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薄膜試験片構造体、その製造方法、その引張試験方法及び引張試験装置

国内特許コード P09P006106
整理番号 KT07-18
掲載日 2009年7月17日
出願番号 特願2007-335667
公開番号 特開2009-156725
登録番号 特許第4942113号
出願日 平成19年12月27日(2007.12.27)
公開日 平成21年7月16日(2009.7.16)
登録日 平成24年3月9日(2012.3.9)
発明者
  • 生津 資大
  • 長井 悠宰
出願人
  • 兵庫県
発明の名称 薄膜試験片構造体、その製造方法、その引張試験方法及び引張試験装置
発明の概要

【課題】薄膜材料からなる試験片を用いて精度良く引張試験を行う。
【解決手段】引張試験に用いられる薄膜試験片構造体1であって、試験対象部2a及びそれに連続する荷重伝達部2bが設けられた薄膜試験片2と、薄膜試験片2の試験対象部2aを除いた少なくとも一部を支持する支持部材3とを備え、支持部材3は、荷重伝達部2bに接合された試験片支持部3aと、薄膜試験片2と離隔した周囲に配置されたフレーム部3cと、試験片支持部3aをフレーム部3cに対して引張方向に相対変位可能に連結する弾性連結部3d,3eとを有している。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


マイクロマシン(Micro Electro Mechanical System:MEMS)や半導体部品などのマイクロデバイスは、薄膜などの微小な部材から構成されている。これらマシン及びデバイスの性能や信頼性を向上させるためには、薄膜材料の使用寸法下における機械的・電気的特性を十分に把握したうえで設計を行うことが重要になる。電気的特性については、これまでも比較的多く調べられてきたが、機械的特性については、その試験技術の困難性から未だ明らかになっていないものが多いのが現状である。機械的特性を評価する代表的な手法としては引張試験が挙げられ、薄膜材料を対象とした引張試験は、一軸引張負荷を試験片に加えたときの抵抗荷重と変位を読み取り、試験片のヤング率、破壊強度、降伏応力等を求めるものが殆どである。

【特許文献1】特開2007-163257号公報

【特許文献2】特開平6-109609号公報

産業上の利用分野


本発明は、引張試験に用いる薄膜試験片構造体、その製造方法、その引張試験方法及び引張試験装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
引張試験に用いられる薄膜試験片構造体であって、
試験対象部及びそれに連続する荷重伝達部が設けられた薄膜試験片と、
前記薄膜試験片の前記試験対象部を除いた少なくとも一部を支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、前記荷重伝達部に接合された試験片支持部と、前記薄膜試験片と離隔した周囲に配置されたフレーム部と、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して引張方向に相対変位可能に連結する連結部とを有していることを特徴とする薄膜試験片構造体。

【請求項2】
前記荷重伝達部は、前記試験対象部から二軸方向に延在している請求項1に記載の薄膜試験片構造体。

【請求項3】
前記連結部は、前記荷重伝達部の軸方向を挟んだ両側に対称に設けられている請求項1又は2に記載の薄膜試験片構造体。

【請求項4】
前記連結部は、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して弾性的に連結する弾性連結部からなる請求項1乃至3のいずれかに記載の薄膜試験片構造体。

【請求項5】
前記弾性連結部は、前記試験片支持部と前記フレーム部と同一材料で一体的に形成され且つ平面視で葛折状に形成されたバネ線状体からなる請求項4に記載の薄膜試験片構造体。

【請求項6】
前記バネ線状体は、前記薄膜試験片及び前記支持部材の平面方向の幅よりも、前記平面に直交する方向の厚みが大きくなっている請求項5に記載の薄膜試験片構造体。

【請求項7】
前記荷重伝達部及び前記試験片支持部には、それらを貫通する係合孔が形成されている 請求項1乃至6のいずれかに記載の薄膜試験片構造体。

【請求項8】
前記フレーム部の前記試験対象部近傍に前記薄膜試験片と同一平面を形成する層が設けられており、該層の外端縁に前記薄膜試験片と対向するマークが形成されている請求項1乃至7のいずれかに記載の薄膜試験片構造体。

【請求項9】
引張試験に用いられる薄膜試験片構造体の製造方法であって、
腐食可能な材料からなる未エッチング基板の一面側に、試験対象部及びそれに連続する荷重伝達部が設けられた薄膜試験片を形成する工程と、
前記未エッチング基板の他面側に平面視で前記試験対象部を除いた少なくとも一部に所要形状の防食処理を施す工程と、
前記未エッチング基板に対して他面側からエッチングを行うことにより、前記荷重伝達部に接合された試験片支持部と、平面視で前記薄膜試験片と離隔した周囲に配置されたフレーム部と、前記試験片支持部を前記フレーム部に対して引張方向に相対変位可能に連結する連結部とを有する支持部材を形成する工程とを備えていることを特徴とする薄膜試験片構造体の製造方法。

【請求項10】
請求項1乃至8のいずれかに記載の薄膜試験片構造体を引張試験するための方法であって、
前記薄膜試験片構造体の前記荷重伝達部及び前記試験片支持部に引張力を付与して、第1回目の引張荷重及び変位を計測し、
前記薄膜試験片構造体の前記試験対象部の破断後に、前記第1回目と同一条件にて再び前記荷重伝達部及び前記試験片支持部に引張力を付与して、第2回目の引張荷重及び変位を計測し、
前記第1回目に計測された引張荷重及び変位から、前記第2回目に計測された引張荷重及び変位をそれぞれ引き算することを特徴とする引張試験方法。

【請求項11】
請求項1乃至8のいずれかに記載の薄膜試験片構造体を引張試験するための装置であって、
前記薄膜試験片構造体の前記支持部材の前記フレーム部が設置される設置台と、
前記薄膜試験片構造体の前記荷重伝達部に引張荷重を伝達する引張荷重伝達部材と、
前記引張荷重伝達部材を移動させるための動力を発生する駆動装置と、
前記駆動装置からの動力を前記引張荷重伝達部材に伝達する動力伝達機構と、
前記引張荷重伝達部材に負荷される荷重を計測する荷重計測装置と、
前記引張荷重伝達部材の変位を計測する変位計測装置とを備えていることを特徴とする引張試験装置。

【請求項12】
前記引張荷重伝達部材は、前記薄膜試験片構造体に二軸方向の引張力を付与する構成である請求項11に記載の引張試験装置。

【請求項13】
前記引張荷重伝達部材は、基部と、前記基部から突出して前記薄膜試験片構造体の前記係合孔に挿入される係合突起とを有し、
前記設置台は、複数の平坦な設置面を有する一体品からなり、
前記引張荷重伝達部材の前記基部は、前記設置面を含む平面よりも下方に位置し、
前記引張荷重伝達部材の前記係合突起は、前記設置面を含む平面よりも上方に突出している請求項11又は12に記載の引張試験装置。

【請求項14】
前記引張荷重伝達部材は、前記設置台から離反する方向に延出しており、
前記駆動装置は、前記引張荷重伝達部材の下方に配置され、前記動力伝達機構を介して前記引張荷重伝達部材に接続されている請求項11乃至13のいずれかに記載の引張試験装置。

【請求項15】
前記動力伝達機構は、前記駆動装置からの駆動力が作用する力点と、前記引張荷重伝達部材に駆動力を伝達する作用点と、テコの原理により前記作用点における変位を前記力点における変位よりも増加させるための支点とを有している請求項12乃至14のいずれかに記載の引張試験装置。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007335667thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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