Mizue Kayama

香山 瑞穂

The University of Nagano Repository / 長野県立大学リポジトリ

VDT作業時における手指動作解析とその評価 : 加速
度センサを用いての基礎実験
著者 香山 瑞穂
雑誌名 長野県短期大学紀要
巻 46
ページ 77-81
発行年 1991-12
URL http://id.nii.ac.jp/1118/00000415/
Creative Commons : 表示 - 非営利 - 改変禁止
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.ja
VDT作業時における手指動作解析とその評価
－加速度セソサを用いての基礎実験一一
香　山　瑞　恵
1章　はじめに
オフィズにコソピューク関連検算が導入されて
から，VI）T（Visual Display Terminal）作
業従事者の肩こり，上肢の痛み，手指のしびれな
どの頸肩腕障害が労働衛生上大きな問題になった。
その原因は，むろん概算そのものにあるとしても，
従事者の高いキー押し下げ圧と不自然な姿勢とに
よるものとにもある，と報告されてきた。だが，
最近のOA機器は人間工学上の改良が加えられ，
キータッチも軽く，薄型で横幕本体から分離した
塑匿なり操作しやすくなってきている。このた軌
以前多かった重症の頸肩腕障害は減少し，問題は
解決したかのようにみえた。従事者の健康診断の
結果からも重症な頸肩腕障害者は減少したと報告
されている似8）（9）。
しかし，最近でも以前程重症ではないにしても，
頸肩腕障害や腱鞘炎が増加しており，健康管理上
の対策が必要になってきている。これらの症状は，
ハソディタイプのワープロやラップトップ，ブッ
ク型またはノート型コソピュークとよばれている
可搬型VDTが急速に普及し，そのキーボードお
よびキーの形状や配置に原因があると考えられて
いる。
このような問題を改善し予防するための1つの
アプローチとして，VDT作業時における腕及び
手指の基礎的な動作を解析するという方法がある。
現段階でをも　下述のことがらが検討課題としてあ
げられており，情報工学，生体工学，医用電子エ
学，人間工学など様々な分野で研究がなされてい
る。
1）キーを押し下げる指の九　ならびにその際の
手指の速度および加速度の変化
2）指先と各関節の3次元的な動態
3）手首の置く位置と関節にかかる力との関係
の　肘の高さと各関節の疲労度との関係
5）局所筋負担の差を知るための各部表面筋電図
この中で我々は，1）の命題である「キーを押
し下げる指の九　ならびに打鍵勒作中の手指の速
度および加速度の変化」に着目し，まず基礎実験
として被験者の指先に加速度を検出するセソサを
装着し，打鍵勒作中の指の速度および加速度変化
の解析を試みた。以下，2章では今回の実験方法
を，3章ではその実験結果について述べたい。
なおこの実験は筆者が信州大学工学部情報工学
科に在籍中におこなったものである。
2章　実験方法
（1）概要
この実験では，加速度セソサを用いてVDT作
業時の手指動作における指先の加速度を検出し，
その速度および加速度変化から個人的特徴を抽出
できるかを検討する。
今回の基礎実験ではセソサからの出力を8mm
ビデオに記録した。またキーボード操作中の手指
動作の様子も8mmビデオに同時記銀した。手指
動作を画像とセソサ出力の両面とから記鏡するこ
77
長野県短期大学紀要　第46号（1991）
とで，打鍵動作をTVモニタで確認しながら，セ
ソサ出力に各種の信号処理をほどこすことが可能
になる。更に，画像を見ながら必要なデータを検
索することもできる。
（2）加速度セソサ
ー敗的な測定実験に用いられている加速度セソ
サは3つの方向軸を備えているが，そのほとんど
は大型である。しかし，本葉険では装着箇所が指
先ということで，セソサはできる限り小型のもの
が望ましい。そこで，セソサの寸法や重さなどを
基準にして，使用する型式を検討した。その結果，
圧電式1次元超小型加速度ピック・アップ（以下，
PUセソサと略記）を使用することにした。圧電
式の特徴としては，1）簡易な構造でありながら精
度が高い，2）一般に小型である，3）外部電源を必
要としない，4）加速度とセソサからの出力の線型
的相関が高い，などがあげられる（2）。
圧電式セソサの動作原理（圧電素子に力が加わ
ったときに生じる電荷を検出して加速度を求める
もの）は，加えられた力と発生電荷の間に比例関
係が成立することを利用して加速度を求める。発
生電荷を電荷感度（pC／G）で校正して検出加速
度とし，その値を電圧感度（mV／G）で補正して
電圧変化として出力している。
セソサの装着指は右手中指とする。右手使用時
の打鍵頻度は人差指が一番高く，ついで中指，薬
指，小指，親指の順であるといわれている。この
場合，人差指に装着すると，たとえば中指などの
他指が打鍵している際にはセソサが邪魔になるこ
とが予想される。手の形から，中指装着は非セソ
サ装着指への影響が一番少なくなると考えられる。
PUセソサを右手中指の指先と第一関節との問に，
指先方向とセソサの検出軸方向が一致するよう取
り付けた（図1参鷹）。
（3）ブロック・ダイアグラム
本実験の信号収集装置および解析装置のブロッ
ク・ダイアグラムを図2に示す。
PUセソサ（RION PV－90B）の出力は，
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図1加速度セソサ装着囲
図2　プロ：ツク・ダイアグラム
このままでは信号レベルが低いためチャージ・ア
ソプ（AKASHIAVZ－75）で増幅される○
次に，電圧信号として表されるPUセソサ出力
を高周波信号に変換する。この処理は記録媒体と
して用いる8mmビデオの音声帯域に信号レベル
を合わせるためにおこなうものである。PUセソ
サの出力は直流成分も含軌　OHz〃250Hzいう位
停号変化の度合が低いた軌　8mmビデオにはこ
のままでは記録できない。ビデオの音声帯域が50
Hz”15kHzであるた軌　中心周波数を6kHzとし，
＋1Vが8kHzに，－1Vが5kHzに対応する
よう調節した。
ここで用いている周波数⇔電圧（以下，Ⅴ／F
またはF／Vと略記）変換語は白研究室で作成し
たもので，可変抵抗により中心周波数を自由に設
定できる構造になっている。
Ⅴ／F変換辞（自作）からの出力は，8mmビ
デオカメラ・レコーダ（CanOnAl－MARK2）に
音声チャネルから記録される。キーボードを振作
する手指の動きを画像チャネルから同時記録する○
再生時には8mmビデオレコーダの出力に対し
て，時間軸積鉄　パワー・スペクトル分析などの
デジタル信号処理が可能になるように，F／V変
VDT作業時における手指動作解析とその評価
換器（前出）で電圧信号に復調する。その復調し
た電圧信号をデジタル・シグナル・アナライザ
〈HITACHIVC－2420）に取りこむ。このとき，
TVモニタによって各被験者の打鍵特徴をとらえ，
手指動作を確認できる。処理結果は，Ⅹ－Yレコ
ーダ（GRAPHTECWⅩ2400）で記録すると共
に，3・5インチディスケットにも保存される。
毎）被験者
実験対象者をデータ入力作業の経験年数により
初心象　中堅者，熟練者の3グループに分けた。
各グループ間での差異が生じるかみるためである。
本実験ではキーパンチャーとして所定の教育を
受けている女性作業員を対象にした。経験年数は
それぞれ4カ月未満（初心者），2年未満（中堅
者），10年以上（熟練者）である。各グループ2
名に対して実験をおこなった。6名すべての被験
者の経歴を表1に示す。
（5）キー入力
データ採取時間は5分間以上とした。これは，
セソサを装着している指がキーを打鍵していると
きのデータを確保するためと，PUセソサを装着
する際の違和感を軽減するためである。
図3は，単位時間における，キーボード上のす
表1被験者各自の経歴
グループ 儂ﾘﾋ?)kﾂ??ﾐ年度1備　　考 
初心者 ???O2．04 HO2．04 ?
中堅者 ???Ol．04 HOl．04 ??ｸ6?86r?
熟練者 ????c……：出社以前に触り 
初心者　　　中堅脅　　　熟練者
図3　単低時間のキー入力回数
キーボード中央　　4投
＊：リリース故の区切り毎に打虔）
図4　テソキーの配列
べてのキー（以下，全キーとする）の入力数と，
リリース・キーを含む数字キーの入力数とを示し
ている。このうち，全キーの入力数はK社資料に
基づく。数字キー入力数は全キー入力数より平均
で約30％増加する傾向をみせる。この増加傾向は
経験年数に関係なく前述の3グループともほぼ同
じ割合になった。このことから，数字キー入力の
みに注目しても，打鍵動作中の手指動作解析の妨
げにならないといえる。全キーを用いて入力する
一般的な打鍵動作とは異なり，本実験ではこのよ
うな結果から，数字キー入力のみを対象とする。
入力データには，数字を羅列しただけの売り上
げ伝票を使用した（K社で通常作業に使用されて
いるもの）。入力は通常の作業通りキーボード中
央にある専用テソキーでおこなった。実験時のテ
ソキーに配置を図4に示す。誤まった入力には通
常の作業と同様のやり方で対処した。測定時の被
験者の姿勢，キーボードと手の位置関係，椅子の
高さなどは，各被験者の通常作業時と同じ条件に
した。
3童　実験結果
図5は，初心者，中堅象　熟練者各1名のキー
入力時間の度数分布を示す。入力作業を開始して＝
1分30秒後から3分30秒後までの連続した2分間
120
108
褐即
等　印
小
20
臥100JJ〇・180・220・260．300．810．880．12日80．50
キー入力時間（桝
図5　キー入力時間の度数分布（2分間）
79
????
（?????????
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をカウソトの対象とした。1つの連続したデータ
を入力する際に∴嘉一タの最初の数字キーを打鍵
してからリリーネ・キーを打鍵するまでの手指動
作の速さはキー入力藤間度数甲最瀕値として示さ
れる0被験者個々の最瀕億を掌る．時間は，中堅者
と熟練者は0．14秒から0．16秒というようにほぼ同
じであるが，初心者は0．22秒である。なお平均値
はそれぞれ，初心者は0．23秒，中堅薯は0．18秒，
熟練者は0．18秒となる。最瀕値の場合と同様に，
平均値でも熟練者と中堅者には差が表れないが，
初心者は他の2着に比べ大きな値を示す。最瀕値
と平均値のどちらで比べても初心者が打鍵する時
の指の速度は遅いことが判る。最瀕値と平均値と
の両方について熟練者と初心者の僅差を単位時間
あたりのキー入力数に換算すると，両方とも約
130タッチ／分となる。これは図3から読み取れる
値とほぼ一致する。
図6は，打鍵動作中の手指の加速度と速度のパ
ワー・スペクいレのピーク周波数である。この図
から，中堅者と熟練者に差はみられないが，それ
に比べ初心者は低いことが判る。ここでの熟練者
と初心者のピーク周波数差を単位時間あたりのキ
ー入力数に換算すると，約120タッチ／分となる。
初心者　　中盤者　　熟練者
図6　加速度，及び速度パワースペク
いレのピーク周波数
初心者　　　中里者　　熟練者
図7　ピーク周波数での加速度及び速度
80
この値も図5からの計算値と同様に，図3からの
値とほぼ一致する。
図7は，図6のときの加速度および速度の大き
さを示す。単位はそれぞれcm／S2，cm／Sとした。
パワー・スべクいレのピーク周波数については同
じ様な値を示す被験者でも，加速度，速度の大き・
さにはかなり個人差がでている。熟練者と中堅者
は，図3の単位時間あたりのキー入力数はほぼ同
程度であり，図6のピーク周波数も同じ様な値で
あるが，速度の大きさは，被験者Fを基準とする
と，被験者Cは約2倍，被験者Dは約5倍，被験
者Eは約3倍となっている。実際に画像データで
調べると，被験者Dは他の被験者と比べ，打鍵前
のホームポジショソが高く，打鍵時もかなり強く
キーに触れていることが確認される。それに対し
て，被験者Fの特徴は，ホームポジショソは他の
被験者に比べかなり低く，打鍵もやわらかい。こ
のことから，打鍵前の手のホームポジショソや打
鍵動作の大きさなどが，この加速度や速度の値に
大きく反映しているといえる。
これらのデータ（図6，図7）と画像データを
組み合わせて解析することにより，障害原因が明
らかになる可能性があると考えられる。
以上のように，基礎実験として加速度セソサを
右手中指に装着し，指先の動作解析の可能性を探
った。
今回の実験では次の2点が問題として残った。
1）打鍵動作中の指の位置と動作速度との関係は，
手指の3次元解析によって可能となるもので，
今回のように1次元センサを用いての実験では，
1軸方法のみの部分的な解析にとどまった。
2）画像データとセソサ信号とは信号収集段階ま
では完全に同時記録されており，セソサ信号か
ら画像データの，またはその道の検索が可能で
あるが，解析段階では8mmビデオとアナライ
ザ内とに分離してしまい，データの検索がしに
くい。
（?）?????
（??）???
VDT作業時における手指動作解析とその評価
4章　おわりに
以上みてきた基礎突放の結果からもわかるよう
に，打鍵動作中の手指の速度ならびに加速度変化
から，被験者個々の打鍵の際の特徴をとらること
ができる。この特徴から頸肩腕障害の原因が兄い
だせるのではないかと推測できる。
しかし，前章でふれた問題点などを考慮すると
実験システムとしてかなりの改良を要することが
判明した。その結果，次の実験への準備として，
信号の記鋸再生をするための新しい装置を作る必
要がある。その仕様としては，多チャネル入力が
実現されるようになり，信号の記銀再生・データ
解析がパーソナルコソピュークを介しておこなえ
る，ということである。多チャネル入力が実現さ
れると，1次元セソサを数カ所に装着しそれらの
出力を同時記録することが可能になる。更に，小
型の多次元セソサを1ヶ所ならび数カ所に装着し
それらの軸方向の出力を同時記録することも可能
になる。
セソサ出力信号と画像データとを同期させ，記
銀するという方式は，一連のデータから必要な箇
所を取り出す際に，有用なのではないかと考えら
れる。
このように，動作解析を進めていくと，次には
キーと指先の接触時間，接触圧などを考慮つつ本
論を展開していくことが必要となり，更には人間
の感覚券と大脳の中枢神経との関係の追究にむか
うことになる。
謝　辞
未熟な私を温かく御指導下さった，信州大学情
報教育講座　米沢義道教授，伊東一典助教諭】岡
島英男助手の諸先生方に厚く御礼申し上げます。
本研究に対して誠意を持ってご協力頂いた㈱ケ
イケソ　エソジニアリソグシステム　データ作成
部の皆様に深謝致します。
また，本論文をまとめる忙あたり貴重な参考意
見等寄せてくださった本学情報科学研究室　清水
道夫助教授に深く感謝いたします。
参　考　文　献
（1）菅野思樹：鍵盤楽界演奏における指・腕協調運動の
分析とそのロボットへの適用，バイオメカニズム学会，
Vol・ユ2No・9pp231一別0（1988）．
（功　藤本勝巳他：トランジスタ技術スペシャル、No．12
pplO6－123（1990）．
（3）中村政俊：2次元画面視標追跡による手の随意運動
磯能の記録処理方法，医用電子と生体工学，Vol．12
No．l pp9－17（1990）．
（粛　労働省：労働者の健康状況調査結果概亀（1988）．
（5）大橋俊夫他：振動障害における局所循環障賓の発生
機構，自律神経，Vol．16No．12（1978）．
（6）佐藤俊輔：生体借号とスぺクいレ解析法，BME学
会，Vol・4No．2pp51－57（1990）．
（7）菅野息樹：多自由度人間形人工の手の開免　バイオ
メカニズム学会，Vol・8No・7ppl14－124（1984）．
（8）阿部英雄：VDT作業における環境管凰労働衛生，
Vol・30No・6pp70－72（1989）．
（9）野田一雄：VDT作業と健康問題，住友産業衛生，
Vol・25No・4pp1－12（1989）．
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