JPH0714859Y2 - Micro indentation type material physical property tester - Google Patents
Micro indentation type material physical property testerInfo
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- JPH0714859Y2 JPH0714859Y2 JP12988990U JP12988990U JPH0714859Y2 JP H0714859 Y2 JPH0714859 Y2 JP H0714859Y2 JP 12988990 U JP12988990 U JP 12988990U JP 12988990 U JP12988990 U JP 12988990U JP H0714859 Y2 JPH0714859 Y2 JP H0714859Y2
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Description
【考案の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本考案は、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おけるベアリング支持機構に関す
る。さらに特定すれば、本考案は圧子を試験材料の表面
に微小な荷重で微小な浅い深さまで押込み、この圧子の
押込みおよび引抜きの際の荷重を変化させ、各荷重と押
込み深さとの関係からこの試験材料の表面近傍の物性を
測定する試験装置において、上記の圧子を保持する圧子
アームを正確に支持することができるベアリング支持機
構を提供するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a bearing support mechanism in an apparatus for measuring physical properties such as mechanical properties near the surface of various solid materials. More specifically, the present invention pushes the indenter into the surface of the test material with a very small load to a very small depth, changes the load at the time of pushing and pulling out the indenter, and considers the relationship between each load and the indentation depth. A bearing supporting mechanism capable of accurately supporting an indenter arm holding the above-mentioned indenter in a test device for measuring physical properties near the surface of a test material.
[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、薄い合成樹脂フイルムの物性を
測定したり、被膜、塗料等の物性を測定する場合にもこ
のような測定が必要である。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。[Prior Art] Several μm near the surface of a solid material in various industrial fields
It is desired to measure physical properties such as mechanical properties of the part. For example, in the field of nuclear industry, in order to understand the deterioration of the surface of the material due to radiation, the change in characteristics, etc.
It is necessary to measure the physical properties near the surface of this material. In addition to the above, such measurement is also required when measuring the physical properties of a thin synthetic resin film, or when measuring the physical properties of a coating film, paint or the like. Also in the field of the semiconductor industry, it is necessary to measure the physical properties of the thin film of the circuit pattern deposited on the surface of the chip.
従来、このような試験材料の表面近傍の物性を測定する
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。Conventionally, a micro hardness meter is used to measure the physical properties near the surface of such a test material. This micro hardness tester
Although it is basically the same as the conventional hardness tester, the load applied to the indenter was set to several tens of mg, and the indentation depth of this indenter was made extremely shallow so that only the physical properties near the surface of the test material could be measured. It is a thing.
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した初期の状態で
は、この表面の変形は弾性変形であり、この圧子に対応
した圧痕が小さくなり、見掛け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測定
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。However, when the pressing depth of the indenter becomes extremely shallow as described above, the accuracy of the measured hardness is significantly reduced. That is, in the initial state where the indenter is in contact with the surface of the test material, the deformation of the surface is elastic deformation, and the indentation corresponding to the indenter becomes small, resulting in an error that the apparent hardness becomes extremely high. Surface roughness also causes such measurement error. When the indentation depth of the indenter is extremely shallow as described above, the influence of these errors becomes extremely large, and accurate measurement cannot be performed.
このような誤差を少なくするため、「特開昭62−69141
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測定し、誤差を少な
くするものである。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の範囲の測定を対象としてい
る。In order to reduce such an error, "Japanese Patent Laid-Open No. 62-69141"
, And Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-231136. These devices reduce the error by pushing the indenter while changing the pushing load of the indenter and measuring the relationship between each load and the pushing depth continuously or stepwise. However, these materials assume that the load of the indenter and the indentation depth are substantially proportional to each other, that is, the surface of the test material is plastically deformed in response to the indentation of the indenter. Therefore, these are intended for measurements in the range of a few μm to a few tens of μm on the surface of the material.
しかし、最近では、材料の表面近傍の物性の測定をさら
に高精度にすることが要望されている。このような測定
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、精度が大幅に低下してしまう不具合を生
じる。However, recently, it has been demanded to measure the physical properties of the material near the surface with higher accuracy. To meet the demand for higher precision of such measurement, 1 μm of the surface of the material
Alternatively, it is required to measure the physical properties of only an extremely shallow portion below this. When such an extremely shallow partial indenter is pushed in, the effects of elastic deformation and surface roughness of the material become extremely large, the relationship between the load of the indenter and the indentation depth becomes complicated, and the accuracy drops significantly. Occurs.
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
い領域に押込み、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測定・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測定する方法が開発された。To improve such inconvenience, push the indenter into an extremely shallow area of the test material surface while changing the load acting on the indenter, and pull out the indenter while changing the load. At, continuously measure and record the relationship between indenter load and indentation depth,
From the relationship between these loads and depths, methods have been developed to measure physical properties such as tensile strength and Young's modulus of this material.
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mg程度、押込み深さも1μm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測定には適していなかっ
た。However, in the measuring device used in such a method, the pushing load of the indenter is about several mg and the pushing depth is about 1 μm. Therefore, the conventional push-type hardness tester is not sufficient in accuracy and is not suitable for the above-described precise measurement.
したがって、このような測定を実施するには、上記のよ
うに圧子の押込み荷重や押込み深さを極めて小さくする
必要があり、このためには上記の圧子を保持する圧子ア
ームをきわめて正確かつ円滑に支持する軸受け構造が必
要になる。Therefore, in order to carry out such a measurement, it is necessary to make the pushing load and the pushing depth of the indenter extremely small as described above. For this purpose, the indenter arm holding the above indenter can be made extremely accurate and smooth. A supporting bearing structure is required.
[考案が解決しようとする課題] 本考案は以上の事情に基づいてなされたもので、圧子の
荷重および押込み深さが極めて小さい場合でも正確に測
定ができる精度の高い微小押込み形材料物性試験装置に
おいて、この圧子を保持する圧子アームを正確かつ円滑
に支承することができるベアリング支持機構を提供する
ものである。[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made based on the above circumstances, and is a highly accurate micro-pushing type material property testing device capable of performing accurate measurement even when the indenter load and the indentation depth are extremely small. In the above, there is provided a bearing support mechanism capable of accurately and smoothly supporting the indenter arm that holds the indenter.
[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の軸受け構造を改
善することにより、この部分の遊びを除去し、これによ
って精度を向上させるものである。本考案のベアリング
支持機構は圧子アームの両側に取り付けられたベアリン
グを備えている。また、フレーム側からは先端が円錐形
の一対のニードル軸が互いに対抗して突設され、これら
のニードル軸の先端部が上記のベアリング内に嵌合して
この圧子アームを支承している。そして、これらのニー
ドル軸の少なくとも一方はスプリングによって互いに近
接するように付勢されている。[Means for Solving the Problems] The present invention is to improve the bearing structure of the indenter arm that holds the indenter, thereby eliminating the play in this portion, thereby improving the accuracy. The bearing support mechanism of the present invention comprises bearings mounted on both sides of the indenter arm. Further, from the frame side, a pair of needle shafts having conical tip ends project from each other, and the tip ends of these needle shafts are fitted in the bearings to support the indenter arm. At least one of these needle shafts is urged by a spring so as to approach each other.
[作用] 本考案によれば、先端が円錐状のニードル軸がスプリン
グの付勢力によってベアリング内に嵌合しており、これ
らニードル軸とベアリングが正確に同心状に位置決めさ
れるとともに、これらのベアリングには軸方向の付勢力
が与えられているため、これらベアリング内やニードル
軸との間の遊びが完全に除去され、この試験装置の精度
が向上するものである。[Operation] According to the present invention, the needle shaft having the conical tip is fitted in the bearing by the urging force of the spring, and the needle shaft and the bearing are accurately and concentrically positioned, and the bearings are Since an axial biasing force is applied to the bearing, the play between the bearing and the needle shaft is completely removed, and the accuracy of the test apparatus is improved.
[実施例] 以下、図面を参照して本考案の実施例を説明する。ま
ず、本考案のベアリング支持機構を備えた測定装置につ
いて説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a measuring device equipped with the bearing support mechanism of the present invention will be described.
第1図には、この測定装置全体を概略的に示す。図中の
1は測定機であり、この測定機は気密容器2内に収容さ
れている。またこの測定機1には、測定・制御装置3が
接続されており、この測定・制御装置3は上記の気密容
器2の外側に配置されている。また、この気密容器2に
は開閉弁5を介して真空ポンプ4が接続されており、こ
の気密容器2内を減圧または真空に排気するように構成
されている。また、6は開放弁であって、この開放弁6
を開弁することにより、この気密容器2内を大気圧に戻
すことができる。なお、7は圧力計であって、この圧力
計7によってこの気密容器2内の圧力が表示される。な
お、この気密容器2内は、必要に応じて不活性ガスに置
換され、試験材料等の酸化を防止する。FIG. 1 schematically shows the entire measuring device. Reference numeral 1 in the figure is a measuring machine, which is housed in an airtight container 2. A measuring / controlling device 3 is connected to the measuring machine 1, and the measuring / controlling device 3 is arranged outside the airtight container 2. A vacuum pump 4 is connected to the airtight container 2 via an opening / closing valve 5 so that the airtight container 2 is decompressed or evacuated. Further, 6 is an open valve, and this open valve 6
The inside of the airtight container 2 can be returned to the atmospheric pressure by opening the valve. In addition, 7 is a pressure gauge, and the pressure in this airtight container 2 is displayed by this pressure gauge 7. The inside of the airtight container 2 is replaced with an inert gas as necessary to prevent the test material or the like from being oxidized.
上記の気密容器2は、透明なアクリル樹脂板で形成され
た容器本体11を有し、この容器本体11の全面は開口して
おり、この開口部には開閉自在な扉13が枢着されてい
る。この扉13は、透明なアクリル樹脂板で形成され、ラ
ッチ機構14によって閉じた状態にロックされる。また、
この扉13と容器本体11との間はシール17によって気密が
維持される。また、この容器本体11および扉13は、透明
なアクリル樹脂板からなる補強リブ15,16によって補強
されている。また、この容器本体11の底部にはダンパ脚
12が設けられ、外部からの振動を遮断する。The airtight container 2 has a container body 11 made of a transparent acrylic resin plate, and the entire surface of the container body 11 is open, and an openable door 13 is pivotally attached to this opening. There is. The door 13 is formed of a transparent acrylic resin plate and is locked in a closed state by a latch mechanism 14. Also,
Airtightness is maintained between the door 13 and the container body 11 by the seal 17. The container body 11 and the door 13 are reinforced by reinforcing ribs 15 and 16 made of a transparent acrylic resin plate. In addition, a damper leg is provided on the bottom of the container body 11.
12 is provided to block external vibration.
上記の測定機1は、上記のような気密容器2内に収容さ
れ、測定時には扉を閉じてこの気密容器2内を真空に排
気するので、空気の振動や揺らぎがなく、測定精度が向
上する。The measuring machine 1 is housed in the airtight container 2 as described above, and at the time of measurement, the door is closed and the air in the airtight container 2 is evacuated to a vacuum, so that there is no vibration or fluctuation of air and the measurement accuracy is improved. .
次に、第3図および第4図を参照して上記の測定機1の
構造を説明する。この測定機1はフレーム20を有してい
る。そして、このフレーム20上には、試料台21が設けら
れている。この試料台21には、複数のマイクロメータヘ
ッド22,23が設けられ、載置された試験材料(図示せ
ず)を水平および鉛直方向に正確に移動し、位置決めで
きるものである。Next, the structure of the measuring machine 1 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The measuring machine 1 has a frame 20. A sample table 21 is provided on the frame 20. The sample table 21 is provided with a plurality of micrometer heads 22 and 23 so that a placed test material (not shown) can be accurately moved in the horizontal and vertical directions and positioned.
また、このフレーム20の上部には、圧子アーム30が設け
られている。この圧子アーム30は、後に説明するベアリ
ング支持機構70によって支承されている。この圧子アー
ム30は、水平に延長された圧子アーム部31と、下方に延
長された駆動アーム部32と、荷重アーム部33とを備えて
いる。この荷重アーム部33は、上記の圧子アーム部31と
反対の水平方向に延長され、その先端部にはバランスウ
エイト34が移動自在に取付けられている。そして、上記
の圧子アーム部31の先端部には、取付け機構35を介して
圧子36が取付けられている。また、上記のフレーム20に
は、マイクロメータ形のクランプ38,39が取り付けられ
ている。これらのクランプ38,39を前進させることによ
り、これらは上記の圧子アーム30の駆動アーム部32およ
び荷重アーム部33に当接し、この圧子アーム30が回動し
ないようにロックする。これらのクランプ38,39は後述
する押込み深さ検出器50の校正の際に使用するものであ
る。An indenter arm 30 is provided on the upper portion of the frame 20. The indenter arm 30 is supported by a bearing support mechanism 70 described later. The indenter arm 30 includes a horizontally extended indenter arm portion 31, a downwardly extended drive arm portion 32, and a load arm portion 33. The load arm portion 33 extends in the horizontal direction opposite to the indenter arm portion 31, and a balance weight 34 is movably attached to the tip end portion thereof. An indenter 36 is attached to the tip of the indenter arm 31 via an attachment mechanism 35. Further, micrometer type clamps 38, 39 are attached to the frame 20. By advancing these clamps 38, 39, they come into contact with the drive arm portion 32 and the load arm portion 33 of the indenter arm 30 and lock the indenter arm 30 so as not to rotate. These clamps 38 and 39 are used when calibrating the indentation depth detector 50, which will be described later.
上記の駆動アーム部32の先端部に対応して、押込み荷重
機構40が配置されている。この押込み荷重機構40は、ソ
レノイド42およびプランジャ41とから構成され、上記の
ソレノイド42は上記のフレーム20側に取付けられ、また
プランジャ41はこの駆動アーム部32側に取付けられてい
る。このソレノイド42には、第5図に示す負荷電流供給
装置43から電流が給電され、このプランジャ41を吸引し
てこの圧子アーム30にトルクを与え、上記の圧子36をこ
の負荷電流の値に対応した押込み荷重で試験材料に押し
込むように構成されている。なお、この圧子36の押込み
荷重は1mgから数gの範囲で調整することができる。A pushing load mechanism 40 is arranged corresponding to the tip of the drive arm portion 32. The pushing load mechanism 40 includes a solenoid 42 and a plunger 41. The solenoid 42 is attached to the frame 20 side, and the plunger 41 is attached to the drive arm portion 32 side. A current is supplied to the solenoid 42 from a load current supply device 43 shown in FIG. 5, the plunger 41 is attracted to apply torque to the indenter arm 30, and the indenter 36 corresponds to the value of the load current. It is configured to be pushed into the test material with the pushing load. The pushing load of the indenter 36 can be adjusted within the range of 1 mg to several g.
また、上記の圧子アーム部31の先端部の上方には、押込
み深さ検出器50が配置されている。この押込み深さ検出
器50は、光学形の変位計を使用しており、この圧子アー
ム部31の先端部の変位をたとえば10nmの精度で検出し、
この圧子の押込み深さを検出し、電気信号に変換する。
なお、この押込み深さ検出器50は直動形のマイクロメー
タヘッド51によって精密に上下の位置決めができるよう
に構成されている。A pushing depth detector 50 is arranged above the tip of the indenter arm 31. The indentation depth detector 50 uses an optical displacement gauge, detects the displacement of the tip of the indenter arm portion 31 with an accuracy of, for example, 10 nm,
The indentation depth of this indenter is detected and converted into an electric signal.
The indentation depth detector 50 is constructed so that it can be precisely positioned vertically by a direct acting micrometer head 51.
また、上記の荷重アーム部33の先端部に対応して、上記
のフレーム側には荷重検出器60が取付けられている。ま
たこの荷重アーム部33の先端部には、上記のベアリング
支持機構70に対して上記の圧子36と対称の位置に突子37
が突設されている。そして、この突子37は上記の荷重検
出器60の接触子62に当接する。この荷重検出器60は荷重
をmgの精度で検出することができるもので、この荷重検
出器60によってこの圧子アーム30のトルクを測定し、上
記の押込み荷重機構40の校正をおこなうものである。な
お、この荷重検出器60はマイクロメータヘッド61によっ
て移動され、測定の際にはその接触子62が上記の突子37
から1mm程度離間される。A load detector 60 is attached to the frame side corresponding to the tip of the load arm section 33. Further, the tip of the load arm portion 33 has a protrusion 37 at a position symmetrical to the indenter 36 with respect to the bearing support mechanism 70.
Is projected. Then, the protrusion 37 contacts the contact 62 of the load detector 60. The load detector 60 is capable of detecting a load with an accuracy of mg. The load detector 60 measures the torque of the indenter arm 30 to calibrate the pushing load mechanism 40. The load detector 60 is moved by the micrometer head 61, and the contact 62 of the load detector 60 is moved when the measurement is performed.
About 1mm away from.
また、上記のベアリング支持機構70の詳細を第4図に示
す。前述したフレーム20には上記の圧子アーム30の両側
に配置された支持部材71,72が突設されている。そし
て、これらの支持部材71,72からは、互いに対抗した一
対のニードル軸73,74が水平方向に突設されている。こ
れらのニードル軸73,74の先端部はそれぞれ円錐状に形
成されている。また、上記の圧子アーム30には水平方向
の孔が形成され、この孔内にはスペーサスリーブ75が挿
入され、セットスクリュー76で固定されている。そし
て、このスペーサスリーブ75の両側には、一対のベアリ
ング77が嵌合されており、上記のニードル軸73,74の先
端部はこれらのベアリング77のインナーレース内に嵌合
し、これらのベアリング77を介してこの圧子アーム30を
支承している。The details of the bearing support mechanism 70 are shown in FIG. The frame 20 is provided with supporting members 71, 72 arranged on both sides of the indenter arm 30 in a protruding manner. Further, a pair of needle shafts 73, 74 opposed to each other are provided in a protruding manner in the horizontal direction from these support members 71, 72. The tip ends of these needle shafts 73 and 74 are each formed in a conical shape. A horizontal hole is formed in the indenter arm 30, and a spacer sleeve 75 is inserted in the hole and fixed by a set screw 76. A pair of bearings 77 are fitted on both sides of the spacer sleeve 75, and the tip ends of the needle shafts 73 and 74 are fitted inside the inner races of these bearings 77. This indenter arm 30 is supported via.
上記の一方のニードル軸73は、一方の支持部材71にセッ
トスクリュー83によって固定されている。また他方のニ
ードル軸74は、他方の支持部材72の摺動自在に支持され
ている。また、この他方の支持部材72の背面側には、筒
状部材84が取付けられ、この筒状部材84の内面には螺孔
78が形成されている。この螺孔78内には、スプリング82
が収容され、このスプリング82によって上記のニードル
軸74が前進するように付勢され、このニードル軸74の先
端部がこのスプリング82の付勢力によってベアリング77
内に嵌合するように構成されている。したがって、この
圧子アーム30のベアリング77内には、両側から円錐形の
ニードル軸73,74の先端部がスプリング82の付勢力によ
って嵌合し、この軸受け部の遊びを除去し、精密かつ円
滑に支承するように構成されている。また、上記の螺孔
78内には、押し部材79が螺装され、この押し部材79を螺
進することによって、このスプリング82の付勢力を調整
することができる。なお、80はこの押し部材79のロック
ナットである。また、上記のニードル軸74の後端部から
はロッド81が突設され、このロッド81は上記の押し部材
79を摺動自在に貫通している。したがって、このロッド
81の先端部を引くことにより、上記のニードル軸74がス
プリング82の付勢力に抗して後退し、これらのニードル
軸73,74をベアリング77内から抜くことができ、これら
のベアリング77の交換等を簡単にできるように構成され
ている。The one needle shaft 73 is fixed to the one support member 71 by a set screw 83. The other needle shaft 74 is slidably supported by the other support member 72. A tubular member 84 is attached to the back side of the other support member 72, and a screw hole is formed on the inner surface of the tubular member 84.
78 are formed. In this screw hole 78, the spring 82
The spring 82 urges the needle shaft 74 to move forward, and the tip of the needle shaft 74 is urged by the urging force of the spring 82 into a bearing 77.
Is configured to fit within. Therefore, in the bearing 77 of the indenter arm 30, the tip ends of the conical needle shafts 73 and 74 are fitted from both sides by the urging force of the spring 82, and the play of the bearing portion is removed to achieve a precise and smooth movement. It is configured to support. In addition, the above screw holes
A pushing member 79 is screwed inside the 78, and the biasing force of the spring 82 can be adjusted by screwing the pushing member 79. In addition, 80 is a lock nut of this pushing member 79. Further, a rod 81 is projected from the rear end portion of the needle shaft 74, and the rod 81 is the pushing member.
It penetrates through 79 slidably. Therefore this rod
By pulling the tip of 81, the above-mentioned needle shaft 74 retracts against the urging force of the spring 82, and these needle shafts 73, 74 can be pulled out from inside the bearing 77. Etc. are configured to be easily performed.
また、第5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測
定機1の制御、校正および測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43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測定・制御回路90にフイードバック
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。Further, FIG. 5 shows the configuration of the measurement / control device 3 described above. A measuring / controlling circuit 90 is provided in the measuring / controlling device 3, and this circuit controls, calibrates, and processes measurement results of the measuring machine 1 as described later. The measurement / control circuit 90 sends a control signal to the load current supply device 43 described above to control the current supplied to the solenoid 42 of the pushing load mechanism 40, and applies the pressing load of the indenter 36 in a predetermined pattern. Control. The load current supplied from the load current supply device 43 is the current detector.
The signal is detected by 94, converted into a digital signal by the A / D converter 93, and then fed back to the measurement / control circuit 90. The signals from the indentation depth detector 50 and the load detector 60 are also amplified by the amplifiers 92 and 96, respectively, and converted into digital signals by the A / D converters 91 and 95, and then measured as described above. -Sent to the control circuit 90.
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、この測定・制御装置
3を作動させると、この測定・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6
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が荷重検出器60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と軸受け機構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
作用する荷重は測定の際に圧子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7図に示すような負荷電流
i(1…n)および第8図に示すような荷重w(1…n)をそれぞ
れ記録し、これらの電流と荷重との関係を第9A図に示す
ように w=S・i+T (1) 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9A図から明らかなように、上記の定数Sは、この
負荷電流iの増加分に対する荷重T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測定・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イ表示またはプリントアウ
トされる。The measurement / control circuit 90 is also programmed to calibrate the indentation load mechanism 40 as follows. First, prior to measurement or periodically, the load detector 60 is moved downward and its contactor 62 is moved to the indenter arm.
It contacts the stem 37 of 30. When the measurement / control device 3 is operated, a control signal is output from the measurement / control circuit 90 to the load current supply device 43, and the current i supplied from the load current supply device 43 to the solenoid 42 is Sixth
As shown in the figure, it is increased stepwise by a constant Δi at every constant time Δt. By energizing this solenoid 42, torque is generated in the indenter arm 30 and the
37 presses the contact 62 of the load detector 60, and the load is detected. Since the protrusion 37 is arranged in a position symmetrical with respect to the indenter 36 and the bearing mechanism 70, the load acting on the protrusion 37 is the pushing load actually acting on the indenter 36 at the time of measurement. equal. The load w detected by the load detector 60 increases stepwise by Δw corresponding to the increase in the load current i. Then, the measurement / control circuit 90 described above performs the load current as shown in FIG. 7 at each stage.
i (1 ... n) and the load w (1 ... n) as shown in FIG. 8 are recorded respectively, and the relationship between these currents and the load is w = S.i + T (1) as shown in FIG. 9A. Is approximated by the formula. Note that S and T are constants.
As is apparent from FIG. 9A, the constant S is the increase in the load T, that is, the pushing load with respect to the increase in the load current i, and this S is the coil sensitivity of the solenoid 42. Thus, this S and T
By calculating the value of, the load current i corresponding to an arbitrary pushing load can be accurately determined. The above calculation is automatically performed in the measurement / control circuit 90 and is automatically stored, and the result is displayed or printed out if necessary.
さらに、この測定・制御回路90には、以下のようにして
上記の押込み深さ検出器50の校正を自動的に行うように
プログラムがなされている。まず、校正に先立って前記
のクランプ38,39を前進させ、圧子アーム30を回動しな
いようにロックする。次に、上記の測定・制御回路90の
校正の際の上記押込み深さ検出器の1ステップごとの移
動量とステップ回数を入力する。なお、このような設定
は予めおこなっておいてもよい。そして、上記の測定・
制御装置3を作動させると、上記の深さ検出器50からの
出力がこの測定・制御回路90に入力され、記録される。
次に、この測定・制御回路90からの信号によって、次の
ステップの校正を行う旨の指令がなされる。作業者は、
この指令にしたがって、上記の直動形のマイクロメータ
51を操作し、予め設定された所定の変位量Δ1だけこの
深さ検出器50を圧子アーム30に対して移動させる。次
に、この測定・制御回路90で上記の深さ検出器50からの
出力を受け、記録する。以下に、同様にして深さ検出器
50の移動量とその出力を測定する。このようにして測定
された移動量1と出力Vの関係は、第9B図のようにな
る。このような特性から、これら1とVの関係を、 V=k・1+M (2) の関係式にあてはめ、この定数kを算出する。この定数
kは、第9B図に示す直線の傾斜、すなわちこの押込み深
さ検出器50の感度である。そして、この測定・制御回路
90はこのkの値を記憶し、実際の測定の際にはこの感度
kを使用してこの押込み深さ検出器50からの出力から圧
子36の実際の押込み深さを正確に算出する。Further, the measurement / control circuit 90 is programmed to automatically calibrate the indentation depth detector 50 as described below. First, prior to calibration, the clamps 38, 39 are moved forward, and the indenter arm 30 is locked so as not to rotate. Next, the amount of movement and the number of steps for each step of the indentation depth detector when calibrating the measurement / control circuit 90 are input. In addition, such a setting may be performed in advance. And the above measurement
When the control device 3 is activated, the output from the depth detector 50 is input to the measurement / control circuit 90 and recorded.
Next, the signal from the measurement / control circuit 90 gives a command to calibrate the next step. The worker
According to this command, the above-mentioned direct acting micrometer
By operating 51, the depth detector 50 is moved with respect to the indenter arm 30 by a predetermined displacement amount Δ1 set in advance. Next, the measurement / control circuit 90 receives and records the output from the depth detector 50. Depth detector
Measure the movement of 50 and its output. The relationship between the movement amount 1 and the output V thus measured is as shown in FIG. 9B. From such characteristics, the relationship between 1 and V is applied to the relational expression of V = k · 1 + M (2) to calculate the constant k. This constant k is the slope of the straight line shown in FIG. 9B, that is, the sensitivity of the indentation depth detector 50. And this measurement and control circuit
90 stores the value of this k, and at the time of actual measurement, this sensitivity k is used to accurately calculate the actual indentation depth of the indenter 36 from the output from this indentation depth detector 50.
なお、本考案は上記の実施例には限定されない。たとえ
ば、本考案は、上述したベアリング支持機構の部分以外
の構成は、必ずしも上記の実施例のものには限定されな
い。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the present invention is not limited to the configuration of the above-mentioned embodiment except for the structure of the bearing support mechanism described above.
[効果] 上述の如く、本考案によれば、圧子アームの軸受けの部
分の遊びを完全に除去し、この圧子アームを正確かつ円
滑に支承することができ、精密な測定をおこなうことが
できる等、その効果は大である。[Effect] As described above, according to the present invention, the play of the bearing portion of the indenter arm can be completely removed, the indenter arm can be supported accurately and smoothly, and precise measurement can be performed. , Its effect is great.
第1図は本考案の装置全体の概略図、第2図は気密容器
の斜視図、第3図は測定機の正面図、第4図は第3図の
IV−IV線に沿う断面図、第5図は測定・制御装置の概略
構成図、第6図は供給される負荷電流の変化を示す線
図、第7図は電流検出器で検出された電流の状態を示す
線図、第8図は荷重検出器で検出された荷重の状態を示
す線図、第9A図は負荷電流と荷重との関係を示す線図、
第9B図は深さ検出器の移動量と出力の関係を示す線図で
ある。 1…測定機、2…気密容器、3…測定・制御装置、4…
真空ポンプ、30…圧子アーム、40…押込み荷重機構、50
…押込み深さ検出器、60…荷重検出器、70…ベアリング
支持機構、73,74…ニードル軸、77…ベアリング、82…
スプリング1 is a schematic view of the whole device of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an airtight container, FIG. 3 is a front view of a measuring machine, and FIG. 4 is a front view of FIG.
Sectional view taken along line IV-IV, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the measurement / control device, FIG. 6 is a diagram showing changes in the supplied load current, and FIG. 7 is current detected by a current detector. Fig. 8 is a diagram showing the state of the load detected by the load detector, Fig. 9A is a diagram showing the relationship between the load current and the load,
FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the movement amount of the depth detector and the output. 1 ... Measuring device, 2 ... Airtight container, 3 ... Measuring / control device, 4 ...
Vacuum pump, 30 ... Indenter arm, 40 ... Pushing load mechanism, 50
… Indentation depth detector, 60… Load detector, 70… Bearing support mechanism, 73,74… Needle shaft, 77… Bearing, 82…
spring
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭62−2253(JP,B2) 実公 昭41−16932(JP,Y1) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References Japanese Patent Publication Sho 62-2253 (JP, B2) Actual Publication Sho 41-16932 (JP, Y1)
Claims (3)
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
圧子アームを回転自在に支承するベアリング支持機構と
を備えた微小押込み形材料物性試験装置において、この
ベアリング支持機構は、上記の圧子アームの両側に設け
られたベアリングと、先端部が円錐形に形成され上記の
フレーム側から互いに対抗して突設され先端部が上記の
ベアリング内に軸方向に嵌合して上記の圧子アームを支
承する一対のニードル軸と、これらニードル軸の少なく
とも一方をこれらニードル軸が互いに近接するように付
勢するスプリングとを具備したことを特徴とする微小押
込み形材料物性試験装置。1. A frame, an indenter arm rotatably supported by the frame, an indenter attached to a tip end of the indenter arm, and a pusher for applying a pushing load to the indenter by applying a torque to the indenter arm. In a micro-push type material property testing apparatus including a load mechanism and a bearing support mechanism that rotatably supports the indenter arm, the bearing support mechanism includes a bearing provided on both sides of the indenter arm and a tip end. A pair of needle shafts, each of which has a conical shape, and which projects from the frame side in opposition to each other and has a tip end axially fitted in the bearing to support the indenter arm; And a spring for urging at least one of the needle shafts so that the needle shafts come close to each other. Apparatus.
移動自在に取り付けられた押し部材によって押圧されて
おり、この押し部材を移動することによってこのスプリ
ングの付勢力が調整できるものであ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。2. The spring is pressed by a pushing member movably attached to the frame side, and the urging force of the spring can be adjusted by moving the pushing member. The micro-indentation type material physical property testing apparatus according to claim 1.
ル軸の後端部からは上記の押し部材を摺動自在に貫通し
たロッドが突設されており、このロッドを引くことによ
り上記のニードル軸が上記のスプリングの付勢力に抗し
て後退可能であ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。3. A rod projecting from the rear end of the needle shaft biased by the spring so as to slidably penetrate the pushing member, and the needle is pulled by pulling the rod. 2. The micro push-in type material physical property testing apparatus according to claim 1, wherein the shaft is retractable against the biasing force of the spring.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12988990U JPH0714859Y2 (en) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Micro indentation type material physical property tester |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12988990U JPH0714859Y2 (en) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Micro indentation type material physical property tester |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0485256U JPH0485256U (en) | 1992-07-24 |
JPH0714859Y2 true JPH0714859Y2 (en) | 1995-04-10 |
Family
ID=31877267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12988990U Expired - Lifetime JPH0714859Y2 (en) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Micro indentation type material physical property tester |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0714859Y2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6336359B1 (en) | 1999-02-17 | 2002-01-08 | Akashi Corporation | Impression forming mechanism and hardness testing apparatus |
CN114608963B (en) * | 2022-03-25 | 2023-11-28 | 电子科技大学 | Device and method for measuring Young modulus of metal wire based on exhaust method |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP12988990U patent/JPH0714859Y2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0485256U (en) | 1992-07-24 |
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