JPH076855B2

JPH076855B2 - 動摩擦力試験装置

Info

Publication number: JPH076855B2
Application number: JP1020907A
Authority: JP
Inventors: 浩内川; 睦夫宗片; 弘行本橋
Original assignee: 小野田セメント株式会社; 株式会社交洋製作所
Priority date: 1989-02-01
Filing date: 1989-02-01
Publication date: 1995-01-30
Anticipated expiration: 2010-01-30
Also published as: JPH02203226A; US5212657A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は動摩擦力試験装置に関するものであり、例え
ば、摺動部材としての磁気ディスクを対象として、その
回転の始動／停止及びその繰り返しにより、対応する測
定子としての磁気ヘッドとの間で発生する相対的な摩擦
力を高感度に測定できるようにされた動摩擦力試験装置
に関するものである。

［従来の技術］近年多用されている磁気ディスク装置は、いわゆるコン
タクト・スタート・ストップ方式（CSS方式）のもので
ある。この方式によれば、磁気ディスクが停止している
ときには磁気ヘッドと接触していて、その回転の開始に
ともなって徐々に磁気ヘッドが磁気ディスク面から浮上
していき、ある一定速度の回転（通常は3600RPM）に達
したときには、磁気ヘッドが磁気ディスクから完全に浮
上しているようにされる。

ところで、この磁気ディスク及び磁気ヘッドの耐久性に
関する評価は、摺動部材としての磁気ディスクと、測定
子としての磁気ヘッドとの相対摩擦力を測定することに
よって行なわれるものであって、その試験の仕方はANSI
規格に明記されている。しかしながら、このANSI規格に
はロードセルセンサーの周波数応答に関する規格が設け
られておらず、このために使用されるロードセルセンサ
ーの周波数応答に依存して、その試験の結果がまちまち
になることがある。また、現在使用されているロードセ
ルセンサーの周波数応答は50Hz以下であり、回転数を高
くしたときには、高周波数側にシフトした摩擦力の周波
数成分と測定系の共振周波数成分とが重なり合って、正
確な測定をすることが不可能になる。従って、従来のこ
の種の技術においては、測定の精度を上げるために、そ
の回転数を10RPM以下にしなければならない。

しかるに、前記のような磁気ディスク装置の耐久性を支
配するものは、当該磁気ディスク装置の起動／停止時に
おける回転の立ち上がり／立ち下がりに基づく動的な摩
擦特性であることから、その回転数が短時間（通常１秒
以下）に数百RPMまで変化するときの動的な摩擦力を正
確に測定することが必要とされる。

更に、従来のこの種の磁気ディスク装置のための回転駆
動方式には、低速度用や高速度用のモータが個別に備え
られており、これらのモータを適当に切り換え使用する
ことにより、例えば、0.1RPMから4000RPMまでの回転速
度をカバーするようにされている。しかしながら、この
ような回転駆動方式においては、その機構が複雑になる
とともに、広い範囲の回転数の制御を短時間に連続して
行うことができない。また、使用されるロードセルセン
サーが所定のストッパ手段で停止される構成がとられて
おり、当該ロードセルセンサーが感度を有する方向に制
限があるために、例えば、磁気ヘッドのアップとダウン
との共用をすることは不可能である。

［発明が解決しようとする課題］まず、磁気ディスクの回転立ち上がり／立ち下がり時に
おける動的な摩擦力を連続して測定するためには、低速
回転から高速回転までの広範囲な領域を１台のモータで
カバーすることが必要である。また、市販の磁気ディス
ク装置の回転立ち上がり／立ち下がり特性は、通常、製
品の種類毎に異なっており、その動摩擦力試験を行うと
きには任意の回転カーブを精度よく設定できなければな
らない。更に、当該磁気ディスク装置の急激な回転立ち
上がり／立ち下がりの際の動摩擦力を正確に測定するた
めには、当該磁気ディスク装置自体の振動、磁気ディス
クの縦振れや横振れ、磁気ヘッドの上下振動等に基づく
周波数成分を極力小さくして、前記磁気ヘッドを含むロ
ードセルセンサー部分の共振周波数を高くせねばならな
い。また、磁気ヘッドのアップとダウンとの共用を可能
にするためには、左右いずれの回転方向であってもその
動摩擦力を測定することが可能でなければならない。

［課題を解決するための手段］この発明の動摩擦力試験装置は：変速回転可能な１台の
モータ；前記モータによって回転駆動されるスピンド
ル；前記スピンドルに連結された摺動部材に対向して配
設されており、前記摺動部材に対する測定子を備えたロ
ードセル；回転数制御シンセサイザ；および、全体的な
制御のためのパーソナルコンピュータ；を含んでなるも
のである。

また、この発明の動摩擦力試験装置において使用される
モータは、0.1〜4000RPMの広範囲な領域において、安定
した連続回転がなされる直流ブラシレスサーボモータで
ある。このために、従来のこの種の装置とは異なって、
低速度用や高速度用のモータを個別に用意することや、
それらを適当に切り換えて使用することが不要にされ
て、その回転数を連続的に制御することが可能にされ
る。

［作用］この発明の動摩擦力試験装置においては、使用されるロ
ードセルセンサーが極力小型化されており、板バネの剛
性を向上させることで、磁気ヘッドを含むロードセルセ
ンサーの共振周波数を高くするとともに、適当なダンピ
ングが施されるようにしている。更に、低速回転から高
速回転までの広い範囲を１台だけのモータでカバーする
ことにより、磁気ディスクの急速な立ち上がり回転時に
おける動的な摩擦力を連続して測定することが可能にさ
れる。また、当該使用されるロードセルセンサーの共振
周波数が500Hz以上であるので、回転数500RPM近傍に達
して磁気ヘッドが浮上するまでの動摩擦力を、当該ロー
ドセルセンサーを含む系統の共振による影響を受けるこ
となく、目標とする動摩擦力を正確に測定することがで
きる。また、アップヘッドとダウンヘッドとの双方を同
一のロードセルで測定することができる。

［実施例］この発明に係る動摩擦力試験装置の一実施例について、
第１図ないし第８図を参照しながら説明する。

第１図は、この実施例の要部構成図である。この第１図
において、１は摺動部材であって、例えば、適当な記憶
媒体としての磁気ディスクである。２は測定子としての
磁気ヘッドであって、例えば、Mn−Znフェライト系の材
質ものである。そして、この測定子２が摺動部材１に接
触しているときの回転方向における動摩擦力を適当なア
ーム部材に伝えて、ロードセル３によってこの動摩擦力
を検出するようにされる。スピンドル４及びボールベア
リング５は、摺動部材１に対する回転機構の主要部であ
って、前記動摩擦力の測定精度を向上させるために、そ
の回転時の面振れやラジアル振れを１μｍ以下に抑制
し、また、その回転ジッタを0.1％以下に抑制してい
る。スピンドル４に対する回転駆動の伝達は、ベルト７
を介して、スビンドルモータとしての直流ブラシレスサ
ーボモータ６により行われる。Ｘ軸ステージ８及びマイ
クロメータ９は、摺動部材１としての磁気ヘッドを変位
させるときの位置決め機構である。

第２図は、上記実施例のロードセル部分の詳細構成図で
ある。ここに、第２図（Ａ）はその側面図であり、第２
図（Ｂ）はその平面図である。そして、この第２図にお
いて、磁気ヘッド部20で受けた磁気ディスク１（図示さ
れない）との間の動摩擦力は、この磁気ヘッド20に接続
されている磁気ヘッドジンバル21に伝えられる。そし
て、適当に調質されたステンレス材による板バネ23が、
磁気ヘッドジンバル21に接続されている磁気ヘッドジン
バル取り付け金具22を介して、前記の動摩擦力に応じて
振動される。この動摩擦力の検出は、板バネ23の左右に
貼付されている歪ゲージセンサー24によって行われる。
そして、この動摩擦力の検出にともなって出力された信
号は、出力コード25を通して適当な増幅器（図示されな
い）に伝送される。なお、３点レベル調整機構26は、磁
気ディスク１と磁気ヘッドジンバル取り付け金具22との
間隔及びそれらの平行度を0.01mm以内の精度で設定する
ためのものである。また、板バネ支持金具27及び板バネ
取り付け金具28は、板バネ23のゼロ点を長期にわたって
安定に保持するためのものである。更に、リミッタ用セ
ットネジ29は歪ゲージセンサー24の破損を防止するため
のものであって、この歪ゲージセンサー24が所定の検出
範囲を超えないように、その移動範囲を制限するための
ものである。そして、これらの諸手段は適当なフレーム
20Aの適所に配置されている。

第３図は、上記実施例における電気的機能回路部分の構
成を示すブロック図である。上記実施例の制限は、一般
的には、所定のパーソナルコンピュータ34に内蔵されて
いる所要のプログラムの実行に基づき、対応のデータバ
ス33を介して与えられる各種の命令や指示を実行するこ
とによってなされるものである。この第３図において、
ロードセルセンサー30において検出された動摩擦力は、
後段のロードセルアンプ31で適当に増幅され、A/D変換
器32で対応のデジタル値にされてから、データバス33を
介してパーソナルコンピュータ34で読み取られる。この
ロードセルセンサー30の感度は、対応の動摩擦力の作用
する方向が正逆いずれであっても対称であるようにされ
ている。そして、磁気ディスク１が反時計廻り回転（CC
W）をしているときには、ロードセルセンサー30からの
出力に対応する電圧は正極性のものであり、また、時計
廻り回転（CW）をしているときには負極性のものであ
る。なお、磁気ディスク１の回転方向は回転方向制御ス
イッチ36Aによって指定される。

次に、直流ブラシレスサーボモータであるモータ37の回
転制御は、前述されたような、パーソナルコンピュータ
34に内蔵されている所定のプログラムを実行することに
よりデジタル的になされる。即ち、パーソナルコンピュ
ータ34からの命令や指示によって動作される回転数制御
シンセサイザ35から出力されるモータクロック信号、お
よび、パラレルインタフェース39から出力されるモータ
ON/OFF信号に基づき、このモータ37に対する回転／停止
の制御はモータ制御回路36によって行われる。また、モ
ータ37の回転数制御は、モータ制御回路36、モータ37お
よびロータリーエンコーダ38からなるループにおいて、
回転制御シンセサイザー35による管理の下に行われる。

第４図は、上記実施例における回転数制御シンセサイザ
ー29の詳細構成の例示図である。この第４図において、
基準水晶発振器40からの周波数F₀の基準パルスが位相比
較器41に入力されて、電圧制御発振器43からの出力が＃
１プリセットカウンタ44で分周された信号との位相比較
が、この位相比較器41においてなされる。そして、この
位相差の成分に対応する信号が、ローパスフィルタ42を
介して、前記電圧制御発振器43の電圧制御端子に加えら
れる。ここで、位相比較器41、ローパスフィルタ42、電
圧制御発振器43および＃１プリセットカウンタ44から構
成されている閉ループをネガティブフィードバックルー
プにすることにより、電圧制御発振器43からの出力信号
は、 “基準周波数Ｘ＃１プリセットカウンタ44の分周比” なる所定の設定値をもって発振することになる。このよ
うな、いわゆるPLLシンセサイザー方式をとることによ
り、直流ブラシレスサーボモータであるモータ37の回転
数は、モータ制御回路36から加えられるモータクロック
パルスの周波数に依存して決定されることになる。ま
た、＃２プリセットカウンタ45を併用することにより、 10〜4000RPMに対しては1RPMの分解能をもって、また、 0.1〜10RPMに対しては0.1RPMの分解能をもって、モータ
37回転数を指定することができる。

第５図から第８図までは、上記実施例の動作に関する説
明のためのグラフ図である。まず、第５図は、上記実施
例を市販の磁気ディスク装置に適用した場合の、回転立
ち上がり／立ち下がりの特性曲線図である。この第５図
において、その横軸は時間軸であり、また、その縦軸は
回転数軸である。第６図は、前記第５図における回転立
ち下がりの際の磁気ディスクと磁気ヘッドとの間の相対
的な動摩擦力の測定結果の例示図である。この第６図で
例示されていることは、スピンドル部のエンコーダパル
スとして１回転当たり60個のパルスが出されており、36
00RPMで完全に浮上している磁気ヘッドが200RPMで磁気
ディスクとの接触を開始し、それから約0.3秒経過後に
停止して、そのときの最大摩擦力が2gfであるというこ
とである。第７図は、磁気ディスクの摩擦力を示すグラ
フ図であり、また、第８図は、磁気ディスクが磁気ヘッ
ドに吸着されたときの摩擦力を示すグラフ図である。な
お、これらの第７図および第８図において、その横軸は
時間軸であり、その縦軸は摩擦力軸である。

以上説明されたように、この発明の上記実施例において
は、使用されるモータの回転数を決定するためのモータ
クロックパルスの制御が、PLL方式に基づいてデジタル
的になされることから、安価なパーソナルコンピュータ
を適宜に用いることにより、その回転数をミリ秒間隔の
オーダで容易に設定することができて、市販されている
磁気ディスク装置と同程度の回転立ち上がり／立ち下が
り特性を確立させることができた。ロードセルセンサー
の共振周波数を高くする手だてとしては、磁気ヘッド取
り付け金具、板バネ、板バネ取り付け金具等の、ロード
セルセンサーにおけるセンサー系を全体として小型化さ
せること、剛性の高い調質された板バネを１枚使用する
こと、その支持機構を片持ち梁とすること等が採用され
た。また、板バネに貼付するための歪ゲージセンサーと
しては、より感度の大きいものを選択・使用して、この
ような歪ゲージセンサーを板バネの左右に貼付すること
により、その感度を２倍にすることができた。この板バ
ネの応力に対する歪量は左右両方向で等しくなるように
して、スピンドルの回転方向を変化させても同様な測定
結果得られるようにされた。更に、磁気ディスクと磁気
ヘッドとが接触しているときに動摩擦力のゼロ調整を行
うと、一般的には、その接触部に残留している歪応力の
ためにゼロ点が安定しないものである。しかるに、この
発明の上記実施例によれば、磁気ヘッドが磁気ディスク
から完全に浮上した後で、歪ゲージセンサーのゼロ点を
プログラム的にリセットする機能が具備されており、こ
のために、前記ゼロ点の安定的な保持を長期にわたって
実現させることができた。

［発明の効果］以上説明されたように、この発明によれば、例えば、摺
動部材としての磁気ディスクが測定子としての磁気ヘッ
ドと接触して回転するときに発生する動的な相対摩擦力
について、高感度かつ高応答性をもって測定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である動摩擦力試験装置
の要部構成図、第２図は、上記実施例におけるロードセ
ル部分の詳細構成図、第３図は、上記実施例における電
気的機能回路部分の構成を示すブロック図、第４図は、
上記実施例における回転制御シンセサイザーの詳細構成
図、第５図ないし第８図は、上記実施例の動作に関する
説明のためのグラフ図である。１は磁気ディスク、２は磁気ヘッド、３はロードセル、４はスピンドル、５はボールベアリング、６は（スピンドル）モータ、７はベルト、８はＸ軸ステージ、９はマイクロメータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−312444（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−52038（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−216158（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変速回転可能な１台のモータ；前記モータ
によって回転駆動されるスピンドル；前記スピンドルに
連結された摺動部材に対向して配設されており、前記摺
動部材に対する測定子を備えたロードセル；回転数制御
シンセサイザ；および全体的な制御のためのパーソナル
コンピュータ；を含んで構成されている動摩擦力試験装
置であって、前記ロードセルにおける動摩擦力の検出手
段が、剛性の高い１枚の板バネが板バネ支持金具に片持
ち梁式に支持され且つ板バネの両側面に所定の歪ゲージ
センサーが設けられて成り、前記パーソナルコンピュー
タに関連する回転数制御シンセサイザからのクロックパ
ルスに基づいて前記モータの回転速度が可変にされ、前
記スピンドルに連結された摺動部材の回転数および回転
立ち上がり／立ち下がりが、前記パーソナルコンピュー
タに内蔵された所定のプログラムによりディジタル的に
制御されて、任意の所望の設定が可能にされていること
を特徴とする動摩擦力試験装置。
【請求項２】動摩擦力のゼロ点のリセットは、前記測定
子が前記摺動部材の面から浮上したときに、前記パーソ
ナルコンピュータに内蔵された所定のプログラムに基づ
いて自動的になされることを特徴とする請求項１記載の
動摩擦力試験装置。