1分で装着可能、腰だけでなく腕の負担も軽減する補助スーツを開発

早大と作業服メーカーの旭蝶繊維が開発、日野自動車が評価協力

発表のポイント

  • これまでの作業負担軽減装置は、腰のみを補助するものやモータなどのアクチュエータを使用した高価かつ高重量で長時間装着が難しいものがほとんどだった。
  • 本補助スーツは、腰だけでなく腕も補助し、1分で装着可能なうえに軽量で長時間装着可能。
  • 繊維や生地を熟知している旭蝶繊維株式会社との共同研究開発。今後、日野自動車の工場ラインで使用実験予定。

早稲田大学理工学術院の田中英一郎(たなかえいいちろう)教授の研究グループは、旭蝶繊維株式会社と共同で、持ち上げ動作時にゴムベルトおよび布の変形収縮により腕と腰を補助するスーツ「e.z.UP・イージーアップ」を開発しました。

現在、職業疾病の6割は腰痛といわれており、作業労働者の作業負担を軽減する各種補助装置が開発されています。特に、腰を屈めて物を持ち上げるときに、伸ばす腰の負担を軽減するようモータや空気圧などのアクチュエータを使用した装置がありますが、補助効果が高くても高価であり、また重量があるため長時間装着するのは困難です。これに対し、ゴムやばねなどを用いた補助スーツもいくつか開発され製品化されていますが、多くは腰のみを補助するものです。また現状の補助スーツは、一度装着すると自身で調整が難しく、長時間装着するとかえって疲れる可能性があるため、十分に普及しているとはいえません。

今回の研究では、過去に田中研究室で学生と開発した、物を持ち上げる際に腰や膝を曲げるとゴムベルトにより腕が持ち上げられる構造を基にして、上半身には袖が、下半身には背中から足裏までベルトがある補助スーツを開発しました。容易な構造のため、1分程度で装着可能です。これまでの実験では、本補助スーツを使用すると、持ち上げ動作時の上腕二頭筋と脊柱起立筋の筋活動の最大値が3~5割程度軽減しました。本補助スーツは、背面にある四角形の布が変形し、対角線の一方が延ばされると他方が縮むことにより、左右非対称の動作に柔軟に対応します。また、長さの異なる2層の伸縮性のある布が、少し腰を曲げたときには柔らかい1層目のみが作用し、深く腰を曲げると2層目も発動し、段階的に強く脊柱起立筋を補助します。現在、日野自動車にて評価を開始しており、今後羽村工場にて本補助スーツを実際の作業時に使用し、実際のラインでの評価を行う予定です。

本補助スーツは、物流、建設現場、工場ライン、農作業、介護などのあらゆるシーンで幅広く利用することが可能です。本補助スーツの着用により、作業者の負担が軽減し、少子高齢化による労働者不足の問題解決の一助になることが期待されます。

「e.z.UP・イージーアップ」は、10月10日から東京ビッグサイトで開催される国際福祉機器展および10月17日からパシフィコ横浜で開催される緑十字展の旭蝶繊維のブースに出展予定、2019年1月発売開始予定です。

(1)これまでの研究で分かっていたこと

現在、職業疾病の6割が腰痛といわれており、作業労働者の作業負担を軽減する各種補助装置が開発されている。特に、腰を屈めて物を持ち上げるときに、伸ばす腰の負担を軽減するようモータや空気圧などのアクチュエータを使用した装置があるが、補助効果が高くても高価であり、また重量があるため長時間装着するのは困難である。これに対し、ゴムやばねなどを用いた補助スーツもいくつか開発され製品化されている。しかしこれらの多くは腰のみを補助するものがほとんどで、また現状のスーツは一度装着すると自身で調整が難しく、長時間装着するとかえって疲れる可能性があるため、上記スーツが十分に普及しているとはいえない。さらに、腰をひねると片側のゴムが必要以上に引っ張られるがもう片側は緩むなどの問題があり、正面を向いたときの動作のみ有効で、左右非対称の動作時には効果が低減すると考えられる。

一方現場では、腰を痛めないよう日常的にコルセットを使用している人も多く、腰に負担をかけないよう、相撲取りの蹲踞の姿勢のように腰を落とした持ち上げ方をするよう心がけている。また、介護や介助を行う現場では女性スタッフが多く、男性に比べて腕力がない方も多く、腰だけでなく腕を補助してほしいという要望が高い。肘置きを自分自身が背負うタイプの製品などもあるが、重量があり、また金属フレームを病院等の現場で使うのは患者さんに接触する可能性もあるため非現実的である。

(2)今回の研究で新たに実現しようとしたこと、明らかになったこと

以上の状況から、以下のことを新たに実現しようとした。

  • 物を持ち上げる際に、腰だけでなく腕も補助する装置を開発したい。
  • モータなどのアクチュエータを使用しない、また共同研究先が作業服を製造販売する旭蝶繊維株式会社であり、様々な種類の繊維や生地を熟知していることから、伸縮性のある布やゴムなどの特性を用いて製作したい。
  • 長時間つけていても良いように、装着後自身で補助力の強さを適宜調整できるようにしたい。
  • 簡単に着脱可能にしたい。

以下は今回の研究で明らかになったこと

  • 今回の開発では、過去に田中研究室で学生と開発したゴムベルトを使ったモデル(物を持ち上げる際、腰や膝を曲げるとベルトにより腕が持ち上げられる構造)を基にして試作を繰り返し行い、持ち上げ動作時に腕と腰の筋肉への負担を軽減するだけでなく、現場での使い勝手を十分考慮した補助スーツを開発した。

 (3)そのために新しく開発した手法

①上半身は袖があり腕を通すが、下半身は背中から足裏までベルトがあり、それらを1分程度で装着できる容易な構造を提案する。

②伸ばした腕を縮める持ち上げ動作時の腕の補助として、上腕二頭筋の上にゴムベルトを配置し、また、屈めた腰を伸ばす動作の補助として、大殿筋、ハムストリングの上にゴムベルトを配置し、腰や膝を曲げるとこれらのベルトが連動して腕のベルトを引っ張り、持ち上げ動作時にゴムが収縮し筋活動を低減する。

③上腕二頭筋上のベルトと背中の四角形の布、その布から大腿部の後ろを通り膝に到達し、その紐を足裏で踏むことにより、自分の体重をカウンタウェイトとして使用し、より強くゴムの補助効果が得られる。

④普段の補助力は軽く、ある程度深く腰を曲げるとより強い補助が得られる構造とする。背中に長さの異なる1枚の伸縮可能な布を備え、1枚はたるませておく。腰を曲げ始めた当初は、動きやすくするため1枚の弱い方の布のみ伸び始めるが、ある程度腰を曲げたとき2枚目の布が自然長となり、さらに腰を曲げると2枚の布が伸び始め、腰を深く曲げるとフックの法則以上に段階的に強く補助することができる。

⑤上記背中の四角形の4つの角と四肢の各ベルトが連結されており、腰をひねるなどの非対称動作を行ったとき、四角形の布が対角線方向に伸び、他方の対角線長さが収縮することにより、適宜四肢の適切な補助力が維持される。

※関連特許及び意匠出願中(特願2018-190541、意願2018-22091)

(4)今回の研究で得られた結果及び知見

  • 本研究の元になっている論文
    田中 英一郎, 村松 慶一, 綿貫 啓一, 三枝 省三, 岩崎 泰雄, 弓削 類, 上肢と背部を補助する持ち上げ動作用ゴムベルトスーツの開発と筋活動評価, 設計工学 Vol. 52(2017) No. 6, pp. 405-418.
    および本研究グループの予備実験では、持ち上げ動作時の上腕二頭筋と脊柱起立筋の筋活動の最大値が3~5割程度軽減した(5%有意)。逆にこれらの拮抗筋である上腕三頭筋や腹直筋の筋活動は、若干上昇することがあるが、その上昇率よりも上記の軽減率の方が大きいこと、また普段あまり使わない上腕三頭筋や腹直筋に仕事を振り分けたとも考えられるため、補助効果があるといえる。現在さらに詳細に検証中であり、後日論文発表する。
  • 実験室だけでなく現場で実際の作業に使用し、使い勝手の向上を検討することを計画している。日野自動車がすでに本研究に協力し、評価を担当している。今後羽村工場の現場にて本補助スーツを実際の作業時に使用し、評価を行う予定。

(5)研究の波及効果や社会的影響

本補助スーツは、物流、建設現場、工場ライン、農作業、介護など幅広く利用することが可能である。本補助スーツ着用により、世界中の作業者の負担軽減が実現し、少子高齢化による労働者不足の問題解決の一助となると考える。

(6)今後の課題

日野自動車羽村工場にて、工場ラインの現場での使用実験およびその評価を行い、補助効果だけでなく使い勝手の向上を図る。

(7)100字程度の概要

早稲田大学理工学術院田中英一郎教授と旭蝶繊維株式会社は、持ち上げ動作時にゴムベルトおよび布の変形収縮により腕と腰を補助するスーツ「e.z.UP・イージーアップ」を開発した。日野自動車が協力し評価を担当、羽村工場での実験を開始する。

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