応力測定装置及び応力測定方法
【課題】異種材料と樹脂試料との界面部分に生じる応力のうち、特定方向に向く成分の大きさを、正確に測定する。
【解決手段】測定対象樹脂の応力を測定する荷重計と、前記荷重計に支持された第１部材とを具備する。前記第１部材は、前記測定対象樹脂に生じた応力により一軸方向に沿う荷重が加えられるように、前記測定対象樹脂と固着している。前記荷重計は、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する。
【解決手段】測定対象樹脂の応力を測定する荷重計と、前記荷重計に支持された第１部材とを具備する。前記第１部材は、前記測定対象樹脂に生じた応力により一軸方向に沿う荷重が加えられるように、前記測定対象樹脂と固着している。前記荷重計は、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力測定装置及び応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂は、液体状態から固体状態に変化することにより、成形される。例えば、熱硬化性樹脂は、主剤である樹脂（高分子）と硬化剤が反応することにより、液体から固体になる（硬化する）。一方、熱可塑性樹脂は、溶融温度から冷却されるにしたがって、分子の運動が妨げられ、液体から固体となる。通常、固体状態での樹脂の容積は、液体状態のときの容積よりも小さい。従って、樹脂は、液体状態から固体状態に変化するとき、収縮する。このような収縮は、成形収縮と呼ばれる。成形収縮により、樹脂には、応力が生じる。
【０００３】
樹脂を成形して用いる場合、収縮時に発生する応力を正確に知ることが重要である。
【０００４】
関連して、特許文献１（特開昭６３−１８２２９）には、金属板と樹脂とを密着させ、金属板と樹脂の収縮率の差により生じるたわみ量を測定する、収縮応力測定方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開平２−２２１８４９）には、磁心コイルを評価用の熱硬化性樹脂に浸漬し、磁心コイルのインダクタンスを測定することにより、樹脂の収縮時の収縮力を測定することが記載されている。
【０００６】
また、樹脂の成形収縮量（率）を求め、成形収縮量に基づいて、間接的に、樹脂の応力を求める方法も考えられる。
【０００７】
成形収縮量を測定する手法として、歪みゲージ法が知られている。非特許文献１（新保正樹ら、「充てんエポキシ樹脂の内部応力」 高分子論文集、Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１ ｐｐ．１−８（１９８３））、及び非特許文献２（越智光一、「エポキシ樹脂硬化物の内部応力（Ｒｅｖｉｅｗ）−その測定方法と低減法−」、日本接着協会誌、Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．９（１９８９））には、歪みゲージ法に関する記載がある。図１は、歪みゲージ法の一例を説明するための説明図である。歪みゲージ法では、シリコンゴム板１０３上に、円筒型の外枠１０５が配置される。外枠１０５の中央部には、金属製リング１０２が配置される。樹脂１０４は、金属製リング１０２と外枠１０５との間に配置される。そして、ひずみゲージ１０１が、樹脂１０４中に埋め込まれる。そして、ひずみゲージ１０１の歪み量を検出することにより、樹脂１０４の応力が測定される。
【０００８】
また、歪みゲージ法に関する他の技術として、及び特許文献３（特開昭６１−７５２４７）に記載された技術が挙げられる。
【０００９】
また、成形収縮量を求める他の手法として、密度比較法、寸法比較法、ディラトメータ法、および浮力法などが知られている。密度比較法は、硬化前および硬化後の樹脂の密度に基づいて、硬化収縮率を算出する方法である。寸法比較法は、一定寸法の金型（棒状のもの）に樹脂を注型し、硬化後の寸法変化により硬化収縮率を算出する方法である。ディラトメータ法は、ディラトメータ（ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ、ダイラトメータ、熱膨張計など）により容積変化を直読する方法である。浮力法は、樹脂を薄いゴム袋に入れ、水中（またはシリコーンオイル）中での浮力変化により硬化収縮を算出する方法である。
【００１０】
その他に本発明者が知りえた関連技術として、特許文献４（特開２０００−１２１４６４）に記載された樹脂成形体の密着力測定装置、特許文献５（特開昭６３−１６３２７９）に記載された装置、特許文献６（特開昭６１−２７１４８９）に記載された接着剤硬化終了時測定方法、及び特許文献７（特開２０００−２３０８９５）に記載された硬化特性測定装置が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−１８２２９号公報
【特許文献２】特開平２−２２１８４９号公報
【特許文献３】特開昭６１−７５２４７号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１４６４号公報
【特許文献５】特開昭６３−１６３２７９号公報
【特許文献６】特開昭６１−２７１４８９号公報
【特許文献７】特開２０００−２３０８９５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】新保正樹ら、「充てんエポキシ樹脂の内部応力」 高分子論文集、Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１ ｐｐ．１−８（１９８３）
【非特許文献２】越智光一、「エポキシ樹脂硬化物の内部応力（Ｒｅｖｉｅｗ）−その測定方法と低減法−」、日本接着協会誌、Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．９（１９８９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
樹脂の収縮応力は、正確に測定されることが求められる。特許文献１に記載された方法や、樹脂の成形収縮量に基づいて応力を求める方法では、応力が間接的に求められることになるため、正確さが損なわれる。また、樹脂のゴム状領域における弾性率は、ガラス状領域における弾性率よりも十分に小さく、例えば百分の一程度である。従って、熱膨張係数に由来する発生応力が微小であるという理由から、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度で発生する応力は、多くの場合無視される。すなわち、樹脂が完全に硬化するまでに発生する応力については、無視される。しかし、実際には、応力は、樹脂が完全に硬化する前にも発生する。この点からも、間接的に求めた応力は、実際の応力とは異なることがある。
【００１４】
一方、特許文献２に記載された技術によれば、樹脂単独の内部応力の変化を測定することができる。しかし、樹脂の応力が問題となるのは、樹脂が異種材料に接合されている場合である。例えば、銅板に樹脂を塗布し、高温で硬化させて室温まで冷却したとする。この場合、樹脂と銅板との界面部分に生じる収縮応力により、樹脂が銅板から剥離したり、銅板が反ったりしてしまうことがある。このような不具合に対処するためには、樹脂と異種材料との界面部分に生じる応力を知ることが重要である。また、求めた応力が、どの方向を向く成分であるかを知ることが重要である。しかしながら、既述の特許文献２に記載された技術では、樹脂単独の内部応力については測定できるが、異種材料との界面に発生する応力を直接知ることはできない。当然ながら、測定した応力がどの方向を向くものであるかについても、知ることはできない。
【００１５】
また、異種材料との界面部分に生じる応力は、成形（硬化工程）の途中で発生するものと考えられる。図２は、熱硬化性樹脂の温度を室温から硬化温度まで上昇させ、その後、室温まで冷却したときの特性の一例を示している。図２（ａ）乃至（ｃ）において、横軸は時間を示している。図２（ａ）の縦軸は、温度を示している。図２（ｂ）の縦軸は、寸法（容量）を示している。図２（ｃ）の縦軸は、応力を示している。図２（ａ）に示されるように、Ａ点において、樹脂の加熱が開始されている。そして、Ｂ点において、樹脂温度が硬化温度に達している。その後、Ｃ点まで硬化温度が維持されている。Ｂ−Ｃ点間にて、樹脂は硬化する。その後、Ｅ点まで冷却が行われている。図２（ｂ）に示されるように、樹脂は、Ａ点からＢ点の間で、加熱により熱膨張する。Ｂ点からＣ点の間では、樹脂は、硬化により、収縮している。更に、Ｃ点からＥ点までの間では、樹脂は、冷却により熱収縮している。樹脂の成形収縮量は、硬化温度における硬化収縮量（Ｂ点からＣ点まで）と、硬化後の室温までの冷却による熱収縮量（Ｃ点からＥ点まで）とを合わせたものである。しかしながら、樹脂が液状であれば、たとえ膨張または収縮しても、異種材料との界面部分に応力は働かないと考えられる。そのため、図２（ｃ）に示されるように、実際に界面部分に応力が発生し始めるのは、樹脂が液体状態から固体状態に変化する、Ｂ点からＣ点の間のある時点であると予想される。但し、どの時点で樹脂の異種材料との界面部分に応力が発生し始めるのかは、正確にはわからない。また、応力が発生し始める時点は、同一の樹脂であっても、硬化温度、加熱速度、加熱時間などによって変化することが想像される。
【００１６】
樹脂の特性をより詳細に把握するためには、硬化時のどの時点で異種材料との界面に応力が生じ始めるかを知ることが重要である。既述の特許文献１、２に記載された技術では、異種材料との界面部分に、どの時点で界面部分に応力が発生し始めるのかについても、知ることもできない。
【００１７】
すなわち、本発明の課題は、異種材料との界面部分において特定の方向に向く応力を正確に知ることのできる、応力測定装置及び応力測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る応力測定装置は、測定対象樹脂の応力を測定する荷重計と、前記荷重計に支持された第１部材とを具備する。前記第１部材は、前記測定対象樹脂に生じる応力により一軸方向に沿う荷重が加えられるように、前記測定対象樹脂と固着している。前記荷重計は、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する。
【００１９】
本発明に係る応力測定方法は、前記第１部材に、測定対象樹脂に生じた応力により前記第１部材に一軸方向に沿う荷重が加えられるように、測定対象樹脂を固着させる工程と、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、異種材料との界面部分において特定の方向に向く応力を正確に知ることのできる、応力測定装置及び応力測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】歪みゲージ法の一例を説明するための説明図である。
【図２】熱硬化性樹脂の特性の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る応力測定装置を示す概略図である。
【図４】第２の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図７】第５の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図８】実験例の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
図面を参照しつつ、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る応力測定装置を示す概略図である。この応力測定装置は、断熱容器７と、応力測定機構７０と、温度測定機構５０と、制御装置１２と、ヒータ５とを備えている。
【００２４】
応力測定機構７０は、試料１（測定対象樹脂）の応力を測定する機構である。応力測定機構７０は、シリンジ２と、第１部材４０と、第２部材３０と、ロードセル４（荷重計）と、一対の拘束部材（１３、１４）を備えている。一対の拘束部材（１３、１４）は、第１方向に沿って並んでいる。ロードセル４、第１部材４０、シリンジ２、及び第２部材３０は、一対の拘束部材（１３、１４）間において、第１方向に沿って配置されている。
【００２５】
シリンジ２は、断熱容器７内に配置されている。シリンジ２は、筒型である。シリンジ２は、両端面が第１方向に沿うように、配置されている。シリンジ２内には、試料１が入れられている。シリンジ２の内壁には、試料１とシリンジ２とが接着してしまうことを防ぐために、離型剤２１が配置されている。
【００２６】
拘束部材１３は、クランプなどに例示され、第２部材３０の変位を拘束している。同様に、拘束部材１４もクランプなどに例示される。拘束部材１４は、ロードセル４を拘束している。
【００２７】
第２部材３０は、試料１の一端を拘束するために設けられている。第２部材３０は、プランジャ３と、プランジャヘッド３１とを備えている。プランジャ３は、基端部において拘束部材１３に拘束されている。プランジャ３は、拘束部材１３から第１方向に沿って、断熱容器７内に延びている。そして、プランジャ３は、シリンジ２の一端から、シリンジ２内に挿入されている。プランジャヘッド３１は、プランジャ３の先端部に取り付けられている。すなわち、プランジャヘッド３１は、シリンジ２の内部に配置されている。プランジャヘッド３１は、カップリング剤３２により、試料１に固着されている。カップリング剤３２としては、試料１と接着する材料、または接着を促進する材料が用いられる。尚、試料１とプランジャヘッド３１とを確実に接触させるために、シリンジ２にベンチレーション（図示せず）が設けられていてもよい。
【００２８】
第１部材４０は、第２部材３０と同様に、プランジャ４２とプランジャヘッド４１とを備えている。プランジャ４２は、基端部でロードセル４に支持されている。プランジャ４２は、ロードセル４から第１方向に沿って断熱容器７内に延びている。そして、プランジャ４２は、シリンジ２の他端から、シリンジ２内に挿入されている。プランジャヘッド４１は、プランジャ４２の先端部に取り付けられている。プランジャヘッド４１は、プランジャヘッド３１と同様に、シリンジ２内でカップリング剤３２を介して試料１に固着されている。
【００２９】
ロードセル４は、試料１の収縮応力を測定するために設けられている。ロードセル４は、第１部材４０に働く引張力を測定する。
【００３０】
ヒータ５は、断熱容器７内に配置されており、断熱容器７内を加熱する機能を備えている。ヒータ５は、制御装置１２に接続されている。
【００３１】
温度測定機構５０は、試料１の温度を測定するために設けられている。温度測定機構５０は、応力測定機構７０と同様に、シリンジ５５、プランジャ５１及びプランジャヘッド５２、プランジャ５４及びプランジャヘッド５３を備えている。但し、温度測定機構５０には、ロードセルや拘束部材は必要ない。シリンジ５５は、シリンジ２と同様に、断熱容器７内に配置されている。シリンジ５５内には、温度測定用試料１１として、試料１と同じ樹脂が封入されている。また、温度測定機構５０は、熱電対６を備えている。熱電対６の一端は、温度測定用試料１１に接している。熱電対６は、制御装置１２に接続されている。
【００３２】
制御装置１２は、例えばコンピュータにより実現される。制御装置１２は、温度制御部８と、データ記録部９と、計算部１０とを備えている。温度制御部８は、ヒータ５を、断熱容器７の内部が所望の温度となるように、制御する。データ記録部９は、ロードセル４により計測された荷重をデータとして取得し、記録する機能を備えている。また、データ記録部９は、熱電対６によって、温度測定用試料１１の温度を取得し、これを試料１の温度として記録する機能を備えている。計算部１０は、データ記録部９に記録されたデータ等を用いて、各種の計算を行う。
【００３３】
続いて、上述の応力測定装置の動作方法について説明する。まず、試料１として、未硬化の樹脂をシリンジ２内に封入する。そして、断熱容器７内の温度を、室温から試料１の硬化温度にまで上昇させ、硬化温度に維持する。そして、硬化反応の終了後、断熱容器７の内部温度を、室温にまで冷却する。
【００３４】
試料１の温度が硬化温度に達すると、試料１の硬化が進行する。これにより、試料１は収縮する。このとき、試料１に固着された第１部材４０は、試料１により、第１方向に沿って引っ張られる。このときの引張力が、ロードセル４により測定される。ここで、シリンジ２と試料１とは接着していない。そのため、ロードセル４により第１部材４０の荷重を測定することにより、試料１の界面部分に働く応力のうちの一軸方向（第１方向）に沿う成分だけを、直接的に測定することができる。試料１の界面部分に働く応力を、成形収縮量などからの換算によらず、直接に測定することができる。これにより、精度良く、応力を求めることができる。また、一軸方向に沿う成分だけが測定されるため、求めた応力の向きを正しく把握することが可能である。
【００３５】
液状である未硬化樹脂を硬化させる際、樹脂は、金型や容器などの被着体に接着している。樹脂と異種材料との間の界面部分に働く応力は、被着体の機械的特性、寸法、構造などによって変化する。樹脂と異種材料との界面部分に働く応力を測定する際には、このような点を考慮に入れて測定を行う必要がある。本実施形態では、一軸方向に働く力だけが応力として測定されるため、プランジャなどの測定系の影響を算出することが容易である。
【００３６】
また、本実施形態では、断熱容器７の加熱及び冷却を行っている間、ロードセル４によって荷重を測定し続けることができる。従って、樹脂が未硬化状態（液体状態）から完全硬化状態（固体状態）に変化する間、全ての硬化度における応力を連続して測定することができる。
【００３７】
尚、本実施形態では、試料１が収縮する場合について説明した。但し、試料１が膨張する場合であっても、第１部材４０の加わる荷重を測定することにより、試料１に生じる応力のうちの一軸方向に沿う成分だけを測定することが可能である。
【００３８】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に対して、応力測定機構７０の構成が変更されている。その他の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４は、応力測定機構７０を示す概略図である。
【００４０】
本実施形態では、シリンジ３３が、第２部材３０として用いられる。具体的には、シリンジ３３は、プランジャ３に連結されている。また、シリンジ３３は、一端面及び他端面を有する筒状であり、その他端面は閉じられている。試料１は、シリンジ３３内に入れられており、シリンジ３３の他端面に、カップリング剤３２を介して固着されている。一方、シリンジ３３の側面内壁には、シリンジ３３と試料１との接着を防ぐため、離型剤２１が設けられている。第１部材４（４１、４２）は、第１の実施形態と同様に、シリンジ３３の一端面から、シリンジ３３内に挿入されている。
【００４１】
本実施形態のような構成を採用しても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に対して、応力測定機構７０の構成が変更されている。その他の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
図５（ａ）は、本実施形態における応力測定機構７０を示す概略図である。本実施形態では、シリンジ２が用いられない。また、本実施形態では、第１部材４０及び第２部材３０として、それぞれ、短冊状の部材が用いられる。第１部材４０及び第２部材３０としては、例えば、銅、及びＳＵＳなどの剛直な材料を用いることができる。
【００４４】
第２部材３０は、一端で拘束部材１３に拘束されている。第２部材３０は、拘束部材１３から、第１方向に沿って延びている。第２部材３０の他端部では、主面に、第２部材固着領域１５が形成されている。第２部材固着領域１５上には、試料１が、カップリング剤３２を介して塗布されている。
【００４５】
第１部材４０は、一端で、ロードセル４に接続されている。第１部材４０は、ロードセル４から、第１方向に沿って延びている。第１部材４０の他端部では、裏面に、第１部材固着領域１６が形成されている。第１部材４０は、第１部材固着領域１６において、カップリング剤３２を介して、試料１と固着している。
【００４６】
第２部材３０と第１部材４０とは、第２部材固着領域１５と第１部材固着領域１６とで、重なっている。すなわち、試料１は、第２部材３０の一部と第１部材４０の一部とで、挟まれている。尚、試料１の供給量は、第２部材３０と第１部材４０との間からあふれ出すことがないように、調整されている。
【００４７】
図５（ｂ）は、第１部材４０及び第２部材３０の上面図である。図５（ｂ）に示されるように、第１部材４０と第２部材３０のそれぞれの幅が、ｂとして示されている。また、図５（ｂ）には、第１部材４０と第２部材３０のそれぞれの長さが、ｃとして示されている。また、図５（ｂ）には、第１部材３０と第２部材３０とが重なった領域（試料１の固着領域）が、斜線で示されている。試料１は、第１部材４０及び第２部材３０における幅方向の全域に固着されている。また、固着領域の一軸方向に沿う長さが、ａとして示されている。
【００４８】
本実施形態では、試料１の収縮により、図５中、矢印で示されるように、第１部材４０に対して、一軸方向（第１方向）に沿う荷重が加わる。また、第２部材３０にも、一軸方向に沿って試料１側に向く方向の荷重が加わる。ロードセル４で第１部材４０に加わる荷重を計測することにより、試料１と第１部材４０との界面に働く一軸方向（せん断方向）の応力と、試料１と第２部材３０との界面に働く一軸応力との平均値を、正確に測定することができる。
【００４９】
（実験例）
本実施形態の実験例を以下のように行った。
第１部材４０と第２部材３０として、それぞれ、厚さ０．７５ｍｍの短冊状のシリコンウェハを用いた。長さａは約３０ｍｍ、長さｂは１０ｍｍ、長さｃは４０ｍｍ、また測定対象樹脂１の厚さは約０．３ｍｍである。測定対象樹脂１としては、市販のエポキシ系接着剤アラルダイトラピッドを用い、カップリング剤３２は使用していない。本実験では、加熱せずに室温で行ったが、樹脂が硬化する際に反応熱が発生するため、温度測定機構５０により測定対象樹脂１内部の温度と室内の温度を測定した。なお、第１部材４０および第２部材３０が平行に拘束されるように、第１部材３０および第２部材４０と拘束部材１３および１４の間にスペーサ（図示略）を配置した。
【００５０】
本実験例による実験結果を図８に示す。図８において、横軸は時間（sec）を示し、縦軸は温度（℃）及び荷重（Ｎ）を示している。測定中、室温が約２４．５℃で安定しているのに対し、測定対象樹脂１の温度（サンプル内部温度）は、５００秒後に約３℃上昇した。その後は室温まで冷却され、以降は約２５℃で安定した。一方、発生荷重は、５０００〜６０００秒後に最大引張を示した後、緩やかに減少しているのがわかった。
【００５１】
したがって、測定対象樹脂１の反応速度は５００秒付近がピークであるものの、その後も徐々に反応が進行し、それとともに測定対象樹脂１と第１部材４０および第２部材３０間の接着強度が増加していると考えられる。一方、負荷を受けた硬化後の測定対象樹脂１は、時間が経過すると応力緩和を示す。
【００５２】
以上のことから、硬化（収縮）反応、接着強度の増加および応力緩和のそれぞれ経時変化の重ね合わせにより、実験結果のような発生荷重が測定されたと考えられる。
【００５３】
（第４の実施形態）
続いて、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に対して、応力測定機構７０の構成が変更されている。その他の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６は、本実施形態における応力測定機構７０を示す概略図である。本実施形態では、第２部材３０は用いられない。本実施形態では、第１部材４０の他端が、拘束部材１３に拘束されている。第１部材４０は、平板状であり、第１方向沿って延びている。試料１は、カップリング剤３２を介して、第１部材４０の主面上に固着されている。第１部材４０としては、例えば、銅やＳＵＳなどの剛直な材料が使用される。
【００５５】
本実施形態では、硬化時及び冷却時に試料１が収縮すると、第１部材４０は試料１の中心方向に引っ張られる。このとき、それぞれの剛性によっては曲げ変形が生じることが考えられる。しかしながら、このときの荷重をロードセル４により測定することにより、第３の実施形態と同様に、試料１と第１部材４０と界面において発生する応力を測定することができる。
【００５６】
（第５の実施形態）
続いて、第５の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る応力測定機構７０を示す概略図である。本実施形態は、第４の実施形態に対して、第１部材４０の材質が変更されている。本実施形態では、第１部材４０として、繊維布（例えば、ガラス繊維、ガラスクロスなど）が用いられる。第１部材４０は、ある程度の張力がかかるように、拘束部材１３とロードセル４とによって支持されている。また、試料１は、第１部材４０に含浸される。
【００５７】
本実施形態では、試料１が膨張する際の荷重は、ロードセル４と第１部材４０との接続部分に伝わらない。しかし、試料１が収縮する際には、第１部材４０が一軸方向に沿って引っ張られる。このときの荷重を測定することにより、試料１の一軸方向に沿う収縮応力を測定することができる。
【００５８】
以上、第１〜第５の実施形態について説明した。これらの実施形態は互いに独立するものではなく、矛盾のない範囲内で組み合わせて用いることも可能である。
【００５９】
また、本発明に係る応力測定装置及び応力測定方法は、例えば、樹脂の分子構造の設計、樹脂系複合材料の設計、樹脂の硬化条件の最適化、樹脂の熱応力解析の精度向上に対して、有効に用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 試料（測定対象樹脂）
２ シリンジ
３ プランジャ
４ ロードセル（荷重計）
５ ヒータ
６ 熱電対
７ 断熱容器
８ 温度制御部
９ データ記録部
１０ 計算部
１１ 温度測定用試料
１２ 制御装置（コンピュータ）
１３ 拘束部材
１４ 拘束部材
１５ 第２部材固着領域
１６ 第１部材固着領域
２１ 離型剤
３０ 第２部材
３１ プランジャヘッド
３２ カップリング剤
３３ シリンジ
４０ 第１部材
４１ プランジャヘッド
４２ プランジャ
５０ 温度測定機構
５１ プランジャ
５２ プランジャヘッド
５３ プランジャヘッド
５４ プランジャ
５５ シリンジ
７０ 応力測定機構
１０１ ひずみゲージ
１０２ 金属製リング
１０３ シリコンゴム板
１０４ 樹脂
１０５ 外枠
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力測定装置及び応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂は、液体状態から固体状態に変化することにより、成形される。例えば、熱硬化性樹脂は、主剤である樹脂（高分子）と硬化剤が反応することにより、液体から固体になる（硬化する）。一方、熱可塑性樹脂は、溶融温度から冷却されるにしたがって、分子の運動が妨げられ、液体から固体となる。通常、固体状態での樹脂の容積は、液体状態のときの容積よりも小さい。従って、樹脂は、液体状態から固体状態に変化するとき、収縮する。このような収縮は、成形収縮と呼ばれる。成形収縮により、樹脂には、応力が生じる。
【０００３】
樹脂を成形して用いる場合、収縮時に発生する応力を正確に知ることが重要である。
【０００４】
関連して、特許文献１（特開昭６３−１８２２９）には、金属板と樹脂とを密着させ、金属板と樹脂の収縮率の差により生じるたわみ量を測定する、収縮応力測定方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２（特開平２−２２１８４９）には、磁心コイルを評価用の熱硬化性樹脂に浸漬し、磁心コイルのインダクタンスを測定することにより、樹脂の収縮時の収縮力を測定することが記載されている。
【０００６】
また、樹脂の成形収縮量（率）を求め、成形収縮量に基づいて、間接的に、樹脂の応力を求める方法も考えられる。
【０００７】
成形収縮量を測定する手法として、歪みゲージ法が知られている。非特許文献１（新保正樹ら、「充てんエポキシ樹脂の内部応力」 高分子論文集、Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１ ｐｐ．１−８（１９８３））、及び非特許文献２（越智光一、「エポキシ樹脂硬化物の内部応力（Ｒｅｖｉｅｗ）−その測定方法と低減法−」、日本接着協会誌、Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．９（１９８９））には、歪みゲージ法に関する記載がある。図１は、歪みゲージ法の一例を説明するための説明図である。歪みゲージ法では、シリコンゴム板１０３上に、円筒型の外枠１０５が配置される。外枠１０５の中央部には、金属製リング１０２が配置される。樹脂１０４は、金属製リング１０２と外枠１０５との間に配置される。そして、ひずみゲージ１０１が、樹脂１０４中に埋め込まれる。そして、ひずみゲージ１０１の歪み量を検出することにより、樹脂１０４の応力が測定される。
【０００８】
また、歪みゲージ法に関する他の技術として、及び特許文献３（特開昭６１−７５２４７）に記載された技術が挙げられる。
【０００９】
また、成形収縮量を求める他の手法として、密度比較法、寸法比較法、ディラトメータ法、および浮力法などが知られている。密度比較法は、硬化前および硬化後の樹脂の密度に基づいて、硬化収縮率を算出する方法である。寸法比較法は、一定寸法の金型（棒状のもの）に樹脂を注型し、硬化後の寸法変化により硬化収縮率を算出する方法である。ディラトメータ法は、ディラトメータ（ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ、ダイラトメータ、熱膨張計など）により容積変化を直読する方法である。浮力法は、樹脂を薄いゴム袋に入れ、水中（またはシリコーンオイル）中での浮力変化により硬化収縮を算出する方法である。
【００１０】
その他に本発明者が知りえた関連技術として、特許文献４（特開２０００−１２１４６４）に記載された樹脂成形体の密着力測定装置、特許文献５（特開昭６３−１６３２７９）に記載された装置、特許文献６（特開昭６１−２７１４８９）に記載された接着剤硬化終了時測定方法、及び特許文献７（特開２０００−２３０８９５）に記載された硬化特性測定装置が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−１８２２９号公報
【特許文献２】特開平２−２２１８４９号公報
【特許文献３】特開昭６１−７５２４７号公報
【特許文献４】特開２０００−１２１４６４号公報
【特許文献５】特開昭６３−１６３２７９号公報
【特許文献６】特開昭６１−２７１４８９号公報
【特許文献７】特開２０００−２３０８９５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】新保正樹ら、「充てんエポキシ樹脂の内部応力」 高分子論文集、Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．１ ｐｐ．１−８（１９８３）
【非特許文献２】越智光一、「エポキシ樹脂硬化物の内部応力（Ｒｅｖｉｅｗ）−その測定方法と低減法−」、日本接着協会誌、Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．９（１９８９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
樹脂の収縮応力は、正確に測定されることが求められる。特許文献１に記載された方法や、樹脂の成形収縮量に基づいて応力を求める方法では、応力が間接的に求められることになるため、正確さが損なわれる。また、樹脂のゴム状領域における弾性率は、ガラス状領域における弾性率よりも十分に小さく、例えば百分の一程度である。従って、熱膨張係数に由来する発生応力が微小であるという理由から、ガラス転移温度（Ｔｇ）以上の温度で発生する応力は、多くの場合無視される。すなわち、樹脂が完全に硬化するまでに発生する応力については、無視される。しかし、実際には、応力は、樹脂が完全に硬化する前にも発生する。この点からも、間接的に求めた応力は、実際の応力とは異なることがある。
【００１４】
一方、特許文献２に記載された技術によれば、樹脂単独の内部応力の変化を測定することができる。しかし、樹脂の応力が問題となるのは、樹脂が異種材料に接合されている場合である。例えば、銅板に樹脂を塗布し、高温で硬化させて室温まで冷却したとする。この場合、樹脂と銅板との界面部分に生じる収縮応力により、樹脂が銅板から剥離したり、銅板が反ったりしてしまうことがある。このような不具合に対処するためには、樹脂と異種材料との界面部分に生じる応力を知ることが重要である。また、求めた応力が、どの方向を向く成分であるかを知ることが重要である。しかしながら、既述の特許文献２に記載された技術では、樹脂単独の内部応力については測定できるが、異種材料との界面に発生する応力を直接知ることはできない。当然ながら、測定した応力がどの方向を向くものであるかについても、知ることはできない。
【００１５】
また、異種材料との界面部分に生じる応力は、成形（硬化工程）の途中で発生するものと考えられる。図２は、熱硬化性樹脂の温度を室温から硬化温度まで上昇させ、その後、室温まで冷却したときの特性の一例を示している。図２（ａ）乃至（ｃ）において、横軸は時間を示している。図２（ａ）の縦軸は、温度を示している。図２（ｂ）の縦軸は、寸法（容量）を示している。図２（ｃ）の縦軸は、応力を示している。図２（ａ）に示されるように、Ａ点において、樹脂の加熱が開始されている。そして、Ｂ点において、樹脂温度が硬化温度に達している。その後、Ｃ点まで硬化温度が維持されている。Ｂ−Ｃ点間にて、樹脂は硬化する。その後、Ｅ点まで冷却が行われている。図２（ｂ）に示されるように、樹脂は、Ａ点からＢ点の間で、加熱により熱膨張する。Ｂ点からＣ点の間では、樹脂は、硬化により、収縮している。更に、Ｃ点からＥ点までの間では、樹脂は、冷却により熱収縮している。樹脂の成形収縮量は、硬化温度における硬化収縮量（Ｂ点からＣ点まで）と、硬化後の室温までの冷却による熱収縮量（Ｃ点からＥ点まで）とを合わせたものである。しかしながら、樹脂が液状であれば、たとえ膨張または収縮しても、異種材料との界面部分に応力は働かないと考えられる。そのため、図２（ｃ）に示されるように、実際に界面部分に応力が発生し始めるのは、樹脂が液体状態から固体状態に変化する、Ｂ点からＣ点の間のある時点であると予想される。但し、どの時点で樹脂の異種材料との界面部分に応力が発生し始めるのかは、正確にはわからない。また、応力が発生し始める時点は、同一の樹脂であっても、硬化温度、加熱速度、加熱時間などによって変化することが想像される。
【００１６】
樹脂の特性をより詳細に把握するためには、硬化時のどの時点で異種材料との界面に応力が生じ始めるかを知ることが重要である。既述の特許文献１、２に記載された技術では、異種材料との界面部分に、どの時点で界面部分に応力が発生し始めるのかについても、知ることもできない。
【００１７】
すなわち、本発明の課題は、異種材料との界面部分において特定の方向に向く応力を正確に知ることのできる、応力測定装置及び応力測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る応力測定装置は、測定対象樹脂の応力を測定する荷重計と、前記荷重計に支持された第１部材とを具備する。前記第１部材は、前記測定対象樹脂に生じる応力により一軸方向に沿う荷重が加えられるように、前記測定対象樹脂と固着している。前記荷重計は、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する。
【００１９】
本発明に係る応力測定方法は、前記第１部材に、測定対象樹脂に生じた応力により前記第１部材に一軸方向に沿う荷重が加えられるように、測定対象樹脂を固着させる工程と、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、異種材料との界面部分において特定の方向に向く応力を正確に知ることのできる、応力測定装置及び応力測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】歪みゲージ法の一例を説明するための説明図である。
【図２】熱硬化性樹脂の特性の一例を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る応力測定装置を示す概略図である。
【図４】第２の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図７】第５の実施形態に係る応力測定機構を示す概略図である。
【図８】実験例の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１の実施形態）
図面を参照しつつ、本発明の第１の実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図３は、本実施形態に係る応力測定装置を示す概略図である。この応力測定装置は、断熱容器７と、応力測定機構７０と、温度測定機構５０と、制御装置１２と、ヒータ５とを備えている。
【００２４】
応力測定機構７０は、試料１（測定対象樹脂）の応力を測定する機構である。応力測定機構７０は、シリンジ２と、第１部材４０と、第２部材３０と、ロードセル４（荷重計）と、一対の拘束部材（１３、１４）を備えている。一対の拘束部材（１３、１４）は、第１方向に沿って並んでいる。ロードセル４、第１部材４０、シリンジ２、及び第２部材３０は、一対の拘束部材（１３、１４）間において、第１方向に沿って配置されている。
【００２５】
シリンジ２は、断熱容器７内に配置されている。シリンジ２は、筒型である。シリンジ２は、両端面が第１方向に沿うように、配置されている。シリンジ２内には、試料１が入れられている。シリンジ２の内壁には、試料１とシリンジ２とが接着してしまうことを防ぐために、離型剤２１が配置されている。
【００２６】
拘束部材１３は、クランプなどに例示され、第２部材３０の変位を拘束している。同様に、拘束部材１４もクランプなどに例示される。拘束部材１４は、ロードセル４を拘束している。
【００２７】
第２部材３０は、試料１の一端を拘束するために設けられている。第２部材３０は、プランジャ３と、プランジャヘッド３１とを備えている。プランジャ３は、基端部において拘束部材１３に拘束されている。プランジャ３は、拘束部材１３から第１方向に沿って、断熱容器７内に延びている。そして、プランジャ３は、シリンジ２の一端から、シリンジ２内に挿入されている。プランジャヘッド３１は、プランジャ３の先端部に取り付けられている。すなわち、プランジャヘッド３１は、シリンジ２の内部に配置されている。プランジャヘッド３１は、カップリング剤３２により、試料１に固着されている。カップリング剤３２としては、試料１と接着する材料、または接着を促進する材料が用いられる。尚、試料１とプランジャヘッド３１とを確実に接触させるために、シリンジ２にベンチレーション（図示せず）が設けられていてもよい。
【００２８】
第１部材４０は、第２部材３０と同様に、プランジャ４２とプランジャヘッド４１とを備えている。プランジャ４２は、基端部でロードセル４に支持されている。プランジャ４２は、ロードセル４から第１方向に沿って断熱容器７内に延びている。そして、プランジャ４２は、シリンジ２の他端から、シリンジ２内に挿入されている。プランジャヘッド４１は、プランジャ４２の先端部に取り付けられている。プランジャヘッド４１は、プランジャヘッド３１と同様に、シリンジ２内でカップリング剤３２を介して試料１に固着されている。
【００２９】
ロードセル４は、試料１の収縮応力を測定するために設けられている。ロードセル４は、第１部材４０に働く引張力を測定する。
【００３０】
ヒータ５は、断熱容器７内に配置されており、断熱容器７内を加熱する機能を備えている。ヒータ５は、制御装置１２に接続されている。
【００３１】
温度測定機構５０は、試料１の温度を測定するために設けられている。温度測定機構５０は、応力測定機構７０と同様に、シリンジ５５、プランジャ５１及びプランジャヘッド５２、プランジャ５４及びプランジャヘッド５３を備えている。但し、温度測定機構５０には、ロードセルや拘束部材は必要ない。シリンジ５５は、シリンジ２と同様に、断熱容器７内に配置されている。シリンジ５５内には、温度測定用試料１１として、試料１と同じ樹脂が封入されている。また、温度測定機構５０は、熱電対６を備えている。熱電対６の一端は、温度測定用試料１１に接している。熱電対６は、制御装置１２に接続されている。
【００３２】
制御装置１２は、例えばコンピュータにより実現される。制御装置１２は、温度制御部８と、データ記録部９と、計算部１０とを備えている。温度制御部８は、ヒータ５を、断熱容器７の内部が所望の温度となるように、制御する。データ記録部９は、ロードセル４により計測された荷重をデータとして取得し、記録する機能を備えている。また、データ記録部９は、熱電対６によって、温度測定用試料１１の温度を取得し、これを試料１の温度として記録する機能を備えている。計算部１０は、データ記録部９に記録されたデータ等を用いて、各種の計算を行う。
【００３３】
続いて、上述の応力測定装置の動作方法について説明する。まず、試料１として、未硬化の樹脂をシリンジ２内に封入する。そして、断熱容器７内の温度を、室温から試料１の硬化温度にまで上昇させ、硬化温度に維持する。そして、硬化反応の終了後、断熱容器７の内部温度を、室温にまで冷却する。
【００３４】
試料１の温度が硬化温度に達すると、試料１の硬化が進行する。これにより、試料１は収縮する。このとき、試料１に固着された第１部材４０は、試料１により、第１方向に沿って引っ張られる。このときの引張力が、ロードセル４により測定される。ここで、シリンジ２と試料１とは接着していない。そのため、ロードセル４により第１部材４０の荷重を測定することにより、試料１の界面部分に働く応力のうちの一軸方向（第１方向）に沿う成分だけを、直接的に測定することができる。試料１の界面部分に働く応力を、成形収縮量などからの換算によらず、直接に測定することができる。これにより、精度良く、応力を求めることができる。また、一軸方向に沿う成分だけが測定されるため、求めた応力の向きを正しく把握することが可能である。
【００３５】
液状である未硬化樹脂を硬化させる際、樹脂は、金型や容器などの被着体に接着している。樹脂と異種材料との間の界面部分に働く応力は、被着体の機械的特性、寸法、構造などによって変化する。樹脂と異種材料との界面部分に働く応力を測定する際には、このような点を考慮に入れて測定を行う必要がある。本実施形態では、一軸方向に働く力だけが応力として測定されるため、プランジャなどの測定系の影響を算出することが容易である。
【００３６】
また、本実施形態では、断熱容器７の加熱及び冷却を行っている間、ロードセル４によって荷重を測定し続けることができる。従って、樹脂が未硬化状態（液体状態）から完全硬化状態（固体状態）に変化する間、全ての硬化度における応力を連続して測定することができる。
【００３７】
尚、本実施形態では、試料１が収縮する場合について説明した。但し、試料１が膨張する場合であっても、第１部材４０の加わる荷重を測定することにより、試料１に生じる応力のうちの一軸方向に沿う成分だけを測定することが可能である。
【００３８】
（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に対して、応力測定機構７０の構成が変更されている。その他の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４は、応力測定機構７０を示す概略図である。
【００４０】
本実施形態では、シリンジ３３が、第２部材３０として用いられる。具体的には、シリンジ３３は、プランジャ３に連結されている。また、シリンジ３３は、一端面及び他端面を有する筒状であり、その他端面は閉じられている。試料１は、シリンジ３３内に入れられており、シリンジ３３の他端面に、カップリング剤３２を介して固着されている。一方、シリンジ３３の側面内壁には、シリンジ３３と試料１との接着を防ぐため、離型剤２１が設けられている。第１部材４（４１、４２）は、第１の実施形態と同様に、シリンジ３３の一端面から、シリンジ３３内に挿入されている。
【００４１】
本実施形態のような構成を採用しても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に対して、応力測定機構７０の構成が変更されている。その他の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
図５（ａ）は、本実施形態における応力測定機構７０を示す概略図である。本実施形態では、シリンジ２が用いられない。また、本実施形態では、第１部材４０及び第２部材３０として、それぞれ、短冊状の部材が用いられる。第１部材４０及び第２部材３０としては、例えば、銅、及びＳＵＳなどの剛直な材料を用いることができる。
【００４４】
第２部材３０は、一端で拘束部材１３に拘束されている。第２部材３０は、拘束部材１３から、第１方向に沿って延びている。第２部材３０の他端部では、主面に、第２部材固着領域１５が形成されている。第２部材固着領域１５上には、試料１が、カップリング剤３２を介して塗布されている。
【００４５】
第１部材４０は、一端で、ロードセル４に接続されている。第１部材４０は、ロードセル４から、第１方向に沿って延びている。第１部材４０の他端部では、裏面に、第１部材固着領域１６が形成されている。第１部材４０は、第１部材固着領域１６において、カップリング剤３２を介して、試料１と固着している。
【００４６】
第２部材３０と第１部材４０とは、第２部材固着領域１５と第１部材固着領域１６とで、重なっている。すなわち、試料１は、第２部材３０の一部と第１部材４０の一部とで、挟まれている。尚、試料１の供給量は、第２部材３０と第１部材４０との間からあふれ出すことがないように、調整されている。
【００４７】
図５（ｂ）は、第１部材４０及び第２部材３０の上面図である。図５（ｂ）に示されるように、第１部材４０と第２部材３０のそれぞれの幅が、ｂとして示されている。また、図５（ｂ）には、第１部材４０と第２部材３０のそれぞれの長さが、ｃとして示されている。また、図５（ｂ）には、第１部材３０と第２部材３０とが重なった領域（試料１の固着領域）が、斜線で示されている。試料１は、第１部材４０及び第２部材３０における幅方向の全域に固着されている。また、固着領域の一軸方向に沿う長さが、ａとして示されている。
【００４８】
本実施形態では、試料１の収縮により、図５中、矢印で示されるように、第１部材４０に対して、一軸方向（第１方向）に沿う荷重が加わる。また、第２部材３０にも、一軸方向に沿って試料１側に向く方向の荷重が加わる。ロードセル４で第１部材４０に加わる荷重を計測することにより、試料１と第１部材４０との界面に働く一軸方向（せん断方向）の応力と、試料１と第２部材３０との界面に働く一軸応力との平均値を、正確に測定することができる。
【００４９】
（実験例）
本実施形態の実験例を以下のように行った。
第１部材４０と第２部材３０として、それぞれ、厚さ０．７５ｍｍの短冊状のシリコンウェハを用いた。長さａは約３０ｍｍ、長さｂは１０ｍｍ、長さｃは４０ｍｍ、また測定対象樹脂１の厚さは約０．３ｍｍである。測定対象樹脂１としては、市販のエポキシ系接着剤アラルダイトラピッドを用い、カップリング剤３２は使用していない。本実験では、加熱せずに室温で行ったが、樹脂が硬化する際に反応熱が発生するため、温度測定機構５０により測定対象樹脂１内部の温度と室内の温度を測定した。なお、第１部材４０および第２部材３０が平行に拘束されるように、第１部材３０および第２部材４０と拘束部材１３および１４の間にスペーサ（図示略）を配置した。
【００５０】
本実験例による実験結果を図８に示す。図８において、横軸は時間（sec）を示し、縦軸は温度（℃）及び荷重（Ｎ）を示している。測定中、室温が約２４．５℃で安定しているのに対し、測定対象樹脂１の温度（サンプル内部温度）は、５００秒後に約３℃上昇した。その後は室温まで冷却され、以降は約２５℃で安定した。一方、発生荷重は、５０００〜６０００秒後に最大引張を示した後、緩やかに減少しているのがわかった。
【００５１】
したがって、測定対象樹脂１の反応速度は５００秒付近がピークであるものの、その後も徐々に反応が進行し、それとともに測定対象樹脂１と第１部材４０および第２部材３０間の接着強度が増加していると考えられる。一方、負荷を受けた硬化後の測定対象樹脂１は、時間が経過すると応力緩和を示す。
【００５２】
以上のことから、硬化（収縮）反応、接着強度の増加および応力緩和のそれぞれ経時変化の重ね合わせにより、実験結果のような発生荷重が測定されたと考えられる。
【００５３】
（第４の実施形態）
続いて、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に対して、応力測定機構７０の構成が変更されている。その他の点については、第１の実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図６は、本実施形態における応力測定機構７０を示す概略図である。本実施形態では、第２部材３０は用いられない。本実施形態では、第１部材４０の他端が、拘束部材１３に拘束されている。第１部材４０は、平板状であり、第１方向沿って延びている。試料１は、カップリング剤３２を介して、第１部材４０の主面上に固着されている。第１部材４０としては、例えば、銅やＳＵＳなどの剛直な材料が使用される。
【００５５】
本実施形態では、硬化時及び冷却時に試料１が収縮すると、第１部材４０は試料１の中心方向に引っ張られる。このとき、それぞれの剛性によっては曲げ変形が生じることが考えられる。しかしながら、このときの荷重をロードセル４により測定することにより、第３の実施形態と同様に、試料１と第１部材４０と界面において発生する応力を測定することができる。
【００５６】
（第５の実施形態）
続いて、第５の実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る応力測定機構７０を示す概略図である。本実施形態は、第４の実施形態に対して、第１部材４０の材質が変更されている。本実施形態では、第１部材４０として、繊維布（例えば、ガラス繊維、ガラスクロスなど）が用いられる。第１部材４０は、ある程度の張力がかかるように、拘束部材１３とロードセル４とによって支持されている。また、試料１は、第１部材４０に含浸される。
【００５７】
本実施形態では、試料１が膨張する際の荷重は、ロードセル４と第１部材４０との接続部分に伝わらない。しかし、試料１が収縮する際には、第１部材４０が一軸方向に沿って引っ張られる。このときの荷重を測定することにより、試料１の一軸方向に沿う収縮応力を測定することができる。
【００５８】
以上、第１〜第５の実施形態について説明した。これらの実施形態は互いに独立するものではなく、矛盾のない範囲内で組み合わせて用いることも可能である。
【００５９】
また、本発明に係る応力測定装置及び応力測定方法は、例えば、樹脂の分子構造の設計、樹脂系複合材料の設計、樹脂の硬化条件の最適化、樹脂の熱応力解析の精度向上に対して、有効に用いることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 試料（測定対象樹脂）
２ シリンジ
３ プランジャ
４ ロードセル（荷重計）
５ ヒータ
６ 熱電対
７ 断熱容器
８ 温度制御部
９ データ記録部
１０ 計算部
１１ 温度測定用試料
１２ 制御装置（コンピュータ）
１３ 拘束部材
１４ 拘束部材
１５ 第２部材固着領域
１６ 第１部材固着領域
２１ 離型剤
３０ 第２部材
３１ プランジャヘッド
３２ カップリング剤
３３ シリンジ
４０ 第１部材
４１ プランジャヘッド
４２ プランジャ
５０ 温度測定機構
５１ プランジャ
５２ プランジャヘッド
５３ プランジャヘッド
５４ プランジャ
５５ シリンジ
７０ 応力測定機構
１０１ ひずみゲージ
１０２ 金属製リング
１０３ シリコンゴム板
１０４ 樹脂
１０５ 外枠
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象樹脂の応力を測定する荷重計と、
前記荷重計に支持された第１部材と、
を具備し、
前記第１部材は、前記測定対象樹脂に生じる応力により一軸方向に沿う荷重が加えられるように、前記測定対象樹脂と固着しており、
前記荷重計は、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する
応力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された応力測定装置であって、
更に、
一端で拘束され、他端で前記測定対象樹脂に固着される、第２部材、
を具備する
応力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載された応力測定装置であって、
更に、
内部に前記測定対象樹脂が配置される、筒型のシリンジ
を具備し、
前記第２部材は、前記シリンジ外から前記シリンジの一端を介して前記シリンジ内に延び、前記シリンジ内で前記測定対象樹脂に固着されており、
前記第１部材は、前記荷重計から前記シリンジの他端を介して前記シリンジ内に延び、前記シリンジ内で前記測定対象樹脂に固着されており、
前記シリンジの側面内壁には、前記測定対象樹脂と前記シリンジとが接着することを防止するための離型剤が配置されている
応力測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載された応力測定装置であって、
前記第２部材は、一端面が開放され、他端面が閉じられた筒型のシリンジを備え、
前記測定対象樹脂は、前記シリンジ内に配置され、前記他端面で前記シリンジと固着されており、
前記シリンジの側面内壁には、前記測定対象樹脂と前記シリンジの側面内壁とが接着することを防止するための離型剤が配置されており、
前記第１部材は、前記荷重計から、前記一端面を介して前記シリンジ内に向かって延びており、前記シリンジ内で前記測定対象樹脂と固着されている
応力測定装置。
【請求項５】
請求項２に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材及び前記第２部材は、それぞれ、平板状であり、
前記第２部材は、主面の一部に設けられた第２部材固着領域において、前記測定対象樹脂と固着されており、
前記第１部材は、裏面の一部に設けられた第１部材固着領域において、前記測定対象樹脂と固着されており、
前記第２部材と前記第１部材とは、前記第２部材固着領域と前記第１部材固着領域とが前記測定対象樹脂を介して重なるように、配置されている
応力測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、平板状であり、
前記第１部材の一端は、前記荷重計により支持されており、
前記第１部材の他端は、拘束されており、
前記測定対象樹脂は、前記一端と前記他端との間で、前記第１部材の主面上に固着されている
応力測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、金属板により形成されている
応力測定装置。
【請求項８】
請求項６に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、繊維布により形成されており、
前記測定対象樹脂は、前記繊維布に含浸している
応力測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載された応力測定装置であって、
更に、
前記測定対象樹脂の温度を測定する、温度測定機構、
を具備する
応力測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、カップリング剤によって、前記測定対象樹脂と固着されている
応力測定装置。
【請求項１１】
前記第１部材に、測定対象樹脂に生じた応力により前記第１部材に一軸方向に沿う荷重が加えられるように、測定対象樹脂を固着させる工程と、
前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する工程と、
を具備する
応力測定方法。
【請求項１】
測定対象樹脂の応力を測定する荷重計と、
前記荷重計に支持された第１部材と、
を具備し、
前記第１部材は、前記測定対象樹脂に生じる応力により一軸方向に沿う荷重が加えられるように、前記測定対象樹脂と固着しており、
前記荷重計は、前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する
応力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された応力測定装置であって、
更に、
一端で拘束され、他端で前記測定対象樹脂に固着される、第２部材、
を具備する
応力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載された応力測定装置であって、
更に、
内部に前記測定対象樹脂が配置される、筒型のシリンジ
を具備し、
前記第２部材は、前記シリンジ外から前記シリンジの一端を介して前記シリンジ内に延び、前記シリンジ内で前記測定対象樹脂に固着されており、
前記第１部材は、前記荷重計から前記シリンジの他端を介して前記シリンジ内に延び、前記シリンジ内で前記測定対象樹脂に固着されており、
前記シリンジの側面内壁には、前記測定対象樹脂と前記シリンジとが接着することを防止するための離型剤が配置されている
応力測定装置。
【請求項４】
請求項２に記載された応力測定装置であって、
前記第２部材は、一端面が開放され、他端面が閉じられた筒型のシリンジを備え、
前記測定対象樹脂は、前記シリンジ内に配置され、前記他端面で前記シリンジと固着されており、
前記シリンジの側面内壁には、前記測定対象樹脂と前記シリンジの側面内壁とが接着することを防止するための離型剤が配置されており、
前記第１部材は、前記荷重計から、前記一端面を介して前記シリンジ内に向かって延びており、前記シリンジ内で前記測定対象樹脂と固着されている
応力測定装置。
【請求項５】
請求項２に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材及び前記第２部材は、それぞれ、平板状であり、
前記第２部材は、主面の一部に設けられた第２部材固着領域において、前記測定対象樹脂と固着されており、
前記第１部材は、裏面の一部に設けられた第１部材固着領域において、前記測定対象樹脂と固着されており、
前記第２部材と前記第１部材とは、前記第２部材固着領域と前記第１部材固着領域とが前記測定対象樹脂を介して重なるように、配置されている
応力測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、平板状であり、
前記第１部材の一端は、前記荷重計により支持されており、
前記第１部材の他端は、拘束されており、
前記測定対象樹脂は、前記一端と前記他端との間で、前記第１部材の主面上に固着されている
応力測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、金属板により形成されている
応力測定装置。
【請求項８】
請求項６に記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、繊維布により形成されており、
前記測定対象樹脂は、前記繊維布に含浸している
応力測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れかに記載された応力測定装置であって、
更に、
前記測定対象樹脂の温度を測定する、温度測定機構、
を具備する
応力測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載された応力測定装置であって、
前記第１部材は、カップリング剤によって、前記測定対象樹脂と固着されている
応力測定装置。
【請求項１１】
前記第１部材に、測定対象樹脂に生じた応力により前記第１部材に一軸方向に沿う荷重が加えられるように、測定対象樹脂を固着させる工程と、
前記第１部材に加わる荷重を計測することにより、前記測定対象樹脂に生じた応力のうちの前記一軸方向に沿う成分を測定する工程と、
を具備する
応力測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２３０６４８（Ｐ２０１０−２３０６４８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４９０９６（Ｐ２００９−２４９０９６）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
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