JP3518657B2 - 板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置 - Google Patents
板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は板状ガラスの応力拡
大係数の測定方法および測定装置に関する。
大係数の測定方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラスの強度は測定方法にもよるが、一
般的にばらつきが大きく、しかも理論強度に比較して１
／２０〜１／１００の範囲となる。
般的にばらつきが大きく、しかも理論強度に比較して１
／２０〜１／１００の範囲となる。
【０００３】この現象を説明するために、Ｇｒｉｆｆｉ
ｔｈは、ガラスには外部からの応力を著しく集中させる
ような大小の欠陥が（Ｇｒｉｆｆｉｔｈ ｆｌａｗ）が
存在しており、見かけの応力は小さくとも、欠陥の先端
には原子間の結合力に打ち勝つだけの応力がかかること
によってガラスの破壊が低応力下でおこると仮定した。
ｔｈは、ガラスには外部からの応力を著しく集中させる
ような大小の欠陥が（Ｇｒｉｆｆｉｔｈ ｆｌａｗ）が
存在しており、見かけの応力は小さくとも、欠陥の先端
には原子間の結合力に打ち勝つだけの応力がかかること
によってガラスの破壊が低応力下でおこると仮定した。
【０００４】Ｇｒｉｆｆｉｔｈによれば、ガラスの破壊
強度は解放される弾性エネルギーと新しい表面を作るに
要するエネルギーのつりあいから、 σｆ＝（２Ｅ・γｓ／πｃ）1/2 として求められる。ここで、σｆは破壊強度、Ｅは縦弾
性係数、γｓは表面エネルギー、ｃは割れ目の深さであ
る実際に使用されるガラスは製造工程から使用に供され
るまでの間、他の物体との接触が避けられず、結果とし
てガラス表面には大小の割れ目が発生している。
強度は解放される弾性エネルギーと新しい表面を作るに
要するエネルギーのつりあいから、 σｆ＝（２Ｅ・γｓ／πｃ）1/2 として求められる。ここで、σｆは破壊強度、Ｅは縦弾
性係数、γｓは表面エネルギー、ｃは割れ目の深さであ
る実際に使用されるガラスは製造工程から使用に供され
るまでの間、他の物体との接触が避けられず、結果とし
てガラス表面には大小の割れ目が発生している。
【０００５】このように、実用強度は局所的破壊により
発生した割れ目の成長によって決まるものであり付加応
力はそれらの割れ目を全体的な破壊まで進展させるに過
ぎない。
発生した割れ目の成長によって決まるものであり付加応
力はそれらの割れ目を全体的な破壊まで進展させるに過
ぎない。
【０００６】すなわち、ガラスの強度は測定試料が製造
されてから測定されるまでいかなる表面損傷を受けたか
で決まることが多く、同じ組成のガラスであってもその
履歴によって測定強度が異なるため、材料固有の強度と
は判断しにくい面がある。
されてから測定されるまでいかなる表面損傷を受けたか
で決まることが多く、同じ組成のガラスであってもその
履歴によって測定強度が異なるため、材料固有の強度と
は判断しにくい面がある。
【０００７】ガラス試料の表面に予め標準化された再現
性のある割れ目をつけ、この割れ目から破壊するように
して強度を測定するようにした加傷強度が実用強度と対
応させた形で評価されることもあるが、ガラス表面に付
与される割れ目の大きさを厳密に管理することは極めて
難しく、強度の差異を厳密に検討できるとは言い難い。
例えば、Ｉｒｗｉｎらは割れ目先端付近の応力場の強
さを表す量として、割れ目先端付近の応力場が臨界値に
達したときに破壊が起こるとして応力拡大係数Ｋ１ｃの
概念を導入した。一般に、臨界応力拡大係数をＫ１ｃと
すると Ｋ１ｃ＝α・Ｗ／ａ3/2 で表される。ここで、αは係数、Ｗは負荷荷重、ａはク
ラックの長さである。この式については多くの研究者に
より詳細に検討されており、縦弾性係数や硬度など種々
のパラメータが入った式として提案されているが、その
基本は上式の形である。
性のある割れ目をつけ、この割れ目から破壊するように
して強度を測定するようにした加傷強度が実用強度と対
応させた形で評価されることもあるが、ガラス表面に付
与される割れ目の大きさを厳密に管理することは極めて
難しく、強度の差異を厳密に検討できるとは言い難い。
例えば、Ｉｒｗｉｎらは割れ目先端付近の応力場の強
さを表す量として、割れ目先端付近の応力場が臨界値に
達したときに破壊が起こるとして応力拡大係数Ｋ１ｃの
概念を導入した。一般に、臨界応力拡大係数をＫ１ｃと
すると Ｋ１ｃ＝α・Ｗ／ａ3/2 で表される。ここで、αは係数、Ｗは負荷荷重、ａはク
ラックの長さである。この式については多くの研究者に
より詳細に検討されており、縦弾性係数や硬度など種々
のパラメータが入った式として提案されているが、その
基本は上式の形である。
【０００８】この応力拡大係数の概念は、ガラスの破壊
開始の条件を与えるとともに、破壊に対する抵抗の度合
を示す尺度としても実用的であり、当業者の間では広く
使用されている。
開始の条件を与えるとともに、破壊に対する抵抗の度合
を示す尺度としても実用的であり、当業者の間では広く
使用されている。
【０００９】この応力拡大係数については、これまでい
くつかの測定方法やそれに基づく種々の解析式が提案さ
れている。板状ガラスの場合、ビッカース硬度計を使っ
た方法がよく使われている。これはビッカース硬度計に
よって圧痕を板状ガラスに付与し、そのとき生じたヘア
クラックの長さから応力拡大係数を推定する方法である
が、これまでは大気下で測定されるものが一般的であっ
た。
くつかの測定方法やそれに基づく種々の解析式が提案さ
れている。板状ガラスの場合、ビッカース硬度計を使っ
た方法がよく使われている。これはビッカース硬度計に
よって圧痕を板状ガラスに付与し、そのとき生じたヘア
クラックの長さから応力拡大係数を推定する方法である
が、これまでは大気下で測定されるものが一般的であっ
た。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
での大気下での測定では、その測定結果がばらつくこと
がわかり、発明者は測定上のばらつきの原因が測定空間
の湿度と関係があることを考察し、本発明をなしたもの
であり、ばらつきを低減し、正確な応力拡大係数を測定
する方法とその装置を提供とすることを目的とする。
での大気下での測定では、その測定結果がばらつくこと
がわかり、発明者は測定上のばらつきの原因が測定空間
の湿度と関係があることを考察し、本発明をなしたもの
であり、ばらつきを低減し、正確な応力拡大係数を測定
する方法とその装置を提供とすることを目的とする。
【００１１】大気下で測定すると、後述するようにヘア
クラックの長さのばらつきが大きく、したがって応力拡
大係数の値も誤差が大きくなることを本発明者は見いだ
して本発明をなしたものであり、ばらつきが小さく、応
力拡大係数を正確に測定する方法と測定する装置を提供
する。
クラックの長さのばらつきが大きく、したがって応力拡
大係数の値も誤差が大きくなることを本発明者は見いだ
して本発明をなしたものであり、ばらつきが小さく、応
力拡大係数を正確に測定する方法と測定する装置を提供
する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の測定方法は、ビ
ッカース硬度計の四角錐圧子を用いて板状ガラスに窪み
ができる程度に加重を加え、該窪みあるいは窪みの稜線
から延びるクラックの長さを測定し、板状ガラスの応力
拡大係数を測定する方法において、測定する空間の湿度
が１０％以下、好ましくは５％以下となるように調湿し
たことを特徴とするものである。
ッカース硬度計の四角錐圧子を用いて板状ガラスに窪み
ができる程度に加重を加え、該窪みあるいは窪みの稜線
から延びるクラックの長さを測定し、板状ガラスの応力
拡大係数を測定する方法において、測定する空間の湿度
が１０％以下、好ましくは５％以下となるように調湿し
たことを特徴とするものである。
【００１３】具体的に測定する装置は、ビッカース硬度
計の板状ガラスが載置される空間部を透明な材料で覆
い、該空間部を湿度が１０％以下、好ましくは５％以下
となるようにすればよい。
計の板状ガラスが載置される空間部を透明な材料で覆
い、該空間部を湿度が１０％以下、好ましくは５％以下
となるようにすればよい。
【００１４】このように、測定空間の湿度を１０％以下
にすると、応力腐食機構が水分によって拡大せず、ヘア
クラックの伸展が抑制されることによってヘアクラック
の長さがばらつきが小さくなり、応力拡大係数そのもの
も正確に測定することができるものと推定される。
にすると、応力腐食機構が水分によって拡大せず、ヘア
クラックの伸展が抑制されることによってヘアクラック
の長さがばらつきが小さくなり、応力拡大係数そのもの
も正確に測定することができるものと推定される。
【００１５】
【発明の実施の形態】被測定対象物は、フロート法によ
り製板された普通の透明板ガラスは勿論、熱線吸収板ガ
ラス、熱線反射板ガラス、線入り板ガラス、網入り板ガ
ラス、型板ガラス、強化ガラスなど各種の板ガラスの
他、板状のすべてのガラスを対象することができる。
り製板された普通の透明板ガラスは勿論、熱線吸収板ガ
ラス、熱線反射板ガラス、線入り板ガラス、網入り板ガ
ラス、型板ガラス、強化ガラスなど各種の板ガラスの
他、板状のすべてのガラスを対象することができる。
【００１６】ビッカース硬度計の板状ガラスが載置され
る空間部を湿度１０％以下にするには、部屋全体の湿度
を１０％以下にしても勿論よいが、莫大な調湿装置が必
要であり、多大な費用も必要となる。また、測定者の測
定環境を考えれば、湿度が低すぎて長時間の測定では問
題もでてくる。それよりも、板状ガラスが載置される最
小の空間のみ、すなわちビッカース硬度計の装置の最小
空間のみを湿度が１０％以下、好ましくは５％以下とな
るようにすればよい。
る空間部を湿度１０％以下にするには、部屋全体の湿度
を１０％以下にしても勿論よいが、莫大な調湿装置が必
要であり、多大な費用も必要となる。また、測定者の測
定環境を考えれば、湿度が低すぎて長時間の測定では問
題もでてくる。それよりも、板状ガラスが載置される最
小の空間のみ、すなわちビッカース硬度計の装置の最小
空間のみを湿度が１０％以下、好ましくは５％以下とな
るようにすればよい。
【００１７】具体的には測定する装置、すなわちビッカ
ース硬度計の板状ガラスが載置される空間部を透明な材
料で覆い、該空間部を湿度が１０％以下となるようにす
ればよい。
ース硬度計の板状ガラスが載置される空間部を透明な材
料で覆い、該空間部を湿度が１０％以下となるようにす
ればよい。
【００１８】透明な材料は、ビッカース硬度計が四角錐
圧子と対物レンズを手動で動かすタイプの場合には、調
湿した状態で透明な材料の外から四角錐圧子と対物レン
ズを回転させる必要があるので、柔軟なビニールなどの
樹脂シートを使用する必要があるが、リモートコントロ
ールにより四角錐圧子と対物レンズを移動できるタイプ
の場合には、柔軟性は必要なく、剛性の透明樹脂板など
により覆うこともできる。
圧子と対物レンズを手動で動かすタイプの場合には、調
湿した状態で透明な材料の外から四角錐圧子と対物レン
ズを回転させる必要があるので、柔軟なビニールなどの
樹脂シートを使用する必要があるが、リモートコントロ
ールにより四角錐圧子と対物レンズを移動できるタイプ
の場合には、柔軟性は必要なく、剛性の透明樹脂板など
により覆うこともできる。
【００１９】該空間部の湿度を１０％以下、好ましくは
５％以下とするためには、調湿の時間が若干かかるがシ
リカゲルなどの乾燥剤を配置する方式は、簡単な装置で
調湿できるので好ましい。
５％以下とするためには、調湿の時間が若干かかるがシ
リカゲルなどの乾燥剤を配置する方式は、簡単な装置で
調湿できるので好ましい。
【００２０】その他該空間部の空気を乾燥空気または不
活性ガスにより置換させて該空間部の湿度が１０％以
下、好ましくは５％以下になるようにしてもよい。
活性ガスにより置換させて該空間部の湿度が１０％以
下、好ましくは５％以下になるようにしてもよい。
【００２１】
【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に
説明する。図１はビッカース硬度計を示す要部概略図で
あり、枠１に、四角錐（ビッカース）圧子２、対物レン
ズ３、接眼レンズ４、電子式計測顕微鏡５、精密バイス
６、昇降装置７、図示はしていない荷重付与機構などが
組み込まれており、フロート板ガラスなどの板状ガラス
Ｇをステージに載置して板状ガラスに四角錐圧子を介し
て荷重をかけヘアクラックが発生したときのその長さを
測定し、応力拡大係数を求める。
説明する。図１はビッカース硬度計を示す要部概略図で
あり、枠１に、四角錐（ビッカース）圧子２、対物レン
ズ３、接眼レンズ４、電子式計測顕微鏡５、精密バイス
６、昇降装置７、図示はしていない荷重付与機構などが
組み込まれており、フロート板ガラスなどの板状ガラス
Ｇをステージに載置して板状ガラスに四角錐圧子を介し
て荷重をかけヘアクラックが発生したときのその長さを
測定し、応力拡大係数を求める。
【００２２】本発明では、まず、柔らかいビニールなど
の透明な材料によりコ字形状の枠１によって形成される
容積が約４００ｃｍ3の測定空間部分を被覆、密閉し
て、比較的編み目の大きな袋に充填した約８０ｇのシリ
カゲルを該測定空間に配置する。
の透明な材料によりコ字形状の枠１によって形成される
容積が約４００ｃｍ3の測定空間部分を被覆、密閉し
て、比較的編み目の大きな袋に充填した約８０ｇのシリ
カゲルを該測定空間に配置する。
【００２３】１時間ほど経過すると測定空間部の湿度が
ほぼ５％以下に下がるので、その状態で、対物レンズを
四角錐圧子とともに、、手動式の場合にはシートの外か
ら圧痕が付与される位置に回転させて、対象物である板
状ガラスの上部表面に焦点合わせる。
ほぼ５％以下に下がるので、その状態で、対物レンズを
四角錐圧子とともに、、手動式の場合にはシートの外か
ら圧痕が付与される位置に回転させて、対象物である板
状ガラスの上部表面に焦点合わせる。
【００２４】次いで四角錐圧子と対物レンズを回転さ
せ、対物レンズを圧痕付与位置から回避させ、四角錐圧
子を圧痕付与位置の上部に移動させて、四角錐圧子から
板状ガラスに荷重をかけ、圧痕を板状ガラスに付与す
る。
せ、対物レンズを圧痕付与位置から回避させ、四角錐圧
子を圧痕付与位置の上部に移動させて、四角錐圧子から
板状ガラスに荷重をかけ、圧痕を板状ガラスに付与す
る。
【００２５】付与後、圧子は昇降機構により直ちに引き
上げる。引き上げた後、圧痕からヘアクラックが伸展す
るが、例えば１時間ほどその状態を持続させヘアクラッ
クのの伸展が安定するのを待って、四角錐圧子と対物レ
ンズを回転させて、対物レンズを圧痕付与位置の直上に
移動させて、ヘアクラックの長さを測定する。
上げる。引き上げた後、圧痕からヘアクラックが伸展す
るが、例えば１時間ほどその状態を持続させヘアクラッ
クのの伸展が安定するのを待って、四角錐圧子と対物レ
ンズを回転させて、対物レンズを圧痕付与位置の直上に
移動させて、ヘアクラックの長さを測定する。
【００２６】このような手順により、サンプルとして３
ｍｍ厚さのフロート板ガラスを用意して、荷重を３００
ｇ付与し、ヘアクラックの長さａを１０回測定して応力
拡大係数Ｋ１ｃを求めたところ、表１に示すような結果
が得られた。
ｍｍ厚さのフロート板ガラスを用意して、荷重を３００
ｇ付与し、ヘアクラックの長さａを１０回測定して応力
拡大係数Ｋ１ｃを求めたところ、表１に示すような結果
が得られた。
【００２７】
なお、応力拡大係数の単位は×１０5Ｎ／ｍ3/2である。
【００２８】この結果から、Ｋ１ｃの標準偏差は０．０
２６×１０5Ｎ／ｍ3/2、その値の幅も０．０８×１０5
Ｎ／ｍ3/2となり、ばらつきが後述する比較例と比べ、
格段に小さく、従来よりも正確に測定されていることが
わかる。
２６×１０5Ｎ／ｍ3/2、その値の幅も０．０８×１０5
Ｎ／ｍ3/2となり、ばらつきが後述する比較例と比べ、
格段に小さく、従来よりも正確に測定されていることが
わかる。
【００２９】比較例
ビニールシートなどによりビッカース硬度計を被覆せ
ず、すなわち測定空間を大気の湿度と同じ条件（相対湿
度：約６０％）の場合に実施例１と同様の測定を行っ
た。
ず、すなわち測定空間を大気の湿度と同じ条件（相対湿
度：約６０％）の場合に実施例１と同様の測定を行っ
た。
【００３０】その結果は表２に示すようになり、Ｋ１ｃ
の標準偏差は０．０４８×１０5Ｎ／ｍ3/2、その値の幅
も０．１４×１０5Ｎ／ｍ3/2となり、実施例と比較し
て、大きなばらつきであった。
の標準偏差は０．０４８×１０5Ｎ／ｍ3/2、その値の幅
も０．１４×１０5Ｎ／ｍ3/2となり、実施例と比較し
て、大きなばらつきであった。
【００３１】
【００３２】
【発明の効果】従来、ばらつきが大きく、正確な測定を
することが困難であった応力拡大係数を本発明によれ
ば、ばらつきが小さく、しかも正確に測定することがで
きるものであり、しかも簡単な装置で測定することがで
きる。
することが困難であった応力拡大係数を本発明によれ
ば、ばらつきが小さく、しかも正確に測定することがで
きるものであり、しかも簡単な装置で測定することがで
きる。
【図１】本発明のビッカース硬度計を示す要部概略図で
ある。
ある。
【符号の説明】
１ 枠
２ 四角錐（ビッカース）圧子
３ 対物レン
４ 接眼レンズ
５ 電子式計測顕微鏡
６ 精密バイス
７ 昇降装置
８ 透明な材料
Ｇ 板状ガラス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−267736（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−201551（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−86731（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−278241（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−178816（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−225180（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−144343（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 3/42
G01L 1/00
G01N 3/00
Claims (4)
- 【請求項１】ビッカース硬度計の四角錐（ビッカース）
圧子を用いて板状ガラスに窪みができる程度に加重を加
え、該窪みあるいは窪みの稜線から延びるクラックの長
さを測定し、板状ガラスの応力拡大係数を測定する方法
において、測定する空間の湿度が１０％以下となるよう
に調湿したことを特徴とする板状ガラスの応力拡大係数
の測定方法。 - 【請求項２】ビッカース硬度計の四角錐圧子を用いて板
状ガラスに窪みができる程度に加重を加え、該窪みある
いは窪みの稜線から延びるクラックの長さを測定し、板
状ガラスの応力拡大係数を測定する装置において、ビッ
カース硬度計の板状ガラスが載置される空間部を透明な
材料で覆い、該空間部の湿度を１０％以下となるように
したことを特徴とする板状ガラスの応力拡大係数の測定
装置。 - 【請求項３】該空間部に乾燥剤を配置して該空間部の湿
度が１０％以下となるようにしたことを特徴とする請求
項２記載の板状ガラスの応力拡大係数の測定装置。 - 【請求項４】該空間部の空気を乾燥空気または不活性ガ
スにより置換させて該空間部の湿度が１０％以下になる
ようにしたことを特徴とする請求項２記載の板状ガラス
の応力拡大係数の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30115697A JP3518657B2 (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30115697A JP3518657B2 (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11132929A JPH11132929A (ja) | 1999-05-21 |
| JP3518657B2 true JP3518657B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=17893464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30115697A Expired - Fee Related JP3518657B2 (ja) | 1997-10-31 | 1997-10-31 | 板状ガラスの応力拡大係数の測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3518657B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010243387A (ja) * | 2009-04-08 | 2010-10-28 | Mitsubishi Electric Corp | インデンテーション法による遅れ破壊試験方法および試験装置 |
| WO2013018774A1 (ja) | 2011-08-04 | 2013-02-07 | 旭硝子株式会社 | 化学強化ガラスの衝撃試験方法、化学強化ガラスの割れ再現方法及び化学強化ガラスの製造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2578994B2 (ja) * | 1989-10-31 | 1997-02-05 | 品川白煉瓦株式会社 | 熱間変位―荷重測定システム |
| JPH0670604B2 (ja) * | 1990-03-16 | 1994-09-07 | 真 菊川 | 脆性材料の破壊力学的疲労試験方法および装置 |
| JP2521626B2 (ja) * | 1993-01-06 | 1996-08-07 | 長崎県 | 脆性材料の破壊靭性値測定方法 |
| JPH07225180A (ja) * | 1993-12-16 | 1995-08-22 | Kyocera Corp | 破壊靱性測定方法 |
| JPH0886731A (ja) * | 1994-09-19 | 1996-04-02 | Toshiba Corp | 熱衝撃試験における温度差設定方法 |
| JP3220342B2 (ja) * | 1994-12-22 | 2001-10-22 | 京セラ株式会社 | 急冷熱衝撃疲労寿命の予測方法 |
| JPH08278241A (ja) * | 1995-04-07 | 1996-10-22 | Toshiba Corp | 亀裂進展特性評価装置 |
-
1997
- 1997-10-31 JP JP30115697A patent/JP3518657B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11132929A (ja) | 1999-05-21 |
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