(57)【要約】【課題】超磁歪素子を利用して測定対象となる試料に所定の波形の振動を与えて試料の応力を検出し、試料の粘弾性に関する指標値を算出する粘弾性測定装置および粘弾性測定方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明にかかる粘弾性測定装置は、超磁歪素子１００と、試料１０１を挟むように配設される試料保持部１０２および試料保持部１０３と、電流を供給する電流供給部１０４と、電流を入力して磁界を発生する磁界発生部１０５と、超磁歪素子１００の変位を試料保持部１０２に伝達する変位伝達部１０６と、試料保持部１０２の変位量を検出する変位量検出部１０７と、試料１０１から試料保持部１０３に作用する力を応力値として検出する応力検出部１０８と、供給された電流値を検出する電流検出部１０９と、超磁歪素子１００の変位量の制御機能および試料１０１の粘弾性に関する指標値の測定機能を備えるコンピュータ２０と、で構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる試料に所定の波形の振動を与えて上記試料の応力を検出し、上記試料の粘弾性に関する指標値を算出する粘弾性測定装置において、
磁界の変化で変位する超磁歪素子と、
上記超磁歪素子に磁界をかけて変位させる超磁歪素子変位手段と、
上記超磁歪素子の変位を上記試料に伝達する変位伝達手段と、
上記試料に伝達される変位量を上記試料近傍で検出する変位量検出手段と、
上記変位量検出手段で検出した変位量に基づいて上記所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出する制御値算出手段と、
上記制御値算出手段で算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御する制御手段と、
を備え、
上記制御手段は、上記制御値算出手段で算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御し、上記制御値が予め定めた目標制御値となるようにフィードバック制御を行うこと、
を特徴とする粘弾性測定装置。
【請求項２】
上記制御手段は、
上記変位量検出手段で検出した変位量と上記所定の波形を表す予め定めた変位量・時間関係式から算出した変位量とを比較して、上記変位量検出手段で検出した変位量が許容可能であるか否かを判定する許容可能判定手段と、
上記許容可能判定手段で上記変位量検出手段で検出した変位量が許容不可であると判定された場合、上記変位量検出手段で検出した変位量、上記制御値算出手段で算出した制御値および上記予め定めた変位量・時間関係式に基づいて上記制御値算出手段で算出した制御値を補正する制御値補正手段と、
をさらに備え、
上記制御値補正手段で補正した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御すること、
を特徴とする請求項１に記載の粘弾性測定装置。
【請求項３】
上記制御値補正手段は、
上記変位量検出手段で検出した変位量および上記制御値算出手段で算出した制御値に基づいて、制御値および変位量の関係を表す制御値・変位量関係式を作成する制御値・変位量関係式作成手段と、
上記制御値・変位量関係式作成手段で作成した上記制御値・変位量関係式および上記予め定めた上記変位量・時間関係式に基づいて上記所定の波形を生成するための目標となる制御値および時間の関係を表す制御値・時間関係式を作成する制御値・時間関係式作成手段と、
をさらに備え、
上記制御手段は、上記制御値・時間関係式作成手段で作成した上記制御値・時間関係式から算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御すること、
を特徴とする請求項２に記載の粘弾性測定装置。
【請求項４】
上記波形は、
正弦波形、三角波形、矩形波形および周波数の異なる上記正弦波形を複合させた波形のいずれか一つであること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置。
【請求項５】
上記試料の上記応力を検出する応力検出手段と、
上記変位量検出手段で検出した上記変位量および上記応力検出手段で検出した上記応力を解析して上記試料の粘弾性に関する上記指標値を算出する粘弾性算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置。
【請求項６】
上記超磁歪素子変位手段は、
電流を供給する電流供給手段と、
上記電流供給手段から供給された上記電流を入力して磁界を発生する磁界発生手段と、
をさらに備え、
上記超磁歪素子に上記磁界発生手段で発生した磁界をかけて変位させること、
を特徴とし、
上記電流供給手段から供給された電流値を検出する電流検出手段、
を備え、
上記制御値は上記電流値であること、
を特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置。
【請求項７】
上記超磁歪素子変位手段は、
磁界を発生する磁界発生手段と、
上記磁界発生手段を移動させる移動手段と、
をさらに備え、
上記超磁歪素子に上記磁界発生手段で発生した磁界をかけて変位させること、
を特徴とし、
上記超磁歪素子と上記磁界発生手段との間の距離を検出値として検出する距離検出手段、
を備え、
上記制御値は上記検出値であること、
を特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置。
【請求項８】
測定対象となる試料に所定の波形の振動を与えて上記試料の応力を検出し、上記試料の粘弾性に関する指標値を算出する粘弾性測定方法において、
磁界の変化で変位する超磁歪素子を、上記所定の波形を生成するための制御値を用いて変位させ、上記超磁歪素子の変位を試料近傍で検出し、検出した変位量に基づいて上記所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出し、算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子を変位させ、再度、上記超磁歪素子の変位量を検出して制御値を算出し、算出した制御値が予め定めた目標制御値となるまで制御値の算出を繰り返すこと、
を特徴とする粘弾性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超磁歪素子を利用して試料の粘弾性測定を行う粘弾性測定装置および粘弾性測定方法に関し、特に、試料を保持する一対の試料保持部のうちの一方の試料保持部を所望の波形で振動させたときの試料の変形により他方の試料保持部に作用する応力を解析し試料の粘弾性に関する指標値を測定する粘弾性解析装置および粘弾性測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流動状態の工業材料の粘弾性は、工業材料の適切な工程管理や品質管理を行う上で重要な物性指標である。流動状態の工業材料のほとんど全ては、理想弾性体とニュートン流体の中間的な性質を示す粘弾性体である。
【０００３】
通常の品質評価において、工業材料が固形状態または半固形状態の場合、材料を理想弾性体と見なした圧縮引張試験を行っており、工業材料が流動性の場合、材料をニュートン流体と見なした粘度測定を行っている（特許文献１および特許文献２参照）。品質管理において、粘度測定で測定した粘度は、低粘度液体に対する物性指標としては有効であるが、中高粘度液体や構造性液体に対する物性指標としては不十分である。なお、特許文献１には粘弾性体の非線形弾性率を測定する技術が記載されており、特許文献２には非線形複素弾性率および非線形複素コンプライアンスを測定する技術が記載されている。
【０００４】
粘弾性材料の品質評価に最適であるといわれている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および損失弾性率を測定する。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する。
【０００５】
従来の動的粘弾性測定に使用される装置は、数千万円と非常に高価であるため、研究等の限られた目的で使用されていた。つまり、当該装置および当該装置で得られる粘弾性を一般企業等における材料の品質評価の基準として広く定着させるのは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明者は、高精度の動的粘弾性測定が可能な装置を安価で製品化することを鋭意検討した結果、大きな駆動力を発生する特性を持つ小型で安価な動力源である超磁歪素子を利用することに着目した。超磁歪素子とは、磁界変化により変形する性質および変形により磁界を発生する性質を持つ磁歪材料である。超磁歪素子はこのような性質を持つため、現在、トランスデューサ、アクチュエータ、センサ、振動発生器およびマイクロマニピュレーションなどとしての利用が検討されている（特許文献３、特許文献４、特許文献５および特許文献６参照）。
【０００７】
ところが、超磁歪素子は、ヒステリシス特性という特殊な性質を有する。ヒステリシス特性とは、履歴現象ともいい、ある物の状態が現在それが置かれている条件だけで決まらず、過去にその物が経てきた状態の履歴によって左右される現象のことをいう。ヒステリシス特性は、超磁歪素子の温度変化や超磁歪素子に加える圧力変化などの影響を受けて変化する。超磁歪素子に対して与える指令値と指令値により変形する超磁歪素子の変位量との関係は非線形である。
【０００８】
したがって、超磁歪素子を利用して動的粘弾性測定に必要な正弦波形の振動を生成する場合、当該超磁歪素子が有するヒステリシス特性のため、その制御は非常に困難である。また、超磁歪素子は主に焼結合金法で生産されているため、その磁歪特性は完全に均質にならない。これらの理由から、超磁歪素子を用いた計測器は、ほとんど、産業面で実用化および製品化されていない。
【０００９】
このような状況の中、現在、ヒステリシス特性を考慮して超磁歪素子を制御する方法が研究されている。例えば、プライザッハモデルに基づく逆モデルを用いて超磁歪素子を制御する方法が研究されている（特許文献３、非特許文献１、非特許文献２および非特許文献３参照）。これらの方法は、使用する各々の超磁歪素子に対してヒステリシス特性に影響を与える超磁歪素子の温度条件ごとに、プライザッハモデルに基づく逆モデルを用いて位置変化に対する指令値を割り出すデータベースを予め作成し、データベースを参照してヒステリシス特性が原因である位置のずれを考慮した指令値を得て、指令値を超磁歪素子に入力するというものである。つまり、プライザッハモデルに基づく逆モデルにより、超磁歪素子の目標変位量を出力するための指令値を得ることができ、ヒステリシス特性を考慮して超磁歪素子を制御することができる。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−３０４２６８号公報
【特許文献２】特開平１１−２０１８９３号公報
【特許文献３】特開２００２−１２７００３号公報
【特許文献４】特開平１１−１７３９６８号公報
【特許文献５】特許第３１５１１５３号公報
【特許文献６】国際公開第００／１３００８号パンフレット
【非特許文献１】浅野健治、「高機能デバイスに関する研究−超磁歪アクチュエータの制御に関する研究−」、茨城県工業技術センター研究報告第２７号、ｐ．５〜７、１９９９年
【非特許文献２】浅野健治、小石川勝男、安英徳、「高機能デバイスに関する研究−超磁歪アクチュエータの制御に関する研究−」、茨城県工業技術センター研究報告第２８号、ｐ．７〜８、２０００年
【非特許文献３】安英徳、小石川勝男、浅野健治、「高機能デバイスに関する研究−超磁歪アクチュエータの発熱対策に関する研究−」、茨城県工業技術センター研究報告第２８号、ｐ．５〜６、２０００年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、プライザッハモデルに基づく逆モデルを用いて超磁歪素子を制御する方法の場合、使用する各々の超磁歪素子に対してヒステリシス特性に影響を与える超磁歪素子の温度条件ごとに位置変化に対する指令値を割り出すデータベースを作成する必要があり、データベースの作成は多大な時間および費用を要するという問題点があった。
また、データベースを利用して超磁歪素子を制御する方法の場合、高速処理コンピュータを必要とするため、装置が、高価格になり、大型化してしまうという問題点があった。
【００１２】
このように、超磁歪素子を用いた計測器、特に超磁歪素子を用いた粘弾性測定装置の製品化は困難であり、一般企業などでの材料の品質管理に動的粘弾性測定を定着させるのは現実的でなかった。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、超磁歪素子を利用し、低価格で装置の小型化を計ることができる粘弾性測定装置および粘弾性測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の粘弾性測定装置は、測定対象となる試料に所定の波形の振動を与えて上記試料の応力を検出し、上記試料の粘弾性に関する指標値を算出する粘弾性測定装置において、磁界の変化で変位する超磁歪素子と、上記超磁歪素子に磁界をかけて変位させる超磁歪素子変位手段と、上記超磁歪素子の変位を上記試料に伝達する変位伝達手段と、上記試料に伝達される変位量を上記試料近傍で検出する変位量検出手段と、上記変位量検出手段で検出した変位量に基づいて、所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出する制御値算出手段と、上記制御値算出手段で算出した制御値に基づいて、上記超磁歪素子変位手段を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記制御値算出手段で算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御し、上記制御値が予め定めた目標制御値となるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
このような特徴を有する本装置は、大きな駆動力を発生する特性を有し、小型で安価な超磁歪素子を動力源として利用するので、流動性材料やゲル状材料、プラスチック片など従来と比較してより硬い試料まで測定対象物の範囲を広げることができる。本装置は、超磁歪素子を利用するので、本装置全体を小型化・低価格化することができる。
【００１６】
また、本装置は、制御値算出手段および制御手段に一般的なパーソナルコンピュータを利用することができるので、本装置を小型で低価格にすることができる。本装置は、各構成手段を実現する部品を利用者が自由に変更することができ、本装置全体の低価格化を容易に実現することができる。本装置は、各構成手段を実現する部品を最新のものや高性能のものに変更することで、本装置全体の高性能化を容易に図ることができる。
【００１７】
また、本装置は、変位量検出手段で検出した変位量に基づいて所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出するので、各構成手段を実現する部品の加工精度のばらつきがあっても、試料に所定の波形の振動を与えることができる。本装置は、各構成手段を実現する部品を交換しても、部品の調整を行う必要なく、試料に所定の波形の振動を与えることができる。本装置は、例え、超磁歪素子の品質にばらつきがあっても、ばらつきの影響を受けずに試料に所定の波形の振動を与えることができる。
【００１８】
また、本装置は、超磁歪素子のヒステリシス特性に影響する温度条件が測定中に変化しても、試料に常に所定の波形の振動を与えることができる。これにより、測定時に、波形の振幅や波形の周波数、試料温度、外気温度などの測定条件を変化させることで、様々な測定条件での試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。
【００１９】
また、請求項２に記載の粘弾性測定装置は、請求項１に記載の粘弾性測定装置において、上記制御手段は、上記変位量検出手段で検出した変位量と上記所定の波形を表す予め定めた変位量・時間関係式から算出した変位量とを比較して、上記変位量検出手段で検出した変位量が許容可能であるか否かを判定する許容可能判定手段と、上記許容可能判定手段で上記変位量検出手段で検出した変位量が許容不可であると判定された場合、上記変位量検出手段で検出した変位量、上記制御値算出手段で算出した制御値および上記予め定めた変位量・時間関係式に基づいて上記制御値算出手段で算出した制御値を補正する制御値補正手段とをさらに備え、上記制御値補正手段で補正した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御することを特徴とする。
【００２０】
このような特徴を有する本装置の制御手段は、検出した変位量と所定の波形を表す予め定めた変位量・時間関係式から算出した変位量とを比較して、検出した変位量が許容可能であるか否かを判定し、検出した変位量が許容不可であると判定された場合、検出した変位量、算出した制御値および予め定めた変位量・時間関係式に基づいて算出した制御値を補正し、補正した制御値に基づいて超磁歪素子変位手段を制御するので、所定の波形の振動を与えるための適正な制御値を算出することができる。これにより、データベースを用いずに所定の波形の振動を与えるための適正な制御値を得ることができるので、本装置全体の小型化および低価格化を容易に実現することができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の粘弾性測定装置は、請求項２に記載の粘弾性測定装置において、上記制御値補正手段は、上記変位量検出手段で検出した変位量および上記制御値算出手段で算出した制御値に基づいて制御値および変位量の関係を表す制御値・変位量関係式を作成する制御値・変位量関係式作成手段と、上記制御値・変位量関係式作成手段で作成した上記制御値・変位量関係式および上記予め定めた上記変位量・時間関係式に基づいて上記所定の波形を生成するための目標となる制御値および時間の関係を表す制御値・時間関係式を作成する制御値・時間関係式作成手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記制御値・時間関係式作成手段で作成した上記制御値・時間関係式から算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子変位手段を制御することを特徴とする。
【００２２】
このような特徴を有する本装置の制御値補正手段は、検出した変位量および算出した制御値に基づいて、制御値および変位量の関係を表す制御値・変位量関係式を作成し、作成した制御値・変位量関係式および予め定めた変位量・時間関係式に基づいて所定の波形を生成するための目標となる制御値および時間の関係を表す制御値・時間関係式を作成し、制御手段は、作成した制御値・時間関係式から算出した制御値に基づいて超磁歪素子変位手段を制御するので、所定の波形の振動を与えるための適正な制御値を既存の数学的手法を用いて算出することができる。
【００２３】
また、請求項４に記載の粘弾性測定装置は、請求項１から３のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置において、上記波形は、正弦波形、三角波形、矩形波形および周波数の異なる上記正弦波形を複合させた波形のいずれか一つであることを特徴とする。
【００２４】
このような特徴を有する本装置は、正弦波形や、三角波形、矩形波形、周波数の異なる正弦波形を複合させた波形など様々な波形の振動を試料に与えることができ、様々な波形での試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。具体的には、本装置は、正弦波形の場合は動的な粘弾性が測定でき、三角波形の場合は定速変形測定により種々の変形速度における弾性率が測定でき、矩形波形の場合はクリープ回復測定により粘弾性が測定できる。本装置は、周波数の異なる正弦波形を複合させた波形の場合はフーリエ変換により多周波数同時の粘弾性が測定できる。本装置は、各波形の周波数を変えて測定すれば高度な物性解析ができる。本装置は、変位量を固定した場合は応力緩和測定により粘弾性を測定できる。
【００２５】
また、請求項５に記載の粘弾性測定装置は、請求項１から４のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置において、上記試料の上記応力を検出する応力検出手段と、上記変位量検出手段で検出した上記変位量および上記応力検出手段で検出した上記応力を解析して上記試料の粘弾性に関する上記指標値を算出する粘弾性算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
このような特徴を有する本装置は、試料の応力を検出し、検出した変位量および検出した応力を解析して試料の粘弾性に関する指標値を算出するので、超磁歪素子を利用して試料に所定の波形の振動を与えながら高精度の粘弾性測定を行うことができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の粘弾性測定装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置において、上記超磁歪素子変位手段は、電流を供給する電流供給手段と、上記電流供給手段から供給された上記電流を入力して磁界を発生する磁界発生手段とをさらに備え、上記超磁歪素子に上記磁界発生手段で発生した磁界をかけて変位させることを特徴とし、上記電流供給手段から供給された電流値を検出する電流検出手段を備え、上記制御値は上記電流値であることを特徴とする。
【００２８】
このような特徴を有する本装置の超磁歪素子変位手段は電流を供給する電流供給手段と電流供給手段から供給された電流を入力して磁界を発生する磁界発生手段とをさらに備え超磁歪素子に磁界発生手段で発生した磁界をかけて変位させることを特徴とし、本装置は電流供給手段から供給された電流値を検出する電流検出手段を備え、制御値は電流値であるので、入手が容易なものを用いて超磁歪素子変位手段を実現することができる。これにより、本装置を低価格にすることができる。
【００２９】
また、請求項７に記載の粘弾性測定装置は、請求項１から５のいずれか一つに記載の粘弾性測定装置において、上記超磁歪素子変位手段は、磁界を発生する磁界発生手段と、上記磁界発生手段を移動させる移動手段とをさらに備え、上記超磁歪素子に上記磁界発生手段で発生した磁界をかけて変位させることを特徴とし、上記超磁歪素子と上記磁界発生手段との間の距離を検出値として検出する距離検出手段を備え、上記制御値は上記検出値であることを特徴とする。
【００３０】
このような特徴を有する本装置の超磁歪素子変位手段は磁界を発生する磁界発生手段と磁界発生手段を移動させる移動手段とをさらに備え超磁歪素子に磁界発生手段で発生した磁界をかけて変位させることを特徴とし、本装置は超磁歪素子と磁界発生手段との間の距離を検出値として検出する距離検出手段を備え、制御値は検出値であるので、入手が容易なものを用いて超磁歪素子変位手段を実現することができる。これにより、本装置を低価格にすることができる。
【００３１】
また、本発明は粘弾性測定方法に関するものであり、請求項８に記載の粘弾性測定方法は、測定対象となる試料に所定の波形の振動を与えて上記試料の応力を検出し、上記試料の粘弾性に関する指標値を算出する粘弾性測定方法において、磁界の変化で変位する超磁歪素子を、上記所定の波形を生成するための制御値を用いて変位させ、上記超磁歪素子の変位を試料近傍で検出し、検出した変位量に基づいて上記所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出し、算出した制御値に基づいて上記超磁歪素子を変位させ、再度、上記超磁歪素子の変位量を検出して制御値を算出し、算出した制御値が予め定めた目標制御値となるまで制御値の算出を繰り返すことを特徴とする。
【００３２】
このような特徴を有する本方法は、大きな駆動力を発生する特性を有し、小型で安価な超磁歪素子を動力源として利用するので、流動性材料やゲル状材料、プラスチック片など従来と比較してより硬い試料まで測定対象物の範囲を広げることができる。本方法によれば、超磁歪素子を利用するので、本方法に基づく装置全体を小型化・低価格化することができる。
【００３３】
また、本方法によれば、制御値を算出すること及び目標制御値となるまで制御値の算出を繰り返すことを実現するのに一般的なパーソナルコンピュータを利用することができるので、本方法に基づく装置を小型で低価格にすることができる。本方法によれば、本方法に基づく装置を構成する各部品を利用者が自由に変更することができ、当該装置全体の低価格化を容易に実現することができる。本方法よれば、本方法に基づく装置を構成する各部品を最新のものや高性能のものに変更することで、当該装置全体の高性能化を容易に図ることができる。
【００３４】
また、本方法によれば、検出した変位量に基づいて所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出するので、本方法に基づく装置を構成する各部品の加工精度にばらつきがあっても、試料に所定の波形の振動を与えることができる。本方法によれば、本方法に基づく装置を構成する各部品を交換しても、部品の調整を行う必要なく、試料に所定の波形の振動を与えることができる。本方法によれば、例え、超磁歪素子の品質にばらつきがあっても、ばらつきの影響を受けずに試料に所定の波形の振動を与えることができる。
【００３５】
また、本方法によれば、超磁歪素子のヒステリシス特性に影響する温度条件が測定中に変化しても、試料に常に所定の波形の振動を与えることができる。これにより、測定時に、波形の振幅や波形の周波数、試料温度、外気温度などの測定条件を変化させることで、様々な測定条件での試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明は、大きな駆動力を発生する特性を有し、小型で安価な超磁歪素子を動力源として利用するので、流動性材料やゲル状材料、プラスチック片など従来と比較してより硬い試料まで測定対象物の範囲を広げることができる。本発明は、超磁歪素子を利用するので、本発明に基づく装置全体を小型化・低価格化することができる。
【００３７】
また、本発明によれば、制御値算出手段および制御手段に一般的なパーソナルコンピュータを利用することができるので、本発明に基づく装置を小型で低価格にすることができる。本発明によれば、本発明に基づく装置の各構成手段を実現する部品を利用者が自由に変更することができ、当該装置全体の低価格化を容易に実現することができる。本発明によれば、本発明に基づく装置の各構成手段を実現する部品を最新のものや高性能のものに変更することで、当該装置全体の高性能化を容易に図ることができる。
【００３８】
また、本発明によれば、本発明に基づく装置の各構成手段を実現する部品の加工精度のばらつきがあっても、試料に所定の波形の振動を与えることができる。本発明によれば、本発明に基づく装置の各構成手段を実現する部品を交換しても、部品の調整を行う必要なく、試料に所望の波形の振動を与えることができる。本発明によれば、例え、超磁歪素子の品質にばらつきがあっても、ばらつきの影響を受けずに試料に所定の波形の振動を与えることができる。
【００３９】
また、本発明は、超磁歪素子のヒステリシス特性に影響する温度条件が測定中に変化しても、試料に常に所定の波形の振動を与えることができる。これにより、測定時に、波形の振幅や波形の周波数、試料温度、外気温度などの測定条件を変化させることで、様々な測定条件での試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、データベースを用いずに所定の波形の振動を与えるための適正な制御値を得ることができるので、本発明に基づく装置全体の小型化および低価格化を容易に実現することができる。本発明によれば、所定の波形の振動を与えるための適正な制御値を既存の数学的手法を用いて算出することができる。
【００４１】
また、本発明によれば、正弦波形や、三角波形、矩形波形、周波数の異なる正弦波形を複合させた波形など様々な波形の振動を試料に与えることができ、様々な波形での試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。具体的には、本発明によれば、正弦波形の場合は動的な粘弾性が測定でき、三角波形の場合は定速変形測定により種々の変形速度における弾性率が測定でき、矩形波形の場合はクリープ回復測定により粘弾性が測定できる。本発明によれば、周波数の異なる正弦波形を複合させた波形の場合はフーリエ変換により多周波数同時の粘弾性が測定できる。本発明によれば、各波形の周波数を変えて測定すれば高度な物性解析ができる。本発明によれば、変位量を固定した場合は応力緩和測定により粘弾性を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下に、本発明の実施の形態（第１実施形態および第２実施形態）を詳細に説明する。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。
【００４３】
［第１実施形態］
以下、本発明の粘弾性測定装置の第１実施形態について図を参照して説明する。なお、第１実施形態の粘弾性測定装置は、超磁歪素子の変位を利用して、試料を保持する一対の試料保持部のうちの一方の試料保持部を所定の波形で振動させたときの試料の変形により他方の試料保持部に作用する応力を解析して試料の粘弾性に関する指標値を測定する機能を有するものである。換言すれば、磁界の変化で変位する超磁歪素子を、所定の波形を生成するための制御値を用いて変位させ、超磁歪素子の変位を試料近傍で検出し、検出した変位量に基づいて所定の波形を生成するための目標となる制御値を算出し、算出した制御値に基づいて超磁歪素子を変位させ、再度、超磁歪素子の変位量を検出して制御値を算出し、算出した制御値が予め定めた目標制御値となるまで制御値の算出を繰り返すものである。
【００４４】
図１は第１実施形態の粘弾性測定装置の全体構成を示す図である。第１実施形態の粘弾性測定装置１０は、磁界の変化で変位する性質を持つ超磁歪素子１００と、粘弾性測定の対象である試料１０１を挟むようにして配設される試料保持部１０２および試料保持部１０３と、電流を供給する電流供給部１０４と、電流供給部１０４から供給された電流を入力して磁界を発生する磁界発生部１０５と、超磁歪素子１００の変位を試料保持部１０２に伝達する変位伝達部１０６と、試料保持部１０２の変位量を検出する変位量検出部１０７と、試料１０１から試料保持部１０３に作用する力を応力値として検出する応力検出部１０８と、電流供給部１０４から供給された電流値を検出する電流検出部１０９と、超磁歪素子１００の変位量の制御機能および試料１０１の粘弾性に関する指標値の測定機能を備えるコンピュータ２０と、で構成される。
【００４５】
なお、試料保持部１０２はロッド１１０を介して変位伝達部１０６に取り付けられており、試料保持部１０３はロッド１１１を介して応力検出部１０８に取り付けられている。また、磁界発生部１０５は超磁歪素子１００の外周を取り囲むように配設されている。
【００４６】
また、超磁歪素子１００は、磁界変化により変形する性質および変形により磁界を発生する性質をもつ強磁性体である。試料１０１は、流動性材料、ゲル状材料、プラスチック片などの工業材料である。試料保持部１０２および試料保持部１０３は、試料１０１を保持することが可能な平板を用いることができる。
【００４７】
また、電流供給部１０４は、電流可変電源装置を用いることができる。磁界発生部１０５は、電流を入力して磁界を発生するコイルなどを用いることができる。
【００４８】
また、変位伝達部１０６は、超磁歪素子１００の変位を増幅して試料保持部１０２に伝達し試料保持部１０２を剪断方向や伸縮方向などに振動させる構成である。具体的には、図示の如く、一般的な機械的増幅伝達手段として利用されている、てこの原理を利用した構成である。
【００４９】
また、変位量検出部１０７は、試料保持部１０２の変位量を検出することができる歪みゲージなどを用いることができる。応力検出部１０８は、試料１０１から試料保持部１０３に作用する力を応力値として検出することができるロードセルなどを用いることができる。電流検出部１０９は、電流供給部１０４から供給された電流値を検出する。
【００５０】
さらに、コンピュータ２０は、少なくとも、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量検出部１０７で検出した変位量に基づいて超磁歪素子１００の変位量を制御する機能と、変位量検出部１０７で検出した変位量および応力検出部１０８で検出した応力値を解析して試料１０１の粘弾性に関する指標値を測定する機能を備えている。
【００５１】
なお、粘弾性測定装置１０の構成に加えて、試料１０１の温度を制御するための構成を設けてもよい。具体的には、熱電対で試料１０１の温度を検出し、検出した温度と予め設定された温度とを比較して目標の温度を算出し、試料１０１の近傍に配設されたヒータを制御し、試料の温度を予め設定された温度に維持してもよい。これにより、設定された温度条件における試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。
【００５２】
ここで、コンピュータ２０の構成について、図２を参照して説明する。
図２は、コンピュータ２０の構成を示すブロック図である。コンピュータ２０は、コンピュータ２０の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部２０１と、各種のデータベースやテーブルやファイルなどを格納する記憶部２０２と、コンピュータ２０を後述する各部と接続する入出力インターフェース部２０３と、システムの時刻を計時するクロック発生部２０４と、コンピュータ２０本体に入出力インターフェース部２０３を介して接続される入力部２０５および出力部２０６とを備えて構成されており、これら各部はバスを介して接続されている。さらに、コンピュータ２０は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワークに通信可能に接続してもよい。
【００５３】
なお、記憶部２０２は、ストレージ手段であり、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置や、ハードディスクのような固定ディスク装置や、フレキシブルディスクや、光ディスク等を用いることができる。
【００５４】
また、入出力インターフェース部２０３は、電流供給部１０４、変位量検出部１０７、応力検出部１０８、電流検出部１０９、入力部２０５および出力部２０６と、コンピュータ２０とを接続する。ここで、出力部２０６としては、モニタ、プリンタ、スピーカ等を用いることができる（なお、以下においては出力部２０６をモニタとして記載する）。また、入力部２０５としては、キーボード、マウス、マイク等を用いることができる。
【００５５】
また、制御部２０１は、図示の如く、大別して、超磁歪素子制御部２０１ａと粘弾性測定部２０１ｂと測定結果出力部２０１ｃとを備えている。なお、制御部２０１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に基づいて種々の処理を実行するための情報処理を行う。
【００５６】
ここで、超磁歪素子制御部２０１ａは、許容可能判定部２０１ａ−１、電流・変位量関係式作成部２０１ａ−２および目標電流・時間関係式作成部２０１ａ−３から構成されており、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量検出部１０７で検出した変位量に基づいて超磁歪素子１００の変位量を制御する。許容可能判定部２０１ａ−１は、変位量検出部１０７で検出した変位量ＶＡと所定の変位量ＶＢとを比較して、変位量ＶＡが許容可能（許容範囲）であるか否かを判定する。変位量ＶＢは、予め定めた目標変位量・時間関係式で算出された変位量であり、当該目標変位量・時間関係式は、所定の波形で周期的に振動させるための目標となる変位量および時間の関係を表す式である。電流・変位量関係式作成部２０１ａ−２は、許容可能判定部２０１ａ−１で変位量ＶＡが許容不可である（許容範囲でない）と判定された場合、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量ＶＡに基づいて、電流値および変位量の関係を表す電流・変位量関係式を作成する。具体的には、電流・変位量関係式作成部２０１ａ−２は、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量ＶＡに基づいて予め定めた電流・変位量関係式の係数を決定して、電流・変位量関係式を作成してもよい。目標電流・時間関係式作成部２０１ａ−３は、予め定めた目標変位量・時間関係式および電流・変位量関係式作成部２０１ａ−２で作成した電流・変位量関係式に基づいて、所定の波形で周期的に振動させるための目標となる電流値および時間の関係を表す目標電流・時間関係式を作成する。
【００５７】
また、粘弾性測定部２０１ｂは、変位量ＶＡおよび応力検出部１０８で検出した応力値を解析して試料１０１の粘弾性に関する指標値を測定する。ここで、第１実施形態の指標値として、粘性を表す損失弾性率および弾性を表す貯蔵弾性率を用いる。
【００５８】
また、測定結果出力部２０１ｃは、粘弾性測定部２０１ｂで測定した指標値を出力部２０６に出力する。
【００５９】
ここで、制御部２０１は、大別して、超磁歪素子制御部２０１ａと粘弾性測定部２０１ｂと測定結果出力部２０１ｃとを備えているが、かかる場合に限定されることなく、粘弾性測定部２０１ｂおよび測定結果出力部２０１ｃを他のコンピュータの制御部で実現させてもよい。すなわち、超磁歪素子の制御および粘弾性の測定を別々のコンピュータで実現させてもよい。また、超磁歪素子制御部２０１ａを備えたコンピュータは、超磁歪素子を利用する各種計測器で超磁歪素子を制御する装置として利用することができる。
【００６０】
以上の構成において、（１−１）第１実施形態の基本的な考え方、（１−２）試料保持部１０２の振動動作、（１−３）変位量と電流値と応力値との検出、（１−４）超磁歪素子の変位の制御、（１−５）粘弾性測定、（１−６）測定結果出力、の順番に従って、その動作を説明する。なお、以下の説明において、試料保持部１０２は平板Ａとし、試料保持部１０３は平板Ｂとする。
【００６１】
（１−１）第１実施形態の基本的な考え方
一般的に、超磁歪素子を利用した測定装置は、超磁歪素子の変位を伝達して試料に加える振動を所望の正弦波形にするために、超磁歪素子の変位を直接制御して超磁歪素子を所望の正弦波形で変位させるという考え方に基づいている。しかし、超磁歪素子の変位の仕方が伸長時および収縮時で異なり、変位の仕方が超磁歪素子の温度条件や超磁歪素子に加える圧力条件などで変化するというヒステリシス特性があるため、超磁歪素子の変位を精度よく直接制御することは困難である。また、仮に超磁歪素子が所望の正弦波形で変位するように超磁歪素子を精度よく直接制御しても、変位を伝達する過程での伝達精度などの影響で、試料に所望の正弦波形の振動を加えることが困難である。
【００６２】
本発明者は、超磁歪素子の変位を伝達して試料に加える振動を所望の正弦波形にするために、超磁歪素子の変位を直接制御するのではなく、試料を保持する試料保持部を所望の正弦波形で振動させることに着目した。本発明は、試料保持部を所望の正弦波形で振動させるための目標となる電流値を決定して超磁歪素子の変位を精度よく制御するという考え方に基づいている。具体的には、本発明は、試料保持部の変位量を検出し、供給する電流値を検出し、変位量および電流値の関係を表す式と試料保持部が所望の正弦波形で振動するための目標となる変位量および時間の関係を表す式と検出した変位量と検出した電流値とに基づいて、試料保持部が所望の正弦波形で振動するための目標となる電流値を決定し、超磁歪素子の変位を精度よく制御するものである。
【００６３】
（１−２）試料保持部１０２（平板Ａ）の振動動作
まず、利用者は、平板Ａと平板Ｂとの間に試料１０１を載置し、コンピュータ２０の入力部２０５を介して、電流供給部１０４で供給する予め最適な電流値を設定する。
【００６４】
最適な電流値が設定されると、コンピュータ２０の制御部２０１は、設定された電流値を入出力インターフェース部２０３を介して電流供給部１０４に出力する。すなわち、コンピュータ２０の制御部２０１は、設定された波形の電流値が出力されるように電流供給部１０４を制御する。
【００６５】
電流値が出力されると、電流供給部１０４は、コンピュータ２０から入力した電流値に対応する電流を磁界発生部１０５に供給する。磁界発生部１０５は、電流供給部１０４から供給された電流で磁界を発生する。
【００６６】
磁界発生部１０５が磁界を発生すると、超磁歪素子１００は、磁界発生部１０５で発生した磁界を受けて変位する。変位伝達部１０６は、超磁歪素子１００の変位を増幅して平板Ａに伝達する。これにより、平板Ａは剪断方向や伸縮方向などに振動し、試料１０１は平板Ａの振動で変形する。ここで、変位伝達部１０６は、一般的な機械的増幅伝達手段として利用されている、てこの原理を利用した構成である。
【００６７】
（１−３）変位量と電流値と応力値との検出
電流検出部１０９は、経時的に電流供給部１０４で供給した電流値を検出し、検出した電流値をコンピュータ２０に出力する。コンピュータ２０に入出力インターフェース部２０３を介して電流値が入力されると、制御部２０１は、クロック発生部２０４からシステムの時刻を取得し、入力された電流値と取得した時刻とを相互に関連付けて記憶部２０２の所定の記憶領域に記憶する。
【００６８】
一方、変位量検出部１０７は、経時的に平板Ａの変位量ＶＡを検出し、変位量ＶＡをコンピュータ２０に出力する。コンピュータ２０に入出力インターフェース部２０３を介して変位量ＶＡが入力されると、制御部２０１は、クロック発生部２０４からシステムの時刻を取得し、入力された変位量ＶＡと取得した時刻とを相互に関連付けて記憶部２０２の所定の記憶領域に記憶する。
【００６９】
また、応力検出部１０８は、経時的に平板Ｂに作用する応力値を検出し、検出した応力値をコンピュータ２０に出力する。コンピュータ２０に入出力インターフェース部２０３を介して応力値が入力されると、制御部２０１は、クロック発生部２０４からシステムの時刻を取得し、入力された応力値と取得した時刻とを相互に関連付けて記憶部２０２の所定の記憶領域に記憶する。
【００７０】
（１−４）超磁歪素子の変位の制御
つぎに、本発明の要部である超磁歪素子の変位の制御について説明する。
制御部２０１の超磁歪素子制御部２０１ａは、平板Ａが正弦波形で周期的に振動するように、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量ＶＡに基づいて超磁歪素子１００の変位量を制御する（超磁歪素子制御処理）。ここで、超磁歪素子の変位の制御を行う超磁歪素子制御処理の詳細について説明する。
【００７１】
図３は、超磁歪素子制御部２０１ａで行われる超磁歪素子制御処理の一例を示すフローチャートである。
まず、超磁歪素子制御部２０１ａの許容可能判定部２０１ａ−１は、変位量ＶＡと所定の変位量ＶＢとを比較して、変位量ＶＡが許容可能であるか否かを判定する（ステップＳＡ−１）。具体的には、変位量ＶＡと所定の変位量ＶＢとの標準誤差に基づいて、変位量ＶＡが許容可能であるか否かを判定する。ここで、変位量ＶＢは、予め定めた目標変位量・時間関係式で算出された変位量であり、当該目標変位量・時間関係式は、所定の波形で周期的に振動させるための目標となる変位量および時間の関係を表す式である。
【００７２】
ステップＳＡ−２の判定結果が許容範囲でないと判定された場合（ステップＳＡ−２：ＮＯ）、電流・変位量関係式作成部２０１ａ−２は、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量ＶＡに基づいて、電流値および変位量の関係を表す電流・変位量関係式を作成し、作成した電流・変位量関係式を記憶部２０２の所定の記憶領域に格納する（ステップＳＡ−３）。具体的には、電流検出部１０９で検出した電流値および変位量ＶＡに基づいて、予め定めた電流・変位量関係式の係数を決定して、電流・変位量関係式を作成し、作成した電流・変位量関係式を記憶部２０２の所定の記憶領域に格納する。ここで、予め定めた電流・変位量関係式としては、Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法を用いて導いた電流値および変位量の関係を表す式などを用いることができる。この手法は、一次収束性を持つ最急降下法および二次収束性を持つガウス−ニュートン法を組み合わせたＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムに基づいてデータ間の関係を最良近似する非線形回帰式の係数を決定する非線形最小二乗最適化手法である。具体的には、データセット（Ｘ，Ｙ）の関係に対して与えられた非線形関数モデル（複数の係数「α１，α２，α３，・・・，αｎ」（ｎは自然数）を用いて表される非線形関数：Ｙ＝ｆ（Ｘ））の各係数を決定して非線形回帰式を得る。この手法を用いると、超磁歪素子１００の磁歪挙動時（変位時）における電流値および変位量の関係のような非線形な関係を近似的に表す関数（近似式）を効率よく求めることができる。なお、超磁歪素子１００のヒステリシス特性を考慮するために、電流値の波形および変位量ＶＡの波形の位相差を考慮して、電流値の増加時（つまり超磁歪素子１００の伸長時）と電流値の減少時（つまり超磁歪素子１００の収縮時）のそれぞれに対応する電流・変位量関係式を作成してもよい。
【００７３】
目標電流・時間関係式作成部２０１ａ−３は、予め定めた目標変位量・時間関係式およびステップＳＡ−３で作成した電流・変位量関係式に基づいて、平板Ａを正弦波形で周期的に振動させるための目標となる電流および時間の関係を表す目標電流・時間関係式を作成し、目標電流・時間関係式を記憶部２０２の所定の記憶領域に格納する（ステップＳＡ−４）。具体的には、電流・変位量関係式および目標変位量・時間関係式から変位量を消去して目標電流・時間関係式を作成し、目標電流・時間関係式を記憶部２０２の所定の記憶領域に格納する。
【００７４】
超磁歪素子制御部２０１ａは、ステップＳＡ−４で作成した目標電流・時間関係式に基づいて、最適な電流値が出力されるように電流供給部１０４を制御する（ステップＳＡ−５）。超磁歪素子制御部２０１ａは、平板Ａが所望の正弦波形で周期的に振動するようになるまで超磁歪素子制御処理（ステップＳＡ−１〜ステップＳＡ−５）を実行する。具体的には、ステップＳＡ−５で出力した最適な電流値が（１−２）試料保持部１０２の振動動作の各動作を経て平板Ａの振動に反映されると、許容可能判定部２０１ａ−１は、ステップＳＡ−１と同様の判定を行う。ステップＳＡ−２の判定結果が許容範囲であると判定された場合（ステップＳＡ−２：ＹＥＳ）、超磁歪素子制御部２０１ａは処理を終了し、そうでない場合（ステップＳＡ−２：ＮＯ）、超磁歪素子制御部２０１ａの各部はステップＳＡ−３〜ステップＳＡ−５の処理を行う。これにより、平板Ａは、所望の正弦波形で周期的に振動するようになった。これにて、超磁歪素子制御部２０１ａで行われる超磁歪素子制御処理が終了する。
【００７５】
上記の超磁歪素子制御部２０１ａは、平板Ａを周期的に振動させる波形（平板Ａの目標とする波形）を正弦波形に設定したが、かかる場合に限定されることなく、周波数の異なる正弦波形を複合させた波形や三角波形や矩形波形などを設定してもよい。これにより、平板Ａを様々な波形で周期的に振動させることができ、各波形での試料１０１の指標値を測定することができる。また、超磁歪素子制御部２０１ａは、記憶部２０２の所定の記憶領域に予め格納したデータ−ベースから変位量ＶＡに対応する最適な電流値を取得し、取得した電流値が出力されるように電流供給部１０４を制御してもよい。ここで、当該データ−ベースは、使用する各々の超磁歪素子１００に対してヒステリシス特性に影響を与える温度条件ごとに、平板Ａが正弦波形で周期的に振動するための目標となる変位量および電流値とを相互に関連付けて格納する。
【００７６】
（１−５）粘弾性測定
上述の超磁歪素子制御処理を１回乃至複数回繰り返して平板Ａが正弦波形で周期的に振動するようになった後、粘弾性測定部２０１ｂは、変位量ＶＡおよび応力検出部１０８で検出した応力値を解析して試料１０１の損失弾性率および貯蔵弾性率を測定し、測定された損失弾性率および貯蔵弾性率を記憶部２０２の所定の記憶領域に格納する。具体的には、変位量ＶＡの波形と応力値の波形との位相差、変位量ＶＡの波形の振幅および応力値の波形の振幅を用いて、貯蔵弾性率および損失弾性率を測定する。
【００７７】
（１−６）測定結果出力
測定結果出力部２０１ｃは、粘弾性測定部２０１ｂで測定した貯蔵弾性率および損失弾性率をモニタに出力する。
これにて、粘弾性測定装置１０の動作の説明を終了する。
【００７８】
第１実施形態の粘弾性測定装置（粘弾性測定装置１０）は、試料保持部１０２の変位量を変位量検出部１０７で検出し、電流供給部１０４が供給する電流値を電流検出部１０９で検出する。粘弾性測定装置１０は、許容可能判定部２０１ａ−１で検出した変位量が許容範囲でないと判定された場合、検出した電流値および検出した変位量に基づいて変位量および電流値の関係を表す式を電流・変位量関係式作成部２０１ａ−２で作成する。粘弾性測定装置１０は、試料保持部１０２が所望の正弦波形で振動するための目標となる電流値および時間の関係を表す式を目標電流・時間関係式作成部２０１ａ−３で作成し、試料保持部１０２が所望の正弦波形で振動するための目標となる電流値を決定する。これにより、粘弾性測定装置１０は、目標となる電流値に基づいて超磁歪素子１００の変位を精度よく制御することができ、試料保持部１０２を所望の正弦波形で振動させることができる。粘弾性測定装置１０は、所望の正弦波形で粘弾性測定を行うことができ、貯蔵弾性率および損失弾性率などの粘弾性に関する指標値を正確に測定することができる。
【００７９】
また、粘弾性測定装置１０は、使用する部品や環境などの様々な影響を受けずに試料保持部１０２の変位を所望な正弦波形にすることができ、高精度の粘弾性測定ができる。具体的には、（ａ１）超磁歪素子１００のヒステリシス特性に影響する測定時の温度条件が変化する場合、（ｂ１）使用する超磁歪素子１００の品質の変動（ばらつき）がある場合、（ｃ１）本装置の各構成部品の加工精度の変動（ばらつき）がある場合、に分けて詳細に説明する。
【００８０】
（ａ１）超磁歪素子１００のヒステリシス特性に影響する測定時の温度条件が変化する場合、粘弾性測定装置１０は、温度条件が測定中に変化しても、その時々の温度条件で試料保持部１０２の変位量を所望な正弦波形に制御しているので、常に所望な正弦波形のもとで高精度の粘弾性測定を行うことができる。第１実施形態の粘弾性測定装置１０は、ヒステリシス特性を有する超磁歪素子１００の変位量を所望の正弦波形にすることに着目するのではなく、試料保持部１０２の変位量を所望の正弦波形にすることに着目しているため、超磁歪素子１００がヒステリシス特性を有していても、試料保持部１０２を所望の正弦波形に制御し、試料に所望の振動を与えることができる。このような特徴を有する粘弾性測定装置１０は、正弦波形の振幅や正弦波形の周波数、試料温度、外気温度などの様々な測定条件での試料の粘弾性の測定に利用できる。例えば、粘弾性測定装置１０は、測定時の温度を２０度、３０度など様々な温度に設定して測定を行うことで、各温度における試料の粘弾性の測定を容易に行うことができる。
【００８１】
（ｂ１）使用する超磁歪素子１００の品質の変動（ばらつき）がある場合、粘弾性測定装置１０は、試料保持部１０２の変位量を所望な正弦波形にすることに着目しているため、例え、超磁歪素子１００の品質にばらつきがあっても、ばらつきの影響を受けずに制御することができ、粘弾性測定に必要なμｍ単位の変位波形の振動を試料に与えることができる。従来の制御方法は超磁歪素子の品質が常に厳密に保たれていることが前提なので、従来の制御方法に基づく計測装置の場合、使用する超磁歪素子を交換すると、その素子に対応するようにデータベースの情報を修正する必要がある。
【００８２】
（ｃ１）本装置の各構成部品の加工精度のばらつきがある場合、粘弾性測定装置１０は、試料保持部１０２の変位を所望な正弦波形にすることに着目しているため、使用する各構成部品の加工精度のばらつきがあっても試料保持部１０２を所望の正弦波形で制御し、試料に所望の振動を与えることができる。粘弾性測定装置１０は、使用する各構成部品を交換しても、従来のように部品の調整を行う必要なく、試料保持部１０２を所望の正弦波形で制御し、試料に所望の振動を与えることができる。これにより、本装置の各構成部品を自由に変更することができ、本装置全体の低価格化を容易に実現することができる。また、本装置の各構成部品を最新のものや高性能のものに変更することで、本装置全体の高性能化を容易に図ることができる。従来の制御方法に基づく装置は、超磁歪素子の品質が常に厳密に保たれていることが前提なので、各構成部品の加工精度のばらつきの影響を受けやすく、所望な正弦波形を作るための各構成部品の調整が非常に困難である。
【００８３】
また、常に同一環境条件で粘弾性測定を行う場合、粘弾性測定装置１０は、前回求めた目標電流・時間関係式を用いて即座に測定を行うことができる。これにより、試料保持部１０２を所望な振動にするための目標電流・時間関係式を再度作成する必要なく所望な振動を再現することができ、即座に高精度の粘弾性測定を行うことができる。
粘弾性測定装置１０は、前回求めた目標電流・時間関係式で算出される電流値を初期値として出力するように電流供給部１０４を制御し、試料保持部１０２が所望の振動になった後測定を行ってもよく、前回求めた目標電流・時間関係式を用いず新たな目標電流・時間関係式を作成して試料保持部１０２が所望な振動になった後測定を行ってもよい。すなわち、図３で説明した超磁歪素子制御処理を１日の一番最初に初期化処理として実行し、目標電流・時間関係式を作成し、求めた目標電流・時間関係式を使用して測定を行ってもよく、図３の超磁歪素子制御処理を毎回実行して、測定を行ってもよい。
【００８４】
また、粘弾性測定装置１０は、品質管理、新製品開発などで、流動性材料やゲル材料などの力学的性質を評価する際に好適である。粘弾性測定装置１０は、従来の粘弾性測定に使用される装置と比較して低価格（１０分の１程度）であり、高精度の粘弾性測定ができる。粘弾性測定装置１０は、超磁歪素子の変位の制御および試料の粘弾性の測定（粘弾性に関する指標値の算出）に一般的なパーソナルコンピュータを用いることができるので、本装置を低価格にすることができる。粘弾性測定装置１０は、大きな駆動力を発生する超磁歪素子を用いているので、従来と比較してより硬い試料まで測定対象物の範囲を広げることができる。粘弾性測定装置１０は、流動性の材料および製品やゲル状の材料および製品などを扱う化学や食品工業を中心とする全ての製造業で利用できるという高い拡張性を有し、製品の品質の向上および安定化に寄与する。
以上、第１実施形態の説明を終了する。
【００８５】
［第２実施形態］
以下、本発明の粘弾性測定装置の第２実施形態について図を参照して説明する。ここで、第２実施形態の粘弾性測定装置は、超磁歪素子の変位を利用して、試料を保持する一対の試料保持部のうちの一方の試料保持部を所定の波形で周期的に振動させたときの試料の変形により他方の試料保持部に作用する応力を解析して試料の粘弾性に関する指標値を測定する機能を有するものである。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態と重複する構成要素の説明を省略する。
【００８６】
図４は第２実施形態の粘弾性測定装置の全体構成を示す図である。第２実施形態の粘弾性測定装置３０は、磁界の変化で変位する性質を持つ超磁歪素子１００と、粘弾性測定の対象である試料１０１を挟むようにして配設される試料保持部１０２および試料保持部１０３と、超磁歪素子１００の変位を試料保持部１０２に伝達する変位伝達部１０６と、試料保持部１０２の変位量を検出する変位量検出部１０７と、試料１０１から試料保持部１０３に作用する力を応力値として検出する応力検出部１０８と、磁界を発生する磁界発生部１１２と、磁界発生部１１２を移動させる移動部１１３と、超磁歪素子１００と磁界発生部１１２との間の距離を検出値（以下では、距離値と記述する）として検出する距離検出部１１４と、超磁歪素子１００の変位量の制御機能および試料１０１の粘弾性に関する指標値の測定機能を備えるコンピュータ４０と、で構成される。
【００８７】
なお、試料保持部１０２はロッド１１０を介して変位伝達部１０６に取り付けられており、試料保持部１０３はロッド１１１を介して応力検出部１０８に取り付けられている。また、磁界発生部１１２は超磁歪素子１００の近傍に配設されている。
【００８８】
また、磁界発生部１１２は、永久磁石などを用いることができる。移動部１１３は、磁界発生部１１２を移動させる。
【００８９】
また、距離検出部１１４は、超磁歪素子１００と磁界発生部１１２との間の距離値を検出する。
【００９０】
さらに、コンピュータ４０は、少なくとも、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量検出部１０７で検出した変位量に基づいて超磁歪素子１００の変位量を制御する機能と、変位量検出部１０７で検出した変位量および応力検出部１０８で検出した応力値を解析して試料１０１の粘弾性に関する指標値を測定する機能を備えている。
【００９１】
なお、粘弾性測定装置３０の構成に加えて、試料１０１の温度を制御するための構成を設けてもよい。具体的には、熱電対で試料１０１の温度を検出し、検出した温度と予め設定された温度とを比較して目標の温度を算出し、試料１０１の近傍に配設されたヒータを制御し、試料の温度を予め設定された温度に維持してもよい。これにより、設定された温度条件における試料の粘弾性に関する指標値を得ることができる。
【００９２】
ここで、コンピュータ４０の構成について、図５を参照して説明する。
図５は、コンピュータ４０の構成を示す図である。コンピュータ４０は、コンピュータ４０の全体を統括的に制御するＣＰＵ等の制御部４０１と、各種のデータベースやテーブルやファイルなどを格納する記憶部４０２と、コンピュータ４０を後述する各部と接続する入出力インターフェース部４０３と、システムの時刻を計時するクロック発生部４０４と、コンピュータ４０本体に入出力インターフェース部４０３を介して接続される入力部４０５および出力部４０６とを備えて構成されており、これら各部はバスを介して接続されている。さらに、コンピュータ４０は、ルータ等の通信装置および専用線等の有線または無線の通信回線を介して、ネットワークに通信可能に接続してもよい。
【００９３】
なお、記憶部４０２は、ストレージ手段であり、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ装置や、ハードディスクのような固定ディスク装置や、フレキシブルディスクや、光ディスク等を用いることができる。
【００９４】
また、入出力インターフェース部４０３は、変位量検出部１０７、応力検出部１０８、移動部１１３、距離検出部１１４、入力部４０５および出力部４０６とコンピュータ４０とを接続する。ここで、出力部４０６としては、モニタ、プリンタ、スピーカ等を用いることができる（なお、以下においては出力部４０６をモニタとして記載する）。また、入力部４０５としては、キーボード、マウス、マイク等を用いることができる。
【００９５】
また、制御部４０１は、図示の如く、大別して、超磁歪素子制御部４０１ａと粘弾性測定部４０１ｂと測定結果出力部４０１ｃとを備えている。なお、制御部４０１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に基づいて種々の処理を実行するための情報処理を行う。
【００９６】
ここで、超磁歪素子制御部４０１ａは、許容可能判定部４０１ａ−１、距離・変位量関係式作成部４０１ａ−２および目標距離・時間関係式作成部４０１ａ−３から構成されており、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量検出部１０７で検出した変位量に基づいて超磁歪素子１００の変位量を制御する。許容可能判定部４０１ａ−１は、変位量検出部１０７で検出した変位量ＶＡと所定の変位量ＶＢとを比較して、変位量ＶＡが許容可能（許容範囲）であるか否かを判定する。変位量ＶＢは、予め定めた目標変位量・時間関係式で算出された変位量であり、当該目標変位量・時間関係式は、所定の波形で周期的に振動させるための目標となる変位量および時間の関係を表す式である。距離・変位量関係式作成部４０１ａ−２は、許容可能判定部４０１ａ−１で変位量ＶＡが許容不可である（許容範囲でない）と判定された場合、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量ＶＡに基づいて、距離値および変位量の関係を表す距離・変位量関係式を作成する。具体的には、距離・変位量関係式作成部４０１ａ−２は、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量ＶＡに基づいて予め定めた距離・変位量関係式の係数を決定して、距離・変位量関係式を作成してもよい。目標距離・時間関係式作成部４０１ａ−３は、予め定めた目標変位量・時間関係式および距離・変位量関係式作成部４０１ａ−２で作成した距離・変位量関係式に基づいて、所定の波形で周期的に振動させるための目標となる距離値および時間の関係を表す目標距離・時間関係式を作成する。
【００９７】
また、粘弾性測定部４０１ｂは、変位量ＶＡおよび応力検出部１０８で検出した応力値を解析して試料１０１の粘弾性に関する指標値を測定する。ここで、第２実施形態の指標値として、粘性を表す損失弾性率および弾性を表す貯蔵弾性率を用いる。
【００９８】
また、測定結果出力部４０１ｃは、粘弾性測定部４０１ｂで測定した指標値を出力部４０６に出力する。
【００９９】
なお、制御部４０１は、大別して、超磁歪素子制御部４０１ａと粘弾性測定部４０１ｂと測定結果出力部４０１ｃとを備えているが、かかる場合に限定されることなく、粘弾性測定部４０１ｂおよび測定結果出力部４０１ｃを他のコンピュータの制御部で実現させてもよい。すなわち、超磁歪素子の制御および粘弾性の測定を別々のコンピュータで実現させてもよい。また、超磁歪素子制御部４０１ａを備えたコンピュータは、超磁歪素子を利用する各種計測器で超磁歪素子を制御する装置として利用することができる。
【０１００】
以上の構成において、（２−１）第２実施形態の基本的な考え方、（２−２）試料保持部１０２の振動動作、（２−３）変位量と距離値と応力値との検出、（２−４）超磁歪素子の変位の制御、（２−５）粘弾性測定、（２−６）測定結果出力、の順番に従って、その動作を説明する。なお、以下の説明において、試料保持部１０２は平板Ａとし、試料保持部１０３は平板Ｂとする。
【０１０１】
（２−１）第２実施形態の基本的な考え方
一般的に、超磁歪素子を利用した測定装置は、超磁歪素子の変位を伝達して試料に加える振動を所望の正弦波形にするために、超磁歪素子の変位を直接制御して超磁歪素子を所望の正弦波形で変位させるという考え方に基づいている。しかし、超磁歪素子の変位の仕方が伸長時および収縮時で異なり、変位の仕方が超磁歪素子の温度条件や超磁歪素子に加える圧力条件などで変化するというヒステリシス特性があるため、超磁歪素子の変位を精度よく直接制御することは困難である。また、仮に超磁歪素子が所望の正弦波形で変位するように超磁歪素子を精度よく直接制御しても、変位を伝達する過程での伝達精度などの影響で、試料に所望の正弦波形の振動を加えることが困難である。
【０１０２】
本発明者は、超磁歪素子の変位を伝達して試料に加える振動を所望の正弦波形にするために、超磁歪素子の変位を直接制御するのではなく、試料を保持する試料保持部を所望の正弦波形で振動させることに着目した。本発明は、試料保持部を所望の正弦波形で振動させるための目標となる超磁歪素子と磁界発生部との間の距離値を決定して超磁歪素子の変位を精度よく制御するという考え方に基づいている。具体的には、本発明は、試料保持部の変位量を検出し、超磁歪素子と磁界発生部との間の距離値を検出し、変位量および距離値の関係を表す式と試料保持部が所望の正弦波形で振動するための目標となる変位量および時間の関係を表す式と検出した変位量と検出した距離値と基づいて、試料保持部が所望の正弦波形で振動するための目標となる距離値を決定し、超磁歪素子の変位を精度よく制御するものである。
【０１０３】
（２−２）試料保持部１０２（平板Ａ）の振動動作
まず、利用者は、平板Ａと平板Ｂとの間に試料１０１を載置し、コンピュータ４０の入力部４０５を介して、移動部１１３が磁界発生部１１２を移動させるための予め最適な距離値を設定する。すなわち、超磁歪素子１００と磁界発生部１１２との間の最適な距離値を設定する。
【０１０４】
最適な距離値が設定されると、コンピュータ４０の制御部４０１は、設定された距離値を入出力インターフェース部４０３を介して移動部１１３に出力する。すなわち、コンピュータ４０の制御部４０１は、設定された距離値が出力されるように移動部１１３を制御する。
【０１０５】
距離値が出力されると、移動部１１３は、コンピュータ４０から入力した距離値だけ磁界発生部１１２を移動させる。磁界発生部１１２は、つねに磁界を発生する。
【０１０６】
超磁歪素子１００は、磁界発生部１１２で発生した磁界を受けて変位する。変位伝達部１０６は、超磁歪素子１００の変位を増幅して平板Ａに伝達する。これにより、平板Ａは剪断方向や伸縮方向などに振動し、試料１０１は平板Ａの振動で変形する。ここで、変位伝達部１０６は、一般的な機械的増幅伝達手段として利用されている、てこの原理を利用した構成である。
【０１０７】
（２−３）変位量と距離値と応力値との検出
距離検出部１１４は、経時的に超磁歪素子１００と磁界発生部１１２との間の距離値を検出し、検出した距離値をコンピュータ４０に出力する。コンピュータ４０に入出力インターフェース部４０３を介して距離値が入力されると、制御部４０１は、クロック発生部４０４からシステムの時刻を取得し、入力された距離値と取得した時刻とを相互に関連付けて記憶部４０２の所定の記憶領域に記憶する。
【０１０８】
一方、変位量検出部１０７は、経時的に平板Ａの変位量ＶＡを検出し、変位量ＶＡをコンピュータ４０に出力する。コンピュータ４０に入出力インターフェース部４０３を介して変位量ＶＡが入力されると、制御部４０１は、クロック発生部４０４からシステムの時刻を取得し、入力された変位量ＶＡと取得した時刻とを相互に関連付けて記憶部４０２の所定の記憶領域に記憶する。
【０１０９】
また、応力検出部１０８は、経時的に平板Ｂに作用する応力値を検出し、検出した応力値をコンピュータ４０に出力する。コンピュータ４０に入出力インターフェース部４０３を介して応力値が入力されると、制御部４０１は、クロック発生部４０４からシステムの時刻を取得し、入力された応力値と取得した時刻とを相互に関連付けて記憶部４０２の所定の記憶領域に記憶する。
【０１１０】
（２−４）超磁歪素子の変位の制御
つぎに、本発明の要部である超磁歪素子の変位の制御について説明する。
制御部４０１の超磁歪素子制御部４０１ａは、平板Ａが正弦波形で周期的に振動するように、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量ＶＡに基づいて超磁歪素子１００の変位量を制御する（超磁歪素子制御処理）。ここで、超磁歪素子の変位の制御を行う超磁歪素子制御処理の詳細について説明する。
【０１１１】
図６は、超磁歪素子制御部４０１ａで行われる超磁歪素子制御処理の一例を示すフローチャートである。
まず、超磁歪素子制御部４０１ａの許容可能判定部４０１ａ−１は、変位量検出部１０７で検出した平板Ａの変位量ＶＡと所定の変位量ＶＢとを比較して、変位量ＶＡが許容可能であるか否かを判定する（ステップＳＢ−１）。具体的には、変位量ＶＡと所定の変位量ＶＢとの標準誤差に基づいて、変位量ＶＡが許容可能であるか否かを判定する。ここで、変位量ＶＢは、予め定めた目標変位量・時間関係式で算出された変位量であり、当該目標変位量・時間関係式は、所定の波形で周期的に振動させるための目標となる変位量および時間の関係を表す式である。
【０１１２】
ステップＳＢ−２の判定結果が許容範囲でないと判定された場合（ステップＳＢ−２：ＮＯ）、距離・変位量関係式作成部４０１ａ−２は、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量ＶＡに基づいて、距離値および変位量の関係を表す距離・変位量関係式を作成し、作成した距離・変位量関係式を記憶部４０２の所定の記憶領域に格納する（ステップＳＢ−３）。具体的には、距離検出部１１４で検出した距離値および変位量ＶＡに基づいて、予め定めた距離・変位量関係式の係数を決定して、距離・変位量関係式を作成し、作成した距離・変位量関係式を記憶部４０２の所定の記憶領域に格納する。ここで、予め定めた距離・変位量関係式としては、第１実施形態で説明したＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔ法を用いて導いた距離値および変位量の関係を表す式などを用いることができる。この手法を用いると、超磁歪素子１００の磁歪挙動時（変位時）における距離値および変位量の関係のような非線形な関係を近似的に表す関数（近似式）を効率よく求めることができる。なお、超磁歪素子１００のヒステリシス特性を考慮するために、距離値の波形および変位量ＶＡの波形の位相差を考慮して、超磁歪素子１００の伸長時、超磁歪素子１００の収縮時のそれぞれに対応する距離・変位量関係式を作成してもよい。
【０１１３】
目標距離・時間関係式作成部４０１ａ−３は、予め定めた目標変位量・時間関係式およびステップＳＢ−３で作成した距離・変位量関係式に基づいて、平板Ａを正弦波形で周期的に振動させるための目標となる距離値および時間の関係を表す目標距離・時間関係式を作成し、目標距離・時間関係式を記憶部４０２の所定の記憶領域に格納する（ステップＳＢ−４）。具体的には、距離・変位量関係式および目標変位量・時間関係式から変位量を消去して目標距離・時間関係式を作成し、目標距離・時間関係式を記憶部４０２の所定の記憶領域に格納する。
【０１１４】
超磁歪素子制御部４０１ａは、ステップＳＢ−４で作成した目標距離・時間関係式に基づいて、最適な距離値が出力されるように移動部１１３を制御する（ステップＳＢ−５）。超磁歪素子制御部４０１ａは、平板Ａが所望の正弦波形で周期的に振動するようになるまで超磁歪素子制御処理（ステップＳＢ−１〜ステップＳＢ−５）を実行する。具体的には、ステップＳＢ−５で出力した最適な距離値が（２−２）試料保持部１０２の振動動作の各動作を経て平板Ａの振動に反映されると、許容可能判定部４０１ａ−１は、ステップＳＢ−１と同様の判定を行う。ステップＳＢ−２の判定結果が許容範囲であると判定された場合（ステップＳＢ−２：ＹＥＳ）、超磁歪素子制御部４０１ａは処理を終了し、そうでない場合（ステップＳＢ−２：ＮＯ）、超磁歪素子制御部４０１ａの各部はステップＳＢ−３〜ステップＳＢ−５の処理を行う。これにより、平板Ａは、所望の正弦波形で周期的に振動するようになった。これにて、超磁歪素子制御部４０１ａで行われる超磁歪素子制御処理が終了する。
【０１１５】
上記の超磁歪素子制御部４０１ａは、平板Ａを周期的に振動させる波形（平板Ａの目標とする波形）を正弦波形に設定したが、かかる場合に限定されることなく、周波数の異なる正弦波形を複合させた波形や三角波形や矩形波形などを設定してもよい。これにより、平板Ａを様々な波形で周期的に振動させることができ、各波形での試料１０１の指標値を測定することができる。また、超磁歪素子制御部４０１ａは、記憶部４０２の所定の記憶領域に予め格納したデータ−ベースから変位量ＶＡに対応する最適な距離値を取得し、取得した距離値が出力されるように移動部１１３を制御してもよい。ここで、当該データ−ベースは、使用する各々の超磁歪素子１００に対してヒステリシス特性に影響を与える温度条件ごとに、平板Ａが正弦波形で周期的に振動するための目標となる変位量および距離値とを相互に関連付けて格納する。
【０１１６】
（２−５）粘弾性測定
上述の超磁歪素子制御処理を１回乃至複数回繰り返して平板Ａが正弦波形で周期的に振動するようになった後、粘弾性測定部４０１ｂは、変位量ＶＡおよび応力検出部１０８で検出した応力値を解析して試料１０１の損失弾性率および貯蔵弾性率を測定し、測定された損失弾性率および貯蔵弾性率を記憶部４０２の所定の記憶領域に格納する。具体的には、変位量ＶＡの波形と応力値の波形との位相差、変位量ＶＡの波形の振幅および応力値の波形の振幅を用いて、貯蔵弾性率および損失弾性率を測定する。
【０１１７】
（２−６）測定結果出力
測定結果出力部４０１ｃは、粘弾性測定部４０１ｂで測定した貯蔵弾性率および損失弾性率をモニタに出力する。
これにて、粘弾性測定装置３０の動作の説明を終了する。
【０１１８】
第２実施形態の粘弾性測定装置（粘弾性測定装置３０）は、試料保持部１０２の変位量を変位量検出部１０７で検出し、超磁歪素子１００と磁界発生部１１２との間の距離値を距離検出部１１４で検出する。粘弾性測定装置３０は、許容可能判定部４０１ａ−１で検出した変位量が許容範囲でないと判定された場合、検出した距離値および検出した変位量に基づいて変位量および距離値の関係を表す式を距離・変位量関係式作成部４０１ａ−２で作成する。粘弾性測定装置３０は、試料保持部１０２が所望の正弦波形で振動するための目標となる距離値および時間の関係を表す式を目標距離・時間関係式作成部４０１ａ−３で作成し、試料保持部１０２が所望の正弦波形で振動するための目標となる距離値を決定する。これにより、粘弾性測定装置３０は、目標となる距離値に基づいて超磁歪素子１００の変位を精度よく制御することができ、試料保持部１０２を所望の正弦波形で振動させることができる。粘弾性測定装置３０は、所望の正弦波形で粘弾性測定を行うことができ、貯蔵弾性率および損失弾性率などの粘弾性に関する指標値を正確に測定することができる。
【０１１９】
また、上述した第１実施形態の粘弾性測定装置１０と同様、粘弾性測定装置３０は、使用する部品や環境などの様々な影響を受けずに試料保持部１０２の変位を所望な正弦波形にすることができ、高精度の粘弾性測定ができる。具体的には、（ａ２）超磁歪素子１００のヒステリシス特性に影響する測定時の温度条件が変化する場合、（ｂ２）使用する超磁歪素子１００の品質の変動（ばらつき）がある場合、（ｃ２）本装置の各構成部品の加工精度の変動（ばらつき）がある場合、に分けて詳細に説明する。
【０１２０】
（ａ２）超磁歪素子１００のヒステリシス特性に影響する測定時の温度条件が変化する場合、粘弾性測定装置３０は、温度条件が測定中に変化しても、その時々の温度条件で試料保持部１０２の変位量を所望な正弦波形に制御しているので、常に所望な正弦波形のもとで高精度の粘弾性測定を行うことができる。第２実施形態の粘弾性測定装置３０は、ヒステリシス特性を有する超磁歪素子１００の変位量を所望の正弦波形にすることに着目するのではなく、試料保持部１０２の変位量を所望の正弦波形にすることに着目しているため、超磁歪素子１００がヒステリシス特性を有していても、試料保持部１０２を所望の正弦波形に制御し、試料に所望の振動を与えることができる。このような特徴を有する粘弾性測定装置３０は、正弦波形の振幅や正弦波形の周波数、試料温度、外気温度などの様々な測定条件での試料の粘弾性の測定に利用できる。例えば、粘弾性測定装置３０は、測定時の温度を２０度、３０度など様々な温度に設定して測定を行うことで、各温度における試料の粘弾性の測定を容易に行うことができる。
【０１２１】
（ｂ２）使用する超磁歪素子１００の品質の変動（ばらつき）がある場合、粘弾性測定装置３０は、試料保持部１０２の変位量を所望な正弦波形にすることに着目しているため、例え、超磁歪素子１００の品質にばらつきがあっても、ばらつきの影響を受けずに制御することができ、粘弾性測定に必要なμｍ単位の変位波形の振動を試料に与えることができる。従来の制御方法は超磁歪素子の品質が常に厳密に保たれていることが前提なので、従来の制御方法に基づく計測装置の場合、使用する超磁歪素子を交換すると、その素子に対応するようにデータベースの情報を修正する必要がある。
【０１２２】
（ｃ２）本装置の各構成部品の加工精度のばらつきがある場合、粘弾性測定装置３０は、試料保持部１０２の変位を所望な正弦波形にすることに着目しているため、使用する各構成部品の加工精度のばらつきがあっても試料保持部１０２を所望の正弦波形で制御し、試料に所望の振動を与えることができる。粘弾性測定装置３０は、使用する各構成部品を交換しても、従来のように部品の調整を行う必要なく、試料保持部１０２を所望の正弦波形で制御し、試料に所望の振動を与えることができる。これにより、本装置の各構成部品を自由に変更することができ、装置全体の低価格化を容易に実現することができる。また、本装置の各構成部品を最新のものや高性能のものに変更することで、本装置全体の高性能化を容易に図ることができる。従来の制御方法に基づく装置は、超磁歪素子の品質が常に厳密に保たれていることが前提なので、各構成部品の加工精度のばらつきの影響を受けやすく、所望な正弦波形を作るための各構成部品の調整が非常に困難である。
【０１２３】
また、常に同一環境条件で粘弾性測定を行う場合、粘弾性測定装置３０は、前回求めた目標距離・時間関係式を用いて即座に測定を行うことができる。これにより、試料保持部１０２を所望な振動にするための目標距離・時間関係式を再度作成する必要なく所望な振動を再現することができ、即座に高精度の粘弾性測定を行うことができる。
粘弾性測定装置３０は、前回求めた目標距離・時間関係式で算出される距離値を初期値として出力するように移動部１１３を制御し、試料保持部１０２が所望の振動になった後測定を行ってもよく、前回求めた目標距離・時間関係式を用いず新たな目標距離・時間関係式を作成して試料保持部１０２が所望な振動になった後測定を行ってもよい。すなわち、図６で説明した超磁歪素子制御処理を１日の一番最初に初期化処理として実行し、目標距離・時間関係式を作成し、求めた目標距離・時間関係式を使用して測定を行ってもよく、図６の超磁歪素子制御処理を毎回実行して、測定を行ってもよい。
【０１２４】
また、粘弾性測定装置３０は、品質管理、新製品開発などで、流動性材料やゲル材料などの力学的性質を評価する際に好適である。粘弾性測定装置３０は、従来の粘弾性測定に使用される装置と比較して低価格（１０分の１程度）であり、高精度の粘弾性測定ができる。粘弾性測定装置３０は、超磁歪素子の変位の制御および試料の粘弾性の測定（粘弾性に関する指標値の算出）に一般的なパーソナルコンピュータを用いることができるので、本装置を低価格にすることができる。粘弾性測定装置３０は、大きな駆動力を発生する超磁歪素子を用いているので、従来と比較してより硬い試料まで測定対象物の範囲を広げることができる。粘弾性測定装置３０は、流動性の材料および製品やゲル状の材料および製品などを扱う化学や食品工業を中心とする全ての製造業で利用できるという高い拡張性を有し、製品の品質の向上および安定化に寄与する。
以上、第２実施形態の説明を終了する。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上のように、本発明にかかる粘弾性測定装置および粘弾性測定方法は、特に、超磁歪素子の変位を利用して、試料を保持する一対の試料保持部のうちの一方の試料保持部を所定の波形で周期的に振動させたときの試料から他方の試料保持部に作用する応力を解析して試料の粘弾性に関する指標値を測定することができる。
【０１２６】
さらに、本発明にかかる粘弾性測定装置および粘弾性測定方法は、化粧品や、ペンキ、インクなどの塗料や、歯磨き粉などの流動性の材料および製品や、ゲル状の材料および製品などを扱う化学、食品、製薬などを中心とする全ての製造業で広く実施することができ、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】第１実施形態の粘弾性測定装置の全体構成を示す図である。
【図２】コンピュータ２０の構成を示すブロック図である。
【図３】超磁歪素子制御部２０１ａで行われる電流制御処理の一例を示すフローチ          ャートである。
【図４】第２実施形態の粘弾性測定装置の全体構成を示す図である。
【図５】コンピュータ４０の構成を示すブロック図である。
【図６】超磁歪素子制御部４０１ａで行われる距離制御処理の一例を示すフローチ          ャートである。
【符号の説明】
【０１２８】
１０、３０  粘弾性測定装置
１００  超磁歪素子
１０１  試料
１０２、１０３  試料保持部
１０４  電流供給部
１０５、１１２  磁界発生部
１０６  変位伝達部
１０７  変位量検出部
１０８  応力検出部
１０９  電流検出部
１１０、１１１  ロッド
１１３  移動部
１１４  距離検出部
２０  コンピュータ
２０１  制御部
２０１ａ  超磁歪素子制御部
２０１ａ−１  許容可能判定部
２０１ａ−２  電流・変位量関係式作成部
２０１ａ−３  目標電流・時間関係式作成部
２０１ｂ  粘弾性測定部
２０１ｃ  測定結果出力部
２０２  記憶部
２０３  入出力インターフェース部
２０４  クロック発生部
２０５  入力部
２０６  出力部
４０  コンピュータ
４０１  制御部
４０１ａ  超磁歪素子制御部
４０１ａ−１  許容可能判定部
４０１ａ−２  距離・変位量関係式作成部
４０１ａ−３  目標距離・時間関係式作成部
４０１ｂ  粘弾性測定部
４０１ｃ  測定結果出力部
４０２  記憶部
４０３  入出力インターフェース部
４０４  クロック発生部
４０５  入力部
４０６  出力部
【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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