JPH07270295A - Surface property testing device - Google Patents

Surface property testing device

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Publication number
JPH07270295A
JPH07270295A JP5843094A JP5843094A JPH07270295A JP H07270295 A JPH07270295 A JP H07270295A JP 5843094 A JP5843094 A JP 5843094A JP 5843094 A JP5843094 A JP 5843094A JP H07270295 A JPH07270295 A JP H07270295A
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JP
Japan
Prior art keywords
stage
sample
movement
uniaxial
stylus
Prior art date
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Pending
Application number
JP5843094A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Tadokoro
信幸 田所
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.)
Hoya Corp
Original Assignee
Hoya Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Hoya Corp filed Critical Hoya Corp
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Publication of JPH07270295A publication Critical patent/JPH07270295A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To accurately measure a sample including one with a curvature using a surface property testing device for evaluating the surface property by scratching the sample surface. CONSTITUTION:An operation control part 3 transmits a control signal to a stage 11 for one-axis traveling and a stage 12 for inclination operation of a device 1 for traveling and performs the traveling control of the stage 11 for one-axis traveling and the rotation control of the stage 12 for inclination operation. By the traveling control, the stage 11 for one-axis traveling linearly moves in the direction marked by an arrow B and by the rotation control, the stage 12 for inclination move rotates in the direction marked by an arrow C. As a result, a stylus 21 scratches a curvature surface 41 of a sample 4 in the direction marked by an arrow D and draws a scratch marking on the surface, at the same time, outputs a signal corresponding to the surface property, and evaluates the surface property of the sample 4 according to the signal. The surface is scratched in a state where the curvature surface 41 of the sample 4 and the stylus 21 are constantly maintained to be a certain angle so that an accurate load can be transferred to the sample 4 and the measurement can be made accurately even if the sample 4 has a curvature.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は試料表面をスクラッチし
てその表面性状を評価する表面性状試験装置に関し、特
に薄膜の付着強度や試料の摩擦特性等の試料表面のトラ
イボロジー的特性評価に利用される表面性状試験装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface texture tester for scratching the surface of a sample to evaluate its surface texture, and is particularly used for evaluating tribological characteristics of the sample surface such as adhesion strength of thin film and friction characteristics of the sample. And a surface texture testing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】スクラッチ試験機を用いて、試料表面に
施された薄膜の付着強度や、試料表面の摩擦特性の測定
を行う方法が知られている。このスクラッチ試験機は、
スタイラス(針)に負荷を掛けながら試料表面をスクラ
ッチし、その表面性状に応じた信号を出力させることに
より測定する方法である。
2. Description of the Related Art A method is known in which a scratch tester is used to measure the adhesion strength of a thin film applied to the surface of a sample and the frictional properties of the surface of the sample. This scratch testing machine
This is a method of scratching the surface of a sample while applying a load to a stylus (needle) and outputting a signal according to the surface texture of the sample.

【0003】図4は従来のスクラッチ試験機の構成を概
略的に示す図である。図において、一方向に移動可能に
設けられた一軸移動用ステージ52上に、試料ステージ
53が固定されている。その試料ステージ53上には、
測定対象となる試料54が固定してセッティングされ
る。スクラッチ試験機51は、カンチレバー51bとカ
ートリッジ本体51cとから構成され、カンチレバー5
1bの先端には、ダイヤモンドから成るスタイラス51
aが取り付けられている。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the structure of a conventional scratch tester. In the figure, a sample stage 53 is fixed on a uniaxial movement stage 52 which is provided so as to be movable in one direction. On the sample stage 53,
The sample 54 to be measured is fixed and set. The scratch tester 51 includes a cantilever 51b and a cartridge body 51c.
A stylus 51 made of diamond is attached to the tip of 1b.
a is attached.

【0004】測定は、スタイラス51aを試料54の表
面に接触させた状態で、一軸移動用ステージ52を図中
矢印L方向に移動させることにより行われる。スタイラ
ス51aには、図示されていないロードセルを用いて荷
重Fが掛けられる。その荷重Fは、時間の経過と共に比
例して増加するように掛けられる。試料54が一軸移動
用ステージ52の移動によって矢印L方向に移動する
と、スタイラス51aは、その試料54の表面をスクラ
ッチし、表面に引っかき傷を描いていくと共に、その表
面性状に応じた信号を出力する。カートリッジ本体51
cは、その信号を電気信号に変換する。その電気信号に
よって、試料54の表面性状が評価される。
The measurement is carried out by moving the uniaxial movement stage 52 in the direction of arrow L in the figure with the stylus 51a in contact with the surface of the sample 54. A load F is applied to the stylus 51a by using a load cell (not shown). The load F is applied so as to increase in proportion to the passage of time. When the sample 54 moves in the arrow L direction by the movement of the uniaxial movement stage 52, the stylus 51a scratches the surface of the sample 54, draws a scratch on the surface, and outputs a signal corresponding to the surface texture. To do. Cartridge body 51
c converts the signal into an electric signal. The surface quality of the sample 54 is evaluated by the electric signal.

【0005】図5はスクラッチ試験機による測定結果の
グラフである。グラフの横軸は荷重Fを、縦軸は電気信
号Sをそれぞれ表す。スタイラス51aが試料54表面
をスクラッチするとき、図に示すような電気信号Sが出
力される。スタイラス51aに掛かる荷重Fは徐々に増
加し、電気信号Sもその荷重Fの増加と共に増加する。
荷重FがF1 に達して試料54の表面構造が破壊される
と、その変化はスタイラス51aによって検出され、電
気信号Sがその時点で急激に増大する。この変化を捉え
ることにより、例えば試料54表面を構成する薄膜の付
着強度を評価することができる。
FIG. 5 is a graph of measurement results by the scratch tester. The horizontal axis of the graph represents the load F and the vertical axis represents the electric signal S. When the stylus 51a scratches the surface of the sample 54, an electric signal S as shown in the figure is output. The load F applied to the stylus 51a gradually increases, and the electric signal S also increases as the load F increases.
When the load F reaches F 1 and the surface structure of the sample 54 is destroyed, the change is detected by the stylus 51a, and the electric signal S rapidly increases at that time. By grasping this change, for example, the adhesion strength of the thin film forming the surface of the sample 54 can be evaluated.

【0006】図6は従来のスクラッチ試験機の第2の例
を示す図である。上記第1の例との相違点は、一軸移動
用ステージ55と試料ステージ57との間に、傾斜ステ
ージ56を挿入した点である。この傾斜ステージ56に
よって試料ステージ57上の試料54が傾斜してセッテ
ィングされる。一軸移動用ステージ55が移動して試料
54が矢印Mと同一方向に移動すると、試料54が傾斜
しているため、スタイラス51aが試料54を押しつけ
る力は、その移動量に比例して増加する。すなわち、ス
タイラス51aから試料54に掛かる荷重Fはロードセ
ルを用いなくても、時間の経過と共に増加して変化し、
上記第1の例と同様の測定が可能になる。
FIG. 6 is a diagram showing a second example of a conventional scratch tester. The difference from the first example is that the tilt stage 56 is inserted between the uniaxial movement stage 55 and the sample stage 57. The tilt stage 56 tilts and sets the sample 54 on the sample stage 57. When the uniaxial movement stage 55 moves and the sample 54 moves in the same direction as the arrow M, since the sample 54 is inclined, the force with which the stylus 51a presses the sample 54 increases in proportion to the movement amount. That is, the load F applied from the stylus 51a to the sample 54 increases and changes with the passage of time without using a load cell,
The same measurement as the first example can be performed.

【0007】このような構成を持つ従来のスクラッチ試
験機おいて、試料54の表面が平坦な場合は、スタイラ
ス51aから試料54表面に掛かる荷重Fと、その試料
54表面に作用する垂直抗力とは一定の角度を保つた
め、正確な荷重Fが試料54に伝わり、測定も精度良く
行われる。
In the conventional scratch tester having such a configuration, when the surface of the sample 54 is flat, the load F applied from the stylus 51a to the surface of the sample 54 and the normal force acting on the surface of the sample 54 are In order to maintain a constant angle, the accurate load F is transmitted to the sample 54, and the measurement is also performed accurately.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、試料54の表
面に曲率が付いているような場合は、スタイラス51a
から試料54表面に掛かる荷重Fと、その試料54表面
に作用する垂直抗力とは常に変化するため、正確な荷重
Fが試料54に伝わらない。このため、従来のスクラッ
チ試験機では、曲率が付いた試料を精度良く測定できな
いという問題点を有していた。
However, when the surface of the sample 54 has a curvature, the stylus 51a is used.
Therefore, the load F applied to the surface of the sample 54 and the normal force acting on the surface of the sample 54 constantly change, so that the accurate load F is not transmitted to the sample 54. Therefore, the conventional scratch tester has a problem that a sample having a curvature cannot be accurately measured.

【0009】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、曲率の付いた試料も含めて精度良く測定する
ことができる表面性状試験装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a surface texture testing apparatus capable of accurately measuring even a sample having a curvature.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、試料表面をスクラッチしてその表面性状
を評価する表面性状試験装置において、一方向に移動可
能に設けられた一軸移動用ステージと、前記一軸移動用
ステージに固定され、回転体部分を有すると共に前記回
転体部分に形成されたステージ面が前記回転体部分の回
転に応じて傾き動作を行う傾き動作用ステージと、前記
傾き動作用ステージのステージ面に固定され、曲率面を
有する試料をセッティングする試料ステージと、前記試
料の曲率面をスタイラスを用いてスクラッチし表面性状
に応じた電気信号を出力するスクラッチ試験部と、前記
一軸移動用ステージ及び前記傾き動作用ステージに制御
信号を送出して前記一軸移動用ステージの移動制御及び
前記傾き動作用ステージの回転制御を行うことにより前
記試料を移動させ、前記スタイラスに前記試料の曲率面
に沿った走査を行わせるステージ動作制御部と、を有す
ることを特徴とする表面性状試験装置が、提供される。
In order to solve the above problems, the present invention provides a surface texture tester for scratching a sample surface to evaluate the surface texture thereof, which is provided for uniaxial movement so as to be movable in one direction. A stage, a tilting stage fixed to the uniaxial movement stage, having a rotating body part, and a stage surface formed on the rotating body part performing a tilting operation in response to rotation of the rotating body part; A sample stage that is fixed to the stage surface of the operation stage and sets a sample having a curved surface, a scratch test unit that scratches the curved surface of the sample using a stylus and outputs an electric signal according to the surface texture, and A control signal is sent to the uniaxial movement stage and the tilting movement stage to control the movement of the uniaxial movement stage and the tilting movement stage. And a stage operation control unit that causes the stylus to scan along a curved surface of the sample by controlling the rotation of the sample. To be done.

【0011】[0011]

【作用】一軸移動用ステージが一方向に移動可能に設け
られる。また、傾き動作用ステージが、その一軸移動用
ステージ上に固定される。この傾き動作用ステージは回
転体部分を有し、その回転体部分に形成されたステージ
面が回転体部分の回転に応じて傾き動作を行う。試料ス
テージが、傾き動作用ステージのステージ面に固定され
る。その試料ステージ上には、曲率面を有する試料がセ
ッティングされる。スクラッチ試験部は、試料ステージ
上の試料の曲率面をスタイラスを用いてスクラッチし表
面性状に応じた電気信号を出力する。
The uniaxial movement stage is provided so as to be movable in one direction. Further, the tilting movement stage is fixed on the uniaxial movement stage. The tilting stage has a rotating body portion, and a stage surface formed on the rotating body portion performs a tilting operation in accordance with the rotation of the rotating body portion. The sample stage is fixed to the stage surface of the tilt motion stage. A sample having a curved surface is set on the sample stage. The scratch test section scratches the curved surface of the sample on the sample stage using a stylus and outputs an electric signal according to the surface texture.

【0012】ステージ動作制御部は、一軸移動用ステー
ジ及び傾き動作用ステージに制御信号を送出し、一軸移
動用ステージの移動制御及び傾き動作用ステージの回転
制御を行う。この移動制御及び回転制御によって、スタ
イラスが試料の曲率面に沿って走査するように試料が移
動する。
The stage operation control section sends a control signal to the uniaxial movement stage and the tilt movement stage to control the movement of the uniaxial movement stage and the rotation of the tilt movement stage. By this movement control and rotation control, the sample moves so that the stylus scans along the curved surface of the sample.

【0013】すなわち、試料表面とスタイラスとは試料
の移動時にも常時一定角度に保持され、その状態でスタ
イラスは試料表面をスクラッチする。このため、スタイ
ラスから試料表面に掛かる荷重とその試料表面に作用す
る垂直抗力との間の角度も一定に保たれ、正確な荷重が
試料に伝えられる。したがって、試料に曲率が付いてい
る場合でも、測定が高精度で行われる。
That is, the sample surface and the stylus are always held at a constant angle even when the sample moves, and in this state, the stylus scratches the sample surface. Therefore, the angle between the load applied from the stylus to the sample surface and the normal force acting on the sample surface is also kept constant, and an accurate load is transmitted to the sample. Therefore, even if the sample has a curvature, the measurement can be performed with high accuracy.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明の表面性状試験装置の構成を概略
的に示す図であり、その側面を示している。図におい
て、本発明の表面性状試験装置は、試料4を移動させる
移動用装置1と、試料4表面にスタイラス21を用いて
スクラッチしその表面性状に応じた電気信号を出力する
スクラッチ試験機2と、移動用装置1の動作を制御する
動作制御部3とから構成される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a surface texture testing device of the present invention, showing a side surface thereof. In the figure, a surface texture testing device of the present invention comprises a moving device 1 for moving a sample 4, and a scratch testing machine 2 for scratching the surface of the sample 4 with a stylus 21 and outputting an electric signal according to the surface texture. , And an operation control unit 3 that controls the operation of the moving apparatus 1.

【0015】移動用装置1は、一軸移動用ステージ1
1、傾き動作用ステージ(角度補正用ゴニオステージ)
12及び試料ステージ13から構成される。一軸移動用
ステージ11は、一方向に移動可能に設けられたステー
ジであり、その駆動は一軸移動用ステージ11の端面側
に設けられたステッピングモータ110によって行われ
る。
The moving device 1 comprises a uniaxial moving stage 1
1. Tilt motion stage (angle correction goniometer stage)
12 and the sample stage 13. The uniaxial movement stage 11 is a stage that is provided so as to be movable in one direction, and its drive is performed by a stepping motor 110 provided on the end face side of the uniaxial movement stage 11.

【0016】傾き動作用ステージ12は、支持台部分1
21と回転体部分122とから構成される。支持台部分
121の底面側は一軸移動用ステージ11の上端面に接
してネジ止めされ、そのネジ止めによって、一軸移動用
ステージ11と傾き動作用ステージ12とは一体に固定
されている。
The tilting movement stage 12 is composed of a support base portion 1
21 and a rotating body portion 122. The bottom surface side of the support base portion 121 is in contact with the upper end surface of the uniaxial movement stage 11 and screwed, and the uniaxial movement stage 11 and the tilting movement stage 12 are integrally fixed by the screwing.

【0017】回転体部分122は、円弧面(曲率面)1
22a及びその円弧面122aと対向して形成されたス
テージ面122bとから成り、全体として断面円弧状の
柱体形状を有している。円弧面122aは支持台部分1
21側に回転自在に接している。この円弧面122aに
は、目盛り122cが刻まれており、この目盛り122
cによって、回転体部分122の回転角度が分かるよう
になっている。回転体部分122の回転駆動は、支持台
部分121の端面側に設けられたステッピングモータ1
20によって行われ、そのステッピングモータ120の
回転に応じて回転体部分122が回転し、さらにその回
転に応じてステージ面122bが傾き動作を行う。
The rotating body portion 122 has an arc surface (curvature surface) 1.
22a and a stage surface 122b formed facing the arc surface 122a, and has a columnar shape with an arc cross section as a whole. The arc surface 122a is the support base portion 1
It is rotatably attached to the 21 side. A scale 122c is engraved on the arc surface 122a.
The rotation angle of the rotating body portion 122 can be known from c. The rotary body portion 122 is rotationally driven by the stepping motor 1 provided on the end face side of the support base portion 121.
The rotating body portion 122 rotates in response to the rotation of the stepping motor 120, and the stage surface 122b tilts in response to the rotation.

【0018】ステージ面122b上に試料ステージ13
がネジ止めで一体に固定されている。この試料ステージ
13上には、曲率面41を有する試料4がセッティング
される。そのセッティングは、回転体部分122が回転
していない状態での曲率面122aの最深部分(中心部
分)122dでの法線N0 上に、試料4の曲率面41の
最深部分(中心部分)41aが位置するように行われ
る。
The sample stage 13 is placed on the stage surface 122b.
Are fixed together with screws. A sample 4 having a curved surface 41 is set on the sample stage 13. The setting is such that the deepest portion (central portion) 41a of the curved surface 41 of the sample 4 is on the normal line N 0 at the deepest portion (central portion) 122d of the curved surface 122a in the state where the rotating body portion 122 is not rotating. To be located.

【0019】スクラッチ試験機2は、カンチレバー22
とカートリッジ本体23とから構成され、カンチレバー
22の先端には、ダイヤモンドから成るスタイラス21
が取り付けられている。スタイラス21は、試料ステー
ジ13上にセッティングされた試料4の曲率面41に接
触するように置かれる。このスタイラス21には、図示
されていないロードセルを用いて荷重Fが矢印A方向に
掛けられる。その荷重Fは、時間の経過と共に比例して
増加するように掛けられる。試料4が、詳細は後述する
ように、一軸移動用ステージ11の直線移動及び傾き動
作用ステージ12の回転に応じて移動すると、スタイラ
ス21は、その試料4の曲率面41をスクラッチし、表
面に引っかき傷を描いていくと共に、その表面性状に応
じた信号を出力する。カートリッジ本体23は、その信
号を電気信号に変換する。その電気信号によって、試料
4の表面性状が評価される。
The scratch tester 2 includes a cantilever 22.
And a cartridge body 23, and the stylus 21 made of diamond is attached to the tip of the cantilever 22.
Is attached. The stylus 21 is placed so as to contact the curved surface 41 of the sample 4 set on the sample stage 13. A load F is applied to the stylus 21 in the direction of arrow A using a load cell (not shown). The load F is applied so as to increase in proportion to the passage of time. When the sample 4 moves in response to the linear movement of the uniaxial movement stage 11 and the rotation of the tilting movement stage 12, the stylus 21 scratches the curvature surface 41 of the sample 4 and the While drawing scratches, it outputs a signal according to the surface texture. The cartridge body 23 converts the signal into an electric signal. The surface quality of the sample 4 is evaluated by the electric signal.

【0020】動作制御部3は一軸移動用ステージ11及
び傾き動作用ステージ12に制御信号を送出し、一軸移
動用ステージ11の移動制御及び傾き動作用ステージ1
2の回転制御を行う。一軸移動用ステージ11の移動及
び傾き動作用ステージ12の回転は同一方向で行われ、
一軸移動用ステージ11の移動制御によって、一軸移動
用ステージ11は矢印B方向に直線移動し、傾き動作用
ステージ12の回転制御によって、傾き動作用ステージ
12は矢印C方向に回転する。その結果、スタイラス2
1は、矢印D方向に試料4の曲率面41をスクラッチす
る。この移動制御と回転制御について図2を併用して説
明する。
The operation control section 3 sends a control signal to the uniaxial movement stage 11 and the tilting movement stage 12 to control the movement of the uniaxial movement stage 11 and the tilting movement stage 1.
2 rotation control is performed. The movement of the uniaxial movement stage 11 and the rotation of the tilt movement stage 12 are performed in the same direction,
By the movement control of the uniaxial movement stage 11, the uniaxial movement stage 11 linearly moves in the arrow B direction, and by the rotation control of the tilt movement stage 12, the tilt movement stage 12 rotates in the arrow C direction. As a result, stylus 2
1 scratches the curvature surface 41 of the sample 4 in the direction of arrow D. This movement control and rotation control will be described with reference to FIG.

【0021】図2は移動制御及び回転制御の説明図であ
る。図において、曲率半径R(mm)の曲率面41を持
つ試料4を矢印D方向に、移動距離X(mm)、移動時
間Y(min)でスクラッチするものとする。ここで、
一軸移動用ステージ11の矢印B方向への移動速度をV
1(μm/sec)としたとき、V1、Y及びXには、
1000V1×60Y=Xが成立するので、一軸移動用
ステージ11の移動速度V1は、次式(3)で表され
る。
FIG. 2 is an illustration of movement control and rotation control. In the figure, it is assumed that the sample 4 having the curvature surface 41 having the radius of curvature R (mm) is scratched in the direction of arrow D at the movement distance X (mm) and the movement time Y (min). here,
The moving speed of the uniaxial moving stage 11 in the direction of arrow B is V
1 (μm / sec), V1, Y and X have
Since 1000V1 × 60Y = X is satisfied, the moving speed V1 of the uniaxial moving stage 11 is expressed by the following equation (3).

【0022】[0022]

【数3】 V1=(1/60000)・X/Y ・・・・・(3) 一方、試料4がX(mm)移動したときの曲率中心O回
りでの試料4の回転角度をα(度)とすれば、α/36
0=X/2πRが成立するので、α=360・X/2π
Rとなる。この角度αをY(min)で回転させるの
で、傾き動作用ステージ12の回転速度V2(度/se
c)は、次式(4)で表される。
V1 = (1/60000) · X / Y (3) On the other hand, the rotation angle of the sample 4 around the center of curvature O when the sample 4 moves X (mm) is α ( Degree), α / 36
Since 0 = X / 2πR holds, α = 360 · X / 2π
It becomes R. Since this angle α is rotated at Y (min), the rotation speed V2 (degree / se of the tilt movement stage 12 is
c) is expressed by the following equation (4).

【0023】[0023]

【数4】 V2=(360・X/2πR)/(Y・60) ・・・・(4) このように、試料4をスクラッチする際の移動距離X、
移動時間Y及び試料4の曲率半径Rから、一軸移動用ス
テージ11の移動速度V1及び傾き動作用ステージ12
の回転速度V2が求まる。上記各データの数値例として
は、例えば試料4の曲率半径R=30mm、一軸移動用
ステージ11の移動距離X=6mm、移動時間5分、移
動速度20μm/sec、傾き動作用ステージ12の移
動時間5分、回転速度0.04度/secとなる。
## EQU00004 ## V2 = (360.X / 2.pi.R) / (Y.60) (4) Thus, the movement distance X when scratching the sample 4 is:
Based on the moving time Y and the radius of curvature R of the sample 4, the moving speed V1 of the uniaxial moving stage 11 and the tilting stage 12
The rotation speed V2 of Numerical examples of each of the above data include, for example, the radius of curvature R of the sample 4 = 30 mm, the moving distance X of the uniaxial moving stage 11 = 6 mm, the moving time of 5 minutes, the moving speed of 20 μm / sec, and the moving time of the tilting moving stage 12. The rotation speed is 0.04 degrees / sec for 5 minutes.

【0024】これらの各データを動作制御部3に入力す
ることにより、試料4のスタイラス21に対する速度が
一定に保たれ、スタイラス21は試料4の曲率面41に
沿って走査し曲率面41をスクラッチする。この走査
は、試料4の曲率面41とスタイラス21とが常時一定
角度に保持される状態で行われる。このため、スタイラ
ス21から試料4の曲率面41に掛かる荷重Fと、その
試料4の曲率面41に作用する垂直抗力との間の角度も
一定に保たれ、正確な荷重が試料4に伝えられる。した
がって、試料4に曲率が付いている場合でも、測定を高
精度で行うことができる。
By inputting each of these data to the operation control unit 3, the speed of the sample 4 with respect to the stylus 21 is kept constant, and the stylus 21 scans along the curved surface 41 of the sample 4 and scratches the curved surface 41. To do. This scanning is performed in a state where the curved surface 41 of the sample 4 and the stylus 21 are always held at a constant angle. Therefore, the angle between the load F applied from the stylus 21 to the curved surface 41 of the sample 4 and the normal force acting on the curved surface 41 of the sample 4 is also kept constant, and an accurate load is transmitted to the sample 4. . Therefore, even if the sample 4 has a curvature, the measurement can be performed with high accuracy.

【0025】図3は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。上記第1の実施例と同一の構成要素には、同一の符
号を付してその説明を省略する。第1の実施例との相違
点は、移動用装置1aにおいて、一軸移動用ステージ1
1と傾き動作用ステージ12との間に、傾斜ステージ1
5を介在させた点である。傾斜ステージ15は、一軸移
動用ステージ11及び傾き動作用ステージ12の双方に
ネジ止めされ、一体に固定されている。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. The difference from the first embodiment is that in the moving device 1a, the uniaxial moving stage 1
1 and the tilting movement stage 12 between the tilting stage 1
This is the point where 5 is interposed. The tilting stage 15 is screwed to both the uniaxial movement stage 11 and the tilting movement stage 12, and is fixed integrally.

【0026】試料40の試料ステージ13上へのセッテ
ィングは、上記第1の実施例と同様に行われる。すなわ
ち、回転体部分122が回転していない状態での曲率面
122aの最深部分122dでの法線N1 上に、試料4
0の曲率面410の最深部分410aが位置するように
行われる。
The setting of the sample 40 on the sample stage 13 is performed in the same manner as in the first embodiment. That is, the sample 4 is placed on the normal line N 1 at the deepest portion 122d of the curvature surface 122a in a state where the rotating body portion 122 is not rotating.
It is performed so that the deepest part 410a of the 0 curvature surface 410 is located.

【0027】本実施例では、傾斜ステージ15を介在さ
せたので、試料ステージ13上の試料40は、傾き動作
用ステージ12が回転していない初期位置にある時点で
既に傾斜してセッティングされる。一軸移動用ステージ
11の矢印E方向への移動に応じて試料40が矢印G方
向に移動すると、試料40が傾斜しているため、スタイ
ラス21が試料40を押しつける力は、その移動量に比
例して増加する。すなわち、スタイラス21から試料4
0に掛かる荷重Fはロードセルを用いなくても、時間の
経過と共に増加して変化し、上記第1の実施例と同様の
測定が可能になる。この荷重Fの変化は、次式(5)を
用いて表される。
In the present embodiment, since the tilting stage 15 is interposed, the sample 40 on the sample stage 13 is already tilted and set when the tilting movement stage 12 is in the initial position where it does not rotate. When the sample 40 moves in the direction of the arrow G in response to the movement of the uniaxial movement stage 11 in the direction of the arrow E, since the sample 40 is inclined, the force with which the stylus 21 presses the sample 40 is proportional to the amount of movement thereof. Increase. That is, the stylus 21 to the sample 4
The load F applied to 0 increases and changes with the passage of time without using a load cell, and the same measurement as in the first embodiment can be performed. This change in the load F is expressed using the following equation (5).

【0028】[0028]

【数5】F=k・V・Y・tanθ ・・・・・(5) ここで、k:カンチレバー22の弾性係数 V:試料移動速度 Y:試料移動時間 θ:傾斜ステージ15の傾斜角 傾斜ステージ15の傾斜角θは、例えば3度程度に設定
され、荷重Fの変化度合いをより大きくしたい場合は、
傾斜角θを大きくすればよく、逆に変化度合いをより小
さくしたい場合は、傾斜角θを小さくすればよい。
[Formula 5] F = k · V · Y · tan θ (5) where k: elastic coefficient of cantilever 22 V: sample moving speed Y: sample moving time θ: tilt angle of tilt stage 15 tilt The inclination angle θ of the stage 15 is set to, for example, about 3 degrees, and if it is desired to increase the degree of change of the load F,
The inclination angle θ may be increased, and conversely, when the degree of change is desired to be smaller, the inclination angle θ may be decreased.

【0029】なお、上記の説明では、荷重Fの初期値を
ゼロにしたが、一定の荷重Fを外部から掛けるように構
成してもよい。動作制御部3は、上記第1の実施例と同
様に、一軸移動用ステージ11及び傾き動作用ステージ
12に制御信号を送出し、一軸移動用ステージ11の移
動制御及び傾き動作用ステージ12の回転制御を行う。
一軸移動用ステージ11の移動制御によって、一軸移動
用ステージ11は矢印E方向に直線移動する。この移動
制御によって、移動用装置1aの全体が直線移動する。
また、傾き動作用ステージ12の回転制御によって、傾
き動作用ステージ12は矢印H方向に回転する。その結
果、スタイラス21は、矢印I方向に試料40の曲率面
410に沿って走査しスクラッチする。
Although the initial value of the load F is set to zero in the above description, a constant load F may be applied from the outside. The operation control section 3 sends a control signal to the uniaxial movement stage 11 and the tilting movement stage 12 to control the movement of the uniaxial movement stage 11 and the rotation of the tilting movement stage 12 as in the first embodiment. Take control.
By the movement control of the uniaxial movement stage 11, the uniaxial movement stage 11 linearly moves in the arrow E direction. By this movement control, the entire moving device 1a moves linearly.
Further, the rotation control of the tilt movement stage 12 causes the tilt movement stage 12 to rotate in the arrow H direction. As a result, the stylus 21 scans along the curved surface 410 of the sample 40 in the direction of arrow I and scratches.

【0030】本実施例の場合の移動制御及び回転制御に
おいても、上述した(1)式及び(2)式が成立する。
ここで、各データの数値例を上げると、例えば試料40
の曲率半径R=50mm、一軸移動用ステージ11の移
動距離X=5mm、移動時間5分、移動速度16.7μ
m/sec、傾き動作用ステージ12の移動時間5分、
回転速度0.02度/secとなる。
Also in the movement control and the rotation control in the case of the present embodiment, the above equations (1) and (2) are established.
Here, if the numerical example of each data is raised, for example, the sample 40
Radius of curvature R = 50 mm, moving distance X of uniaxial moving stage 11 = 5 mm, moving time 5 minutes, moving speed 16.7 μ
m / sec, the movement time of the tilting movement stage 12 is 5 minutes,
The rotation speed is 0.02 degrees / sec.

【0031】このように、試料40を傾斜してセッティ
ングすることにより、荷重Fを変化させるタイプの表面
性状試験装置の場合でも、試料40の曲率面410に沿
ったスタイラス21の移動を的確に行うことができ、曲
率が付いている試料40の測定を高精度で行うことがで
きる。
Thus, even in the case of the surface texture tester of the type in which the load F is changed by setting the sample 40 at an angle, the stylus 21 is moved accurately along the curved surface 410 of the sample 40. Therefore, the sample 40 having a curvature can be measured with high accuracy.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、一軸移
動用ステージと傾き動作用ステージを併用して試料を移
動させるように構成したので、試料表面とスタイラスと
の成す角度を、試料の移動時にも常時一定に保持し、正
確な荷重を試料に伝えることができ、曲率面が形成され
た試料でも、平板な試料の場合と同様の高精度の測定を
行うことができる。
As described above, according to the present invention, the uniaxial movement stage and the tilting movement stage are used together to move the sample. Therefore, the angle formed between the sample surface and the stylus can be changed. At any time, it can be held constant at all times and an accurate load can be transmitted to the sample, and even a sample having a curved surface can be measured with the same high precision as in the case of a flat sample.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の表面性状試験装置の構成を概略的に示
す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a surface texture testing device of the present invention.

【図2】移動制御及び回転制御の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of movement control and rotation control.

【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】従来のスクラッチ試験機の構成を概略的に示す
図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional scratch tester.

【図5】スクラッチ試験機による測定結果のグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph of measurement results by a scratch tester.

【図6】従来のスクラッチ試験機の第2の例を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a second example of a conventional scratch tester.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a 移動用装置 2 スクラッチ試験機 3 動作制御部 4,40 試料 11 一軸移動用ステージ 12 傾き動作用ステージ(角度補正用ゴニオステー
ジ) 13 試料ステージ 15 傾斜ステージ 21 スタイラス 22 カンチレバー 23 カートリッジ本体 41,410 曲率面 41a,410a 曲率面の最深部分 110,120 ステッピングモータ 121 支持台部分 122 回転体部分 122d 回転体部分曲率面の最深部分
1, 1a Moving device 2 Scratch tester 3 Operation control unit 4, 40 Sample 11 Uniaxial moving stage 12 Tilt operating stage (angle correcting goniometer stage) 13 Sample stage 15 Tilt stage 21 Stylus 22 Cantilever 23 Cartridge body 41, 410 curvature surface 41a, 410a deepest part of curvature surface 110,120 stepping motor 121 support base part 122 rotor part 122d rotor part deepest part of curvature surface

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料表面をスクラッチしてその表面性状
を評価する表面性状試験装置において、 一方向に移動可能に設けられた一軸移動用ステージと、 前記一軸移動用ステージに固定され、回転体部分を有す
ると共に前記回転体部分に形成されたステージ面が前記
回転体部分の回転に応じて傾き動作を行う傾き動作用ス
テージと、 前記傾き動作用ステージのステージ面に固定され、曲率
面を有する試料をセッティングする試料ステージと、 前記試料の曲率面をスタイラスを用いてスクラッチし表
面性状に応じた電気信号を出力するスクラッチ試験部
と、 前記一軸移動用ステージ及び前記傾き動作用ステージに
制御信号を送出して前記一軸移動用ステージの移動制御
及び前記傾き動作用ステージの回転制御を行うことによ
り前記試料を移動させ、前記スタイラスに前記試料の曲
率面に沿った走査を行わせるステージ動作制御部と、 を有することを特徴とする表面性状試験装置。
1. A surface texture testing apparatus for scratching a surface of a sample to evaluate the surface texture thereof, comprising: a uniaxial moving stage movably provided in one direction; and a rotator part fixed to the uniaxial moving stage. And a tilting stage having a stage surface formed on the rotator part that tilts in response to rotation of the rotator part, and a sample having a curvature surface fixed to the stage surface of the tilting stage. A sample stage for setting, a scratch tester for scratching the curved surface of the sample using a stylus and outputting an electric signal according to the surface texture, and sending a control signal to the uniaxial moving stage and the tilting stage. Then, the sample is moved by controlling the movement of the uniaxial movement stage and the rotation control of the tilt movement stage. , Surface texture test apparatus characterized by having a stage movement control unit to perform scanning along the curvature surface of the sample to the stylus.
【請求項2】 前記試料ステージは、前記回転体部分が
回転していない状態での前記回転体部分の曲率面の最深
部分での法線上に、前記試料の曲率面の最深部分が位置
するように前記試料をセッティングすることを特徴とす
る請求項1記載の表面性状試験装置。
2. The sample stage is arranged such that the deepest part of the curved surface of the sample is located on the normal line of the deepest part of the curved surface of the rotary body part when the rotary body part is not rotating. The surface texture test apparatus according to claim 1, wherein the sample is set in the sample.
【請求項3】 前記一軸移動用ステージの移動及び前記
傾き動作用ステージの回転体部分の回転は同一方向で行
われることを特徴とする請求項1記載の表面性状試験装
置。
3. The surface texture testing apparatus according to claim 1, wherein the movement of the uniaxial movement stage and the rotation of the rotating body portion of the tilt movement stage are performed in the same direction.
【請求項4】 前記ステージ動作制御部は、前記一軸移
動用ステージ及び前記傾き動作用ステージを次式(1)
及び(2)で表される一定速度でそれぞれ動作させるこ
とを特徴とする請求項1記載の表面性状試験装置。 【数1】 V1=(1/60000)・X/Y ・・・・・・・(1) 【数2】 V2=(360・X/2πR)/(Y・60) ・・・(2) ここで、V1:一軸移動用ステージの移動速度(μm/
sec) V2:傾き動作用ステージの回転速度(度/sec) X :試料の移動距離(mm) Y :試料の移動時間(min) R :試料の曲率半径(mm)
4. The stage operation control unit defines the stage for uniaxial movement and the stage for tilting movement by the following expression (1).
2. The surface texture testing device according to claim 1, wherein the surface texture testing device is operated at a constant speed represented by (2) and (2). [Equation 1] V1 = (1/60000) · X / Y ···· (1) [Equation 2] V2 = (360 · X / 2πR) / (Y · 60) ··· (2) Here, V1: moving speed of the uniaxial moving stage (μm /
sec) V2: Rotational speed of the tilting stage (degrees / sec) X: Moving distance of sample (mm) Y: Moving time of sample (min) R: Radius of curvature of sample (mm)
【請求項5】 試料表面をスクラッチしてその表面性状
を評価する表面性状試験装置において、 一方向に移動可能に設けられた一軸移動用ステージと、 前記一軸移動用ステージに固定され、所定角度だけ傾斜
した上端面を有する傾斜ステージと、 前記傾斜ステージの上端面に固定され、回転体部分を有
すると共に前記回転体部分に形成されたステージ面が前
記回転体部分の回転に応じて傾き動作を行う傾き動作用
ステージと、 前記ステージ面に固定され、曲率面を有する試料をセッ
ティングする試料ステージと、 前記試料の曲率面をスタイラスを用いてスクラッチし表
面性状に応じた電気信号を出力するスクラッチ試験部
と、 前記一軸移動用ステージ及び前記傾き動作用ステージに
制御信号を送出して前記一軸移動用ステージの移動制御
及び前記傾き動作用ステージの回転制御を行うことによ
り前記試料を移動させ、前記スタイラスに前記試料の曲
率面に沿った走査を行わせるステージ動作制御部と、 を有することを特徴とする表面性状試験装置。
5. A surface texture tester for scratching a sample surface to evaluate the surface texture thereof, comprising: a uniaxial moving stage movably provided in one direction; and a uniaxial moving stage fixed at a predetermined angle. An inclined stage having an inclined upper end surface, and a stage surface fixed to the upper end surface of the inclined stage and having a rotating body portion and formed on the rotating body portion perform an inclining operation according to the rotation of the rotating body portion. A tilting stage, a sample stage that is fixed to the stage surface and sets a sample having a curved surface, and a scratch test unit that scratches the curved surface of the sample using a stylus and outputs an electric signal according to the surface texture. And a control signal is sent to the uniaxial movement stage and the tilt movement stage to control movement of the uniaxial movement stage. And a stage operation control unit that moves the sample by controlling the rotation of the tilt operation stage and causes the stylus to scan along the curved surface of the sample. apparatus.
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