JP5607964B2 - 人頭ダミー - Google Patents

Description

この発明は、人体各部のうちの少なくとも頭部を模した人頭ダミーに関し、より詳しくは防じんマスクや防毒マスク等の呼吸用保護具を装着させることが可能な前記人頭ダミーに関する。

人頭のダミーであって、そのダミーに形成された口部周辺の皮膚部をサーボモータの使用によって機械的に動かすことができるものは公知である。

例えば、Ｃｒａｗｌｅｙ Ｃｒｅａｔｕｒｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄのホームページ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒａｗｌｅｙ−ｃｒｅａｔｕｒｅｓ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ（非特許文献１）の「ＲＯＢＯＴＩＣＳ」の項は、頭部に着用する呼吸用保護具等を評価するための人頭ダミーである「Ｐｏｒｔｏｎ Ｈｅａｄ」を紹介している。このダミーでは、口部周辺の内側に形成された骨格部とサーボモータとの間をフレキシブルなワイヤでつなぎ、骨格部の複数箇所を個々のサーボモータによって動かしている。サーボモータの動きは、コンピュータ制御されている。

また、特開平８−１０７９８３号公報（特許文献１）に記載された表情変化装置は、ロボットの頭部にかぶせられた軟質合成樹脂製のマスクの内部に形状記憶合金製のアクチュエータが埋設されている。そのアクチュエータは、それを発熱させると記憶した形状に変形するもので、その変形によってマスクの所要部位を弾性変形させてロボットの表情を変化させる。

特開平８−１０７９８３号公報

Ｃｒａｗｌｅｙ Ｃｒｅａｔｕｒｅｓ Ｌｉｍｉｔｅｄのホームページ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒａｗｌｅｙ−ｃｒｅａｔｕｒｅｓ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ

防じんマスクや防毒マスク等の呼吸用保護具を着用したときの顔面に対する着用状態の良否を評価する方法の一つとして、保護具の着用者が会話をするときのように口部を様々な形状に動かしたときの着用状態を観察・評価することが望ましいという場合がある。従来技術における「Ｐｏｒｔｏｎ Ｈｅａｄ」では、口部周囲の骨格部における８カ所に駆動部が設けられ、その駆動部が動くことによって肌部に形成された口部を様々な形状に動かそうとするもので、個々の駆動部は可撓性のワイヤを介してつながるサーボモータによって動かされる。かような従来技術では、駆動部とサーボモータとを可撓性のワイヤでつなぐので、サーボモータには比較的大きなトルクを有するものが必要となる。また、その口部には、駆動部の力が局所的に作用するので、口部の周囲全体を滑らかに変形させるには多数の駆動部を要するとか、駆動部が少数であると口部の周囲が破れるということが生じかねない。

また、形状記憶合金製のアクチュエータを使用してマスクを弾性変形させる従来技術では、マスクの口部を短時間の間に様々な形状に変化させることが困難である。

この発明では、口部の周囲全体を短時間のうちに滑らかに変形させることが可能な人頭ダミーの提供を課題にしている。

前記課題を解決するために、この発明が対象とするのは、人体のうちの少なくとも頭部を模した人頭ダミーである。

かかる人頭ダミーにおいて、この発明が特徴とするところは、以下のとおりである。前記人頭ダミーは、前後方向と横方向と上下方向とを有するとともに、硬質材料で形成された空洞の頭部骨格部と、柔軟弾性材料で形成されていて前記頭部骨格部にかぶせられている肌部とを有する。前記肌部における顔面には、上唇と下唇とによって画成されていて開口形状を変化させることが可能な口部が形成されている。前記口部の周囲には、弾性変形可能なワイヤ片が環を形成した状態で前記柔軟弾性材料に埋められ、前記ワイヤ片の複数箇所には非可撓性材料で形成されていて旋回運動可能な複数の連結部材それぞれにおける一端部を取り付ける一方、前記一端部の反対端部を前記人頭ダミーの内側に向かって前記柔軟弾性材料から延出させ、前記連結部材それぞれの前記反対端部は、所要の回転運動が可能なサーボモータのそれぞれに、非可撓性の接手部材を介して連結される。前記サーボモータは、前記所要の回転運動をすると、前記接手部材を介して前記連結部材それぞれが前記旋回運動をするとともに、前記連結部材によって前記ワイヤ片が動かされて、前記口部の前記開口形状を変化させる。

この発明の実施形態の一つにおいて、前記ワイヤ片が前記上唇に埋められた上方ワイヤ片と前記下唇に埋められた下方ワイヤ片とを含み、前記連結部材が上方連結部材と下方連結部材と第１側方連結部材と第２側方連結部材とを含む。前記上唇では、前記顔面の幅方向の寸法を二等分する正中線上において前記上方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められている。前記下唇では、前記正中線上において前記下方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められている。前記上唇と前記下唇とは互いに交差して前記口部の幅方向両側に第１交差部と第２交差部とからなる一対の交差部を形成する。前記第１交差部には前記第１側方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められる一方、前記第２交差部には前記第２側方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められている。前記第１，第２側方連結部材それぞれの前記一端部は、前記上方ワイヤ片の両端部につながり前記頭部の上下方向へ旋回可能な上腕部と前記下方ワイヤ片の両端部それぞれにつながり前記上下方向へ旋回可能な下腕部とを含む。前記上方連結部材、前記下方連結部材、前記第１側方連結部材および前記第２側方連結部材それぞれの前記反対端部がそれぞれに対する前記接手部材を介して前記サーボモータのそれぞれに連結される。前記サーボモータが前記所要の回転運動をすると、前記上方連結部材と前記下方連結部材とが前記正中線に沿って前記上下方向へ往復旋回運動し、前記第１側方連結部材と前記第２側方連結部材とが前記正中線に交差する平面上において往復旋回運動して前記口部の開口形状を変化させる。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記下方連結部材の前記反対端部には、前記下唇とその近傍を前記前後方向へ旋回させる駆動部が付随しており、前記駆動部がそれに固有のサーボモータによって旋回運動する。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記口部は、前記人頭ダミーの内側へ延びる第１管状部を有し、前記第１管状部が前記人頭ダミーとは別体の吸排気装置、吸排気用ポンプおよび人工肺のいずれかに接続可能である。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記顔面には鼻孔に相当する孔部が形成され、前記孔部は前記人頭ダミーの内側へ延びる第２管状部を有し、前記第２管状部が前記人頭ダミーとは別体の計測機器および計測用配管のいずれかに接続可能である。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記柔軟弾性材料に埋められている前記一端部のそれぞれおよび前記ワイヤ片は、それらのうちの少なくとも一つがそれを被覆していて複数の透孔を有するシート片とともに前記柔軟弾性材料に埋められている。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記シート片は、前記ワイヤ片から延びていて前記柔軟弾性材料の内部に広がる部分を有し、前記部分が前記柔軟弾性材料と一体になっている。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記頭部は、前記頭部における横方向へ往復回転運動可能である。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記頭部は、前記前後方向へ往復旋回運動可能である。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記上方連結部材、前記下方連結部材、前記第１側方連結部材および前記第２側方連結部材それぞれに対する前記サーボモータのそれぞれのうちの少なくとも一つは、前記頭部骨格部の内側に設けられている。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記人頭ダミーには、頸部および胸部が形成されている。

この発明の実施形態の他の一つにおいて、前記人頭ダミーが防塵マスクおよび防毒マスクを含む呼吸用保護具を装着可能に形成されている。

この発明に係る人頭ダミーでは、口部を画成する上唇と下唇とを含む口部の周囲全体に対して、環を形成するようにワイヤ片を人頭ダミーの柔軟弾性材料に埋め、そのワイヤ片を非可撓性材料で形成されている連結部材と接手部材とを介してサーボモータにつないであるから、サーボモータの動きが速やかに接手部材と連結部材とに伝わってワイヤ片が動き、そのワイヤ片が上唇の全体と下唇の全体とを短時間のうちに滑らかに変形させることができる。サーボモータの動きは口部の周囲のうちの局所のみに伝えられるということがないから、口部の周囲において柔軟弾性材料が局所のみで大きく変形して破れるという問題の発生を防ぐことができる。

人頭ダミーの正面図。 人頭ダミーの側面図。 骨格部の正面図。 骨格部の側面図。 駆動部の正面図。 駆動部の側面図。 駆動部の背面の斜視図。 駆動部の上方部分の拡大正面図。 駆動部の上方部分の拡大斜視図。 下方連結部材と下方第２連結部材との拡大側面図。 （ａ）〜（ｄ）によって人頭ダミーの開口形状を例示する写真。 管状部の一例を示す写真。

添付の図面を参照してこの発明に係る人頭ダミーの詳細を説明すると、以下のとおりである。

図１，２は、防じんマスクや防毒マスク等の呼吸用保護具の試験・評価装置１の正面図と側面図とであって、前後方向Ａと、横方向Ｂと、上下方向Ｃとが双頭矢印で示されている。装置１は人頭ダミー１０と操作ボックス１１とを含んでいて、操作ボックス１１は上方部分に操作パネル１１ａを含み下方部分の図示が省略されている。人頭ダミー１０は、その表面部分を形成する肌部１５を有し、その肌部１５は頭部１６の他に頸部１７と胸部１８とを含んでいる。頭部１６には、頭頂部１６ａ、後頭部１６ｂ、側頭部１６ｃ、顔面部１６ｄ等が含まれている。顔面部１６ｄには、上唇２１と下唇２２とによって画成される口部２３、鼻部２４、両眼２６等が形成され、側頭部１６ｃには両耳２７が形成されている。図２においては、頭部１６を部分的に破断することにより、口部２３から頭部１６の内側へ延びて後頭部１６ｂの外へ出る吸排気管として使用可能な第１管状部２８と、鼻部２４の鼻孔２４ａから頭部１６の内側へ延びて後頭部１６ｂの外へ出る通気管として使用可能な第２管状部２９とが示されている。肌部１５は、人の皮膚の柔軟性と弾力性とに近似した性質を有する柔軟弾性材料、例えばシリコーンゴムによって形成される。

図３，４は、肌部１５を内側から支える骨格部３０と、骨格部３０の内側にセットされた駆動部４０との正面図と側面図であって、骨格部３０にかぶせられる肌部１５の図示が省略されている。図における駆動部４０は、大部分が骨格部３０によって覆われていて、その覆われている部分が鎖線で示されている。これらの図ではまた、駆動部４０が取り付けられていて操作ボックス１１の内側におさまる台座１２も鎖線で示されている。骨格部３０は、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等の硬質の合成樹脂で形成されていて容易には変形することのないもので、頭部骨格部３１と、顎部骨格部３２と、胸部骨格部３３とを含んでいる。頭部骨格部３１と胸部骨格部３３とは空洞に形成されていて、それらの内側には駆動部４０がセットされている。頭部骨格部３１は、駆動部４０における支柱４１から上方へ延びる骨格支持部材４１ｓにボルトや接着剤（図示せず）等によって固定されている。顎部骨格部３２は、頭部骨格部３１とは別体のもので、正中線ＣＬに関して対称な形状を有する一対の骨格片３２ａ，３２ｂを含んでいる。骨格片３２ａ，３２ｂのそれぞれは、上端部分３２ｃ，３２ｄがボルト３２ｇを使用して駆動部４０におけるステー４１ｈと４１ｉ（図８参照）とのそれぞれに旋回可能に取り付けられ、下端部分３２ｅ，３２ｆがボルト３２ｈを使用して後記顎レバー６１に取り付けられている。胸部骨格部３３は、操作ボックス１１に対して固定手段（図示せず）を介して取り付けられている。台座１２に固定されている。骨格部３０の表面の複数箇所には、マジックテープ（登録商標）等の名で知られておりフック部材とループ部材とで形成される面ファスナの一方の部材３４が取り付けられている。図１，２における肌部１５の内面には面ファスナのもう一方の部材（図示せず）が取り付けられており、肌部１５と、それがかぶせられた骨格部３０とは、その面ファスナを介して一体になる。

図５，６，７は、駆動部４０の正面図と、側面図と、背面の斜視図とである。駆動部４０は、台座１２の上方で垂直に延びる支柱４１を有し、その支柱４１は上下に二分されていて、上方支柱４１ａと下方支柱４１ｂとを含んでいる。

上方支柱４１ａは、支軸４１ｃを介して下方支柱４１ｂにつながり、その支軸４１ｃを中心に前後方向Ａへ旋回可能な状態にある。その上方支柱４１ａの旋回は、下方支柱４１ｂに取り付けられた第１サーボモータＳ１と上方支柱４１ａとの間に延びる互いに平行な第１ロッド４１ｄと第２ロッド４１ｅとの上下方向Ｃにおける往復運動によって生じるもので、その第１ロッド４１ｄと第２ロッド４２ｅとは、それらの下端部が第１サーボモータＳ１の回転軸（図示せず）を中心に前後方向Ａへ延びるリンク部材Ｌの両端部に回転可能に取り付けられている。リンク部材Ｌの回転によって、第１ロッド４１ｄが上昇すれば第２ロッド４１ｅが下降し、第１ロッド４１ｄが下降すれば第２ロッド４１ｅが上昇する。上方支柱４１ａの旋回は、頭部１６の前後方向Ａへの旋回を意味しており、頭部１６のその旋回はうなずく動作である。上方支柱４１ａと下方支柱４１ｂとには、上方支柱４１ａの前後方向Ａにおけるバランスを調整するための一対のコイルスプリングＳＰが両支柱４１ａと４１ｂとの間で伸長状態となるように取り付けられている。なお、上方支柱４１ａは、互いに平行な２枚の板状体４０ｐを複数のスペーサ４０ｓで固定することにより形成されている。

下方支柱４１ｂは、図５に双頭矢印Ｐで示す方向へ往復回転運動するもので、その運動が可能となるように台座１２の一部である支軸１２ａと支持アーム１２ｂとによって支えられている。台座１２には第２サーボモータＳ２が含まれており、その第２サーボモータＳ２に制御されて往復回転運動する第１ギア１２ｃが下方支柱４１ｂの下端に取り付けられた第２ギア４１ｆと噛み合い、下方支柱４１ｂを介して上方支柱４１ａと頭部１６とを双頭矢印Ｐで示す方向へ往復回転運動させることができる。

図８，９は、駆動部４０の上方部分の正面図と斜視図であって、これらの図における上方支柱４１ａでは、下方支柱４１ｂと骨格支持部材４１ｓとが、上方支柱４１ａから外されていて図示されていない。図示の駆動部４０には、図１における口部２３の形状を様々に変化させるための環状部４５が形成されている。環状部４５は、上方に向かって凸となるように湾曲している弾性変形可能な上方ワイヤ片４５ａと、下方に向かって凸となるように湾曲している弾性変形可能な下方ワイヤ片４５ｂとを含み、これら両ワイヤ片４５ａ，４５ｂの端部どうしが第１側方連結部材４６と第２側方連結部材４７とを介してつながっている。第１側方連結部材４６と第２側方連結部材４７とのそれぞれは、上方ワイヤ片４５ａにつながる上腕４６ａ，４７ａと、下方ワイヤ片４５ｂにつながる下腕４６ｂ，４７ｂとを有する。上腕４６ａと下腕４６ｂとは、それぞれの基端部が第１側方連結部材４６の非可撓性板状体４６ｃにねじ４６ｄを介して回動可能に取り付けられていて、双頭矢印Ｑ１で示す方向、すなわち上下方向Ｃへ旋回可能な状態にある。上腕４７ａと下腕４７ｂとは、それぞれの基端部が第２側方連結部材４７の非可撓性板状体４７ｃにねじ４７ｄを介して取り付けられていて、双頭矢印Ｑ２で示す方向、すなわち上下方向Ｃへ旋回可能な状態にある。

第１側方連結部材４６と第２側方連結部材４７とのそれぞれは、板状体４６ｃと板状体４７ｃとの後方へ向かって延びた外端部８２と外端部８４とが、第３サーボモータＳ３の回転軸４８と第４サーボモータＳ４の回転軸４９とに取り付けられた非可撓性のアーム４６ｆの下端部４６ｇと非可撓性のアーム４７ｆの下端部４７ｇとに固定されている。下端部４６ｇは、支軸４６ｈを介してアーム４６ｆに回転可能に取り付けられており、下端部４７ｇは、支軸４７ｈを介してアーム４７ｆに回転可能に取り付けられている。回転軸４８が往復回転運動をすると、アーム４６ｆと第１側方連結部材４６とが下端部４６ｇを介して双頭矢印Ｒ１の方向へ往復旋回運動をして、第１側方連結部材４６が正中線ＣＬに直交する平面（図示せず）の上において正中線ＣＬへの接近と離間とを繰り返すことができる。また、回転軸４９が往復回転運動をすると、アーム４７ｆと第２側方連結部材４７とが下端部４７ｇを介して双頭矢印Ｒ２の方向へ往復旋回運動をして、第２側方連結部材４７が正中線ＣＬに直交する平面（図示せず）の上において正中線ＣＬへの接近と離間を繰り返すことができる。

環状部４５においてはまた、上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとが、正中線ＣＬ上において上方連結部材５１と下方連結部材５２との管状端部５１ａと管状端部５２ａとに挿通されている。上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとは、管状端部５１ａと管状端部５２ａとの内側を幅方向Ｂへ摺動可能である場合と、摺動不能である場合とがあり、図では摺動可能な場合が示されている。ワイヤ片と管状端部とは、接着や溶接によって摺動不能な状態にすることができる。

上方連結部材５１は、管状端部５１ａから後方に向かって斜め上方へ延びる上方板状体５１ｂが、上方支軸５１ｃに旋回可能に取り付けられている上方第１支持部材５１ｄの表面（図示せず）に固定されている。上方第１支持部材５１ｄは、その側壁部分５１ｅが正中線ＣＬ上において上方から下方へ延びている旋回第１アーム５６の下端部５６ａに回動可能に取り付けられている。旋回第１アーム５６の上端部５６ｂは、第５サーボモータＳ５の回転軸５７に一端部が固定されている旋回第２アーム５８のもう一方の端部５８ａに回転可能につながっている。第５サーボモータＳ５が往復回転運動すると、旋回第２アーム５８と、旋回第１アーム５６とを介して上方板状体５１ｂが上方第１支持部材５１ｄとともに双頭矢印Ｒ３（図４参照）で示す方向へ往復旋回運動する。

下方連結部材５２は、管状端部５２ａから斜め下方へ延びる下方板状体５２ｂが下方第１支持部材５２ｃの表面に固定されている。その下方第１支持部材５２ｃは、後記図１０にも示されるように、その側壁部分５２ｅに対して第２下方連結部材５３が支軸５３ａを介して往復回転運動可能に取り付けられている。下方第１支持部材５２ｃはまた、支軸５２ｆを介して下方第２支持部材５２ｇ（図１０参照）に回転可能に取り付けられている。下方第２支持部材５２ｇは、正中線ＣＬ上において非可撓性の顎レバー６１の底部６１ｃにおける内面６１ｅに固定されている。

顎レバー６１は、図８においてＪ字形に延びていて、第１端部６１ａと、第２端部６１ｂと、底部６１ｃとを有する。第１端部６１ａは、第６サーボモータＳ６の回転軸６２から延びる第１リンク６２ａと第２リンク６２ｂを介して回転軸６２につながっている。第１端部６１ａと底部６１ｃとの中間部６１ｄと第２端部６１ｂとは、図８の横方向Ｂにおいて一対を形成している支軸４１ｆ，４１ｇに回転可能に支えられていて、支軸４１ｆ，４１ｇのそれぞれは、上方支柱４１ａから延びるブラケット４１ｈ，４１ｉのそれぞれに取り付けられている。第６サーボモータＳ６の回転軸６２が往復回転運動すると、第１リンク６２ａと第２リンク６２ｂとを介して顎レバー６１の全体が支軸４１ｆ，４１ｇを中心に往復回転運動をする。そのときの顎レバー６１における底部６１ｃと、底部６１ｃに固定されている下方連結部材５２とは図８に双頭矢印Ｒ４（図１０を併せて参照）で示されるように、弧を画きながら往復上下運動をする。

図１０は、図９における下方連結部材５２と、第２下方連結部材５３と、顎レバー６１との側面形状を部分的に拡大して示す図であるが、下方ワイヤ片４５ｂは仮想線で一部分を示し、顎レバー６１は底部６１ｃの断面形状を含めて示してある。これらの形状の理解を容易にするために、顎部骨格部３２の図示は省略されている。図１０において、下方連結部材５２における下方第２支持部材５２ｇは顎レバー６１の内面６１ｅに溶接、接着、ねじ止め等の取り付け手段によって固定されるもので、図の場合では溶接が採用されている。第２下方連結部材５３は、支軸５３ａと、支軸５３ａの下方部分に固定されている駆動ワイヤ５３ｂと、駆動ワイヤ５３ｂがその長さ方向において摺動可能に挿入されているチューブ状のワイヤガイド５３ｄと、ワイヤガイド５３ｄが挿入されている筒状のワイヤガイドホルダ５３ｃとを含んでいて、ワイヤガイド５３ｄがネジ５３ｅを介してワイヤガイドホルダ５３ｃに固定されている。支軸５３ａは、下方第１支持部材５２ｃの側壁部分５２ｅに対して回転可能に取り付けられている。駆動ワイヤ５３ｂは、その支軸５３ａから第７サーボモータＳ７（図７参照）の旋回レバー５９にまで延びているが、ワイヤガイド５３ｄは、第７サーボモータＳ７の手前まで延びていて第２ワイヤガイドホルダ５３ｆに固定されている（図７参照）。ワイヤガイドホルダ５３ｃは、顎レバー６１の底部６１ｃに対して溶接によって固定されている。旋回レバー５９は、第７サーボモータＳ７の回転によって旋回し、駆動ワイヤ５３ｂを双頭矢印Ｔ１で示す駆動ワイヤ５３ｂの長さ方向へ往復運動させる。その駆動ワイヤ５３ｂの往復運動は、支軸５３ａと下方第１支持部材５２ｃとを介して下方連結部材５２へ伝えられ、管状端部５２ａが支軸５２ｆを中心に双頭矢印Ｒ５で示される方向へ往復旋回運動する。このようにして、管状端部５２ａは、双頭矢印Ｒ４で示される方向への旋回が可能であると同時に、双頭矢印Ｒ５で示される方向への旋回が可能である。

駆動部４０は、このように形成されているが、駆動部４０のうちの環状部４５における上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとは、柔軟弾性材料で形成された肌部１５における上唇２１と、下唇２２とに埋められている。また、第１側方連結部材４６は、上腕４６ａと下腕４６ｂとの全体と、板状体４６ｃのうちでこれら上腕４６ａと下腕４６ｂとにつながる内端部８１（図８参照）とが上唇２１と下唇２２との交差部２０ａ（図１参照）において柔軟弾性材料に埋められている。板状体４６ｃのうちで、内端部８１の反対端部である外端部８２（図８参照）は、肌部１５を形成している柔軟弾性材料から人頭ダミー１０の内側に向かって突出して、アーム４６ｆの下端部４６ｇに固定されている。第２側方連結部材４７は、上腕４７ａと下腕４７ｂとの全体と、板状体４７ｃのうちで上腕４７ａと下腕４７ｂとにつながる内端部８３（図８参照）とが上唇２１と下唇２２との交差部２０ｂ（図１参照）において柔軟弾性材料に埋められている。板状体４７ｃのうちで、内端部８３の反対端部である外端部８４（図８参照）は、肌部１５の内側に向かって柔軟弾性材料から突出してアーム４７ｆの下端部４７ｇに固定されている。環状部４５においてはまた、上方連結部材５１における管状端部５１ａと、上方板状体５１ｂのうちで管状端部５１ａの近傍に位置する内端部８５（図８参照）とが上唇２１とその近傍を形成している柔軟弾性材料に埋められていて、内端部８５の反対端部である外端部８６（図８参照）が肌部１５を形成している柔軟弾性材料から人頭ダミー１０の内側に向かって突出して、上方第１支持部材５１ｄに対して固定されている。下方連結部材５２における管状端部５２ａと、下方板状体５２ｂのうちで管状端部５２ａ近傍に位置する内端部８７（図８参照）とは、下唇２２とその近傍を形成している柔軟弾性材料に埋められていて、内端部８７の反対端部である外端部８８（図８参照）が柔軟弾性材料から突出して、下方第１支持部材５２ｃに対して固定されている。

駆動部４０の上方支柱４１ａと下方支柱４１ｂとにおける各部は金属で形成されていて、第１〜第６サーボモータＳ１〜Ｓ６によって運動させても形状が弾性的にも非弾性的にも変化しないように形成されている。そのように形成されている各部を、この発明では非可撓性であるという。たとえば、顎レバー６１やアーム４６ｆ，４７ｆ、アーム４６ｆ，４７ｆの下端部４６ｇ，４７ｇ、上方板状体５１ｂ、上方第１支持部材５１ｄ、下方板状体５２ｂ、下方第１支持部材５２ｃ、旋回第１アーム５６、旋回第２アーム５８等の接手部材は、この発明において非可撓性のものである。ただし、第１上方支柱４１ａに含まれる上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとは、上唇２１と下唇２２との様々な動きや形状を実現させることができるように、弾性的な可撓性を有するワイヤ片によって形成されている。そのようなワイヤ片には、例えば、ピアノ線、複数条のピアノ線の束、コイルスプリング等の金属材料のワイヤ片、ナイロンやポリカーボネート等の熱可塑性合成樹脂で形成されたワイヤ片がある。また上方支柱４１ａと下方支柱４１ｂとの間に介在するコイルスプリングＳＰや第２下方連結部材５３に使用されている駆動ワイヤ５３ｂやワイヤガイド５３ｄも弾性的な可撓性を有するものである。図７において明らかなように、駆動ワイヤ５３ｂは、駆動部４０の前方に位置する顎レバー６１から後方に位置する第７サーボモータＳ７にまで延びているものであるから、これら両者６１とＳ７との間において滑らかな曲線を画くことができるように弾性的な可撓性を有する金属材料や熱可塑性合成樹脂によって形成されている。ワイヤガイド５３ｄは、駆動ワイヤ５３ｂのそのような曲線形状に倣うことができるように可撓性または弾性的な可撓性を有する材料、たとえば柔軟な熱可塑性合成樹脂によって形成されている。

このように形成されている人頭ダミー１０では、第１〜第７サーボモータＳ１〜Ｓ７のオン・オフや回転角度、毎分の回転数等の運転条件を操作ボックス１１において設定することができる。図示例の第１〜第７サーボモータＳ１〜Ｓ７では、次の動作を得ることができる。

Ｓ１：頭部１６が前後方向Ａにおいて往復旋回運動をしてうなずく動作。
Ｓ２；頭部１６が時計方向と反時計方向とに往復回転運動をする動作。
Ｓ３：上唇２１と下唇２２との交差部２０ａが正中線ＣＬに対して接近・離間する動作。
Ｓ４：上唇２１と下唇２２との交差部２０ｂが正中線ＣＬに対して接近・離間する動作。
Ｓ５：上唇２１が正中線ＣＬに沿って上昇・下降する動作。
Ｓ６：下唇２２が正中線ＣＬに沿って上昇・下降する動作。顎レバー６１と一体になって動く顎部骨格部３２によって生じる顔面部１６ｄの頬や顎が上昇・下降する動作。
Ｓ７：顔面部１６ｄにおける下唇２２とその下方部分とが前後方向Ａにおいて往復運動する動作。

人頭ダミー１０のこれらの動きを第１〜第７サーボモータＳ１〜Ｓ７によって正確に制御するとともに、正確に再現させることによって、呼吸用保護具の着用者が静止しているときだけでなく、着用者が会話をしているときにおいても人頭ダミー１０に対する呼吸用保護具の装着状態が良好であるか否かを目視によって比較、判断することができる。また、人頭ダミー１０の第１管状部２８を吸排気ポンプや人工肺等の外部装置２（図２参照）に接続すれば、着用者が呼吸動作を繰り返しているときに相当する装着状態を観察することができる。さらにはまた、人頭ダミー１０の第２管状部２９を圧力計に接続しておくことによって、装着させた呼吸用保護具における面体の内圧を観察することができる。第２管状部２９はまた、粉じん計に接続しておくことによって、呼吸動作を繰り返しているときに面体内へ侵入する粉じん量を測定することができる。

図１１は、この発明に基づいて製作された人頭ダミー１０の正面形状を例示する写真である。写真の人頭ダミー１０は、年齢２５〜４０歳の成人男子２０人についての頭部寸法を測定して、その寸法の平均値に基づいて製作されている。図の（ａ）〜（ｄ）は、開口形状の異なる口部２３を示している。

図中の（ａ）は、人頭ダミー１０において標準状態として採用した開口形状を示している。口部２３は軽く開いた状態にあって、第１管状部２８を吸排気ポンプ（図示せず）につなぐことによって、人頭ダミー１０による模擬的な呼吸動作が可能になる。図１０の人頭ダミー１０は、図１の操作パネル１１ａにおける第１〜第７サーボモータＳ１〜Ｓ７の運転条件を標準状態にセットすることによって、（ａ）の状態となるように作られている。

図中の（ｂ）は、口部２３が「あ」の音を発しているときの状態を示している。操作パネル１１ａにおいて、第３〜第７サーボモータＳ３〜Ｓ７の運転条件を「あ」に設定すると、第１，第２側方連結部材４６，４７は、ほぼ標準状態のときの位置を維持しているが、上方連結部材５１の管状端部５１ａが双頭矢印Ｒ３に沿って、標準状態の位置から上方へ旋回して上唇２１とその近傍を図の状態にする。下方連結部材５２の管状端部５２ａは、双頭矢印Ｒ４に沿って標準状態の位置から下方へ旋回するとともに、双頭矢印Ｒ５に沿って前後方向Ａの前方に向かって旋回して下唇２２とその近傍を図の状態にする。

図中の（ｃ）は、口部２３が「い」の音を発しているときの状態を示している。操作パネル１１ａにおいて、第３〜第７サーボモータＳ３〜Ｓ７の運転条件を「い」に設定すると、第１，第２側方連結部材４６，４７は標準状態の位置から幅方向Ｂの外側に向かって旋回し、上唇２１と下唇２２との交差部２０ａ，２０ｂが標準状態の位置から幅方向Ｂの外側に移動して、図の状態になる。上方連結部材５１と下方連結部材５２とは、ほぼ標準状態のときの位置を維持している。

図中の（ｄ）は、口部２３が「お」の音を発しているときの状態を示している。操作パネル１１ａにおいて、第３〜第７サーボモータＳ３〜Ｓ７の運転条件を「お」に設定すると、第１，第２側方連結部材４６，４７が標準状態の位置から幅方向Ｂの内側に向かって旋回して、上唇２１と下唇２２との交差部２０ａ，２０ｂが標準状態の位置から幅方向Ｂの内側に移動して、図の状態になる。上方連結部材５１は標準状態の位置から上方へ旋回して上唇２１が図の状態になる。下方連結部材５２は標準状態の位置から下方へ旋回するとともに、前後方向Ａの前方へも旋回して下唇２２が図の状態になる。

口部２３は、第３〜第７サーボモータＳ３〜Ｓ７の運転条件を適宜選択することによって、図示例以外の音を発するときの形状をとることもできるし、開口形状を一定の時間内において連続的に変化させたり、標準状態の開口形状とその他の開口形状とを交互に反復させたりすることもできる。その口部２３では、上唇２１の柔軟弾性材料に埋められている上方連結部材５１の管状端部５１ａと第１側方連結部材４６の上腕４６ａとが滑らかな曲線を画く上方ワイヤ片４５ａを介してつながり、また管状端部５１ａと第２側方連結部材４７の上腕４７ａとが滑らかな曲線を画く下方ワイヤ片４５ｂを介してつながっている。また、下唇２２の柔軟弾性材料に埋められている下方連結部材５２の管状端部５２ａと第１側方連結部材４６の下腕４６ｂとが滑らかな曲線を画く下方ワイヤ片４５ｂを介してつながり、管状端部５２ａと第２側方連結部材４７の下腕４７ｂとが滑らかな曲線を画く下方ワイヤ片４５ｂを介してつながっている。このように口部２３が形成されている人頭ダミー１０では、第３〜第７サーボモータＳ３〜Ｓ７が作動して第１，第２側方連結部材４６，４７や上方連結部材５１、下方連結部材５２が運動すると、その運動が上方ワイヤ片４５ａや下方ワイヤ片４５ｂを介して上唇２１や下唇２２の全体に及んで、口部２３が図１１に例示の如く自然な形状に近い様々な形状をとることができる。なお、この発明において、上方ワイヤ片４５ａは管状端部５１ａと上腕４６ａとの間に延びるものと、管状端部５１ａと上腕４７ａとの間に延びるものとに二分されているものに代えることができ、下方ワイヤ片４５ｂもまた管状端部５２ａと下腕４６ｂとの間に延びるものと、管状端部５２ａと下腕４７ｂとの間に延びるものとに二分されているものに代えることができる。

図１２は、この発明において使用される環状部４５の一例を示す写真である。環状部４５は、コイルスプリングで形成された上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとが第１，第２側方連結部材４６，４７によって連結されている。上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとにおいては、正中線ＣＬ上の位置に上方連結部材５１と下方連結部材５２とが位置している。ただし、上方ワイヤ片４５ａと下方ワイヤ片４５ｂとは、メッシュ生地１０１によって被覆されている。メッシュ生地１０１はまた、環状部４５の外側に向かって広げられていて、その広げられた部分１０２は、複数の切り込み１０３が形成されて短冊状になっている。その結果として、図１２の第１，第２側方連結部材４６，４７は外端部４６ｅ，４７ｅのみが見えている。また、上方連結部材５１と下方連結部材５２とはメッシュ生地１０１の下側に見えている。人頭ダミー１０における肌部１５を成形する一例は、雄型と雌型（図示せず）との間に液状の樹脂原料を流し込んで硬化させる方法であるが、その雄型と雌型との間の所要部位に図１２の環状部材４５をインサートとしてセットしておくことができる。樹脂原料が硬化して柔軟弾性材料となった後は、上唇２１や下唇２２において、例えばコイルスプリングで形成されていてメッシュ生地１０１で被覆されている上方ワイヤ片４５ａや下方ワイヤ片４５ｂが伸長と収縮とを繰り返しても、柔軟弾性材料は簡単に裂けたり、上方ワイヤ片４５ａや下方ワイヤ片４５ｂから剥がれたりするということがない。このような効果を奏するためのメッシュ生地１０１は、液状樹脂の通過を容易とするような大きさの目を有するものであって、樹脂原料が硬化して柔軟弾性材料となったときには、メッシュ生地１０１の両面を覆う柔軟弾性材料がその目においてつながっていることが好ましい。メッシュ生地１０１はまた、柔軟弾性材料の変形によく追随することができるように、弾性的に伸長・収縮可能なものであることが好ましい。そのようなメッシュ生地１０１は、ポリウレタン繊維のごときゴム系の繊維を使用することによって得ることができる他に、捲縮繊維を使用することによっても得ることができる。メッシュ生地１０１は、液状の樹脂原料の通過を可能にする複数の透孔を有するシート片の一例として使用されているものであって、そのような透孔に匹敵する繊維間隙が形成されている不織布片は、メッシュ生地１０１の代替物になり得るものである。

メッシュ生地１０１はまた、それが環状部４５の外側へ広がることによって、環状部４５と柔軟弾性材料との剥離を防いだり、上唇２１や下唇２２における変形を上唇２１や下唇２２の周辺にまで及ぼして、上唇２１や下唇２２だけではなくて口部２３の周囲全体を滑らかに変形させて自然な状態に近い顔面部１６ｄの状態を作り出したりすることに役立つことがある。

この発明において、図示例の人頭ダミー１０は、頸部１７や胸部１８を有することによって、フード付きの呼吸用保護具を着用させて着用状態を観察・評価することもできる。しかし、口部２３のみの被覆を目的とした簡易マスクについて観察・評価したいときには、人頭ダミー１０を頸部１７や胸部１８のない人頭ダミーに代えることができる。口部２３の形状の変化を単純化してもよいときには、第２下方連結部材５３を省いてこの発明を実施することもできる。また、図示例のごとく第１〜第６サーボモータＳ１〜Ｓ６を頭部骨格部３１の内側にセットすることは、試験・評価装置１を小型化して、持ち運びを容易にするという効果を奏する。この発明では、サーボモータを頭部骨格部３１の外側にセットすることもできるのであるが、好ましくは複数のサーボモータのうちの少なくとも一つを頭部骨格部３１の内側にセットする。

１０ 人頭ダミー
１５ 肌部
１６ 頭部
１７ 頸部
１８ 胸部
２０ａ 第１交差部
２０ｂ 第２交差部
２１ 上唇
２２ 下唇
２３ 口部
２８ 第１管状部
２９ 第２管状部
３１ 頭部骨格部
４５ 環（環状部）
４５ａ，４５ｂ ワイヤ片
４６ 連結部材（第１側方連結部材）
４６ａ 一端部（上腕）
４６ｂ 一端部（下腕）
４６ｆ 接手部材（アーム）
４６ｇ 接手部材（下端部）
４７ 連結部材（第２側方連結部材）
４７ａ 一端部（上腕）
４７ｂ 一端部（下腕）
４７ｆ 接手部材（アーム）
４７ｇ 接手部材（下端部）
５１ 連結部材（上方連結部材）
５１ａ 一端部（管状端部）
５１ｄ 接手部材（上方第１支持部材）
５２ 連結部材（下方連結部材）
５２ａ 一端部（管状端部）
５２ｃ 接手部材（下方第１支持部材）
５２ｇ 接手部材（下方第２支持部材）
５３ 駆動部（第２下方連結部）
６１ 接手部材（顎レバー）
６２ａ 接手部材（第１リンク）
６２ｂ 接手部材（第２リンク）
Ａ 前後方向
Ｂ 横方向
Ｃ 上下方向
ＣＬ 正中線

Claims (12)

1. 人体各部のうちの少なくとも頭部を模した人頭ダミーであって、
   前記人頭ダミーが、前後方向と横方向と上下方向とを有するとともに、硬質材料で形成された空洞の頭部骨格部と、柔軟弾性材料で形成されていて前記頭部骨格部にかぶせられている肌部とを有し、
   前記肌部における顔面には、上唇と下唇とによって画成されていて開口形状を変化させることが可能な口部が形成されており、
   前記口部の周囲には、弾性変形可能なワイヤ片が環を形成した状態で前記柔軟弾性材料に埋められ、
   前記ワイヤ片の複数箇所には非可撓性材料で形成されていて旋回運動可能な複数の連結部材それぞれにおける一端部を取り付ける一方、前記一端部の反対端部を前記人頭ダミーの内側に向かって前記柔軟弾性材料から延出させ、
   前記連結部材それぞれの前記反対端部は、所要の回転運動が可能なサーボモータのそれぞれに、非可撓性の接手部材を介して連結され、
   前記サーボモータが前記所要の回転運動をすると、前記接手部材を介して前記連結部材それぞれが前記旋回運動をするとともに、前記連結部材によって前記ワイヤ片が動かされて、前記口部の前記開口形状を変化させることを特徴とする前記人頭ダミー。
2. 前記ワイヤ片が前記上唇に埋められた上方ワイヤ片と前記下唇に埋められた下方ワイヤ片とを含み、前記連結部材が上方連結部材と下方連結部材と第１側方連結部材と第２側方連結部材とを含み、
   前記上唇では、前記顔面の幅方向の寸法を二等分する正中線上において前記上方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められており、
   前記下唇では、前記正中線上において前記下方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められており、
   前記上唇と前記下唇とは互いに交差して前記口部の幅方向両側に第１交差部と第２交差部とからなる一対の交差部を形成して、前記第１交差部には前記第１側方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められる一方、前記第２交差部には前記第２側方連結部材の前記一端部が前記柔軟弾性材料に埋められており、
   前記第１，第２側方連結部材それぞれの前記一端部は、前記上方ワイヤ片の両端部それぞれにつながり前記頭部の上下方向へ旋回可能な上腕部と前記下方ワイヤ片の両端部それぞれにつながり前記上下方向へ旋回可能な下腕部とを含み、
   前記上方連結部材、前記下方連結部材、前記第１側方連結部材および前記第２側方連結部材それぞれの前記反対端部がそれぞれに対する前記接手部材を介して前記サーボモータのそれぞれに連結され、前記サーボモータが前記所要の回転運動をすると、前記上方連結部材と前記下方連結部材とが前記正中線に沿って前記上下方向へ往復旋回運動し、前記第１側方連結部材と前記第２側方連結部材とが前記正中線に交差する平面上において往復旋回運動して前記口部の開口形状を変化させる請求項１記載の前記人頭ダミー。
3. 前記下方連結部材の前記反対端部には、前記下唇とその近傍を前記前後方向へ旋回させる駆動部が付随しており、前記駆動部がそれに固有のサーボモータによって旋回運動する請求項２記載の人頭ダミー。
4. 前記口部は、前記人頭ダミーの内側へ延びる第１管状部を有し、前記第１管状部が前記人頭ダミーとは別体の吸排気装置、吸排気用ポンプおよび人工肺のいずれかに接続可能である請求項１〜３のいずれかに記載の人頭ダミー。
5. 前記顔面には鼻孔に相当する孔部が形成され、前記孔部は前記人頭ダミーの内側へ延びる第２管状部を有し、前記第２管状部が前記人頭ダミーとは別体の計測機器および計測用配管のいずれかに接続可能である請求項１〜４のいずれかに記載の人頭ダミー。
6. 前記柔軟弾性材料に埋められている前記一端部のそれぞれおよび前記ワイヤ片は、それらのうちの少なくとも一つがそれを被覆していて複数の透孔を有するシート片とともに前記柔軟弾性材料に埋められている請求項１〜５のいずれかに記載の人頭ダミー。
7. 前記シート片は、前記ワイヤ片から延びていて前記柔軟弾性材料の内部に広がる部分を有し、前記部分が前記柔軟弾性材料と一体になっている請求項６記載の人頭ダミー。
8. 前記頭部は、前記頭部における横方向へ往復回転運動可能である請求項１〜７のいずれかに記載の人頭ダミー。
9. 前記頭部は、前記前後方向へ往復旋回運動可能である請求項１〜８のいずれかに記載の人頭ダミー。
10. 前記上方連結部材、前記下方連結部材、前記第１側方連結部材および前記第２側方連結部材それぞれに対する前記サーボモータのそれぞれのうちの少なくとも一つは、前記頭部骨格部の内側に設けられている請求項２を直接的、または、間接的に引用する請求項２〜９のいずれかに記載の人頭ダミー。
    
11. 前記人頭ダミーには、頸部および胸部が形成されている請求項１〜１０のいずれかに記載の人頭ダミー。
12. 前記人頭ダミーが防塵マスクおよび防毒マスクを含む呼吸用保護具を装着可能に形成されている請求項１〜１１のいずれかに記載の人頭ダミー。