(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削刃の刃先を上層内に侵入させ、切削片が刃先に残っている状態を保つように刃先の深さを制御しながら、下層との界面より少し上層側の深さで界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定することを特徴とする積層構造破壊強度評価方法。
【請求項２】
切削刃の刃先を上層内に侵入させながら下層との界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定し、該力が増加と減少とを交互に繰り返す状態を保つように刃先の深さを制御しながら、界面より少し上層側の深さで界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定することを特徴とする積層構造破壊強度評価方法。
【請求項３】
切削刃にかかる界面に略平行な方向の力、切削刃にかかる界面に略垂直な方向の力および刃先の深さの時間変化をグラフ化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層構造破壊強度評価方法。
【請求項４】
切削刃の刃先の深さを制御するために深さ方向に刃先を動かす単位量を２μｍ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の積層構造破壊強度評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層構造破壊強度評価方法に関し、さらに詳しくは、上層と下層とを持つ積層構造の破壊強度を評価するための積層構造破壊強度評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上層と下層とを持つ積層構造の破壊強度を評価する従来方法は、ＪＩＳで規定されているピール剥離試験や碁盤目試験などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来方法では、上層と下層の密着強度がある程度以上大きくなると、両層がうまく剥離しなくなり、破壊強度の差を評価できなくなる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、上層と下層の密着強度が大きい場合でも破壊強度の差を評価可能な新たな尺度を与える積層構造破壊強度評価方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、切削刃の刃先を上層内に侵入させ、切削片が刃先に残っている状態を保つように刃先の深さを制御しながら、下層との界面より少し上層側の深さで界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定することを特徴とする積層構造破壊強度評価方法を提供する。
上記構成において、積層構造を固定し切削刃を移動してもよいし、積層構造を移動し切削刃を固定してもよいし、両者を移動してもよい。
【０００５】
積層構造の界面近傍を切削しその時に要した切削力を、積層構造の破壊強度の尺度として用いることが考えられる。しかし、界面近傍と言っても、浅すぎると上層の破壊強度に偏った結果となり、深すぎると下層の破壊強度に偏った結果となる。また、上層と下層が混じり合っている場合や界面に凹凸がある場合などは、どの深さが界面なのか判然としない。従って、積層構造の破壊強度を表す結果を得るために、どのような深さを切削すればよいかは自明でない。
【０００６】
かかる状況に鑑みて、本発明の発明者らが鋭意研究したところ、「界面」（但し、本発明における「界面」には、上層と下層が混じり合っている場合にはその混じり合っている領域の略中間を通る仮想的な平面または凹凸のない曲面を意味し、界面に凹凸がある場合には凹凸を均した仮想的な平面または曲面を意味するものとする）に切削刃を移動した場合に、切削片が刃先に残っている状態を保つように刃先の深さを制御すれば、界面近傍の最も弱い部分の破壊が起こるので、密着強度が大きい場合や界面が判然としない場合でも、積層構造の破壊強度を表す結果が得られることが判った。
【０００７】
そこで、上記第１の観点による積層構造破壊強度評価方法では、切削刃の刃先を上層内に侵入させ、切削片が刃先に残っている状態を保つように刃先の深さを維持しながら、界面より少し上層側の深さで界面に略平行に切削刃を移動し、その時に切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定し、これを積層構造の破壊強度を評価するための尺度とする。これにより、密着強度が大きい積層構造や界面の深さが判然としない積層構造でも、その破壊強度を表す結果を得ることが出来る。
なお、切削片が刃先に残っている状態となっているか否かは、拡大鏡により視認できる。
また、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力は増加と減少とを交互に繰り返すので、その極大値、極小値、振幅、周期、平均値などを破壊強度の尺度とすることが出来る。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、切削刃の刃先を上層内に侵入させながら下層との界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定し、該力が増加と減少とを交互に繰り返す状態を保つように刃先の深さを制御しながら、界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定することを特徴とする積層構造破壊強度評価方法を提供する。
上記構成において、積層構造を固定し切削刃を移動してもよいし、積層構造を移動し切削刃を固定してもよいし、両者を移動してもよい。
【０００９】
積層構造の破壊強度は、界面近傍を切削して、その時に要した切削力を尺度とすることが考えられる。しかし、界面近傍と言っても、浅すぎると上層の破壊強度に偏った結果となり、深すぎると下層の破壊強度に偏った結果となる。また、上層と下層が混じり合っている場合や界面に凹凸がある場合などは、どの深さが界面なのか判然としない。従って、積層構造の破壊強度を表す結果を得るために、どのような深さを切削すればよいかは自明でない。
【００１０】
かかる状況に鑑みて、本発明の発明者らが鋭意研究したところ、切削刃の刃先を上層内に侵入させながら下層との「界面」（但し、本発明における「界面」には、上層と下層が混じり合っている場合にはその混じり合っている領域の略中間を通る仮想的な平面または凹凸のない曲面を意味し、界面に凹凸がある場合には凹凸を均した仮想的な平面または曲面を意味するものとする）に略平行に切削刃を移動した時に、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力が増加と減少とを交互に繰り返す状態を保つように刃先の深さを制御すれば、積層構造の破壊強度を表す結果が得られることが判った。すなわち、この状態では、積層構造に破壊を生じない間は界面に略平行な方向の力が増加していき、ある程度まで力が大きくなると界面近傍の最も弱い部分の破壊が起こるので、積層構造の抵抗力が小さくなり、界面に略平行な方向の力が減少する。これが繰り返される状態では、界面近傍の最も弱い部分の破壊が繰り返し起こっているので、密着強度が大きいな場合や界面が判然としない場合でも、積層構造の破壊強度を表す結果が得られる。
【００１１】
そこで、上記第２の観点による積層構造破壊強度評価方法では、切削刃の刃先を上層内に侵入させながら下層との界面に略平行に切削刃を移動し、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力が増加と減少とを交互に繰り返す状態を保つような深さに刃先を維持しながら、界面に略平行に切削刃を移動し、その時に切削刃にかかる界面に略平行な方向の力を測定し、これを積層構造の破壊強度を評価するための尺度とする。これにより、密着強度が大きい積層構造や界面の深さが判然としない積層構造でも、その破壊強度を表す結果を得ることが出来る。
なお、切削刃にかかる力は、ロードセルにより測定できる。
また、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力は増加と減少とを交互に繰り返すので、その極大値、極小値、振幅、周期、平均値などを破壊強度の尺度とすることが出来る。
【００１２】
第３の観点では、本発明は、切削刃にかかる界面に略平行な方向の力、切削刃にかかる界面に略垂直な方向の力および刃先の深さの時間変化をグラフ化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層構造破壊強度評価方法を提供する。
上記第３の観点による積層構造破壊強度評価方法では、切削刃による切削時の３要素の時間変化をグラフ化するため、これらの相関関係を明確に把握することが出来る。
なお、切削刃にかかる力は、ロードセルにより測定できる。また、刃先の深さは、変位計により測定できる。
【００１３】
第４の観点では、本発明は、切削刃の刃先の深さを制御するために深さ方向に刃先を動かす単位量を２μｍ以下とすることを特徴とする上記構成の積層構造破壊強度評価方法を提供する。
切削刃の刃先を深さ方向に動かす単位量が２μｍより大きいと、微妙な深さ調整を行いにくい。
そこで、上記第４の観点による積層構造破壊強度評価方法では、単位量を２μｍ以下とした。これにより、微妙な深さ制御が可能となった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態にかかる積層構造破壊強度評価装置の正面図である。また、図２は、同右側面図である。また、図３は、同上面図である。
【００１６】
この積層構造破壊強度評価装置１００は、サンプル切削装置２０と、解析表示装置３０と、モニタ４０と、入力部５０と、プリンタ６０とを具備して構成されている。
【００１７】
前記サンプル切削装置２０は、基台１と、その基台１に取り付けられたサンプルホルダ２と、前記基台１に第２方向ｄ２（図２参照）にスライド可能に支持された横スライドウエイ３と、その横スライドウエイ３に第１方向ｄ１にスライド可能に支持された縦スライドウエイ４と、その縦スライドウエイ４に第２方向ｄ２（図２参照）にスライド自在に支持された横荷重スライドウエイ５と、その横荷重スライドウエイ５に第１方向ｄ１にスライド自在に支持された縦荷重スライドウエイ６と、その縦荷重スライドウエイ６に保持された切削刃７と、前記基台１に取り付けられ前記横スライドウエイ３を横送りボールネジ８により第２方向ｄ２（図２参照）にスライドさせる横送りモータ９と、前記横スライドウエイ３に取り付けられ前記縦スライドウエイ４を縦送りボールネジ１０により第１方向ｄ１にスライドさせる縦送りモータ１１と、第１方向ｄ１について切削刃７に加わる縦荷重Ｆｖを測定する縦荷重ロードセル１２と、第１方向ｄ１についての切込深さＤを測定する変位計１３と、第２方向ｄ２（図２参照）について切削刃７に加わる横荷重Ｆｃを測定する横荷重ロードセル１４と、前記サンプルホルダ２に取り付けられたカメラｍとを具備している。
なお、前記第１方向ｄ１と前記第２方向ｄ２とは、いずれも水平面内にあり、互いに直交している。
【００１８】
前記サンプルホルダ２は、切削刃２がサンプルＳの表面にアクセスする開口を持ちサンプルＳの表面側を抑える表面押え部材２ａと、前記表面押え部材２ａにサンプルＳの表面を押しつけるべくサンプルＳの裏面を押す裏面押え部材２ｂと、その裏面押え部材２ｂを前記表面押え部材２ａに対して押し進める押えネジ２ｃとを具備している。
このサンプルホルダ２によれば、サンプルＳを裏面側から押してサンプルＳを保持するため、サンプルＳの表面と裏面とが非平行であったり，裏面に凹凸があったりしても、サンプルＳの表面を切削刃２の刃先線（刃先が形成する直線）に対して平行に保持することが出来る。すなわち、サンプルＳの形状に左右されずに、サンプルＳを常に適正に保持できる。
【００１９】
前記解析表示装置３０は、前記縦荷重ロードセル１２で測定した縦荷重Ｆｖの数値およびその時間変化のグラフをモニタ３０に表示するＦｖ表示部３０ｖと、前記変位計１３で測定した切込深さＤの数値およびその時間変化のグラフをモニタ３０に表示するＤ表示部３０ｄと、前記横荷重ロードセル１４で測定した横荷重Ｆｃの数値およびその時間変化のグラフをモニタ３０に表示するＦｃ表示部３０ｃと、前記カメラｍで撮影した切削部分拡大画像をモニタ３０に表示する拡大表示部３０ｑと、縦荷重Ｆｖと切込深さＤと横荷重Ｆｃの３要素の時間変化をグラフ化して同時表示する３グラフ同時表示部３０ｇと、切込深さを設定する切込深さ設定部３０ｓと、縦荷重谷数を設定する縦荷重谷数設定部３０ｆと、切込深さＤを制御する切込深さ制御部３０ｍとを具備している。
前記切込深さ制御部３０ｍは、前記切込深さ設定部３０ｓに切込深さが設定されたときは該切込深さを維持するように切込深さを制御する。また、前記縦荷重谷数設定部３０ｆで縦荷重谷数が設定されたときは縦荷重Ｆｖの時間変化の極小点の数が前記縦荷重谷数に一致するまで切り込んだ後その切込深さを維持するように切込深さを制御する。また、前記入力部５０から横荷重自動追従動作の指示があると、横荷重Ｆｃを測定し、該横荷重Ｆｃが増加と減少とを交互に繰り返す状態を保つように切込深さを制御する。さらに、前記入力部５０から切込深さのアップ／ダウンの指示があると、１回の指示毎に切込深さを単位量だけ減少／増加させる。なお、単位量は、２μｍ以下である。
【００２０】
上記積層構造破壊強度評価装置１００を用いたサンプルＳの解析は、次の動作手順のいずれかにより行うことが出来る。
【００２１】
−第１の動作手順−
（１）サンプルＳの表面が鉛直になる姿勢でサンプルＳをサンプルホルダ２で保持する。
（２）縦送りモータ１１および縦送りボールネジ１０により縦スライドウエイト４を第１方向ｄ１に移動させ、それにより縦荷重スライドウエイト６を第１方向ｄ１に移動させ、これにより切削刃７をサンプルＳに食い込ませる。切削部分拡大画像をモニタ３０で見て、図４，図５に示すように、上層（仕上塗料層ＵＬ＋下地塗料層ＬＬ）と下層（基材ＢＭ）の界面Ｂより少し上層側まで刃先７ａが切り込むようにする。
（３）横送りモータ９および横送りボールネジ８により横スライドウエイト３を第２方向ｄ２に移動させ、それにより切削刃７を第２方向ｄ２に移動させる。
（４）切削部分拡大画像をモニタ３０で見て、図４，図５に示すように切削片Ｒが刃先７ａに常に残っている状態となるように刃先７ａの深さを手動調節しながら（前記入力部５０から切込深さのアップ／ダウンを２μｍ以下の単位量で細かく指示する）、切削刃７を第２方向ｄ２に移動させる。
（５）上記（４）の過程において、モニタ３０またはプリンタ６０に出力される縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの数値およびそれらの時間変化を同時表示したグラフを観察する。
【００２２】
図６に、縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの時間変化を例示する。
横荷重Ｆｃは、増加と減少とを交互に繰り返す。これは、図４に示すように剥離が止まって横荷重Ｆｃが増加し、図５に示すように剥離亀裂Ｃが一気に生じて横荷重Ｆｃが減少する、これを繰り返して、切削が進むからである。
切込深さＤは、ほぼ界面Ｂの深さで一定になる。
縦荷重Ｆｖは、切込深さＤが一定になると、ほとんど“０”になる。
【００２３】
サンプルＳの積層構造の破壊強度は、横荷重Ｆｃの極大値、極小値、振幅、周期、平均値などを尺度として評価することが出来る。
【００２４】
−第２の動作手順−
（１）サンプルＳの表面が鉛直になる姿勢でサンプルＳをサンプルホルダ２で保持する。
（２）前記入力部５０から横荷重自動追従動作を指示する。
（３）前記切込深さ制御部３０ｍは、縦送りモータ１１および縦送りボールネジ１０により縦スライドウエイト４を第１方向ｄ１に移動させ、それにより縦荷重スライドウエイト６を第１方向ｄ１に移動させ、これにより切削刃７をサンプルＳに食い込ませる。また、横送りモータ９および横送りボールネジ８により横スライドウエイト３を第２方向ｄ２に移動させ、それにより切削刃７を第２方向ｄ２に移動させる。そして、前記切込深さ制御部３０ｍは、縦荷重Ｆｖが増加と減少とを交互に繰り返す状態を保つように刃先の深さを自動制御する。このときの切込深さのアップ／ダウンの単位量は、２μｍ以下とする。
（４）上記（３）の過程において、モニタ３０またはプリンタ６０に出力される縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの数値およびそれらの時間変化を同時表示したグラフを観察する。
【００２５】
−第３の動作手順−
（１）サンプルＳの表面が鉛直になる姿勢でサンプルＳをサンプルホルダ２で保持する。
（２）サンプルＳの表面から破壊強度を調べたい界面までに存在する界面の数（表面も１つの界面に数える）を縦荷重谷数として設定する。例えばサンプルＳが鉄板上に第１塗料層〜第４塗料層を順に積層した４層塗装鉄板であり、第２塗料層と第３塗料層の界面の強さを調べたい場合、“３”を縦荷重谷数として設定する。
（３）前記切込深さ制御部３０ｍは、縦送りモータ１１および縦送りボールネジ１０により縦スライドウエイト４を第１方向ｄ１に移動させ、それにより縦荷重スライドウエイト６を第１方向ｄ１に移動させ、これにより切削刃７をサンプルＳに食い込ませる。
（４）横送りモータ９および横送りボールネジ８により横スライドウエイト３を第２方向ｄ２に移動させ、それにより切削刃７を第２方向ｄ２に移動させる。
（５）設定された縦荷重谷数になるまで上記（３）（４）を継続し、設定された縦荷重谷数になったら、前記第１または第２の動作手順と同様に切込深さＤを制御しながら上記（４）を継続し、その過程においてモニタ３０に表示される縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの数値およびそれらの時間変化を同時表示したグラフを観察する。
【００２６】
−第４の動作手順−
（１）サンプルＳの表面が鉛直になる姿勢でサンプルＳをサンプルホルダ２で保持する。
（２）サンプルＳの表面から破壊強度を調べたい界面までの深さを切込深さとして設定する。
（３）前記切込深さ制御部３０ｍは、縦送りモータ１１および縦送りボールネジ１０により縦スライドウエイト４を第１方向ｄ１に移動させ、それにより縦荷重スライドウエイト６を第１方向ｄ１に移動させ、これにより切削刃７を設定された切込深さまでサンプルＳに食い込ませる。
（４）横送りモータ９および横送りボールネジ８により横スライドウエイト３を第２方向ｄ２に移動させ、それにより切削刃７を第２方向ｄ２に移動させる。
（５）設定された切込深さを維持するように切込深さＤを制御しながら上記（４）を継続し、その過程においてモニタ３０に表示される縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの数値およびそれらの時間変化を同時表示したグラフを観察する。
【００２７】
以上の積層構造破壊強度評価装置１００によれば、次の効果が得られる。
（１）サンプルＳの積層構造の破壊強度を評価する尺度が得られる。
（２）積層構造の密着強度が大きい場合でも評価可能である。
（３）界面が判然としない場合でも評価可能である。
（４）縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの相関関係を的確に把握できる。
（５）切削刃７はサンプルＳに対して常に水平方向からアクセスするので、切削刃７などの重量がサンプルＳにかからず、カウンター荷重を加えるためのユニットバランス装置を必要としない利点がある。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の積層構造破壊強度評価方法によれば、上層と下層とを持つ積層構造の破壊強度を評価するための新たな尺度が与えられる。例えば、自動車塗膜や筐体塗膜の強度の評価などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる積層構造破壊強度評価装置の正面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる積層構造破壊強度評価装置の上面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる積層構造破壊強度評価装置の右側面図である。
【図４】剥離が止まっている状態を示す切削部分の拡大断面図である。
【図５】剥離亀裂が一気に入った状態を示す切削部分の拡大断面図である。
【図６】縦荷重Ｆｖ，切込深さＤおよび横荷重Ｆｃの時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１                  基台
２                  サンプルホルダ
３                  横スライドウェイ
４                  縦スライドウェイ
５                  横荷重スライドウェイ
６                  縦荷重スライドウェイ
７                  切削刃
９                  横送りモータ
１１                縦送りモータ
１２                縦荷重ロードセル
１３                変位計
１４                横荷重ロードセル
２０                サンプル切削装置
３０                解析表示装置
４０                モニタ
５０                入力部
６０                プリンタ
１００              積層構造破壊強度評価装置
Ｓ                  サンプル
ｄ１                第１方向
ｄ２                第２方向
【図１】
0004061524.tif 000002
【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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