JPH0629842B2

JPH0629842B2 - 静的粘弾性挙動特性測定装置

Info

Publication number: JPH0629842B2
Application number: JP61187185A
Authority: JP
Inventors: 高和長谷; 育志梅田
Original assignee: Nippon Paint Co Ltd
Current assignee: Nippon Paint Co Ltd
Priority date: 1986-08-09
Filing date: 1986-08-09
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS6342449A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕ゴム，樹脂等の粘弾性体に応力を加えたり、その応力を
除いたりした時にみられる静的な粘弾性の挙動特性を知
るための測定装置に関する。

〔背景技術〕

近年、印刷機などでは、印刷ドラムの高回転化が進み、
また、版材には粘弾性体からなる感光性樹脂凸版材が使
用されるようになった。この感光性樹脂凸版材は、印刷
ドラムによりかなりの圧縮応力を受けながら使用され
る。そのため、応力が除かれた後の感光性樹脂凸版材の
挙動が印刷品質に影響を及ぼし、とくにリカバリ速度の
遅いことが、インキかすれの１つの要因となっていた。
このような事情から、感光性樹脂凸版材の１つの特性と
して、素早いリカバリ特性が要求されるようになった。
そこで、感光性樹脂凸版材として最適な材料を選ぶた
め、粘弾性体のリカバリ特性等の挙動特性を測定する必
要が生じてきた。

粘弾性体の挙動特性を測定する装置は、現在、多数開発
されている。しかし、これらは、長時間でのクリープ挙
動あるいは永久歪を測定するものであり、比較的短時間
でのクリープおよびリカバリ特性を測定するものではな
かった。

上記のような比較的短時間での粘弾性挙動を測定するた
め、従来からあるダイヤルゲージを用いることが試みら
れたが、ダイヤルゲージは、直接目視による読み取り方
式のため、精度が悪く、個人差による誤差がでやすいと
いう欠点があった。また、人間が読み取るため、読み取
り間隔はせいぜい５秒が限界であった。そのため、短時
間で刻々と変化する粘弾性挙動に追従できず、正確な粘
弾性挙動特性を知ることができなかった。

一方、荷重を加えた際の押し込み深さを測定し、その測
定値から試料の硬度を計るようにする硬度計が開発され
ているが、この硬度計では荷重を取り除く際の粘弾性挙
動を測定することができなかった。

〔発明の目的〕

以上の事情に鑑みて、この発明は、比較的短時間での試
料の粘弾性挙動特性を正確に知ることができる粘弾性挙
動特性測定装置を提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、試料に対して、
一定の荷重を瞬時に加え、試料の変形にかかわらず前記
一定の荷重を所定時間加えつづけ、また、加えた一定の
荷重を瞬時に除く荷重付与手段と、前記荷重による前記
試料の変形量を、荷重の付加後および除荷後の所定時間
まで、時間経過に伴って計測してその変形量に対応した
電気信号をデータとして出力する計測手段と、前記計測
手段からのデータに基づいて演算処理を行う演算処理手
段とを備えた粘弾性挙動特性測定装置をその要旨として
いる。

以下に、この発明を、その一実施例をあらわす図面を参
照しながら詳しく説明する。

第１図はこの発明にかかる粘弾性挙動特性測定装置の一
実施例をブロック図であらわしている。

図にみるように、この粘弾性挙動特性測定装置は、試料
に荷重を加えるためとその荷重を除くための荷重付与手
段１と、前記荷重による前記試料の変形量を時間経過に
伴って計測してその変形量に対応した電気信号をデータ
として出力する測定手段２であるゲージセンサ２０およ
びカウンタ２１と、前記測定手段からのデータに基づい
て演算処理を行う演算処理手段３であるマイクロコンピ
ュータ３１と、表示手段４であるＣＲＴ４０およびプリ
ンタ４１と、記録手段であるフロッピディスク５とから
なっている。荷重付与手段１およびゲージセンサ２０
は、第２図にみるようになっている。図にみるように、
荷重付与手段１は、スタンド１１と分銅１２および分銅
台１３とで構成されている。スタンド１１は、基台１４
と、この基台に立てられた支柱１５と、この支柱に上下
摺動可能なように取り付けられた２本のアーム１６，１
７とを備えている。基台１４には、ステージ１４ａが敷
かれ、そのステージ１４ａの上にゴム，樹脂等の粘弾性
体からなる試料６が載せられる。アーム１６，１７は、
これにつけられたネジ（図示省略）を締め付けることに
よって支柱１５に固定される。下側のアーム１６には、
ゲージセンサ２０が固定されている。上側のアーム１７
には、ゲージセンサ２０の上方にあたる位置に分銅台１
３が支持されている。この分銅台１３の軸部１３ａは、
アーム１７の先端部に形成された貫通穴１７ａに挿通さ
れている。分銅台１３の台部１３ｂ上には、分銅１２が
載せられている。支柱１５のアーム１７上方には、電磁
石１８が配備されている。この電磁石１８は、ネジが緩
められて自由に動く状態になったアーム１７を上下に摺
動させる働きをするようになっている。支柱１５のアー
ム１７下方には、ストッパ１９が配備されている。この
ストッパ１９は、アーム１７が下降したとき、その動き
をこれが固定されている位置で止める働きをするように
なっている。ゲージセンサ２０は、第３図にもみるよう
に、フレーム２００とこのフレーム２００に先端部を突
出させるようにして通されたスピンドル２０１とを備え
ている。スピンドル２０１の先端（下端）は、第４図
(a)にもみるように、直径３mm程度の半球面になってい
て、試料６に当てられるようになっている。スピンドル
２０１の先端は、第４図(b)にみるように、平面であっ
てもよいし、第４図(c)にみるような曲面であってもよ
い。スピンドル２０１には、これと一体となって移動す
る移動スリット２０２が取り付けられている。この移動
スリット２０２に向かい合うように、一定位置に固定さ
れた固定スリット２０３が移動スリットとの間にモアレ
じまを生じるように配置されている。これらのスリット
を挟んで一方に光源（ＬＥＤ）２０４、他方にフォトト
ランジスタ２０５が配置されている。なお、第３図中、
２０６は荷重受け部であり、２０８はＯリング、２０９
はスピンドルカバーである。このゲージセンサ２０の動
作原理は、つぎのようになっている。移動スリット２０
２が動けば、その動きに伴ってモアレじまが移動する。
モアレじまが移動すれば、光の明暗変化が起こり、その
変化をフォトトランジスタで検出して、ある電圧のパル
ス信号に変換し、出力する。出力されたパルス信号は、
コードを通してカウンタ２１に送られ、そのカウンタ２
１で計数される。カウンタ２１は、方向判別回路２１１
と加減算回路２１２とを備えていて、方向判別回路２１
１でスピンドル２０１がプラス方向に動いたか、マイナ
ス方向に動いたかを判別し、加減算回路２１２でスピン
ドル２０１の動作量をカウントして、そのカウント値を
ＢＣＤ信号に変換したのち演算処理手段３であるマイク
ロコンピュータ３１にデータとして出力するようになっ
ている。方向判別回路２１１でスピンドル２０１の動作
方向を判別するため、ゲージセンサ２０からは位相が９
０°ずれた２つの信号が取り出せるようになっている。
なお、前記ゲージセンサ２０は、１μｍのオーダまで測
定できる高精度なものである。

マイクロコンピュータ３１は、ＰＩＯ３２、ＣＰＵ３
３、ＲＯＭ３４、ＲＡＭ３５およびクロック回路３６を
備えている。ＰＩＯ３２は、カウンタ２１からの入出力
ポートになっている。ＣＰＵ３３は、荷重付与手段１の
電磁石１８へ動作信号を送る働きと、ＰＩＯ３２からの
ＢＣＤ信号（データ）を入力してＲＡＭ３５に記憶させ
る働きと、ＲＡＭ３５に記憶されたデータに基づいて演
算処理を行い、その演算結果をフロッピディスク５にフ
ァイルし、ＣＲＴ４０およびプリンタ４１に出力する働
きとを行うようにプログラムされている。

この粘弾性挙動特性測定装置は、以上のような構成にな
っていて、つぎに示すようにして粘弾性挙動特性を測定
する。これを第２図および第５図と第６図に示したフロ
ーチャートとに基づいて説明する。

プログラムがスタートすると、ＰＩＯの初期設定やデー
タ記憶アドレスの指定（プリパレーション）が行われ、
スタート信号が出力される。スタート信号が出力される
と、この信号を受けた電磁石１８は、第２図にみる状態
から瞬時に上側のアーム１７を下げる。アーム１７が下
がると、これに伴って、分銅１２および分銅台１３も下
がる。分銅台１３が下がると、その軸部１３ａの先端が
ゲージセンサ２０の荷重受け部２０６に当たる。その
後、アーム１７は、さらに、ストッパ１９位置まで下が
る。そのため、分銅台１３は、アーム１７から離れ、ゲ
ージセンサ２０の荷重受け部２０６に支持されるように
なる。その結果、分銅１２および分銅台１３の全荷重が
スピンドル２０１を介して試料６にかかるようになる。
試料６に荷重がかかると、試料６が変形を起こす。これ
に伴って、スピンドル２０１が試料の変形に追従して動
き、カウンタ２１から試料の変形量に対応した電気信号
がデータとして出力される。ＣＰＵ３３は、上記スター
ト信号を出力した後、サンプリング信号とホールド信号
を順次出力し、この時点のスピンドル２０１の位置をカ
ウンタ２１に読ませる。その後、カウンタ２１からのプ
リント出力準備合図の信号（レディ信号）を受け取って
から、ＰＩＯ３２を通してデータを入力し、メモリ（Ｒ
ＡＭ）上に記憶させる。さらに、データ数のカウントを
行い、あらかじめ設定している数に達したところで、荷
重を取り除くための切り換え信号を出力すると、前記電
磁石１８が作動して、アーム１７すなわち分銅台１３を
持ち上げるので、試料６に連続的に加わっていた一定の
荷重が瞬時に除かれ、クリープ特性の測定からリカバリ
特性の測定に移る。すべての測定の終了はキー入力によ
り行う。すなわち、終了合図のキー入力があるかどうか
をチェックし、なければ、前記測定フローチャートのサ
ンプル信号の出力以降を繰り返す。終了キーの入力があ
れば、以上の測定が終了し、つぎの演算処理が行われ
る。

演算処理は、第６図の以降にみるように、メモリ上の
データに基づいて、初期のスピンドル位置Ｈ_０からの変
位量Δｈを算出し、フロッピディスク５，ＣＲＴ４０，
プリンタ４１に出力する。ただし、フロッピディスク５
とプリンタ４１への出力は選択できるようになってい
る。その後、Δｈの時間変化をグラフとしてＣＲＴ４０
上にプロットする。そして、Δｈを初期の試料の厚みＨ
_０で割った値、すなわち、各時刻での歪度Δ_εを算出
し、その時間変化をグラフとしてＣＲＴ４０上にプロッ
トすることで演算処理を終える。上記ＣＲＴ上のプロッ
トは、プリンタ４１で出力できるようになっている。以
上に説明した動作は、すべて自動的に行われるようにな
っている。

以上に説明した粘弾性挙動特性測定装置の動作をまとめ
ると、以下のようになる。

荷重付与手段１では、電磁石１８の作動によりアーム１
７を下げて、分銅１２と分銅台１３やアーム１７などの
重さによって決まる一定の荷重を、試料６に対して瞬時
に加える。荷重によって試料６が変形しても、分銅１２
などの重さが同じである限り、試料６に加わる荷重は変
わらず、試料６には前記一定の荷重が所定時間、加わり
つづけることになる。所定時間の経過後、前記電磁石１
８の作動によりアーム１７を持ち上げれば、試料６に加
わっていた前記一定の荷重は瞬時に除かれることにな
る。

前記した印刷ドラムの感光性樹脂凸版材などで問題にな
るクリープ特性およびリカバリー特性とは、材料の粘弾
性により、荷重の変化（付加または除荷）に対して変形
量の変化（変形の進行または回復）が遅れるという現象
に関わる特性である。しかし、荷重の変化に対する変形
量の変化の遅れが生じても、荷重の変化後、しばらくす
れば、変形量の変化が追いついて遅れは解消されるの
で、前記変形量の変化の遅れという現象は、荷重が変化
した後わずかな時間しか存在しない。そのため、荷重を
ゆっくりと付加したのでは、荷重の変化に変形量の変化
が十分に追従することができるので、変形量の変化の遅
れは生じず、前記クリープ特性やリカバリー特性を測定
することはできない。逆に言うと、前記した印刷ドラム
の感光性樹脂凸版材では、非常な高速で駆動されて、変
形およびその回復が行われるので、上記のような短い時
間におけるクリープ特性やリカバリー特性が、重要な問
題になっていたのである。

そこで、この発明の荷重付加手段１では、荷重を瞬時に
付加したり除荷したりできるようにしている。但し、瞬
時とは、前記したクリープ特性やリカバリー特性の測定
評価が行えて、工業的に実現可能な範囲で短い時間内で
あればよく、絶対的な瞬時を意味しているものではな
い。

測定手段２では、前記荷重付加手段１による荷重の付加
時点から所定の時間、あるいは、荷重の除荷時点から所
定の時間までの間、時間経過に伴って変化する試料６の
変形量を、試料６に当てられたスピンドル２０１の移動
量として、ゲージセンサ２０により連続的に計測する。
ゲージセンサ２０からは、試料６の変形量に対応した電
気信号が、時々刻々のデータとして出力される。すなわ
ち、前記した荷重の付加時におけるクリープ特性や、荷
重の除荷時におけるリカバリー特性などの粘弾性挙動特
性を評価するためのデータが得られるのである。

前記したように、クリープ特性およびリカバリー特性を
示す、荷重の付加および除荷に対する変形の遅れ現象
は、きわめて短い時間の間しか存在しないのであるか
ら、このような短い時間における変形挙動を、正確かつ
詳細に測定するには、その短い時間の時々刻々における
変形量のデータを得る必要がある。そのために、この発
明の測定手段２では、変形量に対応した電気信号を得る
ようにしている。

演算手段３では、マイクロコンピュータ３１などによ
り、前記測定手段２から入力された試料６の変形量に関
するデータを演算処理して、荷重の付加直後の初期歪み
や、荷重を加えつづけたときの最大歪み、除荷直後の歪
みや一定時間後まで残る最終歪み、さらには歪率や回復
率など、前記クリープ特性あるいはリカバリー特性など
の粘弾性挙動特性を評価するための各種の値を算出す
る。演算結果は、フロッピディスク５に保存したり、Ｃ
ＲＴ４０に表示したり、プリンタ４１で打ち出したりし
て利用することができる。

このように、この発明の粘弾性挙動特性測定装置では、
前記荷重付加手段１で、試料の粘弾性特性、特にクリー
プ特性とリカバリー特性の両方を適確に測定評価できる
ように、一定の荷重を瞬時に付加および除荷することに
特徴がある。また、荷重の付加時には、試料の変形量が
変化しても、荷重の大きさが変わらないようにして、一
定荷重に対する変形の遅れを正確に得られるようにして
いることにも特徴がある。さらに、測定手段２では、短
い時間の間での変形量の変化を時々刻々における電気信
号のデータとして得、この電気信号データを演算手段３
で演算処理することによって、試料に対する正確な粘弾
性挙動特性の評価が行えるようにしていることに特徴が
ある。しかも、この実施例では、試料に対して、１回の
測定の間、継続して加えつづける前記一定の荷重を、測
定の前に、重さの異なる分銅１２を分銅台１３に載せて
おくことによって、任意に変えることができるので、同
じ試料において、荷重が変わった場合の粘弾性挙動特性
も知ることができる。さらに、この実施例では、測定手
段２が上下に移動可能となったスピンドル２０１を備
え、このスピンドル下端を試料６に当てて荷重付与手段
１によりスピンドル２０１を介して試料６に荷重をかけ
ることで、試料を変形させ、その変形に前記スピンドル
を追従させることにより試料の変形量を計測するように
なっているので、極めて精度良く試料の変形量を計測す
ることができる。前記実施例で用いられているゲージセ
ンサは、高精度で耐久性に優れたものであり、また、出
力がパルス信号であるため、カウンタから信号をコンピ
ュータに入力しやすいという特徴があるものである。

前記実施例の粘弾性挙動特性測定装置において、データ
数と測定時間との関係は、予備実験を行った結果、第７
図に示すようになった。第７図において、縦軸は測定時
間を、横軸はデータ数をあらわす。データ数と測定時間
との関係を式であらわすと、つぎのようになる。

Ｔ＝ｔ×ｘ＋Ｔ_ｂＴ；測定時間ｔ；サンプリング時間ｘ；データ数Ｔ_ｂ；基礎時間上式と第７図の結果から、この粘弾性挙動特性測定装置
におけるサンプリング時間（読み取り間隔）は、４０ｍ
ｓであることがわかった。このサンプリング間隔は、カ
ウンタ２１を別種のものに変えることで、さらに短くす
ることができる。

前記実施例の粘弾性挙動特性測定装置を用いて、以下の
特性を持つ試料（樹脂）の粘弾性挙動特性を測定し、そ
の測定結果をプリンタで出力した。

（試料Ａ）硬度７４°、反発弾性２２％（試料Ｂ）硬度７６°、反発弾性１９％なお、硬度はショアＡ硬度計で室温にて測定し、反発弾
性は振子式反発弾性試験機で室温にて測定した値であ
る。

以上、得られた粘弾性挙動特性の測定結果を第１表に、
プリンタでの出力結果を第８図に示す。第８図におい
て、縦軸は歪度を、横軸は時間をあらわし、Ａが試料Ａ
の出力結果、Ｂが試料Ｂの出力結果である。

第１表および第８図をみてわかるように、この粘弾性挙
動特性測定装置は、試料のクリープ特性およびリカバリ
特性などの粘弾性挙動特性を正確に知ることができる。

この発明にかかる粘弾性挙動特性測定装置は、前記実施
例に限定されない。ゲージセンサは、光学式以外のもの
を用いてもよいが、精度１μｍ、接触式で耐久性に優
れ、デジタル信号で出力できるものを用いることが望ま
しい。

なお、この発明にかかる粘弾性挙動特性測定装置は、硬
度計としての利用も可能である。

〔発明の効果〕

以上に説明してきたように、この発明にかかる静的粘弾
性挙動特性測定装置は、前記した構成を備えていること
により、前記した印刷ドラムの感光性樹脂凸版材などで
問題になり、荷重の変化時に、きわめて短い時間内にお
ける変形の進行または回復の遅れとして表れる、いわゆ
るクリープ特性やリカバリー特性などの粘弾性挙動特性
を、正確かつ詳細に知ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる粘弾性挙動特性測定装置の一
実施例をあらわすブロック図、第２図は前記実施例の荷
重付与手段およびゲージセンサが試料に荷重を加える前
の状態にあることを示す側面図、第３図は前記実施例の
ゲージセンサの構造をあらわす斜視図、第４図(a)は前
記実施例のスピンドル先端形状をあらわす側面図、第４
図(b)および(c)はスピンドル先端形状の別例をあらわす
側面図、第５図は前記実施例の荷重付与手段およびゲー
ジセンサが試料に荷重を加えた後の状態にあることを示
す側面図、第６図は前記実施例の測定演算処理の流れを
あらわすフローチャート、第７図は前記実施例における
データ数と測定時間との関係をあらわすグラフ、第８図
は前記実施例を用いて、粘弾性挙動特性の測定を行った
結果をあらわすグラフである。１…荷重付与手段、２…測定手段、３…演算処理手段、
６…試料、２０１…スピンドル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に対して、一定の荷重を瞬時に加え、
試料の変形にかかわらず前記一定の荷重を所定時間加え
つづけ、また、加えた一定の荷重を瞬時に除く荷重付与
手段と、前記荷重による前記試料の変形量を、荷重の付
加後および除荷後の所定時間まで、時間経過に伴って計
測してその変形量に対応した電気信号をデータとして出
力する計測手段と、前記計測手段からのデータに基づい
て演算処理を行う演算処理手段とを備えた静的粘弾性挙
動特性測定装置。
【請求項２】荷重付与手段が、前記一定の荷重を測定開
始前に任意に変えることができるようになっている特許
請求の範囲第１項記載の静的粘弾性挙動特性測定装置。
【請求項３】計測手段が上下に移動可能となったスピン
ドルを備え、このスピンドル下端を試料に当てて荷重付
与手段によりスピンドルを介して試料に荷重をかけるこ
とで、試料を変形させ、その変形に前記スピンドルを追
従させることにより試料の変形量を計測するようになっ
ている特許請求の範囲第１項または第２項記載の静的粘
弾性挙動特性測定装置。
【請求項４】試料となる感光性樹脂凸版材に対して、前
記一定荷重の付加後または除荷後の短時間内におけるク
リープ特性またはリカバリー特性を測定する特許請求の
範囲第１項から第３項のいずれかに記載の静的粘弾性挙
動特性測定装置。