JPS631950A - 反発試験装置 - 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】 （以下、余白） ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野１ 本発明は加硫ゴムその他の・１子・ｉ′１：月利の反発
時・１′１を測定する装置に関するものである。

［従来の技術１ 加硫ゴムの反発弾性は、４Ａ旧か使用される際にうりる
周期的変形によるコムの発熱の目安として、またタイヤ
トレッドのそれはころかり抵抗への］・レッｌ〜の寄与
の目安として重要視さ４１てさた。

反発試験機には例えばＪＩＳＫ６０３］’加硫コム物理
試験方法」による反発試験機やタンロツフ［・リブリメ
ータなどの反発試験機かあるか、その原理（４きまった
重量ｍの重錘を適当な長さのアームをもつ振子の先端に
つけ、きまった高さ１１８から、ｉｉｌ：　１１面に落
下させ、試料層で反発して高さｈ′　まで戻ったとき、
反発係数ＲをＲ＝　ｂ’　／　ｈｏて定義４−るちので
ある。

多くの場合、ゴムは諮しい非線形粘弾・ｌ’１体である
から、Ｒの値は物質定数ではなく、高さｈｏやΦ錘の質
量ｍに依存する。すなわちゴム材料のうＯる周期的変形
の周波数は重錘の質Ｊｉｍに左右され、変形の大きさく
ひずみの振幅）は高さｂｏに左右される。材料が工業製
品の部材として使用される際にうける変形の大きさは、
ひずみの大ぎさで０１〜数１０％にわたるか、製品によ
って様々である。従って発熱、摩擦などの損失特性の目
安をつるには変形の大ぎさを考慮にいれた試験か不可欠
となる。しかし従来の公知の反発試験機、例えはＪＩＳ
反発試験機やダンロップ反発試験機なとの試験機を用い
た試験では、試料に与えるひすみについては無視されて
おり、かつ重錘の質量。衝突速度もほぼ一定であるため
ある一定の条件下の試験しかできない。従って、広い使
用条件かて使用される工業製品の部材として使用される
材料の試験装置として、現状に即したものでない。

ことに防振ゴム、タイヤといった工業製品はゴムに多量
のカーボンブラックを充填した複合材であり、著しい非
線形性を示すが、この種の工業製品の要求性能が、ます
ます厳しくなるにつれて、従来の反発試験機ては対応で
きなくなってぎている。それに対応できる試験機として
各種の粘弾性スペークトロメータが開発されているか、
この種の試験機は装置の共振の関係から周期的歪の各周
波数ωの上限か比較的低くω＜　１００ｒａｄ／ｓｅｃ
のものがほとんどであり、かつ、試験法が複ＭＩ＋で、
機器２価格も高価なことなとから、現在なお、操作か簡
単な反発試験機か他用されている現状である。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上述した従来の欠点を除去し、試才４に与える
歪の大ぎさ、周期的歪の各周波数を広い範囲にわたって
代えることかでき、しかも簡単な操作によって高度の反
発特性の測定が可能な反発試験装置を提供することを目
的とする。

従来の公知の反発試験機では測定できなかった高度の反
発特性の測定装置について鋭意研究を重ねた結果、重錘
の試料への衝突速度を自由にかえることのできる機能に
することで、高度の反発特性が測定できることを見出し
本発明に到達したものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の反発試験装置は試料を固定する手段と、試料に
衝突させる重錘と、重錘を所望の速度で試料に向けて射
出する手段と、重錘の試料への衝突前の速度および衝突
後のもどりの速度を検出する手段とを具備したことを特
徴とする。

本発明の反発試験装置は、固定された試料に重錘を衝突
させ、重錘の衝突前の速度υ。と衝突後のもどりの速度
υ′　とを測定し、υ”／１１０’より試料の反発係数
が測定できる。

また本発明の反発試験装置は、固定された試料に重錘を
衝突させ、重錘の衝突前の速度と衝突後の速度および重
錘の試料との接触時間を測定し、重錘の衝突前の速度と
衝突後のもどりの速度にもとすいて試料の反発係数を、
重錘の衝突前の速度と衝突後のもどりの速度および重錘
の試料の動的粘性係数、動的貯蔵弾性率および損失正接
等が測定できる。

［作　用］ 本発明では従来の反発試験機で採用されている振り子に
よって重錘が試料に衝突する初速度Ｖ。

を与える代りに、速度可変のアクチュエータによって重
錘に速度を与える。またもどりの高さ　ｈ′を観測する
代りに変位側によって試料か反発して戻る際の速度Ｖ′
　を測定する。その際東純なエネルギー保存の法則から る。

また本発明によれば重錘の衝突前後の速度とともに重錘
の試料との接触時間を測定し、それらにもとすいて試料
の動的粘性率、動的貯蔵弾性率および損失正接を測定す
ることができる。

［実施例］ 以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
るが、本発明の範囲はこの実施例によって制限されるも
のではない。

第１図は本発明の反発試験機の一実施例のフロック図で
ある。図し＝１３いて１は試料、２は試才１１にｉ＃ｉ
突させる重錘、３は重錘２にイΦＩ突速度を作λろアク
チュエイターである。４はアクヂュエイタ−３を駆動す
る駆動機Ｃリニア干・−ター、油月サーボ駆動機などが
用いられ、約０．０２ｍ／ｓｅｃの極低速から約２０−
３０ｍ／ｓｅｃの高速まで制御可能である。５はアクチ
ュＴ〜ｒター４によって川出さＪ］た重錘２の通路であ
１）、実験精度を高めるために低摩１槙の１アヘアリン
グまたはリニアヘアリングなどで構成さＪする。６ζＪ
重錘２の試才１１・＼の衝突前後の速度を測定するため
の非接触の変ず）ン検出センサて、この実施例で（Ｊ光
学式変信検出セン刀を例としで示しである。非接触の変
位検出センサてあｌ１１は、静電容量型その他の変イゼ
ｊ検出セン→Ｊの使用も可能である。７１Ｊ結像レンズ
である。８は試着１を固定しまた重錘２か試才１１と接
触している時間を測定するための圧力センサーまたはロ
ー　トセルである。試料＋　１ｊ圧カセンザ８に固定具
９によって固定さ第１、または接肴剤を用いて接着固定
さねる。ｌＯは恒温槽、ＩＩ　は恒温槽１０に設Ｌ」に
光透過窓である。恒７品Ｋ１１ｏ内にはヒーター１２お
よびン令７（１管（図］１（仕−づ）か設けら打、温度
調節機１：）およ０・ン令ン東機１４によって、内部の
ン晶度を一１００℃から４２００℃の範囲（、ごねたっ
てｉｌｉ制御てきる。ｌ　５　ｉ３　、Ｌひ１６はそね
ぞね変位検出センサ６および圧カレン→）８の出力を増
幅する増幅器、１７は増幅器＋５，１ｆｉｄ）アナログ
出力をディジタルデータに変換し、か一つ記憶する高速
Ａ／１１変換メ千り、１８は中央処理装置ＣＩ’１１　
、詩出しｑ用メ千り旧）Ｍ　、　Ｖ込み用能メ千り１（
八Ｍ　Ｉｔどをす、えたマイクロプロせ・ンサ、ｌ　’
］　ｉ；Ｊ：　Ａ’　−ポー　１・、２０はプリンタ、
２１はＸＹフロツタ、２２は１プ〆タロプロセツサの指
示Ｖ′従って駆動（幾４を制御する駆動源制御機゛Ｃあ
る。

第１１２１に示し・た実施例による測定の原理を以トに
説明する。

まず重錘２とアタチュエイター３を接触さゼ、アクチュ
エイターを速度Ｖ。まて加速さ刊、適当なイ１′装置で
、その速度を減Ｊ中または停止１−さｔ！ると、重錘２
は速度Ｖ。でアクチコゴイタ＝を離才ｌ、摩擦の小さい
エアベアリング内を移動ｌｌ１ｔｉ　ｔａｌｌ好ましく
ｉｆ　５〜１０ｃｍ走行の後１）。−Ｖ。−Δの速度て
試着に衝突し、反発して速度１ノ′　　で戻る。△は摩
擦による減速量である。イΦＩ突前後の速度υ。、ｖ′
　は変位検１４）セン４ノロによっ゛（測定される。変
位検出センサ６から出射した光は結像レンズ７により重
錘表面上に結像し、反射してセンサ６にもとる。

結像面ｌの重錘の有無によって変イ＋’ｉ検１１ｊセン
ヅ６の受光量が変化し、例λば第２図に示すような受光
曲線か１１１られる。従って受光時間と重錘のＮ法から
重錘の速度を求めることかできる。第２図は出射光に連
続光を用いた例であるか、パルス状の光を用いることも
でき、通常用いらＪする非接触変位セン＋トであれは、
とのような形式のものでもよ（Ａ。

また試着を固定している圧力（？フサ８からは、申紳２
のパ￥４１に対する衝突によつ“Ｃ第３図に示すような
出力波形か得られる。すなわち、重錘か試着と接触し、
試料を１１縮するにつれて検出圧力はＫきくなって最大
値に達し、試料の反発力によっ″（重錘かもとるに′つ
れて検出圧力を６．見少し１、重錘か試料面を回ねるど
０になる。第３図におい−ｒ点線て示すｔ）のは重錘の
試料面に夕４する変位（Ｘ）である。従って第３図の圧
力）？レザ８の出力波形から重錘の試着への接触時間ｔ
’　　−ｔ、−ｔ、を求めることか”Ｃきる。

このようにして測定した重錘の速度λノ。、υ′および
重錘と試着との接触［１ｈ１１１１ｔ′　からＪＬ１似
的手法を用いて動的粘性係数η′　、動的貯蔵中ｐ＋１
率Ｅ′　、損失正接１ａ１）δを次式によって求めるこ
とかできる。

ＡＯを試片の断面積、［、。を試１′４の厚さ、ｍを重
錘の質量として、 πη′ ｔａｎδ＝−了一一−（４） ｔ 重錘の先端に鋭利な刃をセットしてゴム試片に衝突させ
ることでゴム試片をカットするさいの速度υ。　、ｒ　
を求めることによって、カットに要したエネルギー を求めることも可能である。

本発明においては、従来の振子式にかえ、アクチュエイ
ターを用いて重錘な試料に衝突させるので、以下に説明
するように、試料に与えるひずみ、試着の変形の周波数
を広い範囲にわたって変化させた測定が可能である。試
着がうｃ３る変形の角周波数ωはきわめてよい近似で、 ω＝π／　ｔ　’　　　　　　　（６）で与えられ、試
料のうけるひずみの最大値εｍａｘは試着の変位方向の
厚さり。とじて で与えられる。ωは試料の動的貯蔵弾性−率Ｅ′　によ
ってきまるから、υ。を変えても大幅に変ることはない
。上式の６ｍａｙはυ。に比例することを示すが従来の
振り子方式ではＶ。ｃｃ訴；の関係にあり、仮りにり。

を１デイケイ）〜（１０倍）変えてもｖ’ｏＬＬ１ｆｆ
ｉｌｉ倍しか変らないことかわかる。実際従来の反発試
験機ではり。は固定であるか、仮りに変えたとしてもり
。が小さい場合には振り子の運動の摩擦によって正確な
値は得られないし、ｈ　。

を大きくしようとすると振り子を巨大なものとする必要
があり、従って従来の試験ではその測定範囲が限られて
いる。これに対して本発明においては、ｖ（、を約１．
０００倍の範囲にわたって変えることかできる。

また、試料の変形の周波数ωは、試着のハネ定数なｋと
して ０２勺４に７ｍ　　　　　（８） で与えられる。この式かられかるようにｆｆｉ、ｆＩの
質Ｊｉｍを小さくすることによってωを大きくとること
か可能であり、粘弾性スペクトロ−メータではえられな
いω＝　４０００ｒａｄ／ｓｅｃといった領域の粘弾性
測定が可能となる。

次に実際の測定手順について、第４図に示すフローチャ
ートを参照して説明する。

ます試料１を圧力センサ８にセットし、恒温糟１０の温
度を所定の温度にする。

キーボード１９から試料の厚さり。、断面積Ａ。

を入力し、マイクロプロセッサ１８のＲＡＭに記憶させ
る。

重錘の質量ｍ、アクチュエイタ−３の速度■。

もＲＡＭに記憶させる。

重錘をアクチュエイターに接触させる。

ｃｐｕの指示により、駆動源制御機を制御し、アクチュ
エイターが指定された速度で前進するように駆動機４を
駆動し、停止（減速）させる。

アクチュエイターは指定された速度に達した後、停止（
減速）し、重錘を射出する６変位検出センサ６の出力か
ら重錘の速度Ｖ。を測定し、高速変換Ａ／Ｄメモリ１７
を経由して、ＲＡＭに記憶させる。

重錘か試料に衝突する。

圧力センサ８の出力から重錘の試料との接触時間を測定
し、ＲＡＭに記憶する。

変位検出センサの出力から重錘のもとりの速度Ｖ′を測
定し、ＲＡＭに記憶する。

ＣＰＩＩはＲＡＭに記憶されたデータを使用し、ＲＯＭ
に記憶されているプログラムに従って、ひずみの角周波
数ω、ひずみの最大値６□つ９反発係数Ｒ１動的粘性率
η、動的貯蔵弾性率Ｅ′、および損失正接ｔａｎδをそ
れぞれ式（６１、（７）　、　（１）　、　（２）　。

（３）および（４）により計算し出力する。

アクチュエイターの速度■。または重錘の質量ｍを変え
て測定をつづける。

測定終了後、必要であれば得られた結果をＸＹプロッタ
２１により曲線として描かせる。

次に具体的な測定結果について述べる。

溶液重合スチレン−ブタジェン共重合ゴム１００重量部
とカーボンブラック５０重量部のその他加硫別記合物を
全型を用いて成形、加硫し・で断面積Ａ　ｏ＝　０．９
８５ｃｍ２．厚８１ｃｍの円（１−状の試着な作製り、
　ｆ：：。試才、１を圧力セン号に固定し、質量Ｉｌｌ
二１０１ｇの重錘をｖ　（、＝　２．１８ｃｍ／ｓｅｃ
−４６４ｃｍ／５ｅｔ−の範囲Ｃｊ！１突さ＋↓で測定
した物・１）ｉ値を第１表５示−６ｏ測定渚１度は５０
１−である。なお重錘ＶはｈＪ（利ど接触する而か平面
て試１′１よりやや人ぎな面積の円朴状金属１０″″°
゛パ“・　　　　　　　　　　／／′ 本発明の反発試験機により試験される月利は特に限定す
るもので２．Ｉ−いが好ましくはコム状重合体を含む旧
刺５発泡体４Ａ旧であり、更に好ましくはゴム状重合体
を含む旧刺である。試験される材料の形状は特に限定さ
ねないか、例えは１．１］Ｓ反発弾性試験（８Ｂ３０１
）やタンロップ・１〜リブソメータによる試験に使用さ
れる形状のもてよい。

また、本発明に用いる重錘は金属体に限らず、セラミッ
クス、樹脂製でもよく、重錘の試着との接触面の形状は
平面状または、１１８反発中ｐ・ｌ’ｌ試験機の如く、
丸みをもったもの、刃になったものなと目的に応して選
択できる。

［発明の効果コ 以干説明したように、本発明の反発試験においては重錘
の衝突速度を自由にかえることかてぎるのて、ひずみの
広い範囲にわたって反発係数を測定することができる。

更に従来の試験機では測定かできなかった重錘の衝突速
度２重錘の戻りの速度１重錘が試着に接触しＣいる時間
を測定することがてきるのて、その測定データから動的
貯蔵弾刊率（Ｅ’）、動的粘性係数（η′）、損失圧接
（ｔａｎδ）を算出することかでき、こ才１らの特刊イ
１１′！をタイヤなとの品質設剖、タイヤの走行・１′
１能評価に有効に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の反発試験機の一実施例のブロック図、 第２図は変イ◇検出セン・りの出力波形図、第３図は圧
カセンヅの出力波形図、 第４図は反発試験の手順を示すフローヂャ−１、である
。 １・・・試料、 ２・・・重錘、 ３・・・アダチュエイター、 ４・・・駆動機、 ６・・・変位検出センタ、 ８・・・圧力センタ、 ｌＯ・・・恒温槽。 変イ文ぞン＋ｒ／Ｉ≦カラ座批［Ｅ 第２図 ７岳カゼンサ１１出力う皮丼ａ図 第３図 第４図 手続補正書 昭和６１年７月２１目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）試料を固定する手段と、 前記試料に衝突させる重錘と、 該重錘を所望の速度で前記試料に向けて射出する手段と
   、 前記重錘の前記試料への衝突前の速度および衝突後のも
   どりの速度を検出する手段とを具備したことを特徴とす
   る反発試験装置。 ２）前記試料固定手段の少なくとも一部が圧力検出手段
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   反発試験装置。