(57)【要約】【課題】測定対象物の大きさや形状、構成などに関わらず体積弾性率の測定をおこなうこと。【解決手段】第１の圧力容器１１０には測定対象物が格納される。第２の圧力容器１２０には圧力調整機構が設けられる。圧力調整機構は、第２の圧力容器１２０内に任意の移動量で移動可能な圧力調整用シャフト１２１、圧力調整用シャフト１２１を移動させるモータ１２２、モータ１２２による圧力調整用シャフト１２１の移動量を測定するモータ制御部１２３である。圧力計１２４は、第２の圧力容器１２０内の圧力を測定する。演算処理装置１４０は、圧力計１２４によって測定された圧力と、圧力調整用シャフト１２１の移動量に基づいて測定対象物の体積弾性率を算出する。【選択図】図１
2013205051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の体積弾性率を測定する体積弾性率測定装置であって、
前記測定対象物を格納する第１の圧力容器と、
高圧配管を介して前記第１の圧力容器と接続された第２の圧力容器と、
前記第２の圧力容器内に任意の移動量で移動可能な圧力調整用部材と、
前記第２の圧力容器内に前記圧力調整用部材を移動させる移動手段と、
前記移動手段による前記圧力調整用部材の移動量を測定する移動量測定手段と、
前記第１の圧力容器内と、前記第２の圧力容器内と、前記高圧配管内と、の少なくともいずれかの圧力を測定する圧力測定手段と、
前記圧力測定手段によって測定された前記圧力と、前記移動量測定手段によって測定された前記移動量に基づいて前記測定対象物の前記体積弾性率を算出する算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする体積弾性率測定装置。
【請求項２】
前記算出手段は、前記移動量を用いて前記測定対象物の体積変化量を算出し、下記式（１）を用いて前記体積弾性率を算出することを特徴とする請求項１に記載の体積弾性率測定装置。
ただし、下記式（１）において、Ｋは測定対象物の体積弾性率、ｐは圧力、ｖは測定対象物の体積、Δｖは測定対象物の体積変化量である。
【数１】
2013205051.tif 000004
【請求項３】
前記算出手段は、前記第１の圧力容器に前記測定対象物を格納しない状態において測定した前記移動量を用いて算出した前記体積変化量と、前記第１の圧力容器に前記測定対象物を格納した状態において測定した前記移動量を用いて算出した前記体積変化量と、の差分から前記測定対象物の前記体積変化量を算出することを特徴とする請求項２に記載の体積弾性率測定装置。
【請求項４】
前記第２の圧力容器は、中空構造の柱体形状であり、
前記圧力調整用部材は、断面形状が一定の棒状部材であり、
前記移動手段は、前記棒状部材である前記圧力調整用部材を、前記柱体形状の前記第２の圧力容器の長手方向に移動させ、
前記移動量測定手段は、前記圧力調整用部材の前記長手方向の移動量を測定し、
前記算出手段は、前記長手方向の移動量と前記断面形状の面積とを掛け合わせて前記体積変化量を算出することを特徴とすることを特徴とする請求項２または３に記載の体積弾性率測定装置。
【請求項５】
前記圧力調整用部材は、複数設けられており、
複数の前記圧力調整用部材は、それぞれ前記断面形状の面積が異なることを特徴とする請求項４に記載の体積弾性率測定装置。
【請求項６】
前記第１の圧力容器と、前記第２の圧力容器と、前記高圧配管と、には非圧縮性の流体が充填されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の体積弾性率測定装置。
【請求項７】
前記非圧縮性の流体は、水であることを特徴とする請求項６に記載の体積弾性率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の体積弾性率を測定する体積弾性率測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物質（測定対象物）の体積弾性率の測定方法には、以下のようなものが知られている。第１に、測定容器内に測定対象物と液体とを封入して、ピストンを用いて圧力を加え、ピストンの移動量と液体の圧力とから体積弾性率を算出する方法が挙げられる。第２に、超音波パルスを使用して、縦波音速と横波音速とから体積弾性率を算出する方法が挙げられる。
【０００３】
また、第３に、試料（測定対象物）と液体とを入れた測定セルに対して等方的に圧力を加えることによって、これにより変化した体積量を用いて体積弾性率を算出する方法が挙げられる（たとえば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４５２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、いずれも均質媒体を測定対象物とすることが前提であり、たとえば測定対象物が複雑構造物であったり、不均質な物体である場合は、体積弾性率を測定することができない（または体積弾性率を測定することが困難である）という問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、測定対象物の大きさや形状、構成等に関わらず体積弾性率を測定することができる体積弾性率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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる体積弾性率測定装置は、測定対象物の体積弾性率を測定する体積弾性率測定装置であって、前記測定対象物を格納する第１の圧力容器と、高圧配管を介して前記第１の圧力容器と接続された第２の圧力容器と、前記第２の圧力容器内に任意の移動量で移動可能な圧力調整用部材と、前記第２の圧力容器内に前記圧力調整用部材を移動させる移動手段と、前記移動手段による前記圧力調整用部材の移動量を測定する移動量測定手段と、前記第１の圧力容器内と、前記第２の圧力容器内と、前記高圧配管内と、の少なくともいずれかの圧力を測定する圧力測定手段と、前記圧力測定手段によって測定された前記圧力と、前記移動量測定手段によって測定された前記移動量に基づいて前記測定対象物の前記体積弾性率を算出する算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、測定対象物を格納する第１の圧力容器と、圧力調整をおこなう第２の圧力容器とを分けたことにより、必要な場合には第１の圧力容器を交換することができ、測定対象物の大きさや形状、構成等によらず、体積弾性率の測定をおこなうことができる。また、このように、第１の圧力容器と第２の圧力容器とを分けることによって、圧力調整用部材が移動して、測定対象物に接触または押圧することにより、測定対象物が破損するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態にかかる体積弾性率測定装置１００の構成を示す説明図である。
【図２】圧力容器内の断面図である。
【図３】体積弾性率測定装置１００における体積弾性率測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】体積弾性率測定装置１００によって測定された体積弾性率の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる体積弾性率測定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる体積弾性率測定装置１００の構成を示す説明図である。実施の形態にかかる体積弾性率測定装置１００は、第１の圧力容器１１０、第２の圧力容器１２０、圧力調整用シャフト１２１（１２１ａ，１２１ｂ：圧力調整用部材）、モータ１２２（移動手段）、モータ制御部１２３（移動量測定手段）、圧力計１２４（圧力測定手段）、高圧ホース１３０（高圧配管）、演算処理装置１４０（算出手段）によって構成される。
【００１２】
第１の圧力容器１１０と第２の圧力容器１２０とは、高圧ホース１３０によって接続されている。第１の圧力容器１１０および第２の圧力容器１２０は、大気圧と異なる一定の圧力で気体や液体を貯留するように設計されているタンクである。本実施の形態においては、第１の圧力容器１１０および第２の圧力容器１２０は、最大０．５ＭＰａまで耐えられるように設計されているまた、高圧ホース１３０も、圧力容器内の圧力以上に耐えられるように設計されている。
【００１３】
２つの圧力容器内および高圧ホース１３０には、たとえば非圧縮性の流体が充填されている。本実施の形態では、非圧縮性の流体として水を用いる。以下において、第１の圧力容器１１０内、第２の圧力容器１２０内および高圧ホース１３０内の流体充填領域を「測定系」という。
【００１４】
第１の圧力容器１１０は、測定対象物である測定サンプル２００を格納する。第１の圧力容器１１０は、測定サンプル２００の大きさや形状、構成などに応じて交換することが可能である。本実施の形態では、測定サンプル２００として、空気が充填された樹脂製の袋状部材（エアセル）が複数連結された複合部材を用いるものとする。たとえば、測定サンプル２００内の空気圧を変更しながら体積弾性率を測定する場合は、第１の圧力容器１１０に、測定サンプル２００内の空気圧を変更する構成を付加してもよい。
【００１５】
第２の圧力容器１２０には、上部に圧力調整用シャフト１２１（１２１ａ，１２１ｂ）が設けられている。圧力調整用シャフト１２１は、第２の圧力容器１２０内に任意の移動量で移動可能である。より詳細には、圧力調整用シャフト１２１は、モータ１２２の駆動で第２の圧力容器１２０内に移動される。
【００１６】
図２は、圧力容器内の断面図である。図２に示すように、第１の圧力容器１１０、第２の圧力容器１２０および高圧ホース１３０には、水Ｗが充填されている。また、第１の圧力容器１１０には、測定サンプル２００が格納されている。第２の圧力容器には、その上部に圧力調整用シャフト１２１が設けられている。
【００１７】
本実施の形態では、第２の圧力容器１２０は、中空構造の柱体形状、より詳細には中空構造の円柱形状である。また、圧力調整用シャフト１２１は、断面形状が一定の棒状部材、より詳細には直径が一定の円柱状部材である。モータ１２２の駆動によって、圧力調整用シャフト１２１は、第２の圧力容器１２０の長手方向（図１および図２の矢印Ｓ方向）に移動される。たとえば、圧力調整用シャフト１２１の基準位置（移動量０の位置）を図２の点Ｏとすると、圧力調整用シャフト１２１の移動量は、圧力調整用シャフト１２１の先端と点Ｏとの距離Ｘで表わすことができる。
【００１８】
圧力調整用シャフト１２１が第２の圧力容器１２０内に移動することによって、測定系の体積が変化する一方で、測定系内における流体量は変化しないため、測定系の圧力が変化する。具体的には、圧力調整用シャフト１２１が第２の圧力容器１２０の内部方向に移動すると、測定系内の圧力が上昇する。
【００１９】
また、圧力調整用シャフト１２１は、複数設けられており、複数の圧力調整用シャフト１２１は、それぞれ断面形状の面積（断面積）が異なる。本実施の形態においては、円柱状部材の直径を異ならせており、たとえば直径５０ｍｍの圧力調整用シャフト１２１ａと、直径２０ｍｍの圧力調整用シャフト１２１ｂとした。この２つの圧力調整用シャフト１２１は太さが異なるため、長手方向の移動量が同じでも、測定系の体積変化量が異なる。より詳細には、移動量が同じ場合は、直径５０ｍｍの圧力調整用シャフト１２１ａの方が、直径２０ｍｍの圧力調整用シャフト１２１ｂと比べて体積変化量が大きくなる。
【００２０】
このように、複数の圧力調整用シャフト１２１を設けることによって、測定の目的に合わせて迅速かつ微細な調整が可能となる。たとえば、直径が大きい圧力調整用シャフト１２１ａを用いることによって、迅速に測定系内の圧力を上昇させることができ、直径が小さい圧力調整用シャフト１２１ｂを用いることによって、微細な圧力調整をおこないながら測定をおこなうことができる。また、ある圧力までは直径が大きい圧力調整用シャフト１２１aを使用して圧力上昇させて、その後直径が小さい圧力調整用シャフト１２１bを使用して微細な圧力調整を行い、任意の圧力での分解能のよいデータを取得することができる。
【００２１】
図１の説明に戻り、モータ制御部１２３は、モータ１２２による圧力調整用シャフト１２１の移動量を測定する。モータ制御部１２３は、モータドライバなどを備え、たとえばモータ１２２の回転数から圧力調整用シャフト１２１の移動量を算出する。モータ制御部１２３で測定された圧力調整用シャフト１２１の移動量は、演算処理装置１４０に出力される。
【００２２】
圧力計１２４は、第２の圧力容器１２０内の圧力を測定する。なお、本実施の形態では、圧力計１２４を第２の圧力容器１２０に設けたが、第１の圧力容器１１０や高圧ホース１３０に設けてもよい。これは、測定系内の圧力は、圧力調整用シャフト１２１の移動速度に対して十分な時間をとった範囲において等しいためである。圧力計１２４によって測定された圧力値は、演算処理装置１４０に出力される。
【００２３】
演算処理装置１４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク装置、他の構成とのインターフェース等から構成される。演算処理装置１４０は、圧力計１２４によって測定された圧力と、モータ制御部１２３によって測定された圧力調整用シャフト１２１の移動量に基づいて測定サンプル２００の体積弾性率を算出する。
【００２４】
より詳細には、演算処理装置１４０は、まず、圧力調整用シャフト１２１の移動量を用いて、測定系における体積変化量を算出する。圧力調整用シャフト１２１を移動させた際（すなわち、圧力印加時）の測定系における体積変化量Δｖ’は、圧力調整用シャフト１２１の移動量（長手方向の移動距離）×圧力調整用シャフト１２１の断面積で求めることができる。
【００２５】
ここで、この体積変化量Δｖ’には、圧力の印加によって２つの圧力容器や高圧ホース１３０が変形した体積変化量が含まれている。このため、本測定に先立って、測定サンプル２００を入れずに圧力調整用シャフト１２１を移動させて体積変化量の測定をおこない、測定系のみにおける体積変化量Δｖｒ’も測定しておく。このΔｖ’およびΔｖｒ’から、測定サンプルにおける体積変化量Δｖを下記式（１）で算出することができる。
Δｖ  ＝  Δｖ’−Δｖｒ’  ・・・（１）
【００２６】
すなわち、Δｖｒ’は第１の圧力容器１１０に測定対象物を格納しない状態において測定した移動量を用いた体積変化量であり、Δｖ’は第１の圧力容器１１０に測定対象物を格納した状態において測定した移動量を用いた体積変化量であり、この差分から測定対象物の体積変化量Δｖを算出することができる。
【００２７】
このように算出したΔｖを用いれば、体積弾性率は下記式（２）で示すことができる。
下記式（２）において、Ｋは体積弾性率、ｐは圧力、ｖは測定サンプルの体積である。
【００２８】
【数１】
2013205051.tif 000003
【００２９】
なお、たとえば圧力容器の厚みが十分大きく、圧力による変形が無視できる程度に小さい場合には、測定系における体積変化量Δｖ’をそのまま測定サンプルにおける体積変化量Δｖとして用いることができる。
【００３０】
図３は、体積弾性率測定装置１００における体積弾性率測定処理の手順を示すフローチャートである。図３のフローチャートにおいて、体積弾性率測定装置１００では、まず、測定サンプル２００を入れずに圧力調整用シャフト１２１を移動させて体積変化量の測定をおこなう（ステップＳ３０１）。これにより、測定系のみにおける体積変化量Δｖｒ’が測定することができる。なお、ステップＳ３０１の処理は、第１の圧力容器１１０の交換をおこなった場合のように、測定系に変化があった際にのみおこなえばよい。
【００３１】
つぎに、体積弾性率測定装置１００では、第１の圧力容器１１０に測定サンプルが封入される（ステップＳ３０２）。体積弾性率の測定が開始されると、体積弾性率測定装置１００では、モータ１２２を駆動して圧力調整用シャフト１２１を移動させる（ステップＳ３０３）。モータ制御部１２３は、圧力調整用シャフト１２１の移動量を演算処理装置１４０に入力する。また、これと同時に圧力計１２４によって測定系の圧力を測定する（ステップＳ３０４）。圧力計１２４は、測定した圧力値を演算処理装置１４０に入力する。
【００３２】
ユーザによって設定された測定範囲の測定が終了するまでは（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、体積弾性率測定装置１００は、ステップＳ３０２に戻り、圧力調整用シャフト１２１の移動および圧力の測定を継続する。そして、測定が終了すると（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、演算処理装置１４０によって測定サンプル２００の体積弾性率を算出して（ステップＳ３０６）、本フローチャートによる処理を終了する。
【００３３】
なお、図３のフローチャートでは、測定が終了してから体積弾性率を算出するものとしたが、これに限らず、たとえば、測定中においても既に得られている測定データを用いて、随時体積弾性率を算出してもよい。
【００３４】
図４は、体積弾性率測定装置１００によって測定された体積弾性率の一例を示すグラフである。図４のグラフにおいて、実線は体積弾性率、点線は測定サンプル２００の体積変化量を示し、右縦軸は体積弾性率、左縦軸は測定サンプル２００の体積変化量、横軸は圧力を示す。図４のグラフには、測定値から得られる測定サンプル２００の体積変化量Δｖと、この体積変化量Δｖから上記式（２）を用いて算出した体積弾性率をプロットしている。図４に示すように、体積弾性率測定装置１００によれば、複雑な構造を有する測定サンプル２００の体積弾性率を簡易に測定することができる。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態にかかる体積弾性率測定装置１００は、測定サンプル２００を格納する第１の圧力容器１１０と、圧力調整をおこなう第２の圧力容器１２０とを分けた構成となっている。これにより、必要な場合には第１の圧力容器１１０を交換することができ、測定サンプル２００の大きさや形状、構成などに関わらず、体積弾性率の測定をおこなうことができる。
【００３６】
また、このように、第１の圧力容器１１０と第２の圧力容器１２０とを分けることによって、圧力調整用シャフト１２１が移動して、測定サンプル２００に接触または押圧することにより、測定サンプル２００が破損するのを防止することができる。
【００３７】
また、体積弾性率測定装置１００には、断面積が異なる複数の圧力調整用シャフト１２１が設けられている。これにより、測定の目的や内容に応じて、圧力調整用シャフト１２１を使い分けて圧力の調整精度を変更することができ、測定効率を向上させることができる。
【００３８】
また、体積弾性率測定装置１００では、圧力調整用シャフト１２１の移動にモータ１２２を用い、モータ制御部１２３から圧力調整用シャフト１２１の移動量を得るので、精度よく、かつ簡単に測定系における体積変化量を算出することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００……体積弾性率測定装置、１１０……第１の圧力容器、１２０……第２の圧力容器、１２１（１２１ａ，１２１ｂ）……圧力調整用シャフト、１２２……モータ、１２３……モータ制御部、１２４……圧力計、１３０……高圧ホース、１４０……演算処理装置、２００……測定サンプル。
【図１】
2013205051.tif 000005
【図２】
2013205051.tif 000006
【図３】
2013205051.tif 000007
【図４】
2013205051.tif 000008