JPH07104236B2 - 応力緩和試験装置および応力緩和試験方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、応力緩和（リラクスセーション）試験装置
および応力緩和試験方法に関するものであり、特に金属
端子等の微小構造物の応力緩和を高精度で試験すること
ができる装置および方法に関する。

（従来の技術とその課題） 応力緩和試験とは、金属材料，ゴムやプラスチック等の
試験対象物に一定変位を与え、試験対象物の反力の時間
変化を測定することによって、その試験対象物の特性を
評価する試験である。この試験を自動的に行うために、
従来より種々の応力緩和試験装置（以下、単に「試験装
置」という）が提案されている。

ところで、従来の試験装置では、比較的大型の試験片を
その試験対象としており、微小構造物の応力緩和を精度
良く試験することは困難であった。その主たる原因は、
試験装置の周辺温度の変化である。すなわち、これらの
試験装置では、２つの治具により試験対象物を挟み込ん
で、一定の変位を与えている。そのため、周辺温度が変
化すると、治具が熱膨脹（あるいは収縮）して、試験対
象物に与えられる変位量（以下「試験変位量」という）
が変化するからである。通常、この熱膨張収縮量はわず
かなものであり、試験対象物が比較的大型の構造物にお
いては、その量は無視できる程度のものである。したが
って、治具の熱膨脹／収縮によって試験変位量が変化し
たとしても、構造物の性能評価や機能評価に大きな影響
が及ぶことはない。

しかしながら、試験対象物が小さくなるにしたがって熱
膨張収縮量を無視することができなくなり、微小構造物
においては試験変位量がわずかに変化するだけでも、そ
の構造物の性能評価や機能評価に大きな影響が及ぶこと
が知られている。

特に、微小構造物が銅やアルミニューム等の弾性係数の
大きな金属材料からなる構造物、例えば端子である場
合、その構造物に与える試験変位量がわずかに変化した
としても、その反力が大きく変化してしまう、その応力
緩和試験の精度が著しく低下してしまう。

（発明の目的） この発明は、上記課題を解決するためになされたもの
で、微小構造物の応力緩和試験を精度良く行うことがで
きる応力緩和試験装置および応力緩和試験方法を提供す
ることを目的とする。

（目的を達成するための手段） 請求項１の発明は、試験対象物に一定変位を与え、その
試験対象物の反力を測定して、当該試験対象物の応力緩
和を試験する応力緩和試験装置であって、上記目的を達
成するために、第１および第２治具を近接させることに
よって試験対象物を挟み込んで、その試験対象物に変位
を与えるとともに、その試験対象物の反力を測定する測
定部と、前記測定部と同一の構成で、しかも前記測定部
の近傍に設けられたフィードバック部と、前記フィード
バック部の熱膨張収縮量を検出する検出部と、前記フィ
ードバック部が熱膨脹した場合には前記第１および第２
治具を前記熱膨張収縮量だけ離隔させる一方、熱収縮し
た場合には前記熱膨張収縮量だけさらに近接させて、前
記試験対象物に与える変位量を一定に保つ制御部とを備
えている。

また、請求項２の発明は、試験対象物に一定変位を与
え、その試験対象物の反力を測定して、当該試験対象物
の応力緩和を試験する応力緩和試験方法であって、上記
目的を達成するために、第１および第２治具を近接させ
ることによって試験対象物を挟み込んで、その試験対象
物に所定の変位を与える工程と、前記第１および第２治
具と同一の構成で、しかも前記第１および第２治具の近
傍位置に設けられた第３および第４治具の熱膨張収縮量
を検出する工程と、前記第３および第４治具が熱膨脹し
た場合には前記第１および第２治具を前記熱膨張収縮量
だけ離隔させる一方、熱収縮した場合には前記熱膨張収
縮量だけさらに近接させて、前記試験対象物に与える変
位量を一定に保つ工程と前記試験対象物の反力を測定す
る工程とを含んでいる。

（作用） 請求項１の発明によれば、フィードバック部の熱膨張収
縮量が検出され、前記フィードバック部が熱膨脹した場
合には前記第１および第２治具は前記熱膨張収縮量だけ
離隔される一方、熱収縮した場合には前記熱膨張収縮量
だけさらに近接される。したがって、試験対象物に与え
られる変位量は、前記第１および第２治具の熱膨脹／収
縮によって変化することなく、一定に保たれる。その結
果、精度良く応力緩和試験が実行される。

また、請求項２の発明によれば、第１および第２治具と
同一の構成で、しかも前記第１および第２治具の近傍位
置に設けられた第３および第４治具の熱膨張収縮量が検
出され、前記第３および第４治具が熱膨脹した場合には
前記第１および第２治具を前記熱膨張収縮量だけ離隔さ
れる一方、熱収縮した場合には前記熱膨張収縮量だけさ
らに近接され、その状態で試験対象物の反力が測定され
る。したがって、前記請求項１の発明と同様に、精度良
く応力緩和試験が実行される。

（実施例） 第１図はこの発明にかかる応力緩和試験装置の一実施例
を示す全体構成図であり、第２図はその部分拡大図であ
る。また、第３図はその試験装置の電気的構成を示すブ
ロック図である。この試験装置は、第１図に示すよう
に、所定条件で微小構造物に変位を与えてその反力を測
定する測定機構部10と、測定機構部10を制御しながらそ
の測定機構部10よって求められた測定結果を出力するオ
ペレーション部50とで構成されている。なお、以下の説
明においては、試験対象物を端子Ｔに限定して説明す
る。

測定機構部10では、架台11の上面11aに一定間隔をもっ
て垂直方向にコラム12,13が立設されるとともに、これ
らコラム12,13に挟まれるようにして、架台11上に恒温
槽14が設けられている。また、これらコラム12,13の頂
部には水平方向に伸びたビーム15が架設されている。

この測定機構部10には、試験対象物たる端子Ｔの応力緩
和特性を求めるための測定部20aが設けられている。こ
の測定部20aは、第２図に示すように、端子Ｔに所定の
変位を与えるために端子Ｔを上下方向に移動させる上下
移動機構21aと、端子Ｔの反力を検出する反力検出機構4
0aとで構成されている。

上下移動機構21aでは、駆動源たるステッピングモータ2
2aが架台11内に取り付けられている。このモータ22aの
駆動軸には、減速機23aを介してボールネジ24aが連結さ
れている。さらに、このボールネジ24aの先端部にボー
ルネジブラケット25aが螺合されている。そのため、モ
ータ22aを駆動させると、その駆動軸の回転速度に対し
て所定の減速比をもってボールネジ24aが回転して、ボ
ールネジブラケット25aが上下移動する。また同時にボ
ールネジブラケット25aに固定されたガイドロッド26a,2
7aもガイド板16にガイドされつつ上下移動する。

これらガイドロッド26a,27aの頂部には熱遮断治具28aが
固着されている。また、この熱遮断治具28aに、ロッド2
9aが垂直方向に立設されている。このロッド29aは、第
２図に示すように、恒温槽14の下面に設けられた貫通孔
14aに挿通されており、その先端部には試料取り付け台3
0aが固設されている。

反力検出機構40aには、試料取り付け台30aに対向して治
具41aが恒温槽14内に設けられている。この治具41aは治
具取り付け部42aの下面に突設されたものであり、恒温
槽14の上面に設けられた貫通孔14bに挿通された垂直方
向に伸びるロッド43aによって、貫通孔14bの直上に配設
された熱遮断治具44aの下面に接続されている。また、
この熱遮断治具44aの上面はシャフト45aによりビーム15
の下面に固設されたロードセル46aに連結されている。
このため、端子Ｔからの反力が治具41aに加わると、そ
の反力が治具取り付け部42a,ロッド43a,熱遮断治具44a,
シャフト45aを介してロードセル46aに印加されて、その
ロードセル46aから、治具41aに加えられた反力に対応し
た信号が出力される。

また、測定部20aに隣接して、温度変化にともなう測定
部20aの膨脹（あるいは収縮）量を検出するためのフィ
ードバック部20bが設けられている。なお、その構成は
測定部20aのそれと同一であるため、ここでは、フィー
ドバック部20bについて、同一あるいは相当部分に相当
の符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、こ
の実施例では、１回の試験で最大４つの端子の試験を行
うことができるように、フィードバック部20bに隣接し
てさらに３つの測定部20c,20d,20eが設けられている。
これら測定部20c,20d,20eも上記測定部20aと同一構成で
ある。したがって、ここではその構造についても説明を
省略する。

一方、オペレーション部50には、オペレーションテーブ
ル51が設けられており、このオペレーションテーブル51
に、試験装置全体を制御するマイクロコンピュータ52を
含む制御部（図示省略）と、恒温槽14の温度制御を行う
温度コントローラ53と、オペレータへのメッセージ等を
表示するCRT54と、キーボード55と、Ｘ−Ｙプロッタ56
とが組み込まれている。

また、マイクロコンピュータ52は、第３図に示すよう
に、ロードセル46a〜46e,温度コントローラ53,CRT54,キ
ーボード55,X−Ｙプロッタ56,ステッピングモータ22a〜
22eを駆動するためのドライブユニット57a〜57eとそれ
ぞれ接続されており、第4A図および第4B図に示すフロー
にしたがって試験装置全体を制御する。

第4A図および第4B図は、上記のように構成された試験装
置の動作を示すフローチャートである。以下において、
このフローチャートを参照しつつ、ある端子Ｔの試験手
順について説明する。

オペレータは、試験開始に先立って、端子Ｔに与えるべ
き変位の量（以下「試験変位量」という）D_Tおよび試験
最中にフィードバック部20bに印加すべき荷重値W_Fをキ
ーボード55を介して順次入力する。また、必要に応じ
て、試験に関するその他情報を同様にして入力してお
く。

その後で、オペレータは試験対象物たる端子Ｔを試料取
り付け台30aにセットする。このとき、試料取り付け台3
0aは下方向に降下されて、端子Ｔのセットが容易な程度
に試料取り付け台30aと治具41aとは所定の間隔だけ離隔
されている。また、試料取り付け台30bも治具41bから離
隔されている。したがって、この時点では、ロードセル
46a,46bにより検出される荷重値はともにゼロである。

次に、オペレータがキーボード55を操作して、端子Ｔの
上面が治具41aと接触する位置まで試料取り付け台30aを
適当に上昇させる。また、同様にして、試料取り付け台
30bの上面を治具41bと接触させる。これらの処理が完了
すると、オペレータはキーボード55を介して試料準備が
完了した旨を制御部に入力する。

これに応じて、ステップS1で、マイクロコンピュータ52
がロードセル46a,46bにより検出される荷重値W_T,W_F′を
連続的にモニタしながら、試料取り付け台30a,30bをそ
れぞれ適当に上下移動させて、各荷重値W_T,W_F′が所定
の微小荷重値となるように測定部20a,フィードバック部
20bがそれぞれ制御される。なお以下の説明の便宜か
ら、各荷重値W_T,W_F′が所定の微小荷重値となっていと
きの、各試料取り付け台30a,30bの高さ位置を荷重ゼロ
点と称する。

それに続いて、オペレータが恒温槽14の扉を閉め、さら
に温度コントローラ53の操作パネル（図示省略）を操作
して試験温度を設定入力すると、温度コントローラ53に
よって恒温槽14の温度が制御されて、恒温槽14の温度が
設定温度に調整される（ステップS2）。

また、恒温槽14の温度調整（ステップS2）と並行して、
ステップS1と同様の所が実行される。というのも、もし
温度調整工程（例えば恒温槽14の温度を高温に調整する
工程）と並行してこの処理を行わないとすれば、温度上
昇にともなって測定部20aの一部が膨脹して、試験前に
余分の変位が端子Ｔに与えられてしまうからである。

その後、恒温槽14の平衡温度が設定温度になったことを
オペレータが確認し、スタートボタン（図示省略）を押
動すれば、マイクロコンピュータ52からの指令にしたが
って以下のステップS3〜S8の処理が実行されて、端子Ｔ
の試験が行われる。なお、上記のようにオペレータによ
る上記確認を待って試験を行う代わりに、恒温槽14の温
度調整開始から一定時間（例えば１時間）後に自動的に
試験が開始されるようにしてもよい。

まずステップS3では、試料取り付け台30aが荷重ゼロ点
から試験変位量D_Tだけ上昇移動され、こうして端子Ｔに
所定の変位（試験変位量D_T）が与えられる。同時に、ロ
ードセル46bによって検知される荷重値W_F′をモニター
しながら、試料取り付け台30bを荷重ゼロ点から徐々に
上昇させて、荷重値W_F′が荷重値W_Fとなるようにフィー
ドバック部20bが制御される（ステップS4）。

こうして所期設定が完了すれば、次にステップS5〜S9の
処理が周期的に繰り返されて、端子Ｔの反力W_Tが順次計
測されていく。すなわち、最初に、ステップS5で、ロー
ドセル46bによって検出される荷重値W_F′が設定荷重値W
_Fと一致しているか否かが判別される。今仮に、試験装
置周辺の温度変化に伴い、フィードバック部20に膨張
（あるいは収縮）現象が生じていれば、荷重値W_F′は設
定荷重値W_Fと異なった値となっている。したがって、そ
の場合には、ステップS6において、荷重値W_F′と設定荷
重値W_Fとが一致するように、試料取り付け台30bが微小
距離Δだけ上昇（あるいは降下）移動され、そのときの
微小変位量Δが求められる。この微小変位量Δは試験装
置周辺の温度変化にともなうフィードバック部20bの膨
脹（あるいは収縮）量に相当する。

次に、ステップS7で、試料取り付け台30aを上記微小変
位量Δだけ移動させる。つまり、測定部20aとフィード
バック部20bとは同一構成で、しかも隣接して設けられ
ているために、両者の膨脹（あるいは収縮）量は同一で
あり、上記微小変位量Δは測定部20aの膨脹（あるいは
収縮）量と一致すると考えられる。そこで、その微小変
位量Δだけ試料取り付け台30aを降下（あるいは上昇）
移動させることによって、試験装置周辺の温度変化に伴
い生じる測定部20aの膨脹（あるいは収縮）による影響
を排除し、端子Ｔに与えられる変位量を一定（試験変位
量D_T）に保つ。

ステップS7の処理を終了すればステップS8に進み、荷重
測定時刻か否かが判別される。また、ステップS5で荷重
値W_F′が設定荷重値W_Fに一致していると判別された場合
にも、同じくステップS8の処理が実行される。そして、
荷重測定時刻でないと判別された場合には、ステップS5
に戻り、再びステップS5〜S7の処理が繰り返される。こ
うして、微小変位量Δが時々刻々求められて、試料取付
台30aの位置がその都度調整され、試験装置周辺の温度
変化に伴い生じる測定部20aの膨張（あるいは収縮）に
よる影響が常時排除される。

上記ステップS5〜S8の処理作業中に、荷重測定時刻に至
ると、ステップS8からステップS9に進んで、ロードセル
46aに作用する荷重値、すなわち端子Ｔの反力が求めら
れてメモリに記憶される。

この後、ステップS10で試験終了か否かが判別され、試
験終了でなければ再びステップS5に戻り、ステップS5〜
S9の処理が繰り返される。こうして、試験装置周辺の温
度変化による影響を常時排除しながら、試験測定時刻に
なるとロードセル46aにより端子Ｔの反力が順次求めら
れてメモリに記憶される。

試験の終了指令は、例えばオペレータがストップボタン
（図示省略）を押操作することにより、あるいは試験開
始から所定時間経過することにより与えられ、ステップ
S10において試験の終了が判別されると、作業を終了す
る。

なお、試料終了後、メモリに記憶されたデータをCRT54
上に表示させ、あるいはＸ−Ｙプロッタ56にプロットし
てその結果を確認できる。また、反力の測定と同時に上
記処理（CRT表示，データプロット）を順次実行するよ
うにしてもよい。

なお、上記実施例では、１つの端子Ｔの試験を行う場合
について説明したが、この試験装置では最大一度に４つ
の端子の試験を行うことができる。この場合には、各端
子を試料取り付け台30a,30c,30d,30eにそれぞれセット
し、各端子について上記と同様の処理が実行される。

また、上記実施例では、所定時間間隔をあけて反力W_Tに
関するデータを測定しているが、時間的に連続して反力
W_Tを求めるようにしてもよいことは言うまでもない。

次に、上記のようにして試験を行った場合の効果につい
て、具体例を示しながら説明する。まず、上記効果を検
証するまえに、フィードバック部20bを作動させず測定
部20a2,20c,20d,20eのみを用いて各端子T₁,T₂,T₃,T₄の
試験を行い、つまり従来と同様の装置（方法）の条件で
反力緩和試験を行って第５図に示す結果を得た。次に、
フィードバック部20bを作動させながら測定部20a,0c,20
d,20eにより同一端子T₁,T₂,T₃,T₄の試験を行って、第６
図に示す結果を得た。

前者の場合、第５図からわかるように、試験開始からあ
る時間t₁経過までは、測定結果に大きな変動は認められ
ず、正確に測定が行われている。しかしながら、それ以
後においては、データの変動が生じており、試験の精度
が著しく低下している。

これに対して、後者の場合には、第６図に示すように、
データに大きな変動は認められず、精度の良い試験が実
行された。

なお、上記においては、試験対象物を端子Ｔに限定して
説明したが、これに限定されるものではなく、微小構造
物全般に適用することができる。また、比較的大きな構
造物についても適用できる。

また、上記実施例では、試験装置周辺の温度変化にとも
なうフィードバック部20bの熱膨脹（あるいは収縮）に
相当する量（微小変位量Δ）を、ロードセル46bにより
検出される荷重値W_Fがフィードバック部の熱膨脹（ある
いは収縮）量に応じて変化することを利用して検出して
いるが、これ以外の方法により上記微小変位量Δを検出
するようにしてもよい。例えば、フィードバック部20b
における試料取り付け台30bと治具取り付け部42bとの間
隔が試験装置周辺の温度変化に応じて変化することを利
用してもよい。すなわち、上記間隔を適当な手段（例え
ば光干渉法による測定）によって連続的にモニターしな
がら、その間隔が所定の値となるように試料取り付け台
30bを上下移動させて微小移動量Δを求めるようにして
もよい。

また、上記実施例では、測定部を４つ設けたが、測定部
の設定個数は特に限定されるものではない。

（発明の効果） 以上のように、請求項１の発明によれば、フィードバッ
ク部の熱膨張収縮量を検出し、前記フィードバック部が
熱膨脹した場合には前記第１および第２治具を前記熱膨
張収縮量だけ離隔させる一方、熱収縮した場合には前記
熱膨張収縮量だけさらに近接させるようにしているの
で、試験対象物に与えられる変位量を一定に保つことが
でき、精度良く応力緩和試験を行うことができる。

また、請求項２の発明によれば、第１および第２治具と
同一の構成で、しかも前記第１および第２治具の近傍位
置に設けられた第３および第４治具の熱膨張収縮量を検
出し、前記第３および第４治具が熱膨張した場合には前
記第１および第２治具を前記熱膨張収縮量だけ離隔させ
る一方、熱収縮した場合には前記熱膨張収縮量だけさら
に近接させ、その状態で試験対象物の反力を測定するよ
うにしているので、上記請求項１の発明と同様の効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる応力緩和試験装置の一実施例
を示す全体構成図、第２図はその部分拡大図、第３図は
その試験装置の電気的構成を示すブロック図、第4A図お
よび第4B図はその試験装置の動作を示すフローチャー
ト、第５図は従来の試験装置による応力緩和試験の結果
を示す図、第６図はこの発明にかかる応力緩和試験装置
による応力緩和試験の結果を示す図である。 20a,20c,20d,20e……測定部、 20b……フィードバック部、 52……マイクロコンピュータ、 Ｔ……端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験対象物に一定変位を与え、その試験対
   象物の反力を測定して、当該試験対象物の応力緩和を試
   験する応力緩和試験装置であって、 第１および第２治具を近接させることによって試験対象
   物を挟み込んで、その試験対象物に変位を与えるととも
   に、その試験対象物の反力を測定する測定部と、 前記測定部と同一の構成で、しかも前記測定部の近傍に
   設けられたフィードバック部と、 前記フィードバック部の熱膨張収縮量を検出する検出部
   と、 前記フィードバック部が熱膨脹した場合には前記第１お
   よび第２治具を前記熱膨張収縮量だけ離隔させる一方、
   熱収縮した場合には前記熱膨張収縮量だけさらに近接さ
   せて、前記試験対象物に与える変位量を一定に保つ制御
   部とを備えたことを特徴とする応力緩和試験装置。
2. 【請求項２】試験対象物に一定変位を与え、その試験対
   象物の反力を測定して、当該試験対象物の応力緩和を試
   験する応力緩和試験方法であって、 第１および第２治具を近接させることによって試験対象
   物を挟み込んで、その試験対象物に変位を与える工程
   と、 前記第１および第２治具と同一の構成で、しかも前記第
   １および第２治具の近傍位置に設けられた第３および第
   ４治具の熱膨張収縮量を検出する工程と、 前記第３および第４治具が熱膨脹した場合には前記第１
   および第２治具を前記熱膨張収縮量だけ離隔させる一
   方、熱収縮した場合には前記熱膨張収縮量だけさらに近
   接させて、前記試験対象物に与える変位量を一定に保つ
   工程と、 前記試験対象物の反力を測定する工程とを含むことを特
   徴とする応力緩和試験方法。