JP6150324B2 - Indentation test method and indentation test apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、押込試験方法及び押込試験装置に関し、厚みの薄いシート、フィルム等についても十分な精度により物性値を測定できるようにするものである。   The present invention relates to an indentation test method and an indentation test apparatus, and enables measurement of physical properties with sufficient accuracy even for thin sheets, films, and the like.

従来、金属等の各種の材料に関して変形等の物性値を調べる試験として引張試験が行われている。引張試験は、客観性を有する評価方法として一般的ではあるものの、試験片を作製することが必要であり、このため試験対象によっては適用が困難であった。   Conventionally, a tensile test has been performed as a test for examining physical properties such as deformation of various materials such as metals. Although the tensile test is generally used as an objective evaluation method, it is necessary to prepare a test piece, and thus it is difficult to apply depending on the test object.

これに対して押込試験は、試験片を作製する必要が無いことから、低侵襲計測が可能である。   On the other hand, since the indentation test does not require preparation of a test piece, minimally invasive measurement is possible.

この押込試験に関して、従来からHertzの弾性接触理論を適用できることが知られている(非特許文献1)。従って押込試験は、引張試験を適用できない試験対象についても、充分に物性値を計測することができる。   It has been known that Hertz's elastic contact theory can be applied to this indentation test (Non-Patent Document 1). Therefore, the indentation test can sufficiently measure the physical property value even for a test object to which the tensile test cannot be applied.

特許文献1には、このHertzの弾性接触理論の拡張により、押圧により大きく変形する軟材料について、試験対象の厚みの影響を受けることなく、ヤング率を計測する方法が提案されている。また特許文献2には、押込試験により粘弾性を計測する方法が提案されている。またさらに特許文献3には、筋肉等の生体組織に関して、その物性値を計測する方法が提案されている。   Patent Document 1 proposes a method for measuring the Young's modulus of a soft material that is largely deformed by pressing, without being affected by the thickness of the test object, by extending the Hertz elastic contact theory. Patent Document 2 proposes a method for measuring viscoelasticity by an indentation test. Further, Patent Document 3 proposes a method for measuring physical property values of biological tissues such as muscles.

ここで押込試験は、試料に圧子を押圧して試料の物性値を計測するものである。このような押圧の機構に関して、特許文献4には、加工装置に関して、周波数特性の異なる2種類のアクチュエータを同時並列的に使用して広い周波数帯域で一定の荷重を印加する方法が提案されている。   Here, the indentation test measures a physical property value of a sample by pressing an indenter against the sample. Regarding such a pressing mechanism, Patent Document 4 proposes a method of applying a constant load in a wide frequency band by using two types of actuators having different frequency characteristics in parallel in a processing apparatus. .

国際公開第WO2010/084840号パンフレットInternational Publication No. WO2010 / 084840 Pamphlet 特開2011−137667号公報JP2011-137667A 特開2011−257321号公報JP 2011-257321 A 特許第4966394号公報Japanese Patent No. 4966394

T. Sawa, Practical Material Mechanics, (2007), pp.258-279, Nikkei Business Publications, Inc.(in Japanese)T. Sawa, Practical Material Mechanics, (2007), pp.258-279, Nikkei Business Publications, Inc. (in Japanese)

ところで従来の押込試験では、シート、フィルム等の厚みの薄い試験対象については、十分な精度により物性値を測定できない問題があった。またこの種の試験では、当然に、効率良く試験できることが求められる。   By the way, in the conventional indentation test, there existed a problem which cannot measure a physical-property value with sufficient precision about thin test objects, such as a sheet | seat and a film. In addition, this type of test naturally requires an efficient test.

本発明は、上述した問題点に留意してなされたものであり、シート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、十分な精度により効率良く物性値を測定することができる押込試験方法及び押込試験装置を提供する。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and an indentation test method and an indentation capable of efficiently measuring physical property values with sufficient accuracy even for thin test objects such as sheets and films. Providing test equipment.

(1) 本発明に係る押込試験方法は、試料に圧子を押し込んで押込量及び押込荷重を計測する押込試験方法において、
前記圧子を上下させて計測された押込荷重に基づいて第1のアクチュエータの駆動を停止する停止位置を求めるステップと、
前記第1のアクチュエータにより前記圧子を前記停止位置まで前記試料に接近させる可動ステップと、
第2のアクチュエータにより前記停止位置から前記圧子を前記試料に押込みながら、前記押込量及び押込荷重を計測する押込ステップとを備え、
前記第2のアクチュエータが、前記第1のアクチュエータに比して細かなピッチにより可動可能なアクチュエータであり、
前記停止位置は、前記第1のアクチュエータによる前記圧子の垂直方向の移動の位置検出用の粗動用垂直位置検出部を用いて求められ、
前記停止位置を求めるステップは前記可動ステップの前に行われる
押込試験方法である。
(1) The indentation test method according to the present invention is an indentation test method for measuring an indentation amount and an indentation load by pushing an indenter into a sample.
Obtaining a stop position for stopping the driving of the first actuator based on the indentation load measured by moving the indenter up and down;
A movable step of moving the indenter closer to the sample to the stop position by the first actuator;
A pressing step for measuring the pressing amount and the pressing load while pressing the indenter into the sample from the stop position by a second actuator;
Said second actuator, Ri Oh movable actuator capable by a fine pitch than that of the first actuator,
The stop position is obtained using a coarse movement vertical position detection unit for detecting a position of vertical movement of the indenter by the first actuator.
The step of obtaining the stop position is performed before the movable step.
This is an indentation test method.

(1)によれば、高速度で試料に球圧子を接近させた後、細かなピッチにより圧子を押込んで押込量及び押込荷重を計測することができ、これにより押込みに伴う押込荷重の増加が顕著になる場合であっても、短時間で、十分な精度により物性値を計測することができる。従ってシート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、精度良く、効率良く物性値を計測することができる。   According to (1), after the ball indenter is brought close to the sample at a high speed, the indenter can be pushed in at a fine pitch to measure the pushing amount and the pushing load, thereby increasing the pushing load accompanying the pushing. Even if it becomes remarkable, a physical property value can be measured with sufficient accuracy in a short time. Therefore, it is possible to accurately and efficiently measure the physical property value of a thin test object such as a sheet or a film.

(2) (1)において、前記第2のアクチュエータが、ボイスコイルモータによるアクチュエータであるようにする。   (2) In (1), the second actuator is an actuator based on a voice coil motor.

(2)によれば、より具体的な構成により、シート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、効率良く、精度良く物性値を計測することができる。   According to (2), with a more specific configuration, it is possible to efficiently and accurately measure physical property values even for thin test objects such as sheets and films.

(3) (1)又は(2)において、前記押込ステップで計測した前記押込量と前記押込荷重により前記試料の物性値を算出する物性値算出ステップを備える。   (3) In (1) or (2), there is provided a physical property value calculating step of calculating a physical property value of the sample from the indentation amount measured in the indentation step and the indentation load.

(3)によれば、押込量及び押込荷重を別途処理することなく物性値を算出することができる。   According to (3), the physical property value can be calculated without separately processing the indentation amount and the indentation load.

(4) (3)において、前記物性値が、ヤング率である。   (4) In (3), the physical property value is Young's modulus.

(4)によれば、ヤング率による物性値を計測することができる。   According to (4), the physical property value by Young's modulus can be measured.

(5) 本発明に係る押込試験装置は、試料に圧子を押し込んで押込量及び押込荷重を計測する押込試験装置において、
前記押込量を検出する押込量検出部と、
前記圧子による押込荷重を計測する押込荷重計測部と、
前記圧子を停止位置まで前記試料に接近させる第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータによる前記圧子の垂直方向の移動の位置検出用の粗動用垂直位置検出部と、
前記圧子を上下させて計測された押込荷重に基づいて、前記粗動用垂直位置検出部を用いて前記第1のアクチュエータの駆動を停止する前記停止位置を求める押込開始位置制御部と、
前記圧子を前記停止位置から前記試料に押込む第2のアクチュエータとを備え、
前記第2のアクチュエータが、前記第1のアクチュエータに比して細かなピッチにより可動可能なアクチュエータであり、
前記第1のアクチュエータによって前記圧子を停止位置まで前記試料に接近させる前に、前記押込開始位置制御部によって前記停止位置を求める
押込試験装置である。
(5) An indentation test apparatus according to the present invention is an indentation test apparatus that measures an indentation amount and an indentation load by pushing an indenter into a sample.
A push-in amount detecting unit for detecting the push-in amount;
An indentation load measuring unit for measuring an indentation load by the indenter; and
A first actuator that brings the indenter closer to the sample to a stop position;
A coarse movement vertical position detection unit for detecting a position of vertical movement of the indenter by the first actuator;
A push start position control unit that obtains the stop position to stop driving the first actuator using the coarse movement vertical position detection unit based on a push load measured by moving the indenter up and down;
A second actuator that pushes the indenter into the sample from the stop position;
Said second actuator, Ri Oh movable actuator capable by a fine pitch than that of the first actuator,
Before the indenter approaches the sample to the stop position by the first actuator, the stop position is obtained by the pushing start position control unit .
This is an indentation test device.

(5)によれば、高速度で試料に球圧子を接近させた後、細かなピッチにより圧子を押込んで押込量及び押込荷重を計測することができ、これにより押込みに伴う押込荷重の増加が顕著になる場合であっても、短時間で、十分に物性値を計測することができる。従ってシート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、精度良く、効率良く物性値を計測することができる。   According to (5), after the ball indenter is brought close to the sample at a high speed, the indenter can be pushed in with a fine pitch to measure the pushing amount and the pushing load, thereby increasing the pushing load accompanying the pushing. Even if it becomes remarkable, a physical-property value can fully be measured in a short time. Therefore, it is possible to accurately and efficiently measure the physical property value of a thin test object such as a sheet or a film.

(6) (5)において、前記第2のアクチュエータが、ボイスコイルモータによるアクチュエータである。   (6) In (5), the second actuator is an actuator based on a voice coil motor.

(6)によれば、より具体的な構成により、シート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、精度良く物性値を計測することができる。   According to (6), a physical property value can be measured with high accuracy even for a thin test object such as a sheet or a film with a more specific configuration.

(7) (5)又は(6)において、前記押込量及び押込荷重から、前記試料のヤング率を算出するヤング率算出部を備える。   (7) In (5) or (6), a Young's modulus calculation unit that calculates a Young's modulus of the sample from the indentation amount and indentation load is provided.

(7)によれば、ヤング率による物性値を計測することができる。   According to (7), the physical property value by Young's modulus can be measured.

本発明によれば、シート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、十分な精度により効率良く物性値を測定することができる。   According to the present invention, a physical property value can be efficiently measured with sufficient accuracy even for a thin test object such as a sheet or a film.

本発明に係る物性値の評価方法の説明に供する図である。It is a figure where it uses for description of the evaluation method of the physical-property value which concerns on this invention. 押込量と押込荷重との関係を示す特性曲線図である。It is a characteristic curve figure which shows the relationship between indentation amount and indentation load. 球圧子が試料に接触するまでに距離を有する場合の特性曲線図である。It is a characteristic curve figure in case there exists distance until a ball indenter contacts a sample. 粗動用垂直アクチュエータ及び微動用垂直アクチュエータの構成に係る本体部の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the main-body part which concerns on the structure of the vertical actuator for coarse movement, and the vertical actuator for fine movement. 押込試験装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of an indentation test apparatus. 制御部の処理手順の説明に供する図である。It is a figure with which it uses for description of the process sequence of a control part.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る評価方法の説明に供する図である。半無限体試料1に対して十分に硬い球圧子2を押込む場合、球圧子2の押込に係る押込荷重Fと押込量δとの関係は、Hertzの弾性接触理論によって次式により表される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram for explaining an evaluation method according to the first embodiment of the present invention. When a sufficiently hard ball indenter 2 is pushed into the semi-infinite body sample 1, the relationship between the push load F and the push amount δ related to the push of the ball indenter 2 is expressed by the following equation according to Hertz's elastic contact theory. .

Figure 0006150324
Figure 0006150324
Figure 0006150324
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ここでφは球圧子2の直径、Eは試料1のヤング率、νは試料1のポアソン比である。またAは係数であり、以下、適宜、柔さ係数と呼ぶ。   Here, φ is the diameter of the ball indenter 2, E is the Young's modulus of the sample 1, and ν is the Poisson's ratio of the sample 1. A is a coefficient, and is hereinafter referred to as a softness coefficient as appropriate.

これにより押込量δを可変して押込荷重Fを計測すれば、図2に示すような特性曲線を得ることができる。従って例えば計測値(符号Xにより示す)を使用して最小二乗法等により柔さ係数Aを求めることができ、またさらには(2)式を変形した次式によりヤング率Eを求めることができる。   Thus, if the indentation amount δ is varied and the indentation load F is measured, a characteristic curve as shown in FIG. 2 can be obtained. Therefore, for example, the softness coefficient A can be obtained by the least square method or the like using the measured value (indicated by the symbol X), and further, the Young's modulus E can be obtained by the following equation obtained by modifying the equation (2). .

Figure 0006150324
Figure 0006150324

なお試料1に向けて球圧子2の押込を開始した後、実際に球圧子2が試料1に接触するまでに距離を有する場合、図2に示す特性曲線に代えて、図3に示す特性曲線が得られる。従ってこの場合、球圧子2が試料1に接触する時点での押込量δ0を押込量δより減算することにより、押込量δを補正して柔さ係数A、ヤング率Eを求めることができる。   When the ball indenter 2 is pushed toward the sample 1 and has a distance until the ball indenter 2 actually contacts the sample 1, the characteristic curve shown in FIG. 3 is used instead of the characteristic curve shown in FIG. Is obtained. Therefore, in this case, by subtracting the pushing amount δ0 when the ball indenter 2 contacts the sample 1 from the pushing amount δ, the pushing amount δ can be corrected to obtain the softness coefficient A and the Young's modulus E.

しかしながら試料1の厚みが薄くなると、押込みに伴う押込荷重の増加が顕著になり、Hertzの弾性接触理論による(1)式を精度良く適用できなくなる。この場合、次式の適用により、押込荷重Fと押込量δとの関係を精度良く表現することができる。   However, when the thickness of the sample 1 is reduced, an increase in indentation load accompanying indentation becomes significant, and the expression (1) based on Hertz's elastic contact theory cannot be applied with high accuracy. In this case, the relationship between the indentation load F and the indentation amount δ can be expressed with high accuracy by applying the following equation.

Figure 0006150324
Figure 0006150324

ここでBは、試料の薄さが荷重へ与える影響を表す係数である。従ってこのように厚みの薄い試料でも、(1)式及び(2)式について上述したと同様に、押込荷重Fと押込量δとの測定結果より荷重への影響を表す係数Bを求め、柔さ係数A、ヤング率Eを求めることができる。   Here, B is a coefficient representing the influence of the thinness of the sample on the load. Therefore, even in such a thin sample, the coefficient B representing the influence on the load is obtained from the measurement result of the indentation load F and the indentation amount δ as described above with respect to the expressions (1) and (2), and the softness is determined. The thickness coefficient A and Young's modulus E can be obtained.

ところでこの実施形態では、このように試料に球圧子2を押込んで押込荷重Fと押込量δとを計測して試料の物性値を計測することにより、押込荷重Fと押込量δとを精度良く計測することが必要になる。特に試料の厚みが薄い場合には、少しの押込量δで押込荷重Fが大きく変化することにより、押込量δを精度良く微少量づつ可変して計測することが必要になる。   By the way, in this embodiment, the indentation load F and the indentation amount δ are accurately obtained by measuring the indentation load F and the indentation amount δ by measuring the indentation load F and the indentation amount δ as described above. It is necessary to measure. In particular, when the thickness of the sample is thin, the indentation load F greatly changes with a small amount of indentation δ, so that it is necessary to measure the indentation amount δ in a minute amount with high accuracy.

このためには高い分解能により押込量δを制御、計測することが必要になる。しかしながら単純に押込量δを微小量づつ可変して計測したのでは、図3について上述したように、試料1に向けて球圧子2の押込を開始した後、実際に球圧子2が試料1に接触するまでに距離を有する場合、計測に無駄な時間を要することになり、効率が著しく劣化することになる。   For this purpose, it is necessary to control and measure the pushing amount δ with high resolution. However, if the indentation amount δ is simply measured by being changed by a minute amount, as described above with reference to FIG. 3, after the indentation of the ball indenter 2 toward the sample 1 is started, the ball indenter 2 is actually applied to the sample 1. If there is a distance until contact is made, the measurement takes time, and the efficiency is significantly degraded.

そこでこの実施形態では、粗動用のアクチュエータである粗動用垂直アクチュエータ(第1のアクチュエータ)と、微動用のアクチュエータであり、粗動用垂直アクチュエータに比して細かなピッチにより可動可能な微動用垂直アクチュエータ(第2のアクチュエータ)とによる2種類のアクチュエータにより球圧子2を可動できるように構成し、この2種類のアクチュエータの駆動を切り換えて押込試験を実行する。   Therefore, in this embodiment, a coarse motion vertical actuator (first actuator) that is a coarse motion actuator and a fine motion actuator that is movable at a fine pitch compared to the coarse motion vertical actuator. The ball indenter 2 is configured to be movable by two types of actuators (second actuator), and the indentation test is executed by switching the driving of the two types of actuators.

すなわち図4は、この実施形態に係る押込試験装置における本体部を示す図である。この本体部11は、試料1を載置するテーブル12が設けられ、テーブル12の上方に球圧子2を保持するようにアーム13が設けられる。本体部11は、水平アクチュエータ14がアーム13に設けられ、矢印Aにより示すように、この水平アクチュエータ14によりテーブル12の面内方向(X、Y方向である)に球圧子2を可動させる。これにより押込試験装置は、この水平アクチュエータ14の駆動により球圧子2を水平方向に移動させて、試料1の種々の箇所を試験できるように構成される。   That is, FIG. 4 is a view showing the main body in the indentation test apparatus according to this embodiment. The main body 11 is provided with a table 12 on which the sample 1 is placed, and an arm 13 is provided above the table 12 so as to hold the ball indenter 2. In the main body 11, a horizontal actuator 14 is provided on the arm 13, and as indicated by an arrow A, the ball indenter 2 is moved in the in-plane direction (X and Y directions) of the table 12 by the horizontal actuator 14. Thus, the indentation test apparatus is configured to test various portions of the sample 1 by moving the ball indenter 2 in the horizontal direction by driving the horizontal actuator 14.

本体部11は、さらに粗動用垂直アクチュエータ15、微動用垂直アクチュエータ16を順次介して、矢印Bにより示すように上下方向に可動可能にステージ17が設けられる。またこのステージ17に、ロードセル18、荷重軸19を順次介して球圧子2が設けられる。ここで粗動用垂直アクチュエータ15は、例えばボールナットによる可動機構であり、モータを回転させてステージ17を高速に上下方向に可動可能に構成される。これに対して微動用垂直アクチュエータ16は、例えばボイスコイルモータにより構成され、ステージ17を細かなピッチで精度良く上下方向に移動可能に構成される。なおこの実施形態において、微動用垂直アクチュエータ16は、十分な長さによりヨークが構成され、これにより垂直方向に十分な可動距離を確保できるように構成される。これらにより押込試験装置は、矢印Cにより示すように、粗動用垂直アクチュエータ15により球圧子2を高速度で試料1に接近させた後、微動用垂直アクチュエータ16の駆動により細かなピッチで精度良く試料1に押込むことができるように構成される。また押込による押込荷重をロードセル18により検出できるように構成される。   The main body 11 is further provided with a stage 17 that is movable in the vertical direction as indicated by an arrow B through a coarse movement vertical actuator 15 and a fine movement vertical actuator 16 in this order. The stage 17 is provided with a ball indenter 2 through a load cell 18 and a load shaft 19 in this order. Here, the coarse motion vertical actuator 15 is a movable mechanism using, for example, a ball nut, and is configured to be able to move the stage 17 up and down at high speed by rotating a motor. On the other hand, the fine movement vertical actuator 16 is constituted by a voice coil motor, for example, and is configured to be able to move the stage 17 in the vertical direction with a fine pitch with high accuracy. In this embodiment, the fine movement vertical actuator 16 is configured to have a yoke having a sufficient length, thereby ensuring a sufficient movable distance in the vertical direction. Accordingly, the indentation test apparatus, as shown by the arrow C, moves the ball indenter 2 close to the sample 1 at a high speed by the coarse movement vertical actuator 15 and then drives the fine movement vertical actuator 16 with a fine pitch and with high accuracy. 1 so that it can be pushed in. Further, the load cell 18 can detect the indentation load caused by the indentation.

図5は、押込試験装置の全体構成を示す図である。さらに本体部11は、球圧子2の水平方向の位置検出用に水平位置検出部21が設けられる。なお水平位置検出部21は、例えばポテンションメータと、このポテンションメータの駆動に供する周辺回路とにより構成される。また本体部11は、粗動用垂直アクチュエータ15による球圧子2の垂直方向の位置検出用に粗動用垂直位置検出部22が設けられる。ここで粗動用垂直位置検出部22は、例えばポテンションメータと、このポテンションメータの駆動に供する周辺回路とにより構成される。また本体部11は、微動用垂直アクチュエータ16による球圧子2の垂直方向の位置検出用に微動用垂直位置検出部23が設けられる。ここで微動用垂直位置検出部23は、例えばレーザーを使用した光学的な位置検出機構により構成され、これにより高い精度で押込量を計測できるように構成され、またこの位置検出機構による検出結果に基づいた制御により高精度かつ細かなピッチで押込量を制御できるように構成される。   FIG. 5 is a diagram showing the overall configuration of the indentation test apparatus. Further, the main body 11 is provided with a horizontal position detection unit 21 for detecting the position of the ball indenter 2 in the horizontal direction. The horizontal position detection unit 21 includes, for example, a potentiometer and a peripheral circuit that is used to drive the potentiometer. The main body 11 is provided with a coarse movement vertical position detection unit 22 for detecting the position of the ball indenter 2 in the vertical direction by the coarse movement vertical actuator 15. Here, the coarse movement vertical position detection unit 22 includes, for example, a potentiometer and a peripheral circuit for driving the potentiometer. The main body 11 is provided with a fine movement vertical position detection unit 23 for detecting the position of the ball indenter 2 in the vertical direction by the fine movement vertical actuator 16. Here, the fine movement vertical position detection unit 23 is configured by an optical position detection mechanism using, for example, a laser, and is configured so as to be able to measure the pushing amount with high accuracy. Based on the control, the push-in amount can be controlled with high precision and fine pitch.

押込試験装置31は、本体部11を制御部32に接続して構成される。ここで制御部32は、本体部11の動作を制御すると共に、本体部11による計測結果を処理する部位である。制御部32は、例えばコンピュータにより構成され、この押込試験装置31に係るプログラムの実行により図5に示す各機能ブロックが構成される。   The indentation test apparatus 31 is configured by connecting the main body 11 to a control unit 32. Here, the control unit 32 is a part that controls the operation of the main body unit 11 and processes the measurement result of the main body unit 11. The control unit 32 is configured by a computer, for example, and each functional block illustrated in FIG. 5 is configured by executing a program related to the indentation test apparatus 31.

制御部32において、押込開始位置制御部33は、粗動用垂直アクチュエータ15の駆動に供する機能ブロックであり、この実施形態ではオペレータの操作により粗動用垂直アクチュエータ15を可動して試料1に球圧子2が接触する直前まで球圧子2を試料1に接近させて停止させた後、粗動用垂直アクチュエータ15を当該停止位置に保持する。なおこの球圧子2が接触する直前の、粗動用垂直アクチュエータ15の駆動を停止するタイミングにあっては、事前に球圧子2を上下させてロードセル18により押込荷重を計測して自動的に求めるようにしてもよく、さらにはオペレータによる試料厚み等の入力により設定してもよい。   In the control unit 32, the pushing start position control unit 33 is a functional block that is used to drive the coarse movement vertical actuator 15. In this embodiment, the coarse movement vertical actuator 15 is moved by the operator's operation to move the coarse indenter 2 to the sample 1. After the ball indenter 2 is brought close to the sample 1 and stopped until just before contact, the coarse motion vertical actuator 15 is held at the stop position. It should be noted that at the timing of stopping the driving of the coarse motion vertical actuator 15 immediately before the contact of the ball indenter 2, the ball indenter 2 is moved up and down in advance and the indentation load is measured by the load cell 18 to obtain automatically. Alternatively, it may be set by inputting the sample thickness or the like by the operator.

押込量制御部34は、微動用垂直アクチュエータ16の駆動に供する機能ブロックであり、押込開始位置制御部33により試料1に接触する直前に保持された球圧子2を試料1に押し込む。なおこの押込にあっては、例えば微動用垂直位置検出部23より押込量をモニタしながら、オペレータにより設定されたピッチにより、さらには事前に入力された試料の厚みに応じたピッチにより実行される。   The pushing amount control unit 34 is a functional block for driving the vertical actuator 16 for fine movement, and pushes the ball indenter 2 held immediately before contacting the sample 1 by the pushing start position control unit 33 into the sample 1. In this pressing, for example, the pressing amount is monitored by the vertical position detecting unit 23 for fine movement, and the pitch set by the operator is used, and further, the pitch according to the thickness of the sample input in advance is executed. .

係数算出部35は、微動用垂直位置検出部23で検出される押込量と、ロードセル18により検出される荷重とにより、柔さ係数A、試料の薄さが荷重へ与える影響を表す係数Bを算出し、ヤング率算出部36は、この係数算出部35の算出結果を使用してヤング率Eを計算する。記憶装置部37は、この計算したヤング率Eを、測定した押込量、押込荷重等と共に記録して保持する。なお制御部32は、これらの機能ブロックの他に、オペレータの入力を受け付ける機能ブロック、水平アクチュエータ14を駆動する機能ブロック等が構成される。   The coefficient calculation unit 35 calculates a softness coefficient A and a coefficient B representing the influence of the thinness of the sample on the load based on the pressing amount detected by the fine movement vertical position detection unit 23 and the load detected by the load cell 18. The Young's modulus calculator 36 calculates the Young's modulus E using the calculation result of the coefficient calculator 35. The storage unit 37 records and holds the calculated Young's modulus E together with the measured indentation amount, indentation load, and the like. In addition to these functional blocks, the control unit 32 includes a functional block that receives an operator input, a functional block that drives the horizontal actuator 14, and the like.

図6は、これらの機能ブロックによる制御部32の処理手順を示すフローチャートである。押込試験装置31においては、押込試験装置に係る処理プログラムの開始によりオペレータから計測位置等の設定を受け付け、水平アクチュエータ14等を可動する(ステップSP1、SP2)。また続いてオペレータによる測定開始の指示により、粗動用垂直アクチュエータ15を駆動し、球圧子2を試料1の表面近傍に移動させる(ステップSP3、SP4)。続いて微動用垂直アクチュエータ16により球圧子2を一定のピッチで試料1に押込ながらロードセル18により押込荷重を計測し(ステップSP5)、この押込荷重の計測結果と、対応する押込量とから係数A、Bを算出し(ステップSP6)、この算出した係数A、Bを使用して所定押込量におけるヤング率を計算する(ステップSP7)。   FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of the control unit 32 using these functional blocks. In the indentation test apparatus 31, the setting of a measurement position etc. is received from an operator by the start of the processing program concerning an indentation test apparatus, and the horizontal actuator 14 etc. are moved (step SP1, SP2). Subsequently, in response to an instruction to start measurement by the operator, the coarse motion vertical actuator 15 is driven to move the ball indenter 2 to the vicinity of the surface of the sample 1 (steps SP3 and SP4). Subsequently, the indentation load is measured by the load cell 18 while pushing the ball indenter 2 into the sample 1 at a constant pitch by the fine movement vertical actuator 16 (step SP5), and the coefficient A is calculated from the measurement result of the indentation load and the corresponding indentation amount. , B are calculated (step SP6), and the Young's modulus at a predetermined indentation amount is calculated using the calculated coefficients A, B (step SP7).

以上の構成によれば、第1のアクチュエータである粗動用垂直アクチュエータと、これより細かなピッチにより可動可能な第2のアクチュエータである微動用垂直アクチュエータとによる2種類のアクチュエータにより球圧子2を可動できるように構成し、この2種類のアクチュエータの駆動を切り換えて押込試験を実行することにより、押込みに伴う押込荷重の増加が顕著になる場合であっても、短時間で、十分に物性値を計測することができる。これによりシート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、精度良く、かつ効率良く物性値を計測することができる。   According to the above configuration, the ball indenter 2 can be moved by two types of actuators, which are the coarse actuator vertical actuator that is the first actuator and the fine actuator vertical actuator that is movable at a finer pitch than the first actuator. Even if the increase in indentation load due to indentation becomes significant by switching the drive of these two types of actuators and executing the indentation test, the physical property values can be sufficiently obtained in a short time. It can be measured. Thereby, a physical property value can be measured accurately and efficiently even for a thin test object such as a sheet or a film.

またこの第2のアクチュエータが、ボイスコイルモータによるアクチュエータであることにより、より具体的な構成により、シート、フィルム等の厚みの薄い試験対象についても、精度良く物性値を計測することができる。   In addition, since the second actuator is an actuator based on a voice coil motor, a physical property value can be accurately measured even for a thin test object such as a sheet or a film with a more specific configuration.

また計測した押込量と押込荷重により試料の物性値を算出する物性値算出ステップを設けることにより、押込量及び押込荷重を別途処理することなく物性値を算出することができる。   Further, by providing a physical property value calculating step for calculating the physical property value of the sample from the measured indentation amount and indentation load, the physical property value can be calculated without separately processing the indentation amount and the indentation load.

またさらにこの物性値が、ヤング率であることにより、ヤング率による物性値を計測することができる。   Further, since the physical property value is the Young's modulus, the physical property value based on the Young's modulus can be measured.

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although the specific structure suitable for implementation of this invention was explained in full detail, this invention can change the structure of the above-mentioned embodiment variously in the range which does not deviate from the meaning of this invention.

すなわち上述の実施形態では、押込量と押込荷重とによりヤング率を求める場合について述べたが、本発明はこれに限らず、圧子の押込により例えば粘弾性を測定する場合等に広く適用して測定に要する時間を短縮し、さらには測定精度を向上することができる。   That is, in the above-described embodiment, the case where the Young's modulus is obtained by the indentation amount and the indentation load is described. However, the present invention is not limited to this, and is widely applied to, for example, measuring viscoelasticity by indentation indentation. Time can be shortened, and measurement accuracy can be improved.

また上述の実施形態では、第1アクチュエータにより試料の近傍にまで球圧子を接近させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第1のアクチュエータと共に第2のアクチュエータを使用して試料の近傍に球圧子を接近させるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the ball indenter is brought close to the vicinity of the sample by the first actuator has been described. However, the present invention is not limited to this, and the second actuator is used together with the first actuator. A ball indenter may be brought close to the vicinity.

また上述の実施形態では、試料に対して球圧子を可動させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は試料と球圧子とを接近させて、試料に球圧子を押込めば良く、これにより第1及び又は第2のアクチュエータでテーブル側を可動させるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the ball indenter is moved with respect to the sample has been described. However, the present invention is not limited to this, and the point is that the sample and the ball indenter are brought close to each other and the ball indenter is pushed into the sample. The table side may be moved by the first and / or second actuator.

また上述の実施形態では、試料をテーブルの上に載置するとの前提により、第1及び第2のアクチュエータにより球圧子を上下方向に可動する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、水平方向に可動して押込試験する場合にも広く適用することができる。   In the above-described embodiment, the case where the ball indenter is moved in the vertical direction by the first and second actuators on the assumption that the sample is placed on the table has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention can be widely applied to the case where the indentation test is performed by moving in the horizontal direction.

また上述の実施形態では、球状の圧子である球圧子を使用して押込試験する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、円柱形状による圧子を使用する場合等、種々の形状による圧子を使用した押込試験に広く適用することができる。   In the above-described embodiment, the case where the indentation test is performed using the spherical indenter is described. However, the present invention is not limited to this, and indenters having various shapes such as a cylindrical indenter are used. It can be widely applied to indentation tests using

1 試料
2 球圧子
11 本体部
12 テーブル
13 アーム
14 水平アクチュエータ
15 粗動用垂直アクチュエータ
16 微動用垂直アクチュエータ
17 ステージ
18 ロードセル
19 荷重軸
21 水平位置検出部
22 粗動用垂直位置検出部
23 微動用垂直位置検出部
31 押込試験装置
32 制御部
33 押込開始位置制御部
34 押込量制御部
35 係数算出部
36 ヤング率算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Ball | bowl indenter 11 Main-body part 12 Table 13 Arm 14 Horizontal actuator 15 Coarse movement vertical actuator 16 Fine movement vertical actuator 17 Stage 18 Load cell 19 Load axis 21 Horizontal position detection part 22 Coarse movement vertical position detection part 23 Fine movement vertical position detection Unit 31 indentation test device 32 control unit 33 indentation start position control unit 34 indentation amount control unit 35 coefficient calculation unit 36 Young's modulus calculation unit

Claims (7)

試料に圧子を押し込んで押込量及び押込荷重を計測する押込試験方法において、
前記圧子を上下させて計測された押込荷重に基づいて第1のアクチュエータの駆動を停止する停止位置を求めるステップと、
前記第1のアクチュエータにより前記圧子を前記停止位置まで前記試料に接近させる可動ステップと、
第2のアクチュエータにより前記停止位置から前記圧子を前記試料に押込みながら、前記押込量及び押込荷重を計測する押込ステップとを備え、
前記第2のアクチュエータが、前記第1のアクチュエータに比して細かなピッチにより可動可能なアクチュエータであり、
前記停止位置は、前記第1のアクチュエータによる前記圧子の垂直方向の移動の位置検出用の粗動用垂直位置検出部を用いて求められ、
前記停止位置を求めるステップは前記可動ステップの前に行われる
押込試験方法。
In the indentation test method of pushing the indenter into the sample and measuring the indentation amount and indentation load,
Obtaining a stop position for stopping the driving of the first actuator based on the indentation load measured by moving the indenter up and down;
A movable step of moving the indenter closer to the sample to the stop position by the first actuator;
A pressing step for measuring the pressing amount and the pressing load while pressing the indenter into the sample from the stop position by a second actuator;
Said second actuator, Ri Oh movable actuator capable by a fine pitch than that of the first actuator,
The stop position is obtained using a coarse movement vertical position detection unit for detecting a position of vertical movement of the indenter by the first actuator.
The step of obtaining the stop position is an indentation test method performed before the movable step .
前記第2のアクチュエータが、ボイスコイルモータによるアクチュエータである
請求項1に記載の押込試験方法。
The indentation test method according to claim 1, wherein the second actuator is an actuator based on a voice coil motor.
前記押込ステップで計測した前記押込量と前記押込荷重により前記試料の物性値を算出する物性値算出ステップを備える
請求項1又は請求項2に記載の押込試験方法。
The indentation test method according to claim 1, further comprising a physical property value calculation step of calculating a physical property value of the sample from the indentation amount and the indentation load measured in the indentation step.
前記物性値が、ヤング率である
請求項3に記載の押込試験方法。
The indentation test method according to claim 3, wherein the physical property value is Young's modulus.
試料に圧子を押し込んで押込量及び押込荷重を計測する押込試験装置において、
前記押込量を検出する押込量検出部と、
前記圧子による押込荷重を計測する押込荷重計測部と、
前記圧子を停止位置まで前記試料に接近させる第1のアクチュエータと、
前記第1のアクチュエータによる前記圧子の垂直方向の移動の位置検出用の粗動用垂直位置検出部と、
前記圧子を上下させて計測された押込荷重に基づいて、前記粗動用垂直位置検出部を用いて前記第1のアクチュエータの駆動を停止する前記停止位置を求める押込開始位置制御部と、
前記圧子を前記停止位置から前記試料に押込む第2のアクチュエータとを備え、
前記第2のアクチュエータが、前記第1のアクチュエータに比して細かなピッチにより可動可能なアクチュエータであり、
前記第1のアクチュエータによって前記圧子を停止位置まで前記試料に接近させる前に、前記押込開始位置制御部によって前記停止位置を求める
押込試験装置。
In the indentation test device that measures the indentation amount and indentation load by pushing the indenter into the sample,
A push-in amount detecting unit for detecting the push-in amount;
An indentation load measuring unit for measuring an indentation load by the indenter; and
A first actuator that brings the indenter closer to the sample to a stop position;
A coarse movement vertical position detection unit for detecting a position of vertical movement of the indenter by the first actuator;
A push start position control unit that obtains the stop position to stop driving the first actuator using the coarse movement vertical position detection unit based on a push load measured by moving the indenter up and down;
A second actuator that pushes the indenter into the sample from the stop position;
Said second actuator, Ri Oh movable actuator capable by a fine pitch than that of the first actuator,
An indentation test apparatus that obtains the stop position by the indentation start position control unit before the indenter approaches the sample to the stop position by the first actuator .
前記第2のアクチュエータが、ボイスコイルモータによるアクチュエータである
請求項5に記載の押込試験装置。
The indentation test apparatus according to claim 5, wherein the second actuator is an actuator based on a voice coil motor.
前記押込量及び押込荷重から、前記試料のヤング率を算出するヤング率算出部を備える
請求項5又は請求項6に記載の押込試験装置。
The indentation test apparatus according to claim 5 or 6, further comprising a Young's modulus calculator that calculates a Young's modulus of the sample from the indentation amount and the indentation load.
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