| 研究課題/領域番号 |
24620010
|
|---|
| 研究機関 | 岐阜医療科学大学 |
|---|
研究代表者 |
田中 邦彦 岐阜医療科学大学, 保健科学部, 教授 (60313871)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2016-03-31
|
| キーワード | 船外活動用宇宙服 / 関節可動域 / 体温調節 / 減圧症 |
|---|
| 研究実績の概要 |
現在の船外活動用宇宙服（以下、宇宙服）内圧は0.3気圧と低いため減圧症の危険を伴う。しかし内圧を高めると外部真空との圧格差増大による膨張で可動性が低下する。昨年までの研究で、金属フレームジャバラ＋均一拡張用索状構造＋伸縮性気密層によって高与圧でも可動性を確保できることを確認した。本年度はさらに、予備呼吸不要となる0.65気圧にまで与圧し、その可動性を確認した。
また、肩、手首、腰、股関節といった回転運動を行う関節において、ベアリングを採用することとした。気密性を上げるためには、ボール部分にできる限り間隙を小さくする構造が必要であるが、気密性が高まるほど摩擦によって可動性が低下する。逆に可動性を高めれば気密性が低下する。この矛盾点を昨年度は、従来の内輪・外輪によるベアリングではなく、同径のリングを合わせるスラストベアリングの採用を検討したが、従来のベアリング同様ボール部分については可動性を確保しつつ高与圧することは非常に困難であった。そこで二重ベアリング構造を考案し、可動部分にはまったく与圧ガスが流入しない構造を試作した。その結果、ベアリングそのものに複雑な構造を付与することなく、0.65気圧であっても全く可動性を損なわないことを、肩関節を想定した原寸大サイズにて確認した。
また、宇宙服という閉鎖空間で長時間作業すると体温が上昇する。これを防止するため昨年度、自己発汗スーツを考案しその有用性を検証した。しかしこの方式では冷却開始後スーツが自己発汗し、それが蒸散し有効に気化熱を奪い始めるまで冷却効果が小さいことが欠点であった。そこで任意の時間に噴霧し、冷却を開始する機構をとりつけることで、この欠点が解消できるのではないかと考え、その試作を行った。上記3つの構造は学内の発明委員会にて発明と認められたため、特許事務所にて申請の検討を行った。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
現在の船外活動用宇宙服（以下、宇宙服）ならびに申請者が研究を進めている宇宙服の基本構造は、内部酸素の漏出を防ぐ気密層とこれが破裂するのを防ぐ拘束層から成っている。申請者は可動性を向上させるためいずれの層にも伸縮性素材を使用してきた。これまで伸縮性素材を拘束層に用いる点で問題であったのは可動に無関係な部分の膨張であったが、昨年までの研究で金属フレームを用いることによって余分な膨張を防ぐことができると考えられた。本年はこれをさらに進め、与圧時に均一に蛇腹が膨張するための構造と、伸縮性を付与し、実物大肩関節・0.65気圧で有効性を確認すことができた。
また回転運動を行う関節については、高い気密性を確保しつつ高い可動性を有する二重ベアリング構造を考案し、0.65気圧でその有用性を検証することができた。
冷却下着についてはさらなる構造を付与することで任意に体温を低下させる機構を考案することができた。研究費をいただく4年間のうち3年目で、高い気密性を確保しつつ重要な関節可動性を全て解決でき、学内の発明委員会にて承認された。これによって特許申請準備に着手することができた。
当初の計画通り最終年度において全身スーツの試作と検証に取り掛かれる点でおおむね順調に進行していると考える。
|
| 今後の研究の推進方策 |
まず肩関節、肘関節、股関節、膝関節における屈曲運動を気圧較差0.65気圧で、より円滑に行うための蛇腹構造の詳細について検討する。また、肩関節、手関節、腰部、股関節、足関節における回転運動を円滑に行うための二重ベアリング構造の詳細について検討する。特に腰部、足関節については回転運動ではあるものの大きな回転可動域を必要としないため、従来のベアリングに独自の気密構造（二重ベアリングに至るまでに試行した技術）を付与することでよりシンプルな構造で可動性を確保できないかどうかを検証する。これらの関節構造を接合しあい、体幹部で統合することによって全身スーツの試作を行う。その際、頭部構造について可動によって視界を確保するか、もしくは視野の広い固定構造のいずれがより適切であるかを検討する。全身スーツを構成したのち、圧較差0.65気圧にて各関節の可動域を検証する。
また身体冷却装置については、任意の時期に発汗させる機構をとりつけた自己発汗スーツの有用性を被検者に実際に装着させて検証する。そのうえで、さらにシンプルでより効率の高い技術を考案し、全身スーツと与圧装置との適合性を検証する。
全身スーツおよび冷却装置の統合と並行し、実際に被検者が装着して活動するための風量、水量、気温、水温の数値仕様を検討する。ならびにまた、水分除去、二酸化炭素除去の方法論検討、および放射線被曝量のリアルタイム無線モニターについて検討を行う。
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
試作にかかる材料費が予想以上に低価格であったこと、ならびに当初予測よりも順調に試作と検証が進んだため支出がかなり下回った。
また、検証後特許申請にあたって追加試作、追加実験の必要性を見込んでいたものの大きく経費のかかる追加研究は必要とされなかった。
また申請時には特許申請費を経費に盛り込んでいたが、本研究費の規定によって支出できないことが判明したため予想よりも支出が下回った。
|
| 次年度使用額の使用計画 |
これまでに当初計画していた重要な関節の基本構造と冷却下着に関する基本的構造を決定することができたため、これらをよりよい素材、技術を用いて製作し、全身スーツの完成に使用する。
そのために従来の素材を用いて研究者自身が試作するのと同時に関連すると思われる企業に、これまでの知見を元に製作を依頼するための製作費に充てる。
|
