技術 硬さ測定装置

0001

本願発明は、生体の歯牙部等所定の硬さを有する部分の硬さを測定する硬さ測定装置に関するものである。

0002

例えば、最近では歯科用インプラントとして、生体歯牙の歯根部に内部可動構造のインプラントシリンダを採用したものが提供されるようになっている。

0003

この歯科用インプラントは、一般に顎骨内に螺合される保持用スクリュー部と、該保持用スクリュー部に対して螺合固定されたアパットメント部と、該アパットメント部に取り付けられた義歯部とから構成されている。

0004

このような歯科用インプラントの硬さ（動揺度）を測定するには、上記義歯部等測定対象物の表面に押し当てられる振動子と、該振動子を介して上記測定対象物を所定の振動周波数で加振する加振手段と、該加振手段によって加振された測定対象物の振動の駆動力と加速度とを時間領域において計測する計測手段とを設け、同計測手段により計測された振動の駆動力と加速度とをフーリエ変換して周波数成分に変換し、該変換された同周波数成分から機械的なインピーダンス特性を得ることによってなされるようになっている（例えば特開平５−２６４４２７号公報等参照）。

0005

ところで、上記のような義歯部等測定対象物に直接押し当てられるプローブ部分（振動子部分）は、生体を測定対象とすることから、各種感染症の影響を避ける点からも、必然的に衛生管理が必要となる。

0006

これらのことは、臨床歯科において、実歯の歯周組織の状態を知る必要があるような場合にも同様である。

0007

そのため、従来歯科医院などでは当該測定装置を複数体購入し、交互に消毒しながら、診療に使用していた。

0008

しかし、そのような方法による場合、相当に高価な測定装置を相当本数買揃えて置かなければならず、歯科医院等にとっても相当な負担なる。

0009

そこで、例えば装置本体と上記振動子を有するプローブ部分を単独構造体として別ユニット化し、使用する度に当該プローブ部分のみを交換し、消毒するようにすることが考えられる。

0010

しかし、一方同プローブ部分を交換した場合、振動子部分の測定感度が変化するので、適正な校正作業が必要となる。また、その場合、固有振動数の合わせ込みと静荷重測定の２種類について各々専用の校正工具が必要となる。

0011

本願発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、上記振動子部分をプローブ単独体構造として別ユニット化することにより、上記振動子部分を当該装置の操作部本体に対して交換可能にし、さらには装置本体側に校正手段を設け、同交換した振動子の測定感度の校正を可能とした硬さ測定装置を提供することを目的とするものである。

0012

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

0013

（１） 請求項１の発明
この発明の硬さ測定装置は、測定対象部に押し当てられる振動子と、該振動子を介して上記測定対象部を振動させる加振手段と、該加振手段により振動する測定部の加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段が検出した加速度の振幅に比例する量を算出する振幅比例量演算手段とを備え、振幅比例量演算手段から、上記測定対象部の機械的インピダーンスに比例した硬さの指標を得る硬さ測定装置であって、上記振動子部分をプローブ単独体構造に別ユニット化することにより、上記振動子部分を当該装置の操作部本体に対して着脱可能にしたことを特徴としている。

0014

したがって、該構成では、プローブとしての振動子一体化部分を測定対象、例えば患者毎に簡単に交換して使用することができ、低価格なプローブ単独体構造の振動子部分さえ複数個準備して置けば、価格的に比率の大きい測定装置本体部分は共用化することができる。

0015

そのため、ユーザー側にとっては、装置価格の安価なものとなる。

0016

（２） 請求項２の発明
この発明の硬さ測定装置は、プローブ単独体構造に別ユニット化され、操作部本体に対して着脱可能となった振動子と、該振動子に対し、振動子部分の着脱による固有振動数の変化に合致した振動数の一定の周波数で大きさが変化する力を印加して測定対象部を振動させる加振手段と、該加振手段により振動する測定部の加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段が検出した加速度の振幅に比例する量を算出する振幅比例量演算手段とからなることを特徴としている。

0017

該構成では、先ず振動子部分がプローブ単独体構造に別ユニット化され、操作部本体に対して着脱可能となっているので、同プローブ単独体構造としての振動子部分を測定対象、例えば患者毎に簡単に交換して使用することができ、低価格な単独体構造振動子部分さえ複数個準備して置けば、価格的に比率の大きい測定装置本体部分は共に共用化することができる。

0018

そのため、上記請求項１の発明の場合と同様にユーザー側にとっては、装置価格の安価なものとなる。

0019

一方、該構成では、そのようにした場合において、上記振動子に対して、上記振動子部分の交換による固有振動数の変化に合致した振動数の、一定の周波数で大きさが変化する力を印加して測定対象部を振動させる加振手段と、該加振手段により振動する測定部の加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段が検出した加速度の振幅に比例する量を算出する振幅比例量演算手段とを設け、振幅比例量から、測定対象物の機械的インピダーンス特性、すなわち硬さを測定するようにしている。

0020

したがって、プローブ単独体構造としての振動子部分を交換しても均一な感度での測定が可能となる。

0021

（３） 請求項３の発明
この発明の硬さ測定装置は、上記請求項１又は２の発明の構成において、操作部をホールドするホールド部を設け、該ホールド部には、所望に可変設定された所定の荷重を印加して振動子の測定感度を校正する校正手段を設けたことを特徴としている。

0022

したがって、該構成では、測定装置本体側ホールド部に設けた校正手段によって、予じめ交換されたプローブ単独体構造の振動子の測定感度が適正に校正されるので、実際の測定時には、正確な測定が可能となる。

0023

以上の結果、本願発明の硬さ測定装置によると、次のような有益な効果を得ることができる。

0024

（１）生体を測定対象とした場合にも、適切な衛生管理を低コストに行うことができる。

0025

（２）プローブ（振動子）が変わっても、正確な測定を行うことができる。

0026

（３）測定装置全体を、小型、低コストに構成することができる。

0027

（４）プローブ（振動子）測定感度の校正を、専用工具を必要とすることなく、測定装置本体側で簡単に行うことができる。

0028

図１〜図３は、一例として、人の歯の動揺度の測定に適用した本願発明の実施の形態に係る硬さ測定装置の構成を示している。

0029

先ず同測定装置は、大きく分けて、マニュアル操作により測定対象物である人の歯に対して自由にアプローチすることができるようになった操作部１と、制御および演算機能を備え、上記操作部１側プローブ２の振動子２ａを振動させる圧電素子に駆動信号を供給するとともに上記操作部１側プローブ２の静圧センサ（ロードセル）からの振動子の静圧値検出信号および同プローブ２の加速度センサ（加速度ピックアップ）からの加速度検出信号を基に測定対象物の最終的な機械的インピーダンスの算出を行ない、また同算出に先立って交換された各プローブ２，２・・・毎の必要な測定感度の校正を行う校正手段を備えた測定装置本体１１とからなっており、それらを図示のように可撓性のある電源および信号コード２０で相互に接続して構成されている。

0030

先ず上記操作部１は、全体として指で持つのに適した太さの中空の筒状体をなし、その内側にプローブ中継基板を有し、該中継基板を介して先端側に操作スイッチ４が設けられている一方、後端側に上記測定装置本体１１側への電源および信号コード２０が接続された握持部１ａと、該握持部１ａ先端側の上に操作スイッチ４を設置した先細り部から前方に、少しへの字状に曲って所定の長さ延びて設けられた上下両面が扁平な測定用プローブ２と、該プローブ２の下面側先端の開口部から軸直交方向に所定寸法突出して設けられた振動子２ａとから構成されている。

0031

上記プローブ２の内側も中空に形成されており、その内部には、上記振動子２ａを所定の振動周波数で振動させる加振手段としての圧電素子と、該圧電素子により振動された振動子２ａが上記歯に対して、所定の静圧で押し当てられ、同歯を振動させた時の振動の加速度信号を検出する加速度センサ（加速度ピックアップ）と、上記振動子２ａの歯に対する押圧力（静圧）を検出する静圧センサ（ロードセル）とが設けられている。これらの内、上記圧電素子、加速度センサ、静圧センサの各々は、上記中継基板に接続されている。

0032

そして、それらの各々は、上記中継基板から上記信号コード２０の対応するラインを介して、例えば図３のように、図１、図２に示す測定装置本体１１側の可変周波帯域幅増幅器７、周波数可変型振動周波数発生手段６に、また可変周波帯域幅増幅器９、振幅比例量算出手段１０に、さらに歪荷重増幅器２３にそれぞれ接続されている。

0033

上記振動周波数発生手段６は、上記マイコンユニット５からの設定信号に対応した一定振幅、一定周波数の正弦波振動電圧を形成し、上記可変周波帯域幅増幅器７を介して所定の電圧レベル増幅した後、上記圧電素子に供給する。他方、上記加速度センサで検出された加速度検出信号は、上記可変周波帯域幅増幅器９を介して増幅された後に、上記振幅比例量算出手段１０に供給されて振幅に比例した電圧データが演算され、上記マイコンユニット５に入力される。また、上記静圧センサからの静圧検出信号は、上記歪荷重増幅器２３で増幅された後に、上記マイコンユニット５に入力される。

0034

これらの各々による歯の硬さの測定動作そのものは、基本的に上述の特開平０５−２６４４２７号公報に記載のものと同様である。したがって、その詳細な説明は省略する。

0035

ところで、上記操作部１における握持部１ａの先端とプローブ２の後端は、例えば螺合締結構造のコネクタ部３を介して相互に着脱可能に一体化して構成されている。したがって、本実施の形態における上記振動子２ａを備えたプローブ２は、特定の患者の歯の動揺度の測定が終了すると、次に消毒が完了した新たなものに取り換えて次の患者の歯の動揺度の測定のために装着して使用することができるようになる。

0036

一方、上記測定装置本体１１は、例えば図１のように、全体としてボックス型に形成され、その前端部側には平坦な操作部（操作スイッチ部）１１ａが、また該前端部から後端部側にかけては、次第に高さが高くなるテーパ面部が設けられ、該テーパ面部分に表示器（液晶パネル）１１ｂとプリンタ１１ｃとが各々設けられている。

0037

さらに、その後端部には、例えば図１および図２の両図に示されるように、上述した操作部１の図１に示すような載置台および同操作部１のプローブ２部分の図２に示すような校正操作台の各々として作用する凹面状の操作部ホルダー１１ｄが設けられている。該操作部ホルダー１１ｄは、その凹面部１２の一端側（図示左端側）に、校正用の振動子挿入穴１２ａが上下に貫通して形成されている。そして、同振動子挿入穴１２ａの下方側には、回転支軸１３を中心として一端側上部に凸部１６を、他端側下方に所定重量の重錘１７を吊り下げ部材１７ａを介して吊り下げた揺動レバー１５が設けられており、上記重錘１７の重量に応じた所定の上方への押圧力を有して、上記凸部１６は上記振動子挿入穴１２ａ内に突入しており、同所定の押圧力を下方から上方に作用させるようになっている。

0038

したがって、該状態において、例えば図２に示すように、上記操作部１を操作して、そのプローブ２の振動子２ａ部分を上記振動子挿入穴１２ａ内に挿入して、上記凸部１６に対し所定の静圧で押し当てる。そして、該状態において、上述のように上記圧電素子を所定の振動周波数で駆動して、その時の振動加速度信号の振幅比例量を得る。そして、この振幅比例量と上記押し当て時の静圧値から、上記凸部１６の硬さを測定し、当該プローブ２の測定感度特性を知る。

0039

次に、該測定感度特性に応じて、例えば図３の特性量設定手段８を操作して、特性量を可変し、一定の測定感度となるように校正を行う。

0040

そして、その後、同プローブ２を使用して、以後の適正な硬さ測定を行う。

0041

図１本願発明の実施の形態に係る生体の硬さ測定装置の斜視図である。
図２同装置の縦断面図である。
図３同装置の電気回路図である。

0042

１は操作部、１ａは握持部、２はプローブ、２ａは振動子、３はコネクタ部、４は操作スイッチ、５はマイコンユニット、６は振動周波数発生手段、８は特性量設定手段、１０は振幅比例量算出手段、１１は測定装置本体、１１ａは操作部、１１ｂは表示器、１１ｃはプリンタである。