JP2002181679A - 高温硬度計 - Google Patents
高温硬度計Info
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- JP2002181679A JP2002181679A JP2000375347A JP2000375347A JP2002181679A JP 2002181679 A JP2002181679 A JP 2002181679A JP 2000375347 A JP2000375347 A JP 2000375347A JP 2000375347 A JP2000375347 A JP 2000375347A JP 2002181679 A JP2002181679 A JP 2002181679A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】変位計測精度が試料加熱部の温度に影響されに
くい高温硬度計を提供する。 【解決手段】加熱部１と圧子４部分を伸縮性の容器９
に、負荷機構５及び変位計６を容器１０に収容すると共
に、前記圧子４と負荷機構５を連結する負荷ロッド１２
を通す通路を狭くした導入部１５で前記容器９、１０を
結合する。これにより加熱部１からの高温熱対流による
負荷ロッド１２及び容器１０内の構成装置への熱的影響
を低減することができる。
くい高温硬度計を提供する。 【解決手段】加熱部１と圧子４部分を伸縮性の容器９
に、負荷機構５及び変位計６を容器１０に収容すると共
に、前記圧子４と負荷機構５を連結する負荷ロッド１２
を通す通路を狭くした導入部１５で前記容器９、１０を
結合する。これにより加熱部１からの高温熱対流による
負荷ロッド１２及び容器１０内の構成装置への熱的影響
を低減することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成素子など
の試料表面に形成された薄膜の強度を高温雰囲気中で測
定するための硬度計に関する。
の試料表面に形成された薄膜の強度を高温雰囲気中で測
定するための硬度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、加熱部により高温（約７００℃）
状態に加熱された薄膜形成素子などの試料表面に圧子を
接触させて荷重を負荷し、試料への荷重に対する押し込
み量より硬度評価を行う高温タイプの硬度計では、試料
を加熱する加熱部と共に圧子に負荷をかける負荷機構、
圧子を連結した負荷ロッドの変位を検出する変位検出
器、試料の表面を観察する光学式顕微鏡などの構成装置
全体を一つのチャンバー内に収容したものが用いられて
いる。
状態に加熱された薄膜形成素子などの試料表面に圧子を
接触させて荷重を負荷し、試料への荷重に対する押し込
み量より硬度評価を行う高温タイプの硬度計では、試料
を加熱する加熱部と共に圧子に負荷をかける負荷機構、
圧子を連結した負荷ロッドの変位を検出する変位検出
器、試料の表面を観察する光学式顕微鏡などの構成装置
全体を一つのチャンバー内に収容したものが用いられて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のような高温硬度
計では、構成装置全体が一つのチャンバー内に収容され
ているため、加熱部からの熱伝導や熱対流による高温の
熱気流に構成装置がさらされて熱的影響を受け、負荷ロ
ッドが熱膨張して変位計測における計測誤差を生じた
り、光学顕微鏡での観測における観測誤差を発生したり
する。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもの
であって、加熱部の熱的影響を除去しうる高温硬度計を
提供することを目的とする。
計では、構成装置全体が一つのチャンバー内に収容され
ているため、加熱部からの熱伝導や熱対流による高温の
熱気流に構成装置がさらされて熱的影響を受け、負荷ロ
ッドが熱膨張して変位計測における計測誤差を生じた
り、光学顕微鏡での観測における観測誤差を発生したり
する。本発明は、このような事情に鑑みてなされたもの
であって、加熱部の熱的影響を除去しうる高温硬度計を
提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の高温硬度計は、試料の試験位置を観測する
ための顕微鏡と、負荷ロッドを介して試料を加圧する圧
子と、試料を保持する保持部と、試料に荷重負荷を与え
る負荷機構及び負荷計測手段と、負荷による試料への圧
子の押し込み量を計測する変位計測手段と、負荷と変位
の計測値を連続的に記録する記録手段と、試料に熱を与
えるための加熱手段と、試料をＸＹＺ軸方向に移動させ
る試料ステージとを備え、高温時の試料の硬度を計測す
る高温硬度計において、前記保持部及び加熱部と圧子部
分を不活性ガス雰囲気中で収容する伸縮性容器と、前記
負荷機構及び負荷計測手段と変位計測手段とを収容する
容器とを、前記負荷ロッドの通る狭隙空間を有する導入
部で連結したことを特徴とするものである。本発明の高
温硬度計は上記の構成を用いることにより、加熱による
熱伝導および熱対流による変位計測精度および顕微鏡観
測精度への影響を抑えることができる。
め、本発明の高温硬度計は、試料の試験位置を観測する
ための顕微鏡と、負荷ロッドを介して試料を加圧する圧
子と、試料を保持する保持部と、試料に荷重負荷を与え
る負荷機構及び負荷計測手段と、負荷による試料への圧
子の押し込み量を計測する変位計測手段と、負荷と変位
の計測値を連続的に記録する記録手段と、試料に熱を与
えるための加熱手段と、試料をＸＹＺ軸方向に移動させ
る試料ステージとを備え、高温時の試料の硬度を計測す
る高温硬度計において、前記保持部及び加熱部と圧子部
分を不活性ガス雰囲気中で収容する伸縮性容器と、前記
負荷機構及び負荷計測手段と変位計測手段とを収容する
容器とを、前記負荷ロッドの通る狭隙空間を有する導入
部で連結したことを特徴とするものである。本発明の高
温硬度計は上記の構成を用いることにより、加熱による
熱伝導および熱対流による変位計測精度および顕微鏡観
測精度への影響を抑えることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の高温硬度計を図面
を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例であ
る高温硬度計の概略構成を示す図である。本高温硬度計
は、試料Ｓを押さえ具１ａで保持して所定の温度に加熱
する加熱部１と、この加熱部１を断熱材１ｃを介して固
定し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能な試料ステージ３
と、圧子４に連結された負荷ロッド１２を介して試料Ｓ
に荷重を負荷する負荷機構５と、圧子４の変位を検出す
る変位計６と、試料Ｓを観測して試料位置を決めるため
の顕微鏡７と、これらの構成装置を制御したり前記変位
計６からの検出信号を演算処理して負荷に対する硬度値
を記録表示する演算制御装置８から構成されている。
を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例であ
る高温硬度計の概略構成を示す図である。本高温硬度計
は、試料Ｓを押さえ具１ａで保持して所定の温度に加熱
する加熱部１と、この加熱部１を断熱材１ｃを介して固
定し、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能な試料ステージ３
と、圧子４に連結された負荷ロッド１２を介して試料Ｓ
に荷重を負荷する負荷機構５と、圧子４の変位を検出す
る変位計６と、試料Ｓを観測して試料位置を決めるため
の顕微鏡７と、これらの構成装置を制御したり前記変位
計６からの検出信号を演算処理して負荷に対する硬度値
を記録表示する演算制御装置８から構成されている。
【０００６】前記加熱部１は、試料Ｓを収容する凹部１
ｂと、この凹部１ｂに嵌め込まれる試料Ｓを押さえる押
さえ具１ａとを有し、圧子４による荷重が加えられて
も、試料Ｓは移動しないように固定される。また、加熱
部１は凹部１ｂに収容された試料Ｓを高温に加熱する加
熱ヒータ２を内蔵すると共に、断熱材１ｃを介して前記
試料ステージ３上に固定されている。この試料ステージ
３は、それぞれボールねじとモータからなる移動機構
（図示せず）を組み込んだＸＹ軸方向に移動可能なＸＹ
軸ステージ３ａ上に、Ｚ軸方向に移動可能なＺ軸ステー
ジ３ｂを結合して構成されている。このモータを前記演
算制御装置８により制御することにより、試料ステージ
３の上面、すなわち加熱部１を任意の位置に移動させる
ことができる。
ｂと、この凹部１ｂに嵌め込まれる試料Ｓを押さえる押
さえ具１ａとを有し、圧子４による荷重が加えられて
も、試料Ｓは移動しないように固定される。また、加熱
部１は凹部１ｂに収容された試料Ｓを高温に加熱する加
熱ヒータ２を内蔵すると共に、断熱材１ｃを介して前記
試料ステージ３上に固定されている。この試料ステージ
３は、それぞれボールねじとモータからなる移動機構
（図示せず）を組み込んだＸＹ軸方向に移動可能なＸＹ
軸ステージ３ａ上に、Ｚ軸方向に移動可能なＺ軸ステー
ジ３ｂを結合して構成されている。このモータを前記演
算制御装置８により制御することにより、試料ステージ
３の上面、すなわち加熱部１を任意の位置に移動させる
ことができる。
【０００７】前記負荷機構５は、天秤機構１１において
負荷ロッド１２側の他方側に設けられたソレノイド１３
と、このソレノイド１３に流す電流と協働して電磁力を
発生させるための磁界を形成する磁界発生器１４から構
成されている。この負荷機構５で発生される負荷の大き
さは、ソレノイド１３へ供給する電流に比例している。
なお、この負荷機構５としては、このような電磁力方
式によるもののほか、天秤機構１１の片方に分銅を載せ
てバランスをくずして圧子４による負荷を加える分銅方
式のものも使用することができる。また、前記変位計６
には、負荷ロッド１２の上部に配設されている磁性金属
の変位を、差動トランス６ａによって検出する変位検出
方式のものが用いられる。
負荷ロッド１２側の他方側に設けられたソレノイド１３
と、このソレノイド１３に流す電流と協働して電磁力を
発生させるための磁界を形成する磁界発生器１４から構
成されている。この負荷機構５で発生される負荷の大き
さは、ソレノイド１３へ供給する電流に比例している。
なお、この負荷機構５としては、このような電磁力方
式によるもののほか、天秤機構１１の片方に分銅を載せ
てバランスをくずして圧子４による負荷を加える分銅方
式のものも使用することができる。また、前記変位計６
には、負荷ロッド１２の上部に配設されている磁性金属
の変位を、差動トランス６ａによって検出する変位検出
方式のものが用いられる。
【０００８】前記演算制御装置８は、ソレノイド１３に
電流を供給する負荷電流供給回路８１、試料ステージ３
に電流を供給する駆動電流供給回路８２、変位計６の検
出信号を増幅しディジタル信号に変換するアンプ８３お
よびＡ／Ｄ変換器８４、計測指令情報を入力するキーボ
ード８５、計測結果を表示したり記録するためのＣＲＴ
８６、プリンタ８７、レコーダ８８と、それらの入出力
信号をインターフェース（図示せず）を介して演算制御
するＣＰＵ８９、ＲＯＭ８９ａ、ＲＡＭ８９ｂからなる
演算制御部から構成されている。
電流を供給する負荷電流供給回路８１、試料ステージ３
に電流を供給する駆動電流供給回路８２、変位計６の検
出信号を増幅しディジタル信号に変換するアンプ８３お
よびＡ／Ｄ変換器８４、計測指令情報を入力するキーボ
ード８５、計測結果を表示したり記録するためのＣＲＴ
８６、プリンタ８７、レコーダ８８と、それらの入出力
信号をインターフェース（図示せず）を介して演算制御
するＣＰＵ８９、ＲＯＭ８９ａ、ＲＡＭ８９ｂからなる
演算制御部から構成されている。
【０００９】そして、前記圧子４部分と加熱部１は、試
料Ｓの酸化反応を防止するために不活性ガスを置換する
ガス置換口９ａを備えた、例えばベローズのような伸縮
性部材からなる容器９内に収容されている。また、前記
負荷機構５及び変位計６は上記不活性ガスを導入するた
めの導入口１０ａを備えた容器１０内に収容されてい
る。そして、前記容器９と容器１０は狭い間隙を有して
負荷ロッド１２を通す導入部１５により結合されてい
る。
料Ｓの酸化反応を防止するために不活性ガスを置換する
ガス置換口９ａを備えた、例えばベローズのような伸縮
性部材からなる容器９内に収容されている。また、前記
負荷機構５及び変位計６は上記不活性ガスを導入するた
めの導入口１０ａを備えた容器１０内に収容されてい
る。そして、前記容器９と容器１０は狭い間隙を有して
負荷ロッド１２を通す導入部１５により結合されてい
る。
【００１０】次に、図１の高温硬度計の動作について説
明する。先ず、試料Ｓを試料ステージ３に押さえ具１ａ
を用いて保持し必要位置に設定する。そして、アルゴン
などの不活性ガスをガス置換口９ａより導入した後、ガ
ス導入口１０ａより同じ不活性ガスを導入して封入す
る。この場合、容器１０内のガス圧が容器９内のガス圧
より少し高めにしておくことが好ましい。次に、試料Ｓ
が所定温度、例えば７００℃に達するようにキーボード
８５に設定温度を入力する。すると、ＣＰＵ８９は駆動
電流供給回路８２を介して設定温度に加熱するための電
流を加熱ヒータ２に送り試料Ｓを７００℃に加熱する。
明する。先ず、試料Ｓを試料ステージ３に押さえ具１ａ
を用いて保持し必要位置に設定する。そして、アルゴン
などの不活性ガスをガス置換口９ａより導入した後、ガ
ス導入口１０ａより同じ不活性ガスを導入して封入す
る。この場合、容器１０内のガス圧が容器９内のガス圧
より少し高めにしておくことが好ましい。次に、試料Ｓ
が所定温度、例えば７００℃に達するようにキーボード
８５に設定温度を入力する。すると、ＣＰＵ８９は駆動
電流供給回路８２を介して設定温度に加熱するための電
流を加熱ヒータ２に送り試料Ｓを７００℃に加熱する。
【００１１】そして、加熱ヒータ２による加熱により、
試料Ｓを所定の高温雰囲気に維持しながら、圧子４によ
って所定の荷重が加えられるようキーボード８５に設定
荷重を入力すると、ＣＰＵ８９は設定荷重に相当する電
流を負荷電流供給回路８１を介して負荷部５のソレノイ
ド１３に供給する。この負荷荷重により負荷ロッド１２
は圧子４とともに変位するが、負荷ロッド１２に設けら
れた変位計６により、負荷ロッド１２の変位が検出され
る。この検出信号は、アンプ８３及びＡ／Ｄ変換器８４
を経由してＣＰＵ８９に取り込まれる。
試料Ｓを所定の高温雰囲気に維持しながら、圧子４によ
って所定の荷重が加えられるようキーボード８５に設定
荷重を入力すると、ＣＰＵ８９は設定荷重に相当する電
流を負荷電流供給回路８１を介して負荷部５のソレノイ
ド１３に供給する。この負荷荷重により負荷ロッド１２
は圧子４とともに変位するが、負荷ロッド１２に設けら
れた変位計６により、負荷ロッド１２の変位が検出され
る。この検出信号は、アンプ８３及びＡ／Ｄ変換器８４
を経由してＣＰＵ８９に取り込まれる。
【００１２】上記の手順でＣＰＵ８９に取り込まれた負
荷ロッド１２の負荷荷重と変位量は演算処理されてリア
ルタイムでＣＲＴ８６に表示されると共に、レコーダ８
８及びプリンタ８７に記録される。この負荷荷重の時間
的変化を予めプログラムに入れておくことにより、負荷
荷重と変位量の変化を連続的に計測される。
荷ロッド１２の負荷荷重と変位量は演算処理されてリア
ルタイムでＣＲＴ８６に表示されると共に、レコーダ８
８及びプリンタ８７に記録される。この負荷荷重の時間
的変化を予めプログラムに入れておくことにより、負荷
荷重と変位量の変化を連続的に計測される。
【００１３】上記変位量計測中、加熱ヒータ２の作動に
より、試料Ｓを含む加熱部１の付近は７００℃近い高温
に達しているため、加熱部１の周辺ガスは加熱され高温
の熱対流となって上昇する。しかしながら、負荷ロッド
１２とその導入部１５とのすき間を少なくしているの
で、負荷ロッド１２の周囲を上昇する熱気流の量は少な
く、負荷ロッド１２に吸収される熱量は小さく、熱膨張
は小さく抑えられる。また、予め前記容器１０内の不活
性ガスの圧力を若干高くしているので、容器９から容器
１０内への熱気流の侵入を防止し、この内部での温度の
影響を防止している。
より、試料Ｓを含む加熱部１の付近は７００℃近い高温
に達しているため、加熱部１の周辺ガスは加熱され高温
の熱対流となって上昇する。しかしながら、負荷ロッド
１２とその導入部１５とのすき間を少なくしているの
で、負荷ロッド１２の周囲を上昇する熱気流の量は少な
く、負荷ロッド１２に吸収される熱量は小さく、熱膨張
は小さく抑えられる。また、予め前記容器１０内の不活
性ガスの圧力を若干高くしているので、容器９から容器
１０内への熱気流の侵入を防止し、この内部での温度の
影響を防止している。
【００１４】図２は本発明に係わる導入部１５の変形例
の断面図を示したもので、導入部１５の外面に複数のフ
ィン１５ａを取り付けたものである。このフィン１５ａ
により導入部１５での熱伝導による熱量を放熱すること
ができ、内部の温度上昇を抑えることができる。また、
図３は本発明に係わる導入部１５の他の変形例を示した
もので、導入部１５を図のように曲げることにより、熱
気流の移動を妨げ、容器１０への熱の侵入をより効率的
に防ぐことができる。
の断面図を示したもので、導入部１５の外面に複数のフ
ィン１５ａを取り付けたものである。このフィン１５ａ
により導入部１５での熱伝導による熱量を放熱すること
ができ、内部の温度上昇を抑えることができる。また、
図３は本発明に係わる導入部１５の他の変形例を示した
もので、導入部１５を図のように曲げることにより、熱
気流の移動を妨げ、容器１０への熱の侵入をより効率的
に防ぐことができる。
【００１５】なお、本発明は高温はもとより、室温から
の広い温度範囲の試料の硬度測定に用いることができ
る。また、変位計を非接触型にしてチャンバ外に出すこ
とにより、変位計の温度の影響をさらに小さくしたり、
この高温硬度計全体を別のケース内に入れて温調するこ
とにより温度の影響を小さくして使用することも可能で
ある。
の広い温度範囲の試料の硬度測定に用いることができ
る。また、変位計を非接触型にしてチャンバ外に出すこ
とにより、変位計の温度の影響をさらに小さくしたり、
この高温硬度計全体を別のケース内に入れて温調するこ
とにより温度の影響を小さくして使用することも可能で
ある。
【００１６】
【発明の効果】本発明の高温硬度計は、試料を加熱する
加熱ヒータの熱源から負荷機構や変位計への熱伝導や熱
対流による熱的影響を、導入部で低減することができ、
変位計測値への熱的影響を小さくすることができる。ま
た、伸縮性容器を用いて顕微鏡を容器外に配設したこと
により観測誤差への熱的影響を除去することができる。
加熱ヒータの熱源から負荷機構や変位計への熱伝導や熱
対流による熱的影響を、導入部で低減することができ、
変位計測値への熱的影響を小さくすることができる。ま
た、伸縮性容器を用いて顕微鏡を容器外に配設したこと
により観測誤差への熱的影響を除去することができる。
【図１】本発明の実施例の高温硬度計の構成を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明に係わる導入部の変形例の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明に係わる導入部の他の変形例の断面図で
ある。
ある。
１…加熱部 １ａ…凹部 １ｂ…押さえ具 １ｃ…断熱材 ２…加熱ヒータ ３…試料ステージ ３ａ…ＸＹ軸ステージ ３ｂ…Ｚ軸ステージ ４…圧子 ５…負荷機構 ６…変位計 ７…顕微鏡 ８…演算制御装置 ９、１０…容器 １１…天秤機構 １２…負荷ロッド １３…ソレノイド １４…磁界発生器 １５…導入部
Claims (1)
- 【請求項１】試料の試験位置を観測するための顕微鏡
と、負荷ロッドを介して試料を加圧する圧子と、試料を
保持する保持部と、試料に荷重負荷を与える負荷機構及
び負荷計測手段と、負荷による試料への圧子の押し込み
量を計測する変位計測手段と、負荷と変位の計測値を連
続的に記録する記録手段と、試料に熱を与えるための加
熱手段と、試料をＸＹＺ軸方向に移動させる試料ステー
ジとを備え、高温時の試料の硬度を計測する高温硬度計
において、前記保持部及び加熱部と圧子部分を不活性ガ
ス雰囲気中で収容する伸縮性容器と、前記負荷機構及び
負荷計測手段と変位計測手段とを収容する容器とを、前
記負荷ロッドの通る狭隙空間を有する導入部で連結した
ことを特徴とする高温硬度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000375347A JP4385520B2 (ja) | 2000-12-11 | 2000-12-11 | 高温硬度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000375347A JP4385520B2 (ja) | 2000-12-11 | 2000-12-11 | 高温硬度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002181679A true JP2002181679A (ja) | 2002-06-26 |
| JP4385520B2 JP4385520B2 (ja) | 2009-12-16 |
Family
ID=18844369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000375347A Expired - Fee Related JP4385520B2 (ja) | 2000-12-11 | 2000-12-11 | 高温硬度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4385520B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2028472A2 (en) | 2007-08-13 | 2009-02-25 | Mitutoyo Corporation | Test management method for indentation tester and indentation tester |
| KR20150014301A (ko) * | 2013-07-29 | 2015-02-06 | 서울대학교산학협력단 | 고온 압입 피로 시험 장치 |
| KR20180051261A (ko) * | 2016-11-08 | 2018-05-16 | 삼성전자주식회사 | 변형 측정 장치 및 이를 이용한 변형 평가 방법 |
| GB2578590A (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-20 | Caterpillar Inc | System for testing elastomer sample |
-
2000
- 2000-12-11 JP JP2000375347A patent/JP4385520B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2028472A2 (en) | 2007-08-13 | 2009-02-25 | Mitutoyo Corporation | Test management method for indentation tester and indentation tester |
| US8087282B2 (en) | 2007-08-13 | 2012-01-03 | Mitutoyo Corporation | Test management method for indentation tester and indentation tester |
| KR20150014301A (ko) * | 2013-07-29 | 2015-02-06 | 서울대학교산학협력단 | 고온 압입 피로 시험 장치 |
| KR102103429B1 (ko) * | 2013-07-29 | 2020-04-22 | 서울대학교 산학협력단 | 고온 압입 피로 시험 장치 |
| KR20180051261A (ko) * | 2016-11-08 | 2018-05-16 | 삼성전자주식회사 | 변형 측정 장치 및 이를 이용한 변형 평가 방법 |
| KR102535752B1 (ko) | 2016-11-08 | 2023-05-22 | 삼성전자주식회사 | 변형 측정 장치 및 이를 이용한 변형 평가 방법 |
| GB2578590A (en) * | 2018-10-31 | 2020-05-20 | Caterpillar Inc | System for testing elastomer sample |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4385520B2 (ja) | 2009-12-16 |
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