(57)【要約】【課題】帯状試料の破断強度について曲げと引っ張りを組み合わせた破断強度の評価を簡便かつ自動的に行う。【解決手段】曲率半径を設けた加圧ヘッドと、前記加圧ヘッドに沿うように保持された帯状試料の両側で帯状試料を保持するチャックと、加圧ヘッド先端部とチャック間で帯状試料に張力を加える引っ張り装置と、前記加圧ヘッド先端を観察する顕微鏡ヘッドを有し、前記チャックのどちらか一方に連接されたロードセルで張力測定を行うとともに、加圧ヘッド先端を観察する顕微鏡ヘッドで帯状試料の曲げ外周部に発生する微小クラックの発生時期の特定が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲率半径を設けた加圧ヘッドと、前記加圧ヘッドに沿うように保持された帯状試料の両側で帯状試料を保持するチャックと、加圧ヘッド先端部とチャック間で帯状試料に張力を加える張力付加機構と、前記加圧ヘッド先端を観察する認識手段を有し、前記チャックのどちらか一方が張力測定器に連接されていることを特徴とする破断試験装置。
【請求項２】
交換可能な複数の異なる所定の曲率半径を持つ加圧ヘッドからなることを特徴とする請求項１に記載の破断試験装置。
【請求項３】
帯状試料を供給する供給コイル部と、試験後の帯状試料を巻き取る巻き取りコイル部からなることを特徴とする請求項１または２に記載の破断試験装置。
【請求項４】
加圧ヘッド先端部は、曲率中心軸で自転できる機構を有する請求項１に記載の破断試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状試料の破断試験装置に関し、さらに詳しくは、プラスチック材料、プラスチックを含む複合材料、又は導電性の基材の表面に塗膜層を形成した複合材料からなる試料の曲げと張力が合わさって作用して破断する破断試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の帯状のプラスチック材料やプラスチックを含む複合材料からなる試料の試験装置として３点曲げ試験装置があった（例えば、特許文献１参照）。図５は、前記特許文献１に記載された従来の３点曲げ試験装置を示すものである。
【０００３】
図５において、両端が自由な帯状試料１０１を２個の円筒支え１０２の上に載せ、その中央部に先端部が半円形状に形成された押し金具１０３を当て、この押し金具１０３を帯状試料１０１の面に対し徐々に垂直に押し込み、このとき押し込み金具１０３に生じる帯状試料１０１の垂直方向の曲げ反力をロードセル１０４で測定し、押し込み金具１０３の押し込み量から算出した曲げ角度で帯状試料１０１の曲げ耐久性を評価していた。さらに試験後に帯状試料１０１を取り外し、外観検査を行い、帯状試料１０１が破断しているかを判定していた。
【特許文献１】特開２００３−３０７４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、帯状試料の両端は自由であり、張力の測定ができない。また、帯状試料自体にも押し込み金具による曲げ応力しかかかっておらず、例えば、導電性の基材の表面に塗膜層を形成したような複合材料からなる帯状試料を、曲率半径の小さい巻き芯材に巻き付けて電子部品などの電極に仕上げる場合に、帯状試料に生じる引っ張りと曲げが合わさった応力で導電性の基材の表面の塗膜層に微小クラックが発生するかどうかという耐久性の評価に使用することができないという課題を有していた。
【０００５】
したがって、本発明は、上記のような従来の２個の円筒支えの上に両端が自由な帯状試料を載せ、その中央部を先端部形状が巻芯の外周形状と同じ曲率半径の押し金具で垂直に押し込む３点曲げ試験における問題点を解決し、プラスチック材料、プラスチックを含む複合材料、又は導電性の基材の表面に塗膜層を形成した複合材料などからなる帯状試料に対して、引っ張りと曲げが合わさって作用する場合の耐久性を評価できる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の破断試験装置は、曲率半径を設けた加圧ヘッドと、前記加圧ヘッドに沿うように保持された帯状試料の両側で帯状試料を保持するチャックと、加圧ヘッド先端部とチャック間で帯状試料に張力を加える張力付加機構と、前記加圧ヘッド先端を観察する認識手段を有し、前記チャックのどちらか一方が張力測定器に連接されていることを特徴とする。チャックのどちらか一方に連接された張力測定器で張力測定を行い、加圧ヘッド先端を観測する認識手段で帯状試料の外周表面における微小クラックの発生を特定する。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明の破断試験装置によれば、帯状試料に引っ張りと曲げが合わさって作用して破断する場合の破断強度の測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における破断試験装置を模式的に示す概略図である。図１において、１は所定の曲率半径ｒを有し、曲率の中心軸２で自転できる自転機構３により保持された加圧ヘッドで、本発明の実施の形態１では自転機構３としてミニチュアベアリングで保持された段付ピンを用いている。自転機構３は背面基台４に固定されたガイド５で位置決め固定された自転機構ホルダー６で保持されている。本発明の実施の形態１において加圧ヘッド１の曲率半径ｒを変更する際は、自転機構ホルダー６ごと交換している。７は加圧ヘッド１の両側に配置された保持チャック８の上部爪９と下部爪１０で加圧ヘッド１の先端部に沿うよう保持された帯状試料で、本発明の実施の形態１では保持チャック８に上部爪９の上下動作機構（図示せず）を設け、加圧ヘッド曲率中心軸２に平行に凹凸な溝を設けた上部爪９と平板状の下部爪１０との間で帯状試料７を挟み、帯状試料７の幅方向に均一に張力が掛かるように保持している。
【００１０】
本発明の実施の形態１において帯状試料７の幅は２０ｍｍのものを用いた。保持チャック８は保持チャックベース１１を介して保持チャック基台１２に取り付けられたリニアガイド１３に取り付けられており、リニアガイド１３に沿って負荷なく移動が可能となっている。本発明の実施の形態１では、図１で加圧ヘッド１の右側に配置された保持チャック８には引っ張り装置連結棒１４を介して引っ張り装置１５が取り付けられており、保持チャック８をリニアガイド１３に沿って変速可能な所定の速度で移動されるようになっている。
【００１１】
本発明の実施の形態１では図１で加圧ヘッド１の左側に配置された保持チャック８には張力測定器として、ロードセル連結棒１６を介してロードセル１７が取り付けられており、保持チャック８にリニアガイド１３に沿った方向に掛かる力を測定する。
【００１２】
図１のＡ−Ａ‘断面を表す図２に示すように、加圧ヘッド１の先端部に沿った帯状試料７の端面を拡大観察する認識手段として顕微鏡ヘッド１８が加圧ヘッド１の先端に設置されている。帯状試料７の破断の有無を顕微鏡ヘッド１８に接続された画像認識装置（図示せず）で行う。
【００１３】
かかる構成によれば、帯状試料７に引っ張りと曲げが合わさって、曲げ外周表面にかかる微小クラックを発生させる際の破断強度の測定ができる。
【００１４】
本発明の実施の形態１では、最初に加圧ヘッド１の曲率半径ｒが、０．５ｍｍの自転機構ホルダー６をガイド５に取り付け、帯状試料７を加圧ヘッド１の先端部に沿わせた状態で加圧ヘッド１の両側に設置された保持チャック８の上部爪９と下部爪１０に挟んで固定し、引っ張り装置連結棒１４を介して引っ張り装置１５に連結された側の保持チャック８をリニアガイド１３に沿って動作速度０．５ｍｍ／分で引き上げる。帯状試料７が加圧ヘッド１の先端部に接触し、ロードセル連結棒１６を介してロードセル１７に連結された側の保持チャック８をリニアガイド１３に沿って引っ張り、ロードセル１７で張力を測定する。ロードセル１７で張力を検出した時点で引っ張り装置１５の動作速度を２ｍｍ／分とし、帯状試料７が破断するまで継続して引っ張る。この際、帯状試料７が引っ張りによる伸びで加圧ヘッド１の先端部上を移動するが、加圧ヘッド１の先端部が自転機構３によりその曲率中心軸２を中心に回転するため、帯状試料７には加圧ヘッド１の先端部をすべることにより付加される応力は発生しない。
【００１５】
次に、帯状試料７の破断は加圧ヘッド１の正面に設置された顕微鏡ヘッド１８で帯状試料７の端面を拡大観察して帯状試料７の破断の有無を画像認識装置で行う。帯状試料７の破断が検出された時点で、引っ張り装置連結棒１４を介して引っ張り装置１５に連結された側の保持チャックの上部爪９のチャックを開放し、保持チャック８を原点に復帰させる。幅２０ｍｍの帯状試料について加圧ヘッド１の曲率半径ｒが０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、５．０ｍｍの自転機構ホルダー６をガイド５に取り付けて、それぞれ同様な破断試験を行った。結果を図３に示す。図３においてｙ軸に破断検出時のロードセルの張力値（但し、張力ゼロのときに表示している値をオフセットしている）、ｘ軸に加圧ヘッド１の曲率半径ｒの逆数（１／ｒ）を曲率κとして取っている。
【００１６】
各曲率半径ｒについて破断試験を行った結果、各曲率半径ｒにおける破断強度の最低値は表１に示すように、加圧ヘッド１の曲率半径ｒが０．５ｍｍの場合は２５Ｎで破断し、曲率半径ｒが０．８ｍｍの場合は３８Ｎ、曲率半径ｒが１．０ｍｍの場合は４０Ｎ、曲率半径ｒが２．０ｍｍの場合は４９Ｎ、曲率半径ｒが５．０ｍｍの場合は５１Ｎとなり、各曲率半径ｒでどの程度の破断強度に耐えうるかがわかる。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図３の破断試験結果には、帯状試料７に曲げを加えずに別試験機にて引っ張り試験をした結果を曲率κ＝０の破断強度として加えてあり、それぞれの曲率κにおける破断強度を線で結び、これを境界線とし、境界線より上側を破断領域、下側を安全領域として帯状試料７に生じる引っ張りと曲げが合わさって作用する場合の帯状試料７が破断しない領域を明確にしている。
【００１９】
このことにより帯状試料に引っ張りと曲げが合わさって作用する場合、例えば、プラスチック材料やプラスチックを含む複合材料や導電性の基材の表面に塗膜層を形成した複合材料からなる試料を、曲率半径ｒの小さい巻き芯に張力をかけて巻きつけて電子部品などの電極に仕上げる場合、図３を使って、複合材料が破断しない安全領域での巻き芯の径や張力が決定でき、巻き付けの加工条件出しに活用できる。
【００２０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の試験装置を模式的に示す概略図である。図４において、図１および図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態２について、図４を用いて具体例を説明する。図４において１９は所定の異なる曲率半径ｒを持つ複数の加圧ヘッド２１を自転機構としての自転機構２０を介して保持する支持基台で、本発明の実施の形態２では曲率半径ｒが０．５ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、４種類の加圧ヘッド２１を中心から加圧ヘッド２１の先端部の帯状試料７の接触部までを等距離とし、円周４等配に自転機構２０を介して背面基台４に取り付けられ回転割り出し装置（図示せず）に接続され、曲率半径ｒを変えるために所定の角度、本発明の実施の形態２では９０°回転させている。
【００２２】
３０は帯状試料７をロール状に巻いた供給コイル部であり、１回の破断試験に使用する長さの帯状試料７を上部爪９で、ロードセル１７に連接された保持チャック８を経て加圧ヘッド２１へ供給する。３１は帯状試料７を巻き取るための巻き取りコイル部であり、加圧ヘッド２１側から引っ張り装置１５に連接された保持チャック８を経て帯状試料７を巻き取る。
【００２３】
帯状試料７を保持する保持チャック８のどちらか一方に連接されたロードセル１７で張力測定を行うとともに、加圧ヘッド先端を観察する顕微鏡ヘッド１８で、帯状試料７の曲げ外周部に発生する微小クラックの発生時期の特定を実施の形態１と同じ構成で同様に行う。
【００２４】
本発明の実施の形態２では、供給コイル部３０は、１回の破断試験に使用する長さの帯状試料７を上部爪９で搬送し、破断試験を実施の形態１と同様に行った後、加圧ヘッド２１の支持部材２２を回転させ、曲率半径ｒの異なる次の加圧ヘッド２１で同様な破断試験を繰り返し、１回の破断試験に使用する長さの帯状試料７を上部爪９で巻き取りコイル部３１へ巻き取る。
【００２５】
かかる構成によれば、所定の異なる曲率半径ｒを持つ複数の加圧ヘッド２１を自転機構としての自転機構２０を介して支持基台１９で保持し、破断試験ごとに加圧ヘッド２１を交換し、供給コイル部３０から上部爪９を使い帯状試料７を搬出し、又、保持チャック８で巻き取りコイル部３１への連続した帯状試料７を搬出する各動作は連動されることにより実施の形態１と同様な試験結果が連続して得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の破断試験装置は、帯状試料に引っ張りと曲げが合わさって作用する場合の破断強度の測定が可能となり、プラスチック材料、プラスチックを含む複合材料、又は導電性の基材の表面に塗膜層を形成した複合材料からなる試料の引っ張りと曲げが合わさって作用する場合の破断試験評価の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１の試験装置を模式的に示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１の図１のＡ−Ａ’断面に示す断面外略図
【図３】本発明の実施の形態１における破断試験結果を示す図
【図４】本発明の実施の形態２の試験装置を模式的に示す概略図
【図５】従来の試験装置を模式的に示す概略図
【符号の説明】
【００２８】
１、２１  加圧ヘッド
２  曲率中心軸
３、２０  自転機構
７    帯状試料
８    保持チャック
１５  引っ張り装置
１７  ロードセル
１８  顕微鏡ヘッド
３０  供給コイル部
３１  巻き取りコイル部
【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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