JPH057487A - 検体を力発生手段と接続する装置 - Google Patents

検体を力発生手段と接続する装置

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JPH057487A
JPH057487A JP3018066A JP1806691A JPH057487A JP H057487 A JPH057487 A JP H057487A JP 3018066 A JP3018066 A JP 3018066A JP 1806691 A JP1806691 A JP 1806691A JP H057487 A JPH057487 A JP H057487A
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エム リンテイルハツク フイリツプ
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ビー ヴエセツキー トンプソン
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VESECKY LINTILHAC
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RINTEIRUHATSUKU BUESETSUKII
VESECKY LINTILHAC
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 検体を正確に操作し、それが加える機械力を
正確に測定し検体の大きさと成長を正確に測定する。 【構成】 検体を押込みフレームに接続し制御された力
を一連の誘導路とスライダによりそれに加える。検体に
接触するスライダは押込みフレームと力伝達関係にあ
る。検体に加えられる力は測定され制御される。成長の
如き検体の寸法特性は線形可変差動変圧器により測定さ
れる。成長測定データを使用して加えられる力を制御す
る。ほぼ一方向の引張りは弾性部材を押込みフレームに
固定する部材の構成により引張られる弾性膜上に検体を
配置することによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は制御された機械的諸力を
検体、殊に培養物中で成長する生体組織や縫合材料、移
植用材料等の生物学的環境中で使用される生体両立性材
料の如き生物検体に加えるための装置に関する。殊に、
本発明は検体を正確に操作し、それが加える機械的諸力
を正確に測定し、検体の大きさと(又は)成長を正確に
測定するための構成に関する。
【0002】
【技術的背景】米国特許4,456,683 号(以下 '683号
特許と称する)を参考のため本文に組込んでいる。 '6
83号特許には生物検体に接触しそれに対して力を付与
するために検体界面部材を有する押込みフレームを有す
る殺菌可能な装置が開示されている。上記界面部材は、
互いに方向に向かって、またお互いから去る方向に、次
第にかつ正確に調節することによって部材どうしの間に
配置された生体組織に対して直接機械力を付与すること
ができるようになっている。 '683号特許に開示され
た装置において機械的力を生体組織に加えると、生体組
織、細胞構造、および細胞隔壁に対する力の影響を考察
することができる。そうすることによって両方の生物学
的な互換可能な材料について検体の自然環境内に存在す
る包囲組織の圧力を模擬することができる。
【0003】
【発明の構成】本発明は例えば '683号特許のそれと
同様な力発生装置と生体検体を容易に接続する多用途装
置を提供するものである。上記装置はベースと、検体と
係合する一つもしくはそれ以上のスライダを備えること
が望ましい。上記ベースはスライダを受取る少なくとも
一つの誘導路を備える。各誘導路はベース内の長尺のス
ロットとなっている。スロットの側部はスライダの側部
と係合しスライダをガイドする平行なガイドレールを形
成する。各スライダの上部は力発生装置に力を付与して
接続するためにガイドレール上に立上がっている。スラ
イダは誘導路の軸に沿って自由にスライドすることが可
能である。一例によれば各スライダは比較的小さな表面
積領域に生物検体を係合させるような形をした作業部分
又は先端を備えている。スライダの他端は上部に力発生
装置から垂下する力伝達部材を受取るための凹所を有す
る。同凹所はスライダ上部の、誘導路に沿うスライダの
運動軸に対して全体として横断するスロットである。ベ
ースとスロット付きスライダによって殺菌性環境外側の
力発生装置から隔った位置に検体を位置決めすることが
できる。上記の垂下する力伝達部材を適当に位置決めす
ると、力発生装置と、ベースとスライダの組合せは殺菌
さるべき包囲内部に共に容易に持ち来たすことができ
る。組立ては著しく簡単になる。
【0004】接続のための装置形として2個のスライダ
を一つの誘導路に沿って軸方向に隔てて配置する。作業
部分は検体がそれらの間に接続可能なように互いに面し
合ったスライダ端となっている。力発生装置に固定され
た力伝達部材は2個のスライダの凹所内に挿入する。そ
の後、力発生装置を操作してスライダをして所望の如く
検体に対して圧縮力又は張力を付与させることができ
る。
【0005】第2番目の形としては、一つのスライダを
中心誘導路内にその作業部分が検体位置に延びるように
して格納する。この第1のスライダは操作上検体位置の
一方側に第1の力伝達部材を介して力発生装置に接続す
る。第2と第3のスライダはそれぞれ第2と第3の誘導
路内の第1の誘導路の反対側に格納する。第2と第3の
スライダはそれらの作業部分が検体の位置へ延びるよう
な形で全体として第1のスライダから検体位置の反対側
にある。第2と第3のスライダは検体位置の反対側上の
第2の力伝達部材を介して操作上力伝達装置に接続する
ようになっている。この構成によって検体位置に配置さ
れ3個のスライダの作業部分と係合する検体が3点で曲
がるようになっている。これら3個のスライダの作業部
分は検体を受取るように整合可能な横断スロットとなっ
ている。
【0006】もう一つの形では、ベースは交差する軸を
有する2つの誘導路を有する。各誘導路は作業部分が誘
導路の交差点に面するようになった一対のスライダをス
ライド可能に受取る。上記2対のスライダのうちの一つ
はもう一対のスライダに接続するために検体を配置する
手段を提供する。その代わりに、両方の対のスライダは
検体と力を行使するような関係に係合することによって
第1と第2の力発生装置を使用して誘導路の交差軸に沿
ってスライダにより力を加えることができる。
【0007】本発明の別の実施例によれば、検体を力発
生装置に接続する装置は検体用の弾性バンドサポートを
伸長させる構成となっている。検体を力発生装置に接続
する装置は一対のロッドを備え、その周囲にバンド端を
包むようになっている。一対の弾性バンド保持部材の各
々は一部包囲するような形でロッドの一つの周囲に適合
することによって検体支持バンド端をロッドと保持部材
の周囲に閉込めるようになっている。力発生装置に接続
するように構成された力伝達部材の各々はカーブした付
属物を備え、ロッド上に保持された弾性バンド端の反対
側の隔った位置のロッド周囲に一部嵌合するようになっ
ている。検体は、市販のにかわを使用してバンドに貼付
するか、細胞やその他の生物検体の場合には基板のコー
チングを使用することができる。上記コーチングに対し
ては検体は自然に付着することが知られている。この形
では、力伝達部材によりロッドとバンド端を変位させる
と弾性バンドをほぼ一方向に伸張させることによってサ
ポートされた生物検体を選択方向に応力を加えることが
できる。
【0008】上記 '683号特許に開示の如き力発生装
置と丁度今述べたばかりの、それに対して検体を接続す
る手段の組合せによれば使用と制御が容易なテスト装置
が得られる。その他の特徴によってその組合せが被る力
や種々の力、生長、圧縮、たわみを制御し測定する能力
を向上させることができる。上記特許のそれのような力
枠では力はスライダの凹所に格納される力伝達部材や検
体と係合するその他の部材どうしの間に延びる電気的に
制御され空圧又は油圧駆動されるベローズにより生成さ
れる。
【0009】本発明によれば、力発生装置に対して力伝
達手段の運動距離を電気的に測定するトランスジューサ
が接続される。このことによって検体の寸法上の変化を
モニタすることができる。その代わりに距離を測定する
手段を使用することによって寸法が一定に保持される
(又は制御されるパラメータである)力が測定される等
測(又はその他の被制御寸法)モードで加力装置を使用
することもできる。運動距離(又は寸法)を測定するた
めの装置は力伝達部材に接続される力発生手段の可動部
材の間に接続される線形可変差同変圧器(LVDT)で
あることが望ましい。
【0010】力発生装置はテスト容器の着脱可能なクロ
ージャによって支持される。容器内の、押込み手段位置
は調節することによって力伝達手段をスライダ内の凹所
と共働させるようにすることができる。力発生手段は垂
下する力伝達部材の間隔を変化させることができる。ク
ロージャを貫いて延びる位置決め調節用機械マウントを
使用して押込み手段をクロージャに対して水平方向と垂
直方向に整合させる。このことによって力伝達部材をテ
スト容器内に位置決めされたスライダとベースに対する
位置を調節するための手段が得られ、テスト容器を開き
テスト環境を汚染せずにスライダの凹所中へ力伝達部材
を持込むことができる。
【0011】本発明は検体にすこぶる正確に力を加えて
その大きさを制御環境内で測定する能力を一つの器具内
へ組込むものである。力発生装置、力測定装置(例えば
'683号特許のストレンゲージの如き)、および一対
の力伝達部材間の距離又はその運動距離を測定するため
に操作上力発生装置に接続されたトランスジューサとに
よって検体の環境に対する制御を大きくすることができ
る。押込み装置により制御される一対の力伝達部材の間
の距離の変化は検体の大きさ、形、曲がり等の変化と関
連する。力のストレンゲージ表示は検体に加えられる力
を示す。これらの表示はコントローラに対するフィード
バックとして使用することができる。大きさ又は力は規
則的、反復的に所望値だけ変化させたり、大きさ又は力
を一定に維持し、残りの表示をモニタすることができ
る。
【0012】力の付与や寸法の変化をプログラミングし
その結果として得られる生長、圧縮、力の発生を表示し
記録するために検体に加えられる大きさと(又は)力を
判断するコントローラは力発生装置の力伝達部材を位置
決めするベローズを正確に制御する空気又は油圧ポンプ
を駆動するステップモータを制御する上でマイクロプロ
セッサを内蔵する。トランスジューサモジュールの適当
なインターフェイス回路は寸法測定トランスジューサ
(LVDT)とブリッジ接続又トレンゲージのアナログ
測定値をコントローラに伝達される適当なデジタル表示
に変換する。コントローラはディスプレイとキーボード
により実験者と連絡をとることによって実験者が養生法
をプログラミングしたり先にメモリ内に保持されたもの
を選択することができるようになっている。力と寸法パ
ラメータは選択することができる。インターフェースに
よってアナログ関数ジェネレータからの通信が可能にな
り例えば力波形を入力することができる。もう一つのイ
ンターフェースはプリンタとの通信のために設けられる
ことによって結果をプロット又はリスト化することがで
きる。その代わりに、インターフェースはアナログ出力
を例えばチャートレコーダへ提供して実験出力データを
グラフ化することもできる。また、PCインターフェイ
スによってパーソナルコンピュータが実験の経過を命令
したり出力データを受取り、ストアし、数学的に処理す
るようにすることができる。
【0013】
【実施例】図1について述べると、ベース10は中心誘
導路12と2つの隣接しあう誘導路14、16を有す
る。上記3つの誘導路12、14、16は長尺のスロッ
トでその側部11、13、15、17はベース10内に
平行な誘導レールを形成し、少なくとも一つのスライダ
18の側部と係合するようになっている。図1におい
て、2個のスライダ18は中心誘導路12内に沿って軸
方向に隔てられその内部にスライド可能に格納される。
各スライダ18は中心誘導路12の深さよりも大きな高
さを有する。そのばあい、各スライダ18の上部は誘導
路側部11、13の上部より僅かに高くそびえる。
【0014】各スライダ18の一端はテーパ状となって
作業部分24を形成している。上記テーパ端は生体組織
の如き検体30と係合する比較的小さな表面積を提供す
る。中心誘導路12内に格納される各スライダ18の作
業部分は検体位置の中心方向に面している。検体の圧縮
だけが想定されさえすれば、検体を所定位置に保持する
ためにはそれ以上のものは必要でない。もし検体が緊張
状態に配置される場合には、市販のにかわを使用してそ
れをスライダ作業部分に付着させることができる。使用
されるにかわは特定の調査の要求に応じて殺菌又は非殺
菌性のものとすることができる。
【0015】各スライダ18はその上部にその誘導路1
2に沿う運動軸を横断するスロット34を備える。スロ
ット34内には力発生装置又は押込みフレーム38のパ
ドル状の力伝達部材36が格納される。力伝達部材36
は薄い剛性の矩形ブロックである。力伝達部材36の下
部は力伝達部材36とスライダ18間に誘導路12の軸
に沿う相対的運動が何ら生じなければぴったりと凹所3
4内へはまりこむはづである。然しながら、2つの部品
間の嵌め合いは力伝達部材36が押込みフレーム38を
上降させることによって凹所34内外へ容易に移動でき
るようになっている必要がある。この形の結果、ベース
10、スライダ18、および押込みフレーム38より構
成される組成体は以下に述べるように実験前に容易に組
立てることができる。
【0016】押込みフレーム38は '463号特許に詳
説する通りである。基本的にいって、押込みフレーム3
8は電気的に制御される空気又は油圧ベローズ42に接
続されるヘッダブロック40を有する。ベーローズ42
の何れか一方の端とは下部方向に延びるシム44が接続
される。それぞれのシム44についてナットとボルト4
6がシム44の下端を力伝達部材36の一つの上端へ固
く固定する。シム44はステレンス鋼の如き材料により
構成されることによってシム44の曲がりを最小限にす
る一方、ベローズ42を横切る力がシム44を経て力伝
達部材36へ伝達されるようになっている。ベローズ4
2が接触すると、圧縮力がシム44、力伝達部材36、
スライダ18を介して検体30へ加えられる。逆に、ベ
ローズ42が膨張すると、検体30に対して張力が加え
られる。
【0017】押込みフレーム38はテスト容器48上の
着脱蓋50により支持される。図2中にはポジショナハ
ウジング52と薄いディスク形スパイダ53がそれらの
間に蓋50の上部51を把持している様子が良く描かれ
ている。6個のテフロンヘッドねじ54が蓋上部51の
下側と係合する。ポジショナハウジング52の下部方向
延長部59上へ螺刻されたスパイダばね調節ナット58
はスパイダ53をガラス蓋50の下表面に対してしっか
りと保持する。垂直形のポジショナロッド55はポジョ
ナハウジング52とスパイダ53を貫いて押込みフレー
ム38のヘッダブロック40へ延び、押込みフレームを
上部から支持する。ポジショナロッド55はヘッダ40
内部と連絡する中心軸開口56を有し、空気又は移動流
体を図8のポンプ239からヘッダへ向けるようになっ
ている。ポジショナハウジング52とスパイダ53は蓋
を貫く長尺開口57によって蓋50に対して側部方向へ
移動できる。ユーザはハウジング52を握ってフレーム
全体を前後、又は両側へ移動させたりフレームを回転さ
せることができる。高さ粗調整ねじ60はゆるめること
によって筒部62を上下にスライドさせることができ
る。筒部62は筒部の拡大ヘッド67を閉じ込める薄い
ホイールクランプ65によって垂直調節ホイール64に
きっちりと保持する。2個のねじ68はクランプ65と
筒部ヘッド67をホイール64の下側へ固定する。ねじ
60を締めつけると内側を螺刻され69でロッド55の
螺刻部分と螺合した垂直調節ホイール64を回転させる
ことにより垂直微調整を行うことができる。ロッド55
は筒部62内をスライド可能であるが、筒部の端又はノ
ーズピース71内へねじ込まれ補完的な非円形のロッド
の非螺刻部分を受取るテーパ状のテフロンベアリング7
0を貫く非円形開口により回転しないように保持され
る。
【0018】ベース10のスライダ18と位置決め可能
な押込みフレーム38の組合せによりテスト又は実験を
容易にセットアップすることができる。検体30はスラ
イダ18の間に配置される(必要とあらばそれらににか
わづけされる)。ベース10とスライダ18は容器48
の底部上の中心に配置する。蓋50は容器48上に配置
し、力伝達部材36はスライダ18内のスロット34と
整合する。押込みフレーム38は力伝達部材36がスロ
ット内に格納されるまで下降させる。もし力伝達部材3
6どうしの間の間隔が調節を必要とする場合には、この
ことは図8のポンプ239の制御の下に押込みフレーム
38の力発生ベローズ42を使用することによって実行
することができる。容器48の内部、フレーム38、ベ
ース10、およびスライダ18は全てあらかじめ殺菌し
て上記のようなセットアップを培養器内で実行すること
ができる。
【0019】図3に示す如く、検体の大きさや大きさの
変化を電気的に表示するために、ベローズ42とヘッダ
ブロック40の何れかの端部にはLVDT78を支持す
るステレンス鋼スペーサブロック74、76が固定され
る。スペーサブロック74、76はベローズ42とヘッ
ダブロック40の面から垂直方向へ延び、シム44と共
に移動する。シム44とブロック74、76は検体30
がベローズ42の影響の下に成長したり引延ばされるに
つれて離れて移動する。逆に、検体30の係合部分が収
縮したり圧縮されるにつれてシム44とブロック74、
76は共に近くに移動する。
【0020】LVDT78はペンザウケン、NJのシャ
ヴィッツエンジニアリングから市販の200LW型の如
き市販製品とすることができる。ブロック74には可動
コア81が固定される。他方の移動可能スペーサブロッ
ク76にはトランスジューサのコイルハウジング82が
固定される。この用途のために選ばれたLVDT78は
クロムコーチングステレンス鋼コイルハウジング82、
ハウジング内のテーパ状層巻きコイル組成体(図2には
図示せず)、およびコア81、一端がコイルハウジング
の一端内へ挿入された可動のテフロンコーチングニッケ
ル鉄コアを有する。可動コア81はハウジング82内の
コイル内部を自由にスライドすることができる。可動ブ
ロック74、76間の距離が変化するにつれて、コア8
1と格納コイルの相対運動によって適当に付勢されたL
VDT78がコアとコイルの相対位置と共に変化する出
力電気信号を生成させることができる。その場合、LV
DT78とシグネティックスNE/SA/SE552/
LVDT信号調節器の如き適当なLVDT信号調節回路
はLVDTに平行な方向へ検体30の寸法を連続的に寸
法測定するための手段を提供する。信号調節器はLVD
T一次巻線の適当な入力励起と2次巻線からの出力の適
当な復調を提供する。
【0021】'683号特許に開示の如く、各シム44
はシムの内側面上のストレンゲージ88(そのうちの一
つだけが図3に描かれている)を担い、それぞれシム4
4の外側面上にストレンゲージ90(図2では隠れてい
る)を担っている。上記特許に示す如く、ブリッジ形に
接続されたストレンゲージ88、90を横切る電圧降下
によって検体30に付与される力を連続的に測定するこ
とができる。
【0022】図4は代替的なベースとスライダの構成を
示す。3個のスライダ94、95、96は、それぞれ3
個の誘導路12、14、16内のベース10上に載り、
3点曲げ力を検体100に加える。スライダ94、9
5、96の各々は104にスロットを設けた作用端10
2を有し、検体100を受取る。スロット104の側部
は106で尖り、正確な接点を形成する。スライダの遠
端には横断スロット109が形成される。スロット10
9は図1に関して説明したスロット34と同様である。
第1の力伝達部材111はスライダ94のスロット10
9内にぴったりと格納される。広い力伝達部材113は
スライダ95、96のスロット109内に納められるエ
ッジ部分を有する。力伝達部材111と113は押込み
フレームのシム44に固定する。押込みフレームにより
検体100に加えられる力は検体の3点曲げを実行する
ことが理解されよう。スロット104の尖った側部10
6によって観察者は加力点どうしの間の距離を正確に知
ることができる。
【0023】図5と6にはベースとスライダの更に2つ
の形が描かれている。図5では、矩形ベース114はそ
の上面内に形成された2つの垂直な交差するスロット1
15と116を有する。2個のスライダ117と118
は検体120の反対側のスロット116内に位置する。
これらは位置決めスライダである。それらは検体を保持
し移動しやすくするような形をした作業端123と12
4を有する。作業端123と124は図5の例解図では
凹形となっている。スロット115内には更に2つのス
ライダ127と128が存在する。これらはスロット1
15の側部によりそれらの移動を案内するような寸法を
した大きな端部129と130を有する。スライダ12
7と128は適当なにかわにより検体120に固定され
た小さな作業端138と139を構成するほっそりした
プローブ133と134を有する。2つのパドル状の力
伝達部材141と142はスライダ127と128のス
ロット143と144内に延びる。
【0024】小さな検体と作用しあうために図5のベー
スとスライダの構成によって実験者は2個のスライダ1
17と118を使用して2つの誘導路スロット115と
116の交差部で検体120を位置決めできるようにす
ることによって、2つの作業スライダ127と128の
プローブ状の端138と139とがそれぞれにかわ滴を
帯び、移動して検体と接触できるようになっている。そ
の後、位置決めスライダ117と118は後退して、押
込みフレームを使用して検体120へ力を加えることが
できる。
【0025】図6の代替例では、力は直交軸に沿って検
体150へ加えられる。ベース155の垂直誘導路15
3と154内に納められるスライダ158〜161は図
5に関して述べたスライダ127と128と同様であ
る。図5の位置決めスライダ117と118を同様のス
ライダを使用して検体150を2つの誘導路153と1
54の交差部に位置決めする。スライダ158〜161
の2つはそれらの作業端が検体150と接触する。更
に、適当なにかわを塗布することができる。その後位置
決めスライダを誘導路から除去し、スライダ158〜1
61の残る2つはその先端を検体150へ固定すること
ができる。171で全体としてシルエット輪郭線で示し
た第1の押込みフレームの力伝達部材165と166を
スライダ158と160内のスロット内へ導入する。フ
レーム171はベース155上部に配置する。172に
全体としてシルエット輪郭線で示した第2の押込みフレ
ームの力伝達部材168と169はスライダ159と1
61内のスロット内へ導入する。フレーム172はベー
ス155の側部へ配置し、その力伝達部材は側部から内
部へ到着し、フレーム171とは干渉しない。2つの押
込みフレームを使用して誘導路153と154により確
立される軸に沿って検体150に対して力を加えること
ができる。
【0026】図7は検体に対して加力するためのもう一
つの形を示す。矩形の弾性バンド180が検体182の
長さに沿って引張り力を加える。支持バンド180の2
つの反対端183は一対のステレンス鋼ロッド184の
周囲を部分的に包む。弾性プラスチック製の2つの半円
形保持材186はロッド184上に一部包囲するような
関係で緊密にはまりあい、支持バンド端183をロッド
と保持材間に閉込める。特殊な形をした力伝達部材18
9は何れかの端上にカーブしたフィンガ191を有する
水平バー190を有する。カーブしたフィンガ191は
バンド180の反対側の位置にロッド184を保持す
る。それぞれの力伝達部材の中心ステムは先に述べたフ
レームの如く、押込みフレームのシム44に対してナッ
トとボルトで固定される。シム44は必要に応じてひき
はなされ、バンド180を伸長させる。バンド180の
伸長はほぼ完全に一方向であって、検体182も同様に
検体の長さに沿って加えられる一方向伸長を実験する。
【0027】図5には種々の加力を制御し、寸法上の制
約を課し、力と寸法の測定値を与えるコントローラが描
かれている。その力フレームが蓋50を支持するテスト
容器48が培養器210内に配置される。トランスジュ
ーサモジュール212はストレンゲージ88と90(図
3に示す)と213に示すようにLVDT78(図3に
示す)と交信する。ストレンゲージ信号調節器214と
LVDT信号調節器215は一対のアナログ・デジタル
変換器216と217を供給し、同変換器216と21
7はストレンゲージとLVDTからの力と寸法の表示を
マイクロプロセッサ218とその関連メモリ221とに
よって処理するに適当なデジタル語に変換する。LVD
T信号調節器215は上記した市販の信号回路である。
ストレンゲージ信号調節器214はゲージ群をブリッジ
へ接続し、必要に応じて電圧調節器225、プラスかか
る従来の回路特徴からの接続を供給し、正確なストレン
ゲージブリッジアナログ出力信号を提供することができ
る。3つのLED232は何時モジュールがオンである
かを示し、読み取りが行われる時を点滅で示し、LVD
Tの接続不能の如き検出された故障を示す。トランスジ
ューサモジュール・マイクロプロセッサ218はシリア
ルデータリンク又はRS−445インタープロセッサ2
27を介してデジタルコントローラ230と連絡をと
る。LED表示器232は必要に応じてマイクロプロセ
ッサ218により制御することができる。
【0028】デジタルコントローラ230は培養器21
0外部に配置される。それは従来通り例えば110ボル
トACからDCを提供する電源231を含んでいる。こ
の電源はトランスジューサモジュール212に対して一
段のDC電圧調節を提供し、発熱部品を密閉トランスジ
ューサモジュール内に含める必要を少なくする。マイク
ロプロセッサ233は、必要に応じてシリアルインター
プロセッサデータリンク235とケーブルを介して交信
する。マイクロプロセッサ233はモータ駆動回路23
7、通常段付ベルトドライブ242を介してエア(又は
流体)ポンプ239を作動させる市販のステップモータ
238と関連する市販の回路を制御する。エアポンプは
上記 '683号特許に記載のものとするか、必要に応じ
て、特に大きな力を加える場合には油圧を使用すること
ができる。ポンプ239とその関連するホース243は
(図3に示すように)力フレームのベローズと連絡す
る。
【0029】同様にしてコントローラ230内には可聴
音発生装置245、キーパッド247、ディスプレイ2
49、所要メモリ252、RS−232インターフェー
ス254、平行出力ポート255、デジタル/アナログ
変換器256、およびアナログ/デジタル変換器258
が含まれ、マイクロプロセッサ233に対して操作上接
続される。コントローラ230と関連してパーソナルコ
ンピュータ266とプリンタ268が描かれている。キ
ーボード247によりユーザは予めセットされたプログ
ラム又はユーザ自身の工夫によるプログラムに従って所
望の力と(又は)寸法上の制約をプログラムすることが
できる。ディスプレイ249はユーザと交信して、例え
ばキーパッド247を介して導入されるメニュ又は方向
又はパラメータをプロンプトもしくは表示する。RS−
232リンク254はマイクロプログラム233とPC
266間を交信する。プリンタ268は平行出力ポート
255を介してマイクロプロセッサ233に接続され
る。デジタル/アナログ変換器256によりチャートレ
コーダその他のアンログ出力装置を使用することがで
き、アナログ/デジタル変換器258によりアナログ入
力に基づいて一定の実験をプログラムすることができ
る。
【0030】トランスジューサモジュールマイクロプロ
セッサ218は3つの基本的な機能をもっている。ま
づ、ストレンゲージLVDTからのアナログ信号のデジ
タル変換を制御し調整する。第2に、シリアル通信リン
ク235と227を介してコントローラ230のマイク
ロプロセッサ233からそれに到来する命令を処理す
る。第3に、デジタル形の力と位置読取りをコントロー
ラマイクロプロセッサ233により要求される如く、シ
リアルリンク227と235を介してコントローラ23
0へ送り戻す。
【0031】押込みフレームの作業方式を実行する入力
は種々の源からコントローラ230へ供給することがで
きる。キーパッド247はコントローラのフロントパネ
ル上にプッシュボタンと所望のセレクトスイッチを備え
ることができるが、それによってオペレータは予めプロ
グラミングした加力ルーチンや、以下に述べる一定の目
標力や目標寸法ルーチンや、選択された力や寸法変化養
生法の如きディスプレイ上に提示されたオプションを選
択することができる。特定の力や寸法の波形を定義する
アナログ関数ジェネレータはデジタルアナログ変換器2
56を介してマイクロプロセッサと交信することによっ
てユーザが設計した力や寸法波形を検体に加えるように
することができる。同様にして、ユーザ設計による実験
をRS−232シリアル接続254を介してマイクロプ
ロセッサ233に加えることができる。また力の入力、
およびトランスジューサモジュール212を介して押込
みフレームからフィードバックされた位置読取りはイン
タープロセッサデータリンク227と235を介してコ
ントローラマイクロプロセッサ233へ入力される。
【0032】コントローラマイクロプロセッサ233は
種々の出力に対して制御を及ぼす。これらはトランスジ
ューサモジュール212に送られた命令を含み、力と位
置に関するデータを要求する。マイクロプロセッサ23
3はモータ駆動回路237を介してステップモータ方向
と回転量に関する命令を出力する。これらの出力命令は
ベローズ42の制御の下にロードセルシム44間の距離
を調節する。(図3)視覚ディスプレイ249に対する
出力は可聴音発生器245に対する出力と同様にマイク
ロプロセッサ233の制御の下にあり、オペレータに選
択された条件について警報する。マイクロプロセッサ2
33がデジタル/アナログ変換器256に接続されたチ
ャートレコーダの如くアナログ出力装置に対する出力を
制御し、ポート255を介してプリンタ268に対する
出力を制御する。プリンタ268は実験パラメータのリ
ストを生成し、一定時間にわたる力や変位のグラフを生
成したり、数字形で力や変位のリストを生成したりする
ことができる。最後に、マイクロプロセッサ233はP
C266に対する出力を提供してPCに例えばディスク
上の力や変位に関するデータをストアしたり、力や変位
に関する結果を使用して実験者により必要とされるよう
な計算をPCに行わせたりすることができる。
【0033】従来のプログラミングによってコントロー
ラ230のマイクロプロセッサ233をしてキーパッド
ディスプレイ249とトーン発生器245を活用してオ
ペレータとマシーン間の対話を調整させることが可能で
ある。オペレータはコントローラ230に対して一定の
実験が如何にしてディスプレイによってプロンプトされ
た時にコントローラ内の種々のセットアップパラメータ
を入力することによって実行さるべきかを指令する。メ
モリ252内に保持された特定のテストルーチンを選択
して実行することができる。
【0034】マイクロプロセッサ233はユーザが選択
し比較を継続する目的でメモリ内に保持された力や寸法
の目標値によって規定される正確な力のレベルを維持す
る。この機能は最高の優先度を有する。目標値はストレ
ンゲージLVDTにより検出されるような実際のレベル
と比較される。もし力により制御される操作において一
定の目標力が希望される場合には、力フレームは2つの
垂下するシム44間の距離を変化させることによって目
標力が加えられることになろう。例えば、もし力フレー
ムが軸方向の圧縮荷重を成長中の骨組織に加えていると
した場合、ロードセルシム44は互いに接近して目標力
に達するまで組織をしめつけることになろう。その場
合、もし骨組織が軸方向に成長する場合には、標本組織
に対してより大きな力が加えられることになろう。マイ
クロプロセッサ233は力の増加に気づいてその力が目
標値にまで下降するまでこれらのロードセルシウム44
を更に離れて移動させることになろう。それと補足的な
例は一本の繊維がシム44間で引張られる場合であろ
う。シムは互いから移動しさり、目標力に達するまで繊
維を引き延ばすことになろう。もし、一定時間にわたっ
て上記繊維が伸びれば、ロードセルシウム44上で引張
る力は小さくなろう。マイクロプロセッサ233はこの
ことに気づいて、力が目標力値にまで増大するまで更に
ロードセルシウム44を引き離すことになろう。寸法上
の変化は力が一定値に維持される時にモニタすることが
できよう。
【0035】もし一定目標寸法を使用する場合には、そ
の力は検体に対して調節され特定寸法(歪みが制御され
た操作)を維持することになろう。上記の骨の例におい
ては骨は目標寸法に達するまで圧縮されることになろ
う。もし骨が軸方向に成長するばあいには、マイクロプ
ロセッサ233はこの寸法の増加に気づいて骨が目標寸
法にまで圧縮されるまでより大きな圧縮力を加えること
になろう。繊維の場合には、繊維は目標寸法に達するま
で引き伸ばされることになろう。もし繊維が引延ばされ
寸法が増加すると、マイクロプロセッサ233はこのこ
とに気づいて寸法が目標寸法に復帰するまで力のレベル
を低下させることになろう。両方の例において、力の変
化は寸法が一定に維持される時にモニタすることができ
よう。
【0036】上記例において、目標値は一定に維持され
た。然しながら、目標値はキーパッド249、アナログ
関数ジェネレータ又は外部PC266からセットされ一
定期間にわたって変化し実験者の必要を充たすことがで
きる。その後、コントローラマイクロプロセッサ233
は例えばメモリ252により命ぜられるような正弦波、
三角波又は方形波形を使用して目標値を周期的な形で変
化させる作業に向かうことができる。最大最小限値、持
続期間およびデューティサイクルはキーボード247で
オペレータがセットアップすることができる。同様にし
て、任意のカスタム波形を外部コンピュータ又はアナロ
グ関数ジェネレータよりマイクロプロセッサ233へセ
ットすることができる。上記種類の制御は概してフィー
ドバック能力を有する産業用コントローラ内でプログラ
ミングされ、比較的にありふれたプログラミング手続で
ある。マイクロプロセッサ233は力と寸法の読みをデ
ィスプレイ249、PC266、プリンタ268、又は
ユーザの必要に応じてアナログ出力へ送るように製作す
ることが容易である。
【0037】本例におけるトランスジューサモジュール
マイクロプロセッサ218とコントローラマイクロプロ
セッサは共にインテル8031である。両マイクロプロ
セッサに対するソースコードリストは添付済みである。
以上、今日本発明の最良の実施例と考えられるものを解
説したが、それに対して本発明の精神と範囲から逸脱せ
ずに種々の変更、変形を施すことができることは当業者
にとって明らかであろう。例えば、誘導路とスライダの
構成において、スライダの検体作業部分に加えられる力
は必要に応じて変更して種々の検体を収容し、力をより
広範な又は狭い位置に加えたり検体を圧縮したり引き伸
ばしたりできることは明らかであろう。事実、力を加
え、その力を測定し寸法上の特性を測定するための上記
装置の多目的性は本発明の利点の中に含まれるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の斜視図であり、検体を装置
に接続する装置と組合せた力発生装置を示す。
【図2】テスト容器の蓋と共働する図1の力発生装置用
の調節可能サポートの拡大破断面図である。
【図3】図1のそれと類似した力発生装置の拡大斜視図
でその上部の距離測定トランスジューサを示す。
【図4】図1のそれと類似した力発生装置の力伝達部分
と、3点曲げで使用されるように構成された連結装置の
破断拡大斜視図である。
【図5】その内部を移動するスライダの交差する誘導路
を有する連結装置の部分上断面面図である。
【図6】直交軸上に力を加えるためにそれぞれスライダ
と交差する誘導路の一部上断面図である。
【図7】弾性支持バンドに貼付される検体を一方向に伸
長するための連結装置の一部破断斜視図である。
【図8】図1の力発生装置と関連するコントローラとト
ランスジューサの概略ブロック線図である。
【符号の説明】
10 ベース 12,14,16 誘導路 18 スライダ 24 作業部分 30 検体 34 凹所 36 力伝達部材 38 押込みフレーム 42 ベローズ 44 シム
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年4月3日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図8
【補正方法】変更
【補正内容】
【図8】

Claims (61)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生物学的および生物と互換性のある検体
    を力発生手段と接続する装置において、少なくとも一つ
    の誘導路を有するベースと、上記誘導路内にスライド可
    能に格納される少なくとも一つのスライダと、を備え、
    上記スライダが上記検体を係合する作業部分と、力発生
    手段と作業上接続する手段とを備えることによってスラ
    イダが力発生手段により発生された力を検体へ伝達する
    前記装置。
  2. 【請求項2】 更に少なくとも一つのスライダを備える
    請求項1の装置。
  3. 【請求項3】 ベースが更に一つの誘導路を備える請求
    項2の装置。
  4. 【請求項4】 上記ベースが上記少なくとも一つの誘導
    路に平行な更に2つの誘導路と、上記誘導路の中心の一
    つに格納され第1の力伝達手段を介して力発生手段に操
    作上接続される少なくとも一つのスライダと、上記誘導
    路のうちの第1と第2のものの内部に格納される第2と
    第3のスライダと、を備え、上記第2と第3のスライダ
    が第2の力伝達手段を介して力発生手段に操作上接続さ
    れるようになった請求項1の装置。
  5. 【請求項5】 上記スライダの作業部分が相対的に小さ
    な表面積の領域で上記検体と係合するような形をした請
    求項1の装置。
  6. 【請求項6】 更に一つのスライダを含み、上記少なく
    とも一つのスライダが上記誘導路に沿って軸方向に隔た
    り誘導路によりスライド可能に格納され、上記もう一つ
    のスライダが力発生手段と操作上接続する手段を有する
    ことによってスライダがそれらの間に配置された検体に
    圧縮力又は張力を加える請求項1の装置。
  7. 【請求項7】 上記スライダの作業部分が上記スライダ
    の一端である請求項1の装置。
  8. 【請求項8】 上記スライダの作業部分が上記生物検体
    の一部を格納するスロットを有する請求項1の装置。
  9. 【請求項9】 力発生手段と操作上接続する手段がスラ
    イダ内に力伝達部材をその内部に格納する凹所を備える
    請求項1の装置。
  10. 【請求項10】 凹所がパドル状の力伝達部材を受取る
    スロットを備え、同スロットが上記誘導路に沿ってスラ
    イダの運動軸に対して全体として横断する請求項9の装
    置。
  11. 【請求項11】 誘導路が上記ベース内に長尺のスロッ
    トを備え、同スロットの側部がスライダ側部と係合しス
    ライダをガイドする平行なガイドレールを形成し、上記
    スライダがスロットの深度より大きな高さを有すること
    によってスライダの上部がガイドレール上部にそびえ、
    操作上接続する手段が上部に力発生手段に固定された力
    伝達部材と共働する手段を備える請求項1の装置。
  12. 【請求項12】 上記ベースが更に誘導路を備え、上記
    少なくとも一つとそれ以上の誘導路が交差する軸を有す
    る請求項1の装置。
  13. 【請求項13】 上記少なくとも一つのスライダが誘導
    路の一つ内にスライド可能に受取られ、更にもう一対の
    スライダがその他の誘導路内にスライド可能に受取られ
    る請求項12の装置。
  14. 【請求項14】 上記更に一対のスライダが検体を配置
    して上記少なくとも一つの更なるスライダと接続する手
    段である請求項13の装置。
  15. 【請求項15】 上記更に一対のスライダと少なくとも
    一つの更なるスライダがそれぞれ検体を力を加える関係
    で係合することによって力がスライダによって誘導路の
    交差軸に沿って加えられる請求項13の装置。
  16. 【請求項16】 生物ならびに生物と互換的な検体をテ
    ストする装置において、保持手段と、押込み手段と、を
    備え、上記保持手段がベースと同ベースによりスライド
    可能に受取られる少なくとも2つのスライダを備え、各
    スライダが上記検体と係合する作業部分を備え、上記押
    込み手段が力発生手段と同手段から延びる複数の力伝達
    手段を備え、それぞれの力伝達手段が操作上スライダと
    接続されることによって力が上記検体へ伝達される前記
    装置。
  17. 【請求項17】 更に、力伝達手段の運動距離を電気的
    に測定する手段と、検体に加えられる力を電気的に測定
    する手段とを備えることによって検体の大きさ又は形と
    それに加えられる力の変化をモニタ可能な請求項16の
    装置。
  18. 【請求項18】 押込み手段が一対の可動部材間に延び
    可動部材に対して力を加える電気的に制御された空動ベ
    ローズを備え、力伝達手段が可動部材からの一対の下方
    延長部を備え、スライダがその下方延長部を受取るよう
    になった上部に面するスロットを有する請求項17の装
    置。
  19. 【請求項19】 電気測定手段が可動部材間に接続され
    るLVDTである請求項18の装置。
  20. 【請求項20】 各スライダが力伝達手段を受取る手段
    を有し、押込み手段がテスト容器の着脱クロージャから
    支持され、押込み手段の位置決めを調節する手段を有し
    力伝達手段を力伝達手段を受取る手段と共働させる請求
    項16の装置。
  21. 【請求項21】 押込み手段の位置決めを調節する手段
    がクロージャから延び、同クロージャに対して水平かつ
    垂直方向へ運動するようになった機械的マウント手段を
    備えることによって、力伝達手段の位置がテスト容器内
    に位置決めされたスライダとベースに対して調節でき、
    力伝達手段と同伝達手段を受取る手段を連行する請求項
    20の装置。
  22. 【請求項22】 力伝達手段を受取る手段が上部に開い
    て力伝達手段を受取るスライダ内の開口であって、力伝
    達手段が力発生手段から下部方向に延びる請求項21の
    装置。
  23. 【請求項23】 生物ならびに生物と互換性ある検体を
    力発生手段と接続する装置において、一対のロッドと、
    それぞれがロッドを受取る手段内で終結する一対の力伝
    達部材と、一対の弾性バンド保持部材でそれぞれの保持
    部材が一部包囲する関係でロッドの周囲にはまりあい弾
    性の検体支持バンド端を各ロッドと保持部材の一つの間
    に閉じ込めるようになったものと、力伝達部材の各々が
    力発生手段に接続されることによって力伝達手段による
    ロッドとバンド端の変位が弾性バンドの実質上一方向の
    伸長をして支持された検体に応力を加える前記装置。
  24. 【請求項24】 それぞれの力伝達手段のロッドを受取
    る手段がロッド上に保持される弾性バンド端の反対側上
    の隔った位置のロッドの周囲に部分的にはまりあうよう
    になった隔たった一対のカーブ形フィンガを備える請求
    項23の装置。
  25. 【請求項25】 生物ならびに生物と互換性のある検体
    に加力しその大きさを測定する装置において、上記検体
    に加えられるべき力を発生する手段で検体と操作上接続
    する一対の力伝達手段を備えるものと、上記力発生手段
    に操作上接続され上記一対の力伝達手段の間の距離を測
    定する手段と、を備えることによって上記一対の力伝達
    手段間の上記距離の変化が上記検体の変化と関連づけら
    れる前記装置。
  26. 【請求項26】 上記距離測定手段が線形可変差動変圧
    器である請求項25の装置。
  27. 【請求項27】 更に、操作上上記力発生手段に接続さ
    れ上記検体に加えられる力を測定する手段を備える請求
    項25の装置。
  28. 【請求項28】 上記力測定手段が、それぞれが操作上
    上記力伝達手段に接続され上記検体に加えられる上記力
    に関連する抵抗を有する複数のストレンゲージを備える
    請求項27の装置。
  29. 【請求項29】 力発生手段が、一対の可動部材間に延
    び可動部材に対して力を加える電気的に制御された空動
    ベローズを備え、力伝達手段が可動部材から延びる一対
    の要素を備え、距離測定手段が可動部材間に接続される
    請求項25の装置。
  30. 【請求項30】 更に、上記要素上に検体に加えられる
    力を測定するストレンゲージを備える請求項29の装
    置。
  31. 【請求項31】 生物ならびに生物と互換性ある検体を
    テストする方法において、生物検体を設け、ベース上の
    誘導路内に格納される可動要素を設け、上記検体を可動
    要素と係合させ、検体可動要素とベースをテスト容器内
    に配置し、テスト容器用クロージャから力発生装置を支
    持し、クロージャを容器上に配置し、力発生装置を可動
    要素と係合させ、力発生装置を活動させて可動要素を介
    して力を検体へ加えるステップより成る前記方法。
  32. 【請求項32】 更に、容器、可動要素、ベース、クロ
    ージャ、および力発生装置を殺菌し、力を殺菌環境内で
    検体に加える請求項31の方法。
  33. 【請求項33】 更に、誘導路内に受取られる第2の可
    動要素を設け、検体を第2の可動要素と係合させ、力発
    生装置を第2の可動要素と係合させ、力発生装置を駆動
    して第1の上記要素と第2の可動要素を介して検体に力
    を加えるステップより成る請求項32の方法。
  34. 【請求項34】 力発生装置を駆動して可動要素を介し
    て力を検体に加えるステップが力発生装置をサイクリッ
    クに駆動して変化する力を検体に加えることより成る請
    求項31の方法。
  35. 【請求項35】 更に、検体に加えられる力を測定する
    ことより成る請求項31の方法。
  36. 【請求項36】 更に、検体の寸法上の特徴を測定する
    ことより成る請求項31の方法。
  37. 【請求項37】 寸法上の特徴が少なくとも一方向への
    成長である請求項36の方法。
  38. 【請求項38】 更に、検体に加えられる力を変化させ
    ることによって寸法上の特徴をほぼ一定に維持すること
    より成る請求項36の方法。
  39. 【請求項39】 検体が成長する検体であって、寸法上
    の特徴をほぼ一定に維持するステップが加力装置を駆動
    して寸法上の特性を測定するステップにより検出される
    ような検体の成長とは逆に力を検体へ加え、更に検体に
    加えられる力を測定し寸法上の特性を維持するステップ
    より成る請求項38の方法。
  40. 【請求項40】 更に、検体に加えられる力をほぼ一定
    に維持するステップより成る請求項36の方法。
  41. 【請求項41】 検体が成長する検体で、力をほぼ一定
    に維持するステップが、加力装置を駆動させて力を検体
    に加え、力を測定するステップに基づいて力を制御する
    ステップより成り、寸法上の特徴を測定するステップが
    制御された一定の力の下で検体の成長を測定することよ
    り成る請求項40の方法。
  42. 【請求項42】 係合するステップが可動要素を検体へ
    にかわづけすることより成り、力発生装置を駆動するス
    テップが張力を検体に加えることより成る請求項31の
    方法。
  43. 【請求項43】 更に、第2の力発生装置を設け、少な
    くとも一つの別の可動要素をベース上のもう一つの誘導
    路内に設け、検体を第2の可動要素と係合させ、第2の
    力発生装置を駆動して第2の可動要素を介して力を検体
    へ加えるステップより成る請求項35の方法。
  44. 【請求項44】 生物ならびに生物と互換性ある検体を
    テストする方法において、電気的に制御された力発生装
    置を設け、力発生装置を力を伝達させる関係にテスト容
    器内の生物ならびに生物と互換性ある検体へ配置し、力
    発生装置を駆動し、検体に加えられた力を電気的に測定
    し、検体の寸法上の特徴を電気的に測定する、ステップ
    より成る前記方法。
  45. 【請求項45】 検体を押込みフレームと共にテストす
    る際に使用するトランスジューサモジュールにおいて、
    テストデータ測定値を表わす信号を条件づける回路手段
    と、測定されるテストデータのデジタル電気表現を出力
    する通信手段と、上記信号調節手段と通信手段と接続さ
    れデジタル電子表現の出力を制御するデジタル電子処理
    手段と、より成る前記装置。
  46. 【請求項46】 デジタル電子処理手段がマイクロプロ
    セッサとメモリを備え、同メモリがテストデータ表示信
    号の出力を制御するプログラムをストアする請求項45
    のトランスジューサモジュール。
  47. 【請求項47】 デジタル電子処理手段が通信手段を介
    して上記トランスジューサモジュール外部からトランス
    ジューサモジュールで受取られた命令に応答し通信手段
    を介してトランスジューサモジュールからテストデータ
    をパスさせる請求項46のトランスジューサモジュー
    ル。
  48. 【請求項48】 検体を押込みフレームでテストするデ
    ジタルコントローラにおいて、ステップモータと、同ス
    テップモータに接続され押込みフレームと交信する出力
    を有し、上記ステップモータにより駆動されて押込みフ
    レームを介してテストパラメータを制御するポンプと、
    ステップモータを制御する手段と、より成り、上記制御
    手段が検体の実際の力と寸法上の特徴を表示するデジタ
    ル信号を受取る手段と、所望の検体特性を表わす入力を
    受取る手段と、ステップモータへ出力、所望特性値へ向
    かう実際の特性を生成する手段、を備える前記コントロ
    ーラ。
  49. 【請求項49】 更に、所望特性を表わす入力を提供す
    るプログラム手段を含む上記制御手段へ電気的に接続さ
    れるメモリを備える請求項48のデジタルコントロー
    ラ。
  50. 【請求項50】 更に、上記制御手段に対して電気的に
    接続されユーザが所望特性を表示する入力を入力できる
    ようにするための手段を備える請求項48のデジタルコ
    ントローラ。
  51. 【請求項51】 更に、アナログプログラミングソース
    から所望特性を表わす入力を受取る手段を備える請求項
    48のデジタルコントローラ。
  52. 【請求項52】 更に、パーソナルコンピュータを制御
    するための手段に接続する手段を備える請求項48のデ
    ジタルコントローラ。
  53. 【請求項53】 制御手段がテストパラメータ特性を定
    義するためにパーソナルコンピュータに呼応するプログ
    ラム手段を備える請求項52のデジタルコントローラ。
  54. 【請求項54】 制御手段がテストデータをパーソナル
    コンピュータへ出力するプログラム手段を備える請求項
    52のデジタルコントローラ。
  55. 【請求項55】 更に、情報をユーザに伝達するために
    上記制御手段に対して電気的に接続される手段を備える
    請求項48のデジタルコントローラ。
  56. 【請求項56】 上記伝達手段が視覚ディスプレイを備
    える請求項55のデジタルコントローラ。
  57. 【請求項57】 上記伝達手段が可聴音発生装置を備え
    る請求項55のデジタルコントローラ。
  58. 【請求項58】 上記伝達手段がプリンタを備える請求
    項55のデシダルコントローラ。
  59. 【請求項59】 上記伝達手段がパーソナルコンピュー
    タを備える請求項55のデジタルコントローラ。
  60. 【請求項60】 上記ポンプが空気ポンプである請求項
    48のデジタルコントローラ。
  61. 【請求項61】 上記ポンプが油圧ポンプである請求項
    48のデジタルコントローラ。
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