(57)【要約】【課題】電気的な信号を使用せずに加速度を検出可能な加速度センサ及び身体装着具を提供することである。【解決手段】密閉された中空部を区画する収容体と、前記中空部に収容された物質と、を備え、前記中空部は、第１空間と、前記第１空間と連通する第２空間と、を備え、前記物質が前記第１空間に収容された状態で前記収容体に所定の加速度以上の加速度が作用した場合に、前記物質は、外形を変形することにより前記第１空間から前記第２空間に移動する。【選択図】図１
2015141120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された中空部を区画する収容体と、前記中空部に収容された物質と、を備え、
前記中空部は、第１空間と、前記第１空間と連通する第２空間と、を備え、
前記物質が前記第１空間に収容された状態で前記収容体に所定の加速度以上の加速度が作用した場合に、前記物質は、外形を変形することにより前記第１空間から前記第２空間に移動することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記中空部は、前記第１空間と前記第２空間とを繋ぐ接続路を備え、
前記中空部を区画する内壁は、前記接続路の位置が括れた形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記接続路は、管状の内壁により区画されており、
前記接続路の延在方向に直交する断面で見た場合に、前記延在方向の任意の位置における前記接続路の断面積は、前記第１空間の最大断面積及び前記第２空間の最大断面積よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記収容体は、樹脂で構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記収容体の外壁に、粘着層が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記物質が流体であり、当該流体を第１流体とした場合に、
前記収容体の中空部には、前記第１流体と、前記第１流体と前記中空部内で分離する比重の異なる第２流体と、が収容されていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１流体は水又はフルオロポリマーオイルであり、第２流体はオイルであることを特徴とする、請求項６に記載の加速度センサ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１つに記載の加速度センサを備える、身体に装着する身体装着具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ及び加速度センサを備える身体装着具に関し、特に、物質の変形及び移動を利用した加速度センサ及び身体装着具に関する。
【背景技術】
【０００２】
アメリカンフットボールに代表されるコンタクトスポーツでの脳障害は、深刻な社会問題となってきている。このような脳障害の問題に対しては、早期発見・診断・治療に加えて、そのような障害を引き起こす原因を未然に排除し、防ぐことが重要である。
【０００３】
これに対して、MEMS加速度センサ（「MEMS」はMicro Electro Mechanical Systemsの略称であり、「微小電気機械システム」を意味する。）と無線通信を集積化した、頭部衝撃モニタリングシステムが開発されており、例えば米国のNFL（National Football Leagueの略称）を代表するプロリーグやカレッジリーグで採用されるようになってきた（特許文献１参照）。これらのデバイスは、選手が受けた衝撃をモニタリングし、ダメージの早期発見に重要な役割を果たすと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０９１３４７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示すようなセンサは、電気的な信号を用いて加速度を検出するものであるため、センサの構成が複雑化してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、電気的な信号を使用せずに加速度を検出可能な加速度センサ及び身体装着具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の加速度センサは、密閉された中空部を区画する収容体と、前記中空部に収容された物質と、を備え、前記中空部は、第１空間と、前記第１空間と連通する第２空間と、を備え、前記物質が前記第１空間に収容された状態で前記収容体に所定の加速度以上の加速度が作用した場合に、前記物質は、外形を変形することにより前記第１空間から前記第２空間に移動することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の加速度センサにおいて、前記中空部は、前記第１空間と前記第２空間とを繋ぐ接続路を備え、前記中空部を区画する内壁は、前記接続路の位置が括れた形状を有することが好ましい。
【０００９】
本発明の加速度センサにおいて、前記接続路は、管状の内壁により区画されており、前記接続路の延在方向に直交する断面で見た場合に、前記延在方向の任意の位置における前記接続路の断面積は、前記第１空間の最大断面積及び前記第２空間の最大断面積よりも小さいことが好ましい。
【００１０】
本発明の加速度センサにおいて、前記収容体は、樹脂で構成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の加速度センサにおいて、前記収容体の外壁に、粘着層が設けられていることが好ましい。
【００１２】
本発明の加速度センサにおいて、前記物質が流体であり、当該流体を第１流体とした場合に、前記収容体の中空部には、第１流体と、前記第１流体と前記中空部内で分離する比重の異なる第２流体と、が収容されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の加速度センサにおいて、前記第１流体は水又はフルオロポリマーオイルであり、第２流体はオイルであることが好ましい。
【００１４】
本発明の身体装着具は、上記加速度センサを備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る加速度センサ及び身体装着具によれば、電気的な信号を使用せずに加速度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としての加速度センサ１を示す斜視図である。
【図２】加速度センサ１により加速度が検出される原理を経時的に説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態としての加速度センサ１００を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態としての、加速度センサ１を備える身体装着具８を示す図である。
【図５】加速度センサ１００の使用方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る加速度センサ及び身体装着具の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
【００１８】
＜実施形態１＞
[加速度センサ１]
まず、本発明の一実施形態としての加速度センサ１について説明する。図１は、加速度センサ１の斜視図である。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、加速度センサ１の上面（図１の上側の面）の一部についての拡大図であり、加速度センサ１により加速度が検出される原理を経時的に説明する図である。
【００１９】
図１に示すように、加速度センサ１は、密閉された中空部２を区画する収容体３と、この中空部２に収容された物質Ｘと、を備える。中空部２は、第１空間４と、この第１空間４と連通する第２空間５と、第１空間４及び第２空間５を繋ぐ接続路６と、を備える。物質Ｘが第１空間４に収容された状態で収容体３に所定の加速度以上の加速度が作用した場合に、物質Ｘは、分裂せずに外形を変形することにより、接続路６を通って、第１空間４から第２空間５に移動する。
【００２０】
すなわち、加速度センサ１は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、この収容体３に対して所定の方向において所定の加速度以上の加速度が作用した場合に、収容体３の中空部２内に保持された物質Ｘが、その外形を変形させて中空部２内を移動することによって、加速度センサ１に作用した加速度を検出することができるものである。
【００２１】
具体的に、本実施形態の中空部２は、略円柱状の第１空間４と、この第１空間４の径方向Ａ（本実施形態では収容体３の厚さ方向Ｃに直交する方向）に放射状に延在する８本の接続路６と、それぞれの接続路６を介して第１空間４と連通する８つの、略円柱状の第２空間５と、を備えている。
【００２２】
なお、本実施形態の中空部２には、図１に示すように、物質Ｘとしての水等の第１流体と、第１流体と中空部２内で分離する比重の異なる第２流体Ｙとしてのオイルと、が収容されている。但し、以下で説明する図２〜図５では、説明の便宜上、第２流体Ｙとしてのオイルが省略されて描かれている。
【００２３】
図２（ａ）は、物質Ｘが中空部２のうち第１空間４内に位置する状態を示す。この状態の加速度センサ１に対して、図２（ａ）の矢印で示す方向Ｂ（径方向Ａの一方向）と反対方向に加速度が作用した場合に、第１空間４内の物質Ｘは、方向Ｂに所定の力（慣性力）を受ける。
【００２４】
図２（ｂ）は、物質Ｘが中空部２の第１空間４から接続路６へと外形を変形させながら移動している状態を示す。より具体的には、物質Ｘの一部が接続路６内に入り込み、物質Ｘのその他の部分が第１空間４内に位置する状態を示している。物質Ｘに作用する、図２（ａ）の矢印の方向Ｂへの慣性力による加速度が、所定の加速度以上になった場合に、物質Ｘは、図２（ｂ）に示すように、当該加速度によりその外形を変形させて接続路６内へと入り込む。
【００２５】
ここで、物質Ｘの外形を変形させるためには、物質Ｘが固体の場合は物質Ｘの弾性力等に抗する力、物質Ｘが流体（気体又は液体）の場合は物質Ｘの張力等に抗する力、を物質Ｘに作用させる必要がある。従って、物質Ｘを第１空間４から接続路６内へと入り込ませるためには、物質Ｘの外形を変形させるだけの力を物質Ｘに作用させること、すなわち、その力を発生させるだけの加速度を物質Ｘに対して与えることが必要となる。
【００２６】
図２（ｃ）は、物質Ｘが中空部２の接続路６から第２空間５へと外形を変形させながら移動している状態を示す。より具体的に、図２（ｃ）は、物質Ｘの一部が接続路６内の移動を完了して第２空間５内に進入し、物質Ｘのその他の部分が接続路６内に位置する状態を示している。図２（ｃ）に示すように、接続路６を通過して第２空間５内に進入した物質Ｘの一部は、接続路６を区画する内壁の押圧力から解放され、張力等を復元力として元の外形へと形状変形する。
【００２７】
図２（ｄ）は、物質Ｘが中空部２のうち第２空間５内に位置する状態を示す。より具体的に、図２（ｄ）は、第１空間４に収容されていた物質Ｘの全部が、接続路６を通じて第１空間４から第２空間５へと移動した後の状態を示す。図２（ｄ）に示す状態にある物質Ｘは、図２（ａ）に示す状態にある物質Ｘ、すなわち第１空間４に位置する物質Ｘと同様の外形形状を有している。
【００２８】
このように、物質Ｘが第１空間４に収容された状態で、収容体３に所定の加速度（閾値となる加速度）以上の加速度が作用した場合に、物質Ｘは、外形を変形することにより接続路６内を通過して、第１空間４から第２空間５に移動することができる。この加速度センサ１は、物質Ｘの変形のしやすさに関する物性値（張力等）や、接続路６の断面形状などを変更することにより、上述の閾値となる加速度を調整することが可能である。そのため、上述の閾値となる加速度を予め所定の加速度に設定しておけば、ユーザーは、閾値を超える衝撃が加わったか否か、またその加速度の方向を、例えば、物質Ｘが収容される位置を視認することによって確認することができる。上述の閾値となる加速度の値は、対象となるスポーツの種類や目的等に応じて適宜設定可能であるが、例えば、アメリカンフットボール用のヘルメットの場合、５０Ｇ〜２００Ｇの間で設定することができる。
【００２９】
以下、本実施形態に係る加速度センサ１の各構成について詳細に説明する。
【００３０】
[収容体３]
図１に示すように、本実施形態の収容体３は、上面側から見た場合に略四角形状の外形を有する、扁平状部材である。本実施形態の収容体３は、上面及び下面（上面の反対面）が１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形状で、厚さ方向Ｃの厚みが１．５ｍｍの四角柱で構成されているセンサーチップである。
【００３１】
但し、収容体３の形状は、本実施形態で示す形状に限られるものではなく、加速度センサ１の使用用途、使用目的、上述の閾値となる加速度の値などによって適宜変更することが可能であり、例えば、略円形扁平状の外形を有する収容体とすることも可能である。また、上面及び下面の形状を四角形以外の多角形状とすることもできる。更に、収容体３を扁平状とせずに、立方体や、四角柱以外の柱状体とすることも可能である。
【００３２】
また、収容体３の材料としては、各種樹脂材料、各種金属材料を使用することができる。本実施形態の収容体３は、樹脂材料としてのケイ素系樹脂で構成されており、より具体的に、本実施形態の収容体３は、シリコーン樹脂で構成されている。収容体３をシリコーン樹脂のような低硬度で可撓性を有する樹脂により構成すれば、収容体３を高硬度の材料で構成する場合と比較して、身体と収容体３との直接的又は間接的な接触による身体へのダメージを低減することができるため、身体の表面に直接取り付ける用途に、より適した加速度センサ１とすることができる。更に、収容体３を、樹脂フィルムをベースとして形成すれば、非常に軽量な加速度センサ１を実現することができるため、ボクシングやラグビー、柔道などの、頭部に身体装着具８（図４参照）を使用しないスポーツにおいても利用することが可能となる。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の収容体３は粘着層７を備える。具体的には、本実施形態の収容体３の外壁である下面に、粘着層７が設けられている。従って、この粘着層７により、収容体３を身体の表皮に直接取り付けることが可能となる。なお、本実施形態の粘着層７は、収容体３の下面全域に設けられているが、このような配置に限らず、例えば、下面の一部に設ける構成など、使用用途、身体の取り付け位置等に応じて、適宜配置することができる。粘着層７の材料としては、例えば、収容体３の下面に塗布されたゴム系接着剤、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤等とすることができる。また、粘着層７は、例えば、収容体３の外壁に取り付けられた、不織布で構成される両面テープとすることもできる。なお、収容体３は、使用時以外では粘着層７が外部に露出しないように、粘着層７に積層された剥離層を備える構成とすることが好ましい。この剥離層は、使用前に剥離されるものである。
【００３４】
但し、加速度センサ１は、身体の表皮に直接貼り付けて使用することに限られるものではなく、例えば、身体装着具８としてのヘルメットやその他のプロテクタ（防具）などに取り付けて使用することも可能である。これについての詳細は後述する（図４参照）。
【００３５】
また、本実施形態の収容体３の上面又は下面の少なくとも一方は、一部又は全部の可視光線を通過させる、透明な樹脂材料により覆われている。透明な樹脂材料としては、例えば、上述のシリコーン樹脂を用いることができる。従って、収容体３全部をシリコーン樹脂で構成するようにすることが好ましい。但し、この構成に限られるものではなく、例えば、収容体３の一部を金属材料で構成し、その上面及び下面の少なくとも一方を透明な樹脂材料で構成するようにしてもよい。このようにすることにより、ユーザーは、加速度センサ１の検出結果としての物質Ｘの位置を容易に目視することができる。
【００３６】
このような収容体３は、上述したように、内部に密閉された中空部２を区画している。以下、本実施形態の中空部２について詳細に説明する。
【００３７】
[中空部２]
本実施形態の中空部２は、上面において中央部に位置する円柱状の第１空間４と、上面において周辺部に位置する円柱状の複数の第２空間５と、第１空間４と各第２空間５とを繋ぐ四角柱状の複数の接続部６と、を備えている。
【００３８】
中空部２を区画する収容体３の内壁は、接続路６の位置で、第１空間４及び第２空間５の位置に対して、括れた形状を有する。換言すれば、中空部２の接続路６は、第１空間４及び第２空間５よりも細い隘路を構成している。
【００３９】
更に別の言い方をすれば、本実施形態の接続路６は、収容体３の管状の内壁により区画されており、接続路６の延在方向Ｄに直交する断面（本実施形態では厚さ方向Ｃに沿う断面）で見た場合に、延在方向Ｄの任意の位置における接続路６の断面積は、第１空間４の最大断面積及び第２空間５の最大断面積よりも小さい。
【００４０】
本実施形態の接続路６は、幅ｗが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲、深さｄが０．１ｍｍである（図１参照）。また、本実施形態の第１空間４及び第２空間５は、底面が直径１．５ｍｍの円であり、深さｄが０．１ｍｍである。但し、これらの寸法に限られるものではなく、加速度の閾値の値等に応じて適宜変更することが可能である。
【００４１】
ここで、本実施形態の第１空間４及び第２空間５は、収容体３の内壁により略円柱状に区画されているが、この形状に限られるものではなく、例えば、球形、直方体、立方体、錐台など、様々な形状とすることができる。但し、本実施形態のように表面張力が大きい液体を物質Ｘとして使用する場合には、物質Ｘ自体が球形になろうとするため、第１空間４及び第２空間５も、これに合わせて球形とすることが好ましい。
【００４２】
また、本実施形態の接続路６は、収容体３の内壁により略四角柱状に区画されているが、この形状に限られるものではなく、例えば、三角柱状などの他の角柱形状や略円柱状とすることができる。また、接続路６の延在方向Ｄに直交する断面で見た場合に、接続路６を区画する内壁のうち対向する内壁同士の距離（接続路６が略円柱状の場合には内径）が、第１空間４から第２空間５に向かうにつれて漸減又は漸増するテーパー形状部を、収容体３の内壁に設ける構成としてもよい。更に、テーパー形状に限らず、第１空間４と第２空間５との間で、接続路６の延在方向Ｄに直交する断面の断面積が、延在方向Ｄの位置により変化するように、収容体３の内壁を構成することもできる。また更に、本実施形態の接続路６は、第１空間４と第２空間５との間で直線状に延在しているが、曲線状に延在する構成となるように収容体３の内壁を構成してもよい。
【００４３】
また、本実施形態の接続路６及び第２空間５は、収容体３を上面側から見た場合に、第１空間４の周囲に放射状に８つ（接続路６を８本及び第２空間５を８個）設けているが、８つに限られるものではなく、例えば、収容体３を上面側から見た場合に、直交する２方向に４つのみ設ける構成など、使用する目的や用途に応じて、適宜、個数を変更することが可能である。なお、収容体３を上面側から見た場合に、第１空間４、第２空間５、及び接続路６をそれぞれ１つのみ設けた構成とすることも当然可能である。更に、本実施形態の中空部２は、収容体３が扁平状であることから、厚さ方向Ｃに直交する平面内に二次元的に延在しているが、例えば、収容体３の厚さ方向Ｃの厚みを厚くして、中空部２を、厚さ方向Ｃと直交する平面のみならず、厚さ方向Ｃに平行な平面内など、厚さ方向Ｃと直交する平面内以外の方向に延在させるような構成としてもよい。このような三次元的に延在する中空部を備える加速度センサとすれば、三次元での加速度の検出が可能となる。
【００４４】
更に、本実施形態の中空部２は、第１空間４から第２空間５への物質Ｘの一回の移動のみを検出できる構成であるが、例えば、中空部を、収容体を上面側から見た場合に、網目状に配置された接続路と、接続路の交点の位置に設けられた略円形の空間と、で構成し、複数回の移動を検出できるような加速度センサとすることも可能である。また、物質Ｘの逆戻りを制限するために、接続路をテ―パー構造にすることも可能である。
【００４５】
[物質Ｘ]
物質Ｘは、収容体３の中空部２内に位置し、所定の加速度以上の加速度が作用すると、分裂することなく外形を変形することによって接続路６を通り、第１空間４から第２空間へと移動する。上述したように、本実施形態の中空部２は、物質Ｘとしての第１流体と、この第１流体と中空部２内で混ざらずに分離する比重の異なる第２流体Ｙと、で満たされている（図１参照）。本実施形態の第１流体は水、第２流体は疎水性の流体であるオイルである。なお、ここで言う「分離する」とは、第１流体と第２流体が個別に異なる空間を占めることを意味するものである。
【００４６】
中空部２を、上述のような関係にある第１流体（物質Ｘ）と、第２流体Ｙとで満たすことにより、第１流体（物質Ｘ）に閾値以上の加速度が作用した場合であっても、第１流体は、分裂することなく一体の状態のまま、外形を変形することによって、接続路６内に入り込むことができる。逆にいえば、本実施形態の第１流体（物質Ｘ）としての水を、第１空間４から第２空間５へと移動させるためには、第１空間４において、界面張力により球形となっている水滴を、接続路６を通過させるように細く変形させなければならない。従って、加速度センサ１が検出可能な閾値としての所定の加速度の値は、少なくとも、この界面の変形に必要な力の分の加速度の値よりも大きい。実際の閾値の値は、第１流体（物質Ｘ）の変形に必要な力、第１流体（物質Ｘ）と接続路６を区画する内壁との間の摩擦力、第１流体（物質Ｘ）と第２流体Ｙとの間の摩擦力などを考慮して調整される。
【００４７】
なお、本実施形態では第１流体（物質Ｘ）として水、第２流体Ｙとして疎水性のオイルを使用したが、これらの組み合わせに限られるものではなく、分離する比重差のある流体であればよく、例えば、第１流体（物質Ｘ）を水に代えて、フルオロポリマーオイルを使用することが可能である。また、本実施形態では、第１流体（物質Ｘ）及び第２流体Ｙとして液体を用いているが、第１流体（物質Ｘ）として空気（気泡）、第２流体Ｙとして水を使用するなど、気体と液体の組み合わせとしてもよい。
【００４８】
更に、本発明の加速度センサ１に使用可能な物質Ｘとして、加速度センサ１の加速度の閾値を比較的小さく設定する場合や、接続路６の断面積が比較的大きい場合などは、半固形材（ゲル材）などを用いることもできる。
【００４９】
[物質Ｘを中空部２に収容した収容体３の製造方法]
本実施形態の説明の最後に、物質Ｘ中空部２に収容した収容体３の製造方法について簡単に説明する。ここでは、収容体３の製造方法の例示として、シリコンなどの硬い素材ではなく、軟らかい樹脂素材のマイクロ構造を作るソフトリソグラフィと呼ばれる方法による製造方法を説明する。
【００５０】
まず、中空部２を描画したフォトマスクを準備する。次に、基板上に感光性樹脂（フォトレジスト）の層を形成し、フォトマスクを重ねて露光すると、紫外線が当たった部分が硬化し、中空部２のパターンが感光性樹脂に転写される。これにより、現像液で紫外線未露光部分を洗い流すと中空部２の型ができる。次に、この中空部２の型を鋳型として、シリコーン樹脂を流し込み、固化させる。そして固化した樹脂を剥がし取り、剥がし取られた面に樹脂シートを貼り合せて密閉する。これにより中空部２を区画する収容体３を製造することができる。
【００５１】
次に、極細針を備えたシリンジを使って、第１流体（物質Ｘ）と第２流体Ｙとを注入し、樹脂シートに形成された針孔を塞ぐことにより、物質Ｘを中空部２に収容した収容体３を製造する。なお、製造されたこの収容体３は、実際の使用時まで真空パッケージング等により保存する。
【００５２】
＜実施形態２＞
[加速度センサ１００]
次に、本発明の一実施形態としての加速度センサ１００について説明する。図３は、５０Ｇ以上で１００Ｇ未満の加速度が作用した後の加速度センサ１００を上面から見た平面図である。加速度センサ１００は、実施形態１としての加速度センサ１と比較して、１つの収容体１０３の中に、閾値となる加速度の値が異なる複数の中空部１０、１１、１２及び１３がそれぞれ独立して区画されている点で相違する。以下、主にこの相違点について説明し、加速度センサ１と同様の点については説明を省略する。
【００５３】
図３に示すように、本実施形態の加速度センサ１００は、物質Ｘを収容可能な密閉された複数の中空部１０、１１、１２及び１３をそれぞれ独立して区画する収容体１０３を備える。具体的に、本実施形態の収容体１０３は、第１中空部１０、第２中空部１１、第３中空部１２及び第４中空部１３の４つの独立した中空部を区画している。
【００５４】
第１中空部１０、第２中空部１１、第３中空部１２及び第４中空部１３それぞれにおける物質Ｘの移動原理は、実施形態１の加速度センサ１と同様であるが（図２(ａ)〜図２（ｄ）参照）、これら第１〜第４中空部１０〜１３は、物質Ｘが第１空間から第２空間へと移動する加速度の閾値がそれぞれ異なる。具体的に、本実施形態では、第１中空部１０は閾値が２０Ｇ、第２中空部１１は閾値が５０Ｇ、第３中空部１２は閾値が１００Ｇ、第４中空部１３は閾値が１５０Ｇとなるように構成されている。
【００５５】
本実施形態の第１中空部１０は、第１空間４０と、第２空間５０と、第１空間４０及び第２空間５０を繋ぐ接続路６０と、を備える。本実施形態の第２中空部１１は、第１空間４１と、第２空間５１と、第１空間４１及び第２空間５１を繋ぐ接続路６１と、を備える。本実施形態の第３中空部１２は、第１空間４２と、第２空間５２と、第１空間４２及び第２空間５２を繋ぐ接続路６２と、を備える。本実施形態の第４中空部１３は、第１空間４３と、第２空間５３と、第１空間４３及び第２空間５３を繋ぐ接続路６３と、を備える。
【００５６】
ここで、第１〜第４中空部１０〜１３の第１空間４０〜４３は同じ形状及び外形寸法である。また、第１〜第４中空部１０〜１３の第２空間５０〜５３も同じ形状及び外形寸法である。本実施形態では、第１〜第４中空部１０〜１３の接続路６０〜６３の太さ（厚さ方向Ｃに沿う断面の断面積）をそれぞれ異ならせることにより、物質Ｘが第１空間から第２空間へと移動するための加速度の閾値を、それぞれ異ならせている。つまり、第１中空部１０の接続路６０の断面積が最大であり、第２中空部１１の接続路６１の断面積、第３中空部１２の接続路６２の断面積、第４中空部１３の接続路の断面積、の順で小さくなるように、第１〜第４中空部１０〜１３は構成されている。
【００５７】
なお、第１〜第４中空部１０〜１３の上述の加速度閾値を異ならせる手段は、接続路６０〜６３の断面積の調整以外に、例えば、収容する物質Ｘの種類を中空部によって異ならせる手段や、物質Ｘの収容量を異ならせる手段や、接続路の長さを異ならせる手段などによっても実現することができ、本実施形態の手段に限られるものではない。
【００５８】
図３に示すように、当初は各中空部１０〜１３の第１空間４０〜４３それぞれに位置していた物質Ｘは、第１中空部１０及び第２中空部１１では第２空間５０及び５１に位置し、第３中空部１２及び第４中空部１３では第１空間４２及び４３に位置している。つまり、各中空部における物質Ｘの位置を確認すれば、この加速度センサ１００に作用した最大加速度が、５０Ｇ以上であって１００Ｇ未満の加速度であることを容易に判断することができる。
【００５９】
つまり、加速度センサ１００を、本実施形態のように複数の加速度の閾値を検出できる構成とすれば、単一の加速度の閾値しかない構成と比較して、加速度センサ１００に作用する加速度をより正確に検出することができる。
【００６０】
このように、実施形態１及び２として示した加速度センサ１及び１００は、物質Ｘの変形及び移動を利用して加速度の検出を実現するものであり、電気的な信号を用いて加速度を検出する加速度センサと比較して、より安価に製造することができる。
【００６１】
更に、電気的な信号を用いて加速度を検出する加速度センサの場合には、スポーツの試合や練習において、リアルタイムで加速度を検出し、無線通信などを用いてリアルタイムでモニタリングすることが可能となるが、加速度センサの構成も複雑化するため、高温多湿や低温などの厳しい環境下で繰り返し使用されると故障する可能性がある。また、繰り返し使用するためには、バッテリーの充電も必要となる。これに対して、加速度センサ１及び１００のように、構成を簡素化したものとすれば、非常に安価に製造することができることから、一回のみ使用する、又は物質Ｘが第１空間から第２空間へと一度移動するまで使用するなどの、使い捨ての使用が可能となるため、充電も不要なメンテナンスフリーの簡便な加速度センサとすることができる。
【００６２】
＜実施形態３＞
[加速度センサ１を備える身体装着具８]
次に、本発明の一実施形態としての、加速度センサ１を備える身体装着具８について説明する。図４は、加速度センサ１を備える身体装着具８を示す図である。図４では、身体装着具８として、アメリカンフットボール用のヘルメットを示しているが、加速度センサ１は、アメリカンフットボール用のヘルメットに限らず、例えば、スノーボードやアイスホッケーなどの各種スポーツで使用されるヘルメットやマウスガードや、各種スポーツで使用されるその他のプロテクタや、ユニフォームなど、スポーツをする上で装着される身体装着具であれば、装着することが可能である。なお、図４では、本発明の実施形態１としての加速度センサ１を備える身体装着具８を示すが、本発明の実施形態２としての加速度センサ１００を備える身体装着具とすることも可能である。
【００６３】
なお、加速度センサ１の身体装着具８への取り付けは、例えば、上述したように、粘着層７を設けることにより行うことができるが、これに限られるものではなく、接続具を介しての取り付けなど、様々な手段により実現することができる。
【００６４】
また、図４に示すように、本実施形態の身体装着具８は、異なる位置に取り付けられた複数の加速度センサ１（本実施形態では２つの加速度センサ１）を備える。例えば、加速度センサ１を取り付ける身体装着具８を、図４で示すようなアメリカンフットボール用ヘルメットとする場合には、試合中の選手同士の衝突等によってヘルメットの様々な位置に衝撃が加わるため、複数の加速度センサ１を、ヘルメットに取り付けるようにすることが好ましい。本実施形態における加速度センサ１は、扁平状の形状を有しており、径方向Ａ（厚さ方向Ｃと直交する方向）に作用する加速度を検出することは可能であるが、厚さ方向Ｃに作用する加速度を検出することはできない。従って、加速度センサ１を身体装着具８の複数の位置に装着することにより、衝撃が加えられたヘルメット位置によって、加速度センサ１が衝撃による加速度を検出できなくなる可能性を低減することができる。また、頭部の位置によって選手が受けるダメージが異なることも考えられるため、閾値として設定された加速度の値が異なる複数の加速度センサを、身体装着具８の異なる位置に取り付けるようにしてもよい。
【００６５】
[加速度センサ１００の使用方法]
最後に、加速度センサ１００の１つの使用方法について説明する。なお、ここでは実施形態２として説明した加速度センサ１００の使用方法を説明するが、実施形態１として説明した加速度センサ１も同様な方法により使用することができる。
【００６６】
図５は、加速度センサ１００の使用方法を示す説明図である。加速度センサ１００は、使用直前まで真空パッケージングにより保存され、ユーザーが試合前や練習前に開封することによって使用することができる。
【００６７】
開封後、加速度センサ１００を、対象となるスポーツ選手の身体表面（表皮）又はヘルメットなどの身体装着具８に取り付ける。そして、試合中又は練習中に加速度センサ１００に大きな衝撃があると、物質Ｘに作用する慣性力により、物質Ｘが分裂することなく中空部２内を、外形を変形させながら移動する。試合や練習の休憩時間や終了後に、物質Ｘが移動した位置を確認することにより、衝撃による加速度の大きさと、加速度の方向を目視で簡単に確認することができる。なお、図５の例では、加速度センサ１００が、左側の方向への、５０Ｇ以上であって１００Ｇ未満の衝撃を受けたことがわかる（物質Ｘの移動方向は右側の方向）。そしてこの加速度センサ１００の検出結果から、対象となるスポーツ選手に頭部が受けたダメージを記録すると共に、検出結果に基づき、医師の診察等の必要性を判断することができる。
【００６８】
この加速度センサ１００は、各種スポーツにおいて利用することが可能であるが、特に、アメリカンフットボールやアイスホッケーなどの、選手同士の衝突が激しいスポーツでの頭部への衝撃を簡易な方法により検出するセンサとして用いることが有効である。加速度センサ１００をヘルメットなどの頭部を守る身体装着具８や、頭部の表皮に直接貼り付けることにより、頭部への大きな衝撃を検出することができる。これらのスポーツでの脳障害は深刻な社会問題であり、脳障害の早期発見・診断・治療に加えて、このような障害の発生を未然に防ぐことが求められているが、頭部が受けるダメージをモニタリング可能な既存のMEMS加速度センサは価格が高く（例えばＵＳ１００ドル〜ＵＳ２００ドル程度）、小中学校や開発途上国などの選手まで普及することは難しい。これに対して、加速度センサ１００は、脳障害を起こし得る大きな衝撃を検出することができると共に、構成を簡素化することにより非常に安価に製造することができるため、一回又は複数回のみの使用など、使い捨て（ディスポーザブル）の使用を可能とするものである。そのため、加速度センサ１００のような簡易な構成のセンサは、NFLなどのプロリーグのみならず、小中学校や開発途上国における選手にも広く普及できる可能性がある。
【００６９】
なお、頭部に取り付ける加速度センサ１００の個数及び頭部の取り付け位置については、例えば、実験を通じて取得された情報を使用して決定することができる。具体的には、頭部モックアップに加速度センサ１００を複数配置し、衝撃の位置、大きさ及び方向のパラメータに対するセンサ群の出力のデータベースを作成しておき、このデータベースの情報から、必要最小限のセンサ数及び配置位置を決定することができる。また、市販のMEMS加速度センサなどの、三軸・回転加速度の出力を有するセンサとの相関についても事前に確認しておくことが好ましい。そして実際の使用においては、複数の加速度センサ１００を使用して、これらの加速度センサ１００から実際に検出されたパターンを上述のデータベースと照合することにより、衝撃の位置、大きさ及び方向を特定することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、加速度センサ及び加速度センサを備える身体装着具に利用されるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１、１００：加速度センサ
２：中空部
３、１０３：収容体
４、４０、４１、４２、４３：第１空間
５、５０、５１、５２、５３：第２空間
６、６０、６１、６２、６３：接続路
７：粘着層
８：身体装着具
１０：第１中空部
１１：第２中空部
１２：第３中空部
１３：第４中空部
Ａ：第１空間の径方向（収容体の厚さ方向に直交する方向）
Ｂ：物質に作用する加速度の方向
Ｃ：収容体の厚さ方向
Ｄ：接続路の延在方向
Ｘ：物質（第１流体）
Ｙ：第２流体
ｄ：接続路の深さ
ｗ：接続路の幅
【図１】
2015141120.tif 000003
【図２】
2015141120.tif 000004
【図３】
2015141120.tif 000005
【図４】
2015141120.tif 000006
【図５】
2015141120.tif 000007