JP3815918B2 - 繊維状物の力学的特性の測定方法およびそれに用いる装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、毛髪や、各種繊維、シート等の繊維状物の力学的特性の測定方法に関し、更に詳細には、一端を固定、他端を解放した状態で繊維状物に折り曲げ負荷を与える時に生じる曲げ荷重を集中荷重として測定し、毛髪等を始めとする繊維状物の力学的特性を高い検出力で測定することのできる測定方法およびそれに用いる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、毛髪や、各種繊維、シート等の繊維状物の力学的特性は種々の方法で測定されており、各種繊維状物の物性比較や、新素材の開発等に利用されている。
【０００３】
ところで、例えば毛髪についての力学的性質の測定は、各個人の毛髪の性質を調べ、分類することのほか、特に毛髪化粧品の使用や、パーマネント処理によりどのように毛髪の性質が変化するかを調べる上で重要である。すなわち、セット力、整髪力、柔軟性等は多くの人々が強く求める毛髪及び化粧料の性質であり、このような性質を毛髪に付与することのできる化粧料の提供は化粧料分野の大きな課題の一つである。そして上記のような化粧料を提供するためには、セット力、整髪力、柔軟性を正確に測定、分析することが必要であり、このための手段は化粧品技術者によって常に要望されるところである。
【０００４】
現在、上記の毛髪のセット力、整髪力、柔軟性の評価は、一般に評価者による官能評価が行われているが、評価者の固有技術による方法であるため、評価者によって評価基準が異なり、客観性において劣るものであった。このため器具等を用い、評価を標準化しようとする試みが種々なされている。
【０００５】
このような器具等を用いた毛髪のセット力、整髪力、柔軟性の測定方法としては、例えば毛髪の両端を固定し、曲げ動作を与える方法、毛髪の自重によるたわみを利用した方法等が挙げられる。
【０００６】
しかしながら、毛髪に限らず繊維状物についての従来の柔軟性測定方法には問題があり、繊維状物の柔軟性を正確に測定できるものとは言い難かった。すなわち、例えば毛髪について従来の両端を固定し、曲げ動作を与える方法は、毛髪が柔軟体であるため、毛髪測定部分がたわみやすく（変位方向と曲げ方向のずれが生じやすい）、更に部分的に劣化した箇所から折れ曲がる等の誤差要因の影響を受けやすくなるため毛髪測定部分の長さに限界があるという問題点があった。
【０００７】
この問題点を解決するために毛髪の測定部分を短くすると、検出力が低下するという別の問題が生じ、また、この検出力を高めるためには毛髪の本数が過剰に必要とされる等の問題があった。更に毛髪の自重によるたわみを利用した方法は検出力が極めて低く、毛髪の方向性を受けやすかったり、セット力の評価に対しては負荷が小さい等の問題があった。
【０００８】
このように、器具等を用いる従来法においても、実際の測定においては種々の変動因子が存在するため、毛髪を始めとする繊維状物の状態を正確に示す情報を与えるものとは言い難く、標準法とはなし難いものであった。またこれら従来法においては曲げ方向の角度、速度、回数の変化によって測定精度低下が考えられ、人間が官能評価において行っている曲げ動作を反映するものとは言えなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明はより正確に繊維状物、例えば毛髪について、その状態、特に化粧料塗布後のセット力、整髪力の程度や毛髪の柔軟性等の毛髪の力学的特性を、より自由度が高く、反復可能な動的条件下で、客観的に測定することができる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる実情において、本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を行なった結果、繊維状物の一端を解放した状態で折り曲げ負荷を与える時に生じる曲げ荷重は、繊維状物の柔軟性等の物性を正確に反映するものであり、これを測定することにより毛髪物性を客観的に評価することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち本発明は、一端が固定され、他端が解放された状態で繊維状物に対して折り曲げ負荷を与え、これに対する曲げ荷重を集中荷重として検出することを特徴とする繊維状物の力学的特性の測定方法を提供するものである。
【００１２】
また本発明は、上記測定方法に利用される、繊維状物の一端を固定する把持部、繊維状物を可動状態で挟む挟持部を設け、繊維状物に折り曲げ負荷を与えるための可動機構、前記把持部と前記挟持部の間に設けられ、繊維状物を挟むプローブおよび前記プローブで発生した荷重を測定するセンサを含む毛髪の力学的特性の測定装置を提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明方法は、図１に示すように、繊維状物の一端を固定し、他端を解放した状態で挟持部に挟み込んでこれに折り曲げ負荷を与え、これに対する曲げ荷重を集中荷重としてプローブ（センサ）で検出することにより実施される。すなわち、繊維状物の解放端側に運動を与えることによりプローブ部分で折り曲げ負荷を与え、固定されたプローブに生じる集中荷重を検出し、電気的信号に変えた上、これを記録、解析することにより実施される。
【００１４】
本発明方法において、このように、従来行われていたような両端支持の状態（両方を固定した状態）でなく、片持ちの状態（一方のみ固定した状態）で折り曲げる理由は、繊維状物の一端が解放されているため曲がりの自由度が高く、検出性が高くなるからである。
【００１５】
本発明方法において、繊維状物に与える折り曲げ負荷は、被験繊維状物の解放端を適当に変位させることにより与えることができる。この変位の例としては、回転方向の振り子運動等が挙げられる。この振り子運動の角度、振幅、速度、半径等の運動条件は、繊維状物の物性の測定目的により定めることができる。この、繊維状物に与える変位は、アクチュエーター等を用い、予め定めることもできる。
【００１６】
より具体的に、例えば毛髪について振り子運動により曲げ荷重を測定する場合は、セット力、整髪力、柔軟性等のいずれを評価するかに応じて、前記運動条件が設定される。この場合、振り子運動は、１往復だけ行って曲げ荷重を測定することもできるが、同じ変位を複数回繰り返し行い、毛髪を一定の振幅、速度で振動させることによって、毛髪表面の化粧膜の変化、毛髪表面および内部の劣化に関する情報を得ることができ、セット力、整髪力を評価する条件としてより好ましい。
【００１７】
また、毛髪の応答特性として、振動角度または振動速度のいくつかの水準で曲げ荷重を測定し、振幅と曲げ荷重の関係、周波数と曲げ荷重の関係を捉えることによって、セット力、整髪力の持続性、耐久性、閾値等を測定することができる。これによってセット剤や毛髪化粧料の性状判定に使用しても良い。
【００１８】
次に、本発明方法を実施するために用いられる装置の一例を示す図面を挙げ、更に本発明を説明する。
【００１９】
図２は、繊維状物の力学的特性の測定装置の正面図であり、図３は、その右側面図である。各図中、１は把持部、２は可動部、３は挟持部、４はプローブ、５はセンサ、６は支持台、７は基板、８はアクチュエーター、９は出力端、１０はコードをそれぞれ示す。
【００２０】
本測定装置を用いて本発明方法を実施するには、まず繊維状物の一端を把持部１に固定する。ついで、この繊維状物を２個のプローブ４の間を通し、更に、可動部２に取り付けられた２個の挟持部３で挟み込む。
【００２１】
本測定装置の可動部２は、アクチュエーター８と結合されており、アクチュエーターは、コントローラ（図示せず）の指示に従った運動を行う。ここで用いられるアクチュエーターとしては、適切な回転方向の運動を行うモーターが利用でき、その好ましい一例としては、パルスモーターやサーボモーターが挙げられる。
【００２２】
また、可動部２自体は、図２からわかるようにそれぞれ挟持部３ａおよび３ｂを設けた二枚のプレート２ａおよび２ｂよりなり、このプレートを調整して、繊維状物が自由な動きができる状態に挟持部３ａ、３ｂで挟持する。
【００２３】
アクチュエーター８を作動させ、繊維状物に折り曲げ負荷を与えたときに、図中の２個のプローブ４において、折り曲げ負荷方向と逆方向に曲げ荷重が集中荷重として生じる。プローブ４で生じた荷重は、機械的に結合されたセンサ５に伝えられ、ここで荷重（力）は電気的信号に変えられる。測定すべき荷重は回転方向であっても、直交座標成分であっても良い。センサー５としては、適切な回転軸方向、直交座標成分方向の荷重検出器が利用でき、その好ましい一例としては、歪みゲージ、多軸型力覚センサが挙げられる。
【００２４】
更に、センサ５からの信号は、コード１０を通じ、出力端９に送られる。この出力端９からの信号は、必要により適当なアンプ（図示せず）により増幅あるいはＡ／Ｄ変換された後、コンピュータ（図示せず）に取り込まれ、これを記録、保存、解析することにより、繊維状物の力学特性を判断することが可能となるのである。
【００２５】
以上説明した本発明方法において、例えば一定速度で、特定方向に対する回転運動の動作を毛髪に与えた場合、例えば以下のデータが得られる。
【００２６】
（１）曲げ荷重
柔軟性、セット力、整髪力
（２）曲げ負荷を繰り返した時の荷重変化
セット力の持続性、弾力性、脆さ
【００２７】
その他、本発明方法によれば、曲げ負荷を繰り返した時の荷重変化によって、毛髪のダメージの程度（枝毛、切れ毛）、コシ、弾力性、毛髪以外の検体（糸、繊維等）に整髪料や素材を塗布したときの塗膜強度等の推定、判定が可能となる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明はこれらになんら制約されるものではない。
【００２９】
実 施 例 １
セット剤処理による毛髪曲げ荷重の変化の測定：
（１）毛髪処理：
アジア人からサンプリングした毛髪を用い、Ａ、Ｂ２種の毛束（重さ１０ｍｇ、長さ６ｃｍ）を作成した。この毛束のうちＡ、Ｂをセット剤処理した。毛束Ａはビニルピロリドン・酢酸ビニル共重合体５％溶液（アルコール２０％、精製水７５％）にて、毛束Ｂはビニルピロリドン・Ｎ,Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリル酸共重合体５％溶液（アルコール２０％、精製水７５％）にて、それぞれ１時間の浸漬処理を行った。浸漬処理した毛束Ａ、Ｂを恒温恒湿槽（２５℃、湿度５５％）中で２４時間乾燥した。
【００３０】
（２）毛髪曲げ荷重測定：
次いで、上記（１）で得た毛束について、図２に示す測定装置により、毛髪曲げ荷重（毛髪のセット力）を測定した。まず、測定環境を温度２５±２℃、湿度５５±２％に設定し、各毛束から採取した毛髪各１０本をまとめ、その一端を把持部１に固定し、プローブ４ａと４ｂの間を通した後、挟持部３ａと３ｂの間に自由に動く状態で挟み込んだ（把持部１とプローブ４の距離は、１ｃｍ、プローブ４と挟持部３の距離は約２ｃｍであった）。コントローラにより、プローブの初期位置、運動条件（振幅：±３０ｄｅｇ、速度：８８ｄｅｇ／ｓｅｃ）を設定し、毛髪に対して、振り子運動を５０回行い、曲げ荷重を検出した。
【００３１】
（３）測定結果：
毛束Ａについての測定時の荷重変化を図４として、毛束Ｂについての測定時の荷重変化を図５として示した。これらの図から明らかなように、毛束Ａは振り子運動を５０回行った後も曲げ荷重の減衰がみられず、「弾力性がある」すなわち「セット力が長持ちする」と評価できるものであった。一方毛束Ｂは曲げ荷重の減衰が顕著であり、「セット力が経時で損なわれやすい」と評価されるものであった。なおこれら毛束のうち、Ａは従来の官能評価では「弾力性がある」、「しなやか」と評価され、Ｂは「弾力性がない」、「脆い」と評価されたものであった。
【００３２】
このように図４および図５の結果と官能評価の結果は明らかに相関を有するものであり、従って、本発明方法より、「セット力の持続性」「弾力性」「脆さ」を数値で表現することが可能となることが明らかとなった。
【００３３】
実 施 例 ２
セット剤処理による毛髪曲げ荷重の変化の測定：
（１）毛髪処理：
アジア人からサンプリングした毛髪を用い、Ａ、Ｂ２種の毛束（重さ１０ｍｇ、長さ６ｃｍ）を作成し、セット剤処理した。セット剤としてはポリビニルピロリドンを使用し、毛束Ａはポリビニルピロリドン（分子量７０万）５％溶液（アルコール２０％、精製水７５％）にて、毛束Ｂはポリビニルピロリドン（分子量４万）５％溶液（アルコール２０％、精製水７５％）にて、それぞれ１時間浸漬処理を行った。浸漬処理後の毛束Ａ、Ｂは、恒温恒湿槽（２５℃、湿度５５％）中で２４時間乾燥した。
【００３４】
（２）毛髪曲げ荷重測定：
次いで、上記（１）で得た毛束について、図２に示す測定装置により、毛髪曲げ荷重（セット力）を測定した。まず、測定環境を温度２５±２℃、湿度５５±２％に設定し、各毛束から採取した毛髪各１０本をまとめ、その一端を把持部１に固定し、プローブ４ａと４ｂの間を通した後、挟持部３ａと３ｂの間に自由に動く状態で挟み込んだ（把持部１とプローブ４の距離は、１ｃｍ、プローブ４と挟持部３の距離は約２ｃｍであった）。コントローラーにより、プローブの初期位置、運動条件（振幅：±３０ｄｅｇ、速度：８８ｄｅｇ／ｓｅｃ）を設定し、毛髪に対して、振り子運動を５０回行い、曲げ荷重を検出した。
【００３５】
（３）測定結果：
５０回の振り子運動の繰り返しより、±３０ｄｅｇ折曲げ時の荷重を求め、更に以下の代用値を計算した。
（ａ）初期曲げ荷重：１〜５往復目の荷重絶対値の平均
（ｂ）経時曲げ荷重：４６〜５０往復目の荷重絶対値の平均
毛束はセット剤毎に３本調製し、中央値を代表値とした。毛束ＡおよびＢについての初期曲げ荷重と経時曲げ荷重を図６に示した。
【００３６】
この結果によれば、毛束ＡはＢに比べて初期曲げ荷重と経時曲げ荷重の値が高く、「セット力がＢよりもある」と評価できた。なおこれら毛束のうち、Ａは従来の官能評価によれば、「セット力がある」、「かたい」と評価されるものであり、Ｂは「セット力がない」、「やわらかい」と評価されたものである。
【００３７】
このように、本発明方法の結果と官能評価の結果は明らかに相関を有するものであり、従って、本発明方法より、「セット力」、「かたさ」を数値で表現することが可能となることが明らかとなった。
【００３８】
実 施 例 ３
リンス剤処理による毛髪曲げ荷重の変化の測定：
（１）毛髪処理：
アジア人からサンプリングした毛髪を用い、Ａ、Ｂ２種の毛束（毛髪１００本、長さ６ｃｍ）を作成し、Ｂのみにリンス処理（サロンスタイルヘアリンスα（（株）コーセー製）を使用）を行った。処理後の毛束Ｂは、恒温恒湿槽（２５℃、湿度５５％）中で２４時間乾燥した。
【００３９】
（２）毛髪曲げ荷重測定：
次いで、上記（１）で得た毛束について、図２に示す測定装置により、毛髪曲げ荷重を測定した。まず、測定環境を温度２５±２℃、湿度５５±２％に設定し、毛束の一端を把持部１に固定し、プローブ４ａと４ｂの間を通した後、挟持部３ａと３ｂの間に自由に動く状態で挟み込んだ（把持部１とプローブ４の距離は、１ｃｍ、プローブ４と挟持部３の距離は約２ｃｍであった）。コントローラーにより、プローブの初期位置、運動条件（振幅：±１０ｄｅｇ、速度：１０ｄｅｇ／ｓｅｃ）を設定し、各毛髪に対して振り子運動を１往復行い、曲げ荷重を検出した。
【００４０】
（３）測定結果：
＋１０ｄｅｇ、−１０ｄｅｇの折曲げ時の荷重（絶対値）を測定した結果を図７に示した。この結果から明らかなように、毛束ＢはＡに比べて＋１０ｄｅｇ、−１０ｄｅｇの曲げ荷重値が低く、変動も小さかった。なおこれら毛束のうち、ＢはＡに比べて従来の官能評価で「柔軟性がある」と評価されたものである。
【００４１】
このように、本発明方法により、リンス剤によって毛髪が「柔軟性」を増した状態を客観的に表現することが可能となった。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明の繊維状物の力学的特性の測定方法によれば、例えば毛髪等繊維状物の物性を明確かつ客観的に判断することができる。そして、例えば毛髪についての結果は、従来行われていた官能評価の結果と相関関係が高いものであるため、官能評価法に代わる新しい方法として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明方法の測定原理を模式的に示した図面。
【図２】 本発明の力学的特性測定装置の正面を示す図面。
【図３】 本発明の力学的特性測定装置の右側面を示す図面。
【図４】 実施例１の毛束Ａについて荷重変化を示す図面。
【図５】 実施例１の毛束Ｂについて荷重変化を示す図面。
【図６】 実施例２の毛束ＡおよびＢについての初期曲げ荷重と経時曲げ荷重を示す図面。
【図７】 実施例３の毛束ＡおよびＢについて、＋１０ｄｅｇ、−１０ｄｅｇの折曲げ時の荷重（絶対値）を示す図面。
【符号の説明】
１ … … 把持部 ６ … … 支持台
２ … … 可動部 ７ … … 基板
３ … … 挟持部 ８ … … アクチュエーター
４ … … プローブ ９ … … 出力端
５ … … センサ １０ … … コード
以 上

Claims (4)

1. 一端が固定され、他端が開放され、中間の任意の位置において挟持された状態の繊維状物に対して、該挟持部分における折り曲げ負荷を予め定められた振り子運動により複数回繰り返し与え、その負荷により該挟持部分に生じる曲げ荷重の減衰を検出することを特徴とする繊維状物の力学的特性の測定方法。
2. 繊維状物が毛髪である請求項第１項記載の繊維状物の力学的特性の測定方法。
3. 予め定められた振り子運動が、振幅の変化を伴うものである請求項第１項または第２項のいずれかに記載の繊維状物の力学的特性の測定方法。
4. 毛髪の一端を固定する把持部、毛髪を可動状態で挟む挟持部、該毛髪に折り曲げ負荷を与えるための可動機構、前記把持部と前記挟持部の間に設けられ毛髪を挟むプローブ、および前記プローブで発生した荷重を測定するセンサを含む毛髪の力学的特性の測定装置であって、前記可動機構の予め定められた振り子運動により複数回繰り返し折り曲げ負荷を毛髪に加え、その負荷により前記挟持部分に生じる曲げ荷重の減衰を検出することを特徴とする毛髪の力学的特性の測定装置。

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