JPH0760115B2 - 表面粘弾性測定方法及びその装置 - Google Patents

表面粘弾性測定方法及びその装置

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JPH0760115B2
JPH0760115B2 JP27850590A JP27850590A JPH0760115B2 JP H0760115 B2 JPH0760115 B2 JP H0760115B2 JP 27850590 A JP27850590 A JP 27850590A JP 27850590 A JP27850590 A JP 27850590A JP H0760115 B2 JPH0760115 B2 JP H0760115B2
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宗宏 伊達
正 松井
和信 徳永
全良 乾
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、弾性体表面の面内のみならず法線方向の力学
的性質についても、正確で再現性良く測定する事の出来
る弾性体表面の粘弾性測定方法及びその装置に関する。
〔従来の技術/発明が解決しようとする課題〕 従来、弾性体表面の力学的性質を測定する方法として、
測定部位を切り離す事が出来ない、出来ても性質が変化
してしまう、また皮膚のように切除することが被験動物
や被験者に大きな苦痛を与える場合には、測定表面に接
触子をあて、あてたときの接触子の動き易さより粘弾性
等の力学的性質を測するものであった。これらは全ての
単一振動モード(例えば往復振動、回転振動など)に対
応する力学的性質を測定するもので、表面の接触状態に
よって測定結果が影響され、正確で再現性の良い測定値
を得る事が出来なかった。また、被測定物表面の面内の
力学的性質は測定出来ても、面の法線方向の力学的性質
な測定出来なかった。
本発明は、被測定物表面の面内のみならず法線方向の力
学的性質についても、正確で再現性良く測定する事の出
来る表面粘弾性測定方法及びその装置を提供する事を目
的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、本発明によれば、探触子を被測定物の表面
に接触させ、探触子を振動させるための力信号を発生さ
せ、力信号に応じて、探触子を被測定物に対して鉛直及
びそれと直角方向の二次元平面内で振動させ、平面内で
探触子の動きを位置信号として検出し、検出した位置信
号を解析し、力信号と位置信号から表面粘弾性を測定す
る方法によって達成される。更に本発明によれば、一端
が回動自在に固定され水平方向に延びた可動棒と、可動
棒の他端に固定され、鉛直方向に延びた探触子と、探触
子を可動棒の軸線に垂直な平面内で振動される加振器
と、平面内での探触子の動きを検出する位置検出器と、
探触子を振動させるための力信号を発生し、かつ位置検
出器の位置信号を解析する演算装置と、からなり、探触
子を被測定物の表面に接触させるときの力信号と位置信
号から表面粘弾性を測定する表面粘弾性測定装置が提供
される。
[作用] 本発明によれば、被測定物面に垂直及び面に沿った方向
の粘弾性、さらに、面に垂直に圧力を加えたときのそれ
らの粘弾性の変化などの測定が可能になる。同時に、測
定面への装置の接触状態のばらつきからくる誤差をなく
した、正確で再現性良い測定が可能になる。
〔発明の実施例〕
本発明の実施例を以下に添付図を参照して説明する。
第1図は、本発明による測定装置の断面側面図であり、
第2図は本発明による測定装置の断面水平面であり、第
3図は、本装置に使用するための加振器の断面側面図で
あり、第5図は、本発明を構成する演算装置を説明する
ためのブロック図である。
第1図において、ハウジング10の内部に細長い可動棒20
がほぼ水平方向に延びている。可動棒20の末端22は、回
動自在継手24の一端に固定され、その他端は、ハウジン
グ10に固定された支柱12に固定されている。すなわち、
回動自在継手24は、可動棒保持部24aと、鉛直に延びた
可撓性板バネ24bと、板バネ保持部24cと、水平に延びた
可撓性板バネ24dとからなり、これらが、ネジ等で順次
連結されている。可動棒20の末端22は可動棒保持部24a
に固定され、可撓性板バネ24dの一端が支柱12に固定さ
れる。回動自在継手24は、可動棒20の末端22を回動自在
に支持するものであれば、他の形式のものでもよく、例
えば、コイルバネ、回動軸受等でもよい。
探触子30が、鉛直方向に延び、その下端32が可動棒20の
先端26に固定されている。探触子30の上端34はほぼ半球
状をしており、ハウジング10のほぼ水平に延びた上面14
に設けられた開口16を貫通して突出している。開口16と
探触子30の外面との間には探触子30の運動を阻害しない
ように隙間が設けられている。上端34の形状は、必要に
応じて、尖端状、円筒状等としても良い。又探触子30の
可動棒20への固定は、ピン止め、接着、溶接等の他、ネ
ジ等により取外し自在にしても良い。
可動棒20のほぼ中央に2つの可動コイル型加振器40の加
振アーム42の先端が取付けられている。この可動コイル
型加振器40は、第3図に示すように、ほぼ矩形断面の純
鉄性ヨーク44a、44b、44c、44dを順次連結して口の字型
の閉じたリングを形成している。下側ヨーク44aには、
サマリュームコバルト製マグネット46が固定され、上側
ヨーク44cには電磁石用コイル48が僅かな隙間を持って
取巻いており、このコイル48にバー49を介して加振アー
ム42が固定されている。マグネット46により、ヨーク44
a、44b、44c、44dに磁界が形成されるため、コイル48に
流れる電流の大きさと方向により、コイル48を上部のヨ
ーク44cに沿って自由に移動させることができる。加振
器40は、上述した可動コイル型以外であっても、加振ア
ーム42を直線的に移動させるものであれ、どのような形
式のものでもよい。
2つの加振器40は、第1図及び第2図に示すように、可
動棒20の下方に傾斜した配置で、ハウジング10に固定さ
れたマグネット用基板18に固定されている。この傾斜位
置は、各々の加振アーム42の軸線方向が、回動自在継手
24の回動点(板バネ24bと、板バネ保持部24cとの接続部
付近)を中心のする仮想球面の接線であり、かつ可動棒
20の軸線を通る水平面から下方に45度傾斜した平面内に
あるのが良い。かかる配置により、加振器40の加振アー
ム42の先端を可動棒20に固着した場合でも、加振アーム
42はヨーク44cにほぼ沿って円滑に移動することがで
き、それぞれの加振アーム42の直線移動により、可動棒
20の先端26を可動棒20の軸線に垂直な平面内で斜め上方
にそれぞれ45度の角度で移動させることができる。加振
器40の可動棒20への取付けは、上述した方法以外であっ
ても、可動棒20の先端26を可動棒20の軸線に垂直な平面
内で自由に移動させることができれば、どのような方法
でもよい。
コイル48の一方に交流電流を流し加振アーム42を振動さ
せると、探触子30の上端34は、水平面に対して45度方向
に振動し、両方の加振器40を同位相で振動させたときに
は鉛直方向に、逆位相で振動させたときには水平方向に
振動する。従って2つのコイル48に流す交流電流を変化
させることによって、探触子30の先端34を可動棒20の軸
線に垂直な平面内で自由に振動させることができる。
探触子30の下端32近くには、可動棒20の軸線方向に延び
た貫通孔が設けられ、この孔に可撓性の光ファイバ36の
一端が固定され、光ファイバ36の他端は、ハウジング10
に固定された光源(図示せず)まで、可動棒20の動きを
制約しないように僅かな垂みを持って延びている。従っ
て、光源から光ファイバ36を介して探触子30の下端32ま
で光が導入できるようになっている。
一方、探触子30の位置を検出するための二次元位置検出
器50が、可動棒30の軸線方向に探触子30に対峙してハウ
ジング10に固定されている。位置検出器50は、直角を構
成するプリズムの一方の面が光ファイバ36の一端と僅か
な隙間を隔てて可動棒20の軸線方向に垂直に向き、他方
の面が下方に水平に向いた直角プリズム52と、直角プリ
ズム52の下方に水平に固定された凸レンズ54と、レンズ
54の下方に検出面を上方に向けて水平に固定されたPSD
半導体像位置検出素子56とからなる。光源から光ファイ
バ36を介して探触子30の下端32まで導入された光は、プ
リズム52に水平に入り、プリズム52に傾斜面で反射され
て鉛直下方に向かい、レンズ54で収束されて検出素子56
の検出面に焦点を結ぶようになっている。これにより、
探触子30の動きを検出することができる。
本発明による表面粘弾性測定装置には、演算装置60が組
み込まれ、探触子30を振動させるための力信号を発生
し、かつ位置検出器の位置信号を解析することができる
ようになっている。すなわち、第4図において、コンピ
ュータ62の制御信号により、発振器63は所望の交流電流
を発生し、この交流電流は増幅器64により増幅されて、
2つの加振器40にそれぞれ供給される。同時に増幅器64
により増幅された信号は力信号67としてコンピュータ62
に入る。
一方、可動棒20の軸線に垂直な平面内での動きは、位置
検出器50によって電気信号としてとらえられ、この信号
は、増幅器65で増幅され、位置信号66としてコンピュー
タ62に入る。また、増幅器65の出力信号は加振器40を動
作させる交流電流の増幅器64にフィードバックさせ、可
動棒20の動きの柔らかさを制御する。
本装置の使用において、ハウジング10の上面14の開口16
に被測定物の表面を押し当て、探触子30と接触させる。
演算装置60のコンピュータ62は、前記位置信号66と力信
号67を解析し、表面粘弾性を算出する。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明は、被測定物表面の面内のみならず
法線方向の力学的性質についても、正確で再現性良く測
定する事の出来る表面粘弾性測定方法及びその装置を明
らかに提供する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による測定装置の断面側面図であり、 第2図は本発明による測定装置の断面水平面であり、 第3図は、本装置に使用するための加振器の断面側面図
であり、 第4図は、本発明を構成する演算装置を説明するための
ブロック図である。 10……ハウジング、12……支柱、14……上面、16……開
口、18……マグネット用基板、20……可動棒、22……可
動棒の末端、24……回動自在継手、26……可動棒の先
端、30……探触子、32……探触子の下端、34……探触子
の上端、36……光ファイバ、40……加振器、42……加振
アーム、44……ヨーク、46……マグネット、48……コイ
ル、50……位置検出器、52……プリズム、54……レン
ズ、56……検出素子、60……演算装置、62……コンピュ
ータ、63……発振器、64、65……増幅器、66……位置信
号、67……力信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 全良 神奈川県平塚市桃浜町3番8号

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】探触子を被測定物の表面に接触させ、 前記探触子を振動させるための力信号を発生させ、 前記力信号に応じて、前記探触子を被測定物に対して鉛
    直及びそれと直角方向の二次元平面内で振動させ、 前記平面内での前記探触子の動きを位置信号として検出
    し、 前記検出した位置信号を解析し、 前記力信号と前記位置信号から表面粘弾性を測定する表
    面粘弾性測定方法。
  2. 【請求項2】一端が回動自在に固定され水平方向に延び
    た可動棒と、 前記可動棒の他端に固定され、鉛直方向に延びた探触子
    と、 前記探触子を前記可動棒の軸線に垂直な平面内で振動さ
    せる加振器と、 前記平面内での前記探触子の動きを検出する位置検出器
    と、 前記探触子を振動させるための力信号を発生し、かつ前
    記位置検出器を位置信号を解析する演算装置と、からな
    り、 前記探触子を被測定物の表面に接触させるときの前記力
    信号と位置信号から表面粘弾性を測定する表面粘弾性測
    定装置。
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