JP2007017315A - Viscoelasticity measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、粘弾性の測定方法に関し、特に、測定値の精度を向上させる技術に関するものである。 The present invention relates to a viscoelasticity measuring method, and more particularly to a technique for improving the accuracy of measured values.
未加硫のゴムや熱硬化性樹脂の硬化過程を追跡することができる粘弾性測定装置としては、従来、例えば、特許文献1,2に開示されている装置が公知である。これらの特許文献に開示されている粘弾性測定装置は、上下方向に分離可能に構成され、内部に試験片が挿入される上および下ダイスと、これらのダイスの外周に配置された加熱用のヒータとを備え、試験片をヒータで加熱しながら、下ダイスに往復回転力を加えた際に、試験片を介して上ダイスに伝達されるトルクを検出して、試験片の硬化度の変化を経時的に求めることが測定の基本構成になっている。 Conventionally, for example, devices disclosed in Patent Documents 1 and 2 are known as viscoelasticity measuring devices capable of tracking the curing process of unvulcanized rubber and thermosetting resin. The viscoelasticity measuring devices disclosed in these patent documents are configured to be separable in the vertical direction, and upper and lower dies into which test pieces are inserted, and heating heaters disposed on the outer periphery of these dies. When a reciprocating rotational force is applied to the lower die while heating the test piece with the heater, the torque transmitted to the upper die through the test piece is detected and the degree of hardening of the test piece is changed. It is the basic structure of the measurement to obtain this over time.
この場合、下ダイスの往復回転力は、一般に、電動機で付与され、トルクの検出は、通常、ロードセルが用いられている。電動機による回転力は、所定回転角度毎に反転させて、往復させるようにして加えるが、この場合、回転速度が一定となることが望ましく、このような観点から、従来は、この種の測定装置の電動機には、単相駆動の同期電動機が用いられていた。 In this case, the reciprocating rotational force of the lower die is generally applied by an electric motor, and a load cell is usually used for torque detection. The rotational force of the electric motor is applied so as to be reversed and reciprocated at every predetermined rotational angle. In this case, it is desirable that the rotational speed be constant. From this point of view, conventionally, this type of measuring device has been used. As the motor, a single-phase synchronous motor was used.
しかしながら、このような電動機を採用した粘弾性測定装置には、以下に説明する技術的な課題があった。
すなわち、電動機で下ダイスに加える回転力は、始動時に中心位置(通常、機械的零位置と呼んでいる)にあって、その後に左右方向に等角度間隔で往復移動させる必要がある。そこで、従来の粘弾性測定装置では、下ダイスに機械的零位置に相当する停止目標位置を設けて、その位置に下ダイスを手動で位置決めすることなどにより対処していた。 That is, the rotational force applied to the lower die by the electric motor is at the center position (usually called the mechanical zero position) at the start, and then needs to be reciprocated at equal angular intervals in the left-right direction. Therefore, in the conventional viscoelasticity measuring apparatus, a stop target position corresponding to the mechanical zero position is provided on the lower die, and the lower die is manually positioned at that position.
ところが、同期電動機を所要の位置に停止させることの制御が難しいこともあって、上述した位置決めに時間が掛かり、しかも、正確に位置決めすることも難しく、その結果、測定精度が低下するなどの問題があった。 However, since it is difficult to control the synchronous motor to stop at a required position, the above-described positioning takes time, and it is also difficult to accurately position, resulting in a decrease in measurement accuracy. was there.
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回転力を加える下ダイスを正確に位置決めすることができる粘弾性の測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a viscoelasticity measuring method capable of accurately positioning a lower die for applying a rotational force. There is.
上記目的を達成するために、本発明は、上下方向に分離可能に構成され、内部に試験片が挿入される上および下ダイスと、これらのダイスの外周に配置された加熱用のヒータと、前記下ダイスに回転力を加える回転機構部と、前記試験片を介して上ダイスに伝達されるトルクを検出するトルク検出部とを備えた粘弾性計測装置を用い、前記試験片をヒータで加熱しながら、前記下ダイスに前記回転機構部で往復回転力を加えた際の、前記トルクを前記トルク検出部で検出して、前記トルク検出部の検出値から前記試験片の経時的な硬化度の変化を測定する粘弾性の測定方法において、前記試験片の測定をする前に、前記上,下ダイス間に、前記試験片に替えて、前記トルクが前記上ダイスに伝達される際の損失トルクが無視できる捩じりバネ状の校正ブロック体を挿入して、前記トルク検出部の前記検出値が0値になる機械的零位置タイミングに設定し、しかる後に、前記校正ブロック体を前記試験片に置換して測定を行うようにした。 In order to achieve the above object, the present invention is configured to be separable in the vertical direction, upper and lower dies into which test pieces are inserted, heaters for heating disposed on the outer periphery of these dies, Using a viscoelasticity measuring device comprising a rotation mechanism that applies a rotational force to the lower die and a torque detector that detects torque transmitted to the upper die via the test piece, the test piece is heated by a heater. However, when the reciprocating rotational force is applied to the lower die by the rotation mechanism unit, the torque is detected by the torque detection unit, and the degree of hardening of the test piece over time is detected from the detected value of the torque detection unit. In the viscoelasticity measuring method for measuring the change of the test piece, before measuring the test piece, the loss when the torque is transmitted to the upper die instead of the test piece between the upper and lower dies. Torsion spring with negligible torque The calibration block body is inserted and set to the mechanical zero position timing at which the detected value of the torque detection unit becomes 0 value. After that, the calibration block body is replaced with the test piece to perform measurement. I made it.
このように構成した粘弾性の測定方法によれば、上,下ダイス間に、試験片に替えて、トルクが上ダイスに伝達される際の損失トルクが無視できる捩じりバネ状の校正ブロック体を挿入して、トルク検出部の検出値が0値になる機械的零位置タイミングに設定し、しかる後に、校正ブロック体を試験片に置換して測定を行うので、機械的零位置が正確に設定され、その後の試験片の測定において、粘弾性を正確に測定することができる。 According to the viscoelasticity measuring method configured as described above, a torsion spring-like calibration block that can ignore the torque loss when torque is transmitted to the upper die, instead of the test piece, between the upper and lower dies. Insert the body, set the mechanical zero position timing at which the detection value of the torque detector becomes 0 value, and then replace the calibration block body with the test piece and perform the measurement, so the mechanical zero position is accurate In the subsequent measurement of the test piece, viscoelasticity can be accurately measured.
前記回転機構部は、単相の同期電動機を有することができる。
前記同期電動機の停止は、当該電動機の交流電圧の供給を停止した後に、所定時間の経過後に直流電圧を印加することにより行うことができる。
The rotation mechanism unit may include a single-phase synchronous motor.
The synchronous motor can be stopped by applying a DC voltage after a predetermined time has elapsed after stopping the supply of the AC voltage of the motor.
前記校正ブロック体は、前記上及び下ダイスにそれぞれ当接する上及び下円盤部と、前記上及び下円盤部との間に両端が固着された柱状部とから構成することができる。 The calibration block body may be composed of upper and lower disk portions that respectively contact the upper and lower dies, and columnar portions that are fixed at both ends between the upper and lower disk portions.
前記上及び下ダイスには、前記試験片ないしは前記校正ブロック体の前記上及び下円盤部との当接面に凹凸を設けることができる。 The upper and lower dies can be provided with irregularities on the contact surfaces of the test piece or the calibration block body with the upper and lower disk portions.
本発明にかかる粘弾性の測定方法によれば、往復回転運動を行わせる下ダイスを、始動時に正確に機械的零位置に位置決めすることができるので、測定の精度が向上する。 According to the viscoelasticity measuring method of the present invention, the lower die for performing reciprocating rotational movement can be accurately positioned at the mechanical zero position at the time of starting, so that the measurement accuracy is improved.
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1〜図10は、本発明に係る粘弾性の測定方法の一実施例を示している。本実施例に用いる粘弾性測定装置は、図1にその概念図を示すように、上および下ダイス10,12と、加熱用のヒータ14と、回転機構部16と、トルク検出部18と、制御部20とを備えている。
1 to 10 show an embodiment of a viscoelasticity measuring method according to the present invention. The viscoelasticity measuring apparatus used in the present embodiment is, as shown in the conceptual diagram of FIG. 1, the upper and
上,下ダイス10,12は、上下方向に分離可能に構成され、対向配置されていて、これらの間に試験片Aが挿入される。上,下ダイス10,12は、図1では、簡略化して平板状のもので図示しているが、実際には、図7に示すように構成されている。
The upper and
図7に示した上ダイス10は、ホルダ11に保持されていて、概略凸形に形成され、下ダイス12も同様にホルダ13により保持されている。各ダイス10,12の対向する平坦面には、図4に示すように、メッシュ状の凹凸15が設けられていて、これが当接する試験片Aや校正ブロック体Bとの間のすべりを防止する構造になっている。
The
加熱用ヒータ14は、上,下ダイス10,12の外周にあって、ダイス10,12の外周を取り囲むように配置され、試験片Aを所定の温度に加熱する。回転機構部16は、下ダイス12に回転力を加えるものであって、本実施例の場合には、図3に示すように、単相駆動の同期電動機16aと、タイミングベルト16bと、コーンドライブ機構16cとから構成されている。
The
コーンドライブ機構16cは、タイミングベルト16bを介して、一端側が同期電動機16aの回転軸に連結され、他端側が、垂直軸16eを介して、下ダイス12の下面側の中心に連結されている。
One end side of the
このように構成した回転機構部16では、同期電動機16aに単相の交流電力を供給してこれを駆動させると、コーンドライブ機構16cの一端側が回転し、これに伴って、他端側が垂直軸16eを中心にして、円運動して、その結果、下ダイス12が、図3に示すように、垂直軸(回転中心0)を中心にして、例えば、左右方向の約1°の範囲内で反転しながら往復回動する。
In the
なお、図1に符号16dは、コーンドライブ機構16cの回転方向の切換え時期を検出するΦAタイミング検出部であり、図9,10に示すように、反転位置がゼロクロスする矩形信号が送出される。
Note that
トルク検出部18は、図2に示すように、ロードセル18aと、アンプ18bと、上ダイス10の上端とロードセル18aとの間に設けられたトルク伝達部18cとを備えていて、図2に示すように、試験片Aを介して上ダイス10に伝達されるトルクを検出するものである。
As shown in FIG. 2, the
制御部20は、制御器20aと、モニタ20bとを備えている。制御器20aには、図5に示した電動機制御回路20cが含まれているとともに、ΦAタイミング検出部16dと、アンプ18bとの出力信号が入力されていて、これらの信号波形をモニタ20bに表示させる。
The
また、制御器20aからは、加熱用ヒータ14に制御信号が送出され、試験片Aを加熱の際の加熱温度も取り込まれ、試験片Aの加熱状態も制御される。
Further, a control signal is sent from the
電動機制御回路20cは、図5に示すように、商用電源200cと、直流電源201cと、シーケンサー202cと、切換えスイッチ203cと、リレー204cおよびスタートSW,ストップSWとを有している。
As shown in FIG. 5, the
切換えスイッチ203cは、一端側に同期電動機16aが接続され、他端側に商用電源200cと直流電源201cとが接続可能になっていて、これらの電源の切換えは、リレー204cのオン,オフにより行われる。
The
リレー204cの制御信号は、シーケンサー202cにより送出され、同期電動機16aを回転駆動する際には、商用電源200cが切換えスイッチ203cに接続され、同期電動機16aを停止する際には、直流電源201cが切換えスイッチ203cに接続される。
The control signal of the
以上のように構成された粘弾性計測装置において、試験片A、例えば、ゴムの加硫度合いに対する経時的な硬化度の変化を測定する際には、試験片Aをヒータ14で加熱しながら、下ダイス12に回転機構部16で往復回転力を加えた際の、トルクをトルク検出部18のロードセル18aで検出して、ロードセル18aの検出値から硬化度を測定する。
In the viscoelasticity measuring apparatus configured as described above, when measuring the change in the degree of cure over time relative to the degree of vulcanization of the test piece A, for example, rubber, while heating the test piece A with the
本実施例の場合、試験片Aは、図6にその詳細を示すように、厚みが3mmで、長径が30mmの円盤状のものが用いられる。 In the case of this example, as shown in detail in FIG. 6, the test piece A is a disk having a thickness of 3 mm and a major axis of 30 mm.
このような測定方法の基本は、従来のこの種の粘弾性の測定方法と同じであるが、本実施例の場合には、以下に説明する点に顕著な特徴がある。すなわち、本実施例の場合には、試験片Aの測定をする前に、上,下ダイス10,12間に、試験片Aに替えて、校正ブロック体Bを挿入する。
The basics of such a measurement method are the same as those of this type of conventional viscoelasticity measurement method, but the present embodiment has remarkable features in the following points. That is, in the case of the present embodiment, before measuring the test piece A, the calibration block body B is inserted between the upper and
この校正ブロック体Bは、下ダイス12に往復回転力を加えたときに、上ダイス10に伝達されるトルクの損失が無視できる捩じりバネ性を備えたものであり、このような性状の校正ブロック体Bをダイス10,11間に挿入して、トルク検出部18の検出値が0になる機械的零位置タイミングに設定し、しかる後に、校正ブロック体Bを試験片Aに置換して測定を行うことになる。
The calibration block body B has a torsion spring property in which a loss of torque transmitted to the
図7には、校正ブロック体Bを上ダイス10と下ダイス12との間に挿入した状態が図示されている。本実施例の場合、校正ブロック体Bは、上ダイス10に当接する上円盤部B1と、下ダイス12に当接する下円盤部B2と、上及び下円盤部B1,B2との間に両端が固着された柱状部B3とから構成されている。
FIG. 7 shows a state in which the calibration block body B is inserted between the
このような形状の校正ブロック体Bは、例えば、リン青銅から作成されたものであって、柱状部B3の長さが90mmで、直径を9mmとすることで、上ダイス10に伝達されるトルクの損失が無視できる捩じりバネ性を付与している。
The calibration block body B having such a shape is made of, for example, phosphor bronze, and the torque transmitted to the
このような性状の校正ブロック体Bを用いるのは、以下の理由に基づいている。すなわち、図6に示した試験片Aの形状で、材質がゴムの場合、同図(B)に示すように、1°回転させる際にの反力としてのトルクは、約0.05Nmになる。一方、試験片Aと同一形状で材質がリン青銅の場合には、同様なトルクは、20000Nmとなり、このような大きさのトルクは、検出部18で測定するとすれば、非常に大きなものが必要になる。
The calibration block body B having such properties is used for the following reason. That is, when the shape of the test piece A shown in FIG. 6 is rubber and the material is rubber, as shown in FIG. 6B, the torque as a reaction force when rotating by 1 ° is about 0.05 Nm. . On the other hand, when the specimen A has the same shape and is made of phosphor bronze, a similar torque is 20000 Nm, and if the magnitude of such a torque is measured by the
そこで、本実施例では、図7に示した形状の校正ブロック体Bを採用し、実用的な値として、角度1°回転させるために必要なトルクを約4.5Nmとした。このトルクは、標準的なゴムの加硫時の最大トルクが約1Nmなので、それの約4〜5倍に設定している。 Therefore, in this embodiment, the calibration block body B having the shape shown in FIG. 7 is adopted, and the torque required to rotate the angle by 1 ° is set to about 4.5 Nm as a practical value. This torque is set to about 4 to 5 times that of a standard rubber because the maximum torque during vulcanization is about 1 Nm.
また、上記のような測定方法を採用するのは、以下の理由に基づいている。すなわち、同期電動機16aで下ダイス12に加える回転力は、始動時に機械的零位置(図3に示した垂直軸16eの中心である0位置)にあって、その後に左右方向に等角度間隔(±1°)で往復移動させる必要がある。
The measurement method as described above is used for the following reason. That is, the rotational force applied to the
この際に、電動機16aの停止位置が+側にずれていると、図8(A)に示すように、ロードセル18aの検出信号が上方側にシフトするし、また、電動機16aの停止位置が−側にずれていると、図8(B)に示すように、ロードセル18aの検出信号が下方側にシフトする。
At this time, if the stop position of the
このような現象が起こると、ロードセルアンプ18bへ入力する検出信号の中心がずれて、その結果、アンプ18bに過大な入力がなされ、その直線性が失われるために、正確な測定結果が得られない。
When such a phenomenon occurs, the center of the detection signal input to the
そこで、本実施例では、電動機16aの停止位置が正確に機械的零位置タイミングになるような方法を考案したものであり、損失トルクが無視できる校正ブロック体Bを、上,下ダイス10,12間に挿入して、回転駆動部16で往復回転力を加えると、それがそのままロードセル18aで検出されるので、このことを利用して同期電動機16aの停止位置、すなわち、回転駆動を加える際の初期位置を正確に機械的零位置タイミングに一致させようとするものである。
Therefore, in this embodiment, a method has been devised in which the stop position of the
図9は、校正ブロック体Bとして、図6に示した形状でリン青銅のものを用いた場合の、ロードセル18aの検出信号と、ΦA検出部16dの検出信号とをモニター20bに表示させた場合を示しており、校正ブロック体Bが損失トルクが無視できるので、これらの信号の同期が取れていて、位相差がないことがわかる。
FIG. 9 shows a case in which the detection signal of the
このような状態で、同期電動機16aを停止させると、下ダイス12を始動時の機械的零位置タイミングに正確に位置決めすることができる。この場合、同期電動機16aの停止位置の制御は、通常難しいので、本実施例の場合には、直流電圧を加える停止方法を採用した。
When the
この停止方法は、図5に示した制御回路20cにおいて、商用電源200cの供給を停止した後に、10msec〜300msec程度の時間(励磁磁力が消失する時間に同じ)をおいた後に、リレー204cを作動させて、直流電源201cを供給する方法であり、この停止方法によれば、同期電動機16aを、所望の位置に停止することができる。
In this control method, in the
以上のようにして、同期電動機16aを所望の位置、すなわち、図8に示した位相差のない位置に停止させた後に、校正ブロック体Bに替えて、試験片Aを上,下ダイス10,12間に挿入して、試験片Aをヒータ14で加熱しながら、下ダイス12に回転機構部16で往復回転力を加えた際の、トルクをトルク検出部18のロードセル18aで検出して、ロードセル18aの検出値から硬化度を測定することになり、そのときの測定結果を図10に示している。
As described above, after the
さて、以上のように構成した粘弾性の測定方法によれば、試験片Aの測定をする前に、上,下ダイス10,12間に、試験片Aに替えて、損失トルクが無視できる捩じりバネ状の校正ブロック体Bを挿入して、トルク検出部18の検出値が0値になる機械的零位置タイミングに設定し、しかる後に、校正ブロック体Bを試験片Aに置換して測定を行うので、機械的零位置が正確に設定され、その後の試験片の測定において、粘弾性を正確に測定することができる。
Now, according to the viscoelasticity measuring method configured as described above, before the test piece A is measured, a screw with negligible loss torque can be substituted between the upper and lower dies 10 and 12 instead of the test piece A. A torsion spring-shaped calibration block body B is inserted and set to a mechanical zero position timing at which the detection value of the
この結果、ロードセルアンプ18bへの過大な入力が排除されて、直線性が確保されるので、正確な測定結果が得られる。
As a result, excessive input to the
本発明にかかる粘弾性の測定方法によれば、ゴムなどの硬化度の測定精度が向上するので、ゴムなどを加硫する際に有効に活用することができる。 According to the viscoelasticity measuring method of the present invention, the measurement accuracy of the degree of cure of rubber or the like is improved, and therefore it can be effectively used when vulcanizing rubber or the like.
10 上ダイス
12 下ダイス
14 ヒータ
16 回転機構部
16a 同期電動機
16b タイミングベルト
16c コーンドライブ機構
16d ΦA検出部
18 トルク検出部
18a ロードセル
18b ロードセルアンプ
20 制御部
20a 制御器
20b モニタ
20c 電動機制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記試験片の測定をする前に、前記上,下ダイス間に、前記試験片に替えて、前記トルクが前記上ダイスに伝達される際の損失トルクが無視できる捩じりバネ状の校正ブロック体を挿入して、
前記トルク検出部の前記検出値が0値になる機械的零位置タイミングに設定し、
しかる後に、前記校正ブロック体を前記試験片に置換して測定を行うことを特徴とする粘弾性の測定方法。 Upper and lower dies configured to be separable in the vertical direction and having test pieces inserted therein, heating heaters disposed on the outer periphery of these dies, and a rotation mechanism unit that applies a rotational force to the lower dies And a viscoelasticity measuring device including a torque detection unit for detecting torque transmitted to the upper die through the test piece, while the test piece is heated by a heater, the rotating mechanism unit is attached to the lower die. In the viscoelasticity measuring method for detecting the torque when the reciprocating rotational force is applied by the torque detector, and measuring the change in the degree of curing of the test piece over time from the detection value of the torque detector,
Before measuring the test piece, instead of the test piece, the torsion spring-like calibration block in which the torque lost when the torque is transmitted to the upper die can be ignored between the upper and lower dies. Insert your body
Set the mechanical zero position timing at which the detected value of the torque detection unit becomes 0 value,
Thereafter, the viscoelasticity measuring method is characterized in that the measurement is performed by replacing the calibration block body with the test piece.
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