JP2001091444A - 引掻き試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 幅広い膜強度に対応した皮膜の密着性を、簡
便且つ短時間で、しかも作業者によらずに正確に評価す
ることができる、引掻き試験機を提供すること。 【解決手段】 基板の表面に形成された膜の評価に使用
する引掻き試験機であって、膜に当接する探針２と、探
針２の先端部が膜に当接した状態において探針２を膜に
押圧する押圧機構４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の表面に形成
した膜の機械的特性の評価に使用する引掻き試験機に係
わり、特に、磁気ディスク用の基板表面に形成した磁性
膜の強度（硬度）、基板との密着強度等の機械的特性の
評価に用いて好適な、引掻き試験機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気ディスクは、その記録容量の
増大に伴い、電子計算機の補助記憶装置として定着して
きている。かかる磁気ディスクは、基板表面に磁性膜を
形成した構成を有しているが、当該磁性膜の耐力は、基
板と磁性膜との膜密着強度に左右されるため、磁気ディ
スクの製造過程において特に重要視されている。製造工
程においては、通常ロット単位で数枚のサンプル試料を
抜き取って試験を行っている。かかる基板と磁性膜との
密着強度を評価する代表的な方法としては、次の方法が
知られている。

【０００３】磁気ディスクと磁気ヘッドとを装置に組
み込み、回転する磁気ディスク上で磁気ヘッドを、ＣＳ
Ｓ（コンタクトスタート・ストップ）動作させ、磁性膜
に発生する膜剥離を観察して評価する方法 媒体を折り曲げ、皮膜が剥がれているか否かを観察し
て評価する方法 化学液に浸漬し、膜剥離が発生しているか否かを観察
して評価する方法 硬さの異なる鉛筆又は鉛筆硬度内の硬度を有する探針
で膜表面を引っ掻き、膜剥離を観察して評価する方法 上記の方法のうち、の評価方法は、簡便であるため多
用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる鉛筆
又は鉛筆硬度内の硬度の探針による従来の評価方法は、
磁性膜を塗布方式で形成したものには有効であったが、
磁性膜がスパッタ成膜による金属膜に移行した現在の磁
気ディスクでは、その硬度が従来の塗布方式で形成した
磁性膜に比べて高く（硬く）なっているため、上記硬度
の検針による膜剥離では、膜の機械的特性を十分に評価
できなくなっていた。

【０００５】従って、本発明の目的は、幅広い膜強度
（柔らかい膜から硬い膜）に対応した皮膜の密着性を、
簡便且つ短時間で、しかも作業者によらずに正確に評価
することができる、引掻き試験機を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、基板の表面に形成された膜の評価に使用す
る引掻き試験機であって、膜に当接する探針と、該探針
の先端部が前記膜に当接した状態において該探針を該膜
に押圧する押圧機構とを備えていることを特徴としてい
る。

【０００７】また、本発明は、前記特徴を有する引掻き
試験機において、前記押圧機構が、スプリングを備えて
おり、該スプリングの弾性力により前記探針の先端部を
前記膜に押圧することを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。なお、本発明は、本実施形態
に限定されるものではない。

【０００９】図１及び図２は、本発明に係る引掻き試験
機の一実施形態を示したものである。同図において、符
号１は引掻き試験機、一点鎖線は磁気ディスクＤを示し
ている。

【００１０】図１及び図２に示したように、引掻き試験
機１は、磁気ディスクＤの表面に形成された磁性膜に当
接する超硬質合金製の探針２と、スプリング３の押圧力
で探針の先端部を押圧する押圧機構４とを備えている。

【００１１】さらに詳しく説明すると、引掻き試験機１
は、磁気ディスクＤを載置する側面視して略Ｌ字状の台
座１０と、この台座１０の起立壁部１０ａの上面部上に
おいて水平動自在に支持された側面視して逆Ｌ字状のス
ライダー１１と、このスライダー１１の垂下壁部１１ａ
に対し上下動自在に支持されたホルダー１２と、このホ
ルダー１２に着脱自在に支持された探針ユニット１３と
を主体として構成されている。

【００１２】台座１０は、水平な載置部１０ｂを備えて
おり、この載置部１０ｂに試験に供する磁気ディスクＤ
を載置する。台座１０の起立壁部１０ａの上面部にはガ
イドレール１０ｃが固定されており、このガイドレール
１０ｃに沿って移動自在に配置されたキャリッジ１０ｄ
に上記スライダー１１が固定され、当該スライダー１１
が水平に直線移動できるようになしてある。台座１０の
載置部１０ｂには、磁気ディスクＤを当該磁気ディスク
Ｄの外形寸法に対応した凹部１０ｅが設けられており、
試験時に磁気ディスクＤが動かないようにしてある。

【００１３】上記スライダー１１の垂下壁部１１ａに
は、鉛直方向に延びるガイドレール１１ｂが固定されて
おり、このガイドレール１１ｂに沿って移動自在に配置
されたキャリッジ（図示せず）に上記ホルダー１２が固
定され、当該ホルダー１２が上下動できるようになして
ある。垂下壁部１１ａの下端部には、ねじ孔１１ｃを備
えた突出壁部１１ｄが水平に突設されており、この突出
壁部１１ｄには上記ホルダー１２の上下位置を固定する
ストッパーとなるねじ１１ｅが螺着されている。また、
スライダー１１の水平面部１１ｆ上には、ガイドレール
１１ｇが固定されており、このガイドレール１１ｇに
は、当該ガイドレール１１ｇに沿って移動自在にカムレ
ール１５が固定されている。このカムレール１５の上面
部には上下の高さの異なる水平面部１５ａ、ｂと、これ
ら水平面部１５ａ、ｂ間に所定の傾斜角を有する傾斜面
部１５ｃとが形成されており、高位の水平面部１５ｂに
は、後述するカム１２ｄの突条１２ｅと係合する溝１５
ｄが形成されている。

【００１４】上記ホルダー１２には、鉛直方向に貫通す
る貫通孔１２ａが設けられており、この貫通孔１２ａ内
に上記探針ユニット１３を貫通させ、その側面部をねじ
１２ｂで固定することによって当該探針ユニット１３を
ホルダー１２に固定できるようになっている。このよう
にホルダー１２に探針ユニット１３を固定できるので、
スライド方向（引掻き方向）と探針２の先端部との位置
関係を、当該ユニット１３のホルダーへの固定時に調整
することができる。

【００１５】一方、ホルダー１２の上部後方には水平に
延びる支持シャフト１２ｃが固定されており、この支持
シャフト１２ｃの先端部には、軸受け（図示せず）を介
して当該支持シャフト１２ｃの軸周りに回転自在にカム
１２ｄが支持されている。このカム１２ｄの外周部には
上記カムレール１５に設けられた溝１５ｄに係合する突
条１２ｅが設けられている。

【００１６】図２は、上記探針ユニット１３の内部構造
を示したものである。

【００１７】図２に示したように、探針ユニット１３
は、筒状のケース体１３ａの上端部に加圧ねじ１３ｂが
螺着され、この加圧ねじ１３ｂの下端部に上記スプリン
グ３が配設され、このスプリング３の下端部に、シャフ
ト１３ｃが配設されている。シャフト１３ｃの上端部に
は、ねじ１３ｄが螺着されており、このねじ１３ｄの頭
部を後述のベアリング１３ｆの上端部に係止させること
によって、当該シャフト１３ｃを支持するようになって
いる。また、このシャフト１３ｃの下端部に探針２が螺
着されている。シャフト１３ｃの外側にはベアリング１
３ｆが配設されており、これにより、ケース体１３ａ内
において、シャフト１３ｃがスムーズに上下動できるよ
うになしてある。

【００１８】上記探針ユニット１３では、探針２の先端
部を試験に供する磁気ディスクＤに当接させると、シャ
フト１３ｃが上方に移動し、これに伴いスプリング３が
収縮し、その弾性力により探針２の先端部が磁気ディス
クＤに押圧される。また、必要に応じて、上記加圧ねじ
１３ｂを締め付けて当該スプリング３をさらに収縮させ
て探針２の押圧力を調整できるようになっている。

【００１９】次に、上記引掻き試験機１の使用方法につ
いて説明する。

【００２０】まず、上記カムレール１５をガイドレール
１１ｇに沿ってスライドさせてその溝１５ｄにカム１２
ｄの突条１２ｅを係合させる。これにより、ホルダー１
２が上方位置に固定される。この状態で、加圧ねじ１３
を緩め、さらに、ストッパーとなるねじ１１ｅを緩める
かまたは締め付けて、試験の対象となる磁気ディスクＤ
の厚さに合わせてホルダー１２の最下端位置を決める。

【００２１】次に、磁気ディスクＤを当該磁気ディスク
Ｄのセンターホールを上記台座１０の凹部１０ｅにはめ
込んで載置部１０ｂに載置する。そして、上記カムレー
ル１５を水平移動させて元の位置に戻し、ホルダー１２
を降下させてその下端部をねじ１１ｅの先端部に当接さ
せてホルダー１２を位置決めするとともに、磁気ディス
クＤ表面に探針２の先端部を当接させる。

【００２２】次に、磁気ディスクＤに当接する探針の押
圧力が所望の押圧力となるまで加圧ねじ１３ｂを締め付
ける。

【００２３】そして、ホルダー１２をガイドレール１０
ｃに沿って移動させることにより、探針２で磁気ディス
クＤの表面を引掻く。

【００２４】そして、この時の圧痕・キズの状態を実体
顕微鏡や電子顕微鏡で観察し、磁性膜の硬度や密着強度
を調べる。

【００２５】図３及び図４は、上記引掻き試験機１によ
り、スパッター成膜（金属膜）について磁性膜の密着強
度を試験した磁気ディスクの表面観察写真（倍率：３０
０倍）である。これらの二つのサンプルは、成膜装置の
成膜条件を変化させて硬度を変えたものである。

【００２６】図３のサンプルでは、磁性膜表面に圧痕の
みが観察されるのに対して、図４のサンプルでは、磁性
膜が完全に剥がれてしまった膜剥離が生じ、下地層が露
出していることが確認された。これらの図から明らかな
ように、本試験機１による引掻き試験では、硬度の異な
る二つのサンプルの間で試験後の磁性膜の表面状態が明
らかに異なることが確認された。したがって、これらの
引掻き試験後の表面観察を行うことによって、磁性膜の
機械的特性を調べることができる。また、引掻き試験後
の表面荒さを測定することにより、成膜した磁性膜の厚
さを測定することもできる。

【００２７】以上説明したように、本実施形態の引掻き
試験機１によれば、簡単な操作で容易に磁気ディスク表
面の磁性膜の引掻き試験を行うことができる。したがっ
て、試験者によるばらつき等が生じず、磁性膜の機械的
特性の正確な評価が可能である。また、評価結果がその
場で直ちに得られるので、例えば、磁気ディスクの磁性
膜製造ラインにおけるその場での品質の管理を容易に行
うことが出来る。さらに、探針２の押圧機構４にスプリ
ング３の弾性力を利用しているので、構造が簡単であ
り、小型・軽量でしかも安価に製造することができる。
また、ホルダー１２に探針ユニット１３を固定する形態
であるので、引掻き方向と探針２の先端部との位置関係
を当該ユニット１３のホルダー１２への固定時に調整す
ることができ、探針２の先端部の様々な形状に応じた試
験を行うことができる。

【００２８】なお、上記実施形態では、探針２を押圧す
るための押圧機構３に加圧ねじ１３とスプリング１３の
弾性力を利用したが、エアーシリンダ機構、重り等の他
の押圧機構を、試験の対象となる基材及びその表面に形
成された膜材質、厚さ等の寸法形状に応じて適宜選択使
用してもよいことは言うまでもない。

【００２９】また、上記実施形態では、探針２の先端形
状は、鋭角の針状の形態としたが、この先端部の形状
は、１５０倍に拡大して顕微鏡で観察した際にも尖鋭な
形状とすることが好ましい。また、探針の先端形状は、
これに限られるものではなく、例えば、図５（ａ）及び
（ｂ）に示した先端部がくさび形の探針２や、図６に示
した先端部を球面加工した探針２を、試験の対象となる
基材及びその表面に形成された膜材質、厚さ等の寸法形
状により適宜選択して使用できることはいうまでもな
い。

【００３０】また、探針２の材質についても、上記実施
形態における超硬合金等の金属系超硬質材料以外に、例
えば、セラミックス、窒化ホウ素焼結体、ダイヤモンド
焼結体等の非合金系の超硬質材料を、先端形状と同様
に、試験の対象となる基材及びその表面に形成された膜
の材質、厚さ等の寸法形状により適宜選択できる。

【００３１】また、上記実施形態の引掻き試験機１で
は、ガイドレール１０ｃに沿ってホルダー１２をスライ
ドさせることにって、引掻き試験をおこなえるようにし
たが、ホルダー１２は固定し、磁気ディスクＤを、セン
ターホールを中心に回転させることによって、引掻き試
験を行ってもよく、あるいは、台座１０の載置部１０ｂ
の上面に磁気ディスクの外形寸法に対応し、当該ディス
クを水平に移動させるガイド溝を設け、探針２は固定さ
せ、磁気ディスクを当該ガイド溝に沿ってスライドさせ
て引掻き試験を行えるようにしてもよい。

【００３２】本発明に係る引掻き試験機は、上記実施形
態の引掻き試験機１におけるように、磁気ディスクの表
面に形成した磁性膜の機械的特性の評価に使用して特に
好適であるが、これ以外にも、基板表面に形成した膜の
硬度、密着強度といった機械的特性の評価に使用でき
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明に係る引掻き試験機によれば、幅
広い膜強度に対応した皮膜の密着性を、簡便にしかも短
時間で評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る引掻き試験機の一実施形態を示す
側面図である。

【図２】同実施形態の引掻き試験機の一部を断面視した
図である。

【図３】同実施形態の引掻き試験機により試験を行った
磁気ディスク表面の観察写真である。

【図４】同実施形態の引掻き試験機により試験を行った
磁気ディスク表面の観察写真である。

【図５】本発明に係る引掻き試験機における探針の他の
実施形態を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側
面図である。

【図６】本発明に係る引掻き試験機における探針先端部
の他の実施形態を示す正面図である。

【符号の説明】

１：引掻き試験機、２：探針、３：スプリング、４：押
圧機構、Ｄ：磁気ディスク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に形成された膜の評価に使用
   する引掻き試験機であって、膜に当接する探針と、該探
   針の先端部が前記膜に当接した状態において該探針を該
   膜に押圧する押圧機構とを備えていることを特徴とする
   引掻き試験機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の引掻き試験機におい
   て、前記押圧機構が、スプリングを備えており、該スプ
   リングの弾性力により前記探針の先端部を前記膜に押圧
   することを特徴とする引掻き試験機。