JPH027020B2

JPH027020B2 -

Info

Publication number: JPH027020B2
Application number: JP59101411A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Hatanaka; Tadayuki Kamikita
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1984-05-19
Filing date: 1984-05-19
Publication date: 1990-02-15
Also published as: US4667095A; JPS60244839A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、プラスチツクなどの材料が塑性変形
する際の変色（プラスチツク材料の場合は白色
化）の度合を光学的に検知して、材料の変質程度
を知る材料試験装置に関する。

〔技術的背景〕

材料を曲げたりあるいは引張つて塑性変形させ
ると、変形部分の材質が変化して変色することが
知れている。

プラスチツク材料の場合には、塑性変形部分が
白色化することになる。この白色化の原因は、一
種の分子配向帯であつて筋状に見えるクレーズ、
ミクロ的な割れであるクラツク、あるいはプラス
チツク材料に添加された改良剤（例えば母材の耐
衝撃性を改良するために加えるブタジエン系のゴ
ム）の変化などによるものである。実際には上記
の各要素がオーバーラツプして白色化現象が現わ
れるものである。

このプラスチツク材料の白色化は材料の特性と
して重要な研究課題である。一般的に知られてい
ることは、耐衝撃性能の良好なものほど塑性変形
時の白色化が強く現れ、逆に白色化を抑えれば、
耐衝撃性が低下する傾向である。この相反する傾
向を念頭において、白色化の度合が低く、しかも
耐衝撃性能の優れた材料を開発することが必要で
あるが、実際には白色化の程度と耐衝撃性能のバ
ランスの良いものが指向されているのが現状であ
る。

以上の点から、材料の開発段階、特にプラスチ
ツク材料の開発に際しては、白色化の度合を知る
ための試験を行なうことが必要であり、またその
試験データとしては客観的で且つ定量的なものを
得ることが必要である。

〔従来技術ならびにその問題点〕

従来の白色化度の試験として文献などに発表さ
れているものでは、材料を引張つて塑性変形させ
ているものが主である。ところが、実際のプラス
チツク製品の変形について考える場合には、引張
りだけではなく、折曲げ変形による白色化度を知
ることも必要である。しかしながら、折曲げの場
合には条件の設定などが困難であるため、研究報
告もなされていないのが現状である。

また、材料の引張り変形によつて試験を行なう
場合においても、従来は、白色化の度合の測定を
肉眼判定によつていた。そのため、試験結果の報
告も写真などを掲載して行なつていた。ところ
が、写真では焼付け条件や印画紙の種類などによ
つてコントラストが異なり、客観的な試験データ
は残せなかつた。また他の方法としては、材料の
白色化の度合に応じて５点評価を行ない、点数に
よつてデータを残すことも行なわれている。しか
しながら、この方法では観測者の主観が入り、正
確な測定が行なわれない欠点がある。

〔本発明の目的〕

本発明は、上記従来の問題点に着目してなされ
たものであり、プラスチツクの白色化などのよう
な材料の塑性変形による変色を客観的且つ定量的
に測定できる材料試験装置を提供することを目的
としている。

〔本発明の構成〕

本発明による材料試験装置は、板状の材料を保
持する保持部と、この保持部を旋回させ上記材料
を折曲げて塑性変形させる駆動装置と、保持部の
旋回動作速度を任意に変える制御部材と、上記材
料の折曲げられた部分に対向し且つ塑性変形によ
る変色部分に検知光を照射する照光装置と、上記
材料の折曲げられた部分に対向し且つ前記照光装
置から発せられて塑性変形による変色部分から反
射された光を検知する受光部材と、この受光部材
にて検知された光量を電気的な値に変換して表示
する表示部材とから成るものである。

さらに、板状の材料を保持する保持部と、この
保持部を直線的に移動させ上記材料を引つ張つて
塑性変形させる駆動装置と、保持部の直線動作速
度を任意に変える制御部材と、上記材料の引つ張
りによる塑性変形部分に対向し且つ塑性変形によ
る変色部分に検知光を照射する照光装置と、上記
材料の塑性変形部分に対向し且つ前記照光装置か
ら発せられて塑性変形による変色部分から反射さ
れた光を検知する受光部材と、この受光部材にて
検知された光量を電気的な値に変換して表示する
表示部材とから成るものである。

上記各発明では、保持部の動作速度を変えて材
料の変形速度を変えられるようになつているが、
このような構成にしたのは以下の理由によるもの
である。すなわち、材料、特にプラスチツク材料
を折曲げてその変形による白色化度を測定してみ
ると、白色化の度合は折曲げ角度に応じて変化す
るものではなく、折曲げ速度すなわち保持部の回
転時の角速度に依存するものであることが解つ
た。プラスチツク材料の引張り試験の場合も、同
様に引張り速度に応じて白色化合度合が進行して
いくのが解つた。このことから、保持部の動作速
度を可変できるようにして、材料の塑性変形時の
変色の測定データを定量的且つ客観的に把握でき
るようにし、データも処理しやすくしたものであ
る。

〔本発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によつて説明す
る。

（全体構造の概略）第１図は材料試験装置の全体構造を示す正面
図、第２図はその右側面図である。

図中の符号１は設置台、２０は材料変形装置、
５０は照光装置、６０は受光装置である。

上記設置台１はベース２と、その上に設けられ
た枠体３とから成るものである。前記照光装置５
０と受光装置６０は枠体３によつて支持されてい
る。また材料変形装置２０は傾斜テーブル４上に
固定される。第２図に示すように、この傾斜デー
ブル４は移動テーブル５上にてθ方向への傾斜自
在に支持されている。このθ方向への傾斜度の設
定はスクリユー軸などを用いて手動にて行えるよ
うになつている。移動テーブル５はＸ支持テーブ
ル６上に設置されており、ハンドル７を回転させ
ることによつて、移動テーブル５はＸ支持テーブ
ル６上をＸ方向へ移動できるようになつている。
またＸ支持テーブル６はＹ支持テーブル８上に設
置されており、ハンドル９を回転させることによ
つて、Ｘ支持テーブル６はＹ支持テーブル８上を
Ｙ方向へ移動できるようになつている。さらに、
Ｙ支持テーブル８は昇降装置１０上に支持されて
おり、ハンドル１１を回転させることによつてＹ
支持テーブル８から上の部分がＺ方向へ昇降する
ようになつている。

上記各ハンドルを操作することにより、材料変
形装置２０上にて塑性変形されて支持された試験
片７０と８０と照光装置５０ならびに受光装置６
０に対して位置決めできるようになつている。

（材料変形装置の構成）第３図（平面図）、第４図（正面図）ならびに
第５図（要部のみ示す右側面図）は前記材料変形
装置２０を示しているものである。

この材料変形装置２０は、第６Ａ図に示す折曲
げ試験片７０（プラスチツク製）を第６Ｂ図に示
す状態に折曲げ、あるいは第７図に示す引張り試
験片８０（プラスチツク製）を引張つて変形させ
るためのものである。この材料変形装置２０の特
徴は、上記各試験片７０，８０を変形する際の速
度を可変できる点にある。

符号２１はベースである。このベース２１上に
板金製のホルダ２２が固設されており、このホル
ダ２２には駆動装置としてステツピングモータ２
３が固設されている。ステツピングモータ２３の
軸２４の一端には円板２５が固設されている。こ
の円板２５には材料の保持部２６が固設されてい
る。この保持部２６はチヤツク構造であり、つま
み２７を回転させることによつて試験片７０を挾
持できるようになつている。第５図に示すよう
に、保持部２６の先端２６ａは、円板２５のほぼ
回転中心に位置している。またベース２１上には
ブロツク２８が固設されている。このブロツク２
８の上には突起２８ａが一体に成形されており、
その端部Ｂが前記保持部２６の先端２６ａに対向
している。保持部２６に挾持された試験片７０は
この端部Ｂを基準として折曲げられるものであ
る。

第３図に示すよに、枠体２２には一体の軸受３
２が固設されており、この軸受３２によつてスク
リユー軸３１が回転自在に支持されている。この
スクリユー軸３１はステツピングモータ２３の軸
２４と平行に設けられている。ステツピングモー
タ２３の軸２４の他端にはギヤ３３が、またスク
リユー軸３１にはギヤ３４が固設されており、両
ギヤ３３と３４が噛合つている。また、スクリユ
ー軸３１にはスライダ３５が螺装されている。こ
のスライダ３５の一部は枠体２２から外方へ突出
している。側板２２には適当なガイド機構が設け
られており、前記スクリユー軸３１の回転に伴な
い、スライダ３５がガイド機構に沿つてβ方向
（第３図、第４図参照）へ直線的に移動するよう
になつている。スライダ３５の先端には保持部３
６が形成されている。また枠体２２には固定保持
部３７が固設されており、これが前記保持部３６
に対向している。保持部３６にはつまみ３８が、
固定保持部３７にはつまみ３９が設けられてお
り、この両つまみ３８と３９を回転させて、試験
片８０の両端部を保持できるようになつている
（第７図参照）。なお、保持部３６と固定保持部３
７とによる試験片８０の保持位置は、ステツピン
グモータ２３の軸２４の中心、すなわち試験片７
０の折り曲げ点とほぼ同一の水平位置にある。

ベース２１上には放熱板４１が設置されてお
り、この放熱板４１に抵抗器４２が固設され、ま
た放熱板４１の側面には回路基板収納部４３が設
けられている。第４図に示すように、ベース２１
の下面にはゴム脚４４が固設されており、またベ
ース２１の上にはハンドル４５が固設されてい
る。

上記構造の材料変形装置２０は、そのベース２
１が傾斜テーブル４上に固定されることによつて
設置台１上に装備される（第２図参照）。

第１２図はステツピングモータ２３を駆動する
回路構成の一例を示したものである。この構成で
は、パルス発振回路４７から発せられるパルスに
基づきステツピングモータ駆動回路４８がステツ
ピングモータ２３を駆動するようになつている。
またマイクロコンピユータなどによつて発振周波
数制御回路４９が構成されており、発振パルスの
周波数を変えることによつてステツピングモータ
２３の回転速度を可変できるようになつている。
また、発振パルス数を制御して、ステツピングモ
ータ２３の回転角度を設定することも可能であ
る。

（照光装置と受光装置の構成）第８図は照光装置５０と受光装置６０の内部構
造を示すものである。

照光装置５０は、試験片７０または８０に対し
て45゜の角度で検知光を照射するものである。内
部にはハロゲンランプなどの光源５１が設けられ
ており、この光源５１からの光がコンデンサ５２
を経てミラー５３によつて反射され、さらに断続
器５４を経て、コリメートレンズ５５から外部に
照射されるようになつている。

受光装置６０は試験片７０あるいは８０に対し
直角に対向されるものである。受光装置６０の先
端には対物レンズ６１が設けられている。また内
部には対物レンズ６１と同軸上に位置するコンデ
ンサ６２ならびにフイルタ６３が装備されてお
り、さらにその奥には光電子増幅管などの受光部
材６４が設けられている。また光路の途中にはハ
ーフミラー６５が設けられ、その側方にはスクリ
ーン６６と接眼レンズ６７が設けられている。

第９図に示すように、照光装置５０から発せら
れる検知光は、試験片７０または８０の塑性変形
による白色化部分Ｗにて反射され、その45゜方向
へ反成分が受光装置６０内の受光部材６４によつ
て検知される。この検知面積Ａ（第９図参照）は、
0.1〜1.2mmφ程度に設定される。

第１１図は受光部材６４による検知出力を電気
的に処理するための回路構成を示したものであ
る。受光部材６４によつて検知される光量が変化
すると、受光部材６４から出力される電流が変化
する。この電流は増幅器６８ａにて増幅され、
ADコンバータ６８ｂによつてデイジタル値に変
換された後、比較器、表示器６９によつて基準値
と比較され数値表示される。

次に上記構成の材料試験装置による作用を説明
する。

（材料の変形操作）この材料試験装置によつて試験を行なうには、
プラスチツク材料によつて第６Ａ図に示す試験片
７０あるいは第７図に示す試験片８０を製作す
る。試験片７０は折曲げ試験用であり、試験片８
０は引張り試験用である。

試験においては、上記試験片７０，８０を材料
変形装置２０によつて塑性変形させるが、本発明
の特徴の１つは、試験片７０，８０の変形速度を
ステツピングモータ２３により変えられる点にあ
る。材料の変形時の変色、特にプラスチツク材料
の白色化の進行度合は、材料の折曲げ角度などに
依存するのではなく、材料の折曲げ速度や引張り
速度に依存するものであることが実験により理解
されている。したがつて、変形速度が変えられれ
ば、条件に応じた客観的な測定データを得ること
ができることになる。

また、試験片７０，８０の変形操作は、材料変
形装置２０が設置台１の傾斜テーブル４上に固定
された状態のまま行える。このときには、各つま
み７，９，１１を回転させて、材料変形装置２０
を照光装置５０などから離しておく。

第５図に示すように、折曲げ用の試験片７０
は、その約半分を保持部２６にて挾持する。円板
２５の初期位置では、保持部２６によつて保持さ
れた試験片７０は第５図の図示上下方向へ延びた
状態であり、試験片７０の保持されていない半分
はブロツク２８の突起２８ａの側面に軽く接触し
ている。この状態にてステツピングモータ２３を
始動させて、円板５をα方向へ回転させると、保
持部２６が同方向へ回転して、試験片７０は第６
Ａ図から第６Ｂ図の状態に折り曲げられる。この
とき、発振周波数制御回路４９によつて発振パル
スの周波数を所定に接定しておけば、円板２５の
回転角速度を設定できる。すなわち試験片７０の
折り曲げ速度を任意に設定でき、速度毎のデータ
を取れることになる。また、発振パルス数を変え
れば、試験片７０の折り曲げ角度も任意に設定で
きる。

また、第７図に示すように、引張り用の試験片
８０を使用する場合には、その両端を保持部３６
と固定保持部３７とによつて挾持させる。そして
ステツピングモータ２３を始動させれば、軸２４
の回転がギヤ３３，３４を介してスクリユー軸３
１に伝達され、これに螺装されているスライダ３
５が移動し、これと共に保持部３６がβ方向へ直
線的に移動する。そして試験片８０が引張られて
塑性変形する。このときにも、発振パルスの周波
数あるいはパルスを変えて、ステツピングモータ
２３の回転速度と回転角度を可変させれば、試験
片８０の引張り変形速度と変形量（ひずみ量）を
任意に変えることができる。

（光学測定操作）上記のように材料変形装置２０によつて試験片
７０あるいは試験片８０を変形させた後、この試
験片７０，８０を各保持部２６あるいは３６，３
７にて保持したまま光学測定を行なう。

まず、折り曲げられた試験片７１（第６Ｂ図参
照）では、第１０Ｂ図に示す側面から見た場合
に、折り曲げた頂点に対して垂直な方向に入光軸
イと反射光軸ロを対向させる。また第１０Ａ図に
示す正面から見た場合には入光軸イが折り曲げ部
の稜線に沿つて45゜の角度から入射するように設
定し、また反射光軸ロは稜線に対して90度の角度
に延びるように設定する。また、引張り試験片８
０に対しては、その平面に対して入光軸イを45゜
の角度にて入射させ、反射光軸ロは平面に対して
垂直に対向させる。

このような状態に試験片７０あるいは８０の位
置を設定するためには、設置台１上の傾斜テーブ
ル４ならびに移動テーブル５を移動させる。すな
わち移動テーブル５の高さ（Ｚ方向）はハンドル
１１を回転させることによつて設定し、水平位置
（Ｘ方向、Ｙ方向）はハンドル７とハンドル９を
回転させることによつて設定する。さらに、折り
曲げ試験片７０の場合には、第２図に示すよう
に、移動テーブル５上にて傾斜テーブル４をθ方
向へ傾斜させ、反射光軸ロが折り曲げの頂点に対
して垂直に向くするように設定する（第１０ｂ図
参照）。引張り試験片８０の場合にはテーブル４
は水平姿勢にし、上記のＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置調
節を行なつて、白色化部分Ｗに検知光を照射でき
るようにする。

なお、白色化部分Ｗに検知光のピントを合わせ
る必要があるが、この作業は、接眼レンズ６７か
らスクリーン６６（第８図参照）を見て、ピント
を確認しながら傾斜テーブル４などの位置設定を
行なうことになる。

位置設定が完了した後、照光装置５０内の光源
５１を点灯させると、その光は、試験片７０ある
いは８０の白色化部分Ｗの検知領域Ａに照射され
る。そして、その反射光の45゜方向の成分は、受
光装置６０に入光し、受光部材６４にて検知され
る。受光部材６４では、入光する光量に応じた電
流が流れるので、この電流値を増幅器６８ａによ
つて増幅し、ADコンバータ６８ｂによつてデイ
ジタル値に変換する。そしてこの値を数値にて表
示する。あるいはこの値を一定の基準値と比較し
て表示する。基準値の一例としては、酸化マグネ
シウムなどによつて成形された標準白色板を使用
し、その白色度を100とし、測定された値をこの
100を基準として数値で示すようにする。

（他の実施例）第１３図は、他の実施例による材料変形装置２
０ａの要部を平面図によつて示したものである。
この実施例では、ステツピングモータ２３の軸２
４と、これに平行に設けたスクリユー軸９２との
間にギヤ群９１を介在させて、スクリユー軸９２
の回転速度を大きく減速させている。このスクリ
ユー軸９２には、前記実施例と同様にスライダ３
５が螺装されている。この実施例の特徴は、スラ
クリユー軸９２の一端９２ａが枠体９３から外方
へ突出している点にある。そして、折り曲げ試験
片７０を保持するための保持部２６を備えてい
る。円板２５が、ステツピングモータ２３の軸２
４とスクリユー軸９２の端部９２ａとに対し選択
して取付けることができるようになつている。こ
のような構造にすれば、１個のステツピングモー
タ２３を用いて円板２５の回転速度の設定範囲を
幅広くすることができるようになる。すなわち、
ギヤ群９１による減速比が大きいので、軸２４と
スクリユー軸９２の回転速度が大きく変わること
になる。したがつて、両軸に対して円板２５を交
換して取つけることにより、試験片７０に対する
折り曲げ速度の設定範囲を広くできる。例えば、
軸２４の回転速度を45〜900deg／secの範囲に設
定し、スクリユー軸９２の回転速度を５〜
100deg／secの範囲に設定する。この場合には、
小型のステツピングモータ２３にて対応が可能で
ある。なお、第１３図の構造では、ブロツク２８
（第５図参照）を軸２４とスクリユー軸端部９２
ａとに対して別々に設けるか、あるいはブロツク
２８を両軸の位置に合わせて移動自在にする必要
がある。

なお、受光装置６０内の受光部材６４は光電子
増幅管に限られず、シリコンホトセルなど他の光
学素子であつてもよい。

また、本発明による材料試験装置によつてプラ
スチツク以外の材料、例えば金属やセラミツクな
どの変形時の変色度合を試験することも可能であ
る。

〔本発明の効果〕

以上のように本発明によれば、以下に列記した
効果を奏するようになる。

(1) 本発明によれば、材料の変色面からの反射光
を受光部材によつて検知し、この光量によつて
塑性変形による変色の度合を検知し、しかもこ
の検知量を電気的に処理して表示できるように
しているので、材料の変色度合を客観的且つ定
量的に把握できることになり、正確な測定デー
タが得られ、材料の開発に際し有効な資料を提
供できるようになる。

(2) 本発明によれば、保持部を動作させて材料を
塑性変形させる駆動装置と、保持部の動作速度
を任意に変える制御部材とを備えているので、
保持部によつて材料を変形させる際に、変形速
度を変えることができるようになる。プラスチ
ツク材料の白色化などにおいては、その変色度
合が材料の変形速度に依存しているので、変形
速度を変えることによつて、条件に応じた変色
度合の測定データを得ることができ、データの
基準が明確になり、データの処理が客観的に行
なえるようになる。

(3) さらに、本発明によれば、保持部によつて試
験片を変形させ、そのままの姿勢にて光学的に
測定できる。よつて、一旦変形させた後に試験
片を取外すなどの手間が省け、また、試験片の
スプリングバツクが防止できて、正確な測定デ
ータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示すものであ
り、第１図は材料試験装置の全体構造を示す正面
図、第２図はその右側面図、第３図は材料変形装
置の平面図、第４図はその正面図、第５図はその
要部を示す右側面図、第６Ａ図は折り曲げ試験片
の正面図、第６Ｂ図はそれを折り曲げた状態を示
す側面図、第７図は引張り試験片の平面図、第８
図は照光装置と受光装置の内部構造の説明図、第
９図は測定領域の説明図、第１０Ａ図は折り曲げ
試験片に対する測定方法を示す正面図、第１０Ｂ
図はその側面図、第１１図は受光部材の検知出力
を処理するための回路構成図、第１２図は材料変
形装置の駆動系の回路構成図、第１３図は他の実
施例による材料変形装置の要部を示す平面図であ
る。１……設置台、４，５……テーブル、２０……
材料変形装置、２３……駆動装置（ステツピング
モータ）、２６……折り曲げ試験片の保持部、２
８……ブロツク、３６，３７……引張り試験片の
保持部、４７……パルス発振回路、４９……発振
周波数制御回路、５０……照光装置、５１……光
源、６０……受光装置、６４……受光部材、６９
……比較器、表示器、７０……折り曲げ試験片、
８０……引張り試験片。

Claims

【特許請求の範囲】１板状の材料を保持する保持部と、この保持部
を旋回させ上記材料を折曲げて塑性変形させる駆
動装置と、保持部の旋回動作速度を任意に変える
制御部材と、上記材料の折曲げられた部分に対向
し且つ塑性変形による変色部分に検知光を照射す
る照光装置と、上記材料の折曲げられた部分に対
向し且つ前記照光装置から発せられて塑性変形に
よる変色部分から反射された光を検知する受光部
材と、この受光部材にて検知された光量を電気的
な値に変換して表示する表示部材とから成る材料
試験装置。２板状の材料を保持する保持部と、この保持部
を直線的に移動させ上記材料を引つ張つて塑性変
形させる駆動装置と、保持部の直線動作速度を任
意に変える制御部材と、上記材料の引つ張りによ
る塑性変形部分に対向し且つ塑性変形による変色
部分に検知光を照射する照光装置と、上記材料の
塑性変形部分に対向し且つ前記照光装置から発せ
られて塑性変形による変色部分から反射された光
を検知する受光部材と、この受光部材にて検知さ
れた光量を電気的な値に変換して表示する表示部
材とから成る材料試験装置。３保持部を動作させる駆動装置はステツピング
モータであり、且つ動作速度を任意に変える制御
部材は上記ステツピングモータ駆動用パルスの周
波数を制御する回路である特許請求の範囲第１項
記載の材料試験装置。４保持部を動作させる駆動装置はステツピング
モータであり、且つ動作速度を任意に変える制御
部材は上記ステツピングモータ駆動用パルスの周
波数を制御する回路である特許請求の範囲第２項
記載の材料試験装置。