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日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2008年 9 月

車いす使用者の段差移動動作における筋負担による評価
車いす使用者
段差筋電図

正会員
同

筋負担

１．研究目的

○市田布田

登＊1
健＊3

同
同
同

久保田
萩原直井一弘＊2
一郎＊4
英雄＊5

表 1． 実験に使用した段差一覧 （形状と高低差のマトリックス）

身障者・高齢者等、生活の基盤として車いすを利用せざるを得ない人々は、年々増加傾向にある。この様な状況に対し、
近年、ハートビル法をはじめ、交通バリアフリー法等により、車いす移動時の斜路や段差等バリアに関する設計基準も整備されている。しかし、それらバリアの根拠は必ずしも明確には示されていない。
本研究は、このうちの段差を対象に、こうした法的基準が車いす使用者の移動上の負担とどの程度整合しているのかを、筋電計で捉えられる筋負担を指標として検証しようとするものである。

10mm 20mm 40mm 60mm 80mm 120 ｍｍ 160 ｍｍ 200 ｍｍ

備考
法的基準の最Ｈ

不可 不可走行 走行 走行大段差 20mm
矩勾配２Ｈ

不可 不可 不可走行 走行（45°の勾配）
1/2 勾配 ( ≒不可 不可27°）
1/3 勾配 （≒※12Ｈ

3Ｈ３Ｈ4※218°）
1/4 勾配 （≒Ｈ４Ｈ5※314°）
1/5 勾配 （≒Ｈ５Ｈ

6２．実験内容（1）実験諸元

走行 走行

1※411°）

Ｈ20mm

7a. 実験日時：2007 年 9 月 10、11 日
b. 実験場所：独立行政法人 建築研究所
c. 被験者数：本学の男子学生 3 人
d . 実験装置：本実験は、表 1 に示す高さ（高低差）と形状のマトリックスにより得られた全 43 パターンの段差装置を木材を組み合わせて製作し行った。図 1 に実験の概略図を示す。
段差は建物の内部・外部をいとわない全ての空間を想定している。なお、本実験では、J I S T9201 規格に基づいた、日進医療器㈱社製の自走式車いすを使用した。
e. 使用機器：筋電の計測には㈱ディケイエイチ社の TRIAS システムを採用した。

20mm

8 10mm
10mm
9２Ｈ
Ｈ

走行 走行出隅部に 10mm

不可 不可
走行 走行 走行の面取り不可 不可 不可走行 走行 走行 走行 走行の面取り不可 不可 不可 不可 不可線）
1/4 勾配 （曲出隅部に 20mm

４Ｈ

10Ｈ

1/2 勾配 （曲線）図 3．筋電計測定データ例
図 2. 筋電の測定箇所

３．実験結果及び考察■(1) 筋電積分値と筋電最大値の試行ごとのばらつき

a. 筋電の測定部位
図 2 に示すように予備実験、文献等を参考に、上肢の手根屈筋、上腕二頭筋、上腕三頭筋、三角筋の計 4 箇所を筋電の測定部位とした。また、被験者には予備実験において段差乗り越えに必要な力の感覚を確認し、余分な力を使わないよう配慮してもらい、疲労等を考慮し実験間隔を十分に取るようにした。なお、
表 1 中の「走行不可」の表記は、その段差パターンで数回試行しても乗り越える事が出来なかった事を表している。
b. 筋電の測定および分析方法
表 1 に示す形状 1 から 10 について順次高さを変えて、それぞれの段差パターンにつき 3 回試行し測定を行った。測定した筋電（図 3）は波形の整流化を行い、整流した波形から段差乗り越え時の筋電最大値および筋電積分値を検出した。なお、筋電積分値は、段差乗越え始め（前輪が段差にさしかかる時）から乗越え終了（後輪が段差を乗り越えた時）までを波形と同期させた動画との比較により慎重に抽出し、3 回の平均値を採用した。

◆ 1 回目□ 2 回目

2.5
2.01.51.00.5▲ 3 回目2.5

筋電最大値 [mV](2) 実験方法

図 4 に、被験者 A が 1/5 の勾配を 120mm 上る実験について、
筋電積分値と筋電最大値の試行ごとのばらつきを例示する。
筋電最大値については、測定部位や試行ごとにばらつきがみられるが、段差を乗り越えるという一連の動作における筋電積分値は、試行ごとのばらつきが少ない。この結果より、形状および高低差の異なる段差パターンについて筋負担を定量的に分析するには、筋電積分値を比較することが適当であると考え、以降は筋電積分値の結果を元に考察を進める。
筋電積分値 [mV・s]

図 1. 実験概念図および実験の様子

手根屈筋

上腕二頭筋

上腕三頭筋

三角筋

× 4 回目

2.0
1.5
1.00.5

手根屈筋

上腕二頭筋

上腕三頭筋

三角筋

図 4． 筋電積分値 ( 左 ) と筋電最大値 ( 右 ) の測定部位 ・ 試行回別のばらつき(2) 垂直段差の高低差と筋電積分値との関係
図 5 に垂直段差 ( 形状 1) の高低差と筋電積分値の関係を例示する。個人差はあるが、高低差が大きくなれば比例的にAn evaluation study by electro-myogram on load of climbing by wheelchair users over difference of floor level―547―

ICHIDA Noboru et al.

被験者C
被験者B
被験者A

01020
段差 [mm](5) 小さな高低差の緩和勾配による筋電積分値と心理評価
図 8 に、表 2 に示す小さな高低差の緩和勾配 3 パターンの筋電積分値の一覧を示す。筋電積分値では各パターンで大きな差は見られないが、補助的に行った心理評価では勾配の緩い 1/5 勾配の方が、1/4 および 1/3 勾配に比べ「苦しい」又は「少し苦しい」という評価となった。1/5 勾配では、車いす自体の勾配が傾斜と同じ勾配のまま走行しなければならないため、心理的に負担が増す要因となっていると考えられる。

上腕二頭筋

1.41.2
1.00.80.6
0.40.20.0

筋電積分値 [mV・s]

手根屈筋

1.41.2
1.00.80.60.40.20.0

筋電積分値 [mV・s]

筋電積分値 [mV・s]

筋負担も増している。段差が無い場合に比べて、10mm の段差を乗越える場合、20mm の段差を乗越える場合に、筋電積分値がそれぞれ 3 倍、5 倍以上になっている。40mm の段差は3 名とも乗り越えられなかった為 30mm、25mm を追試したが、同様に走行不可であった。垂直段差は自走式車いす利用者の移動にとっては、たとえ小さな段差でも大きな障害となり、法的基準値の最大段差 20mm が自力で移動できる限界高さとしても妥当であることが明らかになった。

被験者C
被験者B
被験者A

10

三角筋0.40

被験者 1/5
勾配

1/4
勾配

1/3
勾配

Ａ

▲○○Ｂ△○○Ｃ△○◎

0.30
0.200.100.000

上腕三頭筋

上腕二頭筋

手根屈筋
0.50

20
段差 [mm]

1/5 勾配（120mm）

1/4 勾配（80mm）

1/3 勾配（60mm）

▲：苦しい
○：やや楽

△：少し苦しい◎楽

図８．小さな段差の緩和勾配における筋電積分値と心理評価

図５．垂直段差の高低差と筋電積分値との関係(3) 段差形状と筋電積分値の関係(6) 筋電積分値からみた段差高さと勾配の等価関係

図 6 に、各段差形状における高低差と筋電積分値の関係を示す。高低差 20m m の垂直段差の出隅部を矩勾配 45 度でカットした形状 2 では、いずれの測定部位の筋電積分値も垂直段差形状 1 に比べて 30％程度減少した。この結果から、出隅部をカットすることで筋負担が減少することが明らかになった。また、同じ 1/4 勾配の形状 5（直線型）と形状 10（曲線型）を比較した場合、同じ高低差であっても曲線型の筋電積分値は直線型の約 1.5 倍の値を示した。同様に、1/2 勾配の形状3（直線型）と形状 9（曲線型）の比較では、前者が 60m m まで上れたのに対して後者は走行不可であった。緩和材として使用するミニスロープの勾配にもよるが、段差形状は、曲線形状よりも直線で繋ぐ方が走行性の面でも、筋負担においても良い結果となった。

図 9 は実験で得られた筋電積分値を、その値を示した段差高さと勾配のグラフにプロットし、同じ筋電積分値を直線で結んだ筋電積分値等価線である。手根屈筋では 0.40[ m V ･ s ]に、上腕二頭筋は 0.35[ m V ･ s ] に、図中太い直線で示すそれぞれの法的基準の緩和勾配の数値とほぼ同じ数値が表れた。

形状2形状3形状4

筋電積分値 [mV・s]

筋電積分値 [mV・s]

形状10.8
手根屈筋0.60.40.20.0

形状5形状6形状100.8
上腕二頭筋0.60.40.20.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

段差 [mm]

段差 [mm]

図６．段差形状と筋電積分値の関係(4) 段差形状と筋電最大値との比較
図 7 に各段差形状における高低差と筋電最大値の関係を示す。図 6 の筋電積分値は各形状とも段差が高くなるにつれて比例的に緩やかな増加傾向にあるのに対して、筋電最大値は試行ごとのばらつき同様に、形状や段差高さに関わらず不規則なデータとなった。
形状2形状32.0

形状4

筋電最大値 [mV]

筋電最大値 [mV]

形状11.51.00.5形状5形状102.01.5
1.00.5手根屈筋0.0

形状60 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

上腕二頭筋0.00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

段差 [mm]

図７．段差形状と筋電最大値の関係＊ 1 東京理科大学 大学院生
＊ 2 東京理科大学 工学部 補手 工修＊ 3 独立行政法人 建築研究所 博士 （工学）
＊ 4 独立行政法人 建築研究所 工博＊ 5 東京理科大学 工学部 教授 工博

段差 [mm]

段差高さ [mm]

手根屈筋

上腕二頭筋

200

0.50 mV・ｓ

0.45 mV・ｓ
150

0.40 mV・ｓ

1000.35 mV・ｓ

50
00.30 mV・ｓ
1/5 1/4 1/3 1/2 1/1 ∞1/5 1/4 1/3 1/2 1/1 ∞
スロープ勾配0.25 mV・ｓ

緩和勾配の法基準

図９．段差高さと勾配の筋電積分値等価線

４．まとめ
本実験研究により、段差の高さおよび形状と、筋負担との関係を定量的に把握することができた。特に垂直段差は小さい段差であっても筋負担が大きく、その段差の立上り部に斜材を取り付けるなどの処理を施すことによって筋負担が軽減されることが分かった。また、筋電積分値等価線図から、120 ｍｍ以下の小さな高低差の緩和勾配（120mm：1/5、80mm：1/4、60m m：1/3）が、実験値により近い値であることから、小さい段差の緩和勾配の規定が筋負担の面からも妥当な数値であることを明らかにした。
なお、本研究の実験を行うにあたり、( 独 ) 建築研究所のユニバーサル実験棟をご提供いただいた。また、研究の遂行にあたり、平成 19 年度卒研生ほか関係諸氏の協力を得た。ここに記して謝意を表する。
参考文献・参考資料
1) 糟谷佐紀、他３名「段差通過時の手動車いす駆動力に関する指標化」 福祉工学シンポジウム講演論文集 pp.25-28.2003
2) 米田郁夫：「車いすの工学的基礎」、第１２回日本リハビリテーション工学協会車いす S I G テキスト、日本リハビリテーション工学協会車いす S I G、
pp.17-312000
3) 長寿社会対応住宅設計マニュアル、国土交通省住宅整備課、（1997） 4) 米田郁夫、糟谷佐紀ほか：手動車いすによる縦断勾配走行時の負担と創作難易度
評価、日本機械学会論文集（C 編）、71 巻 701 号、pp.237-244、2005
5) 山村・直井ほか単独での階段降下の可能性について－車いす使用者の階段避難の可能性に関する実験その 1．日本建築学会大学学術講演梗概集
pp.969-972.2007
6) 高齢者、障害者等の移動等の円滑化の促進に関する法律（バリアフリー新法）（2006 年 6 月 21 日公布、同年 12 月 20 日施行）
＊ 1 Graduate Student,Dept.of Architecture,Faculty of Eng.,Tokyo Univ. of Science＊ 2 Research Assoc.,Dept.of Architecture,Faculty of Eng.,Tokyo Univ. of Science,M.Eng.
＊ 3 Building Research Institute,Dr. Eng.
＊ 4 Building Research Institute,Dr. Eng.
＊ 5 Prof.,Dept.of Architecture,Faculty of Eng.,Tokyo Univ. of Science,M.Eng.

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