JP2007093596A - Method and program for measuring relaxation modulus, recording medium with program recorded, and manufacturing method of forming mold - Google Patents

Method and program for measuring relaxation modulus, recording medium with program recorded, and manufacturing method of forming mold Download PDF

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Koichi Sugimoto
公一 杉本
Seidai Arai
政大 荒井
Toshiaki Matsukura
利顕 松倉
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Shinshu University NUC
Chinontec KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring relaxation module, capable of easily and correctly measuring the relaxation module necessary for keeping dimensional precision, after molding a glass lens. <P>SOLUTION: In the step for Laplace transforming the discreet data of the creep function, obtained by an experiment, after applying an approximation using an arbitrary formula capable of Laplace transformation performs the Laplace transform, the numerical solution obtained in an image space is subjected to inverse-Laplace transformation. The Laplace transforms can be analytically performed, and on the Laplace image space, the operation of the Laplace transformation can be performed mechanically. From the measured relaxation module of the viscoelastic body, the forming mold for forming the glass lens is manufactured. The dimensional precision of the glass lens after press forming can be maintained, and generation of breakages and cracks of the glass lens may happen, at press forming, can be prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、粘弾性体の緩和弾性率を計測する緩和弾性率の計測方法、緩和弾性率の計測プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体、および、成形型の製造方法に関する。   The present invention relates to a relaxation modulus measurement method for measuring a relaxation modulus of a viscoelastic body, a relaxation modulus measurement program, a recording medium on which the program is recorded, and a mold manufacturing method.

近年、IT技術の発展に伴って、DVDの光ピックアップやデジタルカメラなどの光学デバイスおよび光通信デバイスの需要が拡大している。そして、これら光学デバイスおよび光通信デバイスとしては、極微細化あるいは非球面化などの高精度化、生産効率の向上、または生産コストの低廉化などが望まれている。これらのうち、光学機器に用いられるプラスチック製のデバイスに比べ、高屈折率、低複屈率および低色収差などに優れた光学的特性を有する粘弾性体であるガラス製の光学デバイスがある。   In recent years, with the development of IT technology, the demand for optical devices and optical communication devices such as DVD optical pickups and digital cameras is increasing. As these optical devices and optical communication devices, high precision such as miniaturization or aspherical surface, improvement in production efficiency, or reduction in production cost is desired. Among these, there is a glass optical device which is a viscoelastic body having optical characteristics excellent in a high refractive index, a low birefringence, a low chromatic aberration, and the like as compared with a plastic device used in an optical apparatus.

ところが、このガラス性の光学デバイスの生産には、直接研削、化学研磨、CVD、リソグラフィなどの処理プロセスが用いられている。そして、これらの処理プロセスでガラスを一般の球面レンズ形状に加工することは容易であるが、非球面レンズ、マイクロフレネルレンズあるいは回折格子などの微細かつ多数の不連続な曲面で構成されている形状に加工することは容易ではなく、加工時間が掛かってしまう。   However, processing processes such as direct grinding, chemical polishing, CVD, and lithography are used for production of the glassy optical device. And it is easy to process glass into a general spherical lens shape by these processing processes, but the shape is composed of a lot of fine and discontinuous curved surfaces such as aspherical lenses, micro Fresnel lenses or diffraction gratings. However, it is not easy to process, and it takes time for processing.

このため、ガラス製の光学デバイスであるガラスレンズを、金型を用いた高温プレスでプレス成形して製造する技術が知られており、このプレス成形によって非球面レンズなどが量産されている(例えば、特許文献1参照。)。   For this reason, a technique for producing a glass lens, which is an optical device made of glass, by press molding with a high-temperature press using a mold is known, and aspherical lenses and the like are mass-produced by this press molding (for example, , See Patent Document 1).

具体的に、ガラスレンズの高温プレス成形では、金型にガラス材料をセットしてから、このガラス材料を加熱した状態で、金型に圧力を作用させて、この金型の形状をガラス材に転写させた後に冷却してから金型から取り出すことによって、ガラスレンズを製造させる。
特開平8−301624号公報
Specifically, in high-temperature press molding of a glass lens, a glass material is set in a mold, and then the glass material is heated and pressure is applied to the mold to change the shape of the mold to a glass material. The glass lens is manufactured by cooling after transferring and removing from the mold.
JP-A-8-301624

しかしながら、上述したガラスレンズの高温プレス成形では、ガラスレンズのプレス成形に関する最適条件の把握が容易ではない。例えば、プレス成形工程の数値をシミュレーションすると、金型とガラス材料との非線形接触や大きな変形などが問題となるだけでなく、ガラス材料の弾性係数が温度と時間に依存する熱粘弾性であることを考慮する必要がある。   However, in the above-described high-temperature press molding of a glass lens, it is not easy to grasp the optimum conditions related to press molding of a glass lens. For example, when simulating numerical values in the press molding process, not only nonlinear contact and large deformation between the mold and the glass material become a problem, but also the elastic modulus of the glass material is a thermoviscoelasticity that depends on temperature and time. Need to be considered.

すなわち、ガラスレンズの材料であるガラス材料の構成方程式(弾性係数)が、温度と時間とのそれぞれに依存することから、最適な成形条件を定めることが容易ではない。また、ガラスレンズと金型との接触条件が時間とともに変化することから、ガラスレンズ内部の温度変化を正確に把握することが容易でない。このため、ガラスレンズの高温プレス成形の際に把握すべき種々の数値の計算的な取り扱いが容易ではない。   That is, since the constitutive equation (elastic coefficient) of the glass material that is the material of the glass lens depends on each of temperature and time, it is not easy to determine optimum molding conditions. In addition, since the contact condition between the glass lens and the mold changes with time, it is not easy to accurately grasp the temperature change inside the glass lens. For this reason, it is not easy to handle various numerical values that should be grasped at the time of high-temperature press molding of a glass lens.

したがって、このガラスレンズの高温プレス成形時に、ガラス材料に割れやひびなどが発生し、成形後のガラスレンズの寸法精度を保つことが容易ではないという問題を有している。   Therefore, at the time of high-temperature press molding of this glass lens, there is a problem that cracks and cracks occur in the glass material and it is not easy to maintain the dimensional accuracy of the glass lens after molding.

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、粘弾性体の成形後の寸法精度を保つために必要な緩和弾性率を容易に正確に計測できる緩和弾性率の計測方法、緩和弾性率の計測プログラム、そのプログラムを記録した記録媒体、および、成形型の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such points, and a relaxation modulus measurement method and relaxation modulus that can easily and accurately measure the relaxation modulus necessary for maintaining the dimensional accuracy of a viscoelastic body after molding. It is an object of the present invention to provide a measurement program, a recording medium on which the program is recorded, and a method for manufacturing a mold.

請求項1記載の緩和弾性率の計測方法は、粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似し、このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換し、このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換するものである。   The method for measuring the relaxation elastic modulus according to claim 1 is such that the relational expression between stress and strain of the viscoelastic body is approximated by an arbitrary expression capable of Laplace transform, and the relation approximated by an arbitrary expression capable of Laplace transform. The equation is subjected to Laplace transform, the Laplace transformed relational equation is calculated as Laplace transform of relaxation elastic modulus, and the Laplace transform of the relaxation elastic modulus is converted into Laplace inverse.

請求項2記載の緩和弾性率の計測方法は、粘弾性体の荷重下での時刻歴に対する変位量を計測し、この計測した時刻歴に対する変位量から、前記粘弾性体の応力とひずみとの関係式を求め、この関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似し、このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換し、このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換するものである。   The method for measuring the relaxation elastic modulus according to claim 2 measures a displacement amount with respect to a time history under a load of the viscoelastic body, and calculates a stress and strain of the viscoelastic body from the displacement amount with respect to the measured time history. A relational expression is obtained, and this relational expression is approximated by an arbitrary expression that can be converted to Laplace, the relational expression approximated by an arbitrary expression that can be converted to Laplace is subjected to Laplace conversion, The Laplace transform of the relaxation elastic modulus is calculated, and the relational expression calculated for the Laplace conversion of the relaxation elastic modulus is inversely converted to Laplace.

請求項3記載の緩和弾性率の計測方法は、請求項1または2記載の緩和弾性率の計測方法において、粘弾性体の応力とひずみとの関係式は、前記粘弾性体のクリープ試験から求めたクリープ関数であるものである。   The method for measuring relaxation elastic modulus according to claim 3 is the method for measuring relaxation elastic modulus according to claim 1 or 2, wherein the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body is obtained from a creep test of the viscoelastic body. It is a creep function.

請求項4記載の緩和弾性率の計測方法は、請求項1ないし3いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法にて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、ラプラス変換可能な任意式は、べき関数であるものである。   The method for measuring relaxation elastic modulus according to claim 4 is an arbitrary expression capable of Laplace transform based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the method for measuring relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 3. Is a power function.

請求項5記載の緩和弾性率の計測方法は、請求項1ないし3いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法にて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、ラプラス変換可能な任意式は、粘弾性体の応力とひずみとの関係式をフォークトモデルにてモデル化した関数であるものである。   The method for measuring the relaxation modulus according to claim 5 is an arbitrary expression capable of Laplace transform based on the relaxation modulus of the viscoelastic body measured by the method for measuring relaxation modulus according to any one of claims 1 to 3. Is a function obtained by modeling a relational expression between stress and strain of a viscoelastic body using a Forked model.

請求項6記載の緩和弾性率の計測プログラムは、粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似するステップと、このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換するステップと、このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算するステップと、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換するステップとを具備したものである。   The relaxation elastic modulus measurement program according to claim 6 approximates the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body by an arbitrary expression capable of Laplace transform and an arbitrary expression capable of Laplace transform. Laplace transforming the relational expression, Laplace transform of the Laplace transformed relational expression into Laplace transform of relaxation modulus, and Laplace inverse transform of the relational expression computed into the relaxation modulus Laplace transform Steps.

請求項7記載の緩和弾性率の計測プログラムは、粘弾性体の荷重下での時刻歴に対する変位量を計測するステップと、この計測した時刻歴に対する変位量から、前記粘弾性体の応力とひずみとの関係式を求めるステップと、この関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似するステップと、このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換するステップと、このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算するステップと、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換するステップとを具備したものである。   The relaxation elastic modulus measurement program according to claim 7 includes a step of measuring a displacement amount with respect to a time history under a load of the viscoelastic body, and a stress and strain of the viscoelastic body from the displacement amount with respect to the measured time history. A step of approximating the relational expression with an arbitrary expression capable of Laplace transform, a step of performing Laplace transform on the relational expression approximated with an arbitrary expression capable of Laplace transform, A step of calculating the Laplace transformed Laplace transform, and a step of performing Laplace inverse transform on the Laplace transform of the relaxed elastic modulus.

請求項8記載の緩和弾性率の計測プログラムは、請求項6または7に記載の緩和弾性率の計測プログラムにおいて、粘弾性体の応力とひずみとの関係式は、前記粘弾性体のクリープ試験から求めたクリープ関数であるものである。   The relaxation modulus measurement program according to claim 8 is the relaxation modulus measurement program according to claim 6 or 7, wherein the relational expression between stress and strain of the viscoelastic body is obtained from a creep test of the viscoelastic body. This is the obtained creep function.

請求項9記載の緩和弾性率の計測プログラムは、請求項6ないし8いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムにおいて、ラプラス変換可能な任意式は、べき関数であるものである。   The relaxation elastic modulus measurement program according to claim 9 is the relaxation elastic modulus measurement program according to any one of claims 6 to 8, wherein an arbitrary expression capable of Laplace transform is a power function.

請求項10記載の緩和弾性率の計測プログラムは、請求項6ないし8いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムにおいて、ラプラス変換可能な任意式は、粘弾性体の応力とひずみとの関係式をフォークトモデルにてモデル化した関数であるものである。   The relaxation elastic modulus measurement program according to claim 10 is the relaxation elastic modulus measurement program according to any one of claims 6 to 8, wherein an arbitrary expression capable of Laplace transform is a relational expression between stress and strain of a viscoelastic body. Is a function modeled by the Forked model.

請求項11記載の緩和弾性率の計測プログラムを記録した記録媒体は、請求項6ないし10いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムが、コンピュータ読み取り可能に記録されたものである。   A recording medium recording a relaxation elastic modulus measurement program according to an eleventh aspect of the present invention records the relaxation elastic modulus measurement program according to any one of the sixth to tenth aspects of the invention in a computer-readable manner.

請求項12記載の成形型の製造方法は、請求項1ないし5いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法にて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、前記粘弾性体を材料とした成形品を成形するための成形型を製造するものである。   The method for producing a mold according to claim 12 is characterized in that the viscoelastic body is made of a material based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the method for measuring the relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 5. A mold for molding the molded product is manufactured.

請求項13記載の成形型の製造方法は、請求項6ないし10いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムにて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、前記粘弾性体を材料とした成形品を成形するための成形型を製造するものである。   A method for manufacturing a mold according to claim 13 is characterized in that the viscoelastic body is made of a material based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the relaxation elastic modulus measurement program according to any of claims 6 to 10. A mold for molding the molded product is manufactured.

請求項14記載の成形型の製造方法は、請求項12または13記載の成形型の製造方法において、粘弾性体は、ガラス材で、成形品は、光学素子で、成形型は、前記ガラス材をプレスして前記光学素子を成形するプレス型であるものである。   The method for producing a mold according to claim 14 is the method for producing a mold according to claim 12 or 13, wherein the viscoelastic body is a glass material, the molded product is an optical element, and the mold is the glass material. Is a press die for molding the optical element.

請求項15記載の成形型の製造方法は、請求項12または13記載の成形型の製造方法において、粘弾性体は、エンジニアリングプラスチックで、成形品は、光学素子で、成形型は、前記エンジニアリングプラスチックをプレスして前記光学素子を成形するプレス型であるものである。   The method for producing a mold according to claim 15 is the method for producing a mold according to claim 12 or 13, wherein the viscoelastic body is an engineering plastic, the molded article is an optical element, and the molding die is the engineering plastic. Is a press die for molding the optical element.

請求項1記載の緩和弾性率の計測方法によれば、粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似してからラプラス変換した後に、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した関係式をラプラス逆変換するので、粘弾性体の成形後の寸法精度を保つために必要な緩和弾性率を容易かつ正確に計測できる。   According to the method for measuring the relaxation elastic modulus according to claim 1, after the Laplace transform is performed after approximating the relational expression between the stress and the strain of the viscoelastic body with an arbitrary formula capable of Laplace transform, Since the relational expression calculated for the Laplace transform of the relaxation elastic modulus is inversely converted to Laplace, the relaxation elastic modulus necessary for maintaining the dimensional accuracy of the viscoelastic body after molding can be measured easily and accurately.

請求項2記載の緩和弾性率の計測方法によれば、粘弾性体の荷重下で計測した時刻歴に対する変位量から求めた粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似してからラプラス変換した後に、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した関係式をラプラス逆変換するので、粘弾性体の成形後の寸法精度を保つために必要な緩和弾性率を容易かつ正確に計測できる。   According to the method for measuring the relaxation modulus according to claim 2, the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body obtained from the displacement with respect to the time history measured under the load of the viscoelastic body can be arbitrarily converted to Laplace. Approximate with Laplace transform after approximating with formula, then calculate Laplace transform of relaxation modulus and Laplace inverse transform the relational formula computed for Laplace transform of relaxation modulus, so dimensional accuracy after molding of viscoelastic body Can be measured easily and accurately.

請求項3記載の緩和弾性率の計測方法によれば、請求項1または2記載の緩和弾性率の計測方法の効果に加え、粘弾性体のクリープ試験からクリープ関数を求め、このクリープ関数を、粘弾性体の応力とひずみとの関係式とするので、この関係式を簡単な試験で容易かつ正確に計測できるため、粘弾性体の緩和弾性率をより容易かつ正確に計測できる。   According to the method for measuring the relaxation elastic modulus according to claim 3, in addition to the effect of the method for measuring the relaxation elastic modulus according to claim 1 or 2, the creep function is obtained from the creep test of the viscoelastic body, Since the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body is used, this relational expression can be easily and accurately measured by a simple test, so that the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body can be measured more easily and accurately.

請求項4記載の緩和弾性率の計測方法によれば、請求項1ないし3いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法の効果に加え、ラプラス変換可能な任意式として、べき関数を用いることにより、ラプラス変換を解析的に実行でき、かつ、ラプラス像空間上での演算も機械的に行うことができるので、粘弾性体の緩和弾性率をより容易に計測できる。   According to the method for measuring relaxation elastic modulus according to claim 4, in addition to the effect of the method for measuring relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 3, by using a power function as an arbitrary expression capable of Laplace transform Since the Laplace transform can be executed analytically and the calculation in the Laplace image space can be performed mechanically, the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body can be measured more easily.

請求項5記載の緩和弾性率の計測方法によれば、請求項1ないし3いずれか記載の緩和弾性率の計測方法の効果に加え、ラプラス変換可能な任意式として、粘弾性体の応力とひずみとの関係式をフォークトモデルにてモデル化した関数を用いることにより、粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、より正確に近似でき、ラプラス変換を解析的に実行でき、かつ、ラプラス像空間上での演算も機械的に行うことができるので、粘弾性体の緩和弾性率をより容易かつ正確に計測できる。   According to the method for measuring the relaxation elastic modulus according to claim 5, in addition to the effect of the method for measuring the relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 3, the stress and strain of the viscoelastic body can be expressed as an arbitrary expression capable of Laplace transformation. By using a function modeled by the Forked model, the relation between the stress and strain of the viscoelastic body can be approximated more accurately, Laplace transformation can be executed analytically, and the Laplace image Since calculation in space can also be performed mechanically, the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body can be measured more easily and accurately.

請求項6記載の緩和弾性率の計測プログラムによれば、粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似してからラプラス変換した後に、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した関係式をラプラス逆変換するので、粘弾性体の成形後の寸法精度を保つために必要な緩和弾性率を容易かつ正確に計測できる。   According to the relaxation modulus measurement program according to claim 6, after the Laplace transform is performed after approximating the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body with an arbitrary formula capable of Laplace transform, the Laplace of the relaxation modulus is obtained. Since the relational expression calculated for the Laplace transform of the relaxation elastic modulus is inversely converted to Laplace, the relaxation elastic modulus necessary for maintaining the dimensional accuracy of the viscoelastic body after molding can be measured easily and accurately.

請求項7記載の緩和弾性率の計測プログラムによれば、粘弾性体の荷重下で計測した時刻歴に対する変位量から求めた粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似してからラプラス変換した後に、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、この緩和弾性率のラプラス変換に演算した関係式をラプラス逆変換するので、粘弾性体の成形後の寸法精度を保つために必要な緩和弾性率を容易かつ正確に計測できる。   According to the program for measuring the relaxation modulus according to claim 7, the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body obtained from the displacement with respect to the time history measured under the load of the viscoelastic body can be arbitrarily converted to Laplace. Approximate with Laplace transform after approximating with formula, then calculate Laplace transform of relaxation modulus and Laplace inverse transform the relational formula computed for Laplace transform of relaxation modulus, so dimensional accuracy after molding of viscoelastic body Can be measured easily and accurately.

請求項8記載の緩和弾性率の計測プログラムによれば、請求項6または7記載の緩和弾性率の計測プログラムの効果に加え、粘弾性体のクリープ試験からクリープ関数を求め、このクリープ関数を、粘弾性体の応力とひずみとの関係式とするので、この関係式を簡単な試験で容易かつ正確に計測できるため、粘弾性体の緩和弾性率をより容易かつ正確に計測できる。   According to the relaxation elastic modulus measurement program according to claim 8, in addition to the effect of the relaxation elastic modulus measurement program according to claim 6 or 7, the creep function is obtained from the creep test of the viscoelastic body, Since the relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body is used, this relational expression can be easily and accurately measured by a simple test, so that the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body can be measured more easily and accurately.

請求項9記載の緩和弾性率の計測プログラムによれば、請求項6ないし8いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムの効果に加え、ラプラス変換可能な任意式として、べき関数を用いることにより、ラプラス変換を解析的に実行でき、かつ、ラプラス像空間上での演算も機械的に行うことができるので、粘弾性体の緩和弾性率をより容易に計測できる。   According to the relaxation modulus measurement program according to claim 9, in addition to the effect of the relaxation modulus measurement program according to any one of claims 6 to 8, by using a power function as an arbitrary expression capable of Laplace transform Since the Laplace transform can be executed analytically and the calculation in the Laplace image space can be performed mechanically, the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body can be measured more easily.

請求項10記載の緩和弾性率の計測プログラムによれば、請求項6ないし8いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムの効果に加え、ラプラス変換可能な任意式として、粘弾性体の応力とひずみとの関係式をフォークトモデルにてモデル化した関数を用いることにより、粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、より正確に近似でき、ラプラス変換を解析的に実行でき、かつ、ラプラス像空間上での演算も機械的に行うことができるので、粘弾性体の緩和弾性率をより容易かつ正確に計測できる。   According to the relaxation modulus measurement program according to claim 10, in addition to the effect of the relaxation modulus measurement program according to any one of claims 6 to 8, as an arbitrary expression capable of Laplace transform, the stress of the viscoelastic body and By using a function in which the relational expression of strain is modeled by the Forked model, the relational expression of stress and strain of the viscoelastic body can be approximated more accurately, Laplace transformation can be executed analytically, and Laplace Since the calculation in the image space can also be performed mechanically, the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body can be measured more easily and accurately.

請求項11記載の緩和弾性率の計測プログラムを記録した記録媒体によれば、この記録した請求項6ないし10いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムに従ってコンピュータを動作させることで、緩和弾性率を容易かつ正確に計測できる。   According to the recording medium on which the relaxation elastic modulus measurement program according to claim 11 is recorded, the relaxation elastic modulus is obtained by operating the computer according to the recorded relaxation elastic modulus measurement program according to any one of claims 6 to 10. Can be measured easily and accurately.

請求項12記載の成形型の製造方法によれば、請求項1ないし5いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法にて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、粘弾性体を材料とした成形品を成形するための成形型を製造することにより、この成形型を用いた粘弾性体の成形後の成形品の寸法精度を保つことができるから、この成形型にて粘弾性体を材料として成形品を成形する際に生じるおそれのある、成形品の割れやひびなどの発生を防止できる。   According to the method for manufacturing a mold according to claim 12, the viscoelastic body is made of a material based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the method for measuring the relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 5. By producing a molding die for molding the molded product, it is possible to maintain the dimensional accuracy of the molded product after molding the viscoelastic body using this molding die. It is possible to prevent the occurrence of cracks and cracks in the molded product, which may occur when molding the molded product using as a material.

請求項13記載の成形型の製造方法によれば、請求項6ないし10いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムにて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、粘弾性体を材料とした成形品を成形するための成形型を製造することにより、この成形型を用いた粘弾性体の成形後の成形品の寸法精度を保つことができるから、この成形型にて粘弾性体を材料として成形品を成形する際に生じるおそれのある、成形品の割れやひびなどの発生を防止できる。   According to the method for manufacturing a mold according to claim 13, the viscoelastic body is made of a material based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the relaxation elastic modulus measurement program according to claim 6. By producing a molding die for molding the molded product, it is possible to maintain the dimensional accuracy of the molded product after molding the viscoelastic body using this molding die. It is possible to prevent the occurrence of cracks and cracks in the molded product, which may occur when molding the molded product using as a material.

請求項14記載の成形型の製造方法によれば、請求項12または13記載の成形型の製造方法の効果に加え、プレス型を用いたガラスのプレス成形後の光学素子の寸法精度を保つことができるから、このプレス型にてガラスを材料として光学素子をプレス成形する際に生じるおそれのある、光学素子の割れやひびなどの発生を防止できる。   According to the method for manufacturing a mold according to claim 14, in addition to the effect of the method for manufacturing a mold according to claim 12 or 13, the dimensional accuracy of the optical element after press molding of the glass using the press mold is maintained. Therefore, it is possible to prevent the optical element from being cracked or cracked, which may occur when the optical element is press-molded with glass as a material in this press mold.

請求項15記載の成形型の製造方法によれば、請求項12または13記載の成形型の製造方法の効果に加え、プレス型を用いたエンジニアリングプラスチックのプレス成形後の光学素子の寸法精度を保つことができるから、このプレス型にてエンジニアプラスチックを材料として光学素子をプレス成形する際に生じるおそれのある、光学素子の割れやひびなどの発生を防止できる。   According to the method for manufacturing a mold according to claim 15, in addition to the effect of the method for manufacturing a mold according to claim 12 or 13, the dimensional accuracy of an optical element after press molding of engineering plastic using a press mold is maintained. Therefore, it is possible to prevent the optical element from being cracked or cracked, which may occur when the optical element is press-molded using the engineer plastic as a material.

以下、本発明の緩和弾性率の計測方法の一実施の形態を図1ないし図12を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a method for measuring a relaxation elastic modulus of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、光学素子としてのガラスレンズなどの熱粘弾性体の力学挙動を把握するため、クリープおよび応力緩和と呼ばれる2つの力学的挙動について検討する。ここで、クリープとは、粘弾性体に対し一定の応力を作用させて保持した場合に、ひずみが時間とともに増加する現象をいう。また、応力緩和とは、粘弾性体に対し一定のひずみを作用させて保持した場合に、応力が時間とともに減少する現象をいう。   First, in order to grasp the mechanical behavior of a thermo-viscoelastic body such as a glass lens as an optical element, two mechanical behaviors called creep and stress relaxation are examined. Here, creep refers to a phenomenon in which strain increases with time when a certain stress is applied to and held on a viscoelastic body. Stress relaxation is a phenomenon in which stress decreases with time when a certain strain is applied to a viscoelastic body.

そして、これらクリープおよび応力緩和についての力学的挙動は、図2(a)および図2(b)に示すように、クリープ関数J(t)および緩和弾性係数としての緩和弾性率k(t)によって記述できる。ここで、クリープ関数(Creep Function)とは、単軸負荷状態において、時間t=0から単位ステップ状の応力を作用させて保持したときのひずみの時間変動である。また、緩和弾性率(Relaxation Modulus)とは、時間t=0から単位ステップ状のひずみを作用させて保持したときの時間変動をいう。   The mechanical behavior of creep and stress relaxation depends on the creep function J (t) and the relaxation elastic modulus k (t) as the relaxation elastic modulus, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Can be described. Here, the creep function is a time variation of strain when a unit step-like stress is applied and held from time t = 0 in a uniaxial load state. In addition, the relaxation modulus (Relaxation Modulus) refers to a time variation when a unit step-like strain is applied and held from time t = 0.

ここで、図2(a)および図2(b)中のH(t)は、t<0の場合に0となりt>0の場合に1となるヘビサイド(Heviside)の単位ステップ関数である。   Here, H (t) in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is a unit step function of Heviside that becomes 0 when t <0 and becomes 1 when t> 0.

次いで、粘弾性体をひずみと応力との取り扱いが容易な線形粘弾性体として取り扱った場合には、数個の荷重が同時に作用したとき生ずるひずみを計算するために、図3(a)および図3(b)に示すように、重ね合わせの原理を用いる。   Next, when the viscoelastic body is handled as a linear viscoelastic body in which handling of strain and stress is easy, in order to calculate the strain generated when several loads act simultaneously, FIG. As shown in 3 (b), the principle of superposition is used.

具体的には、t=0において応力σ(0)が加えられた場合には、ひずみε=σ(0)J(t)が生ずる。ここで、仮にt=τにおいてさらに幾分かの応力が付加された場合には、時刻τ以降の時刻tに対してそれに応じた付加応力が加わる。この結果、発生する付加ひずみは、Δσ(τ)に比例し、同様にクリープ関数J(t)に依存する。この場合、J(t−τ)のようにt=τを基準とした座標系で表さなければならないから、τ以降の時刻tに対する全ひずみは、ε(t)=σ(0)J(t)+Δσ(τ)J(t−τ)となる。   Specifically, when stress σ (0) is applied at t = 0, strain ε = σ (0) J (t) occurs. Here, if some stress is further applied at t = τ, the corresponding applied stress is applied to time t after time τ. As a result, the added strain generated is proportional to Δσ (τ) and similarly depends on the creep function J (t). In this case, since it must be expressed in a coordinate system with t = τ as a reference, such as J (t−τ), the total strain for time t after τ is ε (t) = σ (0) J ( t) + Δσ (τ) J (t−τ).

さらに、初期応力σ(0)はt=0において加えられ、その後σは任意の関数σ(t)として変化する。そして、応力線図に対するひずみ応答は、図4に示すように、初期応力部分σ(0)H(t)に対するひずみ応答σ(0)J(t)と無限小ステップ部分dσ(τ)H(t−τ)に対するひずみ応答σ(τ)J(t−τ)とを連続的に重ね合わせることができる。   Furthermore, the initial stress σ (0) is applied at t = 0, after which σ varies as an arbitrary function σ (t). Then, as shown in FIG. 4, the strain response to the stress diagram includes the strain response σ (0) J (t) to the initial stress portion σ (0) H (t) and the infinitesimal step portion dσ (τ) H ( The strain response σ (τ) J (t−τ) with respect to t−τ can be continuously superimposed.

このため、緩和弾性率の決定線形粘弾性理論によって、弾性体に作用する応力σ(t)とひずみε(t)との関係式である構成方程式は、数1に示すデュハメル(Duhamel)の畳み込み積分の積分系で表すことができる。   For this reason, the constitutive equation, which is the relational expression between the stress σ (t) and the strain ε (t) acting on the elastic body, is determined by the linear viscoelasticity theory of relaxation elastic modulus. It can be expressed as an integral system of integration.

ここで、数1中のk(t)は緩和弾性率であり、t=0において単位ステップ状のひずみ入力が作用したときの応力の時間変動を意味している。また、この数1を、単位ステップ状の応力が作用したときのひずみ応答であるひずみの時間変動、すなわちクリープ関数J(t)を用いて書き直すと、数2のようになる。   Here, k (t) in Equation 1 is a relaxation elastic modulus, and means a time variation of stress when a unit step-like strain input is applied at t = 0. Further, when this equation 1 is rewritten using a strain time variation, ie, a creep function J (t), which is a strain response when a unit step-like stress is applied, equation 2 is obtained.

さらに、数1および数2のそれぞれをラプラス(Laplace)変換すると、数3および数4となる。   Further, when each of Equation 1 and Equation 2 is Laplace transformed, Equation 3 and Equation 4 are obtained.

ここで、数3および数4中のsは、ラプラス変換パラメータであり、各物理量のラプラス変換を上付き添え字「 ̄」で示した。また、初期条件としてε(0)=0,σ(0)=0を与えた。   Here, s in Equation 3 and Equation 4 is a Laplace conversion parameter, and Laplace conversion of each physical quantity is indicated by a superscript “添 え”. As initial conditions, ε (0) = 0 and σ (0) = 0 were given.

この結果、数3および数4に示すように、クリープ関数のラプラス変換と、緩和弾性率のラプラス変換には、数5の関係が成立する。   As a result, as shown in Equations 3 and 4, the relationship of Equation 5 is established between the Laplace transform of the creep function and the Laplace transform of the relaxation elastic modulus.

よって、対象材料である粘弾性体のクリープ関数を実験で得ることができれば、ラプラス変換を適用することによって、解析に必要な緩和弾性率を容易かつ確実に計測できる。また、この演算では、ラプラス像空間上の演算、および数値的なラプラス逆変換の過程を経るため、一般に悪条件下の問題が生じ、多くの誤差が重畳してしまう。   Therefore, if the creep function of the viscoelastic body that is the target material can be obtained through experiments, the relaxation elastic modulus necessary for the analysis can be easily and reliably measured by applying Laplace transform. In addition, since this calculation goes through a process in the Laplace image space and a numerical Laplace inversion process, a problem under bad conditions generally occurs and many errors are superimposed.

そこで、実験で得られたクリープ関数を、ラプラス変換可能な任意式、例えばべき関数を用いて近似した後に、解析的なラプラス変換をし、ラプラス像空間上にて数4で定義される演算をし、いわゆる細野の方法を用いた数値ラプラス逆変換をすることによって、ガラス材などの粘弾性体の緩和弾性率を算出する。   Therefore, after approximating the creep function obtained in the experiment using an arbitrary expression that can be Laplace transformed, for example, a power function, analytical Laplace transformation is performed, and an operation defined by Equation 4 is performed on the Laplace image space. The relaxation elastic modulus of a viscoelastic body such as a glass material is calculated by performing a numerical Laplace inverse transform using the so-called Hosono method.

具体的には、実験によって測定された離散データであるクリープ関数を、例えば第1の方法として、数6に示すように、べき関数としてのべき級数和にて近似する。   Specifically, a creep function, which is discrete data measured by experiment, is approximated by a power series sum as a power function as shown in Equation 6, for example, as a first method.

ここで、kは、瞬間弾性率、すなわち室温でのヤング率である。また、べき関数の次数Nを10とした。また、初期条件としてJ(0)=1/k(0),(k(0):瞬間弾性係数)とした。次いで、数6をラプラス変換すると、数7のようになる。 Here, k 0 is the instantaneous elastic modulus, that is, the Young's modulus at room temperature. The power function order N is set to 10. The initial conditions were J (0) = 1 / k (0), (k (0): instantaneous elastic modulus). Next, when Equation 6 is Laplace transformed, Equation 7 is obtained.

このため、この数7に基づいて、ラプラス像空間上における緩和弾性率のラプラス変換は、数8のように求めることができる。   Therefore, based on Equation 7, Laplace transform of relaxation elastic modulus in the Laplace image space can be obtained as in Equation 8.

この結果、得られた緩和弾性率のラプラス変換に対して、細野の方法を用いた数値ラプラス逆変換をすることによって、実時間上の粘弾性体の緩和弾性率k(t)を得ることができる。   As a result, it is possible to obtain the relaxation elastic modulus k (t) of the viscoelastic body in real time by performing numerical Laplace inverse transformation using the Hosono method on the Laplace transformation of the obtained relaxation elastic modulus. it can.

また、例えば第2の方法として、図5に示すように、クリープ関数をフォークト(Foigt)モデルによりモデル化した関数で近似するものである。   Further, for example, as a second method, as shown in FIG. 5, the creep function is approximated by a function modeled by a Forgt model.

フォークトモデルとしては、弾性要素であるスプリングkと、減衰要素であるダッシュポットηとを並列に接続したものを1ユニットとし、これら1ユニットを複数(N個)直列に接続させ、さらに時刻0に対応する弾性要素kが直列に付加されたモデルを考える。 Forked model is one unit consisting of a spring k i that is an elastic element and a dashpot η i that is a damping element connected in parallel, and a plurality of (N) units are connected in series. Consider a model in which an elastic element k 0 corresponding to 0 is added in series.

この一般化されたフォークトモデルに、単位ステップ状の応力が作用した場合の変位、すなわち、フォークトモデルにおけるクリープ関数は、数9のようになる。   The displacement when a unit step-like stress is applied to this generalized Forked model, that is, the creep function in the Forked model is as shown in Equation 9.

ここで、λ=η/kであり、kは材料の瞬間弾性率、すなわち室温でのヤング率である。 Here, a λ i = η i / k i , k 0 is the instantaneous modulus of elasticity of the material, that is, Young's modulus at room temperature.

クリープ試験により単位ステップ状の応力に対する変位応答、すなわちクリープ関数が求められる。数9の式で与えられるフォークトモデルのクリープ関数が実験結果に一致するように、未知パラメータkとλ(もしくはη)を探索計算により求める。 A displacement response to a unit step stress, that is, a creep function is obtained by a creep test. The unknown parameters k i and λ i (or η i ) are obtained by search calculation so that the creep function of the Forked model given by the equation (9) matches the experimental result.

ここで、フォークトモデルの一般式である数9の式をラプラス変換すると、数10の式となる。   Here, when the Laplace transform is performed on Formula 9 that is a general formula of the Forked model, Formula 10 is obtained.

この数10の式と、上記一実施の形態の数5の式とにより、緩和弾性率のラプラス変換が数11のように求められる。   The Laplace transform of the relaxation elastic modulus is obtained as shown in Equation 11 by the equation of Equation 10 and the equation of Equation 5 in the above embodiment.

そして、このように求めた数11の式に対して、数値ラプラス逆変換を適用することで、実時間上の緩和弾性率k(t)が得られる。   Then, by applying the numerical Laplace inverse transformation to the equation of Equation 11 thus obtained, the relaxation elastic modulus k (t) in real time can be obtained.

次いで、上述した方法を用いて各測定温度における緩和弾性率を求め、図6に示すように、横軸を時間の対数とし縦軸を緩和弾性率とした場合には、各温度の緩和弾性率が、時間軸に沿って移動させただけの相似形となり、対数時間軸上で平行移動することによって、一本のカーブ、すなわちマスタカーブにまとめることができる。なお、このマスタカーブは、基準温度における緩和弾性率である。   Next, the relaxation modulus at each measurement temperature was determined using the method described above. As shown in FIG. 6, when the horizontal axis is the logarithm of time and the vertical axis is the relaxation modulus, the relaxation modulus at each temperature. Are similar to each other along the time axis, and can be combined into a single curve, that is, a master curve, by parallel translation on the logarithmic time axis. This master curve is the relaxation elastic modulus at the reference temperature.

すなわち、このマスタカーブの平行移動量であるシフト量を定量的に表すことによって、温度の効果を時間に置換でき、温度変化を伴う熱粘弾性体の解析を容易にできることが分かった。   That is, it has been found that by quantitatively expressing the shift amount, which is the parallel movement amount of the master curve, the effect of temperature can be replaced with time, and the analysis of a thermo-viscoelastic body accompanying a temperature change can be facilitated.

ここで、ガラスやプラスチックなどの熱粘弾性材料は、構成方程式が時間のみでなく温度にも依存する。そして、緩和弾性率と温度Tおよび時間tとの間には、時間温度換算則が成立し、数12のように一般化できる。   Here, in thermoviscoelastic materials such as glass and plastic, the constitutive equation depends not only on time but also on temperature. A time-temperature conversion rule is established between the relaxation elastic modulus, the temperature T, and the time t, and can be generalized as in Expression 12.

すなわち、任意の時間tにおける緩和弾性率k(t,T)と基準温度Tとでの間の緩和弾性率k(t,T)は、時間温度移動因子αT0(T)にて関係付けられる。また、この時間温度移動因子αT0(T)は、基準温度Tに対する温度Tの関数であり、一般にシフトファクタ(Shift Factor)と呼ばれている。数12の実時間tを数13を用いて換算時間t´により書き直すと数14のようになる。 That is, the relaxation elastic modulus k (t, T 0 ) between the relaxation elastic modulus k (t, T) and the reference temperature T 0 at an arbitrary time t is related by the time-temperature transfer factor α T0 (T). Attached. The time temperature transfer factor α T0 (T) is a function of the temperature T with respect to the reference temperature T 0 and is generally called a shift factor. When the real time t of Formula 12 is rewritten by the conversion time t ′ using Formula 13, Formula 14 is obtained.

よって、換算時間t´を用いて記述することによって温度の影響を時間で置換できるようになり、熱粘弾性体の構成方程式は、数15に示すように、数1の時間tを換算時間t´に置換することによって得ることができる。   Therefore, it becomes possible to replace the influence of temperature with time by describing using the conversion time t ′, and the constitutive equation of the thermo-viscoelastic body is expressed by the following equation (15). It can be obtained by replacing with '.

さらに、クリープ関数を実験的に求めて緩和弾性率を計測する場合には、数16で表される線形多項近似を用いて、実験で測定されたクリープ関数を近似する。   Further, when the creep function is experimentally obtained and the relaxation elastic modulus is measured, the creep function measured in the experiment is approximated using the linear polynomial approximation expressed by Equation 16.

そして、この数16をラプラス変換してから数5に代入することによって緩和弾性率とマスタカーブとのそれぞれを算出できる。さらに、FEM(Finite Element Method:有限要素法)解析に用いるためにマスタカーブを数17に示すマックウェル(Maxwell)モデルで近似する。   Then, each of the relaxation elastic modulus and the master curve can be calculated by substituting the equation (16) into the equation (5) after performing Laplace transform. Further, the master curve is approximated by a Maxwell model expressed by Equation 17 for use in FEM (Finite Element Method) analysis.

ただし、数16中のnを10とし、数17中のNを5とした。   However, n in Expression 16 was set to 10, and N in Expression 17 was set to 5.

さらに、時間温度換算則を示すシフトファクタは、基準温度Tをガラス材のガラス転移温度として、緩和弾性率のシフト量にて算出した。 Furthermore, the shift factor indicating the time-temperature conversion rule was calculated from the shift amount of the relaxation modulus using the reference temperature T 0 as the glass transition temperature of the glass material.

一方、マスタカーブは、対数軸上において基準温度の緩和弾性率を固定し、他の温度における緩和弾性率を平行移動して重ねることによって得ることができる。すなわち、このマスタカーブを得ることができれば、その他の温度および時間における緩和弾性率をマスタカーブの平行移動で表すことができる。   On the other hand, the master curve can be obtained by fixing the relaxation elastic modulus at the reference temperature on the logarithmic axis and translating and overlapping the relaxation elastic modulus at other temperatures. That is, if this master curve can be obtained, the relaxation elastic modulus at other temperatures and times can be expressed by parallel movement of the master curve.

例えば、図6中のガラス転移点T=680℃での曲線を基準とし、この曲線に重なるように他の温度のグラフを平行移動させると、図1に示すように、一本のマスタカーブに集約できる。なお、この図1には、マックスウェルモデルにて近似した曲線を併記した。   For example, when a curve at a glass transition point T = 680 ° C. in FIG. 6 is used as a reference and a graph of another temperature is translated so as to overlap this curve, as shown in FIG. Can be aggregated. In FIG. 1, curves approximated by the Maxwell model are also shown.

さらに、この図1中の時間軸方向の移動量logαT0を縦軸とし、絶対温度の逆数を横軸とすると、図7のように示すことができる。この図7によって、シフトファクタの測定データが、ほぼ一次直線的に並ぶことが確認できた。したがって、図示しないナラヤナスワミー(Narayanaswamy)の定義式を用いることによって、粘性流動速度の活性化エネルギΔHと、シフトファクタαT0とを数18のように関係付けできる。 Further, when the movement amount logα T0 in the time axis direction in FIG. 1 is the vertical axis and the reciprocal of the absolute temperature is the horizontal axis, it can be shown as in FIG. It can be confirmed from FIG. 7 that the measurement data of the shift factor are arranged almost linearly. Therefore, by using the Narayanaswamy definition formula (not shown), the activation energy ΔH of the viscous flow velocity and the shift factor α T0 can be related as shown in Equation 18.

ここで、Rは気体定数(=8.31×10−3kJ/mol)である。また、Tは基準温度であり、ガラス転移温度Tが953Kである。なお、実際のFEM解析では、活性エネルギΔHが計算条件として与えられる。また、H/Rは、1/Tを変数としたときの傾きである。 Here, R is a gas constant (= 8.31 × 10 −3 kJ / mol). T 0 is a reference temperature, and the glass transition temperature T g is 953K. In the actual FEM analysis, the activation energy ΔH is given as a calculation condition. H / R is a slope when 1 / T is a variable.

さらに、図7の各点を最小二乗法にて一次近似し、その傾きを求めることによって、ΔH=481.45kJ/molを得た。最終的に、近似直線にて求められた活性化エネルギを数18に代入することによって、任意の温度におけるシフトファクタを算出できる。   Furthermore, ΔH = 481.45 kJ / mol was obtained by linearly approximating each point in FIG. 7 by the least square method and obtaining the slope thereof. Finally, the shift factor at an arbitrary temperature can be calculated by substituting the activation energy obtained by the approximate straight line into Equation 18.

さらに、後述するクリープ試験にて求めた緩和弾性率を、マックスウェルモデルを用いて近似する。なお、マックスウェルモデルとは、粘弾性特性を示す力学的モデルの一つである。   Furthermore, the relaxation elastic modulus calculated | required by the creep test mentioned later is approximated using a Maxwell model. The Maxwell model is one of mechanical models showing viscoelastic characteristics.

具体的に、このマックスウェルモデルとしては、図8に示すように、弾性要素であるスプリングk,k,……,kと、粘性要素であるダッシュポットλ,……,λとが直列に接続されたものを1ユニットとし、これら1ユニットを複数列、例えば5つのユニットに並列に接続させ、さらに時刻無限大に対応する弾性要素kが付加された計11自由度のモデルである。 Specifically, as shown in FIG. 8, the Maxwell model includes springs k 1 , k 2 ,..., K 5 that are elastic elements and dashpots λ 1 , λ 2 ,. , λ 5 connected in series as one unit, these one unit are connected in parallel to a plurality of rows, for example, five units, and an elastic element k corresponding to time infinity is added to a total of 11 It is a model of freedom.

そして、n個の要素からなるマックスウェルモデルにひずみを与えた場合の時間と応力との関係について単軸応力場で考えると、kが弾性係数、ηが粘性係数となる。ただし、i=1,2,……,nである。また、各要素の全体における応力をσとし、ひずみをεとし、スプリングk,k,……,kおよびダッシュポットλ,……,λそれぞれのひずみをε,εとした場合に、これらスプリングk,k,……,kとダッシュポットλ,……,λが直列に接続されているので、数19ないし数21のようになる。 Then, considering the relationship between time and stress when strain is applied to a Maxwell model composed of n elements, k i is an elastic coefficient and η i is a viscosity coefficient. However, i = 1, 2,..., N. Further, the stress in the entire of each element and sigma i, and the strain with epsilon i, spring k 1, k 2, ......, k 5 and dashpot λ 1, λ 2, ......, λ 5 each strain epsilon E, when the epsilon D, these spring k 1, k 2, ......, k 5 and dashpot lambda 1, lambda 2, ......, since lambda 5 are connected in series, the number 19 to number 21 become that way.

さらに、これら数19ないし数21をひずみの時間微分として整理すると、数22ないし数24となる。   Further, when these formulas 19 to 21 are arranged as strain time derivatives, formulas 22 to 24 are obtained.

ここで、数24に数22および数23を代入してから、両辺にkを掛けると、数25になる。 Here, when substituting Equation 22 and Equation 23 into Equation 24 and then multiplying both sides by k i , Equation 25 is obtained.

なお、λ=η/kとすると、数25は数26のように表される。 When λ i = η i / k i , Equation 25 is expressed as Equation 26.

また、マックスウェルモデル全体における応力をσとし、ひずみをεとすると、各ユニットが並列に接続されているため、数27および数28のように表すことができる。   Further, assuming that the stress in the entire Maxwell model is σ and the strain is ε, each unit is connected in parallel, and therefore can be expressed as in Expression 27 and Expression 28.

ここで、数25、数27および数28のそれぞれをラプラス変換する。このとき、kおよびλはそれぞれ定数であるから、数29ないし数31のようになる。 Here, each of Equations 25, 27, and 28 is Laplace transformed. At this time, since k i and λ i are constants, they are expressed by the following equations 29 to 31.

さらに、数30に数29および数31を代入することによって、数32を得ることができる。   Furthermore, by substituting Equations 29 and 31 into Equation 30, Equation 32 can be obtained.

ここで、マックスウェルモデルに作用させるひずみを単位ステップ状のひずみとすると、数33のようになる。   Here, assuming that the strain acting on the Maxwell model is a unit step-like strain, Equation 33 is obtained.

この結果、数32は、数34のように表すことができる。   As a result, Expression 32 can be expressed as Expression 34.

そして、この数34をラプラス逆変換すると、数35を得ることができる。   Then, when this equation 34 is inversely transformed by Laplace, equation 35 can be obtained.

すなわち、ステップひずみε=H(t)に対するnユニットのマックスウェルモデルの応力変動、すなわち緩和弾性率k(t)は、緩和時間λのひとつが無限大の場合に、数36のように表すことができる。   That is, the stress fluctuation of the n-unit Maxwell model with respect to the step strain ε = H (t), that is, the relaxation elastic modulus k (t) is expressed as shown in Expression 36 when one of the relaxation times λ is infinite. Can do.

ここで、図8中のスプリングk,k,……,kおよびダッシュポットλ,……,λのそれぞれは、マックスウェルモデルの各ユニットに対応する未定係数である。また、kは、無限時間経過後の弾性率を表す。 Here, springs k 1 , k 2 ,..., K 5 and dashpots λ 1 , λ 2 ,..., Λ 5 in FIG. 8 are undetermined coefficients corresponding to each unit of the Maxwell model. . K represents the elastic modulus after elapse of infinite time.

さらに、この図8に示すマックスウェルモデルにて近似した緩和弾性率を模式的に示すと、図9のように示すことができる。すなわち、時間の経過とともに各ユニット(k)毎に段階的に緩和が生じ、最終的にkへと収束する。したがって、このマックスウェルモデルによる近似では、スプリングk,k,……,kについては既知量として与え、緩和速度を規定するダッシュポットλ,……λのみを未知パラメータとして、例えばニュートン(Newton)法などにより探索した。 Furthermore, when the relaxation elastic modulus approximated by the Maxwell model shown in FIG. 8 is schematically shown, it can be shown as in FIG. That is, each unit (k i, λ i) over time stepwise relaxation occurs in each, to converge to the final k ∞. Therefore, in approximation by the Maxwell model, spring k 1, k 2, ......, it is given as a known quantity for k 5, dashpot lambda 1 which defines the relaxation rate, lambda 2, ...... lambda 5 only unknown parameter For example, the search was performed by the Newton method.

なお、時刻無限大における弾性率kは、クリープ試験における試料片の最終形状から求めることができる。また、すべての緩和弾性率は,瞬間弾性率kとの間に成立する条件式、すなわち数37を満たす。 The elastic modulus k ∞ at time infinity can be obtained from the final shape of the sample piece in the creep test. Further, all the relaxation elastic moduli satisfy the conditional expression established between the instantaneous elastic modulus k 0 , that is, Expression 37.

以上の結果、残る未知量であるダッシュポットλ,……λに関して探索計算することによって、最終的に緩和弾性率のマックスウェルモデルを特定できる。 As a result of the above, a Maxwell model of relaxation modulus can be finally specified by performing search calculation with respect to the remaining unknown amounts of dashpots λ 1 , λ 2 ,... Λ 5 .

次に、上記緩和弾性率の計測に用いる線膨張係数の計測方法について説明する。   Next, a method for measuring the linear expansion coefficient used for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

熱粘弾性体であるガラス材として、ガラス試料TaF−3の線膨張係数を、図10に示す熱分析測定装置(TA50−WS:株式会社島津製作所製)1にて測定した。ここで、この熱分析測定装置1は、粘弾性体としての熱粘弾性体である円柱状の試料片Bが収容される有底円筒状の収容凹部2を有する試料設置部3を備えている。この試料設置部3の収容凹部2の上方には、この収容凹部2内に下端部が挿入可能な変位検出棒4を有する差動トランス5が取り付けられている。ここで、変位検出棒4は、軸方向を上下方向に沿わせた状態で設置されており、この変位検出棒4の上端部に差動トランス5が同心状に取り付けられている。また、この差動トランス5の外周には、この差動トランス5を囲むようにコイル6が取り付けられている。   As a glass material which is a thermoviscoelastic body, the linear expansion coefficient of the glass sample TaF-3 was measured with a thermal analysis measurement apparatus (TA50-WS: manufactured by Shimadzu Corporation) 1 shown in FIG. Here, the thermal analysis measuring apparatus 1 includes a sample setting portion 3 having a bottomed cylindrical storage recess 2 in which a columnar sample piece B which is a thermoviscoelastic body as a viscoelastic body is stored. . A differential transformer 5 having a displacement detection rod 4 whose lower end can be inserted into the accommodation recess 2 is attached above the accommodation recess 2 of the sample setting portion 3. Here, the displacement detection rod 4 is installed in a state where the axial direction is along the vertical direction, and the differential transformer 5 is concentrically attached to the upper end portion of the displacement detection rod 4. A coil 6 is attached to the outer periphery of the differential transformer 5 so as to surround the differential transformer 5.

また、この熱分析測定装置1の収容凹部2の外周には、この収容凹部2内に設置された試料片Bを加熱する電気炉7が取り付けられている。さらに、収容凹部2には、この収容凹部2内に設置され電気炉7にて加熱された試料片Bの温度を測定する熱電対8の下端部が挿入された状態で取り付けられている。   An electric furnace 7 for heating the sample piece B installed in the housing recess 2 is attached to the outer periphery of the housing recess 2 of the thermal analysis measuring device 1. Further, the accommodation recess 2 is attached with a lower end portion of a thermocouple 8 for measuring the temperature of the sample piece B installed in the accommodation recess 2 and heated in the electric furnace 7 being inserted.

そして、この熱分析測定装置1は、試料設置部3の収容凹部2に設置された試料片Bを電気炉7にて加熱し、この電気炉7での加熱の際に発生する試料片Bの寸法変化を計測する。具体的に、この試料片Bの上部には、差動トランス5に接続された変位検出棒4の下端部が微細な一定の圧力を加えながら接触している。したがって、試料片Bの寸法変化に伴って差動トランス5とコイル6との相対位置が変化し、この差動トランス5の出力を検出することによって、試料片Bの寸法変化を検出する。さらに、この試料片Bの寸法変化と温度変化とのそれぞれを計測することによって、熱膨張率が計測できる。   And this thermal analysis measuring device 1 heats the sample piece B installed in the accommodation recessed part 2 of the sample installation part 3 in the electric furnace 7, and the sample piece B generated in the heating in this electric furnace 7 Measure dimensional changes. Specifically, the lower end portion of the displacement detection rod 4 connected to the differential transformer 5 is in contact with the upper portion of the sample piece B while applying a fine constant pressure. Therefore, the relative position of the differential transformer 5 and the coil 6 changes with the dimensional change of the sample piece B, and the dimensional change of the sample piece B is detected by detecting the output of the differential transformer 5. Furthermore, by measuring each of the dimensional change and temperature change of the sample piece B, the thermal expansion coefficient can be measured.

そして、線膨張係数である線膨張率は、所定の温度範囲において、温度に依存することが分かるため、得られた変位から、各温度における平均線膨張率を求めた後、求めた平均線膨張率データを、数38に示すように、4次の線形多項式であるべき関数にて近似した。   Since the linear expansion coefficient, which is a linear expansion coefficient, depends on the temperature in a predetermined temperature range, the average linear expansion coefficient at each temperature is obtained from the obtained displacement, and then the obtained average linear expansion coefficient is obtained. The rate data was approximated by a function that should be a fourth-order linear polynomial, as shown in Equation 38.

次に、上記緩和弾性率を計測するために必要なクリープ試験について説明する。   Next, a creep test necessary for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

まず、粘弾性体であるガラス材料を試料片Bとして荷重下での時刻歴に対する変位量の計測、すなわち一軸圧縮クリープ試験することによって、この試料片Bを構成するガラス材料の構成方程式を実験的に求めることができる。すなわち、このクリープ試験とは、熱粘弾性体である粘弾性体のマスタカーブや時間−温度換算則を示すシフトファクタを実験的に求める方法の一つであって、一定の引張荷重あるいは圧縮荷重の下で、試料片Bを変形量の時刻歴を計測して得られたクリープ関数から緩和弾性率を計算する。さらに、種々の温度環境下でクリープ試験をすることによって、シフトファクタを算出できる。   First, the constitutive equation of the glass material composing the sample piece B is experimentally measured by measuring the amount of displacement with respect to the time history under load, that is, the uniaxial compression creep test, with the glass material that is a viscoelastic body as the sample piece B. Can be requested. That is, the creep test is one of methods for experimentally obtaining a master curve of a viscoelastic body that is a thermoviscoelastic body and a shift factor indicating a time-temperature conversion rule, and is a constant tensile load or compressive load. The relaxation elastic modulus is calculated from the creep function obtained by measuring the time history of the deformation amount of the sample piece B. Furthermore, the shift factor can be calculated by conducting a creep test under various temperature environments.

ここで、プラスチックやガラス材料などの粘性的性質を示すほとんどの材料は、粘性挙動が温度に依存する粘弾性体である。したがって、種々の温度環境下において同様のクリープ試験をし、温度と時間との換算則を表すシフトファクタを計測する必要がある。また、緩和弾性率の測定には、下記に示すクリープ試験装置11を用いて試料片Bの熱粘弾性特性を計測、すなわち同定した。   Here, most materials that exhibit viscous properties such as plastics and glass materials are viscoelastic bodies whose viscous behavior depends on temperature. Therefore, it is necessary to perform a similar creep test under various temperature environments and measure a shift factor representing a conversion rule between temperature and time. For measurement of the relaxation elastic modulus, the thermoviscoelastic properties of the sample piece B were measured, that is, identified using a creep test apparatus 11 shown below.

具体的に、このクリープ試験装置11は、引張試験用の装置であって、図11に示すように、水平に設置された設置台であるプレート12を備えている。このプレート12上には、上下方向に長手方向を有する細長柱状の支柱13が立設されている。そして、この支柱13の上端部には、細長柱状のレバー14の長手方向の中央部が鉛直方向に沿って水平に回動可能に取り付けられている。また、このレバー14の長手方向の一端部である先端部には、所定の錘Wが設置可能な円盤状の錘設置プレート15が棒状体16を介して取り付けられている。   Specifically, the creep test apparatus 11 is an apparatus for a tensile test, and includes a plate 12 which is an installation table installed horizontally as shown in FIG. On the plate 12, an elongated columnar column 13 having a longitudinal direction in the vertical direction is erected. A longitudinal center portion of the elongated columnar lever 14 is attached to the upper end portion of the support column 13 so as to be horizontally rotatable along the vertical direction. In addition, a disc-shaped weight installation plate 15 on which a predetermined weight W can be installed is attached via a rod-like body 16 to a distal end portion which is one end portion in the longitudinal direction of the lever 14.

また、このレバー14の長手方向の他端部である基端部とプレート12との間には、クリープ試験の被試験体である試料片Bを圧縮して負荷を与える負荷機構17が取り付けられている。ここで、この試料片Bとしては、例えば10mmの直径寸法を有するとともに10mmの長さ寸法を有する円柱状のガラス材料が用いられる。   In addition, a load mechanism 17 that compresses and applies a load to the specimen B, which is a specimen to be tested in a creep test, is attached between the base end that is the other end in the longitudinal direction of the lever 14 and the plate 12. ing. Here, as the sample piece B, for example, a cylindrical glass material having a diameter dimension of 10 mm and a length dimension of 10 mm is used.

さらに、負荷機構17には、この負荷機構17に設置された試料片Bの潰れ、すなわち変位を測定する変位計18が取り付けられている。なお、この変位計18としては、例えばロードセル(DTH−A−5:株式会社共和電業製)や、データロガー(リモートスキャナJr.DC3100:NEC三栄株式会社製)などが用いられる。   Further, the load mechanism 17 is provided with a displacement meter 18 for measuring the crushing of the sample piece B installed in the load mechanism 17, that is, the displacement. As the displacement meter 18, for example, a load cell (DTH-A-5: manufactured by Kyowa Denki Co., Ltd.) or a data logger (remote scanner Jr. DC3100: manufactured by NEC Sanei Co., Ltd.) is used.

そして、この変位計18は、データ記録計19に接続され、このデータ記録計19は、制御手段としてのコンピュータ21に接続されている。このコンピュータ21は、変位計18にて測定しデータ記録計19にて記録された変位記録情報が入力され、この変位記録情報に基づいてクリープ関数を算出する。   The displacement meter 18 is connected to a data recorder 19, and the data recorder 19 is connected to a computer 21 as control means. The computer 21 receives displacement record information measured by the displacement meter 18 and recorded by the data recorder 19, and calculates a creep function based on the displacement record information.

一方、負荷機構17には、この負荷機構17に設置された試料片Bを加熱する電気炉22が取り付けられている。この電気炉22としては、例えば最高許容温度が1100℃の電気炉(島津金属株式会社製)などが用いられる。そして、この電気炉22には温度コントローラ23が接続されており、この温度コントローラ23によって電気炉22による試料片Bの加熱が制御される。言い換えると、この電気炉22による加熱温度は、温度コントローラ23にて制御される。なお、この温度コントローラ23としては、例えば温度調節計器(EC5600:大倉電気株式会社製)などが用いられる。   On the other hand, an electric furnace 22 for heating the sample piece B installed in the load mechanism 17 is attached to the load mechanism 17. As the electric furnace 22, for example, an electric furnace (manufactured by Shimadzu Corporation) having a maximum allowable temperature of 1100 ° C. is used. A temperature controller 23 is connected to the electric furnace 22, and heating of the sample piece B by the electric furnace 22 is controlled by the temperature controller 23. In other words, the heating temperature by the electric furnace 22 is controlled by the temperature controller 23. As the temperature controller 23, for example, a temperature controller (EC5600: manufactured by Okura Electric Co., Ltd.) is used.

そして、クリープ試験装置11の負荷機構17に試料片Bを設置させた状態で、この負荷機構17を温度コントローラ23にて制御しながら電気炉22にて加熱しつつ、錘設置プレート15に所定の重さの錘Wを設置させることによって、この試料片Bに対する引張荷重を圧縮荷重に変換する試験する。このとき、錘設置プレート15に錘Wを設置させることによって、試料片Bに対して一定の荷重を作用させて、このときの試料片Bの潰れ具合、すなわち変位量を変位計18にて測定して時刻歴として計測する。   Then, in a state where the sample piece B is installed in the load mechanism 17 of the creep test apparatus 11, while the load mechanism 17 is controlled by the temperature controller 23 and heated in the electric furnace 22, A test is performed to convert the tensile load on the sample piece B into a compressive load by installing a weight W. At this time, a fixed load is applied to the sample piece B by setting the weight W on the weight setting plate 15, and the degree of collapse of the sample piece B at this time, that is, the displacement amount is measured by the displacement meter 18. And measure it as a time history.

次に、上記緩和弾性率の計測方法を用いた数値シミュレーションについて説明する。   Next, a numerical simulation using the method for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

まず、粘弾性体であるガラス材51にて成形するガラスレンズのプレス成形シミュレーションの解析モデルとしては、図12(a)および図12(b)に示すように、例えば球形のガラス材51と、上下2つの金型52,53にて構成された成形型であるプレス型54のモデルを用いて、球面レンズを成形させる。   First, as an analysis model of a press molding simulation of a glass lens that is molded with a glass material 51 that is a viscoelastic body, as shown in FIGS. 12A and 12B, for example, a spherical glass material 51, A spherical lens is molded using a model of a press die 54 which is a molding die constituted by two upper and lower molds 52 and 53.

そして、上側の金型52の上面に作用する圧力を制御してガラス材51からのレンズのプレス成形過程を、大きな変形を考慮した非線形接触解析による数値解析にて模擬する。さらに、ガラス材51の線膨張係数は、上述のマックスウェルモデルによる緩和弾性率の近似にて計測した値を用いる。   Then, the pressure acting on the upper surface of the upper mold 52 is controlled to simulate the press molding process of the lens from the glass material 51 by numerical analysis based on nonlinear contact analysis in consideration of large deformation. Further, as the linear expansion coefficient of the glass material 51, a value measured by approximation of the relaxation elastic modulus according to the above-mentioned Maxwell model is used.

そして、例えば温度条件および圧力条件のそれぞれが異なるプロセスを模擬した数値シミュレーションをする。なお、実際の成形では、ガラス材51と金型52,53との間、およびこれらガラス材51および金型52,53と外部領域との間のそれぞれで熱のやりとりが生じ、結果としてガラス材51の内部に温度分布が生じる。なお、各金型52,53とガラス材51とにおいて常に温度シーケンスに一致した一様な温度場を仮定し、これら金型52,53およびガラス材51内の温度分布および熱の移動は考慮しないものとした。   Then, for example, a numerical simulation simulating a process with different temperature conditions and pressure conditions is performed. In actual molding, heat exchange occurs between the glass material 51 and the molds 52 and 53, and between the glass material 51 and the molds 52 and 53 and the external region, and as a result, the glass material. A temperature distribution occurs inside 51. It is assumed that the mold 52, 53 and the glass material 51 always have a uniform temperature field that matches the temperature sequence, and the temperature distribution and heat transfer in the mold 52, 53 and the glass material 51 are not considered. It was supposed to be.

上述したように、上記一実施の形態によれば、11自由度を有するマックスウェルモデルの採用と、実験により得られたクリープ関数の離散データをラプラス変換する段階で、べき関数、あるいはフォークトモデルなどの、ラプラス変換可能な任意式を用いた近似を適用した後に、解析的なラプラス変換を施してから、得られた像空間上の数値解をラプラス逆変換する構成とした。すなわち、ラプラス変換可能な任意式による近似を用いることによって、ラプラス変換が解析的にできるだけでなく、ラプラス像空間上での演算も機械的にできるようになる。   As described above, according to the above embodiment, at the stage of adopting the Maxwell model having eleven degrees of freedom and performing Laplace transform on the discrete data of the creep function obtained by the experiment, a power function, a Forked model, etc. After applying an approximation using an arbitrary expression capable of Laplace transform, analytical Laplace transform is performed, and then the obtained numerical solution in the image space is Laplace inverse transformed. In other words, by using an approximation by an arbitrary expression that can perform Laplace transform, Laplace transform can be performed not only analytically but also mechanically in Laplace image space.

この結果、緩和弾性率を計測する既存の方法に比べ、最終的な緩和弾性率の計測の精度を高めることができたので、極めて精度の高い緩和弾性率を計測できる。このため、ガラス材51などの粘弾性体の成形後の寸法精度を保つために必要な緩和弾性率を容易かつ正確に計測できる。   As a result, since the accuracy of the final relaxation modulus measurement can be improved as compared with the existing method for measuring the relaxation modulus, the relaxation modulus can be measured with extremely high accuracy. For this reason, it is possible to easily and accurately measure the relaxation elastic modulus necessary for maintaining the dimensional accuracy of the viscoelastic body such as the glass material 51 after molding.

さらに、上記緩和弾性率の計測方法にて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、ガラス材51などの粘弾性体を材料としたレンズなどの成形品を成形するためのプレス型54を製造することによって、このプレス型54を用いたガラス材51の成形後のレンズの寸法精度を保つことができる。よって、このプレス型54にてガラス材51を材料としてレンズを成形する際に生じるおそれのある、レンズの割れやひびなどの発生を防止できる。   Furthermore, based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the method of measuring the relaxation elastic modulus, a press die 54 for molding a molded article such as a lens made of a viscoelastic body such as the glass material 51 is provided. By manufacturing, the dimensional accuracy of the lens after molding the glass material 51 using the press die 54 can be maintained. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of cracking or cracking of the lens, which may occur when the lens is formed using the glass material 51 by the press die 54.

言い換えると、成形時の冷却工程において、レンズに残留応力や残留変形が発生することを防止でき、成形品の寸法精度の低下を防止できるため、所望の光学的性能を達成できるレンズを容易に製造できる。よって、ガラス材51を材料としたレンズを高温プレス成形するためのプレス型54を製造した後に補正などする必要がなくなるので、このプレス型54の設計および製造を容易にできる。   In other words, in the cooling process at the time of molding, it is possible to prevent residual stress and residual deformation from occurring in the lens, and it is possible to prevent deterioration of the dimensional accuracy of the molded product, so that a lens that can achieve the desired optical performance can be easily manufactured. it can. Therefore, it is not necessary to make correction after manufacturing the press die 54 for high-temperature press molding of the lens made of the glass material 51, so that the design and manufacture of the press die 54 can be facilitated.

さらに、得られた緩和弾性率をモデル化し、汎用有限要素法コードを用いて弾性パラメータを予め求め、緩和時間に対応する係数のみに関する検索を実行させたことにより、緩和弾性率を計測するための精度の高いパラメータが推定できるので、結果として緩和弾性率の忠実なモデルが可能となった。また、プレス型54とガラス材51との接触および大変形解析をした結果、このガラス材51の熱粘弾性特性に起因して成形後のレンズ形状および残留応力が温度降下条件に大きく依存することが分かった。   Furthermore, by modeling the obtained relaxation elastic modulus, obtaining the elastic parameters in advance using a general-purpose finite element method code, and performing a search for only the coefficient corresponding to the relaxation time, it is possible to measure the relaxation elastic modulus. Since highly accurate parameters can be estimated, a faithful model of relaxation modulus can be obtained as a result. In addition, as a result of the contact between the press die 54 and the glass material 51 and the large deformation analysis, the lens shape and residual stress after molding largely depend on the temperature drop condition due to the thermo-viscoelastic properties of the glass material 51. I understood.

そして、クリープ関数をべき関数により近似した場合には、計算などが簡易化され計測が容易となり、クリープ関数をフォークトモデルで近似した場合には、より正確なクリープ関数の近似に適し、緩和弾性率を、より容易かつ正確に計測できる。   When the creep function is approximated by a power function, calculation and the like are simplified and measurement is easy.When the creep function is approximated by a Forked model, it is suitable for more accurate approximation of the creep function, and the relaxation elastic modulus. Can be measured more easily and accurately.

次に、上記緩和弾性率の計測方法に用いるマックスウェルモデルの特定方法の一実施例を説明する。   Next, an example of a method for specifying the Maxwell model used in the method for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

例えば、ガラス転移温度T=680℃=953Kの緩和弾性率に対してカーブフィッティングしてマックスウェルモデルのマスタカーブを求める。そして、最終的に特定されたマックスウェルモデルの各諸定数は、次のようになった。 For example, a master curve of the Maxwell model is obtained by curve fitting with respect to a relaxation elastic modulus of glass transition temperature T g = 680 ° C. = 953 K. The various constants of the finally identified Maxwell model are as follows.

=k=k=k=30.88GPa,k=1.248GPa,k=1.97GPa,λ=7.0ms,λ=9.0ms,λ=10.0ms,λ=11.0ms,λ=30.0ms k 1 = k 2 = k 3 = k 4 = 30.88 GPa, k 5 = 1.248 GPa, k = 1.97 GPa, λ 1 = 7.0 ms, λ 2 = 9.0 ms, λ 3 = 10.0 ms , Λ 4 = 11.0 ms, λ 5 = 30.0 ms

このとき、このマスターカーブを図1中の破線で示した。すなわち、特定されたマックスウェルモデルの曲線は、シフトされた各温度の緩和弾性率とほぼ一致していることから、上記マックスウェルモデルによる近似によって高い近似精度を達成できた。   At this time, this master curve is indicated by a broken line in FIG. That is, the specified Maxwell model curve almost coincides with the relaxed elastic modulus of each shifted temperature, and thus high approximation accuracy can be achieved by approximation using the Maxwell model.

次に、上記緩和弾性率の計測方法に用いる線膨張率の計測の一実施例を説明する。   Next, an example of the measurement of the linear expansion coefficient used in the method for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

試料片Bとして、幅4mm×奥行き4mm×高さ10mmの直方体状のガラス材料を用い、試験温度を50℃から710℃まで10℃/minで昇温させ、710℃で5分間保持させた。   A rectangular parallelepiped glass material having a width of 4 mm, a depth of 4 mm, and a height of 10 mm was used as the sample piece B, and the test temperature was raised from 50 ° C. to 710 ° C. at 10 ° C./min and held at 710 ° C. for 5 minutes.

図13中の○印は、測定された温度と熱ひずみとの関係を示している。さらに、この図13に示すように、室温(20℃)から700℃までの範囲においては、線膨張係数である線膨張率が温度に依存することが分かった。   The circles in FIG. 13 indicate the relationship between the measured temperature and thermal strain. Furthermore, as shown in FIG. 13, in the range from room temperature (20 ° C.) to 700 ° C., it was found that the linear expansion coefficient, which is the linear expansion coefficient, depends on the temperature.

ここで、上記数38の式において、係数α,……,αとしては、次の値とした。 Here, in the above formula 38, the coefficients α 0 , α 1 ,..., Α 4 are set to the following values.

α=5.48×10−6−1,α=3.16×10−9−2,α=4.87×10−11−3,α=−1.78×10−13−4,α=1.69×10−16−5 α 0 = 5.48 × 10 −6 K −1 , α 1 = 3.16 × 10 −9 K −2 , α 2 = 4.87 × 10 −11 K −3 , α 3 = −1.78 × 10 −13 K −4 , α 4 = 1.69 × 10 −16 K −5

次に、上記緩和弾性率の計測方法に用いるクリープ試験の一実施例を説明する。   Next, an example of a creep test used in the method for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

クリープ試験装置11の負荷機構17に試料片Bを設置させた状態で、この負荷機構17を温度コントローラ23にて制御しながら電気炉22にて加熱しつつ、錘設置プレート15に所定の重さの錘Wを設置させることによって、この試料片Bに対する引張荷重を圧縮荷重に変換する試験する。このとき、錘設置プレート15に錘Wを設置させることによって、試料片Bに対して例えば98.1N、応力:1.25MPaの一定の荷重を作用させて、このときの試料片Bの潰れ具合、すなわち変位量を変位計18にて測定して時刻歴として計測した。   While the specimen piece B is placed on the load mechanism 17 of the creep test apparatus 11, the weight mechanism plate 15 is heated to a predetermined weight while being heated by the electric furnace 22 while being controlled by the temperature controller 23. A test is performed to convert the tensile load on the sample piece B into a compression load by installing the weight W. At this time, by installing the weight W on the weight setting plate 15, a constant load of, for example, 98.1 N and stress: 1.25 MPa is applied to the sample piece B, and the degree of crushing of the sample piece B at this time That is, the displacement amount was measured with the displacement meter 18 and measured as a time history.

この試料片Bとしては、ガラスレンズに用いられる代表的なガラス材料であるTaF−3を用いた。なお、このTaF−3は、ガラス転移温度Tが680℃で、密度ρが4711kg/mで、瞬間弾性率であるヤング率kが124.8GPaである。さらに、660℃、670℃および680℃それぞれの試験温度における試料片Bのクリープ試験結果は、図14に示すようになった。 As this sample piece B, TaF-3 which is a typical glass material used for a glass lens was used. In this TaF-3 is at 680 ° C. The glass transition temperature T g is a density ρ is 4711kg / m 3, the Young's modulus k 0 is the instantaneous elastic modulus is 124.8GPa. Furthermore, the creep test results of the sample piece B at the test temperatures of 660 ° C., 670 ° C., and 680 ° C. are as shown in FIG.

次に、上記緩和弾性率の計測方法を用いた数値シミュレーションでのプレス成形解析の一実施例を説明する。   Next, an example of press forming analysis in numerical simulation using the above-described relaxation modulus measurement method will be described.

まず、粘弾性体であるガラス材51にて成形するガラスレンズのプレス成形シミュレーションの解析モデルとしては、ガラス材51の直径を10mmとし、25mmの曲率半径を有する球面レンズを成形させた。なお、プレス型54は四角形2次要素を用いてガラス材51を347要素とし、プレス型54を479要素の計826要素に分割した。   First, as an analysis model of a press molding simulation of a glass lens molded with a glass material 51 that is a viscoelastic body, a spherical lens having a radius of curvature of 25 mm was formed with the glass material 51 having a diameter of 10 mm. The press die 54 was divided into a total of 826 elements of 479 elements, with the glass material 51 being 347 elements using a quadratic secondary element.

そして、上側の金型52の上面に作用する圧力を制御してガラス材51からのレンズのプレス成形過程を模擬した。このとき、数値解析には汎用有限要素法コードANSYS ver.8.0(商品名)を用い、大きな変形を考慮した非線形接触解析とした。また、ガラス材51の熱粘弾性特性は、上述のマスタカーブおよびシフトファクタから算出し、ポアソン比を0.3とした。さらに、ガラス材51の線膨張係数は、上述のマックスウェルモデルによる緩和弾性率の近似にて計測した値を用いた。   Then, the pressure acting on the upper surface of the upper mold 52 was controlled to simulate the press molding process of the lens from the glass material 51. At this time, the general-purpose finite element method code ANSYS ver. 8.0 (trade name) was used for the numerical analysis, and a non-linear contact analysis considering a large deformation was performed. Further, the thermoviscoelastic properties of the glass material 51 were calculated from the above master curve and shift factor, and the Poisson's ratio was set to 0.3. Further, as the linear expansion coefficient of the glass material 51, a value measured by approximating the relaxation elastic modulus by the Maxwell model described above was used.

さらに、プレス型54の上下の金型52,53の素材をそれぞれ超硬とし、これら金型52,53それぞれのヤング率を630GPaとしポアソン比を0.2とし、線膨張係数を4.6×10−6−1とした。 Further, the materials of the upper and lower molds 52 and 53 of the press mold 54 are made of carbide, the Young's modulus of each of these molds 52 and 53 is 630 GPa, the Poisson's ratio is 0.2, and the linear expansion coefficient is 4.6 ×. 10 −6 K −1 .

そして、プレス成形解析としては、図15に示す成形条件を用いて数値シミュレーションをした。このプレス成形プロセスでは、ガラス材51および各金型52,53の温度がともにT=680℃の状態から解析を開始させた。上側の金型52の上面に成形圧力Pを20MPaほどを加えて成形時間t秒の間、金型52,53にてガラス材51によるプレス成形を保持させ、球形のガラス材51をレンズ状に成形した。この後、この上側の金型52の上面に作用する圧力を減少させるとともに、この金型52の温度を室温である20℃まで降下させた。なお、加圧および減圧の時間はそれぞれ10秒間とし、温度降下に要する時間を300秒とした。この結果、圧力の作用時間、すなわち成形時間tを30秒から80秒までの間で変化させた場合のガラス材51の変形量と残留応力とについて考察した。 And as press molding analysis, numerical simulation was performed using the molding conditions shown in FIG. In this press molding process, the analysis was started from the state in which the temperature of the glass material 51 and the molds 52 and 53 were both T 0 = 680 ° C. A molding pressure P 0 of about 20 MPa is applied to the upper surface of the upper mold 52, and press molding with the glass material 51 is held in the molds 52 and 53 for a molding time t P seconds, and the spherical glass material 51 is made into a lens. Formed into a shape. Thereafter, the pressure acting on the upper surface of the upper mold 52 was reduced, and the temperature of the mold 52 was lowered to 20 ° C., which is room temperature. The time for pressurization and pressure reduction was 10 seconds each, and the time required for the temperature drop was 300 seconds. As a result, the action time of the pressure, ie was discussed deformation of the glass material 51 in the case of changing between up to 80 seconds forming time t p of 30 seconds and the residual stress.

図16および図17に、成形時間t=40の場合とt=70の場合とのそれぞれにおける成形終了後の等方的な圧力である残留応力(Mises相当応力)の分布をそれぞれ示した。この結果、図16に示すように、t=40の場合には、上下の金型52,53の間に隙間が生じ、成形時間が不足していることが確認できた。また、t=70の場合の結果と比較すると、ガラス材51内部の相当応力の分布に明確な相違が認められた。 FIG. 16 and FIG. 17 show the distribution of residual stress (Mises equivalent stress), which is an isotropic pressure after the end of forming, in each of the forming times t p = 40 and t p = 70, respectively. . As a result, as shown in FIG. 16, when t p = 40, it was confirmed that a gap was formed between the upper and lower molds 52 and 53, and the molding time was insufficient. Further, when compared with the result in the case of t p = 70, a clear difference was observed in the distribution of the equivalent stress inside the glass material 51.

さらに、図16に示すように、成形時間が短く、上下の金型52,53が接触せずに成形が完了する場合には、ガラス材51から成形されたレンズの中心軸上の表面点からわずかに内側の位置で応力が最大となる。これに対し、図17に示すように、成形時間が長く、上下の金型52,53が接触するような成形をした場合には、金型52,53と接するガラス材51の表層における応力が高くなる傾向が示され、このガラス材51から成形されるレンズの外周より約0.6mm程度内側の位置で相当応力が最大なることが分かった。   Further, as shown in FIG. 16, when the molding time is short and the molding is completed without the upper and lower molds 52 and 53 being in contact, the surface point on the central axis of the lens molded from the glass material 51 is used. The stress is maximized at a slightly inner position. On the other hand, as shown in FIG. 17, when molding is performed so that the upper and lower molds 52 and 53 are in contact with each other, the stress on the surface layer of the glass material 51 in contact with the molds 52 and 53 is increased. A tendency to increase was shown, and it was found that the equivalent stress was maximum at a position about 0.6 mm inside from the outer periphery of the lens molded from the glass material 51.

また、成形時間tを30秒から80秒までに亘って10秒間隔で6通りに変化させた場合の残留応力の最大値と、ガラス材51から成形されるレンズの中心部の厚さの変化との関係を図18に示す。この結果、この図18に示すように、成形時間tが60秒以下の領域では、成形時間が短いことに起因して上下の金型52,53が接触せず、結果としてガラス材51から成形されるレンズの厚さが設計寸法である2mmより大きくなってしまう。また、tが60秒に達するまで、成形時間を増加させるに従って残留応力が減少する傾向があった。さらに、t>60秒の領域においては、図17に示すように、応力の分布形状そのものが変化するとともに、その応力の分布形状の最大値が0.3MPa前後の一定値に収束することが分かった。 Further, the maximum value of the residual stress in the case of changing the six at 10 second intervals over the molding time t p from 30 seconds to 80 seconds, in the center of the lens to be molded from glass material 51 thickness The relationship with the change is shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 18, the molding time t p is 60 seconds or less in the region not in contact upper and lower molds 52 and 53 due to the molding time is short, the glass material 51 as a result The thickness of the molded lens will be larger than the design dimension of 2 mm. Also, t until p reaches 60 seconds, the residual stress tended to decrease with increasing molding time. Further, in the region where t p > 60 seconds, as shown in FIG. 17, the stress distribution shape itself changes, and the maximum value of the stress distribution shape converges to a constant value of around 0.3 MPa. I understood.

さらに、ガラス材51から成形されるレンズの中央部での曲率半径と成形時間tとの関係を図19に示す。このとき、設計上のレンズの曲率半径Rを25mmとした。さらに、ガラス材51をプレス成形する際の冷却に伴う熱収縮によって、平均で約0.6%程度の曲率変化が生じていることが分かった。また、成形時間tが60秒の近傍で、ガラス材51をプレス成形する際の冷却に伴う熱収縮による曲率変化が極小となる傾向を確認できた。 Further, 19 the relationship between the curvature radius and the molding time t P of the central portion of the lens to be molded from the glass material 51. At this time, the radius of curvature R of the designed lens was set to 25 mm. Furthermore, it has been found that, on average, a change in curvature of about 0.6% occurs due to thermal shrinkage accompanying cooling when the glass material 51 is press-formed. Further, it was confirmed that the curvature change due to the thermal contraction due to cooling when the glass material 51 is press-molded is minimized when the molding time t P is in the vicinity of 60 seconds.

次に、上記緩和弾性率の計測方法を用いた数値シミュレーションでのプレス成形解析の他の実施例を説明する。   Next, another embodiment of the press forming analysis in the numerical simulation using the method for measuring the relaxation elastic modulus will be described.

上記数値シミュレーションでのプレス成形解析の一実施例において、図20に示す成形条件を用いて数値シミュレーションをした。このプレス成形解析では、上記プレス成形解析の一実施例と比較して成形温度を高く設定して、プレス成形に要する時間を短縮させた。具体的に、ガラス材51および金型52,53の温度Tがともに710℃の状態から、上側の金型52の上面に成形圧力Pを20MPaほど加え、その状態をt秒の間保持させた。この後、この上側の金型52への圧力をそのままにした状態で、t秒の間で温度Tを610℃まで降下させてから、300秒の間、一定の温度勾配にて、ガラス材51および金型52,53それぞれの温度を室温、すなわち20℃に戻した。 In one embodiment of the press forming analysis in the numerical simulation, the numerical simulation was performed using the forming conditions shown in FIG. In this press molding analysis, the molding temperature was set higher than in one embodiment of the press molding analysis, and the time required for press molding was shortened. Specifically, from the state where the temperature T 1 of the glass material 51 and the molds 52 and 53 are both 710 ° C., a molding pressure P 0 of about 20 MPa is applied to the upper surface of the upper mold 52, and this state is maintained for t 1 second. Held. Thereafter, the temperature T 2 is lowered to 610 ° C. for t 2 seconds while the pressure on the upper mold 52 is left as it is, and the glass is kept at a constant temperature gradient for 300 seconds. The temperature of each of the material 51 and the molds 52 and 53 was returned to room temperature, that is, 20 ° C.

なお、実際のレンズ成形プロセスを参考にして、これらガラス材51および金型52,53それぞれの温度を室温に戻す際にも、P/10=2MPaの補正を加えた。また、温度T=710℃での保持時間t、および温度TからTまで降下させるのに要する時間tを変化させ、上記プレス成形解析の一実施例と同様に、レンズの変形および残留応力に着目した。 Incidentally, in the actual lens molding process reference, even when returning to room temperature for each of these glass materials 51 and the mold 52, 53 temperature, it was added a correction of P 0/10 = 2MPa. Further, by changing the holding time t 1 at the temperature T 1 = 710 ° C. and the time t 2 required for the temperature T 1 to drop from the temperature T 1 to T 2 , the deformation of the lens is performed in the same manner as in the embodiment of the press molding analysis. We focused on residual stress.

図21に、成形時間t=10sおよびt=10sの場合の残留応力の解析結果を示した。また、図22に、成形時間t=30sおよびt=10sの場合の残留応力の解析結果を示した。これら図21および図22のいずれにも、成形終了後にレンズ内に生じている残留応力であるMises相当応力の分布を示している。 FIG. 21 shows the analysis result of the residual stress when the molding times t 1 = 10 s and t 2 = 10 s. FIG. 22 shows the analysis result of the residual stress when the molding times t 1 = 30 s and t 2 = 10 s. Both FIG. 21 and FIG. 22 show the distribution of Mises-equivalent stress, which is the residual stress generated in the lens after completion of molding.

この結果、図21に示すように、成形時間tが短い場合には,上下の金型52,53が接触しない状態で成形が終了するため、上記プレス成形解析の一実施例とほぼ同様の応力分布となることが分かった。また、この成形時間tを適切に設定することによって、図22に示すように、上下の金型52,53が接触した状態で成形が終了し、結果として上記プレス成形解析の一実施例中の図17と同じ傾向の応力分布となることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 21, when the molding time t 1 is short, because the molding in a state where the upper and lower molds 52 and 53 are not in contact is completed, substantially the same as an embodiment of the press forming analysis It turned out to be a stress distribution. Further, by setting the molding time t 1 appropriately, as shown in FIG. 22, the molding is completed in a state in which the upper and lower molds 52 and 53 are in contact, resulting in an embodiment of the press forming analysis It turned out that it becomes the stress distribution of the same tendency as FIG.

なお、上記一実施例では、図17における最大応力値が約0.374MPaで、加圧時間tが70sであった。これに対し、本実施例では、図22における最大応力値が約0.345MPaで、加圧時間(t+t)が40sであった。このため、高い温度域でプレス時間を設定することによって、成形に要する総時間を短くできると同時に、残留応力を小さくできることが分かった。 In the above example, the maximum stress value in FIG. 17 was about 0.374 MPa, and the pressing time t P was 70 s. In contrast, in this example, the maximum stress value in FIG. 22 was about 0.345 MPa, and the pressing time (t 1 + t 2 ) was 40 s. For this reason, it was found that by setting the press time in a high temperature range, the total time required for molding can be shortened and the residual stress can be reduced.

また、図23(a)ないし図23(c)に、加圧時間t=30sおよびt=10sとした場合の成形終了後にレンズ内に生じる引張応力σおよびせん断応力τxyの分布を示す。この結果、レンズの内部に発生する応力は、引張応力に基づいていることが分かった。また、このレンズの表面点ではやや高い0.3MPa程度の圧縮の残留応力が生じている様子が分かった。さらに、図24および図25に、加圧時間tを10秒から30秒、または加圧時間tを10秒から110秒までそれぞれ変化させた場合の成形終了後の残留応力の最大値とレンズの厚さと加圧時間t,tとの関係を示した。 23 (a) to 23 (c) show tensile stresses σ x , σ y and shear stress τ xy generated in the lens after completion of molding when the pressurization time t 1 = 30 s and t 2 = 10 s. The distribution of. As a result, it has been found that the stress generated in the lens is based on the tensile stress. Further, it was found that a slightly high compressive residual stress of about 0.3 MPa was generated at the surface point of this lens. Further, FIGS. 24 and 25 show the maximum value of the residual stress after the end of molding when the pressing time t 1 is changed from 10 seconds to 30 seconds, or the pressing time t 2 is changed from 10 seconds to 110 seconds, respectively. The relationship between the lens thickness and the pressing times t 1 and t 2 is shown.

この結果、図24に示すように、残留応力は、(t,t)=(25,10)の点と(t,t)=(10,90)の点とを結ぶ線が、成形条件の良否を判断する境界線となる。すなわち、この境界線を超える側のtおよびtがそれぞれ大きい側の領域で、これらtおよびtを決定することによって、寸法精度の高いガラスレンズの成形が可能となることが分かった。なお、図24および図25に示すように、加圧時間tよりもtを長く設定することによって、レンズの総成形時間を短縮できることが分かった。また、これらtおよびtのそれぞれを長くすることにより、残留応力および残留変形量のそれぞれを小さくできるが、成形効率を優先する場合には、高温側の温度域における加工時間を長くすべきことが分かった。 As a result, as shown in FIG. 24, the residual stresses, the line connecting the points (t 1, t 2) = a point (25,10) (t 1, t 2) = (10,90) It becomes a boundary line for judging the quality of molding conditions. That is, it has been found that a glass lens with high dimensional accuracy can be formed by determining these t 1 and t 2 in the regions where t 1 and t 2 on the side exceeding the boundary line are large. . As shown in FIGS. 24 and 25, it was found that the total lens molding time can be shortened by setting t 1 longer than the pressurizing time t 2 . In addition, by increasing each of these t 1 and t 2 , each of the residual stress and the amount of residual deformation can be reduced. However, when priority is given to the molding efficiency, the processing time in the high temperature range should be increased. I understood that.

よって、クリープ曲線をラプラス変換してラプラス像空間上における緩和弾性率を計測し、いわゆる細野の方法を用いた数値ラプラス逆変換をすることによって、簡単かつ正確な緩和弾性率の導出方法を確率できた。さらに、各温度における緩和弾性率からマスタカーブを求めることによって、シフトファクタを算出できた。また、ガラス材51の線膨張率を実験により測定し、線形多項式近似を用いて近似した。   Therefore, the Laplace transform of the creep curve is used to measure the relaxation modulus in the Laplace image space, and by performing the inverse numerical Laplace transform using the so-called Hosono method, a simple and accurate method for deriving the relaxation modulus can be established. It was. Furthermore, the shift factor could be calculated by obtaining a master curve from the relaxation modulus at each temperature. Further, the linear expansion coefficient of the glass material 51 was measured by experiment and approximated using linear polynomial approximation.

なお、上記各実施の形態および実施例での動作のそれぞれを各ステップとしてコンピュータ読み取り可能な緩和弾性率の計測プログラムや、成形型設計あるいは製造用のプログラムとしたり、計算機にて自動的に計算できる緩和弾性率計測用または成形型設計あるいは製造用のソフトウエアとしたりもできる。   Each of the operations in the above-described embodiments and examples can be a computer-readable relaxation modulus measurement program, a mold design or manufacturing program, and can be automatically calculated by a computer. Software for measuring relaxation elastic modulus or for designing or manufacturing a mold can be used.

また、上記各実施の形態および実施例において、クリープ関数は、べき関数やフォークトモデルによる近似だけでなく、ラプラス変換可能な任意式、例えば多項式や階段関数などで近似しても、同様の作用効果を奏することが可能である。特に、階段関数によりクリープ関数を近似する場合には、上記緩和弾性率の計測プログラムなどによりコンピュータによるデジタル処理をする際に、上記第1の実施の形態で時刻歴計測したデータなどをそのまま入力できるので、他の関数で近似する場合よりも有利となる。   In each of the above embodiments and examples, the creep function is not only approximated by a power function or a Forked model, but can be approximated by an arbitrary expression capable of Laplace transform such as a polynomial or a step function. It is possible to play. In particular, when the creep function is approximated by a step function, the data obtained by measuring the time history in the first embodiment can be input as it is when digital processing is performed by a computer using the relaxation modulus measurement program or the like. Therefore, it is more advantageous than the case of approximating with other functions.

さらに、これらプログラムやソフトウエアを記録した光ディスクあるいは磁気ディスクその他の記録媒体に格納し、この記録媒体を計算機に自動的に動作させるために用いることもできる。また、上記各実施の形態および実施例での動作を行う機構あるいは手段を具備した緩和弾性率の計測装置や、成形型の設計装置あるいは製造装置などとすることもできる。   Furthermore, these programs and software can be stored in an optical disk, a magnetic disk, or other recording medium on which the program or software is recorded, and the recording medium can be used to automatically operate the computer. Further, a relaxation elastic modulus measuring device, a mold designing device, a manufacturing device, or the like provided with a mechanism or means for performing the operations in the above embodiments and examples may be used.

そして、上記各実施の形態および実施例では、粘弾性体である試料片Bとしてガラス材51を用いたが、例えば熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチックあるいはエンジニアリングプラスチックなどのガラス材51以外の粘弾性体であっても対応させて用いることができる。また、レンズ以外の光学素子、あるいは、非曲面を有するレンズ以外のプレス成形品などであっても、粘弾性体のプレス成形にて成形できる成形品であれば、対応させて用いることができる。   In each of the above embodiments and examples, the glass material 51 is used as the sample piece B that is a viscoelastic body. However, for example, viscoelasticity other than the glass material 51 such as thermoplastic plastic, thermosetting plastic, or engineering plastic. Even the body can be used in correspondence. Moreover, even if it is an optical element other than a lens or a press-molded product other than a lens having a non-curved surface, it can be used correspondingly as long as it is a molded product that can be molded by press-molding a viscoelastic body.

本発明の一実施の形態の緩和弾性率の計測方法に用いるマスタカーブを示すグラフである。It is a graph which shows the master curve used for the measuring method of the relaxation elastic modulus of one embodiment of this invention. 同上緩和弾性率の計測方法に用いるグラフであり、(a)はクリープ関数のグラフで、(b)は緩和弾性率のグラフである。It is a graph used for the measuring method of a relaxation elastic modulus same as the above, (a) is a graph of a creep function, (b) is a graph of a relaxation elastic modulus. 同上緩和弾性率の計測方法に用いるグラフであり、(a)は付加ひずみのグラフで、(b)は付加ひずみがクリープ関数に依存するグラフである。It is a graph used for the measuring method of a relaxation elastic modulus same as the above, (a) is a graph of an additional strain, (b) is a graph in which an additional strain is dependent on a creep function. ステップ入力の重ね合わせを示すグラフである。It is a graph which shows the superposition of step input. フォークトモデルを示す説明構成図である。It is explanatory drawing which shows a forked model. 各温度における緩和弾性率を示すグラフである。It is a graph which shows the relaxation elastic modulus in each temperature. シフトファクタを示すグラフである。It is a graph which shows a shift factor. マックスウェルモデルを示す説明構成図である。It is explanatory drawing which shows a Maxwell model. 同上マックスウェルモデルにて近似した緩和弾性率を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relaxation elastic modulus approximated by the Maxwell model same as the above. 熱分析測定装置を示す説明構成図である。It is explanatory drawing which shows a thermal analysis measuring device. クリープ試験装置を示す説明側面図である。It is explanatory side view which shows a creep test apparatus. プレス成形シミュレーションの成形型の解析モデルを示す構成図であり、(a)は成形型の斜視図で、(b)は成形型の一部を示す正面図である。It is a block diagram which shows the analysis model of the shaping | molding die of press molding simulation, (a) is a perspective view of a shaping | molding die, (b) is a front view which shows a part of shaping | molding die. 本発明の緩和弾性率の計測方法に用いる線膨張率の一実施例を上記熱分析測定装置にて測定したグラフである。It is the graph which measured one Example of the linear expansion coefficient used for the measuring method of the relaxation elastic modulus of this invention with the said thermal analysis measuring device. 本発明の緩和弾性率の計測方法に用いる上記クリープ試験装置での変位量の一実施例を示すグラフである。It is a graph which shows one Example of the displacement amount in the said creep test apparatus used for the measuring method of the relaxation elastic modulus of this invention. 本発明のプレス成形解析の一実施例での成形条件を示すグラフである。It is a graph which shows the molding conditions in one Example of the press molding analysis of this invention. 同上プレス成形解析での成形時間t=40秒の場合のMises相当応力の分布を示す図である。It is a diagram showing the distribution of molding time t P = 40 seconds Mises equivalent stress in the case of in ibid press forming analysis. 同上プレス成形解析での成形時間t=70秒の場合のMises相当応力の分布を示す図である。It is a diagram showing the distribution of molding time t P = 70 seconds Mises equivalent stress in the case of in ibid press forming analysis. 同上プレス成形解析での成形時間に対する残留応力の最大値およびレンズの厚さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the maximum value of the residual stress with respect to the shaping | molding time in a press molding analysis same as the above, and the lens thickness. 同上プレス成形解析でのレンズの中央部での曲率半径と成形時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature radius in the center part of the lens in a press molding analysis, and molding time same as the above. 本発明のプレス成形解析の他の実施例での成形条件を示すグラフである。It is a graph which shows the molding conditions in other examples of press molding analysis of the present invention. 同上プレス成形解析での成形時間t=10秒およびt=10秒の場合のMises相当応力の分布を示す図である。It is a diagram showing the distribution of the Mises equivalent stress in the case of molding time t 1 = 10 sec and t 2 = 10 seconds in the same as above press forming analysis. 同上プレス成形解析での成形時間t=30秒およびt=10秒の場合のMises相当応力の分布を示す図である。It is a diagram showing the distribution of molding time t 1 = 30 sec and t 2 = in the case of 10 seconds Mises equivalent stress in ibid press forming analysis. 同上プレス成形解析での加圧時間t=30sおよびt=10sとした場合の図であり、(a)は成形終了後にレンズ内に生じる引張応力σの分布図で、(b)は引張応力σの分布図で、(c)はせん断応力τxyの分布図である。It is a diagram in the case where the pressing time t 1 = 30s and t 2 = 10s in ibid press forming analysis, (a) represents a distributed view of the tensile stress sigma x occurs in the lens after completion of the molding, (b) is FIG. 5C is a distribution diagram of tensile stress σ y , and FIG. 5C is a distribution diagram of shear stress τ xy . 残留応力の最大値と加圧時間t,tとの関係を示すグラフである。The maximum value of residual stress and squeezing time t 1, is a graph showing the relationship between t 2. レンズの厚さと加圧時間t,tとの関係を示すグラフである。Between thickness and pressurization of the lens t 1, it is a graph showing the relationship between t 2.

符号の説明Explanation of symbols

51 粘弾性体としてのガラス材
54 成形型としてのプレス型
B 粘弾性体としての試料片
51 Glass materials as viscoelastic bodies
54 Press mold as mold B Sample piece as viscoelastic body

Claims (15)

粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似し、
このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換し、
このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、
この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換する
ことを特徴とする緩和弾性率の計測方法。
Approximate the relational expression between stress and strain of viscoelastic body with an arbitrary expression that can be converted to Laplace,
The above relational expression approximated by an arbitrary expression that can be converted to Laplace is Laplace converted,
The Laplace transformed relational expression is calculated into a relaxation modulus Laplace transform,
A Laplace inverse transform is performed on the relational expression calculated for the Laplace transform of the relaxation elastic modulus.
粘弾性体の荷重下での時刻歴に対する変位量を計測し、
この計測した時刻歴に対する変位量から、前記粘弾性体の応力とひずみとの関係式を求め、
この関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似し、
このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換し、
このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算し、
この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換する
ことを特徴とする緩和弾性率の計測方法。
Measure the displacement with respect to the time history under the load of the viscoelastic body,
From the amount of displacement relative to the measured time history, a relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body is obtained,
This relational expression is approximated by an arbitrary expression that can be converted to Laplace,
The above relational expression approximated by an arbitrary expression that can be converted to Laplace is Laplace converted,
The Laplace transformed relational expression is calculated into a relaxation modulus Laplace transform,
A Laplace inverse transform is performed on the relational expression calculated for the Laplace transform of the relaxation elastic modulus.
粘弾性体の応力とひずみとの関係式は、前記粘弾性体のクリープ試験から求めたクリープ関数である
ことを特徴とする請求項1または2記載の緩和弾性率の計測方法。
The relational expression between the stress and strain of the viscoelastic body is a creep function obtained from a creep test of the viscoelastic body. The relaxation elastic modulus measuring method according to claim 1 or 2.
ラプラス変換可能な任意式は、べき関数である
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法。
The method for measuring the relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 3, wherein the arbitrary expression capable of Laplace transform is a power function.
ラプラス変換可能な任意式は、粘弾性体の応力とひずみとの関係式をフォークトモデルにてモデル化した関数である
ことを特徴とする請求項1ないし3いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法。
4. The relaxation elastic modulus measurement according to claim 1, wherein the arbitrary expression capable of Laplace transform is a function obtained by modeling a relational expression between stress and strain of a viscoelastic body using a Forked model. Method.
粘弾性体の応力とひずみとの関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似するステップと、
このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換するステップと、
このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算するステップと、
この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換するステップと
を具備したことを特徴とする緩和弾性率の計測プログラム。
Approximating a relational expression between stress and strain of a viscoelastic body with an arbitrary expression capable of Laplace transform;
Laplace transforming the relational expression approximated by an arbitrary formula capable of Laplace transform;
Calculating the Laplace transformed relational expression into a relaxation elastic modulus Laplace transform;
A program for measuring the relaxation elastic modulus, comprising: a step of inversely transforming the relational expression calculated for Laplace conversion of the relaxation elastic modulus.
粘弾性体の荷重下での時刻歴に対する変位量を計測するステップと、
この計測した時刻歴に対する変位量から、前記粘弾性体の応力とひずみとの関係式を求めるステップと、
この関係式を、ラプラス変換可能な任意式にて近似するステップと、
このラプラス変換可能な任意式にて近似した前記関係式を、ラプラス変換するステップと、
このラプラス変換した前記関係式を、緩和弾性率のラプラス変換に演算するステップと、
この緩和弾性率のラプラス変換に演算した前記関係式をラプラス逆変換するステップと
を具備したことを特徴とする緩和弾性率の計測プログラム。
Measuring a displacement with respect to a time history under the load of the viscoelastic body;
From the amount of displacement relative to the measured time history, obtaining a relational expression between stress and strain of the viscoelastic body,
Approximating this relational expression with an arbitrary expression capable of Laplace transform;
Laplace transforming the relational expression approximated by an arbitrary formula capable of Laplace transform;
Calculating the Laplace transformed relational expression into a relaxation elastic modulus Laplace transform;
A program for measuring the relaxation elastic modulus, comprising: a step of inversely transforming the relational expression calculated for Laplace conversion of the relaxation elastic modulus.
粘弾性体の応力とひずみとの関係式は、前記粘弾性体のクリープ試験から求めたクリープ関数である
ことを特徴とする請求項6または7記載の緩和弾性率の計測プログラム。
The relaxation elastic modulus measurement program according to claim 6 or 7, wherein a relational expression between stress and strain of the viscoelastic body is a creep function obtained from a creep test of the viscoelastic body.
ラプラス変換可能な任意式は、べき関数である
ことを特徴とする請求項6ないし8いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラム。
The program for measuring relaxation elastic modulus according to any one of claims 6 to 8, wherein the arbitrary expression capable of Laplace transform is a power function.
ラプラス変換可能な任意式は、粘弾性体の応力とひずみとの関係式をフォークトモデルにてモデル化した関数である
ことを特徴とする請求項6ないし8いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラム。
9. The measurement of relaxation elastic modulus according to claim 6, wherein the arbitrary expression capable of Laplace transform is a function obtained by modeling a relational expression between stress and strain of a viscoelastic body by a Forked model. program.
請求項6ないし10いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムが、コンピュータ読み取り可能に記録された
ことを特徴とする緩和弾性率の計測プログラムを記録した記録媒体。
11. A recording medium storing a relaxation elastic modulus measurement program, wherein the relaxation elastic modulus measurement program according to claim 6 is recorded so as to be readable by a computer.
請求項1ないし5いずれかに記載の緩和弾性率の計測方法にて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、前記粘弾性体を材料とした成形品を成形するための成形型を製造する
ことを特徴とする成形型の製造方法。
A mold for molding a molded article made of the viscoelastic body is manufactured based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the method for measuring the relaxation elastic modulus according to any one of claims 1 to 5. A method for producing a mold, characterized by:
請求項6ないし10いずれかに記載の緩和弾性率の計測プログラムにて計測した粘弾性体の緩和弾性率に基づいて、前記粘弾性体を材料とした成形品を成形するための成形型を製造する
ことを特徴とする成形型の製造方法。
A mold for molding a molded article made of the viscoelastic material is manufactured based on the relaxation elastic modulus of the viscoelastic body measured by the relaxation elastic modulus measurement program according to any one of claims 6 to 10. A method for producing a mold, characterized by:
粘弾性体は、ガラス材で、
成形品は、光学素子で、
成形型は、前記ガラス材をプレスして前記光学素子を成形するプレス型である
ことを特徴とする請求項12または13記載の成形型の製造方法。
The viscoelastic body is a glass material,
The molded product is an optical element,
The mold according to claim 12 or 13, wherein the mold is a press mold for pressing the glass material to mold the optical element.
粘弾性体は、エンジニアリングプラスチックで、
成形品は、光学素子で、
成形型は、前記エンジニアリングプラスチックをプレスして前記光学素子を成形するプレス型である
ことを特徴とする請求項12または13記載の成形型の製造方法。
The viscoelastic body is engineering plastic,
The molded product is an optical element,
The method for manufacturing a molding die according to claim 12 or 13, wherein the molding die is a press die for pressing the engineering plastic to mold the optical element.
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