口腔内スイッチ及びその製造方法
【課題】口腔内の所定位置に固定し易く、しかも、誤動作し難い口腔内スイッチ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】口腔内に装着されるマウスピース１１と、マウスピース１１に設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサー１２、１３と、圧電センサー１２、１３からの出力信号を受信し、外部装置１７に送信可能な制御装置１９とを有する口腔内スイッチ１０であって、その製造方法は、マウスピース１１に圧電センサー１２、１３を貼り付けた後、圧電センサー１２、１３の上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着する。
【解決手段】口腔内に装着されるマウスピース１１と、マウスピース１１に設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサー１２、１３と、圧電センサー１２、１３からの出力信号を受信し、外部装置１７に送信可能な制御装置１９とを有する口腔内スイッチ１０であって、その製造方法は、マウスピース１１に圧電センサー１２、１３を貼り付けた後、圧電センサー１２、１３の上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着者、例えば、頸髄損傷、筋ジストロフィー、脳性麻痺、上肢欠損等による肢体不自由者が、口腔内に取付けて使用するスイッチ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、肢体不自由者（例えば、頸髄損傷、筋ジストロフィー、脳性麻痺、上肢欠損等の患者）がパソコン等のＩＴ機器を操作する場合、例えば、口腔内に固定するためのリングと、リングの下部層に設けられる圧力スイッチと、圧力スイッチの上部に立設される操作レバーとを備え、舌で操作レバーを押圧することによりスイッチをオン、オフする口腔用ポインティングデバイスを使用している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の発明では、口腔内ポインティングデバイスを口腔内の所定位置に固定することが難しいという問題があった。また、レバー部が突出しているので、不用意に舌が当たってしまい、誤動作を起こし易いという問題もあった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、口腔内の所定位置に固定し易く、しかも、誤動作し難い口腔内スイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る口腔内スイッチは、口腔内に装着されるマウスピースと、前記マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、前記圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有する。
ここで、圧電センサーの感圧素子（圧電体）としては、抵抗入力式や静電容量式があるが、これらは別に電源を必要とするので、押圧によって電圧が発生し、電力が不要である薄膜圧電素子を使用するのが好ましい。なお、薄膜圧電素子は、無機材によって構成する場合と、有機材によって構成する場合とがあり、いずれも適用可能である。また、制御装置からの出力信号を受信する外部装置としては、例えば、パソコン、テレビ、家庭用ゲーム機、環境制御装置（ＥＣＳ）等がある。環境制御装置は、例えば、ベッドの上下動や上体を起こしたり戻したりする操作、電話の受信や送信、インターホン、玄関の電子錠の開け閉め、照明のオンオフ、テレビの音量の調整やチャンネルの変更、エアコンの調整、照明のオンオフ等を１又は少数のスイッチで行うようにする装置であり、環境制御装置に口腔内スイッチを取付けて、前記した操作を行うことができる。
【０００７】
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は口腔外に配置され、前記圧電センサーとは有線で接続されているのが好ましい。
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は、前記圧電センサーからの出力信号を受信する受信部と、前記外部装置に送信可能な送信部とを有し、該受信部からの出力信号が該送信部に無線によって送信されてもよい。
ここで、無線信号は、電波による信号、超音波、光信号等がある。
【０００８】
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記圧電センサーは、フィルム状の基板と、該基板の少なくとも片面に形成される圧電体層と、更に外側両面に形成される電極層とを積層した薄膜圧電フィルムを有しているのが好ましい。
基板の材質としては、金属を主成分とする材料、セラミックを主成分とする材料、及び高分子化合物を主成分とする材料等が使用できる。
【０００９】
ここで、金属を主成分とする材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、チタン、タングステン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、スズ、モリブデン、ニオブ、ジルコニア、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、イットリウム、又はこれらの合金、ステンレス、黄銅、及び青銅等のいずれか１又は２以上を使用することができる。
また、セラミック材料を主成分とする材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ケイ化モリブデン、ホウ化モリブデン、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化チタン、及びサイアロン等のいずれか１又は２以上を使用することができる。
【００１０】
更に、高分子化合物を主成分とする材料（以下、単に「高分子材料」ともいう）としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニルサルファイド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッカビニリデン、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、及びポリエーテルエーテルケトン等のいずれか１又は２以上を使用することができる。
基材の材質としては、可撓性があり、軽量であり、取り扱い易いといった特徴を有する高分子を主成分とするフィルムが好ましく、特に、耐熱性、絶縁破壊強度、機械的強度に優れるポリイミド系であるのが好ましい。
【００１１】
また、圧電体層を形成する材料としては、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、一例としてペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）の複合酸化物を主成分とする材料や、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする材料が使用できる。
ペロブスカイト構造の複合酸化物としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３、ＴａＮｂＯ３等がある。また、ウルツ鉱型構造の化合物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛、又はヨウ化銀等があり、これらの中から１種選択すれば良い。
【００１２】
圧電体層の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、及びＭＯＣＶＤ法等が知られており、その中から好ましいものを適宜選択する。圧電体層の膜厚は通常、０．１〜１００μｍが好ましく、更に０．５〜３０μｍが特に好ましい。すなわち、厚みが０．１μｍ未満では、十分な出力が得られ難く、逆に１００μｍを超えると柔軟性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがある。
【００１３】
更に、電極層を形成する材料としては、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅等の金属や合金の導電材料、又は金属酸化物や金属窒化物の導電材料を用いることができる。
電極層の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば塗布処理、メッキ法、スパッタリング法、又は真空蒸着法等の物理蒸着法を用いることができる。
【００１４】
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは、上歯列前方４〜１０歯（上顎歯列前歯から小臼歯）までを覆い、しかも、前記圧電センサーは該マウスピースを装着した際に口腔の内側に配置されるように取付けられているのが好ましい。
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されているのが好ましい。
【００１５】
生体安全性が確認されたとは、医科材料や歯科材料として認可されている材料であって、使用される熱可塑性材料としては、例えば、熱可塑性樹脂がある。ここで、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、エチレン塩化ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリメチルベンテン、ポリスチレン、スチレン系樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン、ポリウレタン、天然ゴム、合成ゴム、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリメタクリレート、ポリビロキシエチルメタクリレート、ポリエチレンメタクリレート、エチレンメタクリル酸共重合体、ポリサルフォン、トランスポリイソプレン、ポリカプロラクトン、塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、グッタペルカ、コーパル、セラック、及びクマロンインデン樹脂等のいずれか１又は２以上がある。また、使用する熱可塑性材料は、例えば、６０℃以上で軟化し、５０℃以下で硬化するものを使用するのが好ましい。
【００１６】
前記目的に沿う本発明に係る口腔内スイッチの製造方法は、生体安全性が確認された熱可塑性樹脂で形成されたマウスピースと、該マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、該圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有する口腔内スイッチの製造方法であって、
前記マウスピースに前記圧電センサーを貼り付けた後、該圧電センサーの上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜６に記載の口腔内スイッチにおいては、圧電センサーがマウスピースに設けられているので、マウスピースを口腔内の所定の位置に装着し易く、圧電センサーを所定の位置に配置することができる。なお、口腔内に装着する部分がマウスピースであるので、外れ難い。
特に、請求項２記載の口腔内スイッチにおいては、制御装置が口腔外に配置され、圧電センサーと有線で接続されているので、マウスピース及び圧電センサーの誤嚥（誤飲）を防止することができる。
【００１８】
請求項３記載の口腔内スイッチにおいては、制御装置が、圧電センサーからの出力信号を受信する受信部と外部装置に送信可能な送信部とを有し、受信部からの出力信号が送信部に無線によって送信されるので、装着、操作の邪魔になるコードが必要でなくなる。また、コードの長さによる制約がなくなるので、装着者が自由に移動することもできる。
請求項４記載の口腔内スイッチにおいては、圧電センサーが、フィルム状の基板と、基板の少なくとも片面に形成される圧電体層と、更に外側両面に形成される電極層とを積層した薄膜圧電フィルムを有しているので、圧電センサーを薄く形成でき、マウスピースからの突出長さを小さくすることができる。また、薄膜圧電フィルムは、押圧によって電圧が発生するので、電力が不要であり、例えば、制御装置に電池を搭載した場合、その分だけ電池の寿命を延長することができる。更に、圧電センサーが薄いため、マウスピースからの突出部分の高さが小さくなり、舌が圧電センサーに不用意に接触することが少なく、誤動作を起こし難い。
【００１９】
請求項５記載の口腔内スイッチにおいては、マウスピースが、上歯列前方４〜１０歯までを覆い、しかも、圧電センサーがマウスピースを装着した際に口腔の内側に配置されるように取付けられているので、マウスピースが外れ難く、しかも、舌を動かす範囲が適度であり、装着者に負担をかけることが少ない。
請求項６記載の口腔内スイッチにおいては、マウスピースが生体安全性の確認された熱可塑性材料で形成されているので、使用時に有害物質が溶出することがなく、安心して使用することができると共に、装着者に合わせて簡単にマウスピースを作ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の口腔内スイッチの製造方法においては、生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されたマウスピースに、１又は２以上の圧電センサーを貼り付けた後、圧電センサーの上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着するので、簡単にマウスピースに圧電センサーを取付けることができる。また、圧電センサーは、生体安全性が確認された熱可塑性材料で覆われるので、口腔内に挿入するマウスピースが完全に熱可塑性樹脂で覆われ、使用時の安全性が確保されると共に、口腔内の水分（例えば、唾液）等による短絡を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る口腔内スイッチの説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同口腔内スイッチのマウスピースの装着状態を示す側断面図、背面図、図３は同口腔内スイッチの圧電センサーの説明図、図４は同口腔内スイッチの制御装置のブロック図、図５（Ａ）〜（Ｆ）は同口腔内スイッチの製造方法を示す説明図、図６は同口腔内スイッチの圧電センサーの出力波形を示すグラフ、図７は同口腔内スイッチの圧電センサーの信号処理方法のフローチャートである。
【００２２】
図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る口腔内スイッチ１０について説明する。
図１に示すように、口腔内スイッチ１０は、生体安全性が確認され、６０℃以上で軟化し５０℃以下で硬化する熱可塑性材料の一例である歯科用のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（熱可塑性樹脂）によって装着者（例えば、肢体不自由者）Ａの歯形に合わせて形成されたマウスピース１１と、マウスピース１１に設けられ、装着者Ａがマウスピース１１を装着した際に、舌で押圧可能な位置に取付けられ、押圧による歪みによって電気（圧電気）を発生する１又は２以上、例えば２つの圧電センサー１２、１３と、口腔外に配置され、圧電センサー１２、１３からの出力信号をそれぞれシールドケーブル１４、１５により有線で受信する受信部１６及び受信部１６と無線を介して接続され、外部装置の一例であるパソコン１７にＵＳＢケーブル１７ａを介して出力信号を送信可能な送信部１８を備えた制御装置１９とを有している。以下、それぞれについて詳しく説明する。
【００２３】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、マウスピース１１は、装着者Ａの上歯列前方４〜１０歯、例えば、８歯（すなわち、正中よりそれぞれ左右へ中切歯Ｂ、側切歯Ｃ、犬歯Ｄ、第一小臼歯Ｅ）までを覆うように形成されている。また、圧電センサー１２、１３は、装着者Ａがマウスピース１１を装着した際に口腔の内側、例えば、左右の側切歯Ｃ及び犬歯Ｄの裏側（舌側。以下同様）にそれぞれ跨る位置に取付けられ、装着者Ａが舌Ｆで押圧可能になっている。
【００２４】
図３に示すように、圧電センサー１２（１３）は、高分子材料の一例であるポリイミドで形成され、厚みが５〜１００μｍ（本実施の形態では、１２．５μｍ）のフィルム状の基板２０と、基板２０の片面に、例えば、窒化アルミニウムを蒸着して形成され、厚みが０．５〜１０μｍ（本実施の形態では、１μｍ）の圧電体層２１と、更に外側両面、すなわち、基板２０及び圧電体層２１の表面にそれぞれアルミニウムを蒸着して形成され、厚みが０．０１〜０．５μｍ（本実施の形態では、０．１μｍ）の電極層２２、２３とを積層した薄膜圧電フィルム２４を有している。
【００２５】
更に、電極層２２、２３には、シールドケーブル１４（１５）を構成するリード線２５、２６がそれぞれ取付けられている。電極層２２、２３へのリード線２５、２６の取付けは、既知の方法、例えば、銀ペーストによる接合法、又は超音波による接合法等を使用することができる。
また、圧電センサー１２、１３は、薄膜圧電フィルム２４の中央部を圧電体層２１に設けられた電極層２３を内側にして折り曲げてマウスピース１１に貼り付ける。このように、薄膜圧電フィルム２４を２つ折りにして重ねることにより感度が向上するが、折り曲げなくてもよいし、２回以上折り曲げて重ねてもよい。また、薄膜圧電フィルムを、基板の外側両面に圧電体層を設け、更にその両面に電極層を形成し、感度を向上させてもよい。更に、マウスピース１１を形成する樹脂と同じ樹脂（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂４０ａ）で、マウスピース１１に取付けた圧電センサー１２、１３の表面を覆って、口腔内の水分（例えば、唾液）等による短絡を防止している。
【００２６】
図４に示すように、制御装置１９の受信部１６は、シールドケーブル１４、１５を介して圧電センサー１２、１３にそれぞれ接続され、圧電センサー１２、１３からの第１の出力信号を増幅する図示しないコンデンサーを備えたチャージアンプ２７、２８と、チャージアンプ２７、２８と接続される第１のマイコン２９と、マイコン２９に接続され、マイコン２９から出力される第２の出力信号を送信部１８に送信する送信用の無線チップ３０と、無線チップ３０に接続されるアンテナ３１と、マイコン２９及び無線チップ３０を駆動させる電源、例えば、電池４４を有している。マイコン２９は、チャージアンプ２７、２８及び無線チップ３０と接続されるインターフェース（図示せず）、チャージアンプ２７、２８からの第１の出力信号を構成するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器（図示せず）、ＣＰＵ（図示せず）、ＲＯＭ（図示せず）、及びＲＡＭ（図示せず）を備え、ＲＯＭには、圧電センサー１２、１３からの第１の出力信号を処理するプログラムが記憶されている。また、マイコン２９には、図示しないしきい値設定手段が接続され、圧電センサー１２、１３への押圧力（すなわち、出力される電圧）、押圧時間等を予め設定することができるようになっている。
【００２７】
また、制御装置１９の送信部１８は、受信部１６からの第２の出力信号を受信するアンテナ３２と、アンテナ３２に接続される受信用の無線チップ３３と、無線チップ３３に接続される第２のマイコン３４と、パソコン１７のＵＳＢポート（図示せず）に接続されたＵＳＢケーブル１７ａを接続するためのインターフェース（図示せず）と接続されたＵＳＢ−シリアル変換チップ３５が接続されている。また、送信部１８は、マイコン３４に接続され、圧電センサー１２のみの押圧によって発光する発光ダイオード３６、圧電センサー１３のみの押圧によって発光する発光ダイオード３７、及び圧電センサー１２及び圧電センサー１３が実質的に同時に押圧された際に発するブザー３８が取付けられている。なお、マイコン３４は、図示しないインターフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備え、ＲＯＭには、受信部１６からの第２の出力信号を処理して、パソコン１７に第３の出力信号を送信すると共に、第２の出力信号により発光ダイオード３６、３７、又はブザー３８を作動させる処理プログラムが記憶されている。
【００２８】
次に、図５（Ａ）〜（Ｆ）を参照して、口腔内スイッチ１０のマウスピース１１の作製方法及びマウスピース１１への圧電センサー１２、１３の取付け方法について説明する。
まず、例えば、厚みが５ｍｍで、直径が１０ｃｍの円盤状の歯科用のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂４０を、例えば、６０〜９０℃の熱湯に入れて軟化させ、予め作製された上歯用の汎用歯列模型４１の上歯の左右へ中切歯Ｂから第一小臼歯Ｅまでの８歯を覆うように型取りを行い（Ａ）、ベースマウスピース４２を作製する（Ｂ）。更に、ベースマウスピース４２の左右の側切歯Ｃ及び犬歯Ｄの裏側にそれぞれ跨る位置にそれぞれシールドケーブル１４、１５が接続された圧電センサー１２、１３を貼り付けた後（Ｃ）、更に新たに軟化させたエチレン酢酸ビニル共重合樹脂４０ａで圧電センサー１２、１３の周囲表面を覆い加圧して圧着する（Ｄ）。圧電センサー１２、１３が取付けられたベースマウスピース４２を汎用歯列模型４１から取り外して形を整え、圧電センサー１２、１３を取付けた原マウスピース４３を作製する（Ｅ）。更に、この原マウスピース４３を加温して軟化させた後、装着者Ａの口腔内での口唇圧、舌圧、咬合圧を加えることによって、装着者Ａの歯形に合った形に整え、圧電センサー１２、１３が取付けられた装着者Ａ専用のマウスピース１１を作る（Ｆ）。
【００２９】
このように、口腔内スイッチ１０は、圧電センサー１２、１３がマウスピース１１に取付けられているので、装着し易く、しかも、外れ難くなっている。また、口腔内にマウスピース１１が固定されるので、圧電センサー１２、１３が所定の位置（ここでは、左右の側切歯Ｃ及び犬歯Ｄの裏側）に固定配置されるので、押し間違え難い。マウスピース１１が熱可塑性材料で作製されているので、装着者の歯形に合わせて調整できると共に、簡単に作ることができる。また、マウスピース１１には、シールドケーブル１４、１５が接続されるので、マウスピース１１及び圧電センサー１２、１３の誤嚥（誤飲）を防止することができる。
【００３０】
次に、図６及び図７を参照して、口腔内スイッチ１０の動作について説明する。なお、圧電センサー１２、１３は、同様の動作をするので、圧電センサー１２について詳しく説明する。
図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧電センサー１２が押圧される（すなわち、舌で押す）と、正の電流（オン信号）が発生した後、すぐに電流が基準値に戻り、更に押圧を止める（すなわち、舌を離す）と、負の電流（オフ信号）が発生し、すぐに電流が基準値に戻る。従って、オン信号とオフ信号の時間をタイマーで計測することにより、圧電センサー１２が押されてから離されるまでの時間（押圧時間）を計測することができる。なお、図６に示されている電流値は、チャージアンプ２７によって増幅されている。
【００３１】
口腔内スイッチ１０は、制御装置１９の受信部１６のマイコン２９で、受信した圧電センサー１２、１３の出力信号（オン信号及びオフ信号）をマイコン２９に記憶されたプログラムによって解析する。図７に示すように、圧電センサー１２からのオン信号を受けた場合（ａ）、マイコン２９に内蔵された図示しないタイマーによって圧電センサー１２、１３が押されてからの時間の計測が開始される。
ここで、図６（Ｂ）に示すように、圧電センサー１２が所定時間（長押し判定時間ともいう。例えば、１秒間）を超えて押され続けた場合、すなわち、計測開始から１秒間以内にオフ信号を受けない場合（ｂ）、「長押し」と判定され、出力信号１が発信される。その後、装着者Ａが圧電センサー１２を離し、オフ信号を受けると待機状態に戻る。
【００３２】
また、図６（Ａ）に示すように、圧電センサー１２への押圧時間が１秒間以内の場合、すなわち、計測開始から１秒間以内にオフ信号を受けた場合（ｃ）、「短押し」と判定され、出力信号２が発信される。
更に、圧電センサー１２への押圧時間が１秒間以内に圧電センサー１３が押された（すなわち、実質的に同時に押された）場合（ｄ）、「同時押し」と判定され、出力信号３が発信される。その後、装着者Ａが圧電センサー１２及び圧電センサー１３を離すと、それぞれのオフ信号が送信され待機状態に戻る。
【００３３】
また、圧電センサー１２からのオン信号なしに圧電センサー１３のオン信号を受けた場合（ｅ）、圧電センサー１３からのオン信号の計測から１秒間経過する前に圧電センサー１３からオフ信号を受ける（ｆ）と「短押し」と判定されて出力信号５が発信され、また、１秒間経過する（ｇ）と「長押し」と判定されて出力信号４が発信され、更に、１秒間経過する前に圧電センサー１２からのオン信号を受ける（ｈ）と「同時押し」と判定されて出力信号３が発信される。
【００３４】
マイコン２９からの出力信号１〜５（第２の出力信号）は、受信部１６の無線チップ３０及びアンテナ３１、送信部１８のアンテナ３２及び無線チップ３３を介して、マイコン３４に送られる。マイコン３４は、出力信号１〜５を受信すると、送信部１８に接続されたパソコン１７にそれぞれ出力信号Ａ〜Ｅを送信すると共に、圧電センサー１２が押圧されたことを示す出力信号１及び２を受信すると発光ダイオード３６を点灯させ、圧電センサー１３が押圧されたことを示す出力信号４及び５を受信すると発光ダイオード３７を点灯させ、圧電センサー１２及び圧電センサー１３が同時に押圧されたことを示す出力信号３を受信するとブザー３８を発声させる。
【００３５】
次に、口腔内スイッチ１０によるパソコン１７の操作方法について説明する。
図１に示すように、制御装置１９の送信部１８に接続したＵＳＢケーブル１７ａをパソコン１７に接続すると共に、図２に示すように、装着者Ａの口腔内に口腔内スイッチ１０のマウスピース１１を装着する。ここで、装着者Ａが、舌で圧電センサー１２及び圧電センサー１３のいずれか一方又は双方を押圧又は離すことにより、圧電センサー１２及び／又は圧電センサー１３からの第１の出力信号（オン信号及びオフ信号）が発せられる。受信部１６のマイコン２９により、受信した第１の出力信号が解析されて出力信号１〜５として、送信部１８のマイコン３４に送信され、マイコン３４がパソコン１７、発光ダイオード３６、３７、及びブザー３８に信号が送信される。
【００３６】
口腔内スイッチ１０は、例えば、少数のスイッチで作動する肢体不自由者用のアプリケーション（例えば、環境制御装置、テレビリモコン、家庭用ゲーム機等）の入力装置として使用することができ、また、健常者が使用するキーボードやマウス等の入力装置の代わりに少数のスイッチでワープロ等の文字入力を可能とする入力支援ソフトウエア（例えば、オペレートナビ、キネックス等）の入力装置としても使用することができる。
なお、それぞれのアプリケーションによる口腔内スイッチ１０からの出力信号１〜５の割り付けは、口腔内スイッチ１０に記憶させてもよいし、各アプリケーションで設定してもよい。例えば、口腔内スイッチ１０をテレビリモコンの入力装置として使用した場合には、圧電センサー１２による「短押し」をチャンネル変更とし、「長押し」を電源のオンオフとし、圧電センサー１３による「短押し」をボリューム小とし、「長押し」をボリューム大とし、「同時押し」を呼出用として処理することができる。
【００３７】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記した実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の口腔内スイッチ及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の口腔内スイッチにおいて、マウスピースの材料として、歯科用のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂を使用したが、生体安全性が確認されている熱可塑性材料であればよい。また、マウスピースには、２つの圧電センサーを取付けたが、１つ又は３つ以上取付けてもよく、マウスピースを上歯用としたが、下歯用としてもよい。
【００３８】
前記実施の形態では、頸髄損傷、筋ジストロフィー、脳性麻痺、上肢欠損等による肢体不自由者が、パソコン等の機器の操作を行うようにしているが、これに限らず、例えば、両手が塞がっている健常者が使用することもできる。また、口腔内スイッチ１０を家庭用ゲーム機の入力装置や、テレビのリモコン等に使用することができ、更には、環境制御装置の操作、ベッドの操作、電動車椅子の操作、エレベータの操作等を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る口腔内スイッチの説明図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同口腔内スイッチのマウスピースの装着状態を示す側断面図、背面図である。
【図３】同口腔内スイッチの圧電センサーの説明図である。
【図４】同口腔内スイッチの制御装置のブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は同口腔内スイッチの製造方法を示す説明図である。
【図６】同口腔内スイッチの圧電センサーの出力波形を示すグラフである。
【図７】同口腔内スイッチの圧電センサーの信号処理方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：口腔内スイッチ、１１：マウスピース、１２、１３：圧電センサー、１４、１５：シールドケーブル、１６：受信部、１７：パソコン、１７ａ：ＵＳＢケーブル、１８：送信部、１９：制御装置、２０：基板、２１：圧電体層、２２、２３：電極層、２４：薄膜圧電フィルム、２５、２６：リード線、２７、２８：チャージアンプ、２９：第１のマイコン、３０：無線チップ、３１、３２：アンテナ、３３：無線チップ、３４：第２のマイコン、３５：ＵＳＢ−シリアル変換チップ、３６、３７：発光ダイオード、３８：ブザー、４０、４０ａ：エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、４１：汎用歯列模型、４２：ベースマウスピース、４３：原マウスピース、４４：電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着者、例えば、頸髄損傷、筋ジストロフィー、脳性麻痺、上肢欠損等による肢体不自由者が、口腔内に取付けて使用するスイッチ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、肢体不自由者（例えば、頸髄損傷、筋ジストロフィー、脳性麻痺、上肢欠損等の患者）がパソコン等のＩＴ機器を操作する場合、例えば、口腔内に固定するためのリングと、リングの下部層に設けられる圧力スイッチと、圧力スイッチの上部に立設される操作レバーとを備え、舌で操作レバーを押圧することによりスイッチをオン、オフする口腔用ポインティングデバイスを使用している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の発明では、口腔内ポインティングデバイスを口腔内の所定位置に固定することが難しいという問題があった。また、レバー部が突出しているので、不用意に舌が当たってしまい、誤動作を起こし易いという問題もあった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、口腔内の所定位置に固定し易く、しかも、誤動作し難い口腔内スイッチ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る口腔内スイッチは、口腔内に装着されるマウスピースと、前記マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、前記圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有する。
ここで、圧電センサーの感圧素子（圧電体）としては、抵抗入力式や静電容量式があるが、これらは別に電源を必要とするので、押圧によって電圧が発生し、電力が不要である薄膜圧電素子を使用するのが好ましい。なお、薄膜圧電素子は、無機材によって構成する場合と、有機材によって構成する場合とがあり、いずれも適用可能である。また、制御装置からの出力信号を受信する外部装置としては、例えば、パソコン、テレビ、家庭用ゲーム機、環境制御装置（ＥＣＳ）等がある。環境制御装置は、例えば、ベッドの上下動や上体を起こしたり戻したりする操作、電話の受信や送信、インターホン、玄関の電子錠の開け閉め、照明のオンオフ、テレビの音量の調整やチャンネルの変更、エアコンの調整、照明のオンオフ等を１又は少数のスイッチで行うようにする装置であり、環境制御装置に口腔内スイッチを取付けて、前記した操作を行うことができる。
【０００７】
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は口腔外に配置され、前記圧電センサーとは有線で接続されているのが好ましい。
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は、前記圧電センサーからの出力信号を受信する受信部と、前記外部装置に送信可能な送信部とを有し、該受信部からの出力信号が該送信部に無線によって送信されてもよい。
ここで、無線信号は、電波による信号、超音波、光信号等がある。
【０００８】
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記圧電センサーは、フィルム状の基板と、該基板の少なくとも片面に形成される圧電体層と、更に外側両面に形成される電極層とを積層した薄膜圧電フィルムを有しているのが好ましい。
基板の材質としては、金属を主成分とする材料、セラミックを主成分とする材料、及び高分子化合物を主成分とする材料等が使用できる。
【０００９】
ここで、金属を主成分とする材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、ニッケル、クロム、銅、チタン、タングステン、シリコン、マグネシウム、亜鉛、スズ、モリブデン、ニオブ、ジルコニア、白金、金、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、イットリウム、又はこれらの合金、ステンレス、黄銅、及び青銅等のいずれか１又は２以上を使用することができる。
また、セラミック材料を主成分とする材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、ケイ化モリブデン、ホウ化モリブデン、窒化ホウ素、炭化ホウ素、ホウ化チタン、及びサイアロン等のいずれか１又は２以上を使用することができる。
【００１０】
更に、高分子化合物を主成分とする材料（以下、単に「高分子材料」ともいう）としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニルサルファイド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッカビニリデン、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルイミド、及びポリエーテルエーテルケトン等のいずれか１又は２以上を使用することができる。
基材の材質としては、可撓性があり、軽量であり、取り扱い易いといった特徴を有する高分子を主成分とするフィルムが好ましく、特に、耐熱性、絶縁破壊強度、機械的強度に優れるポリイミド系であるのが好ましい。
【００１１】
また、圧電体層を形成する材料としては、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではないが、一例としてペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）の複合酸化物を主成分とする材料や、ウルツ鉱型構造の化合物を主成分とする材料が使用できる。
ペロブスカイト構造の複合酸化物としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＬｉＮｂＯ３、ＴａＮｂＯ３等がある。また、ウルツ鉱型構造の化合物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛、又はヨウ化銀等があり、これらの中から１種選択すれば良い。
【００１２】
圧電体層の形成方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、及びＭＯＣＶＤ法等が知られており、その中から好ましいものを適宜選択する。圧電体層の膜厚は通常、０．１〜１００μｍが好ましく、更に０．５〜３０μｍが特に好ましい。すなわち、厚みが０．１μｍ未満では、十分な出力が得られ難く、逆に１００μｍを超えると柔軟性が乏しくなりクラックや剥離を引き起こす恐れがある。
【００１３】
更に、電極層を形成する材料としては、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅等の金属や合金の導電材料、又は金属酸化物や金属窒化物の導電材料を用いることができる。
電極層の形成方法は特に限定されるものではなく、例えば塗布処理、メッキ法、スパッタリング法、又は真空蒸着法等の物理蒸着法を用いることができる。
【００１４】
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは、上歯列前方４〜１０歯（上顎歯列前歯から小臼歯）までを覆い、しかも、前記圧電センサーは該マウスピースを装着した際に口腔の内側に配置されるように取付けられているのが好ましい。
本発明に係る口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されているのが好ましい。
【００１５】
生体安全性が確認されたとは、医科材料や歯科材料として認可されている材料であって、使用される熱可塑性材料としては、例えば、熱可塑性樹脂がある。ここで、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、エチレン塩化ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリメチルベンテン、ポリスチレン、スチレン系樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン、ポリウレタン、天然ゴム、合成ゴム、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリメタクリレート、ポリビロキシエチルメタクリレート、ポリエチレンメタクリレート、エチレンメタクリル酸共重合体、ポリサルフォン、トランスポリイソプレン、ポリカプロラクトン、塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、グッタペルカ、コーパル、セラック、及びクマロンインデン樹脂等のいずれか１又は２以上がある。また、使用する熱可塑性材料は、例えば、６０℃以上で軟化し、５０℃以下で硬化するものを使用するのが好ましい。
【００１６】
前記目的に沿う本発明に係る口腔内スイッチの製造方法は、生体安全性が確認された熱可塑性樹脂で形成されたマウスピースと、該マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、該圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有する口腔内スイッチの製造方法であって、
前記マウスピースに前記圧電センサーを貼り付けた後、該圧電センサーの上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１〜６に記載の口腔内スイッチにおいては、圧電センサーがマウスピースに設けられているので、マウスピースを口腔内の所定の位置に装着し易く、圧電センサーを所定の位置に配置することができる。なお、口腔内に装着する部分がマウスピースであるので、外れ難い。
特に、請求項２記載の口腔内スイッチにおいては、制御装置が口腔外に配置され、圧電センサーと有線で接続されているので、マウスピース及び圧電センサーの誤嚥（誤飲）を防止することができる。
【００１８】
請求項３記載の口腔内スイッチにおいては、制御装置が、圧電センサーからの出力信号を受信する受信部と外部装置に送信可能な送信部とを有し、受信部からの出力信号が送信部に無線によって送信されるので、装着、操作の邪魔になるコードが必要でなくなる。また、コードの長さによる制約がなくなるので、装着者が自由に移動することもできる。
請求項４記載の口腔内スイッチにおいては、圧電センサーが、フィルム状の基板と、基板の少なくとも片面に形成される圧電体層と、更に外側両面に形成される電極層とを積層した薄膜圧電フィルムを有しているので、圧電センサーを薄く形成でき、マウスピースからの突出長さを小さくすることができる。また、薄膜圧電フィルムは、押圧によって電圧が発生するので、電力が不要であり、例えば、制御装置に電池を搭載した場合、その分だけ電池の寿命を延長することができる。更に、圧電センサーが薄いため、マウスピースからの突出部分の高さが小さくなり、舌が圧電センサーに不用意に接触することが少なく、誤動作を起こし難い。
【００１９】
請求項５記載の口腔内スイッチにおいては、マウスピースが、上歯列前方４〜１０歯までを覆い、しかも、圧電センサーがマウスピースを装着した際に口腔の内側に配置されるように取付けられているので、マウスピースが外れ難く、しかも、舌を動かす範囲が適度であり、装着者に負担をかけることが少ない。
請求項６記載の口腔内スイッチにおいては、マウスピースが生体安全性の確認された熱可塑性材料で形成されているので、使用時に有害物質が溶出することがなく、安心して使用することができると共に、装着者に合わせて簡単にマウスピースを作ることができる。
【００２０】
請求項７に記載の口腔内スイッチの製造方法においては、生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されたマウスピースに、１又は２以上の圧電センサーを貼り付けた後、圧電センサーの上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着するので、簡単にマウスピースに圧電センサーを取付けることができる。また、圧電センサーは、生体安全性が確認された熱可塑性材料で覆われるので、口腔内に挿入するマウスピースが完全に熱可塑性樹脂で覆われ、使用時の安全性が確保されると共に、口腔内の水分（例えば、唾液）等による短絡を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る口腔内スイッチの説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同口腔内スイッチのマウスピースの装着状態を示す側断面図、背面図、図３は同口腔内スイッチの圧電センサーの説明図、図４は同口腔内スイッチの制御装置のブロック図、図５（Ａ）〜（Ｆ）は同口腔内スイッチの製造方法を示す説明図、図６は同口腔内スイッチの圧電センサーの出力波形を示すグラフ、図７は同口腔内スイッチの圧電センサーの信号処理方法のフローチャートである。
【００２２】
図１〜図４を参照して、本発明の一実施の形態に係る口腔内スイッチ１０について説明する。
図１に示すように、口腔内スイッチ１０は、生体安全性が確認され、６０℃以上で軟化し５０℃以下で硬化する熱可塑性材料の一例である歯科用のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（熱可塑性樹脂）によって装着者（例えば、肢体不自由者）Ａの歯形に合わせて形成されたマウスピース１１と、マウスピース１１に設けられ、装着者Ａがマウスピース１１を装着した際に、舌で押圧可能な位置に取付けられ、押圧による歪みによって電気（圧電気）を発生する１又は２以上、例えば２つの圧電センサー１２、１３と、口腔外に配置され、圧電センサー１２、１３からの出力信号をそれぞれシールドケーブル１４、１５により有線で受信する受信部１６及び受信部１６と無線を介して接続され、外部装置の一例であるパソコン１７にＵＳＢケーブル１７ａを介して出力信号を送信可能な送信部１８を備えた制御装置１９とを有している。以下、それぞれについて詳しく説明する。
【００２３】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、マウスピース１１は、装着者Ａの上歯列前方４〜１０歯、例えば、８歯（すなわち、正中よりそれぞれ左右へ中切歯Ｂ、側切歯Ｃ、犬歯Ｄ、第一小臼歯Ｅ）までを覆うように形成されている。また、圧電センサー１２、１３は、装着者Ａがマウスピース１１を装着した際に口腔の内側、例えば、左右の側切歯Ｃ及び犬歯Ｄの裏側（舌側。以下同様）にそれぞれ跨る位置に取付けられ、装着者Ａが舌Ｆで押圧可能になっている。
【００２４】
図３に示すように、圧電センサー１２（１３）は、高分子材料の一例であるポリイミドで形成され、厚みが５〜１００μｍ（本実施の形態では、１２．５μｍ）のフィルム状の基板２０と、基板２０の片面に、例えば、窒化アルミニウムを蒸着して形成され、厚みが０．５〜１０μｍ（本実施の形態では、１μｍ）の圧電体層２１と、更に外側両面、すなわち、基板２０及び圧電体層２１の表面にそれぞれアルミニウムを蒸着して形成され、厚みが０．０１〜０．５μｍ（本実施の形態では、０．１μｍ）の電極層２２、２３とを積層した薄膜圧電フィルム２４を有している。
【００２５】
更に、電極層２２、２３には、シールドケーブル１４（１５）を構成するリード線２５、２６がそれぞれ取付けられている。電極層２２、２３へのリード線２５、２６の取付けは、既知の方法、例えば、銀ペーストによる接合法、又は超音波による接合法等を使用することができる。
また、圧電センサー１２、１３は、薄膜圧電フィルム２４の中央部を圧電体層２１に設けられた電極層２３を内側にして折り曲げてマウスピース１１に貼り付ける。このように、薄膜圧電フィルム２４を２つ折りにして重ねることにより感度が向上するが、折り曲げなくてもよいし、２回以上折り曲げて重ねてもよい。また、薄膜圧電フィルムを、基板の外側両面に圧電体層を設け、更にその両面に電極層を形成し、感度を向上させてもよい。更に、マウスピース１１を形成する樹脂と同じ樹脂（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂４０ａ）で、マウスピース１１に取付けた圧電センサー１２、１３の表面を覆って、口腔内の水分（例えば、唾液）等による短絡を防止している。
【００２６】
図４に示すように、制御装置１９の受信部１６は、シールドケーブル１４、１５を介して圧電センサー１２、１３にそれぞれ接続され、圧電センサー１２、１３からの第１の出力信号を増幅する図示しないコンデンサーを備えたチャージアンプ２７、２８と、チャージアンプ２７、２８と接続される第１のマイコン２９と、マイコン２９に接続され、マイコン２９から出力される第２の出力信号を送信部１８に送信する送信用の無線チップ３０と、無線チップ３０に接続されるアンテナ３１と、マイコン２９及び無線チップ３０を駆動させる電源、例えば、電池４４を有している。マイコン２９は、チャージアンプ２７、２８及び無線チップ３０と接続されるインターフェース（図示せず）、チャージアンプ２７、２８からの第１の出力信号を構成するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器（図示せず）、ＣＰＵ（図示せず）、ＲＯＭ（図示せず）、及びＲＡＭ（図示せず）を備え、ＲＯＭには、圧電センサー１２、１３からの第１の出力信号を処理するプログラムが記憶されている。また、マイコン２９には、図示しないしきい値設定手段が接続され、圧電センサー１２、１３への押圧力（すなわち、出力される電圧）、押圧時間等を予め設定することができるようになっている。
【００２７】
また、制御装置１９の送信部１８は、受信部１６からの第２の出力信号を受信するアンテナ３２と、アンテナ３２に接続される受信用の無線チップ３３と、無線チップ３３に接続される第２のマイコン３４と、パソコン１７のＵＳＢポート（図示せず）に接続されたＵＳＢケーブル１７ａを接続するためのインターフェース（図示せず）と接続されたＵＳＢ−シリアル変換チップ３５が接続されている。また、送信部１８は、マイコン３４に接続され、圧電センサー１２のみの押圧によって発光する発光ダイオード３６、圧電センサー１３のみの押圧によって発光する発光ダイオード３７、及び圧電センサー１２及び圧電センサー１３が実質的に同時に押圧された際に発するブザー３８が取付けられている。なお、マイコン３４は、図示しないインターフェース、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備え、ＲＯＭには、受信部１６からの第２の出力信号を処理して、パソコン１７に第３の出力信号を送信すると共に、第２の出力信号により発光ダイオード３６、３７、又はブザー３８を作動させる処理プログラムが記憶されている。
【００２８】
次に、図５（Ａ）〜（Ｆ）を参照して、口腔内スイッチ１０のマウスピース１１の作製方法及びマウスピース１１への圧電センサー１２、１３の取付け方法について説明する。
まず、例えば、厚みが５ｍｍで、直径が１０ｃｍの円盤状の歯科用のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂４０を、例えば、６０〜９０℃の熱湯に入れて軟化させ、予め作製された上歯用の汎用歯列模型４１の上歯の左右へ中切歯Ｂから第一小臼歯Ｅまでの８歯を覆うように型取りを行い（Ａ）、ベースマウスピース４２を作製する（Ｂ）。更に、ベースマウスピース４２の左右の側切歯Ｃ及び犬歯Ｄの裏側にそれぞれ跨る位置にそれぞれシールドケーブル１４、１５が接続された圧電センサー１２、１３を貼り付けた後（Ｃ）、更に新たに軟化させたエチレン酢酸ビニル共重合樹脂４０ａで圧電センサー１２、１３の周囲表面を覆い加圧して圧着する（Ｄ）。圧電センサー１２、１３が取付けられたベースマウスピース４２を汎用歯列模型４１から取り外して形を整え、圧電センサー１２、１３を取付けた原マウスピース４３を作製する（Ｅ）。更に、この原マウスピース４３を加温して軟化させた後、装着者Ａの口腔内での口唇圧、舌圧、咬合圧を加えることによって、装着者Ａの歯形に合った形に整え、圧電センサー１２、１３が取付けられた装着者Ａ専用のマウスピース１１を作る（Ｆ）。
【００２９】
このように、口腔内スイッチ１０は、圧電センサー１２、１３がマウスピース１１に取付けられているので、装着し易く、しかも、外れ難くなっている。また、口腔内にマウスピース１１が固定されるので、圧電センサー１２、１３が所定の位置（ここでは、左右の側切歯Ｃ及び犬歯Ｄの裏側）に固定配置されるので、押し間違え難い。マウスピース１１が熱可塑性材料で作製されているので、装着者の歯形に合わせて調整できると共に、簡単に作ることができる。また、マウスピース１１には、シールドケーブル１４、１５が接続されるので、マウスピース１１及び圧電センサー１２、１３の誤嚥（誤飲）を防止することができる。
【００３０】
次に、図６及び図７を参照して、口腔内スイッチ１０の動作について説明する。なお、圧電センサー１２、１３は、同様の動作をするので、圧電センサー１２について詳しく説明する。
図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧電センサー１２が押圧される（すなわち、舌で押す）と、正の電流（オン信号）が発生した後、すぐに電流が基準値に戻り、更に押圧を止める（すなわち、舌を離す）と、負の電流（オフ信号）が発生し、すぐに電流が基準値に戻る。従って、オン信号とオフ信号の時間をタイマーで計測することにより、圧電センサー１２が押されてから離されるまでの時間（押圧時間）を計測することができる。なお、図６に示されている電流値は、チャージアンプ２７によって増幅されている。
【００３１】
口腔内スイッチ１０は、制御装置１９の受信部１６のマイコン２９で、受信した圧電センサー１２、１３の出力信号（オン信号及びオフ信号）をマイコン２９に記憶されたプログラムによって解析する。図７に示すように、圧電センサー１２からのオン信号を受けた場合（ａ）、マイコン２９に内蔵された図示しないタイマーによって圧電センサー１２、１３が押されてからの時間の計測が開始される。
ここで、図６（Ｂ）に示すように、圧電センサー１２が所定時間（長押し判定時間ともいう。例えば、１秒間）を超えて押され続けた場合、すなわち、計測開始から１秒間以内にオフ信号を受けない場合（ｂ）、「長押し」と判定され、出力信号１が発信される。その後、装着者Ａが圧電センサー１２を離し、オフ信号を受けると待機状態に戻る。
【００３２】
また、図６（Ａ）に示すように、圧電センサー１２への押圧時間が１秒間以内の場合、すなわち、計測開始から１秒間以内にオフ信号を受けた場合（ｃ）、「短押し」と判定され、出力信号２が発信される。
更に、圧電センサー１２への押圧時間が１秒間以内に圧電センサー１３が押された（すなわち、実質的に同時に押された）場合（ｄ）、「同時押し」と判定され、出力信号３が発信される。その後、装着者Ａが圧電センサー１２及び圧電センサー１３を離すと、それぞれのオフ信号が送信され待機状態に戻る。
【００３３】
また、圧電センサー１２からのオン信号なしに圧電センサー１３のオン信号を受けた場合（ｅ）、圧電センサー１３からのオン信号の計測から１秒間経過する前に圧電センサー１３からオフ信号を受ける（ｆ）と「短押し」と判定されて出力信号５が発信され、また、１秒間経過する（ｇ）と「長押し」と判定されて出力信号４が発信され、更に、１秒間経過する前に圧電センサー１２からのオン信号を受ける（ｈ）と「同時押し」と判定されて出力信号３が発信される。
【００３４】
マイコン２９からの出力信号１〜５（第２の出力信号）は、受信部１６の無線チップ３０及びアンテナ３１、送信部１８のアンテナ３２及び無線チップ３３を介して、マイコン３４に送られる。マイコン３４は、出力信号１〜５を受信すると、送信部１８に接続されたパソコン１７にそれぞれ出力信号Ａ〜Ｅを送信すると共に、圧電センサー１２が押圧されたことを示す出力信号１及び２を受信すると発光ダイオード３６を点灯させ、圧電センサー１３が押圧されたことを示す出力信号４及び５を受信すると発光ダイオード３７を点灯させ、圧電センサー１２及び圧電センサー１３が同時に押圧されたことを示す出力信号３を受信するとブザー３８を発声させる。
【００３５】
次に、口腔内スイッチ１０によるパソコン１７の操作方法について説明する。
図１に示すように、制御装置１９の送信部１８に接続したＵＳＢケーブル１７ａをパソコン１７に接続すると共に、図２に示すように、装着者Ａの口腔内に口腔内スイッチ１０のマウスピース１１を装着する。ここで、装着者Ａが、舌で圧電センサー１２及び圧電センサー１３のいずれか一方又は双方を押圧又は離すことにより、圧電センサー１２及び／又は圧電センサー１３からの第１の出力信号（オン信号及びオフ信号）が発せられる。受信部１６のマイコン２９により、受信した第１の出力信号が解析されて出力信号１〜５として、送信部１８のマイコン３４に送信され、マイコン３４がパソコン１７、発光ダイオード３６、３７、及びブザー３８に信号が送信される。
【００３６】
口腔内スイッチ１０は、例えば、少数のスイッチで作動する肢体不自由者用のアプリケーション（例えば、環境制御装置、テレビリモコン、家庭用ゲーム機等）の入力装置として使用することができ、また、健常者が使用するキーボードやマウス等の入力装置の代わりに少数のスイッチでワープロ等の文字入力を可能とする入力支援ソフトウエア（例えば、オペレートナビ、キネックス等）の入力装置としても使用することができる。
なお、それぞれのアプリケーションによる口腔内スイッチ１０からの出力信号１〜５の割り付けは、口腔内スイッチ１０に記憶させてもよいし、各アプリケーションで設定してもよい。例えば、口腔内スイッチ１０をテレビリモコンの入力装置として使用した場合には、圧電センサー１２による「短押し」をチャンネル変更とし、「長押し」を電源のオンオフとし、圧電センサー１３による「短押し」をボリューム小とし、「長押し」をボリューム大とし、「同時押し」を呼出用として処理することができる。
【００３７】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記した実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の口腔内スイッチ及びその製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の口腔内スイッチにおいて、マウスピースの材料として、歯科用のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂を使用したが、生体安全性が確認されている熱可塑性材料であればよい。また、マウスピースには、２つの圧電センサーを取付けたが、１つ又は３つ以上取付けてもよく、マウスピースを上歯用としたが、下歯用としてもよい。
【００３８】
前記実施の形態では、頸髄損傷、筋ジストロフィー、脳性麻痺、上肢欠損等による肢体不自由者が、パソコン等の機器の操作を行うようにしているが、これに限らず、例えば、両手が塞がっている健常者が使用することもできる。また、口腔内スイッチ１０を家庭用ゲーム機の入力装置や、テレビのリモコン等に使用することができ、更には、環境制御装置の操作、ベッドの操作、電動車椅子の操作、エレベータの操作等を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る口腔内スイッチの説明図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同口腔内スイッチのマウスピースの装着状態を示す側断面図、背面図である。
【図３】同口腔内スイッチの圧電センサーの説明図である。
【図４】同口腔内スイッチの制御装置のブロック図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｆ）は同口腔内スイッチの製造方法を示す説明図である。
【図６】同口腔内スイッチの圧電センサーの出力波形を示すグラフである。
【図７】同口腔内スイッチの圧電センサーの信号処理方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１０：口腔内スイッチ、１１：マウスピース、１２、１３：圧電センサー、１４、１５：シールドケーブル、１６：受信部、１７：パソコン、１７ａ：ＵＳＢケーブル、１８：送信部、１９：制御装置、２０：基板、２１：圧電体層、２２、２３：電極層、２４：薄膜圧電フィルム、２５、２６：リード線、２７、２８：チャージアンプ、２９：第１のマイコン、３０：無線チップ、３１、３２：アンテナ、３３：無線チップ、３４：第２のマイコン、３５：ＵＳＢ−シリアル変換チップ、３６、３７：発光ダイオード、３８：ブザー、４０、４０ａ：エチレン酢酸ビニル共重合樹脂、４１：汎用歯列模型、４２：ベースマウスピース、４３：原マウスピース、４４：電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
口腔内に装着されるマウスピースと、
前記マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、
前記圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有することを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は口腔外に配置され、前記圧電センサーとは有線で接続されていることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は、前記圧電センサーからの出力信号を受信する受信部と、前記外部装置に送信可能な送信部とを有し、該受信部からの出力信号が該送信部に無線によって送信されることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記圧電センサーは、フィルム状の基板と、該基板の少なくとも片面に形成される圧電体層と、更に外側両面に形成される電極層とを積層した薄膜圧電フィルムを有していることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは、上歯列前方４〜１０歯までを覆い、しかも、前記圧電センサーは該マウスピースを装着した際に口腔の内側に配置されるように取付けられていることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されていることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項７】
生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されたマウスピースと、該マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、該圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有する口腔内スイッチの製造方法であって、
前記マウスピースに前記圧電センサーを貼り付けた後、該圧電センサーの上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着することを特徴とする口腔内スイッチの製造方法。
【請求項１】
口腔内に装着されるマウスピースと、
前記マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、
前記圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有することを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は口腔外に配置され、前記圧電センサーとは有線で接続されていることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記制御装置は、前記圧電センサーからの出力信号を受信する受信部と、前記外部装置に送信可能な送信部とを有し、該受信部からの出力信号が該送信部に無線によって送信されることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記圧電センサーは、フィルム状の基板と、該基板の少なくとも片面に形成される圧電体層と、更に外側両面に形成される電極層とを積層した薄膜圧電フィルムを有していることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは、上歯列前方４〜１０歯までを覆い、しかも、前記圧電センサーは該マウスピースを装着した際に口腔の内側に配置されるように取付けられていることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の口腔内スイッチにおいて、前記マウスピースは生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されていることを特徴とする口腔内スイッチ。
【請求項７】
生体安全性が確認された熱可塑性材料で形成されたマウスピースと、該マウスピースに設けられ、舌で押圧可能な１又は２以上の圧電センサーと、該圧電センサーからの出力信号を受信し、外部装置に送信可能な制御装置とを有する口腔内スイッチの製造方法であって、
前記マウスピースに前記圧電センサーを貼り付けた後、該圧電センサーの上部に更に熱可塑性材料を加圧圧着することを特徴とする口腔内スイッチの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２９９７００（Ｐ２００７−２９９７００Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１２８６０３（Ｐ２００６−１２８６０３）
【出願日】平成１８年５月２日（２００６．５．２）
【出願人】（５０３４５９２５７）有限会社しまだ福祉用具研 (2)
【出願人】（５０６１５２８１８）公立大学法人九州歯科大学 (1)
【出願人】（５０４２６８７４４）独立行政法人労働者健康福祉機構 (13)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２日（２００６．５．２）
【出願人】（５０３４５９２５７）有限会社しまだ福祉用具研 (2)
【出願人】（５０６１５２８１８）公立大学法人九州歯科大学 (1)
【出願人】（５０４２６８７４４）独立行政法人労働者健康福祉機構 (13)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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