KR100729161B1 - 탄성체의 물성 측정 장치 - Google Patents

Abstract

탄성체의 물성 측정 장치에 있어서, 측정 대상인 탄성체의 표면과 접촉하는 접촉자를 적어도 2개 갖고, 상기 접촉자의 적어도 1개가 가동성이고, 상기 가동성 접촉자를 움직이는 동력부와, 상기 동력부의 동작을 제어하는 제어부와, 접촉자의 운동에 의해서 생기는 응력을 전기 신호로서 검지하는 검지부와, 검지부에 의해 검지된 응력의 전기 신호와 가동성 접촉자의 운동량을 처리하는 처리부를 갖고, 탄성체의 표면과 접촉한 접촉자의 동작이 2개의 접촉자의 접근 동작과 접근 동작 후의 유지 및 정지 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.

프로브, 탄성체, 트위스트 미터, 프로토콜, 아가로스 겔

Description

탄성체의 물성 측정 장치{Device for measuring physical properties of elastic bodies}

본 발명은 피부의 물성과 같은 탄성체의 물성을 측정하는데 적합한 장치에 관한 것이다.

종래, 피부와 같은 탄성체의 물성을 측정하는 장치로서는 피부상에 밀착자(adherent probe)를 밀착시켜, 흡인 탈기(sucking and exhausting gas)하고, 이에 의한 피부 표면의 변형 정도를 측정하는 소위 컷토미터(cutometer)나, 피부 표면 상에서 접촉자(contact)를 회전시켜 그것에 대하여 피부측에서 생기는 응력을 측정하는 트위스트미터(twistometer) 등의 장치가 공지되어 있다. 이러한 장치에 있어서는 피부의 방향성을 고려한 측정을 행할 수 없고, 엄밀한 의미에서의 정량적인 측정이 불가능한 난점이 존재한다. 또한, 이들 장치에서 부하가 가해지는 힘은 피부에 일상적으로 가해지는 힘이 아니다.

임의의 방향에서의 피부의 신장 능력을 측정할 수 있는 장치로서, 익스텐소 미터(extensometer)가 공지되어 있다(Acta. Derm. Venereol.(Stockh), 1997, 77:416-419). 그러나, 상기 장치에서 측정되는 물성치는 신장 능력만이다.

피부에는 그 진피(dermis)에서 콜라겐 섬유 구조가 존재하고, 이 때문에, 방향에 의한 물성의 현저한 차이가 있음을 본 발명자들은 발견하였다. 따라서, 측정 방향성을 엄밀하게 콘트롤하지 않으면, 피부에서의 의미있는 물성치는 측정할 수 없다. 또한, 피부를 인장하여 그 신장 능력을 측정하는 익스텐소미터는 주름(wrinkle) 형성과의 관련성을 검토하는데 최적인 물성 측정기라고는 할 수 없다.

본 발명은 이러한 상황하에서 이루어진 것으로, 측정 방향의 엄밀한 콘트롤이 가능하며 또한, 피부 등의 탄성체의 표면에서의 주름 형성에 한층 더 관련한 물성 등의 측정이 가능한 탄성체의 물성 측정 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

이러한 실정을 감안하여 본 발명자들은 연구 노력을 거듭한 결과, 실제로 사람의 안면 피부가 일상적으로 받는 힘을 모방한 외력에 의한 피부 변형을 해석하는 것, 즉, 피부를 수축시키켰을 때의 피부의 응력을 측정 및 해석하는 것이 가능한 탄성체의 물성 측정 장치를 사용함으로써, 이러한 측정이 가능한 것을 발견하였다. 즉, 본 발명은 다음과 같은 기술에 관한 것이다.

(1) 탄성체의 물성 측정 장치에 있어서, 측정 대상인 탄성체의 표면과 접촉하는 접촉자를 적어도 2개 갖고, 상기 접촉자의 적어도 1개가 가동성이고, 상기 가동성 접촉자를 움직이는 동력부와, 상기 동력부의 동작을 제어하는 제어부와, 접촉자의 운동에 의해서 생기는 응력을 전기 신호로서 검지하는 검지부와, 검지부에 의해 검지된 응력의 전기 신호와 가동성 접촉자의 운동량을 처리하는 처리부를 갖고, 탄성체의 표면과 접촉한 접촉자의 동작이 2개의 접촉자의 접근 동작(access action)과 접근 동작 후의 유지 및 정지(holding and becoming stationary) 동작을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.

(2) 또한, 처리부에 의해서 처리된 데이터를 표시하는 표시부를 갖는 것을 특징으로 하는 (1)에 따른 탄성체의 물성 측정 장치.

(3) 측정 대상인 탄성체가 피부인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 따른 탄성체의 물성 측정 장치.

(4) 접촉자, 동력부 및 검지부로부터 프로브가 구성되고, 상기 프로브의 위치를 유지하는 암부를 갖는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 따른 탄성체의 물성 측정 장치.

(5) 측정 대상인 탄성체를 유지하는 유지부를 갖는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 따른 탄성체의 물성 측정 장치.

(6) 접촉자가 탄성체 표면 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (5)중 어느 한 항에 따른 탄성체의 물성 측정 장치.

도 1은 실시예 1의 장치를 도시하는 모식도.

도 2는 실시예 2의 프로토콜을 도시하는 도면.

도 3은 실시예 2에서 얻어진 플롯 패턴의 일례를 도시하는 도면(전완(前腕) 외측 중앙부(손목으로부터 약 1Ocm), 단축 방향을 측정).

도 4는 실시예 2에서 얻어진 플롯 패턴의 특징점(characteristics)과 파라미터를 도시하는 도면(도면 중, 제 5 파의 r5, r6, r7, r8, t6 및 t8은 제 1 파의 r1, r2, r3, r4, t2 및 t4에 각각 상당함).

도 5는 실시예 3의 장치를 도시하는 모식도.

도 6은 실시예 3에서의 실리콘 고무(a) 및 아가로스 겔(b; agarose gel)의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 7은 실시예 3에서의 사람 팔 피부의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 8은 측정 부위와 방향 별로 파라미터 Fmax 및 Fv의 평균치를 산출한 결과를 도시하는 도면.

도 9는 실시예 4에서의 실리콘 고무(a) 및 아가로스 겔(b)의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 10은 실시예 4에서의 사람 팔 피부의 측정 결과를 도시하는 도면.

도 11은 측정 방향 별로 파라미터 F1, F2, F3 및 T의 평균치를 산출한 결과를 도시하는 도면.

이하, 본 발명에 관해서, 실시예를 중심으로 상세하게 설명한다.

(1) 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 접촉자

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치는 적어도 2개의 접촉자를 갖고, 상기 접촉자의 적어도 1개는 가동성인 것을 특징으로 한다. 이것은 접촉자 간의 거리를 변화시킴으로써, 접촉자가 고정되어 있는 탄성체를 변형시키고, 그 변형에 따라서 생기는 응력 변화가, 탄성체의 물성의 특징을 나타내기 때문이다. 이 경우, 접촉자를 2개로 하여, 한쪽을 고정하고, 다른쪽을 가동성으로 하는 것도 가능하고, 양 쪽 모두 가동성으로 하는 것도 가능하다. 양쪽 모두 가동성으로 한 경우에는 응력 변화의 해석이 전자에 비해 복잡화한다. 또한, 접촉자를 3개 이상으로 하여 더욱 복잡한 변형 패턴에 대한 응력 변화를 측정·해석하는 장치도 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 기술적 범위에 속한다. 또한, 측정시에, 상기 접촉자는 가동성의 것도 비가동성의 것도 어느것이나 탄성체 상에 접착제나 점성 물질로 고정되어 있는 것이 바람직한 형태이지만, 탄성체상의 미끄러짐 저항의 평가 등을 가미하는 경우에는 고정하지 않고, 접촉 부분을 마찰 계수가 큰 형상으로 하여 사용할 수도 있다.

(2) 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 동력부

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치는 동력부를 갖는다. 상기 동력부는 상기 가동성 접촉자를 움직이는 동력원이 된다. 이러한 동력원으로서는 모터 등을 적합하게 예시할 수 있다. 예를 들어, 모터에 의해 생긴 회전 운동은 캠이나 풀리 등에 의해서 직선 운동으로 변환되고, 가동성 접촉자를 직선적으로 운동시킨다. 상기 동력부에 의해서 구동된 가동성 접촉자의 운동량은 접촉자의 위치 좌표나 회전수 등의 가동부의 운동 특성에 의해 모니터링된다.

(3) 본 발명의 물성 측정 장치의 제어부

상기 동력부에 의해서 생긴 운동 에너지는 접촉자를 예를 들어 직선적으로 운동시키지만, 이러한 운동은 제어부에 의해서 제어된다. 이것은 지나친 운동량이 접촉자에 가해지면 탄성체 표면을 파괴하는 일이 있거나, 운동 제어가 적절하게 이루어지지 않으면 측정치에서의 신뢰성이 손상되어지는 일이 있거나 하기 때문이다. 이러한 제어는 상기 운동량 모니터링의 결과를 바탕으로 행하여지는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 제어는 컴퓨터 등에 의해서 관리되고, 가동성 접촉자의 운동 패턴(동작)을 결정하는 수단이 된다. 이러한 컴퓨터로서는 시판되고 있는 퍼스널 컴퓨터를 사용할 수 있다.

본 발명의 물성의 측정 장치에 있어서의 가동성 접촉자의 운동 패턴은 탄성체의 표면과 접촉한 접촉자의 동작이 2개의 접촉자의 접근 동작과 접근 동작 후의 유지 및 정지 동작을 포함하도록 설정된다. 바람직하게는 접촉자간 거리를 단축하는 접근 동작, 접촉자간 거리를 유지하는 유지 및 정지 동작 및 접촉자간 거리를 원래로 되돌리는 복귀 동작으로 이루어지는 기본 사이클을 반복하는 운동 패턴을 사용하여, 마지막 사이클에서 얻어진 측정치에 의거하여 해석한다. 접촉자간 거리의 초기치 및 그 단축치 및 단축 속도는 탄성체의 종류에 따라서 적절히 선택되지만, 피부인 경우에는 통상적으로는 초기치 3 내지 10mm, 단축치 0.5 내지 5mm 및 단축 속도 0.5 내지 2mm/초의 범위에서 선택된다. 사이클 수는 통상적으로는 1 내지 5회이다.

이로써, 피부 등의 탄성체의 주름 형성에 한층 강하게 영향을 미치는 것으로 생각되는 물성을 조사할 수 있다.

(4) 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 검지부

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 검지부는 가동성 접촉자의 운동에 의해 생기는 탄성체에 유래한(derived) 응력을 검지한다. 이렇게 검지된 응력은 전기 신호로서 후술하는 처리부에 전달된다. 이와 같이 가동성 접촉자의 운동에 의해서 생기는 응력은 탄성체의 표면의 물리적 특성을 나타내는 것이고, 가동성 접촉자의 운동 패턴에 의해, 탄성치의 여러가지 물성이 반영된 수치로서 검출된다.

(5) 프로브

상기 접촉자, 동력부 및 검지부는 1개의 유닛으로 프로브를 구성하는 것이 사용 편의성에서 바람직하다. 이러한 프로브는 측정시, 위치가 고정되는 구조를 취하는 것이 바람직하다. 이러한 위치 고정 수단으로서는 금속성의 골격과 스프링부를 갖고, 위치 고정과 위치 맞춤이 가능한, 소위 암의 선단에 장착되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 취함으로써, 접촉자의 위치와 방향을 자유롭게 바꿀 수 있고, 탄성체의 표면에 관해서 임의의 방향에서 그 물리적 특성을 측정할 수 있다. 이러한 암의 변형 용이성은 접촉자의 가동성보다 낮지 않으면 안된다. 또한, 접촉자를 둘러싸는 가드링을 설치하는 것이 바람직하다. 가드링을 설치함으로써, 측정 범위 외의 부분에 의한 영향을 최소화할 수 있게 된다. 가드링으로서는 예를 들어, 정방형의 통형상의 것이나, 2중의 원통형상으로, 내측의 통은 외측의 통내를 슬라이드할 수 있고, 스프링에 의해 내측의 통이 외측의 통보다도 돌출하도록 가압되는 것을 들 수 있다. 탄성체에 접촉하는 부분에는 미끄러지는 것을 방지하기 위해 실리콘을 코팅하여도 된다.

(6) 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 처리부

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 처리부는 가동성 접촉자의 운동량과 가동성 접촉자의 운동에 의해서 생긴 응력을 처리하는 부분이고, 통상의 퍼스널 컴퓨터를 사용하면 되고, 그 처리는 전용의 프로그램을 작성하여도 되지만, 예를 들어, 마이크로소프트사 제조의 액셀 등의 표 계산 소프트웨어를 이용하여, 운동량(또는 가동성 접촉자의 위치 좌표)를 X축에, 응력을 Y축에 잡아서 플롯할 수 있다. 이러한 플롯을 그래프상에서 행하면, 탄성체마다의 특징있는 패턴을 얻을 수 있다.

얻어진 패턴은 전체로서 해석하여도 되고, 패턴의 일부를 파라미터로서 해석하여도 되며, 예를 들어, 접촉자간 거리를 단축하는 접근 동작(스텝 1), 접촉자간 거리를 유지하는 유지 및 정지 동작(스텝 2) 및 접촉자간 거리를 원래로 되돌리는 복귀 동작(스텝3)으로 이루어지는 기본 사이클에서 얻어지는 패턴에서, 스텝 1에서의 수축시의 최대 응력(도 6 중 Fmax 또는, 도 9 중 F1), 스텝 2에서의 유지시에 감쇠하는 응력의 최대치(도 6 중 Fv 또는, 도 9 중 F2), 스텝 3에서의 수축 해제시에 감소하는 응력의 최대치(도 9 중, F3), 스텝 2에서의 유지시에 응력 감쇠가 F2/e(e=2.718)로 되기까지의 시간(도 9 중, T)을 들 수 있다.

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치는 또한, 처리부에 의해서 처리된 데이터를 표시하는 표시부를 갖는 것이 바람직하다. 표시부는 예를 들어, 디스플레이이다.

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치에 의하면, 탄성체의 표면 그 자체에 기인하는 물성과, 탄성체의 내부 구조에 기인하는 물성을 합친 형태로 물성을 측정할 수 있게 된다. 이러한 물성에 반영되는 특성으로서는 노화에 따련 탄력소실, 광 노화에 따른 변화, 주름형성에 관련하는 특성 등을 예시할 수 있다.

본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치의 구체적인 예를 도 5를 참조하여 설명한다. 접촉자는 선단에 활주 방지 실리콘 부재(1)를 부착한 암(2)으로 구성된다. 암(2)의 프로브측에, 검지부로서 스트레인 게이지(3; strain gauge)가 장착된다. 암(2)의 한쪽은 동력부인 스텝퍼 모터(4)에 의해 가동으로 되어 있다. 스트레인 게이지(3)로부터의 전기 신호는 변형율 증폭기(6)에 의해 증폭되고, 응력 신호 조절기(7)를 통해서 처리부인 컴퓨터(8)에 입력된다. 또한, 스텝퍼 모터(4)는 컴퓨터(8)로부터의 제어 신호에 근거하여 제어부인 모터 제어기(5)에 의해 제어된다. 모터 제어기(5)에 제어 신호로부터 접촉자의 운동량이 컴퓨터(8)에서 산출된다. 그리고, 컴퓨터(8)에 의해 처리된 데이터가 디스플레이(9)에 표시된다. 측정시는 접촉자의 선단의 실리콘 부재(1)를 피부에 접촉시키고, 모터 제어기(5)에 의해 제어된 스텝퍼 모터(4)로, 암(2)간 거리를 단축하거나 원래로 되돌리거나 함으로써 피부를 수축하거나 원래의 상태로 되돌리기도 하는 조작을 가한다. 이 때의 암(2)의 운동량 및 암(2)에 가해지는 피부로부터의 힘이 컴퓨터(8)에 입력되고, 물성이 측정된다.

실시예

<실시예 1>

도 1에 도시되는 탄성체의 물성 측정 장치는 1개의 가동성 접촉자와 1개의 고정 접촉자를 갖고, 가동성 접촉자를 구동하는 모터(동력부)와 접촉자의 전진·후퇴·정지를 제어하는 제어부, 및 접촉자에 부하되는 응력을 검지하는 검지부를 갖는 프로브를 구비하고, 또한 제어부에 운동의 제어 신호를 프로그램에 따라서 전달하며, 상기 제어 신호를 위치 좌표(X 좌표)로 변환하여, 검지된 응력을 Y 좌표로서 입력하는 처리부인 퍼스널 컴퓨터를 구비한다. 가동성 접촉자의 운동 패턴은 최초 2개의 접촉자는 4mm의 간격을 갖는 위치에 설정되어 있고, 가동성 접촉자는 비가동성 접촉자의 방향으로 1초 경과하여 1mm 근접한다. 그런 후 5초 동안 상기 위치를 유지하여 원래의 간격 4mm의 위치로 1초 경과하여 되돌아간다. 이 작업을 5회 반복하도록 프로그램되어 있다.

<실시예 2>

실시예 1의 장치를 사용하여, 도 2에 도시하는 프로토콜에 따라서, 20대 7명, 30대 5명, 50대 5명의 17명의 패널리스트를 사용하여, 전완 외측 중앙부(광 노화 부위)와 상완 내측 중앙부(생리적 노화 부위)에서, 프로브 위치와 응력의 패턴을 측정하였다. 이러한 측정에서의 그래프 패턴의 일례를 도 3에 도시한다. 상기 패턴의 각 부위의 좌표에서, 도 4에 도시하는 파라미터를 산출하였다. 이들 파라미터와 측정부위, 연령과의 관계를 조사한 바, 표 1과 같다. 이 결과에서, 본 발명의 장치를 사용함으로써, 종래 측정할 수 없었던 피부의 노화의 비침해적 측정(non-invasive measurement)이 가능함을 알 수 있다.

파라미터	단축 측정	장축 측정
Fl(1)	유의차 없음	유의차(有意差; 큰 차이) 없음
F2(1)	유의차 없음	↓*(p<0.05)생리 노화 부위
F3(1)	유의차 없음	유의차 없음
T(1)	유의차 없음	유의차 없음
Fl(5)	유의차 없음	↓*(p<0.05)생리 노화 부위
F2(5)	유의차 없음	↓**(p<0.01)생리 노화 부위
F3(5)	유의차 없음	↑*(p<0.05)광 노화 부위
T(5)	유의차 없음	유의차 없음

<실시예 3>

본 실시예의 측정 장치를 도 5를 참조하여 설명한다. 접촉자는 선단에 미끄럼 방지의 실리콘 부재(1)를 부착한 암(2)으로 구성된다. 암(2)의 프로브측에, 검지부로서 스트레인 게이지(3)가 장착된다. 암(2)의 한쪽은 동력부인 스텝퍼 모터(4)에 의해 가동으로 되어 있다. 스트레인 게이지(3)로부터의 전기 신호는 변형율 증폭기(6)에 의해 증폭되어, 응력 신호 조절기(7)를 통해서 처리부인 컴퓨터(8)에 입력된다. 또한, 스텝퍼 모터(4)는 컴퓨터(8)로부터의 제어 신호에 의거하여 제어부인 모터 제어기(5)에 의해 제어된다. 모터 제어기(5)에 제어 신호로부터 접촉자의 운동량이 컴퓨터(8)에서 산출된다. 그리고, 컴퓨터(8)에 의해 처리된 데이터가 디스플레이(9)에 표시된다. 접촉자의 주위에는 측정 범위 외의 부분에 의한 영향을 최소화하기 위해서, 가드링(금속제, 1변 33mm의 정방형, 10mm 폭)이 설치되어 있다.

가동성 접촉자의 운동 패턴은 이하와 같다.

스텝 1: 암(arm)간 거리를 4mm에서 3mm로 단축한다(1mm/초).

스텝 2: 암간 거리 3mm에서 4초 동안 유지한다.

스텝 3: 암간 거리를 4mm로 되돌린다(1mm/초).

사이클 반복: 5회(최종 사이클에 관해서 패턴을 해석)

상기 장치를 사용하여, 고탄성 샘플로서 실리콘 고무 및 점탄성을 갖는 샘플로서 아가로스 겔을 측정하였다. 측정 결과의 일례를 도 6에 도시한다. 파라미터로서, 피부 수축시의 최대 응력(도 6 중, Fmax(V)) 및 스텝 2에서 볼 수 있는 응력의 감쇠(도 6 중, Fv(V))를 사용하여 해석하면, 아가로스 겔에서는 볼 수 있는 Fv가, 실리콘 고무에서는 거의 볼 수 없었기 때문에, Fv는 점탄성에 관계하는 파라미터라고 생각할 수 있다. 또한, Fmax는 실리콘 고무의 경도 또는 아가로스 겔의 농도에 의존적으로 증가함을 알 수 있고, 경도에 관계되는 파라미터인 것으로 생각된다.

다음에, 상기 장치를 사용하여, 건강한 백인 남녀 17명(20 내지 61세)를 피험자로 하여, 상완 내측 중앙과 전완 외측 중앙의 2부위에 대하여, 팔의 단축 및 장축에 따른 2방향에서 측정을 행하였다. 측정 결과의 예를 도 7에 도시한다. 점탄성을 갖는 아가로스 겔형의 패턴을 도시하는 것을 알 수 있다.

측정 부위와 방향 별로 Fmax 및 Fv의 평균치를 산출한 결과를 도 8에 도시한다. 상완 내측에서는 Fmax 및 Fv 모두 2방향에서 값에 유의차는 없었지만, 전완 외측에서는 양 파라미터 모두, 단축방향보다도 장축 방향쪽이 상당히 높은 값이었다.

또한, 각 파라미터와 연령과의 상관을 표 2에 나타낸다. 양 부위 모두, 단축방향이 아니라, 장축 방향에서만, 상완 내측에서는 Fmax, 전완 외측에서는 Fv에 각각 연령과의 상관(correlation)이 인정되었다.

파라미터	상완		전완
	단축방향	장축방향	단축방향	장축방향
Fmax	-	↓*	-	-
Fv	-	-	-	↑*

↑: 양의 상관, ↓: 음의 상관

*: 0.01<p≤0.05, -: 0.05<p(대응하는 t로 검사(paired t test))

이상의 결과에서, 본 발명의 측정 장치를 사용한 측정에 의해, 노광부위인 전완 외측 피부의 물성이, 장축 방향과 단축 방향에서 다른 것, 또한, 상완 내측 및 전완 외측 모두, 장축 방향으로 연령이 더해짐에 따라 피부 물성 변화가 인정되는 것이 판명되었다. 즉, 본 발명의 측정 장치를 사용함으로써, 광 노화에 따르는 물성 변화와 주름형성과의 관련성에 관해서, 해석할 수 있는 가능성이 보여졌다.

<실시예 4>

접촉자의 운동 패턴을 이하의 것으로 변경하고, 가드링을 2중의 원통형상으로, 내측의 통은 외측의 통내를 슬라이드할 수 있으며, 스프링에 의해 내측의 통이 외측의 통보다도 돌출하도록 가압되어 있는 것으로 변경하는 것 이외는 실시예 3과 동일 장치를 사용하였다.

가동성 접촉자의 운동 패턴

스텝 1: 암간 거리를 4mm에서 3.5mm로 단축한다(0.5mm/초).

스텝 2: 암간 거리 3.5mm에서 4초 동안 유지한다.

스텝 3: 암간 거리를 4mm로 되돌린다(0.5mm/초).

사이클 반복: 5회(최종 사이클에 관해서 패턴을 해석)

상기 장치를 사용하여, 고탄성 샘플로서 실리콘 고무 및 점탄성을 갖는 샘플로서 아가로스 겔을 측정하였다. 측정 결과의 일례를 도 9에 도시한다. 파라미터로서, 피부 수축시의 최대 응력(도 9 중, F1(V)), 유지시에 감쇠하는 응력의 최대치(도 9 중, F2(V)), 수축 해방시에 감소하는 응력의 최대치(도 9 중, F3(V)) 및 유지시의 응력 감쇠가 F2/e(e=2.718)로 되기까지의 시간(도 9 중, T(초))를 사용하여 해석하면, 아가로스 겔에서는 볼 수 있는 F2가, 실리콘 고무에서는 거의 볼 수 없었기 때문에, F2와 그것을 바탕으로 산출되는 T는 점탄성에 관계하는 파라미터인 것으로 생각할 수 있다. 또한, F1 및 F3은 실리콘 고무의 경도 또는 아가로스 겔의 농도에 의존적으로 증가함을 알 수 있고, 경도에 관계되는 파라미터인 것으로 생각할 수 있다.

다음에, 상기 장치를 사용하여, 건강한 일본인 남성 80명(21 내지 59세, 평균 45.3세)를 피험자로 하여, 안면 눈꼬리부를 대상으로, 눈시울과 눈꼬리를 연결하는 선에 대하여, 수평과 수직의 2방향에서 측정을 행하였다. 측정 결과의 예를 도 10에 도시한다. 점탄성을 갖는 아가로스 겔형의 패턴을 나타내는 것을 알 수 있다.

측정 방향 별로 F1, F2, F3 및 T의 평균치를 산출한 결과를 도 11에 도시한다. 경도에 관계되는 파라미터 F1 및 F3에서, 수평방향보다 수직방향쪽이 상당히 낮은 값이었다. 즉, 안면 눈꼬리 피부에서는 상기 2방향에서 경도에 관계되는 물성에 상당한 차가 인식되는 것이 판명되었다.

이 때의 측정치와 피험자의 주름 정도와의 관련성에 관해서 검토하기 위해서, 측정시에 채취한 대상 부위의 실리콘 레플리카(replica; 복제물)에, 20도의 각도로 경사지게 윗쪽으로부터 광을 비추어, 생긴 주름 그림자 면적의 평가 대상 영역(1cm ×1 cm)에서 차지하는 백분율(%)을 주름 면적 비율로서 화상 해석에 의해 산출하고, 상기 비율을 주름 정도 평가의 지표로 하며, 본 발명의 측정 장치에 의한 측정에서 얻어진 각 파라미터와의 상관을 조사하였다.

결과를 표 3에 나타낸다. 이 결과, 수직방향의 T만 상관성이 인정되었다. 이로써 안면 눈꼬리부에서의 주름 형성에 수직방향의 점탄성이 관계가 있는 가능성이 보여졌다.

	주름 면적 비율과의 상관
파라미터	수평 측정	수직 측정
F1	-	-
F2	-	-
F3	-	-
T	-	**(음)

**: 0≤p≤0.01, -: 0.05<p(단상관 계수(single correlation coefficient)의 무상관 검사)

이상의 결과에서, 본 발명의 측정 장치를 사용한 측정에 의해, 안면 눈꼬리피부에서, 경도에 관계되는 파라미터 F1 및 F3이 눈시울과 눈꼬리를 연결하는 선에 평행인 방향에서보다도 피부 표면에서 그것과 직교하는 방향쪽이 상당히 낮은 값인 것이 나타나고, 눈꼬리 피부의 물성이 모든 방향과 같은 것만이 아닌 것이 시사되었다.

또한, 본 발명의 측정 장치에 의한 측정치와, 안면 눈꼬리부의 주름 정도와의 관련성을 검토한 결과, 눈시울과 눈꼬리를 연결하는 선에 피부 표면상에서 직교하는 방향의 점탄성에 관계되는 파라미터 T에, 눈꼬리의 주름 정도와의 상관성이 인정되고, 상기 물성이 눈꼬리 피부에서의 주름 형성에 영향을 미치게 하고 있을 가능성이 시사되었다.

상기 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치는 다음에 나타내는 효과를 갖는다.

(1) 가동성 접촉자를 가짐으로써, 탄성체의 표면상에서, 그 측정 위치와 측정의 방향성을 엄밀하게 콘트롤하면서, 측정할 수 있다. 이것은 예를 들어 피부와 같이, 탄성의 근원인 콜라겐의 섬유다발 구조가 피하에, 일방향으로 나열된 구조를 갖는 물성에 방향성이 있는 탄성체의 물성의 파악에는 방향성마다 측정이 가능하므로, 특히 적합하다. 즉, 종래까지는 침해하게(invasively) 측정할 수 밖에 없었던, 콜라겐 섬유 다발의 흐트러짐 등을 비침해적으로 측정할 수 있다. 이 특징에 추가하여, 가동성 접촉자의 운동 패턴을 접촉자간의 접근 동작 및 그 후의 유지 및 정지 동작을 포함하는 것으로 함으로써, 주름형성과의 관련성 등을 검토하는 데 적합한 특성치를 측정할 수 있다.

(2) 본 발명의 탄성체의 물성 측정 장치에 의하면, 표면 그 자체에 기인하는 물성과, 내부 구조에 기인하는 물성을 합친 형태로 물성을 측정할 수 있다. 더욱이, 그 수치 변화의 패턴 해석에 있어서는 컷토미터와 같이 단차원의 수치가 아니라, 여러 인자를 분해할 수 있는 다차원의 데이터로서 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 탄성체의 물성의 측정 장치에 있어서,

   측정 대상인 탄성체의 표면과 접촉하는 접촉자를 적어도 2개 갖고, 상기 접촉자의 적어도 1개가 가동성이고, 상기 가동성 접촉자를 움직이는 동력부와, 상기 동력부의 동작을 제어하는 제어부와, 접촉자의 운동에 의해서 생기는 응력을 전기 신호로서 검지하는 검지부와, 검지부에 의해 검지된 응력의 전기 신호와 가동성 접촉자의 운동량을 처리하는 처리부를 갖고, 탄성체의 표면과 접촉한 접촉자의 동작이 2개의 접촉자의 접근 동작과 접근 동작 후의 유지 및 정지 동작을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 처리부에 의해서 처리된 데이터를 표시하는 표시부를 갖는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 측정 대상인 탄성체가 피부인 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 접촉자, 동력부 및 검지부로 프로브(probe)가 구성되고, 상기 프로브 위치를 유지하는 암(arm)부를 갖는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 측정 대상인 탄성체를 유지하는 유지부를 갖는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 접촉자가 탄성체 표면 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 탄성체의 물성 측정 장치.

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