JP7353639B2 - Viscoelastic coefficient measurement method, viscoelastic coefficient measurement device and program - Google Patents
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Description
本発明は、粘弾性係数測定方法、粘弾性係数測定装置およびプログラムに関する。 The present invention relates to a viscoelastic coefficient measuring method, a viscoelastic coefficient measuring apparatus, and a program.
物質の粘弾性とは、物質が有する弾性と粘性とを併せ持った特性のことである。物質の粘弾性の特性を把握するには、弾性係数と粘性係数とを同定する必要がある。弾性係数を同定する方法として、いわゆる引っ張り試験を用いる方法も提案されている(例えば特許文献1参照)。また、弾性係数を同定する方法として、いわゆる押込試験を用いる方法も提案されている(例えば特許文献2、3参照)。これらの方法では、構成モデル、即ち、複数の構成要素を有する物質の変形についての物理モデルを仮定する。例えば特許文献2、3に記載された方法では、構成モデルとしていわゆる3要素固体モデルを採用する。そして、前述の複数の構成要素の数以上の複数種類の条件下で引っ張り試験または押し込み試験を行い、複数種類の条件下それぞれでの試験結果から、各構成要素の力学的特性値(いわゆる物性値)を求める。例えば特許文献3に記載された方法では、3種類の押込速度で物質を押し込んだときそれぞれにおける物質の変形量と力との相関関係を計測し、3要素固体モデルにおける2つの弾性要素それぞれに関する弾性係数と1つの粘性要素に関する粘性係数とを求める。 The viscoelasticity of a substance is a property of a substance that combines elasticity and viscosity. In order to understand the viscoelastic properties of a substance, it is necessary to identify the elastic coefficient and viscous coefficient. As a method for identifying the elastic modulus, a method using a so-called tensile test has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). Further, as a method for identifying the elastic modulus, a method using a so-called indentation test has also been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). These methods assume a constitutive model, ie a physical model for the deformation of a material that has multiple components. For example, in the methods described in Patent Documents 2 and 3, a so-called three-element solid model is employed as a configuration model. Then, a tensile test or an indentation test is performed under multiple types of conditions that exceed the number of multiple components described above, and the mechanical property values (so-called physical property values) of each component are determined from the test results under each of the multiple types of conditions. ). For example, in the method described in Patent Document 3, when a material is pushed at three different pushing speeds, the correlation between the amount of deformation of the material and the force is measured, and the elasticity for each of the two elastic elements in the three-element solid model is measured. The coefficient and the viscosity coefficient regarding one viscosity element are determined.
しかしながら、特許文献1から3に記載された方法では、いずれも、構成モデルに含まれる構成要素の数以上の複数種類の条件下での引っ張り試験または押し込み試験を行う必要がある。このため、試験内容が煩雑になったり弾性係数および粘性係数を求めるまでの時間が長期化したりする虞がある。 However, in the methods described in Patent Documents 1 to 3, it is necessary to perform a tensile test or an indentation test under multiple types of conditions equal to or greater than the number of constituent elements included in the constituent model. For this reason, there is a risk that the test content may become complicated or that the time required to determine the elastic coefficient and viscosity coefficient becomes long.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、物質の粘性係数および弾性係数を簡易且つ高速に求めることができる粘弾性係数算出方法、粘弾性係数算出装置およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a viscoelastic coefficient calculation method, a viscoelastic coefficient calculation device, and a program that can easily and quickly determine the viscosity coefficient and elastic coefficient of a substance. shall be.
上記目的を達成するために、本発明に係る粘弾性係数測定方法は、
試料を経時的に変形させるステップと、
前記試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得するステップと、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出するステップと、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出するステップと、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力するステップと、を含み、
前記関係式は、前記試料の粘弾性モデルの挙動を表す前記試料に作用する応力と前記試料の歪み量との時間についての一階微分方程式に、前記歪み量が変化したときの前記応力の変化量を表す変形抵抗率を代入することにより得られる関係式から導出される。
In order to achieve the above object, the viscoelastic coefficient measuring method according to the present invention includes:
deforming the sample over time;
acquiring a history of a first physical quantity that reflects the amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects the stress acting on the sample;
calculating a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. calculating an approximate solution for the viscosity coefficient and an approximate solution for the elastic coefficient from the history of the rate of change;
outputting information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample ; ,
The relational expression is a first-order differential equation with respect to time between the stress acting on the sample and the amount of strain in the sample, which represents the behavior of the viscoelastic model of the sample, and the change in the stress when the amount of strain changes. It is derived from the relational expression obtained by substituting the deformation resistivity representing the quantity .
他の観点から見た本発明に係る粘弾性係数測定装置は、
試料を経時的に変形させることにより試料の粘性係数および弾性係数を測定する粘弾性係数測定装置であって、
前記試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得する物理量履歴取得部と、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出する速度算出部と、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出する係数算出部と、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力する出力部と、を備え、
前記関係式は、前記試料の粘弾性モデルの挙動を表す前記試料に作用する応力と前記試料の歪み量との時間についての一階微分方程式に、前記歪み量が変化したときの前記応力の変化量を表す変形抵抗率を代入することにより得られる関係式から導出される。
The viscoelastic coefficient measuring device according to the present invention seen from another point of view is as follows:
A viscoelastic coefficient measuring device that measures the viscosity coefficient and elastic coefficient of a sample by deforming the sample over time,
a physical quantity history acquisition unit that acquires a history of a first physical quantity that reflects an amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects stress acting on the sample;
a speed calculation unit that calculates a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. a coefficient calculation unit that calculates an approximate solution of the viscosity coefficient and an approximate solution of the elastic coefficient from the history of the rate of change;
an output unit that outputs information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample. picture,
The relational expression is a first-order differential equation with respect to time between the stress acting on the sample and the amount of strain in the sample, which represents the behavior of the viscoelastic model of the sample, and the change in the stress when the amount of strain changes. It is derived from the relational expression obtained by substituting the deformation resistivity representing the quantity .
他の観点から見た本発明に係るプログラムは、
コンピュータを、
試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得する物理量履歴取得部、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出する速度算出部、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出する係数算出部、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力する出力部、
として機能させるためのプログラムであって、
前記関係式は、前記試料の粘弾性モデルの挙動を表す前記試料に作用する応力と前記試料の歪み量との時間についての一階微分方程式に、前記歪み量が変化したときの前記応力の変化量を表す変形抵抗率を代入することにより得られる関係式から導出される。
The program according to the present invention seen from another point of view is
computer,
a physical quantity history acquisition unit that acquires a history of a first physical quantity that reflects the amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects the stress acting on the sample;
a speed calculation unit that calculates a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. a coefficient calculation unit that calculates an approximate solution of the viscosity coefficient and an approximate solution of the elastic coefficient from the history of the rate of change;
an output unit that outputs information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample;
It is a program to function as
The relational expression is a first-order differential equation with respect to time between the stress acting on the sample and the amount of strain in the sample, which represents the behavior of the viscoelastic model of the sample, and the change in the stress when the amount of strain changes. It is derived from the relational expression obtained by substituting the deformation resistivity representing the quantity .
本発明によれば、試料を経時的に変形させるときの試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得し、第1物理量の履歴に基づいて、第1物理量の変化速度の履歴を算出する。そして、試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ第1物理量と第2物理量と変化速度との関係を表す関係式を用いて、第1物理量の履歴と第2物理量の履歴と変化速度の履歴とから粘性係数の近似解および弾性係数の近似解を算出する。これにより、試料を一度だけ経時的に変化させるだけで、試料の粘性係数の近似解および弾性係数の近似解を算出することができるので、試料の粘性係数および弾性係数を測定するための試験の内容を簡素化でき且つ弾性係数および粘性係数を求めるまでの時間を短縮することができる。 According to the present invention, the history of the first physical quantity that reflects the amount of strain on the sample when deforming the sample over time and the history of the second physical quantity that reflects the stress acting on the sample are acquired, and the history of the first physical quantity that reflects the stress acting on the sample is obtained. A history of the rate of change of the first physical quantity is calculated based on the history. Then, using a relational expression that includes the viscosity coefficient and elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change, the history of the first physical quantity, the history of the second physical quantity, and the history of the rate of change are used. An approximate solution for the viscosity coefficient and an approximate solution for the elastic coefficient are calculated from This makes it possible to calculate an approximate solution to the viscosity coefficient and elastic modulus of the sample by changing the sample only once over time. The contents can be simplified and the time required to obtain the elastic coefficient and viscosity coefficient can be shortened.
(実施の形態1)
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず、本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法について説明する。
(Embodiment 1)
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a method for measuring a viscoelastic coefficient according to this embodiment will be explained.
本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法では、試料に圧子を押込むことにより試料を経時的に変形させたときの、圧子の押込み量の履歴と、圧子に作用する押込み荷重の履歴と、圧子の押込速度の履歴と、に基づいて、試料の粘性係数の値と弾性係数の値とを算出する。本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法では、試料が、図1に示すような、ばね要素を有する弾性部(elastic part)と、ばね要素およびダッシュポット要素を有する粘弾性部(viscoelastic part)と、から構成される粘弾性モデルである3要素固体モデルで表されるものと仮定する。ここで、弾性部の歪み量εe、弾性係数Ee、粘弾性部のばね要素の弾性係数Eve、粘弾性部のばね要素に生じる応力σve、粘弾性部のダッシュポット要素の粘性コンプライアンス(以下、「粘性係数」と称する。)C、ダッシュポット要素に生じる応力σvおよび歪み量εv、応力σveと応力σvとの和σについて、下記式(1)乃至式(7)の関係が成り立つ。なお、下記式(1)乃至式(7)について、各物理量を示す記号に付されたオーバードットは、時間微分を示し、以下文中では上付き「・」で表す。 In the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, when the sample is deformed over time by pushing the indenter into the sample, the history of the indentation amount of the indenter, the history of the indentation load acting on the indenter, The viscosity coefficient value and the elastic coefficient value of the sample are calculated based on the history of the indentation speed of the indenter. In the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, the sample includes an elastic part having a spring element and a viscoelastic part having a spring element and a dashpot element, as shown in FIG. It is assumed that it is expressed by a three-element solid model, which is a viscoelastic model consisting of and . Here, the strain amount ε e of the elastic part, the elastic coefficient E e , the elastic coefficient E ve of the spring element of the viscoelastic part, the stress σ ve generated in the spring element of the viscoelastic part, and the viscous compliance of the dashpot element of the viscoelastic part (Hereinafter, referred to as "viscosity coefficient.") Regarding C, the stress σ v generated in the dashpot element, the amount of strain ε v , and the sum σ of the stress σ ve and the stress σ v , the following formulas (1) to (7) are used. The relationship holds true. In addition, regarding the following formulas (1) to (7), the overdot attached to the symbol indicating each physical quantity indicates time differentiation, which is represented by a superscript "." in the text below.
ここで、例えば式(5)に式(6)および式(7)を代入した後、式(1)および式(2)に基づいて、εv、εv・をε、ε・、εe、εe・を含む式に変形する。そして、εe、εe・に式(3)および式(4)を代入することにより、下記式(8)に示すような、試料SP1の粘弾性モデルの挙動を表す関係式が導出される。 Here, for example, after substituting equations (6) and (7) into equation (5), based on equations (1) and (2), ε v , ε v・are changed to ε, ε・, ε e , ε e・. Then, by substituting equations (3) and (4) into ε e and ε e , a relational expression representing the behavior of the viscoelastic model of sample SP1 as shown in equation (8) below is derived. .
また、本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法において、例えば図3に示すように、球状の圧子15を試料SP1に押し込むものとする。この場合、Hertzの弾性接触理論から導出される関係式において、ヤング率をいわゆる見かけのヤング率に相当する変形抵抗率Dに置き換えることにより下記式(20)の関係式が算出できる。
Furthermore, in the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, it is assumed that, for example, as shown in FIG. 3, a
また、試料SP1を圧子15で押し込む過程において、試料SP1の荷重面にかかる表面形状が大きく変化する、即ち、圧子15の押込みによって試料SP1の変形領域が著しく変化する現象が現れる。そして、剛体上に置かれた有限体の試料SP1への押込み荷重は、半無限体の試料SP1に対する押込み荷重より大きくなる。ここで、実際の試料SP1が有限体であることの影響を考慮して、圧子15の押込みによる試料SP1の変形を、圧子15の接触変形と、軟性材料である場合に生じる圧縮変形との重ね合せで表現する。この場合、下記式(21)の関係式が成立する。なお、下記式(21)の各物理量を示す記号に付されたオーバーラインは、以下文中では上付き「-」で表す。
Further, in the process of pressing the sample SP1 with the
次に、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置について説明する。図7に示すように、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置100は、計測ユニット10と、制御ユニット20と、解析ユニット30と、を備える。計測ユニット10は、圧子15と、荷重軸14と、ステージ12と、ロードセル13と、アクチュエータ11と、ポテンショメータ17と、を有する。アクチュエータ11は、ステージ12を予め設定された方向へ駆動する(図7の矢印AR3の下方向)。荷重軸14は、ステージ12に取り付けられており、アクチュエータ11がステージ12を駆動すると、それに伴い、荷重軸14の位置も変更される。圧子15は、球状であり、荷重軸14の先端部に取り付けられている。アクチュエータ11がステージ12をテーブル16上に載置された試料SP1に近づく方向(矢印AR3の下方向)へ移動させると、圧子15が試料SP1に接触し押し込まれる。
Next, a viscoelastic coefficient measuring device according to this embodiment will be explained. As shown in FIG. 7, the viscoelastic
ロードセル13は、荷重軸14に取り付けられ、荷重軸14から圧子15に作用する荷重を計測する。ロードセル13は、試料SP1より圧子15に作用する荷重を計測し、この荷重情報を解析ユニット30へ出力する。ポテンショメータ17は、ステージ12の移動量を計測する。このステージ12の移動量は、圧子15の試料SP1への押込み量に相当する。ポテンショメータ17は、計測した圧子15の押込み量を示す押込み量情報を、制御ユニット20へ出力する。
The
制御ユニット20は、アクチュエータ11へ制御信号を出力することによりアクチュエータ11を制御する。制御ユニット20は、CPU(Central Processing Unit)と記憶部とを有する。また、制御ユニット20は、アクチュエータ11へ制御信号を出力する際、圧子15の試料SP1への押込み動作の開始を通知する試験開始信号を解析ユニット30へ出力する。そして、制御ユニット20は、圧子15を予め設定された押込み量まで押込むと、圧子15の押込み動作を終了する旨を通知する試験終了信号を解析ユニット30へ出力する。更に、制御ユニット20は、ポテンショメータ17から入力される押込み量情報を解析ユニット30へ出力する。制御ユニット20は、CPUが記憶部に記憶されたアクチュエータ11の制御用のプログラムを実行することにより実現されている。
The
解析ユニット30は、図8に示すように、CPU31と記憶部32と表示部33とを有する。表示部33は、例えば液晶表示装置である。CPU31は、記憶部32が記憶する解析用のプログラムを実行することにより、データ取得部311、修正部312、速度算出部313、係数算出部314および係数情報出力部315として機能する。また、記憶部32は、計測ユニット10から取得された押込み荷重を示す荷重情報と、押込み量を示す押込み量情報とを時系列で記憶する計測情報記憶部321を有する。更に、記憶部32は、前述の式(31)に示す関係式の情報を記憶する関係式記憶部322と、算出された弾性係数および粘性係数を示す情報を記憶する係数記憶部323と、を有する。
The
データ取得部311は、制御ユニット20から試験開始信号が入力されたことを契機として、計測ユニット10から荷重情報と押込み量情報とを順次取得する物理量履歴取得部である。ここで、押込み量情報は圧子15の押込み量を示す情報であり、荷重情報は圧子15に作用する押込み荷重を示す情報である。そして、データ取得部311は、押込み量情報と荷重情報とを取得した順に計測情報記憶部321に記憶させていく。また、データ取得部311は、制御ユニット20から試験終了信号が入力されると、データの取得を停止する。
The
修正部312は、押込み量の初期値である基準押込み量を特定する。ここで、基準押込み量は、図9に示すように、圧子15が試料SP1に接触していない状態から押込み量を増加させていったときに、押込み荷重が初めて0レベルよりも大きくなった時点における押込み量δ0に相当する。そして、修正部312は、押込み量が基準押込み量δ0以上の押込み量情報を、その押込みが示す押込み量δ1から基準押込み量δ0を差し引いて得られる押込み量δを示す情報で更新することにより、計測情報記憶部321が記憶する押込み量情報を修正する。
The
速度算出部313は、計測情報記憶部321が記憶する押込み量情報が示す押込み量の履歴に基づいて、押込み量の変化速度、即ち、押込み速度の履歴を算出する。速度算出部313は、算出した押込み速度の履歴を示す情報を、係数算出部314に通知する。
The
係数算出部314は、前述の式(31)の関係式を用いて、押込み荷重の履歴と押込み量の履歴と速度算出部313から通知される押込み速度の履歴とに対して最小二乗法によるフィッティングを実行する。このとき、係数算出部314は、関係式記憶部322から前述の式(31)の関係式を示す情報を取得して最小二乗法によるフィッティングを実行する。これにより、係数算出部314は、弾性係数Ee、Eveの近似解と粘性係数Cの近似解とを算出する。係数算出部314は、算出した弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報と粘性係数Cの近似解を示す情報とを係数記憶部323に記憶させる。
The
係数情報出力部315は、係数記憶部323が記憶する、粘性係数Cの近似解を示す情報および弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報を、試料SP1の粘性係数Cを示す粘性係数情報および弾性係数Ee、Eveを示す弾性係数情報として表示部33へ出力する。このとき、表示部33は、係数情報出力部315から入力される粘性係数情報および弾性係数情報を表示する。
The coefficient
次に、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置100の解析ユニット30が実行する解析処理について図10を参照しながら説明する。この解析処理は、例えば制御ユニット20から試験開始信号が入力されたことを契機として実行される。
Next, the analysis process executed by the
まず、データ取得部311は、計測ユニット10から荷重情報と押込み量情報とを順次取得して、計測情報記憶部321に記憶させていく(ステップS1)。そして、データ取得部311は、制御ユニット20から試験終了信号が入力されると、データの取得を停止する。
First, the
次に、修正部312は、計測情報記憶部321から試料SP1について取得された一連の荷重情報および押込み量情報を読み込む(ステップS2)。続いて、修正部312は、読み込んだ一連の荷重情報および押込み量情報を用いて基準押込み量を特定し、特定した基準押込み量に基づいて押込み量情報を修正する(ステップS3)。ここで、修正部312は、圧子15が試料SP1に接触していない状態から押込み量を増加させていったときに、押込み荷重が初めて0レベルよりも大きくなった時点における押込み量δ0を基準押込み量として特定する。
Next, the
その後、速度算出部313は、計測情報記憶部321が記憶する押込み量情報が示す押込み量の履歴に基づいて、押込み速度の履歴を算出する(ステップS4)。
Thereafter, the
次に、係数算出部314は、前述の式(31)の関係式を用いて、押込み荷重の履歴と押込み量の履歴と押込み速度の履歴とに対して最小二乗法によるフィッティングを実行することにより、弾性係数Ee、Eveの近似解と粘性係数Cの近似解とを算出する。そして、係数算出部314は、算出した弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報と粘性係数Cの近似解を示す情報とを係数記憶部323に記憶させる。(ステップS5)。
Next, the
続いて、係数情報出力部314は、係数記憶部323が記憶する、粘性係数Cの近似解を示す情報および弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報を、試料SP1の粘性係数Cを示す粘性係数情報および弾性係数Ee、Eveを示す弾性係数情報として表示部33へ出力する(ステップS6)。
Subsequently, the coefficient
次に、本実施の形態に係る解析処理を実行した結果について比較例1、2に係る粘弾性係数測定方法と比較しながら説明する。比較例1に係る粘弾性係数測定方法では、Vigotの理論に基づいて、弾性係数Eeおよび粘性係数Cを算出する。具体的には、試料SP1が、図11(A)に示すような、ばね要素を有する弾性部(elastic part)と、ダッシュポット要素を有する粘弾性部(viscoelastic part)と、から構成される2要素固体モデルで表されるものと仮定する。なお、図11(A)において、εe、Ee、C、σvおよびεvは、前述の図1に示したεe、Ee、C、σvおよびεvと同じ意味を示す。 Next, the results of executing the analysis process according to the present embodiment will be explained while comparing with the viscoelastic coefficient measuring method according to Comparative Examples 1 and 2. In the viscoelastic coefficient measuring method according to Comparative Example 1, the elastic coefficient E e and the viscous coefficient C are calculated based on Vigot's theory. Specifically, the sample SP1 is composed of an elastic part having a spring element and a viscoelastic part having a dashpot element, as shown in FIG. 11(A). Assume that it is represented by an elemental solid model. Note that in FIG. 11(A), ε e , E e , C, σ v and ε v have the same meanings as ε e , E e , C, σ v and ε v shown in FIG. 1 above.
図11(B)に、試料SP1として、バイリニア柔軟体である素材(株式会社SMPテクノロジーズ製 超弾性ポリマ材SMP Foam)を用いた場合の測定結果を曲線C10で示す。ここにおいて、計測ユニット10としては、株式会社堀内電機製作所製SoftMeasure HG1003を用いた。また、圧子15の直径は10mmとし、圧子15の押込速度は2.0mm/sとした。また、図11(B)の曲線C91は、比較例に係る解析処理により得られた押込み荷重と押込み量との関係を示す近似曲線を示す。図11(B)に示すように、比較例に係る解析処理により得られた曲線C91は、押込み量が0に近い領域において計測データとのずれが確認できる。
In FIG. 11(B), a curve C10 shows the measurement results when a bilinear flexible material (superelastic polymer material SMP Foam manufactured by SMP Technologies Co., Ltd.) was used as the sample SP1. Here, as the
ここで、本実施の形態に係る解析処理を実行した結果を図12に示す。図12の曲線C11は、本実施の形態に係る解析処理により得られた押込み荷重と押込み量との関係を示す近似曲線を示す。図12に示すように、本実施の形態に係る解析処理により得られた曲線C11は、押込み量の全領域において計測データと合致していることが確認できる。このことから、本実施の形態に係る解析処理を行うことにより、試料SP1の変形挙動を適切に再現でき、粘性係数Cおよび弾性係数Ee、Eveを精度良く算出することができることが判る。また、比較例1に係る粘弾性係数測定方法で得られる計算結果と、Maxwellの理論に基づいて弾性係数Eeおよび粘性係数Cを算出する比較例2に係る粘弾性係数測定方法で得られる計算結果と、本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法で得られる計算結果と、を図13に示す。図13において、曲線C12は、本実施の形態に係る近似曲線、曲線C92は、比較例1に係る近似曲線、曲線C93は、比較例2に係る近似曲線を示す。なお、図13において、押込み速度はいずれも10mm/secとした。 Here, FIG. 12 shows the results of executing the analysis process according to this embodiment. A curve C11 in FIG. 12 is an approximate curve showing the relationship between the indentation load and the indentation amount obtained by the analysis process according to the present embodiment. As shown in FIG. 12, it can be confirmed that the curve C11 obtained by the analysis process according to the present embodiment matches the measurement data in the entire region of the indentation amount. From this, it can be seen that by performing the analysis process according to the present embodiment, the deformation behavior of the sample SP1 can be appropriately reproduced, and the viscosity coefficient C and the elastic coefficients E e and E ve can be calculated with high accuracy. In addition, calculation results obtained by the viscoelastic coefficient measuring method according to Comparative Example 1 and calculations obtained by the viscoelastic coefficient measuring method according to Comparative Example 2, which calculates the elastic coefficient E e and the viscous coefficient C based on Maxwell's theory. The results and the calculation results obtained by the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment are shown in FIG. In FIG. 13, a curve C12 shows an approximate curve according to the present embodiment, a curve C92 shows an approximate curve according to Comparative Example 1, and a curve C93 shows an approximate curve according to Comparative Example 2. In addition, in FIG. 13, the pushing speed was 10 mm/sec in all cases.
以上説明したように、本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法および粘弾性係数測定装置100によれば、試料SP1を経時的に変形させるときの試料SP1の押込み量の履歴と試料SP1に作用する押込み荷重の履歴とを取得し、押込み量の履歴に基づいて、押込み速度の履歴を算出する。そして、前述の式(31)に示す関係式を用いて、押込み量の履歴と押込み荷重の履歴と押込み速度の履歴とから、弾性係数Ee、Eveの近似解および粘性係数Cの近似解を算出する。これにより、試料SP1を一度だけ経時的に変化させるだけで、試料SP1の弾性係数Ee、Eveの近似解および粘性係数Cの近似解を算出することができる。従って、試料SP1の弾性係数Ee、Eveおよび粘性係数Cを測定するための試験の内容を簡素化でき且つ弾性係数Ee、Eveおよび粘性係数Cを求めるまでの時間を短縮することができる。
As explained above, according to the viscoelastic coefficient measuring method and the viscoelastic
(実施の形態2)
本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法では、試料を周期的に変形させたときの、試料の歪み量の履歴と、試料に作用する応力の大きさの履歴と、に基づいて、試料の粘性係数の値と弾性係数の値とを算出する。本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法でも、試料が、実施の形態1において図1を用いて説明した3要素固体モデルで表されるものと仮定する。
(Embodiment 2)
In the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, the value of the sample is determined based on the history of the amount of strain of the sample and the history of the magnitude of stress acting on the sample when the sample is periodically deformed. Calculate the value of the viscosity coefficient and the value of the elastic coefficient. In the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, it is also assumed that the sample is represented by the three-element solid model described in Embodiment 1 using FIG. 1.
粘弾性を有する試料を周期的に変形させた場合における試料の歪み量と試料に作用する応力の大きさとは、例えば図14に示すような時間挙動を示す。なお、図14において、ε(t)は、試料の歪み量を示し、σ(t)は、試料を変形させたときに観察できる応力の応答、即ち、試料に作用する応力の大きさを示す。また、ε0、σ0は、それぞれ、試料の歪み量、試料に作用する応力の振幅値を示す。図14に示すように、試料の歪み量の波形は、試料に作用する応力の波形に対してΔ/ωだけ位相がずれる。これは、試料が有する粘性の影響に依るものである。また、歪み量ε(t)は、試料を周期的に変形させるときの第1物理量に相当し、応力σ(t)は、第2物理量に相当する。ここで、試料の歪み量ε(t)と試料に作用する応力の大きさσ(t)とは、それぞれ、下記式(32)および式(33)で表される。 When a sample having viscoelasticity is periodically deformed, the amount of strain on the sample and the magnitude of stress acting on the sample exhibit temporal behavior as shown in, for example, FIG. 14. In FIG. 14, ε(t) indicates the amount of strain on the sample, and σ(t) indicates the stress response that can be observed when the sample is deformed, that is, the magnitude of the stress acting on the sample. . Further, ε 0 and σ 0 respectively indicate the amount of strain of the sample and the amplitude value of stress acting on the sample. As shown in FIG. 14, the waveform of the strain amount of the sample is out of phase by Δ/ω with respect to the waveform of the stress acting on the sample. This is due to the influence of the viscosity of the sample. Further, the strain amount ε(t) corresponds to a first physical quantity when periodically deforming the sample, and the stress σ(t) corresponds to a second physical quantity. Here, the amount of strain ε(t) of the sample and the magnitude of stress σ(t) acting on the sample are expressed by the following equations (32) and (33), respectively.
次に、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置について説明する。図17に示すように、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置2100は、計測ユニット2010と、制御ユニット2020と、解析ユニット2030と、を備える。計測ユニット2010は、試料SP2を挟持する2つのプレート2142,2152と、プレート2142、2152それぞれの中央部に一端が固定された軸部2141、2151と、応力計測部2013と、アクチュエータ2011と、エンコーダ2017と、を有する。アクチュエータ2011は、軸部2141をその中心軸周りに回動させることにより、プレート2142を回転させる。ここで、アクチュエータ2011は、軸部2141を、矢印AR203に示す回転方向と矢印AR203に示す回転方向とは逆方向の矢印AR204に示す回転方向へ予め設定された角度だけ交互に回動させる。応力計測部2013は、軸部2151に取り付けられ、軸部2151を介して試料SP2からプレート2152に作用する応力を計測する。また、応力計測部2013は、応力を計測して得られる応力情報を解析ユニット2030へ出力する。エンコーダ2017は、計測した軸部2141の回転角度が反映された試料SP2の歪み量を示す歪み量情報を、制御ユニット2020へ出力する。
Next, a viscoelastic coefficient measuring device according to this embodiment will be explained. As shown in FIG. 17, a viscoelastic
制御ユニット2020は、アクチュエータ2011へ制御信号を出力することによりアクチュエータ2011を制御する。制御ユニット2020は、CPUと記憶部とを有する。また、制御ユニット2020は、アクチュエータ2011へ制御信号を出力する際、プレート2142の回転駆動の開始を通知する試験開始信号を解析ユニット2030へ出力する。そして、制御ユニット2020は、プレート2142の回転駆動を開始してから予め設定された試験時間だけ経過すると、圧子15の押込み動作を終了する旨を通知する試験終了信号を解析ユニット30へ出力する。更に、制御ユニット2020は、エンコーダ2017から入力される歪み量情報を解析ユニット2030へ出力する。制御ユニット2020は、CPUが記憶部に記憶されたアクチュエータ11の制御用のプログラムを実行することにより実現されている。
解析ユニット2030は、実施の形態1に係る解析ユニット30と同様に、図18に示すように、CPU31と記憶部32と表示部33とを有する。なお、図18において、実施の形態1と同様の構成については図10と同一の符号を付している。CPU31は、記憶部32が記憶する解析用のプログラムを実行することにより、データ取得部2311、計時部2312、速度算出部2313、係数算出部2314および係数情報出力部315として機能する。また、記憶部32は、計測ユニット2010から取得された応力情報と、制御ユニット2020から取得した歪み量情報とを、計時部2312により計時された時刻を示す時刻情報に対応づけて記憶する計測情報記憶部2321を有する。更に、記憶部32は、前述の式(33)に示す関係式の情報を記憶する関係式記憶部2322と、係数記憶部323と、を有する。
Similar to the
データ取得部2311は、制御ユニット20から試験開始信号が入力されたことを契機として、計測ユニット2010および制御ユニット2020から応力情報と歪み量情報とを順次取得する物理量履歴取得部である。計時部2312は、データ取得部2311が応力情報および歪み量情報を取得した時刻を計時する。そして、データ取得部2311は、押込み量情報と荷重情報とを、計時部2312により計時された時刻を示す時刻情報に対応づけて計測情報記憶部2321に記憶させていく。
The
速度算出部2313は、計測情報記憶部321が記憶する歪み量情報が示す試料SP2の歪み量の履歴に基づいて、試料SP2を周期的に変化させるときの角速度を算出する。速度算出部2313は、算出した角速度を示す情報を、係数算出部2314に通知する。
The
係数算出部2314は、前述の式(42)の関係式と、速度算出部2313から通知される情報が示す角速度と、に基づいて、試料SP2に作用する応力の履歴と試料SP2の歪み量の履歴とに対して最小二乗法によるフィッティングを実行する。このとき、係数算出部2314は、関係式記憶部2322から前述の式(42)の関係式を示す情報を取得して最小二乗法によるフィッティングを実行する。これにより、係数算出部2314は、弾性係数Ee、Eveの近似解と粘性係数Cの近似解とを算出する。係数算出部2314は、算出した弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報と粘性係数Cの近似解を示す情報とを係数記憶部323に記憶させる。そして、係数情報出力部314は、係数記憶部323が記憶する、粘性係数Cの近似解を示す情報および弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報を、試料SP1の粘性係数Cを示す粘性係数情報および弾性係数Ee、Eveを示す弾性係数情報として表示部33へ出力する。
The
次に、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置2100の解析ユニット2030が実行する解析処理について図19を参照しながら説明する。この解析処理は、例えば制御ユニット20から試験開始信号が入力されたことを契機として開始される。
Next, the analysis process executed by the
まず、データ取得部2311は、計測ユニット2010および制御ユニット2020から応力情報と歪み量情報とを順次取得して、計測情報記憶部2321に記憶させていく(ステップS201)。このとき、データ取得部2311は、押込み量情報と荷重情報とを、計時部2312により計時された時刻を示す時刻情報に対応づけて計測情報記憶部2321に記憶させていく。そして、データ取得部2311は、制御ユニット2020から試験終了信号が入力されると、データの取得を停止する。
First, the
次に、速度算出部2313は、計測情報記憶部321が記憶する歪み量情報が示す試料SP2の歪み量の履歴に基づいて、試料SP2を周期的に変化させるときの角速度を算出する(ステップS202)。
Next, the
続いて、係数算出部2314は、前述の式(42)の関係式と、速度算出部2313から通知される情報が示す角速度と、に基づいて、試料SP2に作用する応力の履歴と試料SP2の歪み量の履歴とから、弾性係数Ee、Eveの近似解と粘性係数Cの近似解とを算出する。そして、係数算出部2314は、算出した弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報と粘性係数Cの近似解を示す情報とを係数記憶部323に記憶させる。(ステップS203)。
Subsequently, the
その後、係数情報出力部315は、係数記憶部323が記憶する、粘性係数Cの近似解を示す情報および弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報を、試料SP2の粘性係数Cを示す粘性係数情報および弾性係数Ee、Eveを示す弾性係数情報として表示部33へ出力する(ステップS204)。
Thereafter, the coefficient
以上説明したように、本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法および粘弾性係数測定装置2100によれば、試料SP2を周期的に変形させたときの、試料SP2の歪み量の履歴に基づいて、試料SP2を周期的に変形させるときの角速度を算出する。そして、前述の式(42)に示す関係式と、算出した角速度と、に基づいて、試料SP2の歪み量の履歴と試料SP2に作用する応力の履歴とから、弾性係数Ee、Eveの近似解および粘性係数Cの近似解を算出する。これにより、試料SP2を周期的に変形させることにより、試料SP2の弾性係数Ee、Eveの近似解および粘性係数Cの近似解を算出することができる。従って、試料SP2の弾性係数Ee、Eveおよび粘性係数Cを測定するための試験の内容を簡素化でき且つ弾性係数Ee、Eveおよび粘性係数Cを求めるまでの時間を短縮することができる。
As explained above, according to the viscoelastic coefficient measuring method and the viscoelastic
(実施の形態3)
本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法では、試料に対して引っ張り歪みを加えたときの、試料の歪み量の履歴と、試料に作用する応力の大きさの履歴と、に基づいて、試料の粘性係数の値と弾性係数の値とを算出する。本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法でも、試料が、実施の形態1において図1を用いて説明した3要素固体モデルで表されるものと仮定する。
(Embodiment 3)
In the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, the sample is measured based on the history of the amount of strain on the sample and the history of the magnitude of stress acting on the sample when tensile strain is applied to the sample. The values of the viscosity coefficient and the elastic coefficient are calculated. In the viscoelastic coefficient measuring method according to the present embodiment, it is also assumed that the sample is represented by the three-element solid model described in Embodiment 1 using FIG. 1.
本実施の形態では、実施の形態1と同様に、変形抵抗率Dが、式(19)に示す関係式で表されるものとする。また、試料を引っ張る過程において、試料の歪み速度と試料の引っ張り速度との関係は、下記式(43)の関係式で表される。 In this embodiment, similarly to Embodiment 1, the deformation resistivity D is expressed by the relational expression shown in Equation (19). Further, in the process of pulling the sample, the relationship between the strain rate of the sample and the pulling rate of the sample is expressed by the following relational expression (43).
次に、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置について説明する。図21に示すように、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置3100は、計測ユニット3010と、制御ユニット3020と、解析ユニット3030と、を備える。計測ユニット3010は、試料SP3を把持する2つのチャック3014、3015と、ロードセル3013と、アクチュエータ3011と、ポテンショメータ3017と、を有する。チャック3014およびロードセル3013は基台(図示せず)に固定されている。アクチュエータ3011は、チャック3014を矢印AR303に示す方向へ移動させることにより試料SP3に引っ張り荷重を印加する。ロードセル3013は、チャック3015に取り付けられ、チャック3015を介して試料SP3に作用する引っ張り荷重を計測する。また、ロードセル3013は、引っ張り荷重を計測して得られる荷重情報を解析ユニット3030へ出力する。ポテンショメータ3017は、チャック3014の移動量を計測する。このチャック3014の移動量は、試料SP3の引っ張り量に相当する。ポテンショメータ3017は、計測した試料SP3の引っ張り量を示す引っ張り量情報を、制御ユニット3020へ出力する。
Next, a viscoelastic coefficient measuring device according to this embodiment will be explained. As shown in FIG. 21, a viscoelastic
制御ユニット3020は、アクチュエータ3011へ制御信号を出力することによりアクチュエータ3011を制御する。制御ユニット3020は、CPUと記憶部とを有する。また、制御ユニット3020は、アクチュエータ3011へ制御信号を出力する際、チャック3014による試料SP3の引っ張り動作の開始を通知する試験開始信号を解析ユニット3030へ出力する。そして、制御ユニット3020は、チャック3014を、試料SP3の引っ張り量が予め設定された引っ張り量になるまで移動させると、チャック3014による引っ張り動作を終了する旨を通知する試験終了信号を解析ユニット3030へ出力する。更に、制御ユニット3020は、ポテンショメータ3017から入力される引っ張り量情報を解析ユニット3030へ出力する。制御ユニット3020は、CPUが記憶部に記憶されたアクチュエータ3011の制御用のプログラムを実行することにより実現されている。
解析ユニット3030は、実施の形態1に係る解析ユニット30と同様に、図22に示すように、CPU31と記憶部32と表示部33とを有する。なお、図22において、実施の形態1と同様の構成については図10と同一の符号を付している。CPU31は、記憶部32が記憶する解析用のプログラムを実行することにより、データ取得部3311、計時部3312、速度算出部3313、係数算出部3314および係数情報出力部315として機能する。また、記憶部32は、計測ユニット3010から取得された荷重情報と、制御ユニット3020から取得した引っ張り量情報とを、計時部3312により計時された時刻を示す時刻情報に対応づけて記憶する計測情報記憶部3321を有する。更に、記憶部32は、前述の式(46)に示す関係式の情報を記憶する関係式記憶部3322と、係数記憶部323と、を有する。
Similar to the
データ取得部3311は、制御ユニット3020から試験開始信号が入力されたことを契機として、計測ユニット3010および制御ユニット3020から荷重情報と引っ張り量情報とを順次取得する物理量履歴取得部である。計時部3312は、データ取得部3311が荷重情報および引っ張り量情報を取得した時刻を計時する。そして、データ取得部3311は、引っ張り量情報と荷重情報とを、計時部3312により計時された時刻を示す時刻情報に対応づけて計測情報記憶部3321に記憶させていく。
The
速度算出部3313は、計測情報記憶部3321が記憶する引っ張り量情報が示す試料SP2の引っ張り量の履歴に基づいて、試料SP3の引っ張り速度を算出する。速度算出部3313は、算出した引っ張り速度を示す情報を、係数算出部3314に通知する。
The
係数算出部3314は、前述の式(46)の関係式と、速度算出部3313から通知される情報が示す引っ張り速度と、に基づいて、試料SP3に作用する引っ張り荷重の履歴と試料SP3の引っ張り量の履歴とに対して最小二乗法によるフィッティングを実行する。このとき、係数算出部3314は、関係式記憶部3322から前述の式(46)の関係式を示す情報を取得して最小二乗法によるフィッティングを実行する。これにより、係数算出部3314は、弾性係数Ee、Eveの近似解と粘性係数Cの近似解とを算出する。係数算出部3314は、算出した弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報と粘性係数Cの近似解を示す情報とを係数記憶部323に記憶させる。そして、係数情報出力部314は、係数記憶部323が記憶する、粘性係数Cの近似解を示す情報および弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報を、試料SP1の粘性係数Cを示す粘性係数情報および弾性係数Ee、Eveを示す弾性係数情報として表示部33へ出力する。
The
次に、本実施の形態に係る粘弾性係数測定装置3100の解析ユニット3030が実行する解析処理について図23を参照しながら説明する。この解析処理は、例えば制御ユニット3020から試験開始信号が入力されたことを契機として開始される。
Next, the analysis process executed by the
まず、データ取得部3311は、計測ユニット3010および制御ユニット3020から荷重情報と引っ張り量情報とを順次取得して、計測情報記憶部3321に記憶させていく(ステップS301)。このとき、データ取得部3311は、引っ張り量情報と荷重情報とを、計時部3312により計時された時刻を示す時刻情報に対応づけて計測情報記憶部3321に記憶させていく。そして、データ取得部3311は、制御ユニット3020から試験終了信号が入力されると、データの取得を停止する。
First, the
次に、速度算出部3313は、計測情報記憶部3321が記憶する引っ張り量情報が示す試料SP3の引っ張り量の履歴に基づいて、試料SP3の引っ張り速度を算出する(ステップS302)。
Next, the
続いて、係数算出部3314は、前述の式(46)の関係式と、速度算出部3313から通知される情報が示す引っ張り速度と、に基づいて、試料SP3に作用する引っ張り荷重の履歴と試料SP3の引っ張り量の履歴とから、弾性係数Ee、Eveの近似解と粘性係数Cの近似解とを算出する。そして、係数算出部3314は、算出した弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報と粘性係数Cの近似解を示す情報とを係数記憶部323に記憶させる。(ステップS303)。
Next, the
その後、係数情報出力部315は、係数記憶部323が記憶する、粘性係数Cの近似解を示す情報および弾性係数Ee、Eveの近似解を示す情報を、試料SP2の粘性係数Cを示す粘性係数情報および弾性係数Ee、Eveを示す弾性係数情報として表示部33へ出力する(ステップS304)。
Thereafter, the coefficient
以上説明したように、本実施の形態に係る粘弾性係数測定方法および粘弾性係数測定装置3100によれば、試料SP3に引っ張り荷重を印加したときの試料SP3の引っ張り量の履歴に基づいて、試料SP3の引っ張り速度を算出する。そして、前述の式(46)に示す関係式と、算出した引っ張り速度と、に基づいて、試料SP3の引っ張り量の履歴と試料SP3に印加される引っ張り荷重の履歴とから、弾性係数Ee、Eveの近似解および粘性係数Cの近似解を算出する。これにより、試料SP3を一度だけ引っ張り荷重を印加して経時的に変化させるだけで、試料SP3の弾性係数Ee、Eveの近似解および粘性係数Cの近似解を算出することができる。従って、試料SP3の弾性係数Ee、Eveおよび粘性係数Cを測定するための試験の内容を簡素化でき且つ弾性係数Ee、Eveおよび粘性係数Cを求めるまでの時間を短縮することができる。
As explained above, according to the viscoelastic coefficient measuring method and the viscoelastic
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は前述の各実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、例えば計測ユニット10、2010、3010および制御ユニット20、2020、3020を備える計測装置と、計測装置とは別体の解析ユニット30、2030、3030を備える解析装置とから、粘弾性係数測定システムが構成されてもよい。
Although each embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the configuration of each of the above-described embodiments. For example, a viscoelastic coefficient measurement system is constructed from a measurement device including
また、本発明に係る制御ユニット20、2020、3020および解析ユニット30、2030、3030の各種機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。この場合、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、記憶部32に記憶される。また、本発明に係る制御ユニット20、2020、3020および解析ユニット30、2030、3030の各種機能は、専用のシステムによらず、コンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、ネットワークに接続されているコンピュータに、上記動作を実行するためのプログラムを、コンピュータシステムが読み取り可能な非一時的な記録媒体(フレキシブルディスク、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)、MO(Magneto-Optical Disc)等)に格納して配布し、当該プログラムをコンピュータシステムにインストールすることにより、上述の処理を実行する制御ユニット20、2020、3020および解析ユニット30、2030、3030を構成してもよい。
Further, various functions of the
また、コンピュータにプログラムを提供する方法は任意である。例えば、プログラムは、通信回線のサーバにアップロードされ、通信回線を介してコンピュータに配信されてもよい。そして、コンピュータは、このプログラムを起動して、OS(Operating System)の制御の下、他のアプリケーションと同様に実行する。これにより、コンピュータは、上述の処理を実行する制御ユニット20、2020、3020および解析ユニット30、2030、3030として機能する。
Further, the method of providing the program to the computer is arbitrary. For example, the program may be uploaded to a server on a communication line and distributed to a computer via the communication line. Then, the computer starts this program and executes it like other applications under the control of the OS (Operating System). Thereby, the computer functions as a
以上、本発明の実施の形態および変形例(なお書きに記載したものを含む。以下、同様。)について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。 Although the embodiments and modifications of the present invention (including those described in the notes; the same applies hereinafter) have been described above, the present invention is not limited to these. The present invention includes combinations of the embodiments and modifications as appropriate, and modifications as appropriate.
本発明は、粘弾性体の粘性係数および弾性係数の評価に好適である。 The present invention is suitable for evaluating the viscosity coefficient and elastic coefficient of a viscoelastic body.
10,2010,3010:計測ユニット、11,2011,3011:アクチュエータ、12:ステージ、13,3013:ロードセル、14:荷重軸、15:圧子、16:テーブル、17,3017:ポテンショメータ、20,2020、3020:制御ユニット、30,2030,3030:解析ユニット、31:CPU、32:記憶部、33:表示部、100,2100,3100:粘弾性係数測定装置、311,2311,3311:データ取得部、312:修正部、313,2313,3313:速度算出部、314,2314,3314:係数算出部、315:係数情報出力部、321,2321,3321:計測情報記憶部、322,2322,3322:関係式記憶部、323:係数記憶部、2013:応力計測部、2017:エンコーダ、2312,3312:計時部、SP1,SP2,SP3:試料 10, 2010, 3010: Measurement unit, 11, 2011, 3011: Actuator, 12: Stage, 13, 3013: Load cell, 14: Load axis, 15: Indenter, 16: Table, 17, 3017: Potentiometer, 20, 2020, 3020: control unit, 30, 2030, 3030: analysis unit, 31: CPU, 32: storage section, 33: display section, 100, 2100, 3100: viscoelastic coefficient measuring device, 311, 2311, 3311: data acquisition section, 312: Correction section, 313, 2313, 3313: Speed calculation section, 314, 2314, 3314: Coefficient calculation section, 315: Coefficient information output section, 321, 2321, 3321: Measurement information storage section, 322, 2322, 3322: Relationship Formula storage unit, 323: Coefficient storage unit, 2013: Stress measurement unit, 2017: Encoder, 2312, 3312: Time measurement unit, SP1, SP2, SP3: Sample
Claims (10)
前記試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得するステップと、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出するステップと、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出するステップと、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力するステップと、を含み、
前記関係式は、前記試料の粘弾性モデルの挙動を表す前記試料に作用する応力と前記試料の歪み量との時間についての一階微分方程式に、前記歪み量が変化したときの前記応力の変化量を表す変形抵抗率を代入することにより得られる関係式から導出される、
粘弾性係数測定方法。 deforming the sample over time;
acquiring a history of a first physical quantity that reflects the amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects the stress acting on the sample;
calculating a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. calculating an approximate solution for the viscosity coefficient and an approximate solution for the elastic coefficient from the history of the rate of change;
outputting information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample ; ,
The relational expression is a first-order differential equation with respect to time between the stress acting on the sample and the amount of strain in the sample, which represents the behavior of the viscoelastic model of the sample, and the change in the stress when the amount of strain changes. Derived from the relational expression obtained by substituting the deformation resistivity representing the quantity,
Method for measuring viscoelastic coefficient.
前記第1物理量は、前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込み量であり、
前記第2物理量は、前記圧子に作用する押込み荷重であり、
前記変化速度は、前記圧子の押込速度である、
請求項1に記載の粘弾性係数測定方法。 In the step of deforming the sample over time, deforming the sample over time by pushing an indenter into the sample,
The first physical quantity is the amount of pushing of the indenter when pushing the indenter into the sample,
The second physical quantity is an indentation load acting on the indenter,
The rate of change is the indentation rate of the indenter,
The viscoelastic coefficient measuring method according to claim 1 .
前記試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得するステップと、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出するステップと、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出するステップと、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力するステップと、を含み、
前記試料を経時的に変形させるステップにおいて、前記試料に圧子を押込むことにより前記試料を経時的に変形させ、
前記第1物理量は、前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込み量であり、
前記第2物理量は、前記圧子に作用する押込み荷重であり、
前記変化速度は、前記圧子の押込速度であり、
前記圧子は、球状であり、
前記関係式は、下記式(A)で表される、
粘弾性係数測定方法。 deforming the sample over time;
acquiring a history of a first physical quantity that reflects the amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects the stress acting on the sample;
calculating a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. calculating an approximate solution for the viscosity coefficient and an approximate solution for the elastic coefficient from the history of the rate of change;
outputting information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample,
In the step of deforming the sample over time, deforming the sample over time by pushing an indenter into the sample,
The first physical quantity is the amount of pushing of the indenter when pushing the indenter into the sample,
The second physical quantity is an indentation load acting on the indenter,
The rate of change is the indentation rate of the indenter,
The indenter is spherical,
The relational expression is expressed by the following formula (A),
Method for measuring viscoelastic coefficient.
前記試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得するステップと、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出するステップと、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出するステップと、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力するステップと、を含み、
前記試料を経時的に変形させるステップにおいて、前記試料をチャックにより把持し前記試料に周期的な振動を与えることにより前記試料を経時的に変形させ、
前記第1物理量は、前記試料の歪み量であり、
前記第2物理量は、前記チャックに作用する応力であり、
前記変化速度は、前記周期的な振動の角速度である、
粘弾性係数測定方法。 deforming the sample over time;
acquiring a history of a first physical quantity that reflects the amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects the stress acting on the sample;
calculating a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. calculating an approximate solution for the viscosity coefficient and an approximate solution for the elastic coefficient from the history of the rate of change;
outputting information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample,
In the step of deforming the sample over time, holding the sample with a chuck and applying periodic vibrations to the sample, deforming the sample over time,
The first physical quantity is a strain amount of the sample,
The second physical quantity is stress acting on the chuck,
The rate of change is the angular velocity of the periodic vibration.
Method for measuring viscoelastic coefficient.
請求項3または4に記載の粘弾性係数測定方法。 The viscoelastic coefficient measuring method according to claim 3 or 4.
請求項1、2または5に記載の粘弾性係数測定方法。 The viscoelastic model is a three-element solid model,
The viscoelastic coefficient measuring method according to claim 1, 2 or 5 .
前記第1物理量は、前記試料の引っ張り量であり、
前記第2物理量は、前記チャックに作用する引っ張り荷重であり、
前記変化速度は、前記チャックの引っ張り速度である、
請求項1に記載の粘弾性係数測定方法。 In the step of deforming the sample over time, both sides of the sample in one preset direction are gripped by two chucks, and the two chucks are moved away from each other to deform the sample over time. transform it into
The first physical quantity is the amount of tension of the sample,
The second physical quantity is a tensile load acting on the chuck,
The rate of change is the pulling rate of the chuck.
The viscoelastic coefficient measuring method according to claim 1 .
前記試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得する物理量履歴取得部と、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出する速度算出部と、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出する係数算出部と、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力する出力部と、を備え、
前記関係式は、前記試料の粘弾性モデルの挙動を表す前記試料に作用する応力と前記試料の歪み量との時間についての一階微分方程式に、前記歪み量が変化したときの前記応力の変化量を表す変形抵抗率を代入することにより得られる関係式から導出される、
粘弾性係数測定装置。 A viscoelastic coefficient measuring device that measures the viscosity coefficient and elastic coefficient of a sample by deforming the sample over time,
a physical quantity history acquisition unit that acquires a history of a first physical quantity that reflects an amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects stress acting on the sample;
a speed calculation unit that calculates a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. a coefficient calculation unit that calculates an approximate solution of the viscosity coefficient and an approximate solution of the elastic coefficient from the history of the rate of change;
an output unit that outputs information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample. picture,
The relational expression is a first-order differential equation with respect to time between the stress acting on the sample and the amount of strain in the sample, which represents the behavior of the viscoelastic model of the sample, and the change in the stress when the amount of strain changes. Derived from the relational expression obtained by substituting the deformation resistivity representing the quantity,
Viscoelastic coefficient measuring device.
前記圧子を駆動し、前記試料に前記圧子を押込むことにより前記試料を経時的に変形させるアクチュエータと、
前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込み量を検出するポテンショメータと、
前記圧子に作用する押込み荷重を検出するロードセルと、を更に備え、
前記第1物理量は、前記圧子を前記試料に押し込んだときの前記圧子の押込み量であり、
前記第2物理量は、前記圧子に作用する押込み荷重であり、
前記変化速度は、前記圧子の押込速度である、
請求項8に記載の粘弾性係数測定装置。 An indenter and
an actuator that drives the indenter and deforms the sample over time by pushing the indenter into the sample;
a potentiometer that detects the amount of pushing of the indenter when pushing the indenter into the sample;
further comprising a load cell that detects an indentation load acting on the indenter,
The first physical quantity is the amount of pushing of the indenter when pushing the indenter into the sample,
The second physical quantity is an indentation load acting on the indenter,
The rate of change is the indentation rate of the indenter,
The viscoelastic coefficient measuring device according to claim 8 .
試料を経時的に変形させるときの前記試料の歪み量を反映した第1物理量の履歴と前記試料に作用する応力を反映した第2物理量の履歴とを取得する物理量履歴取得部、
前記第1物理量の履歴に基づいて、前記第1物理量の変化速度の履歴を算出する速度算出部、
前記試料の粘性係数と弾性係数とを含み且つ前記第1物理量と前記第2物理量と前記変化速度との関係を表す関係式を用いて、前記第1物理量の履歴と前記第2物理量の履歴と前記変化速度の履歴とから前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を算出する係数算出部、
算出された前記粘性係数の近似解および前記弾性係数の近似解を示す情報を、前記試料の前記粘性係数を示す粘性係数情報および前記弾性係数を示す弾性係数情報として出力する出力部、
として機能させるためのプログラムであって、
前記関係式は、前記試料の粘弾性モデルの挙動を表す前記試料に作用する応力と前記試料の歪み量との時間についての一階微分方程式に、前記歪み量が変化したときの前記応力の変化量を表す変形抵抗率を代入することにより得られる関係式から導出される、
プログラム。 computer,
a physical quantity history acquisition unit that acquires a history of a first physical quantity that reflects the amount of strain of the sample when deforming the sample over time and a history of a second physical quantity that reflects the stress acting on the sample;
a speed calculation unit that calculates a history of the rate of change of the first physical quantity based on the history of the first physical quantity;
The history of the first physical quantity and the history of the second physical quantity are determined using a relational expression that includes the viscosity coefficient and the elastic coefficient of the sample and expresses the relationship between the first physical quantity, the second physical quantity, and the rate of change. a coefficient calculation unit that calculates an approximate solution of the viscosity coefficient and an approximate solution of the elastic coefficient from the history of the rate of change;
an output unit that outputs information indicating the calculated approximate solution of the viscosity coefficient and the calculated approximate solution of the elastic coefficient as viscosity coefficient information indicating the viscosity coefficient and elastic coefficient information indicating the elastic coefficient of the sample;
It is a program to function as
The relational expression is a first-order differential equation with respect to time between the stress acting on the sample and the amount of strain in the sample, which represents the behavior of the viscoelastic model of the sample, and the change in the stress when the amount of strain changes. Derived from the relational expression obtained by substituting the deformation resistivity representing the quantity,
program .
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