JP2526592B2 - 微小材料試験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被試験体表面に形成された薄膜の強度等を
試験するために用いられる微小材料試験装置に関する。

［従来の技術］ 試験片表面に当接させた圧子に負荷発生部からの荷重
を負荷して試験片に押し込み、そのときの変位を変位検
出器で検出して微小強度を求める微小材料試験装置があ
る。

また、この種の微小材料試験装置では、負荷機構とは
別に光学モニタが設けられており、該光学モニタで試験
表面の試験位置を決定して、その位置に圧子を押し込む
とともに、負荷後に形成された圧痕を光学モニタで観察
することができるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来装置では、光学モニタの光軸と負荷機構の負
荷軸とが別々になっており、試料台に載置された試料の
試験位置を決定した後に、試料台を圧子の位置へ移動さ
せるか、若しくは測定位置へ圧子を移動させて試験位置
と負荷軸との位置を合わせるようにしている。

しかし、試料台又は圧子の移動機構の加工精度、圧子
と顕微鏡の組立位置精度の関係およびこれらの機構の移
動操作等の要因より、光学モニタによって決定した試験
位置と実際の試験位置とに若干の位置ズレが生じること
が避けがたいという問題点があった。特に、試料の微小
箇所について微小荷重で硬度測定を行なう要望が高くな
った情況下において、この問題点の影響が大きくなって
きている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため本発明は次のような微小材
料試験装置を提供する。

すなわち、本発明にかかる微小材料試験装置は、試験
片に押し込まれる圧子と、該圧子に任意に微小荷重を加
えることができる負荷発生手段と、試験片表面の試験個
所を観察することのできる光学モニタとを備えた微小材
料試験装置であって、前記圧子を光学モニタの試料表面
観察用レンズの中心部に設けるとともに、該レンズを保
持する枠体若しくは圧子を支持する枠体に前記負荷発生
手段の負荷を伝達する伝達部材を連結したことを特徴と
している。

［作用］ 圧子を光学モニタの試料表面観察用レンズの中心部に
設け、かつ該レンズを保持する枠体を負荷発生手段で生
じる負荷を伝達する伝達部材に連結させているので、光
学モニタの光軸と圧子を押し込む負荷軸とが一致し、決
定した試験位置に正確に圧子を押し込むことができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の１実施例装置の構成を示す断面図
であり、枠体１内の負荷発生手段２は、支点部３で平衡
させた負荷レバー４の片方の端に圧子８を設けた対物レ
ンズホルダ12が取り付けられ、他方の電磁コイル５が取
り付けられた自動平衡型天子天秤タイプのものとして構
成されている。圧子８は第２図に示すように、光学系を
構成する対物レンズホルダ12に組み込まれた試料表面観
察用対物レンズ13の光軸中心部に設けられている。対物
レンズホルダ12は負荷レバー４の他端に取り付けられて
おり、電磁コイル５に計測制御装置20から直流電流を流
し、その流す向きにより電磁コイル５の電磁力によって
荷重を負荷もしくは減少させることができ、対物レンズ
ホルダ12を下方へ変位させることにより対物レンズホル
ダ13の光軸中心部に設けた圧子８を介して試料台11のス
テージ10に載置された試料９への荷重を増加、減少する
ことができるようになっている。負荷発生手段２は、こ
のように計測制御装置20からの外部信号によって任意に
荷重の増加、減少、停止を行なうことができる。

対物レンズホルダ12を取り付けた負荷レバー４には差
動トランス式の変位検出器７が設けられており、荷重を
かけている間、圧子８によって押し付けられた試料９表
面での変位（くぼみ深さ）を検出する。変位検出器７に
よって検出された変位料は変位測定器（アンプ）19によ
って定量的にとらえられて計測制御装置20へ変位情報と
して送られる。変位測定器19は計測制御装置20に内蔵さ
れている。負荷発生手段２で発生させる荷重は、すでに
計測制御装置20で判別されているので、ある荷重下での
変位をリアルタイムで測定することができる。計測制御
装置20は、これら得られたデータをもとに演算処理し、
必要な測定結果をレコーダ等の記録装置21へ出力する。

実施例装置には、上記した負荷機構の他に、補助的装
置として光学モニタ15、試料台11が設けられている。光
学モニタ15は、上記した対物レンズホルダ12に組み込ま
れた対物レンズ13のほかに光源16と接眼レンズ17とを備
えて構成され、試料９表面で試験を行なう位置を決定し
たり、圧子８によって付けられたくぼみの状態を観察す
るために使用される。また、試料台11は昇降可能な構造
を有し、Ｘ−Ｙ方向に移動可能なステージ10が着脱自在
に設けられ、ステージ10の上面には試料９を固定するバ
イスが取り付けられる。試料台11を操作して試料９を圧
子８へ近づけたり、対物レンズ13の焦点位置へ移動させ
ることができる。

上記のように構成された実施例装置で試験を行なう場
合は、まず試料９を試料台11に固定し、対物レンズ13中
心に位置させる。接眼レンズ17をのぞきながら試料台11
を上下させ、試料９の表面を見つけ、試験する位置をス
テージ10を操作して決定する。試験位置を決定すれば、
電磁コイル５に負荷方向の電流を流し、負荷レバー４を
介して負荷発生部に生じる荷重を伝達して対物レンズホ
ルダ12を下げ、圧子８を下方へ押す。計測制御装置12に
は予め試験条件が決められており、所定のシーケンスに
よって試験が進められる。圧子８先端と試料９表面との
間に空間があるうちは表面に傷がつかないが、空間がな
くなれば圧子８先端は表面にへこみ傷をつける。空間が
なくなったことが適当な判別手段によって判別された
ら、その時からの圧子８が移動した距離を試料９の変形
量として、変位検出器７で検出する。以後も所定の試験
荷重を加えてゆき、試料９の変形量の情報を得る。この
時の荷重量、変位量は計測制御装置20で記憶され、必要
なデータとしての演算が同時に進行する。所定の試験が
終了すれば、電磁コイル５には除荷方向の電流を流して
対物レンズホルダを元の位置に戻し、必要に応じて接眼
レンズ17をのぞいて試料９表面のくぼみを観察する。

上記したように実施例装置によれば、光学モニタの光
軸と圧子の負荷軸が一致しており試験位置決定後、直ち
にその位置へ正確に圧子を押し込むことができる。しか
も圧子押し込み時において、対物レンズの焦点深度を適
当に設定しておくことにより、試験進行中の試料表面の
概略像を目視することも可能になる。上記した実施例装
置では変位検出器で検出された押し込み深さと負荷荷重
とから硬度を求め、通常圧子押し込み後に形成された試
料表面の圧痕の寸法を測定して硬度測定を行なう作業を
必要としないので、光学モニタを構成する対物レンズの
中心部に圧子を設けたために視野が暗くなるという影響
についてはほとんど支障がない。

上記実施例では、圧子を対物レンズの光軸中心でレン
ズ表面に取り付けたが、第３図に示すように、圧子ホル
ダ22を対物レンズ13の中心部に設けた通孔に挿通し、こ
の圧子ホルダ22の先端に圧子８を設けてもよい。この場
合、対物レンズ13は固定した状態で圧子ホルダ22に負荷
レバー４を介して荷重を負荷し、圧子８を試料表面に押
し込むようにする。これによって上記と同様の効果を得
ることができる。

［発明の効果］ 以上の説明から明からなように、本発明にかかる微小
材料試験装置は、光学モニタの光軸上に圧子が設けられ
圧子に負荷が伝達されるように構成されているので、試
料表面の試験位置決定に際し、従来のように試料台や圧
子を移動させる必要がなく、決定した試験位置に正確に
圧子を押し込むことができるとともに、試験開始までの
操作を能率的に行なうことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の構成を示す断面図、第２図
は要部を示す断面図、第３図は変形実施例を示す図であ
る。 １……枠体、２……負荷発生手段 ７……変位検出器、８……圧子 12……対物レンズホルダ 13……対物レンズ、15……光学モニタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験片に押し込まれる圧子と、該圧子に任
   意に微小荷重を加えることができる負荷発生手段と、試
   験片表面の試験個所を観察することのできる光学モニタ
   とを備えた微小材料試験装置であって、前記圧子を光学
   モニタの試料表面観察用レンズの中心部に設けるととも
   に、該レンズを保持する枠体若しくは圧子を支持する枠
   体に前記負荷発生手段の負荷を伝達する伝達部材を連結
   したことを特徴とする微小材料試験装置。