理学療法学 第 21巻第 5 号 32G
〜
325 頁 （1994年）報 告
ア ル
ミ
ニウ
ム パイ プ
を
用
い
た
慢 性
関
節
リウ
マチ
患者 用軽量 杖
＊得
丸 敬
三
1）浅 山 浩
二D
定 松 修
一
1）高 岡 達 也
1）佐
々木洋人
D
山 下 淳
一
1）坪 内 健
一
ユ）東 原 孝 典
3）安 岡 郁 彦
2）本
田
敏 郎
3） 要旨 市販の杖が使用困難な慢睦関 節リウマ チ （以 下RA ） 患者に対し，
ア ル ミニ
ウ ムパイプを使 用した軽 量 杖 （種類は ア ンダー
アー
ム杖）を1986 年よ り製作して きた。 今回こ の杖の安 全性を確 認 する ための 工学的評価 を は じめと す るい くっ かの評 価を行っ た。
その結果 材質自体に対す る問題は 認め られ な かっ たが，
握り手の取り付け方 法に構造 上で の闇題 点が考 え られ た。
現 在 まで に処 方された杖は100本 以 上 に のぼり， 実際に よく使用さ れて いる が破損等の報告は ない。 ま たこ の杖は我々 がRA
患者 用の杖に 対し求め る 「軽量 （450g）である，
体 重 支 持ができる，
振り出 しが容易」 といっ た条 件 を満た してお り，
現 時 点で こ の杖がRA 患者にとっ て最 適であると考えて い る。 キー
ワー
ド 慢性 関 節リ ウマ チ，
軽 量 杖，
工学 的 評価 は じ め に 慢 性 関 節リ ウマ チ （以 下RA ） 患者にとっ
て，
杖 は非 常に重 要な補 装 具の一
つ であり，
実 際に杖を必要とす る 患者は多数い る。 そ して我々 はRA
患者用の杖に対し て 「軽 量であ る・
体 重支 持が できる・
振り出しが容 易」 等の条件 を満たす必 要があ ると考えている。 しか し市 販 さ れてい る各 種 杖に はこ の条 件にあっ たものはな く，
そ のた め RA 患 者の中に は市 販の杖が使 用で きない者も い る。 そこ で道後温泉病院と当院で は，1986
年よ リァ ル ミニ ウ ムパ イプ を用い た軽 量 杖 （以 下ア ル ミ軽量 杖 ） を独 自に製 作し，
こうい っ た患者に対して処 方 して きた。 今回 はこの アル ミ軽量杖の紹 介と共に，
こ の杖に対し 行っ た各種 評価の結果を報告する。＊
ALightCrutch Made of Aluminum Pipe for Patients
with Rheumatoid Arthritis
1）
松 山赤 十字 病 院リハ ビリテ
ー
ショ ン課 （〒T90 愛 媛 県松 山市 文 京 町i）Keizou Tokumaru
，
RPT，
Kouzi Asayama，
RPT，
Syuui−
chi Sadamatsu
，
RPT．
Tatsuya Takaoka，
RPT，
HirotoSasaki
，
RPT，
Junichi Yamashita，
RPT，
Kenichi Tsubσ一
uchi
，
RPT ：Dept，
of Rehabilitation，
Matsuyama RedCrOSS HQspital
2）道 後 温 泉病 院 理学 療 法科
Kunihiko Yasuoka
，
RPT ：Dept．
of Physical Therapy，
Dohgo Spa Hospital 3〕高松 義肢 製 作 所
Takanori Higashihara
，
PO，
Toshirou Honda，
PO ：Taka−
matsu Prosthetics Orthotics Co
．
，
Ltd，
（受 付日 正993年9月8日 ／受理 日 1994年8月2日） 杖 の 紹 介 内径 15mm
，
外径 18mm の市 販アル ミニ ウムパ イプ （1100−
O，
表 面処 理 無し） を支 柱と して使 用し た，
ア ンダー
アー
ム杖であ る。
腋窩受け は厚さ22mm
の木片 を加工し，
上 部にスポ ンジを張り付け，
表 面は革で覆っ て仕上げて い る。 握り手は同じ く丸 く形を整えた木片の 表面を革で覆い， 腋 窩受けに対し10度外旋し た位置に，
谷 径52mm
の ボル ト （G
4051，
機 械 構 造 用 炭 素 鋼 鋼 材）とナ ッ トを使用して取り付けて あ る。 ま た当院で製 作 して いる杖に のみ，
支 柱に 5cm 間 隔で3カ所 穴があアル ミニ ウ ム パ イ プ を用いた慢 性関節 リウマ チ患者用軽量杖 321 図
1
アル ミ軽 量 杖 けて あ り，
握 り手の高さ が調節 可能である。 吸 盤 型で小 型の もの を使 用 して い る （図1
）。 各 種 評 価の方 法 チッ プ は 」1
∠∠∠〃 〃 〃 〃 ∠ と．
A▽
谷本社製上 皿 ば ね計 り
（秤 量
4kg ・
最 小 目盛 り10 g・
温 度 差 補 正 装 置 付 き）を使 用 し，
松 葉 杖をはじめとす る市 販の杖と共に重 量の計 測 を 行っ た。
ま た図 2 の方法 で各 杖の重 心 を決 定し，
振り出し に要するカを図3
に示 す 計 算 式によ り求め比較し た。 次い で材質 自体の 強 度を 調べ る た め に6
項 目の工学 的評価を行っ た。 な おこ の評 価 は材料力学の分 野におい て用い ら れて いる計 算 方 法1） により算 出し たもの である （図4
）。
その際 杖の強度の 判 断で用いた引 張 性 質の一
っ である耐 力， 破 壊セ ン断応 力と計 算 上 用いた縦 弾 性 係 数は，
日本工業 規格 （JIS
） に記載された デー
タ2）を使用し た。 支 柱の アル ミニ ウム パ イプ に 関 して は， 今回比較に用いた各 杖の材 料を特 定 する こ と が出来な かっ た た め，
アル ミ軽量 杖に使 用して い る材料 （1100− 0
） の 数 値と し た （表 1）。 また握 り 手の取り付け に用い ら れて い る ボル ト に関して は破 壊セ ン断応力を 2900〜
4000kg ／cm2，
縦 弾 性 係 数 を2，
12
× 106kg／cm2 とし た。 以下は 工学 的評価6
項目及び計箪 方 法の説明で あ る。 応 力と は物体に外 力が加 わ る 時そ の物体内 に 生 じ る抵 抗力 を言い，
「圧縮 応 力 」 とは物 体 A ：杖を縦に吊り下 げ た時に支柱を通 る垂線 Bl杖 を横に床面と 水 平に吊り下「ナた時の垂線 G ；重 心 （AとBの交 点） 図2 重心の求め方 図 3 M ：杖の重量（9 ） Lg ：重 心 まで の距離 （cm ） Ln ：握り手 まで の距 離 （cm ） F ：振り出しに要する カ （gf ） θ：杖の振 り上 げ 角Lg
・
sin θ・
M
F
＝i
Ln
振 り 出しに要 する力の求め方 をっ ぶそう とする力に対する物体の抵抗 力の ことで あ る。 「縮み量 」は外 力を受け た際にその物 体が実 際に収縮 す る 量の ことであ る。 「座 屈 荷 重 」と は物 体に外 力 を 加え た際に不 可 逆 性の変化を起こす 限界の ことであり， こ の場 合は杖に対 し垂 直に加 えることの出 来る体 重の上 限と言える。 「支柱に対する タワ ミ量 」は， 杖を地面 に対し60
度の角度で立てかけ た状態で の，
支柱の長 軸 に垂直方 向に加え られ た力に対して求め た。 以 上が支 柱 に使わ れて い るアル ミニ ウムパ イ プに対 する評 価で あ る 。 な お〜
にっ い て は他の ア ル ミニ ウム製 杖で も同 様の 計 算を行い，
結 果を比 較 し た。 握 り手に使わ れて い る 「ボル ト に対 するセ ン断 応 力 」であるが，
実 際に患者が 体 重 を か け た 時に加 わる力W
は， ボ ル トの支柱へ の取 付 部に セ ン断 荷 重として加 わる。
セ ン断応 力はこ の荷重 に対 す るボル ト自身の抵抗力である。 「ボ ル トの タワ ミ量 」は ボ ル ト の片 方 を完 全に固 定 した と し て，
反 対 側 の先 端で長 軸に垂 直に加え た力に対して求めた （図4
）。322 W ー Ψ W 理 学 療 法学 第21巻第
5
号，
1
唖
］
w 圧縮 応力σ＝一 ．
（kg／6m2
） A w ：圧 縮 荷重 （kg ） A：杖 の 断 面 積（cm2 ） ガA
＝τ
（D22−
D12）Dl
：パイ プの内径 （cm ） D2；パ イ プの外径（cm ）驪
W ・1
W 縮み量 λ＝一
（cm ） A・
E 1：杖の長さ （cm ） E：縦 弾雪生係 数（kg鴻 m2 ） （O．
72×106
） W↓
璽
EI 座屈荷 重Wk ＝ n・
π2・
2（kg ） 1 工：杖の最小断面 モー
メ ント（cm4 ） ガ1
＝一
（D24−
D暑） 64 n ：端 末 係数 両端 回転 n；
1 支柱
のタワミ量 W．
13 最 大 タワミ δmax＝
β一
（cm ） E1 β：タ ワ ミ係数 （＝
1／48 ） 1 ：杖 先か ら握 り まで の長 さ（Gm ＞L，
「
・
±
t
握り手薗
定用ボラ
疎
II の強 度1
・・嚇
τ一
・・／… ） 幡 ゼン断 礁 （kg） A ：杖の断面積 （Gm2 ） だ A＝一・
D2 4 D ；ボル トの谷 径（cm ）臼
憂
り手1
δ西
ワ ミ量 図4
工学的 評 価 W．
13 最大タワ ミδ聰 x＝
β一
（Gm ） E工 β：タワ ミ係 数（＝
t／3） δ 1 ；握 りの長 さ （crn ） E ：縦弾性係数（kg／Gm2 ） （軟鋼 2．
12xlO6em2 ） 表1ア ル ミニ ゥム展伸材の機械的性質2） 引 張 性 質 材 質 伸 び ％ プ リ ネル 硬 さ
10
／500
せ ん断 強 度MPa
疲 労 強 度 5×10回MPa
縦 弾 性 係 数GPa
引 張 強さMPa0
，
2
％ 耐 力MPa
板 1．
6nlm
厚 棒 12，
7mm φ 1100一
88 34 35 45 23 64 34 69 ※ 1100−
0のみ抜 粋結
果 重 量は松葉 杖が木製 960g とア ル ミ製 920 g， ま たア ンダー
アー
ム杖が850g
で あっ たの に対し， アル ミ軽量 杖は450g と約1
／2
の値を示 し た （表2
）。 ま た振 り出 し に要 する力は振り出し角 度30
度に おい て比較す る と，
最 も高 値 を示 したの は木製松葉杖の642，
2g
で あ り， ア ル ミ軽 量 杖は そ の約 1／2の 355，
9g と最 小値を 示し た。 振 り出 し角 度45
度でも503．
3
g で最 小 値 と なっ た （表 3）。 次に 工学 的評 価の計算結果 を示す。 圧縮応 力は 値が小 さい方が荷 重 を 分 散 して受 けていることに な る た め良い と さ れ る が，
アル ミ製 T 字 杖が 58．
9kg ／cm2 で 最 も低く， ア ル ミ軽量杖は64．
3kg
／cm2 と わずか な が ら最高 値と なっ た。
縮み 量 も値が小さい方が変 化が少 ない ことに な り良い と さ れ る が， や はりアル ミ製T
字 杖が7．
08
μm で最も低く，
アル ミ軽量杖は11．
2
μm で最 高値となっ た。 座屈荷重は値が大き い方が体重を多 く か け ること が可能と な る ため良い と さ れ る が，
最 高 値で あるT 字 杖の329kg
に対し約正／3
の121
kg
で最 低値 と なっ た （表4）。 支 柱の タワ ミ量は3．
95cm
で あっ た。
握 り手の固 定 用ボル トの セ ン断 応 力は， 235，
4kg ／cm2 であっ た。 ボ ル トの タワ ミ量は2．
19
cm で あっ た。 な お，
〜
は 50kg の荷 重に対 する値である （表5
）。アル ミニ ゥムパ イ プを用いた慢性 関節 リ ウマ チ患者用軽量杖
323
表 2 各 種杖の 寸法及び重 量 表4
工 学 的 評 価の結 果 （1
） 内径 外径 長さ 重 量 松葉 杖 （木 製 ） 松葉杖 （ア ル ミ製）2．
0
ア ンダー
アー
ム杖1．
9
ロ フ ス ト ラン ド杖1．
6
アル ミ軽量杖 1．
53，
1
110〜
131 9602，
2
112〜 152
920
2．
2
108〜
140 850 1．
998 〜 125
600
1．
8
正28
450
黌懸噸
1
襦
齟 殖 （kg
） 荷重W50
kg 長さ （cm ），
璽 量 （9） 丁字杖 58，
9 ロ フス ト ラ ン ド杖60，
6
ア ンダー
アー
ム杖61，
4
アル ミ軽量杖 64．
37．
089
．
609
．
7211、
2329174241121
艱全て ア ル ミニ ウム パ イ プ を用いた杖 表3
各 種杖の振 出に要 する力 振 出し （30
° ） 振 出 し （45° ） 表5
工学的評価の結 果 （2
） 松葉杖 （木製） 松 葉 杖 （アル ミ製） ア ンダー
アー
ム杖 ロフス ト ラン ド杖 ア ル ミ軽量杖 642．
2586
．
5435．
2474
．
2355
．
9
908．
2829
．
4615，
4670
．
6503．
3
の 量 手 ミ ω り ワ C （ 握 タ 用 度 蹤誰
手 ト 9／ り ル 鰍 握 ボ の 量 柱盆
支 タ （W
） 重 荷 （ 50 3，
95
235．
4
2，
19
考 察 （9）RA
患者用の杖と し て は以前よりプ ラッ トホー
ム杖が 使 用さ れて き た3）4）。 し か し実 際に処方を して み る と，
バ ラン スが不安定で体重支持が う まく出来な いこと に加 え，
見た目が良 くない （RA
患 者は女 性が多 く外 観を非 常に気にする）ため患者の受け入れ が悪く，
現在 当院で は全 く使 わ れてい ない。 ま た他の市 販の杖に対 しては 「松 葉 杖は重 くて使え ない。
T 字 杖は手の変 形・
疼 痛の 表6
各 関 節の ステー
ジ及 び疼 痛 た め う ま く持てず， ま た体を支え ること がで きない。」 等とい っ た意見が聞か れ た。 そ こ で実際に ア ル ミ軽 量杖 を処 方したRA
患 者33
名に対 し，
杖 処 方 時にお ける各 関 節のSteinbrocker
の ス テー
ジ と疼痛の状態 を調べて み た。 下 肢では足 関 節 を含 む足部で約 半数に疼 痛を 認 め た が，
膝関節と股 関 節は多 くの者が手術後である か ま た は関 節 破 壊 を認めず，
疼 痛 を訴え る者 も少数であっ た。
それに対し上肢で は多くの者が全ての関節で関節 破壊を 認 め， 肩関節及び肘 関 節で は疼 痛も多 数に認め ら れ た （表6
）。 こ のよ う に上肢関節の多くに関節破 壊と疼痛を 伴っ た状態では，
松 葉杖のような重い杖の使 用は困 難で （n；33
） ステー
ジ 疼 痛 1 H 皿 IV 手 術例土 十 朴 肩関節 右
11
5
豆70
o
10
4
18
1
左 n 弓 18 o「
o，尸
門
123
17 1．
ヤ
門
P
P，
曽P
肘 関 節 右8
1 19 正 410
6
15
2
左8
3
190
3
12
5
14
2
冂
手関節 右2
4
3
24
0
30
0
3
0
（含手） 左3
2
2
26
0
30
0
3
0
股 関 節 右 203
0
0
10 30 o3
0 左20
4
0
0
9
30
0
§
o
r
「
膝 関 節 右2
3
0
0
28
290
3
1 左2
2
2
0
27
30
0
2
1「
．
．
幽
齟
足 関節 右 12 11 ！o
0 0 17 4 10 2 （含足）左13
10 Io0
0
16
1
正5
1
（例数）324
理 学 療 法 学 第21
巻 第5
号 ある と言え よ う。 さ らに手の骨破壊が特に顕著で あ る こ とより， T 字杖がうまく使え ない こと も 理解で き る。 アル ミ軽 量 杖はこ の ように市 販の杖が使 用で きないRA
患者の ために製作を始めたものであるが，
材 料は全 て市 販の もの を その ま ま， あ るいは加工 し て用いてい る た め，
そ の安全性を確認す る必要が あ り今 回工学的評価 を行っ た。 材 質 自体の強 度で あ る が，
ま ず支柱に使用 し たア ル ミニ ウムパ イ プ は耐 力が34MPa
（333
kg
／cm2 ） であると さ れてお り （表1
），
「圧 縮 応 力 」 に関しては 50kg で64．
3 kg／cm2 であっ た こ とよ り強 度は充 分と考 えられる。 「縮み量・
タワ ミ量 」 共にこ の程 度の値では アル ミニ ウムパ イ プ は永 久 変 形 を起こすこ とは な く問 題 な い と考え ら れ た。 「座 屈 荷重 」は121kg
と低い値と なっ た。 しか し一
本杖 歩行の場合で も，
杖に か か る負荷 が体 重の 30％ を越え ることはない5）と さ れてお り，一
般 的 な 使い方で は問題 ない と考 え られる。 以 上の こと か らアル ミニ ウムパ イ プ自体の強 度に は問 題は認め られな かっ たe し か しアル ミニ ウムパ イ プ に開け られた握り手 の高さ調節用の穴の部 分で は強度の低 下が起こ り， 長期 間の使用によ っ て こ の穴の部分で永久 変形を起こ し た り，
破 壊 さ れる可 能 性の あること が考え ら れ た。 次に握 り手固 定に使用して い るボル ト では，
「セ ン断 応 力 」が 50kg で235．
4 kg／cm2 となっ た が，
こ の材 質 の 破壊セ ン断応力は2900〜
4000kg ／cm2 であることよ り問題ない と考え ら れ た。 ま た 「タワ ミ量」もこ の程度 で は問 題にな ら ない と考え ら れ た。 以 上の こと か ら ボル ト自体の強度に も問題は認め られ な かっ た。 し か し ボル トが ネジ構 造 となっ て い る為，
溝の部 分に局 部 的な応 力 集 中が起こるこ と， また握り手で は木が ボ ル トを覆っ て い る た め，
ボル ト全体が た わむこ とな く握り手 基部に曲 げ応力が集 中すること， とい っ た二 つ の理由によ り長期 間の使用で は，
この ボル トが握り手基部付近の溝で疲労 破 壊を起こす 可 能 性が考え ら れ た。 今回の工学 的 評 価は計 算によ る もの で あっ た が，
アル ミ軽 量 杖の構 造 が 直線 的かっ単 純である た め，
実 測 値と の誤 差は それ程 大きくない と考え ら れ る。 しか しJIS
に 記 載 さ れたデー
タ は試 験 片か ら得ら れ たもの であり，
材 料 自体の加 工 時にお け る残 留 応 力のた めに，
これが材 料 全て の部 分の強さを保 証 するとは限らず，
ま た動 荷 重に つ いても考慮 する必要が ある。
そのためには実 際に アル ミ軽量杖を用い た強 度 試 験を実 施 する必 要がある と考え て い る。 アル ミ軽 量 杖の製 作 を 始めて7
年 以．
h
が経過 し た。 現 在 までに処 方 したア ル ミ軽 量 杖は当院だけで 100 本以 上 にのぼ る。 処 方 した患 者 か らは 「軽 くて使いや すい，
こ の杖で ない と 困 る 」 とい っ た声が聞か れ，
また多 くの ア ル ミ軽量杖が実際に よ く使用されている。 今回 考えられ た ような破 損の報告は ま だ一
例も ない。 その要因と して は，
「 処方の対象が当院と道後 温泉 病院に入院 中ま た は通 院 中の患 者に限 られて お り，
処 方に際 して は無理 な 使い方 を しない よ う患 者によく注意を して いた こと。 表6
で もわ かるが 患者の多くは下 肢 各 関 節の状 態 が 良 く，
杖に常 時 体重をかける必要はな かっ た と考えられるこ と。」等が あげら れ る。 握 り手の取 り付 け方 法に問題は残し たもの の，
アル ミ 軽 量 杖は前 述の 「軽 量である・
体 重 支 持がで きる・
振り 出 しが 容 易 」 とい っ た条 件 を満 た してお り，
我々は現 時 点で ア ル ミ軽量杖が RA 患者にとっ て最適である と考 えて いる。 そ して アル ミ軽量 杖 がこれ まで市 販の杖 が使 用で きず歩行に難 渋して い た RA 患者や， 重い杖の使 用に よ る上肢 関節の二次 障害防止等に役立っ もの と期待 して いる。 以 降は 工学 的評 価の結果を ふ ま え，
材質・
構 造の両 面よ りア ル ミ軽 量 杖を見 直し，
さ らに良い杖へ と 仕上 げて行きたい。
本 論文の要 旨は第28
回日本理学療 法 士 学 会にて 報 告 し た。 文 献 1）黒木 剛 司郎 ：材 料力学 「基 礎 機 械 工 学 全 書 1」 野口尚一
一
・
（監 修 ），
森 北 出版，
柬 京，
1979．
2） 日本 機 械 学 会 編：材料学・
工業 材料 「機械工学 便 覧B4 」 丸善，
東 京， 1990．
3） 原 行 弘．
永田雅章1歩行訓練一
杖・
歩行 器の種 類 と選 び方，
総合リハ 20（9｝：793−
798，
1992．
4） 時 事通信 社 （編 ）： 1993〜
1994福 祉 機器 用品最新 情 報．
時 事 通 信 社t 東 京，
1993，
5）今田 拓：歩行補助杖，
歩行 器，
別 冊 整 形 外 科41 南 江堂，
東 京，
1983，
pp 261−
267，
7 iV a =
9
Ai"KfdeMLik･fiWlwaee
V
V
?lt
magre#tsEst
325
<Abstract>
A
LightCrutch
Made ofAluminum
Pipe fer Patients with Rheumatoid ArthritisKeizou TOKUMARU, RPT, Kouzi ASAYAMA, RPT,
Syuuichi
SADAMATSU,
RPT,
Tatsuya TAKAOKA, RPT, Hiroto SASAKI, RPT,Junichi
YAMASHITA, RPT,Kenichi
TSUBOUCHI,
RPT
Dept
ofRehabilitation,
Mketst{o,ama
Red
Cross
llbspital
Kunihiko YASUOKA, RPT
Dopt
of
Physicag71hempy,
DohgoSPa
Hbspital Takanori HIGASHIHARA, PO,Toshirou HONDA, PO1lakamatsu
PtostheticsOrthotics
CO.,
LTD,
