JP2007064796A - Oral physical/chemical quantity measuring sensor, oral physical/chemical quantity measuring system, oral physical/chemical quantity measuring method, and method for manufacturing oral physical/chemical quantity measuring sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、口腔内の物理/化学量測定センサ、口腔内の物理/化学量測定システム、口腔内の物理/化学量測定方法、および、口腔内の物理/化学量測定センサの製造方法に関するものであり、特に歯の表面に沿うように配置した状態で口腔内の物理量および/または化学量をリアルタイムで測定するものに関するものである。 The present invention relates to an intraoral physical / stoichiometric sensor, an intraoral physical / stoichiometric measuring system, an intraoral physical / stoichiometric measuring method, and a method for producing an intraoral physical / stoichiometric sensor. In particular, the present invention relates to an apparatus for measuring the physical quantity and / or chemical quantity in the oral cavity in real time in a state of being arranged along the tooth surface.
従来より、口腔内が虫歯にかかりやすい状態であるかどうかを判断するために、被検者の口腔内から採取した唾液や歯垢などのサンプルを用い、このサンプルのpH、ORP、リン酸イオン、カルシウムイオンなどの化学量などを測定して、歯のう蝕罹患リスク(一般的に、Caries Activity Testとよばれている)の評価が行われている。また、口腔内の環境を測定するために歯と歯のかみ合わせ部分にかかる圧力などの物理量を測定することも行われる。 Conventionally, samples such as saliva and plaque collected from the oral cavity of a subject are used to determine whether the oral cavity is susceptible to caries, and the pH, ORP, phosphate ion of this sample is used. In addition, dental caries risk (generally called Caries Activity Test) is evaluated by measuring chemical amounts such as calcium ions. In addition, in order to measure the environment in the oral cavity, a physical quantity such as a pressure applied to a tooth meshing portion is also measured.
特許文献1は化学量の一例としてpHを測定する虫歯リスク評価装置の一例を示すものである。すなわち、まず被検者から歯科用鋭匙を用いるなどして、被検者の口腔内の局所から歯垢などのサンプルを採取し、このサンプルのpHなどのイオン濃度(化学量)をイオン濃度測定器を用いて測定することが行われている。また、サンプルのう蝕罹患リスクを測定するためにサンプルに酸など薬剤を添加したことによる変化を測定することも行われている。
しかしながら、サンプルを口腔内から取り出したことにより、いわば間接的な測定を行っているので、採取したサンプルの状態が口腔内にある状態と変化する。また、口腔内の一部から採取したサンプルを用いて、このサンプルの物理/化学量が口腔内の平均的なものとされていた。そこで、より現実に則した測定を行うためには、口腔内の物理/化学量を直接的に測定する必要がある。また、口腔内における物理/化学量にも分布が発生するので、正確な値を得るためには口腔内の各部における部分的な物理/化学量を測定することが必要であった。 However, since the sample is taken out from the oral cavity, so-called indirect measurement is performed, and thus the state of the collected sample is changed to the state in the oral cavity. In addition, using a sample collected from a part of the oral cavity, the physical / chemical amount of the sample was averaged in the oral cavity. Therefore, in order to perform a measurement that is more realistic, it is necessary to directly measure the physical / chemical amount in the oral cavity. Further, since distribution also occurs in the physical / chemical quantity in the oral cavity, in order to obtain an accurate value, it is necessary to measure partial physical / chemical quantities in each part in the oral cavity.
図11は、歯に欠損が生じている部分に配置されるpH測定機能を有する義歯90の一例を示す図である。図11において、91は義歯90に埋設させたpHセンサ、92は義歯90を歯茎に固定するための基部、93は隣合う歯を抱くようにして義歯90を口腔内の所定位置に固定させる固定金具である。また、94はpHセンサ91のリード線、95は義歯90または基部92に形成されたリード線94の収容部、96は収容部95の水密を保った状態でこれを密閉するための歯科用接着剤などからなる蓋体である。pHセンサ91の位置は義歯90の内部であれば任意の位置に配置可能であり、センサ部91aを任意の位置に配置可能である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a
図11に示す義歯90を被検者の口腔内に配置することにより、前記義歯90内のセンサ部91aが配置された口腔内の部分において、義歯90に蓄積する歯垢などのサンプルを採取することなく、その物理/化学量を測定することができる。つまり、義歯90を装着した状態で数日間生活し、その後測定時には前記蓋体96を取り除いて義歯90内に収容させておいたリード線94を取り出して、リード線94に図外のpH測定装置本体に接続することにより、センサ部91aに蓄積した歯垢のpHをリアルタイムに測定することができる。
しかしながら、図11のような義歯90を用いたpHの測定は、口腔内に歯の欠損がある被検者にしか実施できないという問題があり、口腔内の測定したい部分に歯の欠損が生じている被検者を選んで測定を行う必要があるので、現実的に口腔内の各部におけるpHを測定することはできなかった。また、歯に欠損が生じていない被検者には使用しにくいので、臨床テストには用いにくいという問題があった。
However, there is a problem that the pH measurement using the
加えて、図11のような義歯90を用いるためには、前記義歯90,基部92,固定金具93の大きさや形状を被検者の口腔内の形状に合わせて形成する必要があり、これらの製造に煩雑な手間がかかることは避けられなかった。ゆえに、一回の測定にかかるコストが引き上げられることは避けられなかった。加えて被検者や義歯90を取付ける位置によっては義歯90にリード線94を収容するための収容部95に十分な容積がない可能性もあった。
In addition, in order to use the
本発明は上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は、より簡単に口腔内の各部における物理/化学量の測定をリアルタイムに行うことができる口腔内の物理/化学量測定センサ、口腔内の物理/化学量測定システム、口腔内の物理/化学量測定方法、および、センサチップの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and its purpose is to more easily measure the physical / chemical amount in each part of the oral cavity in real time in the oral cavity. To provide a measurement sensor, a physical / chemical quantity measurement system in the oral cavity, a physical / chemical quantity measurement method in the oral cavity, and a method of manufacturing a sensor chip.
上記目的を達成するために、本発明の口腔内の物理/化学量測定センサは、歯の表面に取付けられるセンサチップに、口腔内の物理/化学量を測定するセンサ部と、このセンサ部に電気的に接続された信号取出し電極と、この信号取出し電極を水密状態に保護する閉状態および開放する開状態に切換え可能に構成された蓋と、この蓋の開閉状態を切り換えるためのアクチュエータとを備えてなることを特徴としている(請求項1)。なお、前記信号取り出し電極の周囲には撥水処理が施されていることが好ましい。 In order to achieve the above object, an intraoral physical / stoichiometric sensor according to the present invention includes a sensor chip attached to the surface of a tooth, a sensor unit for measuring the physical / stoichiometric amount in the oral cavity, and the sensor unit. An electrically connected signal extraction electrode, a lid configured to be switchable between a closed state for protecting the signal extraction electrode in a watertight state and an open state for opening, and an actuator for switching the open / close state of the lid It is characterized by comprising (Claim 1). It is preferable that a water repellent treatment is performed around the signal extraction electrode.
前記アクチュエータが蓋に蒸着またはスパッタリングによって取り付けられ、加熱によって蓋を開状態に切り換える形状記憶合金であってもよい(請求項2)。この形状記憶合金の材料は種々考えられるが、Ti−Ni系の形状記憶合金であれば、比較的大きく変形できるので良好であり、最適はTi−Ni−Cu形状記憶合金である。 The actuator may be a shape memory alloy attached to the lid by vapor deposition or sputtering, and switching the lid to an open state by heating (Claim 2). Various materials of the shape memory alloy are conceivable, but a Ti—Ni based shape memory alloy is good because it can be deformed relatively large, and the optimum is a Ti—Ni—Cu shape memory alloy.
本発明の口腔内の物理/化学量測定システムは、請求項1または2に記載の口腔内の物理/化学量測定センサと、この物理/化学量測定センサに対して着脱自在に取り付けられる信号ケーブルと、この信号ケーブルを介して物理/化学量測定センサに接続されることにより口腔内の物理/化学量を測定する測定装置本体とを有する口腔内の物理/化学量測定システムであって、前記信号ケーブルが、前記信号取出し電極に対面して接触するように配置された接触電極を備えてなるコネクタ部を有し、前記測定装置本体が、前記信号ケーブルを介して口腔内に配置されたセンサ部に電気的に接続された状態で口腔内の物理/化学量を求める測定処理部を有することを特徴としている(請求項3)。
An intraoral physical / stoichiometric measurement system according to the present invention includes an intraoral physical / stoichiometric sensor according to
本発明の口腔内の物理/化学量測定方法は、請求項3に記載の口腔内の物理/化学量測定システムを用い、物理/化学量測定センサを被検者の歯の表面に取り付け、この物理/化学量測定センサの蓋を開状態に切り換えてその開放部分に信号ケーブルのコネクタ部を挿入し、蓋を閉状態に切り換えて信号取出し電極と接触電極を接触させることにより、口腔内の物理/化学量測定センサを測定装置本体に接続し、口腔内の物理/化学量の測定を行うことを特徴としている(請求項4)。
An intraoral physical / stoichiometry method of the present invention uses the intraoral physical / stoichiometry system according to
前記口腔内の物理/化学量測定センサを被検者の複数の歯に対してそれぞれ個別に取り付け、口腔内の複数の部分における物理/化学量の測定を行ってもよい(請求項5)。なお、複数の物理/化学量測定センサは1台の測定処理装置に接続することが望ましいが、各物理/化学量測定センサに対して1台の測定処理装置を接続してもよいことはいうまでもない。 The physical / chemical quantity measuring sensor in the oral cavity may be individually attached to a plurality of teeth of the subject, and the physical / chemical quantity in a plurality of portions in the oral cavity may be measured (Claim 5). In addition, although it is desirable to connect a plurality of physical / chemical quantity measurement sensors to one measurement processing apparatus, it means that one measurement processing apparatus may be connected to each physical / chemical quantity measurement sensor. Not too long.
前記物理/化学量測定センサを被検者の歯に取り付け、その物理/化学量測定センサの蓋を閉状態にした状態で被検者が通常の生活を行った後に、物理/化学量測定センサに対する前記信号ケーブルの接続を行って、口腔内の物理/化学量の測定を行ってもよい(請求項6)。 After the physical / chemical quantity measuring sensor is attached to the subject's teeth and the physical / chemical quantity measuring sensor is closed with the lid of the physical / chemical quantity measuring sensor closed, the physical / chemical quantity measuring sensor is used. The signal cable may be connected to and the physical / chemical quantity in the oral cavity may be measured (claim 6).
本発明の口腔内の物理/化学量測定センサの製造方法は、口腔内の物理/化学量を測定するセンサ部に電気的に接続された信号取出し電極を基板に形成し、この信号取出し電極を水密状態に保護する閉状態および開放する開状態に切り換えるためのアクチュエータを備えた蓋を取り付けることを特徴としている(請求項7)。 According to the method for manufacturing an intraoral physical / chemical quantity sensor of the present invention, a signal extraction electrode electrically connected to a sensor unit for measuring an intraoral physical / chemical quantity is formed on a substrate, and the signal extraction electrode is formed on the substrate. A lid provided with an actuator for switching between a closed state for protecting in a watertight state and an open state for opening is attached (Claim 7).
請求項1に記載の本発明の口腔内の物理/化学量測定センサには、従来のようにセンサ部に電気的に接続された長尺のリード線のようなものがないので、このリード線を収容するスペースが不要であり、口腔内の物理/化学量測定センサの大きさを可及的に小型化することができる。したがって、センサチップを歯の表面の任意の位置に取り付けて、これに設けたセンサ部を所望の位置に配置し、このセンサ部における物理/化学量を測定することができる。 The intraoral physical / stoichiometric sensor according to the first aspect of the present invention does not have a long lead wire electrically connected to the sensor portion as in the prior art. A space for housing the sensor is unnecessary, and the size of the physical / stoichiometric sensor in the oral cavity can be made as small as possible. Therefore, the sensor chip can be attached to an arbitrary position on the tooth surface, the sensor unit provided on the sensor chip can be arranged at a desired position, and the physical / chemical quantity in the sensor unit can be measured.
また、物理/化学量の測定時に信号ケーブルを接続するために用いられる信号取出し電極は、蓋によって水密状態に保護されるので、この信号取り出し電極が唾液や歯垢などによって汚れることを防止でき、その状態を良好に保つことができる。さらに、測定時には蓋を開いて信号取り出し電極に対して口腔外から配線された信号ケーブル側の接触電極を当接させることにより、正確な測定を行うことができる。なお、前記信号取り出し電極の周囲に撥水処理を施すことにより、たとえ信号取り出し電極の周囲に僅かな隙間が生じることがあったとしても、唾液などの液体の表面張力によってこの隙間に液体が侵入することを阻止できるので信号取り出し電極が唾液などによって汚れることを、より確実に防止できる。 In addition, since the signal extraction electrode used to connect the signal cable when measuring physical / chemical quantity is protected in a watertight state by the lid, the signal extraction electrode can be prevented from being contaminated by saliva or dental plaque, The state can be kept good. Furthermore, at the time of measurement, an accurate measurement can be performed by opening the lid and bringing the contact electrode on the signal cable side wired from outside the oral cavity into contact with the signal extraction electrode. Even if a slight gap may occur around the signal extraction electrode by applying water repellent treatment around the signal extraction electrode, the liquid may enter the gap due to the surface tension of the liquid such as saliva. Therefore, it is possible to more reliably prevent the signal extraction electrode from being contaminated by saliva or the like.
前記アクチュエータが蓋に蒸着またはスパッタリングによって取り付けられ、加熱によって蓋を開状態に切り換える形状記憶合金である場合(請求項2)には、アクチュエータを可及的に小型化し、口腔内の物理/化学量測定センサの小型化に貢献でき、かつ、製造コストを削減できる。この形状記憶合金は、Ti−Niの2元系の形状記憶合金であれば、比較的大きく変形できるので良好であり、この2元系の形状記憶合金に銅を組み合わせてなるTi−Ni−Cuの3元系の形状記憶合金を用いて変形する温度を低く抑えることができ、形状記憶合金を変形するための熱によって被検者が不快を感じることがないようにすることができる。しかしながら、この銅の代わりに鉄、バナジウム、コバルトなどの金属を組み合わせて、柔らかさや弾力を調整したり変形温度を調整してもよいことはいうまでもない。
なお、前記アクチュエータは、別途の圧延加工により得られた形状記憶合金の箔体であってもよい。アクチュエータとして圧延加工箔体を用いる場合、例えば、箔体の全面あるいは外周部を平板状の銅基板の表面に接着剤を用いて固定したり、あるいは枠状の基板に箔体の外周部を接着または機械的にクランプしてダイアフラム状に固定して以降の工程を行えばよい。この場合、最終工程において、有機溶剤を用いて接着剤を剥離除去したり、接着剤を銅基板ごと濃硝酸で溶解除去したりすればよい。なお、箔体を機械的なクランプによって基板に固定した場合にはクランプ開放を行えばよく、箔体の外周部のみを接着剤あるいはクランプによって基板に固定した場合には、箔体の外周部のみを切断してもよい。
When the actuator is a shape memory alloy attached to the lid by vapor deposition or sputtering and the lid is opened by heating (Claim 2), the actuator is miniaturized as much as possible, and the physical / chemical quantity in the oral cavity is reduced. It can contribute to downsizing of the measurement sensor and can reduce the manufacturing cost. This shape memory alloy is good if it is a Ti—Ni binary shape memory alloy because it can be relatively deformed, and this binary shape memory alloy is a combination of copper and Ti—Ni—Cu. The temperature at which the shape memory alloy is deformed can be kept low, and the subject can be prevented from feeling uncomfortable by the heat for deforming the shape memory alloy. However, it goes without saying that metals such as iron, vanadium, and cobalt may be combined instead of copper to adjust the softness and elasticity and the deformation temperature.
The actuator may be a shape memory alloy foil obtained by a separate rolling process. When using a rolled foil body as an actuator, for example, the entire surface or outer periphery of the foil body is fixed to the surface of a flat copper substrate using an adhesive, or the outer periphery of the foil body is bonded to a frame-shaped substrate. Alternatively, the subsequent steps may be performed by mechanically clamping and fixing the diaphragm. In this case, in the final step, the adhesive may be peeled off using an organic solvent, or the adhesive may be dissolved and removed with concentrated nitric acid together with the copper substrate. When the foil body is fixed to the substrate by mechanical clamping, the clamp may be opened. When only the outer periphery of the foil body is fixed to the substrate by adhesive or clamp, only the outer periphery of the foil body is used. May be cut.
請求項3に記載の口腔内の物理/化学量測定システムを用いることにより、可及的に小型化した物理/化学量測定センサを被検者の歯の任意の場所に配置させた状態で、被検者はほとんど違和感なく日常の生活を行うことができる。また、測定を行うときだけ口腔内の物理/化学量測定センサの蓋を開状態に切り換えて信号ケーブルを取り付けた後に、蓋を閉状態に切り換えることにより信号ケーブルのコネクタ部に設けた接触電極を信号取り出し電極に押しつけて、信号ケーブルを電気的に口腔内の物理/化学量測定センサに確実に接続することができる。
By using the intraoral physical / stoichiometric measurement system according to
つまり、口腔内に配置した物理/化学量測定センサと信号ケーブルとの接続部を着脱自在として、必要なときだけ信号ケーブルを物理/化学量測定センサに接続することを可能とすることにより、口腔内の所望の位置における物理/化学量測定センサのセンサ部における物理/化学量をリアルタイムに測定することができる。また、測定結果は信号ケーブルによって接続された被検者の手元の測定処理部によって求められるので、測定値を容易に確認できる。 In other words, the connection part between the physical / stoichiometric sensor and the signal cable arranged in the oral cavity is made detachable, and the signal cable can be connected to the physical / stoichiometric sensor only when necessary. The physical / chemical quantity in the sensor unit of the physical / chemical quantity measuring sensor at a desired position can be measured in real time. Further, since the measurement result is obtained by the measurement processing unit at hand of the subject connected by the signal cable, the measurement value can be easily confirmed.
請求項4に記載の口腔内の物理/化学量測定方法によれば、被検者の歯に沿う任意の部分に物理/化学量測定センサを取り付けられるので、欠損歯のない口腔内の環境が健康である被検者による臨床検査に適している。また、物理/化学量測定センサを取り付けたままの状態であっても、物理/化学量の測定を行わないときは日常の生活を行うことが可能である。つまり、物理/化学量のリアルタイムの測定を一時に集中して行うことも可能であるが、ある程度の期間を開けて間欠的に測定を行うことも可能である。
According to the intraoral physical / stoichiometric measurement method according to
前記口腔内の物理/化学量測定センサを被検者の複数の歯に対してそれぞれ個別に取り付け、口腔内の複数の部分における物理/化学量の測定を行う場合(請求項5)には、口腔内の物理/化学量の測定値を口腔内を代表する平均値として求めるのではなく、各部における分布を求めることが可能であるから、より詳細で現実に即した測定結果を得ることができる。なお、複数の物理/化学量測定センサを1台の測定処理装置に接続する場合には、装置構成を簡略化できると共に、各部における物理/化学量の相関関係を分析しやすくなるので望ましい。しかしながら、複数の物理/化学量測定センサをそれぞれ異なる測定処理装置に接続することも考えられる。 When the physical / chemical quantity measurement sensor in the oral cavity is individually attached to the plurality of teeth of the subject and the physical / chemical quantity in a plurality of portions in the oral cavity is measured (Claim 5), Since it is possible to obtain the distribution in each part instead of obtaining the measured value of the physical / chemical quantity in the oral cavity as an average value representative of the oral cavity, it is possible to obtain more detailed and realistic measurement results. . When a plurality of physical / chemical quantity measuring sensors are connected to one measurement processing apparatus, it is desirable because the apparatus configuration can be simplified and the correlation between physical / chemical quantities in each part can be easily analyzed. However, it is also conceivable to connect a plurality of physical / chemical quantity measuring sensors to different measurement processing apparatuses.
前記物理/化学量測定センサを被検者の歯に貼着し、その物理/化学量測定センサの蓋を閉状態にした状態で被検者が通常の生活を行った後に、物理/化学量測定センサに対する前記信号ケーブルの接続を行って、口腔内の物理/化学量の測定を行う場合(請求項6)には、ごく日常の生活状態において歯に付着する歯垢などをそのままセンサ部の表面に付着させることができるので、より現実に即した測定を行うことができる。 After the physical / chemical quantity measurement sensor is attached to the subject's teeth and the physical / chemical quantity measurement sensor is covered with the lid closed, the physical / chemical quantity measurement is performed. When measuring the physical / chemical quantity in the oral cavity by connecting the signal cable to the measurement sensor (Claim 6), the plaque attached to the teeth in the daily life state is directly used in the sensor unit. Since it can be adhered to the surface, more realistic measurement can be performed.
請求項7に記載の口腔内の物理/化学量測定センサの製造方法によれば、信号取出し電極の部分と、蓋を開閉するためのアクチュエータの部分とを別々に形成するので、既存の半導体製造プロセスを用いてアクチュエータの形成が容易となる。つまり、アクチュエータとして形状記憶合金を用いる場合には、ダミー基板上に形状記憶合金を積層成膜し、形状記憶合金を保護するシール層を塗布した後に、ダミー基板をエッチングなどによって除去して、ダミー基板側の面の形状記憶合金を保護するためのシール層を形成して蓋を製造することにより、既存の半導体製造プロセスを用いて形や特性の揃った蓋を形成できる。
According to the method for manufacturing a physical / stoichiometric sensor in the oral cavity according to
図1は本発明の口腔内の物理/化学量測定システム1の一例の全体構成を示す図である。図1において、2は口腔内の物理/化学量測定システム1の測定装置本体、3a,3b,3cは測定装置本体2に対して着脱自在に取り付けられる口腔内の物理/化学量測定センサ、4a,4b,4cは物理/化学量測定センサ3a,3b,3cを測定装置本体2に接続するための信号ケーブルである。5は臨床検査の被検者、6は被検者5の口腔5a内にある歯、7は例えば歯6に付着する歯垢にグルコースなどを供給するためのジュースなどの飲料である。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an example of an intraoral physical /
本実施例に示す口腔内の物理/化学量測定センサ3a〜3cは、一例として被検者5の口腔5a内において歯6と歯6の間に近い部分など、任意の3箇所にそれぞれ貼着されるものであり、各部における化学量の一例としてイオン濃度(pH)を測定するものである。しかしながら、本発明において物理/化学量測定センサ3a…を配置する位置や個数は任意に変更できることはいうまでもない。また、以下の説明において、特に区別する必要がない場合には、前記物理/化学量測定センサ3a,3b,3cを単に物理/化学量測定センサ3、信号ケーブル4a,4b,4cを単に信号ケーブル4という。
The physical /
測定装置本体2は例えば表示部2aと、少なくとも電源操作や測定操作などを行なう操作ボタン2bと、信号ケーブル4を介して物理/化学量測定センサ3に接続されることにより各部におけるpHをリアルタイムに測定するための処理を行なう測定処理部2cとを有する。
The measuring device main body 2 is connected to the physical /
図2,3は第1実施例の物理/化学量測定センサ3の製造プロセスを説明する図、図4は前記物理/化学量測定センサ3および信号ケーブル4の構成を拡大して示す図、図5はこの物理/化学量測定センサ3の分解斜視図、図6は物理/化学量測定センサ3と信号ケーブル4の接続に係る各部の動作および構成を説明する縦断面図である。
2 and 3 are diagrams for explaining a manufacturing process of the physical / chemical
本発明の物理/化学量測定センサ3の本体部分は、例えば、図2(A)〜(D)に示される一連の製造プロセスによって形成される。すなわち、物理/化学量測定センサ3の本体部分は、図2(A)に示すように、例えば厚さ200μm以下の薄いシリコンからなる基板B上に形成される。また、この基板Bは、後述するように、例えば平面形状が2mm×3mm程度の矩形に切断されることにより、センサチップ10となる。また、第1実施例のセンサチップ10には、その一端部に、ISFETなどのセンサ部11が形成されている。そして、このセンサ部11は、歯のう蝕罹患リスクと関係があると考えられるpHを測定するpH感応部を有する。
The main body portion of the physical / chemical
12は一端にセンサ部11に接続された電極配線のパターン(以下、配線パターンという)であり、この配線パターン12の他端には金メッキされた信号取出し電極13が形成されている。前記センサ部11,配線パターン12,信号取出し電極13は通常の半導体製造プロセスによって基板Bに形成されるので、その詳細な製造方法の説明を省略する。
次に、図2(B)に示すように、前記配線パターン12を保護する厚膜シール層14を形成する。この厚膜シール層14は、例えばポリジメチルシロキタン(PDMS)などの液状シリコンゴムなどからなる。この厚膜シール層14は、まず基板B上にフォトレジストによって逆パターンのレジスト膜(図外)を形成し、このレジスト膜が形成された部分にシリコーンゴムを塗布して埋め込んだ後に、レジスト膜を除去することによって形成される。また、厚膜シール層14には配線パターン12を保護すると共に信号取出し電極13の部分を開放するように、開口部14aが形成されている。
Next, as shown in FIG. 2B, a thick
次いで、図2(C)に示すように、信号取り出し電極13の周囲に位置する基板Bの表面と、前記厚膜シール層14の表面にフッ素系ポリマをプラズマCVDによって撥水被膜15を形成する。この撥水被膜15には、図5に示すように、両電極13,13間を遮断するようにした電極分離部15aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2 (C), a water-
さらに、図2(D)に示すように、前記厚膜シール層14の一端部に未硬化シリコンゴムからなる接着層16を形成する。
なお、前記図2(A)〜(D)において、17は絶縁膜、18は導通孔、19a、19bは不純物拡散層である。
Further, as shown in FIG. 2D, an
2A to 2D, 17 is an insulating film, 18 is a conduction hole, and 19a and 19b are impurity diffusion layers.
図2(E)〜(H)は、前記物理/化学量測定センサ3の蓋体3Aの製造プロセスの一例を説明する図である。まず、図2(E)に示すように、ダミー基板B’の上に例えばTi−Ni−Cuの3元系の形状記憶合金(アクチュエータ)20を成膜し、この形状記憶合金20のさらに上にチタンなどのバイアスばね膜21を積層するように成膜する。
2E to 2H are diagrams for explaining an example of the manufacturing process of the
次いで、図2(F)に示すように、前記形状記憶合金20とバイアスばね膜21の全面を覆うように前記シリコンゴムなどからなる厚膜シール層22を形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, a thick
そして、図2(G)に示すように、前記ダミー基板B’をエッチングなどによって除去し、このダミー基板B’に接触していた形状記憶合金20の面に前記シリコンゴムなどからなる薄いシール層23を形成する。このシール層23は形状記憶合金20やバイアスばね膜21が唾液に直接触れないようにするものである。
Then, as shown in FIG. 2G, the dummy substrate B ′ is removed by etching or the like, and a thin seal layer made of the silicon rubber or the like is formed on the surface of the
さらに、図2(H)に示すように、この厚膜シール層22の一端部に非撥水部22aを残して、その大部分にフッ素系ポリマをプラズマCVDによって蒸着させて撥水被膜24を形成する。
Further, as shown in FIG. 2 (H), a non-water-
上述のようにして形成された蓋体3Aは、図3(A)に示すように、前記接着層16に非撥水部22aを合わせるようにして熱圧着することにより、物理/化学量測定センサ3の本体部分に接着する。
As shown in FIG. 3A, the
そして、図3(B)に示すように、例えば2mm×3mmの大きさの矩形になるように基板Bを適所にてダイシングすることにより、物理/化学量測定センサ3のセンサチップ10を形成する。
Then, as shown in FIG. 3B, for example, the
図2,3において説明した方法で製造された物理/化学量測定センサ3は、図4〜6に示すように構成される。すなわち、本発明の物理/化学量測定センサ3はセンサチップ10に、口腔5a内の物理/化学量を測定するセンサ部11と、このセンサ部11に電気的に接続された信号取出し電極13と、この信号取出し電極13を水密状態に保護する閉状態および開放する開状態に切換え可能に構成された蓋3Aと、この蓋3Aの開閉状態を切り換えるための形状記憶合金(アクチュエータ)20とを備えてなる。つまり、第1実施例のセンサチップ10はセンサ部11を備えているので、蓋3Aを取り付けることにより物理/化学量測定センサ3となる。
The physical /
30は前記物理/化学量測定センサ3に接続される信号ケーブル4の接続部であり、信号ケーブル4の配線部31に連設され、裏面に前記厚膜シール層14の開口部14aに嵌合する形および大きさに形成された例えばシリコンゴムなどからなる突条部32と、この突条部32の表面(図では下面側)に形成された接触電極33を形成してなる。また、配線部31内の配線34は接続部30の下面に形成された接触電極33に電気的に接続されている。そして、35は接触電極33の周囲を囲むように形成された撥水被膜である。
前記信号取出し電極13は配線パターン12と電気的に接続されると共に例えば接触抵抗が小さく安定する金属として、金からなる電極パッドである。なお配線パターン12の部分は前記厚膜シール層14によって絶縁被覆しており、かつ、信号取出し電極13の周囲に撥水被膜15が形成されて、とりわけ両電極13の間を遮断するように電極分離部15aが形成されているので、両電極13間を効果的に絶縁することができる。
The
前記蓋3Aに取り付けられた形状記憶合金20はTi−Ni系であり、本実施例では、銅を組み合わせてなるTi−Ni−Cuの3元系の形状記憶合金である。このTi−Ni−Cu形状記憶合金は変形が比較的低い温度にて生じるので、口腔内5aなどの被検者5に接触する部分において加熱変形させるのに適しており、その変形が大きく生じるので、できるだけ小型化した蓋3Aの開閉用のアクチュエータとして有用である。しかしながら、本発明の形状記憶合金20はTi−Niを含む3元系であることに限定されるものではなく、Ti−Niの2元系の形状記憶合金であっても、これにFe,V,Coなどの金属を混合した3元系の形状記憶合金など、種々の形状記憶合金を用いてもよいことはいうまでもない。
The
前記形状記憶合金20は低温時に、図6(A)に示すように、矢印C方向に幾らか反り返るように形成してある。また、高温時には、図6(B)に示すように、矢印O方向に反り返る。そして、蓋3Aが開いた状態で前記ケーブル4の接続部30を挿入し、再び形状記憶合金20を低温に戻すことにより、図6(C)に示すように、ケーブル4をセンサ部11に電気的に接続した状態で抜け止め保持することができる。つまり、本実施例のように、アクチュエータ20として形状記憶合金を用いることにより、物理/化学量測定センサ3を可及的に小型化することが可能である。しかしながら、前記形状記憶合金の代わりとなるアクチュエータを、蓋3Aに取り付けてあってもよい。
The
前記厚膜シール層14,22はそれ自体にある程度の疎水性があり、さらにその表面に撥水被膜15,24が形成されている。そして、前記撥水被膜15,24は前記蓋3Aが閉じた状態では互いに対向した状態で接触または近接するように配置されている。
The thick film sealing layers 14 and 22 themselves have a certain degree of hydrophobicity, and
前記ケーブル4の接続部30は前記蓋3Aが開状態になったときに、蓋3Aとセンサチップ10本体との間に挿入可能である硬さを有すると共に、蓋3Aが閉状態になったときに幾らか変形できる程度の柔らかさ有する合成樹脂からなる。つまり、接続部30を弾力性のある材料によって形成することにより、物理/化学量測定センサ3に信号ケーブル4を接続した状態における各部の隙間を小さくすることができ、それだけ各部を水密に形成することができる。
The connecting
また、前記蓋3Aが閉じた状態では厚膜シール層14の開口部14aに前記突条部32を掛合させることができ、接続部30を抜け止め保持することができる。第1実施例の場合突条部32の形状が図示倒立台形形状であり、開口部14aは突条部32より僅かに大きく形成された凹部である。
In addition, when the
上述の実施例に示す前記接続部30は配線部31とほぼ同じ幅に形成しており、これによって本実施例ではケーブル4の構成を簡素にしているが、この接続部30の形状を配線部31よりも広い幅(例えば、センサチップ10とほぼ同じ幅)を有する平面視矩形状に形成してもよい。この場合、歯科医などの検査者は接続部30をピンセットなどで容易に掴んで、これを物理/化学量測定センサ3に接続することができる。
The connecting
前記接触電極33の周囲に形成された撥水被膜35は、接触電極33に対する唾液の接触を防止するものであり、両電極33の間には、両電極33間が唾液などによって電気的に接続することを防止する電極分離部35aが形成されている。
The water-
また、前記第1実施例において、接触電極33は前記信号取出し電極13とほゞ同じ形状の金からなる金属パッドである例を示しているが、本発明は電極13,33の形状がパッドであることに限定されるものではない。すなわち、電極13,33の何れか一方を金などの接触抵抗が安定する金属からなる突起とし、パッドに対する突起の接触部分に押圧力を集中させて接触抵抗を小さくすると共に位置ずれによる短絡などの発生を防止するなど、種々の変形が可能であることはいうまでもない。
Further, in the first embodiment, the
次に、図6を用いて、本実施例の物理/化学量測定センサ3の蓋3Aの開閉動作と、信号ケーブル4の着脱方法説明する。
Next, with reference to FIG. 6, the opening / closing operation of the
図6(A)は物理/化学量測定センサ3が閉状態であるときの各部の状態を示す図である。図示するように、被検者5の歯6に貼着した状態の物理/化学量測定センサ3は通常状態(すなわち、温度が形状記憶合金20の動作温度となる60℃以下の状態)では形状記憶合金20は、図示上に凸の湾曲形状となる方向(蓋3Aの先端部が矢印C方向)に変形しようとして蓋3Aは閉状態となる。
FIG. 6A is a diagram showing the state of each part when the physical /
したがって、蓋3Aが閉状態であるとき、厚膜シール層22は形状記憶合金20によって信号取出し電極13側に押しつけられて前記信号取出し電極13に外部の唾液などが接触しないようにすることができる。また、厚膜シール層14,22に撥水被膜15,24が形成されているので、たとえ厚膜シール層14,22の間に僅かな隙間が形成されることがあったとしても、唾液などの侵入をさらに確実に防止することができ、信号取出し電極13を水密状態に保護することができる。
Therefore, when the
したがって、本発明の物理/化学量測定センサ3を歯科用接着剤などによって歯6に取り付けた状態で、被検者5が日常の生活を行っても、形状記憶合金20の温度が前記動作温度以上に上がらない限り、信号取出し電極13が汚れることはない。そして、形状記憶合金20に対して意識的に熱を加えないかぎり、その温度が前記動作点以上になることはない。ゆえに、被検者5は物理/化学量測定センサ3を貼着した状態で、数日間日常の生活を行ってセンサ部11に自然な形で歯垢を蓄積させることができる。
Therefore, even when the
図6(B)は形状記憶合金20の温度を前記動作温度以上に加熱した状態を示す図である。歯科医などの検査者は、まず歯6に取り付けられた物理/化学量測定センサ3の周辺の唾液などを拭き取ったりエアーによって乾燥させた後に、前記蓋3Aに熱源を当接させるなどして、前記形状記憶合金20の加熱を行なう。このとき形状記憶合金20は図示するように下に凸の湾曲形状となる方向(矢印O方向)に変形し、蓋3Aの遊端部は開いた状態となる。
FIG. 6B is a view showing a state in which the temperature of the
前記蓋3Aが開いている間に、矢印Aに示すように、蓋3Aとセンサチップ10本体との間に生じる隙間に前記接続部30を挿入する。ここで、前記センサチップ10本体と蓋3Aとの間には接着層16の厚み分の隙間が形成されているので、接続部30を容易に奥の所定位置まで挿入することができる。
While the
図6(C)は自然冷却や接続部30の熱伝導などによって冷却した形状記憶合金20の温度が再び前記動作温度以下に冷却した状態を示す図である。ここで、形状記憶合金20は再び図示上に凸の湾曲形状となる方向に変形しようとし、蓋3Aの遊端部は矢印Cに示す方向に移動する。
FIG. 6C is a view showing a state in which the temperature of the
第1実施例においては、前記接続部30に形成された突条部32の形状は倒立台形形状であるから、前記蓋3Aが閉じるときに突条部32が開口部14a内の所定位置に正しくガイドされて、電極13,33が確実に密着するように構成されている。また、突条部32が開口部14aに係合することにより接続部30は抜け止め保持される。加えて、前記形状記憶合金20にはバイアスばね膜21が形成されているので、蓋3Aにばね性を持たせることができ、この蓋3Aが閉じた状態を強力に保つことができる。
In the first embodiment, since the shape of the
なお、前記突条部32のとりわけ配線34側の端部は垂直または垂直に近い急勾配に立上るように形成されてあってもよい。つまり、突条部32の周縁に垂直立上り部を形成し、前記開口部14aの対応する部分にも垂直立上り部を形成することにより、蓋3Aを閉じた状態におけるケーブル4の抜け止めを確実に行うことができる。
Note that the end portion on the
また、図6(C)に示すように、ケーブル4を物理/化学量測定センサ3に接続した状態では撥水被膜35(とりわけ電極分離部35a)が撥水被膜15(とりわけ電極分離部15a)と対面するので、この間に唾液などが侵入することを確実に防止でき、電気的に安定した接続を行うことができる。
Further, as shown in FIG. 6C, in the state where the
したがって、図6(C)に示す状態ではセンサ部11で検知した電気信号は、不純物拡散層19a,19bと、導通孔18と、配線パターン12と、信号取出し電極13と、接触電極33とを介して配線34に送られ、物理/化学量測定センサ3は確実に信号ケーブル4に接続される。つまり、図1に示すように物理/化学量測定センサ3が測定装置本体2に電気的に接続される。このとき、不純物拡散層19a,19bは絶縁膜17で保護されており、センサ部11のみが口腔内の液体と接するようになっている(図2(A)〜(D)、図6(A)〜(C)参照)。
Therefore, in the state shown in FIG. 6C, the electrical signal detected by the
また、物理/化学量測定センサ3に信号ケーブル4を接続した状態では、物理/化学量測定センサ3および信号ケーブル4の両方に形成した撥水被膜15,35が互いに対面するように配置されるので、たとえその間に僅かな隙間が形成されることがあったとしても、唾液などの液体の表面張力によって、その侵入が確実に防止される。つまり、物理/化学量測定センサ3と信号ケーブル4の接続状態における両電極13,33を唾液などによる汚染から守ることができる。
When the
上述のように構成された口腔内の物理/化学量測定システム1を用いることにより、被検者5の歯6の任意の場所に取り付けられた物理/化学量測定センサ3を用いてpH測定を行なうことができる。特に、本発明の口腔内の物理/化学量測定システム1によれば物理/化学量測定センサ3を可及的に小型化できるので、センサ部11が歯6の表面の測定したい部分(例えば歯間部など)に位置するように物理/化学量測定センサ3を配置させて、その部分におけるpHの変化をリアルタイムに測定することができる。
By using the intraoral physical /
本実施例のように口腔5a内の複数箇所に物理/化学量測定センサを配置した場合には、図1に示すように、口腔5a内の各部におけるpHの変化をそれぞれ示すグラフGa,Gb…を表示することも可能である。また、測定装置本体2側で各部におけるpHの変化をまとめて、その分布を求めることも可能であり、より綿密な検査を行なうことができる。つまり、虫歯を誘発する飲食物を摂取したときにおける各部の状態を測定したり、虫歯になりにくいとされている飲食物の効果を確認するときなどに、詳細な分析を行なうことができる。
When physical / stoichiometric sensors are arranged at a plurality of locations in the
図2〜6に図示する第1実施例においては、センサ部11をセンサチップ10上に形成することにより製造コストを削減できる例を示しているが、センサ部11をセンサチップ10と別体に形成してもよい。
In the first embodiment illustrated in FIGS. 2 to 6, an example is shown in which the manufacturing cost can be reduced by forming the
図7は第2実施例の口腔内の物理/化学量測定センサ40の構成を示す図である。図7において、図2〜6に示す口腔内の物理/化学量測定センサ3と異なる点は、信号取出し電極13が形成されたセンサチップ10Aと、センサ部11が形成されたセンサチップ10Bが別体に形成されており、両チップ10A,10B間をフラットケーブル41によって接続してある点である。なお、以下の説明では、センサチップ10Aをセンサチップ10Bと区別するために、コネクタチップ10Aという。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the intraoral physical /
なお、前記フラットケーブル41は、センサ部11を前記信号取出し電極13に電気的に接続するための配線42を帯状に並べてなるケーブルであり、図7にはリボン状のフィルム基板43に前記配線のパターン(配線パターン42)を形成したものである。また、前記フラットケーブル41とチップ10A,10Bとの接続部は、例えばフリップチップボンディングによって接続してある。しかしながら、このフラットケーブル41は各々被覆された配線42を並べて配置したものなど、種々の変形が考えられることはいうまでもない。
The
第2実施例に示すように、センサチップ10Bをコネクタチップ10Aと別体に形成することにより、センサチップ10Bを可及的に小型化することができる。また、フラットケーブル41は湾曲したり捩じったりすることが可能であるから、センサ部11をコネクタチップ10Aから少し離れた位置に配置することができる。つまり、センサ部11を歯間部に配置し、前記信号ケーブル4を接続しやすい位置にコネクタチップ10Aを配置することができる。
As shown in the second embodiment, the
図8,9は第3実施例の口腔内の物理/化学量測定センサ50の構成を示す図である。図8,9に示す第3実施例は図2〜7に示す口腔内の物理/化学量測定センサ3,40における前記蓋3Aの変形例である。
8 and 9 are diagrams showing the configuration of the intraoral physical /
3B,3Cはセンサチップ10の上下に配置された蓋体であって、それぞれ蓋体3B,3Cの開口部3aに沿うように配置された帯状の形状記憶合金51と、この形状記憶合金51に積層させたバイアスばね膜52と、形状記憶合金51およびバイアスばね膜52を被覆する厚膜シール層53とシール層54とからなる。また、開口部3a近傍の厚膜シール層53には蓋3B,3Cが閉状態であるときに、開口部3aを水密とすることができるように肉厚部53aを形成してある。
3B and 3C are lid bodies arranged on the upper and lower sides of the
図8は、形状記憶合金51を加熱して開口部3aを開いた状態を示しているが、形状記憶合金51を冷却することにより、図9に示すように開口部3aを閉じることができる。また、第3実施例の口腔内の物理/化学量測定センサ50においては、一対の蓋3B,3Cによって形成し、加熱したときに、一方の蓋3Bに設けた形状記憶合金(アクチュエータ)51が他方の蓋3Cに設けた形状記憶合金51と異なる方向に湾曲するように構成してあるので、開口部3aを両方の形状記憶合金51の湾曲によって大きく開くようにすることができる。
FIG. 8 shows a state in which the
したがって、形状記憶合金51を加熱して開口部3aを形成したときに、この開口部3aが大きく開くので、前記信号ケーブル4の着脱を容易に行うことができる。なお、図8,9では一つの開口部3aにケーブル4の接続部30の全体を挿入する例を示しているが、本発明はこの点に限定されるものではない。
Therefore, when the
なお、前記配線12,34の接続部には、図5,6に示すような電極が形成されており、開口部3aおよび接続部30の電極33を除く部分には撥水被膜が形成されているが、図8,9にはその詳細な構成の図示を省略している。
5 and 6 are formed at the connection portions of the
図10は、ケーブル4に設けた配線34の数に合わせて2つの開口部3b,3cを形成した第4実施例の口腔内の物理/化学量測定センサ60の構成を示す図である。図10において、61は開口部3b,3cのそれぞれに形成した形状記憶合金からなるアクチュエータであり、62は開口部3b,3cにそれぞれ挿入できるように構成された接続部である。開口部3b,3cはそれぞれ独立した孔63,64の開口部分を構成しており、それぞれに接続部62が挿入されることにより、配線34をそれぞれ配線パターン12に電気的に接続することができるように構成されている。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the intraoral physical /
なお、配線12,34の接続部には、図5,6に示すような電極が形成されており、開口部3b,3cおよび接続部62の電極を除く部分には撥水被膜が形成されているが、図10にはその詳細な構成の図示を省略している。
5 and 6 are formed at the connection portions of the
本実施例のように構成することにより、2本の配線34はそれぞれ完全に独立した孔63,64内で配線パターン12に接続するので、たとえ唾液など侵入が幾らか生じたとしても、2本の配線12,12間または2本の配線34,34間に電気的な接続が生じることがない。つまり、それだけ安定した接続を行うことができる。
By configuring as in the present embodiment, the two
なお、上述した各実施例ではセンサ部11がISFETであって、口腔5aの物理/化学量の一例としてpHを測定する例を示しているが、本発明はセンサ部11による測定値がpHであることに限定されるものではない。すなわち、センサ部11による測定対称は、リン酸イオン濃度やカルシウムイオン濃度などの他のイオン濃度であっても、ORPなど化学量であっても、温度や圧力といった物理量であってもよい。
In each of the above-described embodiments, the
1 口腔内の物理/化学量測定システム
2 測定装置本体
3,40,50,60 口腔内の物理/化学量測定センサ
3A,3B,3C 蓋
4 信号ケーブル
5a 口腔
6 歯
10 センサチップ
11 センサ部
13 信号取出し電極
20,51,61 アクチュエータ(形状記憶合金)
30,62 接続部
33 接触電極
DESCRIPTION OF
30, 62
Claims (7)
口腔内の物理/化学量を測定するセンサ部と、
このセンサ部に電気的に接続された信号取出し電極と、
この信号取出し電極を水密状態に保護する閉状態および開放する開状態に切換え可能に構成された蓋と、
この蓋の開閉状態を切り換えるためのアクチュエータとを備えてなることを特徴とする口腔内の物理/化学量測定センサ。 To the sensor chip attached to the tooth surface,
A sensor unit for measuring physical / chemical amounts in the oral cavity;
A signal extraction electrode electrically connected to the sensor unit;
A lid configured to be switchable between a closed state for protecting the signal extraction electrode in a watertight state and an open state for opening;
An intraoral physical / chemical quantity measurement sensor comprising an actuator for switching the open / closed state of the lid.
前記信号ケーブルが、前記信号取出し電極に対面して接触するように配置された接触電極を備えてなるコネクタ部を有し、
前記測定装置本体が、前記信号ケーブルを介して口腔内に配置されたセンサ部に電気的に接続された状態で口腔内の物理/化学量を求める測定処理部を有することを特徴とする口腔内の物理/化学量測定システム。 The intraoral physical / stoichiometric sensor according to claim 1, a signal cable detachably attached to the physical / stoichiometric sensor, and the physical / stoichiometric sensor via the signal cable An intraoral physical / stoichiometric measuring system having a measuring device body for measuring physical / stoichiometric amount in the oral cavity by being connected to
The signal cable has a connector portion including a contact electrode disposed so as to face and contact the signal extraction electrode;
The measurement apparatus main body has a measurement processing unit for obtaining a physical / chemical quantity in the oral cavity while being electrically connected to a sensor unit disposed in the oral cavity via the signal cable. Physical / chemical quantity measurement system.
An actuator for forming a signal extraction electrode electrically connected to a sensor unit for measuring a physical / chemical quantity in the oral cavity on a substrate, and switching the signal extraction electrode between a closed state and a opened state for protecting the signal extraction electrode in a watertight state The manufacturing method of the physical / stoichiometric sensor in an oral cavity characterized by attaching the lid | cover provided with.
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