JP7046383B2 - 力学特性試験方法及び計測装置 - Google Patents
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Description
[2]前記圧子と、前記試験体と、表面観察プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡と、を有する顕微インデンテーション試験機を用いて、
前記走査型プローブ顕微鏡により、前記圧子の先端を、前記試験体の表面に前記圧子を押し込んで接触させた状態で、前記圧子の前記試験体側と反対の面の形状変化を計測する、[1]の力学特性試験方法。
[3]前記顕微インデンテーション試験機と、計測制御装置と、情報処理装置とを有する力学特性計測装置を用いて、
前記計測制御装置により、
前記試験体の表面と前記圧子の先端との位置関係を計測し、
前記試験体と前記圧子との押し込みが所定の圧入深さとなるように位置制御し、
前記圧子の背面を観察する前記走査型プローブ顕微鏡を制御し、
前記情報処理装置により、
前記顕微インデンテーション試験機から前記表面観察プローブの背面の表面情報を受け取り、表面変形量もしくは表面変位分布として解析し、
解析された表面変形量もしくは表面変位分布を記憶装置に記憶し、
前記記憶装置に記憶された既知の力学特性を有する前記圧子を用いた前記顕微インデンテーション試験機による顕微インデンテーション試験の結果から、未知試料の試験体の力学特性を評価することを特徴とする[2]の力学特性試験方法。
[4]前記圧子の前記試験体表面との接触中心点を基準とし、前記圧子の前記試験体側と反対の面に対して接触中心点から垂直に降ろした点の変位もしくはその点からの距離を関数とする変位分布を計測する[1]から[3]のいずれかの力学特性試験方法。
圧子の測定試料側と反対の面の形状変化を計測する計測手段と、を備えた力学特性計測装置。
[6]顕微インデンテーション試験機を備え、この顕微インデンテーション試験機は、
前記圧子と、
前記試験体と、
前記圧子の先端を、前記試験体の表面に前記圧子を押し込んで接触させた状態で、前記圧子の前記試験体側と反対の面の形状変化を計測する、表面観察プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡を有し、
前記計測手段は、前記走査型プローブ顕微鏡を含む、[5]の力学特性計測装置。
[7]前記顕微インデンテーション試験機と、計測制御装置と、情報処理装置とを備え、
前記計測制御装置は、
前記試験体の表面と前記圧子の先端との位置関係を計測する変位計測装置と、
前記試験体と前記圧子との接触が所定の圧入深さとなるように位置制御する精密位置決め装置と、
前記圧子の背面を観察する前記走査型プローブ顕微鏡を制御する表面解析装置を有し、
前記情報処理装置は、
前記顕微インデンテーション試験機から前記表面観察プローブの背面の表面情報を受け取り、三次元の表面変形量もしくは表面変位分布として解析する表面解析部と、
前記表面解析部で解析された表面変形量もしくは表面変位分布を記憶する記憶装置を有し、
前記記憶装置に記憶された既知の力学特性を有する前記圧子を用いた、前記顕微インデンテーション試験機による顕微インデンテーション試験の結果から、未知試料の試験体の力学特性を評価することを特徴とする[6]の力学特性計測装置。
[8]前記圧子と、前記表面観察プローブの探針とが縦方向に配列した縦型二重構造を有する請求項[6]又は[7]の力学特性計測装置。[9]前記表面観察プローブは、片持ち梁方式により前記走査型プローブ顕微鏡のXYZ走査機構に、前記XYZ走査機構と連動できるように取り付けられている、[6]から[8]のいずれかの力学特性計測装置。
[10]前記走査型プローブ顕微鏡は、前記圧子の前記試験体表面との接触中心点を基準とし、圧子の試験体側と反対の面に対して接触中心点から垂直に降ろした点の変異もしくはその点からの距離を関数とする変位分布を計測するように構成されている、[6]から[9]のいずれかの力学特性計測装置。
圧子の先端は一つの突起を持つ形状であり、例えば、球面、三角錐、四角錐、または、円錐である。図1に示す圧子4の構造は中実であるが、殻(シェル)でも良い。しかし、その背面は平滑であることが必要である。
図3は、本発明の一実施形態に係る顕微インデンテーション試験装置の機能構成の一例である。なお、以下では、図2に示すインデンテーション・システムの構成例も適宜参照して説明する。
<実施例1>
<実施例2>
<実施例3>
なお、本実施例に関して記載する負荷力は、「1kgf=9.80665N」に従って換算されることが理解される。
2 計測制御装置
3 情報処理装置(電子計算機)
4 圧子
5 試験体
6 プローブ顕微鏡
7 変位計測装置
8 精密位置決め装置
9 表面解析装置
10 入出力I/F
11 CPU
12 条件設定部
13 表面解析部
14 特性値演算部
15 位置制御部
16 記憶装置
20 表面観察プローブ
21 XYZ走査機構
22 レーザ
23 分割フォトダイオード
24 電流・電圧変換回路
25 フィードバック回路
26 粗動機構
27 試験体保持台
Claims (10)
- 測定試料の試験体の表面に圧子を押し込んで接触させた状態で、圧子の試験体側と反対の面の形状変化を計測することによって、測定試料の力学特性を評価する工程を含み、
前記圧子のうち前記試験体に接触する側の先端は、一つの突起を持つ形状であることを特徴とする力学特性試験方法。 - 前記圧子と、前記試験体と、表面観察プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡と、を有する顕微インデンテーション試験機を用いて、
前記走査型プローブ顕微鏡により、前記圧子の先端を、前記試験体の表面に前記圧子を押し込んで接触させた状態で、前記圧子の前記試験体側と反対の面の形状変化を計測する請求項1に記載の力学特性試験方法。 - 前記顕微インデンテーション試験機と、計測制御装置と、情報処理装置とを有する力学特性計測装置を用いて、
前記計測制御装置により、
前記試験体の表面と前記圧子の先端との位置関係を計測し、
前記試験体と前記圧子との押し込みが所定の圧入深さとなるように位置制御し、
前記圧子の背面を観察する前記走査型プローブ顕微鏡を制御し、
前記情報処理装置により、
前記顕微インデンテーション試験機から前記表面観察プローブの背面の表面情報を受け取り、表面変形量もしくは表面変位分布として解析し、
解析された表面変形量もしくは表面変位分布を記憶装置に記憶し、
前記記憶装置に記憶された既知の力学特性を有する前記圧子を用いた前記顕微インデンテーション試験機による顕微インデンテーション試験の結果から、未知試料の試験体の力学特性を評価することを特徴とする請求項2に記載の力学特性試験方法。 - 前記圧子の前記試験体表面との接触中心点を基準とし、前記圧子の前記試験体側と反対の面に対して接触中心点から垂直に降ろした点の変位もしくはその点からの距離を関数とする変位分布を計測する請求項1から3のいずれか一項に記載の力学特性試験方法。
- 測定試料の試験体に押し込む圧子と、
圧子の試験体側と反対の面の形状変化を計測する計測手段と、を備え、
前記圧子のうち前記試験体に接触する側の先端は、一つの突起を持つ形状であることを特徴とする力学特性計測装置。 - 顕微インデンテーション試験機を備え、この顕微インデンテーション試験機は、
前記圧子と、
前記試験体と、
前記圧子の先端を、前記試験体の表面に前記圧子を押し込んで接触させた状態で、前記圧子の前記試験体側と反対の面の形状変化を計測する、表面観察プローブを備えた走査型プローブ顕微鏡を有し、
前記計測手段は、前記走査型プローブ顕微鏡を含む、請求項5に記載の力学特性計測装置。 - 前記顕微インデンテーション試験機と、計測制御装置と、情報処理装置とを備え、
前記計測制御装置は、
前記試験体の表面と前記圧子の先端との位置関係を計測する変位計測装置と、
前記試験体と前記圧子との接触が所定の圧入深さとなるように位置制御する精密位置決め装置と、
前記圧子の背面を観察する前記走査型プローブ顕微鏡を制御する表面解析装置を有し、
前記情報処理装置は、
前記顕微インデンテーション試験機から前記表面観察プローブの背面の表面情報を受け取り、三次元の表面変形量もしくは表面変位分布として解析する表面解析部と、
前記表面解析部で解析された表面変形量もしくは表面変位分布を記憶する記憶装置を有し、
前記記憶装置に記憶された既知の力学特性を有する前記圧子を用いた、前記顕微インデンテーション試験機による顕微インデンテーション試験の結果から、未知試料の試験体の力学特性を評価する、請求項6に記載の力学特性計測装置。 - 前記圧子と、前記表面観察プローブの探針とが縦方向に配列した縦型二重構造を有する請求項6又は7に記載の力学特性計測装置。
- 前記表面観察プローブは、片持ち梁方式により前記走査型プローブ顕微鏡のXYZ走査機構に、前記XYZ走査機構と連動できるように取り付けられている、請求項6から8のいずれか一項に記載の力学特性計測装置。
- 前記走査型プローブ顕微鏡は、前記圧子の前記試験体表面との接触中心点を基準とし、
圧子の試験体側と反対の面に対して接触中心点から垂直に降ろした点の変位もしくはその点からの距離を関数とする変位分布を計測するように構成されている、請求項6から9のいずれか一項に記載の力学特性計測装置。
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