JP5583420B2 - Human body dummy head - Google Patents
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Description
この発明は、人体の頭部と非常に近似した物性を示し、人間が被る傷害の予測評価に利用される人体ダミー頭部に関する。 The present invention relates to a human body dummy head that exhibits physical properties very similar to those of a human head and is used for predictive evaluation of injuries to humans.
従来から、自動車などの衝突試験や車対歩行者の衝突時における歩行者保護試験においては、人間が被る傷害を予測するための測定ツールとして、衝突試験用人体模型(人体ダミー)や頭部インパクタを用いた評価装置が使用されている。そして、例えば人体ダミーを自動車に搭乗させて衝突試験を行ったり、頭部インパクタをボンネットに射出して歩行者保護試験を行ったりして、これらの試験から得られたデータを評価装置で分析・利用することにより、自動車の衝突安全性能や歩行者保護性能の向上が図られてきた。 Conventionally, in crash tests for automobiles and pedestrian protection tests in the case of a car-to-pedestrian collision, a human body model for crash test (human body dummy) or head impactor has been used as a measurement tool for predicting human injury. An evaluation apparatus using the is used. Then, for example, a human body dummy is mounted on a car to perform a collision test, or a head impactor is injected into a bonnet to perform a pedestrian protection test, and data obtained from these tests is analyzed with an evaluation device. By using it, the collision safety performance and pedestrian protection performance of automobiles have been improved.
このような評価装置に用いられる歩行者保護用の頭部インパクタにおいて、頭部インパクタの皮膚部を構成するヘッドスキン(例えば、特許文献1(第2−4頁、第1図)参照)を本出願人は出願している。このヘッドスキンは、重合度3000〜3500の塩化ビニール樹脂を用いて成形されており、国際規格やEU規格等の複数種類の試験に共用可能に構成されている。 In a head impactor for protecting a pedestrian used for such an evaluation apparatus, a head skin (for example, refer to Patent Document 1 (page 2-4, FIG. 1)) constituting the skin portion of the head impactor is used. The applicant has filed an application. This head skin is formed using a vinyl chloride resin having a polymerization degree of 3000 to 3500, and is configured to be shared by a plurality of types of tests such as international standards and EU standards.
しかしながら、人体ダミーや頭部インパクタの研究開発は未だ発展途上にあり、衝撃応答特性や損傷再現性等を一層改善して、より人体に近い特性を備えた人体ダミーや頭部インパクタを用いた評価試験の必要性が世界的に叫ばれているのが現状である。これは、より人体構造に近似し、生体忠実性などの性能向上を図った人体ダミーや頭部インパクタを実現することで、これらが自動車の衝突安全性能や歩行者保護性能等といった人間が利用する交通手段における総合的な安全性の向上に寄与することを期待されているからである。 However, research and development of human body dummy and head impactor are still in the process of development, and evaluation using human body dummy and head impactor with characteristics closer to the human body by further improving impact response characteristics and damage reproducibility etc. The current situation is that the need for testing is being screamed worldwide. This realizes a human body dummy and head impactor that more closely approximates the human body structure and improves performance such as bio-fidelity, and these are used by humans such as car crash safety performance and pedestrian protection performance This is because it is expected to contribute to the improvement of overall safety in transportation.
例えば、現状の人体ダミーの頭部や頭部インパクタを用いた評価装置では、頭部傷害値(Head Injury Criteria;HIC)によって脳への衝撃レベルを測り脳損傷を評価することはできるが、同時に頭部の裂傷等の皮膚損傷を評価するのは困難であるという問題がある。 For example, in an evaluation device using the head of a human body dummy or a head impactor at present, the brain injury level can be evaluated by measuring the impact level to the brain by the head injury value (HIC). There is a problem that it is difficult to evaluate skin damage such as laceration of the head.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、頭部の裂傷などの皮膚損傷を評価することができる人体ダミー頭部を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a human body dummy head that can evaluate skin damage such as a laceration of the head in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる人体ダミー頭部は、金属系材料からなる骨格部と、前記骨格部の外周を覆うウレタンゴム系材料からなる内皮部と、前記内皮部の外周を覆うシリコン系材料からなる外皮部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a human body dummy head according to the present invention includes a skeleton portion made of a metal-based material, an endothelium portion made of a urethane rubber-based material covering the outer periphery of the skeleton portion, And an outer skin part made of a silicon-based material covering the outer periphery of the inner skin part.
この発明にかかる人体ダミー頭部において、前記骨格部に取り付けられた3軸方向の加速度を測定する加速度センサを備えることとすることができる。 The human body dummy head according to the present invention may include an acceleration sensor that measures acceleration in three axial directions attached to the skeleton.
また、この発明にかかる人体ダミー頭部において、前記骨格部に取り付けられる金属系材料およびゴム系材料からなる首部と、前記首部を人体ダミーのボディまたは射出機構の取付基台に取付角度を可変自在に取り付ける取付部とを備えることとすることができる。 Further, in the human body dummy head according to the present invention, the mounting angle of the neck portion made of a metal material and a rubber material attached to the skeleton portion and the body portion of the human body dummy or the injection mechanism can be varied. And an attachment portion to be attached.
また、この発明にかかる人体ダミー頭部において、前記外皮部を構成する前記シリコン系材料には、非粘着性微小固体が混入されていることとすることができる。この場合、前記非粘着性微小固体は、ナイロン繊維、砂またはセラミック粉であることとすることができる。 Moreover, in the human body dummy head according to the present invention, the silicon-based material constituting the outer skin portion may be mixed with a non-adhesive fine solid. In this case, the non-adhesive fine solid may be nylon fiber, sand, or ceramic powder.
また、この発明にかかる人体ダミー頭部において、前記シリコン系材料は、シリコンおよび非粘着性微小固体を、シリコンの体積をαとし、非粘着性微小固体の体積をβとしたときに、α:β=100:0.1からなる比例式を満たす混合比率にて混合して構成されていることとすることができる。 In the human body dummy head according to the present invention, when the silicon-based material is silicon and non-adhesive microsolid, the volume of silicon is α and the volume of non-adhesive microsolid is β: α: It may be configured to be mixed at a mixing ratio satisfying a proportional expression of β = 100: 0.1.
また、この発明にかかる人体ダミー頭部は、前記外皮部が2〜20[MPa]の引張り強度及び2〜20[kN/m]の引裂き強度を有して構成されていることが好適である。 In the human body dummy head according to the present invention, it is preferable that the outer skin portion has a tensile strength of 2 to 20 [MPa] and a tear strength of 2 to 20 [kN / m]. .
この発明によれば、より人体に近似した物性を示し、頭部の裂傷などの皮膚損傷を評価することができる人体ダミー頭部を提供することができる。
したがって、この発明にかかる人体ダミー頭部を利用した各種試験を実施して、これらにより得られた試験データを分析・利用することで、より一層の安全性向上に寄与することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a human body dummy head that exhibits physical properties more similar to a human body and can evaluate skin damage such as a laceration of the head.
Therefore, various tests using the human body dummy head according to the present invention are carried out, and the test data obtained thereby are analyzed and used, thereby contributing to further improvement in safety.
以下に、添付の図面を参照して、この発明にかかる人体ダミー頭部の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項にかかる発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of a human body dummy head according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments do not limit the invention according to each claim, and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. .
図1は、この発明の一実施形態にかかる頭部障害(衝撃および裂傷)評価用の人体ダミー頭部の主要部の構成を示す断面図、図2は同人体ダミー頭部の全体構成の例を示す説明図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of a human body dummy head for head injury (impact and laceration) evaluation according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an example of the entire configuration of the human body dummy head. It is explanatory drawing which shows.
また、図3は、この発明の一実施形態にかかる人体ダミー頭部を用いた頭部衝撃等評価装置の構成例を示す説明図、図4は同人体ダミー頭部のキャリブレーション試験法を示す図、図5はこの発明の一実施形態にかかる他の人体ダミー頭部の主要部の構成を示す説明図である。 FIG. 3 is an explanatory view showing a configuration example of a head impact evaluation apparatus using a human body dummy head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 shows a calibration test method for the human body dummy head. FIG. 5 is an explanatory view showing the configuration of the main part of another human body dummy head according to the embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態にかかる人体ダミー頭部10は、例えば半球状に成形された金属系材料からなる骨格部11と、この骨格部11の半球状外周を取り囲む(覆う)皮膚部12と、骨格部11の中心部に配置される3軸方向の加速度を測定する加速度センサ15とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, a human
また、人体ダミー頭部10は、骨格部11の基端側にボルト17等を介して取付固定された金属系材料からなるエンドプレート16を備えて構成されている。なお、上記加速度センサ15は、例えばこのエンドプレート16に取り付けられることによって、骨格部11の中心部に配置される。この加速度センサ15は、人体ダミー頭部10の衝撃を評価しない場合は取り付けられていなくてもよい。
The human
そして、人体ダミー頭部10は、例えばエンドプレート16に形成された後頭顆状突起部18を介して、図2に示すように、金属系材料およびゴム系材料からなる首部20と、この首部20を図示しない人体ダミーのボディや射出機構の取付基台40に取付角度を可変自在に取り付ける取付部(ブラケット)30とをさらに備えて構成されている。
The human
また、本実施形態にかかる人体ダミー頭部10の皮膚部12は、骨格部11の外周を覆うウレタンゴム系材料からなる内皮部13と、この内皮部13の外周を覆うシリコン系材料からなる外皮部14とにより構成されている。なお、この皮膚部12の厚みは、成人男性用、成人女性用、6歳児用、3歳児用等の種別によって、それぞれ異なるように設定され、内皮部13および外皮部14の厚みは、両者がほぼ同一となるように設定されている。
Further, the
具体的には、例えば外皮部14の人体ダミー頭部10の各部における厚みは、試験部位により3mm〜10mmの範囲で設定され、次のように定められる。すなわち、頭頂部については4.7mm(あるいは4〜6mmの範囲)に設定され、後頭部については4.5mm(あるいは3〜6mmの範囲)に設定される。
Specifically, for example, the thickness of each part of the human
また、図5に示す人体ダミー頭部10のように、額部、頬部、顎部に皮膚部12が形成されたものについては、上記頭頂部および後頭部とともに、額部については4mm(あるいは3〜5mmの範囲)に設定され、頬部については8mm(あるいは7〜9mmの範囲)に設定され、顎部については8.8mm(あるいは8〜10mmの範囲)に設定される。この外皮部14の硬度は、ショア硬さA(Shore A)で5〜20となるように設定されている。
Further, in the case where the
そして、図3に示すように、頭部衝撃等評価装置100においては、このように構成された人体ダミー頭部10を車80のボンネット81等に対して、射出機構101により特定の高さから特定の角度および特定の射出速度で落下させる。そして、加速度センサ15によって測定された合成加速度からCPU等を備えた演算装置(図示せず)により求められるHICの値が測定され、このHICの値により、擬似的に脳損傷の状態を評価する。
As shown in FIG. 3, in the head impact etc.
これとともに、頭部衝撃等評価装置100では、人体ダミー頭部10がボンネット81等に衝突したときの衝撃により、皮膚部12の外皮部14に裂傷等の皮膚損傷が生じるか否か、また生じた場合の傷の状態などを確認して評価することができる。このため、人体ダミー頭部10は、より人体に近似した物性を示すように構成されている。
At the same time, in the head impact and
なお、人体ダミー頭部10のキャリブレーション(Calibration:校正)試験についても要求仕様が規定されており、国際規格(ISO/SC10/WG2)およびEU規格(EEVC/WG17)においてそれぞれ、所定の条件の人体ダミー頭部10をリジッドなスチール板に特定の条件で落下させたときに測定される最大合成加速度が、所定の範囲に入ることが要求されている。
Note that the required specifications are also defined for the calibration test of the human
キャリブレーション試験は、例えば図4に示すように、人体ダミー頭部10を、吊り糸2でリリース装置3に吊り下げて、スチール板4に落下させる。落下高さh、落下角度θは、上述したISOあるいはEEVC規格に従って設定される。試験環境の温度は21〜21.5℃で、湿度は48〜58%の範囲に設定され、ISOやEEVCの要求を満たすように行われる。
In the calibration test, for example, as shown in FIG. 4, the human
ここで、人体ダミー頭部10を構成する各部の具体的な材料としては、例えば骨格部11や首部20の一部を構成する金属系材料についてはアルミ材、首部20の他の一部を構成するゴム系材料についてはブチルゴム、皮膚部12の内皮部13を構成するウレタンゴム系材料については軟質発砲ウレタン、皮膚部12の外皮部14を構成するシリコン系材料については軟質シリコンなどを採用することが好適である。これらの材料を採用することにより、より人体に近似した物性を示す人体ダミー頭部10を実現することができる。
Here, as a concrete material of each part constituting the human
さらに、本実施形態にかかる人体ダミー頭部10では、衝撃を加える際に皮膚部12の損傷具合が人皮と同じ様相を呈するようにするために、外皮部14を構成するシリコン系材料に対して、非粘着性微小固体を混入することが行われている。具体的には、本実施形態にかかる外皮部14を構成するシリコン系材料は、シリコンおよび非粘着性微小固体を混合することで構成されており、シリコンの体積をα、非粘着性微小固体の体積をβとしたときに、α:β=100:0.1からなる比例式を満たす混合比率にて構成されている。また、必要に応じてこれらとともに硬化剤が混合されてもよい。この場合の硬化剤の混合比率は、0.5重量%である。
Furthermore, in the human
このような外皮部14を構成するシリコン系材料の混合比率については、発明者の非常な努力によって得られた知見であり、上記混合比率によって形成された外皮部14を有する皮膚部12が備えられた人体ダミー頭部10については、裂傷が発生した際に人体の頭部の皮膚と非常に似通った様相を示すことが確認されている。
The mixing ratio of the silicon-based material constituting the
なお、非粘着性微小固体がシリコン系材料に対して混入されるのは、シリコン系材料に対して非粘着性微小固体を混入することで、この非粘着性微小固体が衝撃を加えた際の破壊の起点となり、ちょうど人皮と同程度の損傷状態を得ることができるからである。ちなみに、シリコン系材料単独では、材料自体の結合力が強すぎるので、人皮と同じ様相を呈することができなくなってしまうことは発明者の実験によって確認されている。 The non-adhesive micro solid is mixed into the silicon-based material by mixing the non-adhesive micro solid into the silicon-based material. This is because it becomes the starting point of destruction and can obtain the same damage state as human skin. Incidentally, it has been confirmed by experiments of the inventors that silicon-based materials alone cannot exhibit the same appearance as human skin because the bonding strength of the materials themselves is too strong.
また、非粘着性微小固体に採用することができる具体的な部材としては、ナイロン繊維や、砂あるいはセラミック粉等の粒状部材、その他人毛など、衝撃が加わった際にシリコン系材料の破壊の起点となるものであれば、どのようなものでも採用することができる。特に人毛を1〜2mm長にカットしたのと同程度の形状の非粘着性微小固体を採用した場合には、人皮が裂けたり割れたりする場合の様相と非常に似通った状態を得られることが確認されており、好適な材料である。 Specific materials that can be used for non-adhesive fine solids include nylon fibers, granular materials such as sand or ceramic powder, and other human hair, such as human hair, that can destroy silicon-based materials. Anything can be used as long as it is a starting point. In particular, when a non-adhesive micro solid with a shape similar to that obtained by cutting human hair into a length of 1 to 2 mm is employed, it is possible to obtain a state that is very similar to the appearance when the human skin is torn or cracked. This is a suitable material.
ここで、非粘着性微小固体を混入したシリコン系材料からなる外皮部14の製造方法について簡単に説明する。まず、外皮部14の構成材料であるシリコンおよび非粘着性微小固体を正確に計量する。ここでの材料の計量は、発明者の努力によって得られた混合比率に基づき行われる。例えば、シリコンの体積をαとし、非粘着性微小固体の体積をβとしたときに、α:β=100:0.1からなる比例式が成り立つように正確に行われる。
Here, a method for manufacturing the
次に、材料の攪拌および脱泡を実施し、この材料を内皮部13の表面上に外皮部14が形成されるように設計されて成型された型に注入し、8〜24時間後に型から取り出す。なお、脱泡時間は10〜30分間である。最後に、成形された外皮部14に気泡が混入してないか、全体の形状は正常であるか等が確認され、バリなどを除去して仕上げ加工が施される。このようにして、本実施形態にかかる人体ダミー頭部10の外皮部14が形成される。
Next, the material is agitated and degassed, and the material is poured into a mold designed and molded so that the
なお、このようにして形成された本実施形態にかかる人体ダミー頭部10の外皮部14については、例えば2〜20[MPa]の引張り強度及び2〜20[kN/m]の引裂き強度を有することが可能となっている。この引張り強度については、例えば成人の頭皮の引張り(損傷)強度の平均値が15〜20[MPa]である。
In addition, about the
また、年齢別の頭皮の引張り(損傷)強度を調べると、3ヶ月〜6歳の子供の頭皮が2.0〜15[MPa]の引張り強度を示し、15歳〜50歳の青年から大人の頭皮が15〜18[MPa]の引張り強度を示すことが知られている。したがって、本実施形態にかかる人体ダミー頭部10によれば、あらゆる年齢層の人体の頭部の引張り強度を網羅した試験が可能となるので、この試験結果を利用することであらゆる年齢層を想定した交通手段における安全性向上に寄与することが可能となる。
Moreover, when the tensile (damage) strength of the scalp according to age was examined, the scalp of a child of 3 to 6 years old showed a tensile strength of 2.0 to 15 [MPa]. It is known that the scalp exhibits a tensile strength of 15-18 [MPa]. Therefore, according to the human
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に記載の範囲には限定されない。すなわち、上記実施形態には、多様な変更または改良を加えることが可能である。例えば、人体ダミー頭部10の寸法や重量等については、評価対象が子供であるか大人であるか等に応じて任意のサイズを採用することができるとともに、上述した国際規格等に則れば、次のように定められる。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in embodiment mentioned above. That is, various changes or improvements can be added to the above embodiment. For example, the size, weight, etc. of the human
具体的には、例えば成人男性の頭部を想定した場合は、図2に示すように、人体ダミー頭部10の外径をaおよび中心部から下端部までの距離をbとしたときに、外径aを165±5mmとし、距離bを53.5±5mmとする。また、成人女性や6歳児の頭部を想定した場合は、外径aを165±5mmとし、距離bを44±5mmとする。
Specifically, for example, assuming an adult male head, as shown in FIG. 2, when the outer diameter of the human
さらに、3歳児の頭部を想定した場合は、外径aを130±5mmとし、距離bを48.5±5mmとする。そして、人体ダミー頭部10の重量/交差は、成人男性については4.5/±0.3kgとし、成人女性や6歳児については3.5/±0.3kgとし、3歳児については2.8/±0.2kgとする。
Furthermore, when the head of a 3-year-old child is assumed, the outer diameter a is 130 ± 5 mm, and the distance b is 48.5 ± 5 mm. The weight / crossing of the human
一方、首部20の重量/交差は、成人男性については1.8/±0.1kgとし、成人女性や6歳児については0.9/±0.1kgとし、3歳児については0.8/±0.1kgとする。その特性は、成人男性、成人女性/6歳児、3歳児のそれぞれについて、CFR(米国連邦法規総覧),Title49,Part572に準じて設定される。
On the other hand, the weight / intersection of the
また、取付部30の特性については、成人男性および成人女性/6歳児については取付角度が調節できるものとし、3歳児についてはこれがないものとする。さらに、外皮部14の引張り強度についても、評価対象が子供であるか大人であるか等の相違に応じて任意に選択することができる。
In addition, regarding the characteristics of the mounting
これらの要素の選択や設定は、例えば以下の表1〜表6に示すような人体に関するデータに基づき行われればよく、上述したような変更や改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。なお、上述した人体ダミー頭部10は、頭部衝撃等評価のみならず介護支援用ロボットなどの人間と関わり合いのある産業機器全般の評価用として利用可能である。
The selection and setting of these elements may be performed based on, for example, data on the human body as shown in Tables 1 to 6 below, and forms with the above changes and improvements are also within the technical scope of the present invention. It can be included from the description of the claims. The human
10 人体ダミー頭部
11 骨格部
12 皮膚部
13 内皮部
14 外皮部
15 加速度センサ
16 エンドプレート
17 ボルト
18 後頭顆状突起部
20 首部
30 取付部(ブラケット)
40 取付基台
DESCRIPTION OF
40 Mounting base
Claims (6)
前記外皮部を構成する前記シリコン系材料には、非粘着性微小固体が混入されていることを特徴とする人体ダミー頭部。 A skeleton part made of a metal-based material, an inner skin part made of a urethane rubber-based material covering the outer periphery of the skeleton part, and an outer skin part made of a silicon-based material covering the outer periphery of the inner skin part ,
Wherein the said silicon-based material constituting the outer skin portion, anthropomorphic head nonstick fine solid is characterized that you have been mixed.
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