Généralement, un outil comprend une tête et un manche, avec parfois un manche, ou, dans le cas de l'outil électrique, un corps. Étant donné que l'outil doit répondre aux exigences de plusieurs utilisateurs, des conflits de base peuvent survenir et doivent être résolus par des compromis. Certains de ces conflits découlent des limites des capacités de l'utilisateur, et certains sont intrinsèques à l'outil lui-même. Il convient toutefois de rappeler que les limites humaines sont inhérentes et en grande partie immuables, tandis que la forme et la fonction de l'outil sont sujettes à un certain nombre de modifications. Ainsi, afin d'effectuer un changement souhaitable, l'attention doit être portée principalement sur la forme de l'outil, et, en particulier, sur l'interface entre l'utilisateur et l'outil, à savoir le manche.
La nature de l'adhérence
Les caractéristiques largement acceptées de l'adhérence ont été définies en termes de prise de forceun poignée de précision et poignée de crochet, par lequel pratiquement toutes les activités manuelles humaines peuvent être accomplies.
Dans une poignée puissante, telle qu'utilisée pour enfoncer des clous, l'outil est maintenu dans une pince formée par les doigts partiellement fléchis et la paume, une contre-pression étant appliquée par le pouce. Dans une prise de précision, telle que celle que l'on utilise lors du réglage d'une vis de réglage, l'outil est pincé entre les aspects fléchisseurs des doigts et le pouce opposé. Une modification de la prise de précision est la prise crayon, qui est explicite et est utilisée pour les travaux complexes. Une prise de précision ne fournit que 20 % de la force d'une prise puissante.
Une poignée à crochet est utilisée lorsqu'il n'y a aucune exigence autre que de tenir. Dans la prise en crochet, l'objet est suspendu aux doigts fléchis, avec ou sans l'appui du pouce. Les outils lourds doivent être conçus de manière à pouvoir être transportés dans une poignée en crochet.
Épaisseur de la poignée
Pour les poignées de précision, les épaisseurs recommandées varient de 8 à 16 millimètres (mm) pour les tournevis et de 13 à 30 mm pour les stylos. Pour les poignées de force appliquées autour d'un objet plus ou moins cylindrique, les doigts doivent entourer plus de la moitié de la circonférence, mais les doigts et le pouce ne doivent pas se rencontrer. Les diamètres recommandés vont de 25 mm à 85 mm. L'optimum, variable selon la taille de la main, se situe probablement autour de 55 à 65 mm pour les mâles, et de 50 à 60 mm pour les femelles. Les personnes ayant de petites mains ne doivent pas effectuer d'actions répétitives dans des poignées de puissance d'un diamètre supérieur à 60 mm.
Force de préhension et envergure de la main
L'utilisation d'un outil demande de la force. En dehors de la tenue, la plus grande exigence de force de la main se trouve dans l'utilisation d'outils à levier croisé tels que des pinces et des outils de broyage. La force effective d'écrasement est fonction de la force de préhension et de la portée requise de l'outil. L'étendue fonctionnelle maximale entre l'extrémité du pouce et les extrémités des doigts de préhension est en moyenne d'environ 145 mm pour les hommes et de 125 mm pour les femmes, avec des variations ethniques. Pour une portée optimale, qui varie de 45 à 55 mm pour les hommes et les femmes, la force de préhension disponible pour une seule action à court terme varie d'environ 450 à 500 newtons pour les hommes et de 250 à 300 newtons pour les femmes, mais pour une action répétitive l'exigence recommandée est probablement plus proche de 90 à 100 newtons pour les hommes et de 50 à 60 newtons pour les femmes. De nombreuses pinces ou pinces couramment utilisées dépassent la capacité d'utilisation d'une seule main, en particulier chez les femmes.
Lorsqu'une poignée est celle d'un tournevis ou d'un outil similaire, le couple disponible est déterminé par la capacité de l'utilisateur à transmettre la force à la poignée, et est donc déterminé à la fois par le coefficient de frottement entre la main et la poignée et le diamètre de la poignée. Les irrégularités dans la forme de la poignée ne font que peu ou pas de différence dans la capacité d'appliquer un couple, bien que des arêtes vives puissent causer de l'inconfort et éventuellement des lésions tissulaires. Le diamètre d'une poignée cylindrique qui permet la plus grande application de couple est de 50 à 65 mm, tandis que celui d'une sphère est de 65 à 75 mm.
Poignées
Forme de poignée
La forme d'une poignée doit maximiser le contact entre la peau et la poignée. Il doit être généralisé et basique, généralement de section cylindrique ou elliptique aplatie, avec de longues courbes et des plans plats, ou un secteur de sphère, assemblés de manière à se conformer aux contours généraux de la main qui saisit. En raison de sa fixation sur le corps d'un outil, le manche peut également prendre la forme d'un étrier, d'un T ou d'un L, mais la partie qui vient en contact avec la main sera dans la forme de base.
L'espace délimité par les doigts est, bien sûr, complexe. L'utilisation de courbes simples est un compromis destiné à répondre aux variations représentées par différentes mains et différents degrés de flexion. À cet égard, il n'est pas souhaitable d'introduire dans le manche une correspondance des contours des doigts fléchis sous la forme de crêtes et de creux, de cannelures et d'indentations, car, en fait, ces modifications ne conviendraient pas à un nombre important de mains et pourraient en effet, au-delà une période prolongée, causer des lésions de pression aux tissus mous. En particulier, les évidements supérieurs à 3 mm ne sont pas recommandés.
Une modification de la section cylindrique est la section hexagonale, qui est d'une valeur particulière dans la conception d'outils ou d'instruments de petit calibre. Il est plus facile de maintenir une prise stable sur une section hexagonale de petit calibre que sur un cylindre. Des sections triangulaires et carrées ont également été utilisées avec plus ou moins de succès. Dans ces cas, les bords doivent être arrondis pour éviter les lésions de pression.
Surface de préhension et texture
Ce n'est pas par hasard que depuis des millénaires, le bois est le matériau de prédilection pour les manches d'outils autres que ceux destinés à écraser des outils comme des pinces ou des serre-joints. En plus de son attrait esthétique, le bois a été facilement disponible et facilement travaillé par des ouvriers non qualifiés, et possède des qualités d'élasticité, de conductivité thermique, de résistance au frottement et de légèreté relative par rapport au volume qui l'ont rendu très acceptable pour cette utilisation et d'autres.
Ces dernières années, les manches en métal et en plastique sont devenus plus courants pour de nombreux outils, ces derniers en particulier pour une utilisation avec des marteaux légers ou des tournevis. Une poignée en métal, cependant, transmet plus de force à la main et devrait de préférence être enfermée dans une gaine en caoutchouc ou en plastique. La surface de préhension doit être légèrement compressible, si possible, non conductrice et lisse, et la surface doit être maximisée pour assurer une répartition de la pression sur une surface aussi large que possible. Une poignée en caoutchouc mousse a été utilisée pour réduire la sensation de fatigue et de sensibilité des mains.
Les caractéristiques de frottement de la surface de l'outil varient avec la pression exercée par la main, avec la nature de la surface et la contamination par l'huile ou la sueur. Une petite quantité de sueur augmente le coefficient de frottement.
Longueur de manche
La longueur du manche est déterminée par les dimensions critiques de la main et la nature de l'outil. Pour un marteau à utiliser d'une seule main dans une poignée de puissance, par exemple, la longueur idéale va d'un minimum d'environ 100 mm à un maximum d'environ 125 mm. Les poignées courtes ne conviennent pas à une prise électrique, tandis qu'une poignée inférieure à 19 mm ne peut pas être correctement saisie entre le pouce et l'index et ne convient à aucun outil.
Idéalement, pour un outil électrique ou une scie à main autre qu'une scie à chantourner ou une scie à chantourner, le manche devrait s'adapter au niveau du 97.5e centile à la largeur de la main fermée enfoncée, à savoir 90 à 100 mm dans le grand axe et 35 à 40 mm dans le court.
Poids et équilibre
Le poids n'est pas un problème avec les outils de précision. Pour les marteaux lourds et les outils électriques, un poids compris entre 0.9 kg et 1.5 kg est acceptable, avec un maximum d'environ 2.3 kg. Pour les poids supérieurs à ceux recommandés, l'outil doit être soutenu par des moyens mécaniques.
Dans le cas d'un outil à percussion tel qu'un marteau, il est souhaitable de réduire le poids du manche au minimum compatible avec la résistance de la structure et d'avoir le plus de poids possible dans la tête. Dans d'autres outils, le solde doit être réparti uniformément dans la mesure du possible. Dans les outils avec de petites têtes et des poignées volumineuses, cela peut ne pas être possible, mais la poignée doit alors être rendue progressivement plus légère à mesure que le volume augmente par rapport à la taille de la tête et de la tige.
Signification des gants
Les concepteurs d'outils oublient parfois que les outils ne sont pas toujours tenus et utilisés à mains nues. Les gants sont couramment portés pour la sécurité et le confort. Les gants de sécurité sont rarement encombrants, mais les gants portés dans les climats froids peuvent être très lourds, interférant non seulement avec la rétroaction sensorielle, mais aussi avec la capacité de saisir et de tenir. Le port de gants en laine ou en cuir peut ajouter 5 mm à l'épaisseur de la main et 8 mm à la largeur de la main au niveau du pouce, tandis que les mitaines lourdes peuvent ajouter jusqu'à 25 à 40 mm respectivement.
Handedness
La majorité de la population de l'hémisphère occidental favorise l'utilisation de la main droite. Quelques-uns sont fonctionnellement ambidextres, et toutes les personnes peuvent apprendre à fonctionner avec plus ou moins d'efficacité avec l'une ou l'autre main.
Bien que le nombre de gauchers soit faible, dans la mesure du possible, l'installation de poignées sur les outils doit rendre l'outil utilisable par des gauchers ou des droitiers (par exemple, le positionnement de la poignée secondaire dans un outil électrique ou le boucles pour les doigts dans les ciseaux ou les pinces) à moins que cela ne soit clairement inefficace, comme dans le cas des attaches à vis qui sont conçues pour tirer parti des puissants muscles supinateurs de l'avant-bras chez un droitier tout en excluant le gauche- de les utiliser avec la même efficacité. Ce type de limitation doit être accepté car la fourniture de filetages à gauche n'est pas une solution acceptable.
Importance du genre
En général, les femmes ont tendance à avoir des dimensions de main plus petites, une prise plus petite et environ 50 à 70 % de force en moins que les hommes, bien que, bien sûr, quelques femmes au centile supérieur aient des mains plus grandes et une plus grande force que certains hommes au centile inférieur. En conséquence, il existe un nombre important bien qu'indéterminé de personnes, principalement des femmes, qui ont des difficultés à manipuler divers outils à main conçus pour un usage masculin, y compris en particulier les marteaux lourds et les pinces lourdes, ainsi que la coupe du métal, le sertissage et des outils de serrage et des pinces à dénuder. L'utilisation de ces outils par les femmes peut nécessiter une fonction indésirable à deux mains plutôt qu'à une seule main. Dans un milieu de travail mixte, il est donc essentiel de s'assurer que des outils de taille appropriée sont disponibles non seulement pour répondre aux besoins des femmes, mais aussi pour répondre à ceux des hommes qui se situent au bas centile des dimensions de l'extrémité de la main.
Considérations particulières
L'orientation d'un manche d'outil, lorsque cela est possible, doit permettre à la main opératoire de se conformer à la position fonctionnelle naturelle du bras et de la main, à savoir avec le poignet plus qu'à demi supiné, en abduction d'environ 15° et légèrement en flexion dorsale, avec le petit doigt en flexion presque complète, les autres moins et le pouce en adduction et légèrement fléchi, posture parfois appelée à tort position de la poignée de main. (Dans une poignée de main, le poignet n'est pas plus qu'à moitié supiné.) La combinaison de l'adduction et de la dorsiflexion au poignet avec une flexion variable des doigts et du pouce génère un angle de préhension d'environ 80° entre le grand axe du bras et un ligne passant par le point central de la boucle créée par le pouce et l'index, c'est-à-dire l'axe transversal du poing.
Forcer la main dans une position de déviation ulnaire, c'est-à-dire avec la main pliée vers l'auriculaire, comme c'est le cas avec l'utilisation d'une pince standard, génère une pression sur les tendons, les nerfs et les vaisseaux sanguins à l'intérieur de la structure du poignet et peut donner lieu à les conditions invalidantes de la ténosynovite, du syndrome du canal carpien et similaires. En pliant la poignée et en gardant le poignet droit (c'est-à-dire en pliant l'outil et non la main), la compression des nerfs, des tissus mous et des vaisseaux sanguins peut être évitée. Bien que ce principe soit reconnu depuis longtemps, il n'a pas été largement accepté par les fabricants d'outils ou le public utilisateur. Il a une application particulière dans la conception d'outils à levier croisé tels que des pinces, ainsi que des couteaux et des marteaux.
Pinces et outils à levier croisé
Une attention particulière doit être accordée à la forme des manches des pinces et appareils similaires. Traditionnellement, les pinces ont des poignées incurvées de longueur égale, la courbe supérieure se rapprochant de la courbe de la paume de la main et la courbe inférieure se rapprochant de la courbe des doigts fléchis. Lorsque l'outil est tenu à la main, l'axe entre les poignées est aligné avec l'axe des mâchoires de la pince. Par conséquent, en fonctionnement, il est nécessaire de maintenir le poignet en déviation ulnaire extrême, c'est-à-dire fléchi vers l'auriculaire, lors de rotations répétées. Dans cette position, l'utilisation du segment main-poignet-bras du corps est extrêmement inefficace et très stressante pour les tendons et les structures articulaires. Si l'action est répétitive, elle peut donner lieu à diverses manifestations de blessures de surmenage.
Pour contrer ce problème, une nouvelle version de pince ergonomiquement plus adaptée est apparue ces dernières années. Dans ces pinces, l'axe des poignées est coudé d'environ 45° par rapport à l'axe des mâchoires. Les poignées sont épaissies pour permettre une meilleure préhension avec moins de pression localisée sur les tissus mous. La poignée supérieure est proportionnellement plus longue avec une forme qui s'insère dans et autour du côté ulnaire de la paume. L'extrémité avant de la poignée intègre un support pour le pouce. La poignée inférieure est plus courte, avec une soie ou une projection arrondie à l'extrémité avant et une courbe conforme aux doigts fléchis.
Bien que ce qui précède soit un changement quelque peu radical, plusieurs améliorations ergonomiques peuvent être apportées relativement facilement aux pinces. Peut-être le plus important, lorsqu'une prise puissante est requise, réside dans l'épaississement et le léger aplatissement des poignées, avec un support pour le pouce à l'extrémité de la poignée et un léger évasement à l'autre extrémité. Si elle ne fait pas partie intégrante de la conception, cette modification peut être obtenue en enveloppant la poignée métallique de base d'une gaine non conductrice fixe ou amovible en caoutchouc ou en un matériau synthétique approprié, et peut-être grossièrement rugueuse pour améliorer la qualité tactile. L'indentation des poignées pour les doigts n'est pas souhaitable. Pour un usage répétitif, il peut être souhaitable d'incorporer un ressort léger dans la poignée pour l'ouvrir après la fermeture.
Les mêmes principes s'appliquent aux autres outils à levier croisé, notamment en ce qui concerne le changement d'épaisseur et l'aplatissement des poignées.
Couteaux
Pour un couteau à usage général, c'est-à-dire un couteau qui n'est pas utilisé dans une prise de poignard, il est souhaitable d'inclure un angle de 15° entre le manche et la lame pour réduire la contrainte sur les tissus articulaires. La taille et la forme des manches doivent être conformes en général à celles des autres outils, mais pour permettre différentes tailles de main, il a été suggéré de fournir deux tailles de manche de couteau, à savoir une pour s'adapter à l'utilisateur du 50e au 95e centile, et une pour le 5e au 50e centile. Pour permettre à la main d'exercer une force aussi près que possible de la lame, la surface supérieure de la poignée doit incorporer un repose-pouce surélevé.
Un protège-couteau est nécessaire pour empêcher la main de glisser vers l'avant sur la lame. La protection peut prendre plusieurs formes, telles qu'une languette ou une saillie incurvée, d'environ 10 à 15 mm de longueur, faisant saillie vers le bas à partir de la poignée, ou à angle droit par rapport à la poignée, ou une protection sous caution comprenant une boucle en métal lourd d'avant en arrière. arrière de la poignée. Le repose-pouce agit également pour empêcher le glissement.
Le manche doit être conforme aux directives ergonomiques générales, avec une surface élastique résistante à la graisse.
Marteaux
Les exigences relatives aux marteaux ont été largement évoquées ci-dessus, à l'exception de celle relative au cintrage du manche. Comme indiqué ci-dessus, une flexion forcée et répétitive du poignet peut endommager les tissus. En pliant l'outil au lieu du poignet, ces dommages peuvent être réduits. En ce qui concerne les marteaux, divers angles ont été examinés, mais il semblerait qu'incliner la tête vers le bas entre 10° et 20° peut améliorer le confort, si cela n'améliore pas réellement les performances.
Tournevis et outils de grattage
Les manches des tournevis et autres outils tenus de manière quelque peu similaire, tels que les grattoirs, les limes, les ciseaux à main, etc., ont des exigences particulières. Chacun à un moment ou à un autre est utilisé avec une poignée de précision ou une poignée de puissance. Chacun s'appuie sur les fonctions des doigts et de la paume de la main pour la stabilisation et la transmission de la force.
Les exigences générales des poignées ont déjà été prises en compte. La forme efficace la plus courante d'une poignée de tournevis s'est avérée être celle d'un cylindre modifié, en forme de dôme à l'extrémité pour recevoir la paume, et légèrement évasé à l'endroit où il rencontre la tige pour fournir un soutien aux extrémités des doigts. De cette manière, le couple est appliqué en grande partie au moyen de la paume, qui est maintenue en contact avec la poignée au moyen de la pression appliquée depuis le bras et de la résistance de frottement au niveau de la peau. Les doigts, bien que transmettant une certaine force, occupent plutôt un rôle stabilisateur, ce qui est moins fatigant puisque moins de puissance est nécessaire. Ainsi, le dôme de la tête devient très important dans la conception du manche. S'il y a des arêtes vives ou des arêtes sur le dôme ou à l'endroit où le dôme rencontre la poignée, soit la main devient calleuse et blessée, soit la transmission de la force est transférée vers les doigts et le pouce moins efficaces et plus facilement fatigués. L'arbre est généralement cylindrique, mais un arbre triangulaire a été introduit qui offre un meilleur support pour les doigts, bien que son utilisation puisse être plus fatigante.
Lorsque l'utilisation d'un tournevis ou d'une autre attache est si répétitive qu'elle comporte un risque de blessure par surutilisation, le conducteur manuel doit être remplacé par un conducteur motorisé suspendu à un harnais aérien de manière à être facilement accessible sans gêner le travail.
Scies et outils électriques
Les scies à main, à l'exception des scies à chantourner et des scies à métaux légères, où une poignée comme celle d'un tournevis est la plus appropriée, ont généralement une poignée qui prend la forme d'une poignée pistolet fermée attachée à la lame de la scie.
Le manche comprend essentiellement une boucle dans laquelle sont placés les doigts. La boucle est en fait un rectangle aux extrémités incurvées. Pour tenir compte des gants, il doit avoir des dimensions intérieures d'environ 90 à 100 mm dans le diamètre long et de 35 à 40 mm dans le court. Le manche en contact avec la paume doit avoir la forme cylindrique aplatie déjà mentionnée, avec des courbes composées pour s'adapter raisonnablement à la paume et aux doigts fléchis. La largeur de la courbe extérieure à la courbe intérieure doit être d'environ 35 mm et l'épaisseur ne doit pas dépasser 25 mm.
Curieusement, la fonction de saisir et de tenir un outil électrique est très similaire à celle de tenir une scie, et par conséquent un type de poignée quelque peu similaire est efficace. La poignée de pistolet courante dans les outils électriques s'apparente à une poignée de scie ouverte, les côtés étant incurvés au lieu d'être aplatis.
La plupart des outils électriques comprennent un manche, un corps et une tête. Le placement de la poignée est important. Idéalement, la poignée, le corps et la tête doivent être alignés de manière à ce que la poignée soit fixée à l'arrière du corps et que la tête dépasse de l'avant. La ligne d'action est la ligne de l'index étendu, de sorte que la tête soit excentrée par rapport à l'axe central du corps. Le centre de gravité de l'outil se situe cependant devant le manche, tandis que le couple est tel qu'il crée un mouvement de rotation du corps que la main doit vaincre. Par conséquent, il serait plus approprié de placer la poignée primaire directement sous le centre de masse de manière à ce que, si nécessaire, le corps dépasse derrière la poignée ainsi que devant. En variante, en particulier dans une perceuse lourde, une poignée secondaire peut être placée sous la perceuse de telle manière que la perceuse puisse être actionnée avec l'une ou l'autre main. Les outils électriques sont normalement actionnés par une gâchette incorporée dans l'extrémité avant supérieure de la poignée et actionnée par l'index. La gâchette doit être conçue pour être actionnée par l'une ou l'autre main et doit incorporer un mécanisme de verrouillage facile à réinitialiser pour maintenir l'alimentation en cas de besoin.