JP2014219370A - 位置決め治具、位置決め治具組立体及び曲げ試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラットパネルディスプレイ関連部材の水平面内での応力場が二次元分布をする曲げ試験を行う際に、支点と圧子の中心位置を簡便かつ高精度に位置決めすること、また、支点及び圧子に対する試験片の位置を簡便かつ高精度に位置決めすること。【解決手段】フラットパネルディスプレイ関連部材の曲げ試験を行う際に用いられる位置決め治具であって、支点の側面を突き当てることにより前記支点の平面方向の位置決めを行う鉛直面である支点位置決定面１００と、試験片の一の側面を突き当てることにより前記試験片の少なくとも一方向の位置決めを行う鉛直面である第一の試験片位置決定面１０１と、圧子の側面を突き当てることにより前記圧子の平面方向の位置決めを行う鉛直面である圧子位置決定面１０２と、を有する位置決め治具１０。【選択図】図１

Description

本発明は、位置決め治具、位置決め治具組立体及び曲げ試験方法に関する。

携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、カーナビゲーションシステム等の小型携帯端末における画像表示措置として、液晶表示装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置等のフラットパネルディスプレイが広く用いられている。このような小型携帯端末の取り扱い時には振動や衝撃力をはじめとする種々の外力が作用する。フラットパネルディスプレイにはかかる外力に耐えうる強度が求められるが、品質保証のためには、一定の基準の下でフラットパネルディスプレイ又はその構成部材の強度を測定する必要がある。

フラットパネルディスプレイの強度を定量的に測定する曲げ試験方法としては種々のものがあるが、その中には、ＡＳＴＭ Ｃ１４９９−２００５として知られるいわゆるリングオンリング試験が含まれる。一般的なリングオンリング試験は、円形の支点上に載置された試験片を、支点と直径の異なる（通常は、直径がより小さい）円形の圧子で押圧し、圧子の押し込み量と押圧力との関係を測定する。

曲げ試験として広く用いられる３点曲げ試験や４点曲げ試験のように、水平面内での応力場が一次元分布をする曲げ試験では（３点曲げ試験や４点曲げ試験では、応力の値は直線状の支点及び圧子の長さ方向の位置に依存しない）、支点及び圧子の長さ方向の位置は測定結果にほとんど影響しない。これに対し、リングオンリング試験のように、水平面内での応力場が二次元分布をする曲げ試験では、支点と圧子の水平面内での位置のずれが測定結果に大きな誤差をもたらす。また、支点及び圧子に対する試験片の位置がずれている場合にも測定結果の誤差の要因となる。しかしながら、このような曲げ試験において支点と圧子の位置合わせを一方向だけでなく二方向について正確に行い、同様に支点と圧子に対する試験片の位置合わせをも二方向について正確に行うことは困難である。そのため、この位置合わせの困難さが水平面内での応力場が二次元分布をする曲げ試験の精度を損なう要因となるばかりか、試験作業者に熟練と手間を要求する原因となっていた。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フラットパネルディスプレイ関連部材の水平面内での応力場が二次元分布をする曲げ試験を行う際に、支点と圧子の中心位置を簡便かつ高精度に位置決めすること、また、支点及び圧子に対する試験片の位置を簡便かつ高精度に位置決めすることである。

本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

（１）フラットパネルディスプレイ関連部材の曲げ試験を行う際に用いられる位置決め治具であって、支点の側面を突き当てることにより前記支点の平面方向の位置決めを行う鉛直面である支点位置決定面と、試験片の一の側面を突き当てることにより前記試験片の少なくとも一方向の位置決めを行う鉛直面である第一の試験片位置決定面と、圧子の側面を突き当てることにより前記圧子の平面方向の位置決めを行う鉛直面である圧子位置決定面と、を有する位置決め治具。
（２）（１）において、前記支点位置決定面と、前記第一の試験片位置決定面と、前記圧子位置決定面は、鉛直方向下側から前記支点位置決定面、前記第一の試験片位置決定面、前記圧子位置決定面の順に配置され、水平方向において前記試験片の中心位置から前記圧子位置決定面、前記圧子位置決定面、前記第一の試験片位置決定面の順に配置される位置決め治具。
（３）（１）又は（２）において、前記支点位置決定面及び前記圧子位置決定面は凹型円筒面である位置決め治具。
（４）（１）乃至（３）のいずれかにおいて、前記支点位置決定面及び前記圧子位置決定面は凹型屈折面である位置決め治具。
（５）（１）乃至（４）のいずれかにおいて、さらに、試験片の前記一の側面と異なる他の側面を突き当てることにより前記試験片の前記一方向と異なる他の方向の位置決めを行う鉛直面である第二の試験片位置決定面を有する位置決め治具。
（６）（１）乃至（４）のいずれかの位置決め治具と、試験片の前記一の側面と異なる他の側面を突き当てることにより前記試験片の前記一方向と異なる他の方向の位置決めを行う鉛直面である第二の試験片位置決定面を有する補助位置決め治具と、前記位置決め治具と前記補助位置決め治具を上面に固定する載置台と、を有する位置決め治具組立体。
（７）（５）の位置決め治具又は（６）の位置決め治具組立体を曲げ試験機上に固定する工程と、前記支点を前記支点位置決定面に突き当てて平面方向の位置決めをする工程と、前記支点上に前記試験片を載置し、前記試験片を前記第一の試験片位置決定面及び前記第二の試験片位置決定面に突き当てて平面方向の位置決めをする工程と、前記試験片上に圧子を載置し、前記圧子を前記圧子位置決定面に突き当てて平面方向の位置決めをする工程と、前記曲げ試験機により前記圧子を前記試験片に押し付け、前記試験片の強度を測定する工程と、を有する曲げ試験方法。
（８）（７）において、前記支点は、周縁部が前記試験片と接触する突き出した形状となっており、前記周辺部のすぐ内側における前記支点の上面高さよりも前記支点の中心位置における前記支点の上面高さの方が低い曲げ試験方法。

上記（１）乃至（４）のいずれかによれば、水平面内での応力場が二次元分布をする曲げ試験を行う際に、支点と圧子の中心位置を簡便かつ高精度に位置決めすることができる。

上記（５）乃至（７）のいずれかによれば、水平面内での応力場が二次元分布をする曲げ試験を行う際に、さらに支点及び圧子に対する試験片の位置を簡便かつ高精度に位置決めすることができる。

上記（８）によれば、試験片が大きくたわんだ場合にも、試験片の中央部と支点の上面とが突き当たることがない。

本発明の第１の実施形態に係る位置決め治具の外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る位置決め治具組立体の外観斜視図である。 位置決め治具組立体に支点、試験片、圧子を載置した状態を示す外観斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。 支点の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る位置決め治具の外観斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る位置決め治具の外観斜視図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る位置決め治具１０を図面を参照しつつ説明する。

図１は本実施形態に係る位置決め治具１０の外観斜視図である。同図には、位置決め治具１０をその斜め上方向から見た様子が示されている。位置決め治具１０は図示したような立体的な構造物となっており、その材質は、形状を保持し得る十分な強度があるものであればどのようなものであってもよい。例えば、各種金属や、各種合成樹脂である。

ただし、位置決め治具１０は曲げ試験の条件や試験片であるフラットパネルディスプレイ関連部材の種類に応じて種々の寸法のものを用意する必要があることから、切削等の機械加工により製作することが好ましく、そのためには機械加工が比較的容易な材料を選択することが好ましい。また、位置決め治具１０自体の材質が曲げ試験に使用する圧子や試験片との摩擦が小さいものであることが好ましいため、適宜の合成樹脂を選択することが好ましい。そのような合成樹脂としては、例えば、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等の比較的機械強度・被削性に優れる合成樹脂や、ＰＯＭ（ポリアセタール）等のいわゆるエンジニアリングプラスチック、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等のいわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。ここでは、ナイロンを選択したものとする。

位置決め治具１０は、鉛直方向下側から順に、支点位置決定面１００、第一の試験片位置決定面１０１及び圧子位置決定面１０２が設けられている。支点位置決定面１００、第一の試験片位置決定面１０１及び圧子位置決定面１０２はいずれも、鉛直方向に延在する鉛直面となっており、鉛直方向に関しては面の位置は変化しない。

支点位置決定面１００及び圧子位置決定面１０２は、それぞれ支点及び圧子を突き当てることにより支点及び圧子の平面方向の位置決めを行うことができるような面となっている。ここで、平面方向の位置決めとは、２次元平面内での位置が一意に定まることを意味している。支点位置決定面１００及び圧子位置決定面１０２は鉛直面であるから、これらの面に支点及び圧子を突き当てると、それぞれの水平面内での位置が定まることになる。

支点位置決定面１００及び圧子位置決定面１０２の具体的な形状は支点及び圧子の形状の相補的な形状となっているため、曲げ試験に用いる支点及び圧子の形状に依存する。本実施形態では、支点及び圧子が共に円筒側面を有するため、支点位置決定面１００及び圧子位置決定面１０２は円筒面である。そして、支点位置決定面１００の中心軸の位置と、圧子位置決定面１０２の中心軸の位置は一致する（この中心軸の位置を位置決め治具１０の底面を含む平面状で中心Ｏとして示した）。したがって、支点及び圧子を位置決めした際には、支点と圧子の中心位置は一致することになる。

第一の試験片位置決定面１０１は、平面であり、試験片であるフラットパネルディスプレイ関連部材の一辺を突き当てて一方向の位置決めができるような面となっている。ここで、フラットパネルディスプレイ関連部材とは、フラットパネルディスプレイ自体、フラットパネルディスプレイの構成部材、又はフラットパネルディスプレイと合わせて用いられる部材であって、その外形が概ねフラットパネルディスプレイ自体と等しいものを指している。例えば、フラットパネルディスプレイが液晶表示装置である場合には、組み立て済みの液晶表示装置（すなわち、液晶表示パネルとバックライトを一体にしたもの）はもちろん、液晶表示パネル単体やバックライト単体、或いは液晶表示パネルを構成するＴＦＴ基板やカラーフィルタ基板、バックライトに用いられる導光板、さらには液晶表示装置に取り付けられるタッチパネル等がフラットパネルディスプレイ関連部材に含まれる。もちろん、フラットパネルディスプレイは液晶表示装置以外にも、有機ＥＬ表示装置であっても、その他の形式の表示装置であってもよい。いずれにせよ、一般にフラットパネルディスプレイ関連部材は概ね矩形をしており、第一の試験片位置決定面１０１は、試験片の４辺の内の一辺を突き当てることにより位置決めをするものである。

また、平面視における支点位置決定面１００、第一の試験片位置決定面１０１及び圧子位置決定面１０２の位置関係は、中心Ｏに近い順に、圧子位置決定面１０２、支点位置決定面１００及び第一の試験片位置決定面１０１となっている。これは、曲げ試験に用いる圧子、支点及び試験片の外形の大きさがこの順となっているためである。

なお、位置決め治具１０の材質により、支点位置決定面１００、第一の試験片位置決定面１０１及び圧子位置決定面１０２と支点、圧子及び試験片との滑りが悪い場合には、これらの面に適宜の低摩擦化コーティングを施してよい。例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）によるライニングや、ＰＴＦＥ無電解ニッケル鍍金を施す等してよい。

図２は、本実施形態に係る位置決め治具組立体１の外観斜視図である。位置決め治具組立体１は、載置台１１の平坦な上面に位置決め治具１０と補助位置決め治具１２を適宜の方法により固定したものである。

載置台１１は、位置決め治具組立体１全体を曲げ試験機上に載置することができるような台であればどのようなものであってもよいが、少なくとも上面が位置決め治具１０と補助位置決め治具１２を自由に配置することができる平坦面であることが好ましい。また、載置台１１は容易に変形等することのない強度を有していることが望ましく、適宜の金属、例えば鋼製である。本実施形態での載置台１１は図示の通りの鋼板である。

補助位置決め治具１２は、鉛直面である第二の試験片位置決定面１２０を有している。第二の試験片位置決定面１２０は平面であり、試験片の一辺を突き当てて一方向の位置決めができるような面である。そして、第二の試験片位置決定面１２０に突き当てられる試験片の一辺は、第一の試験片位置決定面１０１に突き当てられる一辺とは異なるものとなっている。これにより、試験片を第一の試験片位置決定面１０１及び第二の試験片位置決定面１２０に同時に突き当てると、試験片の平面方向の位置決めがなされることになる。

位置決め治具１０及び補助位置決め治具１２は、曲げ試験をしようとする試験片の大きさに応じて載置台１１の上面にあらかじめ位置決めされ、固定される。位置決め治具１０及び補助位置決め治具１２を載置台１１に固定する方法は特に限定されないが、例えば両面テープ等の粘着剤による貼り付けや、Ｔ溝とＴ溝ナットを用いたボルト止め、磁力による吸着等適宜の方法を用いてよい。ここでは、両面テープを用いた固定を行っている。

図３は、位置決め治具組立体１に支点２、試験片３、圧子４を載置した状態を示す外観斜視図である。

本実施形態では、支点２は全体として扁平な円筒形であり、その周縁部２０は円形であって、鉛直上向きに突き出した形状となっており、試験片３はこの周縁部２０のみに接触して支点２上に載置されることとなる。周縁部２０の先端部には適宜の丸みが設けられる。周縁部２０のすぐ内側は、周縁部２０より高さの低い内側面２１となっている。さらに内側面２１の中心側は、内側面２１よりさらに高さの低いザグリ面２２となっている。支点２は剛性及び高度の高い金属製であり、本実施形態ではステンレスである。

試験片３は、図３中破線で示した概ね矩形の板状部材である。同図では、各部材の位置関係を明瞭に示すため、試験片３の背後の部材を透過して示している。

圧子４もまた全体として扁平な円筒形である。圧子４はその周縁部４０は円形かつ鉛直下向きに突き出した形状となっており、圧子４はこの周縁部４０のみに接触して試験片３上に載置される。ここでは、圧子４の外径は、支点２の外径より小さい。

圧子４の上面中央に窪みが設けてあり、その窪みに嵌まるように鋼球５が載置される。鋼球５は、曲げ試験機が圧子４に力を加える際に、鉛直下向きの力のみが伝達されるようにするためのものであり、これを適宜のユニバーサルジョイントや球面軸受けに変更しても差し支えない。

図３に示した状態は、まず、支点２を載置台１１上に載置し、その側面を位置決め治具１０の支点位置決定面１００（図２参照）に突き当て水平面内の位置決めを行い、次いで支点２上に試験片３を載置し、その２辺をそれぞれ位置決め治具１０の第一の試験片位置決定面１０１（図２参照）及び補助位置決め治具１２の第二の試験片位置決定面１２０に突き当て水平面内の位置決めを行い、さらに圧子４を試験片３上に載置し、その側面を位置決め治具１０の圧子位置決定面１０２（図２参照）に突き当て水平面内の位置決めを行い、最後に鋼球５を圧子４に乗せることにより得られる。このような状態では、支点２、試験片３及び圧子４は互いに水平面内の位置決めがなされており、支点２、試験片３及び圧子４の中心の位置が正確に一致する。

なお、図３では図示を省略したが、支点２と試験片３、及び試験片３と圧子４の間には、適宜の低摩擦シート、例えば、ＰＴＦＥシートを挟み、面内の摩擦を低減するようにすることが好ましい。なお、低摩擦シートの使用に換えて、支点２の周縁部２０及び圧子４の周縁部４０の表面に低摩擦コーティング、例えば、ＰＴＦＥによるライニングや、ＰＴＦＥ無電解ニッケル鍍金を施してもよい。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。同図には、支点２の側面、試験片３の一辺及び圧子４の側面がそれぞれ支点位置決定面１００、第一の試験片位置決定面１０１及び圧子位置決定面１０２に突き当てられ位置決めされている様子が示されている。また、試験片３の上面及び下面には、それぞれ、低摩擦シート６が挟まれている。

曲げ試験は、このように支点２、試験片３、圧子４及び鋼球５が位置決め治具組立体１上にセットされた状態でこれら部材を曲げ試験機上に載置し、或いは曲げ試験機上で載置台１１上に各部材をセットし、曲げ試験機のアームに取り付けられた押しつけ部７（破線で示した）で鋼球５を鉛直下向きに押し付けることにより行われる。このとき、曲げ試験機は押しつけ部７による押しつけ力と、押しつけ部７の変位を計測し、この押しつけ力−変位の関係から試験片３の強度が求められる。このとき、押しつけ部７の押し込みに伴い、圧子４と試験片３の端部の鉛直方向の位置が若干変位するが、第一の試験片位置決定面１０１、圧子位置決定面１０２及び図４に表れない第二の試験片位置決定面１２０は鉛直面であり、摩擦も低いので、これら面と圧子４及び試験片３の側面が接触していることは曲げ試験にほとんど影響を及ぼさない。

ところで、支点２の周縁部２０の内側の内側面２１のさらに内側にはザグリ面２２が設けられているが、これにより、周縁部２０のすぐ内側における支点２の上面高さ、すなわち内側面２１の高さｄ１よりも、支点２の中心位置における支点２の上面高さ、すなわちザグリ面２２の高さｄ２の方が低くなっている。これは、試験片３が曲げ試験により大きく変形した場合に、支点２の中心位置において変形量が特に大きくなるため、試験片３と支点２が接触することがないようにするためである。したがって、支点２の断面は図５に示すようなものであってもよい。図５に示すものでは、支点２の周縁部２０のすぐ内側から、支点２の中心位置に向かって、支点２の上面高さが漸減していくような形状となっている。

なお、支点２の周縁部２０のすぐ内側の高さ（図４では、内側面２１の高さ）自体をあまり低くすることは望ましくない。なぜなら、周縁部２０の強度が低下し、曲げ試験中に変形する恐れが出てくるためである。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る位置決め治具２１０の外観斜視図である。位置決め治具２１０は、先の実施形態の位置決め治具１０と補助位置決め治具１２を一体にした構造を有している。すなわち、支点位置決定面２００、第一の試験片位置決定面２０１及び圧子位置決定面２０２が形成されている部分から、延長部２０３が延び出しており、その先端に第二の試験片位置決定面２０４が設けられている。なお、第二の試験片位置決定面２０４に隣接して、第三の試験片位置決定面２０５が設けられているが、この第三の試験片位置決定面２０５は第一の試験片位置決定面２０１と同一平面上にあり、試験片の位置決めの際に試験片のぐらつきを防止するためのものである。第三の試験片位置決定面２０５は不要であれば省略してもよい。

本実施形態のように、位置決め治具２１０が第一の試験片位置決定面２０１及び第二の試験片位置決定面２０４の両方を一体に備える構成であれば、先の実施形態にて用意した載置台１１、補助位置決め治具１２は必ずしも必要でなく、位置決め治具２１０を曲げ試験機上に直接載置固定して曲げ試験を行うことができる。一方で、第一の試験片位置決定面２０１と第二の試験片位置決定面２０４との位置関係を自由に変更できないため、位置決め治具２１０は試験片の形状毎に寸法の違うものが用意されなければならない。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る位置決め治具３１０の外観斜視図である。同図に示されるように、位置決め治具３１０では、支点位置決定面３００及び圧子位置決定面３０２がＬ字状に折れ曲がった屈曲面となっている。本実施形態では、曲げ試験に使用する支点及び圧子はその外形が矩形のものとなっている。したがって、支点位置決定面３００及び圧子位置決定面３０２は、それぞれ、支点及び圧子の角部側面を突き当てることにより、支点及び圧子の位置決めを行うものとなっている。このように、支点位置決定面３００及び圧子位置決定面３０２は必ずしも曲面でなくともよく、支点及び圧子の側面を突き当てることにより支点及び圧子の平面方向の位置決めをなし得る鉛直面であればどのようなものであってもよい。

なお、以上説明した各実施形態において示した各部材の具体的な形状や配置、数等は一例であり、特に断りのない限り本発明をこれらに限定するものではない。当業者は本発明を実施するにあたり、その実施の態様に応じてこれら各部材の形状等を任意に設計及び変更してよい。また、異なる実施形態同士を組み合わせることも任意である。

１ 位置決め治具組立体、２ 支点、３ 試験片、４ 圧子、５ 鋼球、６ 低摩擦シート、７ 押しつけ部、１０ 位置決め治具、１１ 載置台、１２ 補助位置決め治具、２０ 周縁部、２１ 内側面、２２ ザグリ面、１００ 支点位置決定面、１０１ 第一の試験片位置決定面、１０２ 圧子位置決定面、１２０ 第二の試験片位置決定面、２１０ 位置決め治具、２００ 支点位置決定面、２０１ 第一の試験片位置決定面、２０２ 圧子位置決定面、２０３ 延長部、２０４ 第二の試験片位置決定面、２０５第三の試験片位置決定面、３１０ 位置決め治具、３００ 支点位置決定面、３０１ 第一の試験片位置決定面、３０２ 圧子位置決定面。

Claims (8)

1. フラットパネルディスプレイ関連部材の曲げ試験を行う際に用いられる位置決め治具であって、
   支点の側面を突き当てることにより前記支点の平面方向の位置決めを行う鉛直面である支点位置決定面と、
   試験片の一の側面を突き当てることにより前記試験片の少なくとも一方向の位置決めを行う鉛直面である第一の試験片位置決定面と、
   圧子の側面を突き当てることにより前記圧子の平面方向の位置決めを行う鉛直面である圧子位置決定面と、
   を有する位置決め治具。
2. 前記支点位置決定面と、前記第一の試験片位置決定面と、前記圧子位置決定面は、鉛直方向下側から前記支点位置決定面、前記第一の試験片位置決定面、前記圧子位置決定面の順に配置され、水平方向において前記試験片の中心位置から前記圧子位置決定面、前記圧子位置決定面、前記第一の試験片位置決定面の順に配置される請求項１に記載の位置決め治具。
3. 前記支点位置決定面及び前記圧子位置決定面は凹型円筒面である請求項１又は２に記載の位置決め治具。
4. 前記支点位置決定面及び前記圧子位置決定面は凹型屈折面である請求項１乃至３のいずれかに記載の位置決め治具。
5. さらに、試験片の前記一の側面と異なる他の側面を突き当てることにより前記試験片の前記一方向と異なる他の方向の位置決めを行う鉛直面である第二の試験片位置決定面を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の位置決め治具。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載の位置決め治具と、
   試験片の前記一の側面と異なる他の側面を突き当てることにより前記試験片の前記一方向と異なる他の方向の位置決めを行う鉛直面である第二の試験片位置決定面を有する補助位置決め治具と、
   前記位置決め治具と前記補助位置決め治具を上面に固定する載置台と、
   を有する位置決め治具組立体。
7. 請求項５に記載の位置決め治具又は請求項６に記載の位置決め治具組立体を曲げ試験機上に固定する工程、
   前記支点を前記支点位置決定面に突き当てて平面方向の位置決めをする工程と、
   前記支点上に前記試験片を載置し、前記試験片を前記第一の試験片位置決定面及び前記第二の試験片位置決定面に突き当てて平面方向の位置決めをする工程と、
   前記試験片上に圧子を載置し、前記圧子を前記圧子位置決定面に突き当てて平面方向の位置決めをする工程と、
   前記曲げ試験機により前記圧子を前記試験片に押し付け、前記試験片の強度を測定する工程と、
   を有する曲げ試験方法。
8. 前記支点は、周縁部が前記試験片と接触する突き出した形状となっており、
   前記周辺部のすぐ内側における前記支点の上面高さよりも前記支点の中心位置における前記支点の上面高さの方が低い
   請求項７に記載の曲げ試験方法。

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