(57)【要約】【課題】ヒトの腕など滑らかな形状の外周を持つ物体の弾性を計測し、評価を行なう方法及び装置に関し、計測対象の大きさに依存せず、計測対象の平均的な弾性計測を簡便かつ安定的に計測する手法を提供することを課題とする。計測対象の大きさに依存しない弾性評価手法を提供することが重要な課題である。【解決手段】弾性を評価する対象である物体に帯を巻き付け、該巻き付けられた帯の端部を引っ張り、前記帯に生じる引張力を計測する手段と、前記帯が計測対象に巻き付いた部分の長さの変化量を計測する手段を備え、計測対象物体に巻きついていた帯の長さの変化量を計測して、被計測物体の弾性を表わすように構成した。【選択図】図１
2008096315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置であって、
帯２と、帯２の端部に接続して帯２を引っ張る引張手段３と、前記引張手段３が帯２に加える引張力を計測する引張力計測手段４と、前記引張手段３が帯２を引っ張り移動する距離を計測する引張距離計測手段５、および制御装置１４から成り、
前記弾性評価対象物体１に帯２を巻き付けた後に、制御手段１４により引張手段３を動作させて帯２に引張力を加えるとともに、引張力計測手段４の検出信号により帯２に加わる引張力が所定の引張力（ｆ１）に達したと検知した時点から、引張距離計測手段５の検出信号により帯２の引張距離の変化が停止したことを検知した時点までの間に、帯２が引っ張られた距離Δｘを引張距離計測手段５の信号から取得し、また、前記の帯２の引っ張り距離の変化の停止時点における引張力ｆ２を引張力計測手段４の信号から取得し、該取得した値から（ｆ２−ｆ１）／Δｘの値を演算し、該演算された値により弾性評価対象物体１の弾性値を評価するように構成したことを特徴とする滑らかな形状の外周を持った物体の弾性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の帯２の一端を固定する点６を有し、帯２の他の端部は引張手段３に接続され、帯２の端部であって引張手段３と接続される側には帯２に加わる引張力を計測する引張力計測手段４と、引張手段３が帯２を引っ張って移動する距離を計測する引張距離計測手段５を備え、引張手段３により帯２を引張り、引張力計測手段４により帯２に所定の引張力（ｆ１）が生じたことを検出した時点から、引張手段３による帯２の引っ張り距離の変化が止まった時点までの間に生じた帯２の引っ張り距離を引張距離計測手段５によって得てΔｘとし、前記の帯２の引っ張り距離変化停止時点において帯２に掛かる引張力をｆ２とすることを特徴とする、請求項１に記載した滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を計測評価する装置。
【請求項３】
請求項１に記載の帯２の端部各々は引張手段３ａ又は３ｂに接続され、前記帯２の各々の端部には、引張力計測手段４ａ又は４ｂ、ならびに引張手段３ａと３ｂが帯２を引っ張る距離を計測する引張距離計測手段５ａ又は５ｂを備え、
引張手段３ａおよび３ｂにより帯２の各端部を引張り、引張力計測手段（４ａ又は４ｂ）により帯２の各々の側の端部に所定の引張り力（ｆ１）が生じたことを検知した時点から、各々の引張手段（３ａ又は３ｂ）による帯２の各々の端部についての引っ張り距離の変化停止までの間に、帯２の各々の端部に生じた帯２の引っ張り距離を引張距離計測手段（５ａ又は５ｂ）によって得て、その距離を帯２のそれぞれの端部についてΔｘａ、Δｘｂとし、また前記の帯２の引っ張り距離変化停止時点における帯２の各々の端に掛かる引張力を各々ｆａ、ｆｂとし、
請求項１に記載したΔｘを、Δｘ＝（Δｘａ＋Δｘｂ）とし、請求項１に記載したｆ２を、ｆ２＝（ｆａ＋ｆｂ）／２として、（ｆ２−ｆ１）／Δｘの値を演算することを特徴とする請求項１に記載した滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。
【請求項４】
請求項1に記載した帯２の一端が弾性評価対象物体の近傍に並べて配置したローラ７に掛けられた後に、又は帯２の両端が該被評価対象物体１の半径（ｒ）に対して充分小さい間隔ｒｒを持って同物体１の近傍に並べて配置した２つのローラ７ａ、７ｂに各々掛けられた後に、該帯２の端又はその延長部を固定部６又は引張手段３に接続する構成であることを特徴とする請求項1ないし３に記載の滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。
【請求項５】
請求項1に記載した引張手段が駆動手段２０で駆動されるドラム２１に帯２の端部または該端部の延長部を巻き付けた構成であることを特徴とする請求項1ないし４に記載の滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。
【請求項６】
請求項1に記載した引張手段３が直線運動をする移動機構１０に帯２の端部または該端部の延長部を接続した構成であることを特徴とする請求項1ないし４に記載の滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。
【請求項７】
請求項1に記載した引張力を加える手段３は、帯２の引張力を所定の中心引張力に対して上下に振動的に変動させることが可能であるように構成したことを特徴とする請求項1ないし６に記載の滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。
【請求項８】
請求項1に記載した弾性評価対象物体に巻きつけた帯２の引張力が所定値（ｆ１とする）に達した時点の帯２の引張距離を引張距離計測手段で計測してＬ１と、前記帯２の引張距離の変化が停止した時点における帯２の引張距離をＬ２と、引張距離変化が停止した時点に帯２に加わる引張力をｆ２と、帯２を弾性評価対象物体１に巻き付けずに直線状に引っ張った状態における同帯の引張距離をＬｂとし、弾性評価対象物体１の断面の大きさに影響されることなく弾性を評価する係数をＫとして、Ｋを下記式により演算することを特徴とする請求項1ないし７に記載の滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。
【数１】
2008096315.tif 000007
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の構成であって、下記工程（１）から（５）に従って運転する制御手段を有することを特徴とする滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価する装置。ただし工程２については手動操作とすることができる。
（工程１）制御手段１４の指令により引張手段３を動作させて帯２を引張り、引張力計測手段４の信号を受けてｆ１以上の引張力を検知した時点で、制御手段１４は帯２の引張距離を入力し、その値をLｂとしてメモリに格納する。
（工程２）引張手段３による帯２の引張りを一旦開放し、帯２をループ状にして、該ループ内に弾性評価対象を挿入し、該物体の評価対象部位上に帯２を位置させる。
（工程３）工程１と同様に帯２の端部を引張り、引張力計測手段４の信号により引張力がｆ１に達したことを検知した時、帯２の引張距離を引張距離計測手段５から入力し、その値をL1としてメモリに格納する。
（工程４）制御手段１４により引張手段３を続けて動作させ、制御手段１４が引張距離計測手段５の信号により帯２の引張距離変化がなくなったことを検知し、引張距離を引張距離計測手段４から取得してＬ２と、その時点の引張力計測手段４の信号をｆ２としてメモリする。
（工程５）以上の工程で取得し、メモリしたLb、L1、L2、ｆ２により請求項８に記載の数１により、弾性評価対象物体の断面の大きさに影響されない弾性評価係数Ｋを計算する。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の構成の装置を使用して、下記工程（１）から（５）の操作により、滑らかな形状の外周を持った物体の弾性を評価することを特徴とする、弾性評価方法。
（工程１）引張手段３を動作させて帯２を引張り、引張力計測手段４の信号がｆ１以上の引張力を検知した時点で、帯２の引引張距離を入力し、その値をLｂとする。
（工程２）引張手段３による帯２の引張りを一旦開放し、帯２をループ状にして、該ループ内に弾性評価対象を挿入し、該物体の評価対象部分上に帯２を位置させる。
（工程３）工程１と同様に帯２の端部を引張り、引張力計測手段４の信号により引張力がｆ１に達したことを検知した時、帯２の引張距離を引張距離計測手段５から取得し、その値をL1とする。
（工程４）引張手段３を続けて動作させ、引張距離計測手段５の信号により帯２の引張距離変化がなくなったことを検知し、引張距離を引張距離計測手段４から取得してＬ２と、その時点の引張力計測手段４の信号をｆ２とする。
（工程５）以上の工程で取得し、メモリしたLb、L1、L2、ｆ２により請求項８に記載の数１により、弾性評価対象物体の断面の大きさに影響されない弾性評価係数Ｋを計算する。
【請求項１１】
請求項１ないし９に記載の装置であって、評価対象が人体部位の弾性又は硬さであることを特徴とする人体皮膚の弾性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑らかな外周を持った物体の弾性又は硬さの評価技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療分野においては皮膚ガンや浮腫（むくみ）など病変によっては皮膚表面の硬さが変化する病気がある。このような病気の診断では皮膚表面硬さの定量的な計測方法の確立が望まれている。また、健康・福祉分野においては筋力の計測というニーズがあり、加齢と共に身体に生じる様々な衰えの中でも特に筋力の低下は高齢者の生活の質（QOL：Quality Of Life）の低下に直結する。筋力と皮膚表面で計測した身体部位の硬さとは関係することが知られており、簡便に皮膚表面の硬さを測ることが望まれている。同様にスポーツ分野においても筋力測定や、筋疲労測定などが硬さを評価することにより行われており、簡便な硬さ計測手法が望まれている。
【０００３】
食品やゴム加工品などの産業分野では品質管理を行う際に製品の硬さが品質の指標となる製品が数多くある。例えば、食品分野では、おにぎりを自動で握る自動機械の性能評価指標として消費者が美味として受け入れられるおにぎりの硬さを実現するために硬さの測定が必要となる。本発明はこれらのニーズに適応可能であり、従来用いられている手法よりも簡便かつ安定、さらに平均的な硬さを一度で計測可能という特徴を持つ装置及び計測方法の提供を目的とする。
【０００４】
医療分野における上述の目的に対応した弾性又は硬さを計測する従来技術としては、特許文献１に開示された発明があり、物体の表面に空気圧を印加しこのときの変位から弾性、粘性といった変形特性を計測するものである。この技術では１度に計測できる範囲が狭く、物体全体にわたって弾性を計測する場合は多数の点で計測を行なう必要がある。特許文献２には筋肉のような体内組織の硬軟度を定量的に把握する硬軟度測定装置とその解析プログラムが開示されている。対象部位に対してあらかじめ定められた計測位置から振動を与えることによりその周囲に発生する表面波を検出して対象部位の硬さ度合いを測定できる機能を持つ装置であるが、硬軟度の測定範囲は振動を与えた範囲に限定されるので、全体の測定を行なうには何箇所にも振動を加える必要がある。
【０００５】
特許文献１に開示された発明では被測定対象物体の１箇所に空気圧を加え、そのレスポンスとして被測定対象物体の変形を計測するものであるが、加えた圧力と対応する変形との関連を一定に保つ必要から計測対象を拘束する作業が必要な場合がある。特に医師の臨床的な使用に供されるものとしては負担の少ない取り扱い簡便なものであることが望ましい。
【０００６】
また、上記０００２及び０００３に述べた弾性計測の用途においては被計測物体の全体の弾性値の平均値を得ることが重要であるが、前記の従来技術のように局所的な弾性を計測する方法においては、計測対象物体の内部の構造の非均質性、非等方性を考慮して多数箇所の計測結果から全体の平均的な弾性値を計算する必要がある。例えば、ヒトの腕の表面からみた腕の弾性を計測したい場合、腕には骨や腱、血管など弾性の異なる組織が様々存在し、局所的な弾性が位置によって変化してしまうので、平均的な弾性を求めるには従来手法では腕の全周を何度も計測する必要がある。このように、従来の技術では物体の弾性を簡便に計測する上で問題があった。
【特許文献１】特開２００４−０６９６６８号公報
【特許文献２】特開２００５−０４０４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
滑らかな形状の外周を持つ物体の弾性を計測し、評価を行なう方法及び装置に関し、計測対象の大きさに影響されず、計測対象の平均的な弾性評価を簡便かつ安定的に行なう手法を提供することを課題とする。すなわち材料固有の硬さが同じで大きさの異なる計測対象を単純に力と変形量だけで評価すると、対象の弾性を正確に評価することができない。大きい物体は弾性が見かけ上軟らかくなり、小さい物体ではその逆となる。このことは、ヒトの腕など個体差がある計測対象においては問題となるため、計測対象の大きさに影響されない弾性評価手法を提供することが重要な課題である。なお、上記で滑らかな形状の外周を持つ物体とは、評価対象物体の断面の外周の形状が鋭い凸部や小さい角度の稜等を有するものでないことを意味する。例えば断面が３角柱、４角柱は対象としないが、それ以上の多角柱については本発明における滑らかな形状とみなすことができる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
滑らかな外周を持った物体の弾性を評価する装置又は評価方法であって、弾性を評価する対象である物体に帯を巻き付け、該巻き付けられた帯の端部を引っ張ることにより引張力を加える手段に接続し、該引張力を加える手段によって前記帯に生じる引張力を計測する手段と、前記帯が弾性評価対象に巻き付いた部分の長さの変化量を取得する手段を備える構成である。前記構成において、引張力を加える手段により前記帯に引張力を与え、該引張力が所定の張力に達したことを前記張力計測手段が検知した時点と、引張力を加え続けて前記帯が弾性評価対象に巻き付いた部分の長さに変化が生じなくなる状態に達した時点の間における前記評価対象物体に巻き付いている帯の長さの変化量を計測し、該帯の長さの変化量と引張力計測値により被評価物体の弾性を評価することを特徴とする。すなわち、弾性評価対象物体に巻き付けた帯を引っ張って被評価部に圧縮力を加えることにより生ずる被評価部の断面外周の長さの減少度合いが、該部分の硬さ、又は弾性に対応するという現象を利用し、前記被評価物体に巻いた帯の端部の位置の計測データにより、前記断面外周長さの減少度合いを演算し、該演算した値と引張力計測値の比により硬さ又は弾性評価を行なうよう構成したことを特徴とする。なお、弾性評価対象物体に巻く帯を引っ張ることによる帯の端部の位置が変化するが、該端部位置の計測値を「帯の引張距離」、「帯の端部位置」と呼ぶことにする。
【０００９】
図１は本発明の基本的構成とその作用を示す図である。図１において、１は弾性を計測評価する対象の物体の断面である。典型的な被計測対象物体としてはヒトの腕であり、皮膚ガンや浮腫（むくみ）など病変によっては皮膚表面の硬さが変化しているかどうかを診断するために皮膚表面硬さを定量的に計測、評価する場合である。図１において２は弾性評価用の帯であって、紐状又はテープ状の形状を有し、被評価物体に巻き付けることのできる柔軟性を持った材質であり、かつ帯２に加えられた引張力により、弾性評価に影響を与えるような伸びを生じないものであることを必要とする。また、帯は被測定対象の表面に局部的に過大な面圧を生じさせないよう充分な幅を有することを必要とする。以下の記載及び特許請求範囲の記載において「帯」とは以上の要件を満たす紐、テープ状の物を意味するものとする。
【００１０】
図１では被評価物体１の弾性評価対象部位の周囲に巻き付けられた帯２に引張力を加える手段として、帯２を評価対象部位に巻き付け後、その一端を固定点６に接続し、他端を駆動装置により直線的に移動するアクチュエータ３ａを有する移動機構（以後リニアスライダーと呼ぶ）から成る引張手段３に接続した例を示す。引張手段３のアクチュエータ３ａは図１の右方向に帯２の端部を引っ張り、引張力を加えることができる。またアクチュエータ３ａと帯２の接続点には引張力計測手段４（例えばストレンゲージ、ロードセル等の力センサ）を組み込んで帯２に加わる引張力計測を可能にする。引張手段３にはアクチュエータ３ａの位置計測手段５ａ（例えば磁気距離センサ、エンコーダ等位置又は距離センサ）が組み込まれ引張距離計測を行なう。すなわち引張手段であるリニアスライダのアクチュエータ３ａの移動距離を前記位置計測手段５ａで計測することにより、帯２の端部の移動距離を計測し、同帯２の引張距離とする。なお図１において、被評価部位１の周囲に巻付けた帯２の両端がＡにおいて交差するように見える箇所は、帯２の両端部を図１の裏表方向にずらして相互の接触を避けるか、図１に示すＡ−Ａ矢視図のように帯２の一方の端部に口型または他の適当形状の環１３を接続し、帯２他の端部を同環に通すように配置して相互の接触を避ける等の配慮を払う。
【００１１】
図４において制御装置１４は、前記リニアスライダを適用した引張手段３を駆動する信号を出力すると共に、前記の引張力計測手段４及びアクチュエータ３ａの位置計測手段５ａの信号を入力して弾性評価演算を行なう。先ず帯２を被弾性評価物体に巻き付け、リニアスライダ駆動制御部１４ａからアクチュエータ３ａに、帯２を引っ張る方向に駆動する信号を出力する。弾性評価部１４ｂは、引張力計測値とアクチュエータ３ａの位置をモニターし、引張力計測手段４の計測値があらかじめ設定した引張力ｆ１に達した時のアクチュエータ３ａの位置を記憶し（記憶した位置をＬ１とする）、その後もアクチュエータ３ａの位置変化を監視して同位置の変化量が所定の値以内になった時のアクチュエータ３ａの位置を計測、記憶する（記憶した位置をＬ２とする）。ここで｜Ｌ１−Ｌ２｜の値（Δｘとする）は帯２に加わった引張力が設定値（ｆ１）に達した時点、すなわち弾性被評価対象に巻き付けた帯２に引張力が加わったとみなされる時点から、帯２を巻き付けた被評価対象物体が帯２に加わる引張力によって締め付けられてその半径が減少する結果アクチュエータ３ａに生じていた位置変化が止まる時点までの間の、アクチュエータ３ａ（すなわち帯２の端部）の移動距離であって帯２の引張距離に相当する。また、Δｘ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜の値は、帯２の引張力がｆ１である時点における帯２を巻いた被評価対象の部分の断面外周長さと、その後さらに帯２に引張力を加えるによって減少した後の前記外周長さの差に比例する。さらに、弾性評価部１４ｂは、アクチュエータ３ａの位置がＬ２になった時点に帯２に加わる引張力（ｆ２とする）を記憶する。図４に示すように、制御装置１４には最大引張力（ｆｍ）を設定できるようになっており、引張力がｆｍに達すると引張手段３（図４の場合はリニアスライダ）の駆動を停止する。ここで制御手段１４は単一の装置であることを必要とせず、上記の機能を有する装置やユニットの集合体とすることもできる。
【００１２】
上記のようにして計測した帯２を巻き付けた被評価対象部分の断面外周長さの変化に比例する量（Δｘ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜）と引張力の変化（ｆ２−ｆ１）の比（（ｆ２−ｆ１）／Δｘによって対象物体の弾性係数を評価することが可能である。
【００１３】
前記の比（（ｆ２−ｆ１）／Δｘ）は評価対象物体の大きさに依存した値であって、被評価対象の大きさによる補正を必要とする。以下にその補正の方法を説明する。なお、式（１）〜（６）に使用する変数及び係数の意味は特許請求範囲の記載においても同様の意味で使用されるものとする。図１において被評価対象物体１の部分の体積であって、該部分に巻き付いた帯２に被覆された部分の体積をＶとし、帯２により同部分に加わる圧縮圧力の変化ｄｐにより同部分の体積にｄＶ変化の変化が生じるものとする。帯２により外側から圧縮を受ける評価対象物体の体積弾性係数をＫとすると、体積の変化量ｄＶと圧縮圧力の変化ｄｐとの関係は式（１）のように表される。
【００１４】
【数１】
2008096315.tif 000003
【００１５】
弾性評価対象の断面を近似的に円とみなした時の半径をｒ、帯の幅をＢ、ｄｒを圧縮圧力の変化ｄｐに対応する半径ｒの変化、ｆを帯に加わる引張力とすると、式（１）から式（６）の方程式を得る。
【００１６】
【数２】
2008096315.tif 000004
【００１７】
被評価対象物体の初期（帯２に引張力ｆ１が加わった瞬時の状態）における半径をｒ０とし、その時の帯２に加わる引張力ｆ１は小さい値でありｆ１＝０と近似して方程式（６）の積分を行い、式（７）を得る。さらにσとεを式（８）及び式（９）のように表すと、被評価物体の大きさに関わり無い体積弾性係数の評価値Ｋを式（１０）のように計算できる。σは応力、εは張力を表す。
【００１８】
【数３】
2008096315.tif 000005
【００１９】
式（１０）によって求められた体積弾性係数を用いることで、物体の大きさに関係なく計測対象の弾性を評価することができる。式（１０）によって弾性係数Ｋを得るために用いるｆは、ｆ＝ｆ２−ｆ１であるが、ｆ１、ｆ２は帯２に加わる引張力として前記００１１に記載したように計測される（ただし式（６）を導く過程においては簡単化のためｆ１＝０と近似）される値である。また式（７）〜（９）における半径ｒ０およびｒは図５の状態１に示めすように帯２を弾性評価対象物体に巻き付けない状態（帯２が全体として直線になっている状態）におけるアクチュエータ３ａの位置をＬｂとし、被弾性評価物体に巻いた帯２を引張り、引張力が前記００１１に記載のｆ１に達した時点（状態２）のアクチュエータの位置Ｌ１を使って計算式ｒ０＝（Ｌｂ−Ｌ１）／２πで求められる。またｒ＝ｒ０―（Ｌ２−Ｌ１）／２πにより計算できる。
【００２０】
図４の弾性係数演算部１４ｃにおいて上記に示した計算、ならびに上記００１６に記載したｒ０、およびｒの値の計算を行なう演算手段を持たせて、前記Ｌｂ、Ｌ１、Ｌ２、ｆ１、及びｆ２を使用して弾性係数の評価値Ｋを演算、出力するよう構成することができる。
【００２１】
帯２を引張る手段としてはリニアスライダの他に、図２の（ａ）に示すようにサーボモータ２０で駆動するドラム２１に帯２の端部を巻き、ドラムを回転させて帯２の引張力を加えることも可能である。帯２の被評価対象物体１への巻き付け長さの変化、すなわち対象物体の半径は、ドラムに付加し回転エンコーダ２２により、また引張力は帯２の一部に挿入した引張力計測手段２３例えばストレンゲージ、ロードセル等で計測するように配置してもよい。
【００２２】
帯２の端部は図２の（ａ）のように、一端又はそれを延長した部分を固定点６に接続し、他の端部又はそれを延長した部分を引張手段３、例えばリニアスライダに接続し、あるいはドラム２１に巻き付ける構成とすることも可能である。他の構成としては、図２の（ｂ）に示すように、帯２の両端を引張力を加える装置に接続することも可能である。図２の（ａ）の場合は帯２の一方の端に設けた引張手段により引張られた帯２の端部の移動量を前記のＬ１、Ｌ２とするが、図２の（ｂ）の場合は帯２の両端の移動量であって、帯２に張力が掛かって緊張した時点で計測した値各端部移動量（各々の移動量をΔｘａ、Δｘｂとする）の合計（Δｘａ＋Δｘｂ）を前記のＬ１に対応させ、両端が共に移動を生じなくなった時点の移動量合計（Δｘａ＋Δｘｂ）をＬ２に対応させる。また両端に加わった引張り力の平均値をもってｆ１、ｆ２とする。すなわち、図２の（ｂ）の引張手段１０ａ、１０ｂにより帯２を引張り、帯２の各々の端部に所定の引張り力（ｆ１）が生じた時点に対応する各々の引張力計測手段（４ａ、４ｂ）が検出した各々の引張力をｆ１ａ、ｆ１ｂ、各々の引張手段（１０ａ、１０ｂ）の移動が止まった時点またはそれ以後の間において引張力計測手段（４ａ、４ｂ）が検出した引張力をｆ２ａ、ｆ２ｂとしｆ１＝（ｆ１ａ＋ｆ１ｂ）／２、ｆ２＝（ｆ２ａ＋ｆ２ｂ）／２として得ることが可能である。
【００２３】
引張手段３によって帯２を引張る場合、帯２と弾性被評価物体の間に大きい摩擦力が作用すると評価値に誤差を生ずる。このような誤差を防止する手段として引張手段３が帯２を引く速度、または引張り力を短時間に変化させることにより、摩擦の影響を防止する。例えば、図４において、リニアスライダの駆動制御部１４ａに振動信号１４ｄを重畳し、リニアスライダ移動駆動速度信号を平均速度設定に対して遅束の変化を付けることにより、帯２に加わる引張力を振動的にするように構成する。
【００２４】
帯２を引っ張る際にはモータ等の動力で引っ張ってもよいし、手動で引っ張ってもよい。摩擦力の影響を低減し、計測対象に対して均一に力を負荷するために帯と計測対象との間に潤滑剤を塗布したり、帯の材質として摩擦係数の低いものを選択したりすることが望まれる。
【００２５】
帯２を評価対象物体に巻き付けて引張手段３に接続する場合、図３に示すように帯２の端部を１又は２のローラ７（又は７ａ、７ｂ）を介して引張手段又は固定点に接続するように配置することが望ましい。ローラを２個（７ａ、７ｂ）使用する場合、それらは評価対象物体の評価断面に出来る限り直角方向に平行にならべ、かつ、両ローラの中心間の間隔（ｒｒ）は評価対象物体の大きさ（又は半径ｒ）と比較してなるべく小さくすることが必要である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の滑らかな形状の外周を有する物体の弾性を評価する装置ならびに方法は、簡便で、被評価物体の大きさの影響を受けずに、また、評価者の技量や経験に依存せず、かつ一度の計測で評価対象物体の全周にわたる平均弾性係数を得ることが可能である。これは、これまでの方法ないしは装置では実現できなかった効果である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図６にヒトの腕を計測対象としてその硬さを計測するための形態を示す。計測装置は帯、張力取得装置として力センサ、変位取得装置としてリニアスライダとロータリエンコーダを組み合わせたものを用いる。スライダを移動させて計測対象である腕を帯で締め付けていく。このときの張力fとスライダ移動量ｘは演算装置に逐次取り込まれ記憶される。記憶された力とスライダ移動量から上述した方法により対象物体の弾性特性を評価することが出来る。
【００２８】
図７に本計測装置を用いて、計測されたバンドの引張量と引張り力との関係を示す。引張量ｘは一定の速度で増加していく。この場合、８秒の時点で計測対象と帯とが密着し、力が発生していることが分かる。この時系列応答から式（４）、式（５）に従って計測対象の半径変化と力の変化に変換し、プロットしたものを図８に示す。このときの計測データから求めた体積弾性係数Kは、Ｋ＝７．２ｘ１０５[Pa]であった。本計測手法の有効性を検証するために、表１に示すように、直径について３種類、硬さについて２種類それぞれ異なる計６種類の計測対象についてそれぞれ弾性を求めた結果を図９に示す。軟らかい計測対象はヒト肌の硬さに合わせている。この結果から、特にヒト肌のような柔軟物体については大きさに依存することなく正確に弾性を評価できていることがわかる。
【００２９】
【表１】
2008096315.tif 000006
【実施例１】
【００３０】
本発明によるヒトの腕の弾性評価を実施する工程を以下に説明する。
【００３１】
（工程１）帯２は一方の端部を固定し、他方の端部を引張手段３に接続してあるものとする。両端部に引張手段３を接続する場合は両端部の移動量の和を後記Lｂに対応させる。制御手段１４の指令により引張手段３を動作させて帯２を引張り、引張力計測手段４の信号を制御手段１４が受けてｆ１以上の引張力を検知した時点で、制御手段１４は帯２の引張手段との接続点の位置を引張距離計測手段から入力し、その値をLｂとして制御手段１４のメモリに格納する。
【００３２】
（工程２）その後、引張手段３による帯２の引張りを一旦開放し、帯２をループ状にして、該ループ内に計測対象であるヒトの腕を挿入し、計測部上に帯２を位置させる（図５の状態１参照）。
【００３３】
（工程３）工程１と同様に帯２の端部を引張り、制御手段１４が引張力計測手段４の信号により引張力がｆ１に達したことを検知した時、帯２の端部位置を引張距離計測手段からの入力値をL1として制御手段１４のメモリに格納する(図５の状態２を参照）。
【００３４】
（工程４）制御手段１４により引張手段３を続けて動作させ、制御手段１４が引張距離計測手段５の信号により帯２の端部位置が変化しなくなったことを検知し、その時点の引張力計測手段４の信号（引張力ｆ２に相当する）をメモリする。なお安全のため、制御手段１４には引張手段３により帯２に加える引張力の最大値が設定されており、帯２の端部位置の変化の有無にかかわらず前記設定値を超えた場合は引張手段を停止、開放する。ヒトに適用する場合は最大引張力を略２５N程度とすることが望ましい。
【００３５】
（工程５）以上の工程で取得し、メモリしたLb、L1、L2により制御手段１４の演算部は式（７）〜（９）の計算に使用するデータｒ、ｒ１を、ｒ１＝（Ｌｂ−Ｌ１）／２π、ｒ＝ｒ１―（Ｌ２−Ｌ１）／２πにより計算する。さらに制御手段１４の演算部は前記のようにメモリしたｆ１、ｆ２と前記ｒ、ｒ１を使用して数４による演算を行い、弾性評価対象物体の直径により影響されない弾性評価係数Ｋを計算し、必要な形態（表示、印字等）で出力する。なお、上記に工程は（ただし工程２を除く）制御手段１４に組み込まれた制御機能として実行することが可能であり、また工程１から工程５を手動操作として引張手段３を操作し、あるいは引張力計測手段４や引張距離計測手段５の計測値を読み取り、それらデータを式（７）〜（１０）に示す式の計算を行ない、弾性係数評価値Ｋを得ることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
ヒトの腕の硬さを評価する装置や、食品の硬さなどの評価する装置、方法は産業上重要な利用があるが、従来は簡便な方式がなく、面倒な不正確な方法によっていた、本発明による装置は産業上の要求に応える有効性の高いものであり、産業上の利用価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の基本構成を示す説明図である。
【図２】本発明における帯を引張る手段の配置例を示す説明図である。
【図３】本発明における帯を引張るローラの配置を示す図である。
【図４】本発明の制御装置のブロックダイアグラムである。
【図５】本発明おける被評価対象物体の半径を計測する方法を示す説明図である。
【図６】本発明の装置実施形態の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における帯の引張力と引張距離の時間変化の計測結果を示すグラフである。
【図８】弾性評価物体に加えた張力（ε）と応力（α）の関係を示す実験データである。
【図９】本発明の実施において得られた弾性評価の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１      弾性評価対象物体（断面）
２      帯
３      引張手段
３ａ    引張手段のアクチュエータ
４      引張力計測手段
５      引張距離計測手段
５ａ    アクチュエータ位置計測手段
６      固定点
７      ローラ
７ａ、７ｂ    ローラ
１０    直線運動移動機構（リニアスライダ）
１１    リニアスライダアクチュエータ
１２    アクチュエータ位置計測手段
１３    接続環
１４    制御装置
２０    駆動手段
２１    ドラム
２２  エンコーダ
２３  力センサ
【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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