はじめに
レオロジー（rheology）とは、ギリシャ語の "rheos（流れる）"と"-logy（科学）"という2つの語幹からなる言葉である。レオロジーとは、特定の条件下（温度、せん断速度など）における材料の流動および変形挙動を研究する学問である。ほとんどの材料において、これらの特性はプロセスの速度に大きく依存する。例えば、一般的にポリマーはせん断減粘性を示します。つまり、せん断粘度、すなわち流動に対する抵抗は、せん断速度の増加とともに減少します。これとは対照的に、一部の材料はせん断増粘挙動を示す。classic 、澱粉の水懸濁液がその例である。ゆっくりとした動きで、混合することができる。素早く叩くと、せん断粘度が大きく上昇し、分散液は硬くなる。
このように、せん断速度はレオロジー特性に大きく依存するため、決定的な特性評価を行うには、プロセス指向の条件下で実施する必要があります。2つの測定方法があります。ロザンドキャピラリレオメータが射出成形のような高速プロセスの条件を捉えるのに対し、キネクサス回転型レオメータは、ボトルからのケチャップの流れやプレート上での構造構成など、せん断速度が遅いアプリケーションに適しています。
Kinexus回転型レオメーターには、これらの測定用に、垂直方向の力を測定できる高分解能の高感度法線力センサーも搭載されています。変位分解能が高く、データレートが高速であるため、従来の粘弾性測定に加え、感覚を定量化することができます。例えば、Kinexusを使用することで、チョコレートが口の中で溶ける際の口蓋に対する舌の動きをシミュレートすることができます(詳しくはこちらを参照)。
以下では、Kinexusの法線力制御を使用して、プラスチックホイルキーボードの触覚動作を定量化します。
課題と目的
新製品開発プロジェクトで、新しいプラスチック箔キーボードを使用することになった。そのプッシュボタンスイッチは、従来製品のプラスチック箔キーボードのシリアルスイッチと同じ触覚フィードバックを持つ必要がある。これを実現するために、Kinexus回転型レオメータを使用してシリアルプラスチック箔キーボードのトリップ力を決定し、これを新しいプラスチック箔キーボードのメトリックとして指定する。
試料と測定方法
測定は、図1に示したプラスチック箔キーボードの4つのスイッチに対して行った。各スイッチの記号を表1に示す。
表1：4つのスイッチの名称
| 指定 | 記号 |
|---|---|
| スイッチ1 | 矢印 |
| スイッチ2 | 太陽 |
| スイッチ3 | ライン |
| スイッチ4 | スタンバイ |
試験中の転倒を避けるため、プラスチック箔のキーボードは2つの部分に切り分けられた。さらに、フレックスリードを取り外した。準備したプラスチック箔キーボードをKinexus回転型レオメータの下部測定プレートの上に置いた（図2参照）。
現場の機械加工用プロトタイピング部門では、アルミニウム製の8mmシングルユースプレート形状を5.4mm回転させた（図3参照）。これは、スイッチだけを確実に測定するためである。
上部の測定ジオメトリーはキーボードまで駆動された。その後、キーボードは、測定ジオメトリが押しボタンスイッチの上に位置するように向きを変えた（図4参照）。
測定は1つのスイッチにつき3回行われた。このために、予備的な力（圧縮）が加えられた。この時点で、変位の値はゼロに設定される。その後、測定・評価ソフトウェア（rSpace ）により、試験が終了する最大荷重値が定義される。予備力に達した後、測定システムは最大力に達するまで0.01mm/sの速度でプラスチック箔キーボードに向かって駆動する。
図5では、その結果の荷重-変位図を例として示している。トリップ力は局所的な最大値として現れている。トリップ力を超えると、ボタンを押すのに必要な力は少なくなり、打鍵時に押し切られるまで、力はその後、力の遮断値に達するまで直線的に増加する。
測定結果
図6は3つの押しボタンスイッチの荷重-変位図である。Y軸は力、X軸は変位を示す。各プロットで他の色で示されている3本の曲線は、スイッチ1つにつき3回の試験を表している。
図7は実験室試験の測定結果である。Y軸はトリップ力を示す。x軸はそれぞれの押しボタンスイッチを示す。図6には、局所最大値の評価が示されている。
試験速度によるlarge のずれが存在しないことを確認するため、試験速度を上げてさらなる試験を実施した（図8参照）。しかしここでも、トリップ力に差は見られなかった。力の進行の差は再現性の範囲内である（図6も参照）。
さらに、代替キーボードもテストした。図9に代替例を示すように、力の進行とトリップ力に偏差が見られる。
概要
Kinexus回転型レオメーターは、その高感度な常用力制御と高データレートにより、プラスチックホイルキーボードの4つの押しボタンスイッチの触覚挙動を測定するために使用されました。その結果、トリップ力を再現性よく測定できることがわかりました。これにより、触覚フィードバックの標準を決定し、代替品と比較することができます。
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75年以上にわたり、WIKAは計測技術の精度と革新性を提供してきました。WIKAは世界をリードするパートナーとして、圧力、温度、力、レベル、流量測定、校正、SF6ガス管理などのソリューションを提供しています。
世界中に約11,200名の従業員を擁するWIKAは、大学や産業界とのコラボレーションにより、アプリケーションに特化したソリューションを開発しています。WIKAの製品とシステムは、顧客とパートナーの発展のために、信頼性と最先端技術を融合させています。
Kinexus回転型レオメータに加え、WIKAは、世界的な研究機関である DMA 303 Eplexor®®および TMA 402 F3 Hyperion®®.どちらの方法も、ポリマーや材料の動作温度を測定したり、シミュレーション用の技術データシートを補足するために使用されます。