JP2563885B2 - 舌−口蓋接触面の垂直応力分布計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、舌が口蓋に接触する位
置と接触面の垂直応力を同時に計測することができる舌
−口蓋接触面の垂直応力分布計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】言語情報と同時に話者の個人性情報や感
性情報を簡便に伝達できる音声は、呼吸器、喉頭及び舌
を中心とした調音器官等の発生器官の巧妙な協調運動に
より生成される。特に、舌面形状、舌運動、舌の接触位
置及び舌−口蓋接触面の垂直応力は、音声の音響的性質
及び明瞭度を決定する重要な要素である。従来、Ｘ線、
磁気センサ、光センサ、超音波ＣＴ、磁気共鳴映像法等
により、舌面形状や舌面上の位置の計測が試みられ、ま
た、口蓋面に設置した電極により、舌が口蓋に接触する
位置を検出するパラトグラフが実用化されている。しか
し、パラトグラフは、電極に舌が接触することにより生
じる電気インピーダンスの変化を計測するので、接触し
たか否かの２値的情報しか得られないこと、唾液による
誤差が生じること等の問題がある。

【０００３】一方、人体が床や物と接触する際に生じる
体圧分布を感圧フィルムや感圧導電性ゴムにより測定す
る方法が提案されている。しかし、これらの方法は、人
間が着座したときの座面、足底面の圧分布、咬合力等を
計測対象としたもので、荷重の測定範囲が数百ｇ重から
数十kg重であること、感圧フィルム及び感圧導電性ゴム
の応力−抵抗値特性にはヒステリシスが存在すること等
の理由から、舌−口蓋接触面の垂直応力の測定に適用す
ることは困難である。そこで、感圧フィルムや感圧導電
性ゴムの代わりに、小型荷重変換器を用いる方法が考え
られるが、定格負荷が数ｇ重であり、小型且つ薄型で曲
面に沿って装着できる荷重変換器は開発されていない。

【０００４】このように、従来、生体を対象とした多種
多様な計測方法が提案されているが、舌が口蓋に接触す
る位置と接触面の垂直応力の情報を同時に得る舌−口蓋
接触面の垂直応力の測定を試みた例はない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、人間の顎口
腔機能、特に、舌の力制御機能を解析するために、舌が
口蓋に接触する位置と接触面の垂直応力の同時計測を可
能とする舌−口蓋接触面の垂直応力分布計測装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による舌−口蓋接
触面の垂直応力分布計測装置は、口蓋面に密着するよう
に形成した人工口蓋床に、舌−口蓋接触面の垂直応力を
測定する位置に、上記垂直応力を測定するための力セン
サを配設してなることを特徴とする。特に、好ましい態
様によれば、本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置は、口蓋面に密着するように形成し、舌−口
蓋接触面の垂直応力を測定する位置に対応して穴を開け
た人工口蓋床と、可撓性を有する薄板の表面の中央部に
歪センサを固定し、上記薄板の裏面に上記歪センサに対
応する位置に伝達棒を固定してなる力センサとを有し、
前記伝達棒が前記穴を貫通するように、前記薄板の両端
を前記人工口蓋床の内方に固定して、前記力センサを人
工口蓋床に組み込んでなることを特徴とする。

【０００７】以下に実施例を示す図面に基づいて、本発
明を説明する。本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力
分布計測装置は、図１に示すように、人工口蓋床１に、
舌−口蓋接触面の垂直応力を測定する位置に、薄型の力
センサ２が適宜数、配設されてなるものである。即ち、
人体の口蓋面と好ましくは上顎歯の歯冠に密着するよう
に人工口蓋床１を形成し、舌−口蓋接触面の垂直応力を
測定する位置に、上記垂直応力を測定するための薄型の
力センサ２を配設してなり、このような人工口蓋床１を
人間の口蓋に装着することによつて、舌が口蓋に接触す
る位置と接触面の垂直応力の同時計測を行うものであ
る。図１においては、複数の力センサ２が人工口蓋床１
の口蓋縫線３に沿つて配設されている。

【０００８】図２に本発明の舌−口蓋接触面の垂直応力
分布計測装置において用いる力センサ２の底面図を示
す。このような力センサ２は、可撓性を有する薄板４の
表面の中央部に歪みセンサ５が例えば接着剤を用いて固
定されていると共に、その裏面に上記歪センサに対応す
る位置に伝達棒７が例えば接着剤にて固定されており、
後述するように、両端をそれぞれ薄いプラスチツク板か
らなる固定板６にて挟まれて、人工口蓋床の裏面内方に
接着固定されて構成されている。即ち、薄板４は、両端
を固定板で固定支持されて、いわば梁を構成している。

【０００９】図３及び図４に示すように、本発明による
装置においては、舌−口蓋接触面の垂直応力を測定する
位置に対応して、前記人工口蓋床１に穴１０が穿設され
ており、前記力センサの伝達棒７が前記穴１０を貫通し
て、人工口蓋床から先端を突出し、露出するように、前
記薄板４の両端が薄いプラスチツク板からなる固定板６
にて挟まれて固定され、この固定板がそれぞれ人工口蓋
床１の裏面に設けた溝１１内に接着固定され、このよう
にして、人工口蓋床１の内方に薄型の力センサ２が組み
込まれている。

【００１０】薄型の力センサ２に用いる上記薄板４とし
ては、可撓性乃至弾性を有し、発錆し難く、毒性を示さ
ないものであれば、何ら制限されることなく、任意の材
料を用い得る。代表的な例として、ステンレススチール
箔、プラスチックフィルム等を挙げることができる。上
記歪みセンサ５としては、薄いものであれば、特に限定
されるものではないが、例えば、代表的な例として、歪
を電気抵抗として検出し、これを歪計にて電圧として計
測するようにした歪みゲージや半導体歪センサ、歪を圧
電力の変化として検出する圧電性高分子フィルム等を利
用したセンサを有利に用いることができる。

【００１１】本発明の装置においては、力センサ２に組
み込まれている歪センサ５の電気特性を保護するため
に、好ましくは、図４に示すように、歪センサ５を例え
ばプラスチックフィルム１３で被覆して防水処理する。
更に、本発明による装置を口蓋に密着させて装着させ
て、計測を行なうときに、人工口蓋床の内方（口蓋面に
接する側）に唾液が充填されると、薄板４の力学的特性
が変化し、薄板の歪を正確に検出することができない場
合がある。そこで、好ましくは、図４に示すように、人
工口蓋床１の溝１１上、薄板４の両端のそれぞれの固定
板６の間であつて、薄板の上の空間１２に唾液が充填さ
れないように、固定板６の間に例えばプラスチックフィ
ルム９を被覆して、力センサ２を防水処理する。このよ
うな歪センサ及び力センサの防水処理のためには、例示
したように、プラスチックフィルムで被覆する方法によ
つてもよいが、薄板の歪や歪センサの作動に有害な影響
を与えない限りは、どのような手段によつてもよく、例
えば、柔軟な樹脂乃至ゴム状重合体の溶液を塗布し、被
膜化させてもよい。

【００１２】本発明によるこのような装置によれば、上
述したような人工口蓋床１から突出している伝達棒７に
舌８が接触すれば、舌面からの垂直応力は伝達棒７を介
して薄板４の中央部に加わり、薄板４に歪みが生じるの
で、この歪みを歪みセンサ５にて検出して、応力を測定
することができる。そこで、例えば、図４に示すよう
に、前述したように薄板４に生じた歪を歪センサ５にて
電気抵抗の変化として検出し、これをリード線１６にて
歪計１４に導き、電圧の変化として計測し、コンピュー
タ１５に入力して、所要の解析を行なえばよい。

【００１３】本発明において、人工口蓋床１は、薄板に
よつて、人体の口蓋面に密着するように形成され、毒性
を示さないものであれば、何ら制限されることなく、任
意の材料を用い得る。代表的な例として、厚さ0.５mmの
プラスチック板を熱し、空気圧を加えて、人体の上顎歯
及び口蓋の石膏模型に密着するように形成することによ
つて、人工口蓋床１を作製することができる。

【００１４】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例によつて何ら限定されるものでは
ない。健常成人男子の上顎歯及び口蓋の石膏模型からプ
ラスチック製の人工口蓋床１を作製し、図５に示すよう
に、人工口蓋床１の切歯乳頭部に薄型力センサ２ａを配
設し、それより口蓋縫線３に沿つて２mm間隔にて薄型力
センサ２ｂと薄型力センサ２ｃとを配設し、更に、口蓋
の両側面の２か所に薄型力センサ２及び２を配設し、か
くして、合計５か所に薄型力センサを配設した。

【００１５】上記薄型力センサの作製について説明す
る。歪センサ５を支持するための薄板４として、幅２m
m、長さ１０mm、厚さ５０μｍのステンレス箔を用い、
その表面の中央部に歪センサ５となる歪ゲージを接着
し、その裏面に直径１mm、高さ0.７mmの円筒状のプラス
チック成形品を伝達棒７として接着して、薄型力センサ
とした。歪センサ上にプラスチックフィルムを被覆し
て、歪センサに防水処理を施した。

【００１６】前記人工口蓋床１において、舌による垂直
応力を測定する位置に直径２mmの穴を穿設し、この穴に
前記伝達棒７が挿入されるように、前記薄板を人工口蓋
床１に密着させ、その両端を厚さ0.２mmのプラスチック
製固定板にて挟んで、固定支持した。尚、固定支持点間
の長さ（スパン）は６mm、人工口蓋床１の厚さは、周辺
にて0.５mm、薄板を取り付けた中央部分が１mmである。
固定板の間にプラスチックフィルムをはりわたして、力
センサを防水処理した。

【００１７】図６は、前記人工口蓋床１に配設した薄型
力センサ２の応力−出力特性を示すグラフであり、薄型
力センサ２の伝達棒に０から5.０ｇ重まで、0.５ｇ重ず
つ加重し、続いて、０ｇ重まで荷重を減じたときの応力
と歪計の出力電圧の関係を示す。尚、応力は荷重を伝達
棒の断面積で割ることにより求めた。この結果から、上
記センサは、ヒステリシスが0.４４％、非直線性が0.３
５％、測定誤差が1.７％であることが示された 次に、このような人工口蓋床１を被験者である成人男子
の口蓋内に装着し、実験を行つた。即ち、上記被験者の
音声をマイクロホンにより採取し、薄型力センサを接続
した歪計の出力電圧と共に、Ａ／Ｄ変換器を介し、サン
プリング周波数１０ｋＨｚでコンピュータに入力した。
薄型力センサの応力−出力特性に基づいて、歪計の出力
電圧を応力に換算した。

【００１８】図７及び図８に、口蓋縫線上における舌−
口蓋接触面の垂直応力分布の上記計測結果を示す。上段
より音声信号、薄型力センサａ、ｂ及びｃの位置におけ
る垂直応力の計測結果を示す。図７は、／ｔａ／発声
時、図８は、／ｄａ／発生時の結果である。これらの結
果から、破裂音／ｔ／或いは／ｄ／発声時の約３００か
ら４００ｍｓ前に舌が口蓋に接触すること、／ｔａ／発
声時の舌−口蓋面接接触応力は２０から２５ｋＰａであ
り、／ｄａ／発声時の約５から１５ｋＰａに比べて、大
きいことが示された。また、舌−口蓋接触位置により垂
直応力が異なることも示された。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明による舌−口蓋接
触面の垂直応力分布計測装置は、人体の上顎歯の歯冠及
び口蓋面に密着するように人工口蓋床を形成すると共
に、舌−口蓋接触面の垂直応力を測定する位置に、上記
垂直応力を測定するための力センサを配設してなり、舌
が口蓋に接触する位置と接触面の垂直応力の同時計測を
行うことができる。

【００２０】本発明の装置によれば、人工口蓋床におけ
る薄型力センサの配置は、被験者の口蓋形状に合わせて
任意に決めることができ、人工口蓋床を被験者の口蓋か
ら脱着しても、薄型力センサの位置が変わることがな
く、測定条件の再現性にもすぐれている。更に、本発明
の装置においては、前述したように、人工口蓋床に薄型
力センサを組み込んで、一体化させることにより、人工
口蓋床の厚さを0.５mm程度とし、薄型力センサを組み込
んだ部分の厚さも１mm程度とすることができ、かくし
て、薄型力センサを含めた人工口蓋床を極めて薄くする
ことができ、違和感が著しく軽減される。

【００２１】しかも、本発明の装置によれば、伝達棒を
接着した薄板を人工口蓋床の内方に固定支持するので、
柔軟性のある舌からの垂直応力を薄板の中央部に集中さ
せることができ、その結果、前記実施例によれば、測定
誤差が1.７％の高感度の薄型力センサを得ることがで
き、このように、本発明によれば、測定誤差を極力小さ
くして、且つ、再現性よく、舌−口蓋接触面の垂直応力
分布を計測することができる。

【００２２】本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置は、医用生体工学や音声言語学的用途等に好
適に用いることができる。例えば、口蓋裂等の顎口腔機
能障害に起因した言語障害者の発話訓練は、従来は、パ
ラトグラフによつて計測した舌の接触位置と医療言語聴
覚士の経験に基づいて行われており、子音発声時の舌の
力感覚に関する適切な指導ができないことが大きな問題
として指摘されている。しかし、本発明の装置を用いれ
ば、発話時の舌が口蓋に接触する位置と接触面の垂直応
力の情報を訓練者にフィードバックできる発話機能訓練
装置を実現することができる。また、本発明による装置
と音声分析装置を併用することによつて、健常人の外国
語発話訓練にも好適に用いることができる。更に、本発
明による装置は、四肢麻痺の身体障害者が舌を口蓋に接
触させることにより、車椅子等の種々の操作を行うイン
ターフェースにも有効である。

【００２３】また、音声生成モデルに基づく音声認識・
合成技術の確立を目指す音声情報工学の分野では、発話
時における舌の力制御機能を解析し、連続音声発声時の
調音結合等、音声生成機能を解明する発話機能計測シス
テムに用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置の実施例を示す斜視図である。

【図２】は、本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置において用いる計測素子を示す底面図であ
る。

【図３】は、本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置の実施例を示す要部断面図である。

【図４】は、本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置の実施例を示す要部拡大断面図である。

【図５】は、本発明による舌−口蓋接触面の垂直応力分
布計測装置の実施例を示す底面図である。

【図６】は、本発明において用いる力センサの一例の応
力−出力特性を示す図である。

【図７】は、／ｔａ／発声時の口蓋縫線上における舌−
口蓋接触面の垂直応力分布の計測結果を示すグラフであ
る。

【図８】も、／ｄａ／発生時の口蓋縫線上における舌−
口蓋接触面の垂直応力分布の計測結果を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…人工口蓋床、２…薄型力センサ、３…口蓋縫線、４
…薄板、５…歪センサ、６…固定板、７…伝達棒、８…
舌、９…防水処理用プラスチックフィルム、１０…穴、
１１…溝、１２…空間、１３…防水処理用プラスチック
フィルム、１４…歪計、１５…コンピュータ、１６…リ
ード線。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】口蓋面に密着するように形成した人工口蓋
   床に、舌−口蓋接触面の垂直応力を測定する位置に、上
   記垂直応力を測定するための力センサを配設してなるこ
   とを特徴とする舌−口蓋接触面の垂直応力分布計測装
   置。
2. 【請求項２】口蓋面に密着するように形成し、舌−口蓋
   接触面の垂直応力を測定する位置に対応して穴を開けた
   人工口蓋床と、可撓性を有する薄板の表面の中央部に歪
   センサを固定し、上記薄板の裏面に上記歪センサに対応
   する位置に伝達棒を固定してなる力センサとを有し、前
   記伝達棒が前記穴を貫通するように、前記薄板の両端を
   前記人工口蓋床の内方に固定して、前記力センサを人工
   口蓋床に組み込んでなることを特徴とする請求項１記載
   の舌−口蓋接触面の垂直応力分布計測装置