JPH11218483A - Viscoelasticity measuring apparatus - Google Patents
Viscoelasticity measuring apparatusInfo
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- JPH11218483A JPH11218483A JP32703098A JP32703098A JPH11218483A JP H11218483 A JPH11218483 A JP H11218483A JP 32703098 A JP32703098 A JP 32703098A JP 32703098 A JP32703098 A JP 32703098A JP H11218483 A JPH11218483 A JP H11218483A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、材料の静的および
/または動的な粘弾性を測定する装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring static and / or dynamic viscoelasticity of a material.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、この種の発明に関しては、特公昭
57−40963号公報(以下、第1の従来例と言う)
にみられるような材料の応力と歪みの関係を測定する装
置がある。また、特開昭63−139232号公報(以
下、第2の従来例と言う)にみられるように機械系を単
純化することで、機械強度を増すとともに振動系の軽量
化を図り、機械共振の影響を緩和し、材料の動的粘弾性
を測定できるように改良した装置がある。更にまた、特
開平3−82934号公報(以下、第3の従来例と言
う)にみられるように材料には直流加算した交流力を加
え、材料に発生する歪みのうち直流歪み成分は機械的に
補償し交流成分のみから材料の動的粘弾性を引っ張り方
式で測定できるように改良した装置がある。2. Description of the Related Art Conventionally, this type of invention has been disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-40963 (hereinafter referred to as a first conventional example).
There is an apparatus for measuring the relationship between stress and strain of a material as seen in the above. Further, as disclosed in JP-A-63-139232 (hereinafter referred to as a second conventional example), by simplifying the mechanical system, the mechanical strength is increased, the weight of the vibration system is reduced, and the mechanical resonance is reduced. There is an improved device that can mitigate the effect of the stress and measure the dynamic viscoelasticity of the material. Furthermore, as disclosed in JP-A-3-82934 (hereinafter referred to as a third conventional example), an AC force obtained by adding a DC is applied to the material, and the DC distortion component of the distortion generated in the material is mechanical. There is an improved device which can measure the dynamic viscoelasticity of the material from only the AC component by the tension method.
【0003】これらの従来の装置においては、いずれも
検出棒を介して試料に力が伝えられ、試料の歪みは検出
棒と外部の支持体との間に設けられた変位検出器で検出
されるという共通点がある。一方、これらの装置におけ
る検出棒は何らかの形で装置内の支持体に支持される必
要があり、第1の従来例では天秤支持機構が用いられ、
第2、第3の従来例では支持体への板バネ固定が用いら
れた。In these conventional devices, force is transmitted to a sample via a detection rod, and distortion of the sample is detected by a displacement detector provided between the detection rod and an external support. They have something in common. On the other hand, the detection rod in these devices needs to be supported by a support in the device in some form, and in the first conventional example, a balance support mechanism is used,
In the second and third conventional examples, the leaf spring is fixed to the support.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記各従来装置におい
ては、検出棒支持の各方式に一般的に要求される特性と
して、検出棒と支持体間の摩擦が小さいこと(検出棒と
支持体間の粘性抵抗が小さいこと)が挙げられる。これ
に加え、試料の静的粘弾性測定の目的には、検出棒と支
持体間の弾性結合定数(バネ定数)が小さいことが要求
される。In each of the above-mentioned conventional devices, a characteristic generally required for each method of supporting the detection rod is that the friction between the detection rod and the support is small (between the detection rod and the support). Has low viscous resistance). In addition, for the purpose of measuring the static viscoelasticity of the sample, a small elastic coupling constant (spring constant) between the detection rod and the support is required.
【0005】また、試料の動的粘弾性測定の目的には、
慣性による測定誤差を最小化するため検出棒を含む振動
部分の質量が小さいことが要求される。また、弾性結合
定数と振動部質量の比で決まる振動部の共振周波数が測
定周波数より高い必要があるため、検出棒支持体間の弾
性結合定数はある程度大きい必要がある。すなわち、試
料の静的粘弾性を測定することと、動的粘弾性を測定す
ることは、いずれも試料に生じる応力と歪みの関係を測
定する点では共通性があるが、上記従来例にみられるよ
うな検出棒支持の方式では、検出棒と支持体の間の弾性
結合定数に関して相反する要求が生じるため、試料の静
的粘弾性と動的粘弾性の両方を精度良く測定できる装置
は存在しなかった。[0005] For the purpose of measuring the dynamic viscoelasticity of a sample,
In order to minimize the measurement error due to inertia, the mass of the vibrating part including the detection rod must be small. In addition, since the resonance frequency of the vibrating part determined by the ratio of the elastic coupling constant and the mass of the vibrating part needs to be higher than the measurement frequency, the elastic coupling constant between the detection rod supports needs to be large to some extent. That is, measuring the static viscoelasticity of a sample and measuring the dynamic viscoelasticity both have a common point in measuring the relationship between stress and strain generated in the sample, but only in the above conventional example. In such a method of supporting a detection rod, there are conflicting requirements regarding the elastic coupling constant between the detection rod and the support.Therefore, there are devices that can accurately measure both the static viscoelasticity and the dynamic viscoelasticity of the sample. Did not.
【0006】実際、第1の従来例にみられる装置を用い
て静的粘弾性測定はできるが、天秤機構が有する大きな
質量により、動的粘弾性の測定は1Hz以下の極めて低
周波領域に限定される。一方、第2および第3の従来例
にみられる装置では数100Hz程度の高周波までの動
的粘弾性測定を行うことができるが、試料の静的粘弾性
を測定する際の応力、歪みの同時変化に対して、板バネ
のバネ定数を分離することが困難なため、測定精度が得
られないという欠点があった。Actually, static viscoelasticity can be measured using the device shown in the first conventional example, but due to the large mass of the balance mechanism, the measurement of dynamic viscoelasticity is limited to an extremely low frequency region of 1 Hz or less. Is done. On the other hand, in the devices shown in the second and third conventional examples, dynamic viscoelasticity measurement up to a high frequency of about several hundred Hz can be performed, but simultaneous measurement of stress and strain when measuring the static viscoelasticity of the sample is performed. Since it is difficult to separate the spring constant of the leaf spring from the change, there is a drawback that the measurement accuracy cannot be obtained.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
速やかに解決するために開発されたものである。試料の
両端または一端を支持する試料ホルダーと、前記試料の
一部を支持する試料チャックと、前記試料ホルダーに対
して相対位置を変えられる検出器支持体と、前記試料チ
ャックに連結されるとともに前記検出器支持体に弾性的
に支持される検出棒と、前記検出器支持体に対する前記
検出棒の長手方向の位置変化を捕らえる変位検出器と、
前記検出器支持体に固定され前記検出棒の一端に長手方
向に力を作用させる結果前記検出棒および前記試料チャ
ックを介して前記試料に応力を付与する力発生器と、前
記力発生器に接続され試料に付与する応力の直流成分と
交流成分とを設定する関数発生器と、前記変位検出器の
直流成分出力が零に近づくよう前記試料ホルダーに対す
る前記検出器支持体の相対位置を変化させる機械的帰還
制御手段と、前記変位検出器の直流成分出力が零に近づ
くよう前記力発生器の直流出力を変化させる負帰還制御
手段と、前記力発生器の出力および前記試料ホルダーに
対する前記検出器支持体の相対移動量を記録する記録手
段と、前記周期関数発生器の周期関数信号と前記変位検
出器で捕らえられる変位信号の周期関数成分とに対しフ
ーリエ変換処理を行う演算器と、から構成されている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been developed to solve the above problems quickly. A sample holder supporting both ends or one end of the sample, a sample chuck supporting a part of the sample, a detector support capable of changing a relative position with respect to the sample holder, and connected to the sample chuck and A detection rod elastically supported by the detector support, and a displacement detector that captures a change in a longitudinal position of the detection rod with respect to the detector support;
A force generator that is fixed to the detector support and applies a force to one end of the detection rod in a longitudinal direction and that applies stress to the sample via the detection rod and the sample chuck; and a force generator connected to the force generator. A function generator for setting a DC component and an AC component of a stress applied to the sample, and a machine for changing a relative position of the detector support with respect to the sample holder so that a DC component output of the displacement detector approaches zero. Negative feedback control means, negative feedback control means for changing the DC output of the force generator so that the DC component output of the displacement detector approaches zero, and the detector support for the output of the force generator and the sample holder Recording means for recording the relative movement amount of the body, and a Fourier transform process for a periodic function signal of the periodic function generator and a periodic function component of the displacement signal captured by the displacement detector. Cormorants and calculator, and a.
【0008】上記構成の作用は、まず、試料ホルダーと
試料チャックに保持された試料に、力発生部から検出棒
を介して直流力と交流力の一方、または両方が印加され
る。このとき、試料と弾性支持体の線形粘弾性を反映し
て、直流力に対しては直流的歪み、交流力に対しては交
流的歪みが発生し、いずれも変位検出器で捕らえられ
る。In the operation of the above configuration, first, one or both of a DC force and an AC force are applied to the sample held by the sample holder and the sample chuck via a detection rod from a force generating unit. At this time, reflecting the linear viscoelasticity of the sample and the elastic support, a DC distortion occurs for a DC force, and an AC distortion occurs for an AC force, all of which are captured by the displacement detector.
【0009】変位検出器で捕らえられる交流的歪みは印
加された交流力との比較により試料と弾性支持体との合
成された動的粘弾性として検出される。試料と弾性支持
体の結合を並列的にしておけば、合成された動的粘弾性
から弾性支持体の弾性率を単に差し引くことにより、試
料の動的粘弾性を知ることができる。一方、印加された
直流力と変位検出器で捕らえられる歪みの直流成分は、
変位信号を低域通過濾波器(ローパスフィルタ)を通過
させるか、直流波の印加を連続的に交流波の印加を断続
的におこなうことにより交流波が印加されない時点の変
位を計測することで測定される。このとき、変位信号の
直流成分の測定値が零に近づくように測定値に応じて、
検出器支持体を移動するか直流力を変化させるかのいず
れか一方を行う。このとき検出器支持体の移動量は試料
の変形を表しており、弾性支持体には変形は生じない。
したがって、印加された直流力はすべて試料に分配され
る。すなわち、印加された直流力と検出器支持体の移動
量はそれぞれ試料の静的な応力、静的な歪みを表すた
め、試料の静的粘弾性を測定することができる。The AC distortion detected by the displacement detector is detected as a synthesized dynamic viscoelasticity of the sample and the elastic support by comparison with the applied AC force. If the sample and the elastic support are connected in parallel, the dynamic viscoelasticity of the sample can be known by simply subtracting the elastic modulus of the elastic support from the synthesized dynamic viscoelasticity. On the other hand, the applied DC force and the DC component of the distortion captured by the displacement detector are:
Measured by passing the displacement signal through a low-pass filter (low-pass filter) or by continuously applying a DC wave and applying an AC wave intermittently to measure the displacement when no AC wave is applied Is done. At this time, according to the measured value, the measured value of the DC component of the displacement signal approaches zero.
Either move the detector support or change the DC force. At this time, the amount of movement of the detector support indicates the deformation of the sample, and no deformation occurs in the elastic support.
Therefore, all the applied DC force is distributed to the sample. That is, since the applied DC force and the amount of movement of the detector support respectively represent the static stress and the static strain of the sample, the static viscoelasticity of the sample can be measured.
【0010】[0010]
【実施例】以下、本発明を実施例に示した図面に基づき
詳細に説明する。図1中、符号1は試料であり、試料1
の一端は、ネジ2aを介して、試料ホルダ2に固定的に
把持されている。試料ホルダ2は支柱3により検出器箱
4の外側の下方に固定されている。試料1の他端はチャ
ック5により把持されており、チャック5は垂直に配置
された検出棒6の下方の一端に固定されている。尚、試
料1の試料ホルダ2及びチャック5への取り付けは、前
記実施例に限定されるものではなく、測定の目的によっ
ては、単に支持するだけでもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a sample,
Is fixedly held by the sample holder 2 via the screw 2a. The sample holder 2 is fixed below the outer side of the detector box 4 by a column 3. The other end of the sample 1 is held by a chuck 5, and the chuck 5 is fixed to one end below a vertically arranged detection rod 6. The attachment of the sample 1 to the sample holder 2 and the chuck 5 is not limited to the above embodiment, but may be simply supported depending on the purpose of measurement.
【0011】検出棒6は、検出器箱4下方に設けられた
孔を貫通して垂直に設けられている。検出棒6の上方の
他端にはコイル7が固定され、コイル7の周囲には検出
器支持体12に固定された永久磁石8が配置され、コイ
ル7に電流を流すと永久磁石8との共働により、検出棒
6の長手方向に力が加えられる。すなわち、コイル7と
永久磁石8とは、検出棒6に軸方向の力を作用するため
の電磁力発生器を形成している。The detection rod 6 extends vertically through a hole provided below the detector box 4. A coil 7 is fixed to the other end above the detection rod 6, and a permanent magnet 8 fixed to a detector support 12 is arranged around the coil 7. By the cooperation, a force is applied in the longitudinal direction of the detection rod 6. That is, the coil 7 and the permanent magnet 8 form an electromagnetic force generator for applying an axial force to the detection rod 6.
【0012】検出棒6は長手方向にのみ運動できるよう
に、二枚の板バネ9、9により検出器支持体12に弾性
的に固定されている。二枚の板バネ9、9は、検出棒6
が長手方向に(軸方向)移動するのを可能にし、検出棒
6が径方向の移動を規制するものである。二枚の板バネ
9、9と検出棒6とは、脱着可能に固定して取りつける
ことも、また、スライド可能に取りつけることでもよ
い。The detection rod 6 is elastically fixed to the detector support 12 by two leaf springs 9 so that it can move only in the longitudinal direction. The two leaf springs 9, 9 are
Can move in the longitudinal direction (axial direction), and the detection rod 6 restricts the movement in the radial direction. The two leaf springs 9 and 9 and the detection rod 6 may be fixed and detachably mounted or slidably mounted.
【0013】また、二枚の板バネ9、9との間に検出棒
6の一部にはコア10が固定されている。なお、コア1
0は検出器箱4の内側部分に配置されている。コア10
の周囲には差動トランス11がコア10と隙間を設けて
配置されている。差動トランス11は、検出器支持体1
2に固定される形で保持され、コア10の相対変位を試
料1の歪みとして検出する。つまり、コア10と作動ト
ランス11とは、歪みを検出する歪み検出器を構成して
いる。検出器支持体12は軸受け13、13によりボー
ルネジ14と案内棒15にそれぞれ軸方向に移動可能に
係合している。そして、ボールネジ14と案内棒15は
お互いに検出器箱4に平行に垂直に検出器箱4に保持さ
れている。符号16は検出器箱4に取り付けられたステ
ップモータであり、ステップモータ16の軸とボールネ
ジ14の先端にはそれぞれプーリ17、17が固定され
ている。両プーリ17、17の間には駆動ベルト18が
掛けられている。ステップモータ16の回転に伴うプー
リ17、17と駆動ベルト18の運動により、ボールネ
ジ14は回転し、軸受け13、13を介して検出器支持
体12を上下方向に水平を保ったまま移動させることが
できる。つまり、コイル7、差動トランス11と板バネ
9、9を同時に、同量上下方向に移動させることができ
るものである。A core 10 is fixed to a part of the detection rod 6 between the two leaf springs 9. In addition, core 1
0 is located in the inner part of the detector box 4. Core 10
A differential transformer 11 is arranged around the periphery of the core 10 with a gap provided with the core 10. The differential transformer 11 includes the detector support 1
2, is held in a fixed state, and the relative displacement of the core 10 is detected as distortion of the sample 1. That is, the core 10 and the operation transformer 11 constitute a distortion detector for detecting distortion. The detector support 12 is axially movably engaged with a ball screw 14 and a guide rod 15 by bearings 13, 13. The ball screw 14 and the guide rod 15 are held by the detector box 4 in a direction parallel to and perpendicular to the detector box 4. Reference numeral 16 denotes a step motor mounted on the detector box 4, and pulleys 17 are fixed to the shaft of the step motor 16 and the tip of the ball screw 14, respectively. A drive belt 18 is hung between the two pulleys 17. The ball screw 14 rotates by the movement of the pulleys 17 and 17 and the drive belt 18 accompanying the rotation of the step motor 16, and the detector support 12 can be moved via the bearings 13 and 13 while keeping the detector support 12 horizontal in the vertical direction. it can. That is, the coil 7, the differential transformer 11, and the leaf springs 9, 9 can be simultaneously moved in the vertical direction by the same amount.
【0014】検出器箱4は支持機構19にて支持されて
いる。なお、検出器箱4の底部には、検出棒6を通す孔
が設けられている。一方、試料1の周囲には、試料1の
温度を変える目的で加熱冷却炉20が配設されている。
加熱冷却炉20は移動機構21を介して支持機構19に
取り付けられている。移動機構21は、加熱冷却炉20
を上下に移動することができるようになっている。ま
た、加熱冷却炉20は、試料1の温度を任意の温度プロ
グラムにて可変することができる。検出器箱4の下部外
側と加熱冷却炉20の上端部との間に、管状ベロース2
2が挿入されており、管状ベロース22の上端部は検出
器箱4の底部が固定されている。つまり、加熱冷却炉2
0を上げることにより、検出器箱4と管状ベローズ22
と加熱冷却炉20からなる装置内のほぼ閉空間が形成さ
れるため、ガスの導入と排気のための小孔を管状べロー
ズ22にそれぞれ設けガスフローすることで、必要に応
じて、試料1の周囲の雰囲気を、たとえば、窒素雰囲気
に、設定することができる。また、加熱冷却炉20を下
の方に移動させることにより、加熱冷却炉20の上端部
と管状ベロース22下端部との間に隙間が発生し、試料
1を着脱、交換することができる。The detector box 4 is supported by a support mechanism 19. The bottom of the detector box 4 is provided with a hole through which the detection rod 6 passes. On the other hand, a heating / cooling furnace 20 is provided around the sample 1 for the purpose of changing the temperature of the sample 1.
The heating / cooling furnace 20 is attached to the support mechanism 19 via a moving mechanism 21. The moving mechanism 21 includes the heating / cooling furnace 20
Can be moved up and down. The heating / cooling furnace 20 can change the temperature of the sample 1 by an arbitrary temperature program. Between the lower outer side of the detector box 4 and the upper end of the heating / cooling furnace 20, a tubular bellows 2 is provided.
2 is inserted, and the upper end of the tubular bellows 22 is fixed to the bottom of the detector box 4. That is, the heating / cooling furnace 2
0, the detector box 4 and the tubular bellows 22
Since a substantially closed space in the apparatus including the heating and cooling furnace 20 is formed, small holes for introducing and exhausting gas are provided in the tubular bellows 22, respectively, and gas flow is performed. Can be set to, for example, a nitrogen atmosphere. In addition, by moving the heating / cooling furnace 20 downward, a gap is generated between the upper end of the heating / cooling furnace 20 and the lower end of the tubular bellows 22, so that the sample 1 can be detached and replaced.
【0015】符号31は、交流関数発生器である。交流
関数発生器31は、永久磁石8とコイル7で形成された
電磁力発生器で発生する交流力の波形(例えば、正弦
波)と周波数を設定し、その波形信号を発生する。交流
関数発生器31には交流力の振幅を設定・増幅するため
の増幅器32が接続されている。増幅器32には最適直
流値演算器33が接続されている。最適直流力演算器3
3にはスイッチ34を介して直流電圧発生器35が接続
されており、直流電圧発生器35は電磁力発生器で発生
する直流力を設定する。また、直流電圧発生器35は加
算器36に接続され、増幅器32もスイッチ37を介し
て加算器36に接続されており、スイッチ37が閉じら
れると加算器36では交流重畳された直流電圧を発生す
る。加算器36にはコイル7が接続されており、加算器
36の出力に応じてコイル7には力が発生され、検出棒
6を介して試料1に応力が加えられる。Reference numeral 31 denotes an AC function generator. The AC function generator 31 sets a waveform (for example, a sine wave) and a frequency of an AC force generated by the electromagnetic force generator formed by the permanent magnet 8 and the coil 7, and generates a waveform signal thereof. An amplifier 32 for setting and amplifying the amplitude of the AC force is connected to the AC function generator 31. An optimum DC value calculator 33 is connected to the amplifier 32. Optimal DC force calculator 3
A DC voltage generator 35 is connected to 3 via a switch 34, and the DC voltage generator 35 sets the DC force generated by the electromagnetic force generator. The DC voltage generator 35 is connected to an adder 36, and the amplifier 32 is also connected to the adder 36 via a switch 37. When the switch 37 is closed, the adder 36 generates a DC voltage with AC superposition. I do. The coil 7 is connected to the adder 36, a force is generated in the coil 7 according to the output of the adder 36, and a stress is applied to the sample 1 via the detection rod 6.
【0016】試料1に加えられた応力に応答して生じる
歪みは検出棒6の変位として差動トランス11で検出さ
れ、歪み測定回路40に送られる。歪み測定回路40で
測定された試料1の歪み信号は、歪み測定回路40に接
続されたローパスフィルタ41とハイパスフィルタ45
とに分けて通過され、それぞれ取り出される。ローパス
フィルタ41を通過した低周波成分は歪み零位制御回路
42に送られ、ハイパスフィルタ45を通過した交流成
分はアナログデジタル変換器46を介してフーリエ演算
器47に送られる。The distortion generated in response to the stress applied to the sample 1 is detected by the differential transformer 11 as the displacement of the detection rod 6 and sent to the distortion measuring circuit 40. The distortion signal of the sample 1 measured by the distortion measurement circuit 40 is transmitted to the low-pass filter 41 and the high-pass filter 45 connected to the distortion measurement circuit 40.
, And are taken out. The low-frequency component that has passed through the low-pass filter 41 is sent to the zero distortion control circuit 42, and the AC component that has passed through the high-pass filter 45 is sent to a Fourier calculator 47 via an analog-to-digital converter 46.
【0017】また、前記増幅器32の出力である試料1
の交流応力信号もアナログデジタル変換器48を介して
フーリエ演算器47に送られる。フーリエ演算器47で
は、試料1の歪み振幅と応力−歪み振幅比と応力−歪み
位相差が計算され出力される。フーリエ演算器47には
歪み振幅制御器49が接続され、歪み振幅の測定信号が
振幅制御器49に送られる。歪み振幅制御器49には目
標歪み振幅入力器50が接続され、目標歪み振幅入力器
50から送られる歪み振幅の目標値に対し、フーリエ演
算器47から送られる歪み振幅の測定信号が何倍大きい
か小さいかを計算し、その逆数倍だけ増幅器32の増幅
率を変化させるように機能する。つまり、歪み振幅制御
器49は、試料1の歪み振幅を目標の振幅になるよう
に、増幅器32の値を設定する。The sample 1 which is the output of the amplifier 32
Is also sent to the Fourier calculator 47 via the analog-to-digital converter 48. The Fourier calculator 47 calculates and outputs the strain amplitude, the stress-strain amplitude ratio, and the stress-strain phase difference of the sample 1. A distortion amplitude controller 49 is connected to the Fourier calculator 47, and a distortion amplitude measurement signal is sent to the amplitude controller 49. The distortion amplitude controller 49 is connected to a target distortion amplitude input device 50, and the measurement signal of the distortion amplitude transmitted from the Fourier calculator 47 is many times larger than the target value of the distortion amplitude transmitted from the target distortion amplitude input device 50. The function is to calculate whether the gain is smaller or smaller and to change the amplification factor of the amplifier 32 by the reciprocal multiple. That is, the distortion amplitude controller 49 sets the value of the amplifier 32 so that the distortion amplitude of the sample 1 becomes the target amplitude.
【0018】一方、フーリエ演算器47で算出された応
力−歪み間の振幅比と位相差データは動的粘弾性演算器
51に送られ、そこで試料形状に関する情報と合わせ
て、試料1の動的粘弾性が決定される。符号38はオペ
レータが時間に対して所望の関数を設定できる関数発生
器であり、符号39はステップモータ16を駆動するた
めのステップモータ駆動回路である。On the other hand, the stress-strain amplitude ratio and the phase difference data calculated by the Fourier calculator 47 are sent to the dynamic viscoelastic calculator 51, where the data are combined with the information on the sample shape and the dynamics of the sample 1 are combined. The viscoelasticity is determined. Reference numeral 38 denotes a function generator that allows an operator to set a desired function with respect to time, and reference numeral 39 denotes a step motor drive circuit for driving the step motor 16.
【0019】前記歪み零位制御回路42は、スイッチ4
3の働きにより、ステップモータ駆動回路39または直
流電圧発生器35のいずれか一方に接続される。また、
関数発生器38は、スイッチ44の働きにより、直流電
圧発生器35に接続される場合と、ステップモータ駆動
回路39に接続される場合と、他に接続されない場合の
三通りに切り換えることができる。The zero distortion control circuit 42 includes a switch 4
By the operation of 3, it is connected to either the step motor drive circuit 39 or the DC voltage generator 35. Also,
By the function of the switch 44, the function generator 38 can be switched between three cases: a case where it is connected to the DC voltage generator 35, a case where it is connected to the step motor drive circuit 39, and a case where it is not connected to any other.
【0020】ステップモータ駆動回路39は、アナログ
デジタル変換器56を介して静的粘弾性演算器53に接
続されている。一方、直流電圧発生器35もアナログデ
ジタル変換器52を介して静的粘弾性演算器53に接続
されている。静的粘弾性演算器53では、試料形状に関
する情報が考慮され、直流電圧発生器35の出力から試
料1の応力が算出され、ステップモータ駆動回路39の
出力から試料1の歪みを算出されることにより、試料1
の静的粘弾性が決定される。The step motor drive circuit 39 is connected to a static viscoelasticity calculator 53 via an analog / digital converter 56. On the other hand, the DC voltage generator 35 is also connected to the static viscoelasticity calculator 53 via the analog / digital converter 52. The static viscoelasticity calculator 53 calculates the stress of the sample 1 from the output of the DC voltage generator 35 and calculates the strain of the sample 1 from the output of the step motor drive circuit 39 in consideration of information on the shape of the sample. By the sample 1
Is determined.
【0021】動的粘弾性演算器51および静的粘弾性演
算器53で算出される試料1の粘弾性信号は記憶器54
に蓄えることができる他、プリンタ(図示せず)やCR
T(図示せず)などの記録手段または表示手段に出力で
きる。以下、本実施例による装置の動作を説明する。図
1は引っ張り測定の場合の試料把持の構成を示してお
り、最初、引っ張り測定の際の装置の動作を、以下で説
明する。The viscoelastic signal of the sample 1 calculated by the dynamic viscoelasticity calculator 51 and the static viscoelasticity calculator 53 is stored in a memory 54.
And a printer (not shown) or CR
It can be output to recording means such as T (not shown) or display means. Hereinafter, the operation of the device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 shows the configuration of sample gripping in the case of a tensile measurement. First, the operation of the apparatus at the time of a tensile measurement will be described below.
【0022】まず、オペレータは、移動機構21の動作
により加熱冷却炉20を下げ、試料1を試料ホルダ2と
チャック5で把持、又は支持した後、加熱冷却炉20を
上げ試料1を装置にセットする。オペレータは温度制御
器55に所望の温度プログラムを設定しておくことで、
試料1の温度を変えたり、ある温度に保持しながら測定
することができる。First, the operator lowers the heating / cooling furnace 20 by the operation of the moving mechanism 21 and holds or supports the sample 1 with the sample holder 2 and the chuck 5, then raises the heating / cooling furnace 20 and sets the sample 1 in the apparatus. I do. The operator sets a desired temperature program in the temperature controller 55,
The measurement can be performed while changing the temperature of the sample 1 or maintaining it at a certain temperature.
【0023】次に、正弦波による動的粘弾性測定、合成
波による動的粘弾性測定、応力制御によるクリープ測
定、歪み制御による応力緩和測定の中から、所望の測定
モードを設定する。正弦波による測定が選ばれると、ス
イッチ34およびスイッチ37は閉じられ、スイッチ4
3により、歪み零位制御回路42はステップモータ駆動
回路39に接続され、スイッチ44により、関数発生器
38は切り離され、他と接続されない。さらに、オペレ
ータは、0.01Hzから100Hzの間で、測定周波
数を交流関数発生器31に設定し、歪み振幅の目標値を
目標歪み振幅入力器50に入力し、最適直流力演算器3
3には試料の弛みや引っ張り過ぎを防ぐため、交流力に
対し何パーセント増しの直流力を加えるか、あるいは、
交流力に対し何グラム増しの直流力を加えるか、などの
条件を設定する。なお、測定周波数を複数種類設定して
おくと、測定周波数は順次変わり設定されたすべての周
波数で測定が行われる。Next, a desired measurement mode is set from dynamic viscoelasticity measurement using a sine wave, dynamic viscoelasticity measurement using a synthetic wave, creep measurement using stress control, and stress relaxation measurement using strain control. When a sine wave measurement is selected, switches 34 and 37 are closed and switch 4
By 3, the zero distortion control circuit 42 is connected to the step motor drive circuit 39, and the function generator 38 is disconnected by the switch 44, and is not connected to the other. Further, the operator sets the measurement frequency in the AC function generator 31 between 0.01 Hz and 100 Hz, inputs the target value of the distortion amplitude to the target distortion amplitude input device 50, and
In order to prevent the sample from being loosened or pulled too much, apply a DC force that is increased by a percentage to the AC force.
Set conditions such as how many grams of DC force should be applied to the AC force. When a plurality of types of measurement frequencies are set, the measurement frequencies are sequentially changed and the measurement is performed at all the set frequencies.
【0024】オペレータが装置に測定開始の指令を与え
ると、まず、差動トランス11により板バネ9の歪みが
検出され、検出された歪み信号は歪み検出回路40に送
られ、ローパスフィルタ41を介して歪みの低周波成分
が歪み零位制御回路42に送られる。歪み零位制御回路
42では、測定された歪みの低周波成分が零に近づくよ
うにステップモータ16を駆動するための駆動量を比例
制御に基づき算出した後算出された駆動量信号をスイッ
チ43を介してステップモータ駆動回路39に送り、全
体として差動トランス11の出力を絶えず零に戻すよう
に、検出器支持体12を上下に移動する負帰還制御を行
う。このとき、板バネ9から低周波の歪みはいつも取り
除かれているから、永久磁石8とコイル7の電磁力発生
器で発生された力の低周波成分は、試料1に生じる歪み
の低周波成分と完全に釣り合っている。When the operator gives a command to start the measurement to the apparatus, first, the distortion of the leaf spring 9 is detected by the differential transformer 11, and the detected distortion signal is sent to the distortion detection circuit 40, through the low-pass filter 41. The low frequency component of the distortion is sent to the zero distortion control circuit 42. The zero distortion control circuit 42 calculates a drive amount for driving the step motor 16 based on the proportional control so that the low frequency component of the measured distortion approaches zero, and then switches the calculated drive amount signal to the switch 43. A negative feedback control is performed to move the detector support 12 up and down so that the output of the differential transformer 11 is constantly returned to zero as a whole. At this time, since the low frequency distortion is always removed from the leaf spring 9, the low frequency component of the force generated by the electromagnetic force generator of the permanent magnet 8 and the coil 7 is the low frequency component of the distortion generated in the sample 1. And perfectly balanced.
【0025】また、交流関数発生器31からは所定の周
波数の正弦波が出力され、増幅器32で増幅され、スイ
ッチ37を介して加算器36に送られる。一方、増幅器
32に接続された最適直流力演算器33では電磁力発生
器で発生させる最適な直流力が算出され、スイッチ34
を介して直流電圧発生器35に送られ、さらに、加算器
36に送られて交流と加算される。加算器36はコイル
7に接続されており、加算器36から出力される、交流
重畳された直流信号は、コイル7により検出棒6を介し
て試料1と板バネ9に印加される交流重畳された直流力
に変換される。このとき、検出器支持体12に対する前
記の負帰還制御の結果、実際には、試料1には交流重畳
された直流力が加わるのに対し、板バネ9には交流力の
みが加わり、直流力は加わらない。A sine wave having a predetermined frequency is output from the AC function generator 31, amplified by the amplifier 32, and sent to the adder 36 via the switch 37. On the other hand, the optimum DC force calculator 33 connected to the amplifier 32 calculates the optimum DC force generated by the electromagnetic force generator, and
To the DC voltage generator 35, and further to the adder 36 to be added to the AC voltage. The adder 36 is connected to the coil 7, and the AC superimposed DC signal output from the adder 36 is subjected to AC superimposition applied to the sample 1 and the leaf spring 9 via the detection rod 6 by the coil 7. Is converted into a DC force. At this time, as a result of the above-described negative feedback control on the detector support 12, actually, a DC force superimposed on the sample 1 is applied, whereas only an AC force is applied to the leaf spring 9, Does not join.
【0026】試料1および板バネ9に印加される交流力
は両者に交流的な歪みを生じさせる。この交流歪みは差
動トランス11で検出され、歪み測定回路40、ハイパ
スフィルタ45、アナログデジタル変換器46を経由し
てデジタル信号に変換された後、フーリエ演算器47に
送られる。フーリエ演算器47では、以下の演算(数
1)により、試料1および板バネ9に同時に生ずる交流
歪みの振幅を算出する。The AC force applied to the sample 1 and the leaf spring 9 causes AC distortion in both. This AC distortion is detected by the differential transformer 11, converted into a digital signal via the distortion measuring circuit 40, the high-pass filter 45, and the analog-to-digital converter 46, and then sent to the Fourier calculator 47. The Fourier calculator 47 calculates the amplitude of the AC distortion generated simultaneously in the sample 1 and the leaf spring 9 by the following calculation (Equation 1).
【0027】[0027]
【数1】 (Equation 1)
【0028】こうして得られた歪み振幅の測定値は歪み
振幅制御器49に送られ、目標歪み振幅入力器50から
送られる歪み振幅の目標値との比較により、次回の増幅
器32の増幅率が決定される。以上の歪み振幅制御の結
果、全体として、試料1に生ずる交流歪みの振幅は絶え
ずオペレータにより設定された目標値に近い値に制御さ
れることとなる。The measured value of the distortion amplitude obtained in this way is sent to the distortion amplitude controller 49, and is compared with the target value of the distortion amplitude sent from the target distortion amplitude input device 50 to determine the next amplification factor of the amplifier 32. Is done. As a result of the above-described distortion amplitude control, the amplitude of the AC distortion generated in the sample 1 as a whole is constantly controlled to a value close to the target value set by the operator.
【0029】また、増幅器32の出力である正弦波交流
はアナログデジタル変換器48を介してデジタル信号化
された後フーリエ演算器47に送られる。フーリエ演算
器47では、以下の演算(数2)に基づき、試料1と板
バネ9に生ずる交流応力と交流歪みの振幅比および位相
差を算出する。The sine wave AC output from the amplifier 32 is converted into a digital signal via an analog-to-digital converter 48 and then sent to a Fourier calculator 47. The Fourier calculator 47 calculates the amplitude ratio and the phase difference between the AC stress and the AC strain generated between the sample 1 and the leaf spring 9 based on the following calculation (Equation 2).
【0030】[0030]
【数2】 (Equation 2)
【0031】フーリエ演算器47で得られた振幅比と位
相差の情報は動的粘弾性演算器51に送られ、以下のと
おり(数3)、試料1の動的粘弾性が決定される。The information on the amplitude ratio and the phase difference obtained by the Fourier calculator 47 is sent to the dynamic viscoelastic calculator 51, and the dynamic viscoelasticity of the sample 1 is determined as follows (Equation 3).
【0032】[0032]
【数3】 (Equation 3)
【0033】動的粘弾性演算器51で得られた試料1の
動的粘弾性情報は記憶器54に蓄えられる他、プリンタ
(図示せず)やCRT(図示せず)などの記録手段また
は表示手段に出力できるのはもちろんのことである。次
に、オペレータが合成波による測定を選択した場合につ
いて、上記正弦波測定との違いを中心に説明する。The dynamic viscoelasticity information of the sample 1 obtained by the dynamic viscoelasticity calculator 51 is stored in a storage unit 54 and is recorded by a recording means such as a printer (not shown) or a CRT (not shown). Of course, it can be output to the means. Next, the case where the operator selects the measurement using the synthetic wave will be described focusing on the difference from the sine wave measurement.
【0034】発明者らが用いた合成波は、図2に見られ
るような基本正弦波と、その2倍波、4倍波、10倍
波、20倍波をそれぞれの振幅を等しくして加算した波
形である。測定に先立ち、オペレータは前記の正弦波の
周波数の設定に代えて、合成波の基本正弦波周波数を
0.01Hzから5Hzの間で、1種類だけ設定する。
その他の条件の設定については正弦波の場合と全く同様
である。The combined wave used by the inventors adds a basic sine wave as shown in FIG. 2 and its second, fourth, tenth and twenty-fold waves with equal amplitudes. This is the waveform obtained. Prior to the measurement, the operator sets only one type of basic sine wave frequency of the composite wave between 0.01 Hz and 5 Hz instead of setting the frequency of the sine wave.
The setting of other conditions is exactly the same as in the case of the sine wave.
【0035】測定中の装置の動作に関しては、歪み振幅
の制御が基本波の振幅に対してのみ行われる点で正弦波
測定の場合とやや異なり、また、フーリエ演算器47で
算出される応力−歪みの振幅比および位相差は、合成波
測定のモードでは基本波、2倍波、4倍波、10倍波、
20倍波のそれぞれに対して次のように算出される。The operation of the apparatus during the measurement is slightly different from that of the sine wave measurement in that the control of the distortion amplitude is performed only on the amplitude of the fundamental wave. In the composite wave measurement mode, the amplitude ratio and phase difference of the distortion are the fundamental wave, the second harmonic, the fourth harmonic, the tenth harmonic,
It is calculated as follows for each of the 20th harmonics.
【0036】[0036]
【数4】 (Equation 4)
【0037】したがって、動的粘弾性演算器51では、
正弦波測定の場合と同様の手続きにより、5種類の周波
数のすべてに対する試料1の動的粘弾性が決定される。
したがって、正弦波測定に比べ時間当たりの情報効率に
優れている。しかし、電磁力発生器で発生される力の上
限に対し、各周波数成分はそれぞれ5分の1の振幅に制
限されるため弾性率の測定範囲は正弦波に比べ狭くなる
という短所もある。Therefore, in the dynamic viscoelasticity calculator 51,
The dynamic viscoelasticity of the sample 1 for all five frequencies is determined by the same procedure as in the case of the sine wave measurement.
Therefore, the information efficiency per time is superior to the sine wave measurement. However, each frequency component is limited to one-fifth the amplitude of the upper limit of the force generated by the electromagnetic force generator, so that the measurement range of the elastic modulus is narrower than that of a sine wave.
【0038】次に、オペレータがクリープ測定のモード
を選択した際の装置の動作について説明する。クリープ
測定の場合、温度制御器55と加熱冷却炉20の働きに
より、試料1の温度は一定に保持される。クリープ測定
が選ばれると、スイッチ34およびスイッチ37は開か
れ、交流関数発生器31で発生される交流信号はコイル
7に送られなくなる。また、スイッチ43により、歪み
零位制御回路42はステップモータ駆動回路39に接続
され、スイッチ44により関数発生器38は直流電圧発
生器35に接続される。オペレータは、矩形波関数を関
数発生器38に入力した後、測定を開始する。Next, the operation of the apparatus when the operator selects the creep measurement mode will be described. In the case of creep measurement, the temperature of the sample 1 is kept constant by the operation of the temperature controller 55 and the heating / cooling furnace 20. When the creep measurement is selected, the switches 34 and 37 are opened, and the AC signal generated by the AC function generator 31 is not sent to the coil 7. The switch 43 connects the zero distortion control circuit 42 to the step motor drive circuit 39, and the switch 44 connects the function generator 38 to the DC voltage generator 35. The operator starts the measurement after inputting the rectangular wave function to the function generator 38.
【0039】関数発生器38で発生された矩形波は直流
電圧発生器35、加算器36を経由してコイル7に送ら
れ、コイル7で生ずる矩形波力は検出棒6を介して試料
1と板バネ9の伝達され、両者に生ずる歪みは差動トラ
ンス11で検出される。差動トランス11で検出された
歪み信号は正弦波測定の場合と同様、歪み測定回路4
0、ローパスフィルタ41、歪み零位制御回路42を介
してステップモータ駆動回路39に送られ、ステップモ
ータ16を駆動することにより検出器支持体12を上下
に移動し、最終的に差動トランス11の出力を絶えず零
に近づける。このとき、板バネ9の歪みは除去されるた
め、コイル7の出力は全量、試料1に加えられており、
ステップモータ16の駆動による検出器支持体12の移
動量は試料1の変形量に一致している。The rectangular wave generated by the function generator 38 is sent to the coil 7 via the DC voltage generator 35 and the adder 36, and the rectangular wave force generated by the coil 7 is transmitted to the sample 1 via the detection rod 6. The distortion transmitted to the leaf spring 9 and generated in both of them is detected by the differential transformer 11. The distortion signal detected by the differential transformer 11 is applied to the distortion measurement circuit 4 as in the case of the sine wave measurement.
0, sent to the step motor drive circuit 39 via the low-pass filter 41 and the zero distortion control circuit 42, and by driving the step motor 16, the detector support 12 is moved up and down. Output is constantly approaching zero. At this time, since the distortion of the leaf spring 9 is removed, the entire output of the coil 7 is added to the sample 1,
The amount of movement of the detector support 12 by driving the step motor 16 matches the amount of deformation of the sample 1.
【0040】したがって、直流電圧発生器35の出力を
アナログデジタル変換器52でデジタル値に変換して静
的粘弾性演算器53に送り、ステップモータ駆動回路3
9の出力をアナログデジタル制御器56でデジタル値に
変換して静的粘弾性演算器53に送ることにより、静的
粘弾性演算器53では前者から試料1の応力を、後者か
ら試料1の歪みを次式に基づいて算出できる。Therefore, the output of the DC voltage generator 35 is converted into a digital value by the analog / digital converter 52 and sent to the static viscoelasticity calculator 53, where
9 is converted into a digital value by the analog / digital controller 56 and sent to the static viscoelasticity calculator 53, so that the static viscoelasticity calculator 53 applies the stress of the sample 1 from the former and the strain of the sample 1 from the latter. Can be calculated based on the following equation.
【0041】[0041]
【数5】 (Equation 5)
【0042】すなわち、静的粘弾性演算器53では試料
1の矩形波応力に対する歪み応答であるクリープ回復測
定のデータを得ることができ、試料の静的粘弾性を測定
することができる。次に、オペレータが応力緩和測定の
モードを選択した際の装置の動作について説明する。That is, the static viscoelasticity calculator 53 can obtain the data of the creep recovery measurement, which is the strain response of the sample 1 to the rectangular wave stress, and can measure the static viscoelasticity of the sample. Next, the operation of the apparatus when the operator selects the mode of the stress relaxation measurement will be described.
【0043】応力緩和測定の場合もクリープ測定の場合
と同様、温度制御器55と加熱冷却炉20の働きによ
り、試料1の温度は一定に保持される。応力緩和測定が
選ばれると、スイッチ34およびスイッチ37は開か
れ、交流関数発生器31で発生される交流信号はコイル
7に送られなくなる。また、スイッチ43により、歪み
零位制御回路42は直流電圧発生器35に接続され、ス
イッチ44により関数発生器38はステップモータ駆動
回路39に接続される。オペレータは、矩形波関数を関
数発生器38に入力した後、測定を開始する。In the stress relaxation measurement, as in the creep measurement, the temperature of the sample 1 is kept constant by the operation of the temperature controller 55 and the heating / cooling furnace 20. When the stress relaxation measurement is selected, the switches 34 and 37 are opened, and the AC signal generated by the AC function generator 31 is not sent to the coil 7. The switch 43 connects the zero distortion control circuit 42 to the DC voltage generator 35, and the switch 44 connects the function generator 38 to the step motor drive circuit 39. The operator starts the measurement after inputting the rectangular wave function to the function generator 38.
【0044】関数発生器38で発生された矩形波はステ
ップモータ駆動回路39を経由してステップモータ16
に送られ、ステップモータ16の運動により検出器支持
体12は矩形波状に移動する。このとき、検出器支持体
12の移動総量は試料1の変形と板バネ9の変形とに分
配され、板バネ9に生ずる歪みのみが差動トランス11
で検出される。差動トランス11で検出された歪み信号
は、歪み測定回路40、ローパスフィルタ41を介して
歪み零位制御回路42に送られる。歪み零位制御回路4
2では、測定された歪みの低周波成分が零に近づくよう
にコイル7で発生すべき直流力を比例制御に基づき算出
した後、算出された直流力信号をスイッチ43を介して
直流電圧発生器35に送り、全体として差動トランス1
1の出力を絶えず零に戻すように、電磁力発生器の発生
する直流力を変化させる負帰還制御を行う。このとき、
板バネ9の歪みは除去されるため、コイル7の出力は全
量、試料1に加えられており、ステップモータ16の駆
動による検出器支持体12の移動量は試料1の変形量に
一致している。The rectangular wave generated by the function generator 38 passes through a step motor drive circuit 39 to the step motor 16.
The detector support 12 moves in a rectangular wave shape by the movement of the step motor 16. At this time, the total movement amount of the detector support 12 is distributed to the deformation of the sample 1 and the deformation of the leaf spring 9, and only the distortion generated in the leaf spring 9 is changed.
Is detected by The distortion signal detected by the differential transformer 11 is sent to a zero distortion control circuit 42 via a distortion measurement circuit 40 and a low-pass filter 41. Zero distortion control circuit 4
In step 2, a DC force to be generated by the coil 7 is calculated based on proportional control so that the measured low-frequency component approaches zero, and the calculated DC force signal is transmitted via a switch 43 to a DC voltage generator. 35 to the differential transformer 1 as a whole.
Negative feedback control is performed to change the DC force generated by the electromagnetic force generator so as to constantly return the output of 1 to zero. At this time,
Since the distortion of the leaf spring 9 is removed, the entire output of the coil 7 is applied to the sample 1, and the amount of movement of the detector support 12 by the drive of the step motor 16 matches the amount of deformation of the sample 1. I have.
【0045】したがって、直流電圧発生器35の出力を
アナログデジタル変換器52でデジタル値に変換して静
的粘弾性演算器53に送り、ステップモータ駆動回路3
9の出力をアナログデジタル制御器56でデジタル値に
変換して静的粘弾性演算器53に送ることにより、静的
粘弾性演算器53では前者から試料1の応力を、クリー
プ測定の場合と全く同様に算出できる。すなわち、静的
粘弾性演算器53では試料1の矩形波歪みに対する応力
応答である応力緩和測定のデータを得ることができ、試
料の静的粘弾性を測定することができる。Therefore, the output of the DC voltage generator 35 is converted into a digital value by the analog / digital converter 52 and sent to the static viscoelasticity calculator 53, where
9 is converted to a digital value by the analog / digital controller 56 and sent to the static viscoelasticity calculator 53, so that the static viscoelasticity calculator 53 calculates the stress of the sample 1 from the former in the same way as in the creep measurement. It can be calculated similarly. That is, the static viscoelasticity calculator 53 can obtain data of stress relaxation measurement, which is a stress response to the rectangular wave distortion of the sample 1, and can measure the static viscoelasticity of the sample.
【0046】クリープ測定、応力緩和測定の結果はいず
れも静的粘弾性演算器53から記憶器54に送り、蓄え
られる他、プリンタ(図示せず)やCRT(図示せず)
などの記録手段または表示手段に出力できる。以上の実
施例の説明において、いずれも図1に示される引っ張り
測定の試料把持構造に基づいて説明した。The results of the creep measurement and the stress relaxation measurement are both sent from the static viscoelasticity calculator 53 to the storage unit 54 and stored, and are also stored in a printer (not shown) or a CRT (not shown).
Can be output to recording means or display means. In the above description of the embodiments, the description has been made based on the sample gripping structure of the tensile measurement shown in FIG.
【0047】しかし、図3に示されるような試料保持構
造を用いることにより、実施例の装置を、圧縮、3点曲
げ、両持ちバリ、片持ちバリ、ずり、などの各変形様式
の下で測定することもできる。その際、両持ちバリ、ず
り、の各変形様式における測定については、引っ張りの
場合とは異なり、測定中、力の正負が反転してはならな
い(直流力は絶えず交流力振幅を上回っていなければな
らない)という要請が不要となるため、スイッチ34を
開き直流力が重畳されない条件で測定を行うこととな
る。また、粘弾性の定量に際し試料形状の扱いが一部異
なるが、その他の条件や装置の動作に関しては、前記し
た引っ張り測定の場合と全く同様である。However, by using the sample holding structure as shown in FIG. 3, the apparatus of the embodiment can be subjected to various deformation modes such as compression, three-point bending, double-sided burr, cantilevered burr, shearing and the like. It can also be measured. At that time, in the case of measurement in each deformation mode of double-ended burr and shear, unlike the case of pulling, the sign of the force must not be reversed during measurement (DC force must not always exceed AC force amplitude) The switch 34 is opened, and the measurement is performed under the condition that the DC force is not superimposed. Although the treatment of the sample shape is partly different in the determination of the viscoelasticity, the other conditions and the operation of the apparatus are exactly the same as in the case of the tensile measurement described above.
【0048】また、本実施例におけるアナログ信号処理
部分の一部をデジタル処理化しプロセッサにより信号処
理を行うことや、逆にデジタル信号処理部分の一部をア
ナログ処理化することができるのはもちろんのことであ
る。以下に、実施例に示した装置により測定された測定
データについて説明する。図4は、PMMA(ポリメタ
クリル酸メチル)の薄板の動的粘弾性を基本周波数0.
5Hzの合成波により測定したものである。試料の加熱
速度は毎分4度であり、130度近辺で貯蔵弾性率
(E’)の大きな低下と損失弾性率(E”)および損失
正接(tanδ)のピークが検出され、同時に、0.5
〜10Hzの間での周波数分散が確認された。Also, in this embodiment, part of the analog signal processing part can be digitally processed and signal processing can be performed by the processor. Conversely, part of the digital signal processing part can be converted to analog processing. That is. Hereinafter, measurement data measured by the apparatus shown in the examples will be described. FIG. 4 shows the dynamic viscoelasticity of a thin plate of PMMA (polymethyl methacrylate) at a fundamental frequency of 0.1.
This was measured using a 5 Hz synthetic wave. The heating rate of the sample was 4 degrees per minute, and near 130 degrees, a large decrease in storage modulus (E ') and peaks of loss modulus (E ") and loss tangent (tan δ) were detected. 5
Frequency dispersion between 10 and 10 Hz was confirmed.
【0049】図5は、PMMAの115度におけるクリ
ープ回復特性を測定したものである。5分間隔で50グ
ラム重と500グラム重の荷重を交互に変化させたとき
の変形量(歪み)を測定した結果、この温度におけるP
MMAのクリープ回復の様子を知ることができた。図6
は、PMMAの140度における応力緩和特性を測定し
たものである。2分間隔で歪み量を4%、矩形波状に変
化させ、応力の変化を捕らえた。歪みの変化後、PMM
A試料の緩和に伴い、応力が低減する様子を観測するこ
とができた。FIG. 5 shows the measured creep recovery characteristics of PMMA at 115 degrees. As a result of measuring the amount of deformation (strain) when the load of 50 gram weight and 500 gram weight were alternately changed at 5 minute intervals, P at this temperature was measured.
I was able to know how MMA recovered from creep. FIG.
Shows the results obtained by measuring the stress relaxation characteristics of PMMA at 140 degrees. At 2 minute intervals, the strain amount was changed to a rectangular wave shape by 4%, and the change in stress was captured. After the change in strain, the PMM
A state in which the stress was reduced as the sample A was relaxed was observed.
【0050】[0050]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば試料
への力の伝達手段であると同時に試料の変形伝達手段で
ある検出棒を板バネで保持したにもかかわらず、板バネ
の変形が絶えず零に戻るように負帰還制御を行ったこと
で板バネのバネ定数効果の分離が容易になり、0.01
Hzから100Hzの範囲での試料の動的粘弾性測定が
可能であるのみならず、クリープ回復や応力緩和などの
静的粘弾性の測定も可能となり、材料の粘弾性特性を多
面的に分析することが出来る。。また、板バネの平均変
位が零であることから、電磁力発生器を形成する永久磁
石とコイル位置関係がほとんど変化しないため、コイル
に流れる電流と発生力の間の線形性が良く確保され、測
定される粘弾性データの精度が高められるという効果も
得られた。As described above, according to the present invention, despite the fact that the detection rod, which is the means for transmitting the force to the sample and the deformation transmitting means for the sample, is held by the leaf spring, By performing the negative feedback control so that the deformation always returns to zero, the separation of the spring constant effect of the leaf spring becomes easy,
In addition to being able to measure the dynamic viscoelasticity of a sample in the range of 100 Hz to 100 Hz, it is also possible to measure static viscoelasticity such as creep recovery and stress relaxation, and analyze the viscoelastic properties of a material from multiple angles. I can do it. . Further, since the average displacement of the leaf spring is zero, the positional relationship between the permanent magnet forming the electromagnetic force generator and the coil hardly changes, so that the linearity between the current flowing through the coil and the generated force is well secured, The effect of improving the accuracy of the measured viscoelasticity data was also obtained.
【図1】図1は本発明の一実施例を示す一部ブロック図
入り断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図2】図2は実施例で用いた合成波の1周期分の波形
を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a waveform of one cycle of a composite wave used in the embodiment.
【図3】図3は各種試料支持方法を示す各断面図であ
る。図3aは圧縮、図3bは3点曲げ、図3cは両持ち
バリ、図3dは片持ちバリ、図3eはずり持ちの試料保
持構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing various sample supporting methods. 3A is a cross-sectional view showing compression, FIG. 3B is three-point bending, FIG. 3C is a double-sided burr, FIG. 3D is a cantilevered burr, and FIG.
【図4】図4は合成波を用いてPMMA(ポリメタクリ
ル酸メチル)の動的粘弾性測定した結果得られたデータ
である。FIG. 4 is data obtained as a result of dynamic viscoelasticity measurement of PMMA (polymethyl methacrylate) using synthetic waves.
【図5】図5はPMMAの115度におけるクリープ回
復特性を測定したデータである。FIG. 5 shows data obtained by measuring the creep recovery characteristics of PMMA at 115 degrees.
【図6】図6はPMMAの140度における応力緩和特
性を測定したデータである。FIG. 6 is data obtained by measuring stress relaxation characteristics of PMMA at 140 degrees.
1 試料 2 試料ホルダ 3 支柱 4 検出器箱 5 チャック 6 検出棒 7 コイル 8 永久磁石 9 板バネ 10 コア 11 差動トランス 12 検出器支持体 13 軸受け 14 ボールネジ 15 案内棒 16 ステップモータ 17 プーリ 18 駆動ベルト 19 支持機構 20 加熱冷却炉 21 移動機構 22 管状ベローズ 31 交流関数発生器 32 増幅器 33 最適直流力演算器 34 スイッチ 35 直流電圧発生器 36 加算器 37 スイッチ 38 関数発生器 39 ステップモータ駆動回路 40 歪み測定回路 41 ローパスフィルタ 42 歪み零位制御回路 43 スイッチ 44 スイッチ 45 ハイパスフィルタ 46 アナログデジタル変換器 47 フーリエ演算器 48 アナログデジタル変換器 49 歪み振幅制御器 50 目標歪み振幅入力器 51 動的粘弾性演算器 52 アナログデジタル変換器 53 静的粘弾性演算器 54 記憶器 55 温度制御器 56 アナログデジタル変換器 REFERENCE SIGNS LIST 1 sample 2 sample holder 3 support 4 detector box 5 chuck 6 detection rod 7 coil 8 permanent magnet 9 leaf spring 10 core 11 differential transformer 12 detector support 13 bearing 14 ball screw 15 guide rod 16 step motor 17 pulley 18 drive belt DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Support mechanism 20 Heating / cooling furnace 21 Moving mechanism 22 Tubular bellows 31 AC function generator 32 Amplifier 33 Optimal DC force calculator 34 Switch 35 DC voltage generator 36 Adder 37 Switch 38 Function generator 39 Step motor drive circuit 40 Distortion measurement Circuit 41 Low-pass filter 42 Zero distortion control circuit 43 Switch 44 Switch 45 High-pass filter 46 Analog-to-digital converter 47 Fourier calculator 48 Analog-to-digital converter 49 Strain amplitude controller 50 Target strain amplitude input device 51 Dynamic viscoelastic Sex calculator 52 Analog-to-digital converter 53 Static viscoelasticity calculator 54 Storage device 55 Temperature controller 56 Analog-to-digital converter
Claims (5)
ルダーと、前記試料ホルダーと独立して、前記試料の一
部を支持する試料チャックと、前記試料ホルダーに対し
て相対位置を変えられる検出器支持体と、前記試料チャ
ックに連結されるとともに前記検出器支持体に弾性的に
支持される検出棒と、前記検出器支持体に対する前記検
出棒の長手方向の位置変化を捕らえる変位検出器と、前
記検出器支持体に固定され前記検出棒の一端に長手方向
に力を作用させる結果前記検出棒および前記試料チャッ
クを介して前記試料に応力を付与する力発生器と、前記
力発生器に接続され試料に付与する応力の時間に対する
目標関数を設定できるプログラム関数発生器と、前記変
位検出器の出力が零に近づくよう前記試料ホルダーに対
する前記検出器支持体の相対位置を変化させる帰還制御
手段と、前記力発生器の出力および前記試料ホルダーに
対する前記検出器支持体の相対移動量を記録する記録手
段とを備え、前記力発生器の出力から試料に加わる静的
応力、前記試料ホルダーに対する前記検出器支持体の相
対移動量から試料に生じる静的歪みが得られ、両者の関
係から試料の静的粘弾性測定が可能となることを特徴と
する粘弾性測定装置。1. A sample holder for supporting at least one end of a sample, a sample chuck for supporting a part of the sample independently of the sample holder, and a detector support for changing a relative position with respect to the sample holder. A body, a detection rod connected to the sample chuck and elastically supported by the detector support, a displacement detector that captures a change in a longitudinal position of the detection rod with respect to the detector support, A force generator that is fixed to a detector support and applies a force to the sample via the detection rod and the sample chuck as a result of applying a force to one end of the detection rod in the longitudinal direction; and a force generator connected to the force generator. A program function generator that can set a target function with respect to the time of the stress applied to the sample, and the detector support with respect to the sample holder so that the output of the displacement detector approaches zero. Feedback control means for changing the relative position of the body, and recording means for recording the output of the force generator and the amount of relative movement of the detector support relative to the sample holder, from the output of the force generator to the sample A static strain applied to the sample is obtained from an applied static stress and a relative movement amount of the detector support with respect to the sample holder, and a static viscoelasticity of the sample can be measured based on a relationship between the two. Elasticity measurement device.
ルダーと、前記試料ホルダーと独立して、前記試料の一
部を支持する試料チャックと、前記試料ホルダーに対し
て相対位置を変えられる検出器支持体と、前記試料チャ
ックに連結されるとともに前記検出器支持体に弾性的に
支持される検出棒と、前記検出器支持体に対する前記検
出棒の長手方向の位置変化を捕らえる変位検出器と、前
記検出器支持体に固定され前記検出棒の一端に長手方向
に力を作用させる結果前記検出棒および前記試料チャッ
クを介して前記試料に応力を付与する力発生器と、前記
力発生器に直流的な力を出力させるために直流信号を発
生する直流発生器と、前記試料ホルダーに対する前記検
出器支持体の相対移動量の時間に対する目標関数を設定
できるプログラム関数発生器と、前記変位検出器の出力
が零に近づくよう前記直流発生器の出力を変化させる帰
還制御回路と、前記力発生器の出力および前記試料ホル
ダーに対する前記検出器支持体の相対移動量を記録する
記録手段とを備え、前記力発生器の出力から試料に加わ
る静的応力、前記試料ホルダーに対する前記検出器支持
体の相対移動量から試料に生じる静的歪みが得られ、両
者の関係から試料の静的粘弾性測定が可能となることを
特徴とする粘弾性測定装置。2. A sample holder for supporting at least one end of a sample, a sample chuck for supporting a part of the sample independently of the sample holder, and a detector support for changing a relative position with respect to the sample holder. A body, a detection rod connected to the sample chuck and elastically supported by the detector support, a displacement detector that captures a change in a longitudinal position of the detection rod with respect to the detector support, A force generator that is fixed to a detector support and that applies a force to one end of the detection rod in the longitudinal direction as a result of applying a stress to the sample via the detection rod and the sample chuck; A DC generator for generating a DC signal to output a strong force, and a program function for setting a target function with respect to time of a relative movement amount of the detector support relative to the sample holder. A number generator, a feedback control circuit for changing the output of the DC generator so that the output of the displacement detector approaches zero, and the output of the force generator and the relative displacement of the detector support with respect to the sample holder. Recording means for recording the static stress applied to the sample from the output of the force generator, and the static strain generated in the sample from the relative movement amount of the detector support with respect to the sample holder. A viscoelasticity measuring apparatus characterized in that a static viscoelasticity of a sample can be measured from the sample.
ルダーと、前記試料ホルダーと独立して、前記試料の一
部を支持する試料チャックと、前記試料ホルダーに対し
て相対位置を変えられる検出器支持体と、前記試料チャ
ックに連結されるとともに前記検出器支持体に弾性的に
支持される検出棒と、前記検出器支持体に対する前記検
出棒の長手方向の位置変化を捕らえる変位検出器と、前
記検出器支持体に固定され前記検出棒の一端に長手方向
に力を作用させる結果前記検出棒および前記試料チャッ
クを介して前記試料に応力を付与する力発生器と、前記
力発生器に直流的な力を出力させるために直流信号を発
生する直流発生器と、前記力発生器に周期的な力を出力
させるために周期関数信号を発生する周期関数発生器
と、前記変位検出器の平均出力が零に近づくよう前記試
料ホルダーに対する前記検出器支持体の相対位置を変化
させる帰還制御手段と、前記力発生器の直流出力および
前記試料ホルダーに対する前記検出器支持体の相対移動
量を記録する記録手段と、前記周期関数発生器の周期関
数信号と前記変位検出器で捕らえられる変位信号の周期
関数成分とに対しフーリエ変換処理を行う演算器とを備
え、前記力発生器の出力から試料に加わる静的応力、前
記試料ホルダーに対する前記検出器支持体の相対移動量
から試料に生じる静的歪みが得られ、両者の関係から試
料の静的粘弾性測定が可能となるとともに、前記演算器
は演算結果として前記試料の動的粘弾性を出力できるこ
とを特徴とする粘弾性測定装置。3. A sample holder for supporting at least one end of a sample, a sample chuck for supporting a part of the sample independently of the sample holder, and a detector support for changing a relative position with respect to the sample holder. A body, a detection rod connected to the sample chuck and elastically supported by the detector support, a displacement detector that captures a change in a longitudinal position of the detection rod with respect to the detector support, A force generator that is fixed to a detector support and that applies a force to one end of the detection rod in the longitudinal direction as a result of applying a stress to the sample via the detection rod and the sample chuck; A DC generator that generates a DC signal to output a strong force, a periodic function generator that generates a periodic function signal to output a periodic force to the force generator, and a displacement detector. Feedback control means for changing the relative position of the detector support with respect to the sample holder so that the average output approaches zero; and recording the DC output of the force generator and the relative movement of the detector support with respect to the sample holder. Recording means for performing a Fourier transform process on a periodic function signal of the periodic function generator and a periodic function component of a displacement signal captured by the displacement detector, and a sample is obtained from an output of the force generator. The static strain applied to the sample, the static strain generated in the sample is obtained from the relative movement amount of the detector support with respect to the sample holder, the static viscoelasticity of the sample can be measured from the relationship between the two, and the arithmetic unit Is a viscoelasticity measuring device capable of outputting a dynamic viscoelasticity of the sample as a calculation result.
生と停止を交互に繰り返し、停止期間にのみ前記帰還制
御手段が動作することを特徴とする請求項3記載の粘弾
性測定装置。4. The viscoelasticity measuring apparatus according to claim 3, wherein the periodic function generator alternately repeats generation and stop of the periodic function signal, and the feedback control means operates only during a stop period.
は、互いに異なる周波数を備えた複数の正弦波を加算し
て得られる合成波関数であり、前記演算器は、前記複数
の正弦波の各周波数に対応する複数通りの試料の動的粘
弾性値を出力できることを特徴とする請求項3記載の粘
弾性測定装置。5. The periodic function generated by the periodic function generator is a composite wave function obtained by adding a plurality of sine waves having different frequencies from each other. 4. The viscoelasticity measuring apparatus according to claim 3, wherein a dynamic viscoelasticity value of a plurality of samples corresponding to each frequency can be output.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32703098A JP3641556B2 (en) | 1997-11-25 | 1998-11-17 | Viscoelasticity measuring device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32357097 | 1997-11-25 | ||
JP9-323570 | 1997-11-25 | ||
JP32703098A JP3641556B2 (en) | 1997-11-25 | 1998-11-17 | Viscoelasticity measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11218483A true JPH11218483A (en) | 1999-08-10 |
JP3641556B2 JP3641556B2 (en) | 2005-04-20 |
Family
ID=26571233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32703098A Expired - Fee Related JP3641556B2 (en) | 1997-11-25 | 1998-11-17 | Viscoelasticity measuring device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3641556B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7681459B1 (en) | 2006-04-12 | 2010-03-23 | Hysitron, Incorporated | Multi-scale & three-axis sensing tensile testing apparatus |
JP2017075943A (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-20 | アントン パール ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAnton Paar GmbH | Method for operating electric motor |
CN111771115A (en) * | 2018-03-07 | 2020-10-13 | 弗朗西斯科·提姆珀尼 | Snap fastener device for non-destructive characterization of materials |
-
1998
- 1998-11-17 JP JP32703098A patent/JP3641556B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7681459B1 (en) | 2006-04-12 | 2010-03-23 | Hysitron, Incorporated | Multi-scale & three-axis sensing tensile testing apparatus |
JP2017075943A (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-20 | アントン パール ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAnton Paar GmbH | Method for operating electric motor |
CN111771115A (en) * | 2018-03-07 | 2020-10-13 | 弗朗西斯科·提姆珀尼 | Snap fastener device for non-destructive characterization of materials |
CN111771115B (en) * | 2018-03-07 | 2024-06-07 | 弗朗西斯科·提姆珀尼 | Snap fastener device for non-destructive characterization of materials |
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Publication number | Publication date |
---|---|
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