JP2002085380A - 角度計測器 - Google Patents

角度計測器

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JP2002085380A
JP2002085380A JP2000320045A JP2000320045A JP2002085380A JP 2002085380 A JP2002085380 A JP 2002085380A JP 2000320045 A JP2000320045 A JP 2000320045A JP 2000320045 A JP2000320045 A JP 2000320045A JP 2002085380 A JP2002085380 A JP 2002085380A
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arm
angle
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movable arm
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Natsuki Suzuki
夏来 鈴木
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HIKARI BERUKOMU KK
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HIKARI BERUKOMU KK
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 人の肢体の関節可動域測定等に必要とされ
る、離れた2要素間の回旋角度を精度良く測定する事の
出来る角度測定器を提供すること。 【解決手段】 屈曲性及び回旋性を有する外管構造8
と、屈曲性だけを有する中心構造9からなる可撓性同軸
状対ケーブルにおいて、外管構造と中心構造は互いに回
転摺動可能な状態にあって、該ケーブルの一端はその外
管構造に直交して固定された固定アーム10を有し、該
ケーブルの他端はその中心構造に直交して固定された可
動アーム13を有し、該可動アームの外管構造に対する
回転摺動運動が中心構造によって前記固定アーム側に伝
動し、該固定アーム側において前記可動アームとの相対
的回旋角度を認知する表示装置14、15を設けること
を基本的な機械的構成要素とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は主として人体骨格
の2要素間の回旋角度を検出する角度計測装置の角度情
報を機械的に伝達する可撓性同軸状対ケーブル構造と角
度情報の入出力を電気的機械的に変換する端末装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】 人の運動機能を評価する上で、人体骨
格の関節屈曲角度や回旋角度を精度良く計測することは
重要な要件の一つとされている。特にリハビリテーショ
ン医学の分野に於いては運動機能障害の診断や治療方法
の評価のために、肢体の相対的屈曲角度や回旋角度の定
量的計測は、いわゆる骨格間の関節可動域測定法として
臨床現場の基本的技術とされる。肢体の関節可動域の測
定は特定の肢体要素間の基準状態を想定し、これを0度
として基準状態からの屈曲または回旋の角度をコンパス
状の2本のプレートを有する分度器で読み取る。このコ
ンパス状分度器は人体の肢体に合った様々な形状、長さ
の種類が在り、施術者は計測対象者の測定部位や状況に
応じてこれらの多くの種類を使い分けるか、あるいは限
られた種類で限られた計測を行うかの何れかである。わ
けても肢体の回旋角度測定については屈曲角度の測定に
比べて極めて限られた計測方法しか選ぶことが出来な
い。
【0003】 例えば人体頸椎の回旋角度の計測方法を
図1を例にとって説明すると、図1は座位の被験者と被
験者の頸椎の回旋角度測定行うに際して採られる標準的
な測定器形状と測定器装着部位を示す。図1(ア)は被
験者の上方から見た図であり、(イ)は被験者の前方か
ら見た図である。この計測に用いられるコンパス状分度
器において、1は固定アーム、2は可動アーム、3は角
度目盛板、4は角度針である。測定者は測定器の形状と
測定部位の状況から、頭頂を回転軸としてコンパス状分
度器を水平状態に置き、頭頂上方向から見て肩峰間を固
定アーム1に合わせ、鼻柱方向を可動アーム2に合わせ
て分度器状目盛板3と目盛針4によって被験者頭部の回
旋角度すなわち頸椎の回旋角度を読み取る。コンパスの
両アームは肩峰間の想定固定線、鼻柱方向の想定可動線
のいずれからも10cm以上離れた位置にあり、目視に
よってコンパスのアーム方向が固定線、可動線の方向に
一致していることを前提に、頸椎の回旋角度を求めてい
る。しかし相対回旋角度は図から明らかなように測定器
が測定対象から遊離して計測されるために、誤差が極め
て大きくなる場合がある。また頸椎は一般に前傾してい
るが、前傾角度によって計測誤差がさらに増えるという
理由によって、自然な前傾状態での頸椎の回旋角度測定
を排除しなければならないと言う制約を生じる。
【0004】 従来の技術において2要素間の回旋角度
を肢体の自然な運動状態で計測することの困難さは主と
して計測器側に問題があり、特に標準的な測定器として
用いられているコンパス状分度器の読み取り回転角が分
度器の回転軸と回転面を固定して計測されることにあ
る。これはコンパスのアーム位置が1ヶの回転軸を中心
にして回転しているという機械的な制約に因るものであ
る。
【0005】 コンパス状分度器を用いることによるか
かる関節可動域の測定の制約は、関節の屈曲角度を測定
するに際しても生じる。屈曲角度の測定時における制約
を解消する方法として本件出願人は既に角度計測器(特
開平10−239009)を考案した。上記考案におい
て、本件出願人は測定対象とされる2つの部位が回転軸
を特定することなく相互の回転角度を計測可能であるこ
とを示し、関節可動域の測定自由度の高い角度計測器を
提供したが、上記考案に係わる角度計測器は、肢体の屈
曲角度を測定する為の装置であって、回旋角度の測定に
は不向きである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】 人の肢体の回旋運動
はある関節を端部とし、ある長さを経て実現する場合が
殆どである。即ち回旋角度として読み取るべき部位間隔
が離れていてる。一方機械的構造物の回旋運動はある1
点にて行うことが可能で、2つのアームの回転軸芯を共
有するコンパス状分度器はこの原理に従い、極度に狭い
領域の2つの部位の回旋角度を測っているに過ぎない。
即ちコンパス状分度器のような、1平面上に於ける1点
の回転軸しか有しない計測器によって、ある距離に分離
した人の肢体の部位間の回旋角度を測定することは原理
的に不可能である。機械構造物と異なり人の肢体の肢体
の動きは柔軟で多様であり、また大きさも様々である。
運動障害者の運動機能を健常者と比較して評価するに
は、動きの多様性に対する適合性が求められる。例えば
手首と上腕骨間のように回旋部位が離れている場合や、
骨盤と脊柱のように回旋軸が傾斜している場合の回旋角
度の計測の必要性は大である。図2は本課題の原理をモ
デル化して示す図である。図2において、5は円筒形の
固定側部位、6は関節部、7は円筒形の可動側部位を表
す。部位5、部位7は関節6を挟んで同一軸芯を中心と
して互いに回旋している。図中太線で示したように回旋
角度方向を関節部で7−1.遠端部で7−2とする。図
2.(ア)は部位7が剛体であり、回旋角の表れる箇所
が部位7の両端7−1と7−2の2カ所に表れることを
示している。一方(イ)は部位7が弾性体であり、回旋
角の表れる箇所が、部位7の遠端7−2の1カ所だけに
表れることを示している。即ち(イ)は方向7−2が部
位5に対する回旋角度となる。内部捻れのない(ア)の
場合は関節部7−1及び他端7−2で回旋角度が測定可
能であるが、内部捻れのある(イ)においては関節部6
での測定は不可能である。本発明の課題は図2(イ)に
示されたように従来の計測器では測定不可能な、肢体の
一般的性質であるところの弾性構造を成す離れた2つの
部位間の回旋角度を精度良く測定することにある。本発
明は関節可動域の測定範囲を広げ、従来のコンパス状分
度器による測定の労力や測定誤差を少なくし、人体の運
動機能の定量的な評価を容易にするための回旋角度計測
器を提供することを目的とする。
【0007】
【問題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに請求項1の発明にあっては、屈曲性及び回旋性を有
する外管構造と、屈曲性だけを有する中心構造からなる
可撓性同軸状対ケーブルにおいて、外管構造と中心構造
は互いに回転摺動可能な状態にあって、該ケーブルの一
端はその外管構造に直交して固定された固定アームを有
し、該ケーブルの他端はその中心構造に直交して固定さ
れた可動アームを有し、該可動アームの外管構造に対す
る回転摺動運動が中心構造によって前記固定アーム側に
伝動し、該固定アーム側において前記可動アームとの相
対的回旋角度を認知する表示装置を設けることを基本的
な機械的構成要素として示した。
【0008】図3に請求項1の基本的な機械的構成要素
を示す。図3において8は可撓性同軸状対ケーブルの外
管構造である。9は同じく中心構造である。8と9は互
いに回転摺動可能な状態にあるが、軸方向に対しては固
定されている。10は外管構造8に対して直角方向に翼
状に固定された2本のアームである。11、12は中心
構造9の両端部を示し、13は一端11と直角方向に翼
状に固定された2本のアームである。14は他端12に
固定されている指針である。15はアーム10と一体構
造をなす目盛板である。即ち、全体の構造を回転摺動運
動の固定側構造物と可動側構造物にわけて考えると、
8、10、15は固定側に属し、9、11、12、13
可動側に属する。
【0009】 回旋角度を機械的に伝動する同軸の中心
構造9は、屈曲に対しては可撓性を有し、捻りに対して
は剛性を有する機械的性質を持っていなければならな
い。この性質を強化したワイヤ構造として、いわゆるフ
レキシブルシャフトの中心構造がある。他にはコイルの
巻き方向を反対にした金属螺旋対が、上記の性質を持つ
中心構造の素材として適している。
【0010】 回旋の固定側に属する外管構造8は回旋
角度の伝動にとって必ずしも必要とされないが、中心構
造9を機械的に保護し、又外管構造8の両端に設けた摺
動ベアリング等によって、可動アーム13の回転運動を
スムースにする効果を有し、本発明の回旋角度測定とい
う装置の目的からして必要とされる。かくして固定アー
ム10と、可動アーム13との回旋角度が可撓性同軸状
対ケーブル8、9を通じて指針14と、目盛板15の相
対角度として表すことが出来ることを示した。固定アー
ム10と可動アーム13は測定対象となる人体肢体の離
れた2つの回旋部位に沿って密着して置かれ、2つの部
位の基準部位からの回旋角度を読み取ることが出来る。
【0011】
【発明の効果】請求項2に記載された発明にあっては、
例えば図3の部品9、部品13の間にある連結用中心軸
11を、その長さを変えた着脱可能な介在バーとして設
けることによって、固定アーム10と可動アーム13の
間隔を自由に変え、人の肢体の多様な部位や大きさに適
合出来る。
【0012】 請求項3に記載された発明によれば、例
えばウオームギア、傘歯車、ワイヤー伝動プーリ等の機
械的伝動構造部品によって図3の部品12の回転伝動方
向を変え、目盛り表示板15の表示面を変えることが出
来る。一般に角度計を肢体に装着する場合、体表面の一
部の装着面対して平行の状態に目盛板を置くことが配置
状態として適正である上に、目盛板を目視方向に対面さ
せなければならないことの制約から、部品12の回転伝
動方向を変える事の効果は大きい。伝動方向の変化は必
ずしも直角方向である必要はなく、観測者の目視方向に
沿う方向であれば良い。
【0013】 請求項4に記載された発明によれば、例
えば図3の部品14、部品15をロータリ型ポテンショ
メータに置き換えることによって、機械的角度情報を電
気信号とし、IC回路による、一体構造の角度デジタル
表示装置を実現する事が可能である。又、角度信号をリ
ード線によって外部に導き、外部の制御機器や記録、表
示媒体を利用することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施形態につい
て図面に基づいて説明する。図4は、図3で示された基
本形態に係わる一つの実施例で、理解を容易にするため
に内部構造を一部分解し、組み立てる形態として示し
た。図4に於いて8、9は可撓性同軸ケーブル構造の外
管構造と中心構造である。10は外管構造と一体構造を
なす板状の固定アームである。11、12は中心構造9
と連結した可動軸である。13は可動軸11に取り付け
られた可動アームである。固定アーム11および可動ア
ーム13には肢体の基準軸との一致を目視で確認するた
めの基準線が表示されている。14、15はそれぞれ角
度表示針と角度目盛板である。16は角度表示装置の筐
体である。16−2は該筐体内部に固定した軸受けで、
可動軸12の軸受けである。17は角度目盛板の透明カ
バーである。18−1、18−2はそれぞれ可動軸12
と角度目盛板軸芯19に固定された傘歯車である。20
−1、20−2は軸芯19を両端で支える、軸受けベア
リングである。21、22は外管構造8を両端で機械的
に保持する補強スリーブである。23は軸芯11と補強
スリーブ22とを固定する固定ネジである。24は軸芯
11と可動アーム13を固定するサドルである。補強ス
リーブ22は固定ネジ23によって外管構造8の一端と
中心軸11と一体化しているが、外管構造8が長さ方向
全体に亘って捻れ可撓性を持っているので、可動アーム
13は自由に回旋可能な構造となっている。なを軸芯1
1はネジ23、サドル24によって着脱可能であり、軸
芯11の長さを数種類用意することによって異なった距
離の部位間の測定が可能である。
【0014】 図4に示した実施例構造に従って本発明
の装置の機能を説明すると、固定アーム10を人の肢体
の固定軸に沿って置き、可動アーム13を人の肢体の可
動軸に固定して動かすと、可動アーム13の固定アーム
10に対する回旋角度が可動軸12に表れ、傘歯車18
−1、18−2を介して目盛板軸芯19の回旋角度とな
り、角度表示針14と、角度目盛板15の角度となって
肢体間の回旋角度が表示される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の技術分野に係わる従来の角度計測方
法を示す図。
【図2】 本発明の技術分野に係わる基本課題を示す原
理図
【図3】 本発明の請求項1に係わる角度計測器の主要
構成要素を示す構成図。
【図4】 本発明の実施形態を示す組立図。
【符号の説明】
1 固定アーム 2 可動アーム 3 角度目盛板 4 角度針 5 固定部位 6 関節部 7 可動部位 7−1 関節部回旋角度方向 7−2 遠端部回旋角度方向 8 外管構造 9 中心構造 10 固定アーム 11 可動軸 12 可動軸 13 可動アーム 14 角度針 15 角度目盛板 16 角度計筐体 17 透明カバー 18−1 傘歯車−1 18−2 傘歯車−2 19 目盛軸芯 20−1 目盛軸軸受けベアリング−1 20−2 目盛軸軸受けベアリング−2 21 固定スリーブ−1 22 固定スリーブ−2 23 固定ネジ端子 24 固定サドル
フロントページの続き Fターム(参考) 2F062 AA81 AA83 BC19 BC80 CC22 CC27 EE01 EE62 FF07 FF17 FF25 GG06 GG38 GG52 HH15 LL02 LL03 LL09 2F063 AA34 AA35 BA29 BA30 BD16 CA09 CA40 DA02 DA04 DA05 DB07 DC03 DD02 EA03 FA01 FA16 MA04 2F069 AA88 BB40 DD24 GG01 GG14 HH05 JJ17 LL01 4C038 VA04 VB11 VB14 VB35 VC09

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 屈曲性及び回旋性を有する外管構造と、
    屈曲性を有する中心構造からなる可撓性同軸状対ケーブ
    ルにおいて、外管構造と中心構造は互いに回旋可能な状
    態にあって、該ケーブルの一端はその外管構造に直交し
    て固定された固定アームを有し、該ケーブルの他端はそ
    の中心構造に直交して固定された可動アームを有し、該
    可動アームの外管構造に対する回旋運動が中心構造によ
    って前記固定アーム側に伝動し、該固定アーム側におい
    て前記可動アームとの相対的回旋角度を認知する表示装
    置を設けたことを特徴とする角度計測器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記可動アームと中
    心構造間に該中心構造の延長線上で長さ可変の介在バー
    構造を設け、該可動アームと固定アームの間隔を自由に
    変えることが出来ることを特徴とするを角度計測器。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記固定アームと前
    記可動アームとの相対的回旋角度が機械的に表れる固定
    アーム端に於いて、前記中心構造と直角方向を成すシャ
    フトを設け、前記中心構造と該シャフトの間をウオーム
    ギア、傘歯車またはワイヤを用いた滑車等の機械的伝動
    構造によって回旋角度の機械的表示面を約90度乃至任
    意の角度に変えることを特徴とする角度計測器。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記固定アームと前
    記可動アームとの相対的回旋角度が機械的に表れる固定
    アーム端に於いて、ロータリ型ポテンショメータを設け
    て外管構造と中心構造に接続し、該ポテンショメータを
    角度情報の電気的エンコーダとして回旋角度情報を電気
    的に処理する回路を付加し、前記固定アームと前記可動
    アームとの相対的回旋角度のデジタル表示をすることを
    特徴とする角度計測器。
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