JPH0599838A - 摩擦力測定装置 - Google Patents

摩擦力測定装置

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JPH0599838A
JPH0599838A JP26346691A JP26346691A JPH0599838A JP H0599838 A JPH0599838 A JP H0599838A JP 26346691 A JP26346691 A JP 26346691A JP 26346691 A JP26346691 A JP 26346691A JP H0599838 A JPH0599838 A JP H0599838A
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JP
Japan
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displacement
spring
stylus
parallel spring
frictional force
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Application number
JP26346691A
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English (en)
Inventor
Reizo Kaneko
礼三 金子
Shinji Hara
臣司 原
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】触針の摩擦によるバネ先端の変位を摩擦力零の
位置まで戻し、一定に保持する機構として構造を簡素に
しかつ組立も容易にする。 【構成】触針1を先端部に固着した板バネ2の基端部位
に直角方向に平行バネ4を固着し、触針1の測定面3と
の摩擦によるバネ2,4の上下左右変位を、それぞれ左
右変位に於いては平行バネ位置検出器5にて、亦、上下
変位に於いては板バネ変位検出器8にて検出し、それぞ
れ左右変位及び上下の変位信号S1,S3を各々コンピ
ュータ13にて一括制御される摩擦位置制御回路7及び
測定高さ制御回路10に出力し、駆動操作信号S2,S
4を直動アクチュエータ6及び測定物αを載置した3軸
移動アクチュエータ9に出力し、平行バネ4を前記左右
変位に合致して左右駆動制御し、測定面3を前記上下変
位に合致して上下駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録装置やマイク
ロマシンに於いてその性能に多大な影響を与える微少な
摩耗を評価,測定する作業に供されるもので、更に詳し
くは、前記微少な摩耗の評価のために接触摺動する微少
領域の摩擦力分布を測定する摩擦力測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この種従来の摩擦力測定装置としては、
測定面に接触摺動する触針をバネで支持して、当該触針
に発生する摩擦力をバネの変位として検出するものが既
知の技術としてある。
【0003】しかしながら、前記のような従来の摩擦力
測定装置に於いては、測定面に大きな凹凸があったり、
急激な摩擦係数変化があったりすると、触針が滑らず前
記測定面に引っかかり固着してしまい、当該触針を支持
しているバネが大きくたわんだ後、その反発力によって
前記触針が前記測定面から急激に元の位置に飛ぶいわゆ
るスティックスリップを起こし、連続的な動摩擦を測定
出来ない欠点があった。
【0004】前記欠点の解消のため、バネの変位部に触
針と測定面間の摩擦力に見合った電磁力や静電力を作用
させ、バネの変位を常に摩擦力零の位置に制御する制御
型の摩擦力測定装置が開発された(R.Kaneko,J.of Micr
oscopy,Vol.152,Pt.2,1988,p.363及びR.Kaneko et al,A
SME Adv.Info.Strage Syst.,Vol.1,1991,p.267)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、当該制
御型の摩擦力測定装置は測定面表面に大きな凹凸があっ
たり、急激な摩擦係数変化があったりしても、連続的な
動摩擦測定をする事が出来るが、触針を支持するバネに
極めて接近させて電磁石や電極を設置する必要があり、
組立調整に時間を要し、亦、構造も複雑になる欠点があ
った。ここに於いて、本発明は、前記従来の課題に鑑
み、バネ変位部に摩擦力に見合った電磁力や静電力を作
用させる代わりに、当該バネの支持部を移動させ、触針
の摩擦による前記バネ先端の変位を摩擦力零の位置まで
戻し、一定に保持する機構を備えた摩擦力測定装置を提
供せんとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題の解決は、本発
明が次に列挙する新規な特徴的構成手段を採用すること
により達成される。即ち本発明の第一の特徴は、平行バ
ネ端に直角に基端を固着した板バネの先端部位に固着す
る触針を測定面に接触摺動させて当該触針に発生する摩
擦力をバネ変位として検出する摩擦力測定装置に於い
て、前記平行バネ端に近接臨ませて前記バネ変位の内左
右摺動方向変位を検出する平行バネ位置検出器と、当該
平行バネ位置検出器からの左右摺動方向変位に係る出力
信号を入力し駆動量操作信号を算定出力するコンピュー
タ制御の摩擦位置制御回路と、当該駆動量操作信号を入
力し前記平行バネを前記左右摺動方向変位に追従合致し
て左右駆動制御自在に前記平行バネ他端を支持する直動
アクチュエータとからなる前記触針を摩擦力零の位置ま
で戻すバネ摺動方向変位戻し機構を備えてなる摩擦力測
定装置である。
【0007】本発明の第2の特徴は、平行バネ端に直角
に基端を固着した板バネの先端部位に固着する触針を測
定面に接触摺動させて当該触針に発生する摩擦力をバネ
変位として検出する摩擦力測定装置に於いて、前記平行
バネ端および前記板バネ先端部位にそれぞれ近接臨ませ
て左右摺動方向変位および上下凹凸方向変位をそれぞれ
検出する平行バネ位置検出器および板バネ変位検出器
と、当該平行バネ位置検出器および板バネ変位検出器か
ら左右摺動方向変位および上下凹凸方向変位に係る出力
信号をそれぞれ入力し駆動量操作信号をそれぞれ算定出
力する一括コンピュータ制御の摩擦位置制御回路および
測定高さ制御回路と、当該駆動量操作信号をそれぞれ入
力し前記平行バネおよび前記測定面を前記左右摺動方向
変位および前記上下凹凸方向変位にそれぞれ追従合致し
て左右駆動制御自在および上下駆動制御自在に前記平行
バネ他端を支持する直動アクチュエータおよび測定物を
設定する3軸移動アクチュエータとからそれぞれなる前
記触針を左右摺動方向および上下凹凸方向に対し摩擦力
零の位置まで戻すバネ摺動方向変位戻し機構とバネ凹凸
方向変位戻し機構とを備えてなる摩擦力測定装置であ
る。
【0008】
【作用】本発明は前記のような手段を講じたので、触針
を先端部位に固着した板バネの上下凹凸方向の変位を測
定物を設置した3軸移動アクチュエータによって測定面
に対して相対変位零に駆動制御し、かつ前記板バネの基
端に一端を直角方向に固着した平行バネの左右摺動方向
の変位を直動アクチュエータによって変位零に駆動制御
し、結果、触針の上下左右変位を零に一定保持する。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図面につき詳説する。図1
は本実施例の概略構成図である。図中、Aは摩擦力測定
装置、aはバネ摺動方向変位戻し機構、bはバネ凹凸方
向変位戻し機構、αは測定物、1は触針、2は板バネ、
3は測定面、4は平行バネ、5は平行バネ変位検出器、
6は直動アクチュエータ、7は摩擦位置制御回路、8は
板バネ変位検出器、9は3軸移動アクチュエータ、10
は測定面高さ制御回路、11はX方向駆動回路、12は
Y方向駆動回路、13はコンピュータ、14はデータ表
示装置である。
【0010】本実施例に於いて、触針1は板バネ2の先
端部位に下向固定されており、当該板バネ2の基端を平
行バネ4下端に直角に固着されている。前記平行バネ4
は、触針1と測定面3との接触摺動により左右にたわむ
が、この左右たわみの変位を静電容量センサや光センサ
等で構成する平行バネ位置検出器5が検出する。当該平
行バネ位置検出器5は検出した平行バネ4の左右変位信
号S1を摩擦位置制御回路7へ入力し、当該摩擦位置制
御回路7からピエゾ素子等からなる直動アクチュエータ
6に駆動量操作信号S2を出力して、前記平行バネ4を
左右駆動し、触針1と測定面3間の摩擦力によって左右
方向にたわんだ当該平行バネ4の変位位置と当該平行バ
ネ位置検出器5との距離を常に摩擦力零の位置に設定制
御する。勿論、前記摩擦位置制御回路7の直動アクチュ
エータ6への駆動量操作信号S2出力は、前記平行バネ
4のたわみ、即ち触針1と測定面3間の摩擦力に比例す
る。
【0011】板バネ変位検出器8は測定面3の凹凸によ
って生じる板バネ2の上下変位を検出するもので、前記
平行バネ位置検出器5と同様のセンサで構成する。3軸
移動アクチュエータ9上面には測定物αが載置されるも
ので、前記平行バネ4の左右たわみ方向(X方向)、前
記板バネ2の上下たわみ方向(Z方向)及び測定物αに
対して前後方向(Y方向)の3軸の移動を当該測定面3
に与えることが出来る。亦、当該3軸移動アクチュエー
タ9は、外筒に図示しない4分割電極を持つと共に、内
筒にも電極を持つ円筒ピエゾ素子などで構成する。
【0012】測定面高さ制御回路10は、前記板バネ変
位検出器8の上下変位信号S3を入力とし、前記3軸移
動アクチュエータ9に駆動量操作信号S4を出力して測
定面3を上下駆動し、前記測定面3の凹凸に関わらず板
バネ2の上下たわみを相対的に常時一定とし、触針1の
前記測定面3に対するZ方向位置を相対設定制御する。
勿論、前記測定面高さ制御回路10の3軸移動アクチュ
エータ9への駆動量操作信号S4出力は、測定面の高さ
(Z方向)変化に比例する。
【0013】亦、X方向駆動回路11及びY方向駆動回
路12は、それぞれ前記3軸移動アクチュエータ9を必
要に応じてのみX方向及びY方向に移動させ、測定面3
の3次元に亙る表面測定及び摩擦力分布を測定可能とす
る。一方コンピュータ13は、前記摩擦制御回路7と測
定面高さ制御回路10の制御パラメータを記憶し、かつ
両回路7,10の駆動量操作信号S2,S4出力から得
られる触針1と測定面3間の摩擦力及び測定面3の高さ
(Z方向変位)のデータを蓄積し、データ処理すると共
に、前記摩擦制御回路7と測定面高さ制御回路10の駆
動パラメータを設定し、それぞれ駆動指令信号S5,S
6として出力する。当該コンピュータ13により処理さ
れたデータは、データ表示装置14によって表示され
る。
【0014】本実施例の摩擦力測定装置Aの仕様はこの
ような具体的実施態様であるので、次にその動作を説明
する。先ずコンピュータ13により駆動パラメータ及び
制御パラメータを設定記憶し、触針1を測定面3に接触
させる。当該測定面3をX方向に移動させると、摩擦力
が前記触針1との間に発生するが、平行バネ4の左右た
わみによる触針1の左右(X方向)変位は摩擦制御回路
7と直動アクチュエータ6で常時零になるよう操作制御
される。この制御により、測定面3に大きな表面凹凸が
あったり、急激な摩擦係数変化があっても、スティック
スリップは起こらず連続的な動摩擦測定が出来る。
【0015】板バネ変位検出器8の板バネ2に対する上
下測定位置は摩擦力の値に関わらず不変に保持される。
何故なら、触針1の上下(Z方向)変位は、当該触針1
を先端部位に固着した板バネ2の上下(Z方向)変位を
検出する測定面高さ制御回路10によって3軸移動アク
チュエータ9を駆動し測定面3を上下(Z方向)移動し
て、前記触針1の上下(Z方向)変位を相殺するからで
ある。されば、測定面高さ制御回路10により測定面3
の凹凸に関わらず前記触針1を先端部位に固着した板バ
ネ2の上下(Z方向)たわみは常時一定に制御され、一
定荷重に於ける触針1と測定面3間の動摩擦が測定され
ると共に、測定面3の高さの変化、即ち表面形状も同時
に測定出来る。
【0016】一方、Y方向駆動回路12により3軸移動
アクチュエータ9を駆動して測定面3を触針1に対して
Y方向におくることで、3次元の表面形状測定と摩擦力
分布を同時に測定出来、逆に測定面3の摩擦力分布の測
定位置に正確に対応した表面形状も測定可能となる。
【0017】
【発明の効果】かくして本発明によれば、従来の制御型
摩擦力測定装置に於いて、摩擦力検出用のバネに極めて
接近させて電磁石や電極を設置する代わりに、摩擦力検
出用のバネの支持部に直動アクチュエータを設置するか
ら、制御型摩擦力測定装置の構造が簡単となると共に組
立が容易になる等、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の摩擦力測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
A…摩擦力測定装置 a…バネ摺動方向変位戻し機構 b…バネ凹凸方向変位戻し機構 α…測定物 1…触針 2…板バネ 3…測定面 4…平行バネ 5…平行バネ変位検出器 6…直動アクチュエータ 7…摩擦位置制御回路 8…板バネ変位検出器 9…3軸移動アクチュエータ 10…測定面高さ制御回路 11…X方向駆動回路 12…Y方向駆動回路 13…コンピュータ 14…データ表示装置 S1,S3…変位信号 S2,S4…駆動量操作信号 S5,S6…駆動指令信号

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平行バネ端に直角に基端を固着した板バネ
    の先端部位に固着する触針を測定面に接触摺動させて当
    該触針に発生する摩擦力をバネ変位として検出する摩擦
    力測定装置に於いて、前記平行バネ端に近接臨ませて前
    記バネ変位の内左右摺動方向変位を検出する平行バネ位
    置検出器と、当該平行バネ位置検出器からの左右摺動方
    向変位に係る出力信号を入力し駆動量操作信号を算定出
    力するコンピュータ制御の摩擦位置制御回路と、当該駆
    動量操作信号を入力し前記平行バネを前記左右摺動方向
    変位に追従合致して左右駆動制御自在に前記平行バネ他
    端を支持する直動アクチュエータとからなる前記触針を
    左右摺動方向に対し摩擦力零の位置まで戻すバネ摺動方
    向変位戻し機構を備えたことを特徴とする摩擦力測定装
  2. 【請求項2】平行バネ端に直角に基端を固着した板バネ
    の先端部位に固着する触針を測定面に接触摺動させて当
    該触針に発生する摩擦力をバネ変位として検出する摩擦
    力測定装置に於いて、前記平行バネ端および前記板バネ
    先端部位にそれぞれ近接臨ませて左右摺動方向変位およ
    び上下凹凸方向変位をそれぞれ検出する平行バネ位置検
    出器および板バネ変位検出器と、当該平行バネ位置検出
    器および板バネ変位検出器から左右摺動方向変位および
    上下凹凸方向変位に係る出力信号をそれぞれ入力し駆動
    量操作信号をそれぞれ算定出力する一括コンピュータ制
    御の摩擦位置制御回路および測定高さ制御回路と、当該
    駆動量操作信号をそれぞれ入力し前記平行バネおよび前
    記測定面を前記左右摺動方向変位および前記上下凹凸方
    向変位にそれぞれ追従合致して左右駆動制御自在および
    上下駆動制御自在に前記平行バネ他端を支持する直動ア
    クチュエータおよび測定物を設定する3軸移動アクチュ
    エータとからそれぞれなる前記触針を左右摺動方向およ
    び上下凹凸方向に対し摩擦力零の位置まで戻すバネ摺動
    方向変位戻し機構とバネ凹凸方向変位戻し機構とを備え
    たことを特徴とする摩擦力測定装置
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1596159A1 (en) * 2003-02-18 2005-11-16 NHK Spring Co., Ltd. Actuator and object-detecting device using the same
JP2009145140A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 National Institute For Materials Science 摩擦計測装置

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