JP5594900B2 - 人体ダミー関節部 - Google Patents

Description

この発明は、人体の関節部と非常に近似した特性を示すと共に動きが可能な構造を備え、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関節部に関する。

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各種データを分析・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いる。

このような人体ダミーとしては、例えば衝突試験用ダミーが知られている（特許文献１参照）。この衝突試験用ダミーは、肩、肘、手首、臀、膝及び足首などの関節部からデータを収集することができるように、これらの関節部をボールジョイントで構成し、ボールジョイントの動きを位置感応性検出器で検出する構造となっている。なお、ボールジョイントの回転範囲は、ボールに形成された溝とこの溝に差し込まれるボールガイドねじとによって制限或いは調節される。

特許第３９９０３６６号公報

しかしながら、上述した衝突試験用ダミーに用いられている関節部のボールジョイントでは、溝の端部においてボールガイドねじがそのまま溝の端面に当たって回転が停止する構造であるので、回転範囲が定められていてもこの回転範囲の端部では急激に回転が停止することになる。このため、必ずしも人体構造に近似した特性を再現しているとは言い難く、得られるデータも人体の関節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、より人体の関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を備え、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関節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関節部は、人体ダミーの関節部分に適用される人体ダミー関節部であって、前記関節部分を構成する一方の骨部の端部に設けられたボールを、他方の骨部の端部に設けられたボール受け部で回動可能に受けて両者を結合してなるボールジョイントからなり、前記ボールに突設された規制ピンと、前記ボール受け部に形成された前記規制ピンが差し込まれる規制溝部とにより構成され、前記ボールの可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制可能な回転規制部を備え、前記規制ピンは、前記ボール内に弾性体によって進退可能に支持され、前記規制溝部は、前記回転方向の少なくとも一方の端部に溝端部に向かって溝の深さが徐々に浅くなるように形成された斜面を有し、前記規制ピン、前記弾性体及び前記斜面が、前記ボールの動作抵抗を徐々に増加させて停止させる回転急停止抑制部を構成することを特徴とする。

前記規制ピンは、例えば先端部が前記斜面と摺接する凸曲面状に形成される。

前記一方及び他方の骨部の端部間には、例えば衝撃緩衝材が配置される。

前記ボールジョイントは、例えば前記人体ダミーの肩関節部、肘関節部、橈骨手根関節部、股関節部、膝関節部及び距腿関節部の少なくとも一つに適用される。

本発明によれば、より人体の関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を備え、傷害の予測評価の性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る人体ダミー関節部を備える人体ダミーの全体構成を示す正面図である。 同人体ダミーの右肩の肩関節部の構造を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ’断面図である。 図２のＢ−Ｂ’断面図である。 図４の一部の動作展開図である。 図２のＣ−Ｃ’断面図である。 同人体ダミーの右肘の肘関節部の構造を示す正面図である。 図７のＤ−Ｄ’断面図である。 図７のＥ−Ｅ’断面図である。 図７のＦ−Ｆ’断面図である。 同人体ダミーの右股の股関節部の構造を示す正面図である。 図１１のＧ−Ｇ’断面図である。 図１１のＨ−Ｈ’断面図である。 同人体ダミーの右手の橈骨手根関節部の構造を示す側面図である。 図１４のＩ−Ｉ’断面図である。 図１４のＫ−Ｋ’断面図である。 同人体ダミーの右足の距腿関節部の構造を示す正面図である。 図１７のＬ−Ｌ’断面図である。 図１７のＭ−Ｍ’断面図である。 図１７のＮ−Ｎ’断面図である。 同人体ダミーの右膝の膝関節部の構造を示す正面図である。 図２１のＯ−Ｏ’断面図である。 図２１のＱ−Ｑ’断面図である。

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関節部の実施の形態を詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態に係る人体ダミー関節部を備える人体ダミーの全体構成を示す正面図である。

［人体ダミーの全体構成］
図１に示すように、この発明の一実施形態に係る人体ダミー関節部が適用された人体ダミー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。

人体ダミー１００の骨部（図示せず）は、主にアルミニウム、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り、この骨部を覆う皮部１０６は、例えばシリコンゴム等の合成樹脂系材料からなる。衝撃や圧力等を測定するための各種センサは、人体ダミー１００の任意の箇所に設置することができるため、ここでは説明を省略し、その他の構成等は公知の人体ダミーと同様であるため、同じくここでは説明を省略する。

この人体ダミー１００には、関節部分として、それぞれ一対の肩関節部１０、肘関節部２０、橈骨手根関節部４０、股関節部３０、膝関節部６０及び距腿関節部５０が設けられている。本実施形態に係る人体ダミー関節部は、本例ではこれら全ての関節部分に適用されていることとするが、少なくともこれらのうちの一つに適用されればよい。

［肩関節部の構成］
まず、人体ダミー１００の肩関節部１０について説明する。ここでは説明の便宜上、右肩の肩関節部１０を例に挙げて説明するが、左肩についても同様の構造を適用可能であるとする。図２は、人体ダミー１００の右肩の肩関節部１０の構造を示す正面図である。図３は図２のＡ−Ａ’断面図、図４は図２のＢ−Ｂ’断面図、図５は図４の一部の動作展開図、図６は図２のＣ−Ｃ’断面図である。

図２〜図６に示すように、右肩の肩関節部１０は、右腕の上腕骨部１１の端部に接続されたロッド１２の先端に設けられたボール１３を、肩甲骨部１４の端部に設けられたボール受け部１５で回動可能に受けてボール１３及びボール受け部１５を結合してなるボールジョイントからなる。

このボールジョイントは、ボール１３に突設された規制ピン１６と、ボール受け部１５に形成された規制ピン１６が差し込まれる規制溝部１７とにより構成される回転規制部１８を備える。回転規制部１８は、ボール１３の可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制する。

規制ピン１６は、ボール１３の内部に設けられた弾性体としてのばね１６ｂにより、ボール１３の中心方向に伸縮可能に構成されている。すなわち、規制ピン１６は、ボール１３の内部において後端部に配置されたばね１６ｂをストッパ１６ｃで押さえることで、先端部１６ａの方向に進退可能に付勢された状態で支持されている。

規制溝部１７は、ボール１３が可動範囲内における所定位置での所定の回転方向に動いた場合に、その溝端部において規制ピン１６と端面とが当接するように形成されている。また、規制溝部１７は、上記のような回転方向の少なくとも一方の端部に溝端部に向かって溝の深さが徐々に浅くなるように形成された斜面１７ａを有するように構成されている。

そして、ボール１３に設けられた規制ピン１６と規制溝部１７に形成された斜面１７ａとによって、ボール１３の動作抵抗を徐々に増加させてボール１３の回転を停止させる回転急停止抑制部が構成されている。この場合、規制ピン１６の先端部１６ａは、例えば斜面１７ａと摺接する凸曲面状に形成されているとよい。

このように構成された肩関節部１０における上腕骨部１１の可動範囲は、図６に示すように、主にロッド１２と肩甲骨部１４に形成されたロッド規制溝部１９とによって設定されているが、この可動範囲内における所定位置での上腕骨部１１の所定の回転方向への移動は、上記ボールジョイントの回転規制部１８により規制される。肩関節部１０は、具体的には次のように動作する。

［肩関節部の動作］
まず、図２に示すように、肩関節部１０において、上腕骨部１１が肩甲骨部１４に対してボール１３の中心を回転中心として人体ダミー１００の身体の右横方向に垂直方向（垂直面）に沿って回転移動する場合、上腕骨部１１が最も下方側に位置する基準状態においては、回転規制部１８の規制溝部１７の端部にボール１３の規制ピン１６が当接する。この基準状態においては、上腕骨部１１のそれ以上の体幹部１０２方向への回転移動が規制される。

反対に、上腕骨部１１が最も上方側に位置する状態においては、ロッド１２と肩甲骨部１４に形成されたロッド規制溝部１９の端部とが当接する。この状態においては、上腕骨部１１のそれ以上の頭部１０１方向への回転移動が規制される。

そして、肩関節部１０は、図３に示すように、上腕骨部１１が上述したような基準状態のとき、この基準状態の姿勢を崩さずに、身体の前方向及び後方向に水平方向（水平面）に沿って回転移動することができると共に、図４に示すように、身体の前方向及び後方向に垂直方向に沿って回転移動することができるように構成されている。

なお、上腕骨部１１が身体の前方向及び後方向に水平方向に沿って回転移動した場合、最も前側に位置する状態及び最も後側に位置する状態においては、それぞれロッド１２とロッド規制溝部１９の端部とが当接し、上腕骨部１１のそれ以上の水平方向への回転移動が規制される。

また、上腕骨部１１が身体の前方向及び後方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、最も前方上側に位置する状態及び最も後方上側に位置する状態においては、回転規制部１８の規制溝部１７の端部にボール１３の規制ピン１６が当接し、上腕骨部１１のそれ以上の垂直方向への回転移動が規制される。

ここで、最も前方上側に位置する状態及び最も後方上側に位置する状態の手前部分においては、上記回転急停止抑制部によって、上腕骨部１１の移動速度が通常移動時の移動速度よりも徐々に低下させられるように構成されている。

すなわち、図５に示すように、規制ピン１６が規制溝部１７内を通常移動している場合は、規制ピン１６の先端部１６ａと規制溝部１７の溝底部との接触抵抗はほとんどないように構成されている。このため、ボール１３の動作抵抗はほとんど感じられないような状態となる。

一方、規制ピン１６の先端部１６ａが斜面１７ａと接触し始めると、規制ピン１６が斜面１７ａによって後端部方向へ押され、ばね１６ｂを縮める力が発生し、接触抵抗が感じられるようになる。この接触抵抗は斜面１７ａに沿って溝端部に行くほど徐々に大きくなるため、これに従ってボール１３の動作抵抗も最終的にボール１３が停止するまで徐々に増加することとなる。

従って、回転急停止抑制部においては、上腕骨部１１の移動速度が徐々に低下させられるので、回転移動中の上腕骨部１１が規制溝部１７の端部と規制ピン１６とが勢いよく当接することにより急停止することが抑制される。通常、人体の関節部も可動範囲の端部においては、特殊な場合を除きその動きが徐々に停止するような構造となっているので、本実施形態に係る肩関節部１０によれば、従来のものよりもより人体の肩関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を実現することができる。

なお、肩関節部１０のボール１３の作動角は、例えば上記基準状態のときを０°とすると、上腕骨部１１が身体の右横方向へ垂直方向に沿って回転移動して最も上方ー側へ位置する状態までの角度が１４０°±２０°（図２においては１６０°と表示している）となるように設定されている。また、ボール１３の作動角は、上腕骨部１１が身体の前方向に水平方向に沿って回転移動して最も前側に位置する状態までの角度が８０°（図３参照）、最も後側に位置する状態までの角度が６０°（図３参照）となるように設定されている。

更に、ボール１３の作動角は、上腕骨部１１が身体の前方向に垂直方向に沿って回転移動して最も前方上側に位置する状態までの角度が１７０°±２０°（図４においては１５０°と表示している）となるように設定され、上腕骨部１１が身体の後方向に垂直方向に沿って回転移動して最も後方上側に位置する状態までの角度が５５°±２０°（図４においては７５°と表示している）となるように設定されている。

なお、図２に示した規制溝部１７には、回転急停止抑制部を構成する斜面は設けられていない。その理由は、図２に示した規制溝部１７に回転急停止抑制部を構成する斜面が設けられていると、上記基準状態からの上腕骨部１１の回転移動の動き出しが非常にし難い状態となるのを回避するためである。

［肘関節部の構成］
次に、人体ダミー１００の肘関節部２０について説明する。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割愛し、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。また、ここでは説明の便宜上、右肘の肘関節部２０を例に挙げて説明するが、左肘についても同様の構造を適用可能であるとする。

図７は、人体ダミー１００の右肘の肘関節部２０の構造を示す正面図である。図８は図７のＤ−Ｄ’断面図、図９は図７のＥ−Ｅ’断面図、図１０は図７のＦ−Ｆ’断面図である。図７〜図１０に示すように、右肘の肘関節部２０は、尺骨部２１の端部に接続されたロッド２２の先端に設けられたボール２３を、上腕骨部１１の端部に設けられたボール受け部２５で回動可能に受けてボール２３及びボール受け部２５を結合してなるボールジョイントからなる。なお、ボール２３は、尺骨部２１の隣の橈骨部２１ａの端部にロッド２２を介して設けられていてもよい。

このボールジョイントは、ボール２３に突設された規制ピン２６と、ボール受け部２５に形成された規制ピン２６が差し込まれる規制溝部２７とにより構成される回転規制部２８を備える。回転規制部２８は、ボール２３の可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制する。

その他、規制ピン２６の先端部２６ａ、ボール２３の内部に設けられたばね２６ｂやストッパ２６ｃ、規制溝部２７の斜面２７ａ、ロッド規制溝部２９及び回転急停止抑制部等の構成や作用効果は、上記肩関節部１０で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

このように構成された肘関節部２０における尺骨部２１の可動範囲は、図１０に示すように、主にロッド２２と上腕骨部１１に形成されたロッド規制溝部２９とによって設定されているが、この可動範囲内における所定位置での尺骨部２１の所定の回転方向への移動は、回転規制部２８により規制される。肘関節部２０は、具体的には次のように動作する。

［肘関節部の動作］
まず、図８に示すように、肘関節部２０において、尺骨部２１が上腕骨部１１に対してボール２３の中心を回転中心として身体の前方向及び後方向に垂直方向に沿って回転移動する場合、尺骨部２１が最も下方側に位置する基準状態においては、尺骨部２１は、身体の前後方向に垂直方向に沿って自在に回転移動を開始できるような遊びをもった状態となっている。

この基準状態から、尺骨部２１が身体の前方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、最も前方上側に位置する状態においては、ロッド２２とロッド規制溝部２９とが当接し、尺骨部２１のそれ以上の垂直方向への回転移動が規制される。一方、基準状態から、尺骨部２１が身体の後方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、最も後方上側に位置する状態においては、回転規制部２８の規制溝部２７の端部にボール２３の規制ピン２６が当接し、尺骨部２１のそれ以上の垂直方向への回転移動が規制される。

また、肘関節部２０は、図９に示すように、尺骨部２１が上記基準状態のとき、この基準状態の姿勢を崩さずに、身体の左右横方向に水平方向に沿って回転移動することができるように構成されている。尺骨部２１が身体の左右横方向に水平方向に沿って回転移動した場合、最も左横側に位置する状態及び最も右横側に位置する状態の手前部分においては、回転規制部２８の回転急停止抑制部によって、尺骨部２１の移動速度が通常移動時の移動速度よりも徐々に低下させられるようになっている。回転急停止抑制部の構成や作用効果は、上述したものと同様であるため、ここでは説明を省略し、以降においても説明は省略することとする。

なお、肘関節部２０のボール２３の作動角は、例えば上記基準状態を０°とすると、尺骨部２１が身体の前方向に垂直方向に沿って回転移動して最も前方上側に位置する状態までの角度が１２０°±２０°（図８においては１４０°と表示している）となるように設定されている。

また、ボール２３の作動角は、尺骨部２１が身体の後方向に垂直方向に沿って回転移動して最も後方上側に位置する状態までの角度が５°（図２参照）となるように設定されている。更に、ボール２３の作動角は、尺骨部２１が身体の左右横方向に水平方向に沿って回転移動して最も左横側及び最も右横側に位置する状態となるまでの角度がそれぞれ９０°（図９参照）となるように設定されている。このように、本実施形態に係る肘関節部２０によれば、従来のものよりもより人体の肘関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を実現することができる。

［股関節部の構成］
次に、人体ダミー１００の股関節部３０について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、右股の股関節部３０を例に挙げて説明するが、左股についても同様の構造を適用可能であるとする。図１１は、人体ダミー１００の右股の股関節部３０の構造を示す正面図である。図１２は図１１のＧ−Ｇ’断面図、図１３は図１１のＨ−Ｈ’断面図である。

図１１〜図１３に示すように、右股の股関節部３０は、大腿骨部３１の端部に接続されたロッド３２の先端に設けられたボール３３を、寛骨部３４の端部等の所定位置に設けられたボール受け部３５で回動可能に受けてボール３３及びボール受け部３５を結合してなるボールジョイントからなる。

このボールジョイントは、ボール３３に突設された規制ピン３６と、ボール受け部３５に形成された規制ピン３６が差し込まれる規制溝部３７とにより構成される回転規制部３８を備える。回転規制部３８は、ボール３３の可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制する。

その他、規制ピン３６の先端部３６ａ、ボール３３の内部に設けられたばね３６ｂやストッパ３６ｃ、規制溝部３７の斜面３７ａ、ロッド規制溝部３９及び回転急停止抑制部等の構成や作用効果は、上記肩関節部１０等で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

このように構成された股関節部３０における大腿骨部３１の可動範囲は、図１３に示すように、主にロッド３２と寛骨部３４に形成されたロッド規制溝部３９とによって設定されているが、この可動範囲内における所定位置での大腿骨部３１の所定の回転方向への移動は、回転規制部３８により規制される。股関節部３０は、具体的には次のように動作する。

［股関節部の動作］
まず、図１１に示すように、股関節部３０において、大腿骨部３１が寛骨部３４に対してボール３３の中心を回転中心として身体の右横方向に垂直方向に沿って回転移動する場合、大腿骨部３１が真っ直ぐ下がった状態で可動範囲の中間に位置する基準状態においては、大腿骨部３１は、身体の右横方向及び前後方向に垂直方向に沿って自在に回転移動を開始できるような遊びをもった状態となっている。

この基準状態から、大腿骨部３１が身体の右横方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、最も上方側に位置する状態においては、規制溝部３７の端部に規制ピン３６が当接する。この状態においては、大腿骨部３１のそれ以上の体幹部１０２方向への回転移動が規制される。

一方、基準状態から最も脚部１０４側に近いところに位置する状態においては、ロッド３２と寛骨部３４に形成されたロッド規制溝部３９とが当接する。この状態においては、大腿骨部３１のそれ以上の脚部１０４方向への回転移動が規制される。

そして、股関節部３０は、図１２に示すように、大腿骨部３１が上記基準状態のとき、この基準状態の姿勢を崩さずに、身体の前後方向に垂直方向に沿って回転移動することができるように構成されている。大腿骨部３１が身体の前後方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、最も前側に位置する状態及び最も後側に位置する状態の手前部分においては、回転規制部３８の回転急停止抑制部によって、大腿骨部３１の移動速度が通常移動時の移動速度よりも徐々に低下させられるようになっている。

なお、股関節部３０のボール３３の作動角は、例えば上記基準状態を０°とすると、大腿骨部３１が身体の右横方向に垂直方向に沿って回転移動して最も上方側及び最も脚部１０４側に近いところに位置する状態となるまでの角度がそれぞれ４５°（図１１参照）となるように設定されている。

また、ボール３３の作動角は、大腿骨部３１が身体の前方向に垂直方向に沿って回転移動して最も前側に位置する状態までの角度が１２５°（図１２参照）となるように設定されている。更に、ボール３３の作動角は、大腿骨部３１が身体の後方向に垂直方向に沿って回転移動して最も後側に位置する状態までの角度が１５°（図１２参照）となるように設定されている。このように、本実施形態に係る股関節部３０によれば、従来のものよりもより人体の股関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を実現することができる。

［橈骨手根関節部の構成］
次に、人体ダミー１００の橈骨手根関節部４０について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、右手の橈骨手根関節部４０を例に挙げて説明するが、左手についても同様の構造を適用可能であるとする。図１４は、人体ダミー１００の右手の橈骨手根関節部４０の構造を示す側面図である。図１５は図１４のＩ−Ｉ’断面図、図１６は図１４のＫ−Ｋ’断面図である。

図１４〜図１６に示すように、右手の橈骨手根関節部４０は、手根骨部４１の端部に接続されたロッド４２の先端に設けられたボール４３を、橈骨部２１ａの端部に設けられたボール受け部４５で回動可能に受けてボール４３及びボール受け部４５を結合してなるボールジョイントからなる。なお、ボール受け部４５は、橈骨部２１ａの隣の尺骨部２１の端部に設けられていてもよい。

このボールジョイントは、ボール４３に突設された規制ピン４６と、ボール受け部４５に形成された規制ピン４６が差し込まれる規制溝部４７とにより構成される回転規制部４８を備える。回転規制部４８は、ボール４３の可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制する。

その他、規制ピン４６の先端部４６ａ、ボール４３の内部に設けられたばね４６ｂやストッパ４６ｃ、規制溝部４７の斜面４７ａ、ロッド規制溝部４９及び回転急停止抑制部等の構成や作用効果は、上記肩関節部１０等で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

このように構成された橈骨手根関節部４０における手根骨部４１の可動範囲は、図１６に示すように、主にロッド４２と橈骨部２１ａに形成されたロッド規制溝部４９とによって設定されているが、この可動範囲内における所定位置での手根骨部４１の所定の回転方向への移動は、回転規制部４８により規制される。橈骨手根関節部４０は、具体的には次のように動作する。

［橈骨手根関節部の動作］
まず、図１４に示すように、橈骨手根関節部４０において、手根骨部４１が橈骨部２１ａに対してボール４３の中心を回転中心として掌を見せる方向及び手の甲を見せる方向に垂直方向に沿って回転移動する場合、手根骨部４１が真っ直ぐ下がった状態で可動範囲の中間に位置する基準状態においては、手根骨部４１は、上記各見せる方向に垂直方向に沿って及び身体の横方向に垂直方向に沿って自在に回転移動を開始できるような遊びをもった状態となっている。

この基準状態から、手根骨部４１が掌を見せる方向及び手の甲を見せる方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、それぞれの移動端においてはロッド４２とロッド規制溝部４９とが当接し、手根骨部４１のそれ以上の回転移動が規制される。

また、橈骨手根関節部４０は、図１５に示すように、手根骨部４１が上記基準状態のとき、この基準状態の姿勢を崩さずに、身体の横方向に垂直方向に沿って回転移動することができるように構成されている。手根骨部４１が身体の横方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、それぞれの移動端よりも手前部分においては、回転規制部４８の回転急停止抑制部によって、手根骨部４１の移動速度が通常移動時の移動速度よりも徐々に低下させられるようになっている。

なお、橈骨手根関節部４０のボール４３の作動角は、例えば上記基準状態を０°とすると、手根骨部４１が掌を見せる方向及び手の甲を見せる方向に垂直方向に沿って回転移動してそれぞれの移動端に至るまでの角度がそれぞれ９５°±１０°（図１４においては１０５°と表示している）となるように設定されている。

また、ボール４３の作動角は、手根骨部４１が身体の横方向に垂直方向に沿って回転移動してそれぞれの移動端に至るまでの角度が３０°（図１５参照）となるように設定されている。このように、本実施形態に係る橈骨手根関節部４０によれば、従来のものよりもより人体の橈骨手根関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を実現することができる。

［距腿関節部の構成］
次に、人体ダミー１００の距腿関節部５０について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、右足の距腿関節部５０を例に挙げて説明するが、左足についても同様の構造を適用可能であるとする。図１７は、人体ダミー１００の右足の距腿関節部５０の構造を示す正面図である。図１８は図１７のＬ−Ｌ’断面図、図１９は図１７のＭ−Ｍ’断面図、図２０は図１７のＮ−Ｎ’断面図である。

図１７〜図２０に示すように、右足の距腿関節部５０は、距骨部５１の端部に接続されたロッド５２の先端に設けられたボール５３を、脛骨部５４の端部に設けられたボール受け部５５で回動可能に受けてボール５３及びボール受け部５５を結合してなるボールジョイントからなる。なお、ボール受け部５５は、脛骨部５４の隣の腓骨部５４ａに設けられていてもよい。

このボールジョイントは、ボール５３に突設された規制ピン５６と、ボール受け部５５に形成された規制ピン５６が差し込まれる規制溝部５７とにより構成される回転規制部５８を備える。回転規制部５８は、ボール５３の可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制する。

その他、規制ピン５６の先端部５６ａ、ボール５３の内部に設けられたばね５６ｂやストッパ５６ｃ、規制溝部５７の斜面５７ａ、ロッド規制溝部５９及び回転急停止抑制部等の構成や作用効果は、上記肩関節部１０等で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

このように構成された距腿関節部５０における距骨部５１の可動範囲は、図２０に示すように、主にロッド５２と脛骨部５４に形成されたロッド規制溝部５９とによって設定されているが、この可動範囲内における所定位置での距骨部５１の所定の回転方向への移動は、回転規制部５８により規制される。距腿関節部５０は、具体的には次のように動作する。

［距腿関節部の動作］
まず、図１８に示すように、距腿関節部５０において、距骨部５１が脛骨部５４に対してボール５３の中心を回転中心として足の裏を見せる方向及び足の甲を見せる方向に垂直方向に沿って回転移動する場合、距骨部５１が真っ直ぐ下がった状態で可動範囲の中間に位置する基準状態においては、距骨部５１は、上記各見せる方向に垂直方向に沿って並びに身体の内側及び外側横方向に水平方向に沿って自在に回転移動を開始できるような遊びをもった状態となる。

この基準状態から、距骨部５１が足の裏を見せる方向及び足の甲を見せる方向に垂直方向に沿って回転移動した場合、それぞれの移動端においてはロッド５２とロッド規制溝部５９とが当接し、距骨部５１のそれ以上の回転移動が規制される。

また、距腿関節部５０は、図１９に示すように、距骨部５１が基準状態のとき、この基準状態の姿勢を崩さずに、身体の内側及び外側横方向に水平方向に沿って回転移動することができるように構成されている。距骨部５１が身体の内側及び外側横方向に水平方向に沿って回転移動した場合、それぞれの移動端よりも手前部分においては、回転規制部５８の回転急停止抑制部によって、距骨部５１の移動速度が通常移動時の移動速度よりも徐々に低下させられるようになっている。

なお、距腿関節部５０のボール５３の作動角は、例えば上記基準状態を０°とすると、距骨部５１が足の裏を見せる方向及び足の甲を見せる方向に垂直方向に沿って回転移動してそれぞれの移動端に至るまでの角度がそれぞれ４０°±１０°（図１８においては５０°と表示している）となるように設定されている。

また、ボール５３の作動角は、距骨部５１が身体の内側横方向に水平方向に沿って回転移動してその移動端に至るまでの角度が３０°（図１９参照）となるように設定されている。更に、ボール５３の作動角は、距骨部５１が身体の外側横方向に水平方向に沿って回転移動してその移動端に至るまでの角度が２０°（図１９参照）となるように設定されている。このように、本実施形態に係る距腿関節部５０によれば、従来のものよりもより人体の距腿関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を実現することができる。

［膝関節部の構成］
次に、人体ダミー１００の膝関節部６０について説明する。なお、ここでは説明の便宜上、右膝の膝関節部６０を例に挙げて説明するが、左膝についても同様の構造を適用可能であるとする。図２１は、人体ダミー１００の右膝の膝関節部６０の構造を示す正面図である。図２２は図２１のＯ−Ｏ’断面図、図２３は図２１のＱ−Ｑ’断面図である。

図２１〜図２３に示すように、右膝の膝関節部６０は、脛骨部５４の端部に接続されたロッド６２の先端に設けられたボール６３を、大腿骨部３１の端部に設けられたボール受け部６５で回動可能に受けてボール６３及びボール受け部６５を結合してなるボールジョイントからなる。なお、ロッド６２及びボール６３は、脛骨部５４の隣の腓骨部５４ａに設けられていてもよい。また、脛骨部５４及び大腿骨部３１の段部間には、衝撃緩衝材６１が配置されている。衝撃緩衝材６１は、例えば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。

このボールジョイントは、ボール６３に突設された規制ピン６６と、ボール受け部６５に形成された規制ピン６６が差し込まれる規制溝部６７とにより構成される回転規制部６８を備える。回転規制部６８は、ボール６３の可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制する。

その他、規制ピン６６の先端部６６ａ、ボール６３の内部に設けられたばね６６ｂやストッパ６６ｃ、規制溝部６７の斜面６７ａ、ロッド規制溝部６９及び回転急停止抑制部等の構成や作用効果は、上記肩関節部１０等で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

なお、衝撃緩衝材６１には、ロッド規制溝部６９と連続するような切欠部６１ａが形成されており、ロッド６２の動きを妨げないように構成されている。また、衝撃緩衝材６１は、骨部の端部同士の衝突を回避したり、関節部６０の動作を更に和らげるために設けられており、上述した各関節部１０〜５０にも適用されていてもよい。

このように構成された膝関節部６０における脛骨部５４の可動範囲は、図２２や図２３に示すように、主にロッド６２と大腿骨部３１に形成されたロッド規制溝部６９及び上記切欠部６１ａとによって設定されているが、この可動範囲内における所定位置での脛骨部５４の所定の回転方向への移動は、回転規制部６８により規制される。膝関節部６０は、具体的には、次のように動作する。

［膝関節部の動作］
まず、図２２に示すように、膝関節部６０において、脛骨部５４が大腿骨部３１に対してボール６３の中心を回転中心として身体の後方向に垂直方向に沿って回転移動する場合、脛骨部５４が最も下方側に位置する基準状態においては、ロッド６２とロッド規制溝部６９の端部及び切欠部６１ａの端部とが当接する。この状態においては、脛骨部５４のそれ以上の身体の前方向への回転移動が規制される。同様に、脛骨部５４が最も後方上側に位置する状態においては、ロッド６２とロッド規制溝部６９の端部とが当接し、脛骨部５４のそれ以上の大腿骨部３１方向への回転移動が規制される。

また、膝関節部６０は、図２１に示すように、脛骨部５４が基準状態のとき、この基準状態の姿勢を崩さずに身体の内側及び外側横方向に垂直方向に沿って僅かに回転移動することができるように構成されている。脛骨部５４が身体の内側及び外側横方向に垂直方向に沿って僅かに回転移動した場合、それぞれの移動端よりも手前部分においては、回転規制部６８の回転急停止抑制部及び衝撃緩衝材６１によって、脛骨部５４の動作抵抗が移動端に向かって徐々に増加させられるようになっている。

通常、人体の膝関節部においては、上述したように脛骨部５４が身体の内側及び外側横方向に垂直方向に沿って回転移動することは皆無であるため、本実施形態に係る膝関節部６０においては、上記のように僅かに移動できる構成を採用した。なお、膝関節部６０のボール６３の作動角は、例えば上記基準状態を０°とすると、脛骨部５４が身体の後方向に垂直方向に沿って回転移動して最も後方上側に位置する状態までの角度が１４０°±２０°（図２２においては１６０°と表示している）となるように設定されている。このように、本実施形態に係る膝関節部６０によれば、従来のものよりもより人体の膝関節部に近似した特性を示しつつその特性に沿った動きが可能な構造を実現することができる。

１０ 肩関節部
１１ 上腕骨部
１２ ロッド
１３ ボール
１４ 肩甲骨部
１５ ボール受け部
１６ 規制ピン
１７ 規制溝部
１８ 回転規制部
１９ ロッド規制溝部
２０ 肘関節部
３０ 股関節部
４０ 橈骨手根関節部
５０ 距腿関節部
６０ 膝関節部
１００ 人体ダミー

Claims (4)

1. 人体ダミーの関節部分に適用される人体ダミー関節部であって、
   前記関節部分を構成する一方の骨部の端部に設けられたボールを、他方の骨部の端部に設けられたボール受け部で回動可能に受けて両者を結合してなるボールジョイントからなり、
   前記ボールに突設された規制ピンと、前記ボール受け部に形成された前記規制ピンが差し込まれる規制溝部とにより構成され、前記ボールの可動範囲内における所定位置での所定の回転方向への移動を規制可能な回転規制部を備え、
   前記規制ピンは、前記ボール内に弾性体によって進退可能に支持され、
   前記規制溝部は、前記回転方向の少なくとも一方の端部に溝端部に向かって溝の深さが徐々に浅くなるように形成された斜面を有し、
   前記規制ピン、前記弾性体及び前記斜面が、前記ボールの動作抵抗を徐々に増加させて停止させる回転急停止抑制部を構成する
   ことを特徴とする人体ダミー関節部。
2. 前記規制ピンは、先端部が前記斜面と摺接する凸曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の人体ダミー関節部。
3. 前記一方及び他方の骨部の端部間には、衝撃緩衝材が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の人体ダミー関節部。
4. 前記ボールジョイントは、前記人体ダミーの肩関節部、肘関節部、橈骨手根関節部、股関節部、膝関節部及び距腿関節部の少なくとも一つに適用され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関節部。

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