JPH0749406Y2 - 弾性率測定装置 - Google Patents

弾性率測定装置

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JPH0749406Y2
JPH0749406Y2 JP1991094009U JP9400991U JPH0749406Y2 JP H0749406 Y2 JPH0749406 Y2 JP H0749406Y2 JP 1991094009 U JP1991094009 U JP 1991094009U JP 9400991 U JP9400991 U JP 9400991U JP H0749406 Y2 JPH0749406 Y2 JP H0749406Y2
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功 児玉
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功 児玉
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この考案は、弾性率測定装置に関
し、特に、試料片の固有振動数を検出してその試料片の
弾性率を測定するための弾性率測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属やセラミックスなどの材料の
強度を表わすためのパラメータとして、弾性率(弾性常
数、弾性係数)が知られている。この弾性率には、ヤン
グ率(縦弾性係数)Eや、剛性率(横弾性係数)Gなど
がある。
【0003】図4は、従来のヤング率を測定するための
固有振動測定による弾性率測定装置の一例を示した正面
図である。図4を参照して、従来のヤング率を測定する
ための弾性率測定装置は、試料250を支えるための2
つの支点201および202と、試料250を振動させ
るための電極203と、電極203によって振動された
試料250の固有振動数を検出するための振動数検出器
204とを備えている。
【0004】動作としては、まず、電極203と支点2
02とに交流電圧が印加される。そして、交流電圧が印
加された電極203から試料250に電流が流れる。こ
れにより、静電気の力が発生し、試料250が横振動す
る。なお、試料250が導電性を持たない材料である場
合には、その表面に導電性材料を塗布するなどして導電
性を持たせる。そして、横振動された試料250が共鳴
現象により大きく振動する。この共鳴現象によって振動
している試料250の固有振動数を振動検出器204に
より検出する。そして、所定の計算式に基づいてヤング
率Eを算出する。
【0005】従来では、このような装置によって、ヤン
グ率Eの測定が行なわれていた。図5は、従来の剛性率
を測定するための弾性率測定装置を示した斜視図であ
る。図5を参照して、従来の剛性率を測定するための弾
性率測定装置は、試料350の一端を固定するための固
定部301と、試料350の他端に取付けられ、試料3
50に捻り振動を与えるための振動部302と、振動部
302に試料350に対して垂直方向に伸びるように取
付けられた1対の振動棒303と、振動棒303の自由
端から所定の間隔を隔てて振動棒303に捻り振動を与
えるように設置された1対の捻り振動駆動部304およ
び305と、振動棒303に対して捻り振動駆動部30
5が設置される側とは反対側に設置され、捻り振動され
た試料350の固有振動数を検出するための捻り振動検
出器306とを備えている。
【0006】動作としては、捻り振動駆動部304およ
び305に同じ交流電圧を印加する。捻り振動駆動部3
04および305はコイルによって構成されており、そ
のコイルに交流電流を流すことにより、磁力を発生させ
る。その磁力によって、振動棒303を図中の矢印の方
向に振動させる。これにより、試料350には、捻り振
動が与えられる。捻り振動が与えられた試料350は共
鳴現象によって大きく振動する。その共鳴現象によって
大きく振動された試料350の固有振動数を捻り振動検
出器306によって検出する。そして、その固有振動数
から所定の計算式に基づいて剛性率Gを算出する。
【0007】従来では、このような装置によって、剛性
率の測定が行なわれていた。
【0008】
【考案が解決しようとする課題】前述のように、従来で
は、ヤング率Eの測定と、剛性率Gの測定とが、別々の
装置で行なわれていた。
【0009】しかしながら、このように別々の装置で測
定する場合には、測定作業に時間がかかり、測定時間を
短縮化できないという問題点があった。また、測定のた
めの試料を2つ用意しなければならず、測定作業が煩雑
であるという問題点もあった。さらに、測定装置が2つ
必要であるために、装置費用が高価になってしまうとい
う問題点もあった。
【0010】この考案は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、ヤング率と剛性率の両方を測定
する場合に、測定作業を迅速かつ容易に行なえるととも
に、装置のコストを削減することが可能な弾性率測定装
置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1における弾性率
測定装置は、試料片の固有振動数を検出して試料片の弾
性率を測定するための弾性率測定装置であって、固定手
段と、振動伝達手段と、横振動付与手段と、横振動検出
手段と、捻り振動付与手段と、捻り振動検出手段と、ヤ
ング率算出手段と、剛性率算出手段とを備えている。固
定手段は、試料片の一端を固定するために設けられてい
る。振動伝達手段は、試料片の他端に取付けられてお
り、試料片に振動を伝達するためのものである。横振動
付与手段は、振動伝達手段を介して試料片に横振動を与
えるためのものであり、固定的に設置されている。横振
動検出手段は、横振動付与手段によって振動された試料
片の固有振動数を測定するためのものであり、固定的に
設置されている。捻り振動付与手段は、横振動付与手段
とは別個に設けられており、振動伝達手段を介して試料
片に捻り振動を与えるためのものであり、固定的に設置
されている。捻り振動検出手段は、横振動検出手段とは
別個に設けられ、捻り振動付与手段によって振動された
試料片の固有振動数を測定するためのものであり、固定
的に設置されている。ヤング率算出手段は、横振動検出
手段によって検出された固有振動数に基づいて、試料片
のヤング率を算出する役割を果たす。剛性率算出手段
は、捻り振動検出手段によって検出された固有振動数に
基づいて、試料片の剛性率を算出する役割を果たす。
【0012】
【作用】請求項1に係る弾性率測定装置では、横振動付
与手段によって試料片に横振動が与えられ、その横振動
付与手段とは別個に設けられた捻り振動付与手段によっ
て試料片に捻り振動が与えられるので、横振動を与えた
後捻り振動を与える際に試料の位置をセッティングし直
す必要がなく、横振動と捻り振動とが連続して試料に与
えられる。これにより、ヤング率と剛性率との両方を連
続して測定する場合に測定時間がより短縮される。
【0013】
【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0014】図1は、本考案の一実施例による弾性率測
定装置を示した正面図である。図2は、図1に示した弾
性率測定装置のX−Xにおける断面矢視図である。
【0015】図1および図2を参照して、本実施例の弾
性率測定装置は、試料100の上端部を固定するための
固定部1と、試料100の下端部に取付けられ、試料1
00に捻り振動および横振動を与えるための振動部2
と、振動部2に試料100に対して垂直方向に延びるよ
うに取付けられた1対の振動棒3と、1対の振動棒3の
自由端から所定の間隔を隔てて振動棒3の延びる方向と
直交する方向に設置された1対の捻り振動駆動部4およ
び5と、振動棒3に対して捻り振動駆動部5が設置され
る側と反対側に設置され、試料100の捻り振動による
振動数を検出するための捻り振動検出部6と、振動部2
から所定の間隔を隔てて設置された試料100に横振動
を与えるための横振動駆動部7と、振動部2に対して横
振動駆動部7が設置される側と反対側に設置され、試料
100の横振動による振動数を検出するための横振動検
出部8とを備えている。
【0016】本実施例では、このように、1つの装置内
で、試料100に横振動と捻り振動を与えてそれぞれに
対応する振動数(固有振動数)を検出するように構成す
る。これにより、後述するように、それぞれの固有振動
数に基づいてヤング率と剛性率とを逐次算出することが
できる。この結果、ヤング率と剛性率との両方を測定す
る場合に、従来に比べて測定時間を著しく短縮すること
ができる。また、1つの試料片でヤング率と剛性率との
両方を測定することができるので、測定作業を従来に比
べて簡素化することができる。さらに、1つの装置でヤ
ング率と剛性率との両方を測定することができるので、
従来に比べて装置のコストを削減することができる。
【0017】図3は、図1に示した弾性率測定装置の全
体構成を説明するためのブロック図である。図1ないし
図3を参照して、次に本実施例の弾性率測定装置の動作
について説明する。
【0018】まず、横振動駆動部7または捻り振動駆動
部4、5に与えるための周波数信号が周波数発生装置1
1によって発生される。そして、周波数発生装置11に
よって発生された周波数信号が増幅部12によって増幅
される。増幅部12によって増幅された周波数信号は、
振動モード選択部13に与えられる。振動モード選択部
13では、その増幅された周波数信号を横振動駆動部7
に与えるか捻り振動駆動部4、5に与えるかを選択す
る。そして、横振動駆動部7に与えるための周波数信号
であれば、横振動駆動部7に周波数信号が与えられる。
横振動駆動部7に周波数信号が与えられると、横振動駆
動部7を構成するコイルに電流が流れ、その磁力によっ
て振動部2(図2参照)に横振動が与えられる。これに
より、試料100に横振動が与えられる。横振動が与え
られた試料100は試料100の持つ固有振動と一致し
た時、共鳴現象によって、大きく振動する。試料100
の横振動による振動数は、逐次横振動検出部8によって
検出される。横振動検出部8によって検出された振動数
は、振動モード選択部14によって横振動の振動数であ
ることが確認される。そして、その振動数信号が検出信
号増幅部15によって増幅される。検出信号増幅部15
によって増幅された振動数信号に基づいて、その信号の
最大値である共鳴振動数が共鳴振動数算出部16によっ
て算出される。横振動検出部8からの振動数信号である
場合にはヤング率算出部17にその共鳴振動数が与えら
れる。ヤング率算出部17では、その与えられた共鳴振
動数に基づいて所定の計算式によってヤング率Eが算出
される。
【0019】この一方、周波数発生装置11によって発
生された周波数が捻り振動を与えるための周波数である
場合には、振動モード選択部13によって、捻り振動駆
動部4、5が選択される。そして、捻り振動駆動部4、
5に周波数信号が与えられる。これにより、捻り振動駆
動部4、5を構成するコイルに、周波数信号に対応した
電流が流れる。それによって磁力が発生し、振動棒3が
振動する。これにより、試料100に捻り振動が与えら
れる。捻り振動が与えられた試料100は試料100の
持つ固有振動と一致すると共鳴現象によって大きく振動
する。試料100の捻り振動による振動数は捻り振動検
出部6によって逐次検出される。そしてその検出した振
動数が振動モード選択部14によって捻り振動の振動数
であることが確認される。その後、検出信号増幅部15
によって増幅されて、共鳴振動数算出部16によって捻
り振動の共鳴振動数が算出される。そして、その捻り振
動の共鳴振動数が剛性率算出部18に与えられる。剛性
率算出部18では、与えられた共鳴振動数に基づいて所
定の計算式に従って剛性率が算出される。
【0020】このように、ヤング率算出部17によって
ヤング率、剛性率算出部18によって剛性率が逐次算出
された後、それぞれの計算結果がポアソン比算出部19
に与えられる。ポアソン比算出部19では、ヤング率と
剛性率とから所定の計算式に従ってポアソン比が算出さ
れる。なお、ヤング率(E)の計算式は次の式(1)
に、剛性率(G)の計算式は次の式(2)に、ポアソン
比(σ)の計算式は次の式(3)に示す。
【0021】 E=γml4 Af2 /IWT −(1) E:縦弾性係数(ヤング率) W:幅 m:重さ l:長さ T:厚み I:慣性モーメント γ:振動部を補正する常数 G=KLf2 /(1−αT/W)WT3 −(2) G:剛性率 K:装置常数 L:長さ E:幅 f:振動数 α:定数 T:厚み σ=E/2G−1 −(3) このように、本実施例の弾性率測定装置では、1つの装
置でヤング率と剛性率とを逐次算出することができるの
で、従来に比べてヤング率と剛性率の両方を測定する場
合の測定時間を短縮化することができ、また装置コスト
も低減することができる。さらに、ヤング率と剛性率と
からポアソン比を算出することもできるため、より高機
能化が図られる。
【0022】
【考案の効果】請求項1に係る考案によれば、横振動付
与手段によって試料片に横振動を与え、その横振動付与
手段とは別個に設けられた捻り振動付与手段によって試
料片に捻り振動を与えることにより、横振動を与えた後
捻り振動を与える際に試料片の位置をセッティングし直
す必要がなく、横振動と捻り振動とを連続して与えるこ
とができる。これにより、ヤング率と剛性率との両方を
連続して測定する場合に測定時間をより短縮することが
できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例による弾性率測定装置を示し
た正面図である。
【図2】図1に示した弾性率測定装置のX−Xにおける
断面矢視図である。
【図3】図1に示した弾性率測定装置の全体構成を説明
するためのブロック図である。
【図4】従来のヤング率を測定するための弾性率測定装
置を示した正面図である。
【図5】従来の剛性率を測定するための弾性率測定装置
を示した斜視図である。
【符号の説明】
1:固定部 2:振動部 3:振動棒 4:捻り振動駆動部 5:捻り振動駆動部 6:捻り振動検出部 7:横振動駆動部 8:横振動検出部 11:周波数発生装置 12:増幅部 13:振動モード選択部 14:振動モード選択部 15:検出信号増幅部 16:共鳴振動数算出部 17:ヤング率算出部 18:剛性率算出部 19:ポアソン比算出部 100:試料 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料片の固有振動数を検出して前記試料
    片の弾性率を測定するための弾性率測定装置であって、 前記試料片の一端を固定するための固定手段と、 前記試料片の他端に取付けられ、前記試料片に振動を伝
    達するための振動伝達手段と、 前記振動伝達手段を介して前記試料片に横振動を与える
    ための固定的に設置された横振動付与手段と、 前記横振動付与手段によって振動された前記試料片の固
    有振動数を測定するための固定的に設置された横振動検
    出手段と、 前記横振動付与手段とは別個に設けられ、前記振動伝達
    手段を介して前記試料片に捻り振動を与えるための固定
    的に設置された捻り振動付与手段と、 前記横振動検出手段とは別個に設けられ、前記捻り振動
    付与手段によって振動された前記試料片の固有振動数を
    測定するための固定的に設置された捻り振動検出手段
    と、 前記横振動検出手段によって検出された固有振動数に基
    づいて、前記試料片のヤング率を算出するためのヤング
    率算出手段と、 前記捻り振動検出手段によって検出された固有振動数に
    基づいて、前記試料片の剛性率を算出するための剛性率
    算出手段とを備えた、弾性率測定装置。
JP1991094009U 1991-11-15 1991-11-15 弾性率測定装置 Expired - Lifetime JPH0749406Y2 (ja)

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JPH0587559U JPH0587559U (ja) 1993-11-26
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Families Citing this family (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4820931B2 (ja) * 2004-01-16 2011-11-24 雅彦 平尾 試料の弾性定数を測定する弾性定数測定装置及び測定方法
DE102009055661A1 (de) * 2009-11-25 2011-05-26 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts

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