特開 2017-15619 ヤング率測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-15619(P2017-15619A)

(43)【公開日】2017年1月19日

(54)【発明の名称】ヤング率測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/07 20060101AFI20161222BHJP

   G01N 3/00 20060101ALI20161222BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/07

   G01N3/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-134245(P2015-134245)

(22)【出願日】2015年7月3日

(71)【出願人】

【識別番号】000222842

【氏名又は名称】東洋炭素株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】特許業務法人 宮▲崎▼・目次特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福田 和也

(72)【発明者】

【氏名】中村 文滋

(72)【発明者】

【氏名】吉本 修

【テーマコード（参考）】

2G047

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G047AA09

2G047BA01

2G047BA04

2G047BC02

2G047BC20

2G047CB01

2G047CB02

2G061BA06

2G061CA05

2G061CA20

2G061EB02

2G061EB08

2G061EC02

(57)【要約】

【課題】測定対象のポアソン比を固定して扱うことなく、より正確なヤング率を測定することができる方法を提供する。
【解決手段】測定対象のヤング率を測定する方法であって、（Ａ）共振法により測定対象のヤング率と剛性率との関係を求める工程と、（Ｂ）測定対象中を超音波が伝播する速度を測定することにより、測定対象のヤング率と剛性率との関係を求める工程と、（Ｃ）上記工程（Ａ）で求めたヤング率と剛性率との関係、及び上記工程（Ｂ）で求めたヤング率と剛性率との関係から、ヤング率を算出する工程とを備えることを特徴としている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象のヤング率を測定する方法であって、
（Ａ）共振法により測定対象のヤング率と剛性率との関係を求める工程と、
（Ｂ）測定対象中を超音波が伝播する速度を測定することにより、測定対象のヤング率と剛性率との関係を求める工程と、
（Ｃ）前記工程（Ａ）で求めたヤング率と剛性率との関係、及び前記工程（Ｂ）で求めたヤング率と剛性率との関係から、ヤング率を算出する工程とを備える、ヤング率測定方法。

【請求項2】

前記工程（Ｂ）が、
超音波の縦波音速を測定する工程と、
測定対象のかさ密度を測定する工程とを有し、
測定した縦波音速及びかさ密度の値から、以下の式１及び式２を用いてヤング率と剛性率との関係を求める、請求項１に記載のヤング率測定方法。

【数1】

【数2】

（ここで、Ｖ：縦波音速（ｍ／ｓ）、Ｇ：剛性率（Ｐａ）、ρ：かさ密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、Ｋ：体積弾性率（Ｐａ）である）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、測定対象のポアソン比を固定して扱うことなく、ヤング率を測定する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

超音波を用いて、黒鉛等の炭素材料のヤング率を測定する方法として、下記の非特許文献１に記載された方法が知られている。この方法では、ポアソン比を０．２の一定値とし計算して求めている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】ＡＳＴＭ Ｃ７６９−０９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の非特許文献１に記載された方法では、ポアソン比を０．２の一定値として求めているので、正確なヤング率を算出することができないという問題があった。

【0005】

本発明の目的は、測定対象のポアソン比を固定して扱うことなく、より正確なヤング率を測定することができる方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、測定対象のヤング率を測定する方法であって、（Ａ）共振法により測定対象のヤング率と剛性率との関係を求める工程と、（Ｂ）測定対象中を超音波が伝播する速度を測定することにより、測定対象のヤング率と剛性率との関係を求める工程と、（Ｃ）上記工程（Ａ）で求めたヤング率と剛性率との関係、及び上記工程（Ｂ）で求めたヤング率と剛性率との関係から、ヤング率を算出する工程とを備えることを特徴としている。

【0007】

本発明では、上記工程（Ｂ）が、超音波の縦波音速を測定する工程と、測定対象のかさ密度を測定する工程とを有し、測定した縦波音速及びかさ密度の値から、以下の式１及び式２を用いてヤング率と剛性率との関係を求めることが好ましい。

【0008】

【数1】

【0009】

【数2】

【0010】

（ここで、Ｖ：縦波音速（ｍ／ｓ）、Ｇ：剛性率（Ｐａ）、ρ：かさ密度（ｋｇ／ｍ^３）、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）、Ｋ：体積弾性率（Ｐａ）である）

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、測定対象のポアソン比を固定して扱うことなく、より正確なヤング率を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】共振法により得られたヤング率及び剛性率の相関関係を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態（本手法）及びＡＳＴＭ Ｃ７６９−０９に基づく手法により求めたヤング率の比較を示す図である。

【図3】本発明の他の実施形態において、縦波音速及び横波音速を測定する装置の一例を示す模式的断面図である。

【図4】図３に示す装置において、送信と受信の間の経過時間を示す図である。

【図5】本発明の他の実施形態において、縦波音速及び横波音速を測定する装置の他の例を示す模式的断面図である。

【図6】図５に示す装置において、送信と受信の間の経過時間を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

【0014】

（共振法による測定）
測定に用いる黒鉛材料としては、ピッチを含浸させていないピッチ未含浸品と、ピッチを含浸させたピッチ含浸品とを用意した。ピッチ未含浸品及びピッチ含浸品のいずれも、等方性黒鉛材を用いた。

【0015】

また、測定に用いる黒鉛材料の形状は、１０ｍｍ×１ｍｍ×３５ｍｍ（表面仕上げは、Ｒａ３．０μｍ上限及びＲｚ３．０μｍ上限）とした。

【0016】

ピッチ未含浸品及びピッチ含浸品について、共振法による弾性率測定装置を用い、ヤング率及び剛性率を測定した。測定装置としては、日本テクノプラス社製のＪＥ−ＲＴ及びＪＧ−ＲＴが例示される。

【0017】

図１に、ピッチ未含浸品及びピッチ含浸品のヤング率と剛性率の相関関係を示す。図１に示すように、ヤング率（Ｅ）と剛性率（Ｇ）は、以下の関係式で表すことができる。

【0018】

剛性率（Ｇ）＝０．３９５８×ヤング率（Ｅ）＋０．２８７
上記関係式の決定定数Ｒ^２は、０．９２７９である。

【0019】

（かさ密度の測定）
測定に用いる黒鉛材料の形状を、２０ｍｍ×２０ｍｍ×（６０ｍｍ、９０ｍｍ、または１２０ｍｍ）とする以外は、上記と同様のピッチ未含浸品及びピッチ含浸品を測定試料として用いて、かさ密度を測定した。具体的には、マイクロメーター、ノギス及び天秤を用いて、かさ密度を測定した。

【0020】

（縦波音速の測定）
かさ密度を測定した後の試料を用いて、縦波音速を測定した。具体的には、試料の表面にカップリング剤を塗布し、超音波測定器から探触子（ＰＺＴ）を通して、バースト波を導入した。得られた反射エコーから縦波音速を求めた。超音波測定器としては、日本テクノプラス社製のＥＭ１１１２を用いた。

【0021】

（ヤング率の算出）
上記のようにして測定した縦波音速及びかさ密度の値から、上記の式１及び式２を用いてヤング率と剛性率との関係を求めた。このヤング率と剛性率との関係と、上記の剛性率（Ｇ）＝０．３９５８×ヤング率（Ｅ）＋０．２８７の関係式から、各試料のヤング率を算出した。また、これにして算出したヤング率と剛性率の値から、下記の式３を用いて、各試料のポアソン比を算出した。

【0022】

なお、上記の式１は、「波動 音波・光波」 小野▲日／立▼郎 森北出版株式会社の９２ページの７．２７式に基づき、上記の式２は、同書の１５６ページのＡ．４式及び１５７ページのＡ．１０式に基づき、下記の式３は、同書の１５７ページのＡ．１０式に基づいている。

【0023】

比較として、上記各試料について、ＡＳＴＭ Ｃ７６９−０９に準拠して、ヤング率を求めた。

【0024】

表１に、ピッチ未含浸品の本手法により求められたヤング率（Ｅ）及びポアソン比の各値、並びに比較のＡＳＴＭ法より求められたヤング率（Ｅ）の値を示す。また、表２に、ピッチ含浸品の本手法により求められたヤング率（Ｅ）及びポアソン比の各値、並びに比較のＡＳＴＭ法より求められたヤング率（Ｅ）の値を示す。

【0025】

【表1】

【0026】

【表2】

【0027】

図２に、ピッチ未含浸品及びピッチ含浸品についての本手法により測定されたヤング率とＡＳＴＭ法より求められたヤング率との関係を示す。

【0028】

表１及び表２から、ピッチ含浸品のポアソン比に比べ、ピッチ未含浸品のポアソン比の方が、ＡＳＴＭ法において一定の値にされているポアソン比＝０．２からの乖離が大きくなっている。このため、図２から明らかなように、ピッチ含浸品のヤング率の測定値に比べ、ピッチ未含浸品のヤング率の測定値の方が、ＡＳＴＭ法によるヤング率の測定値と大きく異なっている。これは、本手法において、測定対象のポアソン比を固定して扱っていないので、より正確なヤング率を測定できているからであると考えられる。

【0029】

本発明の他の実施形態では、上記工程（Ｂ）が、超音波の縦波音速及び横波音速を測定する工程であり、測定した縦波音速及び横波音速の値から、以下の式３及び式４を用いてヤング率と剛性率との関係を求める。

【0030】

【数3】

【0031】

【数4】

【0032】

（ここで、ν：ポアソン比、Ｖ_ｌ：縦波音速（ｍ／ｓ）、Ｖ_ｔ：横波音速（ｍ／ｓ）、Ｇ：剛性率（Ｐａ）、Ｅ：ヤング率（Ｐａ）である）

【0033】

図３は、本発明の他の実施形態において、縦波音速及び横波音速を測定する装置の一例を示す模式的断面図である。図４は、図３に示す装置において、送信と受信の間の経過時間を示す図である。

【0034】

図３に示すように、長さＬを有する試料１の長さ方向の一方面１ａの上に、縦波用振動子１１及び横波用振動子１２を配置する。縦波用振動子１１及び横波用振動子１２で発信した信号、例えば単発パルス信号あるいは単発パルスのなかに複数の波を含むバースト波の信号は、長さ方向の他方面１ｂで反射され、そのエコーを縦波用振動子１１及び横波用振動子１２で受信する。図４に示すように、送信Ａから受信Ｂまでの時間をｔとすると、音速は２Ｌ／ｔとなる。縦波音速と横波音速は、同時に測定してもよいし、順次測定してもよい。

【0035】

図５は、本発明の他の実施形態において、縦波音速及び横波音速を測定する装置の他の例を示す模式的断面図である。図６は、図５に示す装置において、送信と受信の間の経過時間を示す図である。

【0036】

図５に示すように、長さＬを有する試料１の長さ方向の一方面１ａの上に、縦波用振動子２１及び横波用振動子２２を配置する。また、試料１の長さ方向の他方面１ｂの上に、縦波用受信子２３及び横波用受信子２４を配置する。縦波用振動子２１及び横波用振動子２２で発信した信号、例えば単発パルス信号あるいは単発パルスのなかに複数の波を含むバースト波の信号は、長さ方向の他方面１ｂに配置された縦波用受信子２３及び横波用受信子２４でそれぞれ受信される。図６に示すように、送信Ａから受信Ｂまでの時間をｔとすると、音速はＬ／ｔとなる。縦波音速と横波音速は、同時に測定してもよいし、順次測定してもよい。

【0037】

以上のようにして測定された縦波音速と横波音速の各値から、上記の式４を用いて、ポアソン比νを算出することができる。なお、上記の式４は、ＪＩＳ Ｒ１６０２−１９９５の５．５．４に記載された式に基づくものである。

【0038】

以上のようにして算出されたポアソン比νと、共振法による測定で得られた関係式とを、上記の式３に代入することにより、ヤング率を算出することができる。

【0039】

本実施形態においても、測定対象のポアソン比を固定して扱っていないので、より正確なヤング率を測定できる。

【0040】

本発明の測定対象は、黒鉛などの炭素材料に限定されるものではなく、セラミックス等のその他の材料にも本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１…試料
１ａ…一方面
１ｂ…他方面
１１…縦波用振動子
１２…横波用振動子
２１…縦波用振動子
２２…横波用振動子
２３…縦波用受信子
２４…横波用受信子
Ａ…発信
Ｂ…受信

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】