(57)【要約】【課題】床材の剛性と大腿骨骨折のリスクとの関連性を得るために使用者が床材上で転倒したときの衝撃荷重を模擬的に測定する床材衝撃荷重測定装置を提供する。【解決手段】床材と同一材料の評価床材９の上部に重ねて配置され、人体軟組織に模擬した材料で形成した緩衝材１０と、模擬する転倒により大腿骨の転子部に加わる圧力分布に基づいた重さの錘１１と、転子部に模擬した形状に形成した打撃部１９と、模擬する転倒の高さに基づいた所定の落下高さで保持した錘及び打撃部を落下させ、打撃部が緩衝材に接触した状態で錘が評価床材に衝撃を付与する衝撃付与部６と、錘の落下で評価床材に生じた衝撃荷重を計測する荷重計測手段８と、を備えている。【選択図】図３
2020071223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
床材上で使用者が転倒したときに前記使用者の大腿骨に加わる衝撃荷重を模擬的に測定する装置であって、
前記床材と同一材料の評価床材の上部に重ねて配置され、人体軟組織に模擬した材料で形成した緩衝材と、
模擬する転倒により前記大腿骨の転子部に加わる圧力分布に基づいた重さの錘と、
前記転子部に模擬した形状に形成した打撃部と、
模擬する転倒の高さに基づいた所定の落下高さで保持した前記錘及び前記打撃部を落下させ、前記打撃部が前記緩衝材に接触した状態で前記錘が前記評価床材に衝撃を付与する衝撃付与部と、
前記錘の落下で前記評価床材に生じた衝撃荷重を計測する荷重計測手段と、を備えたことを特徴とする床材衝撃荷重測定装置。
【請求項２】
測定台上に前記評価床材が配置され、前記評価床材上に前記緩衝材が重ねて配置されており、
前記衝撃付与部の前記錘及び前記打撃部が、前記緩衝材に向けて自然落下することを特徴とする請求項１記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項３】
測定台上に前記評価床材が配置され、前記評価床材上に前記緩衝材が重ねて配置されており、
前記衝撃付与部は、支柱と、一端側に設けた回転部が前記支柱に支持された腕部と、を備えており、前記腕部の他端部に前記錘及び前記打撃部が前記所定の落下高さで保持され、
前記衝撃付与部の前記腕部が前記回転部を回転中心として下方向にスウィングすることで、前記錘及び前記打撃部が前記緩衝材に向けて落下するようにしたことを特徴とする請求項１記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項４】
前記荷重計測手段としてロードセルを使用し、
前記ロードセルを、前記測定台と前記評価床材との間に配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項５】
前記荷重計測手段としてロードセルを使用し、
前記ロードセルを、前記衝撃付与部の前記打撃部の上部に配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項６】
前記荷重計測手段としてロードセル及び加速度計の少なくとも一方を使用し、前記ロードセル及び前記加速度計の少なくとも一方を、前記衝撃付与部の前記打撃部の上部に配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項７】
前記荷重計測手段としてロードセル及び加速度計を使用し、前記ロードセルを前記測定台と前記評価床材との間に配置し、前記加速度計を前記衝撃付与部に配置したことを特徴とする請求項２又は３に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項８】
前記評価床材は、既設の床面上に敷設されている敷設床材であり、前記敷設床材上に前記緩衝材が重ねて配置されており、
前記荷重計測手段としてロードセル及び加速度計の少なくとも一方を使用し、前記ロードセル及び前記加速度計の少なくとも一方を、前記衝撃付与部の前記打撃部の上部に配置し、
前記衝撃付与部の前記錘及び前記打撃部が、前記緩衝材に向けて自然落下することを特徴とする請求項１記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項９】
前記評価床材は、既設の床面上に敷設されている敷設床材であり、前記敷設床材上に前記緩衝材が重ねて配置されており、
前記衝撃付与部は、支柱と、一端側に設けた回転部が前記支柱に支持された腕部と、を備えており、前記腕部の他端部に前記錘及び前記打撃部が前記所定の落下高さで保持され、
前記荷重計測手段としてロードセル及び加速度計の少なくとも一方を使用し、前記ロードセル及び前記加速度計の少なくとも一方を、前記衝撃付与部の前記腕部に保持されている前記打撃部の上部に配置し、
前記衝撃付与部の前記腕部が前記回転部を回転中心として下方向にスウィングすることで、前記錘及び前記打撃部が前記緩衝材に向けて落下するようにしたことを特徴とする請求項１記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１０】
前記錘が前記評価床材に衝撃を付与したときの衝撃エネルギーが５Ｊ以上５０Ｊ以下、好ましくは２０Ｊ以上４０Ｊ以下となるように、衝撃時の重さ、落下高さを設定することを特徴とする請求項１から９の何れか１項記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１１】
前記使用者の身長、体重、年齢、性別に基づいて前記緩衝材の材料を選択する緩衝材選択演算部を備えていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１２】
前記緩衝材選択演算部は、アスカーＣ硬度が０超１６未満、好ましくは５以上１０以下の値の前記緩衝材を選択することを特徴とする請求項１１に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１３】
前記緩衝材選択演算部は、測定周波数１Ｈｚにおける人体軟組織の動的粘弾性値tanδが０．１以上０．７以下、好ましくは０．２以上０．５０以下の値の前記緩衝材を選択することを特徴とする請求項１２に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１４】
前記緩衝材選択演算部は、ヤング率が０．０５ＭＰａ以上０．８０ＭＰａ以下、好ましくは０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の値の前記緩衝材を選択することを特徴とする請求項１２又は１３に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１５】
前記緩衝材選択演算部は、厚さが７mm以上８０mm以下、好ましくは９mm以上３０mm以下の値の前記緩衝材を選択することを特徴とする請求項１２から１４の何れか１項に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１６】
前記緩衝材に接触する前記打撃部の接触面が、曲率Ｒ６０mm以上Ｒ１８０mm以下、好ましくは曲率Ｒ９０mm以上Ｒ１６０mm以下の値の曲面を有していることを特徴とする請求項１から１５の何れか１項に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１７】
前記衝撃荷重の測定値を、経時的に変化する衝撃荷重の最大値とする衝撃荷重演算部を備えていることを特徴とする請求項１から１６の何れか１項に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１８】
前記評価床材の表面積は、５０ｃｍ２以上、好ましくは１００ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１から１７の何れか１項に記載の床材衝撃荷重測定装置。
【請求項１９】
請求項１から１８の何れか１項に記載の床材衝撃荷重測定装置を使用した床材安全性評価装置であって、
前記使用者の年齢、性別及び骨密度に基づいて骨折荷重を演算する骨折荷重演算部と、
前記骨折荷重演算部で演算した前記骨折荷重と、前記床材衝撃荷重測定装置で演算した前記衝撃荷重とを指標として表示させる指標表示部と、を備えていることを特徴とする床材安全性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床材衝撃荷重測定装置及び床材安全性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
床材が敷設されている室内で使用者が転倒したときには、床材からの衝撃で怪我をする場合がある。そのため、使用者が転倒した際に床材からの衝撃を小さくする機能（衝撃吸収機能）を有する床材が開発されている（例えば、特許文献１）。
特許文献１は、ＪＩＳ  Ａ  ６５１９に記載されているＧ値測定法による剛性が９０Ｇの床材を形成する技術であり、使用者が転倒して頭部が床に衝突しても脳挫傷が発生しない程度の安全性が確保される床材である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８０２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高齢者などが床材上で転倒した際には、大腿骨骨折などの重傷を負うケースが多いので、床材の剛性と、大腿骨骨折のリスクとの関連性に基づいて使用者が転倒したときの床材の骨折に対する安全性を評価することが望まれる。
そこで、本発明は、床材の剛性と大腿骨骨折のリスクとの関連性を得るために使用者が床材上で転倒したときの衝撃荷重を測定することができる床材衝撃荷重測定装置と、床材衝撃荷重測定装置を使用して使用者が転倒したときの骨折に対する安全性を高精度に評価することができる床材の安全性評価装置と、を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る床材衝撃荷重測定装置は、床材上で使用者が転倒したときに使用者の大腿骨に加わる衝撃荷重を模擬的に測定する装置であって、床材と同一材料の評価床材の上部に重ねて配置され、人体軟組織に模擬した材料で形成した緩衝材と、模擬する転倒により前記大腿骨の転子部に加わる圧力分布に基づいた重さの錘と、転子部に模擬した形状に形成した打撃部と、模擬する転倒の高さに基づいた所定の落下高さの錘及び打撃部を落下させ、打撃部が緩衝材に接触した状態で錘が評価床材に衝撃を付与する衝撃付与部と、錘の落下で評価床材に生じた衝撃荷重を計測する荷重計手段と、を備えている。
また、本発明の一態様に係る床材安全性評価装置は、上述した床材衝撃荷重測定装置を使用した床材安全性評価装置であって、使用者の年齢、性別及び骨密度に基づいて骨折荷重を演算する骨折荷重演算部と、骨折荷重演算部で演算した骨折荷重と、床材衝撃荷重測定装置の衝撃荷重演算部で演算した衝撃荷重とを指標として表示させる指標表示部と、を備えている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る床材衝撃荷重測定装置によれば、床材の剛性と大腿骨骨折のリスクとの関連性を得るために使用者が床材上で転倒したときの衝撃荷重を測定することができる。
また、本発明に係る床材安全性評価装置によると、使用者の骨折荷重と、床材の衝撃荷重を比較することで使用者が転倒したときの骨折に対する安全性を高精度に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明に係る第１実施形態の床材安全性評価装置を示す概略構成図である。
【図２】第１実施形態の床材安全性評価装置を構成する制御装置を示す図である。
【図３】第１実施形態の床材安全性評価装置を構成する衝撃荷重測定装置を示す図である。
【図４】制御装置が行う測定条件演算処理を示すフローチャートである。
【図５】制御装置が行う骨密度・骨折荷重演算処理を示すフローチャートである。
【図６】制御装置が行う衝撃荷重演算処理を示すフローチャートである。
【図７】制御装置が行う安全性指標処理を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態の衝撃荷重記録装置が計測する衝撃荷重の経時変化を示す図である。
【図９】第２実施形態の床材安全性評価装置を構成する衝撃荷重測定装置を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、床材安全性評価装置を構成する第３〜第５実施形態の衝撃荷重記録装置の要部を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、床材安全性評価装置を構成する第６〜第９実施形態の衝撃荷重記録装置の要部を示す図である。
【図１２】床材安全性評価装置を構成する第１０実施形態の衝撃荷重記録装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、図面を参照して、本発明に掛かる実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【０００９】
［床材安全性評価装置の構成］
図１に、第１実施形態の床材安全性評価装置１を示す。床材安全性評価装置１は、衝撃荷重測定装置２と、制御装置３、を備えている。
また、図２は、第１実施形態の床材安全性評価装置１を構成する制御装置３を示す図であり、図３は、床材安全性評価装置１を構成する衝撃荷重測定装置２を示す図である。
衝撃荷重測定装置２は、図３に示すように、床ＦＬに設置された測定台５と、測定台５上に配置された衝撃付与部６と、荷重測定部７と、を備えている。
測定台５上には、荷重測定部７の荷重計測手段としてロードセル８が配置され、ロードセル８上に骨折に対する安全性を評価すべき評価床材９が載置されているとともに、評価床材９上に緩衝材１０が載置されている。
【００１０】
ロードセル８は、錘１１が落下したときの測定信号を衝撃荷重記録装置１２に出力する。
衝撃付与部６は、測定台５から立ち上がる支柱１３と、支柱１３の上部に直交して水平方向に延在する腕部１４と、支柱１３に対する腕部１４の高さを変化させる高さ調整部１５と、腕部１４の先端側に保持された錘１１及び打撃部１９と、を備えている。
錘１１及び打撃部１９は一体化されている。錘１１は直方体形状の部材であり、打撃部１９は、錘１１に一体化される面は平面とされ、錘１１に一体化されていない面は所定曲率Ｒの曲面１９ａに形成されている。
【００１１】
腕部１４の先端側の下部には電磁石１６が配置されており、電磁石ＯＮ・ＯＦＦ装置１７のＯＮ操作を行うと、電磁石１６に錘１１が吸引され、打撃部１９が曲面１９ａを下方に向けた状態で錘１１の下部に位置する。そして、電磁石ＯＮ・ＯＦＦ装置１７のＯＦＦ操作を行うと錘１１及び打撃部１９が電磁石１６から切り離され、打撃部１９の曲面１９ａが最初に緩衝材１０に接触した状態で、打撃部１９及び錘１１が緩衝材１０上に自然落下するようになっている。以下、衝撃付与部６を、落下式の衝撃付与部６と称する。
【００１２】
制御装置３は、図２に示すように、入力部２０と、演算部２１と、表示部２２と、サーバー２３とを備えている。これら入力部２０、演算部２１、表示部２２及びサーバー２３は、具体的にはパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって実現されるものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主要構成部品としているとともに、ネットワークで接続され、データのやり取りが可能に構成されている。
入力部２０はキーボードなどの入力装置であり、評価床材９を使用する使用者の身長Ｈ、体重Ｗ、年齢Ｙ、性別Ｍを入力する。
【００１３】
演算部２１は、測定条件演算部２５と、骨密度・骨折荷重演算部２６と、衝撃荷重演算部２７と、指標表示部２９と、を備えている。
測定条件演算部２５は、落下式の衝撃付与部６の操作条件と、緩衝材１０の選択条件とを演算し、これらをディスプレイ（モニタ）やプリンター装置などの出力装置である表示部２２に出力する。
骨密度・骨折荷重演算部２６は、骨密度Ｂｍ、骨折荷重Ｂｐを演算する。
衝撃荷重演算部２７は、衝撃荷重Ｆを演算する。
指標表示部２９は、表示部２２に、演算した衝撃荷重Ｆ、骨折荷重Ｂｐ、衝撃エネルギーＳＥを出力する。
【００１４】
次に、演算部２１の具体的な処理について、図４から図７を参照して説明する。
図４は、測定条件演算部２５が行う測定条件演算処理を示すものである。この測定条件演算処理では、先ず、ステップＳＴ１において、錘１１が衝突したときの衝撃エネルギー演算値ＳＥに基づいて、使用者が転倒したときに衝撃を受ける腰の高さ（転子点高さ）を算出し、この転子点高さに基づいて錘１１の落下高さＳｈを演算する。
衝撃エネルギー演算値ＳＥは、５Ｊ以上５０Ｊ以下の範囲に演算され、好ましくは１０Ｊ以上４０Ｊ以下の範囲に演算されている。この範囲の衝撃エネルギー演算値ＳＥは、使用者が転倒する際に評価床材９に底付きの現象を与えるのに必要な値である。具体的な演算は、文献値には体重が７０ｋｇ、身長Ｈが１７０ｃｍ、軟組織厚さが２ｃｍの使用者が転んだときに５６００Ｎの荷重を受けるといった平均データがあり、この分布より衝撃エネルギーを演算する。
【００１５】
次に、ステップＳＴ２において、使用者の伸長Ｈと、使用者の体重Ｗと、使用者が転倒して側臥位で床材に接触した際に大腿骨転子部に掛かる圧力分布とに基づいて、打撃部１９の曲面の大きさＳｒ、衝撃時の錘１１及び打撃部１９の重さＳｗを演算する。
ここで、打撃部１９の曲面の大きさＳｒは、曲率Ｒ６０mm以上Ｒ１８０mm以下の範囲に演算され、好ましくは、曲率Ｒ９０mm以上Ｒ１６０mm以下の範囲に演算されている。打撃部１９の曲面の大きさＳｒがこの範囲に演算されることで、大腿骨転子部に模擬した打撃部１９の形状となる。
【００１６】
次に、ステップＳＴ３において、使用者の身長Ｈ、体重Ｗ、年齢Ｙ、性別Ｍと、サーバー２３に蓄積されている体格指数（ＢＭＩ）のデータに基づいて使用者の大腿骨転子部にかかる人体軟組織の厚みを演算し、この大腿骨転子部にかかる人体軟組織の厚みと、サーバー２３に蓄積されている人体軟組織の動的粘弾性値データを参照し、緩衝材１０の厚さＫａ、硬さＫｂ、ヤング率Ｋｙ、衝撃荷重Ｋｓを演算する。
ここで、サーバー２３に蓄積されている人体軟組織のデータには、緩衝材１０の所定範囲のアスカーＣ硬度と、動的粘弾性値データとして測定周波数が１Ｈｚにおける緩衝材１０の所定範囲のtanδが蓄積されている。
【００１７】
また、緩衝材１０のtanδは、文献「Y. Nishio, et al., 実験力学  Vol.16, No.4, pp.307-314 (2016)」に記載されている方法で測定した。すなわち、レオメータ下部の計測ステージに測定対象を固定し、上から円盤状のプローブを押し付けた後、プローブを設定した角速度及びひずみ量でせん断方向に動作させ、測定対象のせん断方向に対して正弦波形に振動ひずみを印加する（せん断変形）ことによって、貯蔵弾性率Ｇ’、損失弾性率Ｇ”を測定し、Ｇ”/Ｇ’から損失正接tanδを算出した。
そこで、緩衝材１０の測定周波数１Ｈｚにおける所定範囲のtanδは、０．１以上０７以下の範囲に演算され、好ましくは０．２以上０．５０以下の範囲に演算される。
【００１８】
また、緩衝材１０の硬さＫｂは、ＪＩＳ  Ｋ  ７３１２に記載されている方法で演算されており、０超１６未満の範囲に演算され、好ましくは５以上１０以下の範囲に演算される。
また、緩衝材１０の厚さＫａは、７mm以上８０mm以下の範囲に演算され、好ましくは９mm以上３０mm以下の範囲に演算される。
また、緩衝材１０のヤング率Ｋｙは、０．０５ＭＰａ以上０．８０ＭＰａ以下の範囲に演算され、好ましくは０．１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の範囲に演算される。
また、緩衝材１０の衝撃荷重Ｋｓは、剛直な測定台上に当該緩衝材を配置し、前記錘を落下させて当該緩衝材に衝撃を付与して発生した衝撃荷重が３５００Ｎ以上１００００Ｎ以下の範囲に演算され、好ましくは５０００Ｎ以上８０００Ｎ以下の範囲に演算される。
【００１９】
このような硬さ（アスカーＣ硬度）Ｋｂ、厚さＫａ、ヤング率Ｋｙ、衝撃荷重Ｋｓの範囲に決定された緩衝材１０は、使用者が転倒したときの人体軟組織に模擬した最適な材料となる。
この測定条件演算部２５で演算された落下高さＳｈ、衝撃時の錘１１及び打撃部１９の重さＳｗ、打撃部１９の曲面の大きさＳｒ、緩衝材１０の厚さＫａ、硬さＫｂ、ヤング率Ｋｙ、衝撃荷重Ｋｓは、ディスプレイ（モニタ）やプリンター装置などの出力装置である表示部２２に出力される。
ここで、本発明に記載されている緩衝材選択演算部が、図４の測定条件演算処理におけるステップＳＴ３に対応している。
【００２０】
次に、図５は、骨密度・骨折荷重演算部２６が行う骨密度・骨折荷重演算処理を示すものである。この骨密度・骨折荷重演算処理では、先ず、ステップＳＴ５において、使用者の年齢Ｙ、性別Ｍと、サーバー２３に蓄積されている年齢、性別に対応した骨密度データから使用者の骨密度Ｂｍを演算する。次に、ステップＳＴ６において、ステップＳＴ５において演算した骨密度Ｂｍに基づいて、使用者の骨折荷重Ｂｐ（Ｎ）を演算する。
次に、図６は、衝撃荷重演算部２７が行う衝撃荷重演算処理を示すものである。この衝撃荷重演算処理では、ステップＳＴ１０において、衝撃荷重記録装置１２に入力したロードセル８からの測定信号に基づいて衝撃荷重を演算する。次に、ステップＳＴ１１において読み込んだ衝撃荷重の最大値を衝撃荷重Ｆとして記憶する。
【００２１】
次に、図７は、指標表示部２９が行う安全性指標処理を示すものである。この指標表示処理では、ステップＳＴ２０において、衝撃荷重演算部２７で演算した衝撃荷重Ｆを表示部２２に出力する。次に、ステップＳＴ２１において、骨密度・骨折荷重演算部２６で演算した骨折荷重Ｂｐを表示部２２に出力する。
【００２２】
［床材安全性評価装置の操作手順］
次に、評価者が、第１実施形態の床材安全性評価装置１を操作して評価床材９の骨折に対する安全性を評価する手順について、図１、図２及び図８を参照して説明する。
先ず、評価者は、制御装置３の入力部２０に、評価床材９を使用する使用者の身長Ｈ、体重Ｗ、年齢Ｙ及び性別Ｍの使用者情報を入力する。
入力部２０に使用者情報が入力されたことで、測定条件演算部２５が、錘１１及び打撃部１９の落下高さＳｈ、衝撃時の錘１１及び打撃部１９の重さＳｗ、緩衝材１０に接触する打撃部１９の曲面の大きさＳｒ、緩衝材１０の厚さＫａ、硬さＫｂ、ヤング率Ｋｙ、衝撃荷重Ｋｓを演算して表示部２２に出力し、骨密度・骨折荷重演算部２６が骨折荷重Ｂｐを演算する。
【００２３】
次に、評価者は、表示部２２に出力された曲面の大きさＳｒに対応した打撃部１９を選別し、表示部２２に出力された重さＳａとなる錘１１及び打撃部１９を決定し、表示部２２に出力された落下高さＳｈとなるように高さ調整部１５を操作する。
また、測定台５にロードセル８を載置し、ロードセル８上に評価床材９を載置するとともに、評価床材９上に、表示部２２に出力された厚さＫａ、硬さＫｂ、ヤング率Ｋｙ、衝撃荷重Ｋｓを選別して緩衝材１０を載置する。
ここで、評価床材９は、表面積が５０ｃｍ２以上、好ましくは１００ｃｍ２以上のものが使用されている。５０ｃｍ２を下回る表面積の評価床材９を使用すると、小さな面積に大きな荷重が作用するので正常な評価が難しい。
【００２４】
そして、落下式の衝撃付与部６は、電磁石ＯＮ・ＯＦＦ装置１７のＯＦＦ操作を行うことで、電磁石１６から切り離した錘１１及び打撃部１９を緩衝材１０上に落下させる。
錘１１及び打撃部１９が緩衝材１０上に落下したことで、衝撃荷重演算部２７は、ロードセル８から入力した測定信号に基づいて衝撃荷重Ｆを演算する。
衝撃荷重演算部２７で演算した衝撃荷重Ｆは、図８に示すように、打撃部１９が緩衝材１０に接触する時間ｔ１から徐々に大きくなり、ある時間において最大値Ｆmaxとなり、徐々に小さくなって時間ｔ２で消滅する。ここでは、衝撃荷重演算部２７が最大値Ｆmaxを衝撃荷重Ｆとして記憶する。
【００２５】
次いで、指標表示部２９は、衝撃荷重演算部２７で演算した衝撃荷重Ｆを表示部２２に出力し、骨密度・骨折荷重演算部２６で演算した骨折荷重Ｂｐを表示部２２に出力する。
これにより、評価者は、表示部２２に出力された衝撃荷重Ｆと骨折荷重Ｂｐとを比較し、衝撃荷重Ｆが骨折荷重Ｂｐより上回っている場合には（Ｆ＞Ｂｐ）、使用者（身長Ｈ、体重Ｗ、年齢Ｙ及び性別Ｍ）が評価床材９を使用するときには骨折リスクが高いと評価することが可能となる。一方、衝撃荷重Ｆが骨折荷重Ｂｐより下回っている場合には（Ｆ＜Ｂｐ）、使用者が評価床材９を使用するときには骨折リスクが低いと評価することが可能となる。
【００２６】
［床材安全性評価装置の効果］
次に、第１実施形態の床材安全性評価装置１の効果について説明する。
床材安全性評価装置１を構成する衝撃荷重測定装置２は、使用者が転倒したときの衝撃エネルギー演算値ＳＥに基づいて打撃部１９の落下高さＳｈを設定し、緩衝材１０に接触する打撃部１９の接触面を、使用者の大腿骨転子部に模擬した曲面形状とし、使用者が転倒して側臥位で床材に接触した際の大腿骨転子部に掛かる重さＳｗを設定し、使用者の尻に基づいた緩衝材１０を評価床材９上に配置した状態とし、錘１１及び打撃部１９を緩衝材１０上に落下させて衝撃荷重Ｆを測定している。
【００２７】
このように、衝撃荷重測定装置２は、評価床材９上の使用者が腰の高さから転倒して尻餅をつき、大腿骨骨折を起こした状況を模擬して衝撃荷重Ｆを測定しているので、評価床材９の剛性と、使用者の大腿骨骨折のリスクとの関連性を高精度に得ることができる。
そして、打撃部１９の曲面の大きさＳｒを、曲率Ｒ６０mm以上Ｒ１８０mm以下の範囲に決定し、好ましくは曲率Ｒ９０mm以上Ｒ１６０mm以下の範囲に決定した。このことから、使用者の大腿骨転子部に模擬した形状となるので、使用者の大腿骨骨折のリスクとの関連性をさらに高精度に得ることができる。
【００２８】
また、衝撃荷重測定装置２に使用されている緩衝材１０の測定周波数１Ｈｚにおける所定範囲のtanδを、０．１以上０７以下の範囲に決定し、緩衝材１０の硬さＫｂを、０超１６未満の範囲に決定し、緩衝材１０の厚さＫａを、７mm以上８０mm以下の範囲に決定し、緩衝材１０のヤング率Ｋｙを、０．０５ＭＰａ以上０．８０ＭＰａ以下の範囲に決定し、緩衝材１０の衝撃荷重Ｋｓを、３５００Ｎ以上１００００Ｎ以下の範囲に決定した。このような緩衝材１を選択したことで、人体の軟組織に模擬した緩衝材１０を選択することができるので、さらに評価床材９の剛性と骨折リスクとの関連性を高めることができる。
【００２９】
また、表示部２２に出力された衝撃荷重測定装置２が測定した衝撃荷重Ｆと、使用者の年齢Ｙ、性別Ｍ、骨密度データに基づいて演算した骨折荷重Ｂｐとの比較を行うことで、評価床材９が使用者にとって大腿骨骨折のリスクが低い、或いは高いという安全性評価を的確に判断することができる。
【００３０】
なお、衝撃荷重測定装置２の錘１１及び打撃部１９は、自由落下した状態で緩衝材１０に衝突するようにしているが、錘１１に、バネ力、磁力、圧縮ガス、などの推進力を付加して初速を与え、衝撃エネルギーＳＥを変化させるようにしてもよい。
なお、緩衝材１０としては、合成ゴム、天然ゴム、天然ゴムの発泡体、発泡スチロール、各種エラストマー及び発泡体、動物軟組織などが使用可能である。動物軟組織は人体軟組織と挙動が近いが、素材のばらつきが大きく安定した骨折に対する安全性評価の測定に適さない。このような欠点を持たない緩衝材としては、超軟質ウレタン樹脂が好適である。
【００３１】
また、第１実施形態の骨密度・骨折荷重演算部２６では、骨密度Ｂｍに基づいて骨折重Ｂｐを演算し、この骨折荷重Ｂｐと衝撃荷重Ｆとを比較して評価床材９に対する使用者の骨折に対する安全性評価を行ったが、以下の文献に記載されている使用者の大腿骨骨折によるリスクと、測定した衝撃荷重Ｆとを比較して評価床材９の骨折に対する安全性を評価してもよい。
すなわち、文献は「A.Curtney et al., The Journal of bone and joint surgery, vol 77-A, No3, March 1995」である。
この文献には、以下の通りランク付けがなされており、このランク付けと衝撃荷重Ｆとを比較することで評価床材９の骨折に対する安全性を評価することができる。
全年代で骨折発生    ：７．２０ｋＮ以上
高齢者骨折リスク高い：３．４４以上７．２０ｋＮ以下
高齢者骨折リスク低い：２．１１以上３．４４ｋＮ以下
全年代で骨折発生無し：０超２．１１ｋＮ以下
【００３２】
［第２実施形態の衝撃荷重測定装置］
次に、図９は、本発明に係る第２実施形態の衝撃荷重測定装置３０を示すものである。なお、図３で示した第１実施形態の衝撃荷重測定装置３０と同一構成部分には同一符号を示す。
本実施形態は、測定台５上に荷重測定部７のロードセル８が配置され、ロードセル８上に評価床材９が載置されているとともに、評価床材９上に緩衝材１０が載置されている。
本実施形態の衝撃付与部３１は、測定台５から立ち上がる支柱１３と、支柱１３に支持されて先端側が上り傾斜を付けて延在する腕部１４と、支柱１３に対する腕部１４の高さを変化させる高さ調整部１５と、腕部１４の先端側に保持された錘１１及び打撃部１９と、を備えている。衝撃付与部３１は、高さ調整部１５を中心として下方向にスウィング可能な構造とされる。以下、本実施形態の衝撃付与部３１を、振り子式の衝撃付与部３１と称する。ここで、本発明に記載されている回転部が高さ調整部１５に対応している。
【００３３】
評価者は、衝撃荷重測定装置３０の振り子式の衝撃付与部３１の腕部１４が、錘１１及び打撃部１９の落下高さＳｈとなるように高さ調整部１５を操作する。そして、高さ調整部１５を緩めて腕部１４が下方向にスウィングすることで、錘１１及び打撃部１９を緩衝材１０上に落下させる。
そして、ロードセル８が測定した測定信号が衝撃荷重記録装置１２に入力すると、衝撃荷重演算部２７が、ロードセル８からの測定信号に基づいて衝撃荷重Ｆを演算する。
このように、第２実施形態の衝撃荷重測定装置３０も、評価床材９上の使用者が腰の高さから転倒して尻餅をつき、大腿骨骨折を起こした状況を模擬して衝撃荷重Ｆを測定しているので、評価床材９の剛性と、使用者の大腿骨骨折のリスクとの関連性を高精度に得ることができる。
【００３４】
［他の実施形態の衝撃荷重測定装置］
次に、図１０（ａ）から（ｃ）及び図１１（ａ）から（ｄ）に示すものは、他の実施形態の衝撃荷重測定装置の要部を示すものである。これらの実施形態では、荷重測定部７の荷重計測手段としてロードセル８及び加速度計３１の少なくとも一つが使用されているとともに、ロードセル８及び加速度計３１の配置位置を変更している。
図１０（ａ）で示す第３実施形態では、測定台５上に評価床材９が載置され、評価床材９上に緩衝材１０が載置されている。また、落下式の衝撃付与部６の電磁石１６の下部に、ロードセル８が配置され、ロードセル８の下部に錘１１が固定され、錘１１の下部に打撃部１９が固定されている。そして、ロードセル８は、錘１１及び打撃部１９とともに緩衝材１０に落下した際に、衝撃荷重記録装置１２に荷重信号を出力する。なお、振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に、ロードセル８、錘１１及び打撃部１９が配置され、衝撃付与部３１のスウィング動作でロードセル８、錘１１及び打撃部１９が緩衝材１０に落下して同様の動作を行う。
【００３５】
次に、図１０（ｂ）で示す第４実施形態は、測定台５上に評価床材９が載置され、評価床材９上に緩衝材１０が載置されている。落下式の衝撃付与部６の電磁石１６の下部に（振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に）、加速度計３２が配置され、加速度計３２の下部に錘１１が固定され、錘１１の下部に打撃部１９が固定されている。そして、錘１１及び打撃部１９とともに加速度計３２が、緩衝材１０に向けて落下し、加速度計３２から衝撃荷重記録装置１２に計測信号が入力すると、制御装置３の衝撃荷重演算部２７は、計測信号及び錘１１、打撃部１９及び加速度計３２の重さＳｗに基づいて衝撃荷重を演算する。
【００３６】
ロードセル８では衝撃が付与される位置の直下などに配置する必要があるが、加速度計３２は、配置位置に制約がないので、装置構成の自由度を向上させることができる。
また、図１０（ｃ）で示す第５実施形態は、図１０（ｂ）の第４実施形態と異なる構成が、落下式の衝撃付与部６の電磁石１６の下部に（振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に）、錘１１が配置され、錘１１の下部に加速度計３２が配置され、加速度３２の下部に打撃部１９が固定されていることである。
【００３７】
次に、図１１（ａ）で示す第６実施形態は、測定台５上にロードセル８が配置され、ロードセル８上に評価床材９が載置され、評価床材９上に緩衝材１０が載置されている。落下式の衝撃付与部６の電磁石１６の下部に（振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に）、錘１１が配置され、錘の下部に加速度計３２が配置され、加速度計３２の下部に打撃部１９が固定されている。そして、錘１１及び打撃部１９とともに加速度計３２が、緩衝材１０に向けて落下すると、測定台５上のロードセル８及び加速度計３２から衝撃荷重記録装置１２に計測信号が入力する。制御装置３の衝撃荷重演算部２７は、ロードセル８及び加速度計３２の計測信号に基づいて衝撃荷重を演算するので、衝撃荷重の演算を高精度に行うことができる。
【００３８】
また、図１１（ｂ）で示す第７実施形態は、図１１（ａ）の第６実施形態と異なる構成が、落下式の衝撃付与部６の電磁石１６の下部に（振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に）、加速度計３２及び錘１１の配置位置が上下に逆転したことである。
さらに、図１１（ｃ）で示す第８実施形態は、測定台５上に評価床材９が載置され、評価床材９上に緩衝材１０が載置されている。落下式の衝撃付与部６では電磁石１６の下部に（振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に）、錘１１が配置され、錘１１の下部に加速度計３２が配置され、加速度計３２の下部にロードセル８が固定され、ロードセル８の下部に打撃部１９が固定されている。そして、錘１１、加速度計３２、ロードセル８及び打撃部１９が、緩衝材１０に向けて落下すると、ロードセル８及び加速度計３２から衝撃荷重記録装置１２に計測信号が入力する。制御装置３の衝撃荷重演算部２７は、ロードセル８及び加速度計３２の計測信号に基づいて衝撃荷重を演算する。
また、図１１（ｄ）で示す第９実施形態は、図１２（ｃ）の第７実施形態と異なる構成が、落下式の衝撃付与部６では電磁石１６の下部に（振り子式の打撃付与部３１では腕部１４の先端の下部に）、加速度計３２及び錘１１の配置位置が上下に逆転したことである。
【００３９】
［第１０実施形態の衝撃荷重測定装置］
さらに、図１２は、本発明に係る第１０実施形態の衝撃荷重測定装置３３を示すものである。
本実施形態の衝撃荷重測定装置３３では、既設の床ＦＫに敷設されている床材が評価床材９とされている。
本実施形態の振り子式の衝撃付与部３１も、腕部１４が高さ調整部１５を中心として下方向にスウィング可能な構造とされている。
そして、腕部１４の先端にはロードセル８が固定され、ロードセル８の下部に錘１１が固定され、錘１１の下部に打撃部１９が固定されている。
評価者は、衝撃荷重測定装置３３の衝撃付与部６の腕部１４が、錘１１の落下高さＳｈとなるように高さ調整部１５を操作する。そして、高さ調整部１５を緩めて腕部１４を下方向にスウィングさせる。
そして、ロードセル８、錘１１及び打撃部１９が緩衝材１０に向けて落下し、打撃部１９が緩衝材１０に接触した状態で評価床材９に衝撃を付与することで衝撃荷重Ｆを測定している。
【００４０】
本実施形態の衝撃荷重測定装置３３は、床ＦＫに敷設されている評価床材９上の使用者が腰の高さから転倒して尻餅をつき、大腿骨骨折を起こした状況を模擬して衝撃荷重Ｆを測定しているので、評価床材９の剛性と、使用者の大腿骨骨折のリスクとの関連性を高精度に得ることができる。
なお、本実施形態では、振り子式の衝撃付与部３１を使用しているが、落下式の打撃付与部６を使用しても同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、振り子式の衝撃付与部３１の腕部１４の先端にロードセル８を配置したが、図１０（ｂ）、（ｃ）で示したように加速度計３２を配置してもよく、図１１（ｃ）、（ｄ）で示したようにロードセル８及び加速度計３２を同時に配置してもよい。
【実施例１】
【００４１】
次に、様々な身長、体重である６５歳の男性（使用者）が、評価床材Ａ，Ｂ上で側臥位となって転倒したものと想定して第１実施形態の床材安全性評価装置１を使用して評価床材Ａ，Ｂの骨折に対する安全性を評価した。また、床材安全性評価装置１と比較する従来の床材安全性評価として、ＪＩＳ  Ａ  ６５１９  Ｇ値測定法により評価床材Ａ，Ｂの骨折に対する安全性を評価した。
評価結果を、以下の表１に示す。なお、実施例１〜実施例５と、実施例６〜実施例１０は、同一の身長及び体重である。
評価床材Ａは、落下面のサイズを１００００mm２とし、１２mmの木質合板と６mmの架橋ポリエチレン樹脂発泡層の積層体である。
評価床材Ｂは、落下面のサイズを１００００mm２とし、７mmの木質合板と５mmの架橋ポリエチレン樹脂発泡層の積層体である。
緩衝材１０は、アスカーＣ硬度７（エクシール社製）の超軟質ウレタン造形用樹脂である人肌ゲルを用い、厚さは１５mmであり、２７mm角とした。
そして、第１実施形態の床材安全性評価装置１を使用して、実施例１〜実施例１０の衝撃荷重Ｆを測定するとともに、骨折荷重Ｂｐを演算した。また、実施例１〜実施例１０に対して、ＪＩＳ  Ａ  ６５１９に記載されているＧ値測定法を行った。なお、Ｇ値測定法では、Ｇ値が１００以下の場合は、転倒した際に脳挫傷に対しては安全と判断される。
【００４２】
【表１】
2020071223.tif 000003
【００４３】
第１実施形態の床材安全性評価装置１では、実施例１の衝撃荷重Ｆを１０２６（Ｎ）と測定し、実施例２の衝撃荷重Ｆを１８２７（Ｎ）と測定した。
実施例１〜１０の年齢（６５歳）、性別（男性）の骨折荷重Ｂｐは２６７３（Ｎ）として演算され、実施例１，２の衝撃荷重Ｆは骨折荷重Ｂｐを下回っているので、実施例１、２は、評価床材Ａに骨折に対する安全性評価が「〇」、すなわち大腿骨骨折のリスクが低いと判定することができる。
また、実施例３〜５は、衝撃荷重Ｆが骨折荷重Ｂｐ（２６７３（Ｎ））を上回っているので、評価床材Ａに骨折に対する安全性評価が「×」、すなわち大腿骨骨折のリスクが高いと判定することができる。
また、実施例６〜８の衝撃荷重Ｆが骨折荷重Ｂｐ（２６７３（Ｎ））を下回っているので、評価床材Ｂに骨折に対する安全性評価が「〇」、すなわち大腿骨骨折のリスクが低いと判定することができる。
さらに、実施例９，１０は、衝撃荷重Ｆが骨折荷重Ｂｐ（２６７３（Ｎ））を上回っているので、評価床材Ｂに骨折に対する安全性評価が「×」、すなわち大腿骨骨折のリスクが高いと判定することができる。
【００４４】
また、評価床材Ｂは、評価床材Ａと同様の衝撃エネルギーＳＥを与えた場合、評価床材Ａに比べて低めの衝撃荷重Ｆが得られるため、評価床材Ａより骨折に対する安全性評価が高くなることが分かる。例えば、評価床材Ａでは８．７Ｊ以上の衝撃エネルギーＳＥを与えたときに、骨折に対する安全性評価が「×」となる。一方、評価床材Ｂでは、８．７Ｊの衝撃エネルギーＳＥを与えても、骨折に対する安全性評価は「○」となる。したがって、評価床材Ｂは評価床材Ａよりも骨折リスクが低く、骨折に対する安全性が高い床材であると示せる。
【００４５】
一方、ＪＩＳ  Ａ  ６５１９に記載されているＧ値測定法では、実施例１〜５で使用する評価床材ＡのＧ値が６７であり、実施例６〜１０で使用する評価床材ＢのＧ値が７０であり、評価床材Ａ，Ｂの両者とも、Ｇ値が１００以下の場合は、転倒した際に脳挫傷に対しては安全と判断されている。このように、ＪＩＳ  Ａ  ６５１９に記載されているＧ値測定法は、評価床材Ａ，Ｂ上の使用者（実施例１〜１０の人）が大腿骨骨折を起こすことを想定していないので、評価床材Ａ，Ｂの剛性と、使用者の骨折リスクとの関連性を得ることができない。
【実施例２】
【００４６】
次に、衝撃荷重測定装置２の落下条件、打撃部１９の曲面の大きさ、緩衝材の物性値（アスカーＣ硬度Ｋｂ、ヤング率Ｋｙ、厚さＫａ、衝撃荷重Ｋｓなど）を変化させた床材安全性評価装置１を使用し、評価床材Ｃ、Ｄの衝撃荷重Ｆ、底付きの発生、表面クラックの発生を判別した結果を、表２に示す。
評価床材Ｃは、ポリエチレン発泡成形体（１０倍発泡６mm）上にポリプロピレン２倍発泡体の板を重ねた構成の床材である。
評価床材Ｄは、ポリエチレン発泡成形体（２０倍発泡４mm）上に合板９mmを重ねた構成の床材である。
【００４７】
表２の実施例４，５、比較例１〜４は、落下式の衝撃付与部６を使用している。また、実施例１〜３、比較例５は、振り子式の衝撃付与部３１を使用している。
実施例１〜５、比較例１〜５の落下条件の衝撃エネルギーＳＥは、使用者が転倒する際に評価床材Ｃ、Ｄに底付きの現象を与えるのに必要な値に設定されている。
実施形態１〜５の緩衝材１０のアスカーＣ硬度Ｋｂ、ヤング率Ｋｙ、厚さＫａ、衝撃荷重Ｋｓも、使用者が転倒したときの人体軟組織に模擬した値の範囲に設定されている。
また、実施形態１〜５の打撃部の曲面の大きさＳｒは、大腿骨転子部に模擬した大きさの範囲に設定されている。
【００４８】
一方、比較例１〜４は、打撃部の曲面の大きさＳｒが大腿骨転子部に模擬した大きさ（曲率Ｒ６０mm以上Ｒ１８０mm以下、好ましくは曲率Ｒ９０mm以上Ｒ１６０mm以下）の範囲より小さい５０mmに設定されている。また、比較例１、２は、緩衝材１０のアスカーＣ硬度Ｋｂが、人体軟組織に模擬する範囲（０超１６未満、好ましくは５以上１０以下）と比較して非常に大きい値（５６）を示している。
また、比較例２の緩衝材の衝撃荷重は、人体軟組織に模擬する範囲（３５００Ｎ以上１００００Ｎ以下の範囲に演算され、好ましくは５０００Ｎ以上８０００Ｎ）より大きい値（１０３８２Ｎ）であり、比較例５の緩衝材の衝撃荷重は、人体軟組織に模擬する範囲より小さい値（３１０６）である。
【００４９】
【表２】
2020071223.tif 000004
【００５０】
比較例１，２は、緩衝材１０のアスカーＣ硬度が非常に高く、比較例２は、緩衝材１０の衝撃荷重の値も大きい。このように、比較例１，２は、緩衝材１０が人体軟組織に模擬していないので、評価床材Ｃ、Ｄに大腿骨骨折に対する安全評価を判定することが難しい。
また、比較例３，４は、打撃部の曲面の大きさＳｒが大腿骨転子部に模擬する大きさより小さいので、評価床材Ｃ、Ｄに大腿骨骨折に対する安全評価を判定することが難しい。
さらに、比較例５も、衝撃荷重の値が小さい緩衝材１０が人体軟組織に模擬していないので、評価床材Ｃ、Ｄに大腿骨骨折に対する安全評価を判定することが難しい。
これに対して、実施例１〜５は、打撃部の曲面の大きさＳｒが、大腿骨転子部に模擬した大きさの範囲に設定され、緩衝材１０のアスカーＣ硬度Ｋｂ、ヤング率Ｋｙ、厚さＫａ、衝撃荷重Ｋｓが、使用者が転倒したときの人体軟組織に模擬した値の範囲に設定されているので、落下条件に対応した衝撃荷重Ｆを測定することができ、評価床材Ｃ、Ｄに対して大腿骨骨折に対する安全評価を正確に判定することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  床材安全性評価装置
２  衝撃荷重測定装置
３  制御装置
５  測定台
６  衝撃付与部（落下式の衝撃付与部）
７  荷重測定部
８  ロードセル（荷重計測手段）
９  評価床材
１０  緩衝材
１１  錘
１２  衝撃荷重記録装置
１３  支柱
１４  腕部
１５  高さ調整部
１６  電磁石
１７  電磁石ＯＮ・ＯＦＦ装置
１９  打撃部
１９ａ  曲面
２０  入力部
２１  演算部
２２  表示部
２３  サーバー
２５  測定条件演算部
２６  骨密度・骨折荷重演算部
２７  衝撃荷重演算部
２９  指標表示部
３０、３３  衝撃荷重測定装置
３１  衝撃付与部（振り子式の衝撃付与部）
３２  加速度計（荷重計測手段）
Ｈ  使用者の身長
Ｗ  使用者の体重
Ｙ  使用者の年齢
Ｍ  使用者の性別
ＳＥ  衝撃エネルギー
Ｓｈ  錘及び打撃部の落下高さ
Ｓｗ  衝撃時の重さ
Ｓｒ  打撃部の曲面の大きさ
Ｋａ  緩衝材の厚さ
Ｋｂ  緩衝材の硬さ（アスカーＣ硬度）
Ｋｙ  緩衝材のヤング率
Ｋｓ  緩衝材の衝撃荷重
Ｂｍ  骨密度
Ｂｐ  骨折荷重
Ｆ  衝撃荷重
ＦＬ  床
【図１】
2020071223.tif 000005
【図２】
2020071223.tif 000006
【図３】
2020071223.tif 000007
【図４】
2020071223.tif 000008
【図５】
2020071223.tif 000009
【図６】
2020071223.tif 000010
【図７】
2020071223.tif 000011
【図８】
2020071223.tif 000012
【図９】
2020071223.tif 000013
【図１０】
2020071223.tif 000014
【図１１】
2020071223.tif 000015
【図１２】
2020071223.tif 000016