JPH01284733A - 曲げ特性試験器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、紙、板紙、フィルム等のシート状物を対象
として、主としてその曲げこわさを測定する曲げ特性試
験器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来この種の試験器においては、「ＴＡＰＰＩ標漁法Ｔ
４５１Ｊに示されるような曲げ状態からの回復力を測定
するクラーク試験器、［ＪＩＳ　−　Ｐ８　１　２５Ｊ
に示されるような片持ちばりを利用したテーバ−試験器
、ｉ　ＪＴＡＰＰＩ試験法Ａ４０Ｊに示されるよりなガ
ーレー試験器、および特公昭５２−４６７１０号公報に
示されるような、布や織物の分野で開発された純曲げ試
験器がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、各種試験法で規定されている上述の試験器は、
測定対象についてそれぞれ坪量や厚さ等の制限があり、
またこれらの試験器により測定される剛度は明確に物理
量として定義されていない単なる指数であり、更にこの
剛度は実用上官能的に評価されている紙の腰とは相関が
ないことが指摘されている。

一方、上述の純曲げ試験器は物理量として明確な曲げこ
わさ（単位長さ及び単位曲率当りの曲げに要する力）を
測定できる反面，歯車とクランクから成る複雑な機構故
にスフ４ン長や曲げ速度の変更が極めて難しいために布
等の、大変形の曲げに強い材料にのみ適用されるもので
あり、大変形の曲げに対して構造破壊を起こす恐れのあ
る材料、例えば紙、板紙、硬質フィルム等の材料に対し
ては、事実上適用が困難であった。

この発明は、従来のシート状材料用曲げ特性試験器の上
述した欠点を改良する目的でなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る曲げ特性試験器の第一発明は、基台に回転
自在に取付けられた固定フラング軸と、この固定クラン
プ軸に固着されて、垂直方向に試料の一端を把持する固
定クランプと、この固定クランプに対向して垂直方向に
試料の他端を把持し、且つ規則的に運動する移動クラン
プ軸に固定された移動クランプと、前記固定フラング側
の端から試料をα＝（１−α）〔但し、α＝０．２６〜
０．３１）に分割した線の延長線に一致させて設けられ
た公転軸と、この公転軸を予め定められた回転方向、回
転幅及び回転速度に従って回転させる公転用駆動モータ
と、前記公転軸に取付けられた水平なステージ上に設け
られた移動クランプ軸の軸受と、前記公転軸を回転中心
とするクランクを予め定められた回転方向、回転幅及び
回転速度に従って回動させる自転用駆動モータと、前記
クランクの作用端に一端が回転自在に取付けられ、且つ
他端が前記移動クランプ又は移動クランプ軸に取付けた
が一イドレールに回転自在に取付けられた自転軸と、前
記固定クランプ軸に取付けられており、試料が曲げられ
た時に発生する曲げモーメントを検出するトルクセンサ
ーとからなることを特徴とするものである。

又、第二発明は、基台に回転自在に取付けられた固定ク
ランプ軸と、この固定クランプ軸に固着されて、垂直方
向に試料の一端を把持する固定クランプと、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向に移動自在のＸＹ移動ステージと、予め定め
られた移動位置及び移動速度に従ってｘｙ移動ステージ
を移動させるＸ軸周及びＹ軸用の２つのモータと、前記
ＸＹ移動ステージに取付けられており、予め定められた
回転方向、回転幅及び回転速度に従って駆動する自転軸
駆動用モータと、この自転軸駆動用モータにより回動さ
せられる自転軸と、この自転軸に取付けられ、且つ前記
固定クランプに対向して垂直方向に試料の他端を把持す
る移動クランプと、前記固定クランプ軸に取付けられて
おり、試料が曲げられた時に発生する曲げモーメントを
検出するトルクセンサーとからなることを特徴とするも
のである。

この発明の曲げ特性試験器は、第６図に示すように固定
クランプ１と移動クランプ２を用いて試料５０の両端を
固定し、移動クランプ２を試料５０の形状が常に円弧に
なるように移動させ、その際の曲率と、曲げによ多試料
に発生した固定クランプにおける曲げモーメントの関係
を連続的に測定するものである。

移動クランプ２が試料５０の形状を常に円弧にするよう
に（純白げと称す）作動するためには、第７図の座標系
において、スパン長ｔの試料を曲率Ｋまで曲げた時に移
動クランプの自転中心Ｑ′（初期位置Ｑ）の座標Ｑ’（
Ｘ、Ｙ）かになるように固定クランプに対して公転させ
なければならず、かつその時の自転角φは φ＝−−Ｋ（３） で表せられる角度でなければならない。

この（１）　（２）式で描かれる自転中心Ｑ′の移動曲
線は、Ｋ＝２．８Ｌｄ下で原点ＰからＹ軸上に試料長ｔ
をＰＺ　：ＱＺ＝（１：　（１−α）　（α＝０．２６
〜０．３１）　　　（４）の比で分割した点２を中心と
した半径ＲＲ＝（１−α）　ｔ　　　　　　　　　　　
　　　（５）の円弧で実用上近似できることがわかって
いる。

またこの測定は通常の力学的試験（引っ張り試験、すり
変形試験等）と同じように一定の変形速度により為され
なければならない。すなわち単位時間当りの曲率変化率
（曲げ変形速度）の条件が必要である。

この発明は移動クランプ２の公転をコンピュータにより
制御された複数の独豆したモータにより行わせ、従来不
可能であったスパン長、曲げ速度および公転自転様式の
変更を容易にならしめるものである。

〔実施例〕

以下に、この発明を図面に示す実施例に従って説明する
。

第３図はこの発明の概念図であり、この図において４は
トルクセンサーであり、位置調整用可動治具５により基
台６に固定されている一方、紙などのフィルム状試料５
０の一端をつかむ固定クランｆ１の軸３とも連結されて
いる。固定クランプ軸３は基台６に回転可能に取付けら
れているので、曲げ測定時に、トルクセンサー４はこの
軸３に発生する微小な曲げモーメントを検出するよう罠
なっている。

２は試料５０の他端をつかみ、自転および公転をするこ
とにより試料を常に円弧状に湾曲させながら曲率を増減
する移動クランプである。この移動クランプ２の公転、
自転の作動制御を含む装置について、以下に説明する。

第１図は、この発明の第１の実施例に係る説明図であっ
て、図中７は公転用駆動モータ（ステッピングモータか
サーブモータ）であり、図示しないコンピュータにより
、回転方向、速度、回転幅等が制御される。公転用駆動
モータ７が減速歯車８を介して２線を中心線とする公転
軸９を回転させることにより、公転軸９から（５）式で
表される半径の位置に設定しである移動フランジ用自転
軸受１０を公転させる。移動クランプ用軸受１０は公転
軸９に取付けである水平な可動ステージ１１に設けられ
ているので、試料スノクン長により　（４）　式テ定め
られた長さに設定が可能である。この場合、第３図にお
いて、固定クランプ１を固定している調整用可動治具５
も（４）式で定められた長さに応じて前後に移動させな
ければならないが、可動ステージ１１と第３図の可動治
具５に、予め目盛を打っておけば、スパン変更の操作が
容易に行える。

第１図において、１２は移動クランプ２の自転用駆動モ
ータ（ステッピングモータかサーブモータ）であり１図
示しないコンビ、−夕により、回転方向、速度、回転幅
等が制御される。自転用駆動モータ１２が減速歯車１３
を介して２線を中心線とするクランク１４を回転させる
ことにより、移動クランプ２の軸１５に取付けられたガ
イドレール１６を（３）式で規定された角度に回転させ
る。

この場合、自転用駆動モータ１２と公転用駆動モ−夕７
をそれぞれ（３）　（４）式で規定した値になるように
プログラミングしておけば、試料５ｏに規定どうりの曲
げ変形を起こさせることができる。尚、ガイドレール１
６は移動クランプ２に直接とシつけることも可能である
。

第４図は上述の各モータ））を制御し、曲げモーメント
を測定する電子制御回路の構成図である。

２１は周知のマイクロコンピュータであり、基本的には
ＣＰＵ　、　ＲＡＭ　、　ＲＯＭ　、入出力ポートより
構成されている。ＲＯＭにはＣＰＵを制御する上述のプ
ログラムが書き込まれており、ＣＰＵはこのプログラム
に従ってＲＡＭ　、　ＲＯＭとの間でデータの授受を行
ったり、入出力ポートを介して外部とのデータの入出力
を行う。２２は操作パネルであり、これによりＣＰＵ　
Ｋ種々の指令を与えたり、測定条件等を入力する。２３
はノ母ルスジェネレータであり、ＣＰＵからの命令に従
いｌ？ルスを発生し、公転又は自転用のモータ７．１２
の駆動装置２４％２５（インバータ等）を作動させる。

２６．２７は各モータ付属の光学的角度検出器であシ、
・各モータの角度と角速度を検出し、・々ラレル入出力
インターフェース２８を介してＣＰＵに知らせることに
よυ、各モータ７．１２を制御し、結果として可動クラ
ンｆ２をプログラムどうり移動させる。２９．３０は位
置検出器であシ、可動クランプのスタート位置と折り返
し位置に設置されていて、後述の初期状態への復帰や誤
動作の防止に利用される。

３１はＡ／Ｉ］コンバータでありアンプ３２により増幅
されたトルクセンサ４の出力をデジタルに変換スル。３
３はＤ／Ａコンバータであり調に収納された、曲げモー
メントと曲率のデータをアナログ出力に変換しＸＹレコ
ーダ３４に曲げモーメント−曲率曲線を出力する。３５
はホストコンビーータ３６との交信用のインターフェー
スである。

上述の制御を実行するフローチャートを第５図に示す。

なお図中のＰ１〜Ｐ１５はフローチャートの各ステツブ
を示す。

本装置を制御するコンピュータ（第４図の２１）にスタ
ート命令を出すと、（Ｐｌ）自己診断機能により電気系
の回路の診断と公転、自転用各モータに付属している角
度センサーと位置検出センサー（それぞれ第り図の２６
．２７と２９．３０）により移動クランプの位置確認を
行う。（Ｐ２）この場合本体に異常を認めればエラーを
操作ノ４ネルのデイスプレーに表示して停止する。（Ｐ
３）ｔた移動クランプが原点（固定クランプと移動クラ
ンプの挾み面が同一平面上にある状態、通常のスタート
位置）にない場合は、初期状態に戻すように各モータを
駆動させる。（Ｐ４．５）これらの自己診断が終わると
、操作パネルから試料幅、ス・母ン長（クランプ間隔）
、曲率変化速度、動作モード（往復回数、途中で停止さ
せるか等）を入力する。

（Ｐ６）これらの条件により制御用コンビ、−夕は移動
クランプの軌道計算を行い、時刻毎の移動クランプの座
標に対応した各モータの回転角度と角速度のルックアッ
プテーブルをＲＡＭ上に作成する。

（Ｐｌ）この場合試料幅や曲率変化速度の設定範囲や刻
み幅が予めわかっていれば、これらに対応するルックア
ップテーブルをＲＯＭに書き込んでおけばよい。またこ
の時点でトルクセンサーとφコンバーターの較正をする
。（Ｐ８）すなわち、トルクセンサーに標章負荷（電気
的負荷または標準分銅による）を与え、その時の出力を
φコンバーターによりデジタルに変換し、その値をＲＡ
Ｍに記憶しておき、トルクセンサーの電気的出力を曲げ
モーメントの値に換算できるようＫしておく。以上で測
定準備が終了し、操作・母ネルのスタートキーを押すと
、測定が開始される。　（Ｐ９）測定が開始されると、
制御用コンピータは先のルックアップテーブルに従りた
／４’ルヌを各モータの駆動装置に送り、各モータが駆
動する。（ＰＩＯ）その際各モータに付属する角度検出
センサーと移動クランプの軌道上にある位薗検出センサ
ーによシ軌道上の各位置の確認を行い、ルックアップテ
ーブルの座標と常に一致するように各モータを駆動させ
る。（Ｐｌｌ）測定中は曲げモーメントと座標値（後に
曲率に変換）が逐次、ＲＡＭに収納される。（Ｐｌ２）
　　Ｐ６で規定した測定モードが終了すると（Ｐｌ３）
、ｘｙレコーダーのＸ軸に曲率、Ｙ軸に曲げモーメント
を出力する。（Ｐｌ４）　　これらのデータは同時にホ
ストコンピュータに転送され、必要な物性値（曲げこわ
さ、レジリエンス、曲げヤング率、応力緩和速度等）が
計算される。以上で測定は完了する。（ＰＩ３　） 第２図は、この発明の第２の実施例に係る説明図である
。図中、ｌは固定クランプであシ、図示しない基台に回
転自在に取付けられた固定クランプ軸３に固着されてお
り、垂直方向に試料５０の一端を把持している。４０Ｖ
ｉＸＹ移動ステージであり、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれコンピ
ュータ制御モータ（ステップモータかサーＭモータ）４
１．４２によりステージの移動位置、ステージ移動速度
（Ｘ方向、Ｙ方向）等がコンピュータにより任意に設定
される。この場合（１）　（２）式で規定される座標値
と（６）式の曲げ変形速度をプログラミングしておけば
、（４）式で示されるような近似をしなくとも、固定ク
ランプ１に対して理想的な公転軌跡が容易に得られ、か
つ試料のスパン長の変更もＸＹステージの作動領域の範
囲内で任意である。４３はＸＹ移動ステージ４０に取付
けられている自転軸駆動用のコンピュータ制御モータで
あり、これに直接移動クランプ２が固着されている。移
動クラン　゛プ２は自転軸駆動用モータ４３によりコン
ビ、−タで演算された（３）式で表される角度に回転す
る。

これらの結果としてＸＹステージ４０による公転と自転
軸駆動用モータ４３による自転によシ、試料に理想的な
曲げ変形を起こさせることができる。曲げ変形は固定ク
ランプ軸３に取付けられたトルクセンサー（図示せず）
によって曲げモーメントとして検出される。上記のモー
タを制御する電子制御回路の構成とフローは、それぞれ
第４図と第５図に示したものと基本的に同じである。

〔参考例〕

市販コート紙の坪量的８０９７ｍ”　（Ａグループ、８
種類）と約１０５９７ｍ”　（Ｂグループ、５種類）の
２グループについて、一対比較法によシ触感の腰（かた
さ、こわさ）Ｋついて被験者として紙または印刷の専門
家集団３０名に対して官能検査を行い、その結果をシェ
ッフェの方法によシ、官能量としての紙の腰の大小（強
弱）の数値化を行った。この官能量と従来法の剛度試験
器（クラーク、テーパー、ガーレー）Ｋよる剛度値及び
この発明の第１図の実施例に基づく曲げ特性試験器によ
る曲げこわさを比較した。この発明の曲げ特性試験器に
よる測定では試料スパン長を１ｃｒＲと３ｃＷ１で行っ
た。表−１に比較結果として官能量と各測定項目間の相
関係数を示す。この表から、グループＡ。

Ｂとも１係の危険率で相関係数が有意でおったのは、こ
の発明の曲げ特性試験器による曲げこわさであることが
わかる。また坪量の低いグループＡでは試料スパン長に
よる相関係数の有意差は無いが、坪、量の高いグループ
Ｂでは短い試料スパン長で行った測定結果の相関係数が
低くなっており、試料ス／？ン長を変化させることが有
効であることがわかる。

表−１ 〔発明の効果〕 本発明によれば、測定対象が制限されることなく大変形
の曲げに弱い材料であっても、曲げ速度を任意に変更し
て純曲げ試験を行えるので、正確に曲げ特性を測定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は各々本発明の実施例に係る試験器の説
明図、第３図は第１図に係る試験器の上部斜視図、第４
図は実施例の電子回路ブロック図、第５図はマイクロコ
ンビ、−タにより実行される制御プログラムのフローチ
ャート、第６図及び第７図は移動クランプの移動様式を
示す説明図である。 １・・・固定クランプ、２・・・移動クランプ、３・・
・固定クランプ軸、４・・・トルクセンサー、７・・・
公転用駆動モータ、９・・・公転軸、１０・・・移動ク
ランプの軸受、１１・・・ステージ、１２・・・自転用
駆動モータ、１４・・・クランク、１５・・・移動クラ
ンプ軸、１６・・・ガイドレール、４０・・・ＸＹステ
ーゾ、４１・・・Ｘ動用制御モータ、４２・・・Ｙ軸周
制御モータ、４３・・・自転軸駆動用モータ、５０・・
・試料。 第１図 第２図 ｊＩ３図 第４図 第５図 ｊＩ７図 手続補正書（自発） 昭和６３年８月５日 特許庁長官　吉１）文毅　殴　　　　　　　達１、事件
の表示　　昭和６３年特許願第１１３３５６号２、発明
の名称　　曲げ特性試験器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人　〒１１４　８９１１−５１０６６、補正に
より増加する発明の数　　０手続補正書く自発） 昭和６３年９月２２日 １、事件の表示　　昭和６３年特許願第１１３３５６号
２、発明の名称　　曲げ特性試験器 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　東京都北区王子１丁目４番１号名称　　十
條製紙株式会社 ４、代理人　〒１１４　　ｆｆ１９１１−５１０６６、
補正により増加する発明の数　　０７、補正の対象　　
明細書の「発明の詳細な説明」の欄８、補正の内容 （１）明細書第７頁下から４行目の［φ＝　ヲ−Ｋ　Ｊ
をｒφ＝−−にρ」と補正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台に回転自在に取付けられた固定クランプ軸と
   、この固定クランプ軸に固着されて、垂直方向に試料の
   一端を把持する固定クランプと、この固定クランプに対
   向して垂直方向に試料の他端を把持し、且つ規則的に運
   動する移動クランプ軸に固定された移動クランプと、前
   記固定クランプ側の端から試料をα：（１−α）〔但し
   、α＝０．２６〜０．３１〕に分割した線の延長線に一
   致させて設けられた公転軸と、この公転軸を予め定めら
   れた回転方向、回転幅及び回転速度に従って回転させる
   公転用駆動モータと、前記公転軸に取付けられた水平な
   ステージ上に設けられた移動クランプ軸の軸受と、前記
   公転軸を回転中心とするクランクを予め定められた回転
   方向、回転幅及び回転速度に従って回動させる自転用駆
   動モータと、前記クランクの作用端に一端が回転自在に
   取付けられ、且つ他端が前記移動クランプ又は移動クラ
   ンプ軸に取付けたガイドレールに回転自在に取付けられ
   た自転軸と、前記固定クランプ軸に取付けられており、
   試料が曲げられた時に発生する曲げモーメントを検出す
   るトルクセンサーとからなることを特徴とする曲げ特性
   試験器。
2. （２）基台に回転自在に取付けられた固定クランプ軸と
   、この固定クランプ軸に固着されて、垂直方向に試料の
   一端を把持する固定クランプと、Ｘ軸方向及びＹ軸方向
   に移動自在のＸＹ移動ステージと、予め定められた移動
   位置及び移動速度に従ってＸＹ移動ステージを移動させ
   るＸ軸用及びＹ軸用の２つのモータと、前記ＸＹ移動ス
   テージに取付けられており、予め定められた回転方向、
   回転幅及び回転速度に従って駆動する自転軸駆動用モー
   タと、この自転軸駆動用モータにより回動させられる自
   転軸と、この自転軸に取付けられ、且つ前記固定クラン
   プに対向して垂直方向に試料の他端を把持する移動クラ
   ンプと、前記固定クランプ軸に取付けられており、試料
   が曲げられた時に発生する曲げモーメントを検出するト
   ルクセンサーとからなることを特徴とする曲げ特性試験
   器。