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公開番号2025028773
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-03
出願番号2024134773
出願日2024-08-13
発明の名称試料測定装置及び試料測定方法
出願人国立大学法人東京大学
代理人個人,個人,個人
主分類G01N 29/24 20060101AFI20250221BHJP(測定;試験)
要約【課題】支持点に起因する振動損失を低減しつつQ値のような試料の特性や性状を計測することができる試料測定装置及び試料測定方法を提供すること。
【解決手段】試料測定装置100は、試料SAの特性又は性状を測定する試料測定装置100であって、試料SAを支持する支持装置20と、支持装置20に支持された試料SAに振動を生じさせる振動励起装置40とを備え、振動励起装置40は、支持装置20に支持された試料SAを、試料SAの長手方向へ伸縮させ、支持装置20は、試料SAを、少なくとも長手方向に可動な状態で支持する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
試料の特性又は性状を測定する試料測定装置であって、
前記試料を支持する支持装置と、
前記支持装置に支持された前記試料に振動を生じさせる振動励起装置とを備え、
前記振動励起装置は、前記支持装置に支持された前記試料を、前記試料の長手方向へ伸縮させ、
前記支持装置は、前記試料を、少なくとも前記長手方向に可動な状態で支持する、
試料測定装置。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記支持装置は、前記試料を、非接触で浮揚させて支持する、請求項１に記載の試料測定装置。
【請求項３】
前記支持装置は、前記試料を、前記支持装置の本体より低摩擦の部材を介して支持する、請求項１に記載の試料測定装置。
【請求項４】
前記支持装置は、前記試料の前記長手方向における振動の節の位置を支持する、請求項３に記載の試料測定装置。
【請求項５】
前記振動励起装置は、交流電源に接続されたコイルを有する、請求項１に記載の試料測定装置。
【請求項６】
前記振動励起装置は、磁界発生部をさらに有する、請求項５に記載の試料測定装置。
【請求項７】
前記伸縮は、ローレンツ力によって引き起こされるものであり、前記ローレンツ力は、前記コイルへの電流又は電圧の変化によって引き起こされる試料中の渦電流と、前記磁界発生部より発生した磁界とにより引き起こされるものである、請求項６に記載の試料測定装置。
【請求項８】
前記磁界発生部は、第１磁石を有し、
前記振動励起装置には、前記第１磁石及び前記コイルが、前記試料の前記長手方向に平行に配置されている、請求項７に記載の試料測定装置。
【請求項９】
前記磁界発生部は、第２磁石をさらに有し、
前記振動励起装置には、前記第１磁石、前記コイル、及び前記第２磁石が、この順で、前記試料の前記長手方向に平行に配置されている、請求項８に記載の試料測定装置。
【請求項１０】
前記第１磁石は、第１の磁極を前記コイルに向けて配置され、前記第２磁石は、前記第１の磁性とは異なる第２の磁極を前記コイルに向けて配置されている、請求項９に記載の試料測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料を支持しつつ試料を振動させて試料の振動状態を計測可能にする試料測定装置及び試料測定方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
一般に振動デバイスを設計する際には、有限要素法での振動シミュレーションが不可欠で、そののちに、実機での機械的、電気的性能評価を行うというプロセスが採用されている。この一連のプロセスにおいて有限要素法でのシミュレーション結果は設計するデバイスの性能を評価するために非常に重要である。このためには、シミュレーションを行う際に、ヤング率などの弾性定数や密度に加えて、機械的品質係数（Ｑ値）の入力値が重要となる。Ｑ値は、材料の内部摩擦に関連する無次元量であり、材料内部での振動減衰を考えるうえで不可欠な指標である。弾性定数や密度は精密な測定技術が存在する一方で、材料のＱ値を精密に計測する手法は確立されていない。
【０００３】
材料振動特性の計測手法は数多く存在する。その中でも代表的なものがJIS G 0602「制振鋼板の振動減衰特性試験方法」である[1]。この中で、加振方法として、電磁加振器やインパルスハンマが規定されている。また、材料の支持手法として、片端固定方法、中央支持手法、単純支持手法が定められている。しかし、この測定手法には支持点での振動損失を無視することができないという問題点がある。そのため、この計測手法をそのままＱ値の高い材料の振動損失計測に適用すると、支持点からの振動損失が計測結果に大きな影響を与え、Ｑ値を精密に測定することは困難である。
【０００４】
Ｑ値や弾性定数の計測に直接関連するものでないが、ＥＭＡＴ（electromagnetic acoustic transduscer）と呼ばれる装置を用いて試料に非接触で縦振動を生じさせ、その縦振動を同一のＥＭＡＴで検出することにより、接着系アンカーの健全性を評価する手法が公知となっている（非特許文献１）。この研究では、コンクリートにねじ込まれたアンカーボルトの振動特性を計測している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
K. Hasebe, Y. Mizuno, and K. Nakamura: "Non contact alignment free soundness evaluation of adhesive anchors by exciting/detecting longitudinal bolt vibrations using electromagnetic acoustic waves," Acoust. Sci. & Tech., Vol. 38, No. 4, pp. 225-228, 2017
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、支持点に起因する振動損失を低減しつつＱ値のような試料の特性や性状を計測することができる試料測定装置及び試料測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る試料測定装置は、試料の特性又は性状を測定する試料測定装置であって、試料を支持する支持装置と、支持装置に支持された試料に振動を生じさせる振動励起装置とを備え、振動励起装置は、支持装置に支持された試料を、試料の長手方向へ伸縮させ、支持装置は、試料を、少なくとも長手方向に可動な状態で支持する。
【０００８】
上記試料測定装置では、支持装置が試料を少なくとも長手方向に可動な状態で支持するので、支持点に起因する振動損失を低減した状態で試料を計測することができ、試料の計測を高精度化することができる。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る試料測定方法は、支持装置によって、試料を長手方向に可動な状態で支持した状態で、振動励起装置によって、支持装置に支持された試料を試料の長手方向へ伸縮させ、試料の励振周波数と試料の伸縮状態との関係から、試料の特性又は性状を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は第１実施形態の試料測定装置の構造を説明する概念図である。
図２（ａ）は、支持装置の上端部の構造を説明する側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す上端部の斜視図である。
図３（ａ）は、励振部材の構造を説明する側断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す装置の変形例を説明する図である。
図４（ａ）は、励振部材の概念的側断面図であり、図４（ｂ）は、試料の断面を説明する概念的斜視図である。
図５（ａ）及び５（ｂ）は、具体的な実施例のシステムの写真である。
図６は計測点とこれにフィッティングした曲線とを示すチャートである。
図７（ａ）及び７（ｂ）は、ランジュバン振動子への入力電圧の有無に応じた計測結果を示す図である。
図８はランジュバン振動子の振動速度振幅とＱ値との関係を示す図である。
図９は別の試料を非接触支持した場合の計測結果を示す図である。
図１０はコイルへの入力電圧と計測結果との関係を示す図である。
図１１はジュラルミン製の試料について、Ｑ値の周波数依存性を計測した結果を示す。
図１２は第２実施形態の試料測定装置を説明する概念図である。
図１３は変形例の試料測定装置を説明する概念図である。
図１４は複数種の試料について基本縦振動モードの計測結果を説明する図である。
図１５はモードの次数によるＱ値の変化を説明する図である。
図１６（ａ）は、コイルの配置方法の変形例を説明する図であり、図１６（ｂ）は、ジュラルミンの高次モードの共振ピークを説明する図である。
図１７（ａ）及び１７（ｂ）は、試料を可動支持した場合の計測結果を示す図である。
図１８は非接触支持用のランジュバン振動子のアドミッタンスをホーンの取付け前後で比較した図である。
図１９はホーン先端の振動速度振幅を比較した図である。
図２０はランジュバン振動子の先端に設けた支持部材の接着効果を説明する図である。
図２１はランジュバン振動子の先端に設けた支持部材の接着効果を説明する図である。
図２２はランジュバン振動子の特性を説明する図である。
図２３はランジュバン振動子による試料の非接触支持の効果を説明する図である。
図２４は試料の振動に関してランジュバン振動子への入力電圧の効果を説明する図である。
図２５は試料の振動に関してランジュバン振動子への入力電圧の効果を説明する図である。
図２６は高次モードでのＱ値計測を説明する図である。
図２７は高次モードでのＱ値計測を説明する図である。
図２８は支持方法によるＱ値の変化を説明する図である。
図２９は振動速度とＱ値の関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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