JPS61501525A - 振動形レオメ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 振動形レオメータ 技術分野 本発明は流動体システムの特性を調査する装置に関し、特に、振動形レオメータ に関する。

背景技術 現在では、一定速度の剪断変形、調和または非調和振動、あるいは連続する剪断 に重ね合わせられた調和（非調和）振動のもとで、特定の機械的変形に対する材 料の反応を測定する装置内の材料のふるまいが調査されている。

振動形レオメータの技術は従来から知られており、（例えば「ヴソコモレキュラ ルニエ　ソエデイネヤ」、第２０−Ａ巻、Ｎｏ、１．１９７８、Ｇ、Ｖ、ヴイノ グラドフ、Ａ、Ｙａ、マルキン　その他著、の頁２２６〜頁２３０、「メトド　 コムブレクソノゴ　イスレドバニャレオロギチェスキク　スヴイスフフ　ポリミ リニュキ　システム（ソ連における重合体システムレオロジーの複合的調査方法 ）」参照）、この振動形レオメータは研究されるべき材料がコーンとプレートと の間の間隙に置かれる、コーン・アンド・プレート形の測定ユニットを備えてい る。「プレート」要素は軸上に取付られており、そのためこの要素は前記軸に関 してねじり振動を行え、そしてこの要素は電圧計に固着されている。一方、「コ ーン」要素はモータと減速歯車システムを有する駆動装置の軸に固着されている 。リンク機構がコーンと軸との接続に使用されているので、駆動装置の出力軸に 関して、モータシステムの位置に左右される２つの変形の度合が得られたことに なる。

このような振動形レオメータでは、出力駆動軸に関してモータシステムが２つの 固定位置；一定の剪断変形が加えられる垂直位置と、調和振動モードの動作を行 うために出力駆動軸に対して出力減速歯車軸が垂直な水平位置とが可能である。

この従来技術における振動形レオメータの駆動装置に使用されるリンク機構は、 連続する剪断変形の上に広い周波数範囲の調和振動を重ね合わせるという、重要 な動作モードの１つが実現不可能であるので、非常に不利である。

また、従来技術として知られるものにビプロレオメータ（例えば、振動形レオメ ータのビブロレオメータ　ＶＲ−７４形の技術説明書および操作説明書１９３９ −００−００　ＴＯｌ「スベツイアルノエコンストルクトルスコエ　ビュー口　 インステイテユタ　ネフテキミチス　コゴ　シンテッツア　イム　Ａ、Ｖ、）プ チェヴアアカデミイ　ナウク　５ＳＳＲ、モククワ、１９７５、ロシア参照）、 このビブロレオメータは、間隙を隔てて配置辛れた２つの要素から成り、研究さ れるべき材料が前記間隙の中に置かれる測定ユニットであって、これらの要素の うちの１つが軸に取付けられており、そのために前記要素の角変位を電気信号に 変換するトランスジューサを担持する前記軸に関してねじれ振動を行うことがで き、一方、第２の要素が、制御ユニットから供給される信号をこの要素の角変位 に変換できるサーボ駆動装置の出力軸に固着されているもの、と第２の要素の角 変位を電気信号に変換するトランスジューサであって、磁気レンズとサーボ駆動 装置の出力軸に固着された電流磁気セル（ホール素子）とを備えたもの、とを有 している。

測定ユニットは２つの同心円筒から成り、一方、磁気レンズはサーボ駆動装置の 出力軸に関して移動できないマウントに取付られた４極の磁気システムである。

電流磁気セルは常に磁気レンズによって作られる交番磁界の中に位置せねばなら ないが、これはトランスジューサに測定ユニットの第２の要素の角変位を電気信 号に変換させるためである。電流磁気セルの出力電極の端子間電圧は、正および 負の磁界の影響を受ける電流磁気セルの領域間の差によって作り出される。更に 、この電圧は測定ユニットの第２の要素の角変位の関数であり、そして最大電圧 はそれゆえに周期的な変位の変位振幅に一致する。

この振動形レオメータは種々の異なる状態；一定速度の連続剪断変形の状態や連 続剪断変形の上への調和あるいは非調和振動の重ね合わせ状態、のちとで重合お よび拡散システムを調査するのに使用することができる。この振動形レオメータ は粘性構造、接線方向の応力、複素動的係数および調和（非調和）振動技術の使 用、弾性係数や損失係数である複素動的係数の成分を決定することができる。

ところが、この振動形レオメータは、連続剪断変形技術に調和（非調和）振動の 重ね合わせを使用して周期的変位の振幅を測定することができないという不十分 な点があり、これは磁気レンズがサーボ駆動装置の出力軸に関して固定されてお り、電流磁気セルがこの磁気レンズによって作り出される磁界の中に置かれてい るからである。

結局、この振動形レオメータは、材料の弾性および消散特性を特徴づけ、そして 粘性弾性体や粘性プラスチック材料の基本的な流動学特性の１つである、複素動 的係数の成分、弾性係数や損失係数の測定に対して上述の技術を使用することが できない。

発明の開示 本発明の目的は、広い範囲のパラメータの測定が行え、特に、連続剪断変形に調 和（非調和）振動を重ね合わせて使用して、複素動的係数を決定することができ る振動形レオメータを提供することである。

本発明によれば、間隙を介して配置された２つの要素から成る測定ユニットであ って、前記間隙中に調査されるべき材料が置かれ、前記要素の１つが軸に取付け られており、そのために、前記要素の角変位を電気信号に変換するトランスジュ ーサを持っている軸についてねじれ振動を行うことができ、一方の第２の要素は サーボ駆動装置の出力軸に固着されており、このサーボ駆動装置はこれに電気的 に接続する制御ユニットから供給される信号を前記要素の角変位に変換するもの 、および前記測定ユニットの第２の要素の角変位を電気信号に変換するものであ って磁気レンズと前記サーボ駆動装置の出力軸に固着された電流磁気セルとを備 えたトランスジューサ、を備える振動形レオメータにおいて、 駆動軸にマウントされたモータと、前記サーボ駆動装置に電気的に接続する回転 速度トランスジューサおよび前記モータに接続する回転速度設定器を有する回転 駆動装置とを前記振動形レオメータが有し、前記磁気レンズはサーボ駆動装置の 出力軸上に設けられたマウント上に配置された、それにより前記磁気レンズが前 記の廻りを回転することができ、回転駆動装置の軸に機械的に接続され、それに より、前記磁気レンズおよび電流磁気セルが同期回転することができるようにな っていることを特徴とする振動形レオメータが提供される。

本発明に係る振動形レオメータによれば、粘性弾性体および粘性プラスチック材 料の実際的な研究用装置の応用分野を実質的に広げる、連続剪断変形に調和（非 調和）振動を重ね合わせる技術を使用して弾性係数および損失係数のような複素 動的係数の成分の測定を行うことができる。

図面の簡単な説明 以下に添付図面を参照しつつ本発明の例示的な実施例の詳細な説明がなされるが 、添付図面は本発明に係る振動形レオメータの測定ユニットおよび磁気レンズの マウントの縦断面図を示す。

発明を実施するための最良の形態 振動形レオメータは間隙を伴って配置された２つの要素２．３から成る測定ユニ ット１を備えており、この実施例では要素２．３は同心の円筒である。そして、 調査される材料４が前記間隙中に置かれている。要素２は、その一端が装置本体 に固着された軸５に取付られている（図面には軸端取付部が慣例的に示されてい るにすぎない）。要素２は前記軸５に関してねじれ振動を行うことができ、この 軸５は要素２の角変位を電気信号に変換し、レコーダ７に接続するトランスジュ ーサ６をマウントしている。軸５は目盛付けされたねじれ棒である。レコーダ７ はマイクロコンピュータとプリンタの２つのアナログ−デジタル・トランスジュ ーサを備えている。

第２の要素３はサーボ駆動装置９の出力軸８に固着されており、サーボ駆動装置 ９は減速歯車によって接続されるモータあるいはモータシステムである駆動装置 溝１０、タコジェネレータ１１、およびエラーセンサ１２を備えている。サーボ 駆動装置９は制御ユニット１３から供給される信号を要素３０角変位に変換する 。制御ユニット１３は電気的に駆動装置９に接続されており、特殊形状（正弦形 、鋸歯形、方形、曲線形、その他の形状）の信号発生器、第１のアダー１５、第 ２のアダー１６および電力増幅器１７のような、いくつかの直列に接続されたユ ニットを備えている。ここでは第１のアダー１５の１つの入力がタコジェネレー タ１１の出力に接続されており、第２のアダー１６の１つの入力がエラーセンサ １２の出力に接続されているが、一方、電力増幅器１７の出力はサーボ駆動装置 ９の駆動装置溝（ａｃｔｕａｔｏｒ）　１０の入力に接続されている。

振動形レオメータはまた、測定ユニット１の第２の要素３の角変位を電気信号に 変換するトランスジューサ１８を備えており、このトランスジューサ１８は、磁 気レンズ１９、サーボ駆動装置９の出力軸８に固着されたホール素子である電流 磁気素子（ｇａｌｖａｎ。

ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔ　）２０および前記レコーダ７に電気的に接 続する電流集電装置（ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｌｉｅｃｔｏｒ　）２１を備えてい る。電流磁気素子２０は４極磁気システムである磁気レンズ１９の磁極に対称に 取付けられている。反対の磁極の磁界の影響を受ける電流磁気素子２０の表面領 域は皆等しくなっている。電流集電装置２１の出力信号はＯである。磁気レンズ １９はサーボ駆動装置９の出力軸８上に設置されたマウント２２に取付られてい るので、磁気レンズ１９は前記出力軸８の廻りを回転することができる。この実 施例ではマウント２２は出力軸８にベアリング２３を介して取付られている。

振動形レオメータはまた回転駆動装置２４を備えており、この回転駆動装置２４ はモータ２５、サーボ駆動装置９に電気的に接続する回転速度トランスジューサ ２７、およびモータ２５に接続する、軸２６の回転速度設定器２８を有し、前記 モータ２５の軸２６上に位置している。回転速度トランスジューサ２７はサーボ 駆動装置９のエラーセンサ１２に接続されている。磁気レンズ１９のマウント２ ２は歯車伝動装置によって、回転駆動装置２４のモータ２５の軸２６に機械的に 接続している。

回転駆動装置２４のトランスジューサ１８との機械的な接続、および回転速度ト ランスジューサ２７のエラーセンサ１２との電気的な接続により、磁気レンズ１ ９と電流磁気素子２０は同期回転する。

連続する剪断変形の上への調和（非調和）振動の重ね合わせを用いることにより 、振動形レオメータは下記のように動作する。

回転速度設定器２８の出力信号はモータ２５に供給され、そして軸２６が規定さ れた回転速度で回転を開始し、歯車伝動装置２９およびベアリング２３を通じて マウント２２は角変位トランスジューサ１８の磁気レンズ１９を運ぶ。同時に、 回転速度トランスジューサ２７はサーボ駆動装置９のエラーセンサ１２用の信号 を作り出す。

また同時に、制御ユニット１３の信号発生器１４の出力信号は第１のアダー１５ の１つの入力に供給されるが、これに対してタコジェネレータ１１からの減速信 号が第１のアダー１５の他の入力に供給される。第１のアダー１５の出力信号は 第２のアダー１６の１つの入力に与えられ、これに対してエラーセンサ１２の出 力信号が第２のアダー１６の他の入力に与えられる。第２のアダー１６の出力信 号は電力増幅器１７によって増幅され、そしてサーボ駆動装置９の駆動装置溝１ ０によって実行される。出力軸８は、電流磁気素子２０および前記出力軸８に固 着されている測定ユニット１の第２の要素３と共に、回転および発振動作を開始 するが、これに対して、磁気レンズ１９を伴ったマウント２２は回転するだけで ある。電流磁気セル２０は常に磁気レンズ１９によって作り出される磁界中にあ り、そして、信号発生器１４の周波数で振動する。電流集電装置２１の出力信号 、これは周期的な変位の振幅の関数であるが、レコーダ７の１つの入力に与えら れる。

測定ユニット１の第２の要素″３の動作は調査される材料４を経由して軸５に固 着された第１の要素２に伝達され、軸５は所定の角度回転し、信号発生器１４に よって与えられる周波数と一致するねじれ振動を原位置に対して行う。角変位ト ランスジューサ６はこの動作を電気信号に変換し、この電気信号は、材料４にお ける応用に対して比例していると共に、レコーダ７の他の入力に供給される。

トランスジューサ１８および６からレコーダ７に供給される信号は、材料４に対 して与えられた変位と、材料４の中で発生する応力を表すという特徴をもってい る。これらの信号はこれと等価の２進コードに変換され、そしてマイクロコンピ ュータに入力され、ここでマイクロコンピュータは以下に示すプログラムに従っ て基本的な流動学的（ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）パラメータを演算する。

１、周期的変位の変位振幅　Ｔｏ： ３）の減衰された変位振幅、 Ｒ・・・・・・外部シリンダの半径、 ｒ・・・・・・内部シリンダ（ここでは要素２）の半径、Ａｏ、Ｉ・・・外部シ リンダの振動振幅、Ａ　６１・・・・・・内部シリンダの振動振幅、φ・・・・ ・・内、外シリンダの振動の位相シフト角。

２、電圧増幅度　τ。： Ｃ・・・ねじり棒の剛性（ねじり棒用に一定）、Ｊ・・・内部シリンダが軸５に 対してねじれた時に発生する慣性モーメント、 ω・・・外部シリンダの角速度、 ｈ・・・材料４の層の厚さ ３、弾性係数　Ｇ′　： ４、損失係数　Ｇ”： ５、複素動的係数ＩＣ”ｌ： ｌｃ”ｌ＝Ｊ　Ｇ　＋　Ｇ　”　（Ｐａ）連続する剪断変形への調和（非調和） 振動の重ね合わせ技術の使用は、理論的に必須のものであるばかりでなく、実際 にも欠くことのできないものであり、それ故に以上説明した過程は゛　重合処理 技術において広く見られるのである。

本発明に係る振動形レオメータはまた、純粋な調和（非調和）振動技術、あるい は連続する剪断変形方法にも使用可能である。

まず第１に、回転速度設定器２８の出力信号はＯであり、次に、特定形状の信号 発生器１４の出力信号が０である。調和（非調和）振動技術の使用により、振動 形レオメータは複素動的係数およびその成分、粘性構造および接線方向の応力を 決定することができる。連続する剪断変形方法の使用では、粘性構造と正接方向 の応力のみ決定できる。

提案された振動形レオメータは、粘性弾性体材料および粘性プラスチック材料の 特性を調査するための実際的な応用に好適であるが、これは振動形レオメータが 種々の異なる変位状態のもとで、これらの材料の流動学的なふるまいに対する適 切な情報を提供するからである。

産業上の利用可能性 本発明は、重合体や拡散系、ラッカー、染料、接着剤、石油、ビチューメンの流 動学的特性を研究するのに使用できる。また、本発明は重合や縮重合工程、およ び交差結合による構成体の迅速な分析にも使用される。更に付は加えれば、本発 明は種々の材料の流動学的ふるまいの調査およびシミュレーションを取り扱う科 学技術の全ての分野において有用である。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 間際を介して配置された２つの要素（２、３）から成る測定ユニット（１）であ って、前記間隙中に調査されるべき材料（４）が置かれ、前記要素の１つが軸（ ５）に取付けられており、そのために、前記要素（２）の角変位を電気信号に変 換するトランスジューサ（６）を持っている軸（５）についてねじれ振動を行う ことができ、一方の第２の要素（３）はサーボ駆動装置の出力軸（８）に固着さ れており、このサーボ駆動装置はこれに電気的に接続する制御ユニット（１３） から供給される信号を前記要素（３）の角変位に変換するもの、および、前記測 定ユニット（１）の第２の要素（３）の角変位を電気信号に変換するものであっ て磁気レンズ（１９）と前記サーボ駆動装置（９）の出力軸（８）に固着された 電流磁気セル（２０）とを備えたトランスジューサ（１８）、を備える振動形レ オメータにおし、て、 この振動形レオメータが駆動軸（２６）にマウントされたモータ（２５）および 、前記サーボ駆動装置（９）に電気的に接続する回転速度トランスジューサ（２ ７）、および前記モータ（２５）に接続する回転速度設定器（２８）を有する回 転駆動装置（２４）とを有し、前記磁気レンズ（１９）はサーボ駆動装置（９） の出力軸（８）上に設けられたマウント（２２）上に配置され、それにより前記 磁気レンズ（１９）が前記（８）の廻りを回転することができ、回転駆動装置（ ２４）の軸（２６）に機械的に接続され、それにより前記磁気レンズ（１９）お よび電流磁気セル（２０）が同期回転することができるようになっていることを 特徴とする振動形レオメータ。