JPH023135B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、捩り振動型の動的粘弾性測定装置に
関し、さらに詳しくは、駆動軸における一定角速
度の回転運動を被駆動軸における対称性のある近
似正弦波形の回転振動運動に変換する装置により
構成された、捩り振動型の動的粘弾性測定装置に
関する。

従来、駆動軸の回転運動を比較的小さな振動角
をもつた被駆動軸の回転振動運動に機械的に変換
する機構としては、クランクアームを用いたもの
が知られている。この変換機構は駆動軸のクラン
クシヤフトや偏心円板等の偏心回転運動を屈折部
を有するアームを介して被駆動軸に伝え、被駆動
軸に回転振動を与えるよう構成されており、機構
が簡単であるにもかかわらず、一定周期一定振幅
の回転振動運動を作りだすことができるので、こ
のような回転振動運動を必要とする装置に多く用
いられている。特公昭47−44837号公報、同49−
35447号公報、同49−42948号公報などにその類型
が開示されている。しかし、このような従来の変
換機構は、後述するように、被駆動軸の回転振動
の行きと戻りで同一の動きが得られず、その振動
波形に正弦波形に対して非対称なひずみがあるこ
とが欠点として指摘されている。このため、従来
の変換機構は回転振動の周期と振幅角のみ一定で
あればよい場合には適用することができるが、振
動波形の正弦波に対する近似精度が高いことと波
形が正しく対称になつていることを必要とする目
的に使用するには適さない。

例えば、ゴムなどの粘弾性材料に一定振幅角の
ねじり振動を与え、そのとき発生するトルクの波
形と振動波形との関係にもとづいて、貯蔵弾性
率、損失弾性率、位相差角などの動的粘弾性特性
を求める粘弾性測定装置では、振動波形が正弦波
であることを前提として、データー解析を行うた
め、その振動波形はできるだけ正弦波に近く、と
りわけ非対称なひずみがないことが望ましい。

そこで、本発明者らは、振動波形ができるだけ
正弦波に近く、とりわけ非対称なひずみがない、
回転運動を回転振動運動に変換する機構を備えた
動的粘弾性測定装置について鋭意研究を進めた結
果、上述のごとき従来の機構にみられる欠点を解
消し、かつ性能の優れた回転運動−回転振動運動
変換機構を備えた動的粘弾性測定装置を発明する
に到つた。

ここで、本発明の詳細な説明にはいる前に、従
来の代表的な回転運動−回転振動運動変換機構で
あるクランクアーム式機構によつて生じる振動波
形の非対称性を第１図を参照しながら説明する。

第１図は、従来のクランクアーム式回転運動−
回転振動運動変換機構の構成を概念的に図解した
略線図である。駆動軸であるクランクの回転軸１
と被駆動軸２は、紙面に直角に延在している。駆
動軸１と被駆動軸２にはそれぞれ剛直なアーム３
と４が固定されており、該アーム３と４は中間ア
ーム５を介して互いに連結されている。アーム
３，４，５の有効長をそれぞれａ，ｂ，ｃとす
る。アーム３と５の連結部６ならびにアーム４と
５の連結部７において、アーム３，４，５は、そ
れぞれ自由に折れ曲がることができる。直接ある
いは減速機を介してモーターにより駆動軸１を定
速度で回転させると、連結部６は駆動軸１を回転
中心として半径ａの円周上を回転し、その動作に
応じて連結部７は被駆動軸を回転中心とする半径
ｂの円弧上を往復し、これによりアーム４と被駆
動軸２に一定振動角θの回転振動が与えられる。
図において、符号６と６′は、連結部７がその軌
跡である円弧状の振幅の中点を左向き並びに右向
きに通過する瞬間におけるアーム３と中間アーム
５との連結部の位置を示す。駆動軸１の中心と上
記符号６，６′で示す点は、接続部７を回転中心
とした半径ｃの円周上に並んでいる。

この機構によつて駆動軸の回転運動を被駆動軸
の回転振動運動に変換した場合、その回転振動運
動の正弦波に対する位相誤差と非対称性は、６と
６′の位置により簡単に説明することができる。
すなわち符号６および６′が示すアーム３と中間
アーム５との連結部の位置は、駆動軸１の運動に
連動して接続部７が描く軌跡における行きと戻り
の中点に対応するから、もしアーム４が描く駆動
波形が正弦波であれば、連結部６と６′は駆動軸
１に対して対称位置にあるはずであり、その位相
差は180゜になつていなければならない。しかし、
図から明らかなように、上記の位置関係は成立し
てはおらず、図示のように、角αの位相誤差が生
じている。このαの大きさは、アーム５の揺動振
動角（図中βと記した角）の大きさに等しい。

ここで、同じθに対してβを小さくするには、
ａおよびｂに対してｃを大きくすればよいが、実
際の装置では空間的な制約があるため、アームの
長さｂとｃは同程度の大きさに設計されるのが通
常であり、したがつてβはθと同程度の大きさに
なる。このため、従来の変換機構で得られる駆動
波形は、その駆動運動の振動軌跡の中点における
位相誤差が駆動の振幅角と同程度であるような非
対称性をもつていると言うことができる。

したがつて、本発明の目的は、駆動軸の回転運
動を対称性が完全で正弦波に対する近似性が高い
被駆動軸の回転振動運動に変換する機構を有する
動的粘弾性測定装置であつて、上述のごとき従来
のものに付随する欠点を完成に解消した装置を提
供することである。

以下、本発明の動的粘弾性測定装置における回
転運動を回転振動運動に変換する機構の動作原理
と、２つの好適な実施例とを図解した添付図面の
第２図〜第５図を参照しながら、本発明を詳細に
説明する。

第２図に示されているように、駆動軸９と被駆
動軸８は、それぞれ中心線が直交するように配置
されている。１０は前記中心線の交点である。説
明の便宜上、被駆動軸８の方向は垂直、駆動軸９
の方向を水平とする。被駆動軸８と駆動軸９に
は、それぞれに剛直なアーム１１と１２が固定さ
れており、該アーム１１と１２は中間アーム１３
を介して連結されている。前記アーム１１と１２
のうち、アーム１１は交点１０で被駆動軸８に直
角に固定されており、アーム１２は駆動軸９の先
端で該駆動軸９に直角に固定されている。なお、
アーム１２と中間アーム１３は回転可能かつ折れ
曲り可能な連結部１４により連結されており、ま
たアーム１１と中間アーム１３は該中間アーム１
３がアーム１１の中心線を軸として回転できるよ
うな連結部１５，１６により連結されている。

いまアーム１２の有効長さ、すなわち、連結部
１４のの駆動軸９に関する回転半径をａとする。
駆動軸９の回転の中心は符号１７により表示され
ている。一方、中間アーム１３の有効長さ、すな
わち交点１０から連結部１４までの長さをｂとす
る。

駆動軸９が回転すると、中間アーム１３の中心
線は連結部１４の描く円を底円とし、交点１０を
頂点とする直円錐の側面にそつて回転する。中間
アーム１３の運動は、連結部１５，１６とアーム
１１を介して被駆動軸８に伝達されるが、中間ア
ーム１３の運動のうち垂直方向の成分は連結部１
５，１６のまわりの垂直方向の自由回転に吸収さ
れるので、水平方向の成分のみが伝達されること
になる。すなわち、上記円錐の頂角の1/2（第２
図にθにより表示された角）を振動とする回転振
動が被駆動軸８に伝えられる。なお、図より明ら
かなように、アーム１２の長さａと、中間アーム
１３の長さｂと、円錐の頂角の1/2、θとの間に
はａ／ｂ＝sinθの関係式が成立している。

ここで、モーターにより直接あるいは変速機を
介して駆動軸９を一定速度で回転させると、連結
部１４は等角速度の円運動を行い、その運動の水
平成分は時間に対する正確な正弦波を描して振動
するから、被駆動軸８の振動の波形は第６図に点
線で示したように、完全な対称性を有する近似正
弦波振動となる。

このようにして得られた近似正弦波と正しい正
弦各波形の基線からの波の高さｈ、h₀の比は、振
幅の中央で１であつて、振幅の両端で最大とな
り、最大値はtanθとθの比に等しい。したがつ
て、θがあまり大きくない限り、良好な近似関係
が得られ、θが非常に小さくなると、きわめて高
い近似精度が得られることになる。二、三の具体
例をあげると、θを0.175、0.052、0.0175ラジア
ン（すなわち、10、３、１度）に選んだ場合、上
記の比はそれぞれ1.010、1.0009、1.0001となり、
きわめて１に近い。なお、波形の対称象はθの大
きさとは無関係であつて、上述のように被駆動軸
８の振動波形は完全な対称性を有するから、非対
称性の位相誤差は駆動波形の全域にわつたてつね
にゼロである。

つぎに、本発明の動的粘弾性測定装置の主要部
分である回転運動−回転振動運動変換装置の２つ
の実施例について図面を参照しながら説明する。
第３図と第４図は、その一実施例を示した立面図
と平面図である。

第３図および第４図に示す装置において、回転
可能に軸支されている被駆動軸１８と偏心回転す
る出力端を有する駆動軸１９を互に直交するよう
配置し、両軸を中間アーム２０を介して連結す
る。被駆動軸１８に固定された固定アーム２１の
中心線は被駆動軸１８の中心線と直交している。
図に示されていないが、駆動軸１９の右側は、モ
ーター、減速機等から構成された回転駆動源と接
続されており、一方、被駆動軸１８の上部または
下部は回転振動を与えようとする部分である動的
粘弾性測定装置の試料保持部分に接続されてい
る。２２，２３は軸受である。

この装置において、軸受２２は単純な回転振動
を支えるのみであるので、一般に用いられている
ところがり軸受や滑り軸受を使用することができ
る。また駆動トルクが小さければ、ピボツト式の
軸受を使用してもよい。

軸受２３は回転と折れ曲りの自由度を必要とす
るので、自動調心ラジアル・ベアリング、球面コ
ロ軸受、球面滑り軸受などの球面タイプの軸受を
使用することが好ましい。球面滑り軸受は、回転
中の折り曲げ許容角度が大きいため、大きな振幅
角の回転振動運動を伝達する場合にも使用するこ
とができる。また駆動トルクが小さければ、ピボ
ツト式の軸受を使用してもよい。

次に、第５図は、連結部に板ばねを使用した他
の実施例を示した立面図である。被駆動軸２４と
中間アーム２５は、板ばね２６を介して直線接続
されている。被駆動軸２４と板ばね２６ならびに
中間アーム２５と板ばね２６の接続方法として
は、ねじ止め、ロー付け、溶接などの一般に実施
されている固定方法の中から駆動トルクに耐える
適当な方法を選ぶものとする。

板ばねを使用すると、被駆動軸と中間アームの
連結に遊びがなくなるので、被駆動軸に低振幅高
精度の回転振動を与える場合に好適である。また
この実施例によれば、第１図に示されている従来
のものと比べると構造が大幅に簡単であるので、
安価に製作することができる。

上述のような本発明の動的粘弾性装定装置にお
ける回転運動−回転振動運動変換装置は、単純な
回転運動を駆動波形について完全な対称性を有
し、正弦波に対する近似性が非常に高い回転振動
運動に効果的に変換することができる。さらに、
該装置は構造が簡単であるで、比較的安価に製作
することができる。

したがつて、上記回転運動−回転振動運動変換
装置を試料保持部の駆動部とする本発明の捩り振
動型の動的粘弾性測定装置は、粘弾性材料に与え
るねじり振動の振動波形の正弦波形に対する近似
精度が高く、とりわけ非対称なひずみがないた
め、その動的粘弾性特性の測定精度を飛躍的に向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のクランクアーム式回転運動変
換機構の構成を概念的に図解した略線図。第２図
は、本発明に係る動的粘弾性測定装置における回
転運動−回転振動運動変換機構の構成を概念的に
図解した斜視図。第３図と第４図は、本発明の一
実施例に係る回転運動−回転振動運動変換装置の
立面図と断面平面図。第５図は、本発明の他の実
施例に係る回転運動−回転振動運動変換装置の立
面図、第６図は本発明に係る回転運動一回転振動
運動変換機構によつて得られる被駆動軸の運動と
正しい正弦波とを比較したグラフである。 １……クランクの回転軸、２……被駆動軸、
３，４……アーム、５……中間アーム、６，７…
…連結部、８……被駆動軸、９……駆動軸、１
１，１２……アーム、１３……中間アーム、１
４，１５，１６……連結部、１８……被駆動軸、
１９……駆動軸、２０……中間アーム、２１……
固定アーム、２２，２３……軸受、２４……被駆
動軸、２５……中間アーム、２６……板ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 動力源によつて等角速度で回転され、軸芯に
   垂直な面内で軸芯を中心とする円運動を行う偏芯
   回転端を有する駆動軸と、軸芯が前記駆動軸の軸
   芯に直交するように軸支された試料保持部を駆動
   するための被駆動軸と、前記駆動軸と前記被駆動
   軸の中間にあつて、一端が前記駆動軸の偏芯回転
   端に回転可能かつ屈曲可能に連結され、他端が前
   記被駆動軸の軸芯と前記駆動軸の軸芯の交点を中
   心として、前記被駆動軸を含む平面にそつてのみ
   回動可能になるように前記被駆動軸に連結された
   中間アームとからなる駆動機構を備え、該機構に
   よつて駆動軸の回転運動を被駆動軸の回転振動運
   転に変換して試料保持部に伝達させるようにした
   ことを特徴とする捩り振動型の動的粘弾性測定装
   置。