薄膜脆性材料の引張試験方法、及び薄膜脆性材料の引張試験装置
【課題】薄膜脆性材料の試験片の被挟持部を破損させることなく、破断強度を適正に測定する。
【解決手段】薄膜脆性材料からなる試験片Ｐの長手方向Ｚの両端部を２つの挟持具５１，５１で挟持し、当該２つの挟持具５１，５１を長手方向Ｚに沿って互いに離間させて試験片Ｐに引張応力を作用させる。２つの挟持具５１，５１と、当該２つの挟持具５１，５１に挟持される試験片Ｐの両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートＳをそれぞれ介在させる。
【解決手段】薄膜脆性材料からなる試験片Ｐの長手方向Ｚの両端部を２つの挟持具５１，５１で挟持し、当該２つの挟持具５１，５１を長手方向Ｚに沿って互いに離間させて試験片Ｐに引張応力を作用させる。２つの挟持具５１，５１と、当該２つの挟持具５１，５１に挟持される試験片Ｐの両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートＳをそれぞれ介在させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜脆性材料の引張試験方法、及び薄膜脆性材料の引張試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックスやガラスなどの脆性材料の破断強度は、曲げ試験によって測定されている（例えば、特許文献１参照）。この曲げ試験では、図４に示すように、試験片Ｔｐの下面両端を２つの支持台Ｓｔ，Ｓｔで支持した状態で、試験片Ｔｐの上面中央に荷重を掛けることにより、試験片Ｔｐの湾曲外周面に引張応力を作用させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３０８００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば厚さ数百μｍ以下といった極めて薄い薄膜脆性材料の破断強度を上記のような曲げ試験によって測定する場合には、以下のような問題がある。
第一に、破断までの曲げ量が増加する（破断する曲率半径が小さくなる）ため、試験片Ｔｐを均一の曲率で湾曲させることが困難になり、ひいては測定精度が低下してしまう。
第二に、破断までの曲げ量の増加に伴って、荷重を掛ける過程で評価面である試験片Ｔｐの湾曲外周面が支持台Ｓｔ，Ｓｔと擦れやすくなるため、この擦れによって評価面に付いた傷が破断の起点になるなどして、測定精度が低下してしまう。
第三に、脆性材料においては、主に微細なクラックに応力が集中して破断に至るために、破断強度が寸法依存性を有しているところ、薄膜脆性材料の試験片Ｔｐでは厚いものに比べて支点間距離Ｌが制限されるため、この支点間距離Ｌと実用上の長さとの乖離が大きくなる。その結果、測定結果を用いて実用上の長さでの破断強度を外挿するときに、誤差が大きくなってしまう。
【０００５】
上記の問題は、何れも試験片Ｔｐを湾曲させることに伴うものであるため、曲げ試験ではなく、引張試験により適正に破断強度を測定することができれば解決可能である。
しかし、極めて薄い薄膜脆性材料を試験片として引張試験を行う場合には、試験片両端の被挟持部が挟持具によって破損されやすく、試験の実施が困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、薄膜脆性材料の試験片の被挟持部を破損させることなく、破断強度を適正に測定することができる薄膜脆性材料の引張試験方法、及び薄膜脆性材料の引張試験装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を２つの挟持具で挟持し、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験方法であって、
前記２つの挟持具と、当該２つの挟持具に挟持される前記試験片の両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記２つの挟持具として、それぞれ１対の挟持部材からなるものを用い、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されているものを用いることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記１対の挟持部材として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致するものを用いることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートとして、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短いものを用い、
当該緩衝シートを前記試験片の幅方向の中央に配置することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートとして、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であるものを用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートとして、表面に粘着層を有するものを用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートの厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を挟持する２つの挟持具を備え、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験装置であって、
前記２つの挟持具は、当該２つの挟持具と前記試験片の両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させて当該両主面を挟持することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記２つの挟持具は、それぞれ１対の挟持部材からなり、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記１対の挟持部材は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項８〜１０の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短く、前記試験片の幅方向の中央に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は、請求項８〜１２の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、表面に粘着層を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は、請求項８〜１３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、試験片の両端部を挟持する２つの挟持具と、当該２つの挟持具に挟持される試験片の両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させるので、硬い挟持具が試験片に直接接触することを防ぎ、試験片の被挟持部での破損を防止することができる。また、２つの挟持具を離間させて試験片に長手方向への引張応力を作用させたときに、幅方向の応力分布の偏りに応じて、緩衝シートを介して試験片と挟持具とが僅かに滑るため、幅方向の応力分布を均等化することができ、ひいては試験片の破断強度を適正に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態における引張試験装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】実施形態における試験片を挟持した状態の２つの挟持具を試験片の正面から見た図である。
【図３】実施形態における試験片を挟持した状態の２つの挟持具を試験片の側面から見た図である。
【図４】試験片に作用させた張力と挟持具の変位量との関係を示した図である。
【図５】従来、脆性材料に適用されていた曲げ試験を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態における薄膜脆性材料の引張試験装置（以下、単に引張試験装置という）１の概略構成を示す外観図である。
この図に示すように、引張試験装置１は、極めて薄い薄膜脆性材料の試験片Ｐに引張応力を作用させて当該試験片Ｐの破断強度を測定する装置であり、荷重台２と、ＸＹテーブル３と、ロードセル４と、２つのチャック装置５，５とを備えている。
【００２５】
このうち、荷重台２は、２つの側壁２１，２１と、この側壁２１，２１に跨設された天板２２と、側壁２１，２１の下部に固定された底板２３とを備えている。天板２２は、図示しない駆動源により、側壁２１，２１に対して上下方向へ移動可能に構成されている。
ＸＹテーブル３は、天板２２の下面に、水平面内で移動可能なように取り付けられている。
ロードセル４は、下方に突出した負荷軸４１に掛かる上下方向の荷重を計測可能なものであり、ＸＹテーブル３の下面に固定されている。
【００２６】
２つのチャック装置５，５は、上下方向に並設されており、このうち上側のチャック装置５が自在継手６を介してロードセル４の負荷軸４１と連結され、下側のチャック装置５が底板２３の上面に固定されている。これらチャック装置５，５は、互いに上下に対向する位置に、試験片Ｐの端部を挟持する挟持具５１をそれぞれ備えている。
【００２７】
ここで、本実施形態における試験片Ｐは、厚さ２００μｍ以下の薄膜ガラスであり、長さが約１５０ｍｍ、幅が２０〜５０ｍｍとなっているが、本発明に係る薄膜脆性材料の引張試験方法及び引張試験装置で試験可能な試験片としては、厚さが２００μｍ以下であればよく、長さ及び幅はこれらの範囲に限定されるものではない。
【００２８】
図２は、試験片Ｐを挟持した状態の２つの挟持具５１，５１を試験片Ｐの正面から見た図であり、図３は、試験片Ｐを挟持した状態の２つの挟持具５１，５１を試験片Ｐの側面から見た図である。
これらの図に示すように、２つの挟持具５１，５１は、試験片Ｐを上下方向に沿って延在させるように当該試験片Ｐの上下両端部を挟持するとともに、後述するように、試験片Ｐの長手方向Ｚ（上下方向）に沿って互いに離間されることにより、試験片Ｐに長手方向Ｚへの引張応力を作用させるものである。より詳しくは、２つの挟持具５１，５１は、試験片Ｐの最上端又は最下端よりもやや長手方向Ｚの中央寄りの位置において、試験片Ｐの両主面を長手方向Ｚと直交する試験片Ｐの厚さ方向Ｘに挟持する。２つの挟持具５１，５１が試験片Ｐの最端部での挟持を避けているのは、当該最端部には試験片Ｐの切断時にクラックが生じている（低強度になっている）可能性があり、当該クラックでの破損を防ぐためである。これら２つの挟持具５１，５１は、それぞれ１対の挟持部材５２，５２から構成されている。
【００２９】
各対の挟持部材５２，５２は、試験片Ｐの厚さ方向Ｘ及び試験片Ｐの長手方向Ｚと直交する試験片Ｐの幅方向Ｙに沿って、試験片Ｐの幅Ｐｗよりもやや長めにそれぞれ延在している。この挟持部材５２，５２は、試験片Ｐを挟持する挟持面５２ａが頂部を幅方向Ｙに沿って延在させた蒲鉾状（曲率半径１５０〜２５０ｍｍ）にそれぞれ形成されるとともに、この頂部の長手方向Ｚの位置が互いに略一致している。そのため、挟持部材５２，５２で試験片Ｐを挟持したときに、試験片Ｐの両主面の対応する部分（両主面で長手方向Ｚの位置が一致する部分）が幅方向Ｙに沿った線状に挟持される。また、挟持部材５２，５２は、チャック装置５の本体に連通された図示しない空気源からの空気圧によって、互いに接近する方向（厚さ方向Ｘ）へ移動されて試験片Ｐを挟持するように構成されている。また、Ｄは試験片Ｐを２対の挟持部材５２，５２で狭持した挟持点間距離を示す。
【００３０】
各挟持部材５２の挟持面５２ａは、変形に対する耐久性の点から、例えばロックウェル硬さがＨＲＣ４５以上であることが好ましい。但し、メッキ等の表面処理は施さない方が良い。メッキ等の表面処理が施されていたとしても、高引張力が作用する際に、高い剪断力を受けてメッキ等の表面処理が剥がれてしまうためである。なお、本実施形態では、高硬度が得られる焼入れ処理性や加工性の点から、挟持部材５２の材質としてＳＫ材を用いている。また、挟持面５２ａは、表面粗さが小さい方が好ましいが、算術平均粗さＲａ２．５μｍ程度で十分である。表面粗さが大きいと、その表面粗さの影響がガラス（試験片Ｐ）に直接伝わり易く、挟持の際に試験片Ｐを破損させてしまう虞がある。
【００３１】
また、各対の挟持部材５２，５２は、試験片Ｐの両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートＳをそれぞれ介在させて、当該両主面を挟持している。これにより、硬い挟持部材５２が試験片Ｐに直接接触することを防ぎ、試験片Ｐの被挟持部での破損を防止することができる。更に、試験片Ｐに長手方向Ｚへの引張応力を作用させたときに、幅方向Ｙの応力分布の偏りに応じて、緩衝シートＳを介して試験片Ｐと挟持具５１とが僅かに滑るため、幅方向Ｙの応力分布を均等化することができる。
【００３２】
緩衝シートＳは、厚さが３０〜３００μｍであることが好ましい。緩衝シートＳの厚さがこの範囲内であると、試験片Ｐに作用する幅方向Ｙの応力分布を良好に均等化することができる。加えて、この厚さが３０μｍ未満であると、試験片Ｐの破損を防止する効果が薄れてしまい、３００μｍ超であると、応力作用時に試験片Ｐと挟持具５１とが滑り過ぎて脱落する恐れがある。緩衝シートＳとして樹脂基材を用いる場合には、薄く硬く剛性のあるもの、例えばポリエステル（ＰＥＴ）などを用いることが好ましい。また、緩衝シートＳと挟持部材５２の挟持面５２ａとの摩擦係数は、高い方が好ましく、例えば０．５以上が良い。
【００３３】
また、緩衝シートＳは、幅方向Ｙに沿った長さ（幅）Ｓｗが試験片Ｐの幅Ｐｗよりも短くなっており、試験片Ｐとの幅方向両側の隙間が均等になるように、試験片Ｐの幅方向Ｙの中央に配置されている。こうして試験片Ｐの両側端部に挟持部材５２，５２との隙間を均等幅で介在させることにより、試験片Ｐに作用する応力分布をより均等化することができる。但し、緩衝シートＳの幅Ｓｗは、過度に短いと、引張力に対する抗力が減少したり試験片Ｐの破損防止効果が薄れたりするほか、試験片Ｐに作用する幅方向Ｙの応力分布がバラついてしまうため、試験片Ｐの幅Ｐｗの７０〜９９％であることが好ましい。
【００３４】
また、緩衝シートＳは、表面に粘着層を有するものであることが好ましい。このような緩衝シートＳを用いると、試験片Ｐと挟持具５１との脱落を抑制できるとともに、試験片Ｐへの緩衝シートＳの貼付を容易にして試験準備時の作業効率を向上させることができる。なお、粘着層の厚さは、厚すぎると引張力により当該粘着層が剪断破壊する可能性が高くなるため、１ｎｍ以上、２０μｍ以下とするのが良い。
【００３５】
以上の構成を具備する引張試験装置１では、荷重台２の天板２２を上方へ移動させると、ＸＹテーブル３及びロードセル４を介して上側のチャック装置５が上方へ持ち上げられる。すると、２つのチャック装置５，５の挟持具５１，５１が上下方向（長手方向Ｚ）に沿って互いに離間し、この挟持具５１，５１に挟持された試験片Ｐに長手方向Ｚの引張応力が作用する。このとき、試験片Ｐを引っ張る荷重が上下方向に沿って適正に付与されるように、ＸＹテーブル３及び自在継手６により自動調芯される。また、試験片Ｐの引張応力は、ロードセル４で計測した荷重値を、長手方向Ｚに直交する試験片Ｐの断面積で除すことにより算出され、試験片Ｐの破断強度は、破断時の引張応力として求められる。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、各対の挟持部材５２，５２（各挟持具５１）と試験片Ｐの両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートＳをそれぞれ介在させるので、硬い挟持部材５２が試験片Ｐに直接接触することを防ぎ、試験片Ｐの被挟持部での破損を防止することができる。また、２つの挟持具５１を離間させて試験片Ｐに長手方向Ｚへの引張応力を作用させたときに、幅方向Ｙの応力分布の偏りに応じて、緩衝シートＳを介して試験片Ｐと挟持具５１とが僅かに滑るため、幅方向Ｙの応力分布を均等化することができ、ひいては試験片Ｐの破断強度を適正に測定することができる。
【００３７】
ここで、上述した試験片Ｐと挟持具５１との滑りについて、図４を参照して説明する。図４は、緩衝シートＳ（樹脂基材：厚さ３８μｍ、長さ１０ｍｍ、幅Ｓｗ１６ｍｍ）を用いた場合（実線）と用いない場合（破線）とでそれぞれ実施した引張試験における、試験片Ｐ（ガラス：厚さ１００μｍ、長さ１８０ｍｍ、幅Ｐｗ２０ｍｍ）に作用させた張力（引張力）と、挟持具５１の長手方向Ｚへの変位量との関係を示した図である。なお、このときの挟持点間距離Ｄは１５０ｍｍとした。
破線は、緩衝シートＳを用いず試験片Ｐの滑りが発生しない系で狭持した際の弾性域でのヤング率に基づく延びを推定計算したものである。なお、ガラスのヤング率は７３ＧＰａで計算した。
図４の「滑り量」は実線と破線との挟持具の変位量の差を表し、この「滑り量」から緩衝シートＳを用いることにより滑りが生じることが確認できる。
このように、緩衝シートＳを用いることにより試験片Ｐと挟持具５１との間に滑りが生じるため、当該滑りにより、試験片Ｐの幅方向Ｙの応力分布を均等化することができ、ひいては試験片Ｐの破断強度を適正に測定することができる。
【００３８】
また、挟持部材５２，５２の挟持面５２ａが頂部を幅方向Ｙに沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成されるとともに、この頂部の長手方向Ｚの位置が互いに略一致しているので、挟持部材５２，５２で試験片Ｐを挟持したときに、試験片Ｐの両主面の対応する部分（両主面で長手方向Ｚの位置が一致する部分）が幅方向Ｙに沿った線状に挟持される。つまり、挟持部材５２，５２の挟持面５２ａと試験片Ｐの両主面とが、緩衝シートＳを介して線接触する。したがって、挟持面を平面状にして試験片Ｐと面接触させた場合に比べ、挟持荷重を均等に分布しやすくすることができ、ひいては挟持荷重の偏りによる試験片Ｐの破損を防止することができる。
【００３９】
また、緩衝シートＳの幅Ｓｗが試験片Ｐの幅Ｐｗよりも短くなっており、当該緩衝シートＳが試験片Ｐの幅方向Ｙの中央に配置されているので、試験片Ｐの両側端部に挟持部材５２，５２との隙間が均等幅で介在する結果、試験片Ｐに作用する応力分布をより均等化することができる。
【００４０】
また、緩衝シートＳの厚さを３０〜３００μｍとすることにより、試験片Ｐに作用する幅方向Ｙの応力分布を良好に均等化しつつ、試験片Ｐの破損をより確実に防止し、且つ、当該緩衝シートＳを介した試験片Ｐと挟持具５１との過度の滑りによる脱落をより確実に防止することができる。
【００４１】
また、緩衝シートＳとして表面に粘着層を有するものを用いることにより、当該緩衝シートＳを介した試験片Ｐと挟持具５１との過度の滑りによる脱落をより確実に防止できるとともに、試験片Ｐへの緩衝シートＳの貼付を容易にして試験準備時の作業効率を向上させることができる。
【００４２】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、試験片Ｐを薄膜ガラスとしたが、当該試験片Ｐは薄膜脆性材料からなるものであればよく、例えば薄膜状のセラミックスであってもよい。
【００４４】
また、１対の挟持部材５２，５２は、それぞれの挟持面５２ａが頂部を幅方向Ｙに沿って延在させた蒲鉾状に形成されることとしたが、このうちの少なくとも一方の挟持面５２ａが当該蒲鉾状に形成されていればよい。この場合、蒲鉾状でない他方の挟持部材５２の挟持面５２ａは、例えば平板状でよい。但し、１対の挟持部材５２，５２の何れの挟持面５２ａも上記蒲鉾状に形成した方が、試験片Ｐの破損防止や応力分布の均等化の点で、より好ましい。
【００４５】
また、挟持部材５２，５２は、空気圧を受けて試験片Ｐを挟持するものとしたが、手締めや油圧で試験片Ｐを挟持するものであってもよい。
【実施例１】
【００４６】
以下に、実施例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４７】
実施例１では、緩衝シートＳの材質を変えたときの試験片Ｐの破損有無及び応力作用時の応力分布を確認した。応力分布の確認はリタデーション応力測定器を用いて行った。
【００４８】
＜試験片＞
試験片Ｐとして、厚さ１００μｍ、長さ１５０ｍｍ、及び幅Ｐｗ２０ｍｍの薄膜ガラスを用いた。また、試験片Ｐを挟持する挟持点間距離Ｄ（図２，３参照）を１３０ｍｍとした。
【００４９】
＜緩衝シート＞
緩衝シートＳとして、ゴム，コルク，発泡材（発泡ポリエチレン），樹脂基材（ＰＥＴシート）及び紙（上質紙）をそれぞれ用いた。緩衝シートＳの形状は、何れも、厚さ２００μｍ、長手方向Ｚに沿った長さ１０ｍｍ、及び幅Ｓｗ２２ｍｍとした。
【００５０】
＜結果＞
結果を表１に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ以下の内容を示している。
【００５１】
○：試験片Ｐに破損はなく、極めて良く均等化された応力分布を得た。
×：試験片Ｐが被挟持部で破損した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
＜まとめ＞
表１の結果から、緩衝シートＳとして紙又は樹脂基材を用いることで良好に引張試験を実施できることが分かる。
【実施例２】
【００５４】
実施例２では、緩衝シートＳの幅方向Ｙに沿った長さ（幅Ｓｗ）を変えたときの試験片Ｐの挟持部での破損有無と応力作用時の幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）を確認し、引張試験を行った。幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）は、試験片Ｐの長手方向Ｚに沿って作用する引張力を幅方向Ｙへどれだけ均等に付与できるかの尺度となる値であり、この値が小さいほど、試験片Ｐに作用する引張力が幅方向Ｙに沿ってより均等に分布していることを示す。
【００５５】
＜試験片及び緩衝シート＞
試験片Ｐとして、上記実施例１と同様のものを用いた。
緩衝シートＳとしては、紙（上質紙）又は樹脂基材（ＰＥＴシート）のものを用いた。緩衝シートＳの形状は、厚さを５０μｍ、長手方向Ｚに沿った長さを１０ｍｍとし、幅Ｓｗを以下の表２に示す各長さとした。
【００５６】
＜幅手応力分布＞
幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）は、２次元複屈折測定システム（株式会社フォトニックラティス製：ＷＰＡ−１００）を用いて、以下のように求めた。
まず、試験片Ｐに４００Ｎの引張力を作用させた状態で２次元複屈折測定システムを用いることにより、リターダンス値（試験片Ｐの屈折率の大きさ）の変化度合に基づいて、試験片Ｐの面内でのそのリターダンス値の分布を可視化したビジュアル画像が得られる。リターダンス値と発生する応力とは比例関係にあることから、実質的に応力分布を可視化できていることになる。このビジュアル画像から、リターダンス値の変化度合の最も大きい領域として、試験片Ｐの面内で幅方向Ｙにおいて最もこのリターダンス値の分布（応力分布）が悪い（バラついている）領域を特定する。そして、この領域内での幅方向Ｙのリターダンス値のｍａｘ値及びｍｉｎ値を抽出し、その差（ｍａｘ値−ｍｉｎ値）をリターダンス値の平均値で除した値として、幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）を求める。
【００５７】
＜結果＞
結果を表２に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ以下の内容を示している。また、全ての測定において試験片Ｐは挟持部で破損することなく、試験片Ｐの破断強度が適正に測定できた。
【００５８】
Ａ：幅手応力分布（リターダンス分布）が０〜１０％の範囲内であった。
Ｂ：幅手応力分布（リターダンス分布）が１０〜１５％の範囲内であった。
Ｃ：幅手応力分布（リターダンス分布）が１５％以上であった。
【００５９】
【表２】
【００６０】
＜まとめ＞
表２の結果から、緩衝シートＳとして、その幅Ｓｗが試験片Ｐの幅Ｐｗの７０〜９９％の範囲内にあるものを用いることにより、極めて良好に均等化された幅手応力分布を得られることが分かる。
【実施例３】
【００６１】
実施例３では、緩衝シートＳの厚さを変えたときの試験片Ｐの破損有無と応力作用時の幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）を確認し、引張試験を行った。幅手応力分布は上記実施例２と同様にして求めた。
【００６２】
＜試験片及び緩衝シート＞
試験片Ｐとして、上記実施例１と同様のものを用いた。
緩衝シートＳとしては、紙（上質紙）又は樹脂基材（ＰＥＴシート）のものを用いた。緩衝シートＳの形状は、長手方向Ｚに沿った長さを１０ｍｍ、幅Ｓｗを１８ｍｍとし、厚さを以下の表３に示す各長さとした。
【００６３】
＜結果＞
結果を表３に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ上記実施例２と同様の内容を示している。また、全ての測定において試験片Ｐは挟持部で破損することなく、試験片Ｐの破断強度が適正に測定できた。
【００６４】
【表３】
【００６５】
＜まとめ＞
表３の結果から、緩衝シートＳとして、厚さが３０〜３００μｍの範囲内にあるものを用いることにより、極めて良好に均等化された幅手応力分布を得られることが分かる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 引張試験装置
２ 荷重台
３ ＸＹテーブル
４ ロードセル
５ チャック装置
５１ 挟持具
５２ 挟持部材
５２ａ 挟持面
Ｓ 緩衝シート
Ｓｗ 幅（幅方向に沿った長さ）
Ｐ 試験片
Ｐｗ 幅
Ｘ 厚さ方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 長手方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜脆性材料の引張試験方法、及び薄膜脆性材料の引張試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックスやガラスなどの脆性材料の破断強度は、曲げ試験によって測定されている（例えば、特許文献１参照）。この曲げ試験では、図４に示すように、試験片Ｔｐの下面両端を２つの支持台Ｓｔ，Ｓｔで支持した状態で、試験片Ｔｐの上面中央に荷重を掛けることにより、試験片Ｔｐの湾曲外周面に引張応力を作用させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３０８００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば厚さ数百μｍ以下といった極めて薄い薄膜脆性材料の破断強度を上記のような曲げ試験によって測定する場合には、以下のような問題がある。
第一に、破断までの曲げ量が増加する（破断する曲率半径が小さくなる）ため、試験片Ｔｐを均一の曲率で湾曲させることが困難になり、ひいては測定精度が低下してしまう。
第二に、破断までの曲げ量の増加に伴って、荷重を掛ける過程で評価面である試験片Ｔｐの湾曲外周面が支持台Ｓｔ，Ｓｔと擦れやすくなるため、この擦れによって評価面に付いた傷が破断の起点になるなどして、測定精度が低下してしまう。
第三に、脆性材料においては、主に微細なクラックに応力が集中して破断に至るために、破断強度が寸法依存性を有しているところ、薄膜脆性材料の試験片Ｔｐでは厚いものに比べて支点間距離Ｌが制限されるため、この支点間距離Ｌと実用上の長さとの乖離が大きくなる。その結果、測定結果を用いて実用上の長さでの破断強度を外挿するときに、誤差が大きくなってしまう。
【０００５】
上記の問題は、何れも試験片Ｔｐを湾曲させることに伴うものであるため、曲げ試験ではなく、引張試験により適正に破断強度を測定することができれば解決可能である。
しかし、極めて薄い薄膜脆性材料を試験片として引張試験を行う場合には、試験片両端の被挟持部が挟持具によって破損されやすく、試験の実施が困難であった。
【０００６】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、薄膜脆性材料の試験片の被挟持部を破損させることなく、破断強度を適正に測定することができる薄膜脆性材料の引張試験方法、及び薄膜脆性材料の引張試験装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を２つの挟持具で挟持し、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験方法であって、
前記２つの挟持具と、当該２つの挟持具に挟持される前記試験片の両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記２つの挟持具として、それぞれ１対の挟持部材からなるものを用い、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されているものを用いることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記１対の挟持部材として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致するものを用いることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートとして、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短いものを用い、
当該緩衝シートを前記試験片の幅方向の中央に配置することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートとして、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であるものを用いることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートとして、表面に粘着層を有するものを用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法において、
前記緩衝シートの厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を挟持する２つの挟持具を備え、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験装置であって、
前記２つの挟持具は、当該２つの挟持具と前記試験片の両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させて当該両主面を挟持することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記２つの挟持具は、それぞれ１対の挟持部材からなり、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記１対の挟持部材は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致することを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項８〜１０の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短く、前記試験片の幅方向の中央に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は、請求項８〜１２の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、表面に粘着層を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は、請求項８〜１３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置において、
前記緩衝シートは、厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、試験片の両端部を挟持する２つの挟持具と、当該２つの挟持具に挟持される試験片の両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させるので、硬い挟持具が試験片に直接接触することを防ぎ、試験片の被挟持部での破損を防止することができる。また、２つの挟持具を離間させて試験片に長手方向への引張応力を作用させたときに、幅方向の応力分布の偏りに応じて、緩衝シートを介して試験片と挟持具とが僅かに滑るため、幅方向の応力分布を均等化することができ、ひいては試験片の破断強度を適正に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態における引張試験装置の概略構成を示す外観図である。
【図２】実施形態における試験片を挟持した状態の２つの挟持具を試験片の正面から見た図である。
【図３】実施形態における試験片を挟持した状態の２つの挟持具を試験片の側面から見た図である。
【図４】試験片に作用させた張力と挟持具の変位量との関係を示した図である。
【図５】従来、脆性材料に適用されていた曲げ試験を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態における薄膜脆性材料の引張試験装置（以下、単に引張試験装置という）１の概略構成を示す外観図である。
この図に示すように、引張試験装置１は、極めて薄い薄膜脆性材料の試験片Ｐに引張応力を作用させて当該試験片Ｐの破断強度を測定する装置であり、荷重台２と、ＸＹテーブル３と、ロードセル４と、２つのチャック装置５，５とを備えている。
【００２５】
このうち、荷重台２は、２つの側壁２１，２１と、この側壁２１，２１に跨設された天板２２と、側壁２１，２１の下部に固定された底板２３とを備えている。天板２２は、図示しない駆動源により、側壁２１，２１に対して上下方向へ移動可能に構成されている。
ＸＹテーブル３は、天板２２の下面に、水平面内で移動可能なように取り付けられている。
ロードセル４は、下方に突出した負荷軸４１に掛かる上下方向の荷重を計測可能なものであり、ＸＹテーブル３の下面に固定されている。
【００２６】
２つのチャック装置５，５は、上下方向に並設されており、このうち上側のチャック装置５が自在継手６を介してロードセル４の負荷軸４１と連結され、下側のチャック装置５が底板２３の上面に固定されている。これらチャック装置５，５は、互いに上下に対向する位置に、試験片Ｐの端部を挟持する挟持具５１をそれぞれ備えている。
【００２７】
ここで、本実施形態における試験片Ｐは、厚さ２００μｍ以下の薄膜ガラスであり、長さが約１５０ｍｍ、幅が２０〜５０ｍｍとなっているが、本発明に係る薄膜脆性材料の引張試験方法及び引張試験装置で試験可能な試験片としては、厚さが２００μｍ以下であればよく、長さ及び幅はこれらの範囲に限定されるものではない。
【００２８】
図２は、試験片Ｐを挟持した状態の２つの挟持具５１，５１を試験片Ｐの正面から見た図であり、図３は、試験片Ｐを挟持した状態の２つの挟持具５１，５１を試験片Ｐの側面から見た図である。
これらの図に示すように、２つの挟持具５１，５１は、試験片Ｐを上下方向に沿って延在させるように当該試験片Ｐの上下両端部を挟持するとともに、後述するように、試験片Ｐの長手方向Ｚ（上下方向）に沿って互いに離間されることにより、試験片Ｐに長手方向Ｚへの引張応力を作用させるものである。より詳しくは、２つの挟持具５１，５１は、試験片Ｐの最上端又は最下端よりもやや長手方向Ｚの中央寄りの位置において、試験片Ｐの両主面を長手方向Ｚと直交する試験片Ｐの厚さ方向Ｘに挟持する。２つの挟持具５１，５１が試験片Ｐの最端部での挟持を避けているのは、当該最端部には試験片Ｐの切断時にクラックが生じている（低強度になっている）可能性があり、当該クラックでの破損を防ぐためである。これら２つの挟持具５１，５１は、それぞれ１対の挟持部材５２，５２から構成されている。
【００２９】
各対の挟持部材５２，５２は、試験片Ｐの厚さ方向Ｘ及び試験片Ｐの長手方向Ｚと直交する試験片Ｐの幅方向Ｙに沿って、試験片Ｐの幅Ｐｗよりもやや長めにそれぞれ延在している。この挟持部材５２，５２は、試験片Ｐを挟持する挟持面５２ａが頂部を幅方向Ｙに沿って延在させた蒲鉾状（曲率半径１５０〜２５０ｍｍ）にそれぞれ形成されるとともに、この頂部の長手方向Ｚの位置が互いに略一致している。そのため、挟持部材５２，５２で試験片Ｐを挟持したときに、試験片Ｐの両主面の対応する部分（両主面で長手方向Ｚの位置が一致する部分）が幅方向Ｙに沿った線状に挟持される。また、挟持部材５２，５２は、チャック装置５の本体に連通された図示しない空気源からの空気圧によって、互いに接近する方向（厚さ方向Ｘ）へ移動されて試験片Ｐを挟持するように構成されている。また、Ｄは試験片Ｐを２対の挟持部材５２，５２で狭持した挟持点間距離を示す。
【００３０】
各挟持部材５２の挟持面５２ａは、変形に対する耐久性の点から、例えばロックウェル硬さがＨＲＣ４５以上であることが好ましい。但し、メッキ等の表面処理は施さない方が良い。メッキ等の表面処理が施されていたとしても、高引張力が作用する際に、高い剪断力を受けてメッキ等の表面処理が剥がれてしまうためである。なお、本実施形態では、高硬度が得られる焼入れ処理性や加工性の点から、挟持部材５２の材質としてＳＫ材を用いている。また、挟持面５２ａは、表面粗さが小さい方が好ましいが、算術平均粗さＲａ２．５μｍ程度で十分である。表面粗さが大きいと、その表面粗さの影響がガラス（試験片Ｐ）に直接伝わり易く、挟持の際に試験片Ｐを破損させてしまう虞がある。
【００３１】
また、各対の挟持部材５２，５２は、試験片Ｐの両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートＳをそれぞれ介在させて、当該両主面を挟持している。これにより、硬い挟持部材５２が試験片Ｐに直接接触することを防ぎ、試験片Ｐの被挟持部での破損を防止することができる。更に、試験片Ｐに長手方向Ｚへの引張応力を作用させたときに、幅方向Ｙの応力分布の偏りに応じて、緩衝シートＳを介して試験片Ｐと挟持具５１とが僅かに滑るため、幅方向Ｙの応力分布を均等化することができる。
【００３２】
緩衝シートＳは、厚さが３０〜３００μｍであることが好ましい。緩衝シートＳの厚さがこの範囲内であると、試験片Ｐに作用する幅方向Ｙの応力分布を良好に均等化することができる。加えて、この厚さが３０μｍ未満であると、試験片Ｐの破損を防止する効果が薄れてしまい、３００μｍ超であると、応力作用時に試験片Ｐと挟持具５１とが滑り過ぎて脱落する恐れがある。緩衝シートＳとして樹脂基材を用いる場合には、薄く硬く剛性のあるもの、例えばポリエステル（ＰＥＴ）などを用いることが好ましい。また、緩衝シートＳと挟持部材５２の挟持面５２ａとの摩擦係数は、高い方が好ましく、例えば０．５以上が良い。
【００３３】
また、緩衝シートＳは、幅方向Ｙに沿った長さ（幅）Ｓｗが試験片Ｐの幅Ｐｗよりも短くなっており、試験片Ｐとの幅方向両側の隙間が均等になるように、試験片Ｐの幅方向Ｙの中央に配置されている。こうして試験片Ｐの両側端部に挟持部材５２，５２との隙間を均等幅で介在させることにより、試験片Ｐに作用する応力分布をより均等化することができる。但し、緩衝シートＳの幅Ｓｗは、過度に短いと、引張力に対する抗力が減少したり試験片Ｐの破損防止効果が薄れたりするほか、試験片Ｐに作用する幅方向Ｙの応力分布がバラついてしまうため、試験片Ｐの幅Ｐｗの７０〜９９％であることが好ましい。
【００３４】
また、緩衝シートＳは、表面に粘着層を有するものであることが好ましい。このような緩衝シートＳを用いると、試験片Ｐと挟持具５１との脱落を抑制できるとともに、試験片Ｐへの緩衝シートＳの貼付を容易にして試験準備時の作業効率を向上させることができる。なお、粘着層の厚さは、厚すぎると引張力により当該粘着層が剪断破壊する可能性が高くなるため、１ｎｍ以上、２０μｍ以下とするのが良い。
【００３５】
以上の構成を具備する引張試験装置１では、荷重台２の天板２２を上方へ移動させると、ＸＹテーブル３及びロードセル４を介して上側のチャック装置５が上方へ持ち上げられる。すると、２つのチャック装置５，５の挟持具５１，５１が上下方向（長手方向Ｚ）に沿って互いに離間し、この挟持具５１，５１に挟持された試験片Ｐに長手方向Ｚの引張応力が作用する。このとき、試験片Ｐを引っ張る荷重が上下方向に沿って適正に付与されるように、ＸＹテーブル３及び自在継手６により自動調芯される。また、試験片Ｐの引張応力は、ロードセル４で計測した荷重値を、長手方向Ｚに直交する試験片Ｐの断面積で除すことにより算出され、試験片Ｐの破断強度は、破断時の引張応力として求められる。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、各対の挟持部材５２，５２（各挟持具５１）と試験片Ｐの両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートＳをそれぞれ介在させるので、硬い挟持部材５２が試験片Ｐに直接接触することを防ぎ、試験片Ｐの被挟持部での破損を防止することができる。また、２つの挟持具５１を離間させて試験片Ｐに長手方向Ｚへの引張応力を作用させたときに、幅方向Ｙの応力分布の偏りに応じて、緩衝シートＳを介して試験片Ｐと挟持具５１とが僅かに滑るため、幅方向Ｙの応力分布を均等化することができ、ひいては試験片Ｐの破断強度を適正に測定することができる。
【００３７】
ここで、上述した試験片Ｐと挟持具５１との滑りについて、図４を参照して説明する。図４は、緩衝シートＳ（樹脂基材：厚さ３８μｍ、長さ１０ｍｍ、幅Ｓｗ１６ｍｍ）を用いた場合（実線）と用いない場合（破線）とでそれぞれ実施した引張試験における、試験片Ｐ（ガラス：厚さ１００μｍ、長さ１８０ｍｍ、幅Ｐｗ２０ｍｍ）に作用させた張力（引張力）と、挟持具５１の長手方向Ｚへの変位量との関係を示した図である。なお、このときの挟持点間距離Ｄは１５０ｍｍとした。
破線は、緩衝シートＳを用いず試験片Ｐの滑りが発生しない系で狭持した際の弾性域でのヤング率に基づく延びを推定計算したものである。なお、ガラスのヤング率は７３ＧＰａで計算した。
図４の「滑り量」は実線と破線との挟持具の変位量の差を表し、この「滑り量」から緩衝シートＳを用いることにより滑りが生じることが確認できる。
このように、緩衝シートＳを用いることにより試験片Ｐと挟持具５１との間に滑りが生じるため、当該滑りにより、試験片Ｐの幅方向Ｙの応力分布を均等化することができ、ひいては試験片Ｐの破断強度を適正に測定することができる。
【００３８】
また、挟持部材５２，５２の挟持面５２ａが頂部を幅方向Ｙに沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成されるとともに、この頂部の長手方向Ｚの位置が互いに略一致しているので、挟持部材５２，５２で試験片Ｐを挟持したときに、試験片Ｐの両主面の対応する部分（両主面で長手方向Ｚの位置が一致する部分）が幅方向Ｙに沿った線状に挟持される。つまり、挟持部材５２，５２の挟持面５２ａと試験片Ｐの両主面とが、緩衝シートＳを介して線接触する。したがって、挟持面を平面状にして試験片Ｐと面接触させた場合に比べ、挟持荷重を均等に分布しやすくすることができ、ひいては挟持荷重の偏りによる試験片Ｐの破損を防止することができる。
【００３９】
また、緩衝シートＳの幅Ｓｗが試験片Ｐの幅Ｐｗよりも短くなっており、当該緩衝シートＳが試験片Ｐの幅方向Ｙの中央に配置されているので、試験片Ｐの両側端部に挟持部材５２，５２との隙間が均等幅で介在する結果、試験片Ｐに作用する応力分布をより均等化することができる。
【００４０】
また、緩衝シートＳの厚さを３０〜３００μｍとすることにより、試験片Ｐに作用する幅方向Ｙの応力分布を良好に均等化しつつ、試験片Ｐの破損をより確実に防止し、且つ、当該緩衝シートＳを介した試験片Ｐと挟持具５１との過度の滑りによる脱落をより確実に防止することができる。
【００４１】
また、緩衝シートＳとして表面に粘着層を有するものを用いることにより、当該緩衝シートＳを介した試験片Ｐと挟持具５１との過度の滑りによる脱落をより確実に防止できるとともに、試験片Ｐへの緩衝シートＳの貼付を容易にして試験準備時の作業効率を向上させることができる。
【００４２】
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、試験片Ｐを薄膜ガラスとしたが、当該試験片Ｐは薄膜脆性材料からなるものであればよく、例えば薄膜状のセラミックスであってもよい。
【００４４】
また、１対の挟持部材５２，５２は、それぞれの挟持面５２ａが頂部を幅方向Ｙに沿って延在させた蒲鉾状に形成されることとしたが、このうちの少なくとも一方の挟持面５２ａが当該蒲鉾状に形成されていればよい。この場合、蒲鉾状でない他方の挟持部材５２の挟持面５２ａは、例えば平板状でよい。但し、１対の挟持部材５２，５２の何れの挟持面５２ａも上記蒲鉾状に形成した方が、試験片Ｐの破損防止や応力分布の均等化の点で、より好ましい。
【００４５】
また、挟持部材５２，５２は、空気圧を受けて試験片Ｐを挟持するものとしたが、手締めや油圧で試験片Ｐを挟持するものであってもよい。
【実施例１】
【００４６】
以下に、実施例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４７】
実施例１では、緩衝シートＳの材質を変えたときの試験片Ｐの破損有無及び応力作用時の応力分布を確認した。応力分布の確認はリタデーション応力測定器を用いて行った。
【００４８】
＜試験片＞
試験片Ｐとして、厚さ１００μｍ、長さ１５０ｍｍ、及び幅Ｐｗ２０ｍｍの薄膜ガラスを用いた。また、試験片Ｐを挟持する挟持点間距離Ｄ（図２，３参照）を１３０ｍｍとした。
【００４９】
＜緩衝シート＞
緩衝シートＳとして、ゴム，コルク，発泡材（発泡ポリエチレン），樹脂基材（ＰＥＴシート）及び紙（上質紙）をそれぞれ用いた。緩衝シートＳの形状は、何れも、厚さ２００μｍ、長手方向Ｚに沿った長さ１０ｍｍ、及び幅Ｓｗ２２ｍｍとした。
【００５０】
＜結果＞
結果を表１に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ以下の内容を示している。
【００５１】
○：試験片Ｐに破損はなく、極めて良く均等化された応力分布を得た。
×：試験片Ｐが被挟持部で破損した。
【００５２】
【表１】
【００５３】
＜まとめ＞
表１の結果から、緩衝シートＳとして紙又は樹脂基材を用いることで良好に引張試験を実施できることが分かる。
【実施例２】
【００５４】
実施例２では、緩衝シートＳの幅方向Ｙに沿った長さ（幅Ｓｗ）を変えたときの試験片Ｐの挟持部での破損有無と応力作用時の幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）を確認し、引張試験を行った。幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）は、試験片Ｐの長手方向Ｚに沿って作用する引張力を幅方向Ｙへどれだけ均等に付与できるかの尺度となる値であり、この値が小さいほど、試験片Ｐに作用する引張力が幅方向Ｙに沿ってより均等に分布していることを示す。
【００５５】
＜試験片及び緩衝シート＞
試験片Ｐとして、上記実施例１と同様のものを用いた。
緩衝シートＳとしては、紙（上質紙）又は樹脂基材（ＰＥＴシート）のものを用いた。緩衝シートＳの形状は、厚さを５０μｍ、長手方向Ｚに沿った長さを１０ｍｍとし、幅Ｓｗを以下の表２に示す各長さとした。
【００５６】
＜幅手応力分布＞
幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）は、２次元複屈折測定システム（株式会社フォトニックラティス製：ＷＰＡ−１００）を用いて、以下のように求めた。
まず、試験片Ｐに４００Ｎの引張力を作用させた状態で２次元複屈折測定システムを用いることにより、リターダンス値（試験片Ｐの屈折率の大きさ）の変化度合に基づいて、試験片Ｐの面内でのそのリターダンス値の分布を可視化したビジュアル画像が得られる。リターダンス値と発生する応力とは比例関係にあることから、実質的に応力分布を可視化できていることになる。このビジュアル画像から、リターダンス値の変化度合の最も大きい領域として、試験片Ｐの面内で幅方向Ｙにおいて最もこのリターダンス値の分布（応力分布）が悪い（バラついている）領域を特定する。そして、この領域内での幅方向Ｙのリターダンス値のｍａｘ値及びｍｉｎ値を抽出し、その差（ｍａｘ値−ｍｉｎ値）をリターダンス値の平均値で除した値として、幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）を求める。
【００５７】
＜結果＞
結果を表２に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ以下の内容を示している。また、全ての測定において試験片Ｐは挟持部で破損することなく、試験片Ｐの破断強度が適正に測定できた。
【００５８】
Ａ：幅手応力分布（リターダンス分布）が０〜１０％の範囲内であった。
Ｂ：幅手応力分布（リターダンス分布）が１０〜１５％の範囲内であった。
Ｃ：幅手応力分布（リターダンス分布）が１５％以上であった。
【００５９】
【表２】
【００６０】
＜まとめ＞
表２の結果から、緩衝シートＳとして、その幅Ｓｗが試験片Ｐの幅Ｐｗの７０〜９９％の範囲内にあるものを用いることにより、極めて良好に均等化された幅手応力分布を得られることが分かる。
【実施例３】
【００６１】
実施例３では、緩衝シートＳの厚さを変えたときの試験片Ｐの破損有無と応力作用時の幅手応力分布（ＲＡＮＧＥ値）を確認し、引張試験を行った。幅手応力分布は上記実施例２と同様にして求めた。
【００６２】
＜試験片及び緩衝シート＞
試験片Ｐとして、上記実施例１と同様のものを用いた。
緩衝シートＳとしては、紙（上質紙）又は樹脂基材（ＰＥＴシート）のものを用いた。緩衝シートＳの形状は、長手方向Ｚに沿った長さを１０ｍｍ、幅Ｓｗを１８ｍｍとし、厚さを以下の表３に示す各長さとした。
【００６３】
＜結果＞
結果を表３に示す。なお、表中の「確認結果」の欄の記号は、それぞれ上記実施例２と同様の内容を示している。また、全ての測定において試験片Ｐは挟持部で破損することなく、試験片Ｐの破断強度が適正に測定できた。
【００６４】
【表３】
【００６５】
＜まとめ＞
表３の結果から、緩衝シートＳとして、厚さが３０〜３００μｍの範囲内にあるものを用いることにより、極めて良好に均等化された幅手応力分布を得られることが分かる。
【符号の説明】
【００６６】
１ 引張試験装置
２ 荷重台
３ ＸＹテーブル
４ ロードセル
５ チャック装置
５１ 挟持具
５２ 挟持部材
５２ａ 挟持面
Ｓ 緩衝シート
Ｓｗ 幅（幅方向に沿った長さ）
Ｐ 試験片
Ｐｗ 幅
Ｘ 厚さ方向
Ｙ 幅方向
Ｚ 長手方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を２つの挟持具で挟持し、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験方法であって、
前記２つの挟持具と、当該２つの挟持具に挟持される前記試験片の両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させることを特徴とする薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項２】
前記２つの挟持具として、それぞれ１対の挟持部材からなるものを用い、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されているものを用いることを特徴とする請求項１に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項３】
前記１対の挟持部材として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致するものを用いることを特徴とする請求項２に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項４】
前記緩衝シートとして、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短いものを用い、
当該緩衝シートを前記試験片の幅方向の中央に配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項５】
前記緩衝シートとして、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であるものを用いることを特徴とする請求項４に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項６】
前記緩衝シートとして、表面に粘着層を有するものを用いることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項７】
前記緩衝シートの厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項８】
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を挟持する２つの挟持具を備え、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験装置であって、
前記２つの挟持具は、当該２つの挟持具と前記試験片の両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させて当該両主面を挟持することを特徴とする薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項９】
前記２つの挟持具は、それぞれ１対の挟持部材からなり、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１０】
前記１対の挟持部材は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致することを特徴とする請求項９に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１１】
前記緩衝シートは、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短く、前記試験片の幅方向の中央に配置されていることを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１２】
前記緩衝シートは、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１３】
前記緩衝シートは、表面に粘着層を有することを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１４】
前記緩衝シートは、厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする請求項８〜１３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１】
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を２つの挟持具で挟持し、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験方法であって、
前記２つの挟持具と、当該２つの挟持具に挟持される前記試験片の両主面との間に、紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させることを特徴とする薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項２】
前記２つの挟持具として、それぞれ１対の挟持部材からなるものを用い、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されているものを用いることを特徴とする請求項１に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項３】
前記１対の挟持部材として、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致するものを用いることを特徴とする請求項２に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項４】
前記緩衝シートとして、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短いものを用い、
当該緩衝シートを前記試験片の幅方向の中央に配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項５】
前記緩衝シートとして、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であるものを用いることを特徴とする請求項４に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項６】
前記緩衝シートとして、表面に粘着層を有するものを用いることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項７】
前記緩衝シートの厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験方法。
【請求項８】
薄膜脆性材料からなる試験片の長手方向の両端部を挟持する２つの挟持具を備え、当該２つの挟持具を前記長手方向に沿って互いに離間させて前記試験片に引張応力を作用させる薄膜脆性材料の引張試験装置であって、
前記２つの挟持具は、当該２つの挟持具と前記試験片の両主面との間に紙又は樹脂基材の緩衝シートをそれぞれ介在させて当該両主面を挟持することを特徴とする薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項９】
前記２つの挟持具は、それぞれ１対の挟持部材からなり、
前記１対の挟持部材のうちの少なくとも一方は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿って延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１０】
前記１対の挟持部材は、
前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿ってそれぞれ延在するとともに、
前記試験片を挟持する挟持面が頂部を前記幅方向に沿って延在させた蒲鉾状にそれぞれ形成され、前記頂部の前記長手方向の位置が互いに略一致することを特徴とする請求項９に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１１】
前記緩衝シートは、前記長手方向と直交する前記試験片の幅方向に沿った長さが前記試験片の幅よりも短く、前記試験片の幅方向の中央に配置されていることを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１２】
前記緩衝シートは、前記幅方向に沿った長さが前記試験片の幅の７０〜９９％であることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１３】
前記緩衝シートは、表面に粘着層を有することを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【請求項１４】
前記緩衝シートは、厚さが３０〜３００μｍであることを特徴とする請求項８〜１３の何れか一項に記載の薄膜脆性材料の引張試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２４７２０８（Ｐ２０１２−２４７２０８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１６８７８（Ｐ２０１１−１１６８７８）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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