(57)【要約】【課題】ガラス等の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定して当該板状体の強度を測定する強度測定装置において、条件設定が簡単になり、高度なテクニックが不要で、ヒータ破損が減少し、ヒータ交換によるロスを小さくする。【解決手段】ヒータＨが加熱された状態で、押圧部１０によりヒータの一部を板状体Ｇに当接させて熱的負荷を与え、熱的負荷により板状体が破壊する際に生じた反力を測定することにより、板状体の強度を測定する装置において、本発明の強度測定装置１は、板状体が載置される載置台２２を有する第１ステージ２０と、ヒータを載置台の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部３３を有する第２ステージと、載置台の上方に配置され、保持部に保持された状態のヒータの一部に上面側より当接して、ヒータの一部を載置台に載置された板状体に当接させる押圧部１０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる無機材料製の板状体が載置される載置台を有する第１ステージと、
薄板状のヒータを前記載置台の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部を有する第２ステージと、
前記載置台の上方に配置され、前記保持部に保持された状態の前記ヒータの一部に上面側より当接して、前記ヒータの前記一部を前記載置台に載置された前記板状体に当接させる押圧部と、を備え、
前記ヒータが加熱された状態で、前記押圧部により前記ヒータの一部を前記板状体に当接させて前記板状体に熱的負荷を与え、該熱的負荷により前記板状体が破壊する際に生じた反力を測定することにより、前記板状体の強度を測定する強度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の強度測定装置であって、
前記保持部は、前記ヒータを上下で挟む一対のローラを備えること、
を特徴とする強度測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の強度測定装置であって、
前記押圧部の押圧により生じる前記ヒータと前記板状体との接触部は、前記板状体の長手方向における長さが、前記板状体の長手方向長さの０．２倍以下、前記板状体の短手方向の長さが、前記板状体の短手方向長さの０．６倍以下であること、
を特徴とする強度測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の強度測定装置であって、
前記第２ステージは前記第１ステージに対して上下動可能であり、前記載置台に載置された前記板状体の上面から前記保持部に保持された前記ヒータの下面との距離を、前記板状体の厚さの０．２倍以下にすることが可能であること、
を特徴とする強度測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の強度測定装置であって、
前記載置台には、前記板状体の下面を冷却する冷却部を備えること、
を特徴とする強度測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の強度測定装置であって、
前記板状体の長手方向を第１方向、前記板状体の短手方向を第２方向としたときに、
前記板状体における前記冷却部により冷却される冷却領域の前記第１方向の長さは前記板状体の前記長手方向の長さ０．５〜０．８倍であり、前記冷却領域の前記第２方向の長さは前記板状体の短手方向長さの０．１〜１．０倍であること、
を特徴とする強度測定装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の強度測定装置であって、
前記冷却部は、前記板状体に空気を吹き付けることにより前記板状体を冷却すること、
を特徴とする強度測定装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の強度測定装置であって、
前記冷却部は、前記板状体の破壊により冷却を停止すること、
を特徴とする強度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定することによりに当該板状体の強度を測定する強度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無機材料製の板状体、例えばガラスの強度は、ガラスに加わる負荷や支持方法によって異なる値となる。そこで、実際にガラスが用いられている状況と同様の状態に当該ガラスを支持して負荷を加え、実際の使用に近い状態を作り出し、その条件でのガラスの強度測定が行われている。そのため、多種多様な強度測定法が提案されている。
【０００３】
このような強度測定法としては、例えば曲げ強度測定法や衝撃試験法がある。
曲げ強度測定法としては、４点曲げ強度測定法や、同心円負荷曲げ法が、衝撃試験法としては、ショットバッグ試験法や落球試験法が代表的である。それ以外にも、耐風圧強度や熱割れ強度を始めとする実用強度の試験法も数多く提案されている。
【０００４】
これらの強度測定方法は、
１）機械的負荷とその変形に基づく破壊、
２）熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊
３）これらの混合モードの破壊
のどれかに大別される。
【０００５】
このような中、強度測定法の大半は、１）「機械的負荷とその変形に基づく破壊」によるものであり、２）「熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊」、および３）「混合モードの破壊」による強度測定法は数少ない。
【０００６】
２）「熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊」による強度測定法としては、ガラス中央部をランプ等で加熱し、同時にガラス端部を水冷ジャケット等で冷却して測定する、いわゆる「熱割れ強度測定法」がある。
この「熱割れ強度測定法」は、破壊時において、ガラス中央部とガラス端部の温度差から発生する、主に平面方向における応力を測定するものである。これは、試験開始からガラス破壊まで、時間をかけて行う準静的な試験法であり、かつ実験結果のバラツキも大きい。
【０００７】
これに対し、「熱的負荷とその内部応力発生に基づく破壊」による強度測定法の他の測定法として、「熱衝撃による強度測定法」がある。この熱衝撃強度は主に板厚方向におけるガラス中央部とガラス端部の温度差を発生させて破壊強度を測定するものである。
熱衝撃による強度測定法は、温度差に基づく内部応力での破壊による強度測定という点では熱割れ強度と同様の概念である。しかし、短時間で熱負荷を加えること、および応力の発生方向が異なっている。
【０００８】
熱衝撃による強度測定法は、ガラスの場合、高温に熱したガラスを低温の液体中に入れ、その温度差を熱衝撃強度の値とする方法が多く採用されている。液体としては水を用いることが多いので、一般的には水中投下法と呼ばれる。
しかし、水中投下法においては、例えば試料とする無機材料板状体の表面温度により、無機材料板状体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、無機材料板状体表面の温度とともに、その熱伝達係数は急激にかつ非線形的に変化するので、無機材料板状体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る。
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無機材料板状体数を増やし、統計的に処理することで対応してきた。
【０００９】
その他、セラミックスの熱衝撃強度法として提案されている反力試験法による強度測定法は、いくつか検討がなされている（例えば、水谷らによる非特許文献１）が、ガラスにそのまま応用することは極めて難しい。
【００１０】
しかし、例えば水谷らの方法ではその測定に多くの時間を要するため、光透過率の高いガラスにそのまま応用するのは極めて難しい。ガラス試料の中央部と周辺部の温度差を十分に確保することが必要となるが、その温度差をつけることが難しいからである。
【００１１】
このような状況から、ガラスにおける熱的負荷が行われた場合における、高速で高精度に測定できる強度測定法の開発が期待されている。このため、本発明者らは、光透過率が高いガラスにおいても反力測定により熱衝撃強度を測定できる方法を見いだし、ガラスの反力測定による熱衝撃試験方法に関する検討を行っている（例えば、特許文献１、２及び非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１０８５９１号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６３４号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】水谷他、「拘束されたセラミックススラブの一面加熱による反力と熱応力」、材料、第４４巻、第４９８号、ｐｐ３６２−３６７
【非特許文献２】荒谷他、「反力試験法によるガラス強度測定」、日本材料強度学会誌 (２０１２)、第４５巻、 第３号、ｐｐ４１−５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明者らにより見出された、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊させることにより、当該板状体の強度を測定できるようになった。しかし、従来の発明においては、その条件設定に多くの時間を要し、またその測定時において高度な測定テクニックを必要とする問題があった。また、発熱源となるヒータも破損しやすく、ヒータが破損するたびに新しいヒータに交換しなければならないので、その設定や確認に多くの時間を要するという問題があった。
【００１５】
本発明は、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定することによりに当該板状体の強度を測定する強度測定装置において、上記の問題を解決した。すなわち強度測定時の条件設定が簡単になり、また特別高度な測定テクニックを必要とせず、ヒータの破損が大幅に減少し、従ってヒータ交換による種々のロスを小さくできるという、より測定が容易な強度測定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】
【００１６】
本発明は、以下のような解決手段により前記課題を解決する。
請求項１に記載の発明は、測定対象となる無機材料製の板状体（Ｇ）が載置される載置台（２２）を有する第１ステージ（２０）と、薄板状のヒータ（Ｈ）を前記載置台（２２）の上方で水平方向に移動可能且つ上下方向の位置を保持可能な保持部（３３）を有する第２ステージと、前記載置台（２２）の上方に配置され、前記保持部（３３）に保持された状態の前記ヒータ（Ｈ）の一部に上面側より当接して、前記ヒータ（Ｈ）の前記一部を前記載置台（２２）に載置された前記板状体（Ｇ）に当接させる押圧部（１０）と、を備え、前記ヒータ（Ｈ）が加熱された状態で、前記押圧部（１０）により前記ヒータ（Ｈ）の一部を前記板状体（Ｇ）に当接させて前記板状体（Ｇ）に熱的負荷を与え、該熱的負荷により前記板状体（Ｇ）が破壊する際に生じた反力を測定することにより、前記板状体（Ｇ）の強度を測定する強度測定装置（１，１００）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の強度測定装置（１，１００）であって、前記保持部（３３）は、前記ヒータを上下で挟む一対のローラを備えること、を特徴とする強度測定装置（１，１００）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の強度測定装置（１，１００）であって、前記押圧部（１０）の押圧により生じる前記ヒータ（Ｈ）と前記板状体（Ｇ）との接触部は、前記板状体（Ｇ）の長手方向における長さが、前記板状体（Ｇ）の長手方向長さの０．２倍以下、前記板状体（Ｇ）の短手方向の長さが、前記板状体（Ｇ）の短手方向長さの０．６倍以下であること、を特徴とする強度測定装置（１，１００）である。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の強度測定装置（１，１００）であって、前記第２ステージは前記第１ステージ（２０）に対して上下動可能であり、前記載置台（２２）に載置された前記板状体（Ｇ）の上面から前記保持部（３３）に保持された前記ヒータ（Ｈ）の下面との距離を、前記板状体（Ｇ）の厚さの０．２倍以下にすることが可能であること、を特徴とする強度測定装置（１，１００）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の強度測定装置（１００）であって、前記載置台（２２）には、前記板状体（Ｇ）の下面を冷却する冷却部（１０１）を備えること、を特徴とする強度測定装置（１００）である。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の強度測定装置（１００）であって、前記板状体（Ｇ）の長手方向を第１方向、前記板状体（Ｇ）の短手方向を第２方向としたときに、前記板状体（Ｇ）における前記冷却部（１０１）により冷却される冷却領域の前記第１方向の長さは前記板状体（Ｇ）の前記長手方向の長さ０．５〜０．８倍であり、前記冷却領域の前記第２方向の長さは前記板状体（Ｇ）の短手方向長さの０．１〜１．０倍であること、を特徴とする強度測定装置（１００）である。
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の強度測定装置（１００）であって、前記冷却部（１０１）は、前記板状体（Ｇ）に空気を吹き付けることにより前記板状体（Ｇ）を冷却すること、を特徴とする強度測定装置（１００）である。
請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか１項に記載の強度測定装置（１００）であって、前記冷却部（１０１）は、前記板状体（Ｇ）の破壊により冷却を停止すること、を特徴とする強度測定装置（１００）である。
なお、上記構成は、適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ガラス等の無機材料製の板状体に熱衝撃を加えて破壊した際の反力を測定することによりに当該板状体の強度を測定する強度測定装置において、強度測定時の条件設定が簡単になり、また特別高度な測定テクニックを必要とせず、ヒータの破損が大幅に減少し、従ってヒータ交換による種々のロスを小さくできるという、より測定が容易な強度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る強度測定装置の概略正面図である。
【図２】ロードセルを取りはずした状態の強度測定装置の概略上面図である。
【図３】本実施形態の熱衝撃法による強度測定と比較形態の曲げ強度測定におけるガラスの変形および応力発生の慨念を示した図であり、（ａ）は本実施形態、（ｂ）は比較形態である。
【図４】本発明の第２実施形態の強度測定装置を示した図である。
【図５】ガラスの冷却領域を示す図である。
【図６】第３実施形態に係る強度測定装置の概略図である。
【図７】第３実施形態に係る強度測定装置におけるヒータ保持状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、図面等を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る、無機材料板状体（本実施形態ではガラスＧ）の強度測定装置１（反力測定装置，熱衝撃試験装置）の概略正面図である。図２は、後述するロードセル１０を取りはずした状態の強度測定装置１の概略上面図である。図中、便宜上、ＸＹＺ軸を設ける。
【００２０】
（装置）
熱衝撃法による強度測定装置１は、ベース部１１と、ベース部１１に対して上下動可能な第１ステージ２０と、第１ステージ２０とともに、ベース部１１に対して上下動可能な第２ステージ３０とを備える。
【００２１】
ベース部１１は、矩形の板状体である。ベース部１１の上面から上方（Ｚプラス方向）に向かって、第１ステージ２０の上下動をガイドする２本のガイドバー１２（１２Ｌ，１２Ｒ）と、後述するロードセル１０が垂下された上板１４を支持する２本の支持柱１３（１３Ｌ，１３Ｒ）とが延びている。
【００２２】
なお、図中、左側に位置するものには参照符号の右側にＬを付し、右側に位置するものには参照符号の右側にＲを付すが、機能は左右同一であるので以下の説明において共通する事項については参照符号の右側にＬ及びＲの符号を付さずに共通事項として説明する。
【００２３】
第１ステージ２０は、ベース部１１上に、第１垂直駆動部としてシリンダ２１を介して配置されている。また、第１ステージ２０の後部（Ｙマイナス側）には、ガイドバー１２が貫通する孔が設けられており、第１ステージ２０は、ガイドバー１２によって案内されつつ、シリンダ２１によってベース部１１に対して垂直方向に駆動可能となっている。
【００２４】
第１ステージ２０の略中央部には、強度測定対象としてのガラスＧを載置する載置台２２が配置されている。
載置台２２は、上面に凹部２３が設けられた直方体形状であって、長手方向がＸ方向、短手方向がＹ方向に沿うように配置されている。凹部２３は、長手方向の中心線に沿って短手方向に延びている。
【００２５】
載置台２２の上面における、凹部２３を挟んだ長手方向両側には、それぞれ、短手方向に延びる断面半円形状の溝２４（２４Ｌ，２４Ｒ）が形成されている。
その溝２４には、溝２４の内周面に嵌合する円柱部材２５（２５Ｌ，２５Ｒ）が載置されている。
その２本の円柱部材２５の中心軸間の距離（スパン）Ｓ１は、約３０ｍｍである。
溝２４の断面は半円形状であるので、溝２４に配置された円柱部材２５の上半分は、載置台２２の上面よりも上側に突出している。
載置台２２上にガラスＧを配置すると、ガラスＧの下面は、円柱部材２５の側面と線接触し、スパンＳ１の２本のラインで保持される。
【００２６】
第２ステージ３０は、第１ステージ２０とともに上下動可能であるとともに、その第１ステージ２０に対しても相対的に上下動可能である。第１ステージ２０に対する上下動は第２垂直駆動部３１により行われる。また、第２ステージ３０は、２本のガイドバー１２間を架け渡すように取り付けられた支持バー３２も備える。
【００２７】
支持バー３２におけるガイドバー１２Ｌ，１２Ｒの間には、ヒータ保持部３３（３３Ｌ，３３Ｒ）が取り付けられている。
ヒータ保持部３３は２つ設けられており、それらは、好ましくは、後述するヒータ押圧部１５の円柱部材１６によりヒータＨが押圧される位置（すなわち、強度測定装置１の中央）を中心としてＸ方向に対称な位置に設けられている。
ヒータ保持部３３は、それぞれ、支持バー３２からＹ方向に延びる２本の腕部３４（３４Ｌ，３４Ｒ）と、その先端に取り付けられた２つのローラ、すなわち上部ローラ３５Ｕ（３５ＵＬ，３５ＵＲ）及び下部ローラ３５Ｄ（３５ＤＬ，３５ＤＲ）とを備える。
【００２８】
ヒータ保持部３３の、上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄは、どちらの方向にも自在に回転可能である。そして、互いの間に後述のヒータＨを間に挟み、ヒータＨが熱膨張した場合、回転することによってヒータＨの熱膨張による延びを吸収するとともに、ヒータＨの上下方向の位置を保持する。  また、ローラ３５の回転角度は、制御部２に伝達され、制御部２は、熱膨張量を測定することも可能となっている。制御部２は、熱膨張量より熱膨張率を演算することも可能であるし、熱膨張率から熱膨張量を演算することもできる。
一般的には、ヒータを設定した後、ガラスと接触させずにヒータのみを加熱して測定する、いわゆる空加熱で測定する。この結果得られた熱膨張率に対し、予めガラスと接触させたことによる上昇温度の減少分を差し引き、測定時の熱膨張とする。ただし、熱膨張率は、別の装置で行うことも可能である。
【００２９】
ヒータＨは、ガラスＧが矩形形状の場合は、長手方向の長さはガラスＧより長く、また短手方向の長さ（幅）はガラスＧより短くすることが好ましい。本実施形態では、長さ８５ｍｍ、幅４ｍｍで厚さ０．２ｍｍの窒化シリコン製である。ヒータＨは電源３より供給された電力によりガラスを熱衝撃破壊させるに足る発熱することが可能である。その温度は６００度以上が望ましい。このため材質は窒化シリコンのほか、炭化珪素、窒化アルミ、二珪化モリブデン、黒鉛、ニクロム、カンタルが可能である。
ヒータＨは、載置台の上方で上下方向の位置を保持可能な保持されているので、押圧部による押圧で、ヒータＨが弾性変形することによって、ヒータＨが測定対象の板状体に接触することが好ましい。そのため、ヒータＨの厚みは、好ましくは２．０〜０．０２ｍｍ、より好ましくは、０．２〜０．０５ｍｍとすることが好ましい。また、測定を効率良くすために、ヒータが上下方向の位置で保持される位置は、測定対象の板状体の上面から垂直方向に１０〜０．３ｍｍ、好ましくは５．０〜２．０ｍｍの位置に配置されることが好ましい。
ヒータＨの両端は、伝熱線４１（４１Ｌ，４１Ｒ）が接続されたクリップ４２（４２Ｌ，４２Ｒ）によって保持されている。
クリップ４２は伝熱線４１の一端に固定され、伝熱線４１の他端は支持柱１３に対して上下動可能に巻かれて保持され、電源３に接続されている。
また、伝熱線４１における、クリップ４２に固定された部分と、支持柱１３に巻かれた部分との間は、バネ状になっている。このバネ状部によって、ヒータＨが熱膨張したときの延びが吸収され、ヒータＨの熱膨張によるガラスＧへの負荷が軽減される。
但し、バネ状部については、必須としない。
【００３０】
２本の支持柱１３の上端は、上板１４が架け渡されている。上板１４における、載置台２２の上方となる位置、すなわち、載置台２２上にガラスＧ及びヒータＨが配置された場合のガラスＧ及びヒータＨの上方には、ロードセル１０が垂下され、そのロードセル１０から、ヒータ押圧部１５が下に延びている。
ヒータ押圧部１５の下端には、上述の円柱部材２５の取り付け方法と同様に、溝が設けられ、その溝に円柱部材１６が取り付けられている。円柱部材２５と円柱部材１６とは平行に配置されている。
この円柱部材１６も、ヒータ押圧部１５の下端よりもさらに下方に突き出し、円柱部材１６の側面の下側が、ヒータＨの上面と線接触するようになっている。
【００３１】
ここで、電源３により制御されるヒータＨへの出力、第１ステージ２０及び第２ステージ３０のシリンダ２１による上下動、第２ステージ３０の第１ステージ２０に対する第２垂直駆動部３１による上下動の操作は、制御部２に接続された操作部５により可能となっている。
操作部５は、例えば複数のダイヤル等を備え、そのうちの一つのダイヤルを回転させることにより第１ステージ２０及び第２ステージ３０を一体となって上下動させるシリンダ２１を動作させることがでる。
また、他のダイヤルを回転させることにより、第２ステージ３０に対して第１ステージ２０を相対移動させる第２垂直駆動部３１を動作させることができる。
さらに操作部５は、スイッチも備え、スイッチのオンオフにより制御部２及び電源を介してヒータＨの加熱のオンオフが可能である。
【００３２】
（ガラス）
本実施形態において熱衝撃法による強度測定装置１の測定対象は、ガラスＧを用いるが、ガラスに限定されず、セラミック等の他の非金属無機材料板状体であってもよい。
また、ガラスについても、フロートガラスと呼ばれるソーダ・ライム・シリカ系以外のどのガラスに対しても測定可能である。医療用によく用いられる鉛ガラス、光学用ガラス等、どのガラス組成系でも板状であれば、測定可能である。さらには、化学強化法や熱強化法で強化された、いわゆる強化ガラスでも測定が可能である。すなわち、各種組成のガラス並びに加工されたガラスに対しても有用である。
【００３３】
（測定方法）
熱衝撃法による強度測定は以下の順序で行う。
１）まず、操作部５を操作して第１ステージ２０と第２ステージ３０を初期位置にする。
初期位置とは、第１ステージ２０にガラスＧ、第２ステージ３０にヒータＨを配置した状態で、ヒータＨの上面とロードセル１０（円柱部材１６）の下端とが十分に離れている位置である。
また、第１ステージ２０と第２ステージ３０との関係における初期位置は、第１ステージ２０にガラスＧ、第２ステージ３０のヒータ保持部３３またはローラ３５でヒータＨを挟み込んで配置した状態で、ヒータＨの下面とガラスＧの上面との隙間Ｓ２がガラスＧの厚さの０．２倍以下となる位置である。
【００３４】
２）ガラスＧを載置台２２に載置する。このとき、ガラスＧの下面は、載置台２２の円柱部材２５の側面と線接触する。
【００３５】
３）ヒータＨを、その中心がガラスＧの中心と略一致するようにしてヒータＨまたはローラ３５でのズレに注意しながら両端をクリップ４２で挟む。このとき、第１ステージ２０と第２ステージ３０との初期設定によりヒータＨとガラスＧ台との間の隙間Ｓ２はガラスＧの厚さの０．２倍以下になる。
【００３６】
４）操作部５を介して第１ステージ２０及び第２ステージ３０を、ヒータＨ上面と接触するロードセル１０に４０Ｎの力がかかるまで一体的にシリンダ２１で上昇させる。これにより、ヒータＨに対して３点曲げ法（１点負荷２点支持）に準じた予備負荷が行われる。当然のことながら、この予備負荷が４０Ｎに限定されることはない。
予備負荷を行う理由は、ガラスＧとヒータＨとの接触状況が極めて重要な因子となるからである。このようにヒータＨへの加熱を行う前に３点曲げ法の条件に準じた約４０Ｎの予備負荷を付与することにより、ガラスＧと密着性が高まる。
【００３７】
５）その後、操作部５を操作して第１ステージ２０を第２垂直駆動部３１により第２ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約３０Ｎにする。この時点の予備負荷も３０Ｎに限定されることはない。
【００３８】
６）次いで、操作部５を介して電源３をＯＮにしてガラスＧが破壊するまでヒータＨを急激に加熱する。このとき、ヒータＨは熱膨張するが、ローラ３５が回転するので、ローラ３５により保持されている位置でのヒータＨの垂直方向位置は維持される。そしてヒータＨが熱膨張しても、ヒータＨの端部の長さ方向の位置は押さえられていないので、その伸びによってヒータＨがガラスＧを押圧する力が強くなることがなく、３０Ｎを維持することができる。
７）さらに、ロードセル１０によって反力からも発生した応力を測定する。
【００３９】
（実施例）
実施例として、具体的には、ガラスＧとして、セントラル硝子株式会社製のフロートガラスＣＦＬを用いた。ＣＦＬは典型的なソーダ石灰ガラスの透明のガラスであり、密度：２．５ρ／Ｍｇｍ−３、屈折率：１．５２ｎｄ／５８８ｎｍ、可視透過率（ｄ＝５×１０−３：８９．３Ｔ／％、軟化点：１００６Ｔｓ／Ｋ、遷移点：８２８Ｔｔ／Ｋ、熱膨張率：８６α／×１０−７Ｋ−１で、Ｆｅ２Ｏ３の含有量：０．０８Ｉ／ｍａｓｓ％である。また、そのＣＦＬは実厚が２．７４〜２．７５ｍｍのガラスを長さ５０ｍｍ幅１０ｍｍに切断され、その端面は＃５００でシーミング加工されている。
注）単位の記載が気になりますが、これでよろしいですか。例えば、軟化点の場合はＴｓは軟化点を表す略記号で、単位が１/Ｋ、屈折率の場合はｎｄ屈折率を表す略記号です。（ｎは通常の小文字、ｎは添字ですのでもっと小さな文字で表すのが私達の通例です。）/の後に単位を入れることも含め、セラミックス協会の慣習ですが、一般的ではないので、学会によっては例えば中かっこの中に記載しています。この標記は特許明細書として問題がなければ、先生の方で無視して戴いて構いません。
【００４０】
実際の測定は以下のようにして行った。
一つの実験に際し、１０枚のガラスを準備した。その１０枚のガラスの強度を測定し、ワイブル係数と標準偏差を求め、その確度を推定した。また、１０枚の測定に要した時間、必要としたヒータの数も記録した。
【００４１】
実施例１〜３として、本実施形態の熱衝撃法に基づいて測定した。
比較例１として、実施例３と同じ強度測定経験者に対し、測定時間の制限を９０分以下として測定した。
【００４２】
比較例３として、同じ測定者が４点曲げ法で測定した。
ここで、４点曲げ法について説明する。４点曲げ法による強度測定は、基本的には本実施形態の熱衝撃法による強度測定装置１と同じ装置で行うことができる。
ガラスＧの支持については、熱衝撃法による強度測定と４点曲げ法による強度測定とは共通である。しかし、熱衝撃法による強度測定は３点でガラスを支持するが、４点曲げ法の場合、３点では負荷勾配が必然的に発生し、破壊時の破壊応力を厳密に把握することが離しいため、２点負荷２点支持の４点曲げ法により行う。
このため、熱衝撃法による強度測定と比較形態の４点曲げ法による強度測定では負荷部とは異なるが、その材質は両者とも同様である。
なお、４点曲げ法における支持スパンは３０ｍｍ、負荷スパンは１０ｍｍであり、負荷速度は０．４８ｍｍ／分である。
【００４３】
熱衝撃法による強度測定と比較としての曲げ強度測定におけるガラスＧの変形および応力発生の慨念を図３に示す。
図３（ａ）は本実施形態における熱衝撃法による強度測定時におけるガラスＧの変形および応力発生の概念であり、図３（ｂ）は比較形態における曲げ強度測定時におけるガラスＧの変形及び応力発生の概念である。
【００４４】
図３（ｂ）で示す曲げ強度測定の場合には、ガラスＧの下面に引張応力が発生する。
図３（ａ）で示す熱衝撃法による強度測定の場合も同様にガラスＧの下面に引張応力が発生する。但し、ガラスＧ上面と下面の熱膨膨張により変形するはずのガラスＧが変形しないようにロードセル１０で抑えられ、その抑えている力が反力として検知される。
【００４５】
（実施例の実験結果）
実験結果を以下の表１に示す。
【表１】
2016075496.tif 000003
【００４６】
本発明に基づく実施例１〜３は、測定時間が大幅に短縮される中、測定精度は高いことが分かる。ガラスの４点曲げ法による強度測定は一般的に難しく、バラツキが多く発生する。そのため、標準偏差やワイブル分布から行った測定の精度を判断することはよくなされる手法である。本実施例および比較例で用いたフロートガラスＣＦＬの場合、初心者では標準偏差で２０％以上、ワイブル係数では６以下のなることが多い。すなわち、本発明によれば、ワイブル係数が１５以上と大きく、標準偏差が１０以下と小さいことから、非常に精度が良いことが分かる。
一方、ヒータの破損が極めて少ないことから、使用したヒータの枚数が少なく、ヒータ交換の時間が不要のため、測定時間も短いというメリットもある。特に、実施例３は数回程度の強度測定経験者が測定した場合であり、特別な測定のノウハウを必要としないことが明らかである。
【００４７】
これに対し、上述のように比較例１は実施例３と同じ強度測定経験者に対し、測定時間の制限を９０分以下として測定した場合を示している。結果として９０分以内には測定することができず、その測定精度もあまり良好とは言えなかった。
比較例２は、上述のように反力法の経験者で測定した場合であるが、多くの時間を要したことが分かる。
比較例３は、上述のように同じ測定者が４点曲げ法で測定したときの結果であるが、強度測定の経験者でも４点曲げ法ではその測定精度が反力法よりも悪いことが分かる。
【００４８】
以上、本実施形態によると、以下の効果がある。
（１）本実施形態によると、第１ステージ２０及び第２ステージ３０のシリンダ２１による上下動、第２ステージ３０の第１ステージ２０に対する第２垂直駆動部３１による上下動の操作は、制御部２に接続された操作部５により可能となっている。
操作部５は、例えば複数のダイヤル等を備え、そのうちの一つのダイヤルを回転させることにより第１ステージ２０及び第２ステージ３０を一体となって上下動させるシリンダ２１を動作させることがでる。
また、他のダイヤルを回転させることにより、第２ステージ３０に対して第１ステージ２０を相対移動させる第２垂直駆動部３１を動作させることができる。
このため、ヒータＨ上面と接触するロードセル１０に４０Ｎの力がかかるまで一体的にシリンダ２１で上昇させ、その後第１ステージ２０を第２ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約３０Ｎにする操作を、操作部５を介して容易に行うことができる。
【００４９】
（２）また、ヒータ保持部３３は、どちらの方向にも自在に回転可能な上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄを備え、それらの間にヒータＨを間に挟んでいる。
この構成では、ヒータＨの熱膨張に合わせて上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄが回転する。このため、ヒータＨは、この上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄの位置における上下方向は固定されているが、左右（水平方向）には伸びることができるようになっている。
これに対して、仮にヒータＨが、上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄの位置で上下及び左右に移動できないように固定されていたとすると、ヒータＨが過熱により膨張したときに、ヒータＨの伸びによって、ヒータＨはガラスＧを下に押すことになる。そうすると、この場合ガラスＧに応力が加わり、破損することになる。
しかし、本実施形態によると、このように、上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄが回転することによってヒータＨの熱膨張による延びが吸収されるので、ヒータＨの伸びによって、ヒータＨがガラスＧを押圧する力が強くなることがなく、３０Ｎを維持することができる。
【００５０】
（３）このように本実施形態の強度測定装置１は、ヒータＨとガラスＧとの間の押圧力が一定に保たれるので、信頼性の高いガラスの熱衝撃試験法として利用可能であり、ガラスの熱衝撃特性の把握に大きく寄与することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態の強度測定装置１００を示す。第２実施形態の強度測定装置２００が第１実施形態と異なる点は、載置台２２の凹部２３に、冷却部１０１を備える点である。
【００５２】
冷却部１０１は、制御部２によって制御されるエア供給源４に接続されている。制御部２の指示によりエア供給源４が作動して冷却部１０１よりエアを噴出する。
そして、ガラスＧに対して下からエアを吹き付けることで無機材料板状体の下面の一部（冷却領域）を冷却する。
【００５３】
図５はガラスＧの冷却領域を示す図であり、ガラスＧの長手方向長さをＳ２としたときに、冷却領域の長手方向長さは（０．５〜０．８）＊Ｓ２である。
冷却領域の長手方向長さを０．５＊Ｓ２以上としたのは、これよりも小さいと十分な加熱が与えられないかである。一方、０．８＊Ｓ２以下としたのは、これよりも大きいとガラス試料の長辺部エッジで破損することがあり、信頼性のある測定ができないからである。但し、上記の数値は設定の場合であり、結果として３点曲げに準ずる負荷を行っているときの加熱を示すものではない。また、ガラスＧの短手方向長さをＳ３としたときに、冷却領域の短手方向長さは（０．１〜１．０）＊Ｓ３である。冷却領域の短手方向長さを０．１＊Ｓ３以上としたのは、これよりも小さいとガラス試料の上部における温度差がつきすぎ、本来ガラス試料の下部となるべき破壊始点が上部となるからである。一方、１．０＊Ｓ３以下としたのは、これよりも大きいとガラス試料の端部と接触することによりキズが発生し、結果としてガラス試料の上部から破壊することがあるからである。
【００５４】
また、ロードセル１０も制御部２に接続されており、ガラスＧが破壊されて応力が急激に変化した際に、制御部２は、ロードセル１０により検出される力の変化を検知し、エア供給源４を停止させる。
【００５５】
本実施形態によると、ガラスＧの裏面の冷却を行うことができ、ガラスＧの裏面の冷却が促進されるので、ガラスＧの表面と裏面との温度差が大きくなり、破壊がより瞬時となり、さらに正確な応力を検出することができる。
【００５６】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の強度測定装置２００を示す。図７は強度測定装置２００から上板１４を取り外した状態で上から見た図である。なお、第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５７】
第３実施形態の第２ステージ３０Ｂは円環形状である。第２ステージ３０Ｂの周方向の２箇所には、ヒータ保持部３３が取り付けられている。
ヒータ保持部３３は、それぞれ、第２ステージ３０Ｂから径方向内側に延びる２本の腕部３４と、それぞれの腕部３４の先端に取り付けられたローラ３５を備える。ヒータ保持部３３は、上部腕部３４Ｕ及び下部腕部３４Ｄを備え、上部腕部３４Ｕの先端には上部ローラ３５Ｕが取り付けられ、下部腕部３４Ｄの先端には、下部ローラ３５Ｄが取り付けられている。
【００５８】
ヒータ保持部３３の、上部ローラ３５Ｕ及び下部ローラ３５Ｄは、互いの間に後述のヒータＨＢを間に挟み、ヒータＨＢが熱膨張した場合、回転することによってヒータＨＢの熱膨張による延びを吸収するとともに、ヒータＨＢの上下方向の位置を保持する。
【００５９】
ヒータＨＢは、薄い円形シート状であって、ヒータＨＢの外周における、２か所のヒータ保持部３３により保持されている個所の略中間部分には、伝熱線取付部４１ａが立設され、その伝熱線取付部４１ａには伝熱線４１が接続されている。
伝熱線４１の他端は第２ステージ３０に保持されて電源３に接続されている。
また、伝熱線４１はバネ状になっており、このバネ状部によって、ヒータＨＢが熱膨張したときの延びが吸収される。
【００６０】
本実施形態のロードセル１０は、検知部１０Ｂａを備える。検知部１０Ｂａは、ヒータＨの上面と点接触するようになっている。
【００６１】
（測定方法）
熱衝撃法による強度測定は以下の順序で行う。
１）まず、操作部５を操作して第１ステージ２０と第２ステージ３０を初期位置にする。
初期位置とは、第１ステージ２０にガラスＧ、第２ステージ３０にヒータＨを配置した状態で、ヒータＨの上面とロードセル１０（円柱部材１６）の下端とが十分に離れている位置である。
【００６２】
２）ガラスＧを支持部２２に載置する。このとき、ガラスＧの下面は、支持部２２の側面と線接触する。
３）ヒータＨを、その中心がガラスＧの中心と略一致するようにしてローラ３５で挟む。
【００６３】
４）操作部５を介して第１ステージ２０及び第２ステージ３０を、ヒータＨＢ上面と接触するロードセル１０に４０Ｎの力がかかるまで一体的にシリンダ２１で上昇させる。当然のことながら、この予備負荷が４０Ｎに限定されることはない。
【００６４】
５）その後、操作部５を操作して第１ステージ２０を第２垂直駆動部３１により第２ステージに対してわずかに下げて、予備負荷を約３０Ｎにする。この時点の予備負荷も３０Ｎに限定されることはない。
【００６５】
６）次いで、操作部５を介して電源３をＯＮにしてガラスＧが破壊するまでヒータＨを急激に加熱する。
このとき、ヒータＨＢは熱膨張するが、ローラ３５が回転するので、ローラ３５により保持されている位置でのヒータＨＢの垂直方向位置は維持される。そしてヒータＨＢが熱膨張しても、ヒータＨＢの端部の長さ方向の位置は押さえられていないので、その伸びによってヒータＨＢがガラスＧを押圧する力が強くなることがなく、３０Ｎを維持することができる。
７）さらに、ロードセル１０によって反力からも発生した応力を測定する。
【００６６】
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：強度測定装置、２：制御部、３：電源、４：エア供給源、５：操作部、１０：ロードセル、１１：ベース部、１２：ガイドバー、１３：支持柱、１４：上板、１５：ヒータ押圧部、１６：円柱部材、２０：第１ステージ、２１：シリンダ、２２：載置台、２３：凹部、２４：溝、２５：円柱部材、３０：第２ステージ、３１：第２垂直駆動部、３２：支持バー、３３：ヒータ保持部、３４：軸部、３５：ローラ、４１：伝熱線、４２：クリップ、１０１：冷却部
【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７】
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