(57)【要約】  【課題】本考案は、触感を得る時と同様な手法によって、皮膚や微小な力で変形する食品或いは工業品などのような柔らかい物体の弾力若しくは粘弾性についての触知覚或いは触診に近い測定結果や評価を得ることができる測定装置を提供せんとするものである。  【解決手段】二つの差動トランスを有し、これらの可動部どうしが、弾性体を介してそれらの可動方向に直列的に連結され、一方の可動部の先端を測定対象部位に当接させつつ他方の可動部に対して外力を加えて変位させると共に、この変位による負荷を受けた前記弾性体の弾性力によって、前記測定対象部位に当接された方の可動部を測定対象部位の抗力を受けさせつつ変位させ、これら両変位情報をそれぞれの差動トランスから得ることによって、測定対象部位の粘弾性特性を調べるように構成されることを特徴とする。  【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、測定対象部位に当接させながら加重し、この加重方向と略平行して移動自在に構成される押接部材と、この押接部材に弾力的に加重するための弾性体と、この弾性体に外部からの加重を伝えるための、前記加重方向と略平行して移動自在に構成される可動部材と、この可動部材の運動を検出するための検出手段と、前記押接部材の運動を検出するための検出手段とを備え、前記押接部材と可動部材とが、前記弾性体を介して連結され、可動部材に対し、外部から押接部材向きに、加重して変位させ、該可動部材と弾性体とを介して伝達される加重によって押接部材が変位して該押接部材を当接させつつ測定対象部位に加重を付与するように構成され、この際の一連の可動部材の運動と、押接部材の応答運動を計測することによって測定対象部位の粘弾性特性を測定するようにしたことを特徴とする粘弾性特性の測定装置。
【請求項２】
可動部材を往復運動させるための往復運動発生手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の粘弾性特性の測定装置。
【請求項３】
弾性体が、測定対象部位を応力変形させたとき元の状態に戻ろうとする復元力よりも小さな負荷で応力変形させることができるコイルスプリングであることを特徴とする請求項１又は２に記載の粘弾性特性の測定装置。
【請求項４】
検出手段が、可動部材及び押接部材に少なくとも電導性を有する電導体部分を設け、これらの電導体部分の移動範囲の周辺それぞれにコイルが配置され、可動部材又は押接部材の変位によって、該コイルに誘導起電力が生じるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の粘弾性特性の測定装置。
【請求項５】
少なくとも、二つの差動トランスを有し、これらの可動部どうしが、弾性体を介してそれらの可動方向に直列的に連結され、一方の可動部の先端を測定対象部位に当接させつつ、他方の可動部に対して外力を加えて変位させると共に、この変位による負荷を受けた前記弾性体の弾性力によって、前記測定対象部位に当接された側の可動部を測定対象部位の抗力を受けさせつつ変位させ、これら両変位情報をそれぞれの差動トランスから得ることによって、測定対象部位の粘弾性特性を調べるように構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の粘弾性特性の測定装置。
【請求項６】
検出手段からの出力信号を受ける信号処理装置を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の粘弾性特性の測定装置。
【請求項７】
弾性体が、この弾性体の伸縮方向に加える力が０．０３ニュートン以下の負荷でも伸縮させ得るコイルスプリングで、測定対象部位が人の皮膚であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の粘弾性特性の測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、皮膚の硬さ、柔らかさなどの粘弾性特性の測定装置又は食品、加工食品の食べた時に感じる歯ごたえの測定に利用できる測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、皮膚の硬さ、柔らかさなどの粘弾性特性を測ることによって、皮膚の老化度、皮膚のハリ、皮膚の弾力性、病気における皮膚の浮腫状態を判定しようという試みは数多く行われている。それらに用いる装置としては、硬さ計、機械インピーダンス計、弾力計、粘弾性計などと呼ばれる装置が用いられている。
また、これらの粘弾性を評価するための評価装置としては、大別すると、物体を押したときの力とへこみ若しくは変位の関係で評価するもの、物体に対して一定周波数の振動を与えた時の応答する周波数のずれで評価するもの、物体を吸引したときの物体の持ち上がり高さで評価するものの３種類の装置が知られている。
【０００３】
物体を押したときの力とへこみ若しくは変位の関係で評価する装置の特徴は、手や指で物体を押した時に感じる触感（指の変位、速度、加速度など）に近い評価を得られることである。他方、物体に対して一定周波数の振動を与えた時の応答する周波数のずれで評価する装置では、通常数Ｈｚ〜数ｋＨｚの微小振動を与えて評価するため、手や指の触感とは一致し難い傾向にある。また、物体を吸引したときの物体の持ち上がり高さで評価する装置にあっては、物体の延び易さを表すものであり、手や指の触感から得られる皮膚の硬さ、柔らかさ、ハリ、弾力とは概念が異なるものであった。
【０００４】
従って、当該考案のように、人が皮膚を手や指で押して感じる皮膚の硬さ、柔らかさ、ハリ、弾力などの触感とほぼ同じ結果が得られる粘弾性測定装置の開発が望まれていた。  また、食品の食感(歯ごたえなど)を簡単に数値化できる装置が望まれていた。
そのような要望に応えるものとしては、例えば、特開平５−１４９８５９号公報（特許文献１）や特開平１１−１２５５９０号公報（特許文献２）に開示されているような技術が挙げられる。これらは何れも、測定対象である皮膚表面に当接させつつ該皮膚に加重する押接部材と、この押接部材の変位を検出するための検出手段と、該押接部材を変位させる駆動系とからなっている。
【０００５】
しかし、これらは駆動系からの動力を押接部材に直接的に伝達しつつ、該押接部材の変位を検出することで、測定対象部位の応答変位を探り出そうとするものであって、押し込みの硬さや元の状態への弾性的な復元の様子というような微妙な情報を得ることができないという問題があった。
【０００６】
上述のように、押したときの力とそれによる変位とをもって粘弾性を評価する方法は、極めて古典的な常套手段であるものの、手や指による押指圧による変位を、簡便に且つ精密に測ることは極めて困難であったため、美容や医療の現場において実用に耐える程度の実用品は存在しなかった。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１４９８５９号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５５９０号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
本考案は、化粧品を販売するコーナーなどにおいて、皮膚の粘弾性を測ることにより、お客さまの皮膚の老化度、化粧品の塗布後のハリの変化などを容易に数値化し、判別できる粘弾性特性の測定装置を提供するものである。また、本考案は、食品、加工食品を食べた時に感じる歯ごたえを数値化して、食感の客観的な測定に供する粘弾性特性の測定装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためにこの考案が採った手段は、少なくとも、測定対象部位に当接させながら加重し、この加重方向と略平行して移動自在に構成される押接部材と、この押接部材に弾力的に加重するための弾性体と、この弾性体に外部からの加重を伝えるための前記加重方向に移動自在に構成される可動部材と、この可動部材の運動を検出するための検出手段と、前記押接部材の運動を検出するための検出手段とを備え、前記押接部材と可動部材とが、前記弾性体を介して連結され、可動部材に対し、外部から押接部材向きに、加重して変位させ、該可動部材と弾性体とを介して伝達される加重によって押接部材が変位して該押接部材を当接させつつ測定対象部位に加重を付与するように構成され、この際の一連の可動部材の運動と、押接部材の応答運動を計測することによって測定対象部位の粘弾性特性を測定するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
そして、前記可動部材を往復運動させるための往復運動発生手段を備え、これによって可動部材に往復運動させることができ、同様な測定を多数回に渡って行なうことができるように構成されることを特徴とする。また往復運動発生手段による可動部の往復速度が、押接部材の往復速度以下であること、より具体的には、可動部の往復回数が、１秒間当りに１回以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、弾性体が、測定対象部位を応力変形させたとき元の状態に戻ろうとする復元力よりも小さな負荷で応力変形させることができるコイルスプリングであることを特徴とし、さらに詳細には、測定対象部位が皮膚であるとき、この弾性体の伸縮方向に加える力が０．０３ニュートン以下の負荷でも伸縮させ得るコイルスプリングであることを特徴とする。
【００１２】
検出手段が、可動部材及び押接部材に少なくとも電導性を有する電導体部分を設け、これらの電導体部分の移動範囲の周辺それぞれにコイルが配置され、可動部材又は押接部材の変位によって、該コイルに誘導起電力が生じるように構成されていることを特徴とし、また、前記電導体部分が、黄銅又はアルミニウムを主成分として構成されるものであることを特徴とする。
【００１３】
また測定装置が、少なくとも、二つの差動トランスを有し、これらの可動部どうしが、弾性体を介してそれらの可動方向に直列的に連結され、一方の可動部の先端を測定対象部位に当接させつつ、他方の可動部に対して外力を加えて変位させると共に、この変位による負荷を受けた前記弾性体の弾性力によって、前記測定対象部位に当接された方の可動部を測定対象部位の抗力を受けさせつつ変位させ、これら両変位情報をそれぞれの差動トランスから得ることによって、測定対象部位の粘弾性特性を調べるように構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、検出手段からの出力信号を受ける信号処理装置を備えることを特徴とする。
【考案の効果】
【００１５】
本考案によれば、大掛かりな仕組みや複雑な仕組みを必要とせず、単純な仕組みの装置にして、手や指で押したときの触感とほぼ同一の感触を数値化でき、信頼度の高い客観的な評価を得ることができるという効果がある。
また、装置が単純なため、店頭で皮膚診断装置として利用することができ、皮膚の老化度、ハリ、化粧品の塗布による皮膚粘弾性の変化などを数値化して示すことができる。
更に、本考案は、被対象物の応力変形の度合いを正確に測定できるため、食品、加工食品を食べた時に感じる歯ごたえの測定に利用できる。
また、食べたときの歯ごたえは、食品の美味しさに繋がるため、歯ごたえを基準とした新製品の開発に利用できるという効果がある。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１６】
この考案の好ましい実施の形態を以下に説明する。当該考案の粘弾性特性の測定装置は測定対象部位に当接させて使用し、該測定対象部位の力学的性状の情報を得るための探測系と、この探測系からの信号を処理する信号処理系とからなる。
【００１７】
探測系は、測定対象部位の表面に、当接させながら該表面に対して垂直に加重するこの加重方向に移動自在に構成される押接部材と、この押接部材に弾力的に加重するための弾性体と、この弾性体に外部からの加重を伝えるための前記加重方向に移動自在に構成される可動部材と、この可動部材の運動を検出するための検出手段と、前記押接部材の運動を検出するための検出手段とを備えている。そして、前記押接部材と可動部材とが、前記弾性体を介して連結されている。
【００１８】
そして押接部材は、差動トランスのコイル内を往復運動し、該押接部材の一部が電導性を有する材料で作られるものが望ましく、一般的には、黄銅又はアルミニウム等で作られる。
【００１９】
この押接部材の運動乃至は変位を検出するための検出手段としては、差動トランスが利用される。差動トランスとしては、各種の差動トランスが利用できるが、レスポンスの早さ、小型で安定性の良い点を考慮すると高周波差動トランスが好ましい。
【００２０】
可動部材とその運動を検出するための検出手段としては、前記押接部材に使用した高周波差動トランスが好ましい。高周波差動トランスは、押接部材と可動部材の運動を検出するために装置内に２つ配置されている。
【００２１】
また、押接部材と可動部材を連結する弾性体は、好ましくは測定対象部位を応力変形させたとき元の状態に戻ろうとする復元力よりも小さな負荷で応力変形させることができるコイルスプリングとする。例えば、測定対象部位が、生体の皮膚である場合には、弾性体が、この弾性体の伸縮方向に加える力が０．０３ニュートン以下の負荷でも伸縮させ得るコイルスプリングを用いるとよい。
【００２２】
また、本考案の測定装置には、可動部材に外部から所定の力を付与して往復運動させるための往復運動発生手段を備えることが望ましく、往復運動発生手段による可動部材の往復回数が、１秒間当りに１回以下の場合が、指で触れて硬さを感じる感覚と同じになるので好ましい。この装置を使用することにより、再現性ある正確な測定が可能になり、簡便に測定できることから、何回かの測定によって平均値などを求めて、信頼性のある客観的な皮膚粘弾性評価が得られるようになる。
【００２３】
信号処理系は、可動部材の運動を検出する検出手段である第１差動トランスと、押接部材の運動を検出する検出手段である第２差動トランスとからそれぞれ得られる信号を受けて、それらの信号を増幅させたり、或いは、それらの信号に適当な演算処理を施して処理結果を出力させたりするためのものであり、従来公知の演算処理装置や増幅回路などを使用することができる。
【００２４】
以上の如くの探測系と信号処理系とからなる測定装置は、好ましくは、可動部材に対し、往復運動発生手段によって押接部材向きに加重して該可動部材を変位させ、該可動部材と弾性体とを介して伝達される加重によって押接部材が測定対象部位に向かって変位して該押接部材を当接させつつ測定対象部位に加重を付与し、これによって応力変形した測定対象部位が元の状態に戻ろうとする復元力によって押接部材を押しながら変位するときの押接部材と、そのときの可動部材のそれぞれの変位を計測するように構成され、この際の一連の可動部材の運動と、押接部材の応答運動を計測した結果得られる信号を前記信号処理系によって処理することで、測定対象部位の粘弾性特性を測定するように構成される。
【実施例１】
【００２５】
本考案の一実施例を以下に図を参照しながら説明する。図１は、本実施例の粘弾性特性の測定装置(１)の全体的な構成を示す概念図である。図２は、図１に示す測定装置(１)によって、特定の硬度のエラストマーモデルを測定したときの第１差動トランス（12）の出力信号（ｙ）と第２差動トランス（19）の出力信号（ｘ）の波形の一例を示したものである。図３は、図１に示す測定装置(１)によって、３段階に硬度を変えたエラストマーを試料とし、横軸にエラストマーの変位ｘ〔ｍｍ〕、縦軸に加えた力ｆ〔ｍＮ〕をとって、３つのエラストマーモデルの硬さ計測を行なった結果をそれぞれプロットして作成したグラフである。図４のグラフは、各種のエラストマーモデルを使って、官能検査エキスパートが硬さを評価した結果と本考案の装置による計測結果をグラフ化したものである。縦軸は、弾性率(Ｎ／ｍ)で、横軸は、官能検査エキスパートがエラストマーモデルの堅い順に並べた距離をセンチメートルで表したものである。
【００２６】
図１に示すように、本実施例の測定装置(１)は、皮膚などの測定対象部位(２)に当接させながら粘弾性特性を測定するための探測系(３)と、この探測系(３)から得られた信号を処理して粘弾性特性を計測するための信号処理系(４)とからなっている。
【００２７】
探測系(３)は、可動部材(５)に所定の力を加えて略周期的な往復運動をさせるための往復運動発生手段、具体的には、パルスモーターを駆動源とするクランク機構(６)を備えている。このクランク機構(６)と可動部材(５)とが互いに連動するように連結され、前記パルスモーターを動力として可動部材(５)が、パイプ状の上部ケーシング(７)内において、略周期的な往復運動をするように構成されている。クランク機構(６)は、可動部材(５)の可動幅が３ｍｍとなるように構成されている。また、パルスモーターは、前記可動部材(５)の略周期的往復運動、すなわち単振動が１Ｈｚ以下となるように制御されたものである。
【００２８】
前記可動部材(５)は、運動方向に延びた棒状部分(８)を有し、その上端にはクランク機構(６)と連結するための連結部(９)を有し、下端には弾性体として使用されるコイルスプリング(10)と連結するための連結部(11)を有している。さらに、可動部材(５)は、第１差動トランス(12)の可動部をなすように、棒状部分(８)の中腹部には電気良導性を有する黄銅が配設されている。この黄銅部を囲繞し、該黄銅部の上下動によって誘導起電力が生じて前記第１差動トランス(12)のコイル部をなすように構成されるコイル(13)が、前記上部ケーシング(７)内の所定位置に配設されている。
【００２９】
前記可動部材(５)の下端に連結されたは弾性体は、ＳＵＳを主材料として、線径０．１６〔ｍｍ〕、外径３．２〔ｍｍ〕、自由長１０〔ｍｍ〕、有効巻数１０、バネ定数０．０２９〔Ｎ／ｍｍ〕に構成されたコイルスプリング(10)である。
【００３０】
このコイルスプリング(10)の下端には、押接部材(14)がその連結部(15)を介して連結されている。この押接部材(14)は、該コイルスプリング(10)と測定対象部位(２)からの応力や復元力により、下部ケーシング(16)内において、前記可動部材(５)の運動方向と同じ方向に、自在に運動できるようになっている。この下部ケーシング(16)は、前記上部ケーシング(７)に着脱自在に接合して固定されるものであり、これを取り外して内部に配設されているコイルスプリング(10)を所望のものに交換し得るようになっている。また、押接部材(14)は、その運動方向に延びた棒状部分(17)と、その上端に設けられた前記連結部(15)と、下端に設けられた測定対象部位(２)に当接させる略半球面状に下向きに凸設した触接部(18)とを有している。また、押接部材(14)は、第２差動トランス(19)の可動部をなすように、棒状部分(17)の中腹部には電気良導性を有する黄銅が配設されている。この黄銅部を囲繞し、該黄銅部の上下動によって誘導起電力が生じて前記第２差動トランス(19)のコイル部をなすように構成されるコイル(20)が、前記下部ケーシング(16)内の所定位置に配設されている。
【００３１】
可動部材(５)の変位を検出するための上部ケーシング(７)内に配設された第１差動トランス(12)[ノーブル産業株式会社製]と、押接部材(14)の変位を検出するための下部ケーシング(16)内に配設された第２差動トランス(19)[ノーブル産業株式会社製]のそれぞれから出力された変位情報を含む信号は、Ａ／Ｄ変換インターフェースと増幅回路とを備えた中継器(21)を介して、それらの信号を処理するための所定の演算処理プログラムを備えた記憶装置、演算処理装置及び演算処理結果を出力するための出力装置とからなるコンピューター(22)に接続されている。
【００３２】
上記説明の測定装置(１)を用いて、３つの硬度のエラストマー試料の粘弾性特性をそれぞれ調べた。その結果を図３に示す。図３に示す３つのグラフは、それぞれ左から硬い試料の測定結果、中硬度の試料の測定結果、柔らかい試料の測定結果を示したものであり、それぞれ横軸にエラストマーの変位ｘ〔ｍｍ〕、縦軸に加えた力ｆ〔ｍＮ〕をとってある。もちろん変位ｘは、測定の間、常時測定対象部位(２)に当接させて該測定対象部位(２)と共に変位するように構成された押接部材(14)の変位を近似的に測定対象部位(２)の変位ｘとみなしている。また加えた力ｆは、ｆ＝ｋ（ｙ−ｘ）で与えられるものである。ここに、ｋは弾性体として用いられる前記コイルスプリング(10)のバネ定数であり、ｙは可動部材(５)の変位であり、ｙとｘはそれぞれ前記第１差動トランス(12)と第２差動トランス(19)によって計測される量である。第２図は、第１差動トランス(12)と第２差動トランス(19)によって計測された波形ｙとｘの一例を示している。
【００３３】
図３に示すように、３つの試料の測定結果は、それぞれ皆ｆ／ｘ平面状において、押し込み時と復元時の経路が異なってヒステリシスを示し、硬い試料程その立ち上がりの傾きが大きく、ヒステリシスの口の広さが狭いという傾向を示すという結果が得られている。
【００３４】
図４のグラフから、官能検査エキスパートによる評価とエラストマー試料の弾性率とは、高い相関性(０．９４)を示し、当該考案の測定装置(１)による粘弾性特性の測定結果と、手や指による触診による結果とが高度に一致することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施例の粘弾性特性の測定装置の全体的な構成を示す概念図
【図２】第１、第２差動トランスの波形一例を示すグラフ
【図３】実施例の測定装置による３段階の硬度のエラストマー試料を測定した結果を示すグラフ
【図４】図３に示す計測値と、官能検査の専門家による硬さ評価の結果との相関性を示すグラフ
【符号の説明】
【００３６】
１  当該考案の測定装置
２  測定対象部位
３  探測系
４  信号処理系
５  可動部材
６  クランク機構
７  上部ケーシング
８  棒状部分
９  連結部
10  コイルスプリング
11  連結部
12  第１差動トランス
13  コイル
14  押接部材
15  連結部
16  下部ケーシング
17  棒状部分
18  触接部
19  第２差動トランス
20  コイル
21  中継器
22  コンピューター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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