(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粘弾性特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４７１３０号公報
【特許文献２】特開平５−３２２７３６号公報
【特許文献３】米国特許６６５１４８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【発明の効果】
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】補正値を算出する処理のフローチャートである。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】補正値を算出する処理のフローチャートである。
【図１１】実施の形態３に係るケーシング構造の断面図である。
【図１２】実施の形態４に係るケーシング構造の断面図である。
【図１３】実施の形態５に係る圧電素子の正面図である。
【図１４】実施の形態５に係る圧電素子の断面図である。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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）
【００３７】
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）
【００３８】
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）
【００３９】
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）
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）。
【００４５】
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。
【００４６】
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）。
【００４７】
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）。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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）。
【００６０】
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）。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
［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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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）。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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）。
【００７９】
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
【００８０】
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）。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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）。
【００８７】
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。
【００８８】
［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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
［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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
［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。
【０１０２】
［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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【符号の説明】
【０１１３】
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
【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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