (드럼의 회전 중심축을 기준으로) 0 °도 방향의 탄소 또는 유리 섬유를 갖는 수지침투 가공재(49)의 다중 절단을 가능하게 한다. 도 13에 도시한 예는 필요에 따라 설계된 협폭부(50)와 광폭부(51)를 갖는 수지침투 가공재(49)를 예시한다. 수지침투 가공재(49)의 절단 및 제거로 시트(48A)에 갭(52)이 남게 된다. 수지침투 필라멘트(30A)는 종방향 또는 0°방향으로 도시되어 있다.
상기 설명한 공정의 변형예로서, 중간 수지침투 가공재 시트(48A)를 이용하여 수지침투 가공재(48)를 섬유의 종방향 배향(즉 0°로) 뿐만 아니라 횡방향 또는 위도 배향(즉 90°)으로 형성할 수도 있다.
도 14는 절단선(44)을 따라서 복합 시트(46)를 절단하는 상태를 예시한 것으로서, 그 결과로 도 15의 중간 시트(48B)가 생성되고, 다시 여기에 접힘선(52)(53)(54)(55)이 형성된다. 접힘은 먼저 파트(58)가 접힘선(55)을 따라 화살표E방향으로 접히고, 이어서 파트(59)가 접힘선(54)을 따라 화살표F 방향으로 접힌다. 연속하여, 파트(57)는 접힘선(53)을 따라 화살표 O 방향으로 접히고, 마지막으로 파트(56)가 화살표C로 표시한 바와 같이 접힘선(52)을 따라 접힌다.
이와는 달리, 파트(59)가 화살표F로 표시한 바와 같이 접힘선(54)을 따라 접히는 대신에 파트(60)가 화살표 G방향으로 표시한 바와 같이 접힘선(54)을 따라 접힐 수도 있다. 이 과정이 연속되면(도 16 및 도 17에 추가 공정이 도시됨), 최종 접힘 시트(61)(도 17에 도시함)가 형성되며, 이것으로부터 다중 수지침투 가공재(62)(도 18에 도시함)는 도 17의 가상선으로 도시한 바와 같이 절단되어 갭(65)이 남게 된다. 도 18은 또한 수지침투 필라멘트(30A)의 교차섬유를 갖는 다중 수지침투 가공재(62)를 도시한다. 교차섬유는 파트(56)(57)(60)(59)(58)를 접힘선(52)(53)(54)(55)을 따라서 뒤로 접은 이후 형성된다.
여러 가지 섬유 면적당 중량비 및 섬유 배향과 여러 가지 탄소/탄소 섬유 또는 탄소/유리 섬유를 조합하여 다양한 사용자 중량 범위(30-130kg)에서 최적 유연성, 압축강도, 동적 내구력, 전후 강성 및 비틀림 강성을 J형상 파일론(11)에서 얻을 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 모든 사용자 중량 범위(30-130kg)는 구성에 있어서 동일한 개수의 적층수를 갖는다.
바람직한 탄소 및 유리 섬유의 고유 특성 및 기계적 강도에 의해 물질 복합물(조성물), 섬유 면적당 중량비, 섬유배향에 따라서 여러 가지 다양한 구성을 생성하고 결과적으로 압축강도, 유연성, 내구력, 동적 지속력, 전후 강성 및 비틀림강성을 최적화할 수 있다. 탄소섬유는 유리섬유에 비해 보다 높은 인장강도 및 인장계수를 가지고 있지만, 유리섬유는 강도가 약한 대신에 보다 높은 유연성 및 피로 내구력을 가지고 있다. 구성에 있어서 탄소섬유의 보다 높은 백분율과 유리섬유의 보다 낮은 백분율은 보다 높은 경직성과 강도를 가져오며, 유리섬유의 보다 높은 백분율을 이용하면 인장강도의 감소와 함께 유연성의 증대를 가져온다.
섬유배향 구성은 본 발명의 또 다른 측면이 된다. 일반적으로, J형상 파일론(11)과 소울 플레이트(23)의 주축을 따라 종방향 또는 주축과 평행하게 0°로 배치하면 매우 낮은 비틀림 강도를 초래하지만 매우 높은 경직성과 매우 높은 인장강도 및 압축강도를 얻게 된다. 30°, 45°또는 60°와 같은 다른 섬유각도는 보다 높은 비틀림 강도를 갖지만 보다 낮은 인장 또는 압축강도를 갖는다. 탄소 및 유리섬유의 고유 기계적 특성은 상호간 매우 상이하므로 그 0°, 30°및 45°각도를 통해 비틀림강도, 인장강도 및 압축강도에서 매우 상이한 결과를 얻게 된다는 점과, 각 사용자 중량 범위에서 압축강도, 유연성, 내구력, 동적 지속력, 전후방 강성 및 비틀림 강성을 구성하고 최적화하는데 있어 더 많은 선택범위를 제공할 수 있다는 점을 예측하는 것은 자명한 것이다.
이하에 제시되는 표 1을 참조로 하여 J형상 파일론(11)과 소울 플레이트(23)를 위한 전형적인 탄소/탄소 및 탄소/유리 조성물(복합물)에 대해서 설명한다.
본 발명의 공정에 있어서는, 수지침투 중에 모든 섬유가 전적으로 "습식"이고 적절히 수지침투가된 것으로 한다. 전형적으로, 이 방법은 수지 함량 범위가 35% 내지 50%를 갖는 탄소 및 유리의 수지침투 가공재를 생성하게 된다. 수지함량은 대부분의 상용 UD 수지침투 가공재 보다는 높다. 엑폭시 수지는 접착제로 작용하여 모든 섬유를 함께 결합하고 둘러싼다. 높은 수지함량은 몰딩 중에 충분한 수지 흐름을 확보하게 하며, 가교 공정 중에 높은 제어력을 부여하여 매우 개선된 수지/섬유 매트릭스를 생성할 수 있다. 그 결과 강도 및 내구력이 향상되는 바람직한 결과를 얻는다.
종래의 모든 하체사지 보철장치는 외층에 연속적이고 방해없는 직조 위사 또는 직조 앵귤러(경사지게 각도 조절된) 섬유를 갖는 메인 코어로 구축되어 비틀림 강도를 개선하고 있다. 바람직한 실시예로서, 상기 수지침투 가공재(49)(0°또는 90°섬유 배향을 가짐)와 다른 다중 수지침투 가공재(62)(다른 교차 섬유 배향을 가짐)는 본 발명의 하체사지 보철장치(일반적으로)를 포함하는 몰드 제품의 구축을 위한 전적으로 새로운 기술사상 및 방법으로서 종래의 방법과는 전혀 다른 것이다.
본 발명에 있어서, 섬유 필라멘트는 도시한 바와 같이 수지침투 가공재들(49)(62)을 생성하는 방법으로 연속적으로 방해없는 형태가 될 수 없다. 비연속 섬유 필라멘트를 사용하여 본 발명의 보철장치의 중요한 특징을 구성한다.
도 19는 하체사지 보철장치를 포함하는 몰드 제품의 제조와 관련하여 본 발명의 공정을 위한 바람직한 흐름도를 도시한 것이다. 에폭시 수지용액은 수지, 촉매, 첨가제 및 용매를 명시된 비율로 혼합하여 형성한 것이다. 에폭시 수지 용액은 섭씨 130°로 30분 경화하여 60% - 70% 고체 함량을 가질 수 있으며, 거칠기, 유연성, 양호한 열안정성 및 화학적 저항을 가지고, 본 발명에서 사용하는 바람직한 섬유의 탄소 및 유리섬유에 양호한 접착강도를 가질 수 있다.
이러한 본 발명에 따라 광범위한 선택영역을 갖는 섬유 면적당 중량비(평방 미터당 60 그램 내지 300 그램의 범위), 수지함량(35 내지 50 중량% 범위), 섬유배향 및 순서와 함께 탄소 및/또는 유리의 단방향 수지침투 가공재를 생성할 수 있다. 또한 본 발명은 물질 조성물, 섬유 면적당 중량비, 섬유 배향 및 수지함량 중에서 유용한 범위에서 다양하게 조합하여 수지침투 가공재를 "선택하고 최적화"하기 위한 유연성을 제공할 수 있다.
전형적으로, 본 발명의 바람직한 실시예로서, 사용되는 탄소 및 유리섬유는 높은 강도 필라멘트이다. 바람직한 드럼 권회(감기) 기법은 수지 침투 중에 모든 섬유가 전적으로 "습식화"되고 적절하게 에폭시 수지로 침투되는 것을 확보해준다. 수지침투 공정 중에 수지점도에 있어서 정밀한 제어를 통해 +2% 내에서 수지함량의 제어가 가능하다. 제어된 일정 수지 함량은 압축강도, 내구력, 동적내구력, 유성성, 전후 및 비틀림강성의 유지를 위해 바람직하다.
중간 수지침투 가공재 시트(48A)와 최종 접힘 수지침투 시트(61)를 오븐에서 강제 건조시켜 엑포시 수지에서 용매와 기타 다른 불필요한 휘발성 성분을 제거한다. 또한, 강제건조 공정을 통해 수지침투 가공재 시트의 점도를 감소시켜 레이-업 공정에서의 취급을 용이하게 한다. 적절한 오븐 사양으로는 50-60℃의 온도, 3-4시간의 건조시간을 들 수 있다. 강제건조공정 이후 연속하여 각 중간 수지침투 가공재 시트(48A) 및 최종 접힘된 수지침투 가공재 시트(61)에 적절한 중량가감 및 절단을 가해 수지침투 가공재(49) 또는 다중 수지침투 가공재(62)를 형성하게 된다.
강제 건조 이후 중간 수지침투 가공재 시트(48A)와 최종 접힘된 수지침투 가공재 시트(61)에 대한 중량가감은 본 발명의 바람직한 일측면이 된다. 이 공정은 수지 함량 범위의 상하한계에 맞도록 수지침투 가공재를 분리 및 조합하여 몰드된 J형상 파일론(11) 또는 소울 플레이트(23)의 중량이 상대적으로 일정하게 유지되도록 하는 것이다. 예를 들면, 높은 수지함량을 갖는 수지침투 가공재는 레이-업 공정중에 낮은 수지함량을 갖는 다른 것과 결합하여 이용될 수도 있다.
각 압축 몰드 공동부에서 수지침투 가공재(49) 및 다중 수지침투 가공재(62)의 연속층 레이-업 이후, 압축 몰드가 200mm 액압 피스톤을 이용하여 200kg/cm2의 액압하에서 135℃ - 150℃(더욱 바람직하게는 140℃)로 가열될 수 있다.
경화 이후, 탈 몰드 공정을 취하여 몰드 부재를 제거하고, 이후 조립 및 최종 표면 마무리 공정을 위해 예비해 둔다.
본 발명의 몰드 제품은 사용자의 중량에 관계없이 유사한 형상 및 체적의 몰드 공동부에 의해 제조될 수 있으며, 이러한 특징은 본 발명의 바람직한 실시예로서 J형상 파일론 또는 소울 플레이트와 같은 몰드 제품에도 적용될 수 있다.
이상의 설명으로부터 본 발명의 공정(방법)은 종래기술 보다 매우 우수한 하체 다리(사지) 보철장치를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
실예
실예1
J형상 파일론과 관련하여 양쪽의 수지침투 가공재(49,62)의 레이-업 또는 시퀀싱의 바람직한 방법을 설명한다.
바람직한 방법으로서, 모든 사용자 중량 범위(30kg-130kg)는 섬유 시퀀싱 및 섬유 배향에 대한 변화와 함께 동일 개수(58개)의 층을 가지고 각 중량 범위에서 다양한 유연도를 얻을 수 있으며, 그 구체적인 것은 다음과 같다.
30kg - 40kg - 파일론 345g ± 5g, 60°섬유 38층 및 0°및 90°섬유 20층의 조합.
40kg - 50kg - 파일론 345g ± 5g, 60°섬유 38층 및 0°섬유 20층의 조합.
50kg - 60kg - 파일론 345g ± 5g, 45°및 60°섬유 38층 및 0°및 90°섬유 20층의 조합.
60kg - 70kg - 파일론 345g ± 5g, 45°및 60°섬유 38층 및 0°섬유 20층의 조합.
70kg - 80kg - 파일론 345g ± 5g, 45°섬유 38층 및 0°및 90°섬유 20층의 조합.
80kg - 90kg - 파일론 345g ± 5g, 45°섬유 38층 및 0°섬유 20층의 조합.
90kg - 100kg - 파일론 345g ± 5g, 30°및 45°섬유 38층 및 0°및 90°섬유 20층의 조합.
100kg - 110kg - 파일론 345g ± 5g, 30°및 45°섬유 38층 및 0°섬유 20층의 조합.
110kg - 120kg - 파일론 345g ± 5g, 30°섬유 38층 및 0°및 90°섬유 20층의 조합.
120kg - 130kg - 파일론 345g ± 5g, 30°섬유 38층 및 0°섬유 20층의 조합.
모든 파일론 범위(30-130kg)에 있어서, 탄소/탄소 수지침투 가공재 레이-업 시퀀스는 동일한 것이 바람직하다. 따라서, 각도 조절된 섬유 38층과 0°및 90°섬유 조합 20층을 포함하는 58층의 파일론의 경우, 레이-업 시퀀스는 0.12mm, FAW(Fibre Area Weight:섬유면적당 중량비) 100 조건에서 각도조절된 탄소섬유 8층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90°탄소 조합 6층, 0.12mm, FAW 100 조건에서 각도 조절된 탄소섬유 10층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90°탄소 조합 6층, 0.12mm, FAW 100 조건에서 각도 조절된 탄소섬유 10층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90°탄소 조합 8층, 0.12mm, FAW 100 조건에서 각도 조절된 탄소섬유 10층이다.
실예2
탄소섬유 각도(0°,30°,45°,60°,90°) 및 유리섬유 각도(30°,45°,60°), 다양한 섬유길이, 섬유정렬(측방향, 횡방향 및 대각선 방향을 이용), 조합된 탄소층두께(0.12mm FAW 100/sq.m 및 0.15mm FAW 150g/sq.m) 및/또는 유리섬유층두께(0.16mm FAW 126g/sq.m) 중에서의 조합을 통해 소울 플레이트에서 모든 사용자 중량 범위(30kg-130kg)에 걸쳐 유연도, 동적 지속력, 압축강도, 전후방 강성 및 비틀림 강성의 최대값을 얻을 수도 있다.
상기 설명한 모든 사용자 중량 범위(30kg-130kg)는 전체 탄소 소울 플레이트 또는 조합형 탄소/유리 섬유 소울 플레이트에 대해 동일한 개수(52개)를 갖는 것이 바람직하다. 탄소/탄소 및 탄소/유리섬유 모두를 위한 레이-업 시퀀싱 및 섬유 정렬의 변형을 통해, 각 사용자의 중량 범위에 대해 다양한 유연도를 얻을 수 있으며, 구체적인 것은 다음과 같다.
30kg - 40kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소/유리 50%/50%.
40kg - 50kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소/유리 50%/50%.
50kg - 60kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소/유리 70%/30%.
60kg - 70kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소/유리 70%/30%.
70kg - 80kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소 100%.
80kg - 90kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소 100%.
90kg - 100kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소 100%.
100kg - 110kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소 100%.
110kg - 120kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소 100%.
120kg - 130kg - 소울 플레이트 190g ± 5g, 탄소 100%.
다음에, 소울 플레이트의 사용자 중량 범위(30-130kg)에 있어서, 수지침투 가공재(49,62)와 관련하여 탄소/탄소 및 탄소/유리 수지침투 가공재 레이-업 시퀀스는 다음과 같다.
30kg - 40kg - 0.12mm, FAW(Fibre Area Weight:섬유면적당 중량비) 100 조건에서 60°탄소섬유 16층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90 °탄소 조합 10층, 0.16mm에서 FAW 126 조건에서 60°유리섬유 26층.
40kg - 50kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 60°탄소섬유 16층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°탄소 10층, 0.16mm, FAW 126 조건에서 60°유리섬유 26층.
50kg - 60kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 60°탄소섬유 26층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90 °탄소 조합 10층, 0.16mm, FAW 126 조건에서 60°유리섬유 16층.
60kg - 70kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 60°탄소섬유 26층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°탄소 10층, 0.16mm, FAW 126 조건에서 60°유리섬유 16층.
70kg - 80kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 45°및 60°탄소섬유 조합 36층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90°탄소 조합 16층.
80kg - 90kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 45°및 60°탄소섬유 조합 36층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°탄소 16층.
90kg - 100kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 45°탄소섬유 36층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°및 90°탄소섬유 조합 16층.
100kg - 110kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 45°탄소섬유 36층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°탄소섬유 16층.
110kg - 120kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 30°및 45°탄소섬유 36층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°탄소섬유 16층.
120kg - 130kg - 0.12mm, FAW 100 조건에서 30°탄소섬유 36층, 0.15mm, FAW 150 조건에서 0°탄소섬유 16층.
사용자 중량 등급(kg) J형상 파일론(11) 소울 플레이트(23)
30 - 40 100% 탄소 50% 탄소/50% 유리
40 - 50 100% 탄소 50% 탄소/50% 유리
50 - 60 100% 탄소 70% 탄소/30% 유리
60 - 70 100% 탄소 70% 탄소/30% 유리
70 - 80 100% 탄소 100% 탄소
80 - 90 100% 탄소 100% 탄소
90 - 100 100% 탄소 100% 탄소
100 - 110 100% 탄소 100% 탄소
110 - 120 100% 탄소 100% 탄소
120 - 130 100% 탄소 100% 탄소
삭제

Claims (51)

  1. 여러 중량 범위 환자를 위한 보철 장치 제조방법으로서,
    (a)열경화성 수지 내에 비금속 섬유를 침투시키고, 이 수지 침투된 섬유를 배열하여 섬유 시트를 형성하는 단계;
    (b) 상기 섬유 시트를 접었을 때 상기 시트의 섬유가 서로 교차하는 방향으로 배열되도록 경사지게 제공되는 다수의 접힘선을 따라, 상기 시트를 구부려 접어서 서로 다른 평면으로 된 2중의 섬유층을 가지며, 일정한 폭과 길이를 가지는 수지침투 가공재를 형성하고, 각 층의 섬유가 상기 수지침투 가공재의 길이 방향과 평행한 종축과 다른 각도의 방향성을 가지도록 하는 단계;
    (c)상기 단계(b)에서 형성된 상기 시트로부터 다수의 수지침투 가공재를 절단하는 단계;
    (d)상기 단계(c)로부터 얻어진 상기 수지침투 가공재를 여러 층으로 형성하고, 이 형성된 층을 압축몰드의 몰드 공동부에 적층형태로 배열하는 단계;
    (e)설정된 고온에서 압축 몰딩을 행하여 보철 장치를 형성하는 단계; 및
    (f)상기 압축 몰드로부터 상기 보철 장치를 제거하는 단계;를 포함하고,
    상기 보철 장치 형성을 위한 상기 수지 침투 가공재는 동일 개수로 적층되되, 사용자의 중량 범위에 따라 섬유의 조성비와, 섬유 면적당 중량비(FAW) 및 섬유 배향 중 적어도 하나 또는 그 이상의 조합을 가변함으로써, 사용자의 중량 범위에 관계없이 상기 몰드 공동부는 동일한 형상과 크기를 가지며,
    상기 단계(a)는,
    드럼 권회 기법을 이용하여 상기 수지침투된 섬유를 드럼에 감아서, 상기 드럼 상에 부착된 릴리스 페이퍼 시트 상에 지지되는 섬유에 의해 형성되는 중간 복합 시트를 생성하는 단계이고,
    상기 드럼 상에 지지된 상태로 상기 중간 복합 시트를 절단하여 릴리스 페이퍼를 제거하는 것에 의하여 상기 단계(a)에서 정의되는 섬유 시트가 얻어지고,
    상기 단계(c)에서, 상기 중간 복합 시트는, 상기 드럼의 회전축에 대하여 교차하는 방향으로 절단되어, 상기 절단에 의해 생성되는 최종시트는 경사측면(sloping sides)을 가지는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 섬유가 가열 용해된 수지 용액이 담긴 수지조를 통과하도록 하여, 상기 섬유에 용해 수지를 침투시킨 후, 연속하는 릴리스 페이퍼 시트 상에 배치하여 롤(roll) 형태로 저장하는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)에서 교차배향으로 배열된 섬유를 갖는 상기 수지침투 가공재의 섬유층은 위사방향(latitudinal orientation) 및/또는 종방향 배향(longitudinal orientation)으로 모두 배열된 섬유를 갖는 수지침투 가공재의 섬유층과 혼합되는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)에서 교차배향으로 배열된 섬유를 갖는 상기 수지침투 가공재의 섬유층은 위사방향 및/또는 종방향 배향으로 모두 배열된 섬유를 갖는 수지침투 가공재의 섬유층과 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)에 교차 배향으로 배열된 섬유를 갖는 수지침투 가공재의 층 이후에 종방향 및/또는 위사방향 배향으로 배열된 섬유를 갖는 수지침투 가공재 층이 배치되고, 이어서 교차배향으로 배열된 섬유를 갖는 수지침투 가공재 층이 배치되는 레이-업 시퀀스가 몰드 공동부에 형성되는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)에서 교차방향으로 배열되는 섬유를 갖는 수지침투 가공재와, 종방향 및/또는 위사 방향 배향으로 배열되는 수지침투 가공재가 서로 교대로 배열되어 연속층이 형성되는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중간 복합 시트는, 상기 드럼의 회전축을 기준으로 15°, 22.5°, 30°,45°,60°로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 각도로 절단되며,
    상기 절단에 의하여 형성되는 상기 경사측면은 상기 최종시트를 접어서 상기 수지침투 가공재를 형성하기 전에, 수직방향에 대해 예각을 갖는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 각도는 30°및 45°로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    교차섬유의 수지침투 가공재 형성을 위한 상기 중간 복합 시트는, 상기 드럼의 회전축을 기준으로 15°, 22.5°, 30°, 45°, 60°로 구성된 그룹 중에서 선택되는 어느 하나의 각도로, 드럼의 외면에 형성되는 절단선 또는 홈을 따라 절단 나이프에 의해 절단되는 것을 특징으로 하는 보철장치 제조방법.
  11. 삭제
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