(57)【要約】【課題】ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づける。【解決手段】ダミー人形１０の関節部３０は、球状部４２Ａと軸部４２Ｂとを備えたジョイント３２と、球状部４２Ａを保持する凹部３４Ａを備えた保持材３４と、軸部４２Ｂに抵抗力を付与する付与材３６とを有する。ここで、球状部４２Ａを凹部３４Ａで保持しているので、ジョイント３２の可動域が人体の可動域に近づく。また、ジョイント３２及び保持材３４には、球状部４２Ａと凹部３４Ａとの接触による摩擦力と、付与材３６によって付与された抵抗力とが関節トルクとして作用する。このように、可動域が人体の可動域に近づくと共に、得られる関節トルクの大きさも人体の関節トルクの大きさに近づくので、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。【選択図】図２
2015099136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状部と該球状部から一方向に突出した軸部とを備えた第１関節部材と、
前記球状部を回転可能に保持する凹部を備えた第２関節部材と、
前記第１関節部材と前記第２関節部材とに連結され、前記軸部の回転に伴って前記軸部に抵抗力を付与する付与手段と、
を有するダミー人形の関節構造。
【請求項２】
前記付与手段は、前記軸部に前記抵抗力としての弾性力を作用させる弾性部材を有し、
前記弾性部材は、設定方向で前記軸部に作用する弾性力よりも、該設定方向と交差する交差方向で前記軸部に作用する弾性力が大きくなるように、前記第１関節部材及び前記第２関節部材の少なくとも一方に設けられている請求項１に記載のダミー人形の関節構造。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記軸部が前記交差方向の一方に回転したとき及び前記交差方向の他方に回転したときに弾性力が付与されるように、前記交差方向に間隔をあけて複数設けられている請求項２に記載のダミー人形の関節構造。
【請求項４】
前記付与手段は、前記第１関節部材に連結され前記第１関節部材の外周面に巻付き可能な長さのワイヤーを有し、前記ワイヤーには、前記弾性部材を介して前記第２関節部材が連結されている請求項２又は請求項３に記載のダミー人形の関節構造。
【請求項５】
前記弾性部材は、バネ定数の異なる複数の弾性体を有する請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のダミー人形の関節構造。
【請求項６】
前記第１関節部材及び前記第２関節部材の少なくとも一方には、少なくとも前記軸部の前記交差方向の回転を制限する制限部材が設けられている請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のダミー人形の関節構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダミー人形の関節構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体の関節構造について、例えば、腕（肘関節）の場合、図１５（Ａ）に示すように、垂直方向に沿った上腕２０１の中心軸Ａに対して前腕２０２を屈曲させた屈曲状態では、一例として、中心軸Ａに対する前腕２０２の角度θ＝１４５[°]となる。また、前腕２０２を垂直方向に沿って伸展させた伸展状態では、一例として、中心軸Ａに対する前腕２０２の角度θ＝５[°]となる。
【０００３】
さらに、人体の腕の関節構造について、図１５（Ｂ）に示すように、親指を上にした状態から、手掌面２０４を上に向ける回外方向（−Ｒ方向）及び手甲面２０５を上に向けるねじり方向（＋Ｒ方向）の動作では、一例として、可動域の角度が９０[°]となる。
【０００４】
加えて、人体の腕の関節構造について、図１５（Ｃ）に示すように、前腕２０２の伸展状態から前腕２０２を＋Ｒ方向、−Ｒ方向に回転（振り動作）させようとした場合は、一例として、上腕２０１に対する前腕２０２の角度θが５[°]よりも小さくなる。このように、人体の可動域は、運動方向によって異なっている。
【０００５】
一方、特許文献１には、大腿部を構成する部材と下腿部を構成する部材とを、ゴムあるいは合成樹脂で成形された円筒状の弾性部材で連結した膝関節を有するダミー人形が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３３６９９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のダミー人形では、大腿部を構成する部材に対して下腿部を構成する部材が移動したとき、弾性部材がどの方向にも弾性変形可能であるので、可動域が運動方向によらず同様となる可能性がある。さらに、弾性部材がどの方向にも弾性変形可能であることで、大腿部と下腿部との間の関節トルクについても、運動方向によらず同様となる可能性がある。このように、特許文献１のダミー人形では、可動域及び関節トルクについて、人体の挙動に近い挙動が得られない可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができるダミー人形の関節構造を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係るダミー人形の関節構造は、球状部と該球状部から一方向に突出した軸部とを備えた第１関節部材と、前記球状部を回転可能に保持する凹部を備えた第２関節部材と、前記第１関節部材と前記第２関節部材とに連結され、前記軸部の回転に伴って前記軸部に抵抗力を付与する付与手段と、を有する。
【００１０】
上記構成によれば、第１関節部材の球状部を第２関節部材の凹部で保持しているので、第１関節部材及び第２関節部材の屈曲、伸展、ねじり、振りといった各回転動作が人体の関節の動作と同様となる。これにより、ダミー人形の関節の可動域を人体の関節の可動域に近づけることができる。
【００１１】
また、第１関節部材及び第２関節部材において、各回転動作をさせたとき、第１関節部材及び第２関節部材には、球状部と凹部との接触による摩擦力と、付与手段によって付与された抵抗力とが作用する。これらの力は、人体の関節における筋肉の伸縮や靭帯の引張によって作用する関節トルクと同等の力に設定可能である。これにより、得られる関節トルクを人体の関節トルクに近づけることができる。
【００１２】
このように、上記構成によれば、関節の可動域が人体の関節の可動域に近づくと共に、得られる関節トルクの大きさも人体の関節トルクの大きさに近づくので、球状部を有していない構成に比べて、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。
【００１３】
本発明の請求項２に係るダミー人形の関節構造は、前記付与手段は、前記軸部に前記抵抗力としての弾性力を作用させる弾性部材を有し、前記弾性部材は、設定方向で前記軸部に作用する弾性力よりも、該設定方向と交差する交差方向で前記軸部に作用する弾性力が大きくなるように、前記第１関節部材及び前記第２関節部材の少なくとも一方に設けられている。
【００１４】
上記構成によれば、第１関節部材及び第２関節部材を設定方向に回転（例えば、屈曲及び伸展）させたときは、軸部に作用する弾性力が小さい。このため、第１関節部材及び第２関節部材に作用する関節トルクは、球状部と凹部との接触による摩擦力が主となる。一方、第１関節部材及び第２関節部材を交差方向に回転させたときは、設定方向に回転させたときに比べて、軸部に作用する弾性力が大きくなり、関節トルクが大きくなる。
【００１５】
このように、上記構成によれば、設定方向での第１関節部材及び第２関節部材の回転は制限されないが、交差方向での第１関節部材及び第２関節部材の回転が制限される。これは、人体の関節の動作に近い動作である。これにより、弾性部材を有しておらず、又は軸部に作用する弾性力が軸部の回転方向によらず一定である構成に比べて、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係るダミー人形の関節構造は、前記弾性部材は、前記軸部が前記交差方向の一方に回転したとき及び前記交差方向の他方に回転したときに弾性力が付与されるように、前記交差方向に間隔をあけて複数設けられている。
【００１７】
上記構成によれば、第１関節部材及び第２関節部材が交差方向へ向けて回転するとき、交差方向の一方と他方の両方で軸部に弾性力が作用する。これにより、交差方向の一方のみで軸部に弾性力が作用する構成に比べて、第１関節部材及び第２関節部材の可動域の範囲を限定することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に係るダミー人形の関節構造は、前記付与手段は、前記第１関節部材に連結され前記第１関節部材の外周面に巻付き可能な長さのワイヤーを有し、前記ワイヤーには、前記弾性部材を介して前記第２関節部材が連結されている。
【００１９】
上記構成によれば、第１関節部材が設定方向から交差方向へ向けて回転したとき、ワイヤーの一部が第１関節部材に巻き付き、第１関節部材の回転方向にトルクが作用する。これにより、ワイヤーが第１関節部材に巻き付かない構成に比べて、回転時の第１関節部材に作用する関節トルクが増加する。そして、増加した関節トルクによって、第１関節部材の回転が制限される。このように、ワイヤーの他に部材を追加しなくても第１関節部材の回転が制限されるので、簡単な構成で第１関節部材及び第２関節部材の可動域を設定することができる。
【００２０】
本発明の請求項５に係るダミー人形の関節構造は、前記弾性部材は、バネ定数の異なる複数の弾性体を有する。
【００２１】
上記構成によれば、バネ定数の異なる複数の弾性体を用いることによって、第１関節部材及び第２関節部材の変位に対して、第１関節部材及び第２関節部材に作用する弾性力（抵抗力）を非線形的に変化させることが可能となる。これにより、変位に対して負荷が非線形的に変化する関節を備えた人体の挙動に対して、ダミー人形の挙動を近づけることができる。
【００２２】
本発明の請求項６に係るダミー人形の関節構造は、前記第１関節部材及び前記第２関節部材の少なくとも一方には、少なくとも前記軸部の前記交差方向の回転を制限する制限部材が設けられている。
【００２３】
上記構成によれば、第１関節部材及び第２関節部材を交差方向に回転させたとき、制限部材が第１関節部材、第２関節部材、及び制限部材の他方のいずれかと接触して、軸部の交差方向の回転を制限する。また、設定方向にも制限部材を設けた場合は、設定方向においても軸部の回転が制限される。これにより、設定方向及び交差方向において、第１関節部材の可動域を設定することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、上記構成としたので、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係るダミー人形を示す全体図である。
【図２】本実施形態に係るダミー人形の関節部を示す概略図である。
【図３】本実施形態に係るダミー人形の関節部の内部構造を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態に係るジョイント周辺の構造を示す説明図である。
【図５】（Ａ）本実施形態に係るジョイントの平面図である。（Ｂ）本実施形態に係るジョイントの屈伸方向の傾倒状態を示す模式図である。（Ｃ）本実施形態に係るジョイントの交差方向の傾倒状態を示す模式図である。
【図６】（Ａ）本実施形態に係る保持材の底面図である。（Ｂ）本実施形態に係る取付部材の平面図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）本実施形態に係るジョイントの取付部材の側面図である。
【図８】本実施形態に係る軸部を屈伸方向に傾倒させた状態を示す説明図である。
【図９】本実施形態に係るジョイントの軸部にワイヤーが巻付いた状態を示す説明図である。
【図１０】本実施形態に係る軸部を交差方向に傾倒させた状態を示す説明図である。
【図１１】本実施形態の第１変形例に係るバネ材の説明図である。
【図１２】本実施形態の第２変形例に係る関節部における軸部の傾倒状態を示す説明図である。
【図１３】本実施形態の第３変形例に係る関節部における軸部のゴム材にワイヤーが巻き付く状態を示す説明図である。
【図１４】本実施形態の第４変形例に係る関節部の縦断面図である。
【図１５】（Ａ）人体における上腕に対する前腕の屈伸状態を示す模式図である。（Ｂ）人体における前腕の回内方向、回外方向の回転状態を示す模式図である。（Ｃ）人体における上腕に対する前腕の交差方向の移動状態を示す模式図である。
【図１６】（Ａ）、（Ｂ）比較例の関節部を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施形態に係るダミー人形の関節構造の一例について説明する。
【００２７】
[全体構成]
図１には、本実施形態の一例としてのダミー人形１０の概略構成が示されている。ダミー人形１０は、胴体１２と、脊柱１４の上端に取り付けられた頭１６とを有している。さらに、ダミー人形１０は、胴体１２の左右上部に連結された上肢１８と、胴体１２の左右下部に連結された下肢２２とを有している。
【００２８】
以後の説明では、ダミー人形１０の左側を＋Ｘ側、右側を−Ｘ側、上側を＋Ｙ側、下側を−Ｙ側、前側を＋Ｚ側、後側を−Ｚ側と記載する。また、ダミー人形１０の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、前後方向をＺ方向と記載する。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向は、それぞれ直交している。なお、ダミー人形１０は、一例として、脊柱１４を中心として左右対称の構造となっている。このため、以後の説明では、ダミー人形１０の＋Ｘ側の構造について説明し、−Ｘ側の構造については、＋Ｘ側と同じ符号を示して説明を省略する。
【００２９】
（胴体）
図１に示すように、胴体１２は、一例として、脊柱１４と、脊柱１４に設けられた肋骨（図示省略）と、脊柱１４の−Ｙ側の端部に連結された腰部１７とを含んで構成されている。また、胴体１２は、一例として、脊柱１４が配置された部位、上肢１８が連結された部位、及び下肢２２が連結された部位を除いて、樹脂製の本体カバー１３で覆われている。脊柱１４は、円柱状の部材が同軸でＹ方向に重ねられている。
【００３０】
（上肢）
上肢１８は、上腕１８Ａと、前腕１８Ｂと、上腕１８Ａと前腕１８Ｂとを連結するダミー人形の関節構造の一例としての関節部３０と、前腕１８Ｂの−Ｙ側に設けられた手部材１８Ｃとを有している。上腕１８Ａ内には、人体の骨に相当する円柱状の上腕部材１９Ａ（図２参照）が設けられている。前腕１８Ｂ内には、人体の骨に相当する円柱状の前腕部材１９Ｂ（図２参照）が設けられている。
【００３１】
さらに、上肢１８は、上腕１８Ａの＋Ｙ側に設けられた柱状部（図示省略）が、胴体１２に設けられた肩関節１２Ａに回転可能に取り付けられている。ここで、上腕１８ＡがＹ方向（垂直方向）に沿って配置された状態を伸展状態と称し、上腕１８Ａに対して前腕１８Ｂが＋Ｚ側へ向けて回転された状態を屈曲状態と称する。即ち、上腕１８Ａに対する前腕１８Ｂの屈伸方向の回転とは、一例として、関節部３０を支点として、前腕１８Ｂの−Ｙ側の端部がＹ−Ｚ面に沿って回転することを意味している。
【００３２】
なお、屈伸方向が、本実施形態における設定方向の一例である。また、前腕１８Ｂの移動方向で屈伸方向とは交差する方向を交差方向と称する。本実施形態において、上腕１８Ａに対する前腕１８Ｂの交差方向の回転とは、一例として、関節部３０を支点として、前腕１８Ｂの−Ｙ側の端部がＸ−Ｙ面に沿って＋Ｘ側又は−Ｘ側に回転（振り動作）することを意味している。
【００３３】
（下肢）
下肢２２は、腰部１７に＋Ｙ側の端部が連結された大腿部材２２Ａと、大腿部材２２Ａの−Ｙ側の端部に連結された下腿部材２２Ｂと、下腿部材２２Ｂの−Ｙ側の端部に連結された足部材２２Ｃとを有している。
【００３４】
[要部構成]
次に、関節部３０について説明する。
【００３５】
図２に示すように、関節部３０は、第１関節部材の一例としてのジョイント３２と、第２関節部材の一例としての保持材３４と、付与手段の一例としての付与材３６とを有している。
【００３６】
〔ジョイント〕
図３に示すように、ジョイント３２は、一例として、球ジョイント４２と、球ジョイント４２が取り付けられた取付部材４４とを有している。なお、図３では、上腕部材１９Ａ及び前腕部材１９Ｂ（図２参照）の図示を省略している。
【００３７】
（取付部材）
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、取付部材４４は、直方体状に形成された第１取付部４５と、Ｙ方向を軸方向とする円柱状に形成され第１取付部４５と一体化された第２取付部４６とを有している。第１取付部４５には、Ｘ方向に貫通された貫通孔４５Ａが形成されている。貫通孔４５Ａには、円柱状のシャフト４７（図２参照）が挿入され固定されている。そして、シャフト４７が前腕部材１９Ｂ（図２参照）に固定されることで、前腕部材１９Ｂに取付部材４４が取り付けられている。なお、第１取付部４５及び前腕部材１９Ｂへのシャフト４７の固定方法は、溶接、接着、圧入、締結のいずれの方法であってもよい。
【００３８】
第２取付部４６における−Ｙ側（第１取付部４５に近い側）の部位には、Ｘ方向に貫通された貫通孔４６Ａが形成されている。貫通孔４６Ａの内径は、後述するワイヤー５６（図４参照）を挿入可能な大きさとされている。また、図３に示すように、第２取付部４６における貫通孔４６Ａよりも＋Ｙ側の部位には、＋Ｙ側が開口となる有底の取付穴４６Ｂが形成されている。取付穴４６Ｂの内壁には、雌ネジ部（図示省略）が形成されており、この雌ネジ部に後述する球ジョイント４２の軸部４２Ｂの雄ネジ部（図示省略）が締結されるようになっている。
【００３９】
さらに、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第２取付部４６の＋Ｙ側の外周部には、傾斜部４６Ｃが形成されている。傾斜部４６Ｃには、一例として、図６（Ｂ）に示すように、周方向に４５[°]ずつ間隔をあけて８箇所にネジ穴４６Ｄが形成されている。各ネジ穴４６Ｄは、Ｙ方向に対して傾斜している。また、８箇所のネジ穴４６Ｄのうち、周方向に９０[°]ずつ間隔をあけた４箇所には、制限部材の一例としてのボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ（図５（Ａ）参照）が設けられている。ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、一例として、丸頭ボルトである。
【００４０】
図５（Ａ）には、後述する球ジョイント４２の軸部４２Ｂに対するボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの配置が模式的に示されている。なお、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、軸部４２ＢがＹ方向を軸方向とした配置状態において、Ｙ方向に対して交差する方向に傾斜している。このため、図５（Ａ）には、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２ＤをＹ方向に平面視した状態が示されている。
【００４１】
ボルト５２Ａは、軸部４２Ｂの中心軸Ｃに対して、−Ｚ側に向けて延びている。また、ボルト５２Ａの軸方向長さはＬ１となっている。ボルト５２Ｂは、中心軸Ｃに対して、＋Ｘ側に向けて延びている。また、ボルト５２Ｂの軸方向長さはＬ２となっている。ボルト５２Ｃは、中心軸Ｃに対して、＋Ｚ側に向けて延びている。また、ボルト５２Ｃの軸方向長さはＬ３となっている。ボルト５２Ｄは、中心軸Ｃに対して、−Ｘ側に向けて延びている。また、ボルト５２Ｄの軸方向長さはＬ４となっている。
【００４２】
ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの軸方向長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の長短関係は、一例として、Ｌ３＜Ｌ２＝Ｌ４＜Ｌ１となっている。即ち、前腕１８Ｂ（図１参照）を屈曲させる側である＋Ｚ側の長さＬ３が最も短く、前腕１８Ｂを屈曲させない側である−Ｚ側の長さＬ１が最も長くなっている。また、前腕１８Ｂが僅かに回転する＋Ｘ側の長さＬ２及び−Ｘ側の長さＬ４は、長さＬ３よりも長く、長さＬ１よりも短く設定されている。
【００４３】
（球ジョイント）
図３に示すように、球ジョイント４２は、一例として、後述する凹部３４Ａ内に一部を収容可能な外径の球状部４２Ａと、球状部４２ＡからＹ方向に突出し、−Ｙ側が取付部材４４の取付穴４６Ｂに取り付けられた軸部４２Ｂとを備えている。軸部４２Ｂは、円柱状に形成されている。また、軸部４２ＢのＹ方向中央位置には、径方向に張り出された環状のフランジ部４２Ｃが形成されている。
【００４４】
〔保持材〕
図４には、関節部３０が模式的に示されている。なお、図４における下側が上腕１８Ａ（図３参照）側であり、図４における上側が前腕１８Ｂ（図３参照）側である。また、図４では、ジョイント３２を１つの部材として示している。
【００４５】
保持材３４は、Ｙ方向を軸方向とする円柱状に形成されている。また、保持材３４の−Ｙ側の中央には、＋Ｙ側に向けて半球状に窪んだ凹部３４Ａが形成されている。凹部３４Ａは、球状部４２Ａを回転可能に保持する大きさとなっている。さらに、図４及び図６（Ａ）に示すように、保持材３４における凹部３４Ａの＋Ｘ側には、＋Ｙ側に窪んだ縦穴部３４Ｂが形成されており、保持材３４における凹部３４Ａの−Ｘ側には、＋Ｙ側に窪んだ縦穴部３４Ｃが形成されている。縦穴部３４Ｂ、３４Ｃの孔径は、後述するバネ材５７、５８の外径よりも大きくなっている。
【００４６】
〔付与材〕
図４に示すように、付与材３６は、ワイヤー５６と、縦穴部３４Ｂ内に挿入されたバネ材５７と、縦穴部３４Ｃ内に挿入されたバネ材５８とを有している。バネ材５７、５８は、弾性部材の一例である。ワイヤー５６は、取付部材４４の貫通孔４６Ａに中央部が挿入されて保持されている。なお、本実施形態では、ワイヤー５６の貫通孔４６Ａでの保持状態を、取付部材４４へのワイヤー５６の連結状態に含める。また、ワイヤー５６の長さは、取付部材４４の外周面に巻付き可能な長さとなっている。
【００４７】
ワイヤー５６の一端には、バネ材５７の−Ｙ側の端部が接続されており、バネ材５７の＋Ｙ側の端部は、縦穴部３４Ｂの底部に係止（連結）されている。ワイヤー５６の他端には、バネ材５８の−Ｙ側の端部が接続されており、バネ材５８の＋Ｙ側の端部は、縦穴部３４Ｃの底部に係止（連結）されている。即ち、ワイヤー５６には、バネ材５７、５８を介して保持材３４が連結されている。
【００４８】
このように、付与材３６は、前腕１８Ｂ（図１参照）の屈伸方向とは交差する交差方向に配置されたバネ材５７及びバネ材５８を有すると共に、交差方向でジョイント３２と保持材３４とに連結されている。そして、バネ材５７、５８は、屈伸方向で軸部４２Ｂに作用する弾性力よりも、交差方向で軸部４２Ｂに作用する弾性力が大きくなるように、保持材３４に設けられている。また、バネ材５７、５８は、軸部４２Ｂが交差方向の一方に回転したとき及び交差方向の他方に回転したときに弾性力が付与されるように、交差方向に間隔をあけて配置されている。
【００４９】
これにより、付与材３６は、軸部４２Ｂの回転に伴って、軸部４２Ｂに抵抗力（バネ材５７、５８の弾性力）を付与するようになっている。なお、バネ材５７、５８のバネ定数は、軸部４２Ｂに作用する抵抗力が、人体の関節部の関節トルクに近い大きさとなるように、予め設定されている。
【００５０】
本実施形態では、一例として、軸部４２ＢがＹ方向に沿って静止した状態（既述の伸展状態）において、バネ材５７、５８がほぼ自然長となっており、軸部４２Ｂには、バネ材５７、５８による負荷が作用しないようになっている。即ち、伸展状態では、軸部４２Ｂに抵抗力がほとんど作用しないように、ワイヤー５６及びバネ材５７、５８の長さが設定されている。また、ワイヤー５６には、ストッパ（図示省略）が結合されており、バネ材５７、５８の変位量が所定値よりも大きくなった場合は、ワイヤー５６の変位が制限されるようになっている。
【００５１】
（比較例）
次に、比較例のダミー人形２１０について説明する。
【００５２】
図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、比較例のダミー人形２１０は、上腕部材２１２と、前腕部材２１４と、ジョイント部材２１６とを有している。ジョイント部材２１６は、上腕部材２１２に回転可能に連結される第１連結部２１６Ａと、前腕部材２１４にボルト状の連結ピン２１８を用いて回転可能に連結される第２連結部２１６Ｂとを有している。そして、第１連結部２１６Ａと第２連結部２１６Ｂは、回転中心位置がずれている。また、比較例のダミー人形２１０では、第１連結部２１６Ａの回転中心となる軸Ｇの軸方向と、第２連結部２１６Ｂの回転中心となる軸Ｈの軸方向とが、ほぼ直交している。
【００５３】
即ち、比較例のダミー人形２１０では、上腕部材２１２に対して前腕部材２１４が屈伸するときの回転中心位置と、上腕部材２１２に対して前腕部材２１４が回旋するときの回転中心位置とがずれている。このため、比較例のダミー人形２１０は、前腕が屈伸するときの回転中心位置と前腕が回旋するときの回転中心位置とがほとんど変わらない人体とは動作が異なる。
【００５４】
また、比較例のダミー人形２１０では、上腕部材２１２に対して前腕部材２１４が屈伸動作、ねじり動作、振り動作するとき、関節部に作用する抵抗力は、各部材の接触面で生じる摩擦力のみとなる。このため、比較例のダミー人形２１０で生じる関節トルクは、摩擦力だけでなく筋肉による抵抗力も含む人体の関節トルクとは、大きさが異なる可能性がある。
【００５５】
このように、比較例のダミー人形２１０では、上腕に対する前腕の動作及び関節トルクが人体と異なることから、例えば、車両との衝突時において、人体の体幹挙動とは異なる挙動になる可能性がある。
【００５６】
（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００５７】
（屈曲動作）
図３に示す前腕１８Ｂの伸展状態において、前腕１８Ｂを＋Ｚ側へ回転（これを屈曲動作と称する）させたとき、図８に示すように、関節部３０では、軸部４２Ｂが球状部４２Ａの中心Ｏを回転中心として回転する。図８では、一例として、軸部４２Ｂの中心軸ＣがＺ方向に対して角度θＡで傾倒した状態が示されている。このとき、軸部４２Ｂが移動しても、球状部４２Ａの中心Ｏから取付部材４４のワイヤー５６を連結した部位までの距離は変わらない。また、軸部４２Ｂは、ワイヤー５６を架け渡した方向に対して直交する方向に移動する。
【００５８】
これらの条件により、バネ材５７（図４参照）及びバネ材５８は、ほとんど伸びず、ジョイント３２及び前腕１８Ｂ（図３参照）には、凹部３４Ａと球状部４２Ａとの接触による摩擦力のみが関節トルクとして作用する。また、関節部３０では、図５（Ｂ）に示すように、軸部４２Ｂが＋Ｚ側へ回転を続けると、ボルト５２Ｃが保持材３４と接触する。これにより、ジョイント３２及び前腕１８Ｂ（図３参照）の上腕１８Ａ（図３Ａ参照）に対する回転が制限される。
【００５９】
このように、関節部３０では、前腕１８Ｂの屈曲動作（＋Ｚ側の回転）において、ボルト５２Ｃにより可動域が設定されると共に、摩擦力による関節トルクが作用する。なお、前腕１８Ｂが−Ｚ側に移動しようとした場合は、４本のうちで最も長いボルト５２Ａと保持材３４とが接触することにより、軸部４２Ｂの回転が制限（規制）され、伸展状態が保持される。
【００６０】
（ねじり動作）
図３に示す前腕１８Ｂの伸展状態において、前腕１８Ｂを＋Ｘ側又は−Ｘ側に回転（これをねじり動作と称する）させたとき、図９に示すように、軸部４２Ｂ及び取付部材４４は、中心軸Ｃを中心として回転する。このとき、ワイヤー５６が連結（挿入）された貫通孔４６Ａ（図４参照）の開口位置が変わるため、ワイヤー５６は、取付部材４４の外周面に巻き付く。なお、図９では、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ（図５（Ａ）参照）の図示を省略している。
【００６１】
続いて、軸部４２Ｂ及び取付部材４４が回転して、取付部材４４へのワイヤー５６の巻き付き長が長くなると、バネ材５７、５８の伸び長が長くなり、ジョイント３２及び前腕１８Ｂ（図３参照）に作用する引張力が増加する。即ち、ジョイント３２及び前腕１８Ｂには、凹部３４Ａと球状部４２Ａとの接触による摩擦力だけでなく、バネ材５７、５８による引張力も関節トルクとして作用する。そして、関節部３０では、ジョイント３２及び前腕１８Ｂに作用する関節トルクが設定値を超えると、ジョイント３２及び前腕１８Ｂの回転が制限される。
【００６２】
このように、関節部３０では、前腕１８Ｂの回転動作（＋Ｘ側又は−Ｘ側の回転）において、凹部３４Ａと球状部４２Ａとの接触による摩擦力だけでなく、ワイヤー５６の巻き付きによる関節トルクが作用する。そして、関節部３０に作用する関節トルクが設定値を超えてジョイント３２及び前腕１８Ｂの回転が制限されることで、前腕１８Ｂの可動域が設定される。
【００６３】
（振り動作）
図３に示す前腕１８Ｂの伸展状態において、前腕１８Ｂを−Ｘ側に回転（これを振り動作と称する）させたとき、図１０に示すように、軸部４２Ｂは、球状部４２Ａの中心Ｏを回転中心として回転する。なお、図１０では、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ（図５（Ａ）参照）の図示を省略している。そして、中心軸Ｃが、伸展状態での中心軸Ｃの位置（これをＣ１と称する）に対して、−Ｘ側に角度θＢで傾倒する。
【００６４】
このとき、取付部材４４からバネ材５８までの距離に比べて、取付部材４４からバネ材５７までの距離が長くなるため、バネ材５７の伸び長が長くなり、ジョイント３２及び前腕１８Ｂに作用する引張力が増加する。このように、関節部３０では、ジョイント３２及び前腕１８Ｂに対して、凹部３４Ａと球状部４２Ａとの接触による摩擦力だけでなく、バネ材５７による引張力も関節トルクとして作用する。
【００６５】
そして、関節部３０では、ジョイント３２及び前腕１８Ｂに作用する関節トルクが設定値を超えると、ジョイント３２の回転が制限される。即ち、前腕１８Ｂの振り動作が制限される。なお、前腕１８Ｂが＋Ｘ側にスライドする場合は、バネ材５８による引張力が関節トルクとして作用する。
【００６６】
また、関節部３０では、バネ材５７又はバネ材５８による引張力でジョイント３２の−Ｘ側、＋Ｘ側への回転を制限しきれない場合、図５（Ｃ）に示すように、ボルト５２Ｄ又はボルト５２Ｂが保持材３４と接触して、回転を制限する。これにより、関節部３０では、ジョイント３２及び前腕１８Ｂ（図３参照）の上腕１８Ａ（図３Ａ参照）に対する回転が制限され、前腕１８Ｂの可動域が設定される。
【００６７】
以上、説明したように、本実施形態の関節部３０では、図３に示すように、ジョイント３２の球状部４２Ａを保持材３４の凹部３４Ａで保持している。このため、ジョイント３２（前腕１８Ｂ）及び保持材３４の屈曲、伸展、ねじり、振りの各回転動作が人体の関節の動作と同様となる。これにより、関節部３０の可動域を人体の関節の可動域に近づけることができる。さらに、関節部３０では、ジョイント３２及び保持材３４の屈曲、伸展、ねじり、振りの各回転動作がほぼ同じ位置を中心として行われることから、比較例のダミー人形２１０（図１６（Ｂ）参照）と比べて、関節部３０の大きさを同等以下の大きさとすることができる。
【００６８】
また、ジョイント３２及び保持材３４について、屈曲、伸展、ねじり、振りの各回転動作をさせたとき、ジョイント３２及び保持材３４には、球状部４２Ａと凹部３４Ａとの接触による摩擦力と、付与材３６によって付与された抵抗力とが作用する。この抵抗力は、人体の関節における筋肉の伸縮や靭帯の引張力によって作用する関節トルクと同等の力に設定可能である。これにより、関節部３０では、得られる関節トルクを人体の関節トルクに近づけることができる。
【００６９】
このように、関節部３０によれば、関節の可動域が人体の関節の可動域に近づくと共に、得られる関節トルクの大きさも人体の関節トルクの大きさに近づくので、ダミー人形１０の挙動を人体の挙動に近づけることができる。そして、関節部３０によれば、前腕１８Ｂの可動域の特性と関節トルクの特性を独立に設定可能であるため、運動方向や年齢などの諸条件に応じた挙動特性を得ることができ、ダミー人形１０の人体類似度を比較例のダミー人形２１０（図１６（Ａ）、（Ｂ）参照）に比べて大幅に向上させることができる。
【００７０】
さらに、ダミー人形１０では、関節部３０の人体類似度が向上することから、車両との衝突実験において、例えば、歩行者がボンネットに上肢を接触させた際の体幹挙動や、乗員の上肢がインパネやハンドルに接触した際の体幹挙動が比較例に比べて改善される。これにより、障害予測評価精度が向上する。そして、予測精度が向上することから、保護装置の適切な開発が行われるのに加えて、腱や筋肉に加わる外力による障害発生を、ワイヤー５６やバネ材５７、５８の伸びや作用力を計測することで予測可能となる。
【００７１】
また、関節部３０によれば、ジョイント３２及び保持材３４を屈伸方向に屈伸させたときは、図４に示すように、交差方向でバネ材５７、５８の長さがほとんど変化しない。即ち、軸部４２Ｂに作用する弾性力が小さい。このため、ジョイント３２及び保持材３４に作用する関節トルクは、球状部４２Ａと凹部３４Ａとの接触による摩擦力が主となる。一方、ジョイント３２及び保持材３４を交差方向に回転させたときは、交差方向でバネ材５７、５８の長さが変わる。このため、ジョイント３２及び保持材３４に作用する関節トルクは、ジョイント３２及び保持材３４を屈伸方向に屈伸させた場合に比べて大きくなる。
【００７２】
このように、関節部３０によれば、ジョイント３２及び保持材３４の回転は、屈伸方向では制限されないが、交差方向で制限される。そして、ジョイント３２及び保持材３４に作用する関節トルクが設定トルクを超えたとき、ジョイント３２及び保持材３４の移動（保持材３４に対するジョイント３２の相対的な移動）が止まる。
【００７３】
即ち、設定トルクを超える関節トルクが作用することで、ジョイント３２の保持材３４に対する可動域が制限（設定）される。この可動域は、可動域の境界付近で関節トルクが急激に（非線形的に）増加する人体の関節の可動域に近いものとなる。これにより、関節部３０によれば、交差方向でバネ材５７、５８が連結されていない構成に比べて、ダミー人形１０の挙動を人体の挙動に近づけることができる。
【００７４】
さらに、関節部３０によれば、ジョイント３２が保持材３４に対して交差方向へ向けて回転するとき、２つのバネ材５７、５８によって、交差方向の一方と他方の両方で、ジョイント３２及び保持材３４に抵抗力（負荷）が付与される。これにより、交差方向の一方のみでジョイント３２及び保持材３４に弾性力が作用する構成に比べて、ジョイント３２及び保持材３４の可動域の範囲を限定することができる。
【００７５】
加えて、関節部３０によれば、ジョイント３２が屈伸方向から交差方向へ向けて回転する（ねじられる）とき、ワイヤー５６の一部がジョイント３２の外周面に巻き付き、ジョイント３２の回転方向にトルクが作用する。これにより、ワイヤー５６がジョイント３２に巻き付かない構成に比べて、ジョイント３２に作用する関節トルクが増加する。そして、増加した関節トルクによって、ジョイント３２の回転が制限（規制）される。このように、ワイヤー５６の他に部材を追加しなくてもジョイント３２の回転が制限されるので、簡単な構成でジョイント３２及び保持材３４の可動域を設定することができる。
【００７６】
また、関節部３０によれば、ジョイント３２を屈伸方向又は交差方向に移動させたとき、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄのいずれかが保持材３４と接触して、ジョイント３２及び保持材３４の回転を制限する。これにより、屈伸方向及び交差方向において、ジョイント３２の可動域を設定することができる。
【００７７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【００７８】
〔第１変形例〕
図４に示すバネ材５７、５８は、それぞれ１種類のバネ材で構成されるものに限定されない。図１１に示すように、弾性部材及び弾性体の一例として、バネ定数の異なる第１バネ７２と第２バネ７４とを直列でワイヤー５６に繋いだ構成としてもよい。これにより、ジョイント３２及び保持材３４（図４参照）の変位に対して、ジョイント３２及び保持材３４に作用する弾性力（抵抗力）を非線形的に変化させることが可能となる。そして、変位に対して負荷が非線形的に変化する関節を備えた人体の挙動に対して、ダミー人形の挙動を近づけることができる。
【００７９】
また、弾性部材及び弾性体は、３つ以上の複数設けられてもよい。さらに、弾性部材及び弾性体は、直列でワイヤー５６に繋がれるものに限らず、並列で繋がれるものであってもよい。加えて、弾性部材及び弾性体は、バネに限らず、ゴムなど、他の弾性部材であってもよい。
【００８０】
〔第２変形例〕
図４に示す関節部３０において、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを除いて、図１２に示す首関節部８０を構成してもよい。首関節部８０では、取付部材４４が頭１６（図１参照）に固定される。また、保持材３４が脊柱１４（図１参照）に固定される。そして、首関節部８０では、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄが無いため、関節部３０よりもジョイント３２の可動域が広くなる。なお、首関節部８０において、可動域を設定するためにボルトなどの制限部材を設けてもよい。
【００８１】
さらに、関節部３０及び首関節部８０の構成は、股関節、膝関節、肩関節、手首の関節、足首の関節など、他の関節にも適用することができる。
【００８２】
〔第３変形例〕
図４に示す関節部３０において、図１３に示すように、取付部材４４の外周に円筒状の巻付部９２を設け、巻付部９２にワイヤー５６が巻き付けられるように構成した関節部９０を用いてもよい。巻付部９２は、金属製や樹脂製の部材を巻き付けたものであってもよく、また、ゴムなどの弾性体を巻き付けたものであってもよい。さらに、巻付部９２は、取付部材４４と一体化されたものであってもよい。
【００８３】
巻付部９２では、取付部材４４とは径が異なるため、ジョイント３２の回転によるワイヤー５６の巻付き量が変わる。即ち、ジョイント３２が回転したときの変位量（回転量）に対するジョイント３２に作用する関節トルクが変わるので、変位量に対する関節トルクの設定を変更することができる。また、巻付部９２では、ワイヤー５６に対する摩擦係数を取付部材４４に対して変更可能となるので、巻付部９２を交換することで、ワイヤー５６が巻付いたときの関節トルクを調整することができる。
【００８４】
さらに、関節部９０では、巻付部９２に弾性体を用いた場合、ワイヤー５６が巻付部９２に巻付いたときに弾性体に食い込み、巻付部９２の径が変化する。この径の変化による関節トルクの変化により、ジョイント３２の変位量に対する関節トルクの変化量の非線形性の関係が得られる。このように、関節部９０では、関節トルクの変化を人体における関節トルクの変化に近づけることができる。
【００８５】
〔第４変形例〕
図４に示す関節部３０において、ジョイント３２の可動域が不足する場合、一例として、図１４に示すように、２つの関節部を有する関節部１００を用いてもよい。関節部１００は、保持材３４（図４参照）に換えて、円柱状の保持材１０２を有している。保持材１０２には、一例として、＋Ｙ側に向けて半球状に窪んだ凹部１０２Ａと、−Ｙ側に向けて半球状に窪んだ凹部１０２Ｂとが形成されている。凹部１０２Ａ、１０２Ｂには、それぞれジョイント３２の球状部４２Ａが収容され、保持されている。
【００８６】
即ち、関節部１００では、関節部３０（図４参照）がＹ方向に対称に２つ設けられた構成となっている。これにより、関節部１００では、関節部３０の可動域のほぼ倍となる可動域を設定可能となっている。このように、関節部３０を複数箇所設けてもよい。
【００８７】
なお、既述の関節部３０において、球ジョイント４２と取付部材４４とは一体化されていてもよい。また、付与材３６は、ワイヤー５６のみでもよく、あるいは、バネ材５７、５８のみでもよい。さらに、付与材３６は、単数であってもよい。加えて、ボルト５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、４つに限らず、１〜３箇所、あるいは５箇所以上に設けられていてもよい。
【００８８】
また、付与材３６は、保持材３４側に設けられていてもよく、あるいは、ジョイント３２及び保持材３４の両方に設けられていてもよい。そして、付与材３６同士が接触することで、軸部４２Ｂの回転を制限してもよい。
【００８９】
さらに、上腕１８Ａ側にジョイント３２が設けられ、前腕１８Ｂ側に保持材３４が設けられていてもよい。
【００９０】
なお、本願発明におけるダミー人形とは、図１に示すような人体に類似した形態を有するものであり、上下肢等が能動的に動くダミー形態も含む。
【符号の説明】
【００９１】
１０  ダミー人形
３０  関節部（ダミー人形の関節構造の一例）
３２  ジョイント（第１関節部材の一例）
３４  保持材（第２関節部材の一例）
３４Ａ  凹部
３６  付与材（付与手段の一例）
４２Ａ  球状部
４２Ｂ  軸部
５２Ａ  ボルト（制限部材の一例）
５２Ｂ  ボルト（制限部材の一例）
５２Ｃ  ボルト（制限部材の一例）
５２Ｄ  ボルト（制限部材の一例）
５６  ワイヤー
５７  バネ材（弾性部材の一例）
５８  バネ材（弾性部材の一例）
７２  第１バネ（弾性部材及び弾性体の一例）
７４  第２バネ（弾性部材及び弾性体の一例）
【図１】
2015099136.tif 000003
【図２】
2015099136.tif 000004
【図３】
2015099136.tif 000005
【図４】
2015099136.tif 000006
【図５】
2015099136.tif 000007
【図６】
2015099136.tif 000008
【図７】
2015099136.tif 000009
【図８】
2015099136.tif 000010
【図９】
2015099136.tif 000011
【図１０】
2015099136.tif 000012
【図１１】
2015099136.tif 000013
【図１２】
2015099136.tif 000014
【図１３】
2015099136.tif 000015
【図１４】
2015099136.tif 000016
【図１５】
2015099136.tif 000017
【図１６】
2015099136.tif 000018