JP2011117920A

JP2011117920A - 弾力計測装置

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Publication number: JP2011117920A
Application number: JP2009289770A
Authority: JP
Inventors: Toshio Ito; 敏夫伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】高深度に存在する軟物質（筋肉など）の弾力を精度良く評価する。
【解決手段】計測対象物の表面に変位量を司る接触パネルと、負荷検出機構を一対とした先端接触子を計測対象物の表面に押込み、所定の最大荷重値の後に接触子に負荷検出機構を介し信号を得て、変位量を司る接触パネルの変位量を変位量検知機構から信号を得て、変位量と荷重量からヤング率係数（縦弾性率・パスカル）をマイコンで演算し、ヤング率係数を評価する弾力測定装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟物質のヤング率を検出することが出来る。例えば筋肉の弾力（ヤング率係数）やウレタンの弾力等の情報を手動で簡単に得ることが可能な軟物質の弾力計測に関する。
特に、バネを少なくとも複数個を連結ジョイントを用い直列に連結させ、接触パネル等の移動部の自重を複数個のバネ圧と均衡にするよう設計し接触パネルが計測対象物の表面に印加する自重を少なくとも所定の最大荷重値の１０％以下とする。また、高深度部位の弾力を検知する接触子の先端を球状にして先端接触子及び負荷検出機構を一対とし、所定の最大荷重値に設定した後に接触子が到達した時点で荷重値と変位値をマイコンプログラムが演算しヤング率係数を表示する弾力計測試験手段。

例えば、筋肉の硬さや車の椅子などに使用されるウレタンまたタイヤ等のゴムを計る計測装置は良く知られている。一方、軟物質に関しては、棒状の圧電振動子の先端半球の接触子を装着した触覚センサーを軟物質に押付け、押付け荷重の大きさと圧電振動子の共振周波数の変化から軟物質の硬さを計測する方法がある。

例えば特許文献１非特許文献１に記載されているものがある。これらは、変位量を又は、荷重量を設定し自動的に押し出し、計測対象物の変位量と検出荷重量から硬軟を評価している。

特願２００４−８５５４８号公報、図２等。歯科医学、２０００、６３（１）：ページ２３−３２。触覚センサーを用いた咬筋の筋疲労判定に関する検討・片山博司・稲田条司ページ４のグラフ。

手動で軟物質の計測を行う場合、計測者の押付け量または、押付け速度が個々に違うため計測値に個体差が生じる問題があると言われている。
例えば、多層構造体の下層にある筋肉等を計測する場合は、計測プローブを手で保持し皮膚面から手動で筋肉までの距離を押込む必要がある。皮膚面から筋肉までの距離は、千差万別であり部位によっても厚さがまちまちである。さらに手動であるため押付けスピードも計測状態により変化してしまうことになる。従来の装置では、このような問題を抱えながら計測者の計測手法において訓練を行い計測数値の再現性を調整するに至っていると言われている。このようなことから計測された数値の客観性に疑問が残されている。
本発明は、前記のような点に着目し、多層構造等の下層にある筋肉硬さや、自動車シートの構造体の弾力試験方法及び弾力測定装置を提供することを課題としている。

前記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、計測対象物の表面に接触パネルと先端接触子を同時に押付け、その先端接触子が押込まれた距離を検出する接触パネルの距離と先端接触子に負荷された荷重から計測対象物の弾力を評価する弾力試験方法であって、所定荷重値に設定した後に、接触パネルの変位量および先端接触子に負荷された荷重量により計測対象物の弾力をヤング率係数として表すことを特長とする弾力試験方法である。

次に、請求項２に記載した発明は、計測対象物の表面に接触パネルと先端接触子を同時に押付け、その先端接触子が押込まれた距離を検出する接触パネルの検出距離と所定の最大荷重値に設定した後の荷重値に達したときの押込み量からヤング率係数として表すことを特長とする弾力試験方法である。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、前記計測対象物は、弾力の異なる多層構造体から構成され、硬度が異なる上層と下層を有する計測対象物において上層と下層を一対として計測対象物のヤング率係数として評価することを特長とする請求項１又は、請求項２に記した弾力試験方法である。

次に、請求項４に記載した発明は、計測対象物の表面に接触パネルと先端接触子を同時に押付け、その先端接触子が押込まれた距離を検出する接触パネルの距離と先端接触子に負荷された荷重から計測対象物の弾力を評価する弾力試験装置において、当該装置に支持された先端接触子を計測対象物の表面に押込み、前記先端接触子に負荷された荷重値を所定荷重値に設定した後に荷重を検出する荷重量検出手段と、前記弾力試験装置に対する進退可能な変位量を検出する接触パネル機構と、前記変位量検出手段及び所定の最大荷重値に設定した後の荷重量検出手段の検出信号に基づき、検出信号からヤング率係数を演算する演算装置とを備え、計測対象物に対して計測されたデータの単位を、計測対象物に対する応力と歪みから［ヤング率Ｅ］＝［応力 σ ］／［ひずみ ε ］として数値化することを特長とする弾力計測装置である。

次に、請求項５に記載した発明は、測定対象物の表面に接触させる進退可能な接触パネルと、前記接触パネルを背後から付勢する接触パネル付勢手段と、前記接触パネル付勢手段を介して前記接触パネルの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記接触パネルと同軸線上に配置される先端接触子と、前記先端接触子を背後から付勢する先端接触子付勢手段と、前記先端接触子付勢手段を介して前記先端接触子の荷重量を検出する荷重量検出手段と、
前記変位量検出手段からの変位量検出信号及び荷重量検出手段からの荷重量検出信号に基づき検出信号からヤング率係数を演算する演算装置とを備え、
計測対象物に対して計測されたデータの単位を、計測対象物に対する応力と歪みから［ヤング率Ｅ］＝［応力 σ ］／［ひずみ ε ］として数値化することを特長とする弾力計測装置である。

次に、請求項６で記載した発明は、計測対象物の表面から前記先端接触子と前記接触パネルを押し込み所定荷重値に設定した後の時間軸から検出する検出サンプリング個数の荷重値と前記接触パネルに連結した変位機構の変位量検出手段から時間軸により検出された検出サンプリングの個数の変位値で生じるヒステリヒスを演算する事により面積を求め損失量を表示する手段を備えることを特徴とする弾力測定装置である。

本発明によれば、前記押込み量と押付け荷重からヤング率係数を算出することで、計測対象物の弾力を数値化することが可能となる。
なお、例えば、対象となる計測対象物（筋肉）の損失量を算出することで、肩こりなどの現象を見つけ、それたにあった施術の検討を行うことも可能である。
応用例としては、車のシート等の（ウレタン等）製品に対して、簡単に手持ちで弾力を計測し、計測されたヤング率係数の比較により製造品の不良品の削減に繋がることも考えられる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（弾力測定装置）
図１は、本実施形態の弾力試験方法に使用される、弾力測定装置の一部透視図的に図示した断面図である。
弾力測定装置は、接触パネル１と、内筒２が軸方向３０に進退可能に案内され、距離素子連結シャフト２１は、内筒２に支持され３０方向に変位する事により距離検出素子２６で距離を検出する手段と、変位量を司る接触パネル１に複数連結バネ３１を連結する連結バネ止め具を配置させ軸方向３０に変位した分を戻す役割と、計測対象の表面を負荷荷重によって生じる改質作用を少なくする機構を備える。

計測対象物の表面に接触パネル１と内筒２を押付け、これらが軸方向直線的に移動させるため内筒２に複数の止め具を設けシリンダー６に複数の溝をつけ直線的且つ、滑らかに動く機構とし、外筒５に固定する。

前記複数複数連結バネ３１と連結バネ止め具３を、中空状態に配置した接触シャフト４に取り付けた先端接触子１７に配置し、前記負荷荷重によって生じる改質作用を少なくする機構とする。

前記中空状態に配置した接触シャフト４に取り付けた先端接触子１７に、プレッシャーバリュー算出調整バネ止め具２０を配置し、プレッシャーバリュー算出調整バネ止め具２０を真ん中に、プレッシャーバリュー算出調整バネ１９を前後に配置する。
外筒５に取り付けたアダプタ８の真ん中に調整用ネジを設け、プレッシャーバリュー算出調整ネジ１８を回し、負荷検出素子２３に適宜調整しプレッシャーバリューを算出する手段を備え、負荷検出基板２５を配置する。

先端接触子１７と接触シャフト４を介し、計測対象物を計測するときに生じる印圧により負荷検出素子２３を支える負荷検出素子固定治具２４に応力緩和特性の現象が生じるため剛性の高い材料を配置し、計測時の押付け圧による計測データの誤差を軽減する機構を備える。

負荷検出素子２３と負荷検出基板２５及び負荷検出素子２３をフランジ２２に取付け、接触シャフト４に調整し押付け、計測時に生じる過大な印圧によって負荷検出素子２３を破壊しない機構を備える。

計測対象物の表面に、先端接触子１７と接触子シャフト４を押込んだときに生じる印圧が負荷検出素子２３に負荷され、負荷検出素子２３から得られた電気的信号は負荷検出基板を介して、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板１２に伝達される。
内筒２に取付けた距離素子連結シャフト２１は、計測対象物の表面から押込んだときに、接触パネル１と内筒２が計測時の移動方向３０に変位したときに、距離素子連結シャフト２１は、距離素子２６に電気的信号として伝達される。
負荷素子１７と距離素子２６から得られた信号は、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板に伝達され、所定の最大荷重値に設定した後の荷重を算出して、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板１２によって演算され、ヤング率係数として液表表示パネル１０にヤング率係数（Ｐａ・パスカル）として計測データを表示する機能を備える。
また、負荷素子１７と距離素子２６から得られた信号は、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板に伝達され、所定の最大荷重値に設定した後の荷重を算出して、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板１２によって損失量を計算し、単位のない数値として液表表示パネル１０に表示される。

格納筒９には、第２マイコン基板の止め具２７とスペーサ１５を使い、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板１２を固定する。
さらに、各マイコン基板及び液表表示パネルと電池固定板２８を使用し、第１マイコン基板１１及び第２マイコン基板１２と液表表示パネル１０及び電池２９を固定する。
後方キャップ１６を格納筒９から取り外し、電池２９の交換を容易にする手段を備える。

格納筒９の内側よりマイコン基板１１に固定された、機能スイッチ１３を操作する事により、各計測設定や、計測データの記録、削除等を可能にした機能を備える。

ここで、本発明に基づく弾力試験方法は、例えば下記の分野で使用可能と思われる。
・医療福祉：リハビリ、理学療法、形成外科。
・競技スポーツ：スポーツドクター、競技選手。
・工業製品：自動車のシート、寝具、じゅうたんなどの品質管理など。

本発明に基づく実施形態の高深度部位の弾力計測装置の断面図である。本発明に基づく実施形態の高深度部位の弾力計測装置の断面図である。計測対象物の表面に本発明の計測開始位置の模式図である。計測試料へ押込んだときの計測模式図である。計測時の所定の荷重値による筋肉の硬軟評価グラフである。変位と荷重におけるヒステリシスグラフにより損失量を表したグラフである。

１接触パネル
２内筒
３連結バネ止め具
４接触子シャフト
５外筒
６シリンダー
７プレッシャーバリュウ算出調整バネ１
８アダプタ
９格納筒
１０液表表示パネル
１１第１マイコン基板
１２第２マイコン基板
１３機能スイッチ
１４第１マイコン及び液表表示パネル押さえ板
１５スペーサ
１６後方キャップ
１７先端接触子
１８プレッシャーバリュウ算出調整ネジ
１９プレッシャーバリュウ算出調整バネ
２０プレッシャーバリュウ算出調整バネ止め具
２１距離素子連結シャフト
２２フランジ
２３負荷検出素子
２４負荷検出素子固定冶具
２５負荷検出基板
２６距離検出素子
２７第２マイコン基板の止め具
２８各マイコン基板及び液表表示パネルと電池固定板
２９電池
３０計測時の移動方向
３１複数連結バネ

Claims

計測対象物の表面に接触パネルと先端接触子を同時に押付け、その先端接触子が押込まれた距離を検出する接触パネルの距離と先端接触子に負荷された荷重から計測対象物の弾力を評価する弾力試験方法であって、所定荷重値に設定した後に、接触パネルの変位量および先端接触子に負荷された荷重量により計測対象物の弾力をヤング率係数として表すことを特長とする弾力試験方法。
計測対象物の表面に接触パネルと先端接触子を同時に押付け、その先端接触子が押込まれた距離を検出する接触パネルの検出距離と所定の最大荷重値に設定した後の荷重値に達したときの押込み量からヤング率係数として表すことを特長とする弾力試験方法。
前記計測対象物は、弾力の異なる多層構造体から構成され、硬度が異なる上層と下層を有する計測対象物において上層と下層を一対として計測対象物のヤング率係数として評価することを特長とする請求項１又は、請求項２に記した弾力試験方法。
計測対象物の表面に接触パネルと先端接触子を同時に押付け、その先端接触子が押込まれた距離を検出する接触パネルの距離と先端接触子に負荷された荷重から計測対象物の弾力を評価する弾力試験装置において、当該装置に支持された先端接触子を計測対象物の表面に押込み、前記先端接触子に負荷された荷重値を所定荷重値に設定した後に荷重を検出する荷重量検出手段と、前記弾力試験装置に対する進退可能な変位量を検出する接触パネル機構と、前記変位量検出手段及び所定の最大荷重値に設定した後の荷重量検出手段の検出信号に基づき、検出信号からヤング率係数を演算する演算装置とを備え、計測対象物に対して計測されたデータの単位を、計測対象物に対する応力と歪みから［ヤング率Ｅ］＝［応力 σ ］／［ひずみ ε ］として数値化することを特長とする弾力計測装置。
測定対象物の表面に接触させる進退可能な接触パネルと、前記接触パネルを背後から付勢する接触パネル付勢手段と、前記接触パネル付勢手段を介して前記接触パネルの変位量を検出する変位量検出手段と、
前記接触パネルと同軸線上に配置される先端接触子と、前記先端接触子を背後から付勢する先端接触子付勢手段と、前記先端接触子付勢手段を介して前記先端接触子の荷重量を検出する荷重量検出手段と、
前記変位量検出手段からの変位量検出信号及び荷重量検出手段からの荷重量検出信号に基づき検出信号からヤング率係数を演算する演算装置とを備え、
計測対象物に対して計測されたデータの単位を、計測対象物に対する応力と歪みから［ヤング率Ｅ］＝［応力 σ ］／［ひずみ ε ］として数値化することを特長とする弾力計測装置。
計測対象物の表面から前記先端接触子と前記接触パネルを押し込み所定荷重値に設定した後の時間軸から検出する検出サンプリング個数の荷重値と前記接触パネルに連結した変位機構の変位量検出手段から時間軸により検出された検出サンプリングの個数の変位値で生じるヒステリヒスを演算する事により面積を求め損失量を表示する手段を備えることを特徴とする弾力測定装置。