機械特性測定装置および機械特性測定装置の使用方法
【課題】 測定精度が高く、かつ低消費電力な機械特性測定装置を提供する。
【解決手段】 本発明の機械特性測定装置１０は、測定物に接触させる圧電振動子１２ａを含む振動センサ１２と、前記圧電振動子１２ａに電気エネルギーを供給する定電圧発振回路１１と、前記圧電振動子１２ａに生じた振動電流を測定する振動電流測定部１３と、オン／オフ切り替え可能な第１のスイッチング手段１４と、オン／オフ切り替え可能な第２のスイッチング手段１４とを備え、前記定電圧発振回路１１が、前記振動センサ１２に前記第１のスイッチング手段１４を介して、電気的に接続され、前記振動センサ１２が、前記振動電流測定部１３に前記第２のスイッチング手段１４を介して、電気的に接続されていることを特徴とする。
【解決手段】 本発明の機械特性測定装置１０は、測定物に接触させる圧電振動子１２ａを含む振動センサ１２と、前記圧電振動子１２ａに電気エネルギーを供給する定電圧発振回路１１と、前記圧電振動子１２ａに生じた振動電流を測定する振動電流測定部１３と、オン／オフ切り替え可能な第１のスイッチング手段１４と、オン／オフ切り替え可能な第２のスイッチング手段１４とを備え、前記定電圧発振回路１１が、前記振動センサ１２に前記第１のスイッチング手段１４を介して、電気的に接続され、前記振動センサ１２が、前記振動電流測定部１３に前記第２のスイッチング手段１４を介して、電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械特性測定装置および機械特性測定装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル化が支えるＩＴ・ネットワーク技術の進展により、取り扱われる情報は、増大し、それに伴い蓄積される情報は、増大の一途をたどっている。センサ等を用いた入力デバイスにより取得された情報を、正確に分析・判断して分かりやすく加工された情報とし、人に知らせることは、社会の安心安全・快適・環境保全を実現する上で重要である。情報を取得する入力デバイスとしては、例えば、圧電振動子をセンサに用いた入力デバイスがあげられる。圧電振動子を用いた入力デバイスとしては、例えば、物の固定状態を判定する動揺度測定装置（例えば、特許文献１参照）、超音波診断に用いる超音波トランスデューサシステム（例えば、特許文献２参照）等があげられる。
【０００３】
社会が成熟すると共に、高齢化が進展し、様々な問題が生じている。人は、健康維持や抗加齢を望んでいる。このような状況にあって、例えば、健康状態の変化や加齢による影響が顕著に表れる肌の状態を、場所を選ばず、安価で、簡易かつ正確に測定・指示できる健康センサが要望されている。今日では、電子部品の小型化により、電子機器の小型化・軽量化が進み、無線通信を利用した携帯電話、またはノートパソコン等に代表される携帯型電子機器が普及している。このような携帯型電子機器に、前述の健康センサが搭載され、取得した情報を蓄積したり、その情報に基づきサービスの提供を受けられるようになることへの期待は大きい。これを実現するにあたり、前述の健康センサには、例えば、正確な情報が取得可能なように測定精度が高く、かつ小型で電池駆動可能な低消費電力であるという技術的な課題を克服する必要がある。
【０００４】
人の肌等の弾性体の機械特性を評価するために、圧電振動子を用いた装置が提案されている（特許文献３から５参照）。特許文献３に記載の弾性特性測定装置１０００は、図１０（ａ）に示すように、３端子型圧電振動子１００２に、一定の電圧を印加するための定電圧駆動回路１００１と、高調波成分を除去するためのフィルタ増幅回路１００６と、仮想接地型電流検出回路１００３とを備える。この装置では、前述の構成部材がループ状に接続され、帰還型自励発振回路が構成されている。この装置の駆動状態において、測定物を前記圧電振動子に接触させると、測定物の等価的な電気インピーダンスが負荷される。このため、図１０（ｂ）に示すように、前記自励発振回路の周波数および電流値が、測定物に接触させていない状態（実線の波形１００８）と、測定物に接触させている状態（破線の波形１００９）とで変化する。このような変化を利用した装置としては、例えば、特許文献４に記載の肌弾力センサがあげられる。図１１に示すように、この肌弾力センサ１１００は、半球状の接触子１１０３が取り付けられた棒状の圧電セラミックス円柱１１０２が、加圧用のバネ１１０４により外装筐体１１０７に支持された圧電振動子と、電気回路とから構成されている。前記圧電振動子は、長さ方向縦振動で駆動する。また、前述の弾性特性測定装置の応用として、例えば、特許文献５に記載の肌年齢算出装置があげられる。図１２（ａ）に、この装置のシステムブロック図を示し、図１２（ｂ）に、外観図を示す。この装置１２００は、特許文献４に記載の装置と同様に、半球状の接触子１２０３が取り付けられた圧電振動子の接触による共振周波数または固有周期の変化から肌年齢を算出する装置である。この装置１２００の表面には、表示部１２０８が設けられている。この装置１２００の外装筐体１２０７のうち、前記接触子１２０３近傍部分は、前記圧電振動子への一定の押圧が得られるように肌支持体の役割しており、安定した押し圧を得ることにより計測誤動作が防止可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１４８０３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８８７９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０２１９号公報
【特許文献４】特開２００５−５２２１２号公報
【特許文献５】特開２００１−２１２０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献３から５に記載の装置では、前述のとおり、共振周波数の変化と電流値の変化とを測定に利用する。前記共振周波数の変化は、圧電振動子を連続駆動させて、肌等の測定物を、機械的負荷として接触させた場合に生じる。前記電流値の変化は、前記接触により生じる押し圧変化と振動抑圧とによる、圧電振動子の電気等価回路変化に応じて生じる。
【０００７】
しかしながら、これらの装置には、測定精度に関する３つの問題がある。具体的には、以下のような問題がある。
第１の問題は、圧電振動子の機械特性と測定物の機械特性との差と、自励発振回路に起因する共振周波数測定の精度との関係の問題である。前記差が大きいと、共振周波数の変化が大きくなるため、自励発振回路がその変化に追従できなくなり、誤動作を起こす恐れがある。一方、前記差が小さいと、共振周波数の変化が小さくなるため、正確な測定が困難となる。また、これらの装置の測定可能な範囲は、極めて狭い。このため、例えば、厚みや密度が異なり測定物としての機械特性が異なる、人の頬・あご・腕・足等の各部位を正確に測定するには、各部位に最適化された圧電振動子を用意しなければならない。
第２の問題は、測定時に押し圧が変化することにより、共振周波数と振動電流とに変化が生じるという測定物の繰り返し測定の精度低下の問題である。これらの装置は、例えば、人の肌の測定に用いる場合、使用者が圧電振動子の先端に取り付けられた接触子を、測定が完了するまでの間、肌に押し当てて使用される。この時、一定の押し圧を保持する必要がある。押し圧が変化してしまうと、フィードバック回路の時定数による応答が生じる。この応答により、共振周波数または固有周期に変化が生じると共に、振動電流振幅量に変化が生じるため、測定に大きな誤差が生じる。
第３の問題は、測定が完了するまでの間、連続駆動させる必要があるため、圧電振動子の発熱による測定の精度低下の問題である。圧電振動子のエネルギー損失に伴う発熱により、測定中に圧電振動子等の機械特性の変化が起こる。その結果、共振周波数に変化が生じ、正確な測定が困難となる。
前記３つの問題に加えて、これらの装置には、測定が完了するまでの間、連続駆動させる必要があるため、電力消費の問題がある。例えば、ノートパソコンや携帯電話等の携帯型電子機器に、これらの装置を搭載して持ち運び可能にするとした場合、電池の消耗が激しく、携帯が困難である。
【０００８】
本発明の目的は、測定精度が高く、かつ低消費電力な機械特性測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の機械特性測定装置は、
測定物に接触させる圧電振動子を含む振動センサと、前記圧電振動子に電気エネルギーを供給する定電圧発振回路と、前記圧電振動子に生じた振動電流を測定する振動電流測定部と、オン／オフ切り替え可能な第１のスイッチング手段と、オン／オフ切り替え可能な第２のスイッチング手段とを備え、
前記定電圧発振回路が、前記振動センサに前記第１のスイッチング手段を介して、電気的に接続され、
前記振動センサが、前記振動電流測定部に前記第２のスイッチング手段を介して、電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、測定精度が高く、かつ低消費電力な機械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】
【００１１】
【図１】本発明の機械特性測定装置の実施形態１における一例の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】前記一例における振動センサの例を示す斜視図である。
【図３】前記一例の使用方法を説明する図である。
【図４】前記一例の使用方法において、圧電振動子に印加される定電圧の波形の例を示す図である。
【図５】前記一例の使用方法における振動エネルギーの蓄積の例を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、前記一例の使用方法における減衰する振動電流の例を示す図である。（ｃ）は、前記一例の使用方法における分析の一例を示す図である。
【図７】本発明の機械特性測定装置の実施形態１におけるその他の例の構成を示す回路ブロック図である。（ｂ）は、前記その他の例における振動センサの例を示す斜視図である。
【図８】前記その他の例の使用方法を説明する図である。
【図９】本発明の機械特性測定装置の実施形態２における一例の構成を示す回路ブロック図である。
【図１０】（ａ）は、従来の弾性特性測定装置の一例の構成を示す回路ブロック図である。（ｂ）は、前記装置により測定される振動電流波形である。
【図１１】従来の肌弾力センサの一例の構成を示す模式図である。
【図１２】（ａ）は、従来の肌年齢算出装置の一例の構成を示すシステムブロック図である。（ｂ）前記一例の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の機械特性測定装置および機械特性測定装置の使用方法について、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
（実施形態１）
図１に、本実施形態の機械特性測定装置の一例の構成を示す。図示のとおり、この機械特性測定装置１０は、定電圧発振回路１１と、圧電振動子１２ａが装着された振動センサ１２と、振動電流測定回路１３と、切り替えスイッチ１４とを備える。前記振動電流測定回路１３は、電気フィルタ１６と分析部１７とを備える。前記圧電振動子１２ａは、２端子型圧電振動子である。前記定電圧発振回路１１は、前記振動センサ１２に、前記切り替えスイッチ１４を介して、電気的に接続されている。前記振動センサ１２は、前記電気フィルタ１６に、前記切り替えスイッチ１４を介して、電気的に接続されている。前記分析部１７には、後段の回路等に接続するための電気端子が設けられている。前記切り替えスイッチ１４は、前述の構成部材同士の接続および切断を切り替え可能（オン／オフ切り替え可能）なスイッチである。なお、本実施形態の機械特性測定装置では、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段が、前記両者の機能を有する切り替えスイッチであるが、本発明は、この例に限定されない。
【００１４】
前記定電圧発振回路は、例えば、あらかじめ設定された振幅と周期の交流電圧を発生させ、前記圧電振動子に電気エネルギーを供給する。前記交流電圧の波形は、例えば、圧電振動子の固有周期と同様の周期の正弦波であっても、圧電振動子の固有周期と異なる周期の正弦波であっても、矩形波であっても、三角波であってもよい。詳細は、後述する。
【００１５】
図２（ａ）に、本実施形態の機械特性測定装置に用いる前記振動センサの一例を示す。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図２（ａ）に示すとおり、この振動センサ１２では、前記圧電振動子１２ａが、開口部を有する外装筐体１２７内に装着されている。前記圧電振動子１２ａは、前述のとおり、２端子型圧電振動子である。前記圧電振動子１２ａは、棒状の圧電セラミック素子１２２ａと、接触子１２３ａと、加圧バネ１２４ａとを備える圧電セラミック振動子である。前記接触子１２３ａは、前記圧電セラミック素子１２２ａの長さ方向の一端に設けられており、前記加圧バネ１２４ａは、前記圧電セラミック素子１２２ａの長さ方向の他端に設けられている。前記圧電セラミック素子１２２ａは、前記加圧バネ１２４ａを介して、前記外装筐体１２７に支持されている。前記圧電セラミック素子１２２ａの長さ方向の一面には、電極１２５ａが形成されており、前記一面に対向する面には、電極１２５ｂが形成されている。前記電極１２５ａには、電気端子１２６ａが接合され、前記電極１２５ｂには、電気端子１２６ｂが接合されている。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する２端子型圧電セラミック振動子とした。この振動センサ１２では、前記加圧バネ１２４ａの伸長により、前記圧電セラミック素子１２２ａが、前記外装筐体１２７の開口部方向に付勢されており、前記接触子１２３aの一部が、前記外装筐体１２７から突出している。本実施形態の機械特性測定装置では、圧電振動子の感度が良好であり、測定される振動電流の電流値を大きくすることができる。この結果、高精度に測定可能である。前記圧電セラミック素子としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム系圧電セラミックス等があげられる。なお、本実施形態の圧電振動子は、前述の圧電セラミック振動子には、限定されず、従来公知の圧電振動子を使用可能である。
【００１６】
本実施形態の機械特性測定装置に用いる前記振動センサは、例えば、図２（ｂ）に示す形態であってもよい。同図において、図２（ａ）と同一部分には同一符号を付している。図２（ｂ）に示すとおり、この振動センサは、圧電振動子が、板状の圧電セラミック素子１２２ｂを備える点で、図２（ａ）に示す振動センサと異なる。すなわち、前記圧電振動子１２ａは、板状の圧電セラミック素子１２２ｂと、接触子１２３ｂと、加圧バネ１２４ｂとを備える圧電セラミック振動子である。前記接触子１２３ｂおよび前記加圧バネ１２４ｂは、板状の前記圧電セラミック素子１２２ｂの形状に適合する形状等を有している。これら以外は、図２（ａ）に示す振動センサと同様の構成を有する。
【００１７】
本実施形態の機械特性測定装置では、振動電流測定部として、振動電流測定回路を用いているが、本発明は、この例に限定されない。また、前記振動電流測定回路は、前記電気フィルタと前記分析部とを備えるが、本発明は、この例に限定されない。前記電気フィルタと前記分析部についての詳細は、後述する。
【００１８】
本実施形態の機械特性測定装置では、前述のとおり、第１のスイッチング手段および第のスイッチング手段として、前記両者の機能を有する切り替えスイッチを用いている。すなわち、前記切り替えスイッチは、前記定電圧発振回路と前記振動センサとを、オン／オフ切り替え可能で、かつ前記振動センサと前記振動電流測定部とを、オン／オフ切り替え可能である。前記切り替えスイッチとしては、例えば、電磁リレー型、静電リレー型、半導体型等があげられる。なお、前記切り替えスイッチには、例えば、前記切り替えスイッチのオン／オフ切り替えを制御するスイッチ制御回路が、電気的に接続されていてもよい。
【００１９】
本実施形態の機械特性測定装置を用いて、機械特性を測定する測定物としては、例えば、人の肌、動植物の表皮等があげられる。
【００２０】
つぎに、図３から６に基づき、本実施形態の機械特性測定装置の使用方法を説明する。本実施形態の機械特性測定装置の使用方法では、振動センサとして、前述の図２（ａ）に示す振動センサを用いた場合を例にとり説明する。本実施形態の機械特性測定装置の使用方法は、接触工程と、電気エネルギー供給工程と、電気エネルギー供給停止工程と、振動電流測定工程とを含む。図３（ａ）は、前記接触工程を示し、図３（ｂ）は、前記電気エネルギー供給工程を示し、図３（ｃ）は、前記電気エネルギー供給停止工程を示し、図３（ｄ）は、前記振動電流測定工程を示す。図３（ａ）から（ｄ）において、図１および図２と同一部分には同一符号を付している。
【００２１】
〔接触工程〕
まず、接触工程について説明する。図３（ａ）に示すように、前記外装筐体１２７の開口部から突出している接触子１２３ａを、測定物３１に押し当てて接触させる。この時生じる押し圧により、前記加圧バネ１２４ａが収縮し、前記接触子１２３ａの前記外装筐体１２７の開口部から突出した部分は、前記外装筐体１２７の内部方向へ押し込まれる。前記測定物３１は、前述のとおりである。なお、図３（ａ）では、図示の簡略化のため、図２（ａ）で示す符号のうち、上記接触工程の説明に用いた符号以外は省略している。
【００２２】
〔電気エネルギー供給工程〕
つぎに、電気エネルギー供給工程について説明する。前記測定物３１を前記圧電振動子１２ａに接触させた状態で、図３（ｂ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記定電圧発振回路１１側に切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２とを電気的に接続する。このようにすることで、前記圧電振動子１２ａに、例えば、予め設定された振幅と周期の定電圧が印加され、前記圧電振動子１２ａに電気エネルギーが供給される。前記圧電振動子１２ａに印加される電圧の波形は、例えば、図４（ａ）に示す圧電振動子の固有周期と同様の周期の正弦波である。ただし、本発明は、この例に限定されず、前記波形としては、図４（ｂ）に示す前記固有周期と異なる周期の正弦波、図４（ｃ）に示す矩形波、図４（ｄ）に示す三角波等があげられ、特定の波形に制限されない。なお、図４では、所定の時間（ｔ１）の間、前記圧電振動子１２ａに定電圧を印加する場合を示す。また、図３（ｂ）では、図示の簡略化のため、前記圧電振動子１２ａに接触させた前記測定物３１を図示するのを省略している。以下、図３（ｃ）および（ｄ）においても同様である。なお、前記切り替えスイッチのオン／オフ切り替えは、例えば、手動で行われてもよいし、前述のスイッチ制御回路を備える場合には、前記制御回路を用いて自動で行われてもよい。
【００２３】
供給された前記電気エネルギーは、前記圧電振動子１２ａの圧電効果により、振動エネルギーに変換される。この振動エネルギーにより、前記圧電振動子１２ａおよび前記測定物３１は振動する。前述の図４（ａ）に示す波形の定電圧を印加する場合には、例えば、図５（ａ）に示すように、前記所定の時間（ｔ１）の間、振動エネルギーの量は時間的に増幅され、前記圧電振動子１２ａおよび前記測定物３１に蓄積される。なお、図５（ａ）では、前記振動エネルギーの量を、振動エネルギーに比例する振動電流として測定した波形を示す。また、前述の図４（ｂ）から（ｄ）に示す波形の定電圧を印加する場合にも、それぞれ、図５（ｂ）から（ｄ）に示すように、前記所定の時間（ｔ１）の間、その振動エネルギーの量は時間的に増幅され、前記圧電振動子と前記測定物とに蓄積される。前記所定の時間（ｔ１）の設定は、例えば、手動で行ってもよいし、自動で行ってもよい。前記自動で行う場合には、例えば、過去の使用時に設定した時間を記憶しておき、その時間を繰り返し使用してもよい。
【００２４】
〔電気エネルギー供給停止工程〕
つぎに、電気エネルギー供給停止工程について説明する。前記所定の時間（ｔ１）の経過後、前記測定物３１を前記圧電振動子１２ａに接触させた状態で、図３（ｃ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２との電気的接続を切断する。このようにすることで、前記電気エネルギーの供給を停止する。蓄積された前記振動エネルギーは、前記電気エネルギーの供給が停止された時点から、前記測定物３１の内部摩擦により、経過時間に応じて減衰する。
【００２５】
〔振動電流測定工程〕
つぎに、振動電流測定工程について説明する。前記電気エネルギーの供給停止後、図３（ｄ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記電気フィルタ１６側に切り替えて、前記振動センサ１２と前記電気フィルタ１６とを電気的に接続する。このようにすることで、蓄積された振動エネルギーは、前記圧電振動子の圧電効果により電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーを、前記圧電振動子と前記測定物との合算された機械特性に応じた、経過時間に応じて減衰する振動電流（時間減衰振動電流）として、前記振動電流測定回路１３で測定する。前記時間減衰振動電流の波形は、複数の固有周期を有する基本波成分および高調波成分等を含む合成波の波形を示す。前記時間減衰振動電流の波形は、例えば、オシロスコープ等により観察可能である。
【００２６】
本実施形態の機械特性測定装置では、まず、この合成波を、前記電気フィルタ１６を用いて、各々の波形成分に分離する。ついで、分離された波形成分を、前記分析部１７を用いて分析する。前記分析は、例えば、デジタル中央演算処理回路によりなされる。前記電気フィルタ１６には、例えば、急峻な遮断特性を有するデジタルフィルタを用いる。図６（ａ）に、前記電気フィルタ１６により分離された波形のうち、基本波成分の波形（実線の波形）を示す。図６（ａ）では、振動電流が減衰するのを理解しやすくするため、前記電気エネルギー供給工程における振動電流の蓄積を示す波形（破線の波形）も併せて示す。図６（ｂ）に、前記電気フィルタ１６により分離された波形のうち、第二高調波成分（実線の波形）を示す。これ以外は、図６（ａ）と同様である。なお、本実施形態の機械特性測定装置では、前記電気フィルタを用いて分離した波形成分（基本波成分、第二高調波成分等）を分析しているが、本発明は、これに限定されず、例えば、合成波を分析可能であれば、電気フィルタを備えていなくてもよい。また、図５（ｂ）から（ｄ）に示す蓄積された振動エネルギーによっても、例えば、図６（ａ）と同様の波形の時間減衰振動電流が発生する。
【００２７】
本実施形態の機械特性測定装置では、前記分析部１７を用いて、例えば、前記基本波成分、前記第二高調波成分等の各調波成分から、固有周期と振幅値減衰変化とを分析する。図６（ｃ）に、前記基本波成分の固有周期と振動電流振幅値の減衰の量とを分析する場合の一例を示す。図示のとおり、前記基本波成分の分析は、前記時間減衰振動電流発生後の所定の時間（ｔ２）後から開始する。ここでは、分析を開始して最初に表れる正側の波形を第１の波形６１とし、２番目に表れる正側の波形を第２の波形６２、３番目に表れる正側の波形を第３の波形６３、４番目に表れる正側の波形を第４の波形６４とする。５番目に表れる正側の波形（第５の波形）以降についても、図示していないが同様とする。これらの波形について、電流振幅値の最大値と、前記最大値を示す経過時間とを測定する。この測定により、例えば、前記第１の波形６１の電流振幅値の最大値をＩ（１）とし、前記最大値を示す経過時間をＴ（１）とする。同様に、前記第２の波形６２の電流振幅値の最大値をＩ（２）とし、前記最大値を示す経過時間をＴ（２）とする。前記第３の波形６３の電流振幅値の最大値をＩ（３）とし、前記最大値を示す経過時間をＴ（３）とする。前記第４の波形６４の電流振幅値の最大値をＩ（４）とし、前記最大値を示す経過時間を、Ｔ（４）とする。前記第５の波形以降についても、同様である。なお、図６（ｃ）では、図示の簡略化のため、前記第２の波形６２以降の電流振幅値の最大値を図示するのを省略している。
【００２８】
前記時間減衰振動電流の固有周期（ΔＴ）は、例えば、Ｔ（２）−Ｔ（１）から算出可能である。このようにして算出された固有周期を、ΔＴ（１）とする。同様に、Ｔ（３）−Ｔ（２）からΔＴ（２）を、Ｔ（４）−Ｔ（３）からΔＴ（３）を算出する。前記第５の波形以降についても、同様に算出する。前記ΔＴ（１）、前記ΔＴ（２）、前記ΔＴ（３）等の加算平均を取れば、例えば、突発的な外部ノイズが混入しても、ΔＴを高精度に取得可能である。
【００２９】
前記時間減衰振動電流の振幅値減衰変化（ΔＩ）は、例えば、Ｉ（２）−Ｉ（１）から算出可能である。このようにして算出された振幅値減衰変化を、ΔＩ（１）とする。同様に、Ｉ（３）−Ｉ（２）からΔＩ（２）を、Ｉ（４）−Ｉ（３）からΔＩ（３）を算出する。前記第５の波形以降についても、同様に算出する。前述のとおり、前記時間減衰振動電流は、前記圧電振動子と前記測定物との合算された機械特性に応じて得られる振動電流である。前記圧電振動子は、所定の機械特性を有するので、前記時間減衰振動電流を測定することは、測定物の機械特性を直接測定することとなる。したがって、本実施形態の機械特性測定装置を使用して、前記時間減衰振動電流の固有周期と振幅値減衰変化を算出することにより、測定物の機械特性を測定可能である。
【００３０】
さらに、前記Ｉ（１）が、１／２となる（１／２Ｉ（１））時間区間を、ΔＴ５０とすれば、前記測定物の機械特性を、例えば、ΔＴとΔＴ５０とで表すことができる。測定物に接触していない状態での前記圧電振動子のΔＴおよびΔＴ５０を、それぞれ、ΔＴ１およびΔＴ１５０とする。前述のΔＴおよびΔＴ５０と、ΔＴ１およびΔＴ１５０とから、例えば、前記デジタル中央演算処理回路を用いて、ΔＴ／ΔＴ１とΔＴ５０／ΔＴ１５０とを算出し、規格値とする。本実施形態の機械特性測定装置では、例えば、この規格値を用いて、測定物の機械特性を評価可能である。
【００３１】
このようにして、測定物の機械特性を測定する本実施形態の機械特性測定装置により奏される効果は、以下のとおりである。
第１に、前記測定に利用する前記振幅値減衰変化は、前述のとおり、前記測定物の内部摩擦によるものである。この振幅値減衰変化は、測定物の形状には依存しない。このため、前記圧電振動子そのものの固有周期と、前記圧電振動子と前記測定物との合算された機械特性に応じた固有周期とが近接する場合、または前記圧電振動子の機械特性と前記測定物の機械特性との差が大きい場合でも、振幅値減衰変化を測定可能である。これにより、例えば、測定物としての機械特性が異なる、人の頬・あご・腕・足等の各部位を正確に測定するのに、最適化された圧電振動子を複数用意する必要がない。
第２に、前記時間減衰振動電流の固有周期は、前述のとおり、測定物の形状、密度、弾性率等に依存している。前述のとおり、使用者の圧電振動子の押し圧が変化すると、この変化により、電流振幅幅値に変化が生じるが、前記時間減衰振動電流の固有周期は、前述の押し圧には影響を受けない。
第３に、本実施形態の機械特性測定装置は、自励発振回路を必要とせず、測定を完了するまでの間、連続駆動させる必要がない。このため、圧電振動子の発熱による圧電振動子の機械特性の変化を抑制可能である。また、本実施形態の機械特性測定装置は、自励発振回路を不要としないため、フィードバックによる測定時間の遅延が発生しない。このため、前記遅延による測定誤差が生じない。
また、本実施形態の機械特性測定装置の使用において、図６（ｂ）に示す第二高調波成分を分析に用いれば、短波長であるため分解能が向上する。このため、例えば、人の肌の機械特性を測定する場合に、油分の付着・吸収による人の肌組織の変化等の微量な機械特性変化を測定するのに特に有効である。
これらの効果が奏される本実施形態の機械特性測定装置は、測定物の機械特性を高精度に測定可能である。また、本実施形態の機械特性測定装置は、前記第１の効果により、利便性が高い。
【００３２】
また、本実施形態の機械特性測定装置は、前述のとおり、自励発振回路を必要とせず、測定が完了するまでの間、連続駆動させる必要がない。このため、本実施形態の機械特性測定装置は、低消費電力である。また、自励発振回路を必要としないため、小型化が可能であり、例えば、携帯電話、ノートパソコン等の携帯型電子機器への搭載も可能である。これらにより、本実施形態の機械特性測定装置は、例えば、電池駆動可能で持ち運び可能な装置とすることが可能である。
【００３３】
本実施形態の機械特性測定装置は、例えば、前記圧電振動子が、３端子型圧電振動子であってもよい。図７（ａ）に、この機械特性測定装置の一例の構成を示す。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図７（ａ）に示すとおり、この機械特性測定装置７０は、前述の切り替えスイッチに代えて、第１の電気スイッチ７４と、第２の電気スイッチ７５とを備える。定電圧発振回路１１は、振動センサ７２に、前記第１の電気スイッチ７４を介して、電気的に接続されている。前記振動センサ７２は、電気フィルタ１６に、前記第２の電気スイッチ７５を介して、電気的に接続されている。前記圧電振動子７２ａは、３端子型圧電振動子である。これらの点を除き、この機械特性測定装置７０は、前述の機械特性測定装置１０と同様の構成を有する。前記第１の電気スイッチ７４および前記第２の電気スイッチ７５は、前述の構成部材同士の接続および切断を切り替え可能（オン／オフ切り替え可能）なスイッチである。なお、この機械特性測定装置では、前記第１の電気スイッチおよび前記第２の電気スイッチは、外部スイッチであるが、本発明は、この例に限定されない。前述の機能を有すれば、例えば、前記第１の電気スイッチは、前記定電圧発振回路内部に配置されていてもよいし、前記第２の電気スイッチは、前記振動電流測定回路内部に配置されていてもよい。
【００３４】
図７（ｂ）に、この機械特性測定装置に用いる前記振動センサの一例を示す。同図において、図７（ａ）と同一部分には同一符号を付している。図７（ｂ）に示すとおり、この振動センサ７２では、前記圧電振動子７２ａが、開口部を有する外装筐体７２７内に装着されている。前記圧電振動子７２ａは、前述のとおり、３端子型圧電振動子である。前記圧電振動子７２ａは、棒状の圧電セラミック素子７２２と、接触子７２３と、加圧バネ７２４とを備える圧電セラミック振動子である。前記接触子７２３は、前記圧電セラミック素子７２２の長さ方向の一端に設けられており、前記加圧バネ７２４は、前記圧電セラミック素子７２２の長さ方向の他端に設けられている。前記圧電セラミック素子７２２は、前記加圧バネ７２４を介して、前記外装筐体７２７に支持されている。前記圧電セラミック素子７２２の長さ方向の一面には、電極７２５ａが形成されており、前記一面に対向する面には、電極７２５ｂと電極７２５ｃとが形成されている。前記電極７２５ａには、電気端子７２６ａが接合され、前記電極７２５ｂには、電気端子７２６ｂが接合され、前記電極７２５ｃには、電気端子７２６ｃが接合されている。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する３端子型圧電セラミック振動子とした。この振動センサ７２では、前記加圧バネ７２４の伸長により、前記圧電セラミック素子７２２が、前記外装筐体７２７の開口部方向に付勢されており、前記接触子７２３の一部が、前記外装筐体７２７から突出している。前記圧電セラミック素子は、例えば、前述の２端子型圧電振動子と同様である。
【００３５】
この機械特性測定装置では、第１のスイッチング手段として、第１の電気スイッチを用いているが、本発明は、この例に限定されない。前記第１の電気スイッチは、前述のとおり、前記定電圧発振回路と前記振動センサとを、オン／オフ切り替え可能であればよく、従来公知の電気スイッチを使用可能である。前記第１の電気スイッチとしては、例えば、電磁リレー型、静電リレー型、半導体型等があげられる。
【００３６】
この機械特性測定装置では、第２のスイッチング手段として、第２の電気スイッチを用いているが、本発明は、この例に限定されない。前記第２の電気スイッチは、前述のとおり、前記振動センサと前記振動電流測定部とを、オン／オフ切り替え可能であればよく、従来公知の電気スイッチを使用可能である。前記第２の電気スイッチは、例えば、前記第１の電気スイッチと同様のものを使用可能である。前記第１の電気スイッチと前記第２の電気スイッチは、同一であっても、異なっていてもよい。なお、前記１の電気スイッチおよび前記第２の電気スイッチには、例えば、前記両電気スイッチのオン／オフ切り替えを制御するスイッチ制御回路が、電気的に接続されていてもよい。
【００３７】
この機械特性測定装置は、例えば、図８に示すようにして使用可能である。すなわち、まず、測定物を前記圧電振動子７２ａに接触させた状態で、図８（ａ）に示すように、前記第１の電気スイッチ７４をオンにし、かつ前記第２の電気スイッチ７５をオフにして、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ７２とを電気的に接続する。このようにすることで、前述の電気エネルギー供給工程を実施する。
ついで、前記測定物を前記圧電振動子７２ａに接触させた状態で、図８（ｂ）に示すように、前記第１の電気スイッチ７４をオフにして、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ７２との電気的接続を切断する。このようにすることで、前述の電気エネルギー供給停止工程を実施する。なお、本工程では、前記第２の電気スイッチ７５は、オフのままである。
ついで、図８（ｃ）に示すように、前記第２の電気スイッチ７５をオンにして、前記振動センサ７２と前記電気フィルタ１６とを電気的に接続する。このようにすることで、前述の振動電流測定工程を実施する。これら以外は、前述の機械特性測定装置１０と同様に使用可能である。なお、この機械特性測定装置では、前述の接触工程についての詳細な説明を省略している。また、前記第１の電気スイッチおよび前記第２の電気スイッチのオン／オフ切り替えは、例えば、手動で行われてもよいし、前述のスイッチ制御回路を備える場合には、前記制御回路を用いて自動で行われてもよい。また、前記両電気スイッチのオン／オフ切り替えは、例えば、前記スイッチ制御回路により、連動して行われてもよい。
【００３８】
この機械特性測定装置においても、前述の機械特性測定装置１０と同様に、測定物の機械特性を高精度に測定可能である。前述のとおり、前述の機械特性測定装置１０では、圧電振動子として、２端子型圧電振動子を用いているため、圧電振動子の感度がより良好であり、測定される振動電流の電流値をさらに大きくすることができるためより好ましい。
【００３９】
（実施形態２）
図９に、本実施形態の機械特性測定装置の一例の構成を示す。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図９に示すとおり、この機械特性測定装置９０は、演算部９１と、参照データ記憶装置９２とをさらに備えること以外は、前述の機械特性測定装置１０と同様の構成を有する。すなわち、この機械特性測定装置９０は、定電圧発振回路１１と、圧電振動子１２ａが装着された振動センサ１２と、振動電流測定回路１３と、切り替えスイッチ１４と、演算部９１と、参照データ記憶装置９２とを備える。前記振動電流測定回路１３は、電気フィルタ１６と分析部１７とを備える。前記分析部１７および前記参照データ記憶装置９２は、前記演算部９１に電気的に接続されている。前記参照データ記憶装置９２には、参照データが格納されている。なお、本実施形態の機械特性測定装置では、前記演算部および前記参照データ記憶装置は、それぞれ、独立の構成部材であるが、本発明は、この例に限定されない。前記演算部および前記参照データ記憶装置は、例えば、前記振動電流測定回路内に搭載されていてもよい。
【００４０】
前記演算部は、例えば、デジタル中央演算処理回路を備える。
【００４１】
本実施形態の機械特性測定装置では、参照データ記憶部を、参照データ記憶装置としている。前記参照データ記憶装置は、従来公知の記録装置を使用可能である。前記参照データ記憶装置としては、例えば、半導体メモリー、磁気記憶装置、光記憶装置等があげられる。
【００４２】
前記参照データとしては、例えば、測定に使用する前記圧電振動子を測定したデータ、測定対象となり得る物（例えば、人の肌等）を測定したデータ、人の肌の機械的特性と人の健康状態との相関を示すデータ等があげられる。前記測定対象となり得る物の測定データとしては、例えば、前述の固有周期（ΔＴ）、振幅値減衰変化（ΔＩ）、振幅の最大値が１／２になる時間区間（ΔＴ５０）等があげられる。前記測定に使用する圧電振動子の測定データとしては、例えば、前述の固有周期（ΔＴ１）、振幅の最大値が１／２になる時間区間（ΔＴ１５０）等があげられる。これらのデータは、本実施形態の機械特性測定装置の製造時に、前記参照データ記録装置に予め格納されてもよいし、使用者がインターネット等からダウンロードすることで、前記参照データ記録装置に格納されてもよい。
【００４３】
つぎに、本実施形態の機械特性測定装置の使用方法を説明する。本実施形態の機械特性測定装置の使用方法は、接触工程と、電気エネルギー供給工程と、電気エネルギー供給停止工程と、振動電流測定工程と、データ比較工程とを含む。前記接触工程、前記電気エネルギー供給工程、前記電気エネルギー供給停止工程および前記振動電流測定工程は、例えば、前述の機械特性測定装置１０と同様に実施可能である。
【００４４】
〔データ比較工程〕
本実施形態の機械特性測定装置を用いて、前述の機械特性測定装置１０と同様に、測定物の機械特性を測定した後、本工程において、前記測定により得られたデータと、前記参照データ記憶装置に格納されている前記参照データとを、前記演算部で比較および評価する。前記比較および評価は、例えば、前記デジタル中央演算処理回路によりなされる。具体的には、例えば、本実施形態の機械特性測定装置を用いて測定された人の肌のΔＴ、ΔＩおよびΔＴ５０の少なくとも一つと、参照データに含まれる複数の既知のΔＴ、ΔＩおよびΔＴ５０の少なくとも一つとを比較・評価する。このようにすることで、例えば、肌の健康状態を評価可能となる。この評価結果を、本実施形態の機械特性測定装置に表示部を設けて、表示してもよい。なお、前記参照データ記憶装置には、前述の測定されたΔＴ、ΔＩ、ΔＴ５０等の測定データを、記憶させてもよい。このように測定データを記憶・蓄積することで、より高精度に機械特性の測定が可能となる。
【００４５】
前述のとおり、本発明の機械特性測定装置は、測定精度が高く、かつ低消費電力である。したがって、本発明の機械特性測定装置の用途としては、例えば、肌年齢算出装置、肌健康状態判定装置等があげられる。ただし、その用途は限定されず、広い分野に適用可能である。
【実施例】
【００４６】
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例および比較例によってなんら限定ないし制限されない。
【００４７】
［実施例１］
図１に示す機械特性測定装置１０を作製した。以下に、実施例１で用いた機械特性測定装置１０の構成について説明する。
【００４８】
〔機械特性測定装置の作製〕
（１）振動センサの作製
図２（ａ）に示す振動センサを作製した。棒状のジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×高さ３０ｍｍ）を、圧電セラミック素子１２２ａとした。この圧電セラミック素子１２２ａの高さ方向の対向する２つの面に、Ａｇ電極１２５ａおよび１２５ｂ（厚み：５μｍ）を形成した。前記電極１２５ａに、電気端子１２６ａを接合し、前記電極１２５ｂに、電気端子１２６ｂを接合した。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する２端子型圧電セラミック振動子１２ａとした。この２端子型圧電セラミック振動子１２ａの高さ方向の一端に、半球状の接触子１２３ａ（材料：アルミニウム）を取り付けた。前記一端の反対側の端部に、加圧バネ１２４ａ（材料：硬鋼線）を取り付けた。この圧電セラミック振動子１２ａを、前記加圧バネ１２４ａを介して、外装筐体１２７内に取り付けた。このようにして、振動センサ１２を作製した。
【００４９】
（２）各構成部材の接続
前記振動センサ１２の前記電気端子１２６ｂに、切り替えスイッチ１４として電磁形リレースイッチを接続した。この切り替えスイッチ１４を介して、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２とを接続可能とした。また、この切り替えスイッチ１４を介して、前記振動センサ１２とバターワース型のデジタルフィルタ（電気フィルタ１６）とを接続可能とした。前記電気フィルタ１６と前記分析部１７とを電気的に接続した。前記振動電流測定部１３には、振動電流測定のために、オシロスコープを接続した（図示せず）。このようにして本実施例の機械特性測定装置１０を作製した。
【００５０】
〔圧電セラミック振動子の機械特性の測定〕
この機械特性測定装置１０の前記圧電セラミック振動子１２ａの機械特性を、予め測定した。まず、測定物に接触させていない状態で、図３（ｂ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記定電圧発振回路１１側に切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２とを電気的に接続した。この状態で、定電圧（波形：正弦波、周波数：５０ｋＨｚ、電圧値：１Ｖ）を、前記圧電セラミック振動子１２ａに、０．１秒間印加した。前記印加後、図３（ｃ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２との電気的接続を切断した。ついで、図３（ｄ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記電気フィルタ１６側に切り替えて、前記振動センサ１２と前記電気フィルタ１６とを電気的に接続した。発生した時間減衰振動電流を、前記電気フィルタ（バターワース型のデジタルフィルタ）１６により、各々の固有周期の振動電流に分離した。本実施例では、分離した振動電流のうち、固有周期の長いものから順に３つの振動電流を抽出した。この３つの振動電流を、それぞれ、第１調波振動電流、第２調波振動電流および第３調波振動電流とした。前記振動センサ８２と前記電気フィルタ１６との接続から、２０ｍ秒後に測定を開始し、最初に表れた電流振幅値の最大値が、１／２の値になるまで測定を継続した。この時のΔＴ１５０と、固有周期ΔＴ１（１）、ΔＴ１（２）、ΔＴ１（３）・・・の加算平均値（ΔＴ１）とを測定した。この測定を１００回繰り返した。
【００５１】
〔機械特性測定装置の使用〕
４０代女性の被験者の顔の頬（測定物）に、図３（ａ）に示すように、前記圧電セラミック振動子１２ａの前記接触子１２３ａを接触させて、上記と同様の測定を１００回繰り返した。得られた固有周期と、電流振幅値の最大値が１／２の値になるまでの時間区間とを、ΔＴとΔＴ５０とした。これらの測定データを、ΔＴ／ΔＴ１およびΔＴ５０／ΔＴ１５０として、本実施例の機械特性測定装置の性能評価値として定量化した。それぞれ、１００個のΔＴ／ΔＴ１およびΔＴ５０／ΔＴ１５０のうち、最大値と最小値を表１に示す。
【００５２】
波形を矩形波とし、周波数を４０ｋＨｚとしたこと以外は、同様にして測定した。この結果を表２に示す。
【００５３】
前記被験者の頬に市販の保湿液を塗り、５分後に測定したこと以外は、同様にして測定した。この結果を表３に示す。
【００５４】
［比較例１］
図１０に示す弾性特性測定装置１０００を作製した。以下に、比較例１で用いた弾性特性測定装置１０００の構成について説明する。
【００５５】
〔弾性特性測定装置の作製〕
（１）振動センサの作製
図７（ｂ）に示す振動センサを作製した。棒状のジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×高さ３０ｍｍ）を、圧電セラミック素子７２２とした。この圧電セラミック素子７２２の高さ方向の対向する２つの面に、Ａｇ電極７２５ａおよび７２５ｂ（厚み：５μｍ）を形成した。前記電極７２５ｂを形成した面に、振動電流を測定するための電極７２５ｃ（５ｍｍ×７ｍｍ）を形成した。前記電極７２５ａに、電気端子７２６ａを接合し、前記電極７２５ｂに、電気端子７２６ｂを接合し、前記電極７２５ｃに、電気端子７２６ｃを接合した。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する３端子型圧電セラミック振動子７２ａとした。この３端子型圧電セラミック振動子７２ａの高さ方向の一端に、半球状の接触子７２３（材料：アルミニウム）を取り付けた。前記一端の反対側の端部に、加圧バネ７２４（材料：硬鋼線）を取り付けた。この圧電セラミック振動子７２ａを、前記加圧バネ７２４を介して、外装筐体７２７内に取り付けた。このようにして、振動センサ１００２を作製した。
【００５６】
（２）各構成部材の接続
フィルタ増幅回路（電気フィルタ）１００６を、前記電気端子７２６ｂに電気的に接続し、仮想接地型電流検出回路（振動電流測定回路）１００３を、前記電気端子７２６ｃに電気的に接続した。前記振動電流測定回路１００３と定電圧駆動回路（定電圧発振回路）１００１とを電気的に接続した。前記定電圧発振回路１００１と前記電気フィルタ１００６とを電気的に接続した。このようにして、前述の構成部材がループ状に接続され、帰還型自励発振回路が構成されている、本比較例の機械特性測定装置１０００を作製した。
【００５７】
〔圧電セラミック振動子の機械特性の測定〕
前記電気端子７２６ｃに生じる振動電流の固有周期をＴ２とし、振動電流の振幅値の最大値をＩ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、圧電セラミック振動子の機械特性を測定した。なお、本比較例の機械特性測定装置では、振動電流を、電気フィルタにより分離しないため、本比較例では、１つの波長成分のみを測定対象とした。
【００５８】
〔機械特性測定装置の使用〕
図１０（ｂ）に示すように、振動電流の固有周期をＴとし、振動電流の振幅値の最大値をＩとし、これらの測定データを、Ｔ／Ｔ２およびＩ／Ｉ２として、本比較例の機械特性測定装置の性能評価値として定量化したこと以外は、実施例１と同様にした。それぞれ、１００個のＴ／Ｔ２およびＩ／Ｉ２のうち、最大値と最小値を表４に示す。また、実施例１と同様に、前記被験者の頬に市販の保湿液を塗り、５分後に上記と同様に測定した。この結果を表５に示す。
【００５９】
（表１）
実施例１（正弦波、保湿液なし）
ΔＴ／ΔＴ１ ΔＴ５０／ΔＴ１５０
第１調波
最大値 ５．０×１０−７ ０．１３
最小値 ４．２×１０−７ ０．１１
第２調波
最大値 ４．８×１０−７ ０．１２
最小値 ４．４×１０−７ ０．１１
第３調波
最大値 ４．７×１０−７ ０．１１
最小値 ４．６×１０−７ ０．１１
【００６０】
（表２）
実施例１（矩形波、保湿液なし）
ΔＴ／ΔＴ１ ΔＴ５０／ΔＴ１５０
第１調波
最大値 ５．１×１０−７ ０．１４
最小値 ４．４×１０−７ ０．１１
第２調波
最大値 ４．９×１０−７ ０．１３
最小値 ４．５×１０−７ ０．１１
第３調波
最大値 ４．８×１０−７ ０．１１
最小値 ４．７×１０−７ ０．１０
【００６１】
（表３）
実施例１（正弦波、保湿液あり）
ΔＴ／ΔＴ１ ΔＴ５０／ΔＴ１５０
第１調波
最大値 ７．０×１０−７ ０．２６
最小値 ６．２×１０−７ ０．２０
第２調波
最大値 ６．８×１０−７ ０．２４
最小値 ６．６×１０−７ ０．２２
第３調波
最大値 ６．７×１０−７ ０．２３
最小値 ６．７×１０−７ ０．２３
【００６２】
（表４）
比較例１（正弦波、保湿液なし）
Ｔ／Ｔ２ Ｉ／Ｉ２
最大値 ６．２×１０−７ ０．７５
最小値 ８．７×１０−８ ０．２０
【００６３】
（表５）
比較例１（正弦波、保湿液あり）
Ｔ／Ｔ２ Ｉ／Ｉ２
最大値 ９．０×１０−７ ０．８５
最小値 １．０×１０−８ ０．２５
【００６４】
前記表１と前記表４とを比較すると、前記表１における実施例１のΔＴ／ΔＴ１の最大値と最小値との差は、２０％以下であり、ΔＴ５０／ΔＴ１５０の最大値と最小値との差も、２０％以下である。一方、前記表４における比較例１のＴ／Ｔ２の最大値と最小値との差は、約７倍であり、Ｉ／Ｉ２の最大値と最小値との差は、約４倍である。このことから、実施例１の機械特性測定装置は、測定精度が高いことが分かる。また、調波成分の次数が高まると、さらに精度が向上していることが分かる。
前記表３と前記表５とを比較すると、前記表３における実施例１では、保湿液による被験者の肌の機械特性の変化を顕著に捉えている。一方、前記表５における比較例１では、保湿液による被験者の肌の機械特性の変化は、測定のバラツキ（誤差）の中に埋もれ、その変化を捉えることができていない。
なお、前記表１と前記表２とを比較すると、定電圧の波形が正弦波である場合の測定結果と、定電圧の波形が矩形波である場合の測定結果とは、振動電流の第１調波、第２調波、第３調波のいずれにおいても、ほぼ差異がない。すなわち、圧電振動子に印加する定電圧の波形は、測定精度に影響をおよぼさないことが分かる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、７０、９０ 機械特性測定装置
１１ 定電圧発振回路
１２、７２ 振動センサ
１２ａ ２端子型圧電振動子（２端子型圧電セラミック振動子）
１３ 振動電流測定回路（振動電流測定部）
１４ 切り替えスイッチ（第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段）
１６ 電気フィルタ
１７ 分析部
３１ 測定物
６１ 第１の波形
６２ 第２の波形
６３ 第３の波形
６４ 第４の波形
７２ａ ３端子型圧電振動子（３端子型圧電セラミック振動子）
７４ 第１の電気スイッチ（第１のスイッチング手段）
７５ 第２の電気スイッチ（第２のスイッチング手段）
９１ 演算部
９２ 参照データ記憶装置
１２２ａ、７２２ 棒状の圧電セラミック素子
１２２ｂ 板状の圧電セラミック素子
１２３ａ、１２３ｂ、７２３ 接触子
１２４ａ、１２４ｂ、７２４ 加圧バネ
１２５ａ、１２５ｂ、７２５ａ、７２５ｂ、７２５ｃ 電極
１２６ａ、１２６ｂ、７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃ 電気端子
１２７、７２７ 外装筐体
１０００ 従来の弾性特性測定装置
１００１ 定電圧駆動回路
１００２ ３端子型圧電振動子
１００３ 仮想接地型電流検出回路
１００６ フィルタ増幅回路
１００８ 測定物に接触させていない状態の波形
１００９ 測定物に接触させている状態の波形
１１００ 従来の肌弾力センサ
１１０２ 圧電セラミックス円柱
１１０３、１２０３ 接触子
１１０４ 加圧用のバネ
１１０７、１２０７ 外装筐体
１２００ 肌年齢算出装置
１２０８ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械特性測定装置および機械特性測定装置の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル化が支えるＩＴ・ネットワーク技術の進展により、取り扱われる情報は、増大し、それに伴い蓄積される情報は、増大の一途をたどっている。センサ等を用いた入力デバイスにより取得された情報を、正確に分析・判断して分かりやすく加工された情報とし、人に知らせることは、社会の安心安全・快適・環境保全を実現する上で重要である。情報を取得する入力デバイスとしては、例えば、圧電振動子をセンサに用いた入力デバイスがあげられる。圧電振動子を用いた入力デバイスとしては、例えば、物の固定状態を判定する動揺度測定装置（例えば、特許文献１参照）、超音波診断に用いる超音波トランスデューサシステム（例えば、特許文献２参照）等があげられる。
【０００３】
社会が成熟すると共に、高齢化が進展し、様々な問題が生じている。人は、健康維持や抗加齢を望んでいる。このような状況にあって、例えば、健康状態の変化や加齢による影響が顕著に表れる肌の状態を、場所を選ばず、安価で、簡易かつ正確に測定・指示できる健康センサが要望されている。今日では、電子部品の小型化により、電子機器の小型化・軽量化が進み、無線通信を利用した携帯電話、またはノートパソコン等に代表される携帯型電子機器が普及している。このような携帯型電子機器に、前述の健康センサが搭載され、取得した情報を蓄積したり、その情報に基づきサービスの提供を受けられるようになることへの期待は大きい。これを実現するにあたり、前述の健康センサには、例えば、正確な情報が取得可能なように測定精度が高く、かつ小型で電池駆動可能な低消費電力であるという技術的な課題を克服する必要がある。
【０００４】
人の肌等の弾性体の機械特性を評価するために、圧電振動子を用いた装置が提案されている（特許文献３から５参照）。特許文献３に記載の弾性特性測定装置１０００は、図１０（ａ）に示すように、３端子型圧電振動子１００２に、一定の電圧を印加するための定電圧駆動回路１００１と、高調波成分を除去するためのフィルタ増幅回路１００６と、仮想接地型電流検出回路１００３とを備える。この装置では、前述の構成部材がループ状に接続され、帰還型自励発振回路が構成されている。この装置の駆動状態において、測定物を前記圧電振動子に接触させると、測定物の等価的な電気インピーダンスが負荷される。このため、図１０（ｂ）に示すように、前記自励発振回路の周波数および電流値が、測定物に接触させていない状態（実線の波形１００８）と、測定物に接触させている状態（破線の波形１００９）とで変化する。このような変化を利用した装置としては、例えば、特許文献４に記載の肌弾力センサがあげられる。図１１に示すように、この肌弾力センサ１１００は、半球状の接触子１１０３が取り付けられた棒状の圧電セラミックス円柱１１０２が、加圧用のバネ１１０４により外装筐体１１０７に支持された圧電振動子と、電気回路とから構成されている。前記圧電振動子は、長さ方向縦振動で駆動する。また、前述の弾性特性測定装置の応用として、例えば、特許文献５に記載の肌年齢算出装置があげられる。図１２（ａ）に、この装置のシステムブロック図を示し、図１２（ｂ）に、外観図を示す。この装置１２００は、特許文献４に記載の装置と同様に、半球状の接触子１２０３が取り付けられた圧電振動子の接触による共振周波数または固有周期の変化から肌年齢を算出する装置である。この装置１２００の表面には、表示部１２０８が設けられている。この装置１２００の外装筐体１２０７のうち、前記接触子１２０３近傍部分は、前記圧電振動子への一定の押圧が得られるように肌支持体の役割しており、安定した押し圧を得ることにより計測誤動作が防止可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１４８０３２号公報
【特許文献２】特開２００１−２５８８７９号公報
【特許文献３】特開２００３−２７０２１９号公報
【特許文献４】特開２００５−５２２１２号公報
【特許文献５】特開２００１−２１２０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献３から５に記載の装置では、前述のとおり、共振周波数の変化と電流値の変化とを測定に利用する。前記共振周波数の変化は、圧電振動子を連続駆動させて、肌等の測定物を、機械的負荷として接触させた場合に生じる。前記電流値の変化は、前記接触により生じる押し圧変化と振動抑圧とによる、圧電振動子の電気等価回路変化に応じて生じる。
【０００７】
しかしながら、これらの装置には、測定精度に関する３つの問題がある。具体的には、以下のような問題がある。
第１の問題は、圧電振動子の機械特性と測定物の機械特性との差と、自励発振回路に起因する共振周波数測定の精度との関係の問題である。前記差が大きいと、共振周波数の変化が大きくなるため、自励発振回路がその変化に追従できなくなり、誤動作を起こす恐れがある。一方、前記差が小さいと、共振周波数の変化が小さくなるため、正確な測定が困難となる。また、これらの装置の測定可能な範囲は、極めて狭い。このため、例えば、厚みや密度が異なり測定物としての機械特性が異なる、人の頬・あご・腕・足等の各部位を正確に測定するには、各部位に最適化された圧電振動子を用意しなければならない。
第２の問題は、測定時に押し圧が変化することにより、共振周波数と振動電流とに変化が生じるという測定物の繰り返し測定の精度低下の問題である。これらの装置は、例えば、人の肌の測定に用いる場合、使用者が圧電振動子の先端に取り付けられた接触子を、測定が完了するまでの間、肌に押し当てて使用される。この時、一定の押し圧を保持する必要がある。押し圧が変化してしまうと、フィードバック回路の時定数による応答が生じる。この応答により、共振周波数または固有周期に変化が生じると共に、振動電流振幅量に変化が生じるため、測定に大きな誤差が生じる。
第３の問題は、測定が完了するまでの間、連続駆動させる必要があるため、圧電振動子の発熱による測定の精度低下の問題である。圧電振動子のエネルギー損失に伴う発熱により、測定中に圧電振動子等の機械特性の変化が起こる。その結果、共振周波数に変化が生じ、正確な測定が困難となる。
前記３つの問題に加えて、これらの装置には、測定が完了するまでの間、連続駆動させる必要があるため、電力消費の問題がある。例えば、ノートパソコンや携帯電話等の携帯型電子機器に、これらの装置を搭載して持ち運び可能にするとした場合、電池の消耗が激しく、携帯が困難である。
【０００８】
本発明の目的は、測定精度が高く、かつ低消費電力な機械特性測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の機械特性測定装置は、
測定物に接触させる圧電振動子を含む振動センサと、前記圧電振動子に電気エネルギーを供給する定電圧発振回路と、前記圧電振動子に生じた振動電流を測定する振動電流測定部と、オン／オフ切り替え可能な第１のスイッチング手段と、オン／オフ切り替え可能な第２のスイッチング手段とを備え、
前記定電圧発振回路が、前記振動センサに前記第１のスイッチング手段を介して、電気的に接続され、
前記振動センサが、前記振動電流測定部に前記第２のスイッチング手段を介して、電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、測定精度が高く、かつ低消費電力な機械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】
【００１１】
【図１】本発明の機械特性測定装置の実施形態１における一例の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】前記一例における振動センサの例を示す斜視図である。
【図３】前記一例の使用方法を説明する図である。
【図４】前記一例の使用方法において、圧電振動子に印加される定電圧の波形の例を示す図である。
【図５】前記一例の使用方法における振動エネルギーの蓄積の例を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、前記一例の使用方法における減衰する振動電流の例を示す図である。（ｃ）は、前記一例の使用方法における分析の一例を示す図である。
【図７】本発明の機械特性測定装置の実施形態１におけるその他の例の構成を示す回路ブロック図である。（ｂ）は、前記その他の例における振動センサの例を示す斜視図である。
【図８】前記その他の例の使用方法を説明する図である。
【図９】本発明の機械特性測定装置の実施形態２における一例の構成を示す回路ブロック図である。
【図１０】（ａ）は、従来の弾性特性測定装置の一例の構成を示す回路ブロック図である。（ｂ）は、前記装置により測定される振動電流波形である。
【図１１】従来の肌弾力センサの一例の構成を示す模式図である。
【図１２】（ａ）は、従来の肌年齢算出装置の一例の構成を示すシステムブロック図である。（ｂ）前記一例の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の機械特性測定装置および機械特性測定装置の使用方法について、詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１３】
（実施形態１）
図１に、本実施形態の機械特性測定装置の一例の構成を示す。図示のとおり、この機械特性測定装置１０は、定電圧発振回路１１と、圧電振動子１２ａが装着された振動センサ１２と、振動電流測定回路１３と、切り替えスイッチ１４とを備える。前記振動電流測定回路１３は、電気フィルタ１６と分析部１７とを備える。前記圧電振動子１２ａは、２端子型圧電振動子である。前記定電圧発振回路１１は、前記振動センサ１２に、前記切り替えスイッチ１４を介して、電気的に接続されている。前記振動センサ１２は、前記電気フィルタ１６に、前記切り替えスイッチ１４を介して、電気的に接続されている。前記分析部１７には、後段の回路等に接続するための電気端子が設けられている。前記切り替えスイッチ１４は、前述の構成部材同士の接続および切断を切り替え可能（オン／オフ切り替え可能）なスイッチである。なお、本実施形態の機械特性測定装置では、第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段が、前記両者の機能を有する切り替えスイッチであるが、本発明は、この例に限定されない。
【００１４】
前記定電圧発振回路は、例えば、あらかじめ設定された振幅と周期の交流電圧を発生させ、前記圧電振動子に電気エネルギーを供給する。前記交流電圧の波形は、例えば、圧電振動子の固有周期と同様の周期の正弦波であっても、圧電振動子の固有周期と異なる周期の正弦波であっても、矩形波であっても、三角波であってもよい。詳細は、後述する。
【００１５】
図２（ａ）に、本実施形態の機械特性測定装置に用いる前記振動センサの一例を示す。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図２（ａ）に示すとおり、この振動センサ１２では、前記圧電振動子１２ａが、開口部を有する外装筐体１２７内に装着されている。前記圧電振動子１２ａは、前述のとおり、２端子型圧電振動子である。前記圧電振動子１２ａは、棒状の圧電セラミック素子１２２ａと、接触子１２３ａと、加圧バネ１２４ａとを備える圧電セラミック振動子である。前記接触子１２３ａは、前記圧電セラミック素子１２２ａの長さ方向の一端に設けられており、前記加圧バネ１２４ａは、前記圧電セラミック素子１２２ａの長さ方向の他端に設けられている。前記圧電セラミック素子１２２ａは、前記加圧バネ１２４ａを介して、前記外装筐体１２７に支持されている。前記圧電セラミック素子１２２ａの長さ方向の一面には、電極１２５ａが形成されており、前記一面に対向する面には、電極１２５ｂが形成されている。前記電極１２５ａには、電気端子１２６ａが接合され、前記電極１２５ｂには、電気端子１２６ｂが接合されている。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する２端子型圧電セラミック振動子とした。この振動センサ１２では、前記加圧バネ１２４ａの伸長により、前記圧電セラミック素子１２２ａが、前記外装筐体１２７の開口部方向に付勢されており、前記接触子１２３aの一部が、前記外装筐体１２７から突出している。本実施形態の機械特性測定装置では、圧電振動子の感度が良好であり、測定される振動電流の電流値を大きくすることができる。この結果、高精度に測定可能である。前記圧電セラミック素子としては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム系圧電セラミックス等があげられる。なお、本実施形態の圧電振動子は、前述の圧電セラミック振動子には、限定されず、従来公知の圧電振動子を使用可能である。
【００１６】
本実施形態の機械特性測定装置に用いる前記振動センサは、例えば、図２（ｂ）に示す形態であってもよい。同図において、図２（ａ）と同一部分には同一符号を付している。図２（ｂ）に示すとおり、この振動センサは、圧電振動子が、板状の圧電セラミック素子１２２ｂを備える点で、図２（ａ）に示す振動センサと異なる。すなわち、前記圧電振動子１２ａは、板状の圧電セラミック素子１２２ｂと、接触子１２３ｂと、加圧バネ１２４ｂとを備える圧電セラミック振動子である。前記接触子１２３ｂおよび前記加圧バネ１２４ｂは、板状の前記圧電セラミック素子１２２ｂの形状に適合する形状等を有している。これら以外は、図２（ａ）に示す振動センサと同様の構成を有する。
【００１７】
本実施形態の機械特性測定装置では、振動電流測定部として、振動電流測定回路を用いているが、本発明は、この例に限定されない。また、前記振動電流測定回路は、前記電気フィルタと前記分析部とを備えるが、本発明は、この例に限定されない。前記電気フィルタと前記分析部についての詳細は、後述する。
【００１８】
本実施形態の機械特性測定装置では、前述のとおり、第１のスイッチング手段および第のスイッチング手段として、前記両者の機能を有する切り替えスイッチを用いている。すなわち、前記切り替えスイッチは、前記定電圧発振回路と前記振動センサとを、オン／オフ切り替え可能で、かつ前記振動センサと前記振動電流測定部とを、オン／オフ切り替え可能である。前記切り替えスイッチとしては、例えば、電磁リレー型、静電リレー型、半導体型等があげられる。なお、前記切り替えスイッチには、例えば、前記切り替えスイッチのオン／オフ切り替えを制御するスイッチ制御回路が、電気的に接続されていてもよい。
【００１９】
本実施形態の機械特性測定装置を用いて、機械特性を測定する測定物としては、例えば、人の肌、動植物の表皮等があげられる。
【００２０】
つぎに、図３から６に基づき、本実施形態の機械特性測定装置の使用方法を説明する。本実施形態の機械特性測定装置の使用方法では、振動センサとして、前述の図２（ａ）に示す振動センサを用いた場合を例にとり説明する。本実施形態の機械特性測定装置の使用方法は、接触工程と、電気エネルギー供給工程と、電気エネルギー供給停止工程と、振動電流測定工程とを含む。図３（ａ）は、前記接触工程を示し、図３（ｂ）は、前記電気エネルギー供給工程を示し、図３（ｃ）は、前記電気エネルギー供給停止工程を示し、図３（ｄ）は、前記振動電流測定工程を示す。図３（ａ）から（ｄ）において、図１および図２と同一部分には同一符号を付している。
【００２１】
〔接触工程〕
まず、接触工程について説明する。図３（ａ）に示すように、前記外装筐体１２７の開口部から突出している接触子１２３ａを、測定物３１に押し当てて接触させる。この時生じる押し圧により、前記加圧バネ１２４ａが収縮し、前記接触子１２３ａの前記外装筐体１２７の開口部から突出した部分は、前記外装筐体１２７の内部方向へ押し込まれる。前記測定物３１は、前述のとおりである。なお、図３（ａ）では、図示の簡略化のため、図２（ａ）で示す符号のうち、上記接触工程の説明に用いた符号以外は省略している。
【００２２】
〔電気エネルギー供給工程〕
つぎに、電気エネルギー供給工程について説明する。前記測定物３１を前記圧電振動子１２ａに接触させた状態で、図３（ｂ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記定電圧発振回路１１側に切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２とを電気的に接続する。このようにすることで、前記圧電振動子１２ａに、例えば、予め設定された振幅と周期の定電圧が印加され、前記圧電振動子１２ａに電気エネルギーが供給される。前記圧電振動子１２ａに印加される電圧の波形は、例えば、図４（ａ）に示す圧電振動子の固有周期と同様の周期の正弦波である。ただし、本発明は、この例に限定されず、前記波形としては、図４（ｂ）に示す前記固有周期と異なる周期の正弦波、図４（ｃ）に示す矩形波、図４（ｄ）に示す三角波等があげられ、特定の波形に制限されない。なお、図４では、所定の時間（ｔ１）の間、前記圧電振動子１２ａに定電圧を印加する場合を示す。また、図３（ｂ）では、図示の簡略化のため、前記圧電振動子１２ａに接触させた前記測定物３１を図示するのを省略している。以下、図３（ｃ）および（ｄ）においても同様である。なお、前記切り替えスイッチのオン／オフ切り替えは、例えば、手動で行われてもよいし、前述のスイッチ制御回路を備える場合には、前記制御回路を用いて自動で行われてもよい。
【００２３】
供給された前記電気エネルギーは、前記圧電振動子１２ａの圧電効果により、振動エネルギーに変換される。この振動エネルギーにより、前記圧電振動子１２ａおよび前記測定物３１は振動する。前述の図４（ａ）に示す波形の定電圧を印加する場合には、例えば、図５（ａ）に示すように、前記所定の時間（ｔ１）の間、振動エネルギーの量は時間的に増幅され、前記圧電振動子１２ａおよび前記測定物３１に蓄積される。なお、図５（ａ）では、前記振動エネルギーの量を、振動エネルギーに比例する振動電流として測定した波形を示す。また、前述の図４（ｂ）から（ｄ）に示す波形の定電圧を印加する場合にも、それぞれ、図５（ｂ）から（ｄ）に示すように、前記所定の時間（ｔ１）の間、その振動エネルギーの量は時間的に増幅され、前記圧電振動子と前記測定物とに蓄積される。前記所定の時間（ｔ１）の設定は、例えば、手動で行ってもよいし、自動で行ってもよい。前記自動で行う場合には、例えば、過去の使用時に設定した時間を記憶しておき、その時間を繰り返し使用してもよい。
【００２４】
〔電気エネルギー供給停止工程〕
つぎに、電気エネルギー供給停止工程について説明する。前記所定の時間（ｔ１）の経過後、前記測定物３１を前記圧電振動子１２ａに接触させた状態で、図３（ｃ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２との電気的接続を切断する。このようにすることで、前記電気エネルギーの供給を停止する。蓄積された前記振動エネルギーは、前記電気エネルギーの供給が停止された時点から、前記測定物３１の内部摩擦により、経過時間に応じて減衰する。
【００２５】
〔振動電流測定工程〕
つぎに、振動電流測定工程について説明する。前記電気エネルギーの供給停止後、図３（ｄ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記電気フィルタ１６側に切り替えて、前記振動センサ１２と前記電気フィルタ１６とを電気的に接続する。このようにすることで、蓄積された振動エネルギーは、前記圧電振動子の圧電効果により電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーを、前記圧電振動子と前記測定物との合算された機械特性に応じた、経過時間に応じて減衰する振動電流（時間減衰振動電流）として、前記振動電流測定回路１３で測定する。前記時間減衰振動電流の波形は、複数の固有周期を有する基本波成分および高調波成分等を含む合成波の波形を示す。前記時間減衰振動電流の波形は、例えば、オシロスコープ等により観察可能である。
【００２６】
本実施形態の機械特性測定装置では、まず、この合成波を、前記電気フィルタ１６を用いて、各々の波形成分に分離する。ついで、分離された波形成分を、前記分析部１７を用いて分析する。前記分析は、例えば、デジタル中央演算処理回路によりなされる。前記電気フィルタ１６には、例えば、急峻な遮断特性を有するデジタルフィルタを用いる。図６（ａ）に、前記電気フィルタ１６により分離された波形のうち、基本波成分の波形（実線の波形）を示す。図６（ａ）では、振動電流が減衰するのを理解しやすくするため、前記電気エネルギー供給工程における振動電流の蓄積を示す波形（破線の波形）も併せて示す。図６（ｂ）に、前記電気フィルタ１６により分離された波形のうち、第二高調波成分（実線の波形）を示す。これ以外は、図６（ａ）と同様である。なお、本実施形態の機械特性測定装置では、前記電気フィルタを用いて分離した波形成分（基本波成分、第二高調波成分等）を分析しているが、本発明は、これに限定されず、例えば、合成波を分析可能であれば、電気フィルタを備えていなくてもよい。また、図５（ｂ）から（ｄ）に示す蓄積された振動エネルギーによっても、例えば、図６（ａ）と同様の波形の時間減衰振動電流が発生する。
【００２７】
本実施形態の機械特性測定装置では、前記分析部１７を用いて、例えば、前記基本波成分、前記第二高調波成分等の各調波成分から、固有周期と振幅値減衰変化とを分析する。図６（ｃ）に、前記基本波成分の固有周期と振動電流振幅値の減衰の量とを分析する場合の一例を示す。図示のとおり、前記基本波成分の分析は、前記時間減衰振動電流発生後の所定の時間（ｔ２）後から開始する。ここでは、分析を開始して最初に表れる正側の波形を第１の波形６１とし、２番目に表れる正側の波形を第２の波形６２、３番目に表れる正側の波形を第３の波形６３、４番目に表れる正側の波形を第４の波形６４とする。５番目に表れる正側の波形（第５の波形）以降についても、図示していないが同様とする。これらの波形について、電流振幅値の最大値と、前記最大値を示す経過時間とを測定する。この測定により、例えば、前記第１の波形６１の電流振幅値の最大値をＩ（１）とし、前記最大値を示す経過時間をＴ（１）とする。同様に、前記第２の波形６２の電流振幅値の最大値をＩ（２）とし、前記最大値を示す経過時間をＴ（２）とする。前記第３の波形６３の電流振幅値の最大値をＩ（３）とし、前記最大値を示す経過時間をＴ（３）とする。前記第４の波形６４の電流振幅値の最大値をＩ（４）とし、前記最大値を示す経過時間を、Ｔ（４）とする。前記第５の波形以降についても、同様である。なお、図６（ｃ）では、図示の簡略化のため、前記第２の波形６２以降の電流振幅値の最大値を図示するのを省略している。
【００２８】
前記時間減衰振動電流の固有周期（ΔＴ）は、例えば、Ｔ（２）−Ｔ（１）から算出可能である。このようにして算出された固有周期を、ΔＴ（１）とする。同様に、Ｔ（３）−Ｔ（２）からΔＴ（２）を、Ｔ（４）−Ｔ（３）からΔＴ（３）を算出する。前記第５の波形以降についても、同様に算出する。前記ΔＴ（１）、前記ΔＴ（２）、前記ΔＴ（３）等の加算平均を取れば、例えば、突発的な外部ノイズが混入しても、ΔＴを高精度に取得可能である。
【００２９】
前記時間減衰振動電流の振幅値減衰変化（ΔＩ）は、例えば、Ｉ（２）−Ｉ（１）から算出可能である。このようにして算出された振幅値減衰変化を、ΔＩ（１）とする。同様に、Ｉ（３）−Ｉ（２）からΔＩ（２）を、Ｉ（４）−Ｉ（３）からΔＩ（３）を算出する。前記第５の波形以降についても、同様に算出する。前述のとおり、前記時間減衰振動電流は、前記圧電振動子と前記測定物との合算された機械特性に応じて得られる振動電流である。前記圧電振動子は、所定の機械特性を有するので、前記時間減衰振動電流を測定することは、測定物の機械特性を直接測定することとなる。したがって、本実施形態の機械特性測定装置を使用して、前記時間減衰振動電流の固有周期と振幅値減衰変化を算出することにより、測定物の機械特性を測定可能である。
【００３０】
さらに、前記Ｉ（１）が、１／２となる（１／２Ｉ（１））時間区間を、ΔＴ５０とすれば、前記測定物の機械特性を、例えば、ΔＴとΔＴ５０とで表すことができる。測定物に接触していない状態での前記圧電振動子のΔＴおよびΔＴ５０を、それぞれ、ΔＴ１およびΔＴ１５０とする。前述のΔＴおよびΔＴ５０と、ΔＴ１およびΔＴ１５０とから、例えば、前記デジタル中央演算処理回路を用いて、ΔＴ／ΔＴ１とΔＴ５０／ΔＴ１５０とを算出し、規格値とする。本実施形態の機械特性測定装置では、例えば、この規格値を用いて、測定物の機械特性を評価可能である。
【００３１】
このようにして、測定物の機械特性を測定する本実施形態の機械特性測定装置により奏される効果は、以下のとおりである。
第１に、前記測定に利用する前記振幅値減衰変化は、前述のとおり、前記測定物の内部摩擦によるものである。この振幅値減衰変化は、測定物の形状には依存しない。このため、前記圧電振動子そのものの固有周期と、前記圧電振動子と前記測定物との合算された機械特性に応じた固有周期とが近接する場合、または前記圧電振動子の機械特性と前記測定物の機械特性との差が大きい場合でも、振幅値減衰変化を測定可能である。これにより、例えば、測定物としての機械特性が異なる、人の頬・あご・腕・足等の各部位を正確に測定するのに、最適化された圧電振動子を複数用意する必要がない。
第２に、前記時間減衰振動電流の固有周期は、前述のとおり、測定物の形状、密度、弾性率等に依存している。前述のとおり、使用者の圧電振動子の押し圧が変化すると、この変化により、電流振幅幅値に変化が生じるが、前記時間減衰振動電流の固有周期は、前述の押し圧には影響を受けない。
第３に、本実施形態の機械特性測定装置は、自励発振回路を必要とせず、測定を完了するまでの間、連続駆動させる必要がない。このため、圧電振動子の発熱による圧電振動子の機械特性の変化を抑制可能である。また、本実施形態の機械特性測定装置は、自励発振回路を不要としないため、フィードバックによる測定時間の遅延が発生しない。このため、前記遅延による測定誤差が生じない。
また、本実施形態の機械特性測定装置の使用において、図６（ｂ）に示す第二高調波成分を分析に用いれば、短波長であるため分解能が向上する。このため、例えば、人の肌の機械特性を測定する場合に、油分の付着・吸収による人の肌組織の変化等の微量な機械特性変化を測定するのに特に有効である。
これらの効果が奏される本実施形態の機械特性測定装置は、測定物の機械特性を高精度に測定可能である。また、本実施形態の機械特性測定装置は、前記第１の効果により、利便性が高い。
【００３２】
また、本実施形態の機械特性測定装置は、前述のとおり、自励発振回路を必要とせず、測定が完了するまでの間、連続駆動させる必要がない。このため、本実施形態の機械特性測定装置は、低消費電力である。また、自励発振回路を必要としないため、小型化が可能であり、例えば、携帯電話、ノートパソコン等の携帯型電子機器への搭載も可能である。これらにより、本実施形態の機械特性測定装置は、例えば、電池駆動可能で持ち運び可能な装置とすることが可能である。
【００３３】
本実施形態の機械特性測定装置は、例えば、前記圧電振動子が、３端子型圧電振動子であってもよい。図７（ａ）に、この機械特性測定装置の一例の構成を示す。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図７（ａ）に示すとおり、この機械特性測定装置７０は、前述の切り替えスイッチに代えて、第１の電気スイッチ７４と、第２の電気スイッチ７５とを備える。定電圧発振回路１１は、振動センサ７２に、前記第１の電気スイッチ７４を介して、電気的に接続されている。前記振動センサ７２は、電気フィルタ１６に、前記第２の電気スイッチ７５を介して、電気的に接続されている。前記圧電振動子７２ａは、３端子型圧電振動子である。これらの点を除き、この機械特性測定装置７０は、前述の機械特性測定装置１０と同様の構成を有する。前記第１の電気スイッチ７４および前記第２の電気スイッチ７５は、前述の構成部材同士の接続および切断を切り替え可能（オン／オフ切り替え可能）なスイッチである。なお、この機械特性測定装置では、前記第１の電気スイッチおよび前記第２の電気スイッチは、外部スイッチであるが、本発明は、この例に限定されない。前述の機能を有すれば、例えば、前記第１の電気スイッチは、前記定電圧発振回路内部に配置されていてもよいし、前記第２の電気スイッチは、前記振動電流測定回路内部に配置されていてもよい。
【００３４】
図７（ｂ）に、この機械特性測定装置に用いる前記振動センサの一例を示す。同図において、図７（ａ）と同一部分には同一符号を付している。図７（ｂ）に示すとおり、この振動センサ７２では、前記圧電振動子７２ａが、開口部を有する外装筐体７２７内に装着されている。前記圧電振動子７２ａは、前述のとおり、３端子型圧電振動子である。前記圧電振動子７２ａは、棒状の圧電セラミック素子７２２と、接触子７２３と、加圧バネ７２４とを備える圧電セラミック振動子である。前記接触子７２３は、前記圧電セラミック素子７２２の長さ方向の一端に設けられており、前記加圧バネ７２４は、前記圧電セラミック素子７２２の長さ方向の他端に設けられている。前記圧電セラミック素子７２２は、前記加圧バネ７２４を介して、前記外装筐体７２７に支持されている。前記圧電セラミック素子７２２の長さ方向の一面には、電極７２５ａが形成されており、前記一面に対向する面には、電極７２５ｂと電極７２５ｃとが形成されている。前記電極７２５ａには、電気端子７２６ａが接合され、前記電極７２５ｂには、電気端子７２６ｂが接合され、前記電極７２５ｃには、電気端子７２６ｃが接合されている。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する３端子型圧電セラミック振動子とした。この振動センサ７２では、前記加圧バネ７２４の伸長により、前記圧電セラミック素子７２２が、前記外装筐体７２７の開口部方向に付勢されており、前記接触子７２３の一部が、前記外装筐体７２７から突出している。前記圧電セラミック素子は、例えば、前述の２端子型圧電振動子と同様である。
【００３５】
この機械特性測定装置では、第１のスイッチング手段として、第１の電気スイッチを用いているが、本発明は、この例に限定されない。前記第１の電気スイッチは、前述のとおり、前記定電圧発振回路と前記振動センサとを、オン／オフ切り替え可能であればよく、従来公知の電気スイッチを使用可能である。前記第１の電気スイッチとしては、例えば、電磁リレー型、静電リレー型、半導体型等があげられる。
【００３６】
この機械特性測定装置では、第２のスイッチング手段として、第２の電気スイッチを用いているが、本発明は、この例に限定されない。前記第２の電気スイッチは、前述のとおり、前記振動センサと前記振動電流測定部とを、オン／オフ切り替え可能であればよく、従来公知の電気スイッチを使用可能である。前記第２の電気スイッチは、例えば、前記第１の電気スイッチと同様のものを使用可能である。前記第１の電気スイッチと前記第２の電気スイッチは、同一であっても、異なっていてもよい。なお、前記１の電気スイッチおよび前記第２の電気スイッチには、例えば、前記両電気スイッチのオン／オフ切り替えを制御するスイッチ制御回路が、電気的に接続されていてもよい。
【００３７】
この機械特性測定装置は、例えば、図８に示すようにして使用可能である。すなわち、まず、測定物を前記圧電振動子７２ａに接触させた状態で、図８（ａ）に示すように、前記第１の電気スイッチ７４をオンにし、かつ前記第２の電気スイッチ７５をオフにして、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ７２とを電気的に接続する。このようにすることで、前述の電気エネルギー供給工程を実施する。
ついで、前記測定物を前記圧電振動子７２ａに接触させた状態で、図８（ｂ）に示すように、前記第１の電気スイッチ７４をオフにして、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ７２との電気的接続を切断する。このようにすることで、前述の電気エネルギー供給停止工程を実施する。なお、本工程では、前記第２の電気スイッチ７５は、オフのままである。
ついで、図８（ｃ）に示すように、前記第２の電気スイッチ７５をオンにして、前記振動センサ７２と前記電気フィルタ１６とを電気的に接続する。このようにすることで、前述の振動電流測定工程を実施する。これら以外は、前述の機械特性測定装置１０と同様に使用可能である。なお、この機械特性測定装置では、前述の接触工程についての詳細な説明を省略している。また、前記第１の電気スイッチおよび前記第２の電気スイッチのオン／オフ切り替えは、例えば、手動で行われてもよいし、前述のスイッチ制御回路を備える場合には、前記制御回路を用いて自動で行われてもよい。また、前記両電気スイッチのオン／オフ切り替えは、例えば、前記スイッチ制御回路により、連動して行われてもよい。
【００３８】
この機械特性測定装置においても、前述の機械特性測定装置１０と同様に、測定物の機械特性を高精度に測定可能である。前述のとおり、前述の機械特性測定装置１０では、圧電振動子として、２端子型圧電振動子を用いているため、圧電振動子の感度がより良好であり、測定される振動電流の電流値をさらに大きくすることができるためより好ましい。
【００３９】
（実施形態２）
図９に、本実施形態の機械特性測定装置の一例の構成を示す。同図において、図１と同一部分には同一符号を付している。図９に示すとおり、この機械特性測定装置９０は、演算部９１と、参照データ記憶装置９２とをさらに備えること以外は、前述の機械特性測定装置１０と同様の構成を有する。すなわち、この機械特性測定装置９０は、定電圧発振回路１１と、圧電振動子１２ａが装着された振動センサ１２と、振動電流測定回路１３と、切り替えスイッチ１４と、演算部９１と、参照データ記憶装置９２とを備える。前記振動電流測定回路１３は、電気フィルタ１６と分析部１７とを備える。前記分析部１７および前記参照データ記憶装置９２は、前記演算部９１に電気的に接続されている。前記参照データ記憶装置９２には、参照データが格納されている。なお、本実施形態の機械特性測定装置では、前記演算部および前記参照データ記憶装置は、それぞれ、独立の構成部材であるが、本発明は、この例に限定されない。前記演算部および前記参照データ記憶装置は、例えば、前記振動電流測定回路内に搭載されていてもよい。
【００４０】
前記演算部は、例えば、デジタル中央演算処理回路を備える。
【００４１】
本実施形態の機械特性測定装置では、参照データ記憶部を、参照データ記憶装置としている。前記参照データ記憶装置は、従来公知の記録装置を使用可能である。前記参照データ記憶装置としては、例えば、半導体メモリー、磁気記憶装置、光記憶装置等があげられる。
【００４２】
前記参照データとしては、例えば、測定に使用する前記圧電振動子を測定したデータ、測定対象となり得る物（例えば、人の肌等）を測定したデータ、人の肌の機械的特性と人の健康状態との相関を示すデータ等があげられる。前記測定対象となり得る物の測定データとしては、例えば、前述の固有周期（ΔＴ）、振幅値減衰変化（ΔＩ）、振幅の最大値が１／２になる時間区間（ΔＴ５０）等があげられる。前記測定に使用する圧電振動子の測定データとしては、例えば、前述の固有周期（ΔＴ１）、振幅の最大値が１／２になる時間区間（ΔＴ１５０）等があげられる。これらのデータは、本実施形態の機械特性測定装置の製造時に、前記参照データ記録装置に予め格納されてもよいし、使用者がインターネット等からダウンロードすることで、前記参照データ記録装置に格納されてもよい。
【００４３】
つぎに、本実施形態の機械特性測定装置の使用方法を説明する。本実施形態の機械特性測定装置の使用方法は、接触工程と、電気エネルギー供給工程と、電気エネルギー供給停止工程と、振動電流測定工程と、データ比較工程とを含む。前記接触工程、前記電気エネルギー供給工程、前記電気エネルギー供給停止工程および前記振動電流測定工程は、例えば、前述の機械特性測定装置１０と同様に実施可能である。
【００４４】
〔データ比較工程〕
本実施形態の機械特性測定装置を用いて、前述の機械特性測定装置１０と同様に、測定物の機械特性を測定した後、本工程において、前記測定により得られたデータと、前記参照データ記憶装置に格納されている前記参照データとを、前記演算部で比較および評価する。前記比較および評価は、例えば、前記デジタル中央演算処理回路によりなされる。具体的には、例えば、本実施形態の機械特性測定装置を用いて測定された人の肌のΔＴ、ΔＩおよびΔＴ５０の少なくとも一つと、参照データに含まれる複数の既知のΔＴ、ΔＩおよびΔＴ５０の少なくとも一つとを比較・評価する。このようにすることで、例えば、肌の健康状態を評価可能となる。この評価結果を、本実施形態の機械特性測定装置に表示部を設けて、表示してもよい。なお、前記参照データ記憶装置には、前述の測定されたΔＴ、ΔＩ、ΔＴ５０等の測定データを、記憶させてもよい。このように測定データを記憶・蓄積することで、より高精度に機械特性の測定が可能となる。
【００４５】
前述のとおり、本発明の機械特性測定装置は、測定精度が高く、かつ低消費電力である。したがって、本発明の機械特性測定装置の用途としては、例えば、肌年齢算出装置、肌健康状態判定装置等があげられる。ただし、その用途は限定されず、広い分野に適用可能である。
【実施例】
【００４６】
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例および比較例によってなんら限定ないし制限されない。
【００４７】
［実施例１］
図１に示す機械特性測定装置１０を作製した。以下に、実施例１で用いた機械特性測定装置１０の構成について説明する。
【００４８】
〔機械特性測定装置の作製〕
（１）振動センサの作製
図２（ａ）に示す振動センサを作製した。棒状のジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×高さ３０ｍｍ）を、圧電セラミック素子１２２ａとした。この圧電セラミック素子１２２ａの高さ方向の対向する２つの面に、Ａｇ電極１２５ａおよび１２５ｂ（厚み：５μｍ）を形成した。前記電極１２５ａに、電気端子１２６ａを接合し、前記電極１２５ｂに、電気端子１２６ｂを接合した。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する２端子型圧電セラミック振動子１２ａとした。この２端子型圧電セラミック振動子１２ａの高さ方向の一端に、半球状の接触子１２３ａ（材料：アルミニウム）を取り付けた。前記一端の反対側の端部に、加圧バネ１２４ａ（材料：硬鋼線）を取り付けた。この圧電セラミック振動子１２ａを、前記加圧バネ１２４ａを介して、外装筐体１２７内に取り付けた。このようにして、振動センサ１２を作製した。
【００４９】
（２）各構成部材の接続
前記振動センサ１２の前記電気端子１２６ｂに、切り替えスイッチ１４として電磁形リレースイッチを接続した。この切り替えスイッチ１４を介して、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２とを接続可能とした。また、この切り替えスイッチ１４を介して、前記振動センサ１２とバターワース型のデジタルフィルタ（電気フィルタ１６）とを接続可能とした。前記電気フィルタ１６と前記分析部１７とを電気的に接続した。前記振動電流測定部１３には、振動電流測定のために、オシロスコープを接続した（図示せず）。このようにして本実施例の機械特性測定装置１０を作製した。
【００５０】
〔圧電セラミック振動子の機械特性の測定〕
この機械特性測定装置１０の前記圧電セラミック振動子１２ａの機械特性を、予め測定した。まず、測定物に接触させていない状態で、図３（ｂ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記定電圧発振回路１１側に切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２とを電気的に接続した。この状態で、定電圧（波形：正弦波、周波数：５０ｋＨｚ、電圧値：１Ｖ）を、前記圧電セラミック振動子１２ａに、０．１秒間印加した。前記印加後、図３（ｃ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を切り替えて、前記定電圧発振回路１１と前記振動センサ１２との電気的接続を切断した。ついで、図３（ｄ）に示すように、前記切り替えスイッチ１４を、前記電気フィルタ１６側に切り替えて、前記振動センサ１２と前記電気フィルタ１６とを電気的に接続した。発生した時間減衰振動電流を、前記電気フィルタ（バターワース型のデジタルフィルタ）１６により、各々の固有周期の振動電流に分離した。本実施例では、分離した振動電流のうち、固有周期の長いものから順に３つの振動電流を抽出した。この３つの振動電流を、それぞれ、第１調波振動電流、第２調波振動電流および第３調波振動電流とした。前記振動センサ８２と前記電気フィルタ１６との接続から、２０ｍ秒後に測定を開始し、最初に表れた電流振幅値の最大値が、１／２の値になるまで測定を継続した。この時のΔＴ１５０と、固有周期ΔＴ１（１）、ΔＴ１（２）、ΔＴ１（３）・・・の加算平均値（ΔＴ１）とを測定した。この測定を１００回繰り返した。
【００５１】
〔機械特性測定装置の使用〕
４０代女性の被験者の顔の頬（測定物）に、図３（ａ）に示すように、前記圧電セラミック振動子１２ａの前記接触子１２３ａを接触させて、上記と同様の測定を１００回繰り返した。得られた固有周期と、電流振幅値の最大値が１／２の値になるまでの時間区間とを、ΔＴとΔＴ５０とした。これらの測定データを、ΔＴ／ΔＴ１およびΔＴ５０／ΔＴ１５０として、本実施例の機械特性測定装置の性能評価値として定量化した。それぞれ、１００個のΔＴ／ΔＴ１およびΔＴ５０／ΔＴ１５０のうち、最大値と最小値を表１に示す。
【００５２】
波形を矩形波とし、周波数を４０ｋＨｚとしたこと以外は、同様にして測定した。この結果を表２に示す。
【００５３】
前記被験者の頬に市販の保湿液を塗り、５分後に測定したこと以外は、同様にして測定した。この結果を表３に示す。
【００５４】
［比較例１］
図１０に示す弾性特性測定装置１０００を作製した。以下に、比較例１で用いた弾性特性測定装置１０００の構成について説明する。
【００５５】
〔弾性特性測定装置の作製〕
（１）振動センサの作製
図７（ｂ）に示す振動センサを作製した。棒状のジルコン酸チタン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ、縦５ｍｍ×横５ｍｍ×高さ３０ｍｍ）を、圧電セラミック素子７２２とした。この圧電セラミック素子７２２の高さ方向の対向する２つの面に、Ａｇ電極７２５ａおよび７２５ｂ（厚み：５μｍ）を形成した。前記電極７２５ｂを形成した面に、振動電流を測定するための電極７２５ｃ（５ｍｍ×７ｍｍ）を形成した。前記電極７２５ａに、電気端子７２６ａを接合し、前記電極７２５ｂに、電気端子７２６ｂを接合し、前記電極７２５ｃに、電気端子７２６ｃを接合した。この状態で、定電圧の印加方向と同一の方向に分極処理を施し、圧電横効果長さ縦振動で振動する３端子型圧電セラミック振動子７２ａとした。この３端子型圧電セラミック振動子７２ａの高さ方向の一端に、半球状の接触子７２３（材料：アルミニウム）を取り付けた。前記一端の反対側の端部に、加圧バネ７２４（材料：硬鋼線）を取り付けた。この圧電セラミック振動子７２ａを、前記加圧バネ７２４を介して、外装筐体７２７内に取り付けた。このようにして、振動センサ１００２を作製した。
【００５６】
（２）各構成部材の接続
フィルタ増幅回路（電気フィルタ）１００６を、前記電気端子７２６ｂに電気的に接続し、仮想接地型電流検出回路（振動電流測定回路）１００３を、前記電気端子７２６ｃに電気的に接続した。前記振動電流測定回路１００３と定電圧駆動回路（定電圧発振回路）１００１とを電気的に接続した。前記定電圧発振回路１００１と前記電気フィルタ１００６とを電気的に接続した。このようにして、前述の構成部材がループ状に接続され、帰還型自励発振回路が構成されている、本比較例の機械特性測定装置１０００を作製した。
【００５７】
〔圧電セラミック振動子の機械特性の測定〕
前記電気端子７２６ｃに生じる振動電流の固有周期をＴ２とし、振動電流の振幅値の最大値をＩ２としたこと以外は、実施例１と同様にして、圧電セラミック振動子の機械特性を測定した。なお、本比較例の機械特性測定装置では、振動電流を、電気フィルタにより分離しないため、本比較例では、１つの波長成分のみを測定対象とした。
【００５８】
〔機械特性測定装置の使用〕
図１０（ｂ）に示すように、振動電流の固有周期をＴとし、振動電流の振幅値の最大値をＩとし、これらの測定データを、Ｔ／Ｔ２およびＩ／Ｉ２として、本比較例の機械特性測定装置の性能評価値として定量化したこと以外は、実施例１と同様にした。それぞれ、１００個のＴ／Ｔ２およびＩ／Ｉ２のうち、最大値と最小値を表４に示す。また、実施例１と同様に、前記被験者の頬に市販の保湿液を塗り、５分後に上記と同様に測定した。この結果を表５に示す。
【００５９】
（表１）
実施例１（正弦波、保湿液なし）
ΔＴ／ΔＴ１ ΔＴ５０／ΔＴ１５０
第１調波
最大値 ５．０×１０−７ ０．１３
最小値 ４．２×１０−７ ０．１１
第２調波
最大値 ４．８×１０−７ ０．１２
最小値 ４．４×１０−７ ０．１１
第３調波
最大値 ４．７×１０−７ ０．１１
最小値 ４．６×１０−７ ０．１１
【００６０】
（表２）
実施例１（矩形波、保湿液なし）
ΔＴ／ΔＴ１ ΔＴ５０／ΔＴ１５０
第１調波
最大値 ５．１×１０−７ ０．１４
最小値 ４．４×１０−７ ０．１１
第２調波
最大値 ４．９×１０−７ ０．１３
最小値 ４．５×１０−７ ０．１１
第３調波
最大値 ４．８×１０−７ ０．１１
最小値 ４．７×１０−７ ０．１０
【００６１】
（表３）
実施例１（正弦波、保湿液あり）
ΔＴ／ΔＴ１ ΔＴ５０／ΔＴ１５０
第１調波
最大値 ７．０×１０−７ ０．２６
最小値 ６．２×１０−７ ０．２０
第２調波
最大値 ６．８×１０−７ ０．２４
最小値 ６．６×１０−７ ０．２２
第３調波
最大値 ６．７×１０−７ ０．２３
最小値 ６．７×１０−７ ０．２３
【００６２】
（表４）
比較例１（正弦波、保湿液なし）
Ｔ／Ｔ２ Ｉ／Ｉ２
最大値 ６．２×１０−７ ０．７５
最小値 ８．７×１０−８ ０．２０
【００６３】
（表５）
比較例１（正弦波、保湿液あり）
Ｔ／Ｔ２ Ｉ／Ｉ２
最大値 ９．０×１０−７ ０．８５
最小値 １．０×１０−８ ０．２５
【００６４】
前記表１と前記表４とを比較すると、前記表１における実施例１のΔＴ／ΔＴ１の最大値と最小値との差は、２０％以下であり、ΔＴ５０／ΔＴ１５０の最大値と最小値との差も、２０％以下である。一方、前記表４における比較例１のＴ／Ｔ２の最大値と最小値との差は、約７倍であり、Ｉ／Ｉ２の最大値と最小値との差は、約４倍である。このことから、実施例１の機械特性測定装置は、測定精度が高いことが分かる。また、調波成分の次数が高まると、さらに精度が向上していることが分かる。
前記表３と前記表５とを比較すると、前記表３における実施例１では、保湿液による被験者の肌の機械特性の変化を顕著に捉えている。一方、前記表５における比較例１では、保湿液による被験者の肌の機械特性の変化は、測定のバラツキ（誤差）の中に埋もれ、その変化を捉えることができていない。
なお、前記表１と前記表２とを比較すると、定電圧の波形が正弦波である場合の測定結果と、定電圧の波形が矩形波である場合の測定結果とは、振動電流の第１調波、第２調波、第３調波のいずれにおいても、ほぼ差異がない。すなわち、圧電振動子に印加する定電圧の波形は、測定精度に影響をおよぼさないことが分かる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、７０、９０ 機械特性測定装置
１１ 定電圧発振回路
１２、７２ 振動センサ
１２ａ ２端子型圧電振動子（２端子型圧電セラミック振動子）
１３ 振動電流測定回路（振動電流測定部）
１４ 切り替えスイッチ（第１のスイッチング手段および第２のスイッチング手段）
１６ 電気フィルタ
１７ 分析部
３１ 測定物
６１ 第１の波形
６２ 第２の波形
６３ 第３の波形
６４ 第４の波形
７２ａ ３端子型圧電振動子（３端子型圧電セラミック振動子）
７４ 第１の電気スイッチ（第１のスイッチング手段）
７５ 第２の電気スイッチ（第２のスイッチング手段）
９１ 演算部
９２ 参照データ記憶装置
１２２ａ、７２２ 棒状の圧電セラミック素子
１２２ｂ 板状の圧電セラミック素子
１２３ａ、１２３ｂ、７２３ 接触子
１２４ａ、１２４ｂ、７２４ 加圧バネ
１２５ａ、１２５ｂ、７２５ａ、７２５ｂ、７２５ｃ 電極
１２６ａ、１２６ｂ、７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃ 電気端子
１２７、７２７ 外装筐体
１０００ 従来の弾性特性測定装置
１００１ 定電圧駆動回路
１００２ ３端子型圧電振動子
１００３ 仮想接地型電流検出回路
１００６ フィルタ増幅回路
１００８ 測定物に接触させていない状態の波形
１００９ 測定物に接触させている状態の波形
１１００ 従来の肌弾力センサ
１１０２ 圧電セラミックス円柱
１１０３、１２０３ 接触子
１１０４ 加圧用のバネ
１１０７、１２０７ 外装筐体
１２００ 肌年齢算出装置
１２０８ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定物に接触させる圧電振動子を含む振動センサと、前記圧電振動子に電気エネルギーを供給する定電圧発振回路と、前記圧電振動子に生じた振動電流を測定する振動電流測定部と、オン／オフ切り替え可能な第１のスイッチング手段と、オン／オフ切り替え可能な第２のスイッチング手段とを備え、
前記定電圧発振回路が、前記振動センサに前記第１のスイッチング手段を介して、電気的に接続され、
前記振動センサが、前記振動電流測定部に前記第２のスイッチング手段を介して、電気的に接続されていることを特徴とする機械特性測定装置。
【請求項２】
前記振動電流測定部が、前記振動電流を固有周期成分に分離する電気フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の機械特性測定装置。
【請求項３】
さらに、参照データが格納された参照データ記憶部と、演算部とを備え、
前記振動電流測定部および前記参照データ記憶部が、前記演算部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の機械特性測定装置。
【請求項４】
前記参照データが、前記圧電振動子の測定データを含むことを特徴とする請求項３記載の機械特性測定装置。
【請求項５】
前記圧電振動子が、２端子型圧電振動子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の機械特性測定装置。
【請求項６】
前記振動センサが、さらに、外装筐体を含み、
前記圧電振動子が、圧電セラミック素子と接触子と加圧バネとを含む圧電セラミック振動子であり、
前記圧電セラミック振動子が、前記外装筐体内に配置され、
前記接触子が、前記圧電セラミック素子の一端に配置され、
前記加圧バネが、前記圧電セラミック素子の他端に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の機械特性測定装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置を使用し、
前記測定物を前記圧電振動子に接触させる接触工程と、
前記接触後、前記第１のスイッチング手段をオンにし、前記第２のスイッチング手段をオフにした状態で、前記圧電振動子に、前記定電圧発振回路から電気エネルギーを供給して、前記圧電振動子および前記測定物に振動エネルギーを蓄積させる電気エネルギー供給工程と、
前記蓄積後、前記第１のスイッチング手段をオフにして、前記定電圧発振回路と前記振動センサとの電気的な接続を切断することで、前記圧電振動子への前記電気エネルギーの供給を停止する電気エネルギー供給停止工程と、
前記停止後、前記第２のスイッチング手段をオンにして、前記振動センサと前記振動電流測定部とを電気的に接続することで、前記接続により生じた経過時間に応じて減衰する振動電流を、前記振動電流測定部で測定する振動電流測定工程とを含むことを特徴とする機械特性測定装置の使用方法。
【請求項８】
前記機械特性測定装置が、請求項２から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置であり、
前記振動電流測定工程において、前記固有周期成分に分離された前記振動電流を測定することを特徴とする請求項７記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項９】
前記機械特性測定装置が、請求項３から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置であり、
さらに、前記振動電流の測定により得られたデータと前記参照データとを比較するデータ比較工程を含むことを特徴とする請求項７または８記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１０】
前記データ比較工程において、前記固有周期成分から固有周期データを演算し、前記固有周期データと前記参照データとを比較することを特徴とする請求項９記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１１】
前記データ比較工程において、前記固有周期成分から振幅減衰データを演算し、前記振幅減衰データと前記参照データとを比較することを特徴とする請求項９または１０記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１２】
前記振幅減衰データを用いて、所定の振幅減衰割合を示す時間データを演算し、前記時間データと前記参照データとを比較することを特徴とする請求項１１記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１３】
前記機械特性測定装置が、請求項４から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置であり、
さらに、前記振動電流の測定データと前記圧電振動子の測定データとを比較して、前記測定物を評価する評価工程を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１】
測定物に接触させる圧電振動子を含む振動センサと、前記圧電振動子に電気エネルギーを供給する定電圧発振回路と、前記圧電振動子に生じた振動電流を測定する振動電流測定部と、オン／オフ切り替え可能な第１のスイッチング手段と、オン／オフ切り替え可能な第２のスイッチング手段とを備え、
前記定電圧発振回路が、前記振動センサに前記第１のスイッチング手段を介して、電気的に接続され、
前記振動センサが、前記振動電流測定部に前記第２のスイッチング手段を介して、電気的に接続されていることを特徴とする機械特性測定装置。
【請求項２】
前記振動電流測定部が、前記振動電流を固有周期成分に分離する電気フィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の機械特性測定装置。
【請求項３】
さらに、参照データが格納された参照データ記憶部と、演算部とを備え、
前記振動電流測定部および前記参照データ記憶部が、前記演算部に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２記載の機械特性測定装置。
【請求項４】
前記参照データが、前記圧電振動子の測定データを含むことを特徴とする請求項３記載の機械特性測定装置。
【請求項５】
前記圧電振動子が、２端子型圧電振動子であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の機械特性測定装置。
【請求項６】
前記振動センサが、さらに、外装筐体を含み、
前記圧電振動子が、圧電セラミック素子と接触子と加圧バネとを含む圧電セラミック振動子であり、
前記圧電セラミック振動子が、前記外装筐体内に配置され、
前記接触子が、前記圧電セラミック素子の一端に配置され、
前記加圧バネが、前記圧電セラミック素子の他端に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の機械特性測定装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置を使用し、
前記測定物を前記圧電振動子に接触させる接触工程と、
前記接触後、前記第１のスイッチング手段をオンにし、前記第２のスイッチング手段をオフにした状態で、前記圧電振動子に、前記定電圧発振回路から電気エネルギーを供給して、前記圧電振動子および前記測定物に振動エネルギーを蓄積させる電気エネルギー供給工程と、
前記蓄積後、前記第１のスイッチング手段をオフにして、前記定電圧発振回路と前記振動センサとの電気的な接続を切断することで、前記圧電振動子への前記電気エネルギーの供給を停止する電気エネルギー供給停止工程と、
前記停止後、前記第２のスイッチング手段をオンにして、前記振動センサと前記振動電流測定部とを電気的に接続することで、前記接続により生じた経過時間に応じて減衰する振動電流を、前記振動電流測定部で測定する振動電流測定工程とを含むことを特徴とする機械特性測定装置の使用方法。
【請求項８】
前記機械特性測定装置が、請求項２から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置であり、
前記振動電流測定工程において、前記固有周期成分に分離された前記振動電流を測定することを特徴とする請求項７記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項９】
前記機械特性測定装置が、請求項３から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置であり、
さらに、前記振動電流の測定により得られたデータと前記参照データとを比較するデータ比較工程を含むことを特徴とする請求項７または８記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１０】
前記データ比較工程において、前記固有周期成分から固有周期データを演算し、前記固有周期データと前記参照データとを比較することを特徴とする請求項９記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１１】
前記データ比較工程において、前記固有周期成分から振幅減衰データを演算し、前記振幅減衰データと前記参照データとを比較することを特徴とする請求項９または１０記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１２】
前記振幅減衰データを用いて、所定の振幅減衰割合を示す時間データを演算し、前記時間データと前記参照データとを比較することを特徴とする請求項１１記載の機械特性測定装置の使用方法。
【請求項１３】
前記機械特性測定装置が、請求項４から６のいずれか一項に記載の機械特性測定装置であり、
さらに、前記振動電流の測定データと前記圧電振動子の測定データとを比較して、前記測定物を評価する評価工程を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一項に記載の機械特性測定装置の使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−５０５８（Ｐ２０１１−５０５８Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３０６７（Ｐ２００９−１５３０６７）
【出願日】平成２１年６月２７日（２００９．６．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２７日（２００９．６．２７）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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