JPH07140023A - ディスク表面摩擦測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ｍＮレベルの微小摩擦力まで正確にディスク状
情報記録媒体の表面摩擦係数及び摩擦力を測定する装置
を提供する。 【構成】摩擦測定用ヘッド４は、鉛直に懸垂するロッド
３の先端部分に取り付けられロッド３は、ロードセル１
に接続されている。媒体７が、駆動部６内の回転機構と
一体となって回転し、ヘッド４が媒体７にそれが回転し
ている状態で接触すると、このロードセル１の電気出力
値の大小が摩擦力に対応する様になっている。板バネ５
は、ロードセル２に接続されており、ヘッド４に与えら
れている荷重力は、ロードセル２を通してモニターする
ことができる様になっている。ヘッド４に与える板バネ
５の荷重力の大小は、荷重力調整用マニュプレーター１
１で適宜調節することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスク状情報記録媒
体の表面摩擦測定装置に関し、具体的には、光による再
生のみでなく光と磁気で情報の新たな記録、消去が可能
なデータファイルなどに使われる書き換え可能な光ディ
スク等の保護膜について、摩擦特性の評価装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、書き換え可能型光磁気ディスクは
高密度、大容量、高速アクセス、可搬性等の利点のため
にデータファイル等に応用されつつある。

【０００３】ディスク状情報記録媒体の構造は、通常磁
性膜等の薄膜を作製した後、紫外線硬化樹脂をスピンコ
ートして合成樹脂保護膜を形成した膜構成になってい
る。

【０００４】従来、ディスク状情報記録媒体のデータの
書き換えの為にはバイアス磁界を記録時と反対方向にか
けて光を連続照射し、まず書き換え部分を消去し、次に
再びバイアス磁界の向きを記録方向に変え、トラッキン
グを戻して消去されたところに光を照射し書き込む方法
が取られてきた。この様な方法ではアクセスに時間を要
することになる。

【０００５】そこで近年、磁界変調型オーバーライト方
式と光変調型オーバーライト方式の２通りの重ね書き方
法が、研究・開発されている。磁界変調方式とは、単板
基板において光投入側と反対方向に磁気ヘッドを設け
て、バイアス磁界の方向を高速で反転させてレーザー照
射することでオーバーライトする方法で、ピットの大き
さはレーザー光のスポットのビーム径で決定される。一
方、光変調方式とは記録層を二層にし、一層をバイアス
層としてレーザーパワーの大きさで記録・消去を行うも
のである。

【０００６】前者の磁界変調オーバライト方式で記録・
消去される情報記録媒体の再生において、磁気ヘッド
は、磁性膜から一定の距離を保持する為、ガイドヘッド
を保護膜上で摺動させる方式（ＭＤ：ミニディスク）
や、磁気ヘッドとディスクが接触状態から回転し、磁気
ヘッドが保護膜上をフライングし、停止後接触状態に戻
る方式（ＣＳＳ：Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏ
ｐ 方式）が主に採用されている。これらのいずれの方
式においても、ヘッドは保護膜との接触する状態が存在
し、ヘッドと保護膜の間の摩擦係数及び摩擦力が問題と
なる。

【０００７】ヘッドと保護膜の間の摩擦係数及び摩擦力
を考える上で、ディスク表面摩擦測定装置は、上記した
重要な役割をもっている。

【０００８】現行のディスク表面摩擦測定装置は、基板
と記録層と合成樹脂保護層とがこの順に積層されたディ
スク状情報記録媒体を水平に支持し、かつその記録媒体
をその重心を中心にして回転させることができる回転機
構及びその回転力を計測するトルクメーターを有する構
造で、荷重用ヘッドを先端部に有するバランスアームの
支点に分銅により荷重をかけ、前記ヘッドに荷重を与
え、荷重をかけない時のトルクと荷重をかけた時のトル
クの変化から、記録媒体の表面摩擦係数及び摩擦力を前
記トルクメーターで測定できる様にしたディスク状情報
記録媒体の表面摩擦測定装置（例：グライデン社製微小
荷重ピンオンディスク摩擦摩耗試験機ＰＤＬ−２０、ヘ
イドン社製トルク式摩擦抵抗測定機ＨＥＩＤＯＮ−２
０、スターライト工業社製ピンオンディスク型摩擦摩耗
試験機ＡＰＤ−１０１等が挙げられる。）が知られてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の測定装置は、荷重用ヘッド追従性に問題があ
り、実際は、局部的に荷重用ヘッドが情報記録媒体に接
触荷重されていないにもかかわらず、常に接触荷重され
たものとして摩擦力を測定しているという欠点があっ
た。また、実際の摩擦力値と測定値とを校正するには煩
雑な作業が必要であった。

【００１０】従って、必要以上の大きな荷重を与えない
と摩擦力を正確に測定できなかった。数ｍＮレベルの微
小摩擦力は、なおさらのこと正確に測定することができ
なかった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に鑑み、ディスク状情報記録媒体の表面摩擦係数及び摩
擦力を測定する装置について、ｍＮレベルの微小摩擦力
まで正確に測定するための機構を鋭意研究したところ、
本発明に至ったものである。

【００１２】即ち本発明は、基板と記録層と合成樹脂保
護層とがこの順に積層されたディスク状情報記録媒体の
保護層の表面摩擦係数及び摩擦力を測定する装置であっ
て、（１）前記記録媒体が鉛直に支持でき、かつその記
録媒体をその重心を中心にして回転させることができる
回転機構を有する駆動部と、（２）摩擦測定用ヘッドを
その先端部に有する、鉛直に懸垂するロッドと、（３）
前記記録媒体面に前記摩擦測定用ヘッドに向けて水平方
向から荷重をかける機構とを有しており、前記回転機構
により前記記録媒体を回転させるとともに、前記荷重機
構により前記ロッドの摩擦測定用ヘッドに所定荷重をか
け、前記摩擦測定用ヘッドの鉛直方向に受ける力から、
記録媒体の表面摩擦係数及び摩擦力を測定できる様にし
た、ディスク状情報記録媒体の表面摩擦測定装置、を提
供するものである。

【００１３】次に本発明を図面を用いて説明する。図１
は本発明の表面摩擦測定装置の横面図であり、図２は表
面摩擦測定装置の正面図である。

【００１４】まず、本発明の測定装置で表面摩擦係数及
び摩擦力を測定するのは、ディスク状情報記録媒体７で
ある（以下、情報記録媒体という。）。この情報記録媒
体は、少なくとも、基板と記録層と合成樹脂保護層とが
この順に積層されたディスク状情報記録媒体であり、磁
界変調オーバライト方式で記録・消去される情報記録媒
体である。

【００１５】図１の６は、前記記録媒体７が鉛直に支持
でき、かつその記録媒体７をその重心を中心にして回転
させることができる回転機構を有した駆動部である。こ
の駆動部６は、装置の底面に対して鉛直となる様に取り
付けられている。従って、装置が設置場所に対して水平
であれば、この駆動部６は常に鉛直の位置関係にある。
装置設置面が水平かどうかは、水準器１２を設けること
により、確認できる様になっている。

【００１６】駆動部６は、図示していないが、一点破線
Ａを中心にして、重心を中心にして回転できる様な回転
機構を有している。この回転機構は、例えばモータの回
転軸に直接取り付けて回転する様にするか、又はモータ
ーの回転軸からの動力をゴムベルトで間接的に駆動部６
に伝えて、回転する様にすることができる。

【００１７】媒体７の摩擦測定に際しての回転機構の回
転速度は、特に限定されるものではなく、測定すべき媒
体７の種類等に応じて、適宜調節すれば良い。回転速度
の変速機構を別途さらに設ければ、種種の回転速度にお
ける摩擦力及び摩擦係数の測定を行うこともできる。

【００１８】前記記録媒体７は、表面摩擦係数及び摩擦
力を測定するに際して、この駆動部６内の回転機構に取
り付けられる。媒体７は、常態において及び駆動部６内
の回転機構の回転により、駆動部６内の回転機構から脱
離しない様に、そして空転しない様に取り付けられる様
になっている。図１には示していないが、媒体７が回転
機構から外れない様に、前記一点破線Ａに沿って駆動部
から突き出る様にスピンドルを設けてあり、スピンドル
に媒体７を通して、媒体７をその外側からスピンドルを
足がかりに、回転機構に向けて押圧支持できる様になっ
ている。

【００１９】また必要ならば、駆動部側から吸引して駆
動部から脱離しない様にすることもできる。媒体７は、
その重心が一点破線Ａと一致する様に、一点破線Ａを中
心として支持される様にするのが、振動が起こり難く、
好ましい。

【００２０】尚、駆動部６は、駆動部移動マニュプレー
ター８で任意の位置に移動させることができる。このマ
ニュプレーター８で駆動部６を図１に対して、手前方向
ないしは奥の方向に移動して、媒体７上の適切な測定位
置を設定することができるし、微調整も可能である。勿
論、マニュプレーターを手動式ではなく電動式で自動的
に駆動部６を移動させることもでき、その様にして移動
させながら測定することもできる。

【００２１】図１においては、前記ヘッド４は、図面の
奥→手前方向又は手前→奥方向（前記記録媒体７上の中
心→円周又は円周→中心方向）に移動できる機構を有し
ていないが、上記したのとは別の方法として、ヘッド４
を前記記録媒体７上でその様に水平方向に移動できる機
構を梁体に別途設けて、記録媒体表面全面の表面摩擦係
数及び摩擦力を測定できる様にすることもできる。勿論
この場合も、手動式、電動式のいずれの方式を採用でき
る。

【００２２】摩擦測定用ヘッド４は、鉛直に懸垂するロ
ッド３の先端部分に取り付けられている。また、そのロ
ッド３は、その摩擦力を電気信号として抽出できる様な
変換回路を有するロードセル１に接続されている。ヘッ
ド４で測定された摩擦力は、ロッド３及びロードセル１
を通してモニターすることができる様になっている。

【００２３】このロードセル１は、ヘッド４の鉛直下方
向に受ける力を測定することのできる要素であり、前記
した力を歪として検出し、電気信号に変換して、その電
気出力信号を演算処理する機構を有したものである。媒
体７が、駆動部６内の回転機構（この場合は、スピンド
ル）と一体となって回転し、このヘッド４が媒体７にそ
れが回転している状態で接触すると、それが接触してい
ない状態や媒体７が回転していない状態では生じない、
鉛直下方向に向けて力が発生する。このロードセル１の
電気出力値の大小が摩擦力に対応する様になっている。

【００２４】一方、ヘッド４には、ヘッド荷重用板バネ
５から、前記記録媒体７面に向けて水平方向から荷重を
かけられる様になっている。この板バネ５は、荷重力を
電気信号として抽出できる様な変換回路を有する荷重力
測定用ロードセル２に接続されており、ヘッド４に与え
られている荷重力は、このロードセル２を通してモニタ
ーすることができる様になっている。ヘッド４に与える
板バネ５の荷重力の大小は、荷重力調整用マニュプレー
ター１１で適宜調節することができる様になっている。

【００２５】ロードセル１及び２は、一つの梁体に取り
付けられている。ロードセル１及び２の高さは、ロード
セル高さ調整用マニュプレター１０で、一点破線Ａに対
して上下方向に調節することができる様になっている。
ヘッド４へ直接荷重を与える板バネ５が接続されたロー
ドセル２と、媒体７との間隔は、荷重力測定ロードセル
移動用マニュプレーター９で調整できる様になってい
る。

【００２６】摩擦力及び荷重力は、ロードセル１及び２
から電気信号として抽出されるので、これを演算回路に
通してやることにより、電気出力信号の強度を、摩擦力
の絶対値及び荷重力に変換し、それらの絶対値を求める
ことができる。尚、摩擦係数は、それぞれのロードセル
１及び２の電気出力結果を読み取り、そのまま電気出力
信号の強度から直接求めることもできるし、電気信号強
度が変換されて得られる、摩擦力の絶対値を荷重力の絶
対値で割ってやっても容易に求めることができる。

【００２７】

【作用】従来の測定装置は、ディスク状情報記録媒体を
水平にし、摩擦力を水平方向に測定していたので、摩擦
測定用ヘッドとロードセルの間の自重によるロードセル
への偏荷重がかかり、またディスクの面振れによる前記
偏荷重の影響が非常に大きくなるという欠点があった。

【００２８】さらに、従来の測定装置は、摩擦測定用ヘ
ッドに静荷重をかけるために、バランスアーム方式が採
られているが、数ｍＮレベルの摩擦力を測定する場合、
そのトレーサビリティに問題があり、また支点での摩擦
損失が無視できず測定値の信頼性に乏しかった。

【００２９】本発明の装置によれば、摩擦力は鉛直方向
に測定される為、測定ヘッドとロードセルの間の自重に
よるロードセルヘのモーメント・偏荷重の影響は殆ど無
視でき、また測定系で摩擦測定に影響を与える損失点は
殆ど無い。従って、モーメント・偏荷重の影響を受ける
ことなく、数ｍＮレベルの摩擦力及び摩擦係数を信頼性
高く測定できる。

【００３０】

【実施例】次に本発明の表面摩擦測定装置を、その測定
方法及び実測結果に基づいて説明する。

【００３１】実施例１ まず、図１に示す表面摩擦測定装置を用意して、次の手
順で測定の準備及び測定を行った。

【００３２】水準器１２にて、測定装置の水平を確認
し、測定しようとするディスク状情報記録媒体７として
ミニディスクを用い、それを測定装置の駆動部６内の回
転機構にセットし、それが空転しない様に固定した。次
に、マニュプレーター１０及び９をこの順で調節した
後、マニュプレーター８で測定すべきディスクの位置を
調節して、マニュプレーター１１でヘッド４に所定の荷
重力を与える様にした。

【００３３】駆動部６内の回転機構を一点破線Ａを中心
に回転させ、ミニディスクを時計回りに回転させ、ヘッ
ド４を、駆動部６内の回転機構と同時に回転しているデ
ィスク７上に接触させて、その時の測定ヘッド４から得
られる摩擦力を摩擦力測定用ロードセル１にて測定し
た。尚、ディスクへの荷重力は、マニュプレーター１１
で板バネ５のヘッド４に与える押圧の程度を調節して、
所定となる様に与えた。

【００３４】本発明の装置では、測定に際して、回転す
るディスク７に接触したヘッド４は、鉛直方向下方に引
っ張られる。この下方への引っ張り力が、摩擦力測定用
ロードセル１で測定される。ロードセル１及び２の電気
出力信号は、摩擦力及び荷重力の絶対値がわかる様に、
演算回路によって変換されて、それぞれが表示される様
にしておいた。

【００３５】図１に示すディスク表面摩擦測定装置を使
用して、荷重を変えた場合における、ソニー（株）製ミ
ニディスクＭＤＷ−６０表面摩擦力および摩擦係数の測
定を行った。摩擦力測定用ヘッド（図１においては、数
字４で示される。）としては、ユニチカ（株）製ポリア
リレート樹脂ＡＸ−１５００（曲率半径５ｍｍ）を使用
して、測定環境条件、２５℃、８０％ＲＨで測定を行っ
た。その結果を表１に示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】実施例２ 実施例１と同様の条件で、ＴＤＫ（株）製ミニディスク
ＭＤ−ＸＧ６０の、荷重を変えた場合における表面摩擦
力および摩擦係数の測定を行った。その結果を表２に示
した。

【００３８】

【表２】

【００３９】上記実施例１において、荷重力１７．８ｍ
Ｎ以上で摩擦係数に直線性があることがわかる。本来荷
重力と摩擦力との間には、直線関係がなければならな
い。従って、荷重力の大きさに対する摩擦係数の違いか
ら、実施例１で用いたディスク自体、極低荷重下ではそ
の摩擦が異なるものと推定できた。

【００４０】尚、従来の摩擦測定装置では、荷重力が５
０ｍＮ以下では、荷重力の大きさに対する摩擦力が、実
際の摩擦力よりも低く測定され、荷重力と摩擦係数との
間には、再現性よい直線性は得られない。しかも、極低
荷重下では、摩擦力があるにもかかわらず、摩擦力の検
出ができなかった。

【００４１】一方、実施例２においては、荷重力７．７
２ｍＮ以上で摩擦係数に直線性が見られることがわか
る。以上のことから、本発明のディスク表面摩擦測定装
置は、数ｍＮレベルの摩擦力を再現性良く測定できるこ
とがわかる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の表面摩擦装置は、ディスク状情
報記録媒体の表面摩擦係数及び摩擦力を測定する装置に
ついて、測定用ロードセルに余分の偏荷重をかけず、ま
た測定系における摩擦損失が無視できるために、低荷重
力でも摩擦係数との間には直線性が成り立ち、従来は測
定できなかったｍＮレベルの微小摩擦力まで、摩擦力を
正確に測定することができるという格別顕著な効果を演
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面摩擦測定装置の横面図である。

【図２】本発明の表面摩擦測定装置の正面図である。

【符号の説明】

１ 摩擦力測定用ロードセル ２ 荷重力測定用ロードセル ３ 摩擦力測定用ヘッドを先端に有するロッド ４ 摩擦力測定用ヘッド ５ 摩擦力測定用ヘッドに荷重を与えるための板バネ ６ ディスク駆動部 ７ ディスク状情報記録媒体 ８ 駆動部移動用マニプュレーター ９ 荷重力測定ロードセル移動用マニプュレーター １０ ロードセル高さ調節用マニプュレーター １１ 荷重力調節用マニプュレーター １２ 水準器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と記録層と合成樹脂保護層とがこの順
   に積層されたディスク状情報記録媒体の保護層の表面摩
   擦係数及び摩擦力を測定する装置であって、（１）前記
   記録媒体が鉛直に支持でき、かつその記録媒体をその重
   心を中心にして回転させることができる回転機構を有す
   る駆動部と、（２）摩擦測定用ヘッドをその先端部に有
   する、鉛直に懸垂するロッドと、（３）前記記録媒体面
   に前記摩擦測定用ヘッドに向けて水平方向から荷重をか
   ける機構とを有しており、前記回転機構により前記記録
   媒体を回転させるとともに、前記荷重機構により前記ロ
   ッドの摩擦測定用ヘッドに所定荷重をかけ、前記摩擦測
   定用ヘッドの鉛直方向に受ける力から、記録媒体の表面
   摩擦係数及び摩擦力を測定できる様にした、ディスク状
   情報記録媒体の表面摩擦測定装置。
2. 【請求項２】前記摩擦測定用ヘッドの鉛直方向に受ける
   力を、ロードセルで電気信号に変換して、その電気出力
   信号を演算処理して、記録媒体の表面摩擦係数及び摩擦
   力を測定できる様にした請求項１記載の測定装置。
3. 【請求項３】基板と記録層と合成樹脂保護層とがこの順
   に積層されたディスク状情報記録媒体が、磁界変調方式
   用ディスク状情報記録媒体である請求項１記載の測定装
   置。