JPH03225254A

JPH03225254A - 微小押込み形材料物性試験装置

Info

Publication number: JPH03225254A
Application number: JP2126390A
Authority: JP
Inventors: Keiai Suzuki; 鈴木　敬愛; Motonori Inamura; 稲村　元則
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、各種の固体材料の表面近傍の機械的特性等の
物性を測定する装置に関する。さらに特定すれば、本発
明は校正を自動的かつ正確におこなうことができ、高い
精度を維持することができる微小押込み形材料物性試験
装置に関するものである。

［従来の技術］各種の産業分野において、固体材料の表面近傍の数μｍ
の部分の機械的特性等の物性を測定することが要望され
ている。たとえば、原子力産業の分野では、材料の表面
の放射線による劣化、特性の変化等を把握するために、
この材料の表面近傍の物性を測定することが必要である
。また、この他にも、薄い合成樹脂フィルムの物性を測
定したり、被膜、塗料等の物性を測定する場合にもこの
ようなｆｌＦ＋定が必要である。また、半導体産業の分
野でも、チップの表面に被膜した回路パターンの薄膜の
物性をＡ１１ｊ定することが必要である。

従来、このような試験材料の表面近傍の物性を／１１１
１定するために、微小硬度計が使用される。この微小硬
度計は、基本的には従来の硬度計と同じであるが、圧子
に作用させる荷重を数十ｍｇとし、この圧子の押込み深
さを極めて浅くし、試験材料の表面近傍の物性のみを測
定できるようにしたものである。

しかし、このように圧子の押込み深さが極めて浅くなる
と、測定された硬度の精度が大きく低下する。すなわち
、この圧子が試験材料の表面に接触を開始した初期の段
階では、この表面の変形は圧子の形状に依存し弾性変形
が主成分であり、この圧子に対応した圧痕が小さくなり
、見掛は上硬度が極めて高くなるという誤差を生じる。

また、表面荒さもこのような１ｉｌｌｌ定誤差の原因と
なる。この圧子の押込み深さが上記のように極めて浅い
場合には、これらの誤差の影響が極めて大きくなり、正
確な測定ができない。

このような誤差を少なくするため、「特開昭６２−６９
１４１号」および「特開昭６２−２３１１３６号」に開
示されているような微小硬度計がある。これらのものは
、圧子の押込み荷重を変化させながら圧子を押込み、各
荷重と押込み深さとの関係を連続的または段階的に−Ｐ
１定し、誤差を少なくすることを目的としたものである
。しかし、これらのものは、圧子の荷重と押込み深さが
略比例すること、すなわち試験材料の表面が圧子の押込
みに対応して塑性変形することを前提としている。した
がって、これらのものは、材料の表面の数μｍないし数
十μｍの範囲の７１１＋定を対象としている。

しかし、最近では、材料の表面近傍の物性の８１）定を
さらに高精度にすることが要望されている。

このようなΔＩＩＪ定の高精度化の要求に対応するには
、材料の表面の１μｍまたはこれ以下の極めて浅い部分
のみの物性を測定することが要求される。このような極
めて浅い部分圧子を押し込む場合には、材料の弾性変形
および表面荒さの影響が極めて大きくなり、圧子の荷重
と押込み深さとの関係は複雑となり、精度が大幅に低下
する不具合を生じる。

このような不具合を改善するために、圧子に作用する荷
重を変化させながらこの圧子を試験材料表面の極めて浅
い頭載に押込み、またこの荷重を変化させながらこの圧
子を引抜き、この押込み過程と引抜き過程において圧子
の荷重と押込み深さとの関係を連続的にｌｐ１定・記録
し、これらの荷重と深さの関係からこの材料の引張り強
さやヤング率等の物性をＭ１定する方法が開発された。

しかし、このような方法で使用される測定装置は、圧子
の押込み荷重が数十ｍｇ程度、押込み深さも数百ｎｍ程
度である。したがって、従来の押込み形の硬度計では精
度が十分でなく、上記のような精密なδｌｌｊ定には適
していなかった。このため、上記のような精密な測定に
使用できるような精度の高い測定装置が開発された。し
かし、このような精密な測定装置は、温度変化等の経時
変化の影響を受けやすく、精度が低下することかある。

このような不具合を防止するには、この測定時の前、ま
たは所定の間隔で頻繁に校正を行なわなければならない
。しかし、このように頻繁に校正作業を行うとｆｌｌｌ
Ｊ定作業の能率が低下し、また正確な校正を行うには熟
練を要する等の不具合があった。

［発明が解決しようとする課題］本発明は以上の事情に基づいてなされたもので、校正を
自動的かつ熟練を要することなく能率的に行うことがで
きる微小押込み形材料物性試験装置を提供するものであ
る。

［課題を解決するための手段］本考案は、圧子を保持する圧子アームに作用する荷重を
検出する荷重検出器を設け、また、自動的に校正を行う
測定・制御装置を設けたものである。このＡ１１ｊ定・
制御装置は、押込み荷重機構を制御して上記の荷重アー
ムに加える押込み荷重を変化させ、この荷重の変化に対
応する上記の荷重検出器からの信号を受け、これらの信
号からこの押込み荷重機構の校正を行うものである。

［作用コ本発明によれば、上記の押込み荷重機構の校正を自動的
かつ正確に行うことができ、またこの校正作業に熟練を
要することがなく、能率的に校正作業を行うことができ
る。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図には、この測定装置全体を概略的に示す。

図中の１は７１ＰＩ定機であり、この測定機は気密容器
２内に収容されている。またこの４１１１定機１には、
ＨＰ）定・制御装置３が接続されており、このａ１定・
制御装置３は上記の気密容器２の外側に配置されでいる
。

また、第２図には、上記の測定・制御装置３の構成を示
す。この測定・制御装置３内には、測定・制御回路９０
が設けられており、この回路は後に説明するようにこの
４１１１定機１の制御、校正および７１ｐ１定結果の処
理をなすものである。この測定・制御回路９０は、前述
した負荷電流供給装置５３に制御信号を送り、上記の押
し込み荷重機構４０のソレノイド４２に供給する電流を
制御し、所定のパターンで上記の圧子３６の押圧荷重を
制御する。また、この負荷電流供給装置４３から供給さ
れる負荷電流は、電流検出器９４によって検出され、Ａ
／Ｄ変換器９３でデジタル信号に変換されたのち上記の
ｔｐ１定・制御回路９０にフィードバックされる。また
、上記の押し込み深さ検出器５０および荷重検出器６０
からの信号も、それぞれ増幅機９２．９６で増幅され、
Ａ／Ｄ変換器９１゜９５でデジタル信号に変換された後
、上記の測定・制御回路９０に送られるように構成され
ている。

また、この測定・制御回路９０は、以下のようにして押
し込み荷重機構４０の校正をなすようにプログラムされ
ている。まず、測定に先立って、または定期的に、上記
の荷重検出器６０を下方に移動し、その接触子６２を圧
子アーム３０の突子３７に接触させる。そして、このδ
−１定・制御装置３を作動させると、このａｐｌ定・制
御回路９０から上記の負荷電流供給装置４３に制御信号
が出力され、この負荷電流供給装置４３からソレノイド
４２に供給される電流ｉは第３図に示すように、一定の
時間Δｔごとに一定のΔｉずつ段階的に増加される。こ
のソレノイド４２が付勢されることにより、上記の圧子
アーム３０にトルクが発生し、突子３７か荷重検出器６
０の接触子６２を押圧し、その荷重が検出される。この
突子３７は、上記の圧子３６と軸受は機構７０に対して
対称の位置に配置されているので、この突子３７に作用
する荷重は／ｉＦ＋定の際に圧子３６に実際に作用する
押し込み荷重と等しい。そして、この荷重検出器６０に
よって検出される荷重Ｗは、上記の負荷電流ｉの増加に
対応してΔＷずつ段階的に増加する。そして、上記の測
定・制御回路９０は、各段階ごとに第４図に示すような
負荷電流ＩＴＩ−ｎ）および第５図に示すような荷重ｗ
　、　、　、、、、　）をそれぞれ記録し、これらの電
流と荷重との関係を第６図に示すようにｗ−３−ｉ＋Ｔ
の式に近似させる。なお、Ｓ。

Ｔはそれぞれ定数である。この第６図から明らかなよう
に、上記の定数Ｓは、この負荷電流ｌの増加分に対する
荷’１ＪｆＴすなわち押し込み荷重の増加分であり、こ
のＳはソレノイド４２のコイル感度で、ある。したがっ
て、このようにして、このＳおよびＴの値を算出してお
くことにより、任意の押し込み荷重に対応する負荷電流
ｉを正確に決定することができる。なお上記のような演
算は上記の４１３定・制御回路９０内で自動的におこな
われ、自動的に記憶されるとともに、必要に応じてこの
結果がデイスプレィ表示またはプリントアウトされる。

なお、本考案は上記の実施例には限定されない。

［効果］上述の如く、本発明によれば、この／１１１１定・制御
装置と荷重検出器を用いて自動的に押込み荷重機構の感
度の校正ができ、この校正作業が能率的であるとともに
、校正作業に熟練を要することがなく、常に正確な校正
をおこなうことができる等、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の装置全体の概略図、第夢図は測定・制
御装置の概略構成図、第３図は供給される負荷７８流の
変化を示す線図、第４図は７ｕ流検出器で検出された電
流の状態を示す線図、第５図は荷重検出器で検出された
荷重の状態を示す線図、第６図は負荷電流と荷重との関
係を示す線図モ命咎である。１・・・ＩＩＦＩ定機、２・・・気密容器、３・・・測
定・制御装置、３０・・・圧子アーム、３１・・・圧子
アーム部、３２・・・駆動アーム部、３３・・・荷重ア
ーム部、６・・・圧子、７・・・突子、０　・・押込み荷重機構、０・・・押込み深さ検出器、・・・荷重検出器、０・・・軸受は機構。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）フレームと、このフレームに回転自在に支承され
た圧子アームと、この圧子アームの先端部に取り付けら
れた圧子と、この圧子アームにトルクを与え上記の圧子
に押込み荷重を加える押込み荷重機構と、上記の圧子ア
ームに作用する荷重を検出する荷重検出器と、上記の押
込み荷重機構を制御するとともに上記の荷重検出器から
の信号を受ける測定・制御装置とを備え、この測定・制
御装置は上記の押込み荷重機構を制御して上記の圧子ア
ームに加える荷重を変化させるとともに、この荷重に対
応した上記の荷重検出器からの信号を受け、これらの信
号から上記の押込み荷重機構の校正を行うことができる
ものであることを特徴とする微小押込み形材料物性試験
装置。
（２）上記の圧子アームには突子が突設されており、こ
の突子からこの圧子アームの回転中心までの距離は上記
の圧子からこの圧子アームの回転中心までの距離と等し
いかもしくは所定の比率で設定され、この圧子が上記の
荷重検出器に接触することを特徴とする請求項１記載の
微小押込み形材料物性試験装置。