特開 2023-87750 咀嚼シミュレータ、咀嚼動作の再現方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023087750

(43)【公開日】2023-06-26

(54)【発明の名称】咀嚼シミュレータ、咀嚼動作の再現方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/28 20060101AFI20230619BHJP

   G01N 33/02 20060101ALI20230619BHJP

   G01N 3/34 20060101ALI20230619BHJP

【ＦＩ】

G01N1/28 Z

G01N33/02

G01N3/34 M

G01N3/34 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021202210

(22)【出願日】2021-12-14

(71)【出願人】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(71)【出願人】

【識別番号】302042678

【氏名又は名称】株式会社Ｊ－オイルミルズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】弁理士法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】東森 充

(72)【発明者】

【氏名】橋本 大輝

(72)【発明者】

【氏名】柴田 曉秀

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 佑晟

(72)【発明者】

【氏名】長畑 雄也

(72)【発明者】

【氏名】堀金 智貴

(72)【発明者】

【氏名】橋本 和紀

【テーマコード（参考）】

2G052

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G052AA24

2G052AD32

2G052FB06

2G052FD08

2G052JA08

2G061AA02

2G061AB05

2G061AC09

2G061BA20

2G061CA20

2G061CB20

2G061DA01

2G061EA01

2G061EB05

2G061EB07

(57)【要約】

【課題】食品の種類によらずに人が食品を口内に入れて食塊を形成する咀嚼動作を再現する咀嚼シミュレータを提供する。
【解決手段】咀嚼シミュレータ１は、食品Ｆが載置されるトレイ２０と、トレイ２０に対向して配置され、食品Ｆを押圧する上歯部６と、トレイ２０を囲むように設けられた可動壁部１６Ａ～１６Ｃを備えている。ロボットアーム３は上歯部６の押圧動作と引き離し動作を行い、サーボモータ９は可動壁部１６Ａ～１６Ｃを動作させて、可動壁部１６Ａ～１６Ｃで囲まれる包囲領域Ｒの広さを変化させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

食品が載置される載置部と、
前記載置部に対向して配置され、前記食品を押圧する押圧部と、
前記押圧部の押圧動作と引き離し動作を行う第１駆動部と、
前記載置部を囲むように設けられた複数の可動壁部と、
前記複数の可動壁部を動作させて、前記可動壁部で囲まれる領域の広さを変化させる第２駆動部と、
を備えていることを特徴とする咀嚼シミュレータ。

【請求項2】

前記第２駆動部が前記可動壁部で囲まれる領域を拡大させたとき、前記第１駆動部が前記押圧部を前記載置部に向けて押圧動作させ、
前記第１駆動部が前記押圧部を前記載置部から引き離したとき、前記第２駆動部が前記可動壁部で囲まれる領域を縮小させる、
請求項１に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項3】

前記可動壁部は、前記可動壁部で囲まれる領域が最も拡大したときに円形形状となるように、円弧状に湾曲した板部を有し、
前記可動壁部の各々は、いずれか一方の端部の内周側が薄板状に円周方向に突出し、隣接する可動壁部の内側に入り込む形状をなす、
請求項１又は２に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項4】

前記第２駆動部は、前記可動壁部で囲まれる領域を縮小させるとき、前記可動壁部同士が一部重なるように動作させる、
請求項３に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項5】

前記可動壁部は、前記湾曲した板部の凸側に一対の接続部を有し、
前記接続部の各々は、互いに平行かつ同じ長さのリンクを介して各々の軸部に接続され、
前記第２駆動部は、前記リンクを介して前記可動壁部を並進運動させる、
請求項４に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項6】

前記押圧部は、前記食品との接触面に凹凸部を有し、
前記第１駆動部は、押圧動作の支軸を中心に前記押圧部を回転動作させる、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項7】

前記可動壁部の前記薄板状に突出する部分は、ゴムシートからなる、
請求項３に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項8】

前記可動壁部で囲まれる領域を縮小させるとき、前記可動壁部にかかる負荷を測定する可動壁部負荷測定部を備えている、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項9】

前記押圧部を前記載置部に向けて押圧動作させるとき、前記押圧部にかかる負荷を測定する押圧部負荷測定部を備えている、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項10】

前記押圧部を前記載置部に向けて押圧動作させるとき、前記載置部にかかる負荷を測定する載置部負荷測定部を備えている、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項11】

前記押圧部を回転動作させるとき、前記押圧部にかかる負荷を測定する押圧部回転負荷測定部を備えている、
請求項６に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項12】

前記載置部は、透明な板状部であり、
前記載置部の下方から前記食品を撮像する撮像部を備えている、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項13】

前記可動壁部で囲まれる領域の温度を調節する温度調整部を有している、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項14】

前記可動壁部で囲まれる領域に水分を供給する水分供給部を有している、
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータ。

【請求項15】

請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の咀嚼シミュレータを用いた咀嚼動作の再現方法であって、
前記可動壁部で囲まれる領域を拡大し、前記食品が載置された前記載置部に向けて前記押圧部を動作させ、前記食品を押圧する工程と、
前記押圧部を前記載置部から引き離すように動作させ、前記可動壁部で囲まれる領域を縮小し、拡散した前記食品をまとめる工程と、
を繰り返すことを特徴とする咀嚼動作の再現方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、人の咀嚼動作を再現する咀嚼シミュレータ及び咀嚼動作の再現方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、食品の食感を評価する装置として、押圧機構と圧力センサとからなる装置が知られている。この装置では、押圧機構によって食品を押し潰す工程を有し、人の咀嚼を再現している。実際には、口内において食品を咬断する動作、まとめる動作が繰り返し行われ食塊が形成されるため、食塊の形成に特化した装置も試作されている。

【0003】

例えば、特許文献１の食塊形成装置は、食品を押圧する一対の人工歯と、食品の破断片の離散を抑える周壁部と、周壁部で形成される閉鎖空間の大きさを制御するローラ対と、人工歯及びローラ対を駆動する駆動部とで構成されている。人工歯は対向配置され、駆動部により近接離反の動作を行うことで食品を押し潰すことができる。

【0004】

本装置において、周壁部は可撓性の素材で作られている。そのため、駆動部がローラ対を動作させて周壁部による閉鎖空間を絞ると、食品の破断片をまとめて食塊とし、作られた食塊が人工歯で押圧される。本装置は、上記工程を繰り返すことで食塊を形成し、人の咀嚼動作を再現する（特許文献１／段落００３１～００３３、図１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０２１／１５７３８７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の装置では、食品の種類によっては食塊をまとめる際に食品の一部が周壁部の隙間から漏れ出ることがあるため、咀嚼動作を正確に再現することが難しい場合もあった。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、食品の種類によらずに人の咀嚼動作を正確に再現することができる咀嚼シミュレータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１発明の咀嚼シミュレータは、食品が載置される載置部と、前記載置部に対向して配置され、前記食品を押圧する押圧部と、前記押圧部の押圧動作と引き離し動作を行う第１駆動部と、前記載置部を囲むように設けられた複数の可動壁部と、前記複数の可動壁部を動作させて、前記可動壁部で囲まれる領域の広さを変化させる第２駆動部と、を備えていることを特徴とする。

【0009】

本発明では、食品を載置部に載置した状態で、第１駆動部で押圧部を動作させて食品を押圧する。また、第１駆動部は、押圧部を食品から引き離す動作を行う。複数の可動壁部は載置部を囲むように設けられており、第２駆動部は、当該可動壁部を動作させて可動壁部で囲まれる領域の広さを変化させる。押圧部によって押し潰された食品は、可動壁部によって確実に載置部の中央に収集される。これにより、本咀嚼シミュレータは、人が食品を口内に入れて食塊を形成する咀嚼動作を正確に再現することができる。

【0010】

また、第２発明は、咀嚼シミュレータを用いた咀嚼動作の再現方法であって、前記可動壁部で囲まれる領域を拡大し、前記食品が載置された前記載置部に向けて前記押圧部を動作させ、前記食品を押圧する工程と、前記押圧部を前記載置部から引き離すように動作させ、前記可動壁部で囲まれる領域を縮小し、拡散した前記食品をまとめる工程と、を繰り返すことを特徴とする。

【0011】

本発明の咀嚼動作の再現方法では、可動壁部で囲まれる領域を拡大させ、押圧部により載置部に載置された食品を押圧するため、当該食品が押し潰される。また、押圧部を載置部から引き離して、可動壁部で囲まれる領域を縮小することで拡散した食品をまとめる。本方法は、これらの工程を繰り返し行うので、人の咀嚼動作を正確に再現することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、食品の種類によらず効率良く食塊を形成し、人の咀嚼動作を正確に再現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の咀嚼シミュレータの装置全体図である。

【図2】包囲圧縮機構の詳細を説明する図である。

【図3】上歯部と包囲領域を説明する図である。

【図4A】上歯部の食品との接触面の平面図である。

【図4B】上歯部の食品との接触面の側面図である。

【図5A】可動壁部の構造を説明する斜視図である。

【図5B】可動壁部の動作を説明する図である。

【図6A】包囲領域を上面側から見た図である（可動壁部の動作前の状態）。

【図6B】包囲領域を上面側から見た図である（可動壁部の動作後の状態）。

【図7】咀嚼シミュレータのシステム構成に関する概略図である。

【図8】（ａ）包囲領域を上面側から見た画像である（初期状態）。（ｂ）包囲領域を底面側から見た画像である（初期状態）。

【図9】（ａ）包囲領域を上面側から見た画像である（咬断動作、臼磨動作）。（ｂ）包囲領域を底面側から見た画像である（咬断動作、臼磨動作）。

【図10】（ａ）包囲領域を上面側から見た画像である（中間状態）。（ｂ）包囲領域を底面側から見た画像である（中間状態）。

【図11】（ａ）包囲領域を上面側から見た画像である（包囲圧縮動作）。（ｂ）包囲領域を底面側から見た画像である（包囲圧縮動作）。

【図12】（ａ）包囲領域を上面側から見た画像である（食塊形成状態）。（ｂ）包囲領域を底面側から見た画像である（食塊形成状態）。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、図面を参照しながら、本発明の咀嚼シミュレータの実施形態について説明する。

【0015】

図１は、本発明の実施形態に係る咀嚼シミュレータ１の装置全体図である。咀嚼シミュレータ１は、主にロボットアーム３、ロボットアーム３に取り付けられた上歯部６、上歯部６が食品を押圧する領域を有する包囲圧縮機構１０で構成されている。

【0016】

ロボットアーム３（本発明の「第１駆動部」）は、複数の可動軸を有しているため、上歯部６の位置及び高さを調整可能となっている。本実施形態のロボットアーム３は、アーム先端に軸棒５が挿入され、軸棒５の他端に上歯部６（本発明の「押圧部」）が取り付けられている。ロボットアーム３は、軸棒５が垂直方向を向く姿勢を保持する。

【0017】

ロボットアーム３は、上歯部６を垂直方向に移動可能（移動距離：５０［ｍｍ］、速度：１０００［ｍｍ／ｓ］）であると共に、軸棒５を介して上歯部６を時計回り及び反時計回りに回転させることができる。ロボットアーム３は、少なくとも軸棒５及び上歯部６の垂直方向の移動（上下動）と回転が可能な機構を有する装置で代用することができる。

【0018】

図２は、咀嚼シミュレータ１の包囲圧縮機構１０を示している。

【0019】

包囲圧縮機構１０は、中央に食品が収容される包囲領域Ｒが設けられている。包囲領域Ｒの上面側には、包囲領域Ｒを囲むように６個の歯車１１Ａ～１１Ｆが設けられている。歯車１１Ａ～１１Ｆは、後述する可動壁部１６Ａ～１６Ｃを動作させる機構を構成する。図中の軸部１３Ｃは、可動壁部１６Ｂの動作の軸部である。

【0020】

歯車１１Ａ，１１Ｃ，１１Ｅは、歯車１１Ｂ，１１Ｄ，１１Ｆと比較して直径の大きい歯車である。なお、図２では、歯車１１Ａ～１１Ｆが載置される板材の図示を省略している。

【0021】

図示するように、歯車１１Ａは歯車１１Ｂ及び歯車１１Ｆと噛み合って回転し、歯車１１Ｂは歯車１１Ａ及び歯車１１Ｃと噛み合って回転し、歯車１１Ｃは歯車１１Ｂ及び歯車１１Ｄと噛み合って回転する。

【0022】

また、歯車１１Ｄは歯車１１Ｃ及び歯車１１Ｅと噛み合って回転し、歯車１１Ｅは歯車１１Ｄ及び歯車１１Ｆと噛み合って回転し、歯車１１Ｆは歯車１１Ｅ及び歯車１１Ａと噛み合って回転する。歯車１１Ａ～１１Ｆは、それぞれ回転軸１２Ａ～１２Ｆを有しているが、回転軸１２Ａがサーボモータ９（本発明の「第２駆動部」）と接続されている（図１参照）。このため、回転軸１２Ａを介して歯車１１Ａが回転すると、残りの歯車１１Ｂ～１１Ｆも回転する。

【0023】

回転軸１２Ａ～１２Ｆの一端部は底板１８の軸穴に挿入され、回転可能に支持されている。また、底板１８は、トレイ２０（本発明の「載置部」）を嵌め込む開口が設けられている。トレイ２０は当該開口よりも一回り小さいため、当該開口に対して嵌め込むことができる。

【0024】

また、トレイ２０上には、略三角形状の下歯部２２が設けられている。下歯部２２は直径が２０［ｍｍ］、表面に２［ｍｍ］の凹凸を有している。下歯部２２上に食品を載置し、上述の上歯部６で押圧することで、人が歯によって食品を噛む咬断動作を再現することができる。

【0025】

トレイ２０は、その下方に配設されたカメラ３０で包囲領域Ｒの様子を撮像するため、透明なアクリル板等を用いることが好ましい。さらに、上方から包囲領域Ｒを撮像するカメラ３１を配設してもよい。トレイ２０には、食品が押圧されたときにかかる負荷を測定する力覚センサ４０（本発明の「載置部負荷測定部」、図７参照）が取り付けられていることが好ましい。

【0026】

次に、図３は、上歯部６と包囲圧縮機構１０の位置関係を示している。

【0027】

上歯部６は軸棒５の先端部にねじ止めされて、トレイ２０の下歯部２２と正対する姿勢で取り付けられている。上歯部６の直径は３３［ｍｍ］であり、包囲領域Ｒの直径（４０［ｍｍ］）よりも小さい。また、包囲領域Ｒの周囲には、可動壁部１６Ａ～１６Ｃが設けられている。詳細は後述するが、可動壁部１６Ａ～１６Ｃは歯車１１Ｂ，１１Ｄ，１１Ｆと接続されており、サーボモータ９を駆動させることで、それぞれが動作する。

【0028】

上歯部６は、押圧動作のとき上歯部６にかかる負荷を測定する力覚センサ４１（本発明の「押圧部負荷測定部」、図７参照）、後述する臼磨動作及び撹拌動作において上歯部６を回転動作させたとき、上歯部６にかかる負荷を測定する力覚センサ４２（本発明の「押圧部回転負荷測定部」、図７参照）を備えていてもよい。

【0029】

次に、図４Ａ、図４Ｂを参照して、上歯部６の詳細な形状及び構造を説明する。

【0030】

図４Ａは、上歯部６の食品との接触面の平面図を示している。上歯部６は、その中央の凹凸部７と、凹凸部７から上歯部６の外周部に向けて延出する２枚の羽根部８とを有している。

【0031】

凹凸部７は、人の歯のような凹凸を有する形状となっている。凹凸部７は、上歯部６を押圧動作させたときは食品の咬断作用を促進し、上歯部６を回転動作させたときは食品の臼磨作用を促進する。

【0032】

羽根部８は、上歯部６を回転動作させたとき食品の撹拌作用を促進する。なお、上歯部６の直径が３３．０［ｍｍ］であるのに対し、凹凸部７の直径は２０．０［ｍｍ］である。

【0033】

図４Ｂは、上歯部６の当該接触面の側面図を示している。凹凸部７は高さが約１０．０［ｍｍ］の円柱形状であり、当該接触面の凹凸の高さは２．０［ｍｍ］である。また、羽根部８の高さ方向の長さは、１２．０［ｍｍ］である。

【0034】

次に、図５Ａ、図５Ｂを参照して、可動壁部１６Ａ～１６Ｃの構造と動作について説明する。

【0035】

図５Ａは、可動壁部１６Ａの斜視図を示している。可動壁部１６Ａは、円弧状に屈曲した板部１６ｐと、板部１６ｐの凸側に突出した一対の接続部１６ｑ，１６ｒとで構成されている。板部１６ｐは、一端部の内周側が薄板状に円周方向に突出し、隣接する可動壁部の内側に入り込む形状となっている。なお、板部１６ｐが十分に薄い板形状である場合、一端部が円周方向に突出している必要はなく、包囲領域Ｒを縮小する動作において、可動壁部同士が干渉しなければよい。

【0036】

また、板部１６ｐの当該一端部にはゴムシート１７Ａが取り付けられている。ゴムシート１７Ａは、可動壁部１６Ａ～１６Ｃが動作して包囲された領域を縮小させるとき、食品が当該領域の外側に漏れ出ないようにする役割がある。

【0037】

なお、本実施形態の可動壁部１６Ａ～１６Ｃは、その一端部が隣接する可動壁部の凹部側の円弧に近接し、包囲領域Ｒがほぼ閉鎖された状態を保持したまま包囲領域Ｒを縮小させることができる。可動壁部１６Ａ～１６Ｃは、動作時のひずみが小さく、閉鎖状態を精度良く保持できる場合は、ゴムシート１７Ａ～１７Ｃを取り付けない構成としてもよい。

【0038】

図示するように、板部１６ｐは半径２０．０［ｍｍ］、中心角１２０°の円弧状をなし、高さは５０．０［ｍｍ］である。接続部１６ｑ，１６ｒは端部に軸穴が形成されており、後述するリンクを介して、それぞれの軸部に接続される。可動壁部１６Ａは、サーボモータ９の駆動により動作する（図２参照）。

【0039】

可動壁部１６Ａの動作が滑らかになるように、底面側にフェルトを貼り付けておくことが好ましい。また、可動壁部１６Ａ～１６Ｃが押圧動作するときにかかる負荷をサーボモータ９にトルク計測器を取り付けて計測してもよく、サーボモータ９を制御する電流を計測してもよい。また、ロードセル４３（本発明の「可動壁部負荷測定部」、図７参照）によって測定してもよい。その場合、ロードセル４３を、直線ギアを介して歯車１１Ａ～１１Ｆのいずれか１つに接続することが好ましい。

【0040】

図５Ｂは、可動壁部１６Ａの動作の様子を示している。実線で示した可動壁部１６Ａは初期位置（回転軸１２Ｂの回転角θ＝０°）の状態であり、破線で示した可動壁部１６Ａは移動後（回転軸１２Ｂの回転角θ＝１２０°）の状態である。図示するように、接続部１６ｑはリンク１９Ａを介して軸部１３Ａと接続し、接続部１６ｒはリンク１９Ｂを介して回転軸１２Ｂと接続している。

【0041】

サーボモータ９の駆動により回転軸１２Ｂが回転すると、リンク１９Ａ，１９Ｂは互いに平行の関係を保持しながら回転する。そのため、可動壁部１６Ａは、円に沿った並進運動を行う。図示していないが、可動壁部１６Ｂ，１６Ｃも可動壁部１６Ａと同じ構造及びサイズであるため、可動壁部１６Ａと同様の並進運動をする。

【0042】

これにより、可動壁部１６Ａ～１６Ｃは、それぞれの一端部を隣接する可動壁部の凹部側に近接した状態を保ちながら、包囲領域Ｒの閉鎖状態を保持したまま、包囲領域Ｒを縮小させることができる。

【0043】

上述の可動壁部１６Ａ～１６Ｃと平行リンクを用いた機構は、包囲圧縮機構１０の一例に過ぎない。例えば、カメラレンズのアイリス機構で用いられている１枚の平行カムにｎ個のレール状隙間が切られた機構を採用してもよい。上歯部６の回転動作を行う際、包囲領域Ｒが円形に近いほど、上歯部６が触れない領域を狭めることができ、測定毎のばらつきを小さくすることができる。

【0044】

次に、図６Ａ、図６Ｂを参照して、可動壁部１６Ａ～１６Ｃの動作について説明する。

【0045】

図６Ａは、包囲領域Ｒを上面側から見た図である。図示するように、包囲領域Ｒを囲むように可動壁部１６Ａ～１６Ｃが設けられている。図６Ａは、可動壁部１６Ａ～１６Ｃで囲まれる包囲領域Ｒが最も拡大した状態である。なお、包囲領域Ｒの中央にはトレイ２０の下歯部２２が位置している。

【0046】

可動壁部１６Ａ～１６Ｃは、それぞれ一端部にゴムシート１７Ａ～１７Ｃが取り付けられている。例えば、可動壁部１６Ａのゴムシート１７Ａは、可動壁部１６Ｃの他端部の方向に突出している。

【0047】

図６Ｂは、サーボモータ９を駆動して、可動壁部１６Ａ～１６Ｃを動作させた状態（回転軸１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆの回転角θ＝７０°）を示している。図示するように、可動壁部１６Ａ～１６Ｃが円弧状の並進運動により、その一端部が中央に移動することで可動壁部同士が一部重なりながら、包囲領域Ｒが縮小する。このとき、包囲領域Ｒは下歯部２２の大きさまで縮小するため、包囲領域Ｒ内に拡散した食品が中央に集められる。

【0048】

ここで、ゴムシート１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、それぞれ隣接する可動壁部１６Ｃ，１６Ａ，１６Ｂと接触しながら滑るように移動するため、食品が包囲領域Ｒの外側に漏れ出ない。

【0049】

図７は、咀嚼シミュレータ１のシステム構成に関する概略図を示している。

【0050】

咀嚼シミュレータ１は、ロボットアーム３及びサーボモータ９に制御信号を送信するコントローラ２を有している。上述したように、ロボットアーム３は軸棒５を介して上歯部６と接続しており、上歯部６の押圧動作（引き離し動作）と回転動作を行う。また、サーボモータ９は回転軸１２Ａを介して歯車１１Ａと接続しており、歯車１１Ａを回転させる。

【0051】

歯車１１Ａの回転に伴い歯車１１Ｂ～１１Ｆが回転すると（図２参照）、歯車１１Ａ～１１Ｆと連動して動く回転軸１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆを介して可動壁部１６Ａ～１６Ｃが並進運動を行う。詳細は後述するが、コントローラ２は、上歯部６の動作終了後に可動壁部１６Ａ～１６Ｃが並進運動するように、ロボットアーム３とサーボモータ９とを交互に動作させる。

【0052】

また、咀嚼シミュレータ１は、包囲領域Ｒの内部空間の温度を調整するヒータ等の温度調整部５０と、包囲領域Ｒの内部空間に唾液に相当する水分を供給する水分供給部５１を有している。温度調整部５０及び水分供給部５１は、コントローラ２の制御信号により適当なタイミングで処理を実行する。温度調整部５０及び水分供給部５１の各処理が適宜実行されることで、包囲領域Ｒの内部空間は実際の口内に近い状態となり、咀嚼の再現性を高めることができる。

【0053】

カメラ３０，３１は、特にコントローラ２の制御信号によらず、包囲領域Ｒの内部空間を撮像する撮像装置である。カメラ３０，３１は動画を撮像できることが好ましいが、少なくとも静止画の撮像ができればよい。また、赤外線等の電磁波で当該内部空間の食品の形状を検出する装置を用いてもよく、マルチスペクトルカメラ等、成分分析が可能な撮像手段を用いてもよい。

【0054】

カメラ３０，３１はいずれもモニタ３５に接続されており、実験者がリアルタイムで食品の状態、変化の様子を観察することができる。また、カメラ３０，３１はコントローラ２と接続して、制御信号によりロボットアーム３及びサーボモータ９の動作と同期した撮影を行うこともできる。

【0055】

力覚センサ４０～４２、ロードセル４３についても、特にコントローラ２の制御信号によらず、各圧力を測定可能である。圧力の結果は、食品の食感評価に利用することができる。また、力覚センサ４０～４２及びロードセル４３はコントローラ２と接続して、制御信号によりロボットアーム３及びサーボモータ９の動作と同期した測定を行うこともできる。

【0056】

最後に、図８～図１２を参照して、咀嚼シミュレータ１を用いて、人の咀嚼動作を再現したときの方法及び実験結果を説明する。今回、試験食品（以下、食品Ｆという）として、市販のドーナツ（約８ｇ）を使用した。

【0057】

図８は、包囲領域Ｒ内に食品Ｆをセットした初期状態を示している。図８（ａ）は包囲領域Ｒを上面側から見た様子であり、カメラ３１を包囲領域Ｒの上方に配設して撮像した画像である。また、図８（ｂ）は包囲領域Ｒを下面側から見た様子であり、カメラ３０により撮像した画像である（図２参照）。なお、この状態では、上歯部６及び可動壁部１６Ａ～１６Ｃは、共に初期位置に待機している。

【0058】

次に、図９は、上歯部６により食品Ｆを押し潰す咬断動作（押圧動作）の様子を示している。図９（ａ）は包囲領域Ｒを上面側から見た画像であり、図９（ｂ）は包囲領域Ｒを下面側から見た画像である。

【0059】

ここでは、ロボットアーム３を駆動させることで、上歯部６が垂直方向の直線運動（速度：１０００[ｍｍ／ｓ]）を行い、食品Ｆを押圧する。さらに、上歯部６（凹凸部７）と下歯部２２が接触するまで上歯部６を下降させた状態で、上歯部６を時計回り、反時計回りの順で、それぞれ６０［ｄｅｇ］回転させる（速度：１８０［ｄｅｇ／ｓ］）。これは、上歯部６により食品Ｆを臼磨する臼磨動作である。

【0060】

次に、図１０は、上歯部６の引き離し動作を行い、上歯部６が食品Ｆから完全に離れた中間状態を示している。図１０（ａ）は包囲領域Ｒを上面側から見た画像であり、図１０（ｂ）は包囲領域Ｒを下面側から見た画像である。このように、上歯部６による咬断動作と臼磨動作の後には、食品Ｆは粉々の状態になってトレイ２０の下歯部２２上に載置される。

【0061】

その後、ロボットアーム３を再駆動させ、上歯部６で食品Ｆを押圧する（咬断動作）。さらに、上歯部６と下歯部２２が接触した状態で、上歯部６を３６０［ｄｅｇ］回転させる（速度：１８０［ｄｅｇ／ｓ］）。これは、上歯部６の羽根部８により食品Ｆを撹拌する撹拌動作である。

【0062】

次に、図１１は、可動壁部１６Ａ～１６Ｃにより食品Ｆを圧縮する包囲圧縮動作の様子を示している。図１１（ａ）は包囲領域Ｒを上面側から見た画像であり、図１１（ｂ）は包囲領域Ｒを下面側から見た画像である。ここでは、回転軸１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆをθ＝７０［ｄｅｇ］まで動作させる（速度：１４０［ｄｅｇ／ｓ］）。これにより、粉々になった食品Ｆが、ほとんど包囲領域Ｒの外部に漏れ出ることなくトレイ２０の下歯部２２の上面部に集められ、食塊が形成される。

【0063】

最後に、図１２は、可動壁部１６Ａ～１６Ｃが初期位置に復帰した食塊形成状態を示している。図１２（ａ）は包囲領域Ｒを上面側から見た画像であり、図１２（ｂ）は包囲領域Ｒを下面側から見た画像である。図示するように、食品Ｆの食塊がトレイ２０上に載置されている。

【0064】

以上のように、咀嚼シミュレータ１では、食品Ｆに対して（１）咬断動作、（２）臼磨動作、（３）包囲圧縮動作、（４）咬断動作、（５）撹拌動作、（６）包囲圧縮動作からなるサイクルが繰り返し行われる。

【0065】

今回の実験では、上記サイクルを５回繰り返し行った。第１サイクル後でもある程度、食塊が形成されたが、第５サイクル後は食塊の形成がかなり進行し、食品Ｆの破断片が小さくなった。なお、食品Ｆは油分を含んだ滑らかなペースト状に変化したが、上記１サイクルの各ステップに支障はなかった。

【0066】

これは、１サイクル中の（３）包囲圧縮動作によって断片群を１つの食塊とし中央へ移動させる工程が（１），（４）咬断動作、（２）臼磨動作、（５）撹拌動作を毎回有効に行うための準備動作となっているためである。（３）包囲圧縮動作により食品Ｆを食塊としてまとめる操作は、食塊形成過程の高精度の再現における重要な要素といえる。

【0067】

以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態、変更形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更することができる。

【0068】

例えば、上歯部６及び下歯部２２は、人の歯を模した凹凸形状が円弧状に配列されている等、様々な態様が考えられる。また、プリン等の柔らかい固形状食品をサンプルとする場合、上歯部６の凹凸部７、下歯部２２がなくても食塊の形成は可能である。

【0069】

本実施形態では、１つのサーボモータ９により可動壁部１６Ａ～１６Ｃを駆動させたが、駆動部は１つに限定されるものではない。ｎ個の可動壁部をｎ個の駆動部（モータ、ソレノイドコイル等）でそれぞれ駆動させれば、複数の歯車を用いた特別な機構を製作する必要はない。

【符号の説明】

【0070】

１…咀嚼シミュレータ、２…コントローラ、３…ロボットアーム、５…軸棒、６…上歯部、７…凹凸部、８…羽根部、９…サーボモータ、１０…包囲圧縮機構、１１Ａ～１１Ｆ…歯車、１２Ａ～１２Ｆ…回転軸、１３Ａ，１３Ｃ，１３Ｅ…軸部、１６Ａ～１６Ｃ…可動壁部、１７Ａ～１７Ｃ…ゴムシート、１８…底板、１９Ａ，１９Ｂ…リンク、２０…トレイ、２２…下歯部、３０，３１…カメラ、３５…モニタ、４０～４２…力覚センサ、４３…ロードセル、５０…温度調整部、５１…水分供給部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】