JPH11230875A - 微小バネ定数測定装置およびバネ定数の測定方法 - Google Patents
微小バネ定数測定装置およびバネ定数の測定方法Info
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- JPH11230875A JPH11230875A JP3084998A JP3084998A JPH11230875A JP H11230875 A JPH11230875 A JP H11230875A JP 3084998 A JP3084998 A JP 3084998A JP 3084998 A JP3084998 A JP 3084998A JP H11230875 A JPH11230875 A JP H11230875A
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- indenter
- sample
- spring constant
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- Pending
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】微小なバネ状試料のバネ定数を精度よく測定す
る。 【解決手段】先端が平面状に形成された圧子３は負荷部
１によって所定の荷重が矢印Ｐ方向にかけられる。この
ときの圧子の移動量は変位測定部２によって測定され
る。一方、試料ホルダ４に取り付けられた板バネ状の試
料５は図示していない試料ステージによって圧子の直下
に持ってこられる。圧子３が下方に移動すると、圧子３
の平面状の先端が試料５を押していき試料が変形する。
このとき圧子３は試料５の表面に押し込まれることはな
い。試料５の変形量は変位測定部２で測定される圧子３
の変位量と同じとみなされるので、この変形量と圧子３
に加えた負荷との関係から試料５のバネ定数が求められ
る。
る。 【解決手段】先端が平面状に形成された圧子３は負荷部
１によって所定の荷重が矢印Ｐ方向にかけられる。この
ときの圧子の移動量は変位測定部２によって測定され
る。一方、試料ホルダ４に取り付けられた板バネ状の試
料５は図示していない試料ステージによって圧子の直下
に持ってこられる。圧子３が下方に移動すると、圧子３
の平面状の先端が試料５を押していき試料が変形する。
このとき圧子３は試料５の表面に押し込まれることはな
い。試料５の変形量は変位測定部２で測定される圧子３
の変位量と同じとみなされるので、この変形量と圧子３
に加えた負荷との関係から試料５のバネ定数が求められ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非常に薄く小さい
板バネや微小なコイルバネなど各種形状をした微小なバ
ネのバネ定数を測定できる微小バネ定数測定装置、およ
び、それを用いたバネ定数の測定方法に関する。とくに
原子間力顕微鏡などで使われるカンチレバーや両持ちレ
バーのような微小なバネ状部材のバネ定数の測定に適し
た微小バネ定数測定装置およびそのバネ定数の測定方法
に関する。
板バネや微小なコイルバネなど各種形状をした微小なバ
ネのバネ定数を測定できる微小バネ定数測定装置、およ
び、それを用いたバネ定数の測定方法に関する。とくに
原子間力顕微鏡などで使われるカンチレバーや両持ちレ
バーのような微小なバネ状部材のバネ定数の測定に適し
た微小バネ定数測定装置およびそのバネ定数の測定方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】厚さが数十μｍ程度の鋼板からなるバネ
のバネ定数を測定するためには、ｍＮ単位の負荷を試料
に与え、μｍ単位の変位を精度よく検出することが必要
である。従来、上述の大きさの荷重は天びん機構で発生
し測定することが可能であり、一方変位は差動トランス
などを用いた変位計で測定することが可能であった。
のバネ定数を測定するためには、ｍＮ単位の負荷を試料
に与え、μｍ単位の変位を精度よく検出することが必要
である。従来、上述の大きさの荷重は天びん機構で発生
し測定することが可能であり、一方変位は差動トランス
などを用いた変位計で測定することが可能であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】バネ定数を測定するた
めに、微小な荷重を発生・測定し、微小な変位を測定す
ることは、それぞれ単独では可能であったが、この両者
を精度よく同時に測定する方法、および、それを実現す
る装置はなかった。
めに、微小な荷重を発生・測定し、微小な変位を測定す
ることは、それぞれ単独では可能であったが、この両者
を精度よく同時に測定する方法、および、それを実現す
る装置はなかった。
【０００４】とくに原子間力顕微鏡のプローブとして用
いられる微小なカンチレバーや両持ちレバーなどの微小
な部材のバネ定数を測定することははなはだ困難であっ
た。
いられる微小なカンチレバーや両持ちレバーなどの微小
な部材のバネ定数を測定することははなはだ困難であっ
た。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、簡単な機構で微小なバネのバネ定数が測
定できる微小バネ定数測定装置およびそれを用いてバネ
定数を測定する方法を提供することを目的とする。
たものであり、簡単な機構で微小なバネのバネ定数が測
定できる微小バネ定数測定装置およびそれを用いてバネ
定数を測定する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、先端が平面状に形成された圧子と、この
圧子に荷重をかける荷重負荷部と、この圧子の移動量を
求める変位測定部を備え、前記圧子を試料に当接させた
ときにこの圧子にかかる負荷とこの圧子の変位量に基づ
いて前記試料のバネ定数を求めることを特徴とする。
決するために、先端が平面状に形成された圧子と、この
圧子に荷重をかける荷重負荷部と、この圧子の移動量を
求める変位測定部を備え、前記圧子を試料に当接させた
ときにこの圧子にかかる負荷とこの圧子の変位量に基づ
いて前記試料のバネ定数を求めることを特徴とする。
【０００７】さらに、試料に所定の負荷をかけ、その時
の試料の変形量から前記試料のバネ定数を求める測定方
法において、試料に当接する圧子に荷重をかける荷重負
荷部とこの圧子の移動量を求める変位測定部を備え、前
記圧子の先端を平面に形成し、前記荷重負荷部で発生す
る負荷を前記圧子で試料に与え、その時の試料の変形量
を前記変位測定部で測定し、その結果に基づいて試料の
バネ定数を求めることを特徴とする。
の試料の変形量から前記試料のバネ定数を求める測定方
法において、試料に当接する圧子に荷重をかける荷重負
荷部とこの圧子の移動量を求める変位測定部を備え、前
記圧子の先端を平面に形成し、前記荷重負荷部で発生す
る負荷を前記圧子で試料に与え、その時の試料の変形量
を前記変位測定部で測定し、その結果に基づいて試料の
バネ定数を求めることを特徴とする。
【０００８】本発明の微小バネ定数測定装置には微小な
荷重を負荷できる荷重負荷部と微小な変位を測定できる
変位測定部が備わっている。この微小バネ定数測定装置
を用いて、先端が微小硬度計で用いられるような鋭く尖
った圧子ではなく、先端が平坦な圧子を用いてバネ状の
試料を押すと、そのときの荷重と圧子の変位量すなわち
バネ状試料の変形量を同時に測定することができる。こ
のときの負荷荷重と試料の変形量からこの試料のバネ定
数を算出することができる。
荷重を負荷できる荷重負荷部と微小な変位を測定できる
変位測定部が備わっている。この微小バネ定数測定装置
を用いて、先端が微小硬度計で用いられるような鋭く尖
った圧子ではなく、先端が平坦な圧子を用いてバネ状の
試料を押すと、そのときの荷重と圧子の変位量すなわち
バネ状試料の変形量を同時に測定することができる。こ
のときの負荷荷重と試料の変形量からこの試料のバネ定
数を算出することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１は本発明の微小バネ定数測
定装置の主要部を示す図である。試料５に向って押し当
てられる圧子３に対して負荷部１が負荷を与えると、矢
印Ｐ方向に圧子３は変位する。このときの変位量は変位
測定部２によって測定される。負荷部１はよく知られた
ロバーバル機構と磁石と電磁コイルからなる力発生部な
どから構成され、変位測定部２は差動トランスによって
構成されている。図１の試料５は両持ちレバーを試料と
した例である。
参照しながら説明する。図１は本発明の微小バネ定数測
定装置の主要部を示す図である。試料５に向って押し当
てられる圧子３に対して負荷部１が負荷を与えると、矢
印Ｐ方向に圧子３は変位する。このときの変位量は変位
測定部２によって測定される。負荷部１はよく知られた
ロバーバル機構と磁石と電磁コイルからなる力発生部な
どから構成され、変位測定部２は差動トランスによって
構成されている。図１の試料５は両持ちレバーを試料と
した例である。
【００１０】圧子３は先端が円錐状または角錐状であっ
て、さらにその最先端は通常の微小硬度計のような鋭く
尖った先端を持つ圧子と異なり、比較的大きな面積の平
面３ａを持つように形成されている。これは圧子３が試
料５の表面に押し当てられたときに試料５に食い込まな
いようにするためである。すなわち圧子３の先端の平面
形状は試料に食い込まないようにするためのものである
から、まったくの平面と限らず曲率半径の大きい球形状
など実質的に平面とみなせるような形状を含むものであ
る。
て、さらにその最先端は通常の微小硬度計のような鋭く
尖った先端を持つ圧子と異なり、比較的大きな面積の平
面３ａを持つように形成されている。これは圧子３が試
料５の表面に押し当てられたときに試料５に食い込まな
いようにするためである。すなわち圧子３の先端の平面
形状は試料に食い込まないようにするためのものである
から、まったくの平面と限らず曲率半径の大きい球形状
など実質的に平面とみなせるような形状を含むものであ
る。
【００１１】測定は次のように行われる。まず、試料ホ
ルダ４に取り付けられた板バネ状の試料５は図示してい
ない試料ステージによって圧子３の直下に持ってこられ
る。負荷部１によって加えられる力によって圧子３を矢
印Ｐの方向に移動していくと圧子３の先端が試料５の表
面に接触した時点で負荷がかかり始めるので、その時点
を圧子３と試料５との接触時点と判断する。さらに一定
の負荷速度により、負荷部１によって負荷を測定しなが
ら圧子３に加えていくと同時に、圧子３の変位量を変位
測定部２によって測定する。このとき変位測定部２によ
って得られる測定値は圧子３の変位量であると同時に、
圧子３は試料５の表面には押し込まれずに単に押して変
形させるだけであるから、試料５の変形量とみなすこと
ができる。
ルダ４に取り付けられた板バネ状の試料５は図示してい
ない試料ステージによって圧子３の直下に持ってこられ
る。負荷部１によって加えられる力によって圧子３を矢
印Ｐの方向に移動していくと圧子３の先端が試料５の表
面に接触した時点で負荷がかかり始めるので、その時点
を圧子３と試料５との接触時点と判断する。さらに一定
の負荷速度により、負荷部１によって負荷を測定しなが
ら圧子３に加えていくと同時に、圧子３の変位量を変位
測定部２によって測定する。このとき変位測定部２によ
って得られる測定値は圧子３の変位量であると同時に、
圧子３は試料５の表面には押し込まれずに単に押して変
形させるだけであるから、試料５の変形量とみなすこと
ができる。
【００１２】そうして得られたデータを、縦軸を負荷と
し横軸を変位量として描くと、図２に示すようなグラフ
となる。図２のＴ点は圧子と試料の接触した時点を表し
ている。また、このＴ点より変位の大きいところのデー
タはほぼ直線状のＬとして表される。このＬの部分を最
小２乗法などにより一次直線に近似するとその傾きから
試料５のバネ定数を求めることができる。
し横軸を変位量として描くと、図２に示すようなグラフ
となる。図２のＴ点は圧子と試料の接触した時点を表し
ている。また、このＴ点より変位の大きいところのデー
タはほぼ直線状のＬとして表される。このＬの部分を最
小２乗法などにより一次直線に近似するとその傾きから
試料５のバネ定数を求めることができる。
【００１３】図３には、図１に例示したような両持ちレ
バーのバネ定数を測定した測定例を示す。図３（ａ）は
測定値であり、図３（ｂ）はそれをグラフ表示したもの
である。同じ試料について２回測定し（測定１および測
定２）、図３（ｂ）の直線Ｌ１と直線Ｌ２が得られた。
それぞれの直線からバネ定数の値は305.6（N/m）と305.
1（N/m）と計算され、その平均値は305.4（N/m）と計算
された。なお、圧子が試料へ接触する点が２回の測定で
ずれているのは、単に試料の設定初期位置がずれている
からであって、バネ定数の測定に影響を及ぼすことはな
い。
バーのバネ定数を測定した測定例を示す。図３（ａ）は
測定値であり、図３（ｂ）はそれをグラフ表示したもの
である。同じ試料について２回測定し（測定１および測
定２）、図３（ｂ）の直線Ｌ１と直線Ｌ２が得られた。
それぞれの直線からバネ定数の値は305.6（N/m）と305.
1（N/m）と計算され、その平均値は305.4（N/m）と計算
された。なお、圧子が試料へ接触する点が２回の測定で
ずれているのは、単に試料の設定初期位置がずれている
からであって、バネ定数の測定に影響を及ぼすことはな
い。
【００１４】
【発明の効果】本発明の微小バネ定数測定装置およびバ
ネ定数の測定方法は、先端を平面形状とした圧子と、微
小な力を圧子に加えられる負荷機構と、圧子の微小な変
位を測定できる変位測定機構を利用して、微小な力を試
料に加え、その結果として得られる微小な変位を測定す
るから、非常に小さなバネ状部材のバネ定数を精度よく
測定することが可能となった。
ネ定数の測定方法は、先端を平面形状とした圧子と、微
小な力を圧子に加えられる負荷機構と、圧子の微小な変
位を測定できる変位測定機構を利用して、微小な力を試
料に加え、その結果として得られる微小な変位を測定す
るから、非常に小さなバネ状部材のバネ定数を精度よく
測定することが可能となった。
【図１】本発明の微小バネ定数測定装置の主要部を示す
図である。
図である。
【図２】試料にかける負荷と試料の変形量の関係を示す
図である。
図である。
【図３】両持ちレバーのバネ定数の測定例である。
１…負荷部 ２…変位測定部 ３…圧子 ４…試料ホルダ ５…試料
Claims (2)
- 【請求項１】 先端が平面状に形成された圧子と、この
圧子に荷重をかける荷重負荷部と、この圧子の移動量を
求める変位測定部を備え、前記圧子を試料に当接させた
ときにこの圧子にかかる負荷とこの圧子の変位量に基づ
いて前記試料のバネ定数を求めることを特徴とする微小
バネ定数測定装置。 - 【請求項２】 試料に所定の負荷をかけ、その時の試料
の変形量から前記試料のバネ定数を求める測定方法にお
いて、試料に当接する圧子に荷重をかける荷重負荷部と
この圧子の移動量を求める変位測定部を備え、前記圧子
の先端を平面に形成し、前記荷重負荷部で発生する負荷
を前記圧子で試料に与え、その時の試料の変形量を前記
変位測定部で測定し、その結果に基づいて試料のバネ定
数を求めることを特徴とするバネ定数の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3084998A JPH11230875A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 微小バネ定数測定装置およびバネ定数の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3084998A JPH11230875A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 微小バネ定数測定装置およびバネ定数の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11230875A true JPH11230875A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12315164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3084998A Pending JPH11230875A (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 微小バネ定数測定装置およびバネ定数の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11230875A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008197010A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Fujikura Ltd | 微小硬度計及びこれを用いた硬度測定方法 |
| CN104062315A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-09-24 | 山东交通学院 | 一种适于多点测量的土木材料变形量实验仪 |
| CN104090069A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-10-08 | 山东交通学院 | 带弹簧触头的土木材料变形量实验仪 |
| CN106568558A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-04-19 | 北京强度环境研究所 | 一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统 |
| CN109163868A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-08 | 北京理工大学 | 一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统及方法 |
-
1998
- 1998-02-13 JP JP3084998A patent/JPH11230875A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008197010A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Fujikura Ltd | 微小硬度計及びこれを用いた硬度測定方法 |
| CN104062315A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-09-24 | 山东交通学院 | 一种适于多点测量的土木材料变形量实验仪 |
| CN104090069A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-10-08 | 山东交通学院 | 带弹簧触头的土木材料变形量实验仪 |
| CN104090069B (zh) * | 2014-05-23 | 2016-08-24 | 山东交通学院 | 带弹簧触头的土木材料变形量实验仪 |
| CN104062315B (zh) * | 2014-05-23 | 2016-08-24 | 山东泰和公路工程有限公司 | 一种适于多点测量的土木材料变形量实验仪 |
| CN106568558A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-04-19 | 北京强度环境研究所 | 一种大型液压加载装置施加微小载荷的系统 |
| CN109163868A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-08 | 北京理工大学 | 一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统及方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040927 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20051121 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051129 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060119 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060228 |