(57)【要約】【課題】本発明は、ハンマ等の質量体で試験片の反薄膜側を打撃し、実際の薄膜の剥離状態を再現する試験を行うことを目的とする。【解決手段】本発明による薄膜剥離試験方法および装置は、一表面に薄膜（３ｂ）が形成され支持台（１５）に固定された試験片（３）の反薄膜側（３Ｄ）を質量体（１４ハンマ等）により打撃して試験する方法である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面に薄膜（３ｂ）が形成され支持台（１５）に固定された試験片（３）の反薄膜側（３Ｄ）を質量体（１４）により打撃することを特徴とする薄膜剥離試験方法。
【請求項２】
前記質量体（１４）に設けられた荷重センサ（２１）により打撃荷重を計測することを特徴とする請求項１記載の薄膜剥離試験方法。
【請求項３】
前記試験片（３）の打撃変位を質量体（１４）に設けた勾配付ターゲット（１４ｂ）と前記支持台（１５）側に設けられた変位センサ（２２）とにより計測することを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜剥離試験方法。
【請求項４】
前記変位センサ（２２）は渦電流式、レーザ式及び超音波式の何れかよりなり、一対の前記変位センサ（２２）及び一対の前記勾配付ターゲット（１４ｂ）を用いることを特徴とする請求項３記載の薄膜剥離試験方法。
【請求項５】
一表面に薄膜（３ｂ）が形成され支持台（１５）に固定された試験片（３）を支持する支持台（１５）と、前記試験片（３）を軸直角方向に打撃可能な質量体（１４）とよりなり、前記試験片（３）の反薄膜側（３Ｄ）を前記質量体（３）で打撃するように構成したことを特徴とする薄膜剥離試験装置。
【請求項６】
前記質量体（１４）は振り子式のハンマよりなることを特徴とする請求項５記載の薄膜剥離試験装置。
【請求項７】
前記質量体（１４）は空圧式加速体よりなることを特徴とする請求項５記載の薄膜剥離試験装置。
【請求項８】
前記質量体（１４）は落錘よりなることを特徴とする請求項５記載の薄膜剥離試験装置。
【請求項９】
前記質量体（１４）には前記勾配付ターゲット（１４ｂ）が設けられ、前記支持台（１５）側には変位センサ（２２）が設けられていることを特徴とする請求項５ないし８の何れかに記載の薄膜剥離試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜剥離試験方法及び装置に関し、特に、一表面に薄膜を有する試験片の反薄膜側を質量体で打撃して薄膜の剥離を定量的に試験するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、工業用機械部品では、耐摩耗性・耐腐食性の改善あるいは装飾等を目的として、部品の金属母材料の表面にめっき、溶射等により薄膜を密着積層することが行われている。しかし、薄膜を有する部品に機械的な負荷（打撃、しゅう動、変形等）が与えられた時、薄膜が金属母材料から剥離することがある。このような薄膜の剥離に対し、薄膜の密着積層状態を評価することが行われており、その代表的なものとして日本工業規格に規定されている密着性試験がある（非特許文献１参照）。
【０００３】
図７及び図８は引張による薄膜剥離試験方法における試験片を示しており、符号３で示すものは引張試験用の試験片であり、金属母材料３ａの一方の一表面に薄膜３ｂがめっき、溶射等により密着形成されている。この試験片３は破線により示す状態から矢印の方向に引張荷重を掛けられて破断させられる。引張の過程において、薄膜と金属母材料との伸び率の相違により剥離状態を発生させ、薄膜の剥離状態から密着状態を評価し判定する方法である。
【０００４】
図９は曲げによる薄膜剥離試験方法を示しており、符号３で示すものは曲げ試験用の試験片であり、金属母材料３ａの一方の一表面に薄膜３ｂがめっき、溶射等により密着積層されている。この試験片３は固定台４に挟んで固定され、破線で示される状態から矢印の方向へ曲げられ、その後破線の元の状態に戻される。このような往復曲げを所定回数繰返した後、剥離状態の有無により密着状態を評価し判定する方法である。
【０００５】
図１０は研削による薄膜剥離試験方法を示しており、符号３で示すものは研削試験用の試験片であり、金属母材料３ａの一方の表面に薄膜３ｂがめっき、溶射等により密着積層されている。該試験片３は試験台５に固定され、薄膜面を研削砥石６により研削される。研削による薄膜の剥離あるいは割れの状態により密着状態を評価し判定する方法である。
【０００６】
【非特許文献１】
ＪＩＳ  Ｈ  ８５０４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の薄膜剥離試験方法および装置は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、薄膜剥離試験の結果と実際に発生する剥離現象とが整合しない場合があり、例えば、試験片を大きく変形させあるいは過大な負荷を掛けているが、実際の薄膜の剥離は、母材料が大きく変形あるいは塑性変形しなくても、または過大な負荷が掛らなくても発生している。そのため、試験結果を定量的に評価することが極めて困難であった。
【０００８】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、実際の使用状態に則した、すなわち母材料が塑性変形しない状態における薄膜の剥離現象を定量的に計測し、密着強度を評価することができるような薄膜剥離試験方法および装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による薄膜剥離試験方法は、一表面に薄膜が形成され支持台に固定された試験片の反薄膜側を質量体により打撃する方法であり、また、前記質量体に設けられた荷重センサにより打撃荷重を計測する方法であり、また、前記試験片の打撃変位を質量体に設けた勾配付ターゲットと前記支持台側に設けられた変位センサとにより計測する方法であり、また、前記変位センサは渦電流式、レーザ式及び超音波式の何れかよりなり、一対の前記変位センサ及び一対の前記勾配付ターゲットを用いる方法であり、また、本発明による薄膜剥離試験装置は、一表面に薄膜が形成され支持台に固定された試験片を支持する支持台と、前記試験片を軸直角方向に打撃可能な質量体とよりなり、前記試験片の反薄膜側を前記質量体で打撃するようにした構成であり、また、前記質量体は振り子式のハンマよりなる構成であり、また、前記質量体は空圧式加速体よりなる構成であり、また、前記質量体は落錘よりなる構成であり、また、前記質量体には前記勾配付ターゲットが設けられ、前記支持台側には変位センサが設けられている構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による薄膜剥離試験方法および装置の好適な実施の形態について説明する。尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において、符号１で示されるものは薄膜剥離試験装置であり、この薄膜剥離試験装置１は台盤１１上に所定間隔を設けて２枚の支持板１２が立設されている。前記支持板１２の上部には支持軸１３が設けられ、この支持軸１３にはハンマ等の質量のある質量体１４が支持軸１３を回転中心として鎖線で示す位置から矢印Ｒの方向へ揺動可能に回転支持されている。この質量体１４は揺動方向の一方の先端にエッジ１４ａが形成され、その揺動方向に対する側面には勾配付ターゲット１４ｂが設けられ、エッジ１４ａの側面には歪みゲージ等からなる荷重センサ２１が設けられている。
【００１１】
前記支持板１２の内側の前記台盤１１上には前記ハンマ１４が揺動可能となるような支持台１５が設けられ、この支持台１５には、図２〜図４に示す矩形棒状の試験片３が水平状に支持固定されていると共に、質量体１４による水平方向衝撃荷重を受止めるようにその両端が支持されている。前記支持台１５の前記質量体１４の通路側部には、前記支持台１５に設けられた固定台１６が設けられ、前記勾配付ターゲット１４ｂの揺動通過位置に対応して渦電流式、レーザ式、超音波式等の何れかからなる変位センサ２２が設けられている。尚、前記試験片３は図２のように矩形断面の棒状に形成され、金属母材料３ａの一側面すなわち一表面に薄膜３ｂがめっき、溶射等により密着形成されている。
【００１２】
以上のように構成された薄膜剥離試験装置１において、薄膜の剥離試験は次のように行われる。まず、図１に示すように、薄膜３ｂが反打撃側となるように、試験片３を支持台１５に設置する。次に、図１の鎖線で示す位置に質量体１４を引上げた後に自由回動させると、質量体１４は、自重により支持軸１３を回転中心として矢印Ｒ方向へ回動し、エッジ１４ａが試験片３を衝撃的に打撃する。すなわち、図４のａ、ｂ、ｃに示すように、（ａ）において矢印Ｒ方向に高速回動する質量体１４のエッジ１４ａは試験片３へ接近し、（ｂ）においてエッジ１４ａが試験片３の反薄膜側３Ｄを打撃し、（ｃ）においてエッジ１４ａが試験片３を折損して通過する。このようにエッジ１４ａが試験片３の反薄膜側３Ｄを打撃することにより、試験片３の金属母材料３ａと薄膜３ｂとの境界部に高い応力が発生し、発生した応力がある限界値に達した瞬間に薄膜３ｂが金属母材料３ａから剥離する。その後、試験片３はさらに前進する質量体１４により折損し、剥離した薄膜３ｂと共に飛散する。
【００１３】
以上の動作の間に、前記荷重センサ２１が質量体１４のエッジ１４ａにおいて瞬間的に発生する打撃時の荷重を所定時間毎に計測することができ、間接的に試験片３に発生する応力を計測する。また、図５に示すように、打撃時の質量体１４の瞬間的な変位を計測し、間接的に試験片３の変位を計測する。すなわち、変位センサ２２が、質量体１４が基準位置（質量体１４のエッジ１４ａが試験片３に接触した位置）から所定時間毎に、移動する移動距離Ｘに対する変位センサ２２と勾配付ターゲット１４ｂの勾配面との距離Ｙ１−Ｙ２を計測する。この変位センサ２２の勾配が１／Ｌであれば、質量体１４の移動した距離ＸはＸ＝（Ｙ１−Ｙ２）ｘＬにより求められる。以上の打撃時の荷重および距離Ｘを時間経過に対応して計測する。このようにして得られたデータから、周知のＦＥＭ解析等の衝撃破壊のシュミレーション計算により、剥離荷重が算出される。
【００１４】
また、図６において、質量体１４の両側に勾配付ターゲット１４ｂを設け、変位センサ２２を両側に配置した形態を示している。前記エッジ１４ａが試験片３を打撃する瞬間に前進方向に対して左右方向に振れ、変位センサ２２と勾配付ターゲット１４ｂの勾配面との距離Ｙが不正確に計測される場合がある。両側それぞれの変位センサ２２と勾配付ターゲット１４ｂの勾配面との振れない場合の距離ＹａおよびＹｂは、振れ量ＥによりＹａＥ（＝Ｙａ−Ｅ）およびＹｂＥ（＝Ｙｂ＋Ｅ）に変化して計測されるが、（ＹａＥ＋ＹｂＥ）を採用することにより、振れ量Ｅが相殺され、振れの影響を無くすることができる。
【００１５】
前述の形態では、質量体１４はハンマが支持軸１３を回転中心として回転し、エッジ１４ａが試験片３を衝撃的に打撃する構成であるが、ハンマ１４のエッジ１４ａにより試験片３を衝撃的に打撃する試験装置であれば、図１に示す形態に限定されるものではない。すなわち、質量体１４が高圧空気シリンダにより水平配置された走行路に沿って高速走行し、水平方向衝撃荷重を受止めるようにその両端を支持された試験片３を衝撃的に打撃する空圧式加速体の構成、また、質量体１４が上方から落下し、鉛直下方向衝撃荷重を受止めるようにその両端を支持された試験片３を衝撃的に打撃する重りを用いた落錘の構成の試験装置でもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明による薄膜剥離試験方法および装置は以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、ハンマ等の質量体を試験片の反薄膜側に打撃する構成の小サイズの試験片と試験装置によって、簡便に薄膜の剥離現象の再現を行うことが可能となり、薄膜の材料や厚さ、母材などをパラメータとした試験が実験室レベルで効率よく行えるため、薄膜の剥離の研究に非常に有効である。
また、ハンマ変位の計測を高応答の渦電流式等の変位センサで行うようにしたため、短時間のわずかな変位変化も正確に検出する。また変位の計測方法は非接触式であるため、ハンマの動きを阻害することもなく、計測されるデータに摩擦や抵抗などの影響を考慮する必要がない。さらに計測に要する機器も非常に小型で構成品数も少なく、取付や取扱いに特別な場所や方法を必要とすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による薄膜剥離試験装置の正面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明による薄膜剥離試験用の試験片の側面図である。
【図４】本発明による薄膜剥離試験装置による試験の経過を示す説明図である。
【図５】本発明による薄膜剥離試験装置による試験の打撃変位の計測方法を示す構成図である。
【図６】本発明による薄膜剥離試験装置における打撃変位計測部の他の形態を示す構成図である。
【図７】従来の引張による薄膜剥離試験方法における試験片を示す正面図である。
【図８】図７の側面図である。
【図９】従来の曲げによる薄膜剥離試験方法を示す正面図である。
【図１０】従来の研削による薄膜剥離試験方法を示す正面図である。
【符号の説明】
１    薄膜剥離試験装置
３    試験片（薄膜剥離試験用）
３ａ    金属母材料
３ｂ    薄膜
１４    ハンマ（質量体）
１４ａ    エッジ
１４ｂ    勾配付ターゲット
１５    支持台
２１    荷重センサ
２２    変位センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004257960.tif 000010
【図９】
2004257960.tif 000011
【図１０】
2004257960.tif 000012