(57)【要約】【課題】空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率を精度よく測定することができるヤング率測定方法およびヤング率測定装置を提供することである。【解決手段】実施形態のヤング率測定方法は、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率を算出する。空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率の算出では、空気中常湿固有振動数の測定結果と、真空中乾燥固有振動数の測定結果と、空気中乾燥固有振動数の測定結果と、を用いる。空気中常湿固有振動数の測定結果は、空気中かつ常湿状態における測定対象物の固有振動数の測定結果である。真空中乾燥固有振動数の測定結果は、真空中かつ乾燥状態における測定対象物の固有振動数の測定結果である。空気中乾燥固有振動数の測定結果は、空気中かつ乾燥状態における測定対象物の固有振動数の測定結果である。【選択図】図２
2015206661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物のヤング率測定方法であって、
空気中かつ常湿状態における前記測定対象物の空気中常湿固有振動数の測定結果と、真空中かつ乾燥状態における前記測定対象物の真空中乾燥固有振動数の測定結果と、空気中かつ乾燥状態における前記測定対象物の空気中乾燥固有振動数の測定結果と、を用いて、空気中かつ常湿状態における水分を含有した前記測定対象物のヤング率を算出する、
ヤング率測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載のヤング率測定方法であって、
前記測定対象物と空気とを封入した測定容器内において、前記空気中常湿固有振動数を測定する工程と、
前記測定容器内を真空状態として、前記真空中乾燥固有振動数を測定する工程と、
前記測定容器内に空気を導入して、前記空気中乾燥固有振動数を測定する工程と、を含む、
ヤング率測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載のヤング率測定方法であって、
空気中かつ常湿状態における水分を含有した前記測定対象物のヤング率は、
前記空気中常湿固有振動数の測定結果と、
前記空気中常湿固有振動数を測定する工程において、前記測定対象物に作用する空気抵抗に対応した流体付加質量と、
を要素に含むヤング率演算式により表され、
前記流体付加質量は、
前記真空中乾燥固有振動数の測定結果と、
前記空気中乾燥固有振動数の測定結果と、
乾燥状態における前記測定対象物の単位長さ当たりの質量と、
を要素に含む流体付加質量演算式により表され、
前記ヤング率演算式における前記流体付加質量に、前記流体付加質量演算式を代入することにより、空気中かつ常湿状態における水分を含有した前記測定対象物のヤング率を算出する、ヤング率測定方法。
【請求項４】
内部を密封可能な測定容器と、
前記測定容器内を真空引きする真空ポンプと、
前記測定容器内に空気を導入する空気導入手段と、
前記測定容器の内部で測定対象物を固定する固定部材と、
前記測定対象物を振動させる振動付与手段と、
空気中かつ常湿状態の条件下と、真空中かつ乾燥状態の条件下と、空気中かつ乾燥状態の条件下と、の各条件下において、前記振動付与手段により前記測定対象物を振動させたときの前記測定対象物の固有振動数をそれぞれ測定する測定手段と、
前記測定手段により前記各条件下で測定された複数の測定結果から、前記測定対象物のヤング率を算出する算出部と、を備える、
ヤング率測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載のヤング率測定装置であって、
前記振動付与手段は、
前記測定容器の内部に設けられ、回転することにより前記測定対象物を打撃する打撃部と、
前記測定容器の外部に設けられ、前記打撃部を回転させる駆動部と、
を備え、
前記打撃部と前記駆動部とは、磁気カップリングにより磁気的に連結されている、
ヤング率測定装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載のヤング率測定装置であって、
前記測定手段は、前記測定容器の外部に設けられたレーザ変位計であり、
前記測定容器は、少なくとも一部が光透過性を有する材料により形成されて、前記レーザ変位計から照射されるレーザ光が透過可能となっている、
ヤング率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ヤング率測定方法およびヤング率測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙葉類等の搬送解析を行う際に、紙葉類のヤング率が必要となる。従来、紙葉類等の測定対象物を振動させ、測定対象物の固有振動数の測定結果からヤング率を測定する、いわゆる共振法と呼ばれるヤング率測定方法が知られている。
ところで、共振法では、測定対象物の振動時における空気抵抗の影響を排除するため、真空状態の測定容器内に測定対象物を封入して測定対象物の固有振動数の測定を行うことがある。しかしながら、真空中にあっては、測定対象物の水分含有量が低下して密度が変化するため、真空中で測定されたヤング率と、実使用状態である空気中かつ常湿状態におけるヤング率とが異なる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９６１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率を精度よく測定することができるヤング率測定方法およびヤング率測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のヤング率測定方法は、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率を算出する。空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率の算出では、空気中常湿固有振動数の測定結果と、真空中乾燥固有振動数の測定結果と、空気中乾燥固有振動数の測定結果と、を用いる。空気中常湿固有振動数の測定結果は、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物の固有振動数の測定結果である。真空中乾燥固有振動数の測定結果は、真空中かつ乾燥状態における測定対象物の固有振動数の測定結果である。空気中乾燥固有振動数の測定結果は、空気中かつ乾燥状態における測定対象物の固有振動数の測定結果である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態のヤング率測定装置を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態のヤング率測定方法を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態における測定対象物の振動波形の概略図である。
【図４】図３に示す測定対象物の振動波形をフーリエ変換したときの振動スペクトルの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（第１の実施形態）
以下、実施形態のヤング率測定装置およびヤング率測定方法を、図面を参照して説明する。以下では、ヤング率測定装置について説明をした後、ヤング率測定方法について説明する。
図１は、第１の実施形態のヤング率測定装置１を示す斜視図である。なお、以下の説明において、上下方向は、重力上下方向と一致している。
図１に示すように、ヤング率測定装置１は、測定対象物Ｐである例えば紙幣等の紙葉類のヤング率を測定するための装置である。
ヤング率測定装置１は、測定容器２と、真空ポンプ３と、空気導入バルブユニット４（請求項の「空気導入手段」に相当。）と、固定部材５と、振動付与ユニット６（請求項の「振動付与手段」に相当。）と、変位計７（請求項の「測定手段」に相当。）と、算出部８と、を備えている。
【０００８】
測定容器２は、いわゆる真空デシケータであり、例えばアクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂材料によりボックス状に形成されている。測定容器２の一側壁は、開閉可能な扉部２１となっている。扉部２１を閉じることにより、測定容器２の内部を密封可能となっている。
測定容器２の上壁２ａには、圧力計２２が取り付けられている。圧力計２２は、測定容器２の内部の圧力を測定し、作業者に対して表示する。
【０００９】
真空ポンプ３は、密封された測定容器２の内部から空気を吸引して、測定容器２内を真空引きするためのものである。真空ポンプ３は、例えばターボモレキュラポンプが好適である。真空ポンプ３は、閉じた状態の扉部２１と直交するように設けられた第１側壁２ｂの側方に配置されている。
【００１０】
真空ポンプ３は、吸引側バルブユニット３１を介して、測定容器２の内部と連通している。吸引側バルブユニット３１は、吸引側パイプ３２と、吸引側バルブ３３と、を備えている。吸引側パイプ３２は、測定容器２の第１側壁２ｂに取り付けられており、真空ポンプ３と測定容器２内とを連通する。吸引側バルブ３３は、吸引側パイプ３２内の連通路を開閉する。吸引側バルブ３３は、例えば手動により開閉操作される。
【００１１】
空気導入バルブユニット４は、真空状態となった測定容器２内に空気を導入する。空気導入バルブユニット４は、空気導入パイプ４２と、空気導入バルブ４３と、を備えている。空気導入パイプ４２は、測定容器２の第１側壁２ｂに取り付けられており、測定容器２の内外を連通する。空気導入バルブ４３は、空気導入パイプ４２内の連通路を開閉する。空気導入バルブ４３は、例えば手動により開閉操作される。
【００１２】
固定部材５は、棒状の部材である。固定部材５は、第１側壁２ｂと、第１側壁２ｂと対向する第２側壁２ｃとの間に渡し掛けられている。固定部材５は、測定対象物Ｐの縁部を挟持することにより、測定容器２内において測定対象物Ｐを垂下した状態で固定する。
【００１３】
振動付与ユニット６は、測定対象物Ｐを振動させる。振動付与ユニット６は、打撃部６１と、駆動部６６と、を備えている。
打撃部６１は、測定容器２の内部に設けられている。打撃部６１は、シャフト部６２と、第１カップリング部６３と、打撃板６４と、を備えている。
シャフト部６２は、棒状の部材である。シャフト部６２は、固定部材５よりも下方において、固定部材５と平行になるように、第１側壁２ｂと第２側壁２ｃとの間に延在している。シャフト部６２の一端は、第１側壁２ｂに対して回転可能に支持されている。
【００１４】
シャフト部６２の他端には、第１カップリング部６３が設けられている。第１カップリング部６３は、円板状をしており、シャフト部６２と同軸となるように設けられている。第１カップリング部６３の端面は、磁極部６３ａとなっている。第１カップリング部６３の磁極部６３ａには、例えばＮ極とＳ極とが、第１カップリング部６３の周方向に等ピッチとなるように着磁されている。
【００１５】
打撃板６４は、平面視で長方形状をした板状の部材である。打撃板６４は、長辺の縁部がシャフト部６２に固定されており、シャフト部６２から張り出すように設けられている。打撃板６４の張り出し長さは、固定部材５に固定されて垂下された測定対象物Ｐと、シャフト部６２との離間距離よりも長くなっている。打撃板６４は、シャフト部６２を中心として回転し、測定対象物Ｐを打撃して振動させる。
【００１６】
駆動部６６は、測定容器２の外部であって、第２側壁２ｃの側方に設けられている。駆動部６６は、例えば回転軸６７を有する直流モータである。駆動部６６の回転軸６７は、打撃部６１のシャフト部６２と同軸に配置される。
回転軸６７の先端には、第２カップリング部６８が設けられている。第２カップリング部６８は、第２側壁２ｃを介して第１カップリング部６３と対向するように配置されている。第２カップリング部６８の端面は、磁極部６８ａとなっている。第２カップリング部６８の磁極部６８ａには、第１カップリング部６３の磁極部６３ａと同様に、Ｎ極とＳ極とが、第２カップリング部６８の周方向に等ピッチとなるように着磁されている。
【００１７】
打撃部６１の第１カップリング部６３と、駆動部６６の第２カップリング部６８とは、測定容器２の第２側壁２ｃを間に挟んだ状態で互いに吸引し合うことにより、相対回転可能となっている。すなわち、打撃部６１と駆動部６６とは、第１カップリング部６３と第２カップリング部６８とにより構成された磁気カップリング７０により、互いに磁気的に連結されている。駆動部６６が駆動されると、磁気カップリング７０により連結された打撃部６１は、シャフト部６２を中心として回転する。打撃部６１の打撃板６４は、測定対象物Ｐを打撃する。
【００１８】
変位計７は、振動付与ユニット６により測定対象物Ｐを振動させたときの測定対象物Ｐの固有振動数を測定可能な、非接触式のレーザ変位計７ａである。
変位計７は、測定容器２の外部であって、閉じた状態の扉部２１と対向するように設けられた第３側壁２ｄの後方に設置されている。変位計７から出射されたレーザ光は、光透過性を有する第３側壁２ｄを透過して、測定対象物Ｐに照射される。
【００１９】
算出部８は、種々の条件下で変位計７により測定された測定対象物Ｐの固有振動数の測定結果から、測定対象物Ｐのヤング率を算出する。算出部８は、測定容器２の外部に設けられた例えばパーソナルコンピュータ等の電子計算機である。算出部８は、変位計７と例えばケーブル等を介して接続されており、変位計７から送信される測定結果のデータを受信する。
【００２０】
続いて、上述のヤング率測定装置１を用いた測定対象物Ｐのヤング率測定方法について説明する。
図２は、第１の実施形態のヤング率測定方法を示すフローチャートである。
図３は、横軸を時間とし、縦軸を振幅としたときの測定対象物Ｐの振動波形の概略図である。
図２に示すように、ヤング率測定方法は、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１と、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３と、空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５と、ヤング率算出工程Ｓ１７と、を含む。
【００２１】
ヤング率測定方法では、初めに、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１を行う。空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１は、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐの１次の固有振動数（以下、「空気中常湿固有振動数ｆａｗ」という。）を求めるため、空気中かつ常湿状態における測定対象物Ｐの振動波形を測定する工程である。後述するように、空気中常湿固有振動数ｆａｗは、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐの振動波形の測定結果をフーリエ変換することにより求めることができる。
【００２２】
空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１では、まず、測定容器２内において固定部材５に測定対象物Ｐを保持させ、測定対象物Ｐを垂下した状態で固定する。次いで、測定容器２の扉部２１を閉じる。次いで、駆動部６６を駆動して打撃部６１を回転させ、打撃板６４を測定対象物Ｐに衝突させることにより、測定対象物Ｐを振動させる。次いで、変位計７により測定対象物Ｐの変位を測定し、図３に示すような空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐの振動波形のグラフを得る。以上で、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１が終了する。
【００２３】
続いて、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３を行う。真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３は、真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの１次の固有振動数（以下、「真空中乾燥固有振動数ｆｖｄ」という。）を求めるため、真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの振動波形を測定する工程である。後述するように、真空中乾燥固有振動数ｆｖｄは、真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの振動波形の測定結果をフーリエ変換することにより求めることができる。
【００２４】
真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３では、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１の後、測定容器２の扉部２１を閉じたままの状態で、空気導入バルブユニット４の空気導入バルブ４３を閉じる。次いで、吸引側バルブユニット３１の吸引バルブを開ける。次いで、真空ポンプ３を駆動して、測定容器２内の真空引きを行う。測定容器２内が真空状態となったかどうかの判断は、圧力計２２に表示される数値によって判断する。次いで、駆動部６６を駆動して打撃部６１を回転させ、打撃板６４を測定対象物Ｐに衝突させることにより、測定対象物Ｐを振動させる。次いで、変位計７により測定対象物Ｐの変位を測定し、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１と同様に、真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの振動波形のグラフを得る。以上で、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３が終了する。
【００２５】
続いて、空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５を行う。空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５は、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの１次の固有振動数（以下、「空気中乾燥固有振動数ｆａｄ」という。）を求めるため、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの振動波形を測定する工程である。後述するように、空気中乾燥固有振動数ｆａｄは、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの振動波形の測定結果をフーリエ変換することにより求めることができる。
【００２６】
空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５では、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３の後、測定容器２の扉部２１を閉じたままの状態で、空気導入バルブユニット４の空気導入バルブ４３を開ける。このとき、測定容器２内には、空気導入バルブユニット４の空気導入パイプ４２を通じて、外気が導入される。測定容器２内に外気が導入されたかどうかの判断は、圧力計２２に表示される数値によって判断する。次いで、駆動部６６を駆動して打撃部６１を回転させ、打撃板６４を測定対象物Ｐに衝突させることにより、測定対象物Ｐを振動させる。次いで、変位計７により測定対象物Ｐの変位を測定し、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１および真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３と同様に、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐの振動波形のグラフを得る。以上で、空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５が終了する。
【００２７】
続いて、ヤング率算出工程Ｓ１７を行う。ヤング率算出工程Ｓ１７は、算出部８により、測定対象物Ｐの空気中常湿固有振動数ｆａｗの測定結果と、測定対象物Ｐの真空中乾燥固有振動数ｆｖｄの測定結果と、測定対象物Ｐの空気中乾燥固有振動数ｆａｄの測定結果と、を用いて、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗを算出する工程である。
【００２８】
図４は、図３に示す測定対象物Ｐの振動波形をフーリエ変換したときの振動スペクトルの概略図である。
ヤング率算出工程Ｓ１７では、まず、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３および空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５の各工程で測定された測定対象物Ｐの各振動波形の測定結果をフーリエ変換することにより、空気中常湿固有振動数ｆａｗ、真空中乾燥固有振動数ｆｖｄおよび空気中乾燥固有振動数ｆａｄの各固有振動数を求める。例えば、図３に示す空気中かつ常湿状態における測定対象物Ｐの振動波形のグラフをフーリエ変換することにより、図４に示すような振動スペクトル波形を得るとともに、空気中常湿固有振動数ｆａｗを求めることができる。
【００２９】
続いて、空気中常湿固有振動数ｆａｗ、真空中乾燥固有振動数ｆｖｄおよび空気中乾燥固有振動数ｆａｄの各固有振動数を用いて、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗを算出する。
ここで、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗの算出について、以下に詳述する。
図１に示すように、測定対象物Ｐは、縁部が固定部材５により挟持されて垂下した状態で固定されているため、片持ち梁とみなすことができる。一般に、片持ち梁の固有振動数ｆと片持ち梁のヤング率Ｅとの関係は、固有角振動数をωとし、梁の長さをＬとし、梁の断面積をＡとし、密度をρとし、断面２次モーメントをＩとし、係数をλとしたとき、次式で表される。
【００３０】
【数１】
2015206661.tif 000003
【００３１】
なお、（１）式において、梁の長さＬは、固定部材５から測定対象物Ｐの下端までの距離に相当する（図１参照）。また、梁の断面積Ａは、垂下された測定対象物Ｐの上下方向に直交する断面の面積に相当する。また、係数λは、振動モードが１次モードの場合、
１．８７５となっている。
【００３２】
また、常湿状態における測定対象物Ｐの単位長さあたりの質量をｍｓとする。また、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１において、測定対象物Ｐの振動時に作用する空気抵抗に対応した見かけ上の増加質量をｍａ（以下、「流体付加質量ｍａ」という。）とする。このとき、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗは、（１）式において、ρＡ＝ｍｓ＋ｍａと置換することにより、次式で表される。
【００３３】
【数２】
2015206661.tif 000004
【００３４】
すなわち、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗは、空気中常湿固有振動数ｆａｗと、流体付加質量ｍａとを要素に含む、（２）式（請求項の「ヤング率演算式」に相当。）で表される。
【００３５】
ところで、真空中に測定対象物Ｐを配置したとき、測定対象物Ｐから水分が抜けて乾燥状態となり、密度ρが変化する。したがって、真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅｖｄは、乾燥状態における測定対象物Ｐの単位長さあたりの質量をｍｓｄとし、（１）式において、ρＡ＝ｍｓｄと置換することにより、次式で表される。
【００３６】
【数３】
2015206661.tif 000005
【００３７】
また、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｄは、（１）式において、ρＡ＝ｍｓｄ＋ｍａと置換することにより、次式で表される。
【００３８】
【数４】
2015206661.tif 000006
【００３９】
真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅｖｄと、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｄとは、同一であるので、次式で表される。
【００４０】
【数５】
2015206661.tif 000007
【００４１】
すなわち、流体付加質量ｍａは、真空中乾燥固有振動数ｆｖｄと、空気中乾燥固有振動数ｆａｄと、乾燥状態における測定対象物Ｐの単位長さ当たりの質量ｍｓｄと、を要素に含む（５）式（請求項の「流体付加質量演算式」に相当。）で表される。
【００４２】
したがって、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率
Ｅａｗは、（２）式における流体付加質量ｍａに（５）式を代入し、（２）式における流体付加質量ｍａを消去することにより、次式で表される。
【００４３】
【数６】
2015206661.tif 000008
【００４４】
このように、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率
Ｅａｗは、測定対象物Ｐの空気中常湿固有振動数ｆａｗと、真空中乾燥固有振動数ｆｖｄと、空気中乾燥固有振動数ｆａｄと、を用いて算出することができる。
【００４５】
第１の実施形態によれば、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗの算出では、測定対象物Ｐの空気中常湿固有振動数ｆａｗの測定結果と、真空中乾燥固有振動数ｆｖｄの測定結果と、空気中乾燥固有振動数ｆａｄの測定結果と、を用いることにより、各状態における固有振動数の測定結果から流体付加質量ｍａを消去することができる。これにより、流体付加質量ｍａの影響を考慮することなく、実使用状態に相当する空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗを精度よく測定することができる。
【００４６】
また、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１の後に、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３を行うので、空気導入バルブ４３を閉じるとともに真空ポンプ３を駆動して測定容器２内を真空引きするだけで、空気中かつ常湿状態から、真空中かつ乾燥状態に切り替えることができる。さらに、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３の後に、空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５を行うので、空気導入バルブ４３を開けるだけで、真空中かつ乾燥状態から、空気中かつ乾燥状態に切り替えることができる。このように、ヤング率測定方法では、空気中常湿固有振動数測定工程Ｓ１１、真空中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１３、空気中乾燥固有振動数測定工程Ｓ１５の順に行うことにより、効率よく短時間で、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗを算出することができる。
【００４７】
また、ヤング率測定装置１は、測定容器２と、真空ポンプ３と、空気導入バルブユニット４と、固定部材５と、振動付与ユニット６と、変位計７と、算出部８とを持つことにより、簡単な構成の装置で、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗを測定できる。
【００４８】
また、測定容器２は、光透過性を有する樹脂材料により形成されているので、外部から測定対象物Ｐの振動状態を観察しつつ、各固有振動数測定工程Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１７を行うことができる。
また、レーザ変位計７ａ等の変位計７を測定容器２の外部に配置して、測定容器２内の測定対象物Ｐの固有振動数を測定することができる。したがって、測定対象物Ｐの振動に影響を与えることなく、各条件下における固有振動数を測定できる。
【００４９】
また、打撃部６１は、測定容器２の内部に設けられ、駆動部６６は、測定容器２の外部に設けられ、打撃部６１と駆動部６６とは、磁気カップリング７０により磁気的に連結されているので、測定容器２の内外に通じる電気配線を設けることなく、打撃部６１を回転させることができる。したがって、気密性に優れたヤング率測定装置１とすることができる。
【００５０】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明をする。
第１の実施形態では、乾燥状態における測定対象物Ｐの単位長さ当たりの質量ｍｓｄとし、測定対象物Ｐから水分が抜けて密度ρが変化する場合を考慮して、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗの算出を行った。
これに対して、以下に示す第２の実施形態のように、測定対象物Ｐの吸湿性が低い場合には、測定対象物Ｐから水分が抜けて密度ρが変化する場合を考慮することなく、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗの算出をしてもよい。ここで、「測定対象物Ｐの吸湿性が低い場合」とは、測定対象物Ｐの水分の吸収による単位質量当たりの水分量変化率が、例えば２〜３パーセント程度である場合をいう。
なお、以下において、第１の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略する。
【００５１】
一般に、真空中に測定対象物Ｐを配置したとき、測定対象物Ｐから水分が抜けて乾燥状態となり、密度ρが変化する。しかしながら、測定対象物Ｐの吸湿性が低い場合には、測定対象物Ｐが乾燥状態となっても、測定対象物Ｐの単位長さあたりの質量ｍｓが変化しないものと扱う。すなわち、真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅｖｄは、（１）式においてρＡ＝ｍｓと置換することにより、次式で表される。
【００５２】
【数７】
2015206661.tif 000009
【００５３】
また、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｄは、（１）式においてρＡ＝ｍｓ＋ｍａと置換することにより、次式で表される。
【００５４】
【数８】
2015206661.tif 000010
【００５５】
真空中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅｖｄと、空気中かつ乾燥状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｄとは、同一であるので、次式で表される。
【００５６】
【数９】
2015206661.tif 000011
【００５７】
空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗは、（２）式における流体付加質量ｍａに（９）式を代入し、（２）式における流体付加質量ｍａを消去することにより、次式で表される。
【００５８】
【数１０】
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【００５９】
第２の実施形態によれば、測定対象物Ｐの吸湿性が低い場合、測定対象物Ｐが乾燥状態となっても、測定対象物Ｐの単位長さあたりの質量ｍｓが変化しないものと見なして、空気中かつ常湿状態における測定対象物Ｐのヤング率Ｅａｗを算出することができる。
【００６０】
上記各実施形態では、変位計７として非接触式のレーザ変位計７ａを採用していたが、変位計７はレーザ変位計７ａに限定されることはない。したがって、例えば変位計７として、撮像素子を備えた光学式変位センサであってもよい。
【００６１】
上記各実施形態では、測定容器２は、全体が光透過性を有する樹脂材料により形成されていたが、少なくとも一部が光透過性を有する材料により形成されており、変位計７から照射されるレーザ光が透過可能となっていればよい。
【００６２】
上記各実施形態では、測定容器２内に空気を導入する空気導入手段として、空気導入バルブユニット４を設けていたが、空気導入手段は空気導入バルブユニット４に限定されない。したがって、例えば、測定容器２の扉部２１を空気導入手段とし、扉部２１を開放することにより、測定容器２内に空気を導入してもよい。
【００６３】
上記各実施形態では、測定対象物Ｐを振動させる振動付与手段として、回転することにより測定対象物Ｐを打撃する打撃部６１を備えた振動付与ユニット６を採用したが、振動付与ユニット６の形態は上記各実施形態に限定されない。したがって、振動付与ユニットは、例えば、水平方向に沿って移動することにより測定対象物Ｐを打撃する打撃部を備えてもよい。
【００６４】
上記各実施形態では、吸引側バルブ３３および空気導入バルブ４３は、例えば手動により開閉操作されるものとしたが、例えばアクチュエータ等により開閉操作される構成としてもよい。
【００６５】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、空気中かつ常湿状態における水分を含有した測定対象物のヤング率の算出では、測定対象物Ｐの空気中常湿固有振動数の測定結果と、真空中乾燥固有振動数の測定結果と、空気中乾燥固有振動数の測定結果と、を用いることにより、各状態における固有振動数の測定結果から流体付加質量を消去することができる。これにより、流体付加質量の影響を考慮することなく、実使用状態に相当する空気中かつ常湿状態における測定対象物のヤング率を精度よく測定することができる。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１…ヤング率測定装置、２…測定容器、３…真空ポンプ、４…空気導入バルブユニット（空気導入手段）、５…固定部材、６…振動付与ユニット（振動付与手段）、７…変位計（測定手段）、８…算出部、６１…打撃部、６６…駆動部、７０…磁気カップリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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