JP7742075B2 - 舌運動計測デバイス、舌運動モニタリングシステム、および舌運動モニタリング方法 - Google Patents
舌運動計測デバイス、舌運動モニタリングシステム、および舌運動モニタリング方法Info
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Description
被験者の舌運動を計測する舌運動計測デバイスであって、
計測者の手に装着するための、絶縁性シリコーンゴムで構成された手袋と、
前記手袋の外面側における指先領域に設けられた、舌圧力を計測する圧力センサと、
前記圧力センサに電気的に接続された伸縮性配線と、
を備える、舌運動計測デバイスが提供される。
上記の舌運動計測デバイスと、
舌運動情報処理装置と、
を備える、舌運動モニタリングシステムが提供される。
上記の舌運動計測デバイスを用いて、被験者の舌運動に関する舌運動情報を取得する工程を有する、舌運動モニタリング方法が提供される。
このような舌運動計測デバイスは、被験者の舌運動を計測するために計測者に装着される装着型計測デバイスとなる。
ヒトは、乳児、幼児、高齢者、又はこれ以外の世代の成人や子供でもよく、健康者、又は機能回復訓練者などの非健康者でもよい。
これに対して、本実施形態の手袋型計測デバイスにおいては、計測者が手に装着した状態で指を動かすことによって、センサ位置を、被験者の口腔内における適切な位置に微調整し固定できるため、誰でも容易に計測することが可能となる。
また、手袋の伸長等の変形時においても、伸縮性配線における断線が抑制され、安定的に舌運動の計測可能となる。このため、伸張耐久性が良好な舌運動計測デバイスを実現できる。
計測者は、舌運動計測デバイス100が装着された手200を、被験者の口腔内に入れる。被験者が舌運動を行ったとき、舌運動の圧力に関する情報を示すセンサ信号を、口腔内中の圧力センサ110が、検知し、伸縮性配線130を介して外部に伝達する。
手袋120は、計測者の手200に装着可能な構造であればとくに限定されない。
手袋120は、少なくとも1本の指部123を有していればよく、2本~5本のいずれの複数の指部123を有してもよい。図1の手袋120は、指部123a(母指部)および指部123e(小指部)の2本の指部123を有する。
指部123の本数を4以下とすることで、5本の場合と比べて手袋120の装脱着し易さを向上できる。指部123の本数を2本以上とすることで、1本の場合と比べて、指部123の指203の周囲方向における位置ずれを抑制できる。このため、舌運動計測デバイス100の計測安定性を向上できる。
圧力センサ110は、複数の指部(母指部、指示部、中指部、薬指部、小指部)のいずれかの1本、または2本以上に設置されていてもよい。図1の手袋120において、圧力センサ110は指部123e(小指部)に設置されている。これにより、指部123e中に挿入した測定者の小指203eを、乳児、幼児など年齢が低い被験者における口腔に挿入することが容易になる。
このような甲部124により、指サックのみの場合と比較して、指部123の位置ズレが抑制できる。
なお、手袋120は、甲部124を有さずに、複数の指部123を連結する部を有してもよい。この連結する部は、手袋120が手200に装着時において、手200の水かきの位置に沿った状態となる。
手袋120は、通常、2枚のシート状の絶縁性シリコーンゴムを重ねた構造を有する。手袋120の甲部124を垂直方向からみたとき、2枚のシート状の絶縁性シリコーンゴムは、手200や指203が通る穴を除いて、互いにシームレスに接合していてもよく、糸や接着剤などの接合材料により周縁部が接合されていてもよい。なお、手袋120において、甲部124の一部が、甲部124の他の部分と、ボタンなどにより連結自在に構成されていてもよい。
一方、表面粗さRaの上限は、とくに限定されないが、例えば、100μm以下でもよく、50μm以下でもよく、20μm以下でもよい。
タックピーク値TPの下限値は、特に限定されないが、例えば、0N超でもよく、0.1N以上でもよい。
面積150mm2のフラット面を有するアルミ製プローブを、プローブ移動速度:2.3mm/秒、プローブ圧着強度:12N、圧着時間:6秒の条件で、当該アルミ製プローブのフラット面を測定対称の表面に接触させ、プローブ移動速度:2.3mm/秒の条件で上方に引き剥がしたときの、プローブタック試験による測定対象の表面におけるタックピーク値を5回測定し、この5回の測定値の平均値を上記のタックピーク値TPとする。
一方、上記手袋120の引裂強度の上限は、特に限定されないが、例えば、80N/mm以下としてもよく、70N/mm以下としてもよい。これにより、手袋120の諸特性のバランスをとることができる。
一方、手袋120のシート厚みの下限は、機械的強度の観点から、例えば、20μm以上、好ましくは50μm以上、より好ましくは100μm以上である。
一方、手袋120のデュロメータ硬さAの下限は、例えば、10以上、好ましくは20以上、より好ましくは30以上である。これにより、摩擦耐久性や機械的強度を高められる。
一方、上記手袋120の破断伸びの上限は、特に限定されないが、例えば、2000%以下としてもよく、1800%以下としてもよい。これにより、手袋120の諸特性のバランスをとることができる。
一方、手袋120の引張強度の上限は、特に限定されないが、例えば、25MPa以下としてもよく、20MPa以下としてもよい。これにより、手袋120の諸特性のバランスをとることができる。
シリコーンゴムを用いて、シート状試験片を作製し、JIS K6253(1997)に準拠して、25℃における、得られたシート状試験片のデュロメータ硬さAを測定する。
シリコーンゴムを用いて、JIS K6251(2004)に準拠して、ダンベル状3号形試験片を作製し、25℃における、ダンベル状3号形試験片の引張強度を測定する。
シリコーンゴムを用いて、JIS K6251(2004)に準拠して、ダンベル状3号形試験片を作製し、得られたダンベル状3号形試験片について、25℃における破断伸びを測定する。破断伸びは、[標線間移動距離(mm)]÷[初期標線間距離(20mm)]×100で計算する。
シリコーンゴムを用いて、JIS K6252(2001)に準拠して、クレセント形試験片を作製し、25℃における、得られたクレセント形試験片の引裂強度を測定する。
手袋120は、耐アルコール性を有するように構成されてもよい。例えば、手袋120は、アルコール中に5分間浸漬する前後における体積変化(浸漬後の体積/浸漬後前の体積)が10%以下となるように構成されてもよい。アルコールとしては、消毒に一般的に使用されるエタノールやイソプロピルアルコール等が挙げられるが、これに限定されない。
また、手袋120は、例えば、100℃で10分間加熱する前後における物性変化(加熱後の物性値/加熱前の物性値)が1%以下となるように構成されてもよい。
物性としては、上述の、硬度、破断伸び、引張強度等が挙げられるが、これに限定されない。
また、上記の引裂強度を有するシリコーンゴムにより手袋120が構成されるため、手袋120の破損などによる破片が被験者に誤飲されてしまうことを抑制できる。これにより、手袋120の使用時の安全性を高められる。
圧力センサ110は、受圧面が外力から受けた力を電気信号に変換するものである。
圧力センサ110は、外力によって電気特性が変化する部材を少なくとも備えるものであればよく、例えば、圧抵抗効果を利用したセンサ、圧電効果を利用したセンサ、又は静電容量を利用したセンサなどが用いられる。
圧力センサ110として、ひずみゲージ式、感圧導電ゴム式、静電容量方式、成膜方式、抵抗線方式、機械方式等の、市販品の圧力センサを使用してもよい。
圧力センサ110には、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等の微小な電気機械システムにより作製された力センサを含むものとし、受圧面が外力から受けた力を検出できるセンサであればよい。
例えば、圧力センサ110中の導電性炭素材料を含む導電性シリコーンゴムの体積抵抗率が10―1Ω・cm~103Ω・cmでもよい。この場合、伸縮性配線130の導電性シリコーンゴムの体積抵抗値は、例えば、10-5Ω・cm~10-1Ω・cmとしてよい。この体積抵抗率は、25℃、未伸長時に測定する。
このような圧力センサ110は、例えば、導電性炭素材料及びシリコーンゴムを含む導電性ペーストを用いた印刷方法により形成されてもよい。
圧力センサ110の周方向の配置位置は、爪210が存在する爪領域内、指203の腹領域内、または指203の側面領域内のいずれでもよい。圧力センサ110の設置面積の観点から、爪領域内または腹領域内でもよいが、圧力センサ110の測定安定性の観点から、爪領域内が好ましい。爪210が圧力センサ110の下側を補強するため、圧力センサ110の測定安定性を向上できる。
図2の圧力センサ110は、一例として、圧力センサ110aおよび圧力センサ110bの2個を有する。
また、複数の圧力センサ110における、舌の前方向に見たときの配置が、1列でもよく、2列以上の複数列でもよい。例えば、3個の2列、5個の2列、5個の3列などが挙げられる。これにより、舌の右側から舌の左側までの舌運動をより的確に評価可能になる。
伸縮性配線130は、圧力センサ110に電気的に接続し、圧力センサ110から電気信号を外部に伝達できる。
伸縮性配線130と手袋120とが同種のエラストマーであるシリコーンゴムで構成されるため、伸縮性配線130と手袋120とが直接接する部分での密着性を向上させることができる。
ただし、伸縮性配線130の形成方法は、ペーストを用いた印刷方法に限定されず、その他、導電性塗料を使用した一般的な印刷方法を用いてもよい。
本明細書において、伸縮性とは、所定方向に伸長したときの伸長率で表す。
所定方向としては、伸縮性配線130の長さが最大となる延在方向を採用してもよい。
延在方向に伸長させたとき、伸縮性を有するとは、伸長率が、例えば、10%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは50%以上まで伸長可能であり、かつ、その伸長率時において伸縮性配線130が断線しない状態を意味する。
なお、GND用配線は、複数の圧力センサ110において共通の配線を使用してもよい。
外力を加えて圧力センサ110aの抵抗値を変動させると、配線130aおよび配線130cの間における出力電圧が変動する。この出力電圧変動に基づき、圧力センサ110aが受けた外力を計測する。
伸縮性配線130は、全体が外面121の表面上に設置されてもよいが、その一部が手袋120の内部に埋設されてもよく、末端以外の引き出し配線部分が手袋120中に埋設されてもよい。
舌運動計測デバイス100は、図4(a)の伸縮性配線130の表面の少なくとも一部を被覆するカバー部140を有してもよい。これにより、伸縮性配線130の機械的強度を一層高められる。
また、カバー部140は、伸縮性配線130を被覆した上で、手袋120の外面121まで被覆してもよい。これにより、同じシリコーンゴムで構成されるため、カバー部140と手袋120および/または伸縮性配線130との密着性を向上できる。
受圧面を露出させることにより、圧力センサ110の外力感度を高く維持できる。
受圧面を被覆することにより、圧力センサ110と手袋120との固定をより強固なものとすることができるため、使用安全性を高められる。また、カバー部141に絶縁性シリコーンゴムを用いることで、カバー部141が受圧面を被覆したとしても、カバー部141の弾性変形によって、受圧面が受ける外力が低減することを抑制できる。
本実施形態の舌運動モニタリングシステムについて、図5、6を用いて説明する。
図5は、舌運動情報処理装置10の機能ブロックの一例を示す図である。図6は、舌運動モニタリングシステム1のシステム構成の一例を示す図である。
舌圧力分布の情報は、複数の計測箇所の情報を含み、所定エリア内の舌圧力の合算値などの舌圧力の情報から適当な式から算出される計算値であってもよい。
また、取得部11は、圧力センサ110のセンサ信号に基づいて、上記の舌運動情報を算出できる。
解析の一例として、解析部13は、記憶部12に記憶された舌運動情報および所定条件を読み出し、所定条件の適否を判断する。
表示部31は、図6の端末30に設けられているが、これに限定されず、舌運動情報処理装置10や別の装置(外部モニタなど)に設けられてもよい。
表示部31は、上記舌運動情報及び/又は上記解析結果を表示する。
操作部は、ユーザによる操作部の操作を受け付け、舌運動情報処理装置10を制御しているプロセッサに通知する。操作部は、スイッチまたはタッチパネル等の物理ボタンや音声入力手段で構成される。
操作部の操作によって、舌運動計測デバイス100の各種の動作の開始や終了、または各種の動作の設定等を行うことが可能である。
報知部は、光手段や音手段等によって計測者に報知する。光手段としてランプ等、音手段としてスピーカ等が挙げられる。
報知部は、スピーカから音声を発すること、または、ランプを点灯または消灯すること等によって、上記被験者の舌機能の合否結果等の各種の情報を報知できる。例えば、乳児の吸啜能力が良好である旨を表示部31で表示することに代えて、報知部が報知してもよい。
通信部14は、解析部13から出力された解析結果を表示部31に出力してもよい。
操作部および/または報知部は、端末30に設けられていてもよい。
また、記憶部12は、舌運動計測デバイス100上に設けられてもよいが、これに限定されず、クラウド等、外部の記憶装置であってもよい。
プロセッサは、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などで実現されるプロセッサである。
メモリは、RAM(Random Access Memory)などで実現される主記憶装置である。
取得部11および通信部14を備える舌運動計測デバイス100は、手袋120に設置された無線接続可能なネットワークインタフェースを有する、無線通信式測定デバイスであってもよい。これにより、無線接続可能なネットワークインタフェースを介して無線で別の装置と通信接続可能になる。この場合、舌運動計測デバイス100とは別の装置において、被験者の舌機能の解析を行う。
また、無線通信式の舌運動計測デバイス100は、手袋120に設置された、一次電池や二次電池等により駆動可能なモバイル電源をさらに備えるポータブル式測定デバイスであってもよい。
これにより、舌運動計測デバイス100で計測した被験者の舌運動情報を外部へ通信し、その情報の利用や活用を行うことが可能となり、出先や家庭においても計測が容易となる。
上記の舌運動計測デバイス100は、上記のネットワークインタフェースやモバイル電源のみならず、手袋120に設置された、舌運動情報処理装置10を構成する上記のハードウエアの一部または全部をさらに備えてもよい。上記の引裂強度を有するシリコーンゴムにより手袋120が構成されるため、手袋120上において上記のハードウエアを設置したとしても、手袋120の破損を抑制することが可能である。
以下、舌運動計測デバイス100の各部材を構成するシリコーンゴムについて説明する。
非導電性フィラーとしては、公知の材料が使用できるが、例えば、シリカ粒子、シリコーンゴム粒子、タルク等を用いてもよい。この中でも、シリカ粒子を含んでもよい。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)を含むことができる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)は、直鎖構造を有する直鎖状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B1)と分岐構造を有する分岐状オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B2)とに分類され、これらのうちのいずれか一方または双方を含むことができる。
(Ha(R7)3-aSiO1/2)m(SiO4/2)n
(式(c)において、R7は一価の有機基、aは1~3の範囲の整数、mはHa(R7)3-aSiO1/2単位の数、nはSiO4/2単位の数である)
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、必要に応じ、非導電性フィラーとして、シリカ粒子(C)を含むことができる。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、シランカップリング剤(D)を含むことができる。
シランカップリング剤(D)は、加水分解性基を有することができる。加水分解基が水により加水分解されて水酸基になり、この水酸基がシリカ粒子(C)表面の水酸基と脱水縮合反応することで、シリカ粒子(C)の表面改質を行うことができる。
上記式(4)中、nは1~3の整数を表わす。Yは、疎水性基、親水性基またはビニル基を有するもののうちのいずれかの官能基を表わし、nが1の時は疎水性基であり、nが2または3の時はその少なくとも1つが疎水性基である。Xは、加水分解性基を表わす。
シランカップリング剤(D)の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴムが手袋120との適度な密着性を持ち、また、シリカ粒子(C)を用いる場合においては、シリコーンゴム全体としての機械的強度の向上に資することができる。また、シランカップリング剤(D)の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な機械特性を持つことができる。
本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、白金または白金化合物(E)を含むことができる。
白金または白金化合物(E)は、硬化の際の触媒として作用する触媒成分である。白金または白金化合物(E)の添加量は触媒量である。
また、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物には、上記成分(A)~(E)以外に、水(F)が含まれていてもよい。
さらに、本実施形態のシリコーンゴム系硬化性組成物は、上記(A)~(F)成分以外に、他の成分をさらに含むことができる。この他の成分としては、例えば、珪藻土、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、ガラスウール、マイカ等のシリカ粒子(C)以外の無機充填材、反応阻害剤、分散剤、顔料、染料、帯電防止剤、酸化防止剤、難燃剤、熱伝導性向上剤等の添加剤が挙げられる。
次に、本実施形態のシリコーンゴムの製造方法について説明する。
本実施形態のシリコーンゴムの製造方法としては、シリコーンゴム系硬化性組成物を調製し、このシリコーンゴム系硬化性組成物を硬化させることによりシリコーンゴムを得ることができる。
以下、詳述する。
また、[3]次に、工程[2]で得られたシリコーンゴム系硬化性組成物を、溶剤に溶解させ、導電性フィラーを加えることで導電性ペーストを得ることができる。
導電性ペーストや絶縁性ペーストは、溶剤を含む。
溶剤としては、公知の各種溶剤を用いることができるが、例えば、高沸点溶剤を含むことができる。これらを単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ここで用いられる溶媒は、上記の導電性ペースト中の組成成分を均一に溶解ないし分散させることのできる溶媒の中から適宜選択すればよい。
各樹脂の純溶剤および良溶剤と貧溶剤の混合溶剤に対する溶解性を調べ、HSPiPソフトにその結果を入力し、D:分散項、P:極性項、H:水素結合項、R0:溶解球半径を算出する。
このとき、導電性ペースト及び/又は絶縁性ペーストのチキソ指数の下限値は、例えば、1.0以上であり、好ましくは1.1以上であり、より好ましくは1.2以上である。これにより、印刷法で得られた配線の形状を安定的に保持することができる。一方で、導電性ペースト及び/又は絶縁性ペーストのチキソ指数の上限値は、例えば、3.0以下であり、好ましくは2.5以下であり、より好ましくは2.0以下である。これにより、ペーストの印刷容易性を向上させることができる。
導電性フィラーとしては、公知の導電材料を用いてもよいが、金属粉(G)、又は導電性炭素材料を用いてもよい。
金属粉(G)を構成する金属は特に限定はされないが、例えば、銅、銀、金、ニッケル、錫、鉛、亜鉛、ビスマス、アンチモン、或いはこれらを合金化した金属粉のうち少なくとも一種類、あるいは、これらのうちの二種以上を含むことができる。これらのうち、金属粉(G)としては、導電性の高さや入手容易性の高さから、銀または銅を含むこと、すなわち、銀粉または銅粉を含むことが好ましい。なお、これらの金属粉(G)は他種金属でコートしたものも使用できる。
平均粒径D50をこのような範囲に設定することで、シリコーンゴムとして適度な導電性を発揮することができる。
なお、金属粉(G)の粒径は、たとえば、導電性ペースト、あるいは導電性ペーストを用いて成形したシリコーンゴムについて透過型電子顕微鏡等で観察の上、画像解析を行い、任意に選んだ金属粉200個の平均値として定義することができる。
導電性フィラーの含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴムが適度な導電特性を持つことができる。また、導電性フィラーの含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムが適度な柔軟性を持つことができる。
シリコーンゴム系硬化性組成物の含有量を上記下限値以上とすることにより、シリコーンゴムが適度な柔軟性を持つことができる。また、シリコーンゴム系硬化性組成物の含有量を上記上限値以下とすることにより、シリコーンゴムの機械的強度の向上を図ることができる。
次に、本実施形態の舌運動計測デバイスの製造方法ついて説明する。
シート状の絶縁性シリコーンゴムの製造方法は、導電性フィラーを含まないシリコーンゴム系硬化性組成物(コンパウンド)を用いて、カレンダー成形やコンプレッション成形などの一般的な成形方法を用いてもよく、または、シリコーンゴム系硬化性組成物を含む絶縁性ペーストを用いて印刷方法を用いてもよい。
また、鋳型を、絶縁性ペースト中に浸漬させ、鋳型の表面上に付着した絶縁性ペーストを乾燥、硬化することにより、3次元構造の手袋を成形することも可能である。
例えば、シート状の絶縁性シリコーンゴム上または絶縁性シリコーンゴムからなる手袋の外面上に、所定開口パターンを有するマスクを介して導電性ペーストを塗工する。塗工方法は、スキージを用いたスキージ印刷方法を用いてもよい。続いて、導電性ペーストを乾燥させて、配線パターンを形成する。
乾燥条件は、絶縁性ペースト中の溶剤の種類や量に応じて適宜設定することができるが、例えば、乾燥温度を120℃~180℃、乾燥時間を1分~30分等とすることができる。
続いて、配線パターンを硬化して、伸縮性配線を形成する。
硬化条件としては、シリコーンゴム系硬化性組成物に応じて適宜設定できるが、例えば、硬化温度を120℃~220℃、硬化時間を1時間~3時間等とする。
その後、伸縮性配線上に圧力センサ搭載する。例えば、導電性ペーストや半田材料等の接続材料を用いて、これらを電気的に接続できる。
以上により、舌運動計測デバイスが得られる。
なお、カバー部用の絶縁性ペーストの硬化処理は、伸縮性配線用の導電性ペーストの硬化処理と一緒に行ってもよい。ただし、このような一括硬化処理に限定されず、各ペーストを個別に硬化処理してもよい。
以下、参考形態の例を付記する。
1. 被験者の舌運動を計測する舌運動計測デバイスであって、
計測者の手に装着するための、絶縁性シリコーンゴムで構成された手袋と、
前記手袋の外面側における指先領域に設けられた、舌圧力を計測する圧力センサと、
前記圧力センサに電気的に接続された伸縮性配線と、
を備える、舌運動計測デバイス。
2. 1.に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋の引裂強度が25N/mm以上である、舌運動計測デバイス。
3. 1.又は2.に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋が、煮沸消毒可能である、舌運動計測デバイス。
4. 1.~3.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋は、耐アルコール性を有する、舌運動計測デバイス。
5. 1.~4.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋の内面における表面上に凹凸構造が形成されている、舌運動計測デバイス。
6. 1.~5.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋のシート厚みが20μm以上2mm以下である、舌運動計測デバイス。
7. 1.~6.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋のデュロメータ硬さAが10以上80以下である、舌運動計測デバイス。
8. 1.~7.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋は、計測者の手の甲を覆う甲部と、前記甲部に連結した少なくとも1本以上の指部と、を有する、舌運動計測デバイス。
9. 1.~8.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋の内面において、前記圧力センサと対向する位置に補強部を有する、舌運動計測デバイス。
10. 1.~9.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋は、2枚のシート状の絶縁性シリコーンゴムを重ねた構造を有する、舌運動計測デバイス。
11. 1.~10.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、導電性シリコーンゴムで構成される、舌運動計測デバイス。
12. 1.~11.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、導電性フィラー及びシリコーンゴムを含む導電性ペーストの印刷物で構成される、舌運動計測デバイス。
13. 1.~12.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、前記手袋の指から甲まで延在する引き出し配線部分を有する、舌運動計測デバイス。
14. 1.~13.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、多層配線構造を有する、舌運動計測デバイス。
15. 1.~14.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線の表面を覆う、絶縁性シリコーンゴムで構成されたカバー部を備える、舌運動計測デバイス。
16. 1.~15.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋に設置された、無線接続可能なネットワークインタフェースを備える、舌運動計測デバイス。
17. 1.~16.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスと、
舌運動情報処理装置と、
を備える、舌運動モニタリングシステム。
18. 1.~16.のいずれか一つに記載の舌運動計測デバイスを用いて、被験者の舌運動に関する舌運動情報を取得する工程を有する、舌運動モニタリング方法。
(A1-1):第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン:下記の合成スキーム1により合成したビニル基含有ジメチルポリシロキサン(上記式(1-1)で表わされる構造)
(A1-2):第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン:下記の合成スキーム2により合成したビニル基含有ジメチルポリシロキサン(上記式(1-1)で表わされる構造でR1およびR2がビニル基である構造)
(B-1):オルガノハイドロジェンポリシロキサン:モメンティブ社製、「TC-25D」
(C):シリカ微粒子(粒径7nm、比表面積300m2/g)、日本アエロジル社製、「AEROSIL300」
(D-1):ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)、Gelest社製、「HEXAMETHYLDISILAZANE(SIH6110.1)」
(D-2)ジビニルテトラメチルジシラザン、Gelest社製、「1,3-DIVINYLTETRAMETHYLDISILAZANE(SID4612.0)」
(E-1):白金化合物 (モメンティブ社製、商品名「TC―25A」)
(F):純水
(G1):銀粉、徳力化学研究所社製、商品名「TC-101」、メジアン径d50:8.0μm、アスペクト比16.4、平均長径4.6μm
[合成スキーム1:第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)の合成]
下記式(5)にしたがって、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)を合成した。
すなわち、Arガス置換した、冷却管および攪拌翼を有する300mLセパラブルフラスコに、オクタメチルシクロテトラシロキサン74.7g(252mmol)、カリウムシリコネート0.1gを入れ、昇温し、120℃で30分間攪拌した。なお、この際、粘度の上昇が確認できた。
その後、155℃まで昇温し、3時間攪拌を続けた。そして、3時間後、1,3-ジビニルテトラメチルジシロキサン0.1g(0.6mmol)を添加し、さらに、155℃で4時間攪拌した。
さらに、4時間後、トルエン250mLで希釈した後、水で3回洗浄した。洗浄後の有機層をメタノール1.5Lで数回洗浄することで、再沈精製し、オリゴマーとポリマーを分離した。得られたポリマーを60℃で一晩減圧乾燥し、第1のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-1)を得た(Mn=2,2×105、Mw=4,8×105)。また、H-NMRスペクトル測定により算出したビニル基含有量は0.04モル%であった。
上記(A1-1)の合成工程において、オクタメチルシクロテトラシロキサン74.7g(252mmol)に加えて2,4,6,8-テトラメチル2,4,6,8-テトラビニルシクロテトラシロキサン0.86g(2.5mmol)を用いたこと以外は、(A1-1)の合成工程と同様にすることで、下記式(6)のように、第2のビニル基含有直鎖状オルガノポリシロキサン(A1-2)を合成した。また、H-NMRスペクトル測定により算出したビニル基含有量は0.92モル%であった。
以下の手順に従って、サンプル1、2、3のシリコーンゴム系硬化性組成物を調整した。
まず、下記の表1に示す割合で、90%のビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)、シランカップリング剤(D)および水(F)の混合物を予め混練し、その後、混合物にシリカ粒子(C)を加えてさらに混練し、混練物(シリコーンゴムコンパウンド)を得た。
ここで、シリカ粒子(C)添加後の混練は、カップリング反応のために窒素雰囲気下、60~90℃の条件下で1時間混練する第1ステップと、副生成物(アンモニア)の除去のために減圧雰囲気下、160~180℃の条件下で2時間混練する第2ステップとを経ることで行い、その後、冷却し、残り10%のビニル基含有オルガノポリシロキサン(A)を2回に分けて添加し、20分間混練した。
続いて、下記の表2に示す割合で、得られた混練物(シリコーンゴムコンパウンド)100重量部に、オルガノハイドロジェンポリシロキサン(B)、白金または白金化合物(E)を加えて、ロールで混練し、シリコーンゴム系硬化性組成物を得た。
得られた32重量部のサンプル1のシリコーンゴム系硬化性組成物を、68重量部のデカン(溶剤)に浸漬し、続いて自転・公転ミキサーで撹拌し、絶縁性ペーストを得た。
得られた13.7重量部のサンプル2のシリコーンゴム系硬化性組成物を、31.8重量部のデカン(溶剤)に浸漬し、続いて自転・公転ミキサーで撹拌し、54.5重量部の金属粉(G1)を加えた後に三本ロールで混練することで、導電性ペースト1を得た。
(舌運動計測デバイスの作製)
得られたサンプル3のシリコーンゴム系硬化性組成物を170℃、10MPaで10分間プレスし、厚み:150μmのシート状に成形すると共に、一次硬化した。続いて、200℃、4時間で二次硬化して、A4サイズのシート状シリコーンゴム(シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物)を2枚得た。
続いて、図7に示すように、得られた導電性ペースト1を用い、所定パターンを有するマスクを介して、幅:0.4mm、厚み:40μmの配線パターンをシート状シリコーンゴムの一面(外面)上に7本描き、140℃、30分で乾燥して、7本の配線パターンを形成した。
続いて、得られた絶縁性ペーストを用いて、所定パターンを有するマスクを介して、7本の配線パターン上に塗膜を形成し、140℃、30分で乾燥することにより、厚み50μmのカバー部パターンを形成した。ただし、配線パターンの両端を露出するように、カバー部パターンに開口部を形成した。
その後、対応する4本(電源、GND(2つの圧力センサで共通とした)、出力信号(+)、出力信号(-))の配線パターンの端部をまたがるようにして、2個の圧力センサ(フォースセンサ、HSFPAR003A、アルプスアルパイン社製)を載せ、これらを上記導電ペースト1により接着し、120℃、2時間乾燥、硬化した。この硬化処理により、7本の配線パターンから伸縮性配線を形成し、カバー部パターンから伸縮性カバー部を形成するとともに、各伸縮性配線と各圧力センサとを電気的に接合した。
伸縮性配線が形成されたシート状シリコーンゴムの印刷面上に、配線が印刷されていないもう一枚のシート状シリコーンゴムを重ね合わせて、積層シートを準備した。
積層シートについて、手袋形状となるように糸を用いてミシンで縫製し、余白を切り取った。
その後、手袋形状の積層シートを裏表にひっくり返して、図7に示す舌運動計測デバイスを作製した。
図7の舌運動計測デバイスは、5本指の手袋と、手袋の小指部における外面に形成された2つの圧力センサ、および圧力センサと電気的に接続しており、手袋の外面に形成された7本の伸縮性配線を備えるものであった。
手袋に用いたサンプル3のシリコーンゴム系硬化性組成物を170℃、10MPaで10分間プレスし、シート状に成形すると共に、一次硬化した。続いて、200℃、4時間で二次硬化して、厚み:150μmのシート状の手袋120(シリコーンゴム系硬化性組成物の硬化物)を試験片として用いた。
上記試験片を厚さ6mmになるように積層し、JIS K6253(1997)に準拠して、25℃における、得られたシート状試験片のデュロメータ硬さAを測定した。
(引裂強度)
上記試験片を用いて、JIS K6252(2001)に準拠して、25℃における引裂強度を測定した。単位はN/mmである。
(引張強度)
上記試験片を用いて、JIS K6251(2004)に準拠して、25℃における引張強度を測定した。単位はMPaである。
(破断伸び)
上記試験片を用いて、JIS K6251(2004)に準拠して、破断伸びを測定した。破断伸びは、[チャック間移動距離(mm)]÷[初期チャック間距離(35mm)]×100で計算した。単位は%である。
また、舌運動計測デバイスの伸縮性配線において、25℃における体積抵抗値が3.2×10-4Ω・cmであった。
また、得られたシート状シリコーンゴムについて、エタノール中に5分間浸漬した前後における体積変化は10%以内であり、100℃で10分間加熱した前後における引裂強度の変化は1%以内であった。
上記シート状のシリコーンゴムに代えて、硬度90の0.5mm厚のウレタンゴムシート(市販品)を使用した以外、実施例1と同様にして、舌運動計測デバイスを作製した。
舌運動計測デバイスを計測者の手に装着するとき、および手から脱着するときの、装着しやすさ(装着性)について評価を行った。
実施例1の舌運動計測デバイスは、比較例1と比べて、非常に装着感が良好であることが確認できた。
得られた実施例1の舌運動計測デバイスを、伸縮配線の延在方向に対して20%伸長する伸長操作を10回繰り返し、そのときの、配線間の抵抗値を経時的に測定した。
実施例1において、未伸長時の抵抗値が9.1Ω、10回伸長後の未伸長時抵抗値が9.5Ω、10回伸長操作中伸長時における最大抵抗値が13.3Ωであった。実施例1の舌運動計測デバイスは、伸長操作後においても配線間の抵抗が測定可能であることを確認した。なお、抵抗は25℃環境下で測定した。
また、実施例1の舌運動計測デバイスにおいて、繰り返し伸長操作後においても、手袋と伸縮性配線との剥離が生じないことを確認した。
(舌運動モニタリングシステムの作製)
得られた実施例1の舌運動計測デバイスの伸縮性配線を、A/D変換回路(サンプリング周波数:100Hz、量子化分解能:10bit)を介して、パソコンに電気的に接続し、舌運動モニタリングシステムを作製した。
荷重測定器を用いて圧力センサに外力(N)を付与し、圧力センサから出力される出力電圧(V)を測定した。力(N)は、受圧面の面積で除して、圧力(kPa)に変換した。
圧力センサにおける非線形性の出力電圧は、近似曲線を用い、近似誤差が12%以内となるように、圧力(kPa)に変換した。
圧力センサの受圧面に3Nの力を付与し、それを瞬時に取り除いた際の応答時間を測定した。
以上の舌運動モニタリングシステムを用いて、圧力センサに外力が付与された(出力電圧を圧力に変換したときの)力(Pa)と応答時間との関係を測定できることが確認された。
舌運動計測デバイスの手袋を計測者の手に装着した後、被験者(成人、男性、38歳)の口腔内に計測者の小指を挿入し、指先に配置した圧力センサを被験者の舌の表面上に静置した。
被験者が舌を動かした際、経時的に、舌運動から受ける外力(圧力)をモニタリングできることが確認された。
10 舌運動情報処理装置
11 取得部
12 記憶部
13 解析部
14 通信部
20 ネットワーク
30 端末
31 表示部
100 舌運動計測デバイス
110 圧力センサ
110a 圧力センサ
110b 圧力センサ
120 手袋
121 外面
122 内面
123 指部
123a 指部(母指部)
123e 指部(小指部)
124 甲部
126 手首部
130 伸縮性配線
130a 配線
130b 配線
130c 配線
130d 配線
140 カバー部
141 カバー部
150 補強部
200 手
203 指
203a 母指
203e 小指
204 甲
206 手首
210 爪
210e 爪
Claims (18)
- 被験者の舌運動を計測する舌運動計測デバイスであって、
計測者の手に装着するための、絶縁性シリコーンゴムで構成された手袋と、
前記手袋の外面側における指先領域に設けられた、舌圧力を計測する圧力センサと、
前記圧力センサに電気的に接続された伸縮性配線と、
を備える、
前記手袋は、少なくとも1本以上の指部を有しており、
前記圧力センサは、受圧面が外力から受けた力を電気信号に変換するものであり、前記指部の周方向において、前記計測者の爪が存在する爪領域に配置されており、前記計測者の指が存在する腹領域に配置されていない、
舌運動計測デバイス。 - 請求項1に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋の引裂強度が25N/mm以上である、舌運動計測デバイス。 - 請求項1又は2に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋が、煮沸消毒可能である、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋は、耐アルコール性を有する、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋の内面における表面上に凹凸構造が形成されている、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋のシート厚みが20μm以上2mm以下である、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋のデュロメータ硬さAが10以上80以下である、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋は、前記計測者の手の甲を覆う甲部と、前記甲部に連結した少なくとも1本以上の前記指部と、を有する、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~8のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋の内面において、前記圧力センサと対向する位置に補強部を有する、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~9のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋は、2枚のシート状の絶縁性シリコーンゴムを重ねた構造を有する、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~10のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、導電性シリコーンゴムで構成される、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~11のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、導電性フィラー及びシリコーンゴムを含む導電性ペーストの印刷物で構成される、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~12のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、前記手袋の指から甲まで延在する引き出し配線部分を有する、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~13のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線が、多層配線構造を有する、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~14のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記伸縮性配線の表面を覆う、絶縁性シリコーンゴムで構成されたカバー部を備える、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~15のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスであって、
前記手袋に設置された、無線接続可能なネットワークインタフェースを備える、舌運動計測デバイス。 - 請求項1~16のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスと、
舌運動情報処理装置と、
を備える、舌運動モニタリングシステム。 - 請求項1~16のいずれか一項に記載の舌運動計測デバイスを用いて、被験者の舌運動に関する舌運動情報を取得する工程を有する、舌運動モニタリング方法。
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