(57)【要約】【課題】  頭蓋骨にほぼ直接的に結合されている歯で噛むことで、頭部の振動を正確に計測できる頭部振動計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明にかかる頭部振動計測装置１１０の代表的な構成は、被験者Ｈ１が歯で噛む棒状のバイトバー１２０と、バイトバー１２０と交差（略直交）するようにバイトバー１２０のそれぞれの端部に連結されて全体で略Ｈ字形状をなす一対の棒状の補助バー１２２、１２４と、補助バー１２２、１２４の端部近傍に１つずつ備えられた少なくとも３つの３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６と、３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６が備えられない補助バー１２２、１２４の端部近傍に備えられた３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６と同等の重量を有するバランスウェイト１１８と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体頭部への振動を計測する頭部振動計測装置において、
被験者が歯で噛む棒状のバイトバーと、
前記バイトバーと交差するように該バイトバーのそれぞれの端部に連結されて全体でＨ字形状をなす一対の棒状の補助バーと、
前記補助バーの端部近傍に１つずつ備えられた少なくとも３つの３軸加速度センサと、
前記３軸加速度センサが備えられない前記補助バーの端部近傍に備えられた該３軸加速度センサと同等の重量を有するバランスウェイトと、
を有することを特徴とする頭部振動計測装置。
【請求項２】
前記バイトバーに対し、前記補助バーを回転させ該補助バーの姿勢を調整する第１の調整機構をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の頭部振動計測装置。
【請求項３】
前記バイトバーに対し、前記補助バーをその延伸方向に移動させ、人体頭部に対する前記３軸加速度センサの位置を調整する第２の調整機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載の頭部振動計測装置。
【請求項４】
前記バイトバーの被験者が歯で噛む部分が平らであって、扁平な断面形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の頭部振動計測装置。
【請求項５】
前記バイトバーおよび補助バーの内部が中空であって、前記３軸加速度センサの配線の少なくとも一部が該内部に通されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の頭部振動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体頭部への振動を計測する頭部振動計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体において、頭部には三半規管を始め重要な器官が備わっている。頭部への振動は、人体に物理的、生理的、および心理的に影響する。例えば、乗物搭乗時や工業機械操作時の頭部への振動は、乗物の乗り心地や機械の使い心地、動揺病等の健康面に影響する。
【０００３】
昨今、人体頭部への振動の解明（解析）が進められていて、車両などの製品開発に役立てられている。非特許文献１の「２.多軸加振による並進三方向の動特性の把握」に記載されているように、かかる解明には、被験者が歯で噛んで頭部の振動を計測する頭部振動計測装置が用いられている。
【０００４】
非特許文献１のｆｉｇ.３に図示される頭部振動計測装置は、超塑性合金製のバイトバーをマウスピースに埋め込み、そのバイトバーの露出部に、圧電型加速度センサ（３軸加速度センサ）を直交三方向に取り付けた真鍮の立方体を締結したものである。人体の表面には柔軟な筋肉や脂肪組織、皮膚組織が存在し、これらを介して３軸加速度センサを取り付けた場合正確な計測が困難になることから、頭蓋骨にほぼ直接的に結合されている歯で噛む方式を採用している。
【０００５】
非特許文献１のｆｉｇ.３に図示される頭部振動計測装置では、３つの３軸加速度センサ同士が極めて近接している。すなわち、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向への加速度を取得する３箇所の座標が極めて近接している。頭部の並進運動は各軸の同相成分に基づき算定されるが、頭部の回転運動（ローリング、ピッチング、ヨーイング）はその差分に基づき算定される。上記のように互いの座標が近接してしまうと、その差分値が小さくなるため、頭部の回転運動を正確に把握できないおそれがある。
【０００６】
図８は、従来の頭部振動計測装置１０の一例を示す斜視図である。この装置１０では３つの３軸加速度センサ１２、１４、１６が離れていて、上記のおそれが解消されている。すなわち、図８に示すように、被験者Ｈ１が歯で噛む金属性のバイトバー２０の一方の端部に、これと交差（略直交）するように棒状の補助バー２２を連結した略Ｔ字形状の頭部振動計測装置１０が提案されている。頭部振動計測装置１０では、補助バー２２の一方の端部近傍に第１の３軸加速度センサ１２が取り付けられ、他方の端部近傍にバランスウェイト１８が取り付けられる。バイトバー２０と補助バー２２の連結部分に第２の３軸加速度センサ１４が取り付けられ、バイトバー２０の反対側に第３の３軸加速度センサ１６が取り付けられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】玉置元、外２名、“多方向振動入力を受ける人体のダイナミクスとモデルリング”、[online]、［平成22年10月19日検索］、インターネット＜ＵＲＬ:http://ci.nii.ac.jp/els/110002383534.pdf?id=ART0002655468&type=pdf&lang=jp&host=cinii&order_no=&ppv_type=0&lang_sw=&no=1287478378&cp=＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
正確に頭部への振動を計測するためには、被験者がバイトバーを安定的に歯で噛んでいることが必須となる。頭部への振動を計測するためにこれに直接的に結合されている歯で噛む方式を採用しているが、被験者が歯で噛む力が変動すると（安定しないと）各加速度センサがぐらつき、頭部の振動には直接関係しないぐらつきまでもが頭部振動計測装置に伝達され、計測精度に影響をおよぼすおそれがある。
【０００９】
しかしながら、図８に示す頭部振動計測装置１０では、３軸加速度センサ１２、１４、１６の３箇所の座標を分散させるためにバイトバー２０の一方の端部に補助バー２２を連結したので、重量バランスを取ることが困難である。よって、頭部の振動の計測に際して、バイトバー２０を被験者Ｈ１が安定した力で噛むことが困難となる。特に、加振状態を長時間継続して頭部の振動を計測するような場合、顎の筋肉が疲労して、余分な力がさらに加わる可能性が高い。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、安定的に歯で噛んでいられ、頭部の振動を正確に計測できる頭部振動計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明の代表的な構成は、人体頭部への振動を計測する頭部振動計測装置において、被験者が歯で噛む棒状のバイトバーと、バイトバーと交差するようにバイトバーのそれぞれの端部に連結されて全体でＨ字形状をなす一対の棒状の補助バーと、補助バーの端部近傍に１つずつ備えられた少なくとも３つの３軸加速度センサと、３軸加速度センサが備えられない補助バーの端部近傍に備えられた３軸加速度センサと同等の重量を有するバランスウェイトと、を有することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、頭部振動計測装置が、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸すなわちすべての座標軸についてほぼ対称な形状となる。よって、被験者が安定的に歯で噛んでいられる。また、３つの３軸加速度センサが、頭部の重心の前後に分散して配置される。従来よりもｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向への加速度を取得する３箇所の座標が頭部の重心に対して均等になり、より好適な加速度データが得られるため、計測の精度を向上させることができる。
【００１３】
当該頭部振動計測装置は、バイトバーに対し、補助バーを回転させ補助バーの姿勢を調整する第１の調整機構をさらに有すると好ましい。被験者には個人差があるため、バイトバーを歯で噛んだ初期状態において、補助バー端部近傍の３軸加速度センサが略水平な状態にあるとは限らない。しかし、上記調整機構を設けることで、バイトバーを歯で噛んだ初期状態において３軸加速度センサを略水平な状態に調整することができ、好適に計測を実施することができる。
【００１４】
当該頭部振動計測装置は、バイトバーに対し、補助バーをその延伸方向に移動させ、人体頭部に対する３軸加速度センサの位置を調整する第２の調整機構を有するとよい。これにより、バイトバーを歯で噛んだ初期状態において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向への加速度を取得する３箇所の座標（３つの３軸加速度センサの位置）を頭部の重心に対して均等な距離だけ離れた位置に配置することができ、計測の精度をさらに向上させることができる。
【００１５】
当該頭部振動計測装置は、バイトバーの被験者が歯で噛む部分が平らであって、扁平な断面形状を有すると好ましい。これにより、被験者がバイトバーを噛みやすくなる。よって、計測時にバイトバーをより安定した状態で噛んでいられ、計測の精度をさらに向上させることができる。
【００１６】
当該頭部振動計測装置は、バイトバーおよび補助バーの内部が中空であって、３軸加速度センサの配線（信号線）の少なくとも一部がこの内部に通されているとよい。これにより、被験者にかかる負担（疲労）を低減するとともに、配線が邪魔になることもなくなるため、好適に計測を実施することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、安定的に歯で噛んでいられ、頭部の振動を正確に計測できる頭部振動計測装置を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態にかかる頭部振動計測装置の外観図である。
【図２】図１に示す頭部振動計測装置の使用態様を説明する三面図である。
【図３】図１に示す３軸加速度センサの配線を説明する図である。
【図４】図１に示す第１の調整機構について説明する図である。
【図５】図１に示す第２の調整機構について説明する図である。
【図６】図４、図５に示す第１の調整機構、第２の調整機構の効果を説明する図である。
【図７】図１に示す頭部振動計測装置の応用例を示す図である。
【図８】従来の頭部振動計測装置の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態にかかる頭部振動計測装置１１０の外観図である。図１（ａ）がその平面図であり、図１（ｂ）がその斜視図である。図２は、頭部振動計測装置１１０の使用態様を説明する三面図である。図２（ａ）が平面図（上面図）であり、図２（ｂ）が正面図であり、図２（ｃ）が側面図である。なお、理解を容易にするために、図中には計測系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を記載している。
【００２１】
図１（ａ）、（ｂ）および図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、頭部振動計測装置１１０では、被験者Ｈ１が歯で噛む棒状のバイトバー１２０のそれぞれの端部に、バイトバー１２０と交差（略直交）するように一対の棒状の補助バー１２２、１２４が連結される。補助バー１２２の一方の端部近傍に第１の３軸加速度センサ１１２が取り付けられ、他方の端部近傍に第２の加速度センサ１１４が取り付けられる。補助バー１２４の一方の端部近傍にバランスウェイト１１８が取り付けられ、他方の端部近傍に第３の３軸加速度センサ１１６が取り付けられる。
【００２２】
すなわち、３つの３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６は、補助バー１２２、１２４の端部近傍に１つずつ備えられる。詳細には、３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６のそれぞれの軸が、計測系のｘ軸（横軸）、ｙ軸（縦軸）、ｚ軸（高さ軸）と平行になるように備えられる。３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６が備えられない端部近傍には、重量バランスを調整するために同等の重量を有するバランスウェイト１１８が設置される。
【００２３】
本実施形態の頭部振動計測装置１１０は、全体で略Ｈ字形状をなし、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸すなわちすべての軸方向にほぼ対称な形状となる。これより、バイトバー１２０の中心付近にその重心Ｍ１が位置し、被験者Ｈ１が歯で噛む部分がその重心Ｍ１にあたることとなる。そのため、被験者Ｈ１が、バイトバー１２０を安定的に歯で噛んでいられ、正確な頭部の振動の計測が可能となる。
【００２４】
図３は、３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の配線１２６を説明する図である。図３（ａ）では第１の例を図示していて、図３（ｂ）では第２の例を図示している。本実施形態のバイトバー１２０および補助バー１２２、１２４は、内部が中空に形成される。これにより、全体の重量を抑えることができ、被験者Ｈ１にかかる負担（疲労）を低減することができる。
【００２５】
また、バイトバー１２０および補助バー１２２、１２４の内部を中空にすることで、この内部に３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の配線１２６（信号線）を通すことが可能となる。図３（ａ）に示すように、補助バー１２２、１２４からバイトバー１２０にかけて、３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の配線１２６すべてを通してもよい。図３（ｂ）に示すように、３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の配線１２６の一部をバイトバー１２０に通してもよい。不図示ながら３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の配線１２６の一部を補助バー１２２、１２４に通してもよい。
【００２６】
これにより、配線１２６が他のものに引っかかって破損するおそれがなくなる。また、配線１２６の揺れや引っ掛かりによって生じる計測の精度の低下（計測誤差）を回避することができ、好適に計測を実施することができる。
【００２７】
図４は、第１の調整機構１２８について説明する図である。図４（ａ）では第１の調整機構１２８の構成を例示していて、図４（ｂ）では図４（ａ）のＡ−Ａ断面を図示している。第１の調整機構１２８は、補助バー１２２、１２４を回転させこの補助バー１２２、１２４の姿勢を調整する機構である。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、第１の調整機構１２８は、例えば、バイトバー１２０を外筒１２０ａと内筒１２０ｂの２重筒構造とし、外筒１２０ａを片側から切り開いた切開部１３０と、この切開部１３０を閉じるように締付固定するネジ１３２ａ、１３２ｂとを設定することで実現できる。ネジ１３２ａ、１３２ｂを緩めれば内筒１２０ｂの回転が許容され、ネジ１３２ａ、１３２ｂを閉めれば内筒１２０ｂの回転が規制されるためである。
【００２９】
上記構成では、ネジ１３２ａ、１３２ｂを緩めることで、１対の補助バー１２２、１２４と内筒１２０ｂとが回転可能となる。一対の補助バー１２２、１２４が連動して回転するため、比較的簡単に姿勢を調整することが可能である。しかし、一対の補助バー１２２、１２４が別々に回転するようにしてもよい。
【００３０】
すなわち、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の調整機構１２８は、補助バー１２２、１２４を外筒１２２ａ、１２４ａと内筒１２２ｂ、１２４ｂの２重筒構造とし、補助バー１２２、１２４の外筒１２２ａ、１２４ａとバイトバーの内筒１２０ｂとの連結部分に、上記と同様の切開部１３４ａ、１３４ｂとネジ１３６ａ、１３６ｂとを設定することでも実現できる（頭部振動計測装置１１０には、第１の調整機構１２８として機能する部位が複数ある）。なお、ここでは、バイトバー１２０の内筒１２０ｂと、補助バー１２２、１２４の内筒１２２ｂ、１２４ｂとは接続されていない。
【００３１】
図４（ｂ）に示すように、バイトバー１２０の外筒１２０ａは、被験者Ｈ１が歯で噛む部分すなわち上下面が平らであって、略長円の断面形状を有する。上下面を平らにすることで、歯で噛んだ際に滑ることなく、好適に把持することが可能となる。また、略長円の断面形状とすることで、口の奥行きにより合致するため、確実に把持することが可能となる。よって、計測時にバイトバー１２０をより安定した状態で噛んでいられ、計測の精度向上に寄与する。なお、略長円の断面形状に限定されるわけではなく、扁平な断面形状であればよい。
【００３２】
図５は、第２の調整機構１３８について説明する図である。図５（ａ）では第２の調整機構１３８の構成を例示していて、図５（ｂ）では追加ウェイト１４４を追加した状態を図示している。第２の調整機構１３８は、バイトバー１２０に対し、補助バー１２２、１２４をその延伸方向（ｘ軸方向）に移動させ、被験者Ｈ１の頭部に対して３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の位置を調整する機構である。
【００３３】
図５（ａ）に示すように、第２の調整機構１３８は、例えば、補助バー１２２、１２４を外筒１２２ａ、１２４ａと内筒１２２ｂ、１２４ｂの２重筒構造とし、外筒１２２ａ、１２４ａを片側から切り開いた切開部１４０ａ、１４０ｂ（図１（ｂ）参照）と、この切開部１４０ａ、１４０ｂを閉じるように締付固定するネジ１４２ａ〜１４２ｄとを設定することで実現できる。ネジ１４２ａ〜１４２ｄを緩めれば内筒１２２ｂ、１２４ｂの移動が許容され、ネジ１４２ａ〜１４２ｄを閉めれば内筒１２２ｂ、１２４ｂの移動が規制されるためである。
【００３４】
図５（ｂ）に示すように、第２の調整機構１３８により、バイトバー１２０に対し、補助バー１２２、１２４をその延伸方向に移動させると、ｘ軸方向の対称形状が崩れる。そこで、本実施形態では、補助バー１２２、１２４の両側の端部のモーメントを等しくするように、着脱可能な重りとしての追加ウェイト１４４を追加する。
【００３５】
追加ウェイト１４４は、バイトバー１２０と補助バー１２２、１２４の連結部分を原点、原点から補助バー１２２、１２４の一方の端部までの長さをＬ１、他方の端部までの長さをＬ２、一方の端部にかかる重力をＺ１、他方の端部にかかる重力をＺ２とした場合に、次式Ｚ１：Ｌ１＝Ｚ２：Ｌ２を満たすように追加される。これにより、ｘ軸方向の対称形状の崩れを是正できる。
【００３６】
図６は、第１の調整機構１２８、第２の調整機構１３８の効果を説明する図である。図６（ａ）が第１の調整機構１２８の効果を説明する図であり、図６（ｂ）が第２の調整機構１３８の効果を説明する図である。図６（ａ）に示すように、被験者Ｈ１には個人差があるため、バイトバー１２０を歯で噛んだ初期状態において、補助バー１２２、１２４端部近傍の３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６が略水平な状態からずれる場合がある。
【００３７】
しかし、上述した第１の調整機構１２８によれば、補助バー１２２、１２４を周方向Ｒ１に回転させることで、補助バー１２２、１２４の姿勢が略水平になるように調整することができる。これにより、バイトバー１２０を歯で噛んだ初期状態において、３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６の軸（ｘ軸、ｚ軸）を、計測系の軸（ｘ軸、ｚ軸）に合わせることができる。
【００３８】
図６（ｂ）に示すように、第２の調整機構１３８によれば、バイトバー１２０を歯で噛んだ初期状態において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向への加速度を取得する３箇所の座標（３つの３軸加速度センサの位置）を頭部の重心Ｍ２に対して均等にすることができる。これにより、より好適な加速度データが得られるため、計測の精度を向上させることができる。
【００３９】
図７は、頭部振動計測装置１１０の応用例（頭部振動計測装置２１０）を示す図である。図７（ａ）では応用例としての頭部振動計測装置２１０を図示していて、図７（ｂ）では図７（ａ）のＢ−Ｂ断面を図示している。
【００４０】
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、応用例としての頭部振動計測装置２１０では、バイトバー２２０を、上下面が平らであって略長円の断面形状を有する単筒構造としている。これにより、上述した２重構造よりも、被験者Ｈ１が歯で噛む部分の厚みを細くすることができ、より噛み易い構成にすることができる。
【００４１】
以上、上記実施形態では、３つの３軸加速度センサ１１２、１１４、１１６および１つのバランスウェイト１１８を備える場合について説明した。しかし、バランスウェイト１１８を用いず、４つの３軸加速度センサを補助バー１２２、１２４の端部近傍に１つずつ設置してもよい。この場合には、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向への加速度を取得する４箇所の座標が設定されることから、最小二乗法のような形で、より高精度に頭部の回転運動（ローリング、ピッチング、ヨーイング）を算定することができる。
【００４２】
なお、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、人体頭部への振動を計測する頭部振動計測装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
Ｈ１…被験者、Ｍ１…頭部振動計測装置の重心、Ｍ２…頭部の重心、１１０、２１０…頭部振動計測装置、１１２、１１４、１１６…３軸加速度センサ、１１８…バランスウェイト、１２０、２２０…バイトバー、１２０ａ…外筒、１２０ｂ…内筒、１２２、１２４…補助バー、１２２ａ、１２４ａ…外筒、１２２ｂ、１２４ｂ…内筒、１２６…配線、１２８…第１の調整機構、１３０…切開部、１３２ａ、１３２ｂ…ネジ、１３４ａ、１３４ｂ…切開部、１３６ａ、１３６ｂ…ネジ、１３８…第２の調整機構、１４０ａ、１４０ｂ…切開部、１４２ａ〜１４２ｄ…ネジ、１４４…追加ウェイト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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