JPH04169048A - 走査型電子顕微鏡付き材料試験機 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は走査型電子顕微鏡付き材料試験機に関し、特に
繰り返し曲げ荷重が負荷される試験片の変位振幅と同期
させて走査型電子顕微鏡の焦点を自動調節するように改
良したものである。

Ｂ、従来の技術 例えば、サーボアクチュエータによって疲労試験を行な
いつつ試験片を走査型電子顕微鏡でとらえ、この走査型
電子顕微鏡と同期走査される表示装置（例えばＣＲＴ）
に拡大像を表示する走査型電子顕微鏡付き疲労試験機が
知られている。またとくに、特開平２−１５２１５２号
公報には、試験片に働く繰り返し引っ張りまたは圧縮荷
重のために走査型電子顕微鏡の視野内で試験片が振動す
るのを防止するようにした走査型電子顕微鏡付き材料試
験機が開示されている。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 ところで、走査型電子顕微鏡の対物レンズの焦点位置は
試験片に応じて調節する必要があり、通常は試験に先立
って焦点調節用電磁コイルにより焦点調節を行なってい
る。しかしながら、繰返し均−曲げ試験のように観察面
である試験片の表面が焦点調節方向に振動すると、走査
型電子顕微鏡の表示画面上で観察される画像はぼけてし
まう。

そのため、従来は、この種の走査型電子顕微鏡付き材料
試験機では繰返し曲げ試験が実質的に行なわれていない
。

本発明の目的は、試験片が焦点調節方向に振動しても表
示画面上で鮮鋭な画像が得られるようにした走査型電子
顕微鏡付き材料試験機を提供することにある。

Ｄ６問題点を解決するための手段 一実施例である第１図に対応づけて本発明を説明すると
、本発明は、試験片ＴＰに曲げ荷重を負荷するアクチュ
エータ３０と、試験片ＴＰが所定の変位振幅で撓むよう
にアクチュエータ３０を制御するサーボ装置４２，４３
．４４と、試験片ＴＰの表面を２次元走査して検出出力
を得る走査型電子顕微ｔＲ１０と、この走査型電子顕微
鏡１０の電子線走査と同期して検出出力を走査して拡大
像を表示する表示族Ｗ５１とを備える走査型電子顕微錆
付き材料試験機に適用される。

そして、走査型電子顕微ｌ１１０の焦点調節方向におけ
る試験片ＴＰの変位振幅を表す物理量を検出する検出手
段２７と、この検出手段２７で検出された、試験片ＴＰ
の変位振幅に応じた物理量に基づいて走査型電子顕微鏡
１０の焦点を制御する制御手段６０とを具備することに
より、上述した目的が達成される。

Ｅ９作用 作用する繰返し曲げ荷重に応じて試験片ＴＰは繰返し曲
げ変形する。検出手段２７により試験片ＴＰの曲げ変位
振幅に応じた物理量が検出され、検出された物理量によ
り電子線の焦点、すなわち集束位置が調節される。した
がって、電子線の焦点は変位振幅に応じて振動し、試験
片が繰返し曲げ変形しても鮮鋭な画像が得られる。

Ｆ、実施例 第１図〜第４図により一実施例を説明する。

全体構成を示す第１図において、１０は走査型電子顕微
鏡であり、電子銃１１、走査用偏向コイル１２、焦点調
節用電磁コイル（以下、集束用コイルと呼ぶ）１５、検
出部１３．試料室１４を有し、試料室１４には、把持装
置２０の把持具２１゜２４で把持される試験片ＴＰが挿
入される。走査型電子顕微鏡１０でとらえられる試験片
ＴＰの拡大像は表示装置、例えばＣＲＴ５１で可視化さ
れる。すなわち、電子銃１０から発射される電子線を集
束用コイル１５で試験片表面に集束させ、走査用偏向コ
イル１２で電子線を２次元走査するとともに、試験片Ｔ
Ｐの表面から放出される２次電子または反射電子を検出
部１３で検出する。走査用偏向コイル１２による電子線
の走査とＣＲＴ５１の走査は同期走査回路５２により同
期がとられており、偏向コイル１２により電子線で試験
片ＴＰ上を２次元走査するとき、検出部１３から出力さ
れる検出信号の強度変化を走査型電子顕微ｔＲ１０の電
子線と同期してＣＲＴ５１上で走査することにより、Ｃ
ＲＴ５１上に拡大像が表示される。

第２図は把持装置２０の詳細を示す。

一方の把持具２１の左右両端は一対の回転軸受２２で回
転可能に保持されている。この回転軸受２２は、対向し
て配置された一対の板ばね２３ｂを介して揺動可能にば
ね保持台２３ａに支持され、はね保持台２３ａは図示し
ない固定基台上に固設される。他方の把持具２４の左右
両端は一対の回転軸受２５で回転可能に保持されている
。この回転軸受２５は対向して配置された一対の負荷腕
２６の先端に設けられ、一対の負荷腕２６はロードセル
２７を介してサーボアクチュエータ３０に接続されてい
る。

第１図に戻り説明を続ける。

サーボアクチュエータ３０には油圧源３１から圧油が供
給され、サーボアクチュエータ３０が伸縮すると板ばね
２３ｂが揺動し、試験片ＴＰは均−曲げと呼ばれる変形
を起こす。この原理は周知であり、詳細説明は省略する
。なお、均−曲げ試験とは、試験片に変動する軸力を作
用させ、軸力と直交する２方向に略対称に繰返し曲げ変
形を起こさせる試験を指す。そして１本明細書中、試験
片の変位振幅とは、試験片の中央部のある点の軸芯と直
交する方向の撓み量の時間変化である。

操作盤４１は、繰り返し均−曲げ荷重を与える負荷パタ
ーンを設定するため、第３図に示すような荷重平均値Ｍ
ｅａｎと荷重振幅Δａ　ｓｉｎθとを入力する操作部を
有し、操作盤４１からの信号はコントローラ４２に入力
される。コントローラ４２は荷重平均値と荷重振幅を表
わす信号を発振回路４３に送り、発振回路４３は繰り返
し曲げ荷重の負荷パターンに応じた制御設定信号を加え
合せ点４４に供給する。この加え合せ点４４にはロード
セル２７からロードアンプ４５を介して荷重フィードバ
ック信号も供給され、面入力信号の偏差信号が増幅器４
６介してサーボアクチュエータ３０に供給され、サーボ
アクチュエータ３０は設定された負荷パターンで試験片
ＴＰを負荷する。

同期観察回路６０は、繰り返し曲げ荷重に伴い試験片Ｔ
Ｐが電子線の進行方向（試験片の軸芯と直交する方向）
に変形しても、ＣＲＴ５１画面上で画像がぼけないよう
に、試験片の変形に合わせて走査型電子顕微１ｉ１０の
焦点を調節するものである。この間期ａ察回路６ｏには
、コントローラ４２から平均値信号が入力されるととも
に、ロートアンプ４５から検出荷重信号が入力される。

このような同期観察回路６ｏの詳細を第４図に示す。

減算器６１は、ロードアンプ４５の出力である繰り返し
荷重の検出信号からコントローラ４２の出力である平均
値信号Ｍｅａｎを減算し、繰り返し荷重成分から振動成
分のみの信号Δｂ　ｓｉｎθを形成する。ゲイン設定器
６２は、このΔｂ　ｓｉｎθに所定のゲインｇを掛け、
Δｂ　ｓｉｎθＸｇを演算する。ここで、このゲインは
試験片の剛性などに従って決定されるもので、振動成分
Δｂ　ｓｉｎθを試験片ＴＰの実際の変位に換算するも
のである。このΔｂ　ｓｉｎθＸｇは集束用コイル１５
に印加され、集束用コイル１５によって電子線の焦点を
試験片の変位振幅に応動させる。

一方、コントローラ４２は走査速度設定信号を同期走査
回路５２に供給し、走査型電子顕微！ｔｌＯおよびＣＲ
Ｔ５１の電子線の走査速度を設定する。例えは、走査速
度は１画面１／６０秒〜数百秒の範囲で設定され、ＣＲ
Ｔ５１で通常の映像を表示する場合は１／６０秒に設定
され、カメラでＣＲＴ５１上の表示映像を撮影する場合
には、映像の明るさなどに応じて十分に露光するに足り
る時間、例えば１００秒に設定される。

次にこのように構成された制御装置の動作を説明する： サーボアクチュエータ３ｏにより、第３図に示す荷重平
均値Ｍｅａｎ、荷重振幅Δａ　ｓｉｎθの負荷パターン
にて繰り返し均−曲げ疲労試験を行うものとする。コン
トローラ４２は、荷重平均値Ｍｅａｎを表わす信号と、
荷重振幅Δａ　ｓｉｎθを表わす信号とを発振回路４３
に送り、発振回路４３は第３図に示す波形信号を加え合
せ点４４に供給する。

またこのときコントローラ４２は、走査速度設定信号に
より同期走査回路５２にたとえばラピッドスキャンを指
令し、同期走査回路５２は１画面を１／６０秒で走査す
るように走査型電子顕微ｌ１ｌＯおよびＣＲＴ５１を制
御する。

試験片に働く荷重はロードセル２７で検出されロードア
ンプ４５で増幅され加え合わせ点４４にフィードバック
される。この加え合わせ点４４で負荷パターンの波形信
号と荷重信号との偏差がとられ、アンプ４６を介してそ
の偏差に相応する信号がサーボアクチュエータ３０に入
力される。これにより、サーボアクチュエータ３０が伸
縮駆動され、試験片に繰り返し均−曲げ荷重が働く。

このとき、ロードアンプ４５からの検出信号とコントロ
ーラ４２からの平均値信号とは同期観察回路６０の減算
器６１に入力される。ここで、検出信号はほぼ（Δｂｓ
ｉｎθ＋Ｍｅａｎ）と表わせるから、この検出信号から
入力平均値Ｍｅａｎを減算すると、試験片の変位振幅に
応じた信号Δｂ　ｓｉｎθが演算される。そして、ゲイ
ン設定器６２でΔｂｓｉｎ＆−ｇが演算され、試験片Ｔ
Ｐの変位振幅が求められ、この変位振幅信号が集束用コ
イル１５に入力される。その結果、電子線の集束位置は
、常時、第３図に示すような試験片の変位振幅と同期し
て振動する。この電子線は、走査用偏向コイル１２によ
り試験片上を２次元走査するようにも偏向されるから、
ＣＲＴ画面上には上記観察領域の静止拡大像が鮮鋭に表
示される。

以上では、均−曲げ疲労試験について説明したが、その
他の繰返し曲げ疲労試験にも本発明を適用できる。また
、実荷重から入力平均値を減算して振幅を求めたが、実
荷重から計算で振幅を求めたり、試験片軸芯方向の変位
を検出し、この横比信号から上記変位振幅を検出しても
よい。さらに、疲労試験が進むと試験片の剛性が下がる
から、それに応じて上記ゲインをフィードバックすれば
。

さらに精度の高い測定が可能となる。剛性の低下は、試
験片の軸芯方向に直交する変位と軸力とをモニタするこ
とにより容易に検出できる。

以上の実施例の構成において、発振回路４４゜加え合わ
せ点４４．サーボアンプ４６などがサーボ装置を、ＣＲ
Ｔ５１が表示装置を、ロードセル２７が検出手段を、同
期観察回路６０が制御手段をそれぞれ構成する。

Ｇ０発明の効果 本定明は以上のように構ｆ戊したから、電子線の集束位
置が試験片の変位振幅に同期して振動し、電気的な制御
により表示画面上の試験片の拡大像を鮮鋭に表示できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図が全体の概略構成を示すブロック図、第２図が均−曲
げ用の把持装置の斜視図、第３図が負荷パターンを説明
する線図、第４図が同期観察回路の詳細を示すブロック
図である。 １０：走査型電子顕微ｆｉ　　　１２：走査用偏向コイ
ル１３：検出部　　　　　　　１４：試料室１５：集束
用コイル　　　　２４：把持装置２７：ロードセル ３０：サーボアクチュエータ ４１：操作盤　　　　　　４２：コントローラ４３：発
振回路　　　　　４４：加え合わせ点４５：ロートアン
プ　　　４６：サーボアンプ５１：ＣＲＴ　　　　　　
　５２：同期走査回路６０：同期観察回路　　　６１：
減算器６２ニゲイン設定器 特許出願人　　　株式会社島津製作所 代理人弁理士　　　　永　井　冬　紀 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 試験片に曲げ荷重を負荷するアクチュエータと、前記試
   験片が所定の変位振幅で撓むように前記アクチュエータ
   を制御するサーボ装置と、前記試験片の表面を２次元走
   査して検出出力を得る走査型電子顕微鏡と、この走査型
   電子顕微鏡の電子線走査と同期して前記検出出力を走査
   して拡大像を表示する表示装置とを備える走査型電子顕
   微鏡付き材料試験機において、前記走査型電子顕微鏡の
   焦点調節方向における試験片の前記変位振幅を表す物理
   量を検出する検出手段と、この検出手段で検出された、
   試験片の変位振幅に応じた前記物理量に基づいて前記走
   査型電子顕微鏡の焦点を制御する制御手段とを具備する
   ことを特徴とする走査型電子顕微鏡付き材料試験機。