JP6001582B2 - Elastic force measurement method - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂などの材料の弾力性を測定する弾性力測定方法に関する。 The present invention relates to an elastic force measurement method for measuring elasticity of a material such as a resin.
材料の特性を把握するために、例えば、一軸引っ張り試験や一軸付着力試験が行われる（特許文献１，非特許文献１参照）。これらの試験では、破断強さや付着強さを測定する。これらの一軸引っ張り試験および一軸付着力試験は、材料の特性を数値化して表現することができるので、上述したような材料の特性を把握する上で有効な方法である。 In order to grasp the characteristics of the material, for example, a uniaxial tensile test or a uniaxial adhesion test is performed (see Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). In these tests, the breaking strength and adhesion strength are measured. These uniaxial tensile test and uniaxial adhesion force test are effective methods for grasping the material characteristics as described above, because the characteristics of the material can be expressed numerically.
しかしながら、材料の中には、引っ張り特性において、引っ張り力に比例した成分のみならず、引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料が存在する。これらの材料を引っ張り力のみを規定して試験すると、引っ張り速度の影響で正確な測定ができない。この問題を解決するためには、引っ張り力を加える際に、その変化速度（引っ張り速度）が０となるようにすればよい。 However, among materials, there are materials having characteristics that have not only a component proportional to the tensile force but also a component proportional to the tensile speed in the tensile characteristics. When these materials are tested by specifying only the tensile force, accurate measurement cannot be performed due to the influence of the pulling speed. In order to solve this problem, when the pulling force is applied, the changing speed (pulling speed) may be set to zero.
より詳細に説明する。上述したような材料は、通常であればフックの法則に従って弾性成分「Ｆ1＝ｋ1ｘ（ｘ：変位）・・・（１）」となるべきところに、直列または並列等で「Ｆ2＝ｋ2ｄｘ／ｄｔ・・・（２）」で示されるような貯蔵弾性成分が加わっている。このため、ｄｘ／ｄｔ＝０であれば、上述した問題が解消できる。従って、従来では、変化速度が０とみなせるような低い速度で測定を行うことが実施されてきた。 This will be described in more detail. A material such as that described above is normally “F 2 ” in series or in parallel where it should be an elastic component “F 1 = k 1 x (x: displacement) (1)” according to Hooke's law. = K 2 dx / dt (2) ”, a storage elastic component is added. For this reason, if dx / dt = 0, the above-described problem can be solved. Therefore, conventionally, measurement has been performed at a low speed such that the change speed can be regarded as zero.
上述した低い速度による測定は、一定の成果をあげているが、なお、変化速度が０とみなせるような低い速度が、経験により決定されているため、正確性に欠けるという問題があった。また、変化速度を低くするために、長い測定時間を要するという問題があった。 Although the above-described measurement at a low speed has achieved a certain result, there has been a problem that the low speed at which the change speed can be regarded as 0 has been determined by experience, so that the accuracy is lacking. Further, there is a problem that a long measurement time is required to reduce the change rate.
非特許文献１には、剥がれあるいは破壊が９０秒以内で発生するように１ＭＰａ／秒を超えない実質的に一様な速度で張力を加えるという制限について記載されている。非特許文献１には、「急激に張力を変化させたり、試験機が振動・ぶれたりすると、本来の張力値に達する前にはく離などが起きてしまいます」とも記載され、従来では、張力の測定が容易には実施できないという問題があった。 Non-Patent Document 1 describes a limitation that tension is applied at a substantially uniform speed not exceeding 1 MPa / second so that peeling or fracture occurs within 90 seconds. Non-Patent Document 1 also states that “if the tension is suddenly changed, or if the testing machine vibrates or shakes, peeling will occur before reaching the original tension value”. There was a problem that the measurement could not be performed easily.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、引っ張り力に比例した成分に加えて引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料であっても、材料の弾力性が容易に測定できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and even if the material has a characteristic having a component proportional to the tensile speed in addition to the component proportional to the tensile force, the elasticity of the material It is intended to make it easy to measure the properties.
本発明に係る弾性力測定方法は、測定対象の材料からなる複数の試験片に対して各々異なる引っ張り速度で試験を実施し、各々の引っ張り速度における同一の長さに伸びたときの引っ張り力を測定して複数の測定値を得る測定ステップと、引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップとを備える。 In the elastic force measuring method according to the present invention, a plurality of test pieces made of a material to be measured are tested at different tensile speeds, and the tensile force when they are stretched to the same length at each tensile speed is measured. Extrapolate a measurement step to obtain a plurality of measurement values by measurement and a plot of a plurality of measurement values corresponding to the tensile force measured against the pulling speed, and set the pulling speed obtained by this extrapolation to 0 An elastic component determining step in which the tensile force at the time is taken as the elastic component of the tensile force of the material.
また、本発明に係る弾性力測定方法は、測定対象の材料からなる複数の試験片に対して各々異なる引っ張り速度で試験を実施し、各々の引っ張り速度における破断したときの引っ張り力を測定して複数の測定値を得る測定ステップと、引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップとを備える。 Further, the elastic force measuring method according to the present invention performs a test on each of a plurality of test pieces made of a material to be measured at different pulling speeds, and measures the pulling force when fractured at each pulling speed. When extrapolating the measurement step to obtain a plurality of measured values and plotting a plurality of measured value plots corresponding to the tensile force measured against the pulling speed, and setting the pulling speed obtained by this extrapolation to zero An elastic component determining step using the tensile force of the material as an elastic component of the tensile force of the material.
上記弾性力測定方法において、試験は、１軸引っ張り試験または１軸付着試験である。 In the elastic force measuring method, the test is a uniaxial tensile test or a uniaxial adhesion test.
以上説明したことにより、本発明によれば、引っ張り力に比例した成分に加えて引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料であっても、材料の弾力性が容易に測定できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the elasticity of a material can be easily measured even for a material having a characteristic having a component proportional to a tensile speed in addition to a component proportional to a tensile force. An excellent effect is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における弾性力測定方法を説明するためのフローチャートである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart for explaining an elastic force measurement method according to an embodiment of the present invention.
まず、ステップＳ１０１で、測定対象の材料からなる複数の試験片を用意する。次に、ステップＳ１０２で、所定の引っ張り速度で試験を実施して同一の長さに伸びたときの（変位量を同一としたときの）測定値（引っ張り力）を得る。例えば、１軸引っ張り試験を実施する。なお、１軸付着試験であってもよい。次に、ステップＳ１０３で、試験を実施した試験数が設定された試験数に達していることを確認する。この確認で、実施した試験数が、設定した試験数に達していない場合（ステップＳ１０３のＮ）、ステップＳ１０４で、試験対象の試験片を交換し、ステップＳ１０５で、試験条件を異なる引っ張り速度に変更し、ステップＳ１０２に戻り、新たな試験片で異なる引っ張り速度で試験を実施して測定値を得る。 First, in step S101, a plurality of test pieces made of a material to be measured are prepared. Next, in step S102, a test is performed at a predetermined pulling speed to obtain a measured value (pulling force) when stretched to the same length (with the same amount of displacement). For example, a uniaxial tensile test is performed. A uniaxial adhesion test may be used. Next, in step S103, it is confirmed that the number of tests that have been performed has reached the set number of tests. In this confirmation, if the number of tests performed does not reach the set number of tests (N in step S103), the test specimen to be tested is replaced in step S104, and the test conditions are changed to different pulling speeds in step S105. Then, the process returns to step S102, and a test is performed with a new test piece at a different pulling speed to obtain a measurement value.
上述した複数の試験片に対する各々異なる引っ張り速度の試験を、設定してある試験数（試験片の数）実施して複数の測定値を得た後（ステップＳ１０３のＹ）、ステップＳ１０６で、引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の測定値のプロットによるグラフを作成し、このグラフを外挿する。次に、ステップＳ１０７で、作成した外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、測定対象の材料の引っ張り力の弾性成分とする。 After performing a plurality of test values (the number of test pieces) for each of the plurality of test pieces described above to obtain a plurality of measurement values (Y in step S103), the test is performed in step S106. A graph is created by plotting a plurality of measured values corresponding to the tensile force measured against the speed, and the graph is extrapolated. Next, in step S107, the tensile force obtained when the tensile speed obtained by extrapolation is 0 is set as the elastic component of the tensile force of the material to be measured.
前述したように、材料には、弾性成分「Ｆ1＝ｋ1ｘ（ｘ：変位）・・・（１）」と、貯蔵弾性成分「Ｆ2＝ｋ2ｄｘ／ｄｔ・・・（２）」とが存在する。上述した複数の試験片に対し、各々異なる引っ張り速度で実施する試験は、式（２）におけるｄｘ／ｄｔを変化させた場合の見かけの引っ張り力を測定することになる。また、上述したグラフの外挿により得られる値は、各々異なる引っ張り力をｄｘ／ｄｔの関数とし、ｄｘ／ｄｔ＝０となる極限における値となる。なお、同一の長さではなく破断したときの引っ張り力を測定してもよい。これにより、引っ張り速度を０としたときの破断力が求められる。 As described above, the material includes an elastic component “F 1 = k 1 x (x: displacement) (1)” and a storage elastic component “F 2 = k 2 dx / dt (2)”. There exists. In the test performed on each of the plurality of test pieces described above at different pulling speeds, the apparent pulling force when dx / dt in Equation (2) is changed is measured. The value obtained by extrapolation of the graph described above is a value at the limit where dx / dt = 0, with different tensile forces as a function of dx / dt. In addition, you may measure the tension | pulling force when it fractures | ruptures instead of the same length. Thereby, the breaking force when the pulling speed is 0 is obtained.
［実施例］
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。例えば、図２に示す試験装置（引っ張り試験機）を用いて試験を実施する。この試験装置は、ステージ２０１と、ステージ２０１の上を移動可能とされた複数の試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを備える。ここでは、３つの試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを備える例を示している。また、試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃは、測定対象の試験片２０３を把持する２カ所の把持部２０４を備えている。
[Example]
Hereinafter, it demonstrates in detail using an Example. For example, the test is performed using the test apparatus (tensile tester) shown in FIG. This test apparatus includes a
例えば、試料台２０２ａの把持部２０４を試験装置の駆動機構（不図示）に接続し、試料台２０２ａに設置されている試験片２０３に対して第１の引っ張り速度で引っ張り試験を行う。次に、試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを移動させ、試料台２０２ｂの把持部２０４を試験装置の駆動機構（不図示）に接続し、試料台２０２ｂに設置されている試験片２０３に対して第２の引っ張り速度で引っ張り試験を行う。次に、試料台２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃを移動させ、試料台２０２ｃの把持部２０４を試験装置の駆動機構（不図示）に接続し、試料台２０２ｃに設置されている試験片２０３に対して第３の引っ張り速度で引っ張り試験を行う。
For example, the
以上のことにより、３つの試験片２０３に対し、各々異なる引っ張り速度で試験が実施できる。各々について、例えば、試料片２０３の変位量として１ｍｍ伸びた時点の引っ張り力を測定すればよい。なお、引っ張り速度は、試験装置に設定しておけばよい。例えば、１０μｍ／秒，１μｍ／秒，０．１μｍ／秒の、３つの引っ張り速度を設定すればよい。なお、引っ張り速度は、２種類以上であればよく、試験片は２つ以上あればよい。また、変位量は、１ｍｍに限らず、０．５ｍｍでもよく、予め決定しておけばよい。
As described above, the test can be performed on the three
上述したように３つの引っ張り速度で実施した３つの引っ張り試験の測定結果より、３の引っ張り速度ｄｘ／ｄｔと、これらに応じて測定された引っ張り力（みかけの引っ張り力）Ｆの相関をとる（グラフを作成する）。これらの相関のとり方は、任意の近似法を用いてよいが、一例として最小自乗法を用いることが考えられる。このようにして得られた相関（グラフ）から、外挿することで、ｄｘ／ｄｔ＝０となるときのＦの値を求める。このようにして求めたＦは、貯蔵弾性成分が含まれていない弾性成分のみとなる。 As described above, from the measurement results of the three tensile tests carried out at the three tensile speeds, a correlation between the tensile speed dx / dt of 3 and the tensile force (apparent tensile force) F measured in accordance with these (taken apparent force) is obtained ( Create a graph). Any appropriate approximation method may be used to obtain these correlations, but the least square method may be used as an example. From the correlation (graph) obtained in this way, the value of F when dx / dt = 0 is obtained by extrapolation. F thus obtained is only an elastic component that does not contain a storage elastic component.
以上に説明したように、本発明によれば、経験や長い時間を要することなく引っ張り力の弾性成分が求められ、引っ張り力に比例した成分に加えて引っ張り速度に比例した成分を有する特性を持つ材料であっても、材料の弾力性が容易に測定できるようになる。 As described above, according to the present invention, the elastic component of the tensile force is obtained without requiring experience or a long time, and in addition to the component proportional to the tensile force, the elastic component has a component proportional to the tensile speed. Even for a material, the elasticity of the material can be easily measured.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述した試験装置の試験動作は、上述した各設定がプログラムされたコンピュータにより制御することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, the test operation of the above-described test apparatus can be controlled by a computer in which each setting described above is programmed.
２０１…ステージ、２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ…試料台、２０３…試験片、２０４…把持部。 201 ... stage, 202a, 202b, 202c ... sample stage, 203 ... test piece, 204 ... gripping part.
Claims (3)
引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の前記測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、前記材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップと
を備えることを特徴とする弾性力測定方法。 Measurement to obtain multiple measurement values by testing multiple specimens made of the material to be measured at different tensile speeds and measuring the tensile force when they are stretched to the same length at each tensile speed. Steps,
Extrapolating a graph with a plurality of plots of the measured values corresponding to the tensile force measured with respect to the pulling speed, and the pulling force when the pulling speed obtained by this extrapolation is zero is the pulling force of the material An elastic force measuring method comprising: an elastic component determining step as an elastic component of force.
引っ張り速度に対して測定された引っ張り力が対応している複数の前記測定値のプロットによるグラフを外挿し、この外挿により得られる引っ張り速度を０としたときの引っ張り力を、前記材料の引っ張り力の弾性成分とする弾性成分決定ステップと
を備えることを特徴とする弾性力測定方法。 A measurement step in which a plurality of test pieces made of a material to be measured are subjected to a test at different pulling speeds, and a tensile force at the time of breaking at each pulling speed is measured to obtain a plurality of measurement values;
Extrapolating a graph with a plurality of plots of the measured values corresponding to the tensile force measured with respect to the pulling speed, and the pulling force when the pulling speed obtained by this extrapolation is zero is the pulling force of the material An elastic force measuring method comprising: an elastic component determining step as an elastic component of force.
前記試験は、１軸引っ張り試験または１軸付着試験であることを特徴とする弾性力測定方法。 The elastic force measuring method according to claim 1 or 2,
The elastic force measuring method, wherein the test is a uniaxial tensile test or a uniaxial adhesion test.
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