JPS62231136A - 超微小材料試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、被試験体表面に形成された薄膜の強度等を試
験するために用いられる超微小材ネ１試験装置に関する
。

［従来の技術］ 従来、試料の硬度を測定する！Ｅ微小材料試験装置の微
小荷重を加える機構としては、微小分銅を直下式に負荷
する方式やレバー機構を介して負荷する方式のものが採
用されており、また微動機構と負荷機構とを組合わせて
構成したものがある（４″？開閉５［１−４４８２４号
）、一方、ビッカース硬さを′ＡＩ一定する場合の圧子
の変位量：を知る方法として、被測定物の測定面に一定
荷重で圧子を一定時間押し付け、その圧子の圧痕の対角
長さを測定しているが、これに対して圧痕深さを設定し
ておき、設定深さになるまで圧子を押し付け、その時に
荷重を検出するようにしたものも提案されている（実開
昭５８−７１２４９号）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の質量を用いた負荷方式では、
機構的な感脣を考慮にいれれば、微小荷重の制御精度を
保持するのが困難であり、結果として荷重範囲が狭く、
右段状の荷重負荷に限定されるなど、荷重条件の設定に
汎用性がなかった。

また、圧子の変位ｅを求めるために圧痕の対角線を測定
するのは、熟練を要するのでミスが生じやすく精度上の
問題があった。これを改良するものとして提案された実
開昭５８−７９２４９号に開示される考案は、予め圧痕
深さを設定しておくものであり、リアルタイムで変化し
ていく微小荷重と被試験体表面のくぼみ深さとを測定す
ることができ、物性評価の上で充分な測定ができないと
いう問題点があった。

そこで本発明は、任意の微小荷重の負荷と、その負荷時
のくぼみ深さのリアルタイムでの測定が行なえ、しかも
微小荷重およびくぼみ深さの関係を記録し、荷爪−深さ
曲線等から物性評価、例えば被試験体の硬度あるいは弾
性精度等を測定することが可能な装置の提供を目的とす
る。

ｃ問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決するために、次のような構
成とした。

すなわち、本発明にかかる超微小材料試験装置は、任意
に微小荷重を加えることができる可変形負荷手段と、該
可変形負荷手段によって被試験体表面に押し付けられる
圧子と、該圧子の変位量を検出する圧子変位量検出手段
と、前記可変形負荷手段によって加えられる微小荷重量
並びに圧子変位１，１．検出手段によって求められる圧
子の変位量に基づいて被試験体表面での変形過程を、例
えば荷重−変位の関係として演算する演算手段と、その
結果を記録する記録手段とを備えてなることを特徴とし
ている。

［作　用］ 可変形負荷手段において負荷時の微小荷重は設定荷徂値
まで検出され、圧子の変位量は圧子変位量検出手段で検
出され、これら両検出値はリアルタイムで荷徹−変位の
関係とじて演算処理され、測定結果が例えば荷重−変位
曲線として記録手段に記録されるので、被試験体の物性
評価を多角的に行なうことができる。

［実施例］ 第１図は、本発明の１実施例装置の構成を示す断面図で
あり、枠体２０内の荷重装置１は、平衡させた天秤２の
片方の端に圧子６が取り付けられ、他方にＴＬ電磁コイ
ルが取り付けられた自動平衡型電子天秤タイプのものと
して構成されている。すなわち、電磁コイル３に計測制
御装置１２から直流電流を流し、その流す向きにより電
磁コイル３の電磁力によって荷重を付加もしくは減少さ
せ、圧子６を介して試料台８のステージ９上に載置され
た試料７への荷重を増加、減少することができるように
なっている。荷重装置ｌは、このように計測制御装置１
２からの外部信号によって任意に荷重の増加、減少、停
【１−を行なえる。圧子６上方には差動トランス式の変
位検出器５が設けられており、荷重をかけている間、圧
子６によって押し付けられた試料７表面での変位（くぼ
み深さ）を検出する。変位検出器５によって検出された
変位量、すなわち圧子６の移動量は変位測定器（アンプ
）　１０によって定量的にとらえられて計測側ｕ４装置
１２へ変位情報として送られる。変位測定器１０は計測
制御装置１２に内蔵されている。荷重装置ｌで発生させ
る荷重は、すでに計測制御装置１２で判別されているの
で、ある荷重下での変位をリアルタイムで測定すること
ができる。計測制御装置１２は、これら得られたデータ
をもとに演算処理し、必要な測定結果を図示しないレコ
ーダ等の記Ｑ装７１１３へ出力する。

実施例装置には、上記した試験器としての主要な構ｒ＆
部分の他に、補助的装置として光学モニタ１５、試料台
８が設けられている。光学モニタ１５は、対物レンズ１
７と接眼レンズ１６とを備え、試ネ４７の表面で試験を
行なう位置を測定したり、圧子６によって付けられたく
ぼみの状態を作業者が観察するために用いるものである
。試料台８は昇降可能な構造を有し、Ｘ−Ｙ方向、回転
方向での移動回走なステージ９が着脱自在に設けられ、
ステージ９の上面には試料７を固定するバイスが取り付
けられる。試料台８を操作して圧子６と試料７を近づけ
たり、任意の試験位置に移動させることができる。

上記のように構成された実施例装置による試験は次のよ
うにして行なわれる。

試料７を試料台８に固定し、対物レンズ１７中心に位置
させる。接眼レンズ１６をのぞきながら試料台８を上下
させ、試料７の表面を見つけ、試験する位置をステージ
９を操作して決定する。試料７の試験する位置をその同
一水平面上を保ちながら圧子６の中心へ移動させる。計
測制御装置１２には予め試験条件が決められているため
所定のシーケンスで試験が進むようになっている。試験
開始の合図とともに電磁コイル３には負荷方向の電流が
流れ、圧子６は下方へ押される。圧子６先端と試０７表
面との間に空間があるうちは表面に傷がつかないが、空
間がなくなれば圧子６先端は表面にへこみ傷をつける。

空間がなくなったことが適当な判別手段によって判別さ
れたら、そのときの圧子６の移動点を０点とし、それか
ら圧子６が移動した距離を試料７の変形量とする。０点
を検出した後も所定の試験荷重を加えてゆき、試料７の
変形量の情報を得る。この場合は荷重を基準に変形量を
得ようとしているが、変形量を基準にその時の荷重を知
ることもできる。所定の試験が終了すれば電磁コイル３
には除荷方向の電流を流して圧子６を上方へ移動させる
。この時には既に加えた荷重による変形は計測制御装置
１２内に記憶され。

必要なデータとしての演算も同時に進行している。試料
７を対物レンズ１７中心下の元の位置へ戻し、接眼レン
ズＩＢをのぞいて試料７表面のくぼみを観察する。

第２図は上記手順により行った試験の記録で、荷重を等
速に増加させた後一定荷重で保持したときのくぼみ深さ
がどのようになるかを知ることができる。さらに、第３
図に示すように荷重を時間とともに縁り返し変動させ、
そのときのくぼみ変化を知ることもでき、これらの曲線
から物性の評価をすることもできる。従来の硬度計は定
荷屯試験であったので、このような曲線を得ることはで
きなかった。

また、この装置を使用すれば、第４図に示すようにくぼ
み深さ一時間の特性曲線を得ることも可能で、これら特
性曲線により硬度測定その他の物性の測定が可能である
。

上記実施例において、モニタは光学式のものを採用して
いるが、より倍率を高めて観察する必要がある場合は電
子顕微鏡を用いてもよく、また目視程度で表面の測定位
置を決定する場合はモニタは不要である。また、接眼レ
ンズ部にフォーカス検出器を、試料台の上下機構に電動
等のサーボ機構をそれぞれ用い、試料表面を自動的に探
すいわゆるオートフォーカス機能と、ステージが自動的
に対物レンズ側と圧子側とに切り替わる機能と、ステー
ジが自動的にＸ軸、Ｙ軸１回転方向に移動できる機能と
、ステージ上に試料を自動的に載置する試料供給装置と
を組合わせれば、全自動機を構成することができる。

また、圧子６と負荷装Ｗ１１との間に荷重検出器（ロー
ドセル）を設ければ閉ループ制御ができ、荷重制御を精
度よく行なうことができる。荷重発生器、変位検出器は
それぞれ上記した電磁コイル、差動トランス式のものに
限定されず、他のタイプのものであってもよい、さらに
、接眼レンズは測微装置のあるものでもよく、無いもの
でもよい、また、計測制御装置１２は本体に内蔵しても
よい、負荷機構は、自動平衡型電子天秤タイプには限定
されない。

［発明の効果］ Ｌ記説明から明らかなように５本発明にかかる超微小材
料試験装置は、微小荷重下の試料表面の変形をリアルタ
イムで測定でき、荷重−深さ特性から物性評価を可壱に
して硬度計として使用することができる。また、外部信
号によって任意に荷重増加、減少、停止ト指令が行なえ
、従来の硬度計では行なえなかった等速荷重増加（減少
）試験を行なうこともでき、その時のくぼみ深さもリア
ルタイムで測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す断面図、第２図か
ら第４図は実施例によって行なった試験により求めた荷
重−くぼみ深さおよびくぼみ深さ一時間の特性を示す図
である。 ｌ・・・荷重装置　５・・・変位検出器　６・・・圧子
７・・・試料　１２・・・計測制御装置　１３・・・記
録装置第３図 時間→ 第２区 ９寺Ｐ謂→ 第４図 吋間→

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）任意に微小荷重を加えることができる可変形負荷
   手段と、該可変形負荷手段によって被試験体表面に押し
   付けられる圧子と、該圧子の変位量を検出する圧子変位
   量検出手段と、前記可変形負荷手段によって加えられる
   微小荷重量並びに圧子変位量検出手段によって求められ
   る圧子の変位量に基づいて被試験体表面での変形過程を
   演算する演算手段と、その結果を記録する記録手段とを
   備えてなることを特徴とする超微小材料試験装置。