JP2020003245A - 把持部を備える押込み試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧子の押込み方向を被検体の面に垂直な方向に容易に設定できる押込み試験装置を提供する。【解決手段】被検体に押し込まれる圧子及びこの圧子に作用する力を検出する力センサを備える、棒状の外形形状を有する押込み試験装置本体７０と、押込み試験装置本体７０の長手方向の中間に位置する外周部分に取り付けられた把持部８０と、を具備し、把持部８０が、押込み試験装置本体７０の圧子から力センサに向かう方向に対して、鋭角を成すように押込み試験装置本体７０の外周部分から伸びていることを特徴とする。操作者は、この装置の把持部８０を持ち、手首を支点にして、押込み試験装置本体７０が被検体面に対して垂直になるように調整することができる。このとき、押込み試験装置本体７０に操作者の手が触れておらず、押込み試験装置本体７０の全体が操作者に見えるため、正しい向きへの調整が容易である。【選択図】図１

Description

本発明は、蒲鉾・ハム等の食品やヒトの柔軟な組織などに圧子を押込み、それらの柔らかさを計測する押込み試験装置に関する。

下記特許文献１には、柔軟な食品や人体組織などを被検体として、その柔らかさを計測する押込み試験装置が開示されている。
この装置は、図８に示すように、ペンシル状の外形を有しており、その外形を形作る筐体１０の内部に、被検体に押込まれる圧子５０や、圧子５０を被検体に押込んだ時に圧子５０に作用する力を検出する力センサ３０、圧子５０に作用する力に基づいて、被検体の柔らかさを評価するヤング率を算出する演算部４０等が収納されている。
図９は、この押込み試験装置の構成を簡略化して示している。圧子５０は、先端の半球部分の一定量が筐体１０の端面１１から突出するように筐体１０に収容されている。
図中、符号４１は、力センサ３０のゼロ点を設定したり、計測開始を指示したりするスイッチを表している。

この装置を操作する操作者は、筐体１０部分を把持し、ゼロ点設定のボタン４１操作を行った後、筐体１０の端面１１が被検体に当接するまで圧子５０を被検体に押込む。
このとき、筐体１０の端面１１が被検体に当接したときに力センサ３０で検出された力（押込荷重）をＦ、筐体１０の端面１１から突出する圧子５０の突出量（即ち、被検体に押込まれる圧子５０の押込量）をδ、圧子５０の半球面の直径をφ、被検体のヤング率をＥ、被検体に固有のポアソン比をνとすると、これらの間には(数１)で表される関係が存在する。
この(数１)を用いて、力センサ３０で検出された押込荷重Ｆから被検体のヤング率Ｅを求めることができる。

この押込み試験装置は、被検体の柔らかさを、被検体が本来あるべき場所で測定すること（いわゆる“その場測定”）が可能である。図１０には、筐体１０に把持部６０を設けた押込み試験装置を用いて、輸送管に装着された緩衝材の柔軟性を測定する様子や、運動直後の脚の筋肉の硬さを測定する様子を示している。
また、人体の腹壁に設けた孔からこの装置の先端を挿入し、体内臓器の柔らかさを測定すること等も可能であると考えられる。

ＷＯ２０１７／１６４４２６

しかし、この押込み試験装置では、圧子５０を被検体に押込む際の筐体１０の進行方向が、被検体面の垂直方向からズレていると、測定精度が低下するという問題がある。
図１１に示すように、圧子５０が被検体面の垂線方向から被検体に押込まれたときに力センサ３０で検出される力をＦとすると（図１１（ａ））、圧子５０が被検体面の垂線方向に対してθだけ傾いた方向から被検体に押込まれた場合、力センサ３０で検出される力Ｆ’は、
Ｆ’＝Ｆｃｏｓθ
となる（図１１（ｂ））。
また、図１１（ａ）の状態で圧子５０が被検体に押込まれる量をδとすると（図１１（ｃ））、圧子５０が図１１（ｂ）の状態で被検体に押込まれる量δ’は、
δ’＝δ−ｒｓｉｎθ
となる（図１１（ｄ））。
そのため、（数１）において、Ｆ及びδがＦ’及びδ’に代わるので、ヤング率Ｅの誤差が大きくなる。

本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、圧子の押込み方向を被検体の面に垂直な方向に容易に設定することができる押込み試験装置を提供することを目的としている。

本発明は、被検体に押し込まれる圧子及びこの圧子に作用する力を検出する力センサを備える、棒状の外形形状を有する押込み試験装置本体と、押込み試験装置本体の長手方向の中間に位置する外周部分に取り付けられた把持部と、を具備し、把持部が、押込み試験装置本体の圧子から力センサに向かう方向に対して、鋭角、直角又は鈍角を成すように押込み試験装置本体の外周部分から伸びていることを特徴とする。
操作者は、この装置の把持部を持ち、手首を支点にして、押込み試験装置本体が被検体面に対して垂直になるように調整することができる。このとき、押込み試験装置本体に操作者の手が触れておらず、押込み試験装置本体の全体が操作者に見えるため、正しい向きへの調整が容易である。また、力センサが体温によって変調を来す事態も回避できる。

また、本発明の押込み試験装置では、把持部に、力センサの検出結果に基づいて被検体の柔らかさを算出する演算部を設けることが望ましい。
演算部を把持部側に設けることで、押込み試験装置本体の構造が簡略化でき、製造が容易になる。

また、本発明の押込み試験装置では、把持部に、演算部で算出された被検体の柔らかさ等を表示する表示部を設けるようにしても良い。
操作者は、この表示部の表示から、押込み試験装置本体の押込み方向が適正であるか否かを確かめることができる。

また、本発明の押込み試験装置では、把持部に、力センサのゼロ点を設定するスイッチを設けることが望ましい。
スイッチが押込み試験装置本体側に有ると、スイッチ操作時の押圧力で押込み試験装置本体が傾く可能性があるが、スイッチを把持部側に設けることで、そうした事態が回避できる。
また、本発明の押込み試験装置では、把持部に、押込み試験装置の電源となる電池を収納することが望ましい。
押込み試験装置の内部に電源を持つことで、外部から電源コードを接続する必要が無くなり、押込み試験装置の操作性が向上する。

また、本発明の押込み試験装置では、押込み試験装置本体の両端近傍の外周部分を、それ以外の外周部分の色と異なる色で彩色することが望ましい。
操作者は、押込み試験装置本体の上下の色を見ることで、押込み試験装置本体の傾きが把握し易い。

本発明の押込み試験装置は、圧子の押込み方向を被検体の面に垂直な方向に容易に設定することができる。

本発明の実施形態に係る押込み試験装置の側面図 本発明の実施形態に係る押込み試験装置の斜視図 図１の装置の内部構造を示す図 図３の装置の圧子及び接触検知センサの構造を示す図 図３の装置の力センサの一例を示す図 図１の装置の把持部を把持した状態を示す図 図１の装置の変形例を示す図 従来の押込み試験装置を示す図 従来の押込み試験装置を簡略化して示した図 従来の押込み試験装置の使用状態を示す図 圧子の傾きがヤング率算出に及ぼす影響を説明する図

図１は、本発明の実施形態に係る押込み試験装置の側面図を示し、図２は、同装置の斜視図を示している。
この装置は、棒状の外形形状を有する押込み試験装置本体７０と、押込み試験装置本体７０の長手方向の中間に位置する外周部分に取り付けられた把持部８０とから成る。
押込み試験装置本体７０は、力センサを収容する円筒状部７１と、円筒状部７１の下端に在って被検体に当接する被検体当接部７２とを有している。被検体当接部７２を被検体に当接させた状態で円筒状部７１を被検体に向けて押し進めると、後述するように、被検体当接部７２の一部は円筒状部７１の中に入り込む。
また、円筒状部７１の外周面の上側及び下側には、その他の外周面と異なる色で彩色された彩色部７１１、７１２が設けられている。

把持部８０は、円筒状部７１の中間位置の外周面に固定されており、その固定位置から、円筒状部７１の下側から上側に向かう方向に対して鋭角を成す方向に伸びている。この実施形態の押込み試験装置では、“鋭角”を３０°に設定している。
把持部８０には、力センサのゼロ点を設定するスイッチ８１と、測定結果を表示する表示部８２と、表示部８２をオン・オフするスイッチ８３と、表示部８２に表示されたデータを削除する際に操作するスイッチ８４とが設けられている。

図３は、押込み試験装置本体７０及び把持部８０の内部構造を示している。
押込み試験装置本体７０は、先端に半球面を有する圧子５０と、圧子５０を取り囲む位置に配置された複数の接触検知センサ５１と、圧子５０に作用する押込み荷重を検知する力センサ３０とを有している。
力センサ３０は、接触検知センサ５１が被検体との接触を検知するまで圧子５０を被検体に押込んだとき、圧子５０に作用する押込み荷重を検出する。

図４は、圧子５０及び接触検知センサ５１を拡大して示している。圧子５０の半球面部分は、接触検知センサ５１の高さより突出している。そのため、接触検知センサ５１が被検体と接触したとき、圧子５０の半球面は既に被検体に押込まれている。圧子５０の後端は、接触検知センサ５１の支持部５１１を貫通し、力センサ３０の可動部と機械的に結合している。
接触検知センサ５１は、被検体に接触したとき、電気抵抗値が変化したり、振動状態が変化したり、印加されている電気信号の周波数特性が変化したりする。この変化を示す信号が、例えば、接触検知センサ５１に配置された電極５１２を通じて取り出され、被検体との接触が検知される。

図５には、力センサ３０の一例を示している。この力センサ３０は、固定部３１と可動部３２との間に音叉振動子３３を有している。可動部３２が圧子５０によりプッシュされると、音叉振動子３３の固有振動数が変化し、その変化に基づいて圧子５０に作用する押込み荷重が算出される。

なお、被検体当接部７２は、被検体に当接していないとき、圧子５０の先端よりも先まで円筒状部７１から突出している。被検体当接部７２を被検体に当接させた状態で円筒状部７１を被検体に向けて押し進めると、被検体に押された被検体当接部７２の後端が円筒状部７１の中に入り込み、圧子５０が被検体に接触する。さらに円筒状部７１を押し進めると、被検体当接部７２がさらに円筒状部７１の中に入り込み、接触検知センサ５１が被検体に接触する。この状態のときの圧子５０に作用する押込み荷重が力センサ３０で検出される。

一方、把持部８０は、力センサ３０の検出結果に基づいて被検体のヤング率を算出する演算部が配置された制御基板８６と、表示部８２の表示制御部が配置された表示基板８７と、それらに電源を供給する電池８５とを備えている。表示部８２には、検出されたヤング率だけでなく、各接触検知センサ５１における接触検知結果を表示するようにしても良い。
図６は、把持部８０の把持の仕方の一例を示している。

この押込み試験装置を操作する操作者は、把持部８０を把持し、手首を支点に把持部８０の向きを変えて、被検体当接部７２の端面が均等に被検体に接触するように押込み試験装置本体７０の位置を調整する。
操作者は、被検体に対して押込み試験装置本体７０が安定的に保持できた状態でスイッチ８１を押し、力センサ３０のゼロ点を設定する。
次いで、操作者は、被検体当接部７２の端面が均等に被検体に接触する状態を保ちながら、把持部８０を操作して押込み試験装置本体７０を被検体に押し進める。
そして、全ての接触検知センサ５１が被検体との接触を検知した時点で押込み試験装置本体７０の押込みを停止する。
表示部８２には、そのときの力センサ３０の検出結果に基づいて算出された被検体の柔らかさが表示される。

このように、この押込み試験装置は、把持部８０を把持して操作する構造であり、押込み試験装置本体７０の全体が操作者に見えるため、押込み試験装置本体７０を被検体の面に垂直に押し進めるように調整することが容易である。
また、押込み試験装置本体７０に操作者の体温が伝わらないため、温度による力センサ３０の検出結果のバラツキが回避できる。
また、操作者は、押込み試験装置本体７０の上下の彩色部７１１、７１２を見ることで、押込み試験装置本体７０の傾きを容易に認識できる。
また、把持部３０を、制御基板８６や表示部８２、電池等が配置できる大きさに設定しているため、把持部３０を安定した状態で掴むことができる。同時に、それらを把持部３０側に設けることで、押込み試験装置本体７０に含める部品を減らすことができるため、押込み試験装置本体７０の構造や配線の自由度が増し、製造が容易になる。
また、力センサ３０のゼロ点設定用スイッチ８１を把持部３０に設けているため、測定姿勢のままスイッチ８１を押すことができる。

また、この実施形態の押込み試験装置では、押込み試験装置本体７０の先端に設けた被検体当接部７２が、押込み試験装置本体７０を被検体の面に垂直な向きに誘導するように作用する。そのため、押込み試験装置本体７０を被検体の面に垂直に押し進めることが容易である。
また、この装置では、圧子５０を取り囲む複数の接触検知センサ５１が被検体と接触したことを確認することで、図１１（ｄ）に示す不適切な状態での検出が防止できる。

ここでは、把持部８０と押込み試験装置本体７０との角度を３０°に固定する場合について説明したが、図７に示すように、その角度は、３０°以外の鋭角でも良いし、また、直角や鈍角であっても良い。図７（ａ）は２０°の鋭角とした場合、図７（ｂ）は４０°の鋭角とした場合を示している。
また、把持部８０と押込み試験装置本体７０との角度が可変できるようにしても良い。
また、把持部８０と押込み試験装置本体７０とは分離できるようにしても良い。
また、押込み試験装置本体７０は、棒状の外形形状を有するものであれば、図３の７０に示すものに限る必要は無く、図９に示す構造のものであっても良い。

本発明の押込み試験装置は、圧子の押込み方向を被検体の面に垂直な方向に設定して被検体の柔らかさを高精度に測定することが可能であり、柔らかさの測定を必要とする食品分野、医療分野、素材を扱う分野など、幅広い分野において広く利用することができる。

１０ 筐体
１１ 筐体の端面
３０ 力センサ
３１ 固定部
３２ 可動部
３３ 音叉振動子
４０ 演算部
４１ ゼロ点等設定スイッチ
５０ 圧子
５１ 接触検知センサ
７０ 押込み試験装置本体
７１ 円筒状部
７２ 被検体当接部
８０ 把持部
８１ ゼロ点設定スイッチ
８２ 表示部
８３ 表示部スイッチ
８４ データ削除スイッチ
８６ 制御基板
８７ 表示基板
７１１ 彩色部
７１２ 彩色部

Claims (6)

1. 被検体に押し込まれる圧子及び該圧子に作用する力を検出する力センサを備える、棒状の外形形状を有する押込み試験装置本体と、
   前記押込み試験装置本体の長手方向の中間に位置する外周部分に取り付けられた把持部と、
   を具備し、
   前記把持部は、前記押込み試験装置本体の前記圧子から前記力センサに向かう方向に対して、鋭角、直角又は鈍角を成すように前記押込み試験装置本体の前記外周部分から伸びている、押込み試験装置。
2. 請求項１に記載の押込み試験装置であって、
   前記把持部には、前記力センサの検出結果に基づいて被検体の柔らかさを算出する演算部が設けられている、押込み試験装置。
3. 請求項２に記載の押込み試験装置であって、
   前記把持部には、前記演算部で算出された被検体の柔らかさを少なくとも表示する表示部が設けられている、押込み試験装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の押込み試験装置であって、
   前記把持部には、前記力センサのゼロ点を設定するスイッチが設けられている、押込み試験装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の押込み試験装置であって、
   前記把持部には、該押込み試験装置の電源となる電池が収納されている、押込み試験装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の押込み試験装置であって、
   前記押込み試験装置本体の両端近傍の外周部分は、それ以外の外周部分の色と異なる色で彩色されている、押込み試験装置。