(57)【要約】【課題】ボイド又は亀裂が生じないように高分子材料を容易に利用する。【解決手段】高分子材料からなりかつシート面積Ｓを有する薄い円板状の試験シート１の応力有効領域１ａを径方向，周方向へ変位しないように拘束し、応力有効領域１ａに略均一に３次元方向の引張応力を加え、応力有効領域１ａにボイド又は亀裂が発生したときにおける引張荷重をＦとし、高分子材料のポアソン比νに依存する応力換算係数をαとした場合に、３次元方向の引張応力を加えた状【外９】2004117185.tif 000013はこの応力換算式に近似する式により求める。【選択図】　　　図１
2004117185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポアソン比νが０．３以上で０．５以下の範囲内にある高分子材料の機械的強度を評価する材料強度評価方法において、
前記高分子材料からなりかつシート面積Ｓを有する薄い円板状の試験シートの表面を第１拘束ブロックの第１拘束面に密着して固定すると共に、前記試験シートの裏面を第２拘束ブロックの第２拘束面に密着して固定することにより、前記試験シートの全領域のうち外周部付近を除く応力有効領域を径方向，周方向へ変位しないように拘束し、
透明に構成されたいずれかの拘束ブロックの外側から前記試験シートを観察しつつ、前記第１拘束面と前記第２拘束面を平行に保持した状態の下で、前記試験シートに厚さ方向の引張荷重を付与することにより、前記試験シートの前記応力有効領域に略均一に３次元方向の引張応力を加え、
前記引張荷重を徐々に増加させて、３次元方向の引張応力を徐々に高くすることによって、前記試験シートにボイド又は亀裂を発生させ、
前記試験シートの前記応力有効領域にボイド又は亀裂が発生したときにおける前記引張荷重をＦとし、前記高分子材料のポアソン比νに依存する応力換算係数をαとした場合に、３次元方向の引張応力を加えた状態における前記高分子材料
【外１】
2004117185.tif 000012
めることを特徴とする材料強度評価方法。
【請求項２】
前記応力換算係数αは、（３．２ν２−０．６８ν＋０．５３）により決定されることを特徴とする請求項１に記載の材料強度評価方法。
【請求項３】
（前記試験シートの厚さ）÷（前記試験シートの直径）は、０．１５以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の材料強度評価方法。
【請求項４】
前記高分子材料は紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の材料強度評価方法。
【請求項５】
前記高分子材料は前記光ファイバにおける一次被覆層と同じ紫外線硬化型樹脂であって、
前記試験シートの厚さを前記光ファイバにおける前記一次被覆層の厚さと同じにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の材料強度評価方法。
【請求項６】
前記第１拘束ブロック及び前記第２拘束ブロックがガラスによりそれぞれ構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の材料強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線硬化型樹脂等の高分子材料の機械的強度を評価する材料強度評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信の技術分野においては、光ファイバにおける被覆層に高分子材料として紫外線硬化型樹脂が用いられている。
【０００３】
ここで、前記光ファイバにおける前記被覆層は、一般に、二重の被覆構造になっており、ヤング率の低い軟質の紫外線硬化型樹脂から構成されかつ前記光ファイバのガラスファイバの外周部を直接的に被覆する一次被覆層と、ヤング率の高い硬質の紫外線硬化型樹脂から構成されかつ前記ガラスファイバの外周部を前記一次被覆層を介して間接的に被覆する二次被覆層とを備えている。これは、前記光ファイバに外力が加わった場合に、前記二次被覆層によって前記光ファイバ全体の変形を抑制し、更に前記一次被覆層によって抑制された小さい変形を吸収することによって、前記ガラスファイバに前記外力による変形を極力伝えないためである。
【０００４】
また、前記ガラスファイバの微小な曲がりによる前記光ファイバの伝送損失を極力少なくして前記光ファイバの品質の向上を図るうえにおいて、前記一次被覆層が前記ガラスファイバを直接的に被覆していることから、前記二次被覆層を構成する前記硬質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度よりも、前記一次被覆層を構成する前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を評価することが重要である。そのため、前記軟質の紫外線硬化型樹脂からなる試験片を一方向へ引っ張る引張試験を行って、１次元方向の引張応力を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の破断応力を求めている。
【０００５】
なお、本発明の関係する先行技術として次のような文献がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２７６８７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記光ファイバの製造時おける前記被覆層の樹脂温度（硬化温度）に比べて前記光ファイバの使用環境温度が大きく低下することによって前記被覆層は３次元的に収縮する傾向にある一方、前記ファイバガラスと前記二次被覆層によって前記一次被覆層の３次元的収縮が拘束されているために、前記一次被覆層が極めて薄いこともあって、前記一次被覆層に対して略均一に３次元方向の引張応力が加えられることになる。ここで、３次元方向の引張応力とは、前記一次被覆層の径方向の引張応力と、前記一次被覆層の周方向の引張応力と、ファイバ軸方向の引張応力のことをいう。そして、前記一次被覆層に働く３次元方向の引張応力の平均引張応力が所定の破損応力を越えると、前記一次被覆層には前記ガラスファイバの微小な曲がりの原因になるボイド又は亀裂が生じるものである。
【０００８】
しかし、前述のように、前記軟質の紫外線硬化型樹脂からなる前記試験片を一方向へ引っ張る引張試験を行って、１次元方向の引張応力を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の破断応力を求めるだけでは、１次元方向の引張応力を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を評価できても、前記試験片に３次元方向の引張応力を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を評価することができない。そのため、前記光ファイバにおける前記一次被覆層にボイド又は亀裂が生じないように前記軟質の紫外線硬化型樹脂を利用する等、ボイド又は亀裂が生じないように前記高分子材料を利用することが困難になる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明にあっては、ポアソン比νが０．３以上で０．５以下の範囲内にある高分子材料の機械的強度を評価する材料強度評価方法において、
前記高分子材料からなりかつシート面積Ｓを有する薄い円板状の試験シートの表面を第１拘束ブロックの第１拘束面に密着して固定すると共に、前記試験シートの裏面を第２拘束ブロックの第２拘束面に密着して固定することにより、前記試験シートの全領域のうち外周部付近を除く応力有効領域を径方向，周方向へ変位しないように拘束し、
透明に構成されたいずれかの拘束ブロックの外側から前記試験シートを観察しつつ、前記第１拘束面と前記第２拘束面を平行に保持した状態の下で、前記試験シートに厚さ方向の引張荷重を付与することにより、前記試験シートの前記応力有効領域に略均一に３次元方向の引張応力を加え、
前記引張荷重を徐々に増加させて、３次元方向の引張応力を徐々に高くすることによって、前記試験シートにボイド又は亀裂を発生させ、
前記試験シートにボイド又は亀裂が発生したときにおける前記引張荷重をＦとし、前記高分子材料のポアソン比νに依存する応力換算係数をαとした場合に、
【外２】
2004117185.tif 000003
めることを特徴とする。
【００１０】
ここで、３次元方向の引張応力とは、前記径方向の引張応力と、前記周方向の引張応力、前記厚さ方向の引張応力のことをいい、３次元方向の引張応力が加わった応力状態における前記高分子材料の破損応力とは、前記試験シートにボイド又は亀裂が生じたときに前記試験シートに働く３次元方向の引張応力の平均引張応力のことをいう。また、透明とは、完全に透明の他に、半透明、有色透明も含まれる。
【００１１】
請求項２に記載の発明にあっては、請求項１に記載の発明特定事項の他に、前記応力換算係数αは、（３．２ν２−０．６８ν＋０．５３）により決定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明にあっては、請求項１又は請求項２に記載の発明特定事項の他に、（前記試験シートの厚さ）÷（前記試験シートの直径）は、０．１５以下であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明にあっては、請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の発明特定事項の他に、前記高分子材料は紫外線硬化型樹脂であることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明にあっては、請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の発明特定事項の他に、前記高分子材料は前記光ファイバにおける一次被覆層と同じ紫外線硬化型樹脂であって、
前記試験シートの厚さを前記光ファイバにおける前記一次被覆層の厚さと同じにしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明にあっては、請求項１から請求項５のうちのいずれかの請求項に記載の発明特定事項の他に、前記第１拘束ブロック及び前記第２拘束ブロックがガラスによりそれぞれ構成されていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係わる材料強度評価方法を説明する図であって、図２は、図１（ｂ）における試験シートを上から見た図であって、図３は、紫外線硬化型樹脂のポアソン比と応力換算係数の関係を示す図である。
【００１８】
ここで、「上」は、図１において上，図２において紙面に向かって表のことをいい、「下」は、図１において下，図２において紙面に向かって裏のことをいう。
【００１９】
本発明の実施の形態に係わる材料強度評価方法について説明する前に、図１を参照して、この材料評価方法に用いられる薄い円板状の試験シート１、円形状の第１拘束ブロック３、円形状の第２拘束ブロック５について説明する。
【００２０】
即ち、試験シート１は、図示省略の光ファイバにおける一次被覆層を構成する軟質の紫外線硬化型樹脂と同じ軟質の紫外線硬化型樹脂（高分子材料の一例）からなるものであって、前記軟質の紫外線硬化型樹脂のポアソン比は０．３以上で０．５以下の範囲内にある。また、試験シート１はシート面積Ｓを有してあり、試験シート１の厚さは前記一次被覆層の厚さと同じであって、（試験シート１の厚さ）÷（試験シート１の直径Ｒ）は０．００５以上で０．１５以下になるようにしてある。
【００２１】
第１拘束ブロック３の下側には第１拘束面３ｆが有してあって、第２拘束ブロック５の上側には第２拘束面５ｆが有してあり、第１拘束ブロック３及び第２拘束ブロック５は透明なガラスによりそれぞれ構成されている。なお、透明なガラスとは、完全に透明なガラスの他に、半透明なガラス、有色透明なガラスも含まれる。また、第１拘束ブロック３及び第２拘束ブロック５をそれぞれ透明に構成する代わりに、第１拘束ブロック３と第２拘束ブロック５のうちいずれかの拘束ブロックを透明に構成してもよい。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態に係わる材料強度評価方法について詳細に説明する。
【００２３】
この材料強評価方法は、ポアソン比νが０．３以上で０．５以下の範囲内にある前記軟質の紫外線硬化型樹脂（高分子材料の一例）の機械的強度を評価する方法であって、次のような▲１▼第１評価工程、▲２▼第２評価工程、▲３▼第３評価工程、▲４▼第４評価工程、▲５▼第５評価工程を備えている。
【００２４】
▲１▼　第１評価工程
試験シート１の表面を第１拘束ブロック３の第１拘束面３ｆに接着作用により密着して固定すると共に、試験シート１の裏面を第２拘束ブロック５の第２拘束面５ｆに接着作用により密着して固定する（図１（ａ）参照）。これにより、試験シート１の全領域のうち外周部付近を除く応力有効領域１ａ（図２参照）を径方向，周方向へ変位しないように拘束できる。なお、試験シート１の固定方法は、前述の接着作用に限るものではなく、例えば、第１拘束ブロック３と第２拘束ブロック５の間に流動状の紫外線硬化型樹脂を充填して、流動状の紫外線硬化型樹脂を紫外線を照射によって硬化させることにより固定してもよい。なお、第１拘束ブロック３及び第２拘束ブロック５をガラスによりそれぞれ構成してあるため、第１拘束面３ｆ及び第２拘束面５ｆに対する試験シート１の密着した固定状態が安定する。
【００２５】
▲２▼　第２評価工程
前記第１評価工程が終了した後、図示省略の顕微鏡により第１拘束ブロック３の外側から、試験シート１を拡大して観察しつつ、第１拘束面３ｆと第２拘束面５ｆを平行に保持した状態の下で、第２拘束ブロック３を第１拘束ブロック１に対して下方向へ相対的に微小変位させて、試験シート１に厚さ方向（上下方向）の引張荷重を付与する（図１（ｂ）参照）。これにより、試験シート１は３次元的に収縮する傾向にあるが、第１拘束面３ｆ及び第２拘束面５ｆよって試験シート１の応力有効領域１ａの径方向，周方向の変位が拘束されることから、試験シート１の応力有効領域１ａに前記厚さ方向の引張応力σｚの他に、前記径方向の引張応力σｒと前記周方向の引張応力σθを付与することができ、換言すれば、試験シート１の応力有効領域１ａに３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を付与することができる。また、試験シート１の厚さが試験シート１の直径Ｒに対して極めて薄いことから、試験シート１の応力有効領域１ａを略均一な３次元方向の引張応力を加えた状態にすることができる。
【００２６】
ここで、試験シート１に厚さ方向の引張荷重を付与するために、例えば、第１拘束ブロック２を図示省略の試験器具本体に固定し、第２拘束ブロック１の重りを吊すように取付けるようにしてもよく、重りを徐々に重くすることによって試験シート１の厚さ方向の引張荷重を徐々に増加させることが可能である。
【００２７】
また、応力有効領域１ａをより明確にすると、本発明の実施の形態にあっては、試験シート１に厚さ方向へ引張荷重を付与すると試験シート１の外周面にＲ状の凹み１ｄが生じるが、応力有効領域１ａとは、試験シート１の全領域のうち外周部付近を除く領域であって、凹み１ｄが生じない領域のことをいう。
【００２８】
▲３▼　第３評価工程
前記▲２▼評価工程が終了した後に、第２拘束ブロック５の相対的な変位量を大きくして、試験シート１の引張荷重を徐々に増加させて、応力有効領域１ａの３次元方向の引張応力が徐々に高くすることによって、試験シート１にボイドＶ又は亀裂（図示省略）を発生させる（図１（ｃ）参照）。
【００２９】
▲４▼　第４評価工程
前記▲３▼第３評価工程が終了した後に、試験シート１にボイドＶ又は亀裂が生じたときに引張荷重をＦとした場合に、３次元方向の引張応力を加えた状態におけ
【外３】
2004117185.tif 000004
【数１】
2004117185.tif 000005
により求める。これによって、３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂（高分子材料の一例）の機械的強度を評価することができる。なお、前記応力換算式の代わりに、前記応力
【外４】
2004117185.tif 000006
うにしてもよい。
【００３０】
ここで、３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を加えた状態におけ
【外５】
2004117185.tif 000007
亀裂が生じたときに試験シート１に働く３次元方向の引張応力の平均引張応力（σｒ＋σθ＋σｚ）／３のことをいう。
【００３１】
【外６】
2004117185.tif 000008
ようにしたのは、予め有限要素法等による解析結果等に基づくものである。
【００３２】
即ち、試験シート１の直径Ｒを１．０ｍｍ、シート面積Ｓをπ／４ｍｍ２とし、厚さ（０．００５ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０，２０ｍｍ、０，２５ｍｍ）及び試験シート１を構成する前記軟質の紫外線硬化型樹脂のポアソン比ν（０．３０、０．３５、０．４０、０．４５、０．４６、０．４７、０．４８、０．４９、０．５０）を変更して、それぞれのケースにおいて試験シート１に０．７８Ｎの引張荷重を付与した場合に、予め平均引張応力（σｒ＋σθ＋σｚ）／３を有限要素法等により解析する。そして、この解析結果から、前記応力換算式中の前記応力換算計数αを求めると、表１に示すようになる。
【００３３】
【表１】
2004117185.tif 000009
表１に示すように、試験シート１の厚さが０．００５ｍｍ以上で０．１５ｍｍ以下のとき、換言すれば（試験シート１の厚さ）÷（試験シート１の直径Ｒ）が０．００５以上で０．１５以下のときには、試験シートの厚さに関係なく、前記軟質の紫外線硬化型樹脂のポアソン比νごとに同じ応力換算計数αになる。これは、試験シート１の厚さが試験シート１の直径Ｒに対して極めて薄いため、試験シート１の凹み１ｄが十分に抑制したことによるものである。
【００３４】
一方、試験シートの厚さが０．２０ｍｍ以上になると、換言すれば（試験シート１の厚さ）÷（試験シート１の直径Ｒ）が０．２０以上になると、試験シートの厚さ及び前記軟質の紫外線硬化型樹脂のポアソン比νによって、応力換算計数αが異なってくる。
【００３５】
更に、（試験シート１の厚さ）÷（試験シート１の直径Ｒ）が０．００５以上で０．１５以下のときにおける前記軟質の紫外線硬化型樹脂のポアソン比νと応力換算計数αの関係を図示すると、図３のようになる。そして、図３に描かれたポアソン比νと応力換算計数αの関係曲線は、２次関数曲線とみなして計算すると、前述のような２次関数（３．２ν２−０．６８ν＋０．５３）になることに基づくものである。
【００３６】
以上の如き、本発明の実施の形態によれば、３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の破損応力を求めて、３次方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を評価できるため、ボイド又は亀裂が生じないように前記軟質の紫外線硬化型樹脂を容易に利用することができ、前記軟質の紫外線硬化型樹脂を様々な分野で有効利用することができる。
【００３７】
また、３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を加えた状態における
【外７】
2004117185.tif 000010
式に近似する式により求めるようにしたため、第１拘束ブロック３に対する第２拘束ブロック２の相対的な変位を測定することなく、３次方向の引張応力（σｒ、σθ　、σｚ）を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を簡単かつ高精度に評価することができる。
【００３８】
更に、前記軟質の紫外線硬化型樹脂は前記光ファイバにおける前記一次被覆層と同じ軟質の紫外線硬化型樹脂であって、試験シート１の厚さを前記光ファイバにおける前記一次被覆層の厚さと同じにしてあるため、試験シート１を前記光ファイバにおける前記一次被覆層と略同じ状態にすることができ、前記光ファイバにおける前記一次被覆層を構成する前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を正確に評価することができる。
【００３９】
また、第１拘束ブロック３及び第２拘束ブロック５がガラスによりそれぞれ構成されているため、第１拘束面３ｆ及び第２拘束面５ｆに対する試験シート１の密着した固定状態が安定して、試験シート１の応力有効領域１ａにおいて３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）がより均一化され、３次元方向の引張応力（σｒ　、σθ　、σｚ）を加えた状態における前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を正確に評価することができる。
【００４０】
なお、本発明は、前述の発明の実施の形態の説明に限るものではなく、適宜の変更を行うことにより、その他種々の態様で実施可能である。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１から請求項６のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、３次元方向の引張応力を加えた状態における前記高分子材料の破損応力を求めて、３次方向の引張応力を加えた状態における前記高分子材料の機械的強度を評価できるため、ボイド又は亀裂が生じないように前記高分子材料を容易に利用することができ、前記高分子材料を様々な分野で有効利用することができる。
【００４２】
また、３次元方向の引張応力を加えた状態における前記高分子材料の破損応力
【外８】
2004117185.tif 000011
ため、前記第１拘束ブロックに対する前記第２拘束ブロックの相対的な変位を測定することなく、３次方向の引張応力を加えた状態における前記高分子材料の機械的強度を簡単かつ高精度に評価することができる。
【００４３】
請求項５に記載の発明によれば、前記効果の他に、前記高分子材料は前記光ファイバにおける前記一次被覆層と同じ軟質の紫外線硬化型樹脂であって、前記試験シートの厚さを前記光ファイバにおける前記一次被覆層の厚さと同じにしてあるため、前記試験シートを前記光ファイバにおける前記一次被覆層と略同じ状態にすることができ、前記光ファイバにおける前記一次被覆層を構成する前記軟質の紫外線硬化型樹脂の機械的強度を正確に評価することができる。
【００４４】
請求項６に記載の発明によれば、前記効果の他に、前記第１拘束ブロック及び前記第２拘束ブロックがガラスによりそれぞれ構成されているため、前記第１拘束面及び前記第２拘束面に対する前記試験シートの密着した固定状態が安定して、前記試験シートの前記応力有効領域において３次元方向の引張応力がより均一化され、３次元方向の引張応力を加えた状態における前記高分子材料の機械的強度を正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わる材料強度評価方法を説明する図である。
【図２】図１（ｂ）における試験シートを上から見た図である。
【図３】紫外線硬化型樹脂のポアソン比と応力換算係数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　試験シート
１ａ　応力有効領域
３　第１拘束ブロック
５　第２拘束ブロック
【図１】
2004117185.tif 000014
【図２】
2004117185.tif 000015
【図３】
2004117185.tif 000016