(57)【要約】【課題】ゼロ点設定を簡単な操作で実施できる押込み試験装置を提供する。【解決手段】圧子１０と、圧子の一部が突出する状態で配置される筐体２０と、筐体を操作して圧子を被検体に押し込むとき、圧子に後れて被検体に当接する当接部２１と、圧子に作用する力を検出する力センサ３０とを有する押込み試験装置であって、力センサの検出出力の時間による変化量が第１の閾値未満であり、傾きセンサの検出出力の時間による変化量が第２の閾値未満であるとき、その時の力センサの出力をゼロ点に設定する自動ゼロ点設定部４３を備える。この押込み試験装置を操作する操作者が、被検体への押込みに先立って、押込み試験装置を所定時間静止させれば、この装置のゼロ点設定が自動的に行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に押し込まれる圧子と、前記圧子が、少なくともその一部を端部から突出させた状態で配置される筐体と、前記圧子を前記被検体に押し込むように前記筐体が操作されたとき、前記圧子に後れて前記被検体に当接する当接部と、前記圧子に作用する力を検出する力センサとを有し、前記操作に伴い、前記当接部が前記被検体に当接した時点の前記圧子に作用する力が前記力センサで検出されて前記被検体の柔らかさが算出される押込み試験装置であって、
前記力センサの検出出力の時間による変化量を検出する第１の変動検出部と、
前記筐体の傾きを検出する傾きセンサと、
前記傾きセンサの検出出力の時間による変化量を検出する第２の変動検出部と、
前記第１の変動検出部で検出された前記力センサの検出出力の前記変化量が予め設定された第１の閾値未満であり、且つ、前記第２の変動検出部で検出された前記傾きセンサの検出出力の前記変化量が予め設定された第２の閾値未満であるとき、前記力センサの出力をゼロ点に設定するゼロ点設定部と、
を備える押込み試験装置。
【請求項２】
請求項１記載の押込み試験装置であって、さらに、
前記ゼロ点設定部による前記ゼロ点の設定が行われないとき、エラーを表示する表示部を備える押込み試験装置。
【請求項３】
被検体に押し込まれる圧子と、前記圧子が、少なくともその一部を端部から突出させた状態で配置される筐体と、前記圧子を前記被検体に押し込むように前記筐体が操作されたとき、前記圧子に後れて前記被検体に当接する当接部と、前記圧子に作用する力を検出する力センサと、を有し、前記操作に伴い、前記当接部が前記被検体に当接した時点の前記圧子に作用する力が前記力センサで検出されて前記被検体の柔らかさが算出される押込み試験装置のゼロ点設定方法であって、
前記力センサの検出出力の時間による変化量が予め設定された第1の閾値未満であるか否かを検出する第１の変動検出ステップと、
前記筐体の傾きを検出する傾きセンサの検出出力の時間による変化量が第２の閾値未満であるか否かを検出する第２の変動検出ステップと、
前記第１の変動検出ステップにおいて前記力センサの検出出力の前記変化量が前記第１の閾値未満であり、且つ、前記第２の変動検出ステップにおいて前記傾きセンサの検出出力の前記変化量が前記第２の閾値未満であるとき、前記力センサの出力をゼロ点に設定するゼロ点設定ステップと、
を備える押込み試験装置のゼロ点設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒲鉾・ハム等の食品やヒトの柔軟な組織などに圧子を押込み、それらの柔らかさを計測する押込み試験装置と、そのゼロ点を設定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、柔軟な食品や人体組織などを被検体として、その柔らかさを計測する押込み試験装置が開示されている。
この装置は、図８に示すように、被検体に押込まれる圧子１０と、圧子１０を被検体に押込んだ時に圧子１０に作用する力を検出する力センサ３０と、力センサの検出出力に基づいて被検体のヤング率を算出する演算部などが搭載された制御基板４０と、それらが内部に配置される筐体２０とを備えている。
圧子１０は、先端の半球部分の一定量が筐体２０の端部２１から突出するように筐体２０内に配置されている。
また、力センサ３０のゼロ点を設定したり、計測開始を指示したりする操作ボタン５０が、筐体２０の外から操作できるように筐体２０に取り付けられている。
【０００３】
この装置を操作する操作者は、筐体２０部分を把持し、ゼロ点設定のボタン操作を行った後、筐体２０の端部２１が被検体に当接するまで圧子１０を被検体に押込む。
【０００４】
このゼロ点設定は、秤量装置で物品を計量する際、計量表示をゼロにするためにゼロ点設定ボタンを押すことと同じである。計量表示をゼロにした後、秤量皿に物品を載せることで、物品の正しい重量が表示部に表示される。
【０００５】
押込み試験装置の圧子１０を被検体に押し込むとき、筐体２０の端部２１が被検体に当接したときに力センサ３０で検出された力（押込荷重）をＦとし、筐体２０の端部２１から突出する圧子１０の突出量（即ち、被検体に押込まれる圧子１０の押込量）をδ、圧子１０の半球面の直径をφ、被検体のヤング率をＥ、被検体に固有のポアソン比をνとすると、これらの間には(数１)で表される関係が存在する。
【数１】
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この(数１)を用いて、力センサ３０で検出された押込荷重Ｆから被検体の柔らかさを評価するヤング率Ｅを求めることができる。
【０００６】
この押込み試験装置は、被検体の柔らかさを、被検体が本来あるべき場所で測定すること（いわゆる“その場測定”）が可能である。
図９には、筐体２０に把持部５１を設けた押込み試験装置５０を示しており、図１０（ａ）は、この装置を用いて輸送管に装着された緩衝材の柔軟性を測定している様子を示している。また、図１０（ｂ）は、この装置を用いて脚の筋肉の硬さを測定している様子を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１７／１６４４２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この押込み試験装置は、被検体の現場での状態に応じて、押込み方向を種々の角度に設定することができる。また、狭い隙間から筐体２０の先端を差し込んで、その先にある被検体の柔らかさを測定することも可能である。
しかし、こうした測定に際して、ゼロ点設定のボタン操作が困難であったり、ボタン操作を忘れたりする場合がある。
【０００９】
ゼロ点設定を行わないと、次のような不都合が生じる。
図１１（ａ）に示すように、筐体２０が垂直のときに力センサ３０に加わる圧子１０及びその付属部品の重量をＦとすると、図１１（ｂ）に示すように、筐体２０が垂直方向からθだけ傾いたときに力センサ３０に加わる圧子１０及び付属部品の重量Ｆ’は、
Ｆ’＝Ｆｓｉｎθ
となる。
このように、力センサ３０に加わる力は筐体２０の傾きにより変化するから、柔らかさの測定に際しては、常にゼロ点を設定しなければ、精確な測定ができない。
【００１０】
本発明は、こうした事情を考慮して創案したものであり、ゼロ点設定を簡単な操作で実施できる押込み試験装置、及び、そのゼロ点設定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、被検体に押し込まれる圧子と、前記圧子が、少なくともその一部を端部から突出させた状態で配置される筐体と、前記圧子を被検体に押し込むように前記筐体が操作されたとき、前記圧子に後れて被検体に当接する当接部と、前記圧子に作用する力を検出する力センサとを有し、前記操作に伴い、前記当接部が被検体に当接した時点の前記圧子に作用する力が前記力センサで検出されて被検体の柔らかさが算出される押込み試験装置であって、前記力センサの検出出力の時間による変化量を検出する第１の変動検出部と、前記筐体の傾きを検出する傾きセンサと、前記傾きセンサの検出出力の時間による変化量を検出する第２の変動検出部と、前記第１の変動検出部で検出された前記力センサの検出出力の前記変化量が予め設定された第１の閾値未満であり、且つ、前記第２の変動検出部で検出された前記傾きセンサの検出出力の前記変化量が予め設定された第２の閾値未満であるとき、前記力センサの出力をゼロ点に設定するゼロ点設定部と、を備えることを特徴とする。
この押込み試験装置を操作する操作者が、被検体への押込みに先立って、押込み試験装置を所定時間静止させれば、この装置のゼロ点設定が自動的に行われる。
【００１２】
また、本発明の押込み試験装置では、前記ゼロ点設定部によるゼロ点の設定が行われないとき、エラーを表示する表示部を設けても良い。
エラー表示を認識した操作者が、改めて押込み試験装置の所定時間の静止を実行することでゼロ点設定が行われる。
【００１３】
本発明は、被検体に押し込まれる圧子と、前記圧子が、少なくともその一部を端部から突出させた状態で配置される筐体と、前記圧子を被検体に押し込むように前記筐体が操作されたとき、前記圧子に後れて被検体に当接する当接部と、前記圧子に作用する力を検出する力センサと、を有し、前記操作に伴い、前記当接部が被検体に当接した時点の前記圧子に作用する力が前記力センサで検出されて被検体の柔らかさが算出される押込み試験装置のゼロ点設定方法であって、前記力センサの検出出力の時間による変化量が予め設定された第1の閾値未満であるか否かを検出する第１の変動検出ステップと、前記筐体の傾きを検出する傾きセンサの検出出力の時間による変化量が第２の閾値未満であるか否かを検出する第２の変動検出ステップと、前記第１の変動検出ステップにおいて前記力センサの検出出力の前記変化量が第１の閾値未満であり、且つ、前記第２の変動検出ステップにおいて前記傾きセンサの検出出力の前記変化量が第２の閾値未満であるとき、前記力センサの出力をゼロ点に設定するゼロ点設定ステップと、を備えることを特徴とする。
この押込み試験装置をどのような角度で操作するときでも、ゼロ点設定が容易に実施できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の押込み試験装置及びゼロ点設定方法では、圧子を被検体に押し込むための態勢を取った段階で、押込み試験装置を一時静止させれば自動的にゼロ点設定が行われるため、どのような角度で押込み操作を行うときでも、ゼロ点設定が簡単に実施できる。
また、このゼロ点設定方法は、一連の押込み操作の内の一時期を静止状態に保つものであるため、押込み操作とは別のゼロ点設定ボタンの操作を行う場合に比べて、忘れられる惧れが少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る押込み試験装置を示す図
【図２】図１の傾きセンサの例を示す図
【図３】図１の自動ゼロ点設定部の構成を示すブロック図
【図４】図１の押込み試験装置の動作を示すフロー図
【図５】図４のフロー図の変形例を示す図
【図６】当接部を形成する接触検知センサを示す図
【図７】当接部を形成するピンタイプの接触検知センサを示す図
【図８】従来の押込み試験装置を示す図
【図９】把持部を有する従来の押込み試験装置を示す図
【図１０】図９の押込み試験装置の使用例を示す図
【図１１】ゼロ点設定の必要性を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る押込み試験装置を示している。
この装置は、被検体に押込まれる圧子１０と、圧子１０を被検体に押込んだ時に圧子１０に作用する力を検出する力センサ３０と、力センサの検出出力に基づいて被検体のヤング率を算出する演算部４１や、傾きを検出する傾きセンサ４２、自動ゼロ点設定部４３などが搭載された制御基板４０と、それらが内部に配置される筐体２０とを備えている。
圧子１０は、先端の半球部分の一定量が、筐体２０の端部２１から突出するように筐体２０内に配置されている。この端部２１は、当接部を兼ねており、筐体２０を操作して圧子１０を被検体に押し込むとき、圧子１０に後れて被検体に当接する．
【００１７】
傾きセンサ４２には、例えば、図２に示す市販のセンサが使用できる。
このセンサは、ＭＥＭＳ技術で作成されており、ばね４２２で支持されたプルーフマス４２１と、プルーフマス４２１の四辺から延びる可動電極４２３と、可動電極４２３の位置に応じて静電容量を変える差動容量型のセルを構成する一対の固定電極４２４とを有している。プルーフマス４２１が傾くと、それに呼応して可動電極４２３の固定電極４２４に対する位置が変化し、それに伴い、一対の固定電極４２４間の静電容量が変化する。この静電容量を計測して傾きが算出される。
【００１８】
自動ゼロ点設定部４３は、図３に示すように、力センサ３０の検出出力が入力し、その検出値の時間による変化量を検出する第１変動検出部４３１と、傾きセンサ４２の検出出力が入力し、その検出値の時間による変化量を検出する第２変動検出部４３２と、第１変動検出部４３１で検出された力センサ３０の検出値の変化量が予め設定された第１の閾値未満であり、且つ、第２変動検出部４３２で検出された傾きセンサ４２の検出値の変化量が予め設定された第２の閾値未満であるとき、力センサ３０の出力をゼロ点に設定するゼロ点設定部４３３とを備えている。ゼロ点設定部４３３は、ゼロ点を設定したとき、及び、それを解除したとき、その旨を演算部４１に伝える。
この自動ゼロ点設定部４３は、ＣＰＵ等の演算処理装置がプログラムで規定された処理を実行することにより実現される。
【００１９】
この押込み試験装置を操作する操作者は、圧子１０を被検体に押し込むのに先立ち、筐体２０を押し込む方向に向けた状態で押込み試験装置を所定時間静止させる。この動作で押込み試験装置のゼロ点が自動的に設定される。操作者は、ゼロ点が設定された後、筐体２０を押し込み方向に進めて、筐体２０の端部２１が被検体に当接するまで圧子１０を被検体に押し込む。
このように押込み試験装置のゼロ点を設定することで、被検体に圧子１０を押し込んだときの精確な押込み荷重を力センサ３０の検出値から求めることができる。
【００２０】
図４のフロー図は、この押込み試験装置の動作手順を示している。
自動ゼロ点設定部４３の第１変動検出部４３１は、力センサ３０の検出値を取得し、その値の時間による変化量が予め設定された第1の閾値未満であるか否かを識別する（ステップ１）。
また、自動ゼロ点設定部４３の第２変動検出部４３２は、傾きセンサ４２の検出値を取得し、その値の時間による変化量が予め設定された第２の閾値未満であるか否かを識別する（ステップ２）。
ステップ１及びステップ２の識別結果が共にＹｅｓであるとき、自動ゼロ点設定部４３のゼロ点設定部４３３は、その時の力センサ３０の検出出力をゼロ点に設定し、それを演算部４１に伝える（ステップ３）。
【００２１】
ゼロ点設定後、第２変動検出部４３２が、傾きセンサ４２から所定値以上の傾きの変化の情報を取得すると（ステップ４でＹｅｓ）、ゼロ点設定部４３３は、ゼロ点設定を解除し（ステップ７）、それを演算部４１に伝える。ゼロ点設定が解除されると、ステップ１からの手順が繰り返される。
ゼロ点が設定された状態で力センサ３０の検出出力が変化すると（ステップ５でＹｅｓ），演算部４１は、力センサ３０の検出出力のゼロ点からの変化量に基づいて被検体のヤング率を算出する（ステップ６）。
このように、この押込み試験装置では、所定時間静止されると、自動的にゼロ点を設定する。また、意思に反してゼロ点が設定されたときは、押込み試験装置の向きを変えることでゼロ点を解除できる。
【００２２】
また、押込み試験装置の静止時間が不十分でゼロ点が設定されない場合に、エラーを表示して操作者に知らせるようにしても良い。
図５のフロー図は、この場合の手順を示している。
図５は、図４と比べて、ステップ１及びステップ２においてＮｏの場合にエラーを表示する点、及び、ステップ３においてゼロ点を設定する際、エラー表示を消去する点だけが相違している。
【００２３】
なお、図１では、柔らかさの測定時に、圧子１０に後れて被検体に当接する当接部が筐体２０の端部２１である押込み試験装置を示したが、図６及び図７に示すように、筐体２０の端部２１に、被検体との接触を検知する接触検知センサ２２やピンタイプの接触検知センサ２２１を設け、これらを当接部としても良い。
また、ここでは半球面を有する圧子を示したが、圧子の形状はこれに限定されない。円柱、円筒、立方体などであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の押込み試験装置は、ゼロ点の設定が容易であり、柔らかさの測定を必要とする食品分野、医療分野、素材を扱う分野など、幅広い分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１０    圧子
２０    筐体
２１    筐体端部
２２    接触検知センサ
３０    力センサ
４０    制御基板
４１    演算部
４２    傾きセンサ
４３    自動ゼロ点設定部
５０    操作ボタン
２２１  ピンタイプの接触検知センサ
４２１  プルーフマス
４２２  ばね
４２３  可動電極
４２４  固定電極
４３１  第１変動検出部
４３２  第２変動検出部
４３３  ゼロ点設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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