JPH02281125A - 表面硬度装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明はミクロメータ以下の寸法の圧痕の形成と圧痕を
正確に測定して被測定部材の表面のかたさを測定する表
面硬度装置に関するものである。

従来の技術と発明が解決しようとする課題表面の硬度を
測定することは、表面の摩耗特性評価に重要である。特
に、磁気記憶装置においては、ナノメートルオーダの摩
耗が問題となっており、表面のごく薄い層の硬度が問題
となる。また薄膜の物理特性や密着強度を知ることがＬ
ＳＩ、光メモリなどの開発において重要になっている。

これらの測定はサブミクロンメータ、サブサブミクロン
メータの深さで行う必要がある。

従来の硬度計は圧子を表面に押し付けたあとの圧痕を光
学顕微鏡で観測していた。光学顕微鏡は面分解能が１ミ
クロンメータ程度であり、高さ計測ではさらに劣る。よ
ってミクロンメートル以下の圧痕の観測は不可能であっ
た。

本発明の目的は、従来の硬度計の欠点を解消し、ミクロ
ンメータ以下の寸法の圧痕の深さを正確に測定し、表面
のかたさを測定するにある。

課題を解決するための手段 本発明は、表面硬度装置を圧子を表面に押し付け、圧痕
の形状を測定し、表面の硬度を測定する表面硬度装置に
おいて、板はね支持した圧子を設け、前記板ばねに、前
記板ばねをたわませて前記支持した圧子で被測定部材に
圧痕を形成し、前記圧痕を前記圧子を軽荷重で接触させ
て走査する走査機構を前記板ばねを固定した積層ピエゾ
素子を介して設け、一方前記圧子の変位を検出する変位
センサーを設けたものである。

作用 本発明は前記の構成により圧子を軽荷重にして圧痕に接
触して圧痕に沿って走査できサブミクロンもしくはそれ
以下の圧痕の形状を測定できる。

実施例 第１図は本発明の表面硬度装置の一実施例の構成図、第
２図は本発明の表面硬度装置の圧子の概略の操作機構図
、を示す。

図において、／は圧子、２は板ばねである。圧子ｌは板
はね２の先端に固定されている。３は被測定部材である
。３Ａは測定面を示す。

圧子ｌは硬い材料、たとえばダイヤモンドで形成し、そ
の先端半径はサブミクロン以下の分解能を得るのにサブ
ミクロンもしくはそれ以下にする。

グは積層ピエゾ素子で４ピツト、板ばねコを支持し先端
に固定した圧子／の被測定部材３の測定面３Ａに対する
接触、離反動作および荷重調整をする圧子ばね操作部で
、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に積層ピエゾ素子グＸ１弘ＹＸ≠Ｚ
を設は一端で結合しＺ軸の積層ピエゾ素子４’Ｚの下面
に板はねコを固定し、上部に支持体≠Ｂを固定し、支持
体μＢをフレーム乙に固定し、フレーム６が固定される
基台をねじ機構で大きい移動をし、微細な移動は積層ピ
エゾ素子に電圧を印加して行い、圧子を軽負荷にして圧
痕の形状に沿って走査する走査機構を構成している。

夕は変位センサで焦点誤差や光波干渉の原理による光変
位センサー、静電容量変化や渦電流変化を検出する電気
的変位センサーなどの非接触で高感度な変位センサーを
用いる。乙は支持フレームを示す。

本発明の表面硬度装置の作用を説明する。

、圧子ばね操作部ｔはフレーム乙に支持され、フレーム
乙は表面硬度装置の図示されない基台に支持され、基台
は例えばねし機構により大きい移動を行い、微細な移動
は積層ピエゾ素子で行う。

まず、圧子／を積層ピエゾ素子≠を用いて測定面３Ａに
押し付ける。押し付ける力は、例えば、０．１ミクロン
メートルの先端半径の圧子を用い、０１ミクロンメータ
程度の直径の圧痕を付ける場合、測定面が金属ならば数
ミリグラム、高分子材料のように柔らかい材料なら数百
マイクログラムである。

圧子／を押し付ける過程と離反させる過程は、変位セン
サータによって圧子ｌの変位が、積層ピエゾ素子≠の変
位量によって板ばねλのたわみ量が測定されるから、荷
重−変位曲線が得られ、弾性変形量と塑性変形量がわか
る。荷重は板ばねの調性が分かっているので圧子を接触
させた後、板はねのたわみ量を測定することで加重がわ
かる。

つぎに、圧子／の荷重をきわめて小さく表面がわずか弾
性変形する程度に減じて、前記被測定部材？を動かすと
板ばね２は測定面３Ａの形状に応じて変位する。それを
変位センサｊで検出する。

圧痕形状は測定面３Ａの移動量と板ばねコの変位から知
ることができる。よって、圧痕の深さ分布、周囲の盛り
上がり状況など形状の詳細が表示できる。

第３図は、ポリカーボネートの光デイスク基板の表面に
圧痕を付は形状を見たもので、０１ミクロンメータ程度
の半径と深さ、そしてその周囲の盛り上がりが表示され
ている。Ｈは孔の深さを示す。

発明の効果 本発明によれば、容易に測定面のサブミクロンもしくは
それ以下の圧痕の詳細が観測され、表面層や薄膜の硬度
を評価できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面硬度装置の一実施例の構成図、第
２図は本発明の表面硬度装置の圧子の概略の駆動機構の
説明図、第３図は測定例、を示ず。 ｌ：圧子、　、２：板ばね、　３：被測定部材、３Ａ：
測定面、　グ：積層ピエゾ素子、ｊ：変位センサ、　乙
：支持フレーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧子を表面に押し付け、圧痕の形状を測定し、表面の硬
   度を測定する表面硬度装置において、板ばね支持した圧
   子を設け、前記板ばねに、前記板ばねをたわませて前記
   支持した圧子で被測定部材に圧痕を形成し、前記圧痕を
   前記圧子を軽荷重で接触させて走査する走査機構を前記
   板ばねを固定した積層ピエゾ素子を介して設け、一方前
   記圧子の変位を検出する変位センサーを設けたことを特
   徴とする表面硬度装置。