JP2007514130A - 力の測定用トランスデューサ - Google Patents

Abstract

【構成】本発明は、一次巻線から形成される少なくとも一つのインダクタ（２）を有する発振器（１）と、電気誘導によりゲージ（１１）と接続され且つ発振器（１）のインダクタ（２）と変成器結合状態で配置される二次巻線（３０）を有する少なくとも一つのゲージ（１１）とを備えた力の測定用トランスデューサに係わる。ある力が該ゲージ（１１）に作用した場合、該ゲージ（１１）のインピーダンス及び誘導結合された二次巻線（３０）のインピーダンスが変化する。該ゲージに作用する力に比例して該発振器（１）において生じる周波数変化は、判別回路（１４）によって測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物理的量又は機械的量を測定するためのトランスデューサに係わる。本発明が意図する力とは、本発明によれば例えば圧力、加速度、捩れなどの力によって定義可能な全ての量を包含する。本発明に従って焦電特性を有するゲージを使用することによって、温度も測定することが出来る。

物理的量又は機械的量を測定するための多くの測定用トランスデューサが公知となっている。測定原理によって、かかる測定用トランスデューサに作用する力は、インダクタ、キャパシタンス又は抵抗を変化させることを介して検出されるが、その際当該測定原理に基づく具体的な測定量には寄生的影響が伴なう。そのような寄生的影響については以下においては詳説しない。

公知のゲージは、通常は、電子構造的にもまた機械構造的にも極めて複雑であり、従ってコスト高となり、損傷・障害を受けやすい。大抵の場合ゲージとしては、機械構造的に費用がかかり、そのため高コストとなる力伝達素子を配設するのであるが、このような素子は厚さの薄いセンサーには適合しない。

ＤＥ３７３５６５７ Ａ１によれば、固体物体の膨張、特に内部膨張過程を測定するための装置であって、製造工程時に電気誘導性を当該固体物体内に導入し、その電気誘導性の変化によって膨張率を測定する前記装置が公知となっている。この測定装置の構造は、極めて複雑であり、小型又は薄型のセンサーには使用することが出来ない。またもう一つの欠点は、センサーの設置場所を変える際の柔軟性が無いことである。更にはガルバーニ接続が用いられており、そのため幾つかの緩衝妨害の原因となる。

ＤＥ４４２０６９１ Ｃ１によれば、重量を感知するための弾性変形可能な力センサーとこれに隣接して配置されたインダクタとを有し、かくしてかかるセンサー構造に依拠して渦電流で動作するロードセルが公知となっている。この場合にも上記した欠点が存在する。
ＤＥ ３７３５６５７ Ａ１ ＤＥ ４４２０６９１ Ｃ１ ＷＯ ０２／３０６５２ Ａ１

本発明は、誘電性、容量性及び／又は抵抗性のゲージと組み合わせて、例えば１オームなどの抵抗の低いレンジでも測定を実施することが出来る、という大きな利点を有する。かくして、公知のトランスデューサと比較して緩衝妨害の回避がよりよく行なえ、また安全基準を満たすためにコスト高となる設計構造は一切必要でなくなる。更には、本発明は、その特別な実施態様において例えばゲージ測定領域での厚さが２０μ以下であるような極めて薄型のセンサーに適している点及び該ゲージが、本質的にコスト高な対策を用いることなく設置出来る点で有利である。

更にゲージを発振器から鍍金により分離することによって、発振器での緩衝妨害を回避することが可能である。

特に本発明は、汚染、湿度などの過酷な条件下でゲージの使用に特によく適している。

本発明によれば、当該ゲージに物理的又は機械的量が作用した場合、ゲージ内でのインピーダンスが変化し、その結果ゲージと電気的に接続され（伝導状態に）且つ発振器のインダクタと変成器結合で連結されている二次巻線での負荷が変化するのである。このようなインピーダンス又は負荷の変化によって、発振器の周波数が、物理的に作用する量（例えば力）に比例して変化せしめられ、電気的な測定量として検出捕捉されるのである。

多くの用途においては、例えば力、圧力、捩れ、加速度、温度など物理的量及び機械的量を測定するためにピエゾセンサーを用いたトランスデューサが使用されている。

しかしながらピエゾセンサーには、測定値検出のためには高度の絶縁性を有し、入力抵抗値が極めて高い電圧増幅器、即ち所謂電荷増幅器を必要とする、というよく知られた欠点を有しており、電子計測増幅器や電荷増幅器は、構造上極めて複雑で、従って製作コストが高くなり、他方ではこのような増幅器は、可能性のある妨害緩衝の更なる発生源となる。

ピエゾセンサーについて更なる良く知られて欠点は、ピエゾセンサーでは原理的に静的負荷を検出・捕捉出来ないということである。なるほど、ＥＰ０４５９０６９Ａ１によれば“偽静的”測定をピエゾセンサーを用いて行うためのゲージが公知となっているが、この種のゲージはやはり、高価で且つ面倒な、相応の絶縁抵抗を有する荷電増幅器を必要とするのである。

本発明の利点は、電極を発振器のインダクタの二次巻線と電気的に接続した圧電性又はピエゾ抵抗性ゲージと共に本発明に従った力の測定トランスデューサを使用することである。この圧電性又はピエゾ抵抗性のゲージに力を作用させた場合、ゲージのキャパシタンス又は抵抗が、従ってインピーダンスが変化する。このようにインピーダンスが変化することによって、二次巻線内の負荷に影響が波及し、その結果変成器結合を介して発振器の周波数が変化することになる。このような本発明による測定原理によって、負荷増幅器又は電位系増幅器は最早必要ではなくなり、静的測定が可能となる。

このような測定用構造構成は、例えば水晶、ピエゾセラミック、例えばＰＶＤＦやそのコポリマー、ピエゾ粒子又はピエゾ繊維、ピエゾフォーム、強電解質とのポリマーなどのピエゾポリマーなどあらゆる圧電性測定トランスデューサのみならずピエゾ抵抗性測定トランスデューサ、例えばシリコンなどにも上記した利点が付与される。

焦電性を有する圧電性ゲージを使用した場合、温度変化によってゲージの圧電性材料の分極変化が惹起されるが、この変化が、電極によって検知され、記述したように発振器内の周波数変化として測定することが出来る。かくして、本発明に従った力の測定トランスデューサを使用することによって温度の測定を行うことが可能となる。本発明に従った力の測定トランスデューサによって例えば簡単で且つコストの安い態様で車両のタイヤ圧及び車両タイヤ温度を同時に測定することが出来る。

自明のことながら、焦電性を有するゲージを備えた本発明に従った力の測定トランスデューサは、地震振動物(seismic mass)と組み合わせて加速度の測定を行うためにも使用することが出来る。

好ましくは、圧電性、ピエゾ抵抗性又は焦電性を有するゲージを使用する場合、例えばフェライト製の弱磁性のリング核を中心とする、電気的に接続された二次巻線は、変成器結合に配列する。かくして、磁場の散乱ロスは大部分が回避され、“理想的な”結合が得られる。

極めて薄いか又は三次元ゲージが必要とされる使用分野、例えば歯科用途などにおいては、本発明に従ったゲージとしては、厚さが８０μ以下、好ましくは３０ミクロン以下のピエゾフィルム（ＰＶＤＦやそのコポリマー）又は極めて薄く注型又はスプレー出来る、液状のＰＶＤＦ−コポリマーラッカーを使用する。

ピエゾフォーム又は所謂強誘電体から形成されたゲージについても、上記した利点を実現することが出来る。

二つの相互に圧縮された物体の間における咬合接触を測定するために、歯科領域においては着色性又は変色性フィルムを用いるのであるが、上顎歯と下顎歯との間において接触があれば、接触点において着色が行われるようにする。さらには、このフィルムは、カプセルに封入した染料から成る着色層を有していてもよい。この着色層にかかる圧力に応じて、破断するカプセルの数が異なり、従って異なる量の染料が遊離される。しかしながら圧力値、特に二本の歯の間の咬合圧力を正確に測定することは、この種のフィルムによっては可能となるわけではない。

そのため咬合圧力測定を行うために、電気式圧力センサーもまた知られている。ＤＥ３１１７２８４ Ａ１、ＵＳ４，５２１，１８６及びＥＰ０３７９５２４ Ｂ１によれば、それぞれガイド路を備えた二つの層から成り、その層の間に一つの抵抗層を設けて成るセンサーが使用される。このセンサーの噛み部に圧力が作用した場合、二つの層のガイド路間において抵抗が変化し、その変化値が測定量として検知される。

これら公知のセンサーは、構造及び取り扱いにおいても比較的複雑であり、そのため従来公知の変色付き咬合接触フィルムに対して凌駕することは出来なかった。さらには公知のセンサーは、噛み部が比較的分厚いため、その下で咬合測定の精度が損なわれる。その上、ガイド路を備えた二つの層は、入出力信号を送るために電気的に接触させる必要がある。噛み部は、衛生上の理由からそれぞれの患者ごとに取り代える必要があり、このことは、更なる費用追加と関連する。

ピエゾ効果に依拠する咬合圧力用センサーは、実質的に同じ欠点を有する（例えばＵＳ４，５９２，７２７）。更には公知のピエゾセンサーは、高抵抗値の入力抵抗を有する増幅器を必要とするため、過酷な環境条件（例えば水、汚れ、オイルなど）においては故障を受けやすいという欠点を持つ。ＤＥ１９７０５５６９Ｃ１は、咀嚼部における電気式センサーからは逸脱して、その代りに加圧液体を用いた咬合力伝達装置を提案する。

本発明の課題は、二つの相互に圧縮された物体の間における圧力、特に歯間接触圧力を正確に測定するための、単純な構造の装置であって、例えば従来公知の変色を伴なう咬合フィルムと同様の歯科医療の応用分野において取り扱うことが出来ると共に特に咬合部における電気接触を一切必要としない前記装置を提供することである。

本発明の装置を用いることによって、上顎と下顎との噛み合わせ時に二つの歯の間において生成する歯間接触圧力を測定することが可能となるのである。このような歯間接触圧力測定を行うことによって、相互に圧縮される歯の間における距離の測定も可能となる。

本発明によれば、作用する物理的又は機械的な力を測定するために、少なくとも一つのインダクタを有する発振器が設けられる。一台の発振器の代りに、二台又はそれ以上の発振器、例えば測定用発振器と参照発振器を設けることが出来る。この場合、二台の発振器の周波数差異は、例えば所謂うなり周波数に従って可聴に調節することが出来る。

本発明に従った用途のための発振器は、一定の周波数を有するものであり、例えば１０ｋＨｚと１ＧＨｚとの範囲にあればよい。かかる発振器は、自動発振式発振器であればよく又は発振・振動発生装置により励起されてもよい。

基本的には、例えばマイスナー式、ハートレー式又はコルピッツ式発振器など公知のＬＣ−発振器であれば如何なるものでも使用することが出来るし、またＲＬ−発生装置や水晶発生装置も該当する。しかしながら好ましくは、インバータ、特にシュミット−トリガーインバータ、ＮＡＮＤ−及び／又はＮＯＲ−ゲートを備えた発振器を使用する。このような発振器は、極めて単純な、コスト面で有利な構造を有しているため興味深い対象である。特に適しているものとして、周波数決定インダクタをインバータ回路における入出力間の相互コンダクタンスとして用いる回路が製作されている。

このインダクタは、好ましくは、弱磁性コア、好ましくは、フェライト製のバーコア又はリングコア弱磁性コアを有する一次巻線から形成されるが、根本的にはエアーコアコイルもまた本発明に従った測定原理に適している。リングコアは、インダクタの磁気分散がバーコアと比較して低減されており、これによって変成器結合が改善される、という利点を有している。かくして、発振器内における周波数変化が改善される。

インダクタの二次巻線は、本発明によればゲージと通電性に接続される。このゲージは、抵抗性及び／又は容量性及び／又は誘電性を示す。このゲージに力が作用した場合は、ゲージの型式に従って、（一過性の）抵抗及び／又は容量及び／又は透過性、従ってそのインピーダンスが変化する。このようなインピーダンスの変化は、インダクタと変成器結合で配置された二次巻線内の負荷に影響を及ぼし及び／又は掛かる負荷を変化させ、従って発振器の周波数を変化させる。かかる周波数変化は、作用する力に比例して生起し、判別回路において判別される。

かかる力は、本発明によれば測定装置によって数値として又は例えば装置には関連しない相対測定値として測定することが出来る。力の測定によって特に歯間接触圧力又は咬合圧力及び咬合の測定を行うための歯科用途においては、相互に圧縮される物体の間又は歯同士の間における距離測定も可能となる。

本発明の一つの実施態様は、特に歯の間において生起する接触圧力の測定を行うために意図されるものであるが、一般的に二つの相互に圧縮される物体の間の圧力を測定するためにも用いられる。

使用するゲージストリップ（交差する先端部を持つ突起部／陥没部）のゲージ測定領域を特別な形状に形成することによって、ユーザーは、歯の滑動、即ち側方ヘの付加的な動的運動を測定することが出来る。

ゲージは、例えば電導性フィルム又は電導性性ワイヤによって形成することが出来る。更には、ゲージは、例えば電極を二次巻線と電気的に接続し且つ誘導コイルの周囲に変成器結合で配置されたピエゾウェーハから構成されていてもよい。歯科用途については、かかるゲージは好ましい変形にあっては、二次巻線と共に単純なフィルム形状に一体に形成され、且つ好ましくは、一つの薄く、バー形状のハウジング内に納められた発振器のインダクタの周囲に少なくとも一回ゲージストリップとして巻かれる。歯が咬合した場合は、これらの間に位置するゲージストリップのゲージ測定領域が接触し、その結果境界抵抗が変化し、かくして変成器結合を介して発振器の周波数変化が惹起されることになる。

二次巻線及び／又は一体に形成されたゲージストリップは、発振器のインダクタの周囲に少なくとも一回巻かれるが、インダクタの周囲に多数回巻かれると、その測定効果は増強される。

一般的に本発明においては、ゲージ測定領域及び測定感度とは、その都度の用途分野において一次巻線と二次巻線との変成比によって決めることが出来る。

かかるゲージはまた、少なくとも相互に圧縮された物体の圧力検知領域において電気的絶縁層を設けられた電導性を有する材料から形成されてもよい。このような電気絶縁層は、例えば電気絶縁性プラスチックにより又は例えば酸化金属によって形成されてもよい。このような電気絶縁層は、相互に圧縮された物体による圧力作用時に接触面領域において破壊され、その結果境界抵抗が影響を受けて変化する。かくして本発明の装置は、ゲージの電気絶縁層の厚さを選択することによって種々の用途分野において必要とされるゲージ測定領域に適合させることが出来る。

一つの好ましい実施態様においては、このような電導性ゲージは、アルミニウムを用いて形成され、少なくとも一つのゲージ測定領域において天然の酸化アルミニウム層又はアノード（不働態化）層を少なくとも一つ有する。

しかしながらかかるゲージは、根本的に圧力作用によって破壊可能となる電気絶縁性層を有する必要は全くない。それどころか、境界抵抗が、二つの物体又は歯の間において一緒に圧縮された場合に例えば０．１ｍΩ乃至１００ｍΩのオーダーで変化し、かくして発振器の周波数変化を惹起させるような電導性材料を用いて形成したゲージを使用することも可能である。

歯間接触圧力を測定する場合、電導性フィルムは、例えばゲージストリップとして形成してもよい。更には、ゲージストリップは、電導性材料製のフィルムにより形成され、例えばその内側面には、電気絶縁性の層を設けてもよい。電導性材料は特に、金属材料であり、例えばアルミニウム又は銅材料であり、従ってアルミニウム又はアルミニウム合金及び／又は銅又は銅合金である。金属製フィルムの代りに、例えば電導性プラスチックフィルムも使用することが出来る。このようなゲージストリップの電気絶縁性層は、例えば、金属酸化物又は例えばピエゾ層であってもよい。一つの電気絶縁層が存在する場合は、かかる絶縁層は、相互に圧縮される物体又は歯の間に位置するようなゲージストリップの領域に設けねばならないことが理解される。またかかるゲージストリップには、その外側面に電気絶縁層を設けてもよい。

かかるゲージは、更には、電導性材料と強誘電性を持つ電気絶縁製材料、好ましくは強誘電性を持つ電気絶縁製フィルムとから形成されてもよい。このためには好ましくは、圧電性材料が使用される。かかる材料は比誘電率が高いため、ゲージにおいては付加的に容量負荷が発生し、その結果発振器の周波数変化が生じる。比誘電率は、相互に圧縮される物体の間における圧力の変化によって影響を受ける。

本発明の装置のもう一つの利点は、ピエゾ素子を使用した場合、増幅器を一切必要としないことである。その理由は、増幅器は、容量負荷として低抵抗でセンサーエレクトロニクスと接続されるからである。かくして、二つの相互に圧縮される物体の間における圧力を測定することは、環境条件が劣悪である場合でも、特に歯科医療の湿潤した環境においても可能となるのである。

かかるゲージ、特にフィルム又はゲージストリップは、強磁性材料、特に磁気弾性を有する強磁性材料からも形成することが出来る。従って、アモルファス合金、所謂金属ガラスも適しているものと判明している。磁気弾性を持つ材料は、その透磁率が機械的負荷が掛かった場合変化することによって特徴づけられる。強磁性をもつ材料を使用することによって、測定効果の改善が、インダクタをより強力に左右させることによって可能となる。

好ましくはゲージストリップとして形成されたゲージは、電導性材料と電気絶縁性材料とから交互に成る多層から成っていてもよい。かかるゲージストリップにおいては、電導性材料から成る層は、相互に圧縮される物体の圧力作用の経過に平行して活性化される多数の巻線を形成する。層形成材料の数又は選択によって、種々様々なゲージ測定領域及び比例領域が可能となる。

更には用途分野により、このような電導性フィルム又はゲージストリップに更なる機能層を設けることが意図されうる。外側に位置するゲージ測定領域に変色性又は着色性の層を塗付して設けることが可能であって、これによって歯科医が歯間圧力のほかに相互に接触する歯の接触点をも決めることが可能となる。

更には、ほぼ５μ乃至１０μ厚のアルミニウムフィルムを、プラスチック層を塗付することによって安定化することも有利である。このことは、外面のみならず内面についても行うことができるが、ゲージ測定領域（噛み領域）は、プラスチック層がないように形成する必要がある。プラスチックは、ゲージストリップの内面との早期接触という好ましくない現象を回避する、また更に凹凸を備えたゲージストリップにゲージ測定領域における望ましい可逆性を付与し、かくしてより動的な測定を可能とする、という利点を有する。

直線形状の凹凸部は、好ましくはゲージストリップの長手方向に対して４５°の角度で配置される。かくして凸部の先端が、ストリップを折り畳んだ場合９０°の角度で交差することが確保される。これによってゲージストリップが、よりコスト安で製作することが出来ることになる。

好ましくはかかるゲージストリップの凹凸部は、エンボス工程で調製する。

ゲージには、発振器のハウジングに固定するために自己粘着性の層を設けることが出来る。またゲージストリップには、ハウジングに固定するためにバネクリップを設けることが可能である。またゲージを機械的に、例えば解放スリーブ又はボールペンなどのようなバネクリップを用いて固定出来るような仕様に発振器のハウジングを構成することも可能である。

ゲージとハウジングとを解除可能に相互に接続するために更に多くの可能性がある。そこでハウジング上又はハウジング内に開口部を設けて、例えばゲージストリップとして形成されるゲージが、この開口部を通して挿入するか又はネジ込みする。

ゲージは、電気絶縁性材料に塗付適用することが出来る。かかる材料は、例えば紙、絹又はプラスチック、特に弾性プラスチックであればよい。かかるプラスチックは、好ましくは当該ゲージが滅菌処理によって清浄化できるような組成とする。

かかるセンサーは、例えば金属フィルムにより形成される。金属としては、例えば金又は銀などの貴金属が該当し、これらは、絶縁担体材料にも例えば蒸着により塗付適用することが出来る。

特に有利なものとして判明しているのは、内面を酸化アルミニウム層で不働態化したアルミニウム材料を用いて製作調製したゲージストリップである。この酸化アルミニウム層の厚さは、アルミニウム箔を不働態化させることによって最適化することが出来る。この場合ゲージストリップは、厚さが好ましくは２００μｍ以下、特に１００μｍ以下である。このようなゲージストリップを噛んだ場合、咬合位置においては、電気絶縁性層は破壊される可能性がある。かくしてゲージストリップを一回インダクタンスコイルの周囲に巻いた場合、このインダクタンスコイルの周囲においては更なる巻線が生成し、これによって発振器がデチューンされる。この巻線によって変成器結合においてインダクタが影響を受け、力を作用させえた場合発振器の周波数が変化する。デチューンによって惹起せられた周波数変化は、周波数決定発振回路における電磁的条件及び作動点選択に従って発振器の固有周波数を高くするばかりでなくまた低くする。

このようにして惹起せられた誘導負荷の代わりに又はかかる誘導負荷に追加して、周波数変化は、容量性負荷及び／又は抵抗性負荷によって惹起させることが出来る。かくして、電気絶縁層の破壊によって形成された巻線は、一定のオーム抵抗を示すが、咬合位置における機械的接触に依存して変動する。

更には、インダクタンスコイルの周囲に巻き取られたゲージストリップにおいては、測定するべき圧力が作用する、従って噛まれるゲージストリップの二つの端部は、電気絶縁製層又は誘電層を有する内面を介して並列する。かくして、このゲージストリップは同時に、一定の静電容量を形成するのであるが、この容量によって周波数変化が生じ、これにより、例えば噛んだ場合と同様に誘電層の厚さが、従ってゲージストリップの電導性フィルムの厚さと誘電定数とが変化する。

本発明の装置の判別回路は、位相同期ループ回路（ＰＬＬ）及び／又は発振器又は当該ＰＬＬ回路の出力信号が供給されるＰＣであればよい。

この発振器は、ゲージストリップを巻きつけるスリーブ形状部をそなえたハウジング内に配置することが出来る。好ましくは、発振器は無線で判別回路と接続される。かくして歯間圧力を測定するために、ゲージストリップだけをスリーブ形状の、例えば鉛筆大のハウジングの周囲に一回巻きつけ、次いで患者は、発振器のハウジングの周囲に巻きつけたゲージストリップの相互に隣接する端部を噛めばよい。自明なことであるが、センサー、即ちフィルム又はゲージストリップは、ケーブルを経由して発振器及び／又は判別回路と接続すればよい。

本発明によるゲージストリップは、好ましくは従来公知の変色式の咬合フィルムに相当する厚さと可撓性とを有する。その外面には追加して着色又は変色による咬合点を決めるための一つの層を設けて、更なる測定データを取得することが出来る。

判別回路の出力信号は、例えばメモリ内に保存し及び／又はディスプレイに供給する。このディスプレイは、発光ダイオードのビームによって形成されていてもよい。

本発明による装置は低インピーダンス領域で作動するため、例えば唾液中で生起し得る電池効果の影響を受けることはない。かくして電子製品の安全法規を遵守するためにエレクトロニクスのより好ましい構造・構成が可能となる。

ゲージストリップの一つの好ましい実施態様は、ゲージ測定領域において電導性層を一つ有する。これによって測定領域の境界抵抗は均質化され、その特性は測定信号によって改善される。更には例えば電導性のゲルは、ゲージ測定領域に接着性を付与し、その結果ゲージストリップの端部を相互に固定し、これによって歯科医にとって取扱い性が単純化される、という利点を有する。

ゲージストリップの一つの好ましい実施態様は、フィルムラミネートを一つ有するが、その内面には一つの電気絶縁製層（好ましくはポリマー又は接着層）、それに引き続いて電導性層、またそれに引き続いて安定化層（好ましくはポリマー）を有し、かくしてゲー少なくともゲージ測定領域には、本来の測定時に折り畳まれると凹凸のピーク部が交差するように凹凸部が設けられる。

ゲージストリップは、好ましくは、厚さが１５ミクロンであり、その結果折り畳まれた状態ではゲージ測定領域の最大厚さは３０ミクロンに達する。

このような本発明によるゲージストリップは、測定時において歯の三次元形状に適合出来また最終噛み合わせを阻害する妨害効果を一切有さない、という利点を持つ。かくして歯間圧力測定又は咬合圧力測定を歯の自然な状態において行うことが出来る。

好ましくは、より容易な取扱いを行うために、ゲージストリップ又はゲージは、インダクタに取り付け可能な部品（キャップ、スリーブなど）を予め組み込んでいるか又は接着層によりかかる部品に固定可能とする。

歯科医療におけるユーザーは、少なくとも一つのゲージ測定領域にスペーサーを取り付けたゲージストリップを使用すると共に、本発明の力トランスデューサによって、解剖学的処理歯の処理高さを決定し及び／又は必要な処理高さの未達成を把握・検知することが出来ることになる。例えばクラウン（歯冠）、ブリッジ、インプラントデンチャ上部構造などの義歯の調製を行うために、構造仕様（全セラミック、金属セラミック、ポリマーなど）に従って義歯について特定された最小厚みが要求される。かくして例えば全セラミック製のクラウンは、対合歯に対向する領域において咀嚼時の種々の機械的な影響力に抗することが出来るために最低厚みとして１．５乃至２ｍｍが必要である。かかる最低厚みに達しなかった場合、咀嚼時に義歯の破壊の危険性が生じる。またメタルフレームワークを備えた義歯の場合もやはり特定の最低厚みが必要であるが、かかる最低厚みは、この場合特に美学に寄与するのである。その理由は、歯科技工士は、義歯に自然の外観を付与するために暗色のコアを形成する金属フレームに多くの外装層を設ける必要があるからである。しかしながら他方では歯科医は、歯の解剖学的処理に際しては最低厚みが必要であるにも拘わらず、恒久的な損傷を回避するために無条件に必要な天然の歯物質のみを除去しなければならない。このような処理を従来通りに管理する場合、歯科医は閉止した歯列における検視不能を理由として多くの場合、解剖学的処理中の歯の実質的に全ての部位において当該最低厚みが実現されたか否かを正確に認知することが出来ない。本発明を利用するに際しては、歯科医は歯列を開けさせて解剖学的処理する歯にスペーサとともにゲージストリップを取り付けるのである。咬合咀嚼した場合、かかるスペーサが、必要とされる最低高さを上廻る厚さ又は高さを有するので、好ましくは、可撓性又はゴム弾性を有する材料が圧縮されるのである。最大圧縮が生じる箇所において、大半の圧力がゲージストリップに作用する。かくして解剖学的処理した歯と対合歯との間における最小間隔・距離の測定及び／又は定義が可能となる。

以下において、本発明を図面に基づいて実施例により詳細に説明する。

図１によれば、発振器１は、インダクタンスコイルの形状としたインダクタ２を備えた自己発振型の発振回路、複数のコンデンサ３，４，５、二つのオーム抵抗６，７及び出力信号を生成するためのシュミット−トリガーインバータ８，９を有する。シュミット−トリガーインバータ８，９は、図示していない５V−低電圧電源（蓄電池又はバッテリ）によって電力供給される。

このセンサー又はゲージ１１は、一体のゲージストリップとして形成され、少なくとも一つの巻線を有しており、この巻線は、図１において示すようにインダクタに変成器結合した二次巻線３０を構成する。更には、インダクタ２に変成器結合したオーム抵抗１３又は別の負荷を有する別の二次巻線１２が配置される。この別の巻線１２によって、ゲージ１１に力が作用した場合周波数変化の特性を最適化することが出来る。

このインダクタは、差動変圧器又は差動コイルとして形成されてもよい。このような構成・仕様は、既述したように二つ又はそれ以上の発振器を設けた場合に特に有利である。図１においてこの巻線１２を削除した場合、差動コイルが現われる。これに対してこの巻線１２が差動変圧器において存在し且つ一次巻線２に対して対称に配置される。

ゲージストリップは、電線を介して二次巻線３０と接続されたゲージ１１からも構成されてもよい。図１において示すように、これら二つの電線は、抵抗２９を介して接続されていてもよい。このような抵抗は、ゲージ１１が、圧電性又はピエゾ抵抗性を含め誘電性又は容量性を示す場合は有利である。

図２において、五つの測定特性Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥが示されるが、特性Ａは大抵の場合は有用ではなく、他方特性Ｂは比例領域が長いが、特性Ｃは比例領域が短く、また特性Ｄは二つの比例領域を有する。特性Ｅは、測定圧が高くなった場合は発振器周波数が上昇する。

インバータ９の出力信号は、判別回路１４に供給されるが、この回路は、例えばＰＬＬ−回路、即ち特性周波数を内部周波数と比較して、周波数差がある場合出力信号１５を生成する回路から形成することが出来る。信号を生成させるためシュミット−トリガーインバータ９がデジタル出力信号を生成した場合、ＰＬＬ−回路によってアナログ出力信号が形成される。アナログ出力信号は、図示していないアナログ−デジタル変換器によってデジタル信号に変換され、図示していないメモリチップ内に記憶され、同様に図示していない光ダイオードアレイ上に表示される。したがって例えば３乃至１０の記憶チップを設けると、３乃至１０の測定値が、３乃至１０の光ダイオードアレイに表示することが可能である。このような構成によって、歯科医は、歯科治療作業の前、その途中また終了後のいずれにおいても咬合力及び歯間距離を測定することが可能となる。

図３によれば、発振器１（図１）は、スリーブ形状とした、ほぼ鉛筆大のハウジング１６内に取り付けられ、この発振器は、矢印１０によって示されるように、判別回路１４（図１）とは無線で接続される。

ゲージストリップ１１は、図３においては誘電コイル２の領域でハウジング１６の周囲に一回巻きつけられている。その端部１７，１８は、相互に積層するウイングを形成する。ゲージストリップ１１は、幅がほぼ一本の歯に相当し、例えば一枚のアルミニウムフォイルから成るが、そのアルミニウムフォイルの内面１９に絶縁性の酸化アルミニウム層を備えている。咬合圧力を測定するために、相互に積層するウイング１７，１８を噛み、こうすることによって咬合位置２０において酸化アルミニウム層が破壊されるか、又はその層の厚さが、閉止された電導性の巻線であって、発振器１（図１）の誘電率、したがって周波数を変化させるような巻線を生成する態様で少なくとも薄くなる。測定効果を強化するためには、ゲージストリップ１１も数回ハウジングの周囲において巻きつければよい。またこのゲージストリップは、絶縁層を有さない金属フィルムから構成されていてもよい。その場合、これらウイング１７，１８間における境界抵抗は、咬合圧力に依存して変化する。

図４によれば、患者は例えば上顎歯２１と咬合する下顎歯２２に充填物を有する場合、参照基準として充填前の（Ｉ）に従った咬合圧力を測定し、これを記憶する。次いで（ＩＩ）に従った歯２２に充填物を設け、この充填物を、参照咬合圧力が充填前（Ｉ）と同様に調節されるまで削磨する。例えばクラウン、ブリッジなどの義歯を使用した場合、これら義歯における隣接した歯の圧力又は距離を参照基準測定において義歯を使用する前、使用途中及び使用後に測定する場合は、有利であることが判明している。

図５においては、二次巻線３０が、ハウジング１６の周囲に誘導コイル２（図１）の領域において数回巻きつけられている。二次巻線３０の二本のリード線２６ともピエゾ素子２４の二つのピエゾ電極２７に接続される。咬合位置２０に圧力が作用した場合、ピエゾ素子２４は既述したように影響を受け、そのため発振器（１）が離調され、その結果咬合圧力の測定が可能となる。

図６及び図７によれば、発振器１は発振器作動のためのスイッチ３２を備えたハンドグリップ３１と図７において破線で示したようにインダクタ２を配置したテーパー付け部分３３とを有する。この発振器１は、充電ステーション３４に受容されるが、これは、発振器とは誘電結合される。

図７から判るように、かかるゲージストリップ又はゲージ１１は、取り付け要素３５上に配設され、この取り付け要素は、例えばスリーブ又はキャップの形状としてテーパー付け部分にインダクタ２によって取り付け可能である。このゲージ１１は、取り付け要素３５に例えば接着状態で取り付け可能とすることが出来る。

図８に従った実施態様においては、インダクタ２の周囲にまきつけたゲージストリップ１１は、多数の機能的層３６乃至４１から構成される。最外層３６は、その二つの端部においてゲージストリップ１１を設けて有し、変色性及び／又は着色性材料から作成され、かくして歯の接触点を決定することが出来る。これに隣接する層は、好ましくはプラスチック製の電気絶縁性で且つ安定化作用を有する、隣接する電導性層３８のための担持層を形成するが、この電導性層は、例えばアルミニウムなどの金属製である。層３８の内面には、例えばプラスチック製の更なる電気絶縁性層３９が配置されるが、これは、ゲージストリップ１１の両端部においてゲージ測定領域を被覆することはない。ゲージストリップの内面のゲージ測定領域４０の上にあるこの層は、電導性で且つ変形可能な材料、例えばゲルから形成される。更には、このゲージストリップの内面には、接着層が設けられるが、二つのゲージ測定領域４０の寸前で終了し、その結果ゲージストリップ１１を取り付け要素３５上に又は直接発振器のテーパー付け部分３３に固定する機能を有する。

図９乃至図１１に従った実施態様においては、ゲージストリップ１１は、交 互に直線状に相互に平行して伸展する凸部４３と凹部４４を有する。これらの 直線状の凸４３部と凹部４４は、ゲージストリップ１１の長手軸に対して斜め に配置される。

かくして図１１において示すように、ゲージストリップを発振器部分３３の 周囲に巻き付けた場合、凸部４３と凹部４４は、ゲージストリップ１１の端部 にある、積層するゲージ測定領域において交差する。

かかるゲージストリップ１１又はゲージ１１が、電導性材料から構成される場合は、凸部４３の相互に交差するピーク４５（図１６）は、電気接触点を構成し、その厚みは、ゲージストリップ１１のゲージ測定領域が圧縮されると増加するのである。接触面積が増大又は減少することによって、ゲージストリップ１１の電気的境界抵抗はこれに相応して減少又は増大する。

これらのピーク４５が取り得る角度アルファは、図１６が示すように例えば１２０度であってもよい。一つのピークと次のピークとの距離は、好ましくは０．５ｍｍ以下である。

図１２乃至図１４には、ゲージストリップ１１又はゲージのまた別の実施態様を示すが、これは、凸部４３と凹部４４がゲージストリップ１１の端部にゲージ測定領域４６内においてのみ設けられ且つある領域４６においてはゲージストリップ１１に対して直角にまた別の領域４７においてはこれに沿って伸展することによって、図９乃至図１１に従った実施態様と実質的に異なる。図１５から判るように、かくして凸部４４のピーク４５は、角度が９０度において交差することになる。

図１７に従ったゲージ１１は、少なくともゲージ測定領域の外面において、例えばゴム弾性プラスチックから形成される、圧縮可能な材料製のスペーサー４８を有する。

図１８においては、最終咀嚼時における解剖学的処理歯５１とこれに対抗して位置する歯との間における最終咀嚼時での、図１７に従ったゲージを図示する。このゲージ１１は５２の外形に適合していることが判る。更には解剖学的処理歯５１がスペーサー４２を圧縮している。かくして、スペーサー４８は、ゲージ１１に押し付けられ、しかも圧縮圧によって種々に異なる圧力で押し付けられるのである。図１８から判るように、従ってスペーサー４８によってＡにおいてはＢにおけるよりも大きい圧力が、ゲージ測定領域４６，４７の配置部位にかかることになる。このスペーサー４８の厚さは、距離Ａが測定可能となるように選択される。このことは、スペーサー４８の圧縮可能材料をある一定の厚さで使用すると、ゲージ測定領域４６，４７にかかる圧力が顕著に増大し、かくして発振器１の周波数変化をもたらすことによって可能となる。かくして、一本の歯を解剖学的処理する場合において成形するべき義歯に必要とされる解剖学的処理高さを実現出来たか否かを例えば領域Ａにおいて決定することが、ユーザーにとって可能となるのである。

本発明に従った装置の回路の一つの実施態様である。 力がゲージストリップ／センサーに作用した場合の周波数変化の種々の特性を示す。 発振器のハウジングの周囲に巻きつけたゲージストリップを透視図として示す。 歯充填の前後における咬合圧力を模式的に示す。 ピエゾ要素を有する、発振器のハウジングの周囲に巻きつけた二次巻線を透視図として示す。 歯咬合、歯間接触圧力及び／又は咀嚼力を測定するためのゲージに使用する発振器の模式図を示す。 一次巻線を有する図６に従った発振器の一部分及び力の測定トランスデューサに取り付け可能な取付け要素とその上に載置したゲージストリップの透視図を示す。 異なる一つの実施態様に従ったゲージストリップの長手方向断面図を示す。 凹凸部を有する、開放したゲージストリップの内部の平面図を示す。 図９に従ったゲージストリップの長手方向の断面図を示す。 発振器を巻き直した後の、図９及び図１０に従った発振器の周囲に巻きつけたゲージストリップの平面図を示す。 また別の実施態様に従った、凹凸部を有する開放されたゲージストリップの内面の平面図を示す。 図１２に従ったゲージストリップの長手方向の断面図を示す。 図１２に従ったゲージストリップの下部の断面を示す。 発振器を巻き直した後の、ゲージストリップの端部の透視図を示す。 図９乃至図１１に従ったゲージストリップの断面の拡大図を示す。 圧縮可能な材料製のスペーサーを有する、発振器(1)の周囲に巻きつけられたゲージストリップの長手方向の断面図を示す。 最終咬合時における対向する二つの歯の間にある図１７に従ったゲージストリップの概略図を示す。

符号の説明

１：発振器
２：インダクタ
３、４，５：コンデンサ
６、７、１３：オーム抵抗
８，９：シュミットートリガーインバータ
１０：矢印
１１：ゲージ、ゲージストリップ
１２、３０：二次巻線
１３：負荷・インピーダンス
１４：判別回路
１５：出力信号
１６：ハウジング
１７，１８：端部及びウイング
１９：アルミフォイル内面
２０：咬合位置
２１：上顎歯
２２：下顎歯
２３：充填物
２４：ピエゾ要素
２６：リード線
２７：ピエゾ電極
３１：ハンドグリップ
３３：テーパー付け部
３４：充電ステーション
３５：取り付け部・要素
３６乃至４１：機能的層
３８：層の内面
３９:電気絶縁層
４０、４６、４７：ゲージ測定領域
４３：凸部
４４：凹部
４５：凸部４３のピーク
４８：スぺーサ
５１：解剖学的処理歯

Claims (40)

1. 一次巻線から形成される少なくとも一つのインダクタ（２）と電気誘導によりゲージ（１１）に接続され且つ発振器（１）のインダクタ（２）と変成器結合状態で配置される二次巻線（３０）を有する少なくとも一つのゲージ（１１）とを備えて成る発振器（１）において、
   ある力の該ゲージ（１１）への作用が、該ゲージ（１１）のインピーダンス及び誘導結合された二次巻線（３０）の負荷を変化させるものとした少なくとも一つの該発振器（１）、及び該ゲージに作用する力に比例して該発振器（１）において生じる周波数変化を測定するための判別回路（１４）とによって特徴づけられる力の測定用トランスデューサ。
2. 該発振器（１）が、少なくとも一つのコンデンサ（３，４，５）及び／又は少なくとも一つの抵抗器（６，７）及び／又は少なくとも一つの更なるインダクタとを有することを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
3. 該発振器（１）が、無線により該判別回路（１４）に接続されることを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
4. 該発振器（１）の該インダクタ（２）が、磁力の弱いコア、好ましくはフェライト製のバーコア又はリングコアであることを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
5. 該インダクタ（２）が、測定特性値（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）を最適化するための一定の負荷（１３）を有する更なる二次巻線を備えることを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
6. 該ゲージ（１１）とこれに電気的に接続された該二次巻線（３０）とが、該発振器（１）の回路とは電気鍍金により絶縁されることを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
7. 該ゲージ（１１）が、誘導性及び／又は容量性及び／又は抵抗性を有することを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
8. 該ゲージ（１１）が強誘電性を有することを特徴とする、請求項７記載の力の測定用トランスデューサ。
9. 該ゲージ（１１）が圧電性及び／又はピエゾ抵抗性を有することを特徴とする、請求項７記載の力の測定用トランスデューサ。
10. 該ゲージ（１１）が焦電性を有することを特徴とする、請求項７記載の力の測定用トランスデューサ。
11. 該ゲージ（１１）が強磁性を有することを特徴とする、請求項７記載の力の測定用トランスデューサ。
12. 該ゲージ（１１）が強弾性及び／又は磁気弾性を有することを特徴とする、請求項１１記載の力の測定用トランスデューサ。
    
13. 該ゲージ（１１）が少なくとも部分的に電導性材料から形成されることを特徴とする、請求項７記載の力の測定用トランスデューサ。
14. 該電導性材料が、金属、好ましくは銀、アルミニウム又は銅であることを特徴とする、請求項１３記載の力の測定用トランスデューサ。
15. 該発振器（１）が、該二次巻線（３０）を周囲に配置することになる該インダクタ（２）を備えたハウジング（３３）の内部に設けられることを特徴とする、請求項１記載の力の測定用トランスデューサ。
16. 該ゲージ（１１）と該二次巻線（３０）とが一体に形成されることを特徴とする、請求項１ないし１５の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
17. 該二次巻線（３０）と一体に形成され且つ強磁性を有する電導性ゲージ（１１）が、誘導コアとして少なくとも部分的に該インダクタ（２）の一次巻線内部に配置されるものであることを特徴とする、請求項１ないし１６の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
18. 該ゲージ（１１）のゲージ測定領域がフィルム形状に形成されることを特徴とする、請求項１ないし１７の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
19. 該フィルム形状のゲージ（１１）が、電導性材料及び／又は磁気弾性材料から構成されることを特徴とする、請求項１８記載の力の測定用トランスデューサ。
20. 該二次巻線（３０）と一体に形成される該電導性ゲージ（１１）が、金属、好ましくは銀、アルミニウム又は銅、又は金属ガラスから形成され、該インダクタ（２）の周囲に少なくとも一回巻きつけられることを特徴とする、請求項１６及び請求項１９記載の力の測定用トランスデューサ。
21. 該二次巻線（３０）と一体に形成される該電導性ゲージ（１１）が、内側及び／又は外側において機能性を有する層（３６，３７，３９，４０，４１）を少なくとも更に一つ有することを特徴とする、請求項１ないし２０の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
22. 機能性を有する層（３６，３７，３９，４０，４１）が、絶縁性、及び／又は電導性及び／又は安定化性及び／又は可逆性及び／又は接着性及び／又は着色性及び／又は変色性及び／又は力作用時の化学的反応性及び／又は力作用時の絶縁性、破壊性を有することを特徴とする、請求項２１記載の力の測定用トランスデューサ。
23. フィルム形状の該ゲージ（１１）の内側においてそのゲージ測定領域内に電導性材料、好ましくは電導性液体又は電導性ゲルの層を塗付して設けることを特徴とする、請求項２１記載の力の測定用トランスデューサ。
24. 該ゲージ（１１）が、強誘電性及び／又は圧電性を有する電気絶縁層を有することを特徴とする、請求項１ないし２３の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
25. フィルム形状の該ゲージ（１１）のゲージ測定領域（４６，４７）の少なくとも一つが、スペーサー（４８）を設けてなることを特徴とする、請求項１ないし２４の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
26. 該スペーサー（４８）が、弾性材料及び／又は力作用時に圧縮性を有する材料で形成されることを特徴とする、請求項２５記載の力の測定用トランスデューサ。
27. 該ゲージ（１１）がゲージストリップとして形成されることを特徴とする、請求項１ないし２６の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
28. フィルム形状の該ゲージ（１１）が、強誘電製及び／又は圧電性及び／又はピエゾ抵抗性及び／又は焦電性を有することを特徴とする、請求項１８記載の力の測定用トランスデューサ。
29. 該ゲージ（１１）が、ゲージ測定領域（４６，４７）の少なくとも一つにおいて、該ゲージ（１１）に掛かる力の作用程度に応じて変形する凸部（４３）及び／又は凹部（４４）を有することを特徴とする、請求項１ないし２８の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
30. 凸部（４３）及び凹部（４４）が、相互に交互に且つ直線状に平行して伸展することを特徴とする、請求項２９記載の力の測定用トランスデューサ。
31. フィルム形状の該ゲージ（１１）が、一つのゲージ測定領域（４６，４７）における凸部（４３）のピーク（４５）が、重なる別のゲージ測定領域における凸部（４３）のピーク（４５）と交差することを特徴とする、請求項２９又は３０記載の力の測定用トランスデューサ。
32. 二つのゲージ測定領域（４６，４７）における該凸部（４３）の直線状に平行して伸展する該ピーク（４５）が、ほぼ７０度ないし１１０度、好ましくは８０度ないし１００度の角度で交差することを特徴とする、請求項３１記載の力の測定用トランスデューサ。
33. 該凸部（４３）のピーク（４５）が、１００度と１４０度との間、好ましくは１１０度と１３０度との間の角度を囲むこと、及び一つのピーク（４５）から次のピーク（４５）までの距離が、１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３１記載の力の測定用トランスデューサ。
34. 少なくとも一つの電気絶縁層及び／又は少なくとも一つの導電層が、圧力の作用により破壊可能となるように形成されることを特徴とする、請求項１ないし３３の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
35. ゲージ（１１）のゲージ測定領域における厚みが、１５０ミクロン以下、好ましくは１００ミクロン以下であることを特徴とする、請求項１ないし３４の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサ。
36. 請求項１ないし３５の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサを温度測定に使用する方法。
37. 請求項１ないし３６の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサを歯の咬合及び／又は歯間接触圧力及び／又は咀嚼力の測定に使用する方法。
38. 該ゲージ（１１）のゲージ測定領域における厚みが、３０ミクロン以下、好ましくは１５ミクロン以下であることを特徴とする、請求項３８記載の力の測定用トランスデューサの使用方法。
39. 該ゲージ（１１）のゲージ測定領域における幅が測定対象の歯の幅に相応する該ゲージ（１１）を使用することを特徴とする、請求項３７又は３８記載の力の測定用トランスデューサの使用方法。
40. 請求項１ないし３９の内のいずれか一項記載の力の測定用トランスデューサを解剖学的処理歯（５１）における処理高さ又は処理深さの測定に使用する方法。