JP2016075496A - 強度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス等の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定して当該板状体の強度を測定する強度測定装置において、条件設定が簡単になり、高度なテクニックが不要で、ヒータ破損が減少し、ヒータ交換によるロスを小さくする。【解決手段】ヒータHが加熱された状態で、押圧部10によりヒータの一部を板状体Gに当接させて熱的負荷を与え、熱的負荷により板状体が破壊する際に生じた反力を測定することにより、板状体の強度を測定する装置において、本発明の強度測定装置1は、板状体が載置される載置台22を有する第1ステージ20と、ヒータを載置台の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部33を有する第2ステージと、載置台の上方に配置され、保持部に保持された状態のヒータの一部に上面側より当接して、ヒータの一部を載置台に載置された板状体に当接させる押圧部10を備える。【選択図】図1
Description
本発明は、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定することによりに当該板状体の強度を測定する強度測定装置に関するものである。
無機材料製の板状体、例えばガラスの強度は、ガラスに加わる負荷や支持方法によって異なる値となる。そこで、実際にガラスが用いられている状況と同様の状態に当該ガラスを支持して負荷を加え、実際の使用に近い状態を作り出し、その条件でのガラスの強度測定が行われている。そのため、多種多様な強度測定法が提案されている。
このような強度測定法としては、例えば曲げ強度測定法や衝撃試験法がある。
曲げ強度測定法としては、4点曲げ強度測定法や、同心円負荷曲げ法が、衝撃試験法としては、ショットバッグ試験法や落球試験法が代表的である。それ以外にも、耐風圧強度や熱割れ強度を始めとする実用強度の試験法も数多く提案されている。
曲げ強度測定法としては、4点曲げ強度測定法や、同心円負荷曲げ法が、衝撃試験法としては、ショットバッグ試験法や落球試験法が代表的である。それ以外にも、耐風圧強度や熱割れ強度を始めとする実用強度の試験法も数多く提案されている。
これらの強度測定方法は、
1)機械的負荷とその変形に基づく破壊、
2)熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊
3)これらの混合モードの破壊
のどれかに大別される。
1)機械的負荷とその変形に基づく破壊、
2)熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊
3)これらの混合モードの破壊
のどれかに大別される。
このような中、強度測定法の大半は、1)「機械的負荷とその変形に基づく破壊」によるものであり、2)「熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊」、および3)「混合モードの破壊」による強度測定法は数少ない。
2)「熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊」による強度測定法としては、ガラス中央部をランプ等で加熱し、同時にガラス端部を水冷ジャケット等で冷却して測定する、いわゆる「熱割れ強度測定法」がある。
この「熱割れ強度測定法」は、破壊時において、ガラス中央部とガラス端部の温度差から発生する、主に平面方向における応力を測定するものである。これは、試験開始からガラス破壊まで、時間をかけて行う準静的な試験法であり、かつ実験結果のバラツキも大きい。
この「熱割れ強度測定法」は、破壊時において、ガラス中央部とガラス端部の温度差から発生する、主に平面方向における応力を測定するものである。これは、試験開始からガラス破壊まで、時間をかけて行う準静的な試験法であり、かつ実験結果のバラツキも大きい。
これに対し、「熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊」による強度測定法の他の測定法として、「熱衝撃による強度測定法」がある。この熱衝撃強度は主に板厚方向におけるガラス中央部とガラス端部の温度差を発生させて破壊強度を測定するものである。
熱衝撃による強度測定法は、温度差に基づく内部応力での破壊による強度測定という点では熱割れ強度と同様の概念である。しかし、短時間で熱負荷を加えること、および応力の発生方向が異なっている。
熱衝撃による強度測定法は、温度差に基づく内部応力での破壊による強度測定という点では熱割れ強度と同様の概念である。しかし、短時間で熱負荷を加えること、および応力の発生方向が異なっている。
熱衝撃による強度測定法は、ガラスの場合、高温に熱したガラスを低温の液体中に入れ、その温度差を熱衝撃強度の値とする方法が多く採用されている。液体としては水を用いることが多いので、一般的には水中投下法と呼ばれる。
しかし、水中投下法においては、例えば試料とする無機材料板状体の表面温度により、無機材料板状体から水への伝熱様式が大きく変化、例えば膜沸騰伝熱から核沸騰伝熱へ変化する。
すなわち、無機材料板状体表面の温度とともに、その熱伝達係数は急激にかつ非線形的に変化するので、無機材料板状体内の温度分布を推定するのは非常に難しく、正確な熱衝撃強度を求めることは大変困難である。
このため、水中投下法で行った個々の熱衝撃試験結果についての信頼性はあまり高いとは言えず、信頼できる程度まで無機材料板状体数を増やし、統計的に処理することで対応してきた。
しかし、水中投下法においては、例えば試料とする無機材料板状体の表面温度により、無機材料板状体から水への伝熱様式が大きく変化、例えば膜沸騰伝熱から核沸騰伝熱へ変化する。
すなわち、無機材料板状体表面の温度とともに、その熱伝達係数は急激にかつ非線形的に変化するので、無機材料板状体内の温度分布を推定するのは非常に難しく、正確な熱衝撃強度を求めることは大変困難である。
このため、水中投下法で行った個々の熱衝撃試験結果についての信頼性はあまり高いとは言えず、信頼できる程度まで無機材料板状体数を増やし、統計的に処理することで対応してきた。
その他、セラミックスの熱衝撃強度法として提案されている反力試験法による強度測定法は、いくつか検討がなされている(例えば、水谷らによる非特許文献1)が、ガラスにそのまま応用することは極めて難しい。
しかし、例えば水谷らの方法ではその測定に多くの時間を要するため、光透過率の高いガラスにそのまま応用するのは極めて難しい。ガラス試料の中央部と周辺部の温度差を十分に確保することが必要となるが、その温度差をつけることが難しいからである。
このような状況から、ガラスにおける熱的負荷が行われた場合における、高速で高精度に測定できる強度測定法の開発が期待されている。このため、本発明者らは、光透過率が高いガラスにおいても反力測定により熱衝撃強度を測定できる方法を見いだし、ガラスの反力測定による熱衝撃試験方法に関する検討を行っている(例えば、特許文献1、2及び非特許文献2参照)。
水谷他、「拘束されたセラミックススラブの一面加熱による反力と熱応力」、材料、第44巻、第498号、pp362−367
荒谷他、「反力試験法によるガラス強度測定」、日本材料強度学会誌 (2012)、第45巻、 第3号、pp41−50
本発明者らにより見出された、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊させることにより、当該板状体の強度を測定できるようになった。しかし、従来の発明においては、その条件設定に多くの時間を要し、またその測定時において高度な測定テクニックを必要とする問題があった。また、発熱源となるヒータも破損しやすく、ヒータが破損するたびに新しいヒータに交換しなければならないので、その設定や確認に多くの時間を要するという問題があった。
本発明は、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定することによりに当該板状体の強度を測定する強度測定装置において、上記の問題を解決した。すなわち強度測定時の条件設定が簡単になり、また特別高度な測定テクニックを必要とせず、ヒータの破損が大幅に減少し、従ってヒータ交換による種々のロスを小さくできるという、より測定が容易な強度測定装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
請求項1に記載の発明は、測定対象となる無機材料製の板状体(G)が載置される載置台(22)を有する第1ステージ(20)と、薄板状のヒータ(H)を前記載置台(22)の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部(33)を有する第2ステージと、前記載置台(22)の上方に配置され、前記保持部(33)に保持された状態の前記ヒータ(H)の一部に上面側より当接して、前記ヒータ(H)の前記一部を前記載置台(22)に載置された前記板状体(G)に当接させる押圧部(10)と、を備え、前記ヒータ(H)が加熱された状態で、前記押圧部(10)により前記ヒータ(H)の一部を前記板状体(G)に当接させて前記板状体(G)に熱的負荷を与え、該熱的負荷により前記板状体(G)が破壊する際に生じた反力を測定することにより、前記板状体(G)の強度を測定する強度測定装置(1,100)である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の強度測定装置(1,100)であって、前記保持部(33)は、前記ヒータを上下で挟む一対のローラを備えること、を特徴とする強度測定装置(1,100)である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の強度測定装置(1,100)であって、前記押圧部(10)の押圧により生じる前記ヒータ(H)と前記板状体(G)との接触部は、前記板状体(G)の長手方向における長さが、前記板状体(G)の長手方向長さの0.2倍以下、前記板状体(G)の短手方向の長さが、前記板状体(G)の短手方向長さの0.6倍以下であること、を特徴とする強度測定装置(1,100)である。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の強度測定装置(1,100)であって、前記第2ステージは前記第1ステージ(20)に対して上下動可能であり、前記載置台(22)に載置された前記板状体(G)の上面から前記保持部(33)に保持された前記ヒータ(H)の下面との距離を、前記板状体(G)の厚さの0.2倍以下にすることが可能であること、を特徴とする強度測定装置(1,100)である。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の強度測定装置(100)であって、前記載置台(22)には、前記板状体(G)の下面を冷却する冷却部(101)を備えること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の強度測定装置(100)であって、前記板状体(G)の長手方向を第1方向、前記板状体(G)の短手方向を第2方向としたときに、前記板状体(G)における前記冷却部(101)により冷却される冷却領域の前記第1方向の長さは前記板状体(G)の前記長手方向の長さ0.5〜0.8倍であり、前記冷却領域の前記第2方向の長さは前記板状体(G)の短手方向長さの0.1〜1.0倍であること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の強度測定装置(100)であって、前記冷却部(101)は、前記板状体(G)に空気を吹き付けることにより前記板状体(G)を冷却すること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
請求項8に記載の発明は、請求項5〜7のいずれか1項に記載の強度測定装置(100)であって、前記冷却部(101)は、前記板状体(G)の破壊により冷却を停止すること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
なお、上記構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
請求項1に記載の発明は、測定対象となる無機材料製の板状体(G)が載置される載置台(22)を有する第1ステージ(20)と、薄板状のヒータ(H)を前記載置台(22)の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部(33)を有する第2ステージと、前記載置台(22)の上方に配置され、前記保持部(33)に保持された状態の前記ヒータ(H)の一部に上面側より当接して、前記ヒータ(H)の前記一部を前記載置台(22)に載置された前記板状体(G)に当接させる押圧部(10)と、を備え、前記ヒータ(H)が加熱された状態で、前記押圧部(10)により前記ヒータ(H)の一部を前記板状体(G)に当接させて前記板状体(G)に熱的負荷を与え、該熱的負荷により前記板状体(G)が破壊する際に生じた反力を測定することにより、前記板状体(G)の強度を測定する強度測定装置(1,100)である。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の強度測定装置(1,100)であって、前記保持部(33)は、前記ヒータを上下で挟む一対のローラを備えること、を特徴とする強度測定装置(1,100)である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の強度測定装置(1,100)であって、前記押圧部(10)の押圧により生じる前記ヒータ(H)と前記板状体(G)との接触部は、前記板状体(G)の長手方向における長さが、前記板状体(G)の長手方向長さの0.2倍以下、前記板状体(G)の短手方向の長さが、前記板状体(G)の短手方向長さの0.6倍以下であること、を特徴とする強度測定装置(1,100)である。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の強度測定装置(1,100)であって、前記第2ステージは前記第1ステージ(20)に対して上下動可能であり、前記載置台(22)に載置された前記板状体(G)の上面から前記保持部(33)に保持された前記ヒータ(H)の下面との距離を、前記板状体(G)の厚さの0.2倍以下にすることが可能であること、を特徴とする強度測定装置(1,100)である。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の強度測定装置(100)であって、前記載置台(22)には、前記板状体(G)の下面を冷却する冷却部(101)を備えること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の強度測定装置(100)であって、前記板状体(G)の長手方向を第1方向、前記板状体(G)の短手方向を第2方向としたときに、前記板状体(G)における前記冷却部(101)により冷却される冷却領域の前記第1方向の長さは前記板状体(G)の前記長手方向の長さ0.5〜0.8倍であり、前記冷却領域の前記第2方向の長さは前記板状体(G)の短手方向長さの0.1〜1.0倍であること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
請求項7に記載の発明は、請求項5または6に記載の強度測定装置(100)であって、前記冷却部(101)は、前記板状体(G)に空気を吹き付けることにより前記板状体(G)を冷却すること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
請求項8に記載の発明は、請求項5〜7のいずれか1項に記載の強度測定装置(100)であって、前記冷却部(101)は、前記板状体(G)の破壊により冷却を停止すること、を特徴とする強度測定装置(100)である。
なお、上記構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
本発明によれば、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定することによりに当該板状体の強度を測定する強度測定装置において、強度測定時の条件設定が簡単になり、また特別高度な測定テクニックを必要とせず、ヒータの破損が大幅に減少し、従ってヒータ交換による種々のロスを小さくできるという、より測定が容易な強度測定装置を提供することができる。
(第1実施形態)
以下、図面等を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は本実施形態に係る、無機材料板状体(本実施形態ではガラスG)の強度測定装置1(反力測定装置,熱衝撃試験装置)の概略正面図である。図2は、後述するロードセル10を取りはずした状態の強度測定装置1の概略上面図である。図中、便宜上、XYZ軸を設ける。
以下、図面等を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は本実施形態に係る、無機材料板状体(本実施形態ではガラスG)の強度測定装置1(反力測定装置,熱衝撃試験装置)の概略正面図である。図2は、後述するロードセル10を取りはずした状態の強度測定装置1の概略上面図である。図中、便宜上、XYZ軸を設ける。
(装置)
熱衝撃法による強度測定装置1は、ベース部11と、ベース部11に対して上下動可能な第1ステージ20と、第1ステージ20とともに、ベース部11に対して上下動可能な第2ステージ30とを備える。
熱衝撃法による強度測定装置1は、ベース部11と、ベース部11に対して上下動可能な第1ステージ20と、第1ステージ20とともに、ベース部11に対して上下動可能な第2ステージ30とを備える。
ベース部11は、矩形の板状体である。ベース部11の上面から上方(Zプラス方向)に向かって、第1ステージ20の上下動をガイドする2本のガイドバー12(12L,12R)と、後述するロードセル10が垂下された上板14を支持する2本の支持柱13(13L,13R)とが延びている。
なお、図中、左側に位置するものには参照符号の右側にLを付し、右側に位置するものには参照符号の右側にRを付すが、機能は左右同一であるので以下の説明において共通する事項については参照符号の右側にL及びRの符号を付さずに共通事項として説明する。
第1ステージ20は、ベース部11上に、第1垂直駆動部としてシリンダ21を介して配置されている。また、第1ステージ20の後部(Yマイナス側)には、ガイドバー12が貫通する孔が設けられており、第1ステージ20は、ガイドバー12によって案内されつつ、シリンダ21によってベース部11に対して垂直方向に駆動可能となっている。
第1ステージ20の略中央部には、強度測定対象としてのガラスGを載置する載置台22が配置されている。
載置台22は、上面に凹部23が設けられた直方体形状であって、長手方向がX方向、短手方向がY方向に沿うように配置されている。凹部23は、長手方向の中心線に沿って短手方向に延びている。
載置台22は、上面に凹部23が設けられた直方体形状であって、長手方向がX方向、短手方向がY方向に沿うように配置されている。凹部23は、長手方向の中心線に沿って短手方向に延びている。
載置台22の上面における、凹部23を挟んだ長手方向両側には、それぞれ、短手方向に延びる断面半円形状の溝24(24L,24R)が形成されている。
その溝24には、溝24の内周面に嵌合する円柱部材25(25L,25R)が載置されている。
その2本の円柱部材25の中心軸間の距離(スパン)S1は、約30mmである。
溝24の断面は半円形状であるので、溝24に配置された円柱部材25の上半分は、載置台22の上面よりも上側に突出している。
載置台22上にガラスGを配置すると、ガラスGの下面は、円柱部材25の側面と線接触し、スパンS1の2本のラインで保持される。
その溝24には、溝24の内周面に嵌合する円柱部材25(25L,25R)が載置されている。
その2本の円柱部材25の中心軸間の距離(スパン)S1は、約30mmである。
溝24の断面は半円形状であるので、溝24に配置された円柱部材25の上半分は、載置台22の上面よりも上側に突出している。
載置台22上にガラスGを配置すると、ガラスGの下面は、円柱部材25の側面と線接触し、スパンS1の2本のラインで保持される。
第2ステージ30は、第1ステージ20とともに上下動可能であるとともに、その第1ステージ20に対しても相対的に上下動可能である。第1ステージ20に対する上下動は第2垂直駆動部31により行われる。また、第2ステージ30は、2本のガイドバー12間を架け渡すように取り付けられた支持バー32も備える。
支持バー32におけるガイドバー12L,12Rの間には、ヒータ保持部33(33L,33R)が取り付けられている。
ヒータ保持部33は2つ設けられており、それらは、好ましくは、後述するヒータ押圧部15の円柱部材16によりヒータHが押圧される位置(すなわち、強度測定装置1の中央)を中心としてX方向に対称な位置に設けられている。
ヒータ保持部33は、それぞれ、支持バー32からY方向に延びる2本の腕部34(34L,34R)と、その先端に取り付けられた2つのローラ、すなわち上部ローラ35U(35UL,35UR)及び下部ローラ35D(35DL,35DR)とを備える。
ヒータ保持部33は2つ設けられており、それらは、好ましくは、後述するヒータ押圧部15の円柱部材16によりヒータHが押圧される位置(すなわち、強度測定装置1の中央)を中心としてX方向に対称な位置に設けられている。
ヒータ保持部33は、それぞれ、支持バー32からY方向に延びる2本の腕部34(34L,34R)と、その先端に取り付けられた2つのローラ、すなわち上部ローラ35U(35UL,35UR)及び下部ローラ35D(35DL,35DR)とを備える。
ヒータ保持部33の、上部ローラ35U及び下部ローラ35Dは、どちらの方向にも自在に回転可能である。そして、互いの間に後述のヒータHを間に挟み、ヒータHが熱膨張した場合、回転することによってヒータHの熱膨張による延びを吸収するとともに、ヒータHの上下方向の位置を保持する。 また、ローラ35の回転角度は、制御部2に伝達され、制御部2は、熱膨張量を測定することも可能となっている。制御部2は、熱膨張量より熱膨張率を演算することも可能であるし、熱膨張率から熱膨張量を演算することもできる。
一般的には、ヒータを設定した後、ガラスと接触させずにヒータのみを加熱して測定する、いわゆる空加熱で測定する。この結果得られた熱膨張率に対し、予めガラスと接触させたことによる上昇温度の減少分を差し引き、測定時の熱膨張とする。ただし、熱膨張率は、別の装置で行うことも可能である。
一般的には、ヒータを設定した後、ガラスと接触させずにヒータのみを加熱して測定する、いわゆる空加熱で測定する。この結果得られた熱膨張率に対し、予めガラスと接触させたことによる上昇温度の減少分を差し引き、測定時の熱膨張とする。ただし、熱膨張率は、別の装置で行うことも可能である。
ヒータHは、ガラスGが矩形形状の場合は、長手方向の長さはガラスGより長く、また短手方向の長さ(幅)はガラスGより短くすることが好ましい。本実施形態では、長さ85mm、幅4mmで厚さ0.2mmの窒化シリコン製である。ヒータHは電源3より供給された電力によりガラスを熱衝撃破壊させるに足る発熱することが可能である。その温度は600度以上が望ましい。このため材質は窒化シリコンのほか、炭化珪素、窒化アルミ、二珪化モリブデン、黒鉛、ニクロム、カンタルが可能である。
ヒータHは、載置台の上方で上下方向の位置を保持可能な保持されているので、押圧部による押圧で、ヒータHが弾性変形することによって、ヒータHが測定対象の板状体に接触することが好ましい。そのため、ヒータHの厚みは、好ましくは2.0〜0.02mm、より好ましくは、0.2〜0.05mmとすることが好ましい。また、測定を効率良くすために、ヒータが上下方向の位置で保持される位置は、測定対象の板状体の上面から垂直方向に10〜0.3mm、好ましくは5.0〜2.0mmの位置に配置されることが好ましい。
ヒータHの両端は、伝熱線41(41L,41R)が接続されたクリップ42(42L,42R)によって保持されている。
クリップ42は伝熱線41の一端に固定され、伝熱線41の他端は支持柱13に対して上下動可能に巻かれて保持され、電源3に接続されている。
また、伝熱線41における、クリップ42に固定された部分と、支持柱13に巻かれた部分との間は、バネ状になっている。このバネ状部によって、ヒータHが熱膨張したときの延びが吸収され、ヒータHの熱膨張によるガラスGへの負荷が軽減される。
但し、バネ状部については、必須としない。
ヒータHは、載置台の上方で上下方向の位置を保持可能な保持されているので、押圧部による押圧で、ヒータHが弾性変形することによって、ヒータHが測定対象の板状体に接触することが好ましい。そのため、ヒータHの厚みは、好ましくは2.0〜0.02mm、より好ましくは、0.2〜0.05mmとすることが好ましい。また、測定を効率良くすために、ヒータが上下方向の位置で保持される位置は、測定対象の板状体の上面から垂直方向に10〜0.3mm、好ましくは5.0〜2.0mmの位置に配置されることが好ましい。
ヒータHの両端は、伝熱線41(41L,41R)が接続されたクリップ42(42L,42R)によって保持されている。
クリップ42は伝熱線41の一端に固定され、伝熱線41の他端は支持柱13に対して上下動可能に巻かれて保持され、電源3に接続されている。
また、伝熱線41における、クリップ42に固定された部分と、支持柱13に巻かれた部分との間は、バネ状になっている。このバネ状部によって、ヒータHが熱膨張したときの延びが吸収され、ヒータHの熱膨張によるガラスGへの負荷が軽減される。
但し、バネ状部については、必須としない。
2本の支持柱13の上端は、上板14が架け渡されている。上板14における、載置台22の上方となる位置、すなわち、載置台22上にガラスG及びヒータHが配置された場合のガラスG及びヒータHの上方には、ロードセル10が垂下され、そのロードセル10から、ヒータ押圧部15が下に延びている。
ヒータ押圧部15の下端には、上述の円柱部材25の取り付け方法と同様に、溝が設けられ、その溝に円柱部材16が取り付けられている。円柱部材25と円柱部材16とは平行に配置されている。
この円柱部材16も、ヒータ押圧部15の下端よりもさらに下方に突き出し、円柱部材16の側面の下側が、ヒータHの上面と線接触するようになっている。
ヒータ押圧部15の下端には、上述の円柱部材25の取り付け方法と同様に、溝が設けられ、その溝に円柱部材16が取り付けられている。円柱部材25と円柱部材16とは平行に配置されている。
この円柱部材16も、ヒータ押圧部15の下端よりもさらに下方に突き出し、円柱部材16の側面の下側が、ヒータHの上面と線接触するようになっている。
ここで、電源3により制御されるヒータHへの出力、第1ステージ20及び第2ステージ30のシリンダ21による上下動、第2ステージ30の第1ステージ20に対する第2垂直駆動部31による上下動の操作は、制御部2に接続された操作部5により可能となっている。
操作部5は、例えば複数のダイヤル等を備え、そのうちの一つのダイヤルを回転させることにより第1ステージ20及び第2ステージ30を一体となって上下動させるシリンダ21を動作させることがでる。
また、他のダイヤルを回転させることにより、第2ステージ30に対して第1ステージ20を相対移動させる第2垂直駆動部31を動作させることができる。
さらに操作部5は、スイッチも備え、スイッチのオンオフにより制御部2及び電源を介してヒータHの加熱のオンオフが可能である。
操作部5は、例えば複数のダイヤル等を備え、そのうちの一つのダイヤルを回転させることにより第1ステージ20及び第2ステージ30を一体となって上下動させるシリンダ21を動作させることがでる。
また、他のダイヤルを回転させることにより、第2ステージ30に対して第1ステージ20を相対移動させる第2垂直駆動部31を動作させることができる。
さらに操作部5は、スイッチも備え、スイッチのオンオフにより制御部2及び電源を介してヒータHの加熱のオンオフが可能である。
(ガラス)
本実施形態において熱衝撃法による強度測定装置1の測定対象は、ガラスGを用いるが、ガラスに限定されず、セラミック等の他の非金属無機材料板状体であってもよい。
また、ガラスについても、フロートガラスと呼ばれるソーダ・ライム・シリカ系以外のどのガラスに対しても測定可能である。医療用によく用いられる鉛ガラス、光学用ガラス等、どのガラス組成系でも板状であれば、測定可能である。さらには、化学強化法や熱強化法で強化された、いわゆる強化ガラスでも測定が可能である。すなわち、各種組成のガラス並びに加工されたガラスに対しても有用である。
本実施形態において熱衝撃法による強度測定装置1の測定対象は、ガラスGを用いるが、ガラスに限定されず、セラミック等の他の非金属無機材料板状体であってもよい。
また、ガラスについても、フロートガラスと呼ばれるソーダ・ライム・シリカ系以外のどのガラスに対しても測定可能である。医療用によく用いられる鉛ガラス、光学用ガラス等、どのガラス組成系でも板状であれば、測定可能である。さらには、化学強化法や熱強化法で強化された、いわゆる強化ガラスでも測定が可能である。すなわち、各種組成のガラス並びに加工されたガラスに対しても有用である。
(測定方法)
熱衝撃法による強度測定は以下の順序で行う。
1)まず、操作部5を操作して第1ステージ20と第2ステージ30を初期位置にする。
初期位置とは、第1ステージ20にガラスG、第2ステージ30にヒータHを配置した状態で、ヒータHの上面とロードセル10(円柱部材16)の下端とが十分に離れている位置である。
また、第1ステージ20と第2ステージ30との関係における初期位置は、第1ステージ20にガラスG、第2ステージ30のヒータ保持部33またはローラ35でヒータHを挟み込んで配置した状態で、ヒータHの下面とガラスGの上面との隙間S2がガラスGの厚さの0.2倍以下となる位置である。
熱衝撃法による強度測定は以下の順序で行う。
1)まず、操作部5を操作して第1ステージ20と第2ステージ30を初期位置にする。
初期位置とは、第1ステージ20にガラスG、第2ステージ30にヒータHを配置した状態で、ヒータHの上面とロードセル10(円柱部材16)の下端とが十分に離れている位置である。
また、第1ステージ20と第2ステージ30との関係における初期位置は、第1ステージ20にガラスG、第2ステージ30のヒータ保持部33またはローラ35でヒータHを挟み込んで配置した状態で、ヒータHの下面とガラスGの上面との隙間S2がガラスGの厚さの0.2倍以下となる位置である。
2)ガラスGを載置台22に載置する。このとき、ガラスGの下面は、載置台22の円柱部材25の側面と線接触する。
3)ヒータHを、その中心がガラスGの中心と略一致するようにしてヒータHまたはローラ35でのズレに注意しながら両端をクリップ42で挟む。このとき、第1ステージ20と第2ステージ30との初期設定によりヒータHとガラスG台との間の隙間S2はガラスGの厚さの0.2倍以下になる。
4)操作部5を介して第1ステージ20及び第2ステージ30を、ヒータH上面と接触するロードセル10に40Nの力がかかるまで一体的にシリンダ21で上昇させる。これにより、ヒータHに対して3点曲げ法(1点負荷2点支持)に準じた予備負荷が行われる。当然のことながら、この予備負荷が40Nに限定されることはない。
予備負荷を行う理由は、ガラスGとヒータHとの接触状況が極めて重要な因子となるからである。このようにヒータHへの加熱を行う前に3点曲げ法の条件に準じた約40Nの予備負荷を付与することにより、ガラスGと密着性が高まる。
予備負荷を行う理由は、ガラスGとヒータHとの接触状況が極めて重要な因子となるからである。このようにヒータHへの加熱を行う前に3点曲げ法の条件に準じた約40Nの予備負荷を付与することにより、ガラスGと密着性が高まる。
5)その後、操作部5を操作して第1ステージ20を第2垂直駆動部31により第2ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約30Nにする。この時点の予備負荷も30Nに限定されることはない。
6)次いで、操作部5を介して電源3をONにしてガラスGが破壊するまでヒータHを急激に加熱する。このとき、ヒータHは熱膨張するが、ローラ35が回転するので、ローラ35により保持されている位置でのヒータHの垂直方向位置は維持される。そしてヒータHが熱膨張しても、ヒータHの端部の長さ方向の位置は押さえられていないので、その伸びによってヒータHがガラスGを押圧する力が強くなることがなく、30Nを維持することができる。
7)さらに、ロードセル10によって反力からも発生した応力を測定する。
7)さらに、ロードセル10によって反力からも発生した応力を測定する。
(実施例)
実施例として、具体的には、ガラスGとして、セントラル硝子株式会社製のフロートガラスCFLを用いた。CFLは典型的なソーダ石灰ガラスの透明のガラスであり、密度:2.5ρ/Mgm−3、屈折率:1.52nd/588nm、可視透過率(d=5×10−3:89.3T/%、軟化点:1006Ts/K、遷移点:828Tt/K、熱膨張率:86α/×10−7K−1で、Fe2O3の含有量:0.08I/mass%である。また、そのCFLは実厚が2.74〜2.75mmのガラスを長さ50mm幅10mmに切断され、その端面は#500でシーミング加工されている。
注)単位の記載が気になりますが、これでよろしいですか。例えば、軟化点の場合はTsは軟化点を表す略記号で、単位が1/K、屈折率の場合はnd屈折率を表す略記号です。(nは通常の小文字、nは添字ですのでもっと小さな文字で表すのが私達の通例です。)/の後に単位を入れることも含め、セラミックス協会の慣習ですが、一般的ではないので、学会によっては例えば中かっこの中に記載しています。この標記は特許明細書として問題がなければ、先生の方で無視して戴いて構いません。
実施例として、具体的には、ガラスGとして、セントラル硝子株式会社製のフロートガラスCFLを用いた。CFLは典型的なソーダ石灰ガラスの透明のガラスであり、密度:2.5ρ/Mgm−3、屈折率:1.52nd/588nm、可視透過率(d=5×10−3:89.3T/%、軟化点:1006Ts/K、遷移点:828Tt/K、熱膨張率:86α/×10−7K−1で、Fe2O3の含有量:0.08I/mass%である。また、そのCFLは実厚が2.74〜2.75mmのガラスを長さ50mm幅10mmに切断され、その端面は#500でシーミング加工されている。
注)単位の記載が気になりますが、これでよろしいですか。例えば、軟化点の場合はTsは軟化点を表す略記号で、単位が1/K、屈折率の場合はnd屈折率を表す略記号です。(nは通常の小文字、nは添字ですのでもっと小さな文字で表すのが私達の通例です。)/の後に単位を入れることも含め、セラミックス協会の慣習ですが、一般的ではないので、学会によっては例えば中かっこの中に記載しています。この標記は特許明細書として問題がなければ、先生の方で無視して戴いて構いません。
実際の測定は以下のようにして行った。
一つの実験に際し、10枚のガラスを準備した。その10枚のガラスの強度を測定し、ワイブル係数と標準偏差を求め、その確度を推定した。また、10枚の測定に要した時間、必要としたヒータの数も記録した。
一つの実験に際し、10枚のガラスを準備した。その10枚のガラスの強度を測定し、ワイブル係数と標準偏差を求め、その確度を推定した。また、10枚の測定に要した時間、必要としたヒータの数も記録した。
実施例1〜3として、本実施形態の熱衝撃法に基づいて測定した。
比較例1として、実施例3と同じ強度測定経験者に対し、測定時間の制限を90分以下として測定した。
比較例1として、実施例3と同じ強度測定経験者に対し、測定時間の制限を90分以下として測定した。
比較例3として、同じ測定者が4点曲げ法で測定した。
ここで、4点曲げ法について説明する。4点曲げ法による強度測定は、基本的には本実施形態の熱衝撃法による強度測定装置1と同じ装置で行うことができる。
ガラスGの支持については、熱衝撃法による強度測定と4点曲げ法による強度測定とは共通である。しかし、熱衝撃法による強度測定は3点でガラスを支持するが、4点曲げ法の場合、3点では負荷勾配が必然的に発生し、破壊時の破壊応力を厳密に把握することが離しいため、2点負荷2点支持の4点曲げ法により行う。
このため、熱衝撃法による強度測定と比較形態の4点曲げ法による強度測定では負荷部とは異なるが、その材質は両者とも同様である。
なお、4点曲げ法における支持スパンは30mm、負荷スパンは10mmであり、負荷速度は0.48mm/分である。
ここで、4点曲げ法について説明する。4点曲げ法による強度測定は、基本的には本実施形態の熱衝撃法による強度測定装置1と同じ装置で行うことができる。
ガラスGの支持については、熱衝撃法による強度測定と4点曲げ法による強度測定とは共通である。しかし、熱衝撃法による強度測定は3点でガラスを支持するが、4点曲げ法の場合、3点では負荷勾配が必然的に発生し、破壊時の破壊応力を厳密に把握することが離しいため、2点負荷2点支持の4点曲げ法により行う。
このため、熱衝撃法による強度測定と比較形態の4点曲げ法による強度測定では負荷部とは異なるが、その材質は両者とも同様である。
なお、4点曲げ法における支持スパンは30mm、負荷スパンは10mmであり、負荷速度は0.48mm/分である。
熱衝撃法による強度測定と比較としての曲げ強度測定におけるガラスGの変形および応力発生の慨念を図3に示す。
図3(a)は本実施形態における熱衝撃法による強度測定時におけるガラスGの変形および応力発生の概念であり、図3(b)は比較形態における曲げ強度測定時におけるガラスGの変形及び応力発生の概念である。
図3(a)は本実施形態における熱衝撃法による強度測定時におけるガラスGの変形および応力発生の概念であり、図3(b)は比較形態における曲げ強度測定時におけるガラスGの変形及び応力発生の概念である。
図3(b)で示す曲げ強度測定の場合には、ガラスGの下面に引張応力が発生する。
図3(a)で示す熱衝撃法による強度測定の場合も同様にガラスGの下面に引張応力が発生する。但し、ガラスG上面と下面の熱膨膨張により変形するはずのガラスGが変形しないようにロードセル10で抑えられ、その抑えている力が反力として検知される。
図3(a)で示す熱衝撃法による強度測定の場合も同様にガラスGの下面に引張応力が発生する。但し、ガラスG上面と下面の熱膨膨張により変形するはずのガラスGが変形しないようにロードセル10で抑えられ、その抑えている力が反力として検知される。
本発明に基づく実施例1〜3は、測定時間が大幅に短縮される中、測定精度は高いことが分かる。ガラスの4点曲げ法による強度測定は一般的に難しく、バラツキが多く発生する。そのため、標準偏差やワイブル分布から行った測定の精度を判断することはよくなされる手法である。本実施例および比較例で用いたフロートガラスCFLの場合、初心者では標準偏差で20%以上、ワイブル係数では6以下のなることが多い。すなわち、本発明によれば、ワイブル係数が15以上と大きく、標準偏差が10以下と小さいことから、非常に精度が良いことが分かる。
一方、ヒータの破損が極めて少ないことから、使用したヒータの枚数が少なく、ヒータ交換の時間が不要のため、測定時間も短いというメリットもある。特に、実施例3は数回程度の強度測定経験者が測定した場合であり、特別な測定のノウハウを必要としないことが明らかである。
一方、ヒータの破損が極めて少ないことから、使用したヒータの枚数が少なく、ヒータ交換の時間が不要のため、測定時間も短いというメリットもある。特に、実施例3は数回程度の強度測定経験者が測定した場合であり、特別な測定のノウハウを必要としないことが明らかである。
これに対し、上述のように比較例1は実施例3と同じ強度測定経験者に対し、測定時間の制限を90分以下として測定した場合を示している。結果として90分以内には測定することができず、その測定精度もあまり良好とは言えなかった。
比較例2は、上述のように反力法の経験者で測定した場合であるが、多くの時間を要したことが分かる。
比較例3は、上述のように同じ測定者が4点曲げ法で測定したときの結果であるが、強度測定の経験者でも4点曲げ法ではその測定精度が反力法よりも悪いことが分かる。
比較例2は、上述のように反力法の経験者で測定した場合であるが、多くの時間を要したことが分かる。
比較例3は、上述のように同じ測定者が4点曲げ法で測定したときの結果であるが、強度測定の経験者でも4点曲げ法ではその測定精度が反力法よりも悪いことが分かる。
以上、本実施形態によると、以下の効果がある。
(1)本実施形態によると、第1ステージ20及び第2ステージ30のシリンダ21による上下動、第2ステージ30の第1ステージ20に対する第2垂直駆動部31による上下動の操作は、制御部2に接続された操作部5により可能となっている。
操作部5は、例えば複数のダイヤル等を備え、そのうちの一つのダイヤルを回転させることにより第1ステージ20及び第2ステージ30を一体となって上下動させるシリンダ21を動作させることがでる。
また、他のダイヤルを回転させることにより、第2ステージ30に対して第1ステージ20を相対移動させる第2垂直駆動部31を動作させることができる。
このため、ヒータH上面と接触するロードセル10に40Nの力がかかるまで一体的にシリンダ21で上昇させ、その後第1ステージ20を第2ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約30Nにする操作を、操作部5を介して容易に行うことができる。
(1)本実施形態によると、第1ステージ20及び第2ステージ30のシリンダ21による上下動、第2ステージ30の第1ステージ20に対する第2垂直駆動部31による上下動の操作は、制御部2に接続された操作部5により可能となっている。
操作部5は、例えば複数のダイヤル等を備え、そのうちの一つのダイヤルを回転させることにより第1ステージ20及び第2ステージ30を一体となって上下動させるシリンダ21を動作させることがでる。
また、他のダイヤルを回転させることにより、第2ステージ30に対して第1ステージ20を相対移動させる第2垂直駆動部31を動作させることができる。
このため、ヒータH上面と接触するロードセル10に40Nの力がかかるまで一体的にシリンダ21で上昇させ、その後第1ステージ20を第2ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約30Nにする操作を、操作部5を介して容易に行うことができる。
(2)また、ヒータ保持部33は、どちらの方向にも自在に回転可能な上部ローラ35U及び下部ローラ35Dを備え、それらの間にヒータHを間に挟んでいる。
この構成では、ヒータHの熱膨張に合わせて上部ローラ35U及び下部ローラ35Dが回転する。このため、ヒータHは、この上部ローラ35U及び下部ローラ35Dの位置における上下方向は固定されているが、左右(水平方向)には伸びることができるようになっている。
これに対して、仮にヒータHが、上部ローラ35U及び下部ローラ35Dの位置で上下及び左右に移動できないように固定されていたとすると、ヒータHが過熱により膨張したときに、ヒータHの伸びによって、ヒータHはガラスGを下に押すことになる。そうすると、この場合ガラスGに応力が加わり、破損することになる。
しかし、本実施形態によると、このように、上部ローラ35U及び下部ローラ35Dが回転することによってヒータHの熱膨張による延びが吸収されるので、ヒータHの伸びによって、ヒータHがガラスGを押圧する力が強くなることがなく、30Nを維持することができる。
この構成では、ヒータHの熱膨張に合わせて上部ローラ35U及び下部ローラ35Dが回転する。このため、ヒータHは、この上部ローラ35U及び下部ローラ35Dの位置における上下方向は固定されているが、左右(水平方向)には伸びることができるようになっている。
これに対して、仮にヒータHが、上部ローラ35U及び下部ローラ35Dの位置で上下及び左右に移動できないように固定されていたとすると、ヒータHが過熱により膨張したときに、ヒータHの伸びによって、ヒータHはガラスGを下に押すことになる。そうすると、この場合ガラスGに応力が加わり、破損することになる。
しかし、本実施形態によると、このように、上部ローラ35U及び下部ローラ35Dが回転することによってヒータHの熱膨張による延びが吸収されるので、ヒータHの伸びによって、ヒータHがガラスGを押圧する力が強くなることがなく、30Nを維持することができる。
(3)このように本実施形態の強度測定装置1は、ヒータHとガラスGとの間の押圧力が一定に保たれるので、信頼性の高いガラスの熱衝撃試験法として利用可能であり、ガラスの熱衝撃特性の把握に大きく寄与することができる。
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態の強度測定装置100を示す。第2実施形態の強度測定装置200が第1実施形態と異なる点は、載置台22の凹部23に、冷却部101を備える点である。
図4は、本発明の第2実施形態の強度測定装置100を示す。第2実施形態の強度測定装置200が第1実施形態と異なる点は、載置台22の凹部23に、冷却部101を備える点である。
冷却部101は、制御部2によって制御されるエア供給源4に接続されている。制御部2の指示によりエア供給源4が作動して冷却部101よりエアを噴出する。
そして、ガラスGに対して下からエアを吹き付けることで無機材料板状体の下面の一部(冷却領域)を冷却する。
そして、ガラスGに対して下からエアを吹き付けることで無機材料板状体の下面の一部(冷却領域)を冷却する。
図5はガラスGの冷却領域を示す図であり、ガラスGの長手方向長さをS2としたときに、冷却領域の長手方向長さは(0.5〜0.8)*S2である。
冷却領域の長手方向長さを0.5*S2以上としたのは、これよりも小さいと十分な加熱が与えられないかである。一方、0.8*S2以下としたのは、これよりも大きいとガラス試料の長辺部エッジで破損することがあり、信頼性のある測定ができないからである。但し、上記の数値は設定の場合であり、結果として3点曲げに準ずる負荷を行っているときの加熱を示すものではない。また、ガラスGの短手方向長さをS3としたときに、冷却領域の短手方向長さは(0.1〜1.0)*S3である。冷却領域の短手方向長さを0.1*S3以上としたのは、これよりも小さいとガラス試料の上部における温度差がつきすぎ、本来ガラス試料の下部となるべき破壊始点が上部となるからである。一方、1.0*S3以下としたのは、これよりも大きいとガラス試料の端部と接触することによりキズが発生し、結果としてガラス試料の上部から破壊することがあるからである。
冷却領域の長手方向長さを0.5*S2以上としたのは、これよりも小さいと十分な加熱が与えられないかである。一方、0.8*S2以下としたのは、これよりも大きいとガラス試料の長辺部エッジで破損することがあり、信頼性のある測定ができないからである。但し、上記の数値は設定の場合であり、結果として3点曲げに準ずる負荷を行っているときの加熱を示すものではない。また、ガラスGの短手方向長さをS3としたときに、冷却領域の短手方向長さは(0.1〜1.0)*S3である。冷却領域の短手方向長さを0.1*S3以上としたのは、これよりも小さいとガラス試料の上部における温度差がつきすぎ、本来ガラス試料の下部となるべき破壊始点が上部となるからである。一方、1.0*S3以下としたのは、これよりも大きいとガラス試料の端部と接触することによりキズが発生し、結果としてガラス試料の上部から破壊することがあるからである。
また、ロードセル10も制御部2に接続されており、ガラスGが破壊されて応力が急激に変化した際に、制御部2は、ロードセル10により検出される力の変化を検知し、エア供給源4を停止させる。
本実施形態によると、ガラスGの裏面の冷却を行うことができ、ガラスGの裏面の冷却が促進されるので、ガラスGの表面と裏面との温度差が大きくなり、破壊がより瞬時となり、さらに正確な応力を検出することができる。
(第3実施形態)
図6は、本発明の第3実施形態の強度測定装置200を示す。図7は強度測定装置200から上板14を取り外した状態で上から見た図である。なお、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図6は、本発明の第3実施形態の強度測定装置200を示す。図7は強度測定装置200から上板14を取り外した状態で上から見た図である。なお、第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第3実施形態の第2ステージ30Bは円環形状である。第2ステージ30Bの周方向の2箇所には、ヒータ保持部33が取り付けられている。
ヒータ保持部33は、それぞれ、第2ステージ30Bから径方向内側に延びる2本の腕部34と、それぞれの腕部34の先端に取り付けられたローラ35を備える。ヒータ保持部33は、上部腕部34U及び下部腕部34Dを備え、上部腕部34Uの先端には上部ローラ35Uが取り付けられ、下部腕部34Dの先端には、下部ローラ35Dが取り付けられている。
ヒータ保持部33は、それぞれ、第2ステージ30Bから径方向内側に延びる2本の腕部34と、それぞれの腕部34の先端に取り付けられたローラ35を備える。ヒータ保持部33は、上部腕部34U及び下部腕部34Dを備え、上部腕部34Uの先端には上部ローラ35Uが取り付けられ、下部腕部34Dの先端には、下部ローラ35Dが取り付けられている。
ヒータ保持部33の、上部ローラ35U及び下部ローラ35Dは、互いの間に後述のヒータHBを間に挟み、ヒータHBが熱膨張した場合、回転することによってヒータHBの熱膨張による延びを吸収するとともに、ヒータHBの上下方向の位置を保持する。
ヒータHBは、薄い円形シート状であって、ヒータHBの外周における、2か所のヒータ保持部33により保持されている個所の略中間部分には、伝熱線取付部41aが立設され、その伝熱線取付部41aには伝熱線41が接続されている。
伝熱線41の他端は第2ステージ30に保持されて電源3に接続されている。
また、伝熱線41はバネ状になっており、このバネ状部によって、ヒータHBが熱膨張したときの延びが吸収される。
伝熱線41の他端は第2ステージ30に保持されて電源3に接続されている。
また、伝熱線41はバネ状になっており、このバネ状部によって、ヒータHBが熱膨張したときの延びが吸収される。
本実施形態のロードセル10は、検知部10Baを備える。検知部10Baは、ヒータHの上面と点接触するようになっている。
(測定方法)
熱衝撃法による強度測定は以下の順序で行う。
1)まず、操作部5を操作して第1ステージ20と第2ステージ30を初期位置にする。
初期位置とは、第1ステージ20にガラスG、第2ステージ30にヒータHを配置した状態で、ヒータHの上面とロードセル10(円柱部材16)の下端とが十分に離れている位置である。
熱衝撃法による強度測定は以下の順序で行う。
1)まず、操作部5を操作して第1ステージ20と第2ステージ30を初期位置にする。
初期位置とは、第1ステージ20にガラスG、第2ステージ30にヒータHを配置した状態で、ヒータHの上面とロードセル10(円柱部材16)の下端とが十分に離れている位置である。
2)ガラスGを支持部22に載置する。このとき、ガラスGの下面は、支持部22の側面と線接触する。
3)ヒータHを、その中心がガラスGの中心と略一致するようにしてローラ35で挟む。
3)ヒータHを、その中心がガラスGの中心と略一致するようにしてローラ35で挟む。
4)操作部5を介して第1ステージ20及び第2ステージ30を、ヒータHB上面と接触するロードセル10に40Nの力がかかるまで一体的にシリンダ21で上昇させる。当然のことながら、この予備負荷が40Nに限定されることはない。
5)その後、操作部5を操作して第1ステージ20を第2垂直駆動部31により第2ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約30Nにする。この時点の予備負荷も30Nに限定されることはない。
6)次いで、操作部5を介して電源3をONにしてガラスGが破壊するまでヒータHを急激に加熱する。
このとき、ヒータHBは熱膨張するが、ローラ35が回転するので、ローラ35により保持されている位置でのヒータHBの垂直方向位置は維持される。そしてヒータHBが熱膨張しても、ヒータHBの端部の長さ方向の位置は押さえられていないので、その伸びによってヒータHBがガラスGを押圧する力が強くなることがなく、30Nを維持することができる。
7)さらに、ロードセル10によって反力からも発生した応力を測定する。
このとき、ヒータHBは熱膨張するが、ローラ35が回転するので、ローラ35により保持されている位置でのヒータHBの垂直方向位置は維持される。そしてヒータHBが熱膨張しても、ヒータHBの端部の長さ方向の位置は押さえられていないので、その伸びによってヒータHBがガラスGを押圧する力が強くなることがなく、30Nを維持することができる。
7)さらに、ロードセル10によって反力からも発生した応力を測定する。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
1:強度測定装置、2:制御部、3:電源、4:エア供給源、5:操作部、10:ロードセル、11:ベース部、12:ガイドバー、13:支持柱、14:上板、15:ヒータ押圧部、16:円柱部材、20:第1ステージ、21:シリンダ、22:載置台、23:凹部、24:溝、25:円柱部材、30:第2ステージ、31:第2垂直駆動部、32:支持バー、33:ヒータ保持部、34:軸部、35:ローラ、41:伝熱線、42:クリップ、101:冷却部
Claims (8)
- 測定対象となる無機材料製の板状体が載置される載置台を有する第1ステージと、
薄板状のヒータを前記載置台の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部を有する第2ステージと、
前記載置台の上方に配置され、前記保持部に保持された状態の前記ヒータの一部に上面側より当接して、前記ヒータの前記一部を前記載置台に載置された前記板状体に当接させる押圧部と、を備え、
前記ヒータが加熱された状態で、前記押圧部により前記ヒータの一部を前記板状体に当接させて前記板状体に熱的負荷を与え、該熱的負荷により前記板状体が破壊する際に生じた反力を測定することにより、前記板状体の強度を測定する強度測定装置。 - 請求項1に記載の強度測定装置であって、
前記保持部は、前記ヒータを上下で挟む一対のローラを備えること、
を特徴とする強度測定装置。 - 請求項1または2に記載の強度測定装置であって、
前記押圧部の押圧により生じる前記ヒータと前記板状体との接触部は、前記板状体の長手方向における長さが、前記板状体の長手方向長さの0.2倍以下、前記板状体の短手方向の長さが、前記板状体の短手方向長さの0.6倍以下であること、
を特徴とする強度測定装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の強度測定装置であって、
前記第2ステージは前記第1ステージに対して上下動可能であり、前記載置台に載置された前記板状体の上面から前記保持部に保持された前記ヒータの下面との距離を、前記板状体の厚さの0.2倍以下にすることが可能であること、
を特徴とする強度測定装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の強度測定装置であって、
前記載置台には、前記板状体の下面を冷却する冷却部を備えること、
を特徴とする強度測定装置。 - 請求項5に記載の強度測定装置であって、
前記板状体の長手方向を第1方向、前記板状体の短手方向を第2方向としたときに、
前記板状体における前記冷却部により冷却される冷却領域の前記第1方向の長さは前記板状体の前記長手方向の長さ0.5〜0.8倍であり、前記冷却領域の前記第2方向の長さは前記板状体の短手方向長さの0.1〜1.0倍であること、
を特徴とする強度測定装置。 - 請求項5または6に記載の強度測定装置であって、
前記冷却部は、前記板状体に空気を吹き付けることにより前記板状体を冷却すること、
を特徴とする強度測定装置。 - 請求項5〜7のいずれか1項に記載の強度測定装置であって、
前記冷却部は、前記板状体の破壊により冷却を停止すること、
を特徴とする強度測定装置。
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JP (1) | JP2016075496A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109557125A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-04-02 | 莱州元茂仪器有限公司 | 纺织品或织物在低压下的干热效应检测仪器 |
CN114062182A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-02-18 | 德州晶华药用玻璃有限公司 | 一种中硼硅玻璃耐冷热检测装置 |
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2014
- 2014-10-02 JP JP2014204324A patent/JP2016075496A/ja active Pending
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