JPH05118975A - ガラスフアイバの引張り試験方法 - Google Patents

ガラスフアイバの引張り試験方法

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JPH05118975A
JPH05118975A JP30279391A JP30279391A JPH05118975A JP H05118975 A JPH05118975 A JP H05118975A JP 30279391 A JP30279391 A JP 30279391A JP 30279391 A JP30279391 A JP 30279391A JP H05118975 A JPH05118975 A JP H05118975A
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fiber
mandrel
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Naoki Shamoto
本 尚 樹 社
Kouji Tsumanuma
沼 孝 司 妻
Kazuo Sanada
田 和 夫 真
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/38Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
    • G01N33/386Glass

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Abstract

(57)【要約】 【目的】ガラスファイバ引張り試験において、該ファイ
バ試験片先端の試験機の装着部での破断(チャック切
れ)を防止し、試験片の真の破断強度を測定する。 【構成】両側と中央の3つの環状フランジを有する主マ
ンドレルと両側の2つの環状フランジを有する副マンド
レルとによって一対のチャックを構成し、且つマンドレ
ルの直径をファイバ試験片のファイバ線径の300倍以
上としたガラスファイバ引張り試験機の主マンドレルの
2つの環状溝に試験片の両端を夫々コイル状(螺旋状)
に巻付け、その先端を主マンドレル両側のフランジの内
側面に粘着テープによって固定し、両端を主マンドレル
に固定された試験片の中間を副マンドレルの環状溝に巻
き掛けて、両マンドレル間に掛け渡して試験片のファイ
バを張設し、当該ファイバに張力を掛けて破断させるフ
ァイバ引張り試験方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はガラスファイバの引張
り試験方法に関するものであり、特に高強度のガラスフ
ァイバ(大径のもの)の引張り試験において試験装置に
ガラスファイバ試験片の両端を取付けたファイバ装着部
での破断(いわゆるチャック切れ)を防止して、試験片
の真の破断強度を測定することができ、試験精度を向上
させることができるものである。
【0002】
【従来の技術】金属材料試験機による引張り試験は、試
験片の両端を試験機のチャックに把持させて試験片を試
験機に装着して、試験片に張力を掛けて行われる。金属
材料の引張り試験においてはチャックによる保持部すな
わち装着部において試験片に応力集中が生じ、この点で
試験片が破断するため、試験片の両端の形状は出来るだ
け応力集中が生じないように工夫されている。ガラスフ
ァイバ(以下「ファイバ」という)の引張り試験も基本
的には同様にして行われるのであるが、光通信用のガラ
スファイバはミクロン単位の極めて細い細線(例えば1
25μm)であること、ファイバは靭性が小さく脆いこ
とのために、試験片両端をチャックで直接把持するとい
う装着法を採ると、チャックによる保持部の破断(いわ
ゆるチャック切れ)が生じ易いので、この従来の装着法
をそのまま採用することはできない。このためにファイ
バ試験片の両端を補強するために、エポキシ樹脂で被覆
する等の種々の工夫がなされている。また、チャックに
対する装着法を工夫したものもある。この従来技術を図
6を参照しつつ説明する。この装着法は、円筒状のチャ
ック1の外周をゴム層2によって被覆し、このゴム層に
ファイバF(被覆されている)の両端Cを巻付けて固定
するものである。ファイバFの両先端3はチャック1の
軸線4に対して斜めに配置され、この両先端3の上から
ファイバFの両端Cをコイル状に巻付けて上記両先端3
を押さえて固定する。フアイバに掛けられた張力によっ
てファイバ両端Cはチャック1のゴム被覆層2に強く巻
き締められるので、このファイバの両先端3がチャック
に対して滑って外れることはない。しかし、この装着法
は、小径のファイバについては、破断張力が小さいの
で、チャック切れを防ぐ効果があるが、ファイバの線径
が大きくなって、ファイバに掛かる張力が大きくなると
チャック切れを生じるようになる。ファイバの両先端3
は押さえられてゴム被覆層2の表面に食い込むので、フ
ァイバ線径が小さい(例えばガラスファイバ径125μ
m、被覆径250μm)場合は、ファイバの両先端3と
ゴム被覆層表面との間の段差は無視し得る程度であり、
この段差のためにコイル状に巻かれたファイバ両端Cに
生じる応力集中はそれ程問題にならない。したがって、
この装着法によって、フアイバ線径が小径で、張力30
Kgまでの試験は可能である。しかし、ファイバ線径が
大径(例えばガラスファイバ径500μm、被覆径60
0μm)になると張力は150Kg〜200Kgに達す
るので、チャック切れを生じる。線径が大きくなるにつ
れて、両先端3とゴム層表面との段差が大きくなり、こ
れに伴ってファイバ両端Cの、両先端3を押さえている
部分に局部的な強い力が作用すること、及びファイバ両
端Cの締付けによってゴム層に皺が生じ、この皺のため
に両端Cに局部的な大きな力が作用すること、ファイバ
線径が大きくなるとコイル状に巻かれた両端Cの曲げモ
ーメントの作用が無視し得ない大きさになることがこの
チャック切れの原因と考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みなされたもので、チャックの構造を工夫し、
ファイバ両先端3の固定法を工夫して、両端Cに局部的
な大きな力が作用することを防ぎ、もって大径のファイ
バのチャック切れを効果的に、確実に防止することをそ
の課題とするものである。
【0004】
【課題解決のために講じた手段】上記課題解決のために
講じた手段は、次の要素(イ)〜(ハ)から構成される
ものである。 (イ)両側と中央の3つの環状フランジを有する主マン
ドレルと両側の2つの環状フランジを有する副マンドレ
ルとによって一対のチャックを構成し、かつ、マンドレ
ルの直径をファイバ試験片のファイバ線径の300倍以
上とした、ガラスファイバの引張り試験装置の主マンド
レルの2つの環状溝に試験片の両端をそれぞれコイル状
(螺旋状)に巻付け、その先端を主マンドレル両側のフ
ランジの内側面に粘着テープによって固定すること、
(ロ)両端を主マンドレルに固定された試験片の中間を
副マンドレルの環状溝に巻き掛けること、(ハ)両マン
ドレル間に掛け渡して試験片のファイバを張設し、当該
ファイバに張力を掛けて破断させて破断強度を測定する
ガラスファイバ引張り試験方法。
【0005】
【作 用】主マンドレルは両側のフランジと中央のフラ
ンジとによって形成された2つの環状溝を有しており、
副マンドレルは両側の環状フランジによって形成された
1つの環状溝を有している。主マンドレルの上記2つの
環状溝にファイバ試験片の両端をそれぞれコイル状(螺
旋状)に巻付け、その先端を主マンドレルの両側のフラ
ンジの内側面に粘着テープによって固定する。両端を主
マンドレルに固定された試験片の中間を副マンドレルの
環状溝に巻き掛ける。これによって、試験片は主マンド
レルと副マンドレルとの間に張設されることになる。従
来のものと同様に、ロードセルによって主チャックと副
チャックとを互いに離間させて、試験片に張力を掛け
る。試験片の線径がガラスファイバ部分500μm、被
覆径600μmのとき、マンドレルの直径は150mm
以上であり、マンドレルの円周長さは471mmである
から、試験片の両端は、線径に比して非常に大きな曲率
半径で曲げられ、非常に長い長さでその両端が主マンド
レルに巻付けられることになる。したがって、試験片両
先端に対する固定力が小さくても、マンドレルと試験片
両端との全摩擦力は非常に大きい。これによって、試験
片の両端はしっかりと主マンドレルに固定される。ま
た、コイル状に巻かれた両端の曲率半径は線径に対して
十分に大きいので、曲げモーメントによって試験片の両
端に掛かる曲げ力は十分小さい。さらに、両先端は主マ
ンドレルの両側のフランジの内側面に粘着テープによっ
て固定されているので、両端Cが両先端3にに重ねて巻
付けられることはなく、したがって、このことによる前
記の問題は全くない。副マンドレルについては、1/2
回巻き掛けられるだけであるから、もともとチャック切
れの問題は全く生じない。試験片の線径が大きくなるに
つれて、試験片の線径に対するマンドレル直径の倍率は
大きい方がよい(例えば線径がガラスファイバ部分80
0μm、被覆径1000μmのときは上記倍率は500
倍程度)。また、上記構成要素(イ)の「300倍」は
必ずしも、いわゆる臨界的な技術的意義を有するもので
はないが、線径が大きい(例えばガラスファイバ部分5
00μm)と、倍率が300倍以下では、上記課題の達
成度合いが格別顕著ではなく、300倍以上で倍率が大
きいほど課題の達成度合いが顕著であるので、実用性の
面からは、少なくとも300倍以上が必要であることを
意味するものである。なお、上記の作用の説明において
は、試験片の両先端を粘着テープによって主マンドレル
のフランジの内側面に固定すると説明したが、これは必
ずしも粘着テープによる固定に限ることを意味するもの
ではなく、簡単なクリップ、止めねじ等による簡易、軽
便な固定法(係止手段)によって固定することを意味
し、これで十分であることを意味するものである。した
がって、クリップ、止めねじ等による固定もこの明細書
における「粘着テープによる固定」に含まれる。また、
上記主マンドレルを、その両側の環状フランジにそれぞ
れ少なくとも一つの切欠きを設けたものとし、試験片の
先端を該主マンドレルの両側のフランジの上記切欠きを
通して当該フランジの外に引き出し、引き出された両端
を粘着テープによって両側のフランジの外側面に固定す
る構成とすることもできる。
【0006】
【実 施 例】次いで、図1〜図2を参照しつつ、本発
明の一実施例を説明する。ロードセル10に取付けられ
た主マンドレル11は両側の環状フランジ12と中央の
環状フランジ13とを有し、これらのフランジによって
形成された2つの環状溝14、15を有している。副マ
ンドレル21は両端に環状フランジ22、22を有し、
両フランジによって環状溝23が形成されている。上記
環状溝14にファイバ試験片Fの一端を重ならないよう
にしてコイル状に巻付け、その先端fをフランジ12の
内側面に粘着テープ17によって固定している。一端を
固定して後、フアイバ試験片Fを副マンドレル21の環
状溝23に巻き掛けて他端を再び主マンドレルに戻し、
同様にして主マンドレル11の環状溝15に他端を巻付
け、その先端をフランジ12の内側面に粘着テープによ
って固定する。次に、本発明の他の実施例を図3〜図4
を参照しつつ説明する。本発明の前記実施例における主
マンドレル11を、その両側の環状フランジ12、12
にそれぞれ少なくとも一つの切欠き16を設けたものと
し、ファイバ試験片の先端fを該主マンドレルの両側の
フランジ12、12の上記切欠き16を通して当該フラ
ンジ12の外に引き出し、引き出された両端を粘着テー
プ17によって両側のフランジ12、12の外側面に固
定している。切欠き16の円周方向長さLを大きくし
て、切欠き16のところでのファイバの曲りを出来るだ
け小さくすることが望ましい。本実施例の他の構成は前
記実施例の構成と同一である。本実施例は主マンドレル
を上記のような構成としたのでファイバ試験片の先端f
の主マンドレルへの取付けがより簡単容易、かつ確実に
おこなえ得る。ファイバ線径はガラスファイバ部分80
0μm、被覆径1000μm主、副両マンドレルの直径
は640mm、主マンドレルの幅Bは29mm、環状溝
14、15の幅bは10mm、環状フランジ12の直径
は660mm、環状フランジの厚さtは3mmである。
ファイバ試験片の両端の主マンドレルに対する巻付け回
数nは4回である。以上の実施例によって試験片数50
について引張り試験を行なった結果は、図5に示すとお
りであり、破断荷重は400Kgで一定している。な
お、図5における横軸は破断強度測定値を示し、縦軸は
累積破断確率を示すものである。この発明によるときは
チャック切れは全く生ぜず、真のファイバの引張り破断
による破断強度が測定されることが上記の試験結果によ
って証明される。
【0007】
【効 果】前記本発明の課題は新規であり、この新規
な課題を解決して、線径が数百μmのファイバについて
の引張り試験においても、チャック切れを確実に防止し
て、安定した高精度の試験結果を確実に得ることができ
たことが本発明の最大の特有の効果である。また、本発
明は、ファイバ線径の増大に対してはチャックの直径を
該線径に対する倍率を増大させることによって十分対応
できるので、同一試験機を用いて広い範囲の線径のファ
イバについて引張り試験を行うことができるという大き
な利点を有する。さらに、大きな引張り力を試験片に掛
ける試験装置でありながら、チャックによる試験片の装
着機構は、特別な締付け機構を用いないので、その機構
構造が極めて簡単であり、また、試験片の装着、取外し
操作も極めて簡単、容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の平面図である。
【図2】図1の実施例の側面図である。
【図3】本発明の他の実施例の主マンドレルの平面図で
ある。
【図4】図3の実施例の主マンドレルの側面図である。
【図5】本発明の実施例による引張り試験結果を示す表
である。
【図6】従来技術の正面図である。
【符号の説明】
1・・・円筒状のチャック 2・・・ゴム層 3、f・・・ファイバの先端 4・・・軸線 10・・・ロードセル 11・・・主マンドレル 12、22・・・両側の環状フランジ 13・・・中央の環状フランジ 14、15、23・・・環状溝 16・・・切欠き 17・・・粘着テープ 21・・・副マンドレル F・・・ファイバ C・・・ファイバの両端 B・・・主マンドレルの幅 b・・・環状溝の幅 t・・・環状フランジの厚さ L・・・切欠き16の円周方向の長さ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】両側と中央の3つの環状フランジを有する
    主マンドレルと両側の2つの環状フランジを有する副マ
    ンドレルとによって一対のチャックを構成し、かつ、マ
    ンドレルの直径をファイバ試験片のファイバ線径の30
    0倍以上とした、ガラスファイバの引張り試験装置にお
    ける、 該主マンドレルの2つの環状溝に試験片の両端をそれぞ
    れコイル状(螺旋状)に巻付け、その先端を主マンドレ
    ル両側のフランジの内側面に粘着テープによって固定
    し、両端を主マンドレルに固定された試験片の中間を副
    マンドレルの環状溝に巻き掛けて、両マンドレル間に掛
    け渡して試験片のファイバを張設し、当該ファイバに張
    力を掛けて破断させるガラスファイバ引張り試験方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の主マンドレルを、その両側
    の環状フランジにそれぞれ少なくとも一つの切欠きを設
    けたものとし、 ファイバ試験片の先端を該主マンドレルの両側のフラン
    ジの上記切欠きを通して当該フランジの外に引き出し、
    引き出された両端を粘着テープによって両側のフランジ
    の外側面に固定した、請求項1記載のガラスファイバ引
    張り試験方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105004612A (zh) * 2015-06-05 2015-10-28 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种碳纤维多尺度增强体力学性能的检测方法
CN110411830A (zh) * 2019-07-26 2019-11-05 安徽珍瑾服装有限公司 一种生物质纤维用拉伸检测装置

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CN105004612A (zh) * 2015-06-05 2015-10-28 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种碳纤维多尺度增强体力学性能的检测方法
CN110411830A (zh) * 2019-07-26 2019-11-05 安徽珍瑾服装有限公司 一种生物质纤维用拉伸检测装置

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