(57)【要約】【課題】装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、動的粘弾性測定のために回転振動を発生させる振動生成装置において、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点をアクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、を備えたことを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的粘弾性測定のために回転振動を発生させる振動生成装置において、
直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、
力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、
増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、上記動的粘弾性測定の対象物に対して上記回転振動を発生させる回転動作変換機構と、
を備えたことを特徴とする振動生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の振動生成装置において、
上記アクチュエータは、
ピエゾ素子、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータにより、上記駆動力を発生させること、
を特徴とする振動生成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の振動生成装置において、
上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータ、
を更に備えたことを特徴とする振動生成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の振動生成装置において、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニット、または、少なくとも上記回転動作変換機構と上記トルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成したこと、
を特徴とする振動生成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の振動生成装置において、
上記ユニットが抜脱された場合に、
上記変位拡大機構により増幅させた上記変位が、上記円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、上記対象物に対して直線振動を発生させる直線動作変換機構を少なくとも備えたユニット、
を更に備えたことを特徴とする振動生成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の振動生成装置において、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、
上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、
を更に備えたことを特徴とする振動生成装置。
【請求項７】
振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置であって、
上記振動生成装置は、
直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、
力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、
増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、
上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、
を備えており、
上記制御部は、
上記アクチュエータの上記直線動作の変位量ｘと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出する動作関数算出手段と、
上記動作関数算出手段によって算出された上記動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御手段と、
上記アクチュエータ制御手段の制御により発生させた上記正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算手段と、
を備えたことを特徴とする動的粘弾性測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の動的粘弾性測定装置において、
上記振動生成装置は、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、
上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、
を更に備えており、
上記制御部は、
上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定手段、
を更に備えたことを特徴とする動的粘弾性測定装置。
【請求項９】
振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置において実行される動的粘弾性測定方法であって、
上記振動生成装置は、
直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、
力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、
増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、
上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、
を備えており、
上記制御部において実行される、
上記アクチュエータの上記直線動作の変位量ｘと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出する動作関数算出ステップと、
上記動作関数算出ステップにおいて算出された上記動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御ステップと、
上記アクチュエータ制御ステップにおける制御により発生させた上記正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算ステップと、
を含むことを特徴とする動的粘弾性測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の動的粘弾性測定方法において、
上記振動生成装置は、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、
上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、
を更に備えており、
上記制御部において実行される、
上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定ステップ、
を更に含むことを特徴とする動的粘弾性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化成品や生活用品、農産物や加工食品等のように、多くの物質は、粘性の性質と弾性の性質を併せ持っており、このような物質の力学特性を評価するために動的粘弾性測定が必要となる。動的粘弾性測定には、対象物に対して直線振動を与えた場合の応力の測定と、対象物に対して回転振動を与えた場合のトルクの測定とがある。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載の並進回転振動変換器は、捻りバネの伸縮により直線振動を回転振動に変換する駆動機構であって、互いに逆向きに捩られた対向する第１と第２のばね部材の先端部が、軸線方向に微小振動を与えた場合に、ばね軸線の回りに一体回転するように相互連結されていることを特徴とする。
【０００４】
また、特許文献２に記載の装置は、捻り振動型の動的粘弾性測定装置であって、回転軸に取り付けた中間アームからの制限された駆動により回転振動を発生させる機構である。
【０００５】
また、特許文献３乃至５に記載の装置は、回転軸に対し放射状に配置したボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いて回転振動を発生させたり、電磁誘導により回転軸を中心とした回転振動を発生させる機構に関するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−７９５４１号公報
【特許文献２】特公平２−３１３５号公報
【特許文献３】特開２００７−１７１１１１号公報
【特許文献４】特公平１−５０３１５号公報
【特許文献５】特開２００２−２１９４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された機械的振動変換機構においては、対向する２つのばね部材の中間に位置する被アクチュエータ材が回転振動を発生させるため、対象物に対して剪断または捻りを生じさせるように変位を伝達することができず、動的粘弾性測定に応用することができないという問題がある。
【０００８】
また、特許文献２乃至５に記載の振動生成装置では、回転軸に配置したコイルや永久磁石等による電磁的駆動力（電磁的斥力や引力）を用いるため、大きな駆動力を得るために装置の大型化を免れなかった。すなわち、従来の回転振動を行う振動生成装置では、装置全体が複雑になり、大型化や高価格化を免れないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するため、本発明の振動生成装置は、動的粘弾性測定のために回転振動を発生させる振動生成装置において、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、上記動的粘弾性測定の対象物に対して上記回転振動を発生させる回転動作変換機構と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点をアクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させるので、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる振動生成装置を提供することができる。
【００１２】
また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、上記アクチュエータは、ピエゾ素子、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータにより、上記駆動力を発生させること、を特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、アクチュエータは、ピエゾ素子、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータにより駆動力を発生させるので、小型軽量で大きな駆動力を有する直線動作アクチュエータを用いて粘弾性測定に用いる回転振動を発生させ、装置全体の小型化・軽量化等を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータを更に備えたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、回転動作の回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータを備えたので、圧電効果を利用した小型のトルクメータを用いて動的粘弾性測定のためのトルクを測定することができる。
【００１６】
また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニット、または、少なくとも上記回転動作変換機構と上記トルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成したこと、を特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、少なくともアクチュエータと変位拡大機構と回転動作変換機構とを一体化させたユニット、または、少なくとも回転動作変換機構とトルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成したので、当該ユニットに替えて他の機構を備えたユニットを設置することができる。
【００１８】
また、本発明の振動生成装置は、上記ユニットが抜脱された場合に、上記変位拡大機構により増幅させた上記変位が、上記円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、上記対象物に対して直線振動を発生させる直線動作変換機構を少なくとも備えたユニット、を更に備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、一体化させたユニットが抜脱された場合に、変位拡大機構により増幅させた変位が、円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、対象物に対して直線振動を発生させる直線動作変換機構を少なくとも備えたユニット、を更に備えたので、直線振動生成用駆動アンプを共用することができ、対象物に対して直線振動を与えた場合に応力を測定することによる直線振動式粘弾性測定と、対象物に対して回転振動を与えた場合にトルクを測定することによる回転振動式粘弾性測定との、両機能を併せ持つ装置を提供することができる。また、従来型の直線振動式粘弾性測定用の構成を利用することができるので、開発経費や価格を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、少なくともアクチュエータと変位拡大機構と回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、対象物の方向に移動させる移動機構と、移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えたので、対象物の設置面に対して振動を伝達させるために好適に位置決めを行える上、動的粘弾性を測定するために重要な厚みの値を計測することが可能になる。
【００２２】
また、本発明は、振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置であって、上記振動生成装置は、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、を備えており、上記制御部は、上記アクチュエータの上記直線動作の変位量ｘと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出する動作関数算出手段と、上記動作関数算出手段によって算出された上記動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御手段と、上記アクチュエータ制御手段の制御により発生させた上記正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
本発明によれば、アクチュエータの直線動作の変位量ｘと回転動作変換機構により変換される回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの回転振動を発生させるためのアクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出し、算出された動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、アクチュエータを駆動させるための電圧を制御し、アクチュエータの制御により発生させた正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、トルクメータにより測定されたトルクの波形を読取ることにより、対象物の動的粘弾性値を計算するので、直線振動式粘弾性測定用の直線振動生成用駆動アンプやアクチュエータ駆動部、解析制御部等を備えた従来の動的粘弾性測定装置を利用することができ、直線振動式粘弾性測定と回転振動式粘弾性測定との両機能を併せ持つ動的粘弾性測定装置を構成することができる。
【００２４】
また、本発明の動的粘弾性測定装置は、上記記載の動的粘弾性測定装置において、上記振動生成装置は、上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えており、上記制御部は、上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定手段、を更に備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、更に、ポジションセンサを用いて、対象物を設置した位置と設置しない位置との移動量を計測することにより対象物の厚みを測定するので、動的粘弾性を測定するために重要な対象物の厚みを計測することができる。
【００２６】
また、本発明は、振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置において実行される動的粘弾性測定方法であって、上記振動生成装置は、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、を備えており、上記制御部において実行される、上記アクチュエータの上記直線動作の変位量ｘと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出する動作関数算出ステップと、上記動作関数算出ステップにおいて算出された上記動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御ステップと、上記アクチュエータ制御ステップにおける制御により発生させた上記正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、アクチュエータの直線動作の変位量ｘと回転動作変換機構により変換される回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの回転振動を発生させるためのアクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出し、算出された動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、アクチュエータを駆動させるための電圧を制御し、アクチュエータの制御により発生させた正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、トルクメータにより測定されたトルクの波形を読取ることにより、対象物の動的粘弾性値を計算するので、直線振動式粘弾性測定用の直線振動生成用駆動アンプやアクチュエータ駆動部、解析制御部等を備えた従来の動的粘弾性測定装置において、回転振動式粘弾性測定を行うことができる。
【００２８】
また、本発明の動的粘弾性測定方法は、上記振動生成装置は、上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えており、上記制御部において実行される、上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定ステップ、を更に含むことを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、更に、ポジションセンサを用いて、対象物を設置した位置と設置しない位置との移動量を計測することにより対象物の厚みを測定するので、動的粘弾性を測定するために重要な対象物の厚みを計測することができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明にかかる動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３２】
［本発明の概要］
以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。ここで、図１は、本発明の実施の形態における振動生成装置の構成の一例を示す正面図であり、図２は、当該振動生成装置の回転動作変換機構における断面図である。
【００３３】
図１に示すように、本発明の本実施の形態に係る振動生成装置は、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０の直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構２０と、増幅させた変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構３０と、を備えて構成される。
【００３４】
ここで、アクチュエータ１０としては、例えば、ピエゾ素子（圧電素子）、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータを用いることができる。
【００３５】
図１に示すように、振動生成装置の変位拡大機構２０は、力点をアクチュエータ１０側に配し、作用点を回転動作変換機構３０側に配する、梃子の原理を利用する。これにより、アクチュエータ１０の変位が少ない場合であっても、測定の対象には大きな変位を伝達することができる。
【００３６】
図１および図２に示すように、回転動作変換機構３０は、変位拡大機構２０により増幅させた変位を、中間アーム３１によって回転軸３２の円形断面の接線方向に伝達させることにより、当該増幅させた変位を回転動作に変換する。これにより、アクチュエータ１０が伸張すると回転軸３２には接線方向の駆動が加わり、回転駆動力となる。ここで、変位量が大きくなると中間アーム３１と回転軸３２との固定部が、中間アーム３１の動作線上からずれるため、好適には、中間アーム３１は、たわむことのできる弾力性材料（板ばね等）を用いてもよい。また、回転動作変換機構３０は、この例に限られず、中間アームを回転軸に固定することなく摩擦を利用して増幅させた変位を伝達させる他、中間アームをラックギアとして構成し、中間アームに接する回転軸をピニオンギアとして構成することにより、増幅させた変位を回転軸の円形断面の接線方向に伝達させてもよい。
【００３７】
また、本振動生成装置において、少なくともアクチュエータ１０と変位拡大機構２０と回転動作変換機構３０とを一体化させたユニット、または、少なくとも回転動作変換機構３１とトルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成してもよく、当該ユニットが抜脱された場合に、直線動作変換機構４０を少なくとも含むユニットを更に備えてもよい。ここで、図３は、直線動作変換機構４０が取付けられた振動生成装置の一例を示す正面図である。
【００３８】
図３に示すように、直線動作変換機構４０は、変位拡大機構２０により増幅させた変位が、円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、対象物に対して直線振動を発生させる。
【００３９】
以上が、本発明の概要である。ここで、本振動生成装置は、回転動作の回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータを備えてもよい。また、本振動生成装置は、少なくともアクチュエータ１０と変位拡大機構２０と回転動作変換機構３０（または直線動作変換機構４０）とを一体化させたユニットを、対象物の方向に移動させる移動機構を更に備えてもよく、移動機構による移動量を計測するポジションセンサを更に備えてもよい。
【００４０】
［粘弾性測定システムの構成］
まず、本実施の形態における本振動生成装置を備えた粘弾性測定システムの構成について説明する。図４は、本発明が適用される本粘弾性測定システムの構成の一例を示す構成図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。
【００４１】
図４に示すように、本粘弾性測定システムは、概略的に、対象物５に振動を発生させる振動生成装置１００と、振動生成装置１００のアクチュエータ１０に電圧を印加する電圧印加装置２００と、発生した電荷を増大させるチャージアンプ装置４００と、電圧印加装置２００を制御しチャージアンプ装置４００から電荷データを入手する粘弾性測定装置５００とを、接続して構成される。なお、本実施の形態における粘弾性測定システム（特に、粘弾性測定装置５００、電圧印加装置２００、チャージアンプ装置４００）の構成および処理の説明においては、主に回転振動式粘弾性測定を行う場合について説明する場合があるが、本実施の形態はこれに限られず、同様の物理構成を用いて、特開２００８−２９１１１号公報に記載された論理構成および処理方法を適用することにより、直線振動式粘弾性測定を行うよう構成することもできる。ここで、図５は、回転振動式粘弾性測定用の回転動作型ユニットの一例を示す図である。図６は、直線振動式粘弾性測定用の直線動作型ユニットの一例を示す図である。
【００４２】
回転振動式粘弾性測定用の振動生成装置１００は、回転振動式粘弾性測定を行う場合、アクチュエータ１０と、変位拡大機構２０と、回転動作変換機構３０と、トルクメータ５０とを備えて構成される。本実施の形態においては、図５に示すように、これらアクチュエータ１０と変位拡大機構２０と回転動作変換機構３０とトルクメータ５０は一体として回転動作型ユニット１１０として構成されている。直線振動式粘弾性測定を行う場合には、この回転動作型ユニット１１０を抜脱して、図６に示すように、アクチュエータ１０と変位拡大機構２０と直線動作変換機構４０と応力センサ６０とを一体として構成した直線動作型ユニット１２０を取付けることができる。
【００４３】
回転動作変換機構３０を備えた回転動作型ユニット１１０を取り付けた場合、図５に示すように、振動生成装置１００は、直線動作を行うアクチュエータ１０の変位を梃子の原理によって増幅し、２本の作用端が内側に向けて同量の変位を加えるハサミ状の変位拡大機構１０の両作用端に板状の中間アーム３１の一端を設置し、それぞれの中間アーム３１の他端をハサミ角の中心線上に軸心を有する回転軸３２の上下に左右の中間アーム３１が互い違いになるように固定する。ここで、直線動作を行うアクチュエータ１０が伸張すると回転軸３２には接線方向の駆動が加わり、回転駆動力となる。ここで、変位量が大きくなると中間アーム３１と回転軸３２の固定部が中間アーム３１の動作線上からずれるため、中間アーム３１にはたわむことのできる弾力性材料（板ばね等）を用いる。一方、直線動作変換機構４０を備えた直線動作型ユニット１２０を取り付けた場合、図６に示すように、変位拡大機構２０により増幅させた変位が、振動伝達軸４２の軸方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、対象物に対して直線振動を発生させる（特開２００８−２９１１１号公報参照）。
【００４４】
また、図５に示すように、振動生成装置１００は、回転動作変換機構３０を用いて回転振動を発生させ回転振動式粘弾性測定を行う場合、トルクメータ５０を備える。トルクメータ５０は、図５に示すように、回転軸３２の軸線上に、対象物側と中間アーム３１の固定端側との中間付近に設置する。ここで、図７〜図１１は、本実施の形態におけるトルクメータ５０の斜視図、正面図、側面図、水平断面図、垂直断面図である。図７〜図１１に示すように、トルクメータ５０の上下のロータリーシャフト５１，５２は、両側からピエゾ素子５３を圧接する圧接面の一方を構成する部材（センサホルダー５５）とそれぞれ固定されており、上下のロータリーシャフト５１，５２間で生じた回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子５３を圧接し、圧電効果により発生したピエゾ素子５３からの電荷信号を読取れるようピエゾ素子５３からチャージアンプ装置４００にケーブル５４により配線がなされている。そして、チャージアンプ装置４００で増幅させた電荷信号を粘弾性測定装置５００で解析することにより、回転軸まわりに発生したトルクを測定することができる。
【００４５】
ここで、回転振動式粘弾性測定においてトルクを測定する場合、トルクメータの構成は上述したトルクメータ５０に限られず、図５に示すように、センサとして機能するピエゾ素子２により構成されるトルクメータ５６を用いてトルクを測定してもよい。すなわち、図５に示すように、２つの積層型ピエゾ素子１，２を、中間体を介して、変位発生方向に直列的に接続し、一方の積層型ピエゾ素子１は、電圧を印加することによって変位を生じさせることによりアクチュエータとして機能するよう構成し、他方の積層型ピエゾ素子２は、当該ピエゾ素子内部の圧力変化によって圧電電荷を発生させることによりセンサとして機能するよう構成してもよい（特開２００８−２９１１１号公報参照）。
【００４６】
一方、図６に示すように、振動生成装置１００は、直線動作変換機構４０を用いて直線振動を発生させ直線振動式粘弾性測定を行う場合、応力センサ６０を備える。応力センサ６０は、直線動作変換機構４０の対象物への振動伝達軸４２の軸線上において、対象物側と中間アーム４１の固定端側との中間付近に設置する。ここで、図１２〜図１６は、応力センサ６０の斜視図、正面図、側面図、中心部拡大図、水平断面図である。図１２〜図１６に示すように、応力センサ６０は、上部のセンサーホルダー６１と下部のプッシャー６２によりピエゾ素子を挟み込み、センサーホルダー６１とプッシャー６２間で生じた直線動作の移動方向の力に応じてピエゾ素子６３を圧接し、圧電効果により発生したピエゾ素子６３からの電荷信号を読取れるようピエゾ素子６３からチャージアンプ装置４００にケーブル６４により配線がなされる。チャージアンプ装置４００や粘弾性測定装置５００は、回転振動式粘弾性測定を行う場合と共通して用いることができる。なお、回転振動式粘弾性測定の場合と同様に、応力センサの構成は上述した応力センサ６０に限られず、図６に示すように、ピエゾ素子２を、直線振動式粘弾性測定を行う場合の応力センサ６５として用いることができる。
【００４７】
ここで、図１７および図１８は、本実施の形態における振動生成装置１００の全体構成の一例を示す正面斜視図および背面斜視図である。ここで、本全体構成内部には、電圧印加装置２００やチャージアンプ装置４００を備えていてもよい。
【００４８】
図１７および図１８に示すように、振動生成装置１００は、アクチュエータカバー固定ネジ１０１を緩めることにより、アクチュエータカバー１０２を開くことができ、上述した回転動作型ユニット１１０と直線動作型ユニット１２０とを取り替えることができるよう構成されている。また、ステージ１０３上に対象物を載せ、試料押さえ１０４で固定し、対象物とプランジャー１０５を接触できるよう構成されている。また、図示のＵＳＢコネクター１０６は、粘弾性測定装置５００に接続するために用いられる。ここで、図１９は、振動生成装置１００のアクチュエータ昇降ノブ７０とポジションセンサ８０と移動機構９０との構成の一例を示す図である。
【００４９】
図１９に示すように、アクチュエータ昇降ノブ７０を回転させることにより、回転動作型ユニット１１０または直線動作型ユニット１２０が対象物（試料）に接する部材であるプランジャー１０５を、設置した対象物に対して適切な位置に上下移動させることができるように、移動機構９０として構成内部にラック・アンド・ピニオン構造を備えている。また、移動機構９０による移動量は、角度センサ等により構成されるポジションセンサ８０により測定することができる。
【００５０】
再び図４の説明に戻って、電圧印加装置２００は、粘弾性測定装置５００およびアクチュエータ１０に接続され、粘弾性測定装置５００の制御に応じてアクチュエータ１０に電圧を印加する電圧印加手段である。
【００５１】
また、チャージアンプ装置４００は、ピエゾ素子から生じた電荷を増幅させる電荷増幅手段である。すなわち、チャージアンプ装置４００は、振動生成装置１００に回転動作型ユニット１１０が取付けられている場合、トルクメータ５０内のピエゾ素子５３に生じた圧電電荷を増幅させ、直線動作型ユニット１２０が取付けられている場合は、応力センサ６０内のピエゾ素子６３に生じた圧電電荷を増幅させ、増幅した電荷信号を粘弾性測定装置５００に送信する。また、これに限らず、チャージアンプ装置４００は、ピエゾ素子２の両端に発生した圧電電荷を増幅し、増幅した電荷信号を粘弾性測定装置５００に送信してもよい（特開２００８−２９１１１号公報参照）。また、チャージアンプ装置４００は、粘弾性測定装置５００においてヒステリシス特性やクリープ特性を軽減または補正するために変位量を測定する場合、ピエゾ素子１（アクチュエータ１０）の両端に発生した誘導電荷を増幅して、弾性測定装置５００に送信してもよい（同公報参照）。
【００５２】
次に、振動生成装置１００に接続される粘弾性測定装置５００についての概要を説明する。まず、本粘弾性測定システムを用いた粘弾性測定の基本原理について説明する。
【００５３】
粘弾性材料の品質評価に適した動的粘弾性測定の原理について説明する。動的粘弾性測定では、正弦波形の歪みを材料に与えながらロードセルなどで材料からの応力を検出し、歪みの波形と応力の波形から動的粘弾性の指標である貯蔵弾性率や損失弾性率等を測定する。これにより、材料の特性に関する高度な品質管理に必要な各種情報を得ることができる。具体的には、材料の粘性や弾性や構造特性など物性に関する広範な特性の情報を得ることができ、得られた情報から時間変化（経時変化）特性や温度変化特性（温度分散や歪み分散、周波数分散など）などの高度な解析を行うことができる。動的粘弾性測定は、微小変形で測定するので、非破壊的な測定であり、固形材料、液状材料ともに測定対象とできる。
【００５４】
図２０は、本実施の形態における粘弾性測定装置５００の論理構成の一例を示すブロック図である。なお、本実施の形態における粘弾性測定装置５００の構成および処理の説明においては、回転振動式粘弾性測定を行う場合について説明するが、粘弾性測定装置５００の実施の形態はこれに限られず、特開２００８−２９１１１号公報に記載された論理構成および処理方法を適用することにより、回転振動式粘弾性測定と直線振動式粘弾性測定との両機能を併せ持つ粘弾性測定装置として構成することができる。
【００５５】
図２０に示すように、粘弾性測定装置５００は、概略的に、粘弾性測定装置５００の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部５０２、入力手段や出力手段に接続される入出力インターフェース部５０８、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部５０６を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。
【００５６】
ここで、記憶部５０６に格納される各種のデータベースやテーブル（関係関数ファイル５０６ａ、動作関数ファイル５０６ｂ等）は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースを格納する。
【００５７】
これら記憶部５０６の各構成要素のうち、関係関数ファイル５０６ａは、アクチュエータ１０の直線動作の変位量ｘと回転動作変換機構３０により変換される回転軸３２の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）を記憶する関係関数記憶手段である。
【００５８】
また、動作関数ファイル５０６ｂは、関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて算出された、所望の正弦波ｓｉｎωｔの回転振動を発生させるためのアクチュエータ１０の動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を記憶する動作関数記憶手段である。
【００５９】
また、図２０において、入出力インターフェース部５０８は、入力手段や出力手段の制御を行う。ここで、出力手段としては、モニタ（家庭用テレビを含む）の他、スピーカを用いることができる。また、入力手段としては、キーボード、マウス、およびマイク等を用いることができる。
【００６０】
また、図２０において、制御部５０２は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部５０２は、機能概念的に、動作関数算出部５０２ａ、アクチュエータ制御部５０２ｂ、動的粘弾性値計算部５０２ｃ、厚み測定部５０２ｄを備えて構成されている。
【００６１】
このうち、動作関数算出部５０２ａは、アクチュエータ１０の直線動作の変位量ｘと回転動作変換機構３０により変換される回転軸３２の回転角θとの関係を数式化した関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの回転振動を発生させるためのアクチュエータの動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出する動作関数算出手段である。
【００６２】
また、アクチュエータ制御部５０２ｂは、動作関数算出部５０２ａによって算出された動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、アクチュエータ１０を駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御手段である。
【００６３】
また、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、アクチュエータ制御部５０２ｂの制御により発生させた正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、トルクメータ５０またはトルクメータ５６（ピエゾ素子２）により測定されたトルクの波形を読取ることにより、対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算手段である。動的粘弾性値計算部５０２ｃは、発生させた正弦波ｓｉｎωｔと同位相である、トルクメータ５０またはトルクメータ５６（ピエゾ素子２）によって測定されたトルク波形の成分を、弾性応答として取得し、発生させた正弦波ｓｉｎωｔの位相からπ／２進んだ位相であるトルク波形の成分を、粘性応答として取得することにより弾性係数や粘性係数等の動的粘弾性値を計算する。ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、厚み測定部５０２ｄにより測定された厚みを考慮して、動的粘弾性値の計算を行ってもよい。
【００６４】
厚み測定部５０２ｄは、ポジションセンサ８０を用いて、対象物を設置した位置と設置しない位置との移動量を計測することにより対象物の厚みを測定する厚み測定手段である。例えば、厚み測定部５０２ｄは、ポジションセンサ８０を介して、プランジャー１０５がステージ１０３に接する位置から対象物に接する位置までの移動量を計測することにより対象物の厚みを測定する。
【００６５】
以上で、本粘弾性測定システム構成の説明を終える。
【００６６】
［粘弾性測定システムの処理］
次に、このように構成された本実施の形態における粘弾性測定システムの処理の一例について、以下に図２１〜図２５を参照して詳細に説明する。
【００６７】
［基本処理］
まず、本粘弾性測定システムにおける本粘弾性測定装置５００の基本処理について説明する。図２１は、本粘弾性測定装置５００の基本処理の一例を示すフローチャートである。
【００６８】
図２１に示すように、まず、粘弾性測定装置５００は、動作関数算出部５０２ａの処理により、アクチュエータ１０の直線動作の変位量ｘと回転動作変換機構３０により変換される回転軸３２の回転角θとの関係を数式化し、数式化した関係関数θ＝ｆ（ｘ）を関係関数ファイル５０６ａに格納する（ステップＳＡ−１）。
【００６９】
そして、粘弾性測定装置５００は、動作関数算出部５０２ａの処理により、関係関数ファイル５０６ａに記憶した関係関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）を求め、逆関数ｘ＝ｇ（θ）から、所望の正弦波ｓｉｎωｔの回転振動を発生させるためのアクチュエータ１０の動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出して動作関数ファイル５０６ｂに格納する（ステップＳＡ−２）。
【００７０】
そして、粘弾性測定装置５００は、アクチュエータ制御部５０２ｂの処理により、動作関数ファイル５０６ｂに記憶された動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて、電圧印加装置２００がアクチュエータ１０に電圧を印加するよう、電圧印加装置２００に駆動信号を送信する（ステップＳＡ−３）。ここで、粘弾性測定装置５００は、厚み測定部５０２ｄの処理により、対象物をステージ１０３に設置する際に、ポジションセンサ８０により対象物の厚みを測定してもよい。
【００７１】
そして、粘弾性測定装置５００は、動的粘弾性値計算部５０２ｃの処理により、アクチュエータ制御部５０２ｂの制御により発生させた正弦波ｓｉｎωｔに対応付けて、トルクメータ５０またはトルクメータ５６（ピエゾ素子２）により検出されたトルク波形を測定する（ステップＳＡ−４）。
【００７２】
そして、粘弾性測定装置５００は、動的粘弾性値計算部５０２ｃの処理により、測定したトルク波形から、正弦波ｓｉｎωｔと同位相の弾性成分と、正弦波ｓｉｎωｔとπ／２位相進んだ粘性成分とに分離して、弾性係数と粘性係数等の動的粘弾性値を計算する（ステップＳＡ−５）。ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、厚み測定部５０２ｄにより測定された対象物の厚みを考慮して動的粘弾性値を計算してもよい。
【００７３】
以上が、本粘弾性測定装置５００の基本処理の一例である。ここで、図２２は、算出された応力（トルク）から、弾性応力成分と粘性応力成分とに分離する原理を示す原理図である。図２２に示すように、弾性応答は、入力された変位と同位相であるが、粘性応答は、変位とπ／２位相のずれが生じる。すなわち、弾性は変位の大きさに比例して、変位量が最大となるとき弾性応答が最大となるが（フックの法則）、粘性は変位の速さに比例して、変位速度が最大となるときに（＋π／２）弾性応答が最大となる（ニュートンの法則）。そのため、粘弾性物質では、観測される応力波形はこれらを複合した波形となり、その位相は粘性応答と弾性応答の比によって変わることになる。すなわち、動的粘弾性測定では、物質に正弦波形の振動を加えたとき弾性成分と粘性成分の応答に位相差が生ずることを利用して粘性と弾性を別に評価することができる。なお、粘性係数や弾性係数等の動的粘弾性値を計算する場合には、ＭａｘｗｅｌｌモデルやＶｏｉｇｔモデル等の粘弾性力学モデルを用いて計算してもよい。
【００７４】
［動作関数算出処理］
次に、動作関数算出処理の詳細について図２３および図２４を参照して説明する。図２３は、駆動信号ｘと回転角θとの関係を示すグラフ図である。また、図２４は、本粘弾性測定装置５００における動作関数処理の一例を示すフローチャートである。なお、本実施の形態においては、駆動信号ｘと回転角θとの非線形性を修正するが、これに限られず、例えば、アクチュエータ１０として機能するピエゾ素子１に生じた誘導電荷を検出して変位量ｘを計測し、当該変位量ｘと回転角θとの非線形性を修正してもよい。
【００７５】
図２３に示すように、線形粘弾性挙動を仮定すると、加えた正弦波変位に対して、結果として生じるトルクは、同じく正弦波となる。しかしながら、印加する電圧を制御する駆動信号ｘを正弦波形で与えても、実際に生じるトルクは正弦波とならない場合がある。すなわち、電圧印加装置２００がアクチュエータ１０に電圧を印加するよう制御する駆動信号ｘと、駆動信号ｘの制御によるアクチュエータ１０の直動変位から変換された回転動作の回転角θとの間には、非線形性が存在する場合がある。そのため、振動生成装置１００に適切な正弦波の回転振動を発生させるためには、非線形性を修正する必要がある。
【００７６】
図２４に示すように、粘弾性測定装置５００において、まず、動作関数算出部５０２ａは、ｘ＝ｓｉｎωｔに基づいて、正弦波ｓｉｎωｔに応じた駆動信号ｘを電圧印加装置２００に出力し、発生したトルクをトルクメータ５０またはトルクメータ５６（ピエゾ素子２）を介して測定し、トルク波形の解析を行う（ステップＳＢ−１）。
【００７７】
そして、動作関数算出部５０２ａは、出力した駆動信号ｘの正弦波形と測定したトルク波形に基づいて、駆動信号ｘと回転動作の回転角θとの関係を関数化して関係関数θ＝ｆ（ｘ）を求め、関係関数ファイル５０６ａに格納する（ステップＳＢ−２）。
【００７８】
そして、動作関数算出部５０２ａは、関係関数ファイル５０６ａに格納した関係関数θ＝ｆ（ｘ）の逆関数ｘ＝ｇ（θ）を求める（ステップＳＢ−３）。
【００７９】
そして、動作関数算出部５０２ａは、逆関数ｘ＝ｇ（θ）に基づいて、所望の正弦波ｓｉｎωｔの回転振動を発生させるためのアクチュエータ１０の動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）を算出して動作関数ファイル５０６ｂに格納する（ステップＳＢ−４）。すなわち、動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）は、非線形性が修正された正弦波出力駆動信号ｘを与える関数である。
【００８０】
以上が、動作関数算出処理の一例である。以降の処理においては、アクチュエータ制御部５０２ｂが、この動作関数ファイル５０６ｂに記憶された動作関数ｘ＝ｇ（ｓｉｎωｔ）に基づいて駆動信号ｘを出力し、動的粘弾性値計算部５０２ｃが、発生させた正弦波ｓｉｎωｔに対応付けてトルク波形を読取り、対象物の動的粘弾性値を計算することにより、動的粘弾性測定が実行される（ステップＳＢ−５）。これにて、動作関数算出処理の説明を終える。
【００８１】
［動的粘弾性の測定モード］
本実施の形態における粘弾性測定システムによれば、対象物に対して直線振動を与えた場合に応力を測定することによる直線振動式粘弾性測定と、対象物に対して回転振動を与えた場合にトルクを測定することによる回転振動式粘弾性測定と、を実行することができる。ここで、図２５は、本粘弾性測定システムにより測定可能な対象物（液体、固体）と、直線振動式粘弾性測定または回転振動式粘弾性測定の各種測定方式を示す図である。
【００８２】
図２５に示すように、本粘弾性システムによれば、対象物と接するプランジャー１０５の形状を適宜変更することにより、直線振動式粘弾性測定においては、剪断（液体、固体）、圧縮（固体）、引張り（固体）、曲げ（固体）の各種試験を行うことができ、直線振動式粘弾性測定においては、剪断（液体）、捻り（固体）の各種試験を行うことができる。
【００８３】
特に、液体の対象物に対しては、平行円板式、コーンプレート式、および、二重円筒式（共軸円筒式）による回転振動式粘弾性測定を行うことができる。
【００８４】
平行円板式による回転振動式粘弾性測定を行う場合、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、剪断貯蔵弾性率Ｇ’及び剪断損失弾性率Ｇ”を以下の式（１）によって求める（ＪＩＳ規格  Ｋ７２４４−１０：２００５（ＩＳＯ規格  ６７２１−１０：１９９９）８．２「複素せん断弾性率及び複素せん断粘度の計算」の項参照）。
Ｇ’＝３２ｄＴ０・ｃｏｓδ／（θ０πＤ４）
Ｇ”＝３２ｄＴ０・ｓｉｎδ／（θ０πＤ４）      ・・・式（１）
（ここで、ｄは円板間距離（ｍ）、Ｔ０はトルクの振幅、δは位相差（ｒａｄ）、θ０は角度変位の振幅、Ｄは円板の直径である。）
【００８５】
ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、測定モードおよび試料形状に基づく定数
である形状係数ｂを用いて、Ｇ’およびＧ”を以下の式（２）に基づいて算出してもよい。
Ｇ’＝（ｆ／（ｂｘ））・ｃｏｓδ
Ｇ”＝（ｆ／（ｂｘ））・ｓｉｎδ      ・・・式（２）
（ここで、ｆは応力振幅であり、ｘは変位振幅である。）
なお、回転振幅時にはＴ０＝ｆ、θ０＝ｘとなり、平行円板式の場合、ｂ＝πＤ４／３２ｄである。
【００８６】
また、コーンプレート式による回転振動式粘弾性測定を行う場合、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、Ｇ’およびＧ”を以下の式（３）によって求める。
Ｇ’＝３αＴ０・ｃｏｓδ／（２θ０πＲ３）
Ｇ”＝３αＴ０・ｓｉｎδ／（２θ０πＲ３）      ・・・式（３）
（ここで、Ｒは半径、αは円錐と平板間の角度、Ｔ０はトルクの振幅、θ０は角度変位の振幅である。）
【００８７】
ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、コーンプレート式の場合、以下の形状係数ｂを用いて、上述した式（２）に基づいて、Ｇ’およびＧ”を求めてもよい。
ｂ＝２πＲ３／３α［ｃｍ３］
この場合、最大ずれ応力Ｓ＝３Ｔ０／（２πＲ３）であり、最大ずれ歪みγ＝θ０／αの関係にある。
【００８８】
また、二重円筒式（共軸円筒式）による回転振動式粘弾性測定を行う場合、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、Ｇ’およびＧ”を以下の式（３）によって求める。
Ｇ’＝（１／Ｒ１２−１／Ｒ２２）Ｔ０・ｃｏｓδ／（４θ０πＬ）
Ｇ”＝（１／Ｒ１２−１／Ｒ２２）Ｔ０・ｓｉｎδ／（４θ０πＬ）
・・・式（４）
（ここで、Ｌは長さ、Ｒ１およびＲ２は二重円筒のそれぞれの半径、Ｔ０はトルクの振幅、θ０は角度変位の振幅である。）
【００８９】
ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、二重円筒式（共軸円筒式）による場合、以下の形状係数ｂを用いて、上述した式（２）に基づいて、Ｇ’およびＧ”を求めてもよい。
ｂ＝４πＬ／（１／Ｒ１２−１／Ｒ２２）［ｃｍ３］
この場合、最大ずれ応力Ｓ＝Ｔ０／（２πＬＲ１２）であり、最大ずれ歪みγ＝２Ｒ２２θ０／（１／Ｒ２２−１／Ｒ１２）の関係にある。
【００９０】
また、固体の対象物（円柱状試料、短冊状試料）に対しては、以下に示すように、回転振動式粘弾性測定を行うことができる。
【００９１】
すなわち、円柱状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、Ｇ’およびＧ”を以下の式（５）によって求める（ＪＩＳ規格  Ｋ７２４４−７参照）。
Ｇ’＝２ＬＴ０・ｃｏｓδ／（θ０πＲ４）
Ｇ”＝２ＬＴ０・ｓｉｎδ／（θ０πＲ４）      ・・・（５）
（ここで、Ｒは円柱状試料の半径、Ｌはクランプ間距離である。）
【００９２】
ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、円柱状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、以下の形状係数ｂを用いて、上述した式（２）に基づいて、Ｇ’およびＧ”を求めてもよい。
ｂ＝πＲ４／２Ｌ
【００９３】
また、短冊状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、Ｇ’およびＧ”を以下の式（６）、（７）によって求める（ＪＩＳ規格  Ｋ７２４４−７参照）。
（ｉ）０＜ｄ／ｗ＜０．６の場合、
Ｇ’＝３ＬＴ０・ｃｏｓδ／（θ０ｗｄ３（１−０．６３ｄ／ｗ））
Ｇ”＝３ＬＴ０・ｓｉｎδ／（θ０ｗｄ３（１−０．６３ｄ／ｗ））
・・・式（６）
（ｉｉ）０．６≦ｄ／ｗ≦１の場合、
Ｇ’＝３Ｌ（１＋ｄ２／ｗ２）Ｔ０・ｃｏｓδ／（０．８４３θ０ｗｄ３）
Ｇ”＝３Ｌ（１＋ｄ２／ｗ２）Ｔ０・ｓｉｎδ／（０．８４３θ０ｗｄ３）
・・・式（７）
（ここで、ｗは短冊状試料の幅、ｄは短冊状試料の厚さ、Ｌはクランプ間距離である。）
【００９４】
ここで、動的粘弾性値計算部５０２ｃは、短冊状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、以下の形状係数ｂを用いて、上述した式（２）に基づいて、Ｇ’およびＧ”を求めてもよい。
（ｉ）０＜ｄ／ｗ＜０．６の場合、
ｂ＝ｗｄ３（１−０．６３ｄ／ｗ）／３Ｌ
（ｉｉ）０．６≦ｄ／ｗ≦１の場合、
ｂ＝０．８４３ｗｄ３／（３Ｌ（１＋ｄ２／ｗ２））
【００９５】
以上で、本実施の形態における本粘弾性測定システムの説明を終える。
【００９６】
［他の実施の形態］
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
【００９７】
特に、上述した実施の形態以外にも、特開２００８−２９１１１号公報に記載された構成や処理方法を適宜適用することにより回転振動式粘弾性測定や直線振動式粘弾性測定を行うよう構成してもよい。
【００９８】
また、粘弾性測定装置５００がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、粘弾性測定装置５００とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。
【００９９】
また、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。
【０１００】
このほか、上記文献中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【０１０１】
また、粘弾性測定装置５００に関して、図示の各構成要素は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。
【０１０２】
例えば、粘弾性測定装置５００の各装置が備える処理機能、特に制御部５０２にて行われる各処理機能については、その全部または任意の一部を、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）および当該ＣＰＵにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。尚、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて粘弾性測定装置５００に機械的に読み取られる。すなわち、ＲＯＭまたはＨＤなどの記憶部５０６などは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）として協働してＣＰＵに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、ＲＡＭにロードされることによって実行され、ＣＰＵと協働して制御装置を構成する。
【０１０３】
また、このコンピュータプログラムは、粘弾性測定装置５００に対して任意のネットワークを介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記憶されていてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。
【０１０４】
また、本発明に係るプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の任意の「可搬用の物理媒体」、あるいは、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。
【０１０５】
また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。
【０１０６】
記憶部５０６に格納される各種のデータベース等（関係関数ファイル５０６ａ、動作関数ファイル５０６ｂなど）は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段である。
【０１０７】
また、粘弾性測定装置５００は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア（プログラム、データ等を含む）を実装することにより実現してもよい。
【０１０８】
更に、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上詳述に説明したように、本発明によれば、装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することができ、化成品・生活用品や農産物・加工食品などの力学特性や加工性評価を行うことが要求される産業分野において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施の形態における振動生成装置の構成の一例を示す正面図である。
【図２】振動生成装置の回転動作変換機構における断面図である。
【図３】直線動作変換機構４０が取付けられた振動生成装置の一例を示す正面図である。
【図４】本発明が適用される本粘弾性測定システム構成の一例を示す構成図である。
【図５】回転振動式粘弾性測定用の回転動作型ユニットの一例を示す図である。
【図６】直線振動式粘弾性測定用の直線動作型ユニットの一例を示す図である。
【図７】本実施の形態におけるトルクメータ５０の斜視図である。
【図８】本実施の形態におけるトルクメータ５０の正面図である。
【図９】本実施の形態におけるトルクメータ５０の側面図である。
【図１０】本実施の形態におけるトルクメータ５０の水平断面図である。
【図１１】本実施の形態におけるトルクメータ５０の垂直断面図である。
【図１２】応力センサ６０の斜視図である。
【図１３】応力センサ６０の正面図である。
【図１４】応力センサ６０の側面図である。
【図１５】応力センサ６０の中心部拡大図である。
【図１６】応力センサ６０の水平断面図である。
【図１７】本実施の形態における振動生成装置１００の全体構成の一例を示す正面斜視図である。
【図１８】本実施の形態における振動生成装置１００の全体構成の一例を示す背面斜視図である。
【図１９】振動生成装置１００のアクチュエータ昇降ノブ７０とポジションセンサ８０と移動機構９０との構成の一例を示す図である。
【図２０】本実施の形態における粘弾性測定装置５００の論理構成の一例を示すブロック図である。
【図２１】本粘弾性測定装置５００の基本処理の一例を示すフローチャートである。
【図２２】算出された応力（トルク）から、弾性応力成分と粘性応力成分とに分離する原理を示す原理図である。
【図２３】駆動信号ｘと回転角θとの関係を示すグラフ図である。
【図２４】本粘弾性測定装置５００における動作関数処理の一例を示すフローチャートである。
【図２５】本粘弾性測定システムにより測定可能な対象物（液体、固体）と、直線振動式粘弾性測定または回転振動式粘弾性測定の各種測定方式を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１  ピエゾ素子（アクチュエータ）
２  ピエゾ素子（センサ）
５  対象物
１０  アクチュエータ
２０  変位拡大機構
３０  回転動作変換機構
３１  中間アーム
３２  回転軸
４０  直線動作変換機構
４１  中間アーム
４２  振動伝達軸
５０  トルクメータ
５１，５２  ロータリーシャフト
５３  ピエゾ素子
５４  ケーブル
５５  センサーホルダー
５６  トルクメータ
６０  応力センサ
６１  センサーホルダー
６２  プッシャー
６３  ピエゾ素子
６４  ケーブル
６５  応力センサ
７０  アクチュエータ昇降ノブ
８０  ポジションセンサ
９０  移動機構
１００  振動生成装置
１０１  アクチュエータカバー固定ネジ
１０２  アクチュエータカバー
１０３  ステージ
１０４  試料押さえ
１０５  プランジャー
１０６  ＵＳＢコネクター
１１０  回転動作型ユニット
１２０  直線動作型ユニット
２００  電圧印加装置
４００  チャージアンプ装置
５００  粘弾性測定装置
５０２  制御部
５０２ａ  動作関数算出部
５０２ｂ  アクチュエータ制御部
５０２ｃ  動的粘弾性値計算部
５０２ｄ  厚み測定部
５０６  記憶部
５０６ａ  関係関数ファイル
５０６ｂ  動作関数ファイル
５０８  入出力インターフェース部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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