JPH04242132A - 摩擦力試験装置用ロードセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁気ディスクと磁気
ヘッドの間の摩擦力を周囲の温度、湿度に影響されずに
測定することが出来る摩擦力測定装置用のロードセルに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハードディスクと一般に呼ばれる
磁気ディスクと磁気ヘッドは、作動時にディスクの回転
によってヘッドが浮上する機構であり、停止時には互い
に接触した状態にある。このために、ディスクドライブ
の起動時と運転終了時には、互いに接触したまゝディス
クが回転する瞬間が存在するので、従って、この瞬間に
互いに摩擦力を受けることになる。そして、この摩擦力
はディスクやヘッドの材質、並びに形状によって変化す
るのみならず、周囲の環境、すなわち温度や湿度の影響
を受けることが予想される。

【０００３】通常、この様なディスクとヘッドの間の摩
擦力試験は、信頼性試験の意味合いが強く、ディスクド
ライブの起動、停止の回数にして数千回から数万回繰り
返され、時間にして数日から十数日の長期に及ぶことが
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、ディスクとヘッ
ドの間の摩擦力の検出方法として種々の方法が提案され
ているが、測定値の定量性が良い等の理由から、図１お
よび図２に示される様なこの発明の摩擦力試験装置用ロ
ードセルの基本構成をなす、金属製の板ばね等の剛性の
ある材料に市販の歪ゲージを貼り付けて摩擦力を板ばね
の歪量として検出する方法が比較的に優れており、この
様な構成のものをロードセルと一般的に呼んでいる。併
し乍ら、この様なロードセルにおいて、市販の歪ゲージ
は有機フィルムに金属箔を貼り付けたり、或は有機フィ
ルム上に金属薄膜を膜付けした後に微細パターン化した
もので、有機フィルムで覆っただけの構成であると共に
、板ばねへの装着の際に接着剤が必要である。従って、
この様な理由によって、市販の歪ゲージが設けられたロ
ードセルは温度や湿度の影響を受け易く、長時間の使用
や高温高湿下での使用によって歪ゲージ内の金属抵抗体
や有機フィルム並びに接着剤が変質して抵抗値等の特性
が変化し易い等の問題が見られる。

【０００５】更に、近年、記録装置としての従来のフロ
ッピィディスクドライブだけでなくハードディスクドラ
イブがパーソナルコンピュータに標準的に装備される状
況にあり、この様なハードディスクとそのドライブ装置
が、温度や湿度が調節されることのない一般的な環境の
下で使われる機会が急激に増加している。このために、
ディスクメーカやドライブ装置メーカを始めコンピュー
タ関連メーカが、様々な温度や湿度の環境の下でのディ
スクとヘッドの間の摩擦力を測定したいという要望を持
つに至っている。

【０００６】併し乍ら、この様な従来の歪ゲージを用い
たロードセルでは、温度や湿度による影響を受け易いた
めに、使用される温度や湿度の範囲が非常に限定されて
おり、上述した要望が達成されずにいる。

【０００７】この発明は、こうした課題に鑑み、幅広い
温度、湿度範囲にて磁気ディスクと磁気ヘッドの間の摩
擦力を長期間安定して検出することが出来る、摩擦力試
験装置用ロードセルを提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、この発明に依れば、摩擦力試験装置用ロードセル
は、支持金具により支持された高い剛性の板ばねにヘッ
ドジンバルを取付けて磁気ディスクと磁気ヘッドの間の
摩擦力を板ばねの歪として検出する摩擦力試験装置用ロ
ードセルにおいて、板ばね上に直接に薄膜によって形成
された歪ゲージが設けられたことを特徴としている。

【０００９】この発明の他の目的や特徴および利点は以
下の添付図面に沿っての詳細な説明から明らかになろう
。

【００１０】

【実施例】図面の図１および図２にはこの発明の摩擦力
試験装置用ロードセルの基本構成が示されており、図示
される様に、この発明の摩擦力試験装置用ロードセルは
、一端が支持金具５に固定支持されて他端にヘッドジン
バル２が取付けられた板ばね１の片面、或は両面に、絶
縁が必要な場合には絶縁層を介して、歪ゲージ４として
の抵抗体薄膜パターン４’および電極としての導体薄膜
パターン４”が薄膜技術によって直接に形成されている
。

【００１１】すなわち、歪ゲージ４としての抵抗体薄膜
パターン４’および導体薄膜パターン４”は、例えば図
４および図５に模式的に示される様に、先ず、基板とな
る板ばね１の表面を研磨して、表面を平滑にし、この研
磨した表面の上に、板ばねの材質が金属等の導体であっ
て歪ゲージとの間の絶縁を確保する必要があれば絶縁の
ための薄膜を所定の厚さに形成した後、薄膜形成技術と
フォトリソグラフィ技術によって形成される。

【００１２】こうした絶縁体薄膜、抵抗体薄膜、導体薄
膜の形成には、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ
法（化学気相成長法、メッキ法）といった通常の薄膜形
成技術を利用できる。また、絶縁体薄膜としては二酸化
ケイ素、アルミナ、窒化ケイ素等が用いられる。抵抗体
薄膜としてはニクロム、アドバンス、窒化タンタル等が
用いられるが、耐湿性や耐久性の点から窒化タンタルが
好適である。導体薄膜としては導電性が良く、耐蝕性の
ある材料が好ましく、金や白金等が適している。

【００１３】この場合に、歪ゲージ４としての抵抗体薄
膜パターン４’は最低１個設けられゝば歪を検知できて
十分であるが、抵抗体薄膜の抵抗温度係数や板ばね１の
熱膨張の影響を補償したり、また摩擦力の検出感度を上
げるためには、４つの抵抗パターン、すなわち抵抗６ａ
、６ａ’、６ｂ、６ｂ’を図３に模式的に示される様に
ホイートストンブリッジ６の形に構成し、板ばね１の歪
によるブリッジ出力の変化として摩擦力を検出するのが
好適である。この場合に、図５における板ばねの長手方
向に平行な抵抗６ａ、６ａ’および垂直な抵抗６ｂ、６
ｂ’は図３に示す様に抵抗６ａ、６ａ’と抵抗６ｂ、６
ｂ’が夫々ブリッジの対辺に来るように構成しなくては
ならない。また、薄膜の積層工程、パターン形成工程を
短縮する意味から、上述の４つの抵抗パターンのホイー
トストンブリッジ型歪ゲージを板ばね１の片面に形成す
るのが一層効率的である。

【００１４】この様に形成されたブリッジ型薄膜歪ゲー
ジ４に対して、電極端子部分にリード線をハンダ付けし
た後、ブリッジバランスが取れるように抵抗を微調整し
て、その後で必要に応じて絶縁性の保護膜を形成する。 歪ゲージが形成された板ばね１を図１に示す如く支持金
具５に固定することでロードセルが構成される。更に、
リード線をブリッジ電圧印加電源とブリッジ出力増幅用
のアンプに接続することによって摩擦力検出システムが
構成される。

【００１５】この発明の摩擦力試験装置用ロードセルに
おいて、ハードディスクと磁気ヘッドとの摩擦力を検出
するロードセルが、歪を受ける板ばねの上に、接着剤等
を介せずに、薄膜形成法によって直接形成された薄膜歪
ゲージを構成要素としているために、温度や湿度の影響
を受け難く、広い温度、湿度範囲に亙って長期的に安定
して測定することが出来るよう使用できる。通常の環境
試験用の恒温恒湿槽で設定できる環境、すなわち温度０
〜１００℃、湿度５〜１００％程度の範囲での使用が充
分に可能である。

【００１６】従って、要約すれば、この発明の摩擦力試
験装置用ロードセルにおいては、磁気ディスクと磁気ヘ
ッドとの摩擦力によって板ばねが受ける歪を検出するの
に、板ばねの上に直接に形成された薄膜歪ゲージを用い
ているために長期間に亙り温度や湿度の影響を受けない
摩擦試験が可能となり、このために幅広い温度、湿度範
囲、すなわち通常の恒温恒湿槽中での摩擦力測定試験が
可能となる。

【００１７】この様に構成されるこの発明の摩擦力試験
装置用ロードセルの実際の例に就いて以下に示す。

【００１８】上述したこの発明の摩擦力試験装置用ロー
ドセルにおいて、歪を受ける板ばねとしてステンレス鋼
を用い、薄膜歪ゲージを形成する側の表面を中心線平均
粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下に研磨し、この面の両端の
部分を除いて、薄膜歪ゲージが形成される中央部全面に
絶縁のためアルミナ薄膜をスパッタリング法で厚さ５μ
ｍで形成した。次いで、このアルミナ薄膜の上にフォト
レジストを塗布し、抵抗体薄膜パターンおよび導体薄膜
パターンを付ける部分だけフォトリソグラフィ技術によ
ってフォトレジストを除去して、この除去部分に抵抗体
である窒化タンタル薄膜をスパッタリング法で形成し、
続いて導体薄膜としてニクロム薄膜（厚さ約０．０５μ
ｍ）と金薄膜（厚さ約２μｍ）を真空蒸着法で形成した
。ここでニクロム薄膜は金薄膜の付着強度を上げるため
に下地膜として形成したものである。次いで、残ったフ
ォトレジストを除去した後に、再度フォトレジストを塗
布し、抵抗体薄膜を剥き出しにする部分だけフォトリソ
グラフィ技術によってフォトレジストを取り去った。こ
の後に、導体薄膜を化学エッチングによって除去し、残
ったフォトレジストを更に除去して最終的に抵抗体薄膜
パターンと導体薄膜パターンを得ることが出来た。

【００１９】この様な薄膜の積層された状態は上述した
様に図４に模式的に示される通りで、抵抗体薄膜パター
ンは図５に示される様に、板ばねの長手方向に対して平
行なものと垂直なものとの２本ずつであり、平行なもの
同士および垂直なもの同士が互いにホイートストンブリ
ッジの対辺の位置に来るようにしている。また、４つの
抵抗体薄膜パターンは夫々抵抗値が１２０Ωになるよう
に膜厚によって調整した。この場合の膜厚さは約０．２
６μｍであった。

【００２０】このブリッジ型薄膜歪ゲージの電極端子部
分にリード線をハンダ付けし、ブリッジバランスを微調
節した後に、保護層として再度アルミナ薄膜を付け、支
持金具５に固定してロードセルを構成した。

【００２１】比較のために、同様な板ばねに従来の市販
の歪ゲージを４枚貼り付けてホイートストンブリッジ型
のロードセルを構成した、この場合にも、この発明の場
合と同様に板ばねの片面に板ばねの長手方向に対して平
行な方向と垂直な方向に夫々２枚ずつ貼り付けて、平行
な方向のもの同士と垂直な方向のもの同士が互いにホイ
ートストンブリッジの対辺に来るように接続した。

【００２２】図６はこの発明のロードセルと比較のため
のロードセルの２種類のロードセルをプレッシャクッカ
ーに入れ、温度１３３℃、相対湿度１００％、圧力３ｋ
ｇ／ｃｍ２の条件下で放置した時の、各ロードセル中の
歪ゲージの全抵抗の変化率を示すグラフである。図示さ
れる様に、従来の歪ゲージの抵抗変化率（ｌ２）に比べ
て、この発明での薄膜歪ゲージの抵抗変化率（ｌ１）は
格段に小さい。

【００２３】また、図７はこの２種類のロードセルに夫
々入力電圧５ボルトを印加し、出力側を増幅率２５，０
００倍のアンプに接続して恒温恒湿槽に入れ、温度６０
℃、相対湿度８０％の条件で２４時間放置した時の出力
の零点の変化を示すグラフである。図７のグラフに示さ
れる様に、従来のロードセルの場合には出力（ｌ４）の
零点が時間と共にずれて行くのに対して、この発明のロ
ードセルでは出力（ｌ３）の零点の変化が殆ど無い。

【００２４】更に、図８は２種類の摩擦力測定装置のヘ
ッド部分に、摩擦力が作用する方向に荷重をかけた時の
ブリッジ出力と荷重の関係を表したグラフである。板ば
ねをゲージの取付けられた側に曲げた時（ｌ５、ｌ６）
とゲージの取付けられていない側に曲げた時（ｌ７、ｌ
８）では出力の極性が逆になる。この発明のロードセル
（ｌ６、ｌ８）は、荷重に対する出力、すなわち出力ー
荷重特性の傾きが従来のロードセル（ｌ６、ｌ８）の約
１．３倍であり、測定感度の点においても非常に優れて
いる。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明した様に、この発明の摩擦力
試験装置用ロードセルは、磁気ディスクと磁気ヘッドと
の摩擦力によって板ばねが受ける歪を検出するように板
ばねの上に薄膜技術によって直接に形成された薄膜歪ゲ
ージを用いているために、長期間に亙って温度や湿度の
影響を受けない摩擦試験が可能となり、これによって幅
広い温度および湿度範囲に亙っての、すなわち通常の恒
温恒湿槽中での安定した正確な摩擦力測定試験が可能と
なる。また、この発明のロードセルは磁気ディスクと磁
気ヘッドの摩擦力の測定だけでなく、同様の方式で用い
られる光磁気ディスクと光磁気ヘッドの摩擦力の測定に
も使用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ディスクとヘッドの摩擦力を測定するこの発明
の摩擦力試験装置用ロードセルの一部破断した正面図で
ある。

【図２】この発明の摩擦力試験装置用ロードセルの一部
破断した平面図である。

【図３】この発明の摩擦力試験装置用ロードセルの歪ゲ
ージを構成するホイートストンブリッジの回路図である
。

【図４】この発明の摩擦力試験装置用ロードセルの薄膜
歪ゲージが板ばね上に形成された状態を誇張して示す模
式図である。

【図５】この発明の摩擦力試験装置用ロードセルの薄膜
歪ゲージの抵抗体薄膜パターンと導体薄膜パターンの平
面図である。

【図６】プレッシャクッカー中に放置したこの発明の摩
擦力試験装置用ロードセル中の薄膜歪ゲージと従来の歪
ゲージの抵抗値の変化率を示したグラフである。

【図７】恒温恒湿槽中に放置したこの発明の摩擦力試験
装置用ロードセルと従来のロードセルの出力の零点の経
時変化を示したグラフである。

【図８】この発明の摩擦力試験装置用ロードセルと従来
のロードセルにおいて、ヘッド部分に摩擦力の発生する
方向に荷重をかけた時の出力と荷重の関係を比較したグ
ラフである。

【符号の説明】

１　　　　板ばね ２　　　　ヘッドジンバル ３　　　　磁気ヘッド ４　　　　歪ゲージ ４’　　抵抗体薄膜パターン ４”　　導体薄膜パターン ４”ａ電極端子部 ４ａ　　アルミナ薄膜 ４ｂ　　窒化タンタル薄膜 ４ｃ　　ニクロム薄膜 ４ｄ　　金薄膜 ５　　　　支持金具 ６　　　　ホイートストンブリッジ ６ａ　　抵抗 ６ｂ　　抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持金具により支持された高い剛性の板ば
   ねにヘッドジンバルを取付けて磁気ディスクと磁気ヘッ
   ドの間の摩擦力を板ばねの歪として検出する摩擦力試験
   装置用ロードセルにおいて、板ばね上に直接に薄膜によ
   って形成された歪ゲージが設けられたことを特徴とする
   摩擦力試験装置用ロードセル。