JPH0777014B2 - ディスクヘッド間摩擦係数測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.従来技術［第２図、第３図］ D.発明が解決しようとする問題点 E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明はディスクヘッド間摩擦係数測定方法、特に複雑
な測定装置を用いることなくディスクとヘッドあるいは
それを保持するヘッド保持具との間の摩擦係数を測定す
ることができるディスクヘッド間摩擦係数測定方法に関
する。

（B.発明の概要） 本発明は、ディスクヘッド間摩擦係数測定方法におい
て、複雑な測定装置を用いることなく簡単且つ正確に摩
擦係数を測定できるようにするため、 ディスクを所定速度に回転した後その回転を自由回転に
したときの回転角速度の変化率をヘッドあるいはヘッド
保持具をディスクとの間に摩擦が生じないようにした状
態とその間に摩擦が生じるようにした状態とで測定し、
その回転角速度の変化率の比較から摩擦係数を判定する
ものであり、 従って、複雑な特別の測定装置を用いなくても普通のデ
ィスクドライバによって摩擦係数を測定することができ
る。

（C.従来技術）［第２図、第３図］ ハードディスクを記録媒体として利用するコンピュー
タ、日本語ワードプロセッサ等の機器が増えている。こ
のような機器はハードディスクドライバを内蔵してお
り、このドライバは第２図に示すように浮動ヘッドスラ
イダーａに保持された図面に現われない磁気ヘッドをフ
レクシャー（板バネ）ｂによって回転ハードディスクｃ
上を走査させるようになっている。

このような、ハードディスクドライバにおいてはハード
ディスクｃを静止させたときには浮動ヘッドスライダー
ａの自重等によってその浮動ヘッドスライダーａがハー
ドディスクｃと接触せしめられた状態になっている。そ
して、ハードディスクｃを回転させると浮動ヘッドスラ
イダーａとハードデイスクｃとの間に摩擦が生じる。こ
の摩擦はハードディスクｃの回転開始当初が最も大き
く、回転数が大きくなるとそれに伴って浮動ヘッドスラ
イダーａとハードディスクｃとの間にエアーフィルムが
生じるため浮動ヘッドスライダーａが浮き上って摩擦が
小さくなり、そして、所定の回転数（例えば3600rpm）
では浮動ヘッドスライダーａとハードディスクｃとの間
に適度な間隔が生じる。従って、ハードディスクｃの回
転数が所定の値になってしまえば摩擦が生じなくなる。

しかしがら、ハードディスクｃの回転開始後その回転数
が所定の値まで立ち上るまで、それからハードディスク
ｃの回転が停止する際にはハードディスクｃと浮動ヘッ
ドスライダーａとの間に摩擦が生じる。従って、ハード
ディスクｃを回転したり停止したりすることを繰返すと
ハードディスクｃ及び浮動ヘッドスライダーａが摩耗
し、やがて使用に耐えなくなる。そのため、その摩擦を
小さくすることが必要であり、その摩擦を小さくするた
めに各種の試みが為されている。例えばハードディスク
の方面を鏡面にしたり、潤滑剤を塗布したりする試みが
それである。

ところで、上述したように摩擦を小さくすることが必要
であるがそれ以前に摩擦を正確に把握することがより重
要である。さもないと、装置の浮動ヘッドスライダーａ
とハードディスクｃとの間の摩擦がスタート、ストップ
の繰返しによってどのように変化するか、摩擦を小さく
するために行った試みがどの程度功を奏しているかが把
握できないからである。そのため、ハードディスクｃに
浮動ヘッドスライダーａをコンタクトさせてハードディ
スクｃの回転を開始し、その後その回転を停止するとい
うコンタクト・スタート・ストップ（以後「CSS」と称
する。）を繰返し、そのCSSの繰返しによって上記の摩
擦係数がどのように変化するかを試験することも非常に
重要である。

従来においてその摩擦の大きさ、即ち摩擦係数の測定は
ANSI（アメリカ合衆国の規格）の方法で行われた。第３
図（Ａ）、（Ｂ）はそのANSIの方法を説明するためのも
のである。このANSIの方法は、浮動ヘッドスライダーａ
をフレクシャーｂから取り外し、それに錘ｄを載せ、そ
の浮動ヘッドスライダーｂあるいは錘ｄに糸ｅを結び付
け、ハードディスクｃを回転させたときに糸ｅに加わる
張力をストレインゲージｆによって測定することによっ
て摩擦係数を測定する方法である。ｈは浮動ヘッドスラ
イダー２が回転するハードディスクｃの半径方向への移
動を制限する金板で、先端部に孔ｈを有し、該孔ｈ内に
上記錘ｄが遊嵌されている。

（D.発明が解決しようとする問題点） ところで、上述したANSIの方法によれば、ストレインゲ
ージｆ等を備えた特別の装置を用いなければ摩擦係数を
測定することができないという面倒くささがある。しか
も、浮動ヘッドスライダーａをわざわざフレクシャーｂ
から外して錘ｄに取り付けなければならないということ
も大きな問題となる。

そして、なによりも大きな問題は、実際にディスクプレ
イヤーにセットされた状態におけるハードディスクｃと
浮動ヘッドスライダーａとの摩擦係数を測定することが
できないということである。というのはANSIの方法はあ
くまで一定の重量を有する疑似的な錘ｄを使ってハード
ディスクｃと浮動ヘッドスライダーａとが接触する状態
をつくっているがその接触状態はディスクドライバーに
おけるハードディスクｃと浮動ヘッドスライダーａとの
間の実際の接触状態と全く別のものである。特に、高性
能のハードディスクドライバにおいてはハードディスク
ｃが収納された場所がきわめてクリーンに保たれている
というような特殊な状態になっている。従って、実際の
ディスクドライバについてその浮動ヘッドスライダーａ
とハードディスクｃとの実際の摩擦係数はどうである
か、またスタートストップの繰返しによる摩擦係数の変
化はどうであるかを把握することはできない。これがAN
SIの方法の最大の欠点であるといえる。

また、ANSIの方法によれば、ハードディスクｃの回転中
心からある距離離れたところにおける、即ち、あるトラ
ッキング位置における浮動ヘッドスライダーａとの摩擦
係数を測定する場合、極く初期の摩擦係数は正確に測定
することはできてもそれ以後における摩擦係数は正確に
測定することができない。というのは、ハードディスク
ｃが回転し始めるとすぐに浮動ヘッドスライダーｂがハ
ードディスクｃの半径方向にずれてしまうからである。
尤も、金板ｇを用いて浮動ヘッドスライダーｂのずれが
一定範囲内に納まるようにしているが、浮動ヘッドスラ
イダーｂの半径方向への移動を全く許容しないようにす
ることは正確な摩擦係数の測定を不可能にするので許さ
れない。従って、やはり浮動ヘッドスライダーｂのハー
ドディスクｃの半径方向におけるずれはある程度は許容
しなければならない。そのため、上述したようにハード
ディスクｃが回転し始めるとすぐに浮動ヘッドスライダ
ーｂがヘードディスクｃの半径方向にずれしまうので摩
擦係数の測定対象位置が微妙に狂ってしまい、同一箇所
における摩擦係数の変化を、あるいは潤滑剤の効果の持
続を正確に把握することはできない。即ち、スタートス
トップを何万回か繰返して摩擦係数の変化等を測定して
も浮動ヘッドスライダーｂが常にハードディスクｃの全
く同じ位置に接触せしめられていたという保証はない。
これも１つの問題である。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、複雑な測定装置を用いることなく実際にディスク
を駆動するディスクドライバあるいはそれに類似した装
置によって簡単且つ正確にディスクとヘッドとの間の摩
擦係数を測定できるようにすることを目的とするもので
ある。

（E.問題点を解決するための手段） 本発明ディスクヘッド間摩擦係数測定方法は上記問題点
を解決するため、ディスクを所定速度に回転させた後そ
の回転を自由回転にしたときの回転角速度の変化率をヘ
ッドあるいはそれを保持するヘッド保持具とディスクと
の間に摩擦が生じないようにした状態とその間に摩擦が
生じるようにした状態とで２回測定し、その２つの回転
角速度変化率とディスク回転部の慣性モーメントとから
摩擦係数を算出することを特徴とするものである。

（F.作用） 本発明ディスクヘッド間摩擦係数測定方法によれば、摩
擦係数が大きい程ディスクを自由回転させたときの回転
角速度の変化率が大きくなるので、ヘッドあるいはヘッ
ド保持具とディスクとの間に摩擦が生じないようにした
状態で所定の回転角速度で回転するハードディスクの回
転を自由回転にしたときの回転角速度の変化率と、ヘッ
ドあるいはヘッド保持具ディスクとの間に摩擦が生じる
ようにした状態でのそれとの比較結果及びハードディス
ク回転部が持つ固有の慣性モーメントから正確に摩擦係
数を測定することができる。

（G.実施例）［第１図］ 以下、本発明ディスクヘッド間摩擦係数測定方法を図示
実施例に従って詳細に説明する。

第１図はヘッドを支持する浮動ヘッドスライダーとハー
ドディスクとの間の摩擦係数を測定する測定装置として
用いるハードディスクドライバの構成の概略を示すもの
である。

同図において、１は信号処理回路で、この信号処理回路
１から後述する磁気ヘッドへハードディスクに書き込む
べき信号が出力され、また磁気ヘッドによってハードデ
ィスクから読み出された信号は信号処理回路１に入力さ
れる。２はシステムコントロール回路である。

３は上記信号回路１から出力された信号を増幅するアン
プ、４は書き込み読み出し切換スイッチで、一方の切換
端子は上記アンプ３の出力端子に接続され、他方の切換
端子はハードディスクから読み出した信号を増幅するア
ンプ５の入力端子に接続され、そして共通端子は浮動ヘ
ッドスライダー６に設けられた磁気ヘッド７に接続され
ている。該磁気ヘッド７が設けられた浮動ヘッドスライ
ダー６はフレクシャー８の先端部に取り付けられてお
り、モータ９によってハードディスク10の半径方向に移
動せしめられる。11はモータ９を駆動するモータ駆動回
路で、上記システムコントロール回路２によって制御さ
れる。

12はハードディスク10を回転するモータで、モータ駆動
回路13によって駆動される。そして、該モータ駆動回路
13はシステムコントロール回路２によって制御される。
15はハードディスク10の回転数（回転角速度）を検出す
るパルスゼネレータで、ハードディスク10が１回転する
毎に１パルスの回転検出信号を発生する。該回転検出信
号はアンプ16によって増幅され上記システムコントロー
ル回路２に入力される。

次に、このようなハードディスクドライバを用いてどの
ように摩擦係数を測定するかについて説明する。

先ず、ハードディスク回転部の極慣性モーメントＩ［ｇ
・cm・sec²］を予め測定しておく。尚、ハードディスク
回転部にはハードディスク10とディスク取付フランジ
（図示しない）とモータ12が含まれる。即ち、ハードデ
ィスクをモータによって回転するときそのハードディス
クと一体になって回転するもの全体がハードディスク回
転部である。

次に、浮動ヘッドスライダー６をフレクシャー８から外
すことによって浮動ヘッドスライダー６とハードディス
ク10との間で摩擦が生じないようにした状態でモータ12
によってハードディスク10をある回転角速度ω［rad/se
c］で回転させる。そして、ハードディスク10が上記回
転角速度ωで回転しているときにモータ12による駆動を
停止してハードディスク10（というよりハードディスク
回転部）の回転を自由回転にする。尚、ディスクドライ
バが電磁制動機構を持っている場合にはその機構を働か
せてはならない。その後、ハードディスク10の回転角速
度の変化率（ｄω/dt）_２［rad/sec²］を測定する。こ
の回転角速度の変化率の測定はパルスゼネレータ15から
出力される回転検出信号のパルスをカウントし、単位時
間当りのカウント値の推移をグラフにし、カウント値の
推移を示す線の傾きを求めることにより容易に行うこと
ができる。尚、回転検出信号は例えばシステムコントロ
ール回路２経由で簡単に取り出すことができる。そし
て、取り出した回転検出信号をコンピュータによって処
理することによって回転角速度の変化率等を算出するこ
とも容易に為し得る。

次に、浮動ヘッドスライダー６をフレクシャー８に取り
付け浮動ヘッドスライダー６とハードディスク10との間
で摩擦が生じ得るようにした状態（普通の使用状態）で
所定位置にトラッキングする。その状態でモータ12によ
ってハードディスク10を上記回転角速度ω［rad/sec］
と同じ速度で回転させる。尚、この回転角速度ω［rad/
sec］は浮動ヘッドスライダー６がハードディスク10か
ら浮き上ることなくハードディスク10との間で摩擦を生
じるような値に設定しておくことが必要である。従っ
て、この回転角速度ωは余り速くてはいけない。

そして、ハードディスク10が上記回転角速度ωで回転し
ているときにモータ12による駆動を停止してハードディ
スク10（というよりハードディスク回転部）の回転を自
由回転にする。その後、ハードディスク10の回転角速度
の変化率（ｄω/dt）_１［rad/sec²］を測定する。この
回転角速度の変化率の測定も上述した方法によって簡単
に行うことができる。

そして、下記の演算式によって摩擦係数μを算出する。

μ＝Ｉ｛（ｄω/dt）_２−（ｄω/dt）_１｝／（Ｎ・ｒ） 尚、Ｎはヘッド荷重［ｇ］、ｒはCSS（コンタクトスタ
ートストップ）試験を行う半径位置（トラッキング位置
の回転中心からの距離）である。

次に、上記摩擦係数μを算出する演算式がどのように導
き出されるかについて説明する。

下記の式（１）は浮動ヘッドスライダー６とハードディ
スク10との間に摩擦が生じるようにした場合のディスク
回転部の角運動方程式である。

Ｉ（ｄω/dt）_１＝−Ｍ（ω）−μ・Ｎ・ｒ ……（１） 尚、Ｍはディスク回転部の浮動ヘッドスライダー６との
摩擦以外の抵抗モーメントで、単位はｇ・cmである。

下記の式（２）は浮動ヘッドスライダー６とハードディ
スク10との間に摩擦が生じないようにした（浮動ヘッド
スライダー６をフレクシャー８から外した）場合のディ
スク回転部の角運動方程式である。

Ｉ（ｄω/dt）_２＝−Ｍ（ω） ……（２） 上記式（２）から上記式（１）を減ずれば下記の式
（３）が得られる。

（ｄω/dt）_２−（ｄω/dt）_１＝μ・Ｎ・r/I ……
（３） そして、上記式（３）の両辺をI/N・ｒ倍すれば摩擦係
数μを求める上記演算式となる。

尚、摩擦係数μの正確な値を算出するにはディスク回転
部の極慣性モーメントＩを予め正確に求めておくことが
必要である。しかし、ハードディスクドライバのディス
ク回転部は普通のフライホイールとは異なり構造が複雑
なので、Ｉ＝mR²（但し、ｍは質量、Ｒは半径）のよう
な簡単な式では極慣性モーメントＩを求めることができ
ない。そこで、ANSIの方法で摩擦係数を予め測定（極く
初期の摩擦係数は前述のとおりANSIの方法で測定するこ
とができる。）しておいたハードディスクを使用して回
転角速度変化率（ｄω/dt）_１及び（ｄω/dt）_２を測定
する。そして、その２つの回転角速度変化率を上記式
（３）に代入することにより極慣性モーメントＩを求め
る。尚、極慣性モーメントＩを求めるにはその前提とし
てｒ及びＮが解っていなければならないが、その値の測
定は簡単である。

尚、１度求めた極慣性モーメントＩは重量が同じハード
ディスクの摩擦係数の測定に使用でき同じ重量のハード
ディスクについて測定するもの毎にＩを求めることは必
要ではない。但し、重量が全く異なる（例えばプラスチ
ック製かアルミニウム製かセラミック製かで重量が全く
異なる）ハードディスクの摩擦係数測定には使用できな
い。従って、重量が異なるハードディスクについて摩擦
係数を測定する場合には改めて極慣性モーメントＩを求
め直す必要がある。

以上に述べたディスクヘッド間摩擦係数測定方法は、回
転数減衰法の原理を有効に活用したものであるといえ
る。回転数減衰法はリング試験片とフライホイールを同
じ回転軸に取り付け、そのフライホイール及びリング試
験片が取り付けられた回転軸をクラッチを介してモータ
により回転するようにした装置を用いる。そして、上記
回転軸をモータで回転し、定常回転になったところでク
ラッチを切ってその回転を自由回転にし、自由回転にし
た後の回転数（回転角速度）の減衰率を測定することを
ピン試験片により上記リング試験片に荷重をかけた状態
（摩擦が生じるようにした状態）でと、ピン試験片によ
るリング試験片への荷重をかけない状態（摩擦が生じな
いようにした状態）でとの２回行う。そして、その２つ
の回転数減衰率（換言すれば回転角速度変化率）から前
述の摩擦係数μを算出する演算式によって摩擦係数μを
求めるのである。

ところで、一般の回転数減衰法は回転させたり回転を停
止させたりして測定するのが面倒な装置で行うのでCSS
を繰返して摩擦係数を間断なく断続的に行うのに適しな
いといえる。ところが、ハードディスクと浮動ヘッドス
ライダーとの摩擦係数の測定に用いるハードディスクド
ライバは本質的に起動・停止を繰返し行うことが簡単に
できる機構になっているので、CSS試験に最良である。

尚、ハードディスクドライバは一般に停止の際電磁ブレ
ーキがかかり急激に停止するようになっているが、その
ようにした場合には自由回転が得られないので摩擦係数
が測定できないことになる。従って、電極ブレーキ機能
の付いたハードディスクドライバについては電磁ブレー
キがかからないようにする必要がある。そして、この点
の配慮さえすればどのような機種のハードディスクドラ
イバによってもディスク・浮動ヘッドスライダー間の摩
擦係数の測定ができるのである。

上述したハードディスクドライバによるハードディスク
と浮動ヘッドスライダーとの間の摩擦係数の測定方法、
即ち、本摩擦係数測定方法を従来のANSIの方法と比較す
れば、ANSIの方法によればストレインゲージ等を備えた
複雑な特別の測定装置を用いなければ測定することがで
きないのに対して本摩擦係数測定方法によればハードデ
ィスクドライバを測定装置として用いることによって摩
擦係数の測定ができる。従って、摩擦係数の測定に特別
の装置を要しない。しかも、浮動ヘッドスライダーをハ
ードディスクドライバのフレクシャーから外して特別の
測定装置に錘を載せてセットするという面倒くささもな
い。

そして、ハードディスクドライバによって摩擦係数を測
定することができるので、ANSIのように擬似的につくっ
た接触状態における浮動ヘッドスライダーとハードディ
スクとの摩擦係数ではなく、実際のハードディスクドラ
イバにおいてのハードディスクと浮動ヘッドスライダー
との実際の接触状態での摩擦係数を測定することができ
る。即ち、実体に即した状態での非破壊的測定ができ
る。

しかも、ハードディスクドライバは第１図に示すように
トラッキング機構を備えており、このトラッキング機構
の働きによりトラッキング位置を一定のところで固定し
た状態でCSS試験を行うことができ、途中で浮動ヘッド
スライダーがハードディスクの半径方向にずれる虞れが
ない。従って、ハードディスクの摩耗度、耐久性、潤滑
剤の効果の持続性等を正確に把握することができる。

尚、本発明はヘッドが浮動ヘッドスライダーによること
なく直接ディスクに接触する場合の摩擦係数の測定にも
適用することができるものである。

（H.発明の効果） 以上に述べたように、本発明ディスクヘッド間摩擦係数
測定方法は、ディスクをヘッドあるいはそれを保持する
ヘッド保持具との間に摩擦が生じないようにした状態で
所定速度に回転した後その回転を自由回転にしたときの
ディスクの回転角速度の変化率と、ディスクをヘッドあ
るいはそれを保持するヘッド保持具との間に摩擦が生じ
るようにした状態で所定速度に回転した後その回転を自
由回転にしたときのディスクの回転角速度の変化率と、
ディスク回転部の慣性モーメントと、に基づいて摩擦係
数を算出することを特徴とするものである。

従って、本発明ディスクヘッド間摩擦係数測定方法によ
れば、摩擦係数が大きい程ハードディスクを自由回転さ
せたときの回転角速度の変化率が大きくなるので、ヘッ
ドあるいはヘッド保持具とディスクとの間に摩擦が生じ
ないようにした場合のハードディスクを所定の回転角速
度で回転する状態から自由回転する状態に変化させたと
きの回転角速度変化率と、その間に摩擦が生じるように
した場合のそれ（回転角速度変化率）との比較結果及び
ハードディスク回転部が持つ慣性モーメントから正確に
摩擦係数を測定することができる。

そして、摩擦係数の測定のために張力を測定することを
要せず、回転角速度（あるいは回転数）さえ検出すれば
摩擦係数を測定できるので、ストレインゲージ等を備え
更に擬似的な錘をヘッド保持具あるいはヘッドに乗せる
機構を備えた特別の測定装置を用いなくとも良い。従っ
て、ディスクドライバを利用して測定できる。というの
は、ディスクドライバはハードディスクの回転を検出す
る機構を備えているので、その機構を利用して回転角速
度変化率を把握するのは容易だからである。

そして、ディスクドライバを利用して摩擦係数を測定す
ることによって実際のディスクドライバにおいてのハー
ドディスクとヘッドあるいはその保持具との実際の接触
状態での摩擦係数を把握することができる。

また、ディスクドライバはトラッキング機構を備えてい
るので、そのトラッキング機構を駆使することによって
実際の実用状態と同じ条件によってヘッドのトラッキン
グ位置を同じ位置に固定しながら摩擦係数の測定を継続
的に行うことができる。従って、スタートストップの繰
返しによるディスクの摩耗度、潤滑剤の効果の持続度に
ついて正確に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ディスクヘッド間摩擦係数測定方法の一
つの実施例に用いる測定装置（ディスクドライバ）の構
成の概略を示す概略構成図、第２図はディスクとヘッド
スライダー（ヘッド保持具）を示す斜視図、第３図
（Ａ）、（Ｂ）はディスクヘッド間摩擦係数測定方法の
従来例を説明するためのもので、同図（Ａ）は測定装置
の平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断
面図である。 符号の説明 ６……ヘッド保持具、７……ヘッド、 10……ディスク、 12……ディスク回転用モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディスクをヘッドあるいはそれを保持する
   ヘッド保持具との間に摩擦が生じないようにした状態で
   所定速度に回転した後その回転を自由回転にしたときの
   ディスクの回転角速度の変化率と、 ディスクをヘッドあるいはヘッド保持具との間に摩擦が
   生じるようにした状態で上記所定速度に回転した後その
   回転を自由回転にしたときのディスクの回転角速度の変
   化率と、 ディスク回転部の慣性モーメントと、 に基づいて摩擦係数を算出する ことを特徴とするディスクヘッド間摩擦係数測定方法