JPH10314122A - 生体表面部の力学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器 - Google Patents
生体表面部の力学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器Info
- Publication number
- JPH10314122A JPH10314122A JP9124333A JP12433397A JPH10314122A JP H10314122 A JPH10314122 A JP H10314122A JP 9124333 A JP9124333 A JP 9124333A JP 12433397 A JP12433397 A JP 12433397A JP H10314122 A JPH10314122 A JP H10314122A
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- coil
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 支持する手の力学特性に影響されず、低周波
域の測定も可能な生体表面部の力学特性測定用のセンサ
内蔵形加振器を提供する。 【解決手段】 振動軸１２をＬ字形状の板バネ１４でケ
ース１６に支持する。振動軸１２に駆動コイル３０を設
け、磁石３２、常磁性部材２０，３４で形成される磁気
回路中に置く。振動軸１２に作用する動的応力及び振動
軸１２の加速度はそれぞれ圧電セラミック４０及び３８
で検出し、静的応力は板バネ１４に貼着されたストレイ
ンゲージ３６で検出する。
域の測定も可能な生体表面部の力学特性測定用のセンサ
内蔵形加振器を提供する。 【解決手段】 振動軸１２をＬ字形状の板バネ１４でケ
ース１６に支持する。振動軸１２に駆動コイル３０を設
け、磁石３２、常磁性部材２０，３４で形成される磁気
回路中に置く。振動軸１２に作用する動的応力及び振動
軸１２の加速度はそれぞれ圧電セラミック４０及び３８
で検出し、静的応力は板バネ１４に貼着されたストレイ
ンゲージ３６で検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、生体の表面部の力
学特性を測定するために生体表面部に振動を加えそのと
きの動的応力及び加速度を測定するセンサ内蔵形加振器
に関する。
学特性を測定するために生体表面部に振動を加えそのと
きの動的応力及び加速度を測定するセンサ内蔵形加振器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】生体の皮膚組織の力学特性を表わすパラ
メータを測定することができれば、皮膚の状態を客観的
に表わす指標が得られ、基礎化粧品等の開発および評価
において貴重な手段となり得る。その場合において、測
定対象は生体であるので、無侵襲でかつ迅速に測定でき
なければならない。
メータを測定することができれば、皮膚の状態を客観的
に表わす指標が得られ、基礎化粧品等の開発および評価
において貴重な手段となり得る。その場合において、測
定対象は生体であるので、無侵襲でかつ迅速に測定でき
なければならない。
【０００３】本願出願人は、特願平２−１８０５４６号
において、生体表面部の力学特性を無侵襲で迅速に測定
できる測定方法と測定システム及びそれに使用するセン
サ内蔵形加振器の構造を提案した。このセンサ内蔵形加
振器では、先端に円盤状振動子を有する振動軸に駆動コ
イルが固定され、駆動コイルに対向する位置に弾性体に
よって釣支された永久磁石が配置される。測定の際には
ケースを手で支持し駆動コイルに振動電流を流し、永久
磁石の慣性によって振動軸の振動を生み出している。
において、生体表面部の力学特性を無侵襲で迅速に測定
できる測定方法と測定システム及びそれに使用するセン
サ内蔵形加振器の構造を提案した。このセンサ内蔵形加
振器では、先端に円盤状振動子を有する振動軸に駆動コ
イルが固定され、駆動コイルに対向する位置に弾性体に
よって釣支された永久磁石が配置される。測定の際には
ケースを手で支持し駆動コイルに振動電流を流し、永久
磁石の慣性によって振動軸の振動を生み出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この加振器は永久磁石
以外の部分、特に、振動軸とケースが一体であり、ケー
スを支持する手の筋肉組織や皮膚などを弾性体として振
動軸が振動するため、この手の保持力によって周波数特
性が変化し、自由な振動周波数を得ることが困難であっ
た。
以外の部分、特に、振動軸とケースが一体であり、ケー
スを支持する手の筋肉組織や皮膚などを弾性体として振
動軸が振動するため、この手の保持力によって周波数特
性が変化し、自由な振動周波数を得ることが困難であっ
た。
【０００５】低い振動周波数を得るためには、この手の
保持力の問題以外にも問題があり、加振器の質量を上げ
るかあるいは弾性体の剛性を下げることが必要である
が、質量の増加は効率の低下となる。一方、剛性を低下
させるには弾性体の幅を狭くする、あるいは厚さを薄く
する、また長さを長くする方法がある。弾性体の幅を狭
くする方法は振動軸を加振器のセンタに保持することを
困難にする。また弾性体を薄くする方法は市販の材料の
種類が限られていて選択が困難である。
保持力の問題以外にも問題があり、加振器の質量を上げ
るかあるいは弾性体の剛性を下げることが必要である
が、質量の増加は効率の低下となる。一方、剛性を低下
させるには弾性体の幅を狭くする、あるいは厚さを薄く
する、また長さを長くする方法がある。弾性体の幅を狭
くする方法は振動軸を加振器のセンタに保持することを
困難にする。また弾性体を薄くする方法は市販の材料の
種類が限られていて選択が困難である。
【０００６】弾性体の長さを単純に長くすることは加振
器の直径によって制限される。以上の理由により、振動
周波数を下げるには限界があった。したがって本発明の
第１の目的は、手などにより保持されるケースに対して
自由な振動が可能なセンサ内蔵形加振器を提供すること
にある。本発明の第２の目的は手などにより保持される
ケースに対して低い周波数においても自由な振動が可能
なセンサ内蔵形加振器を提供することにある。
器の直径によって制限される。以上の理由により、振動
周波数を下げるには限界があった。したがって本発明の
第１の目的は、手などにより保持されるケースに対して
自由な振動が可能なセンサ内蔵形加振器を提供すること
にある。本発明の第２の目的は手などにより保持される
ケースに対して低い周波数においても自由な振動が可能
なセンサ内蔵形加振器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、筐体に
固定された弾性体と、測定時に生体表面に圧接されるに
適した振動子を先端に有し、振動子の振動が可能なよう
に、該弾性体を介して筐体に取着された振動軸と、筐体
に固定された磁石と、振動軸に固定され、磁石と磁気的
に結合する駆動コイルと、振動軸の加速度を検出する加
速度センサと、振動軸に作用する動的応力を検出する応
力センサとを具備することを特徴とする生体表面部の力
学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器が提供される。
固定された弾性体と、測定時に生体表面に圧接されるに
適した振動子を先端に有し、振動子の振動が可能なよう
に、該弾性体を介して筐体に取着された振動軸と、筐体
に固定された磁石と、振動軸に固定され、磁石と磁気的
に結合する駆動コイルと、振動軸の加速度を検出する加
速度センサと、振動軸に作用する動的応力を検出する応
力センサとを具備することを特徴とする生体表面部の力
学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器が提供される。
【０００８】前記弾性体は、Ｌ字形状に曲がった板バネ
であることが好適である。前述の加振器は前記板バネに
貼着され、筐体と振動軸の間に作用する静的応力を検出
するストレインゲージをさらに具備することが好適であ
る。
であることが好適である。前述の加振器は前記板バネに
貼着され、筐体と振動軸の間に作用する静的応力を検出
するストレインゲージをさらに具備することが好適であ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明のセンサ内蔵形加振
器の一実施例の縦断面図である。先端に振動子１０を有
する振動軸１２は２つの板バネ１４によって、ケース１
６に支持されている。より詳しくは、板バネ１４の一端
はＯリング１８で振動軸１２に固定され、他端はケース
１６の一部をなす外常磁性部材２０にバネ固定ねじ２２
で固定される。２つの板バネ１４のそれぞれは、図２の
横断面に示されるように、Ｏリング１８で挾持されるリ
ング状の部分２４とそれから放射状に伸びる４つの部分
２６を有している。放射状部分２６は図１の縦断面に示
されるようにＬ字形状に曲げられ、その先端がバネ固定
ねじ２２で固定される。
器の一実施例の縦断面図である。先端に振動子１０を有
する振動軸１２は２つの板バネ１４によって、ケース１
６に支持されている。より詳しくは、板バネ１４の一端
はＯリング１８で振動軸１２に固定され、他端はケース
１６の一部をなす外常磁性部材２０にバネ固定ねじ２２
で固定される。２つの板バネ１４のそれぞれは、図２の
横断面に示されるように、Ｏリング１８で挾持されるリ
ング状の部分２４とそれから放射状に伸びる４つの部分
２６を有している。放射状部分２６は図１の縦断面に示
されるようにＬ字形状に曲げられ、その先端がバネ固定
ねじ２２で固定される。
【００１０】振動軸１２にはかご状のボビン２８が固定
され、ボビン２８の円筒部分に駆動コイル３０が巻かれ
ている。図３の横断面図に示すように、外常磁性部材２
０、コイル３０と内常磁性部材３４は同心円をなし、そ
の半径方向でコイル３０が常磁性部材２０，３４に挾ま
れる。図１に示すように、磁石３２と常磁性部材２０，
３４とコイル３０で磁気回路が形成される。コイル３０
に電流を流すとその向きと大きさに応じた力が振動軸１
２の軸方向に働くように設計されている。
され、ボビン２８の円筒部分に駆動コイル３０が巻かれ
ている。図３の横断面図に示すように、外常磁性部材２
０、コイル３０と内常磁性部材３４は同心円をなし、そ
の半径方向でコイル３０が常磁性部材２０，３４に挾ま
れる。図１に示すように、磁石３２と常磁性部材２０，
３４とコイル３０で磁気回路が形成される。コイル３０
に電流を流すとその向きと大きさに応じた力が振動軸１
２の軸方向に働くように設計されている。
【００１１】測定時にケース１６と振動軸１２の間に作
用する静的応力は板バネ１４の放射状部分に貼り付けら
れたストレインゲージ３６で検出され、振動軸１２の加
速度は圧電セラミック３８で検出され、振動軸１２に作
用する動的応力は圧電セラミック４０で検出される。コ
イル３０への駆動電流の供給及び各センサ３６，３８，
４０の検出信号の取り出しはケーブル４２を介して行な
われる。
用する静的応力は板バネ１４の放射状部分に貼り付けら
れたストレインゲージ３６で検出され、振動軸１２の加
速度は圧電セラミック３８で検出され、振動軸１２に作
用する動的応力は圧電セラミック４０で検出される。コ
イル３０への駆動電流の供給及び各センサ３６，３８，
４０の検出信号の取り出しはケーブル４２を介して行な
われる。
【００１２】本発明の加振器は、磁石３２がケース１６
側に直接固定され、磁石３２との間で相対運動するコイ
ルを有する振動軸１２が板バネ１４を介してケース１６
側に固定されるので、振動軸１２が、手で支持されたケ
ース１６から独立に振動することができ、手の持つ機械
的振動特性は影響しない。また測定時の振動が手の特性
の個人差や加振器を保持する強度には影響されない。
側に直接固定され、磁石３２との間で相対運動するコイ
ルを有する振動軸１２が板バネ１４を介してケース１６
側に固定されるので、振動軸１２が、手で支持されたケ
ース１６から独立に振動することができ、手の持つ機械
的振動特性は影響しない。また測定時の振動が手の特性
の個人差や加振器を保持する強度には影響されない。
【００１３】加振器の低域振動周波数は弾性体の剛性に
反比例するが、弾性体の剛性は弾性体の長さが長いほど
下がるので好ましい。ところが使用上の都合により加振
器の直径をできるだけ細くする必要があり、この弾性体
の長さは加振器の直径によって制限を受ける。直径が細
いと弾性体の長さは短くなって剛性は下がらない。本発
明の加振器では、この弾性体としての板バネをＬ字形状
とすることにより、ケースから振動軸までの実質弾性体
長を長くとることができ、低域振動周波数を低くするこ
とができる。
反比例するが、弾性体の剛性は弾性体の長さが長いほど
下がるので好ましい。ところが使用上の都合により加振
器の直径をできるだけ細くする必要があり、この弾性体
の長さは加振器の直径によって制限を受ける。直径が細
いと弾性体の長さは短くなって剛性は下がらない。本発
明の加振器では、この弾性体としての板バネをＬ字形状
とすることにより、ケースから振動軸までの実質弾性体
長を長くとることができ、低域振動周波数を低くするこ
とができる。
【００１４】生体表面のある点に作用する力ｆ（ｔ）
と、力の方向に速度ｖ（ｔ）で振動するときの駆動点機
械インピーダンスは、ｆ（ｔ），ｖ（ｔ）のフーリエ変
換をそれぞれＦ（ｆ），Ｖ（ｆ）として、
と、力の方向に速度ｖ（ｔ）で振動するときの駆動点機
械インピーダンスは、ｆ（ｔ），ｖ（ｔ）のフーリエ変
換をそれぞれＦ（ｆ），Ｖ（ｆ）として、
【００１５】
【数１】
【００１６】により定義される。ここでＡ（ｆ）は速度
ｖ（ｔ）の微分である加速度ａ（ｔ）のフーリエ変換で
あり、ωは加える振動の角周波数である。図４は、図１
〜３を参照して説明した本発明のセンサ内蔵形加振器を
用いて、ｆ（ｔ）とａ（ｔ）を測定し、それらのフーリ
エ変換から（１）式に基づいて機械インピーダンスＺ
（ｆ）を算出するための本発明に係る測定および演算装
置の構成の一例を表わす図である。
ｖ（ｔ）の微分である加速度ａ（ｔ）のフーリエ変換で
あり、ωは加える振動の角周波数である。図４は、図１
〜３を参照して説明した本発明のセンサ内蔵形加振器を
用いて、ｆ（ｔ）とａ（ｔ）を測定し、それらのフーリ
エ変換から（１）式に基づいて機械インピーダンスＺ
（ｆ）を算出するための本発明に係る測定および演算装
置の構成の一例を表わす図である。
【００１７】ランダム波発生回路１４４はランダムな周
波数分布を有する正弦波を出力する。ランダム波発生回
路１４４の出力は低域フィルタ１４５において２Hz以上
１KHz 以下の周波数成分のみが通過され、電力増幅器１
４６において増幅され、図１のセンサ内蔵形加振器のコ
イル３０へ印加される。図１の加振器において電気信号
が軸方向の機械的振動に変換され、振動子１０へ伝達さ
れる。
波数分布を有する正弦波を出力する。ランダム波発生回
路１４４の出力は低域フィルタ１４５において２Hz以上
１KHz 以下の周波数成分のみが通過され、電力増幅器１
４６において増幅され、図１のセンサ内蔵形加振器のコ
イル３０へ印加される。図１の加振器において電気信号
が軸方向の機械的振動に変換され、振動子１０へ伝達さ
れる。
【００１８】ストレインゲージ３６において検知された
静的な接触力はひずみ増幅器１６３において増幅され、
圧電セラミック４０及び３８においてそれぞれ検知され
る動的な応力および加速度は電荷増幅器１６６において
増幅され、いずれもＡ／Ｄ変換器１６４でデジタル信号
に変換されて、コンピュータ１８０へ入力される。測定
者は接触力を随時コンピュータの表示画面から知ること
ができるだけでなく、接触力があらかじめ設定しておい
た範囲よりも大きいのか、小さいのかブザー音によって
も知ることができる。こうして、接触力が適切な範囲に
あるときにだけ自動的に動的応力と加速度のデータをと
りこむ。
静的な接触力はひずみ増幅器１６３において増幅され、
圧電セラミック４０及び３８においてそれぞれ検知され
る動的な応力および加速度は電荷増幅器１６６において
増幅され、いずれもＡ／Ｄ変換器１６４でデジタル信号
に変換されて、コンピュータ１８０へ入力される。測定
者は接触力を随時コンピュータの表示画面から知ること
ができるだけでなく、接触力があらかじめ設定しておい
た範囲よりも大きいのか、小さいのかブザー音によって
も知ることができる。こうして、接触力が適切な範囲に
あるときにだけ自動的に動的応力と加速度のデータをと
りこむ。
【００１９】そして、これらのデータにＦＦＴをかける
ことによって周波数領域のデータＦ（ｆ），Ａ（ｆ）を
求め、最終的に式（１）から皮膚の機械インピーダンス
を求める。なお、ＦＦＴは、サンプリング時間を３３３
〔μｓ〕、サンプリング点数を５１２点、アベレージ回
数を１６回として行われる。図５は１０代〜６０代の１
８５名の女性モニタの頬部の機械インピーダンスを、図
１に示した本発明のセンサ内蔵形加振器を使用した図４
のシステムで測定した結果を示す。横軸は被験者の年令
であり、縦軸は複素数である機械インピーダンスＺ
（ｆ）の絶対値｜Ｚ（ｆ）｜を３０Hz以上３００Hz以下
の範囲で積分した値である。図５の結果は、年令と皮膚
の機械インピーダンスの値との間に一定の相関があるこ
とを示している。
ことによって周波数領域のデータＦ（ｆ），Ａ（ｆ）を
求め、最終的に式（１）から皮膚の機械インピーダンス
を求める。なお、ＦＦＴは、サンプリング時間を３３３
〔μｓ〕、サンプリング点数を５１２点、アベレージ回
数を１６回として行われる。図５は１０代〜６０代の１
８５名の女性モニタの頬部の機械インピーダンスを、図
１に示した本発明のセンサ内蔵形加振器を使用した図４
のシステムで測定した結果を示す。横軸は被験者の年令
であり、縦軸は複素数である機械インピーダンスＺ
（ｆ）の絶対値｜Ｚ（ｆ）｜を３０Hz以上３００Hz以下
の範囲で積分した値である。図５の結果は、年令と皮膚
の機械インピーダンスの値との間に一定の相関があるこ
とを示している。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ケ
ースを保持する手の力学特性に影響されず、かつ、低周
波域における測定も可能なセンサ内蔵形加振器が提供さ
れる。
ースを保持する手の力学特性に影響されず、かつ、低周
波域における測定も可能なセンサ内蔵形加振器が提供さ
れる。
【図１】本発明のセンサ内蔵形加振器の縦断面図であ
る。
る。
【図２】本発明のセンサ内蔵形加振器の板バネ付近にお
ける横断面図である。
ける横断面図である。
【図３】本発明のセンサ内蔵形加振器のコイル近傍の横
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明のセンサ内蔵形加振器が使用される力学
特性測定装置の構成を示すブロック図である。
特性測定装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の装置による測定結果の一例のグラフであ
る。
る。
１０…振動子 １２…振動軸 １４…板バネ １６…ケース ２０，３４…常磁性部材 ３０…駆動コイル ３２…磁石 ３６…ストレインゲージ ３８，４０…圧電セラミック ４２…ケーブル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 秀弘 静岡県富士宮市山宮2320番地−11 株式会 社富士セラミックス内 (72)発明者 山木 宗人 静岡県富士宮市山宮2320番地−11 株式会 社富士セラミックス内
Claims (3)
- 【請求項１】 筐体に固定された弾性体と、 測定時に生体表面に圧接されるに適した振動子を先端に
有し、振動子の振動が可能なように、該弾性体を介して
筐体に取着された振動軸と、 筐体に固定された磁石と、 振動軸に固定され、磁石と磁気的に結合する駆動コイル
と、 振動軸の加速度を検出する加速度センサと、 振動軸に作用する動的応力を検出する応力センサとを具
備することを特徴とする生体表面部の力学特性測定のた
めのセンサ内蔵形加振器。 - 【請求項２】 前記弾性体は、Ｌ字形状に曲がった板バ
ネである請求項１記載の加振器。 - 【請求項３】 前記板バネに貼着され、筐体と振動軸の
間に作用する静的応力を検出するストレインゲージをさ
らに具備する請求項２記載の加振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12433397A JP3907267B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 生体表面部の力学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12433397A JP3907267B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 生体表面部の力学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10314122A true JPH10314122A (ja) | 1998-12-02 |
| JP3907267B2 JP3907267B2 (ja) | 2007-04-18 |
Family
ID=14882753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12433397A Expired - Fee Related JP3907267B2 (ja) | 1997-05-14 | 1997-05-14 | 生体表面部の力学特性測定のためのセンサ内蔵形加振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3907267B2 (ja) |
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
| KR100433050B1 (ko) * | 1999-07-27 | 2004-05-24 | 니혼 에이. 씨. 알 가부시키가이샤 | 전자장치 및 그 구동회로 |
| JP2007159798A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Hiroshima Univ | 肌年齢の測定方法及びその装置 |
| US8105270B2 (en) | 2002-09-06 | 2012-01-31 | Massachusetts Institute Of Technology | Measuring properties of an anatomical body |
| JP2014505530A (ja) * | 2010-12-31 | 2014-03-06 | マイオトーン エイエス | 生体軟組織のメカニカルストレス状態及び生体力学的特性のパラメータのリアルタイム測定用のデバイス及び方法 |
| US8758271B2 (en) | 2009-09-01 | 2014-06-24 | Massachusetts Institute Of Technology | Nonlinear system identification techniques and devices for discovering dynamic and static tissue properties |
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-
1997
- 1997-05-14 JP JP12433397A patent/JP3907267B2/ja not_active Expired - Fee Related
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