(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号Ｕinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、該共振ずり測定ユニットにおける固体表面に挟まれた試料に対してその片側表面の振動を変位計で出力信号Ｕoutとして検出し、前記入力信号Ｕinとともに、前記出力信号Ｕoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの固体表面に挟まれた試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項２】
入力信号Ｕinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、固体表面間に試料を挟まず固体表面そのものを試料とし、該共振ずり測定ユニットにおける試料の片側表面の振動を変位計で出力信号Ｕoutとして検出し、前記入力信号Ｕinとともに、前記出力信号Ｕoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの前記試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項３】
請求項１記載の共振ずり測定方法において、前記試料が薄膜であることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項４】
請求項１記載の共振ずり測定方法において、前記試料が液体であることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項５】
請求項１記載の共振ずり測定方法において、前記試料が液晶であることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項６】
請求項１記載の共振ずり測定方法において、前記試料がナノサイズの厚さであることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項７】
請求項１又は２記載の共振ずり測定方法において、前記試料の表面を吸着や化学修飾法により修飾することを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項８】
請求項１又は２記載の共振ずり測定方法において、前記共振ずり曲線は前記試料のせん断応答の周波数特性であることを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項９】
波形発生器と、該波形発生器に接続される電源と、該電源に接続され、入力信号Ｕinが入力される共振ずり測定ユニットと、該共振ずり測定ユニットに接続される変位計と、該変位計及び前記電源に接続され、出力信号Ｕout及び入力信号Ｕinが入力される共振ずり測定装置であって、
（ａ）計時部と、
（ｂ）該計時部と前記変位計に接続されるフーリエ変換部と、
（ｃ）該フーリエ変換部に接続される振幅スペクトル生成部と、
（ｄ）振幅（Ｕout ／Ｕin）の規格部と、
（ｅ）共振ずり曲線作成部とを備え、
（ｆ）更に前記波形発生器と共振ずり測定装置とに接続されるコンピュータとを具備することを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１０】
請求項１記載の共振ずり測定方法において、レーザー光を前記試料の下部表面保持体の底面に取り付けたミラーに照射し、前記ミラーからの反射光の位相変化から前記試料の表面間距離変位を測定するツインパス表面間距離測定法と前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を共振曲線から測定する測定法とを組み合わせ、試料のずり応力を測定することを特徴とする共振ずり測定方法。
【請求項１１】
請求項９記載の共振ずり測定装置において、
（ａ）前記試料の上部表面保持体を水平方向に変位させる精密ずり装置と、
（ｂ）前記試料の上部表面保持体の水平方向への変位を検出する変位計と、
（ｃ）先端に前記試料の下部表面保持体を保持するとともに前記下部表面保持体の底面に配置されるミラーを備えた板バネからなる前記試料の下部表面固定ユニットと、
（ｄ）該下部表面固定ユニットを駆動して前記試料の下部表面保持体を上下に駆動する駆動装置と、
（ｅ）前記ミラーにレーザー光を照射し、前記ミラーからの反射光の位相変化に基づいて前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離を測定するツインパス表面間距離測定ユニットを備え、
（ｆ）前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離ごとの前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の共振ずり測定装置において、前記試料の共振曲線に基づいて前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の共振ずり測定装置において、前記試料が透明試料又は不透明試料であることを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１４】
請求項１１又は１２記載の共振ずり測定装置において、前記試料が液体薄膜であることを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１５】
請求項１１又は１２記載の共振ずり測定装置において、前記試料が液晶薄膜であることを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１６】
請求項１１又は１２記載の共振ずり測定装置において、前記試料が高分子・界面活性剤などの吸着層や化学修飾膜であることを特徴とする共振ずり測定装置。
【請求項１７】
請求項１１又は１２記載の共振ずり測定装置において、前記試料の上部表面保持体及び下部表面保持体の一方、あるいは両方が不透明基板であることを特徴とする共振ずり測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明または不透明のいずれであっても２つの固体表面間あるいはその間の薄膜について所望の測定ができるずり測定方法及びその装置に係り、より具体的には、特に、（１）容易に厚みが変化する膜や揮発性の高い液体膜などの測定を行う迅速、簡便、汎用かつ精密な共振ずり測定方法及びその装置、（２）ツインパス型干渉法による表面間距離計測により、ナノメートルレベルで二つの固体表面の間隔を変え、間に挟んだ液体薄膜・液晶薄膜・高分子吸着層などとの間のずり応力を測定する測定方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（１）まず第１に、
固体表面に挟まれた試料（液体・液晶など）のせん断応答をナノメートルレベルの膜厚の変化と共に知ることは、固体表面間の摩擦・潤滑および液体・液晶分子の配向・構造化の理解及び制御において重要である。試料のせん断応答を測定する共振ずり測定は、片側表面を水平方向に振動させて試料にせん断を与え、その応答を共振周波数付近でモニターするものである。このせん断応答を周波数の関数としてプロットしたものが共振曲線となる。共振周波数および共振ピークの高さは固体表面間の試料の物性に敏感で、測定装置外部からの振動ノイズにも強い。【０００３】
従来、固体表面に挟まれた試料のせん断応答を精密に知るために、共振周波数付近で周波数を変えながら試料のせん断応答を測定し、周波数に対してプロットした共振ずり曲線を得ることが行われてきた。このような技術は、例えば、下記非特許文献１に開示されている。【０００４】
また、本願発明者による提案である精密ずり応力測定装置（下記特許文献１）が提案されている。
【特許文献１】特許第３０３２１５２号公報
【非特許文献１】液晶  第６巻  第１号  ｐ３４−４１  ２００２
【０００５】
(２）第２に、本願発明者は、既にナノメートルスケールの微小空間でのレオロジー挙動を高精度に測定可能な精密ずり応力測定装置を提案している（下記特許文献２参照）。【０００６】
また、光が透過不能な試料であっても試料間の表面力を高い精度で測定することができる表面力測定装置及びその方法を提案している（下記特許文献３参照）。
【特許文献２】特許第３０３２１５２号公報
【特許文献３】特開２００１−１０８６０３号公報
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、上記（１）の従来の技術は、振動周波数を変化させながら共振周波数付近で試料のせん断応答を測定するため、試料の膜厚を長時間一定に保つことが必要であり、容易に厚みが変化する膜や揮発性の高い液体薄膜の測定は困難であるといった問題があった。
【０００８】
また、上記（２）の従来の技術としては、表面間距離を分解能０．１ナノメートルで測定しながら表面に挟まれた試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定するためには、等色次数干渉縞（ＦＥＣＯ）を用いた光干渉法による表面間距離測定とずり共振測定装置を組み合わせる手法がとられている。この手法は表面を透過した光を用いるため、基板および基板表面に挟まれた試料は光透過性のものに限られている。特に基板は実用的にはほぼ雲母に限られており、試験的にもサファイアやガラスの薄片（厚み２μｍ程度）が基板に用いられているのみである。
【０００９】
また、ツインパス型表面力測定装置（上記特許文献３）は、上下表面にはたらく力を測定するものであって、ずり測定ができない。
【００１０】
本発明は、試料が透明または不透明のいずれであっても所望の測定ができるずり測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００１１】
より具体的に述べると、
本発明の第１の目的は、上記状況に鑑み、試料のせん断応答の測定において、試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることにより、その簡便な短時間測定を行うことができる共振ずり測定方法を提供することにあります。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、上記状況に鑑み、基板あるいは試料が不透明である場合に基板間の距離が測定できるツインパス法を用いて、精密なずり応力測定を行うことができるツインパス型ずり応力測定方法及びその装置を提供することにあります。
【００１３】
本願発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕共振ずり測定方法において、入力信号Ｕinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、この共振ずり測定ユニットにおける固体表面に挟まれた試料に対してその片側表面の振動を変位計で出力信号Ｕoutとして検出し、前記入力信号Ｕinとともに、前記出力信号Ｕoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの固体表面に挟まれた試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることを特徴とする。
【００１４】
〔２〕共振ずり測定方法において、入力信号Ｕinを共振ずり測定ユニットの水平駆動部に入力し、固体表面間に試料を挟まず固体表面そのものを試料とし、この共振ずり測定ユニットにおける試料の片側表面の振動を変位計で出力信号Ｕoutとして検出し、前記入力信号Ｕinとともに、前記出力信号Ｕoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの前記試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得ることを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕記載の共振ずり測定方法において、前記試料が薄膜であることを特徴とする。
【００１６】
〔４〕上記〔１〕記載の共振ずり測定方法において、前記試料が液体であることを特徴とする。
【００１７】
〔５〕上記〔１〕記載の共振ずり測定方法において、前記試料が液晶であることを特徴とする。
【００１８】
〔６〕上記〔１〕記載の共振ずり測定方法において、前記試料がナノサイズの厚さであることを特徴とする。
【００１９】
〔７〕上記〔１〕又は〔２〕記載の共振ずり測定方法において、前記試料の表面を吸着や化学修飾法により修飾することを特徴とする。
【００２０】
〔８〕上記〔１〕又は〔２〕記載の共振ずり測定方法において、前記共振ずり曲線は前記試料のせん断応答の周波数特性であることを特徴とする。
【００２１】
〔９〕波形発生器と、該波形発生器に接続される電源と、該電源に接続され、入力信号Ｕinが入力される共振ずり測定ユニットと、該共振ずり測定ユニットに接続される変位計と、該変位計及び前記電源に接続され、出力信号Ｕout及び入力信号Ｕinが入力される共振ずり測定装置であって、計時部と、この計時部と前記変位計に接続されるフーリエ変換部と、このフーリエ変換部に接続される振幅スペクトル生成部と、振幅（Ｕout／Ｕin）の規格部と、共振ずり曲線作成部とを備え、更に前記波形発生器と共振ずり測定装置とに接続されるコンピュータとを具備することを特徴とする。
【００２２】
〔１０〕ツインパス型ずり応力測定方法において、レーザー光を試料の下部表面保持体の底面に取り付けたミラーに照射し、前記ミラーからの反射光の位相変化から前記試料の表面間距離変位を測定するツインパス表面間距離測定法と前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を共振曲線から測定する測定法とを組み合わせ、試料のずり応力を測定することを特徴とする。
【００２３】
〔１１〕ツインパス型ずり応力測定装置において、試料の上部表面保持体を水平方向に変位させる精密ずり装置と、前記試料の上部表面保持体の水平方向への変位を検出する変位計と、先端に前記試料の下部表面保持体を保持するとともに前記下部表面保持体の底面に配置されるミラーを備えた板バネからなる前記試料の下部表面固定ユニットと、この下部表面固定ユニットを駆動して前記試料の下部表面保持体を上下に駆動する駆動装置と、前記ミラーにレーザー光を照射し、前記ミラーからの反射光の位相変化に基づいて前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離を測定するツインパス表面間距離測定ユニットを備え、前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離ごとの前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することを特徴とする。
【００２４】
〔１２〕上記〔１１〕記載のツインパス型ずり応力測定装置において、前記試料の共振曲線に基づいて前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することを特徴とする。
【００２５】
〔１３〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載のツインパス型ずり応力測定装置において、前記試料が透明試料又は不透明試料であることを特徴とする。
【００２６】
〔１４〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載のツインパス型ずり応力測定装置において、前記試料が液体薄膜であることを特徴とする。
【００２７】
〔１５〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載のツインパス型ずり応力測定装置において、前記試料が液晶薄膜であることを特徴とする。
【００２８】
〔１６〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載のツインパス型ずり応力測定装置において、前記試料が高分子・界面活性剤などの吸着層や化学修飾膜であることを特徴とする。
【００２９】
〔１７〕上記〔１１〕又は〔１２〕記載のツインパス型ずり応力測定装置において、前記試料の上部表面保持体及び下部表面保持体の一方あるいは両方が不透明基板であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例を示す共振ずり測定システムの模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す共振ずり測定システムの共振ずり測定ユニットの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の変形例を示す共振ずり測定システムの共振ずり測定ユニットの部分構成模式図である。
【図４】本発明の実施例を示す共振ずり測定フローチャートである。
【図５】本発明にかかる共振ずり測定ユニットに試料をセットして測定した場合の片側表面の減衰振動例を示す図である。
【図６】図５に示す減衰振動を本発明のフーリエ変換して得られた共振ずり曲線と従来の方法で得られたそれぞれの曲線を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例を示すツインパス型ずり応力測定装置の模式図である。
【図８】本発明の他の実施例を示すツインパス型ずり応力測定装置の適用例を示すために用いた試料の模式図である。
【図９】本発明の他の実施例の雲母表面に挟んだ試料としての液晶（４−ｃｙａｎｏ−４−ｈｅｘｙｌ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，６ＣＢ）の化学式である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す試料としての液晶（４−ｃｙａｎｏ−４−ｈｅｘｙｌ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，６ＣＢ）を本発明のツインパス型ずり応力測定装置で測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の第１の共振ずり測定方法及びその装置は、入力信号Ｕinを共振ずり測定ユニットのピエゾ素子に入力し、この共振ずり測定ユニットにおける固体表面に挟まれた試料の片側表面の振動を変位計で出力信号Ｕoutとして検出し、前記入力信号Ｕinとともに、前記出力信号Ｕoutを共振ずり計測装置に入力し、前記共振ずり測定ユニットの固体表面に挟まれた試料のせん断応答を膜厚の変化と共に計測する共振ずり測定方法であって、前記試料の片側表面の振動の減衰曲線をフーリエ変換し、共振ずり曲線を得るようにしたものである。【００３２】
本発明の第２のツインパス型ずり応力測定装置は、試料の上部表面を水平方向に変位させる精密ずり装置と、この試料の上部表面の水平方向への変位を検出する変位計と、先端に前記試料の下部表面を保持するとともにその底面に配置されるミラーを備えた板バネからなる前記試料の下部表面固定ユニットと、この下部表面固定ユニットを駆動して前記試料Ａの下部表面を上下に駆動する駆動装置と、前記ミラーからの反射光の位相変化に基づいて前記試料Ａの上部表面と前記試料の下部表面間の距離を測定するツインパス表面間距離測定ユニットを備え、前記試料の上部表面と前記試料の下部表面間の距離ごとの前記試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定する。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。【００３４】
図１は本発明の実施例を示す共振ずり測定システムの模式図、図２はその共振ずり測定ユニットの一例を示す模式図である。この図において、１は波形発生器、２は波形発生器１に接続される電源、３は電源２に接続され、入力信号としての入力電圧Ｕinが入力される共振ずり測定ユニット、４は共振ずり測定ユニット３に接続される変位計、例えば、静電容量変位計、５は静電容量変位計４及び電源２に接続され、出力信号としての出力電圧Ｕout及び入力電圧Ｕinが入力される共振ずり計測装置であり、この共振ずり計測装置５は計時部５Ａとフーリエ変換部５Ｂと振幅スペクトル生成部５Ｃと振幅（Ｕout／Ｕin）の規格部〔Ｕin（ω）及びＵoutでの規格化部〕５Ｄと共振ずり曲線作成部５Ｅからなる。６は共振ずり計測装置５に接続されるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６、このパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６は波形発生器１に接続されるようになっている。なお、上記した変位計としてはひずみゲージを用いるようにしてもよい。【００３５】
図２において、１０は共振ずり測定ユニット（図１では共振ずり測定ユニット３に対応）、１１はカンチレバー、１２はデイスクホルダ、１３は白色光、１４はデイスクホルダ１２上に固定される下部基板、１５は上部表面を水平方向に駆動する水平駆動部としての４分割ピエゾ素子、１６はその４分割ピエゾ素子１５の底部に固定される上部基板、１７は４分割ピエゾ素子１５を支持する板バネである。１８は板バネ１７の水平方向変位Δｘを計測する静電容量変位計（プローブ）（図１における静電容量変位計４に対応）、１９はせん断応答の測定対象となる試料（固体、液体、液晶など）である。なお、ここで、液体は、単成分だけでなく、２成分以上のミセルやコロイド分散系を含む様々な溶液であってもよい。なお、上記した水平駆動部としてはモーターを用いるようにしてもよい。【００３６】
図３は本発明の変形例を示す共振ずり測定システムの共振ずり測定ユニットの部分構成模式図である。【００３７】
この例では、基板そのものを試料２１，２２とし、図２に示すように基板間に試料を挟むことなく、試料（基板）２１と試料（基板）２２との互いの摩擦（潤滑）特性を測定することもできる。【００３８】
図４はその共振ずり測定フローチャートである。
（１）まず、図１に示した振幅電圧Ｕinの正弦波（角周波数ω）をピエゾ素子（図２の４分割ピエゾ素子１５）に入力する（ステップＳ１）。
（２）出力電圧Ｕout（ω）を取得する（ステップＳ２）。
（３）入力電圧Ｕinをストップする（ステップＳ３）。
（４）出力電圧Ｕoutと経過時間を取得する（ステップＳ４）。
（５）フーリエ変換を行う（ステップＳ５）。
（６）振幅スペクトルを出力する（ステップＳ６）。
（７）出力電圧Ｕout（ω）および入力電圧Ｕinで規格化を行う（ステップＳ７）。
（８）共振ずり曲線を出力する（ステップＳ８）。【００３９】
上記した共振ずり測定ユニットに試料をセットして測定すると、試料の片側表面の減衰振動は図５のような曲線を描く。【００４０】
ここで横軸は経過時間、縦軸が振動の振幅を示す。この減衰振動に以下の式で表されるフーリエ変換【００４１】
【数１】
0004615568.tif 000002
【００４２】
を行い、その振幅スペクトルを取ることにより、共振ずり曲線を得る。ここでωは角振動数、Ｆ（ω）は得られたフーリエスペクトル、ｆ（ｔ）は減衰振動、ｔは時間を示す。【００４３】
以下に共振ずり曲線を本発明の共振ずり測定方法で測定した結果と従来の方法により得られた結果を示す。【００４４】
図６に図５に示す減衰振動を本発明のフーリエ変換して得られた共振ずり曲線と従来の方法で得られたそれぞれの曲線を示す図である。【００４５】
横軸は試料の片側表面の振動数、縦軸は振動振幅を示し、ずり測定ユニットのピエゾに与えた入力電圧（ＵIN）と静電容量計で測定された出力電圧（ＵOUT）の比で表される。従来の方法は、各振動周波数に対する片側表面の応答を一点ずつ測定する手法である。図６は本発明が周波数に対する片側表面の応答をよく測定することができ、短時間で広い範囲の振動周波数に対する試料の片側表面の応答を連続的に測定する手法であることを示している。【００４６】
なお、本発明によれば、試料（固体、液体、液晶など）を２つの固体基板間に挟み、その厚みを変えながら、試料の粘弾性変化、摩擦・潤滑特性や試料と固体基板との結合の強さなどを評価することができる。また、基板そのものを試料とし、間に試料を挟むことなく、互いの摩擦（潤滑）特性を測定することもできる。また、その表面を吸着や化学修飾法〔ＬＢ（ラングミュア・ブロシェット）修飾法〕などにより修飾することもできる。また、片側表面を水平方向に振動させるだけではなく、表面に垂直方向に振動させて試料の周波数応答を測定することもできる。【００４７】
本発明によれば、従来技術のように各振動周波数におけるせん断応答を１つずつ測定する必要性がなく、短時間で共振ずり曲線を簡便に、しかも正確に測定することができる。【００４８】
次に、本発明の他の実施例のツインパス型ずり応力測定について説明する。【００４９】
図７は本発明の実施例を示すツインパス型ずり応力測定装置の模式図である。【００５０】
この図において、３１は共振ずり測定ユニット、３２は上部表面を水平方向に駆動する４分割ピエゾ素子、３３は４分割ピエゾ素子３２を支持する板バネ、３４は板バネ３３の水平方向変位Δｘを計測する静電容量変位計（プローブ）、３５は４分割ピエゾ素子３２の底部に固定される上部基板である。【００５１】
また、試料Ａの下部表面保持体４２を固定するユニット４０は、板バネ４１の先端に試料Ａの下部表面保持体４２を保持し、その下部表面保持体４２の下面にはミラー４３が配置されている。一方、板バネ４１の基部にはその板バネ４１を上下に駆動する駆動装置〔例えば、モータ（図示なし）〕を備えている。【００５２】
さらに、５１はツインパス表面間距離測定装置であり、レーザー光源５２と、このレーザー光源５２からのレーザー光を受けて計測光と基準光に分離する回折格子５３と、その回折格子５３を調整するピエゾ素子５４と、回折格子５３からの光を受けるレンズ５５と、そのレーザー光の一部である基準光を受ける固定ミラー５６と、この固定ミラー５６で反射される基準光及び、試料Ａの下部表面保持体５２の底面に設けられたミラー４３で反射される計測光を再びレンズ５５を介して受ける回折格子５７と、この回折格子５７からの光を受けるフォトダイオード５８と、ピエゾ素子５４とフォトダイオード５８に接続されるパーソナルコンピュータ５９とを備えている。【００５３】
このように構成したので、試料Ａを挟んだ表面間の距離の変化はツインパス表面間距離測定装置５１で測定し、試料Ａの上部表面は精密ずり共振測定ユニット３１に取り付け、試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定し、これにより、精密にずり応力測定を行うことができる。【００５４】
図８は本発明のツインパス型ずり応力測定装置の適用例を示すために用いた試料の模式図、図９はその試料としての液晶（４−ｃｙａｎｏ−４−ｈｅｘｙｌ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，６ＣＢ）の化学式、図１０はその試料としての液晶（４−ｃｙａｎｏ−４−ｈｅｘｙｌ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，６ＣＢ）を本発明のツインパス型ずり応力測定装置で測定した共振曲線を示す図である。【００５５】
図８に示すように、試料としての液晶（４−ｃｙａｎｏ−４−ｈｅｘｙｌ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，６ＣＢ）６１の上下に雲母６２，６３を配置する。つまり、上部基板３５としての雲母６２と下部表面保持体４２としての雲母６３との間に試料としての液晶６１が挟まれるように配置されている。【００５６】
その雲母表面に挟んだ試料としての液晶（４−ｃｙａｎｏ−４−ｈｅｘｙｌ  ｂｉｐｈｅｎｙｌ，６ＣＢ）の化学式は図９の通りである。【００５７】
図１０において、横軸は試料上部の表面の角振動数（ｓ-1）、縦軸は精密ずり共振測定ユニットのピエゾ素子に対する入力電圧（Ｕin）と静電容量変位計で測定された出力電圧（Ｕout）の比を示す図である。試料としての液晶を測定した結果に加えて、試料としての液晶を挟まずに保持体の表面を離した状態で測定した結果〔空気中（分離側）〕と保持体の表面を接触させて測定した結果〔空気中（雲母−雲母接触）〕を比較のために描いた。試料の表面間距離の横の実線はその距離での共振ピークを示す。ここで、表面間距離は下部表面保持体を駆動装置で上方に駆動した際に表面間距離が変化しなかった点を０ｎｍと定義した。表面間距離が変化するにしたがって、共振曲線の変化が見られた。０ｎｍのピークが複数あるのは、表面間距離が一定で、負荷が変化した場合を示す。【００５８】
なお、本発明によれば、試料（液体、固体、液晶など）を２つの固体基板間に挟み、その厚みを変えながら、試料の粘弾性変化、摩擦・潤滑特性や試料と固体基板との結合の強さなどを評価することができる。また、基板そのものを試料とし、基板間に試料を挟むことなく、互いの摩擦（潤滑）特性を測定することもできる。また、その表面を吸着や化学修飾法〔ＬＢ（ラングミュア・ブロジェット法）〕などにより修飾することもできる。【００５９】
また、レーザーの反射光を用いるため光が基板及び試料を透過する必要性がなく、不透明基板および不透明試料を使用した場合でも表面間距離を測定し、各距離で試料の粘弾性および摩擦・潤滑特性を測定することができる。【００６０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の第１の共振ずり測定方法は、特に、固体表面間のナノメートルレベルの厚みを持つ液体薄膜の物性の簡便で正確な計測に好適である。【００６２】
本発明の第２のツインパス型ずり応力測定装置は、不透明基板間の距離を測定するためのツインパス法を用いて精密なずり応力測定を行うことができるツインパス型ずり応力測定装置として利用可能であり、第１の共振ずり測定方法同様に、固体表面間のナノメートルレベルの厚みを持つ液体薄膜の物性の簡便で正確な計測に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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