JPH0420837A - クリープ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目　次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 〔１〕測測定順（第７図〜第１０図） 〔２〕データ処理の説胡（第１１図〜第１６図）〔３〕
発明の実施態様 発明の効果 〔概　要〕 例えば、プラスチック等の材料を用いた試験部品に一定
の応力を加えて変位させ、その変位量の時間的変化を測
定するクリープ測定装置に関し、さまざまな形状の試験
部品に対して、曲げ荷重が適用された時の任意の位置に
おけるクリープの測定を可能にすることを目的とし、 試験部品に荷重をかける手段と、該試験部品の変位を測
定する手段を搭載した移動機構と、測定時刻を検出する
時刻検出手段とを具備するクリープ測定装置において、
該試験部品の、指定された位置の異なる時刻における高
さを測定し、該試験部品の時間による変位を、対象とな
る時刻の該試験部品の高さと、基準となる時刻の該試験
部品の高さとの差から求めるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は例えばプラスチック等の材料を用いた試験部品
に一定の応力を加えて変位させ、その変位量の時間的変
化を測定するクリープ測定装置に関する。

〔従来の技術〕

プラスチックの場合は、金属と異なり一定の力をかけて
いると時間とともに変形量が変化する。

一般に、試験部品に一定の力（応力）をかけて、変位（
歪）量の時間的変化を測定する試験方法は、クリープ試
験と呼ばれる。プラスチック材料を使用する場合は、必
要な強度あるいは寸法安定性を保証するためにクリープ
試験を行い、クリープ試験を考慮した製品設計を行う必
要がある。

プラスチックの引張クリープ試験方法についてはＪ　Ｉ
　ＳＬ：ＤＫ７１１５に定められている。しかし、ＪＩ
Ｓのに７１１５て述べられているのはクリープ試験装置
が満たすべき条件等であり、具体的な試験装置について
は定められていない。

従来使用されている試験機の例を模式的に第２２図に示
す。図において１は試験部品であり、２３はチャック部
であり、チャック部２は板４に回転部５を介して結合さ
れている。板４の他端は回転部６を介して固定部７に固
定されている。チャック部３は、ワイヤ８と結合されて
いる。９，１０は滑車であり、固定部７と一体である軸
１１．１２の回りに回転可能に軸受で支持されている。

ワイヤ８は滑車９・１０を介してその他端を重り１３に
結合されている。このように重り１３の自重による力を
ワイヤ８を介して、試験部品１にかけるようになってい
る。試験部品１の変位量は例えばチャック部３の位置を
位置検出器（図示せず）により測定することにより求め
ることができる。このようにして時間とともに試験部品
の変位量を求めることにより、クリープ測定を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来のクリープ測定方法には次のような問題
点がある。

■　引張試験の場合は、試験部品の各部品がほぼ一様に
変形したとみなせるため、全体の伸び看を測定するだけ
で、クリープ特性が評価できる。しかし、プラスチック
の場合は一般に曲げ変形を受ける形で使用される場合が
多い。曲げ変形を受けるときは、もはや試験部品が一様
には変形しない。

場所により応力が異なり、当然場所により変形量も異な
ってくる。第２２図の方法では、−点での変位しか測定
できず、いろいろな場所における変位が測定できない。

■　プラスチックモールド品の場合、材料特性だけでな
く、成形条件や形状等様々な要因により特性が影響され
るた杓、実際に製作した部品または製品での評価が要求
される。しかし、第２２図に示した方法は標準的な試験
部品（例えばＪＩＳ試験片）に対しては適用できるが、
より一般的な形状の試験部品には適用が困難である。

従って、本発明の目的は、さまざまな形状の試験部品に
対して、曲げ荷重が適用された時の任意の位置における
クリープの測定を可能にすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、第１図に例示されるように、試験部
品２０に荷重をかける手段２１と、該試験部品２０の変
位を測定する手段２３を搭載した移動機構２２と、測定
時刻を検出する時刻検出手段２４とを具備するクリープ
測定装置において、該試験部品２０の、指定された位置
の異なる時刻における高さを測定し、該試験部品２０の
時間による変位を、対象となる時刻の該試験部品２０の
高さと、基準となる時刻の該試験部品の高さとの差から
求めるようにしたことを特徴とするクリープ測定装置が
提供される。

〔作　用〕

前述の装置を用いれば、荷重をかける手段２１で試験部
品２０に荷重をかけて変位させ、一方時刻検出手段２４
に１より荷重をかけてからの時刻を検出し所定の時刻に
試験部品２０の変位を変位測定手段２３により測定し、
該測定は移動機構２２により、その測定箇所を選択して
測定できる。これにより試験部品の場所と時刻と変位の
関係が求められ、クリープの測定が可能となる。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例の構成を第２図に示す。

第２図において、３０はｘＹＺの３軸方向の移動および
Ｚ軸回り゛の回転が可能な直交型ロボットであり、その
先端には変位を測定するプローブ３１が装着されている
。３２は試験部品であり、その一端は板３３．３４に固
定されている。３５は荷重を付与する機構であり、その
拡大された平面図を第３図に、同じく正面図を第４図に
示す。第２図において、ロボット３０、板３３、荷重付
与機構３５はそれぞれ固定部３６に固定されている。試
験部品の変位はロボット３０とプローブ３１を使用して
測定する。以下プローブを装着して試験部品の変位を測
定する機能を有す、るロボットを簡単のためセンシング
ロボットと呼ぶことにする。

第３図および第４図において４０は、直線案内用のレー
ル４１を固定するための板である。４２は直進案内用レ
ール４１に沿って滑らかに移動可能なスライド部であり
、板４３と一体である。板４３には板４４が直交する方
向に取り付けられている。板４４の一端には、試験部品
を押すためのロッド４５が取りつけられていて、他端に
は重りを装着するためのシャフト４６が取りつけられて
いる。４７は重りであり、中をくりぬいである。１試験
部品にかける力に応じて重りを選択して使用する。

本発明の第２の実施例の構成を第５図に示す。

５０．５１はｘＹＺの３軸方向の移動およびＺ軸回りの
回転が可能な直交型ロボットであり、ロボット５０の先
端には６軸の力センサ５２を介してロッド５３が装着さ
れている。ロボット５１はセンシングロボットであり、
その先端には変位を測定するプローブ５４が装着されて
いる。５５は試験部品であり、その一端は板５６．５７
に固定されている。６０　、６１．　、６２はそれぞれ
架台であり、相互に板６３〜６６により結合されている
。ロボッ）５０，５１、板５６はそれぞれ架台６０，６
２．６１に固定されている。ロボット５０は力センサ５
２の信号をもとに試験部品５５に指令された力を印加可
能である。以下簡単のため、力センサの信号をもとに試
験部品に指定された力を印加できるロボットのことを押
付はロボットと呼ぶことにする。

〔１〕測測定順 次に測定手順について説明する。なお、以下では具体的
なイメージを与えるために第６図に示したように、一端
を板７０．７１及び６個のボルト７２で固定されている
平面状の試験部品７３の一点Ｐに荷重をかけ、８×１０
点の格子の交点７４で表される位置において変位を測定
する場合を想定して説明する。また、座標ＸＹｚは便宜
上図に示したように設定する。

測定手順の概略を第７図に示す。測定手順は主に次の３
つの段階よりなる。

■　荷重をかける前の試験部品の高さを測定する段階。

■　荷重をかけた直後の段階。

■　荷重をかけてから高さを測定する段階。

以下、３つの段階に分けて測定手順を説明する。

（１）荷重をかける前の試験部品の高さを測定する段階
。

このときの測定手順を第８図に示す。指定された時刻あ
るいは操作者の指令により測定を開始する。測定を開始
すると測定データをセーブ（蓄積）するファイルをオー
プンした後、測定すべき位置にセンシングロボットを移
動して高さを測定する。

このロボットを移動させて高さを測定させる一連の動作
を以下では簡単のためスキャン動作と呼ぶことにする。

第６図の例では、１回のスキャン動作は８×１０点で試
験部品の高さを測定する。測定したデータをセーブする
ときに（Ｘよ、ｙ、１ｚ０）の組みで格納しているが、
少なくとも測定位置とその位置における高さの情報を含
んでいればよく、セーブするデータ、の組みまたは形式
はその他のものを使用してもよい。例えば、時間を含ま
せて（ｘ　４　、ｙ　Ｊ、ＺＱ　ｌ　Ｏ−０）とセーブ
してもよい。

こうすることにより、他の段階における測定データと同
一形式にすることができる。また、第６図のように測定
位置が規則的に変化する場合は、開始位置と移動間隔の
情報をあらかじめセットし、個々の測定位置は測定番号
１．Ｊで指定し、例えば（ｉ、ｊ・２゜）の組みで格納
してもよい。このようにすることにより、位置を実数で
なく整数で表現できるため、セーブするファイルのメモ
リを節約することができる。更には、スキャン方法の情
報をあらかじめセゲトしておいて、スキャン動作中には
（Ｚｏ）のみを格納してもよい。この場合は更にメモリ
を節約することができる。

（２）荷重をかけた直後の高さを測定する段階。

このときの測定手順を第９図に示す。測定開始の合図と
ともに、荷重を試験部品にかけ、そのときの時刻を読み
取ってセーブする。力の設定は第４図の場合は、重りを
セットして行い、第５図の場合は押付はロボットに指令
して試験部品に力をかけさせる。第６図の例ではこの段
階で点Ｐに荷重をかけることになる。

（３）荷重をかけてから指定された時間において測定す
る段階。

このときの測定手順を第１０図に示す。指定された時刻
になったら、あるいは指令に基づいてスキャン動作を行
う。スキャン動作に関しては、第１段階と同様に行う。

短時間での特性を調べるときには、（２）の段階からそ
のまま（３）の段階に進み、（３）の段階を連続して何
回か繰り返せばよい。

通常、クリープ試験はかなり長時間にわたって測定を行
う必要がある。しかし、クリープ変形は荷重を設定した
直後は、比較的大きく変化するが、時間が経つにつれ変
化しにくくなってくる。したがって、比較的短時間の測
定でもある程度の傾向を調べることができる。第５図に
示したように押付はロボットを使用した構成の場合は、
荷重をかける場所や荷重の大きさを容易に変更できるた
め、何処にどのような荷重がかかったときにどのような
りリープ変形特性になるか、傾向を調べるのに適してい
る。一方、長時間にわたって測定を行う場合は、第２図
または第４図の構成が適している。

長時間の測定を行う場合は、時間とともに変位（高さ）
を測定する間隔は長くなってくる（例えば、１週間に１
回）。このような場合はロボットをクリープの測定のみ
に使用するのはロボットを効率的に使用しているとはい
えなくなる。このような場合は第２図または第４図のよ
うな構成にすることにより、クリープ測定を行わない場
合は、試験部品と押付は機構をユニット化して別の場所
に置くことにより、ロボットをクリープ測定以外の測定
に使用できロボットの稼働率を高めることができる。

〔２〕データ処理の説明 以上述べた方法によって得られたデータをもとに様々な
データ処理が可能である。以下では、データ処理の方法
について具体的に説明する。

第１１図は、スキャン動作が短時間に行われ、スキャン
動作に要した時間が無視できる場合のデータ処理の方法
を示したものであり、同一時刻にスキャン動作が行われ
たとみなして、変位分布の測定データを求める方法を表
している。通常はスキャン動作に要した時間は無視でき
る場合が多く、このように取り扱っても実用的にはあま
り問題がない。また、このようにすることによりデータ
処理を大幅に簡略化することができる。なお、処理対象
となるファイルｆｋが異なれば、測定時刻（以下では時
刻というときは、荷重を設定した時刻を基準として表す
ものとする）が異なるため、求まる変位データは異なる
ことになる。また、基準となるデータはどのファイルの
データを使用してもよい。荷重を設定する前のものを基
準データとして使用すれば荷重を設定する前と荷重設定
後を時間後のデータを得ることができる。荷重を設定し
た直後のデータを基準データとして使用すれば荷重を設
定した直後におけるいわゆる弾性変位を除いた変位を求
めることができる。第１７図に基準データとして荷重を
設定する前のデータを使用し、荷重設定後１分後、１時
間後、４時間後の変位を表した図を示す。第１７図では
１００は変位零の面を表し、１０１〜１０３は荷重設定
後１分後、１時間後、４時間後の変位を表している。し
かし、弾性変位に比較しクリープ変位が小さいため、１
０１〜１０３はほぼ同じようにみえる。基準データとし
て荷重を選定して１分後のデータを使用して、荷重設定
後１時間後、４時間後の変位を求めた例を第１８図に示
す。第１８図では図が煩雑になるのを避けるため、輪郭
データのみを表している。１１０は変位零の面であり、
１１１．１１２はそれぞれ荷重設定後１時間後、４時間
後の変位を表している。この場合は、弾性変形の影響が
吟かれているため、明らかに変位の時間的変化が分かる
。なお、固定端近辺で一部挙動が異なるのは、固定用の
ねじを充分に締めてなかったためである。このような影
響もクリープ測、定により容易に知ることができる。

第１２図は、第１０図で求めた変位データをもとに変位
分布関数を求めるようにしたものである。このようにす
ることにより、測定点以外における変位を求めることが
できる。また、関数Ｗを求める際に測定誤差の影響を小
さくする処理を施すことにより、より精度の高い測定を
行うこともできる。

第１７図のデータをもとに３次のスプライン平滑化手法
を用いて処理した結果を第１９図に示す。１２０は変位
零の面を表し、１２１．１２２はそれぞれ荷重設定後１
時間後、４時間後の変位を表している。第１８図の結果
に比較し、測定誤差の影響が小さくなっているのがわか
る。

第１３図は、第１２図で変位分布Ｗを求める際に２階微
分可能な関数として求めておくことにより、変位だけで
なく歪み分布も求まるようにしたものである。基準デー
タセして荷重を設定する前のデータを使用して荷重を設
定した１分後における変位分布から求めた歪み分布の例
を第２０図に示す。

１３０は歪み零の面を表し、１３１は試験部品７３の表
面におけるＸ方向の歪み分布を表している。

第１４図は、特定の点において時間とともに変位がどの
ように変化するかを求める方法を表している。この処理
を行うことにより、特定の点における時間と変位の関係
を知ることができる。

第１５図は、特定の点における変位を時間の関数で表す
ようにしたものである。このようにすることにより、任
意の時間での変位を知ることができる。また、第１２図
の場合同様、関数Ｗｉ、＋（Ｕ　を求める際に最小二乗
近似、スプライン平滑化手法を使用することにより測定
誤差の影響を小さくすることができる。

第１６図は、第１５図における処理を全測定点で行い、
指定された時刻ｔにおける変位分布および歪発明は必ず
しも格子状の位置における変位測定の場合にのみ適用す
るものではない、極端な場合ただ１点のみの変位を測定
する場合にも適用できるものである。また、荷重を設定
した後の変位の時間的変化をクリープと呼ぶのに対し、
荷重を除去したときの変位の時間的変化は通常クリープ
回復と呼ばれる。本発明はクリープ測定の場合と同様に
してクリープ回復の測定に対しても適用できる。

クリープ回復の測定例を第２１図に示す。第２１図は、
荷重を設定して４時間後に荷重を除去したあと、変位が
どのように回復するかを荷重を設定する前のデータを基
準として表したものである。第２１図で１４０は変位零
の面であり、１４１は荷重を除去した直後の変位を表し
、１４２は荷重を除去して１時間後、１４３は荷重を除
去して４時間後を表している。荷重を除去しても完全に
は元に戻っていないのが分かる。これは試験部品に塑性
変形が生じていることを表す。

〔３〕発明の実施態様 本発明の実施態様については以下の各項に示すものが考
えられる。

（１）請求項１に記載のクリープ測定装置であって、複
数の場所で、異なる時刻における試験部品の高さを求め
るようにしたもの。

（２）請求項１に記載のクリープ測定装置であって、試
験部品に荷重をかけた後の試験部品の高さを少なくとも
１回は測定するようにしたもの。

（３）請求項２に記載のクリープ測定装置であって、試
験部品に荷重をかけ、荷重を除去した後での試験部品の
高さを少なくとも１回は測定するようにしたちの。

（４）請求項１または２に記載のクリープ測定装置であ
って、荷重をかける前の試験部品の高さを測定するよう
にしたもの。

（５）請求項１または２に記載のクリープ測定装置であ
って、基準となる時刻および試験部品の高さを変えられ
るようにしたもの。

（６）上３己（５）項に記載のクリープ測定装置であっ
て、基準となる時刻および試験部品の高さを荷重をかけ
る前の時刻および高さとしたもの。

（７）上記（５）項に記載のクリープ測定装置であって
、基準となる時刻および試験部品の高さを荷重をかけた
直後の時刻および試験部品の高さとしたもの。

（８）請求項１または２に記載のクリープ測定装置であ
って、荷重をかける手段を押しつけ機能を持つ移動手段
により実現したもの。

（９）上記（８）項に記載のクリープ測定装置であって
、押しつけ機能を持つ移動手段を、力センサを搭載した
ロボットにより実現したもの。

（１０）上記（１）項または請求項２に記載のクリープ
測定装置であって、複数の変位データから、位置に関し
て連続な変位分布を表す関数を求めるようにしたもの。

（１１）請求項１または２に記載のクリープ測定装置で
あって、特定の位置における、異なる時間における変位
データから時間に関して連続な変位関数を求めるように
したもの。

（１２）上記（１）項または請求項２に記載のクリープ
測定装置であって、複数の場所における、複数の時刻に
おける変位データから、位置および時間に関して連続な
変位分布を求めるようにしたもの。

（１３）上記（１０）または（１２）項に記載のクリー
プ測定装置であって、位置に関して少なくとも２階微分
可能な関数を求め、この関数から歪分布を求めるように
したもの。

（１４）上記（１０）ないしく１３）項に記載のクリー
プ測定装置であって、連続関数をスプライン関数で表現
するようにしたもの。

（１５）上記（１４）項に記載のクリープ測定装置であ
って、連続関数を求める際に平滑化を行うようにしたも
の。

〔発明の効果〕

本発明によれば、さまざまな形状の試験部品に対して、
曲げ荷重（応力）がかかったときにおける任意での位置
におけるクリープの測定が可能となる。したがって、実
際に製作された試作品でのクリープ測定が可能となり、
プラスチックモールド品を使用した設計においてクリー
プを考慮した設計が行い易くなり、製品の信頼性を高め
ることができる。また、製品での評価を行うことも可能
となり、市場にでてからの製品トラブルを減少させるこ
とがでるため、製品コストを引き下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するためのクリープ測定装置の概
略構成図、 第２図は本発明の第１実施例としてのクリープ測定装置
の構成図、 第３図は第２図の荷重機構の平面図、 第４図は第２図の荷重機構の正面図、 第５図は本発明の第２実施例のクリープ測定装置の構成
図、 第６図は実施例における試験部品の斜視図、第７図は実
施例におけるクリープ測定手順を示す流れ図、 第８図は実施例の第１段階の測定手順の流れ図、第９図
は第８図と同様な第２段階の流れ図、第１Ｏ図は第８図
と同様な第３段階の流れ図、第１１図は測定データの処
理におけるスキャン時間が無視できる場合の流れ図、 第１２図は第１１図と同様な変位分布関数を求める場合
の流れ図、 第１３図は第１１図と同様な微分処理により歪分布を求
める場合の流れ図、 第１４図は第１１図と同様な特定の点における変位の変
化を求める場合の流れ図、 第１５図は第１１図と同様な特定の点の変位を時間の関
数で表す場合の流れ図、 第１６図は第１１図と同様な変位分布および歪分布を求
める場合の流れ図、 第１７図は試験部品の荷重設定後の変位を表す斜視図、 第１８図は試験部品の荷重設定後の輪郭の変位を表す図
、 第１９図は試験部品の変位をスプライン平滑化処理した
図、 第２０図は試験部品の変位分布から歪分布を求めた図、 第２１図はクリープ回復の様子を説明する図、および 第２２図は従来型のクリ である。 図において、 １・・・試験部品、 ２・３・・・チャック部、 ４・・・板、 ５．６・・・回転部、 ７・・・固定部、 ８・・・ワイヤ、 ９．１０・・・滑車、 工１・１２・・・軸、 １３・・・重り、 ２０・・・試験部品、 ２１・・・荷重手段、 ２２・・・移動手段、 ２３・・・変位測定手段、 ２４・・・時刻検出手段、 ２５・・・指令装置、 ２７．２８・・・支持台、 ２９・・・固定部、 −ブ試験機の概略構成図 ３０・・・直交型ロボット、 ３１・・・変位測定プローブ、 ３２・・・試験部品、 ３３．３４・・・板、 ３５・・・荷重機構、 ３６・・・固定部、 ５０・５１・・・直交型ロボット、 ５２・・・力センサ、 ５３・・・ロッド、 ５４・・・プローブ、 ５５・・・試験部品、 である。 本発明を説明する図 第１図 ２０・・・試験部品 ２１・・・荷重手段 ２２・・・移動手段 ２３・・・変位測定手段 ２４・・・時刻検出手段 ２７．２８・・・支持台 ２９・・・固定部 荷重機構の平面図 第３図 荷重機構の正面図 第 図 試験部品の斜視図 第６図 測定手順を示す流れ図 第７図 第 図 第 図 変位 試験部品の荷重設定後の変位を表す斜視図第１７図 第２０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、試験部品（２０）に荷重をかける手段（２１）と、
   該試験部品（２０）の変位を測定する手段（２３）を搭
   載した移動機構（２２）と、測定時刻を検出する時刻検
   出手段（２４）とを具備するクリープ測定装置において
   、 該試験部品（２０）の、指定された位置の異なる時刻に
   おける高さを測定し、該試験部品（２０）の時間による
   変位を、対象となる時刻の該試験部品（２０）の高さと
   、基準となる時刻の該試験部品の高さとの差から求める
   ようにしたことを特徴とするクリープ測定装置。 ２、前記クリープ測定装置は該試験部品（２０）に適用
   する荷重を除去した後の変位を測定するようにした請求
   項１記載の装置。