JP2007170947A - 熱機械分析装置用固定治具、熱機械分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料の板厚部分を底面とした場合でも垂直状態を保持し、精度良い線膨張率の測定を行う。
【解決手段】 試料台１０は、底面１０ａとこの底面１０ａに並行な天面１０ｂを有する。試料台１０は、天面１０ｂに一体的に結合された第１の支持部２０及び第２の支持部３０を有する。第３の面２０ａと第４の面３０ａとの間隙Ｌは試料Ｘを垂直に立たせる場合の保持方向の厚さと略同一とする。この間隙Ｌに第１の面Ｘａ及び第２の面Ｘｂが天面１０ｂに対して垂直になるように試料Ｘを挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱機械分析装置用固定治具に係り、特に試料の長手方向、及び幅方向の正確な線膨張率を測定する為の固定治具を備えた熱機械分析装置用固定治具、及び熱機械分析装置に関する。

温度や荷重に対する材料の機械的特性を評価する装置として、熱機械分析装置がある。

この装置は、試料を加熱，冷却した際の膨張，収縮などの試料変形を測定することで，温度や荷重に対する材料の機械的特性を評価することができる。例えば、熱機械分析装置において膨張率を測定する場合、まず試料台の上に測定対象となる試料を載せる。そして試料の上からプローブを押し当てる。全体を加熱してプローブの位置の変化を測定することで膨張率を測定する。

試料によって、測定が不安定な場合がある。即ち、試料台と接触する部分である底面が広い試料である場合、試料台の上に安定して設置できる。従って、測定中に試料が動いてしまうことは少ない。一方、電子機器に内蔵されるプリント配線板のように、薄板状の試料を測定する場合、板厚部分を底面として設置すると、測定中に試料が動いたり、試料を所定の位置に設置することに時間を要する場合もある。例えば前述の試料が動いてしまう場合には測定結果を時間軸のグラフで表現すると、動いた部分が段差となってしまい正確な線膨張率が測定できず、再測定を行う必要があった。

特許文献１ではウエハーを保持手段によって垂直に保持する機構部を有したノッチ検査装置が開示されている。
特開２００３−３７１３８号公報（第６頁、図１）

しかし、熱機械分析装置を用いて膨張率の測定を行う場合、上述した特許文献１の技術を用いて試料を固定したのでは、試料が完全に固定され膨張率の測定自体に影響が出てしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、試料の長手方向、及び幅方向の線膨張率を測定する為、試料の板厚部分を底面とした場合でも垂直状態を保持し、精度良い線膨張率の測定が可能な熱機械分析装置用固定治具、及び熱機械分析装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る熱機械分析装置用固定治具は、底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、前記第３の面から前記試料の板厚方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第２の支持部とを具備したことを特長としている。

また、本発明に係る他の熱機械分析装置用固定治具は、底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、前記試料の前記第１の面を支える曲面である第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、前記第３の面から前記試料の幅方向若しくは長手方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える曲面である第４の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第２の支持部とを具備したことを特長としている。

また、本発明にかかる他の熱機械分析装置用固定治具は、底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、前記第３の面から前記試料の板厚方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台と弾性結合された第２の支持部とを備えた熱機械分析装置用固定治具であって、前記第２の支持部の前記弾性結合は、前記第１の支持部の前記３面と、前記第２の支持部の前記４面とを対向させる方向に弾性結合させたことを特徴としている。

また、本発明に係る他の熱機械分析装置用固定治具は、底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台と弾性結合された第１の支持部と、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台と弾性結合された第２の支持部とを備えた熱機械分析装置用固定治具であって、前記第１の支持部の弾性結合および前記第２の支持部の前記弾性結合は、前記第１の支持部の前記３面と、前記第２の支持部の前記４面とを対向させる方向に弾性結合させたことを特徴としている。

更に、本発明に係る熱機械分析装置は、底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、前記第３の面から前記試料の板厚方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第２の支持部と、前記試料が、前記試料台の前記天面に搭載された状態で前記試料の１の面に当接させる為のプローブとを具備したことを特長としている。

試料の板厚部分を底面とした場合でも垂直状態を保持し、精度良い線膨張率の測定ができる。

（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具（以下、単に「固定治具」ともいう。）の構成を示す図である。図１において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は天面図、（ｃ）は側面図である。同図に示すように、この固定治具１は、試料台１０と、第１の支持部２０と、第２の支持部３０とから構成されている。

試料台１０は、例えば石英製の直径１５ｍｍの円柱形であり、底面１０ａ、この底面に対向する天面１０ｂとを有する。天面１０ｂ上には測定対象となる試料Ｘが搭載される。

本実施の形態で搭載される試料Ｘは第１の面Ｘａ、及びこれに対向する第２の面Ｘｂ有した薄板状の試料である。試料Ｘは試料台１０上に収まるように例えば幅５ｍｍ、長さ７ｍｍ、厚さ１ｍｍなど、所定の大きさに切断されたものを利用する。試料Ｘは、例えば電子機器に搭載されるプリント配線板などである。

第１の支持部２０は、平板状の形状を有した試料Ｘの支持部材である。第３の面２０ａは、試料Ｘの第１の面Ｘａを支え、天面１０ｂに垂直に立っている。第１の支持部２０と試料台１０とは一体的に結合されている。

第２の支持部３０は、平板状の形状を有した試料Ｘの支持部材である。第４の面３０ａは、試料Ｘの第２の面Ｘｂを支え、天面１０ｂに垂直に立っている。第２の支持部３０と試料台１０とは一体的に結合されている。

第３の面２０ａと第４の面３０ａとの間は、試料Ｘの板厚方向の距離を保った間隙Ｌ１を有している。この間隙Ｌ１は、厳密には試料Ｘの板厚の距離よりわずかに長い距離である。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る熱分析装置の構成を示した図である。同図に示すように、この熱機械分析装置１００は、固定治具１と、プローブ５０と、荷重発生部６０と、位置検出部７０と、加熱炉８０と、収容器９０とから構成されている。

熱機械分析装置１００は、試料の温度変化に伴う形状変化を非振動的な荷重下で測定する装置である。即ち、収容器９０内の底面には固定治具１が搭載される。固定治具１の第１の支持部２０と第２の支持部３０との間に第１の面Ｘａと第２の面Ｘｂとが垂直に保つように試料Ｘを搭載する。この状態で試料Ｘの鉛直上方向からプローブ５０を当接する。

プローブ５０は荷重発生部６０により所定の荷重が掛けられる。加熱炉８０は収容器９０を加熱する。加熱は、例えばマイナス数十度からプラス数百度に至るまで所定の時間行う。位置検出部７０は、加熱によるプローブ５０の垂直方向の動きを読み取り、この動きから線膨張率が換算される。

上述のような構成の固定治具１を用いることで、薄板状の試料の長手方向及び幅方向の線膨張率を測定する場合、板厚部分を底面として試料台１０に設置しても、測定中に試料が動いてしまうこともなくなる。従って、板状試料の板厚部分を底面とした場合でも垂直状態を保持し、精度良い線膨張率の測定が可能となる。

（第２の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図である。図３において、図１の第１の実施の形態と同一部分は同一記号で示し、その説明を省略する。

図３の固定治具１ｃにおいて、図１の第１の実施の形態と異なる点は、図１における第１の支持部２０が、第３の面２２ａを有した第１の支持部２２となっている点、及び第２の支持部３０が、第４の面３２ａを有した第２の支持部３２となっている点である。

第３の面２２ａ、第４の面３２ａの各面は曲面を有している。これに伴い、第１の面Ｘａ、第２の面Ｘｂ、第５の面Ｘｃで構成される各辺を第３の面２２ａが支え、第１の面Ｘａ、第２の面Ｘｂ、第６の面Ｘｄで構成される各辺を第４の面３２ａが支えることとなる。

ここで、第１の支持部２２と第２の支持部３２との間は、試料Ｘの長手方向または幅方向の距離を保った間隙Ｌ２を有している。この間隙Ｌ２は、厳密には試料Ｘの長手方向または幅方向の距離よりわずかに長い距離である。尚、わずかに長いとは、第１の実施形態と比して若干大きめであっても良い。これは、第３の面２２ａ、第４の面３２ａが曲面を有している為、垂直で保持できる間隙Ｌの範囲が広く取れる為である。

上述のような構成の固定治具１ｃを用いることによっても、薄板状の試料の長手方向及び幅方向の線膨張率を測定する場合、板厚部分を底面として試料台１０に設置しても、測定中に試料が動いてしまうこともなくなる。従って、試料を垂直の状態を保持した場合でも精度良い線膨張率の測定が可能となる。

（第３の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。

図４は本発明の第３の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図である。図４において、図１の第１の実施の形態と同一部分は同一記号で示し、その説明を省略する。

図４の固定治具１ｄにおいて、図１の第１の実施の形態と異なる点は、図１における第２の支持部３０が、支持部３３ａと連結部３３ｂと弾性部３３ｃとから構成された第２の支持部３３になっている点である。また、試料台１０が、第２の支持部３３の連結部３３ｂと弾性部３３ｃとが挿入され、可動する開口部（不図示）を有した試料台１１になっている点である。

支持部３３ａは、薄板状の構造で、第２の支持部３０と同様に試料Ｘを支持する役目を担う。連結部３３ｂは、Ｌ字状の構造をしており、一端が支持部３３ａに接続され、他端が弾性部３３ｃと接続されている。連結部３３ｂは、試料台１１内に設けられた開口部の中をスライドすることで支持部３３ａが試料Ｘに対して近づく方向と、遠ざかる方向に可動する。弾性部３３ｃは、一端が試料台１１内の一部と結合され、他端が連結部３３ｂと結合されており、その弾性で連結部３３ｂを試料Ｘに近づける方向に荷重を働かせている。

図５は、試料Ｘの設置の様子を示した図である。試料を挿入する前には弾性部３３ｃの働きにより第１の支持部２０と支持部３３ａとが接した状態ある（図５（ａ））。この状態から支持部３３ａを遠ざかる方向に可動させ（図５（ｂ））、第１の支持部２０と支持部３３ａとの間隙に試料Ｘを挿入する（図５（ｃ））。そして、支持部３３ａを元の位置に戻すことによって試料Ｘが第１の支持部２０と支持部３３ａとの間に挟まれる（図５（ｄ））。

従って、第２の支持部３３が上述のような構造をとることで、試料Ｘが第１の支持部２０と第２の支持部３３との間に挟まれて試料Ｘが垂直に立つようになる。

上述のような構成の固定治具１ｄを用いることによっても、薄板状の試料の長手方向及び幅方向の線膨張率を測定する場合、板厚部分を底面として試料台１０に設置しても、測定中に試料が動いてしまうこともなくなる。従って、試料を垂直の状態を保持した場合でも精度良い線膨張率の測定が可能となる。

（第４の実施の形態）
以下、図面を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。

図６は本発明の第４の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図である。図６において、図１の第１の実施の形態と同一部分は同一記号で示し、その説明を省略する。

図６の固定治具１ｅにおいて、図１の第１の実施の形態と異なる点は、図１における第１の支持部２０が、支持部２３ａと連結部２３ｂと弾性部２３ｃとから構成された第１の支持部２３になっている点と、第２の支持部３０が、支持部３３ａと連結部３３ｂと弾性部３３ｃとから構成された第２の支持部３３になっている点である。また、試料台１０が、第１の支持部２３の連結部２３ｂと弾性部２３ｃとが挿入され、更に第２の支持部３３の連結部３３ｂと弾性部３３ｃとが挿入され、可動する開口部（不図示）を有した試料台１２になっている点である。

支持部２３ａ及び支持部３３ａは、薄板状の構造で、第１の支持部２０及び第２の支持部３０と同様に試料Ｘを支持する役目を担う。連結部２３ｂ及び連結部３３ｂは、Ｌ字状の構造をしており、一端が夫々支持部２３ａ及び支持部３３ａに接続され、他端が夫々弾性部２３ｃ及び弾性部３３ｃと接続されている。連結部２３ｂ及び連結部３３ｂは、試料台１２内に設けられた開口部の中をスライドすることで支持部２３ａ及び支持部３３ａが試料Ｘに対して近づく方向と、遠ざかる方向に可動する。弾性部２３ｃ及び弾性部３３ｃは、一端が試料台１２内の一部と結合され、他端が夫々連結部２３ｂ及び連結部３３ｂと結合されており、その弾性で連結部２３ｂ及び連結部３３ｂを試料Ｘに近づける方向に荷重を働かせている。

図７は、試料Ｘの設置の様子を示した図である。試料を挿入する前には弾性部２３ｃ、弾性部３３ｃの働きにより支持部２３ａと支持部３３ａとが接した状態ある（図７（ａ））。この状態から支持部２３ａ，３３ａを夫々遠ざかる方向に可動させ（図７（ｂ））、支持部２３ａと支持部３３ａとの間隙に試料Ｘを挿入する（図７（ｃ））。そして、支持部２３ａ，３３ａを元の位置に戻すことによって試料Ｘが支持部２３ａと支持部３３ａとの間に挟まれる（図７（ｄ））。

従って、第１の支持部２３と第２の支持部３３が上述のような構造をとることで、試料Ｘが第１の支持部２３と第２の支持部３３との間に挟まれて試料Ｘが垂直に立つようになる。

上述のような構成の固定治具１ｅを用いることによっても、薄板状の試料の長手方向及び幅方向の線膨張率を測定する場合、板厚部分を底面として試料台１０に設置しても、測定中に試料が動いてしまうこともなくなる。従って、試料を垂直の状態を保持した場合でも精度良い線膨張率の測定が可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る熱分析装置の構成を示した図。 本発明の第２の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係る試料Ｘの設置の様子を示した図。 本発明の第４の実施の形態に係る熱機械分析装置用の固定治具の構成を示す図。 本発明の第４の実施の形態に係る試料Ｘの設置の様子を示した図。

符号の説明

１，１ｃ，１ｄ，１ｅ 固定治具
１０，１１，１２ 試料台
１０ａ 底面
１０ｂ 天面
１００ 熱機械分析装置
２０，２２，２３ 第１の支持部
２０ａ，２２ａ 第３の面
３０，３２，３３ 第２の支持部
３０ａ，３２ａ 第４の面
２３ａ，３３ａ 支持部
２３ｂ，３３ｂ 連結部
２３ｃ，３３ｃ 弾性部
５０ プローブ
６０ 荷重発生部
７０ 位置検出部
８０ 加熱炉
９０ 収容器
Ｌ１ 間隙
Ｘ 試料
Ｘａ 第１の面
Ｘｂ 第２の面
Ｘｃ 第５の面
Ｘｄ 第６の面

Claims (6)

1. 底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、
   前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、
   前記第３の面から前記試料の板厚方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第２の支持部と、
   を具備したことを特長する熱機械分析装置用固定治具。
2. 前記第１の支持部の前記３面及び、前記第２の支持部の前記４面は、平面であることを特徴とする請求項１に記載の熱機械分析装置用固定治具。
3. 底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、
   前記試料の前記第１の面を支える曲面である第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、
   前記第３の面から前記試料の幅方向若しくは長手方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える曲面である第４の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第２の支持部と、
   を具備したことを特長する熱機械分析装置用固定治具。
4. 底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、
   前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、
   前記第３の面から前記試料の板厚方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台と弾性結合された第２の支持部とを備えた熱機械分析装置用固定治具であって、
   前記第２の支持部の前記弾性結合は、前記第１の支持部の前記３面と、前記第２の支持部の前記４面とを対向させる方向に弾性結合させたことを特徴とする熱機械分析装置用固定治具。
5. 底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、
   前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台と弾性結合された第１の支持部と、
   前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台と弾性結合された第２の支持部とを備えた熱機械分析装置用固定治具であって、
   前記第１の支持部の弾性結合および前記第２の支持部の前記弾性結合は、前記第１の支持部の前記３面と、前記第２の支持部の前記４面とを対向させる方向に弾性結合させたことを特徴とする熱機械分析装置用固定治具。
6. 底面と、この底面に対向し、第１の面及びこれに対向する第２の面を有した薄板状の試料を搭載させる為の天面とを有した試料台と、
   前記試料の前記第１の面を支える第３の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第１の支持部と、
   前記第３の面から前記試料の板厚方向の距離を保ち、前記試料の前記第２の面を支える第４の面を有し、前記試料台の前記天面に一体的に結合された第２の支持部と、
   前記試料が、前記試料台の前記天面に搭載された状態で前記試料の１の面に当接させる為のプローブと、
   を具備したことを特長する熱機械分析装置。

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