JP2010048722A - Vibration generation device, dynamic viscoelasticity measuring device, and dynamic viscoelasticity measuring method - Google Patents

Vibration generation device, dynamic viscoelasticity measuring device, and dynamic viscoelasticity measuring method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration generation device and a dynamic viscoelasticity measuring device for dynamic viscoelasticity measurement capable of realizing miniaturization, weight reduction and cost reduction by simplifying the whole device, and to provide a dynamic viscoelasticity measuring method. <P>SOLUTION: This vibration generation device for generating rotational vibration for measuring a dynamic viscoelasticity is equipped with an actuator for performing linear operation by a driving force in the linear direction; a displacement enlarging mechanism for amplifying displacement of the linear operation by the actuator by utilizing the principle of leverage by arranging a point of effort on the actuator side; and a rotational operation conversion mechanism for converting displacement into rotational operation, and generating rotational vibration to an object for measuring the dynamic viscoelasticity, by being constituted so as to transmit the amplified displacement to a tangential direction of a circular section of a rotating shaft. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法に関する。   The present invention relates to a vibration generating device, a dynamic viscoelasticity measuring device, and a dynamic viscoelasticity measuring method.

化成品や生活用品、農産物や加工食品等のように、多くの物質は、粘性の性質と弾性の性質を併せ持っており、このような物質の力学特性を評価するために動的粘弾性測定が必要となる。動的粘弾性測定には、対象物に対して直線振動を与えた場合の応力の測定と、対象物に対して回転振動を与えた場合のトルクの測定とがある。   Many substances, such as chemical products, daily necessities, agricultural products and processed foods, have both viscous and elastic properties, and dynamic viscoelasticity measurement is used to evaluate the mechanical properties of such substances. Necessary. The dynamic viscoelasticity measurement includes a measurement of stress when linear vibration is applied to an object and a measurement of torque when rotational vibration is applied to the object.

ここで、特許文献1に記載の並進回転振動変換器は、捻りバネの伸縮により直線振動を回転振動に変換する駆動機構であって、互いに逆向きに捩られた対向する第1と第2のばね部材の先端部が、軸線方向に微小振動を与えた場合に、ばね軸線の回りに一体回転するように相互連結されていることを特徴とする。   Here, the translational rotational vibration converter described in Patent Document 1 is a drive mechanism that converts linear vibration into rotational vibration by expansion and contraction of a torsion spring, and is opposed to the first and second opposingly twisted in opposite directions. The tip portions of the spring members are interconnected so as to rotate integrally around the spring axis when a minute vibration is applied in the axial direction.

また、特許文献2に記載の装置は、捻り振動型の動的粘弾性測定装置であって、回転軸に取り付けた中間アームからの制限された駆動により回転振動を発生させる機構である。   The device described in Patent Document 2 is a torsional vibration type dynamic viscoelasticity measuring device, and is a mechanism that generates rotational vibration by limited driving from an intermediate arm attached to a rotating shaft.

また、特許文献3乃至5に記載の装置は、回転軸に対し放射状に配置したボイスコイルモータ(VCM)を用いて回転振動を発生させたり、電磁誘導により回転軸を中心とした回転振動を発生させる機構に関するものである。   In addition, the devices described in Patent Documents 3 to 5 generate rotational vibrations using voice coil motors (VCMs) arranged radially with respect to the rotational axis, or generate rotational vibrations about the rotational axis by electromagnetic induction. It is related with the mechanism to make.

特開平5−79541号公報JP-A-5-79541 特公平2−3135号公報Japanese Patent Publication No. 2-3135 特開2007−171111号公報JP 2007-171111 A 特公平1−50315号公報Japanese Patent Publication No. 1-50315 特開2002−219414号公報JP 2002-219414 A

しかしながら、特許文献1に記載された機械的振動変換機構においては、対向する2つのばね部材の中間に位置する被アクチュエータ材が回転振動を発生させるため、対象物に対して剪断または捻りを生じさせるように変位を伝達することができず、動的粘弾性測定に応用することができないという問題がある。   However, in the mechanical vibration conversion mechanism described in Patent Document 1, an actuator material located in the middle of two opposing spring members generates rotational vibration, and thus shearing or twisting is generated on the object. Thus, there is a problem that the displacement cannot be transmitted and cannot be applied to the dynamic viscoelasticity measurement.

また、特許文献2乃至5に記載の振動生成装置では、回転軸に配置したコイルや永久磁石等による電磁的駆動力(電磁的斥力や引力)を用いるため、大きな駆動力を得るために装置の大型化を免れなかった。すなわち、従来の回転振動を行う振動生成装置では、装置全体が複雑になり、大型化や高価格化を免れないという問題がある。   In addition, in the vibration generating devices described in Patent Documents 2 to 5, since an electromagnetic driving force (electromagnetic repulsive force or attractive force) by a coil, a permanent magnet, or the like disposed on the rotating shaft is used, the device of the device is used to obtain a large driving force. I could not escape the increase in size. In other words, the conventional vibration generating apparatus that performs rotational vibration has a problem that the entire apparatus becomes complicated and cannot be increased in size and cost.

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and by simplifying the entire apparatus, it is possible to achieve a reduction in size, weight, and price, a vibration generating apparatus for dynamic viscoelasticity measurement, An object of the present invention is to provide a dynamic viscoelasticity measuring device and a dynamic viscoelasticity measuring method.

このような目的を達成するため、本発明の振動生成装置は、動的粘弾性測定のために回転振動を発生させる振動生成装置において、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、上記動的粘弾性測定の対象物に対して上記回転振動を発生させる回転動作変換機構と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve such an object, the vibration generating apparatus of the present invention is a vibration generating apparatus that generates rotational vibration for dynamic viscoelasticity measurement, and includes an actuator that performs a linear operation with a linear driving force, and a force point. A displacement magnifying mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator and utilizes the principle of the lever arranged on the actuator side, and the amplified displacement is transmitted in the tangential direction of the circular section of the rotating shaft And a rotational motion conversion mechanism that converts the displacement into a rotational motion and generates the rotational vibration with respect to the object of the dynamic viscoelasticity measurement.

この発明によれば、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点をアクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させるので、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる振動生成装置を提供することができる。   According to the present invention, an actuator that performs a linear motion with a linear driving force, a displacement enlarging mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator by using a lever principle with a force point on the actuator side, and an amplification By configuring the displacement to be transmitted in the tangential direction of the circular cross section of the rotating shaft, the displacement is converted into a rotational motion, and rotational vibration is generated for the object of dynamic viscoelasticity measurement. It is possible to provide a vibration generating device that can realize a reduction in size, weight, and price.

また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、上記アクチュエータは、ピエゾ素子、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータにより、上記駆動力を発生させること、を特徴とする。   The vibration generator of the present invention is characterized in that, in the vibration generator described above, the actuator generates the driving force by a piezo element, a giant magnetostrictive element, or a voice coil motor.

この発明によれば、アクチュエータは、ピエゾ素子、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータにより駆動力を発生させるので、小型軽量で大きな駆動力を有する直線動作アクチュエータを用いて粘弾性測定に用いる回転振動を発生させ、装置全体の小型化・軽量化等を図ることができる。   According to the present invention, since the actuator generates a driving force by a piezo element, a giant magnetostrictive element, or a voice coil motor, the rotational vibration used for the viscoelasticity measurement using a small and light linear motion actuator having a large driving force. This can reduce the overall size and weight of the apparatus.

また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータを更に備えたことを特徴とする。   In addition, the vibration generating device of the present invention is configured such that, in the vibration generating device described above, the piezo element is pressed in accordance with a force around the rotation axis of the rotating operation so that a charge signal from the piezo element can be read. Thus, a torque meter for measuring the torque generated around the rotation shaft is further provided.

この発明によれば、回転動作の回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータを備えたので、圧電効果を利用した小型のトルクメータを用いて動的粘弾性測定のためのトルクを測定することができる。   According to the present invention, the piezoelectric element is pressed in accordance with the force around the rotational axis of the rotational operation, and the charge signal from the piezoelectric element is configured to be readable, thereby measuring the torque generated around the rotational axis. Since the meter is provided, the torque for dynamic viscoelasticity measurement can be measured using a small torque meter utilizing the piezoelectric effect.

また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニット、または、少なくとも上記回転動作変換機構と上記トルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成したこと、を特徴とする。   The vibration generation device of the present invention is the vibration generation device described above, wherein at least the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion conversion mechanism are integrated, or at least the rotational motion conversion mechanism and the above A unit integrated with a torque meter is configured to be detachable.

この発明によれば、少なくともアクチュエータと変位拡大機構と回転動作変換機構とを一体化させたユニット、または、少なくとも回転動作変換機構とトルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成したので、当該ユニットに替えて他の機構を備えたユニットを設置することができる。   According to this invention, since at least the actuator, the displacement magnifying mechanism, and the rotational motion conversion mechanism are integrated, or at least the rotational motion conversion mechanism and the torque meter are integrated, it is configured to be detachable. A unit having another mechanism can be installed instead of the unit.

また、本発明の振動生成装置は、上記ユニットが抜脱された場合に、上記変位拡大機構により増幅させた上記変位が、上記円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、上記対象物に対して直線振動を発生させる直線動作変換機構を少なくとも備えたユニット、を更に備えたことを特徴とする。   Further, the vibration generating device of the present invention is configured such that when the unit is removed, the displacement amplified by the displacement enlarging mechanism is transmitted in a direction perpendicular to the circular cross section. The apparatus further includes a unit including at least a linear motion conversion mechanism that converts the displacement into a linear motion to generate a linear vibration with respect to the object.

この発明によれば、一体化させたユニットが抜脱された場合に、変位拡大機構により増幅させた変位が、円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、対象物に対して直線振動を発生させる直線動作変換機構を少なくとも備えたユニット、を更に備えたので、直線振動生成用駆動アンプを共用することができ、対象物に対して直線振動を与えた場合に応力を測定することによる直線振動式粘弾性測定と、対象物に対して回転振動を与えた場合にトルクを測定することによる回転振動式粘弾性測定との、両機能を併せ持つ装置を提供することができる。また、従来型の直線振動式粘弾性測定用の構成を利用することができるので、開発経費や価格を抑制することができる。   According to the present invention, when the integrated unit is removed, the displacement amplified by the displacement enlarging mechanism is transmitted in the direction perpendicular to the circular cross section, whereby the displacement is linearly detected. Since it further includes a unit that includes at least a linear motion conversion mechanism that converts the motion into a linear vibration with respect to the object, the linear vibration generating drive amplifier can be shared. Both linear vibration type viscoelasticity measurement by measuring stress when linear vibration is applied and rotational vibration type viscoelasticity measurement by measuring torque when rotational vibration is applied to the object Can be provided. In addition, since a conventional configuration for linear vibration type viscoelasticity measurement can be used, development cost and price can be suppressed.

また、本発明の振動生成装置は、上記記載の振動生成装置において、少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えたことを特徴とする。   The vibration generating device of the present invention is the above-described vibration generating device, wherein the unit that integrates at least the actuator, the displacement magnifying mechanism, and the rotational motion converting mechanism is moved in the direction of the object. And a position sensor that measures the amount of movement by the moving mechanism.

この発明によれば、少なくともアクチュエータと変位拡大機構と回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、対象物の方向に移動させる移動機構と、移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えたので、対象物の設置面に対して振動を伝達させるために好適に位置決めを行える上、動的粘弾性を測定するために重要な厚みの値を計測することが可能になる。   According to this invention, the moving mechanism that moves the unit in which at least the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion conversion mechanism are integrated in the direction of the object, and the position sensor that measures the amount of movement by the moving mechanism, Furthermore, since it provided, it can position suitably in order to transmit a vibration with respect to the installation surface of a target object, and it becomes possible to measure the value of thickness important in order to measure dynamic viscoelasticity.

また、本発明は、振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置であって、上記振動生成装置は、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、を備えており、上記制御部は、上記アクチュエータの上記直線動作の変位量xと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出する動作関数算出手段と、上記動作関数算出手段によって算出された上記動作関数x=g(sinωt)に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御手段と、上記アクチュエータ制御手段の制御により発生させた上記正弦波sinωtに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算手段と、を備えたことを特徴とする。   Further, the present invention is a dynamic viscoelasticity measuring device connected to a vibration generating device and including at least a control unit, the vibration generating device including an actuator that performs a linear operation by a linear driving force, a power point Is disposed on the actuator side, utilizing a lever principle, a displacement enlarging mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator, and the amplified displacement is transmitted in the tangential direction of the circular section of the rotating shaft. By configuring, according to the rotational motion conversion mechanism that converts the displacement into rotational motion and generates rotational vibration for the object of dynamic viscoelasticity measurement, and the force around the rotational axis of the rotational motion A torque meter for measuring the torque generated around the rotation axis by pressing the piezoelectric element and configuring the charge signal from the piezoelectric element to be readable. The control unit is an inverse function x = function θ = f (x) obtained by formulating the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator and the rotational angle θ of the rotational motion converted by the rotational motion conversion mechanism. Based on g (θ), the operation function calculating means for calculating the operation function x = g (sin ωt) of the actuator for generating the rotational vibration of the desired sine wave sin ωt, and the operation function calculating means Based on the motion function x = g (sin ωt), the actuator control means for controlling the voltage for driving the actuator and the sine wave sin ωt generated by the control of the actuator control means, A dynamic viscoelasticity calculator that calculates the dynamic viscoelasticity of the object by reading the torque waveform measured by a torque meter. And a step.

本発明によれば、アクチュエータの直線動作の変位量xと回転動作変換機構により変換される回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの回転振動を発生させるためのアクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出し、算出された動作関数x=g(sinωt)に基づいて、アクチュエータを駆動させるための電圧を制御し、アクチュエータの制御により発生させた正弦波sinωtに対応付けて、トルクメータにより測定されたトルクの波形を読取ることにより、対象物の動的粘弾性値を計算するので、直線振動式粘弾性測定用の直線振動生成用駆動アンプやアクチュエータ駆動部、解析制御部等を備えた従来の動的粘弾性測定装置を利用することができ、直線振動式粘弾性測定と回転振動式粘弾性測定との両機能を併せ持つ動的粘弾性測定装置を構成することができる。   According to the present invention, the inverse function x = g () of the function θ = f (x) obtained by formulating the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator and the rotational angle θ of the rotational motion converted by the rotational motion conversion mechanism. Based on θ), an actuator operation function x = g (sin ωt) for generating a rotational vibration of a desired sine wave sin ωt is calculated. Based on the calculated operation function x = g (sin ωt), the actuator is The dynamic viscoelasticity value of the object is calculated by controlling the voltage for driving and reading the waveform of the torque measured by the torque meter in association with the sine wave sin ωt generated by the actuator control. A conventional dynamic viscoelasticity measuring device equipped with a linear vibration generating drive amplifier, actuator drive unit, analysis control unit, etc. for linear vibration type viscoelasticity measurement can be used. It is possible to construct a dynamic viscoelasticity measuring apparatus having both the functions of both the line vibrating viscoelasticity measurement and rotational vibration type viscoelasticity measuring.

また、本発明の動的粘弾性測定装置は、上記記載の動的粘弾性測定装置において、上記振動生成装置は、上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えており、上記制御部は、上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定手段、を更に備えたことを特徴とする。   Further, the dynamic viscoelasticity measuring apparatus of the present invention is the dynamic viscoelasticity measuring apparatus described above, wherein the vibration generating device is a unit in which the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion converting mechanism are integrated. And a position sensor that measures the amount of movement by the moving mechanism, and the control unit installs the object using the position sensor. And a thickness measuring means for measuring the thickness of the object by measuring the amount of movement between the position and the position where it is not installed.

本発明によれば、更に、ポジションセンサを用いて、対象物を設置した位置と設置しない位置との移動量を計測することにより対象物の厚みを測定するので、動的粘弾性を測定するために重要な対象物の厚みを計測することができる。   Further, according to the present invention, since the thickness of the object is measured by measuring the amount of movement between the position where the object is installed and the position where the object is not installed using the position sensor, the dynamic viscoelasticity is measured. It is possible to measure the thickness of an important object.

また、本発明は、振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置において実行される動的粘弾性測定方法であって、上記振動生成装置は、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、を備えており、上記制御部において実行される、上記アクチュエータの上記直線動作の変位量xと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出する動作関数算出ステップと、上記動作関数算出ステップにおいて算出された上記動作関数x=g(sinωt)に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御ステップと、上記アクチュエータ制御ステップにおける制御により発生させた上記正弦波sinωtに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算ステップと、を含むことを特徴とする。   The present invention is also a dynamic viscoelasticity measurement method that is executed in a dynamic viscoelasticity measurement apparatus that is connected to the vibration generation apparatus and includes at least a control unit, wherein the vibration generation apparatus is driven in a linear direction. An actuator that performs linear motion by force, a displacement enlarging mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator by using a lever principle by placing a force point on the actuator side, and the amplified displacement is A rotational motion converting mechanism that converts the displacement into a rotational motion and generates a rotational vibration with respect to an object for dynamic viscoelasticity measurement by being configured to be transmitted in a tangential direction of a circular cross section, and the rotational motion The piezoelectric element is pressed in accordance with the force around the rotation axis and the charge signal from the piezoelectric element is configured to be readable so that the torque generated around the rotation axis is measured. A torque meter, and the relationship between the displacement x of the linear motion of the actuator and the rotational angle θ of the rotational motion converted by the rotational motion conversion mechanism, which is executed in the control unit The operation function x = g (sin ωt) of the actuator for generating the rotational vibration of the desired sine wave sin ωt is calculated based on the inverse function x = g (θ) of the function θ = f (x). A function calculation step, an actuator control step for controlling a voltage for driving the actuator based on the motion function x = g (sin ωt) calculated in the motion function calculation step, and control in the actuator control step. The torque wave measured by the torque meter in association with the generated sine wave sinωt. A dynamic viscoelasticity calculation step of calculating a dynamic viscoelasticity value of the object by reading a shape.

本発明によれば、アクチュエータの直線動作の変位量xと回転動作変換機構により変換される回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの回転振動を発生させるためのアクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出し、算出された動作関数x=g(sinωt)に基づいて、アクチュエータを駆動させるための電圧を制御し、アクチュエータの制御により発生させた正弦波sinωtに対応付けて、トルクメータにより測定されたトルクの波形を読取ることにより、対象物の動的粘弾性値を計算するので、直線振動式粘弾性測定用の直線振動生成用駆動アンプやアクチュエータ駆動部、解析制御部等を備えた従来の動的粘弾性測定装置において、回転振動式粘弾性測定を行うことができる。   According to the present invention, the inverse function x = g () of the function θ = f (x) obtained by formulating the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator and the rotational angle θ of the rotational motion converted by the rotational motion conversion mechanism. Based on θ), an actuator operation function x = g (sin ωt) for generating a rotational vibration of a desired sine wave sin ωt is calculated. Based on the calculated operation function x = g (sin ωt), the actuator is The dynamic viscoelasticity value of the object is calculated by controlling the voltage for driving and reading the waveform of the torque measured by the torque meter in association with the sine wave sin ωt generated by the actuator control. In a conventional dynamic viscoelasticity measuring apparatus equipped with a linear vibration generation drive amplifier, actuator drive unit, analysis control unit, etc. for linear vibration type viscoelasticity measurement, It is possible to perform sex measurement.

また、本発明の動的粘弾性測定方法は、上記振動生成装置は、上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、を更に備えており、上記制御部において実行される、上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定ステップ、を更に含むことを特徴とする。   In the dynamic viscoelasticity measuring method of the present invention, the vibration generating device moves the unit in which the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion converting mechanism are integrated in the direction of the object. And a position sensor that measures the amount of movement by the moving mechanism, and the position sensor is used to execute a position between the position where the object is installed and the position where the object is not installed. It further includes a thickness measuring step of measuring the thickness of the object by measuring the amount of movement.

本発明によれば、更に、ポジションセンサを用いて、対象物を設置した位置と設置しない位置との移動量を計測することにより対象物の厚みを測定するので、動的粘弾性を測定するために重要な対象物の厚みを計測することができる。   Further, according to the present invention, since the thickness of the object is measured by measuring the amount of movement between the position where the object is installed and the position where the object is not installed using the position sensor, the dynamic viscoelasticity is measured. It is possible to measure the thickness of an important object.

この発明によれば、装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することができる。   According to the present invention, by simplifying the entire apparatus, it is possible to achieve downsizing, weight reduction, and price reduction, a vibration generating device for dynamic viscoelasticity measurement, a dynamic viscoelasticity measuring device, and A dynamic viscoelasticity measuring method can be provided.

以下に、本発明にかかる動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a vibration generating apparatus, a dynamic viscoelasticity measuring apparatus, and a dynamic viscoelasticity measuring method for measuring dynamic viscoelasticity according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

[本発明の概要]
以下、本発明の概要について説明し、その後、本発明の構成および処理等について詳細に説明する。ここで、図1は、本発明の実施の形態における振動生成装置の構成の一例を示す正面図であり、図2は、当該振動生成装置の回転動作変換機構における断面図である。
[Outline of the present invention]
Hereinafter, the outline of the present invention will be described, and then the configuration and processing of the present invention will be described in detail. Here, FIG. 1 is a front view showing an example of the configuration of the vibration generating device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotational motion conversion mechanism of the vibration generating device.

図1に示すように、本発明の本実施の形態に係る振動生成装置は、直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータ10と、アクチュエータ10の直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構20と、増幅させた変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構30と、を備えて構成される。   As shown in FIG. 1, the vibration generating device according to the present embodiment of the present invention includes an actuator 10 that performs a linear motion by a linear driving force, and a displacement enlarging mechanism 20 that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator 10. And a rotational motion conversion mechanism 30 that converts the amplified displacement into a rotational motion and generates rotational vibration with respect to the object of dynamic viscoelasticity measurement.

ここで、アクチュエータ10としては、例えば、ピエゾ素子(圧電素子)、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータを用いることができる。   Here, as the actuator 10, for example, a piezoelectric element (piezoelectric element), a giant magnetostrictive element, or a voice coil motor can be used.

図1に示すように、振動生成装置の変位拡大機構20は、力点をアクチュエータ10側に配し、作用点を回転動作変換機構30側に配する、梃子の原理を利用する。これにより、アクチュエータ10の変位が少ない場合であっても、測定の対象には大きな変位を伝達することができる。   As shown in FIG. 1, the displacement magnifying mechanism 20 of the vibration generating device uses the principle of an insulator in which a force point is arranged on the actuator 10 side and an action point is arranged on the rotational motion conversion mechanism 30 side. Thereby, even when the displacement of the actuator 10 is small, a large displacement can be transmitted to the measurement target.

図1および図2に示すように、回転動作変換機構30は、変位拡大機構20により増幅させた変位を、中間アーム31によって回転軸32の円形断面の接線方向に伝達させることにより、当該増幅させた変位を回転動作に変換する。これにより、アクチュエータ10が伸張すると回転軸32には接線方向の駆動が加わり、回転駆動力となる。ここで、変位量が大きくなると中間アーム31と回転軸32との固定部が、中間アーム31の動作線上からずれるため、好適には、中間アーム31は、たわむことのできる弾力性材料(板ばね等)を用いてもよい。また、回転動作変換機構30は、この例に限られず、中間アームを回転軸に固定することなく摩擦を利用して増幅させた変位を伝達させる他、中間アームをラックギアとして構成し、中間アームに接する回転軸をピニオンギアとして構成することにより、増幅させた変位を回転軸の円形断面の接線方向に伝達させてもよい。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotational motion conversion mechanism 30 amplifies the displacement by transmitting the displacement amplified by the displacement magnifying mechanism 20 in the tangential direction of the circular cross section of the rotation shaft 32 by the intermediate arm 31. Convert the displacement to rotational motion. As a result, when the actuator 10 is extended, a tangential drive is applied to the rotary shaft 32, resulting in a rotational drive force. Here, when the amount of displacement increases, the fixed portion of the intermediate arm 31 and the rotary shaft 32 is displaced from the operation line of the intermediate arm 31. Therefore, the intermediate arm 31 is preferably made of an elastic material (leaf spring) that can be bent. Etc.) may be used. In addition, the rotational motion conversion mechanism 30 is not limited to this example. In addition to transmitting the amplified displacement using friction without fixing the intermediate arm to the rotation shaft, the intermediate arm is configured as a rack gear, By configuring the rotating shaft in contact as a pinion gear, the amplified displacement may be transmitted in the tangential direction of the circular cross section of the rotating shaft.

また、本振動生成装置において、少なくともアクチュエータ10と変位拡大機構20と回転動作変換機構30とを一体化させたユニット、または、少なくとも回転動作変換機構31とトルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成してもよく、当該ユニットが抜脱された場合に、直線動作変換機構40を少なくとも含むユニットを更に備えてもよい。ここで、図3は、直線動作変換機構40が取付けられた振動生成装置の一例を示す正面図である。   Further, in this vibration generating apparatus, a unit in which at least the actuator 10, the displacement magnifying mechanism 20 and the rotational motion converting mechanism 30 are integrated or a unit in which at least the rotational motion converting mechanism 31 and the torque meter are integrated is attached and detached. You may comprise, and when the said unit is extracted, you may further provide the unit which contains the linear motion conversion mechanism 40 at least. Here, FIG. 3 is a front view showing an example of a vibration generating device to which the linear motion conversion mechanism 40 is attached.

図3に示すように、直線動作変換機構40は、変位拡大機構20により増幅させた変位が、円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、対象物に対して直線振動を発生させる。   As shown in FIG. 3, the linear motion conversion mechanism 40 is configured to transmit the displacement amplified by the displacement magnifying mechanism 20 in a direction perpendicular to the circular cross section, thereby converting the displacement into a linear motion. Thus, linear vibration is generated with respect to the object.

以上が、本発明の概要である。ここで、本振動生成装置は、回転動作の回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータを備えてもよい。また、本振動生成装置は、少なくともアクチュエータ10と変位拡大機構20と回転動作変換機構30(または直線動作変換機構40)とを一体化させたユニットを、対象物の方向に移動させる移動機構を更に備えてもよく、移動機構による移動量を計測するポジションセンサを更に備えてもよい。   The above is the outline of the present invention. Here, the vibration generating device presses the piezo element according to the force around the rotation axis of the rotation operation, and is configured to be able to read the charge signal from the piezo element, thereby generating the torque generated around the rotation axis. You may provide the torque meter to measure. The vibration generating apparatus further includes a moving mechanism that moves a unit in which at least the actuator 10, the displacement enlarging mechanism 20, and the rotational motion converting mechanism 30 (or the linear motion converting mechanism 40) are integrated in the direction of the object. You may provide, and may further provide the position sensor which measures the movement amount by a moving mechanism.

[粘弾性測定システムの構成]
まず、本実施の形態における本振動生成装置を備えた粘弾性測定システムの構成について説明する。図4は、本発明が適用される本粘弾性測定システムの構成の一例を示す構成図であり、該構成のうち本発明に関係する部分のみを概念的に示している。
[Configuration of viscoelasticity measurement system]
First, the configuration of a viscoelasticity measurement system provided with the vibration generating device in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the viscoelasticity measurement system to which the present invention is applied, and conceptually shows only the portion related to the present invention.

図4に示すように、本粘弾性測定システムは、概略的に、対象物5に振動を発生させる振動生成装置100と、振動生成装置100のアクチュエータ10に電圧を印加する電圧印加装置200と、発生した電荷を増大させるチャージアンプ装置400と、電圧印加装置200を制御しチャージアンプ装置400から電荷データを入手する粘弾性測定装置500とを、接続して構成される。なお、本実施の形態における粘弾性測定システム(特に、粘弾性測定装置500、電圧印加装置200、チャージアンプ装置400)の構成および処理の説明においては、主に回転振動式粘弾性測定を行う場合について説明する場合があるが、本実施の形態はこれに限られず、同様の物理構成を用いて、特開2008−29111号公報に記載された論理構成および処理方法を適用することにより、直線振動式粘弾性測定を行うよう構成することもできる。ここで、図5は、回転振動式粘弾性測定用の回転動作型ユニットの一例を示す図である。図6は、直線振動式粘弾性測定用の直線動作型ユニットの一例を示す図である。   As shown in FIG. 4, the viscoelasticity measurement system schematically includes a vibration generation device 100 that generates vibration in the object 5, a voltage application device 200 that applies a voltage to the actuator 10 of the vibration generation device 100, and A charge amplifier device 400 that increases the generated charge is connected to a viscoelasticity measuring device 500 that controls the voltage application device 200 and obtains charge data from the charge amplifier device 400. In the description of the configuration and processing of the viscoelasticity measurement system (particularly, the viscoelasticity measurement device 500, the voltage application device 200, and the charge amplifier device 400) in the present embodiment, mainly rotational vibration type viscoelasticity measurement is performed. However, the present embodiment is not limited to this, and by using the same physical configuration and applying the logical configuration and processing method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-29111, linear vibration can be obtained. It can also be configured to perform a formula viscoelasticity measurement. Here, FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a rotational motion type unit for rotational vibration viscoelasticity measurement. FIG. 6 is a diagram showing an example of a linear motion type unit for linear vibration viscoelasticity measurement.

回転振動式粘弾性測定用の振動生成装置100は、回転振動式粘弾性測定を行う場合、アクチュエータ10と、変位拡大機構20と、回転動作変換機構30と、トルクメータ50とを備えて構成される。本実施の形態においては、図5に示すように、これらアクチュエータ10と変位拡大機構20と回転動作変換機構30とトルクメータ50は一体として回転動作型ユニット110として構成されている。直線振動式粘弾性測定を行う場合には、この回転動作型ユニット110を抜脱して、図6に示すように、アクチュエータ10と変位拡大機構20と直線動作変換機構40と応力センサ60とを一体として構成した直線動作型ユニット120を取付けることができる。   The vibration generating device 100 for rotational vibration type viscoelasticity measurement is configured to include an actuator 10, a displacement magnifying mechanism 20, a rotational motion conversion mechanism 30, and a torque meter 50 when performing rotational vibration type viscoelasticity measurement. The In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the actuator 10, the displacement enlarging mechanism 20, the rotational motion conversion mechanism 30, and the torque meter 50 are integrally configured as a rotational motion type unit 110. When performing the linear vibration type viscoelasticity measurement, the rotary motion type unit 110 is removed, and the actuator 10, the displacement magnifying mechanism 20, the linear motion conversion mechanism 40, and the stress sensor 60 are integrated as shown in FIG. The linear motion type unit 120 configured as can be attached.

回転動作変換機構30を備えた回転動作型ユニット110を取り付けた場合、図5に示すように、振動生成装置100は、直線動作を行うアクチュエータ10の変位を梃子の原理によって増幅し、2本の作用端が内側に向けて同量の変位を加えるハサミ状の変位拡大機構10の両作用端に板状の中間アーム31の一端を設置し、それぞれの中間アーム31の他端をハサミ角の中心線上に軸心を有する回転軸32の上下に左右の中間アーム31が互い違いになるように固定する。ここで、直線動作を行うアクチュエータ10が伸張すると回転軸32には接線方向の駆動が加わり、回転駆動力となる。ここで、変位量が大きくなると中間アーム31と回転軸32の固定部が中間アーム31の動作線上からずれるため、中間アーム31にはたわむことのできる弾力性材料(板ばね等)を用いる。一方、直線動作変換機構40を備えた直線動作型ユニット120を取り付けた場合、図6に示すように、変位拡大機構20により増幅させた変位が、振動伝達軸42の軸方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、対象物に対して直線振動を発生させる(特開2008−29111号公報参照)。   When the rotational motion type unit 110 including the rotational motion conversion mechanism 30 is attached, as shown in FIG. 5, the vibration generating device 100 amplifies the displacement of the actuator 10 that performs linear motion by the principle of the lever, One end of the plate-like intermediate arm 31 is installed at both action ends of the scissors-like displacement enlarging mechanism 10 that applies the same amount of displacement toward the inside, and the other end of each intermediate arm 31 is the center of the scissor angle. The left and right intermediate arms 31 are fixed alternately above and below the rotary shaft 32 having an axis on the line. Here, when the actuator 10 that performs the linear operation is extended, the rotation shaft 32 is driven in the tangential direction to generate a rotational driving force. Here, since the fixed portion of the intermediate arm 31 and the rotary shaft 32 is displaced from the operation line of the intermediate arm 31 when the amount of displacement increases, a resilient material (such as a leaf spring) that can be bent is used for the intermediate arm 31. On the other hand, when the linear motion type unit 120 provided with the linear motion conversion mechanism 40 is attached, the displacement amplified by the displacement magnifying mechanism 20 is transmitted in the axial direction of the vibration transmission shaft 42 as shown in FIG. By configuring, the displacement is converted into a linear motion, and a linear vibration is generated with respect to the object (see JP 2008-29111 A).

また、図5に示すように、振動生成装置100は、回転動作変換機構30を用いて回転振動を発生させ回転振動式粘弾性測定を行う場合、トルクメータ50を備える。トルクメータ50は、図5に示すように、回転軸32の軸線上に、対象物側と中間アーム31の固定端側との中間付近に設置する。ここで、図7〜図11は、本実施の形態におけるトルクメータ50の斜視図、正面図、側面図、水平断面図、垂直断面図である。図7〜図11に示すように、トルクメータ50の上下のロータリーシャフト51,52は、両側からピエゾ素子53を圧接する圧接面の一方を構成する部材(センサホルダー55)とそれぞれ固定されており、上下のロータリーシャフト51,52間で生じた回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子53を圧接し、圧電効果により発生したピエゾ素子53からの電荷信号を読取れるようピエゾ素子53からチャージアンプ装置400にケーブル54により配線がなされている。そして、チャージアンプ装置400で増幅させた電荷信号を粘弾性測定装置500で解析することにより、回転軸まわりに発生したトルクを測定することができる。   As shown in FIG. 5, the vibration generation device 100 includes a torque meter 50 when rotational vibration viscoelasticity measurement is performed using the rotational motion conversion mechanism 30 to generate rotational vibration. As shown in FIG. 5, the torque meter 50 is installed on the axis of the rotating shaft 32 in the vicinity of the middle between the object side and the fixed end side of the intermediate arm 31. 7 to 11 are a perspective view, a front view, a side view, a horizontal sectional view, and a vertical sectional view of the torque meter 50 in the present embodiment. As shown in FIGS. 7 to 11, the upper and lower rotary shafts 51, 52 of the torque meter 50 are respectively fixed to members (sensor holder 55) constituting one of the pressure contact surfaces that press the piezoelectric element 53 from both sides. The piezo element 53 is brought into pressure contact according to the force around the rotation axis generated between the upper and lower rotary shafts 51, 52, and the charge amplifier device from the piezo element 53 can read the charge signal from the piezo element 53 generated by the piezoelectric effect. 400 is wired by a cable 54. Then, by analyzing the charge signal amplified by the charge amplifier device 400 with the viscoelasticity measuring device 500, the torque generated around the rotation axis can be measured.

ここで、回転振動式粘弾性測定においてトルクを測定する場合、トルクメータの構成は上述したトルクメータ50に限られず、図5に示すように、センサとして機能するピエゾ素子2により構成されるトルクメータ56を用いてトルクを測定してもよい。すなわち、図5に示すように、2つの積層型ピエゾ素子1,2を、中間体を介して、変位発生方向に直列的に接続し、一方の積層型ピエゾ素子1は、電圧を印加することによって変位を生じさせることによりアクチュエータとして機能するよう構成し、他方の積層型ピエゾ素子2は、当該ピエゾ素子内部の圧力変化によって圧電電荷を発生させることによりセンサとして機能するよう構成してもよい(特開2008−29111号公報参照)。   Here, when the torque is measured in the rotational vibration type viscoelasticity measurement, the configuration of the torque meter is not limited to the torque meter 50 described above, and as shown in FIG. 5, the torque meter configured by the piezoelectric element 2 functioning as a sensor. 56 may be used to measure torque. That is, as shown in FIG. 5, two stacked piezo elements 1 and 2 are connected in series in the direction of occurrence of displacement via an intermediate, and one stacked piezo element 1 applies a voltage. The other stacked piezo element 2 may be configured to function as a sensor by generating a piezoelectric charge due to a pressure change inside the piezo element. JP, 2008-29111, A).

一方、図6に示すように、振動生成装置100は、直線動作変換機構40を用いて直線振動を発生させ直線振動式粘弾性測定を行う場合、応力センサ60を備える。応力センサ60は、直線動作変換機構40の対象物への振動伝達軸42の軸線上において、対象物側と中間アーム41の固定端側との中間付近に設置する。ここで、図12〜図16は、応力センサ60の斜視図、正面図、側面図、中心部拡大図、水平断面図である。図12〜図16に示すように、応力センサ60は、上部のセンサーホルダー61と下部のプッシャー62によりピエゾ素子を挟み込み、センサーホルダー61とプッシャー62間で生じた直線動作の移動方向の力に応じてピエゾ素子63を圧接し、圧電効果により発生したピエゾ素子63からの電荷信号を読取れるようピエゾ素子63からチャージアンプ装置400にケーブル64により配線がなされる。チャージアンプ装置400や粘弾性測定装置500は、回転振動式粘弾性測定を行う場合と共通して用いることができる。なお、回転振動式粘弾性測定の場合と同様に、応力センサの構成は上述した応力センサ60に限られず、図6に示すように、ピエゾ素子2を、直線振動式粘弾性測定を行う場合の応力センサ65として用いることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 6, the vibration generating apparatus 100 includes a stress sensor 60 when performing linear vibration viscoelasticity measurement by generating linear vibration using the linear motion conversion mechanism 40. The stress sensor 60 is installed near the middle between the object side and the fixed end side of the intermediate arm 41 on the axis of the vibration transmission shaft 42 to the object of the linear motion conversion mechanism 40. Here, FIG. 12 to FIG. 16 are a perspective view, a front view, a side view, an enlarged central view, and a horizontal sectional view of the stress sensor 60. As shown in FIGS. 12 to 16, the stress sensor 60 sandwiches the piezo element between the upper sensor holder 61 and the lower pusher 62, and responds to the force in the moving direction of the linear motion generated between the sensor holder 61 and the pusher 62. Then, the piezoelectric element 63 is pressed against the piezoelectric element 63, and the charge signal from the piezoelectric element 63 generated by the piezoelectric effect is read from the piezoelectric element 63 to the charge amplifier device 400 by the cable 64. The charge amplifier device 400 and the viscoelasticity measuring device 500 can be used in common with the case where rotational vibration type viscoelasticity measurement is performed. As in the case of rotational vibration viscoelasticity measurement, the configuration of the stress sensor is not limited to the stress sensor 60 described above. As shown in FIG. 6, the piezoelectric element 2 is subjected to linear vibration viscoelasticity measurement. It can be used as the stress sensor 65.

ここで、図17および図18は、本実施の形態における振動生成装置100の全体構成の一例を示す正面斜視図および背面斜視図である。ここで、本全体構成内部には、電圧印加装置200やチャージアンプ装置400を備えていてもよい。   Here, FIG. 17 and FIG. 18 are a front perspective view and a rear perspective view showing an example of the overall configuration of the vibration generating apparatus 100 in the present embodiment. Here, the voltage application device 200 and the charge amplifier device 400 may be provided in the overall configuration.

図17および図18に示すように、振動生成装置100は、アクチュエータカバー固定ネジ101を緩めることにより、アクチュエータカバー102を開くことができ、上述した回転動作型ユニット110と直線動作型ユニット120とを取り替えることができるよう構成されている。また、ステージ103上に対象物を載せ、試料押さえ104で固定し、対象物とプランジャー105を接触できるよう構成されている。また、図示のUSBコネクター106は、粘弾性測定装置500に接続するために用いられる。ここで、図19は、振動生成装置100のアクチュエータ昇降ノブ70とポジションセンサ80と移動機構90との構成の一例を示す図である。   As shown in FIGS. 17 and 18, the vibration generating apparatus 100 can open the actuator cover 102 by loosening the actuator cover fixing screw 101, and the above-described rotational motion type unit 110 and linear motion type unit 120 are connected. It is configured so that it can be replaced. Further, the object is placed on the stage 103 and fixed by the sample presser 104 so that the object and the plunger 105 can be brought into contact with each other. The illustrated USB connector 106 is used to connect to the viscoelasticity measuring apparatus 500. Here, FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the configuration of the actuator lifting knob 70, the position sensor 80, and the moving mechanism 90 of the vibration generating device 100.

図19に示すように、アクチュエータ昇降ノブ70を回転させることにより、回転動作型ユニット110または直線動作型ユニット120が対象物(試料)に接する部材であるプランジャー105を、設置した対象物に対して適切な位置に上下移動させることができるように、移動機構90として構成内部にラック・アンド・ピニオン構造を備えている。また、移動機構90による移動量は、角度センサ等により構成されるポジションセンサ80により測定することができる。   As shown in FIG. 19, by rotating the actuator lifting / lowering knob 70, the plunger 105, which is a member in contact with the target object (sample) by the rotary motion type unit 110 or the linear motion type unit 120, is attached to the target object. Therefore, the moving mechanism 90 has a rack and pinion structure inside the structure so that it can be moved up and down to an appropriate position. Further, the amount of movement by the moving mechanism 90 can be measured by a position sensor 80 constituted by an angle sensor or the like.

再び図4の説明に戻って、電圧印加装置200は、粘弾性測定装置500およびアクチュエータ10に接続され、粘弾性測定装置500の制御に応じてアクチュエータ10に電圧を印加する電圧印加手段である。   Returning to the description of FIG. 4 again, the voltage applying device 200 is a voltage applying means that is connected to the viscoelasticity measuring device 500 and the actuator 10 and applies a voltage to the actuator 10 in accordance with the control of the viscoelasticity measuring device 500.

また、チャージアンプ装置400は、ピエゾ素子から生じた電荷を増幅させる電荷増幅手段である。すなわち、チャージアンプ装置400は、振動生成装置100に回転動作型ユニット110が取付けられている場合、トルクメータ50内のピエゾ素子53に生じた圧電電荷を増幅させ、直線動作型ユニット120が取付けられている場合は、応力センサ60内のピエゾ素子63に生じた圧電電荷を増幅させ、増幅した電荷信号を粘弾性測定装置500に送信する。また、これに限らず、チャージアンプ装置400は、ピエゾ素子2の両端に発生した圧電電荷を増幅し、増幅した電荷信号を粘弾性測定装置500に送信してもよい(特開2008−29111号公報参照)。また、チャージアンプ装置400は、粘弾性測定装置500においてヒステリシス特性やクリープ特性を軽減または補正するために変位量を測定する場合、ピエゾ素子1(アクチュエータ10)の両端に発生した誘導電荷を増幅して、弾性測定装置500に送信してもよい(同公報参照)。   The charge amplifier device 400 is a charge amplifying unit that amplifies the charge generated from the piezoelectric element. That is, when the rotational motion type unit 110 is attached to the vibration generating device 100, the charge amplifier device 400 amplifies the piezoelectric charge generated in the piezo element 53 in the torque meter 50, and the linear motion type unit 120 is attached. If so, the piezoelectric charge generated in the piezoelectric element 63 in the stress sensor 60 is amplified, and the amplified charge signal is transmitted to the viscoelasticity measuring device 500. In addition, the charge amplifier device 400 may amplify the piezoelectric charges generated at both ends of the piezoelectric element 2 and transmit the amplified charge signal to the viscoelasticity measuring device 500 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-29111). See the official gazette). Further, the charge amplifier device 400 amplifies the induced charges generated at both ends of the piezo element 1 (actuator 10) when the displacement amount is measured in the viscoelasticity measuring device 500 in order to reduce or correct the hysteresis characteristic and the creep characteristic. May be transmitted to the elasticity measuring apparatus 500 (see the same publication).

次に、振動生成装置100に接続される粘弾性測定装置500についての概要を説明する。まず、本粘弾性測定システムを用いた粘弾性測定の基本原理について説明する。   Next, an outline of the viscoelasticity measuring apparatus 500 connected to the vibration generating apparatus 100 will be described. First, the basic principle of viscoelasticity measurement using this viscoelasticity measurement system will be described.

粘弾性材料の品質評価に適した動的粘弾性測定の原理について説明する。動的粘弾性測定では、正弦波形の歪みを材料に与えながらロードセルなどで材料からの応力を検出し、歪みの波形と応力の波形から動的粘弾性の指標である貯蔵弾性率や損失弾性率等を測定する。これにより、材料の特性に関する高度な品質管理に必要な各種情報を得ることができる。具体的には、材料の粘性や弾性や構造特性など物性に関する広範な特性の情報を得ることができ、得られた情報から時間変化(経時変化)特性や温度変化特性(温度分散や歪み分散、周波数分散など)などの高度な解析を行うことができる。動的粘弾性測定は、微小変形で測定するので、非破壊的な測定であり、固形材料、液状材料ともに測定対象とできる。   The principle of dynamic viscoelasticity measurement suitable for quality evaluation of viscoelastic materials will be described. In dynamic viscoelasticity measurement, stress from a material is detected by a load cell while applying a sinusoidal waveform distortion to the material, and the storage elastic modulus and loss elastic modulus, which are indicators of dynamic viscoelasticity, are determined from the distortion waveform and the stress waveform. Measure etc. Thereby, various information necessary for advanced quality control regarding the characteristics of the material can be obtained. Specifically, it is possible to obtain information on a wide range of properties related to physical properties such as viscosity, elasticity, and structural properties of materials. From the obtained information, time change (time change) characteristics and temperature change characteristics (temperature dispersion, strain dispersion, Advanced analysis such as frequency dispersion). The dynamic viscoelasticity measurement is a non-destructive measurement because it is measured by microdeformation, and both solid and liquid materials can be measured.

図20は、本実施の形態における粘弾性測定装置500の論理構成の一例を示すブロック図である。なお、本実施の形態における粘弾性測定装置500の構成および処理の説明においては、回転振動式粘弾性測定を行う場合について説明するが、粘弾性測定装置500の実施の形態はこれに限られず、特開2008−29111号公報に記載された論理構成および処理方法を適用することにより、回転振動式粘弾性測定と直線振動式粘弾性測定との両機能を併せ持つ粘弾性測定装置として構成することができる。   FIG. 20 is a block diagram illustrating an example of a logical configuration of the viscoelasticity measuring apparatus 500 in the present embodiment. In the description of the configuration and processing of the viscoelasticity measuring apparatus 500 in the present embodiment, a case where rotational vibration type viscoelasticity measurement is performed will be described, but the embodiment of the viscoelasticity measuring apparatus 500 is not limited thereto, By applying the logical configuration and processing method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-29111, it is possible to configure as a viscoelasticity measuring device having both functions of rotational vibration type viscoelasticity measurement and linear vibration type viscoelasticity measurement. it can.

図20に示すように、粘弾性測定装置500は、概略的に、粘弾性測定装置500の全体を統括的に制御するCPU等の制御部502、入力手段や出力手段に接続される入出力インターフェース部508、および、各種のデータベースやテーブルなどを格納する記憶部506を備えて構成されており、これら各部は任意の通信路を介して通信可能に接続されている。   As shown in FIG. 20, the viscoelasticity measuring apparatus 500 generally includes a control unit 502 such as a CPU that controls the entire viscoelasticity measuring apparatus 500 in an integrated manner, and an input / output interface connected to input means and output means. A unit 508 and a storage unit 506 for storing various databases and tables are configured, and these units are communicably connected via an arbitrary communication path.

ここで、記憶部506に格納される各種のデータベースやテーブル(関係関数ファイル506a、動作関数ファイル506b等)は、固定ディスク装置等のストレージ手段であり、各種処理に用いる各種のプログラムやテーブルやファイルやデータベースを格納する。   Here, various databases and tables (such as relational function file 506a and operation function file 506b) stored in the storage unit 506 are storage means such as a fixed disk device, and various programs, tables, and files used for various processes. And store databases.

これら記憶部506の各構成要素のうち、関係関数ファイル506aは、アクチュエータ10の直線動作の変位量xと回転動作変換機構30により変換される回転軸32の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)を記憶する関係関数記憶手段である。   Among these components of the storage unit 506, the relation function file 506a formulates the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator 10 and the rotational angle θ of the rotational shaft 32 converted by the rotational motion conversion mechanism 30. It is relational function storage means for storing the function θ = f (x).

また、動作関数ファイル506bは、関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて算出された、所望の正弦波sinωtの回転振動を発生させるためのアクチュエータ10の動作関数x=g(sinωt)を記憶する動作関数記憶手段である。   Further, the motion function file 506b is a motion function x of the actuator 10 for generating a rotational vibration of a desired sine wave sin ωt calculated based on an inverse function x = g (θ) of the function θ = f (x). = G (sinωt) is an operation function storage means for storing.

また、図20において、入出力インターフェース部508は、入力手段や出力手段の制御を行う。ここで、出力手段としては、モニタ(家庭用テレビを含む)の他、スピーカを用いることができる。また、入力手段としては、キーボード、マウス、およびマイク等を用いることができる。   In FIG. 20, an input / output interface unit 508 controls input means and output means. Here, as the output means, in addition to a monitor (including a home television), a speaker can be used. As the input means, a keyboard, a mouse, a microphone, and the like can be used.

また、図20において、制御部502は、OS(Operating System)等の制御プログラム、各種の処理手順等を規定したプログラム、および所要データを格納するための内部メモリを有し、これらのプログラム等により、種々の処理を実行するための情報処理を行う。制御部502は、機能概念的に、動作関数算出部502a、アクチュエータ制御部502b、動的粘弾性値計算部502c、厚み測定部502dを備えて構成されている。   In FIG. 20, the control unit 502 has a control program such as an OS (Operating System), a program that defines various processing procedures, and an internal memory for storing necessary data. Information processing for executing various processes is performed. The control unit 502 includes an operation function calculation unit 502a, an actuator control unit 502b, a dynamic viscoelasticity calculation unit 502c, and a thickness measurement unit 502d in terms of functional concept.

このうち、動作関数算出部502aは、アクチュエータ10の直線動作の変位量xと回転動作変換機構30により変換される回転軸32の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの回転振動を発生させるためのアクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出する動作関数算出手段である。   Among these, the motion function calculation unit 502a is a function θ = f (x) obtained by formulating the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator 10 and the rotational angle θ of the rotational shaft 32 converted by the rotational motion conversion mechanism 30. Is an operation function calculation means for calculating an operation function x = g (sin ωt) of an actuator for generating a rotational vibration of a desired sine wave sin ωt on the basis of an inverse function x = g (θ).

また、アクチュエータ制御部502bは、動作関数算出部502aによって算出された動作関数x=g(sinωt)に基づいて、アクチュエータ10を駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御手段である。   The actuator controller 502b is an actuator controller that controls a voltage for driving the actuator 10 based on the operation function x = g (sin ωt) calculated by the operation function calculator 502a.

また、動的粘弾性値計算部502cは、アクチュエータ制御部502bの制御により発生させた正弦波sinωtに対応付けて、トルクメータ50またはトルクメータ56(ピエゾ素子2)により測定されたトルクの波形を読取ることにより、対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算手段である。動的粘弾性値計算部502cは、発生させた正弦波sinωtと同位相である、トルクメータ50またはトルクメータ56(ピエゾ素子2)によって測定されたトルク波形の成分を、弾性応答として取得し、発生させた正弦波sinωtの位相からπ/2進んだ位相であるトルク波形の成分を、粘性応答として取得することにより弾性係数や粘性係数等の動的粘弾性値を計算する。ここで、動的粘弾性値計算部502cは、厚み測定部502dにより測定された厚みを考慮して、動的粘弾性値の計算を行ってもよい。   Further, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c correlates with the sine wave sin ωt generated by the control of the actuator control unit 502b, and displays the torque waveform measured by the torque meter 50 or the torque meter 56 (piezo element 2). It is a dynamic viscoelasticity value calculation means for calculating a dynamic viscoelasticity value of an object by reading. The dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c acquires, as an elastic response, the component of the torque waveform measured by the torque meter 50 or the torque meter 56 (piezo element 2) that is in phase with the generated sine wave sin ωt, A dynamic viscoelastic value such as an elastic coefficient or a viscosity coefficient is calculated by acquiring a torque waveform component that is a phase advanced by π / 2 from the phase of the generated sine wave sin ωt as a viscous response. Here, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c may calculate the dynamic viscoelasticity value in consideration of the thickness measured by the thickness measurement unit 502d.

厚み測定部502dは、ポジションセンサ80を用いて、対象物を設置した位置と設置しない位置との移動量を計測することにより対象物の厚みを測定する厚み測定手段である。例えば、厚み測定部502dは、ポジションセンサ80を介して、プランジャー105がステージ103に接する位置から対象物に接する位置までの移動量を計測することにより対象物の厚みを測定する。   The thickness measuring unit 502d is a thickness measuring unit that measures the thickness of the object by using the position sensor 80 to measure the amount of movement between the position where the object is installed and the position where the object is not installed. For example, the thickness measuring unit 502d measures the thickness of the object by measuring the amount of movement from the position where the plunger 105 is in contact with the stage 103 to the position where it is in contact with the object via the position sensor 80.

以上で、本粘弾性測定システム構成の説明を終える。   This is the end of the description of the viscoelasticity measurement system configuration.

[粘弾性測定システムの処理]
次に、このように構成された本実施の形態における粘弾性測定システムの処理の一例について、以下に図21〜図25を参照して詳細に説明する。
[Processing of viscoelasticity measurement system]
Next, an example of processing of the viscoelasticity measurement system according to the present embodiment configured as described above will be described in detail with reference to FIGS.

[基本処理]
まず、本粘弾性測定システムにおける本粘弾性測定装置500の基本処理について説明する。図21は、本粘弾性測定装置500の基本処理の一例を示すフローチャートである。
[Basic processing]
First, basic processing of the viscoelasticity measuring apparatus 500 in the viscoelasticity measuring system will be described. FIG. 21 is a flowchart showing an example of basic processing of the viscoelasticity measuring apparatus 500.

図21に示すように、まず、粘弾性測定装置500は、動作関数算出部502aの処理により、アクチュエータ10の直線動作の変位量xと回転動作変換機構30により変換される回転軸32の回転角θとの関係を数式化し、数式化した関係関数θ=f(x)を関係関数ファイル506aに格納する(ステップSA−1)。   As shown in FIG. 21, first, the viscoelasticity measuring apparatus 500 performs a linear motion displacement amount x of the actuator 10 and a rotational angle of the rotary shaft 32 converted by the rotational motion conversion mechanism 30 by the processing of the motion function calculation unit 502a. The relation with θ is formulated into a mathematical expression, and the mathematical relation function θ = f (x) is stored in the relational function file 506a (step SA-1).

そして、粘弾性測定装置500は、動作関数算出部502aの処理により、関係関数ファイル506aに記憶した関係関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)を求め、逆関数x=g(θ)から、所望の正弦波sinωtの回転振動を発生させるためのアクチュエータ10の動作関数x=g(sinωt)を算出して動作関数ファイル506bに格納する(ステップSA−2)。   Then, the viscoelasticity measuring apparatus 500 obtains an inverse function x = g (θ) of the relational function θ = f (x) stored in the relational function file 506a by the processing of the motion function calculation unit 502a, and the inverse function x = g From (θ), the operation function x = g (sin ωt) of the actuator 10 for generating the rotational vibration of the desired sine wave sin ωt is calculated and stored in the operation function file 506b (step SA-2).

そして、粘弾性測定装置500は、アクチュエータ制御部502bの処理により、動作関数ファイル506bに記憶された動作関数x=g(sinωt)に基づいて、電圧印加装置200がアクチュエータ10に電圧を印加するよう、電圧印加装置200に駆動信号を送信する(ステップSA−3)。ここで、粘弾性測定装置500は、厚み測定部502dの処理により、対象物をステージ103に設置する際に、ポジションセンサ80により対象物の厚みを測定してもよい。   The viscoelasticity measuring apparatus 500 causes the voltage applying apparatus 200 to apply a voltage to the actuator 10 based on the operation function x = g (sin ωt) stored in the operation function file 506b by the processing of the actuator control unit 502b. Then, a drive signal is transmitted to the voltage application device 200 (step SA-3). Here, the viscoelasticity measuring apparatus 500 may measure the thickness of the object by the position sensor 80 when the object is placed on the stage 103 by the processing of the thickness measuring unit 502d.

そして、粘弾性測定装置500は、動的粘弾性値計算部502cの処理により、アクチュエータ制御部502bの制御により発生させた正弦波sinωtに対応付けて、トルクメータ50またはトルクメータ56(ピエゾ素子2)により検出されたトルク波形を測定する(ステップSA−4)。   The viscoelasticity measuring apparatus 500 associates the torque meter 50 or the torque meter 56 (piezo element 2) with the sine wave sinωt generated by the control of the actuator control unit 502b by the processing of the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c. ) Is measured (step SA-4).

そして、粘弾性測定装置500は、動的粘弾性値計算部502cの処理により、測定したトルク波形から、正弦波sinωtと同位相の弾性成分と、正弦波sinωtとπ/2位相進んだ粘性成分とに分離して、弾性係数と粘性係数等の動的粘弾性値を計算する(ステップSA−5)。ここで、動的粘弾性値計算部502cは、厚み測定部502dにより測定された対象物の厚みを考慮して動的粘弾性値を計算してもよい。   Then, the viscoelasticity measuring apparatus 500 performs an elastic component having the same phase as the sine wave sinωt and a viscous component advanced by π / 2 phase from the sine wave sinωt from the measured torque waveform by the processing of the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c Then, dynamic viscoelasticity values such as an elastic coefficient and a viscosity coefficient are calculated (step SA-5). Here, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c may calculate the dynamic viscoelasticity value in consideration of the thickness of the object measured by the thickness measurement unit 502d.

以上が、本粘弾性測定装置500の基本処理の一例である。ここで、図22は、算出された応力(トルク)から、弾性応力成分と粘性応力成分とに分離する原理を示す原理図である。図22に示すように、弾性応答は、入力された変位と同位相であるが、粘性応答は、変位とπ/2位相のずれが生じる。すなわち、弾性は変位の大きさに比例して、変位量が最大となるとき弾性応答が最大となるが(フックの法則)、粘性は変位の速さに比例して、変位速度が最大となるときに(+π/2)弾性応答が最大となる(ニュートンの法則)。そのため、粘弾性物質では、観測される応力波形はこれらを複合した波形となり、その位相は粘性応答と弾性応答の比によって変わることになる。すなわち、動的粘弾性測定では、物質に正弦波形の振動を加えたとき弾性成分と粘性成分の応答に位相差が生ずることを利用して粘性と弾性を別に評価することができる。なお、粘性係数や弾性係数等の動的粘弾性値を計算する場合には、MaxwellモデルやVoigtモデル等の粘弾性力学モデルを用いて計算してもよい。   The above is an example of the basic processing of the viscoelasticity measuring apparatus 500. Here, FIG. 22 is a principle diagram showing the principle of separating the calculated stress (torque) into an elastic stress component and a viscous stress component. As shown in FIG. 22, the elastic response has the same phase as the input displacement, but the viscous response has a displacement of π / 2 phase from the displacement. That is, elasticity is proportional to the magnitude of displacement, and when the amount of displacement is maximum, the elastic response is maximized (Hooke's law), but viscosity is proportional to the speed of displacement, and the displacement speed is maximized. Sometimes the (+ π / 2) elastic response is maximized (Newton's law). Therefore, in a viscoelastic material, the observed stress waveform is a composite waveform, and the phase changes depending on the ratio of the viscous response to the elastic response. That is, in the dynamic viscoelasticity measurement, it is possible to separately evaluate the viscosity and elasticity by utilizing the fact that a phase difference is generated in the response between the elastic component and the viscous component when sinusoidal vibration is applied to the substance. In addition, when calculating dynamic viscoelasticity values, such as a viscosity coefficient and an elastic coefficient, you may calculate using viscoelastic dynamics models, such as a Maxwell model and a Voigt model.

[動作関数算出処理]
次に、動作関数算出処理の詳細について図23および図24を参照して説明する。図23は、駆動信号xと回転角θとの関係を示すグラフ図である。また、図24は、本粘弾性測定装置500における動作関数処理の一例を示すフローチャートである。なお、本実施の形態においては、駆動信号xと回転角θとの非線形性を修正するが、これに限られず、例えば、アクチュエータ10として機能するピエゾ素子1に生じた誘導電荷を検出して変位量xを計測し、当該変位量xと回転角θとの非線形性を修正してもよい。
[Operation function calculation processing]
Next, details of the motion function calculation process will be described with reference to FIGS. FIG. 23 is a graph showing the relationship between the drive signal x and the rotation angle θ. FIG. 24 is a flowchart showing an example of operation function processing in the viscoelasticity measuring apparatus 500. In this embodiment, the nonlinearity between the drive signal x and the rotation angle θ is corrected. However, the present invention is not limited to this. For example, the induced charge generated in the piezo element 1 functioning as the actuator 10 is detected and displaced. The amount x may be measured to correct the nonlinearity between the displacement amount x and the rotation angle θ.

図23に示すように、線形粘弾性挙動を仮定すると、加えた正弦波変位に対して、結果として生じるトルクは、同じく正弦波となる。しかしながら、印加する電圧を制御する駆動信号xを正弦波形で与えても、実際に生じるトルクは正弦波とならない場合がある。すなわち、電圧印加装置200がアクチュエータ10に電圧を印加するよう制御する駆動信号xと、駆動信号xの制御によるアクチュエータ10の直動変位から変換された回転動作の回転角θとの間には、非線形性が存在する場合がある。そのため、振動生成装置100に適切な正弦波の回転振動を発生させるためには、非線形性を修正する必要がある。   As shown in FIG. 23, assuming a linear viscoelastic behavior, the resulting torque is also a sine wave for an applied sine wave displacement. However, even if the drive signal x for controlling the applied voltage is given in a sine waveform, the actually generated torque may not be a sine wave. That is, between the drive signal x for controlling the voltage application device 200 to apply a voltage to the actuator 10 and the rotation angle θ of the rotational operation converted from the linear displacement of the actuator 10 by the control of the drive signal x, There may be non-linearity. Therefore, in order to cause the vibration generating device 100 to generate an appropriate sinusoidal rotational vibration, it is necessary to correct the non-linearity.

図24に示すように、粘弾性測定装置500において、まず、動作関数算出部502aは、x=sinωtに基づいて、正弦波sinωtに応じた駆動信号xを電圧印加装置200に出力し、発生したトルクをトルクメータ50またはトルクメータ56(ピエゾ素子2)を介して測定し、トルク波形の解析を行う(ステップSB−1)。   As shown in FIG. 24, in the viscoelasticity measuring apparatus 500, first, the motion function calculation unit 502a generates a drive signal x corresponding to the sine wave sin ωt based on x = sin ωt and is generated. Torque is measured through the torque meter 50 or the torque meter 56 (piezo element 2), and the torque waveform is analyzed (step SB-1).

そして、動作関数算出部502aは、出力した駆動信号xの正弦波形と測定したトルク波形に基づいて、駆動信号xと回転動作の回転角θとの関係を関数化して関係関数θ=f(x)を求め、関係関数ファイル506aに格納する(ステップSB−2)。   Then, the operation function calculation unit 502a functionalizes the relationship between the drive signal x and the rotation angle θ of the rotation operation based on the sine waveform of the output drive signal x and the measured torque waveform, and the relationship function θ = f (x ) And is stored in the relational function file 506a (step SB-2).

そして、動作関数算出部502aは、関係関数ファイル506aに格納した関係関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)を求める(ステップSB−3)。   Then, the motion function calculation unit 502a obtains an inverse function x = g (θ) of the relation function θ = f (x) stored in the relation function file 506a (step SB-3).

そして、動作関数算出部502aは、逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの回転振動を発生させるためのアクチュエータ10の動作関数x=g(sinωt)を算出して動作関数ファイル506bに格納する(ステップSB−4)。すなわち、動作関数x=g(sinωt)は、非線形性が修正された正弦波出力駆動信号xを与える関数である。   Then, the motion function calculation unit 502a calculates the motion function x = g (sin ωt) of the actuator 10 for generating the rotational vibration of the desired sine wave sin ωt based on the inverse function x = g (θ). It is stored in the function file 506b (step SB-4). That is, the operation function x = g (sin ωt) is a function that gives a sinusoidal wave output drive signal x in which nonlinearity is corrected.

以上が、動作関数算出処理の一例である。以降の処理においては、アクチュエータ制御部502bが、この動作関数ファイル506bに記憶された動作関数x=g(sinωt)に基づいて駆動信号xを出力し、動的粘弾性値計算部502cが、発生させた正弦波sinωtに対応付けてトルク波形を読取り、対象物の動的粘弾性値を計算することにより、動的粘弾性測定が実行される(ステップSB−5)。これにて、動作関数算出処理の説明を終える。   The above is an example of the motion function calculation process. In the subsequent processing, the actuator control unit 502b outputs the drive signal x based on the operation function x = g (sin ωt) stored in the operation function file 506b, and the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c generates The dynamic viscoelasticity measurement is executed by reading the torque waveform in association with the sine wave sinωt and calculating the dynamic viscoelasticity value of the object (step SB-5). This completes the description of the motion function calculation process.

[動的粘弾性の測定モード]
本実施の形態における粘弾性測定システムによれば、対象物に対して直線振動を与えた場合に応力を測定することによる直線振動式粘弾性測定と、対象物に対して回転振動を与えた場合にトルクを測定することによる回転振動式粘弾性測定と、を実行することができる。ここで、図25は、本粘弾性測定システムにより測定可能な対象物(液体、固体)と、直線振動式粘弾性測定または回転振動式粘弾性測定の各種測定方式を示す図である。
[Dynamic viscoelasticity measurement mode]
According to the viscoelasticity measurement system in the present embodiment, when linear vibration is applied to an object, linear vibration type viscoelasticity measurement by measuring stress and when rotational vibration is applied to the object And rotational vibration viscoelasticity measurement by measuring torque. Here, FIG. 25 is a diagram showing an object (liquid, solid) that can be measured by the viscoelasticity measurement system and various measurement methods of linear vibration type viscoelasticity measurement or rotational vibration type viscoelasticity measurement.

図25に示すように、本粘弾性システムによれば、対象物と接するプランジャー105の形状を適宜変更することにより、直線振動式粘弾性測定においては、剪断(液体、固体)、圧縮(固体)、引張り(固体)、曲げ(固体)の各種試験を行うことができ、直線振動式粘弾性測定においては、剪断(液体)、捻り(固体)の各種試験を行うことができる。   As shown in FIG. 25, according to this viscoelasticity system, shear (liquid, solid), compression (solid) is measured in linear vibration type viscoelasticity measurement by appropriately changing the shape of the plunger 105 in contact with the object. ), Tension (solid), bending (solid), and various tests of shear (liquid) and twist (solid) can be performed in the linear vibration viscoelasticity measurement.

特に、液体の対象物に対しては、平行円板式、コーンプレート式、および、二重円筒式(共軸円筒式)による回転振動式粘弾性測定を行うことができる。   In particular, rotational vibration type viscoelasticity measurement using a parallel disk type, a cone plate type, and a double cylindrical type (coaxial cylindrical type) can be performed on a liquid object.

平行円板式による回転振動式粘弾性測定を行う場合、動的粘弾性値計算部502cは、剪断貯蔵弾性率G’及び剪断損失弾性率G”を以下の式(1)によって求める(JIS規格 K7244−10:2005(ISO規格 6721−10:1999)8.2「複素せん断弾性率及び複素せん断粘度の計算」の項参照)。
G’=32dT・cosδ/(θπD
G”=32dT・sinδ/(θπD) ・・・式(1)
(ここで、dは円板間距離(m)、Tはトルクの振幅、δは位相差(rad)、θは角度変位の振幅、Dは円板の直径である。)
When the rotational vibration viscoelasticity measurement is performed by the parallel disk method, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c obtains the shear storage elastic modulus G ′ and the shear loss elastic modulus G ″ by the following expression (1) (JIS standard K7244 -10: 2005 (ISO standard 6721-10: 1999) 8.2 "Calculation of complex shear modulus and complex shear viscosity").
G ′ = 32 dT 0 · cos δ / (θ 0 πD 4 )
G ″ = 32 dT 0 · sin δ / (θ 0 πD 4 ) (1)
(Where d is the distance between the disks (m), T 0 is the torque amplitude, δ is the phase difference (rad), θ 0 is the angular displacement amplitude, and D is the diameter of the disk.)

ここで、動的粘弾性値計算部502cは、測定モードおよび試料形状に基づく定数
である形状係数bを用いて、G’およびG”を以下の式(2)に基づいて算出してもよい。
G’=(f/(bx))・cosδ
G”=(f/(bx))・sinδ ・・・式(2)
(ここで、fは応力振幅であり、xは変位振幅である。)
なお、回転振幅時にはT=f、θ=xとなり、平行円板式の場合、b=πD/32dである。
Here, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c may calculate G ′ and G ″ based on the following formula (2) using the shape factor b that is a constant based on the measurement mode and the sample shape. .
G ′ = (f / (bx)) · cos δ
G ″ = (f / (bx)) · sin δ Equation (2)
(Where f is the stress amplitude and x is the displacement amplitude.)
It should be noted that T 0 = f and θ 0 = x at the rotation amplitude, and b = πD 4 / 32d in the case of the parallel disk type.

また、コーンプレート式による回転振動式粘弾性測定を行う場合、動的粘弾性値計算部502cは、G’およびG”を以下の式(3)によって求める。
G’=3αT・cosδ/(2θπR
G”=3αT・sinδ/(2θπR) ・・・式(3)
(ここで、Rは半径、αは円錐と平板間の角度、Tはトルクの振幅、θは角度変位の振幅である。)
In addition, when performing rotational vibration viscoelasticity measurement using a cone plate method, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c obtains G ′ and G ″ by the following equation (3).
G ′ = 3αT 0 · cos δ / (2θ 0 πR 3 )
G ″ = 3αT 0 · sin δ / (2θ 0 πR 3 ) (3)
(Where R is the radius, α is the angle between the cone and the plate, T 0 is the torque amplitude, and θ 0 is the angular displacement amplitude.)

ここで、動的粘弾性値計算部502cは、コーンプレート式の場合、以下の形状係数bを用いて、上述した式(2)に基づいて、G’およびG”を求めてもよい。
b=2πR/3α[cm
この場合、最大ずれ応力S=3T/(2πR)であり、最大ずれ歪みγ=θ/αの関係にある。
Here, in the case of the cone plate type, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c may obtain G ′ and G ″ based on the above-described formula (2) using the following shape factor b.
b = 2πR 3 / 3α [cm 3 ]
In this case, the maximum shear stress S = 3T 0 / (2πR 3 ), and the maximum shear strain γ = θ 0 / α.

また、二重円筒式(共軸円筒式)による回転振動式粘弾性測定を行う場合、動的粘弾性値計算部502cは、G’およびG”を以下の式(3)によって求める。
G’=(1/R −1/R )T・cosδ/(4θπL)
G”=(1/R −1/R )T・sinδ/(4θπL)
・・・式(4)
(ここで、Lは長さ、RおよびRは二重円筒のそれぞれの半径、Tはトルクの振幅、θは角度変位の振幅である。)
Further, in the case of performing rotational vibration type viscoelasticity measurement by a double cylindrical type (coaxial cylindrical type), the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c obtains G ′ and G ″ by the following formula (3).
G ′ = (1 / R 1 2 −1 / R 2 2 ) T 0 · cos δ / (4θ 0 πL)
G ″ = (1 / R 1 2 −1 / R 2 2 ) T 0 · sin δ / (4θ 0 πL)
... Formula (4)
(Where, L is length, R 1 and R 2 are each radius, T 0 of the double cylinder amplitude of torque, theta 0 is the amplitude of the angular displacement.)

ここで、動的粘弾性値計算部502cは、二重円筒式(共軸円筒式)による場合、以下の形状係数bを用いて、上述した式(2)に基づいて、G’およびG”を求めてもよい。
b=4πL/(1/R −1/R )[cm
この場合、最大ずれ応力S=T/(2πLR )であり、最大ずれ歪みγ=2R θ/(1/R −1/R )の関係にある。
Here, when the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c is based on the double cylindrical type (coaxial cylindrical type), G ′ and G ″ are based on the above-described formula (2) using the following shape factor b. You may ask for.
b = 4πL / (1 / R 1 2 −1 / R 2 2 ) [cm 3 ]
In this case, the maximum shear stress S = T 0 / (2πLR 1 2 ), and the maximum shear strain γ = 2R 2 2 θ 0 / (1 / R 2 2 −1 / R 1 2 ).

また、固体の対象物(円柱状試料、短冊状試料)に対しては、以下に示すように、回転振動式粘弾性測定を行うことができる。   Moreover, rotational vibration type viscoelasticity measurement can be performed on a solid object (columnar sample, strip-shaped sample) as described below.

すなわち、円柱状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、動的粘弾性値計算部502cは、G’およびG”を以下の式(5)によって求める(JIS規格 K7244−7参照)。
G’=2LT・cosδ/(θπR
G”=2LT・sinδ/(θπR) ・・・(5)
(ここで、Rは円柱状試料の半径、Lはクランプ間距離である。)
That is, when torsional measurement is performed on an object of a cylindrical sample, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c obtains G ′ and G ″ by the following equation (5) (see JIS standard K7244-7).
G ′ = 2LT 0 · cos δ / (θ 0 πR 4 )
G ″ = 2LT 0 · sin δ / (θ 0 πR 4 ) (5)
(Here, R is the radius of the cylindrical sample, and L is the distance between the clamps.)

ここで、動的粘弾性値計算部502cは、円柱状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、以下の形状係数bを用いて、上述した式(2)に基づいて、G’およびG”を求めてもよい。
b=πR/2L
Here, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c, when performing torsional measurement on an object of a cylindrical sample, uses the following shape factor b and based on the above-described equation (2), G ′ and G ″ may be obtained.
b = πR 4 / 2L

また、短冊状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、動的粘弾性値計算部502cは、G’およびG”を以下の式(6)、(7)によって求める(JIS規格 K7244−7参照)。
(i)0<d/w<0.6の場合、
G’=3LT・cosδ/(θwd(1−0.63d/w))
G”=3LT・sinδ/(θwd(1−0.63d/w))
・・・式(6)
(ii)0.6≦d/w≦1の場合、
G’=3L(1+d/w)T・cosδ/(0.843θwd
G”=3L(1+d/w)T・sinδ/(0.843θwd
・・・式(7)
(ここで、wは短冊状試料の幅、dは短冊状試料の厚さ、Lはクランプ間距離である。)
Further, when the torsional measurement is performed on the object of the strip-shaped sample, the dynamic viscoelasticity calculation unit 502c obtains G ′ and G ″ by the following formulas (6) and (7) (JIS standard K7244- 7).
(I) If 0 <d / w <0.6,
G ′ = 3LT 0 · cos δ / (θ 0 wd 3 (1−0.63 d / w))
G ″ = 3LT 0 · sin δ / (θ 0 wd 3 (1−0.63 d / w))
... Formula (6)
(Ii) When 0.6 ≦ d / w ≦ 1,
G ′ = 3L (1 + d 2 / w 2 ) T 0 · cos δ / (0.843θ 0 wd 3 )
G ″ = 3L (1 + d 2 / w 2 ) T 0 · sin δ / (0.843θ 0 wd 3 )
... Formula (7)
(W is the width of the strip sample, d is the thickness of the strip sample, and L is the distance between the clamps.)

ここで、動的粘弾性値計算部502cは、短冊状試料の対象物に対して捻り測定を行う場合、以下の形状係数bを用いて、上述した式(2)に基づいて、G’およびG”を求めてもよい。
(i)0<d/w<0.6の場合、
b=wd(1−0.63d/w)/3L
(ii)0.6≦d/w≦1の場合、
b=0.843wd/(3L(1+d/w))
Here, when the torsional measurement is performed on the object of the strip-shaped sample, the dynamic viscoelasticity value calculation unit 502c uses the following shape factor b, based on the above-described equation (2), G ′ and G ″ may be obtained.
(I) If 0 <d / w <0.6,
b = wd 3 (1-0.63d / w) / 3L
(Ii) When 0.6 ≦ d / w ≦ 1,
b = 0.843 wd 3 / (3L (1 + d 2 / w 2 ))

以上で、本実施の形態における本粘弾性測定システムの説明を終える。   This is the end of the description of the viscoelasticity measurement system in the present embodiment.

[他の実施の形態]
さて、これまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態以外にも、上記特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施の形態にて実施されてよいものである。
[Other embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention can be applied to various different embodiments in addition to the above-described embodiments within the scope of the technical idea described in the claims. May be implemented.

特に、上述した実施の形態以外にも、特開2008−29111号公報に記載された構成や処理方法を適宜適用することにより回転振動式粘弾性測定や直線振動式粘弾性測定を行うよう構成してもよい。   In particular, in addition to the above-described embodiments, the configuration and processing method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2008-29111 are appropriately applied to perform rotational vibration type viscoelasticity measurement and linear vibration type viscoelasticity measurement. May be.

また、粘弾性測定装置500がスタンドアローンの形態で処理を行う場合を一例に説明したが、粘弾性測定装置500とは別筐体で構成されるクライアント端末からの要求に応じて処理を行い、その処理結果を当該クライアント端末に返却するように構成してもよい。   Moreover, although the case where the viscoelasticity measuring apparatus 500 performs processing in a stand-alone form has been described as an example, the processing is performed in response to a request from a client terminal configured in a separate housing from the viscoelasticity measuring apparatus 500, You may comprise so that the process result may be returned to the said client terminal.

また、実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。   In addition, among the processes described in the embodiment, all or part of the processes described as being automatically performed can be performed manually, or the processes described as being performed manually can be performed. All or a part can be automatically performed by a known method.

このほか、上記文献中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各処理の登録データや検索条件等のパラメータを含む情報、画面例、データベース構成については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。   In addition, unless otherwise specified, the processing procedures, control procedures, specific names, information including registration data for each processing, parameters such as search conditions, screen examples, and database configurations shown in the above documents and drawings Can be changed arbitrarily.

また、粘弾性測定装置500に関して、図示の各構成要素は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。   In addition, regarding the viscoelasticity measuring apparatus 500, each illustrated component is functionally schematic and does not necessarily need to be physically configured as illustrated.

例えば、粘弾性測定装置500の各装置が備える処理機能、特に制御部502にて行われる各処理機能については、その全部または任意の一部を、CPU(Central Processing Unit)および当該CPUにて解釈実行されるプログラムにて実現することができ、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現することも可能である。尚、プログラムは、後述する記録媒体に記録されており、必要に応じて粘弾性測定装置500に機械的に読み取られる。すなわち、ROMまたはHDなどの記憶部506などは、OS(Operating System)として協働してCPUに命令を与え、各種処理を行うためのコンピュータプログラムが記録されている。このコンピュータプログラムは、RAMにロードされることによって実行され、CPUと協働して制御装置を構成する。   For example, the processing functions provided in each device of the viscoelasticity measuring device 500, in particular, the processing functions performed by the control unit 502, are all or any part of the processing functions interpreted by a CPU (Central Processing Unit) and the CPU. It can be realized by a program to be executed, or can be realized as hardware by wired logic. The program is recorded on a recording medium to be described later, and is mechanically read by the viscoelasticity measuring apparatus 500 as necessary. That is, a storage unit 506 such as a ROM or an HD stores a computer program for performing various processes by giving instructions to the CPU in cooperation with an OS (Operating System). This computer program is executed by being loaded into the RAM, and constitutes a control device in cooperation with the CPU.

また、このコンピュータプログラムは、粘弾性測定装置500に対して任意のネットワークを介して接続されたアプリケーションプログラムサーバに記憶されていてもよく、必要に応じてその全部または一部をダウンロードすることも可能である。   The computer program may be stored in an application program server connected to the viscoelasticity measuring apparatus 500 via an arbitrary network, and may be downloaded in whole or in part as necessary. It is.

また、本発明に係るプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納することもできる。ここで、この「記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、EPROM、EEPROM、CD−ROM、MO、DVD等の任意の「可搬用の物理媒体」、あるいは、LAN、WAN、インターネットに代表されるネットワークを介してプログラムを送信する場合の通信回線や搬送波のように、短期にプログラムを保持する「通信媒体」を含むものとする。   The program according to the present invention can also be stored in a computer-readable recording medium. Here, the “recording medium” refers to any “portable physical medium” such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, an EPROM, an EEPROM, a CD-ROM, an MO, and a DVD, or a LAN, WAN, or Internet. It includes a “communication medium” that holds the program in a short period of time, such as a communication line or a carrier wave when the program is transmitted via a network represented by

また、「プログラム」とは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理方法であり、ソースコードやバイナリコード等の形式を問わない。なお、「プログラム」は必ずしも単一的に構成されるものに限られず、複数のモジュールやライブラリとして分散構成されるものや、OS(Operating System)に代表される別個のプログラムと協働してその機能を達成するものをも含む。なお、実施の形態に示した各装置において記録媒体を読み取るための具体的な構成、読み取り手順、あるいは、読み取り後のインストール手順等については、周知の構成や手順を用いることができる。   The “program” is a data processing method described in an arbitrary language or description method, and may be in any format such as source code or binary code. The “program” is not necessarily limited to a single configuration, but is distributed in the form of a plurality of modules and libraries, or in cooperation with a separate program represented by an OS (Operating System). Including those that achieve the function. Note that a well-known configuration and procedure can be used for a specific configuration for reading a recording medium, a reading procedure, an installation procedure after reading, and the like in each device described in the embodiment.

記憶部506に格納される各種のデータベース等(関係関数ファイル506a、動作関数ファイル506bなど)は、RAM、ROM等のメモリ装置、ハードディスク等の固定ディスク装置、フレキシブルディスク、光ディスク等のストレージ手段である。   Various databases (such as relational function file 506a and operation function file 506b) stored in the storage unit 506 are storage means such as a memory device such as a RAM and a ROM, a fixed disk device such as a hard disk, a flexible disk, and an optical disk. .

また、粘弾性測定装置500は、既知のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置を接続し、該情報処理装置に本発明の方法を実現させるソフトウェア(プログラム、データ等を含む)を実装することにより実現してもよい。   The viscoelasticity measuring apparatus 500 is connected to an information processing apparatus such as a known personal computer or workstation, and software (including programs, data, etc.) for realizing the method of the present invention is installed in the information processing apparatus. May be realized.

更に、装置の分散・統合の具体的形態は図示するものに限られず、その全部または一部を、各種の付加等に応じた任意の単位で、機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。   Furthermore, the specific form of distribution / integration of the devices is not limited to the one shown in the figure, and all or a part thereof is configured to be functionally or physically distributed / integrated in an arbitrary unit according to various additions. can do.

以上詳述に説明したように、本発明によれば、装置全体を簡素化することにより、小型化・軽量化・低価格化を実現することができる、動的粘弾性測定用の振動生成装置、動的粘弾性測定装置、および、動的粘弾性測定方法を提供することができ、化成品・生活用品や農産物・加工食品などの力学特性や加工性評価を行うことが要求される産業分野において利用することができる。   As described above in detail, according to the present invention, the vibration generating device for dynamic viscoelasticity measurement can be realized by simplifying the entire device, thereby achieving downsizing, weight reduction, and price reduction. , A dynamic viscoelasticity measuring device and a dynamic viscoelasticity measuring method, and an industrial field where it is required to evaluate mechanical properties and processability of chemical products, daily necessities, agricultural products, processed foods, etc. Can be used.

本発明の実施の形態における振動生成装置の構成の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of a structure of the vibration generation apparatus in embodiment of this invention. 振動生成装置の回転動作変換機構における断面図である。It is sectional drawing in the rotational motion conversion mechanism of a vibration production | generation apparatus. 直線動作変換機構40が取付けられた振動生成装置の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the vibration production | generation apparatus to which the linear motion conversion mechanism 40 was attached. 本発明が適用される本粘弾性測定システム構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of this viscoelasticity measurement system structure to which this invention is applied. 回転振動式粘弾性測定用の回転動作型ユニットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the rotational motion type unit for rotational vibration type viscoelasticity measurement. 直線振動式粘弾性測定用の直線動作型ユニットの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the linear motion type | mold unit for a linear vibration type viscoelasticity measurement. 本実施の形態におけるトルクメータ50の斜視図である。It is a perspective view of torque meter 50 in this embodiment. 本実施の形態におけるトルクメータ50の正面図である。It is a front view of the torque meter 50 in this Embodiment. 本実施の形態におけるトルクメータ50の側面図である。It is a side view of the torque meter 50 in this Embodiment. 本実施の形態におけるトルクメータ50の水平断面図である。It is a horizontal sectional view of torque meter 50 in this embodiment. 本実施の形態におけるトルクメータ50の垂直断面図である。It is a vertical sectional view of torque meter 50 in the present embodiment. 応力センサ60の斜視図である。3 is a perspective view of a stress sensor 60. FIG. 応力センサ60の正面図である。3 is a front view of a stress sensor 60. FIG. 応力センサ60の側面図である。3 is a side view of a stress sensor 60. FIG. 応力センサ60の中心部拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of a central part of a stress sensor 60. 応力センサ60の水平断面図である。3 is a horizontal sectional view of the stress sensor 60. FIG. 本実施の形態における振動生成装置100の全体構成の一例を示す正面斜視図である。It is a front perspective view which shows an example of the whole structure of the vibration generation apparatus 100 in this Embodiment. 本実施の形態における振動生成装置100の全体構成の一例を示す背面斜視図である。It is a back perspective view showing an example of the whole composition of vibration generating device 100 in this embodiment. 振動生成装置100のアクチュエータ昇降ノブ70とポジションセンサ80と移動機構90との構成の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a configuration of an actuator lifting knob 70, a position sensor 80, and a moving mechanism 90 of the vibration generating device 100. FIG. 本実施の形態における粘弾性測定装置500の論理構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a logic structure of the viscoelasticity measuring apparatus 500 in this Embodiment. 本粘弾性測定装置500の基本処理の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of basic processing of the viscoelasticity measuring apparatus 500. 算出された応力(トルク)から、弾性応力成分と粘性応力成分とに分離する原理を示す原理図である。It is a principle figure which shows the principle which isolate | separates into the elastic stress component and the viscous stress component from the calculated stress (torque). 駆動信号xと回転角θとの関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the drive signal x and rotation angle (theta). 本粘弾性測定装置500における動作関数処理の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of operation function processing in the viscoelasticity measuring apparatus 500. 本粘弾性測定システムにより測定可能な対象物(液体、固体)と、直線振動式粘弾性測定または回転振動式粘弾性測定の各種測定方式を示す図である。It is a figure which shows various measuring methods of the target object (liquid, solid) measurable with this viscoelasticity measurement system, and a linear vibration type viscoelasticity measurement or a rotational vibration type viscoelasticity measurement.

符号の説明Explanation of symbols

1 ピエゾ素子(アクチュエータ)
2 ピエゾ素子(センサ)
5 対象物
10 アクチュエータ
20 変位拡大機構
30 回転動作変換機構
31 中間アーム
32 回転軸
40 直線動作変換機構
41 中間アーム
42 振動伝達軸
50 トルクメータ
51,52 ロータリーシャフト
53 ピエゾ素子
54 ケーブル
55 センサーホルダー
56 トルクメータ
60 応力センサ
61 センサーホルダー
62 プッシャー
63 ピエゾ素子
64 ケーブル
65 応力センサ
70 アクチュエータ昇降ノブ
80 ポジションセンサ
90 移動機構
100 振動生成装置
101 アクチュエータカバー固定ネジ
102 アクチュエータカバー
103 ステージ
104 試料押さえ
105 プランジャー
106 USBコネクター
110 回転動作型ユニット
120 直線動作型ユニット
200 電圧印加装置
400 チャージアンプ装置
500 粘弾性測定装置
502 制御部
502a 動作関数算出部
502b アクチュエータ制御部
502c 動的粘弾性値計算部
502d 厚み測定部
506 記憶部
506a 関係関数ファイル
506b 動作関数ファイル
508 入出力インターフェース部
1 Piezo element (actuator)
2 Piezo elements (sensors)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Object 10 Actuator 20 Displacement expansion mechanism 30 Rotation motion conversion mechanism 31 Intermediate arm 32 Rotating shaft 40 Linear motion conversion mechanism 41 Intermediate arm 42 Vibration transmission shaft 50 Torque meter 51, 52 Rotary shaft 53 Piezo element 54 Cable 55 Sensor holder 56 Torque Meter 60 Stress sensor 61 Sensor holder 62 Pusher 63 Piezo element 64 Cable 65 Stress sensor 70 Actuator lifting knob 80 Position sensor 90 Moving mechanism 100 Vibration generator 101 Actuator cover fixing screw 102 Actuator cover 103 Stage 104 Sample holder 105 Plunger 106 USB connector DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 Rotation operation type unit 120 Linear operation type unit 200 Voltage application apparatus 400 Charge amplifier Location 500 viscoelasticity measuring apparatus 502 control unit 502a operating function calculating section 502b actuator control unit 502c dynamic viscoelasticity value calculator 502d thickness measuring unit 506 storage unit 506a relationship function file 506b behavior function file 508 output interface unit

Claims (10)

動的粘弾性測定のために回転振動を発生させる振動生成装置において、
直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、
力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、
増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、上記動的粘弾性測定の対象物に対して上記回転振動を発生させる回転動作変換機構と、
を備えたことを特徴とする振動生成装置。
In a vibration generator that generates rotational vibration for dynamic viscoelasticity measurement,
An actuator that performs a linear motion with a driving force in a linear direction;
Displacement expansion mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator by using a lever principle by placing a force point on the actuator side;
By constructing the amplified displacement so as to be transmitted in the tangential direction of the circular cross section of the rotating shaft, the displacement is converted into a rotational motion, and the rotational vibration is applied to the object of the dynamic viscoelasticity measurement. A rotational motion conversion mechanism to be generated;
A vibration generating apparatus comprising:
請求項1に記載の振動生成装置において、
上記アクチュエータは、
ピエゾ素子、超磁歪素子、または、ボイスコイルモータにより、上記駆動力を発生させること、
を特徴とする振動生成装置。
The vibration generating device according to claim 1,
The actuator is
Generating the driving force by a piezo element, a giant magnetostrictive element, or a voice coil motor;
A vibration generator characterized by the above.
請求項1または2に記載の振動生成装置において、
上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータ、
を更に備えたことを特徴とする振動生成装置。
In the vibration generating device according to claim 1 or 2,
A torque meter that measures the torque generated around the rotation axis by pressing the piezo element according to the force around the rotation axis of the rotation operation and configured to be able to read a charge signal from the piezo element;
The vibration generating device further comprising:
請求項1乃至3のいずれか一つに記載の振動生成装置において、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニット、または、少なくとも上記回転動作変換機構と上記トルクメータとを一体化させたユニットを着脱可能に構成したこと、
を特徴とする振動生成装置。
In the vibration generating device according to any one of claims 1 to 3,
A unit in which at least the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion conversion mechanism are integrated, or a unit in which at least the rotational motion conversion mechanism and the torque meter are integrated is configured to be removable.
A vibration generator characterized by the above.
請求項4に記載の振動生成装置において、
上記ユニットが抜脱された場合に、
上記変位拡大機構により増幅させた上記変位が、上記円形断面に対して垂直方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を直線動作に変換して、上記対象物に対して直線振動を発生させる直線動作変換機構を少なくとも備えたユニット、
を更に備えたことを特徴とする振動生成装置。
The vibration generating device according to claim 4,
When the above unit is removed,
The displacement amplified by the displacement enlarging mechanism is configured to be transmitted in a direction perpendicular to the circular cross section, thereby converting the displacement into a linear motion and generating a linear vibration with respect to the object. A unit having at least a linear motion conversion mechanism,
The vibration generating device further comprising:
請求項1乃至5のいずれか一つに記載の振動生成装置において、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、
上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、
を更に備えたことを特徴とする振動生成装置。
In the vibration generating device according to any one of claims 1 to 5,
A moving mechanism for moving a unit in which at least the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion converting mechanism are integrated in the direction of the object;
A position sensor for measuring the amount of movement by the moving mechanism;
The vibration generating device further comprising:
振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置であって、
上記振動生成装置は、
直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、
力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、
増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、
上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、
を備えており、
上記制御部は、
上記アクチュエータの上記直線動作の変位量xと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出する動作関数算出手段と、
上記動作関数算出手段によって算出された上記動作関数x=g(sinωt)に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御手段と、
上記アクチュエータ制御手段の制御により発生させた上記正弦波sinωtに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算手段と、
を備えたことを特徴とする動的粘弾性測定装置。
A dynamic viscoelasticity measuring device connected to a vibration generating device and comprising at least a control unit,
The vibration generator is
An actuator that performs a linear motion with a driving force in a linear direction;
Displacement expansion mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator by using a lever principle by placing a force point on the actuator side;
By constructing the amplified displacement so as to be transmitted in the tangential direction of the circular cross section of the rotation shaft, the displacement is converted into a rotational motion, and rotational vibration is generated for the object for dynamic viscoelasticity measurement. A rotational motion conversion mechanism;
A torque meter that measures the torque generated around the rotation axis by pressing the piezo element in accordance with the force around the rotation axis of the rotation operation and configured to be able to read a charge signal from the piezo element;
With
The control unit
The inverse function x = g (θ) of the function θ = f (x) obtained by mathematically expressing the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator and the rotational angle θ of the rotational motion converted by the rotational motion conversion mechanism. An operation function calculating means for calculating an operation function x = g (sin ωt) of the actuator for generating the rotational vibration of the desired sine wave sin ωt based on
Actuator control means for controlling a voltage for driving the actuator based on the action function x = g (sin ωt) calculated by the action function calculating means;
The dynamic viscoelasticity value for calculating the dynamic viscoelasticity value of the object is read by reading the waveform of the torque measured by the torque meter in association with the sine wave sin ωt generated by the control of the actuator control means. Elastic value calculation means;
A dynamic viscoelasticity measuring apparatus comprising:
請求項7に記載の動的粘弾性測定装置において、
上記振動生成装置は、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、
上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、
を更に備えており、
上記制御部は、
上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定手段、
を更に備えたことを特徴とする動的粘弾性測定装置。
The dynamic viscoelasticity measuring device according to claim 7,
The vibration generator is
A moving mechanism for moving a unit in which at least the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion converting mechanism are integrated in the direction of the object;
A position sensor for measuring the amount of movement by the moving mechanism;
Is further provided,
The control unit
A thickness measuring means for measuring the thickness of the object by measuring the amount of movement between the position where the object is installed and the position where the object is not installed using the position sensor;
An apparatus for measuring dynamic viscoelasticity, further comprising:
振動生成装置に接続された、制御部を少なくとも備えた動的粘弾性測定装置において実行される動的粘弾性測定方法であって、
上記振動生成装置は、
直線方向の駆動力により直線動作を行うアクチュエータと、
力点を上記アクチュエータ側に配して梃子の原理を利用して、上記アクチュエータの直線動作の変位を増幅させる変位拡大機構と、
増幅させた上記変位が回転軸の円形断面の接線方向に伝達されるよう構成することにより、当該変位を回転動作に変換して、動的粘弾性測定の対象物に対して回転振動を発生させる回転動作変換機構と、
上記回転動作の上記回転軸まわりの力に応じてピエゾ素子を圧接し、上記ピエゾ素子からの電荷信号を読取可能に構成することにより、当該回転軸まわりに発生したトルクを測定するトルクメータと、
を備えており、
上記制御部において実行される、
上記アクチュエータの上記直線動作の変位量xと上記回転動作変換機構により変換される上記回転動作の回転角θとの関係を数式化した関数θ=f(x)の逆関数x=g(θ)に基づいて、所望の正弦波sinωtの上記回転振動を発生させるための上記アクチュエータの動作関数x=g(sinωt)を算出する動作関数算出ステップと、
上記動作関数算出ステップにおいて算出された上記動作関数x=g(sinωt)に基づいて、上記アクチュエータを駆動させるための電圧を制御するアクチュエータ制御ステップと、
上記アクチュエータ制御ステップにおける制御により発生させた上記正弦波sinωtに対応付けて、上記トルクメータにより測定された上記トルクの波形を読取ることにより、上記対象物の動的粘弾性値を計算する動的粘弾性値計算ステップと、
を含むことを特徴とする動的粘弾性測定方法。
A dynamic viscoelasticity measurement method that is executed in a dynamic viscoelasticity measurement apparatus that is connected to a vibration generator and includes at least a control unit,
The vibration generator is
An actuator that performs a linear motion with a driving force in a linear direction;
Displacement expansion mechanism that amplifies the displacement of the linear motion of the actuator by using a lever principle by placing a force point on the actuator side;
By constructing the amplified displacement so as to be transmitted in the tangential direction of the circular cross section of the rotation shaft, the displacement is converted into a rotational motion, and rotational vibration is generated for the object for dynamic viscoelasticity measurement. A rotational motion conversion mechanism;
A torque meter that measures the torque generated around the rotation axis by pressing the piezo element in accordance with the force around the rotation axis of the rotation operation and configured to be able to read a charge signal from the piezo element;
With
Executed in the control unit,
The inverse function x = g (θ) of the function θ = f (x) obtained by mathematically expressing the relationship between the displacement amount x of the linear motion of the actuator and the rotational angle θ of the rotational motion converted by the rotational motion conversion mechanism. An operation function calculating step of calculating an operation function x = g (sin ωt) of the actuator for generating the rotational vibration of a desired sine wave sin ωt based on
An actuator control step for controlling a voltage for driving the actuator based on the motion function x = g (sin ωt) calculated in the motion function calculating step;
The dynamic viscoelasticity value for calculating the dynamic viscoelasticity value of the object is read by reading the waveform of the torque measured by the torque meter in association with the sine wave sin ωt generated by the control in the actuator control step. An elastic value calculation step;
A dynamic viscoelasticity measuring method comprising:
請求項9に記載の動的粘弾性測定方法において、
上記振動生成装置は、
少なくとも上記アクチュエータと上記変位拡大機構と上記回転動作変換機構とを一体化させたユニットを、上記対象物の方向に移動させる移動機構と、
上記移動機構による移動量を計測するポジションセンサと、
を更に備えており、
上記制御部において実行される、
上記ポジションセンサを用いて、上記対象物を設置した位置と設置しない位置との上記移動量を計測することにより上記対象物の厚みを測定する厚み測定ステップ、
を更に含むことを特徴とする動的粘弾性測定方法。
The dynamic viscoelasticity measuring method according to claim 9,
The vibration generator is
A moving mechanism for moving a unit in which at least the actuator, the displacement enlarging mechanism, and the rotational motion converting mechanism are integrated in the direction of the object;
A position sensor for measuring the amount of movement by the moving mechanism;
Is further provided,
Executed in the control unit,
A thickness measuring step of measuring the thickness of the object by measuring the amount of movement between the position where the object is installed and the position where the object is not installed using the position sensor;
A dynamic viscoelasticity measuring method, further comprising:
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