JPS6142217B2

JPS6142217B2 -

Info

Publication number: JPS6142217B2
Application number: JP7711878A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Kato
Original assignee: SHINKU RIKO KK
Current assignee: SHINKU RIKO KK
Priority date: 1978-06-26
Filing date: 1978-06-26
Publication date: 1986-09-19
Also published as: JPS554536A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は低周波捩り振子法を用いた金属材料の
内部摩擦測定装置に関する。

従来、金属材料の内部摩擦の測定方法には、自
由減衰法と定振幅法とがある。自由減衰法はまず
駆動装置に試料に一定振幅の捩り振動を与え、し
かるのち駆動装置を消勢して自由減衰振動にし、
そのときの対数減衰率を計算し内部摩擦（Q^-1）
＝１／π １／ｎlogＡ_０／Ａｎ（A₀：初めの振幅、Ａ_o
：ｎ回目の振動のときの振幅）を求めるものであり、定振幅
法は試料が設定した振幅の捩り振動を保持するよ
うに駆動装置にエネルギを供給しそのエネルギの
変化から試料の内部摩擦を求めるものである。前
者は内部摩擦を直接求めることができるが、時間
がかゝり連続記録ができずまた振幅依存性のある
材料では正しい結果がえられない。これに対し後
者は連続的に内部摩擦の変化を測定することがで
きると共に、振幅依存性のある材料の測定に適す
るが、内部摩擦の絶対値が判らないので、自由減
衰法の結果と対比して求めなければならない。従
来の自由減衰法を実施するための装置は、電磁石
で鉄片を吸引し、試料に一定の捩りを与えるよう
にしていたが、内部摩擦は温度により変化するの
でその値に応じて吸引力を加減しないと鉄片は必
要以上の大きな力で吸引されるため試料を含む捩
り系に大きな衝撃を与えることになり、この衝撃
による振動で測定に誤差を生じていた。またこの
衝撃を緩和するためには内部磨擦に応じて鉄片の
吸引力を加減しなければならないが、その自動化
を図ることが困難であつた。

本発明は上記した従来の自由減衰法を実施する
装置の欠点を除去するとともに定振幅法をも併わ
せて実施することができる内部摩擦測定装置を提
供することを目的とするもので、試料に捩りを与
える可動線輪及び永久磁石等から成る駆動装置と
該駆動装置の付勢回路に挿入したスイツチと捩り
振動の振幅に比例した電気信号を発生する装置と
定振幅からの偏差を検出し該偏差に対応する前記
駆動装置の駆動信号又はダンピング信号を発生す
る回路と捩り振動の開始時には前記スイツチを閉
成して前記回路に発生した駆動信号又はダンピン
グ信号を前記駆動装置に供給し、前記試料に定振
幅捩り振動を持続させるシーケンスコントローラ
とを有し、該シーケンスコントローラは前記試料
に対して自由減衰法と定振幅法とを選択的に実施
させることができ且つ自由減衰法を実施させたと
きは、該スイツチを開成させ、前記試料の定振幅
捩り振動を停止させるように構成したことを特徴
とする。

以下本発明を図面について説明する。

第１図は本発明の一実施例の概略図を示す。図
の左方に示すものは、試料に捩り振動を与えるた
めの機構である。

１は測定すべき試料、２はチヤツク、３はチヤ
ツク２に取付けたシヤフト、４はシヤフト３を回
転する可動線輪、永久磁石からなる駆動装置、５
はシヤフト３の横揺れ等に対する制動子、６はシ
ヤフト３に固定したアームの両端に固定したフエ
ライトの円板、７はフエライトの円板６に対向
し、内部にコイルを収納したフエライトのポツト
コアで、ベアリング９で支承された基板８上に設
置される。この円板６とポツトコア７で変位検出
子を構成する。該基板８はモータ１０により回動
するカム１１でアーム１２を介して回動するよう
に構成される。１３は試料１にかゝる張力を一定
に保持するためのカウンタバランス、１４は慣性
ウエイト、１５は加熱炉、１６はヒータ、１７は
熱電対である。

図のその他の構成は該機構の駆動装置４に駆動
エネルギーを供給しシヤフト３つまり試料１を捩
り振動させ試料の内部摩擦を計測する回路のブロ
ツク図である。

２０は、試料１に捩りを与えたときポツトコア
７，７に収納された各コイルのインダクタンスが
増加及び減少しそのための回路がアンバランスに
なり捩りに比例した出力電圧を発生する変位検出
回路、２１は試料１の捩り振動を定振幅に維持す
るために定振幅からの偏差信号を検出し、その信
号により駆動装置４の作動信号を発生する定振幅
回路、２２は出力回路でその出力で駆動装置４を
付勢する。２３は出力でサーボモータ１０を駆動
するサーボ増幅器である。スイツチ３７が閉成さ
れたとき形成されるフエライト円板６、ポツトコ
ア７、変位検出回路２０、サーボ増幅器２３、モ
ータ１０、カム１１、アーム１２及び基板８から
成る閉ループは、ガロ点調整機構を構成する。

２４は減衰率計で、試料１の捩り振動が自由減
衰し設定した振巾（１／πlogＡ_０／Ａ_ｏ）に達したと
き、 100％（定振幅）及び100％以上所定振幅（例えば
103％）になつたときに出力を発生するもの、２
５は１／πlogＡ_０／Ａ_ｏを設定する摘み、２６は100％
振幅から設定した振幅（１／πlogＡ_０／Ａ_ｏ）に減衰する
までゲートを開きその間振動パルスを通過させるアンド
ゲート、２６を通過した振動パルスを計数するカ
ウンタ、２８は減衰率計２４で設定した１／πlogＡ_０
／Ａ_ｏ及び100％振幅から設定した１／πlogＡ_０／Ａ_ｏに減衰
するまでの振動数ｎを入力し内部摩擦（Q^-1）＝１／π １／
ｎ logＡ_０／Ａ_ｏを計算するデジタル演算回路、２９はシ
ーケンスコントローラで、例えば２つのＰ−ROM
（プログラマブル、リード、オンリ、メモリ）と
カウンタで構成され、スタートスイツチ３０、及
び定振幅振動スイツチ３２、又は自由減衰スイツ
チ３３を閉成すると２個のフリツプフロツプを有
するスタート、ストツプ回路３４を介して作動
し、シーケンスプログラムに従つて定振幅動又は
自由減衰振動を行わせる。

１つのＰ−ROMはスタートスイツチ３０の閉
成により発生するスタート信号等の入力信号とシ
ーケンスコントローラの各工程（Ｏ〜）との関
係を結びつけるマトリツクスがメモリされてお
り、他のＰ−ROMは各工程と指令動作（ダン
プ、励磁、自由減衰等）を結びつけるマトリツク
スがメモリされている。カウンタは現在どの工程
にあるかをメモリしておく役目をなすものであ
る。３１はストツプスイツチ、３５は設定した時
間にシーケンスコントローラ２９を制御する入力
信号を発生するタイマ、３６，３７はシーケンス
コントローラで制御されるスイツチ、３８はプロ
グラム温度制御器で、プログラマ３９、PID演算
回路４０、シリコン制御整流器（SCR）を用い
た電流制御回路４１で構成され、加熱炉１５のヒ
ータ１６に電力を供給し試料１をプログラムに従
つて定速昇温、定速冷却又は急速加熱後定温保持
等をするものである。

４５はデータストア回路で、デジタル演算回路
２８の演算結果である内部摩擦と熱電対１７、温
度計４２及びＡ−Ｄ変換器４４を経て取出された
試料１の温度とクロツク４６、カウンタ４７を経
て取出された周期とをストアし、その出力で表示
器４８、プリンタ４９及びＤ−Ａ変換器５０を介
してレコーダ４３を表示、印字及び記録させる。

次に本装置の作用を説明する。

(i) 試料に対して自由減衰法を実施する場合、自由減衰スイツチ３３を押しスタートスイツ
チ３０を押すと、スタート・ストツプ回路３４
を介してシーケンスコントローラ２９がスター
トを開始する。すなわち、スタートスイツチ３
０を押すと、第２図のシーケンスプログラムが
示すように、シーケンスコントローラ２９はス
タート信号によつてＯ工程からＩ工程に移りス
イツチ３７を閉じる。シヤフト３がゼロ点位置
にない時には２つのポツトコア７，７の各コイ
ルのインダクタンスは大及び小で変位検出回路
２０からアンバランス信号が発生するからモー
タ１０により基板８を回転してシヤフト３をゼ
ロ点位置に調整する。同時にスイツチ３６を閉
じて駆動装置４のコイルにダンピング電流を流
し不要な振動をダンプする。５秒経過すると、
タイマ３５の出力により工程に移り、点Ｊか
ら駆動装置４に駆動電流を流す。したがつて試
料１は捩り振動を開始し漸次振幅を増大する。
振幅が指定振幅の103％を超過すると減衰率計
２４の出力信号により工程に移り、カウント
を開始し、一方捩り振動は検出器６，７、変位
検出回路２０、定振幅回路２１、出力回路２２
及び駆動装置４から成る閉ループ回路により定
振幅制御が行われ、定振幅の105％に保持され
る。指定カウントに達すると工程に移り、周
期の測定を開始する。指定カウントに達すると
工程に入りスイツチ３６を切り、駆動装置４
を消勢し自由減衰させる。100％以下になると
減衰率計２４からの信号で工程に移り、アン
ドゲート２６を開き定振幅回路２１から得られ
る振動パルスｆをカウンタ２７で計数を開始さ
せる。減衰率計２４の摘み２５で設定した低レ
ベルの振幅（１／πlogＡ_０／Ａ_ｏ）に達したら減衰率計２４からの信号で工程に
移りアンドゲート２６を閉じてカウントを停止
させるとともにスイツチ３６を閉じ点Ｊより駆
動装置４にダンピング電流を流し試料１の振動
をダンプし停止させる。スタートスイツチ３０
が閉じている間は再び前と同じようにＯ工程か
ら工程を繰返す。

データ演算回路２８には減衰率計２４の設定
した１／πlogＡ_０／Ａ_ｏとカウンタ２７のカウンタ数ｎが入力するの
で、こゝで除算及び掛算が行われ、内部摩擦（Q^-1）＝１／π １／ｎlogＡ_０／Ａ_ｏを算出する。この内部摩擦（Q^-1）は周期及び
そのときの試料温度とともにデータストア回路
４５にストアされプリンタ４９に印字され、ま
たレコーダ４３に記録される。

(ii) 定振幅法を実施する場合、定振幅スイツチ３２を押しスタートスイツチ
３０を押すと、定振幅法のシーケンスプログラ
ムが選択され、シーケンスコントローラ２９は
自由減衰法の場合と同じようにＯ工定から工
程まで進行し、以後自由減衰の工程に移行せず
励磁が維持される。

一方、同時にプログラム温度制御器３８は試料
１をプログラム３９の所定のプログラムに従つて
例えば定速昇温又は降温させる。

試料１の内部摩擦は温度によつて変化するの
で、一定振幅で試料１を捩り振動させた状態で捩
り系に与えたエネルギーの変化を測定すればそれ
が内部摩擦に比例することになる。そこで、与え
たエネルギーに比例した電圧を定振幅回路２１か
ら検出し、レコーダ４３で温度とともに連続的に
記録すると、一回の昇温又は、降温過程で連続的
に温度対Q^-1曲線を求めることができる。

第３図は定振幅回路２１及び出力回路２２の詳
細を示している。

１００は振動の十側及び一側をそれぞれ直線検
波する直線検波回路、１０１はピークホールド・
アンド・リセツト回路、この回路に挿入されてい
るスイツチ５１は端子Ａから波形整形回路５９、
単安定マルチバイブレータ６０を経て出力する位
相α（第４図Ａ）のパルスｆ（第４図ｆ）で閉成
し、スイツチ５２は端子Ａから移相回路５８、波
形整形回路５９及び単安定マルチバイブレータ６
０を経て出力する位相β（第４図Ａ）のパルスｇ
（第４図Ｇ）で閉成し、該回路１０１を一サイク
ル毎にリセツトし変化に正確にフオローさせるも
のである。１０２は加算回路、１０３はサンプル
ホールド回路、この回路に挿入されているスイツ
チ５３は第４図Ａに示す位相β，δで発生するパ
ルスｇ（第４図Ｇ）g′（発生回路及び波形は図示
しない。）で閉成する。１０４は示差増幅器で、
その内部に基準電圧発生用ツエナダイオード５４
及び基準電圧をゼロにするスイツチ５５を有して
いる。

１０５は比例増幅器、１０６は積分増幅器で、
この両者で比例積分演算を行なう。１０７は加算
回路、１０８は反転回路、１０９は極性変換スイ
ツチ、２２は前述の出力回路で、端子Ｉの出力を
増幅５６し試料１の大きさ等に応じて減衰量を調
整５７し駆動装置４に最適の駆動電圧を供給する
ものである。

スイツチ３６を閉じ端子Ｊを駆動装置４に接続
すると、前述のように閉ループが形成されるの
で、除々に振動の振幅が拡大され、振動の振幅に
対応した電圧（第４図Ａ）が変位検出回路２０を
経て端子Ａに現われる。この電圧は直線検波回路
１００で検波され、ピークホールド・アンド・リ
セツト回路１０１で十及び一側のビーク値を保持
し（第４図Ｂ，Ｃ）、この十及び一側のピーク値
は加算回路１０２で加算され（第４図Ｄ）サンプ
ルホールド回路１０３の振動の十ピークから−ピ
ークまでの振幅に対応した一定出力をうる。（第
４図Ｅ）このＥ点の電圧ｅは示差増幅器１０４で
ツエナダイオード５４で設定された基準電圧と比
較され基準電圧より高いときは一の差電圧、低い
ときは十の差電圧を出力する。この電圧が比例増
幅器１０５及び積算増幅器で比例積分演算され、
加算回路１０７で加算され、反転回路１０８でそ
のまま及び極性反転してそれぞれ次段の極性転換
スイツチ１０９に入力する。該スイツチ１０９の
２つのスイツチは振動波形に対し90゜ずれた位相
の電圧ｈ（第４図Ｈ）で交互に閉成されるから、
端子Ｉより振動波形に対し90゜ずれ且つ基準電圧
より高い時と低いときで互に逆位相の矩形波電圧
（第４図I₁，I₂）を生ずる。点Ｅの電圧が前記基準
電圧より高いときは振動の振幅は一定振幅より大
きいことであるから振動波形に対し90゜位相の遅
れた矩形波電圧（第４図I₁）を出力回路２２を経
て駆動装置４のコイルに印加すれば振動が減衰
し、基準電圧より低いときは振動の振幅は一定振
副より小さいことであるので、振動振幅より90゜
位相の進んだ矩形波電圧（第４図I₂）を駆動装置
４に印加すれば振動が増大する。かくて閉ループ
制御により常に一定振幅で振動が持続する。

自由減衰振動をさせるときは、スイツチ３６を
開き駆動装置４を消勢すればよく、また、ダンプ
するときは示差増幅器１０４内のスイツチ５５を
シーケンスコントローラ２７からの信号により閉
成すれば、端子Ｉには振動をダンプする位相の電
圧が発生し、この電圧が駆動装置４に加わる結果
振動は急速に停止する。

定振幅法を実施するとき、内部摩擦に対応する
捩り系に与えたエネルギー変化、この実施例の場
合は駆動装置４に流れる電流変化したがつて電圧
ｈ変化を点ｋから取出してレコーダ４３に印加し
記録する。

第５図は、減衰率計２４の電気回路図で、端子
E′は定振幅回路２１の端子Ｅに接続され、試料
１の振動振幅に対応した直流電圧が印加される端
子で、各コンパレータ６０，６１，６２の一方の
入力端子に各接続する。コンパレータ６０は振動
振幅が103％を超過したら出力を発生し、コンパ
レータ６１は振動振幅が100％以下になつたら出
力が発生するもので、他方の各入力端子は定電圧
電源６３に接続したポテンシヨメータ６４の所定
のタツプに各接続される。コンパレータ６２は振
動振幅が所定の振幅（１／πlogＡ_０／Ａ_ｏ）まで減衰
したことを検知するもので、他方の入力端子は振幅（１／π logＡ_０／Ａ_ｏ）＝0.1、0.2、0.3に各対応するポテンシ
ヨメータ６４のタツプ位置に切換え接続するスイツチ
６５の可動接片６６に接続する。各コンパレータ
６０，６１，６２の出力はシーケンスコントロー
ラ２９に導く。

スイツチ６５は連動スイツチを構成しており、
摘み２５により可動接片６６を切換えるとき同時
に可動接片６７も切換え、タツプ位置に対応する
所定振幅（１／πlogＡ_０／Ａ_ｏ）をデジタル量として
デジタル演算回路２８に入力する。

このように本発明は、試料に捩りを与える駆動
装置と該駆動装置の付勢回路に挿入したスイツチ
と捩り振動の振幅に比例した電気信号の発生装置
と定振幅回路を設けたので、自由減衰法を実施す
る場合、スイツチを投入すればスタートの時点で
スムーズに所定振幅の捩りを与えることができ、
またスイツチを閉じたまゝにしておけば定振幅法
を実施することができるので、両法のいずれかを
随時選択実施することができ、更に自動測定を図
ることが容易であるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の機構及びブロツク
図、第２図はシーケンスコントローラのシーケン
スプログラム図、第３図は本発明における定振幅
回路及び出力回路の電気回路図、第４図は各部の
波形図、第５図は本発明における減衰率計の電気
回路図である。１……試料、２……チヤツク、３……シヤフ
ト、４……駆動装置、６……フエライト円板、７
……フエライトポツトコア、８……基板、１０…
…モータ、１１……カム、１６……ヒータ、１７
……熱電対、２０……変位検出回路、２１……定
振幅回路、２４……減衰率計、２６……アンドゲ
ート、２７……カウンタ、２８……デイジタル演
算回路、２９……シーケンスコントローラ、３０
……スタートスイツチ、３２……定振幅振動スイ
ツチ、３３……自由減衰スイツチ、３６，３７…
…スイツチ、３８……プログラム温度制御器、４
２……温度計、４３……レコーダ、４５……デー
タストア回路、４８……表示器、４９……プリン
タ、１００……直線検波回路、１０１……ピーク
ホールドアンドリセツト回路、１０２……加算回
路、１０３……サンプルホールド回路、１０４…
…示差増幅器、１０８……反転回路、１０９……
極性変換回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１試料に捩りを与える可動線輪及び永久磁石等
から成る駆動装置と、該駆動装置の付勢回路に挿
入したスイツチと、捩り振動の振幅に比例した電
気信号を発生する装置と、定振幅からの偏差を検
出し該偏差に対応する前記駆動装置の駆動信号又
はダンピング信号を発生する回路と、捩り振動の
開始時には前記スイツチを閉成して前記回路に発
生した駆動信号又はダンピング信号を前記駆動装
置に供給し、前記試料に定振幅捩り振動を持続さ
せるシーケンスコントローラとを有し、該シーケ
ンスコントローラは前記試料に対して自由減衰法
と定振幅法とを選択的に実施させることができ且
つ自由減衰法を実施させたときは、該スイツチを
開成させ、前記試料の定振幅捩り振動を停止させ
るように構成したことを特徴とする内部摩擦測定
装置。