JP2002034930A - 表面構造の弾性特性を測定する測定装置 - Google Patents

表面構造の弾性特性を測定する測定装置

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JP2002034930A JP2001186483A JP2001186483A JP2002034930A JP 2002034930 A JP2002034930 A JP 2002034930A JP 2001186483 A JP2001186483 A JP 2001186483A JP 2001186483 A JP2001186483 A JP 2001186483A JP 2002034930 A JP2002034930 A JP 2002034930A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面構造の弾性特性を測定する測定装置を提
供すること。 【解決手段】 上記装置は、表面構造（３）の弾性特性
を測定する測定装置であって、ハウジング（１）内に配
置されたプローブ（２）と、音響パルスを送信する送信
機および表面構造（３）内の音響パルスの伝搬挙動を受
信する少なくとも１つの受信機と、音響パルスを生成す
るための制御手段（１６）と、受信機によって受信され
る測定信号のための評価手段（１８）と、送信および受
信エレメントとして接続された少なくとも２つの隣接す
る測定端（４、６）と、表面構造（３）上にセットされ
るように構成され、ホルダ（８、１０）によって担持さ
れる帯状のバイモルフエレメント（１２、１４）を有す
る測定端とを含み、前記測定端（４、６）がバイモルフ
エレメント（１２、１４）のホルダ（８、１０）によっ
て形成され、帯状のエレメント（１２、１４）の端部の
１つの側がホルダ（８、１０）に固定されている測定装
置である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】本発明は、請求項１のプリアンブルに記
載の、弾性特性を測定する測定装置に関する。そのよう
な測定装置はＥＰ ０ ３２９ ８１７から知られてい
る。知られている装置は、ハウジング内で軸運動するよ
うに支持されるプローブであって、前記プローブの測定
端が所定の接触圧力を用いて生体の皮膚表面に直交する
ようにあてがわれるように構成されたプローブを含む。
測定端はバイモルフ圧電トランスデューサから皮膚表面
に音響パルスを送出し、１つの測定端は送信機の役割を
果たし、残り２つの測定端は受信機の役割を果たす。受
信機は皮膚を通って測定端の間を伝搬される音響パルス
の送信と受信間の期間を測定する。測定された時間か
ら、皮膚内の音響波の伝搬速度が計算される。
【０００２】平坦かつ帯状のバイモルフ圧電トランスデ
ューサは電極を備え、低破壊強度を有するセラミック材
料からなる。したがって、バイモルフ要素は極めて傷つ
きやすく機械的応力がかかるとすぐに破損する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、動作
の安全性がより高く、衝撃に鈍感な上記のタイプの測定
装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】有利なことに、本発明で
は測定端がバイモルフエレメントのホルダによって形成
され、帯状のバイモルフエレメントは一方の側面と一方
の端部上でのみホルダに固定されている。バイモルフエ
レメントのホルダに測定端それ自体を形成させること
で、バイモルフエレメントは、機械的応力を受けず、し
たがって、扱いが不適当であっても、あるいは高い衝撃
応力を受けても破損しないことが有利である。
【０００５】好ましくは、バイモルフエレメントは測定
端に面したホルダ端部に固定される。ホルダは測定端を
介した表面構造への音響パルスの伝達を可能にし、同時
にバイモルフエレメントを損傷から保護する。帯状のバ
イモルフエレメントは各々−好ましくは接着によって−
表面構造に面したホルダの自由端に固定され、それによ
って測定端を形成するホルダの自由端への生成された音
響パルスの最適な伝達が得られる。
【０００６】各々の帯状のバイモルフエレメントのそれ
ぞれの自由端に地震質量が好ましくは接着によって固定
されている。送信機のバイモルフエレメントが電気パル
スによって偏向すると、測定端を介して表面構造に曲げ
モーメントが音響パルスとして伝達される。この曲げモ
ーメントは慣性を備えた地震質量によって支持される。
地震質量の慣性によってこの構成は高速パルスに対して
極めて鋭敏に反応をするが、不適切な扱いによって引き
起こされる比較的遅い動きに対してはほとんど反応がな
い。
【０００７】好ましくは、ホルダはバイモルフエレメン
トが自由に振動できるバイモルフエレメントに適合され
た縦方向のくぼみを有する。このくぼみによってホルダ
に平行に延びているバイモルフエレメントはホルダに直
交して振動するときにくぼみを通して振動できる。
【０００８】ホルダは測定端と反対側の両端部が共通の
サポートに固定された２つの平坦な帯状の部材からな
る。ホルダは極めて柔軟で、したがって、送信機の音響
パルスはサポートには伝達されない。ホルダの好ましい
材料はマクロロン（Makrolon）である。ホルダの柔軟性
によってサスペンションを介した受信機への音響パルス
の伝達は防止される。
【０００９】プローブはハウジング内で軸運動するよう
に支持され、測定端は所定のばね張力で皮膚表面にあて
がうことができる。
【００１０】音響パルスおよび測定はプローブが所定の
経路を進行した時にトリガすることができる。これによ
って、測定端は確実に常に同じ接触圧力で表面構造に押
し付けられる。
【００１１】音響パルスおよび測定は所定の時間遅延の
後にトリガすることもでき、さらに信号が一定のプロー
ブ経路を進行したという条件と組み合わせることもでき
る。
【００１２】好ましくは、平坦なバイモルフエレメント
からなる送信機は単一の音響パルスを表面構造内に結合
する。
【００１３】受信機によって受信される測定信号は０〜
１０ｋＨｚの間の周波数範囲での共振測定を用いて、測
定装置によって評価することができる。
【００１４】本発明の一発展形態では、プローブは検査
する表面構造に固定可能な案内部材を有し、当該案内部
材内でプローブは表面構造に直交して案内され、プロー
ブはプローブと案内部材上のマークを用いて異なる所定
の角位置を保つ。例えば検査する表面構造に接着された
円筒形のスリーブなどの案内部材は、表面構造に対して
プローブの向きが確実に直交するようにプローブを収容
する。さらに、案内部材の周辺部には、プローブ上のマ
ークと協働して所定の角度でプローブを回転して初期位
置に対して例えば０度、４５度、９０度、または１３５
度の角度で測定を実行するための角マークが記されてい
る。
【００１５】以下、添付図面を参照しながら本発明の実
施形態について詳述する。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１に示す測定装置はプローブ２
が軸方向に動くことができるハウジング１を含む。プロ
ーブ２は２つの平坦な帯状の縦方向に延びたホルダ８、
１０が互いに平行に間隔を空けて固定されるサポート２
８が設けられるハウジング５からなり、各ホルダがバイ
モルフエレメント１２、１４を収容する。ホルダ８、１
０はマクロロン（Makrolon）製で、高い柔軟性を有す
る。ホルダ８、１０の一方の側だけがサポート２８に固
定され、その自由端で自由に振動できる。
【００１７】ホルダ８、１０の自由端は、バイモルフエ
レメントからの音響パルスの振動が検査される表面構造
３に伝達される測定端４、６を同時に形成する。バイモ
ルフエレメント１２は測定端４の領域にホルダ８に平行
な帯状に延び、好ましくは外部側面に接着される。測定
端４からそらされたバイモルフエレメント１２の自由端
は地震質量２０を担持し、好ましくは接着される。
【００１８】電源回路を備えた制御手段１６によってバ
イモルフエレメント１２に提供される電気パルスはバイ
モルフエレメント内に曲げモーメントを生成し、音響パ
ルスを測定端４に伝達する。地震質量（seismic mass）
２０はモーメントを抑止する働きをする。質量２０の慣
性によってこの構成は高速パルスに対して極めて鋭敏な
反応を示すが、不適切な扱いによって引き起こされる比
較的遅い動きに対してはほとんど反応がない。バイモル
フエレメント１２は測定端４および地震質量２０と共に
音響パルスの送信機を形成する。サポート２８を介して
測定装置の縦軸に関して対称に、測定端６、ホルダ１
０、バイモルフエレメント１４および地震質量２２によ
って形成される受信機がある。図２に最もよく示されて
いるように、ホルダ８、１０はバイモルフエレメント１
２、１４と地震質量２０、２２がホルダ８、１０と直交
する方向に自由に振動するためのくぼみ２４、２６を有
する。
【００１９】ハウジング５および測定プローブ２は圧力
ばね７を用いてハウジング１内で傾いている。
【００２０】評価手段１８は、例えば、０〜１０ｋＨｚ
の間の周波数範囲で共振測定を用いて、測定端６によっ
て受信された測定信号を分析する。
【００２１】測定の結果はワイヤ１９を介して評価手段
１８に接続されている図示していないディスプレイまた
はディスプレイ手段上に表示することができる。
【００２２】中空の円筒形の案内手段３２はプローブ２
の遠位端を収容できるので、測定端４、６は測定中に皮
膚表面３に対して正確に直交する方向を向く。案内エレ
メント３２は表面構造３に向いた側にほぼ環状の両面接
着フィルム３４を備えたフランジを有する。この両面接
着フィルム３４を用いて、案内部材３２を検査する表面
構造３のある場所に固定できる。
【００２３】図３に最もよく示されているように、環状
のフランジ３５はより大きい時間間隔でプローブ２が同
じ向きの同じ場所で測定を実行できるように、表面構造
３上に例えばペンで色マークを付けるための、周辺部に
設けられた２つの穴４０を有する。
【００２４】比較される測定結果は表面構造３の同じ場
所から得られることが測定結果の値には必要不可欠であ
ることに留意されたい。
【００２５】さらに、環状のフランジは互いに所定の角
距離を有するマーク３６を有する。プローブ２のハウジ
ング１の外部のマーク３８（図１）に関して、測定装置
は表面構造３上の同じ測定場所と同じ角位置に再現可能
に配置できる。
【００２６】次いでディスプレイ手段を用いて例えば０
度、４５度、９０度、および１３５度の角度で測定値を
表示でき、したがって、異方性の表面構造３を記述する
こともできる。
【００２７】ディスプレイ手段上に反復測定の平均値を
表示することも可能である。評価手段１８はまた測定値
を記憶して後で比較することもできる。
【００２８】測定は一定のバイアスを用いて皮膚表面３
に測定端４、６を押し付けることでトリガできる。バイ
アスの量は例えばばね力に対するプローブ２の軸方向の
変位を測定するプローブ経路の測定を介して決定でき
る。さらに、音響パルスおよび測定のトリガは時間的に
遅延させることができる。
【００２９】使用する音響パルスの範囲は０．５〜３０
ｋＨｚである。
【００３０】測定値は横方向および縦方向の弾性の異な
る弾性値も決定できる表面構造の弾性特性を表す。
【００３１】表面構造３は粘弾特性が検査できる弾性振
動材料からなってもよい。測定装置は異なる材料の材料
試験、または、例えば、ゴムまたは皮革のような材料の
生産管理にも適用できる。
【００３２】皮膚科の分野でのそのような測定の重要な
応用分野は、皮膚の粘弾性および異方性の測定、例えば
皮膚内のコラーゲンおよびエラスチン組織への美容およ
び薬学効果の検証、マモグラフィ試験、および傷の治療
に関する試験などである。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定装置の断面図である。
【図２】バイモルフエレメントを備えたホルダの上平面
図である。
【図３】プローブの案内部材の上平面図である。
【符号の説明】
１ ハウジング ２ プローブ ３ 表面構造 ４ 測定端 ５ プローブ ６ 測定端 ７ 圧力ばね ８ ホルダ １０ ホルダ １２ バイモルフエレメント １４ バイモルフエレメント １６ 制御手段 １８ 評価手段 １９ ワイヤ ２０ 地震質量 ２２ 地震質量 ２４ くぼみ ２６ くぼみ ２８ サポート ３０ 端部 ３２ 案内手段 ３４ 両面接着フィルム ３８ マーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 29/24 Ａ６１Ｂ 5/10 ３００Ｑ Ｆターム(参考） 2G047 AC13 BC02 BC20 CA01 GA02 GA05 GF11 2G061 AA20 AB05 BA06 CA10 CA11 DA01 EA06 4C038 VA05 VB22 VC14

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面構造（３）の弾性特性を測定する測
    定装置であって、ハウジング（１）内に配置されたプロ
    ーブ（２）と、音響パルスを送信する送信機および表面
    構造（３）内の音響パルスの伝搬挙動を受信する少なく
    とも１つの受信機と、音響パルスを生成するための制御
    手段（１６）と、受信機によって受信される測定信号の
    ための評価手段（１８）と、送信および受信エレメント
    として接続された少なくとも２つの隣接する測定端
    （４、６）を含み、該測定端は表面構造（３）上にセッ
    トされるように構成され、ホルダ（８、１０）によって
    担持される帯状のバイモルフエレメント（１２、１４）
    を有し、 前記測定端（４、６）がバイモルフエレメント（１２、
    １４）のホルダ（８、１０）によって形成され、帯状の
    エレメント（１２、１４）の端部の１つの側がホルダ
    （８、１０）に固定されている測定装置。
  2. 【請求項２】 バイモルフエレメント（１２、１４）
    が、測定端（４、６）に面するホルダ（８、１０）の端
    部に固定される請求項１に記載の測定装置。
  3. 【請求項３】 地震質量（２０、２２）が、各帯状のバ
    イモルフエレメント（１２、１４）の自由端に固定され
    ている請求項１または２に記載の測定装置。
  4. 【請求項４】 ホルダ（８、１０）が、バイモルフエレ
    メント（１２、１４）が自由に振動できるバイモルフエ
    レメント（１２、１４）に適合された細長いくぼみ（２
    ４、２６）を有する請求項１に記載の測定装置。
  5. 【請求項５】 ホルダ（８、１０）が、測定端（４、
    ６）の反対側の端部（３０）で共通のサポート（２８）
    上に互いに平行な距離に固定された２つの平坦な帯状の
    部品である請求項１に記載の測定装置。
  6. 【請求項６】 プローブ（５）が、ハウジング（１）内
    で軸運動するように支持され、測定端（４、６）が、ば
    ねバイアスで表面構造（３）にあてがうことができる請
    求項１に記載の測定装置。
  7. 【請求項７】 音響パルスおよび測定が、プローブ
    （２）が所定の経路を進行した後でトリガされるように
    構成された請求項６に記載の測定装置。
  8. 【請求項８】 音響パルスおよび測定が所定の時間遅延
    の後にトリガできる請求項６または７に記載の測定装
    置。
  9. 【請求項９】 平坦なバイモルフエレメント（１２）か
    らなる送信機が単一の音響パルスを表面構造内に結合す
    る請求項１に記載の測定装置。
  10. 【請求項１０】 評価手段（１８）が、０〜１０ｋＨｚ
    の間の周波数範囲で共振測定を用いて、受信機によって
    受信された測定信号を評価する請求項１に記載の測定装
    置。
  11. 【請求項１１】 プローブ（２）が、表面構造（３）に
    固定可能な案内手段（３２）を含み、プローブ（２）
    が、表面構造（３）に直交して保持され、プローブ
    （２）が、プローブ（２）と案内部材（３２）上のマー
    ク（３６、３８）を用いて異なる角位置を保つことがで
    きる請求項１に記載の測定装置。
JP2001186483A 2000-06-21 2001-06-20 表面構造の弾性特性を測定する測定装置 Pending JP2002034930A (ja)

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