WO2021106669A1 - 皮膚刺激装置および皮膚刺激方法 - Google Patents

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WO2021106669A1
WO2021106669A1 PCT/JP2020/042702 JP2020042702W WO2021106669A1 WO 2021106669 A1 WO2021106669 A1 WO 2021106669A1 JP 2020042702 W JP2020042702 W JP 2020042702W WO 2021106669 A1 WO2021106669 A1 WO 2021106669A1
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WO
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skin
element array
electrode
control unit
stimulating device
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/042702
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English (en)
French (fr)
Inventor
曽我部　敦
大谷　毅
亮介 金子
Original Assignee
株式会社資生堂
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社資生堂 filed Critical 株式会社資生堂
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H7/00—Devices for suction-kneading massage; Devices for massaging the skin by rubbing or brushing not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors

Definitions

  • the present invention relates to a skin stimulator and a skin stimulating method.
  • Patent Document 1 includes a plurality of stacked actuator elements, and enables a large displacement.
  • Patent Document 1 does not suggest that a plurality of stacked actuator elements are applied to a skin stimulator. If a plurality of actuator elements are laminated in the vertical direction with respect to the skin surface, one end in contact with the skin does not move, and only the other end opposite to the skin moves. As a result, there may be a problem that the skin cannot be sufficiently irritated.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a skin stimulating device and a skin stimulating method capable of giving sufficient skin irritation.
  • a skin stimulator that gives mechanical stimulation to the skin, and includes a dielectric, a first electrode and a second electrode provided on the dielectric, and the first electrode and the first electrode.
  • a plurality of actuator elements that are displaced according to a driving voltage applied to the second electrode, and a film-like base material that can be attached to the skin and is provided with the actuator element and is expandable and contractible.
  • a skin stimulator characterized in that the actuator elements form an array of elements connected in tandem along the surface of the substrate.
  • a skin irritation method for mechanically stimulating the skin comprising an insulator, a first electrode and a second electrode provided on the insulator, and applied to the first electrode and the second electrode.
  • a step of displace the actuator element according to a driving voltage and a step of expanding and contracting the film-like base material that can be attached to the skin by the actuator element are provided, and the plurality of the actuator elements are along the surface of the base material.
  • a skin irritation method characterized by forming an array of elements connected in tandem.
  • FIG. 1 shows the structure of the skin stimulation system in 1st Embodiment of this invention. It is sectional drawing of the skin wearing part in 1st Embodiment of this invention. It is a top view of a part of the skin wearing part in 1st Embodiment of this invention. It is a block diagram of the skin stimulator according to 1st Embodiment of this invention. This is an example of the waveform of the drive voltage according to the first embodiment of the present invention. It is a block diagram of the user terminal in 1st Embodiment of this invention. This is an example of the operation screen of the user terminal according to the first embodiment of the present invention. It is a top view of the skin wearing part in 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a skin irritation system in the present invention.
  • the skin irritation system includes a skin irritation device 1 and a user terminal 5.
  • the skin stimulating device 1 includes a skin mounting portion 2 and a control unit 3 that controls the skin mounting portion 2.
  • the skin mounting portion 2 includes an actuator element and is used to give a mechanical stimulus to the skin of the person to be treated.
  • the skin-attached portion 2 has an adhesive surface that is adhesive and can be attached to the skin, and may have a shape corresponding to a part such as a face, a hand, or a foot. For example, when the skin-attached portion 2 is attached to the face, the skin-attached portion 2 has an outer shape that sufficiently covers the face and has openings at the positions of the eyes, nose, and mouth.
  • the control unit 3 is electrically connected to the skin mounting unit 2 and controls the skin mounting unit 2.
  • the control unit 3 includes a touch display operated by the user, and drives the skin wearing unit 2 in response to the user's operation.
  • the control unit 3 can also be operated by the user terminal 5 and is communicably connected to the user terminal 5.
  • the user terminal 5 is used to operate the skin stimulator 1 and can communicate with the skin stimulator 1 via Wi-Fi (registered trademark) and Bluetooth (registered trademark).
  • the wireless communication method between the skin stimulator 1 and the user terminal 5 is not limited to Bluetooth, and may be any communication method such as NFC (Near Field Communication).
  • the user terminal 5 may be a mobile terminal such as a smartphone, a tablet terminal, a wearable terminal, or a stationary terminal such as a personal computer.
  • the user terminal 5 does not necessarily have to be provided separately from the skin stimulating device 1, and may be integrally configured with the skin stimulating device 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the skin wearing portion in the present embodiment.
  • the substantially vertical direction with respect to the skin surface is defined as the Z direction
  • arbitrary orthogonal axes substantially parallel to the skin surface are defined as the X direction and the Y direction.
  • the skin mounting portion 2 includes a base material 21, an insulating material 22, and an adhesive material 23.
  • the base material 21 is a thin film that is stretchable and has insulating properties, and may be made of, for example, silicone rubber, resin, or the like.
  • the insulating materials 22a and 22b are formed on the upper and lower surfaces of the base material 21, and electrically insulate the base material 21 from the skin.
  • the insulating material 22 may be made of a material such as polyimide or polyethylene terephthalate. Since the actuator element 240 and the skin are electrically insulated by the insulating material 22, a large driving voltage can be applied to the element array 24.
  • the adhesive material 23 covers the insulating material 22b on the lower surface side.
  • the pressure-sensitive adhesive 23 may be composed of, for example, a mixture of polyacrylic acid copolymer, glycerol, purified water and the like. It is desirable that the adhesive material 23 is configured to be replaceable when it deteriorates.
  • the element array 24 is embedded along the surface of the base material 21.
  • the element array 24 has a plurality of actuator elements 240 that can be displaced according to the applied voltage.
  • the plurality of actuator elements 240 are connected in tandem along the surface of the base material 21 to form an elongated or fibrous element array 24.
  • the cross section of the device array 24 can typically be circular, but may be configured in an elliptical shape to increase the cross-sectional area. In FIG. 2, five actuator elements 240 are shown for simplification of description, but the number of actuator elements 240 constituting the element array 24 is not limited. Further, although the element array 24 extends in the X direction, it may extend in the Y direction.
  • the actuator element 240 is composed of a first electrode 241 and a second electrode 242 and a dielectric 243.
  • the electrodes 241,242 are preferably low in rigidity, and may be, for example, a thin film metal using gold or silver, graphite powder, a mixture of silicone oil and graphite, or the like.
  • the dielectric 243 can be, for example, a dielectric elastomer, ceramic, barium titanate, lead zirconate titanate, zinc oxide, or the like.
  • the electrodes 241,242 are arranged alternately, and two adjacent actuator elements 240 share an electrode 241 or an electrode 242.
  • the plurality of electrodes 241 are electrically connected to each other via the wiring 248, and the plurality of electrodes 242 are electrically connected to each other via the wiring 249.
  • Wiring 248,249 may be interconnected with electrodes 241,242 of other element arrays 24 (not shown). A drive voltage is applied to the wirings 248 and 249 from the control unit 3.
  • the total displacement of the element array 24 becomes large. That is, by increasing the number of actuator elements 240 connected in tandem, it is possible to increase the displacement of contraction and extension of the element array 24.
  • the element array 24 can be contracted and expanded starting from the central portion of the element array 24 in the longitudinal direction. Further, since the plurality of actuator elements 240 are connected in tandem along the surface of the base material 21, the skin-mounted portion 2 can be made thin.
  • FIG. 3 is a plan view of a part of the skin-mounted portion in the present embodiment, and shows the arrangement of the element array 24.
  • Each of the element array groups 29a, 29b, 29c, and 29d includes a plurality of element arrays 24.
  • the plurality of element arrays 24 extend in the X direction, respectively, and are arranged substantially in parallel at predetermined intervals along the Y direction. Therefore, the element array groups 29a and 29d contract and expand in the X direction.
  • the plurality of element arrays 24 extend in the Y direction, respectively, and are arranged substantially in parallel at predetermined intervals along the X direction.
  • the element array groups 29b and 29c contract and expand in the Y direction.
  • the first element array groups 29a and 29d and the second element array groups 29b and 29c are arranged in a checkered pattern in a plan view.
  • the number of element arrays 24 constituting the element array group 29 is not particularly limited, and may be one or a plurality. By increasing the number of element arrays 24, it is possible to give a sufficiently strong irritation to the skin. Further, the number of element arrays 24 included in each of the element array groups 29a, 29b, 29c, and 29d may be different from each other. Further, the lengths of the element arrays 24 included in each of the element array groups 29a, 29b, 29c, and 29d may be different from each other.
  • the skin can be effectively stimulated in the X direction.
  • the first element array groups 29a and 29d and the second element array groups 29b and 29c may be driven at the same time.
  • the stimuli in the X and Y directions on the skin may weaken each other, but the stimuli in the X and Y directions can be given to the skin at the same time.
  • the extending direction of the element array 24 is not limited to the two directions of the X direction and the Y direction, and may be three directions every 60 degrees and four directions every 45 degrees.
  • FIG. 4 is a block diagram of the skin stimulating device according to the present embodiment, showing the skin mounting unit 2 and the control unit 3.
  • the control unit 3 includes a CPU (Central Processing Unit) 301, a ROM (Read Only Memory) 302, a RAM (Random Access Memory) 303, a storage device 304, a display 305, a touch sensor 306, a WAN (Wide Area Network) 307, and a LAN (LAN). It includes a Local Area Network) 308, a bus 310, an oscillation circuit 311, a booster circuit 315, and a switching circuit 330.
  • Each unit of the control unit 3 is connected to each other via a bus 310.
  • the CPU 301 controls each part of the skin stimulator 1 by an application program.
  • the ROM 302 is composed of a non-volatile memory and stores an application program for controlling each part of the skin stimulator 1.
  • the RAM 303 provides a memory area required for the operation of the CPU 301.
  • the storage device 304 is composed of a hard disk, a semiconductor memory, and the like.
  • the display 305 is composed of, for example, a liquid crystal display, an OLED (Organic Light Emitting Diet) display, an LED (Light Emitting Diet) display, and the like.
  • a touch sensor 306 is arranged on the surface of the display 305.
  • the touch sensor 306 includes a capacitance type or resistance type detection circuit.
  • the display 305 and the touch sensor 306 may be used in place of the user terminal 5 to operate the skin stimulator 1.
  • the WAN 307 is a communication unit that transmits and receives data, and connects the skin stimulator 1 and the Internet in a communicable manner. Further, the WAN 307 may connect the skin stimulator 1 and the user terminal 5 in a communicable manner via a mobile communication network.
  • the mobile communication network may be, for example, a third-generation mobile communication, LTE (Long Term Evolution), a fourth-generation mobile communication, a fifth-generation mobile communication, or the like.
  • the LAN 308 is a communication unit that transmits / receives data by wireless communication, and is configured to be capable of executing short-range wireless communication such as Bluetooth and wireless communication by wireless LAN connection such as Wi-Fi.
  • the oscillation circuit 311 generates a plurality of pulse signals and drives the switching circuit 330.
  • the oscillation circuit 311 can independently control the frequency and pulse width of each pulse signal according to the command of the CPU 301.
  • the switching circuit 330 has an inverter 331 and switches 332 and 333.
  • the inverter 331 outputs an inverted signal in which the logic of the pulse signal input from the oscillation circuit 311 is inverted.
  • the switches 332 and 333 are cascaded between the high voltage of the booster circuit 315 and the ground potential.
  • An inverted signal of the pulse signal is input to the gate of the switch 332, and a pulse signal is input to the gate of the switch 333.
  • the switches 332 and 333 complementively turn on or off to generate a drive voltage that switches the high voltage of the booster circuit 315.
  • the drive voltage generated by the switching circuit 330 is applied to the element array group 29 via the terminal 26.
  • the booster circuit 315 boosts the power supply voltage VDD such as 5V or 12V to generate a high DC voltage of several tens to several hundreds of V.
  • the generated high voltage is supplied to the switching circuit 330 and defines the on-voltage of the drive voltage.
  • the booster circuit 315 can control a high voltage by a command of the CPU 301. For example, when it is necessary to increase the irritation given to the skin, the booster circuit 315 generates a high voltage of 500 V, and when it is necessary to weaken the irritation given to the skin, the booster circuit 315 generates a high voltage of about 100 V. Can be done.
  • control unit 3 can independently control the plurality of element array groups 29. This makes it possible for the skin stimulator 1 to give different displacements of skin stimulus to each part of the surface of the skin.
  • FIG. 5 is an example of the waveform of the drive voltage in the present embodiment, and shows the drive voltage that changes with time.
  • the amount of displacement of the element array 24 increases during the period when the amplitude of the drive voltage is large.
  • the displacement cycle of the element array 24 becomes short.
  • a pulse of a drive voltage having a large amplitude is applied to the device array 24. In this way, various stimuli are given to the skin by repeatedly changing the drive voltage in different drive patterns.
  • the amplitude and frequency of the drive voltage can be appropriately changed according to the application site.
  • a drive voltage having a large amplitude can be applied to the element array 24 at a portion close to the skeleton such as the forehead, temples, and eyes.
  • a drive voltage with a relatively small amplitude can be applied to the device array 24.
  • the frequency is preferably 60 Hz or less, for example, but the frequency may be appropriately changed depending on the site.
  • FIG. 6 is a block diagram of a user terminal in this embodiment.
  • the user terminal 5 includes a CPU 501, a ROM 502, a RAM 503, a storage device 504, a display 505, a touch sensor 506, a first wireless communication unit 507, a second wireless communication unit 508, an imaging unit 509, and a bus 510.
  • the parts are connected to each other via the bus 510.
  • the CPU 501 controls each part of the user terminal 5 by an application program.
  • the ROM 502 is composed of a non-volatile memory and stores an application program for controlling each part of the user terminal 5.
  • the RAM 503 provides a memory area required for the operation of the CPU 501.
  • the storage device 504 is a non-volatile memory, an external memory, or the like.
  • the display 505 is composed of, for example, a liquid crystal display, an OLED display, an LED display, and the like.
  • a touch sensor 506 is arranged on the surface of the display 505.
  • the touch sensor 506 includes a capacitance type or resistance type detection circuit.
  • the first wireless communication unit 507 is a communication unit that performs wireless communication in a mobile communication network, and can execute, for example, 3rd generation mobile communication, LTE, 4th generation mobile communication, 5th generation mobile communication, and the like.
  • the second wireless communication unit 508 is a communication unit that transmits / receives data by wireless communication, and can execute, for example, short-range wireless communication such as Bluetooth, wireless communication by wireless LAN connection such as Wi-Fi, infrared wireless communication, and the like. It is composed of.
  • the imaging unit 509 is an area sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Sensor) sensor, for example.
  • the skin stimulator 1 or the user terminal 5 may analyze the image captured by the imaging unit 509 and determine the amplitude, frequency, and the like of the drive voltage from the image.
  • the user terminal 5 can acquire information such as the age and gender of the user and an image of the face by the application program.
  • the user can easily set the skin irritation by the skin irritation device 1 by capturing the information and the image of the face before using the skin irritation device 1.
  • FIG. 7 is an example of the operation screen of the user terminal in this embodiment.
  • the skin stimulator 1 can determine the amplitude, frequency, and the like of the driving voltage based on the age, gender, captured image of the skin, and the like of the user.
  • the user terminal 5 displays the screen shown in FIG. 7A on the display 505.
  • the user can input information such as gender and age by operating the touch sensor 506 arranged on the display 505.
  • the information input here is not limited to the example shown in FIG. 7A, and may include, for example, selection of a site where the skin is strong against irritation, the skin is weak against irritation, and a site to be stimulated is desired to be given.
  • the user terminal 5 displays the screen shown in FIG. 7B on the display 505.
  • a guide for photographing the user's face is displayed as a dotted line frame.
  • the image captured by the imaging unit 509 is displayed inside the guide.
  • a circular image pickup button is displayed at the bottom of the screen.
  • the user puts the user's face in the guide and touches the image pickup button to capture an image of the face.
  • the skin stimulator 1 or the user terminal 5 can analyze the captured image of the user's face and determine the amplitude, frequency, and the like of the driving voltage from the image.
  • the user terminal 5 displays the screen shown in FIG. 7C on the display 505.
  • the user terminal 5 urges the user to attach the skin wearing portion 2 to the face.
  • the user attaches the skin wearing portion 2 to a predetermined position on the face.
  • the element array 24 of the skin mounting portion 2 is driven, and the skin is mechanically stimulated.
  • sufficient skin irritation can be given by connecting the actuator elements in a column along the base material.
  • the skin stimulator determines the amplitude, frequency, and the like of the driving voltage used for stimulating the skin based on the gender, age, stimulating skin part, facial image, and the like of the user. This makes it possible to give optimal skin irritation to each part of the surface of the skin.
  • the skin stimulator in the present embodiment is different from the skin stimulator in the first embodiment in that it includes an element array for detecting the displacement of the base material.
  • an element array for detecting the displacement of the base material is included in the skin stimulator in the present embodiment.
  • FIG. 8 is a plan view of the skin wearing portion in the present embodiment.
  • the element array group 29 includes a detection element array 28 in addition to the drive element array 24.
  • the detection element array 28 can output a detection voltage according to the displacement.
  • the detection element array 28 is arranged along the surface of the base material in the same manner as the element array 24.
  • the detection element array 28 extends in the X direction and is arranged substantially parallel to the element array 24 at predetermined intervals along the Y direction.
  • the detection element array 28 extends in the Y direction and is arranged substantially parallel to the element array 24 at predetermined intervals along the X direction.
  • the detection element array 28 may be arranged in the center of the element array group 29, for example, but is not limited thereto.
  • a plurality of detection element arrays 28 may be arranged at both ends of the element array group 29. Further, the number of detection element arrays 28 included in the element array group 29 may be different for each element array group 29. Further, the lengths of the detection element arrays 28 included in the element array group 29 may be different from each other.
  • FIG. 9 is a block diagram of the skin stimulating device according to the present embodiment, showing the skin mounting unit 2 and the control unit 3.
  • the skin mounting portion 2 is provided with a detection element array 28 in addition to the element array 24.
  • the detection element array 28 is configured in substantially the same manner as the element array 24, and includes electrodes 281,282 and a dielectric 283.
  • the electrodes 281,282 are composed of, for example, a thin film metal using gold or silver, graphite powder, a mixture of silicone oil and graphite, and the like.
  • the dielectric 283 is provided between the electrodes 281,282 and is composed of, for example, a dielectric elastomer, ceramic, barium titanate, lead zirconate titanate, zinc oxide and the like.
  • the detection element array 28 may include a plurality of elements connected in tandem like the element array 24. That is, the electrodes 281,282 are arranged alternately, and two adjacent elements share the electrode 281 or the electrode 282. In this way, by using the detection element array 28 in which a plurality of elements are connected in tandem, the displacement of the base material 21 can be detected with high sensitivity.
  • the control unit 3 in the present embodiment further includes an amplifier 321 and an AD converter 322 in addition to the configuration of the first embodiment.
  • the amplifier 321 includes a differential amplifier circuit and amplifies a weak detection voltage output from the detection element array 28.
  • the AD converter 322 includes a comparison circuit and a reference voltage generation circuit, and converts the detection voltage amplified by the amplifier 321 into a digital signal.
  • the AD converter 322 outputs a digital signal to the CPU 301 via the bus 310.
  • the amplifier 321 and the AD converter 322 are provided for each detection element array 28.
  • the element array 24 contracts and the base material 21 is displaced.
  • the displacement of the substrate 21 causes irritation to the skin.
  • the detection element array 28 outputs a detection voltage according to the displacement of the base material 21.
  • the amount of displacement of the base material 21 differs depending on the condition of the skin, and the irritation on the skin may change.
  • the detection voltage of the detection element array 28 becomes large.
  • the displacement amount of the base material 21 is small and the irritation on the skin is small.
  • the detection voltage of the detection element array 28 becomes small. In this way, based on the detection voltage of the detection element array 28, the skin tension, flexibility, and the like can be estimated, and the element array 24 can be optimally driven according to the skin condition.
  • FIG. 10 is a flowchart of the skin irritation method in the present embodiment, showing the processing of skin irritation by the element array 24 and voltage detection by the detection element array 28.
  • the user starts the application program and sets the time to use the skin irritation (step S201).
  • the user may set a part of the face or the like that he / she wants to stimulate.
  • the user attaches the skin wearing portion 2 to a predetermined position on the face (step S202).
  • the user operates an application program to cause the skin stimulator 1 to start skin stimulation (step S203).
  • the skin stimulator 1 sets the amplitude, frequency, etc. of the driving voltage for each skin part (step S210). Further, the skin stimulator 1 applies a set drive voltage to the element array 24 (step S211) to stimulate the skin.
  • the element array 24 stimulates the skin by contraction and extension.
  • the detection element array 28 detects the displacement amount of the base material 21 and outputs the detection voltage (step S212).
  • the skin stimulator 1 determines whether or not to end the skin stimulus (step S213). For example, when the operation time set by the user does not elapse (NO in step S213), the CPU 301 executes the process of step S214. The skin stimulator 1 feeds back the voltage detected by the detection element array 28 to the control unit 3 as the amount of displacement of the skin. The CPU 301 calculates the deviation between the fed-back displacement amount and the desired displacement amount (step S214). The CPU 301 determines the drive voltage so that the deviation approaches zero (step S210).
  • the skin stimulator 1 sufficiently stimulates the skin. give away.
  • the skin stimulator 1 gives excessive stimulation to the skin by reducing the amplitude of the driving voltage and changing the frequency so that the amount of displacement fed back and the amount of desired displacement are the same. Can be avoided.
  • the voltage detected by the detection element array 28 in the skin mounting unit 2 is fed back to the control unit 3 as the amount of skin displacement.
  • the skin stimulator 1 can determine the amplitude, frequency, and the like of the drive voltage used for stimulating the skin.
  • the skin stimulator 1 stops the skin stimulus. Further, the skin stimulator 1 displays the skin condition on the display 305 based on the displacement amount detected by the detection element array 28 (step S220). When the above processing is completed, the skin stimulator 1 turns off the main power supply.
  • the skin stimulator estimates the skin condition based on the detection voltage of the detection element array.
  • the skin stimulator determines the amplitude, frequency, and the like of the driving voltage according to the estimated skin condition, and can give appropriate skin irritation to each skin part.
  • the user can grasp the condition of the skin based on the displacement amount detected by the detection element array.
  • the skin stimulator in this embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the element array.
  • a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 11 is a plan view of a part of the skin wearing portion in the present embodiment.
  • the element arrays 24a to 24h have equal lengths and are arranged radially in a plan view.
  • the lengths of the element arrays 24 may be different from each other.
  • the element array 24 extending in the X direction or the Y direction may be lengthened, and the other element array 24 may be shortened.
  • the number of element arrays 24 is not limited to 8 in a group, and may be less than 8 or 9 or more.
  • the detection element array 28 described in the second embodiment may be arranged, and in this case, the skin condition can be fed back to the control unit 3.
  • the plurality of element arrays 24 contract respectively.
  • the plurality of element arrays 24 extend to the state before the drive voltage is applied.
  • the ends of the plurality of element arrays 24 on the central portion side are arranged close to each other, the plurality of element arrays 24 contract and extend starting from the end portion on the central portion side. That is, when the plurality of element arrays 24 contract and expand, skin irritation is radially applied from the central portion of radiation of the plurality of element arrays 24.
  • the skin can be stimulated more effectively. For example, by driving the element array 24a and the element array 24e, stimulation in the X direction can be more effectively applied to the skin.
  • the skin stimulator can radiately stimulate the skin by arranging the element arrays in a radial pattern. Further, by driving a part of the element array arranged radially, it is possible to give sufficient skin irritation in a predetermined direction.
  • the skin stimulator in this embodiment is different from the first embodiment in the arrangement of the element array.
  • a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 12 is a plan view of the skin wearing portion in the present embodiment.
  • the element array 24 is spirally arranged with a predetermined curvature in a plan view.
  • a drive voltage is applied to the element array 24, the element array 24 contracts along a spiral.
  • the element array 24 contracts contracts from the outside of the spiral toward the center of the spiral in a plan view.
  • the drive voltage is no longer applied to the element array 24, the element array 24 extends to the state before the drive voltage is applied.
  • the element array 24 is extended, it extends from the center direction of the spiral to the outside of the spiral.
  • the skin stimulator 1 can give the skin a stimulus such as picking the skin.
  • the element array 24 in the present embodiment and the detection element array 28 described in the second embodiment may be arranged side by side. By arranging the detection element array 28, the skin stimulator 1 can estimate the skin condition. Further, the element array 24 may be formed in an annular shape, and a plurality of element arrays 24 having different diameters may be arranged concentrically.
  • the skin stimulator can expand and contract in a spiral shape to give skin stimulus by arranging the element arrays in a spiral shape. Thereby, the skin stimulator can give the skin a stimulus such as picking the skin.
  • the skin stimulator in the present embodiment will be described.
  • the waveform of the drive voltage is different from that of the first embodiment.
  • a configuration different from that of the first embodiment will be mainly described.
  • the oscillation circuit 311 generates a pulse signal having a high frequency, for example, a frequency higher than the audible band, and drives the switching circuit 330. Since a plurality of element arrays 24 are connected to the switching circuit 330, it can be considered that a capacitive load is connected to the switching circuit 330. Therefore, by changing the pulse width of the pulse signal with time, the drive voltage output from the switching circuit 330 has a waveform change obtained by integrating the pulse signal. Therefore, by appropriately changing the pulse width of the pulse signal, it is possible to generate a drive voltage having a desired voltage and waveform.
  • the oscillation circuit 311 outputs different pulse signals to each of the plurality of switching circuits 330, it is possible to simultaneously apply drive voltages having different waveforms for each of the element array groups 29. Therefore, as will be described later, it is possible to simultaneously give different stimuli to each skin part.
  • FIG. 13 is an example of the waveform of the drive voltage in this embodiment.
  • the solid line shows the pulse signal and the dotted line shows the drive voltage.
  • the waveform of the drive voltage becomes a sine wave according to the integrated value of the pulse signal.
  • FIG. 14 is an example of the waveform of the drive voltage in the present embodiment
  • FIG. 14 (a) shows the drive voltage of the sine wave
  • FIG. 14 (b) shows the drive voltage of the sawtooth wave.
  • the drive voltage shown in FIG. 14 (a) is applied to one element array group 29, and at the same time, the drive voltage shown in FIG. 14 (b) is applied to the other element array group 29. In this way, by driving each of the plurality of element array groups 29 with different drive patterns, it is possible to give different skin irritation to each site.
  • the skin stimulator can generate a driving voltage having an arbitrary waveform. Further, different drive voltages can be generated for each of a plurality of element array groups. As a result, the skin stimulator can give the optimum stimulus according to the site.
  • Skin stimulator 2 Skin mounting part 21: Base material 22: Insulating material 23: Adhesive material 24: Element array 28: Detection element array 29: Element array group 3: Control unit 5: User terminal

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Abstract

皮膚に機械刺激を与える皮膚刺激装置であって、誘電体、前記誘電体に設けられた第１の電極および第２の電極を備え、前記第１の電極および前記第２の電極に印加された駆動電圧に応じて変位するアクチュエータ素子と、前記皮膚に装着可能であって、前記アクチュエータ素子が設けられるとともに伸縮自在な膜状の基材とを備え、複数の前記アクチュエータ素子は前記基材の表面に沿って縦列接続された素子アレイを形成していることを備える。

Description

皮膚刺激装置および皮膚刺激方法
　本発明は皮膚刺激装置および皮膚刺激方法に関するものである。
　近年、誘電体を用いたアクチュエータ素子が案出されている。特許文献１に記載された装置は、積層された複数のアクチュエータ素子を備え、大きな変位を可能ならしめている。
特開２０１１－１０３７１３公報
　しかしながら、特許文献１には、積層された複数のアクチュエータ素子を皮膚刺激装置に適用する示唆はなされていない。仮に、複数のアクチュエータ素子を皮膚表面に対して鉛直方向に積層した場合、皮膚に接する一端は動かずに、皮膚とは反対側の他端のみが動いてしまう。この結果、皮膚に十分な刺激を与えることができないという問題が生じ得る。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、十分な皮膚刺激を与えることができる皮膚刺激装置および皮膚刺激方法を提供することを目的とする。
　本発明の一観点によれば、皮膚に機械刺激を与える皮膚刺激装置であって、誘電体、前記誘電体に設けられた第１の電極および第２の電極を備え、前記第１の電極および前記第２の電極に印加された駆動電圧に応じて変位するアクチュエータ素子と、前記皮膚に装着可能であって、前記アクチュエータ素子が設けられるとともに伸縮自在な膜状の基材とを備え、複数の前記アクチュエータ素子は前記基材の表面に沿って縦列接続された素子アレイを形成していることを特徴とする皮膚刺激装置が提供される。
　皮膚に機械刺激を与える皮膚刺激方法であって、絶縁体、前記絶縁体に設けられた第１の電極および第２の電極を備え、前記第１の電極および前記第２の電極に印加された駆動電圧に応じてアクチュエータ素子を変位させる工程と、前記皮膚に装着可能な膜状の基材を、前記アクチュエータ素子によって伸縮させる工程とを備え、複数の前記アクチュエータ素子は前記基材の表面に沿って縦列接続された素子アレイを形成していることを特徴とする皮膚刺激方法が提供される。
　本発明によれば、十分な皮膚刺激を与えることができる皮膚刺激装置および皮膚刺激方法を提供することができる。
本発明の第１実施形態における皮膚刺激システムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態における皮膚装着部の断面図である。 本発明の第１実施形態における皮膚装着部の一部の平面図である。 本発明の第１実施形態における皮膚刺激装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態における駆動電圧の波形の一例である。 本発明の第１実施形態におけるユーザ端末のブロック図である。 本発明の第１実施形態におけるユーザ端末の操作画面の一例である。 本発明の第２実施形態における皮膚装着部の平面図である。 本発明の第２実施形態における皮膚刺激装置のブロック図である。 本発明の第２実施形態における皮膚刺激方法のフローチャートである。 本発明の第３実施形態における皮膚装着部の平面図である。 本発明の第４実施形態における皮膚装着部の平面図である。 本発明の第５実施形態における駆動電圧の波形の一例である。 本発明の第５実施形態における駆動電圧の波形の一例である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。明細書全般における同じ参照符号は、実質的に同一の構成要素を意味する。
［第１実施形態］
　図１は、本発明における皮膚刺激システムの構成を示す図である。皮膚刺激システムは、皮膚刺激装置１、ユーザ端末５を含む。皮膚刺激装置１は、皮膚装着部２、皮膚装着部２を制御する制御部３を備える。皮膚装着部２はアクチュエータ素子を備え、被施術者の皮膚に機械刺激を与えるために用いられる。皮膚装着部２は、粘着性を有するとともに皮膚に装着可能な接着面を備え、顔、手、足などの部位に応じた形状を有し得る。例えば、皮膚装着部２が顔に装着される場合、皮膚装着部２は顔を十分に覆う外形を有するとともに、目、鼻、口の位置における開口部を有する。
　制御部３は、皮膚装着部２と電気的に接続され、皮膚装着部２を制御する。制御部３はユーザによって操作されるタッチディスプレイを備え、ユーザの操作に応じて皮膚装着部２を駆動する。制御部３はさらにユーザ端末５によっても操作可能であって、ユーザ端末５と通信可能に接続される。
　ユーザ端末５は、皮膚刺激装置１を操作するために用いられ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を介して皮膚刺激装置１と通信可能である。皮膚刺激装置１とユーザ端末５との無線通信方式は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈに限定されるものではなく、ＮＦＣ（Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）等の任意の通信方式であり得る。ユーザ端末５は、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末等の携帯端末、またはパーソナルコンピュータ等の据え置き型の端末であり得る。なお、ユーザ端末５は、必ずしも皮膚刺激装置１と別に設けられることを要せず、皮膚刺激装置１と一体に構成されてもよい。
　図２は、本実施形態における皮膚装着部の断面図である。図２において、皮膚表面に対して略鉛直方向をＺ方向、皮膚表面に対して略平行である任意の直交軸をＸ方向およびＹ方向とする。皮膚装着部２は、基材２１、絶縁材２２、粘着材２３を備える。基材２１は伸縮自在であるととともに絶縁性を有する薄膜であり、例えば、シリコーンゴム、樹脂等で構成され得る。絶縁材２２ａ，２２ｂは、基材２１の上下の表面に形成され、基材２１と皮膚とを電気的に絶縁する。絶縁材２２は、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート等の素材で構成され得る。絶縁材２２によって、アクチュエータ素子２４０と皮膚とが電気的に絶縁されているため、大きな駆動電圧を素子アレイ２４に印加することが可能となる。粘着材２３は、下面側の絶縁材２２ｂを覆っている。粘着材２３は、例えば、ポリアクリル酸コポリマー、グリセロール、精製水等の混合物で構成され得る。なお、粘着材２３は、劣化時において交換可能に構成されることが望ましい。
　基材２１の内部には、素子アレイ２４が基材２１の表面に沿って埋め込まれている。素子アレイ２４は、印加された電圧に応じて変位可能な複数のアクチュエータ素子２４０を有する。複数のアクチュエータ素子２４０は基材２１の表面に沿って縦列接続され、長細状またはファイバー状の素子アレイ２４を構成している。素子アレイ２４の断面は典型的には円形であり得るが、断面積を増大させるために、楕円形状に構成されてもよい。図２において、説明の簡略化のため、５個のアクチュエータ素子２４０が示されているが、素子アレイ２４を構成するアクチュエータ素子２４０の数は限定されない。また、素子アレイ２４はＸ方向に延在しているが、Ｙ方向に延在してもよい。
　アクチュエータ素子２４０は、第１の電極２４１、第２の電極２４２、誘電体２４３から構成される。電極２４１，２４２は、低剛性であることが望ましく、例えば、金または銀等を用いた薄膜状金属、黒鉛粉末、シリコーンオイルとグラファイトとの混合物等であり得る。誘電体２４３は、例えば、誘電エラストマー、セラミック、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛等であり得る。電極２４１，２４２は交互に配列され、隣接する２つのアクチュエータ素子２４０は、電極２４１または電極２４２を共有する。
　複数の電極２４１は配線２４８を介して互いに電気的に接続され、複数の電極２４２は配線２４９を介して互いに電気的に接続される。配線２４８，２４９は、図示されていない他の素子アレイ２４の電極２４１，２４２に相互に接続され得る。配線２４８，２４９には制御部３から駆動電圧が印加される。
　駆動電圧が電極２４１，２４２に印加されると、電極２４１と電極２４２との間に静電力が生じる。電極２４１，２４２が静電力によって引き付け合うことで、誘電体２４３がＸ方向において収縮する。これにより、アクチュエータ素子２４０はＸ方向において収縮する。駆動電圧が電極２４１，２４２に印加されなくなると、電極２４１，２４２との間に生じた静電力が消滅する。静電力によって引き付けられた電極２４１，２４２が互いに離れることで、誘電体２４３がＸ方向において伸展する。これにより、アクチュエータ素子２４０は、Ｘ方向において伸展する。即ち、電極２４１，２４２に印加された駆動電圧に応じて、アクチュエータ素子２４０が収縮および伸展する。
　本実施形態において、複数のアクチュエータ素子２４０が縦列接続されているため、素子アレイ２４の全体の変位が大きくなる。すなわち、縦列接続するアクチュエータ素子２４０の数を増やすことにより、素子アレイ２４の収縮および伸展の変位を増大することが可能となる。なお、素子アレイ２４は、素子アレイ２４の長手方向の中央の部分を起点として収縮および伸展し得る。また、複数のアクチュエータ素子２４０が、基材２１の表面に沿って縦列接続されているため、皮膚装着部２を薄く構成することができる。
　図３は、本実施形態における皮膚装着部の一部の平面図であり、素子アレイ２４の配列を示す。素子アレイ群２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄのそれぞれは複数の素子アレイ２４を含む。第１の素子アレイ群２９ａ，２９ｄにおいて、複数の素子アレイ２４は、それぞれＸ方向に延在し、Ｙ方向に沿って所定の間隔で略平行に配列される。このため、素子アレイ群２９ａ，２９ｄはＸ方向に収縮および伸展する。また、第２の素子アレイ群２９ｂ，２９ｃにおいて、複数の素子アレイ２４は、それぞれＹ方向に延在し、Ｘ方向に沿って所定の間隔で略平行に配列される。このため、素子アレイ群２９ｂ，２９ｃはＹ方向に収縮および伸展する。第１の素子アレイ群２９ａ，２９ｄと第２の素子アレイ群２９ｂ，２９ｃは、平面視において市松状に配列される。なお、素子アレイ群２９を構成する素子アレイ２４の数は特に限定されるものではなく、１つまたは複数であってもよい。素子アレイ２４の数を増やすことにより、皮膚に対して十分に強い刺激を与えることが可能となる。また、素子アレイ群２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄのそれぞれに含まれる素子アレイ２４の数は互いに異なっていてもよい。さらに、素子アレイ群２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄのそれぞれに含まれる素子アレイ２４の長さは互いに異なっていてもよい。
　このように、複数の素子アレイ２４を互いに異なる方向に延在させることにより、皮膚の部位毎に異なる方向の刺激を与えることができる。例えば、第１の素子アレイ群２９ａ，２９ｄを駆動し、第２の素子アレイ群２９ｂ，２９ｃをオフにすることにより、皮膚に対してＸ方向の刺激を効果的に与えることができる。また、第１の素子アレイ群２９ａ，２９ｄをオフにし、第２の素子アレイ群２９ｂ，２９ｃを駆動することにより、皮膚に対してＹ方向の刺激を効果的に与えることができる。さらに、第１の素子アレイ群２９ａ，２９ｄ、第２の素子アレイ群２９ｂ，２９ｃを同時に駆動しても良い。この場合、皮膚におけるＸ方向およびＹ方向の刺激が相互に弱め合う可能性があるが、皮膚に対してＸ方向およびＹ方向の刺激を同時に与えることが可能となる。さらに、素子アレイ２４の延在方向はＸ方向およびＹ方向の２方向に限定されず、６０度毎の３方向、４５度毎の４方向であってもよい。
　図４は、本実施形態における皮膚刺激装置のブロック図であって、皮膚装着部２、制御部３を示す。制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）３０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）３０３、記憶装置３０４、ディスプレイ３０５、タッチセンサ３０６、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）３０７、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）３０８、バス３１０、発振回路３１１、昇圧回路３１５、スイッチング回路３３０を備える。制御部３の各部はバス３１０を介して相互に接続される。
　ＣＰＵ３０１は、アプリケーションプログラムにより皮膚刺激装置１の各部を制御する。ＲＯＭ３０２は、不揮発性メモリから構成され、皮膚刺激装置１の各部を制御するためのアプリケーションプログラムを記憶する。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１の動作に必要なメモリ領域を提供する。記憶装置３０４は、ハードディスク、半導体メモリ等から構成される。ディスプレイ３０５は、例えば、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）ディスプレイ等から構成される。ディスプレイ３０５の表面にはタッチセンサ３０６が配置される。タッチセンサ３０６は、静電容量式または抵抗式の検出回路を備える。ディスプレイ３０５およびタッチセンサ３０６は、皮膚刺激装置１を操作するためにユーザ端末５の代わりに用いられてもよい。ＷＡＮ３０７は、データの送受信を行う通信部であり、皮膚刺激装置１とインターネットとを通信可能に接続する。また、ＷＡＮ３０７は、移動体通信ネットワークを介して皮膚刺激装置１とユーザ端末５とを通信可能に接続してもよい。移動体通信ネットワークは、例えば、第３世代移動通信、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、第４世代移動通信、第５世代移動通信等であり得る。ＬＡＮ３０８は、無線通信によりデータの送受信を行う通信部であり、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の近距離無線通信、Ｗｉ－Ｆｉ等の無線ＬＡＮ接続による無線通信を実行可能に構成される。
　発振回路３１１は、複数のパルス信号を生成し、スイッチング回路３３０を駆動する。発振回路３１１は、ＣＰＵ３０１の指令に従い、それぞれのパルス信号の周波数、パルス幅を独立に制御可能である。
　スイッチング回路３３０はインバータ３３１、スイッチ３３２，３３３を有する。インバータ３３１は、発振回路３１１から入力されたパルス信号の論理を反転した反転信号を出力する。スイッチ３３２，３３３は昇圧回路３１５の高電圧と接地電位との間にカスケード接続されている。スイッチ３３２のゲートにはパルス信号の反転信号が入力され、スイッチ３３３のゲートにはパルス信号が入力される。スイッチ３３２，３３３は相補的にオンまたはオフを行うことで、昇圧回路３１５の高電圧をスイッチングした駆動電圧を生成する。スイッチング回路３３０によって生成された駆動電圧は端子２６を介して素子アレイ群２９に印加される。
　昇圧回路３１５は、５Ｖまたは１２Ｖなどの電源電圧ＶＤＤを昇圧し、数十～数百Ｖ程の直流の高電圧を生成する。生成された高電圧はスイッチング回路３３０に供給され、駆動電圧のオン電圧を規定する。また、昇圧回路３１５はＣＰＵ３０１の指令によって、高電圧を制御可能である。例えば、皮膚に与える刺激を強くする必要がある場合には、昇圧回路３１５は５００Ｖの高電圧を生成し、皮膚に与える刺激を弱くする場合には、昇圧回路３１５は１００Ｖ程度の高電圧を生成し得る。
　素子アレイ群２９毎にスイッチング回路３３０を設けることによって、制御部３は、複数の素子アレイ群２９を独立して制御することができる。これにより、皮膚刺激装置１は、皮膚の表面の部位毎に異なる変位の皮膚刺激を与えることが可能となる。
　図５は、本実施形態における駆動電圧の波形の一例であり、時間に伴って変化する駆動電圧を示す。図５の波形において、駆動電圧の振幅が大きい期間では、素子アレイ２４の変位の量は大きくなる。駆動電圧の周波数が高い期間では、素子アレイ２４の変位の周期は短くなる。振幅の小さい駆動電圧が複数周期に亘って素子アレイ２４に印加された後、振幅の大きい駆動電圧のパルスが素子アレイ２４に印加されている。このように、駆動電圧が異なる駆動パターンで繰り返し変化することにより、皮膚に様々な刺激が与えられる。
　なお、印加する部位に応じて、駆動電圧の振幅と周波数とを適宜変更することができる。例えば、額、こめかみ、目元等のように骨格に近い部位においては、大きい振幅の駆動電圧が素子アレイ２４に印加され得る。頬のように骨格から離れた部位においては、比較的に小さな振幅の駆動電圧が素子アレイ２４に印加され得る。また、周波数は、例えば、６０Ｈｚ以下であることが好ましいが、部位に応じて周波数を適宜変更してもよい。
　図６は本実施形態におけるユーザ端末のブロック図である。ユーザ端末５はＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、記憶装置５０４、ディスプレイ５０５、タッチセンサ５０６、第１無線通信部５０７、第２無線通信部５０８、撮像部５０９、バス５１０を備える。各部は、バス５１０を介して相互に接続されている。
　ＣＰＵ５０１は、アプリケーションプログラムによりユーザ端末５の各部を制御する。ＲＯＭ５０２は、不揮発性メモリで構成され、ユーザ端末５の各部を制御するためのアプリケーションプログラムを記憶する。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１の動作に必要なメモリ領域を提供する。記憶装置５０４は、不揮発性メモリ、外部メモリなどである。
　ディスプレイ５０５は、例えば、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等から構成される。ディスプレイ５０５の表面には、タッチセンサ５０６が配されている。タッチセンサ５０６は静電容量式または抵抗式の検出回路を備える。
　第１無線通信部５０７は、移動体通信ネットワークにおいて無線通信を行う通信部であり、例えば、第３世代移動通信、ＬＴＥ、第４世代移動通信、第５世代移動通信等を実行可能である。
　第２無線通信部５０８は、無線通信によりデータの送受信を行う通信部であり、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ等の近距離無線通信、Ｗｉ－Ｆｉ等の無線ＬＡＮ接続による無線通信、赤外線無線通信等を実行可能に構成される。
　撮像部５０９は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）センサ、またはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサ等のエリアセンサである。なお、皮膚刺激装置１またはユーザ端末５は、撮像部５０９によって撮像された画像を解析し、画像から駆動電圧の振幅、周波数等を決定してもよい。
　ユーザ端末５は、アプリケーションプログラムによって、ユーザの年齢、性別等の情報と顔の画像を取得することができる。ユーザは、皮膚刺激装置１を使用する前に、これらの情報と顔の画像を撮像することによって、皮膚刺激装置１による皮膚の刺激を容易に設定することができる。
　図７は本実施形態におけるユーザ端末の操作画面の一例である。皮膚刺激装置１は、ユーザの年齢、性別および皮膚の撮像画像等に基づき、駆動電圧の振幅、周波数等を決定することができる。
　ユーザがアプリケーションプログラムを起動すると、ユーザ端末５は図７（Ａ）に示された画面をディスプレイ５０５に表示する。ユーザは、ディスプレイ５０５に配されたタッチセンサ５０６を操作することによって、性別、年齢等の情報を入力することができる。なお、ここで入力する情報は図７（Ａ）に示された例に限定されず、例えば、皮膚が刺激に強い、皮膚が刺激に弱い、刺激を与えたい部位の選択等を含んでもよい。ユーザが情報を入力し、「次へ」のボタンに触れることによって、ユーザ端末５は、図７（Ｂ）に示された画面をディスプレイ５０５に表示する。
　図７（Ｂ）の画面において、ユーザの顔を撮像するためのガイドが点線枠として表示される。撮像部５０９で撮像された画像は、ガイドの内側に表示される。また、画面の下部において、円形の撮像ボタンが表示される。ユーザは、ガイド内にユーザの顔を収め、撮像ボタンに触れることにより、顔の画像を撮像する。皮膚刺激装置１またはユーザ端末５は、撮像したユーザの顔の画像を解析し、画像から駆動電圧の振幅、周波数等を決定することができる。ユーザが顔の画像を撮像することによって、ユーザ端末５は、図７（Ｃ）に示された画面をディスプレイ５０５に表示する。
　図７（Ｃ）の画面において、ユーザ端末５は皮膚装着部２を顔に貼り付けるようユーザに促す。ユーザは、顔の所定の位置に皮膚装着部２を貼り付ける。ユーザが「ＯＫ」ボタンに触れることによって、皮膚装着部２の素子アレイ２４が駆動され、皮膚に機械刺激が与えられる。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、基材に沿ってアクチュエータ素子を縦列接続することにより、十分な皮膚刺激を与えることができる。また、皮膚刺激装置は、ユーザの性別、年齢、刺激を与える皮膚の部位、顔の画像等に基づいて皮膚の刺激に用いる駆動電圧の振幅、周波数等を決定する。これにより、皮膚の表面の部位毎に最適な皮膚刺激を与えることが可能となる。
［第２実施形態］
　続いて、本実施形態における皮膚刺激装置について説明する。本実施形態における皮膚刺激装置は、基材の変位を検出する素子アレイを備える点において、第１実施形態における皮膚刺激装置と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
　図８は、本実施形態における皮膚装着部の平面図である。素子アレイ群２９は、駆動用の素子アレイ２４に加えて検出素子アレイ２８を含む。検出素子アレイ２８は、変位に応じた検出電圧を出力可能である。検出素子アレイ２８は素子アレイ２４と同様に基材表面に沿って配列される。例えば、素子アレイ群２９ａ，２９ｄにおいて、検出素子アレイ２８は、Ｘ方向に延在し、Ｙ方向に沿って所定の間隔で素子アレイ２４と略平行に配列される。素子アレイ群２９ｂ，２９ｃにおいて、検出素子アレイ２８は、Ｙ方向に延在し、Ｘ方向に沿って所定の間隔で素子アレイ２４と略平行に配列される。素子アレイ群２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄにおいて、検出素子アレイ２８は、例えば、素子アレイ群２９の中央に配列されてもよいが、これに限定されるものではない。複数の検出素子アレイ２８が素子アレイ群２９の両端に配列されてもよい。また、素子アレイ群２９に含まれる検出素子アレイ２８の数は、素子アレイ群２９毎に異なってもよい。さらに、素子アレイ群２９に含まれる検出素子アレイ２８の長さは、互いに異なってもよい。素子アレイ２４に駆動電圧が印加され、素子アレイ２４とともに基材２１が変位すると、検出素子アレイ２８も同様に変位する。検出素子アレイ２８は変位量に応じた検出電圧を出力する。
　図９は、本実施形態における皮膚刺激装置のブロック図であって、皮膚装着部２、制御部３を示す。皮膚装着部２には素子アレイ２４に加えて検出素子アレイ２８が設けられている。検出素子アレイ２８は素子アレイ２４と略同様に構成され、電極２８１，２８２、誘電体２８３を含む。電極２８１，２８２は、例えば、金または銀等を用いた薄膜状金属、黒鉛粉末、シリコーンオイルとグラファイトとの混合物等から構成される。誘電体２８３は、電極２８１，２８２の間に設けられ、例えば、誘電エラストマー、セラミック、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛等から構成される。なお、図示されていないが、検出素子アレイ２８は素子アレイ２４と同様に縦列接続された複数の素子を含み得る。すなわち、電極２８１，２８２は交互に配列され、隣接する２つの素子は電極２８１または電極２８２を共有する。このように、複数の素子を縦列接続した検出素子アレイ２８を用いることにより、基材２１の変位を高感度に検出することができる。
　本実施形態における制御部３は第１実施形態の構成に加えて、増幅器３２１、ＡＤ変換器３２２をさらに備える。増幅器３２１は差動増幅回路を含み、検出素子アレイ２８から出力された微弱な検出電圧を増幅する。ＡＤ変換器３２２は比較回路、基準電圧発生回路を含み、増幅器３２１によって増幅された検出電圧をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器３２２は、バス３１０を介してＣＰＵ３０１にデジタル信号を出力する。なお、増幅器３２１、ＡＤ変換器３２２は、検出素子アレイ２８毎に設けられる。
　皮膚刺激装置１が素子アレイ２４に駆動電圧を印加すると、素子アレイ２４が収縮し、基材２１が変位する。基材２１の変位によって、皮膚は刺激を受ける。同時に、検出素子アレイ２８は、基材２１の変位に応じて検出電圧を出力する。このとき、皮膚の状態に応じて、基材２１の変位量が異なり、皮膚における刺激は変わり得る。例えば、皮膚の柔軟性が高い場合には、基材２１の変位量が大きくなり、皮膚に十分な刺激が与えられる。このとき、検出素子アレイ２８の検出電圧は大きくなる。一方、皮膚に張りがある場合には、基材２１の変位量は少なくなり、皮膚における刺激は小さくなる。このとき、検出素子アレイ２８の検出電圧は小さくなる。このように、検出素子アレイ２８の検出電圧に基づき、皮膚の張り、柔軟性等を推定し、皮膚の状態に応じて素子アレイ２４を最適に駆動することが可能となる。
　図１０は、本実施形態における皮膚刺激方法のフローチャートであり、素子アレイ２４による皮膚刺激と検出素子アレイ２８による電圧検出との処理を示している。
　まず、ユーザは、アプリケーションプログラムを起動し、皮膚刺激を使用する時間を設定する（ステップＳ２０１）。ユーザは、刺激したい顔の部位等を設定してもよい。次に、ユーザは顔の所定の位置に皮膚装着部２を貼り付ける（ステップＳ２０２）。ユーザは、アプリケーションプログラムを操作して、皮膚刺激装置１に皮膚刺激を開始させる（ステップＳ２０３）。
　ユーザの操作を受け、皮膚刺激装置１は皮膚の部位毎に駆動電圧の振幅、周波数等を設定する（ステップＳ２１０）。さらに、皮膚刺激装置１は、設定した駆動電圧を素子アレイ２４に印加し（ステップＳ２１１）、皮膚に刺激を与える。皮膚刺激装置１が素子アレイ２４に駆動電圧を印加すると、素子アレイ２４は収縮および伸展によって皮膚を刺激する。このとき、検出素子アレイ２８は、基材２１の変位量を検出し、検出電圧を出力する（ステップＳ２１２）。
　続いて、皮膚刺激装置１は、皮膚刺激を終了するか否かを判断する（ステップＳ２１３）。例えば、ユーザによって設定された動作時間が経過しないような場合（ステップＳ２１３においてＮＯ）、ＣＰＵ３０１はステップＳ２１４の処理を実行する。皮膚刺激装置１は、検出素子アレイ２８による検出電圧を皮膚の変位量として制御部３にフィードバックする。ＣＰＵ３０１は、フィードバックされた変位量と所望の変位量との偏差を算出する（ステップＳ２１４）。ＣＰＵ３０１は偏差がゼロに近づくように、駆動電圧を決定する（ステップＳ２１０）。
　駆動電圧の所定の振幅に対して、フィードバックされた変位の量が小さい場合、ユーザの皮膚は十分な柔軟性を有していないと推定される。このとき、フィードバックされる変位の量と所望の変位の量とが同じになるように、駆動電圧の振幅を大きくし、周波数を変更することによって、皮膚刺激装置１は、皮膚に十分な刺激を与える。一方、駆動電圧の振幅に対して、フィードバックされた変位量が大きい場合、皮膚は十分な柔軟性を有していると推定される。このとき、フィードバックされる変位の量と所望の変位の量とが同じになるように、駆動電圧の振幅を小さくし、周波数を変更することによって、皮膚刺激装置１は皮膚に過剰な刺激を与えないようにすることができる。
　このように、皮膚装着部２において検出素子アレイ２８によって検出された電圧は、皮膚の変位の量として制御部３にフィードバックされる。検出素子アレイ２８によって検出される変位の量を所望の変位の量に近づけることによって、皮膚刺激装置１は皮膚の刺激に用いる駆動電圧の振幅、周波数等を決定することができる。
　ユーザが設定した時間を経過した場合（ステップＳ２１３においてＹＥＳ）、皮膚刺激装置１は、皮膚刺激を停止する。さらに、皮膚刺激装置１は、検出素子アレイ２８によって検出された変位量に基づき、皮膚の状態をディスプレイ３０５に表示する（ステップＳ２２０）。以上の処理が完了すると、皮膚刺激装置１は主電源をオフにする。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、皮膚刺激装置は検出素子アレイの検出電圧に基づいて、皮膚の状態を推定する。推定された皮膚の状態に応じて、皮膚刺激装置は、駆動電圧の振幅、周波数等を決定し、皮膚の部位毎に適切な皮膚刺激を与えることが可能となる。また、ユーザは、検出素子アレイによって検出された変位量に基づき、皮膚の状態を把握することが可能となる。
［第３実施形態］
　続いて、本実施形態における皮膚刺激装置について説明する。本実施形態における皮膚刺激装置は素子アレイの配列において第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
　図１１は、本実施形態における皮膚装着部の一部の平面図である。素子アレイ２４ａ～２４ｈは互いに等しい長さを有し、平面視において放射状に配列されている。なお、素子アレイ２４の長さは、それぞれ異なってもよい。例えば、Ｘ方向またはＹ方向に延在する素子アレイ２４を長くし、他の素子アレイ２４を短くしてもよい。また、素子アレイ２４の数は、一群において８に限定されるものではなく、８未満であってもよく、９以上であってもよい。さらに、第２実施形態において説明した検出素子アレイ２８を配列してもよく、この場合、皮膚の状態を制御部３にフィードバックすることが可能となる。
　複数の素子アレイ２４に駆動電圧が印加されると、複数の素子アレイ２４がそれぞれ収縮する。複数の素子アレイ２４に駆動電圧が印加されなくなると、複数の素子アレイ２４は駆動電圧を印加される前の状態まで伸展する。複数の素子アレイ２４の放射の中心部側の端部同士が互いに近接して配されている場合、複数の素子アレイ２４は中心部側の端部を起点として収縮、伸展する。すなわち、複数の素子アレイ２４が収縮および伸展すると、複数の素子アレイ２４の放射の中心部から、放射状に皮膚刺激が与えられる。また、対向する素子アレイ２４を駆動することによって、より効果的に皮膚に刺激を与えることができる。例えば、素子アレイ２４ａと素子アレイ２４ｅを駆動することにより、Ｘ方向の刺激をより効果的に皮膚に対して与えることができる。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、皮膚刺激装置は、素子アレイを放射状に配列することによって、皮膚に放射状に刺激を与えることが可能となる。また、放射状に配列された素子アレイの一部を駆動することにより、所定の方向において十分な皮膚刺激を与えることが可能となる。
［第４実施形態］
　続いて、本実施形態における皮膚刺激装置について説明する。本実施形態における皮膚刺激装置は、素子アレイの配列において第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
　図１２は、本実施形態における皮膚装着部の平面図である。素子アレイ２４は、平面視において所定の曲率で螺旋状に配列される。素子アレイ２４に駆動電圧が印加されると、素子アレイ２４が螺旋に沿って収縮する。素子アレイ２４が収縮すると、素子アレイ２４は平面視において螺旋の外側から螺旋の中心方向へと収縮する。素子アレイ２４に駆動電圧が印加されなくなると、素子アレイ２４は駆動電圧を印加される前の状態まで伸展する。素子アレイ２４が伸展すると、螺旋の中心方向から螺旋の外側へと伸展する。素子アレイ２４の螺旋が収縮および伸展することによって、皮膚刺激装置１は、皮膚を摘むような刺激を皮膚に与えることができる。
　なお、本実施形態における素子アレイ２４と第２実施形態において説明した検出素子アレイ２８とが並べて配列されてもよい。検出素子アレイ２８を配列することによって、皮膚刺激装置１は皮膚の状態を推定することが可能となる。さらに、素子アレイ２４を環状に形成し、直径の異なる複数の素子アレイ２４を同心円状に配置してもよい。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、皮膚刺激装置は、素子アレイを螺旋状に配置することによって、螺旋状に伸縮して皮膚刺激を与えることが可能となる。これにより、皮膚刺激装置は、皮膚を摘むような刺激を皮膚に与えることができる。
［第５実施形態］
　続いて、本実施形態における皮膚刺激装置について説明する。本実施形態において、駆動電圧の波形が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。
　第１実施形態と異なり、発振回路３１１は高周波、例えば、可聴帯域以上の周波数のパルス信号を生成し、スイッチング回路３３０を駆動する。スイッチング回路３３０には複数の素子アレイ２４が接続されているため、スイッチング回路３３０には容量性の負荷が接続されているとみなすことができる。このため、パルス信号のパルス幅を時間とともに変化させることにより、スイッチング回路３３０から出力された駆動電圧は、パルス信号を積分した波形変化を有する。従って、パルス信号のパルス幅を適宜変更することにより、所望の電圧および波形の駆動電圧を生成することが可能となる。また、発振回路３１１が複数のスイッチング回路３３０のそれぞれに異なるパルス信号を出力することにより、素子アレイ群２９毎に異なる波形の駆動電圧を同時に印加することができる。このため、後述するように、皮膚の部位毎に異なる刺激を同時に与えることが可能となる。
　図１３は、本実施形態における駆動電圧の波形の一例である。図１３において、実線はパルス信号を示し、点線は駆動電圧を示す。パルス信号のパルス幅が時間に応じて変化すると、駆動電圧の波形はパルス信号の積分値に応じた正弦波となる。パルス信号のパルス幅を適宜変更することで、矩形波以外の波形、すなわち、正弦波、鋸波等の駆動電圧を生成することができる。
　図１４は、本実施形態における駆動電圧の波形の一例であり、図１４（ａ）は正弦波の駆動電圧を示し、図１４（ｂ）は鋸波の駆動電圧を示す。図１４（ａ）に示される駆動電圧が一の素子アレイ群２９に印加され、同時に、図１４（ｂ）に示される駆動電圧が他の素子アレイ群２９に印加される。このように、複数の素子アレイ群２９のそれぞれを異なる駆動パターンで駆動することによって、部位毎に異なる皮膚刺激を与えることが可能になる。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、皮膚刺激装置は任意の波形の駆動電圧を生成することができる。また、複数の素子アレイ群にそれぞれ異なる駆動電圧を生成することができる。これにより、皮膚刺激装置は、部位に応じて最適な刺激を与えることが可能となる。
１　　：皮膚刺激装置
２　　：皮膚装着部
２１　：基材
２２　：絶縁材
２３　：粘着材
２４　：素子アレイ
２８　：検出素子アレイ
２９　：素子アレイ群
３　　：制御部
５　　：ユーザ端末

Claims (18)

  1. 　皮膚に機械刺激を与える皮膚刺激装置であって、
    　誘電体、前記誘電体に設けられた第１の電極および第２の電極を備え、前記第１の電極および前記第２の電極に印加された駆動電圧に応じて変位するアクチュエータ素子と、
    　前記皮膚に装着可能であって、前記アクチュエータ素子が設けられるとともに伸縮自在な膜状の基材とを備え、
    　複数の前記アクチュエータ素子は前記基材の表面に沿って縦列接続された素子アレイを形成していることを特徴とする皮膚刺激装置。
  2. 　複数の前記素子アレイは前記基材の表面に並んで配列されることを特徴とする請求項１に記載の皮膚刺激装置。
  3. 　複数の前記素子アレイは前記基材の表面に放射状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の皮膚刺激装置。
  4. 　前記素子アレイは前記基材の表面に螺旋状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の皮膚刺激装置。
  5. 　前記素子アレイにおいて、複数の前記第１の電極は互いに電気的に接続され、複数の前記第２の電極は互いに電気的に接続されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  6. 　前記素子アレイにおいて、隣接する２つの前記アクチュエータ素子は前記第１の電極または前記第２の電極を共有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  7. 　前記アクチュエータ素子を駆動する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は前記素子アレイ毎に前記アクチュエータ素子を駆動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  8. 　前記制御部は複数の前記素子アレイ毎に前記アクチュエータ素子を駆動することを特徴とする請求項７に記載の皮膚刺激装置。
  9. 　前記制御部は、矩形波の前記駆動電圧を生成することを特徴とする請求項７または８に記載の皮膚刺激装置。
  10. 　前記制御部は、正弦波の前記駆動電圧を生成することを特徴とする請求項７または８に記載の皮膚刺激装置。
  11. 　前記制御部は、鋸波の前記駆動電圧を生成することを特徴とする請求項７または８に記載の皮膚刺激装置。
  12. 　前記制御部は、前記駆動電圧を６０Ｈｚ以下の周波数で変化させることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  13. 　前記制御部は、前記駆動電圧の振幅、周波数、および波形の少なくとも１つを時間に伴い所定の駆動パターンで変化させることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  14. 　前記制御部は、被施術者の年齢、性別、および前記皮膚の部位の少なくとも１つに応じて前記駆動パターンを決定することを特徴とする請求項１３に記載の皮膚刺激装置。
  15. 　前記制御部は、前記皮膚の画像に基づき前記駆動パターンを決定することを特徴とする請求項１３または１４に記載の皮膚刺激装置。
  16. 　前記基材の変位に応じた検出電圧を出力可能な検出素子をさらに備え、
    　前記制御部は、前記検出電圧に応じて前記駆動パターンを決定することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  17. 　前記誘電体は誘電エラストマー、セラミック、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、または酸化亜鉛のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の皮膚刺激装置。
  18. 　皮膚に機械刺激を与える皮膚刺激方法であって、
    　誘電体、前記誘電体に設けられた第１の電極および第２の電極を備え、前記第１の電極および前記第２の電極に印加された駆動電圧に応じてアクチュエータ素子を変位させる工程と、
    　前記皮膚に装着可能な膜状の基材を、前記アクチュエータ素子によって伸縮させる工程とを備え、
    　複数の前記アクチュエータ素子は前記基材の表面に沿って縦列接続された素子アレイを形成していることを特徴とする皮膚刺激方法。
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