JPH0443200A - 疑似無重力遊泳装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、水深がもつ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、変化に冨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頭部から
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
度と路間−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。

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、変化に冨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、頭部か
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Ｙ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
ＩＡと、カプセル本体ＩＡの蓋であるカプセルキャップ
ＩＢから構成される。カプセル本体ＩＡ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ＩＢ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ＩＢ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ＩＢは支点２８を蝶番にしてカプセル本体ＩＡの
開閉自在の蓋となる。カプセル本体ＩＡとカプセルキャ
ップＩＢとの接触部は各々フランジ２０．１８を構成し
、０−リング２２を介して合わされる。またカプセル本
体ＩＡとカプセルキャップＩＢ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はゴム材からなるバ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（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Ｙ軸及
びＹ軸の回りに回動させるものである。ここでＹ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、Ｙ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ｌのＹ軸の回りの回動は、カプセルｌ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６
４に固定されたボールベアリング外輪４４とがボール４
３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５
２によって成される。Ｚ軸モータ５２はＹ軸の回転軸６
４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はカブセル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ＩＢを開け、人体８がカプセル本体Ｉ
Ａに入りロックハンドル１４を締めてカプセルキャップ
ＩＢでカプセル本体ＩＡ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８
Ａ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ＩＡの内側にある支え部３０を
持ちカプセルｌ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ｌ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１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、２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冨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（ともプラスマユナス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、変化に冨んだ人体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（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（なる。

また柔軟壁４は顔８Ａの近（に位置していることにより
、柔軟壁４から離れた足部８０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ＩＡ
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ＩＡ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ＩＡ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ＩＡからはずして、カプセル
本体ＩＡに人体８が入り、支持板７８をカプセル本体Ｉ
Ａ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ＩＡの開口
部３に固定密閉する。次に給水栓１３を開は温水をカプ
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２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は変化に冨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（、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（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
ブーり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１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、変化に冨んだ人体の姿勢
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 第 図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、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。