WO2006109371A1

WO2006109371A1 - 小型面内多軸延伸試験機及び小型面内多軸延伸試験法

Info

Publication number: WO2006109371A1
Application number: PCT/JP2006/303384
Authority: WO
Inventors: Shigeyuki Toki; Igors Sics
Original assignee: Shigeyuki Toki; Igors Sics
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2006-10-19
Also published as: JP2006292564A

Description

小型面内多軸延伸試験機及び小型面内多軸延伸試験法

技術分野

[0001] 本発明は、ゴム、ゲル、熱可塑性エラストマ一、榭脂、等の高分子材料のシート、フイルム、不織布、織布、膜などのシート状構造物を面内多軸延伸せしめることが可能な小型面内多軸延伸機構及び該面内多軸延伸機構を備えた小型面内多軸延伸試験機並びに小型面内多軸延伸機に関するものである。面内多軸延伸とは 2次元の面を面内で多軸に延伸することを指す。本試験機は、面内の互いに直交する X軸 Y軸を同時または逐次に延伸する二軸延伸、 Y軸側を固定し X軸側だけを延伸する単純二軸延伸、面内全方向（全軸）同時延伸、二以上の軸による多軸延伸、 Y軸側を把持せず X軸だけを延伸する一軸延伸を可能とする多軸延伸機構及び多軸延伸試験機に関するものである。

背景技術

[0002] 従来の、ゴムシート、榭脂フィルムや織物等のシート状構造物を相異なる面内二方向に延伸せしめ二軸引張特性を調べるための試験機としての二軸延伸試験機が知られている。この二軸延伸試験機には、シート状構造物を保持するクリップと称する複数の把持具を 4辺に設置し、対角する辺を反対方向に移動させ、シート状構造物を延伸せしめる。一様な延伸を可能にする為に、延伸と同時にクリップ間隔を拡大するパンタグラフ機構を用いたものがあり、例えば、特許文献 1、 2に記載されている。クリップ数を 8個に減らし、各隅にコーナープレートと称する相対する方向に移動するものがあり、特許文献 3に記載されている。

特許文献 1：特公平 4— 4935号公報

特許文献 2：特公開 2004 - 17367号公報

特許文献 3：特公開 2003 - 207430号公報

[0003] 上記の二軸延伸試験機の内、パンタグラフ機構を用いたものは、シート状試料の各辺を多数のクリップで把持し、クリップの間隔を拡大することにより試料を二軸方向に延伸するようにした試験機である。クリップ間隔の拡大手段が、パンタグラフ機構を構成する複数のリンクと 2本のリンクを結合するピンと一端にクリップが備えられた保持台 (複数)とを要素とし、この保持台は摺動溝が設けられていて、この摺動溝においてリンクがピンにより摺動可能に係合され、また 1つおきの保持台は摺動溝以外の部分にある定点においてリンクとピンによって枢着されて節点を形成している。そして、タリップ間隔を拡大しょうとすればリンクはピン結合点を中心に回動するとともに係合点は摺動溝に沿って摺動することによってパンタグラフ機構が作用（リンクの交差角が開角）するものである。一方コーナープレートを用いたものは、 X軸、 Y軸の二本の交差する重なり部分にコーナープレートが配置され、両側から挟持されて互いに離間する方向に動ぐ X軸に延伸するときは X軸に従い、 Y軸が延伸するときは Y軸に従い、両軸が移動する時は両軸と共に動く工夫がされている。パンタグラフ機構もコーナ一プレート機構も複雑且つ重量の重!、機構である。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 本件発明の目的は、上述した従来の二軸延伸試験機及び二軸延伸機の、多数のクリップ (最小 8個）、パンタグラフ及びコーナープレートなどの複雑な機構を単純ィ匕し、小型化及び軽量化を図り、面内多軸延伸により発生する応力の測定と延伸されつつあるシート状構造物の分子の配向や結晶化を、延伸と同時に観測する為の、光や X線等の電磁波を用いた複屈折測定、 X線解析測定等を可能にする、小型面内多軸延伸機構及び小型面内多軸延伸試験機を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0005] 上記の目的を達成するために、多数のクリップを用いて、シート状構造物をシート面に対して平行に延伸するのではなぐ単純且つ少数の把持具と支持台を用いて、一方の面及び他方の面を有するシート状構造物を設置面として選択した前記一方又は他方の面を向けて設置可能な支持台に設置し、前記支持台からはみ出した前記シート状構造物の端を把持具によつて把持させ、当該把持具を設置面から離れる方向に移動させることによって、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で、前記シート状構造物を面内延伸を可能にする機構により、小型化、軽量化を可能にした小型面内多軸延伸機構及び小型面内多軸延伸試験機に関するものである。本明細書にぉ、て「一方の面」と「他方の面」とは、何れか一方を限定する趣旨ではない。すなわち、シート状構造物の一方側の面を「一方の面」としたときに、一方側の面の裏側となる面が「他方の面」となり、逆に上記他方側の面を「一方の面」としたときに、上記一方側の面が「他方の面」となる相対的な概念である。シート状構造物を設置する者が、選択した何れ力「一方の面」又は「他方の面」が設置面となる。「設置面」は、シート状構造物が有する 2面のうち、何れか一方を特定する趣旨ではなぐあくまでも設置する者の選択によって定められる。

[0006] (請求項 1に記載した発明の構成）

請求項 1に記載した発明は、一方の面と他方の面とを有するシート状構造物を、設置面として選択した前記一方又は他方の面を向けて設置可能な支持台に設置し、前記支持台からはみ出した前記シート状構造物の端を把持具によつて把持させ、当該把持具を設置面力離れる方向に移動させることによって、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で前記シート状構造物を面内延伸可能に構成したことを特徴とする。

[0007] ここで支持台とは、設置面を有するシート状構造物を設置する台で、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で前記シート状構造物を面内延伸可能とする台を指す。把持具とはシート状構造物の各辺を把持するものを指す。各辺に、辺の長さとほぼ等しい一つの把持具を用いる。

[0008] (請求項 1に記載した発明の作用効果）

上記の構成を採用する事により、シート状構造物は把持され、支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で前記シート状構造物を面内多軸延伸することが出来る。二軸以上の多軸を用いた多軸延伸、互いに直行する二軸を用いた二軸延伸、二軸の内の片側の軸を固定した単純二軸延伸、二軸の内の片側の軸を把持しない一軸延伸が可能となる。

[0009] (請求項 2に記載した発明の構成）

請求項 2に記載した発明は、一方の面と他方の面とを有するシート状構造物を、設置面として選択した前記一方又は他方の面を向けて設置可能な円形支持台に設置し、前記円形支持台からはみ出した前記シート状構造物の端を円形の把持具によつて把持させ、当該把持具を設置面から離れる方向に移動させることによって、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で前記シート状構造物を面内全方向に同時延伸可能に構成したことを特徴とする。

[0010] ここで円形支持台とは、設置面を有するシート状構造物を設置する台で、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で前記シート状構造物を面内全方向に延伸可能とする台を指す。円形の把持具とはシート状構造物の周辺を把持するものを指す。

[0011] (請求項 2に記載した発明の作用効果）

上記の構成を採用する事により、シート状構造物は把持され、円形支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で前記シート状構造物を面内全方向に同時延伸することが出来る。

[0012] (請求項 3に記載した発明の構成）

請求項 3に記載した発明は、請求項 1及び 2に記載した多軸延伸試験機を用いて、延伸により発生する応力を測定し、かつ光又は X線等の電磁波をシート状構造物の中心部に照射し、通過した光又は散乱した X線等の電磁波を検出器を用いて、複屈折又は X線散乱パターンを測定し、延伸と同時に分子の配向や結晶を解析可能にする装置を備えているところに特徴がある。

[0013] ここで応力の測定とは荷重検出器 (ロードセル等）を指し、光、又は X線とは、それぞれ、分子オーダーの解析用に開発された発生源からシート状構造物に照射される光 (レーザー光を含む)又は X線 (放射光発生施設から供給される X線を含む)等の電磁波を指す。検出器とは光のスぺクトロメーター（分光器)又は X線検出用の CCD カメラ等を指す。小型面内多軸延伸機は発生源と検出器の中間に横向きに設置され、光又は X線がシート状構造物の中心部に照射される。

[0014] (請求項 3に記載した発明の作用効果）

上記の構成を採用する事により、延伸に伴う「応力—延伸」の関係を測定でき、同時に分子の配向、結晶と延伸の関係が測定される機構となる。二つの関係を比較し、応力発生と分子の構造変化 (配向、結晶）の解析が可能となる。

発明の効果 [0015] 本発明によれば、面内多軸延伸試験機は小型、軽量であり、容易に科学的解析装置に設置し、延伸過程での同時測定を可能とする。特に分子オーダーの配向、結晶を面内多軸延伸過程中に測定する事が可能になる。ゴム、ゲル、熱可塑性エラストマ一、榭脂等により構成されるシート、フィルム、不織布、膜等のシート状構造物の研究を促進し、開発の速度が飛躍的に上がる事が期待される。シート状構造物の製造過程及び使用過程において受ける変形は、多軸変形であり、従来の単純な一軸及び 2 軸試験法では推測できない。本多軸試験法は両過程の実際の変形と応力発生、分子の構造変化の推測を可能とする。

発明を実施するための最良の形態

[0016] (全体の構成）

図 1は本小型面内多軸延伸試験機の断面図であり、シート状構造物支持台、把持具、駆動具等の延伸機構、荷重検出器により構成されている。シート状構造物は把持具で把持され、把持具は駆動具に固定され、駆動具は駆動軸に設置され、駆動軸はモーターで回転する。把持具は駆動軸の回転によって移動し、シート状構造物が設置された設置面から離れ、シート状構造物は延伸される。

[0017] 本発明の延伸駆動方式は通常の一軸引張試験機と同様の、ステッピングモーター等を使用することが望ましい。ベベルギアや歯付きベルトを用いて、対向する辺の駆動軸を連結し、同時に同速度で駆動することが出来る。隣り合う二つの軸は各々のモ一ターを用いて独立に駆動され、同時二軸、逐次二軸、片側固定の単純二軸、片側解放の一軸延伸、面内全方向同時延伸、二以上の軸を用いた多軸延伸が可能である。対向する辺を直結しないで、それぞれにモーターを設置して、コントローラーで可動させても良い。

[0018] 本発明の支持台は、台と台を支える柱力も構成されている。シート状構造物と台の縁部との摩擦抵抗力を最小にする為に、縁部にローラーを設置し、シート状構造物はローラーとのみ接触し、シート状構造物の延伸と共にローラーが回転する事が望ましい。ローラーを設置できない場合は、縁部の断面形状が円形であるリングを用い、表面を滑らかに保ち、試験時にはシリコンオイルを塗布する事が望ましい。摩擦抵抗力は延伸に伴、発生する応力に比べて非常に小さ!、事が知られており、繊維の紡糸工程では、ローラーに力かる力を繊維に発生する力として測定し、摩擦抵抗力は無視されている。いずれの台も、台の中心には穴が開いており、光、 X線が通過することが出来る。

[0019] 本発明の把持具はシート状構造物を把持する機構と延伸駆動部に固定する機構を備え、金属又はエンジニアリングプラスチックでつくられる。

[0020] 本発明の小型面内多軸延伸試験機を用いて延伸又は測定するシート状構造物の材料は、特に限定するものではない。ゴム、ゲル、熱可塑性エラストマ一、榭脂、等の高分子材料で構成される不織布、織布、シート、フィルム、膜等のシート状構造物が望ましい。本発明の小型面内多軸延伸試験機を用いて測定するシート状構造物の形状は特に限定するものではないが、厚みは 0. lmn！〜 2mm、方形シート状構造物の一辺の長さは 10mm〜100mm、円形シート状構造物の直径は 10mm〜100mm が望ましい。

[0021] 本発明の小型面内多軸延伸試験機の支持台と把持具の駆動範囲を囲う恒温槽を設置でき、恒温での測定が可能である。温度範囲は、特に限定するものではないが、マイナス 20°C力もプラス 200°Cまでで、プラスマイナス 1°Cで制御される事が望まし Vヽ。恒温槽は光又は X線などの電磁波が入射するための窓とシート状構造物通過後の光、 X線などの電磁波が検出器に向力為の窓を備える。窓には光、 X線の測定に適当なガラス、ポリイミドフィルム等を設置することが望ま、。

[0022] 本発明の小型面内多軸延伸試験機は、倒立して延伸方向を横向きにして稼動する事が可能である。シート状構造物は把持具であら力じめ把持されているので、把持具を駆動具に固定することで、横向きでの延伸が縦向きと同様に可能となる。光又は X線が横向きに照射される場合にも、本小型面内多軸延伸試験機を横向きに設置することで、シート状構造物中央に光又は X線を照射することができる。シート状構造物を本小型面内多軸延伸試験機を用いて延伸させながら同時に、シート状構造物の中心に光または X線を照射し、通過する光又は散乱する X線を検出器 (分光器、 CC D等)で測定し、分子の配向、結晶等の分子オーダーの解析が可能である。

[0023] 本発明の小型面内多軸試験機は、モーター制御、温度制御、応力データの取り込み、複屈折の測定、 X線散乱の測定等を離れた位置から、コンピューターを用いて実施できる。

[0024] (実施例 1)

方形状の支持台を用い、シート状構造物を方形把持具で把持することで、方形状のシート状構造物を面内の直交する X軸 γ軸同時二軸延伸、逐次二軸延伸、片側固定の単純二軸延伸、片側開放の一軸延伸することが可能となる。図 1は本発明に係る方形状のシート状構造物を固定した二軸延伸機構の断面図であり、図 2は方形状のシート状構造物の延伸機構の平面図。図 3は方形状のシート状構造物のための把持具の平面図と断面図、図 4は方形状支持台の平面図と側面図である。

[0025] 上述の構成において、図 1に示すように、方形シート状構造物 1は把持具 2で端を把持され、支持台 3の上に設置される。把持具 2は設置面に対して移動する駆動具 4 a, 4bに固定される。駆動具 4a, 4bはそれぞれ駆動軸 5a, 5bの送りねじによって移動する。駆動軸 5aはモーター 6aに直結している。対向する駆動軸 5a, 5bは歯付きベルト 7aで互いに連結され、同速度で動く。方形シート状構造物 1は支持台 3の縁部を支点として設置面に対して設置面側に曲げられ、把持具 2が固定された駆動具 4a , 4bの移動により、方形シート状構造物 1を延伸させることが出来る。シャフト 8aは駆動軸 5aとモーター 6aを固定し、駆動具 4aを滑らかに移動させる。荷重検出器 9aは片側の駆動具 4bに固定される。なお、支持台 3の台の部分は方形シート状構造物 1 を設置可能であれば、板状でも枠状のものでも構わない。分子構造変化 (配向、結晶化等)を測定する為の装置 13, 14, 15を設置することが出来る。

[0026] 上述の構成において、図 2の平面図に示すように、対向位置にある把持具 2は駆動具 4a, 4bに固定され駆動軸 5a, 5bにより移動する、対向位置にある駆動軸 5aと駆動軸 5bは互いに歯付きベルト 7aで連結され、モーター 6aにより同速度で動く。前記対向位置に有る把持具と直交した位置にある把持具 2は駆動具 4c, 4d〖こ固定され、駆動軸 5c, 5dにより移動する。駆動軸 5cと駆動軸 5dは歯付きベルト 7bで連結され、モーター 6bにより稼動する。モーター 6a, 6bは、互いに独立にコントロールされる。図 2に示すように駆動具 4b, 4dに荷重検出器 9a, 9bを取り付けることで応力一歪みの関係を X軸、 Y軸で各々測定する事が出来る。

[0027] 上述の構成において、図 3に示すように、方形シート状構造物 1は支持台 3の方形の辺の長さより、把持具 2の掴み幅の部分よりも長く切断されて、あらかじめ把持具 2 で四辺を把持される。把持具 2は各辺に 1個で支持台 3の辺の長さに等しぐ把持具 2には駆動具 4a, 4b, 4c, 4dに固定するための機構がついている。

[0028] 上述の構成において、図 1及び 4に示すように支持台 3は四辺の縁部にローラー 3a , · ·を設置し四辺の隅に柱 3b, · ·を設置し、延伸と共に発生する荷重に耐えられる構造物である。光、 X線を方形シート状構造物 1の中央部に当てるための穴 3hが中央に開いている。ローラーを設置しない場合は支持台 3の四辺は断面が円形で、滑らかな表面を持った縁部で構成される。必要に応じてシリコンオイルなどの潤滑剤を表面に塗布する事が望まヽ。

[0029] (実施例 2)

円形の支持台を用い、シート状構造物を円形の把持具により把持することで、円形シート状構造物を面内全方向同時延伸することが可能となる。円形シート状構造物に対する小型面内多軸延伸試験機の断面図は、図 1に示した方形シート状構造物の小型面内多軸試験機の支持台、把持具を円形用のものに交換したものである。円形シート状構造物は円形支持台に設置され、前記円形支持台の縁部を支点として設置面に対して設置面側に曲げられ、円形把持具が固定された駆動具の移動により設置面より離れ、円形シート状構造物を面内全方向に同時延伸させることが出来る。図 5は円形シート状構造物 10と円形把持具 11との関係を示す平面図と側面図であり、図 6は円形支持台 12の平面図と側面図である。

[0030] 上述の構成において、図 5に示すように、円形シート状構造物 10はあら力じめ円形把持具 11で辺を把持され、図 6に示す円形支持台 12の上に設置される。円形把持具 11はシート設置面に対して移動する駆動具 4a, 4b〖こ固定される。円形シート状構造物の場合は片方の組の駆動軸 5a及び直結したモーター 6aのみを使用する。駆動具 4a, 4bは駆動軸 5a, 5bにより移動し、円形シート状構造物 10のシート面の全方向に対して同時同速度で延伸することが出来る。図 1に示すように駆動具 4bに荷重検出器 9aを取り付けることで応力歪みの関係を測定する事が出来る。

[0031] 上述の構成において、図 5に示すように、円形シート状構造物 10はあら力じめ、円形把持具 11で辺を把持されている。円形把持具 11は円形のリング受けとリング力なり、リングの径の大きさを調整する事で円形シート状構造物 10の端を把持する。内側のリング受けに駆動具 4a, 4bに固定する機構が設けられている。

[0032] 上述の構成において、図 6に示すように、円形支持台 12は断面形状が円形のリングを台 12aとし、台 12aを支える柱 12bを設置し、延伸と共に発生する荷重に耐える構造物である。リングは滑らかな表面を持ち、必要に応じてシリコンオイルを塗布しシート状構造物との摩擦力を軽減する。

[0033] (実施例 3)

上述の構成において、図 7に示すように、シート状構造物を本小型面内多軸延伸試験機を用いて延伸させながら同時に、放射光施設から発生する X線を照射し散乱 X線力結晶と分子の配向を解析することができる。本小型面内多軸延伸試験機を横向きに設置し、放射光の X線源 13から照射された X線は導 X線チューブ 14を通過して、シート状構造物の中心を照射し、散乱する X線を 2次元検出器 (CCDカメラ） 1 5で測定し、分子の配向、結晶等の分子オーダーの解析が可能である。導 X線チューブ 14は X線を通過させる際に生じる空気散乱を減らす為に、先端をシート状構造物に近接して設置する。導 X線チューブ 14の内部にはヘリウム又は窒素を流したり、真空に引くことで空気散乱を減らすことが出来る。

産業上の利用可能性

[0034] 本発明の小型面内多軸延伸試験機は、ゴム、ゲル、榭脂、等高分子材料から構成される、シート、フィルム、不織布、織布、膜等のシート状構造物の研究開発用である 1S 少量サンプルのノツチ生産の用途にも適用できる。超小型高分子製品（マイクロデバイス等)の面内多軸延伸機として、超薄膜製造用に使用できる。

図面の簡単な説明

[0035] [図 1]本発明の小型面内多軸延伸試験機に方形シート状構造物を固定した断面図である。

[図 2]本発明の小型面内多軸延伸試験機で方形シート状構造物を延伸する装置の平面図である。

[図 3]本発明の方形シート状構造物 1を把持具 2で把持する (a)平面図と (b)断面図である。圆 4]本発明の方形シート状構造物 1の支持台 3の（a)平面図と (b)側面図である。圆 5]本発明の円形シート状構造物 10と円形把持具 11の (a)平面図と (b)側面図である。

圆 6]本発明の円形支持台 12の (a)平面図と (b)側面図である。

圆 7]本発明の小型面内多軸延伸試験機を放射光 X線装置に設置した断面図である符号の説明

1 方形シート状構造物

2 把持具

3 支持台

3a ローラー

3b 柱

3h 穴

4a, 4b, 4c, 4d 駆動具

5a, 5b, 5c, 5d 駆動軸

6 円形支持台

6a, 6b モーター

7a, 7b ベノレト

8a シャフト

9a, 9b 荷重検出器

10 円形シート状構造物

11 円形把持具

12 円形支持台

12a 台

12b 柱

13 X線源

14 導 X線チューブ

15 2次元検出器 (CCDカメラ)

Claims

請求の範囲

[1] 一方の面と他方の面とを有するシート状構造物を面内延伸させる多軸延伸試験機構であって、

前記シート状構造物を、設置面として選択した前記一方又は他方の面を向けて設置可能な支持台に設置し、前記支持台からはみ出した前記シート状構造物の端を把持具によつて把持させ、当該把持具を設置面から離れる方向に移動させることによつて、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして前記設置面側に屈曲させた状態で、前記シート状構造物を面内延伸可能に構成したことを特徴とする多軸延伸試験機。

[2] 一方の面と他方の面とを有するシート状構造物を面内全方向に同時に延伸させる多軸延伸試験機構であって、

前記シート状構造物を、設置面として選択した前記一方又は他方の面を向けて設置可能な円形支持台に設置し、前記支持台からはみ出した前記シート状構造物の端を円形の把持具によつて把持させ、当該把持具を設置面から離れる方向に移動させることによって、前記シート状構造物を前記支持台の縁部を支点にして、前記設置面側に屈曲させた状態で、前記シート状構造物を面内全方向に同時延伸可能に構成したことを特徴とする多軸延伸試験機。

[3] 請求項 1及び 2に記載の多軸延伸試験機に荷重検出器を設置し、延伸により発生する応力を測定でき、シート状構造物の中心部に、光、又は X線等の電磁波を照射し、延伸による分子の配向、結晶化等を解析できることを特徴とするシートの面内多軸延伸試験法。