JP3225683B2 - 微小な脆性材料の３点曲げ試験治具 - Google Patents
微小な脆性材料の３点曲げ試験治具Info
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- JP3225683B2 JP3225683B2 JP09731393A JP9731393A JP3225683B2 JP 3225683 B2 JP3225683 B2 JP 3225683B2 JP 09731393 A JP09731393 A JP 09731393A JP 9731393 A JP9731393 A JP 9731393A JP 3225683 B2 JP3225683 B2 JP 3225683B2
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、厚さ２００μｍ以下
の微小な脆性材料（例えば、水晶、シリコン基板などの
極薄板）を支点間距離（スパン）２０ｍｍ以下で３点曲
げ試験を行い、高精度の荷重−たわみ線図を得る際に用
いられる微小な脆性材料の３点曲げ試験治具に関するも
のである。
の微小な脆性材料（例えば、水晶、シリコン基板などの
極薄板）を支点間距離（スパン）２０ｍｍ以下で３点曲
げ試験を行い、高精度の荷重−たわみ線図を得る際に用
いられる微小な脆性材料の３点曲げ試験治具に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ファインセラミックス等の脆性材
料の３点曲げ試験においては、図４（ａ），（ｂ）に示
すように支持台１のガイド溝１ａ上に丸棒状のコロから
なる一対の支点部２を支点間距離Ｌ（Ｌ＝約５０ｍｍ）
をおいて配置し、一対の支点部２上に脆性材料の試料
（通常、厚さ３ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ６０ｍｍの板材）
３を乗せ、支点部２間中心の上部から試料３に丸棒状コ
ロ４又は半円形断面のポンチを介して負荷部５を乗せて
荷重Ｐを掛ける構造の曲げ試験治具が一般に用いられて
いた。
料の３点曲げ試験においては、図４（ａ），（ｂ）に示
すように支持台１のガイド溝１ａ上に丸棒状のコロから
なる一対の支点部２を支点間距離Ｌ（Ｌ＝約５０ｍｍ）
をおいて配置し、一対の支点部２上に脆性材料の試料
（通常、厚さ３ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ６０ｍｍの板材）
３を乗せ、支点部２間中心の上部から試料３に丸棒状コ
ロ４又は半円形断面のポンチを介して負荷部５を乗せて
荷重Ｐを掛ける構造の曲げ試験治具が一般に用いられて
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、水晶、シリ
コン基板に代表される単結晶デバイス基板材料は金属材
料に比べて変形能が小さい脆性材料ではあるが、板厚が
約１５０μｍ以下と薄くなると、変形能（曲げたわみ）
は大幅に増大する。例えば、図５は水晶基板（ＡＴカッ
ト）の試料（長さ５．０ｍｍ、板幅１．７ｍｍ、板厚ｔ
μｍ）３に上記したような３点曲げ試験（支点間距離Ｌ
＝４ｍｍ）を行った場合の板厚ｔ（μｍ）と最大曲げた
わみ量δ（μｍ）の関係を示し、板厚約１５０μｍ以下
で変形能は大幅に増大した。
コン基板に代表される単結晶デバイス基板材料は金属材
料に比べて変形能が小さい脆性材料ではあるが、板厚が
約１５０μｍ以下と薄くなると、変形能（曲げたわみ）
は大幅に増大する。例えば、図５は水晶基板（ＡＴカッ
ト）の試料（長さ５．０ｍｍ、板幅１．７ｍｍ、板厚ｔ
μｍ）３に上記したような３点曲げ試験（支点間距離Ｌ
＝４ｍｍ）を行った場合の板厚ｔ（μｍ）と最大曲げた
わみ量δ（μｍ）の関係を示し、板厚約１５０μｍ以下
で変形能は大幅に増大した。
【０００４】特に、板厚が薄い微小な脆性材料の曲げ試
験においては、支点間距離が必然的に小さくなり、しか
も図４の曲げ試験治具を使用した場合、曲げたわみ量の
増大に伴って試料３は支点部２のコロの内側と接触する
ようになり、支点間距離が規準より狭まり、その狭まり
具合も支点間距離が十分に大きい場合に比べて著しい。
従って、図４の曲げ試料治具を用いて、薄厚で微小な脆
性材料の曲げ試験を行った際には、弾性材料であっても
荷重−たわみ線図は下に凸の曲線となり、直線性を得る
のが困難であった。その一例として、上記治具を用い、
支点部２を直径１ｍｍの丸棒状コロとし、支点間距離Ｌ
＝４ｍｍとして水晶基板（ＡＴカット）の３点曲げ試験
を行った際の荷重Ｐ（ｇ）と曲げたわみ量δ（μｍ）と
の関係を図６に示す。試料３の大きさは長さ５．０ｍ
ｍ、板幅１．７ｍｍ、板厚７７μｍとした。Ｐｂ＝６
０．７ｇ、δｂ＝１１８μｍは試料３が破断した際の荷
重Ｐ及び曲げたわみ量δである。
験においては、支点間距離が必然的に小さくなり、しか
も図４の曲げ試験治具を使用した場合、曲げたわみ量の
増大に伴って試料３は支点部２のコロの内側と接触する
ようになり、支点間距離が規準より狭まり、その狭まり
具合も支点間距離が十分に大きい場合に比べて著しい。
従って、図４の曲げ試料治具を用いて、薄厚で微小な脆
性材料の曲げ試験を行った際には、弾性材料であっても
荷重−たわみ線図は下に凸の曲線となり、直線性を得る
のが困難であった。その一例として、上記治具を用い、
支点部２を直径１ｍｍの丸棒状コロとし、支点間距離Ｌ
＝４ｍｍとして水晶基板（ＡＴカット）の３点曲げ試験
を行った際の荷重Ｐ（ｇ）と曲げたわみ量δ（μｍ）と
の関係を図６に示す。試料３の大きさは長さ５．０ｍ
ｍ、板幅１．７ｍｍ、板厚７７μｍとした。Ｐｂ＝６
０．７ｇ、δｂ＝１１８μｍは試料３が破断した際の荷
重Ｐ及び曲げたわみ量δである。
【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めに成されたものであり、板厚が薄い微小な脆性材料の
３点曲げ試験において高精度の荷重−たわみ線図を求め
ることができる微小な脆性材料の３点曲げ試験治具を得
ることを目的とする。
めに成されたものであり、板厚が薄い微小な脆性材料の
３点曲げ試験において高精度の荷重−たわみ線図を求め
ることができる微小な脆性材料の３点曲げ試験治具を得
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る微小な脆
性材料の３点曲げ試験治具は、上部に複数の支点ガイド
溝を相互間距離が２０ｍｍ以下となるように並設された
支持台と、この支点ガイド溝に嵌合固定され、上部が両
刃状とされた一対の支点部と、一対の支点部上に載置さ
れた厚さが２００μｍ以下の微小な脆性材料の試料と、
下端が円錐状とされ、一対の支点部の中心位置で試料の
中心を押圧して試料に荷重を加える負荷部を設けたもの
である。
性材料の３点曲げ試験治具は、上部に複数の支点ガイド
溝を相互間距離が２０ｍｍ以下となるように並設された
支持台と、この支点ガイド溝に嵌合固定され、上部が両
刃状とされた一対の支点部と、一対の支点部上に載置さ
れた厚さが２００μｍ以下の微小な脆性材料の試料と、
下端が円錐状とされ、一対の支点部の中心位置で試料の
中心を押圧して試料に荷重を加える負荷部を設けたもの
である。
【０００７】
【作用】この発明においては、支持台の上部に複数の支
点ガイド溝が相互間距離が２０ｍｍ以下となるように並
設され、上部が両刃状の一対の支点部が支点ガイド溝に
嵌合固定される。一対の支点部上には厚さ２００μｍ以
下の試料が載置され、一対の支点部の中心位置で下端が
円錐状の負荷部により試料の中心を押圧して荷重が加え
られる。
点ガイド溝が相互間距離が２０ｍｍ以下となるように並
設され、上部が両刃状の一対の支点部が支点ガイド溝に
嵌合固定される。一対の支点部上には厚さ２００μｍ以
下の試料が載置され、一対の支点部の中心位置で下端が
円錐状の負荷部により試料の中心を押圧して荷重が加え
られる。
【０００８】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面とともに説明
する。図１及び図２はこの実施例による３点曲げ試験治
具の正面図及び側面図であり、６は支持台である。支持
台６の上部には幅１ｍｍの支点ガイド溝６ａを２ｍｍ間
隔（中心間の間隔）で設ける。ただし、中心部には支点
ガイド溝６ａよりやや深い溝６ｂを設ける。７は溝６ｂ
の両隣りの支点ガイド溝６ａに嵌合固定した支点部であ
り、支点部７はカッタ刃を両刃状（先端曲率半径約２５
μｍ）に研摩して形成したものである。支点間距離Ｌは
４ｍｍである。支点部７を嵌合する支点ガイド溝６ａの
位置を変えることにより、支点間距離Ｌを８ｍｍ、１２
ｍｍと４ｍｍ間隔で変えることができる。
する。図１及び図２はこの実施例による３点曲げ試験治
具の正面図及び側面図であり、６は支持台である。支持
台６の上部には幅１ｍｍの支点ガイド溝６ａを２ｍｍ間
隔（中心間の間隔）で設ける。ただし、中心部には支点
ガイド溝６ａよりやや深い溝６ｂを設ける。７は溝６ｂ
の両隣りの支点ガイド溝６ａに嵌合固定した支点部であ
り、支点部７はカッタ刃を両刃状（先端曲率半径約２５
μｍ）に研摩して形成したものである。支点間距離Ｌは
４ｍｍである。支点部７を嵌合する支点ガイド溝６ａの
位置を変えることにより、支点間距離Ｌを８ｍｍ、１２
ｍｍと４ｍｍ間隔で変えることができる。
【０００９】試料３は図６の場合と同様のものを用い
た。即ち、板厚が薄く微小な水晶基板（ＡＴカット）か
らなる板材であり、その大きさは長さ５．０ｍｍ、板幅
１．７ｍｍ、板厚７７μｍである。試料３は一対の支点
部７の先端上に乗せる。８は一対の支点部７の中心位置
において試料３の上面の中心を押圧して荷重Ｐを試料３
に加える負荷部であり、硬鋼製の円錐状先端（先端の曲
率半径約２５μｍ）とした。従って、負荷部８と試料３
の接触は従来の線接触から点接触となる。
た。即ち、板厚が薄く微小な水晶基板（ＡＴカット）か
らなる板材であり、その大きさは長さ５．０ｍｍ、板幅
１．７ｍｍ、板厚７７μｍである。試料３は一対の支点
部７の先端上に乗せる。８は一対の支点部７の中心位置
において試料３の上面の中心を押圧して荷重Ｐを試料３
に加える負荷部であり、硬鋼製の円錐状先端（先端の曲
率半径約２５μｍ）とした。従って、負荷部８と試料３
の接触は従来の線接触から点接触となる。
【００１０】上記曲げ試験治具を用いて試料３の３点曲
げ試験を行うと、支点部７の先端の曲率半径がきわめて
小さいので、試料３のたわみが増大しても常に一定の支
点間距離を確保することができる。この結果、弾性変形
する極薄板微小脆性材料を支点間距離４ｍｍで３点曲げ
試験を行うと、荷重−たわみ線図がほぼ直線で得られる
ようになり、このような微小部材でも曲げ試験により弾
性係数を精度良く計測することができるようになった。
図３はその一例としての荷重−たわみ線図であり、Ｐｂ
＝５８．３ｇ、δｂ＝１３４μｍは試料３が破断した際
の荷重Ｐ及び曲げたわみ量δを示す。
げ試験を行うと、支点部７の先端の曲率半径がきわめて
小さいので、試料３のたわみが増大しても常に一定の支
点間距離を確保することができる。この結果、弾性変形
する極薄板微小脆性材料を支点間距離４ｍｍで３点曲げ
試験を行うと、荷重−たわみ線図がほぼ直線で得られる
ようになり、このような微小部材でも曲げ試験により弾
性係数を精度良く計測することができるようになった。
図３はその一例としての荷重−たわみ線図であり、Ｐｂ
＝５８．３ｇ、δｂ＝１３４μｍは試料３が破断した際
の荷重Ｐ及び曲げたわみ量δを示す。
【００１１】又、負荷部８の先端を円錐状としたので試
料３との接触は点接触となり、試料３の中心を容易に押
圧することができる。又、支点ガイド溝６ａを２個以上
設けることにより、支点間距離の変更を高精度かつ簡単
に行うことができる。
料３との接触は点接触となり、試料３の中心を容易に押
圧することができる。又、支点ガイド溝６ａを２個以上
設けることにより、支点間距離の変更を高精度かつ簡単
に行うことができる。
【００１２】なお、上記実施例では支点間距離を４ｍｍ
としたが、２０ｍｍ以下であればよい。又、試料３とし
ては厚さ７７μｍの水晶基板を用いたが、厚さは２００
μｍ以下であれば良く、また対象材料は単結晶デバイス
基板（水晶、シリコン、その他の酸化物系基板）、熱硬
化性樹脂、多結晶焼結体（ファインセラミックスその他
の薄板）などの脆性材料である。
としたが、２０ｍｍ以下であればよい。又、試料３とし
ては厚さ７７μｍの水晶基板を用いたが、厚さは２００
μｍ以下であれば良く、また対象材料は単結晶デバイス
基板（水晶、シリコン、その他の酸化物系基板）、熱硬
化性樹脂、多結晶焼結体（ファインセラミックスその他
の薄板）などの脆性材料である。
【００１３】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、支点部
の先端の曲率半径がきわめて小さいので、試料のたわみ
が増大しても常に一定の支点間距離を確保することがで
き、曲げ試験による薄厚で微小な脆性材料の荷重−たわ
み線図を直線状に正確に求めることができる。又、負荷
部の先端を円錐状にしたので、負荷部により試料の中心
を正確に押圧することができ、試料の治具への取付が簡
単になる。さらに、支点ガイド溝を２個以上設けること
により、支点間距離の変更を高精度かつ簡単に行うこと
ができる。
の先端の曲率半径がきわめて小さいので、試料のたわみ
が増大しても常に一定の支点間距離を確保することがで
き、曲げ試験による薄厚で微小な脆性材料の荷重−たわ
み線図を直線状に正確に求めることができる。又、負荷
部の先端を円錐状にしたので、負荷部により試料の中心
を正確に押圧することができ、試料の治具への取付が簡
単になる。さらに、支点ガイド溝を２個以上設けること
により、支点間距離の変更を高精度かつ簡単に行うこと
ができる。
【図１】この発明による３点曲げ試験治具の正面図であ
る。
る。
【図２】この発明による３点曲げ試験治具の側面図であ
る。
る。
【図３】この発明による試験治具を用いた曲げ試験の結
果得られた水晶基板の荷重−たわみ線図である。
果得られた水晶基板の荷重−たわみ線図である。
【図４】従来の３点曲げ試験治具の正面図及び側面図で
ある。
ある。
【図５】水晶基板の３点曲げ試験による板厚と最大曲げ
たわみ量との関係図である。
たわみ量との関係図である。
【図６】従来の試験治具を用いた曲げ試験の結果得られ
た水晶基板の荷重−たわみ線図である。
た水晶基板の荷重−たわみ線図である。
３…試料 ６…支持台 ６ａ…支持ガイド溝 ７…支点部 ８…負荷部
Claims (1)
- 【請求項１】 上部に複数の支点ガイド溝を相互間距離
が２０ｍｍ以下となるように並設された支持台と、上記
支点ガイド溝にそれぞれ嵌合固定され、上部が両刃状と
された一対の支点部と、一対の支点部上に載置された厚
さ２００μｍ以下の微小な脆性材料からなる試料と、下
端が円錐状とされ、一対の支点部の中心位置で上記試料
の中心を押圧して上記試料に荷重を加える負荷部を備え
たことを特徴とする微小な脆性材料の３点曲げ試験治
具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09731393A JP3225683B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 微小な脆性材料の３点曲げ試験治具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09731393A JP3225683B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 微小な脆性材料の３点曲げ試験治具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06308002A JPH06308002A (ja) | 1994-11-04 |
| JP3225683B2 true JP3225683B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=14189004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09731393A Expired - Lifetime JP3225683B2 (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | 微小な脆性材料の３点曲げ試験治具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3225683B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6164450B2 (ja) * | 2013-03-11 | 2017-07-19 | 国立大学法人横浜国立大学 | 結晶粒界破壊特性の測定方法、ならびにその測定用試験片およびその製造方法 |
| CN103149024B (zh) * | 2013-03-18 | 2016-06-08 | 上海理工大学 | 三点弯曲力学性能的测量装置及方法 |
| JP6071689B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2017-02-01 | 日本碍子株式会社 | 曲げ強度試験装置 |
| JP2015114114A (ja) * | 2013-12-09 | 2015-06-22 | 日立化成株式会社 | 薄板状材料の機械特性評価方法及びこれによる薄板状材料の選別方法、選別された薄板状材料 |
| CN104007010B (zh) * | 2014-05-20 | 2016-08-24 | 湖南大学 | 一种水平冲击式损伤生物力学动态三点弯曲试验装置 |
| CN105891009B (zh) * | 2016-05-06 | 2018-06-12 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种生物骨骼小尺寸样本三点弯曲试验装置 |
| CN110779809A (zh) * | 2018-12-21 | 2020-02-11 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种1050℃至1700℃的三点弯曲测试装置 |
| CN117147331B (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-26 | 中国石油大学(华东) | 一种适用于超薄脆性材料的三点弯曲试验装置及试验方法 |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP09731393A patent/JP3225683B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06308002A (ja) | 1994-11-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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