JPS60244839A

JPS60244839A - 材料試験装置

Info

Publication number: JPS60244839A
Application number: JP59101411A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Hatanaka; 畑中　正義; Tadayuki Kamikita; 上北　忠之
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1984-05-19
Filing date: 1984-05-19
Publication date: 1985-12-04
Also published as: US4667095A; JPH027020B2

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】〔技術分野〕本発明は、プラスチックなど３）材料が塑性変形する際
の変色（プラスチック材料の場合は白色化）の度′合を
光学的に検知して、材料の変質程度を知る材料試験装置
に関する。

〔技術的背景〕

材料を曲げたりあるいは引張って塑性変形させると、変
形部分の材質が変化して変色することが知られている。

プラスチック材料の場合には、塑性変形部分が　−白色
化することになる。この白色化の原因は、一種の分子配
向帯であって筋状に見えるクレーズ、ミクロ的な割れで
あるクラック、あるいはプラスチック材料に添加された
改良剤（例えば母材の耐衝撃性を改良するために加える
ブタジェン系のゴム）の変化などによるものである。実
際には上記の各要素がオーバーラツプして白色化現象が
現われるものである。

このプラスチック材料の白色化は材料の特性として重要
な研究課題である。一般的に知られていることは、耐衝
撃性能の良好なものほど塑性変形時の白色化が強く現れ
、逆に白色化を抑えれば、耐衝撃性が低下する傾向であ
る。この相反する傾向を念頭において、白色化の度合が
低く、しかも耐衝撃性能の優れた材料を開発することが
必要であるが、実際には白色化の程度と耐衝撃性能のバ
ランスの良いものが指向されているのが現状である。

以上の点から、材料の開発段階、特にプラスチック材料
の開発に際しては、白色化の度合を知るための試験を行
なうことが必要であり、またその試験データとしては客
観的で且つ定量的なものを得ることが必要である。

〔従来技術ならびにその問題点〕

従来の白色化度の試験として文献などに発表されている
ものでは、材料を引張って塑性変形させているものが主
である。ところが、実際のプラスチック製品の変形につ
いて考える場合には、引張りだけではなく、折曲げ変形
による白色化度を知ることも必要である。しかしながら
、折曲げの場合には条件の設定などが困難であるため、
研究報告もなされていないのが現状である。

また、材料の引張り変形によって試験を行なう場合にお
いても、従来は、白色化の度合の測定を肉眼判定によっ
ていた。そのため、試験結果の報告も写真などを掲載し
て行なっていた。ところが、写真では焼付は条件や印画
紙の種類などによってコントラストが異なり、客観的な
試験データは残せなかった。また他の方法としては、材
料の白色化の度合に応じて５点評価を行ない、点数によ
ってデータを残すことも行なわれている。しかしながら
、この方法では観測者の主観が入り、正確な測定が行な
われない欠点がある。

（本発明の目的〕本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので
あり、プラスチックの白色化などのような材料の塑性変
形による変色番客観的且つ定量的に測定できる材料試験
装置を提供することを目的としている。

〔本発明の構成〕

本願の第一発明は、塑性変形した材料の保持部と、前記
材料の塑性変形による変色部分に検知光を照射する照光
装置と、上記変色部分にて反射された光を検知する受光
部材と、この受光部材にて検知された光量を電気的な値
に変換して表示する表示部材とから成る材料試験装置で
ある。

本願の第二発明は、材料の保持部と、この保持部を回転
させあるいは直線的動作させて上記材料を塑性変形させ
るステッピングモータなどの駆動装置と、保持部の動作
速度を任意に変えるためのパルスの発振周波数制御回路
などの制御部材と、Ｌ記材料の塑性変形による変色部分
に検知光を照射する照光装置と、上記変色部分にて反射
された光を検知する受光部材と、この受光部材にて検知
される光量を電気的な値に変換して表示する表示部材と
から成る材料試験装置である。

この第二発明では、保持部の動作速度を変えて材料の変
形速度を変えられるようになっているが、このような構
成にしたのは以下の理由によるものである。すなわち、
材料、特にプラスチック材料を折曲げてその変形による
白色化度を測定してみると、白色化の度合は折曲げ角度
に応じて変化するものではなく、折曲げ速度すなわち保
持部の回転時の角速度に依存するものであることが解っ
た。プラスチック材料の引張り試験の場合も、同様に引
張り速度に応じて白色化の度合が進行していくのが解っ
た。このことから、保持部の動作速度を可変できるよう
にして、材料の塑性変形時の変色の測定データを定量的
且つ客観的に把握できるようにし、データも処理しゃす
くしだものである。

〔本発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

（全体構造の概略）第１図は材料試験装置の全体構造を示す正面図、第２図
はその右側面図である。

図中の符号ｌは設置台、２０は材料変形装置、５０は照
光装置、６０は受光装置である。

上記設置台ｌはベース２と、その上に設けられた枠体３
とから成るものである。前記照光装置５０と受光装置６
０は枠体３によって支持されている。また材料変形装置
２０は傾斜テーブル４上に固定される。第２図に示すよ
うに、この傾斜テーブル４は移動テーブル５上にてβ方
向へ傾斜自在に支持されている。このβ方向への傾斜度
の設定はスクリュー軸などを用いて手動にて行えるよう
になっている。移動テーブル５はＸ支持テーブル６上に
設置されており、ハンドル７を回転させることによって
、移動テーブル５はＸ支持テーブル６上をＸ方向へ移動
できるようになっている。またＸ支持テーブル６はＹ支
持テーブル８上に設置されており、ハンドル９を回転さ
せることによって、Ｘ支持テーブル６はＹ支持テーブル
８上をＹ方向へ移動できるようになっている。さらに、
Ｙ支持テーブル８は昇降装置ｌＯ上に支持されており、
ハンドル１１を回転させることによって、Ｙ支持テーブ
ル８から上の部分がＺ方向へ昇降するようになっている
。

上記各ハンドルを操作することにより、材料変形装置２
０上にて塑性変形されて支持された試験片７０と８０を
照光装置５０ならびに受光装置６０に対して位置決めで
きるようになっている。

（材料変形装置の構成）第３図（平面図）、第４図（正面図）ならびに第５図（
要部のみ示す右側面図）は前記材料変形装置２０を示し
ているものである。

この材料変形装置２０は、第６（Ａ）図に示す折曲げ試
験片７０（プラスチック製）を第６（Ｂ）図に示す状態
に折曲げ、あるいは第７図に示す引張り試験片８０（プ
ラスチック製）を引張って変形させるためのものである
。この材料変形装置２０の特徴は、上記各試験片７０．
８０を変形する際の速度を可変できる点にある。

符号２１はベースである。このベース２１上には板金製
のホルダ２２が固設されており、このホルダ２２には駆
動装置としてステッピングモータ２３が固設されている
。ステッピングモータ２３の軸２４の一端には円板２５
が固設されている。

この円板２５には材料の保持部２６が固設されている。

この保持部２６はチャック構造であり、つまみ２７を回
転させることによって試験片７０を挟持できるようにな
っている。第５図に示すように、保持部２６の先端２６
ａは、円板２５のほぼ回転中心に位置している。またベ
ース２１上にはブロック２８が固設されている。このブ
ロック２８の上には突起２８ａが一体に成形されており
、その端部Ｂが前記保持部２６の先端２６ａに対向して
いる。保持部２６に挟持された試験片７０はこの端部Ｂ
を基準として折曲げられるものである。

第３図に示すように、枠体２２には一対の軸受３２が固
設されており、この軸受３２によってスクリュー軸３１
が回転自在に支持されている。このスクリュー軸３１は
ステッピングモータ２３の軸２４と平行に設けられてい
る。ステッピングモータ２３の軸２４の他端にはギヤ３
３が、またスクリュー軸３１にはギヤ３４が固設されて
おり、両ギヤ３３と３４が噛合っている。また、スクリ
ュー軸３１にはスライダ３５が螺装されている。このス
ライダ３５の一部は枠体２２から外方へ突出している。

側板２２には適当なガイド機構が設けられており、前記
スクリュー軸３１の回転に伴ない、スライダ３５がガイ
ド機構に沿ってβ方向（第３図、第４図参照）へ直線的
に移動するようになっている。スライダ３５の先端には
保持部３６が形成されている。また枠体２２には固定保
持部３７が固設されており、これが前記保持部３６に対
向している。保持部３６にはつまみ３８が、固定保持部
３７にはつまみ３９が設けられており、この両つまみ３
８と３９を回転させて、試験片８０の両端部を保持でき
るようになっている（第７図参照）。なお、保持部３６
と固定保持部３７とによる試験片８０の保持位置は、ス
テッピングモータ２３の軸２４の中心、すなわち試験片
７０の折り曲げ点とほぼ同一の水平位置にある。

ベース２１上には放熱板４１が設置されており、この放
′熱板４１に抵抗器４２が固設され、また放熱板４１の
側面には回路基板収納部４３が設けられている。第４図
に示すように、ベース２１の下面にはゴム脚４４が固設
されており、またベース２１の上にはハンドル４５が固
設されている。

上記構造の材料変形装置２０は、そのベース２１が傾斜
テーブル４上に固定されることによって設置台ｌ上に装
備される（第２図参照）。

第１２図はステッピングモータ２３を駆動する回路構成
の一例を示したものである。この構成では、パルス発振
回路４７から発せられるパルスに基づきステッピングモ
ータ駆動回路４８がステッピングモータ２３を駆動する
ようになっている。

またマイクロコンピュータなどによって発振周波数制御
回路４９が構成されており、発振パルスの周波数を変え
ることによってステッピングモータ２３の回転速度を可
変できるようになっている。

また、発振パルス数を制御して、ステッピングモータ２
３の回転角度を設定することも可能である。

（照光装置と受光装置の構成）第８図は照光装置５０と受光装置６０の内部構造を示す
ものである。

照光装置５０は、試験片７０または８０に対して４５°
の角度で検知光を照射するものである。内部にはハロゲ
ンランプなどの光源５１が設けられており、この光源５
１からの光がコンデンサ５２を経てミラー５３によって
反射され、さらに断続器５４を経て、コリメートレンズ
５５から外部に照射されるようになっている。

受光装置６０は試験片７０あるいは８０に対し直角に対
向されるものである。受光装置６０の先端には対物レン
ズ６１が設けられている。また内部には対物レンズ６１
と同軸上に位置するコンデンサ６２ならびにフィルタ６
３が装備されており、さらにその奥には光電子増幅管な
どの受光部材６４が設けられている。また光路の途中に
はハーフミラ−６５が設けられ、その側方にはスクリー
ン６６と接眼レンズ６７が設けられている。

第９図に示すように、照光装置５０から発せられる検知
光は、試験片７０または８０の塑性変形による白色化部
分Ｗにて反射され、その４５°方向への反射成分が受光
装置６０内の受光部材６４によって検知される。この検
知面積Ａ（第９図参照）は０．１〜１．２■■φ程度に
設定される。

第１１図は受光部材６４による検知出力を電気的に処理
するための回路構成を示したものである。

受光部材６４によって検知される光量が変化すると、受
光部材６４から出力される電流が変化する。この電流は
増幅器６８ａにて増幅され、ＡＤコンバータ６８ｂによ
ってディジタル値に変換された後、比較器９表示器６９
によって基準値と比較され数値表示される。

次に上記構成の材料試験装置による作用を説明する。

（材料の変形操作）この材料試験装置によって試験を行なうには、プラスチ
ック材料によって第８（Ａ）図に示す試験片７０あるい
は第７図に示す試験片８０を製作する。試験片７０は折
曲げ試験用であり、試験片８０は引張り試験用である。

試験においては、上記試験片７０．８０を材料変形装置
２０によって塑性変形させるが、本発明の特徴の１つは
、試験片７０．８０の変形速度をステッピングモータ２
３により変えられる点にある。材料の変形時の変色、特
にプラスチック材料の白色化の進行度合は、材料の折曲
げ角度などに依存するのではなく、材料の折曲げ速度や
引張り速度に依存するものであることが実験により理解
されている。したがって、変形速度が変えられれば、条
件に応じた客観的な測定データを得ることができること
になる。

また、試験片７０．８０の変形操作は、材料変形装置２
０が設置台ｌの傾斜テーブル４上に固定された状態のま
ま行える。このときには、各つまみ７，９．１１を回転
させて、材料変形装置２゜を照光装置５０などから離し
ておく。

第５図に示すように、折曲げ用の試験片７゜は、その約
半分を保持部２６にて挟持する。円板２５の初期位置で
は、保持部２６によって保持された試験片７０は第５図
の図示上下方向へ延びた状態であり、試験片７０の保持
されていない半分はズロック２８の突起２８ａの側面に
軽く接触している。この状態にてステッピングモータ２
３を始動させて、円板２５をα方向へ回転させると、保
持部２６が同方向へ回転して、試験片７ｏは第６（Ａ）
図から第６（Ｂ）図の状態に折り曲げられる。このとき
、発振周波数制御回路４９によって発振パルスの周波数
を所定に設定しておけば、円板２５の回転角速度を設定
できる。すなわち試験片７゜の折り曲げ速度を任意に設
定でき、速度毎のデータを取れることになる。また、発
振パルス数を変えれば、試験片７０の折り曲げ角度も任
意に設定できる。

また、第７図に示すように、引張り用の試験片８０を使
用する場合には、その両端を保持部３６と固定保持部３
７とによって挟持させる。そしてステッピングモータ２
３を始動させれば、軸２４の回転がギヤ３３．３４を介
してスクリュー軸３１に伝達され、これに螺装されてい
るスライダ３５が移動し、これと共に保持部３６がβ方
向へ直線的に移動する。そして試験片８ｏが引張られて
塑性変形する。このときにも１発振パルスの周波数ある
いはパルス数を変えて、ステ・ンビングモータ２３の回
転速度と回転角度を可変させれば、試験片８０の引張り
変形速度と変形量（ひずみ量）を任意に変えることがで
きる。

（光学測定操作）上記のように材料変形装置２０によって試験片７０ある
いは試験片８０を変形させた後、この試験片７０．８０
を各保持部２６あるいは３６．３７にて保持したまま光
学測定を行なう。

まず、折り曲げられた試験片７１（第６（Ｂ）図参照）
では、第１０（Ｂ）図に示す側面から見た場合に、折り
曲げた頂点に対して垂直な方向に入光軸（イ）と反射光
軸（ロ）を対向させる。また第１Ｏ（Ａ）図に示す正面
から見た場合には入光軸（イ）が折り曲げ部の稜線に沿
って４５″の角度から入射するように設定し、また反射
光軸（ロ）は稜線に対して９０度の角度に延びるように
設定する。また、引張り試験片８０に対しては、その平
面に対して入光軸（イ）を４５°の角度にて入射させ、
反射光軸（ロ）は平面に対して垂直に対向させる。

このような状態に試験片７０あるいは８０の位置を設定
するためには、設置台１上の傾斜テーブル４ならびに移
動テーブル５を移動させる。すなわち移動テーブル５の
高さくＺ方向）はハンドル１１を回転させることによっ
て設定し、水平位置（Ｘ方向、Ｙ方向）はハンドル７と
ハンドル９を回転させることによって設定する。さらに
、折り曲げ試験片７０の場合には、第２図に示すように
、移動テーブル５上にて傾斜テーブル４をβ方向へ傾斜
させ、反射光軸（ロ）が折り曲げの頂点に対して垂直に
向くするように設定する（第１０（ｂ）図参照）。引張
り試験片８０の場合にはチー゛プル４は水平姿勢にし、
上記のｘ、ｙ、Ｚ方向の位置調節を行なって、白色化部
分Ｗに検知光を照射できるようにする。

なお、白色化部分Ｗに検知光のピントを合わせる必要が
あるが、この作業は、接眼レンズ６７からスクリーン６
６（第８図参照）を見て、ピントを確認しながら傾斜テ
ーブル４などの位置設定を行なうことになる。

位置設定が完了した後、照光装置５０内の光源５１を点
灯させると、その光は、試験片７ｏあるいは８０の白色
化部分Ｗの検知領域Ａに照射される。そして、その反射
光の４５°方向の成分は、受光装置６０に入光し、受光
部材６４にて検知される。受光部材６４では、入光する
光量に応じた電流が流れるので、この電流値を増幅器６
８ａによって増幅し、ＡＤコンバータ６８ｂによってデ
ィジタル値に変換する。そしてこの値を数値にて表示す
る。あるいはこの値を一定の基準値と比較して表示する
。基準値の一例としては、酸化マグネシウムなどによっ
て成形された標準白色板を使用し、その白色度を１００
とし、測定された値をこの　＋００を基準として数値で
表すようにする。

（他の実施例）第１３図は、他の実施例による材料変形装置２０ａの要
部を平面図によって示したものである。この実施例では
、ステッピングモータ２３の軸２４と、これと平行に設
けたスクリュー軸９２との間にギヤ群９１を介在させて
、スクリュー軸９２の回転速度を大きく減速させている
。このスクリュー軸９２には、前記実施例と同様にスラ
イダ３５が螺装されている。この実施例の特徴は、スク
リュー軸９２の一端９２ａが枠体９３から外方へ突出し
ている点にある。そして、折り曲げ試験片７０を保持す
るための保持部２６を備えている円板２５が、ステッピ
ングモータ２３の軸２４とスクリュー軸９２の端部９２
ａとに対し選択して取付けることができるようになって
いる。このような構造にすれば、１個のステッピングモ
ータ２３を用いて円板２５の回転速度の設定範囲を輻広
くすることができるようになる。すなわち、ギヤ群９１
による減速比が大きいので、軸２４とスクリュー軸９２
の回転速度が大きく変わることになる。したがって、両
軸に対して円板２５を交換して取つけることにより、試
験片７０に対する折り曲げ速度の設定範囲を広くできる
。例えば、軸２４の回転速度を４５〜９００ｄｅｇ／ｓ
ｅｅの範囲に設定し、スクリュー軸９２の回転速度を５
〜１１００ｄｅ／ｓｅｃノ範囲に設定する。この場合に
は、小型のステッピングモータ２３にて対応が可能であ
る。なお、第１３図の構造では、ブロック２８（第５図
参照）を軸２４とスクリュー軸端部９２ａとに対して別
々に設けるか、あるいはブロック２８を両軸の位置に合
わせて移動自在にする必要がある。

なお、受光装置６０内の受光部材６４は光電子増幅管に
限られず、シリコンホトセルなど他の光学素子であって
もよい。

また、本発明による材料試験装置によってプラスチック
以外の材料、例えば金属やセラミックなどの変形時の変
色度合を試験することも可能である。

〔本発明の効果〕

以上のように本発明によれば、以下に列記した効果を奏
するようになる。

（１）本願の第一発明によれば、材料の変色面からの反
射光を受光部材によって検知し、この光量によって塑性
変形による変色の度合を検知し、しかもこの検知量を電
気的に処理して表示できるようにしているので、材料の
変色度合を客観的且つ定量的に把握できることになり、
正確な測定データが得られ、材料の開発に際し有効な資
料を提供できるようになる。

（２）本願の第二発明によれば、第一発明の構成の主要
部に加え、保持部を動作させて材料を塑性変形させる駆
動装置と、保持部の動作速度を任意に変える制御部材と
を備えているので、保持部によって材料を変形させる際
に、変形速度を変えることができるようになる。プラス
チック材料の白色化などにおいては、その変色度合が材
料の変形速度に依存しているので、変形速度を変えるこ
とによって、条件に応じた変色度合の測定データを得る
ことができ、データの基準が明確になり、データの処理
が客観的に行なえるようになる６（３）さらに第二発明
によれば、保持部によって試験片を変形させ、そのまま
の姿勢にて光学的に測定できる。よって、−互変形させ
た後に試験片を取外すなどの手間が省け、また、試験片
のスプリングバックが防止できて、正確な測定データを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示すものであり、第１
図は材料試験装置の全体構造を示す正面図、第２図はそ
の右側面図、第３図は材料変形装置の平面図、第４図は
その正面図、第５図はその要部を示す右側面図、第６（
Ａ）図は折り曲げ試験片の正面図、第８（Ｂ）図はそれ
を折り曲げた状態を示す側面図、第７図は引張り試験片
の平面図、第８図は照光装置と受光装置の内部構造の説
明図、第９図は測定領域の説明図、第１０（Ａ）図は折
り曲げ試験片に対する測定方法を示す正面図、第１０（
Ｂ）図はその側面図、第１１図は受光部材の検知出力を
処理するための回路構成図、第１２図は材料変形装置の
駆動系の回路構成図、第１３図は他の実施例による材料
変形装置の要部を示す平面図である。１・・・設置台、４，５・・・テーブル、２０・・・材
料変形装置、２３・・・駆動装置（ステッピングモータ
）、２６・・・折り曲げ試験片の保持部、２８・・・ブ
ロック、３６．３７・・・引張り試験片の保持部、４７
・・・パルス発振回路、４９・・・発振周波数制御回路
、５０・・・照光装置、５１・・・光源、６０・・・受
光装置、６４・・・受光部材、６９・・・比較器９表示
器、７０・・・折り曲げ試験片、８０・・・引張り試験
片。っ８　第７図Ｘ拓　３７６４　第８図第１１図第１２図第１３図：ｊ’／　ｊｂ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）塑性変形した材料の保持部と、前記材料の塑性変
形による変色部分に検知光を照射する照光装置と、上記
変色部分にて反射された光を検知する受光部材と、この
受光部材にて検知された光量を電気的な値に変換して表
示する表示部材とから成る材料試験装置。
（２）材料の保持部と、この保持部を動作させて上記材
料を塑性変形させる駆動装置と、保持部の動作速度を任
意に変える制御部材と、上記材料の塑性変形による変色
部分に検知光を照射する照光装置と、上記変色部分にて
反射された光を検知する受光部材と、この受光部材にて
検知される光量を電気的な値に変換して表示する表示部
材とから成る材料試験装置。
（３）保持部を動作させる駆動装置はステー、ピングモ
ータであり、且つ動作速度を任意に変える制御部材は上
記ステッピングモータ駆動用パルスの周波数を制御する
回路である特許請求の範囲第２項記載の材料試験装置。
（４）材料の保持部は、回転動作して試験片を曲げ変形
させるものである特許請求の範囲第２項記載の材料試験
装置。
（５）材料の保持部は、直線的に動作して試験片を引張
り変形させるものである特許請求の範囲第２項記載の材
料試験装置。