JPH05264427A - 硬さ測定装置および硬さ測定用プローブ - Google Patents
硬さ測定装置および硬さ測定用プローブInfo
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- JPH05264427A JPH05264427A JP6470292A JP6470292A JPH05264427A JP H05264427 A JPH05264427 A JP H05264427A JP 6470292 A JP6470292 A JP 6470292A JP 6470292 A JP6470292 A JP 6470292A JP H05264427 A JPH05264427 A JP H05264427A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 フーリエ変換を使わず、簡便に生体表面の機
械インピーダンスに比例した硬さの指標を得る。 【構成】 圧電板１６に一定振幅で３０Hz以上５００Hz
以下の一定周波数の電圧を印加して振動子１４を振動さ
せることにより測定対象１２の表面を振動させ、その加
速度を圧電板１８で検知し、その実効値の逆数を機械イ
ンピーダンスに比例した硬さ指標ＳＨとして表示する。
械インピーダンスに比例した硬さの指標を得る。 【構成】 圧電板１６に一定振幅で３０Hz以上５００Hz
以下の一定周波数の電圧を印加して振動子１４を振動さ
せることにより測定対象１２の表面を振動させ、その加
速度を圧電板１８で検知し、その実効値の逆数を機械イ
ンピーダンスに比例した硬さ指標ＳＨとして表示する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、生体表面のような測定
対象物の表面の力学的特性、特に、硬さの評価のための
硬さ測定装置とそれに用いられる硬さ測定用プローブに
関する。
対象物の表面の力学的特性、特に、硬さの評価のための
硬さ測定装置とそれに用いられる硬さ測定用プローブに
関する。
【０００２】
【従来の技術】生体表面のような測定対象物の表面の力
学的特性は機械インピーダンスを測定することによって
評価することができる。この機械インピーダンスは角周
波数ωの関数として複素数Ｚ（ω）として表わされ、表
面に印加した力Ｆ（ω）とその応答としての表面の速度
Ｖ（ω）から Ｚ（ω）＝Ｆ（ω）／Ｖ（ω） と定義され、加速度Ａ（ω）＝ｊωＶ（ω）を使うと、 Ｚ（ω）＝ｊωＦ（ω）／Ａ（ω） …（１） と表わされる。
学的特性は機械インピーダンスを測定することによって
評価することができる。この機械インピーダンスは角周
波数ωの関数として複素数Ｚ（ω）として表わされ、表
面に印加した力Ｆ（ω）とその応答としての表面の速度
Ｖ（ω）から Ｚ（ω）＝Ｆ（ω）／Ｖ（ω） と定義され、加速度Ａ（ω）＝ｊωＶ（ω）を使うと、 Ｚ（ω）＝ｊωＦ（ω）／Ａ（ω） …（１） と表わされる。
【０００３】本願出願人による特願平２−１８０５４６
号には、この機械インピーダンスＺ（ω）を算出するこ
とのできる装置とそれに用いられるプローブが開示され
ている。
号には、この機械インピーダンスＺ（ω）を算出するこ
とのできる装置とそれに用いられるプローブが開示され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の装置では、所定
の周波数範囲にわたって機械インピーダンスＺ（ω）を
算出し、さらにそれから力学特性評価のための種々のパ
ラメータを算出している。印加した力とその応答として
の加速度の測定値は、時間の関数として時間領域におい
て得られる。そのため、（１）式によって機械インピー
ダンスを算出するためには、時間領域において得られた
力と加速度を周波数領域に変換するフーリエ変換の演算
を行う必要があり、そのための装置はコンピュータを含
む大規模なものとなる。
の周波数範囲にわたって機械インピーダンスＺ（ω）を
算出し、さらにそれから力学特性評価のための種々のパ
ラメータを算出している。印加した力とその応答として
の加速度の測定値は、時間の関数として時間領域におい
て得られる。そのため、（１）式によって機械インピー
ダンスを算出するためには、時間領域において得られた
力と加速度を周波数領域に変換するフーリエ変換の演算
を行う必要があり、そのための装置はコンピュータを含
む大規模なものとなる。
【０００５】また、測定はプローブを手で持って測定対
象物の各所に押し当てながら行なわれることから、小型
で軽量であることが望ましい。したがって本発明の第１
の目的は、簡単な構成で測定対象物の硬さを評価するた
めのパラメータを簡便に得ることのできる硬さ測定装置
を提供することにある。
象物の各所に押し当てながら行なわれることから、小型
で軽量であることが望ましい。したがって本発明の第１
の目的は、簡単な構成で測定対象物の硬さを評価するた
めのパラメータを簡便に得ることのできる硬さ測定装置
を提供することにある。
【０００６】本発明の第２の目的は、この硬さ測定装置
に使用される小型で軽量の測定用プローブを提供するこ
とにある。
に使用される小型で軽量の測定用プローブを提供するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述の第１の目的を達成
する本発明の硬さ測定装置は、対象物の表面に一定の振
幅で３０Hz以上５００Hz以下の一定の周波数で大きさが
変化する力を印加して対象物表面を振動させるための振
動発生手段と、該振動発生手段により振動する表面の加
速度を検出するための加速度検出手段と、該加速度検出
手段が検出した加速度の振幅に比例する量を算出するた
めの振幅比例量算出手段とを具備することを特徴とする
ものである。
する本発明の硬さ測定装置は、対象物の表面に一定の振
幅で３０Hz以上５００Hz以下の一定の周波数で大きさが
変化する力を印加して対象物表面を振動させるための振
動発生手段と、該振動発生手段により振動する表面の加
速度を検出するための加速度検出手段と、該加速度検出
手段が検出した加速度の振幅に比例する量を算出するた
めの振幅比例量算出手段とを具備することを特徴とする
ものである。
【０００８】前述の第２の目的を達成する本発明の硬さ
測定用プローブは、対象物に押し当てられるための振動
子と、該対象物に押し当てられた振動子の静圧を測定す
る静圧測定器と、印加された電圧に応じて該振動子に力
を印加する第１の圧電素子と、該第１の圧電素子ととも
に圧電バイモルフ構造をなし、該振動子の加速度に比例
した電圧を出力する第２の圧電素子とを具備することを
特徴とするものである。
測定用プローブは、対象物に押し当てられるための振動
子と、該対象物に押し当てられた振動子の静圧を測定す
る静圧測定器と、印加された電圧に応じて該振動子に力
を印加する第１の圧電素子と、該第１の圧電素子ととも
に圧電バイモルフ構造をなし、該振動子の加速度に比例
した電圧を出力する第２の圧電素子とを具備することを
特徴とするものである。
【０００９】
【作用】後に実施例の項で詳述するように、周波数３０
〜５００Hz内の一点、特に２００Hz付近における機械イ
ンピーダンスの絶対値は、生体表面の硬さの特徴を良く
表わしている。また、この周波数において一定の振幅で
変化する力を印加するとき、検出される加速度の振幅ま
たは実効値は機械インピーダンスの絶対値の逆数に比例
する。したがって、検出された加速度の振幅に比例する
量は対象物の表面の硬さを評価する指標となる。
〜５００Hz内の一点、特に２００Hz付近における機械イ
ンピーダンスの絶対値は、生体表面の硬さの特徴を良く
表わしている。また、この周波数において一定の振幅で
変化する力を印加するとき、検出される加速度の振幅ま
たは実効値は機械インピーダンスの絶対値の逆数に比例
する。したがって、検出された加速度の振幅に比例する
量は対象物の表面の硬さを評価する指標となる。
【００１０】また、第１の圧電素子を振動を発生するア
クチュエータとし、これとともに圧電バイモルフ構造を
とる第２の圧電素子を加速度検出用センサとすることに
より、硬さ測定用プローブを小型で軽量にすることがで
きる。
クチュエータとし、これとともに圧電バイモルフ構造を
とる第２の圧電素子を加速度検出用センサとすることに
より、硬さ測定用プローブを小型で軽量にすることがで
きる。
【００１１】
【実施例】特願平２−１８０５４６号に開示された装置
を使用して生体表面の各部位の機械インピーダンスを測
定した結果、図１に表わされるように、生体表面の各部
位の機械インピーダンスは、その周波数特性の特徴にも
とづき、軟部位特性Ａ、中間部位特性Ｂ、硬部位特性Ｃ
の３種類のパターンに分類されることが見い出された
(Oka H. and Yamamoto T.："Dependence of biomechani
cal impedance uponliving body structure", Med.& Bi
ol., Eng.& Comput., 25, pp.631−637 (1987)。
を使用して生体表面の各部位の機械インピーダンスを測
定した結果、図１に表わされるように、生体表面の各部
位の機械インピーダンスは、その周波数特性の特徴にも
とづき、軟部位特性Ａ、中間部位特性Ｂ、硬部位特性Ｃ
の３種類のパターンに分類されることが見い出された
(Oka H. and Yamamoto T.："Dependence of biomechani
cal impedance uponliving body structure", Med.& Bi
ol., Eng.& Comput., 25, pp.631−637 (1987)。
【００１２】生体表面ではこのうち軟部位特性Ａが最も
多いが、その特性は周波数３０〜５００Hzの範囲で特に
低いインピーダンスを示す。また、３者のインピーダン
スの値の差はこの範囲において特に際立っている。した
がって、この３０〜５００Hzの範囲内の一点、特に２０
０Hz付近において機械インピーダンスが得られれば、生
体表面の硬さを評価する指標が得られる。
多いが、その特性は周波数３０〜５００Hzの範囲で特に
低いインピーダンスを示す。また、３者のインピーダン
スの値の差はこの範囲において特に際立っている。した
がって、この３０〜５００Hzの範囲内の一点、特に２０
０Hz付近において機械インピーダンスが得られれば、生
体表面の硬さを評価する指標が得られる。
【００１３】（１）式より、特定の周波数ω0 における
複素機械インピーダンスＺ（ω0 ）は Ｚ（ω0 ）＝ｊω0Ｆ（ω0 ）／Ａ（ω0 ） となる。両辺の絶対値をとると、 ｜Ｚ（ω0 ）｜＝ω0 ｜Ｆ（ω0 ）｜／｜Ａ（ω0 ）｜ となり、ω0 および｜Ｆ（ω0 ）｜が一定であれば、 ｜Ｚ（ω0 ）｜＝ｋ／｜Ａ（ω0 ）｜；ｋ＝定数 …（２） となる。（２）式は、振幅および周波数が一定の振動を
与えたときの加速度の絶対値または実効値を測定すれ
ば、その周波数における機械インピーダンスに逆比例す
る量が得られ、その逆数をとれば機械インピーダンスに
比例する量が得られることを意味している。そこで、生
体表面の硬さを表わすパラメータＳＨ(SkinHardness)
を、 ＳＨ＝１／Ａｅ と定義する。ただし、Ａｅは測定された加速度の実効値
である。
複素機械インピーダンスＺ（ω0 ）は Ｚ（ω0 ）＝ｊω0Ｆ（ω0 ）／Ａ（ω0 ） となる。両辺の絶対値をとると、 ｜Ｚ（ω0 ）｜＝ω0 ｜Ｆ（ω0 ）｜／｜Ａ（ω0 ）｜ となり、ω0 および｜Ｆ（ω0 ）｜が一定であれば、 ｜Ｚ（ω0 ）｜＝ｋ／｜Ａ（ω0 ）｜；ｋ＝定数 …（２） となる。（２）式は、振幅および周波数が一定の振動を
与えたときの加速度の絶対値または実効値を測定すれ
ば、その周波数における機械インピーダンスに逆比例す
る量が得られ、その逆数をとれば機械インピーダンスに
比例する量が得られることを意味している。そこで、生
体表面の硬さを表わすパラメータＳＨ(SkinHardness)
を、 ＳＨ＝１／Ａｅ と定義する。ただし、Ａｅは測定された加速度の実効値
である。
【００１４】図２は、上記の原理に基づき、生体表面の
ＳＨを自動的に算出して表示する硬さ測定装置の一実施
例を表わすブロック図である。硬さ測定用のプローブ１
０は測定対象物１２に接触される振動子１４と、振動子
１４を加振するための圧電板１６と、振動子１４の加速
度を検知するための圧電板１８と、振動子１４を測定対
象物１２に押し当てたときの静圧を測定するためのロー
ドセル２０と、プローブ１０を手で握ってその先端の振
動子１４を測定対象物１２へ押し当てるためのグリップ
２２とから構成される。
ＳＨを自動的に算出して表示する硬さ測定装置の一実施
例を表わすブロック図である。硬さ測定用のプローブ１
０は測定対象物１２に接触される振動子１４と、振動子
１４を加振するための圧電板１６と、振動子１４の加速
度を検知するための圧電板１８と、振動子１４を測定対
象物１２に押し当てたときの静圧を測定するためのロー
ドセル２０と、プローブ１０を手で握ってその先端の振
動子１４を測定対象物１２へ押し当てるためのグリップ
２２とから構成される。
【００１５】ロードセル２０から出力される静圧に相当
する電圧は歪増幅器２４で増幅され、レベルメータ２６
で棒グラフ様に表示される。圧電板１６へは発振器２８
で発生され、増幅器３０で増幅された一定振幅一定周波
数の正弦波電圧が印加される。圧電板１８から出力され
る加速度に対応する電圧は電荷増幅器３２で増幅され、
演算出力回路３４へ入力される。
する電圧は歪増幅器２４で増幅され、レベルメータ２６
で棒グラフ様に表示される。圧電板１６へは発振器２８
で発生され、増幅器３０で増幅された一定振幅一定周波
数の正弦波電圧が印加される。圧電板１８から出力され
る加速度に対応する電圧は電荷増幅器３２で増幅され、
演算出力回路３４へ入力される。
【００１６】後に詳しく説明するが、演算出力回路３４
には歪増幅器２４からの静圧信号も入力され、加速度信
号の実効値の逆数を算出し、静圧信号が所定の静圧を示
すときこの信号をとり込み、１０回の平均（合計）をと
って表示器３６へ出力する。ブザー３８は信号のとり込
みのタイミングおよび１０回の取り込みが終了したこと
を知らせるために設けられている。
には歪増幅器２４からの静圧信号も入力され、加速度信
号の実効値の逆数を算出し、静圧信号が所定の静圧を示
すときこの信号をとり込み、１０回の平均（合計）をと
って表示器３６へ出力する。ブザー３８は信号のとり込
みのタイミングおよび１０回の取り込みが終了したこと
を知らせるために設けられている。
【００１７】図３は図２の演算出力回路３４の構成を表
わすブロック図である。コンパレータ４０において静圧
信号と所定の静圧に対応する電圧Ｖ0 とが比較され、制
御パルス発生器４２はコンパレータ４０からの比較信号
のエッジ、すなわち静圧信号が電圧Ｖ0 とクロスするタ
イミングにおいて、パルス幅０．５秒と０．７秒の２つ
のパルス信号を出力する。
わすブロック図である。コンパレータ４０において静圧
信号と所定の静圧に対応する電圧Ｖ0 とが比較され、制
御パルス発生器４２はコンパレータ４０からの比較信号
のエッジ、すなわち静圧信号が電圧Ｖ0 とクロスするタ
イミングにおいて、パルス幅０．５秒と０．７秒の２つ
のパルス信号を出力する。
【００１８】電荷増幅器３２（図２）からの加速度信号
はｒｍｓ／ｄｃ変換器（ｒｍｓ：root mean square) ４
４において実効値に対応する直流電圧に変換され、割算
器４６においてその逆数がとられる。ｒｍｓ／ｄｃ変換
器４４および割算器４６は、それぞれ、市販のＩＣであ
るＡＤ５３６およびＡＤ５３４によって実現される。サ
ンプル・ホールド回路４８は制御パルス発生器４２から
のパルス幅０．７秒のパルスが出力されていない間は割
算器４６からの入力をサンプルし、幅０．７秒のパルス
が出力されている間、最後のサンプル値をホールドす
る。Ｖ／Ｆコンバータ５０はサンプル・ホールド回路４
８からの電圧に比例した周波数のパルス信号を出力す
る。ＡＮＤゲート５２は制御パルス発生器４２からの幅
０．５秒のパルスが出力されている間だけＶ／Ｆコンバ
ータ５０からのパルスを通過させる。カウンタ５４はＡ
ＮＤゲート５２を通過したパルスの数をカウントする。
はｒｍｓ／ｄｃ変換器（ｒｍｓ：root mean square) ４
４において実効値に対応する直流電圧に変換され、割算
器４６においてその逆数がとられる。ｒｍｓ／ｄｃ変換
器４４および割算器４６は、それぞれ、市販のＩＣであ
るＡＤ５３６およびＡＤ５３４によって実現される。サ
ンプル・ホールド回路４８は制御パルス発生器４２から
のパルス幅０．７秒のパルスが出力されていない間は割
算器４６からの入力をサンプルし、幅０．７秒のパルス
が出力されている間、最後のサンプル値をホールドす
る。Ｖ／Ｆコンバータ５０はサンプル・ホールド回路４
８からの電圧に比例した周波数のパルス信号を出力す
る。ＡＮＤゲート５２は制御パルス発生器４２からの幅
０．５秒のパルスが出力されている間だけＶ／Ｆコンバ
ータ５０からのパルスを通過させる。カウンタ５４はＡ
ＮＤゲート５２を通過したパルスの数をカウントする。
【００１９】カウンタ５６は制御パルス発生器４２から
の幅０．５秒のパルスの数をカウントし、１０回カウン
トしたらカウンタ５４のカウント値をホールドする信号
を出力する。ＯＲゲート５８は制御パルス発生器４２か
らの幅０．５秒のパルスおよびカウンタ５６からのカウ
ント終了を示す信号を通過させ、それらによってブザー
３８（図２）を鳴動させる。
の幅０．５秒のパルスの数をカウントし、１０回カウン
トしたらカウンタ５４のカウント値をホールドする信号
を出力する。ＯＲゲート５８は制御パルス発生器４２か
らの幅０．５秒のパルスおよびカウンタ５６からのカウ
ント終了を示す信号を通過させ、それらによってブザー
３８（図２）を鳴動させる。
【００２０】図４の（ａ）（ｂ）（ｄ）…（ｊ）欄は、
それぞれ、図３のａ，ｂ，ｄ…ｊで示した個所の信号の
波形を表わし、（ｃ）欄は制御パルス発生器４２の内部
の信号を表わす。図３および図４を参照して、図３に示
した回路の動作を説明する。図４（ａ）はコンパレータ
４０に入力される静圧信号である。基準電圧Ｖ0 のレベ
ルは破線で示されている。コンパレータ４０からは、
（ｂ）欄に示すように、静圧信号が基準電圧Ｖ0 よりも
高いときＨレベル、低いときＬレベルの信号が出力され
る。制御パルス発生器４２は（ｃ）欄に示すように
（ｂ）欄の信号のレベルが変わるタイミングにおいて極
く短かい幅のパルスを生成し、このパルスをトリガとし
て、（ｄ）欄に示す幅０．５秒の正のパルスおよび
（ｅ）欄に示す幅０．７秒の負のパルスを出力する。
それぞれ、図３のａ，ｂ，ｄ…ｊで示した個所の信号の
波形を表わし、（ｃ）欄は制御パルス発生器４２の内部
の信号を表わす。図３および図４を参照して、図３に示
した回路の動作を説明する。図４（ａ）はコンパレータ
４０に入力される静圧信号である。基準電圧Ｖ0 のレベ
ルは破線で示されている。コンパレータ４０からは、
（ｂ）欄に示すように、静圧信号が基準電圧Ｖ0 よりも
高いときＨレベル、低いときＬレベルの信号が出力され
る。制御パルス発生器４２は（ｃ）欄に示すように
（ｂ）欄の信号のレベルが変わるタイミングにおいて極
く短かい幅のパルスを生成し、このパルスをトリガとし
て、（ｄ）欄に示す幅０．５秒の正のパルスおよび
（ｅ）欄に示す幅０．７秒の負のパルスを出力する。
【００２１】図４（ｆ）はｒｍｓ／ｄｃ変換器４４へ入
力される加速度信号の波形を示す。ｒｍｓ／ｄｃ変換器
４４は（ｇ）欄に示すように、入力信号の実効値に相当
する直流電圧を出力する。この電圧は割算器４６で逆数
がとられ、サンプル・ホールド回路４８において０．７
秒のパルスが出力されている間ホールドされるので、そ
の出力は（ｈ）欄に示すようになり、Ｖ／Ｆコンバータ
５０の出力は（ｉ）欄に示すようになる。（ｊ）欄に示
すように、ＡＮＤゲート５２は０．５秒のパルスが出力
されている間だけこのパルスを通過させるので、この間
のパルスの数をカウンタ５４においてカウントすれば、
加速度の実効値の逆数に比例したディジタル値が得ら
れ、これを１０回演算することにより、１０回の平均値
が表示器に表示される。
力される加速度信号の波形を示す。ｒｍｓ／ｄｃ変換器
４４は（ｇ）欄に示すように、入力信号の実効値に相当
する直流電圧を出力する。この電圧は割算器４６で逆数
がとられ、サンプル・ホールド回路４８において０．７
秒のパルスが出力されている間ホールドされるので、そ
の出力は（ｈ）欄に示すようになり、Ｖ／Ｆコンバータ
５０の出力は（ｉ）欄に示すようになる。（ｊ）欄に示
すように、ＡＮＤゲート５２は０．５秒のパルスが出力
されている間だけこのパルスを通過させるので、この間
のパルスの数をカウンタ５４においてカウントすれば、
加速度の実効値の逆数に比例したディジタル値が得ら
れ、これを１０回演算することにより、１０回の平均値
が表示器に表示される。
【００２２】図５はプローブ１０（図２）に組み込まれ
たアクチュエータとしての圧電板１６とセンサとしての
圧電板１８の詳細な構造を表わす図である。ドーナツ形
の形状の圧電板１６と１８は金属板６０の両面に貼り付
けられたバイモルフ構造をとっている。通常、バイモル
フ構造の圧電素子は、一方の圧電板を伸長させ、他方の
圧電板を収縮させるように電圧を印加することによっ
て、圧電板全体を屈曲させるかまたは、双方の圧電板を
屈曲させる力を与えて双方の圧電板から電圧をとり出す
ようにして使用されるが、本願発明においては、バイモ
ルフ構造の圧電素子の一方の圧電板をアクチュエータと
し、他方の圧電板をセンサとして使用することにより、
小型で軽量のプローブを実現している。なお、圧電素子
の軸６２を振動子１４（図２）に固定し、金属板６０を
ロードセル２０に固定することによって振動子１４の振
動を得ている。
たアクチュエータとしての圧電板１６とセンサとしての
圧電板１８の詳細な構造を表わす図である。ドーナツ形
の形状の圧電板１６と１８は金属板６０の両面に貼り付
けられたバイモルフ構造をとっている。通常、バイモル
フ構造の圧電素子は、一方の圧電板を伸長させ、他方の
圧電板を収縮させるように電圧を印加することによっ
て、圧電板全体を屈曲させるかまたは、双方の圧電板を
屈曲させる力を与えて双方の圧電板から電圧をとり出す
ようにして使用されるが、本願発明においては、バイモ
ルフ構造の圧電素子の一方の圧電板をアクチュエータと
し、他方の圧電板をセンサとして使用することにより、
小型で軽量のプローブを実現している。なお、圧電素子
の軸６２を振動子１４（図２）に固定し、金属板６０を
ロードセル２０に固定することによって振動子１４の振
動を得ている。
【００２３】本発明に係る装置において測定されるＳＨ
値は測定対象の機械インピーダンスＺs とプローブの振
動部分の機械インピーダンスＺp の和、すなわち、 Ｚm ＝Ｚs ＋Ｚp で与えられる機械インピーダンスＺm に比例するものと
して得られる。したがって、Ｚp が小さい程、Ｚm ≒Ｚ
s となり、高い測定精度が得られる。本発明で使用され
るプローブは図６に示すように共振周波数ｆp ＝２０５
Hzにおいて機械インピーダンスが最小となっている。こ
の周波数において測定することにより、高精度・高感度
の測定が可能になる。
値は測定対象の機械インピーダンスＺs とプローブの振
動部分の機械インピーダンスＺp の和、すなわち、 Ｚm ＝Ｚs ＋Ｚp で与えられる機械インピーダンスＺm に比例するものと
して得られる。したがって、Ｚp が小さい程、Ｚm ≒Ｚ
s となり、高い測定精度が得られる。本発明で使用され
るプローブは図６に示すように共振周波数ｆp ＝２０５
Hzにおいて機械インピーダンスが最小となっている。こ
の周波数において測定することにより、高精度・高感度
の測定が可能になる。
【００２４】測定の再現性を調べるため、硬さの異なる
３種類のシリコン材料（東洋医療研究所、ＬＴＶゴム）
を用いて実験を行った。シリコンは鍼灸教育に用いられ
るもので、生体組織のシミュレータとして適当な硬さで
ある。硬い順にシリコンＨ，Ｍ，Ｓとする。工業用アス
カー硬度計（Ｆ型）によるシリコンＨ，Ｍ，Ｓの硬度値
は、それぞれ５０，４５，４０である。３種類のシリコ
ンをそれぞれ１０回測定した結果を表１に示す。いずれ
のシリコンにおいても十分な測定の再現性が得られてい
ることがわかる。また、ＳＨがシリコンＳ，Ｍ，Ｈの順
に大きく（硬く）なっており、アスカー硬度計での硬さ
の評価と等しくなっている。
３種類のシリコン材料（東洋医療研究所、ＬＴＶゴム）
を用いて実験を行った。シリコンは鍼灸教育に用いられ
るもので、生体組織のシミュレータとして適当な硬さで
ある。硬い順にシリコンＨ，Ｍ，Ｓとする。工業用アス
カー硬度計（Ｆ型）によるシリコンＨ，Ｍ，Ｓの硬度値
は、それぞれ５０，４５，４０である。３種類のシリコ
ンをそれぞれ１０回測定した結果を表１に示す。いずれ
のシリコンにおいても十分な測定の再現性が得られてい
ることがわかる。また、ＳＨがシリコンＳ，Ｍ，Ｈの順
に大きく（硬く）なっており、アスカー硬度計での硬さ
の評価と等しくなっている。
【００２５】 表１ 測定の再現性 シリコンＨ（５０） シリコンＭ（４５） シリコンＳ（４０） 平均値 １４４３９ １３４８１ １１９０９ 標準偏差 １４６．９ １６２．９ １９８．２ 誤差（％） １．０２ １．２１ １．６７ 誤差（％）＝（標準偏差／平均値）×１００ 本装置を用いて、成人男子の生体表面上の５部位におい
て各部位３回ずつの測定を行い、その平均値を求めた。
結果を表２に示す。最も大きな数値が得られた前頭部と
最も小さな数値が得られた大腿部とでは、その数値の差
がおよそ４倍ある。本装置の再現性がおよそ２％以内で
あることから考えて、生体表面の硬さ評価が十分に可能
であると考えられる。
て各部位３回ずつの測定を行い、その平均値を求めた。
結果を表２に示す。最も大きな数値が得られた前頭部と
最も小さな数値が得られた大腿部とでは、その数値の差
がおよそ４倍ある。本装置の再現性がおよそ２％以内で
あることから考えて、生体表面の硬さ評価が十分に可能
であると考えられる。
【００２６】表２ 生体表面での測定例 測定部位 ＳＨ 前頭部 ４３５５２ 胸部 １３６５１ 肋骨上 １４６２０ 大腿部 １１６４６ ふくらはぎ １３８８７
【００２７】
【発明の効果】本発明に係る硬さ測定装置および硬さ測
定用プローブの特徴は以下のとおりである。 （１）生体表面に正弦振動を加え、そのときの加速度を
検出して結果を表示するので測定後の解析が必要なく、
リアルタイムの測定が可能である。 （２）ハンディ型の測定プローブを使って生体表面への
加振と加速度の検出を行うことにより、生体表面のほと
んどすべての部位で測定を行うことができる。また、増
幅器類、表示器なども小型ケースに納めることが可能で
あるため、ポータブルタイプとなり測定の場所を選ばな
い。 （３）生体軟部の共振周波数に近い共振周波数を持つ小
型なバイモルフ型圧電セラミックを動電駆動型バイブレ
ータ、あるいはインピーダンスヘッドに代って使用する
ことにより、安価で小型軽量なハンディ型の測定プロー
ブの製作が可能である。 （４）一定の接触力で測定でき、結果の表示は１０回の
積算値となるため、測定結果の信頼性が高い。 （５）生体の硬さの指標として提案したＳＨは単なる指
標ではなく、インピーダンスに比例した量という物理的
意味付けが可能である。
定用プローブの特徴は以下のとおりである。 （１）生体表面に正弦振動を加え、そのときの加速度を
検出して結果を表示するので測定後の解析が必要なく、
リアルタイムの測定が可能である。 （２）ハンディ型の測定プローブを使って生体表面への
加振と加速度の検出を行うことにより、生体表面のほと
んどすべての部位で測定を行うことができる。また、増
幅器類、表示器なども小型ケースに納めることが可能で
あるため、ポータブルタイプとなり測定の場所を選ばな
い。 （３）生体軟部の共振周波数に近い共振周波数を持つ小
型なバイモルフ型圧電セラミックを動電駆動型バイブレ
ータ、あるいはインピーダンスヘッドに代って使用する
ことにより、安価で小型軽量なハンディ型の測定プロー
ブの製作が可能である。 （４）一定の接触力で測定でき、結果の表示は１０回の
積算値となるため、測定結果の信頼性が高い。 （５）生体の硬さの指標として提案したＳＨは単なる指
標ではなく、インピーダンスに比例した量という物理的
意味付けが可能である。
【図１】生体表面の各部位の機械インピーダンスの周波
数特性における３つの特徴的な特性を表わすグラフであ
る。
数特性における３つの特徴的な特性を表わすグラフであ
る。
【図２】本発明の硬さ測定装置の一実施例を表わすブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】図２の演算出力回路３４の詳細な構成を表わす
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】図３の回路の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の硬さ測定用プローブに用いられる圧電
素子の構造を表わす図である。
素子の構造を表わす図である。
【図６】プローブの機械インピーダンスの周波数特性を
表わすグラフである。
表わすグラフである。
１０…プローブ １２…測定対象 １４…振動子 １６，１８…圧電板 ２０…ロードセル
Claims (4)
- 【請求項１】 対象物の表面に一定の振幅で３０Hz以上
５００Hz以下の一定の周波数で大きさが変化する力を印
加して対象物表面を振動させるための振動発生手段（１
４，１６，２８，３０）と、 該振動発生手段により振動する表面の加速度を検出する
ための加速度検出手段（１４，１８）と、 該加速度検出手段が検出した加速度の振幅に比例する量
を算出するための振幅比例量算出手段（４４，４８，５
０，５４）とを具備することを特徴とする硬さ測定装
置。 - 【請求項２】 前記振幅比例量算出手段が算出した振幅
比例量の逆数を算出して対象物表面の硬さを評価値とす
る逆数算出手段（４６）をさらに具備する請求項１記載
の硬さ測定装置。 - 【請求項３】 前記振動発生手段は、対象物表面に所定
の静圧で押し当てられるための振動子（１４）と、該振
動子に前記変化する力を印加して対象物表面に該変化す
る力を印加するための振動印加器（１６，２８，３０）
を有し、 前記加速度検出手段は、該振動子の加速度を検出するこ
とによって生体表面の加速度を検出するための加速度検
出器（１８）を有する請求項１または２記載の硬さ測定
装置。 - 【請求項４】 対象物に押し当てられるための振動子
（１４）と、 該対象物に押し当てられた振動子の静圧を測定する静圧
測定器（２０）と、 印加された電圧に応じて該振動子に力を印加する第１の
圧電素子（１６）と、 該第１の圧電素子とともに圧電バイモルフ構造をなし、
該振動子の加速度に比例した電圧を出力する第２の圧電
素子（１８）とを具備することを特徴とする硬さ測定用
プローブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06470292A JP3257563B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 硬さ測定装置および硬さ測定用プローブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06470292A JP3257563B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 硬さ測定装置および硬さ測定用プローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05264427A true JPH05264427A (ja) | 1993-10-12 |
| JP3257563B2 JP3257563B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=13265743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06470292A Expired - Fee Related JP3257563B2 (ja) | 1992-03-23 | 1992-03-23 | 硬さ測定装置および硬さ測定用プローブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3257563B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004026485A (ja) * | 2001-08-21 | 2004-01-29 | Canon Inc | 信号出力装置、シート材の種類判別装置、画像形成装置、及びシート材の種類判別方法 |
| JP2013076658A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Hitachi Ltd | 硬度計算システムおよび硬度計算方法 |
| WO2018116968A1 (ja) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | マクセル株式会社 | 硬度計および硬度測定方法 |
| WO2019012815A1 (ja) * | 2017-07-13 | 2019-01-17 | リオン株式会社 | 泡特性測定システム |
| CN110420058A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-08 | 南京航空航天大学 | 一种具有硬度检测功能的柔性机器人及检测方法 |
| JP2021063840A (ja) * | 2021-01-21 | 2021-04-22 | マクセル株式会社 | 硬度計および硬度測定方法 |
| CN113873934A (zh) * | 2019-06-06 | 2021-12-31 | 株式会社资生堂 | 测定装置以及测定方法 |
-
1992
- 1992-03-23 JP JP06470292A patent/JP3257563B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004026485A (ja) * | 2001-08-21 | 2004-01-29 | Canon Inc | 信号出力装置、シート材の種類判別装置、画像形成装置、及びシート材の種類判別方法 |
| JP2013076658A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Hitachi Ltd | 硬度計算システムおよび硬度計算方法 |
| WO2018116968A1 (ja) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | マクセル株式会社 | 硬度計および硬度測定方法 |
| JP2018100848A (ja) * | 2016-12-19 | 2018-06-28 | マクセル株式会社 | 硬度計および硬度測定方法 |
| CN113974563A (zh) * | 2016-12-19 | 2022-01-28 | 麦克赛尔株式会社 | 硬度计和硬度测量方法 |
| US11337641B2 (en) | 2016-12-19 | 2022-05-24 | Maxell, Ltd. | Hardness meter and method having hardness estimation portion that estimates hardness of measurement object based on alternating current component |
| US11678837B2 (en) | 2016-12-19 | 2023-06-20 | Maxell, Ltd. | Hardness meter and hardness measuring method for estimating target object having hardness estimation portion that estimates hardness of measurement object based |
| WO2019012815A1 (ja) * | 2017-07-13 | 2019-01-17 | リオン株式会社 | 泡特性測定システム |
| CN113873934A (zh) * | 2019-06-06 | 2021-12-31 | 株式会社资生堂 | 测定装置以及测定方法 |
| CN110420058A (zh) * | 2019-07-12 | 2019-11-08 | 南京航空航天大学 | 一种具有硬度检测功能的柔性机器人及检测方法 |
| JP2021063840A (ja) * | 2021-01-21 | 2021-04-22 | マクセル株式会社 | 硬度計および硬度測定方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3257563B2 (ja) | 2002-02-18 |
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