JP2005338029A

JP2005338029A - 延性材料の機械的特性試験用治具

Info

Publication number: JP2005338029A
Application number: JP2004160691A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Shimoda; 将義下田
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【目的】試験片上下のチャッキング部の軸心がずれている場合にも、試験片に応力をかけたり試験片を変形させたりしない延性材料の機械的特性試験用治具を提供する。
【構成】試験機取付け用の連結手段20と、試験片のチャッキング部をチャッキングする一対のチャッキング部材31および32と４個のチャッキング用ボルト34とからなるチャッキング手段30と、固定用ボルト孔315等に挿入されてチャッキング手段30を連結手段20に固定する2個の固定用ボルト33とで構成し、連結手段20のチャッキング手段取付け面221にはチャッキング手段30を案内するレール状凸部222を有し、チャッキング手段30の取付け面311等にはレール状凸部222を滑動可能に嵌め込ませるレール用溝312等を有し、固定用ボルト孔315等はレール用溝312等の長さ方向に長く形成されていてチャッキング手段30の固定位置をレール状凸部222の長さ方向に調節可能としている。
【選択図】図１

Description

この発明は、加工において塑性変形しやすい延性材料、特にはんだ、の機械的特性を試験するための評価技術に関する。

半導体装置等の電子機器には高い信頼性が求められ、それに伴って実装技術にも高い信頼性が求められている。一方、環境問題に関連して、はんだの鉛フリー化が急速に進行している。すなわち、実装技術に用いられるはんだを、従来から用いられている鉛-錫共晶はんだから鉛を含まない鉛フリーはんだに置き換えるのである。このため、新しく開発される鉛フリーはんだは、電気的にも機械的にもはんだ付け性にも優れた特性を有する鉛-錫共晶はんだとの比較の上でその有効性が判断される。その比較対象の一つが、回路基板へ実装される電子部品のはんだ接合部の機械的特性であり、このために、はんだ接合部の機械的特性を正確に評価することが求められ、引張試験や剪断試験等が実施される。しかし、電極パッドやリード部のめっき処理等に伴う表面状態、はんだ付け部の形状および供給されるはんだ量等によってはんだ接合部の状態が微妙に変化するので、実装状態のサンプルを使用して正確な強度データ（応力―ひずみ曲線）を取得することは困難である。そこで、JIS規格（JIS Z 3198-2）に沿ってはんだ試験片を作製し、これを引張試験等に供している。しかし、はんだで作製される試験片は、その延性のために、所望した形状に正確に加工することが困難であり、両側のチャッキング部およびその中間の試験部の軸心がずれてしまうことが多い。

このような状況にあるのに対して、従来の試験片の保持治具は、例えば、図4に示した定位置くさび付きつかみ治具１のように、横方向の位置調節機能を備えていない。図４にしたがって説明すると、定位置くさび付きつかみ治具１においては、一対のＶ溝型チャッキング部材11が、ハンドル12の操作によって上下に移動し、この上下移動とＶ溝型チャッキング部材11のくさび状の外面とによって（ｂ）図に矢印で示した移動方向に移動して両者の間隔を変え、試験片をチャッキングする。したがって、チャッキングされる部分の中心位置は一定である。一方、この治具は試験機に直接取り付けられる。このような構成であるため、試験片のチャッキング位置は横方向においては一定であって調節できない。このような状況は、特許文献１に示されている、ボルト締めによりチャッキングする方式の締付け装置の場合も同様である。この締付け装置の場合には、案内手段を備えて試験片をチャッキングする部分の固定部と移動部の相対位置を正確に位置決めしている。
特開平７−174678号公報

以上の説明から明らかなように、従来の試験片の保持治具を用いて、上下のチャッキング部の軸心がずれることが多いはんだのような延性材料の試験片を試験する場合には、そのずれに合わせてチャッキング治具の位置を調節することができないので、試験片の上下のチャッキング部をチャッキングすることによって試験片に横方向の力を加えて変形させることもあり、引張（圧縮）試験の際には剪断応力成分を含ませることにもなり、正確な測定結果を得ることができない。特に、小さい試験片の場合には、この影響が顕著になる。
この発明の課題は、はんだ等の延性材料の機械的特性試験用試験片のような、上下のチャッキング部の軸心がずれた状態で作成されやすい試験片に対しても、軸心のずれに合わせて試験片をチャッキングすることができてチャッキング時に試験片に応力を加えたり試験片を変形させたりすることがない延性材料の機械的特性試験用治具を提供することである。

請求項１の発明は、加工において変形しやすい延性材料の試験片の機械的特性を引張試験機等で試験するために試験片の両端のチャッキング部をチャッキングする延性材料の機械的特性試験用治具であって、引張試験機等に取り付けるための連結手段と前記チャッキング部をチャッキングするための試験片チャッキング手段と連結手段に試験片チャッキング手段を固定するための固定手段とで構成され、前記試験片チャッキング手段に接触する前記連結手段の面に試験片チャッキング手段を案内するためのレール状凸部を有し、前記連結手段に接触する前記試験片チャッキング手段の面に前記レール状凸部を滑動可能な状態で嵌め込ませるレール用溝を有し、前記固定用手段として、前記レール状凸部に前記レール用溝を嵌め合わせた状態で前記連結手段と前記試験片チャッキング手段との相対位置をレール状凸部の長さ方向に調節可能とする固定手段を備えている。

この発明においては、連結手段と試験片チャッキング手段と固定手段とで機械的特性試験用治具を構成し、連結手段および試験片チャッキング手段の接触面には、前者に試験片チャッキング手段を案内するためのレール状凸部を有し、後者にレール状凸部を滑動可能な状態で嵌め込ませるレール用溝を有し、固定用手段として、レール状凸部にレール用溝を嵌め合わせた状態で連結手段と試験片チャッキング手段との相対位置をレール状凸部の長さ方向に調節することができる固定手段を備えているので、連結手段が引張試験機等の固定位置に取り付けられても、試験片チャッキング手段の位置をレール状凸部の長さ方向に調節することができ、試験片の両端のチャッキング部の軸心のずれをレール状凸部の長さ方向に合わせておけば、試験片チャッキング手段の位置を試験片の両端のチャッキング部の軸心のずれに合わせて調節することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記延性材料がはんだである。
現段階において、請求項１の発明を最も緊急に必要としている対象材料は、開発の進んでいる鉛フリーはんだ等のはんだである。

請求項１の発明においては、連結手段と試験片チャッキング手段と固定手段とで機械的特性試験用治具を構成し、連結手段および試験片チャッキング手段の接触面には、前者に試験片チャッキング手段を案内するためのレール状凸部を有し、後者にレール状凸部を滑動可能な状態で嵌め込ませるレール用溝を有し、固定用手段として、レール状凸部にレール用溝を嵌め合わせた状態で連結手段と試験片チャッキング手段との相対位置をレール状凸部の長さ方向に調節することができる固定手段を備えているので、連結手段が引張試験機等の固定位置に取り付けられても、試験片チャッキング手段の位置をレール状凸部の長さ方向に調節することができ、試験片の両端のチャッキング部の軸心のずれをレール状凸部の長さ方向に合わせておけば、試験片チャッキング手段の位置を試験片の両端のチャッキング部の軸心のずれに合わせて調節することができる。したがって、この発明によれば、両端のチャッキング部の軸心がずれた状態で作成されやすい延性材料の試験片に対しても、軸心のずれに合わせて試験片をチャッキングすることができてチャッキング時に試験片に応力を加えたり試験片を変形させたりすることがない延性材料の機械的特性試験用治具を提供することができる。

請求項２の発明においては、延性材料がはんだである。現段階において、請求項１の発明を最も緊急に必要としている対象材料は、開発の進んでいる鉛フリーはんだ等のはんだであり、この発明は鉛フリーはんだの開発の有効な手段となる。

この発明による延性材料の機械的特性試験用治具の特徴は、引張試験機等に取り付けられて位置が固定される連結手段と、連結手段上の１軸方向で位置を調節でき、且つ試験片のチャッキング部をチャッキングする試験片チャッキング手段と、調節された位置で連結手段に試験片チャッキング手段を固定する固定手段とで構成し、位置調整される1軸方向を規正し位置を安定させるために、連結手段に設けたレール状凸部と試験片チャッキング手段に設けたレール用溝とを滑動可能に嵌め合わせる構造としていることである。
以下において、実施例を用いて更に詳しく説明する。
図１は、この発明による延性材料の機械的特性試験用治具の実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は第２のチャッキング部材32の平面図である。

この実施例の延性材料の機械的特性試験用治具２は、上述したように、連結手段20および試験片チャッキング手段（図１ではチャッキング手段）30と固定手段である固定用ボルト33とで構成されている。
連結手段20は、引張試験機等に取り付けるための連結軸21と試験片チャッキング手段30を取り付けるためのチャッキング手段取付け板22とで構成され、チャッキング手段取付け板22のチャッキング手段取付け面221には、試験片チャッキング手段30を案内するためのレール状凸部222が形成されている。
試験片チャッキング手段30は、第1のチャッキング部材31と第2のチャッキング部材32と両部材を結合して試験片のチャッキング部を締め付ける4個のチャッキング用ボルト34とで構成されている。第1のチャッキング部材31および第2のチャッキング部材32の、チャッキング手段取付け面221に接触するそれぞれの取付け面311および321には、レール状凸部222に滑動可能に嵌め合わされるそれぞれのレール用溝312および322が形成されており、レール用溝312および322の上面部には、第1のチャッキング部材31および第2のチャッキング部材32をチャッキング手段取付け板22にそれぞれに固定するための固定用ボルトを通す固定用ボルト孔315および325が形成されている。この固定用ボルト孔は、第1および第2のチャッキング部材の位置調節に対応できるようにレール用溝の長さ方向に長く形成されている。第1のチャッキング部材31および第2のチャッキング部材32の試験片のチャッキング部には、その形状に合わされた形状の凹部313および323が形成されている。図1の場合には、その形状が円形であるが、図２の場合には、長方形の凹部313aおよび323aが形成されている。

なお、第1のチャッキング部材31および第2のチャッキング部材32は、4個のチャッキング用ボルト34で試験片のチャッキング部を介して締め付けられるので、第2のチャッキング部材32にはチャッキング用ボルト34を通すボルト孔326が形成され、第１のチャッキング部材31にはチャッキング用ボルト34をねじ込むボルトねじ孔316が形成されている。図１とは反対に、ボルト孔を第1のチャッキング部材31に形成し、ボルトねじ孔を第２のチャッキング部材に形成することも可能である。
ここで、図3を用いて、実施例の使用例を説明する。
図３は、この発明による延性材料の機械的特性試験用治具の使用例を示し、（ａ）はチャッキング部の軸心が一致していないはんだ試験片４の場合の正面図、（ｂ）は剪断曲げ試験用はんだ試験片4aの場合の正面図である。

はんだ試験片４および4aの上下のチャッキング部は、図1に示した延性材料の機械的特性試験用治具２でチャッキングされており、図3では、上側のチャッキング部をチャッキングしているものを上側治具２′とし、下側のチャッキング部をチャッキングしているものを下側治具２″としている。試験機に取り付けられる上側治具２′および下側治具２″の連結手段は、試験機の固定位置に固定され、試験機における同軸上にあるので、点線で示した同軸上に配置されている。この使用例の場合は、上側治具２′の試験片チャッキング手段も同軸上に配置されており、下側治具２″の試験片チャッキング手段だけが位置調節されている。（ａ）図の場合には、はんだ試験片４の上下のチャッキング部の軸心ずれ分だけ、下側治具２″が右側に位置調節されており、（ｂ）図の場合には、はんだ試験片4aの傾き角に相当する分だけ、下側治具２″が右側に位置調節されている。

なお、はんだ試験片の一方を試験片チャッキング手段でチャッキングする際には、軸心のずれの方向をずれの調節可能な方向であるレール状凸部の長さ方向に合わせてチャッキングする。
また、図3の場合には、上側治具２′の試験片チャッキング手段の軸心は連結手段の軸心と合わせてあるが、この軸心を下側治具２″の試験片チャッキング手段の軸心をずらせた方向と反対側の方向へずらせれば、より大きな軸心のずれに対応させることができるようになる。
以上の説明から明らかなように、この実施例の延性材料の機械的特性試験用治具を使用すれば、加工によって軸心のずれた試験片を、応力を加えたり変形させたりすることなくチャッキングできるばかりでなく、図3(ｂ)に示したような剪断曲げ試験用試験片にも対応することができ、剪断曲げ試験が可能になる。

この発明による延性材料の機械的特性試験用治具の実施例の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は第２のチャッキング部材32の平面図チャッキング部形状の異なる実施例を示した図1（ｄ）に相当する平面図この発明による延性材料の機械的特性試験用治具の使用例を示し、（ａ）は、チャッキング部の軸心が一致していないはんだ試験片４の場合の正面図、（ｂ）は、剪断曲げ試験用はんだ試験片4aの場合の正面図従来の機械的特性試験用治具の一つである定位置くさび付きつかみ治具１の構成を示し、（ａ）は正面図，（ｂ）はそのＶ溝型チャッキング部材11の上面形状を示す図

符号の説明

１定位置くさび付きつかみ治具
11 Ｖ溝型チャッキング部材
111 Ｖ溝
12 ハンドル
２、2a 延性材料の機械的特性試験用治具
２′ 上側治具
２″ 下側治具
20 連結手段
21 連結軸
22 チャッキング手段取付け板
221 チャッキング手段取付け面 222 レール状凸部
30 チャッキング手段
31、31a 第１のチャッキング部材
311 取付け面 312 レール用溝
313、313a 凹部 314 チャッキング面
315 固定用ボルト孔 316 ボルトねじ孔
32、32a 第２のチャッキング部材
321 取付け面 322 レール用溝
323、323a 凹部 324 チャッキング面
325 固定用ボルト孔 326 ボルト孔
33 固定用ボルト
34 チャッキング用ボルト
４、4a はんだ試験片

Claims

加工において変形しやすい延性材料の試験片の機械的特性を引張試験機等で試験するために試験片の両端のチャッキング部をチャッキングする延性材料の機械的特性試験用治具であって、
引張試験機等に取り付けるための連結手段と前記チャッキング部をチャッキングするための試験片チャッキング手段と連結手段に試験片チャッキング手段を固定するための固定手段とで構成され、
前記試験片チャッキング手段に接触する前記連結手段の面に試験片チャッキング手段を案内するためのレール状凸部を有し、
前記連結手段に接触する前記試験片チャッキング手段の面に前記レール状凸部を滑動可能な状態で嵌め込ませるレール用溝を有し、
前記固定手段として、前記レール状凸部に前記レール用溝を嵌め合わせた状態で前記連結手段と前記試験片チャッキング手段との相対位置をレール状凸部の長さ方向に調節可能とする固定手段を備えている、
ことを特徴とする延性材料の機械的特性試験用治具。
前記延性材料がはんだである、
ことを特徴とする請求項１に記載の延性材料の機械的特性試験用治具。