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課題

最大静止摩擦力計測装置において、駆動手段の作用による第1、第2の物体間の相対位置の変位を抑制し、正確な静止摩擦力の特性を計測する。

解決手段

置台1に固定の第1の物体2と、保持部4に保持されて第1の物体2に当接された第2の物体3との間の静摩擦特性を計測する静止摩擦力計測装置を、載置台1から載置台側固定端7迄の間に配置された外力緩衝部9と、駆動手段8に設けられて保持部4と載置台1間の相対移動速度摩擦力検出部6の共振周波数に比較して十分に遅くなるように速度制御する速度制御部8Aと、外力緩衝部9に設けられて両方の物体2,3の接触面にほぼ平行に働く外力が最大静上摩擦力を越えるまで、両方の物体2,3の相対位置の変位を抑制する相対位置変位抑制手段9Aとから構成し、両方の物体2,3の変位開始直前の最大静止摩擦力を摩擦力検出部6によって計測する。

概要

背景

従来、磁気ディスク磁気ヘッド間の静止摩擦力を測定する際は、図10(a)に示すような構成の静止摩擦力計測装置100が用いられていた。磁気ディスク102は載置台101の上に固定されており、載置台101は駆動手段103によって移動されるようになっていた。この駆動手段103としては、例えば、モータが用いられていた。また、駆動手段103の一端は、載置台側固定端104に固定されていた。一方、磁気ディスク102の上に載置されたヘッド105は保持部106に保持されており、保持部106は摩擦力検出部107に接続されていた。そして、摩擦力検出部の一端は、保持部側固定端108に固定されていた。

以上のように構成された静止摩擦力計測装置100を用いて静止摩擦力を計測する場合は、図10(b) に示すような手順で計測が行われていた。即ち、ステップ1001では駆動手段103を起動して外力を発生させ、ステップ1002に示すように載置台101の移動を即時開始させていた。そして、ステップ1003において摩擦力検出部107の出力の最大値を検出し、ステップ1004において静止摩擦係数μsを算出していた。具体的には、ヘッド105のばね圧でヘッド105に荷重をかけながら磁気ディスク102に密着させておき、この状態でモータ103を低速で回転させ、その起動時以降の摩擦力検出部107の出力の最大値を最大静止摩擦力としていた。

概要

最大静止摩擦力の計測装置において、駆動手段の作用による第1、第2の物体間の相対位置の変位を抑制し、正確な静止摩擦力の特性を計測する。

載置台1に固定の第1の物体2と、保持部4に保持されて第1の物体2に当接された第2の物体3との間の静摩擦特性を計測する静止摩擦力計測装置を、載置台1から載置台側固定端7迄の間に配置された外力緩衝部9と、駆動手段8に設けられて保持部4と載置台1間の相対移動速度が摩擦力検出部6の共振周波数に比較して十分に遅くなるように速度制御する速度制御部8Aと、外力緩衝部9に設けられて両方の物体2,3の接触面にほぼ平行に働く外力が最大静上摩擦力を越えるまで、両方の物体2,3の相対位置の変位を抑制する相対位置変位抑制手段9Aとから構成し、両方の物体2,3の変位開始直前の最大静止摩擦力を摩擦力検出部6によって計測する。

目的

本発明の目的は、前記従来の静止摩擦力計測装置における問題点を解消し、磁気ヘッドと磁気記録媒体との接触面にほぼ平行な方向の力を与えて、変位直前の最大静止摩擦力を計測する装置において、ヘッド側固定端から媒体載置台側固定端までの間の外力を緩衝し、駆動手段の作用による磁気ヘッドと磁気ディスクの相対位置の変位を抑制し、図12に実線で示すように、破線で示す外力は加わるが、ヘッド・磁気ディスク間相対変位のない状態を作るようにして、磁気ヘッドと磁気ディスク間の静止摩擦力の特性を計測することが可能な静止摩擦力計測装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

置台の上に固定された第1の物体と、この第1の物体に当接された第2の物体との間の静摩擦特性を計測する静止摩擦力計測装置であって、前記第2の物体は保持部に保持され、この保持部は固定端に固定され、前記載置台は固定端に固定され、前記保持部側固定端と前記載置台側固定端の間の前記当接部を除く任意の場所に摩擦力検出部が配置され、前記保持部と前記保持部側固定端との間、もしくは、前記載置台と前記載置台側固定端との間に前記両物体の接触面にほぼ平行に働く外力を加える駆動手段とが設けられた静止摩擦力計測装置において、前記保持部側固定端から前記保持部までの間、もしくは、前記載置台から前記載置台側固定端までの間のいずれか一方に配置された外力緩衝部と、前記駆動手段に設けられ、前記保持部と前記載置台間の相対移動速度が前記摩擦力検出部の共振周波数に比較して十分に遅くなるように速度制御する速度制御部と、前記外力緩衝部に設けられ、前記両方の物体の接触面にほぼ平行に働く外力が最大静上摩擦力を越えるまで、前記両方の物体の相対位置の変位を抑制する相対位置抑制手段とを設け、前記両方の物体の変位開始直前最大静止摩擦力を前記摩擦力検出部によって計測するようにしたことを特徴とする摩擦特性計測装置。

請求項2

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が磁気ディスクを取り付けるスピンドルであり、前記駆動手段が前記スピンドルの回転軸同軸上に回転軸を持つモータであり、前記外力緩衝部が前記スピンドルの回転軸と前記モータの回転軸との間に直結された弾性体であることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項3

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が磁気ディスクを取り付けるスピンドルであり、前記駆動手段が前記スピンドルの回転軸と同軸上にない回転軸を持つモータ及びこのモータの回転軸に取り付けられてその外周部が前記スピンドルの外周部に摩擦係合するローラから成り、前記外力緩衝部が前記ローラの回転軸と前記モータの回転軸との間に直結された弾性体であることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項4

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が磁気ディスクを取り付けるスピンドルであり、前記駆動手段が前記スピンドルの回転軸と同軸上に回転軸を持つモータであり、前記外力緩衝部が、支点が前記保持部側固定端にあり、力点が前記摩擦力検出部との接続部にあり、作用点が前記支点と力点の間にあるロッドと、一端が前記ロッドの作用点に取り付けられ、他端が前記保持部側固定端とは別の部位に固定されたばねとから構成されることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項5

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が磁気ディスクを取り付けるスピンドルであり、前記駆動手段が前記スピンドルの回転軸と同軸上に回転軸を持つモータであり、前記外力緩衝部が、支点が前記保持部側固定端にあり、力点が前記摩擦力検出部との接続部にあり、作用点が前記支点を挟んで前記力点の反対側にあるロッドと、一端が前記ロッドの作用点に取り付けられ、他端が前記保持部側固定端とは別の部位に固定されたばねとから構成されることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項6

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が磁気ディスクを取り付けるスピンドルであり、前記駆動手段が前記摩擦力検出部と前記保持部側固定端との間に設けられた圧電素子であり、前記外力緩衝部が前記スピンドルの回転軸と前記載置台側固定端との間に直結された弾性体であることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項7

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が磁気ディスクを取り付けるスピンドルであり、前記駆動手段が前記摩擦力検出部と前記保持部側固定端との間に設けられた圧電素子であり、前記外力緩衝部が前記スピンドルの回転軸と同軸上にない回転軸を持つローラ及びこのローラの回転軸と前記載置台側固定端との間に直結された弾性体であることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項8

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記外力緩衝部が前記保持部側固定端から前記保持部までの間に設けられており、前記駆動手段が弾性体からなる外力緩衝部と前記保持部側固定端側に設けられた圧電素子であることを特徴とする請求項1に記載の静止摩擦力計測装置。

請求項9

前記第1の物体が磁気ディスクであり、前記第2の物体が磁気ヘッドであり、前記載置台が軸受を備えたスピンドルであり、前記摩擦力検出部が前記保持部と前記保持部側固定端との間に配置され、前記駆動手段が前記載置台の上方又は下方この載置台と非接触状態で対向して配置されており、前記載置台と駆動手段の少なくとも一方に磁石が配置され、他の一方には磁石が配置されるか、或いは他の一方が磁性体で形成されており、前記外部緩衝部が前記駆動手段と前記載置台との間に生じる磁気的引力、もしくは磁気斥力であることを特徴とする静止摩擦力計測装置。

技術分野

0001

本発明は静止摩擦力計測装置に関し、特に、ハードディスク装置における磁気ディスク磁気ヘッドとの間の静止摩擦力を計測する装置に関する。近年、磁気記憶装置としてのハードディスク装置の分野では、高記録密度化の必要から磁気ヘッドの浮上量が年々低下する傾向が進んでいる。即ち、ハードディスク装置において、磁気ディスクの記録密度を大きくした場合には、磁気ディスクと磁気ヘッドとの間隙を小さくして、磁気ヘッドを磁気ディスクに近づける必要があった。そして、磁気ディスクからの磁気ヘッドの浮上量を小さくした状態で磁気ヘッドの安定な浮上特性を保つためには、磁気ディスク表面平滑化する必要があった。一方、磁気ディスク表面を平滑化すると、磁気ディスクが静止した状態において、磁気ディスクと磁気ヘッドとが吸着を起こし、ハードディスク装置の再起動時に大きなトルクが必要となるという問題点があった。

0002

このため、磁気記録媒体(磁気ディスク)の表面の平滑化と、ディスクの静止時の磁気ヘッドのディスク表面への吸着防止という、相反する課題を解決するためのトライボロジーに関する研究開発が盛んに行われており、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間の静止摩擦力を高精度で計測することができる計測装置が望まれている。

背景技術

0003

従来、磁気ディスクと磁気ヘッド間の静止摩擦力を測定する際は、図10(a)に示すような構成の静止摩擦力計測装置100が用いられていた。磁気ディスク102は載置台101の上に固定されており、載置台101は駆動手段103によって移動されるようになっていた。この駆動手段103としては、例えば、モータが用いられていた。また、駆動手段103の一端は、載置台側固定端104に固定されていた。一方、磁気ディスク102の上に載置されたヘッド105は保持部106に保持されており、保持部106は摩擦力検出部107に接続されていた。そして、摩擦力検出部の一端は、保持部側固定端108に固定されていた。

0004

以上のように構成された静止摩擦力計測装置100を用いて静止摩擦力を計測する場合は、図10(b) に示すような手順で計測が行われていた。即ち、ステップ1001では駆動手段103を起動して外力を発生させ、ステップ1002に示すように載置台101の移動を即時開始させていた。そして、ステップ1003において摩擦力検出部107の出力の最大値を検出し、ステップ1004において静止摩擦係数μsを算出していた。具体的には、ヘッド105のばね圧でヘッド105に荷重をかけながら磁気ディスク102に密着させておき、この状態でモータ103を低速で回転させ、その起動時以降の摩擦力検出部107の出力の最大値を最大静止摩擦力としていた。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、従来の静止摩擦力の計測方法では、磁気ディスクの記録密度を大きくし、磁気ディスク表面を平滑化した場合に、磁気ディスクと磁気ヘッドとの間の静止摩擦力が正確に計測できないという問題点があった。この問題点について以下詳細に説明する。

0006

図10の構成において、磁気ディスク102とヘッド105の摩擦力をF、吸着力をFs、バネ圧をWとすると、それらの間には次式が成り立つ。
F=μ(W+Fs)
磁気ディスク102の表面が平滑になってくると、吸着力Fsが大きくなり、静止摩擦力と動摩擦力の差が大きくなる傾向にある。このような場合の摩擦力検出部107のセンサ応答速度に起因する問題点について先ず説明する。

0007

図10(a) の静止摩擦力計測装置100において、駆動手段103を用いて載置台101を移動させた場合、磁気ディスク102とヘッド105の真の摩擦力の変化が、例えば、図11(a) に破線で示す特性になったとする。図11(a) の特性において、時刻t0から時刻t1までの特性が磁気ディスク102とヘッド105の静止摩擦力の変化を示しており、時刻t1以降の特性が動摩擦力の変化を示している。このような最大静止摩擦力と動摩擦力の差が大きい状況において、摩擦力検出部107にロードセルのような応答の遅い(約50Hz)センサを用いた場合、ロードセルの出力は、図11(a) に実線で示すように、なまってしまい、磁気ディスク102とヘッド105間の真の摩擦力変化が正しく検出できない。

0008

この点を改善しようとして、摩擦力検出部107に、例えば、平行バネ歪みゲージを組み合わせたような応答速度が高速の(約5kHz)の広帯域センサを用いることが考えられる。ところが、摩擦力検出部107に広帯域センサを使用すると、モータ起動時の加速度の影響で広帯域センサが共振して、図11(b) に実線で示すようなセンサ出力となり、真の摩擦力が得られない。図11(b) においては破線が磁気ディスク102とヘッド105の真の摩擦力の変化を示している。

0009

本発明の目的は、前記従来の静止摩擦力計測装置における問題点を解消し、磁気ヘッドと磁気記録媒体との接触面にほぼ平行な方向の力を与えて、変位直前の最大静止摩擦力を計測する装置において、ヘッド側固定端から媒体載置台側固定端までの間の外力を緩衝し、駆動手段の作用による磁気ヘッドと磁気ディスクの相対位置の変位を抑制し、図12に実線で示すように、破線で示す外力は加わるが、ヘッド・磁気ディスク間相対変位のない状態を作るようにして、磁気ヘッドと磁気ディスク間の静止摩擦力の特性を計測することが可能な静止摩擦力計測装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

前記目的を達成する本発明の静止摩擦力計測装置の原理構成が図1(a) ,(b)に示される。本発明の静止摩擦力計測装置の第1の原理構成では、載置台1の上に固定された第1の物体2と、この第1の物体2に当接された第2の物体3との間の静摩擦特性を計測するために、第2の物体3が保持部4に保持され、この保持部4は固定端5に固定され、保持部4と保持部側固定端5の間に摩擦力検出部6が配置され、載置台1は固定端7に固定され、載置台1と載置台側固定端7との間に両物体2,3の接触面にほぼ平行な方向に外力を加える駆動手段8が設けられた静止摩擦力計測装置において、載置台1から載置台側固定端7までの間に配置された外力緩衝部9と、駆動手段8に設けられて保持部4と載置台1間の相対移動速度が摩擦力検出部6の共振周波数に比較して十分に遅くなるように速度制御する速度制御部8Aと、外力緩衝部9に設けられて両方の物体2,3の接触面にほぼ平行に働く外力が最大静上摩擦力を越えるまで、両方の物体2,3の相対位置の変位を抑制する相対位置変位抑制手段9Aとを設け、両方の物体2,3の変位開始直前の最大静止摩擦力を摩擦力検出部6によって計測するようにしたことを特徴としている。

0011

また、本発明の静止摩擦力計測装置の第2の原理構成では、載置台1の上に固定された第1の物体2と、この第1の物体2の上に置かれた第2の物体3との間の静摩擦特性を計測するために、第2の物体3が保持部4に保持され、この保持部4は固定端5に固定され、保持部4と保持部側固定端5の間に摩擦力検出部6が配置され、載置台1は固定端7に固定され、摩擦力検出部6と保持部側固定端5との間に両物体2,3の接触面のほぼ平行な方向に外力を加える駆動手段8が設けられた静止摩擦力計測装置において、保持部側固定端5から保持部4までの間に配置された外力緩衝部9と、駆動手段8に設けられて保持部4と載置台1間の相対移動速度が摩擦力検出部6の共振周波数に比較して十分に遅くなるように速度制御する速度制御部8Aと、外力緩衝部9に設けられて両方の物体2,3の接触面にほぼ平行に働く外力が最大静上摩擦力を越えるまで、両方の物体2,3の相対位置の変位を抑制する相対位置変位抑制手段9Aとを設け、両方の物体2,3の変位開始直前の最大静止摩擦力を前記摩擦力検出部によって計測するようにしたことを特徴としている。

0012

第1の物体2を磁気ディスクとし、第2の物体3を磁気ヘッドとし、載置台1を磁気ディスクを取り付けるスピンドルとした場合には、本発明の静止摩擦力計測装置は、以下の態様をとることができる。
(1) 駆動手段8をスピンドルの回転軸同軸上に回転軸を持つモータとし、外力緩衝部9をスピンドルの回転軸とモータの回転軸との間に直結された弾性体とする態様。

0013

(2) 駆動手段8をスピンドルの回転軸と同軸上にない回転軸を持つモータ及びこのモータの回転軸に取り付けられてその外周部がスピンドルの外周部に摩擦係合するローラから構成し、外力緩衝部9をローラの回転軸とモータの回転軸との間を直結する弾性体とする態様。
(3) 駆動手段8をスピンドルの回転軸と同軸上に回転軸を持つモータとし、外力緩衝部9を、支点が保持部側固定端5にあり、力点が摩擦力検出部6との接続部にあり、作用点が前記支点と力点の間にあるロッドと、一端がロッドの作用点に取り付けられ、他端が保持部側固定端5とは別の部位に固定されたばねとから構成する態様。

0014

(4) 駆動手段8をスピンドルの回転軸と同軸上に回転軸を持つモータとし、外力緩衝部9を、支点が保持部側固定端5にあり、力点が摩擦力検出部6との接続部にあり、作用点が支点を挟んで力点の反対側にあるロッドと、一端がロッドの作用点に取り付けられ、他端が保持部側固定端5とは別の部位に固定されたばねとから構成する態様。

0015

(5) 駆動手段8を摩擦力検出部6と保持部側固定端5との間に設けた圧電素子とし、外力緩衝部9をスピンドルの回転軸と載置台側固定端7との間に直結した弾性体とする態様。
(6) 駆動手段8を摩擦力検出部6と保持部側固定端5との間に設けた圧電素子とし、外力緩衝部9をスピンドルの回転軸と同軸上にない回転軸を持つローラ、及びローラの回転軸と載置台側固定端との間に直結した弾性体とする態様。

0016

(7)外力緩衝部9を保持部側固定端5から保持部4までの間に設け、駆動手段8を外力緩衝部9と保持部側固定端側5の間に設けた圧電素子とする態様。
(8)スピンドルに軸受を設け、摩擦力検出部6を保持部4と保持部側固定端5との間に配置し、駆動手段8を載置台1の上方又は下方でこの載置台と非接触状態で対向して配置し、載置台1と駆動手段8の少なくとも一方に磁石を配置し、他の一方には磁石を配置するか、或いは磁性体で形成し、外部緩衝部9を駆動手段8と載置台1との間に生じる磁気的引力、又は磁気斥力で駆動する態様。

0017

本発明の静止摩擦力計測装置によれば、磁気ヘッドと磁気記録媒体との接触面にほぼ平行な方向の力を与えて、変位直前の最大静止摩擦力を計測する装置において、ヘッド側固定端から媒体載置台側固定端までの間の外力が緩衝され、駆動手段の作用による磁気ヘッドと磁気ディスクの相対位置の変位が抑制され、駆動装置から外力は加わるが、ヘッド・磁気ディスク間の相対変位のない状態が作られるので、磁気ヘッドと磁気ディスク間の静止摩擦力の特性を計測することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0018

以下添付図面を用いて本発明の静止摩擦力計測装置の実施形態を詳細に説明する。図2(a) は本発明の第1の実施形態の静止摩擦力計測装置10の構成を示すブロック構成図であり、磁気ディスク12とヘッド13との静止摩擦力を計測する装置の構成を示している。

0019

磁気ディスク12は載置台であるスピンドル11の上に固定されており、スピンドル11の回転軸は外力緩衝部19を介して駆動手段であるディスク駆動モータ18の回転軸に連結されている。そして、このディスク駆動モータ18は載置台側固定端17に固定されている。更に、ディスク駆動モータ18にはモータドライバ18Aと速度制御部18Bが接続されている。

0020

一方、ヘッド13はその浮上面で磁気ディスク12上に接触し、接触面を構成している。ヘッド13はヘッド保持部14によって保持されており、このヘッド保持部14は、一端が保持部側固定端15に固定された摩擦力検出部16に接続されている。図2(b) は図2(a) の静止摩擦力計測装置10の構成をより具体的に示すものであり、外力緩衝部19の一実施例の構成が詳細に示されている。尚、図2(b)では図2(a) と同じ構成部材には同じ符号が付されている。

0021

ヘッド13はジンバルばね23を介して保持部14に取り付けられており、保持部16には隣接して広帯域のセンサ(μセンサ)が設けられている。この広帯域のセンサは保持部側固定端としての支持台15に固定されている。また、磁気ディスク12を取り付けたスピンドル11には軸受21が設けられており、スピンドル11に取り付けられた磁気ディスク12は、スピンドル11の回転軸の回りに回転することができる。軸受21とディスク駆動モータ18との間にはスペーサ22が設けられており、このスペーサ22によって形成された空間24の中に、スピンドル11の回転軸とディスク駆動モータ18の回転軸とを直結する外力緩衝部の相対位置変位抑制手段としてのトーションスプリング19が設けられている。

0022

以上のように構成された静止摩擦力計測装置10における静止摩擦力の計測手順を、図3に示すフローチャートにより説明する。ステップ301では、駆動手段であるディスク駆動モータ18を起動して外力を発生させ、ステップ302では、ディスク駆動モータ18の駆動力を所定量増大させて外力を所定値だけ増大させる。続くステップ303では、ディスク駆動モータ18によって発生した外力が、磁気ディスク12とヘッド13との間の静止摩擦力を越えたか否かを判定し、越えていない場合はステップ302に戻って再度ディスク駆動モータ18の駆動力を所定量増大させて外力を所定値だけ増大させる。

0023

一方、ステップ303においてディスク駆動モータ18によって発生した外力が、磁気ディスク12とヘッド13との間の静止摩擦力を越えたと判定した場合はステップ304に進み、磁気ディスク12とヘッド13との変位を開始させる。そして、ステップ305において摩擦力検出部の出力の最大値を検出し、ステップ306において静止摩擦係数μsを算出する。

0024

具体的には、ジンバルばね23のばね圧でヘッド12に荷重をかけながら磁気ディスク12に密着させておき、この状態でディスク駆動モータ18を低速で回転させる。すると、磁気ディスク12とヘッド13の接触面にほぼ平行な外力が加わり、外力と摩擦力は徐々に増加して行く。この場合、前述の従来の静止摩擦力計測装置100では、ディスク駆動モータ18によって発生した外力が直接にこの接触面に印加されるため、発生した外力の加速度が大きい場合には、摩擦力の検出値振動するという問題点を生じていた。一方、本発明の静止摩擦力計測装置10では、ディスク駆動モータ18とスピンドル11の回転軸にトーションスプリング19が設けられているので、ディスク駆動モータ18で発生した外力が磁気ディスク12とヘッド13の接触面の摩擦力を越えるまでは、トーションスプリング19が捩じれて変形するだけで磁気ディスク12とヘッド13の相対位置の変位は生じない。そして、ディスク駆動モータ18で発生した外力が磁気ディスク12とヘッド13の接触面の摩擦力を越えた時点で、初めて磁気ディスク12とヘッド13の相対位置に変位が生じるので、最大静止摩擦力を精度良く計測することができる。

0025

なお、ディスク駆動モータ18による外力の増加は単調増加を基本としているが、その途中に、外力一定や、逆に外力が減少する期間を含んでも良い。また、外力の増加速度は、摩擦力検出部16の共振周波数の約1/2以下相当にする必要がある。図4図2(a) の静止摩擦力計測装置10の構成をより具体的に示すものであり、外力緩衝部19の他の実施例の構成、及び磁気ディスク12とヘッド13との静止摩擦力を測定する電気回路の構成が詳細に示されている。尚、図4では図2(a) と同じ構成部材には同じ符号が付されている。

0026

この実施例では磁気ディスク12はスピンドル11に取り付けられており、スピンドル11は軸受ベース31に回転自在に保持されている。スピンドル11の外周面には、ローラ32の外周部嵌め込まれたゴム輪33が当接しており、このローラ32は軸受34に回転自在に支持されている。軸受34はスペーサ35を介してローラ駆動モータ36に接続しており、軸受34とスペーサ35によって形成された空間29の中に、ローラ32の回転軸とローラ駆動モータ36の回転軸とを直結する外力緩衝部の相対位置変位抑制手段としてのトーションスプリング39が設けられている。また、ローラ駆動モータ36はXステージ37の上に設けられており、Xステージ37はX自動ステージ38の上に設けられていて、擬似低加速モータを構成している。

0027

一方、ヘッド13に接続し、磁気ディスク12とヘッド13との間の静止摩擦力を、作用した力に比例した電圧で検出する広帯域センサ16の出力は、摩擦力検出装置6に入力される。摩擦力検出装置6には、動歪アンプ41、制御回路42、及びステージコントローラ43がある。広帯域センサ16の出力は動歪アンプ41に入力されて増幅されて出力され、パーソナルコンピュータ等から構成される制御回路42のA/D変換器421に入力されてディジタル信号に変換される。制御回路42にはディジタル信号に変換された摩擦力データを記憶するメモリ422、メモリ422に記憶されたデータから静止摩擦力を演算するCPU423、演算された静止摩擦力を表示する表示器(CRT)424、及び、CPU423から送られてくるコマンドをステージコントローラ43に伝達するRS232Cインタフェース425がある。

0028

このように、広帯域センサ16の出力は摩擦力検出装置6においてA/D変換された後に、コマンドとしてステージコントローラ43に入力される。ステージコントローラ43には速度制御部431、モータドライバ432、クラッチ制御部433、及びクラッチモータドライバ434がある。ステージコントローラ43はCPU42から送られてきたコマンドを認識し、Xステージ37とX自動ステージ38を動かす機能を持つ。このステージコントローラ43にもマイクロコンピュータが内蔵されている。

0029

CPU42から送られてきたコマンドは速度制御部431とクラッチ制御部433に入力される。速度制御部431では入力されるコマンドが認識されてモータドライバ432に移動パルス発生信号が送られる。移動パルスはモータドライバ432から出力され、ローラ駆動モータ36の回転が制御される。クラッチ制御部433では入力されるコマンドが認識されてクラッチモータドライバ434に移動パルスの発生信号が送られる。移動パルスはクラッチモータドライバ43から出力され、Xステージ37とX自動ステージ38が移動制御される。Xステージ37とX自動ステージ38はローラ32をスピンドル11に所定の圧力で押し付ける機能を備えている。

0030

Xステージ37の図示しないマイクロメータヘッドが取り除かれると、Xステージ37に内蔵されたばねの力により、Xステージ37の上面が片側に飛び出すので、これをスピンドル11側に配置する。この状態で、X自動ステージ38がスピンドル11側に移動すると、ローラ32がスピンドル11に接触する。X自動ステージ38が更にスピンドル11側に移動させられると、Xステージ37内のばねが伸長し、このばねの伸長量(X自動ステージ38の移動量)の設定により、スピンドル11へのローラ32の押し付け力を制御することができる。

0031

図5(a) は本発明の第2の実施形態の静止摩擦力計測装置20の構成を示すブロック構成図であり、磁気ディスク12とヘッド13との静止摩擦力を計測する装置の構成を示している。従って、第1の実施形態の静止摩擦力計測装置10と同じ構成部材には同じ符号が付されている。第2の実施形態における静止摩擦力計測装置20では、磁気ディスク12は載置台であるスピンドル11の上に固定されており、スピンドル11の回転軸はディスク駆動モータ18の回転軸に連結されている。そして、このディスク駆動モータ18は載置台側固定端17に固定されている。更に、ディスク駆動モータ18にはモータドライバ18Aと速度制御部18Bが接続されている。

0032

一方、ヘッド13はその浮上面で磁気ディスク12上に接触し、接触面を構成している。ヘッド13はヘッド保持部14によって保持されており、このヘッド保持部14は摩擦力検出部16に接続されている。そして、摩擦力検出部16と保持部側固定端15との間に外力緩衝部19が設けられている。図5(b) は図5(a) の静止摩擦力計測装置20のヘッド13から保持部側固定端15までの構成をより具体的に示すものであり、外力緩衝部19の一実施例の構成が詳細に示されている。この実施例の外力緩衝部19は、ロッド51と、このロッド51を保持部側固定端15に揺動可能に保持するブラケット52と、ロッド51の所定部位を他の保持部側固定端54に支持するばね53とから構成されている。摩擦力検出部16はロッド51の長手方向の一端51Aに取り付けられており、ロッド51の他端51Bが保持部側固定端15にブラケット52を介して取り付けられている。ばね53の一端は、摩擦力検出部16のロッド51への接続点と、ロッド51のブラケット52への取付点の間の部位51Cに取り付けられ、他端は他の保持部側固定端54に支持されている。

0033

以上のように構成された外力緩衝部19は、摩擦力検出部16のロッド51への取付点51Aが力点として作用し、ロッド51のブラケット52への取付点51Bが支点として作用し、ばね53のロッド51への取付部位51Cが作用点として機能する。この実施例では媒体移動方向に向かう外力がばね53の弾性力バランスさせられる。

0034

図5(c) は図5(a) の静止摩擦力計測装置20のヘッド13から保持部側固定端15までの構成をより具体的に示すものであり、外力緩衝部19の他の実施例の構成が詳細に示されている。この実施例の外力緩衝部19は、ロッド51とばね53とから構成されている。摩擦力検出部16はロッド51の長手方向の一端51Aに取り付けられており、ロッド51の長手方向の中央部51Dが保持部側固定端15にピン51Dを介して回動可能に取り付けられている。また、ロッド51の他端側の所定部位51Eにばね53の一端が取り付けられており、ばね53の他端は他の保持部側固定端55に支持されている。

0035

以上のように構成された外力緩衝部19は、摩擦力検出部16のロッド51への取付点51Aが力点として作用し、ロッド51の中央部51Dが支点として作用し、ばね53のロッド51への取付部位51Eが作用点として機能する。この実施例でも媒体移動方向に向かう外力がばね53の弾性力でバランスさせられる。

0036

図5(b) 及び図5(c) の外力緩衝部19においては、摩擦力は、ヘッド13のばね圧とヘッド/ディスク接触面の摩擦係数の積によって決まる。よって、外力が加わると、ヘッド13とディスク12とは一体となって動き、外力緩衝部19のばね53が伸びることによってヘッド/ディスク間の相対的な位置変化が抑制される。ばね53の復元力がヘッド/ディスク間の最大静止摩擦力を越えた時には、ヘッド13とディスク12の間で相対的な位置変化が起こることになる。

0037

図6(a) は本発明の第3の実施形態の静止摩擦力計測装置30の構成を示すブロック構成図であり、磁気ディスク12とヘッド13との静止摩擦力を計測する装置の構成を示している。従って、第1の実施形態の静止摩擦力計測装置10と同じ構成部材には同じ符号が付されている。第3の実施形態における静止摩擦力計測装置30では、磁気ディスク12は載置台であるスピンドル11の上に固定されており、スピンドル11の回転軸は外力緩衝部19に接続され、外力緩衝部19の他端が載置台側固定端17に固定されている。

0038

一方、ヘッド13はその浮上面で磁気ディスク12上に接触し、接触面を構成している。ヘッド13はヘッド保持部14によって保持されており、このヘッド保持部14は摩擦力検出部16に接続されている。そして、摩擦力検出部16と保持部側固定端15との間に駆動手段8が設けられている。図6(b) は図6(a) の静止摩擦力計測装置30のヘッド13から保持部側固定端15までの構成をより具体的に示すものであり、駆動手段8の一実施例の構成が詳細に示されている。この実施例の駆動手段8は、ヘッド駆動用の積層型圧電素子61、積層型圧電素子61に電圧を印加する可変電圧電源62、及び、積層型圧電素子61への可変電圧電源62からの出力電圧を制御する速度制御部63とから構成されている。可変電圧電源62は、速度制御部63で作られた制御信号に応じて徐々に上昇方向、或いは下降方向に変化する電圧を積層型圧電素子61に印加し、ヘッド13への外力を与える。そして、この積層型圧電素子61の長手方向の一端が摩擦力検出部16に接続され、他端が保持部側固定端15に接続されている。

0039

積層型圧電素子61は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする粉末PVB(ポリビニルブチラール)、EC(エチルセルロース)、MC(メチルセルロース)等の結合材アセトンエチルアルコール等の溶剤を加えてスラリー化し、これをドクターブレード法により厚さ 200μmのグリーンシートに形成する。次に、このグリーンシートの上に内部電極パターンに従ってスクリーン印刷機により、Pt,Ag-Pd 等を材料として内部電極印刷する。そして、この内部電極が交互電極となるように、内部電極が形成されたグリーンシートを50層程度積層し、約1300℃で焼成することによって構成することができる。

0040

このように、第3の形態の静止摩擦力計測装置30では、積層型圧電素子61によってヘッド13を駆動して外力を与える。この場合の外力緩衝部19の構成としては、ほぼ直方体形状、もしくは、螺旋状の弾性体が好適である。また、図6(b) の変形例としては、ヘッド駆動手段8として、図6(c) に示すように、ヘッド駆動用モータ64を使うこともできる。この場合の外力緩衝部19の構成としては、トーションスプリングが好適である。

0041

更に、図6(b) の第2の変形例としては、図6(d) に示すように、スピンドル11を、ヘッド浮上が可能な回転数に高速に駆動可能な高速モータ65に接続し、摩擦力の計測時にはこの高速モータ65を電気的にロックしておくようにしても良い。図7(a) は本発明の第4の実施形態の静止摩擦力計測装置40の構成を示すブロック構成図であり、磁気ディスク12とヘッド13との静止摩擦力を計測する装置の構成を示している。従って、第1の実施形態の静止摩擦力計測装置10と同じ構成部材には同じ符号が付されている。第4の実施形態における静止摩擦力計測装置40では、磁気ディスク12は載置台であるスピンドル11の上に固定されており、スピンドル11の他端は載置台側固定端17に固定されている。

0042

一方、ヘッド13はその接触面で磁気ディスク12上に接触している。ヘッド13はヘッド保持部14によって保持されており、このヘッド保持部14は摩擦力検出部16に接続されている。そして、摩擦力検出部16と保持部側固定端15との間に外力緩衝部19と駆動手段8がこの順に設けられている。図7(b) は図7(a) の静止摩擦力計測装置40のヘッド13から保持部側固定端15までの構成をより具体的に示すものであり、駆動手段8及び外力緩衝部19の一実施例の構成が詳細に示されている。

0043

この実施例の駆動手段8は、ヘッド駆動用の積層型圧電素子61、積層型圧電素子61に電圧を印加する可変電圧電源62、及び、積層型圧電素子61への可変電圧電源62からの出力電圧を制御する速度制御部63とから構成されている。可変電圧電源62は、速度制御部63で作られた制御信号に応じて徐々に上昇方向、或いは下降方向に変化する電圧を積層型圧電素子61に印加し、ヘッド13への外力を与える。そして、積層型圧電素子61の長手方向の一端が外力検出部19に接続され、他端が保持部側固定端15に接続されている。また、外力緩衝部19はとしてはほぼ直方体形状、もしくは螺旋形状の弾性体66を用いることが好適である。

0044

一変形例として、ヘッド駆動手段8を図6(c) のように構成しても良い。この場合に外力緩衝部としてはトーションスプリングが好適である。また、第2の変形例として、図6(d) と同様の構成により、スピンドル11を、ヘッド浮上が可能な回転数に高速に駆動可能な高速モータ65に接続し、摩擦力の計測時にはこの高速モータ65を電気的にロックしておくようにしても良い。

0045

図8(a) は本発明の第5の実施形態の静止摩擦力計測装置50の構成を示すブロック構成図であり、磁気ディスク12とヘッド13との静止摩擦力を計測する装置の構成を示している。従って、第1の実施形態の静止摩擦力計測装置10と同じ構成部材には同じ符号が付されている。第5の実施形態における静止摩擦力計測装置50では、磁気ディスク12は載置台であるスピンドル11の上に固定されており、スピンドル11の他端は軸受25を介して載置台側固定端17に固定されている。

0046

一方、ヘッド13はその浮上面で磁気ディスク12上に接触し、接触面を構成している。ヘッド13はヘッド保持部14によって保持されており、このヘッド保持部14は摩擦力検出部16に接続されている。そして、摩擦力検出部16の他端が保持部側固定端15に接続されて固定されている。更に、第5の実施形態では、磁気ディスク駆動モータ18が磁気ディスク12の上方に非接触状態で設けられており、駆動モータ18と磁気ディスク12との間に外力緩衝部19が設けられている。また、ディスク駆動モータ18にはモータドライバ18Aと速度制御部18Bが接続されている。ディスク駆動モータ18とスピンドル11とを非接触の条件を保って配置し、ディスク駆動モータ18にってスピンドル11を回転させるためには、両者の少なくとも一方に磁石を配置すれば良い。この場合、ディスク駆動モータ18の回転により、スピンドル11は磁石同士吸引力、または排斥力、或いは磁石の誘導力が外力緩衝部19として作用する。

0047

図8(b) は図8(a) の静止摩擦力計測装置50のディスク駆動モータ18及びスピンドル11の構成の一実施例をより具体的に示すものである。この実施例ではディスク駆動モータ18の回転軸に駆動板28が取り付けられており、この駆動板28に回転軸に同心円状に複数の磁石27が埋め込まれている。これらの磁石27は1つ置きに極性が同じものが配置されている。一方のスピンドル11側には、この駆動板28に対向する部位に、磁石27と同様に複数の磁石26がスピンドル11の回転軸に同心円状に埋め込まれている。

0048

この結果、ディスク駆動モータ18が回転すると、スピンドル11は磁石同士の吸引力によって、ディスク駆動モータ18に非接触状態で駆動されて回転する。スピンドル11側に磁石26を設けない場合は、スピンドル11の駆動板28に対向する部分を鉄等の磁性体で構成すれば良い。なお、この実施例では、外力緩衝部19とディスク駆動モータ18とを磁気ディスク13の上方に配置したが、下方に配置することもできる。その時は、スピンドル11側の磁石、もしくは磁性体は、磁気ディスク12の中央部の穴を介して外力緩衝部19と対峙する。

0049

第5の静止摩擦力計測装置50の場合、スピンドル11およびディスク駆動モータ18の間の磁気的引力、もしくは磁気的排斥力が外力を吸収するため、磁気ヘッド13と磁気ディスク12の相対位置の変位は生じない。以上説明した実施例では、スピンドル11の上に磁気ディスク12とヘッド13とを垂直に積み上げる構成で記述した。媒体を垂直に配置して媒体載置台や他の構成要素を水平方向に配置するなどの変更を加えても、本発明の効果が妨げられることはないことは自明である。

0050

図9は、本発明の静止摩擦力計測装置10による磁気ヘッド13と磁気ディスク12の間の静止摩擦係数測定結果を、静止摩擦係数の真の値、μセンサを使用した従来の静止摩擦力計測装置による静止摩擦係数の測定結果、及びロードセルを使用した従来の静止摩擦力計測装置による静止摩擦係数の測定結果と比較して示すテーブル図である。なお、本発明の静止摩擦力計測装置10における駆動手段としては、図4で説明した擬似低加速モータを使用した。

0051

なお、磁気ヘッド13と磁気ディスク12の間の真の静止摩擦係数の値としては、磁気ディスク12を手回しで駆動した時の値を採用している。また、サンプルとしては磁気記録密度の低い2世代前の磁気記録再生装置を使用し、サンプルとしては磁気記録密度が高められた1世代前の磁気記録再生装置を使用し、サンプルとしては、磁気記録密度が更に高められた最新の磁気記録再生装置を使用している。

0052

このテーブル図から分かるように、本発明の静止摩擦力計測装置10によれば、サンプル、、の何れに対しても、ほぼ真の値に近い静止摩擦力が得られる。これに対して、ロードセルを使用した従来の静止摩擦力計測装置では、静止摩擦力が図11(a) で説明した応答遅れのために真の値よりも低い値として検出され、μセンサを使用した従来の静止摩擦力計測装置では、静止摩擦力が図11(b) で説明した共振のために真の値よりも大きな値として検出されてしまうことが分かる。

発明の効果

0053

上実施例を用いて詳細に説明したように、本発明によれば、駆動手段により磁気ヘッドと磁気記録媒体の相対位置変位を起こすような外力が加わっても、外力緩衝部の作用により、最大摩擦力を越えるまでは、ヘッド・磁気ディスク(媒体)の相対位置が変わらないので、最大静止摩擦力を正確に計測できるという効果がある。

図面の簡単な説明

0054

図1本発明の静止摩擦力計測装置の原理構成図であり、(a) は駆動手段が第1の物体を駆動する形態の原理構成図、(b) は駆動手段が第2の物体を駆動する形態の原理構成図である。
図2(a) は本発明の静止摩擦力計測装置の第1の実施形態の構成を示すブロック構成図、(b) は(a) の一実施例の構成を示す構成図である。
図3本発明の静止摩擦力計測装置における静止摩擦力の計測手順を示すフローチャートである。
図4図2(a) の静止摩擦力計測装置の他の実施例の構成を示す構成図である。
図5(a) は本発明の静止摩擦力計測装置の第2の実施形態の構成を示すブロック構成図、(b) は(a) の一実施例の構成を示す構成図、(c) は(a) の他の実施例の構成を示す構成図である。
図6(a) は本発明の静止摩擦力計測装置の第3の実施形態の構成を示すブロック構成図、(b) は(a) の一実施例の構成を示す構成図、(c) は(b) の変形例の構成図、(d) は(b) の第2の変形例を示す構成図である。
図7(a) は本発明の静止摩擦力計測装置の第4の実施形態の構成を示すブロック構成図、(b) は(a) の一実施例の構成を示す構成図である。
図8(a) は本発明の静止摩擦力計測装置の第5の実施形態の構成を示すブロック構成図、(b) は(a) の一実施例の構成の要部を示す斜視図である。
図9本発明の静止摩擦力計測装置の効果を示すテーブル図である。
図10(a) は従来の静止摩擦力計測装置の構成を示すブロック図、(b) は(a) の静止摩擦力計測装置における静止摩擦力の計測手順を示すフローチャートである。
図11(a) は応答速度の遅いセンサを使用した従来の静止摩擦力計測装置における摩擦力検出部の応答速度の影響を示す特性図、(b) は広帯域センサを使用した従来の静止摩擦力計測装置の摩擦力検出部の共振の影響を示す特性図である。
図12時間に対するヘッドと磁気ディスクの相対変化量の特性を示す特性図である。

--

0055

1…載置台
2…第1の物体
3…第2の物体
4…保持部
5…保持部側固定端
6…摩擦力検出部
7…載置台側固定端
8…駆動手段
9…外力緩衝部
10…本発明の第1の実施形態の静止摩擦力計測装置
11…スピンドル
12…磁気ディスク
13…ヘッド
14…ヘッド保持部
15…保持部側固定端
16…摩擦力検出部
17…載置台側固定端
18…ディスク駆動モータ
18A…モータドライバ
18B…速度制御部
19…外力緩衝部(トーションスプリング)
20…本発明の第2の実施形態の静止摩擦力計測装置
21,25…軸受
26,27…磁石
28…駆動板
30…本発明の第3の実施形態の静止摩擦力計測装置
31…軸受ベース
32…ローラ
33…ゴム輪
34…軸受
36…ローラ駆動モータ
39…トーションスプリング
40…本発明の第4の実施形態の静止摩擦力計測装置
50…本発明の第5の実施形態の静止摩擦力計測装置
51…ロッド
52…ブラケット
53…ばね
54,55…他の保持部側固定端
61…積層型圧電素子
62…可変電圧電源
63…速度制御部
64…ヘッド駆動用モータ
65…高速モータ
66…弾性体

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