JP4799430B2 - 粘弾性計測装置および粘弾性体の試験方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ゴム等の粘弾性体に連続的に剪断力を加えたときに発生する応力を連続的に測定し、解析する粘弾性測定装置および粘弾性体の試験方法に関するものである。
ゴム製品の性能は、原料および配合ゴムの性質、特にその可塑性、粘性、弾性などによって大きな影響を受ける。従って、エラストマ単体やゴム組成物の製造、評価および研究開発を行うに当たっては、材料となる物質の性質を測定し、その加工性について正確な情報を得ることが必要である。
ゴム等の粘弾性体の粘性を測定する装置として、ロータタイプのムーニー粘度計あるいはロータレスタイプの応力測定装置（特許文献１参照）等さまざまな装置が提案されている。
図４は、従来のロータタイプのムーニー粘度計の構成を示す図である。ムーニー粘度計は、同図に示すように、モータによって駆動されるロータ１０１と試料とを上下ダイ１０２ａ，１０２ｂにより画成される中空の円筒形試料室１０３の内部に入れ、ロータ１０１を一方向に回転させてロータのシャフト１０１ａに作用する反トルクを測定するように構成されている。
図５は、従来のロータレスタイプの応力測定装置の構成を示す図である。この応力測定装置は、同図に示すように、ロータを使用せず、固定ダイ８７、上部ダイ８１、下部ダイ８２、及び下部ダイ８２の外周に設けられた外筒ダイ８３により試料室を画成し、上部ダイ８１に回転運動を与える駆動機構と、下部ダイ８２にかかる反作用トルクを検出する手段とを備えている。なお、図において、８６は外筒ダイ８３と固定ダイ８４との間に配置されたシールである。
特開平３−２７４４４２号公報
ゴムの粘弾性は、歪みの大きさに対する依存性が大きく、評価する歪み領域により物性値が異なることから、ゴムの粘弾性を評価するには、実際のゴムの使用領域に近い歪み領域における評価が必要である。これらのことから、静的に変形している状態から、さらに振動を受けるような動的変形をする粘弾性体の評価を行うには、静的な変形と動的な変形の両方を同時にゴムに与えながら粘弾性の測定を行う装置が必要である。
従来の粘弾性測定装置では、加熱、冷却、圧力、回転剪断力を制御可能であることから種々の粘弾性評価が可能であるが、振動機構が単純な振幅歪みのみを加えるものであることから、静的変形と動的変形の両方が同時に入力されるような実際の入力に近い状態では粘弾性体の特性を評価することができないという問題がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、静的変形と動的変形の両方が同時に入力される状態で粘弾性体の特性を評価することができる粘弾性測定装置および粘弾性体の試験方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の粘弾性測定装置は、測定すべき粘弾性体の試料を収容する温度調節された試料室と試料に振動する回転剪断力を与える駆動機構と該駆動機構に生じる反作用トルクを検出して電気信号に変換する変換器とを備える粘弾性試験機と、前記駆動機構に対して任意の一定応力、または一定歪を加えて回転振動中心位置を初期位置から変更する回転軸制御装置と、前記変換器から出力される反作用トルクに相当するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号をデータとして記憶するとともに、測定終了後、記憶したデータを読み出して処理を行う情報処理装置とを備えることを特徴とする。
また、本発明の粘弾性体の試験方法は、測定すべき粘弾性体の試料を収容する温度調節された試料室と試料に振動する回転剪断力を与える駆動機構と該駆動機構に生じる反作用トルクを検出して電気信号に変換する変換器とを備える粘弾性試験機と、前記駆動機構の回転の振動中心および振幅を制御する回転軸制御装置と、前記変換器から出力される反作用トルクに相当するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号をデータとして記憶するとともに、測定終了後、記憶したデータを読み出して処理を行う情報処理装置とを備える粘弾性測定装置における粘弾性体の試験方法であって、前記駆動機構に対して任意の一定応力、または一定歪を加えて回転振動中心位置を初期位置から変更して前記試料に静的変形を加え、回転中心位置を変更した状態で、振動する回転剪断力を試料に与えて前記試料のトルク特性値を解析することを特徴とする。
本発明によれば、従来装置では評価が困難であった静的変形と動的変形の両方を加えた状態で粘弾性体の特性を評価することができる。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の粘弾性測定装置は、図１に示すように、回転軸制御装置４により、ロータシャフト１０１ａに任意の一定応力、または一定歪を加えて回転振動中心位置を初期位置から変更して試料に静的変形を加え、回転中心位置を変更した状態で、振動する回転剪断力を試料に与えて試料のトルク特性値を解析するものである。
図２は、本発明の粘弾性測定装置のブロック図である。同図において、粘弾性測定装置は、測定すべき粘弾性体の試料を収容する温度調節された試料室と、試料に振動する回転剪断力を与える駆動機構と、駆動機構に生じる反作用トルクを検出して電気信号に変換する変換器とを備える粘弾性試験機１と、駆動機構の回転の振動中心および振幅を制御する回転軸制御装置４と、粘弾性試験機１の変換器から出力される反作用トルクに相当するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、測定期間中にＡ／Ｄ変換器２からのデジタル信号をデータとして記憶するとともに、測定終了後、記憶したデータを読み出して処理を行う情報処理装置３とからなる。なお、粘弾性試験機１は、試料室内に設けられたロータにより試料に剪断力を加えるタイプでも、上部ダイと下部ダイとにより試料室を形成し、何れか一方のダイから剪断力を加えるタイプでもよいが、後者のタイプがより好ましい。
さらに、情報処理装置３は、粘弾性測定装置全体を制御するとともに測定データを解析するＣＰＵ１０と、Ａ／Ｄ変換器２からＣＰＵ１０にデジタル信号を取り込むための入出力インタフェース１１と、デジタル信号をデータとして記憶したり制御プログラムを記憶する主記憶部１２と、各種の入出力機器をＣＰＵ１０に接続する入出力インタフェース１３と、試験の進行状況や解析結果を表示するディスプレイ１４と、ＣＰＵ１０に対して指示を与えるためのキーボード１５と、解析結果を印刷するプリンタ１６と、データやプログラムを格納する記憶装置１７とからなる。
図３は、本発明の粘弾性測定装置の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートは、上記粘弾性測定装置のＣＰＵ１０のプログラムとして実行されるものである。図３において、まず測定の準備段階として粘弾性特性が測定される試料が粘弾性試験機１にセットされる（ステップＳ１０１）。次に、試料および粘弾性試験機１を所定の時間予熱し、室温ないし２００℃の温度範囲内の所定の温度を保つ（ステップＳ１０２）。予熱が終わると試験が開始される（ステップＳ１０３）。試験開始後、フローチャートの右側に記載された粘弾性試験機１のシーケンス制御と、フローチャートの左側に記載されたＣＰＵ１０の制御下に行われる試験データの記憶とが並行して行われる。この場合、適当な出力インタフェースを介してＣＰＵ１０からの指示により、粘弾性試験機１が制御されてもよい。
試験が開始されると、粘弾性試験機１は、試料に一定応力ないし、一定歪みを加えて振動中心を変更する（ステップＳ１０４）。なお、振動中心は、試験中の任意の時間に変更することができる。次に、試料に剪断力を加え、その反作用トルク値を電気的なアナログ信号に変換して出力する（ステップＳ１０５）。粘弾性試験機１は、所定の剪断力印加時間が経過するまでステップＳ１０５を繰り返す（ステップＳ１０６）。所定の剪断力印加時間が経過すると（ステップＳ１０６の判定でＹＥＳ）、粘弾性試験機１は剪断力を停止させ、反作用トルク値に替えて緩和トルク値を検出する（ステップＳ１０７）。この緩和トルク値の検出は、所定の試験時間が終了するまで続けられる（ステップＳ１０８）。
上記粘弾性試験機１の試験と並行して、Ａ／Ｄ変換器２は、順次送られてくるトルク値に相当するアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１０はＡ／Ｄ変換された試験データを順次主記憶部１２に記憶させる（ステップＳ１０９）。この試験データの記憶は、所定の試験時間の終了まで続けられる（ステップＳ１１０）。
所定の試験時間が終了すると、ＣＰＵ１０は主記憶部１２に記憶したデータを読み出して解析し、トルク特性値またはこのトルク特性値から換算されたムーニー粘度特性値を算出する（ステップＳ１１１）。次に、プリンタ１６により解析結果を印刷し（ステップＳ１１２）、すべての動作を終了する。
上述のように、本発明の粘弾性測定装置は、従来装置では評価が困難であった静的変形と動的変形の両方を加えた状態でのゴムの粘弾性を高精度で評価することができる。
なお、本発明の粘弾性測定装置を用いて、数種のゴムで中心歪みを加えた状態での粘弾性評価を行い、単純な振幅歪みによる粘弾性評価と結果を比較したところ、最大でｔａｎδの値が３０％も異なる値が得られた。
１ 粘弾性試験機
２ Ａ／Ｄ変換器
３ 情報処理装置
４ 回転軸制御装置
１０ ＣＰＵ
１１，１３ 入出力インタフェース
１２ 主記憶部
１４ ディスプレイ
１５ キーボード
１６ プリンタ
１７ 記憶装置
２ Ａ／Ｄ変換器
３ 情報処理装置
４ 回転軸制御装置
１０ ＣＰＵ
１１，１３ 入出力インタフェース
１２ 主記憶部
１４ ディスプレイ
１５ キーボード
１６ プリンタ
１７ 記憶装置
Claims (2)
- 測定すべき粘弾性体の試料を収容する温度調節された試料室と試料に振動する回転剪断力を与える駆動機構と該駆動機構に生じる反作用トルクを検出して電気信号に変換する変換器とを備える粘弾性試験機と、
前記駆動機構に対して任意の一定応力、または一定歪を加えて回転振動中心位置を初期位置から変更する回転軸制御装置と、
前記変換器から出力される反作用トルクに相当するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号をデータとして記憶するとともに、測定終了後、記憶したデータを読み出して処理を行う情報処理装置と、
を備えることを特徴とする粘弾性測定装置。 - 測定すべき粘弾性体の試料を収容する温度調節された試料室と試料に振動する回転剪断力を与える駆動機構と該駆動機構に生じる反作用トルクを検出して電気信号に変換する変換器とを備える粘弾性試験機と、前記駆動機構の回転の振動中心および振幅を制御する回転軸制御装置と、前記変換器から出力される反作用トルクに相当するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信号をデータとして記憶するとともに、測定終了後、記憶したデータを読み出して処理を行う情報処理装置とを備える粘弾性測定装置における粘弾性体の試験方法であって、
前記駆動機構に対して任意の一定応力、または一定歪を加えて回転振動中心位置を初期位置から変更して前記試料に静的変形を加え、回転中心位置を変更した状態で、振動する回転剪断力を試料に与えて前記試料のトルク特性値を解析することを特徴とする粘弾性体の試験方法。
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| JP2007012983A JP4799430B2 (ja) | 2007-01-23 | 2007-01-23 | 粘弾性計測装置および粘弾性体の試験方法 |
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