(57)【要約】【課題】衝撃力を緩和することができると共に、伸縮性を阻害しない粘性弾性材を提供することを目的としている。【解決手段】人体への衝撃力を緩和することができると共に伸縮性を有する、粘性及び弾性備えている。この衝撃力の緩和は、人体が怪我を負うような急激な衝撃力を緩和することができるもので、伸縮性は、人体が怪我を負うようなことのない緩やかな応力が当該人体に印加されている際、該応力に応じて伸縮するものである。【選択図】図７
2017148219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体への衝撃力を緩和することができると共に伸縮性を有する、粘性及び弾性を備えた粘性弾性材。
【請求項２】
前記衝撃力の緩和は、前記人体が怪我を負うような急激な衝撃力を緩和することができる請求項１に記載の粘性弾性材。
【請求項３】
前記伸縮性は、前記人体が怪我を負うようなことのない緩やかな応力が当該人体に印加されている際、該応力に応じて伸縮することができる請求項１又は２に記載の粘性弾性材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃力を緩和することができると共に、伸縮性を阻害しない粘性弾性材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、手足の関節、局部等の体の一部を保護する機能として様々なタイプのサポータが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５２７２７号公報
【特許文献２】特開２００４−１６２１８３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、上記のようなサポータは、急激な衝撃力にも耐えうるように、耐衝撃保護機能を増加させようとすると、伸縮性が低い材料で当該サポータを作製する必要がある。
【０００５】
しかしながら、上記のようなサポータを伸縮性が低い材料で作製すると、脚、腕等の稼働に対する負荷を増大させてしまい、非常に動きづらいという問題があった。一方、伸縮性が高い材料で上記のようなサポータを作製すると、急激な衝撃力に耐え得ることができず、もって、十分な耐衝撃保護機能を得ることができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、衝撃力を緩和することができると共に、伸縮性を阻害しない粘性弾性材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】
【０００７】
上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００８】
請求項１の発明によれば、人体（Ｈ）への衝撃力を緩和することができると共に伸縮性を有する、粘性及び弾性備えた粘性弾性材であることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２の発明によれば、上記請求項１に記載の粘性弾性材において、前記衝撃力の緩和は、前記人体（Ｈ）が怪我を負うような急激な衝撃力を緩和することができることを特徴としている。
【００１０】
そして、請求項３の発明によれば、上記請求項１又は２に記載の粘性弾性材において、前記伸縮性は、前記人体（Ｈ）が怪我を負うようなことのない緩やかな応力が当該人体（Ｈ）に印加されている際、該応力に応じて伸縮することができることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、人体の動きを阻害する事態を低減させることができるばかりか、急激な衝撃力を緩和することができるため、人体が怪我を負ってしまう事態を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る粘性弾性材の例を示し、（ａ）は、同粘性弾性材をサポータとして使用した際に、当該サポータにて人体の膝を被覆している状態を示す斜視図、（ｂ）は、同粘性弾性材をテーピングとして使用した際に、当該テーピングにて人体の膝を被覆している状態を示す斜視図である。
【図２】同粘性弾性材の仮想モデル図を示す図である。
【図３】同粘性弾性材の時間ｔにおける伸び量を示す図である。
【図４】（ａ）は、実験１における実験装置の平面図、（ｂ）は、（ａ）に示す実験装置の側面図である。
【図５】図４に示す実験装置を用いて実験した結果を示す時間ｔにおける伸び量を示す図である。
【図６】（ａ）は、人体の手の甲に加速度センサを取り付けた状態を示す平面図、（ｂ）は、人体の上腕骨内側上顆に加速度センサを取り付けた状態を示す平面図、（ｃ）は、テニスラケットに加速度センサを取り付けた状態を示す正面図である。
【図７】（ａ）は、図６（ａ）に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における手の甲の加速度のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値の平均値を示し、（ｂ）は、図６（ｂ）に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における上腕骨内側上顆の加速度のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値の平均値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る粘性弾性材の一実施形態を図１〜図７を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。
【００１４】
本実施形態に係る粘性弾性材は、例えば、図１（ａ）に示すように、サポータ１、あるいは、図１（ｂ）に示すようにテーピング１０として使用することができる。このサポータ１は、図１（ａ）に示すように、人体Ｈの膝関節と膝関節近位の大腿及び下腿を被覆する筒状の装具として形成されている。そして、このサポータ１は、ポリウレタン繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などから選ばれる繊維を組み合わせた編地もしくは織物などの伸縮性材料に、アクリル系粘性成分、ゴム系粘性成分、シリコーン系粘性成分等の粘性に富んだ接着・粘着剤からなる粘性材料が含浸又は付加あるいは混練等されている。これにより、人体Ｈの膝部分に、人体Ｈが怪我を負うような（例えば、膝の脱臼）急激な衝撃力が加わったとしても、粘性材料により衝撃力が吸収され、もって、人体Ｈが怪我を負ってしまう事態を低減させることができる。また、ジョギング、散歩、マラソン等の運動によって、人体Ｈに怪我を負うようなことのない緩やかな応力が印加されている場合は、粘性材料が伸縮性材料の伸縮性を阻害することがないため、その運動の動きに応じてサポータ１が伸縮することとなるため、もって、人体Ｈの身体の動きを阻害する事態を低減させることができる。
【００１５】
他方、テーピング１０は、図１（ｂ）に示すように、人体Ｈの膝関節と膝関節近位の大腿及び下腿の曲面に沿ったり、所要部分を包囲したりするようにして、当該人体Ｈの膝関節と膝関節近位の大腿及び下腿を被覆するようにしている。そして、このテーピング１０は、伸縮可能な合成樹脂繊維糸あるいは天然繊維糸よりなる経糸及び緯糸を織成して構成される伸縮性材料に、アクリル系粘性成分、ゴム系粘性成分、シリコーン系粘性成分等の粘性に富んだ接着・粘着剤からなる粘性材料が含浸又は付加あるいは混練等されている。これにより、人体Ｈの膝部分に、人体Ｈが怪我を負うような（例えば、膝の脱臼）急激な衝撃力が加わったとしても、粘性材料により衝撃力が吸収され、もって、人体Ｈが怪我を負ってしまう事態を低減させることができる。また、ジョギング、散歩、マラソン等の運動によって、人体Ｈに怪我を負うようなことのない緩やかな応力が印加されている場合は、粘性材料が伸縮性材料の伸縮性を阻害することがないため、その運動の動きに応じてテーピング１０が伸縮することとなるため、もって、人体Ｈの身体の動きを阻害する事態を低減させることができる。
【００１６】
しかして、このような、例えば、サポータ１、あるいは、テーピング１０からなる粘性弾性材は、粘性材料が伸縮性材料の伸縮性を阻害することがないため、人体Ｈの動きを阻害する事態を低減させることができるばかりか、粘性材料が急激な衝撃力を緩和することができるため、人体Ｈが怪我を負ってしまう事態を低減させることができる。
【００１７】
この点、図２及び図３を用いてさらに詳しく説明すると、粘性弾性材の仮想モデルは、図２に示すように表すことができる。すなわち、粘性弾性材の仮想モデルは、並列接続されている仮想的な弾性要素（弾性係数Ｋ）及び粘性要素（粘性係数μ）により構成され、その並列接続の一方（図示上面）が固定され、他方（図示下面）が可動できるようになっている。そして、この粘性弾性材の仮想モデルの他方（図示下面）に力Ｆが加わった際、粘性弾性材は、変位するため、その変位量をｘとしている。そしてさらに、この粘性弾性材の仮想モデルの他方（図示下面）に力Ｆが加わった際、弾性要素（弾性係数Ｋ）及び粘性要素（粘性係数μ）にも力が加わるため、弾性要素（弾性係数Ｋ）に加わる力をｆ１、粘性要素（粘性係数μ）に加わる力をｆ２としている。
【００１８】
かくして、このような粘性弾性材の仮想モデルを式に表すと以下のようになる。
【００１９】
【数１】
2017148219.tif 000003
【数２】
2017148219.tif 000004
【数３】
2017148219.tif 000005
【００２０】
そして、この数式（１）に、数式（２）と数式（３）を代入すると、以下のようになる。
【００２１】
【数４】
2017148219.tif 000006
【００２２】
そしてさらに、この数式４の微分方程式を解くと以下のようになる。
【００２３】
【数５】
2017148219.tif 000007
【００２４】
かくして、この数式（５）の時間ｔを変化させると、粘性弾性材の伸び量は、図３に示すような図で表される。すなわち、ｋ＝ｋ１，μ＝μ１とすると、図３に示すように、伸び量Ｆ／ｋ１に急速に近づく漸近線となり（図示１番上の漸近線参照）、ｋ＝ｋ１，μ＝２μ１とすると、図３に示すように、伸び量Ｆ／ｋ１に緩やかに近づく漸近線となり（図示１番上から２番目の漸近線参照）、ｋ＝２ｋ１，μ＝μ１とすると、図３に示すように、伸び量Ｆ／２ｋ１に急速に近づく漸近線となる（図示１番下の漸近線参照）。これにより、弾性係数ｋが増大すると、伸び量が減少（伸び量Ｆ／ｋ１から伸び量Ｆ／２ｋ１に減少）し、粘性係数μが増大すると、緩やかに伸び量Ｆ／ｋ１に近づくものの、伸び量自体は変化しない事が分かる。すなわち、人体Ｈ（図１参照）が怪我を負うような急激な衝撃力が加わった場合（弾性係数ｋが増大した場合）、粘性弾性材の伸び量が減少することから、粘性によってその衝撃力が緩和されている可能性があることが分かる。そしてさらに、ジョギング、散歩、マラソン等の運動によって、人体Ｈに怪我を負うようなことのない緩やかな応力が印加されている場合（粘性係数μが増大した場合）、伸び量Ｆ／ｋ１自体は変わらず、緩やかに伸び量Ｆ／ｋ１に近づいていることから、粘性によって、粘性弾性材がゆっくりと伸長している可能性があることが分かる。これにより、粘性弾性材は、人体Ｈの動きを阻害する事態を低減させることができるばかりか、急激な衝撃力を緩和することができるため、人体Ｈが怪我を負ってしまう事態を低減させることができることが分かる。
【実施例】
【００２５】
ここで、発明者らは、上記粘性弾性材の仮想モデルを用いて説明した内容を証明するため、以下の実験を行った。それを実験１，２として説明することとする。
【００２６】
＜実験１＞
まず、発明者らは、粘性によって衝撃力が緩和されるか否かの実験を行った。
【００２７】
実験装置としては、図４（ｂ）に示すように、机Ｔ上に設置することができる実験装置２を用いて行った。この実験装置２は、図４に示すように、机Ｔ上に載置される矩形状の基台２０と、その基台２０上に立設される側面視逆Ｌ字状の一対のガイドレール２１と、このガイドレール２１上に載置される転動可能な棒状の支持部材２２と、この支持部材２２内に挿通され当該支持部材２２の中間位置に配置されるクリップ２３と、このクリップ２３に一端Ｓａが挟持されている実験材料Ｓと、この実験材料Ｓの他端Ｓｂが固定支持されているコ字状の固定支持台２４と、クリップ２３の平面視略Ｔ字形からなる掴持部２３ａに一端が巻き付けられた糸２５と、この糸２５を支持する一対のガイドレール２１の他端側（図示左側）に横架された横架部材２６と、糸２５の他端に取り付けられている２００ｇの重り２７とで構成されている。
【００２８】
実験材料Ｓとしては、一般的に市販されている主に医療機関で使用される弾性力のある重量３ｇ、厚さ５ｍｍの市販包帯と、その市販包帯に信越シリコーン社製高粘性タイプのＫＥ−１０５１を含浸させて作製した重量２０ｇ、厚さ５ｍｍのシリコーン包帯と、サンワダイレクト社製の重量１０ｇ、厚さ３ｍｍの耐震シートと、をそれぞれ取り替えることによって実験を行った。具体的には、実験材料Ｓとして、市販包帯、シリコーン包帯、耐震シートのうち、何れか１つを選択し、その選択した後、図４（ａ）に示すように、所定位置に黒丸Ｍを目印として付けた。この黒丸Ｍの目印上には、図４（ｂ）（図４（ａ）の破線参照）に示すように、カシオ計算機株式会社製ＥＸＩＬＩＭのハイスピードカメラＣが設置されている。
【００２９】
この状態で、図４（ｂ）に示すように、２００ｇの重り２７を実線位置から破線位置に急激に落下させると、その落下によって、クリップ２３が図示左側（実線位置から破線位置、矢印参照）に移動する。この際、棒状の支持部材２２が一対のガイドレール２１上を転動することとなるから、クリップ２３は、左右にブレたり角度が変化したりせず、一対のガイドレール２１に沿って、図示左側（実線位置から破線位置、矢印参照）に移動することとなる。これにより、クリップ２３に一端Ｓａが挟持されている実験材料Ｓが一対のガイドレール２１に沿って、伸長することとなるから、その伸長に伴って移動する黒丸ＭをハイスピードカメラＣで撮影することにより、実験材料Ｓの伸び量を計測することができる。この計測した結果が、図５に示す図である。
【００３０】
図５に示すように、シリコーン包帯（図示１番上から２番目の漸近線参照）は、市販包帯（図示１番上の漸近線参照）に比べ、緩やかに漸近線に近づき、長い時間伸び続けていることが分かる。そしてさらに、シリコーン包帯（図示１番上から２番目の漸近線参照）は、市販包帯（図示１番上の漸近線参照）に比べ、時間０ｓにおける傾きが小さいことが分かる。これにより、シリコーンの粘性により衝撃力が吸収、すなわち、緩和されたことが証明された。
【００３１】
なお、耐震シート（図示１番下の漸近線参照）は、シリコーン包帯（図示１番上から２番目の漸近線参照）と同じく、時間０ｓにおける傾きが小さいものの、他の包帯に比べ、伸び量は非常に少なかった、これにより、粘性により衝撃力が吸収、すなわち、緩和されるものの、弾性が非常に強く、物性として非常に硬いものであるということが分かった。
【００３２】
＜実験２＞
次に、発明者らは、実際の運動によってどのような効果が発揮されるかの実験を行った。
【００３３】
実験としては、被験者に地面に弾ませたボールを図６（ｃ）に示すテニスラケットＲを用いてフォアハンドで打撃してもらい、その際の加速度の最大値／最小値に応じて決まるＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値を計測、すなわち、瞬間的な力の大きさを計測した。これは、テニスラケットＲを用いてフォアハンドで打撃し続け、手首を掌屈させる筋肉を酷使し続けると、テニス肘が発生することが知られているため、この打撃時に生じる瞬間的な力を軽減できるか否かを実験したものである。
【００３４】
具体的には、図６（ａ）に示すように、被験者（人体Ｈ）の手の甲にＡＮＡＬＯＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ社製ＡＤＸＬ２７８の加速度センサＧＳを取り付けると共に、図６（ｂ）に示すように、被験者（人体Ｈ）の上腕骨内側上顆に同一の加速度センサＧＳを取り付けた。そしてさらに、図６（ｃ）に示すように、テニスラケットＲにも同一の加速度センサＧＳを取り付けた。そして被験者（人体Ｈ）には、加速度センサＧＳのみが取り付けられている第１状態、加速度センサＧＳに加え、Ｐｒｉｎｃｅ社製ＳＵ７０１ハイパフォーマンスプレミアムエルボーが肘に取り付けられている第２状態、加速度センサＧＳに加え、一般的に市販されている主に医療機関で使用される弾性力のあるシート内にポケット状の空間を設け、図６（ａ），（ｂ）に示すように、信越シリコーン社製高粘性タイプのＫＥ−１０５１の固形粘性材ＮＥを収納（付加）したものを手に被覆させた第３状態、加速度センサＧＳに加え、一般的に市販されている主に医療機関で使用される弾性力のある包帯内にポケット状の空間を設け、図６（ａ），（ｂ）に示すように、信越シリコーン社製高粘性タイプのＫＥ−１０５１の固形粘性材ＮＥを収納（付加）したものを手に被覆させた第４状態、の４つの状態でそれぞれ、被験者（人体Ｈ）に地面に弾ませたボールを図６（ｃ）に示すテニスラケットＲを用いてフォアハンドで打撃してもらい、キーエンス社製ＮＲ２０００のデータロガーを用いて、サンプリング周波数１０００Ｈｚで打ち損じた場合を除く各５回の加速度波形をそれぞれ計測した。その結果が、図７に示すものである。
【００３５】
図７（ａ）は、上記各状態（第１状態〜第４状態）でそれぞれ５回計測した図６（ａ）に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における手の甲の加速度のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値の平均値を示し、図７（ｂ）は、上記各状態（第１状態〜第４状態）でそれぞれ５回計測した図６（ｂ）に示すＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における上腕骨内側上顆の加速度のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ値の平均値を示したものである。このグラフを明確に数値化すると以下の表になる。なお、以下の表に示す括弧内はｎ＝５の標準偏差を示している。そしてさらに、図７に示すグラフには記載されていないテニスラケットＲ（図６（ｃ）参照）の打撃方向（Ｚ軸方向）の加速度も示している。
【００３６】
【表１】
2017148219.tif 000008
【００３７】
図７に示すグラフと、上記表１を参酌すると、手の甲において、なし（第１状態）、ｐｒｉｎｃｅ（第２状態）に比して、粘性シート（第３状態），粘性包帯（第４状態）の加速度がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸全てで大きく減少している。そのため、粘性によって衝撃力が吸収、すなわち、緩和されたことが分かる。また、上腕骨内側上顆では、なし（第１状態）、ｐｒｉｎｃｅ（第２状態）に比して、粘性シート（第３状態），粘性包帯（第４状態）の加速度が打撃方向（Ｚ軸）で大きく減少している。そのため、打撃方向（Ｚ軸）での衝撃力が粘性によって吸収、すなわち、緩和されたことが分かる。そしてさらに、表１を参酌すると、テニスラケットＲ（図６（ｃ）参照）の打撃方向（Ｚ軸方向）の加速度は、何れの状態においても、大きな変化は見られない。そのため、テニスラケットＲの動作を粘性が阻害していないことが分かる。
【００３８】
以上のことより、粘性により衝撃力が吸収、すなわち、緩和されたことが証明させると共に、粘性によって人体Ｈの動きを阻害していないことが証明された。
【００３９】
しかして、以上説明した本実施形態によれば、粘性弾性材は、粘性により急激な衝撃力を緩和することができるため、人体Ｈが怪我を負ってしまう事態を低減させることができるばかりか、粘性が伸縮性を阻害することがないため、人体Ｈの動きを阻害する事態を低減させることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、膝用のサポータ、テーピングを例に説明したが、それに限らず、様々な部位用のサポータ、テーピングに適用可能である。
【００４１】
また、粘性弾性材は、サポータ、テーピングに限らず、スポーツ装具全般に適用可能である。例えば、ゴルフ手袋、衣服等に使用することができる。ゴルフ手袋等に使用すれば、ゴルフ等のスイングの軌道修正に適用することができる。また、ゴルフ手袋等以外にも、ランニングシューズ，ジョギングシューズ等の運動靴にも適用可能である。運動靴に使用すれば、足への負担を軽減することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１        サポータ
２        実験装置
１０      テーピング
Ｈ        人体
【図１】
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【図２】
2017148219.tif 000010
【図３】
2017148219.tif 000011
【図４】
2017148219.tif 000012
【図５】
2017148219.tif 000013
【図６】
2017148219.tif 000014
【図７】
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