情報処理学会 インタラクション 2021
IPSJ Interaction 2021

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2021/3/10

TiltChair: 座面の前傾により姿勢誘導するオフィスチェア
鈴木蒼生1

藤田和之1

高嶋和毅1

池松香2,1

北村喜文1

概要：
長時間の静的な座位姿勢は，筋骨格系の不調だけでなく，心疾患や生活習慣病のリスクを高め死亡率の増加にも繋がる深刻な問題である．しかし，これまで検討されてきた姿勢誘導手法の多くはユーザの作業中断を伴うか，ユーザの自発的な利用を必要とする．そこで本研究では，座面の前傾角度を変化させることでユーザの立位動作を物理的に支援するシステムである TiltChair を提案する．本システムの有効性を示すため，一般的なオフィスチェアの座面を空気圧制御により傾斜可能にした TiltChair のプロトタイプを製作した．このプロトタイプを用い，12 名の参加者に平均 4.25 時間のデスクワークを実施してもらい，長時間の座位の解消への有用性を検証する実験を行った．この結果，小さな傾斜角度（15 度）では 27.2 ％，大きな傾斜角度（35 度）では 60.0 ％の割合で，本システムの前傾動作がユーザを立位姿勢へ誘導した．また，大きな傾斜角度（35 度）であっても，ほとんどの参加者から，座面傾斜はタスクを干渉するものではなかったと感じられていたことがわかった．

1. はじめに法が検討されてきた．しかし，これらの方法も，ユーザが意識的に姿勢を変えることを促すものであり，より明示多くの人々が一日の大半を自身のデスクで座って過ご的な通知であるほどユーザの邪魔になる可能性も高くなしている．長時間の静的な座位は，筋骨格系に不調を及ぼる [16], [34]．別のアプローチとして，ユーザの見ているス

す [15], [17] だけでなく、総死亡率 [10] や心疾患，生活習慣クリーンを物理的に動かすことで視線を誘導し，非明示的病に代表される様々な疾患リスク [2], [6], [10], [31] を高めに姿勢を操作する手法も提案されている [27], [28] が，このるとされており，社会的に問題視されている．これに対し手法は，ユーザが画面を見続けているタスクでのみ有効でて，人間工学および生理学の観点から様々なオフィスチェある．その他，能動的に移動する椅子 [20] 等も検討されてアが考案されている．その多くは，座面や背もたれがユーいるが，これは姿勢誘導を目指したものではない．

ザの動きに応じて（受動的に）スライドしたり傾いたりす

本研究では，新たな姿勢誘導のアプローチとして，オるものである [13], [25], [26], [32] が，このアプローチはあフィスチェア座面の傾きに焦点を当てる．座面の傾きのまり効果がないと指摘する研究も少なくない [25], [26]．一

変化は，ユーザの作業内容に関わらず，着座姿勢に直接働方で，高さを調節可能なデスク（昇降デスク）やエクササきかけることが可能であると考えられる．加えて，座面をイズしながら利用可能なワークステーション等が開発され前傾させることで立位と座位の間の過渡的な状態（半座ている [7], [22], [24], [29], [30] が，これらはユーザが自発位 [33]）へ誘導し，ユーザの自然な姿勢の変化を促せると的に利用する必要がある [9], [12] ため，一様に効果が得ら期待される．これまでに，座面が受動的に傾斜する機構をれない．

持つ椅子 [3], [4], [5], [23], [33] は検討されているが，シスヒューマン・コンピュータ・インタラクション（HCI）のテムからの能動的な座面角度変化を検討している例は少な

分野では，姿勢のセンシングおよび誘導・矯正に関する多くく，長時間の座位の解消へどの程度効果があるのかを調査の研究が行われてきた．特に，姿勢の誘導や矯正は，画面した研究はほとんどない．

上の通知 [1], [16], [18]，振動触覚フィードバック [16], [34]，

そこで本研究では，座面の前傾角度変化により姿勢誘導卓上オブジェクトの形状変化 [8], [16], [19] 等の様々な方を促すオフィスチェアである TiltChair を提案する．図 1

12東北大学電気通信研究所
Sendai, Miyagi, Japan
ヤフー株式会社
Chiyoda, Tokyo, Japan© 2021 Information Processing Society of Japanに昇降デスクと併せて使用した場合の提案システムの使用イメージを示す．本システムでは，座位姿勢から立位姿勢への移行を物理的に誘導する．本システムを用いた先行研

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究では，傾斜角度および変化速度を制御することで，姿勢

2.2 実装誘導の強制力やタスクへの干渉度合いを調節できることが2.2.1 前傾機構

明らかになった [11]．本稿では，この知見に基づき，実利座面の傾斜は，通常のオフィスチェア（BIT-X45LO-F-用を想定したオフィス作業向けの座面前傾アルゴリズムをBL，アイリスチトセ）の座面下に空気圧制御機構（以下，実装し，これを用いたユーザスタディの結果を報告する．

前傾機構）を挿入することで実現する．図 2a に前傾機構の実験結果から，本システムを用いた姿勢誘導の可能性につシステム構成，図 2b に前傾機構の側面図を示す．前傾機

いて考察する．

構は，2 つの蝶番（B-214-4，TAKIGEN）で接続された 2

2. TiltChair枚の木製プレート（W300 × D300 × H20mm）とその間に挿入されたエアクッション（Toughage Triangle Inﬂatable

TiltChair は，座面の前傾角度変化を用いて姿勢変化をPillow，膨張時 W450 × D360 × 160mm，耐荷重 120 kg）促進するオフィスチェアである．座面の傾斜角度と変化速で構成されている．上部プレートはオフィスチェアの座面度を制御することで，姿勢誘導の強制力とユーザへの干渉下部に，下部プレートはオフィスチェアのフレームにそれぞを意図的に調整することが可能であると期待される．これれ取り付けている．また下部プレートには，エアクッショを用いれば，例えばユーザを半強制的に立ち上がらせる誘ンの厚みを考慮したうえで傾斜角度を 0 度に維持するため，導や，逆にユーザにあまり気付かれずに立位を促す誘導

3D プリント素材によるオフセットパーツを取り付けてい等，幅広いコンテキストでの利用が期待できる．以下では，る．エアクッションは，手動バルブ（250V，KOGANEI）

TiltChair を実現するためのシステム設計とそのプロトタを介してエアコンプレッサ（ACP-10A，EARTH MAN）

イプの実装について説明する．と真空ポンプ（TA150XD，TASCO）に接続されており，手動バルブをサーボモータ（DS3218mg，Goolsky）によっ

2.1 システムデザインて操作することで膨張と収縮を切り替える．空気の流入量

TiltChair のシステム要件は下記のとおりである．

は，レギュレータ（AT-77、藤原産業）のダイヤルを別の• 一般的なオフィスチェアへの追加機構であること．こサーボモータで回転させることで制御する．上部プレート

れは，通常のオフィスチェアの座り心地を維持するたには，傾斜角を測定するための加速度センサ（MPU6050、めである．

IvenSense）と，ユーザの座位の有無を取得する圧力センサ• システムは，座面の「傾斜角度」と「変化速度」を制御（BME280、Bosch Sensortec）を設置した．マイクロコンできること．これらの変数は作業中の姿勢変化においトローラには，Arduino Uno（Gravitech）を使用した．前てユーザに大きく影響を与えると想定しているため，傾機構により，オフィスチェアの座面角度を最大 55 度まで制御できる必要がある．さらに，今回着目した要素は上昇させることができる．前傾機構を取り付けた座面の高座面の前傾角度変化であり，座面の動きは背もたれかさは 92–102cm であり，元のオフィスチェアよりも 9.0cmら独立している必要がある．

高くなっている．この高さについては，先行研究 [4] で，座• 座面の傾斜がユーザを半座位の姿勢に誘導できるこ

面が高い状態においてユーザが座面の傾斜を受け入れやすと．座面の傾斜動作は多数考えられるが，中でもユーいと報告されていたこと，加えて予備テスト（N = 5）でザを半座位姿勢へと誘導可能なものとする．具体的に座面の高さに対する否定的な反応が確認されなかったことは，座面の前端を回転軸として，座面表面が水平状態から，大きな悪影響はないと考えた．と前傾状態（後傾は不可）との間で遷移する．この前

2.2.2 制御アルゴリズム

傾は，傾斜角度に応じてユーザの腰の位置を上昇させ傾斜の速度は，サーボモータでレギュレータのダイヤルることが期待され，座っている状態と立っている状態を回転させ，空気の流入量を変更することで制御する．この間の自然な移行を促す．の方法を用いて正確な座面角度の変化速度の制御を行う• 傾斜動作は滑らかであること．傾斜動作中の急激な加ために，ダイヤルの回転角度と，結果として生じるシー速または減速は，ユーザに身体的もしくは精神的なス

トの傾斜速度との関係を調べた．ユーザ（体重 72 kg）がトレスを与える可能性がある．加えて，傾斜以外の動

TiltChair に座った状態で，0-40 度の間で 1 度ずつダイヤ作（モータからの振動など）は，座面の前傾を提示す

ルの回転角度を上げながら，その時の傾斜速度を測定しる中で避けるべき要素である．これらの理由から，シた．速度は，座面角度を 0 度から 30 度まで上げるのにステムは傾斜角度や速度に関係なく滑らかな動作が必かかる時間から計算し，モータの回転角 x(度）と得られ要となる．

た座面の傾斜速度 y(度/min）の関係をロジスティック曲

これら 4 つの要件を考慮して，座面下に挿入したエア

線 y = a/(1 + b × ecx ) にフィッティングさせたところ，クッションを空気圧制御することにより座面角度を制御す

a = 1.02 × 102，b = 1.30 × 103，c = −0.270 が得られ，残る機構を採用した．

差の標準誤差は 2.25 度/min，自由度は 38 であった．この© 2021 Information Processing Society of Japan135

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図 1

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TiltChair の利用イメージ．座面角度：(a) 0 度, (b) 15 度, (c) 35 度, (d) 40 度

図 2(a) TiltChair のシステム構成．(b) 前傾機構の側面図 (背もたれは省略)

結果から，特定の傾斜速度 y を与えるダイヤル回転角 x は，その逆関数によって決定できる．ユーザの体重や体の動きによって座面角度がわずかに変動する可能性があるが，予備調査においてこの影響は無視できると考え，フィードバック制御を採用しなかった．
この機構を用い，前傾角度制御の精度を測定するためのテストを実施した．ユーザ（N = 5）が着座した状態で，0度から 35 度までの座面の前傾角度変化を 2 種類の速度（5度/min と 40 度/min）で提示した．加速度センサから座面

図 3 継続着座時間に対する TiltChair の座面角度動作．

角度の時系列データを 4Hz で取得し，0 度から一定速度で35 度に達する際の動作を理論値と比較し，測定値との誤差を算出した．合計 9450 の取得サンプルを測定したところ，平均絶対誤差は 1.55 ± 0.534 度（平均誤差率 4.42%）であいよう，傾斜速度は先行研究 [11] で用いたもののうち最り，これは姿勢誘導を実現する上で十分に小さいものであ低速なもの（5 度/min）とした．また傾斜動作の到達角度ると考えた．

は，先行研究 [11] で用いた 2 種類（15 度と 35 度）を順に提示することを試みる．ユーザが着座しているかどうかは

3. アプリケーションの検証

TiltChair 座面に設置された圧力センサにより取得され，連製作した TiltChair のプロトタイプを利用し，長時間の続座位時間が 30 分に達すると到達角度 15 度，60 分に達座位の解消を目的としたアプリケーションの有用性を検証すると到達角度 35 度として，5 度/min の速度でそれぞれするユーザスタディを実施した．

座面を傾斜させた．座面の傾斜は，到達角度に達してから1 分間提示した．参加者は，自身のノート PC，2 章で述べ
3.1 実験計画

た TiltChair プロトタイプ，および昇降デスクと拡張ディ本検証では先行研究の結果 [11] に基づき，長時間またはスプレイから構成されるワークスペースにて，最低 4 時間

静的な座位の解消を目的として図 3 に示す座面動作を採用

自由にデスク作業を行い，作業後に座面動作および作業性する．すなわち，デスクワーク作業にできるだけ干渉しなに関するインタビューに回答した．また参加者の姿勢変化を録画した映像から観察した．

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3.2 参加者

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いたいという意見があった．一方で，そもそも立位での作参加者は，12 名の大学生または大学院生（男性：11 名，業を好まない，デスクワークにおいて身体的な不調を感じ女性：1 名）で構成され，平均年齢は 23.5 歳（SD=1.29）

ないことから，特に利用したいとは思わないという意見もであった．全ての被験者には事前情報として，研究の背景あった（2 名）．

（長時間/静的な座位の悪影響）と本システムの目的について伝えた．

3.5 考察到達角度 15 度の傾斜では，座面動作への気付きの有無

3.3 手順には個人差が見られ，数名の参加者の姿勢変容や軽微な運参加者には，まず実験の概要とデスク環境の使用方法に動を促していたことから，姿勢誘導の強制力はあまり強くついて説明を与えた．その後，参加者にはそのまま数時間なかったと考えられる．一方，到達角度 35 度の変化にお自由にデスク作業を行ってもらった．加えて，自身のノーいては，到達角度 15 度よりも明らかに高い割合でユーザ

ト PC とイヤホンまたはヘッドホンを予め持参してもらい，を立位へと誘導した．このことから，到達角度をより大きまた作業中はコンプレッサ等の騒音による影響を考慮し，なものにすることで，より強制的に立位を促せることが期

持参したイヤホンまたはヘッドホンを常時装着してもらっ待できる．また，座面傾斜が作業への集中を阻害しないもた．参加者には自由に離席してもよいが，長時間の離席がのであったという意見が多かったことから，タスクの最中ないように指示した．作業終了後，座面動作および作業性に座面傾斜を与えたとしても，ユーザのタスクを大きく干に関するインタビューに回答してもらい実験を終了した．

渉せずに立位を促せるという本システムの有用性が示唆さまた実験時に撮影した映像から，着座時間や立位回数を観れた．これは，タスクの合間に用いることを推奨している察した．

関連研究 [21] と比較しても大きな利点であるといえる．また，参加者からのコメントでも得られたように，本システ

3.4 結果ムは，長時間の座位の解消という目的以外の様々な日常場参加者が行った作業は，主に文書作成，論文調査，プロ面に利用可能であると考えられる．中でも，目覚ましやスグラミング，オンラインミーティングへの参加で，一人ケジュールの通知への応用は有望であると考えられるが，あたりの平均作業時間は 4.25 時間 (SD ＝ 0.20) であった．

認知しやすい変化速度での動作など他の動作アルゴリズ

参加者の映像の観察による結果として，到達角度 15 度のムが適していると考えられる．加えて，1 つのアプリケー

傾斜の一人あたり平均提示回数 3.67 回（SD ＝ 0.97）のうション内でも作業内容によってユーザへ与える影響が異な

ち，参加者が立位姿勢に移行した平均回数は 1.00 回（SD ＝る可能性があり，ユーザの作業状態や体勢を考慮した動作1.45）であり，全体の 27.2 ％であった．到達角度 35 度のアルゴリズムに関しても検討の余地がある．

傾斜の平均提示回数は 1.67 回（SD ＝ 1.15）で，そのうち平均立位回数は 1.00 回（SD ＝ 1.27）で，全体の 60.0 ％で4. まとめと今後の展望あった．またインタビューの結果から，到達角度 15 度で本研究では，座面の前傾角度変化を用いて姿勢を誘導さは座面の動作に気づかないことがあった，または気づくませるシステムである TiltChair を提案し，そのプロトタイでに時間を要したと回答した参加者が多かった（7 名）．一プを実装した．加えて，プロトタイプを用い，長期的な座方で，到達角度 15 度の緩やかな傾斜であっても，座面の傾位の解消に向けたアプリケーションを実装し，実利用を想斜中，数名の参加者（4 名）に立位作業への移行や立ち上定したユーザスタディを実施した．結果から，本システムがっての休憩，体を伸ばす等の動作が観察された．到達角がデスク作業中においてユーザの作業を邪魔せずに立位を度 35 度の場合には，多くの被験者が椅子から立ち上がる促進できることが示唆された．しかし一方で，今回の実装という行動を見せた（8 名）．また作業への集中に関してイと検証にはいくつかの制限がある．大きな制限１つは，アンタビューしたところ，11 名が到達角度 15 度，35 度の両プリケーションの検証において長期的な座位行動を観察し方で集中力を阻害されることはほとんどなかったとコメンていないことである．長時間の座位というのは習慣的な行トしており，また 7 名が立位での作業や休憩を挟んだこと動であり，システムの実際の有用性を確認するためには長で普段よりも作業に集中できたと述べた．加えて，オンラ期使用時の行動の変化を調べることが不可欠である．加えインミーティングのような主に視聴覚のみ用いる作業と，て，実用する上では使用ユーザの安全が最優先となる．数

文書作成のようなキーボード入力が必要な作業では，集中時間の作業における問題は発生しなかったが，これも長期力等への影響が異なるという参加者の意見もあった．日常的な観点から調査する必要がある．したがって，長期的なのデスクワークでの利用に関しては，10 名の参加者がポジ

ユーザ調査を実施することは将来的に必要な作業の 1 つでティブな意見を述べ，長時間/静的な座位の解消以外にもある．

目覚ましや作業時間の通知，作業時のリフレッシュ等に使© 2021 Information Processing Society of Japan

実装に関する制限としては，ポンプからのノイズとシス

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テム全体のモビリティの低さが挙げられる．空気圧または油圧シリンダー制御または形状記憶合金 [14] などの他の手法を用いることで，より実用的なプロトタイプが実現でき[13]る可能性がある．また提案手法の実用化に向けて，意図しない座席の変更による精神的ストレスや中断をどのように軽減するか，さらに検討していきたい．

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