JPH03225256A - 動的弾性係数の測定方法 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、オイルシール、０リング等のように、ゴム
、高分子材料等よりなる寸法の小さい部品の動的な弾性
係数を測定する方法に関する。

（従来の技術） 従来の動的弾性係数を計測する方法としては材料素材か
ら所定の寸法に切り出し加工、または金型を用いて成形
した試料を使用して試験機により動的な変形を与え、変
形と荷重との他にその間の位相差を計測することにより
動的な弾性係数を計算により求めるのが一般である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、試験機にかけるためにはある程度の大き
さを有する試料でなければならず、オイルシール、Ｏリ
ング等のように断面寸法の小さい部分から試料を採取す
ることは困難であった。

また、オイルシール、０リング等の密封装置においては
、回転軸等に接触するため、その接触面の特性が問題と
なるのであるが、現物による試験は行なえないため、現
実には部品を切断して試料とし、回転軸への接触面に最
も近い部位の硬度を計測することにより、高分子材料の
劣化の割合を計測している。

しかし、回転軸の振動や密封流体の圧力等によって接触
面に対する荷重が動的に変動する連動用シールの場合に
は、回転軸等の相手部品に対する追随性が問題であり、
硬度のような静的特性ではニーズに応えることができな
い。

この発明は上記課題を解決するためのもので、オイルシ
ール、０リング等のように比較的寸法の小さい部品を加
工・破壊することなくそのまま試料として用い、その動
的弾性係数を測定することのできる動的弾性係数の測定
方法を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためこの発明は、弧状の曲面を有す
る測定子を試料の表面に圧接して試料を弾性変形させた
後、測定子を圧接方向に振動させて試料に変動荷重を加
えるとともに、測定子の変位と試料に加わった変動荷重
との位相差から、ヘルツの理論により試料の動的弾性係
数を求めるように構成した。

また、測定子は球形であることが望ましい。

（作　用） 上記構成に基づくこの発明は、測定子の振動により試料
に変動荷重が加えられる。測定子の変位と試料に加わっ
た変動荷重との位相差から、ヘルツの理論により試料の
動的弾性係数が求められる。

また、測定子を試料から離すと、試料は元の形状に復帰
する。

（実施例） 次に、この発明を添付図面に基づいて説明する。

第６図は、この発明に用いる測定装置１を示している。

固定台２には支柱３が設けられており、この支柱３には
図示しない微動機構により上下に移動可能な支持台４が
設けられている。この支持台４内には差動トランス５が
設けられているとともに、差動トランス５の中空部を貫
通する口・ンド６が垂直に設けられている。このロッド
６は長さ方向に設けられた複数の仮ばね７を介して支持
台４に支持されている。ロンドロの上端には動電形の加
振装置９が設けられている。この加振装置９は図示しな
い低周波発振器に対してコイル８を介して接続されてい
る。一方、ロッド６の下端には測定子としての硬球１０
が設けられている。この硬球１０の半径、ポアソン比２
弾性係数は既知のものが使用される。

前記固定台２上であって、ロッド６の真下に相当する位
置にはロードセル１１が設けられているとともに、この
ロードセル１１上には載物台１２が設けられている。

ところで、ロードセル１１はコンピュータ１３及びモニ
タ（ペン書きオシロ、電磁オシロ、シンクロスコープ等
）１４に接続されている。また、差動トランス５も同様
にしてコンピュータ１３及びモニタ１４に接続されてい
る。

次に、上記測定装置ｌの作用及びこれによる動的弾性係
数の測定方法を説明する。

まず、載物台１２上にのせた（図示しない手段により固
定している。）オイルシール（ゴム、高分子材料製）等
の試料１５の大きさに合せて支持台４を上下動させ第１
図のように硬球１０を試料１５の表面に接触させるとと
もに、支持台４を所定量下げて硬球１０を第２図のよう
に試料１５の表面に垂直に圧接させて深さｌだけ押し込
み弾性変形（試料１５の弾性限度内）させる。

そして、図示しない低周波発振器からコイル８を介して
加振装置９へと交流信号を与えると、その正弦波の動き
はロッド６に伝達されて上下動し、硬球ｌＯが圧接方向
（垂直）に振幅りで振動する。

ここで、硬球ｌＯの振幅りはｈ＜ｚとなるような値に設
定される。このようにして、硬球１０の振動により試料
１５に対して変動荷重（圧縮応力）が加えられることに
なる。この場合応力と変位の関係は弾性力学のヘルツの
式で与えられる。今、Ｒ：硬球の半径 νＡ　：試料のポアソン比 Ｅｌ　：試料の動的弾性係数 Ｅｌ　：硬球の弾性係数 ν１　：硬球のポアソン比 ΔＰ：硬球に与えられる変動荷重 とすると硬球１０に与える振幅りは次の式で与えられる
。

ここで問題としている高分子製の試料１５の場合にはＥ
　、＞）　Ｅ　ａであるから（１）式の第二項は無視で
きるので式は次のようになる。

この式を変形すると となる。

ここで未知数がＥ、及びν、の２個となりそのままでは
求められないがν１を仮定すると（３）式から弾性係数
が求められる。

我々が一般に使用する材料のポアソン比はほぼ０．２〜
０．３である。ポアソン比を仮定した場合の精度に及ぼ
す影響としては（ｌ〜ν２）２　の値はシー０．２及び
０．３でそれぞれ０．９２．０．８３であり誤差はシー
０．２５として扱っても誤差は±５％以内となる。

ゴムの場合はシー０．５として扱われるので（３）式％
式％ （４） このようにして計測された動的弾性係数Ｅ″は第５図に
示すように複素数で表わされる。

一方、前述の作用中、ロッド６の上下動、即ち、硬球６
の振動は差動トランス５（または板ばね７にはり付けた
歪ゲージ（図示せず））で検出されるとともに、試料１
５に加えられた変動荷動はロードセル１１により検出さ
れる。ここで、試料１５はゴム、高分子材料等の粘弾性
体であるため、モニタ１４上に第４図に示すようにアナ
ログ量として表われる硬球１０の変位（実線）と、試料
に加えられた変動荷重（点線）ΔＰとは位相差（時間の
遅れ）δが生しる。

従って、前述の動的弾性係数Ｅ０は、 で求められる。

コンピュータ１３は振幅り、変動荷重ΔＰ２位相差δの
計測値を（４）、　（５）式に与え、Ｅ”、Ｅ’Ｅ″の
計算処理を行なうこととなる。

なお、上記実施例において、高分子材料等の粘弾性体試
料１５は、振動数、歪量及び温度により特性が変るので
、必要ならば低周波発信器の周波数を可変とすればよい
。

このように、本発明においては、硬球１０を試料１５に
接触した後に所定の深さ２だけ押し込んで（圧接）試料
１０を弾性変形させるとともに、硬球ＩＯを圧接方向に
振動させて試料１０に変動荷重ΔＰを加え、硬球１０の
変位及び変動荷重ΔＰの位相差δからヘルツの理論によ
り試料の動的弾性係数を求めている。従って、ゴム、高
分子材料製のオイルシール、０リング等比較的小寸法の
部品を加工、破壊せずにそのまま試料として用い、その
動的弾性係数を測定することができる。

第７図は環状の試料１６の内周面側（例えば０リング等
であって回転軸に接触する面）の動的弾性係数を測定す
る場合を示している。この場合には、ロッド６の先端側
を屈曲したものを使用すれば、前述と同様にして測定で
きる。

（発明の効果） この発明は以上のように構成したものであるから、硬球
を試料に圧接して試料を弾性変形させるとともに、硬球
を圧接方向に振動させて試料に変動荷重を加え、硬球の
変位及び変動荷重の位相差からヘルツの理論により試料
の動的弾性係数を求めている。

従って、ゴム、高分子材料製のオイルシール。

０リング等比較的小寸法の部品を加工、破壊せずにその
まま試料として用い、その動的弾性係数を測定すること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図〜第３図は硬
球を試料に接触させてから変動荷重を与えるまでの過程
を示す説明図、第４図は硬球の変位と試料に加えられる
変動荷重の関係を示すグラフ、第５図は動的弾性係数、
複素弾性率の実数部。 複素弾性率の虚数部の関係を示す説明図、第６図は本発
明に使用する測定装置の構成例を示す図、第７図は環状
の試料の内周面の動的弾性係数を測定する場合を示す図
である。 符　　号　　の　　説　　明 １０・・・硬球（測定子）　　１５・・・試料δ・・・
変位差　　　　　　　ΔＰ・・・変動荷重Ｅ・・・動的
弾性係数 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）弧状の曲面を有する測定子を試料の表面に圧接し
   て試料を弾性変形させた後、測定子を圧接方向に振動さ
   せて試料に変動荷重を加えるとともに、測定子の変位と
   試料に加わった変動荷重との位相差から、ヘルツの理論
   により試料の動的弾性係数を求めることを特徴とする動
   的弾性係数の測定方法。
2. （２）測定子が球である請求項１に記載の動的弾性係数
   の測定方法。