(57)【要約】   加速度計（１００）は、ブラケット（１１０）と、一対の電極（２１０、２２０、２３０、２４０、２５０）と、第１の導電性フォーム（１２０）と、第２の導電性フォーム（１３０）とを有し、第１の導電性フォームと第２の導電性フォームは、一対の電極とブラケッの間に挿入される。【選択図】  図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と可動の第２の部材とを有するブラケットと、
一対の電極と、
第１の導電性フォームと、
第２の導電性フォームと、を有する加速度計であって、
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入されることを特徴とする加速度計。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項２に記載の加速度計。
【請求項４】
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームの間に配置される重みが付された塊をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の加速度計。
【請求項５】
内部に取り付けられた加速度計を有するフットボール用ヘルメットであって、
前記加速度計は、ブラケットと、一対の電極と、第１の導電性フォームと、第２の導電性フォームと、を有し、
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入されることを特徴とするフットボール用ヘルメット。
【請求項６】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項５に記載のフットボール用ヘルメット。
【請求項７】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項５に記載のフットボール用ヘルメット。
【請求項８】
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームの間に配置される重みが付された塊をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のフットボール用ヘルメット。
【請求項９】
加速度計を有するリストバンドであって、
前記加速度計はブラケットと、一対の電極と、第１の導電性フォームと、第２の導電性フォームと、を有し、
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入されることを特徴とするリストバンド。
【請求項１０】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項９に記載のフットボール用ヘルメット。
【請求項１１】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項１０に記載のフットボール用ヘルメット。
【請求項１２】
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームの間に配置される重みが付された塊をさらに有することを特徴とする請求項９に記載のフットボール用ヘルメット。
【請求項１３】
衝撃力を測定する方法であって、
ブラケットと、一対の電極と、第１の導電性フォームと、第２の導電性フォームと、を有する加速度計であって、前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入される、加速度計を準備することと、
前記加速度計を対象に取り付けることと、
前記対象と前記加速度計を組み立てたものに対して力で衝撃を与えることと、
前記衝撃の間に発生する電流を測定することと、
前記測定された電流に基づいてＧ力の衝撃を判断することと、を有することを特徴とする衝撃力を測定する方法。
【請求項１４】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１４年７月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／０２９，１７６に基づく優先権を主張する。
【０００２】
ポリウレタンフォームベースの加速度計が開示される。
【背景技術】
【０００３】
日々、加速度計は、一般的な電子機器、輸送、さらには医療機器の機能と使用性を改善する上で重要な役割を果たしている。携帯電話内で動きを検知することから、自動車事故時のエアバッグの展開、家庭用器具の早期故障の検出、地震の検出に至るまで、加速度計は全てを可能とする。着用可能および埋め込み可能な医療機器の進歩により、加速度計は、患者の診断の補助として日頃から利用されている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって本発明がより良く理解されるであろう。図面中、同様の要素を指定するために同様の参照番号が使用される。
【図１Ａ】図１Ａは、本願のアセンブリ１００の側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本願のアセンブリ１０２の側面図である。
【図２】図２は、センサー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０の設計を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、６．２８Ｈｚにおける本願の５つ全ての加速度計電極基板の高速フーリエ変換を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、６．２８ＨｚにおけるＭＭＡ７３６１加速度計によるデータの高速フーリエ変換を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、８．３５２８Ｈｚにおける本願の５つ全ての加速度計電極基板の高速フーリエ変換を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、８．３５ＨｚにおけるＭＭＡ７３６１加速度計によるデータの高速フーリエ変換を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、１１．００Ｈｚにおける本願の５つ全ての加速度計電極基板の高速フーリエ変換を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、１１．００ＨｚにおけるＭＭＡ７３６１加速度計によるデータの高速フーリエ変換を示す。
【図６】図６は、所望の周波数ピーク６．２８Ｈｚに対して正規化した値をグラフで示すものであり、続けて各センサーの高調波のピークを示す。
【図７】図７は、所望の周波数ピーク８．３５Ｈｚに対して正規化した値をグラフで示すものであり、続けて各センサーの高調波のピークを示す。
【図８】図８は、所望の周波数ピーク１１．００Ｈｚに対して正規化した値をグラフで示すものであり、続けて各センサーの高調波のピークを示す。
【図９】図９は、力と電流の関係を示す本願の加速度計の較正曲線である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下の記述において、図面を参照して好ましい実施形態により本発明を説明する。同様の番号は同一または同様の要素を表わす。本明細書全体を通して、「一実施形態」、「ある実施形態」、または同様の語句は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造または特性が、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれることを意味する。このように、この明細書全体を通して、「一実施形態では」、「ある実施形態では」という語句や同様の用語の出現は、必ずしもそうではないが、全てが同じ実施形態を指すことがある。
【０００６】
本発明について記載された特徴、構造、または特性は、１つのまたは複数の実施形態で任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解のために多くの具体的詳細が挙げられる。しかしながら、当業者は、１つまたは複数の具体的詳細なしで、または、他の方法、構成要素、材料等によって発明を実施してもよいことを認識するだろう。他の例では、本発明の態様が不明瞭になるのを避けるために、周知の構造、材料または動作は詳細には示されないか、または説明されない。
【０００７】
いくつかの実施形態では、本願の装置は、ワンタイム自動表示用加速度計として使用できる。他の実施形態では、本願の装置は、リアルタイム応答により何度も使用できる。応用としては、スポーツ用のヘルメットのための内部または外部の加速度計とすることができる。すなわち、特定の閾値を有する自動表示の好適な使い方である。他の実施形態は、適切な予荷重（自動表示）の尺度としての空気負荷や構造負荷、衝撃および弾道試験（身体防護具を含み、タンクその他の車両にも適用され得る）、音響負荷（他の方法では測定が困難なもの）、地上負荷などを含む。
【０００８】
本願のポリウレタンフォームベースの加速度計は、計測可能で、低コストで、頑丈なセンサーを提供する。本願の加速度計は、サイズ、検出方法、感度範囲、および、商業的な加速度計には典型的には適合しない応用の為の設計が可能である点において従来の加速度計と異なる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、本願の装置は、３つの主要な構成要素、すなわちプリント回路基板センサー、重みが付された塊、重りを包含する２個の導電性ポリウレタンフォームを含む。
【００１０】
本発明のプリント回路基板ベースの銅および金メッキされたセンサーは、フォームの重量またはタイプのいずれかを調整することにより様々な用途に適用できる。フォームは、特定のダイナミックレンジと応答を達成可能とするように、厚さ、密度、および組成を変化させることができる。
【００１１】
５つの異なるセンサー設計を用いて、３つの周波数、６．２８１Ｈｚ、８．３５３Ｈｚ、１１．０００Ｈｚで本願の加速度計を試験した。また、経時的にかつ変化する条件下でセンサーがどのように動作するかを判断するために導電性ポリウレタンフォームの処理も試験した。フォームセンサーの可撓性は、ヘルメットの内部、四肢の周り、靴底の内部などの、曲面に沿った適用を可能にする。信号検出は、電流測定法とサイクリックボルタンメトリーによりなされ、これは、現在市販されている従来の加速度計と比較して独特な方法である。本願の加速度計の全体的なサイズ、レンジ、測定可能性は、医療およびスポーツの分野の多くの用途に適する。
【００１２】
本願の加速度計の潜在的な応用には、作業現場にて、あるいは、レクリエーションの目的で、あるいは運動競技でヘルメットを着用する人が被る衝撃力およびその結果として生じる頭部の怪我をモニターすることが含まれる。加速度計のフォーム構造は、簡易なモニタリングのために、パッド付きヘルメットの内部へ加速度計そのものを統合するのに適している。人への衝撃の強度、持続時間、および局所的な領域の検出は、外傷性脳傷害の治療と低減のための価値ある情報となるであろう。外傷性脳傷害は、突然の加速、減速、または頭部への衝撃力に起因する。典型的には、スポーツ関連の傷害として考えられるが、外傷性脳傷害は、多くの異なるメカニズムの結果であり、米国で毎日１３８人の死亡者数を占めている。
【００１３】
外傷性脳損傷は、いかなる年齢層にも固有なものではなく、高校の競技者や軍隊の兵士において大きな問題となっている。外傷性脳損傷には、検知されないか、あるは治療や報告を必要とするほど重篤でないものも存在するため、報告された外傷性脳損傷の事例の数は、実際よりもはるかに少ないと考えられる。さらに、正しく機能するヘルメットは有限の使用寿命を有し、利用者が損傷を受ける前に交換する必要がある。蓄積された衝撃のデータは、安全面からだけでなくコスト面からも重要である場合もある。
【００１４】
加速度計のデータは、患者の健康をモニターする目的のために、着用可能および埋め込み可能な医療機器の設計において使用されている。これらの装置は、ユーザに関する複数のデータを収集する目的で、しばしば他のセンサーと組み合わせられる。
【００１５】
出願人は、高密度ポリウレタン静電放電（ＥＳＤ）フォームがセンサー設計にとって望ましい特徴を有することを発見した。ＥＳＤフォームは、高密度、低密度、種々の厚さ、様々なフォーム化学組成を有し、多様である。ＥＳＤフォームは、典型的には、保管および輸送中に静電気から電子機器を保護するために使用される。しかしながら、その導電性により、変化する力がＥＳＤフォームに加えられたときに可変抵抗器として作用し得る。フォームの圧縮、曲げ、又は伸長によりその抵抗を変化させて、この特定の応用のためのセンサーとして使用できる。
【００１６】
本願の加速度計を含む既存の設計は、導電性フォームがその自然形状の変形を受けたときに発生する抵抗変化に基づいている。ある研究チームは、呼吸パターンを測定する目的で着用可能なベストの内部に埋め込まれたフォームベースのセンサーを利用し、その結果、正弦曲線が生じた。同様に、別のチームは、身体運動中の競技者の呼吸を測定する目的のために、導電性ポリマーポリピロール（ＰＰｙ）の層を適用することによって、導電性フォームを作成した。
【００１７】
ポテンショスタットは、非常に広いダイナミックレンジにわたって電流の小さな変化を正確に検出できるため使用されてきた。ポテンショスタットは、環境、工業、薬品、および食品の産業を含む多くの領域にわたる電気化学反応の研究のために使用される。多くの市販されているユニットは非常に高価なものである一方、開発途上の分野で使用できるように低価なオープンソースモデルを作成するための努力がなされてきている。最も単純には、ポテンショスタットは、作用電極と対極の２つの電極間に流れる電流の量を測定することによって動作し、その結果は経過時間に対して出力される。
【００１８】
ポテンショスタットの３つの電極構成は、対極または参照電極から干渉を受けることなく、単一の作用電極で測定される電流の変化を許容する。フォームが何らかの態様で変形し、曲がり、圧縮され、あるいは引き伸ばされると、システムから出力される電流に変化が生じる。このようにして、フォームの抵抗の変化により力を測定できる。調整した塊をシステムに加えることにより、重力による加速度を決定できる。
【００１９】
ある実施形態では、本願の加速度計は、フォームおよび調整した塊を電極表面による圧縮下に置き、いかなるタイプの接着剤も必要としない。センサーはまた、多くの異なった応用とダイナミックレンジについて測定可能である。
【００２０】
複数の周波数域にわたって正弦運動を与える速度可変の往復式鋸を使ってセンサーの試験を行った。市販の加速度計と対照させた試験により信号の振幅と調波の分析が可能であり、もって、センサー自体の信頼性が検証できる。
【００２１】
（材料と方法）
図１Ａと図１Ｂを参照し、１．５８８ｍｍの厚さのステンレス鋼（インダストリアル  メタル  サプライ  カンパニー、フェニックス、アリゾナ州、アメリカ合衆国）のシートを加速度計１００のボディとして用いた。厚さ６．３５ｍｍの導電性高密度ポリウレタンフォームシートを、センサーの内部に用いた（ＥＳＤプロダクト、トーランス、カリフォルニア州、アメリカ合衆国）。６．３５ｍｍのステンレス棒材を加速度計用の塊として用いた（インダストリアル  メタル  サプライ  カンパニー、フェニックス、アリゾナ州、アメリカ合衆国）。
【００２２】
センサー設計は、ＰＡＤＳ  ＰＣＢ設計ソフトウェア（メントール  グラフィックス  コーポレーション、ウィルソンヴィル、オレゴン州、アメリカ合衆国）を用いて行った。カスタム設計された銅プリント回路基板電極を印刷し（アドバンスト  サーキッツ、テンペ地区、テンペ、アリゾナ州、アメリカ合衆国）、加速度計の感知部として使用した。センサーの試験に使用した機器は、ＣＨインストルメンツ製電気化学分析器ＣＨＩ１２３０Ａ（ＣＨインストルメンツ  インコーポレイテッド、オースティン、テキサス州、アメリカ合衆国）と、ＣＳ１３００３Ｘ５ＤＣ調節電源（サーキット  スペシャリスツ、メーサ、アリゾナ州、アメリカ合衆国）を含む。試験は、速度可変往復鋸（ハーバー  フライト  ツールズ、テンペ、アリゾナ州、アメリカ合衆国）を用いて行われた。他の測定機器は、ＡＰＸ−６０デジタルスケール（デンバー  インストルメント、ボヘミア、ニューヨーク州、アメリカ合衆国）、ＭＭＡ７３６１  フリースケール  セミコンダクター三軸加速度計（ヴァーチュアボティックス  ＬＬＣ、コロラド  スプリングス、コロラド州、アメリカ合衆国）、Ａｒｄｕｉｎｏ  Ｕｎｏ  Ｒｅｖ３（ガレージラボ、ドーラル、フロリダ州、アメリカ合衆国）を含む。他の小機器として、ＥＣ１００２はんだごて（アペックス  ツール  グループ、スパークス、メリーランド州  アメリカ合衆国）、軽量ロジンコアはんだ（ラジオ  シャック、フォートワース、テキサス州、アメリカ合衆国）、種々の長さのワイヤ（ジェネラルエレクトリック、スケネクタディ、ニューヨーク州、アメリカ合衆国）と、Ｍ３ネジ、ボルト、星形ワッシャ、ＵＳＢケーブル、オープンソースのＡｒｄｕｉｎｏ  ＩＤＥソフトウェア（Ａｒｄｕｉｎｏ  １．０．５）を使用した。生データの分析は、マイクロソフトエクセル（マイクロソフト  コーポレーション、レドモンド、ワシントン州、アメリカ合衆国）を用いて行った。
【００２３】
本願の加速度計の構成は、図２に示される５つのセンサー設計から始まった。図２に示す様々なセンサーのプリント回路基板電極対を、図１Ａに示すセンサー１５０としてそれぞれ用いた。
これらの設計をデジタル化し、長さ４４．４５ｍｍ、幅１７．７８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのプリント回路基板上に印刷した。
２本のワイヤ１５２、１５４を５つのセンサー基板のそれぞれにはんだ付けした。ここで図１Ｂを参照し、ねじ１０２、１０４を使用してブラケットに取り付けるため、感知面のいずれかの側に２つの３ｍｍの孔を開けた。
【００２４】
１．５８８ｍｍのステンレス鋼片を７３ｍｍ×１８．５ｍｍの矩形に切断し、端から１６ｍｍの位置で９０度に曲げてブラケット１１０を形成した。金属製ブラケットに３ｍｍの孔を計４個設けたが、それらのうちの２つはブラケットを試験装置に取り付けるためのものであり、他の２つはセンサーをブラケットに取り付けるためのものである。ブラケットを往復鋸に取り付け、往復鋸は、センサーが地面に対して垂直となるように鉛直に設置した。
【００２５】
ここで図１Ｂを参照し、ある実施形態では、１８ｍｍ×２９ｍｍの寸法を有する矩形部材１２０、１３０を高密度導電性フォームシートから切断し、センサー１５０とブラケット１１０の間に挿入した。図１Ａを参照し、ある実施形態では、６．３５ｍｍのステンレス棒材の一部１４０を、２３グラムの正方形の塊に切断した。この重り１４０を、先に述べた２つのフォームピースの中央に挿入した。
【００２６】
次に、センサー基板をブラケットに保持する２つのネジ１０６、１０８を、アセンブリ１００全体の厚さが２０．２ｍｍとなるように締め付けた。試験中、このプロセスを５つの設計の各々について繰り返した。測定に悪影響を及ぼす可能性のある汚染油と汚れを表面から取り除くために、各センサーの構成に含まれる金属ブラケット、塊、およびセンサープリント回路基板をイソプロパノールアルコールで徹底的に洗浄した。
【００２７】
（試験手順）
最初に、両方の加速度計が地面に対して垂直に取り付けられるように往復鋸を実験台に固定した。鋸のバッテリーは試験中に使用せず、鋸を直流電源に接続して反復可能かつ可変の速度を達成できるようにした。
【００２８】
鋸刃の一方の側に本願の加速度計を取り付け、他方の側に市販のＭＭＡ７３６１加速度計を取り付け、全試験中にシステムのバランスを維持した。ＭＭＡ７３６１をＡｒｄｕｉｎｏ  Ｕｎｏ  Ｒｅｖ  ３に有線接続し、次に、データロギングのため、Ａｒｄｕｉｎｏ  Ｕｎｏ  Ｒｅｖ  ３をＵＳＢを介してコンピュータに接続した。対極と参照電極がセンサー基板の１つのリード線に接続され作用電極が他のリード線に接続されたＣＨＩ１２３０Ａに本願の加速度計を接続した。同一のＣＨＩマシン、フォーム矩形、調節した塊、周波数範囲を用いて、５つ全てのセンサー基板設計とＭＭＡ７３６１加速度計の試験を行った。
【００２９】
往復鋸を３Ｖ、４Ｖ、５Ｖに順番に設定したが、これらは、ＭＭＡ７３６１によって検証されるように、それぞれ６．２８１Ｈｚ、８．３５３Ｈｚおよび１１．０００Ｈｚに対応する。これらの電圧と周波数を選択したのは、それらが、試験装置が信頼可能であって、かつ、センサーが最良の動作設計の将来的なデータ分析とそれ以降の選択のための信号を再現可能な方法で生成できる範囲を代表するものであるためである。
【００３０】
（データ分析技術）
５つのセンサー設計の各々、すなわちセンサー２１０、２２０、２３０、２４０、２５０を３つの周波数にわたって試験した。本願の加速度計とＭＭＡ７３６１からの結果データは、グラフのｘ軸が記録時間を表しｙ軸が出力信号の大きさを表す時間領域にある。両方の加速度計からの生データを、信号の振幅とセンサーの周波数を対比して示す高速フーリエ変換を用いて周波数領域で分析した。この分析により、周波数と大きさを互いに比較することが可能となる。
【００３１】
（結果と考察）
往復試験装置の正弦波パターンに対する応答についてのデータを収集するために、本願の加速度計を３つの周波数で評価した。図３Ａと図３Ｂは、ＦＦＴにより周波数領域へ変換した後の収集データをグラフで示すものである。
【００３２】
周波数領域のグラフは、２つの加速度計によって検出される周波数の範囲とそれらの相対的な大きさを示す。本願の加速度計の結果を示す図３ＡとＭＭＡ７３６１の結果を示す図３Ｂを比較すると、本願の加速度計が所望の周波数（基本周波数）のピークを正確に検出して、よく表わしていることが分かる。図３Ａのデータは、全てのセンサーが重なり合い、既知の６．２８Ｈｚの周波数に揃うように周波数の尺度において拡大または縮小してある。
【００３３】
図３Ａは、５つの異なるプリント回路基板出力の各々についてのデータを列挙する。検出された周波数の高調波の数は、５つの異なるセンサー設計２１０、２２０、２３０、２４０、２５０によって明確に異なる。
【００３４】
図３Ａは、往復鋸試験装置の回転特性の結果である高調波の存在を示している。これらの高調波は、ある応用においては潜在的に重要な測定値となり得る。本願の加速度計は、検出された高調波につきはるかに高いピークを有するという点で、市販のＭＭＡ７３６１加速度計とは異なる。本願の加速度計の有するこの高められた感度は、システム内で非常に小さくかつ検出可能な変化を生みだす導電性フォームの高い感度によるものであり、これは数多くの応用、特に医療応用分野において望ましい特徴となり得る。
【００３５】
図４Ａと図４Ｂは、８．３５Ｈｚの試験のデータを表わす。図４Ａは、５つの異なるプリント回路基板出力の各々についてのデータを列挙する。検出された周波数の高調波の数は、５つの異なるセンサー設計２１０、２２０、２３０、２４０、２５０によって明確に異なる。
【００３６】
図４Ａは、往復鋸試験装置の回転特性の結果である高調波の存在を示している。これらの高調波は、ある応用においては潜在的に重要な測定値となり得る。本願の加速度計は、検出された高調波につきはるかに高いピークを有するという点で、市販のＭＭＡ７３６１加速度計とは異なる。本願の加速度計の有するこの高められた感度は、システム内で非常に小さくかつ検出可能な変化を生み出す導電性フォームの高い感度によるものであり、これは数多くの応用、特に医療応用分野において望ましい特徴となり得る。
【００３７】
図５Ａは、１１．００Ｈｚの試験のデータを表わす。図５Ａは、５つの異なるプリント回路基板出力の各々についてのデータを列挙する。検出された周波数の高調波の数は、５つの異なるセンサー設計２１０、２２０、２３０、２４０、２５０によって明確に異なる。
【００３８】
図５Ａは、往復鋸試験装置の回転特性の結果である高調波の存在を示している。これらの高調波は、ある応用において潜在的に重要な測定値となり得る。本願の加速度計は、検出された高調波につきはるかに高いピークを有するという点で、市販のＭＭＡ７３６１加速度計とは異なる。本願の加速度計の有するこの高められた感度は、システム内で非常に小さくかつ検出可能な変化を生み出す導電性フォームの高い感度によるものであり、これは数多くの応用、特に医療応用分野において望ましいと特徴となり得る。
【００３９】
本願の加速度計の周波数領域のグラフの図３Ａ、４Ａ、５Ａにおいては、フリースケール社製の加速度計のグラフにおいては見えないいくつかの追加的なピークが存在する。これらの高調波は、試験装置の元々の不均衡の結果として引き起こされ、いくつかの理由により本願の加速度計のグラフ上に現れる。
【００４０】
本願の加速度計は、ＭＭＡ７３６１加速度計とは異なり、これらの高調波を取り除くためのフィルタリングや処理を行わない。フォームとＭＭＡ７３６１加速度計の間の設計差、すなわち、マクロとミクロの差は、これらの高調波の原因ともなる。また、誤調波を生じさせる検出の方法または電極の設計による高調波歪みが起こることもある。実際には、これらの理由のうちの１つまたは複数の組合せであろう。
【００４１】
ここで図６を参照し、６．２８Ｈｚで試験した本願の加速度計の周波数領域からの高調波データにつき、０から１のスケールで高調波の振幅を比較する。ここで、各センサーの最初のバーは、測定された周波数が６．２８Ｈｚであるものを表し、それに続くバーは、周波数領域の測定可能な高調波を表す。グラフ内の各センサーは、図２に示す異なる電極設計に対応する。
【００４２】
ここで図７を参照し、８．３５Ｈｚで試験した本願の加速度計の周波数領域からの高調波データにつき、０から１のスケールで高調波の振幅を比較する。ここで、各センサーの最初のバーは、測定された周波数が８．３５Ｈｚであるものを表し、それに続くバーは、周波数領域の測定可能な高調波を表す。グラフ内の各センサーは、図２に示す異なる電極設計に対応する。
【００４３】
図８を参照し、１１．００Ｈｚで試験した本願の加速度計の周波数領域からの高調波データにつき、０から１のスケールで高調波の振幅を比較する。ここで、各センサーの最初のバーは、測定された周波数が１１．００Ｈｚであるものを表し、それに続くバーは、周波数領域の測定可能な調波を表す。グラフ内の各センサーは、図２に示す異なる電極設計に対応する。
【００４４】
図６、図７、図８に示されるように、いずれか単一の電極設計が、全ての高調波を最小化または最大化することはない。適用対象が一つの特定の周波数を受けている場合、高調波を最小化または増幅する目的のために、１つの電極設計を別の１つに重ねて使用することが望ましい場合がある。センサー２４０は、図６においては全体的に最小の振幅を有するが、図８においては最大の振幅を有する。そのため、低周波数と最小の高調波振幅についてより良い選択を可能にする。同様に、センサー２３０は、８．３５Ｈｚ範囲の高調波を最小化し、６．２８Ｈｚおよび１１Ｈｚ範囲の両方における高調波に対する感度が高められている。
【００４５】
図９を参照し、電流量とＧ力の測定値とを比較し、それらに関係があるかにつき判断した。図９に見られるように、増加する線形関係が存在することが判明した。ここで、Ｒ二乗は０．９６６９に等しい。グラフ上の点が密集する程、より小さなＧ力において力と電流の間により強い相関があることを示す。
【００４６】
（結論）
加速度計は、着用可能および埋め込み可能な装置に対して、医療分野において重要な役割を引き続き果たしていくだろう。運動競技者、兵士、さらには高齢の患者の外傷性脳損傷の検出は、実行可能な解決法がなく、関心が増し続けている。本願の加速度計は、様々な形状と寸法において衝撃力と加速力を正確に検出する能力によりこの問題に対処する可能性を有する。
【００４７】
先に述べたように、センサーの柔軟なフォームの性質により、加速度計を既存のヘルメットの内部に取り付け可能とし、手首の周りに着用可能なセンサーに取り付け可能とし、さらには、埋め込み可能な装置の内部にすら小型化して取り付け可能とする。検出方法としてポテンショスタットを使用することにより、高い感度水準を確保し、特定の電極設計と組み合わせて、各加速度計を特定の応用に適合できる。
【００４８】
本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、本明細書に示す本発明の範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対する修正や適合が当業者にとって想到し得るものであることは明らかである。
【図１Ａ】
2017527825.tif 000003
【図１Ｂ】
2017527825.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月21日(2017.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部材と可動の第２の部材とを有するブラケットと、
一対の電極と、
第１の導電性フォームと、
第２の導電性フォームと、を有する加速度計であって、
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入されることを特徴とする加速度計。
【請求項２】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項１に記載の加速度計。
【請求項３】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項２に記載の加速度計。
【請求項４】
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームの間に配置される重みが付された塊をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の加速度計。
【請求項５】
内部に取り付けられた加速度計を有するヘルメットであって、
前記加速度計は、ブラケットと、一対の電極と、第１の導電性フォームと、第２の導電性フォームと、を有し、
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入されることを特徴とするヘルメット。
【請求項６】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項５に記載のヘルメット。
【請求項７】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項５に記載のヘルメット。
【請求項８】
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームの間に配置される重みが付された塊をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のヘルメット。
【請求項９】
加速度計を有するリストバンドであって、
前記加速度計はブラケットと、一対の電極と、第１の導電性フォームと、第２の導電性フォームと、を有し、
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入されることを特徴とするリストバンド。
【請求項１０】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項９に記載のリストバンド。
【請求項１１】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項１０に記載のリストバンド。
【請求項１２】
前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームの間に配置される重みが付された塊をさらに有することを特徴とする請求項９に記載のリストバンド。
【請求項１３】
衝撃力を測定する方法であって、
ブラケットと、一対の電極と、第１の導電性フォームと、第２の導電性フォームと、を有する加速度計であって、前記第１の導電性フォームと前記第２の導電性フォームは、前記一対の電極と前記ブラケットの間に挿入される、加速度計を準備することと、
前記加速度計を対象に取り付けることと、
前記対象と前記加速度計を組み立てたものに対して力で衝撃を与えることと、
前記衝撃の間に発生する電流を測定することと、
前記測定された電流に基づいてＧ力の衝撃を判断することと、を有することを特徴とする衝撃力を測定する方法。
【請求項１４】
前記第１の電極と前記第２の電極はプリント回路基板に含まれることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記プリント回路基板は、前記第２の電極と交互に配置される前記第１の電極を有することを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
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