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株式会社オハラ
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機械的性質
 
 

最近、光学ガラスの大型化に伴い、極端な外力の加わる環境や、ガラスの自重及び締め付けなどによる変形の力学的計算や応力歪を計算するために、また、光学ガラスの新しい分野における用途の拡大につれて各種の弾性定数が要求されることが多くなってきました。そこで、このデータシートには、ヤング率、剛性率、ポアソン比及び光弾性定数を表示しました。また、光学ガラスの加工の目安としてヌープ硬さと摩耗度を収録しました。

 

弾性率

ヤング率、剛性率の各弾性定数は、十分に良く徐冷された100×10×10mmの角棒試料について、室温での縦波及び横波の音速を超音波パルス重畳法(4.5MHz)によって測定します。ヤング率(E)及び剛性率(G)はそれぞれ次式によって算出しています。測定精度は±1%です。

剛性率:G=vt2・ρ
ヤング率:E=(9KG)/(3K+G)
(K=vl2・ρ-(4/3)G)

vt:横波の音速   vl:縦波の音速   n:密度   K:体積弾性率
 ポアソン比(σ)はヤング率(E)と剛性率(G)から次式により求めます。


ポアソン比:σ=(E/2G)-1
 

ヌープ硬さ*(Hk)

光学ガラスの押し込み硬さは、ヌープ硬さによって表示され、微小硬度計を用いて測定します。試料の平面研磨面にダイヤモンド菱形圧子(対稜角172°30'と130°)を0.98Nの荷重をかけ15秒間押しつけ、くぼみをつけたとき、ヌープ硬さは次の式によって算出されます。


ヌープ硬さ=1.45lF/l2
F:荷重(N)l:長いほうの対角線の長さ(mm)

このデータシートでは、測定値を表1によって分類した級と、測定値を整数第1位で4捨5入した値の両方を表示してあります。

表1
1234567
ヌープ硬さ <150 ≧150
<250
≧250
<350
≧350
<450
≧450
<550
≧550
<650
≧650
 

摩耗度*(Aa)

試料の大きさ30×30×10mmのガラス角板を水平に毎分60回転する鋳鉄製平面皿(φ250mm)の中心から80mmの定位置にのせ、9.8Nの荷重を垂直にかけながら、水20mlに#800(平均粒度20μm)のラップ材(アルミナ質A砥粒)を10g添加した研磨液を5分間一様に供給して摩耗させ、ラップ前後の試料質量を測定して摩耗質量を求めます。また、同様にして日本光学硝子工業会で指定された標準試料の摩耗質量を求め、次式によって算出した値を摩耗度として表示してあります。


摩耗度={(試料の摩耗質量/比重)/(標準試料の摩耗質量/比重)}×100
 

光弾性定数

光学ガラスは、通常、光学的に等方性ですが、機械的、熱的な応力が作用すると複屈折性を示すようになります。今、応力をF(Pa)、光路差をσ(nm)、ガラスの厚さをd(cm)とすれば、


σ=β・d・F

の関係があり、比例定数βは光弾性定数と呼ばれています。このデータシートでは、(nm/cm/105Pa)の単位を用いて表示してあります。光弾性定数は光学ガラスの種類によって異なる材料定数であり、与えられた応力からの光路差の計算や、光路差から内部応力を計算することができます。


 
* 日本光学硝子工業会制定の測定方法によったものです。
** ASTMに規定された試験方法によったものです。
***ISO(国際標準化機構)に規定された試験方法によったものです。

 
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