(57)【要約】【課題】本発明は、多数回の測定にわたって正確に硬度を測定できる硬度測定用の圧子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の硬度測定用圧子１０は、電気的に導通可能な表面を有する被測定物９０の硬度を測定するための圧子１０であって、前記圧子１０が導電性材料から成る本体１１と前記本体１１の先端に取着され前記被測定物９０に押圧される絶縁チップ１２とを含み、前記圧子１０の外周面１５における前記本体１１と前記絶縁チップ１２との境界線１４が、前記圧子１０の長軸１３に対して垂直な平面Ｂの面内に位置することを特徴とする。本発明の圧子１０は、圧子１０の表面を覆う被膜を含まないので、多数回の測定による被膜の剥離と、被膜剥離に伴う測定精度の低下という問題が起こらない。よって、本発明の圧子１０は、多数回の測定にわたって、正確な硬度を測定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に導通可能な表面を有する被測定物の硬度を測定するための圧子であって、
前記圧子が、導電性材料から成る本体と、前記本体の先端に取着され前記被測定物に押圧される絶縁チップとを含み、
前記圧子の外周面における前記本体と前記絶縁チップとの境界線が、前記圧子の長軸に対して垂直な平面の面内に位置することを特徴とする硬度測定用圧子。
【請求項２】
前記本体が、金合金から成り、
前記絶縁チップが、前記金合金に焼付け可能な陶材から成ることを特徴とする請求項１に記載の硬度測定用圧子。
【請求項３】
前記陶材が、ヌープ硬度２００以上を有することを特徴とする請求項２に記載に硬度測定用圧子。
【請求項４】
前記金合金が、歯科用の陶材焼付用金合金であり、
前記陶材が、歯科用ポーセレンであることを特徴とする請求項２又は３に記載の硬度測定用圧子。
【請求項５】
前記本体が金属から成り、
前記絶縁チップがダイヤモンドから成ることを特徴とする請求項１に記載の硬度測定用圧子。
【請求項６】
前記本体と前記絶縁チップとが、固定層を介して固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の硬度測定用圧子。
【請求項７】
前記固定層が、導電性のロウ材から成ることを特徴とする請求項６に記載の硬度測定用圧子。
【請求項８】
前記被測定物が、導電性薄膜により表面を覆われた絶縁性材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の硬度測定用圧子。
【請求項９】
前記被測定物が、歯牙象牙質であることを特徴とする請求項８に記載の硬度測定用圧子。
【請求項１０】
前記歯牙象牙質が、導電性フッ化物により表面を覆われていることを特徴とする請求項９に記載の硬度測定用圧子。
【請求項１１】
前記被測定物が導電性材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の硬度測定用圧子。
【請求項１２】
前記圧子の前記境界線が、前記平面の面内において円形であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の硬度測定用圧子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の硬度測定用圧子を製造する方法であって、
導電性材料から成る棒状部材を調製する工程であって、前記棒状部材の一方の端面が当該棒状部材の長軸に対して垂直になるように成形することを含む、前記調製する工程と、
前記棒状部材の一端に絶縁性材料から成るチップ用材料を固定する工程と、
前記チップ用材料を、前記棒状部材の長軸を中心軸としてテーパー加工して、絶縁チップに成形する工程と、
を含むことを特徴とする硬度測定用圧子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の硬度測定用圧子を使用する硬度測定装置であって、
前記圧子の前記本体と前記被測定物の前記表面との導通状態を検出する導通検出手段と、
前記導通検出手段により導通が検出された時に前記圧子に加えられている荷重を測定する荷重測定手段と、
を備えていることを特徴とする硬度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の硬度測定に使用される圧子に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯のう蝕（虫歯）の治療では、う蝕で軟化した象牙質を過不足なく的確に除去することが大切である。う蝕象牙質と健全な象牙質との識別は、主に、う蝕検知液による染色、う蝕による自然着色の視認、又はスプーンエキスカベーターによる手応えの変化等で行われている。これらの識別手法は歯科医師の主観に依存するため、識別結果がばらつく恐れがある。そこで、う蝕範囲を客観的に識別するために、口腔内において象牙質の硬度を測定しようとする試みがなされている。
【０００３】
口腔内でう蝕歯の硬度を測定するための装置として、タグバックを利用したハンディータイプの硬度測定装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。う蝕歯のように軟化した部位に探針を突き刺し引き上げると、探針がう蝕歯によって引っ張られる現象（タグバック）が起こる。このタグバックによる探針の牽引力は、被測定物の硬度が低いほど牽引力が強くなる。そのような硬度と牽引力との関係を利用して、特許文献１及び２では、探針を突き刺した箇所の硬度が所定の値（例えば、う蝕歯の目安であるヌープ硬度２０）がより低いときに、探針が動くように構成されている。すなわち、探針が動いた場合には、その測定箇所はう蝕であることが確認できる。
【０００４】
また、生体内の病変部を検出できる硬度測定装置として、周波数偏差を検出する硬度測定装置が知られている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３１９９５０号公報
【特許文献２】特開２００８−２９４１２号公報
【特許文献３】特開平９−１４５６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２のタグバックを利用した硬度測定装置では、所定の硬度（ヌープ硬度２０）より硬いか軟らかいかを判別することはできるものの、硬度自体を知ることができない。特許文献３の硬度測定装置では、硬度を知ることはできるが、複雑な周波数測定回路が必要となる。
【０００７】
そこで、比較的構成が簡単で、硬度を知ることのできる別のう蝕歯硬度測定装置が研究されている（清水明彦、「歯科臨床用う蝕象牙質硬さ測定器の試作」、歯機器誌、第１３巻第２号、２２〜２４頁（２００７年））。このう蝕歯硬度測定装置は、ヌープ硬度の測定原理に基づいており、圧子による圧痕の寸法と、圧子にかけられた荷重とから硬度を求めることができる。
【０００８】
このう蝕歯硬度測定装置の原理を具体的に説明する。使用する圧子は、サファイアから成る圧子本体の表面にＡｕコーティングを施した「Ａｕコーティングサファイア圧子（本明細書では「Ａｕ−サファイア圧子」と称する）」を使用している。この圧子は、先端だけはＡｕコーティングされていない。つまり、サファイアが露出した圧子の先端は絶縁性で、Ａｕコーティングされた部分は導電性となる。
【０００９】
硬度測定時には、圧子をう蝕歯に押し当てて、圧子の先端をう蝕歯に圧入させる。口腔内のう蝕歯は表面が浸出液によって濡れているため、圧子のＡｕコーティングとう蝕歯とが接触すると、Ａｕコーティングとう蝕歯表面とが電気的に導通状態になる。この導通状態は、Ａｕコーティングと、口腔内に設置可能な口内端子との間の電気抵抗を測定することにより確認できる。そして、Ａｕコーティングとう蝕歯表面とが電気的に導通状態になったときに、圧子に加えられている荷重（本明細書では「導通時荷重」と称する）を計測する。
【００１０】
そして、硬度既知の複数試料についても導通時荷重を計測して、荷重−硬度の較正曲線を作成する。この較正曲線を利用すれば、上記の方法で計測されたう蝕歯の導通時荷重から、う蝕歯の硬度を知ることができる。
【００１１】
しかしながら、検討を重ねると、このう蝕歯硬度測定装置で使用されるＡｕ−サファイア圧子は、測定回数が増加するとＡｕコーティングが剥離する恐れがあることが分かった。特に、先端側に位置するＡｕコーティングの縁部は、測定ごとにう蝕歯と接触するので剥離しやすい。そして、Ａｕコーティングの縁部の剥離が進行すると、圧子の先端が所定深さまで侵入してもＡｕコーティングとう蝕歯表面とが電気的に導通状態にならず、硬度測定が不正確になる恐れがある。したがって、正確な硬度測定のためには、測定回数が所定回数に達したらＡｕ−サファイア圧子を新しいものに交換する等の対応が必要になる。
【００１２】
そこで、本発明は、多数回の測定にわたって正確に硬度を測定できる硬度測定用の圧子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】
【００１３】
本発明の硬度測定用圧子は、電気的に導通可能な表面を有する被測定物の硬度を測定するための圧子であって、前記圧子が導電性材料から成る本体と前記本体の先端に取着され前記被測定物に押圧される絶縁チップとを含み、前記圧子の外周面における前記本体と前記絶縁チップとの境界線が、前記圧子の長軸に対して垂直な平面の面内に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧子は、従来の「Ａｕ−サファイア圧子」とは異なり、圧子の表面を覆う被膜を含まない。そのため、多数回の測定による被膜の剥離と、被膜剥離に伴う測定精度の低下という問題が起こらない。よって、本発明の圧子は、多数回の測定にわたって、正確な硬度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る硬度測定用圧子を示している。図１（ａ）は圧子の斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したＸ−Ｘにおける圧子の断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示した矢印Ｃ方向から観察した圧子の平面図である。
【図２】図２は、図１に示す硬度測定用圧子を用いた硬度測定を説明するための概略図である（ａ〜ｃ）。
【図３】図３は、図１に示す硬度測定用圧子を用いた硬度測定を説明するための概略図である。
【図４】図４は、図１に示す硬度測定用圧子を用いて作成した荷重（押し圧）−硬度の較正曲線である。
【図５】図５は、本体と絶縁チップとの境界線が傾斜した硬度測定用圧子を示している。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、図５に示す硬度測定用圧子を用いた硬度測定を説明するための概略図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す硬度測定用圧子を用いた硬度測定を説明するための概略図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、図５に示す硬度測定用圧子を用いた硬度測定を説明するための概略図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、図１に示す硬度測定用圧子を用いた硬度測定を説明するための概略図である。
【図１０】図１０は、硬度測定用圧子の先端の拡大図である（ａ〜ｂ）。
【図１１】図１１は、別の硬度測定用圧子の先端の拡大図である（ａ〜ｂ）。
【図１２】図１２は、図１０の硬度測定用圧子の製造工程を説明するための概略斜視図である（ａ〜ｃ）。
【図１３】図１３は、図１０の硬度測定用圧子の製造工程を説明するための概略断面図である（ａ〜ｃ）。
【図１４】図１４は、図１１の硬度測定用圧子の製造工程を説明するための概略断面図である（ａ〜ｃ）。
【図１５】図１５は、本発明の硬度測定用圧子を使用するハンディータイプの硬度測定装置を説明するための概略図である。
【図１６】図１６は、図１５のハンディータイプの硬度測定装置の概略斜視図である。
【図１７】図１７は、図１５のハンディータイプの硬度測定装置の概略側面図である。
【図１８】図１８は、本発明の硬度測定用圧子を使用する設置型の硬度測定装置を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。
【００１７】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る硬度測定用圧子１０を示している。圧子１０は、導電性材料から成る本体１１と、絶縁チップ１２とを含んでいる。本体１１の一端は先細りにされており、その先端１１０に絶縁チップ１２が取着されている。絶縁チップ１２も先細りにされており、その先端１６は、本体１１の先端１１０より更に細くされている。なお、絶縁チップ１２の長さ（圧子の長軸１３方向における絶縁チップ１２の寸法）は、Ｌで示されている。硬度測定時には、この絶縁チップ１２の先端１６から被測定物に押し込まれる。
【００１８】
本体１１と絶縁チップ１２との境界面１４’は平坦であり（図１（ｂ））、さらに、境界面１４’は、圧子１０の長軸１３に対して垂直な平面Ｂと一致している。よって、圧子１０の外周面１５に現れている本体１１と絶縁チップ１２との境界線１４も、平面Ｂの面内に位置することになる（図１（ａ））。
【００１９】
本発明の圧子１０は、従来の「Ａｕ−サファイア圧子」とは異なり、圧子１０の表面を覆う被膜を含まない。そのため、多数回の測定による被膜の剥離と、被膜剥離に伴う測定精度の低下という問題が起こらない。よって、本発明の圧子１０は、多数回の測定にわたって、正確な硬度を測定することができる。
【００２０】
本発明の圧子１０を用いた硬度測定では、具体的には以下の３ステップを含んでいる。
ステップ（１）：圧子１０の先端１６を被測定物に押し込み、所定の深さまで押し込まれた「時点」を即時に検出する。本発明では、圧子１０の本体１１と、被測定物９０の表面９１との導通を検出することにより、その「時点」を検出する。
ステップ（２）：ステップ（１）で検出された「時点」において、圧子１０に加えられている「荷重」（導通時荷重）を測定する。
ステップ（３）：ステップ（２）で測定された「荷重」を用いて、硬度に換算する。
以下に、各ステップについて具体的に説明する。
【００２１】
＜ステップ（１）：導通の検出＞
図２（ａ）は、圧子１０の先端１６が被測定物９０に接触する前の状態、図２（ｂ）は、圧子１０の先端１６が被測定物９０に押圧されて、絶縁チップ１２の一部が被測定物９０に押し込まれている状態、そして、図２（ｃ）は、絶縁チップ１２の全部が被測定物９０に押し込まれて、圧子１０の境界線１４が被測定物９０の表面９１と一致した状態を、それぞれ示している。なお、被測定物９０は、導電性材料から形成された被測定物（導電性被測定物）、又は絶縁体材料から形成された被測定物であって、その表面を導電性の被膜で覆われた被測定物（絶縁性被測定物）のいずれかである。
また、圧子１０の本体１１と被測定物９０の表面９１との間の導通を検出するために、導通検出手段７０が設置されている。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）では圧子１０の本体１１と被測定物９０の表面９１とが離れており、本体１１と表面９１との間に電気的な導通は生じていない。そのため、導通検出手段７０は、本体１１と表面９１との間が非導通状態であることを示している。
これに対して、図２（ｃ）では、絶縁チップ１２が全て被測定物９０に完全に押し込まれて、境界線１４（本体１１の下端）と表面９１とが一致している。この時点で、本体１１と表面９１とは接触し始める。よって、導通検出手段７０は、本体１１と表面９１との間が導通状態になったことを示している。
【００２３】
導通検出手段７０が導通状態を示した時点を検出すれば、圧子１０の絶縁チップ１２が被測定物９０内に完全に押し込まれた時点、言い換えれば、圧子１０の先端１６が、絶縁チップ１２の長さＬと等しい「深さＬ」まで押し込まれた時点を知ることができる。
【００２４】
＜ステップ（２）：導通時荷重の測定＞
導通時荷重は、荷重測定手段８０によって測定される。図３の例では、荷重測定手段８０は、荷重測定器８１、荷重表示手段８２及び荷重表示部８３を含んでいる。
圧子１０に加えられた荷重は、荷重測定器８１によって測定される。測定された荷重のデータＤは、荷重測定器８１から荷重表示手段８２に送られ、荷重表示部８３に表示される。また、導通検出手段７０は、圧子１０の本体１１と被測定物９０の表面９１とが導通したことを検出すると、荷重表示手段８２に導通信号Ｓを送信する。荷重表示手段８２が導通信号Ｓを受信すると、その時点での荷重（導通時荷重）を荷重表示部８３に固定して表示する。つまり、導通確認前は、荷重表示部８３に表示される数値は変動するが、導通確認後は、その数値は導通時荷重のまま固定される。
【００２５】
＜ステップ（３）：硬度への換算＞
図４は、導通時荷重と、被測定物９０の硬度との関係を示す荷重−硬度の較正曲線である。図４の例では、硬度既知（ヌープ硬度6.5、7.3、１３、１５及び３５）の５つの材料を準備して、上記ステップ（１）〜（２）により導通時荷重を測定し、その結果に基づいて作成した。そして、硬度未知の被測定物では、ステップ（２）で測定された導通時荷重（荷重表示部８３に表示されている）を読取り、図４の較正曲線を用いて硬度に換算する。
なお、較正曲線は、使用する圧子１０の絶縁チップ１２の長さ、内抱角及び材料によって異なるため、実際に測定に使用する圧子１０と同一のものを用いて較正曲線を準備する必要がある。
【００２６】
また、図３の荷重測定手段８０の荷重表示部８３に代えて、硬度換算回路８４と硬度表示部８５とを設けることにより、図４の較正曲線を用いた硬度換算を自動化できる。
硬度換算回路８４は、較正曲線の荷重−硬度換算データ又は荷重−硬度換算式を記憶する記憶領域と、記憶された換算データ又は換算式を用いて、荷重表示手段８２から入力された導通時荷重を硬度に換算する換算回路とを備えている。換算された硬度の値は硬度表示部８５に送られ、硬度表示部８５に表示される。
【００２７】
上述のように、本発明の圧子１０を用いてステップ（１）〜（３）を行うことにより、被測定物９０の硬度を測定することができる。
【００２８】
なお、本発明の圧子１０は、その外周面１５における本体１１と絶縁チップ１２との境界線１４が、圧子１０の長軸１３に対して垂直な平面Ｂの面内に位置していることにより、ステップ（１）（本体１１と被測定物９０の表面９１との導通の検出）における測定誤差を抑制することができる。この効果の具体例を以下に説明する。
【００２９】
まず、圧子の長軸と、被測定物９０の表面９１とが垂直ではない場合（傾斜した表面９１）における、圧子の押し込み深さの測定誤差について検討する。
【００３０】
境界線が圧子の長軸に対して垂直な平面Ｂにないような圧子（例えば、図５のように、境界線１１４が長軸１１３に対して傾斜している圧子１００）では、圧子１００の先端１１６と境界線１１４との距離は、測定箇所によって異なる。境界線１１４の上にある点のうち、圧子１００の先端１１６から最も近い点を「近位点Ｐ１」、最も遠い点を「遠位点Ｐ２」とする。また、先端１１６から近位点Ｐ１までの距離をＬｐ、近位点Ｐ１から遠位点Ｐ２までの距離をΔＬとする。
【００３１】
図５の圧子１００を用いて傾斜した表面９１の硬度を測定すると、表面９１の傾斜方向と、境界線１１４の傾斜方向との関係によって、通電時の圧子１００の押し込み深さが変化する。図６を参照しながら、具体的に説明する。
【００３２】
図６（ａ）は、左上がりに傾斜した表面９１に、境界線１１４が左上がりに傾斜する向きで圧子１００を押し込んだ様子を示している。この場合には、圧子１００の押し込み深さが「Ｌｐ＋ΔＬ」になったときに、表面９１と遠位点Ｐ２とが接触する。そして、表面９１と圧子１００の本体１１との間で通電が検出される。
一方、図６（ｂ）は、右上がりに傾斜した表面９１に、境界線１１４が左上がりに傾斜する向きで圧子１００を押し込んだ様子を示している。この場合には、圧子１００の押し込み深さが「Ｌｐ」になったときに、表面９１と近位点Ｐ１とが接触する。そして、表面９１と圧子１００の本体１１との間で通電が検出される。
【００３３】
このように、境界線１１４が長軸１１３に対して傾斜している圧子１００を用いて、傾斜した表面９１の硬度を測定すると、表面９１の傾斜方向と圧子１００の境界面１１４の傾斜方向との関係が異なるだけで、通電が検出される時の押し込み深さが、最大でΔＬの誤差を生じる恐れがある。
【００３４】
これに対して、本発明の圧子１０は、境界線１４が長軸１３に対して垂直な平面Ｂの面内に位置するため、図７（ａ）のように左上がりに傾斜した表面９１でも、図７（ｂ）のように右上がりに傾斜した表面９１でも、圧子１０の押し込み深さが「Ｌ」になったときに、表面９１と境界線１４とが接触する。すなわち、圧子１０では、表面９１の傾斜方向に関係なく、通電が検出された時の押し込み深さは、実質的に一定（＝Ｌ）になる。よって、圧子１００（図５）に比べて、誤差が生じにくい。
【００３５】
次に、圧子の長軸と、被測定物９０の表面９１とが垂直の場合における、圧子の押し込み深さの測定誤差について検討する。
【００３６】
例えば圧子をハンドピースに取り付けて使用する場合、圧子を押し込んでいる間に手ぶれが生じやすい。その結果、被測定物９０の表面９１に形成される圧痕の寸法（正確には、圧痕の開口部の寸法）が、圧子の先端（絶縁チップ）の外径寸法よりも僅かに大きくなることがある。図８及び図９は、絶縁チップより大きい寸法の圧痕９７と、表面９１に押し込まれた圧子と示している。
【００３７】
図８では、被測定物９０の表面９１に、圧子１００（図５参照）が、深さＬｐ（先端１１６から近位点Ｐ１までの距離と一致）まで押し込まれている。この時の圧子１００の向きは、右側に境界線１１４の近位点Ｐ１が位置し、左側に遠位点Ｐ２が位置する向きである。
図８（ａ）では、圧子１００は、圧痕９７の中で僅かに右に傾いて、圧子１００の絶縁チップ１１２の右側が、圧痕９７の内面と接触している。押し込み深さがＬｐなので、被測定物９０の表面９１と近位点Ｐ１との高さは一致している。よって、表面９１と近位点Ｐ１とが接触し、表面９１と圧子１００の本体１１との間で通電が検出される。
【００３８】
一方、図８（ｂ）では、圧子１００は、圧痕９７の中で僅かに左に傾いて、圧子１００の絶縁チップ１１２の左側が、圧痕９７の内面と接触している。（このとき、近位点Ｐ１と被測定物９０の表面９１とは離れている。）押し込み深さがＬｐなので、被測定物９０の表面９１より遠位点Ｐ２のほうが高い位置にある。よって、表面９１と遠位点Ｐ２とは接触せず、表面９１と圧子１００の本体１１との間で通電は検出されない。
【００３９】
このように、境界線１１４が長軸１１３に対して傾斜している圧子１００では、同じ押し込み深さであるにも拘わらず、測定時の僅かな手ぶれによって、通電が検出される場合と、検出されない場合とが起こりうる。そのため、圧子１００では、精度のよい硬度測定ができない。
【００４０】
これに対して、本発明の圧子１０は、境界線１４が長軸１３に対して垂直な平面Ｂの面内に位置するため、圧子１０が、被測定物９０の表面９１に深さＬ（先端１６から境界線１４までの距離と一致）まで押し込まれているならば、図９（ａ）のように圧子１０が右に傾いても、図９（ｂ）のように圧子１０が左に傾いても、表面９１と境界線１４とが右側または左側で接触する。そのため、いずれの場合でも、表面９１と圧子１０の本体１１との間で通電が検出される。すなわち、本発明の圧子１０は、測定時に僅かに手ぶれしても、所定の押し込み深さ（＝Ｌ)で、常に通電を検出することができる。よって、圧子１００（図５）に比べて、誤差が生じにくい。
【００４１】
このように、本発明の圧子１０は、境界線１４が平面Ｂの面内に位置していることにより、ステップ（１）（本体１１と被測定物９０の表面９１との導通の検出）における測定誤差を抑制でき、その結果として硬度測定の精度も高めることができる。
【００４２】
なお、被測定物９０の表面９１が傾斜している場合、厳密には、圧子１０の境界線１４が平面Ｂの面内において矩形や多角形などの場合（すなわち、図１（ｃ）のような平面視において、境界線１４が矩形や多角形の場合）、被測定物９０の硬度にばらつきを生じる恐れがある。
境界線１４が矩形を例にとって説明する。平面視における先端１６から境界線１４までの距離は、矩形の頂点では長く、矩形の辺部では短い。そのような圧子１０を傾斜した表面９１に押し込むと、矩形の頂点が表面９１の山側部分と接触した場合には、接触点の高さは僅かに高く、矩形の辺部が表面９１の山側部分と接触した場合には、接触点の高さは僅かに低い。
これに対して、圧子１０の境界線１４が平面Ｂの面内において円形（図１（ｃ））であると、平面視における先端１６から境界線１４までの距離が一定になる。そのため、圧子１０を傾斜した表面９１に押し込むと、境界線１４と表面９１の山側部分との接触点は、常に同じ高さになる。よって、境界線１４が平面Ｂの面内において円形であると、硬度測定の精度をさらに向上させることができるので好ましい。
【００４３】
次に、本発明の硬度測定用圧子１０の具体的な構成について詳説する。
図１に示すように、本実施の形態の硬度測定用圧子１０の外形は、一端を削った断面円形の鉛筆に類似している。先端１６は縮径された鋭端であり、後端１７は平坦にされている。
【００４４】
好ましい先端１６の内抱角θ（図１（ｂ））は、被測定物９０の材質によって異なる。よって、被測定物９０に合わせて、最適な内抱角θを有する圧子１０を使用するのが最も望ましい。しかしながら、多種類の圧子１０を準備するのが困難である場合や、汎用性のある圧子１０を準備したい場合には、先端１６のチッピング防止と、被測定物９０への押し込み易さとの観点を鑑みて、内抱角がθ＝３０〜９０°の範囲にある圧子１０を使用するのが好ましい。
【００４５】
さらに、図１０（ｂ）のように圧子１０の先端１６’にＲを付ける（先端を面取りする）と、図１０（ａ）のように鋭利な先端１６に比べてチッピングしにくくなるので好ましい。先端１６のＲの曲率半径は、0.3〜1.0ｍｉｌ（7.5〜２５μｍ）の範囲であるのが好ましい。曲率半径がその範囲にあると、圧子１０を被測定物９０に押し込むのに支障がなく、そして先端１６’のチッピング抑制に効果がある。
なお、本明細書では、絶縁チップ１２の長さＬ（Ｌ１、Ｌ２）は、先端１６、１６’から、境界線１４（境界面１４’）までの実際の長さである。よって、鋭利な先端１６にＲを付けて面取りした先端１６’にすると、絶縁チップ１２の長さは小さくなる。
【００４６】
本体１１に絶縁チップ１２を固定する方法は、２種類に分類される。
一方は、図１０のように、本体１１に絶縁チップ１２を直接固定する方法である。他方は、図１１のように、本体１１と絶縁チップ１２との間に固定層３０を介在させて、本体１１に絶縁チップ１２を間接的に固定する方法である。
直接固定法と間接固定法について、順次説明する。
【００４７】
＜直接固定法＞
直接固定法で形成した圧子１０は、図１０のように、本体１１と絶縁チップ１２との間に固定層（接着剤又はロウ材など）が存在しない。このような圧子１０は、固定層中の成分が滲出して、被測定物９０を汚染する可能性を回避できる点で有利である。
その反面、本体１１と絶縁チップ１２とが、焼結等で直接接合できるように、本体１１を形成する導電性材料と絶縁チップ１２を形成する絶縁材料とを選択する必要がある。
【００４８】
焼結による接合が可能な材料の組合せとしては、金合金と、金合金に焼き付け可能な陶材の組合せがある。そこで、本体１１を金合金から形成し、絶縁チップ１２を金合金に焼付け可能な陶材から形成することにより、本体１１に絶縁チップ１２を直接接合することができる。
【００４９】
具体的な金合金としては、歯科用の陶材焼付用金合金（以下「メタルボンド用金合金」と称する）が利用できる。メタルボンド用金合金としては、金を主成分とし、白金、銀、銅、ロジウム、パラジウム、ガリウム、インジウムなどの合金元素を含むものが挙げられる。メタルボンド用金合金は、陶材を直接焼き付けることができる。また、メタルボンド用金合金は歯科用用途での認可を受けており、口内で使用しても体への悪影響がないことが確認されている。よって、メタルボンド用金合金は、口内の歯牙の硬度測定をする際に使用する圧子１０の本体１１を形成するのに適している。
【００５０】
また、メタルボンド用金合金に焼き付け可能な具体的な陶材としては、歯科用ポーセレンが好適である。歯科用ポーセレンとしては、長石、アルミナ、ジルコニアなどを含むものが挙げられる。歯科用ポーセレンは、メタルボンド用金合金に対して十分な結合強度で焼き付けできるので、圧子１０の使用中に本体１１から絶縁チップ１２が脱落するのを抑制できる。また、メタルボンド用金合金と同様に、歯科用ポーセレンも歯科用用途での認可を受けており、口内で使用しても体への悪影響がないことが確認されている。よって、歯科用ポーセレンは、口内の歯牙の硬度測定をする際に使用する圧子１０の絶縁チップ１２を形成するのに適している。
【００５１】
なお、絶縁チップ１２を形成する陶材は、ヌープ硬度２００以上であるのが好ましく、様々な材料（例えば歯牙、金属、金属被膜、プラスチック、プラスチック被膜など）の硬度測定を行うことができる。
【００５２】
直接固定法による圧子１０の製造方法について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。
（１．棒状部材１１１の作製）
本体１１に使用する金合金を用いて、所定寸法（例えば直径１ｍｍ、長さ１５ｍｍ）の棒状部材１１１を作製する（図１２（ａ）、図１３（ａ））。棒状部材１１１は、鋳造や機械加工により成形される。棒状部材１１１の先端１１０の端面は、棒状部材１１１の長軸１３０に対して垂直にされている。
【００５３】
（２．チップ用材料１２０の固定）
絶縁チップ１２に使用する陶材の原料粉末を泥状に練り、棒状部材１１１の先端１１０に盛り上げる。その後、棒状部材１１１を焼成炉で焼成することにより、棒状部材１１１の先端１１０にチップ用材料１２０を焼き付けて固定する（図１２（ｂ）、図１３（ｂ））。
なお、棒状部材１１１とチップ用材料１２０との結合強度を高めるために、絶縁チップ１２の形成前に、棒状部材１１１の先端１１０の端面を粗面化したり、当該端面にプライマーを塗布してもよい。
【００５４】
（３．絶縁チップ１２の成形）
棒状部材１１１の長軸１３０を中心軸として、チップ用材料１２０をテーパー加工する。これにより、棒状部材１１１（本体１１）の先端に固定された絶縁チップ１２が得られる（図１２（ｃ）、図１３（ｃ））。なお、テーパー加工の際に、棒状部材１１１の先端１１０も共に加工してもかまわない。
その後、必要に応じて、絶縁チップ１２の先端１６を加工してＲを付ける（図１０（ｂ））。
【００５５】
上述の製造方法により作製された圧子１０は、本体１１と絶縁チップ１２との境界面１４’が、圧子１０の長軸１３（棒状部材１１１の長軸１３０と一致）と垂直になる。よって、この製造方法によれば、本体１１と絶縁チップ１２との境界線１４が、圧子１０の長軸１３と垂直な面内にある圧子１０を得ることができる。
【００５６】
＜間接固定法＞
次に、間接固定法について詳述する。
間接固定法で形成した圧子１０は、図１１のように、本体１１と絶縁チップ１２との間に固定層３０が存在している。本体１１と絶縁チップ１２とが直接接合できない材料の組合せであっても、固定層３０を介在させることにより、接合可能にできる。よって、固定層３０を設けることにより、本体１１と絶縁チップ１２とに使用できる材料の選択肢を広げることができる。
【００５７】
固定層３０は、導電性材料（例えば、銀ロウ材、リン銅ロウ材、黄銅ロウ材、錫ハンダなど、導電性を有するロウ材）、又は絶縁性材料（例えば、樹脂系接着剤）から形成することができる。固定層３０の性質によって、圧子１０の本体１１と被測定物９０の表面９１とが導通するまでの深さが異なる。
導電性材料から成る固定層３０の場合、絶縁チップ１２が被測定物９０に完全に押し込まれた時に、本体１１と表面９１とが、固定層３０を介して導通する。すなわち、圧子１０の先端１６が、図１１（ａ）、（ｂ）に示した絶縁チップ１２の高さＬａだけ押し込まれたときに、本体１１と表面９１とが導通する。よって、硬度測定時には、Ｌ＝Ｌａとして取り扱う。
一方、絶縁性材料から成る固定層３０の場合、固定層３０が被測定物９０に完全に押し込まれた時に、本体１１と表面９１とが導通する。図１１（ａ）、（ｂ）に示した絶縁チップ１２の高さＬａと固定層３０の厚さＬｂを用いて表現すれば、圧子１０の先端１６が（Ｌａ＋Ｌｂ）だけ押し込まれたときに、本体１１と表面９１とが導通する。よって、硬度測定時には、Ｌ＝（Ｌａ＋Ｌｂ）として取り扱う。
【００５８】
固定層３０は、接着剤又はロウ材などから形成することができる。特に、ロウ材には多くの種類があり、多種多様な導電性材料及び絶縁材料を、強固に固定できるので好ましい。
【００５９】
例えば、本体１１には、様々な金属や合金が利用できるので、本体１１の製造コストを引き下げることができる。また、絶縁チップ１２には、ダイヤモンドやサファイアなどの高硬度の材料を利用できるので、高硬度の被測定物９０の測定にも利用できる。特に、ダイヤモンドの絶縁チップ１２は、ほぼ全ての被測定物９０の硬度測定に利用できる。
【００６０】
間接固定法による圧子１０の製造方法について、図１４を参照しながら説明する。
（１．棒状部材１１１の作製）
本体１１に使用する導電性材料（例えば金属）を用いて、所定寸法（例えば直径１ｍｍ、長さ１５ｍｍ）の棒状部材１１１を作製する（図１４（ａ））。棒状部材１１１は、鋳造や機械加工により成形される。棒状部材１１１の先端１１０の端面は、棒状部材１１１の長軸１３０に対して垂直にされている。
【００６１】
（２．チップ用材料１２０の固定）
絶縁チップ１２に使用する絶縁材料から、チップ用材料１２０を形成する。なお、チップ用材料１２０の寸法形状は、棒状部材１１１の先端１１０に固定できる程度で、且つ絶縁チップ１２より大きければよい。次に、棒状部材１１１の先端１１０に固定層３０の材料（接着剤又はロウ材）を塗布し、その上にチップ用材料１２０を固定する（図１４（ｂ））。
【００６２】
（３．絶縁チップ１２の成形）
棒状部材１１１の長軸１３０を中心軸として、チップ用材料１２０をテーパー加工する。これにより、棒状部材１１１（本体１１）の先端に固定された絶縁チップ１２が得られる（図１４（ｃ））。なお、テーパー加工の際に、棒状部材１１１の先端１１０及び固定層３０も共に加工してもかまわない。
その後、必要に応じて、絶縁チップ１２の先端１６を加工してＲを付ける（図１１（ｂ））。
【００６３】
なお、ダイヤモンドのように研磨が困難な材質から絶縁チップ１２を形成する場合には、ステップ２（チップ用材料１２０の固定）より先に、棒状部材１１１のみをテーパー加工し、その後に、棒状部材１１１（本体１１）の先端に、小さいダイヤモンド粒子を固定するのが好ましい。これにより、ダイヤモンドの研磨量を減らして、研磨にかかる時間を短縮することができる。なお、圧子１０の境界線１４を圧子１０の長軸１３に対して垂直にするためには、ダイヤモンド粒子に平坦な面を形成して、棒状部材１１１（本体１１）の先端に接着時に、その平坦面を接着面とするのがよい。よって、ダイヤモンド粒子は、平坦面が形成でき、且つその平坦面を接着面として正確に位置決めできる程度の寸法を有することが望ましい。
【００６４】
次に、本発明の圧子１０を使用した２種類の硬度測定装置を説明する。１つは、ハンディータイプの硬度測定装置であり（図１５〜図１７）、もう１つは設置型の硬度測定装置である（図１８）。
【００６５】
まず、図１５〜図１７を参照しながら、ハンディータイプの硬度測定装置４０と、その使用方法について説明する。この例では、硬度測定装置４０により、被測定物９４（歯牙のう蝕部）の硬度を測定する。
【００６６】
硬度測定装置４０は、ケース４２と、先端に圧子１０が固定されたハンドピース４１と、口内に設置される口内端子４３とを含んでいる。
ケース４２には、導通検出手段７０と荷重表示部８３とが内蔵されている。導通検出手段７０は、口内端子４３と、ハンドピース４１に固定された圧子１０との間の導通を検出できるようになっている。
ハンドピース４１は、圧子１０を固定する部分に荷重測定器８１を備え、またハンドピース４１の把持部４１０内に荷重表示手段８２を備えている。荷重表示手段８２は、荷重測定器８１からの荷重データＤを荷重表示部８３に表示する。また、荷重表示手段８２は、導通検出手段７０からの導通信号Ｓを受信して、荷重表示部８３の数値（導通時荷重）を固定することができる。
口内端子４３は、口内粘膜と接触して、口内と導通させるものである。図１５には、口唇に引っ掛けるフック状の口内端子４３が図示されており、口内端子４３の先端は、口内粘膜９３と接触可能にされている。
【００６７】
硬度測定前に、口内端子４３を口唇に引っ掛けて、口内端子４３を口内粘膜９３と接触させる。一方、歯牙象牙質９０の表面（被測定面）９１は、導電性の浸出液によって濡れており、また、歯牙象牙質表面９１には、導電性の象牙細管９２が露出している。象牙細管９２は、導電性の歯髄９５につながっており、歯髄９５は導電性の歯肉９６と接触している。すなわち、口内粘膜９３と歯牙象牙質表面９１とは、浸出液、象牙細管９２、歯髄９５及び歯肉９６を介して導通している（図１５に、口内粘膜９３と歯牙象牙質表面９１との間の導通経路Ｐを破線で示す）。よって、口内端子４３と歯牙象牙質表面９１とは、導通経路Ｐと口内粘膜９３とを通って電気的に導通している。なお、歯牙象牙質９０の表面（被測定面）９１が乾燥している場合は、導電性フッ化物などを歯牙象牙質表面９１に塗布して、導電性の被膜を意図的に形成することができる。導電性フッ化物により形成された導電性被膜を介して、歯牙象牙質表面９１と口内端子４３とを導通させることもできる。
【００６８】
硬度測定時には、測定者（歯科医師）がハンドピース４１を把持し、圧子１０を口内に挿入する。圧子１０の先端１６をう蝕部９４に押し付けて、圧子１０の絶縁チップ１２をう蝕部９４に押し込む。絶縁チップ１２が完全に押し込まれて、圧子１０の本体１１と歯牙表面９１とが接触した時に、本体１１と口内端子４３とが導通する。導通検出手段７０は、本体１１と口内端子４３との導通を検出して、荷重表示手段８２に導通信号Ｓを送信する。導通信号Ｓを受信した荷重表示手段８２は、荷重表示部８３の荷重表示を固定する。固定された荷重の表示が導通時荷重である。そして、荷重表示部８３に表示された導通時荷重を換算して、う蝕部９４の硬度が得られる。
【００６９】
ハンディータイプの硬度測定装置４０は、図１６及び図１７のように、ケース４０内にハンドピース４１と口内端子４３を収納できるように設計されており、持ち運びに適している。また、ケース４０内にバッテリーを内蔵すれば、電源のない場所でも硬度を測定できる。
【００７０】
次に、図１８を参照しながら、設置型の硬度測定装置５０と、その使用方法について説明する。この例では、硬度測定装置５０により、導電性の被測定物９０（金属板）の硬度を測定する。
【００７１】
硬度測定装置５０は、本体５１と、金属板９０を載置する測定テーブル５２と、先端に圧子１０が固定されたアーム５３とを含んでいる。
本体５１には、導通検出手段７０と荷重表示部８３とが内蔵されている。導通検出手段７０は、測定テーブル５２と、アーム５３に固定された圧子１０との間の導通を検出できるようになっている。
アーム５３は、圧子１０を固定する部分に荷重測定器８１と荷重表示手段８２を備えている。荷重表示手段８２は、荷重測定器８１からの荷重データＤを荷重表示部８３に表示する。また、荷重表示手段８２は、導通検出手段７０からの導通信号Ｓを受信して、荷重表示部８３の数値（導通時荷重）を固定することができる。
【００７２】
硬度測定時には、測定者が手動あるいは自動でアーム５３を垂直下方に下げて、圧子１０の先端１６を金属板９０の表面９１に接触させる。さらにアーム５３を下げて、圧子１０の先端１６を金属板９０の表面９１に押し付け、圧子１０の絶縁チップ１２を押し込む。絶縁チップ１２が完全に押し込まれて、圧子１０の本体１１と金属板９０の表面９１とが接触した時に、金属板９０を通って測定テーブル５２と本体１１とが導通する。導通検出手段７０は、本体１１と測定テーブル５２との導通を検出して、荷重表示手段８２に導通信号Ｓを送信する。導通信号Ｓを受信した荷重表示手段８２は、荷重表示部８３の荷重表示を固定する。固定された荷重の表示が導通時荷重である。そして、荷重表示部８３に表示された導通時荷重を換算して金属板９０の硬度が得られる。
【００７３】
この硬度測定装置５０は、従来のヌープ硬度計に比べて構造が簡単なので、安価に製造できる。また、設置場所が厳密に水平でなくても良いので、金属板９０を製造している製造現場に設置して、即時に硬度を測定できる。また、簡便な測定に比して、精度の高い硬度測定が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の硬度測定装置は、歯科分野における口腔内のう蝕歯の硬度測定の他にも、金属材料、金属被膜、ゴム材料、プラスチック材料、プラスチック被膜、鉱石などの硬度測定に利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０  硬度測定用圧子
１１  本体
１１０  本体の先端
１１１  棒状部材
１２  絶縁チップ
１２０  チップ用材料
１３  長軸
１４  境界線
１４’  境界面
１５  外周面
１６  先端
１７  後端
３０  固定層
４０  ハンディータイプ硬度測定装置
４１  ハンドピース
４１０  把持部
４２  ケース
４３  口内端子
５０  設置型硬度測定装置
５１  本体
５２  測定テーブル
５３  アーム
７０  導通検出手段
８０  荷重測定手段
８１  荷重測定器
８２  荷重表示手段
８３  荷重表示部
８４  硬度換算回路
８５  硬度表示部
９０  被測定物（歯牙象牙質）
９１  被測定物の表面（歯牙象牙質表面）
９２  象牙細管
９３  口内粘膜
９４  う蝕部
９５  歯髄
９６  歯肉
Ｂ  平面
Ｄ  荷重データ
Ｌ  絶縁チップの長さ
Ｐ  導通経路
Ｓ  導通信号
【図１】
2011017548.tif 000003
【図２】
2011017548.tif 000004
【図３】
2011017548.tif 000005
【図４】
2011017548.tif 000006
【図５】
2011017548.tif 000007
【図６】
2011017548.tif 000008
【図７】
2011017548.tif 000009
【図８】
2011017548.tif 000010
【図９】
2011017548.tif 000011
【図１０】
2011017548.tif 000012
【図１１】
2011017548.tif 000013
【図１２】
2011017548.tif 000014
【図１３】
2011017548.tif 000015
【図１４】
2011017548.tif 000016
【図１５】
2011017548.tif 000017
【図１６】
2011017548.tif 000018
【図１７】
2011017548.tif 000019
【図１８】
2011017548.tif 000020