JP6001582B2

JP6001582B2 - 弾性力測定方法

Info

Publication number: JP6001582B2
Application number: JP2014051158A
Authority: JP
Inventors: 齋藤　博之; 博之齋藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: JP2015175682A

Description

本発明は、樹脂などの材料の弾力性を測定する弾性力測定方法に関する。

材料の特性を把握するために、例えば、一軸引っ張り試験や一軸付着力試験が行われる（特許文献１，非特許文献１参照）。これらの試験では、破断強さや付着強さを測定する。これらの一軸引っ張り試験および一軸付着力試験は、材料の特性を数値化して表現することができるので、上述したような材料の特性を把握する上で有効な方法である。

「プルオフ法について（コーテック技術資料）」http://www.cotec.co.jp/news/guidance/pdf/no13.pdf

しかしながら、材料の中には、引っ張り特性において、引っ張り力に比例した成分のみならず、引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料が存在する。これらの材料を引っ張り力のみを規定して試験すると、引っ張り速度の影響で正確な測定ができない。この問題を解決するためには、引っ張り力を加える際に、その変化速度（引っ張り速度）が０となるようにすればよい。

より詳細に説明する。上述したような材料は、通常であればフックの法則に従って弾性成分「Ｆ₁＝ｋ₁ｘ（ｘ：変位）・・・（１）」となるべきところに、直列または並列等で「Ｆ₂＝ｋ₂ｄｘ／ｄｔ・・・（２）」で示されるような貯蔵弾性成分が加わっている。このため、ｄｘ／ｄｔ＝０であれば、上述した問題が解消できる。従って、従来では、変化速度が０とみなせるような低い速度で測定を行うことが実施されてきた。

上述した低い速度による測定は、一定の成果をあげているが、なお、変化速度が０とみなせるような低い速度が、経験により決定されているため、正確性に欠けるという問題があった。また、変化速度を低くするために、長い測定時間を要するという問題があった。

非特許文献１には、剥がれあるいは破壊が９０秒以内で発生するように１ＭＰａ／秒を超えない実質的に一様な速度で張力を加えるという制限について記載されている。非特許文献１には、「急激に張力を変化させたり、試験機が振動・ぶれたりすると、本来の張力値に達する前にはく離などが起きてしまいます」とも記載され、従来では、張力の測定が容易には実施できないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、引っ張り力に比例した成分に加えて引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料であっても、材料の弾力性が容易に測定できるようにすることを目的とする。

本発明に係る弾性力測定方法は、測定対象の材料からなる複数の試験片に対して各々異なる引っ張り速度で試験を実施し、各々の引っ張り速度における同一の長さに伸びたときの引っ張り力を測定して複数の測定値を得る測定ステップと、引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップとを備える。

また、本発明に係る弾性力測定方法は、測定対象の材料からなる複数の試験片に対して各々異なる引っ張り速度で試験を実施し、各々の引っ張り速度における破断したときの引っ張り力を測定して複数の測定値を得る測定ステップと、引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップとを備える。

上記弾性力測定方法において、試験は、１軸引っ張り試験または１軸付着試験である。

以上説明したことにより、本発明によれば、引っ張り力に比例した成分に加えて引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料であっても、材料の弾力性が容易に測定できるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態における弾性力測定方法を説明するためのフローチャートである。図２は、本発明の弾性力測定方法を実施するための試験装置（引っ張り試験機）の構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における弾性力測定方法を説明するためのフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１で、測定対象の材料からなる複数の試験片を用意する。次に、ステップＳ１０２で、所定の引っ張り速度で試験を実施して同一の長さに伸びたときの（変位量を同一としたときの）測定値（引っ張り力）を得る。例えば、１軸引っ張り試験を実施する。なお、１軸付着試験であってもよい。次に、ステップＳ１０３で、試験を実施した試験数が設定された試験数に達していることを確認する。この確認で、実施した試験数が、設定した試験数に達していない場合（ステップＳ１０３のＮ）、ステップＳ１０４で、試験対象の試験片を交換し、ステップＳ１０５で、試験条件を異なる引っ張り速度に変更し、ステップＳ１０２に戻り、新たな試験片で異なる引っ張り速度で試験を実施して測定値を得る。

上述した複数の試験片に対する各々異なる引っ張り速度の試験を、設定してある試験数（試験片の数）実施して複数の測定値を得た後（ステップＳ１０３のＹ）、ステップＳ１０６で、引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の測定値のプロットによるグラフを作成し、このグラフを外挿する。次に、ステップＳ１０７で、作成した外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、測定対象の材料の引っ張り力の弾性成分とする。

前述したように、材料には、弾性成分「Ｆ₁＝ｋ₁ｘ（ｘ：変位）・・・（１）」と、貯蔵弾性成分「Ｆ₂＝ｋ₂ｄｘ／ｄｔ・・・（２）」とが存在する。上述した複数の試験片に対し、各々異なる引っ張り速度で実施する試験は、式（２）におけるｄｘ／ｄｔを変化させた場合の見かけの引っ張り力を測定することになる。また、上述したグラフの外挿により得られる値は、各々異なる引っ張り力をｄｘ／ｄｔの関数とし、ｄｘ／ｄｔ＝０となる極限における値となる。なお、同一の長さではなく破断したときの引っ張り力を測定してもよい。これにより、引っ張り速度を０としたときの破断力が求められる。

［実施例］
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。例えば、図２に示す試験装置（引っ張り試験機）を用いて試験を実施する。この試験装置は、ステージ２０１と、ステージ２０１の上を移動可能とされた複数の試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを備える。ここでは、３つの試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを備える例を示している。また、試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃは、測定対象の試験片２０３を把持する２カ所の把持部２０４を備えている。

例えば、試料台２０２ａの把持部２０４を試験装置の駆動機構（不図示）に接続し、試料台２０２ａに設置されている試験片２０３に対して第１の引っ張り速度で引っ張り試験を行う。次に、試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを移動させ、試料台２０２ｂの把持部２０４を試験装置の駆動機構（不図示）に接続し、試料台２０２ｂに設置されている試験片２０３に対して第２の引っ張り速度で引っ張り試験を行う。次に、試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを移動させ、試料台２０２ｃの把持部２０４を試験装置の駆動機構（不図示）に接続し、試料台２０２ｃに設置されている試験片２０３に対して第３の引っ張り速度で引っ張り試験を行う。

以上のことにより、３つの試験片２０３に対し、各々異なる引っ張り速度で試験が実施できる。各々について、例えば、試料片２０３の変位量として１ｍｍ伸びた時点の引っ張り力を測定すればよい。なお、引っ張り速度は、試験装置に設定しておけばよい。例えば、１０μｍ／秒，１μｍ／秒，０．１μｍ／秒の、３つの引っ張り速度を設定すればよい。なお、引っ張り速度は、２種類以上であればよく、試験片は２つ以上あればよい。また、変位量は、１ｍｍに限らず、０．５ｍｍでもよく、予め決定しておけばよい。

上述したように３つの引っ張り速度で実施した３つの引っ張り試験の測定結果より、３の引っ張り速度ｄｘ／ｄｔと、これらに応じて測定された引っ張り力（みかけの引っ張り力）Ｆの相関をとる（グラフを作成する）。これらの相関のとり方は、任意の近似法を用いてよいが、一例として最小自乗法を用いることが考えられる。このようにして得られた相関（グラフ）から、外挿することで、ｄｘ／ｄｔ＝０となるときのＦの値を求める。このようにして求めたＦは、貯蔵弾性成分が含まれていない弾性成分のみとなる。

以上に説明したように、本発明によれば、経験や長い時間を要することなく引っ張り力の弾性成分が求められ、引っ張り力に比例した成分に加えて引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料であっても、材料の弾力性が容易に測定できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した試験装置の試験動作は、上述した各設定がプログラムされたコンピュータにより制御することができる。

２０１…ステージ、２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ…試料台、２０３…試験片、２０４…把持部。

Claims

測定対象の材料からなる複数の試験片に対して各々異なる引っ張り速度で試験を実施し、各々の引っ張り速度における同一の長さに伸びたときの引っ張り力を測定して複数の測定値を得る測定ステップと、
引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の前記測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、前記材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップと
を備えることを特徴とする弾性力測定方法。
測定対象の材料からなる複数の試験片に対して各々異なる引っ張り速度で試験を実施し、各々の引っ張り速度における破断したときの引っ張り力を測定して複数の測定値を得る測定ステップと、
引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の前記測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、前記材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップと
を備えることを特徴とする弾性力測定方法。
請求項１または２記載の弾性力測定方法において、
前記試験は、１軸引っ張り試験または１軸付着試験であることを特徴とする弾性力測定方法。