JPH07301588A - 薄膜強度測定装置と測定方法 - Google Patents
薄膜強度測定装置と測定方法Info
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- JPH07301588A JPH07301588A JP9280394A JP9280394A JPH07301588A JP H07301588 A JPH07301588 A JP H07301588A JP 9280394 A JP9280394 A JP 9280394A JP 9280394 A JP9280394 A JP 9280394A JP H07301588 A JPH07301588 A JP H07301588A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被検体に曲率半径ｒの柱状体を押圧し特定の
屈曲形状を与え、その際に生じるＡＥ波を基にして被検
体の膜強度を評価する薄膜強度測定装置と測定方法を提
供する。 【構成】 先端に曲率半径ｒの対物面１０を形成する柱
状体５と柱状体押圧手段７のフィルム１７間に基材３と
コーティング層４を有する被検体２を介在させ、柱状体
押圧手段７により柱状体５の対物面１０を被検体２に序
々に押圧する。その際に発生するＡＥ波を圧電素子６で
検出し対応する電気信号を信号検出器８に入力させる。
信号検出器８はＡＥ波の発生回数、大きさ，波形等を読
み取り記録し表示する。柱状体押圧手段７は容器１６内
に充填収納される流動体を出入させ押圧力を調整する。
屈曲形状を与え、その際に生じるＡＥ波を基にして被検
体の膜強度を評価する薄膜強度測定装置と測定方法を提
供する。 【構成】 先端に曲率半径ｒの対物面１０を形成する柱
状体５と柱状体押圧手段７のフィルム１７間に基材３と
コーティング層４を有する被検体２を介在させ、柱状体
押圧手段７により柱状体５の対物面１０を被検体２に序
々に押圧する。その際に発生するＡＥ波を圧電素子６で
検出し対応する電気信号を信号検出器８に入力させる。
信号検出器８はＡＥ波の発生回数、大きさ，波形等を読
み取り記録し表示する。柱状体押圧手段７は容器１６内
に充填収納される流動体を出入させ押圧力を調整する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有機フィルム等の表裏
面又は内部にセラミックスコーティングや金属コーティ
ング等のコーティング層を形成した被検体の屈曲時にお
ける膜強度を評価する測定装置および方法に係り、特
に、特定の曲率に屈曲された場合のＡＥ波の発生によっ
て膜強度を求める薄膜強度測定装置と測定方法に関す
る。
面又は内部にセラミックスコーティングや金属コーティ
ング等のコーティング層を形成した被検体の屈曲時にお
ける膜強度を評価する測定装置および方法に係り、特
に、特定の曲率に屈曲された場合のＡＥ波の発生によっ
て膜強度を求める薄膜強度測定装置と測定方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】有機フィルム，例えば、約１０［μｍ］
のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の基材の表裏
面又は内部に０．１［μｍ］程度のＳｉＯ2等のセラミ
ックスや金属のコーティング層を施した包装材料が近年
広範囲に使用されている。基材である有機フィルムは柔
軟であるがコーティング層は比較的硬く、引張りや曲げ
力が作用するとクラック又は剥離が生じる。このため
に、コーティング層の強度により包装材料としてのガス
バリア性に差が生じる。従って、当該包装材料の強度を
予め定量的に評価する測定方法が必要になる。図８乃至
図１３は従来一般に使用されている強度評価方法の数例
を示すものである。
のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の基材の表裏
面又は内部に０．１［μｍ］程度のＳｉＯ2等のセラミ
ックスや金属のコーティング層を施した包装材料が近年
広範囲に使用されている。基材である有機フィルムは柔
軟であるがコーティング層は比較的硬く、引張りや曲げ
力が作用するとクラック又は剥離が生じる。このため
に、コーティング層の強度により包装材料としてのガス
バリア性に差が生じる。従って、当該包装材料の強度を
予め定量的に評価する測定方法が必要になる。図８乃至
図１３は従来一般に使用されている強度評価方法の数例
を示すものである。
【０００３】図８は被検体２の表面に硬い針２７を押圧
し、表面に沿って移動せしめ、図９に示すようにどの程
度の力で膜破壊２８が発生するかを観察するものであ
る。この方法では被検体２のコーティング層４と基材３
間の固着強度を評価することが出来るが、曲げ強度や耐
強度評価をすることは出来ない。
し、表面に沿って移動せしめ、図９に示すようにどの程
度の力で膜破壊２８が発生するかを観察するものであ
る。この方法では被検体２のコーティング層４と基材３
間の固着強度を評価することが出来るが、曲げ強度や耐
強度評価をすることは出来ない。
【０００４】図１０は被検体２に四角錐のクサビ２９を
一定荷重で押しつけ、被検体２に残った「凹あと」の大
きさにより強度評価を行うものである。また、図１１は
同じく被検体２にクサビ２９を押し当てながらマイクロ
荷重計３０で押圧力を測定すると共に、クサビ２９側に
設けたレーザ距離計３１によりクサビ２９側と被検体２
間の相対距離を高精度に測定し、荷重とクサビ２９の侵
入量から強度評価を行うものである。しかしながら、こ
れ等の方法はコーティング層４の膜厚が数ミクロン以下
の薄膜の場合や、基材３が柔らかい場合には正確な測定
が出来ない問題点がある。また、これ等の測定方法は外
部振動の影響を受け易く、振動の発生し易い工場内での
測定が困難である。また、鋭いクサビ２９を押圧するこ
とによる抵抗力を評価するもので引張りや曲げ強度を評
価するのは困難である。
一定荷重で押しつけ、被検体２に残った「凹あと」の大
きさにより強度評価を行うものである。また、図１１は
同じく被検体２にクサビ２９を押し当てながらマイクロ
荷重計３０で押圧力を測定すると共に、クサビ２９側に
設けたレーザ距離計３１によりクサビ２９側と被検体２
間の相対距離を高精度に測定し、荷重とクサビ２９の侵
入量から強度評価を行うものである。しかしながら、こ
れ等の方法はコーティング層４の膜厚が数ミクロン以下
の薄膜の場合や、基材３が柔らかい場合には正確な測定
が出来ない問題点がある。また、これ等の測定方法は外
部振動の影響を受け易く、振動の発生し易い工場内での
測定が困難である。また、鋭いクサビ２９を押圧するこ
とによる抵抗力を評価するもので引張りや曲げ強度を評
価するのは困難である。
【０００５】図１２は被検体２に矢視Ｃ方向の引張り力
を付加しながら被検体２から生じるＡＥ波を超音波顕微
鏡レンズのような超音波センサ３２により測定するもの
である。超音波センサ３２は遅延材３３および圧電素子
３４からなり、圧電素子３４によって受信された電気信
号は信号検出器３５に入力され測定される。なお、超音
波センサ３２と被検体２には超音波伝搬媒体としての水
３６が介在される。この方法の場合には水３６を介在さ
せているため、被検体２から発生したＡＥ波が水３６内
および遅延材３３内を通過する際にかなり反射又は吸収
され、微弱なＡＥ波を検出することが出来ない問題点が
ある。また、水３６を使用することにより材質等の変化
する被検体２には適用出来ない。
を付加しながら被検体２から生じるＡＥ波を超音波顕微
鏡レンズのような超音波センサ３２により測定するもの
である。超音波センサ３２は遅延材３３および圧電素子
３４からなり、圧電素子３４によって受信された電気信
号は信号検出器３５に入力され測定される。なお、超音
波センサ３２と被検体２には超音波伝搬媒体としての水
３６が介在される。この方法の場合には水３６を介在さ
せているため、被検体２から発生したＡＥ波が水３６内
および遅延材３３内を通過する際にかなり反射又は吸収
され、微弱なＡＥ波を検出することが出来ない問題点が
ある。また、水３６を使用することにより材質等の変化
する被検体２には適用出来ない。
【０００６】図１３は被検体２に直接圧電素子３７を固
着したものであり、被検体２を矢視Ｄ方向に引張りなが
ら被検体２から生じるＡＥ波を信号検出器３５により測
定するものである。水３６を介在させないためＡＥ波を
直接測定することが出来るが被検体２が小さいもの、例
えば、１［ｍｍ］以下の場合には圧電素子３７の力学的
影響が加わるため正確な測定が困難になる。
着したものであり、被検体２を矢視Ｄ方向に引張りなが
ら被検体２から生じるＡＥ波を信号検出器３５により測
定するものである。水３６を介在させないためＡＥ波を
直接測定することが出来るが被検体２が小さいもの、例
えば、１［ｍｍ］以下の場合には圧電素子３７の力学的
影響が加わるため正確な測定が困難になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
薄膜強度測定方法の場合には、引張りや曲げに対する強
度を評価することが困難であったり、微細なクラックや
剥離等の検出が出来ず、また、被検体の大きさに制限が
生じる等の問題点がある。更に、一般の薄膜の包装材料
の場合には約１［％］以上伸ばすことによりコーティン
グ層が破壊されてしまうものが多い。そのため、１
［％］以下の伸び量におけるクラック等の発生を正確に
検出することが必要になるが、前記従来技術では困難で
ある。また、「ひずみゲージ」を使用する方法もあるが
この場合にも被検体の大きさに制限があり、１［％］以
下の変化を正確に測定することが困難である。
薄膜強度測定方法の場合には、引張りや曲げに対する強
度を評価することが困難であったり、微細なクラックや
剥離等の検出が出来ず、また、被検体の大きさに制限が
生じる等の問題点がある。更に、一般の薄膜の包装材料
の場合には約１［％］以上伸ばすことによりコーティン
グ層が破壊されてしまうものが多い。そのため、１
［％］以下の伸び量におけるクラック等の発生を正確に
検出することが必要になるが、前記従来技術では困難で
ある。また、「ひずみゲージ」を使用する方法もあるが
この場合にも被検体の大きさに制限があり、１［％］以
下の変化を正確に測定することが困難である。
【０００８】本発明は、以上の事情に鑑みて創案された
ものであり、異なった曲率半径の対物面を有する超音波
センサを被検体に序々に押し付け、被検体を屈曲させ、
その際に発生するＡＥ波の発生回数，大きさ又は波形等
を求め、それを基にして被検体の膜厚強度を正確に測定
する薄膜強度測定装置と測定方法を提供することを目的
とする。
ものであり、異なった曲率半径の対物面を有する超音波
センサを被検体に序々に押し付け、被検体を屈曲させ、
その際に発生するＡＥ波の発生回数，大きさ又は波形等
を求め、それを基にして被検体の膜厚強度を正確に測定
する薄膜強度測定装置と測定方法を提供することを目的
とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、薄膜の被測定物を被検体としてその屈
曲時における強度を評価するための強度測定装置であっ
て、前記被検体に当接する対物面が所定の曲率半径ｒを
有する半円筒面から形成される柱状体と、該柱状体に固
着され薄膜に対物面を圧接して屈曲させたとき前記被検
体から発生するＡＥ波を受信する圧電素子と、該圧電素
子の検出信号に基づきＡＥ波の発生回数，大きさ又は波
形を読み取り表示すべく前記圧電素子に連結される信号
検出器を設けてなる薄膜強度測定装置を構成するもので
ある。更に具体的に、前記柱状体は超音波センサの遅延
材からなり、その一端が半円筒面に加工され対物面を構
成し前記対物面と反対側の他端に前記圧電素子が固着さ
れることを特徴とする。また、前記柱状体はロッドから
なり、該ロッドの先端は半円筒面に加工され、これに沿
って前記圧電素子が固着し対物面を構成することを特徴
とする。更に、前記柱状体はロッドからなり、前記ロッ
ドの先端に固着された圧電素子は半円筒面から形成され
前記対物面を構成することを特徴とする。また、柱状体
押圧手段を備えており、前記被検体を挾んで前記柱状体
と対峙する加圧膜体と、前記柱状体側又は加圧膜体側を
被検体側に移動させる手段から構成されるものであり、
前記加圧膜体は、流動体を充填収納する容器と、該容器
の開口部を閉止するフィルムとからなり、前記手段が容
器内に充填される前記流動体を出入させる流動体出入手
段からなり、また、前記柱状体は異なる曲率半径の対物
面を有する複数個のセットものから形成されることを特
徴とする。更に、所定の曲率半径を有する半円筒面から
なる対物面を備えた超音波センサを薄膜被検体に押し当
て、その押圧力を微細に調整し、屈曲変形に伴って薄膜
被検体から発生するＡＥ波に応じた検出信号を信号検出
器側に取り込み、ＡＥ波の発生回数，大きさ又は波形を
分析して薄膜被検体の強度を評価する薄膜強度測定方法
を特徴とするものである。
達成するために、薄膜の被測定物を被検体としてその屈
曲時における強度を評価するための強度測定装置であっ
て、前記被検体に当接する対物面が所定の曲率半径ｒを
有する半円筒面から形成される柱状体と、該柱状体に固
着され薄膜に対物面を圧接して屈曲させたとき前記被検
体から発生するＡＥ波を受信する圧電素子と、該圧電素
子の検出信号に基づきＡＥ波の発生回数，大きさ又は波
形を読み取り表示すべく前記圧電素子に連結される信号
検出器を設けてなる薄膜強度測定装置を構成するもので
ある。更に具体的に、前記柱状体は超音波センサの遅延
材からなり、その一端が半円筒面に加工され対物面を構
成し前記対物面と反対側の他端に前記圧電素子が固着さ
れることを特徴とする。また、前記柱状体はロッドから
なり、該ロッドの先端は半円筒面に加工され、これに沿
って前記圧電素子が固着し対物面を構成することを特徴
とする。更に、前記柱状体はロッドからなり、前記ロッ
ドの先端に固着された圧電素子は半円筒面から形成され
前記対物面を構成することを特徴とする。また、柱状体
押圧手段を備えており、前記被検体を挾んで前記柱状体
と対峙する加圧膜体と、前記柱状体側又は加圧膜体側を
被検体側に移動させる手段から構成されるものであり、
前記加圧膜体は、流動体を充填収納する容器と、該容器
の開口部を閉止するフィルムとからなり、前記手段が容
器内に充填される前記流動体を出入させる流動体出入手
段からなり、また、前記柱状体は異なる曲率半径の対物
面を有する複数個のセットものから形成されることを特
徴とする。更に、所定の曲率半径を有する半円筒面から
なる対物面を備えた超音波センサを薄膜被検体に押し当
て、その押圧力を微細に調整し、屈曲変形に伴って薄膜
被検体から発生するＡＥ波に応じた検出信号を信号検出
器側に取り込み、ＡＥ波の発生回数，大きさ又は波形を
分析して薄膜被検体の強度を評価する薄膜強度測定方法
を特徴とするものである。
【００１０】
【作用】本発明は、特定の曲率半径の対物面を有する柱
状体を被検体に押しつけ、序々に押圧しながら被検体か
らＡＥ波を発生せしめる。柱状体の対物面は一定の半円
筒形状に形成されるため被検体はその形状に合致した形
状に屈曲される。よって一定の屈曲応力におけるＡＥ波
の検出が行われ、被検体の強度を正確に評価することが
出来る。すなわち、ＳＮ比の高い強度評価が出来る。更
に、曲率半径の変った複数個の柱状体を被検体に押圧す
ることによりそれぞれの屈曲形状における被検体の強度
評価が出来る。また、柱状体の対物面は加圧手段により
微小量だけ序々に押圧されるためＡＥ波の発生時点を正
確に把握することが出来る。更に、信号検出器によりＡ
Ｅ波の信号の大きさや回数を測定することにより被検体
の破壊の度合を定量的に知ることが出来る。また、その
波形を解析することにより被検体にクラック又は剥離が
生じたかを判断することが出来る。また、対物面は半円
筒面からなり球体ではないため、被検体と柱状体とは点
接触せず比較的広い範囲で面接触することが出来る。こ
れにより被検体を一定形状に確実に屈曲させることが出
来る。
状体を被検体に押しつけ、序々に押圧しながら被検体か
らＡＥ波を発生せしめる。柱状体の対物面は一定の半円
筒形状に形成されるため被検体はその形状に合致した形
状に屈曲される。よって一定の屈曲応力におけるＡＥ波
の検出が行われ、被検体の強度を正確に評価することが
出来る。すなわち、ＳＮ比の高い強度評価が出来る。更
に、曲率半径の変った複数個の柱状体を被検体に押圧す
ることによりそれぞれの屈曲形状における被検体の強度
評価が出来る。また、柱状体の対物面は加圧手段により
微小量だけ序々に押圧されるためＡＥ波の発生時点を正
確に把握することが出来る。更に、信号検出器によりＡ
Ｅ波の信号の大きさや回数を測定することにより被検体
の破壊の度合を定量的に知ることが出来る。また、その
波形を解析することにより被検体にクラック又は剥離が
生じたかを判断することが出来る。また、対物面は半円
筒面からなり球体ではないため、被検体と柱状体とは点
接触せず比較的広い範囲で面接触することが出来る。こ
れにより被検体を一定形状に確実に屈曲させることが出
来る。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の測定装置の実施例を図面に基
づき説明する。図１は一実施例の全体構成図、図２は図
１の主要部の縦断面図、図３は図１，図２の柱状体を示
す断面図、図４は柱状体の他の実施例の断面図、図５，
図６は更に別の柱状体の断面図、図７は本発明に係わる
柱状体押圧手段の一実施例を設けた薄膜強度測定装置の
全体構成図である。
づき説明する。図１は一実施例の全体構成図、図２は図
１の主要部の縦断面図、図３は図１，図２の柱状体を示
す断面図、図４は柱状体の他の実施例の断面図、図５，
図６は更に別の柱状体の断面図、図７は本発明に係わる
柱状体押圧手段の一実施例を設けた薄膜強度測定装置の
全体構成図である。
【００１２】図１および図２に示すように、本実施例の
薄膜強度測定装置１は、柱状体５と、圧電素子６と、加
圧手段７と、圧電素子６と連結する信号検出器８等から
なる。被検体２は図１等に示したように基材３にコーテ
ィング層４をコーティングしたものからなる。また、加
圧手段７は加圧膜体と微動手段とからなるが、本実施例
では微動手段は手動として加圧膜体９のみが採用され
る。勿論、手動の替りに微動昇降装置を採用してもよ
い。
薄膜強度測定装置１は、柱状体５と、圧電素子６と、加
圧手段７と、圧電素子６と連結する信号検出器８等から
なる。被検体２は図１等に示したように基材３にコーテ
ィング層４をコーティングしたものからなる。また、加
圧手段７は加圧膜体と微動手段とからなるが、本実施例
では微動手段は手動として加圧膜体９のみが採用され
る。勿論、手動の替りに微動昇降装置を採用してもよ
い。
【００１３】柱状体５は図１乃至図３に示すようにその
先端側に曲率半径ｒの対物面１０を形成する半円筒面１
１を有するブロック状の遅延材１２からなり、対物面１
０が被検体２に接触する。なお、遅延材１２は例えば石
英等からなる。半円筒面１１により対物面１０と被検体
２は少なくとも線接触する。この点、点接触する凸球状
の遅延材と相異する。
先端側に曲率半径ｒの対物面１０を形成する半円筒面１
１を有するブロック状の遅延材１２からなり、対物面１
０が被検体２に接触する。なお、遅延材１２は例えば石
英等からなる。半円筒面１１により対物面１０と被検体
２は少なくとも線接触する。この点、点接触する凸球状
の遅延材と相異する。
【００１４】圧電素子６は遅延材１２の対物面１０と反
対面に固着される。図示されていないが圧電素子６は圧
電性のある圧電材とそれを挟持する電極からなる。圧電
素子６の構造や種類は公知のものであるが、本実施例で
は圧電素子６に入力されるＡＥ波の周波数を含んだ帯域
を有するものであればよい。
対面に固着される。図示されていないが圧電素子６は圧
電性のある圧電材とそれを挟持する電極からなる。圧電
素子６の構造や種類は公知のものであるが、本実施例で
は圧電素子６に入力されるＡＥ波の周波数を含んだ帯域
を有するものであればよい。
【００１５】信号検出器８は圧電素子６からのＡＥ波に
応じた電気信号を増幅するアンプ１３と、デジタルオシ
ロスコープ１４と、コンピュータ１５等から構成され
る。デジタルオシロスコープ１４はある振幅の電気信号
が入力された時にその信号波形を測定するように設定さ
れる。また、コンピュータ１５はデジタルオシロスコー
プとデータのやり取り可能に接続される。なお、コンピ
ュータ１５はＡＥ波の発生回数，大きさ，波形等を読み
取り記憶する。また、信号検出器８側にはＡＥ波の発生
を点燈表示をするための図略の表示ランプ等が付設され
る。ＡＥ波の波形を記録するのは例えば被検体２にクラ
ックが発生したのか剥離が生じたのかを区分して評価す
るためである。
応じた電気信号を増幅するアンプ１３と、デジタルオシ
ロスコープ１４と、コンピュータ１５等から構成され
る。デジタルオシロスコープ１４はある振幅の電気信号
が入力された時にその信号波形を測定するように設定さ
れる。また、コンピュータ１５はデジタルオシロスコー
プとデータのやり取り可能に接続される。なお、コンピ
ュータ１５はＡＥ波の発生回数，大きさ，波形等を読み
取り記憶する。また、信号検出器８側にはＡＥ波の発生
を点燈表示をするための図略の表示ランプ等が付設され
る。ＡＥ波の波形を記録するのは例えば被検体２にクラ
ックが発生したのか剥離が生じたのかを区分して評価す
るためである。
【００１６】図２に示すように、加圧膜体９は、上方に
開口部を有する容器１６と、容器１６の前記開口部を閉
止するゴム膜等からなるフィルム１７と、容器１６内に
充填収納される流動体１８等からなる。フィルム１７は
バンド１９により容器１６に固定されると共に表面を張
架保持される。なお、フィルム１７はそれ自体としてＡ
Ｅ信号を発性しないものが必要であり、また、対物面１
０に沿って接触追従し得る柔軟性を有するものが望まし
い。また、フィルム１７はゴム膜のように延伸自在のも
のが望ましく、その弾性インピーダンスが被検体と異な
るものが良い。流動体１８は気体，液体，ゲル状体のい
ずれでもよいが、その弾性インピーダンス（密度×音
速）が被検体２を構成する材料の弾性インピーダンスと
異なるものが望ましい。流動体１８の弾性インピーダン
スが被検体２のものに近い場合には被検体２内で発生し
たＡＥ波が遅延材１２や圧電素子６側よりも容器１６側
に多く洩れ圧電素子６側へのＡＥ波の入射量が小さくな
るためである。この点において流動体１８は例えば密度
の低い気体を用いた方が望ましい。
開口部を有する容器１６と、容器１６の前記開口部を閉
止するゴム膜等からなるフィルム１７と、容器１６内に
充填収納される流動体１８等からなる。フィルム１７は
バンド１９により容器１６に固定されると共に表面を張
架保持される。なお、フィルム１７はそれ自体としてＡ
Ｅ信号を発性しないものが必要であり、また、対物面１
０に沿って接触追従し得る柔軟性を有するものが望まし
い。また、フィルム１７はゴム膜のように延伸自在のも
のが望ましく、その弾性インピーダンスが被検体と異な
るものが良い。流動体１８は気体，液体，ゲル状体のい
ずれでもよいが、その弾性インピーダンス（密度×音
速）が被検体２を構成する材料の弾性インピーダンスと
異なるものが望ましい。流動体１８の弾性インピーダン
スが被検体２のものに近い場合には被検体２内で発生し
たＡＥ波が遅延材１２や圧電素子６側よりも容器１６側
に多く洩れ圧電素子６側へのＡＥ波の入射量が小さくな
るためである。この点において流動体１８は例えば密度
の低い気体を用いた方が望ましい。
【００１７】図４は別の柱状体５ａを示す。この柱状体
５ａは先端側が半円筒面に加工され、これに伴ってＰＶ
ＤＦの有機の圧電素子６ａを固着するもので、圧電素子
６ａの表面が曲率半径ｒの対物面１０ａを形成するもの
である。この場合圧電素子６ａの検出したＡＥ波は柱状
体５ａ内を通過しないため遅延材としては機能しない。
５ａは先端側が半円筒面に加工され、これに伴ってＰＶ
ＤＦの有機の圧電素子６ａを固着するもので、圧電素子
６ａの表面が曲率半径ｒの対物面１０ａを形成するもの
である。この場合圧電素子６ａの検出したＡＥ波は柱状
体５ａ内を通過しないため遅延材としては機能しない。
【００１８】図５は他の柱状体５ｂを示す。この柱状体
５ｂはロッドからなりその先端には圧電素子６ｂが固着
される。圧電素子６ｂは曲率半径ｒの半円筒面を有する
圧電材２０と、それを挟持する電極２１，２２からな
る。圧電材２０の下面に固着する電極２２の表面には曲
率半径ｒの対物面１０ｂが形成される。なお、電極２
１，２２は信号検出器８に連結される。
５ｂはロッドからなりその先端には圧電素子６ｂが固着
される。圧電素子６ｂは曲率半径ｒの半円筒面を有する
圧電材２０と、それを挟持する電極２１，２２からな
る。圧電材２０の下面に固着する電極２２の表面には曲
率半径ｒの対物面１０ｂが形成される。なお、電極２
１，２２は信号検出器８に連結される。
【００１９】図６に示す柱状体５ｃは導電性のロッドか
らなる。この場合、図５に示した電極２１が不要とな
る。
らなる。この場合、図５に示した電極２１が不要とな
る。
【００２０】図７は図１および図２の実施例と柱状体押
圧手段７ａのみが相異する薄膜強度測定装置１ａを示
す。図において図１および図２と同一符号のものは同一
物又は同一機能の構成要素を示し、その説明を省略す
る。柱状体押圧手段７ａは加圧膜体９ａと流動体出入手
段２３からなる。加圧膜体９ａは流動体１８を充填収納
する容器１６ａと、その開口部を閉止するフィルム１７
等からなり容器１６ａには出入口２４が形成される。流
動体出入手段２３は出入口２４を介して容器１６ａ内に
流動体１８を出入させる加圧手段２５と、これに連結す
る加圧源２６等からなる。加圧手段２５は容器１６ａ内
に流動体１８を圧入しフィルム１７側に押圧力を付加す
るものであり、流動体１８の出入量を加減して押圧力の
微細調整を可能にするように構成される。加圧手段２５
としては、例えば、ポンプや注射具等が採用されるが勿
論それ等に限定するものではない。開口部を閉止するフ
ィルム１７および流動体１８は前記したように被検体２
と弾性インピーダンスの相異する媒体、特に気体が望ま
しい。また、容器１６ａに圧力計（図略）を設け作動圧
をコントロールするようにしてもよい。
圧手段７ａのみが相異する薄膜強度測定装置１ａを示
す。図において図１および図２と同一符号のものは同一
物又は同一機能の構成要素を示し、その説明を省略す
る。柱状体押圧手段７ａは加圧膜体９ａと流動体出入手
段２３からなる。加圧膜体９ａは流動体１８を充填収納
する容器１６ａと、その開口部を閉止するフィルム１７
等からなり容器１６ａには出入口２４が形成される。流
動体出入手段２３は出入口２４を介して容器１６ａ内に
流動体１８を出入させる加圧手段２５と、これに連結す
る加圧源２６等からなる。加圧手段２５は容器１６ａ内
に流動体１８を圧入しフィルム１７側に押圧力を付加す
るものであり、流動体１８の出入量を加減して押圧力の
微細調整を可能にするように構成される。加圧手段２５
としては、例えば、ポンプや注射具等が採用されるが勿
論それ等に限定するものではない。開口部を閉止するフ
ィルム１７および流動体１８は前記したように被検体２
と弾性インピーダンスの相異する媒体、特に気体が望ま
しい。また、容器１６ａに圧力計（図略）を設け作動圧
をコントロールするようにしてもよい。
【００２１】次に、本実施例の作用を図１、図２および
図７により説明する。柱状体５と加圧手段７のフィルム
１７間で被検体２を挟持する。フィルム１７は被検体２
の図略の基材側を全面支持すると共に柱状体５の曲率半
径ｒの対物面１０が被検体２のコーティング層に接触す
る。図１および図２の実施例の場合は、手動又は図略の
微動昇降手段等により柱状体５を序々に被検体２側に押
しつけて曲率半径ｒに応じた凹部を被検体２に屈曲形成
する。被検体２は曲率半径ｒに見合った安定形状の凹部
が序々に形成される。一方、図７の場合には流動体出入
手段２３により流動体１８を容器１６ａ内に序々に導入
し、フィルム１７を介して被検体２を柱状体５側に押圧
する。その結果、前記と同様に被検体２には曲率半径ｒ
に見合った凹部が確実に、かつ序々に形成される。前記
凹部がある程度の形状まで進むと被検体２からＡＥ波が
出力される。ＡＥ波は柱状体５の遅延材１２を通り圧電
素子６に入り電気信号として出力され信号検出器８に入
力される。検出信号はアンプ１３により増幅された後、
デジタルオシロスコープ１４およびコンピュータ１５に
より所定の処理が行われる。すなわち、ＡＥ波が生じた
瞬間における柱状体５の押圧力又はストロークや、ＡＥ
波の発生回数や、大きさおよび波形等が読み取られ、か
つ記録される。また、表示手段が付設される場合は必要
のデータが表示される。以上により、特定の屈曲形状に
おける被検体２の程度が正確に把握される。また、曲率
半径ｒの相異する柱状体５を用意することにより種々の
屈曲形状における膜強度を求めることが可能になる。本
実施例は従来技術のようにクサビ等による極部的な強度
を測定するものではなく、水を媒体とした超音波センサ
を使用せず、かつ圧電素子を被検体に直接固着するもの
ではないため、小形の被検体２に対しても屈曲時におけ
る膜強度を正確に測定することが出来る。
図７により説明する。柱状体５と加圧手段７のフィルム
１７間で被検体２を挟持する。フィルム１７は被検体２
の図略の基材側を全面支持すると共に柱状体５の曲率半
径ｒの対物面１０が被検体２のコーティング層に接触す
る。図１および図２の実施例の場合は、手動又は図略の
微動昇降手段等により柱状体５を序々に被検体２側に押
しつけて曲率半径ｒに応じた凹部を被検体２に屈曲形成
する。被検体２は曲率半径ｒに見合った安定形状の凹部
が序々に形成される。一方、図７の場合には流動体出入
手段２３により流動体１８を容器１６ａ内に序々に導入
し、フィルム１７を介して被検体２を柱状体５側に押圧
する。その結果、前記と同様に被検体２には曲率半径ｒ
に見合った凹部が確実に、かつ序々に形成される。前記
凹部がある程度の形状まで進むと被検体２からＡＥ波が
出力される。ＡＥ波は柱状体５の遅延材１２を通り圧電
素子６に入り電気信号として出力され信号検出器８に入
力される。検出信号はアンプ１３により増幅された後、
デジタルオシロスコープ１４およびコンピュータ１５に
より所定の処理が行われる。すなわち、ＡＥ波が生じた
瞬間における柱状体５の押圧力又はストロークや、ＡＥ
波の発生回数や、大きさおよび波形等が読み取られ、か
つ記録される。また、表示手段が付設される場合は必要
のデータが表示される。以上により、特定の屈曲形状に
おける被検体２の程度が正確に把握される。また、曲率
半径ｒの相異する柱状体５を用意することにより種々の
屈曲形状における膜強度を求めることが可能になる。本
実施例は従来技術のようにクサビ等による極部的な強度
を測定するものではなく、水を媒体とした超音波センサ
を使用せず、かつ圧電素子を被検体に直接固着するもの
ではないため、小形の被検体２に対しても屈曲時におけ
る膜強度を正確に測定することが出来る。
【００２２】図４の柱状体５ａの場合には前記したよう
に曲率半径ｒの圧電素子６ａを直接被検体２に接触され
るもので前記のものに較べて遅延材１２を必要とせず、
かつ直接ＡＥ波に応じた検出信号を信号検出器８側に送
ることが出来るため高いＳＮ比をもつ信号検出が可能に
なる。但し、数種類の柱状体５ａを準備する場合にはそ
れに見合ったロッドおよび圧電素子６ａを作る必要があ
り、前記のものよりやや面倒である。
に曲率半径ｒの圧電素子６ａを直接被検体２に接触され
るもので前記のものに較べて遅延材１２を必要とせず、
かつ直接ＡＥ波に応じた検出信号を信号検出器８側に送
ることが出来るため高いＳＮ比をもつ信号検出が可能に
なる。但し、数種類の柱状体５ａを準備する場合にはそ
れに見合ったロッドおよび圧電素子６ａを作る必要があ
り、前記のものよりやや面倒である。
【００２３】次に、本実施例の具体的実験例を説明す
る。被検体２としては厚み１２［μｍ］のＰＥＴに０．
５［μｍ］のＳｉＯ2コーティング層を形成したものを
使用し、その縦，横寸法は２０［ｍｍ］×５［ｍｍ］の
短冊状のものを用いた。また、柱状体５は１０［ｍｍ］
×１０［ｍｍ］の正方形断面で高さ約１０［ｍｍ］のブ
ロック状の溶融石英からなる遅延材１２を用いた。ま
た、その先端側に形成される対物面１０の曲率半径ｒは
１［ｍｍ］とした。圧電素子６はＺｎＯの材質のものを
用い、２［ｍｍ］×３［ｍｍ］で帯域１０［ＭＨｚ］乃
至１００［ＭＨｚ］のものを採用した。信号検出器８の
アンプ１３は３０ｄＢの増幅率を有するものを用い、デ
ジタルオシロスコープ１４では３［ｍＶ］以上の振幅の
電気信号が入力された時にその信号を測定するように
し、コンピュータ１５はデジタルオシロスコープ１４と
データのやり取りを可能にし、新たな信号が入力された
かを常に観測しながらその都度ＡＥ波形情報を読み取っ
て波形の入力回数や大きさおよび波形等を記録，表示す
るようにした。一方、加圧手段７のフィルム１７は厚さ
０．５［ｍｍ］のゴム膜を用い、容器１６は金属容器と
し流動体１８は空気を用いた。
る。被検体２としては厚み１２［μｍ］のＰＥＴに０．
５［μｍ］のＳｉＯ2コーティング層を形成したものを
使用し、その縦，横寸法は２０［ｍｍ］×５［ｍｍ］の
短冊状のものを用いた。また、柱状体５は１０［ｍｍ］
×１０［ｍｍ］の正方形断面で高さ約１０［ｍｍ］のブ
ロック状の溶融石英からなる遅延材１２を用いた。ま
た、その先端側に形成される対物面１０の曲率半径ｒは
１［ｍｍ］とした。圧電素子６はＺｎＯの材質のものを
用い、２［ｍｍ］×３［ｍｍ］で帯域１０［ＭＨｚ］乃
至１００［ＭＨｚ］のものを採用した。信号検出器８の
アンプ１３は３０ｄＢの増幅率を有するものを用い、デ
ジタルオシロスコープ１４では３［ｍＶ］以上の振幅の
電気信号が入力された時にその信号を測定するように
し、コンピュータ１５はデジタルオシロスコープ１４と
データのやり取りを可能にし、新たな信号が入力された
かを常に観測しながらその都度ＡＥ波形情報を読み取っ
て波形の入力回数や大きさおよび波形等を記録，表示す
るようにした。一方、加圧手段７のフィルム１７は厚さ
０．５［ｍｍ］のゴム膜を用い、容器１６は金属容器と
し流動体１８は空気を用いた。
【００２４】以上のものを用いて柱状体５を手動又は図
７の流動体出入手段２３等を用いて被検体２に序々に押
圧した。なお、実験では同一形状であるが製法の異なる
Ａ，Ｂの２種類の被検体２を用いた。その結果、同一条
件の押圧力において検出された信号の回数を測定したと
ころ、被検体Ａは２６回の信号数を記録し、被検体Ｂは
４１回の信号数を記録した。次に、被検体Ａ，Ｂの凹部
を電子顕微鏡で観測したところ、前記凹部の約０．５
［ｍｍ］の範囲内において被検体Ｂは被検体Ａよりも多
数のクラックが発生していることがわかった。なお、こ
のクラック数と前記の検出信号数とはほぼ一致した。以
上により、曲率半径ｒが１［ｍｍ］の対物面を有する柱
状体５を被検体２に押出し屈曲させた際に発生するクラ
ックは、信号検出器８に取り込まれた信号数を記録する
ことにより把握されることがわかり、本実施例の確実性
を証明することが出来た。
７の流動体出入手段２３等を用いて被検体２に序々に押
圧した。なお、実験では同一形状であるが製法の異なる
Ａ，Ｂの２種類の被検体２を用いた。その結果、同一条
件の押圧力において検出された信号の回数を測定したと
ころ、被検体Ａは２６回の信号数を記録し、被検体Ｂは
４１回の信号数を記録した。次に、被検体Ａ，Ｂの凹部
を電子顕微鏡で観測したところ、前記凹部の約０．５
［ｍｍ］の範囲内において被検体Ｂは被検体Ａよりも多
数のクラックが発生していることがわかった。なお、こ
のクラック数と前記の検出信号数とはほぼ一致した。以
上により、曲率半径ｒが１［ｍｍ］の対物面を有する柱
状体５を被検体２に押出し屈曲させた際に発生するクラ
ックは、信号検出器８に取り込まれた信号数を記録する
ことにより把握されることがわかり、本実施例の確実性
を証明することが出来た。
【００２５】前記した実験例の厚み０．５［ｍｍ］のフ
ィルム１７では剛性のある例えば厚み２００［μｍ］の
被検体２を曲率半径ｒが１［ｍｍ］の対物面により屈曲
変形させることは難しい。そこで、フィルム１７を１
［ｍｍ］の厚みのゴム膜とし、図７の加圧手段７ａを採
用し、流動体１８として水を使用した。流動体出入手段
２３として水ポンプを用い、スイッチにより水ポンプを
ＯＮ−ＯＦＦ動作するようにした。容器１６ａ内に水を
出入させ水を介してフィルム１７を押圧することにより
前記被検体２を屈曲させてＡＥ波を発生させることが実
験時に出来た。
ィルム１７では剛性のある例えば厚み２００［μｍ］の
被検体２を曲率半径ｒが１［ｍｍ］の対物面により屈曲
変形させることは難しい。そこで、フィルム１７を１
［ｍｍ］の厚みのゴム膜とし、図７の加圧手段７ａを採
用し、流動体１８として水を使用した。流動体出入手段
２３として水ポンプを用い、スイッチにより水ポンプを
ＯＮ−ＯＦＦ動作するようにした。容器１６ａ内に水を
出入させ水を介してフィルム１７を押圧することにより
前記被検体２を屈曲させてＡＥ波を発生させることが実
験時に出来た。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 １）被検体を一定の屈曲形状に変形させ、その際に発生
するＡＥ波により被検体の膜強度を測定するように構成
したため、被検体の強度測定が正確に行われる。 ２）曲率半径ｒを変化させることにより各種の屈曲時に
おける膜強度の評価が可能になる。 ３）手動又は特定の加圧手段により曲率半径ｒの対物面
を序々に被検体に押圧するためＡＥ波が確実に把握され
る。 ４）圧電素子を直接被検体に固着しないため、小形の被
検体の強度測定が可能である。 ５）搬媒体として水を使用しないため微弱なＡＥ波の検
出が正確に行われる。また、水に影響されることなく被
検体の測定が出来る。 ６）圧電素子を被検体に直接接触させる構造を採用する
ことにより高いＳＮ比で信号を検出することが出来る。
を奏する。 １）被検体を一定の屈曲形状に変形させ、その際に発生
するＡＥ波により被検体の膜強度を測定するように構成
したため、被検体の強度測定が正確に行われる。 ２）曲率半径ｒを変化させることにより各種の屈曲時に
おける膜強度の評価が可能になる。 ３）手動又は特定の加圧手段により曲率半径ｒの対物面
を序々に被検体に押圧するためＡＥ波が確実に把握され
る。 ４）圧電素子を直接被検体に固着しないため、小形の被
検体の強度測定が可能である。 ５）搬媒体として水を使用しないため微弱なＡＥ波の検
出が正確に行われる。また、水に影響されることなく被
検体の測定が出来る。 ６）圧電素子を被検体に直接接触させる構造を採用する
ことにより高いＳＮ比で信号を検出することが出来る。
【図１】本発明の一実施例の全体構成図。
【図２】図１の主要部の縦断面図。
【図３】図１，図２の柱状体の断面図。
【図４】柱状体の他の実施例の断面図。
【図５】圧電素子の構造を示すための柱状体の断面図。
【図６】他の圧電素子の構造を示すための柱状体の断面
図。
図。
【図７】本発明の加圧手段の一実施例を設けた薄膜強度
測定装置の全体構成図。
測定装置の全体構成図。
【図８】従来の薄膜評価手段の一例を示す断面図。
【図９】図８における被検体の膜破壊を示す断面図。
【図１０】従来の薄膜評価手段の他の例を示す断面図。
【図１１】従来の薄膜評価手段の具体例を示す構成図。
【図１２】超音波センサを用いた従来の薄膜評価手段の
他の例を示す構成図。
他の例を示す構成図。
【図１３】圧電素子を直接被検体に装着した従来の薄膜
評価手段の別の例を示す構成図。
評価手段の別の例を示す構成図。
１ 薄膜強度測定装置 １ａ 薄膜強度測定装置 ２ 被検体（薄膜の被測定物） ３ コーティング ４ 基材 ５ 柱状体 ５ａ 柱状体 ５ｂ 柱状体 ５ｃ 柱状体 ６ 圧電素子 ６ａ 圧電素子 ６ｂ 圧電素子 ６ｃ 圧電素子 ７ 柱状体押圧手段 ７ａ 柱状体押圧手段 ８ 信号検出器 ９ 加圧膜体 ９ａ 加圧膜体 １０ 対物面 １０ａ 対物面 １１ 半円筒面 １２ 遅延材 １３ アンプ １４ デジタルオシロスコープ １５ コンピュータ １６ 容器 １６ａ 容器 １７ フィルム １８ 流動体 １９ バンド ２０ 圧電材 ２０ｃ 圧電材 ２１ 電極 ２２ 電極 ２２ｃ 電極 ２３ 流動出入手段 ２４ 出入口 ２５ 加圧手段 ２６ 加圧源
Claims (8)
- 【請求項１】 薄膜の被測定物を被検体としてその屈曲
時における強度を評価するための強度測定装置であっ
て、前記被検体に当接する対物面が所定の曲率半径ｒを
有する半円筒面から形成される柱状体と、該柱状体に固
着され薄膜に対物面を圧接して屈曲させたとき前記被検
体から発生するＡＥ波を受信する圧電素子と、該圧電素
子の検出信号に基づきＡＥ波の発生回数，大きさ又は波
形を読み取り表示すべく前記圧電素子に連結される信号
検出器を設けることを特徴とする薄膜強度測定装置。 - 【請求項２】 前記柱状体は超音波センサの遅延材から
なり、その一端が半円筒面に加工され対物面を構成し前
記対物面と反対側の他端に前記圧電素子が固着されてな
る請求項１の薄膜強度測定装置。 - 【請求項３】 前記柱状体はロッドからなり、該ロッド
の先端は半円筒面に加工され、これに沿って前記圧電素
子が固着し対物面を構成するものである請求項１の薄膜
強度測定装置。 - 【請求項４】 前記柱状体はロッドからなり、前記ロッ
ドの先端に固着された圧電素子は半円筒面から形成され
前記対物面を構成するものである請求項１の薄膜強度測
定装置。 - 【請求項５】 柱状体押圧手段を備えており、前記被検
体を挾んで前記柱状体と対峙する加圧膜体と、前記柱状
体側又は加圧膜体側を被検体側に移動させる手段から構
成されるものである請求項１の薄膜強度測定装置。 - 【請求項６】 前記加圧膜体は、流動体を充填収納する
容器と、該容器の開口部を閉止するフィルムとからな
り、前記手段が容器内に充填される前記流動体を出入さ
せる流動体出入手段からなる請求項５の薄膜強度測定装
置。 - 【請求項７】 前記柱状体は異なる曲率半径の対物面を
有する複数個のセットものから形成されてなる請求項１
の薄膜強度測定装置。 - 【請求項８】 所定の曲率半径を有する半円筒面からな
る対物面を備えた超音波センサを薄膜被検体に押し当
て、屈曲変形に伴って薄膜被検体から発生するＡＥ波に
応じた検出信号を信号検出器側に取り込み、ＡＥ波の発
生回数，大きさ又は波形を分析して薄膜被検体の強度を
評価することを特徴とする薄膜強度測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9280394A JPH07301588A (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 薄膜強度測定装置と測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9280394A JPH07301588A (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 薄膜強度測定装置と測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07301588A true JPH07301588A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=14064579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9280394A Pending JPH07301588A (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 薄膜強度測定装置と測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07301588A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524231A (ja) * | 2010-04-06 | 2013-06-17 | バレル ユーロプ ソシエテ パ アクシオンス シンプリフィエ | Ｐｄｃ、ｐｃｂｎ、または他の高硬度もしくは超高硬度のインサート材のための音響放射靱性試験 |
| JP2013524234A (ja) * | 2010-04-06 | 2013-06-17 | バレル ユーロプ ソシエテ パ アクシオンス シンプリフィエ | Ｐｄｃ、ｐｃｂｎ、または他の高硬度もしくは超高硬度の材料のための音響放射靱性試験 |
| US9086348B2 (en) | 2010-04-06 | 2015-07-21 | Varel Europe S.A.S. | Downhole acoustic emission formation sampling |
| US9249059B2 (en) | 2012-04-05 | 2016-02-02 | Varel International Ind., L.P. | High temperature high heating rate treatment of PDC cutters |
| US9297731B2 (en) | 2010-04-06 | 2016-03-29 | Varel Europe S.A.S | Acoustic emission toughness testing for PDC, PCBN, or other hard or superhard material inserts |
| JP2016183926A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 超音波探傷子、超音波探傷装置及び超音波探傷方法 |
| US10444131B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-10-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Evaluating device of flexural property of material, and evaluation method using the same |
-
1994
- 1994-05-02 JP JP9280394A patent/JPH07301588A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524231A (ja) * | 2010-04-06 | 2013-06-17 | バレル ユーロプ ソシエテ パ アクシオンス シンプリフィエ | Ｐｄｃ、ｐｃｂｎ、または他の高硬度もしくは超高硬度のインサート材のための音響放射靱性試験 |
| JP2013524234A (ja) * | 2010-04-06 | 2013-06-17 | バレル ユーロプ ソシエテ パ アクシオンス シンプリフィエ | Ｐｄｃ、ｐｃｂｎ、または他の高硬度もしくは超高硬度の材料のための音響放射靱性試験 |
| US9086348B2 (en) | 2010-04-06 | 2015-07-21 | Varel Europe S.A.S. | Downhole acoustic emission formation sampling |
| US9297731B2 (en) | 2010-04-06 | 2016-03-29 | Varel Europe S.A.S | Acoustic emission toughness testing for PDC, PCBN, or other hard or superhard material inserts |
| US9249059B2 (en) | 2012-04-05 | 2016-02-02 | Varel International Ind., L.P. | High temperature high heating rate treatment of PDC cutters |
| JP2016183926A (ja) * | 2015-03-26 | 2016-10-20 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 超音波探傷子、超音波探傷装置及び超音波探傷方法 |
| US10444131B2 (en) | 2016-11-23 | 2019-10-15 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Evaluating device of flexural property of material, and evaluation method using the same |
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