JP2909972B2 - 疑似無重力遊泳装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、疑似無重力遊泳装置に関し、特に、流体の
浮力を受ける人体を収容するカプセルを備える疑似無重
力遊泳装置に関する。また、血行を促進させる医療装置
に関する。

（従来の技術） 水中を遊泳するスキューバダイビング等においては、
その魅力の一つとして中性浮力を感じることが挙げられ
る。ここで中性浮力とは、水中等で浮き沈みのバランス
の取れた状態を表現するものである。中性浮力の状態で
は、たとえ脚部が頭部より上方にある逆さの姿勢におい
ても、頭部に血が昇らず、従って通常の感覚でいること
ができるものである。この状態は疑似無重力状態とも言
われる。宇宙飛行の訓練道具の一つとしても利用される
ことがあるものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、疑似無重力状態を体験できることは非
常に魅力的であるにもかかわらず、簡易な装置で体験す
ることができなかった。

通常のスキューバダイビングでは、疑似無重力状態を
体験できるが、海中やプールのように大量の水がある場
所を必要とした。そのため、簡易な取扱いが可能である
少量の水の中では、疑似無重力状態を体験できないとい
う問題点があった。

また、スキューバダイビングでは、人体の背丈程の水
深しか無い場合であっても、疑似無重力状態を体験する
ためには、水深がもっと深い場合と同様に、いわゆるレ
ギュレータという複雑な装置を必要とするという問題点
があった。

一方、従来よりフロートカプセルというものがある。
カプセルの中に人体を入れて、カプセルに比重の高い塩
水等を半分位入れ、表面で浮いていることを可能にする
装置である。但し、この装置では倒立した姿勢をとるこ
とが出来ず、姿勢の自由度が少ないという問題点があっ
た。

本発明は係る問題点に鑑みなされたものであり、その
目的は、変化に富んだ人体の姿勢における疑似無重力状
態を体験できる簡易な疑似無重力遊泳装置を提供するこ
とである。また、本疑似無重力遊泳装置は、カプセル内
の圧力変化を通じて血行を促進させる医療装置としても
適用できることを目的とするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、顔を外気と接触させた状態で人体を収容
し、流体を満たして密閉することができるカプセルであ
って、所定の圧力以内で変形しない剛体壁と、伸縮構造
を有する柔軟壁とを含んで構成されるカプセルと、前記
カプセルを支持するとともに、その姿勢を自在に変える
姿勢制御手段とを備えることを特徴とすることによっ
て、前記課題を解決する。

また、前記柔軟壁は、前記カプセル内の人体の顔部か
ら肺部が収容される位置近傍に設けられることを特徴と
する。

また、前記姿勢制御手段は、前記カプセルの重心近傍
を通る２個の直交する軸の回りに前記カプセルを回動さ
せる回動手段とを備えることを特徴とする。

（作用） カプセルの中に人体を入れ、顔を外気に接触できるよ
うにし、流体が漏れないように密閉して、カプセル内に
流体を補給する。前記流体は例えば、その密度が人体の
密度と略同一の水であり、人体はその重力と前記流体に
よる浮力と均衡し、人体は疑似無重力状態になる。カプ
セルは、例えば１気圧近傍の所定の圧力以内で変形しな
い剛体壁と、伸縮構造を有する柔軟壁とを含んで構成さ
れるので、カプセルは全体的には変形しない。一方、柔
軟壁のみが内圧に呼応して伸縮する。従って、人体が呼
吸してその体積が増減することに対応してカプセル内の
圧力が増減しようとすると、柔軟壁が伸縮する。その結
果、人体が呼吸してその体積が増減するにもかかわら
ず、柔軟壁のある近傍のカプセル内の流体圧は、柔軟壁
の接する外気圧に略等しいままである。また、カプセル
が静止した状態ではカプセル内の流体圧力分布は、柔軟
壁のある位置を基準にしてカプセル内の流体の深さのみ
で決り、人体が呼吸してその体積が増減してもそのまま
である。

そして、姿勢制御手段によりカプセルを支持し、姿勢
制御手段により人体を前記疑似無重力状態においてカプ
セルの姿勢を定速で変化させたり、あるいは加速度をつ
けて変化させたりして、人体にかかる流体圧の勾配を適
度に変化させる。それにより、変化に富んだ疑似無重力
状態を実現することができる。

また、前記柔軟壁は、前記カプセル内の人体の顔部か
ら肺部が収容される位置近傍に設けられるので、人体の
呼吸によるカプセル内の圧力変化を素早く吸収し、顔部
から肺部の近傍を外気圧に略等しく保つことができる。

また、前記姿勢制御手段は、前記カプセルの重心近傍
を通る２個の直交する軸と、該軸の回りに前記カプセル
を回動させる回動手段とを備えるので、少ない動力を用
いて姿勢制御手段により前記カプセルを回動させること
ができる。

第４図（１）において、剛体壁のみから構成されるカ
プセルに例えば水を満たした場合のカプセルの頂部から
の水深と対応する相対圧力分布を示す。第４図（１）の
ように外気圧がかかっていない状態では、水に作用する
重力によって水圧が生じるから、水深に比例した水圧が
かかる。水圧は1m当たり約0.1気圧である。

第４図（２）において、剛体壁の他に一部柔軟壁４か
ら構成されるカプセルに水を満たした場合のカプセルの
頂部からの水深と対応する相対圧力を示す。この場合水
深2mの位置に柔軟壁４を作ったとすると外気圧1.0気圧
がかかり、内と外の圧力の均衡がとれる。元の重力によ
る圧力0.2気圧と1.0気圧の差0.8気圧がカプセル全体に
かかる。即ち、柔軟壁４にかかる重力による圧力と外気
圧の差がカプセル全体に伝わり重力による圧力分布に加
算される。そして、第４図（２）のように、カプセル内
の柔軟壁の近傍は外気圧の１気圧に等しく、カプセル内
の圧力は柔軟壁の位置を基準にして水深に応じて圧力分
布が決まることになる。

（実施例） 本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に述べる。

第１図に本発明の第１の実施例の概略的断面図を示
す。第１図において、人体８を収容したカプセル１が、
姿勢制御手段２に支持され、且つカプセル１の長手方向
Ｚ軸及び水平方向Ｙ軸の回りに回動自在にある状態が示
されている。

カプセル１は、その大分部の体積を閉めるカプセル本
体1Aと、カプセル本体1Aの蓋であるカプセルキャップ1B
から構成される。カプセル本体1Aは、その外枠は１気圧
近傍の圧力にたいしては十分に耐圧性のある剛体壁６で
作られている。カプセルキャップ1Bは、その外枠は大部
分は剛体壁６で作られ、一部が圧力に対し伸縮自在の柔
軟壁４で作られている。柔軟壁４は顔8Aから肺部10の近
傍に設けられ、呼吸する人体８の体積変化を吸収し、且
つ外気圧との圧力調整をするものである。カプセルキャ
ップ1Bには、カプセル１に流体としての温水73を供給す
る給水栓12と、人体８の顔8Aを外気に接触させて空気を
呼吸でき且つ外部の景色を見ることのできるための窓16
が設けられている。カプセルキャップ1Bは支点28を蝶番
にしてカプセル本体1Aの開閉自在の蓋となる。カプセル
本体1Aとカプセルキャップ1Bとの接触部は各々フランジ
20、18を構成し、Ｏ−リング22を介して合わされる。ま
たカプセル本体1Aとカプセルキャップ1Bとはロックハン
ドル14を締めることにより固定され、それによりカプセ
ル１内の温水を外部に漏れなくすることができる。窓16
の窓枠24はゴム材からなるパッキングの用を成し、顔8A
の目と鼻と口の外回りを窓枠24にあてゴムベルト26を頭
部に掛けることにより、カプセル１内の温水を外部に漏
れなくすることができる。

次にカプセル１の姿勢を自在に変える姿勢制御手段２
について述べる。姿勢制御手段２は、カプセル１を支持
し且つその重心近傍を通る２個の直交する軸であるＺ軸
及びＹ軸の回りに回動させるものである。ここでＺ軸は
カプセル１の重心を通るカプセル１の長手方向の軸であ
り、Ｙ軸はカプセル１の重心を通り図示しない地面に水
平な軸である。Ｙ軸は固定軸であるが、Ｚ軸はカプセル
１と共にＹ軸に垂直な面上で回動する。

カプセル１のＺ軸の回りの回動は、カプセル１の外壁
に固定されたボールベアリング内輪42とＹ軸の回転軸64
に固定されたボールベアリング外輪44とがボール43を介
して回動することで成される。ボールベアリング内輪42
の外輪44に対する回動の駆動はＺ軸モータ52によって成
される。Ｚ軸モータ52はＹ軸の回転軸64に固定されてお
り、プーリ50はＺ軸モータ52の軸に固定され、カプセル
１の外壁に固定されたプーリ48とタイミングベルト54を
介して連動する。

カプセル１のＹ軸の回りの回動は、フレーム66に設け
られた軸受46に支持されたＹ軸が回動されることによっ
て成される。軸受46はカプセル１の全体の荷重を支持す
る。Ｙ軸に固定されたプーリ60はタイミングベルト61を
介してプーリ58と連動し、プーリ58はＹ軸モータ56の軸
に固定されている。Ｙ軸モータ56はＹ軸の駆動源であり
フレーム66に固定されている。

フレーム66は地面等に固定にされており、従ってＹ軸
モータ56も地面等に対し静止しているが、一方Ｚ軸モー
タ52はＹ軸の回動に応動して動く。

次に本実施例の作用について記載する。

カプセルキャップ1Bを開け、人体８がカプセル本体1A
に入りロックハンドル14を締めてカプセルキャップ1Bで
カプセル本体1Aに蓋をし、顔8Aを窓16の窓枠24に押しあ
てゴムベルト26を頭部に掛けて顔部8Aを窓枠24に密着さ
せて、次に給水栓12を開いてカプセル１を温水73で満た
して給水栓12を閉じる。人体８は手でカプセル本体1Aの
内側にある支え部30を持ちカプセル１の運動に備える。
準備完了の合図により、姿勢制御手段２のＺ軸モータ52
及びＹ軸モータ56は所定のプログラムに従って回動を始
めてカプセル１を種々の姿勢にする。この所定のプログ
ラムはマイクロコンピュタで記憶制御され、Ｚ軸やＹ軸
の回りの回転数、回転方向、回転加速度等の組み合わせ
により種々のプログラムセットが準備されており、どの
プログラムセットをメニュとして選ぶかを予め選択する
こともできるものである。

このようにして、Ｚ軸モータ52及びＹ軸モータ56の回
動は定速に限らず種々の加速度変化を伴い、従って人体
にかかる流体圧の勾配を適度に変化させることができ、
単調ではない変化に富んだ疑似無重力状態を実現するこ
とができる。

また、前記柔軟壁４は、前記カプセル１内の人体８の
顔部8Aから肺部10が収容される位置近傍に設けられるの
で、人体の呼吸によるカプセル１内の圧力変化を素早く
吸収し、顔部8Aから肺部10の近傍を外気圧に略等しく保
つことができるので快適な状態で疑似無重力状態を体験
できる。

第２図に、第１図のカプセル１の正立位置に対しＺ軸
の回りには回転せずにＹ軸の回りに180度回転した倒立
状態を示す。第２図にはまた、柔軟壁４の位置の水圧は
大気圧の１気圧に等しいので柔軟壁４から約1.5m上部に
ある足部９における水圧が水深に従って約0.85気圧であ
ることが示されている。カプセル１内の圧力は１気圧を
基準にして少なくともプラスマエナス0.2気圧内であり
圧力範囲が狭いため、人体は快適な疑似無重力状態を体
験することができる。

柔軟壁４は肺部10の近傍に設けられているので、肺部
10のまわりの水圧が１気圧に近くなり且つ柔軟壁４が呼
吸運動に伴う身体の体積変化を吸収することにより呼吸
を容易にすることができる。またこのため、いわゆるレ
ギュレータを使用しないで済むため、装置が簡単になり
製造コストが安くなり、且つ安全性も増すことができ
る。

また柔軟壁４が顔8Aの近傍に位置しているため、窓枠
24の内と外の圧力差が小さくなり、水の遮断が容易にな
る。また外気に接触させている顔8Aの外と内部の圧力差
が小さくなり、人体８に無理な圧力が加わらない。更
に、耳部の水圧は外気圧に略等しいので、内耳圧を調整
する、いわゆる耳ぬきをする必要が無くなる。

このように本実施例によれば、変化に富んだ人体８の
姿勢において、疑似無重力状態を体験できる簡易な疑似
無重力遊泳装置を提供することができる。

また、小いさなカプセル１内で疑似無重力状態をつく
ったことにより、カプセル１を容易に制御でき、人体８
に加速度を加えたりすることが容易にできる。また本疑
似無重力遊泳装置の設置場所を自由に選択しやすくな
る。

また柔軟壁４は顔8Aの近くに位置していることによ
り、柔軟壁４から離れた足部8C等では、カプセル１が正
立したり倒立したりして水圧が大きく変化し、図示して
いない心臓部との圧力差が生じること、及び温水73の温
度を適当な温度にすることにより血行を促進させること
ができ、健康増進装置あるいは医療装置としても利用す
ることができる。

次に第３図を参照して本発明の第２実施例について説
明する。

第３図は本発明の第２実施例の概略的断面図である。

第１図に示した第１実施例と異なり、人体８の首部11
から上部はカプセル１の外部にある。カプセル本体1Aの
開口部３は柔軟壁５で蓋をされる。柔軟壁５は柔らかい
ゴムのダイヤフラムであり、その一端は首部11に巻き付
いて密閉する密閉バンド７を形成し、一方その他端は円
周の枠である周縁部5Aを形成し、その周縁部5Aはロック
ハンドル15によってカプセル本体1Aの開口部３に固定密
閉される。

人体８の頭部8Bは温水73に浸されていないため浮力の
作用を受けることができない。そのため例えば人体８が
倒立の姿勢になった場合において頭部8Bの重量が首部11
にかかることになる。それを支持するために、弾力性の
ある材質からなる頭支え70、72が各々支持板76、78に備
えられている。支持板78は取り外し自在にカプセル本体
1Aに取付けられており、支持板76は支持板78に取り外し
自在に取付けられている。支持板76には調整ネジ74が螺
合しており、それを回転することにより頭支え70が頭部
8Bの頂部に適度の押しあてることができるようになって
いる。

姿勢制御手段２については第１実施例と同様である。

次に本実施例の作用について説明する。

支持板78をカプセル本体1Aからはずして、カプセル本
体1Aに人体８が入り、支持板78をカプセル本体1Aに取付
け、柔軟壁５の中央部から頭部8Bを出して首部11に密閉
バンド７を密閉し、柔軟壁５の周縁部5Aをロックハンド
ル15によってカプセル本体1Aの開口部３に固定密閉す
る。次に給水栓13を開け温水をカプセル１に満たす。以
上の準備完了の合図により、第１実施例と同様に姿勢制
御手段２のＺ軸モータ52及びＹ軸モータ56は所定のプロ
グラムに従って回動を始め、人体８は変化に富んだ疑似
無重力状態を体験することができる。

本実施例によれば、前記第１実施例と同様の効果を奏
することができる。また、首部11に密閉バンド７を経て
柔軟壁５が備えられており顔全体がカプセル１の外にあ
るため、顔全体の運動の自由度が増し快適に疑似無重力
状態を体験することができる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明して
きたが、本発明は、これらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでも無い。

例えば姿勢制御手段２は、直交する２軸の回りの回動
について示したが、直交することに限定されず、また回
転軸は１軸であってもよくあるいは３軸以上であっても
よい。また、回動運動以外の運動、例えば並進運動を取
入れてもよい。

また、姿勢制御手段２の駆動方法はタイミングベルト
とプーリ駆動に限らず例えば歯車駆動であってもよい。

また、前記第２実施例において、頭部に浮力がかから
ないことを補うために流体を塩水とし、その塩水の濃度
を調節して重力と浮力とのバランンスをとらせてもよ
い。

また、カプセル１内の流体73は温水に限らず、油等の
他の流体であってもよい。その場合、人体との比重が異
なる場合は、人体に適度の調整用の重り、あるいは空気
等の入った浮き袋を付着させて人体が受ける浮力と重力
とを均衡させてもかまわない。

また、人体は裸であっても水着等を付着してもかまわ
ない。

［発明の効果］ 本発明はカプセルに柔軟壁を設け、カプセルの姿勢制
御手段を設ける構成にしたので、変化に富んだ人体の姿
勢における疑似無重力状態を体験できる簡易な疑似無重
力遊泳装置を提供することができ、また、大気圧を基準
にして所定範囲の圧力範囲で快適に疑似無重力状態を体
験できる疑似無重力遊泳装置を提供することができる。
また、カプセル内の圧力変化を通じて血行を促進させる
医療装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の概略的断面図である。第
２図は、第１図におけるカプセルがＹ軸の回りに180度
回動した状態の断面図である。第３図は本発明の第２実
施例の概略的断面図である。第４図は、柔軟壁を設けな
いカプセル及び柔軟壁を設けたカプセルのカプセル内の
圧力分布を示した図である。 １……カプセル、２……姿勢制御手段 ４……柔軟壁、６……剛体壁 ８……人体、73……流体

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】顔を外気と接触させた状態で人体を収容
   し、流体を満たして密閉することができるカプセルであ
   って、所定の圧力以内で変形しない剛体壁と、伸縮構造
   を有する柔軟壁とを含んで構成されるカプセルと、 前記カプセルを支持するとともに、その姿勢を自在に変
   える姿勢制御手段とを備えることを特徴とする疑似無重
   力遊泳装置。
2. 【請求項２】前記柔軟壁は、前記カプセル内の人体の顔
   部から肺部が収容される位置近傍に設けられることを特
   徴とする請求項１に記載の疑似無重力遊泳装置。
3. 【請求項３】前記姿勢制御手段は、前記カプセルの重心
   近傍を通る２個の直交する軸の回りに前記カプセルを回
   動させる回動手段を備えることを特徴とする請求項１又
   は請求項２に記載の疑似無重力遊泳装置。