JP2015099137A - ダミー人形の肩構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づける。
【解決手段】ダミー人形１０の肩部３０は、胴体１２に移動可能に設けられた連動部材３２と、連動部材３２に連結された肩甲骨３４と、肩甲骨３４に弾性力を作用させる引張バネ３６とを有している。ここで、上肢１８を回転させると、上肢１８の移動動作に連動して連動部材３２が移動する。そして、連動部材３２に連結された肩甲骨３４が移動し、肩甲骨３４には弾性力が作用する。この弾性力は、上肢１８の回転、移動に対する抵抗力として作用する。このように、上肢１８を回転させたとき、肩甲骨３４が移動すると共に上肢１８に抵抗力が作用するので、肩甲骨３４を有していない構成に比べて、ダミー人形１０の挙動を人体の挙動に近づけることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダミー人形の肩構造に関する。

人体の肩構造は、肩甲骨、鎖骨、及び上腕骨などから構成され、これらが三角筋、棘上筋、棘下筋、大円筋、小円筋、肩甲下筋など多くの筋肉や靭帯で囲まれている。また、人体の肩構造における関節は、球構造である。

一方、非特許文献１には、ユニバーサルジョイントを用いた肩構造を有するダミー人形が記載されている。非特許文献１のダミー人形は、ダミー人形本体の上部に設けた部材に対して、ユニバーサルジョイントで上肢部材を連結した構造となっている。

Fredrik V.Tornvalla, Kristian Holmqvista, Johan Davidssona, Mats Y.Svenssona, Yngve HAlandb& HAkan Ohrnc Traffic Injury Prevention, "A New THOR Shoulder Design: A Comparison with Volunteers, the Hybrid ＩＩＩ,and THOR NT" ,2007, Volume 8, Issue2, P.205-215

非特許文献１のダミー人形では、ユニバーサルジョイントでダミー人形本体と上肢部材とを連結しただけであるので、上肢部材を移動（回転）させた場合、肩の関節にトルクが発生しにくい構造となっている。また、非特許文献１のダミー人形では、人体の肩構造の主要部位である肩甲骨が模擬されていない。これらの理由により、非特許文献１のダミー人形では、人体の挙動（特に肩及び上肢の挙動）に近い挙動が得られない可能性がある。

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができるダミー人形の肩構造を得ることを目的とする。

本発明の請求項１に係るダミー人形の肩構造は、人形本体に移動可能に設けられ、該人形本体に対する上肢部材の移動動作に連動する連動部材と、前記連動部材に連結され、前記人形本体と対向配置された肩部材と、前記肩部材の移動に伴って前記肩部材に抵抗力を作用させる抵抗手段と、を有する。

上記構成によれば、上肢部材を移動（回転）させると、上肢部材の移動動作に連動して連動部材が移動する。そして、連動部材に連結された肩部材が移動する。このとき、抵抗手段が、肩部材の移動に伴って肩部材に抵抗力を作用させる。この抵抗力は、上肢部材の移動に対する負荷（関節トルク）として作用する。このように、上肢部材を移動させたとき、肩部材及び抵抗手段によって上肢部材に負荷が作用するので、肩部材を有していない構成に比べて、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。

本発明の請求項２に係るダミー人形の肩構造は、前記抵抗手段は、前記人形本体及び前記肩部材の一方に設けられ、前記肩部材の移動に伴って、前記人形本体及び前記肩部材の他方との間で摩擦力を生じさせる摩擦部材を有する。

上記構成によれば、上肢部材の移動動作に連動して連動部材及び肩部材が移動したとき、上肢部材には、摩擦部材と、人形本体及び肩部材の他方との摺動による摩擦力が抵抗力として作用する。このように、摩擦力によって、上肢部材の移動に対して負荷が作用するので、簡単な構成でダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。

本発明の請求項３に係るダミー人形の肩構造は、前記摩擦部材は、摩擦力を生じさせる面が湾曲面である。

上記構成によれば、摩擦部材の摩擦力が生じる面が湾曲していることで、摩擦部材と摺動する人形本体又は肩部材が平板状であっても、人形本体に対して肩部材を円弧状に移動させることができる。即ち、人形本体に対する肩部材の回旋動作が可能となるので、肩甲骨が回旋動作する人体の挙動に対して、ダミー人形の挙動を近づけることができる。

本発明の請求項４に係るダミー人形の肩構造は、前記抵抗手段は、前記肩部材に前記抵抗力としての弾性力を作用させる弾性部材を有する。

上記構成によれば、上肢部材の移動動作に連動して連動部材及び肩部材が移動したとき、上肢部材には、弾性部材が伸びることによる弾性力（引張力）が抵抗力として作用する。このように、弾性力によって、上肢部材の移動に対して負荷が作用するので、簡単な構成でダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。さらに、弾性部材と摩擦部材を両方備えた構成では、弾性部材の弾性力によって摩擦部材を人形本体及び肩部材の他方に押し付けることで、摩擦力を大きくすることができる。

本発明の請求項５に係るダミー人形の肩構造は、前記弾性部材は、複数の弾性材を有する。

上記構成によれば、弾性材が複数あるので、人形本体に対して、肩部材を複数方向で（弾性力を作用させた状態で）保持可能となり、肩部材の姿勢が安定する。さらに、肩部材に作用する複数の弾性材による弾性力を調整することで、上肢部材に作用する負荷を非線形的に変化させることが可能となる。これにより、変位に対して負荷が非線形的に変化する肩甲骨を備えた人体の挙動に対して、ダミー人形の挙動を近づけることができる。

本発明の請求項６に係るダミー人形の肩構造は、前記連動部材は、前記上肢部材が取り付けられた関節部材と、前記人形本体に移動可能に設けられ、前記肩部材が連結され、前記関節部材を移動可能に支持することで前記人形本体に対して前記上肢部材を移動可能に支持する支持部材と、を有する。

上記構成によれば、人形本体に対して支持部材が可動し、支持部材に対して関節部材が可動し、さらに、関節部材に対して上肢部材が可動する。これにより、１つの連動部材に上肢部材が連結された構成に比べて、上肢部材の可動域を広げることができる。

本発明の請求項７に係るダミー人形の肩構造は、前記関節部材は、凹部が形成された保持部材と、前記凹部に収容された球状部と該球状部から一方向に突出し前記上肢部材が取り付けられた軸部とを備えた可動部材と、前記保持部材と前記軸部とに連結され、前記上肢部材の移動に伴って前記軸部に負荷を付与する付与部材と、を有する。

上記構成によれば、球状部を保持部材の凹部で保持しているので、保持部材に対して、上肢部材の屈曲、伸展、及び回転が可能となる。そして、上肢部材を保持部材に対して回転させたとき、付与部材によって軸部に負荷が付与されることで、保持部材と上肢部材との間に負荷（関節トルク）が作用する。この負荷は、上肢部材の可動域を制限する。このように、上記構成によれば、上肢部材に関節トルクが作用すると共に上肢部材の可動域が制限されるので、付与部材を有していない構成に比べて、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。

本発明の請求項８に係るダミー人形の肩構造は、前記付与部材は、前記軸部に弾性力を付与する弾性体を有する。

上記構成によれば、弾性体によって、軸部に作用する負荷が徐々に変化可能となるので、弾性体を有していない構成に比べて、軸部に作用する負荷の急激な変化を抑制することができる。

本発明は、上記構成としたので、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。

本実施形態に係るダミー人形を示す全体図である。 本実施形態に係るダミー人形の上半身の内部構造を後側から見た状態を示す概略図である。 本実施形態に係るダミー人形の上半身の内部構造を左側から見た状態を示す概略図である。 （Ａ）本実施形態に係るダミー人形の上半身の内部構造を上側から見た状態を示す概略図である。（Ｂ）本実施形態に係る肩部材と摩擦板との接触状態を示す模式図である。（Ｃ）本実施形態に係る弾性部材の構成を示す模式図である。 本実施形態に係る肩部材を肋骨部材に対して移動可能に保持している状態を示す概略図である。 本実施形態に係る球ジョイント周辺の構造を示す説明図である。 本実施形態に係る球ジョイントにワイヤーが巻付いた状態を示す説明図である。 本実施形態に係る球ジョイントの軸部が傾倒した状態を示す説明図である。 本実施形態の肩部材が基準位置から上方に移動する状態を示す模式図である。 人体の肩甲骨に複数の筋による力が作用する状態を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｆ）人体の肩甲骨の移動パターンを示す模式図である。 比較例のダミー人形の左側部を後側から見た状態を示す概略図である。

本実施形態に係るダミー人形の肩構造の一例について説明する。

[全体構成]
図１には、本実施形態の一例としてのダミー人形１０の概略構成が示されている。ダミー人形１０は、人形本体の一例としての胴体１２と、胴体１２に設けられた脊柱１４の上端に取り付けられた頭１６とを有している。さらに、ダミー人形１０は、胴体１２の左右上部に連結された上肢部材の一例としての上肢１８と、胴体１２の左右下部に連結された下肢２２と、胴体１２の左右上部に設けられたダミー人形の肩構造の一例としての肩部３０とを有している。

以後の説明では、ダミー人形１０の左側を＋Ｘ側、右側を−Ｘ側、上側を＋Ｙ側、下側を−Ｙ側、前側を＋Ｚ側、後側を−Ｚ側と記載する。また、ダミー人形１０の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、前後方向をＺ方向と記載する。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ直交している。なお、ダミー人形１０は、一例として、脊柱１４を中心として左右対称の構造となっている。このため、以後の説明では、ダミー人形１０の＋Ｘ側の構造について説明し、−Ｘ側の構造については、＋Ｘ側と同じ符号を示して説明を省略する。

（胴体）
図１に示すように、胴体１２は、一例として、脊柱１４と、脊柱１４に設けられた肋骨１５（図２参照）と、肋骨１５の−Ｙ側で脊柱１４が連結された腰部１７とを含んで構成されている。また、胴体１２は、一例として、脊柱１４が配置された部位、上肢１８が連結された部位、及び下肢２２が連結された部位を除いて、樹脂製の本体カバー１３で覆われている。脊柱１４は、円柱状の部材が同軸でＹ方向に重ねられている。

図２に示すように、肋骨１５は、Ｘ−Ｚ面で脊柱１４を内包して環状に形成され、Ｙ方向に間隔をあけて複数設けられている。なお、図２では、胴体１２の＋Ｙ側の一部を示しており、他の部位の図示は省略している。また、図２では、頭１６を模式的に円柱で示している。さらに、図２では、本体カバー１３の肩部分の一部を示している。

（上肢）
図２に示すように、上肢１８は、円柱状の上腕部材１８Ａと、円柱状の前腕部材１８Ｃと、上腕部材１８Ａの−Ｙ側と前腕部材１８Ｃの＋Ｙ側とを連結する連結部材１８Ｂと、を有している。また、上肢１８は、前腕部材１８Ｃの−Ｙ側に手部材１８Ｄ（図１参照）が設けられている。さらに、上肢１８は、上腕部材１８Ａの＋Ｙ側の中央からＹ方向に沿って突出した柱状部１８Ｅを有している。柱状部１８Ｅは、後述する軸部５２Ｂに固定される。なお、上腕部材１８Ａ、連結部材１８Ｂ、及び前腕部材１８Ｃは、図１に示すように、胴体１２に連結される部位を除いて樹脂製の上肢カバー１９で覆われている。

（下肢）
図１に示すように、下肢２２は、腰部１７に＋Ｙ側の端部が連結された大腿部材２２Ａと、大腿部材２２Ａの−Ｙ側の端部に連結された下腿部材２２Ｂと、下腿部材２２Ｂの−Ｙ側の端部に連結された足部材２２Ｃとを有している。

[要部構成]
次に、肩部３０について説明する。

図２に示すように、肩部３０は、胴体１２の＋Ｙ側に設けられた連動部材３２と、連動部材３２に連結された肩部材の一例としての肩甲骨３４とを有している。さらに、肩部３０は、肩甲骨３４に抵抗力を作用させる抵抗手段、弾性部材、及び弾性材の一例としての引張バネ３６（図４（Ｃ）参照）と、胴体１２に設けられた抵抗手段及び摩擦部材の一例としての摺動板３８（図３参照）とを有している。

〔連動部材〕
図２に示すように、連動部材３２は、一例として、胴体１２の＋Ｙ側でＸ方向に沿って配置されており、−Ｘ側の端部が脊柱１４の首下部１４Ａに結合され、＋Ｘ側の端部が上肢１８の柱状部１８Ｅに固定されている。具体的には、連動部材３２は、一例として、上肢１８が取り付けられた関節部材４４と、関節部材４４を介して上肢１８を移動可能に支持する支持部材４２とを有している。

＜支持部材＞
図４（Ａ）に示すように、支持部材４２は、一例として、ブロック材４２Ａと、棒材４２Ｂと、ブロック材４２Ｃとが一体となって形成されている。ブロック材４２Ａは、直方体状に形成されており、−Ｘ側の部位が、Ｚ方向を軸方向とするヒンジ部材（図示省略）により首下部１４Ａに連結されている。棒材４２Ｂは、円柱状に形成されており、−Ｘ側の部位がブロック材４２Ａの＋Ｘ側に固定され、＋Ｘ側の部位がブロック材４２Ｃの−Ｘ側に固定されている。

ブロック材４２Ｃの＋Ｘ側の部位には、柱状部５８Ｂ（図６参照）が固定されている。また、ブロック材４２Ｃには、後述する吊下部材６２の＋Ｙ側の端部が固定されている。ここで、支持部材４２は、ブロック材４２Ａがヒンジ部材（図示省略）により移動（回転）することで、胴体１２に対して移動可能となっている。また、支持部材４２は、既述のように、関節部材４４を移動可能に支持することで、胴体１２に対して上肢１８を移動可能に支持している。なお、各部材の固定方法は、必要とされる固定強度に応じて、溶接、圧入、ボルトによる締結、接着など、自由に選択してよい。

＜関節部材＞
図６に示すように、関節部材４４は、可動部材の一例としての球ジョイント５２と、球ジョイント５２を保持する保持部材５４と、後述する軸部５２Ｂに負荷を付与する付与部材５６とを有している。また、関節部材４４は、一例として、ブロック材４２Ｃ（図４（Ａ）参照）に固定され保持部材５４を移動（回転）可能とするジョイント材５８を有している。

（保持部材）
保持部材５４は、Ｘ方向を軸方向とする円柱状に形成されている。また、保持部材５４の＋Ｘ側の中央には、−Ｘ側に向けて半球状に窪んだ凹部５４Ａが形成されており、保持部材５４の−Ｘ側の中央には、＋Ｘ側に向けて半球状に窪んだ穴部５４Ｂが形成されている。さらに、保持部材５４における凹部５４Ａの＋Ｚ側には、−Ｘ側に向けて窪んだ縦穴部５４Ｃが形成されており、保持部材５４における凹部５４Ａの−Ｚ側には、−Ｘ側に向けて窪んだ縦穴部５４Ｄが形成されている。縦穴部５４Ｃ、５４Ｄの孔径は、後述するバネ材５６Ｂ、５６Ｃの外径よりも大きくなっている。

（球ジョイント）
球ジョイント５２は、凹部５４Ａ内に一部を収容可能な外径の球状部５２Ａと、球状部５２ＡからＸ方向に突出し、＋Ｘ側が上肢１８の柱状部１８Ｅ（図２参照）に取り付けられた軸部５２Ｂとを備えている。軸部５２Ｂは、円柱状に形成されており、軸部５２ＢのＸ方向中央には、径方向に張り出された環状のフランジ部５２Ｃが形成されている。フランジ部５２Ｃには、軸部５２Ｂの軸方向に対して傾斜した方向にネジ溝（図示省略）が形成されており、このネジ溝には、一例として、丸頭ボルト５５が締結されている。

丸頭ボルト５５は、保持部材５４と接触することで、保持部材５４に対する軸部５２Ｂの移動（傾倒）を規制する。即ち、丸頭ボルト５５の長さを設定することによって、軸部５２Ｂの可動域が設定されるようになっており、丸頭ボルト５５は、可動域設定部材（規制部材）となっている。本実施形態では、一例として、４本の丸頭ボルト５５が、軸部５２ＢをＸ方向に見て周方向に９０[°]ずらして配置されている。また、４本の丸頭ボルト５５のうち、１本が縦穴部５４Ｃの周縁部に向けて延びており、１本が縦穴部５４Ｄの周縁部に向けて延びている。なお、図６では、３本の丸頭ボルト５５を示しており、残り１本の丸頭ボルト５５の図示は省略している。

また、球ジョイント５２には、軸部５２Ｂにおけるフランジ部５２Ｃよりも＋Ｘ側の部位に貫通孔５２Ｄが形成されている。貫通孔５２Ｄは、軸部５２Ｂの軸中心を通りＺ方向に貫通している。また、貫通孔５２Ｄの孔径は、後述するワイヤー５６Ａの外径よりも大きくなっている。

（付与部材）
付与部材５６は、ワイヤー５６Ａと、縦穴部５４Ｃ、５４Ｄ内に挿入された弾性体の一例としてのバネ材５６Ｂ、５６Ｃとを有している。ワイヤー５６Ａは、軸部５２Ｂの貫通孔５２Ｄに中央部が挿入されて保持されている。また、ワイヤー５６Ａの一端には、バネ材５６Ｂの＋Ｘ側の端部が接続されており、バネ材５６Ｂの−Ｘ側の端部は、縦穴部５４Ｃの底部に係止されている。

さらに、ワイヤー５６Ａの他端には、バネ材５６Ｃの＋Ｘ側の端部が接続されており、バネ材５６Ｃの−Ｘ側の端部は、縦穴部５４Ｄの底部に係止されている。このように、付与部材５６は、保持部材５４と軸部５２Ｂとを連結しており、上肢１８の移動に伴って、軸部５２Ｂに負荷（バネ材５６Ｂ、５６Ｃの弾性力）を付与するようになっている。

なお、上腕部材１８Ａ（図２参照）がＹ方向に沿って静止した状態（これを初期状態と称する）では、バネ材５６Ｂ、５６Ｃがほぼ自然長となっており、軸部５２Ｂには、バネ材５６Ｂ、５６Ｃによる負荷が作用しないようになっている。即ち、初期状態では、軸部５２Ｂに負荷が作用しないように、ワイヤー５６Ａ及びバネ材５６Ｂ、５６Ｃの長さが設定されている。また、ワイヤー５６Ａには、ストッパ（図示省略）が結合されている。さらに、縦穴部５４Ｃ、５４Ｄの内壁には、凸部（図示省略）が形成されている。これにより、バネ材５６Ｂ、５６Ｃの変位量が所定値よりも大きくなった場合は、ストッパと凸部とが接触することで、ワイヤー５６Ａの変位が制限されるようになっている。

（ジョイント材）
ジョイント材５８は、穴部５４Ｂに一部が収容される球部５８Ａと、球部５８ＡからＸ方向（−Ｘ側）に突出しブロック材４２Ｃ（図４（Ａ）参照）に固定された柱状部５８Ｂとを有している。なお、本実施形態では、一例として、柱状部５８Ｂに負荷を作用させる部材を用いていないが、球ジョイント５２と同様に付与部材５６を用いてジョイント材５８に負荷を作用させてもよい。

このように、連動部材３２は、球ジョイント５２及びジョイント材５８を有しているため、胴体１２に対してＹ方向及びＺ方向に移動可能となっている。さらに、連動部材３２は、上肢１８と繋がっているため、胴体１２に対する上肢１８の移動動作に連動するようになっている。

〔摺動板〕
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、摺動板３８は、Ｘ−Ｙ面に沿って配置されている。また、摺動板３８は、Ｚ方向に見て、肩甲骨３４に隠れる大きさ及び外形となっている。さらに、摺動板３８は、＋Ｚ側に平面３８Ａが形成されており、−Ｚ側に湾曲面３８Ｂが形成されている。湾曲面３８Ｂは、Ｙ方向に見て、Ｘ方向中央が−Ｚ側に凸形状となっている。

また、摺動板３８は、平面３８Ａの一部が肋骨１５の−Ｚ側に固定されている。なお、摺動板３８の肋骨１５への固定方法は、必要とされる固定強度に応じて、溶接、ボルトによる締結、接着など、自由に選択してよい。さらに、摺動板３８は、湾曲面３８Ｂが肩甲骨３４の＋Ｚ側の面と接触している。即ち、摺動板３８は、肩甲骨３４との間で摩擦力が生じる面が湾曲面３８Ｂとなっている。これにより、摺動板３８は、肩甲骨３４が移動したとき、肩甲骨３４と湾曲面３８Ｂとの間で摩擦力を生じさせるようになっている。

加えて、図４（Ｂ）に示すように、湾曲面３８ＢのＸ方向中央位置で且つＹ方向中央位置には、−Ｚ側（肩甲骨３４側）に向けて突出した突起３８Ｃが形成されている。

〔肩甲骨〕
図２に示すように、肩甲骨３４は、一例として、Ｚ方向を板厚方向とする板材で構成されている。また、肩甲骨３４は、Ｚ方向に見て、四角形の１つの隅部が１／４円状に切り欠かれた外形となっており、人体の肩甲骨の外形に近い形状とされている。具体的には、＋Ｘ側の肩甲骨３４は、Ｚ方向に見て、＋Ｙ側から時計回り方向に、上辺部３４Ａ、右辺部３４Ｂ、湾曲部３４Ｃ、下辺部３４Ｄ、左辺部３４Ｅを有している。上辺部３４Ａ及び下辺部３４Ｄは、Ｘ方向に沿っている。また、右辺部３４Ｂ及び左辺部３４Ｅは、Ｙ方向に沿っている。そして、湾曲部３４Ｃは、上辺部３４Ａ及び左辺部３４Ｅに向けて窪んでいる。

さらに、肩甲骨３４は、胴体１２よりも＋Ｚ側において、胴体１２の＋Ｙ側の部位と対向配置されると共に、既述のように、摺動板３８（図４（Ｂ）参照）の湾曲面３８Ｂと接触している。また、図４（Ｂ）に示すように、肩甲骨３４のＸ方向及びＹ方向の中央には、＋Ｚ側に開口した窪み部３４Ｆが形成されている。窪み部３４Ｆ内には、摺動板３８の突起３８Ｃが収容されており、突起３８Ｃが窪み部３４Ｆの壁と接触することで、肩甲骨３４のＸ方向及びＹ方向の移動が、設定された範囲内に制限されている。

図２及び図４（Ａ）に示すように、肩甲骨３４の上辺部３４Ａとブロック材４２Ｃとは、吊下部材６２を介して連結されている。吊下部材６２は、一例として、金属製であり、連動部材３２が移動すると、連動部材３２に連動して肩甲骨３４が移動するようになっている。

図２に示すように、肩甲骨３４の上辺部３４Ａ中央には、ワイヤー６４Ａの一端が取り付けられており、右辺部３４Ｂ中央には、ワイヤー６４Ｂの一端が取り付けられている。また、下辺部３４Ｄ中央には、ワイヤー６４Ｃの一端が取り付けられており、左辺部３４Ｅ中央には、ワイヤー６４Ｄの一端が取り付けられている。

図５に示すように、肋骨１５の内側には、複数の肋骨１５に跨って固定された固定板６６が設けられている。そして、ワイヤー６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄは、複数の肋骨１５の間を通って固定板６６付近まで延びている。さらに、ワイヤー６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄの他端には、それぞれ独立して引張バネ３６（図４（Ｃ）参照）が接続されている。即ち、本実施形態では、一例として、引張バネ３６が４本用いられている。なお、図５では、各引張バネ３６の図示を省略している。

〔引張バネ〕
図４（Ｃ）に示すように、各引張バネ３６の他端は、固定板６６に取り付けられている。これにより、図２に示すように、肩甲骨３４には、Ｙ方向（上下方向）の移動において、ワイヤー６４Ａ、６４Ｃ、及び各引張バネ３６による張力（移動方向とは反対方向の張力）が作用するようになっている。同様に、肩甲骨３４には、Ｘ方向（左右方向）の移動において、ワイヤー６４Ｂ、６４Ｄ、及び各引張バネ３６による張力（移動方向とは反対方向の張力）が作用するようになっている。

（人体の肩甲骨の挙動）
図１０には、人体の肩甲骨Ａの模式図が示されている。肩甲骨Ａには、僧帽筋上部線維（筋Ｋ１とする）、僧帽筋中部線維（筋Ｋ２とする）、僧帽筋下部線維（筋Ｋ３とする）、肩甲挙筋（筋Ｋ４とする）、菱形筋（筋Ｋ５とする）、及び前鋸筋（筋Ｋ６とする）が繋がっている。そして、人体の肩甲骨Ａには、筋Ｋ１〜筋Ｋ６のうち、最大で４つの筋が作用することで、各方向に引張力が作用するようになっている。

筋Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ５が作用した場合、肩甲骨Ａは胴体に対して右側に移動する（図１１（Ａ）参照）。筋Ｋ６が作用した場合、肩甲骨Ａは胴体に対して左側に移動する（図１１（Ｂ）参照）。筋Ｋ１、Ｋ４、Ｋ５が作用した場合、肩甲骨Ａは胴体に対して上側に移動する（図１１（Ｃ）参照）。筋Ｋ３、Ｋ６が作用した場合、肩甲骨Ａは胴体に対して下側に移動する（図１１（Ｄ）参照）。筋Ｋ１、Ｋ３、Ｋ６が作用した場合、肩甲骨Ａは胴体に対して図示の時計回り方向に回旋する（図１１（Ｅ）参照）。筋Ｋ４、Ｋ５が作用した場合、肩甲骨Ａは胴体に対して図示の反時計回り方向に回旋する（図１１（Ａ）参照）。

このように、人体の肩甲骨Ａは、多様な動作が可能となっている。そして、衝突実験のデータから、肩甲骨Ａは、衝突時に上肢と連動して動き、体幹挙動に影響を与えることが確認されている。

（比較例）
次に、比較例のダミー人形２００について説明する。

図１２に示すように、比較例のダミー人形２００は、脊柱２０２と、脊柱２０２に設けられた複数の肋骨２０４と、肋骨２０４の上部に設けられた支持部材２０６と、を有している。そして、脊柱２０２、複数の肋骨２０４、及び支持部材２０６には、これらを覆うカバー部材２０８が取り付けられている。また、支持部材２０６には、ユニバーサルジョイント２１０を介して上肢２１２が連結されている。即ち、比較例のダミー人形２００では、肩甲骨に相当する部材が設けられておらず、また、肩関節は、人体のように球状にはなっていない。

ここで、比較例のダミー人形２００では、肩関節が球状ではないため、上肢２１２の回転運動の中心が人体とは異なる。また、比較例のダミー人形２００では、ユニバーサルジョイント２１０と上肢２１２との摩擦力のみが関節トルクとして作用するため、人体の球状の関節トルクとは異なる大きさの関節トルクが作用することになる。さらに、比較例のダミー人形２００では、肩甲骨が設けられていないため、例えば、車両とダミー人形２００との衝突時において、直接、肋骨２０４に外力が作用してしまい、肩甲骨に外力が作用した場合の挙動が得られない可能性がある。

これらの理由により、比較例のダミー人形２００では、衝突実験などを行った場合、肩甲骨Ａ（図１０参照）に影響を受けた人体の体幹挙動とは異なる体幹挙動になってしまう可能性がある。即ち、比較例のダミー人形２００では、挙動を人体の挙動に近づけることが難しい。

例えば、歩行者（人体）と車両が衝突したときには、歩行者がボンネットに跳ね上げられる場合がある。このとき、最初に歩行者の上肢が車両のボンネットと接触し、続いて体幹が接触し、続いて頭部が接触するといった一連の衝突挙動であることが、事故分析から判明している。このような衝突挙動において、比較例のダミー人形２００のように、肩の関節特性などの人体類似度が低い場合、ダミー人形２００は、上肢２１２を支点とした転倒挙動となる。これにより、極端な場合は、体幹の接触や頭部の接触が生じない可能性がある。

また、体幹、頭部と車両との接触が生じた場合、ダミー人形２００では、上肢２１２が衝撃吸収ダンパーのように作用し、頭部の衝突加速度が極端に小さくなって、頭部傷害評価を正確に行うことができない場合がある。さらに、人体では、車両との衝突時に肩甲骨の回転や回旋が生じる場合があるが、ダミー人形２００は肩甲骨を有していないので、既述のように、人体と同様の挙動が得られない可能性がある。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

（関節部材の動作）
図６に示す初期状態において、上肢１８を＋Ｘ側に回転させたとき、軸部５２Ｂは、軸部５２Ｂの中心軸Ｃを中心とする回転はしないが、球状部５２Ａの中心を回転中心として回転する。このとき、軸部５２Ｂが移動しても、バネ材５６Ｂ、５６Ｃから貫通孔５２Ｄまでの距離は変わらない。さらに、軸部５２Ｂは、ワイヤー５６Ａを架け渡した方向に対して直交する方向に移動する。

これらの条件により、バネ材５６Ｂ、５６Ｃは、ほとんど伸びず、軸部５２Ｂ及び上肢１８には、凹部５４Ａと球状部５２Ａとの接触による摩擦力のみが関節トルクとして作用する。また、軸部５２Ｂが回転を続けると、丸頭ボルト５５の１つが保持部材５４と接触する。これにより、軸部５２Ｂ及び上肢１８の回転が規制される。このように、関節部材４４では、上肢１８の＋Ｘ側の回転において、丸頭ボルト５５により可動域が設定されると共に、摩擦力による関節トルクが作用する。

次に、図６に示す初期状態において、上肢１８を＋Ｚ側又は−Ｚ側に回転させたとき、図７に示すように、軸部５２Ｂは、中心軸Ｃを中心として回転する。このとき、軸部５２Ｂの貫通孔５２Ｄ（図６参照）の向きが変わるため、ワイヤー５６Ａは、軸部５２Ｂの外周面に巻き付く。なお、図７では、丸頭ボルト５５（図６参照）の図示を省略している。

続いて、軸部５２Ｂが回転して、軸部５２Ｂへのワイヤー５６Ａの巻き付き長が長くなると、バネ材５６Ｂ、５６Ｃの伸び長が長くなり、軸部５２Ｂ及び上肢１８に作用する引張力が増加する。即ち、軸部５２Ｂ及び上肢１８には、凹部５４Ａと球状部５２Ａとの接触による摩擦力だけでなく、バネ材５６Ｂ、５６Ｃによる引張力も関節トルクとして作用する。そして、軸部５２Ｂ及び上肢１８に作用する関節トルクが設定値を超えると、軸部５２Ｂ及び上肢１８の回転が規制される。

このように、関節部材４４では、上肢１８の＋Ｚ側又は−Ｚ側の回転において、凹部５４Ａと球状部５２Ａとの接触による摩擦力だけでなく、ワイヤー５６Ａの巻き付きによる関節トルクが作用する。そして、作用する関節トルクが設定値を超えることで、軸部５２Ｂ及び上肢１８の可動域が設定される。

次に、図６に示す初期状態において、上肢１８を−Ｚ側にスライドさせたとき、図８に示すように、軸部５２Ｂは、球状部５２Ａの中心を回転中心として回転する。そして、中心軸Ｃが、初期状態での中心軸Ｃの位置（これをＣ１と称する）に対して、一例として、角度θで−Ｚ側に傾倒する。このとき、軸部５２Ｂからバネ材５６Ｂまでの距離に比べて、軸部５２Ｂからバネ材５６Ｃまでの距離が長くなるため、バネ材５６Ｃの伸び長が長くなり、軸部５２Ｂ及び上肢１８に作用する引張力が増加する。

このように、軸部５２Ｂ及び上肢１８には、凹部５４Ａと球状部５２Ａとの接触による摩擦力だけでなく、バネ材５６Ｃによる引張力も関節トルクとして作用する。そして、作用する関節トルクが設定値を超えることで、軸部５２Ｂの移動が規制され、軸部５２Ｂ及び上肢１８の可動域が設定される。なお、図８では、丸頭ボルト５５（図６参照）の図示を省略しているが、可動域の設定は、丸頭ボルト５５で行ってもよい。

（肩部全体の動作）
図２に示す肩部３０の動作の一例として、上肢１８（上腕部材１８Ａ）が回転すると共に＋Ｙ側に移動した状態について説明する。この動作は、人体において手を挙げる動作と同様である。

上肢１８を回転及び＋Ｙ側に移動させたとき、上肢１８に連結された関節部材４４が、支持部材４２に対して＋Ｙ側に相対移動する。さらに、支持部材４２は、ヒンジ部材（図示省略）により首下部１４Ａに対して＋Ｙ側に相対移動する。このように、上肢１８の移動動作に連動して、連動部材３２が移動する。そして、連動部材３２のブロック材４２Ｃには、肩甲骨３４が連結されているため、肩甲骨３４が＋Ｙ側に移動する。

図９に示すように、肩甲骨３４の＋Ｙ側の（図示の二点鎖線の位置への）移動に伴い、ワイヤー６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄに連結された各引張バネ３６には、肩甲骨３４の変位に応じた伸びによる弾性力（引張力）が生じる。この弾性力は、肩甲骨３４の移動に対して抵抗力として作用するため、肩甲骨３４の動きが制御される。さらに、この弾性力は、上肢１８（図２参照）の移動に対する抵抗力（負荷）として作用する。

なお、肩甲骨３４の変位に応じた弾性力が作用することは、肩甲骨３４が−Ｙ側、＋Ｘ側、−Ｘ側にスライドした場合、及び肩甲骨３４が図示の時計回り方向（＋Ｒ方向）、反時計回り方向（−Ｒ方向）に移動した場合も同様である。

ここで、ワイヤー６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄを介して肩甲骨３４に作用する弾性力は、引張バネ３６のバネ定数を調整することで、人体の関節発揮トルクに近い大きさとすることが可能である。これにより、肩甲骨３４の動きは、人体の肩甲骨の動きと類似したものとなる。このように、ダミー人形１０（図１参照）では、上肢１８（図２参照）を移動させたとき、肩甲骨３４及び引張バネ３６によって上肢１８に抵抗力が作用する。このため、ダミー人形１０では、上肢１８の挙動が人体に近い挙動となるので、肩甲骨３４を有していない構造に比べて、ダミー人形１０の挙動を簡単な構成で人体の挙動に近づけることができる。

また、ダミー人形１０では、図２に示す上肢１８の移動動作に連動して連動部材３２及び肩甲骨３４が移動したとき、上肢１８には、引張バネ３６による抵抗力だけでなく、肩甲骨３４と摺動板３８との摺動による摩擦力Ｆ（図９参照）が抵抗力（負荷）として作用する。このように、ダミー人形１０では、上肢１８の移動に対して抵抗力を作用させる手段が、関節部位に生じる関節トルクだけでなく複数あるので、ダミー人形１０の挙動を人体の挙動に近づけることができる。

なお、ダミー人形１０では、ワイヤー６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄが、複数の肋骨１５の間を通って摺動板３８の裏側に延びると共に、それぞれ引張バネ３６で引っ張られている。これにより、ダミー人形１０では、肩甲骨３４を摺動板３８に押し付ける方向に力が作用しているので、肩甲骨３４と摺動板３８との間で作用する摩擦力を変更することができる。

さらに、ダミー人形１０では、摺動板３８の肩甲骨３４との摩擦力が生じる面が湾曲面３８Ｂとなっていることで、肩甲骨３４が平板状であっても、胴体１２に対して肩甲骨３４を円弧状に移動させることができる。即ち、ダミー人形１０では、車両（図示省略）との衝突時に肩甲骨３４の回旋動作が可能となるので、肩甲骨３４が回旋動作する人体の挙動に対して、ダミー人形１０の挙動を近づけることができる。

加えて、ダミー人形１０では、図２に示すように、支持部材４２に対して関節部材４４が相対移動可能となっており、関節部材４４に対して上肢１８が相対移動可能となっている。これにより、ダミー人形１０では、１つの連動部材３２に上肢１８が連結された構造に比べて、可動部の数が増えるので、上肢１８の可動域を人体と同程度に広げることができる。

また、ダミー人形１０では、図９に示すように、引張バネ３６が複数（一例として４つ）設けられているので、図２に示す胴体１２に対して、肩甲骨３４を複数方向で、弾性力を作用させた状態で保持可能となり、肩甲骨３４の姿勢が安定する。さらに、引張バネ３６が複数あるため、肩甲骨３４に作用する複数の引張バネ３６のバネ定数（弾性力）を個別に調整することで、肩甲骨３４に作用する弾性力を変位に対して非線形的に変化させることが可能となる。これにより、ダミー人形１０では、肩甲骨の変位に対して負荷が非線形的に変化する人体の挙動に対して、ダミー人形１０の挙動を近づけることができる。

加えて、ダミー人形１０では、図６に示すように、関節部材４４の球状部５２Ａが凹部５４Ａで保持されているので、保持部材５４に対して、上肢１８の屈曲、伸展、及び回転が可能となる。そして、上肢１８を保持部材５４に対して回転させたとき、付与部材５６によって軸部５２Ｂに負荷が付与されることで、保持部材５４と上肢１８との間に負荷（関節トルク）が作用する。この負荷は、既述のように、上肢１８の可動域を制限する。このように、ダミー人形１０では、肩部３０において関節トルクが作用すると共に、上肢１８の可動域が制限されるので、付与部材５６を有していない構成に比べて、ダミー人形１０の挙動を人体の挙動に近づけることができる。

また、ダミー人形１０では、図６に示すように、付与部材５６がバネ材５６Ｂ、５６Ｃを有している。このため、バネ材５６Ｂ、５６Ｃによって、軸部５２Ｂに作用する弾性力（負荷）が徐々に変化可能となるので、バネ材５６Ｂ、５６Ｃを有していない構成に比べて、軸部５２Ｂに作用する負荷の急激な変化を抑制することができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。

連動部材３２は、支持部材４２と関節部材４４とを有するものに限らず、１つの支持部材４２の一部が首下部１４Ａに対して相対移動するものであってもよい。また、ジョイント材５８を用いずに、保持部材５４を支持部材４２に接続してもよい。

肩甲骨３４は、四角形の一つの隅部を切り欠いた外形に限らず、三角形状の外形のものや、多角形状の外形のものであってもよい。また、肩甲骨３４は、摺動板３８との接触面が平面でなくともよく、湾曲面であってもよい。

引張バネ３６は、４つに限らず、３つ以下とすることも可能である。また、引張バネ３６は、５つ以上設けられていてもよい。

摺動板３８は、胴体１２側ではなく肩甲骨３４側に設けられて、胴体１２の表面と接触させられるものであってもよい。また、摺動板３８は、摩擦力が生じる面が平面であってもよい。

関節部材４４は、必要な関節トルクが得られる状態であれば、保持部材５４と球ジョイント５２とで構成し、ワイヤー５６Ａ及びバネ材５６Ｂ、５６Ｃを設けない構成であってもよい。また、付与部材は、ワイヤー５６Ａのみで必要な弾性力が得られる場合は、バネ材５６Ｂ、５６Ｃを有していない構成であってもよい。

弾性部材、弾性材、弾性体は、いずれも、バネ材に限らず、弾性力を付与できるものであれば、ゴム等であってもよい。

１２ 胴体（人形本体の一例）
１８ 上肢（上肢部材の一例）
３０ 肩部（ダミー人形の肩構造の一例）
３２ 連動部材
３４ 肩甲骨（肩部材の一例）
３６ 引張バネ（抵抗手段、弾性部材、及び弾性材の一例）
３８ 摺動板（抵抗手段、摩擦部材の一例）
３８Ｂ 湾曲面
４２ 支持部材
４４ 関節部材
５２ 球ジョイント（可動部材の一例）
５２Ａ 球状部
５２Ｂ 軸部
５４ 保持部材
５４Ａ 凹部
５６ 付与部材
５６Ｂ バネ材（弾性体の一例）
５６Ｃ バネ材（弾性体の一例）

Claims (8)

1. 人形本体に移動可能に設けられ、該人形本体に対する上肢部材の移動動作に連動する連動部材と、
   前記連動部材に連結され、前記人形本体と対向配置された肩部材と、
   前記肩部材の移動に伴って前記肩部材に抵抗力を作用させる抵抗手段と、
   を有するダミー人形の肩構造。
2. 前記抵抗手段は、前記人形本体及び前記肩部材の一方に設けられ、前記肩部材の移動に伴って、前記人形本体及び前記肩部材の他方との間で摩擦力を生じさせる摩擦部材を有する請求項１に記載のダミー人形の肩構造。
3. 前記摩擦部材は、摩擦力を生じさせる面が湾曲面である請求項２に記載のダミー人形の肩構造。
4. 前記抵抗手段は、前記肩部材に前記抵抗力としての弾性力を作用させる弾性部材を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のダミー人形の肩構造。
5. 前記弾性部材は、複数の弾性材を有する請求項４に記載のダミー人形の肩構造。
6. 前記連動部材は、
   前記上肢部材が取り付けられた関節部材と、
   前記人形本体に移動可能に設けられ、前記肩部材が連結され、前記関節部材を移動可能に支持することで前記人形本体に対して前記上肢部材を移動可能に支持する支持部材と、
   を有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のダミー人形の肩構造。
7. 前記関節部材は、
   凹部が形成された保持部材と、
   前記凹部に収容された球状部と該球状部から一方向に突出し前記上肢部材が取り付けられた軸部とを備えた可動部材と、
   前記保持部材と前記軸部とに連結され、前記上肢部材の移動に伴って前記軸部に負荷を付与する付与部材と、
   を有する請求項６に記載のダミー人形の肩構造。
8. 前記付与部材は、前記軸部に弾性力を付与する弾性体を有する請求項７に記載のダミー人形の肩構造。

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