JPH063237A - ヤング率測定装置及びヤング率測定方法 - Google Patents
ヤング率測定装置及びヤング率測定方法Info
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- JPH063237A JPH063237A JP16622192A JP16622192A JPH063237A JP H063237 A JPH063237 A JP H063237A JP 16622192 A JP16622192 A JP 16622192A JP 16622192 A JP16622192 A JP 16622192A JP H063237 A JPH063237 A JP H063237A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、紙葉類のヤング率測定に適したヤ
ング率測定装置及びヤング率測定方法に関し、簡単な構
成でより正確なヤング率を測定できるヤング率測定装置
及びヤング率測定方法を提供することを目的とする。 【構成】 紙葉取付台２１と押さえ板２２により紙葉２
０を片持ち梁状に支持する。Ｚ軸ステージ２５、ロード
セル２４、及び荷重印加部２３よりなる荷重印加手段に
より、紙葉２０に荷重を印加し、ロードセル２４により
印加荷重を検出する。Ｘ軸ステージ２８、レーザ変位計
２７、及びＸ軸ステージ位置検出部３９により、紙葉２
０の所定位置における撓み量を検出する。データ処理部
３５は、紙葉２０に荷重を印加しないときの紙葉２０の
変位データと荷重を印加して撓ませたときの紙葉２０の
変位データとの差から撓み量を計算して、ヤング率を算
出する。
ング率測定装置及びヤング率測定方法に関し、簡単な構
成でより正確なヤング率を測定できるヤング率測定装置
及びヤング率測定方法を提供することを目的とする。 【構成】 紙葉取付台２１と押さえ板２２により紙葉２
０を片持ち梁状に支持する。Ｚ軸ステージ２５、ロード
セル２４、及び荷重印加部２３よりなる荷重印加手段に
より、紙葉２０に荷重を印加し、ロードセル２４により
印加荷重を検出する。Ｘ軸ステージ２８、レーザ変位計
２７、及びＸ軸ステージ位置検出部３９により、紙葉２
０の所定位置における撓み量を検出する。データ処理部
３５は、紙葉２０に荷重を印加しないときの紙葉２０の
変位データと荷重を印加して撓ませたときの紙葉２０の
変位データとの差から撓み量を計算して、ヤング率を算
出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はヤング率測定装置及びヤ
ング率測定方法に係り、特に紙葉類のヤング率測定に適
したヤング率測定装置及びヤング率測定方法に関する。
ング率測定方法に係り、特に紙葉類のヤング率測定に適
したヤング率測定装置及びヤング率測定方法に関する。
【０００２】紙葉類搬送処理装置、例えば、現金自動支
払い機や現金自動入出金機、印刷装置等には、紙幣や印
刷用紙等の積み重なった紙葉類を一枚ずつ分離して紙葉
類搬送部に送り出すための繰り出し機構がある。繰り出
し機構における紙葉類の分離方法としては、紙葉類と繰
り出し機構の間に作用する摩擦力を利用するものが主流
となっている。
払い機や現金自動入出金機、印刷装置等には、紙幣や印
刷用紙等の積み重なった紙葉類を一枚ずつ分離して紙葉
類搬送部に送り出すための繰り出し機構がある。繰り出
し機構における紙葉類の分離方法としては、紙葉類と繰
り出し機構の間に作用する摩擦力を利用するものが主流
となっている。
【０００３】紙葉類が安定に繰り出されるための因子と
して、紙葉類と機構の間の摩擦係数と共に、紙葉類の曲
げ剛さが重要である。従って、紙葉類を安定に繰り出す
機構を開発するためには、紙葉類の曲げ剛さを知る必要
がある。曲げ剛さは紙のヤング率で定量化できるので、
紙葉類のヤング率を正確に簡便に測定するヤング率測定
装置及びヤング率測定方法の開発が必要とされている。
して、紙葉類と機構の間の摩擦係数と共に、紙葉類の曲
げ剛さが重要である。従って、紙葉類を安定に繰り出す
機構を開発するためには、紙葉類の曲げ剛さを知る必要
がある。曲げ剛さは紙のヤング率で定量化できるので、
紙葉類のヤング率を正確に簡便に測定するヤング率測定
装置及びヤング率測定方法の開発が必要とされている。
【０００４】
【従来の技術】紙のヤング率の測定方法としては、振動
特性や超音波を利用した方法も提案されているが、最も
簡便で広く用いられている方法は、低速引っ張り試験で
得られる荷重−変位曲線の初期勾配から求める方法であ
る。
特性や超音波を利用した方法も提案されているが、最も
簡便で広く用いられている方法は、低速引っ張り試験で
得られる荷重−変位曲線の初期勾配から求める方法であ
る。
【０００５】以下、引っ張り試験方法を文献「木村他：
“引っ張り試験からの紙のヤング率の実験的算出法”、
紙パ技協誌、第３９巻第１１号（１９８５）、ｐ５５−
６０」から引用して述べる。
“引っ張り試験からの紙のヤング率の実験的算出法”、
紙パ技協誌、第３９巻第１１号（１９８５）、ｐ５５−
６０」から引用して述べる。
【０００６】図６に従来の紙葉類のヤング率測定装置の
構成図を示し、同装置を用いた測定手順を以下に述べ
る。先ず、引っ張り試験機１のチャック２に測定する紙
葉３を取付ける。続いて、モータ制御部４からの指令で
モータ５を駆動してヘッド６を一定速度で上方向に引き
上げる。このときのヘッド６の変位（紙葉３の見掛けの
変形量）を、例えばモータ５に付けたエンコーダ７で検
出し、エンコーダカウンタ８でカウントして変位データ
９を得る。
構成図を示し、同装置を用いた測定手順を以下に述べ
る。先ず、引っ張り試験機１のチャック２に測定する紙
葉３を取付ける。続いて、モータ制御部４からの指令で
モータ５を駆動してヘッド６を一定速度で上方向に引き
上げる。このときのヘッド６の変位（紙葉３の見掛けの
変形量）を、例えばモータ５に付けたエンコーダ７で検
出し、エンコーダカウンタ８でカウントして変位データ
９を得る。
【０００７】一方、紙葉３に作用する荷重は、チャック
２とヘッド６間に取りつけたロードセル１０で検出し、
ロードセルアンプ１１で増幅して荷重データ１２を得
る。荷重データ１２と変位データ９を荷重−変位記録部
１３で記録して、紙葉３の荷重−変形特性１４を得る。
紙葉３のスパンを４０ｍｍと１００ｍｍにしたときの荷
重−変形特性の一例を図７に示す。
２とヘッド６間に取りつけたロードセル１０で検出し、
ロードセルアンプ１１で増幅して荷重データ１２を得
る。荷重データ１２と変位データ９を荷重−変位記録部
１３で記録して、紙葉３の荷重−変形特性１４を得る。
紙葉３のスパンを４０ｍｍと１００ｍｍにしたときの荷
重−変形特性の一例を図７に示す。
【０００８】以下に、本装置を使用してヤング率を求め
る方法を説明する。ヘッド６の垂直変位（＝見掛けの紙
葉３の変形量）Δｄは、下記式に示すように、紙葉３
の実質的な変形量Δｒと、測定装置に起因する変位Δｓ
との和で表されると仮定する。
る方法を説明する。ヘッド６の垂直変位（＝見掛けの紙
葉３の変形量）Δｄは、下記式に示すように、紙葉３
の実質的な変形量Δｒと、測定装置に起因する変位Δｓ
との和で表されると仮定する。
【０００９】Δｄ＝Δｒ＋Δｓ −−− ここで、試料の種類や厚さ、チャック２での固定圧力、
引張条件等が同じであるならば、Δｓは実験毎に同じ値
をとると仮定する。紙葉３のスパンをｒとすると、下記
式が成立する。
引張条件等が同じであるならば、Δｓは実験毎に同じ値
をとると仮定する。紙葉３のスパンをｒとすると、下記
式が成立する。
【００１０】 （Δｄ／ｒ）＝（Δｒ＋Δｓ）／ｒ −−− 図７より、荷重と変形量の関係は非線形である。そこ
で、初期直線部分（荷重と変形量が比例関係にある領
域）に着目して、直線の勾配からある荷重に対する変形
量Δｄを求める。次に、スパンを徐々に短くして引っ張
り試験を行い、横軸にスパン、縦軸にある荷重下での見
掛けの変形量をとると、ｒ＝０の時の外挿値からその荷
重下でのΔｓが実験的に求まる。このΔｓを用いて、ヤ
ング率は、下記式で求まる。
で、初期直線部分（荷重と変形量が比例関係にある領
域）に着目して、直線の勾配からある荷重に対する変形
量Δｄを求める。次に、スパンを徐々に短くして引っ張
り試験を行い、横軸にスパン、縦軸にある荷重下での見
掛けの変形量をとると、ｒ＝０の時の外挿値からその荷
重下でのΔｓが実験的に求まる。このΔｓを用いて、ヤ
ング率は、下記式で求まる。
【００１１】 Ｅ＝（Ｆ／Ａ）／（（Δｄ−Δｓ）／ｒ） −−− ここで、Ａは紙葉３の断面積である。
【００１２】上記の、従来の定速引っ張り試験で得られ
る荷重−変位曲線の初期勾配からヤング率を求める方法
では、下記のような問題があった。まず、引っ張り過程
での、チャックと紙葉間の滑り、紙葉のチャック部付近
の応力や歪みの異常分布の影響によって、紙葉のヤング
率が変化する。
る荷重−変位曲線の初期勾配からヤング率を求める方法
では、下記のような問題があった。まず、引っ張り過程
での、チャックと紙葉間の滑り、紙葉のチャック部付近
の応力や歪みの異常分布の影響によって、紙葉のヤング
率が変化する。
【００１３】また、荷重−変形特性は、図７のような曲
線になるので、初期勾配の直線の引き方によって算出さ
れるヤング率の値が変化する。また、試験機のノイズ等
によって直線部分が不明確となるおそれもある。
線になるので、初期勾配の直線の引き方によって算出さ
れるヤング率の値が変化する。また、試験機のノイズ等
によって直線部分が不明確となるおそれもある。
【００１４】更に、測定装置に起因する変位Δｓを補正
するため、少なくとも２〜３通りのスパンの試料に対し
て測定を繰り返す必要があり、測定時間がかかる。
するため、少なくとも２〜３通りのスパンの試料に対し
て測定を繰り返す必要があり、測定時間がかかる。
【００１５】上記の課題を解決する手段として、紙葉を
梁状に支持すると共に、紙葉の延在方向に対し垂直方向
に荷重を印加し、この荷重印加時における印加荷重と撓
み量に基づいて、紙葉のヤング率を求める方法が考えら
れる。
梁状に支持すると共に、紙葉の延在方向に対し垂直方向
に荷重を印加し、この荷重印加時における印加荷重と撓
み量に基づいて、紙葉のヤング率を求める方法が考えら
れる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記の紙葉を梁状に支
持する測定方法によれば、測定装置の変位等に起因する
誤差を生じず、この誤差を補正するための操作も不要な
ため、ヤング率を正確にかつ簡便に測定することができ
る。
持する測定方法によれば、測定装置の変位等に起因する
誤差を生じず、この誤差を補正するための操作も不要な
ため、ヤング率を正確にかつ簡便に測定することができ
る。
【００１７】しかるに、この方法では、以下のような問
題点が有った。先ず、紙葉の表面は全くの平面ではなく
数μｍ〜十数μｍの振幅でうねりがあり、紙葉を撓ませ
たときには撓み量にこのうねりが重畳され、うねり分だ
け測定誤差が生じる。このため、撓み量を基に求めるヤ
ング率に測定誤差が生じる。
題点が有った。先ず、紙葉の表面は全くの平面ではなく
数μｍ〜十数μｍの振幅でうねりがあり、紙葉を撓ませ
たときには撓み量にこのうねりが重畳され、うねり分だ
け測定誤差が生じる。このため、撓み量を基に求めるヤ
ング率に測定誤差が生じる。
【００１８】また、紙葉を固定したときに、紙葉が水平
になっている保証がなく、ある角度傾いていたとする
と、紙葉を撓ませたときに撓み量に傾き分がオフセット
として加算又は減算され、傾き分だけ測定誤差が生じ
る。このため、撓み量を基に求めるヤング率に測定誤差
が生じる。
になっている保証がなく、ある角度傾いていたとする
と、紙葉を撓ませたときに撓み量に傾き分がオフセット
として加算又は減算され、傾き分だけ測定誤差が生じ
る。このため、撓み量を基に求めるヤング率に測定誤差
が生じる。
【００１９】また、紙葉の撓み曲線の原点である支持点
を正確に検出することが難しく、ヤング率の測定誤差の
要因となる。
を正確に検出することが難しく、ヤング率の測定誤差の
要因となる。
【００２０】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、簡単な構成でより正確なヤング率を測定できるヤン
グ率測定装置及びヤング率測定方法を提供することを目
的とする。
で、簡単な構成でより正確なヤング率を測定できるヤン
グ率測定装置及びヤング率測定方法を提供することを目
的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記課題は、請求項１の
発明では、測定対象物を梁状に支持する支持手段と、測
定対象物の延在方向に対し垂直方向に荷重を印加する荷
重印加手段と、印加荷重を検出する印加荷重検出手段
と、測定対象物の所定位置における撓み量を検出する撓
み検出手段と、測定対象物に荷重を印加しないときの測
定対象物の変位データと荷重を印加して撓ませたときの
測定対象物の変位データとの差から撓み量を計算して撓
み曲線を求め、ヤング率を算出するデータ処理部とより
構成することにより解決される。
発明では、測定対象物を梁状に支持する支持手段と、測
定対象物の延在方向に対し垂直方向に荷重を印加する荷
重印加手段と、印加荷重を検出する印加荷重検出手段
と、測定対象物の所定位置における撓み量を検出する撓
み検出手段と、測定対象物に荷重を印加しないときの測
定対象物の変位データと荷重を印加して撓ませたときの
測定対象物の変位データとの差から撓み量を計算して撓
み曲線を求め、ヤング率を算出するデータ処理部とより
構成することにより解決される。
【００２２】
【作用】請求項１の発明によれば、測定対象物表面のう
ねりの影響や、測定対象物を測定装置に取り付けたとき
の傾きの影響が、荷重を印加しないときの変位データと
荷重を印加したときの変位データの差を取ることにより
相殺され除去される。このため、測定対象物の正味の撓
み量を求めることができる。従って、撓み量をもとに算
出するヤング率には、測定対象物のうねりや傾きの影響
による誤差が生じない。
ねりの影響や、測定対象物を測定装置に取り付けたとき
の傾きの影響が、荷重を印加しないときの変位データと
荷重を印加したときの変位データの差を取ることにより
相殺され除去される。このため、測定対象物の正味の撓
み量を求めることができる。従って、撓み量をもとに算
出するヤング率には、測定対象物のうねりや傾きの影響
による誤差が生じない。
【００２３】請求項２の発明によれば、前記データ処理
部は、測定対象物に荷重を印加しないときの測定対象物
の変位データと支持手段の変位データをそれぞれ直線近
似して両直線の交点から撓み曲線の原点を求めるため、
撓み曲線の原点を正確に求めることができる。従って、
撓み量を基に算出するヤング率には、撓み曲線の原点の
不正確さによる誤差は生じない。
部は、測定対象物に荷重を印加しないときの測定対象物
の変位データと支持手段の変位データをそれぞれ直線近
似して両直線の交点から撓み曲線の原点を求めるため、
撓み曲線の原点を正確に求めることができる。従って、
撓み量を基に算出するヤング率には、撓み曲線の原点の
不正確さによる誤差は生じない。
【００２４】
【実施例】図１は本発明の一実施例の構成図を示す。測
定対象物である紙葉２０を長さｒだけはみ出させて紙葉
取付台２１に乗せ、上から押さえ板２２で紙葉取付台２
１に固定する。押さえ板２２は例えば、ネジで紙葉取付
台２１に固定する。従って、紙葉２０は、支持手段であ
る紙葉取付台２１及び押さえ板２２により片持ち梁状に
支持される。
定対象物である紙葉２０を長さｒだけはみ出させて紙葉
取付台２１に乗せ、上から押さえ板２２で紙葉取付台２
１に固定する。押さえ板２２は例えば、ネジで紙葉取付
台２１に固定する。従って、紙葉２０は、支持手段であ
る紙葉取付台２１及び押さえ板２２により片持ち梁状に
支持される。
【００２５】荷重印加手段は、Ｚ軸ステージ２５、ロー
ドセル２４、及び荷重印加部２３とよりなる。荷重は、
荷重印加部２３を先端に付けたロードセル２４をＺ軸ス
テージ２５に乗せて、そのＺ軸ステージ２５を上方に移
動させて荷重印加部２３で紙葉２０の先端部を突き上げ
るようにして加える。
ドセル２４、及び荷重印加部２３とよりなる。荷重は、
荷重印加部２３を先端に付けたロードセル２４をＺ軸ス
テージ２５に乗せて、そのＺ軸ステージ２５を上方に移
動させて荷重印加部２３で紙葉２０の先端部を突き上げ
るようにして加える。
【００２６】荷重印加部２３の紙葉２０に接する面は斜
面にして、紙葉２０と線接触させ、荷重が紙葉２０の最
先端部に加わるようにしてある。制御部３６は、荷重検
出手段であるロードセル２４に接続されたロードセルア
ンプ２６の出力をモニターして、ロードセル２４の出
力、即ち紙葉２０に印加する荷重が設定値になるまで、
Ｚ軸ステージ駆動部３７によりＺ軸ステージ２５を上方
に移動する。
面にして、紙葉２０と線接触させ、荷重が紙葉２０の最
先端部に加わるようにしてある。制御部３６は、荷重検
出手段であるロードセル２４に接続されたロードセルア
ンプ２６の出力をモニターして、ロードセル２４の出
力、即ち紙葉２０に印加する荷重が設定値になるまで、
Ｚ軸ステージ駆動部３７によりＺ軸ステージ２５を上方
に移動する。
【００２７】なお、紙葉２０は押さえ板２２及び紙葉取
付台２１に片持ち梁状に支持されているため、ヤング率
測定に必要な所定の撓みを発生するのに要する印加荷重
は数十ｇｆでよいので、ロードセル２４には高感度のも
のを使用することができる。また、紙葉２０に印加する
荷重が数十ｇｆであるため、Ｚ軸ステージ２５、ロード
セル２４、荷重印加部２３、紙葉取付台２１、押さえ板
２２等を小型化できる。
付台２１に片持ち梁状に支持されているため、ヤング率
測定に必要な所定の撓みを発生するのに要する印加荷重
は数十ｇｆでよいので、ロードセル２４には高感度のも
のを使用することができる。また、紙葉２０に印加する
荷重が数十ｇｆであるため、Ｚ軸ステージ２５、ロード
セル２４、荷重印加部２３、紙葉取付台２１、押さえ板
２２等を小型化できる。
【００２８】撓み検出手段は、Ｘ軸ステージ２８、レー
ザ変位形２７、及びＸ軸ステージ位置検出部３９とより
なる。紙葉２０の撓み量は、レーザ変位計２７で測定す
る。レーザビームのＸ方向へのスキャンは、紙葉取付台
２１とＺ軸ステージ２５を載せたＸ軸ステージ２８を、
制御部３６がＸ軸ステージ駆動部３８を介してＸ方向に
移動させて行う。
ザ変位形２７、及びＸ軸ステージ位置検出部３９とより
なる。紙葉２０の撓み量は、レーザ変位計２７で測定す
る。レーザビームのＸ方向へのスキャンは、紙葉取付台
２１とＺ軸ステージ２５を載せたＸ軸ステージ２８を、
制御部３６がＸ軸ステージ駆動部３８を介してＸ方向に
移動させて行う。
【００２９】データ処理部３５では、レーザ変位計２７
により測定されて、変位表示部３０を介して入力された
変位データと、Ｘ軸ステージ位置検出部３９が出力する
Ｘ軸ステージの位置データとより、紙葉２０の撓み曲線
を求め、これにより紙葉２０のヤング率を算出する。
により測定されて、変位表示部３０を介して入力された
変位データと、Ｘ軸ステージ位置検出部３９が出力する
Ｘ軸ステージの位置データとより、紙葉２０の撓み曲線
を求め、これにより紙葉２０のヤング率を算出する。
【００３０】図２は、ヤング率の測定原理図を示す。先
端に集中荷重を受ける片持ち梁の撓み曲線は、撓み量ｚ
が微小量で、撓み量の変化率である（ｄｚ／ｄｘ）2 が
（ｄｚ／ｄｘ）2 ＜＜１の場合には、下記のの式で表
せる。
端に集中荷重を受ける片持ち梁の撓み曲線は、撓み量ｚ
が微小量で、撓み量の変化率である（ｄｚ／ｄｘ）2 が
（ｄｚ／ｄｘ）2 ＜＜１の場合には、下記のの式で表
せる。
【００３１】
【数１】
【００３２】但し、Ｅはヤング率、Ｉは断面２次モーメ
ントである。ここで、Ｉは試料の寸法から決まる量、Ｗ
は設定荷重、ｒは試料の長さで、いずれも既知である。
従って、紙葉の撓み曲線を測定して、ｘとｚが分かれ
ば、これらを式に代入して、ヤング率Ｅを求めること
ができる。
ントである。ここで、Ｉは試料の寸法から決まる量、Ｗ
は設定荷重、ｒは試料の長さで、いずれも既知である。
従って、紙葉の撓み曲線を測定して、ｘとｚが分かれ
ば、これらを式に代入して、ヤング率Ｅを求めること
ができる。
【００３３】なお、紙葉２０は自重で撓むので、この撓
みの影響が荷重を加えたときの撓みに対して無視できる
ように、試料長ｒを選定する必要がある。自重による撓
み量ｚは、単位長さ当たりの自重をｑとすると、下記の
式で表せる。
みの影響が荷重を加えたときの撓みに対して無視できる
ように、試料長ｒを選定する必要がある。自重による撓
み量ｚは、単位長さ当たりの自重をｑとすると、下記の
式で表せる。
【００３４】
【数２】
【００３５】次に、本発明において、紙葉２０のうねり
と荷重を印加する前の傾きを除去する原理、紙葉２０の
撓み曲線の原点２９を求める原理を説明する。図３は紙
葉のうねりと傾きの除去の説明図を示す。
と荷重を印加する前の傾きを除去する原理、紙葉２０の
撓み曲線の原点２９を求める原理を説明する。図３は紙
葉のうねりと傾きの除去の説明図を示す。
【００３６】本発明では、紙葉２０を撓ませる前と荷重
を印加して紙葉２０を撓ませたときの２回、レーザビー
ムをスキャンして紙葉２０と押さえ板２２の変位データ
を測定する。図３で・印は荷重を印加する前の紙葉２０
の変位データを示し、○印は荷重を印加して撓ませたと
きの紙葉２０の変位データを示す。この両データの差分
をとれば、紙葉２０に発生しているうねりや傾き等に起
因する変位量が相殺されるため、紙葉２０の正味の撓み
量を求めることができる。
を印加して紙葉２０を撓ませたときの２回、レーザビー
ムをスキャンして紙葉２０と押さえ板２２の変位データ
を測定する。図３で・印は荷重を印加する前の紙葉２０
の変位データを示し、○印は荷重を印加して撓ませたと
きの紙葉２０の変位データを示す。この両データの差分
をとれば、紙葉２０に発生しているうねりや傾き等に起
因する変位量が相殺されるため、紙葉２０の正味の撓み
量を求めることができる。
【００３７】図４は紙葉２０の撓み曲線の原点２９を求
める原理の説明図を示す。撓ませる前の紙葉２０は全体
としては平面と見なすとこができる。一方押さえ板２２
の端面は、斜めに加工しておく。荷重を印加して撓ませ
る前にレーザビームをスキャンして紙葉２０と押さえ板
２２の変位データを測定し、紙葉２０の部分の変位デー
タと、押さえ板２２の部分の変位データをそれぞれ直線
近似すれば、両直線の交点は、紙葉２０と押さえ板２２
の境界となり、撓み曲線の原点２９を特定することがで
きる。
める原理の説明図を示す。撓ませる前の紙葉２０は全体
としては平面と見なすとこができる。一方押さえ板２２
の端面は、斜めに加工しておく。荷重を印加して撓ませ
る前にレーザビームをスキャンして紙葉２０と押さえ板
２２の変位データを測定し、紙葉２０の部分の変位デー
タと、押さえ板２２の部分の変位データをそれぞれ直線
近似すれば、両直線の交点は、紙葉２０と押さえ板２２
の境界となり、撓み曲線の原点２９を特定することがで
きる。
【００３８】次に、本実施例において制御部３６の制御
のもとで行われる、ヤング率の測定手順について説明す
る。先ず、紙葉２０に荷重を印加しない状態で、制御部
３６は、Ｘ軸ステージ２８をＸ軸ステージ駆動部３８に
より移動させて、レーザ変位計２７のレーザビームで押
さえ板２２の端面上から紙葉２０の先端までスキャンし
て、Ｎ個の（ｘi ，ｚi ）の組を得る。ただし、ｘi は
Ｘ軸ステージ位置検出部３９が出力するＸ軸位置デー
タ、ｚi はレーザ変位計２７で測定された変位データで
ある。制御部３６の指令により、このＮ個の（ｘi ，ｚ
i ）の組は、データ処理部３５に入力され、保持され
る。
のもとで行われる、ヤング率の測定手順について説明す
る。先ず、紙葉２０に荷重を印加しない状態で、制御部
３６は、Ｘ軸ステージ２８をＸ軸ステージ駆動部３８に
より移動させて、レーザ変位計２７のレーザビームで押
さえ板２２の端面上から紙葉２０の先端までスキャンし
て、Ｎ個の（ｘi ，ｚi ）の組を得る。ただし、ｘi は
Ｘ軸ステージ位置検出部３９が出力するＸ軸位置デー
タ、ｚi はレーザ変位計２７で測定された変位データで
ある。制御部３６の指令により、このＮ個の（ｘi ，ｚ
i ）の組は、データ処理部３５に入力され、保持され
る。
【００３９】なお、押さえ板２２の端面の形状は設計で
既知であるので、任意のものでよいが、平面状にしてお
くと、測定した変位データを通るグラフ（この場合は直
線）を求める計算が簡単になる。また、端面は、４５°
程度の勾配を持たせて、端面上に測定ポイントを多く取
れるようにする。
既知であるので、任意のものでよいが、平面状にしてお
くと、測定した変位データを通るグラフ（この場合は直
線）を求める計算が簡単になる。また、端面は、４５°
程度の勾配を持たせて、端面上に測定ポイントを多く取
れるようにする。
【００４０】次に、制御部３６の指令により、データ処
理部３５は、押さえ板２２部分の変位データを通る直線
Ａの式と、紙葉２０部分の変位データを通る直線Ｂの式
を求める。直線の式は、具体的には、最小２乗法で求め
る。この直線Ａと直線Ｂの交点を求めて、原点Ｏ
（ｘ0 ，ｚ0 ）とする。
理部３５は、押さえ板２２部分の変位データを通る直線
Ａの式と、紙葉２０部分の変位データを通る直線Ｂの式
を求める。直線の式は、具体的には、最小２乗法で求め
る。この直線Ａと直線Ｂの交点を求めて、原点Ｏ
（ｘ0 ，ｚ0 ）とする。
【００４１】次に、制御部３６は、Ｚ軸駆動部３７によ
りＺ軸ステージ２８を移動させて、荷重印加部２３で紙
葉２０の先端部を突き上げる。ロードセルアンプ２６の
出力、即ち、荷重が設定値になったら、Ｚ軸ステージの
移動を停止する。
りＺ軸ステージ２８を移動させて、荷重印加部２３で紙
葉２０の先端部を突き上げる。ロードセルアンプ２６の
出力、即ち、荷重が設定値になったら、Ｚ軸ステージの
移動を停止する。
【００４２】次に、制御部３６は、Ｘ軸ステージ駆動部
３８によりＸ軸ステージ２８を移動させて、レーザ変位
計２７のレーザビームで押さえ板２２の端面上から紙葉
２０の先端まで再度スキャンして、Ｎ個の（ｘi ，ｚi
* ）の組を得る。ただし、ｘ i は荷重を印加しないとき
のＮ個の（ｘi ，ｚi ）のＸ軸位置データｘi と同一と
する。制御部３６の指令により、このＮ個の（ｘi ，ｚ
i * ）の組は、データ処理部３５に入力され、保持され
る。
３８によりＸ軸ステージ２８を移動させて、レーザ変位
計２７のレーザビームで押さえ板２２の端面上から紙葉
２０の先端まで再度スキャンして、Ｎ個の（ｘi ，ｚi
* ）の組を得る。ただし、ｘ i は荷重を印加しないとき
のＮ個の（ｘi ，ｚi ）のＸ軸位置データｘi と同一と
する。制御部３６の指令により、このＮ個の（ｘi ，ｚ
i * ）の組は、データ処理部３５に入力され、保持され
る。
【００４３】次に、上記のようにして得たデータから、
データ処理部３５は、以下の式により、原点Ｏからの距
離Δｘi と撓み量Δｚi の組を求める。この演算処理に
より、紙葉２０に発生しているうねりや傾き等の変位量
を相殺することができる。
データ処理部３５は、以下の式により、原点Ｏからの距
離Δｘi と撓み量Δｚi の組を求める。この演算処理に
より、紙葉２０に発生しているうねりや傾き等の変位量
を相殺することができる。
【００４４】Δｘi ＝ｘi −ｘ0 Δｚi ＝ｚi * −ｚi ただし、Δｘi ≧０の部分についてだけ計算する。
【００４５】次に、データ処理部３５は、（Δｘi ，Δ
ｚi ）を通る撓み曲線式を求めて、ｘ3 の係数＝Ｗ／
（６ＥＩ）の値からヤング率Ｅを求める。より具体的に
は、最小２乗法を用いて、下記の式によりヤング率Ｅ
を計算する。
ｚi ）を通る撓み曲線式を求めて、ｘ3 の係数＝Ｗ／
（６ＥＩ）の値からヤング率Ｅを求める。より具体的に
は、最小２乗法を用いて、下記の式によりヤング率Ｅ
を計算する。
【００４６】
【数３】
【００４７】データ処理部３５は、撓みのデータ（Δｘ
i ，Δｚi ）、撓み曲線、ヤング率Ｅ等の測定結果を、
記録装置等により出力する。本方法で求められた撓みの
データ（Δｘi ，Δｚi ）（図５の◇印）と、撓み曲線
（図５の実線）を図５に示す。試料の全長（４．８ｍ
ｍ）にわたって撓みのデータと撓み曲線は、よく一致し
ていることがわかる。ヤング率は５．５ＧＰａとなる。
i ，Δｚi ）、撓み曲線、ヤング率Ｅ等の測定結果を、
記録装置等により出力する。本方法で求められた撓みの
データ（Δｘi ，Δｚi ）（図５の◇印）と、撓み曲線
（図５の実線）を図５に示す。試料の全長（４．８ｍ
ｍ）にわたって撓みのデータと撓み曲線は、よく一致し
ていることがわかる。ヤング率は５．５ＧＰａとなる。
【００４８】上記のように、本実施例では、紙葉２０表
面のうねりの影響や、紙葉２０を測定装置に取り付けた
ときの傾きの影響を除去して、正味の撓み量を求めるこ
とができる。従って、撓み量をもとに算出するヤング率
に、紙葉２０のうねりや傾きの影響による誤差が生じる
ことを防ぐことができ、より正確にヤング率を測定する
ことができる。
面のうねりの影響や、紙葉２０を測定装置に取り付けた
ときの傾きの影響を除去して、正味の撓み量を求めるこ
とができる。従って、撓み量をもとに算出するヤング率
に、紙葉２０のうねりや傾きの影響による誤差が生じる
ことを防ぐことができ、より正確にヤング率を測定する
ことができる。
【００４９】また、データ処理部３５が、紙葉２０に荷
重を印加しないときの紙葉２０の変位データと押さえ板
２２の変位データをそれぞれ直線近似して、両直線の交
点から撓み曲線の原点２９を求めるため、撓み曲線の原
点２９を正確に求めることができる。従って、撓みを基
に算出するヤング率に、撓み曲線の原点２９の不正確さ
による誤差が生じることを防ぐことができ、より正確に
ヤング率を測定することができる。
重を印加しないときの紙葉２０の変位データと押さえ板
２２の変位データをそれぞれ直線近似して、両直線の交
点から撓み曲線の原点２９を求めるため、撓み曲線の原
点２９を正確に求めることができる。従って、撓みを基
に算出するヤング率に、撓み曲線の原点２９の不正確さ
による誤差が生じることを防ぐことができ、より正確に
ヤング率を測定することができる。
【００５０】なお、手動のＸ軸ステージ、Ｚ軸ステージ
を用いて、データ処理部３５への位置データ、変位デー
タの入力の指示、ヤング率の算出等の指示を手動で行う
構成とすることも可能である。
を用いて、データ処理部３５への位置データ、変位デー
タの入力の指示、ヤング率の算出等の指示を手動で行う
構成とすることも可能である。
【００５１】また、本実施例では、紙葉２０を片持ち梁
として支持し、荷重を印加する構成であるが、両持ち梁
等の片持ち梁以外の方法で紙葉２０を支持する構成とす
ることも可能である。
として支持し、荷重を印加する構成であるが、両持ち梁
等の片持ち梁以外の方法で紙葉２０を支持する構成とす
ることも可能である。
【００５２】なお、本発明においては、測定対象物は紙
葉類に限定されるものではなく、金属や木材等の他の素
材についても同様の方法でヤング率を測定することがで
きる。
葉類に限定されるものではなく、金属や木材等の他の素
材についても同様の方法でヤング率を測定することがで
きる。
【００５３】
【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
紙葉表面のうねりの影響や、紙葉を測定装置に取り付け
たときの傾きの影響を除去して、正味の撓み量を求めて
いるので、より正確なヤング率を測定することができ
る。
紙葉表面のうねりの影響や、紙葉を測定装置に取り付け
たときの傾きの影響を除去して、正味の撓み量を求めて
いるので、より正確なヤング率を測定することができ
る。
【００５４】請求項２の発明によれば、紙葉の撓み曲線
の原点は、紙葉を撓ませる前の支持手段の変位データと
紙葉の変位データをそれぞれ直線近似して両直線の交点
から求めており、正確に定めることができるため、より
正確なヤング率を測定することができる。
の原点は、紙葉を撓ませる前の支持手段の変位データと
紙葉の変位データをそれぞれ直線近似して両直線の交点
から求めており、正確に定めることができるため、より
正確なヤング率を測定することができる。
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】ヤング率の測定原理図である。
【図３】紙葉のうねりと傾きの除去の説明図である。
【図４】紙葉の撓み曲線の原点を求める原理の説明図で
ある。
ある。
【図５】撓みと撓み曲線の例を示す図である。
【図６】従来のヤング率測定装置の構成図である。
【図７】従来装置による荷重−変形特性の例を示す図で
ある。
ある。
２０ 紙葉 ２１ 紙葉取付台 ２２ 押さえ板 ２３ 荷重印加部 ２４ ロードセル ２５ Ｚ軸ステージ ２６ ロードセルアンプ ２７ レーザ変位計 ２８ Ｘ軸ステージ ２９ 原点 ３０ 変位表示部 ３５ データ処理部 ３６ 制御部 ３７ Ｚ軸ステージ駆動部 ３８ Ｘ軸ステージ駆動部 ３９ Ｘ軸ステージ位置検出部
Claims (5)
- 【請求項１】 測定対象物（２０）を梁状に支持する支
持手段（２１、２２）と、 測定対象物（２０）の延在方向に対し垂直方向に荷重を
印加する荷重印加手段（２３、２４、２５）と、 印加荷重を検出する印加荷重検出手段（２４）と、 該測定対象物の所定位置における撓み量を検出する撓み
検出手段（２７、２８、３９）と、 該測定対象物（２０）に荷重を印加しないときの測定対
象物（２０）の変位データと荷重を印加して撓ませたと
きの該測定対象物（２０）の変位データとの差から求め
られる撓み量に基づきヤング率を算出するデータ処理部
（３５）とを具備することを特徴とするヤング率測定装
置。 - 【請求項２】 前記データ処理部（３５）は、前記撓み
量により求めた撓み曲線からヤング率を算出し、且つ、
該測定対象物（２０）に荷重を印加しないときの該測定
対象物（２０）の変位データと該支持手段（２１、２
２）の変位データをそれぞれ直線近似して両直線の交点
から撓み曲線の原点を求めることを特徴とする請求項１
記載のヤング率測定装置。 - 【請求項３】 前記支持手段（２１、２２）は、取付台
（２１）と前記測定対象物（２０）を上から該取付台
（２１）に押さえて撓み曲線の原点にて支持する押さえ
板（２２）とからなり、該押さえ板（２２）は撓み曲線
の原点付近の端面が斜面で形成されていることを特徴と
する請求項２記載のヤング率測定装置。 - 【請求項４】 測定対象物（２０）を支持手段（２１、
２２）により梁状に支持し、測定対象物（２０）に荷重
を印加しないときの該測定対象物（２０）の所定位置に
おける変位データと、該測定対象物（２０）の延在方向
に対し垂直方向に荷重を印加して撓ませたときの該測定
対象物（２０）の所定位置における変位データとの差か
ら撓み量を計算して撓み曲線を求め、ヤング率を算出す
ることを特徴とするヤング率測定方法。 - 【請求項５】 撓み曲線の原点は、前記測定対象物（２
０）に荷重を印加しないときの該測定対象物（２０）の
変位データと、前記支持手段（２１、２２）の変位デー
タをそれぞれ直線近似して、両直線の交点から求めるよ
うにしたことを特徴とする請求項４記載のヤング率測定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16622192A JPH063237A (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | ヤング率測定装置及びヤング率測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16622192A JPH063237A (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | ヤング率測定装置及びヤング率測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH063237A true JPH063237A (ja) | 1994-01-11 |
Family
ID=15827363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16622192A Withdrawn JPH063237A (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | ヤング率測定装置及びヤング率測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063237A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012015085A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池用気体拡散層の曲げ剛性の非破壊間接測定装置及び方法 |
| CN103149096A (zh) * | 2013-03-04 | 2013-06-12 | 罗明海 | 基于多级光杠杆放大原理的杨氏模量测量装置 |
| JP2020510837A (ja) * | 2017-03-16 | 2020-04-09 | 東北大学Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | 非破壊のレーザー走査による繊維強化複合材料パラメータ同定の方法及び装置 |
-
1992
- 1992-06-24 JP JP16622192A patent/JPH063237A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012015085A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Hyundai Motor Co Ltd | 燃料電池用気体拡散層の曲げ剛性の非破壊間接測定装置及び方法 |
| DE102010042443B4 (de) | 2010-06-29 | 2024-07-25 | Hyundai Motor Co. | Vorrichtung und Verfahren für eine zerstörungsfreie Messung der Biegesteifigkeit von Brennstoffzellen |
| CN103149096A (zh) * | 2013-03-04 | 2013-06-12 | 罗明海 | 基于多级光杠杆放大原理的杨氏模量测量装置 |
| JP2020510837A (ja) * | 2017-03-16 | 2020-04-09 | 東北大学Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | 非破壊のレーザー走査による繊維強化複合材料パラメータ同定の方法及び装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |