粘弾性特性測定装置
【課題】測定対象の粘弾性特性を迅速かつ高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を提供する。
【解決手段】遅延部材３は、その一方の面が搬送ライン３０における搬送面と一致するように、搬送ライン３０に組込まれる。加圧ローラ３４は、搬送ライン３０の搬送面、すなわち遅延部材３の一方の面に対して垂直上方で、かつ、その長軸方向が搬送ライン３０の搬送方向に対して直交する向きに配置される。そして、加圧ローラ３４は、その両端をそれぞれ加圧部３２．１および３２．２と連結される。加圧部３２．１および３２．２は、演算部１０から受ける加圧指令に応じて、搬送ライン３０の搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて、加圧ローラ３４を直線状に駆動し、測定対象を加圧する。測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることができる。
【解決手段】遅延部材３は、その一方の面が搬送ライン３０における搬送面と一致するように、搬送ライン３０に組込まれる。加圧ローラ３４は、搬送ライン３０の搬送面、すなわち遅延部材３の一方の面に対して垂直上方で、かつ、その長軸方向が搬送ライン３０の搬送方向に対して直交する向きに配置される。そして、加圧ローラ３４は、その両端をそれぞれ加圧部３２．１および３２．２と連結される。加圧部３２．１および３２．２は、演算部１０から受ける加圧指令に応じて、搬送ライン３０の搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて、加圧ローラ３４を直線状に駆動し、測定対象を加圧する。測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は対象物の粘弾性特性を測定する粘弾性特性測定装置に関し、特にリアルタイムに測定対象の粘弾性特性を測定できる粘弾性特性測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質の物性を評価する指標の１つに粘弾性特性がある。粘弾性とは、与えられる応力に比例してひずみを生じる弾性、および与える応力を受けて粘性流動を生じる粘性を併せ持つ物性である。
【０００３】
このような粘弾性特性を測定する方法として、主として固体に用いられる動的粘弾性試験方法（ＤＭＡ：Dynamic Mechanical Analysis）や、主として流動体に用いられる回転式粘度測定装置（回転式レオメータ）が知られている。
【０００４】
たとえば、非特許文献１に開示されるように、動的粘弾性試験方法は、測定対象に周期的な応力を与え、そのときの測定対象の歪み応答を測定する方法である。また、回転式粘度測定装置は、平面形状をもつプレートと円錐形状をもつコーンとの間に測定対象を介在させ、コーンを駆動して測定対象へ所定の周期のずれ変位を与え、そのときにプレートで生じる応力を測定する装置である。
【非特許文献１】「分析機器の手引き（第１２版）」，社団法人日本分析機器工業会，ｐｐ．１０５，平成１６年９月１日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、粘弾性特性を測定するためのサンプルを必要とするために、測定対象の切出しまたは抽出などを行ない、サンプルを用意する必要があった。また、従来の方法では、特定の周期をもつ応力またはずれ変位を与えることで、その周期における粘弾性特性を測定する。そのため、広い周波数領域にわたる粘弾性特性を得るためには、複数の周波数にわたって測定を繰返す必要があり、非常に時間および手間がかかるという問題があった。
【０００６】
そのため、製造工程などにおいて、製品または半製品の粘弾性特性を連続的に測定することは困難であり、粘弾性特性の測定は、製造後の出荷前検査などに限られていた。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、測定対象の粘弾性特性を迅速かつ高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、測定対象へ入射音波を放射し、かつ、入射音波が測定対象により反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、センサ部と密着して配置され、入射音波および反射音波を伝搬させることで、センサ部において放射される入射音波と受信される反射音波との間に遅延時間を生じさせる遅延部材と、センサ部において受信される反射音波に基づいて、測定対象の粘弾性特性を測定する演算処理部と、測定対象と遅延部材とを密着させるための密着手段とを備える粘弾性特性測定装置である。
【０００９】
好ましくは、密着手段は、測定対象が遅延部材と密着するように測定対象を加圧する加圧部を含む。
【００１０】
好ましくは、測定対象は、搬送ラインに沿って連続的に搬送され、遅延部材は、その一方の面が測定対象を搬送する搬送面と略一致するように、搬送ラインの所定の位置に配置され、加圧部は、搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて測定対象を加圧し、演算処理部は、搬送ラインを搬送される測定対象を連続的に測定する。
【００１１】
好ましくは、遅延部材は、センサ部との境界面と対向する面において切欠部を含み、密着手段は、流動性を有し、かつ、測定対象と遅延部材との間に介在するように切欠部に注入されるカプラント部材をさらに含む。
【００１２】
好ましくは、測定対象は、流動性を有する物質であり、密着手段は、測定対象をたくわえ、かつ、遅延部材がたくわえた測定対象の静圧を受けるように配置される容器を含む。
【００１３】
好ましくは、容器は、プロセス装置の一部を構成し、プロセス装置は、測定対象に対して所定の処理を行ない、演算処理部は、測定対象の粘弾性特性を連続的に測定する。
【００１４】
好ましくは、演算処理部は、測定した測定対象の粘弾性特性と、外部から与えられた設定値とを比較し、その比較結果に基づいてプロセス装置を制御する。
【００１５】
好ましくは、密着手段は、測定対象が遅延部材と密着するように、測定対象と遅延部材とが接する空間の圧力を大気圧に比較して低くする減圧部を含む。
【００１６】
好ましくは、減圧部は、測定対象と遅延部材とが接する空間を大気から隔離する密閉部材と、密閉部材と連結され、密閉部材により隔離された空間に含まれる空気を排出する排出部とを含む。
【００１７】
好ましくは、密閉部材は、遅延部材の外周を覆うように配置され、測定対象と遅延部材とが接する空間の圧力に応じて、当該空間の大きさを変化させる部材を含む。
【００１８】
好ましくは、密閉部材は、遅延部材と接合され、吸盤形状を有する部材を含む。
好ましくは、密閉部材は、可とう性を有するシート部材をその一部に含む容器部からなる。
【００１９】
好ましくは、演算処理部は、反射音波を予め取得された基準値と比較することで、測定対象の粘弾性特性を測定する。
【発明の効果】
【００２０】
この発明にかかる粘弾性特性測定装置は、測定対象へ入射音波を放射し、その入射音波が測定対象で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の粘弾性特性を測定する。さらに、この発明にかかる粘弾性特性測定装置は、密着手段により測定対象と遅延部材とを密着させるため、測定対象と遅延部材との間の空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象の粘弾性特性を迅速かつ高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う粘弾性特性測定装置１００の概略構成図である。
【００２３】
図１を参照して、粘弾性特性測定装置１００は、演算処理部１と、センサ部２と、遅延部材３と、加圧部３２．１，３２．２とからなる。そして、粘弾性特性測定装置１００は、センサ部２から測定対象に振動を生じさせる音波を入射音波として放射し、センサ部２で音波が測定対象により反射されて生じる反射音波を受信する。このとき、センサ部２は、遅延部材３を介して測定対象へ入射音波を放射し、かつ、遅延部材３を介して反射音波を受信する。そして、粘弾性特性測定装置１００は、センサ部２で受信される反射音波に基づいて、演算処理部１で測定対象の粘弾性特性を測定する。なお、センサ部２が放射する入射音波は、超音波が好ましい。
【００２４】
また、粘弾性特性測定装置１００は、加圧部３２．１および３２．２が測定対象を加圧し、測定対象と遅延部材３との密着性を高める。
【００２５】
演算処理部１は、たとえば、コンピュータなどで構成され、入力部１８と、時間データメモリ部１２と、記憶部１４と、演算部１０と、表示出力部１６とからなる。
【００２６】
入力部１８は、ユーザなどの外部からの指令を受け、その指令を演算部１０へ出力する。一例として、入力部１８は、操作ボタン、キーボード、マウス、タッチパネルなどからなる。
【００２７】
時間データメモリ部１２は、センサ部２で受信される音波の時間波形を所定の周期で格納する。なお、時間データメモリ部１２は、演算部１０からの要求に応じて、時間波形を格納する周期を変更する。
【００２８】
記憶部１４は、演算部１０を介して取得された基準値を格納し、演算部１０からの要求に応じて、その格納する基準値を読出す。そして、記憶部１４は、演算部１０で連続的に算出される粘弾性特性を格納する。
【００２９】
演算部１０は、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２に格納される反射音波の時間波形データを読出し、一例として、フーリエ処理（ＦＦＴ処理：Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴ処理と称す）のような周波数解析処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部１０は、記憶部１４に格納されている基準値を読出し、その基準値と取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相とを比較することで、測定対象の粘弾性特性を測定する。さらに、演算部１０は、その測定した測定対象の粘弾性特性を表示出力部１６または／および記憶部１４へ出力する。したがって、センサ部２から１回の入射音波の放射により、演算部１０は、その放射音波に含まれる周波数帯域における測定対象の粘弾性特性を算出できる。
【００３０】
また、演算部１０は、入力部１８を介して、外部から基準値取得指令を受けると、センサ部２へ放射指令を与え、基準となる測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２に格納される反射音波の時間波形データを読出し、ＦＦＴ処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部１０は、取得した各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４に格納する。
【００３１】
さらに、演算部１０は、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、加圧部３２．１および３２．２へ加圧指令を与え、測定対象を加圧する。
【００３２】
表示出力部１６は、演算部１０から算出される測定対象の粘弾性特性や粘弾性特性に基づく判断結果を表示または／およびそのデータを外部へ出力する。表示出力部１６が表示を行なう場合には、一例として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置からなる。また、表示出力部１６がデータを外部へ出力を行なう場合には、一例として、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ−２３２Ｃ（Recommended Standard 232 version C）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）１３９４、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、イーサネット（登録商標）、ＩＥＥＥ１２８４（パラレルポート）などの規格に対応するインターフェイスなどからなる。
【００３３】
一方、センサ部２は、送信制御回路２２と、送信回路２４と、方向整合器２５と、トランスデューサ２０と、受信回路２６と、信号処理回路２８とからなる。
【００３４】
送信制御回路２２は、演算処理部１からの放射指令を受けると、放射する入射音波を生成するための生成信号を送信回路２４へ出力する。たとえば、送信制御回路２２は、パルス状の入射音波を生成するためのパルス信号や、所定の周波数成分を含む入射音波を生成するための周期信号などを出力する。また、送信制御回路２２は、生成信号の出力タイミングを通知するトリガ信号を受信回路２６へ出力する。
【００３５】
送信回路２４は、送信制御回路２２から受ける生成信号に応じた電気信号を方向整合器２５へ出力する。
【００３６】
方向整合器２５は、送信回路２４、トランスデューサ２０および受信回路２６とそれぞれ接続され、送信回路２４から出力された電気信号をトランスデューサ２０へ伝送し、かつ、トランスデューサ２０から受けた電気信号を受信回路２６へ出力する。すなわち、方向整合器２５は、送信回路２４から出力された電気信号が受信回路２６へ出力されないように信号の伝送方向を制限する。
【００３７】
トランスデューサ２０は、方向整合器２５を介して送信回路２４および受信回路２６と接続され、方向整合器２５を介して送信回路２４から受けた電気信号を音波に変換して測定対象へ放射し、かつ、測定対象から受けた音波を電気信号に変換して方向整合器２５を介して受信回路２６へ出力する。一例として、トランスデューサ２０は、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電素子などからなる。
【００３８】
受信回路２６は、方向整合器２５から受ける電気信号を受け、所定の増幅をした後に信号処理回路２８へ出力する。また、受信回路２６は、送信制御回路２２からトリガ信号を受信すると、トランスデューサ２０から出力される電気信号の受信を開始する。
【００３９】
信号処理回路２８は、受信回路２６から電気信号を受け、アナログ・デジタル処理などを行ない、トランスデューサ２０で受信される音波の瞬間的な振幅値を順次出力する。
【００４０】
遅延部材３は、センサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０から生じる入射音波および測定対象で生じる反射音波を伝搬させる。そのため、トランスデューサ２０が入射音波を放射する時間タイミングに対して、測定対象で反射された反射音波がトランスデューサ２０へ入射する時間タイミングが遅延する。したがって、送信回路２４が入射音波を生成する期間、すなわち、受信回路２６が受信を中断する期間と、受信回路２６が反射音波の電気信号を受信する期間との重複による測定誤差を回避できる。
【００４１】
加圧部３２．１および３２．２は、演算部１０から加圧指令を受けると、機械的に連結されるローラやパネルなどを駆動して測定対象を加圧し、測定対象と遅延部材３との密着性を高める。
【００４２】
実施の形態１においては、加圧部３２．１および３２．２が密着手段を実現する。
図２は、粘弾性特性測定装置１００の外観から見た概略構成図である。
【００４３】
図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
図２を参照して、一例として、固形物または半固形物などの測定対象９が連続的に搬送される搬送ラインにおいて、測定対象９の粘弾性特性を連続的に測定する構成について説明する。このような搬送ラインで搬送される測定対象９としては、一例として、合成ゴム、こんにゃく、豆腐などが挙げられる。
【００４４】
たとえば、合成ゴムは、その品質として粘弾性特性が厳しく管理される製品であり、素材ゴムの配合や加硫剤の添加量などにより、大きくその粘弾性特性が変化する。そこで、途中工程において、粘弾性特性を連続的に測定できれば、不良品の発生を未然に防止し、かつ、より生産性を高めることが可能となる。
【００４５】
また、こんにゃくや豆腐などは、その粘弾性特性に応じて歯ごたえ、すなわち食感が決まるため、粘弾性特性を厳しく管理する必要がある。しかしながら、たとえば、こんにゃくでは、温度や原料に含まれる水分量などに応じて、同一の凝固剤に対する凝固効果が大きく変化するため、熟練者が経験とカンとに基づいて凝固剤の量を決定することが多い。そこで、途中工程において、粘弾性特性を連続的に測定できれば、熟練者がいない製造現場であっても、高品質な食品を容易に製造することが可能となる。
【００４６】
このような製造工程では、搬送ライン３０が測定対象９である製品または半製品を搬送する。搬送ライン３０は、たとえば、ベルトコンベヤやローラコンベヤなどのように摩擦力で搬送する構成とすることができる。
【００４７】
図２および図３を参照して、遅延部材３は、その一方の面が搬送ライン３０における搬送面と一致するように、搬送ライン３０に組込まれる。そして、センサ部２は、遅延部材３の他方の面と密着して配置される。
【００４８】
加圧ローラ３４は、搬送ライン３０の搬送面、すなわち遅延部材３の一方の面に対して垂直上方で、かつ、その長軸方向が搬送ライン３０の搬送方向に対して直交する向きに配置される。そして、加圧ローラ３４は、その両端をそれぞれ加圧部３２．１および３２．２と連結される。
【００４９】
加圧部３２．１および３２．２は、演算部１０から受ける加圧指令に応じて、搬送ライン３０の搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて、加圧ローラ３４を直線状に駆動し、測定対象を加圧する。さらに、加圧部３２．１および３２．２は、搬送ライン３０における測定対象９の搬送速度と同期するように加圧ローラ３４を回転させ、測定対象９の搬送を助力してもよい。
【００５０】
このように、遅延部材３と加圧ローラ３４との間を測定対象９が搬送され、かつ、加圧ローラ３４が測定対象９を加圧するので、測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることができる。
【００５１】
以下、測定対象９の粘弾性特性の測定原理および測定対象９と遅延部材３との密着性を高める効果について説明する。
【００５２】
（粘弾性特性の測定）
上述したように、粘弾性特性は、与えられる応力に比例してひずみを生じる弾性、および与える応力を受けて粘性流動を生じる粘性を併せ持つ物性である。そして、粘弾性特性は、貯蔵弾性率、損失弾性率および損失正接などで記述される。
【００５３】
このような粘弾性特性は、弾性要素であるばねと、粘性要素であるダッシュポットとを直列に接続したマックスウェルモデル、または、並列に接続したフォークトモデルで説明される。そして、上述した貯蔵弾性率は物質の弾性を表す値であり、損失弾性率は粘性を表す値である。
【００５４】
一般的に、物質に周期的な応力を与えた場合において、その応力と同位相の成分が貯蔵弾性率Ｌ’に相当し、その応力と９０°の位相差を有する成分が損失弾性率Ｌ”に相当する。すなわち、貯蔵弾性率および損失弾性率は、それぞれ互いに独立の関係をもつので、ガウス平面上に表すことができる。そして、貯蔵弾性率Ｌ’を実数成分とし、損失弾性率Ｌ”を虚数成分とすると、損失弾性率は、ガウス平面上における貯蔵弾性率Ｌ’と損失弾性率Ｌ”とのなす偏角δを用いて、損失正接ｔａｎδ＝Ｌ”／Ｌ’と表される。
【００５５】
実施の形態１においては、音波を測定対象９へ放射し、その音波が測定対象９の表面で反射されて生じる反射音波に基づいて粘弾性特性を測定する、表面反射法を用いる。
【００５６】
図４は、表面反射法を説明するための図である。
図４（ａ）は、基準値を取得する場合である。
【００５７】
図４（ｂ）は、測定対象９の粘弾性特性を取得する場合である。
図４（ｃ）は、測定誤差を生じる場合である。
【００５８】
まず、トランスデューサ２０から放射される入射音波の伝搬特性を表すため、遅延部材３および測定対象９の音響インピーダンスを導入する。
【００５９】
図４（ａ）を参照して、基準値を取得する場合には、粘弾性特性測定装置１００は、測定対象９が存在しない状態において、すなわち、空気中を測定対象の基準値として、トランスデューサ２０から入射音波を放射する。
【００６０】
ここで、入射音波および反射音波の周波数をｆとすると、周波数ｆに依存する遅延部材３の音響インピーダンスはＺ１（ｆ）と表すことができる。また、空気中の音響インピーダンスはＺ０（ｆ）と表すことができる。但し、音響インピーダンスＺ０（ｆ）およびＺ１（ｆ）は、いずれも複素数である。さらに、遅延部材３と空気中との境界面における入射音波の反射率Ｒ０１（ｆ）は、式（１）で表すことができる。
【００６１】
反射率Ｒ０１（ｆ）＝（Ｚ０（ｆ）−Ｚ１（ｆ））／（Ｚ０（ｆ）＋Ｚ１（ｆ））・・・（１）
ここで、空気中の音響インピーダンスＺ０（ｆ）は、遅延部材３および測定対象９に比較して十分小さいため、周波数ｆに関わらず０＜Ｚ０（ｆ）≪Ｚ１（ｆ）とみなすことができるため、反射率Ｒ０１（ｆ）＝−１となる。すなわち、遅延部材３と空気中との境界面において、入射音波は全反射するとみなす。
【００６２】
さらに、トランスデューサ２０に入射する反射音波をＡ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））と表す。但し、ｉは虚数単位であり、Ａ０（ｆ）は各周波数における振幅値（実数値）であり、θ０（ｆ）は各周波数における位相（０≦θ０（ｆ）＜∞）である。すると、遅延部材３と空気中との境界面において入射音波は全反射するので、センサ部２から遅延部材３を介して測定対象９へ放射される入射音波は、式（２）で表される。
【００６３】
Ａ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））×Ｒ０１（ｆ）＝−Ａ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））・・・（２）
すなわち、粘弾性特性測定装置１００は、式（２）で表される入射音波が測定対象９へ照射されるとみなし、式（２）を構成するＡ０（ｆ）およびθ０（ｆ）を基準値として格納する。
【００６４】
一方、図４（ｂ）を参照して、測定対象９の粘弾性特性を測定する場合には、測定対象９と遅延部材３とを密着させ、トランスデューサ２０から図４（ａ）の場合と同一の入射音波を放射する。そして、遅延部材３と測定対象９との境界面において反射される反射音波を格納した前記の基準値と比較することで、測定対象９の粘弾性特性を測定する。
【００６５】
測定対象９の音響インピーダンスをＺ２（ｆ）とすると、遅延部材３と測定対象９との境界面における入射音波の反射率Ｒ１２（ｆ）は、式（３）で表すことができる。但し、音響インピーダンスＺ２（ｆ）は、複素数である。
【００６６】
反射率Ｒ１２（ｆ）＝（Ｚ２（ｆ）−Ｚ１（ｆ））／（Ｚ２（ｆ）＋Ｚ１（ｆ））・・・（３）
さらに、式（３）を変形すると、式（４）が導出される。
【００６７】
Ｚ２（ｆ）＝Ｚ１（ｆ）×（１＋Ｒ１２（ｆ））／（１−Ｒ１２（ｆ））・・・（４）
ここで、トランスデューサ２０に入射する反射音波をＡ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））と表す。但し、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、θは各周波数における位相（０≦θ０＜∞）である。すると、式（２）で示される基準値を用いて、式（５）が成立する。
【００６８】
Ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））＝−Ａ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））×Ｒ１２（ｆ）・・・（５）
さらに、式（５）を変形して、式（６）が導出される。
【００６９】
Ｒ１２（ｆ）＝−Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））・・・（６）
式（６）を式（４）に代入すると、式（７）が導出される。
【００７０】
Ｚ２（ｆ）＝Ｚ１（ｆ）×（１−Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ０（ｆ）））／（１＋Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ０（ｆ）））・・・（７）
ここで、測定対象の貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）および損失弾性率Ｌ”（ｆ）は、測定対象の音響インピーダンスＺ２（ｆ）および密度ρ２との間に式（８）で示す関係が成立する。
【００７１】
Ｌ’＋ｉＬ”（ｆ）＝Ｚ２（ｆ）２／ρ２・・・（８）
（７）式を（８）式に代入し、実数成分と虚数成分とを分離することにより、貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）、損失弾性率Ｌ”（ｆ）および損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、それぞれ（９）式、（１０）式および（１１）式となる。
【００７２】
Ｌ’（ｆ）＝Ｒｅ［Ｚ２（ｆ）２／ρ２］＝（Ｚ１（ｆ）２／ρ２）×｛（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）２−４（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２×ｓｉｎ２（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝／｛１＋２（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））ｃｏｓ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））＋（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２｝２・・・（９）
Ｌ”（ｆ）＝Ｉｍ［Ｚ２（ｆ）２／ρ２］＝Ｚ１（ｆ）２／ρ２）×｛４（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））×（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）ｓｉｎ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝／｛１＋２（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））ｃｏｓ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））＋（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２｝２
・・・（１０）
ｔａｎδ（ｆ）＝Ｌ”／Ｌ’＝｛４×（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））×（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）×ｓｉｎ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝／｛（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）２−４×（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２×ｓｉｎ２（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝・・・（１１）
（９）〜（１１）式に示されるように、貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）、損失弾性率Ｌ”（ｆ）および損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、いずれもＡ０（ｆ），θ０（ｆ）を基準値とする｛Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）｝，｛θ（ｆ）−θ０（ｆ）｝で定義される。すなわち、測定対象９の反射音波を予め格納した基準値と比較することで、測定対象９の粘弾性特性を測定できる。また、上述したように、測定対象９の粘弾性特性は、周波数に依存するので、粘弾性特性測定装置１００は、周波数成分毎に貯蔵弾性率、損失弾性率および損失正接を測定する。なお、高い周波数領域における粘弾性特性が必要となる場合には、トランスデューサ２０から放射される音波は、超音波となる。
【００７３】
次に、測定誤差について説明する。図４（ｃ）を参照して、測定対象９と遅延部材３との境界面の一部において、気泡などにより空隙部４０が生じると、測定対象９は、遅延部材３と密着することができない。
【００７４】
実際のトランスデューサ２０は、所定の面積をもって遅延部材３と密着しているため、入射音波は、密着面の全体から放射されるとみなすことができる。ここで、図４（ｂ）に示すように、遅延部材３と測定対象９とが密着していれば、遅延部材３と測定対象９との境界面で反射される反射音波は、ほぼ一様の振幅および位相をもつため、誤差を生じることはない。
【００７５】
しかしながら、測定対象９と遅延部材３との境界面の一部において空隙部４０が存在すると、空隙部４０で反射される反射音波は、測定対象９で反射される反射音波と異なる振幅および位相をもつ。
【００７６】
たとえば、空隙部４０の音響インピーダンスが空気中の音響インピーダンスと同一であれば、空隙部４０で反射される反射音波は、基準値として格納される反射音波と同一の振幅および位相をもつ。
【００７７】
上述のように、測定対象９と遅延部材３との境界面の一部において空隙部４０が存在すると、振幅および位相が互いに異なる複数の反射音波が生じるため、測定誤差となる。
【００７８】
そこで、図２および図３に示すように、粘弾性特性測定装置１００は、加圧部３２．１および３２．２により加圧ローラ３４で測定対象９を加圧し、測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることで、空隙部４０の発生を防止し、測定誤差を抑制する。よって、粘弾性特性測定装置１００は、測定対象９の粘弾性特性の高精度な測定を実現できる。
【００７９】
（粘弾性特性の測定フロー）
図５は、粘弾性特性を測定するためのフローチャートである。
【００８０】
図１および図５を参照して、演算部１０は、入力部１８を介して基準取得指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１００）。基準取得指令を受けていない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）には、演算部１０は、基準取得指令を受けるまで待つ（ステップＳ１００）。
【００８１】
基準取得指令を受けた場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１０２）。
【００８２】
続いて、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出す（ステップＳ１０４）。そして、演算部１０は、読出した反射音波の時間波形データに対してＦＦＴ処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する（ステップＳ１０６）。さらに、演算部１０は、取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４へ格納する（ステップＳ１０８）。
【００８３】
次に、演算部１０は、入力部１８を介して測定開始指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１１０）。一方、ユーザは、センサ部２を測定対象と密着するように配置し、または、測定対象をセンサ部２と密着するように配置した後、測定開始指令を与える。
【００８４】
測定開始指令を受けていない場合（ステップＳ１１０においてＮＯの場合）には、演算部１０は、測定開始指令を受けるまで待つ（ステップＳ１１０）。
【００８５】
測定開始指令を受けた場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１１２）。
【００８６】
続いて、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出す（ステップＳ１１４）。そして、演算部１０は、読出した反射音波の時間波形データに対してＦＦＴ処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する（ステップＳ１１６）。さらに、演算部１０は、記憶部１４から基準値の振幅値および位相を読出し、取得した振幅値および位相と比較を用いて、各周波数における粘弾性特性を測定する（ステップＳ１１８）。
【００８７】
そして、演算部１０は、測定した粘弾性特性を表示出力部１６へ与える（ステップＳ１２０）。すると、ユーザは、表示出力部１６を介して測定された粘弾性特性を知ることができる。
【００８８】
さらに、演算部１０は、測定終了指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１２２）。測定終了指令を受けていない場合（ステップＳ１２２においてＮＯの場合）には、演算部１０は、再度、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１１２）。以下、ステップＳ１１４〜ステップＳ１２０を繰返す。
【００８９】
測定終了指令を受けていない場合（ステップＳ１２２においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、処理を終了する。
【００９０】
なお、上述の処理において、測定毎に基準値を取得する構成に代えて、複数の基準値を予め記憶部１４へ格納しておき、測定を行なう時点において、ユーザが、いずれの基準値を採用するかを設定できる構成としてもよい。さらに、基準値は温度依存性が高いので、測定を行なう時点において、測定対象９の温度に応じて最適な基準値を選択するような構成としてもよい。
【００９１】
さらに、同一の特性をもつ２つのセンサ部および遅延部材をそれぞれ配置し、一方の遅延部材を空気と接した状態とし、かつ、他方の遅延部材を測定対象と密着した状態とした上で、後者のセンサ部から取得される反射音波を前者のセンサ部から取得される反射音波と比較することで、粘弾性特性を測定する構成としてもよい。すなわち、測定対象と密着しない状態とされる前者のセンサ部で取得される反射音波が基準値となるため、予め基準値を取得しておく必要がなく、かつ、測定タイミングにおける基準値が取得できるため、より測定精度を高めることができる。
【００９２】
この発明の実施の形態１によれば、演算処理部は、センサ部から測定対象へ入射音波を放射し、測定対象で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の粘弾性特性を測定する。そのため、遅延部材を介してセンサ部を測定対象の表面に密着させるだけでよく、試験片などを作成する必要がない。よって、測定対象の粘弾性特性を迅速に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【００９３】
また、この発明の実施の形態１によれば、遅延部材と加圧ローラとの間に測定対象が介在するように、遅延部材の垂直上方に加圧ローラが配置される。さらに、加圧部が遅延部材の垂直下方に向けて加圧ローラを駆動し、測定対象を遅延部材に向けて加圧する。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【００９４】
また、この発明の実施の形態１によれば、遅延部材およびセンサ部が搬送ラインの所定の位置に配置され、連続的に搬送される測定装置の粘弾性特性をリアルタイムで測定する。そのため、製造の途中工程などにおいて半製品などの粘弾性特性を連続的に測定し、その測定結果に基づいて品質管理を行なうことができる。よって、製造工程における不良品の発生を未然に防止し、より生産性を高めることが可能な粘弾性特性測定装置を実現できる。
【００９５】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１においては、加圧ローラを用いて強制的に測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明した。一方、実施の形態２においては、測定対象自身の特性を利用して遅延部材と密着させる構成について説明する。
【００９６】
図６は、この発明の実施の形態２に従う粘弾性特性測定装置２００の概略構成図である。
【００９７】
図６を参照して、粘弾性特性測定装置２００は、図１に示す粘弾性特性測定装置１００において、演算処理部１を演算処理部４に代え、かつ、加圧部３２．１および３２．２を取除いたものである。また、演算処理部４は、演算処理部１において、演算部１０を演算部１１に代えたものである。
【００９８】
そして、粘弾性特性測定装置２００は、測定対象９へ所定の処理を行なうプロセス装置と接続され、測定される測定対象９の粘弾性特性に応じて、プロセス装置を制御する。
【００９９】
演算部１１は、演算部１０と同様に、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象９へ入射音波を放射させる。そして、演算部１１は、基準値と反射音波の各周波数における振幅値および位相とを比較することで、測定対象９の粘弾性特性を測定する。さらに、演算部１１は、その測定した測定対象９の粘弾性特性が所望の特性となるように、プロセス装置へ制御指令を与える。その他については、演算部１０と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１００】
図７は、粘弾性特性測定装置２００を含むプロセス装置３５０を示す外観図である。
図７を参照して、プロセス装置３５０は、流動性の物質（以下、流動体と称す）を反応させる処理を行ない、一例として、インクなどの製造に適用される。そして、プロセス装置３５０は、反応容器４２と、配管４８，５０，５８と、循環ポンプ４６と、モータ４４，５４と、攪拌部５６と、三方弁５２と、粘弾性特性測定装置２００（演算処理部４、センサ部２および遅延部材３）とからなる。
【０１０１】
反応容器４２は、反応プロセスが行なわれる容器であり、循環ポンプ４６による循環および攪拌部５６による攪拌により容器内に対流が生じ、反応プロセスが促進される。そして、反応容器４２は、その側面の一部に切欠部をもち、その切欠部に遅延部材３が装着される。
【０１０２】
循環ポンプ４６は、モータ４４と連結されて駆動力を受け、一方から受けた流動体に所定の吐出圧を与えて他方から出力する。そして、循環ポンプ４６は、反応容器４２の下部に連結された配管４８を介して、反応容器４２内の流動体を受け、配管５０を介して反応容器４２の上部へ循環する。
【０１０３】
モータ４４は、演算処理部４からの制御指令に応じて、運転／停止または回転速度を変化させ、循環ポンプ４６による流動体の循環量を制御する。
【０１０４】
攪拌部５６は、モータ５４と連結されて駆動力を受け、亀甲型の羽根を回転させて流動体を攪拌する。
【０１０５】
モータ５４は、演算処理部４からの制御指令に応じて、運転／停止または回転速度を変化させ、攪拌部５６による攪拌量を制御する。
【０１０６】
三方弁５２は、反応容器４２の下部と連結され、演算処理部４からの制御指令に応じて、反応容器４２から流入する流動体を配管４８または配管５８へ導く。すなわち、三方弁５２は、反応容器４２で反応プロセスが進行中であれば、配管４８を介して流動体を循環ポンプ４６へ導き、反応容器４２での反応プロセスが完了すれば、配管５８を介して流動体を次工程へ導く。
【０１０７】
遅延部材３は、反応容器４２の側面の切欠部に装着され、反応容器４２の内面の一部を形成する。そのため、遅延部材３の一方面は、測定対象９である流動体上面からの深さに応じた静圧を受け、測定対象９と密着することになる。なお、遅延部材３は、測定対象９と密着するように配置されればよく、反応容器４２の側面に配置される以外に、反応容器４２の底面などに配置してもよい。
【０１０８】
センサ部２は、遅延部材３の測定対象９と密着する面と反対側の面において、遅延部材３と密着するように配置される。そして、センサ部２は、遅延部材３を介して測定対象９へ入射音波を放射する。
【０１０９】
さらに、センサ部２が入射音波を放射する面は、遅延部材３が測定対象９と密着する面に対して平行であることが望ましい。このように配置することで、入射音波が測定対象９に対して垂直に入射するため、より精度の高い測定が実現できる。
【０１１０】
上述のように、遅延部材３を反応容器４２の内面の一部を形成するように配置することで、測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることができるため、高精度な粘弾性特性の測定を実現できる。
【０１１１】
実施の形態２においては、反応容器４２が密着手段を実現する。
さらに、演算処理部４は、測定した測定対象９の粘弾性特性を外部から与えられる設定値と比較し、モータ４４および５４ならびに三方弁５２へ制御指令を与える。たとえば、モータ４４がより高速に回転することで、循環量が増加して反応プロセスが促進され、また、モータ５４がより高速に回転することで、攪拌量が増加して反応プロセスが促進される。
【０１１２】
そこで、演算処理部４は、予め外部から受けた設定値と測定した粘弾性特性とを比較し、その偏差に応じて、モータ４４および５４を制御する。また、測定した粘弾性特性が設定値に到達した場合には、反応プロセスが完了したと判断し、流動体を次工程へ搬出するように三方弁５２を制御する。
【０１１３】
図８は、反応プロセスの制御に係るフローチャートである。なお、演算処理部４を構成する演算部１１が図８に示す各ステップの処理を実行する。
【０１１４】
図７および図８を参照して、演算部１１は、入力部１８を介して基準取得指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ２００）。基準取得指令を受けていない場合（ステップＳ２００においてＮＯの場合）には、演算部１１は、基準取得指令を受けるまで待つ（ステップＳ２００）。
【０１１５】
一方、ユーザは、反応容器４２内に流動体が存在しない状態、または、遅延部材３と流動体が密着していない状態において、入力部１８を介して基準取得指令を与える。
【０１１６】
基準取得指令を受けた場合（ステップＳ２００においてＹＥＳの場合）には、演算部１１は、図５に示すステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様の処理を行ない、基準となる反射音波の各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４へ格納する（ステップＳ２０２）。
【０１１７】
そして、演算部１１は、入力部１８を介して設定値を受けたか否かを判断する（ステップＳ２０４）。設定値を受けていない場合（ステップＳ２０４においてＮＯの場合）には、演算部１１は、設定値を受けるまで待つ（ステップＳ２０４）。
【０１１８】
一方、ユーザは、人力または図示しない注入装置を用いて、反応プロセスの対象となる原料の流動体を反応容器４２内へ注入した後、入力部１８を介して所望の粘弾性特性を設定値として与える。
【０１１９】
設定値を受けた場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳの場合）には、演算部１１は、その受けた設定値を記憶部１４へ格納し（ステップＳ２０６）、さらに、図５に示すステップＳ１１２〜Ｓ１１８と同様の処理を行ない、各周波数における粘弾性特性を測定する（ステップＳ２０８）。
【０１２０】
そして、演算部１１は、測定した各周波数における粘弾性特性が設定値に到達したか否かを判断する（ステップＳ２１０）。
【０１２１】
測定した各周波数における粘弾性特性が設定値に到達していない場合（ステップＳ２１０においてＮＯの場合）には、演算部１１は、モータ４４および５４へ制御指令を与え、反応プロセス内に所定の循環量および攪拌量を生じさせる（ステップＳ２１２）。そして、演算部１１は、ステップＳ２０８およびＳ２１０を繰返す。
【０１２２】
測定した各周波数における粘弾性特性が設定値に到達している場合（ステップＳ２１０においてＹＥＳの場合）には、演算部１１は、反応プロセスが完了したと判断し、三方弁５２へ制御指令を与えて反応容器４２内の流動体を次工程へ搬出する（ステップＳ２１４）。そして、演算部１１は、処理を終了する。
【０１２３】
上述のように、演算処理部４は反応プロセスを制御する。
この発明の実施の形態２によれば、流動性を有する測定対象をたくわえる反応容器の側面に、反応容器と一体化して遅延部材を配置される。そのため、遅延部材は、たくわえられた測定対象における遅延部材の深さに応じた静圧を測定対象から受ける。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１２４】
また、この発明の実施の形態２によれば、演算処理部は、測定対象の測定結果と外部から与えられた設定値とを比較し、測定対象の粘弾性特性が設定値と一致するように、プロセス装置を制御する。よって、プロセスを高精度に管理することができるため、プロセス装置における生産性をより高めることができる。
【０１２５】
［実施の形態３］
上述の実施の形態１においては、加圧ローラを用いて強制的に測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明した。一方、実施の形態３においては、測定対象との密着性を高めるように形成した遅延部材を用いる構成について説明する。
【０１２６】
図９は、この発明の実施の形態３に従う粘弾性特性測定装置３００の概略構成図である。
【０１２７】
図９を参照して、粘弾性特性測定装置３００は、演算処理部８と、センサ部２と、遅延部材６と、カプラント部材７とからなる。
【０１２８】
演算処理部８は、図１に示す演算処理部１において、演算部１０を演算部１３に代えたものである。そして、演算部１３は、演算部１０から、加圧部３２．１および３２．２へ加圧指令を与える機能を取除いたものと等価である。
【０１２９】
センサ部２は、図１に示すセンサ部２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
遅延部材６は、センサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０から生じる入射音波および測定対象９で生じる反射音波を伝搬させる。そして、遅延部材６は、トランスデューサ２０と密着する面と反対側の面において、カプラント部材７が注入されるための切欠部をもつ。さらに、切欠部の面積は、遅延部材６がトランスデューサ２０と密着する面積より広いことが望ましく、また、切欠部の深さは、一定であることが望ましい。その他については、実施の形態１に従う遅延部材３と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１３０】
カプラント部材７は、流動性を有するもの、半固体、固体などであり、測定対象９との密着性を高める物質からなる。そして、カプラント部材７は、トランスデューサ２０から放射される入射音波を測定対象９へ伝搬させる媒質としての機能をもつため、カプラント部材７と遅延部材６との間の境界面における反射音波の発生を抑制することが望ましい。そのため、カプラント部材７は、遅延部材６の音響インピーダンスに近似した音響インピーダンスをもつような物質からなる。
【０１３１】
実施の形態３においては、カプラント部材７が密着手段を実現する。
図１０は、粘弾性特性測定装置３００の外観から見た概略構成図である。
【０１３２】
図１１は、図１０におけるＸＩ−ＸＩ線の断面図である。
図１０を参照して、一例として、ユーザがます形状の測定容器６２に測定対象９を投入し、粘弾性特性を測定する構成について説明する。
【０１３３】
上述したように、こんにゃくや豆腐などは、その粘弾性特性に応じて歯ごたえ、すなわち食感が決まるため、粘弾性特性を厳しく管理する必要がある。しかしながら、たとえば、こんにゃくでは、温度や原料に含まれる水分量などに応じて、同一の凝固剤に対する凝固効果が大きく変化するため、熟練者が経験とカンとに基づいて凝固剤の量を決定することが多い。
【０１３４】
そこで、粘弾性特性をリアルタイムに測定できれば、熟練者がいない製造現場であっても、高品質な食品を容易に製造することが可能となる。
【０１３５】
ここで、粘弾性特性測定装置３００は、こんにゃくや豆腐などの測定対象９を投入する測定容器６２の底面の一部として、カプラント部材７、遅延部材６およびセンサ部２を配置し、リアルタイムで測定対象の粘弾性特性を測定する。
【０１３６】
図１０および図１１を参照して、測定容器６２は、その底面の一部に切欠部をもち、その切欠部に遅延部材６が装着される。
【０１３７】
遅延部材６は、その上面、すなわち測定対象９と密着する面が測定容器６２の内部の底面と一致するように配置される。さらに、遅延部材６は、カプラント部材７が注入されるための切欠部がその上面となるように配置される。そして、遅延部材６は、その底面においてセンサ部２と密着される。
【０１３８】
カプラント部材７は、遅延部材６の上面に設けられる切欠部に注入され、測定対象９と遅延部材６との間に介在する。そして、カプラント部材７は、測定対象９との高い密着性を発揮する。
【０１３９】
センサ部２は、遅延部材６の下面と密着し、遅延部材６およびカプラント部材７を介して、測定対象９へ入射音波を放射する。そして、センサ部２は、測定対象９で反射され、カプラント部材７および遅延部材６を伝搬する反射音波を受信する。
【０１４０】
以下、演算処理部８およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１４１】
この発明の実施の形態３によれば、遅延部材と測定対象との間に流動性を有するカプラント部材が介挿されるので、測定対象の重量が軽く、また、測定対象の変形量が小さい場合であっても、カプラント部材がその流動性により変形し、遅延部材と測定対象との空隙を埋める。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。さらに、外部から測定対象を加圧するなどの手段を設ける必要がなく、構成を簡素ができるため、コストを抑制した粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１４２】
なお、実施の形態１に示す粘弾性特性測定装置に対して、実施の形態３に示す遅延部材およびカプラント部材を適用してもよい。遅延部材と測定対象との間にカプラント部材を介挿することで、より密着性を高めることができ、より高い測定精度を実現できる。
【０１４３】
［実施の形態４］
上述の実施の形態１〜３においては、加圧手段を用いて、測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明した。一方、実施の形態４においては、測定対象と遅延部材とが接する空間を形成し、その空間内を減圧することで、測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明する。
【０１４４】
図１２は、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の概略構成図である。
【０１４５】
図１３は、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の装置構成図である。
【０１４６】
図１３（ａ）は、粘弾性特性測定装置４００の外観図である。
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線の断面図である。
【０１４７】
図１２を参照して、粘弾性特性測定装置４００は、演算処理部７６と、センサ部２と、遅延部材６６と、密閉部材６４と、減圧部６８と、駆動部７４とからなる。
【０１４８】
演算処理部７６は、図１に示す演算処理部１において、演算部１０を演算部１５に代えたものである。演算部１５は、演算部１０から、減圧部６８および駆動部７４へ指令を与える。その他については、図１に示す演算処理部１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１４９】
センサ部２は、図１に示すセンサ部２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
図１２および図１３（ａ）を参照して、遅延部材６６は、センサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０から生じる入射音波および測定対象９で生じる反射音波を伝搬させる。そして、遅延部材６６は、トランスデューサ２０と密着する面と反対側の面において、密閉部材６４と連結される。その他については、実施の形態１に従う遅延部材３と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１５０】
密閉部材６４は、入射音波および反射音波の伝搬性および測定対象との密着性が高く、かつ空気の透過性が低い、軟質材料からなる。すなわち、密閉部材６４は、上述の実施の形態３におけるカプラント部材７と同様の機能を発揮する。さらに、密閉部材６４は、測定対象９と遅延部材６６が接する空間を大気から隔離し、測定対象９と遅延部材６６との間の密閉性を保つ。一例として、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００においては、密閉部材６４は、吸盤形状を有する。
【０１５１】
減圧部６８は、密閉部材６４とパイプ部材７０を介して接続され、演算部１５からの指令に応じて、密閉部材６４により隔離された空間に含まれる空気を排出する。そして、減圧部６８は、密閉部材６４により生成される空間の圧力を大気圧に比較して低くする。一例として、減圧部６８は、電動ポンプなどからなり、羽根などの回転運動により大気を排出する。
【０１５２】
駆動部７４は、リンク部材７２を介して遅延部材６６と結合され、遅延部材６６に加えて、遅延部材６６と密着して配置されるセンサ部２および密閉部材６４を一体的に上下方向に駆動する。そして、駆動部７４は、演算部１５からの指令に応じて動作し、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４と測定対象９との距離を制御する。
【０１５３】
実施の形態４においては、減圧部６８および密閉部材６４が密着手段を実現する。
以下、図１３（ｂ）を参照して、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の動作について説明する。
【０１５４】
演算処理部７６は、外部から基準値取得指令または測定開始指令を受けると、駆動部７４に指令を与え、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４を搬送台８０上に配置された測定対象９と接着させる。すると、密閉部材６４は、測定対象９と遅延部材６６との間の密閉性を確保する。続いて、演算処理部７６は、減圧部６８に指令を与え、密閉部材６４が密閉性を確保した空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。なお、理想的には、真空状態が望ましい。すると、遅延部材６６は、密閉部材６４を介して、測定対象９と密着する。
【０１５５】
このように、演算処理部７６は、遅延部材６６が測定対象９と十分に密着すると、センサ部２へ指令を与え、センサ部２から測定対象へ入射音波を放射する。センサ部２から放射された入射音波は、伝搬性の高い密閉部材６４を通過して測定対象へ入射する。そして、その一部は測定対象９で反射され、密閉部材６４を再度通過してセンサ部２で受信される。
【０１５６】
以下、演算処理部７６およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１５７】
さらに、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の特徴的な動作について説明する。
【０１５８】
図１４は、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の測定時の動作を説明するための図である。
【０１５９】
図１４（ａ）は、搬送台８０に測定対象９が存在しない状態である。
図１４（ｂ）は、密閉部材６４が測定対象９と接着した状態である。
【０１６０】
図１４（ｃ）は、測定対象９の粘弾性特性を測定する状態である。
図１４（ａ）を参照して、搬送台８０に測定対象９が存在しない状態において、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４は、図示しない駆動部７４により垂直方向に吊り下げられるように配置される。
【０１６１】
図１４（ｂ）を参照して、続いて、測定対象９が隣接する搬送台などから搬送台８０上に搬送されると、図示しない演算処理部７６は、測定対象９を検出し、図示しない駆動部７４に指令を与え、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４を垂直下方向に移動する。ここで、測定対象９が水平方向に対して斜角を有している場合には、図示しない駆動部７４と遅延部材６６とを連結するリンク部材７２のリンク機構により、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４は、入射音波の放射面が測定対象９の斜面と平行するように、その向きを変化させる。そのため、測定対象９が斜角を有する物体であっても、密閉部材６４は、測定対象９と接着できる。
【０１６２】
図１４（ｃ）を参照して、さらに、図示しない演算処理部７６は、減圧部６８に指令を与え、密閉部材６４が密閉性を確保した空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。すると、遅延部材６６は、密閉部材６４を介して、測定対象９と密着する。
【０１６３】
以下、上述した測定方法と同様にして、演算処理部７６およびセンサ部２は、測定対象９の粘弾性特性を測定する。
【０１６４】
この発明の実施の形態４によれば、遅延部材と測定対象とが接する空間を大気から隔離して密閉性を確保し、その空間の圧力を大気圧より低くすることで、遅延部材と測定対象との密着を妨げる空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１６５】
また、この発明の実施の形態４によれば、遅延部材がリンク機構を構成するリンク部材を介して駆動部と連結されるので、測定対象が遅延部材の放射面に対して平行ではない場合においても、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１６６】
[実施の形態５]
上述の実施の形態４においては、吸盤形状の密閉部材を用いる構成について説明した。一方、実施の形態５においては、遅延部材の外周にスライド機構をもって配置される密閉部材を用いる構成について説明する。
【０１６７】
図１５は、この発明の実施の形態５に従う粘弾性特性測定装置５００の装置構成図である。
【０１６８】
図１５（ａ）は、粘弾性特性測定装置５００の外観図である。
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸＶｂ−ＸＶｂ線の断面図である。
【０１６９】
図１５（ａ）を参照して、粘弾性特性測定装置５００は、演算処理部８６と、センサ部２と、遅延部材８２と、密閉部材８１と、ばね部材８４と、減圧部６８とからなる。
【０１７０】
演算処理部８６は、上述の実施の形態４に示す演算処理部７６において、駆動部への指令を与える機能を取除いたものと等価であり、その他についての詳細な説明は繰返さない。
【０１７１】
センサ部２および減圧部６８は、上述の実施の形態４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１７２】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照して、遅延部材８２は、半径の異なる２つの円柱を重ねたような形状を有し、より大きな半径の円柱がその上側に配置される。そして、下側に配置される、より半径の小さな円柱の外周側に環状の密閉部材８１が配置される。また、遅延部材８２の底面には、カプラント部材８８が密着して配置される。
【０１７３】
密閉部材８１は、円柱の中心軸に沿ってスライドするように構成され、さらに、密閉部材８１は、遅延部材８２の上側の円柱と連結されたばね部材８４により付勢されて、垂直下向きに所定の反発力を発揮する。そして、密閉部材８１は、遅延部材８２の外周面と接する面および測定対象９と接する面において、密閉性を確保するためのシール部材８５を備える。シール部材８５は、一例としてＯリングなどからなる。
【０１７４】
すなわち、密着部材８１は、圧力に応じて、遅延部材８２と測定対象９との間に形成される空間を変化させる。
【０１７５】
さらに、密閉部材８１は、その一部に内周側から外周側へ貫通する貫通穴が形成され、その貫通穴とパイプ部材７０を介して、減圧部６８と接続される。そして、減圧部６８が、測定対象９と密閉部材８１との間に形成される空間に含まれる空気を排出することで、その空間の圧力が低下し、低下した空間の圧力と大気圧との差により遅延部材８２に押付力が生じる。
【０１７６】
カプラント部材８８は、遅延部材８２の放射面に密着して配置され、測定対象９と遅延部材８２と密着性を高める。そして、実施の形態５におけるカプラント部材８８は、半固体材料からなり、入射音波および反射音波に対して高い伝搬性および測定対象との高い密着性を有する。
【０１７７】
実施の形態５においては、減圧部６８および密閉部材８１が密着手段を実現する。
以下、図１５（ｂ）を参照して、この発明の実施の形態５に従う粘弾性特性測定装置５００の動作について説明する。
【０１７８】
演算処理部８６は、外部から基準値取得指令または測定開始指令を受けると、減圧部６８に指令を与え、密閉部材８１が密閉性を確保する空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。なお、理想的には、真空状態が望ましい。すると、遅延部材８２には、密閉部材８１が形成する空間の圧力と大気圧との圧力差（ゲージ圧）に比例した押付力が垂直下向きに生じる。そして、この押付力がばね部材８４による抗力を上回ると、遅延部材８２は、垂直下向きに移動し、カプラント部材８８を介して、測定対象９と密着する。
【０１７９】
このように、遅延部材８２が測定対象９と十分に密着すると、演算処理部８６は、センサ部２へ指令を与え、センサ部２から測定対象へ入射音波を放射する。センサ部２から放射された入射音波は、カプラント部材８８を伝搬して測定対象９へ入射する。そして、その一部は測定対象９で反射され、カプラント部材８８を再度伝搬してセンサ部２で受信される。
【０１８０】
以下、演算処理部８６およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１８１】
この発明の実施の形態５によれば、遅延部材と測定対象とが接する空間を大気から隔離して密閉性を確保し、その空間の圧力を大気圧より低くすることで、遅延部材と測定対象との密着を妨げる空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１８２】
[実施の形態６]
上述の実施の形態４および５においては、可動する密閉部材を用いて測定対象と遅延部材との接する空間を形成する構成について説明した。一方、実施の形態６においては、固定の容器を用いて、粘弾性特性を測定する構成について説明する。
【０１８３】
図１６は、この発明の実施の形態６に従う粘弾性特性測定装置６００の装置構成図である。
【０１８４】
図１６（ａ）は、粘弾性特性測定装置６００の外観図である。
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）におけるＸＶＩｂ−ＸＶＩｂ線の断面図である。
【０１８５】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照して、粘弾性特性測定装置６００は、演算処理部８６と、センサ部２と、遅延部材９０と、容器部９２と、シート部材９８と、減圧部６８とからなる。
【０１８６】
センサ部２、演算処理部８６および減圧部６８は、上述の実施の形態５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１８７】
容器部９２は、上面が開放された、ます形状の容器であり、さらに、その底部に切欠部を有する。また、容器部９２は、その側面の一部に内面側から外面側へ貫通する貫通穴が形成され、その貫通穴とパイプ部材７０を介して、減圧部６８と接続される。
【０１８８】
遅延部材８２は、容器部９２の底面に設けられた切欠部に挿入され、容器部９２の底面の一部を形成する。
【０１８９】
シート部材９８は、容器部９２の開放された上面の縁部と密着され、容器部９２の内部の空間を大気から隔離し、密閉性を保つ。そして、減圧部６８が、容器部９２内の空間に含まれる空気を排出することで、その空間の圧力が低下し、低下した圧力と大気圧との差によりシート部材９８を介して、測定対象９に押付力が生じる。
【０１９０】
実施の形態６においては、減圧部６８、容器部９２およびシート部材９８が密着手段を実現する。
【０１９１】
以下、この発明の実施の形態６に従う粘弾性特性測定装置６００の動作について説明する。
【０１９２】
演算処理部８６は、外部から基準値取得指令または測定開始指令を受けると、減圧部６８に指令を与え、容器部９２およびシート部材９８により形成される空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。なお、理想的には、真空状態が望ましい。すると、測定対象９には、容器部９２およびシート部材９８により形成される空間の圧力と大気圧との圧力差（ゲージ圧）に比例した押付力が垂直下向きに生じる。この押付力により、測定対象９と遅延部材９０との間に介在している空隙９９が押し出される。
【０１９３】
したがって、測定対象９には、測定対象９の自重による静圧に加えて、ゲージ圧が加わるので、遅延部材８２との密着性をより高めることができる。そして、測定対象９が遅延部材９０と十分に密着すると、演算処理部８６は、センサ部２へ指令を与え、センサ部２から測定対象へ入射音波を放射する。そして、その入射音波の一部は、測定対象９で反射されてセンサ部２で受信される。
【０１９４】
以下、演算処理部８６およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態４および５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１９５】
この発明の実施の形態６によれば、遅延部材と測定対象とが接する空間を大気から隔離して密閉性を確保し、その空間の圧力を大気圧より低くすることで、遅延部材と測定対象との密着を妨げる空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１９６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】この発明の実施の形態１に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図２】粘弾性特性測定装置の外観から見た概略構成図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【図４】表面反射法を説明するための図である。
【図５】粘弾性特性を測定するためのフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図７】粘弾性特性測定装置を含むプロセス装置を示す外観図である。
【図８】反応プロセスの制御に係るフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態３に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図１０】粘弾性特性測定装置の外観から見た概略構成図である。
【図１１】図１０におけるＸＩ−ＸＩ線の断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置の装置構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置の測定時の動作を説明するための図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に従う粘弾性特性測定装置の装置構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態６に従う粘弾性特性測定装置の装置構成図である。
【符号の説明】
【０１９８】
１，４，８，７６，８６ 演算処理部、２ センサ部、３，６，６６，８２，９０ 遅延部材、７，８８ カプラント部材、９ 測定対象、１０，１１，１３，１５ 演算部、１２ 時間データメモリ部、１４ 記憶部、１６ 表示出力部、１８ 入力部、２０ トランスデューサ、２２ 送信制御回路、２４ 送信回路、２５ 方向整合器、２６ 受信回路、２８ 信号処理回路、３０ 搬送ライン、３２ 加圧部、３４ 加圧ローラ、４０ 空隙部、４２ 反応容器、４４，５４ モータ、４６ 循環ポンプ、４８，５０，５８ 配管、５２ 三方弁、５６ 攪拌部、６２ 測定容器、６４，８１ 密閉部材、６８ 減圧部、７０ パイプ部材、７２ リンク部材、７４ 駆動部、８０ 搬送台、８４ ばね部材、８５ シール部材、９２ 容器部、９８ シート部材、９９ 空隙、１００，２００，３００，４００，５００，６００ 粘弾性特性測定装置、３５０ プロセス装置、ｆ 周波数、Ｌ’ 貯蔵弾性率、Ｌ” 損失弾性率、Ｒ０１，Ｒ１２ 反射率、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２ 音響インピーダンス、δ 偏角、ρ２ 密度。
【技術分野】
【０００１】
この発明は対象物の粘弾性特性を測定する粘弾性特性測定装置に関し、特にリアルタイムに測定対象の粘弾性特性を測定できる粘弾性特性測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物質の物性を評価する指標の１つに粘弾性特性がある。粘弾性とは、与えられる応力に比例してひずみを生じる弾性、および与える応力を受けて粘性流動を生じる粘性を併せ持つ物性である。
【０００３】
このような粘弾性特性を測定する方法として、主として固体に用いられる動的粘弾性試験方法（ＤＭＡ：Dynamic Mechanical Analysis）や、主として流動体に用いられる回転式粘度測定装置（回転式レオメータ）が知られている。
【０００４】
たとえば、非特許文献１に開示されるように、動的粘弾性試験方法は、測定対象に周期的な応力を与え、そのときの測定対象の歪み応答を測定する方法である。また、回転式粘度測定装置は、平面形状をもつプレートと円錐形状をもつコーンとの間に測定対象を介在させ、コーンを駆動して測定対象へ所定の周期のずれ変位を与え、そのときにプレートで生じる応力を測定する装置である。
【非特許文献１】「分析機器の手引き（第１２版）」，社団法人日本分析機器工業会，ｐｐ．１０５，平成１６年９月１日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、粘弾性特性を測定するためのサンプルを必要とするために、測定対象の切出しまたは抽出などを行ない、サンプルを用意する必要があった。また、従来の方法では、特定の周期をもつ応力またはずれ変位を与えることで、その周期における粘弾性特性を測定する。そのため、広い周波数領域にわたる粘弾性特性を得るためには、複数の周波数にわたって測定を繰返す必要があり、非常に時間および手間がかかるという問題があった。
【０００６】
そのため、製造工程などにおいて、製品または半製品の粘弾性特性を連続的に測定することは困難であり、粘弾性特性の測定は、製造後の出荷前検査などに限られていた。
【０００７】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、測定対象の粘弾性特性を迅速かつ高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によれば、測定対象へ入射音波を放射し、かつ、入射音波が測定対象により反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、センサ部と密着して配置され、入射音波および反射音波を伝搬させることで、センサ部において放射される入射音波と受信される反射音波との間に遅延時間を生じさせる遅延部材と、センサ部において受信される反射音波に基づいて、測定対象の粘弾性特性を測定する演算処理部と、測定対象と遅延部材とを密着させるための密着手段とを備える粘弾性特性測定装置である。
【０００９】
好ましくは、密着手段は、測定対象が遅延部材と密着するように測定対象を加圧する加圧部を含む。
【００１０】
好ましくは、測定対象は、搬送ラインに沿って連続的に搬送され、遅延部材は、その一方の面が測定対象を搬送する搬送面と略一致するように、搬送ラインの所定の位置に配置され、加圧部は、搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて測定対象を加圧し、演算処理部は、搬送ラインを搬送される測定対象を連続的に測定する。
【００１１】
好ましくは、遅延部材は、センサ部との境界面と対向する面において切欠部を含み、密着手段は、流動性を有し、かつ、測定対象と遅延部材との間に介在するように切欠部に注入されるカプラント部材をさらに含む。
【００１２】
好ましくは、測定対象は、流動性を有する物質であり、密着手段は、測定対象をたくわえ、かつ、遅延部材がたくわえた測定対象の静圧を受けるように配置される容器を含む。
【００１３】
好ましくは、容器は、プロセス装置の一部を構成し、プロセス装置は、測定対象に対して所定の処理を行ない、演算処理部は、測定対象の粘弾性特性を連続的に測定する。
【００１４】
好ましくは、演算処理部は、測定した測定対象の粘弾性特性と、外部から与えられた設定値とを比較し、その比較結果に基づいてプロセス装置を制御する。
【００１５】
好ましくは、密着手段は、測定対象が遅延部材と密着するように、測定対象と遅延部材とが接する空間の圧力を大気圧に比較して低くする減圧部を含む。
【００１６】
好ましくは、減圧部は、測定対象と遅延部材とが接する空間を大気から隔離する密閉部材と、密閉部材と連結され、密閉部材により隔離された空間に含まれる空気を排出する排出部とを含む。
【００１７】
好ましくは、密閉部材は、遅延部材の外周を覆うように配置され、測定対象と遅延部材とが接する空間の圧力に応じて、当該空間の大きさを変化させる部材を含む。
【００１８】
好ましくは、密閉部材は、遅延部材と接合され、吸盤形状を有する部材を含む。
好ましくは、密閉部材は、可とう性を有するシート部材をその一部に含む容器部からなる。
【００１９】
好ましくは、演算処理部は、反射音波を予め取得された基準値と比較することで、測定対象の粘弾性特性を測定する。
【発明の効果】
【００２０】
この発明にかかる粘弾性特性測定装置は、測定対象へ入射音波を放射し、その入射音波が測定対象で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の粘弾性特性を測定する。さらに、この発明にかかる粘弾性特性測定装置は、密着手段により測定対象と遅延部材とを密着させるため、測定対象と遅延部材との間の空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象の粘弾性特性を迅速かつ高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う粘弾性特性測定装置１００の概略構成図である。
【００２３】
図１を参照して、粘弾性特性測定装置１００は、演算処理部１と、センサ部２と、遅延部材３と、加圧部３２．１，３２．２とからなる。そして、粘弾性特性測定装置１００は、センサ部２から測定対象に振動を生じさせる音波を入射音波として放射し、センサ部２で音波が測定対象により反射されて生じる反射音波を受信する。このとき、センサ部２は、遅延部材３を介して測定対象へ入射音波を放射し、かつ、遅延部材３を介して反射音波を受信する。そして、粘弾性特性測定装置１００は、センサ部２で受信される反射音波に基づいて、演算処理部１で測定対象の粘弾性特性を測定する。なお、センサ部２が放射する入射音波は、超音波が好ましい。
【００２４】
また、粘弾性特性測定装置１００は、加圧部３２．１および３２．２が測定対象を加圧し、測定対象と遅延部材３との密着性を高める。
【００２５】
演算処理部１は、たとえば、コンピュータなどで構成され、入力部１８と、時間データメモリ部１２と、記憶部１４と、演算部１０と、表示出力部１６とからなる。
【００２６】
入力部１８は、ユーザなどの外部からの指令を受け、その指令を演算部１０へ出力する。一例として、入力部１８は、操作ボタン、キーボード、マウス、タッチパネルなどからなる。
【００２７】
時間データメモリ部１２は、センサ部２で受信される音波の時間波形を所定の周期で格納する。なお、時間データメモリ部１２は、演算部１０からの要求に応じて、時間波形を格納する周期を変更する。
【００２８】
記憶部１４は、演算部１０を介して取得された基準値を格納し、演算部１０からの要求に応じて、その格納する基準値を読出す。そして、記憶部１４は、演算部１０で連続的に算出される粘弾性特性を格納する。
【００２９】
演算部１０は、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２に格納される反射音波の時間波形データを読出し、一例として、フーリエ処理（ＦＦＴ処理：Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴ処理と称す）のような周波数解析処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部１０は、記憶部１４に格納されている基準値を読出し、その基準値と取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相とを比較することで、測定対象の粘弾性特性を測定する。さらに、演算部１０は、その測定した測定対象の粘弾性特性を表示出力部１６または／および記憶部１４へ出力する。したがって、センサ部２から１回の入射音波の放射により、演算部１０は、その放射音波に含まれる周波数帯域における測定対象の粘弾性特性を算出できる。
【００３０】
また、演算部１０は、入力部１８を介して、外部から基準値取得指令を受けると、センサ部２へ放射指令を与え、基準となる測定対象へ入射音波を放射させる。そして、演算部１０は、時間データメモリ部１２に格納される反射音波の時間波形データを読出し、ＦＦＴ処理を行ない、各周波数における振幅値および位相を取得する。続いて、演算部１０は、取得した各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４に格納する。
【００３１】
さらに、演算部１０は、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、加圧部３２．１および３２．２へ加圧指令を与え、測定対象を加圧する。
【００３２】
表示出力部１６は、演算部１０から算出される測定対象の粘弾性特性や粘弾性特性に基づく判断結果を表示または／およびそのデータを外部へ出力する。表示出力部１６が表示を行なう場合には、一例として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置からなる。また、表示出力部１６がデータを外部へ出力を行なう場合には、一例として、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ−２３２Ｃ（Recommended Standard 232 version C）、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）１３９４、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）、イーサネット（登録商標）、ＩＥＥＥ１２８４（パラレルポート）などの規格に対応するインターフェイスなどからなる。
【００３３】
一方、センサ部２は、送信制御回路２２と、送信回路２４と、方向整合器２５と、トランスデューサ２０と、受信回路２６と、信号処理回路２８とからなる。
【００３４】
送信制御回路２２は、演算処理部１からの放射指令を受けると、放射する入射音波を生成するための生成信号を送信回路２４へ出力する。たとえば、送信制御回路２２は、パルス状の入射音波を生成するためのパルス信号や、所定の周波数成分を含む入射音波を生成するための周期信号などを出力する。また、送信制御回路２２は、生成信号の出力タイミングを通知するトリガ信号を受信回路２６へ出力する。
【００３５】
送信回路２４は、送信制御回路２２から受ける生成信号に応じた電気信号を方向整合器２５へ出力する。
【００３６】
方向整合器２５は、送信回路２４、トランスデューサ２０および受信回路２６とそれぞれ接続され、送信回路２４から出力された電気信号をトランスデューサ２０へ伝送し、かつ、トランスデューサ２０から受けた電気信号を受信回路２６へ出力する。すなわち、方向整合器２５は、送信回路２４から出力された電気信号が受信回路２６へ出力されないように信号の伝送方向を制限する。
【００３７】
トランスデューサ２０は、方向整合器２５を介して送信回路２４および受信回路２６と接続され、方向整合器２５を介して送信回路２４から受けた電気信号を音波に変換して測定対象へ放射し、かつ、測定対象から受けた音波を電気信号に変換して方向整合器２５を介して受信回路２６へ出力する。一例として、トランスデューサ２０は、チタン酸ジルコン酸鉛などの圧電素子などからなる。
【００３８】
受信回路２６は、方向整合器２５から受ける電気信号を受け、所定の増幅をした後に信号処理回路２８へ出力する。また、受信回路２６は、送信制御回路２２からトリガ信号を受信すると、トランスデューサ２０から出力される電気信号の受信を開始する。
【００３９】
信号処理回路２８は、受信回路２６から電気信号を受け、アナログ・デジタル処理などを行ない、トランスデューサ２０で受信される音波の瞬間的な振幅値を順次出力する。
【００４０】
遅延部材３は、センサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０から生じる入射音波および測定対象で生じる反射音波を伝搬させる。そのため、トランスデューサ２０が入射音波を放射する時間タイミングに対して、測定対象で反射された反射音波がトランスデューサ２０へ入射する時間タイミングが遅延する。したがって、送信回路２４が入射音波を生成する期間、すなわち、受信回路２６が受信を中断する期間と、受信回路２６が反射音波の電気信号を受信する期間との重複による測定誤差を回避できる。
【００４１】
加圧部３２．１および３２．２は、演算部１０から加圧指令を受けると、機械的に連結されるローラやパネルなどを駆動して測定対象を加圧し、測定対象と遅延部材３との密着性を高める。
【００４２】
実施の形態１においては、加圧部３２．１および３２．２が密着手段を実現する。
図２は、粘弾性特性測定装置１００の外観から見た概略構成図である。
【００４３】
図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
図２を参照して、一例として、固形物または半固形物などの測定対象９が連続的に搬送される搬送ラインにおいて、測定対象９の粘弾性特性を連続的に測定する構成について説明する。このような搬送ラインで搬送される測定対象９としては、一例として、合成ゴム、こんにゃく、豆腐などが挙げられる。
【００４４】
たとえば、合成ゴムは、その品質として粘弾性特性が厳しく管理される製品であり、素材ゴムの配合や加硫剤の添加量などにより、大きくその粘弾性特性が変化する。そこで、途中工程において、粘弾性特性を連続的に測定できれば、不良品の発生を未然に防止し、かつ、より生産性を高めることが可能となる。
【００４５】
また、こんにゃくや豆腐などは、その粘弾性特性に応じて歯ごたえ、すなわち食感が決まるため、粘弾性特性を厳しく管理する必要がある。しかしながら、たとえば、こんにゃくでは、温度や原料に含まれる水分量などに応じて、同一の凝固剤に対する凝固効果が大きく変化するため、熟練者が経験とカンとに基づいて凝固剤の量を決定することが多い。そこで、途中工程において、粘弾性特性を連続的に測定できれば、熟練者がいない製造現場であっても、高品質な食品を容易に製造することが可能となる。
【００４６】
このような製造工程では、搬送ライン３０が測定対象９である製品または半製品を搬送する。搬送ライン３０は、たとえば、ベルトコンベヤやローラコンベヤなどのように摩擦力で搬送する構成とすることができる。
【００４７】
図２および図３を参照して、遅延部材３は、その一方の面が搬送ライン３０における搬送面と一致するように、搬送ライン３０に組込まれる。そして、センサ部２は、遅延部材３の他方の面と密着して配置される。
【００４８】
加圧ローラ３４は、搬送ライン３０の搬送面、すなわち遅延部材３の一方の面に対して垂直上方で、かつ、その長軸方向が搬送ライン３０の搬送方向に対して直交する向きに配置される。そして、加圧ローラ３４は、その両端をそれぞれ加圧部３２．１および３２．２と連結される。
【００４９】
加圧部３２．１および３２．２は、演算部１０から受ける加圧指令に応じて、搬送ライン３０の搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて、加圧ローラ３４を直線状に駆動し、測定対象を加圧する。さらに、加圧部３２．１および３２．２は、搬送ライン３０における測定対象９の搬送速度と同期するように加圧ローラ３４を回転させ、測定対象９の搬送を助力してもよい。
【００５０】
このように、遅延部材３と加圧ローラ３４との間を測定対象９が搬送され、かつ、加圧ローラ３４が測定対象９を加圧するので、測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることができる。
【００５１】
以下、測定対象９の粘弾性特性の測定原理および測定対象９と遅延部材３との密着性を高める効果について説明する。
【００５２】
（粘弾性特性の測定）
上述したように、粘弾性特性は、与えられる応力に比例してひずみを生じる弾性、および与える応力を受けて粘性流動を生じる粘性を併せ持つ物性である。そして、粘弾性特性は、貯蔵弾性率、損失弾性率および損失正接などで記述される。
【００５３】
このような粘弾性特性は、弾性要素であるばねと、粘性要素であるダッシュポットとを直列に接続したマックスウェルモデル、または、並列に接続したフォークトモデルで説明される。そして、上述した貯蔵弾性率は物質の弾性を表す値であり、損失弾性率は粘性を表す値である。
【００５４】
一般的に、物質に周期的な応力を与えた場合において、その応力と同位相の成分が貯蔵弾性率Ｌ’に相当し、その応力と９０°の位相差を有する成分が損失弾性率Ｌ”に相当する。すなわち、貯蔵弾性率および損失弾性率は、それぞれ互いに独立の関係をもつので、ガウス平面上に表すことができる。そして、貯蔵弾性率Ｌ’を実数成分とし、損失弾性率Ｌ”を虚数成分とすると、損失弾性率は、ガウス平面上における貯蔵弾性率Ｌ’と損失弾性率Ｌ”とのなす偏角δを用いて、損失正接ｔａｎδ＝Ｌ”／Ｌ’と表される。
【００５５】
実施の形態１においては、音波を測定対象９へ放射し、その音波が測定対象９の表面で反射されて生じる反射音波に基づいて粘弾性特性を測定する、表面反射法を用いる。
【００５６】
図４は、表面反射法を説明するための図である。
図４（ａ）は、基準値を取得する場合である。
【００５７】
図４（ｂ）は、測定対象９の粘弾性特性を取得する場合である。
図４（ｃ）は、測定誤差を生じる場合である。
【００５８】
まず、トランスデューサ２０から放射される入射音波の伝搬特性を表すため、遅延部材３および測定対象９の音響インピーダンスを導入する。
【００５９】
図４（ａ）を参照して、基準値を取得する場合には、粘弾性特性測定装置１００は、測定対象９が存在しない状態において、すなわち、空気中を測定対象の基準値として、トランスデューサ２０から入射音波を放射する。
【００６０】
ここで、入射音波および反射音波の周波数をｆとすると、周波数ｆに依存する遅延部材３の音響インピーダンスはＺ１（ｆ）と表すことができる。また、空気中の音響インピーダンスはＺ０（ｆ）と表すことができる。但し、音響インピーダンスＺ０（ｆ）およびＺ１（ｆ）は、いずれも複素数である。さらに、遅延部材３と空気中との境界面における入射音波の反射率Ｒ０１（ｆ）は、式（１）で表すことができる。
【００６１】
反射率Ｒ０１（ｆ）＝（Ｚ０（ｆ）−Ｚ１（ｆ））／（Ｚ０（ｆ）＋Ｚ１（ｆ））・・・（１）
ここで、空気中の音響インピーダンスＺ０（ｆ）は、遅延部材３および測定対象９に比較して十分小さいため、周波数ｆに関わらず０＜Ｚ０（ｆ）≪Ｚ１（ｆ）とみなすことができるため、反射率Ｒ０１（ｆ）＝−１となる。すなわち、遅延部材３と空気中との境界面において、入射音波は全反射するとみなす。
【００６２】
さらに、トランスデューサ２０に入射する反射音波をＡ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））と表す。但し、ｉは虚数単位であり、Ａ０（ｆ）は各周波数における振幅値（実数値）であり、θ０（ｆ）は各周波数における位相（０≦θ０（ｆ）＜∞）である。すると、遅延部材３と空気中との境界面において入射音波は全反射するので、センサ部２から遅延部材３を介して測定対象９へ放射される入射音波は、式（２）で表される。
【００６３】
Ａ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））×Ｒ０１（ｆ）＝−Ａ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））・・・（２）
すなわち、粘弾性特性測定装置１００は、式（２）で表される入射音波が測定対象９へ照射されるとみなし、式（２）を構成するＡ０（ｆ）およびθ０（ｆ）を基準値として格納する。
【００６４】
一方、図４（ｂ）を参照して、測定対象９の粘弾性特性を測定する場合には、測定対象９と遅延部材３とを密着させ、トランスデューサ２０から図４（ａ）の場合と同一の入射音波を放射する。そして、遅延部材３と測定対象９との境界面において反射される反射音波を格納した前記の基準値と比較することで、測定対象９の粘弾性特性を測定する。
【００６５】
測定対象９の音響インピーダンスをＺ２（ｆ）とすると、遅延部材３と測定対象９との境界面における入射音波の反射率Ｒ１２（ｆ）は、式（３）で表すことができる。但し、音響インピーダンスＺ２（ｆ）は、複素数である。
【００６６】
反射率Ｒ１２（ｆ）＝（Ｚ２（ｆ）−Ｚ１（ｆ））／（Ｚ２（ｆ）＋Ｚ１（ｆ））・・・（３）
さらに、式（３）を変形すると、式（４）が導出される。
【００６７】
Ｚ２（ｆ）＝Ｚ１（ｆ）×（１＋Ｒ１２（ｆ））／（１−Ｒ１２（ｆ））・・・（４）
ここで、トランスデューサ２０に入射する反射音波をＡ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））と表す。但し、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、θは各周波数における位相（０≦θ０＜∞）である。すると、式（２）で示される基準値を用いて、式（５）が成立する。
【００６８】
Ａ（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ（ｆ））＝−Ａ０（ｆ）ｅｘｐ（ｉθ０（ｆ））×Ｒ１２（ｆ）・・・（５）
さらに、式（５）を変形して、式（６）が導出される。
【００６９】
Ｒ１２（ｆ）＝−Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））・・・（６）
式（６）を式（４）に代入すると、式（７）が導出される。
【００７０】
Ｚ２（ｆ）＝Ｚ１（ｆ）×（１−Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ０（ｆ）））／（１＋Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）×ｅｘｐ（ｉ（θ（ｆ）−θ０（ｆ）））・・・（７）
ここで、測定対象の貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）および損失弾性率Ｌ”（ｆ）は、測定対象の音響インピーダンスＺ２（ｆ）および密度ρ２との間に式（８）で示す関係が成立する。
【００７１】
Ｌ’＋ｉＬ”（ｆ）＝Ｚ２（ｆ）２／ρ２・・・（８）
（７）式を（８）式に代入し、実数成分と虚数成分とを分離することにより、貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）、損失弾性率Ｌ”（ｆ）および損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、それぞれ（９）式、（１０）式および（１１）式となる。
【００７２】
Ｌ’（ｆ）＝Ｒｅ［Ｚ２（ｆ）２／ρ２］＝（Ｚ１（ｆ）２／ρ２）×｛（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）２−４（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２×ｓｉｎ２（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝／｛１＋２（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））ｃｏｓ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））＋（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２｝２・・・（９）
Ｌ”（ｆ）＝Ｉｍ［Ｚ２（ｆ）２／ρ２］＝Ｚ１（ｆ）２／ρ２）×｛４（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））×（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）ｓｉｎ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝／｛１＋２（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））ｃｏｓ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））＋（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２｝２
・・・（１０）
ｔａｎδ（ｆ）＝Ｌ”／Ｌ’＝｛４×（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））×（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）×ｓｉｎ（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝／｛（１−（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２）２−４×（Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ））２×ｓｉｎ２（θ（ｆ）−θ０（ｆ））｝・・・（１１）
（９）〜（１１）式に示されるように、貯蔵弾性率Ｌ’（ｆ）、損失弾性率Ｌ”（ｆ）および損失正接ｔａｎδ（ｆ）は、いずれもＡ０（ｆ），θ０（ｆ）を基準値とする｛Ａ（ｆ）／Ａ０（ｆ）｝，｛θ（ｆ）−θ０（ｆ）｝で定義される。すなわち、測定対象９の反射音波を予め格納した基準値と比較することで、測定対象９の粘弾性特性を測定できる。また、上述したように、測定対象９の粘弾性特性は、周波数に依存するので、粘弾性特性測定装置１００は、周波数成分毎に貯蔵弾性率、損失弾性率および損失正接を測定する。なお、高い周波数領域における粘弾性特性が必要となる場合には、トランスデューサ２０から放射される音波は、超音波となる。
【００７３】
次に、測定誤差について説明する。図４（ｃ）を参照して、測定対象９と遅延部材３との境界面の一部において、気泡などにより空隙部４０が生じると、測定対象９は、遅延部材３と密着することができない。
【００７４】
実際のトランスデューサ２０は、所定の面積をもって遅延部材３と密着しているため、入射音波は、密着面の全体から放射されるとみなすことができる。ここで、図４（ｂ）に示すように、遅延部材３と測定対象９とが密着していれば、遅延部材３と測定対象９との境界面で反射される反射音波は、ほぼ一様の振幅および位相をもつため、誤差を生じることはない。
【００７５】
しかしながら、測定対象９と遅延部材３との境界面の一部において空隙部４０が存在すると、空隙部４０で反射される反射音波は、測定対象９で反射される反射音波と異なる振幅および位相をもつ。
【００７６】
たとえば、空隙部４０の音響インピーダンスが空気中の音響インピーダンスと同一であれば、空隙部４０で反射される反射音波は、基準値として格納される反射音波と同一の振幅および位相をもつ。
【００７７】
上述のように、測定対象９と遅延部材３との境界面の一部において空隙部４０が存在すると、振幅および位相が互いに異なる複数の反射音波が生じるため、測定誤差となる。
【００７８】
そこで、図２および図３に示すように、粘弾性特性測定装置１００は、加圧部３２．１および３２．２により加圧ローラ３４で測定対象９を加圧し、測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることで、空隙部４０の発生を防止し、測定誤差を抑制する。よって、粘弾性特性測定装置１００は、測定対象９の粘弾性特性の高精度な測定を実現できる。
【００７９】
（粘弾性特性の測定フロー）
図５は、粘弾性特性を測定するためのフローチャートである。
【００８０】
図１および図５を参照して、演算部１０は、入力部１８を介して基準取得指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１００）。基準取得指令を受けていない場合（ステップＳ１００においてＮＯの場合）には、演算部１０は、基準取得指令を受けるまで待つ（ステップＳ１００）。
【００８１】
基準取得指令を受けた場合（ステップＳ１００においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１０２）。
【００８２】
続いて、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出す（ステップＳ１０４）。そして、演算部１０は、読出した反射音波の時間波形データに対してＦＦＴ処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する（ステップＳ１０６）。さらに、演算部１０は、取得した反射音波の各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４へ格納する（ステップＳ１０８）。
【００８３】
次に、演算部１０は、入力部１８を介して測定開始指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１１０）。一方、ユーザは、センサ部２を測定対象と密着するように配置し、または、測定対象をセンサ部２と密着するように配置した後、測定開始指令を与える。
【００８４】
測定開始指令を受けていない場合（ステップＳ１１０においてＮＯの場合）には、演算部１０は、測定開始指令を受けるまで待つ（ステップＳ１１０）。
【００８５】
測定開始指令を受けた場合（ステップＳ１１０においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１１２）。
【００８６】
続いて、演算部１０は、時間データメモリ部１２からトランスデューサ２０が受信する反射音波の時間波形データを読出す（ステップＳ１１４）。そして、演算部１０は、読出した反射音波の時間波形データに対してＦＦＴ処理を行ない、反射音波の各周波数における振幅値および位相を取得する（ステップＳ１１６）。さらに、演算部１０は、記憶部１４から基準値の振幅値および位相を読出し、取得した振幅値および位相と比較を用いて、各周波数における粘弾性特性を測定する（ステップＳ１１８）。
【００８７】
そして、演算部１０は、測定した粘弾性特性を表示出力部１６へ与える（ステップＳ１２０）。すると、ユーザは、表示出力部１６を介して測定された粘弾性特性を知ることができる。
【００８８】
さらに、演算部１０は、測定終了指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ１２２）。測定終了指令を受けていない場合（ステップＳ１２２においてＮＯの場合）には、演算部１０は、再度、放射指令を送信制御回路２２へ与え、トランスデューサ２０から入射音波を放射する（ステップＳ１１２）。以下、ステップＳ１１４〜ステップＳ１２０を繰返す。
【００８９】
測定終了指令を受けていない場合（ステップＳ１２２においてＹＥＳの場合）には、演算部１０は、処理を終了する。
【００９０】
なお、上述の処理において、測定毎に基準値を取得する構成に代えて、複数の基準値を予め記憶部１４へ格納しておき、測定を行なう時点において、ユーザが、いずれの基準値を採用するかを設定できる構成としてもよい。さらに、基準値は温度依存性が高いので、測定を行なう時点において、測定対象９の温度に応じて最適な基準値を選択するような構成としてもよい。
【００９１】
さらに、同一の特性をもつ２つのセンサ部および遅延部材をそれぞれ配置し、一方の遅延部材を空気と接した状態とし、かつ、他方の遅延部材を測定対象と密着した状態とした上で、後者のセンサ部から取得される反射音波を前者のセンサ部から取得される反射音波と比較することで、粘弾性特性を測定する構成としてもよい。すなわち、測定対象と密着しない状態とされる前者のセンサ部で取得される反射音波が基準値となるため、予め基準値を取得しておく必要がなく、かつ、測定タイミングにおける基準値が取得できるため、より測定精度を高めることができる。
【００９２】
この発明の実施の形態１によれば、演算処理部は、センサ部から測定対象へ入射音波を放射し、測定対象で反射されて生じる反射音波に基づいて、測定対象の粘弾性特性を測定する。そのため、遅延部材を介してセンサ部を測定対象の表面に密着させるだけでよく、試験片などを作成する必要がない。よって、測定対象の粘弾性特性を迅速に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【００９３】
また、この発明の実施の形態１によれば、遅延部材と加圧ローラとの間に測定対象が介在するように、遅延部材の垂直上方に加圧ローラが配置される。さらに、加圧部が遅延部材の垂直下方に向けて加圧ローラを駆動し、測定対象を遅延部材に向けて加圧する。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【００９４】
また、この発明の実施の形態１によれば、遅延部材およびセンサ部が搬送ラインの所定の位置に配置され、連続的に搬送される測定装置の粘弾性特性をリアルタイムで測定する。そのため、製造の途中工程などにおいて半製品などの粘弾性特性を連続的に測定し、その測定結果に基づいて品質管理を行なうことができる。よって、製造工程における不良品の発生を未然に防止し、より生産性を高めることが可能な粘弾性特性測定装置を実現できる。
【００９５】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１においては、加圧ローラを用いて強制的に測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明した。一方、実施の形態２においては、測定対象自身の特性を利用して遅延部材と密着させる構成について説明する。
【００９６】
図６は、この発明の実施の形態２に従う粘弾性特性測定装置２００の概略構成図である。
【００９７】
図６を参照して、粘弾性特性測定装置２００は、図１に示す粘弾性特性測定装置１００において、演算処理部１を演算処理部４に代え、かつ、加圧部３２．１および３２．２を取除いたものである。また、演算処理部４は、演算処理部１において、演算部１０を演算部１１に代えたものである。
【００９８】
そして、粘弾性特性測定装置２００は、測定対象９へ所定の処理を行なうプロセス装置と接続され、測定される測定対象９の粘弾性特性に応じて、プロセス装置を制御する。
【００９９】
演算部１１は、演算部１０と同様に、入力部１８を介して、外部から測定開始指令を受けると、センサ部２へ放射指令を与え、測定対象９へ入射音波を放射させる。そして、演算部１１は、基準値と反射音波の各周波数における振幅値および位相とを比較することで、測定対象９の粘弾性特性を測定する。さらに、演算部１１は、その測定した測定対象９の粘弾性特性が所望の特性となるように、プロセス装置へ制御指令を与える。その他については、演算部１０と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１００】
図７は、粘弾性特性測定装置２００を含むプロセス装置３５０を示す外観図である。
図７を参照して、プロセス装置３５０は、流動性の物質（以下、流動体と称す）を反応させる処理を行ない、一例として、インクなどの製造に適用される。そして、プロセス装置３５０は、反応容器４２と、配管４８，５０，５８と、循環ポンプ４６と、モータ４４，５４と、攪拌部５６と、三方弁５２と、粘弾性特性測定装置２００（演算処理部４、センサ部２および遅延部材３）とからなる。
【０１０１】
反応容器４２は、反応プロセスが行なわれる容器であり、循環ポンプ４６による循環および攪拌部５６による攪拌により容器内に対流が生じ、反応プロセスが促進される。そして、反応容器４２は、その側面の一部に切欠部をもち、その切欠部に遅延部材３が装着される。
【０１０２】
循環ポンプ４６は、モータ４４と連結されて駆動力を受け、一方から受けた流動体に所定の吐出圧を与えて他方から出力する。そして、循環ポンプ４６は、反応容器４２の下部に連結された配管４８を介して、反応容器４２内の流動体を受け、配管５０を介して反応容器４２の上部へ循環する。
【０１０３】
モータ４４は、演算処理部４からの制御指令に応じて、運転／停止または回転速度を変化させ、循環ポンプ４６による流動体の循環量を制御する。
【０１０４】
攪拌部５６は、モータ５４と連結されて駆動力を受け、亀甲型の羽根を回転させて流動体を攪拌する。
【０１０５】
モータ５４は、演算処理部４からの制御指令に応じて、運転／停止または回転速度を変化させ、攪拌部５６による攪拌量を制御する。
【０１０６】
三方弁５２は、反応容器４２の下部と連結され、演算処理部４からの制御指令に応じて、反応容器４２から流入する流動体を配管４８または配管５８へ導く。すなわち、三方弁５２は、反応容器４２で反応プロセスが進行中であれば、配管４８を介して流動体を循環ポンプ４６へ導き、反応容器４２での反応プロセスが完了すれば、配管５８を介して流動体を次工程へ導く。
【０１０７】
遅延部材３は、反応容器４２の側面の切欠部に装着され、反応容器４２の内面の一部を形成する。そのため、遅延部材３の一方面は、測定対象９である流動体上面からの深さに応じた静圧を受け、測定対象９と密着することになる。なお、遅延部材３は、測定対象９と密着するように配置されればよく、反応容器４２の側面に配置される以外に、反応容器４２の底面などに配置してもよい。
【０１０８】
センサ部２は、遅延部材３の測定対象９と密着する面と反対側の面において、遅延部材３と密着するように配置される。そして、センサ部２は、遅延部材３を介して測定対象９へ入射音波を放射する。
【０１０９】
さらに、センサ部２が入射音波を放射する面は、遅延部材３が測定対象９と密着する面に対して平行であることが望ましい。このように配置することで、入射音波が測定対象９に対して垂直に入射するため、より精度の高い測定が実現できる。
【０１１０】
上述のように、遅延部材３を反応容器４２の内面の一部を形成するように配置することで、測定対象９と遅延部材３との密着性を高めることができるため、高精度な粘弾性特性の測定を実現できる。
【０１１１】
実施の形態２においては、反応容器４２が密着手段を実現する。
さらに、演算処理部４は、測定した測定対象９の粘弾性特性を外部から与えられる設定値と比較し、モータ４４および５４ならびに三方弁５２へ制御指令を与える。たとえば、モータ４４がより高速に回転することで、循環量が増加して反応プロセスが促進され、また、モータ５４がより高速に回転することで、攪拌量が増加して反応プロセスが促進される。
【０１１２】
そこで、演算処理部４は、予め外部から受けた設定値と測定した粘弾性特性とを比較し、その偏差に応じて、モータ４４および５４を制御する。また、測定した粘弾性特性が設定値に到達した場合には、反応プロセスが完了したと判断し、流動体を次工程へ搬出するように三方弁５２を制御する。
【０１１３】
図８は、反応プロセスの制御に係るフローチャートである。なお、演算処理部４を構成する演算部１１が図８に示す各ステップの処理を実行する。
【０１１４】
図７および図８を参照して、演算部１１は、入力部１８を介して基準取得指令を受けたか否かを判断する（ステップＳ２００）。基準取得指令を受けていない場合（ステップＳ２００においてＮＯの場合）には、演算部１１は、基準取得指令を受けるまで待つ（ステップＳ２００）。
【０１１５】
一方、ユーザは、反応容器４２内に流動体が存在しない状態、または、遅延部材３と流動体が密着していない状態において、入力部１８を介して基準取得指令を与える。
【０１１６】
基準取得指令を受けた場合（ステップＳ２００においてＹＥＳの場合）には、演算部１１は、図５に示すステップＳ１０２〜Ｓ１０８と同様の処理を行ない、基準となる反射音波の各周波数における振幅値および位相を基準値として記憶部１４へ格納する（ステップＳ２０２）。
【０１１７】
そして、演算部１１は、入力部１８を介して設定値を受けたか否かを判断する（ステップＳ２０４）。設定値を受けていない場合（ステップＳ２０４においてＮＯの場合）には、演算部１１は、設定値を受けるまで待つ（ステップＳ２０４）。
【０１１８】
一方、ユーザは、人力または図示しない注入装置を用いて、反応プロセスの対象となる原料の流動体を反応容器４２内へ注入した後、入力部１８を介して所望の粘弾性特性を設定値として与える。
【０１１９】
設定値を受けた場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳの場合）には、演算部１１は、その受けた設定値を記憶部１４へ格納し（ステップＳ２０６）、さらに、図５に示すステップＳ１１２〜Ｓ１１８と同様の処理を行ない、各周波数における粘弾性特性を測定する（ステップＳ２０８）。
【０１２０】
そして、演算部１１は、測定した各周波数における粘弾性特性が設定値に到達したか否かを判断する（ステップＳ２１０）。
【０１２１】
測定した各周波数における粘弾性特性が設定値に到達していない場合（ステップＳ２１０においてＮＯの場合）には、演算部１１は、モータ４４および５４へ制御指令を与え、反応プロセス内に所定の循環量および攪拌量を生じさせる（ステップＳ２１２）。そして、演算部１１は、ステップＳ２０８およびＳ２１０を繰返す。
【０１２２】
測定した各周波数における粘弾性特性が設定値に到達している場合（ステップＳ２１０においてＹＥＳの場合）には、演算部１１は、反応プロセスが完了したと判断し、三方弁５２へ制御指令を与えて反応容器４２内の流動体を次工程へ搬出する（ステップＳ２１４）。そして、演算部１１は、処理を終了する。
【０１２３】
上述のように、演算処理部４は反応プロセスを制御する。
この発明の実施の形態２によれば、流動性を有する測定対象をたくわえる反応容器の側面に、反応容器と一体化して遅延部材を配置される。そのため、遅延部材は、たくわえられた測定対象における遅延部材の深さに応じた静圧を測定対象から受ける。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１２４】
また、この発明の実施の形態２によれば、演算処理部は、測定対象の測定結果と外部から与えられた設定値とを比較し、測定対象の粘弾性特性が設定値と一致するように、プロセス装置を制御する。よって、プロセスを高精度に管理することができるため、プロセス装置における生産性をより高めることができる。
【０１２５】
［実施の形態３］
上述の実施の形態１においては、加圧ローラを用いて強制的に測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明した。一方、実施の形態３においては、測定対象との密着性を高めるように形成した遅延部材を用いる構成について説明する。
【０１２６】
図９は、この発明の実施の形態３に従う粘弾性特性測定装置３００の概略構成図である。
【０１２７】
図９を参照して、粘弾性特性測定装置３００は、演算処理部８と、センサ部２と、遅延部材６と、カプラント部材７とからなる。
【０１２８】
演算処理部８は、図１に示す演算処理部１において、演算部１０を演算部１３に代えたものである。そして、演算部１３は、演算部１０から、加圧部３２．１および３２．２へ加圧指令を与える機能を取除いたものと等価である。
【０１２９】
センサ部２は、図１に示すセンサ部２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
遅延部材６は、センサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０から生じる入射音波および測定対象９で生じる反射音波を伝搬させる。そして、遅延部材６は、トランスデューサ２０と密着する面と反対側の面において、カプラント部材７が注入されるための切欠部をもつ。さらに、切欠部の面積は、遅延部材６がトランスデューサ２０と密着する面積より広いことが望ましく、また、切欠部の深さは、一定であることが望ましい。その他については、実施の形態１に従う遅延部材３と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１３０】
カプラント部材７は、流動性を有するもの、半固体、固体などであり、測定対象９との密着性を高める物質からなる。そして、カプラント部材７は、トランスデューサ２０から放射される入射音波を測定対象９へ伝搬させる媒質としての機能をもつため、カプラント部材７と遅延部材６との間の境界面における反射音波の発生を抑制することが望ましい。そのため、カプラント部材７は、遅延部材６の音響インピーダンスに近似した音響インピーダンスをもつような物質からなる。
【０１３１】
実施の形態３においては、カプラント部材７が密着手段を実現する。
図１０は、粘弾性特性測定装置３００の外観から見た概略構成図である。
【０１３２】
図１１は、図１０におけるＸＩ−ＸＩ線の断面図である。
図１０を参照して、一例として、ユーザがます形状の測定容器６２に測定対象９を投入し、粘弾性特性を測定する構成について説明する。
【０１３３】
上述したように、こんにゃくや豆腐などは、その粘弾性特性に応じて歯ごたえ、すなわち食感が決まるため、粘弾性特性を厳しく管理する必要がある。しかしながら、たとえば、こんにゃくでは、温度や原料に含まれる水分量などに応じて、同一の凝固剤に対する凝固効果が大きく変化するため、熟練者が経験とカンとに基づいて凝固剤の量を決定することが多い。
【０１３４】
そこで、粘弾性特性をリアルタイムに測定できれば、熟練者がいない製造現場であっても、高品質な食品を容易に製造することが可能となる。
【０１３５】
ここで、粘弾性特性測定装置３００は、こんにゃくや豆腐などの測定対象９を投入する測定容器６２の底面の一部として、カプラント部材７、遅延部材６およびセンサ部２を配置し、リアルタイムで測定対象の粘弾性特性を測定する。
【０１３６】
図１０および図１１を参照して、測定容器６２は、その底面の一部に切欠部をもち、その切欠部に遅延部材６が装着される。
【０１３７】
遅延部材６は、その上面、すなわち測定対象９と密着する面が測定容器６２の内部の底面と一致するように配置される。さらに、遅延部材６は、カプラント部材７が注入されるための切欠部がその上面となるように配置される。そして、遅延部材６は、その底面においてセンサ部２と密着される。
【０１３８】
カプラント部材７は、遅延部材６の上面に設けられる切欠部に注入され、測定対象９と遅延部材６との間に介在する。そして、カプラント部材７は、測定対象９との高い密着性を発揮する。
【０１３９】
センサ部２は、遅延部材６の下面と密着し、遅延部材６およびカプラント部材７を介して、測定対象９へ入射音波を放射する。そして、センサ部２は、測定対象９で反射され、カプラント部材７および遅延部材６を伝搬する反射音波を受信する。
【０１４０】
以下、演算処理部８およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１４１】
この発明の実施の形態３によれば、遅延部材と測定対象との間に流動性を有するカプラント部材が介挿されるので、測定対象の重量が軽く、また、測定対象の変形量が小さい場合であっても、カプラント部材がその流動性により変形し、遅延部材と測定対象との空隙を埋める。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。さらに、外部から測定対象を加圧するなどの手段を設ける必要がなく、構成を簡素ができるため、コストを抑制した粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１４２】
なお、実施の形態１に示す粘弾性特性測定装置に対して、実施の形態３に示す遅延部材およびカプラント部材を適用してもよい。遅延部材と測定対象との間にカプラント部材を介挿することで、より密着性を高めることができ、より高い測定精度を実現できる。
【０１４３】
［実施の形態４］
上述の実施の形態１〜３においては、加圧手段を用いて、測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明した。一方、実施の形態４においては、測定対象と遅延部材とが接する空間を形成し、その空間内を減圧することで、測定対象と遅延部材とを密着させる構成について説明する。
【０１４４】
図１２は、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の概略構成図である。
【０１４５】
図１３は、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の装置構成図である。
【０１４６】
図１３（ａ）は、粘弾性特性測定装置４００の外観図である。
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線の断面図である。
【０１４７】
図１２を参照して、粘弾性特性測定装置４００は、演算処理部７６と、センサ部２と、遅延部材６６と、密閉部材６４と、減圧部６８と、駆動部７４とからなる。
【０１４８】
演算処理部７６は、図１に示す演算処理部１において、演算部１０を演算部１５に代えたものである。演算部１５は、演算部１０から、減圧部６８および駆動部７４へ指令を与える。その他については、図１に示す演算処理部１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１４９】
センサ部２は、図１に示すセンサ部２と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
図１２および図１３（ａ）を参照して、遅延部材６６は、センサ部２のトランスデューサ２０と密着するように配置され、トランスデューサ２０から生じる入射音波および測定対象９で生じる反射音波を伝搬させる。そして、遅延部材６６は、トランスデューサ２０と密着する面と反対側の面において、密閉部材６４と連結される。その他については、実施の形態１に従う遅延部材３と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１５０】
密閉部材６４は、入射音波および反射音波の伝搬性および測定対象との密着性が高く、かつ空気の透過性が低い、軟質材料からなる。すなわち、密閉部材６４は、上述の実施の形態３におけるカプラント部材７と同様の機能を発揮する。さらに、密閉部材６４は、測定対象９と遅延部材６６が接する空間を大気から隔離し、測定対象９と遅延部材６６との間の密閉性を保つ。一例として、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００においては、密閉部材６４は、吸盤形状を有する。
【０１５１】
減圧部６８は、密閉部材６４とパイプ部材７０を介して接続され、演算部１５からの指令に応じて、密閉部材６４により隔離された空間に含まれる空気を排出する。そして、減圧部６８は、密閉部材６４により生成される空間の圧力を大気圧に比較して低くする。一例として、減圧部６８は、電動ポンプなどからなり、羽根などの回転運動により大気を排出する。
【０１５２】
駆動部７４は、リンク部材７２を介して遅延部材６６と結合され、遅延部材６６に加えて、遅延部材６６と密着して配置されるセンサ部２および密閉部材６４を一体的に上下方向に駆動する。そして、駆動部７４は、演算部１５からの指令に応じて動作し、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４と測定対象９との距離を制御する。
【０１５３】
実施の形態４においては、減圧部６８および密閉部材６４が密着手段を実現する。
以下、図１３（ｂ）を参照して、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の動作について説明する。
【０１５４】
演算処理部７６は、外部から基準値取得指令または測定開始指令を受けると、駆動部７４に指令を与え、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４を搬送台８０上に配置された測定対象９と接着させる。すると、密閉部材６４は、測定対象９と遅延部材６６との間の密閉性を確保する。続いて、演算処理部７６は、減圧部６８に指令を与え、密閉部材６４が密閉性を確保した空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。なお、理想的には、真空状態が望ましい。すると、遅延部材６６は、密閉部材６４を介して、測定対象９と密着する。
【０１５５】
このように、演算処理部７６は、遅延部材６６が測定対象９と十分に密着すると、センサ部２へ指令を与え、センサ部２から測定対象へ入射音波を放射する。センサ部２から放射された入射音波は、伝搬性の高い密閉部材６４を通過して測定対象へ入射する。そして、その一部は測定対象９で反射され、密閉部材６４を再度通過してセンサ部２で受信される。
【０１５６】
以下、演算処理部７６およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１５７】
さらに、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の特徴的な動作について説明する。
【０１５８】
図１４は、この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置４００の測定時の動作を説明するための図である。
【０１５９】
図１４（ａ）は、搬送台８０に測定対象９が存在しない状態である。
図１４（ｂ）は、密閉部材６４が測定対象９と接着した状態である。
【０１６０】
図１４（ｃ）は、測定対象９の粘弾性特性を測定する状態である。
図１４（ａ）を参照して、搬送台８０に測定対象９が存在しない状態において、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４は、図示しない駆動部７４により垂直方向に吊り下げられるように配置される。
【０１６１】
図１４（ｂ）を参照して、続いて、測定対象９が隣接する搬送台などから搬送台８０上に搬送されると、図示しない演算処理部７６は、測定対象９を検出し、図示しない駆動部７４に指令を与え、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４を垂直下方向に移動する。ここで、測定対象９が水平方向に対して斜角を有している場合には、図示しない駆動部７４と遅延部材６６とを連結するリンク部材７２のリンク機構により、一体化された遅延部材６６、センサ部２および密閉部材６４は、入射音波の放射面が測定対象９の斜面と平行するように、その向きを変化させる。そのため、測定対象９が斜角を有する物体であっても、密閉部材６４は、測定対象９と接着できる。
【０１６２】
図１４（ｃ）を参照して、さらに、図示しない演算処理部７６は、減圧部６８に指令を与え、密閉部材６４が密閉性を確保した空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。すると、遅延部材６６は、密閉部材６４を介して、測定対象９と密着する。
【０１６３】
以下、上述した測定方法と同様にして、演算処理部７６およびセンサ部２は、測定対象９の粘弾性特性を測定する。
【０１６４】
この発明の実施の形態４によれば、遅延部材と測定対象とが接する空間を大気から隔離して密閉性を確保し、その空間の圧力を大気圧より低くすることで、遅延部材と測定対象との密着を妨げる空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１６５】
また、この発明の実施の形態４によれば、遅延部材がリンク機構を構成するリンク部材を介して駆動部と連結されるので、測定対象が遅延部材の放射面に対して平行ではない場合においても、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１６６】
[実施の形態５]
上述の実施の形態４においては、吸盤形状の密閉部材を用いる構成について説明した。一方、実施の形態５においては、遅延部材の外周にスライド機構をもって配置される密閉部材を用いる構成について説明する。
【０１６７】
図１５は、この発明の実施の形態５に従う粘弾性特性測定装置５００の装置構成図である。
【０１６８】
図１５（ａ）は、粘弾性特性測定装置５００の外観図である。
図１５（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸＶｂ−ＸＶｂ線の断面図である。
【０１６９】
図１５（ａ）を参照して、粘弾性特性測定装置５００は、演算処理部８６と、センサ部２と、遅延部材８２と、密閉部材８１と、ばね部材８４と、減圧部６８とからなる。
【０１７０】
演算処理部８６は、上述の実施の形態４に示す演算処理部７６において、駆動部への指令を与える機能を取除いたものと等価であり、その他についての詳細な説明は繰返さない。
【０１７１】
センサ部２および減圧部６８は、上述の実施の形態４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１７２】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照して、遅延部材８２は、半径の異なる２つの円柱を重ねたような形状を有し、より大きな半径の円柱がその上側に配置される。そして、下側に配置される、より半径の小さな円柱の外周側に環状の密閉部材８１が配置される。また、遅延部材８２の底面には、カプラント部材８８が密着して配置される。
【０１７３】
密閉部材８１は、円柱の中心軸に沿ってスライドするように構成され、さらに、密閉部材８１は、遅延部材８２の上側の円柱と連結されたばね部材８４により付勢されて、垂直下向きに所定の反発力を発揮する。そして、密閉部材８１は、遅延部材８２の外周面と接する面および測定対象９と接する面において、密閉性を確保するためのシール部材８５を備える。シール部材８５は、一例としてＯリングなどからなる。
【０１７４】
すなわち、密着部材８１は、圧力に応じて、遅延部材８２と測定対象９との間に形成される空間を変化させる。
【０１７５】
さらに、密閉部材８１は、その一部に内周側から外周側へ貫通する貫通穴が形成され、その貫通穴とパイプ部材７０を介して、減圧部６８と接続される。そして、減圧部６８が、測定対象９と密閉部材８１との間に形成される空間に含まれる空気を排出することで、その空間の圧力が低下し、低下した空間の圧力と大気圧との差により遅延部材８２に押付力が生じる。
【０１７６】
カプラント部材８８は、遅延部材８２の放射面に密着して配置され、測定対象９と遅延部材８２と密着性を高める。そして、実施の形態５におけるカプラント部材８８は、半固体材料からなり、入射音波および反射音波に対して高い伝搬性および測定対象との高い密着性を有する。
【０１７７】
実施の形態５においては、減圧部６８および密閉部材８１が密着手段を実現する。
以下、図１５（ｂ）を参照して、この発明の実施の形態５に従う粘弾性特性測定装置５００の動作について説明する。
【０１７８】
演算処理部８６は、外部から基準値取得指令または測定開始指令を受けると、減圧部６８に指令を与え、密閉部材８１が密閉性を確保する空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。なお、理想的には、真空状態が望ましい。すると、遅延部材８２には、密閉部材８１が形成する空間の圧力と大気圧との圧力差（ゲージ圧）に比例した押付力が垂直下向きに生じる。そして、この押付力がばね部材８４による抗力を上回ると、遅延部材８２は、垂直下向きに移動し、カプラント部材８８を介して、測定対象９と密着する。
【０１７９】
このように、遅延部材８２が測定対象９と十分に密着すると、演算処理部８６は、センサ部２へ指令を与え、センサ部２から測定対象へ入射音波を放射する。センサ部２から放射された入射音波は、カプラント部材８８を伝搬して測定対象９へ入射する。そして、その一部は測定対象９で反射され、カプラント部材８８を再度伝搬してセンサ部２で受信される。
【０１８０】
以下、演算処理部８６およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態４と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１８１】
この発明の実施の形態５によれば、遅延部材と測定対象とが接する空間を大気から隔離して密閉性を確保し、その空間の圧力を大気圧より低くすることで、遅延部材と測定対象との密着を妨げる空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１８２】
[実施の形態６]
上述の実施の形態４および５においては、可動する密閉部材を用いて測定対象と遅延部材との接する空間を形成する構成について説明した。一方、実施の形態６においては、固定の容器を用いて、粘弾性特性を測定する構成について説明する。
【０１８３】
図１６は、この発明の実施の形態６に従う粘弾性特性測定装置６００の装置構成図である。
【０１８４】
図１６（ａ）は、粘弾性特性測定装置６００の外観図である。
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）におけるＸＶＩｂ−ＸＶＩｂ線の断面図である。
【０１８５】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）を参照して、粘弾性特性測定装置６００は、演算処理部８６と、センサ部２と、遅延部材９０と、容器部９２と、シート部材９８と、減圧部６８とからなる。
【０１８６】
センサ部２、演算処理部８６および減圧部６８は、上述の実施の形態５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１８７】
容器部９２は、上面が開放された、ます形状の容器であり、さらに、その底部に切欠部を有する。また、容器部９２は、その側面の一部に内面側から外面側へ貫通する貫通穴が形成され、その貫通穴とパイプ部材７０を介して、減圧部６８と接続される。
【０１８８】
遅延部材８２は、容器部９２の底面に設けられた切欠部に挿入され、容器部９２の底面の一部を形成する。
【０１８９】
シート部材９８は、容器部９２の開放された上面の縁部と密着され、容器部９２の内部の空間を大気から隔離し、密閉性を保つ。そして、減圧部６８が、容器部９２内の空間に含まれる空気を排出することで、その空間の圧力が低下し、低下した圧力と大気圧との差によりシート部材９８を介して、測定対象９に押付力が生じる。
【０１９０】
実施の形態６においては、減圧部６８、容器部９２およびシート部材９８が密着手段を実現する。
【０１９１】
以下、この発明の実施の形態６に従う粘弾性特性測定装置６００の動作について説明する。
【０１９２】
演算処理部８６は、外部から基準値取得指令または測定開始指令を受けると、減圧部６８に指令を与え、容器部９２およびシート部材９８により形成される空間に含まれる空気を排出させ、当該空間の圧力を大気圧に比較して低くする。なお、理想的には、真空状態が望ましい。すると、測定対象９には、容器部９２およびシート部材９８により形成される空間の圧力と大気圧との圧力差（ゲージ圧）に比例した押付力が垂直下向きに生じる。この押付力により、測定対象９と遅延部材９０との間に介在している空隙９９が押し出される。
【０１９３】
したがって、測定対象９には、測定対象９の自重による静圧に加えて、ゲージ圧が加わるので、遅延部材８２との密着性をより高めることができる。そして、測定対象９が遅延部材９０と十分に密着すると、演算処理部８６は、センサ部２へ指令を与え、センサ部２から測定対象へ入射音波を放射する。そして、その入射音波の一部は、測定対象９で反射されてセンサ部２で受信される。
【０１９４】
以下、演算処理部８６およびセンサ部２による粘弾性特性の測定方法については、実施の形態４および５と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
【０１９５】
この発明の実施の形態６によれば、遅延部材と測定対象とが接する空間を大気から隔離して密閉性を確保し、その空間の圧力を大気圧より低くすることで、遅延部材と測定対象との密着を妨げる空隙などの発生を抑制できる。よって、測定対象と遅延部材との密着性を高めて測定誤差を抑制できるため、測定対象の粘弾性特性を高精度に測定できる粘弾性特性測定装置を実現できる。
【０１９６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】この発明の実施の形態１に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図２】粘弾性特性測定装置の外観から見た概略構成図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【図４】表面反射法を説明するための図である。
【図５】粘弾性特性を測定するためのフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図７】粘弾性特性測定装置を含むプロセス装置を示す外観図である。
【図８】反応プロセスの制御に係るフローチャートである。
【図９】この発明の実施の形態３に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図１０】粘弾性特性測定装置の外観から見た概略構成図である。
【図１１】図１０におけるＸＩ−ＸＩ線の断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置の概略構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置の装置構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態４に従う粘弾性特性測定装置の測定時の動作を説明するための図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に従う粘弾性特性測定装置の装置構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態６に従う粘弾性特性測定装置の装置構成図である。
【符号の説明】
【０１９８】
１，４，８，７６，８６ 演算処理部、２ センサ部、３，６，６６，８２，９０ 遅延部材、７，８８ カプラント部材、９ 測定対象、１０，１１，１３，１５ 演算部、１２ 時間データメモリ部、１４ 記憶部、１６ 表示出力部、１８ 入力部、２０ トランスデューサ、２２ 送信制御回路、２４ 送信回路、２５ 方向整合器、２６ 受信回路、２８ 信号処理回路、３０ 搬送ライン、３２ 加圧部、３４ 加圧ローラ、４０ 空隙部、４２ 反応容器、４４，５４ モータ、４６ 循環ポンプ、４８，５０，５８ 配管、５２ 三方弁、５６ 攪拌部、６２ 測定容器、６４，８１ 密閉部材、６８ 減圧部、７０ パイプ部材、７２ リンク部材、７４ 駆動部、８０ 搬送台、８４ ばね部材、８５ シール部材、９２ 容器部、９８ シート部材、９９ 空隙、１００，２００，３００，４００，５００，６００ 粘弾性特性測定装置、３５０ プロセス装置、ｆ 周波数、Ｌ’ 貯蔵弾性率、Ｌ” 損失弾性率、Ｒ０１，Ｒ１２ 反射率、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２ 音響インピーダンス、δ 偏角、ρ２ 密度。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象へ入射音波を放射し、かつ、前記入射音波が前記測定対象により反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部と密着して配置され、前記入射音波および前記反射音波を伝搬させることで、前記センサ部において放射される前記入射音波と受信される前記反射音波との間に遅延時間を生じさせる遅延部材と、
前記センサ部において受信される前記反射音波に基づいて、前記測定対象の粘弾性特性を測定する演算処理部と、
前記測定対象と前記遅延部材とを密着させるための密着手段とを備える、粘弾性特性測定装置。
【請求項２】
前記密着手段は、前記測定対象が前記遅延部材と密着するように前記測定対象を加圧する加圧部を含む、請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項３】
前記測定対象は、搬送ラインに沿って連続的に搬送され、
前記遅延部材は、その一方の面が前記測定対象を搬送する搬送面と略一致するように、前記搬送ラインの所定の位置に配置され、
前記加圧部は、前記搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて前記測定対象を加圧し、
前記演算処理部は、前記搬送ラインを搬送される前記測定対象を連続的に測定する、請求項２に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項４】
前記遅延部材は、前記センサ部との境界面と対向する面において切欠部を含み、
前記密着手段は、流動性を有し、かつ、前記測定対象と前記遅延部材との間に介在するように前記切欠部に注入されるカプラント部材をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項５】
前記測定対象は、流動性を有する物質であり、
前記密着手段は、前記測定対象をたくわえ、かつ、前記遅延部材がたくわえた前記測定対象の静圧を受けるように配置される容器を含む、請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項６】
前記容器は、プロセス装置の一部を構成し、
前記プロセス装置は、前記測定対象に対して所定の処理を行ない、
前記演算処理部は、前記測定対象の粘弾性特性を連続的に測定する、請求項５に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項７】
前記演算処理部は、測定した前記測定対象の粘弾性特性と、外部から与えられた設定値とを比較し、その比較結果に基づいて前記プロセス装置を制御する、請求項６に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項８】
前記密着手段は、前記測定対象が前記遅延部材と密着するように、前記測定対象と前記遅延部材とが接する空間の圧力を大気圧に比較して低くする減圧部を含む、請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項９】
前記減圧部は、
前記測定対象と前記遅延部材とが接する空間を大気から隔離する密閉部材と、
前記密閉部材と連結され、前記密閉部材により隔離された空間に含まれる空気を排出する排出部とを含む、請求項８に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１０】
前記密閉部材は、前記遅延部材と接合され、吸盤形状を有する部材を含む、請求項９に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１１】
前記密閉部材は、前記遅延部材の外周を覆うように配置され、前記測定対象と前記遅延部材とが接する空間の圧力に応じて、当該空間の大きさを変化させる部材を含む、請求項９に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１２】
前記密閉部材は、可とう性を有するシート部材をその一部に含む容器部からなる、請求項９に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１３】
前記演算処理部は、前記反射音波を予め取得された基準値と比較することで、前記測定対象の粘弾性特性を測定する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１】
測定対象へ入射音波を放射し、かつ、前記入射音波が前記測定対象により反射されて生じる反射音波を受信するセンサ部と、
前記センサ部と密着して配置され、前記入射音波および前記反射音波を伝搬させることで、前記センサ部において放射される前記入射音波と受信される前記反射音波との間に遅延時間を生じさせる遅延部材と、
前記センサ部において受信される前記反射音波に基づいて、前記測定対象の粘弾性特性を測定する演算処理部と、
前記測定対象と前記遅延部材とを密着させるための密着手段とを備える、粘弾性特性測定装置。
【請求項２】
前記密着手段は、前記測定対象が前記遅延部材と密着するように前記測定対象を加圧する加圧部を含む、請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項３】
前記測定対象は、搬送ラインに沿って連続的に搬送され、
前記遅延部材は、その一方の面が前記測定対象を搬送する搬送面と略一致するように、前記搬送ラインの所定の位置に配置され、
前記加圧部は、前記搬送面に対して垂直上方から垂直下方に向けて前記測定対象を加圧し、
前記演算処理部は、前記搬送ラインを搬送される前記測定対象を連続的に測定する、請求項２に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項４】
前記遅延部材は、前記センサ部との境界面と対向する面において切欠部を含み、
前記密着手段は、流動性を有し、かつ、前記測定対象と前記遅延部材との間に介在するように前記切欠部に注入されるカプラント部材をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項５】
前記測定対象は、流動性を有する物質であり、
前記密着手段は、前記測定対象をたくわえ、かつ、前記遅延部材がたくわえた前記測定対象の静圧を受けるように配置される容器を含む、請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項６】
前記容器は、プロセス装置の一部を構成し、
前記プロセス装置は、前記測定対象に対して所定の処理を行ない、
前記演算処理部は、前記測定対象の粘弾性特性を連続的に測定する、請求項５に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項７】
前記演算処理部は、測定した前記測定対象の粘弾性特性と、外部から与えられた設定値とを比較し、その比較結果に基づいて前記プロセス装置を制御する、請求項６に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項８】
前記密着手段は、前記測定対象が前記遅延部材と密着するように、前記測定対象と前記遅延部材とが接する空間の圧力を大気圧に比較して低くする減圧部を含む、請求項１に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項９】
前記減圧部は、
前記測定対象と前記遅延部材とが接する空間を大気から隔離する密閉部材と、
前記密閉部材と連結され、前記密閉部材により隔離された空間に含まれる空気を排出する排出部とを含む、請求項８に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１０】
前記密閉部材は、前記遅延部材と接合され、吸盤形状を有する部材を含む、請求項９に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１１】
前記密閉部材は、前記遅延部材の外周を覆うように配置され、前記測定対象と前記遅延部材とが接する空間の圧力に応じて、当該空間の大きさを変化させる部材を含む、請求項９に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１２】
前記密閉部材は、可とう性を有するシート部材をその一部に含む容器部からなる、請求項９に記載の粘弾性特性測定装置。
【請求項１３】
前記演算処理部は、前記反射音波を予め取得された基準値と比較することで、前記測定対象の粘弾性特性を測定する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の粘弾性特性測定装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１２１２００（Ｐ２００７−１２１２００Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１６５２９（Ｐ２００５−３１６５２９）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]