JP2003315175A - スクラッチ式試験機用ロードセル - Google Patents

スクラッチ式試験機用ロードセル

Info

Publication number
JP2003315175A
JP2003315175A JP2002160700A JP2002160700A JP2003315175A JP 2003315175 A JP2003315175 A JP 2003315175A JP 2002160700 A JP2002160700 A JP 2002160700A JP 2002160700 A JP2002160700 A JP 2002160700A JP 2003315175 A JP2003315175 A JP 2003315175A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
attached
load cell
contact needle
fixed beam
detecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002160700A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsumi Shinshi
克己 進士
Junichi Fukuda
純一 福田
Yoshiyuki Osawa
義征 大澤
Kyo Takeshita
鞏 竹下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RESUKA KK
Rhesca Co Ltd
Original Assignee
RESUKA KK
Rhesca Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RESUKA KK, Rhesca Co Ltd filed Critical RESUKA KK
Priority to JP2002160700A priority Critical patent/JP2003315175A/ja
Publication of JP2003315175A publication Critical patent/JP2003315175A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measurement Of Force In General (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体の表面に施された薄膜を引っ掻いて密着
強度などの表面力学特性を測定するスクラッチ式試験機
の検出器として、両端を固定された金属板にひずみゲー
ジを貼り合わせた、変位量と荷重値との直線性に優れた
ロードセルを提供する。 【解決手段】 ベース台1にX軸方向の抵抗力を検出す
るためのひずみゲージが貼り付けられ両端が固定された
平行平板2で平行平板固定梁3を接続し、該平行平板固
定梁3にZ軸方向の抵抗力を検出するためのひずみゲー
ジと接触針としてのダイヤモンド針6を接続した燐青銅
板などのバネ材料とからなる両端固定梁5を接続してX
軸方向およびY軸方向の抵抗力を検出して密着強度など
の表面力学特性を測定する検出器とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体表面に施され
た薄膜の密着強度や摩擦係数などの力学的特性を測定す
るスクラッチ式試験機に用いられるひずみゲージ式荷重
センサー(以後、ロードセルと言う)に関するものであ
る。さらに詳しくは、スクラッチ式表面特性測定装置に
おいて供試験体表面が損傷を生じた場合の抵抗力を検出
するための検出器としてのロードセルに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】供試験体表面に施された真空蒸着法、ス
パッタ法、イオンプレート法等によって薄膜の密着強度
や摩擦係数をダイヤモンド針などの接触針で引っ掻いて
測定するマイクロスクラッチ式試験機しては、発振器、
スピーカーおよび振動伝達板とからなる加振装置と、供
試験体表面に接触して横振動する接触針と、接触針の振
動出力を、レコードプレーヤー用カートリッジを検出器
として検出する方法の表面特性測定装置が特公平3−6
4825に開示されている。
【0003】また、ディスク状情報記録媒体の表面摩擦
係数および摩擦力を測定するための表面摩擦測定装置に
関して、供試験体表面に接触して摩擦特性を測定する測
定用ヘッドの鉛直方向に受ける力を、変位量と荷重値と
の関係において直線性に優れたロードセルで検出して表
面摩擦係数や摩擦力を測定する装置が特開平7−140
023に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特公平3−64825
に開示された表面特性測定装置は簡便に薄膜の密着強度
などの表面特性を測定できる装置であるが、検出器のレ
コードプレーヤー用カートリッジはカンチレバーの支点
に粘弾性体であるブチルゴムを緩衝材として使用してい
るために変位量と荷重値との関係の直線性が悪く、ま
た、測定値にバラツキが多く平均値を取る作業が必要で
あった。更にカンチレバーの構造上、その変位軌跡は平
行変位でなく円弧状となること等からスクラッチ式試験
機の検出器として幾つかの欠陥があった。
【0005】また、前記の装置ではレコードプレーヤー
用のカートリッジを検出器として使用している構造上、
測定できる荷重の最大値が200グラム程度で膜厚の測
定範囲は10nm〜1μmであり、真空蒸着法、スパッ
タリング法、イオンプレート法等で強固に付着した比較
的厚い膜の密着強度や摩擦係数を測定する測定装置とし
ては限界があった。
【0006】特開平7−140023では、変位検出手
段としてロードセルを使用し、変位量と荷重との関係は
直線性が保持され、また、mNレベルの微小摩擦力まで
正確に測定することが可能であることが示されている
が、この方法で供試験体の薄膜の密着強度を測定できる
ことは開示されておらず、また、構造上、不可能であ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】係る状況に鑑み、発明者
らは鋭意研究の結果、スクラッチ式試験機用の荷重検出
用の検出器として、ひずみゲージを試験機に取り付ける
ためのベース台と接触針部とを連結する両端が固定され
た平行平板とバネ材料からなる両端固定梁に貼り付けて
接触針が受ける変位による抵抗変化から荷重を検出する
ロードセルの発明に至った。
【0008】本発明のスクラッチ式試験機用ロードセル
は、供試験体の表面に一定のバネ定数で接触する接触針
が供試験体表面を引っ掻くことによって表面に生じさせ
る損傷を抵抗力として検出して変位量と荷重値との関係
から供試験体表面の薄膜の密着強度や摩擦係数などの表
面特性を求めるもので、変位量と荷重との直線性はブチ
ルゴムなどの粘弾性体を緩衝材として使用せず接触針部
と、バネ材料からなる両端固定梁および平行平板固定梁
を一体化することによって達成された。
【0009】接触針としてのダイヤモンド針を取り付け
たZ軸方向の変位を検出するひずみゲージが貼り付けら
れた両端固定梁と、測定機に取り付けられるベース台と
をX軸方向の変位を検出するひずみゲージが貼り付けら
れた両端固定の二枚の平行平板と接続した平行平板固定
梁との固定方法は、ダイヤモンド針が受ける力を直接に
ひずみゲージに受ける構造ならば一体化されたものでも
両端をネジ止め方式としたものでも良い。
【0010】接触針としてのダイヤモンド針は、Z軸方
向変位検出用の両端固定梁の中央に取り付けてあり、ダ
イヤモンド針が供試験体表面から受ける力は特公平3−
64825に開示された測定装置の様に変位の検出部分
にブチルゴムなどの緩衝材が用いられていないので応答
が早く、かつ、両端固定梁は金属鋼板からなるので変位
量と荷重値との関係は直線となるだけでなく、再現性が
高い。
【0011】接触針としてはダイヤモンド針が最適であ
るが、これに限定されるものでなく供試験体表面の薄膜
等の材質、密着度等によって適宜使い分けることができ
る。また、ダイヤモンド針を取り付けた両端固定梁は、
その材質、形状、厚みなどの寸法を変えることによって
任章のバネ定数を得ることができるので、膜厚が10n
m〜1mm程度の範囲の測定が可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明のスクラッチ式試験機用ロ
ードセルの実施の形態を、図面を用いて詳細に説明す
る。図1はロードセルの概略図である。ベース台(1)
にはX軸方向の変位を検出するためのひずみゲージが各
々2枚、合計で4箇所に貼り付けられた左右2枚の平行
平板(2)で平行平板固定梁(3)に接続されている。
両端固定梁(5)には表面に2箇所、裏面に2箇所、合
計で4箇所にZ軸方向の変位を検出するためのひずみゲ
ージが貼り付けられ、その中央部にスタイラス丸棒
(4)が取り付けられる。また、スタイラス丸棒(4)
には接触針としてダイヤモンド針(6)が取り付けられ
る。
【0013】平行平板固定梁(3)とダイヤモンド針
(6)が取り付けられた両端固定梁(5)との接続方法
は両者が一体化された固定型、ネジ止めで両端固定梁
(5)が任意に交換できる交換型など、何れの方法でも
良い。交換型の場合、両端固定梁(5)の材質、形状、
板幅、厚み、および長さなどを変えることによって任意
のバネ定数が得られ、その結果、薄膜の測定範囲を広げ
ることができる。また、両端固定梁(5)にはひずみゲ
ージが4箇所に貼り付けられており、供試体とダイヤモ
ンド針(6)とのタッチセンサーとしての役割を果た
す。
【0014】測定方法は、供試体表面に接触針のダイヤ
モンド針(6)を接触させ、接触針が受ける抵抗は両端
固定梁(5)に貼り付けられた4枚のZ方向の変位を検
出するひずみゲージで検出し、次に供試体を移動させて
供試体表面を接触針で引っ掻くときに加えられた圧力は
平行平板固定梁(3)に接続する二枚の平行平板(2)
の各々に2枚貼り付けられたX軸方向の変位を検出する
ひずみゲージで検出する。Z軸方向の変位とX軸方向の
変位をコンピュータ処理して供試体表面に施された薄膜
の密着強度や摩擦係数などの力学特性を求める。
【0015】特公平3−64825に開示されている従
来型のスクラッチ試験機の検出部分はカンチレバーの支
点に粘弾性体であるブチルゴムを緩衝材として使用して
いるために変位量と荷重値との関係が直線でなく、ま
た、測定毎に変位量に対する荷重値が異なるために平均
値を取ることか必要であったが、本発明のロードセルで
は接触針が取り付けられる両端固定梁(5)、平行平板
固定梁(3)および平行平板(2)は金属材料が使用さ
れるために変位量と荷重値との直線性は保たれ、また、
測定毎に変位量に対する荷重値が異なることもない。
【0016】また、従来型の検出方式ではZ軸方向の感
度が数グラム〜百グラムの範囲で測定が可能であった
が、本発明のロードセルでは接触針を取り付けた両端固
定梁(5)の寸法を変えることで小容量感度から数十キ
ログラム以上の大容量感度の測定が可能となり膜厚が1
0nmから1mm程度の薄膜の密着強度や摩擦係数の測
定が出来る。
【0017】供試体は図1に示したロードセルに対して
左右に駆動するが接触針のX軸方向の運動はレコード用
カートリッジを使用した検出器では扇の要を中心とした
円弧運動となるが本発明のロードセルではロバーバル構
造となっている平行平板(2)に貼り付けられたひずみ
ゲージで検出するために左右対称に直線変位する。
【0018】
【実施例】バネ材料からなる両端固定梁(5)と平行平
板(2)に共和電業(株)製のひずみゲージKFG−1
−350−C1−16を各々4枚接着剤で貼り付けてブ
リッジ回路を形成し、ゲージ端子としてT−F7を取り
付けて基準分銅でX軸方向の出力電圧を測定した結果を
図2に示す。図2において基準分銅のグラム数と出力電
圧の関係は直線性が保たれていることからスクラッチ試
験機の検出器としてのロードセルの変位量と荷重値との
直線性が確認された。
【0019】
【発明の効果】従来のスクラッチ式試験機では検出部分
にレコードプレーヤー用カートリッジが使用され、カン
チレバーの支点には粘弾性体であるブチルゴムを緩衝材
として使用していたので変位量と荷重値との関係が直線
でなく、また、測定毎に変位量に対する荷重値が異なる
ために平均値を取ることか必要であった。本発明のロー
ドセルでは接触針が取り付けられる両端固定梁、平行平
板固定梁および両端固定の平行平板は金属体が使用され
るために変位量と荷重値との直線性は保たれ、また、測
定毎に変位量に対する荷重値が異なることもない。
【0020】更に、従来型の検出方式ではZ軸方向の感
度が数グラム〜百グラムの範囲で測定が可能であった
が、本発明のロードセルでは接触針を取り付けた両端固
定梁のバネ材料の寸法を変えることで小容量感度から数
十キログラム以上の大容量感度の測定が可能となり膜厚
が10nmから1mm程度の薄膜の密着強度や摩擦係数
の測定が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロードセルの構成を示す概略図である。
【図2】荷重対出力の関係図である。
【符号の説明】
1 試験機本体への取り付け用ベース台 2 X軸方向の変位検出用の平行平板 3 平行平板固定梁 4 スタイラス丸棒 5 Z軸方向の変位検出用の両端固定梁 6 ダイヤモンド針
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹下 鞏 東京都日野市日野本町1−15−17 株式会 社レスカ内 Fターム(参考) 2F049 AA00 BA17 CA01 2F051 AA00 AB09 BA07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 供試験体表面に施された薄膜を接触針で
    引っ掻いて密着強度や摩擦係数を測定するスクラッチ式
    試験機において、試験機に取り付けるベース台と、X軸
    方向の抵抗力を検出するひずみゲージが貼り付けられた
    平行平板と、平行平板固定梁と、Z軸方向の抵抗力を検
    出するひずみゲージが貼り付けられた両端固定梁と、接
    触針部とからなることを特徴とするスクラッチ式試験機
    用ひずみゲージ式荷重センサー(以後、ロードセルと言
    う)。
  2. 【請求項2】 接触針を含む接触針部が取り付けられた
    両端固定梁と、X軸方向の変位を検出するひずみゲージ
    が貼り付けられた両端固定の平行平板とを接続する平行
    平板固定梁とは一体化された構造であることを特徴とす
    る請求項1に記載のロードセル。
  3. 【請求項3】 接触針を含む接触針部が取り付けられた
    両端固定梁と平行平板固定梁とは分離されていて両端が
    ネジ止め構造であって、両端固定梁と平行平板固定梁は
    任意の組み合わせが可能な構造であることを特徴とする
    請求項1に記載のロードセル。
  4. 【請求項4】 接触針部が取り付けられ、Z軸方向の変
    位を検出するひずみゲージが貼り付けられた両端固定梁
    は、その材質および形状を変えることによって任意のバ
    ネ定数を得ることが可能なことを特徴とする請求項1〜
    請求項3の何れか1項に記載のロードセル。
  5. 【請求項5】 接触針部の中央に取り付けられた接触針
    としてのダイヤモンド針は、その先端が十数μmの曲率
    半径に研磨された圧子であることを特徴とする請求項1
    〜請求項4の何れか1項に記載のロードセル。
JP2002160700A 2002-04-25 2002-04-25 スクラッチ式試験機用ロードセル Pending JP2003315175A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002160700A JP2003315175A (ja) 2002-04-25 2002-04-25 スクラッチ式試験機用ロードセル

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002160700A JP2003315175A (ja) 2002-04-25 2002-04-25 スクラッチ式試験機用ロードセル

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003315175A true JP2003315175A (ja) 2003-11-06

Family

ID=29545585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002160700A Pending JP2003315175A (ja) 2002-04-25 2002-04-25 スクラッチ式試験機用ロードセル

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003315175A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002101674A (ja) * 2000-09-21 2002-04-05 Tokin Corp 圧電アクチュエータ
JP2006023311A (ja) * 2004-07-09 2006-01-26 Soc D Technologie Michelin タイヤ組立体内の電気機械変換器素子のためのブリッジパッチ
JP2007127580A (ja) * 2005-11-07 2007-05-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 歪検出装置
CN101858801A (zh) * 2010-05-25 2010-10-13 上海应用技术学院 双向称梁型多轴力传感器
KR101539386B1 (ko) * 2014-08-08 2015-07-27 장세정 로드셀 및 이를 이용한 타이어 접지 측정장치

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002101674A (ja) * 2000-09-21 2002-04-05 Tokin Corp 圧電アクチュエータ
JP2006023311A (ja) * 2004-07-09 2006-01-26 Soc D Technologie Michelin タイヤ組立体内の電気機械変換器素子のためのブリッジパッチ
JP2007127580A (ja) * 2005-11-07 2007-05-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 歪検出装置
CN101858801A (zh) * 2010-05-25 2010-10-13 上海应用技术学院 双向称梁型多轴力传感器
KR101539386B1 (ko) * 2014-08-08 2015-07-27 장세정 로드셀 및 이를 이용한 타이어 접지 측정장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suansuwan et al. Determination of elastic properties of metal alloys and dental porcelains
JPH0640066B2 (ja) 密着力測定装置
CN101413859A (zh) 一种材料硬度测试方法及系统
CN102323170A (zh) 一种超硬金刚石薄膜力学性能的测试方法
US20160282249A1 (en) Method for calculating an indenter area function and quantifying a deviation from the ideal shape of an indenter
CN102159933A (zh) 具有凸形支撑面的连续式或测量式压痕装置及其用途,尤其用于板材压痕
JP2008082978A (ja) 微小硬度測定法及び微小硬度計
JP2003315175A (ja) スクラッチ式試験機用ロードセル
JP4287200B2 (ja) 超音波振動を利用した硬さ測定装置
JPH08136429A (ja) 衝撃破壊試験方法および装置
JP4125625B2 (ja) 測定物の表面状態試験法
JPH063236A (ja) ヤング率測定装置及びヤング率測定方法
JP5070146B2 (ja) 試験方法及び試験装置
Baumberger et al. An inertial tribometer for measuring microslip dissipation at a solid–solid multicontact interface
JP2953417B2 (ja) ディスク表面検査用スライダ及びディスク表面検査装置
JPH0894508A (ja) 研磨パッド評価装置
JPH01250840A (ja) 亀裂剪断変位計
CN219829731U (zh) 泵壳用桥尺检具
JP2003262577A (ja) 圧子押し込みによるヤング率評価装置
Li et al. Adhesion properties of gold coating on quartz crystal substrate
JPS6190038A (ja) 巻取ロ−ルの硬さ測定装置
CN211955175U (zh) 初粘力测试仪
JP3538557B2 (ja) 接触検査装置
JP2002350409A (ja) 打撃点検装置
JP3905235B2 (ja) 摩擦力試験装置