(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
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を特徴とする請求項１記載の人体ダミー頭部。
【請求項３】
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を特徴とする請求項１または２記載の人体ダミー頭部。
【請求項４】
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頭部。
【請求項５】
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頭部。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の人体ダミー頭部において、前記外皮部は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を特徴とする人体ダミー頭部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０７４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態にかかる人体ダミー頭部の主要部の構成を示す断面図である。
【図２】同人体ダミー頭部の全体構成の例を示す説明図である。
【図３】同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である。
【図４】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である。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
【表１】
0005583420.tif 000002
【００４５】
【表２】
0005583420.tif 000003
【００４６】
【表３】
0005583420.tif 000004
【００４７】
【表４】
0005583420.tif 000005
【００４８】
【表５】
0005583420.tif 000006
【００４９】
【表６】
0005583420.tif 000007
【符号の説明】
【００５０】
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
【図１】
0005583420.tif 000008
【図２】
0005583420.tif 000009
【図３】
0005583420.tif 000010
【図４】
0005583420.tif 000011
【図５】
0005583420.tif 000012