(57)【要約】【課題】熱衝撃試験において、破壊始点の発生位置を予め定めることができれば、熱衝撃試験の実験精度を上げることができ、熱衝撃試験の有用性は益々増加している。従来の方法では破壊始点の発生位置を予め定めることができなかったし、破壊始点の発生位置を予め定めることができる測定装置もなかった。  【解決手段】直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験方法において、発熱体の幅Ｗ１と発熱体を密着するための負荷応力を変えることにより、直方体試料の破壊始点の発生位置を調整する熱衝撃試験方法及びその熱衝撃試験装置。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験方法において、発熱体の幅Ｗ１と発熱体を密着するための負荷応力を変えることにより、直方体試料の破壊始点の発生位置を調整することを特徴とする熱衝撃試験方法。
【請求項２】
発熱体の幅Ｗ１が直方体試料の幅Ｗ２の０．２〜３倍である発熱体を用いて加熱することを特徴とする請求項１に記載の熱衝撃試験方法。
【請求項３】
直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体接触面側とする場合は平板状発熱体を密着するための負荷応力を１〜１０ＭＰａ、発熱体非接触面側とする場合は１５〜５０ＭＰａ、さらに発熱体接触面と発熱体非接触面との中間とする場合は１０〜１５ＭＰａの負荷応力とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱衝撃試験方法。
【請求項４】
発熱体の発熱量を０．０７〜７．２ｋＷ・ｈとすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱衝撃試験方法。
【請求項５】
直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体非接触面側とする場合は、密着する直前に０．０７〜３．６ｋＷ・ｈの発熱量で１〜５ｓ予備加熱した後に、直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱衝撃試験方法。
【請求項６】
直方体試料はガラス又はガラス状物質であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の熱衝撃試験方法。
【請求項７】
直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、該直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験装置において、破壊始点の発生位置を調整するための負荷応力調整設備を有する熱衝撃試験装置。
【請求項８】
発熱体の幅Ｗ１が直方体試料の幅Ｗ２の０．２〜３倍である発熱体を用いる設備を有する請求項７に記載の熱衝撃試験装置。
【請求項９】
ガラス又はガラス状物質の熱衝撃強度を求めるための請求項７又は請求項８に記載の熱衝撃試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス、セラミックス及び高分子体材料等の熱衝撃試験方法及び熱衝撃試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料内に温度分布が生じて熱応力が発生し、破壊する現象を一般的に熱割れと称している。この熱割れは、多くの産業分野において、材料を安全に使用する一手法として検討されている。熱割れの検討事項の一つとして、熱応力を瞬時に負荷して行う熱衝撃試験がある。熱衝撃試験は、その急激な負荷条件を検討する手法として、あるいは熱割れ特性を短時間で検討する手法として広く用いられている。
【０００３】
熱衝撃試験は、所定の温度Ｔ１まで加熱した試料を温度Ｔ２の水中に落下させた試料での破壊又はクラックの有無を確認する、いわゆる水中投下法が従来数多く行われてきた。水中投下法は、破壊又はクラック生成の頻度を考慮しながら試料温度Ｔ１と水の温度Ｔ２との温度差から熱衝撃強度を推定する。しかし、水中投下法においては、試料の表面温度により、試料から水への伝熱様式が大きく変化、例えば膜沸騰伝熱から核沸騰伝熱へ変化する。すなわち、試料表面の温度ととも、その熱伝達係数は急激にかつ非線形的に変化するので、試料内の温度分布を推定するのは非常に難しく、正確な熱衝撃強度を求めることは大変困難であった。このため、水中投下法で行った個々の熱衝撃試験結果についての信頼性はあまり高いとは言えず、信頼できる程度まで試料数を増やし、統計的に処理することで対応してきた。
【０００４】
水中投下法による熱衝撃試験の代用としては、例えばセラミックス材料に対して、幾つかの方法が提案されている。例えば、高温の熱風と低温の冷風を利用して、定常温度差等を伴う熱衝撃を周期的に受ける場合の熱衝撃試験方法及び衝撃試験装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、基板に実装された電子デバイスの基板との接合部を加熱と冷却制御を同時に行う熱衝撃試験方法及び衝撃試験装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらには、直方体形状のセラミックス材料の片面を急激に加熱して直方体試料内に熱応力を発生させ、該熱応力を反力として測定する熱衝撃試験方法が開発されている（例えば、特許文献３参照）。これらは、その測定対象がセラミックスのような光透過率が低い材料か、低い温度域での熱衝撃に限られていた。その試験方法がその材料内の伝導伝熱を利用しているためである。
【０００５】
これに対し、本発明者らは光透過率が高いガラスにおいても熱衝撃強度を測定できることを見いだし、ガラスの反力測定による熱衝撃試験方法に関する発明特許出願している（例えば、特許文献４及び５参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３４７３９０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７４５７７号公報
【特許文献３】特開平１１−２１８４８０号公報
【特許文献４】特開２００１−１０８５９１号公報
【特許文献５】特開２００２−２２６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱衝撃試験において、破壊始点の発生位置を予め定めることができれば、熱衝撃試験の実験精度を上げることができ、熱衝撃試験の有用性は益々増加する。しかし、従来の方法では破壊始点の発生位置を予め定めることができなかった。また、破壊始点の発生位置を予め定めることができる測定装置もなかった。熱衝撃試験法に関する従来の知見の中でも、例えば特許文献１乃至５をみても、破壊始点の発生位置を予め定める技術は開示されていないし、その概念すら考慮されているとは言いがたい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１は、特許文献４、５に一部開示した試験装置要部の概略図で、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。直方体試料２は３点支持の下側部材４、５の上部に載せられている。直方体試料２の上方には発熱体１があり、発熱体１は３点支持の上側部材６により試料１に押し付けられる。この押し付け条件、すなわち発熱体１及び直方体試料２に対する負荷値は、ロードセル３によって制御され、かつ測定される。なお、反力の大きさについても、ロードセル３で発熱体１及び直方体試料２に対する負荷値と同様に測定できるようになっているタイプもあり、この場合、図１のように３点支持の上側部材６はロードセル３に連結されている。
【０００９】
発熱体１を直方体試料２に密着させた状態で、直方体試料２と発熱体１を支持具４、５、６を用い、いわゆる３点支持を行う。発熱体１を通電して、直方体試料２の発熱体接触面（発熱体に接している面、図１での上面）を急激に加熱することにより、直方体試料２の発熱体非接触面（発熱体に接していない側の面、図１での下面）に反力が発生する。この反力をロードセル３で測定する。主に直方体試料２が破壊したときの反力を測定して、直方体試料の熱衝撃強度を求めるが、時間及び温度も同時に測定し、場合によりそれらも用いた補正を行う。
【００１０】
反力測定を利用することにより、個々の試料に対しても、信頼性の高い熱衝撃強度の値を得ることができるようになった。しかし、熱衝撃試験を行う場合において、その破壊始点の発生位置が異なれば、反力の値から計算される熱衝撃強度も異なった値となる場合もある。従って、破壊始点の発生位置により得られる情報は変化し、その解析手法も違いが生じてくる。このため、破壊始点の発生位置を予め制御することができれば、測定試料を個別に確認することなく、より信頼性の高いデータを得ることができる。また、他の手法を併用することにより、熱衝撃強度の値をより高精度に求めることも可能となる。
【００１１】
しかし、熱衝撃試験において、その破壊始点の発生位置を制御することは極めて難しく、破壊始点を予め定めることができる熱衝撃試験方法は提示されていないし、当然ながらそのための実験装置も開示されていない。
【００１２】
本発明は、上記の試験装置を用いて、直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験方法において、発熱体の幅Ｗ１と平板状発熱体を密着するための負荷応力を変えることにより、直方体試料の破壊始点の発生位置を調整する熱衝撃試験方法である。
【００１３】
また、発熱体の幅Ｗ１が直方体試料の幅Ｗ２の０．２〜３倍である発熱体を用いて加熱する上記の熱衝撃試験方法である。
【００１４】
また、直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体接触面側とする場合は平板状発熱体を密着するための負荷応力を１〜１０ＭＰａ、発熱体非接触面側とする場合は１５〜５０ＭＰａ、さらに発熱体接触面と発熱体非接触面との中間とする場合は１０〜１５ＭＰａの負荷応力とする上記の熱衝撃試験方法である。
【００１５】
また、発熱体の発熱量を０．０７〜７．２ｋＷ・ｈとする上記の熱衝撃試験方法である。
【００１６】
また、直方体試料に発熱体を密着する直前に０．０７〜３．６ｋＷ・ｈの発熱量で１〜５ｓ予備加熱した後に、直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱する上記の熱衝撃試験方法である。
【００１７】
また、直方体試料はガラス又はガラス状物質である上記の熱衝撃試験方法である。
【００１８】
さらに、直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、該直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験装置において、破壊始点の発生位置を調整するための発熱量調整設備と異なる幅の発熱体を保持できる設備を有する熱衝撃試験装置である。
【００１９】
さらにまた、発熱体の幅Ｗ１が直方体試料の幅Ｗ２の０．２〜３倍である発熱体を用いる設備を有する上記の熱衝撃試験装置である。
【００２０】
さらにまた、ガラス又はガラス状物質の熱衝撃強度を求めるための上記の熱衝撃試験装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の熱衝撃試験方法によれば、熱衝撃試験において、破壊始点の発生位置を予め定めることができる。また、本発明の熱衝撃試験装置を用いることにより、破壊始点の発生位置を予め定めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験方法において、発熱体の幅Ｗ１と平板状発熱体を密着するための負荷応力を変えることにより、直方体試料の破壊始点の発生位置を調整する熱衝撃試験方法である。従来の方法では、反力測定による熱衝撃を行う場合には、破壊始点は直方体試料の発熱体非接触面のみとされていた。反力としての引張応力が発生するのは、直方体試料の発熱体非接触面側であるからである。しかし、平板状発熱体を密着するための負荷応力、発熱体の幅Ｗ１及び発熱量等を適切に変化させることにより、直方体試料の破壊始点の発生位置を任意にとることも可能となる。直方体試料の破壊始点の発生位置を任意にとることができれば、従来とほぼ同様の手法による熱衝撃強度の他、種々の加熱条件下における熱衝撃強度も同一の装置で容易に行うことができる。
【００２３】
発熱体の幅Ｗ１が直方体試料の幅Ｗ２の０．２〜３倍である発熱体を用いて加熱する熱衝撃試験方法であることが望ましい。一般的に、用いる発熱体の幅Ｗ１が０．２倍よりも小さいと直方体試料の破壊始点を任意にとることができない。この場合、直方体試料の破壊始点の発生位置が発熱体接触面側となることが極めて多くなると同時にその発生位置は極めて不安定となり、その発生位置を予め決めることが難しくなる。一方、用いる発熱体の幅Ｗ１が３倍を越えた場合も直方体試料の破壊始点を任意にとることができない。この場合、直方体試料の破壊始点の発生位置が発熱体非接触面側となることが極めて多くなると同時にその発生位置は極めて不安定となり、その発生位置を予め決めることが難しくなるからである。発熱体の幅Ｗ１としては、より好ましくは直方体試料の幅Ｗ２の０．３〜１．３倍、さらに好ましくは直方体試料の幅Ｗ２の０．４〜０．９倍である。
【００２４】
なお、発熱体の長さＬ１については、直方体試料の長さＬ２よりも長い方が望ましい。発熱体の長さＬ１が直方体試料の長さＬ２よりも短いと、発熱体と直方体試料中央部での接触及び発熱体端部と直方体試料との接触のバランスが難しく、必要以上に後者の接触が強くなりすぎることが多いためである。発熱体の長さＬ１については、直方体試料の長さＬ２よりも５〜３０ｍｍ長い方がより適当である。この範囲にあると、発熱体と直方体試料中央部での接触をやや強くしても、発熱体端部での接触が結果として強くなりすぎないためである。
【００２５】
本発明の直方体試料寸法については、上述の関係が重要であり、基本的にはその寸法には拘らない。しかし、直方体試料に負荷する熱量や温度バランス等を考えると、直方体試料の長さＬ２は１５〜３００ｍｍ程度、直方体試料の幅Ｗ２は５〜１００ｍｍ程度、さらには直方体試料の厚さｄ２は１〜２０ｍｍ程度が好ましい。
【００２６】
平板状発熱体を密着するための負荷応力を１〜５０ＭＰａとすることが望ましい。平板状発熱体を密着するための負荷応力を１ＭＰａよりも小さくすると、密着性が悪くなり、得られる熱衝撃強度の信頼性が低下する。一方、平板状発熱体を密着するための負荷応力を５０ＭＰａよりも大きくすると、機械的な負荷がかかりすぎるため、得られる熱衝撃強度の信頼性が低下する。より好ましくは５〜２５ＭＰａである。
【００２７】
直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体接触面側とする場合は平板状発熱体を密着するための負荷応力を１〜１０ＭＰａ、発熱体非接触面側とする場合は１５〜５０ＭＰａ、さらに発熱体接触面と発熱体非接触面との中間とする場合は１０〜１５ＭＰａの負荷応力とすることが望ましい。直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体接触面側とする場合は１〜１０ＭＰａの負荷応力とすることが望ましいとしたのは、１ＭＰａよりも小さな負荷圧だと密着性が悪くなり、得られる熱衝撃強度の信頼性が低下するためである。５ＭＰａ以上がより好ましい。１０ＭＰａよりも大きな負荷圧力だと直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体接触面側とすることができなくなるからである。なお、この場合、該発熱体の幅Ｗ１を０．２〜０．６倍の幅とするとより効果的である。
【００２８】
また、直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体非接触面側とする場合は１５〜５０ＭＰａの負荷応力とすることが望ましいとしたのは、この範囲以外とすると、直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体非接触面側とすることができなくなるからである。また、平板状発熱体を密着するための負荷応力を５０ＭＰａよりも大きくすると、機械的な負荷がかかりすぎるため、得られる熱衝撃強度の信頼性が低下する。より好ましくは１５〜２５ＭＰａである。なお、この場合、該発熱体の幅Ｗ１を直方体試料の０．５〜３倍とすると、より効果的である。
【００２９】
さらに、直方体試料の破壊始点の発生位置を発熱体接触面と発熱体非接触面との中間とする場合に１０〜１５ＭＰａのの負荷応力とすることが望ましいとしたのは、１０ＭＰａよりも小さな負荷応力だと直方体試料の破壊始点の発生位置が発熱体非接触面側となるためであり、１５ＭＰａよりも大きな負荷応力だと直方体試料の破壊始点の発生位置が発熱体接触面側となり、発熱体接触面と発熱体非接触面との中間とすることができなくなるからである。なお、この場合、該発熱体の幅Ｗ１は０．４〜０．８倍の幅が好ましい。
【００３０】
発熱体の発熱量を０．０７〜７．２ｋＷ・ｈとすることが望ましい。０．０７ｋＷ・ｈよりも小さな発熱量では熱的負荷が小さく、熱破壊しないことがある。一方、７．２ｋＷ・ｈを越える発熱量ではその発熱により直方体試料の温度が上がりすぎること及びその過激性から、得られる熱衝撃強度の信頼性が下がる。より好ましくは０．２〜５．２ｋＷ・ｈ、さらに好ましくは０．４〜３．６ｋＷ・ｈである。
【００３１】
ここで述べる発熱量とは、直方体試料に発熱体を接触させた直後から一般的には７秒以内、好ましくは５秒以内での発熱量を１時間あたりの発熱量に換算したものである。発熱体はニッケル、クロム、タングステン及び白金等の金属材料、もしくは窒化物、炭化物及びホウ化物等の導電性セラミックス材料等を平板の形に成型して使用することが好ましい。また、発熱体に電気を流して発熱体を発熱させるが、発熱温度の制御は電圧あるいは電流で行うのが標準的であり、実施しやすい。
【００３２】
ここで、熱衝撃強度を反力測定から求める場合には発熱体を平板状とすることが好ましい。平板状の方が直方体試料の破壊始点の発生位置が発熱体非接触面側となりやすいからである。熱衝撃強度を反力測定から求めず、破壊させることに重点をおく場合は平板状発熱体には必ずしも拘らない。熱破壊を発生させることのみを目的とする場合は、種々の形状の熱源であまり問題とはならないからである。
【００３３】
直方体試料に発熱体を密着する直前に０．０７〜３．６ｋＷ・ｈの発熱量で１〜５ｓ予備加熱した後に、直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱することが望ましい。この予備加熱は、直方体試料に接触させたときに、発熱体の温度が大きく下がる場合に特に有効である。発熱体そのものの温度が高くなっていることに加え、発熱体に電流を流したときの温度上昇が著しくなるからである。ここで、直方体試料に発熱体を密着する直前の予備加熱を０．０７ｋＷ・ｈの発熱量では予備加熱の効果があまり認められない。一方、直方体試料に発熱体を密着する直前の予備加熱を３．６ｋＷ・ｈの発熱量ではその発熱により直方体試料の温度が上がりすぎるので、熱衝撃強度の信頼性が下がる。１ｓよりも小さくすると、予備加熱の効果があまり認められない。５ｓよりも大きくすると、直方体試料の温度が上がりすぎるので、熱衝撃強度の信頼性が下がる。なお、予備加熱時と熱衝撃測定時の発熱量については、予備加熱は小さ目に取り、熱衝撃測定用の加熱はそれよりも大きい値とする方が一般的であるが、それらの発熱量を同じとしても問題がない場合も多い。
【００３４】
直方体試料がガラス又はガラス状物質である場合においても測定可能な熱衝撃試験方法である。ここで、ガラス又はガラス状物質とは、建築用及び車両用の板ガラス、電子材料用のガラス、さらには食器などに用いられるガラス材料であり、一般的に輻射熱の透過性を有する、いわゆる光学的に透明な材料を意味している。
【００３５】
直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱し、該直方体試料の中に熱応力を発生させることによって熱衝撃強度を求める熱衝撃試験装置において、破壊始点の発生位置を調整するための発熱量調整設備と異なる幅の発熱体を保持できる設備を有する熱衝撃試験装置である。破壊始点の発生位置を調整するための発熱量調整設備としては、電圧又は電流で制御する機構を有することが好ましい。直方体試料に発熱体が密着すると、一般的に発熱体の温度は急激に下がるので、それをもカバーする急激な発熱を発熱体に与える必要があるからであり、電圧又は電流で制御するのが容易であり、かつ効果がある。さらに、温度センサを併用し、発熱体の温度低下を考慮して、発熱量制御とすることにより信頼性の高い熱衝撃強度とすることができる。また、破壊始点の発生位置を調整するための異なる幅の発熱体を保持できる設備を有することが好ましい。発熱体の幅Ｗ１は、破壊始点の位置を決定する上で極めて重要であるが、異なる幅の発熱体を保持できる設備を有していないと、発熱体を変更させた場合にその加熱条件が変わるため、熱衝撃強度の信頼性が下がる可能性があるからである。
【００３６】
発熱体の幅Ｗ１が直方体試料の幅Ｗ２の０．２〜３倍である発熱体を用いて加熱する設備を有することが望ましい。発熱体の幅Ｗ１を変えることにより、破壊始点の発生位置を調整することが可能となるためである。
【００３７】
発熱体の発熱量が０．０７〜７．２ｋＷ・ｈとする設備を有することが望ましい。ここで述べる発熱量とは、直方体試料に発熱体を接触させた直後から一般的には７秒以内、好ましくは５秒以内での発熱量を１時間あたりの発熱量に換算したものである。発熱体はニッケル、クロム、タングステン及び白金などの金属材料、もしくは窒化物、炭化物及びホウ化物等の導電性セラミックス材料などを平板の形に成型して使用することが好ましい。発熱量を０．０７〜７．２ｋＷ・ｈとするため、発熱体に電気を流して発熱体を発熱させるが、発熱温度の制御は電圧あるいは電流で行うのが標準的であり、実施しやすい。
【００３８】
平板状発熱体を密着するための負荷圧を１〜５０ＭＰａとする負荷機構を有することが好ましい。この負荷機構としては、材料の強度試験に用いられている引張試験機や圧縮試験機等に用いられている２５０Ｎ〜５ｋＮ負荷用のロードセルがその信頼性から好ましい。反力測定装置としても同様にロードセル方式が好ましい。さらに、負荷機構と同時に反力測定も行うことができるタイプがさらに好ましい。しかし、負荷設備、あるいは反力測定設備については、これに限定される訳ではない。また、直方体試料の支持及びロードセルによる反力の測定は、材料の強度試験に用いられている引張試験機もしくは圧縮試験機などを用いてもよい。
【００３９】
直方体試料の片面に平板状発熱体を密着加熱する前に０．０７〜３．６ｋＷ・ｈの発熱量で１〜５ｓ予備加熱する設備を有することが好ましい。ここで述べる発熱量とは、特に何にも接触していない状態での発熱量であり、発熱体に電気を流して発熱体を発熱させるが、その発熱の制御は電圧あるいは電流で行うのが標準的であり、実施しやすい。なお、予備加熱後できるだけ早く熱衝撃試験に入った方がその値への信頼性が向上するため、この予備加熱する設備については試料又は発熱体の昇降設備と連動することが好ましい。また、予備加熱時の発熱量と熱衝撃試験時の発熱量が別々の制御できる設備を有しておれば、さらに好ましい。
【００４０】
直方体試料がガラス又はガラス状物質である場合においても測定可能な熱衝撃試験装置である。ここで、ガラス又はガラス状物質とは、建築用及び車両用の板ガラス、電子材料用のガラス、さらには食器などに用いられるガラス材料であり、一般的に輻射熱の透過性を有する、いわゆる光学的に透明な材料を意味している。できるだけ、輻射熱の透過によるガラス試料又はガラス状物質試料の温度上昇を防ぐため、発熱体による加熱が極めて短時間、例えば７秒以内、できれば５秒以内で試料が破壊するように、その発熱量を大きくとることができる設備となっていることが重要である。
【００４１】
直方体試料は、一般的な機械的強度の他、熱伝導率や熱膨張率も加味して寸法が決められる。直方体試料が、ガラス材料など、熱伝導率が大きく、また熱輻射も透過する場合は、ガラス試料に大きな温度差を発生させるために発熱体を短時間に高温にし、直方体試料に短時間で温度差を発生させて、熱伝導や熱輻射の透過による誤差を小さくする。直方体試料の加熱後、熱応力によって直方体試料が割れるまでの時間を短くするには、発熱体の材質、厚さを適宜選び適切な抵抗値とすればよい。直方体試料の破壊は、直方体試料に与えている機械的負荷の急激な減少を検知することにより知ることができる。
【００４２】
熱衝撃強度は、ミラー半径からも推定することができる。しかし、反力測定による熱衝撃強度とは厳密には異なるので、ミラー半径からの推定値は熱破壊応力と表現した。なお、反力測定による熱衝撃強度は、その破壊始点が発熱体非接触面に発生したときに有効であり、他のところが破壊始点となった場合には補正の必要がでてくる。しかし、この場合でもミラー半径から求めた熱破壊応力の値については信頼できるので、破壊始点の発生場所を制御できるメリットは大きい。
【００４３】
円柱状でもあるいは複雑な３次元形状でも理論的には熱衝撃強度を算出することは可能であるが、実験のし易さや解析の平易さから直方体形状が好ましい。また、伝導伝熱のみならず、輻射伝熱も考慮しているので、当然ながら輻射伝熱要素の小さな不透明な材料、例えば機械装置や建物に用いられるセラミックス材料や高分子体材料でも測定は可能である。
【００４４】
発熱体によって加熱される直方体試料の、発熱体を密着させた面と発熱体を密着させない面の温度は、熱電対温度計、抵抗線温度計もしくはサーミスタ温度計などで測定する。直方体試料が輻射熱を透過する場合は、発熱体を密着させない面の温度はなるべく熱輻射を吸収しない温度センサを用いることが好ましい。
【実施例１】
【００４５】
以下、上述した図１により、実施例に基づいて説明する。
【００４６】
直方体試料２としてＬ２５０ｍｍ×Ｗ２１０ｍｍ×ｄ２３ｍｍのフロート板ガラス、発熱体１としてＬ１６０ｍｍ×Ｗ１９ｍｍ×ｄ１０．２ｍｍの窒化珪素製の発熱体を準備した。熱衝撃強度はガラス試料の端面処理の影響を大きく受けるので、ガラス試料の端面を＃６００で研磨処理してある。支持具４、５、６としてはφ３ｍｍのジルコニア製円柱を用い、支持部材４、５間の距離は３０ｍｍとした。直方体試料の温度は熱電対温度計で測定した。
【００４７】
先ず、ガラス試料２を３点支持の下側部材４、５の上部に、さらにその上に窒化珪素製発熱体１を載せ、３点支持の上側部材６で押し付けが可能となるようにセットした。このとき、直方体試料の長手方向におけるセンターラインと３点支持の上側部材６における中央の位置が一致するようにした。その後、ガラス試料が載ったステージ（図面には明記せず）が上昇して、３点支持の上側部材６と窒化珪素製発熱体１が接触する直前まできたとき、予備加熱を０．９ｋＷ・ｈの発熱量で２秒間行った。この後、ガラス試料が載ったステージを急いで上げて、窒化珪素製発熱体１とガラス試料２が接触するように、３点支持の上側部材６を押し付けた。さらに、窒化珪素製発熱体１とガラス試料２を密着するための負荷圧を徐々に上げていき、その負荷応力が２２ＭＰａに到達したところで、窒化珪素製発熱体１を２．２ｋＷ・ｈの発熱量で加熱し、ガラス試料に熱応力を発生させた。加熱開始からガラス試料は２．１秒後に破壊したので、そのときのロードセルの値から反力を読み取った。また、破壊したガラス試料を回収し、その破壊始点とミラー半径からその破壊応力値を推定した。この結果、本装置を使い、本方法で測定した測定結果は妥当な値と推察することができた。このときの破壊始点は発熱体非接触面側にあり、ミラー半径から推定された破壊応力値は９７ＭＰａであった。なお、妥当性の判断については、ミラー半径の他、破壊状況やクラックの生成等の情報も参考にした。
【００４８】
（実施例２）
発熱体１の幅Ｗ１を５ｍｍ、予備加熱を０．４ｋＷ・ｈで３秒間、負荷応力を１３．０ＭＰａ、発熱体１の発熱量を０．４ｋＷ・ｈとした以外は、実施例１に準じて行い、破壊始点がガラス試料の中央部になるように設定した。
【００４９】
その結果、当初の予定とおり、破壊始点はガラス試料の加熱面側と非加熱面側の中間部のガラス試料端部であった。なお、そのときの破壊応力は８７ＭＰａであり、これまでの実験結果から妥当性のある値と判断した。
【００５０】
（実施例３）
発熱体１の幅Ｗ１を３ｍｍ、負荷応力を７．０ＭＰａ、発熱体１の発熱量を１．１ｋＷ・ｈとした以外は、実施例１に準じて行い、破壊始点がガラス試料の発熱体接触面側になるように設定した。
【００５１】
その結果、当初の予定とおり、破壊始点はガラス試料の発熱体接触面側であった。なお、そのときの破壊応力は８９ＭＰａであり、これまでの実験結果から妥当性のある値と判断した。
【００５２】
（比較例１）
発熱体１の幅Ｗ１を１．５ｍｍ、発熱体１の発熱量を８ｋＷ・ｈとし、特別な負荷は行わなかった（負荷応力は０ＭＰａ）以外は、実施例１と同様にした。このとき、３０秒間加熱を続けたが、熱破壊には至らなかった。
【００５３】
（比較例２）
発熱体１の幅Ｗ１を３３ｍｍ、予備加熱時間を０．０５秒間、負荷応力を０．５ＭＰａ、発熱体１の発熱量を０．０５ｋＷ・ｈとした以外は、実施例１と同様にした。このとき、３０秒間加熱を続けたが、熱破壊には至らなかった。
【００５４】
（比較例３）
発熱体１の幅Ｗ１を３３ｍｍ、予備加熱時間を６秒間、発熱体１の発熱量を８Ｗ・ｈとした以外は、実施例２に準じて行い、破壊始点がガラス試料の中央部になるかどうかの実験を行った。
【００５５】
しかし、破壊始点はガラス試料の発熱体接触面側であり、希望した破壊始点とすることはできなかった。
【００５６】
実施例１から実施例３および比較例１から比較例３までの方法で得られた結果をまとめて表１に示す。
【００５７】
【表１】
2006084376.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００５８】
建築用及び車両用の板ガラス、電子材料用のガラス、食器等に用いられるガラス材料、さらには機械装置や建物に用いられるセラミックス材料や高分子体材料の熱衝撃測定に有用である。また、本発明の方法及び装置を使うことにより、一般的な材料の応力発生方法として、特に機械的な衝撃研究の解析にも利用することができる。さらには、応力発生の試験装置としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の熱衝撃試験装置の概要を示す概略図。
【符号の説明】
【００６０】
１        発熱体
２        直方体試料、試料
３        ロードセル
４、５    ３点支持の下部（支持）部材
６        ３点支持の上部（負荷）部材
Ｌ１       発熱体の長さ
Ｗ１       発熱体の幅
ｄ１       発熱体の厚さ（高さ）
Ｌ２       直方体試料の長さ
Ｗ２       直方体試料の幅
ｄ２       直方体試料の厚さ（高さ）
【図１】
2006084376.tif 000003