JPH0727689A - 青果物の表面硬度測定器と青果物の表面硬度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 青果物に押せ傷をつけずに青果物を保護し、
青果物のサイズに影響を受けず、簡単な構成により正確
に青果物の表面硬度を測定することができる、青果物の
表面硬度測定器と青果物の表面硬度測定方法を提供する
こと。 【構成】 青果物１３を設定し、前記青果物１３の局所
に変位を与え、前記変位による前記青果物１３の局所の
反力を検出し、前記変位と前記反力に基づいて、力学系
の伝達関数を求めることにより、前記青果物の局所の力
学的特性である表面硬度を、反共振周波数により表すこ
とを構成としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、青果物の表面硬度測定
器に関し、特に押せ傷のつきやすい柔らかい青果物の表
面硬度を、傷をつけずに測定するための青果物の表面硬
度測定器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、押せ傷のつきやすい柔らかい青果
物の表面硬度を測定するために、振動励起法による青果
物の力学的特性測定法が用いられる。

【０００３】この振動励起法による青果物の力学的特性
測定法では、青果物に振動を加える加振部と、その加振
部による振動を検出する検出部とが分離されていて、青
果物ともいう青果物の波動伝搬特性を測定するようにな
っている。

【０００４】この波動伝搬特性は、主にパワースペクト
ルのピーク周波数またはスペクトル全体のシフト量で評
価され、青果物の成熟に伴う軟化の指標として用いられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の振動励起法による青果物の表面硬度測定器では、
次のような問題がある。 （１）青果物のサイズを加味しなければ正しい伝搬特性
を得ることはできない。 （２）加振部や検出部を、青果物の広い部分に対して密
着させる必要があるために、加振部や検出部を青果物に
対して強く押しつけ過ぎて、組織を傷つけることがあ
る。 （３）青果物全体の振動を観察する必要があるために、
表面硬度測定器への青果物の固定の仕方により、波動伝
搬特性が変化し易い、よって表面硬度測定値が変化し易
い。 （４）加振部や検出部の機械的特性もデータに含まれて
しまうので、特性の揃った機器を使用する必要がある。

【０００６】本発明の目的は、上記課題を解消するため
になされたものであり、青果物に押せ傷をつけずに青果
物を保護し、青果物のサイズに影響を受けず、簡単な構
成により正確に青果物の表面硬度を測定することができ
る、青果物の表面硬度測定器と青果物の表面硬度測定方
法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、本発明は、青果物の局所に変位を与える変
位付与手段と、前記変位を与えることにより発生する前
記青果物の局所の反力を検出する反力検出手段と、前記
変位と前記反力とに基づいて反共振周波数を演算して前
記青果物の表面硬度を測定する手段と、を備えることを
特徴とする青果物の表面硬度測定器である。

【０００８】本発明においては、好ましくは前記変位付
与手段は、前記青果物に接触する接触子を有し、この接
触子の先端は球状である。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
は、青果物を設定し、前記青果物の局所に変位を与え、
前記変位による前記青果物の局所の反力を検出し、前記
変位と前記反力に基づいて、力学系の伝達関数を求める
ことにより、前記青果物の局所の力学的特性である表面
硬度を、反共振周波数により表すことを特徴とする青果
物の表面硬度測定方法である。

【００１０】

【作用】本発明では、青果物を設定し、青果物の局所に
変位を与える。この変位による青果物の局所の反力を検
出し、変位と反力に基づいて反共振周波数を演算する。
得られた反共振周波数は、青果物の局所の力学的特性、
つまり青果物の表面硬度を表す。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を、添付図面に
基づいて説明する。

【００１２】本発明者らは、加振器により、２０Ｈｚな
いし２００Ｈｚまでの周波数成分を含んだ局所的で微小
なランダム振動を変位として、試料である青果物の表面
に与えた。これにより、青果物における変位・接触圧力
特性を検出して、力学系の伝達関数を計算することによ
り、青果物の表面の局所的な力学的特性を、反共振周波
数で表すことができることを見いだした。このように力
学系の伝達関数を計算することにより、加振部や検出部
の機械的特性の影響を除去する。

【００１３】それと共に、本発明者らは、青果物、特に
たとえばトマトのような果皮が薄くて柔らかい青果物の
熟度や鮮度と、表面の力学的特性と、の相関を見いだし
て、本発明に至った。

【００１４】本発明では、微小な接触圧力で青果物の表
面の力学的特性を測定することにより、押せ傷のできや
すいトマトのような柔らかい青果物でも、傷を付けずに
硬さ指標を得ることができる、いわゆる非破壊的品質評
価法を行える青果物の表面硬度測定器と青果物の表面硬
度測定方法を提供する。

【００１５】青果物では、その硬さが熟度や鮮度の指標
となることから、簡便性などの点を考えて、本発明の青
果物の表面硬度測定器と青果物の表面硬度測定方法は、
青果物の収穫、流通、加工のあらゆる段階で利用価値が
高い。

【００１６】そこで、図１を参照して、本発明の青果物
の表面硬度測定器と青果物の表面硬度測定方法の好まし
い実施例を説明する。

【００１７】図１には、青果物の表面硬度測定システム
ともいうべき青果物の表面硬度測定器を示している。

【００１８】ベース１の上には、変位計３と加振器５が
設定されている。さらにベース１の上には、微動装置７
の支持部材９が固定されている。

【００１９】この支持部材９には、試料である青果物１
３を載せるかもしくは設定するための試料設置台１１が
設けられている。試料設置台１１は、簡単な構成であ
り、好ましくは断面Ｌ字型となっていて、その上に青果
物１３を載せる。図１では、この青果物１３はたとえば
トマトを示している。

【００２０】微動装置７は、試料設置台１１に載せられ
た青果物１３を矢印Ｘ方向に沿って、水平方向に微小量
移動して、青果物１３を精密に位置決めすることができ
るようになっている。

【００２１】変位計３は、加振器５を貫通する加振棒１
５に対して機械的に接続され、この加振棒１５が青果物
１３の局所に与える振動に伴う水平方向の微小な変位量
を測定するようになっている。

【００２２】また、加振器５を貫通する加振棒１５は、
加振器振動子ともいい、青果物１３に対して変位を付与
するための変位付与手段である。この加振棒１５には、
荷重計１７が取り付けられている。この荷重計１７の先
には、接触子３３が設けられている。

【００２３】この接触子３３の先端は、好ましくは球状
もしくは半球状である。このように接触子３３の先端を
球状もしくは半球状に形成するのは、上述したように青
果物１３の局所に対して、微小な接触圧力で微小な振動
を与えるためである。

【００２４】この微小な振動は、好ましくは２０ないし
２００Ｈｚまでの周波数成分を含んだ局所的で微小なラ
ンダム振動であり、加振器５により、青果物１３の皮も
しくは表面に与えられる。この微小なランダム振動は、
一定範囲の周波数の正弦波を、一定の割合で重ね合わせ
たものである。

【００２５】このように青果物１３の局所に対して、微
小な接触圧力で微小な振動を与えることにより、青果物
１３を試料設置台１１に固定する仕方により、伝搬特性
が変わってしまうといった、従来の欠点を解消すること
ができる。また、微動装置７により、青果物１３の設定
位置をＸ方向に調整することにより、青果物１３のサイ
ズに関係なく青果物１３の表面硬度を測定することがで
きる。

【００２６】また、荷重計１７は、荷重検出器ともい
う。この荷重計１７は、青果物１３の局所に対して、微
小な接触圧力で微小な振動を与えた時に、青果物１３の
皮もしくは表面に発生する変位による、反力を検出する
ための反力検出手段である。

【００２７】次に、演算測定処理回路１９について説明
する。

【００２８】上述した変位計３、加振器５、そして荷重
計１７に対して、演算測定処理回路１９が電気的に接続
されている。

【００２９】荷重計１７には増幅器２１が接続され、こ
の増幅器２１はサーボアナライザ２３と電圧計２５に接
続されている。電圧計２５は、接触子３３を青果物１３
に接触させた時の接触圧力のオフセット値を、微動装置
７により調整する際の、参照用に設けられる。

【００３０】また、サーボアナライザ２３は、デジタル
スペクトラムアナライザともいい、変位信号発生器２７
に接続されている。この変位信号発生器２７は、電力増
幅器３１を介して加振器５に接続されている。

【００３１】これにより、サーボアナライザ２３からの
信号に基づいて、変位信号発生器２７が変位信号ＳＤを
電力増幅器３１に与える。そして、この電力増幅器３１
はこの変位信号ＳＤを増幅して加振器５に与えるように
なっている。加振器５は、この増幅された変位信号ＳＤ
に基づいて、荷重計１７と接触子３３を介して青果物１
３の局所に変位を与えることができる。

【００３２】さらに、変位計３は増幅器３１を介してサ
ーボアナライザ２３に接続されている。これにより、変
位計３は青果物１３に発生する変位を測定し、この測定
された変位の信号ＰＳを増幅器２９で増幅して、サーボ
アナライザ２３に入力できるようになっている。

【００３３】次に、図１の本発明の青果物の表面硬度測
定器の実施例における実験例を説明する。 実験例１ まず、図１の青果物の表面硬度測定器を用いて、青果物
１３の表面硬度を測定するに先立って、円柱状のモデル
試料（模擬試料、図示せず）の特性を測定した。

【００３４】この円柱状のモデル試料は、硬化剤の量を
調整して硬さをコントロールしたシリコーンゴム製の円
柱状モデルであり、たとえばその直径が２０ｍｍで長さ
が３０ｍｍである。

【００３５】モデル試料の表面硬度測定条件は、次のよ
うになっている。

【００３６】図１の電力増幅器３１から加振器５に与え
られる振幅制御電圧は、たとえば０．０２Ｖであり、こ
の振幅制御電圧を加振器５に与えることにより、加振器
５は荷重計１７と接触子３３を介して、モデル試料の局
所に対して最大振幅３マイクロメータ相当のランダム振
動を変位として与えた。

【００３７】また、荷重検出器ともいう荷重計１７から
増幅器２１を介してサーボアナライザ２３に与えられる
反力もしくは接触圧力のオフセット出力電圧は、２Ｖな
いし４Ｖであり、このオフセット出力電圧は、荷重計１
７における接触圧力３ないし８ｇｆに相当する。

【００３８】さらに、加振器５によるランダム振動の周
波数は２０ないし２００Ｈｚに設定して、室温（２０°
Ｃ）下で測定を行った。

【００３９】硬さの参照値としては、微小体用の動的粘
弾性測定器（東洋精機製）を用いて、縦振動モード、周
波数２Ｈｚ、振幅４０マイクロメータの各条件設定で、
室温（２０°Ｃ）下で測定した動的弾性率を用いた。

【００４０】以上の実験の結果を、図２に示す。

【００４１】図２においては、反共振周波数と、上述の
ようにして得られた動的弾性率との関係を示している。
この反共振周波数とは、共振しないところにおける周波
数をいう。

【００４２】動的弾性率で１×１０⁶ から１３×１０⁶
ｄｙｎ／ｃｍ２（ｃｍ２は平方ｃｍのこと）の範囲のモ
デル試料では、反共振周波数が２２Ｈｚないし６１Ｈｚ
の範囲で変化することを確認し、両者の間に対数的な関
係が存在することを確認した。

【００４３】次に、実験例１を前提として実験例２を行
った。 実験例２ 図１に示す青果物の表面硬度測定器を用いて、青果物１
３として市販のトマト（品種名は桃太郎）の硬さを識別
する実験を、次のようにして行った。

【００４４】初めに、２１個の青果物１３を手で触っ
て、図３に示すように、硬さ（表面硬度）の異なる３つ
のグループＡ，Ｂ，Ｃに分けた。

【００４５】図３では、各グループＡ，Ｂ，Ｃについて
の反共振周波数、破断勾配、破断力の各測定項目を示し
ている。

【００４６】破断勾配、破断力は、次のような破断試験
により求められる。まず、試料を中心から２等分にし、
切断面を下にして試料台の上に載せる。そして、表面硬
度を測定した部位にプランジャを垂直に貫入させる。プ
ランジャが試料に接触してから１ｍｍ変位するまでの、
変位に対する荷重の変化率を「破断勾配」といい、果皮
が破れた時点での最大荷重を「破断力」という。

【００４７】この測定項目の内の破断勾配とは、実験例
１で求められた動的弾性率に相当する硬さ指標である。

【００４８】一番表面の硬いグループＡと、グループＡ
のものよりは柔らかいグループＢについて、図１の青果
物の表面硬度測定器により、各青果物１３につきその赤
道部を２か所測定した。また、各青果物１３の赤道部に
おける硬さの指標を得るために、上記２つの測定箇所の
破断試験を行って破断力を得た。

【００４９】一方、中間の硬さのグループＣは、軟化さ
せるために５日間、２０°Ｃの環境に放置した後に、同
様にグループＣの各青果物１３の赤道部の２か所を図１
の青果物の表面硬度測定器により測定し、そして破断試
験を行った。

【００５０】図４は、図３で示した上記反共振周波数
と、破断勾配との関係をグラフで表したものである。

【００５１】図４においては、上述した破断試験に基づ
き、プランジャ（図示せず）を青果物１３の赤道部に押
し込んだ際に、そのプランジャの移動距離が１ｍｍまで
の範囲における、破断勾配（ｇｆ／ｍｍ）と、反共振周
波数（Ｈｚ）との関係を示している。図４の関係におい
て、破断勾配と反共振周波数との間には、０．８９９と
いう強い相関が得られた。つまり、反共振周波数と、破
断勾配との関係に関しては、ほぼ再現性の得られること
が分かった。

【００５２】つまり、モデル試料の硬さ指標である動的
弾性率が増加するのに伴って、反共振周波数が大きくな
ることが確認された。また、青果物を用いた実験例で
も、図４に示すように、破断勾配（動的弾性率に相当す
る指標）が大きくなるに伴って、反共振周波数が増加す
ることが確認された。

【００５３】しかも、図４に示すように、この反共振周
波数と破断勾配には強い相関関係があることが確認され
た。

【００５４】このように、青果物の熟度やテクスチャー
を測定するのには、青果物の力学的特性は重要な指標と
なり、特に表面の柔らかい青果物の力学的特性（青果物
の表面硬度）を、青果物に与えられる変位とその変位に
よる反力（接触圧力）から反共振周波数を求めることに
より、無傷の状態で簡便に青果物の表面硬度を測定する
ことができる。

【００５５】本発明の実施例における特徴は、次の通り
である。 （１）振動子ともいう加振器５に、荷重検出器ともいう
荷重計１７を取り付けたことにより、加振器５と荷重計
１７がほぼ同一箇所となり、しかも微動装置７によりＸ
方向にそって青果物１３の位置を調整でき、青果物１３
の大きさ（サイズ）の大小に影響を受けずに、青果物１
３の表面硬度の測定をすることができる。 （２）接触子３３の接触圧力が微小（たとえば数ｇｆ）
であるために、押せ傷を青果物１３に付けることなく表
面硬度を測定することができる。 （３）加える振動のエネルギーが微小（たとえば振幅数
マイクロメータ、最高周波数２００Ｈｚ）であることか
ら、測定箇所以外では振動が減衰してしまうために、青
果物１３全体の伝搬特性は無関係となる。このために、
青果物１３の固定のための特別な治具が不要である。 （４）入出力の比である伝達関数で力学的特性を記述す
ることにより、青果物の表面硬度測定器の特性を除くこ
とができる。つまり、青果物の表面硬度測定器の特性に
関係なく、青果物の表面硬度を測定することができる。 （５）接触子の接触面が球状もしくは半球状であり、そ
の面積は微小であるので、対象物である青果物１３との
接触各変動の影響を受けにくい。

【００５６】ところで、本発明は上記実施例に限定され
ない。

【００５７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、青
果物に押せ傷をつけずに青果物を保護し、青果物のサイ
ズに影響を受けず、簡単な構成により正確に青果物の表
面硬度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の青果物の表面硬度測定器の好ましい実
施例を示すブロック図。

【図２】反共振周波数と動的弾性率との関係を示す図。

【図３】実験例の各グループにおける反共振周波数、破
断勾配、そして破断力を示す図。

【図４】反共振周波数と破断勾配の関係を示す図。

【符号の説明】

１ ベース ３ 変位計 ５ 加振器（変位付与手段） ７ 微動装置 １３ 青果物（試料） １７ 荷重計（反力検出手段） １９ 演算測定処理回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 青果物の局所に変位を与える変位付与手
   段と、 前記変位を与えることにより発生する前記青果物の局所
   の反力を検出する反力検出手段と、 前記変位と前記反力とに基づいて反共振周波数を演算し
   て前記青果物の表面硬度を測定する手段と、を備えるこ
   とを特徴とする青果物の表面硬度測定器。
2. 【請求項２】前記変位付与手段は、前記青果物に接触す
   る接触子を有し、この接触子の先端は球状である、請求
   項１に記載の青果物の表面硬度測定器。
3. 【請求項３】青果物を設定し、 前記青果物の局所に変位を与え、 前記変位による前記青果物の局所の反力を検出し、 前記変位と前記反力とに基づいて、力学系の伝達関数を
   求めることにより、前記青果物の局所の力学的特性であ
   る表面硬度を、反共振周波数により表すことを特徴とす
   る青果物の表面硬度測定方法。