JP4131836B2 - ばね荷重測定方法、装置、及びシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ばね荷重測定方法、装置、及びシステムに関するものである。例えば、コンピュータや各種の再生・記録装置の磁気記録装置であるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気ヘッドを支持する板ばね（サスペンション）等を高精度に製造することに利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般より、ばねの荷重の測定が広く行われている。以下では、ばねの一例として、ハードディスクドライブの磁気ヘッドを支持するサスペンションを例にとり説明する。
【０００３】
ハードディスクドライブの記録密度の飛躍的な向上に伴い、磁気ヘッドを支持するサスペンションの製造精度が相当に厳しくなってきている。磁気ヘッドの情報の記録再生時の浮上量は、静止状態での荷重値の影響を受ける。このことから、サスペンションのヘッド荷重が磁気ヘッドの浮上姿勢や浮上り特性に大きな影響を及ぼす。そのため、各サスペンション毎に製造工程中にて、上記ヘッド荷重の測定及び修正を行うようにしている。
【０００４】
図７は、磁気ディスク２１の回転が停止しているときのサスペンション２００の状態を示している。サスペンション２００は、支持体２４によって支持されるベースプレート２０１に板ばね部２０２を介してロードビーム２０３が設けられてなるものである。ロードビーム２０３には、フレキシャ２０９が取り付けられており、その先端部に磁気ヘッドを含むスライダ２１０が設けられている。フレキシャ２０９の先端部には、ロードビーム２０３に設けられたディンプル２０８ａが接している。
【０００５】
フレキシャ２０９の上面には、磁気ヘッドを構成するスライダ２１０が貼り付けられる。スライダ２１０は、磁気ディスク２１の表面とスライドするものである。スライダ２１０の内部に、磁気読み書きヘッド（図示せず）が含まれる。磁気ヘッドのうち、磁気ディスク２１に相対する滑走面がスライダ２１０である。フレキシャ２０９には、ロードビーム２０３の先端に設けられたディンプル２０８ａが接している。ディンプル２０８ａは、スライダ２１０の回転支点となる。
【０００６】
フレキシャ２０９は、板ばね部２０２によって弾性的に支持される。よって、磁気ディスク２１の回転が停止しているときには、フレキシャ２０９は、ロードビーム２０３の板ばね部２０２の撓みによる力を受けて、スライダ２１０を磁気ディスク２１に押し当てる。このように、回転停止時の磁気ディスク２１にスライダ２１０が接しているときの接触荷重を上記ヘッド荷重と称する。
【０００７】
スライダ２１０は、磁気ディスク２１が高速回転すると、磁気ディスク２１の表面に発生する空気流の影響を受ける。即ち、スライダ２１０は、空気流からの浮力を受けて浮上し、これによりスライダ２１０が磁気ディスク２１に対する情報の記録再生を行う。この浮上量は、浮力とサスペンションの撓みによる力とのバランスに影響を受ける。この浮上量は、一般に数ｎｍ〜数十ｎｍである。
【０００８】
ヘッド荷重は、従来より次のような方法で測定されている。
【０００９】
なお、以下の例では、ヘッド荷重の測定対象は、スライダ２１０が搭載される前のサスペンション２００である。スライダ２１０が搭載されたサスペンション２００を測定対象とする場合には、スライダ２１０の高さ（図８のＺ２１０）を考慮するだけでよく、同様の方法で測定可能である。
【００１０】
図８において、符号２００ａは、自由時（無負荷状態）のサスペンション２００を示している。符号２００ｂは、回転停止時の磁気ディスク２１にスライダ２１０が接しているときのサスペンション２００を示している（図７と同じ状態）。即ち、サスペンション２００ｂがスライダ２１０を介して磁気ディスク２１に与える荷重がヘッド荷重である。
【００１１】
符号Ｚｆは、固定された支持体２４の基準面２５ａからの、自由時のサスペンション２００ａのフレキシャ２０９ａの高さを示している。符号Ｚ２１は、基準面２５ａからの磁気ディスク２１の下面（磁気ディスク２１との接触面）の高さを示している。符号Ｚｈは、回転停止時の磁気ディスク２１にスライダ２１０を押し当てているサスペンション２００ｂのフレキシャ２０９ｂの、基準面２５ａからの高さを示している。即ち、磁気ディスク２１の下面の高さＺ２１は、（Ｚｈ＋Ｚ２１０）である。
【００１２】
以上のことから、サスペンション２００のヘッド荷重の測定に際しては、図８及び図９に示すように、フレキシャ２０９にロードセル３００の荷重測定子３１０を接触させた状態で、ロードセル３００を下降させることで、フレキシャ２０９を高さＺｈの位置まで押し下げ、その状態でのフレキシャ２０９からの荷重（反力）をロードセル３００で測定すればよいことになる。以下では、図１０を参照して、より具体的なヘッド荷重の測定方法について説明する。
【００１３】
（１）まず、予めヘッド荷重が分かっているサスペンション２００Ｍ（マスターワーク）を用意する。
（２）次に、そのマスターワーク２００Ｍをワーククランプ４００に挟み、上方に押し付けて基準面４０１に固定する。
（３）次いで、エアーシリンダ等の上下移動手段４１０でロードセル４２０を上方に移動させて、ロードセル４２０の荷重測定子４２５をマスターワーク２００Ｍに接触させる。
【００１４】
（４）次に、ロードセル４２０により出力される荷重をモニタしつつ、上昇端ストッパ４３０を上下させてロードセル４２０の高さを調整し、ロードセル４２０により出力された荷重が、マスターワーク２００Ｍの既知の荷重と一致する位置で上昇端ストッパ４３０の位置を固定する（ロードセル４２０の高さの調整完了）。
（５）次いで、ロードセル４２０を下降させるともに、ワーククランプ４００を下降させて、マスターワーク２００Ｍを外す。
【００１５】
（６）その後、測定対象のサスペンション２００をワーククランプ４００で基準面４０１に固定する。
（７）次に、ロードセル４２０を上昇させ、上記（４）で調整済の上昇端ストッパ４３０に当てる。
（８）上記（７）の状態でロードセル４２０により出力される荷重が、測定対象のサスペンション２００のヘッド荷重として得られる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−４４７６０号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
より高精度にばねの荷重を測定することが望まれている。
特に、磁気ヘッドを支持するサスペンションには、ヘッド荷重の測定に要求される精度が極めて高い。そのサスペンションに求められる荷重は、従来、例えば３±１．５（ｇｆ）や２．５±０．４（ｇｆ）の程度であったのに対し、近時では例えば０．４±０．０４（ｇｆ）のレベルまで高精度になってきている。
【００１８】
上記のような要請に対して、従来のばねの荷重の測定方法では、十分に応えることができない。
本発明の目的は、より高精度にばねの荷重を測定することのできる、ばね荷重測定方法、装置、及びシステムを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、荷重と高さを同時に測定してばね定数を求め、荷重測定装置の撓みをキャンセルした荷重値を得る測定方法に関する。
【００２０】
本発明のばね荷重測定方法は、測定対象のばねに荷重測定装置を接触させて、前記ばねが所定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、（ａ） 前記荷重測定装置の前記ばねに直接的又は間接的に接触している部分の高さを測定するステップと、（ｂ） 前記高さの測定結果を用いて、前記ばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を測定するステップとを備えている。上記において、ばねの高さとは、ばねが基準面に固定された場合のばねの基準面からの高さである。本発明によれば、より高精度にばねの荷重を測定することができる。前記荷重測定装置の前記部分の撓み（逃げ量）を小さくして測定誤差を抑える方法では、撓みが極力小さな荷重測定装置を使用する必要があるが、そのような荷重測定装置では、微小荷重の測定では、出力電圧が小さくノイズに対して弱い。これに対し、本発明では、撓みの大きな特性の荷重測定装置を使用することが可能となり、荷重測定装置の設計又は選択の自由度が広がり、ノイズに強い高精度な測定が可能となる。
【００２１】
本発明のばね荷重測定方法は、測定対象のばねに荷重測定装置を接触させて、前記ばねが所定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、（ｅ） 前記ばねのばね定数を求めるステップと、（ｆ） 前記ばね定数に基づいて、前記ばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を求めるステップとを備えている。本発明によれば、個々のばねのばね定数を計測した上で、所定の高さでの荷重を求めるため、より高精度な測定を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
まず、本実施形態に至る前提から説明する。
【００２４】
図９に示した従来のばね荷重測定方法では、高精度な測定ができないことを図１を用いて説明する。
【００２５】
従来は、図９に示したように、サスペンション２００のヘッド荷重の測定に際しては、フレキシャ２０９にロードセル３００の荷重測定子３１０を接触させた状態で、ロードセル３００を下降させることで、フレキシャ２０９を高さＺｈの位置まで押し下げ、その状態でのフレキシャ２０９からの荷重をロードセル３００で測定していた。
【００２６】
ところが実際の測定では、図１に示すように、フレキシャ２０９からの荷重を受けてロードセル３００の先端部（荷重測定子３１０の部分）が撓み、その撓みの分だけ、フレキシャ２０９は、基準面２５ａから更にαだけ離間する。上記において、フレキシャ２０９を高さＺｈの位置まで押し下げるときには、従来は、ロードセル３００の筐体３２０の高さに基づいて、フレキシャ２０９の押し下げ量（ロードセル３００の高さ）を決めていた。
【００２７】
このように、ロードセル３００の筐体３２０の高さに基づいて、押し下げ量を決定していたため、ロードセル３００の先端部の撓みが考慮されなかった。これにより、実際には、ロードセル３００は、基準面２５ａから（Ｚｈ＋α）の高さでの荷重を計測することになり、真に測定したい高さＺｈでの実荷重よりも小さな荷重が出力される。
【００２８】
また、サスペンション２００には、自由時の高さＺｆの公差や長手方向の長さの公差等があることから、各サスペンション２００によって、ロードセル３００の先端部の撓み量αも異なり、フレキシャ２０９の高さへの影響も異なる。
以上のことから、従来の方法では、正確な測定ができない。
【００２９】
以下に具体的数値を用いて検証する。
【００３０】
定格容量１０ｇｆ、定格変位量±０．４ｍｍのロードセルを用いて、２．５ｇｆのサスペンションを測定する。なお、サスペンションのばね定数は、２．３ｇｆ／ｍｍとする。この設定で２．７ｇｆのサスペンションを測ると、
０．４：１０＝Ｘ：（２．７−２．５）
Ｘ＝０．００８（ロードセルの先端は、０．００８ｍｍ逃げるように撓む）
これは、荷重値に換算すると、
Ｐ＝０．００８×２．３＝０．０１８ｇｆ
ロードセルの出力する荷重は、実荷重よりおよそ０．０２ｇｆ小さなものとなる。
サスペンションでは、荷重公差が±０．０４ｇｆのものもある。この場合、実用的な測定はできない。
【００３１】
以上のように、ばねの荷重を受けてロードセル３００の先端部が撓むことによって、ばねの高精度な測定が妨げられる。そこで、ロードセルの先端部が撓み難い（撓みが少ない）ロードセルを用いて、ばねの荷重を正確に測定することが考えられる。
【００３２】
ところが、撓みが少ない特性のロードセルと撓みが大きな特性のロードセルを用いて、それぞれ同じサスペンション２００を測定すると、撓みが少ない特性のロードセルの出力レベルは、撓みが大きな特性のロードセルの出力レベルと比べて小さい。撓みが少ない特性のロードセルでは、出力レベルが小さいため、その分、荷重ゼロ（無負荷）の時と負荷がある時との差がでにくい。無負荷時と負荷時との出力レベルの差が小さいと、ノイズの影響を受け易く（ＳＮ比が悪く）、高精度に測定できない。
【００３３】
上記のように、撓み量とＳＮ比はトレードオフの関係にある。このことから、撓み量が大きなロードセルであっても、高精度に測定することができるばね荷重の測定方法が必要である。
【００３４】
（第１の実施形態）
図２は、本実施形態のばね荷重測定方法を示す図である。
図２に示すように、測定対象のサスペンション２００をクランプするワーククランプ部１０と、支柱２２に沿って上下に移動可能なロードセル３００と、ロードセル３００の先端部（荷重測定子３１０の部分）の高さを計測する計測手段３０とが設けられている。なお、本実施形態では、荷重測定装置の一例としてロードセル３００を用いるが、本発明の荷重測定装置は、ロードセル３００に限定されない。
【００３５】
この計測手段３０は、測定自体が高さや荷重に影響を及ぼさないレーザなどの非接触型変位計３０であることが好ましい。この計測手段３０の位置は固定であり、ロードセル３００の先端部の高さが変わると、例えばレーザ変位計３０からレーザを照射してその反射を受光する位置（戻り位置、戻り角度など）が変化することにより、ロードセル３００の先端部の高さを検出するものである。
【００３６】
本実施形態では、ロードセル３００の先端部の高さを計測することで、撓み分（α）も含めたフレキシャ２０９の高さ（Ｚｈ＋α）を求める。この場合、計測位置は、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆである。
【００３７】
荷重測定子３１０とロードセル本体３００ａの高さは一定であるから、ロードセル本体３００ａの上面（フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆの真上）にレーザを照射してその反射を受光する位置に基づいて、フレキシャ２０９の高さ（Ｚｈ＋α）を求めることができる。
【００３８】
次に、レーザ変位計３０により検出されたロードセル３００の先端部の高さに基づいて、ロードセル３００の高さを調整して（この場合、下降させて）、フレキシャ２０９（フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆ）の高さをＺｈにする。そのときのロードセル３００の出力（荷重）を求めれば、そのサスペンション２００のヘッド荷重を求めることができる。
【００３９】
なお、レーザ変位計３０により高さを検出する部位は、ロードセル３００の先端部の高さに代えて、サスペンション２００自体であってもよい。この場合、フレキシャ２０９の荷重測定子３１０が接触する部位の近傍の高さをレーザ変位計３０により求めることができる。レーザ変位計３０により検出されたフレキシャ２０９の高さに基づいて、ロードセル３００の高さを調整して（この場合、下降させて）、フレキシャ２０９（フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆ）の高さをＺｈにする。そのときのロードセル３００の出力（荷重）を求めれば、そのサスペンション２００のヘッド荷重を求めることができる。
【００４０】
従来の測定方法では、ロードセル３００の先端部の撓み（逃げ量）を小さくして測定誤差を抑える必要があるために、撓みが極力小さな特性のロードセルを使用する必要があった。そのため、微小荷重の測定では、出力電圧が小さくなりノイズに対して弱かった。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点の高さＦ（ロードセル３００の先端部が撓んだときの高さＦ）を計測することにより、撓みの大きな特性のロードセルを使用することが可能となり、ロードセルの設計又は選択の自由度が広がった。その結果、ノイズに強い精度の高い測定が可能となった。
【００４２】
（第２の実施形態）
図３から図６を参照して、第２実施形態について説明する。
【００４３】
（第２実施形態の概略）
ヘッド荷重を測定すべき高さに対応する製品設計上の目標高さ（δＴ）をはさんだ２点の高さ（δＨ,δＬ）で荷重（ＰＨ,ＰＬ）を測定する。その際、荷重の反力でロードセル３００の先端部が逃げるために、その先端部の高さを測定する。測定した２点から測定対象のサスペンション２００の荷重−高さ（撓み）線図を作成する（図６）。この線図に目標高さ（δＴ）をインプットして、その高さ（δＴ）における荷重（ＰＡ）を算出して、測定値とする。これにより、ロードセル３００の先端部の撓み（変形）による誤差が生じないように、変形する部分の変位を直接測ることで変形が影響しない。以下、具体的に説明する。
【００４４】
第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、レーザ変位計３０を用いて、ロードセル３００の先端部の高さを測定する。
第２実施形態においては、荷重と、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点の高さの組（セット）を、高さの異なる２点で測定し、その測定結果に基づいて、荷重−高さ（撓み）線図を作成する。この荷重−高さ線図に基づいて、所定の高さ（ヘッド荷重測定用の高さＺｈ）における荷重値（ヘッド荷重）を計算により求める。この算出した所定の高さでの荷重値は、ロードセル３００の先端部の撓み（逃げ）がキャンセルされた正確な値である。
【００４５】
以下、その手順を具体的に説明する。
【００４６】
（原点合わせ工程）
図３に示すように、ゼロ合わせ用ゲージ５０を支持体２４にセットする。ゼロ合わせ用ゲージ５０は、支持体２４にセットされたときに、基準面２５ａと同じ高さの面５１を持つように構成されている。
次に、ロードセル３００の高さを調整して、ゼロ合わせ用ゲージ５０の面５１にロードセル３００の荷重測定子３１０を軽く接触させる。
【００４７】
次に、ゼロ合わせ用ゲージ５０の面５１にロードセル３００の荷重測定子３１０が軽く接触した状態で、レーザ変位計３０からロードセル３００のレーザ被照射部３３０にレーザを照射し、その反射から得られたレーザ被照射部３３０とレーザ被照射部３３０との距離をレーザ変位計３０内でゼロにリセットする。
【００４８】
ここで、レーザ被照射部３３０は、ロードセル３００の荷重測定子３１０に対応する真上位置に設けられて、レーザー照射のターゲットとされることで、フレキシャ２０９によるロードセル３００（荷重測定子３１０）への加圧点Ｆの高さを計測するためのものである。なお、荷重測定子３１０の高さと、ロードセル本体３００ａの高さと、レーザ被照射部３３０の高さは、一定である。レーザ変位計３０で得られたレーザ被照射部３３０の高さから、それらの荷重測定子３１０の高さと、ロードセル本体３００ａの高さと、レーザ被照射部３３０の高さの合計を引くことにより、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆの高さを求めることができる。
【００４９】
（荷重測定工程）
次に、図４及び図５に示すように、高さの異なる２点でそれぞれ、レーザ被照射部３３０の高さと、サスペンション２００の荷重を測定する。図４に示すレーザ被照射部３３０の高さは、図５のケースよりも高い。図４のケースでのレーザ被照射部３３０の高さをδＨ、サスペンション２００の荷重をＰＬとし、図５のケースでのレーザ被照射部３３０の高さをδＬ、サスペンション２００の荷重をＰＨとして、図６に示すように、荷重−高さ線図にプロットする。
【００５０】
図６に示すように、図４のケースの測定結果を示すプロットＰ２と、図５のケースの測定結果を示すプロットＰ１とを直線で結んでなるグラフＬａを求める。このグラフＬａは、今、測定した当該サスペンション２００のばね定数に対応している。ここで、２点のプロットを直線で結ぶことにより、ばね定数に対応したグラフが得られる点については、実験で確証が取れている。
【００５１】
次に、当該サスペンション２００の所定の高さでの荷重を得たい場合には、図６に示すグラフＬａにおいて、その所定の高さに応じたδに対応した荷重Ｐを求めればよい。また逆に、当該サスペンション２００の所定の荷重での高さを得たい場合には、図６に示すグラフＬａにおいて、その所定の荷重に応じたＰに対応した高さδを求めればよい。
【００５２】
当該サスペンション２００のヘッド荷重を得るに際しては、高さδは、δＴ＝（Ｚｈ＋荷重測定子３１０の高さ＋ロードセル本体３００ａの高さ＋レーザ被照射部３３０の高さ）に設定した上で、グラフＬａからヘッド荷重ＰＡを算出することができる。
【００５３】
次に、測定対象を別のサスペンション２００に代えるときには、その代わったサスペンション２００に関して、改めて、上記と同様に、高さの異なる２点でそれぞれ、レーザ被照射部３３０の高さとサスペンション２００の荷重を測定し、それらの２点の測定結果を図６と同様に荷重−高さ線図にプロットし、両プロットを結んでばね定数に対応したグラフを求める。そのグラフに基づいて、その測定対象のサスペンション２００についての、所定の高さでの荷重、又は所定の荷重での高さを求めることができる。
【００５４】
なお、レーザ変位計３０により高さを検出する部位は、レーザ被照射部３３０の高さに代えて、サスペンション２００自体であってもよい。この場合、フレキシャ２０９の荷重測定子３１０が接触する部位の近傍の高さをレーザ変位計３０により求めることができる。高さが異なる２点でそれぞれ、サスペンション２００自体の高さと、サスペンション２００の荷重を測定する。サスペンション２００自体の高さをδＨ，δＬとして、荷重−高さ線図を作成する。その荷重−高さ線図に基づいて、サスペンション２００が所定の高さにあるときの荷重を求めることができる。
【００５５】
第２実施形態によれば、ロードセル３００の先端部の撓み分をキャンセルした正確な荷重値を求めることができる。
また、個々のばね（サスペンション２００）のばね定数を計測した上で、所定の高さでの荷重を求めるため、より高精度な測定を行うことができる。
【００５６】
例えば、ＨＤＤ用サスペンション（サスペンション）２００の荷重の測定について述べる。ＨＤＤは、容量の高密度化が進み、それに伴い信号の読み書きに大きく影響する荷重精度が厳しくなってきた。このサスペンション２００の板ばね部２０２（図７参照）は、圧延やハーフエッチングで形成されており、その板厚（図７のｔ参照）は、圧延の場合で数％、ハーフエッチングの場合には数十％ばらつくため、荷重公差に入れ込む（収める）ことは困難であった。これに対して、本実施形態では、測定対象のサスペンション２００の１つずつにばね定数を測定した上で、個々のサスペンション２００毎の所定の高さでの荷重、又は所定の荷重での高さを求めれば、この板厚のバラツキの問題の解決に有効である。
本実施形態では、サスペンション２００を例にとり説明したが、それに限定されずに、広くばね一般に対して、上記の効果を奏することができる。
【００５７】
従来は、図１０に示すように、ロードセル４２０の先端をワーク２００の被測定部に当て、ワーク２００又はロードセル４２０を荷重発生方向に所定の高さまで動かして荷重を測定していた。このとき、ばね２００の反力でロードセル４２０は逆方向に曲がる。例として、荷重が３０ｇｆのときにロードセル４２０は０．０１２ｍｍ撓む。図１０を用いて説明したように、通常は、この撓み分を見越して所定の高さを予め決めておく。従って、ばね定数が異なる場合や、荷重値が異なる場合には正確な測定ができなかった。
【００５８】
更に、第２実施形態によれば、微小荷重を高速に測定することができる。以下、この効果について説明する。ばねの微小荷重を測定する際、測定系の上下方向の振動が収まるまでに数秒かかる。これは、測定系の固有振動数が低いために、振幅が減衰し難いことによる。これに対し、本実施形態では、ある時点での高さと荷重値がセットで測定できさえすればよいため、上下に振動が残っていてもよい。また、高さが大きく異なる２点を測定するために、正確なばね定数を示したグラフを得ることができ、より高精度な測定を行える点でも有利である。
なお、電子天秤方式を用いる場合にも、ばねが平衡状態になるまで数秒かかるため、高速測定には適さない。
【００５９】
上記第１及び第２実施形態のそれぞれでは、スライダ２１０が搭載される前のサスペンション２００に対して、ヘッド荷重を測定した。これに対して、上記第１及び第２実施形態のそれぞれにおいて、スライダ２１０が搭載されたサスペンション２００に対して、ヘッド荷重を測定することも可能である。その場合の測定方法は、上記第１及び第２実施形態で説明した内容において、ロードセル３００の荷重測定子３１０を当てる対象を、フレキシャ２０９ではなく、フレキシャ２０９に搭載されたスライダ２１０に代えるとともに、レーザ変位計３０の測定結果の利用に際しては、スライダ２１０の高さ分を加味するだけでよい。
【００６０】
スライダ２１０を取り付けた状態で、ロードセル３００の先端部の高さを求めた方が、個々のスライダ２１０の取り付けに伴う高さ（接着剤の厚さなど）をも考慮に入れることができ、実際にスライダ２１０が磁気ディスク２１に接するときのヘッド荷重をより正確に測定することができる。
【００６１】
また、異なる２点での高さと荷重をそれぞれ求めて、高さ−荷重線図からばね定数を求める第２実施形態では、高さを測定する対象をロードセル３００の先端部の高さとしたが、従来と同様に、ロードセル３００の筐体３２０であってもよい。この場合であっても、複数点での筐体３２０の高さと荷重を測定して高さ−荷重線図を作成するため、従来に比べれば、より正確な荷重測定を行うことができる。
【００６２】
以上の本実施形態の概要は以下の通りである。
【００６３】
ＨＤＤの高容量化に伴い、サスペンション２００の荷重は小さく且つ高精度になっていている。従来、この荷重は、ロードセル３００により測定してきたが、ロードセル３００の逃げによる測定誤差も無視できなくなってきた。本実施形態では、荷重と同時にロードセル３００の変位も測定し、演算処理により荷重−撓み線図を作成し、線図から所定の高さにおける荷重を推定するものである。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、より高精度にばねの荷重を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の利点を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態を示す側面図である。
【図３】図３は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の一工程を示す側面図である。
【図４】図４は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の他の工程を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の更に他の工程を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態で使用する荷重−高さ線図を示すグラフ図である。
【図７】図７は、従来一般のサスペンションの使用形態を示す側面図である。
【図８】図８は、従来一般のサスペンションの自由時の高さを示す図である。
【図９】図９は、従来のサスペンションのヘッド荷重の一測定方法を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のサスペンションのヘッド荷重の他の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１０ ワーククランプ部
２１ 磁気ディスク
２４ 支持体
２５ａ 基準面
３０ レーザ変位計
５０ ゼロ合わせ用ゲージ
５１ 面
２００ サスペンション
２００ａ 自由時のサスペンション
２００ｂ 磁気ディスクにスライダーが接しているときのサスペンション
２０１ ベースプレート
２０２ 板ばね部
２０３ ロードビーム
２０８ａ ディンプル
２０９ フレキシャ
２１０ スライダ
３００ ロードセル
３００ａ ロードセル本体
３１０ 荷重測定子
３２０ 筐体
３３０ レーザ被照射部
４００ ワーククランプ
４０１ 基準面
４１０ 上下移動手段
４２０ ロードセル
４２５ 荷重測定子
４３０ 上昇端ストッパ
Ｆ フレキシャーによるロードセルへの加圧点
Ｚ２１ 基準面からの磁気ディスクの下面の高さ
Ｚ２１０ スライダーの高さ
Ｚｆ 基準面からの、自由時のサスペンションのフレキシャーの高さ
Ｚｈ 磁気ディスクにスライダーを押し当てているサスペンションのフレキシャーの、基準面からの高さ
α 撓み量
δＴ 目標高さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ばね荷重測定方法、装置、及びシステムに関するものである。例えば、コンピュータや各種の再生・記録装置の磁気記録装置であるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気ヘッドを支持する板ばね（サスペンション）等を高精度に製造することに利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般より、ばねの荷重の測定が広く行われている。以下では、ばねの一例として、ハードディスクドライブの磁気ヘッドを支持するサスペンションを例にとり説明する。
【０００３】
ハードディスクドライブの記録密度の飛躍的な向上に伴い、磁気ヘッドを支持するサスペンションの製造精度が相当に厳しくなってきている。磁気ヘッドの情報の記録再生時の浮上量は、静止状態での荷重値の影響を受ける。このことから、サスペンションのヘッド荷重が磁気ヘッドの浮上姿勢や浮上り特性に大きな影響を及ぼす。そのため、各サスペンション毎に製造工程中にて、上記ヘッド荷重の測定及び修正を行うようにしている。
【０００４】
図７は、磁気ディスク２１の回転が停止しているときのサスペンション２００の状態を示している。サスペンション２００は、支持体２４によって支持されるベースプレート２０１に板ばね部２０２を介してロードビーム２０３が設けられてなるものである。ロードビーム２０３には、フレキシャ２０９が取り付けられており、その先端部に磁気ヘッドを含むスライダ２１０が設けられている。フレキシャ２０９の先端部には、ロードビーム２０３に設けられたディンプル２０８ａが接している。
【０００５】
フレキシャ２０９の上面には、磁気ヘッドを構成するスライダ２１０が貼り付けられる。スライダ２１０は、磁気ディスク２１の表面とスライドするものである。スライダ２１０の内部に、磁気読み書きヘッド（図示せず）が含まれる。磁気ヘッドのうち、磁気ディスク２１に相対する滑走面がスライダ２１０である。フレキシャ２０９には、ロードビーム２０３の先端に設けられたディンプル２０８ａが接している。ディンプル２０８ａは、スライダ２１０の回転支点となる。
【０００６】
フレキシャ２０９は、板ばね部２０２によって弾性的に支持される。よって、磁気ディスク２１の回転が停止しているときには、フレキシャ２０９は、ロードビーム２０３の板ばね部２０２の撓みによる力を受けて、スライダ２１０を磁気ディスク２１に押し当てる。このように、回転停止時の磁気ディスク２１にスライダ２１０が接しているときの接触荷重を上記ヘッド荷重と称する。
【０００７】
スライダ２１０は、磁気ディスク２１が高速回転すると、磁気ディスク２１の表面に発生する空気流の影響を受ける。即ち、スライダ２１０は、空気流からの浮力を受けて浮上し、これによりスライダ２１０が磁気ディスク２１に対する情報の記録再生を行う。この浮上量は、浮力とサスペンションの撓みによる力とのバランスに影響を受ける。この浮上量は、一般に数ｎｍ〜数十ｎｍである。
【０００８】
ヘッド荷重は、従来より次のような方法で測定されている。
【０００９】
なお、以下の例では、ヘッド荷重の測定対象は、スライダ２１０が搭載される前のサスペンション２００である。スライダ２１０が搭載されたサスペンション２００を測定対象とする場合には、スライダ２１０の高さ（図８のＺ２１０）を考慮するだけでよく、同様の方法で測定可能である。
【００１０】
図８において、符号２００ａは、自由時（無負荷状態）のサスペンション２００を示している。符号２００ｂは、回転停止時の磁気ディスク２１にスライダ２１０が接しているときのサスペンション２００を示している（図７と同じ状態）。即ち、サスペンション２００ｂがスライダ２１０を介して磁気ディスク２１に与える荷重がヘッド荷重である。
【００１１】
符号Ｚｆは、固定された支持体２４の基準面２５ａからの、自由時のサスペンション２００ａのフレキシャ２０９ａの高さを示している。符号Ｚ２１は、基準面２５ａからの磁気ディスク２１の下面（磁気ディスク２１との接触面）の高さを示している。符号Ｚｈは、回転停止時の磁気ディスク２１にスライダ２１０を押し当てているサスペンション２００ｂのフレキシャ２０９ｂの、基準面２５ａからの高さを示している。即ち、磁気ディスク２１の下面の高さＺ２１は、（Ｚｈ＋Ｚ２１０）である。
【００１２】
以上のことから、サスペンション２００のヘッド荷重の測定に際しては、図８及び図９に示すように、フレキシャ２０９にロードセル３００の荷重測定子３１０を接触させた状態で、ロードセル３００を下降させることで、フレキシャ２０９を高さＺｈの位置まで押し下げ、その状態でのフレキシャ２０９からの荷重（反力）をロードセル３００で測定すればよいことになる。以下では、図１０を参照して、より具体的なヘッド荷重の測定方法について説明する。
【００１３】
（１）まず、予めヘッド荷重が分かっているサスペンション２００Ｍ（マスターワーク）を用意する。
（２）次に、そのマスターワーク２００Ｍをワーククランプ４００に挟み、上方に押し付けて基準面４０１に固定する。
（３）次いで、エアーシリンダ等の上下移動手段４１０でロードセル４２０を上方に移動させて、ロードセル４２０の荷重測定子４２５をマスターワーク２００Ｍに接触させる。
【００１４】
（４）次に、ロードセル４２０により出力される荷重をモニタしつつ、上昇端ストッパ４３０を上下させてロードセル４２０の高さを調整し、ロードセル４２０により出力された荷重が、マスターワーク２００Ｍの既知の荷重と一致する位置で上昇端ストッパ４３０の位置を固定する（ロードセル４２０の高さの調整完了）。
（５）次いで、ロードセル４２０を下降させるともに、ワーククランプ４００を下降させて、マスターワーク２００Ｍを外す。
【００１５】
（６）その後、測定対象のサスペンション２００をワーククランプ４００で基準面４０１に固定する。
（７）次に、ロードセル４２０を上昇させ、上記（４）で調整済の上昇端ストッパ４３０に当てる。
（８）上記（７）の状態でロードセル４２０により出力される荷重が、測定対象のサスペンション２００のヘッド荷重として得られる。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−４４７６０号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
より高精度にばねの荷重を測定することが望まれている。
特に、磁気ヘッドを支持するサスペンションには、ヘッド荷重の測定に要求される精度が極めて高い。そのサスペンションに求められる荷重は、従来、例えば３±１．５（ｇｆ）や２．５±０．４（ｇｆ）の程度であったのに対し、近時では例えば０．４±０．０４（ｇｆ）のレベルまで高精度になってきている。
【００１８】
上記のような要請に対して、従来のばねの荷重の測定方法では、十分に応えることができない。
本発明の目的は、より高精度にばねの荷重を測定することのできる、ばね荷重測定方法、装置、及びシステムを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、荷重と高さを同時に測定してばね定数を求め、荷重測定装置の撓みをキャンセルした荷重値を得る測定方法に関する。
【００２０】
本発明のばね荷重測定方法は、測定対象のばねに荷重測定装置を接触させて、前記ばねが所定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、（ａ） 前記荷重測定装置の前記ばねに直接的又は間接的に接触している部分の高さを測定するステップと、（ｂ） 前記高さの測定結果を用いて、前記ばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を測定するステップとを備えている。上記において、ばねの高さとは、ばねが基準面に固定された場合のばねの基準面からの高さである。本発明によれば、より高精度にばねの荷重を測定することができる。前記荷重測定装置の前記部分の撓み（逃げ量）を小さくして測定誤差を抑える方法では、撓みが極力小さな荷重測定装置を使用する必要があるが、そのような荷重測定装置では、微小荷重の測定では、出力電圧が小さくノイズに対して弱い。これに対し、本発明では、撓みの大きな特性の荷重測定装置を使用することが可能となり、荷重測定装置の設計又は選択の自由度が広がり、ノイズに強い高精度な測定が可能となる。
【００２１】
本発明のばね荷重測定方法は、測定対象のばねに荷重測定装置を接触させて、前記ばねが所定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、（ｅ） 前記ばねのばね定数を求めるステップと、（ｆ） 前記ばね定数に基づいて、前記ばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を求めるステップとを備えている。本発明によれば、個々のばねのばね定数を計測した上で、所定の高さでの荷重を求めるため、より高精度な測定を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
まず、本実施形態に至る前提から説明する。
【００２４】
図９に示した従来のばね荷重測定方法では、高精度な測定ができないことを図１を用いて説明する。
【００２５】
従来は、図９に示したように、サスペンション２００のヘッド荷重の測定に際しては、フレキシャ２０９にロードセル３００の荷重測定子３１０を接触させた状態で、ロードセル３００を下降させることで、フレキシャ２０９を高さＺｈの位置まで押し下げ、その状態でのフレキシャ２０９からの荷重をロードセル３００で測定していた。
【００２６】
ところが実際の測定では、図１に示すように、フレキシャ２０９からの荷重を受けてロードセル３００の先端部（荷重測定子３１０の部分）が撓み、その撓みの分だけ、フレキシャ２０９は、基準面２５ａから更にαだけ離間する。上記において、フレキシャ２０９を高さＺｈの位置まで押し下げるときには、従来は、ロードセル３００の筐体３２０の高さに基づいて、フレキシャ２０９の押し下げ量（ロードセル３００の高さ）を決めていた。
【００２７】
このように、ロードセル３００の筐体３２０の高さに基づいて、押し下げ量を決定していたため、ロードセル３００の先端部の撓みが考慮されなかった。これにより、実際には、ロードセル３００は、基準面２５ａから（Ｚｈ＋α）の高さでの荷重を計測することになり、真に測定したい高さＺｈでの実荷重よりも小さな荷重が出力される。
【００２８】
また、サスペンション２００には、自由時の高さＺｆの公差や長手方向の長さの公差等があることから、各サスペンション２００によって、ロードセル３００の先端部の撓み量αも異なり、フレキシャ２０９の高さへの影響も異なる。
以上のことから、従来の方法では、正確な測定ができない。
【００２９】
以下に具体的数値を用いて検証する。
【００３０】
定格容量１０ｇｆ、定格変位量±０．４ｍｍのロードセルを用いて、２．５ｇｆのサスペンションを測定する。なお、サスペンションのばね定数は、２．３ｇｆ／ｍｍとする。この設定で２．７ｇｆのサスペンションを測ると、
０．４：１０＝Ｘ：（２．７−２．５）
Ｘ＝０．００８（ロードセルの先端は、０．００８ｍｍ逃げるように撓む）
これは、荷重値に換算すると、
Ｐ＝０．００８×２．３＝０．０１８ｇｆ
ロードセルの出力する荷重は、実荷重よりおよそ０．０２ｇｆ小さなものとなる。
サスペンションでは、荷重公差が±０．０４ｇｆのものもある。この場合、実用的な測定はできない。
【００３１】
以上のように、ばねの荷重を受けてロードセル３００の先端部が撓むことによって、ばねの高精度な測定が妨げられる。そこで、ロードセルの先端部が撓み難い（撓みが少ない）ロードセルを用いて、ばねの荷重を正確に測定することが考えられる。
【００３２】
ところが、撓みが少ない特性のロードセルと撓みが大きな特性のロードセルを用いて、それぞれ同じサスペンション２００を測定すると、撓みが少ない特性のロードセルの出力レベルは、撓みが大きな特性のロードセルの出力レベルと比べて小さい。撓みが少ない特性のロードセルでは、出力レベルが小さいため、その分、荷重ゼロ（無負荷）の時と負荷がある時との差がでにくい。無負荷時と負荷時との出力レベルの差が小さいと、ノイズの影響を受け易く（ＳＮ比が悪く）、高精度に測定できない。
【００３３】
上記のように、撓み量とＳＮ比はトレードオフの関係にある。このことから、撓み量が大きなロードセルであっても、高精度に測定することができるばね荷重の測定方法が必要である。
【００３４】
（第１の実施形態）
図２は、本実施形態のばね荷重測定方法を示す図である。
図２に示すように、測定対象のサスペンション２００をクランプするワーククランプ部１０と、支柱２２に沿って上下に移動可能なロードセル３００と、ロードセル３００の先端部（荷重測定子３１０の部分）の高さを計測する計測手段３０とが設けられている。なお、本実施形態では、荷重測定装置の一例としてロードセル３００を用いるが、本発明の荷重測定装置は、ロードセル３００に限定されない。
【００３５】
この計測手段３０は、測定自体が高さや荷重に影響を及ぼさないレーザなどの非接触型変位計３０であることが好ましい。この計測手段３０の位置は固定であり、ロードセル３００の先端部の高さが変わると、例えばレーザ変位計３０からレーザを照射してその反射を受光する位置（戻り位置、戻り角度など）が変化することにより、ロードセル３００の先端部の高さを検出するものである。
【００３６】
本実施形態では、ロードセル３００の先端部の高さを計測することで、撓み分（α）も含めたフレキシャ２０９の高さ（Ｚｈ＋α）を求める。この場合、計測位置は、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆである。
【００３７】
荷重測定子３１０とロードセル本体３００ａの高さは一定であるから、ロードセル本体３００ａの上面（フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆの真上）にレーザを照射してその反射を受光する位置に基づいて、フレキシャ２０９の高さ（Ｚｈ＋α）を求めることができる。
【００３８】
次に、レーザ変位計３０により検出されたロードセル３００の先端部の高さに基づいて、ロードセル３００の高さを調整して（この場合、下降させて）、フレキシャ２０９（フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆ）の高さをＺｈにする。そのときのロードセル３００の出力（荷重）を求めれば、そのサスペンション２００のヘッド荷重を求めることができる。
【００３９】
なお、レーザ変位計３０により高さを検出する部位は、ロードセル３００の先端部の高さに代えて、サスペンション２００自体であってもよい。この場合、フレキシャ２０９の荷重測定子３１０が接触する部位の近傍の高さをレーザ変位計３０により求めることができる。レーザ変位計３０により検出されたフレキシャ２０９の高さに基づいて、ロードセル３００の高さを調整して（この場合、下降させて）、フレキシャ２０９（フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆ）の高さをＺｈにする。そのときのロードセル３００の出力（荷重）を求めれば、そのサスペンション２００のヘッド荷重を求めることができる。
【００４０】
従来の測定方法では、ロードセル３００の先端部の撓み（逃げ量）を小さくして測定誤差を抑える必要があるために、撓みが極力小さな特性のロードセルを使用する必要があった。そのため、微小荷重の測定では、出力電圧が小さくなりノイズに対して弱かった。
【００４１】
これに対して、本実施形態では、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点の高さＦ（ロードセル３００の先端部が撓んだときの高さＦ）を計測することにより、撓みの大きな特性のロードセルを使用することが可能となり、ロードセルの設計又は選択の自由度が広がった。その結果、ノイズに強い精度の高い測定が可能となった。
【００４２】
（第２の実施形態）
図３から図６を参照して、第２実施形態について説明する。
【００４３】
（第２実施形態の概略）
ヘッド荷重を測定すべき高さに対応する製品設計上の目標高さ（δＴ）をはさんだ２点の高さ（δＨ,δＬ）で荷重（ＰＨ,ＰＬ）を測定する。その際、荷重の反力でロードセル３００の先端部が逃げるために、その先端部の高さを測定する。測定した２点から測定対象のサスペンション２００の荷重−高さ（撓み）線図を作成する（図６）。この線図に目標高さ（δＴ）をインプットして、その高さ（δＴ）における荷重（ＰＡ）を算出して、測定値とする。これにより、ロードセル３００の先端部の撓み（変形）による誤差が生じないように、変形する部分の変位を直接測ることで変形が影響しない。以下、具体的に説明する。
【００４４】
第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、レーザ変位計３０を用いて、ロードセル３００の先端部の高さを測定する。
第２実施形態においては、荷重と、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点の高さの組（セット）を、高さの異なる２点で測定し、その測定結果に基づいて、荷重−高さ（撓み）線図を作成する。この荷重−高さ線図に基づいて、所定の高さ（ヘッド荷重測定用の高さＺｈ）における荷重値（ヘッド荷重）を計算により求める。この算出した所定の高さでの荷重値は、ロードセル３００の先端部の撓み（逃げ）がキャンセルされた正確な値である。
【００４５】
以下、その手順を具体的に説明する。
【００４６】
（原点合わせ工程）
図３に示すように、ゼロ合わせ用ゲージ５０を支持体２４にセットする。ゼロ合わせ用ゲージ５０は、支持体２４にセットされたときに、基準面２５ａと同じ高さの面５１を持つように構成されている。
次に、ロードセル３００の高さを調整して、ゼロ合わせ用ゲージ５０の面５１にロードセル３００の荷重測定子３１０を軽く接触させる。
【００４７】
次に、ゼロ合わせ用ゲージ５０の面５１にロードセル３００の荷重測定子３１０が軽く接触した状態で、レーザ変位計３０からロードセル３００のレーザ被照射部３３０にレーザを照射し、その反射から得られたレーザ被照射部３３０とレーザ被照射部３３０との距離をレーザ変位計３０内でゼロにリセットする。
【００４８】
ここで、レーザ被照射部３３０は、ロードセル３００の荷重測定子３１０に対応する真上位置に設けられて、レーザー照射のターゲットとされることで、フレキシャ２０９によるロードセル３００（荷重測定子３１０）への加圧点Ｆの高さを計測するためのものである。なお、荷重測定子３１０の高さと、ロードセル本体３００ａの高さと、レーザ被照射部３３０の高さは、一定である。レーザ変位計３０で得られたレーザ被照射部３３０の高さから、それらの荷重測定子３１０の高さと、ロードセル本体３００ａの高さと、レーザ被照射部３３０の高さの合計を引くことにより、フレキシャ２０９によるロードセル３００への加圧点Ｆの高さを求めることができる。
【００４９】
（荷重測定工程）
次に、図４及び図５に示すように、高さの異なる２点でそれぞれ、レーザ被照射部３３０の高さと、サスペンション２００の荷重を測定する。図４に示すレーザ被照射部３３０の高さは、図５のケースよりも高い。図４のケースでのレーザ被照射部３３０の高さをδＨ、サスペンション２００の荷重をＰＬとし、図５のケースでのレーザ被照射部３３０の高さをδＬ、サスペンション２００の荷重をＰＨとして、図６に示すように、荷重−高さ線図にプロットする。
【００５０】
図６に示すように、図４のケースの測定結果を示すプロットＰ２と、図５のケースの測定結果を示すプロットＰ１とを直線で結んでなるグラフＬａを求める。このグラフＬａは、今、測定した当該サスペンション２００のばね定数に対応している。ここで、２点のプロットを直線で結ぶことにより、ばね定数に対応したグラフが得られる点については、実験で確証が取れている。
【００５１】
次に、当該サスペンション２００の所定の高さでの荷重を得たい場合には、図６に示すグラフＬａにおいて、その所定の高さに応じたδに対応した荷重Ｐを求めればよい。また逆に、当該サスペンション２００の所定の荷重での高さを得たい場合には、図６に示すグラフＬａにおいて、その所定の荷重に応じたＰに対応した高さδを求めればよい。
【００５２】
当該サスペンション２００のヘッド荷重を得るに際しては、高さδは、δＴ＝（Ｚｈ＋荷重測定子３１０の高さ＋ロードセル本体３００ａの高さ＋レーザ被照射部３３０の高さ）に設定した上で、グラフＬａからヘッド荷重ＰＡを算出することができる。
【００５３】
次に、測定対象を別のサスペンション２００に代えるときには、その代わったサスペンション２００に関して、改めて、上記と同様に、高さの異なる２点でそれぞれ、レーザ被照射部３３０の高さとサスペンション２００の荷重を測定し、それらの２点の測定結果を図６と同様に荷重−高さ線図にプロットし、両プロットを結んでばね定数に対応したグラフを求める。そのグラフに基づいて、その測定対象のサスペンション２００についての、所定の高さでの荷重、又は所定の荷重での高さを求めることができる。
【００５４】
なお、レーザ変位計３０により高さを検出する部位は、レーザ被照射部３３０の高さに代えて、サスペンション２００自体であってもよい。この場合、フレキシャ２０９の荷重測定子３１０が接触する部位の近傍の高さをレーザ変位計３０により求めることができる。高さが異なる２点でそれぞれ、サスペンション２００自体の高さと、サスペンション２００の荷重を測定する。サスペンション２００自体の高さをδＨ，δＬとして、荷重−高さ線図を作成する。その荷重−高さ線図に基づいて、サスペンション２００が所定の高さにあるときの荷重を求めることができる。
【００５５】
第２実施形態によれば、ロードセル３００の先端部の撓み分をキャンセルした正確な荷重値を求めることができる。
また、個々のばね（サスペンション２００）のばね定数を計測した上で、所定の高さでの荷重を求めるため、より高精度な測定を行うことができる。
【００５６】
例えば、ＨＤＤ用サスペンション（サスペンション）２００の荷重の測定について述べる。ＨＤＤは、容量の高密度化が進み、それに伴い信号の読み書きに大きく影響する荷重精度が厳しくなってきた。このサスペンション２００の板ばね部２０２（図７参照）は、圧延やハーフエッチングで形成されており、その板厚（図７のｔ参照）は、圧延の場合で数％、ハーフエッチングの場合には数十％ばらつくため、荷重公差に入れ込む（収める）ことは困難であった。これに対して、本実施形態では、測定対象のサスペンション２００の１つずつにばね定数を測定した上で、個々のサスペンション２００毎の所定の高さでの荷重、又は所定の荷重での高さを求めれば、この板厚のバラツキの問題の解決に有効である。
本実施形態では、サスペンション２００を例にとり説明したが、それに限定されずに、広くばね一般に対して、上記の効果を奏することができる。
【００５７】
従来は、図１０に示すように、ロードセル４２０の先端をワーク２００の被測定部に当て、ワーク２００又はロードセル４２０を荷重発生方向に所定の高さまで動かして荷重を測定していた。このとき、ばね２００の反力でロードセル４２０は逆方向に曲がる。例として、荷重が３０ｇｆのときにロードセル４２０は０．０１２ｍｍ撓む。図１０を用いて説明したように、通常は、この撓み分を見越して所定の高さを予め決めておく。従って、ばね定数が異なる場合や、荷重値が異なる場合には正確な測定ができなかった。
【００５８】
更に、第２実施形態によれば、微小荷重を高速に測定することができる。以下、この効果について説明する。ばねの微小荷重を測定する際、測定系の上下方向の振動が収まるまでに数秒かかる。これは、測定系の固有振動数が低いために、振幅が減衰し難いことによる。これに対し、本実施形態では、ある時点での高さと荷重値がセットで測定できさえすればよいため、上下に振動が残っていてもよい。また、高さが大きく異なる２点を測定するために、正確なばね定数を示したグラフを得ることができ、より高精度な測定を行える点でも有利である。
なお、電子天秤方式を用いる場合にも、ばねが平衡状態になるまで数秒かかるため、高速測定には適さない。
【００５９】
上記第１及び第２実施形態のそれぞれでは、スライダ２１０が搭載される前のサスペンション２００に対して、ヘッド荷重を測定した。これに対して、上記第１及び第２実施形態のそれぞれにおいて、スライダ２１０が搭載されたサスペンション２００に対して、ヘッド荷重を測定することも可能である。その場合の測定方法は、上記第１及び第２実施形態で説明した内容において、ロードセル３００の荷重測定子３１０を当てる対象を、フレキシャ２０９ではなく、フレキシャ２０９に搭載されたスライダ２１０に代えるとともに、レーザ変位計３０の測定結果の利用に際しては、スライダ２１０の高さ分を加味するだけでよい。
【００６０】
スライダ２１０を取り付けた状態で、ロードセル３００の先端部の高さを求めた方が、個々のスライダ２１０の取り付けに伴う高さ（接着剤の厚さなど）をも考慮に入れることができ、実際にスライダ２１０が磁気ディスク２１に接するときのヘッド荷重をより正確に測定することができる。
【００６１】
また、異なる２点での高さと荷重をそれぞれ求めて、高さ−荷重線図からばね定数を求める第２実施形態では、高さを測定する対象をロードセル３００の先端部の高さとしたが、従来と同様に、ロードセル３００の筐体３２０であってもよい。この場合であっても、複数点での筐体３２０の高さと荷重を測定して高さ−荷重線図を作成するため、従来に比べれば、より正確な荷重測定を行うことができる。
【００６２】
以上の本実施形態の概要は以下の通りである。
【００６３】
ＨＤＤの高容量化に伴い、サスペンション２００の荷重は小さく且つ高精度になっていている。従来、この荷重は、ロードセル３００により測定してきたが、ロードセル３００の逃げによる測定誤差も無視できなくなってきた。本実施形態では、荷重と同時にロードセル３００の変位も測定し、演算処理により荷重−撓み線図を作成し、線図から所定の高さにおける荷重を推定するものである。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、より高精度にばねの荷重を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の利点を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態を示す側面図である。
【図３】図３は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の一工程を示す側面図である。
【図４】図４は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の他の工程を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態の更に他の工程を示す側面図である。
【図６】図６は、本発明のばね荷重測定方法の一実施形態で使用する荷重−高さ線図を示すグラフ図である。
【図７】図７は、従来一般のサスペンションの使用形態を示す側面図である。
【図８】図８は、従来一般のサスペンションの自由時の高さを示す図である。
【図９】図９は、従来のサスペンションのヘッド荷重の一測定方法を示す図である。
【図１０】図１０は、従来のサスペンションのヘッド荷重の他の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１０ ワーククランプ部
２１ 磁気ディスク
２４ 支持体
２５ａ 基準面
３０ レーザ変位計
５０ ゼロ合わせ用ゲージ
５１ 面
２００ サスペンション
２００ａ 自由時のサスペンション
２００ｂ 磁気ディスクにスライダーが接しているときのサスペンション
２０１ ベースプレート
２０２ 板ばね部
２０３ ロードビーム
２０８ａ ディンプル
２０９ フレキシャ
２１０ スライダ
３００ ロードセル
３００ａ ロードセル本体
３１０ 荷重測定子
３２０ 筐体
３３０ レーザ被照射部
４００ ワーククランプ
４０１ 基準面
４１０ 上下移動手段
４２０ ロードセル
４２５ 荷重測定子
４３０ 上昇端ストッパ
Ｆ フレキシャーによるロードセルへの加圧点
Ｚ２１ 基準面からの磁気ディスクの下面の高さ
Ｚ２１０ スライダーの高さ
Ｚｆ 基準面からの、自由時のサスペンションのフレキシャーの高さ
Ｚｈ 磁気ディスクにスライダーを押し当てているサスペンションのフレキシャーの、基準面からの高さ
α 撓み量
δＴ 目標高さ
Claims (10)
- 測定対象のばねにカンチレバー型ロードセルの先端部分を接触させて、前記ばねの上端部が弾性変形範囲内の特定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、
前記ばねの上端部に直接的又は間接的に接触している前記カンチレバー型ロードセル先端部分の所定測定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、該測定結果、および前記所定測定部分と前記ばねの上端部との高さ方向の距離をもとに、前記ばねの上端部を前記特定の高さに設定する高さ測定ステップと、
前記ばねの上端部が前記特定の高さのときの前記荷重を、前記カンチレバー型ロードセルを用いて測定する荷重測定ステップと
を備えたことを特徴とするばね荷重測定方法。 - 測定対象のばねにカンチレバー型ロードセルの先端部分を接触させて、前記ばねの上端部が弾性変形範囲内の特定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、
前記カンチレバー型ロードセル先端部分に接触している前記ばねの上端部近傍の所定測定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、該測定結果、および前記所定測定部分と前記ばねの上端部との高さ方向の距離をもとに、前記ばねの上端部を前記特定の高さに設定する高さ測定ステップと、
前記ばねの上端部が前記所定の高さのときの前記荷重を、前記カンチレバー型ロードセルを用いて測定する荷重測定ステップと
を備えたことを特徴とするばね荷重測定方法。 - 測定対象のばねにカンチレバー型ロードセルの先端部分を接触させて、前記ばねが所定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、
前記ばねに直接的又は間接的に接触している前記カンチレバー型ロードセル先端部分の所定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、該測定結果をもとに前記ばねの高さを第１の高さに設定する第１高さ設定ステップと、
前記第１の高さに設定された前記カンチレバー型ロードセル先端部分に接触している前記ばねの荷重を第１の荷重値として測定する第１荷重値測定ステップと、
前記ばねに直接的又は間接的に接触している前記カンチレバー型ロードセル先端部分の所定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、該測定結果をもとに前記ばねの高さを前記第１の高さとは異なる第２の高さに設定する第２高さ設定ステップと、
前記第２の高さに設定された前記カンチレバー型ロードセルに接触している前記ばねの荷重を第２の荷重値として測定する第２荷重値測定ステップと、
前記第１及び第２の高さ並びに前記第１及び第２の荷重値に基づいて、前記ばね定数を求めるばね定数算出ステップと
前記ばね定数算出ステップによって求められた前記ばね定数に基づいて、前記ばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を求める荷重算出ステップと
を備えたことを特徴とするばね荷重測定方法。 - 測定対象のばねにカンチレバー型ロードセルの先端部分を接触させて、前記ばねが所定の高さにあるときの荷重を測定する方法であって、
前記カンチレバー型ロードセル先端部分に接触している前記ばねの所定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、前記ばねの高さを第１の高さに設定する第１高さ設定ステップと、
前記第１の高さに設定された前記カンチレバー型ロードセル先端部分に接触している前記ばねの荷重を第１の荷重値として測定する第１荷重値測定ステップと、
前記カンチレバー型ロードセル先端部分に接触している前記ばねの所定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、前記ばねの高さを第２の高さに設定する第２高さ設定ステップと、
前記第２の高さに設定された前記カンチレバー型ロードセル先端部分に接触している前記ばねの荷重を第２の荷重値として測定する第２荷重値測定ステップと、
前記第１及び第２の高さ並びに前記第１及び第２の荷重値に基づいて、前記ばね定数を求めるばね定数算出ステップと
前記ばね定数算出ステップによって求められた前記ばね定数に基づいて、前記ばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を求める荷重算出ステップと
を備えたことを特徴とするばね荷重測定方法。 - 前記第１の高さは、前記所定の高さよりも高く設定され、
前記第２の高さは、前記所定の高さよりも低く設定される
ことを特徴とする請求項３または４に記載のばね荷重測定方法。 - 前記ばねとは異なる他の前記ばねを測定対象とするときに前記他のばねのばね定数を求める他のばね定数算出ステップと、
前記他のばね定数算出ステップによって求められた前記ばね定数に基づいて、前記他のばねが前記所定の高さにあるときの前記荷重を求める他の荷重算出ステップと
を備えたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載のばね荷重測定方法。 - 前記ばねは、ハードディスクドライブの磁気ヘッドを支持するサスペンションである
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のばね荷重測定方法。 - 前記カンチレバー型ロードセルは、前記サスペンションに取り付けられた前記磁気ヘッドを介して前記サスペンションに接触する
ことを特徴とする請求項７に記載のばね荷重測定方法。 - 測定対象のばねにカンチレバー型ロードセルの先端部分を接触させて、前記ばねの上端部が弾性変形範囲内の特定の高さにあるときの荷重を求めるばね荷重測定装置であって、
前記ばねの上端部に直接的又は間接的に接触している前記カンチレバー型ロードセル先端部分の所定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定し、該測定結果、および前記所定部分と前記ばねの上端部との高さ方向の距離をもとに、前記ばねの上端部を前記特定の高さに設定し、前記ばねの上端部が前記特定の高さのときの前記荷重を、前記カンチレバー型ロードセルを用いて測定することを特徴とするばね荷重測定装置。 - 測定対象のばねの上端部に先端部分を接触して前記ばねの上端部が弾性変形範囲内の特定の高さにあるときの荷重を測定するカンチレバー型ロードセルと、
前記ばねの上端部に直接的又は間接的に接触している前記カンチレバー型ロードセル先端部分の所定部分の高さを、該カンチレバー型ロードセルの非接触面側から非接触型変位計を用いて測定する高さ測定部とを備え、
前記高さ測定部による測定結果、および前記所定部分と前記ばねの上端部との高さ方向の距離をもとに、前記ばねの上端部を前記特定の高さに設定し、前記ばねの上端部が前記特定の高さのときの前記荷重を、前記カンチレバー型ロードセルを用いて測定することを特徴とするばね荷重測定システム。
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