JP5899601B2

JP5899601B2 - 人体ダミー体幹骨格部

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Publication number: JP5899601B2
Application number: JP2012532972A
Authority: JP
Inventors: 芳裕小澤
Original assignee: JASTI CO Ltd
Current assignee: JASTI CO Ltd
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: EP2615441A1; EP2615441A4; JPWO2012033060A1; EP2615441B1; WO2012033060A1; US9251720B2; US20130213155A1

Description

この発明は、人体の脊椎部及び胸郭部と非常に近似した物性を示す構造を備え、人間が被る傷害の予測評価に利用される人体ダミーに用いられる人体ダミー体幹骨格部に関する。

従来より、自動車等の衝突試験においては、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）が使用されている。そして、例えば人体ダミーを自動車に人間と同じように搭乗させて衝突試験を行い、この試験から得られたデータを分析・利用することで、自動車の衝突安全性能の向上が図られてきた。

このような人体ダミーとしては、例えば下記特許文献１に開示されている新生児ダミーが知られている。この新生児ダミーは、脊椎部の胴部における腹部に対応する部分に、胴部との間に間隔をおいて配置された腹部圧力センサを備えているので、衝突時などに腹部の内部が受ける圧力を測定可能である。

特開２００６−２５８７５２号公報

しかしながら、上述した従来技術の新生児ダミーに用いられているような構造の脊椎部は、単なる棒状部材からなるため必ずしも人体構造に近似しているとは言い難く、また、この新生児ダミーには脊椎部に連結する胸郭部が備えられていないため、得られるデータは人体の胸郭部や脊椎部への傷害を正確に示すものとはなり難いという問題があった。

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、より人体の脊椎部及び胸郭部に近似した物性を示す構造を備え、傷害の予測評価の性能を向上させることができる人体ダミー体幹骨格部を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る人体ダミー体幹骨格部は、金属系材料又は合成樹脂系材料からなる複数の椎骨部、前記複数の椎骨部の間に配置される合成樹脂系材料からなる複数の椎間緩衝部、及び前記複数の椎骨部を変位可能に連結する金属系棒状部材からなる骨連結部を有する脊椎部と、前記脊椎部の各椎骨部に一端がそれぞれ連結されて前記各椎骨部ごとに一対をなす合成樹脂系材料からなる複数の肋骨部、及び前記複数の肋骨部の他端がそれぞれ連結される合成樹脂系材料からなる胸骨部を有する胸郭部とを備えたことを特徴とする。

前記複数の椎骨部は、例えばそれぞれ上面視形状が矩形状に形成され、前記複数の肋骨部は、それぞれ上面視形状が湾曲状に形成されている。

また、前記複数の椎骨部は、例えば６個設けられている。

前記複数の椎間緩衝部は、前記複数の椎骨部が少なくとも人体の前後方向に変位可能な弾性を備えて構成されている。

また、前記複数の椎間緩衝部は、例えば前記複数の椎骨部が人体の前方向と後方向とで異なる変位量で変位可能となるように、少なくとも前記前方向及び後方向でそれぞれ異なる弾性を備えて構成されている。

前記複数の椎間緩衝部は、それぞれ前記複数の椎骨部の間において、各椎骨部の中心を挟んで人体の前後方向に配置され且つ人体の左右方向に長手方向を有するブロック状の複数の前後方向変位規制部と、前記中心を挟んで人体の左右方向に配置される球状の複数の左右方向変位抑制部とからなることが好適である。

また、前記複数の椎間緩衝部は、それぞれ円柱状に形成されていても良く、それぞれ矩形平板状に形成されていても良い。前記複数の椎間緩衝部が円柱状に形成されている場合は、各椎骨部の中心を挟んで人体の前後方向及び左右方向で両端面間の高さが異なるように形成されていても良い。

なお、前記複数の椎間緩衝部は、単なる円柱状或いは矩形平板状に形成された場合は、例えば各椎骨部の中心を挟んで人体の前後方向及び左右方向に対応する部位の弾性率が異なるように形成されていることが好適である。

前記骨連結部は、例えば前記複数の椎骨部の中心部に１つ設けられていても良く、複数の椎骨部の中心部に対して側端面近傍において対称となる位置に複数設けられていても良い。

本発明によれば、より人体に近似した物性を示す構造を備え、人間が被る傷害の予測評価の性能を向上させることができる人体ダミー体幹骨格部を提供することができる。
従って、この発明に係る人体ダミー体幹骨格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。

本発明の第１の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部を備えた人体ダミーの一部を透過して示す全体外観斜視図である。同人体ダミー体幹骨格部の構造を示す背面図である。図２のＡ−Ａ’断面図である。図３のＢ−Ｂ’断面図である。同人体ダミー体幹骨格部の脊椎部の一部を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部の脊椎部を示す側面図である。図６のＣ−Ｃ’断面図である。同人体ダミー体幹骨格部の脊椎部に用いられる椎間緩衝部を示す斜視図である。本発明の第３の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部の脊椎部を示す側面図である。図９のＤ−Ｄ’断面図である。同人体ダミー体幹骨格部の脊椎部に用いられる椎間緩衝部を示す斜視図である。本発明の第４の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部の脊椎部を示す側面図である。図１２のＥ−Ｅ’断面図である。同人体ダミー体幹骨格部の脊椎部に用いられる椎間緩衝部を示す斜視図である。

以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る人体ダミー体幹骨格部の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部を備えた人体ダミーの一部を透過して示す全体外観斜視図、図２は同人体ダミー体幹骨格部の構造を示す背面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図、図４は図３のＢ−Ｂ’断面図、図５は同人体ダミー体幹骨格部の脊椎部の一部を示す斜視図である。

図１に示すように、人体ダミー１００は、首骨格部１０５を有する頭部１０１と、この頭部１０１が設置される胸部、胴部及び腰部を構成する体幹部１０２と、この体幹部１０２に取り付けられる一対の腕部１０３と、同じくこの体幹部１０２に取り付けられる一対の脚部１０４とを備えて構成されている。

第１の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部（以下、単に「体幹骨格部」という）１０は、着座姿勢或いは立ち姿勢の人体ダミー１００の体幹部１０２内に設けられるものであり、図２に示すように、人体の脊椎に近似する脊椎部２０及び人体の胸郭に近似する胸郭部３０を備えて構成されている。

なお、本例の体幹骨格部１０は、例えば上方において脊椎部２０の上部ジョイント部５１が首骨格部１０５の下端部と、下方において脊椎部２０の下部ジョイント部５２が図示しない腰骨格部の上端部とそれぞれ接続されることで、人体ダミー１００の骨格の一部を構成している。このような構成により、第１の実施形態に係る体幹骨格部１０は、従来からある人体ダミーに取り付けられている体幹骨格部と容易に取り替えることが可能である。

体幹骨格部１０の脊椎部２０は、図３〜図５に示すように、アルミニウム、ステンレス、鉄等の金属系材料又は高強度の合成樹脂系材料からなる複数の椎骨部２１，２２，２３，２４，２５，２６と、これら複数の椎骨部２１〜２６の間に配置されるシリコンゴムやブチルゴム等の合成樹脂系材料からなる複数の椎間緩衝部４０と、複数の椎骨部２１〜２６を変位可能に連結するステンレス等の金属ワイヤからなる骨連結部６０とを備えて構成されている。

一方、体幹骨格部１０の胸郭部３０は、脊椎部２０の各椎骨部２１〜２６に一端がそれぞれ連結されて各椎骨部２１〜２６ごとに一対をなす合成樹脂系材料からなる複数の肋骨部３１，３２，３３，３４，３５，３６と、これら複数の肋骨部３１〜３６の他端がそれぞれ連結される合成樹脂系材料からなる胸骨部５０とを備えて構成されている。

脊椎部２０の各椎骨部２１〜２６は、それぞれ上面視形状が矩形状に形成され、例えば中心部に中心孔２７が形成された状態で６個設けられている。この６個という数は、本出願人の研究により得られた数であり、通常の人体の脊椎における１２個の胸椎構成による物性を半分の構成で全て再現できる数である。

また、胸郭部３０の各対の肋骨部３１〜３６は、それぞれ上面視形状が湾曲状に形成されており、各椎骨部２１〜２６の後端面に設けられた連結孔２８にボルト２８ａを介して一端が連結され、他端が胸骨部５０の連結孔（図示せず）にリベット止め等により連結されている。

脊椎部２０の各椎間緩衝部４０は、各椎骨部２１〜２６が少なくとも人体の前後方向に変位可能な弾性を備えており、各椎骨部２１〜２６の中心を挟んで人体の前後方向に配置され且つ人体の左右方向に長手方向を有するブロック状の複数の前後方向変位規制部４１，４２と、上記中心を挟んで人体の左右方向に配置される球状の複数の左右方向変位抑制部４３，４３とからなる。

各前後方向変位規制部４１，４２は、例えば各椎骨部２１〜２６が人体の前方向と後方向とで異なる変位量で変位可能となるようにそれぞれ異なる弾性（例えば、ショア硬さＡ（ＳｈｏｒｅＡ）で４０〜９０）を備えて構成されていても良く、長手方向と交差する縦断面形状が角丸台形状となるように形成されている。各左右方向変位抑制部４３は、各椎骨部２１〜２６が左右方向へほぼ変位しないように抑制するものであるが、弾性係数を変更することで所定量変位するように形成しても良い。

例えば、前後方向変位規制部４１，４２は、各椎骨部２１〜２６間において人体の前後方向に最大７°の曲げ角度で脊椎部２０が曲がるように、また、左右方向変位抑制部４３は、各椎骨部２１〜２６間において人体の左右方向に最大９°の曲げ角度で脊椎部２０が曲がるように、それぞれ構成されていても良い。このように、椎間緩衝部４０の弾性を変えることで、少なくとも脊椎部２０の前後方向の曲がり具合をコントロールすることが可能となる。

なお、各椎間緩衝部４０は、脊椎部２０が変位した際に、各椎骨部２１〜２６同士が接触して互いに干渉しないように規制する機能及び弾性を備えており、各椎骨部２１〜２６の対向面にそれぞれ形成された嵌め込み孔４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂにそれぞれ嵌合配置されている。

特に、前後方向変位規制部４１，４２が嵌合配置される嵌め込み孔４１ｂ，４２ｂには、差し込み孔４１ｃ，４２ｃが形成されており、前後方向変位規制部４１，４２に形成された差し込みピン４１ｄ，４２ｄが差し込まれて、脊椎部２０が変位した際に前後方向変位規制部４１，４２が外れないように構成されている。

脊椎部２０の骨連結部６０は、各椎骨部２１〜２６の中心孔２７を貫通するケーブル本体６１と、例えばこのケーブル本体６１の一端に設けられた固定用ボール６２と、ケーブル本体６１の他端に設けられたスリーブ６３と、このスリーブ６３に取り付けられる締め付けナット６４及び固定ナット６５とを備えて構成されている。

各椎骨部２１〜２６は、各椎間緩衝部４０を配置した上でこの骨連結部６０のケーブル本体６１を中心孔２７を通して取り付け、締め付けナット６４をスリーブ６３に取り付けた上で任意のトルクにより締め付けて、固定ナット６５で締め付けナット６４を固定することにより変位可能に連結される。この骨連結部６０の締め付けトルクを変更すれば、脊椎部２０の変位特性（曲げ特性）を任意に設定することができる。

なお、衝撃や圧力等を測定する各種センサは脊椎部２０及び胸郭部３０の任意の箇所に設置することができるため、ここでは詳細な説明は省略するが、第１の実施形態に係る体幹骨格部１０においては、例えば下部ジョイント部５２に胸骨部５０に対して測定子５４が移動可能に接続された移動量センサ５３（図３参照）を配置して、衝突の際に胸郭部３０に加わる衝撃や圧力などを移動量センサ５３からのデータを基に算出することができる構造を備えている。

このように構成された体幹骨格部１０は、従来のものと比較して、より人体に近似した物性を示すので、この体幹骨格部１０を搭載した人体ダミーを用いて衝突試験等を行えば、例えば胸郭や脊椎への人間が被る傷害の予測評価の性能を劇的に向上させることが可能となる。

また、体幹骨格部１０は、容易に取り替えることができる構造を備えるため、成人用、女性用、幼児用等のあらゆる人体ダミーに適用することができる。このため、体幹骨格部１０を備えた人体ダミーを用いて各種試験を実施し、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可能となる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部の脊椎部を示す側面図、図７は図６のＣ−Ｃ’断面図、図８はこの人体ダミー体幹骨格部の脊椎部に用いられる椎間緩衝部を示す斜視図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を省略し、本発明に特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。

図６〜図８に示すように、第２の実施形態に係る体幹骨格部の脊椎部２０Ａは、各椎骨部２１〜２６、椎間緩衝部４０Ａ及び骨連結部６０からなる点は第１の実施形態に係る脊椎部２０と同様であるが、椎間緩衝部４０Ａの形状や構成が異なる点が相違している。すなわち、椎間緩衝部４０Ａは、中心に中心孔４４が形成された円柱状に形成されて、各椎骨部２１〜２６間に配置されている。このような構成の脊椎部２０Ａを体幹骨格部１０に用いれば、人体の前後方向及び左右方向に自在に変位可能となる。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部の脊椎部を示す側面図、図１０は図９のＤ−Ｄ’断面図、図１１はこの人体ダミー体幹骨格部の脊椎部に用いられる椎間緩衝部を示す斜視図である。

図９〜図１１に示すように、第３の実施形態に係る体幹骨格部の脊椎部２０Ｂは、椎間緩衝部４０Ｂの形状が第２の実施形態に係る脊椎部２０Ａの椎間緩衝部４０Ａと異なっている。すなわち、椎間緩衝部４０Ｂは、中心孔４４を挟んで人体の前後方向及び左右方向で両端面間の高さが異なる円柱状に形成されており、この高さが高い部位が前後方向変位規制部４１，４２に相当し、その他の部位が左右方向変位抑制部４３に相当する構造を備えている。このような構造の脊椎部２０Ｂを体幹骨格部１０に用いても、第１の実施形態に係る体幹骨格部１０と同様の作用効果を得ることができる。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係る人体ダミー体幹骨格部の脊椎部を示す側面図、図１３は図１２のＥ−Ｅ’断面図、図１４はこの人体ダミー体幹骨格部の脊椎部に用いられる椎間緩衝部を示す斜視図である。

図１２〜図１４に示すように第４の実施形態に係る体幹骨格部の脊椎部２０Ｃは、骨連結部６０Ａが各椎骨部２１〜２６の中心部に対して側端面近傍において対称となる位置に複数設けられ、各椎間緩衝部４０Ｃが矩形平板状且つ各椎骨部２１〜２６の中心を挟んで人体の前後方向及び左右方向に対応する部位の弾性率が異なるように形成されている点が、第１の実施形態に係る体幹骨格部１０の脊椎部２０と相違している。

すなわち、複数の骨連結部６０Ａは、各椎骨部２１〜２６の中心部に対して側端面近傍において対称となる位置に設けられた貫通孔２８，２８を通るように設けられており、椎間緩衝部４０Ｃは、例えば対角線によって区切られた領域がそれぞれ前後方向変位規制部４１，４２及び左右方向変位抑制部４３となるように形成されている。このような構造の脊椎部２０Ｃを用いても、第１の実施形態に係る体幹骨格部１０と同様の作用効果を得ることができる。

１０体幹骨格部
２０脊椎部
２１〜２６椎骨部
３０胸郭部
３１〜３６肋骨部
４０椎間緩衝部
４１，４２前後方向変位規制部
４３左右方向変位抑制部
５０胸骨部
５１上部ジョイント部
５２下部ジョイント部
６０骨連結部
１００人体ダミー

Claims

金属系材料又は合成樹脂系材料からなる複数の椎骨部、前記複数の椎骨部の間に配置される合成樹脂系材料からなる複数の椎間緩衝部、及び前記複数の椎骨部を変位可能に連結する金属系棒状部材からなる骨連結部を有する脊椎部と、
前記脊椎部の各椎骨部に一端がそれぞれ連結されて前記各椎骨部ごとに一対をなす合成樹脂系材料からなる複数の肋骨部、及び前記複数の肋骨部の他端がそれぞれ連結される合成樹脂系材料からなる胸骨部を有する胸郭部と
を備え、
前記複数の椎間緩衝部は、前記複数の椎骨部が人体の前方向と後方向とで異なる変位量で変位可能となるように、少なくとも前記前方向及び後方向でそれぞれ異なる弾性を備えて構成されている
ことを特徴とする人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎骨部は、それぞれ上面視形状が矩形状に形成され、前記複数の肋骨部は、それぞれ上面視形状が湾曲状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎骨部は、６個設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎間緩衝部は、前記複数の椎骨部が少なくとも人体の前後方向に変位可能な弾性を備えて構成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎間緩衝部は、それぞれ前記複数の椎骨部の間において、各椎骨部の中心を挟んで人体の前後方向に配置され且つ人体の左右方向に長手方向を有するブロック状の複数の前後方向変位規制部と、前記中心を挟んで人体の左右方向に配置される球状の複数の左右方向変位抑制部とからなる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎間緩衝部は、それぞれ円柱状に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎間緩衝部は、各椎骨部の中心を挟んで人体の前後方向及び左右方向で両端面間の高さが異なるように形成されている
ことを特徴とする請求項６記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎間緩衝部は、それぞれ矩形平板状に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記複数の椎間緩衝部は、各椎骨部の中心を挟んで人体の前後方向及び左右方向に対応する部位の弾性率が異なるように形成されている
ことを特徴とする請求項６又は８記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記骨連結部は、前記複数の椎骨部の中心部に１つ設けられている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の人体ダミー体幹骨格部。
前記骨連結部は、前記複数の椎骨部の中心部に対して側端面近傍において対称となる位置に複数設けられている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の人体ダミー体幹骨格部。