JPH0658915A - 物性測定装置 - Google Patents
物性測定装置Info
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- JPH0658915A JPH0658915A JP4211856A JP21185692A JPH0658915A JP H0658915 A JPH0658915 A JP H0658915A JP 4211856 A JP4211856 A JP 4211856A JP 21185692 A JP21185692 A JP 21185692A JP H0658915 A JPH0658915 A JP H0658915A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 試料の微小領域の物性を非破壊で測定するこ
とを目的とする。 【構成】 超音波探触子３を試料６に対して垂直方向に
相対移動しつつ、探触子３と試料６との間で超音波を送
受信することで得られるＶ（ｚ）曲線から弾性表面波速
度または超音波減衰定数を算出し、この弾性表面波速度
等から試料６の微小領域の硬度等の物性値を非破壊的に
得る。
とを目的とする。 【構成】 超音波探触子３を試料６に対して垂直方向に
相対移動しつつ、探触子３と試料６との間で超音波を送
受信することで得られるＶ（ｚ）曲線から弾性表面波速
度または超音波減衰定数を算出し、この弾性表面波速度
等から試料６の微小領域の硬度等の物性値を非破壊的に
得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、セラミックスや金属等
の試料の硬度、その他の物性値を測定する物性測定装置
に係り、特に、超音波探触子と試料との間で超音波を送
受信することにより得られるＶ（ｚ）曲線に基づいて物
性値を測定する物性測定装置に関する。
の試料の硬度、その他の物性値を測定する物性測定装置
に係り、特に、超音波探触子と試料との間で超音波を送
受信することにより得られるＶ（ｚ）曲線に基づいて物
性値を測定する物性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、セラミックスや金属等の新材料、
あるいはこれら新材料から成形された製品の物性値、一
例として表面硬度を測定する装置としては、たとえばマ
イクロビッカース硬度計などが知られている。マイクロ
ビッカース硬度計は、対面角が約１３６°の正四角錐の
ダイヤモンド圧子を試料表面に所定の荷重Ｆで一定時間
押し付けて試料表面に形成された圧痕の対角線の長さを
測定し、この対角線の長さａ［μｍ］および圧子の荷重
Ｆ［Ｋｇ］を下記の数１に代入することにより、試料の
ビッカース硬度Ｈｖを求めるものである。
あるいはこれら新材料から成形された製品の物性値、一
例として表面硬度を測定する装置としては、たとえばマ
イクロビッカース硬度計などが知られている。マイクロ
ビッカース硬度計は、対面角が約１３６°の正四角錐の
ダイヤモンド圧子を試料表面に所定の荷重Ｆで一定時間
押し付けて試料表面に形成された圧痕の対角線の長さを
測定し、この対角線の長さａ［μｍ］および圧子の荷重
Ｆ［Ｋｇ］を下記の数１に代入することにより、試料の
ビッカース硬度Ｈｖを求めるものである。
【０００３】
【数１】
【０００４】また、従来においては、ＪＩＳに定められ
た引張り試験および曲げ試験などにより、試料の弾性定
数を求め、この弾性定数から試料を評価する方法があ
る。
た引張り試験および曲げ試験などにより、試料の弾性定
数を求め、この弾性定数から試料を評価する方法があ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
物性測定装置は対象となる試料の物性値を破壊的にしか
測定することができず、現実の製品への適用が困難で品
質管理工程で使用するには不十分であった。また、従来
の物性測定装置は試料の微小領域についての物性を測定
することが不得手であった。
物性測定装置は対象となる試料の物性値を破壊的にしか
測定することができず、現実の製品への適用が困難で品
質管理工程で使用するには不十分であった。また、従来
の物性測定装置は試料の微小領域についての物性を測定
することが不得手であった。
【０００６】本発明の目的は、製品を含むいずれの試料
においても、その微小領域の物性を非破壊的に測定でき
る試料の物性測定装置を提供することにある。
においても、その微小領域の物性を非破壊的に測定でき
る試料の物性測定装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、試料の物性値を測定す
る装置に適用される。そして、請求項１の発明は、超音
波探触子３と、前記超音波探触子３を前記試料６に対し
て少なくとも接近、離間する方向に相対移動させる移動
手段１４と、前記超音波探触子３を励振して前記試料６
に向けて超音波を送信する送信手段１と、前記超音波探
触子３に戻ってきた前記試料６からの反射波を受信する
受信手段８と、前記移動手段１４により前記超音波探触
子３を前記試料６に対して相対移動させながら前記受信
手段８により前記試料６からの反射波を受信してＶ
（ｚ）曲線を得る曲線計測手段１２と、前記曲線計測手
段１２で得られたＶ（ｚ）曲線から前記試料６の弾性表
面波速度を算出する速度演算手段１２と、前記速度算出
手段１２で得られた弾性表面波速度から前記試料６の物
性値を算出する物性値演算手段構１２とを設けることに
より上述の目的を達成している。請求項１の物性測定装
置で測定される物性値は、一例として前記試料６の気孔
率である。また、請求項３の発明は、超音波探触子３
と、前記超音波探触子３を前記試料６に対して少なくと
も接近、離間する方向に相対移動させる移動手段１４
と、前記超音波探触子３を励振して前記試料６に向けて
超音波を送信する送信手段１と、前記超音波探触子３に
戻ってきた前記試料６からの反射波を受信する受信手段
８と、前記移動手段１４により前記超音波探触子３を前
記試料６に対して相対移動させながら前記受信手段８に
より前記試料６からの反射波を受信してＶ（ｚ）曲線を
得る曲線計測手段１２と、前記曲線計測手段１２で得ら
れたＶ（ｚ）曲線から前記試料６の弾性表面波速度を算
出する速度演算手段１２と、前記速度算出手段１２で得
られた弾性表面波速度から前記試料６の物性値を算出す
る物性値演算手段構１２とを設けることにより上述の目
的を達成している。請求項１または請求項３の物性測定
装置で測定される物性値は、一例として前記試料の硬度
である。
応付けて説明すると、本発明は、試料の物性値を測定す
る装置に適用される。そして、請求項１の発明は、超音
波探触子３と、前記超音波探触子３を前記試料６に対し
て少なくとも接近、離間する方向に相対移動させる移動
手段１４と、前記超音波探触子３を励振して前記試料６
に向けて超音波を送信する送信手段１と、前記超音波探
触子３に戻ってきた前記試料６からの反射波を受信する
受信手段８と、前記移動手段１４により前記超音波探触
子３を前記試料６に対して相対移動させながら前記受信
手段８により前記試料６からの反射波を受信してＶ
（ｚ）曲線を得る曲線計測手段１２と、前記曲線計測手
段１２で得られたＶ（ｚ）曲線から前記試料６の弾性表
面波速度を算出する速度演算手段１２と、前記速度算出
手段１２で得られた弾性表面波速度から前記試料６の物
性値を算出する物性値演算手段構１２とを設けることに
より上述の目的を達成している。請求項１の物性測定装
置で測定される物性値は、一例として前記試料６の気孔
率である。また、請求項３の発明は、超音波探触子３
と、前記超音波探触子３を前記試料６に対して少なくと
も接近、離間する方向に相対移動させる移動手段１４
と、前記超音波探触子３を励振して前記試料６に向けて
超音波を送信する送信手段１と、前記超音波探触子３に
戻ってきた前記試料６からの反射波を受信する受信手段
８と、前記移動手段１４により前記超音波探触子３を前
記試料６に対して相対移動させながら前記受信手段８に
より前記試料６からの反射波を受信してＶ（ｚ）曲線を
得る曲線計測手段１２と、前記曲線計測手段１２で得ら
れたＶ（ｚ）曲線から前記試料６の弾性表面波速度を算
出する速度演算手段１２と、前記速度算出手段１２で得
られた弾性表面波速度から前記試料６の物性値を算出す
る物性値演算手段構１２とを設けることにより上述の目
的を達成している。請求項１または請求項３の物性測定
装置で測定される物性値は、一例として前記試料の硬度
である。
【０００８】
【作用】速度算出手段１２あるいは係数算出手段１２で
得られた試料６の弾性表面波速度、超音波減衰定数は試
料６の品質管理基準となりうる硬度、気孔率その他の物
性値と相関関係にあることが本願発明者の研究により解
明された。したがって、速度算出手段を１２あるいは係
数算出手段１２で得られた試料の弾性表面波速度、超音
波減衰定数に基づいて、物性値演算手段１２により試料
の硬度、気孔率その他の物性値を自動的にかつ非破壊的
に求めることができる。
得られた試料６の弾性表面波速度、超音波減衰定数は試
料６の品質管理基準となりうる硬度、気孔率その他の物
性値と相関関係にあることが本願発明者の研究により解
明された。したがって、速度算出手段を１２あるいは係
数算出手段１２で得られた試料の弾性表面波速度、超音
波減衰定数に基づいて、物性値演算手段１２により試料
の硬度、気孔率その他の物性値を自動的にかつ非破壊的
に求めることができる。
【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分り易く
するために実施例の図を用いたが、これにより本発明が
実施例に限定されるものではない。
解決するための手段と作用の項では、本発明を分り易く
するために実施例の図を用いたが、これにより本発明が
実施例に限定されるものではない。
【００１０】
【実施例】図１〜図４により本発明の一実施例を説明す
る。図１は、本発明による物性測定装置の一実施例の全
体構成を示すブロック図である。図１において、発振器
１は所定周波数のバースト信号を発生する。このバース
ト信号はサーキュレータ２を通して超音波探触子３に供
給される。超音波探触子３は、圧電素子４と、この圧電
素子４の下面に接合された音響レンズ５とから構成され
る。探触子３に印加される電気信号は圧電素子４によっ
て超音波に変換される。圧電素子４で発生した超音波は
音響レンズ５内を伝播し、下面にある凹部５ａによって
集束されて媒質（主として水）７を通して試料６に向け
送信される。試料６で反射された超音波は、上述と逆の
経路をたどって圧電素子４に受信され電気信号に変換さ
れる。変換された電気信号はサーキュレータ２により受
信器８へ出力され増幅された後、波形ディジタイザ９お
よびピーク検出器１０に出力される。
る。図１は、本発明による物性測定装置の一実施例の全
体構成を示すブロック図である。図１において、発振器
１は所定周波数のバースト信号を発生する。このバース
ト信号はサーキュレータ２を通して超音波探触子３に供
給される。超音波探触子３は、圧電素子４と、この圧電
素子４の下面に接合された音響レンズ５とから構成され
る。探触子３に印加される電気信号は圧電素子４によっ
て超音波に変換される。圧電素子４で発生した超音波は
音響レンズ５内を伝播し、下面にある凹部５ａによって
集束されて媒質（主として水）７を通して試料６に向け
送信される。試料６で反射された超音波は、上述と逆の
経路をたどって圧電素子４に受信され電気信号に変換さ
れる。変換された電気信号はサーキュレータ２により受
信器８へ出力され増幅された後、波形ディジタイザ９お
よびピーク検出器１０に出力される。
【００１１】波形ディジタイザ９は、受信信号波形をモ
ニタリングするためのもので、ピーク値のゲート設定な
どに利用されるほか、後述するコンピュ−タ１２への波
形ポインティングデバイスとして利用される。また、ピ
ーク検出器１０は、受信信号のピーク値を検出するもの
で、任意の時間範囲に設定したゲートから取り込まれた
受信信号のピーク値を直流電圧に変換する。この直流電
圧はＡ−Ｄコンバ−タ１１によりデジタル信号に変換さ
れてコンピュ−タ１２に取り込まれる。
ニタリングするためのもので、ピーク値のゲート設定な
どに利用されるほか、後述するコンピュ−タ１２への波
形ポインティングデバイスとして利用される。また、ピ
ーク検出器１０は、受信信号のピーク値を検出するもの
で、任意の時間範囲に設定したゲートから取り込まれた
受信信号のピーク値を直流電圧に変換する。この直流電
圧はＡ−Ｄコンバ−タ１１によりデジタル信号に変換さ
れてコンピュ−タ１２に取り込まれる。
【００１２】コンピュ−タ１２は、検出されたピーク値
およびディジタイザ９から入力される波形データを基に
得られるＶ（ｚ）曲線から試料６の物性（硬度、気孔
率、ヤング率等）を測定して評価するほか、ステージコ
ントローラ１３を介して、試料６を載置したＸＹＺステ
ージ１４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に制御する。なお、本実施例
では試料の深さ方向にＺ軸を取り、このＺ軸に直交する
平面をＸ−Ｙ平面とする。コンピュータ１２は、ＸＹＺ
ステージ１４をＸ−Ｙ平面内で２次元走査し、そのとき
の各測定点のピーク値を取り込み、各測定点の測定結果
をリアルタイムにフレームメモリ１５に記憶し、これを
モニタテレビ１６に画像として表示する。また、２次元
平面内の各測定点においてＸＹＺステージ１４をＺ軸方
向に移動し、この時のピーク検出器１０から得られるピ
ーク値を取り込み、モニタテレビ１６に表示することに
より、図４に示すようなＶ（ｚ）曲線を得る。コンピュ
−タ１２には、カラーディスプレイ１７、フロッピディ
スク１８および記憶装置１９が接続されている。カラー
ディスプレイ１７は、試料６の測定条件、測定結果など
をモニタ表示するものであり、フロッピディスク１８
は、測定結果を保存する外部記憶装置を構成する。ま
た、記憶装置１９は、試料の品質管理基準となる物性値
と弾性表面波速度あるいは超音波減衰等の相関関係をテ
ーブルに構築したデータを格納するものであり、このテ
ーブルを参照して、求められた試料の弾性表面速度から
試料の物性値を換算できるようになっている。
およびディジタイザ９から入力される波形データを基に
得られるＶ（ｚ）曲線から試料６の物性（硬度、気孔
率、ヤング率等）を測定して評価するほか、ステージコ
ントローラ１３を介して、試料６を載置したＸＹＺステ
ージ１４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に制御する。なお、本実施例
では試料の深さ方向にＺ軸を取り、このＺ軸に直交する
平面をＸ−Ｙ平面とする。コンピュータ１２は、ＸＹＺ
ステージ１４をＸ−Ｙ平面内で２次元走査し、そのとき
の各測定点のピーク値を取り込み、各測定点の測定結果
をリアルタイムにフレームメモリ１５に記憶し、これを
モニタテレビ１６に画像として表示する。また、２次元
平面内の各測定点においてＸＹＺステージ１４をＺ軸方
向に移動し、この時のピーク検出器１０から得られるピ
ーク値を取り込み、モニタテレビ１６に表示することに
より、図４に示すようなＶ（ｚ）曲線を得る。コンピュ
−タ１２には、カラーディスプレイ１７、フロッピディ
スク１８および記憶装置１９が接続されている。カラー
ディスプレイ１７は、試料６の測定条件、測定結果など
をモニタ表示するものであり、フロッピディスク１８
は、測定結果を保存する外部記憶装置を構成する。ま
た、記憶装置１９は、試料の品質管理基準となる物性値
と弾性表面波速度あるいは超音波減衰等の相関関係をテ
ーブルに構築したデータを格納するものであり、このテ
ーブルを参照して、求められた試料の弾性表面速度から
試料の物性値を換算できるようになっている。
【００１３】以上の構成における本実施例と請求項との
対応において、発振器１は送信手段を、受信器８が受信
手段を、コンピュ−タ１２は曲線計測手段、速度演算手
段、係数演算手段および物性値演算手段を、ＸＹＺステ
ージ１４は移動手段をそれぞれ構成している。
対応において、発振器１は送信手段を、受信器８が受信
手段を、コンピュ−タ１２は曲線計測手段、速度演算手
段、係数演算手段および物性値演算手段を、ＸＹＺステ
ージ１４は移動手段をそれぞれ構成している。
【００１４】次に、本実施例の特徴である試料の物性と
弾性表面波形速度との関係を図２について述べる。図２
は、本願発明者により解明された試料であるホットプレ
ス炭化珪素の弾性表面波速度ＣRとヌープ硬度Ｈｋの関
係を示す実験結果である。両対面角が異なるひし形のダ
イヤモンド圧子による硬度をヌープ硬度という。ヌープ
硬度Ｈｋは試料表面に形成された圧痕の対角線の長軸長
さをｂ［μｍ］；圧子の荷重Ｆ［ｋｇ］とすると、数２
に代入することにより求めるものである。
弾性表面波形速度との関係を図２について述べる。図２
は、本願発明者により解明された試料であるホットプレ
ス炭化珪素の弾性表面波速度ＣRとヌープ硬度Ｈｋの関
係を示す実験結果である。両対面角が異なるひし形のダ
イヤモンド圧子による硬度をヌープ硬度という。ヌープ
硬度Ｈｋは試料表面に形成された圧痕の対角線の長軸長
さをｂ［μｍ］；圧子の荷重Ｆ［ｋｇ］とすると、数２
に代入することにより求めるものである。
【数２】 この図２において、黒丸は実験値であり、硬度と弾性表
面波速度との間には図中の実線で示すような直線的な相
関がある。従って、図２の直線により硬度評価テーブル
を構築して記憶装置１９に格納しておき、算出された弾
性表面波速度ＣRをアドバイスポインタとして上述のテ
ーブルを検索することにより、試料の硬度を換算する。
面波速度との間には図中の実線で示すような直線的な相
関がある。従って、図２の直線により硬度評価テーブル
を構築して記憶装置１９に格納しておき、算出された弾
性表面波速度ＣRをアドバイスポインタとして上述のテ
ーブルを検索することにより、試料の硬度を換算する。
【００１５】次に、上記試料の物性値を得るための弾性
表面波速度の測定法を図３および図４を参照して説明す
る。図３において、圧電素子４で受信される超音波に
は、音響レンズ５の中心軸近傍の試料６の表面から直接
反射されてくる直接反射波Ｗａと、超音波が試料６に対
しレーリー角θRで入射したときに試料表面を伝播し、
同じレーリー角度で試料表面から出射されるレーリー波
Ｗｂ（弾性表面波）とがある。これら２つの経路の波が
同相または逆相で干渉したものが圧電素子４で受信さ
れ、その探触子３から反射超音波信号として出力され
る。
表面波速度の測定法を図３および図４を参照して説明す
る。図３において、圧電素子４で受信される超音波に
は、音響レンズ５の中心軸近傍の試料６の表面から直接
反射されてくる直接反射波Ｗａと、超音波が試料６に対
しレーリー角θRで入射したときに試料表面を伝播し、
同じレーリー角度で試料表面から出射されるレーリー波
Ｗｂ（弾性表面波）とがある。これら２つの経路の波が
同相または逆相で干渉したものが圧電素子４で受信さ
れ、その探触子３から反射超音波信号として出力され
る。
【００１６】図４は、探触子３の焦点が試料６の表面に
一致する位置を原点とした探触子３と試料６との間の距
離と探触子３からの出力との関係を表わしたＶ（ｚ）曲
線である。このＶ（ｚ）曲線の周期△ｚは、試料６の弾
性表面波速度ＣRに依存している。従って、測定対象で
ある試料６のＶ（ｚ）曲線を求めることで試料６の弾性
表面波速度ＣRを数２から算出することができる。
一致する位置を原点とした探触子３と試料６との間の距
離と探触子３からの出力との関係を表わしたＶ（ｚ）曲
線である。このＶ（ｚ）曲線の周期△ｚは、試料６の弾
性表面波速度ＣRに依存している。従って、測定対象で
ある試料６のＶ（ｚ）曲線を求めることで試料６の弾性
表面波速度ＣRを数２から算出することができる。
【数３】 但し、Ｃｗは媒質（水）の音速、ｆは超音波の周波数、
△ｚはＶ（ｚ）曲線の周期（図４参照）である。
△ｚはＶ（ｚ）曲線の周期（図４参照）である。
【００１７】また、探触子３にレーリー角θRより小さ
い開口角の音響レンズ４を用いれば、図４と同様なＶ
（ｚ）曲線が得られ、このＶ（ｚ）曲線から試料６の表
面を伝播する縦波速度ＣLを求めることができる。これ
ら弾性表面波速度ＣRおよび縦波速度ＣLの関係は次式で
表される。
い開口角の音響レンズ４を用いれば、図４と同様なＶ
（ｚ）曲線が得られ、このＶ（ｚ）曲線から試料６の表
面を伝播する縦波速度ＣLを求めることができる。これ
ら弾性表面波速度ＣRおよび縦波速度ＣLの関係は次式で
表される。
【数４】
【数５】 但し、Ｅは試料のヤング率、ρは試料の密度、νは試料
のポアソン比である。
のポアソン比である。
【００１８】次に、試料の物性測定の動作について述べ
る。まず、ＸＹＺステージ１４をＸ，Ｙ平面上で移動さ
せることにより、探触子３を相対的に２次元走査しつ
つ、この探触子３により上述の超音波送受信動作を行な
い、各測定点のピーク値をコンピュ−タ１２に取り込ん
で、モニタテレビ１６に画像表示する。そして、この表
示画像中の測定したい位置に探触子３を移動し、その位
置において上述の手順によりＶ（ｚ）を測定し、このＶ
（ｚ）曲線から上述処理にしたがって△ｚを算出する。
算出した△ｚを数３に代入することにより、弾性表面波
速度ＣRを算出する。しかる後、算出した弾性表面波速
度ＣRをアドレスポインタとして記憶装置１９に格納さ
れている図２に示す特性の硬度評価テーブルを検索する
ことにより、割出し位置の試料６のヌープ硬度Ｈｋを求
める。その結果はカラーディスプレイ１７に表示され
る。
る。まず、ＸＹＺステージ１４をＸ，Ｙ平面上で移動さ
せることにより、探触子３を相対的に２次元走査しつ
つ、この探触子３により上述の超音波送受信動作を行な
い、各測定点のピーク値をコンピュ−タ１２に取り込ん
で、モニタテレビ１６に画像表示する。そして、この表
示画像中の測定したい位置に探触子３を移動し、その位
置において上述の手順によりＶ（ｚ）を測定し、このＶ
（ｚ）曲線から上述処理にしたがって△ｚを算出する。
算出した△ｚを数３に代入することにより、弾性表面波
速度ＣRを算出する。しかる後、算出した弾性表面波速
度ＣRをアドレスポインタとして記憶装置１９に格納さ
れている図２に示す特性の硬度評価テーブルを検索する
ことにより、割出し位置の試料６のヌープ硬度Ｈｋを求
める。その結果はカラーディスプレイ１７に表示され
る。
【００１９】さらに、物性値曲線から算出された弾性表
面波速度ＣRおよび別の探触子により求められた縦波速
度ＣLから、数４または数５を用いてヤング率と密度の
比（Ｅ／ρ）およびポアソン比νを自動的に求めること
ができる。別の手段で密度を求めれば、ヤング率が求め
られる。
面波速度ＣRおよび別の探触子により求められた縦波速
度ＣLから、数４または数５を用いてヤング率と密度の
比（Ｅ／ρ）およびポアソン比νを自動的に求めること
ができる。別の手段で密度を求めれば、ヤング率が求め
られる。
【００２０】このような本実施例においては、Ｖ（ｚ）
曲線から算出した弾性表面波速度から試料の微小領域に
おける硬度、弾性定数などの物性値を非破壊で測定で
き、評価することができるので、製品レベルでの物性評
価が可能になる。加えて、音響レンズにより集束された
超音波ビーム最小のスポット径は４μｍ〜１５μｍ程度
（周波数１００〜４００ＭＨｚ）であるため、試料の微
小領域の物性値が測定可能である。さらにまた、ＸＹＺ
ステージをＸ−Ｙ平面上で２次元走査し、各測定点のピ
ーク値をリアルタイムにフレームメモリに記憶し、モニ
タテレビに画像表示するれば、試料の硬度分布を平面的
に表示することが可能となる。
曲線から算出した弾性表面波速度から試料の微小領域に
おける硬度、弾性定数などの物性値を非破壊で測定で
き、評価することができるので、製品レベルでの物性評
価が可能になる。加えて、音響レンズにより集束された
超音波ビーム最小のスポット径は４μｍ〜１５μｍ程度
（周波数１００〜４００ＭＨｚ）であるため、試料の微
小領域の物性値が測定可能である。さらにまた、ＸＹＺ
ステージをＸ−Ｙ平面上で２次元走査し、各測定点のピ
ーク値をリアルタイムにフレームメモリに記憶し、モニ
タテレビに画像表示するれば、試料の硬度分布を平面的
に表示することが可能となる。
【００２１】図５は、同様に本願発明者により解明され
た、試料であるホットプレス炭化珪素表面の弾性表面波
速度ＣRと気孔率との関係を示した実験結果である。こ
の図５において、白丸は実験値であり、気孔率と弾性表
面波速度との間には図中の実線で示すような直線的な相
関がある。従って、図５の直線に沿い気孔率評価テーブ
ルを構築して記憶装置１８に格納しておき、算出された
弾性表面波速度ＣRをアドレスポインタとして評価テー
ブルを検索することにより、試料、すなわちセラミック
スの気孔率を測定し評価することができる。
た、試料であるホットプレス炭化珪素表面の弾性表面波
速度ＣRと気孔率との関係を示した実験結果である。こ
の図５において、白丸は実験値であり、気孔率と弾性表
面波速度との間には図中の実線で示すような直線的な相
関がある。従って、図５の直線に沿い気孔率評価テーブ
ルを構築して記憶装置１８に格納しておき、算出された
弾性表面波速度ＣRをアドレスポインタとして評価テー
ブルを検索することにより、試料、すなわちセラミック
スの気孔率を測定し評価することができる。
【００２２】図６は、本願発明者により解明された、試
料である焼入れ硬化層部（マルテンサイト組織）の超音
波規格化伝播減衰定数とビッカース硬度Ｈｖとの関係を
示した実験結果である。この図６において、黒丸は実験
値であり、減衰定数とビッカース硬度との間には図中の
実線で示すような直線的な相関がある。なお、弾性表面
波の減衰定数は図４に示すＶ（ｚ）曲線の包絡線２０か
ら求められる。従って、図６の折れ線によりビッカース
硬度評価テーブルを構築しておけば、減衰定数をアドレ
スポインタとして評価テーブルを検索することにより、
試料のビッカース硬度を測定できる。
料である焼入れ硬化層部（マルテンサイト組織）の超音
波規格化伝播減衰定数とビッカース硬度Ｈｖとの関係を
示した実験結果である。この図６において、黒丸は実験
値であり、減衰定数とビッカース硬度との間には図中の
実線で示すような直線的な相関がある。なお、弾性表面
波の減衰定数は図４に示すＶ（ｚ）曲線の包絡線２０か
ら求められる。従って、図６の折れ線によりビッカース
硬度評価テーブルを構築しておけば、減衰定数をアドレ
スポインタとして評価テーブルを検索することにより、
試料のビッカース硬度を測定できる。
【００２３】なお、本発明は、上記実施例に構成したも
のに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しないか
ぎり、種々の変形が可能である。例えば、上記の実施例
では、試料の物性を測定評価するためのＶ（ｚ）曲線と
物性値との関係をテーブルに構築した場合について述べ
たが、論理式などを用いて物性値をＶ（ｚ）曲線から求
めるようにしてもよい。また、測定すべき物性値は硬
度、気孔率に限らず、超音波により得られるパラメータ
と一定の相関関係を有する物性値であれば測定可能であ
る。
のに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱しないか
ぎり、種々の変形が可能である。例えば、上記の実施例
では、試料の物性を測定評価するためのＶ（ｚ）曲線と
物性値との関係をテーブルに構築した場合について述べ
たが、論理式などを用いて物性値をＶ（ｚ）曲線から求
めるようにしてもよい。また、測定すべき物性値は硬
度、気孔率に限らず、超音波により得られるパラメータ
と一定の相関関係を有する物性値であれば測定可能であ
る。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料の微小領域における弾性定数、硬度、気孔率などの試
料の品質管理に必要な物性値を超音波を利用して非破壊
で測定し評価することができる。
料の微小領域における弾性定数、硬度、気孔率などの試
料の品質管理に必要な物性値を超音波を利用して非破壊
で測定し評価することができる。
【図１】本発明による物性測定装置の一実施例を示す全
体の構成図である。
体の構成図である。
【図２】弾性表面波速度と硬度との関係の一例を示す図
である。
である。
【図３】Ｖ（ｚ）曲線の発生原理を説明するための図で
ある。
ある。
【図４】本発明の実施例におけるＶ（ｚ）曲線の一例を
示す図である。
示す図である。
【図５】弾性表面波速度と気孔率との関係の一例を示す
図である。
図である。
【図６】超音波の減衰定数と硬度との関係の一例を示す
図である。
図である。
１ 発振器 ２ サーキュレータ ３ 超音波探触子 ６ 試料 ８ 受信器 ９ ピーク検出器 １１ コンピュ−タ １３ ステージコントローラ １４ ＸＹＺステージ
Claims (4)
- 【請求項１】 試料の物性値を測定する装置であって、 超音波探触子と、 前記超音波探触子と前記試料に対して少なくとも接近、
離間する方向に相対移動させる移動手段と、 前記超音波探触子を励振して前記試料に向けて超音波を
送信する送信手段と、 前記超音波探触子に戻ってきた前記試料からの反射波を
受信する受信手段と、 前記移動手段により前記超音波探触子を前記試料に対し
て相対移動させながら前記受信手段により前記試料から
の反射波を受信してＶ（ｚ）曲線を得る曲線計測手段
と、 前記曲線計測手段で得られたＶ（ｚ）曲線から前記試料
の弾性表面波速度を算出する速度演算手段と、 前記速度算出手段で得られた弾性表面波速度から前記試
料の物性値を算出する物性値演算手段とを備えたことを
特徴とする物性測定装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の物性測定装置におい
て、 前記物性値は前記試料の気孔率であることを特徴とする
物性測定装置。 - 【請求項３】 試料の物性値を測定する装置であって、 超音波探触子と、 前記超音波探触子を前記試料に対して少なくとも接近、
離間する方向に相対移動させる移動手段と、 前記超音波探触子を励振して前記試料に向けて超音波を
送信する送信手段と、 前記超音波探触子に戻ってきた前記試料からの反射波を
受信する受信手段と、 前記移動手段により前記超音波探触子を前記試料に対し
て相対移動させながら前記受信手段により前記試料から
の反射波を受信してＶ（ｚ）曲線を得る曲線計測手段
と、 前記曲線計測手段で得られたＶ（ｚ）曲線から前記試料
の弾性表面波速度を算出する係数演算手段と、 前記係数算出手段で得られた超音波減衰定数から前記試
料の物性値を算出する物性値演算手段とを備えたことを
特徴とする物性測定装置。 - 【請求項４】 請求項１または３に記載の物性測定装置
において、 前記物性値は前記試料の硬度であることを特徴とする物
性測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4211856A JPH0658915A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 物性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4211856A JPH0658915A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 物性測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0658915A true JPH0658915A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16612735
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4211856A Pending JPH0658915A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 物性測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658915A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249640A (ja) * | 1999-03-01 | 2000-09-14 | Nippon Steel Corp | 硬度測定装置 |
| US7124635B2 (en) * | 2004-08-06 | 2006-10-24 | Tohoku University | Evaluation method for coefficient of thermal expansion of ultra-low-expansion glass material |
| JP2007139784A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | General Electric Co <Ge> | 超音波弾性係数計算およびイメージングの方法 |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP4211856A patent/JPH0658915A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249640A (ja) * | 1999-03-01 | 2000-09-14 | Nippon Steel Corp | 硬度測定装置 |
| US7124635B2 (en) * | 2004-08-06 | 2006-10-24 | Tohoku University | Evaluation method for coefficient of thermal expansion of ultra-low-expansion glass material |
| JP2007139784A (ja) * | 2005-11-22 | 2007-06-07 | General Electric Co <Ge> | 超音波弾性係数計算およびイメージングの方法 |
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