JP4032021B2

JP4032021B2 - 加硫試験装置

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Publication number: JP4032021B2
Application number: JP2003359236A
Authority: JP
Inventors: 近雄戸崎
Original assignee: 株式会社日本アプライドテクノロジ
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2023-10-20
Also published as: JP2005121585A

Description

この発明は、発泡ゴムの加硫中における物理特性の変化、特に粘弾性変化と発泡圧変化とを同時に連続的に測定するための、加硫試験装置に関する。

一般に知られているように、ゴムは加硫工程を経て始めて使用目的に適した弾性物質となる。加硫工程においては、原料ゴム（生ゴム）に硫黄を含む添加物（加硫剤）を加えたゴム配合物を加熱することによって、ゴムの高分子に対する硫黄分子の架橋反応が生じてその性状が変化し、ゴム特有の弾性を有するものとなる。
この場合、原料ゴムに添加する加硫剤の成分と分量や、加熱温度，加熱時間等の加工条件は、出来上がったゴムの性質を決定する上で極めて重要であり、そのため、製造工程における製品の加工前に、試験装置を用いて予め加硫工程の加工条件を選定しておくことが必要となる。

ゴムの加硫条件を選定するための試験装置（加硫試験機）は、加硫中のゴムに外部から強制的に機械的振動変形を加えたときの、振動変形に対する抵抗力の大きさと性質を測定することによって、加硫の程度を推定するものであって、従来、いくつかの形式のものが知られており、例えば非特許文献１には、６種類の異なる形式の加硫試験機が記載されている。
図８は、非特許文献１に記載されたもののうち、上下に分割されたダイ（割り型）の間に試験片を挟んだ状態で、一方のダイにねじり振動を与えたとき、他方のダイが受けるねじりトルクを測定することによって加硫の程度を測る形式の、ねじり振動式平板ダイ加硫試験機（Ａ法）の要部を示したものである。

図８において、１０１は上ダイであって、トルク検出軸１０２の先端に設けられていて、軸Ｃ−Ｃ’の回りに微小角度の範囲で往復回転自在に支持されているとともに、エアシリンダ（不図示）によって軸Ｃ−Ｃ’に沿って上下方向に移動可能に構成されている。１０３は下ダイであって、駆動軸１０４の先端に設けられており、駆動軸１０４の下部に設けられた駆動モータ（不図示）によって、軸Ｃ−Ｃ’の回りに微小角の回転振動を行うことができるように構成されている。上ダイ１０１と下ダイ１０３とは、上ダイ１０１の下降時、所定の間隔に保たれるとともに、それぞれの対向する面には、試験片の滑り止めのための溝が設けられている。

上シール板１０５は、上外熱板１０６とともに、また、下シール板１０７は、下外熱板１０８とともに、同一架台に設けられたそれぞれの支柱（不図示）に固定されている。上ダイ１０１，上シール板１０５と両者の隙間を塞ぐ上シール１０９、および下ダイ３，下シール板１０７と両者の隙間を塞ぐ下シール１１０からなる６個の部品は、前述のエアシリンダによって上下シール板を圧着させた状態において、一つの閉空間（試料室１１７）を形成する。
上ダイヒータ１１１，上外熱板ヒータ１１２は、上温度センサ１１３による上ダイ１０１の温度測定結果に応じて、上ダイ１０１，上シール板１０５の温度を一定に保つように温度制御される。下ダイヒータ１１４，下外熱板ヒータ１１５は、下温度センサ１１６による下ダイ１０３の温度測定結果に応じて、下ダイ１０３，下シール板１０７の温度を一定に保つように温度制御される。

試料室１１７に試料ゴムを充満させた状態で、駆動軸１０４を介して下ダイ１０３に微小角の回転振動を与えると、円板状の試験片に微小角のねじり振動が加わり、そこで発生した振動トルクは、上ダイ１０１を介してトルク検出軸１０２とそれを支えるトルク検出機構（不図示）によって測定される。
加硫の進行に伴う試験片の粘弾性の変化によって、トルクの大きさが変化するので、その時間的変化を記録することによって、トルク曲線（加硫曲線）を描くことができる。

図９は、トルク曲線の一例を示したものである。このようなトルク曲線に対して、加硫開始後の最小トルクＭ_Ｌ，加硫の進行に伴う最大トルクＭ_Ｈ，最大トルクと最小トルクの差Ｍ_Ｅと、さらに、Ｍ_Ｌ＋１０％Ｍ_Ｅ，Ｍ_Ｌ＋５０％Ｍ_Ｅ，Ｍ_Ｌ＋９０％Ｍ_Ｅの３点に対する、トルクと加硫時間ｔ_ｃ( １０），ｔ_ｃ( ５０），ｔ_ｃ( ９０）等の特性値を求めることによって、そのゴム配合物の加硫特性や、最適な加硫条件を選定することができる。

一方、成形された加硫ゴム中に気泡を含む発泡ゴムの場合は、図８に示されたような加硫試験機を適用するだけでは不十分である。発泡ゴムの加硫，成形時の製造工程は、ゴムの加硫反応、すなわちゴムを形成する高分子に対する硫黄分子の架橋反応と、ゴムに混入された発泡剤の熱分解反応という、二つの異なる反応が、互いに絡み合いながら進行する工程であって、同時進行する二つの反応の間で、反応開始時間，反応速度および反応進行度等の反応時の諸特性と各反応間のバランスが、製造された製品の性質に微妙に影響する、極めて複雑かつデリケートな工程である。
そして、このような二つの反応のそれぞれの生起程度に応じて、製造される発泡性ゴムの発泡率，生成された気泡の連続性と独立性の程度、製品の仕上がり寸法等に敏感に影響することになる。
従って、発泡ゴムの加硫条件を選定するためには、加硫反応に伴う粘弾性変化と、発泡剤の熱分解に伴う発泡圧の変化とを同時追跡できる装置が不可欠なものとなる。

発泡ゴムの加硫中における粘弾性変化と発泡圧変化とを同時測定するための試験装置および試験方法としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
図１０は、従来の発泡ゴムの加硫試験機の要部を示したものであって、上記特許文献１に開示されているものである。
図１０において、２０１，２０２は、測定装置の本体フレーム内の上下に２分割されたトルク検出ダイと駆動ダイであって、上下方向の軸上に、それぞれ回転自在に支持されている。トルク検出ダイ２０１はエアシリンダ（不図示）によって上下移動可能に構成されており、トルク検出ダイ２０１を下降させた状態で、両ダイ２０１，２０２の中間に、試料を充填するための所定の間隔の試料室２０４が形成されるようになっている点は、図８に示された従来例の場合と同様であるが、両ダイ２０１，２０２内の試料をシールするための、シール部材を有しない代わりに、両ダイ２０１，２０２を閉じた状態で、ダイ２０１，２０２間の試料室２０４から周縁部に向けて、幅広いギャップ２０３が形成されるようになっている点が異なっている。また、トルク検出ダイ２０１には、試料の発泡時の圧力を測定するための圧力センサ２０５が配置されているとともに、駆動ダイ２０２には、試料の温度を測定するための温度センサ２０６が設けられている。

図１０に示された発泡ゴムの加硫試験機では、温度センサ２０６の測定温度に基づいて両ダイ２０１，２０２に内蔵された電気ヒータ（不図示）を制御して、両ダイ２０１，２０２を一定温度に温度制御した状態で、両ダイ間の試料室２０４に未加硫の発泡性試料を充填し、駆動手段（不図示）によって駆動ダイ２０２に微小角の回転振動を与えると、加硫の進行に伴って試料を介してトルク検出ダイ２０１に伝達されるトルクの大きさが変化するので、ダイ２０１に接続された軸上に配置されているトルク検出器（不図示）を用いてトルクの大きさの変化を測定することによってトルク曲線（加硫曲線）を求められることは、図８に示された従来例の場合と同様である。
一方、充填された試料の温度上昇に伴って、発泡剤の熱分解によって試料中に気泡が発生して、試料室２０４内の圧力が上昇するので、圧力センサ２０５によって圧力の変化を測定することによって、発泡圧曲線を求めることができる。

図１１は、このようにして求められた加硫時のトルク曲線と発泡圧曲線の一例を示したものであって、トルクと発泡圧とを温度の変化とともに示している。
このようなデータから、加硫度と発泡程度とを温度ならびに時間の函数として推定して、発泡ゴムの製造条件を選定することができる。

図１０に示された加硫試験機においては、トルク検出ダイ２０１と駆動ダイ２０２間の試料室２０４から周縁部に向けて幅広いギャップ２０３を形成しているので、試料室２０４内に充填された試料が発泡によって膨張してギャップ２０３内に溢出した際に、ギャップ２０３内の試料の厚みが小さいので温度上昇が速く、そのため、試料室内よりも加硫の進行速度が大きくて早期に硬化する。従って、ギャップ２０３内の硬化した試料がシールの役目を果たすので、図８に示された従来例のように、上下ダイ間およびダイと外部との間のシールを必要としない。

日本規格協会発行ＪＩＳＫ６３００−２：２００１特開平７−７２０６号公報

発泡ゴムの加硫時には、発泡剤の熱分解反応によるガス化の開始時期と、加硫反応の開始によるゴムの弾性増加および粘性喪失の開始時期との時間差が重要となる。発泡は、分解ガスの圧力によってゴムの連続相の内部に、気泡という新たな界面を強制的に生成する過程であるから、ガス圧の上昇とそれに反抗するゴム相の変形抵抗とのバランスに応じて反応が進行する。
すなわち、もしも発泡の開始が、加硫の進行に比べて遅過ぎれば、ゴムの弾性がガス圧に打ち勝って発泡は起こり得ない。また、逆に、発泡の開始が早過ぎれば、発生したガスはゴムの粘性にうち勝って系外に逸出するので、気泡が互いにつながった連泡状態になるため、独立気泡状態にはなりにくい。
そこで、所望の発泡状態を安定的に実現するためには、発泡反応と加硫反応という異なる二つの反応の開始タイミングの前後関係や時間差、およびそれぞれの進行速度を厳密に制御することが重要な課題となる。

しかしながら、各反応の開始は試験工程の開始から短時間で生起し、通常は数分間程度であって、３０秒を下回る場合も珍しくない。特に、発泡に関連する熱分解反応の進行は温度依存性が大きいので、試料の温度のみならず昇温速度によっても発泡の開始時間が敏感に変化する。
従って発泡の開始タイミングと、加硫の開始タイミングとを正確に把握するためには、発泡反応の経過を示す圧力の計測部位と、加硫反応の経過を示すトルクの計測部位とが、試料の温度変化に対して同一条件で測定を行えるようにすることが重要となる。

ここで留意すべきことは、実製品の製造工程では、加工中のゴムにおけるどの部分の微小体積であっても、その部分の発泡反応と加硫反応とが、異なる温度履歴で行われることはあり得ないということである。
そこで、実製品の製造工程を、発泡反応と加硫反応との両面から追跡しようとする発泡ゴム用の加硫試験装置においては、両反応の速度を計測する主要計測部位における、試料温度の同一性が、到達温度の空間的均一性のみならず、試料投入直後の急激な昇温過程においても、極力、厳密に保たれていなければならないことになる。

これに対して、図１０に示された従来の発泡ゴムの加硫試験機においては、駆動ダイ２０２から試料室２０４内の試料を介してトルク検出ダイ２０１に伝達される加硫トルクは、試料室２０４の部分（Ａ）と、ギャップ２０３の部分（Ｂ）とで発生するトルクの合計である。
両ダイ間で伝達されるトルクの大きさは、その部分の回転半径をＲとし、その部分の試料の厚さをｔとすると、Ｒ⁴／ｔに比例する。従って、図１０に示された発泡ゴムの加硫試験機では、測定される加硫トルクは、ギャップ２０３で発生したものが大部分を占めることとなる。
これに対して、トルク検出ダイ２０１において圧力センサ２０５によって検出される発泡圧は、試料室２０４の中央寄りの内圧である。

そこで、この場合の加硫トルクの上昇開始時間と、発泡圧の上昇開始時間とを考えると、加硫トルクは上述のように大部分がギャップ２０３の部分で発生するが、ギャップの部分は試料の厚みが小さいので試料の昇温が早く、そのため加硫反応の開始までの時間は中央部分よりも短縮される。一般に、ゴムの熱伝導率はダイを構成する金属のそれと比較して著しく小さいので、中央部分とギャップ部分との昇温時間差は決して小さくはなく、発泡開始時間に比べて加硫開始時間の方を過少評価する偏差を招くことになる。
もともと製造工程においては、加硫開始時間も発泡開始時間もともにせいぜい数分間程度の小さな値であり、その差はさらに小さいので、前述の昇温時間差によって持ち込まれる偏差は無視し得ない。

この発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、発泡ゴムの加硫試験時において、加硫反応の進行と発泡反応の進行とを計測する主要計測部位が、試料の同一部位であるような測定部構造を持たせることにより、試料内の温度分布や昇温速度差がもたらす反応開始時間の偏差を根源的に解消した形で、発泡ゴムの加硫試験を行うことが可能な、加硫試験装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は加硫試験装置に係り、試験状態において所定間隔に対向配置されて中間に試料室を形成する第１および第２のダイと、前記第１のダイに固定され、回転振動可能に支持されている駆動軸と、該駆動軸に微小角回転振動を付与する駆動手段と、前記第２のダイに固定され、回転振動可能に支持されているトルク検出軸と、前記試料室内に試料を充填して前記駆動手段を動作させたとき、前記試料を介して前記トルク検出軸に伝達されるねじりトルクを計測するトルク検出手段とを備えた加硫試験装置において、前記トルク検出軸を回転振動可能に支持する弾性継手に生じる前記トルク検出軸からの圧力に基づく歪みの測定によって、前記試料の発泡に伴って前記第２のダイが受ける圧力を、前記トルク検出軸を経て計測する圧力検出手段を設けたことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の加硫試験装置に係り、上記弾性継手が、取付軸間における大径の部分を切削して周囲に複数の薄い翼片からなる翼状部を形成することによって、取付軸方向に対して軸方向およびこれと垂直な方向には剛性が大きく、取付軸に対してねじれ方向には剛性が小さくなるように構成されていることを特徴としている。

本発明の加硫試験装置によれば、発泡ゴムの加硫試験時に、加硫反応の進行と発泡反応の進行との主要計測部位を同一にすることによって、得られる加硫曲線と発泡圧曲線の温度同一性を確保することができ、従って、実製品の製造時と近似した条件での発泡ゴムの加硫試験を行うことが可能となる。

本発明に係る加硫試験装置は、試験状態において所定間隔に対向配置されて中間に試料室を形成する上ダイおよび下ダイと、上ダイに固定され、回転振動可能に支持されている駆動軸と、駆動軸に微小角回転振動を付与する駆動部と、下ダイに固定され、回転振動可能に支持されているトルク検出軸と、試料室内に試料を充填して駆動部を動作させたとき、試料を介してトルク検出軸に伝達されるねじりトルクを計測するトルク検出部とを備えた加硫試験装置において、試料の発泡に伴って下ダイが受ける圧力の計測を、トルク検出軸を回転振動可能に支持する弾性継手に生じるトルク検出軸からの圧力に基づく歪みの測定によって圧力を計測する圧力センサによって行う。

図１は、本発明の一実施例である加硫試験装置の全体の構成を示す図、図２は、本実施例におけるダイとシール板の部分の詳細な構成を示す図、図３は、本実施例における駆動部の詳細な構成を示す図、図４は、本実施例におけるトルク検出部の詳細な構成を示す図、図５は、弾性継手の詳細な構成を示す図、図６は、スラストバネの詳細な構成を示す図、図７は、本実施例の加硫試験装置におけるトルク曲線と発泡圧曲線、およびトルク微分曲線と発泡圧微分曲線との測定例を示す図である。

この例の加硫試験装置は、図１に示すように、上ダイ１と、駆動軸２と、下ダイ３と、トルク検出軸４と、上シール板５と、下シール板６と、上ダイヒータ７と、上外側ヒータ８と、上ダイ温度センサ９と、上外側温度センサ１０と、下ダイヒータ１１と、下外側ヒータ１２と、下ダイ温度センサ１３と、下外側温度センサ１４と、駆動レバー１５と、スラストバネ１６と、トルク検出レバー１７と、弾性継手１８と、圧力センサ１９と、エアシリンダ軸２０と、試料室２１と、上架台２２と、下架台２３とから概略構成されている。
なお、図１に示された構成は、図８に示された従来例の構成を上下反転した形に近いが、トルクの計測に関しては、重力の影響を受けないので、圧力計測機構を除き両者は原理的には同じである。

上ダイ１は、試料を装入する試料室２１の上部を限るものであって、駆動軸２に固定されている。駆動軸２は、上部をスラストバネ１６によって支持されていて、駆動レバー１５を介して駆動されることによって、微小角の回転振動を行う。下ダイ３は、試料室２１の下部を限るものであって、トルク検出軸４に固定されている。トルク検出軸４は、下部を弾性継手１８によって支持されていて、下ダイ３が受ける微小な往復ねじり振動に基づくトルクをトルク検出レバー１７に伝達する。上シール板５は、上架台２２に固定されていて、下シール板６とともに、試料室２１を密閉状態に保つ。下シール板６は、下架台２３に固定されていて、上シール板５とともに、試料室２１を密閉状態に保つ。

上ダイヒータ７は、フィルムヒータからなり、上ダイ１を加熱する。上外側ヒータ８は、上シール板５を加熱する。上ダイ温度センサ９は、上ダイ１の温度を測定する。上外側温度センサ１０は、上シール板５の温度を測定する。下ダイヒータ１１は、フィルムヒータからなり、下ダイ３を加熱する。下ダイ温度センサ１３は、下ダイ３の温度を測定する。下外側温度センサ１４は、下シール板６の温度を測定する。駆動レバー１５は、駆動軸２の上面に取り付けられていて、駆動部の偏心回転運動を微小角回転振動に変換して駆動軸２に伝達する。

スラストバネ１６は、駆動軸２の上部に取り付けられていて、上架台２２に対して、駆動軸２を軸方向およびこれと垂直な方向には高剛性で支持するとともに、ねじり方向に対しては可撓的に支持する。トルク検出レバー１７は、トルク検出軸４の下面に取り付けられていて、トルク検出軸４から伝達される振動トルクを、トルク検出部に伝達する。弾性継手１８は、トルク検出軸の４の下部に取り付けられていて、下架台２３に対して、トルク検出軸４を軸方向およびこれと垂直な方向には高剛性で支持するとともに、ねじり方向に対しては可撓的に支持する。

圧力センサ１９は、弾性継手１８を構成する一部の翼片の表面に貼り付けられていて、弾性継手１８に加えられる縦方向の圧力を、翼片の伸縮に基づく歪みによって測定する。エアシリンダ軸２０は、エアシリンダ（不図示）の伸縮する軸の一端をなしていて、トルク検出軸４および下シール板６を下架台２３とともに上下方向に移動させる。試料室２１は、上ダイ１と下ダイ２とによって形成される円板状の空間であって、加硫試験を行うべき試料を充填する場所となる。上架台２２は、試験装置全体の架台（不図示）と一体に固定されている。下架台２３は、エアシリンダ軸２０に固定されていて、下端を試験装置全体の架台（不図示）に固定されたエアシリンダの作動に応じて上下方向に移動可能に構成されている。

次に、図２を参照して、この例における、ダイとシール板の部分の詳細な構成を説明する。
図２において、上ダイ１，駆動軸２，下ダイ３，トルク検出軸４，上シール板５，下シール板６，上ダイヒータ７，上ダイ温度センサ９，下ダイヒータ１１，下ダイ温度センサ１３，試料室２１は、図１に示されたものと同様である。２２は上シール、２３は下シール、２４は封止部、２５はバリ受け部である。

上シール２２はフッソ樹脂製のＯリングからなり、上ダイ１の外周面と上シール板５の内周面との間を閉塞する。下シール２３はフッソゴム製のＯリングからなり、下ダイ３の外周面と下シール板６の内周面との間を閉塞する。封止部２４は、エアシリンダ軸２０の上昇に基づいて下ダイ３および下シール板６が上昇した状態で形成される、上シール板５の内周端の下面と下シール板６の内周端の上面との対向面からなり、エアシリンダ軸２０の上昇時における、試料室２１内の余分な試料の溢出を許容するとともに、エアシリンダ軸２０の上昇完了時には、圧着状態を保つことによって、試料室２１の内外を遮断する作用を行う。バリ受け部２５は、エアシリンダ軸２０の上昇に伴って試料室２１から溢出した余分の試料（バリ）を収容するための空間を形成する。

以下、図１，図２を参照して、この例の加硫試験装置の動作を説明する。
最初、上ダイ温度センサ９，上外側温度センサ１０，下ダイ温度センサ１３，下外側温度センサ１４の測定温度に応じて、それぞれの温度制御回路（不図示）を介して、上ダイヒータ７，上外側ヒータ８，下ダイヒータ１１，下外側ヒータ１２に対する加熱電力を制御することによって、上ダイ１，下ダイ３および上シール板５，下シール板６の温度を所定温度に保つ。

この状態で、エアシリンダ軸２０を下降させて試料室２１に試料を充填する。試料は、所定量の原料混和物からなる不定形の塊状物、または所定形状に裁断された試験片のいずれの形態であってもよいが、その体積は、試料室２１の空間を満たすよりも少し多めにしておく。
次に、エアシリンダ軸２０を上昇させて上シール板５と下シール板６の間を閉じて、封止部２４を形成する。このとき、試料室２１内の試料は、試料室内の空間を満たすとともに、余分の試料は封止部２４を経てバリ受け部２５に排出される。これと同時に、駆動部を動作させて、駆動レバー１５を介して駆動軸２の微小角回転振動を開始させる。

試料室２１内に充填された試料の温度上昇に伴って、試料の発泡が開始されて試料室内の圧力が上昇する結果、この圧力が下ダイ３からトルク検出軸４を経て弾性継手１８に伝達される。これによって、弾性継手１８はトルク検出軸４と下架台２３との間で圧縮力を受けて軸方向に微小な変形を起こすので、弾性継手１８の翼片上に貼り付けられている、例えばストレィンゲージからなる圧力センサ１９によって、この際の歪みの大きさを表す電気信号を発生する。この電気信号は圧力測定回路（不図示）によって、発泡圧に変換されて発泡圧曲線として記録される。

一方、温度上昇に基づく試料の加硫の進行に応じて試料の粘弾性が変化するので、上ダイ１から試料を介して下ダイ３に伝達される微小角ねじり振動のトルクが変化する。なお、この際、各ダイと試料との間における滑りの発生を防止するために、上ダイ１の下面と下ダイ３の上面には、それぞれ適当な溝（不図示）が形成されている。
下ダイ３からトルク検出軸４を経てトルク検出レバー１７に伝達される回転振動のトルクを、トルク検出部によって測定することによって、この際のトルクの大きさに応じた電気信号を発生する。この電気信号はトルク測定回路（不図示）によって、トルクに変換されて加硫度を示すトルク曲線として記録される。
なお、上シール２２，下シール２３の材質，形状と、上ダイ１，下ダイ３，上シール板５，下シール板６の形状とを適当に設定することによって、上述の試験時に試料がシールを形成するＯリングを巻き込んで硬化するために、シール機能が失われることを防止できる。

次に、図３を参照して、この例における、駆動部３０の詳細な構成を説明する。図中、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は立面図を示している。
図３において、駆動軸２，駆動レバー１５は、図１に示されたものと同様である。３１は駆動源、３２は偏心回転機構、３３は自動調心ベアリング、３４は接続軸、３５はバネ板、３６は補剛板、３７は抑え板、３８はバネヒンジ、３９は取り付けネジ、４０は大孔部、４１は小孔部である。

駆動源３１は定速モータと減速装置とからなり、偏心回転機構３２の入力軸を一定回転数で低速回転させる。偏心回転機構３２は、駆動源３１の回転を、駆動源３１の回転軸を中心とする円運動に変換する。自動調心ベアリング３３は、偏心回転機構３２の円運動に応じて、駆動レバー１５の一端に固定された接続軸３４に、駆動レバー１５上の駆動軸２の回転軸に対応する点を中心とする円錐運動を行わせる。接続軸３４は、一端を自動調心ベアリング３３の回転軸に固定され、他端を駆動レバー１５の中心軸に固定されている。

バネ板３５は、一端を接続軸３４に固定され、他端を抑え板３７によって駆動軸２に固定されているとともに、接続軸３４側の大部分を補剛板３６によってその変形を抑制され、駆動軸２を挟んで補剛板３６と反対側を抑え板３７によってその変形を抑制されている。補剛板３６は、例えばバネ板３５を上下から挟む２枚の厚みのある金属板からなっている。抑え板３７は、バネ板３５に固定された欠円形の金属厚板からなっている。バネヒンジ３８は、駆動レバー１５に設けられた大孔部４０の両側の、補剛板３６と抑え板３７の中間の部分であって、この部分が屈曲運動を行うことによって、軸を有する通常のヒンジと同様の動作を行うことができるようになっている。

取り付けネジ３９は、抑え板３７を、駆動軸２の上面の駆動レバー１５と反対側に固定する。大孔部４０は、バネ板３５の一端に駆動軸２と同心に設けられた大径の孔であって、バネヒンジ３８の幅を規制している。小孔部４１は、両側のバネヒンジ３８にそれぞれ設けられた小径の孔であって、バネヒンジ３８の部分のバネ板の弾性を弱くして、バネヒンジ３８の屈曲運動を容易にする作用を行う。

以下、この例における駆動部３０の機能を説明する。
駆動源３１によって偏心回転機構３２の入力側を一定軸上で定速回転させることによって、偏心回転機構３２の出力側は入力軸を中心とする円運動を行うが、この運動は、自動調心ベアリング３３に固定された接続軸３４を介して、駆動軸２に結合された駆動レバー１５に伝達される。駆動レバー１５の一端は、駆動軸２の上面に結合されて一点に拘束された状態になっているので、駆動レバー１５は、偏心回転機構３２の出力側の円運動によって、駆動軸２の回転中心軸上のバネヒンジ３８に対応する高さの点を頂点とする首振り運動を行う。

この首振り運動によって、駆動レバー１５に、駆動源３１の回転軸を中心とする±θの往復運動が、水平方向と垂直方向とに交互に順次逆相に生じるので、駆動レバー１５の水平方向の往復運動によって、駆動軸２は、±θの回転振動を行う。一方、垂直方向には、バネヒンジ３８の位置を中心として駆動レバー１５が往復運動するが、バネヒンジ３８が屈曲することによって駆動軸２の挙動には影響を与えない。
なお、このような駆動部の構成と動作は、コーンドライブの名称によって、従来、周知のものである。

次に、図４を参照して、この例における、トルク検出部５０の詳細な構成を説明する。図中、（ａ）は平面図、（ｂ）は立面図、（ｃ）は側面図である。
図４において、トルク検出軸４，トルク検出レバー１７，弾性継手１８，下架台２３は、図１に示されたものと同様である。５１は可撓継手、５２はロードセルである。
可撓継手５１は、トルク検出レバー１７の先端に取り付けられていて、トルク検出レバー１７によって伝達されたトルク検出軸４の微小角回転振動のトルクをロードセル５２の上端に伝達する。ロードセル５２は、下端を下架台２３に固定されていて、上端に伝達されたトルクを電気信号に変換して出力する。

以下、この例におけるトルク検出部５０の機能を説明する。
試料を介して下ダイ３に伝達されたねじり振動トルクは、トルク検出軸４を経てトルク検出レバー１７に伝達され、さらにトルク検出レバー１７の先端に固定された可撓継手５１を経てロードセル５２に伝達されて、トルクを表す電気信号に変換される。
この際、トルク検出レバー１７はトルク検出軸４と同軸に微小角回転振動を行うが、ロードセル５２は下端を下架台２３に固定されているので、トルク検出軸４の回転振動に伴う回転によって、トルク検出レバー１７とロードセル５２とを結合する可撓継手５１は曲げ応力を受ける。そこで、可撓継手５１はトルク検出レバー１７の回転平面と垂直な方向を薄く形成して、曲げに対する抵抗力を小さくするようになっている。

次に、図５を参照して、この例における、弾性継手１８の詳細な構成を説明する。図中、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は平面図ａにおけるＸ−Ｘ’断面を示す図である。
図５において、６１，６２は取付軸、６３は翼状部、６４は翼片である。
弾性継手１８は、金属の一体構造からなっている。取付軸６１は、弾性継手１８をトルク検出軸４に固定する部分である。取付軸６２は、弾性継手１８を下架台２３に固定する部分である。翼状部６３は、取付軸６２，６３間に設けられた大径の部分を切削して形成された、例えば８枚の翼片６４からなっている。翼片６４は、両端が厚く中央部が薄くなるように形成されている。

以下、図５に示された弾性継手１８の機能を説明する。
弾性継手１８は、図示のように、取付軸６２，６３間における大径の部分を切削して、周囲に複数の薄い翼片６４からなる翼状部６３を形成されている。
そのため、弾性継手１８は取付軸方向に対して軸方向およびこれと垂直な方向には剛性が大きく、トルク検出軸４を安定に支持する。一方、弾性継手１８は取付軸に対してねじれ方向には剛性が小さく、そのため、トルク検出軸４に伝達されるトルクによって容易にねじれるので、トルク検出軸４に生じる加硫時のトルクを損失なくトルク検出部５０に伝達することができる。

次に、図６を参照して、この例における、スラストバネ１６の詳細な構成を説明する。図中、（ａ）は上半部に断面を示し下半部に外形を示す図、（ｂ）はスリットの構造を示す図である。
図６において、７１は、上固定部、７２は下固定部、７３は簾状部、７４はスリットである。
スラストバネ１６は、金属の一体構造からなっている。上固定部７１は、スラストバネ１６を駆動軸２に対して固定する部分である。下固定部７２は、スラストバネ１６を上架台２２に対して固定する部分である。簾状部７３は、上固定部７１と下固定部７２との中間の円筒部分に、軸方向に多数のスリット７４を設けてなる簾状の構造を有している。スリット７４は、図６（ｂ）に示すように、円筒部分に半径方向に設けられた溝からなっている。

以下、図６に示されたスラストバネの機能を説明する。
スラストバネ１６は、駆動軸２と上架台２２間に設けられて、駆動軸２の上部を上架台２２に対して支持するものであって、上固定部７１と下固定部７２間を簾状部７３によって接続した形態を有している。簾状部７３を形成するスリット７４は、個々の簾状片の円周方向の厚みが、半径方向の幅に対して小さくなるように形成されているため、簾状部７３は、駆動軸２を軸方向およびこれと垂直な方向には高剛性で支持することができるとともに、ねじり方向の力には剛性が小さく容易に変形するため、スラストバネ１６を用いることによって、駆動レバー１５を介して駆動軸２に微小角回転振動を与える際の損失を小さくすることができる。

以上、詳述した装置と方法によって、本発明の目的である同一温度下での加硫曲線と発泡圧曲線の同時測定を実現することができるが、その場合における最も重要な要件である同一温度性について、再度、図１，図２を用いて説明する。
図１，図２に示す試料室２１が、エアシリンダの力によって完全に閉じられたとき、その内部に閉じ込められた試料ゴムの内圧は、試料室を形成するすべての壁面に対し、それらを押し広げようとする圧力として、あらゆる方向へ均等に働く。そして、そのうちの下ダイ３に加わる圧力の合計された力は、トルク検出軸４を経てその下方の弾性継手１８に集まり、そして、そこに配置されているストレィンゲージからなる圧力センサ１９によって検出される。つまり、圧力センサ１９で検出される力は、下ダイ３に接する試料範囲に加わる力の合計量のみである。
一方、試料室２１に閉じ込められた試料ゴムの微小角ねじり振動によって発生する剪断力は、試料室内のすべてのゴム部分で発生するが、下ダイ３とトルク検出軸４とトルク検出レバー１７を介してロードセルで検出されるのは、そのうちの下ダイ３の上方に位置する試料から発生した剪断力の合計量だけである。つまり、検出トルクも検出圧力も、ともに下ダイ３の上方に位置する試料部分を計測対象としているのであって、従来技術の欠点として前述したような、二つの計測値に対する実質温度が異なるという事態は根源的に起こり得ない。
このように、本発明においては、トルク曲線と発泡圧曲線の主要計測部位を同一にすることによって、両曲線の実質試験温度を、安定時のみならず急激な昇温過程までも含めてすべて同一の温度履歴下に置くことが可能となるものであり、これこそが本発明の骨子とするところである。

図７は、この例の加硫試験装置におけるトルクと発泡圧、およびトルクの微分値と発泡圧の微分値との測定例を示したものであって、上段にトルク曲線と発泡圧曲線とを示し、下段にトルク微分曲線と発泡圧微分曲線とを示している。
前述の理由によって、トルクと発泡圧の主要計測部位は全く同一であるので、図７の時間軸はトルクと発泡圧の両者に対して全く同じ意味を持ち、従来技術におけるような、主要計測部位が異なることに起因する温度差や昇温速度差に基づく偏差は含まれていない。
従って、図７に見られる加硫反応と発泡反応の進行時間差は、そのまま製品の加硫工程における、加硫と発泡の進行時間差を示している。
このように、この例の加硫試験装置によれば、加硫反応と発泡反応の時間的関係を忠実に表す同時測定曲線を求めることができる。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られたものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上ダイ１と駆動軸２および駆動部と、下ダイ３とトルク検出軸４およびトルク検出部との配置は、実施例に示されたものに限らず、上下関係を逆にしたものであってもよい。また、図３に示された偏心回転機構３２，自動調心ベアリング３３，駆動レバー１５，バネヒンジ３８等からなる駆動機構を適用する代わりに、偏心回転軸とクランクアームの組み合わせからなる、従来周知の微小角回転振動駆動機構を使用してもよい。

本発明の加硫試験装置は、実施例に述べたように発泡ゴムの加硫試験を行うのに好適なものであるが、これに限らず、非発泡ゴムの加硫試験にも適用可能なものであることはいうまでもない。

本発明の一実施例である加硫試験装置の全体の構成を示す図である。同実施例におけるダイとシール板の部分の詳細な構成を示す図である。同実施例における駆動部の詳細な構成を示す図である。同実施例におけるトルク検出部の詳細な構成を示す図である。弾性継手の詳細な構成を示す図である。スラストバネの詳細な構成を示す図である。同実施例の加硫試験装置におけるトルク曲線と発泡圧曲線、およびトルク微分曲線と発泡圧微分曲線との測定例を示す図である。従来の加硫試験装置の要部を示す図である。従来の加硫試験装置におけるトルク曲線の一例を示す図である。従来の発泡ゴムの加硫試験機の要部を示す図である。従来の発泡ゴムの加硫試験機におけるトルク曲線と発泡圧曲線の一例を示す図である。

符号の説明

１上ダイ
２駆動軸
３下ダイ
４トルク検出軸
１８弾性継手
１９圧力センサ
２１試料室
３０駆動部
５０トルク検出部

Claims

試験状態において所定間隔に対向配置されて中間に試料室を形成する第１および第２のダイと、前記第１のダイに固定され、回転振動可能に支持されている駆動軸と、該駆動軸に微小角回転振動を付与する駆動手段と、前記第２のダイに固定され、回転振動可能に支持されているトルク検出軸と、前記試料室内に試料を充填して前記駆動手段を動作させたとき、前記試料を介して前記トルク検出軸に伝達されるねじりトルクを計測するトルク検出手段とを備えた加硫試験装置において、
前記トルク検出軸を回転振動可能に支持する弾性継手に生じる前記トルク検出軸からの圧力に基づく歪みの測定によって、前記試料の発泡に伴って前記第２のダイが受ける圧力を、前記トルク検出軸を経て計測する圧力検出手段を設けたことを特徴とする加硫試験装置。
前記弾性継手が、取付軸間における大径の部分を切削して周囲に複数の薄い翼片からなる翼状部を形成することによって、取付軸方向に対して軸方向およびこれと垂直な方向には剛性が大きく、取付軸に対してねじれ方向には剛性が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の加硫試験装置。