JP2016180644A - Viscoelasticity characteristic measurement device - Google Patents

Viscoelasticity characteristic measurement device Download PDF

Info

Publication number
JP2016180644A
JP2016180644A JP2015060452A JP2015060452A JP2016180644A JP 2016180644 A JP2016180644 A JP 2016180644A JP 2015060452 A JP2015060452 A JP 2015060452A JP 2015060452 A JP2015060452 A JP 2015060452A JP 2016180644 A JP2016180644 A JP 2016180644A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sound wave
measurement
reflected sound
contact surface
piezoelectric element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015060452A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6537051B2 (en
Inventor
順昭 小俣
Nobuaki Komata
順昭 小俣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Highfrequency Viscoelasticity Corp
Original Assignee
Highfrequency Viscoelasticity Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Highfrequency Viscoelasticity Corp filed Critical Highfrequency Viscoelasticity Corp
Priority to JP2015060452A priority Critical patent/JP6537051B2/en
Publication of JP2016180644A publication Critical patent/JP2016180644A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6537051B2 publication Critical patent/JP6537051B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a viscoelasticity characteristic measurement device capable of measuring the viscoelasticity characteristic of a measurement sample in a short time.SOLUTION: A viscoelasticity characteristic measurement device 1 includes a piezoelectric element 13 which emits a measurement sound wave from electrode plates 13b and 13c. A delay material 14 has a contact surface 14a in contact with the electrode plate 13b, and another contact surface 14b on the side opposite to the contact surface 14a in contact with the air. A delay material 15 has a contact surface 15a in contact with an electrode plate 13c, and another contact surface 15b on the side opposite to the contact surface 15a in contact with a measurement sample S. The piezoelectric element 13 receives a reflection sound wave A1, which is produced by reflecting the measurement sound wave emitted from the electrode plate 13b by the air and receives a reflection sound wave B1, which is produced by reflecting the measurement sound wave emitted from the electrode plate 13c by the measurement sample S, in a same temperature. A calculator 20 calculates the viscoelasticity characteristic of the measurement sample S on the basis of the reflection sound waves A1 and B1 received by the piezoelectric element 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は粘弾性特性測定装置に関する。   The present invention relates to a viscoelastic property measuring apparatus.

ゴムやパン生地といった粘弾性を有する物質の粘弾性特性を測定する技術について、様々な提案がなされている。   Various proposals have been made on techniques for measuring viscoelastic properties of viscoelastic substances such as rubber and bread dough.

例えば、特許文献１には、タイヤの摩擦特性を測定する測定装置が開示されている。測定装置のトランスデューサは、遅延部材を経由して空気に対し測定音波を放射し、その測定音波が空気で反射されて生じた第１の反射音波を、予め受信する。また、トランスデューサは、遅延部材を経由してタイヤに対し測定音波を放射し、その測定音波がタイヤで反射されて生じた第２の反射音波を受信する。そして、測定装置は、第１及び第２の反射音波のデータに基づいて、タイヤの粘弾性特性における損失正接を導出し、その損失正接に基づいて摩擦特性を算出する。   For example, Patent Document 1 discloses a measuring device that measures the friction characteristics of a tire. The transducer of the measurement device emits a measurement sound wave to the air via the delay member, and receives in advance a first reflected sound wave generated by the measurement sound wave being reflected by the air. The transducer radiates a measurement sound wave to the tire via the delay member, and receives a second reflected sound wave generated by the measurement sound wave being reflected by the tire. The measuring device derives a loss tangent in the viscoelastic characteristics of the tire based on the data of the first and second reflected sound waves, and calculates a friction characteristic based on the loss tangent.

他の関連技術として、特許文献２には、液体の粘度を測定する超音波デバイスが開示されている。また、特許文献３には、気体又は液体の密度を測定する密度測定デバイスが開示されている。   As another related technique, Patent Document 2 discloses an ultrasonic device for measuring the viscosity of a liquid. Patent Document 3 discloses a density measuring device for measuring the density of gas or liquid.

特開２００７−４７１３０号公報JP 2007-47130 A 特開平５−３２２７３６号公報JP-A-5-322736 米国特許６６５１４８４号明細書US Pat. No. 6,651,484

物質の粘弾性特性は、その測定温度に応じて異なる値を示す。従って、特許文献１に係る測定装置において、正確に粘弾性特性を測定するためには、第２の反射音波を受信する際のタイヤの温度と同一の温度において、第１の反射音波を受信する必要がある。ここで、粘弾性特性の測定温度は状況に応じて異なるため、様々な状況下でタイヤの粘弾性特性を正確に測定するためには、幅広い温度幅で第１の反射音波を受信し、第１の反射音波のデータを予め取得する必要がある。しかしながら、幅広い温度幅で第１の反射音波を正確に受信するためには、測定に際して測定装置全体の温度分布を均一にし、温度をゆっくり変化させる必要がある。そのため、第１の反射音波のデータ取得に時間がかかってしまうという課題があった。   The viscoelastic properties of the substance show different values depending on the measurement temperature. Therefore, in the measuring apparatus according to Patent Document 1, in order to accurately measure the viscoelastic characteristics, the first reflected sound wave is received at the same temperature as the temperature of the tire when receiving the second reflected sound wave. There is a need. Here, since the measurement temperature of the viscoelastic property varies depending on the situation, in order to accurately measure the viscoelastic property of the tire under various circumstances, the first reflected sound wave is received in a wide temperature range, It is necessary to obtain the data of one reflected sound wave in advance. However, in order to accurately receive the first reflected sound wave over a wide temperature range, it is necessary to make the temperature distribution of the entire measuring apparatus uniform and to change the temperature slowly during measurement. For this reason, there is a problem that it takes time to acquire data of the first reflected sound wave.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、時間をかけずに測定試料の粘弾性特性を測定可能な粘弾性特性測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a viscoelastic property measuring apparatus capable of measuring the viscoelastic property of a measurement sample without taking time.

本発明の一態様における粘弾性特性測定装置は、
第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、を有し、前記第１及び第２の面から測定音波を放射すると共に、前記第１及び第２の面で反射音波を受信する圧電素子と、
前記第１の面に接触している第１の接触面と、前記第１の接触面の反対側に位置し、基準試料に接触している第２の接触面と、を有する第１の遅延材と、
前記第２の面に接触している第３の接触面と、前記第３の接触面の反対側に位置し、測定試料に接触している第４の接触面と、を有する第２の遅延材と、
前記圧電素子で受信した前記反射音波に基づいて前記測定試料の粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出部と、を備える。
前記圧電素子は、前記第１及び第２の面の各々から前記第１及び第２の遅延材に前記測定音波をそれぞれ放射し、前記測定音波が前記基準試料で反射されて生じた第１の反射音波及び前記測定音波が前記測定試料で反射されて生じた第２の反射音波をそれぞれ受信し、
前記粘弾性特性算出部は、前記第１及び第２の反射音波に基づいて前記測定試料の粘弾性特性を算出する。 In one embodiment of the present invention, the viscoelastic property measuring apparatus is
A first surface and a second surface opposite to the first surface, radiating measurement sound waves from the first and second surfaces, and the first and second surfaces. A piezoelectric element for receiving reflected sound waves;
A first delay having a first contact surface in contact with the first surface and a second contact surface located on the opposite side of the first contact surface and in contact with a reference sample. Material,
A second delay having a third contact surface in contact with the second surface and a fourth contact surface located on the opposite side of the third contact surface and in contact with the measurement sample. Material,
A viscoelastic property calculation unit that calculates the viscoelastic property of the measurement sample based on the reflected sound wave received by the piezoelectric element.
The piezoelectric element radiates the measurement sound wave from each of the first and second surfaces to the first and second retardation members, and the measurement sound wave is reflected by the reference sample, and is generated by the first. Receiving a reflected sound wave and a second reflected sound wave generated by reflecting the measurement sound wave on the measurement sample,
The viscoelastic characteristic calculation unit calculates a viscoelastic characteristic of the measurement sample based on the first and second reflected sound waves.

本発明により、時間をかけずに測定試料の粘弾性特性を測定可能な粘弾性特性測定装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a viscoelastic property measuring apparatus capable of measuring the viscoelastic property of a measurement sample without taking time.

実施の形態１に係る粘弾性特性測定装置のブロック図である。1 is a block diagram of a viscoelastic property measuring apparatus according to Embodiment 1. FIG. 圧電素子が出力する反射音波の検出信号の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the detection signal of the reflected sound wave which a piezoelectric element outputs. 表面反射法を用いたときの粘弾性特性測定のフローチャートである。It is a flowchart of a viscoelastic characteristic measurement when the surface reflection method is used. 底面反射法を用いたときの粘弾性特性測定のフローチャートである。It is a flowchart of a viscoelastic characteristic measurement when a bottom face reflection method is used. 実施の形態２に係る粘弾性特性測定装置のブロック図である。6 is a block diagram of a viscoelastic property measuring apparatus according to Embodiment 2. FIG. 圧電素子が出力する反射音波の検出信号の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the detection signal of the reflected sound wave which a piezoelectric element outputs. 補正値を算出する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which calculates a correction value. 粘弾性特性を測定するときの粘弾性特性測定装置のブロック図である。It is a block diagram of a viscoelastic characteristic measuring apparatus when measuring a viscoelastic characteristic. 表面反射法を用いたときの粘弾性特性測定のフローチャートである。It is a flowchart of a viscoelastic characteristic measurement when the surface reflection method is used. 補正値を算出する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which calculates a correction value. 実施の形態３に係るケーシング構造の断面図である。6 is a cross-sectional view of a casing structure according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態４に係るケーシング構造の断面図である。It is sectional drawing of the casing structure which concerns on Embodiment 4. 実施の形態５に係る圧電素子の正面図である。FIG. 10 is a front view of a piezoelectric element according to a fifth embodiment. 実施の形態５に係る圧電素子の断面図である。6 is a cross-sectional view of a piezoelectric element according to Embodiment 5. FIG. 実施の形態６に係る圧電素子及び遅延材の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a piezoelectric element and a delay material according to Embodiment 6.

［実施の形態１］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１に示すように、粘弾性特性測定装置１は、測定部１０と測定信号供給部１１と粘弾性特性算出部１２を備える。なお、以下の説明において、粘弾性特性の測定対象である測定試料Ｓは、固体の試料であってもよいし、液体の試料であってもよい。また、粘弾性特性は、後述の損失正接ｔａｎδ、貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ”の少なくともいずれか１つの値を含む。
以下、粘弾性特性測定装置１の各要素について説明する。 [Embodiment 1]
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the viscoelastic property measurement apparatus 1 includes a measurement unit 10, a measurement signal supply unit 11, and a viscoelastic property calculation unit 12. In the following description, the measurement sample S that is a measurement target of the viscoelastic property may be a solid sample or a liquid sample. The viscoelastic property includes at least one value of a loss tangent tan δ, a storage elastic modulus E ′, and a loss elastic modulus E ″, which will be described later.
Hereinafter, each element of the viscoelastic property measuring apparatus 1 will be described.

測定部１０は、測定試料Ｓの粘弾性特性の測定データを取得するものであり、圧電素子１３と遅延材１４、１５とを備える。測定部１０は、例えばプローブとして形成することができる。   The measurement unit 10 acquires measurement data of the viscoelastic characteristics of the measurement sample S, and includes a piezoelectric element 13 and delay materials 14 and 15. The measurement unit 10 can be formed as a probe, for example.

圧電素子１３は、圧電体１３ａと、圧電体１３ａの一方の面に接触した電極板１３ｂと、圧電体１３ａの他方の面に接触した電極板１３ｃとを有する。電極板１３ｂ、１３ｃに電圧が供給されることで、圧電体１３ａが振動して、圧電体１３ａの両面から遅延材１４、１５に測定音波Ｍ（測定用の音波）を放射する。従って、圧電素子１３は、電極板１３ｂ、１３ｃから測定音波Ｍを放射する音波放射部として機能する。なお、測定音波Ｍの具体例としては、パルス状の音波や、所定の周波数成分を含むような音波が挙げられる。   The piezoelectric element 13 includes a piezoelectric body 13a, an electrode plate 13b in contact with one surface of the piezoelectric body 13a, and an electrode plate 13c in contact with the other surface of the piezoelectric body 13a. When the voltage is supplied to the electrode plates 13b and 13c, the piezoelectric body 13a vibrates and radiates the measurement sound wave M (measurement sound wave) to the delay members 14 and 15 from both surfaces of the piezoelectric body 13a. Therefore, the piezoelectric element 13 functions as a sound wave radiating unit that radiates the measurement sound wave M from the electrode plates 13b and 13c. Specific examples of the measurement sound wave M include a pulsed sound wave and a sound wave including a predetermined frequency component.

ここで、圧電体１３ａが振動した際に測定音波Ｍが圧電素子１３内で多重反射して遅延材１４、１５に放射されないよう、圧電体１３ａは、０−３コンポジットや１−３コンポジットといった、内部損失が所定値以上の材料で構成されてもよい。   Here, when the piezoelectric body 13a vibrates, the piezoelectric body 13a is a 0-3 composite or a 1-3 composite so that the measurement sound wave M is not repeatedly reflected within the piezoelectric element 13 and emitted to the delay members 14 and 15. The internal loss may be made of a material having a predetermined value or more.

遅延材１４は、電極板１３ｂに接触している接触面１４ａと、接触面１４ａの反対側にあって空気と接触する接触面１４ｂとを有する。また、遅延材１５は、電極板１３ｃに接触している接触面１５ａと、接触面１５ａの反対側にあって測定試料Ｓに接触する接触面１５ｂ（測定面）とを有する。遅延材１４は円筒形の部材であり、接触面１４ａ、１４ｂは、それぞれ円筒の上面又は底面である。同様に、遅延材１５は円筒形の部材であり、接触面１５ａ、１５ｂは、それぞれ円筒の上面又は底面である。なお、以上では遅延材１４及び１５の形状が円筒形の例を説明したが、遅延材１４及び１５の形状は円筒形でなくともよい。   The delay member 14 has a contact surface 14a that is in contact with the electrode plate 13b, and a contact surface 14b that is on the opposite side of the contact surface 14a and contacts air. The delay member 15 includes a contact surface 15a that is in contact with the electrode plate 13c, and a contact surface 15b (measurement surface) that is on the opposite side of the contact surface 15a and contacts the measurement sample S. The retarder 14 is a cylindrical member, and the contact surfaces 14a and 14b are the upper surface or the bottom surface of the cylinder, respectively. Similarly, the delay member 15 is a cylindrical member, and the contact surfaces 15a and 15b are the upper surface or the bottom surface of the cylinder, respectively. Although the example in which the retarders 14 and 15 are cylindrical has been described above, the retarders 14 and 15 need not be cylindrical.

遅延材１４、１５は、音波の到達時間を遅延させる働きをする。遅延材１４、１５は、同じ材料で構成されており、接触面１４ａから接触面１４ｂまでの遅延材１４の長さＬ１に比較して、接触面１５ａから接触面１５ｂまでの遅延材１５の長さＬ２の方は長い。   The delay members 14 and 15 function to delay the arrival time of the sound wave. The retarders 14 and 15 are made of the same material, and the length of the retarder 15 from the contact surface 15a to the contact surface 15b is longer than the length L1 of the retarder 14 from the contact surface 14a to the contact surface 14b. L2 is longer.

測定部１０が以上の構成を有するため、圧電素子１３が電極板１３ｂから測定音波Ｍを放射すると、放射された測定音波Ｍは遅延材１４を経由して空気で反射される（接触面１４ｂと空気との境界面で反射される）ことで、反射音波Ａ１が生じる。また、圧電素子１３が電極板１３ｃから測定音波Ｍを放射すると、放射された測定音波Ｍは遅延材１５を経由して測定試料Ｓで反射される（接触面１５ｂと測定試料Ｓとの境界面で反射される）ことで、反射音波Ｂ１が生じる。また、放射された測定音波Ｍが測定試料Ｓと空気との境界面で反射されることで、反射音波Ｃ１が生じる。   Since the measurement unit 10 has the above configuration, when the piezoelectric element 13 radiates the measurement sound wave M from the electrode plate 13b, the emitted measurement sound wave M is reflected by the air via the delay material 14 (with the contact surface 14b and The reflected sound wave A1 is generated by being reflected at the boundary surface with air. When the piezoelectric element 13 radiates the measurement sound wave M from the electrode plate 13c, the radiated measurement sound wave M is reflected by the measurement sample S via the delay material 15 (the boundary surface between the contact surface 15b and the measurement sample S). The reflected sound wave B1 is generated. In addition, the radiated measurement sound wave M is reflected at the boundary surface between the measurement sample S and the air, so that a reflected sound wave C1 is generated.

圧電体１３ａは反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１を受信すると、反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に応じた電圧を発生する。このように、圧電素子１３は、反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１を受信する音波受信部としても機能する。圧電体１３ａが反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に応じた電圧を発生すると、電極板１３ｂ、１３ｃは、反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１に応じた電圧を、検出信号として後述の方向整合器１７に供給する。   When the piezoelectric body 13a receives the reflected sound waves A1, B1, and C1, the piezoelectric body 13a generates a voltage corresponding to the reflected sound waves A1, B1, and C1. Thus, the piezoelectric element 13 also functions as a sound wave receiving unit that receives the reflected sound waves A1, B1, and C1. When the piezoelectric body 13a generates a voltage corresponding to the reflected sound waves A1, B1, and C1, the electrode plates 13b and 13c supply a voltage corresponding to the reflected sound waves A1, B1, and C1 to the direction matching unit 17 described later as a detection signal. To do.

図２は、圧電素子１３が出力する反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の検出信号の一例を示すグラフである。図２に示すように、反射音波Ｂ１の圧電素子１３への到達時刻Ｔ２は、反射音波Ａ１の圧電素子１３への到達時刻Ｔ１と比較するとΔＴｒ遅れる。また、反射音波Ｂ１のピーク強度ｐ２は、反射音波Ａ１のピーク強度ｐ１と比較すると小さい。遅延材１４の長さＬ１に比較して、遅延材１５の長さＬ２が長いため、反射音波Ｂ１は、反射音波Ａ１に比較して遅延材内部の伝搬時間が長く、また、音波強度の減衰がより大きいからである。   FIG. 2 is a graph showing an example of detection signals of the reflected sound waves A1, B1, and C1 output from the piezoelectric element 13. As shown in FIG. 2, the arrival time T2 of the reflected sound wave B1 to the piezoelectric element 13 is delayed by ΔTr as compared to the arrival time T1 of the reflected sound wave A1 to the piezoelectric element 13. The peak intensity p2 of the reflected sound wave B1 is smaller than the peak intensity p1 of the reflected sound wave A1. Since the length L2 of the delay material 15 is longer than the length L1 of the delay material 14, the reflected sound wave B1 has a longer propagation time inside the delay material than the reflected sound wave A1, and the sound intensity is attenuated. This is because is larger.

また、反射音波Ｃ１は測定試料Ｓを伝搬しているため、反射音波Ｃ１の圧電素子１３への到達時刻Ｔ３は、反射音波Ｂ１の到達時刻Ｔ２と比較するとΔＴｓ遅れる。また、反射音波Ｃ１のピーク強度ｐ３は、測定試料Ｓにより減衰される。そして、反射音波Ｂ１の透過成分に比べると、反射音波Ｃ１の透過成分は小さくなる。   Further, since the reflected sound wave C1 propagates through the measurement sample S, the arrival time T3 of the reflected sound wave C1 to the piezoelectric element 13 is delayed by ΔTs compared to the arrival time T2 of the reflected sound wave B1. The peak intensity p3 of the reflected sound wave C1 is attenuated by the measurement sample S. Then, the transmitted component of the reflected sound wave C1 is smaller than the transmitted component of the reflected sound wave B1.

なお、圧電素子１３が反射音波Ａ１を受信する際の温度と、圧電素子１３が反射音波Ｂ１、Ｃ１を受信する際の温度とは、略同一の温度Ｄ１である。例えば、圧電素子１３が電極板１３ｂ、１３ｃから同時に測定音波Ｍを放射することで、反射音波Ａ１を受信する際の温度と、反射音波Ｂ１、Ｃ１を受信する際の温度とを略同一の温度にできる。   The temperature at which the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A1 and the temperature at which the piezoelectric element 13 receives the reflected sound waves B1 and C1 are substantially the same temperature D1. For example, when the piezoelectric element 13 simultaneously emits the measurement sound wave M from the electrode plates 13b and 13c, the temperature when the reflected sound wave A1 is received and the temperature when the reflected sound waves B1 and C1 are received are substantially the same temperature. Can be.

次に、測定信号供給部１１について説明する。測定信号供給部１１は、測定試料Ｓの粘弾性特性を測定するための電圧（測定信号）を供給するものであり、測定信号生成器１６と方向整合器１７と高周波増幅器１８とを備える。   Next, the measurement signal supply unit 11 will be described. The measurement signal supply unit 11 supplies a voltage (measurement signal) for measuring the viscoelastic characteristics of the measurement sample S, and includes a measurement signal generator 16, a direction matching unit 17, and a high-frequency amplifier 18.

測定信号生成器１６は、粘弾性特性算出部１２から出力された測定音波Ｍの放射指示信号に応じて、測定信号を生成し、生成した測定信号を方向整合器１７に出力する。方向整合器１７は、受信した測定信号を電極板１３ｂ、１３ｃに供給する。測定信号に係る電圧が印加されることで圧電体１３ａが振動することで、測定音波Ｍが生ずる。   The measurement signal generator 16 generates a measurement signal according to the radiation instruction signal of the measurement sound wave M output from the viscoelastic property calculation unit 12, and outputs the generated measurement signal to the direction matching unit 17. The direction matching unit 17 supplies the received measurement signal to the electrode plates 13b and 13c. When the voltage related to the measurement signal is applied, the piezoelectric body 13a vibrates to generate the measurement sound wave M.

また、方向整合器１７は、電極板１３ｂ、１３ｃから供給された反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の検出信号を高周波増幅器１８に出力する。ここで方向整合器１７は、測定信号生成器１６から出力された測定信号が高周波増幅器１８に出力されないように信号の伝送方向を調節している。   Further, the direction matching unit 17 outputs the detection signals of the reflected sound waves A1, B1, and C1 supplied from the electrode plates 13b and 13c to the high-frequency amplifier 18. Here, the direction matching unit 17 adjusts the signal transmission direction so that the measurement signal output from the measurement signal generator 16 is not output to the high-frequency amplifier 18.

高周波増幅器１８には、方向整合器１７から反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の検出信号が供給される。高周波増幅器１８は、供給された検出信号における高周波成分を所定の増幅率で増幅し、増幅後の検出信号を粘弾性特性算出部１２の時間データメモリ部１９に出力する。高周波増幅器１８が増幅する検出信号中の高周波成分には、粘弾性特性を算出するのに必要となる測定量が含まれている。   The high-frequency amplifier 18 is supplied with detection signals of the reflected sound waves A1, B1, and C1 from the direction matching unit 17. The high frequency amplifier 18 amplifies the high frequency component in the supplied detection signal with a predetermined amplification factor, and outputs the amplified detection signal to the time data memory unit 19 of the viscoelastic characteristic calculation unit 12. The high-frequency component in the detection signal amplified by the high-frequency amplifier 18 includes a measurement amount necessary for calculating the viscoelastic characteristics.

次に、粘弾性特性算出部１２について説明する。粘弾性特性算出部１２は、反射音波Ａ１、Ｂ１の電圧信号か、又は反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の電圧信号を用いて、測定試料Ｓの高周波粘弾性特性を算出する。粘弾性特性算出部１２は、時間データメモリ部１９と演算部２０とを有しており、例えばコンピュータ（特にパーソナルコンピュータ）である。時間データメモリ部１９と演算部２０は、ハードウェア的には、メモリやその他のＩＣ等の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現することができる。   Next, the viscoelastic property calculation unit 12 will be described. The viscoelastic property calculation unit 12 calculates the high frequency viscoelastic property of the measurement sample S using the voltage signals of the reflected sound waves A1 and B1 or the voltage signals of the reflected sound waves A1, B1 and C1. The viscoelastic property calculation unit 12 includes a time data memory unit 19 and a calculation unit 20, and is, for example, a computer (particularly a personal computer). The time data memory unit 19 and the arithmetic unit 20 can be configured by a circuit such as a memory or other IC in hardware, and can be realized by a program loaded in the memory in software. .

時間データメモリ部１９には、高周波増幅器１８で増幅された反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の検出信号の時間波形が、予め定められた周期で格納される。なお、時間データメモリ部１９は、演算部２０の制御に基づいて、データを格納する周期を変更することができる。   In the time data memory unit 19, the time waveforms of the detection signals of the reflected sound waves A1, B1, and C1 amplified by the high frequency amplifier 18 are stored in a predetermined cycle. The time data memory unit 19 can change the cycle for storing data based on the control of the calculation unit 20.

演算部２０は、時間データメモリ部１９に反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の時間波形データが格納されると、そのデータを読み出す。演算部２０は、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理のような周波数領域での波形解析処理を行ない、検出対象となる周波数における振幅値及び位相を取得する。   When the time waveform data of the reflected sound waves A1, B1, and C1 is stored in the time data memory unit 19, the calculation unit 20 reads the data. The computing unit 20 performs waveform analysis processing in the frequency domain such as FFT (Fast Fourier Transformation) processing, for example, and acquires the amplitude value and phase at the frequency to be detected.

以下、演算部２０が測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する方法の詳細を説明する。ここでは、算出方法として、（１）表面反射法、（２）底面反射法（特許文献１参照）の２つについて説明する。   Hereinafter, details of a method by which the calculation unit 20 calculates the viscoelastic characteristics of the measurement sample S will be described. Here, two calculation methods, (1) surface reflection method and (2) bottom surface reflection method (see Patent Document 1) will be described.

（１）表面反射法
表面反射法では、反射音波Ａ１の測定データと、反射音波Ｂ１の測定データとに基づいて、高周波粘弾性特性を測定する。なお、以下の説明では、圧電素子１３から放射される測定音波Ｍの伝搬特性を表す音響インピーダンスを用いる。 (1) Surface reflection method In the surface reflection method, high-frequency viscoelastic characteristics are measured based on measurement data of the reflected sound wave A1 and measurement data of the reflected sound wave B1. In the following description, acoustic impedance representing the propagation characteristics of the measurement sound wave M radiated from the piezoelectric element 13 is used.

まず、反射音波Ａ１の測定について説明する。ここで、測定データとして、反射音波Ａ１の振幅及び位相値が測定される。以降、測定音波Ｍ及び反射音波Ａ１の周波数をｆとし、遅延材１４の音響インピーダンスを、周波数ｆの関数であるＺＲ（ｆ）と表す。同様に、空気中の音響インピーダンスを、周波数ｆの関数であるＺＡ（ｆ）と表す。ここで、音響インピーダンスＺＲ（ｆ）とＺＡ（ｆ）は複素数の値である。 First, the measurement of the reflected sound wave A1 will be described. Here, the amplitude and phase value of the reflected sound wave A1 are measured as measurement data. Hereinafter, the frequency of the measurement sound wave M and the reflected sound wave A1 is set to f, and the acoustic impedance of the delay member 14 is expressed as Z R (f) that is a function of the frequency f. Similarly, the acoustic impedance in the air is expressed as Z A (f) that is a function of the frequency f. Here, the acoustic impedances Z R (f) and Z A (f) are complex values.

遅延材１４と空気との境界面における測定音波Ｍの反射率ＲＡＲ（ｆ）は
ＲＡＲ（ｆ）＝（ＺＡ（ｆ）−ＺＲ（ｆ））／（ＺＡ（ｆ）＋ＺＲ（ｆ））・・・（２）
となる。このとき、任意の周波数ｆにおいてＺＡ（ｆ）はＺＲ（ｆ）に比較して十分小さいため、式（２）から、反射率ＲＡＲ（ｆ）＝−１となる。つまり、遅延材１４と空気中との境界面においては、測定音波Ｍが全反射する。 The reflectance R AR (f) of the measurement sound wave M at the boundary surface between the retarder 14 and air is R AR (f) = (Z A (f) −Z R (f)) / (Z A (f) + Z R (F)) ... (2)
It becomes. At this time, since Z A (f) is sufficiently smaller than Z R (f) at an arbitrary frequency f, the reflectance R AR (f) = − 1 from Equation (2). That is, the measurement sound wave M is totally reflected at the boundary surface between the delay member 14 and the air.

以下の説明においては、圧電素子１３に入射する反射音波Ａ１の式をａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＡ（ｆ））と表す。ｉは虚数単位、ａ（ｆ）は対象とする周波数における実数の振幅値であり、θＡ（ｆ）は０以上の実数であって各周波数における位相を表す。圧電素子１３から電極板１３ｂを経由して空気に放射される測定音波Ｍの式は、
ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＡ（ｆ））×ＲＡＲ（ｆ）＝−ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＡ（ｆ））・・・（３）
となる。演算部２０は、式（３）における振幅ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）を、反射音波Ａ１の測定データとして取得する。 In the following description, the expression of the reflected sound wave A1 incident on the piezoelectric element 13 is represented as a (f) exp (iθ A (f)). i is an imaginary unit, a (f) is a real amplitude value at a target frequency, and θ A (f) is a real number equal to or greater than 0 and represents a phase at each frequency. The equation of the measurement sound wave M radiated from the piezoelectric element 13 to the air via the electrode plate 13b is
a (f) exp (iθ A (f)) × R AR (f) = − a (f) exp (iθ A (f)) (3)
It becomes. The computing unit 20 acquires the amplitude a (f) and the phase θ A (f) in the equation (3) as measurement data of the reflected sound wave A1.

ここで、演算部２０は、遅延材１５の接触面１５ｂに接触するのが測定試料Ｓではなく空気である状態で、圧電素子１３が電極板１３ｃから放射した測定音波Ｍが接触面１５ｂ（遅延材１５と空気との境界）で反射されて生じた反射音波の振幅値及び位相が、上述の振幅値ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）であるとみなし、以下の計算を行う。例えば、遅延材１４、１５の特性が略同じ場合（一例として、遅延材１４の音響インピーダンスと遅延材１５の音響インピーダンスとの差分が所定値未満である場合や、遅延材１４の長さＬ１と遅延材１５の長さＬ２との差分が所定値未満である場合）に、演算部２０は、以下の計算を行う。 Here, in the state in which the arithmetic unit 20 is in contact with the contact surface 15b of the delay member 15 with air instead of the measurement sample S, the measurement sound wave M emitted from the electrode plate 13c by the piezoelectric element 13 is contacted with the contact surface 15b (delay). The following calculation is performed assuming that the amplitude value and the phase of the reflected sound wave generated by being reflected at the boundary between the material 15 and the air are the above-described amplitude value a (f) and phase θ A (f). For example, when the characteristics of the delay members 14 and 15 are substantially the same (for example, when the difference between the acoustic impedance of the delay member 14 and the acoustic impedance of the delay member 15 is less than a predetermined value, or the length L1 of the delay member 14 When the difference from the length L2 of the retarder 15 is less than a predetermined value), the calculation unit 20 performs the following calculation.

次に、反射音波Ｂ１の測定について説明する。演算部２０は、反射音波Ｂ１の測定データを、上述の通り取得した反射音波Ａ１の測定データと比較して、測定試料Ｓの損失正接を算出する。   Next, the measurement of the reflected sound wave B1 will be described. The computing unit 20 calculates the loss tangent of the measurement sample S by comparing the measurement data of the reflected sound wave B1 with the measurement data of the reflected sound wave A1 acquired as described above.

ここで、周波数ｆの関数である測定試料Ｓの音響インピーダンスをＺＳ（ｆ）とすると、遅延材１５と測定試料Ｓとの境界面における測定音波Ｍの反射率ＲＲＴ（ｆ）は、
ＲＲＴ（ｆ）＝（ＺＳ（ｆ）−ＺＲ（ｆ））／（ＺＳ（ｆ）＋ＺＲ（ｆ））・・・（４）
となる。式（４）から、ＺＳ（ｆ）は次のように表される。
ＺＳ（ｆ）＝ＺＲ（ｆ）×（１＋ＲＲＴ（ｆ））／（１−ＲＲＴ（ｆ））・・・（５） Here, if the acoustic impedance of the measurement sample S as a function of the frequency f is Z S (f), the reflectance R RT (f) of the measurement sound wave M at the boundary surface between the delay material 15 and the measurement sample S is
R RT (f) = (Z S (f) −Z R (f)) / (Z S (f) + Z R (f)) (4)
It becomes. From Equation (4), Z S (f) is expressed as follows.
Z S (f) = Z R (f) × (1 + R RT (f)) / (1−R RT (f)) (5)

以下の説明においては、圧電素子１３に入射する反射音波Ｂ１の式をｂ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＢ（ｆ））と表す。ｉは虚数単位、ｂ（ｆ）は対象とする周波数における実数の振幅値であり、θＢ（ｆ）は０以上の実数であって各周波数における位相を表す。反射音波Ａ１の振幅ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）を用いると、反射音波Ｂ１の式は
ｂ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＢ（ｆ））＝−ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＡ（ｆ））×ＲＲＴ（ｆ）・・・（６）
と表される。式（６）から、測定音波Ｍの反射率ＲＲＴ（ｆ）は
ＲＲＴ（ｆ）＝−（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））×ｅｘｐ（ｉ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））・・・（７）
と表される。ここで、式（５）に式（７）を代入すると、ＺＳ（ｆ）は以下のように得られる。
ＺＳ（ｆ）＝ＺＲ（ｆ）×（１−（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））×ｅｘｐ（ｉ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ）））／（１＋（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））×ｅｘｐ（ｉ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ）））・・・（８） In the following description, the expression of the reflected sound wave B1 incident on the piezoelectric element 13 is expressed as b (f) exp (iθ B (f)). i is an imaginary unit, b (f) is a real amplitude value at a target frequency, and θ B (f) is a real number of 0 or more and represents a phase at each frequency. Using the amplitude a (f) and the phase θ A (f) of the reflected sound wave A1, the expression of the reflected sound wave B1 is b (f) exp (iθ B (f)) = − a (f) exp (iθ A (f )) × R RT (f) (6)
It is expressed. From the equation (6), the reflectance R RT (f) of the measurement sound wave M is R RT (f) = − (b (f) / a (f)) × exp (i (θ B (f) −θ A ( f)) ... (7)
It is expressed. Here, if the equation (7) is substituted into the equation (5), Z S (f) is obtained as follows.
Z S (f) = Z R (f) × (1− (b (f) / a (f)) × exp (i (θ B (f) −θ A (f))) / (1+ (b ( f) / a (f)) × exp (i (θ B (f) −θ A (f))) (8)

ここで、周波数ｆの関数である測定試料Ｓの貯蔵弾性率及び損失弾性率を、それぞれＥ’（ｆ）及び損失弾性率Ｅ”（ｆ）とする。このとき、Ｅ’（ｆ）及びＥ”（ｆ）と、測定試料Ｓの音響インピーダンスＺＳ（ｆ）及び密度ρＳとの間には、次の関係が成り立つ。
Ｅ’＋ｉＥ”（ｆ）＝ＺＳ（ｆ）２／ρＳ・・・（９） Here, the storage elastic modulus and loss elastic modulus of the measurement sample S, which are functions of the frequency f, are E ′ (f) and loss elastic modulus E ″ (f). At this time, E ′ (f) and E The following relationship is established between “(f), the acoustic impedance Z S (f) and the density ρ S of the measurement sample S”.
E ′ + iE ″ (f) = Z S (f) 2 / ρ S (9)

式（８）を式（９）に代入し、実数成分と虚数成分とを分離すると、損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、次のように算出される。
ｔａｎδ（ｆ）＝Ｅ”／Ｅ’＝｛４×（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））×（１−（ｂ（ｆ）／
ａ（ｆ））２）×ｓｉｎ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））｝／｛（１−（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２）２−４×（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２×ｓｉｎ２（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））｝・・・（１０） By substituting equation (8) into equation (9) and separating the real and imaginary components, the loss tangent tan δ (f) is calculated as follows.
tan δ (f) = E ″ / E ′ = {4 × (b (f) / a (f)) × (1− (b (f) /
a (f)) 2 ) × sin (θ B (f) −θ A (f))} / {(1− (b (f) / a (f)) 2 ) 2 −4 × (b (f) / A (f)) 2 × sin 2 (θ B (f) −θ A (f))} (10)

なお、貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）及び損失弾性率Ｅ”（ｆ）は、それぞれ次のように算出される。
Ｅ’（ｆ）＝Ｒｅ［ＺＳ（ｆ）２／ρＳ］＝（ＺＲ（ｆ）２／ρＳ）×｛（１−（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２）２−４（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２×ｓｉｎ２（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））｝／｛１＋２（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））ｃｏｓ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））＋（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２｝２・・・（１１）
Ｅ”（ｆ）＝Ｉｍ［ＺＳ（ｆ）２／ρＳ］＝（ＺＲ（ｆ）２／ρＳ）×｛４（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））×（１−（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２）ｓｉｎ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））｝／｛１＋２（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））ｃｏｓ（θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ））＋（ｂ（ｆ）／ａ（ｆ））２｝２・・・（１２）
ここで、Ｒｅ［ＺＳ（ｆ）２／ρＳ］はＺＳ（ｆ）２／ρＳの実数成分であり、Ｉｍ［ＺＳ（ｆ）２／ρＳ］はＺＳ（ｆ）２／ρＳの虚数成分である。 The storage elastic modulus E ′ (f) and the loss elastic modulus E ″ (f) are calculated as follows.
E ′ (f) = Re [Z S (f) 2 / ρ S ] = (Z R (f) 2 / ρ S ) × {(1- (b (f) / a (f)) 2 ) 2 − 4 (b (f) / a (f)) 2 × sin 2 (θ B (f) −θ A (f))} / {1 + 2 (b (f) / a (f)) cos (θ B (f ) −θ A (f)) + (b (f) / a (f)) 2 } 2 (11)
E ″ (f) = Im [Z S (f) 2 / ρ S ] = (Z R (f) 2 / ρ S ) × {4 (b (f) / a (f)) × (1- (b (F) / a (f)) 2 ) sin ([theta] B (f)-[theta] A (f))} / {1 + 2 (b (f) / a (f)) cos ([theta] B (f)-[theta] A (F)) + (b (f) / a (f)) 2 } 2 (12)
Here, Re [Z S (f) 2 / ρ S ] is a real component of Z S (f) 2 / ρ S , and Im [Z S (f) 2 / ρ S ] is Z S (f) 2. / Ρ is an imaginary component of S.

式（１０）〜（１２）の通り、貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）、損失弾性率Ｅ”（ｆ）及び損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、いずれもａ（ｆ）、θＡ（ｆ）を基準とする｛ｂ（ｆ）／ａ（ｆ）｝、｛θＢ（ｆ）−θＡ（ｆ）｝で定義される。演算部２０は、反射音波Ａ１の測定データである振幅ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）を基準値と設定して、測定試料Ｓの測定において取得される反射音波Ｂ１の測定データと、その基準値とを比較する。この処理を行うことで、測定試料Ｓの粘弾性特性を測定できる。 As represented by the equations (10) to (12), the storage elastic modulus E ′ (f), the loss elastic modulus E ″ (f), and the loss tangent tan δ (f) are both a (f) and θ A (f). It is defined by {b (f) / a (f)} and {θ B (f) −θ A (f)}, which are used as references, and the arithmetic unit 20 has an amplitude a (f) that is measurement data of the reflected sound wave A1. ) And the phase θ A (f) are set as reference values, and the measurement data of the reflected sound wave B1 acquired in the measurement of the measurement sample S is compared with the reference value. The viscoelastic properties of S can be measured.

また、上述の通り、測定試料Ｓの粘弾性特性は周波数に依存する。そのため、演算部２０は、複数の周波数成分毎に粘弾性特性を導出してもよい。また、高い周波数における損失正接を算出する必要がある場合には、測定音波Ｍとして、超音波が圧電素子１３から供給されてもよい。   Further, as described above, the viscoelastic characteristics of the measurement sample S depend on the frequency. Therefore, the arithmetic unit 20 may derive viscoelastic characteristics for each of a plurality of frequency components. Further, when it is necessary to calculate the loss tangent at a high frequency, an ultrasonic wave may be supplied from the piezoelectric element 13 as the measurement sound wave M.

以下、図３を参照して、表面反射法で粘弾性特性を算出する際の粘弾性特性測定装置１の全体処理について説明する。   Hereinafter, the entire process of the viscoelastic property measurement apparatus 1 when calculating the viscoelastic property by the surface reflection method will be described with reference to FIG.

まず、演算部２０は、測定信号生成器１６に測定音波Ｍの放射指示信号を出力する。測定信号生成器１６は、この放射指示信号に応じて、測定信号を生成する。生成された測定信号が電極板１３ｂ、１３ｃに供給されることで、圧電体１３ａに電圧が印加されて、測定音波Ｍが発振される（ステップＳ１１）。   First, the calculation unit 20 outputs a radiation instruction signal of the measurement sound wave M to the measurement signal generator 16. The measurement signal generator 16 generates a measurement signal in response to the radiation instruction signal. By supplying the generated measurement signal to the electrode plates 13b and 13c, a voltage is applied to the piezoelectric body 13a, and the measurement sound wave M is oscillated (step S11).

圧電素子１３は、空気からの反射音波Ａ１を受信するとともに、測定試料Ｓからの反射音波Ｂ１を受信して、反射音波Ａ１、Ｂ１の検出信号を出力する（ステップＳ１２）。高周波増幅器１８は、反射音波Ａ１、Ｂ１の検出信号に含まれる高周波成分を増幅し、増幅した検出信号を時間データメモリ部１９に出力する。   The piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A1 from the air, receives the reflected sound wave B1 from the measurement sample S, and outputs detection signals of the reflected sound waves A1 and B1 (step S12). The high frequency amplifier 18 amplifies high frequency components included in the detection signals of the reflected sound waves A 1 and B 1 and outputs the amplified detection signal to the time data memory unit 19.

演算部２０は時間データメモリ部１９に格納されたデータを読み出し、データ中の反射音波Ａ１、Ｂ１の波形位置を特定する（ステップＳ１３）。演算部２０は、特定した反射音波Ａ１、Ｂ１の波形について、周波数領域におけるＦＦＴ解析処理を行ない、検出対象となる周波数における反射音波Ａ１、Ｂ１の振幅値及び位相を取得する（ステップＳ１４）。   The calculation unit 20 reads the data stored in the time data memory unit 19 and specifies the waveform positions of the reflected sound waves A1 and B1 in the data (step S13). The computing unit 20 performs an FFT analysis process in the frequency domain on the identified reflected sound waves A1 and B1, and acquires amplitude values and phases of the reflected sound waves A1 and B1 at the frequency to be detected (step S14).

演算部２０は、反射音波Ａ１の測定データと反射音波Ｂ１の測定データとを比較する（ステップＳ１５）。この詳細は上述の通りである。この処理を行うことで、演算部２０は、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する（ステップＳ１６）。   The computing unit 20 compares the measurement data of the reflected sound wave A1 and the measurement data of the reflected sound wave B1 (step S15). The details are as described above. By performing this process, the calculation unit 20 calculates the viscoelastic characteristics of the measurement sample S (step S16).

（２）底面反射法
次に、底面反射法について説明する。底面反射法では、反射音波Ａ１の測定データと、反射音波Ｂ１、Ｃ１の測定データとに基づいて、粘弾性特性を測定する。なお、以下の説明では、圧電素子１３から放射される測定音波Ｍの伝搬特性を表す音響インピーダンスを用いる。 (2) Bottom Reflection Method Next, the bottom reflection method will be described. In the bottom reflection method, viscoelastic characteristics are measured based on the measurement data of the reflected sound wave A1 and the measurement data of the reflected sound waves B1 and C1. In the following description, acoustic impedance representing the propagation characteristics of the measurement sound wave M radiated from the piezoelectric element 13 is used.

ここで、圧電素子１３が受信する反射音波Ａ１を、ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＡ（ｆ））と表す。ｉは虚数単位であり、ａ（ｆ）は各周波数における振幅値（実数値）であり、θＡ（ｆ）は各周波数における位相（０以上の定数）である。そして、演算部２０は、圧電素子１３で受信された反射音波Ａ１の時間波形をＦＦＴ処理して、各周波数における振幅値ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）を算出する。 Here, the reflected sound wave A1 received by the piezoelectric element 13 is represented as a (f) exp (iθ A (f)). i is an imaginary unit, a (f) is an amplitude value (real value) at each frequency, and θ A (f) is a phase (a constant of 0 or more) at each frequency. Then, the calculation unit 20 performs FFT processing on the time waveform of the reflected sound wave A1 received by the piezoelectric element 13, and calculates an amplitude value a (f) and a phase θ A (f) at each frequency.

ここで、演算部２０は、遅延材１５の接触面１５ｂに接触するのが測定試料Ｓではなく空気である状態で、圧電素子１３が電極板１３ｃから放射した測定音波Ｍが接触面１５ｂで反射されて生じた反射音波の振幅値及び位相が、上述の振幅値ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）であるとみなす。 Here, the calculation unit 20 reflects the measurement sound wave M radiated from the electrode plate 13c by the contact surface 15b in a state where it is not the measurement sample S but the air that contacts the contact surface 15b of the delay member 15. The amplitude value and phase of the reflected sound wave generated as described above are regarded as the above-described amplitude value a (f) and phase θ A (f).

また、演算部２０は、時間データメモリ部１９に格納された反射音波Ｂ１、Ｃ１の時間波形データを読出し、反射音波Ｂ１に対する反射音波Ｃ１の遅延時間ΔＴｓ（図２参照）を計測する。ここで、測定試料Ｓの厚さをｈ、測定試料Ｓの密度をρＳとすると、測定試料Ｓの音響インピーダンスＺＳは、次の通りになる。
ＺＳ＝２ｈρＳ／ΔＴｓ・・・（１３） Further, the calculation unit 20 reads the time waveform data of the reflected sound waves B1 and C1 stored in the time data memory unit 19, and measures the delay time ΔTs (see FIG. 2) of the reflected sound wave C1 with respect to the reflected sound wave B1. Here, when the thickness of the measurement sample S is h and the density of the measurement sample S is ρ S , the acoustic impedance Z S of the measurement sample S is as follows.
Z S = 2hρ S / ΔTs (13)

式（１３）を用いると、測定試料Ｓと空気との境界面における測定音波Ｍの反射率Ｒは、次の通りに表される。
Ｒ＝（ＺＳ−ＺＡ）／（ＺＳ＋ＺＡ）＝（２ｈρＳ／ΔＴｓ−ＺＡ）／（２ｈρＳ／ΔＴｓ＋ＺＡ）・・・（１４）
以上から、演算部２０は、予め取得した測定試料Ｓの厚さｈ及び測定試料Ｓの密度ρＳのデータ並びに空気の音響インピーダンスＺＡと、測定した遅延時間ΔＴｓとに基づいて、式（１４）を用い、測定音波Ｍの反射率Ｒを取得する。 When Expression (13) is used, the reflectance R of the measurement sound wave M at the interface between the measurement sample S and air is expressed as follows.
R = (Z S −Z A ) / (Z S + Z A ) = (2hρ S / ΔTs−Z A ) / (2hρ S / ΔTs + Z A ) (14)
From the above, the arithmetic unit 20, based on the acoustic impedance Z A of the data as well as air density [rho S of thickness h and the sample surface S of previously obtained measurement sample S, the delay time was measured .DELTA.Ts, formula (14 ) To obtain the reflectance R of the measurement sound wave M.

ここで、圧電素子１３が受信する反射音波Ｂ１をｂ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＢ（ｆ））と表し、反射音波Ｃ１をｃ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθＣ（ｆ））と表す。但し、ｉは虚数単位であり、ｂ（ｆ）及びｃ（ｆ）はそれぞれ反射音波Ｂ１及び反射音波Ｃ１の各周波数における実数の振幅値であり、θＢ（ｆ）及びθＣ（ｆ）はそれぞれ反射音波Ｂ１及び反射音波Ｃ１の各周波数における位相である。なお、θＢ（ｆ）、θＣ（ｆ）は０以上の実数である。 Here, the reflected sound wave B1 received by the piezoelectric element 13 is represented as b (f) exp (iθ B (f)), and the reflected sound wave C1 is represented as c (f) exp (iθ C (f)). However, i is an imaginary unit, b (f) and c (f) are real amplitude values at the respective frequencies of the reflected sound wave B1 and the reflected sound wave C1, respectively, and θ B (f) and θ C (f) are It is the phase at each frequency of the reflected sound wave B1 and the reflected sound wave C1, respectively. Note that θ B (f) and θ C (f) are real numbers of 0 or more.

反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の各周波数における振幅値ならびに導出される反射率Ｒを用いると、測定音波Ｍの減衰係数α（ｆ）は、
α（ｆ）＝（１／２ｈ）ｌｎ（Ｒ（ａ（ｆ）２−ｂ（ｆ）２）／ａ（ｆ）ｃ（ｆ）））・・・（１５）
と表せる。また、反射音波Ｂ１及び反射音波Ｃ１の各周波数における振幅値及び位相を用いると、測定音波Ｍの位相速度Ｖｐ（ｆ）は次の通りになる。
ＶＰ（ｆ）＝２ｈ×２πｆ／（θＣ−θＢ＋２πｆΔＴｓ＋２Ｎπ）・・・（１６）
ここで、Ｎは任意の正の数である。 Using the amplitude value at each frequency of the reflected sound waves A1, B1, and C1 and the derived reflectance R, the attenuation coefficient α (f) of the measured sound wave M is
α (f) = (1 / 2h) ln (R (a (f) 2 −b (f) 2 ) / a (f) c (f))) (15)
It can be expressed. When the amplitude value and phase at each frequency of the reflected sound wave B1 and the reflected sound wave C1 are used, the phase velocity Vp (f) of the measurement sound wave M is as follows.
V P (f) = 2h × 2πf / (θ C −θ B + 2πfΔTs + 2Nπ) (16)
Here, N is an arbitrary positive number.

以上の通り導出される減衰係数α（ｆ）及び位相速度Ｖｐ（ｆ）を用いると、損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、次の通り表せる。
ｔａｎδ（ｆ）＝α（ｆ）×Ｖｐ（ｆ）／πｆ・・・（１７）
また、貯蔵弾性率Ｅ’（ｆ）及び損失弾性率Ｅ”（ｆ）は、次の通り表せる。
Ｅ’（ｆ）＝ρＳＶｐ２（ｆ）・・・（１８）
Ｅ”（ｆ）＝２αρＳＶｐ３（ｆ）／ω＝αＶｐ（ｆ）Ｅ’（ｆ）／πｆ・・・（１９）
演算部２０は、式（１５）〜（１９）の演算を実行して、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する。 When the attenuation coefficient α (f) and the phase velocity Vp (f) derived as described above are used, the loss tangent tan δ (f) can be expressed as follows.
tan δ (f) = α (f) × Vp (f) / πf (17)
The storage elastic modulus E ′ (f) and loss elastic modulus E ″ (f) can be expressed as follows.
E ′ (f) = ρ S Vp 2 (f) (18)
E ″ (f) = 2αρ S Vp 3 (f) / ω = αVp (f) E ′ (f) / πf (19)
The calculation unit 20 calculates the viscoelastic characteristics of the measurement sample S by executing the calculations of equations (15) to (19).

以下、図４を参照して、底面反射法で粘弾性特性を算出する際の粘弾性特性測定装置１の全体処理について説明する。   Hereinafter, the entire process of the viscoelastic property measuring apparatus 1 when calculating the viscoelastic property by the bottom surface reflection method will be described with reference to FIG.

まず、圧電素子１３は、測定音波Ｍを発振する（ステップＳ１１）。この詳細は前述の通りである。   First, the piezoelectric element 13 oscillates the measurement sound wave M (step S11). The details are as described above.

圧電素子１３は、空気からの反射音波Ａ１を受信するとともに、測定試料Ｓからの反射音波Ｂ１、Ｃ１を受信する（ステップＳ１７）。高周波増幅器１８は、反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の検出信号に含まれる高周波成分を増幅し、増幅した検出信号を時間データメモリ部１９に出力する。   The piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A1 from the air and receives the reflected sound waves B1 and C1 from the measurement sample S (step S17). The high frequency amplifier 18 amplifies high frequency components included in the detection signals of the reflected sound waves A1, B1, and C1, and outputs the amplified detection signal to the time data memory unit 19.

演算部２０は時間データメモリ部１９に格納されたデータを読み出し、データ中の反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の波形位置を特定する（ステップＳ１３）。演算部２０は、特定した反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の波形について、周波数領域におけるＦＦＴ解析処理を行ない、検出対象となる周波数における反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１の振幅値及び位相を取得する（ステップＳ１４）。   The calculation unit 20 reads the data stored in the time data memory unit 19 and specifies the waveform positions of the reflected sound waves A1, B1, and C1 in the data (step S13). The computing unit 20 performs FFT analysis processing in the frequency domain on the identified reflected sound waves A1, B1, and C1, and obtains the amplitude values and phases of the reflected sound waves A1, B1, and C1 at the detection target frequency (step). S14).

演算部２０は、反射音波Ａ１の測定データと反射音波Ｂ１の測定データと反射音波Ｃ１の測定データとを比較する（ステップＳ１８）。この詳細は上述の通りである。この処理を行うことで、演算部２０は、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する（ステップＳ１６）。   The computing unit 20 compares the measurement data of the reflected sound wave A1, the measurement data of the reflected sound wave B1, and the measurement data of the reflected sound wave C1 (step S18). The details are as described above. By performing this process, the calculation unit 20 calculates the viscoelastic characteristics of the measurement sample S (step S16).

このように、粘弾性特性測定装置１は、（１）表面反射法、（２）底面反射法のいずれの方法を用いても、測定試料Ｓの粘弾性特性を測定することができる。   As described above, the viscoelastic property measuring apparatus 1 can measure the viscoelastic property of the measurement sample S by using any one of (1) surface reflection method and (2) bottom surface reflection method.

粘弾性特性測定装置１は、同じ温度において、圧電素子１３が電極板１３ｂから放射した測定音波Ｍが空気で反射されて生じた反射音波Ａ１と、圧電素子１３が電極板１３ｃから放射した測定音波Ｍが測定試料Ｓで反射されて生じた反射音波Ｂ１（又はＢ１、Ｃ１）と、に基づいて、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する。さらに言えば、圧電素子１３は、電極板１３ｂ、１３ｃの両面から測定音波Ｍを放射することが可能であるため、測定試料Ｓに係る反射音波Ｂ１（又はＢ１、Ｃ１）の測定時に反射音波Ａ１を受信することができる。そのため、幅広い温度幅で反射音波Ａ１を予め受信する必要がなくなり、時間をかけずに測定試料Ｓの粘弾性特性を測定できる。   The viscoelasticity property measuring apparatus 1 includes a reflected sound wave A1 that is generated when the measurement sound wave M radiated from the electrode plate 13b by the piezoelectric element 13 is reflected by air and a measurement sound wave that the piezoelectric element 13 radiates from the electrode plate 13c at the same temperature. Based on the reflected sound wave B1 (or B1, C1) generated by M being reflected by the measurement sample S, the viscoelastic characteristic of the measurement sample S is calculated. Furthermore, since the piezoelectric element 13 can radiate the measurement sound wave M from both surfaces of the electrode plates 13b and 13c, the reflected sound wave A1 is measured when the reflected sound wave B1 (or B1, C1) related to the measurement sample S is measured. Can be received. Therefore, it is not necessary to receive the reflected sound wave A1 in a wide temperature range in advance, and the viscoelastic property of the measurement sample S can be measured without taking time.

また、遅延材１４、１５は同一の材料で構成され、遅延材１４の長さＬ１は、遅延材１５の長さＬ２に比較して短くしてもよい。そのため、圧電素子１３は、反射音波Ｂ１、Ｃ１よりも先に反射音波Ａ１を受信でき、反射音波Ａ１を反射音波Ｂ１、Ｃ１と重畳して受信することを回避できる。従って、演算部２０は、波形特定処理（図３及び図４のステップＳ１３）において、反射音波Ａ１の波形と、反射音波Ｂ１、Ｃ１の波形とを容易に特定することができる。   The delay members 14 and 15 may be made of the same material, and the length L1 of the delay member 14 may be shorter than the length L2 of the delay member 15. Therefore, the piezoelectric element 13 can receive the reflected sound wave A1 before the reflected sound waves B1 and C1, and can avoid receiving the reflected sound wave A1 superimposed on the reflected sound waves B1 and C1. Therefore, the calculation unit 20 can easily specify the waveform of the reflected sound wave A1 and the waveforms of the reflected sound waves B1 and C1 in the waveform specifying process (step S13 in FIGS. 3 and 4).

［実施の形態２］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、遅延材１４を経由して空気で反射された反射音波Ａ１の測定データをそのまま用いて、測定試料Ｓの粘弾性特性を測定した。 [Embodiment 2]
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the first embodiment, the viscoelastic characteristics of the measurement sample S were measured using the measurement data of the reflected sound wave A1 reflected by the air via the retarder 14 as it is.

しかしながら、実施の形態１において、遅延材１４、１５の特性が異なる場合が考えられる。例えば、遅延材１４と遅延材１５とで音響インピーダンスが所定値以上異なる場合や、遅延材１４の長さＬ１と遅延材１５の長さＬ２とが所定値以上異なる場合が想定される。このような場合に、遅延材１５の接触面１５ｂに接触するのが測定試料Ｓではなく空気である状態で、圧電素子１３が電極板１３ｃから放射した測定音波Ｍが接触面１５ｂで反射されて生じた反射音波は、反射音波Ａ１と振幅値や波形が異なると考えられる。そのため、反射音波Ａ１の振幅値ａ（ｆ）及び位相θＡ（ｆ）をそのまま粘弾性特性の算出に使用すると、算出した粘弾性特性に誤差が生ずる可能性がある。実施の形態２では、補正値を用いた補正を行うことで、この誤差を抑制する方法について説明する。 However, in the first embodiment, there may be a case where the characteristics of the delay members 14 and 15 are different. For example, it is assumed that the delay member 14 and the delay member 15 have different acoustic impedances by a predetermined value or more, or that the length L1 of the delay member 14 and the length L2 of the delay member 15 are different by a predetermined value or more. In such a case, the measurement sound wave M radiated from the electrode plate 13c by the piezoelectric element 13 is reflected by the contact surface 15b in a state where it is not the measurement sample S but the air that contacts the contact surface 15b of the delay member 15. The generated reflected sound wave is considered to be different in amplitude value and waveform from the reflected sound wave A1. For this reason, if the amplitude value a (f) and the phase θ A (f) of the reflected sound wave A1 are used as they are for the calculation of the viscoelastic characteristics, an error may occur in the calculated viscoelastic characteristics. In the second embodiment, a method for suppressing this error by performing correction using a correction value will be described.

図５に示すように、粘弾性特性測定装置２は、図１に示す粘弾性特性測定装置１と比較して、補正値メモリ部２１をさらに備える。補正値メモリ部２１には、以下に示す補正値算出方法において算出される補正値が格納される。   As shown in FIG. 5, the viscoelastic characteristic measurement device 2 further includes a correction value memory unit 21 as compared with the viscoelastic characteristic measurement device 1 shown in FIG. 1. The correction value memory unit 21 stores correction values calculated by the following correction value calculation method.

粘弾性特性測定装置２は、実施の形態１に係る表面反射法又は底面反射法を用いた測定試料Ｓの粘弾性特性測定を実行する前に、以下の測定を実行する。この測定では、図５に示すように、遅延材１４の接触面１４ｂに空気が接触し、遅延材１５の接触面１５ｂに空気が接触した状態で、圧電素子１３は電極板１３ｂ、１３ｃから測定音波Ｍを放射する。圧電素子１３が電極板１３ｂから放射した測定音波Ｍが、遅延材１４を経由して空気で反射される（接触面１４ｂと空気との境界面で反射される）ことで、反射音波Ａ０が生じる。また、圧電素子１３が電極板１３ｃから放射した測定音波Ｍが、遅延材１５を経由して空気で反射される（接触面１５ｂと空気との境界面で反射される）ことで、反射音波Ｂ０が生じる。なお、図５に示された遅延材１４、１５の構成は図２に示された遅延材１４、１５と同様であるため、説明を省略する。   The viscoelastic property measurement apparatus 2 performs the following measurement before performing the viscoelastic property measurement of the measurement sample S using the surface reflection method or the bottom surface reflection method according to the first embodiment. In this measurement, as shown in FIG. 5, the piezoelectric element 13 is measured from the electrode plates 13b and 13c in a state where the air contacts the contact surface 14b of the retarder 14 and the air contacts the contact surface 15b of the retarder 15. A sound wave M is emitted. The measurement sound wave M radiated from the electrode plate 13b by the piezoelectric element 13 is reflected by air via the delay material 14 (reflected by the boundary surface between the contact surface 14b and air), thereby generating a reflected sound wave A0. . Further, the measurement sound wave M radiated from the electrode plate 13c by the piezoelectric element 13 is reflected by the air via the delay material 15 (reflected by the boundary surface between the contact surface 15b and the air), so that the reflected sound wave B0. Occurs. The configuration of the retarders 14 and 15 shown in FIG. 5 is the same as that of the retarders 14 and 15 shown in FIG.

圧電体１３ａは反射音波Ａ０、Ｂ０を受信すると、反射音波Ａ０、Ｂ０に応じた電圧を発生する。電極板１３ｂ、１３ｃは、反射音波Ａ０、Ｂ０に応じた電圧を、検出信号として方向整合器１７に供給する。   When the piezoelectric body 13a receives the reflected sound waves A0 and B0, the piezoelectric body 13a generates a voltage corresponding to the reflected sound waves A0 and B0. The electrode plates 13b and 13c supply voltages corresponding to the reflected sound waves A0 and B0 to the direction matching unit 17 as detection signals.

図６は、圧電素子１３が出力する反射音波Ａ０、Ｂ０の検出信号の一例を示すグラフである。図６に示すように、反射音波Ｂ０の圧電素子１３への到達時刻Ｔ０２は、反射音波Ａ０の圧電素子１３への到達時刻Ｔ０１と比較するとΔＴ０遅れる。また、反射音波Ｂ０のピーク強度ｐ０２は、反射音波Ａ０のピーク強度ｐ０１と比較すると小さい。遅延材１４の長さＬ１に比較して遅延材１５の長さＬ２が長いため、反射音波Ｂ０は、反射音波Ａ０に比較して遅延材内部の伝搬時間が長く、また、音波強度の減衰がより大きいからである。   FIG. 6 is a graph illustrating an example of detection signals of the reflected sound waves A0 and B0 output from the piezoelectric element 13. As shown in FIG. 6, the arrival time T02 of the reflected sound wave B0 to the piezoelectric element 13 is delayed by ΔT0 compared to the arrival time T01 of the reflected sound wave A0 to the piezoelectric element 13. The peak intensity p02 of the reflected sound wave B0 is smaller than the peak intensity p01 of the reflected sound wave A0. Since the length L2 of the delay material 15 is longer than the length L1 of the delay material 14, the reflected sound wave B0 has a longer propagation time inside the delay material than the reflected sound wave A0, and the sound intensity is attenuated. Because it is larger.

なお、圧電素子１３が反射音波Ａ０を受信する際の温度と、圧電素子１３が反射音波Ｂ０を受信する際の温度とは、同一の温度Ｄ２である。例えば、圧電素子１３が電極板１３ｂ、１３ｃから同時に測定音波Ｍを放射することで、反射音波Ａ０を受信する際の温度と、反射音波Ｂ９を受信する際の温度とを略同一の温度にできる。なお、温度Ｄ２は、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する際の温度Ｄ１と同じ温度であってもよいし、異なる温度であってもよい。   The temperature at which the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A0 and the temperature at which the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave B0 are the same temperature D2. For example, when the piezoelectric element 13 simultaneously emits the measurement sound wave M from the electrode plates 13b and 13c, the temperature when receiving the reflected sound wave A0 and the temperature when receiving the reflected sound wave B9 can be made substantially the same temperature. . The temperature D2 may be the same temperature as the temperature D1 when calculating the viscoelastic property of the measurement sample S or may be a different temperature.

以下、図７を参照して、補正値を算出する際の粘弾性特性測定装置２の全体処理について説明する。まず、圧電素子１３は、測定音波Ｍを発振する（ステップＳ２１）。この詳細は上述の通りである。   Hereinafter, the entire process of the viscoelastic property measuring apparatus 2 when calculating the correction value will be described with reference to FIG. First, the piezoelectric element 13 oscillates the measurement sound wave M (step S21). The details are as described above.

圧電素子１３は、空気からの反射音波Ａ０を受信するとともに、空気からの反射音波Ｂ０を受信する（ステップＳ２２）。高周波増幅器１８は、反射音波Ａ０、Ｂ０の検出信号に含まれる高周波成分を増幅し、増幅した検出信号を時間データメモリ部１９に出力する。   The piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A0 from the air and also receives the reflected sound wave B0 from the air (step S22). The high frequency amplifier 18 amplifies high frequency components included in the detection signals of the reflected sound waves A0 and B0, and outputs the amplified detection signal to the time data memory unit 19.

演算部２０は時間データメモリ部１９に格納されたデータを読み出し、データ中の反射音波Ａ０、Ｂ０の波形について、周波数領域におけるＦＦＴ解析処理を行ない（ステップＳ２３）、検出対象となる周波数における反射音波Ａ０、Ｂ０の振幅値及び位相を取得して比較する（ステップＳ２４）。   The calculation unit 20 reads the data stored in the time data memory unit 19, performs the FFT analysis processing in the frequency domain for the waveforms of the reflected sound waves A0 and B0 in the data (step S23), and reflects the reflected sound wave at the frequency to be detected. The amplitude values and phases of A0 and B0 are acquired and compared (step S24).

演算部２０は、反射音波Ａ０の振幅値及び位相と反射音波Ｂ０の振幅値及び位相とに基づいて、強度の補正値Ｇ１及び位相の補正値Ｇ２を算出する（ステップＳ２５）。例えば、反射音波Ａ０の振幅値がａ０であり、反射音波Ｂ０の振幅値がｂ０であるとすると、演算部２０は、補正値Ｇ１をｂ０／ａ０と算出してもよい。また、反射音波Ａ０の位相値がφＡであり、反射音波Ｂ０の位相値がφＢであるとすると、演算部２０は、補正値Ｇ２をφＡ−φＢと算出してもよい。そして、演算部２０は、算出した補正値Ｇ１、Ｇ２を補正値メモリ部２１に格納する。 The computing unit 20 calculates an intensity correction value G1 and a phase correction value G2 based on the amplitude value and phase of the reflected sound wave A0 and the amplitude value and phase of the reflected sound wave B0 (step S25). For example, the amplitude value of the reflected sound wave A0 is a 0, the amplitude value of the reflected sound wave B0 is assumed to be b 0, operation unit 20, a correction value G1 may be calculated as b 0 / a 0. Also, a phase value of the reflected sound wave A0 is phi A, the phase value of the reflected sound wave B0 is assumed to be phi B, arithmetic unit 20, a correction value G2 may be calculated as φ A -φ B. Then, the calculation unit 20 stores the calculated correction values G1 and G2 in the correction value memory unit 21.

次に、測定部１０が、測定試料Ｓの粘弾性特性の測定データを取得する際の処理について説明する。図８に示すように、この測定処理においては、遅延材１５の接触面１５ｂに空気ではなく測定試料Ｓが接触している。この測定処理を行うと、圧電素子１３は、上述の反射音波Ａ１、Ｂ１、Ｃ１を検出する。   Next, a process when the measurement unit 10 acquires measurement data of the viscoelastic characteristics of the measurement sample S will be described. As shown in FIG. 8, in this measurement process, the measurement sample S is in contact with the contact surface 15b of the retarder 15 instead of air. When this measurement process is performed, the piezoelectric element 13 detects the above-described reflected sound waves A1, B1, and C1.

以下、図９を参照して、粘弾性特性測定装置２の全体処理について説明する。   Hereinafter, the entire process of the viscoelastic property measuring apparatus 2 will be described with reference to FIG.

まず、圧電素子１３は、測定音波Ｍを発振する（ステップＳ１１）。次に、圧電素子１３は、空気からの反射音波Ａ１を受信するとともに、測定試料Ｓからの反射音波Ｂ１を受信する（ステップＳ１２）。反射音波Ａ１、Ｂ１の検出信号に含まれる高周波成分は高周波増幅器１８で増幅され、時間データメモリ部１９に格納される。   First, the piezoelectric element 13 oscillates the measurement sound wave M (step S11). Next, the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A1 from the air and also receives the reflected sound wave B1 from the measurement sample S (step S12). The high frequency components included in the detection signals of the reflected sound waves A 1 and B 1 are amplified by the high frequency amplifier 18 and stored in the time data memory unit 19.

演算部２０は時間データメモリ部１９に格納されたデータを読み出し、データ中の反射音波Ａ１、Ｂ１の波形位置を特定する（ステップＳ１３）。演算部２０は、特定した反射音波Ａ１、Ｂ１の波形について、周波数領域におけるＦＦＴ解析処理を行ない、検出対象となる周波数における反射音波Ａ１、Ｂ１の振幅値及び位相を取得する（ステップＳ１４）。   The calculation unit 20 reads the data stored in the time data memory unit 19 and specifies the waveform positions of the reflected sound waves A1 and B1 in the data (step S13). The computing unit 20 performs an FFT analysis process in the frequency domain on the identified reflected sound waves A1 and B1, and acquires amplitude values and phases of the reflected sound waves A1 and B1 at the frequency to be detected (step S14).

次に、演算部２０は、補正値メモリ部２１に格納されている補正値Ｇ１、Ｇ２を読み出す。そして、補正値Ｇ１を用いて反射音波Ａ１の振幅ａ（ｆ）を補正して、振幅ｄ（ｆ）を生成するとともに、補正値Ｔ２を用いて反射音波Ａ１の位相θＡ（ｆ）を補正して、位相θＤ（ｆ）を生成する（ステップＳ２７）。演算部２０は、例えば、振幅ｄ（ｆ）、位相θＤ（ｆ）を以下の通り算出してもよい。
ｄ（ｆ）＝ａ（ｆ）×Ｔ１
θＤ（ｆ）＝θＡ（ｆ）−Ｔ２ Next, the calculation unit 20 reads the correction values G1 and G2 stored in the correction value memory unit 21. Then, the correction value G1 is used to correct the amplitude a (f) of the reflected sound wave A1 to generate the amplitude d (f), and the correction value T2 is used to correct the phase θ A (f) of the reflected sound wave A1. Then, the phase θ D (f) is generated (step S27). For example, the calculation unit 20 may calculate the amplitude d (f) and the phase θ D (f) as follows.
d (f) = a (f) × T1
θ D (f) = θ A (f) −T2

演算部２０は、補正後の反射音波Ａ１の測定データである振幅ｄ（ｆ）及び位相θＤ（ｆ）と、反射音波Ｂ１の測定データとを比較する（ステップＳ２８）。この詳細は上述の通りである。この処理を行うことで、演算部２０は、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する（ステップＳ１６）。 The calculation unit 20 compares the measurement data of the reflected sound wave B1 with the amplitude d (f) and the phase θ D (f), which are the measurement data of the reflected sound wave A1 after correction (step S28). The details are as described above. By performing this process, the calculation unit 20 calculates the viscoelastic characteristics of the measurement sample S (step S16).

以上のように、粘弾性特性測定装置２は、反射音波Ａ０、Ｂ０、Ａ１、Ａ２に基づいて、前記測定試料の粘弾性特性を算出する。さらに言えば、粘弾性特性測定装置２は、反射音波Ａ０、Ｂ０に基づいて補正値を算出することで、測定試料Ｓの粘弾性特性を正確に算出することができる。   As described above, the viscoelastic property measuring apparatus 2 calculates the viscoelastic property of the measurement sample based on the reflected sound waves A0, B0, A1, and A2. Furthermore, the viscoelastic property measuring apparatus 2 can accurately calculate the viscoelastic property of the measurement sample S by calculating the correction value based on the reflected sound waves A0 and B0.

なお、実施の形態２において、表面反射法の代わりに底面反射法を用いてもよい。この場合、演算部２０は、図４のステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を実行した後に、反射音波Ａ１の測定データである振幅ａ（ｆ）、位相θＡ（ｆ）を補正値Ｇ１、Ｇ２で補正する。そして、演算部２０は、補正後の反射音波Ａ１の測定データである振幅ｄ（ｆ）及び位相θＤ（ｆ）と、反射音波Ｂ１、Ｃ１の測定データとを比較することで、測定試料Ｓの粘弾性特性を算出する。 In the second embodiment, a bottom surface reflection method may be used instead of the surface reflection method. In this case, the calculation unit 20 corrects the amplitude a (f) and the phase θ A (f), which are measurement data of the reflected sound wave A1, with the correction values G1 and G2 after executing the processing of steps S11 to S14 in FIG. To do. Then, the calculation unit 20 compares the amplitude d (f) and the phase θ D (f), which are measurement data of the reflected sound wave A1 after correction, with the measurement data of the reflected sound waves B1 and C1, thereby measuring the measurement sample S. The viscoelastic property of is calculated.

なお、演算部２０は、補正値として補正値Ｇ１のみを算出し、反射音波Ａ１の測定データである振幅ａ（ｆ）のみを補正値Ｇ１で補正してもよい。   Note that the calculation unit 20 may calculate only the correction value G1 as the correction value and correct only the amplitude a (f) that is the measurement data of the reflected sound wave A1 with the correction value G1.

また、補正値は、図７に示した方法以外で算出されてもよい。以下、図１０を参照して、粘弾性特性測定装置２の別の補正値算出処理について説明する。   Further, the correction value may be calculated by a method other than the method shown in FIG. Hereinafter, another correction value calculation process of the viscoelastic property measuring apparatus 2 will be described with reference to FIG.

まず、圧電素子１３は、測定音波Ｍを発振する（ステップＳ２１）。圧電素子１３は、空気からの反射音波Ａ０を受信するとともに、空気からの反射音波Ｂ０を受信する（ステップＳ２２）。高周波増幅器１８は、反射音波Ａ０、Ｂ０の検出信号に含まれる高周波成分を増幅し、増幅した検出信号を時間データメモリ部１９に出力する。   First, the piezoelectric element 13 oscillates the measurement sound wave M (step S21). The piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A0 from the air and also receives the reflected sound wave B0 from the air (step S22). The high frequency amplifier 18 amplifies high frequency components included in the detection signals of the reflected sound waves A0 and B0, and outputs the amplified detection signal to the time data memory unit 19.

演算部２０は、時間データメモリ部１９に格納された反射音波Ａ０、Ｂ０の測定データを読み出し、検出対象となる周波数における反射音波Ａ０、Ｂ０のピーク強度を取得して比較する（ステップＳ２９）。   The calculation unit 20 reads the measurement data of the reflected sound waves A0 and B0 stored in the time data memory unit 19, acquires the peak intensities of the reflected sound waves A0 and B0 at the detection target frequency, and compares them (step S29).

演算部２０は、反射音波Ａ０のピーク強度と反射音波Ｂ０のピーク強度とに基づいて、ピーク強度の補正値Ｇ３を算出する（ステップＳ３０）。例えば、反射音波Ａ０のピーク強度がＥ１であり、反射音波Ｂ０のピーク強度がＥ２であるとすると、演算部２０は、補正値Ｇ３をＥ２／Ｅ１と算出してもよい。そして、演算部２０は、算出した補正値Ｇ３を補正値メモリ部２１に格納する（ステップＳ３１）。格納した補正値Ｇ３は、図９のステップＳ２７で用いられる。   The computing unit 20 calculates a peak intensity correction value G3 based on the peak intensity of the reflected sound wave A0 and the peak intensity of the reflected sound wave B0 (step S30). For example, if the peak intensity of the reflected sound wave A0 is E1 and the peak intensity of the reflected sound wave B0 is E2, the calculation unit 20 may calculate the correction value G3 as E2 / E1. Then, the calculation unit 20 stores the calculated correction value G3 in the correction value memory unit 21 (step S31). The stored correction value G3 is used in step S27 of FIG.

［実施の形態３］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態３について説明する。上述の通り、物質の粘弾性特性は温度に依存して変化するので、正確な粘弾性特性の測定を行うためには、測定部１０における温度をできるだけ均一にする必要がある。実施の形態３では、その目的を達成するため、測定部１０に設けられる構成について説明する。 [Embodiment 3]
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As described above, the viscoelastic property of the substance changes depending on the temperature. Therefore, in order to accurately measure the viscoelastic property, it is necessary to make the temperature in the measurement unit 10 as uniform as possible. In the third embodiment, a configuration provided in the measurement unit 10 to achieve the object will be described.

図１１に示されるように、ケーシング構造３０では、測定部１０の外方に内ケース３１が設けられている。内ケース３１と遅延材１４の接触面１４ｂとの間には、空気室３２が形成されている。また、内ケース３１と測定部１０との間であって、空気室３２以外の場所には、潤滑剤としてグリス３３が充填されている。さらに、グリス３３を密封するために、内ケース３１にオーリング３４が設けられている。ここで、遅延材１４、１５と、内ケース３１と、グリス３３と、オーリング３４とは、所定値Ｆ１以上の熱伝導率を有する（熱伝導率が高い）材料で構成されている。   As shown in FIG. 11, in the casing structure 30, an inner case 31 is provided outside the measuring unit 10. An air chamber 32 is formed between the inner case 31 and the contact surface 14 b of the delay member 14. Moreover, between the inner case 31 and the measurement part 10, and in places other than the air chamber 32, the grease 33 is filled as a lubricant. Further, an O-ring 34 is provided in the inner case 31 to seal the grease 33. Here, the retarders 14 and 15, the inner case 31, the grease 33, and the O-ring 34 are made of a material having a thermal conductivity equal to or higher than a predetermined value F1 (high thermal conductivity).

また、内ケース３１の外方には、外ケース３５が設けられ、外ケース３５の内面（内ケース３１に対向する面）の側には、オーリング３６が設けられている。外ケース３５及びオーリング３６は、所定値Ｆ２（＜Ｆ１）以下の熱伝導率を有する（熱伝導率が低い）材料で構成されている。   In addition, an outer case 35 is provided outside the inner case 31, and an O-ring 36 is provided on the inner surface (surface facing the inner case 31) side of the outer case 35. The outer case 35 and the O-ring 36 are made of a material having a thermal conductivity equal to or lower than a predetermined value F2 (<F1) (low thermal conductivity).

このように、遅延材１４、１５と、測定部１０に接する部材とを熱伝導率が高い材料で構成することで、測定試料Ｓの温度と測定部１０全体の温度とを同じにし、測定部１０における温度を均一にすることができる。また、グリス３３は流体であるため、圧電素子１３から測定音波Ｍが発振された際に、測定音波Ｍが原因で測定部１０が振動しても、測定部１０はグリス３３から抗力をほとんど受けない。従って、遅延材１４、１５を伝搬する反射音波の波形が変化しないため、反射音波の正確な測定データを得ることができ、測定試料Ｓの粘弾性特性を正確に測定することができる。   In this way, by configuring the retarders 14 and 15 and the member in contact with the measurement unit 10 with a material having high thermal conductivity, the temperature of the measurement sample S and the temperature of the entire measurement unit 10 are made the same, and the measurement unit The temperature at 10 can be made uniform. Further, since the grease 33 is a fluid, even when the measurement sound wave M is oscillated from the piezoelectric element 13, even if the measurement unit 10 vibrates due to the measurement sound wave M, the measurement unit 10 receives almost no drag from the grease 33. Absent. Accordingly, since the waveform of the reflected sound wave propagating through the delay members 14 and 15 does not change, accurate measurement data of the reflected sound wave can be obtained, and the viscoelastic property of the measurement sample S can be accurately measured.

また、外ケース３５及びオーリング３６を熱伝導率が低い材料で構成することで、外部からの測定部１０への熱伝導を抑制することができる。例えば、人が手でケーシング構造３０を持っても、手の熱が測定部１０に伝達することを抑制できる。   In addition, by configuring the outer case 35 and the O-ring 36 with a material having low thermal conductivity, heat conduction from the outside to the measurement unit 10 can be suppressed. For example, even if a person has the casing structure 30 by hand, it is possible to suppress the transfer of heat from the hand to the measurement unit 10.

なお、空気が加熱されて膨張することで空気室３２が破損することを防止するため、空気室３２は、ゴム製の膨張室として設けられてもよい。   Note that the air chamber 32 may be provided as a rubber expansion chamber in order to prevent the air chamber 32 from being damaged when the air is heated and expands.

［実施の形態４］
以下、図面を参照して本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態１〜３では、圧電素子１３が遅延材１４に対して測定音波Ｍを放射したときに、縦波である測定音波Ｍに付随して、横波であるせん断波が発生する。ここで、圧電素子１３が放射したせん断波は、円筒状の遅延材１４の側面で反射することで、圧電素子１３に到達する。圧電素子１３は、上述の反射音波だけではなくこのせん断波に基づいても検出信号を生成するため、検出信号にせん断波のノイズが混在してしまう。このノイズを抑制する方法として、遅延材１４、１５の径を大きくする方法が知られていたが、測定部１０が大型化してしまうという課題があった。実施の形態４では、このような検出信号におけるせん断波のノイズを抑制する構成について説明する。 [Embodiment 4]
Embodiment 4 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the first to third embodiments, when the piezoelectric element 13 radiates the measurement sound wave M to the delay member 14, a shear wave that is a transverse wave is generated along with the measurement sound wave M that is a longitudinal wave. Here, the shear wave radiated from the piezoelectric element 13 reaches the piezoelectric element 13 by being reflected by the side surface of the cylindrical delay member 14. Since the piezoelectric element 13 generates a detection signal not only based on the above-described reflected sound wave but also based on this shear wave, shear wave noise is mixed in the detection signal. As a method of suppressing this noise, a method of increasing the diameters of the delay members 14 and 15 has been known, but there is a problem that the measuring unit 10 is increased in size. In the fourth embodiment, a configuration for suppressing noise of shear waves in such a detection signal will be described.

図１２に示されるように、測定部４０は、圧電素子１３と、遅延材４１（遅延材１４に対応）と、遅延材４２（遅延材１５に対応）とを備える。遅延材４１は、接触面４１ａで圧電素子１３に接触し、接触面４１ａと反対側の接触面４１ｂで空気室４３に接触する。また、遅延材４２は、接触面４２ａで圧電素子１３に接触し、接触面４２ａと反対側の接触面４２ｂで測定試料Ｓに接触する。遅延材４１、４２は、接触面１４ａから接触面１４ｂまでの遅延材１４の長さＬ１に比較して、接触面１５ａから接触面１５ｂまでの遅延材１５の長さＬ２は長い。   As shown in FIG. 12, the measurement unit 40 includes the piezoelectric element 13, a delay material 41 (corresponding to the delay material 14), and a delay material 42 (corresponding to the delay material 15). The delay member 41 contacts the piezoelectric element 13 at the contact surface 41a, and contacts the air chamber 43 at the contact surface 41b opposite to the contact surface 41a. Further, the delay member 42 contacts the piezoelectric element 13 at the contact surface 42a, and contacts the measurement sample S at the contact surface 42b opposite to the contact surface 42a. In the delay members 41 and 42, the length L2 of the delay member 15 from the contact surface 15a to the contact surface 15b is longer than the length L1 of the delay member 14 from the contact surface 14a to the contact surface 14b.

ここで、遅延材４１、４２の外形はそろばん玉形状である。そのため、測定音波Ｍと所定の鋭角を形成して進むせん断波Ｗ１、Ｗ２の進行方向に対して、遅延材４１の側面を垂直にすることができる。従って、せん断波Ｗ１、Ｗ２を、遅延材４１の側面から遅延材４１の外部に放出させることができる。   Here, the outer shape of the retarders 41 and 42 is an abacus ball shape. Therefore, the side surface of the delay member 41 can be made perpendicular to the traveling direction of the shear waves W1 and W2 that form a predetermined acute angle with the measurement sound wave M. Therefore, the shear waves W1 and W2 can be emitted from the side surface of the retarder 41 to the outside of the retarder 41.

また、測定部４０及び空気室４３の外方には、所定値Ｆ３以上の熱伝導率を有する（熱伝導率が高い）金属製の内ケース４４が設けられており、測定部４０と内ケース４４との間には、所定の音響インピーダンスを有する音波吸収材４５が配置される。この音波吸収材４５の所定の音響インピーダンスと、音波吸収材４５に接触する遅延材４１、４２の音響インピーダンスとの差分は所定値未満である。なお、音波吸収材４５が固体であれば、音波吸収材４５は遅延材４１、４２に当接した状態で固定され、音波吸収材４５が液体であれば、音波吸収材４５は遅延材４１、４２に塗布される。   Further, a metal inner case 44 having a thermal conductivity equal to or higher than a predetermined value F3 (high thermal conductivity) is provided outside the measurement unit 40 and the air chamber 43, and the measurement unit 40 and the inner case are provided. A sound absorbing material 45 having a predetermined acoustic impedance is disposed between them. The difference between the predetermined acoustic impedance of the sound absorbing material 45 and the acoustic impedance of the delay members 41 and 42 in contact with the sound absorbing material 45 is less than a predetermined value. If the sound absorbing material 45 is solid, the sound absorbing material 45 is fixed in contact with the delay materials 41 and 42, and if the sound absorbing material 45 is liquid, the sound absorbing material 45 is the delay material 41, 42 is applied.

さらに、内ケース４４の外方には、所定値Ｆ４（＜Ｆ３）以下の熱伝導率を有する（熱伝導率が低い）発泡材の外ケース４６が設けられている。   Further, an outer case 46 of a foam material having a thermal conductivity equal to or lower than a predetermined value F4 (<F3) (low thermal conductivity) is provided outside the inner case 44.

このように、音波吸収材４５の音響インピーダンスを、遅延材４１、４２の音響インピーダンスと値が近いものにすることで、遅延材４１からその外方に放出されたせん断波Ｗ１、Ｗ２を音波吸収材４５に吸収させることができる。従って、測定部１０を大型化する必要なく、検出信号におけるせん断波のノイズを抑制することができる。なお、音波吸収材４５は、実施の形態３に係るグリス３３や、熱伝導性の高いエラストマで構成されてもよい。   Thus, by making the acoustic impedance of the sound wave absorbing material 45 close to that of the delay materials 41 and 42, the shear waves W1 and W2 emitted outward from the delay material 41 are absorbed by sound waves. It can be absorbed by the material 45. Therefore, it is possible to suppress shear wave noise in the detection signal without increasing the size of the measurement unit 10. The sound absorbing material 45 may be made of the grease 33 according to the third embodiment or an elastomer having a high thermal conductivity.

また、遅延材４１、４２を、袋状部材に封入された液体とすることで、遅延材４１、４２中でのせん断波の減衰を大きくし、検出信号におけるせん断波のノイズを更に抑制することができる。   Further, by making the delay members 41 and 42 liquid sealed in a bag-like member, the attenuation of the shear wave in the delay members 41 and 42 is increased, and the noise of the shear wave in the detection signal is further suppressed. Can do.

［実施の形態５］
実施の形態１〜４において、圧電素子１３は、図１３、図１４に示されるように構成してもよい。実施の形態５では、圧電体１３ａの主面に比べて、電極板１３ｂ、１３ｃの主面が小さく構成されている。また、接触面１４ａ、１５ａは、電極板１３ｂ、１３ｃの主面（接触面１４ａ、１５ａとそれぞれ接する面）よりも大きいが、圧電体１３ａの主面よりも小さく構成されている。このように、接触面１４ａ、１５ａを電極板１３ｂ、１３ｃの主面よりも大きくすることで、遅延材１４、１５の側面から測定音波Ｍが入射することで生じる、遅延材１４、１５内の音波の干渉を抑制することができる。これにより、検出信号においてノイズが発生することを抑制できる。なお、接触面１４ａ、１５ａは、圧電体１３ａの主面と同程度の大きさを有してもよい。 [Embodiment 5]
In the first to fourth embodiments, the piezoelectric element 13 may be configured as shown in FIGS. 13 and 14. In the fifth embodiment, the main surfaces of the electrode plates 13b and 13c are made smaller than the main surface of the piezoelectric body 13a. The contact surfaces 14a and 15a are larger than the main surfaces of the electrode plates 13b and 13c (surfaces in contact with the contact surfaces 14a and 15a, respectively), but are smaller than the main surfaces of the piezoelectric body 13a. Thus, by making the contact surfaces 14a and 15a larger than the main surfaces of the electrode plates 13b and 13c, the measurement sound waves M are incident from the side surfaces of the delay materials 14 and 15, and the delay materials 14 and 15 The interference of sound waves can be suppressed. Thereby, it can suppress that noise generate | occur | produces in a detection signal. The contact surfaces 14a and 15a may have the same size as the main surface of the piezoelectric body 13a.

［実施の形態６］
実施の形態１〜５において、遅延材１５内部に測定音波Ｍを反射する構造を設けてもよい。図１５には、実施の形態６に係る粘弾性特性測定装置の圧電素子１３及び遅延材１５が記載されている。図１５において、遅延材１５内部には、接触面１５ｂの近傍に、反射材１５ｃが設けられた領域が形成される。反射材１５ｃは、その音響インピーダンスが、遅延材１５の音響インピーダンスと所定値以上の差を有する物質（例えば空気）である。従って、反射材１５ｃと遅延材１５との境界面である反射面１５ｄ（反射部）では、圧電素子１３から放射された測定音波Ｍが略全反射される。なお、反射面１５ｄは、測定音波Ｍが放射される電極板１３ｃと略平行に形成されている。また、図１５において、遅延材１５内部の反射音波Ｂ２以外の反射音波（反射音波Ｂ１、Ｃ１等）の記載は省略されている。 [Embodiment 6]
In the first to fifth embodiments, a structure that reflects the measurement sound wave M may be provided inside the delay member 15. FIG. 15 shows the piezoelectric element 13 and the retarder 15 of the viscoelastic characteristic measuring apparatus according to the sixth embodiment. In FIG. 15, a region where the reflecting material 15 c is provided is formed in the vicinity of the contact surface 15 b inside the delay material 15. The reflective material 15c is a substance (for example, air) whose acoustic impedance has a difference greater than or equal to a predetermined value from the acoustic impedance of the delay material 15. Therefore, the measurement sound wave M radiated from the piezoelectric element 13 is substantially totally reflected at the reflection surface 15d (reflection portion) which is a boundary surface between the reflection material 15c and the delay material 15. The reflective surface 15d is formed substantially parallel to the electrode plate 13c from which the measurement sound wave M is emitted. In FIG. 15, the description of reflected sound waves (reflected sound waves B1, C1, etc.) other than the reflected sound wave B2 inside the delay member 15 is omitted.

このように、反射面１５ｄにて測定音波Ｍを反射させることで、圧電素子１３は反射された反射音波Ｂ２を受信する。この反射音波Ｂ２のデータを粘弾性特性算出部１２で解析することで、測定試料Ｓの温度が変化したことによる反射音波Ｂ２のデータ変化を解明することができる。例えば、測定試料Ｓの温度が変化する前の反射音波Ｂ２と、測定試料Ｓの温度が変化した後の反射音波Ｂ２とを比較することで、反射音波Ｂ２のデータ変化を解明することができる。この処理を行うことで、測定試料Ｓの温度が変化したことによって遅延材１５（特に接触面１５ｂ）の温度が変化し、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１のデータに誤差（ノイズ）が生じた場合でも、その誤差を検出し、粘弾性特性算出部１２でその誤差を打ち消すような誤差補正の処理を実行することができる。従って、粘弾性特性算出部１２は、誤差の影響が少ない、より正確な反射音波の測定データを取得することができる。   Thus, by reflecting the measurement sound wave M on the reflection surface 15d, the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave B2. By analyzing the data of the reflected sound wave B2 by the viscoelastic characteristic calculation unit 12, the data change of the reflected sound wave B2 due to the change in the temperature of the measurement sample S can be clarified. For example, the data change of the reflected sound wave B2 can be clarified by comparing the reflected sound wave B2 before the temperature of the measurement sample S changes with the reflected sound wave B2 after the temperature of the measurement sample S changes. By performing this process, when the temperature of the measurement sample S is changed, the temperature of the delay material 15 (particularly the contact surface 15b) is changed, and an error (noise) is generated in the data of the reflected sound waves B0 to B1 and C1. However, it is possible to execute an error correction process in which the error is detected and the viscoelastic characteristic calculation unit 12 cancels the error. Therefore, the viscoelastic characteristic calculation unit 12 can acquire more accurate reflected sound wave measurement data with less influence of errors.

なお、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの距離は、その間の往復の距離が測定音波Ｍの１波長以上離れていればよい。一例として、測定音波Ｍの周波数を５ＭＨｚ、遅延材１４中の測定音波Ｍの音速を２８００ｍ／ｓとすると、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの間の往復の距離は、最低で０．６ｍｍ程度あればよい。つまり、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの距離は、最低で０．３ｍｍ程度あればよい。   The distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d may be such that the reciprocating distance between them is one wavelength or more of the measurement sound wave M. As an example, when the frequency of the measurement sound wave M is 5 MHz and the sound speed of the measurement sound wave M in the delay material 14 is 2800 m / s, the reciprocation distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d is about 0.6 mm at a minimum. I just need it. That is, the distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d may be at least about 0.3 mm.

なお、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの距離を短くすることで、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの距離を長くする場合に比べて、粘弾性特性算出部１２は、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１のデータ誤差をより正確に打ち消すような処理を実行できる。これは、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの距離を短くすると、反射音波Ｂ２は、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１と同様に、測定試料Ｓの温度変化により温度が変化しやすい接触面１５ｂ近傍を通過するため、反射音波Ｂ２のデータに、その温度変化の影響がより反映されるためである。このデータを用いることで、粘弾性特性算出部１２は、測定試料Ｓの温度変化による反射音波Ｂ２のデータ変化を、より正確に検出できる。   Note that the viscoelastic property calculation unit 12 is configured to reduce the distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d and thereby increase the distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d. It is possible to execute processing that more accurately cancels the data error of C1. This is because when the distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d is shortened, the reflected sound wave B2 is located near the contact surface 15b where the temperature is likely to change due to the temperature change of the measurement sample S, similarly to the reflection sound waves B0 to B1 and C1. This is because the influence of the temperature change is more reflected in the data of the reflected sound wave B2 because it passes. By using this data, the viscoelastic property calculation unit 12 can more accurately detect the data change of the reflected sound wave B2 due to the temperature change of the measurement sample S.

また、接触面１５ｂと反射面１５ｄとの距離を短くすると、反射音波Ｂ２が通過する遅延材１５の長さが、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１が通過する遅延材１５の長さと同程度になる。そのため、遅延材１５により生じる音波の減衰の影響を反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１と同程度にできるので、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１と反射音波Ｂ２との測定条件をほぼ同じにできる。以上の理由から、粘弾性特性算出部１２は、温度変化により発生する反射音波Ｂ２のデータへの変化が、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１のデータにもそのまま起こっていると仮定して、反射音波Ｂ０〜Ｂ１、Ｃ１のデータ誤差を打ち消すことができる。   Further, when the distance between the contact surface 15b and the reflecting surface 15d is shortened, the length of the delay material 15 through which the reflected sound wave B2 passes becomes approximately the same as the length of the delay material 15 through which the reflected sound waves B0 to B1 and C1 pass. . Therefore, since the influence of the attenuation of the sound wave generated by the delay material 15 can be made the same as that of the reflected sound waves B0 to B1 and C1, the measurement conditions of the reflected sound waves B0 to B1 and C1 and the reflected sound wave B2 can be made almost the same. For the above reasons, the viscoelastic property calculation unit 12 assumes that the change to the data of the reflected sound wave B2 caused by the temperature change also occurs in the data of the reflected sound waves B0 to B1 and C1, as it is. Data errors of B0 to B1 and C1 can be canceled out.

図１５では、遅延材１５内部に反射材１５ｃが設けられた例を示したが、測定音波Ｍを反射する構造はこれに限られない。例えば、テープ状の音波反射体を、反射面１５ｄとして遅延材１５内部に設けてもよい。また、軸方向から見た遅延材１５の断面形状は、円環状や多角形でもあってもよく、遅延材１５は軸対称の形状を有さなくてもよい。   In FIG. 15, the example in which the reflection material 15 c is provided inside the delay material 15 is shown, but the structure for reflecting the measurement sound wave M is not limited to this. For example, a tape-like sound wave reflector may be provided inside the delay member 15 as the reflecting surface 15d. Further, the cross-sectional shape of the retarder 15 viewed from the axial direction may be an annular shape or a polygon, and the retarder 15 may not have an axially symmetric shape.

なお、本発明は上述の実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態１〜３に係る遅延材１４、１５において、遅延材１５の長さＬ２は遅延材１４の長さＬ１よりも長いとしたが、長さＬ１と長さＬ２の大小関係はこれに限られない。また、実施の形態１〜３に係る遅延材１４、１５は、それぞれ異なる材料で構成されてもよい。このとき、遅延材１４を測定音波Ｍが伝搬する時間よりも、遅延材１５を測定音波Ｍが伝搬する時間を長くするように構成することで、圧電素子１３は、反射音波Ａ１を、反射音波Ｂ１、Ｂ２よりも早く受信することができる。以上の遅延材１４、１５に係る変更は、実施の形態４に係る遅延材４１、４２についても同様に適用できる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the delay members 14 and 15 according to the first to third embodiments, the length L2 of the delay member 15 is longer than the length L1 of the delay member 14, but the magnitude relationship between the length L1 and the length L2 is as follows. It is not limited to this. Further, the delay members 14 and 15 according to the first to third embodiments may be made of different materials. At this time, the piezoelectric element 13 causes the reflected sound wave A1 to reflect the reflected sound wave by configuring the delay material 15 to have a longer time for the measured sound wave M to propagate than the time for the measured sound wave M to propagate through the delay material 14. It can be received earlier than B1 and B2. The above changes related to the delay members 14 and 15 can be similarly applied to the delay members 41 and 42 according to the fourth embodiment.

遅延材１４が接触面１４ｂで接触する物質や、実施の形態２の補正値算出処理において遅延材１５が接触面１５ｂで接触する物質は、空気以外の基準試料（例えば固体の反射板）であってもよい。ただし、例えば固体の反射板を空気の代わりに基準試料として用いた場合は、測定音波Ｍが反射板内で多重反射することになり、検出信号においてノイズが生じる可能性があるので、空気を基準試料として用いるのが好ましい。例えば測定音波Ｍが５００ｋＨｚ以上の超音波である場合、接触面１４ｂ、１５ｂから放出された測定音波Ｍは空気中で減衰するため、検出信号においてノイズが発生することを抑制できる。   The substance that the retarder 14 contacts on the contact surface 14b or the substance that the retarder 15 contacts on the contact surface 15b in the correction value calculation process of the second embodiment is a reference sample other than air (for example, a solid reflector). May be. However, for example, when a solid reflecting plate is used as a reference sample instead of air, the measurement sound wave M is reflected multiple times in the reflecting plate, and noise may occur in the detection signal. It is preferable to use it as a sample. For example, when the measurement sound wave M is an ultrasonic wave of 500 kHz or more, the measurement sound wave M emitted from the contact surfaces 14b and 15b is attenuated in the air, so that generation of noise in the detection signal can be suppressed.

測定音波Ｍを発生する装置は、圧電素子以外の装置であってもよい。また、図３及び図４のステップＳ１４、図７のステップＳ２３で演算部２０が行う波形解析処理は、ＦＦＴ解析処理に限定されない。   The device that generates the measurement sound wave M may be a device other than the piezoelectric element. In addition, the waveform analysis process performed by the calculation unit 20 in step S14 in FIGS. 3 and 4 and step S23 in FIG. 7 is not limited to the FFT analysis process.

実施の形態２において、図７又は図１０に示す補正値算出方法の処理フローは、図９に示すステップＳ１１〜Ｓ１４の前に実行されてもよいし、ステップＳ１１〜Ｓ１４の後に実行されてもよい。   In the second embodiment, the processing flow of the correction value calculation method shown in FIG. 7 or 10 may be executed before steps S11 to S14 shown in FIG. 9, or may be executed after steps S11 to S14. Good.

圧電体１３ａが電極板１３ｂ、１３ｃに接触する面の大きさと、電極板１３ｂ、１３ｃの大きさとの大小関係は自由に設定できる。また、電極板１３ｂ、１３ｃの大きさと、接触面１４ａ、１５ａ（又は接触面４１ａ、４２ａ）の大きさとの大小関係は自由に設定できる。   The magnitude relationship between the size of the surface where the piezoelectric body 13a contacts the electrode plates 13b and 13c and the size of the electrode plates 13b and 13c can be freely set. The magnitude relationship between the size of the electrode plates 13b and 13c and the size of the contact surfaces 14a and 15a (or the contact surfaces 41a and 42a) can be freely set.

１、２ 粘弾性特性測定装置
１０ 測定部
１１ 測定信号供給部
１２ 粘弾性特性算出部
１３ 圧電素子
１３ａ 圧電体
１３ｂ、１３ｃ 電極板
１４、１５ 遅延材
１６ 測定信号生成器
１７ 方向整合器
１８ 高周波増幅器
１９ 時間データメモリ部
２０ 演算部
２１ 補正値メモリ部
３０ ケーシング構造
３１ 内ケース
３２ 空気室
３３ グリス
３４ オーリング
３５ 外ケース
３６ オーリング
４０ 測定部
４１、４２ 遅延材
４３ 空気室
４４ 内ケース
４５ 音波吸収材
４６ 外ケース
５０ ケーシング構造 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Viscoelastic characteristic measuring apparatus 10 Measuring part 11 Measurement signal supply part 12 Viscoelastic characteristic calculation part 13 Piezoelectric element 13a Piezoelectric body 13b, 13c Electrode plate 14, 15 Delay material 16 Measurement signal generator 17 Direction matching device 18 High frequency amplifier 19 Time data memory unit 20 Arithmetic unit 21 Correction value memory unit 30 Casing structure 31 Inner case 32 Air chamber 33 Grease 34 O-ring 35 Outer case 36 O-ring 40 Measuring units 41 and 42 Delay member 43 Air chamber 44 Inner case 45 Sound wave absorption Material 46 Outer case 50 Casing structure

Claims (9)

第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面と、を有し、前記第１及び第２の面から測定音波を放射すると共に、前記第１及び第２の面で反射音波を受信する圧電素子と、
前記第１の面に接触している第１の接触面と、前記第１の接触面の反対側に位置し、基準試料に接触している第２の接触面と、を有する第１の遅延材と、
前記第２の面に接触している第３の接触面と、前記第３の接触面の反対側に位置し、測定試料に接触している第４の接触面と、を有する第２の遅延材と、
前記圧電素子で受信した前記反射音波に基づいて前記測定試料の粘弾性特性を算出する粘弾性特性算出部と、を備え、
前記圧電素子は、
前記第１及び第２の面の各々から前記第１及び第２の遅延材に前記測定音波をそれぞれ放射し、
前記測定音波が前記基準試料で反射されて生じた第１の反射音波及び前記測定音波が前記測定試料で反射されて生じた第２の反射音波をそれぞれ受信し、
前記粘弾性特性算出部は、前記第１及び第２の反射音波に基づいて前記測定試料の粘弾性特性を算出する、
粘弾性特性測定装置。 A first surface and a second surface opposite to the first surface, radiating measurement sound waves from the first and second surfaces, and the first and second surfaces. A piezoelectric element for receiving reflected sound waves;
A first delay having a first contact surface in contact with the first surface and a second contact surface located on the opposite side of the first contact surface and in contact with a reference sample. Material,
A second delay having a third contact surface in contact with the second surface and a fourth contact surface located on the opposite side of the third contact surface and in contact with the measurement sample. Material,
A viscoelastic property calculation unit that calculates the viscoelastic property of the measurement sample based on the reflected sound wave received by the piezoelectric element,
The piezoelectric element is
Radiating the measurement sound wave from each of the first and second surfaces to the first and second retarders,
Receiving the first reflected sound wave generated by reflecting the measurement sound wave by the reference sample and the second reflected sound wave generated by reflecting the measurement sound wave by the measurement sample;
The viscoelastic property calculation unit calculates the viscoelastic property of the measurement sample based on the first and second reflected sound waves;
Viscoelastic property measuring device. 前記圧電素子は、前記圧電素子が前記第１の面から放射した前記測定音波が前記基準試料で反射されて生じた第３の反射音波と、前記第２の遅延材の前記第２の接触面に基準試料を接触させた状態で、前記圧電素子が前記第２の面から放射した前記測定音波が前記基準試料で反射されて生じた第４の反射音波と、を受信し、
前記粘弾性特性算出部は、前記第１、第２、第３及び第４の反射音波に基づいて前記測定試料の粘弾性特性を算出する、
請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。 The piezoelectric element includes a third reflected sound wave generated by the measurement sound wave radiated from the first surface by the piezoelectric element reflected by the reference sample, and the second contact surface of the second delay material. A fourth reflected sound wave generated by reflecting the measurement sound wave radiated from the second surface by the piezoelectric element with the reference sample in contact with the reference sample;
The viscoelastic property calculation unit calculates viscoelastic properties of the measurement sample based on the first, second, third and fourth reflected sound waves;
The viscoelastic property measuring apparatus according to claim 1. 前記第１及び第２の遅延材は同一の材料で構成され、前記第１の遅延材の前記第１の接触面から前記第２の接触面までの長さは、前記第２の遅延材の前記第３の接触面から前記第４の接触面までの長さに比較して短い、
請求項１又は２に記載の粘弾性特性測定装置。 The first and second retarders are made of the same material, and the length of the first retarder from the first contact surface to the second contact surface is the length of the second retarder. Shorter than the length from the third contact surface to the fourth contact surface,
The viscoelastic property measuring apparatus according to claim 1 or 2. 前記第１及び第２の遅延材は、所定値以上の熱伝導率を有する材料で構成される、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 The first and second retarders are made of a material having a thermal conductivity equal to or higher than a predetermined value.
The viscoelastic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記圧電素子と、前記第１及び第２の遅延材とは、ケースで覆われており、前記ケースと、前記圧電素子ならびに前記第１及び第２の遅延材との間には、所定値以上の熱伝導率を有する潤滑剤が充填されている、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 The piezoelectric element and the first and second retarders are covered with a case, and a predetermined value or more is provided between the case and the piezoelectric elements and the first and second retarders. Filled with a lubricant having a thermal conductivity of
The viscoelastic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4. 前記第１及び第２の遅延材の外方には、所定の音響インピーダンスを有する音波吸収材が配置されており、前記所定の音響インピーダンスと、前記第１及び第２の遅延材の音響インピーダンスとの差分は所定値未満である、
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 A sound-absorbing material having a predetermined acoustic impedance is disposed outside the first and second delay members, and the predetermined acoustic impedance and the acoustic impedances of the first and second delay members are The difference is less than a predetermined value,
The viscoelastic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5. 前記第１及び第２の遅延材は、袋状部材に封入された液体である、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 The first and second retarders are liquid sealed in a bag-like member,
The viscoelasticity property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6. 前記第１の接触面は前記第１の面よりも大きく、前記第２の接触面は前記第２の面よりも大きい、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 The first contact surface is larger than the first surface and the second contact surface is larger than the second surface;
The viscoelastic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 7. 前記第２の遅延材内部には、前記圧電素子から放射された前記測定音波を反射する反射部が設けられ、
前記圧電素子は、前記測定音波が前記反射部で反射されて生じた第５の反射音波を受信し、
前記粘弾性特性算出部は、前記第５の反射音波に基づいて、前記測定試料の温度変化により前記第２の反射音波に生じたノイズを検出し、前記ノイズを補正する、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 Inside the second delay material, a reflection part for reflecting the measurement sound wave radiated from the piezoelectric element is provided,
The piezoelectric element receives a fifth reflected sound wave generated by reflecting the measurement sound wave by the reflection unit,
The viscoelastic property calculation unit detects noise generated in the second reflected sound wave due to a temperature change of the measurement sample based on the fifth reflected sound wave, and corrects the noise.
The viscoelastic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 8.
JP2015060452A 2015-03-24 2015-03-24 Viscoelastic property measuring device Active JP6537051B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015060452A JP6537051B2 (en) 2015-03-24 2015-03-24 Viscoelastic property measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015060452A JP6537051B2 (en) 2015-03-24 2015-03-24 Viscoelastic property measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016180644A true JP2016180644A (en) 2016-10-13
JP6537051B2 JP6537051B2 (en) 2019-07-03

Family

ID=57131654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015060452A Active JP6537051B2 (en) 2015-03-24 2015-03-24 Viscoelastic property measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6537051B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107478723A (en) * 2017-07-21 2017-12-15 无锡海斯凯尔医学技术有限公司 The viscoelastic measuring method of medium and device

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57192544A (en) * 1981-05-21 1982-11-26 Tokyo Shibaura Electric Co Ultrasonic diagnostic apparatus
US5115673A (en) * 1990-07-20 1992-05-26 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Non-destructive method for determining elastic moduli of material
JPH05322736A (en) * 1992-05-15 1993-12-07 Koji Toda Plate wave ultrasonic device and viscosity sensor with it
JPH0618396A (en) * 1992-07-03 1994-01-25 Idemitsu Kosan Co Ltd Method for measuring viscosity of viscous liquid
JPH06273396A (en) * 1993-03-18 1994-09-30 Olympus Optical Co Ltd Tactile sensor
US6651484B2 (en) * 1999-09-23 2003-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Device for measuring the specific density of a gaseous or liquid medium
JP2006204552A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Toshiba Corp Ultrasonic probe
JP2007047130A (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Omron Corp Device for measuring frictional characteristic, and tire turned to it
JP2007121200A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Omron Corp Measuring instrument of viscoelastic characteristics
JP2008107306A (en) * 2006-10-27 2008-05-08 Omron Corp Viscoelasticity characteristics measuring apparatus and viscoelasticity characteristics measuring method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57192544A (en) * 1981-05-21 1982-11-26 Tokyo Shibaura Electric Co Ultrasonic diagnostic apparatus
US5115673A (en) * 1990-07-20 1992-05-26 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Non-destructive method for determining elastic moduli of material
JPH05322736A (en) * 1992-05-15 1993-12-07 Koji Toda Plate wave ultrasonic device and viscosity sensor with it
JPH0618396A (en) * 1992-07-03 1994-01-25 Idemitsu Kosan Co Ltd Method for measuring viscosity of viscous liquid
JPH06273396A (en) * 1993-03-18 1994-09-30 Olympus Optical Co Ltd Tactile sensor
US6651484B2 (en) * 1999-09-23 2003-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Device for measuring the specific density of a gaseous or liquid medium
JP2006204552A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Toshiba Corp Ultrasonic probe
JP2007047130A (en) * 2005-08-12 2007-02-22 Omron Corp Device for measuring frictional characteristic, and tire turned to it
JP2007121200A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Omron Corp Measuring instrument of viscoelastic characteristics
JP2008107306A (en) * 2006-10-27 2008-05-08 Omron Corp Viscoelasticity characteristics measuring apparatus and viscoelasticity characteristics measuring method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107478723A (en) * 2017-07-21 2017-12-15 无锡海斯凯尔医学技术有限公司 The viscoelastic measuring method of medium and device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6537051B2 (en) 2019-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230358711A1 (en) Determining mechanical properties via ultrasound-induced resonance
KR101914021B1 (en) Method and Apparatus for Detecting Viscoelastic Parameters of Viscoelastic Media
KR102181339B1 (en) Elasticity detection method and device
US10151731B2 (en) Ultrasonic system for nondestructive testing
JP6537051B2 (en) Viscoelastic property measuring device
Pal Pulse-echo method cannot measure wave attenuation accurately
WO2019015396A1 (en) Method and device for measuring viscoelasticity of medium
US10823705B2 (en) Diagnostic device, diagnostic system, diagnostic method, and computer-readable recording medium
JP5893119B2 (en) Crack inspection equipment
US12019049B2 (en) Bonding layer evaluation system and bonding layer evaluation method
WO2019015399A1 (en) Method and apparatus for measuring viscoelasticity of medium
JP6430923B2 (en) Wave receiving method and receiving apparatus
Jeong et al. Improvement of pulse-echo harmonic generation from a traction-free boundary through phase shift of a dual element transducer
Miqueleti et al. Acoustic impedance measurement method using spherical waves
GB2593477A (en) Pulse generator
KR101815575B1 (en) Acoustic Pyrometry Method and System using the Measured Time Delays of Sound Propagation including the Wall Reflections
JP2007121199A (en) Density measuring instrument and density measuring method
Satoh et al. An impedance tube measurement technique for controlling elastic behavior of test samples
RU2634489C2 (en) Method of ultrasonic material control of polyethylene pipe (versions)
Khelladi et al. The transducer vibratory profile effects on the detection of the transient ultrasonic field scattered by a rigid point reflector
Kazys et al. Ultrasonic fields radiated through matching layers with nonparallel boundaries
JP2008107306A (en) Viscoelasticity characteristics measuring apparatus and viscoelasticity characteristics measuring method
Gavrilov Nonlinear method for measuring the frequency response of an acoustic wave receiver
JP2015158403A (en) Gas concentration measuring method and gas concentration measuring device
KR20150140181A (en) Bar waveguide sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180319

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190304

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190507

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190528

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6537051

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250