トップ :: A 生活必需品 :: A61 医学または獣医学;衛生学




【発明の名称】 顎運動装置
【発明者】 【氏名】高西 淳夫

【氏名】高信 英明

【氏名】丸山 健男

【氏名】大西 正俊

【氏名】大月 佳代子

【氏名】柳沢 幸江
【要約】 【課題】患者個人の下顎パラメータに応じて患者の下顎に下顎の確実にマウスピースを装着した状態で開閉口訓練を可能とする。

【解決手段】下顎に装着する下部マウスピース６を６本のリンク20ａ〜20ｆで支持してパラレルメカニズムによる６自由度を持たせて取り付ける。６本のリンク20ａ〜20ｆは、可動部10の両側に前後２本ずつ、中央部に２本配置して顎運動ロボット１のリンク配置を人の下顎の自由度配置と一致させる。これにより、顎運動ロボット１における下部マウスピース６の回転軸と人の下顎の全運動軸とが一致し、下部マウスピース６に下顎の運動を再現することが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ６軸力センサを有し、６本のリニアアクチュエータによって駆動され、人間の顎運動範囲並びに咬合力と同等以上の可動範囲および力のモーメントが発生可能で、歯科，口腔外科並びに食品工学における測定，工作，治療および訓練に応用可能な顎運動装置。
【請求項２】 被訓練者の上顎に装着する上部マウスピースと、被訓練者の下顎に装着する下部マウスピースを具備し、前記上部マウスピースに対して前記下側マウスピースを相対的に動かす顎運動装置であって、前記下部マウスピースを取り付ける可動部を設け、この可動部を６箇所の支点部で支持する６本のリンクを備えた下顎駆動手段を設けるとともに、この下顎駆動手段を操作する操作手段と、この操作手段からの指令値に基いて前記各リンクをそれぞれ独立して制御する制御手段とを設けたことを特徴とする顎運動装置。
【請求項３】 前記可動部を支持する６本のリンクは、被訓練者の左右顆頭に対応するように前記可動部の両側側に前後一対のリンクで支持するとともに、残りの２本のリンクは被訓練者の切歯側に対応するように前記可動部のほぼ中央を支持するように構成したことを特徴とする請求項２記載の顎運動装置。
【請求項４】 前記リンクは、該リンクの長さを伸縮させるリニアアクチュエータを有することを特徴とする請求項３記載の顎運動装置。
【請求項５】 前記可動部にレーザー光を照射する照射手段を設け、この照射手段からのレーザー光を被訓練者の左右顆頭に合わせて照射して被訓練者の左右顆頭を仮想的に結んだ全運動軸と前記可動部の回動軸とを一致させたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の顎運動装置。
【請求項６】 前記操作手段は、上下一対のレバー有し、その一方のレバーを他方のレバーに対して開閉可能に枢着し、この可動側レバーの操作により前記制御手段への開口運動指令値を出力するとともに、固定側レバーには前記制御手段への前後運動指令値を出力する操作体を設けたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の顎運動装置。
【請求項７】 ６軸センサを介して食品を圧縮するプランジャ部を取り付ける可動部を設け、この可動部を６箇所の支点部で支持する６本のリンクを備えた下顎駆動手段を設けるとともに、前記各リンクをそれぞれ独立して制御する制御手段とを設け、前記プランジャ部の下部に各種食品を載置する試料台を設けたことを特徴とする顎運動装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、顎運動装置、特に、パラレルメカニズムにより６自由度を持たせた顎運動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在歯科医学分野で行われている顎機能異常に対する治療器として図２１に示すように上下一対のレバーａ，ｂの中央を支点部Ｃによって開閉自在に枢着した木製開口機が知られている。この木製開口機による治療に際して上下レバーａ，ｂの一端側を口内に挿入し、レバーａ，ｂの多端側を握ることで顎が充分に開かない被訓練者の顎を強制的に自力最大開口量以上に開くことによって最大開口の訓練を行うものである。なお、上下レバーａ，ｂの他端側にはゴムバンドrbが架け渡しおり、ゴムバンドrbの張力によって上下レバーａ，ｂで被訓練者の顎を強制的に開いた状態を持続的に保持できるようになっている。
【０００３】しかし、このような木製開口機は単に中央部の支点部Ｃを中心して上下方向に開閉させることから、１自由度、すなわち、下顎を全運動軸（左右の顆頭Ｋを仮想的に結んだ軸）まわりに回転させることしかできないため、開閉運動のみしか訓練できない。しかし、実際の下顎運動は、全運動軸回りの開閉運動を含め、前後運動、左右運動を同時に行う複雑な３次元運動を行っており、単に開閉運動のみしか訓練できない開口機では前後運動、左右運動の訓練を行うことができないため、実際の下顎運動により適用した開口訓練を行うことができない。そこで、近年、図２２に示すように開閉運動、前後運動、左右運動の３自由度を持たせた顎運動装置も開発されている。この顎運動装置の自由度は人体の下顎の自由度と一致しているが図２３に示すように被訓練者の口が開けば開くほど下部マウスピースｄ４と被訓練者の歯が点接触となり、下部マウスピースｄ４が外れる虞れがあるばかりでなく、被訓練者の顎関節に充分な力成分をかけることができないため、充分な訓練が行えない可能性がある。さらに、前歯に過度の負担がかかることから、訓練者に苦痛を強いるなどの問題があった。
【０００４】さらに、この顎運動装置は、基本的に位置制御により開口・前後及び左右の各自由度を制御するものであるが、これらの制御は、平均的な顎の運動をモデルとしたものであり、訓練者の個人的なデータに基づいて制御するものはないため、個人差を考慮した訓練を行うことができない。しかし、実際の人体の下顎の動きは、下顎の大きさなどによって異なり、また、顎運動障害者の中には健常者の顎運動モデルに当てはまらない患者も存在する。すなわち、健常者の開閉口経路は全運動軸を中心として一定の円弧を描くが、顎運動障害者は軌跡が一定とはならない場合もある。このように、被訓練者の下顎が想定した軌跡をとらなかった場合、マウスピースがずれたり、被訓練者の下顎に大きな力がかかるといった課題を有していた。このため、訓練者の個人差に応じた下顎の動きを正確に再現させて効果的な訓練が可能な顎運動装置の開発が望まれている。
【０００５】また、人体の下顎の動きを正確に再現させて動作させることは、前述した歯科医学分野に限らず、生体の咀嚼システムを解析する上で非常に重要である。そして、現在、人体の下顎運動を再現するモデルとして各種の咬合器が臨床的に広く用いられているが、このような咬合器は、単に人体の下顎の動きを再現するものであって、実際、各種の食品を模擬的に咀嚼して再現し得る咬合器はなかった。
【０００６】本発明は、このような課題を解決しようとするものであり、人体の下顎の動きを正確に再現させて効果的な開口訓練を可能とするとともに、多自由度の動作をコンパクトな機能で動作することができ、かつ、位置精度の高い制御が可能な顎運動装置を提供することを目的とする。
【０００７】また、本発明においては、各種の食品を模擬的に咀嚼して再現し得る顎運動装置を提供することを第２の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の解決手段によると、６軸力センサを有し、６本のリニアアクチュエータによって駆動され、人間の顎運動範囲並びに咬合力と同等以上の可動範囲および力のモーメントが発生可能で、歯科，口腔外科並びに食品工学における測定，工作，治療および訓練に応用可能な顎運動装置を提供する。
【０００９】また、本発明の第２の解決手段によると、被訓練者の上顎に装着する上部マウスピースと、被訓練者の下顎に装着する下部マウスピースを具備し、前記上部マウスピースに対して前記下側マウスピースを相対的に動かす顎運動装置であって、前記下部マウスピースを取り付ける可動部を設け、この可動部を６箇所の支点部で支持する６本のリンクを備えた下顎駆動手段を設けるとともに、この下顎駆動手段を操作する操作手段と、この操作手段からの指令値に基いて前記各リンクをそれぞれ独立して制御する制御手段とを設けた顎運動装置を提供する。
【００１０】また、本発明の第３の解決手段によると、前記可動部を支持する６本のリンクは、被訓練者の左右顆頭に対応するように前記可動部の両側側に前後一対のリンクで支持するとともに、残りの２本のリンクは被訓練者の切歯側に対応するように前記可動部のほぼ中央を支持するように構成したことを特徴とする。
【００１１】さらに、本発明の第４の解決手段によると、顎運動装置は、前記リンクは、該リンクの長さを伸縮させるリニアアクチュエータを有することを特徴とする。
【００１２】また、本発明の第５の解決手段によると、前記可動部にレーザー光を照射する照射手段を設け、この照射手段からのレーザー光を被訓練者の左右顆頭に合わせて照射して被訓練者の左右顆頭を仮想的に結んだ全運動軸と前記可動部の回動軸とを一致させものである。
【００１３】また、本発明の第６の解決手段によると、前記操作手段は、上下一対のレバー有し、その一方のレバーを他方のレバーに対して開閉可能に枢着し、この可動側レバーの操作により前記制御手段への開口運動指令値を出力するとともに、固定側レバーには前記制御手段への前後運動指令値を出力する操作体を設けたことを特徴とする。
【００１４】また、本発明の第７の解決手段によると、前記可動部に検知手段を介して食品を圧縮する押圧手段を取り付け、この押圧手段の下部に各種食品を載置する試料台を設けたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施形態】以下、本発明の実施例について、図１〜図２０を参照しながら説明する。顎運動装置は、顎運動ロボット１、顎運動ロボット１の操作手段60、顎運動ロボットの制御手段で構成されている。
【００１６】まず、顎運動ロボット１の構成について主に図１〜図２を参照して説明する。顎運動ロボット１はベースユニット部２に固定した上部マウスピース５と、この上部マウスピース５に対して相対的に移動する下部マウスピース６と、この下部マウスピース６を取り付ける可動部10と、この可動部10を６箇所の支点部で支持する６本のリンク20ａ〜20ｆとで構成される。
【００１７】前記ベースユニット部２は、ベース基板３と、該ベース基板３の両側に並設した左右一対の側板４，４とで構成され、ベース基板３のほぼ中央に前記上部マウスピース５を固定する枠状フレーム７を立設している。また、前記側板４，４は、前面上部に傾斜面４Ａ，４Ａを有し、この傾斜面４Ａ，４Ａの上端部及び下端部にそれぞれ前後一対のリンク20ａ〜20ｄを枢着するとともに、前記側板４，４の内面側に２本のリンク20ｅ，20ｆを枢着し、これら６本のリンク20ａ〜20ｆで前記可動部10を支持している。
【００１８】可動部10は、左右一対の腕部11，11を有して全体としてほぼＵ字状に湾曲した可動アーム12と、互いに直交する横杆13と縦杆14とをＴ字型に連結した左右一対の連結アーム15，15とを備えている。前記可動アーム12は腕部11，11の先端が上方側に向かって傾斜し、その先端に前記横杆13の基端部をそれぞれ固定することによって可動アーム12の両側から連結アーム15，15の縦杆14が外側に向かって突出している。また、前記可動アーム12の中央部には前記下部マウスピース６を取り付ける台部16が固定され、この下部マウスピース６と前記ベース基板３に固定した上部マウスピース５とが上下に対向している。そして、可動アーム12の両側から突出した連結アーム15，15の縦杆14の両端側に前記各側板４,４に取り付けた４本のリンク20ａ，20ｂ，20ｃ，20ｄを枢着し、さらに、前記下部マウスピース６が取り付けられた可動アーム12の下面中央に前記ベース基板３に取り付けた２本のリンク20ｅ，20ｆを枢着している。すなわち、可動部10と６本のリンク20ａ〜20ｆとは、図３の連結構造を示す模式的に表す概略説明図で示すように、生体の左右の顆頭ｋに対応させて可動部10の左右両側に２本ずつ配した４本のリンク20ａ，20ｂ，20ｃ，20ｄ（以下、顆頭点リンクと称す）は左右の側板４，４の傾斜面４Ａ，４Ａの上端及び下端から連結アーム15，15の縦杆14，14の両端に向かって概ね逆Ｖ型に傾斜し、かつ、顆生体の切歯ｈに対応させてベース基板３に取り付けた２本のリンク20ｅ，20ｆ（以下、切歯点リンクと称す）は下部マウスピース６に向かってハの字型に傾斜する。これにより、左側顆頭点リンク20ａ，20ｂと右側顆頭点リンク20ｃ，20ｄを結んだ軸ｔ（可動部10における連結アーム15の横杆13の軸線）が生体の左右の顆頭ｋを仮想的に結んだ全運動軸ｔ１上に位置し、前記歯切点リンク20ｅ，20ｆの伸縮により軸ｔを回動中心として回転する。
【００１９】また、可動部10を支持する６本のリンク20ａ〜20ｆは、それぞれ独立して伸縮するように、それぞれリニアアクチュエータ25によって構成されている。図４はリニアアクチュエータ25の構造を示すものであり、同図に示すように、リニアアクチュエータ25は位置制御性を考慮してボールねじ26を用いている。そして、直流サーボモータ27，カップリング28，ボールねじ26をサポートユニット18で固定し、サーボモータ27によってボールねじ26を回転させ、このボールねじ26と螺合するボールねじナット29を軸方向に動かすことによってロッド30を伸縮させている。また、リニアアクチュエータ25には前記サーボモータ27の回転変位を検出するロータリーエンコーダ31と速度検出のためのタコジェネレータ32を組み込むとともに、リニアアクチュエータ25の外側にはロッド30の移動量を検出するポテンショメータ34と、リニアアクチュエータ25が限界移動量まで達したときにサーボモータ27を停止させるリミットスイッチ35が取り付けされている。さらに、リニアアクチュエータ25には該リニアアクチュエータ25の伸縮方向に生じる力を測定する軸力センサ36が搭載されている。この軸力センサ36は、リニアアクチュエータ25の基端側に取り付けた円板38と、この円板38の表裏４ヵ所に貼り合わせた歪ゲージ39（図１３（Ａ）（Ｂ）に示す）で構成され、リニアアクチュエータ25の伸縮方向に生じる力によって円板38に曲げ応力を発生させ、これを歪ゲージ39によって電圧に変換してリニアアクチュエータ25の伸縮方向に生じる力を測定するようにしている。また、リニアアクチュエータ25のロッド30の先端とリニアアクチュエータ25の基端部にはそれぞれ可動部10とベースユニット部２との支点部となるボールジョイント33が設けられている。これにより、下部マウスピース６がいわゆるパラレルメカニズムによる６自由度を持たせて可動部10に取り付けられ、ベース基板３に固定した上部マウスピース５に対して三次元的な位置や姿勢を自由に変えることができる。また、図５に示すように前記可動部10にはレーザー光を照射する一対の照射手段40,40が顆頭点リンク20ａ〜20ｄの軸ｔ上に位置して組み込まれており、この照射手段40,40から照射したレザー光を被訓練者の左右の顆頭ｋに貼り付けたマーカーポイントＰに合わせることによって被訓練者の全運動軸ｔ１と顆頭点リンク20ａ〜20ｄの軸ｔとの相対的な位置合わせを行うようにしている。また、顎運動ロボット１には、可動部10に動きを制限する第１のストッパ44と第２のストッパ50が備えられている。第１のストッパ44は図６に示すように、固定枠45と、この固定枠45の内側に組み込んだ可動枠46と、固定枠45に架け渡したねじ棒47と、このねじ棒47に螺着したナット48と、前記連結アーム15，15から水平方向に突出したストッパ軸49とから成り、ナット48を回することによって可動枠46を構成する４枚の板46Ａで形成される枠の大きさが無段階に可変し、可動枠46の内側に位置するストッパ軸49の動きを制限する。一方、第２のストッパ50は図７に示すように、複数の取付孔51を有する固定枠52と、この固定枠52の任意の取付孔51に挿通するストッパシャフト43と、前記固定枠52に掛け渡したねじ棒53によって保持される左右一対の板材54と、ねじ棒54に螺着したナット55と、前記可動アーム14の中央部から背面方向に突出したストッパ軸56とを備え、固定枠52の取付孔51に嵌合させたストッパシャフト43の高さを変え、かつ、ねじ棒53に螺着したナット55によって左右一対の板材54の間隔を変えることによって、左右の板材54とストッパシャフト52で囲まれた空間部内に位置するストッパ軸56の動きを制限する。これにより、６自由度に動く下部マウスピース６の可動範囲を制限する。また、顎運動ロボット１には被訓練者の手元に位置して緊急停止スイッチ57が設けられ、さらに、図１１に示すように、前記サーボモータ27には、サーボモータ27に過電流が流れた際、サーボモータ27を停止させる速断型のヒューズ58を設けている。
【００２０】次に顎運動ロボット１の操作手段60について主に図８〜図１０を参照して説明する。操作手段60は、従来からの訓練環境を互換性を有するように、前述した従来例の木製開口機をモデルとするものである。すなわち、操作手段60は枠状のフレーム61に固定した固定レバー62と、フレーム61に軸支した可動レバー63とを備え、図９に示すように、医師などが手動操作により上下のレバー62，63を握ることによって、可動レバー63の回転変位をロータリーエンコーダ66で検知して顎運動ロボット１に開口運動の指令値を生成する。一方、固定レバー62には操作体として回動可能なエンコーダ64が設けられ、このエンコーダ64の回転変位をロータリーエンコーダ67で検知して顎運動ロボット１に前後運動の指令値を生成する。
【００２１】固定レバー62には、可動レバー63を上下方向に無段階に固定できるねじ式の状態保持ストッパ68と、医師が回動操作した可動レバー63を任意の角度で保持する開角度ストッパ69とが設けられている。また、可動レバー63には、この可動レバー63を常に開方向に付勢するコイルばね70が連結され、このコイルばね70に連結したワイヤ71を２本のガイド軸72を介してフレーム61に固定した直流サーボモータ78に連結するとともに、可動レバー63に連結したワイヤ71には張力センサ72が組み込まれている。この張力センサ72は図１４（Ａ）（Ｂ）に示すように、張力によって曲げ歪を発生させる金属板73と、その金属板73に貼られた歪ゲージ74を備え、ワイヤ71の張力によって金属板73に曲げ応力を発生させ、これを歪ゲージ74によって電圧に変換して張力を測定するものである。また、前記サーボモータ78の回転を検出するロータリーエンコーダ75とサーボモータ78の速度を制御するタコジェネレータ76が組み込まれている。なお、ワイヤ71に所定の張力を加えるサーボモータ78は、前記各リニアアクチュエータ25のサーボモータ27と同様、サーボモータ78に過電流が流れた際、速断型のヒューズ77によってサーボモータ78への給電を停止させるようにしている。
【００２２】次に、本発明の顎運動ロボット１の制御の構成について説明する。
【００２３】図１１示すように顎運動ロボット１の各リニアアクチュエータ25に組み込まれたロータリーエンコーダ31によって各リニアアクチュエータ25の位置（角度）を検出し、そのデータを増幅器たるバッファ81で増幅してからカウンタボード82を通して、制御手段たる例えばパーソナルコンピュータなどのマイクロコンピュータ80（以下、単にマイコンと称す）に取り込むとともに、ポテンショメータ34によって各リニアアクチュエータ25の初期位置を検出し、そのポテンショメータ34の出力電圧信号をＡ／Ｄボード83によってデジタル数値化してマイコン80に出力してする。84は下部マウスピース６に組み付け、被訓練者（患者）からの反力を各軸毎に検知する６軸センサであり、この６軸センサ84の出力はレシーバボード85を通してマイコン80に取り込んでいる。また、各リニアアクチュエータ25に組み込んだ軸力センサ36からの出力電圧信号はストレインアンプ86で増幅し、Ａ／Ｄボード83によってデジタル数値化してマイコン80に取り込み、これら各センサ84，36からの取り込んだ値をもとにマイコン80で演算した指令値に基いてＤ／Ａボード87を通してサーボモジュール88に送り、各リニアアクチュエータ25のサーボモータ27を制御する。また、サーボモジュール88には各リニアアクチュエータ25に設けた一対のリミットスイッチ35及びタコジェネレータ32の検知信号が送られ、各リニアアクチュエータ25が限界移動量をまで達した際、リミットスイッチ35からの検知信号によってサーボモータ27を停止制御する。
【００２４】操作手段60は、前記顎運動ロボット１と同様、マイコン80によって制御する。すなわち、図１２に示すように、可動レバー63とエンコーダ64の回転変位をロータリーエンコーダ66，67によって検出し、そのデータをバッファ91で増幅してからカウンタボード92を通してマイコン80に取り込むとともに、張力センサ72からの出力電圧信号をストレインアンプ93で増幅し、Ａ／Ｄボード94によってデジタル数値化してマイクロコンピュータ80に取り込み、マイコン80で演算した指令値に基いてＤ／Ａボード95を通してサーボモジュール96に送り、サーボモジュール96によってサーボモータ78を制御するようになっている。
【００２５】上記のように構成される顎運動ロボット１を用いた顎運動障害者の開閉口運動訓練方法について、説明する。
【００２６】開閉口運動訓練を行う場合、被訓練者となる患者の病状に合わせて患者の口に装着する下部マウスピース６を可動部10の台部16に取り付ける。すなわち、開口域が狭い（２０ｍｍ以下）患者は平板状の下部マウスピース６を用い、開口域がある程度確保できる患者には予め患者個人の歯型を製作し、これを装着した下部マウスピース６を可動部10の台部16に取り付ける。そして、上下のマウスピース５,６を患者の口に装着し、医師などが操作する操作手段60からの指令値をマイコン80が演算処理し、その演算処理結果に基づきマイコン80上部マウスピース５に対して下部マウスピース６を相対的に動かして、患者の下顎を開口させる方向あるいは前方に引出す方向へ動かして開閉口運動訓練を行うものである。なお、顎運動ロボット１は、平均的な健常者の下顎の大きさを参考に機構上の全運動軸の位置（下部マウスピース６の回動軸となる左側顆頭点リンク20ａ，20ｂと右側顆頭点リンク20ｃ，20ｄを結んだ軸ｔ）と切歯の位置関係を設定しているが、下顎の大きさなどは、個人差があり、全運動軸Ｋと切歯との距離などは患者個人で異なる。このため、治療前に患者個人の下顎に関するパラメータに応じて機構上の全運動軸の位置び下部マウスピース６の初期位置を補正する。まず、下部マウスピース６を取り付けた可動部10のレーザー光照射手段40から照射されるレーザー光線を患者の顆頭ｋに貼り付けたマーカーポイントＰに合わせる。レーザー光照射手段40は下部マウスピース６の回動軸（機構上の全運動軸）左側顆頭点リンク20ａ，20ｂと右側顆頭点リンク20ｃ，20ｄを結んだ軸ｔ上に取り付けられ、レーザー光の指向方向が下部マウスピース６の回動軸と一致する。すなわち、レーザー光照射手段40から照射したレーザー光を患者の顆頭ｋに合わせることで患者個人の全運動軸ｔと下部マウスピース６の回動軸が一致させる。このようしてレーザー光照射手段40によって患者の全運動軸ｔを測定した後、患者個人の下顎のデータに合わせて下部マウスピース６を位置を合わせる。このとき、下部マウスピース６は、パラレルメカニズムによる６自由度を持たせて可動部10に取り付けられ、下部マウスピース６の向きや角度を手動により自由に動かすことが可能である。このようにして患者の下顎のパラメータに応じた下部マウスピース６の初期位置及び初期姿勢を設定するとともに、その下部マウスピース６を支持する各リニアアクチュエータ25の位置関係に関する情報をマイコン80にフィードバックする。つまり、ロータリーエンコーダ31によってリニアアクチュエータ25の位置（角度）を検出するとともに、ポテンショメータ34によって各リニアアクチュエータ25の伸張長さを検出して各リニアアクチュエータ25の頂点座標として数値化し、開閉口訓練は患者の下顎のパラメータに応じた下部マウスピース６の初期位置及び初期姿勢を設定した状態から開始する。
【００２７】開閉口運動訓練に際しては、医師が操作手段60を操作して開口指令値と前後運動指令値を生成する。開口指令値は医師が回動操作する可動レバー63の回転変位をロータリーエンコーダ66で検知して取得し、一方、前後運動指令値は固定レバー62に設けたエンコーダ64の回転変位をロータリーエンコーダ67で検知して取得し、これらの操作手段60からの下部マウスピース６の初期位置から開口変位と前方変位を加えることで下部マウスピース６の５自由度指令値を生成し、下部マウスピース６の位置制御・力制御を行うことによって患者の下顎を開口させる方向あるいは前方に引出す方向へ動かして開閉口運動訓練を行う。このとき、医師が操作する操作手段60からのデータに基いて下部マウスピース６を制御する。すなわち、可動レバー63のロータリーエンコーダ66から取得した指令値を、過去の診療データとを比較し、その値と治療時における値が閾値以内なら医師が患者の下顎の開口量を保持している、と認識する。その時、操作手段60からの指令値が変化しても、顎運動ロボット１に伝えられる値は一定値とし、医師が可動レバー63を微少に動かしても、その振動が顎運動ロボット１には伝わらない。
【００２８】一方、前記ロータリーエンコーダ66から取得した指令値が過去の値より大きく、かつその絶対値が閾値を超えていたら、医師が患者の顎をより大きく開こうとしていると認識し、顎運動ロボット１に伝えられるが、このとき、医師が急激に可動レバー63を操作しても、顎運動ロボット１が急激に動くことがない。
【００２９】また、前記ロータリーエンコーダ66から取得した指令値が過去の値より小さく、かつその絶対値が閾値を超えていたら、医師が患者の顎を閉じようとしていると認識する。このとき、操作手段60からの指令値は、そのまま顎運動ロボット１に伝えられる。
【００３０】以上のように、医師が操作する操作手段60の指令値に基いて開口指令値と前後運動指令値を生成し、その指令値によって患者の口に装着した下部マウスピース６を動作させて開閉口訓練を行う。この下部マウスピース６は６本のリンク20ａ〜20ｆで支持してパラレルメカニズムによる６自由度を持たせて可動部10に取り付けられているから、下部マウスピース６が三次元的な位置や姿勢を自由に変えることができ、患者個人の下顎に個人差があっても、患者個人の下顎もパラメータに対応して下部マウスピース６の初期位置・初期姿勢を合わせることができる。さらに、下部マウスピース６の回動中心となる左側顆頭点リンク20ａ，20ｂと右側顆頭点リンク20ｃ，20ｄを結んだ軸ｔが患者（被訓練者）の全運動軸ｔ１と患者の全運動軸ｔ１と一致させることによって、訓練時において患者の咬合面と下部マウスピース６の面が合致し、下部マウスピース６に外れることなく安定して開閉口訓練を行うことができる。また、患者の各筋及び歯根等に無理な力を加えることなく、訓練を実行することができる。また、医師が操作する操作手段60は、従来からこの種の開閉口訓練の際に用いられている木製開口機をモデルとするものであり、医師が握る可動レバー63を握ってその回動変位をロータリーエンコーダ66で検出して開口運動指令を生成することから、従来の治療環境と互換性を有し、パソコン操作に知識を有しない医師あるいは操作者でも感覚的に治療（訓練）が可能である。また、前後方向の運動指令値は、固定レバー62に組み込んだエンコーダ64を回転操作し、その回動変位をロータリーエンコーダ67で検出して生成するようにしたから、小さな動きで前後方向の操作が可能となり、操作性も向上することができる。また、顎運動ロボット１は下部マウスピース６の動きを機械的に制限するため顆頭側および切歯側にそれぞれ第１，第２のストッパ44，50を設けるととともに、各リニアアクチュエータ25の伸縮方向の移動量を電気的に制限するリミットスイッチ35を設け、さらに、看者が危険を感じた際、すべてのサーボモータ27を停止させる緊急停止スイッチ57および各サーボモータ27に過大な電流が流れたとき、各サーボモータ27が直ちに停止する速断ヒューズ58を具備することにより、訓練を受ける患者の安全性にも優れている。
【００３１】次に顎運動ロボットの応用例について説明する。
【００３２】図１５〜図２０に、本発明を食品の特性測定・評価試験に適用するための構成を示す。
【００３３】食品の特性測定・評価試験に適用する場合、可動部10に取り付けるプランジャ部100と、ベースユニット部２に固定した試料台110とを具備する。プランジャ部100は、下部マウスピース６に変えて可動部10に固定され、センサ本体101と、このセンサ本体101にプランジャ受け102を介して組み付けられるプランジャ103とで構成されている。プランジャ103はプランジャ受け102にねじ104によって固定され、プランジャ受け102に対して着脱自在に固定され、各種のプランジャ103が交換可能であり、種々の食品Ｆの特性測定・評価試験に対応できる。また、センサ本体101にはプランジャ103を介して食品Ｆからの反力を６自由度で測定できる６軸センサ105を内蔵し、この６軸センサ105の出力は図１１に示すように、レシーバボード85を通してマイコン80に取り込んでいる。
【００３４】試料台110は試料をセットする載置台111と、これを支持する支柱112および載置台111上に被せて試料を固定するサンプルカバー113とで構成され、サンプルカバー113には３本のボルト114が螺着され、載置台111上にセットする食品Ｆの厚さに応じてサンプルカバー113の高さが調整できるようになっている。
【００３５】以上のように構成される顎運動ロボット１を用いた食品Ｆの特性測定方法についてかまぼことようかんを例にして説明する。載置台111に対象となる食品Ｆをセットし、マイコン80に目標値を入力し、Ｄ／Ａボード87を通して各リニアアクチュエータ25のサーボモータ27に指令値を送る。なお、指令値は人の咀嚼運動に基いてプランジャ103を人の顎運動を再現し、咀嚼速度と側方運動量の２つのパラメータを変化させ、それぞえの条件での荷重の最大値を求めて比較・評価する。また、咀嚼速度は５,１０，１５（ｍｍ／ｓ）、側方運動量は０〜６（ｍｍ）も７段階とする。
【００３６】実験の結果、ようかんについては、図１８に示すように、上下方向の硬さ最大値は、側方運動量が増加するのに伴い、緩やかに減少する傾向が見られ、また、左右方向の最大値は、速度が遅いほど減少し、側方運動量が増加するのに伴い急速に増加していく傾向が見られた。また、１０，１５（ｍｍ／ｓ）の曲線がほぼ重なっていることから、左右方向にかかる力は、その速度付近で収束するものと思われる。同様に上下方向にかかる力についても曲線の間隔が狭まっていることから、力の値が収束する速度が近いものと思われる。
【００３７】かまぼこについては、図１９に示すように、上下方向の硬さの最大値は、速度が速いほど減少し、側方運動量が減少するのに伴い、減少していく傾向が見られ、また、左右方向の力は速度を変化してもあまり大きな差は見られない。
【００３８】このような実験に基いて力が減少する方向、すなわち、咀嚼時に噛み易いと感じると思われる条件について考察してみると、図２０に示す実験結果から、ようかんの場合、咀嚼速度は遅いほうが噛み易いことがわかる。ところで側方移動量の与える影響は上下と左右の力で性質が異なっている。しかし、正常有歯顎者の場合でも最大側方移動量は４ｍｍ程度であり、図１８を参照すると左右の最大値が上下の最大値と逆転しておらず、移動量の増加による左右の力の影響は少ないことが予想される。
【００３９】また、かまぼこはどちらの方向に働く力も同じ傾向を示しており、早い速度で咀嚼を行わないと噛みにくいと感じるものと思われる。
【００４０】このように、側方移動量は増加による左右方向に働く力の増大は、ようかんとかまぼこのように結果をみる限り、正常有歯顎者での最大側方移動量の範囲内では、上下方向に働く力を超えることはほとんどないので噛み易さに対する影響は少ないと考えられる（ただしこれは、噛み心地のみに関して言えることで、粉砕するために側方（すりつぶし運動）運動を必要とする食品等の食べ易さとは無関係である）。
【００４１】以上の考察から、ようかんは咀嚼能力の低下した総義歯者でも咀嚼しやすい食品であり、一方、かもぼこは咀嚼しにくい食品であることが、本装置を用いた食品の特性測定によってデータとして定量的に得られた。
【００４２】このように、顎運動ロボット１によって人の顎の動きを正確に再現させることができるから、人の咀嚼運動に即した食品の特性測定などの解析等に利用することができる。
【００４３】こうして、６軸力センサたる６軸センサ84，105を有し、６本のリニアアクチュエータ25によって駆動され、これにより人間の顎運動範囲並びに咬合力と同等以上の可動範囲および力のモーメントが発生可能で、歯科，口腔外科並びに食品工学における測定，工作，治療および訓練に応用可能な顎運動装置を提供できる。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、本発明においては、人間の顎運動範囲並びに咬合力と同等以上の可動範囲および力のモーメントが発生可能となり、歯科，口腔外科並びに食品工学における測定，工作，治療および訓練への応用が可能になる。
【００４５】また、マウスピースが６自由度パラレルメカニズムによって三次元的な位置や姿勢を自由に変えることができるため、被訓練者個人の下顎のパラメータに対応して被訓練者の下顎の確実にマウスピースを装着することが可能となる。
【００４６】また、人の自由度配置と顎運動装置の自由度配置を同じ配置となるリンク配置となっているから、マウスピースと被訓練者の咬合面が面接触状態で安定的に装着することができる。
【００４７】さらに、リンクの長さをリニアアクチュエータで構成することにより、マウスピースをコンパクトな機構で動作させることができるとともに、位置制御性にも優れる。
【００４８】また、レーザー光を被訓練者の左右顆頭に照射することによって被訓練者の全運動軸とマウスピースの回動軸とが確実に一致し、被訓練者個人の下顎のパレメータに対応して被訓練者の下顎の確実にマウスピースを装着することが可能となる。
【００４９】また、顎運動装置に開口運動指令値と前後運動指令値を一対のレバーを有する操作手段の操作に基いて動作させるようにしたから、従来からの治療環境と互換性を有し、医師の経験や勘を治療に効果的に反映させることができる。
【００５０】また、顎運動装置によって人の顎の動きを正確に再現させることができるから、人の咀嚼運動に即した食品の特性測定などの解析等に利用することができる。
【出願人】 【識別番号】３９０００１４２１
【氏名又は名称】学校法人早稲田大学
【出願日】 平成１１年７月２２日（１９９９．７．２２）
【代理人】 【識別番号】１０００８００８９
【弁理士】
【氏名又は名称】牛木 護
【公開番号】 特開２００１−２９３６４（Ｐ２００１−２９３６４Ａ）
【公開日】 平成１３年２月６日（２００１．２．６）
【出願番号】 特願平１１−２０８２３４