JPH09178636A - 表面物性評価装置および表面物性評価装置の試料位置補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大がかりな微動装置を用いることなく、試料
の圧痕位置を観察手段の視野内の所望位置に自動的に位
置させる。 【解決手段】 １度目の押し込み試験として、スライド
ステージ１１を作動し、水平ステージ１０を圧子２直下
の押し込み位置に位置させ、圧子２を試料１の表面に圧
痕を形成し、水平ステージ１０を顕微鏡４直下の観察位
置に位置させる。顕微鏡視野中心軸と圧痕位置とがずれ
ている場合、顕微鏡４を見ながら水平ステージ１０を作
動して両者を一致させる。この移動量に基づいた補正移
動量がメモリ８に記憶される。２度目以降の押し込み試
験では、水平ステージ１０を押し込み位置に位置させる
際に水平ステージ１０を作動して試料１を前記補正移動
量の負の量だけ移動させ、圧痕形成後に水平ステージ１
０を観察位置に戻す際に水平ステージ１０を作動して試
料１を前記補正移動量の正の量だけ移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料表面に圧子を
押し込むことにより試料の物性を評価する表面物性評価
装置及びその試料位置補正方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧子を試料表面に押し込むことによって
材料（試料、被評価物）の機械強度等を測定する、従来
の表面物性評価装置としては、ビッカース硬度計や微小
押し込み型試験機などが挙げられる。例えば、ビッカー
ス硬度計では、試料の表面に所定の荷重Ｐで圧子を押し
込み、その際に形成された試料の圧痕（この場合正方
形）の寸法（対角線の長さｄ）を観察用顕微鏡を用いて
測定する。そして、荷重Ｐと圧痕の対角線の長さｄから
試料の硬度（ビッカース硬さＨｖ）を算出する。また、
薄膜などの厚さが数μｍ以下の試料の硬度を測定する場
合は、荷重値及び圧子を特に小さくしたマイクロビッカ
ース硬度計（微小硬さ試験機）を用いて、数ｇｆの微小
荷重で試料に圧子を押し込んでその圧痕の寸法を測定す
る。さらに、圧子の押し込み深さを変位計により測定
し、この深さと荷重とから硬度等の物性を算出する表面
物性評価装置もある。

【０００３】これらの表面物性評価装置では、観察用顕
微鏡で試料表面を観察して試験位置を決定した後、試料
の試験位置に圧子を押しつけて圧痕形成する。そして、
観察用顕微鏡を用いて形状を測定したり、前記圧痕の押
し込み深さを測定したりすることで試料の硬さを算出す
る。そのため、所望の試験位置を決定できるように観察
用顕微鏡視野中心軸と圧痕位置が同一軸上にくるように
調整されている。

【０００４】しかしながら、機械的誤差や圧子取り替え
等により、前記顕微鏡視野中心軸と前記圧痕位置との間
に僅かなずれが生じる。

【０００５】そこで、従来の表面物性評価装置では、顕
微鏡全体を水平方向に微動調節する機構を設けたり、顕
微鏡視野内に位置調節自在な移動点を設けたりして、前
記顕微鏡視野中心軸と前記圧痕位置との間の僅かなずれ
を補正可能にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、顕微鏡
の倍率を上げると圧痕位置が顕微鏡の視野から大きく外
れる場合もあり、従来の顕微鏡視野内の位置調節では補
正ができなくなる。また、顕微鏡全体を微動調節させる
には、大がかりな微動装置が必要となってしまう。

【０００７】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、大がかりな微動装置を用いることなく、試料の圧痕
位置を観察手段の視野内の所望位置に自動的に位置させ
ることができる表面物性評価装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、試料の表面に押し込まれる圧子と圧子に
所定の荷重を加える荷重負荷部を有した表面物性評価部
と、試料の表面を観察する試料観察部と、試料を載置す
るステージと、そのステージを前記試料の表面と略平行
な所定の面内で２次元に移動させるステージ移動部材
と、表面物性評価部と試料観察部との間で前記ステージ
をある軌道上で搬送する搬送部と、試料を圧子による試
料表面への押し込み可能な位置を第１の位置、試料観察
部による試料の表面の観察可能な位置を第２の位置と
し、第１の位置で圧子が押し込まれて圧痕が形成され、
搬送部によって第２の位置に移動された試料の圧痕と、
基準位置との偏差量を測定する測定手段と、測定手段に
より測定した偏差量を補正移動量とし、補正移動量に応
じてステージ移動部材の駆動量を制御し、圧痕が試料観
察部の視野内の所望の位置になるように補正するステー
ジ移動部材制御手段とを有した。この様な構成で本発明
は圧子に荷重を加え試料表面に圧痕を形成し、そして圧
痕が形成された試料を搬送部によって試料観察部に搬送
されたときの圧痕の位置と基準位置との偏差量を検出す
ることで、試料表面物性評価部から試料観察部へ移動さ
せたときの試料の位置的なずれを検出することができ
る。このずれ（偏差量）を基に、ステージ移動部材制御
手段でステージ移動部材を制御しながら駆動させ、圧痕
の位置的なズレを解消して、つねに圧痕が所定の位置に
なるようにしている。

【０００９】また、本発明では、試料観察部は、更に試
料観察部での視野内に設けられた位置ゲージの基準点を
備え、かつ測定手段は、更に圧痕が前記位置ゲージの基
準点と一致するまで前記ステージ移動部材を駆動させた
ときの駆動量を検出し、かつ前記駆動量を補正移動量と
して格納する補正移動量格納手段を備え、そしてステー
ジ移動部材制御手段は、試料を第２の位置から第１の位
置に移動させるよう前記搬送部によって搬送したときに
補正移動量に応じた負の量を駆動させる出力を前記ステ
ージ移動部材に出力し、かつ試料を前記第１の位置から
第２の位置に移動させるよう搬送部によって搬送したと
きに補正移動量に応じた正の量を駆動させる信号を前記
ステージ移動部材に出力することとした。

【００１０】この様に試料観察部に位置ゲージの基準点
を備えることで、圧痕と基準点との偏差量を計測するこ
とができ、その偏差量を補正移動量として補正移動量格
納手段に格納して、ステージ移動部材制御手段でその補
正移動量に応じて試料を第２の位置から第１の位置に搬
送した場合に、補正移動量に応じた負の量分移動するよ
うステージ移動部材にステージ移動部材制御手段から出
力し、また、補正移動量に応じた正の量分移動するよう
ステージ移動部材にステージ移動部材制御手段に出力す
ることで、使用者が試料観察部で観察して、表面物性を
計測したい所望の位置に圧子を打ち込むことができる。

【００１１】また、本発明では、試料の表面に押し込ま
れる圧子と圧子に所定の荷重を加える荷重負荷部を有し
た表面物性評価部で、試料の表面に圧痕を形成し、表面
物性評価部から試料の表面を観察する試料観察部へ試料
を搬送して、圧痕の位置と所望の基準位置との偏差量を
検出、測定し、偏差量を検出した際、偏差量を補正移動
量として記憶し、試料観察部から表面物性評価部へまた
は表面物性評価部から試料観察部へ試料が搬送された際
に、補正移動量に応じて試料を移動することで課題を解
決することを試みた。

【００１２】さらに、先の発明に試料観察部から表面物
性評価部へ試料が搬送された場合に、試料を補正移動量
に応じた負の量移動させ、かつ表面物性評価部から試料
観察部へ試料が搬送された場合に、試料を補正移動量に
応じた正の量移動させることとして、使用者が試料観察
部で観察して、表面物性を計測したい所望の位置に圧子
を打ち込むことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態によ
る表面物性評価装置について、図１乃至図３を参照して
説明する。

【００１４】図１は、本実施の形態による表面物性評価
装置の構成を模式的に示す概略構成図である。図２は、
演算・制御部６の動作の一例を示すフローチャートであ
る。図３は、１度目の押し込み試験後に観察用顕微鏡４
で試料１の表面を観察した状態を示すとともに補正移動
量の設定に関する動作を示す説明図である。

【００１５】本実施の形態による表面物性評価装置は、
図１に示すように、試料１の表面に押し込まれる圧子２
と、該圧子２に所定の荷重を加える荷重発生装置３と、
測定者が試料１の表面を観察する観察手段としての観察
用顕微鏡４と、圧子２の変位量を検出する静電容量式非
接触変位計などの変位計５と、所定のインターフェイス
回路やＣＰＵ等からなる演算・制御部６と、測定者の操
作に応じて測定開始指令などの各種指令等を演算・制御
部６に与えるキーボードなどの入力装置７と、演算・制
御部６の後述する動作内容を示すプログラムや後述する
補正移動量等を記憶するメモリ８と、測定結果等を表示
するＣＲＴ等の表示装置９と、を備えている。本実施の
形態では、図１に示すように、圧子２と顕微鏡４とはＹ
方向に所定間隔をあけて配置されている。

【００１６】荷重発生装置３は演算・制御部６からの制
御信号に応じて圧子２に所望の任意の荷重を加え、これ
により圧子４が試料１の表面に圧痕を形成するようにな
っている。圧子２に加えられる荷重や変位計５から得ら
れる圧子２の変位量などに基づいて、試料１の表面の硬
度などの物性を求めることができる。本実施の形態で
は、圧子２、荷重発生装置３及び変位計５が、表面物性
評価部を構成している。

【００１７】また、本実施の形態による表面物性評価装
置は、試料１を試料１の表面と略平行なＸＹ平面（Ｘ方
向とＹ方向とは互いに直交している）内で２次元に移動
させる水平ステージ１０と、該水平ステージ１０を、圧
子２による試料１の表面への押し込み可能な位置（圧子
２の直下の図１中の実線で示す位置であり、以下「押し
込み位置」という。）及び顕微鏡４による試料１の表面
を観察可能な第２の位置（顕微鏡４の直下の図１中の破
線で示す位置であり、以下「観察位置」という。）にＹ
方向に移動させるスライドステージ（搬送部）１１と、
を備えている。水平ステージ１０は、固定部１０ａ及び
該固定部１０ａに対して相対的にＸＹ平面内において２
次元に移動可能な可動部（ステージ部）１０ｂを有して
おり、可動部１０ｂの上部に試料１が搭載される。ま
た、図面には示していないが、水平ステージ１０は、可
動部１０ｂを駆動するステッピングモーター等の駆動装
置（ステージ移動部材）を有し、該駆動装置は演算・制
御部６からの制御信号により制御され、演算・制御部６
はこの制御信号自体から水平ステージ１０の可動部１０
ｂの位置を知ることができるようになっている。もっと
も、水平ステージ１０は可動部１０ｂの位置を検出する
検出器を有していてもよい。スライドステージ１１は、
固定部１１ａ及び該固定部１１ａに対して相対的にＹ方
向に移動可能な可動部１１ｂを有しており、可動部１１
ｂ上に水平ステージ１０の固定部１０ａが搭載されてい
る。また、スライドステージ１１は、前記観察位置及び
前記押し込み位置に相当する位置にそれぞれ位置検出用
のリミットスイッチ１５ａ，１５ｂを有し、また、可動
部１１ｂを駆動する図示しない駆動装置を有している。
該駆動装置は、演算・制御部６からの制御信号により制
御される。演算・制御部６は、リミットスイッチ１５
ａ，１５ｂからの位置検出信号に基づきスライドステー
ジ１１の駆動装置を停止させる。これにより、スライド
ステージ１１の可動部１１ｂ及び水平ステージ１０は、
前記観察位置と前記押し込み位置との間で往復動する。
なお、その往復運動の片道移動距離が顕微鏡４の顕微鏡
視野中心軸１４と圧子２の直下の位置との間の距離とほ
ぼ等しくなるように、前記リミットスイッチ１５ａ，１
５ｂは設置されている。なお、スライドステージ１１の
代わりに、例えば、円弧状に移動又は回転移動によって
前記観察位置と前記押し込み位置との間で水平ステージ
１０を移動させる移動装置を用いてもよい。

【００１８】さらに、本実施の形態では、図３に示すよ
うに、顕微鏡４は、その観察視野１２内に十字線１３が
見えるように構成されており、十字線１３の中心が顕微
鏡視野中心軸１４となるようにしてある。

【００１９】前述したようにリミットスイッチ１５ａ，
１５ｂが設置されているので、スライドステージ１１の
可動部１１ｂをリミットスイッチ１５ａの位置で停止さ
せた時の顕微鏡視野中心軸１４の試料１の表面の位置
と、スライドステージ１１の可動部１１ｂをスライド移
動させリミットスイッチ１５ｂの位置で停止させた時に
圧子４によって打痕される圧痕１６の位置とは、ほぼ等
しくなる。しかしながら、実際には、通常、機械的誤差
や圧子２の取り替え等の理由により、押し込み試験後、
試料１の表面を顕微鏡４で観察すると、図３に示すよう
に、顕微鏡視野中心軸１４と圧痕１６の位置との間にず
れが生ずる。

【００２０】次に、演算・制御部６の動作の一例につい
て、図２を参照して説明する。この例では、測定者の操
作に応じて入力装置７から測定開始指令、移動指令及び
補正移動量設定指令が演算・制御部６に与えられる。

【００２１】演算・制御部６が動作を開始するときに
は、スライドステージ１１の可動部１１ｂはリミットス
イッチ１５の位置で停止しており、水平ステージ１０は
観察位置に位置している。演算・制御部６は、動作を開
始すると、ステップＳ１において、水平ステージ１０の
可動部１０ｂ（すなわち、試料１）の固定部１０ａに対
するＸＹ座標（位置）を基準座標とするべく、メモリ８
の所定領域の位置データをゼロにセットする。

【００２２】次に、演算・制御部６は、ステップＳ２に
おいて、入力装置７から移動指令を受けたか否かを判定
する。演算・制御部６は、移動指令を受けた場合は、ス
テップＳ３で移動指令に応じて水平ステージ１０を作動
させて試料１をＸＹ平面内において移動させ、ステップ
Ｓ４に移行する。このとき、演算・制御部６から水平ス
テージ１０に与えられる制御信号に基づいて、水平ステ
ージ１０の可動部１０ｂの固定部１０ａに対する前記基
準座標を基準とした相対的なＸＹ座標が、メモリ８に前
記位置データとして記憶される。一方、移動指令を受け
ない場合は、直接ステップＳ４に移行する。

【００２３】演算・制御部６は、ステップＳ４におい
て、入力装置７から補正移動量設定指令を受けたか否か
を判定する。補正移動量設定指令を受けた場合は、演算
・制御部６は、ステップＳ５において、その時点でメモ
リ８に記憶されている前記位置データとその時点でメモ
リ８に記憶されている前回の補正移動量とを加算したも
のを、新たな補正移動量としてメモリ８に記憶させ（更
新させ）、ステップＳ６に移行する。一方、補正移動量
設定指令を受けない場合は、直接ステップＳ６に移行す
る。

【００２４】演算・制御部６は、ステップＳ６におい
て、入力装置７から測定開始指令を受けたか否かを判定
する。測定開始指令を受けた場合は、演算・制御部６
は、ステップＳ７において、スライドステージ１１を作
動させて水平ステージ１０を前記押し込み位置に移動さ
せるとともに、水平ステージ１０を作動させて水平ステ
ージ１０の可動部１０ｂ（すなわち、試料１）をメモリ
８に現在記憶されている補正移動量（初期値は、ゼロで
もよいし、他の値でもよい）に応じた負の量だけＸＹ面
内において移動させる。

【００２５】次に、演算・制御部６は、ステップＳ８に
おいて、荷重発生装置３を制御して、圧子２をＺ方向
（Ｘ方向及びＹ方向に対して垂直な方向）に降ろし所定
の荷重で圧子２を試料１の表面に押し込んで試料１に圧
痕を形成すると同時に、変位計５からの検出信号を変位
量データとして取り込む。そして、この変位量データと
圧子２に加えた荷重を示す荷重データとに基づいて演算
（測定演算）を行い、測定結果として試料１の物性例え
ば硬度を求め、これを表示装置９に表示させる。

【００２６】次いで、演算・制御部６は、ステップＳ９
において、スライドステージ１１を作動させて水平ステ
ージ１０を前記観察位置に移動させるとともに、水平ス
テージ１０を作動させて水平ステージ１０の可動部１０
ｂ（すなわち、試料１）の当該位置に対してメモリ８に
現在記憶されている補正移動量に応じた正の量だけずれ
た位置まで水平ステージ１０の可動部１０ｂをＸＹ面内
において移動させる。その後、ステップＳ１に戻る。

【００２７】次に、本実施の形態による表面物性評価装
置を用いた測定手順について説明する。

【００２８】測定者は、まず一度押し込み試験を行う。
すなわち、測定者は、必要に応じて、顕微鏡４にて試料
１の表面を観察しながら入力装置７を操作して移動指令
を演算・制御部６に与えて水平ステージ１０を作動させ
（ステップＳ３）、試料１をＸＹ面内において移動させ
て試料１の位置決めを行う。その後、測定者は、入力装
置７を操作して測定開始指令を演算・制御部６に与え
る。これにより前述したステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９の動
作が行われ、図３に示すように試料１の表面に圧痕１６
が形成され、水平ステージ１０が観察位置に戻るので、
試料１の表面を顕微鏡４にて観察することができる。こ
のときの、水平ステージ１０の可動部１０ｂ（すなわ
ち、試料１）の固定部１０ａに対するＸＹ座標（位置）
が基準座標である（ステップＳ１）。

【００２９】圧痕１６が顕微鏡視野中心軸１４と一致し
ていれば、２度目以降の押し込み試験は、以下のように
行われる。測定者は、顕微鏡４にて観察しながら入力装
置７を操作して移動指令を演算・制御部６に与えて水平
ステージ１０を作動させ（ステップＳ３）、試料１をＸ
Ｙ面内において移動させて試料１の次の所望の測定点を
顕微鏡視野中心軸１４と一致させ、その後入力装置７を
操作して測定開始指令を演算・制御部６に与える。これ
らを繰り返すことにより、２度目以降の押し込み試験が
行われるのである。

【００３０】前述したように、１度目の押し込み試験後
には、通常は、機械的誤差や圧子２の取り替え等の理由
により、試料１の表面を顕微鏡４で観察すると、図３に
示すように、圧痕１６が顕微鏡視野中心軸１４からずれ
ている。そのずれ量は、例えば、数１０μｍから数１０
０μｍである。この場合には、測定者は、顕微鏡４にて
試料１の表面を観察しながら入力装置７を操作して移動
指令を演算・制御部６に与えて水平ステージ１０を作動
させ、図３中の破線で示すように、試料１をＸＹ面内に
おいて移動させて１度目の押し込み試験により形成され
た圧痕１６を試料１の次の所望の測定点を顕微鏡視野中
心軸１４と一致させ、その状態で入力装置７を操作して
補正移動量設定指令を演算・制御部６に与える。これに
より、前述したステップＳ５の動作が行われ、前記ずれ
量（ステップＳ２の動作から、補正移動量設定指令を受
けたとき前記位置データが前記ずれ量となる）と前回の
補正移動量とを加算したものが、新たな補正移動量とし
てメモリ８に記憶される。このように前回の補正移動量
を加算するのは、１度目の押し込み試験においても、ス
テップＳ７により前回の補正移動量に基づく補正動作が
行われており、その結果生じた圧痕１６と顕微鏡視野中
心軸１４とのずれを２度目以降の押し込み試験において
補正するためである。なお、圧痕１６が顕微鏡視野中心
軸１４と一致したときの、水平ステージ１０の可動部１
０ｂ（すなわち、試料１）の固定部１０ａに対するＸＹ
座標（位置）を補正座標とすると、前記ずれ量は、「補
正座標−基準座標」で表される。

【００３１】その後、２度目以降の押し込み試験は、以
下のように行われる。水平ステージ１０が観察位置にあ
る状態において、測定者は、顕微鏡４にて試料１の表面
を観察しながら入力装置７を操作して移動指令を演算・
制御部６に与えて水平ステージ１０を作動させ（ステッ
プＳ３）、試料１をＸＹ面内において移動させて試料１
の次の所望の測定点を顕微鏡視野中心軸１４と一致さ
せ、その後、入力装置７を操作して測定開始指令を演算
・制御部６に与える。これにより、一度目の押し込み試
験後に更新された補正移動量に基づいて前述したステッ
プＳ７，Ｓ８，Ｓ９が行われる。したがって、前述した
ステップＳ９の動作の後に顕微鏡４で試料１の表面を観
察すると、所望の試験位置である顕微鏡視野中心軸１４
に圧痕があることが確認できる。そして、これら繰り返
すことにより、２度目以降の押し込み試験が行われるの
である。

【００３２】以上に説明からわかるように、試料１の試
験位置を決定してから押し込み試験後の圧痕の観察まで
のスライドステージ１１や水平ステージ１０や圧子２の
降下の動きはすべて演算・制御部６を用いて自動的に行
われる。そして、本実施の形態によれば、前述した手順
によって、１度目の押し込み試験後に補正移動量を設定
することによって、２度目以降の押し込み試験に関して
は、圧痕の形成後には、圧痕が顕微鏡視野中心軸１４上
に自動的に位置するようなる。また、本実施の形態で
は、顕微鏡４を移動させて位置調節を行うものではな
く、試料１を移動させる水平ステージ１０により位置調
節を行うものであるので、大がかりな微動装置を用いる
必要がない。さらに、本実施の形態によれば、補正移動
量の設定が前述したようにして行われるので、補正移動
量の設定が容易である。

【００３３】次に、本発明の他の実施の形態による表面
物性評価装置について、図４を参照して説明する。本実
施の形態による表面物性評価装置が前述した実施の形態
による表面物性評価装置と異なる所は、演算・制御部６
の動作と、測定者の操作に応じて入力装置７から測定開
始指令、移動指令及び補正移動量設定指令のみならず予
備測定開始指令が演算・制御部６に与えられるようにな
っている点のみである。したがって、以下の説明におい
ては、図１もそのまま参照し、重複した説明は省略す
る。

【００３４】図４は、本実施の形態による表面物性評価
装置の演算・制御部６の動作を示すフローチャートであ
る。図４において、図１中のステップと同一又は対応す
るステップには同一符号を付し、その説明は省略する。

【００３５】本実施の形態では、演算・制御部６は、水
平ステージ１０が観察位置に位置している状態において
動作を開始すると、ステップＳ１０において、入力装置
７から予備測定開始指令を受けたか否かを判定する。演
算・制御部６は、予備測定開始指令を受けた場合は、ス
テップＳ１１において、スライドステージ１１を作動さ
せて水平ステージ１０を前記押し込み位置に移動させ
る。このとき、水平ステージ１０は作動させない。次
に、演算・制御部６は、ステップＳ１２において、ステ
ップＳ８と同様に、荷重発生装置３を制御して圧子２を
試料表面に押し込んで試料１に圧痕を形成すると同時
に、変位計５からの検出信号を変位量データとして取り
込み測定演算を行う。次いで、演算・制御部６は、ステ
ップＳ１３において、スライドステージ１１を作動させ
て水平ステージ１０を前記観察位置に移動させる。この
とき、水平ステージ１０は作動させない。その後、ステ
ップＳ１に移行し、前述した実施の形態の同様に、ステ
ップＳ１〜Ｓ９の動作を行う。ただし、本実施の形態で
は、前述した実施の形態と異なり、ステップＳ６おいて
測定開始指令を受けていないと判定されるとステップＳ
１０に戻り、ステップＳ９が終了するとステップＳ１０
に戻る。また、本実施の形態では、前述した実施の形態
と異なり、ステップＳ５においては、その時点でメモリ
８に記憶されている前記位置データを新たな補正移動量
としてメモリ８に記憶させる（更新させる）。これは、
ステップＳ１１，Ｓ１３において水平ステージ１０を作
動させていないことによるものである。一方、ステップ
Ｓ１０において予備測定開始指令を受けていないと判定
すると、演算・制御部６は、ステップＳ２に移行する。

【００３６】次に、本実施の形態による表面物性評価装
置を用いた測定手順について説明する。

【００３７】測定者は、一度目の押し込み試験として予
備測定を行う。すなわち、測定者は、入力装置７を操作
して予備測定開始指令を演算・制御部６に与える。これ
により前述したステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３の動作
が行われ、図３に示すように試料１の表面に圧痕１６が
形成され、水平ステージ１０が観察位置に戻るので、試
料１の表面を顕微鏡４にて観察することができる。この
ときの、水平ステージ１０の可動部１０ｂ（すなわち、
試料１）の水平ステージ１０の固定部１０ａに対するＸ
Ｙ座標（位置）が基準座標である（ステップＳ１）。

【００３８】圧痕１６が顕微鏡視野中心軸１４と一致し
ていれば、前述した実施の形態と同様に、２度目以降の
押し込み試験は、以下のように行われる。測定者は、顕
微鏡４にて試料１の表面を観察しながら入力装置７を操
作して移動指令を演算・制御部６に与えて水平ステージ
１０を作動させ（ステップＳ３）、試料１をＸＹ面内に
おいて移動させて試料１の次の所望の測定点を顕微鏡視
野中心軸１４と一致させ、その後入力装置７を操作して
測定開始指令を演算・制御部６に与える。これらを繰り
返すことにより、２度目以降の押し込み試験が行われる
のである。

【００３９】予備測定後に圧痕１６が顕微鏡視野中心軸
１４と一致していなければ、前述した実施の形態と同様
に、測定者は、顕微鏡４にて試料１の表面を観察しなが
ら入力装置７を操作して移動指令を演算・制御部６に与
えて水平ステージ１０を作動させ（ステップＳ３）、試
料１をＸＹ面内において移動させて試料１の次の所望の
測定点を顕微鏡視野中心軸１４と一致させ、その後、入
力装置７を操作して測定開始指令を演算・制御部６に与
える。これにより、予備測定後に更新された補正移動量
に基づいて前述したステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９が行われ
る。したがって、前述したステップＳ９の動作の後に顕
微鏡４で試料１の表面を観察すると、所望の試験位置で
ある顕微鏡視野中心軸１４に圧痕があることが確認でき
る。そして、これら繰り返すことにより、２度目以降の
押し込み試験が行われるのである。

【００４０】本実施の形態では、前述した実施の形態に
おいては１度目の押し込み試験時においても２度目以降
の押し込み試験時と同じく補正移動量に基づいて水平ス
テージ１０により試料１が移動されていたのに対し、１
度目の押し込み試験（予備測定）時には水平ステージ１
０によっては試料１が移動されないように構成されてい
るが、実質的に前述した実施の形態と同様である。

【００４１】また、本発明の更に他の実施の形態とし
て、演算・制御部６は、前述した図４に示す動作に代え
て、図５に示す動作を行ってもよい。図５は、演算・制
御部６の動作の更に他の例を示すフローチャートであ
る。図５において、図４中のステップと同一又は対応す
るステップには同一符号を付し、その説明は省略する。

【００４２】図５に示す演算・制御部６の動作が図４に
示す演算・制御部６の動作と異なる所は、以下の点のみ
である。すなわち、図４の場合と異なり、図５の場合に
は、ステップＳ１３の次には、ステップＳ１の基準座標
の決定を行わず、位置データのゼロリセットはせず、ス
テップＳ２に移行する。そして、図５の場合には、補正
移動量設定指示ステップＳ４でＹＥＳの場合、基準座量
の決定ステップＳ１を行い、基準座標の決定を行う（ス
テップＳ１）。そして、移動指令（ステップＳ１４）を
受けた場合は、水平ステージ１０の作動（ステップＳ１
５）をして、測定点を顕微鏡視野中心軸１４と一致さ
せ、ステップＳ５において補正量をメモリ８に記憶させ
る。

【００４３】図５の場合、当然ステップＳ２でＹＥＳと
して水平ステージ１０の作動（ステップＳ３）を行った
場合、正しい補正ができなくなるので、ステップＳ４が
ＹＥＳとするときは、測定者が意図的にステップＳ２を
必ずＮＯにしなくてはならない。

【００４４】以上、本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。

【００４５】例えば、前述した各実施の形態において
は、補正移動量の設定に際して、圧痕と顕微鏡視野中心
軸１４とのずれ量が自動的に読み込まれるようになって
いたが、顕微鏡４をその観察視野１２内にスケールが見
えるように構成しておき、圧痕と顕微鏡視野中心軸１４
とのずれ量を測定者が読み取って入力装置７を介して演
算・制御部６に入力させるようにしてもよい。

【００４６】また、前述した各実施の形態においては、
２度目以降の押し込み試験においても、それぞれ１つの
測定点のみに圧痕が形成されるようになっていたが、例
えば、２度目の押し込み試験において、水平ステージ１
０を押し込み位置に移動させたまま複数の圧痕が形成さ
れるようにしてもよい。この場合、例えば、２度目の測
定開始指令を与えるときに測定者が入力装置７を操作し
て測定点の数及び各測定点の顕微鏡視野中心軸１４の位
置に対する相対的なＸＹ座標を入力することとし、演算
・制御部６がこれに応答して一旦前述したステップＳ７
の動作を行った後に前述したステップＳ８の動作及び水
平ステージ１０の作動を測定点の数に応じて繰り返し、
複数の圧痕を形成して各圧痕に対する測定演算を行った
後に、ステップＳ９と同様の動作を行えばよい。ただ
し、スライドステージ１１を作動させて水平ステージ１
０を観察位置に戻す際には、水平ステージ１０がスライ
ドステージ１１により押し込み位置に移動したときの最
初の水平ステージ１０の可動部１０ｂのＸＹ座標（すな
わち、２度目の押し込み試験における最初の測定点に対
応するＸＹ座標）に対してメモリ８に現在記憶されてい
る補正移動量に応じた正の量だけずれた位置まで水平ス
テージ１０の可動部１０ｂをＸＹ面内において移動させ
る。

【００４７】また、前述した各実施の形態では、圧子２
の変位に基づいて試料１の硬度等の物性を測定していた
が、従来のビッカース硬度計と同様に、顕微鏡４をその
観察視野１２内にスケールが見えるように構成してお
き、圧痕の対角線の長さｄを読み取り、これに基づいて
試料１の硬度を測定するようにしてもよい。この場合、
変位計５は不要となる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大がかりな微動装置を用いることなく、２度目以降の押
し込み試験に関しては、試料の圧痕位置を観察手段の視
野内の所望位置に自動的に位置させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による表面物性評価装置
の構成を模式的に示す概略構成図である。

【図２】演算・制御部の動作の一例を示すフローチャー
トである。

【図３】１度目の押し込み試験後に観察用顕微鏡で試料
１の表面を観察した状態を示すとともに補正移動量の設
定に関する動作を示す説明図である。

【図４】演算・制御部の動作の他の例を示すフローチャ
ートである。

【図５】演算・制御部の動作の更に他の例を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１ 試料 ２ 圧子 ３ 荷重発生装置 ４ 観察用顕微鏡 ５ 変位計 ６ 演算・制御部 ７ 入力装置 ８ メモリ ９ 表示装置 １０ 水平ステージ １１ スライドステージ １２ 観察視野 １３ 十字線 １４ 顕微鏡視野中心軸 １５ａ，１５ｂ リミットスイッチ １６ 圧痕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の表面に押し込まれる圧子と該圧子
   に所定の荷重を加える荷重負荷部を有した表面物性評価
   部と、 前記試料の表面を観察する試料観察部と、 前記試料を載置するステージと、前記ステージを前記試
   料の表面と略平行な所定の面内で２次元に移動させるス
   テージ移動部材と、 前記表面物性評価部と前記試料観察部との間で前記ステ
   ージをある軌道上で搬送する搬送部と、 前記試料を前記圧子による前記試料表面への押し込み可
   能な位置を第１の位置、前記試料観察部による前記試料
   の表面の観察可能な位置を第２の位置とし、前記第１の
   位置で前記圧子が押し込まれて前記試料の表面に圧痕が
   形成され、前記搬送部によって前記第２の位置に移動さ
   れた前記試料の圧痕の位置と、基準位置との偏差量を測
   定する測定手段と、 前記測定手段により測定した偏差量を補正移動量とし、
   前記補正移動量に応じて前記ステージ移動部材の駆動量
   を制御し、前記圧痕が前記試料観察部の視野内の所望の
   位置になるように補正するステージ移動部材制御手段と
   を有することを特徴とする表面物性評価装置。
2. 【請求項２】 前記試料観察部は、更に前記試料観察部
   での視野内に設けられた位置ゲージの基準点を備え、 かつ前記測定手段は、更に前記圧痕が前記位置ゲージの
   基準点と一致するまで前記ステージ移動部材を駆動させ
   たときの駆動量を検出し、かつ前記駆動量を補正移動量
   として格納する補正移動量格納手段を備え、 前記ステージ移動部材制御手段は、前記試料を前記第２
   の位置から前記第１の位置に移動させるよう前記搬送部
   によって搬送したときに前記補正移動量に応じた負の量
   を駆動させる出力を前記ステージ移動部材に出力し、か
   つ前記試料を前記第１の位置から前記第２の位置に移動
   させるよう前記搬送部によって搬送したときに前記補正
   移動量に応じた正の量を駆動させる出力を前記ステージ
   移動部材に出力することを特徴とする請求項１記載の表
   面物性評価装置。
3. 【請求項３】 試料の表面に押し込まれる圧子と該圧子
   に所定の荷重を加える荷重負荷部を有した表面物性評価
   部で、前記試料の表面に圧痕を形成し、 前記表面物性評価部から前記試料の表面を観察する試料
   観察部へ前記試料を搬送して、前記圧痕の位置と所望の
   基準位置との偏差量を検出測定し、 前記偏差量を検出した際、前記偏差量を補正移動量とし
   て記憶し、 前記試料観察部から前記表面物性評価部へまたは前記表
   面物性評価部から前記試料観察部へ前記試料が搬送され
   た際に、前記補正移動量に応じて試料を移動することを
   特徴とする表面物性評価装置の試料位置補正方法。
4. 【請求項４】 前記試料観察部から前記表面物性評価部
   へ前記試料が搬送された場合に、前記試料を前記補正移
   動量に応じた負の量移動させ、かつ前記表面物性評価部
   から前記試料観察部へ前記試料が搬送された場合に、前
   記試料を前記補正移動量に応じた正の量移動させること
   を特徴とする請求項３記載の表面物性評価装置の試料位
   置補正方法。