WO2017209485A1 - 6자유도의 저작운동 시뮬레이터 - Google Patents

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WO2017209485A1
WO2017209485A1 PCT/KR2017/005632 KR2017005632W WO2017209485A1 WO 2017209485 A1 WO2017209485 A1 WO 2017209485A1 KR 2017005632 W KR2017005632 W KR 2017005632W WO 2017209485 A1 WO2017209485 A1 WO 2017209485A1
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maxillary
tooth
mandibular
frame
mandible
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PCT/KR2017/005632
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English (en)
French (fr)
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박동준
김범근
이상훈
천용기
이승주
편국남
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한국식품연구원
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C11/00—Dental articulators, i.e. for simulating movement of the temporo-mandibular joints; Articulation forms or mouldings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61C11/00—Dental articulators, i.e. for simulating movement of the temporo-mandibular joints; Articulation forms or mouldings
    • A61C11/02—Dental articulators, i.e. for simulating movement of the temporo-mandibular joints; Articulation forms or mouldings characterised by the arrangement, location or type of the hinge means ; Articulators with pivots
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine

Definitions

  • the present invention relates to a six-degree of freedom chewing exercise simulator, and more specifically, as a basic device for analyzing the texture of the food itself feels as a person chews the food, through a chewing drive unit respectively installed to correspond to the human chewing muscles;
  • the present invention relates to a six-degree of freedom chewing motion simulator that can implement a human's actual chewing motion very similarly.
  • the taste of the food is directly related not only to the taste of the taste of the tongue, but also to the feel of the tongue, as well as to the crispness or crispness of the process of chewing through the teeth.
  • texture analysis is conducted to have a texture that consumers may prefer in the development stage of a particular food.
  • the texture analysis of food can be distinguished by two methods using sensory evaluation and a device.
  • sensory evaluation there may be a difference between each experimenter because the experimenter checks the texture evaluation items. Since the evaluation may vary depending on the condition of the experimenter, there is a problem that objective numerical value is difficult. Therefore, the measurement of the physical properties of food, that is, texture analysis is using a texture analyser (texture analyser) implemented in various forms and methods.
  • the applicant of the present invention has proposed a technology regarding a food property analysis probe device having a ball head interlocking structure in Korea Patent Registration No. 10-1585055 (January 07, 2016).
  • the Republic of Korea Patent Registration No. 10-1585052 (January 07, 2016) has presented a technology for a probe property analysis device having a bearing interlocking structure.
  • connection portion having a ball head structure and a bearing structure and implemented in the same shape as the human teeth Can be measured realistically, accurately, and objectively.
  • the probe device for analyzing the physical properties of the food is such that the maxillary model is configured to be occluded by moving only in the vertical direction with respect to the mandibular model. Rotation and yaw rotation), there was a limit in measuring the physical properties of food more accurately and precisely. Therefore, a concrete structural improvement capable of realizing a realistic chewing movement such as human chewing muscle is required.
  • an authoring drive unit to provide a six-degree of freedom exercise simulator that can implement the actual human authoring movement very similarly.
  • the object is a mounting frame; Maxillary bone model coupled to one end of the mounting frame; A mandibular bone model disposed below the maxillary bone model and provided with a muscle protrusion and a joint protrusion from the rear end back and forth; And stretching and stretching the maxillary model and the mandibular model at positions corresponding to the temporal muscles, the lateral muscles, and the lateral pterygoid muscles, respectively, so that the mandibular model can exercise the 6 degree of freedom with respect to the maxillary bone model. It is achieved by a six-degree of freedom chewing motion simulator comprising a mastication drive unit consisting of a pair of first drive unit, a pair of second drive unit and a pair of third drive unit.
  • Each of the first driving unit, the second driving unit, and the third driving unit may include a first housing having an open working space, a second housing having an insertion portion fitted into the working space, and the first driving space within the working space.
  • a driving body including a spring for elastically supporting each of the housings to extend and contract in the longitudinal direction according to the external force; Ball joints respectively provided at both ends of the driving body and coupled to the maxillary bone model and the mandibular bone model;
  • a drive motor installed on the mounting frame to provide a rotational driving force; And one end coupled to the rotation shaft of the driving motor so that the driving body is stretched and contracted in the longitudinal direction while being wound or unrolled according to the rotation of the driving motor, and the other end is installed in the guide groove formed along the edge of the driving body. It may include a wire coupled to one side of the drive body.
  • the driving body may include a guide hole communicating with the working space along a length direction of the first housing, and a guide pin coupled to the insertion part through the guide hole.
  • the driving body may further include a ring-shaped rotating body installed at an edge of the ball joint and rotating to reduce frictional resistance between the wire and the guide groove.
  • the mounting frame the bottom frame in surface contact with the bottom surface; Middle frames spaced apart from each other in the upper left and right of the bottom frame; An upper frame spaced upwardly from the middle frame; A center frame installed to protrude forward from the center of the upper frame and coupled to the upper surface of the maxillary bone model; And it may include a lower extension frame which is formed extending from the left and right of the center frame, respectively, so that both ends are spaced apart from the left and right sides of the maxillary bone model.
  • the first driving body of the first driving unit is disposed to correspond to the stretching direction of the temporal muscle which is the mastic muscle between the muscle protrusion and the side surface of the center frame, and is fixed through the first ball joint of the first driving unit
  • the second driving body of the driving unit is disposed to correspond to the stretching direction of the muscle muscles of the mandible muscle between the mandible model and the lower extension frame is fixed through the second ball joint of the second driving unit
  • the third drive unit may be disposed between the articular protrusion and the maxillary bone model so as to correspond to the stretching direction of the lateral pterygium, which is the masticatory muscle, and may be fixed through a third ball joint of the third driving unit.
  • At least one guide pulley may be installed in the mounting frame to guide the wire to the guide groove smoothly.
  • the maxillary bone model comprises a maxillary tooth, which consists of a tooth trunk and a tooth root, respectively, and a maxillary gum frame in which a maxillary tooth hole into which the tooth root of the maxillary tooth is fitted is formed.
  • a mandibular tooth composed of a tooth trunk and a tooth root and corresponding to a lower teeth of a human, and a mandibular tooth frame formed with a mandibular tooth hole into which the tooth root of the mandibular tooth is fitted, respectively, the maxillary tooth and / or the mandibular tooth
  • pressure measuring means for measuring the force exerted on the maxillary and / or mandibular teeth during the mastication movement through a load cell may be provided in whole or optionally.
  • the pressure measuring means may include: the load cell measuring a degree of force transmitted from the maxillary and / or the mandibular teeth; A spacer interposed between the load cell and the maxillary tooth and / or the mandibular tooth, one end of which has a fixing pin formed to engage with the root of the upper and lower teeth, and the other end of the spacer contacting the front surface of the load cell; And a shock absorbing member having one end in contact with the rear surface of the load cell and the other end supported by the support plate to absorb the shock applied to the load cell.
  • the maxillary bone model, the first maxillary mounting plate is coupled to the upper portion of the maxillary gum frame and the first thermal pressure measuring means is installed so that the pressure measuring means, which is a bulk material with respect to the entire maxillary teeth, can be installed without interference with each other;
  • a second maxillary mounting plate coupled to an upper portion of the first maxillary mounting plate and having a second thermal pressure measuring means installed therein, wherein the first maxillary mounting plate includes: a first in which the first thermal pressure measuring means is installed; The maxillary mounting hole is spaced apart from each other, and a through hole through which the fixing pin of the second thermal pressure measuring means penetrates is formed, and the second maxillary mounting plate is not overlapped with the formation position of the first maxillary mounting hole.
  • a second maxillary installation hole spaced apart from each other may be provided in which the second thermal pressure measuring means is installed.
  • the mandibular model, the first mandible mounting plate is coupled to the lower portion of the mandible gum frame and the third heat pressure measuring means is installed so that the pressure measuring means which is a volume of the entire mandible teeth without interference with each other, and A second lower mounting plate coupled to the lower portion of the first lower mounting plate and the fourth thermal pressure measuring means is further provided, wherein the first lower mounting plate, the first thermal installation means of the third thermal pressure measuring means
  • the mandrel mounting hole is spaced apart, and a through hole through which the fixing pin of the fourth thermal pressure measuring means penetrates is formed, and the second mandrel mounting plate is formed in a region which does not overlap with the formation position of the first mandible mounting hole.
  • a second mandrel installation hole may be provided to be spaced apart so that the fourth thermal pressure measuring means is installed.
  • the maxillary bone model includes a maxillary gum frame provided with a maxillary tooth corresponding to each of the upper teeth of the human, and the maxillary bone model includes a maxillary gum frame provided with a mandibular teeth corresponding to each of the lower teeth of a human being.
  • a sample shielding means for preventing the food sample injected into the mastication space to escape to the outside during the chewing movement process of the upper and lower jaw model can be provided with a sample shielding means to enable continuous mastication of the food sample. .
  • it is provided between the maxillary coupling portion and the mandibular coupling portion may include a corrugated tube to stretch in the vertical direction in accordance with the chewing movement of the upper, lower jaw model.
  • the sample shielding means the upper jaw coupling portion of the tubular shape detachably coupled to the maxillary gum frame; A tubular mandrel coupling portion detachably coupled to the mandible gum frame; A tubular elastic vinyl film provided between the maxillary coupling portion and the mandible coupling portion; And installed in the maxillary coupling portion and the mandibular coupling portion, and folded in the occlusal state of the upper and lower mandibular models, extending the elastic vinyl film outward, and expanding the elastic vinyl film outward in the open state. And foldable ribs.
  • the foldable rib may include: an arc-shaped first elastic rib having one end hinged to the maxillary coupling portion and concave toward the chewing space; And one end hinged to the mandrel coupling portion, the other end hinge-bonded or ball-jointed so as not to overlap the other end of the first elastic rib, and including an arc-shaped second elastic rib concave toward the chewing space. At least one of the elastic vinyl membranes may be spaced apart from each other in a symmetrical manner.
  • the sample shielding means the lower jaw coupling portion of the tubular shape detachably coupled to the mandible gum frame;
  • a tubular recess extending upward from the mandible coupling portion and formed to be concave to be adjacent to the upper and lower teeth in the occlusal state;
  • a tubular extension extending upwardly from the recess and extending outward so that the upper and lower jawbone models do not interfere with the maxillary bone model, and the mandrel coupling unit, the recess and the extension unit are integrated. It can be formed as.
  • the mandibular model may further include a first chewable inducer formed obliquely upward from the inner edge of the mandibular teeth arranged.
  • the maxillary bone model may further include a second chewable derivative which is formed to be inclined downward from the inner edge of the maxillary tooth arranged in a downward direction, and is deformed outwardly by the first chewable derivative in the occlusal state.
  • the first drive unit corresponding to the temporal muscles which are the mastic muscles
  • the second drive unit corresponding to the muscles and the third drive unit corresponding to the lateral pterygium are composed of the actual operation of the human It is possible to implement a chewing operation that is very similar to exercise, and as a measure of the force exerted on each of the maxillary teeth and / or the mandibular teeth during the chewing exercise on the food through pressure measuring means, the food properties are more realistic and accurate. There is an effect that can be analyzed precisely.
  • sample shielding means formed in various forms that do not interfere with the chewing movement of the upper and lower jaw models is arranged as surrounding the chewing space between the upper and lower jaw models, the food sample injected into the chewing space does not escape to the outside during the chewing movement. Continuous chewing can be achieved through upper and lower jaw teeth, and there is an effect of easily observing the morphological changes of the food sample and deformation of the cut surface in the chewing process from the outside.
  • FIG. 1A is a perspective view of a tooth model for analyzing food properties provided with a sample shielding means according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is an exploded perspective view of FIG. 1A.
  • Figure 2a is a perspective view of a tooth model for analyzing food properties provided with a sample shielding means according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is an exploded perspective view of FIG. 2A.
  • FIG. 2B is an exploded perspective view of FIG. 2A.
  • 2C is a view showing an operating state of the second embodiment according to the present invention.
  • Figure 3a is a perspective view of a tooth model for analyzing the physical properties of food provided with a sample shielding means according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is an exploded perspective view of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a view illustrating an operating state of the first and second chew derivatives according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view and a cross-sectional view of the maxillary bone model in which the pressure measuring means according to the fourth embodiment of the present invention is installed.
  • Figure 6 is a perspective view of the maxillary bone model is installed pressure measuring means according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A and 7B illustrate exploded views of FIG. 6 from above and below, respectively, and FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 6.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the occlusal state of the chewing exercise simulator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a view showing the structure of the mastication drive unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a diagram showing human masticatory muscles, the temporal muscle, the lateral muscle and the lateral pterygium, respectively.
  • FIG. 11A is a diagram showing human masticatory muscles, the temporal muscle, the lateral muscle and the lateral pterygium, respectively.
  • 11B to 11D are side views, front views, and rear views respectively showing the positional relationship of the first drive unit, the second drive unit, and the third drive unit in the occlusal state corresponding to the masticatory muscles shown in FIG. 11A, respectively.
  • 12a to 12d is a front view, a right side view, a left side view and a back view respectively showing a state in which the mandibular bone is moved to the maximum direction in the lateral direction according to an embodiment of the present invention.
  • 13a to 13d is a front view, a right side view, a left side view and a back view respectively showing the maximum open state of the mandibular bone model according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a right side view and a rear view of the upper and lower chewing processes of the mandibular model in the occlusal state of FIG. 8 step by step.
  • FIG. 15 is a front view and a rear view illustrating the left and right chewing exaggeration of the mandibular model in the occlusal state of FIG. 8 step by step.
  • pressure measuring means 180a, 180b first, second thermal pressure measuring means
  • spacer 182a fixing pin
  • 152d, 162d, 172d guide grooves 152e, 162e, 172e: guides
  • sample shielding means 191 maxillary coupling portion
  • Figure 1a is a perspective view of the tooth model for analyzing the physical properties of food provided with a sample shielding means according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 1b is an exploded perspective view of Figure 1a
  • Figure 2a according to a second embodiment of the present invention 2 is a perspective view of a tooth model for analyzing food properties provided with a sample shielding means
  • FIG. 2B is an exploded perspective view of FIG. 2A
  • FIG. 2C is a view showing an operating state of a second embodiment according to the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a tooth model for analyzing physical properties of foods provided with a sample shielding means according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is an exploded perspective view of FIG. 3A
  • FIG. 4 is a first and second mastication according to a third embodiment of the present invention.
  • the tooth model 200 for food property analysis provided with the sample shielding means according to the present invention, the upper and lower jaw model (120, 130) through the sample shielding means 190 to simulate the facial skin around the human maxilla and mandible Without interfering with the movement, the food sample (F) injected into the mastication space (S) between the upper and lower jaw models (120,130) is not allowed to escape to the outside during the chewing movement, as well as through the upper and lower teeth (122,132) It is a device designed to allow continuous chewing of the food sample (F), and to allow for morphological changes and deformation of the cut surface of the food sample (F) to be observed from the outside.
  • the ultimate reason for devising the tooth model for analyzing the physical properties of food is to simulate the chewing movement of human beings more realistically so that the data related to the physical properties of food, such as the texture of the food (hardness, softness, viscosity, elasticity, etc.) To derive In addition, it is to provide a foundation for further and more detailed research related to the chewing movement of human beings, which goes beyond the simple measurement of food properties described above.
  • This ultimate purpose is made possible by allowing the food sample F injected into the chewing space S to be continuously chewed through the upper and lower teeth 122 and 132 without departing outward in the chewing process.
  • the tooth model 200 for food property analysis provided with the sample shielding means according to the present invention, the maxillary bone model 120, the mandibular bone model 130 and the sample as shown in FIG. It comprises a shielding means 190, etc.
  • the maxillary bone model 120 and the mandibular bone model 130 is specifically for the structure of the maxillary bone model 120 for convenience of description in relation to the symmetrical relationship up and down structurally It will be illustrated and described.
  • the maxillary bone model 120 and the maxillary tooth 122 are components that shape the upper jaw bone, that is, the maxilla, provided in the front end portion, and specifically include the maxillary tooth 122 and the maxillary gum frame 124. do.
  • the maxillary tooth 122 basically consists of a tooth root 122a exposed to the outside and a tooth root 122b fitted into the maxillary tooth hole 124a to be described later, respectively, on the upper teeth of the human being (incisors, canines, molars). It is produced in the corresponding shape and number (14 except for the crotch).
  • the maxillary teeth 122 are made of melamine resin or the like so as to smoothly perform the chewing exercise test without being damaged even by the impact of the maximum chewing force (500N to 700N) of the human being. The same applies to the lower jaw tooth 132 which will be described later.
  • the maxillary gum frame 124 basically consists of a gum shape, and the maxillary teeth 122 are mounted according to the dentition, as shown in FIGS. 5 and 7a, and the like of the maxillary gum frame 124.
  • the maxillary tooth hole 124a into which the tooth root 122b of the maxillary tooth 122 is fitted is spaced apart in accordance with the teeth.
  • the inner diameter of the maxillary tooth hole (124a) is a tooth root (122b) and the spacer 182 to be described later so that the force applied to the tooth torso (122a) when smoothing the food can be transmitted to the load cell 184 to be described later Form somewhat larger than the diameter of.
  • mandibular model 130 as shown in Figures 1a to 3b, the mandible teeth, that is provided with a mandible tooth 132 is provided at the front end and the rear and rear end muscles 134 and articular projections 136, respectively, mandibula ) Is a component of the figure.
  • the mandibular model 130 is disposed below the maxillary bone model 120 to be masticated with respect to the maxillary bone model 120 through the mastication drive unit 140 to be described later, specifically, the mandibular teeth 132 and the mandible gums It is configured to include a frame (131).
  • the mandible tooth 132 is slightly different in shape and the like from the maxillary tooth 122, and thus is configured to correspond to the maxillary tooth 122 as a whole. Therefore, the description of the above-described maxillary tooth 122 is replaced.
  • the mandible gum frame 131 basically consists of a gum shape, and a mandible tooth 132 is a component that is mounted according to the dentition. It consists of a mandibular angle that forms an obtuse angle upward from both ends, and a mandibular branch that extends upward from a mandibular angle, forming a rear end.
  • the upper teeth of the lower jaw body frame 131 of the lower jaw teeth 132, the mandibular tooth hole is fitted to each other is formed in accordance with the dentition, respectively, the upper and lower back muscles 134 and articular projections (136) ) Is formed.
  • the inner diameter of the mandibular tooth hole is formed to be somewhat larger than the diameter of the tooth root and the spacer 182 to be described later, so that the force applied to the tooth torso when masticating the food can be smoothly transmitted to the load cell 184 to be described later It is the same as one maxillary tooth 124a.
  • Sample shielding means 190 is a component that simulates the facial skin surrounding the human maxilla and mandible, the food sample (F) injected during the mastication process of the upper and lower jaw models (120,130) does not escape to the outside
  • the continuous chewing of the food sample (F) can be made, it is provided as surrounding the chewing space (S) between the upper and lower jaw models (120,130).
  • the mastication space (S) corresponds to the oral cavity of the human being, and the upper and lower teeth 122 and the upper and lower teeth 132 are engaged with each other while the food sample F is cut or crushed between the upper and lower jaw bone models 120 and 130. Says space.
  • sample shielding means 190 for performing the functions or functions as described above may be implemented in various ways or forms, in the present invention, the sample shielding means 190 is embodied in about three embodiments. Will be presented.
  • the sample shielding means 190 according to the first embodiment of the present invention, as shown in Figure 1a and 1b, the maxillary coupling portion 191, the mandibular coupling portion 192 and the corrugated tube 193, etc. It is configured to include, each of these components can be made separately and combined, or may be manufactured integrally.
  • the maxillary coupling portion 191 is formed in a shape corresponding to the outer circumference of the maxillary gum frame 124 and is a tubular component that is detachably coupled to the maxillary gum frame 124, and the maxillary tooth 122 in the chewing process It is preferable to manufacture a transparent resin material or the like so that the deformation of the food sample (F) and the deformation of the cut surface and the like can be easily observed from the outside.
  • the mandible coupling part 192 is formed in a shape corresponding to the outer circumference of the mandible gum frame 131 and is a tubular component that is detachably coupled to the mandible gum frame 131, and is transparent like the maxillary coupling part 191. It is preferable to manufacture the synthetic resin material of the material.
  • the corrugated tube 193 is provided between the maxillary joint 191 and the mandibular joint 192 to shield the upper and lower jaw models, the inner space between the upper and lower jaw models 120 and 130, while shielding the upper and lower jaw models.
  • the corrugated pipe body 193 is preferably made of a synthetic resin or the like of a transparent material having a predetermined range of elasticity.
  • the chewing movement between the upper and lower jaw models 120 and 130 is not disturbed through the sample shielding means 190 according to the first embodiment having the above-described configuration, and the food sample F injected into the chewing space S is the chewing movement. Not only does not escape to the outside in the process, of course, it is possible to continuously authoring the food sample (F) through the upper and lower teeth (122,132), the shape change of the food sample (F) during the chewing process and the deformation of the cut surface is external It can be easily observed at.
  • the sample shielding means 190 according to the second embodiment of the present invention, as shown in Figures 2a to 2c, the upper coupling portion 191, the lower coupling portion 192, the elastic vinyl film 194 and It includes a foldable rib (195) and the like, each of these components can be made separately and combined, or at least the maxillary coupling portion 191, the mandibular coupling portion 192 and the elastic vinyl film 194 integrally It may be manufactured.
  • the upper coupling portion 191 and the lower coupling portion 192 are the same as the contents of the first embodiment described above, and thus a detailed description thereof will be omitted, and the elastic vinyl membrane 194 and the foldable rib 195 will be described.
  • the elastic vinyl film 194 is provided between the maxillary coupling portion 191 and the mandibular coupling portion 192 to shield the upper and lower jaw spaces of the mastication space S and the outer space between the upper and lower mandibular models 120 and 130, respectively. It is a component of the tubular shape that is folded and unfolded according to the mastication movement of the models 120 and 130.
  • the elastic vinyl film 194 can be easily stretched outwardly by the folding ribs 195 to be described later in the occlusal state of the upper and lower jaw models 120 and 130 (the upper and lower teeth 122 and 132 are in good contact). It is preferable to manufacture a transparent resin and the like so as to have excellent elasticity.
  • the foldable rib 195 is a component that is installed across the maxillary coupling portion 191 and the mandibular coupling portion 192 inside the elastic vinyl membrane 194 as shown in FIG. 2C, and the upper and lower bone models 120 and 130.
  • the elastic vinyl film 194 expands to the outside while being folded, and in the open state, the elastic vinyl film 194 is operated to be retracted toward the mastication space S.
  • the elastic vinyl film 194 can perform operations similar to human facial skin (when the mouth is open, the face skin is retracted inward and the face skin is extended outward when the mouth is closed). As the food sample F between the vinyl film and the upper and lower teeth 122 and 132 is guided toward the chewing space S, the upper and lower teeth 122 and 132 are continuously made.
  • the operation as described above may be implemented in a variety of ways, but the foldable rib 195 according to the second embodiment, the first elastic rib 195a and the second elastic rib 195b as shown in FIG. It is configured to include.
  • the first elastic rib 195a is an element having an arc-shaped rod shape concave toward the chewing space S, and one end thereof is hinged to the maxillary coupling portion 191 to be rotated outward.
  • the second elastic rib 195b is an element having an arc-shaped rod shape concave toward the mastication space S, like the first elastic rib 195a, and has one end hinged to the lower coupling part 192. Rotated outward, the other end is hinged (H2, hinged from one side) or ball joint (BJ) so as not to overlap with the other end of the first elastic rib 195a.
  • the first and second elastic ribs 195a and 195b may be made of a material that is elastically deformable in a predetermined range so that the above-described functions of the facial skin can be stably implemented even during an extreme mastication movement.
  • hinge coupling (H2) or ball joint coupling (BJ) between the first and second elastic ribs (195a, 195b) is the upper and lower hinge coupling as shown in Figure 2c (b) in the maximum open state of the upper and lower bone models (120,130) It is preferably formed to be positioned on the same vertical line as (H1, H3) or to protrude outward from them. This is to allow the first and second elastic ribs 195a and 195b to be smoothly folded in the outward direction instead of the inner side (the working space side) when the first and second elastic ribs 195a and 195b are in an occlusal state.
  • first and second elastic ribs 195a and 195b are connected to the ball joint coupling BJ, the free rotation of the torsion between the first and second elastic ribs 195a and 195b is performed, and thus, the hinge coupling H2 is performed. Durable and smooth operation is achieved.
  • the foldable rib 195 composed of the first and second elastic ribs 195a and 195b having the above-described structure more smoothly guides a function such as facial skin (the function of guiding the food sample F toward the chewing space S). It is preferable that at least one or more are symmetrically spaced apart from each other along the outer circumference of the elastic vinyl film 194 so as to be performed.
  • the sample shielding means 190 includes a mandrel coupling portion 192, a recessed portion 196 and expansion 197 and the like.
  • the upper opening is formed integrally by using a synthetic resin, such as a transparent material so as to form a tubular shape than the lower opening as a whole.
  • the lower coupling part 192 is the same as the content described in the first embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted and the focus will be mainly on the recess 196 and the extension 197.
  • the concave portion 196 is a component provided to perform a role as a barrier for preventing the food sample F injected into the chewing space S from being separated out of the upper and lower teeth 122 and 132 during the chewing process. It extends upward from the mandrel coupling portion 192 but is made of a tubular shape concave to be adjacent to the upper and lower teeth 122,132 in the occlusal state. Through the concave portion 196, the upper and lower jaw bone models 120 and 130 can be continuously masticated for the injected food sample (F).
  • the expansion unit 197 has interference between the upper end of the sample shielding means 190 coupled to the mandibular model 130 and the maxillary bone model 120 when the mandibular model 130 is masticated with respect to the maxillary bone model 120.
  • the concave portion 196 extends upward and extends outward to form a tubular shape.
  • the chewing movement between the upper and lower jaw models 120 and 130 through the sample shielding means 190 according to the third embodiment does not interfere, and the food sample F injected into the chewing space S is a concave portion 196.
  • the food sample F injected into the chewing space S is a concave portion 196.
  • the deformation of can be easily observed from the outside.
  • the mandibular bone model 130 may further include a first chewable derivative 198 protruding obliquely upward from the inner edge of the mandibular teeth 132 arranged as shown in FIGS. 3B and 4. .
  • the first chew derivative 198 guides the food sample F introduced into the mandible tooth 132 toward the chewed surface of the upper and lower teeth 122 and 132 in the process of being chewed by the upper and lower mandible models 120 and 130.
  • the sample shielding means 190 and the first chewable derivative 198 are used in an overlapping manner, the sample shielding means 190 guides the food sample F toward the chewing space S without leaving the outside.
  • the first chew derivative 198 induces the food sample (F) introduced into the mandible teeth to slide toward the chewing surface of the upper and lower teeth (122,132) along the slope of the first chew derivative (198) by its own weight.
  • the food sample (F) is continuously positioned on the chewing surface of the upper and lower jaw teeth (122,132), thereby making the continuous chewing on the food sample (F) more smoothly and continuously.
  • the maxillary bone model 120 is protruded downward from the inner edge of the maxillary teeth 122 arranged as shown in FIG. 4, but is pushed outward by the first chew derivative 198 in an occlusal state. It may further include a second chew derivative 199 to be modified.
  • the second chewable derivative 199 is a component that allows the food sample (F) introduced into the upper and lower teeth (122,132) to be collected more smoothly on the side of chewing through an operation in conjunction with the first chewable derivative (198). It may be made of soft silicone or rubber. Of course, in the case of the first chew derivative 198 can also be made of the same material.
  • FIG. 5 is a front view and a cross-sectional view of the maxillary bone model in which the pressure measuring means according to the fourth embodiment of the present invention is installed
  • FIG. 6 is a perspective view of the maxillary bone model in which the pressure measuring means according to the fifth embodiment of the present invention is installed
  • 7A and 7B illustrate exploded views of FIG. 6 from above and below, respectively
  • FIG. 7C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 6.
  • the tooth model for analyzing the physical properties of foods having a load cell basically measures the force applied to each tooth (ie, basic data of the physical properties of foods) when the food is masticated, as well as the allowable value. It is a device designed to enable stable and continuous measurement of the force change applied to each tooth even when the chewing motion is performed with excessive force.
  • the reason why the tooth model for analyzing the physical properties of foods equipped with such a load cell is designed to derive more precisely and precisely the data related to the physical properties of the food, ie, the texture of the food (hardness, softness, viscosity, elasticity, etc.).
  • the force or force change applied to each tooth during the chewing process of the food is made possible by a stable and continuous measurement.
  • the tooth model for analyzing the physical properties of foods equipped with a load cell is specifically a maxillary bone model 120, a mandibular bone model ( 130) and the pressure measuring means 180 is configured.
  • the maxillary bone model 120 and the mandibular bone model 130 are described in relation to the structure of the maxillary bone model 120 as shown in Figs. Shall be.
  • the pressure measuring means 180 may be entirely (14 or 28) or selectively installed on at least one of the maxillary teeth 124a and the mandibular teeth (the maxillary teeth 124a and / or the mandibular teeth). And the force applied to at least one side (the maxillary tooth 122 and / or the mandibular tooth 132) of the maxillary tooth 122 and the mandibular tooth 132 through the load cell 184.
  • the pressure measuring means 180 is selectively installed in the entire maxillary tooth 124a or the maxillary dental hole 124a at a required position, or the entire maxillary tooth or the mandible tooth at the required position by the user's decision. It may be selectively imparted or alternatively imparted to the maxillary tooth 124a and the maxillary or the maxillary tooth 124a and the mandible.
  • the maxillary bone model 120 and the mandibular bone model 130, in which the pressure measuring means 180 is installed can be easily inferred by the description of one side due to the structurally symmetrical relationship. Description of the 180 will be described with reference to the pressure measuring means 180 inherent in the maxillary bone model 120 as shown in FIGS.
  • the tooth model (the maxillary bone model 120) for food property measurement has a load cell 184 corresponding to the selected portion (about 7) of the maxillary teeth 122. Since only the actual maxillary bone model 120 is provided inside, there is no restriction in the installation space, so that the pressure measuring means 180 is installed in a single row non-laminated structure.
  • the pressure measuring means 180 according to the fourth embodiment basically includes a load cell 184, a spacer 182, an impact absorbing member 186, and the like.
  • the load cell 184 is a component for measuring the force or the load in a manner that generates an electrical signal differently according to the magnitude of the force or the load applied to the measurement site, and will be described later in the maxillary tooth hole 124a as shown in FIG. 5.
  • the measured force information may be transmitted to and stored in a controller (not shown) which will be electrically connected to the load cell 184.
  • the load cell 184 is a small product that can be fixed inside the maxillary tooth hole (124a), and can measure up to the maximum chewing force (500N ⁇ 700N) of the human, as long as it may be any way, specific operation method Since the structure is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.
  • the spacer 182 mediates the force applied to the tooth torso 122a to be completely transmitted to the load cell 184 without loss when masticating the food, and the maxillary tooth 122 is separated from the maxillary gum frame 124.
  • one end of the fixing pin 182a is formed to combine with the tooth root (122b) of the maxillary tooth (122), the other end It is made to contact the front surface (measurement part) of the load cell 184.
  • the coupling between the fixing pin (182a) and the tooth root (122b) may be made by interference fit or screw coupling method, preventing the departure of the maxillary tooth (122) from the maxillary gum frame (124) of the maxillary tooth (124a)
  • One side of the spacer 182 may be formed on the separation prevention protrusion 124b protruding from one side of the inner circumferential surface thereof.
  • the shock absorbing member 186 is a component that absorbs an impact or a force applied to the load cell 184 during excessive chewing movement to prevent failure or damage of the load cell 184 itself, and is provided inside the maxillary tooth hole 124a. One end is in contact with the rear surface of the load cell 184 (opposite side of the measurement site), and the other end is disposed to be supported by the support plate 127.
  • the shock absorbing member 186 may be embodied as a synthetic resin block that is elastically deformed within or outside the maximum chewing force (500N to 700N) of a human being, or a coiled spring as shown in FIG. 5.
  • an inclined surface may be formed on one surface, and a plurality of elastic washers 186a may be compressed in a predetermined range. That is, the inclined surfaces of the elastic washers 186a are configured to have a structure in which a pair is disposed so as to face or oppose each other, thereby exerting an elastic force.
  • the reason why the elastic washer 186a is used is that a sufficient elastic force can be exerted as desired through the thickness adjustment of the elastic washer 186a even in a narrow space such as the inside of the maxillary tooth hole 124a.
  • Both ends of the elastic washer 186a may be added with a synthetic resin support member 186b that is elastically deformed within and outside human maximum chewing force (500N ⁇ 700N).
  • the tooth model for measuring physical properties corresponds to the entire maxillary teeth 122 (14 pieces) as shown in FIGS. 6 and 7 and has a predetermined volume.
  • the pressure measuring means 180 is installed in a two-layer stack structure so that the load cells 184 having both of them can be provided inside the physical maxillary model 120 having a narrow size.
  • the configuration itself of the pressure measuring means 180 is the same as in the above-described fourth embodiment, and there is only a difference in the installation position and arrangement, the detailed description of each configuration is replaced with the above description and the difference Explain mainly.
  • the two-layer stack structure of the pressure measuring means 180 according to the fifth embodiment is such that the load cells 184 corresponding to the entirety of the maxillary teeth 122 may be mounted on the narrow maxillary bone model 120. In order to secure a space, the space is secured by the load cells 184 installed at different positions without overlapping each other.
  • the pressure measuring means 180 which is a volume for the entire maxillary teeth 122, two rows up and down without interference with each other In order to be installed in a second row, the lower row is defined as the first row), the first maxillary mounting plate 125 and the second maxillary mounting plate 126 are further configured.
  • the first maxillary mounting plate 125 is a plate-shaped component coupled to the upper portion of the maxillary gum frame 124 and the first thermal pressure measuring means 180 is installed.
  • the first maxillary installation hole 125a in which the means 180a are respectively installed, is spaced apart from each other, and the through-holes 125c through which the fixing pins 182a of the eighth second thermal pressure measuring means 180b are respectively formed are approximately. It is formed between the first maxillary installation hole (125a). At this time, the spacing interval or position of the first maxillary installation hole 125a and the through hole 125c, the inclination direction of the first maxillary installation hole 125a and the through hole 125c, etc. It may be variously modified in consideration.
  • the second maxillary mounting plate 126 is a plate-shaped component coupled to the upper portion of the first maxillary mounting plate 125 and provided with the second thermal pressure measuring means 180b, and the first maxillary mounting hole 125a on the upper surface thereof.
  • the second maxillary installation hole 126a is formed to be spaced apart from the overlapping position of the position) and the eighth second heat pressure measuring means 180b. At this time, the distance between the second maxillary installation hole (126a), the inclination direction of the second maxillary installation hole (126a), and the like, the arrangement of the maxillary teeth 122 and the formation position of the first maxillary installation hole (125a) described above It may be variously modified in consideration of.
  • the support plate 127 is coupled to the upper portion of the second maxillary mounting plate 126 to support the second thermal pressure measuring means 180b.
  • the number of the first and second thermal pressure measuring means (180a, 180b) can be increased or decreased as needed within the limit without interference with each other, as shown in the drawings, the first and second maxillary installation hole ( 125a and 126a and the number of maxillary teeth 122 are also changed.
  • one side of the inner circumferential surface of the first and second maxillary installation holes 125a and 126a is separated from the jaw 125b and 126b formed so that one side of the spacer 182 is protruded from the maxillary teeth frame 124. Deviation of 122) can be prevented.
  • the tooth model for measuring physical properties corresponds to the entire mandible teeth 132 (14 pieces) and has a predetermined load cell 184.
  • the pressure measuring means 180 is installed in a two-layer laminated structure.
  • the mandibular bone model 130, the pressure measuring means 180 which is a volume of the entire mandible teeth 132 to be installed in two rows (upper third row, lower row fourth row) up and down without interfering with each other.
  • the pressure measuring means 180 which is a volume of the entire mandible teeth 132 to be installed in two rows (upper third row, lower row fourth row) up and down without interfering with each other.
  • a structure further comprising a first mandible mounting plate and a second mandible mounting plate.
  • the first mandible mounting plate is a plate-shaped component that is coupled to the lower portion of the mandible gum frame 131 and the third heat pressure measuring means is installed.
  • the first mandible mounting holes are spaced apart from each other, and through holes through which the fixing pins 182a of the eighth thermal pressure measuring means 180 are formed, respectively, are formed between the first mandible mounting holes.
  • the spacing interval or position of the first mandrel installation hole and the through hole, the inclination direction of the first mandrel installation hole and the through hole may be variously modified in consideration of the arrangement of the mandible teeth 132.
  • the second mandible mounting plate is a plate-shaped component that is coupled to the lower portion of the first mandatory mounting plate and the fourth thermal pressure measuring means 180 is installed.
  • the second lower mounting plate does not overlap with the formation position of the first lower mounting hole on the lower surface.
  • a second mandrel installation hole is formed in which the fourth thermal pressure measuring means 180 is formed to be spaced apart from each other. At this time, the spaced interval between the second mandible installation hole or the inclination direction of the second mandible installation hole may be variously modified in consideration of the arrangement of the mandible teeth 132 and the formation position of the first mandible installation hole described above.
  • the support plate, the number of the third and fourth thermal pressure measuring means 180, and the formation of the separation prevention jaw are the same as the maxillary bone model 120, a detailed description thereof will be omitted.
  • the force applied to each of the upper and lower teeth 122 and 132 at the time of mastication of the food through the load cell through the spacer 182 directly connected to these.
  • the quantitative measurement is calculated for each tooth, which enables more realistic, accurate and precise food property analysis.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the occlusal state of the chewing exercise simulator according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 is an exploded perspective view of Figure 8
  • Figure 10 is a view showing the structure of the chewing drive unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 11A is a diagram showing the lateral muscles, the lateral muscles, and the lateral pterygium, which are human masticatory muscles, respectively.
  • FIGS. 11B to 11D are the first driving part, the second driving part, and the third corresponding to the masticatory muscles shown in FIG. 11A, respectively.
  • 12A to 12D are front views each showing a state in which the mandibular bone is maximally moved in the lateral direction, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A to 13D are a front view, a right side view, a left side view, and a rear view, respectively, illustrating a maximum open state of the mandibular bone model according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a view.
  • FIG. 15 is a right side view and a rear view showing the upper and lower mastication processes of the mandibular model in the occlusal state
  • FIG. 15 is a front view and a rear view illustrating the left and right chewing exaggerations of the mandibular model in the occlusal state of FIG.
  • the mandibular bone model 130 has six degrees of freedom with respect to the maxillary bone model 120, that is, the front and rear direction (X axis) movement, the left and right direction (Y axis) movement, the vertical direction ( Z-axis) It is a device designed to enable the movement in the roll direction, the rotation in the pitch direction, and the rotation in the yaw direction.
  • the motion of the six degrees of freedom of the mandibular model 130 can be made to operate very similar to the actual chewing movement of the human.
  • the reason for implementing the device that works very similarly to the actual chewing movement of human is that if the force applied to each tooth is measured through the load cell 184 under conditions similar to the chewing process of the actual food, the texture of the food (hardness, softness) , Viscosity, elasticity, etc.) can be calculated more reliably and accurately.
  • Six degrees of freedom mastication exercise simulator 100 to implement the six degrees of freedom of the mandibular model 130 for the maxillary bone model 120 as described above, mounting frame 110, the maxillary bone model described in detail above 120 and the mandibular model 130 and the mastication drive unit 140 and the like.
  • the mounting frame 110 is fixed and supported while the components such as the maxillary bone model 120, the mandibular bone model 130, and the mastication drive unit 140 are seated, and the mandibular bone model 130 operates freely without interference by surrounding structures.
  • any form may be used as long as it can implement the above-described functions.
  • the mounting frame 110 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 8 and 9, the front side is made of a structure that can be mounted in a state in which the maxillary bone model 120 and the mandibular bone model 130 are protruded.
  • the rear side is made of a laminated structure that can be mounted for each drive height, such as a drive motor to be described later.
  • the mounting frame 110 is configured to include a bottom frame 112, the middle frame 114, the upper frame 116, the center frame 118 and the lower extension frame 119.
  • Bottom frame 112 is a plate-like component that is in surface contact with the bottom surface, the middle frame 114 is spaced upwardly through the spacer member 113 to serve as pillars on the left and right of the bottom frame 112, respectively. It is a plate-shaped component, the upper frame 116 is a plate-shaped component that is installed spaced apart upward through the spacer member 113 that serves as a pillar in the middle frame (114).
  • center frame 118 is a plate-like component that is installed to protrude forward from the center of the upper frame 116, the protruding end is coupled to the upper surface of the maxillary bone model (120).
  • the lower extension frame 119 is a component formed by extending downward from the left and right of the center frame 118 so that both ends are spaced apart from the left and right sides of the maxillary bone model 120, as shown in the overall ' It is made of a 'c' shape but can also be made in the form of an arch. Both ends of the lower extension frame 119 are respectively coupled to the second ball joint 164 provided at the upper end of the second driving body 162 to be described later to serve to fix and support the second driving body 162. do.
  • the maxillary bone model 120 and the mandibular bone model 130 have been described in detail in the food property analysis tooth model 200 provided with a sample shielding means including the same, and replaces the above-described contents.
  • the mastication drive unit 140 is a component provided to allow the mandibular model 130 to perform the 6 degree of freedom mastication movement with respect to the maxillary bone model 120, and corresponds to the technical features of the present invention.
  • the mastication drive unit 140 has a maxillary bone model at a position corresponding to the temporal muscles and bridges of the human masticatory muscles mainly responsible for the mastication movement in the upper and lower directions, and the lateral pterygium mainly responsible for the masticatory movement in the left and right directions.
  • 120 or the mounting frame 110
  • Each of the pair of first, second, and third driving units 150, 160, and 170 are disposed symmetrically from side to side when the upper and lower mandible models 120 and 130 are viewed from the front.
  • the masticatory movement of humans requires various auxiliary muscles such as medial pterygium and abdominal abdominal muscles. Nevertheless, the reason why the present invention is implemented by only the first, second, and third driving units 150, 160, and 170 corresponding to the temporal muscles, the lateral muscles, and the lateral pterygium, respectively, is that the first, second, and third driving units 150, 160, and 170 each extend and contract at the corresponding positions. This is because only six degrees of freedom of movement of the mandibular model 130 and the maximum chewing force (500-700 N) can be realized by only the operation, and the structural simplification of the device can be achieved.
  • the elongated and retracted first, second, and third driving units 150, 160, and 170 are distinguished from actual chewing muscles, which mainly exert a force only in the contraction direction.
  • the temporal muscles which are human masticatory muscles, are muscles starting from the temporal bones of the skull and passing through the inside of the iliac arch (aka cheekbone) to the mandibular protrusions 134 of the mandibular bone, and the iliac muscle is the lower end of the iliac arch. Starting from the periphery and reaching the outer side of the mandible, both muscles function primarily to open and close the mouth up and down.
  • the lateral pterygium the masticatory muscle inside the skull, starts from the sphenoid bone (aka butterfly bone) and extends outward and extends to the joint joint 136 of the mandible, and mainly serves to move the mandible in the left and right directions.
  • sphenoid bone aka butterfly bone
  • the first driver 150, the second driver 160, and the third driver 170 according to an embodiment of the present invention to implement the mastication driver 140 that can correspond to the functions of the three masticatory muscles as described above, respectively.
  • the driving body (152, 162, 172), ball joints ((154, 164, 174), drive motors (156, 166, 176) and the wire (158, 168, 178) do.
  • the first driving unit 150 is composed of the first driving body 152, the first ball joint 154, the first driving motor 156 and the first wire 158, the second driving unit 160
  • the third drive unit 170 is the third drive body 172, the first The third ball joint 174, the third driving motor 176, and the third wire 178 are formed.
  • first, second, and third driving units 150, 160, and 170 are only slightly different in the installation positions and the ball joints 154, 164, and 174, as described above.
  • the second and third drivers 160 and 170 will be described with reference.
  • the driving bodies 162 and 172 may include first housings 162a and 172a in which the open operating spaces 162a1 and 172a1 are formed, and insertion portions 162b1 to be fitted into the operating spaces 162a1 and 172a1.
  • Second housings 162b and 172b having 172b1 formed therein, and springs 162c and 172c which elastically support the first and second housings 162a, 172a, 162b and 172b in the operating spaces 162a1 and 172a1, respectively. It is configured by.
  • the driving bodies 162 and 172 are contracted along the longitudinal direction when an external force greater than the elastic force provided by the springs 162c and 172c is applied to at least one of both ends of the driving bodies (the second and third driving bodies), When the external force is removed, it is stretched by the elastic force of the springs 162c and 172c.
  • External force in the present invention is transmitted to the drive body (152, 162, 172) through the wire (158, 168, 178) linear movement while winding or unwinding.
  • the guide body 152d, 162d, 172d in which the drive body (152, 162, 172) is formed to be recessed inwardly along the edge thereof so as to receive external force from the wires 158, 168, and 178 to accommodate or mount the wires (158, 168, 178). ) Is provided.
  • the driving bodies 152, 162 and 172 are inserted into the operating spaces 152a1, 162a1 and 172a1 so as to be able to expand and contract about 2 cm.
  • 152b1, 162b1, 172b1) are made to have a length of approximately 4 to 5 cm in the fully inserted state (maximum shrinkage), and to be approximately 6 to 7 cm in the inserted state as far as possible (maximum elongation). Since this is only an example, of course, it can be modified in various lengths.
  • the first driving body 152 extends and contracts the temporal muscle, which is the mastic muscle, between the muscle protrusion 134 and the side surface of the center frame 118. (I.e., the inclined protrusion 134 through first ball joints 154 disposed on both ends of the first driving body 152, respectively, disposed to correspond to the inclined direction from 5 to 20 degrees in the vertical direction). It is fixed to the upper surface and the center frame 118 side. At this time, the first driving body 152 having the upper end fixed to the side of the center frame 118 is stretched with the upper end as a fixed point.
  • the temporal muscle which is the mastic muscle
  • the second drive body 162 the stretching direction of the muscle muscles muscle mass between the mandibular model 130 and the lower extension frame 119 (that is, , The mandibular bone model 130 (specifically) through the second ball joint 164 which is disposed to correspond to the direction inclined forward 20 ° to 40 ° in the vertical direction, and is provided at both ends of the second driving body 162, respectively. Near the lower jaw angle) and the lower extension frame 119 is fixed. At this time, the second driving body 162, the upper end of which is fixed to the lower extension frame 119, is made to stretch movement with the upper end as a fixed point.
  • the third drive body 172 the stretching direction of the lateral pterygoid muscles mastic muscle between the joint protrusion 136 and the maxillary bone model 120 (that is, before and after Third ball joints disposed at both ends of the third driving body 172 and disposed so as to correspond to directions inclined at 15 ° to 40 ° inwards and inclined at 10 ° to 20 ° downwards in the vertical direction, respectively. It is fixed to the upper surface of the joint protrusion 136 and the maxillary bone model 120 through 174. At this time, the third driving body 172, the front end portion is fixed to the inner surface of the maxillary bone model 120 is a stretch movement with the front end as a fixed point.
  • the ball joints 154, 164, 174 the free rotation of the driving body 152, 162, 172 with respect to the maxillary bone model 120 (or mounting frame 110) and the mandibular bone model 130, the maxillary bone model 120 (or mounting frame 110) ) And the mandible model 130 and the components provided to facilitate coupling between both ends of the driving body (152, 162, 172).
  • the ball joints 154, 164, 174 the mandibular bone model 130 is able to move naturally up, down, left, and right according to the stretching of each of the driving bodies 152, 162, 172.
  • the ball joints 154, 164, 174 are specifically, a ball body rotatably mounted to the ball receptors formed at both ends of the driving bodies 152, 162, 172, and extended outward from the ball body to the maxillary bone model 120 (or the mounting frame 110). And it consists of a fixture that is coupled to the mandibular model 130 (screw coupling or interference fit).
  • the ball joints 154, 164, 174 according to the embodiment of the present invention are structurally minutely changed according to the coupling direction with the maxillary bone model 120 (or the mounting frame 110) or the mandibular bone model 130. That is, as shown in FIG. 9, unlike the second and third ball joints 164 and 174, the first ball joint 154 at the lower side may include a ball receptor formed separately for coupling with the upper surface of the muscle protrusion 134. 1 consists of a modified structure coupled to the lower end of the drive body (152). Since the modification to the ball joint 154, 164, 174 structure can be easily made in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the driving motors 156, 166 and 176 are installed on the mounting frame 110 to provide rotational driving force.
  • the driving motors 156, 166 and 176 are provided at the ends of the rotating shafts 156a, 166a and 176a which receive power from an external power source.
  • the rotary shafts 156a, 166a, and 176a induce linear motion of the wires while winding or unwinding the wires 158, 168, and 178 in accordance with rotation in a state of being coupled with one ends of the wires 158, 168, and 178, which will be described later.
  • Driving motors 156, 166, 176 it is to use a DC motor of 50W to 70W that can implement the maximum chewing force (500 ⁇ 700N).
  • the driving motors (156, 166, 176) is a maximum rotational speed is approximately 100rpm to 150rpm through a gear box of a predetermined ratio, the torque is preferably 5Nm to 7Nm.
  • the first drive motor 156 has a rotating shaft 156a of the first drive body 152. It is disposed on one side of the upper surface of the upper frame 116 so as to be parallel to the upper end.
  • the second driving motor 166 is disposed on one side of the upper surface of the middle frame 114 so that the rotation shaft 166a may be placed in parallel with the upper end of the second driving body 162.
  • the third driving motor 176 is disposed at one side of the lower surface of the upper frame 116 so that the rotation shaft 176a can be placed in parallel with the front end of the third driving body 172.
  • the first, second and third driving motors 156, 166 and 176 may be deformed to any arrangement as long as the first, second and third driving bodies 152, 162 and 172 can be stretched without interference through the wires 158, 168 and 178. It may be.
  • the wires 158, 168 and 178 are provided between the drive motors 156, 166 and 176 and the drive bodies 152, 162 and 172 to stretch and unwind the drive bodies 152, 162 and 172 in the longitudinal direction while being wound or unrolled in accordance with the rotation of the drive motor.
  • 156a, 166a, and 176a of the rotating shafts (156, 166, 176a) the other end is coupled to one side of the driving body (152, 162, 172) in the state provided in the guide grooves (152d, 162d, 172d) formed along the edge of the drive body (152, 162, 172) do.
  • the other end wires 158, 168 and 178 coupled to one side of the driving bodies 152, 162 and 172 are installed in the guide grooves 152 d, 162 d and 172 d from the upper end of the first housing 152 a as shown in FIG. It is installed so as to surround the rim of the housing 152b and then fixed to the guide grooves 152d, 162d, 172d at the lower end of the first housing 152a, 162a, 172a with a pin or a screw.
  • wires 158, 168, 178 are installed on both sides of the first housings 152a, 162a, 172a and the second housings 152b, 162b, 172b is to provide stable stretching operation of the driving bodies 152, 162, 172. For sake.
  • the wires 158, 168, and 178 do not surround the edges of the second housings 152b, 162b, and 172b from the upper ends of the first housings 152a, 162a, and 172a, unlike in FIG. 10. If it is installed only on one side of the first housing (152a, 162a, 172a) and the second housing (152b, 162b, 172b) in a manner that is directly pinned or screwed to the guide grooves (152d, 162d, 172d) of the 172b, This is because a stable and smooth stretching operation of the driving bodies 152, 162, 172 may be difficult because the action point of the force transmitted through the wires 158, 168, 178 is biased toward one side.
  • the other end wires 158, 168, and 178 coupled to one side of the driving bodies 152, 162 and 172 are, as shown in FIG. 11B, in the case of the first wire 158, the side of the center frame 118 through the first ball joint 154 of the upper end. It is installed in the guide groove (152d) from the upper end (fixing point of the stretching movement) of the first drive body 152 fixed to. And in the case of the second wire 168, the guide groove (from the upper end of the second driving body 162 fixed to the lower extension frame 119 through the second ball joint 164 of the upper end (fixed point of the stretching motion)) 162d).
  • the front end of the third drive body 172 (fixed point of stretching movement) fixed to the inner surface of the maxillary bone model 120 through the third ball joint 174 of the front end ) Is installed in the guide groove 172d.
  • the driving bodies 152, 162 and 172 do not shake with respect to the driving force of the motors 156, 166 and 176 while maintaining a stable posture.
  • the wires 158, 168, and 178 provided on the driving bodies 152, 162, 172 are rotated in the clockwise direction (Fig. 10) when the rotation shafts 156a, 166a, 176a of the drive motor are rotated in the second housings 152b, 162b, 172b. Since the pressure is moved to move toward the first housings 152a, 162a and 172a, the driving bodies 152, 162 and 172 may be contracted. On the other hand, when the rotation shafts 156a, 166a, and 176a of the drive motor rotate counterclockwise, the second housings 152b, 162b, and 172b are driven by the elastic force of the springs 152c, 162c, and 172c. Since the distance from the 162a, 172a, the driving body (152, 162, 172) can be extended.
  • the wires 158, 168, and 178 have a small elongation so that the rotational force of the drive motors 156, 166, and 176 can be transmitted to the drive bodies 152, 162, and 172 without loss.
  • B steel wire or a combination thereof may be manufactured.
  • the driving bodies 152, 162, 172 are installed at the edges of the ball joints 154, 164, 174 so as to reduce the frictional resistance between the wires 158, 168, 178 and the guide grooves 152 d, 162 d, 172 d.
  • the rotating ring-shaped rotating body (153, 163, 173) is further provided.
  • the rotors 153, 163, and 173 have a bearing-like structure to rotate together with the wires 158, 168, and 178 linearly moving in accordance with the rotation of the rotation shafts 156a, 166a, and 176a.
  • At least one guide pulley 115 may be installed in the mounting frame 110. Can be.
  • the guide pulley 115 may also be used for the purpose of avoiding the interference between the wires 158, 168, 178, and also helps the stable stretching movement of the drive body (152, 162, 172).
  • the first, second, and third driving units 150, 160, and 170 configured as described above are electrically controlled through a control unit (not shown) at each installation position, so that the mandibular model 130 is operated as a maxillary bone model. It is possible to freely write about 120.
  • first, second, and third driving units 150, 160 and 170 by mechanical operation of a relatively simple structure, not by electrical operation or hydraulic operation, the intuitive operation of the operating state can be observed, thereby enabling rapid processing in the event of failure or damage. Convenience of maintenance and management can be achieved.
  • the controller (not shown) is a component that individually controls the first, second, and third driving units 150, 160, and 170 so that the mandibular model 130 operates similarly to the actual chewing movement with respect to the maxillary bone model 120.
  • the control command is transmitted while being electrically connected to the first, second, and third driving motors 156, 166, and 176, respectively.
  • the control unit (not shown) may be electrically connected to the load cell 184 that measures the force applied to the upper and lower teeth 122 and 132 to receive and store the corresponding force information.
  • the controller may be implemented as a small or commercial computer such as a micro controller unit (MCU), a microcomputer, an PC, or the like having a storage device such as a flash memory, and is stable without being influenced by surroundings. Any position can be installed as long as it can be operated, but it is preferable to install in one side space of the mounting frame (110).
  • control of the first, second, and third driving units 150, 160, and 170 through the above-described control unit is performed by coding in a programming language such as machine language, which can be easily made in various ways and forms at the level of those skilled in the art. Detailed description thereof will be omitted.
  • first, second, third driving unit 150, 160, 170 is controlled by the controller to implement the basic operating state of the mandibular bone model 130, with reference to FIGS. 12 to 15. It will be briefly described.
  • the mandibular bone model 130 as shown in Figs. 12a to 12d in the occlusal state (the upper and lower teeth 122 and 132 are in good contact) of Figs.
  • the model 120 may be operated while being moved as far as possible in the lateral direction (left, drawing reference).
  • the control unit rotates the first driving motors 156 on the left and right sides so that the first driving body 152 on the right side is further extended as compared to the first driving body 152 on the left side as shown in FIGS. 12A to 12C. Wire unwinding), and the second driving motor 166 on the left and right sides is rotated (wire unwinding) so that the second driving body 162 on the left side extends more than the second driving body 162 on the right side.
  • the controller controls rotation (wire winding) of the third driving motor 176 on the left side so that the third driving body 172 on the left side contracts to the maximum.
  • the mandibular bone model 130 may maintain a state in which the maxillary bone model 120 is moved in the lateral direction (left, reference to the drawing) as much as possible.
  • the mandibular bone model 130 may be switched to the state at any time, that is, the maximum lateral movement state.
  • the right maximum movement state opposite to the direction of FIG. 12 may be sufficiently modified from the above description in consideration of the fact that the first, second, and third driving units 150, 160, and 170 are installed symmetrically from side to side.
  • the maxillary bone model 120 may be operated in the maximum open state.
  • the controller controls rotation of the first and second driving motors so that each of the first and second driving bodies 152 on the left and right sides and the second driving bodies 162 on the left and right sides can be extended to the maximum. Wire loosening).
  • the control unit rotates (winds up) the third drive motor 176 so that the mandibular model 130 may protrude further forward than in the occlusal state (see FIG. 11D).
  • the third driving body 172 on the left and right sides are contracted. This is a reflection of the natural protrusion of the mandible forward when the mouth is actually as wide as possible.
  • the mandibular bone model 130 may maintain a maximum open state with respect to the maxillary bone model 120 fixed to the center frame 118.
  • the mandibular bone model 130 may be switched to the corresponding state, that is, the maximum open state at any time.
  • the mandibular bone model 130 in the occlusal state (the state in which the upper and lower teeth 122,132 are in good contact with each other) of Figs. 11B to 11D through the control of the controller, Figs. 14 (a) to 14 (c).
  • the maxillary bone model 120 can be masticated in the vertical direction.
  • the control unit first, as shown in Fig. 14 (a1) (a2), to control the rotation of the left, right, first, second, third drive motors (156, 166, 176) so that the upper and lower teeth (122, 132) are in an occlusal state, respectively. do.
  • the control unit is to control the first, second and third drive motors (156, 166, 176) by dividing the occlusal state into a strong occlusion state (large operation capacity) and a weak occlusion state (low operation ability), strong occlusion state
  • the first and second driving bodies 152 and 162 may be made through control to further contract.
  • the control unit is to continuously control the first, second, third drive motors (156, 166, 176) so that the mandibular bone model 130 is in an intermediate open state in the occlusal state, respectively. . That is, the control unit rotates the wires of the left and right first and second drive motors 156 and 166 so that each of the first and second drive bodies 152 and 162 on the left and right sides extends from the previous occlusal state.
  • the third drive motor 176 is rotated (wire wound), respectively, so that the body 172 is contracted than the previous occlusal state.
  • the control unit to continuously control the first, second, third driving motors (156, 166, 176) so that the mandibular bone model 130 is the maximum open state from the middle open state, respectively do. Since the control is performed in a similar manner to the above-described intermediate open state, a detailed description thereof will be omitted.
  • the mandibular bone model 130 in the occlusal state (the state in which the upper and lower teeth 122,132 are in good contact with each other) of Figs. 11B to 11D through the control of the controller, Figs. 14 (a) to 14 (c).
  • the maxillary bone model 120 can be masticated in the vertical direction.
  • the control unit first, as shown in Fig. 14 (a1) (a2), to control the rotation of the left, right, first, second, third drive motors (156, 166, 176) so that the upper and lower teeth (122, 132) are in an occlusal state, respectively. do.
  • the control unit is to control the first, second and third drive motors (156, 166, 176) by dividing the occlusal state into a strong occlusion state (large operation capacity) and a weak occlusion state (low operation ability), strong occlusion state
  • the first and second driving bodies 152 and 162 may be further controlled through a control (a tightly wound wire).
  • the control unit is to continuously control the first, second, third drive motors (156, 166, 176) so that the mandibular bone model 130 is in an intermediate open state in the occlusal state, respectively. . That is, the control unit rotates the wires of the left and right first and second drive motors 156 and 166 so that each of the first and second drive bodies 152 and 162 on the left and right sides extends from the previous occlusal state.
  • the third drive motor 176 is rotated (wire wound), respectively, so that the body 172 is contracted than the previous occlusal state.
  • the control unit to continuously control the first, second, third driving motors (156, 166, 176) so that the mandibular bone model 130 is the maximum open state from the middle open state, respectively do. Since the control is performed in a similar manner to the above-described intermediate open state, a detailed description thereof will be omitted.
  • control unit first, as shown in Fig. 15 (a1) (a2), to control the rotation of the left, right, first, second, third driving motors (156, 166, 176) so that the upper and lower teeth (122, 132) in the occlusal state, respectively do.
  • This is the same as the state shown in Figure 14 (a1) (a2) described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the control unit as shown in Figure 15 (b1) (b2), the first, second, third drive motors 156, 166, 176 continuously so that the mandibular bone model 130 is in a lateral (left, reference) movement state in the occlusal state Will be controlled separately. That is, as shown in FIG. 15B1, the control unit rotates the first driving motor 156 on the right side to loosen the wires so that the first driving body 152 on the right side extends, and the second driving on the left side is performed. The body 162 is slightly extended (wire unwinding) while the second driving body 162 on the right side is contracted (wire wound) so as to control rotation of the second driving motor 166 on the left and right sides, respectively. Then, the control unit, as shown in Figure 15 (b2) is to control the rotation (wire winding) of the third drive motor 176 on the left side so that the third drive body 172 on the left side slightly contracted.
  • the human mastication motion is more realistically realized. It becomes possible.
  • the sample shielding means 190 as described above is mounted on the chewing exercise simulator 100, the food sample F injected into the chewing space between the upper and lower jaw models 120 and 130 is not separated outward in the chewing exercise process.
  • the foundation for further research on the food properties can be conducted in various ways. Can be.
  • the pressure measurement means 180 is imparted to the upper and lower jaw models 120 and 130 as described above in the upper and lower jaw models 120 and 130, in the process of the realistic chewing movement, the maxillary tooth 122 and As the force exerted on each of the mandible teeth 132 is measured in real time as a quantitative measurement, food properties can be analyzed more realistically, accurately and precisely.
  • the six-degree of freedom motion exercise simulator is composed of a first drive unit, a second drive unit and a third drive unit, the implementation of the authoring operation that is very similar to the actual chewing movement of human through
  • the force applied to the upper and lower teeth during the mastication movement can be quantitatively measured through the pressure measuring means, and the food sample introduced into the mastication space through the sample shielding means can be continuously
  • the possibility of commercialization or sales of the applied device is not only sufficient, because it overcomes the limitations of the existing technology, but also the use of the related technology. But it is an invention that is industrially applicable because it is practically evident.

Abstract

6자유도의 저작운동 시뮬레이터가 개시된다. 본 발명에 따른 6자유도의 저작운동 시뮬레이터는, 장착프레임; 상기 장착프레임의 일단부에 결합되는 상악골모형; 상기 상악골모형의 아래쪽에 배치되고 후단부에서 앞뒤로 각각 근돌기와 관절돌기가 구비된 하악골모형; 및 상기 하악골모형이 상기 상악골모형에 대하여 6자유도의 저작운동을 할 수 있도록, 저작근육인 측두근, 교근 및 외측익돌근에 각각 대응하는 위치에서 상기 상악골모형과 상기 하악골모형 간을 연결하며 신축운동을 하는 한 쌍의 제1 구동부, 한 쌍의 제2 구동부 및 한 쌍의 제3 구동부로 구성되는 저작구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

6자유도의 저작운동 시뮬레이터
본 발명은 6자유도의 저작운동 시뮬레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 인간이 식품을 씹으면서 느끼는 식품 자체의 조직감을 분석하기 위한 기초 장치로서, 인간의 저작근육에 각각 대응하도록 설치된 저작구동부를 통하여 인간의 실제 저작운동을 극히 유사하게 구현할 수 있는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터에 관한 것이다.
식품의 맛은, 단순히 혀에서 느껴지는 미각에 의한 맛뿐만이 아니라 혀에서 느껴지는 촉감은 물론, 치아를 통해 씹히는 과정에서 느껴지는 아삭함이나 바삭함 등도 직접적으로 관련되게 된다.
즉, 인간은 식품의 단단함, 연함, 점성, 탄성, 조밀성 및 알맹이의 크기 등과 같은 식품의 조직감(texture)을 저작(mastication)하는 과정에서 전달되는 물리적 자극이나 촉감 등을 통해 인지할 수 있으며, 이를 통해 식품의 선도, 숙성도, 삶은 정도, 이물의 유무 및 성분 조성 등과 같은 식품의 품질을 종합적으로 판단하게 된다.
이렇게 식품의 조직감은, 섭취되는 식품에 대한 품질 결정에 중요한 인자가 되며, 소비자의 식품 구매의사에 직접적인 영향을 미치게 된다. 따라서 식품 업계에서는 특정 식품의 개발단계에서 소비자가 선호할 수 있는 조직감을 갖도록 조직감 분석을 실시하게 된다.
일반적으로 식품의 조직감 분석은, 관능 평가와 기기를 이용한 2가지 방법으로 구별되어 이루어질 수 있는데, 관능 평가의 경우 실험자 개인이 조직감 평가항목을 체크하는 방식으로 이루어지는 관계상 실험자마다 차이가 있을 수 있고, 실험자의 컨디션에 따라 평가가 달라질 수 있어 객관적인 수치화가 어려운 문제가 있다. 따라서 식품의 물성 측정 즉, 조직감 분석은 다양한 형태 및 방식으로 구현된 조직감 분석(texture analyser) 기기를 활용하고 있는 실정이다.
이러한 조직감 분석(texture analyzer) 기기로서, 본 발명의 출원인은 대한민국등록특허 제10-1585055호(2016년01월07일)에서 볼헤드 연동구조를 갖는 식품 물성 분석용 프로브 장치에 관한 기술을 제시한 바 있으며, 대한민국등록특허 제10-1585052호(2016년01월07일)에서 베어링 연동구조를 갖는 식품 물성 분석용 프로브 장치에 관한 기술을 제시한 바 있다.
이러한 선행기술은, 프레스장치의 상하운동과 상악 모형과 하악 모형의 저작운동이, 볼헤드 구조 및 베어링 구조를 갖는 연결부에 의해 원활하게 연동되고 인간의 치아와 동일한 형태로 구현됨에 따라 식품의 물리적 특성을 사실적이고 정확하며, 객관적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.
그러나 이와 같은 식품 물성 분석용 프로브 장치는, 상악 모형이 하악 모형에 대하여 수직방향으로만 운동하여 교합되도록 구성되어 있기 때문에 인간이 턱관절을 통해 실제 저작운동(상하, 좌우, 전후, 롤회전, 피치회전, 요회전)하는 것과는 상당한 차이가 있어서 식품의 물성을 더욱 정확하고 정밀하게 측정함에 있어 한계가 있었다. 따라서, 인간의 저작근육과 같이 사실적인 저작운동을 구현할 수 있는 구체적인 구조적 개선이 요구된다.
본 발명의 목적은, 인간의 저작근육 중 주로 상하방향의 저작운동을 담당하는 측두근 및 교근과, 주로 좌우 및 전후방향의 저작운동을 담당하는 외측익돌근에 각각 대응하는 위치에서 상호 연동하여 신축작동하는 저작구동부를 마련함으로써, 인간의 실제 저작운동을 극히 유사하게 구현할 수 있는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 장착프레임; 상기 장착프레임의 일단부에 결합되는 상악골모형; 상기 상악골모형의 아래쪽에 배치되고 후단부에서 앞뒤로 각각 근돌기와 관절돌기가 구비된 하악골모형; 및 상기 하악골모형이 상기 상악골모형에 대하여 6자유도의 저작운동을 할 수 있도록, 저작근육인 측두근, 교근 및 외측익돌근에 각각 대응하는 위치에서 상기 상악골모형과 상기 하악골모형 간을 연결하며 신축운동을 하는 한 쌍의 제1 구동부, 한 쌍의 제2 구동부 및 한 쌍의 제3 구동부로 구성되는 저작구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터에 의해 달성된다.
상기 제1 구동부, 상기 제2 구동부 및 상기 제3 구동부 각각은, 개구된 작동공간이 형성된 제1 하우징과, 상기 작동공간에 끼워지는 삽입부가 형성된 제2 하우징과, 상기 작동공간 내에서 상기 제1,2 하우징을 각각 탄성지지하는 스프링을 포함하여 외력에 따라 길이방향의 신축운동을 하는 구동몸체; 상기 구동몸체의 양단부에 각각 구비되어 상기 상악골모형 및 상기 하악골모형과 결합되는 볼조인트; 상기 장착프레임에 설치되어 회전 구동력을 제공하는 구동모터; 및 상기 구동모터의 회전에 따라 감기거나 풀리면서 상기 구동몸체가 길이방향으로 신축되도록, 일단부가 상기 구동모터의 회전축에 결합되고, 타단부는 상기 구동몸체의 테두리를 따라 형성된 가이드홈에 설치된 상태에서 상기 구동몸체 일측에 결합되는 와이어를 포함할 수 있다.
상기 구동몸체는, 상기 제1 하우징의 길이방향을 따라 상기 작동공간과 연통되는 안내공이 형성되고, 상기 안내공을 관통하여 상기 삽입부와 결합되는 가이드핀이 구비될 수 있다.
상기 구동몸체는, 상기 와이어와 상기 가이드홈과의 마찰저항을 감소시킬 수 있도록, 상기 볼조인트의 가장자리에 설치되어 회전하는 링형상의 회전체가 더 구비될 수 있다.
상기 장착프레임은, 바닥면과 면접촉하는 바텀프레임; 상기 바텀프레임의 좌우에서 각각 상방으로 이격설치되는 미들프레임; 상기 미들프레임에서 상방으로 이격설치되는 어퍼프레임; 상기 어퍼프레임의 중앙부에서 전방으로 돌출되도록 설치되어 상기 상악골모형의 상면과 결합되는 센터프레임; 및 양단부가 상기 상악골모형의 좌우측면과 이격된 상태에 놓이도록 상기 센터프레임의 좌우에서 각각 하방으로 연장형성되어 이루어지는 하방연장프레임을 포함할 수 있다.
상기 제1 구동부의 제1 구동몸체는, 상기 근돌기와 상기 센터프레임의 측면 사이에서 저작근육인 측두근의 신축방향에 대응되도록 배치되어 상기 제1 구동부의 제1 볼조인트를 통해 고정되고, 상기 제2 구동부의 제2 구동몸체는, 상기 하악골모형과 상기 하방연장프레임 사이에서 저작근육인 교근의 신축방향에 대응되도록 배치되어 상기 제2 구동부의 제2 볼조인트를 통해 고정되며, 상기 제3 구동부의 제3 구동몸체는, 상기 관절돌기와 상기 상악골모형 사이에서 저작근육인 외측익돌근의 신축방향에 대응되도록 배치되어 상기 제3 구동부의 제3 볼조인트를 통해 고정될 수 있다.
상기 장착프레임에는, 상기 와이어가 상기 가이드홈으로 원활하게 안내되도록 하는 가이드도르래가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.
상기 상악골모형은, 치아몸통과 치아뿌리로 구성되고 인간의 윗니에 각각 대응하는 상악치아와, 상기 상악치아의 치아뿌리가 각각 끼워지는 상악치아공이 형성된 상악잇몸틀을 포함하고, 상기 하악골모형은, 치아몸통과 치아뿌리로 구성되고 인간의 아랫니에 각각 대응하는 하악치아와, 상기 하악치아의 치아뿌리가 각각 끼워지는 하악치아공이 형성된 하악잇몸틀을 포함하며, 상기 상악치아공 및/또는 상기 하악치아공에는, 로드셀을 통해 저작운동시 상기 상악치아 및/또는 상기 하악치아에 가해지는 힘을 측정하는 압력측정수단이 전체 또는 선택적으로 내설될 수 있다.
상기 압력측정수단은, 상기 상악치아 및/또는 상기 하악치아로부터 전달되는 힘의 정도를 측정하는 상기 로드셀; 상기 로드셀과 상기 상악치아 및/또는 상기 하악치아 사이에 개재되되, 일단부는 고정핀이 형성되어 상기 상,하악치아의 치아뿌리와 결합하고, 타단부는 상기 로드셀의 전면과 접촉하는 스페이서; 및 상기 로드셀에 가해지는 충격을 흡수하도록, 일단이 상기 로드셀의 후면과 접촉하고, 타단은 지지판에 의해 지지되는 충격흡수부재를 포함할 수 있다.
상기 상악골모형은, 상기 상악치아 전체에 대하여 부피물인 상기 압력측정수단이 서로 간섭없이 설치될 수 있도록, 상기 상악잇몸틀의 상부에 결합되고 제1 열 압력측정수단이 설치되는 제1 상악설치판 및 상기 제1 상악설치판의 상부에 결합되고 제2 열 압력측정수단이 설치되는 제2 상악설치판을 더 포함하되, 상기 제1 상악설치판은, 상기 제1 열 압력측정수단이 내설되는 제1 상악설치공이 이격형성되고, 상기 제2 열 압력측정수단의 고정핀이 관통하는 관통공이 형성되며, 상기 제2 상악설치판은, 상기 제1 상악설치공의 형성위치와 위아래로 중첩되지 않는 영역에 이격형성되어 상기 제2 열 압력측정수단이 내설되는 제2 상악설치공이 구비될 수 있다.
상기 하악골모형은, 상기 하악치아 전체에 대하여 부피물인 상기 압력측정수단이 서로 간섭없이 설치될 수 있도록, 상기 하악잇몸틀의 하부에 결합되고 제3 열 압력측정수단이 설치되는 제1 하악설치판 및 상기 제1 하악설치판의 하부에 결합되고 제4 열 압력측정수단이 설치되는 제2 하악설치판을 더 포함하되, 상기 제1 하악설치판은, 상기 제3 열 압력측정수단이 내설되는 제1 하악설치공이 이격형성되고, 상기 제4 열 압력측정수단의 고정핀이 관통하는 관통공이 형성되며, 상기 제2 하악설치판은, 상기 제1 하악설치공의 형성위치와 위아래로 중첩되지 않는 영역에 이격형성되어 상기 제4 열 압력측정수단이 내설되는 제2 하악설치공이 구비될 수 있다.
상기 상악골모형은, 인간의 윗니에 각각 대응하는 상악치아가 구비된 상악잇몸틀을 포함하고, 상기 하악골모형은, 인간의 아랫니에 각각 대응하는 하악치아가 구비된 하악잇몸틀을 포함하며, 상기 상악골모형 및 상기 하악골모형 사이에는, 저작공간에 투입된 식품시료가 상기 상,하악골모형의 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되는 것을 방지하여 식품시료의 연속적인 저작을 가능하게 하는 시료차폐수단이 구비될 수 있다.
상기 시료차폐수단은, 상기 상악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 상악결합부; 상기 하악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 하악결합부; 및 상기 상악결합부와 상기 하악결합부 사이에 구비되어 상기 상,하악골모형의 저작운동에 따라 상하방향으로 신축하는 주름관체를 포함할 수 있다.
상기 시료차폐수단은, 상기 상악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 상악결합부; 상기 하악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 하악결합부; 상기 상악결합부와 상기 하악결합부 사이에 구비되는 관체형상의 탄성비닐막; 및 상기 상악결합부와 상기 하악결합부에 걸쳐 설치되되, 상기 상,하악골모형의 교합상태에서는 접철되며 상기 탄성비닐막을 외측으로 확장시키고, 벌림상태에서는 펴지면서 상기 탄성비닐막을 상기 저작공간 쪽으로 오므려지게 하는 접철식리브를 포함할 수 있다.
상기 접철식리브는, 일단부가 상기 상악결합부와 힌지결합되고, 상기 저작공간 쪽으로 오목한 호형의 제1 탄성리브; 및 일단부가 상기 하악결합부와 힌지결합되고, 타단부는 상기 제1 탄성리브의 타단부와 겹치지 않도록 힌지결합 또는 볼조인트결합되며, 상기 저작공간 쪽으로 오목한 호형의 제2 탄성리브를 포함하고, 상기 탄성비닐막의 외주연을 따라 적어도 1개 이상이 대칭을 이루며 이격배치될 수 있다.
상기 시료차폐수단은, 상기 하악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 하악결합부; 상기 하악결합부에서 상방으로 연장형성되되, 상기 교합상태에서 상기 상,하악치아와 인접하도록 오목하게 형성되는 관체형상의 오목부; 및 상기 상,하악골모형의 저작운동시 상기 상악골모형과 간섭이 없도록 상기 오목부에서 상방으로 연장되며 외측으로 확장형성된 관체형상의 확장부를 포함하고, 상기 하악결합부, 상기 오목부 및 상기 확장부는 일체로 형성될 수 있다.
상기 하악골모형은, 배열된 상기 하악치아의 내측 가장자리에서 상방으로 경사를 이루며 돌출형성된 제1 저작유도체를 더 포함할 수 있다.
상기 상악골모형은, 배열된 상기 상악치아의 내측 가장자리에서 하방으로 경사를 이루며 돌출형성되되, 상기 교합상태에서는 상기 제1 저작유도체에 의해 외측으로 가압변형되는 제2 저작유도체를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 저작근육인 측두근에 대응하는 제1 구동부, 교근에 대응하는 제2 구동부 및 외측익돌근에 대응하는 제3 구동부로 구성되어 상호 연동하며 신축작동하는 저작구동부를 통해 인간의 실제 저작운동에 극히 유사한 저작작동의 구현이 가능함은 물론, 압력측정수단을 통해 식품에 대한 저작운동시 상악치아 및/또는 하악치아 각각에 가해지는 힘이 정량적으로 측정됨에 따라 식품물성이 더욱 사실적이면서도 정확하고 정밀하게 분석될 수 있는 효과가 있다.
또한, 상,하악골모형의 저작운동을 방해하지 않는 다양한 형태로 이루어진 시료차폐수단이 상,하악골모형 사이의 저작공간을 둘러싸듯이 마련됨에 따라 저작공간에 투입된 식품시료는 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않으면서 상,하악치아를 통해 연속적인 저작이 이루어질 수 있으며, 저작과정에서 식품시료의 형태변화 및 절단면의 변형을 외부에서 용이하게 관찰할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형의 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 분해사시도이다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 분해사시도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 제2 실시예의 작동상태를 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형의 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1,2 저작유도체의 작동상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압력측정수단이 설치된 상악골모형의 정면도 및 A-A 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 압력측정수단이 설치된 상악골모형의 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 대한 분해도를 위쪽과 아래쪽에서 각각 도시한 도면이고, 도 7c는 도 6의 B-B 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저작운동 시뮬레이터의 교합상태를 나타낸 사시도이다.
도 9는 도 8의 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 저작구동부의 구조를 도시한 도면이다.
도 11a는 인간의 저작근육인 측두근, 교근 및 외측익돌근을 각각 도시하는 도면이다.
도 11b 내지 도 11d는 도 11a에 도시된 저작근육에 각각 대응하는 제1 구동부, 제2 구동부 및 제3 구동부의 위치관계를 교합상태에서 각각 도시한 측면도, 정면도 및 배면도이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시예에 따라 하악골모형이 측면방향으로 최대한 이동한 상태를 각각 도시한 정면도, 우측면도, 좌측면도 및 배면도이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따라 하악골모형의 최대 벌림 상태를 각각 도시한 정면도, 우측면도, 좌측면도 및 배면도이다.
도 14는 도 8의 교합상태에서 하악골모형의 상하방향 저작과정을 단계별로 나타낸 우측면도 및 배면도이다.
도 15는 도 8의 교합상태에서 하악골모형의 좌우방향 저작과장을 단계별로 나타낸 정면도와 배면도이다.
* 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 *
100: 6자유도의 저작운동 시뮬레이터
200: 본 발명에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형
110: 장착프레임 112: 바텀프레임
113: 이격부재 114: 미들프레임
115: 가이드도르래 116: 어퍼프레임
118: 센터프레임 119: 하방연장프레임
120: 상악골모형 122: 상악치아
124: 상악잇몸틀 124a: 상악치아공
124b: 이탈방지턱
125: 제1 상악설치판 125a: 제1 상악설치공
125b: 이탈방지턱 125c: 관통공
126: 제2 상악설치판 126a: 제2 상악설치공
126b: 이탈방지턱 127: 지지판
130: 하악골모형 132: 하악치아
134: 근돌기 136: 관절돌기
180: 압력측정수단 180a,180b: 제1,2 열 압력측정수단
182: 스페이서 182a: 고정핀
184: 로드셀 186: 충격흡수부재
140: 저작구동부 150,160,170: 제1,2,3 구동부
152,162,172: 제1,2,3 구동몸체 152a,162a,172a: 제1 하우징
152b,162b,172b: 제2 하우징 152c,162c,172c: 스프링
152d,162d,172d: 가이드홈 152e,162e,172e: 안내공
152f,162f,172f: 가이드핀 153,163,173: 회전체
154,164,174: 제1,2,3 볼조인트 156,166,176: 제1,2,3 구동모터
156a,166a,176a: 회전축 158,168,178: 제1,2,3 와이어
190: 시료차폐수단 191: 상악결합부
192: 하악결합부 193: 주름관체
194: 탄성비닐막 195: 접철식리브
195a: 제1 탄성리브 195b: 제2 탄성리브
196: 오목부 197: 확장부
198: 제1 저작유도체 199: 제2 저작유도체
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
(시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형)
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형의 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 분해사시도이고, 도 2a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형의 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 분해사시도이고, 도 2c는 본 발명에 따른 제2 실시예의 작동상태를 도시한 도면이고, 도 3a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 제1,2 저작유도체의 작동상태를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형(200)은, 인간의 상악골 및 하악골 주변의 얼굴피부를 모사한 시료차폐수단(190)을 통해 상,하악골모형(120,130) 간의 저작운동을 방해하지 않으면서도 상,하악골모형(120,130) 사이의 저작공간(S)에 투입된 식품시료(F)가 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않게 함은 물론, 상,하악치아(122,132)를 통한 식품시료(F)에 대한 연속적인 저작이 이루어지고, 저작과정에서 식품시료(F)의 형태변화 및 절단면의 변형이 외부에서 관찰될 수 있도록 하기 위해 안출된 장치이다.
이러한 식품물성 분석용 치아모형을 안출한 궁극적 이유는, 인간의 저작운동을 더욱 사실적으로 모사하여 식품의 물성 즉, 식품의 조직감(단단함, 연함, 점성, 탄성 등)과 관련된 데이터를 더욱 정확하고 정밀하게 도출하기 위함이다. 또한, 아울러 상술한 식품물성의 단순 측정을 넘어선 인간의 저작운동과 관련된 진일보한 연구가 다양하고 세밀하게 수행될 수 있는 기초를 마련하기 위함이다.
이러한 궁극적 목적은, 상술한 바와 같이 저작공간(S)에 투입된 식품시료(F)가 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않고 상,하악치아(122,132)를 통해 연속적으로 저작되도록 함으로써 가능해진다.
위와 같은 기능 내지 작용을 구현하기 위해 본 발명에 따른 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이 상악골모형(120), 하악골모형(130) 및 시료차폐수단(190) 등을 포함하여 구성되는데, 상악골모형(120)과 하악골모형(130)은 구조적으로 위아래로 대칭관계를 이루는 관계상 설명의 편의를 위해 상악골모형(120)에 대한 구조만을 구체적으로 도시하여 설명하기로 한다.
이하에서 각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상악골모형(120), 상악치아(122)가 전단부에 구비된 위턱뼈 즉, 상악골(maxilla)을 형상화한 구성요소로서, 구체적으로 상악치아(122) 및 상악잇몸틀(124)을 포함하여 구성된다.
상악치아(122)는 기본적으로 바깥으로 노출되는 치아몸통(122a)과 후술할 상악치아공(124a)에 끼워지는 치아뿌리(122b)로 이루어지되, 인간의 윗니(앞니, 송곳니, 어금니)에 각각 대응하는 형상 및 개수(사랑니를 제외한 14개)로 제작된다. 상악치아(122)는 인간의 최대 씹는 힘(500N~700N)에 의한 충격에도 파손되지 않고 저작운동 시험을 원활하게 수행할 수 있도록, 멜라민 수지 등으로 제작하게 된다. 이는 후술할 하악치아(132)도 마찬가지이다.
상악잇몸틀(124)은 기본적으로 잇몸형태로 이루어져 상악치아(122)가 치열(dentition)에 따라 장착되는 구성요소로서, 도 5 및 도 7a 등에 도시된 바와 같이, 이러한 상악잇몸틀(124)의 하면에는 상악치아(122)의 치아뿌리(122b)가 끼워지는 상악치아공(124a)이 치열에 맞춰 각각 이격형성된다.
이때, 상악치아공(124a)의 내경은 식품에 대한 저작시 치아몸통(122a)에 가해진 힘이 후술할 로드셀(184)에 원활히 전달될 수 있도록, 치아뿌리(122b) 및 후술할 스페이서(182)의 직경보다 다소 크게 형성한다.
하악골모형(130)은, 도 1a 내지 도 3b에서처럼 하악치아(132)가 전단부에 구비되고 후단부에서 앞뒤로 각각 근돌기(134)와 관절돌기(136)가 구비되는 아래턱뼈 즉, 하악골(mandibula)을 형상화한 구성요소이다.
이러한 하악골모형(130)은, 상악골모형(120)의 아래쪽에 배치되어 후술할 저작구동부(140)를 통해 상악골모형(120)에 대하여 저작운동을 하게 되며, 구체적으로 하악치아(132) 및 하악잇몸틀(131)을 포함하여 구성된다.
하악치아(132)는 상악치아(122)와 형상 등에 있어 다소 차이가 있을 뿐 전체적으로 상악치아(122)에 대응하는 구성이므로, 상술한 상악치아(122)에 대한 설명으로 대체한다.
하악잇몸틀(131)은 기본적으로 잇몸형태로 이루어져 하악치아(132)가 치열(dentition)에 따라 장착되는 구성요소로서, 세부적으로 전단부를 이루며 수평방향으로 곡선 아치를 이루는 하악체와, 하악체의 양단부에서 상방으로 둔각을 이루며 절곡부를 이루는 하악각과, 후단부를 이루며 하악각에서 상방으로 연장형성되는 하악지로 이루어진다.
이러한 하악잇몸틀(131) 중 하악체의 상면에는 하악치아(132)의 치아뿌리가 끼워지는 하악치아공이 치열에 맞춰 각각 이격형성되며 하악지의 상단에는 앞뒤로 각각 근돌기(134)와 관절돌기(136)가 형성된다. 이때, 하악치아공의 내경은 식품에 대한 저작시 치아몸통에 가해진 힘이 후술할 로드셀(184)에 원활히 전달될 수 있도록, 치아뿌리 및 후술할 스페이서(182)의 직경보다 다소 크게 형성함은 상술한 상악치아공(124a)과 마찬가지이다.
시료차폐수단(190)은, 인간의 상악골 및 하악골의 주변을 둘러싼 얼굴피부를 모사한 구성요소로서, 상,하악골모형(120,130)의 저작운동 과정에서 투입된 식품시료(F)가 외측으로 이탈되지 않고 식품시료(F)의 연속적인 저작이 이루어질 수 있도록, 상,하악골모형(120,130) 사이의 저작공간(S)을 둘러싸듯이 구비된다.
여기서 저작공간(S)이란, 인간의 입속 공간에 대응하는 것으로 상술한 상악치아(122)와 하악치아(132)가 서로 맞물리면서 식품시료(F)가 절단 내지 파쇄되는 상,하악골모형(120,130) 사이의 공간을 말한다.
상술한 바와 같은 기능 내지 작용을 수행하는 시료차폐수단(190)의 구체적 구조 내지 구성은, 다양한 방식 내지 형태로 구현될 수 있지만, 본 발명에서는 시료차폐수단(190)을 대략 3가지 실시예로 구체화하여 제시하기로 한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시예에 따른 시료차폐수단(190)은, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상악결합부(191), 하악결합부(192) 및 주름관체(193) 등을 포함하여 구성되고, 이러한 각 구성들은 별개로 제작하여 결합될 수 있으며, 또는 일체로 제작될 수도 있다.
여기서 상악결합부(191)는 상악잇몸틀(124)의 외주연에 대응하는 형상으로 이루어져 상악잇몸틀(124)과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 구성요소로서, 저작과정에서 상악치아(122)에 의한 식품시료(F)의 형태변화 및 절단면 등의 변형을 외부에서 용이하게 관찰할 수 있도록 투명재질의 합성수지 소재 등으로 제작함이 바람직하다.
하악결합부(192)는 하악잇몸틀(131)의 외주연에 대응하는 형상으로 이루어져 하악잇몸틀(131)과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 구성요소로서, 상악결합부(191)와 마찬가지로 투명재질의 합성수지 소재 등으로 제작함이 바람직하다.
주름관체(193)는 상악결합부(191)와 하악결합부(192) 사이에 구비되어 상,하악골모형(120,130) 사이의 안쪽 공간인 저작공간(S)과 외측공간을 차폐하면서 상,하악골모형(120,130)의 저작운동에 따라 상하방향으로 주름형태가 펴지고 접히면서 신축되는 구성요소로서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 외주연을 따라 주름이 잡힌 관체형상으로 이루어진다. 이때, 주름관체(193)는 소정범위의 탄성을 갖는 투명재질의 합성수지 등으로 제작함이 바람직하다.
상술한 구성으로 이루어지는 제1 실시예에 따른 시료차폐수단(190)을 통해 상,하악골모형(120,130) 간의 저작운동은 방해하지 않게 되며, 저작공간(S)에 투입된 식품시료(F)는 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않게 됨은 물론, 상,하악치아(122,132)를 통한 식품시료(F)에 대한 연속적인 저작이 가능해지며, 저작과정에서 식품시료(F)의 형태변화 및 절단면의 변형이 외부에서 용이하게 관찰될 수 있다.
그리고 본 발명의 제2 실시예에 따른 시료차폐수단(190)은, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 상악결합부(191), 하악결합부(192), 탄성비닐막(194) 및 접철식리브(195) 등을 포함하여 구성되고, 이러한 각 구성들은 별개로 제작되어 결합될 수 있으며, 또는 적어도 상악결합부(191), 하악결합부(192) 및 탄성비닐막(194)은 일체로 제작될 수도 있다.
여기서 상악결합부(191) 및 하악결합부(192)는 상술한 제1 실시예의 내용과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하고, 탄성비닐막(194) 및 접철식리브(195)를 중심으로 설명한다.
탄성비닐막(194)은 상악결합부(191)와 하악결합부(192) 사이에 구비되어 상,하악골모형(120,130) 사이의 안쪽 공간인 저작공간(S)과 외측공간을 차폐하면서 상,하악골모형(120,130)의 저작운동에 따라 접혀지고 펴지게 되는 관체형상의 구성요소이다.
이러한 탄성비닐막(194)은, 상,하악골모형(120,130)의 교합상태(상,하악치아(122,132)가 가지런히 접촉한 상태)에서 후술할 접철식리브(195)에 의해 외측으로 용이하게 늘어날 수 있도록 신축성이 우수한 투명재질의 합성수지 등으로 제작함이 바람직하다.
접철식리브(195)는 도 2c에 도시된 바와 같이 탄성비닐막(194)의 내측에서 상악결합부(191)와 하악결합부(192)에 걸쳐 설치되는 구성요소로서, 상,하악골모형(120,130)의 교합상태에서는 접철되면서 탄성비닐막(194)을 외측으로 확장시키고, 벌림상태에서는 펴지면서 탄성비닐막(194)을 저작공간(S) 쪽으로 오므려지도록 작동을 하게 된다.
이러한 접철식리브(195)의 작동을 통해 탄성비닐막(194)은 마치 인간의 얼굴피부와 유사한 작동(입을 벌리면 얼굴피부가 안쪽으로 오므려지고 입을 닫으면 얼굴피부가 바깥쪽으로 확장됨)을 할 수 있게 됨에 따라 비닐막과 상,하악치아(122,132) 사이에 있던 식품시료(F)는 저작공간(S) 쪽으로 안내되면서 상,하악치아(122,132)에 의해 계속적인 저작이 이루어지게 된다.
상술한 바와 같은 작동은 다양한 방식으로 구현될 수 있지만, 제2 실시예에 따른 접철식리브(195)는, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 탄성리브(195a) 및 제2 탄성리브(195b)를 포함하여 구성된다.
여기서 제1 탄성리브(195a)는 저작공간(S) 쪽으로 오목한 호형의 막대형상으로 이루어지는 구성요소로서, 일단부가 상악결합부(191)와 힌지결합(H1)되어 외측으로 회동된다. 그리고 제2 탄성리브(195b)는 제1 탄성리브(195a)와 마찬가지로 저작공간(S) 쪽으로 오목한 호형의 막대형상으로 이루어지는 구성요소로서, 일단부가 하악결합부(192)와 힌지결합(H3)되어 외측으로 회동되고, 타단부는 제1 탄성리브(195a)의 타단부와 겹치지 않도록 힌지결합(H2, 일측면쪽에서 힌지결합되는 구조) 또는 볼조인트결합(BJ)된다. 이러한 제1,2 탄성리브(195a,195b)는 과격한 저작운동 중에도 상술한 얼굴피부의 기능이 안정적으로 구현될 수 있도록 소정범위에서 탄성변형이 가능한 소재로 제작하게 된다.
이때, 3개의 힌지결합(H1,H2,H3) 또는 볼조인트결합(BJ) 중에서 제1 탄성리브(195a)와 상악결합부(191)와의 힌지결합(H1)과 제2 탄성리브(195b)와 하악결합부(192)와의 힌지결합(H3)은, 도 2b에서처럼 상,하악골모형(120,130)의 교합상태에서 탄성리브 간에 서로 겹쳐지는 간섭이 없도록 가상의 수직선을 기준으로 좌우로 서로 어긋난 위치에 각각 형성된다.
그리고 제1,2 탄성리브(195a,195b) 간의 힌지결합(H2) 또는 볼조인트결합(BJ)은 상,하악골모형(120,130)의 최대 벌림상태에서 도 2c(b)에서처럼 상,하단의 힌지결합(H1,H3)과 동일한 수직선상에 위치하도록 형성되거나 이들보다 외측으로 돌출된 상태로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 제1,2 탄성리브(195a,195b)가 교합상태가 될 때 내측(저작공간 쪽)이 아닌 외측방향으로 원활하게 접철되도록 하기 위함이다. 나아가 제1,2 탄성리브(195a,195b)가 볼조인트결합(BJ)으로 연결되면, 제1,2 탄성리브(195a,195b) 간에는 비틀림에 대한 자유회동이 이루어짐에 따라 힌지결합(H2)보다 내구성 있는 원활한 작동이 이루어지게 된다.
상술한 구조를 갖는 제1,2 탄성리브(195a,195b)로 이루어지는 접철식리브(195)는, 얼굴피부와 같은 기능(식품시료(F)를 저작공간(S) 쪽으로 안내하는 기능)을 더욱 원활히 수행할 수 있도록 탄성비닐막(194)의 외주연을 따라 적어도 1개 이상이 서로 대칭을 이루며 이격배치됨이 바람직하다.
그리고 본 발명의 제3 실시예에 따른 시료차폐수단(190)은, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 하악결합부(192), 오목부(196) 및 확장부(197) 등을 포함하여 이루어지되, 전체적으로 상단 개구부가 하단 개구부보다 넓은 관체형상을 이루도록 투명재질의 합성수지 등을 사용하여 일체로 제작된다.
여기서 하악결합부(192)는 제1 실시예에서 기술한 내용과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하고, 오목부(196) 및 확장부(197)를 중심으로 설명한다.
오목부(196)는 저작공간(S) 내에서 투입된 식품시료(F)가 저작되는 과정에서 상,하악치아(122,132) 외측으로 이탈되는 것을 막는 격벽과 같은 역할을 수행하기 위해 마련된 구성요소로서, 하악결합부(192)에서 상방으로 연장형성되되 교합상태에서 상,하악치아(122,132)와 인접하도록 오목하게 형성된 관체형상으로 이루어진다. 이러한 오목부(196)를 통해 상,하악골모형(120,130)은 투입된 식품시료(F)에 대한 연속적인 저작이 가능해진다.
확장부(197)는 하악골모형(130)이 상악골모형(120)에 대하여 저작운동을 하는 경우 하악골모형(130)에 결합된 시료차폐수단(190)의 상단부와 상악골모형(120) 간에 서로 간섭이 없도록 하기 위해 마련된 구성요소로서, 오목부(196)에서 상방으로 연장되며 외측으로 확장형성된 관체형상으로 이루어진다.
위와 같은 제3 실시예에 따른 시료차폐수단(190)을 통해 상,하악골모형(120,130) 간의 저작운동은 방해하지 않게 되며, 저작공간(S)에 투입된 식품시료(F)는 오목부(196)를 통해 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않게 됨은 물론, 상,하악치아(122,132)를 통한 식품시료(F)에 대한 연속적인 저작이 가능해지며, 저작과정에서 식품시료(F)의 형태변화 및 절단면의 변형이 외부에서 용이하게 관찰될 수 있다. 또한, 상방에 개구부가 형성된 단순한 일체형 구조로 이루어짐에 따라 하악골모형(130)에 설치 및 분리가 용이하고, 식품시료(F)의 투입 및 수거가 손쉽게 이루어질 수 있는 등 사용자 편의성이 증대될 수 있다.
한편, 하악골모형(130)은, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이 배열된 하악치아(132)의 내측 가장자리에서 상방으로 경사를 이루며 돌출형성된 제1 저작유도체(198)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제1 저작유도체(198)는 상,하악골모형(120,130)에 의해 저작되는 과정에서 하악치아(132) 내측으로 유입된 식품시료(F)를 상,하악치아(122,132)의 씹힘면 쪽으로 안내 내지 이동시켜 식품시료(F)에 대한 연속적인 저작이 이루어지게 하는 구성요소로서, 상술한 제1,2,3 실시예에 따른 시료차폐수단(190)과 함께 중첩적으로 사용되는 것이 바람직하다.
즉, 시료차폐수단(190)과 제1 저작유도체(198)가 중첩적으로 사용되면, 시료차폐수단(190)은 식품시료(F)가 외측으로 이탈되지 않고 저작공간(S) 쪽으로 안내하게 되고, 제1 저작유도체(198)는 하악치아 내측으로 유입된 식품시료(F)가 자중에 의해 제1 저작유도체(198)의 경사면을 따라 상,하악치아(122,132)의 씹힘면 쪽으로 슬라이딩 이동되도록 유도하게 됨에 따라, 식품시료(F)는 상,하악치아(122,132)의 씹힘면 상에 계속적으로 위치하게 되며, 이로 인해 식품시료(F)에 대한 연속적인 저작이 더욱 원활하고 계속적으로 이루어지게 된다.
나아가 상악골모형(120)은, 도 4에 도시된 바와 같이 배열된 상악치아(122)의 내측 가장자리에서 하방으로 경사를 이루며 돌출형성되되, 교합상태에서는 제1 저작유도체(198)에 의해 외측으로 가압변형되는 제2 저작유도체(199)를 더 포함할 수 있다.
이러한 제2 저작유도체(199)는 제1 저작유도체(198)와 연동하는 작동을 통해 상,하악치아(122,132) 내측으로 유입된 식품시료(F)가 씹힘면 쪽에 더욱 원활하게 모여지도록 하는 구성요소로서, 연질의 실리콘이나 고무로 제작될 수 있다. 물론, 제1 저작유도체(198)의 경우에도 동일한 소재로 제작할 수 있다.
(로드셀이 구비된 식품물성 분석용 치아모형)
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압력측정수단이 설치된 상악골모형의 정면도 및 A-A 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 압력측정수단이 설치된 상악골모형의 사시도이고, 도 7a 및 도 7b는 도 6에 대한 분해도를 위쪽과 아래쪽에서 각각 도시한 도면이고, 도 7c는 도 6의 B-B 단면도이다.
본 발명에 따른 로드셀이 구비된 식품물성 분석용 치아모형은, 기본적으로 식품의 저작시 각각의 치아에 가해지는 힘(즉, 식품물성 분석의 기초자료)을 정량적으로 측정함은 물론이고, 허용치를 넘는 과도한 힘으로 저작운동이 이루어지는 경우에도 장치의 고장이나 파손이 발생하지 않으면서 각각의 치아에 가해지는 힘의 변화를 안정적이고 연속적으로 측정할 수 있도록 하기 위해 안출된 장치이다.
이러한 로드셀이 구비된 식품물성 분석용 치아모형을 안출한 이유는, 식품의 물성 즉, 식품의 조직감(단단함, 연함, 점성, 탄성 등)과 관련된 데이터를 더욱 정확하고 정밀하게 도출하기 위함이며, 이는 식품의 저작과정에서 각각의 치아에 대하여 가해지는 힘 또는 힘의 변화가 안정적이고 연속적으로 측정됨으로써 가능해진다.
상술한 바와 같이 식품의 저작시 각각의 치아에 가해지는 힘을 안정적이고 정량적으로 측정하기 위해 본 발명에 따른 로드셀이 구비된 식품물성 분석용 치아모형은, 구체적으로 상악골모형(120), 하악골모형(130) 및 압력측정수단(180)을 포함하여 구성된다.
이때, 상악골모형(120)과 하악골모형(130)은 구조적으로 대칭관계를 이루는 관계상 설명의 편의를 위해 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이 상악골모형(120)에 대한 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
그리고 상악골모형(120) 및 하악골모형(130)에 대한 구체적인 설명은 앞에서 기술한바 이에 대한 설명은 생략하고 압력측정수단(180)에 대한 설명만을 하기로 한다.
압력측정수단(180)은, 상악치아공(124a) 및 하악치아공 중 적어도 어느 한 측(상악치아공(124a) 및/또는 하악치아공)에 전체(14개 또는 28개) 또는 선택적으로 내설되어 상악치아(122) 및 하악치아(132) 중 적어도 어느 한 측(상악치아(122) 및/또는 하악치아(132))에 가해지는 힘을 로드셀(184)을 통해 측정하는 구성요소이다.
즉, 압력측정수단(180)은, 사용자의 결정에 의해 상악치아공(124a) 전체 또는 필요한 위치의 상악치아공(124a)에 선택적으로 내설되거나, 하악치아공 전체 또는 필요한 위치의 하악치아공에 선택적으로 내설될 수 있으며, 또는 상악치아공(124a) 및 하악치아공 전체 또는 필요한 위치의 상악치아공(124a) 및 하악치아공에 선택적으로 내설될 수 있다.
다만, 압력측정수단(180)이 설치되는 상악골모형(120)과 하악골모형(130)은 구조적으로 대칭관계를 이루는 관계상 어느 한 측의 설명으로 다른 한 측이 쉽게 유추될 수 있으므로, 압력측정수단(180)에 대한 설명은 특별히 언급하지 않는 이상 도 5 내지 도 7에서처럼 상악골모형(120)에 내설되는 압력측정수단(180)을 기준으로 설명한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 식품물성 측정용 치아모형(상악골모형(120))은, 도 5에 도시된 바와 같이 선택된 일부(대략 7개)의 상악치아(122)에 대응하는 로드셀(184)만이 실물형 상악골모형(120) 내측에 구비되는 관계상 설치공간에 제약이 없어 압력측정수단(180)을 1열 비적층구조로 설치하게 된다. 이러한 제4 실시예에 따른 압력측정수단(180)은, 기본적으로 로드셀(184), 스페이서(182) 및 충격흡수부재(186) 등을 포함하여 구성된다.
로드셀(184)은, 일반적으로 측정부위에 가해진 힘 또는 하중의 크기에 따라 전기적 신호를 다르게 발생시키는 방식으로 힘 또는 하중을 측정하는 구성요소로서, 도 5에서처럼 상악치아공(124a) 내에서 후술할 충격흡수부재(186)와 스페이서(182) 사이에 위치하여 상악치아(122)와 직결된 스페이서(182)로부터 전달된 힘의 정도를 측정하게 된다. 이때, 측정된 힘정보는 로드셀(184)과 전기적으로 연결된 후술할 제어부(미도시)에 전송되어 저장될 수 있다.
이러한 로드셀(184)은 상악치아공(124a) 내측에 고정될 수 있는 소형의 제품이고, 인간의 최대 씹는 힘(500N~700N)까지 측정할 수 있는 것이라면, 어떠한 방식 것이라도 무방하며, 구체적인 작동방식이나 구조는 이미 공지된 기술인 바 구체적인 설명은 생략한다.
스페이서(182)는, 식품에 대한 저작시 치아몸통(122a)에 가해진 힘이 손실 없이 로드셀(184)에 온전히 전달되도록 매개하는 역할과 함께 상악치아(122)가 상악잇몸틀(124)로부터 이탈되는 것을 방지하는 구성요소로서, 로드셀(184)과 상악치아(122) 사이에 개재되되, 일단부는 고정핀(182a)이 형성되어 상악치아(122)의 치아뿌리(122b)와 결합하고, 타단부는 로드셀(184)의 전면(측정부위)과 접촉하도록 이루어진다.
이때, 고정핀(182a)과 치아뿌리(122b) 간의 결합은 억지끼움이나 나사결합 방식으로 이루어질 수 있으며, 상악잇몸틀(124)로부터 상악치아(122)의 이탈방지는 상악치아공(124a)의 내주면 일측에서 돌출형성된 이탈방지턱(124b)에 스페이서(182) 일측이 걸리도록 함으로써 이루어질 수 있다.
충격흡수부재(186)는, 과도한 저작운동시 로드셀(184)에 가해지는 충격 또는 힘을 흡수하여 로드셀(184) 자체의 고장이나 파손을 방지하는 구성요소로서, 상악치아공(124a) 내측에 구비되되 일단이 로드셀(184)의 후면(측정부위의 반대면)과 접촉하고, 타단은 지지판(127)에 의해 지지되도록 배치된다.
이러한 충격흡수부재(186)는 인간의 최대 씹는 힘(500N~700N) 내외에서 탄성변형되는 합성수지제 블록 또는 도 5에서처럼 코일형 스프링으로 구현될 수 있다.
또는, 도 7a 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 일면에 경사면이 형성되어 소정범위에서 압축될 수 있는 다수 개의 탄성와셔(186a)로 구현될 수도 있다. 즉, 탄성와셔(186a)의 경사면이 서로 마주보거나 또는 대향되도록 한 쌍이 배치되는 구조로 이루어져 탄성력을 발휘하게 된다. 이때, 탄성와셔(186a)를 사용하는 이유는, 상악치아공(124a) 내측과 같이 협소한 공간에서도 탄성와셔(186a)의 두께조절을 통해 원하는 만큼의 충분한 탄성력을 발휘할 수 있기 때문이다. 이러한 탄성와셔(186a) 양단부 쪽에는 인간의 최대 씹는 힘(500N~700N) 내외에서 탄성변형되는 합성수지제 지지부재(186b)가 추가될 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 식품물성 측정용 치아모형(상악골모형(120))은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상악치아(122) 전체(14개)에 대응하고 소정의 부피를 갖는 로드셀(184)들이 협소한 크기의 실물형 상악골모형(120) 내측에 모두 구비될 수 있도록 하기 위해 압력측정수단(180)을 2열 적층구조로 설치하게 된다. 이때, 압력측정수단(180)의 구성 자체는, 상술한 제4 실시예와 동일하고, 단순히 설치위치와 배열상에 차이만 있을 뿐이므로, 각 구성에 대한 구체적인 설명은 상술한 내용으로 대체하고 차이점을 위주로 설명한다.
제5 실시예에 따른 압력측정수단(180)의 2열 적층구조는, 상악치아(122) 전체(14개)에 대응하는 로드셀(184)들이 협소한 상악골모형(120)에 모두 장착될 수 있도록, 공간을 확보하기 위한 것이며, 이러한 공간 확보는 각각의 로드셀(184)들이 위아래로 중첩되지 않고 서로 위치를 달리하며 설치됨으로써 이루어진다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제5 실시예에 따른 상악골모형(120)은, 상악치아(122) 전체에 대하여 부피물인 압력측정수단(180)이 서로 간섭없이 위아래로 2열(위쪽은 제2 열, 아래쪽은 제1 열로 정함)을 이루며 설치될 수 있도록 하기 위해 제1 상악설치판(125) 및 제2 상악설치판(126)을 더 포함하는 구조로 이루어진다.
여기서 제1 상악설치판(125)은, 상악잇몸틀(124)의 상부에 결합되고 제1 열 압력측정수단(180)이 설치되는 판형의 구성요소로서, 상면에는 6개로 구성된 제1 열 압력측정수단(180a)이 각각 내설되는 제1 상악설치공(125a)이 이격형성되며, 8개로 구성된 제2 열 압력측정수단(180b)의 고정핀(182a)들이 각각 관통하는 관통공(125c)이 대략 제1 상악설치공(125a) 사이에 형성된다. 이때, 제1 상악설치공(125a) 및 관통공(125c)의 이격간격이나 위치, 제1 상악설치공(125a) 및 관통공(125c)의 경사방향 등은 상악치아(122)의 배열 등을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다.
제2 상악설치판(126)은, 제1 상악설치판(125)의 상부에 결합되고 제2 열 압력측정수단(180b)이 설치되는 판형의 구성요소로서, 상면에는 제1 상악설치공(125a)의 형성위치와 위아래로 중첩되지 않는 영역에 이격형성되어 8개로 구성된 제2 열 압력측정수단(180b)이 내설되는 제2 상악설치공(126a)이 구비되어 이루어진다. 이때, 제2 상악설치공(126a) 간의 이격간격이나 제2 상악설치공(126a)의 경사방향 등은, 상악치아(122)의 배열 및 상술한 제1 상악설치공(125a)의 형성 위치 등을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다. 제2 상악설치판(126)의 상부에는 지지판(127)이 결합되어 제2 열 압력측정수단(180b)을 지지하게 된다.
물론, 제1,2 열 압력측정수단(180a,180b)의 개수는 도면에 도시된 것과 달리 서로 간섭이 없는 한도 내에서 필요에 따라 각각 증감될 수 있으며, 이에 맞춰 제1,2 상악설치공(125a,126a) 및 상악치아(122)의 개수도 변경된다.
그리고 제1,2 상악설치공(125a,126a)의 내주면 일측에는 스페이서(182)의 일측이 걸리도록 이루어진 이탈방지턱(125b,126b)이 각각 돌출형성됨에 따라 상악잇몸틀(124)로부터 상악치아(122)의 이탈이 방지될 수 있다.
제5 실시예에 따르면, 식품물성 측정용 치아모형(하악골모형(130))은, 도면에 도시하지 않았지만, 하악치아(132) 전체(14개)에 대응하고 소정의 부피를 갖는 로드셀(184)들이 협소한 크기의 실물형 하악골모형(130) 내측에 모두 구비될 수 있도록 하기 위해, 상악골모형(120)과 마찬가지로 압력측정수단(180)을 2열 적층구조로 설치하게 된다.
즉, 하악골모형(130)은, 하악치아(132) 전체에 대하여 부피물인 압력측정수단(180)이 서로 간섭없이 위아래로 2열(위쪽은 제3 열, 아래쪽은 제4 열)을 이루며 설치될 수 있도록 하기 위해 제1 하악설치판 및 제2 하악설치판을 더 포함하는 구조로 이루어진다.
여기서 제1 하악설치판은, 하악잇몸틀(131)의 하부에 결합되고 제3 열 압력측정수단이 설치되는 판형의 구성요소로서, 하면에 6개로 구성되는 제3 열 압력측정수단이 각각 내설되는 제1 하악설치공이 이격형성되며, 8개로 구성된 제4 열 압력측정수단(180)의 고정핀(182a)이 각각 관통하는 관통공이 대략 제1 하악설치공 사이에 형성된다. 이때, 제1 하악설치공 및 관통공의 이격간격이나 위치, 제1 하악설치공 및 관통공의 경사방향 등은 하악치아(132)의 배열 등을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다.
제2 하악설치판은, 제1 하악설치판의 하부에 결합되고 제4 열 압력측정수단(180)이 설치되는 판형의 구성요소로서, 하면에 제1 하악설치공의 형성위치와 위아래로 중첩되지 않는 영역에 이격형성되어 8개로 구성된 제4 열 압력측정수단(180)이 내설되는 제2 하악설치공이 구비되어 이루어진다. 이때, 제2 하악설치공 간의 이격간격이나 제2 하악설치공의 경사방향 등은 하악치아(132)의 배열 및 상술한 제1 하악설치공의 형성 위치 등을 고려하여 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 지지판과, 제3,4 열 압력측정수단(180)의 개수와, 이탈방지턱의 형성은 상악골모형(120)과 마찬가지이므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이상에서 살펴본 제4,5 실시예에 따른 식품물성 측정용 치아모형(200)은, 식품의 저작시 상,하악치아(122,132) 각각에 가해지는 힘이 이들과 직결된 스페이서(182)를 통해 로드셀(184)에 직접 전달되도록 함으로써, 각각의 치아 별로 정량적 측정치를 산출하게 되며, 이를 통해 보다 사실적이면서도 정확하고 정밀한 식품물성 분석이 가능해진다.
( 6자유도의 저작운동 시뮬레이터)
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 저작운동 시뮬레이터의 교합상태를 나타낸 사시도이고, 도 9는 도 8의 분해사시도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 저작구동부의 구조를 도시한 도면이고, 도 11a는 인간의 저작근육인 측두근, 교근 및 외측익돌근을 각각 도시하는 도면이고, 도 11b 내지 도 11d는 도 11a에 도시된 저작근육에 각각 대응하는 제1 구동부, 제2 구동부 및 제3 구동부의 위치관계를 교합상태에서 각각 도시한 측면도, 정면도 및 배면도이고, 도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시예에 따라 하악골모형이 측면방향으로 최대한 이동한 상태를 각각 도시한 정면도, 우측면도, 좌측면도 및 배면도이고, 도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 실시예에 따라 하악골모형의 최대 벌림 상태를 각각 도시한 정면도, 우측면도, 좌측면도 및 배면도이고, 도 14는 도 8의 교합상태에서 하악골모형의 상하방향 저작과정을 단계별로 나타낸 우측면도 및 배면도이고, 도 15는 도 8의 교합상태에서 하악골모형의 좌우방향 저작과장을 단계별로 나타낸 정면도와 배면도이다.
본 발명에 따른 저작운동 시뮬레이터(100)는, 상악골모형(120)에 대하여 하악골모형(130)이 6자유도의 운동, 즉 전후방향(X축) 이동, 좌우방향(Y축) 이동, 상하방향(Z축) 이동, 롤(Roll)방향 회전, 피치(Pitch)방향 회전 및 요(Yaw)방향 회전을 할 수 있도록 하기 위해 안출된 장치이다. 이러한 하악골모형(130)의 6자유도의 운동을 통해 인간의 실제 저작운동과 극히 유사한 작동이 이루어질 수 있다.
인간의 실제 저작운동과 극히 유사하게 작동하는 장치를 구현한 이유는, 실제 식품의 저작과정과 유사한 상황하에서 각 치아에 가해지는 힘이 로드셀(184)을 통해 측정된다면, 식품의 조직감(단단함, 연함, 점성, 탄성 등)과 관련된 데이터가 더욱 신뢰성있고 정확하게 산출될 수 있기 때문이다.
나아가 이렇게 도출된 식품의 조직감과 관련된 데이터가 기초가 되어 다양한 정량적 분석이 이루어지게 되면, 식품 업계나 의료업계 등의 분야에서 유용하게 활용할 수 있는 식품의 품질에 대한 종합적이고 신뢰할 만한 결과물이 도출될 수 있다.
위와 같은 상악골모형(120)에 대한 하악골모형(130)의 6자유도 운동을 구현하기 위해 본 발명에 따른 6자유도의 저작운동 시뮬레이터(100)는, 장착프레임(110), 앞서 구체적으로 설명한 상악골모형(120)과 하악골모형(130) 및 저작구동부(140) 등을 포함하여 구성된다.
이하에서 각 구성에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
장착프레임(110)은, 상악골모형(120), 하악골모형(130) 및 저작구동부(140) 등의 구성들이 안착된 상태에서 고정되고 지지되면서 주변 구조에 의한 간섭 없이 하악골모형(130)이 자유롭게 작동되게 하는 틀이 되는 구성요소로서, 도 8 및 도 9에 도시된 형태 외에도 상술한 기능을 구현할 수 있는 형태라면 어떠한 형태라도 무방하다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 장착프레임(110)은, 도 8 및 도 9에서처럼, 전방 쪽은 상악골모형(120) 및 하악골모형(130)이 돌출된 상태로 장착될 수 있는 구조로 이루어지되, 후방 쪽은 후술할 구동모터 등이 상하 높이별로 장착될 수 있는 적층 구조로 이루어지게 된다.
보다 구체적으로, 장착프레임(110)은, 바텀프레임(112), 미들프레임(114), 어퍼프레임(116), 센터프레임(118) 및 하방연장프레임(119) 등을 포함하여 구성된다.
바텀프레임(112)은 바닥면과 면접촉하는 판재형상의 구성요소이고, 미들프레임(114)은 바텀프레임(112)의 좌우에서 각각 기둥역할을 하는 이격부재(113)를 통해 상방으로 이격설치되는 판재형상의 구성요소이며, 어퍼프레임(116)은 미들프레임(114)에서 기둥역할을 하는 이격부재(113)를 통해 상방으로 이격설치되는 판재형상의 구성요소이다.
그리고 센터프레임(118)은 어퍼프레임(116)의 중앙부에서 전방으로 돌출되도록 설치되는 판재형상의 구성요소로서, 그 돌출된 단부는 상악골모형(120)의 상면과 결합된다.
그리고 하방연장프레임(119)은 양단부가 상악골모형(120)의 좌우측면과 이격된 상태에 놓이도록 센터프레임(118)의 좌우에서 각각 하방으로 연장형성되어 이루어지는 구성요소로서, 도시된 바와 같이 전체적으로 'ㄷ' 자 형상으로 이루어지나 아치 형태로도 이루어질 수 있음은 물론이다. 이러한 하방연장프레임(119)의 양단부는 후술할 제2 구동몸체(162)의 상단부에 구비되는 제2 볼조인트(164)와 각각 결합되어 제2 구동몸체(162)를 고정 및 지지하는 역할을 하게 된다.
상악골모형(120)과 하악골모형(130)은, 이를 포함하는 시료차폐수단이 구비된 식품물성 분석용 치아모형(200)에서 구체적으로 설명한바, 앞에서 기술한 내용으로 대체한다.
저작구동부(140)는, 하악골모형(130)이 상악골모형(120)에 대하여 6자유도의 저작운동을 할 수 있도록 하기 위해 마련된 구성요소로서, 본 발명의 기술적 특징부에 해당한다.
이러한 저작구동부(140)는, 인간의 저작근육 중 주로 상하방향의 저작운동을 담당하는 측두근 및 교근과, 주로 좌우 또는 전후방향의 저작운동을 담당하는 외측익돌근에 각각 대응하는 위치에서 상악골모형(120)(또는 장착프레임(110))과 하악골모형(130) 간을 연결하며 신축운동을 하는 한 쌍의 제1 구동부(150), 한 쌍의 제2 구동부(160) 및 한 쌍의 제3 구동부(170)를 포함하여 이루어진다. 이러한 한 쌍의 제1,2,3 구동부(150,160,170) 각각은 상,하악골모형(120,130)을 전방에서 바라볼 때, 좌우로 대칭을 이루며 배치된다.
사실 인간의 저작운동은, 내측익돌근이나 악이복근 등과 같은 다양한 보조근육을 필요로 한다. 그럼에도, 본 발명이 측두근, 교근 및 외측익돌근에 각각 대응하는 제1,2,3 구동부(150,160,170)만으로 구현한 이유는, 제1,2,3 구동부(150,160,170) 각각이 해당위치에서 신장 및 수축하는 작동만으로도 충분히 하악골모형(130)의 6자유도 운동 및 최대 씹는 힘(500~700N)을 구현할 수 있고, 장치의 구조적 간소화를 이룰 수 있기 때문이다. 이렇게 신장 및 수축하는 제1,2,3 구동부(150,160,170)는 주로 수축방향으로만 힘을 작용시키는 실제 저작근육과 구별된다.
여기서 인간의 저작근육인 측두근은, 도 11a에 도시된 바와 같이, 두개골의 측두골에서 시작하여 협골궁(일명 광대뼈)의 안쪽을 지나 하악골의 근돌기(134)에 이르는 근육이고, 교근은 협골궁 하단 주변에서 시작하여 하악각의 외측면에 이르는 근육으로, 양 근육은 주로 입을 상하로 열고 닫는 기능을 한다.
그리고 두개골 안쪽의 저작근육인 외측익돌근은 접형골(일명 나비뼈)에서 시작하여 후외방으로 뻗어서 하악골의 관절돌기(136)에 이르는 근육으로, 주로 하악골이 좌우 또는 전후방향으로 움직이게 하는 기능을 한다.
상술한 바와 같은 3가지 저작근육의 기능에 각각 대응할 수 있는 저작구동부(140)의 구현을 위해 본 발명의 실시예에 따른 제1 구동부(150), 제2 구동부(160) 및 제3 구동부(170)는, 설치위치나 볼조인트(154,164,174) 구조 등에서 미소한 차이가 있으나, 공통적으로 구동몸체(152,162,172), 볼조인트((154,164,174)), 구동모터(156,166,176) 및 와이어(158,168,178) 등을 포함하여 구성된다.
즉, 제1 구동부(150)는 제1 구동몸체(152), 제1 볼조인트(154), 제1 구동모터(156) 및 제1 와이어(158)로 이루어지고, 제2 구동부(160)는 제2 구동몸체(162), 제2 볼조인트(164), 제2 구동모터(166) 및 제2 와이어(168)로 이루어지며, 제3 구동부(170)는 제3 구동몸체(172), 제3 볼조인트(174), 제3 구동모터(176) 및 제3 와이어(178)로 이루어지게 된다.
제1,2,3 구동부(150,160,170)의 세부구조는, 상술한 바와 같이 설치위치나 볼조인트(154,164,174) 구조 등에서 미소한 차이가 있을 뿐이므로, 설명의 편의를 위해 도 10에 도시된 동일한 구조의 제2,3 구동부(160,170)를 기준으로 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이 구동몸체(162,172)는, 개구된 작동공간(162a1,172a1)이 형성된 제1 하우징(162a,172a)과, 작동공간(162a1,172a1)에 끼워지는 삽입부(162b1,172b1)가 형성된 제2 하우징(162b,172b)과, 작동공간(162a1,172a1) 내에서 제1,2 하우징(162a,172a,162b,172b)을 각각 탄성지지하는 스프링(162c,172c)을 포함하여 구성된다.
이러한 구동몸체(162,172)는, 스프링(162c,172c)에 의해 제공되는 탄성력보다 큰 외력이 구동몸체(제2,3 구동몸체)의 양단부 중 적어도 어느 한쪽에 가해지면 그 길이방향을 따라 수축되고, 외력이 제거되면 스프링(162c,172c)의 탄성력에 의해 신장된다.
본 발명에서의 외력은 감기거나 풀리면서 직선운동하는 와이어(158,168,178)를 통해 구동몸체(152,162,172)에 전달된다. 이때, 와이어(158,168,178)로부터 온전하게 외력을 전달받을 수 있도록, 구동몸체(152,162,172)에는, 그 테두리를 따라 내측으로 오목하게 형성되어 와이어(158,168,178)가 수용 내지 장착되는 가이드홈(152d,162d,172d)이 마련된다.
한편, 구동몸체(152,162,172)에는 제1 하우징(152a,162a,172a)의 길이방향을 따라 작동공간(152a1,162a1,172a1)과 연통되는 안내공(152e,162e,172e)과, 이 안내공(152e,162e,172e)을 관통하여 삽입부(152b1,162b1,172b1)와 결합되는 가이드핀(152f,162f,172f)이 구비될 수 있다. 이는 제1 하우징(152a,162a,172a) 및 제2 하우징(152b,162b,172b)이 서로 이탈되지 않도록 함은 물론, 안내공(152e,162e,172e)을 따라 가이드핀(152f,162f,172f)이 이동하도록 함으로써, 제1 하우징(152a,162a,172a)에 대하여 제2 하우징(152b,162b,172b)이 안정적인 신축을 할 수 있도록 하기 위함이다.
상,하악골모형(120,130)을 실물크기로 제작한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 구동몸체(152,162,172)는, 대략 2cm의 신축이 가능하도록 작동공간(152a1,162a1,172a1)에 대하여 삽입부(152b1,162b1,172b1)가 완전히 끼워진 상태(최대 수축)에서 대략 4~5cm의 길이가 되고, 삽입부가 최대한 빠진 상태(최대 신장)에서 대략 6~7cm의 길이가 되도록 제작한다. 이는 일례일 뿐이므로, 다양한 길이로 변형될 수 있음은 물론이다.
제1,2,3 구동몸체(152,162,172)의 설치위치와 관련하여 도 11a 및 도 11b 등을 각각 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도 11a(a), 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 제1 구동몸체(152)는, 근돌기(134)와 센터프레임(118)의 측면 사이에서 저작근육인 측두근의 신축방향(즉, 수직방향에서 후방으로 5° 내지 20°로 경사진 방향)에 대응되도록 배치된 다음 제1 구동몸체(152) 양단에 각각 구비되는 제1 볼조인트(154)를 통해 근돌기(134) 상면 및 센터프레임(118) 측면에 고정된다. 이때, 센터프레임(118) 측면에 상단부가 고정된 제1 구동몸체(152)는 상단부를 고정점으로 하여 신축운동을 하게 된다.
그리고 도 11a(a), 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이, 제2 구동몸체(162)는, 하악골모형(130)과 하방연장프레임(119) 사이에서 저작근육인 교근의 신축방향(즉, 수직방향에서 전방으로 20° 내지 40°로 경사진 방향)에 대응되도록 배치된 다음 제2 구동몸체(162) 양단에 각각 구비되는 제2 볼조인트(164)를 통해 하악골모형(130)(구체적으로 하악각 부근) 및 하방연장프레임(119)에 고정된다. 이때, 하방연장프레임(119)에 상단부가 고정된 제2 구동몸체(162)는 상단부를 고정점으로 하여 신축운동을 하게 된다.
그리고 도 11a(b) 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 제3 구동몸체(172)는, 관절돌기(136)와 상악골모형(120) 사이에서 저작근육인 외측익돌근의 신축방향(즉, 전후방향에서 각각 안쪽으로 15° 내지 40°로 경사지고 수직방향에서 하방으로 10° 내지 20°로 경사진 방향)에 대응되도록 배치된 다음 제3 구동몸체(172) 양단에 각각 구비되는 제3 볼조인트(174)를 통해 관절돌기(136) 상면 및 상악골모형(120) 내측면에 고정된다. 이때, 상악골모형(120) 내측면에 전단부가 고정된 제3 구동몸체(172)는 전단부를 고정점으로 하여 신축운동을 하게 된다.
볼조인트(154,164,174)는, 상악골모형(120)(또는 장착프레임(110)) 및 하악골모형(130)에 대한 구동몸체(152,162,172)의 자유회동과, 상악골모형(120)(또는 장착프레임(110)) 및 하악골모형(130)과 구동몸체(152,162,172)의 양단부 간에 결합을 도모하기 위해 마련된 구성요소이다. 이러한 볼조인트(154,164,174)에 의해 하악골모형(130)은 각각의 구동몸체(152,162,172)의 신축에 따라 자연스럽게 상하좌우로 움직일 수 있게 된다.
볼조인트(154,164,174)는, 구체적으로 구동몸체(152,162,172)의 양단부에 형성된 볼수용체에 회동가능하게 장착되는 볼체와, 볼체로부터 외측으로 연장형성되어 상악골모형(120)(또는 장착프레임(110)) 및 하악골모형(130)에 결합(나사결합 또는 억지끼움)되는 고정체로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 볼조인트(154,164,174)는, 상악골모형(120)(또는 장착프레임(110))이나 하악골모형(130)과의 결합방향에 따라 구조적으로 미소하게 변경된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 하단의 제1 볼조인트(154)는 제2,3 볼조인트(164,174) 구조와 달리 근돌기(134) 상면과의 결합을 위해 별개로 형성된 볼수용체가 제1 구동몸체(152)의 하단부에 결합되는 변형된 구조로 이루어진다. 이러한 볼조인트(154,164,174) 구조에 대한 변형은 해당 기술분야에서 용이하게 이루어질 수 있는 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.
구동모터(156,166,176)는, 장착프레임(110)에 설치되어 회전 구동력을 제공하는 구성요소로서, 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 회전하는 회전축(156a,166a,176a)이 단부에 마련된다. 회전축(156a,166a,176a)은 후술할 와이어(158,168,178)의 일단부와 결합된 상태에서 회전에 따라 와이어(158,168,178)를 감거나 풀면서 와이어의 직선운동을 유도하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 구동모터(156,166,176)는, 최대 씹는 힘(500~700N)을 구현할 수 있는 50W 내지 70W의 DC모터를 사용하게 된다. 이때, 구동모터(156,166,176)는 소정비율의 기어박스를 통해 최대 회전속도는 대략 100rpm 내지 150rpm이 되고, 토크는 5Nm 내지 7Nm가 되도록 하는 것이 바람직하다.
구동모터(156,166,176)의 설치위치와 관련하여 도 8, 도 9 및 도 11b 내지 도 11d에 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(156)는 그 회전축(156a)이 제1 구동몸체(152)의 상단부와 나란하게 놓일 수 있도록 어퍼프레임(116)의 상면 일측에 배치된다. 그리고 제2 구동모터(166)는 그 회전축(166a)이 제2 구동몸체(162)의 상단부와 나란하게 놓일 수 있도록 미들프레임(114)의 상면 일측에 배치된다. 그리고 제3 구동모터(176)는 그 회전축(176a)이 제3 구동몸체(172)의 전단부와 나란하게 놓일 수 있도록 어퍼프레임(116)의 하면 일측에 배치된다. 이러한 제1,2,3 구동모터(156,166,176)는, 상술한 배치 이외에도 와이어(158,168,178)를 매개로 간섭 없이 제1,2,3 구동몸체(152,162,172)를 신축시킬 수 있는 배치라면, 어떠한 배치로 변형되어도 무방하다.
와이어(158,168,178)는, 구동모터(156,166,176)와 구동몸체(152,162,172) 사이에 구비되어 구동모터의 회전에 따라 감기거나 풀리면서 구동몸체(152,162,172)를 길이방향으로 신축시키는 구성요소로서, 일단부는 구동모터(156,166,176)의 회전축(156a,166a,176a)에 결합되고, 타단부는 구동몸체(152,162,172)의 테두리를 따라 형성된 가이드홈(152d,162d,172d)에 설치된 상태에서 구동몸체(152,162,172) 일측에 결합된다.
여기서 구동몸체(152,162,172) 일측과 결합되는 타단부 쪽 와이어(158,168,178)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 하우징(152a)의 상단부에서부터 가이드홈(152d,162d,172d)에 설치된 후 제2 하우징(152b)의 테두리를 둘러싸듯이 설치된 다음 제1 하우징(152a,162a,172a) 하단부 쪽의 가이드홈(152d,162d,172d)에 핀이나 나사로 고정된다. 이렇게 와이어(158,168,178)가 제1 하우징(152a,162a,172a) 및 제2 하우징(152b,162b,172b)의 양측면에 모두 걸치게 설치하는 이유는, 구동몸체(152,162,172)의 안정적인 신축작동을 도모하기 위함이다.
즉, 와이어(158,168,178)가, 도 10과 달리 제1 하우징(152a,162a,172a)의 상단부에서부터 제2 하우징(152b,162b,172b)의 테두리를 둘러싸지 않고, 제2 하우징(152b,162b,172b)의 가이드홈(152d,162d,172d)에 곧바로 핀이나 나사로 고정되는 방식으로, 제1 하우징(152a,162a,172a) 및 제2 하우징(152b,162b,172b)의 일측면에만 설치되면, 와이어(158,168,178)를 통해 전달되는 힘의 작용점이 일측면 쪽에 편중되기 때문에 구동몸체(152,162,172)의 안정적이고 원활한 신축작동이 어려워질 수 있기 때문이다.
또한, 구동몸체(152,162,172) 일측과 결합되는 타단부 쪽 와이어(158,168,178)는, 도 11b에서처럼, 제1 와이어(158)의 경우, 상단부의 제1 볼조인트(154)를 통해 센터프레임(118) 측면에 고정된 제1 구동몸체(152)의 상단부(신축운동의 고정점)에서부터 가이드홈(152d)에 설치된다. 그리고 제2 와이어(168)의 경우, 상단부의 제2 볼조인트(164)를 통해 하방연장프레임(119)에 고정된 제2 구동몸체(162)의 상단부(신축운동의 고정점)에서부터 가이드홈(162d)에 설치된다. 그리고 제3 와이어(178)의 경우 도 11d에서처럼, 전단부의 제3 볼조인트(174)를 통해 상악골모형(120) 내측면에 고정된 제3 구동몸체(172)의 전단부(신축운동의 고정점)에서부터 가이드홈(172d)에 설치된다.
이렇게 제1,2,3 와이어(158,168,178)의 타단부 각각이 제1,2,3 구동몸체(152,162,172)의 신축운동의 고정점에서부터 설치되도록 한 이유는, 와이어(158,168,178)를 매개로 전달되는 구동모터(156,166,176)의 구동력에 대하여 구동몸체(152,162,172)가 흔들리지 않고 견고한 자세를 유지하면서 안정적인 신축운동을 할 수 있게 하기 위함이다.
상술한 바와 같이 구동몸체(152,162,172)에 설치된 와이어(158,168,178)는, 구동모터의 회전축(156a,166a,176a)이 시계방향(도 10 기준)으로 회전하면, 제2 하우징(152b,162b,172b)이 제1 하우징(152a,162a,172a) 쪽으로 이동하도록 가압하게 되므로, 구동몸체(152,162,172)는 수축될 수 있다. 반면에 구동모터의 회전축(156a,166a,176a)이 반시계방향으로 회전하면, 제2 하우징(152b,162b,172b)은 스프링(152c,162c,172c)의 탄성력에 의해 제1 하우징(152a,162a,172a)과 멀어지게 되므로, 구동몸체(152,162,172)는 신장될 수 있다.
이러한 와이어(158,168,178)는, 구동모터(156,166,176)의 회전력이 구동몸체(152,162,172)에 손실 없이 전달될 수 있도록 연신율이 작으며, 구동몸체의 신축시 발생하는 마찰에도 쉽게 마모되지 않는 내마찰성 재질의 합성수지나 강선 또는 이들의 조합으로 제작될 수 있다.
한편, 구동몸체(152,162,172)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 와이어(158,168,178)와 가이드홈(152d,162d,172d) 간의 마찰저항을 감소시킬 수 있도록, 볼조인트(154,164,174)의 가장자리에 설치되어 회전하는 링형상의 회전체(153,163,173)가 더 구비된다. 회전체(153,163,173)는 베어링과 같은 구조로 이루어져 회전축(156a,166a,176a)의 회전에 따라 직선운동하는 와이어(158,168,178)와 함께 회전하게 된다. 그리고 와이어(158,168,178)가 가이드홈(152d,162d,172d)으로 원활하게 안내될 수 있도록 하기 위해, 도 11b에 도시된 바와 같이, 장착프레임(110)에는 가이드도르래(115)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 이러한 가이드도르래(115)는 와이어(158,168,178) 간의 간섭을 회피하는 용도로도 이용될 수 있으며, 구동몸체(152,162,172)의 안정적인 신축운동에도 도움을 주게 된다.
상술한 바와 같은 구성들로 이루어진 제1,2,3 구동부(150,160,170)는, 각각의 설치위치에서 제어부(미도시)를 통해 전기적으로 제어되어 상호 연동하며 작동됨에 따라 하악골모형(130)은 상악골모형(120)에 대하여 자유로운 저작운동을 할 수 있게 된다.
나아가 제1,2,3 구동부(150,160,170)를 전기적 작동 또는 유압방식의 작동이 아닌 비교적 단순한 구조의 기계적 작동으로 구현함으로써, 작동상태의 직관적 관찰이 가능함에 따라 고장이나 파손시 신속한 처리가 가능해져 장치의 유지 및 관리의 편의성이 도모될 수 있다.
여기서 제어부(미도시)는, 하악골모형(130)이 상악골모형(120)에 대하여 실제 저작운동과 유사하게 작동되도록, 제1,2,3 구동부(150,160,170)를 각각 개별적으로 제어하는 구성요소로, 제1,2,3 구동모터(156,166,176)와 각각 전기적으로 연결된 상태에서 제어명령을 송출하게 된다. 또한, 상술한 바와 같이 제어부(미도시)는 상,하악치아(122,132)에 가해지는 힘을 측정하는 로드셀(184)과도 전기적으로 연결되어 해당 힘정보를 전송받아 저장할 수 있다.
제어부는, 플래시메모리와 같은 저장장치가 구비된 MCU(micro controller unit), 마이컴(microcomputer), 아두이노(Arduino) 등과 같은 소형 또는 상용 컴퓨터 등으로 구현될 수 있으며, 주변에 의한 영향을 받지 않고 안정적으로 작동될 수 있는 위치라면 어디라도 설치 가능하지만, 장착프레임(110)의 일측 공간에 설치하는 것이 바람직하다.
상술한 제어부를 통한 제1,2,3 구동부(150,160,170)의 제어는, 기계어(machine language) 등과 같은 프로그래밍 언어로 코딩됨으로써 이루어지게 되며, 이는 당업자 수준에서 다양한 방식 및 형태로 손쉽게 이루어질 수 있는바, 이에 대한 구체적 설명은 생략한다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 제1,2,3 구동부(150,160,170)가 제어부에 의해 어떠한 방식으로 제어되어 하악골모형(130)의 기본적인 작동상태를 구현하게 되는지, 도 12 내지 도 15을 참조하여 간략하게 설명하기로 한다.
먼저, 하악골모형(130)은, 제어부의 제어에 의해 도 11b 내지 도 11d의 교합상태(상,하악치아(122,132)가 가지런히 접촉한 상태)에서 도 12a 내지 도 12d에 도시된 바와 같이, 상악골모형(120)에 대하여 측면방향(좌측, 도면기준)으로 최대한 이동한 상태로 작동될 수 있다.
이를 위해 제어부는, 도 12a 내지 도 12c와 같이 좌측의 제1 구동몸체(152)에 비해 우측의 제1 구동몸체(152)가 더 신장되도록 좌우측의 제1 구동모터(156)를 각각 회전제어(와이어 풀림)하게 되고, 좌측의 제2 구동몸체(162)가 우측의 제2 구동몸체(162)보다 더 신장되도록 좌우측의 제2 구동모터(166)를 각각 회전제어(와이어 풀림)하게 된다. 그리고 도 8d에 도시된 바와 같이, 제어부는, 좌측의 제3 구동몸체(172)가 최대로 수축되도록 좌측의 제3 구동모터(176)를 각각 회전제어(와이어 감음)하게 된다.
이러한 제어부의 제어를 통해 하악골모형(130)은 상악골모형(120)에 대하여 측면방향(좌측, 도면기준)으로 최대한 이동한 상태를 유지할 수 있다. 아울러 이 상태에서의 제1,2,3 구동모터의 위치정보가 제어부를 통해 저장되도록 함으로써, 하악골모형(130)은 언제든지 해당 상태 즉, 측방 최대 이동 상태로 위치 전환될 수 있다.
도 12의 방향과 반대인 우측 최대 이동 상태는, 제1,2,3 구동부(150,160,170)가 서로 좌우로 대칭을 이루며 설치된다는 점을 고려할 때, 상술한 내용으로부터 충분히 변형하여 적용될 수 있다.
다음으로, 하악골모형(130)은, 제어부의 제어를 통해 도 11b 내지 도 11d의 교합상태(상,하악치아(122,132)가 가지런히 접촉한 상태)에서 도 13a 내지 도 13d에 도시된 바와 같이, 상악골모형(120)에 대하여 최대 벌림 상태로 작동될 수 있다.
이를 위해 제어부는, 도 13a 내지 도 13c와 같이 좌우측의 제1 구동몸체(152) 및 좌우측의 제2 구동몸체(162) 각각이 최대로 신장될 수 있도록 제1,2 구동모터를 각각 회전제어(와이어 풀림)하게 된다. 그리고 도 13d에 도시된 바와 같이, 제어부는, 교합상태(도 11d 참조)에서보다 하악골모형(130)이 전방으로 더 돌출될 수 있도록 제3 구동모터(176)를 각각 회전제어(와이어 감음)하여 좌우측의 제3 구동몸체(172)가 수축되게 한다. 이는 실제로 입을 최대한 벌리는 경우 하악골이 전방으로 자연스럽게 돌출되는 것을 반영한 것이다.
이러한 제어부의 제어를 통해 하악골모형(130)은, 센터프레임(118)에 고정된 상악골모형(120)에 대하여 최대 벌림 상태를 유지할 수 있다. 아울러 이 상태에서의 제1,2,3 구동모터(156,166,176)의 위치정보가 제어부를 통해 저장되도록 함으로써, 하악골모형(130)은 언제든지 해당 상태 즉, 최대 벌림 상태로 위치 전환될 수 있다.
상술한 바와 같은 하악골모형(130)의 측방 최대 이동 상태, 최대 벌림 상태 및 교합상태(도 11b 내지 11d 참조)가 제어부의 제어를 통해 조합 및 변형되어 연속적으로 전환되면, 인간의 저작운동이 사실적으로 구현될 수 있게 된다.
다음으로, 하악골모형(130)은, 제어부의 제어를 통해 도 11b 내지 도 11d의 교합상태(상,하악치아(122,132)가 가지런히 접촉한 상태)에서 도 14(a) 내지 도 14(c)에 도시된 바와 같이, 상악골모형(120)에 대하여 상하방향으로 저작운동을 할 수 있다.
이를 위해 제어부는, 먼저 도 14(a1)(a2)에 도시된 바와 같이, 상,하악치아(122,132)가 교합상태에 있도록 좌우측의 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 회전제어 하게 된다. 이때, 제어부는 교합상태를 강한 교합상태(저작능력이 큼)와 약한 교합상태(저작능력이 작음)로 구분하여 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 제어하는 것이 바람직한데, 강한 교합상태는 제1,2 구동몸체(152,162)를 더욱 수축시키는 제어를 통해 이루어질 수 있다.
그리고 제어부는, 도 14(b1)(b2)에 도시된 바와 같이, 하악골모형(130)이 교합상태에서 중간 벌림 상태가 되도록 연속적으로 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 제어하게 된다. 즉, 제어부는 좌우측의 제1,2 구동몸체(152,162) 각각이 이전 교합상태보다 신장되도록 좌우측의 제1,2 구동모터(156,166)를 각각 회전제어(와이어 풀림)하게 되며, 좌우측의 제3 구동몸체(172)가 이전 교합상태보다 수축되도록 제3 구동모터(176)를 각각 회전제어(와이어 감음)하게 된다.
그리고 제어부는, 도 14(c1)(c2)에 도시된 바와 같이, 하악골모형(130)이 중간 벌림 상태에서 최대 벌림 상태가 되도록 연속적으로 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 제어하게 된다. 이는 상술한 중간 벌림 상태와 유사한 방식으로 제어가 이루어지므로, 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 하악골모형(130)은, 제어부의 제어를 통해 도 11b 내지 도 11d의 교합상태(상,하악치아(122,132)가 가지런히 접촉한 상태)에서 도 14(a) 내지 도 14(c)에 도시된 바와 같이, 상악골모형(120)에 대하여 상하방향으로 저작운동을 할 수 있다.
이를 위해 제어부는, 먼저 도 14(a1)(a2)에 도시된 바와 같이, 상,하악치아(122,132)가 교합상태에 있도록 좌우측의 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 회전제어 하게 된다. 이때, 제어부는 교합상태를 강한 교합상태(저작능력이 큼)와 약한 교합상태(저작능력이 작음)로 구분하여 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 제어하는 것이 바람직한데, 강한 교합상태는 제1,2 구동몸체(152,162)를 더욱 수축시키는 제어(와이어를 강하게 감음)를 통해 이루어질 수 있다.
그리고 제어부는, 도 14(b1)(b2)에 도시된 바와 같이, 하악골모형(130)이 교합상태에서 중간 벌림 상태가 되도록 연속적으로 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 제어하게 된다. 즉, 제어부는 좌우측의 제1,2 구동몸체(152,162) 각각이 이전 교합상태보다 신장되도록 좌우측의 제1,2 구동모터(156,166)를 각각 회전제어(와이어 풀림)하게 되며, 좌우측의 제3 구동몸체(172)가 이전 교합상태보다 수축되도록 제3 구동모터(176)를 각각 회전제어(와이어 감음)하게 된다.
그리고 제어부는, 도 14(c1)(c2)에 도시된 바와 같이, 하악골모형(130)이 중간 벌림 상태에서 최대 벌림 상태가 되도록 연속적으로 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 제어하게 된다. 이는 상술한 중간 벌림 상태와 유사한 방식으로 제어가 이루어지므로, 구체적인 설명은 생략한다.
마지막으로, 하악골모형(130)은, 제어부의 제어를 통해 도 11b 내지 도 11d의 교합상태에서 도 15(a) 및 도 15(b)에 도시된 바와 같이, 상악골모형(120)에 대하여 좌우방향으로 저작운동을 할 수 있다.
이를 위해 제어부는, 먼저 도 15(a1)(a2)에 도시된 바와 같이, 상,하악치아(122,132)가 교합상태에 있도록 좌우측의 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 회전제어 하게 된다. 이는 앞서 기술한 도 14(a1)(a2)에 도시된 상태와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
그리고 제어부는, 도 15(b1)(b2)에 도시된 바와 같이, 하악골모형(130)이 교합상태에서 측방(좌측, 도면기준) 이동 상태가 되도록 연속적으로 제1,2,3 구동모터(156,166,176)를 각각 제어하게 된다. 즉, 제어부는, 도 15(b1)에서와 같이 우측의 제1 구동몸체(152)가 신장되도록 우측의 제1 구동모터(156)를 각각 회전제어(와이어 풀림)하게 되고, 좌측의 제2 구동몸체(162)가 약간 신장(와이어 풀림)되도록 하면서 우측의 제2 구동몸체(162)가 수축(와이어 감음)되도록 좌우측의 제2 구동모터(166)를 각각 회전제어하게 된다. 그리고 제어부는, 도 15(b2)에서와 같이 좌측의 제3 구동몸체(172)가 약간 수축되도록 좌측의 제3 구동모터(176)를 회전제어(와이어 감음)하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 하악골모형(130)의 상하방향 저작운동, 좌우방향 저작운동 및 교합상태(저작강도 조절 포함)가 제어부의 제어를 통해 적절히 조합되고 변형되면, 인간의 저작운동이 더욱 사실적으로 구현될 수 있게 된다.
이러한 저작운동 시뮬레이터(100)에 상술한 바와 같은 시료차폐수단(190)이 장착되면, 상,하악골모형(120,130) 사이의 저작공간에 투입된 식품시료(F)는 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않고 연속적인 저작이 이루어지고, 저작과정에서 식품시료(F)의 형태변화 및 절단면의 변형을 용이하게 관찰할 수 있게 됨에 따라 식품물성에 대한 진일보한 연구가 다양하고 세밀하게 수행될 수 있는 기초가 마련될 수 있다.
나아가 이러한 사실적인 저작운동이 이루어지는 과정에서 각각의 치아에 전달되는 힘 및 힘의 변화가 상,하악골모형(120,130)에 상술한 바와 같이 압력측정수단(180)이 내설되면, 상악치아(122) 및/또는 하악치아(132) 각각에 가해지는 힘이 정량적인 계측치로 실시간 측정됨에 따라 식품물성이 더욱 사실적이면서도 정확하고 정밀하게 분석될 수 있는 것이다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 발명에 따른 6자유도의 저작운동 시뮬레이터에 의하면, 제1 구동부, 제2 구동부 및 제3 구동부로 구성되어 상호 연동하며 신축작동하는 저작구동부를 통해 인간의 실제 저작운동에 극히 유사한 저작작동의 구현이 가능함은 물론, 압력측정수단을 통해 저작운동시 상,하악치아에 가해지는 힘이 정량적으로 측정될 수 있고, 시료차폐수단을 통해 저작공간에 투입된 식품시료가 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되지 않고 연속적으로 저작됨으로써, 식품물성이 더욱 사실적이면서도 정확하고 정밀하게 분석될 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims (18)

  1. 장착프레임;
    상기 장착프레임의 일단부에 결합되는 상악골모형;
    상기 상악골모형의 아래쪽에 배치되고 후단부에서 앞뒤로 각각 근돌기와 관절돌기가 구비된 하악골모형; 및
    상기 하악골모형이 상기 상악골모형에 대하여 6자유도의 저작운동을 할 수 있도록, 저작근육인 측두근, 교근 및 외측익돌근에 각각 대응하는 위치에서 상기 상악골모형과 상기 하악골모형 간을 연결하며 신축운동을 하는 한 쌍의 제1 구동부, 한 쌍의 제2 구동부 및 한 쌍의 제3 구동부로 구성되는 저작구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구동부, 상기 제2 구동부 및 상기 제3 구동부 각각은,
    개구된 작동공간이 형성된 제1 하우징과, 상기 작동공간에 끼워지는 삽입부가 형성된 제2 하우징과, 상기 작동공간 내에서 상기 제1,2 하우징을 각각 탄성지지하는 스프링을 포함하여 외력에 따라 길이방향의 신축운동을 하는 구동몸체;
    상기 구동몸체의 양단부에 각각 구비되어 상기 상악골모형 및 상기 하악골모형과 결합되는 볼조인트;
    상기 장착프레임에 설치되어 회전 구동력을 제공하는 구동모터; 및
    상기 구동모터의 회전에 따라 감기거나 풀리면서 상기 구동몸체가 길이방향으로 신축되도록, 일단부가 상기 구동모터의 회전축에 결합되고, 타단부는 상기 구동몸체의 테두리를 따라 형성된 가이드홈에 설치된 상태에서 상기 구동몸체 일측에 결합되는 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동몸체는,
    상기 제1 하우징의 길이방향을 따라 상기 작동공간과 연통되는 안내공이 형성되고, 상기 안내공을 관통하여 상기 삽입부와 결합되는 가이드핀이 구비되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구동몸체는,
    상기 와이어와 상기 가이드홈과의 마찰저항을 감소시킬 수 있도록, 상기 볼조인트의 가장자리에 설치되어 회전하는 링형상의 회전체가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 장착프레임은,
    바닥면과 면접촉하는 바텀프레임;
    상기 바텀프레임의 좌우에서 각각 상방으로 이격설치되는 미들프레임;
    상기 미들프레임에서 상방으로 이격설치되는 어퍼프레임;
    상기 어퍼프레임의 중앙부에서 전방으로 돌출되도록 설치되어 상기 상악골모형의 상면과 결합되는 센터프레임; 및
    양단부가 상기 상악골모형의 좌우측면과 이격된 상태에 놓이도록 상기 센터프레임의 좌우에서 각각 하방으로 연장형성되어 이루어지는 하방연장프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 구동부의 제1 구동몸체는,
    상기 근돌기와 상기 센터프레임의 측면 사이에서 저작근육인 측두근의 신축방향에 대응되도록 배치되어 상기 제1 구동부의 제1 볼조인트를 통해 고정되고,
    상기 제2 구동부의 제2 구동몸체는,
    상기 하악골모형과 상기 하방연장프레임 사이에서 저작근육인 교근의 신축방향에 대응되도록 배치되어 상기 제2 구동부의 제2 볼조인트를 통해 고정되며,
    상기 제3 구동부의 제3 구동몸체는,
    상기 관절돌기와 상기 상악골모형 사이에서 저작근육인 외측익돌근의 신축방향에 대응되도록 배치되어 상기 제3 구동부의 제3 볼조인트를 통해 고정되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 장착프레임에는,
    상기 와이어가 상기 가이드홈으로 원활하게 안내되도록 하는 가이드도르래가 적어도 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상악골모형은, 치아몸통과 치아뿌리로 구성되고 인간의 윗니에 각각 대응하는 상악치아와, 상기 상악치아의 치아뿌리가 각각 끼워지는 상악치아공이 형성된 상악잇몸틀을 포함하고,
    상기 하악골모형은, 치아몸통과 치아뿌리로 구성되고 인간의 아랫니에 각각 대응하는 하악치아와, 상기 하악치아의 치아뿌리가 각각 끼워지는 하악치아공이 형성된 하악잇몸틀을 포함하며,
    상기 상악치아공 및/또는 상기 하악치아공에는, 로드셀을 통해 저작운동시 상기 상악치아 및/또는 상기 하악치아에 가해지는 힘을 측정하는 압력측정수단이 전체 또는 선택적으로 내설되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력측정수단은,
    상기 상악치아 및/또는 상기 하악치아로부터 전달되는 힘의 정도를 측정하는 상기 로드셀;
    상기 로드셀과 상기 상악치아 및/또는 상기 하악치아 사이에 개재되되, 일단부는 고정핀이 형성되어 상기 상,하악치아의 치아뿌리와 결합하고, 타단부는 상기 로드셀의 전면과 접촉하는 스페이서; 및
    상기 로드셀에 가해지는 충격을 흡수하도록, 일단이 상기 로드셀의 후면과 접촉하고, 타단은 지지판에 의해 지지되는 충격흡수부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 상악골모형은,
    상기 상악치아 전체에 대하여 부피물인 상기 압력측정수단이 서로 간섭없이 설치될 수 있도록, 상기 상악잇몸틀의 상부에 결합되고 제1 열 압력측정수단이 설치되는 제1 상악설치판 및 상기 제1 상악설치판의 상부에 결합되고 제2 열 압력측정수단이 설치되는 제2 상악설치판을 더 포함하되,
    상기 제1 상악설치판은, 상기 제1 열 압력측정수단이 내설되는 제1 상악설치공이 이격형성되고, 상기 제2 열 압력측정수단의 고정핀이 관통하는 관통공이 형성되며,
    상기 제2 상악설치판은, 상기 제1 상악설치공의 형성위치와 위아래로 중첩되지 않는 영역에 이격형성되어 상기 제2 열 압력측정수단이 내설되는 제2 상악설치공이 구비되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 하악골모형은,
    상기 하악치아 전체에 대하여 부피물인 상기 압력측정수단이 서로 간섭없이 설치될 수 있도록, 상기 하악잇몸틀의 하부에 결합되고 제3 열 압력측정수단이 설치되는 제1 하악설치판 및 상기 제1 하악설치판의 하부에 결합되고 제4 열 압력측정수단이 설치되는 제2 하악설치판을 더 포함하되,
    상기 제1 하악설치판은, 상기 제3 열 압력측정수단이 내설되는 제1 하악설치공이 이격형성되고, 상기 제4 열 압력측정수단의 고정핀이 관통하는 관통공이 형성되며,
    상기 제2 하악설치판은, 상기 제1 하악설치공의 형성위치와 위아래로 중첩되지 않는 영역에 이격형성되어 상기 제4 열 압력측정수단이 내설되는 제2 하악설치공이 구비되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 상악골모형은, 인간의 윗니에 각각 대응하는 상악치아가 구비된 상악잇몸틀을 포함하고,
    상기 하악골모형은, 인간의 아랫니에 각각 대응하는 하악치아가 구비된 하악잇몸틀을 포함하며,
    상기 상악골모형 및 상기 하악골모형 사이에는, 저작공간에 투입된 식품시료가 상기 상,하악골모형의 저작운동 과정에서 외측으로 이탈되는 것을 방지하여 식품시료의 연속적인 저작을 가능하게 하는 시료차폐수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시료차폐수단은,
    상기 상악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 상악결합부;
    상기 하악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 하악결합부; 및
    상기 상악결합부와 상기 하악결합부 사이에 구비되어 상기 상,하악골모형의 저작운동에 따라 상하방향으로 신축하는 주름관체를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 시료차폐수단은,
    상기 상악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 상악결합부;
    상기 하악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 하악결합부;
    상기 상악결합부와 상기 하악결합부 사이에 구비되는 관체형상의 탄성비닐막; 및
    상기 상악결합부와 상기 하악결합부에 걸쳐 설치되되, 상기 상,하악골모형의 교합상태에서는 접철되며 상기 탄성비닐막을 외측으로 확장시키고, 벌림상태에서는 펴지면서 상기 탄성비닐막을 상기 저작공간 쪽으로 오므려지게 하는 접철식리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 접철식리브는,
    일단부가 상기 상악결합부와 힌지결합되고, 상기 저작공간 쪽으로 오목한 호형의 제1 탄성리브; 및
    일단부가 상기 하악결합부와 힌지결합되고, 타단부는 상기 제1 탄성리브의 타단부와 겹치지 않도록 힌지결합 또는 볼조인트결합되며, 상기 저작공간 쪽으로 오목한 호형의 제2 탄성리브를 포함하고,
    상기 탄성비닐막의 외주연을 따라 적어도 1개 이상이 대칭을 이루며 이격배치되는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 시료차폐수단은,
    상기 하악잇몸틀과 탈착 가능하게 결합하는 관체형상의 하악결합부;
    상기 하악결합부에서 상방으로 연장형성되되, 상기 교합상태에서 상기 상,하악치아와 인접하도록 오목하게 형성되는 관체형상의 오목부; 및
    상기 상,하악골모형의 저작운동시 상기 상악골모형과 간섭이 없도록 상기 오목부에서 상방으로 연장되며 외측으로 확장형성된 관체형상의 확장부를 포함하고,
    상기 하악결합부, 상기 오목부 및 상기 확장부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 하악골모형은,
    배열된 상기 하악치아의 내측 가장자리에서 상방으로 경사를 이루며 돌출형성된 제1 저작유도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 상악골모형은,
    배열된 상기 상악치아의 내측 가장자리에서 하방으로 경사를 이루며 돌출형성되되, 상기 교합상태에서는 상기 제1 저작유도체에 의해 외측으로 가압변형되는 제2 저작유도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 6자유도의 저작운동 시뮬레이터.
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