(57)【要約】【課題】  シート状材料の面内せん断特性を正確かつ簡便に測定することができる面内せん断試験用治具の提供を目的とする。【解決手段】  シート材料からなる試験片Ｔを所定の直線方向に沿って保持する第１の保持部材１２と、前記所定の直線方向と平行する方向に沿って試験片Ｔを保持する第２の保持部材２２とを有する。第１の保持部材１２と第２の保持部材２２とを相対的に平行移動させることにより、試験片Ｔに対して逆方向に平行力を作用させて試験片Ｔを面内せん断変形させる。この際、前記平行力の方向は面内せん断変形の前後で一定に保たれる。【選択図】  図２
2006242645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状材料の面内せん断試験用治具であって、
前記シート材料からなる試験片を所定の直線方向に沿って保持する第１の保持部材と、
前記所定の直線方向と平行する方向に沿って前記試験片を保持すると共に前記第１の保持部材に対して相対的に平行移動可能な第２の保持部材と、を有し、
前記第１の保持部材と第２の保持部材とを前記所定の直線方向に沿って相対的に平行移動させることにより、前記試験片に対して逆方向に平行力を作用させてシート状材料を面内せん断変形させると共に、前記平行力の方向が、面内せん断変形の前後で一定であることを特徴とするシート状材料の面内せん断試験用治具。
【請求項２】
前記第１、第２の保持部材は、シート状材料からなる矩形の試験片をその両側部と平行して直線的に挟持する挟持部をそれぞれ有し、前記各保持部材の各挟持部は、平板と、該平板との間でシート状部材を挟持する直線的な線状部材とを有することを特徴とする請求項1記載のシート状材料の面内せん断試験用治具。
【請求項３】
前記第１の保持部材は第１の治具本体に、前記第２の保持部材は第２の治具本体にそれぞれ固定され、前記各冶具本体は、前記所定の直線方向に沿って互いに平行に移動することを特徴とする請求項１または２に記載のシート状材料の面内せん断試験用治具。
【請求項４】
前記第１、第２の治具本体には、第１、第２のガイドバーがそれぞれ固定され、第１の治具本体は第２のガイドバーに、第２の治具本体は第１のガイドバーにそれぞれガイドされつつ、前記所定の直線方向に沿って互いに平行移動可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシート状材料の面内せん断試験用治具。
【請求項５】
前記第１、第２の保持部材またはそれらと共に移動する部材のそれぞれに、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との前記所定の直線方向における相対的な変位量を測定するための変位測定用部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のシート状材料の面内せん断試験用治具。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載したシート状材料の面内せん断試験用治具を備え、前記治具によって保持された前記試験材料の面内せん断試験を行う面内せん断試験機であって、
前記第１の保持部材と第２の保持部材とを相対的に平行移動させる方向に加重を与える荷重手段と、
前記荷重手段によって前記試験片に与えられる荷重を時間経過に伴って測定する荷重測定手段と、
前記第１の保持部材と第２の保持部材の前記所定の直線方向における相対的な変位量を時間経過に伴って測定する変位量測定手段と、を備えたことを特徴とするシート状材料の面内せん断試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状材料の面内せん断試験機において使用される面内せん断試験用治具、およびそれを備えた面内せん断試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
紙等のシート状材料やシート状材料からなる製品が実際に使用される状況では、それらの材料および製品に面内せん断応力を受けることが少なくない。従って、工学的見地から、紙あるいは紙製品などの設計の最適化を図る場合、紙の面内せん断特性を定量的に把握しておく必要がある。さらに、シート状材料が弾性域を越えて、塑性域以降も荷重を受ける場合には、弾性特性のみならず塑性特性をも考慮に入れる必要がある。そのため、シート状材料に面内せん断変形を生じさせながら、面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線を測定することが考えられている。
【０００３】
しかしながら、一般に、試験領域内に純せん断応力状態を作り出すことは困難であり、特にシート状材料は面外に座屈しやすいことから、規格化されている試験法が少ないのが現状である。紙の分野では、ねじり座屈を起こさない程度の形状比をもつ薄肉円筒試験片の両端にねじり負荷を与える方法により、面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線を測定した例がある（非特許文献1）。この方法では、純せん断応力状態となる試験領域が広く、掴み部の影響を大きく受けないため、信頼性の高いデータが得られるとされている。
【０００４】
しかしながら、このような測定を行うためには、専用の装置が必要である上、試験片の作製には、シートを筒状にして、シートの両端部同士をテープ等により接着する必要があるため、測定に手間とコストがかかる。さらに、試験片を筒状にすることによりあらかじめ応力が発生すること、また試験片の接合部において応力分布が不均一になることにより、面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線を正確に評価できないという懸念もある。
【０００５】
また、平面材料の面内せん断試験治具としては、ASTM  Designation : D 4255-83（非特許文献2）で規格化されているレールシア法に基づく面内せん断試験用治具も知られている。図１１はこのレールシア法に基づく従来の治具Ｊを示す図であり、この冶具Ｊは、シート状材料からなる矩形の試験片Ｔの両側をそれぞれ保持板Ｊ１，Ｊ２で固定し、図外の材料試験機から加えられた荷重ｆによって、それぞれの保持部Ｊ１，Ｊ２に反対方向の平行力ｆ１，ｆ２を作用させ、試験材料Ｔに面内せん断変形を起こさせるものとなっている。
【０００６】
【非特許文献１】Ｔａｐｐｉ／Ｍａｙ  １９６８  Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．５（１９６〜２０２頁）
【非特許文献２】日本複合材料学会誌，２４，４（１９９８），（１２２〜１２９頁）
【非特許文献３】Ｊ．ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＶｏＬ．５（Ｊａｎｕａｒｙ  １９７１），Ｐ．２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献２に示す治具は、矩形の試験片の面内せん断変形に伴って、それぞれのチャックの向きおよび試験片に作用する平行力の方向が変化するため、面内せん断の変形量および面内せん断力の測定が困難になるという問題がある。  
そこで、この測定法においては、試験片の面内せん断ひずみ検出に、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、試験片Ｔに貼付したひずみゲージｇを用いることが一般に行われている（非特許文献３参照）。なお、図中、Ｌはひずみゲージｇを装着する位置を示している。
【０００８】
こうしたひずみゲージｇを貼付する方法は、板材などのようなある程度の剛性と厚さを有する試験片の測定には適用可能であるが、紙やフィルムなどのように、剛性が低く、薄肉のシート状材料からなる試験片にひずみゲージｇを用いることは困難である。つまり、従来のレールシア法に基づく面内せん断力試験用治具はシート状材料の試験には適用し難いものとなっている。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術に着目してなされたもので、紙やフィルムなどのように剛性が低いシート状材料の面内せん断特性を正確に測定することができると共に、試験片の取り扱いが簡便なシート状材料の面内測定用治具、およびそれを用いた面内せん断試験機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、シート状材料の面内せん断試験用治具であって、前記シート材料からなる試験片を所定の直線方向に沿って保持する第１の保持部材と、前記所定の直線方向と平行する方向に沿って前記試験片を保持すると共に前記第１の保持部材に対して相対的に平行移動可能な第２の保持部材と、を有し、前記第１の保持部材と第２の保持部材とを前記所定の直線方向に沿って相対的に平行移動させることにより、前記試験片に対して逆方向に平行力を作用させてシート状材料を面内せん断変形させると共に、前記平行力の方向が、面内せん断変形の前後で一定であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の形態は、前記第１の形態におけるシート状材料の面内せん断試験用治具において、前記第１、第２の保持部材は、シート状材料からなる矩形の試験片をその両側部と平行して直線的に挟持する挟持部をそれぞれ有し、前記各保持部材の各挟持部は、平板と、該平板との間でシート状部材を挟持する直線的な線状部材とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の形態は、前記第１または第２の形態におけるシート状材料の面内せん断試験用治具において、前記第１の保持部材は第１の治具本体に、前記第２の保持部材は第２の治具本体にそれぞれ固定され、前記各冶具本体は、前記所定の直線方向に沿って互いに平行に移動することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の形態は、前記第１ないし第３のいずれかに記載のシート状材料の面内せん断試験用治具において、前記第１、第２の治具本体には、第１、第２のガイドバーがそれぞれ固定され、第１の治具本体は第２のガイドバーに、第２の治具本体は第１のガイドバーにそれぞれガイドされつつ、前記所定の直線方向に沿って互いに平行移動可能であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第５の形態は、前記第１ないし第４のいずれかに記載のシート状材料の面内せん断試験用治具において、前記第１、第２の保持部材またはそれらと共に移動する部材のそれぞれに、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との前記所定の直線方向における相対的な変位量を測定するための変位測定用部材を設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第６の形態は、前記第１ないし第５の形態のいずれかに記載したシート状材料の面内せん断試験治用具を備え、前記治具によって保持された前記試験材料の面内せん断試験を行う面内せん断試験機であって、前記第１の保持部材と第２の保持部材とを相対的に平行移動させる方向に加重を与える荷重手段と、前記荷重手段によって前記試験片に与えられる荷重を時間経過に伴って測定する荷重測定手段と、前記第１の保持部材と第２の保持部材の前記所定の直線方向における相対的な変位量を時間経過に伴って測定する変位量測定手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係わるシート状材料の面内せん断測定治具およびそれを用いた面内せん断測定機では、第１、第２の保持部材によって試験片に加えられる逆方向の平行力が面内せん断変形の前後で変化しないため、シート状材料の変形量および面内せん断力などの面内せん断特性を容易かつ正確に測定することができ、しかも試験片に面倒な加工を施す必要もないため簡便な測定が可能になる。さらに、面内せん断用治具は、汎用の材料試験機などに取り付けて利用することができるため、専用機を設ける場合に比べて設備コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。  
まず、本発明の実施形態における面内せん断試験用治具を、図１ないし図４に基づき説明する。なお、図１は本発明の実施形態における面内せん断試験用治具を分解して示す正面図、図２は図１に示したものを組み合わせてなる面内せん断試験用治具の全体構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。  
本実施形態はASTM Designation : D 4255-83で規格化されているレールシア法に基づく面内せん断試験治具を参考に製作したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態における治具１は、移動側治具１０（第１の保持部材）と固定側治具（第２の保持部材）２０とから構成される。  
移動側治具１０は、主として、移動側冶具本体１１、シート状材料からなる矩形の試験片Ｔの両側部近傍を保持する第１の保持部材としての移動側チャック（保持部材）１２、移動側治具本体１１に一端部が固定された移動側ガイドバー１３、および移動治具本体１１を後述の材料試験機などに取り付けるためのジョイント１４などを備える。
【００１９】
一方、固定側治具２０は、移動側治具１０と同様に、固定側冶具本体２１、固定側チャック（保持部材）２２、固定側ガイドバー２３、およびジョイント２４などを備え、移動側治具１０に対して１８０度回転させた位置に配置されている。
【００２０】
また、移動側治具１０の移動側チャック１２には、ガイド部１５が突設され、このガイド部１５と移動側治具本体１１には、ガイドバー１３を挿通させるためのガイド孔１５ａ，１１ａが形成されている。また、固定側治具２０の固定側チャック２２にはガイド部２５が突設され、このガイド部２５と固定側治具本体２１にはガイドバー２３を挿通させるためのガイド孔２５ａ，２１ａが形成されている。そして、移動側治具１０のガイドバー１３を固定側治具２０のガイド孔２５ａ，２１ａに、固定側治具２０のガイドバー２３を移動側治具１０のガイド孔１５ａ，１１ａにそれぞれ挿通させることにより、図２に示すように、移動側治具１０と固定側治具２０は、互いに平行する２本のガイドバー１３，２３に沿って互いに直線移動可能に組み合わされる。
【００２１】
このように、移動側治具１０と固定側治具２０は、ガイドバー１３，２３に沿って移動するため、両治具１０，２０はねじれを生じることなく同一平面上で移動する。また、本実施形態において、両ガイドバー１３，２３は、いずれも円形の横断面形状を有し、それらガイドバー１３，２３を挿通させるガイド孔２５ａ，２１ａおよび１５ａ，１１ａは、いずれも転がり軸受けによって構成されているため、ガイドバー１３，２３とガイド孔２５ａ，２１ａ、１５ａ，１１ａとの間の摩擦抵抗は、試験時の荷重に対して無視し得る程度の小さな値に抑えられている。
【００２２】
図３（ａ）は、前記移動側チャック１２と固定側チャック２２の構成の概要を示す底面図である。移動側チャック１２は、ガイドバー１３（図２参照）方向に沿って延在する長方形の支持板１２ａと、この支持板１２ａに対しヒンジ１２ｃによって開閉自在に連結される開閉板１２ｂとを有する。支持板１２ａは、その長辺方向における一端部が移動側治具本体１１に固定されている。  
また固定側チャック２２は、移動側チャック１２と同様の形状を有する支持板２２ａと開閉板２２ｂとをヒンジ２２ｃによって連結した構成となっており、支持板２２ａは、固定側治具本体２１に固定されている。
【００２３】
また、移動側チャック１２の支持板１２ａの一面（挟持面）１２ａ１と、固定側チャック２２の支持板２２ａの一面（挟持面）２２ａ１とは、両治具本体１１と２１とが組み合わされた状態で、図３（ａ）に示すように同一平面上に位置する。また、各開閉板１２ｂ，２２ｂには、ガイドバー１３，２３（図２参照）と平行する断面円形の線ニップバー（線状部材）１２ｄ，２２ｄが固定されており、この線ニップバー１２ｄ，２２ｄは、各開閉板１２ｂ，２２ｂを各支持板１２ａ，２２ａに対して閉じた際に、各挟持面１２ａ１，２２ａ１との間で、試験片Ｔを挟持するようになっている。
【００２４】
また、図３（ｂ）は、両線ニップバー１２ｄ，２２ｄによって試験片Ｔを挟持した状態の概要を示す平面図であり、図中、Ｌは線ニップバー１２ｄ，２２ｄの長さを、Ｄは試験片を挟持した状態における、一方の線ニップバー１２ｄと他方の線ニップバー２２ｄとの距離をそれぞれ示している。また、Ｔは試験片、Ｗは試験片Ｔの幅、ＬＣは試験片Ｔの長さを示す。この長さＬと距離Ｄとの比Ｌ／Ｄは、後述の検証結果に基づき、５以上に設計することが好ましい。
【００２５】
図４は、移動側治具１０と固定側治具２０との相対位置の変化を検出するための変位測定部３２を示す図である。この変位測定部３２は、移動側治具１０の支持板１２ａに突設したピン（変位測定部材）１６と、固定側治具２０の固定側治具本体２１に突設したピン（変位測定部材）２６とからなる。治具に引張り力を作用させて試験する場合には、移動側治具１０と固定側治具２０とが図２および図４に示すように組み合わされた初期状態、すなわち移動側チャック１２の端面と固定側治具本体２１の端面とが当接した状態において、両ピン１６と２６との間には所定の間隔が設定され、移動側治具１０が固定側治具２０から離間するに伴って両ピン１６と２６との間隔は増大する。この間隔を後述の面内せん断力試験機に設けられたセンサによって検出することにより、固定側治具１０と移動側治具２０との相対変位が検出される。
【００２６】
以上のように構成した面内せん断試験用治具１には、例えば、図３（ｂ）に示すようなシート状材料を矩形に切断した試験片Ｔを用いる。この試験片Ｔは、線ニップバー１２ｄ，２２ｄによって挟持される試験片Ｔの長辺方向の長さＬＣと距離Ｄ（以下、チャック幅ともいう）との比ＬＣ／Ｄ（縦／横比）が５以上となる長さＬを有するものであることが望ましい。
【００２７】
面内せん断試験用治具１に試験片Ｔを保持させる際には、図２に示す初期状態において両開閉板１２ｂ，２２ｂを開き、両支持板１２ａ，２２ａの両挟持面１２ａ１，２２ａ１に試験片Ｔを平坦な状態で掛け渡して載置する。次いで、両開閉板１２ｂ，２２ｂを閉じ、ボルト１８，２８によって両開閉板１２ｂ，２２ｂを両支持板１２ａ，２２ａ上に固定する。これにより、線ニップバー１２ｄ，２２ｄと挟持面１２ａ１，２２ａ１とに挟持されて試験片Ｔは確実に固定される。この固定状態において、線ニップバー１２ｄ，２２ｄと試験片Ｔとの接触面積は僅かであり、面というよりは線に近い形で接触することとなる。このため、平面と平面との間で試験片を挟持する場合に比べ、バラツキの少ない均一な挟持状態を得ることができる。
【００２８】
なお、この試験片Ｔの固定時において、矩形の試験片Ｔは、その短辺が線ニップバー１２ｄ，２２ｄと直交する状態、すなわち、試験片Ｔの長辺が線ニップバー１２ｄ，２２ｄと平行する状態で固定されることが望ましい。本実施形態では、試験片Ｔの載置位置を規制するための溝が形成されており、その底部が挟持面１２ａ１，２２ａ１となっている。
【００２９】
上記のようにして試験片Ｔを固定した後、固定側ジョイント１４と可動側ジョイント２４とが離間する方向に荷重を加えると、両チャック１２，２２に固定された試験片Ｔには相対的に逆方向の平行力（負荷）が加わり、試験片Ｔは面内せん断変形する。この際、両チャック部１２，２２は、同一平面内をねじれを生ずることなく平行に移動するため、試験片Ｔの試験領域が平面からずれたり、両チャック１２，２２が回転して試験片Ｔにモーメントが発生することもなく、純せん断応力に近い面内せん断応力を発生させることができる。
【００３０】
また、両ジョイント１４，２４に加える荷重方向に対し、試験片Ｔに加わる平行力の方向が常に一定で変化しないため、面内せん断応力とひずみを両チャック１２，２２の変位量によって容易に算出することができる。また、使用する試験片は、平面状の試験片で良く、非特許文献１に示すように試験片を円筒状に加工する必要もなく、試験を簡便に行うことができる。
【００３１】
さらに、本実施形態における面内せん断試験用治具１は、引張、圧縮試験などに使用される一般的な材料試験機に装着することで、シート状材料の面内せん断試験における負荷（平行力）を与えることができる。従って、面内せん断試験用治具１を取り外せば、試験機本体３１をシート材料以外の引張、圧縮試験にも共用でき、特許文献１のようなシート状材料の面内せん断試験専用の試験機を設備する場合に比べて大幅に設備コストを低減することができる。
【００３２】
（本実施形態における面内せん断試験用治具の検証）
前述のように、本実施形態における面内せん断試験用治具１では、細長い円柱状の線ニップバー１２ｄ，２２ｄで押さえ付けて試験片Ｔを固定するため、均一な固定力が得られる。但しこの試験治具では、両線ニップバー１２ｄ，２２ｄの距離Ｄによって線ニップバー１２ｄ，２２ｄと直交する方向に引っ張り力が試験片Ｔに作用して純せん断応力状態が得られないことも懸念された。そこで、本実施形態における面内せん断試験用治具１を用いた試験において試験片Ｔに発生する応力の発生状態の検証を行った。この検証には、有限要素法を用いて面内せん断試験のシミュレーションを行った。  
【００３３】
シミュレーションによる検証方法は、以下の通りである（図６参照）。
（１）有限要素モデルは図６に示すように矩形とし、一方の辺を完全に拘束し、この一方の辺に対向する他方の辺には平行な規定変位を与え、それ以外の変位は拘束した。
（２）材料は直交異方性弾塑性体の紙と仮定し、ＭＤ方向（抄紙方向）、ＣＤ方向（ＭＤに直交する方向）の引張特性、面内せん断特性を入力した。ここで、引張特性は実際の紙の引張試験から得られたものを用い、および面内せん断特性は文献などを参照して、仮想的な特性を用いた。
（３）もし、理想的な面内せん断変形が試験片Ｔに生じているとすれば、解析モデルの面内せん断応力分布はチャック幅ＬＣに拘わり無く一定となり、得られる面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線は、モデルに入力した仮想的な面内せん断特性に一致するはずである。この点を検証するため、試験片Ｔの縦／横比を変化させた場合の面内せん断試験のシミュレーションを行った。
【００３４】
以上の方法でシミュレーションを行ったその結果、図７に示すように、試験片Ｔの縦／横比（ＬＣ／Ｄ）が大きい方が面内せん断応力分布は均一となり、得られる面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線は、図８に示すように試験片Ｔの縦／横比がＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４と順次大きくなるに従って、入力した仮想的な面内せん断特性に近づくことが確認された。これは、縦／横比が低い場合には、主に試験片の自由端付近において引張力あるいは圧縮力が作用することから面内せん断応力状態が低下し、縦／横比が大きくなるほど、この部分の影響が小さくなるためと考えられる。このシミュレーションにおける解析結果によれば、縦／横比が５以上であれば、良好な面内せん断特性が得られることが確認され、縦／横比が１０程度の場合には、ほぼ真に近い面内せん断特性が得られた。従って、本実施形態では、１０以上の縦／横比で測定できるように、線ニップバー１２ｄと２２ｄとの距離および両線ニップバー１２ｄ，２２ｄの長さを設定した。
【００３５】
（面内せん断応力試験機）
次に、上記面内せん断試験用治具１を用いた面内せん断試験機の一実施形態を図５に基づき説明する。  
ここに示す面内せん断試験機３０には、試験機本体３１の両側部に設けられた不図示の昇降機構（図示せず）によって昇降する可動部３３が設けられている。可動部３３の中央部には、ロードセル３４が設けられている。このロードセル３４には、前記治具１の移動側ジョイント１４が連結され、試験機本体３１の底部３５には、治具１の固定側ジョイント２４が連結されている。ロードセル３４は、可動部３３に加わる荷重を時間の経過に伴って検出する。
【００３６】
図５に示す試験機本体３０における昇降機構、可動部３３およびロードセル３４などの構成は、一般的な材料試験機と同様である。但し、試験対象であるシート状材料の面内せん断変位は非常に微小なものであり、精度良く測定することが要求される。そこで、本実施形態における面内せん断試験機では、固定側治具２０に対する移動側治具１０の相対変位量を試験片の変位量とし、図４に示すように、固定側治具２０と移動側治具１０とに取り付けられた２本のピン１６と２６の距離間隔を時間の経過に伴って非接触型の変位センサ３８により測定するようになっている。これに対し、通常の材料試験機は、「移動速度×時間」の計算式により試験片の変位を測定しているので精度が悪いため、本実施形態のような変位センサ３８を用いて測定することが好ましい。
【００３７】
この変位センサ３８は、光（レーザ光等）を発する発光部３９と、この発光部３９から発せられた光（レーザ光等）を受光する受光部４０とを有し、いずれも試験機本体３１の底部３５に取り付けた支持台３６上に固定されている。発光部３９から受光部４０に至る光路内には、治具１に設けられた２本のピン１６，２６が位置して配置されている。この変位センサ３８では、発光部３９から発せられた光がピン１６，２６によって遮断される位置、すなわち、受光部４０による非受光位置を検出し、その非受光位置の距離間隔を検出することによってピン１６，２６の距離間隔の検出を行う。なお、本実施形態では、変位センサとして、（株）キーエンス製高速・高精度デジタル寸法測定器ＬＳ−７０１０を使用している。
【００３８】
次に、本実施形態の面内せん断試験機３０によるシート状材料の面内試験方法およびその結果について述べる。  
本試験機３０を用いた面内せん断試験では、図５に示すように試験機本体３１に装着された治具１に、矩形の試験片Ｔを、図３と共に説明した手順で固定し、試験機本体３１の可動部３３に対して昇降機構によって上昇方向の荷重（引っ張り力）を与えることにより、試験片Ｔに面内せん断変形を発生させた。また、試験機本体３１の可動部３３に設けられたロードセル３４によって、試験片Ｔに加わる面内せん断負荷の時間に伴う変化を検出した。さらに、試験片Ｔの変位は、前述の変位センサ（（株）キーエンス製高速・高精度デジタル寸法測定器ＬＳ−７０１０）を用いて測定した。
【００３９】
本試験機３０に使用する面内せん断試験用治具１のチャック幅Ｄは１５ｍｍとし、使用する試験片Ｔの長辺方向の長さは１６０ｍｍ以内とした。  
図９は、この面内せん断試験機３０を使用して測定した面内せん断荷重データおよび面内せん断変位データを、時間に対してプロットして得られる曲線の一例を示している。ここで、引張速度は２ｍｍ／分とし、面内せん断試験用治具１のチャック幅Ｄは１５ｍｍとし、試験片Ｔは白板紙（坪量３９４ｇ／ｍ２）で、長辺方向の長さＬＣは７５ｍｍとした。
【００４０】
また、図１０は、図９の面内せん断荷重データおよび面内せん断変位データから求めた面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線の一例である。図１０において、縦軸が応力（ＭＰａ）、横軸が面内せん断ひずみであり、面内せん断応力および面内せん断ひずみはそれぞれ次式で与えられる。
面内せん断応力＝面内せん断荷重／試験片の面内せん断面積
面内せん断ひずみ＝面内せん断変位／チャック幅
【００４１】
なお、図９および図１０において、曲線の途中で大きく傾きが変化する点があるが、これは試験片Ｔが座屈するためであり、この座屈点までの曲線が、試験片の面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態による面内せん断測定治具１およびそれを用いた面内せん断試験機３０では、シート状材料からなる試験片Ｔの両側部を固定チャック１２および２２によって保持し、それぞれの固定チャック１２，２２に沿って互いに向きの異なる平行力を作用させることにより、試験片Ｔを面内せん断変形させ、試験片Ｔに生じる荷重と変位の時間変化を測定する。この際、試験片Ｔの面内せん断変形の前後で、前記平行力の方向が変化しないので、平行力における方向の変位と力を容易に測定することが可能であり、従来技術では簡便に測定することのできなかった試験片Ｔの正確な面内せん断応力−面内せん断ひずみ特性を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態の試験機によって得られた面内せん断応力−面内せん断ひずみ特性は、紙などのシート状材料あるいはシート状材料からなる製品の設計最適化について有限要素法などの数値解析手法に基づいて検討する場合等に、材料特性値として用いることができ、極めて有用である。
【００４４】
なお、上記実施形態においては、面内せん断試験用治具１を移動側治具１０（第１の保持部材）と固定側治具（第２の保持部材）２０とにより構成し、試験において、移動側治具１０のみを移動させるものとしたが、第１の保持部材を固定とし、第２の保持部材を移動させるようにすることも可能である。また、上記面内せん断試験機３０は、可動部３３を昇降させる縦型の構成をとるものとしたが、可動部を水平方向に移動させて面内せん断試験用治具１に荷重をかける横型の構成をとることも可能である。
【００４５】
さらに、上記実施形態における面内せん断試験機３０では、第１の保持部材と第２の保持部材の直線方向における相対的な変位量を測定する変位量測定手段として、光（レーザ光等）の投受光部を備えた変位センサを用いたが、第１の保持部材と第２の保持部材の変位を高精度に検出し得るものであれば、その他の変位センサを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態における面内せん断試験用治具を分解して示す正面図である。
【図２】図１に示したものを組み合わせてなる面内せん断試験用治具の全体構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】（ａ）は前記移動側チャック１２と固定側チャック２２の構成の概要を示す底面図、（ｂ）は両線ニップバーによって試験片Ｔを挟持した状態の概要を示す平面図である。
【図４】図１に示した面内せん断試験用治具の移動側治具と固定側治具との相対位置の変化を検出するための変位測定部を示す拡大側面図である。
【図５】図１に示す面内せん断試験用治具を用いた面内せん断試験機の一実施形態を示す正面図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】本実施形態における面内せん断試験用治具のシミュレーションによる検証方法を示す説明図である。
【図７】縦／横比の異なる試験片に対して図６に示すシミュレーションを行うことにより得られた面内せん断応力分布を示す図である。
【図８】縦／横比の異なる試験片に対して図６に示すシミュレーションを行うことにより得られた面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線を示す線図である。
【図９】図５に示す面内せん断試験機を使用して測定した面内せん断荷重データおよび面内せん断変位データを、時間に対してプロットして得られる曲線の一例を示す線図である。
【図１０】図５に示す面内せん断荷重データおよび面内せん断変位データから求めた面内せん断応力−面内せん断ひずみ曲線の一例を示す線図である。
【図１１】レールシア法に基づく従来の治具を示す正面図である。
【図１２】（ａ）は従来の治具により試験片の面内せん断ひずみ検出を行う際に使用するひずみゲージを示す説明平面図、（ｂ）は同ひずみゲージの貼着位置を示す説明平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  移動側治具
１１  移動側治具本体
１２  移動側チャック（保持部材）
１２ａ  支持板
１２ｂ  開閉板
１２ｃ  ヒンジ
１２ｄ  線ニップバー
１３  移動側ガイドバー
１４  移動側ジョイント
１６  ピン
２０  固定側治具
２１  固定側治具本体
２２  固定側チャック（保持部材）
２２ａ  支持板
２２ｂ  開閉板
２２ｃ  ヒンジ
２２ｄ  線ニップバー
２３  固定側ガイドバー
２４  固定側ジョイント
２６  ピン
３０  面内せん断試験機
３１  試験機本体
３２  変位測定部
３４  ロードセル
３８  変位センサ
３９  投光部
４０  受光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図７】
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