JP6954667B2 - 皮膚の粘弾性特性の測定方法および皮膚の粘弾性特性の測定装置 - Google Patents
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粘弾性特性の解析では、一般に、物体の弾性的な性質を貯蔵弾性率と呼び複素弾性率の実数部で表し、物体の粘性的な性質を損失弾性率と呼び複素弾性率の虚数部で表した、複素弾性率が用いられている。
皮膚は、表皮、真皮からなる多層構造となっており、各層の粘弾性特性が大きく異なることに加え、部位によって各層の厚さや各層の構造が異なるために、同じ人の同じ部位を測定した場合でも、測定圧子のサイズ、押込み深さ、測定周波数などの測定条件によって、得られる粘弾性特性が大きく異なることが知られている。
また、静電容量型圧力センサは、マイクロマシン技術により製作されるため、超小型のセンサが得られるが、これを肌弾力センサとして利用する場合、圧力センサと前記半球状圧子を接合するのが難しいと言う問題がる。
また、差動トランス方式の圧力センサを肌弾力センサとして用いる場合、位置検出用の差動トランスと荷重印加用のコイルバネを組み合わせる必要があり、ハンディー型のプローブを構成するためには大きすぎると言う問題がある。
前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段として、同一仕様の2個の積層型圧電素子を支持板に近接して接合し、一方の積層型圧電素子に略半球状の柱状圧子を接合するとともに、前記2個の積層型圧電素子を電気的に差動接続した圧力センサを用いることを特徴とする皮膚の粘弾性特性の測定方法が得られる。
前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段として、同一仕様の2個の積層型圧電素子を支持板に近接して接合し、一方の積層型圧電素子に略半球状の柱状圧子を接合するとともに、前記2個の積層型圧電素子を電気的に差動接続した圧力センサを用いることを特徴とする皮膚の粘弾性特性の測定方法を実施する皮膚の粘弾性特性の測定装置が得られる。
しかしながら、圧電方式の圧力センサにおいても、圧電素子として積層型圧電素子を用いて静電容量Csを大きくし、FETやオペアンプを用いて実効的な負荷抵抗RLの値を大きくすれば、静電容量Csと負荷抵抗RLの積で与えられる放電時定数τeの値を、容易に数秒〜10秒にすることができ、このままでも、異なる皮膚の粘弾性特性を反発力の大きさの違いと緩和時間τの違いとして測定することができるが、さらに、圧電方式の圧力センサの出力電圧が、発生する反発力と圧力センサの放電時定数τeを含む感度特性の積で与えられるので、あらかじめ、圧力センサの放電時定数τeを含む感度特性を把握し、得られた圧力センサの出力電圧に対して補正を加えることにより、応力緩和特性を正しく測定することができる。
図6は、本発明の皮膚の粘弾性特性の測定方法の測定プローブに用いられる圧電方式の圧力センサにおける検出回路構成例であり、皮膚から受ける反発力が積層型圧電素子2と補正用積層型圧電素子3の出力が2個のオペアンプからなるボルテージフォロア11、12に接続され、ボルテージフォロア11、12の出力は差動アンプ13に接続されている。図6の回路構成とすることにより、ボルテージフォロア11、12により、積層型圧電素子2,3それぞれの負荷抵抗を容易に数10MΩ以上にすることが可能となり、放電時定数τeの値を、容易に、5秒以上にすることが可能になり、補正用積層型圧電素子3の出力と検出用積層型圧電素子2の出力を差動アンプ13に接続することにより、周囲温度変化などの環境変化による特性変動を補正することが可能になり、同時に、誘導ノイズを除去することができる。
図2の応力緩和特性の測定データから、短時間で数式1の応力緩和関数のパラメータEe、E1、τを求める方法の一つとして、「修正指数関数のパラメータ推定法」について説明する。 修正指数関数は、一般に数式7で表される関数で、tは0、1、2・・という値をとる時間変 数で、a<0、0<b<1のとき、図9に示す関数となり、修正指数関数の3個の未知パラメータK 、a、bは、応力緩和特性の測定データから以下の手順1および手順2により求めることがで きる。修正指数関数の3個パラメータK、a、bが得られれば、手順3により、数式1の応力緩和関数のパラメータEe、E1、τを求めることができる。
(手順2) 図10の部分和S1、S2 、S3を用いて、数式8、数式9、数式10から、修正指数関数 のパラメータb、a、Kを求める。
2,3:積層型圧電素子
4:支持板
5:先端が略半球状の円柱状圧子
6:支持枠
7:電極膜
8:圧電セラミックシート
9,10:接続電極
11,12:ボルテージフォロア
13:差動アンプ
14:開口部
15:圧力センサホルダ
16:圧力センサホルダ15の端面
17:測定プローブ
18:電磁ソレノイド
19:可動軸
20:コイルバネ
Claims (2)
- 皮膚の表面に、略半球状の圧子を瞬時に所定の量だけ押し込んで保持する手段と、前記圧
子を皮膚の表面に押し込んだ直後からの経過時間に対する前記圧子が皮膚から受ける反発
力を測定する手段と、前記経過時間に対する前記反発力の測定データを用いて、皮膚の粘
弾性特性を3素子型標準線形固体モデルの応力緩和関数で近似した場合のパラメータを求める手段と、これらのパラメータから、前記皮膚の複素弾性率の周波数特性を求める手段と、上記一連の手段により得られた皮膚の粘弾性特性を用いて、皮膚のかたさおよび皮膚のハリを数値化して表示する手段により構成される皮膚の粘弾性特性の測定方法において、
前記圧子が皮膚から受ける反発力を測定する手段として、同一仕様の2個の積層型圧電素
子を支持板に近接して接合し、一方の積層型圧電素子に先端が略半球状の柱状の圧子を接合するとともに、前記2個の積層型圧電素子を電気的に差動接続した圧力センサを用いることを特徴とする皮膚の粘弾性特性の測定方法。 - 請求項1に記載の皮膚の粘弾性特性の測定方法を実施する皮膚の粘弾性特性の測定装置
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JP2019190318A JP6954667B2 (ja) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | 皮膚の粘弾性特性の測定方法および皮膚の粘弾性特性の測定装置 |
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JP2019190318A JP6954667B2 (ja) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | 皮膚の粘弾性特性の測定方法および皮膚の粘弾性特性の測定装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2021065249A JP2021065249A (ja) | 2021-04-30 |
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Family
ID=75636047
Family Applications (1)
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