(57)【要約】【課題】被測定物を容易に固定することができる保持具を提供すること。【解決手段】被測定物３１に変形を与えたときの力学応答特性を計測する装置本体１１を備える力学特性計測装置１０を用いて、被測定物３１の力学応答特性を、被測定物３１を保持した状態下に計測するために用いられる被測定物の保持具２０である。保持具２０は、被測定物３１の外形に合わせて被測定物３１の保持が可能な形状に変形可能になされているとともに、測定時に該形状が保持可能になされている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に変形を与えたときの力学応答特性を計測する装置本体を備える力学特性計測装置を用いて、該被測定物の力学応答特性を、該被測定物を保持した状態下に計測するために用いられる被測定物の保持具であって
前記保持具は、前記被測定物の外形に合わせて該被測定物の保持が可能な形状に変形可能になされているとともに、計測時に該形状が保持可能になされている、被測定物の保持具。
【請求項２】
被測定物の保持が可能な形状に変形可能な気密袋と、該気密袋の内部に封入された顆粒状物質と、該気密袋に備えられその内部と外部とを繋ぐ連通部と、該連通部に備えられた弁とを備える請求項１に記載の被測定物の保持具。
【請求項３】
前記気密袋はその外面が布で覆われている、請求項２に記載の被測定物の保持具。
【請求項４】
被測定物に変形を与えたときの力学応答特性を計測する装置本体を備える力学特性計測装置と、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の被測定物の保持具とを備える力学特性計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の力学応答特性を計測するために用いられる保持具に関する。
【背景技術】
【０００２】
動的粘弾性測定装置を用いて皮膚の変形挙動を測定し、貯蔵弾性率Ｇ’や損失弾性率Ｇ”と筋肉の緊張状態との関係を調べる技術が知られている。例えば非特許文献１には、レオメーター下部の測定ステージに被験者の前腕部を配置し、前腕部内側にプローブを当接させてずり変形を与え、粘弾性特性値を求めることが記載されている。同文献においては、このような測定を行うことで、褥瘡周辺のひずみ分布と創の形成との関係を検討している。しかし、同文献に記載の測定方法を採用した場合、測定対象である前腕部を確実に固定しておかない場合には、測定を行っている間に前腕部が意図せず動いてしまい、精度の高い測定を行うことが容易でない。
【０００３】
測定を行っている間にわたり測定対象を固定しておくための固定具として、特許文献１には、少なくとも一部が網状に形成された固定具本体を備える固定具であって、前記固定具本体が形状記憶樹脂からなるものが提案されている。この固定具によれば、形状記憶樹脂からなる固定具本体を加温して柔軟化させ、その状態で被測定物に密着させることで、密着が容易に行われると記載されている。
【０００４】
また特許文献２には、計測対象の外形に沿った内面形状に形成された空洞部に測定対象を収容するようにした計測対象保持具が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３４３８４５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９７３８１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「実験化学」、２０１１年３月、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１、ｐｐ．３０−３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び２に記載の固定具や保持具を用いた場合、保持・固定に起因する測定対象部位の状態変化が起こるおそれがある。また、特許文献１及び２に記載の固定具や保持具を用いた場合、被測定物は固定できるものの、該被測定物を測定装置の決まった位置に確実に配置することまでは考慮されていない。
【０００８】
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る被測定物の保持具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、被測定物に変形を与えたときの力学応答特性を計測する装置本体を備える力学特性計測装置を用いて、該被測定物の力学応答特性を、該被測定物を保持した状態下に計測するために用いられる被測定物の保持具であって
前記保持具は、前記被測定物の外形に合わせて該被測定物の保持が可能な形状に変形可能になされているとともに、計測時に該形状が保持可能になされている、被測定物の保持具を提供するものである。
【００１０】
また本発明は、被測定物に変形を与えたときの力学応答特性を計測する装置本体を備える力学特性計測装置と、前記の保持具とを備える力学特性計測システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被測定物を容易に固定することができ、その固定状態の被測定物を測定装置に決まった位置に確実に配置することが可能な保持具が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の被測定物の保持具とともに用いられる力学特性計測装置を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の被測定物の保持具の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の被測定物の保持具を用いて被測定物を測定する状態を示す斜視図である。
【図４】図４は、本発明の被測定物の保持具を用いて被測定物を測定する状態を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示す状態から被験者であるヒトを省略した状態を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の被測定物の保持具を、被測定物の外形に変形させ、且つ架台の載置面に配置して形状を固定化させた状態を、上面側から見た斜視図である。
【図７】図７は、本発明の被測定物の保持具を、被測定物の外形に変形させ、且つ架台の載置面に配置して形状を固定化させた状態を、下面側から見た斜視図である。
【図８】図８は、本発明の被測定物の保持具を用いて該被測定物の力学応答特性を測定するために用いられるプローブの一例を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、実施例１において測定したヒトの上腕内側部を対象とする肌の力学応答特性（トルク及びｔａｎδ）の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例２において測定した肌の力学応答特性（トルク）の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。本発明の被測定物の保持具（以下、単に「保持具」とも言う。）は、被測定物に変形を与えたときの力学応答特性を計測する装置本体を備える力学特性計測システムを用いた計測を行うときに用いられるものである。被測定物の種類に特に制限はなく、変形を与えることが可能であり、且つ力学応答特性を測定することが可能な性状を有するものである限り、例えば液状、ゲル状、ペースト状、及び固形であってもよい。また被測定物は生体でもよく、あるいは非生体でもよい。生体を被測定物とする場合、該生体としては、ヒト及びヒト以外の生物が挙げられる。ヒトを被測定物とする場合には、当該測定は非医療目的で行われる。プローブが接触する測定部位は皮膚が代表的なものとして挙げられるが、これに限られず、他の部位、例えば粘膜等であってもよい。
【００１４】
被測定物に与える変形の種類は、例えば圧縮、引っ張り、ねじり、及び曲げなどが挙げられるが、これに限られない。被測定物に変形を与えたときの力学応答パラメータとしては、例えば弾性率、粘度、タック力、摩擦係数、法線力、及びトルクなどが代表的なものとして挙げられる。具体的には動的粘弾性が挙げられる。
【００１５】
図１には、本発明の保持具とともに用いられる力学特性計測装置の一例としての動的粘弾性測定装置１０が示されている。動的粘弾性測定装置１０は、装置本体１１を備えており、該装置本体１１にはプローブ１２が取り付けられている。プローブ１２は、被測定物に与える変形の種類に応じ、種々の形状のものが用いられる。プローブ１２は、装置本体１１から鉛直下方に向けて垂下するように取り付けられている。尤も、プローブ１２の取付態様はこれに限られず、例えば装置本体１１から水平方向に張り出すように取り付けられてもよい。プローブ１２の取付態様は、被測定物に与える変形の種類、プローブ１２の形状、被測定物の種類、被測定物の形状等に応じて適宜決定される。
【００１６】
動的粘弾性測定装置１０は、テーブル１３の載置面１３ａ上に載置されている。動的粘弾性測定装置１０に隣接した位置には架台１４が設置されている。架台１４は、被測定物（図示せず）が載置される。したがって架台１４の載置面１４ａは、少なくともプローブ１２の直下に位置している。
【００１７】
図２には、図１に示す動的粘弾性測定装置１０とともに用いられる保持具２０が示されている。保持具２０は、被測定物の外形に合わせて該被測定物の保持が可能な形状に変形可能になされている。これとともに保持具２０は、計測時に該形状が保持可能になされている。このような構成を達成するために、保持具２０は、変形可能な気密袋２１を備えている。気密袋２１は気体非透過性のシート材料から構成されている。保持具２０の肌触りを良好にすることを目的として、気密袋２１は高分子材料又は発泡高分子シート等のフレキシブルな素材であることが好ましい。更に気密袋２１は、その外面が布で覆われていてもよい。布で覆うことは、被測定物はヒトの身体の一部である場合に特に有用である。気密袋２１の内部には顆粒状物質（図示せず）が封入されている。顆粒状物質は一般にその平均的な大きさが、気密袋２１内を減圧したときに、ある程度の柔軟性を保つようにする観点から、１ｍｍ以上で、被測定物の外形への追従性を維持する観点から、８ｍｍ以下の粒状体からなる。この粒状体は、被測定物の測定時に加わる荷重に対して実質的に変形しない程度の剛性を有する固体物質から構成されている。また、この粒状体は中実体であるか、又は中空体である。中実体と中空体との混合物を用いてもよい。
【００１８】
顆粒状物質はその形状に特に制限はなく、例えば球状、多面体状、楕円球状、紡錘状、不定形等であり得る。これらの形状の組み合わせを用いてもよい。気密袋２１の内部での顆粒状物質の充填性を高め、被測定物の測定時に保持具２０の形状を確実に保持する観点からは、略球状の形状を有する顆粒状物質を用いることが好ましい。
【００１９】
顆粒状物質は、気密袋２１内において流動可能な状態で封入されている。それによって、保持具２０はその外形を自由に変形させることが可能となる。また被測定物の外形に適応して形状に容易に変形し得る点から、保持具２０はその外形が、図２に示すとおり扁平体であることが好ましい。
【００２０】
保持具２０の気密袋２１には連通部２２が備えられている。連通部２２は気密袋２１の内部と外部とを繋ぐ部材である。図２に示す実施形態では連通部２２は筒状の形状をしている。この筒には、例えば、二方弁（図示せず）が設けられている。この二方弁は、連通部２２を通じての気密袋２１の内部から外部への気体の排気及び外部から内部への気体の流入を調整できる構造を有している。なお、二方弁に替えて逆止弁を用いることもできる。
【００２１】
以上のとおりの構成を有する保持具２０は、いわゆる減圧式ビーズマットという称呼で広く知られている物品である。この種の保持具２０を用いる場合には、保持具２０とは別に用意しておいた排気ポンプ４０の排気管４１を、気密袋２１に取り付けられている連通部２２と接続する。この時点では、気密袋２１内には空気が存在している。また気密袋２１内に封入されている顆粒状物質は流動状態を保っており、保持具２０も、外力によって変形可能な状態を保っている。この状態から排気ポンプ４０を作動させると、気密袋２１内に存在している空気が次第に排気されて気密袋２１は次第に縮小していくとともに、顆粒状物質が流動性を次第に喪失していき締め固まった状態となる。そして気密袋２１内を−２０〜−４０ｋＰａ（ゲージ圧）程度の吸引力で減圧すると、顆粒状物質は流動性をほぼ喪失し、ほぼ変形不能な締め固まった状態となる。このようにして、保持具２０はその形状が保持可能になる。
【００２２】
図３には、動的粘弾性装置１０及び保持具２０を用いて、被測定物を測定する状態の一例が示されている。同図においては、ヒト３０を被験者とし、ヒト３０の前腕部３１の内側の皮膚を被測定物とした状態が示されている。図３に示す実施形態においては、例えば美容の目的、皮膚に塗布する化粧料の開発又は選定の目的、皮膚に塗布する医薬部外品の開発又は選定の目的などの非医療行為を目的として測定を行っている。
【００２３】
図３に、被験者であるヒト３０が架台１４に隣接している椅子１５に腰掛け、左腕の前腕部３１を、その内側がプローブ１２と対向するように、架台１４の載置面１４ａに載置している状態が示されている。前腕部３１と載置面１４ａとの間には保持具２０が配置されている。保持具２０が縦長の形状をした扁平体であり、その長手方向が前腕部３１の延びる方向と一致するように、前腕部３１と載置面１４ａとの間に配置されている。
【００２４】
この場合、保持具２０の両端域２３ａ及び２３ｂが、架台１４の載置面１４ａにおける前後の端縁から外方に延出し、且つ鉛直下方に向けて垂下するように、該保持具２０を配置する位置を調整する。次に、図３に示す状態にある保持具２０と前腕部３１とを良く馴染ませて、両者が極力密着し、両者間に隙間が極力生じないように、保持具２０を変形させる。この状態下に、保持具２０における連通部（図示せず）に、図２に示す排気ポンプ４０を接続し、保持具２０の気密袋２１内の気体を脱気する。この脱気によって、保持具２０の気密袋２１が次第に縮小していき、顆粒状物質は流動性をほぼ喪失してほぼ変形不能な締め固まった状態となる。これによって被測定物である前腕部３１の固定状態が完成する。その結果、測定の間にわたり前腕部３１の動きが阻止される。また、この状態は、ヒト３０が自然な姿勢になっているので、肉体的な負担が少ない。また、保持具２０による前腕部３１の固定状態では過度な締め付けは起こらないので、例えば血流の変化や筋肉の弛緩等、測定に影響を来すような身体的変化が生じにくい。
【００２５】
このようにして前腕部３１の固定状態が完成したら、図４に示すとおり、動的粘弾性測定装置１０の装置本体１１に取り付けられているプローブ１２を降下させて、前腕部３１の皮膚に当接させる。そしてプローブ１２に所定の動作を行わせる。本実施形態における所定の動作の例としては、圧縮、引っ張り、ねじり、などが挙げられるが、これらに制限されない。プローブ１２の動作によって、前腕部３１の皮膚に変形が加えられ、その変形に起因する力学応答特性がプローブ１２によって検知されて計測される。測定の間は、前腕部３１は保持具２０によって確実に固定されている。したがって精度の高い測定を行うことができる。また、この際、もう一方の手である決まった箇所を掴む等することで、身体の体勢を一定に保ち、より精度の高い測定を行うことができる。
【００２６】
図５には、図４に示す測定を行った後の状態が示されている。図５には被験者であるヒト３０は示されていない。図５に示すとおり、脱気されて形状が固定化された保持具２０は、架台１４の載置面１４ａにおいて、その前後方向の位置が固定されている。この理由は、図６及び図７に示すとおり、形状が固定化された状態の保持具２０においては、その両端域２３ａ及び２３ｂが鉛直下方に向けて垂下した状態でその形状が固定化されており、これら両端域２３ａ及び２３ｂが前後方向の位置決め手段として機能するからである。詳細には、保持具２０の両端域の一方２３ａが架台１４の載置面１４ａの前端部に係止され、且つ両端域の他方２３ｂが載置面１４ａの後端部に係止されることで、保持具２０はその前後方向の位置が一定の位置に固定される。その結果、例えば測定が一旦終了し、ヒト３０が動的粘弾性測定装置１０から離れた後、すなわち図５に示す状態になった後、再び計測を行う場合、既に形状が確定している保持具２０の凹部２０ａに前腕部３１を嵌め込めば、先に行った測定状態が容易に再現され、再測定を容易に行うことができる。この場合、横方向に関しては、再測定に際して位置ずれが生じている可能性があるが、そうであったとしても、保持具２０を左右に平行移動させることで横方向の位置ずれは容易に修正することができる。したがって横方向に関する位置ずれは、再測定の際の精度に影響は及ぼさない。あるいは、横方向の固定もできるよう、架台１４あるいは載置面１４ａに凸部等を設けてもよい。
【００２７】
以上の実施形態において用いられる動的粘弾性測定装置１０としては、ヒトの皮膚に、制御された変形（あるいは制御された力）を加え、その応答としての力（あるいは変形）を検出するための機構を備えていることが好ましい。具体的には、以下の（１）−（３）のいずれかの装置を用いることが好ましい。
（１）皮膚測定表面部位の中心点への接面に垂直な方向への押し付け力又は押し付け変位を与えつつ、接面に平行な方向での回転振動変形又は回転変形を与えることにより力学計測を行い得る装置。
（２）皮膚測定表面部位の中心点への接面に垂直な方向への一定力や変形での押し付け、あるいは制御された押し付け力又は移動速度で押し付けや引き上げを行うことで力学計測を行い得る装置。
（３）（１）及び（２）の両方のモードを組み合わせた計測を行い得る装置。
【００２８】
特に、精度の高い測定を行うためには、以下の性能を有する装置を用いることが好適である。
・検出可能な最小トルク（振動）：１ｎＮｍ以上１μＮｍ以下
・検出可能な最小トルク（回転）：５ｎＮｍ以上１μＮｍ以下
・計測可能な最大トルク：１０ｍＮｍ以上３００ｍＮｍ以下
・トルク分解能：０．０７ｎＮｍ以上１００ｎＮｍ以下
・設定可能角度：０．０７μｒａｄ以上
・回転角分解能：７ｎｒａｄ以上７０ｎｒａｄ以下
・ステップ速度（応答時間）：３ｍｓ以上３０ｍｓ以下
・ステップ歪み（応答時間）：８ｍｓ以上５０ｍｓ以下
・ステップ時間（設定値の９９％）：１０ｍｓ以上２００ｍｓ以下
・角速度範囲：１０−４ｓ−１〜３１４ｓ−１程度
・角周波数範囲：１０−３ｓ−１〜６２８ｓ−１程度
・法線力範囲：０．００５Ｎ以上５０Ｎ以下
・法線力分解能：０．５ｍＮ
【００２９】
本発明の保持具２０を用いた計測は様々な場面で有用なものである。例えば被験体がヒトである場合、ヒトの皮膚に化粧製剤を塗布又は貼付し、その状態下に計測を行うことで、化粧製剤によって得られる皮膚の感触等の性能を客観的に評価することができる。この評価は、個人個人に適した化粧製剤の選定に有用であり、また新たな化粧製剤の開発にも有用である。この場合、装置１０に取り付けられているプローブ１２の種類を適切に選定することで、測定の精度、ひいては評価の精度を一層高くすることができる。例えばプローブ１２を用いて粘弾性測定を行う場合には、図８に示すように、被測定物との当接面に複数条の溝２５が設けられたプローブ１２を用いることで、被測定物との間で滑りが発生することが効果的に防止されて、測定の精度を高めることができる。また、摩擦測定や圧縮測定を行う場合には、被測定物との当接面が平滑であり、且つ耐摩耗性の高い材料からなるプローブ１２を用いることで、測定の精度を高めることができる。
【００３０】
従来、ヒトの皮膚及び皮膚上に施された化粧製剤の塗膜のレオロジー特性を測定する機器としては、例えばキュートメーターやダーマトルクメーターが用いられてきた。またヒトの皮膚及び皮膚上に施された化粧製剤の塗膜の摩擦特性を測定する機器としては、例えばＫＥＳ−ＳＥ摩擦感テスターやハンディラボマスターが用いられてきた。しかし、これらの機器には、化粧製剤を塗布した条件では測定が困難であり、また押圧を制御できないという欠点があった。これに対して、上述の保持具２０を用いれば、ヒトの皮膚及び皮膚上に施された化粧製剤の塗膜のレオロジー特性を容易に計測できる。しかも、保持具２０の構造は簡素なものであり、形状の固定作業も容易に行うことができる。その上、複数回の繰り返し使用が可能である。このように、上述の保持具を用いた計測は、これまでにない容易、且つ精度の高いものとなり、各種の計測分野において極めて有用なものとなる。
【００３１】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、力学特性計測装置の一例として粘弾性測定装置を挙げて本発明の保持具及び力学特性計測システムを説明したが、力学特性計測装置はこれに限られない。
【００３２】
また、前記実施形態においては、保持具２０として、いわゆる減圧式ビーズマットを例に挙げて本発明を説明したが、減圧式ビーズマット以外の保持具を用いてもよい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されるものではない。
【００３４】
〔実施例１〕
本実施例においては、被測定物としてヒトの上腕内側部を用い、肌の力学応答特性を測定した。測定には、図１に示す動的粘弾性測定装置１０及び図２に示す保持具２０を用いた。保持具２０としては減圧式ビーズマットを用いた。保持具２０を図３に示すとおりに装置１０に設置し、保持具２０によってヒトの上腕内側部を保持した。動的粘弾性測定装置１０に取り付けるプローブ１２としては図８に示す、溝形成による滑り止め処理を施した直径８ｍｍのアルミニウム合金製の円板セルを用いた。この測定により得られるトルク値は、ヒトの肌の硬さの指標となるものであり、ｔａｎδ値は肌の質（弾性的か、あるいは粘性的か）の指標となるものである。測定は２段階で行った。最初にセルが計測対象部位を１Ｎの押し付け力で押すように制御し（全５秒間）、続いて押し付け力を１Ｎに制御しつつ、一定の時間間隔で１０点の測定を行った。測定周波数は２Ｈｚで、振幅は０．８度とした。
【００３５】
化粧品等の塗布をしていないブランク肌について、保持具２０による保持の有無で測定を行った。その結果を図９（ａ）及び（ｂ）に示す。なお、測定時間の間隔を多少変更しても結果が大きく異ならないことが判明したので、ある時期から、検討初期の頃よりも測定時間の間隔を短くした。同図中、保持具２０による保持なしの結果は５秒間隔での測定結果であり、保持具２０による保持ありの結果は３秒間隔での測定結果である。トルク及びｔａｎデルタともに２回の測定結果を示しているが、トルク値及びｔａｎδ値ともに、保持具２０による保持を行った場合の方が値の変動が少ないことが判る。
【００３６】
測定値の変動を定量的に示すため、各測定における測定値の標準偏差を求めたところ、以下の表１に示す結果が得られた。
【００３７】
【表１】
2018044798.tif 000003
【００３８】
同表に示す結果から明らかなとおり、トルク値及びtanδ値ともに、保持具２０による保持を行うことで、保持を行わない場合に比べて測定の精度が一桁向上することが判る。
【００３９】
〔実施例２〕
本発明の方法によって市販化粧水Ａ、Ｂ及びＣの塗布に起因する肌の硬さの変化を測定した例を示す。化粧水を塗布する前のブランク肌、並びに各化粧水を塗布した直後及び塗布後一定時間経過後の肌の動的粘弾性測定を行った。化粧水の塗布に起因する肌の硬さの時間変化を知るために、ブランク肌の測定時のトルク値を基準とした変化率を、各測定点について求めた。変化率は以下の式で定義される。
変化率＝（Ｔｔ−Ｔ０）／Ｔ０
式中、Ｔ０はブランク肌のトルク値を表し、Ｔｔは各化粧水を塗布してｔ分経過後でのトルク値を表す。
変化率の経過時間依存性を図１０に示す。同図に示す結果から明らかなとおり、化粧水の塗布によって、塗布の直後ではどの化粧水でも肌の硬さは低下したが、その後の挙動は化粧水により全く異なることが計測できた。
【符号の説明】
【００４０】
１０  動的粘弾性測定装置
１１  装置本体
１２  プローブ
１３  テーブル
１４  架台
１４ａ  載置面
２０  保持具
２０ａ  凹部
２１  気密袋
２２  連通部
３０  ヒト
３１  前腕部
【図１】
2018044798.tif 000004
【図２】
2018044798.tif 000005
【図３】
2018044798.tif 000006
【図４】
2018044798.tif 000007
【図５】
2018044798.tif 000008
【図６】
2018044798.tif 000009
【図７】
2018044798.tif 000010
【図８】
2018044798.tif 000011
【図９】
2018044798.tif 000012
【図１０】
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