JPH05264428A

JPH05264428A - 微小押込形材料試験装置

Info

Publication number: JPH05264428A
Application number: JP8926092A
Authority: JP
Inventors: Keiai Suzuki; 敬愛鈴木; Motonori Inamura; 元則稲村; Kokichi Suda; 浩吉須田
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【構成】圧子４を微小荷重で試料Ｓの表面に押込み、こ
の試料の表面近傍部分の物性を測定する装置において、
上記の圧子および試料を輻射熱によって加熱する加熱機
構１２を設けた。【効果】試料Ｓとともに圧子４も所定の温度に加熱され
るので、この圧子が試料の表面に押し込まれた場合にこ
の試料の表面近傍部分の温度が変化せず、正確な測定が
できる。また、輻射による加熱であるので、この試料の
表面や圧子の先端部を直接加熱でき、これらの微小部分
の温度を安定してかつ正確に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体材料の表面近傍の
部分のみ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、本発明は圧子を試料の表面近傍
の浅い部分にのみ押込み、この押込み荷重と押込み変位
との関係からこの試料の表面近傍の物性を測定する装置
であって、上記の圧子および試料を加熱する機構を備
え、高温の状態における試料の表面近傍の物性を正確に
測定することができる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、各種の産業分野で固体材料の
表面近傍の数μｍの部分のみ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、放射線の照射による材料の表面近傍の劣化等
を測定することが要望されている。また、半導体産業の
分野でも、チップの表面に被着した回路パターンの薄膜
の物性を測定することが必要である。さらに、薄い合成
樹脂等のフイルムや、物体の表面に被着した被膜等の物
性を測定することも要望されている。

【０００３】このような材料の表面近傍の部分のみの物
性を測定する装置として、圧子を試料表面のごく浅い深
さまで押込み、この場合の押込み荷重の変化と圧子の押
込み変位の関係から、この試料の表面の近傍の物性を測
定する装置が開発された。

【０００４】この装置は、圧子に作用させる押込み荷重
が数十ｍｇと極めて小さい荷重である。したがって、こ
の装置は、試料台、圧子の押込み機構等を気密容器内に
収容して内部を真空にする等、外部からの空気のゆらぎ
等の影響を排除することが好ましい。

【０００５】一方、最近では、このような材料の表面近
傍の物性を常温状態だけでなく、高温の状態で測定する
ことも要望されている。しかし、このような装置は上記
のように試料台、圧子の押込み機構等が気密容器内に収
容されているため、この試料を外部から加熱するのが困
難である。また、このような装置は、圧子が試料の表面
近傍の微小部分にのみ押し込まれるので、圧子がこの試
料に押し込まれる際にこの試料の表面近傍部分と圧子の
先端部との間で短時間に熱の移動が生じ、この表面近傍
の温度が変化してしまい、測定の精度が低下する可能性
がある。さらに、圧子の先端部の微小部分や試料の表面
近傍はその熱容量に比較して放熱量が大きいので、これ
らの微小部分を安定して所定の温度に正確に維持するの
も困難である。

【０００６】

【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、材料の表面近傍の物性を測定
する装置において、試料の表面や圧子の先端部を正確か
つ確実に所定の温度に維持することができる微小押込み
形の材料物性試験装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の装置は、圧子お
よび試料の表面を輻射によって加熱する加熱機構を備え
ている。この加熱機構は、光、たとえば赤外線を多く放
射する加熱用のランプであることが好ましい。

【０００８】また、好ましくは、試料を載置する試料台
にも熱伝導によって試料を加熱する試料加熱機構を設
け、この試料全体やこの試料が載置されている試料台の
一部分を所定の温度に維持することが好ましい。

【０００９】

【作用】このような輻射エネルギは、圧子の先端部およ
び試料の表面に吸収され、これらを加熱する。この場
合、熱はこの圧子の基端部や試料の深部に熱伝導によっ
て移動し、また表面からも放熱される。しかし、この輻
射による加熱は、この圧子の先端部および試料の表面を
直接加熱するものであるから、この圧子の先端部や試料
の表面近傍を正確に所定の温度に維持することができ
る。

【００１０】また、このような輻射による加熱は、気密
容器の外部から容易におこなうことができる点でも好ま
しいものである。

【００１１】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１は、この装置の要部を概略的に示したものであ
る。図中の１は気密容器で、この内部は真空ポンプ２に
よって真空に排気され、また必要に応じて内部に不活性
ガスが導入される。

【００１２】この気密容器１内には、圧子押圧機構３が
設けられている。この圧子押圧機構３はレバー９を備
え、その先端部には圧子４が取り付けられている。な
お、８は圧子４に押込み荷重を与えるためのコイルであ
る。

【００１３】また、この気密容器１内には試料台５が設
けられ、この試料台５上には測定すべき試料Ｓが載置さ
れる。この試料台５はこの気密容器１を気密を維持して
貫通した回転軸１１を介して外部の操作機構１０によっ
て遠隔的に操作される。

【００１４】また、この気密容器１内には、上記の圧子
４の押込み荷重を検出する荷重検出器６およびこの圧子
の押込み検出器のプローブ７が設けられている。

【００１５】そして、この装置には、加熱機構１２が設
けられている。この加熱機構１２は、輻射によって圧子
４および試料を加熱するものである。この実施例では図
２に示すように、加熱用の光、たとえば赤外線を放射す
る加熱ランプ２１と、このランプから放射された光を導
く石英製の導光ロッド２２とから構成されている。この
導光ロッド２２は、上記の気密容器１の壁を気密を維持
して貫通し、その先端は上記の圧子４および試料Ｓを指
向している。

【００１６】また、上記の試料台５には試料台ヒータ１
３が設けられており、熱伝導によってこの試料台上の試
料Ｓを全体的に加熱する。

【００１７】また、図３にはこの装置の制御系を概略的
に示す。すなわち、図中の４１は制御装置である。この
制御装置１４は、あらかじめ設定されているプログラム
に従って、Ａ／Ｄ変換器、付加電流供給装置４３、一次
遅れ回路４４等を介して前記の圧子押圧機構のコイル８
に供給する電流を制御し、圧子４を所定の押込み圧力で
試料に押圧する。

【００１８】この圧子４に押込み荷重と押込み変位と
は、荷重検出器６、検出器プローブ７および変位検出器
５１によって検出され、これらの信号はＬＰＦ５２、増
幅器５５およびＡ／Ｄ変換器５３，５４を介して上記の
制御装置４１に送られ、これらの値の関係から試料Ｓの
表面近傍の物性を測定する。

【００１９】また、前記の気密容器１の排気系２は制御
盤３３によって制御される。また、上記の加熱ランプ２
１も制御盤３１によって制御される。さらに、前記の試
料台ヒータ１３は調温器３２によって制御される。

【００２０】次に、この実施例装置の作用を説明する。
まず、気密容器１の扉等を開け、試料台５の上に試料Ｓ
を装着する。次に、この気密容器１の扉等を閉め、排気
ポンプ２によって内部を真空に排気する。なお、この場
合、必要に応じてこの気密容器１の内部に不活性ガスを
供給することもある。

【００２１】そして、上記の制御盤３１等によって上記
の加熱ランプ２１によって圧子４および試料Ｓを加熱す
る。また、これと同時に、試料台ヒータ１３によって試
料台５および試料Ｓを全体的に加熱する。これによっ
て、この試料Ｓの表面の温度が安定して制御できる。な
お、上記の圧子４は小型の部品であるので、この圧子４
やその支持機構を加熱しなくてもその先端部の温度は安
定して制御することができる。

【００２２】そして、上記の圧子４や試料Ｓの温度が安
定した後に、上記の制御装置４１によってコイル８に供
給する電流を制御し、上記のような測定をおこなう。

【００２３】なお、本発明は上記の実施例には限定され
ない。たとえば、試料台ヒータは必ずしも設けなくても
よい。また、気密容器１、排気系２の構成も上記のもの
には限定されない。

【００２４】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、試料および
圧子を所定の温度に加熱し、任意の温度の状態における
試料の表面の物性を測定することができる。また、試料
だけでなく圧子も所定の温度に加熱するので、この圧子
が試料の表面に押し込まれた場合にもこの試料の表面近
傍の温度が変化するようなことはなく、正確な測定をお
こなうことができる。また、この加熱は輻射熱によって
おこなうものであり、試料の表面近傍や圧子の先端部を
直接加熱するので、これらの微小部分の温度を安定しか
つ正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の装置の要部の概略的な側面図。

【図２】図１の加熱機構の部分を拡大して示す概略的な
側面図。

【図３】実施例の装置の制御系の概略的な図。

【符号の説明】

１…気密容器３…圧子押圧機構４…圧子５…試料台６…荷重検出器７…変位検出器１２…加熱機構１３…試料台ヒータ２１…加熱ランプＳ…試料

フロントページの続き (72)発明者稲村元則神奈川県平塚市黒部丘１番31号日本たばこ産業株式会社生産技術開発センター内 (72)発明者須田浩吉神奈川県平塚市黒部丘１番31号日本たばこ産業株式会社生産技術開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料が載置される試料台と、この試料台
上の試料に圧子を押圧する圧子押圧機構と、この圧子の
押し込み荷重を検出する荷重検出器と、この圧子の変位
量を検出する変位検出器とを備えたものにおいて、上記の試料台上の試料および圧子を輻射によって加熱す
る加熱機構を設けたことを特徴とする微小押込形材料試
験装置。
【請求項２】前記の加熱機構は、前記の試料および圧
子に加熱用の光を照射する加熱ランプを備えていること
を特徴とする請求項１の微小押込形材料試験装置。
【請求項３】前記の試料台にはこの上に載置された試
料を熱伝導によって加熱する試料台ヒータが設けられて
いることを特徴とする請求項２の微小押込形材料試験装
置。
【請求項４】前記の試料台、圧子押圧機構、荷重検出
器および試料検出器は内部が真空または不活性ガス雰囲
気に維持される気密容器内に収容されていることを特徴
とする請求項１の微小押込形材料試験装置。
【請求項５】前記の試料台は、前記の気密容器の外部
から遠隔的に操作されるものであることを特徴とする請
求項４の微小押込形材料試験装置。