JP6537051B2 - Viscoelastic property measuring device - Google Patents

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Description

本発明は粘弾性特性測定装置に関する。   The present invention relates to a visco-elastic characteristic 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 for measuring the visco-elastic properties of visco-elastic substances such as rubber and 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 measurement device that measures the friction characteristics of a tire. The transducer of the measuring device emits a measurement sound wave to the air via the delay member, and receives in advance the first reflected sound wave generated by the measurement sound wave being reflected by the air. Also, the transducer emits a measurement sound wave to the tire via the delay member, and the measurement sound wave receives a second reflected sound wave generated by being reflected by the tire. Then, the measurement device derives the loss tangent in the viscoelastic property of the tire based on the data of the first and second reflected sound waves, and calculates the 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 technology, Patent Document 2 discloses an ultrasonic device that measures the viscosity of a liquid. Patent Document 3 discloses a density measurement 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Unexamined-Japanese-Patent No. 5-322736 米国特許６６５１４８４号明細書U.S. 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 visco-elastic properties of a substance show different values depending on the measured temperature. Therefore, in the measurement device according to Patent Document 1, in order to accurately measure the viscoelastic property, the first reflected sound wave is received at the same temperature as the temperature of the tire at the time of receiving the second reflected sound wave. There is a need. Here, since the measurement temperature of the visco-elastic property is different depending on the situation, in order to accurately measure the visco-elastic property of the tire under various conditions, the first reflected sound wave is received in a wide temperature range, It is necessary to acquire data of 1 reflected sound in advance. However, in order to accurately receive the first reflected sound in a wide temperature range, it is necessary to make the temperature distribution uniform throughout the measurement apparatus and to change the temperature slowly during measurement. Therefore, 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 it is an object of the present invention to provide a viscoelasticity measuring apparatus capable of measuring the viscoelasticity of a measurement sample without 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。 The visco-elastic characteristic measuring device according to one aspect of the present invention is
A first surface, and a second surface opposite to the first surface, emitting measurement sound waves from the first and second surfaces, and at the first and second surfaces A piezoelectric element that receives a reflected sound wave;
A first delay having a first contact surface in contact with the first surface, and a second contact surface located opposite the first contact surface and in contact with a reference sample Materials,
A second delay having a third contact surface in contact with the second surface and a fourth contact surface located opposite the third contact surface and in contact with the measurement sample Materials,
And visco-elastic characteristic calculator configured to calculate the visco-elastic characteristic of the measurement sample based on the reflected sound wave received by the piezoelectric element.
The piezoelectric element emits the measurement sound wave from each of the first and second surfaces to the first and second delay members, and the measurement sound wave is reflected by the reference sample to generate a first. A reflected sound wave and the measurement sound wave are respectively received by the measurement sample to receive a second reflected sound wave generated;
The viscoelastic property calculation unit calculates the viscoelastic property 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 visco-elastic characteristic measuring apparatus capable of measuring the visco-elastic characteristic 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。FIG. 1 is a block diagram of a viscoelastic property measurement device according to a first embodiment. 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 reflective 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 property measurement when using a surface reflection method. 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 property measurement when the 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。FIG. 7 is a block diagram of a viscoelastic property measurement device according to a second embodiment. 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 reflective 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 visco-elastic characteristic measuring device when measuring a visco-elastic 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 property measurement when using a surface reflection method. 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。FIG. 10 is a cross-sectional view of a casing structure according to Embodiment 3. 実施の形態４に係るケーシング構造の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a casing structure according to Embodiment 4. 実施の形態５に係る圧電素子の正面図である。FIG. 16 is a front view of a piezoelectric element according to Embodiment 5; 実施の形態５に係る圧電素子の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of a piezoelectric element according to Embodiment 5. 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. 16 is a cross-sectional view of a piezoelectric element and a delay member according to a sixth embodiment.

［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。 First Embodiment
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the viscoelastic property measuring apparatus 1 includes a measuring unit 10, a measurement signal supply unit 11, and a viscoelastic property calculating unit 12. In the following description, the measurement sample S, which is the measurement target of the viscoelastic property, may be a solid sample or a liquid sample. Further, the visco-elastic property includes at least one value of loss tangent tan δ, storage elastic modulus E ′ and loss elastic modulus E ′ described later.
Hereinafter, each element of the viscoelastic property measurement device 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 property of the measurement sample S, and includes the piezoelectric element 13 and the delay members 14 and 15. The measuring unit 10 can be formed, for example, as a probe.

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 has 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. By supplying a voltage to the electrode plates 13b and 13c, the piezoelectric body 13a vibrates, and the measurement sound wave M (sound wave for measurement) is emitted to the delay members 14 and 15 from both sides of the piezoelectric body 13a. Therefore, the piezoelectric element 13 functions as a sound wave emitting unit that emits the measurement sound wave M from the electrode plates 13 b and 13 c. In addition, as a specific example of the measurement sound wave M, a pulse-like sound wave or a sound wave containing a predetermined frequency component can be mentioned.

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, the piezoelectric body 13a is a 0-3 composite, a 1-3 composite, or the like so that when the piezoelectric body 13a vibrates, the measurement sound wave M is not multiply reflected in 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 in contact with the electrode plate 13b, and a contact surface 14b opposite to the contact surface 14a and in contact with air. The delay member 15 has a contact surface 15a in contact with the electrode plate 13c, and a contact surface 15b (measurement surface) on the opposite side of the contact surface 15a and in contact with the measurement sample S. The delay member 14 is a cylindrical member, and the contact surfaces 14a and 14b are the top or bottom of the cylinder, respectively. Similarly, the retarder 15 is a cylindrical member, and the contact surfaces 15a and 15b are the top or bottom of the cylinder, respectively. In addition, although the shape of the delay members 14 and 15 demonstrated the example of cylindrical shape above, the shape of the delay members 14 and 15 does not need to 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, 15 work to delay the arrival time of the sound wave. The delay members 14 and 15 are made of the same material, and compared with the length L1 of the delay member 14 from the contact surface 14a to the contact surface 14b, the length of the delay member 15 from the contact surface 15a to the contact surface 15b 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 13 b, the emitted measurement sound wave M is reflected by the air via the delay member 14 (contact surface 14 b and contact surface 14 b The reflected sound wave A1 is generated by being reflected at the interface with air. In addition, when the piezoelectric element 13 emits the measurement sound wave M from the electrode plate 13c, the emitted measurement sound wave M is reflected by the measurement sample S via the delay member 15 (the interface between the contact surface 15b and the measurement sample S (Reflected) to generate a reflected sound wave B1. In addition, the reflected measurement sound wave M1 is generated by the emitted measurement sound wave M being reflected at the interface between the measurement sample S and the air.

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 according to the reflected sound waves A1, B1 and C1. As described above, 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 according to the reflected sound waves A1, B1 and C1, the electrode plates 13b and 13c supply voltages according to the reflected sound waves A1, B1 and C1 as a detection signal to the direction matching unit 17 described later. 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, 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. Further, 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 member 15 is longer than the length L1 of the delay member 14, the reflected sound wave B1 has a longer propagation time inside the delay member compared to the reflected sound wave A1, and the sound intensity is attenuated. Because it 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 the measurement sample S, the arrival time T3 of the reflected sound wave C1 to the piezoelectric element 13 is delayed by ΔTs as compared to the arrival time T2 of the reflected sound wave B1. In addition, the peak intensity p3 of the reflected sound 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 when the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A1 and the temperature when the piezoelectric element 13 receives the reflected sound waves B1, 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 receiving the reflection sound wave A1 and the temperature when receiving the reflection sound waves B1 and C1 are substantially the same temperature You can

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 visco-elastic characteristic 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 alignment unit 17. The direction alignment unit 17 supplies the received measurement signal to the electrode plates 13 b and 13 c. The measurement sound wave M is generated as the piezoelectric body 13a vibrates by the application of the voltage according to the measurement signal.

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。   The direction matching unit 17 also outputs detection signals of the reflected sound waves A1, B1, C1 supplied from the electrode plates 13b, 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。   Detection signals of the reflected sound waves A1, B1 and C1 are supplied from the direction matching device 17 to the high frequency amplifier 18. The high frequency amplifier 18 amplifies the high frequency component of the supplied detection signal at a predetermined amplification factor, and outputs the amplified detection signal to the time data memory unit 19 of the viscoelastic property calculation unit 12. The high frequency component in the detection signal amplified by the high frequency amplifier 18 includes the measurement amount required to calculate the visco-elastic characteristic.

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 an operation unit 20, and is, for example, a computer (in particular, a personal computer). In terms of hardware, the time data memory unit 19 and the operation unit 20 can be configured by circuits such as a memory and other ICs, and can be realized by software as a program loaded into the memory or the like. .

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, time waveforms of detection signals of the reflected sound waves A1, B1, C1 amplified by the high frequency amplifier 18 are stored at a predetermined cycle. The time data memory unit 19 can change the cycle of storing data based on the control of the arithmetic 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 are stored in the time data memory unit 19, the operation unit 20 reads the data. The calculation unit 20 performs waveform analysis processing in a frequency domain such as FFT (Fast Fourier transformation) processing, for example, and acquires an amplitude value and a phase at a 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, the details of the method in which the calculation unit 20 calculates the viscoelastic property of the measurement sample S will be described. Here, two calculation methods (1) surface reflection method and (2) bottom surface reflection method (refer to 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 viscoelasticity is measured based on measurement data of the reflected sound wave A1 and measurement data of the reflected sound wave B1. In the following description, an acoustic impedance that represents the propagation characteristics of the measurement sound wave M emitted 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, 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 represented by f, and the acoustic impedance of the delay member 14 is expressed as Z R (f) which is a function of the frequency f. Similarly, the acoustic impedance in air is denoted as Z A (f) which is a function of 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 measured sound wave M at the interface between the delay member 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 is obtained from the equation (2). That is, the measurement sound wave M is totally reflected at the interface 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 equation of the reflected sound wave A1 incident on the piezoelectric element 13 is expressed as a (f) exp (iθ A (f)). i is an imaginary unit, a (f) is an amplitude value of a real number at a target frequency, and θ A (f) is a real number of 0 or more and represents a phase at each frequency. The equation of the measurement sound wave M emitted 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 where the operation unit 20 contacts the contact surface 15b of the delay member 15 with air, not with the measurement sample S, the measurement sound wave M emitted from the electrode plate 13c by the piezoelectric element 13 contacts the contact surface 15b (delay 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-mentioned amplitude value a (f) and the phase θ A (f), the following calculation is performed. 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) In the case where the difference from the length L2 of the delay member 15 is less than the predetermined value, the computing 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 calculation 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, assuming that the acoustic impedance of the measurement sample S, which is a function of the frequency f, is Z S (f), the reflectance R RT (f) of the measurement sound wave M at the interface 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 equation of the reflected sound wave B1 incident on the piezoelectric element 13 is represented as b (f) exp (iθ B (f)). i is an imaginary unit, b (f) is an amplitude value of a real number 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 equation 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 as From 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 as Here, when equation (7) is substituted into 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) 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, let the storage elastic modulus and loss elastic modulus of the measurement sample S, which are functions of the frequency f, be E ′ (f) and loss elastic modulus E ′ ′ (f), respectively, where E ′ (f) and E "and (f), between the acoustic impedance Z S (f) and the density [rho S of the measurement sample S, the following relationship holds.
E '+ iE "(f) = Z S (f) 2 / S 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） 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 respectively 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 (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 ... (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 This is an imaginary component of / 数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 in 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 all a (f), θ A (f) The arithmetic unit 20 is defined by {b (f) / a (f)} and {θ B (f) −θ A (f)} as a reference. And the phase θ A (f) as a reference value, 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 property 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。   Also, as described above, the viscoelastic property of the measurement sample S depends on the frequency. Therefore, the computing unit 20 may derive the visco-elastic characteristic for each of the plurality of frequency components. Further, when it is necessary to calculate a 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, with reference to FIG. 3, the whole process of the viscoelastic property measurement apparatus 1 at the time of calculating a viscoelastic property by the surface reflection method is demonstrated.

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. The generated measurement signal is supplied to the electrode plates 13b and 13c, whereby 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 and 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 the high frequency component contained 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 arithmetic 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 calculation unit 20 performs FFT analysis processing in the frequency domain on the identified waveform of the reflected sound waves A1 and B1 to acquire the amplitude value and the phase 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 with the measurement data of the reflected sound wave B1 (step S15). The details of this are as described above. By performing this process, the calculation unit 20 calculates the viscoelastic property 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 surface reflection method Next, the bottom surface reflection method will be described. In the bottom surface reflection method, visco-elastic characteristics are measured based on measurement data of the reflected sound wave A1 and measurement data of the reflected sound waves B1 and C1. In the following description, an acoustic impedance that represents the propagation characteristics of the measurement sound wave M emitted 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 number) 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 to calculate 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, in the state where the operation unit 20 contacts the contact surface 15b of the delay member 15 not with the measurement sample S but with air, the measurement sound wave M emitted by the piezoelectric element 13 from the electrode plate 13c is reflected by the contact surface 15b. It is assumed that the amplitude value and the phase of the reflected sound wave generated as a result are the above-mentioned 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） The arithmetic unit 20 also 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, the thickness of the measurement sample S h, the density of the measurement sample S and [rho S, the acoustic impedance Z S of the measurement sample S is as follows.
Z S = 2 hρ 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。 Using equation (13), 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 ) = (2 h S S / ΔTs − Z A ) / (2 h S S / ΔTs + Z A ) (14)
From the above, the calculation unit 20 calculates the equation (14) based on the data h of the thickness h of the measurement sample S and the density S S of the measurement sample S, the acoustic impedance Z A of air, and the measured delay time ΔTs. 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)). Where i is an imaginary unit, and b (f) and c (f) are amplitude values of real numbers at each frequency 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 in 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 measurement 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. Further, when using the amplitude value and the phase at each frequency of the reflected sound wave B1 and the reflected sound wave C1, the phase velocity Vp (f) of the measurement sound wave M is as follows.
V P (f) = 2 h × 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。 Using the damping coefficient α (f) and the phase velocity Vp (f) derived as described above, the loss tangent tan δ (f) can be expressed as follows.
tan δ (f) = α (f) × Vp (f) / πf (17)
Further, the storage elastic modulus E ′ (f) and the loss elastic modulus E ′ ′ (f) can be expressed as follows.
E '(f) = S 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 property 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, with reference to FIG. 4, an entire process of the viscoelastic property measurement device 1 when calculating the viscoelastic property by the bottom surface reflection method will be described.

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 of this 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 arithmetic 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). Arithmetic unit 20 performs FFT analysis processing in the frequency domain on the identified waveforms of the reflected sound waves A1, B1 and C1 to obtain amplitude values and phases of the reflected sound waves A1, B1 and C1 at the frequencies 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 calculation 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 of this are as described above. By performing this process, the calculation unit 20 calculates the viscoelastic property 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 measurement device 1 can measure the viscoelastic property of the measurement sample S by any of (1) surface reflection method and (2) bottom 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 visco-elastic characteristic measuring apparatus 1 has a reflection sound wave A1 generated by reflection of the measurement sound wave M emitted from the electrode plate 13b by the air at the same temperature, and a measurement sound wave emitted from the electrode plate 13c. The viscoelastic property of the measurement sample S is calculated based on the reflected sound wave B1 (or B1, C1) generated by the reflection of the M by the measurement sample S. Furthermore, since the piezoelectric element 13 can emit the measurement sound wave M from both surfaces of the electrode plates 13b and 13c, the reflection sound wave A1 is measured when measuring the reflection sound wave B1 (or B1, C1) related to the measurement sample S. 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 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。   Further, 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 earlier than 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 computing unit 20 can easily identify the waveform of the reflected sound wave A1 and the waveforms of the reflected sound waves B1 and C1 in the waveform identification 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。 Second Embodiment
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the first embodiment, the viscoelastic property of the measurement sample S is measured by using the measurement data of the reflected sound wave A1 reflected by the air via the delay member 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, it is conceivable that the characteristics of the delay members 14 and 15 differ. For example, it is assumed that the acoustic impedance differs between the delay material 14 and the delay material 15 by a predetermined value or more, or the length L1 of the delay material 14 and the length L2 of the delay material 15 differ by a predetermined value or more. In such a case, in a state where it is not the measurement sample S but air that contacts the contact surface 15b of the delay member 15, the measurement sound wave M emitted from the electrode plate 13c by the piezoelectric element 13 is reflected by the contact surface 15b The generated reflected sound wave is considered to be different from the reflected sound wave A1 in amplitude value and waveform. Therefore, if the amplitude value a (f) and the phase θ A (f) of the reflected sound wave A1 are used as they are for calculating the visco-elastic characteristics, an error may occur in the calculated visco-elastic characteristics. In the second embodiment, a method of 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 visco-elastic characteristic measurement device 2 further includes a correction value memory unit 21 as compared to the visco-elastic characteristic measurement device 1 shown in FIG. 1. The correction value memory unit 21 stores correction values calculated by the correction value calculation method described below.

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 visco-elastic characteristic measurement apparatus 2 performs the following measurement before performing the visco-elastic characteristic measurement of the measurement sample S using the surface reflection method or the bottom reflection method according to the first embodiment. In this measurement, as shown in FIG. 5, with the air contacting the contact surface 14b of the delay member 14 and the air contacting the contact surface 15b of the delay member 15, the piezoelectric element 13 is measured from the electrode plates 13b and 13c. The sound wave M is emitted. The measured sound wave M emitted from the electrode plate 13b by the piezoelectric element 13 is reflected by air via the delay member 14 (reflected at the interface between the contact surface 14b and air), thereby generating a reflected sound wave A0. . In addition, the measurement sound wave M emitted from the electrode plate 13c by the piezoelectric element 13 is reflected by the air via the delay member 15 (it is reflected by the interface between the contact surface 15b and the air), thereby the reflected sound wave B0. Will occur. The configuration of the delay members 14 and 15 shown in FIG. 5 is the same as that of the delay members 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 according to the reflected sound waves A0 and B0. The electrode plates 13b and 13c supply voltages according to the reflected sound waves A0 and B0 to the direction matching device 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 showing 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 at the piezoelectric element 13 is delayed by ΔT0 as compared to the arrival time T01 of the reflected sound wave A0 at the piezoelectric element 13. Further, the peak intensity p02 of the reflected sound wave B0 is smaller than the peak intensity p01 of the reflected sound wave A0. Because the length L2 of the delay member 15 is longer than the length L1 of the delay member 14, the reflected sound wave B0 has a longer propagation time inside the delay member compared to the reflected sound wave A0, and the attenuation of the sound intensity is reduced. It is 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 when the piezoelectric element 13 receives the reflected sound wave A0 and the temperature when 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 reflection sound wave A0 and the temperature when receiving the reflection 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, with reference to FIG. 7, the whole process of the viscoelastic property measurement apparatus 2 at the time of calculating a correction value is demonstrated. First, the piezoelectric element 13 oscillates the measurement sound wave M (step S21). The details of this 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 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 operation unit 20 reads the data stored in the time data memory unit 19 and performs FFT analysis processing in the frequency domain on the waveforms of the reflected sound waves A0 and B0 in the data (step S23). 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。 Arithmetic unit 20 calculates intensity correction value G1 and phase correction value G2 based on the amplitude value and phase of reflected sound wave A0 and the amplitude value and phase of 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, processing when the measurement unit 10 acquires measurement data of the viscoelastic property of the measurement sample S will be described. As shown in FIG. 8, in the measurement process, the contact surface 15b of the delay member 15 is in contact with the measurement sample S, not air. When this measurement process is performed, the piezoelectric element 13 detects the above-mentioned 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, with reference to FIG. 9, the whole process of the viscoelastic property measurement device 2 will be described.

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 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 arithmetic 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 calculation unit 20 performs FFT analysis processing in the frequency domain on the identified waveform of the reflected sound waves A1 and B1 to acquire the amplitude value and the phase 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. The amplitude a (f) of the reflected sound wave A1 is corrected using the correction value G1 to generate an amplitude d (f), and the phase θ A (f) of the reflected sound wave A1 is corrected using the correction value T2 Then, the phase θ D (f) is generated (step S27). The calculation unit 20 may calculate, for example, the amplitude d (f) and the phase θ D (f) as follows.
d (f) = a (f) × T1
θ D (f) = θ A (f) −T 2

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 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 wave B1 (step S28). The details of this are as described above. By performing this process, the calculation unit 20 calculates the viscoelastic property 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 device 2 calculates the viscoelastic property of the measurement sample based on the reflected sound waves A0, B0, A1, and A2. Furthermore, the visco-elastic characteristic measurement device 2 can accurately calculate the visco-elastic characteristics 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, the bottom reflection method may be used instead of the surface reflection method. In this case, after performing the processing of steps S11 to S14 in FIG. 4, 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. 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 reflection sound waves B1 and C1, to thereby measure the measurement sample S. Calculate the viscoelastic properties of

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。   The calculation unit 20 may calculate only the correction value G1 as a correction value, and may correct only the amplitude a (f), which is 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。   Also, 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 measurement device 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 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, and acquires and compares the peak intensities of the reflected sound waves A0 and B0 at the frequency to be detected (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, assuming that the peak intensity of the reflected sound wave A0 is E1 and the peak intensity of the reflected sound wave B0 is E2, the computing 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。 Third Embodiment
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As described above, since the visco-elastic properties of the substance change depending on the temperature, it is necessary to make the temperature in the measuring unit 10 as uniform as possible in order to measure the visco-elastic properties accurately. In the third embodiment, in order to achieve the purpose, the configuration provided in the measurement unit 10 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 measurement unit 10. An air chamber 32 is formed between the inner case 31 and the contact surface 14 b of the delay member 14. In addition, grease 33 is filled as a lubricant between the inner case 31 and the measurement unit 10 and at locations other than the air chamber 32. Furthermore, an O-ring 34 is provided on the inner case 31 in order to seal the grease 33. Here, the delay members 14 and 15, the inner case 31, the grease 33, and the O-ring 34 are made of a material having a thermal conductivity of a predetermined value F1 or more (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。   Further, 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) of the outer case 35. The outer case 35 and the O-ring 36 are made of a material having a thermal conductivity lower than a predetermined value F2 (<F1) (a 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。   As described above, by configuring the delay members 14 and 15 and the member in contact with the measurement unit 10 with a material having a 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, 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 most of the drag from the grease 33. Absent. Therefore, 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 visco-elastic characteristic 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。   Moreover, the heat conduction to the measurement part 10 from the outside can be suppressed by comprising the outer case 35 and the O-ring 36 with the material with low heat conductivity. For example, even if a person holds the casing structure 30 by hand, transfer of heat from the hand to the measurement unit 10 can be suppressed.

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。   The air chamber 32 may be provided as a rubber expansion chamber in order to prevent damage to the air chamber 32 due to the air being heated and expanded.

［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。 Fourth Embodiment
The fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the first to third embodiments, when the piezoelectric element 13 emits the measurement sound wave M to the delay member 14, a shear wave, which is a transverse wave, is generated in addition to the measurement sound wave M, which is a longitudinal wave. Here, the shear wave emitted by the piezoelectric element 13 is reflected by the side surface of the cylindrical delay member 14 to reach the piezoelectric element 13. Since the piezoelectric element 13 generates a detection signal not only based on the above-described reflected sound wave but also on this shear wave, noise of the shear wave is mixed in the detection signal. As a method of suppressing the noise, there has been known a method of increasing the diameter of the delay members 14 and 15. However, there is a problem that the measuring unit 10 is enlarged. 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, the delay member 41 (corresponding to the delay member 14), and the delay member 42 (corresponding to the delay member 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. 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 external shape of the delay members 41 and 42 is an abacus ball shape. Therefore, it is possible to make the side surface of the delay member 41 perpendicular to the traveling direction of the shear waves W1 and W2 traveling with the measurement sound wave M forming a predetermined acute angle. Therefore, the shear waves W1 and W2 can be released from the side surface of the delay member 41 to the outside of the delay member 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 (high thermal conductivity) having a predetermined value F3 or more 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 the position 44 and the surface 44. The difference between the predetermined acoustic impedance of the sound wave absorber 45 and the acoustic impedance of the delay members 41 and 42 in contact with the sound wave absorber 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 delaying materials 41 and 42. If the sound absorbing material 45 is liquid, the sound absorbing material 45 is the delaying material 41, 42 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, on the outer side of the inner case 44, an outer case 46 of a foam material having a thermal conductivity (low thermal conductivity) equal to or less than a predetermined value F4 (<F3) is provided.

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 absorbing material 45 close to the acoustic impedance of the delay members 41 and 42, the shear waves W1 and W2 emitted outward from the delay member 41 are absorbed by the sound wave It can be absorbed by the material 45. Therefore, the noise of the shear wave in the detection signal can be suppressed without the need to increase the size of the measurement unit 10. The sound wave absorbing material 45 may be made of the grease 33 according to the third embodiment or an elastomer with 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 a liquid sealed in a bag-like member, the attenuation of shear waves in the delay members 41 and 42 is increased, and the noise of the shear waves in the detection signal is further suppressed. Can.

［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。 Fifth Embodiment
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 smaller than the main surface of the piezoelectric body 13a. The contact surfaces 14a and 15a are larger than the main surfaces (surfaces in contact with the contact surfaces 14a and 15a) of the electrode plates 13b and 13c, but smaller than the main surface of the piezoelectric body 13a. As described above, by making the contact surfaces 14a and 15a larger than the main surfaces of the electrode plates 13b and 13c, the inside of the delay members 14 and 15 is generated by the incidence of the measurement sound wave M from the side surfaces of the delay members 14 and 15. Interference of sound waves can be suppressed. This can suppress the occurrence of noise in the 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。 Sixth Embodiment
In the first to fifth embodiments, the delay member 15 may be provided with a structure for reflecting the measurement sound wave M. The piezoelectric element 13 and the delay member 15 of the viscoelastic property measuring apparatus according to the sixth embodiment are shown in FIG. In FIG. 15, in the inside of the delay member 15, a region in which the reflective material 15c is provided is formed in the vicinity of the contact surface 15b. The reflective material 15 c is a substance (for example, air) whose acoustic impedance has a difference of the acoustic impedance of the delay material 15 or more with a predetermined value or more. Therefore, the measurement sound wave M emitted from the piezoelectric element 13 is substantially totally reflected at the reflection surface 15 d (reflection portion) which is the boundary surface between the reflection material 15 c and the delay material 15. The reflecting surface 15 d is formed substantially in parallel with the electrode plate 13 c to which the measurement sound wave M is emitted. Further, in FIG. 15, the description of the 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, the piezoelectric element 13 receives the reflected acoustic wave B2 reflected by reflecting the measurement acoustic wave M on the reflection surface 15d. By analyzing the data of the reflected sound wave B2 by the viscoelastic property calculation unit 12, it is possible to elucidate the data change of the reflected sound wave B2 caused by the change of the temperature of the measurement sample S. For example, the data change of the reflected sound wave B2 can be elucidated by comparing the reflected sound wave B2 before the temperature change of the measurement sample S and the reflected sound wave B2 after the temperature change of the measurement sample S. When the temperature of the delay member 15 (particularly, the contact surface 15b) changes due to a change in the temperature of the measurement sample S by performing this processing, and an error (noise) occurs in the data of the reflected sound waves B0 to B1 and C1. However, the error can be detected and the viscoelastic property calculation unit 12 can execute an error correction process to cancel the error. Therefore, the viscoelastic property calculation unit 12 can acquire more accurate measurement data of the reflected sound with less influence of the error.

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 reflective surface 15d may be such that the distance between the contact surface 15b and the reflective surface 15d is at least one wavelength of the measurement sound wave M. As an example, assuming that the frequency of the measurement sound wave M is 5 MHz and the speed of sound of the measurement sound wave M in the delay member 14 is 2800 m / s, the reciprocating distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d is at least about 0.6 mm. I hope there is. That is, the distance between the contact surface 15b and the reflective 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。   The viscoelastic property calculation unit 12 compares the reflected sound waves B0 to B1, as compared with the case where the distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d is increased by shortening the distance between the contact surface 15b and the reflection surface 15d. It is possible to execute processing to more accurately cancel 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 in the vicinity of the contact surface 15b where the temperature is likely to change due to the temperature change of the measurement sample S as the reflected 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 through. 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 reflection 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 member 15 can be made comparable to 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 substantially the same. From the above reasons, the viscoelastic property calculation unit 12 assumes that the change to the data of the reflected sound wave B2 generated due to the temperature change is also caused as it is to the data of the reflected sound waves B0 to B1 and C1, Data errors of B0 to B1 and C1 can be canceled.

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。   Although FIG. 15 shows an example in which the reflecting member 15 c is provided inside the delay member 15, the structure for reflecting the measurement sound wave M is not limited to this. For example, a tape-like sound reflector may be provided inside the delay material 15 as the reflecting surface 15 d. Moreover, the cross-sectional shape of the delay member 15 viewed from the axial direction may be an annular shape or a polygon, and the delay member 15 may not have an axially symmetrical 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。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified without departing from the scope 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 It is not restricted to this. Moreover, the delay members 14 and 15 which concern on Embodiment 1-3 may be comprised with a respectively different material. At this time, by configuring the delay member 15 so that the time for the measurement sound wave M to propagate is longer than the time for the measurement sound wave M to propagate, the piezoelectric element 13 reflects the reflected sound wave A1 as a reflected sound wave. It can be received earlier than B1 and B2. The changes according to the delay members 14 and 15 described above 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。   Substances with which the delay material 14 contacts at the contact surface 14 b and substances with which the delay material 15 contacts with the contact surface 15 b in the correction value calculation process of the second embodiment are reference samples other than air (for example, solid reflectors). May be However, if, for example, a solid reflector is used as a reference sample instead of air, the measurement sound wave M will be multi-reflected in the reflector, and noise may occur in the detection signal. It is preferable to use 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 14 b and 15 b 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. Further, the waveform analysis process performed by the calculation unit 20 in step S14 of FIG. 3 and FIG. 4 and step S23 of 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 process 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 of the piezoelectric body 13a in contact with the electrode plates 13b and 13c and the size of the electrode plates 13b and 13c can be freely set. Further, 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 1, 2 visco-elastic characteristic measuring apparatus 10 measuring unit 11 measuring signal supply unit 12 visco-elastic characteristic calculating unit 13 piezoelectric element 13 a piezoelectric body 13 b, 13 c electrode plate 14, 15 delay member 16 measuring signal generator 17 direction matching unit 18 high frequency amplifier 19 hour data memory unit 20 operation 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 measurement unit 41, 42 delay member 43 air chamber 44 inner case 45 sound absorption Material 46 Outer case 50 Casing structure

Claims (8)

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, emitting measurement sound waves from the first and second surfaces, and at the first and second surfaces A piezoelectric element that receives a reflected sound wave;
A first delay having a first contact surface in contact with the first surface, and a second contact surface located opposite the first contact surface and in contact with a reference sample Materials,
A second delay having a third contact surface in contact with the second surface and a fourth contact surface located opposite the third contact surface and in contact with the measurement sample Materials,
And v) a visco-elastic characteristic calculating unit that calculates visco-elastic characteristics of the measurement sample based on the reflected sound wave received by the piezoelectric element.
The piezoelectric element is
The measurement sound waves are respectively emitted from the first and second surfaces to the first and second delay members,
The measurement sound wave receives the first reflection sound wave generated by being reflected by the reference sample, and the measurement sound wave receives the second reflection sound wave generated by being reflected by the measurement sample, respectively.
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 has a third reflection sound wave generated by reflecting the measurement sound wave emitted by the piezoelectric element from the first surface by the reference sample, and the second contact surface of the second delay material And a fourth reflected sound wave generated by the measurement sound wave emitted from the second surface by the piezoelectric element being reflected by the reference sample, in a state in which the reference sample is brought into contact with the
The viscoelastic property calculation unit calculates the viscoelastic property of the measurement sample based on the first, second, third and fourth reflected sound waves.
The viscoelastic property measuring device 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 delay members are made of the same material, and the length from the first contact surface of the first delay member to the second contact surface is the same as that of the second delay member. Short compared to the length from the third contact surface to the fourth contact surface,
The viscoelastic property measuring device according to claim 1 or 2. 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、潤滑剤が充填されている、
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。 It said piezoelectric element, wherein the first and second delay member is covered with the case, and the case, between said piezoelectric element and said first and second delay material, is or lubricants Is filled,
The visco-elastic characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 3 . 前記第１及び第２の遅延材の外方には、前記第１及び第２の遅延材から放出されたせん断波を吸収する音波吸収材が配置されている、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。 Wherein the first and the outside of the second delay member, sound absorption material that absorbs shear waves emitted from the first and second delay member is disposed, any one of claims 1 to 4 The visco-elastic characteristic measurement device according to claim 1. 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５のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 The first and second delay members are a liquid sealed in a bag-like member,
The visco-elastic characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 5 . 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６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 measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6 . 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７のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。 Inside the second delay member, a reflection unit for reflecting the measurement sound wave emitted from the piezoelectric element is provided.
The piezoelectric element receives a fifth reflected sound wave generated by the measurement sound wave being reflected by the reflection unit,
The viscoelastic property calculation unit detects noise generated in the second reflected sound due to a temperature change of the measurement sample based on the fifth reflected sound, and corrects the noise.
The visco-elastic characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 7 .
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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
DE29916826U1 (en) * 1999-09-23 2000-11-02 Siemens Ag Device for measuring the specific density of a gaseous or liquid medium
JP4632800B2 (en) * 2005-01-28 2011-02-16 株式会社東芝 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
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