JP2009288049A - 物性測定装置及び物性測定方法 - Google Patents

物性測定装置及び物性測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】動的粘弾性及び誘電特性の両方を高精度で測定可能な物性測定装置及び物性測定方法を提供する。
【解決手段】上部プレート3と下部プレート2との間に試料5を配置し、上部プレート3を回転又は振動させることにより試料5に歪みを加え、それにより発生した応力から試料5の動的粘弾性を求める装置の下部プレート2に、例えば、前記絶縁層を挟むように対向配置され、高周波伝送路として機能する一対の導体層と、上部プレート3側の導体層を断線状態にするように形成され、試料5の一部が導入され得る断層部と、を備える構成のインピーダンス測定部か、又は、絶縁層の上部プレート3側の面に一定の間隔を離間して噛合するように形成された一対の櫛形電極を備える構成のインピーダンス測定部を設ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、試料に歪みを加えたときの応力と、インピーダンスを測定する物性測定装置及び方法に関する。より詳しくは、一度の測定で試料の動的粘弾性及び誘電特性の両方を測定するための技術に関する。
従来、動的粘弾性の測定には、回転形レオメータが広く用いられている。一般に回転形レオメータは、装置に固定された平板状の下部プレートと、上面が軸を介してベアリング部に連結されている円錐形状又は平板状の上部プレートで、試料を挟み込む構成となっている。そして、上部プレートを回転又は振動させることにより試料に歪みを与え、それに対する応力を測定している。
その際、試料に加える回転又は振動の周波数を変化させることにより、動的な情報を得ることができ、その情報に基づいて試料の動的粘弾性を求めている。このような構成のレオメータは、ベアリング部にエアーベアリングを用いることにより、微小な応力を検出できることができ、これにより、低粘度試料の測定などを効果的に行うことができる。
また、プレートで挟む込む構成ではなく、外部円筒と内部円筒又は内部円柱とを同心状に配置し、それらの隙間に試料を注入して測定を行う回転型レオメータもある。この装置の場合、内部円筒(円柱)又は外部円筒を回転又は振動させて、それにより生じる応力を検出する構成となっている。
また、このような構成のレオメータでは、一対のプレートで試料を挟み込むサンドイッチ構造をコンデンサーとして見なし、プレート間に電圧を印加することにより、試料の誘電応答を観測することもできる。但し、この場合、動的粘弾性測定のために回転又は振動することが必要な上部プレートと、電気的コンタクトを取るために何らかの形で導体の物理的接触が必要になる。具体的には、従来、動的粘弾性と併せて誘電特性を測定する場合には、少なくとも試料と接する二面を導体で製作し、更にその二面と電気的コンタクトを取るために、金属クリップ等を回転軸に接触させている。
また、従来、測定対象の液体中に、弾性表面波伝送路を形成する櫛歯状の電極を浸漬して、入力される各弾性表面波の伝搬速度差及び伝搬損失差を測定し、その値から測定対象の液体の粘性率及び誘電率などを求める方法も提案されている(特許文献1,2参照)。
特開平6−109710号公報 特開平6−194346号公報
しかしながら、金属クリップを回転型レオメータの回転軸に接触させて誘電特性を測定する方法は、粘度が低い試料の測定では、クリップと回転軸との摩擦が支配的になって、試料の力学応答を観測できなくなるため、動的粘弾性測定における精度が低下するという問題点がある。また、誘電特性の測定においても、回転軸の動きによってクリップとの電気的コンタクトの良し悪しが刻々と変化するため、それが大きなノイズとなり、試料の誘電応答を正しく評価できないという問題点がある。即ち、回転軸や上部プレートに、電気的コンタクトを確保するための部材を接触させる方法は、力学測定及び誘電測定共に大きな誤差の要因となる。
なお、電気的コンタクトを取る方法としては、クリップを使用する以外にも、ベアリング部に水銀を用いる方法もあるが、この方法ではエアーベアリングによる極低トルクの測定は不可能となるため、用途が著しく制限されるという問題点がある。更に、この方法は、水銀を使用するため、安全性の面からも好ましくない。
一方、特許文献1,2に記載の測定装置では、特定のモデルに基づき、音響インピーダンス測定の結果から試料の粘性率、誘電率及び導電率を推定しており、これらの値を直接測定していないため、直接測定した場合に比べてデータの信頼性が劣るという問題点がある。また、特許文献1,2に記載の測定装置の構成では、測定周波数を順次変えながら動的粘弾性を測定することができないという問題点もある。更に、特許文献1,2に記載の測定装置は、高周波伝送路を実装することを想定していない構造となっているため、高周波域、特に1MHz以上の周波数において、誘電率及び導電率を高精度で測定することができないという問題点がある。
このように、従来の測定装置及び測定方法では、液体状物質又はゲル化過程の初期段階の試料のように、粘度が低い試料について、その動的粘弾性と誘電特性の両方を、一度に高精度で測定することはできず、更に高粘度の試料についてもノイズ抑制による測定精度の向上が求められている。
そこで、本発明は、動的粘弾性及び誘電特性の両方を高精度で測定可能な物性測定装置及び物性測定方法を提供することを主目的とする。
本発明に係る物性測定装置は、回転及び/又は振動可能に配設された第一のプレートと、前記第一のプレートに対向するように配置され、インピーダンス測定部が設けられた第二のプレートと、を有し、前記第一のプレートと前記第二のプレートとの間に試料が配置され、前記第一のプレートが回転又は振動することによって試料に加えられた歪みに対する応力測定を行うと共に、前記インピーダンス測定部において前記試料のインピーダンス測定を行うものである。
本発明においては、回転軸が連結される第一のプレートではなく、装置本体に固定される第二のプレートにインピーダンスを測定するための測定部を設けているため、試料の力学応答に影響を与えない。
また、この物性測定装置において、前記インピーダンス測定部は、少なくとも、絶縁層と、前記絶縁層を挟むように対向配置され、高周波伝送路として機能する一対の導体層と、前記第一のプレート側の導体層を断線状態にするように形成され、前記試料の一部が導入され得る断層部と、を備え、前記一対の導体層間に電圧が印加され、前記断層部に前記試料が導入されることにより変化し得るインピーダンスを測定する構成とすることができる。
又は、前記インピーダンス測定部を、少なくとも、絶縁層と、前記絶縁層の前記第一のプレート側の面に一定の間隔を離間して噛合するように形成された一対の櫛形電極と、を備え、前記一対の櫛形電極間に電圧が印加され、一の櫛形電極と他の櫛形電極との間に試料が導入されることにより変化し得るインピーダンスを測定する構成としてもよい。
更に、これらの物性測定装置は、測定された応力に基づいて前記試料の動的粘弾性を算出すると共に、測定されたインピーダンスに基づいて前記試料の誘電特性を算出する解析部を設けることもできる。
更にまた、前記試料は、例えば、液体、懸濁液及びゲル状物質のうちの少なくとも1種である。
本発明に係る物性測定方法は、回転及び/又は振動可能に配設された第一のプレートと、インピーダンス測定部が設けられた第二のプレートとの間に試料を配置し、前記第一のプレートを回転又は振動させることにより前記試料に歪みを加え、それに対しての応力を測定すると共に、前記インピーダンス測定部において、前記試料のインピーダンスを測定する。
本発明によれば、装置本体に固定される第二のプレートにインピーダンスを測定するための測定部を設けているため、液体などの低粘度の試料及びゲル状物質などの高粘度の試料のいずれにおいても、動的粘弾性及び誘電特性の両方を、高精度で測定することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
本発明の物性測定装置は、液体、懸濁液及びゲル状物質などの動的粘弾性及び誘電特性を測定する装置であり、回転及び/又は振動可能な第一のプレートと、装置本体に固定された第二のプレートとが対向配置されている。そして、測定対象の試料は、第一のプレートと第二のプレートとの間に注入される。また、本発明の物性測定装置は、第二のプレートにインピーダンス測定部が設けられている。このため、試料の動的粘弾性を測定しつつ誘電特性の測定を行うことができる。具体的には、第一のプレートが回転又は振動して試料に歪みを与え、それに対応する応力を測定すると共に、第二のプレートのインピーダンス測定部において同じ試料のインピーダンスを測定することができる。
第二のプレートに設けられるインピーダンス測定部としては、第一のプレートとの間に電気的コンタクトを確保する必要がなく、かつ応力測定に影響を与えない構成であればよい。具体的には、第二のプレートの試料と接する側の面に、マイクロストリップラインを形成する薄膜電極を設けた構成などが挙げられる。また、誘電特性に関し、高周波測定を行わず、1MHz以下の低周波での測定のみを行う場合には、前述したマイクロストリップラインに限らず、他の平面電極形状でも同様のインピーダンス測定が可能である。具体的には、第二のプレートの試料と接する側の面に、蒸着又はスパッタリングなどによって、櫛形平面電極を形成した構成などが挙げられる。
このように、装置本体に固定されている第二のプレートだけでインピーダンス測定を可能にすることで、第一のプレートやそれに連結されている回転軸などの稼動部に、電気的コンタクトを確保するための部材を、物理的接触させる必要がなくなる。これにより、動的粘弾性及び誘電特性の両方を同時に行う際の測定精度を、飛躍的に向上させることができる。その結果、液体などの低粘度の試料からゲル状物質などの高粘度の試料まで、広範囲に亘って、動的粘弾性及び誘電特性を高精度で測定することが可能となる。
先ず、本発明の第1の実施形態に係る物性測定装置として、インピーダンス測定部として、第二のプレートにマイクロストリップライン構造を設けたものについて説明する。図1は本実施形態の物性測定装置の構成を模式的に示す側面図である。図1に示すように、本実施形態の物性測定装置10は、側面視で略L字型の筐体1の底部には、インピーダンス測定部を備えた下部プレート2が固定されている。また、筐体1の上部には、ギャップ調節用治具6を介してエアーベアリングなどの応力測定用ヘッド4が取り付けられている。そして、この応力測定用ヘッド4に、回転軸3aが連結された上部プレート3が、回転及び/又は振動可能に取り付けられている。
この物性測定装置10の筐体1の内部には、回転・振動の駆動又はトルク計測などの制御を行う制御部、装置のステータスやエラーメッセエージなどを表示する表示部、及び外部コンピュータに接続するためのインターフェース等が設けられている。
また、上部プレート3としては、試料5と接触する部分の形状が、円盤状又は円錐状(コーン状)のものなど、公知のものを測定試料に応じて適宜選択して使用することができる。
更に、ギャップ調節用治具6は、上下方向にスライドするような構成であり、このギャップ調節用治具6の位置を変えることにより、上部プレート3と下部プレート2との間隔(ギャップ)が調節可能となっている。例えば、試料5を注入するときや測定終了後に試料を除去する際は、ギャップ調節用治具6を上方に移動させて、各プレート間のギャップを広くすることにより、作業性を向上させることができる。また、また測定対象の試料に応じて各プレート間のギャップを調整することも可能である。
また、下部プレート2には、試料5と接触する側の面に微小な断層部を備えるマイクロストリップラインが形成されている。図2(a)は本実施形態の物性測定装置におけるインピーダンス測定部を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)に示すA−A線による断面図である。図2(a)及び(b)に示すように、本実施形態の下部プレート2は、アルミナなどの絶縁材料からなる基材7の両面に、金などの導電性材料からなる導体層8,10が形成されている。
これらの導体層のうち、試料に接する側の面の導体層8は、例えば、基材7の端部から帯状に形成されており、所定位置(例えば、下部プレート2の中心部分)には、微小な断層部(隙間)Gが設けられている。即ち、導体層8は、この断層部Gにより断線された状態となっている。一方、筐体側の面の導体層9は、少なくとも基材7を介して導体層8と対向する位置に形成されていればよく、筐体側の面の全面に形成されていてもよい。なお、これら導体層8,9は、例えば蒸着やスパッタリングなどにより形成することが可能である。
そして、本実施形態の物性測定装置1においては、基材7が絶縁層となり、その両面に形成された導体層8,9により、高周波伝送路が構成される。上述した構成のインピーダンス測定部では、断層部Gに対して、測定対象の試料を選択された方法により導入すれば、導体層8,9に電気的信号を送信した結果によって得られたシグナルに対して、一定の解析を加えることによって、試料5のインピーダンスを測定することができる。また、インピーダンスを測定する際は、導体層8と導体層9との間に発信機側から電圧を印加し、断層部Gを経た電気信号を受信機で測定する。このとき、導体層9は接地とする。
このような構成の伝送線路(strip line)の特性インピーダンスは、絶縁層(基材7)の誘電率、絶縁層(基材7)の厚さ、及び導体層8の幅などによって決まり、通常、50Ωが選択される。なお、導体層8の厚さ及び幅、断層部Gの間隔、導体層9の厚さは、試料の種類及び測定条件などに応じて適宜設定することができるが、例えば、絶縁層となる基材7の厚さが0.635mm、誘電率が9.7(材質:アルミナ)である場合は、導体層8は例えば金などで形成することができ、厚さ2.5μm、幅0.64mm、断層部Gの間隔を500μmとすることができる。
特に、細胞懸濁液などのように不均質な懸濁液試料を測定する場合は、断層部Gの間隔が狭いと、細胞など一部の成分が断層部Gに導入されにくくなる。そうすると、断層部Gの近傍の物理的性質と試料全体の物理的性質とが相違し、測定精度が低下するおそれがあるため、断層部Gの間隔は50μm以上とすることが望ましい。一方、断層部Gの間隔が広すぎると、発信機側から受信機側に到達する電気信号が減少して、測定精度が低下することがあるため、断層部Gの間隔は1000μm以下とすることが望ましい。
また、基材7の側面には1対のアダプタ10が設けられている。この1対のアダプタ11はそれぞれ導体層8,9と電気的に接続されており、マイクロストリップラインから同軸線路に変換するためのものである。そして、各アダプタ11には、それぞれ同軸ケーブル12が接続されている。なお、同軸ケーブル12の一方は、発信機に接続され、他方は受信機に接続される。また、下部プレート2は、例えば、固定用治具13などを介して、筐体1の底面に固定される。
次に、上述した構成の物性測定装置1により、試料の誘電特性を測定する方法について説明する。この物性測定装置1では、下部プレート2に設けられた一対の導体層8,9間に電圧が印加され、断層部Gに試料5が導入されることにより変化し得るインピーダンスを、例えば、インピーダンスアナライザー、ネットワークアナライザー又は時間領域誘電分光装置などの測定機器を使用して測定する。例えば、同軸ケーブル12を介してインピーダンス測定部に測定機器を接続し、そのマイクロストリップラインにステップパルスなどを入射して、断層部Gによる反射波(S11)及び断層部Gを透過した透過波(S21)を測定する。そして、その測定データに基づき、解析部(図示せず)において、試料の複素誘電率εなどが求められる。
以下、解析部における測定データの解析手法の一例について説明する。試料の複素誘電率εは、下記数式1により求めることができる。なお、下記数式1におけるZxは複素インピーダンス、jは虚数単位、ωは角周波数、C1は基材の測定感度に関係するキャパシタンスである。
Figure 2009288049
一方、インピーダンス測定部に形成した断層部Gで反射された反射波Vrと、この断層部Gを透過した透過波Vtは、それぞれ複素インピーダンスZによって影響を受けるため、これらの波形を解析することによって、試料5の複素誘電率εを求めることができる。この複素誘電率εを求める具体的な方法としては、(a)ダイレクト法、(b)反射・透過コンビネーション法、(c)リファレンス法などがある。
(a)ダイレクト法は、下記数式2〜5のいずれかの式を適用し、入射波Vと、透過波V又は反射波Vから複素誘電率εを求める方法である。
Figure 2009288049
なお、上記数式2におけるν及びνは、周波数領域の波形であり、これは時間領域波であるV及びVをラプラス変換することにより、求めることができる。
Figure 2009288049
なお、上記数式3におけるZは、マイクロストリップラインの特性インピーダンスであり、通常50Ωが選択される。ここで、Zを無限大とすることによって、上記数式2及び数式3は、それぞれ下記数式4及び数式5のように単純化することもできる。
Figure 2009288049
Figure 2009288049
(b)反射・透過コンビネーション法は、透過波Vと反射波Vの両方を用いて、下記数式6に基づき、複素誘電率εを求める方法である。
Figure 2009288049
なお、上記数式6におけるZは下記数式7により求めることができる。
Figure 2009288049
(c)リファレンス法は、試料の複素誘電率εを求めるために、測定対象の試料の他に、既に複素誘電率εが判明しているリファレンス(標準試料)を測定する方法であり、より精度よく試料の複素誘電率εを求めることができる。この方法では、その際、リファレンスの複素誘電率ε 、リファレンスの反射波Vrr,リファレンスの透過波Vrtを用いて、下記数式8〜12のいいずれかの数式により、試料の複素誘電率εを求めることができる。
Figure 2009288049
Figure 2009288049
ここで、Zを無限大とすることによって、上記数式8及び数式9は、それぞれ下記数式10及び数式11のように単純化することができ、更に、上記数式8及び数式9の両方を考慮することにより、下記数式12を導くことができる。
Figure 2009288049
Figure 2009288049
Figure 2009288049
更に、断層部Gの浮遊キャパシタンスCを補正することで、より精度の高い解析を行うことが可能となる。浮遊キャパシタンスが無視できる場合は、上記数式1により試料の複素誘電率εと複素インピーダンスとの関係を表すことができるが、浮遊キャパシタンスが無視できない場合は、測定系のインピーダンスZは下記数式13で表される。
Figure 2009288049
この場合、既に複素誘電率εが判明している2種類のリファレンスを用いることにより、浮遊キャパシタンスCの影響を排除したCを下記数式14又は数式15により求めることができる。
Figure 2009288049
Figure 2009288049
なお、上記数式14又は数式15により、C(測定感度に関するキャパシタンス)を決定すれば、上記数式14又は数式15のなかの二つのリファレンスサンプルのうちの一方を未知試料として測定し、測定対象の試料の複素誘電率εを求めることができる。
また、一方の浮遊キャパシタンスCrの存在を考慮すると、上記数式6は下記数式16で表される。
Figure 2009288049
上述したように、本実施形態の物性測定装置1においては、筐体1に固定されている下部プレート2に、上部プレート3と電気的コンタクト確保しなくても、インピーダンス測定が可能なインピーダンス測定部を設けているため、試料が液体状であっても高精度で誘電特性を測定することができる。また、この物性測定装置1では、インピーダンス測定部をマイクロストリップライン構造により構成し、更にその導電層8を導電性薄膜で形成しているため、インピーダンス測定部を設けたことによる流体の流れの乱れはほとんどない。従って、動的粘弾性と誘電特性を、同一試料について、同時に行うことが可能であり、いずれも高精度な測定が可能である。
従来の装置では、特に粘度が低い試料について、このような測定を行うことができなかったが、本実施形態の効果は、単に測定を別々に行わなくてすむので時間が短縮され手間が省けるという意味に止まらない。なぜなら、多くの試料の物性やその時間的変化などは、試料導入部の材質及び測定系由来の様々な微量不純物などによって大きく影響されることがあるからである。例えば、血液凝固のモニタリングにおいては、試料と接する材質の違いが凝固時間に影響を及ぼすことが知られている。
このため、動的粘弾性測定と誘電特性測定は、それぞれ別々の測定システムにおいて完全に同じ条件を構築して行うのは極めて困難である。これに対して、本実施形態の物性測定装置1を適用すれば、本質的に同一条件で、動的粘弾性及び誘電特性の測定が可能となる。その結果、例えば試料の動的粘弾性と誘電特性の正確な対応を評価することができるようになる。
なお、本実施形態の物性測定装置1における動的粘弾性測定の方法及び原理は、回転型レーメータなどの公知の測定装置と同様である。また、本実施形態の物性測定装置1では、下部プレート3を筐体1に固定し、上部プレート3を回転又は振動させる構成としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上部プレートを固定し、下部プレートを回転及び/又は振動可能に配設してもよい。その場合、インピーダンス測定部は稼働しない上部プレートに設ける。
次に、本発明の第2の実施形態に係る物性測定装置について説明する。誘電測定特性を測定する周波数帯域が、1MHz以下の低周波領域に限られる場合は、前述したマイクロストリップラインなどの高周波伝送路以外の電極形状を適用することが可能となる。そこで、本実施形態の物性測定装置においては、インピーダンス測定部を一対の櫛形電極で構成している。図3は本実施形態の物性測定装置における第二のプレートのインピーダンス測定部を示す平面図である。
図3に示すように、本実施形態の物性測定装置における下部プレート20は、インピーダンス測定部として、アルミナやガラスなどの絶縁材料からなる基材21の試料が接する側の面に、一定の間隔を離間して噛合する一対の櫛形電極22a,22bが形成されている。このように、櫛歯を互いに噛み合わせたような平面構造をもつ電極構造とすることにより、電極22a,22bから試料に漏れ出る電場を強くすることができるため、インピーダンス測定の感度を向上させることができる。
これら櫛形電極22a,22bは、例えば蒸着又はスパッタリングなどの方法で、金などの導電性材料を、厚さが数μm程度になるように成膜することで形成することができる。
また、基材21の側面には平面線路を同軸線路に変換するためのアダプタ23が設けられている。そして、櫛形電極22a,22bの一方の端部は、このアダプタ23及び同軸ケーブル24を介して、インピーダンスアナライザーなどの測定機器に接続されている。
本実施形態の物性測定装置では、一対の櫛形電極22a,22b間に電圧を印加し、櫛形電極22aと櫛形電極22bとの間に試料が導入されることにより変化し得るインピーダンスを測定する。このように、インピーダンス測定部を櫛形電極で構成することにより、測定に用いる漏れ電場を大きくすることができるため、誘電率が低い試料でも高精度で測定することができる。
更に、本実施形態の物性測定装置も、前述した第1の実施形態の物性測定装置と同様に、インピーダンス測定部は試料の流れにほとんど影響されない。このため、本実施形態の物性測定装置によれば、液体状などの低粘度の試料からゲル状物質などの高粘度の試料まで、どのような粘度の試料であっても、更には不均質な懸濁液試料についても、動的粘弾性及び誘電特性の両方を、高精度で測定することができる。
なお、本実施形態の物性測定装置における上記以外の構成及び効果は、前述した第1の実施形態と同様である。
本発明の第1の実施形態の物性測定装置の構成を模式的に示す側面図である。 (a)は本発明の第1の実施形態の物性測定装置におけるインピーダンス測定部を示す平面図であり、(b)は(a)に示すA−A線による断面図である。 本実施形態の物性測定装置における第二のプレートのインピーダンス測定部を示す平面図である。
符号の説明
1 筐体
2、20 下部プレート
3 上部プレート
3a 回転軸
4 応力測定用ヘッド
5 試料
6 ギャップ調節用治具
7、21 基材
8,9 導体層
10 物性測定装置
11、23 アダプタ
12、24 同軸ケーブル
13 固定用治具
22a、22b 櫛形電極
G 断層部

Claims (6)

  1. 回転及び/又は振動可能に配設された第一のプレートと、
    前記第一のプレートに対向するように配置され、インピーダンス測定部が設けられた第二のプレートと、を有し、
    前記第一のプレートと前記第二のプレートとの間に試料が配置され、
    前記第一のプレートが回転又は振動することによって試料に加えられた歪みに対する応力測定を行うと共に、
    前記インピーダンス測定部において前記試料のインピーダンス測定を行う物性測定装置。
  2. 前記インピーダンス測定部は、少なくとも、
    絶縁層と、
    前記絶縁層を挟むように対向配置され、高周波伝送路として機能する一対の導体層と、
    前記第一のプレート側の導体層を断線状態にするように形成され、前記試料の一部が導入され得る断層部と、を備え、
    前記一対の導体層間に電圧が印加され、前記断層部に前記試料が導入されることにより変化し得るインピーダンスを測定する請求項1に記載の物性測定装置。
  3. 前記インピーダンス測定部は、少なくとも、
    絶縁層と、
    前記絶縁層の前記第一のプレート側の面に一定の間隔を離間して噛合するように形成された一対の櫛形電極と、を備え、
    前記一対の櫛形電極間に電圧が印加され、一の櫛形電極と他の櫛形電極との間に試料が導入されることにより変化し得るインピーダンスを測定する請求項1に記載の物性測定装置。
  4. 測定された応力に基づいて前記試料の動的粘弾性を算出すると共に、測定されたインピーダンスに基づいて前記試料の誘電特性を算出する解析部を有する請求項2又は3に記載の物性測定装置。
  5. 前記試料は、液体、懸濁液及びゲル状物質のうちの少なくとも1種であることを特徴とする請求項2又は3に記載の物性測定装置。
  6. 回転及び/又は振動可能に配設された第一のプレートと、インピーダンス測定部が設けられた第二のプレートとの間に試料を配置し、
    前記第一のプレートを回転又は振動させることにより前記試料に歪みを加え、それに対しての応力を測定すると共に、
    前記インピーダンス測定部において、前記試料のインピーダンスを測定する物性測定方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018531386A (ja) * 2015-10-06 2018-10-25 シーメンス アクチエンゲゼルシャフト エスターライヒSiemens Aktiengesellschaft Oesterreich 誘電インピーダンス分光法に適した測定システムに用いられるセンサ

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4893526B2 (ja) * 2007-08-10 2012-03-07 ソニー株式会社 細胞の物性値測定方法及び物性測定装置
DE102009044247A1 (de) * 2009-10-14 2011-05-05 Contitech Ag Verfahren zur Prüfung der Eigenschaften eines viskoelastischen Materials durch Kombination von rheologischer mit dielektrischer Prüfmethode
CN102012460B (zh) * 2010-09-21 2013-01-09 上海大学 极端条件下测量材料或电子器件交流阻抗特性的方法及系统
CN104937400B (zh) 2013-01-28 2018-07-03 索尼公司 用于生物样品的阻抗测量装置和用于生物样品的阻抗测量系统
CN103163066B (zh) * 2013-02-19 2015-09-30 中山大学 一种液体机械损耗分析仪
JP6421750B2 (ja) 2013-03-13 2018-11-14 ソニー株式会社 血液状態解析装置、血液状態解析システム、および血液状態解析プログラム
US10648936B2 (en) 2013-03-15 2020-05-12 Sony Corporation Blood condition analyzing device, blood condition analyzing system, blood conditon analyzing method, and blood condition analyzing program for causing computer to execute the method
WO2014156370A1 (ja) 2013-03-29 2014-10-02 ソニー株式会社 血液状態評価装置、血液状態評価システム、血液状態評価方法及びプログラム
EP2980571A4 (en) 2013-03-29 2016-10-26 Sony Corp BLOOD STATUS ANALYSIS DEVICE, BLOOD STATUS ANALYSIS SYSTEM, BLOOD CONDITION ANALYSIS METHOD, AND PROGRAM
CN103926171B (zh) * 2014-04-08 2016-01-20 清华大学 高速流变仪
CN105181529B (zh) * 2015-10-29 2018-02-02 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 一种测定凝胶颗粒粘弹性的方法
CN105572534A (zh) * 2015-12-23 2016-05-11 上海与德科技有限公司 接地测量方法、接地测量仪和接地测量系统
CN105865977B (zh) * 2016-03-31 2018-08-24 南京师范大学 一种同时测量流变学参量和电学参量的装置和方法
US11187636B1 (en) * 2018-01-26 2021-11-30 Kelvin Innovations LLC Dielectrostriction measurement with electrical excitation frequency sweep method and rheo-dielectric coefficient for process monitoring, quality examination, and material characterization
CN110361301B (zh) * 2018-06-28 2022-04-22 廊坊立邦涂料有限公司 一种平整/装饰表面的半固体材料的流变性能测试方法
CN111289583A (zh) * 2020-02-19 2020-06-16 华北电力大学 一种凝胶类材料宽频介电特性的测试装置及方法
CN118043655A (zh) * 2021-06-01 2024-05-14 罗马大学 0hz下的电容率的测量系统和方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04177145A (ja) * 1990-11-09 1992-06-24 Bridgestone Corp 粘弾性体の応力測定装置
JP2000180486A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Toshiba Corp 動的粘弾性/誘電特性同時計測用センサ
JP2001242067A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Shimadzu Corp 粘弾性測定装置
JP2002082042A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Shimadzu Corp 粘弾性測定装置
JP2003509692A (ja) * 1999-08-02 2003-03-11 シグネチャー バイオサイエンス,インコーポレイティド 分子結合事象を検出するためのテストシステムおよびセンサ
JP2004239788A (ja) * 2003-02-07 2004-08-26 Ngk Spark Plug Co Ltd 結露予想判定装置
JP2006214763A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Aica Kogyo Co Ltd 材料定数測定用治具
JP2006220646A (ja) * 2005-01-12 2006-08-24 Ntt Docomo Inc 誘電率測定装置および方法
JP2006262014A (ja) * 2005-03-16 2006-09-28 Japan Fine Ceramics Center 共振高周波デバイス
JP2009068864A (ja) * 2007-09-10 2009-04-02 Sony Corp 誘電測定用の伝送線路と該伝送線路を備える誘電測定装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4779452A (en) * 1986-06-09 1988-10-25 Rockwell International Corporation High temperature ultrasonic viscometer
EP0460808A3 (en) * 1990-05-17 1992-09-23 Imperial Chemical Industries Plc Apparatus capable of containing an electro-rheological fluid
CN2091455U (zh) * 1991-03-08 1991-12-25 西南石油学院 旋转流变仪
US5453689A (en) * 1991-12-06 1995-09-26 Massachusetts Institute Of Technology Magnetometer having periodic winding structure and material property estimator
JP3250849B2 (ja) 1992-09-28 2002-01-28 マルヤス工業株式会社 液体の特性を測定するための弾性表面波装置
CN1076026A (zh) * 1993-01-03 1993-09-08 重庆大学 压电测量流体粘弹性的装置
US5571952A (en) * 1995-04-06 1996-11-05 University Of Virginia Patent Foundation Electronic viscometer
US5764068A (en) * 1995-07-25 1998-06-09 California Insitute Of Technology Method for measuring mechanical properties of thin films using a resonator in an anti-resonance regime
AT404192B (de) * 1996-05-02 1998-09-25 Anton Paar Gmbh Rotationsviskosimeter
US5983727A (en) * 1997-08-19 1999-11-16 Pressure Profile Systems System generating a pressure profile across a pressure sensitive membrane
JPH11194346A (ja) 1997-12-30 1999-07-21 Canon Inc 液晶素子、その製造方法および表示装置
AT409304B (de) * 1999-09-24 2002-07-25 Anton Paar Gmbh Rotationsrheometer
AT409422B (de) * 1999-11-29 2002-08-26 Anton Paar Gmbh Rotationsrheometer
CN2583673Y (zh) * 2002-11-05 2003-10-29 武汉大学 一种椭圆形环约束开裂自动监测试验装置
AT414045B (de) * 2003-11-26 2006-08-15 Univ Wien Tech Sensor
KR100687681B1 (ko) * 2003-12-18 2007-03-02 샤프 가부시키가이샤 표시 소자 및 표시 장치, 표시 소자의 구동 방법, 및프로그램
GB0402401D0 (en) * 2004-02-04 2004-03-10 Rolls Royce Plc A leakage drain
AT500358B1 (de) * 2004-05-24 2007-09-15 Anton Paar Gmbh Rotationsrheometer bzw. -viskosimeter
US7398685B2 (en) * 2004-06-11 2008-07-15 Ulvac, Inc. Measuring method using surface acoustic wave device, and surface acoustic wave device and biosensor device
US7443175B2 (en) * 2006-07-14 2008-10-28 Covidien Ag Surgical testing instrument and system
JP4893526B2 (ja) 2007-08-10 2012-03-07 ソニー株式会社 細胞の物性値測定方法及び物性測定装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04177145A (ja) * 1990-11-09 1992-06-24 Bridgestone Corp 粘弾性体の応力測定装置
JP2000180486A (ja) * 1998-12-11 2000-06-30 Toshiba Corp 動的粘弾性/誘電特性同時計測用センサ
JP2003509692A (ja) * 1999-08-02 2003-03-11 シグネチャー バイオサイエンス,インコーポレイティド 分子結合事象を検出するためのテストシステムおよびセンサ
JP2001242067A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Shimadzu Corp 粘弾性測定装置
JP2002082042A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Shimadzu Corp 粘弾性測定装置
JP2004239788A (ja) * 2003-02-07 2004-08-26 Ngk Spark Plug Co Ltd 結露予想判定装置
JP2006220646A (ja) * 2005-01-12 2006-08-24 Ntt Docomo Inc 誘電率測定装置および方法
JP2006214763A (ja) * 2005-02-01 2006-08-17 Aica Kogyo Co Ltd 材料定数測定用治具
JP2006262014A (ja) * 2005-03-16 2006-09-28 Japan Fine Ceramics Center 共振高周波デバイス
JP2009068864A (ja) * 2007-09-10 2009-04-02 Sony Corp 誘電測定用の伝送線路と該伝送線路を備える誘電測定装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018531386A (ja) * 2015-10-06 2018-10-25 シーメンス アクチエンゲゼルシャフト エスターライヒSiemens Aktiengesellschaft Oesterreich 誘電インピーダンス分光法に適した測定システムに用いられるセンサ

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