JPS5912979B2 - 粘弾性材料試験機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体から固体にいたる広範囲の物質を″５対象
とし、多くの変形様式による粘着性測定を一台の装置で
可能とした粘弾性材料試験機に関するものである。

従来希薄溶液、濃厚溶液、溶融物、スラリー、■０ ゾ
ル状物質、ゲル状物質、エラストマー、プラスチック、
金属にいたる広範囲の物質を対象とした静的粘弾性と動
的粘弾性との相互比較、あるいは物性が激しく変化する
物質の相変化に関する研究を一台で測定し得る材料試験
機がなく、かかる材２５料試験機の出現が強く要望され
ていた。

本発明はかかる要望に応えることを目的として一台で上
記諸物性を測定可能ならしめたものである。以下図面に
よつて本発明を説明する。

３０本発明は測定信号検出部１〜２３、磁気調芯装置２
４〜２９、被測定試料部３８〜４５引張り、圧縮、捩り
、回転駆動変換機構部４６〜６３、６５〜６８、引張り
圧縮量、捩り角度検出部６４、６６〜７２、サーボモー
タ等からなる原動部７３、Ｔ４、３５１１２、１１３試
料槽３１〜３７および制御器アップル類より構成される
。

電気系に於ては、１０１、１０３、１０４はキハーヤリ
ア（搬送波）引張り、捩り増巾器及び復調回路（同期整
流回路）、１０２は引張り、捩り変換に必要な同期モー
ター７５のタイムスイツチであり１０５は磁気調芯装置
に必要な直流可変定電源部、１０６は任意勾配、任意時
間切換可能な有段時間軸信号発生器、１０７は三角波、
正弦波、矩形波状の各種変形に必要な超低周波発振器１
．０００５〜１０Ｈｚ）である。

本発明に使用される発振器は手動押ボタンにより発振始
動又は最初の基点電位に復帰可能なソリツドステート極
超低周波フアンクシヨンゼネレータ一である。

１０８は非反転、反転共に入力抵抗の高いＦＥＴを差動
増幅結線された演算増幅用１Ｃ（集積回路素子）である
。

１０９は低ドリフト直流増幅器用の演算増幅用ＩＣを主
要素子として、試料又は機械系を含む慣性、弾性、粘性
（機械系に於ては軸受等の総合摩擦抵抗）によるサーボ
（自動制御）回路の伝達関数に対して乱調を防止し、最
適応答条件を得るためにＰＩＤ制御を行うものである。

１１０は増幅された偏差信号をパルスの周期に変換して
ＳＣＲのゲートに与え、ＳＣＲを最適点弧導通させるた
めに２個のＵＪＴとトランジスター数個から回路が構成
されている。

１１１は正逆点、全波整流用として計４個の逆阻止３端
子サイリスターの２個を導通又は商用電源交流を利用し
て転流（ターンオフ）させている。

１１２は直流電流により正逆転する回転子の慣性モーメ
ントの小なるサーボモーターであり、導通角により定め
られた波形面積を積分した直流電流は回転速度及び駆動
トルクに関係する。

本発明のモーター制御方式は零平衝方式を採用し、歪（
引張り変位、捩り角変位）又は応力（張力、トルク）を
出力とする帰還電圧は１０８に於て歪又は速度用設定ポ
テンシヨメータ一Ｐ１又は応力又はトルク用設定ポテン
シヨメータ一Ｐ２の設定指令信号電圧との偏差信号電圧
を増幅し、極性如何によつてはサーボモーター１１２を
正又は逆転させ、１０８の出力電圧は常に零になる様に
設計されているが、直流回転速度発生器１１３（以下Ｔ
Ｇと略称）により帰還する場合は設定指令信号電圧とＴ
Ｇｌｌ３の出力電圧とは極微であるが若干の偏差を保ち
最適ＳＣＲの点弧角を維持するために１１０，１１１両
者の設計は１１０の入力信号−１１１の出力平均電流の
直線性範囲をも重視し、連続定常回転時の広範囲の速度
制御における分解能を略均一にしたものである。

（例えばペデスタル回路の変形）１１４の記録部は主要
目的解析上の変数成分を記録するためのＸＹ二軸の直流
電圧計である。

第１表に示された多用途、多目的に適合した機能を可能
にするためにｘ軸に捩り角変位、引張り変位、時間軸、
回転速度の４種の歪信号を切り換え、Ｙ軸には応力（変
位角を極微でもつて測定検出されたトルク信号、変位量
を極微でもつて測定検出された張力信号、歪信号の各種
）信号と、適時に時間軸信号の切り替り点を記入すべく
マーカー用コンデンサーを介してパルスを重畳せしめる
。

１０６は応力緩和及び歪クリーブ試験の場合、緩和時間
及び遅延時間が数時間を要する粘性成分の極めて小なる
静的粘弾性測定について一枚の記録紙に対数関数曲線を
合理的（各時間計測上の誤差率の均一性）に収録可能な
らしめるために数段の送り速度を任意時間、任意勾配に
設定、自動的に切換え可能な変形ミラー積分回路を内蔵
している。

１は張力又は圧力測定検出器の鉄芯（ダストコア一）の
上下微調整用のハンドルである。

２〜７は上記検出軸の前後左右軸微調節用の機構であり
、その目的は固体、液体の試料にかかわらず、固定台８
に対し、経年に及ぶ金属の歪み、又は組立て調整時に於
て原動軸４６に対する非共軸性を修正するにある。

固定台８に取付けた字型の凸部を左右に切削した７に対
し同様Ｖ字型の溝を左右に切削した「アリ構造」の６を
嵌め込んだところの６の横より同ピツチ、同径のネジを
先端に持つている左右微調節用ハンドル４，５を回転さ
せることにより、６を左右方向のみに滑動せしめ、前後
上下方向に対しては堅牢を維持する、６は更に上部がＶ
字型の凸部を前後に切削した「アリ構造」になつており
、同様字型に前後に切削した溝に嵌めたところの３にネ
ジ軸４と同様の機構が設けてあり、６の軸受部により保
持された２のネジ軸は回転方向のみに回転する。

２のハンドルを回転することにより６に対し３は前後に
微動し、ハンドル２の部分は明確に図示されてないが、
２は前後、５は左右方向の微動調節を分担する。

１及び９〜１３は張力、圧力測定検出部である。

環状型力計１０の上端の鍔部分は３に固定され、１０は
その下端が上下方向のみ張力、圧力に比例して変位し、
捩り方向、前後左右方向に対しては極めて堅牢な構造を
有するバネ焼入鋼である。１１，１２，１３は前記力に
比例する歪変位を検出する差動変圧器である。

張力、圧力はこれにより電気量に変換されて電気系に導
かれる。鉄芯１１は非磁性金属で作られているネジ軸９
に取付けられ、９の上端は１に取付けられ、１を回転す
れば１１は回転しながら上下方向に微動し差動変圧器の
出力信号電圧の零調整の役割を果たす。１４〜２３はト
ルク検出部である。

トーシヨンワイヤ一１４の上端は環状型力計に固定され
ており、下端は磁気調芯装置を介して検出軸３０に連つ
ている。検出軸３０に回転力が加えられると、トーシヨ
ンワイヤ一１４はその回転力に比例した微少角だけ捩ら
れる。トーシヨンワイヤ一１４の捩れ角はトーシヨンワ
イヤ一１４の下端に取付けられたムーピングバ一１５の
両端の変位置を差動変圧器１６，１７によつて検出する
ことで得られる。従つて差動変圧器１６，１７の出力は
検出軸３０に加えられた回転力に対応することになる。
ここで差動変圧器のコイル１７はギア１８に固定され、
ギア１８は検出軸２３に対して非接触で回転方向にのみ
滑動する軸受け１９で固定台２２に取付けられている。
そしてギア１８は歯車２０とかみ合い、２０はハンドル
２１により回転方向にのみ滑動するように固定台２２に
固定されている。従つてハンドル２１を回転さすことに
より、トルク検出器の零点調節ができる。２４〜３０は
特公昭４５−２６８４０号の回転粘度計用磁気調芯装置
部分で検出軸３０の振り子運動を強制的に抑制するため
に下方（垂直方向）に張力をかける事により調芯を行な
い原動軸４６に対する共軸性の維持には欠く事が出来な
い。

この張力は試料装着前に捩り自由振動周期が変化しない
範囲に於て本発明の副作用例えば磁気ビームが慣性、粘
性、弾性として、又は鋼線１４の伸長に対する影響は極
微であり、上記調芯作用は本発明の重要な必要条件でも
ある。残留磁性の小なる強磁性金属片２４とボールピー
ス２５とは共に非接触で２５に巻かれたコイル２６に直
流電流を印加して２４を吸引磁界により下方向に引つ張
り、２５は上下移動プロツク２８と一体であり、送りネ
ジ２７、ハンドル２９を回転させる事により固定台２２
に対して上下動のみ可能である。２９のハンドル操作に
より電流と距離の２乗に比例する吸引力を最適値に選ぶ
ものである。

吸引力は０〜２ｋｇ程度である。３１〜３７の温度槽は
外部で温度コントロールされた空気、不活性ガス等の雰
囲気媒体がパイプ３４より送り込まれ、槽内を通つてコ
ツク３６を通り排出又は循還される。

３１は液体封止式の検出軸部シール装置である。

その構造は第２図に示されている。シール用液体はシー
ル用液体の粘性による減衰効果によつて安定な回転力検
出および引張り圧縮力検出に役立つのである。３７は原
動軸４６に対する軸の上下回転方向に対して滑動する弗
素樹脂製のシールであり、ピストンリングの変形である
。

３３は内壁であり熱伝導率のよい金属プロツクで槽内の
温度分布を均一にするためにカートリッチヒーター３２
を複数個最適分布に封入し周囲を真空外槽３５で内外気
間の断熱効果を最大にしその周囲には更に断熱材（図示
せず）で囲い槽全体はこれら２つわりの部分からなり開
閉自在の構造である。

以上のように試料槽は密閉されているから、測定試料雰
囲気を真空あるいは不活性ガス等を選択的に封入するこ
とができるので、高温度における試料の酸化劣化や溶媒
の蒸発、気化等を抑制できるから劣化しやすい試料等に
ついても測定可能となつた。

また試料槽部だけで完全密閉構造を形成しているから、
腐食性ガスを発生するような試料あるいは腐食性ガス雰
囲気における試料の特性をも評価できるようになつた。

３８〜４５は試料の種類によるテストフイクスチヤ一（
ＴｅｓｔＦｉｘｔｕｒｅ）の例である。

テストフイクスチヤ一は試料の形状、試料粘度、弾性率
などにより最も適した形状のものを交換して使用される
。例えばシート状試料片３８に対してはフイルムチヤツ
ク３９，４０が用いられ、液体試料４１に対しては同心
二重円筒４２，４３又はコーンプレート４４，４５が用
いられる。４６〜６２は引張り（圧縮）一捩り（回転）
強制駆動切換え機構で、この切換えはＳ１−Ｂ，Ｓｌ−
Ｃ，Ｓ６によつて電動式にて行なわれる。

この機構の原理は送りネジのナツトを回転方向にのみ滑
動するべく固定し、送りネジの軸方向にキー溝を設け、
キー溝に適合するキーを固定する事により送りネジは上
下軸方向に運動を変換させる方式を更にキーを送りネジ
ナツトに密着する事による回転運動そのままを送りネジ
に伝達する方式の両者をキーの上下移動により切換えら
れる事にある。直流サーボモーター１１２より変速機を
介した駆動軸７４はタイミングプ一り一（図示せず）を
回転させタイミングプ一り−７３により本体側のタイミ
ングプ一り−５９に回転を伝達する。

５９は送リナツト５８を回転させる。

５８は本体固定台６１に対し上下左右前後方向を堅牢に
保持するために２個のテーパーコロ軸受６０を介し、回
転方向にのみ滑動する。

送りネジが回転しないようにすれば送リナツト５８の回
転は駆動軸６２の上下運動に変換できる。スプライン軸
受５６は駆動軸６２の上方のスプライン軸部に取付けら
れている。このスプライン軸受５６は切換時上下動する
プロツク５４の下方突起５５又は上方突起であるローラ
ー５３によつて上方又は下方へ押しつけられて上方は固
定台５１に、下方は送りナツト５８に密着する。前者は
上下運動、後者は回転運動に切換えられる。スプライン
軸受５６と固定台５１及び送リナツト５８に接着された
皮革片５２は金属表面間の摩擦材料である。

又過大トルクの安全弁的役割をする。切換動作はプロツ
ク５４の上下移動によつて行うが、５４には上下に貫通
した軸穴があり切換え送りネジ軸５７の平滑部分が挿人
され、５７の回転及び上下移動に対し５４には上下移動
のみ伝達すべく５４を上下に挟む５７の上と下にスラス
トベアリングを介した座金を取付け、５４を上下に移動
させる。５４は固定台６１のアリ機構回転止めによつて
上下移動のみの円滑な構造である。

５７の先端（下方）にネジ切りを施してある部分は固定
台６１に施したネジ穴と適合し、５７を回転すれば回転
しながら５７は上下にも移動する。

軸受５０は回転、軸方向両用のボールスライド軸受であ
る。切換はＳ，−Ｂによるシンクロナスモーター７５の
回転方向を定め、同時に連動のＳ，−Ｄにより通電時間
を数秒間にセツトされたタイムスイツチ１０２の通電中
に５６は５１又は５８に密着する様に調整されたもので
、所定のトルク又は引張りに耐えるべき適切な密着度は
小型シンクロナスモーター７５のギヤヘツド（減速機）
を介した歯車４７と連動の歯車４８，４９を介し、５７
の回転のトルクによるものである。

６３〜７２は駆動軸６２の歪検出部であり、上下方向と
回転方向（捩り）の歪成分を厳密に分別して検出するよ
うになつている。

６２の上下方向運動は２個のテーパーコロ軸受６８によ
つて直進運動のみ自在であるところの上下運動プロツク
６７に厳密に伝達される。

６１を支える２本の支柱６３が２個のボールスライドベ
アリング６５を介して６７を支持しているので６７は上
下のみ円滑に動く。

上下運動の検出は６７と直結された鉄芯６４の変位を固
定台に取付けられている差動変圧器６６によつて計測で
きる。回転（捩り）角度検出は歯車６９，７０クラツチ
７１を介してプロツク６７に取付けた角度検出器７２（
差動コイル方式又はポテンシヨメータ一）により計測さ
れる。６９，７０は角度検出器の性能により小型Ｖプー
リ一とＶベルトによる伝達でもよく、また駆動軸と直結
してもよい。

クラツチ７１は角度検出器の測定範囲を超えて、原動軸
が回転しようとする時に角度検出器を保護するために自
動的に開閉するようになつている。第１表は第１図の電
気系プロツクダイヤグラム ２に於けるＳｌ，Ｓ２，Ｓ
３の各スイツチの組合せによる代表的な測定種目１４項
目を示したもので以下に電気系の動作説明と共に第１表
の各項目について詳細説明する。

（イ）伸長歪一定の応力緩和時間の測定。

Ｓ１−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは接点２，Ｓ２−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
，Ｅ，Ｆは接点１，Ｓ３は変位、Ｓ４は１又は３に接続
される。

Ｓ，−Ｂはこの時２に接続され、シンクロナスモーター
７５はスプライン５７を５１に押しつ ｊける方向に回
転する。

Ｐ１：歪目盛なるポテンシヨメータ一のバーニヤ目盛の
単位はミリメートルであり、試料３８装着前に３９に対
する４０の距離を設定すると共に試料装着後の初期歪の
設定に使用する。設定極性切換スイツチＳ７の正逆選択
スイツチを２に接続する時Ｐ１にはプラスの電位が導か
れ、差動増幅器１０８の反転１ＮＶ入力端子がプラスで
ある時チヤツク４０が下方に移動する構成であれば歪検
出差動変圧器６６の出力の極性はプラス方向に向う。

６６の出力はＳ１−Ｃ，Ｓ３，Ｓ２を通り１０８の非反
転ＮＯＮ端子に導かれ、ＩＮの設定入力電圧値とＮＯＮ
の検出電圧値との偏差が零になるまでサーボモーター１
１２は回転し、チヤツク４０は下方に移動する。

偏差電圧が零になれば１１２は停止し仮りに増幅器等の
利得が変化しても直流的ドリフトが生起しても零平衝回
路の帰還原理の如く定常状態に於て設定された４０の初
期歪は変化しない。この定常状態に於ける張力は測定軸
３０，１４を介して１０の下端に於て微少歪変位として
１１２により１０ＫＨｚの振幅に変換し１０３の１０Ｋ
Ｈｚのバンドバス増幅器にて増幅され、同期整流回路に
よつて復調（直流化）され、Ｓ１−Ａ，Ｓ２−Ｂ，Ｓ４
（ＸＹレコーダー用切換えスイツチ）１又は３を通り、
１１４のＸＹレコーダーのＹ軸（縦の信号入力）にて記
録する。１１４のＸ軸は有段時間軸信号発生器より任意
の切換時間、任意の各勾配（段間に於ては有線）の信号
電圧を得て張力の時間経過にともなう変化を直記する。

即ち初期の張力の「自然対数の底数（ｅ）分の１」倍に
要する緩和時間が数時間に及ぶという粘性成分の小なる
試料に於て、長寸の記録紙より時間と張力をピツクアウ
トするという従来の方法に比して短寸の記録紙に合理的
に全記録が収納出来る。

即ち緩和の変化速度の大なる最初は時間送り速度も大に
し、変化速度の小なる最終近辺にて時間送り速度も下げ
得られるのである。

このことは対数関数曲線の確認に役立ち得る。（０）伸
長張力ー定のクリープ遅延時間の測定。

（イ）の応力緩和測定に比してこの場合Ｓ２が２に切り
換つただけである。即ち従来クリープとは死荷重を試料
３８の下端に吊り下げ、伸長方向の歪を記録したもので
あるが本装置は所謂メカニカルクリープ方式である。

差動増幅器１０８のＩＮ端子はグラム単位で目盛つてあ
るＰ２より設定指令信号を得て試料如何に拘らず装置の
摩擦等も影響されず測定張力検出器１０３，１０８，−
ＮＯＮ端子の電圧値がＩＮＶ端子と等しくなるまで４０
は下方へ移動し、張力ー定を持続する。４０，６６によ
つて無限時間の試料の伸び歪の「１−σ然対薮め１Ｉｎ
倍に要する遅延時間が測定される。

１１４ＸＹレコーダーのＹ軸はこの場合６６により伸長
歪を、Ｘ軸は１０６よりの出力を記録する。

（ハ）圧カー定による平行板粘度測定（パラレルプレー
トプラストメータ一）ゴム、ゾル、ゲル、状半固体の高
粘度物質の粘性を求める手段として円柱型試料片を用い
圧力を一定に保ち、時間の変化にともなう円柱の高さを
記録し、その勾配より試験片の粘性を算出する。

Ｓの極性を１に切換えればＰ２はそのままの目盛単位グ
ラムが有効である。

４４なる円錐部を平板に取換え、試料片を平行板に挟み
、一定圧力をかけた時の高さに対して時間経過後の高さ
をＸＹレコーダーのＹ軸に記録する。

（ニ）応力規定による繰返し引張り（ストレス，ストレ
インの履歴曲線）の自記。

試料を（イ），（ロ）の場合と同様に装着し、Ｓ２は３
、Ｓ４は１に切換える。

ＸＹレコーダーのＸ軸に伸長歪、Ｙ軸に張力を記録する
。発振器１０７は三角波に切換え三角波出力のＰ（ピー
ク）−Ｐ（ピーク）はＳＯ）ＥＣと等しく調整してあれ
ばＰ２の目盛は有効である。１０７の周期を選定してＰ
５のオンオフスチツチＳを２にする、即ち発振器１０７
のストツプを押せば出力はマイナス電位にて待期するた
め加算用ポテンシヨメータ一Ｐ，により相殺して出力を
零に浮かすことが出来る。

Ｐ２は最大張力の折返し点を設定するのに用い、スター
ト時には直線的に張力が増大し、Ｐ２設定張力で折返し
同勾配にて張力が零になるという動作を繰返す、ＸＹレ
コーダーのＹ軸には張力を取りＸ軸には伸長歪を取つた
リサージユ図形は粘弾性的諸物性及び張力の設定値如何
によつては勾配は同゛じ軌跡を通らず又直線にはならな
い。

軌跡の面積の大小は此の条件に於ける粘性成分の有無、
大小を表し、此の繰返しの場合あくまで張力規定である
からＸＹレコーダーのＹ軸即ち縦方向に立ち上る曲線は
次第に勾配が小となり縦に関して頭部が揃つて右横方向
に広がる多重の繰返しＳ−Ｓ曲線群が得られる。又Ｓ４
を２又は３に切換えることによりＸ軸に時間を、Ｙ軸に
伸長歪、又は張力の各変化を記録出来る。

これは一種の疲労試験である張力、トルク用初期設定ポ
テンシヨメータ一Ｐ６となるイニシャルセットは繰返し
振巾Ｐ２を変化させることなくＰ６にて設定した張力分
だけ伸張方向に付加する場合に用い、この時Ｐ６はマイ
ナス記号方向にセツトする。繰返し引張りの場合の勾配
は張力を試料の断面積にて、伸長歪を自然長にて各々除
して補正すれば直接ヤング率、伸び、弾性係数が得られ
る。

Ｄ歪規定による繰返し引張り、 試料の装着は（イ），（口），（ニ）の場合と同様であ
る。

Ｓ２は４に切換え、１０８のＮＯＮは６６の出力、ＩＮ
ＶはＰ１の設定出力である。ＸＹレコーダーのＸ軸に歪
、Ｙ軸に張力のリサージユ図形が得られる。以上（イ）
，（ロ），（ニ），（ホ）は引張りに関する説明である
が、圧縮は勿論試料装着部の簡単な金具により曲げ試験
、剪断ずり弾性（剛性率）の測定も可能である。

→ 定常回転法線応力の測定（トータルスラスト）Ｓ１
は２，Ｓ２は１，Ｓ３は速度（Ｓｐｅｅｄ）であるがＳ
３だけ一応変位にし３９，４０のチヤツクを４４，４５
に交換する。

液体試料４１を充填する前に４５の上下位置を最適位置
にセツトする。通常４４の円錐頂点角は１７８にＣ〜１
７６℃であり、円錐頂点の一部を切り取り、理論上円錐
頂点は４５の平板中心点に接するものとされる。したが
つてＰ，，Ｐ３（伸長、歪用初期設定ポテンシヨメータ
一）の調整により４５を上方へ移動させ張力（圧力）測
定検出用の１０３を観視しながら４５が４４に接する寸
前即ち１０３の感応を確認して感応寸前にてサーボモー
ター１１２を停止させ、切り取られた円錐頂点に相 ５
当する分だけ４５を下げるべくＰ１のミリメートル目盛
を利用してセツトする。Ｐ３及びＰ１の位置は次の液体
試料を充填後再びセツトするときの基準ともなる。図示
されてないがサーボモーターのスタート１ｆスイツチを
０ＦＦに、Ｓ，を数秒間１にすることにより、機械系は
回転に切換り、Ｓ６を開いて再び２に戻し、Ｓ３を速度
、回転速度粗切換えスイツチＳ，を算適回転範囲に設定
、Ｐ１はこの時回転速度目盛で待期することになる。

Ｓ７は正逆転切１換えとして利用可能であり、法線応力
測定は正逆転による実験により接液部分の共軸性、傾斜
角等の良否が略判定できる。サーボモータスタートスイ
ツチを０Ｎにし、１０に対する押圧を記録する。此の種
の測定の接液部分の寸法的制約は従来の二重円筒型回転
粘度計が２次元であるのに比して三次元であり、しかも
円錐部４４の振り子運動は剪断速度の上昇に伴ない避け
られないのが実情であり、このままでは高精度の押圧の
検２出は不可能に等しい。

１４は勿論丸棒金属である。

先づモータースタートを停止させ、自動調芯装置のオン
、オフスイツチＳ５を０Ｎにし、１０５と磁気調芯装置
のハンドル２９を調整し、１０３３を観視しながら吸引
力をかける、この時１０の歪分だけ４５を下げる操作が
必要である。

ハンドル１により吸引分だけ相殺すべく鉄芯１１を下方
へ微動させる。即ち調芯のための吸引力成分は１０の下
端部５の下方への歪となつて平衝する。

しかも高利得の差動変圧器は鉄芯の微動で、電気的にも
平衝した状態であり、回転方向えの摩擦は僅少にして三
次元に対しては強制的に共軸性及び間隙を維持された状
態にて１０の線型範囲内に於てサ，ーボモータ一１１２
を回転（正逆）させ、剪断速度の依存性について高精度
の押圧が検出できる。１１５は回転速度計であり、零中
心、左右が逆、正回転方向対象目盛付指示計である。

−）任意等速昇降回転による法線応力と速度の履歴繰返
しの自記。法線応力が時間的要素による物性的偏倚をと
もなうかどうかは未だ一般的に未知の分野であるとされ
ている。

Ｓ２−４により１０７を三角波に切換え１０７の周期と
Ｐ１の目盛設定により、４５の回転速度の上昇率と折返
し点即ち上限回転数が設定される。

Ｓ４−１にてＸ軸に回転速度、Ｙ軸に押圧の曲線をリサ
ージユ図形として得られ、Ｓ４−３にてＸ軸を時間軸と
して時間記録も出来る。本発明の装置によつて時間的要
素による物性的偏倚がワイセンベルグ効果にも表れると
すれば、（卜）は極めて有意義であり、鋸歯状波又は矩
形波による実験も大いにこの異状物性の解明又は定性質
化に役立ち得る。

力 固体捩り角変位一定の場合のトルク緩和、４０〜４
５は３９，４０の固体試料チヤツクに取換える。

タイムスイツチの間歇用スイツチＳ６を閉にし、Ｓ１は
１，Ｓ２は１，Ｓ３は１変位に切換える。同時７１の電
磁クラツチが通電して７２の角度検出器が原動軸６２と
連動する。鋼線１４は捩り常数既知のものに交換し、試
料３８を装着する。

本発明の装置は捩り変形において初期張力として伸長方
向に定量の歪又は張力がかけられるのも大なる特徴であ
る。

自記調芯装置による差動変圧器１７、搬送波増幅器１０
４の利得の高揚は鉄芯１６の捩り方向成分のみにして雑
振動成分の影響が皆無に等しい本発明に於て実施可能で
ありトルク測定検出軸３０の変位角は原動軸４６側の捩
り角変位に比して一以下の極微少角である。

従つて本項目（７）の捩り角変位一定の条件は常に満さ
れる。［り）固体トルク一定の場合の捩りクリープ。試
料３８を装着し、サーボモーター１１２をトルク測定検
出系よりの出力で追従させる。即ち、設定値Ｐ２とトル
ク出力との偏差信号により常に一定トルクを原動軸４６
にかける。７２は４６の一定トルクに要する捩り変位角
の変化を検出し、それをＸＹレコーダーのＹ軸に記録す
る。

（７），（り），に於ける捩り回転方向はＳ７によつて
切換えられる。（ヌ） トルク規定による固体捩り振動
。

（ニ）の変形様式が捩りの振動に変つただけである。

試料３８を装着しＸ軸に零を中心とした角変位、Ｙ軸に
零を中心としたトルクの変化のリサージユ図はＳ８−２
即ち発振器１０７の＋，信号によつて得られる。これは
Ｙ軸に上下の頭部が揃つた軌跡によりＸ軸方向の両極性
に広がる一種の疲労試験を兼ねた履歴曲線として観察さ
れる。

この種トルク規定は未だ未開発の分野であり本発明の装
置はこの分野に於ける意義が大きい。

（ニ）固体液体捩り振動角変位（歪）規定による動的粘
弾性の測定。従来この種の変形様式による粘弾性測定機
は４３に強制正弦波の捩り振幅（Δθｃ′，３゜）を試
料４１に与え、測定検出軸３０と連動する４２の捩り振
動振幅（△θｂ′−３〜０．ｆ）の角度平衡させるべく
、トージヨンワイヤ一１４にて０を吊り上げた所謂マル
コビツツタイプ（以下Ｍタイプと略称）である。

本発明はＭタイプと比較してΔθｂの測定精度を２３〜
３０の磁気調芯装置を使用して高揚したものである。２
３〜加の原理は前述の如く１１を使用して一種の非接触
の軸受として自由振動周期が変化しない範囲の吸引力（
最大２ｋｇ）を検出軸３０の下方にかける。

従つて振り子雑振動の誘発を阻止、且つラジアル方向の
摩擦抵抗皆無に等しい安定状態に於て４２の微少角度成
分のみ検出できる。本発明はΔθｂをＭタイプに比較し
て１以下に下げられ、此の微小角検出器は１４の捩り常
数ｋ）の増大と全測定検出軸系の慣性モーメント（１）
を小ならしめることと相俟つて捩り固有振動数（Ｆｎ）
の増大を招来し、即ちＦｎの高い許容変位角の極微なト
ルク検出器の出現をうながしたものである。（力 定常
流動粘度の測定。

この場合の検出トルクは非振動の静的トルクである。

接液部４２，４３又は、４４，４５を使用し、４３又は
４５に定常回転を与え４２又は４４のトルクを検出する
ことにより試料４１の定常流粘性を求めることが出来る
。

本発明の装置は磁気調芯装置を作動せしめ或いはオイル
ダンパー３１を併用することにより従来困難とされてい
た高剪断速度に於ける粘度測定はもとより１センチポイ
ズ以下の低粘度の測定も高精度で検出可能ならしめたも
のである。

又、繊維、織物についてもチヤツクを上下とも撚糸用と
し、複数の単繊維の束を装着し４０の回転角又は回転速
度を定め、停止後の３９のトルクの緩和曲線を得ること
も同時に４０を上方に移動させることによる座屈強度の
測定等に利用され、その利用法も数限りない。・ノ）一
定のトルク制御による回転速度の変化の測定。

サーボモータ１１２と自動制御回路の効用によりトルク
を１０８の帰還信号として制御する。

１１４のＸ軸に４３，４５の回転速度、Ｙ軸に４２，４
４のトルクを描く、非ニユトン流の剪断速度の依存度が
顕著又は塑性流動を示す液体４１について降伏点近辺以
下のトルク設定を行ない、設定を徐々に上昇させ、４３
又は４５が回転し始める寸前のトルク値より塑性物の降
伏値を正確に知ることが出来る。

Ｓ２−３，Ｓ４−１にて鋸歯状波使用、Ｓ２−２に於て
Ｘ軸を時間、Ｙ軸に回転数を記録、Ｐ５のオンオフスイ
ツチＳ８の切換えにより１０７の三角波のプラス、マイ
ナスの信号を得てトルク規定による正転、逆転繰返しに
よる塑性流動の挙動観察も可能である。

切 任意等速昇降回転数とトルクの履歴曲線の繰返し記
録。

剪断速度依存性はもとより、時間的要素が問題となるチ
クソトロピツクな液体に於て人為的な回転速度の昇降は
個人差と装置の時間的おくれが禍となる。

従来機械系の自動昇速機構はカム付きの同期電動機の駆
動又はタイマーによりこの種測定が実施されていたが、
回転速度の時間についての多種プログラム制御を行う粘
度計は未だ存在しない。本発明は上記に詳述した如く、
電気系プロツクダイヤグラムのスイツチＳｌ，Ｓ２，Ｓ
２と機械系引張、圧縮、捩り、振動、回転及び変位、速
度との組合せによつて、第１表に記載した１４項目の目
的に応じた歪、応力、正逆回転速度を帰還とする自動制
御部とＸＹレコーダーの二軸入力切換えにより、引張り
、圧縮、押圧、繰返し捩り、正弦波、三角波、鋸歯状波
、矩形波による振動、定常正逆回転、回転数の等速昇降
又はプログラム制御、これらの応力と歪、各々の自動制
御を実施し、固体、液体両用の静的、動的粘弾性の要素
を自記記録せしめる効果を発揮するほか、言うまでもな
く試料４１の撹拌により固化し静置すると再び軟化する
という液状物又は剪断速度の上昇に依存し、応力が逆に
増加するが如き前者の逆チクソトロピ一、後者のレオペ
クシ一、ダイラタンシ一に見られる挙動のほかにスラリ
ー状液その他の懸濁濃厚液の異常粘性、構造粘性、弾性
粘度、塑性流動の定性質 ・化の一手段として役立つも
のである。

１０７の三角波、鋸歯状波、矩形波は設定された周期に
て立上り特性の良好な正転→逆転又はＳ８により正転→
停止→逆転の繰返しが無限時間に於て可能であり、又正
弦波の繰返しによりＸ軸に回転数の上昇が正弦波上に増
加し又逆に減少し、一瞬の静止点を経て逆回転方向に回
転数が増加する実験は周期の広範囲についてのトルクと
回転増減との位相差角等の観察をも含めこれらの時間的
要素が関係する特異な粘性挙動の定性質化 二の拡張に
つながる要因ともなり得る。

ものであり、本発明は固体、液状物質の静的又は動的粘
弾性的研究に貢献することが甚大である。リサージユ図
形はＳ１−１，Ｓ２−４，Ｓ３一速度、Ｓ４−１，Ｓ５
−０Ｎ，Ｓ８−２，Ｘ軸に時間、Ｙ軸にトルクの場合前
者のＳ４−３による。

又第１図に於て記載はないが任意プログラム発生器（電
圧出力）を１０７と置換する事により、更に上記（有）
の項目は微視的な実験が期特出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の機械系と電気系との総合プ
ロツクダイヤグラムである。 ９・・・・・・張力検出器ネジ軸、１０・・・・・・環
状型力計、１１，１２，１３・・・・・・差動変圧器部
分、１４・・・・・・トーシヨンワイヤ一、１５・・・
・・・ムーピングパ一、１６・・・・・・鉄芯、１７・
・・・・・差動変圧器、２３・・・・・・検出軸、２４
・・・・・・強磁性金属片、２５・・・・・・ポールピ
ース、２６・・・・・・コイル、２７・・・・・・送り
ネジ、２８・・・・・・移動プロツク、２９・・・・・
・ハンドル、３９，４０チヤツク、４２，４３・・・・
・・二重回転粘度計、４４，４５・・・・・・コーンプ
レート粘度計、４６・・・・・・原動軸、４７，４８，
４９・・・・・・歯車、５０・・・・・・軸受、５１・
・・・・・固定台、５２・・・・・・皮革片、５３・・
・・・・ローラー、５４・・・・・・プロツク、５５・
・・・・・下方突起、５６・・・・・・スプライン軸受
け、５７・・・・・・切換え送りネジ軸、５８・・・・
・・送りナツト、５９・・・・・・タイミングプ一り一
、６０・・・・・・テーパーコロ軸受、６１・・・・・
・本体固定台、６２・・・・・・駆動軸、６３・・・・
・・支柱、６４・・・・・・鉄芯軸、６５・・・・・・
ボールスライドベアリング、６７・・・・・・上下運動
プロツク、６８・・・・・・テーパーコロ軸受、６９，
７０・・・・・・歯車、７１・・・・・・電磁クラツチ
、７２・・・・・・角度検出器、７５・・・・・・シン
クロナスモーター、１０１，１０３，１０４・・・・・
・搬送波増幅器、１０２・・・・・・タイムスイツチ、
１０５・・・・・・直流電源部、１０７・・・・・・超
低周波発振器、１０８・・・・・・差動増幅器、１１０
・・・・・・ＵＪＴサーキツト、１１１・・・・・・逆
阻止３端子サイリスター、１１２・・・・・・サーボモ
ーター、１１３・・・・・・ＴＧｌｌｌ５・・・・・・
同転速度計、Ｐ１〜Ｐ６・・・・・・ポテンシヨメータ
一、Ｓ，−ＳＯ・・・・・・スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測定信号検出部１〜２３、磁気調芯装置２４〜２９
   、被測定試料部３８〜４６、引張り圧縮と捩り回転変換
   部４６〜６２、引張り、圧縮及び捩り角度検出部６３〜
   ７２及び低慣性サーボモーター１１２内蔵の変速機から
   なる原動部７３、７４より構成されるもので、測定試料
   部３８〜４６は密閉されていて、ガス置換が可能であり
   、固体試料用チャック３９、４９、液体試料用二重円筒
   型４２、４３又はコーンプレート型４４、４５フイクス
   チヤー（ｆｉｘｔｕｒｅ）と交換可能である。 駆動軸６２の送りナット５８をサーボモーター１１２に
   て可逆転又は定常連続回転せしめるようならしめて駆動
   軸６２の一部に設けたスプラインを、スプライン軸受け
   ５６によつて回転方向の動きを固定するか又はスプライ
   ン軸受５６をナット５８に密着することによつてナット
   ５８の回転を直接駆動軸６２に伝えて、駆動軸６２を軸
   方向運動又は回転方向の運動に変換し、駆動軸６２の一
   端を測定試料の強制変形軸とし、差動変圧器を変換部と
   した張力、圧縮両用の環状力計と差動変圧器２個と鋼線
   を用いた微少トルク検出器と回転粘度計用磁気調芯装置
   を上下固定部より直列に接合した複合検出軸の下端を試
   料の芯力検出端となし、これらと歪、応力、正逆回転速
   度の３要素を帰還とする自動制御部並びにＸＹレコーダ
   ーの二軸入力切替により粘弾性の応力、歪、回転速度、
   時間軸信号の４要素の自記記録を含めた組合せを特徴と
   する固体、液体両用の粘弾性材料試験機。