JP3200808B2

JP3200808B2 - 摩擦評価装置

Info

Publication number: JP3200808B2
Application number: JP36169692A
Authority: JP
Inventors: 実川崎; 領二佐伯
Original assignee: 株式会社ニッテク
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH06201572A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ディスク等の部材自
身の材料やコーティング膜の摩擦の測定を行う摩擦評価
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、記録媒体、例えば光磁気ディス
ク、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＬＤ（レーザディス
ク）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒ
ｙ）、ＣＤ−ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭ
ｅｍｏｒｙ）、ＭＤ（磁気ディスク）等のディスクの保
護コーティング膜の摩擦測定或いはコーティング塗膜や
ディスクの部材自身の材料の摩擦測定を行うために摩擦
評価装置が用いられている。

【０００３】この種の評価装置は、一般的には２つの試
料を押し付けるための力（荷重）を発生する機構と、試
料相互間に回転や摺動等を与えて摺動状態とする駆動系
と、押付力と摩擦抵抗力を分離計測する計測系とにより
主に構成される。荷重発生機構は、重錘直荷式、バネ荷
重方式、バネ荷重に挺子を組み合わせた方式、油圧式、
ベローズタイプのエアシリンダを用いた方式、磁力によ
る方式等が知られる。また、計測系すなわちセンサ系の
動作原理は、例えば図６に示すような原理が知られてい
る。

【０００４】図６（Ａ）はスプリングバランス方式を示
し、バネ１とバネ２とにより均衡させた枠３に取り付け
た試料に摩擦力を付与し、この摩擦力により試料の回転
する動きを中間に取り付けたペン４で回転ドラム５に直
接記録して捕らえるようになっている。図６（Ｂ）はウ
エイトレバーバランス方式を示し、重錘Ｗ１、Ｗ２、Ｗ
３による押付力、摩擦力を重錘位置でバランスさせ、そ
の時の重錘Ｗ１、Ｗ３の目盛りを読み取るようになって
いる。図６（Ｃ）はトルクアームロードセル方式を示
し、摩擦トルクで回転しようとするアーム６によりロー
ドセル７を押して、この時の力を計測するようになって
いる。図６（Ｄ）はベンディングセル方式を、図６
（Ｅ）はベンディングトルクセル方式を示し、トルク計
測軸８に取り付けたベンディングロードセル９による摩
擦力をトルクとして直近で計測するようになっている。

【０００５】ところで、摩擦力の計測については、押付
力と摩擦力とは直交した状態に作用することから２つの
力の分離能力に優れていることが要求され、しかも測定
圧が実体より発生する力を妨げず、慣性質量が小さく応
答周波数の高いことが要求される。そのために、押付荷
重計測及び摩擦センサとして一般的には主として図６
（Ｄ）、（Ｅ）に示す方式が採用されており、ロードセ
ルが用いられている。また、摩擦評価とは直接関係はな
いが、他の評価装置としては、特開平４−６１０４６号
公報に開示されているように、光ピックアップを覆うこ
となく光磁気ディスクを覆うカバーを設け、このカバー
の側面に発熱用電熱線及びファンを具備したヒータを設
け、高温での測定時に上記ヒータから室温よりも高い温
度の空気を前記カバーの中に吹き込んでカバーの中の光
ディスクの温度を高くするようにしたものも提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来方式にあっては、試料に対して正確に荷重を付与
することができないばかりか、その機構上、低荷重にお
ける摩擦測定ができないという問題があった。また、上
記構造にあっては、精度良く摩擦の程度を検出すること
ができないのみならず、装置自体も大型で高価になると
いう問題点があった。更には、上記従来方式にあって
は、ディスク等と接触する検体すなわちヘッドの形状は
球形或いは４角形のブロック体に形成され、その材質も
ステンレス等に限定されて少ないという問題点があっ
た。

【０００７】また、従来方式にあっては、荷重をかける
に際して被検体に直接荷重をかける方式であるために面
振れや振動等の影響を受け易いという問題点もあった。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に
解決すべく創案されたものであり、その目的は低荷重で
の摩擦測定を精度良く行うことができる摩擦評価装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、被検体を保持して回転する回転保持体
と、ヘッドアームに取り付けられて前記被検体を接触可
能になされた接触ヘッドと、前記ヘッドアームを揺動可
能に支持するバランサ手段と、前記ヘッドアームのバラ
ンスをとるためのバランスウエイトと、前記被検体に所
望の荷重を加えるために重りを保持する荷重受け部と、
前記接触ヘッドに加わる摩擦力を測定するセンサ部とを
備え、前記バランサ手段は、同心状に配置されて互いに
揺動可能に連結された２つの環状に形成された平衡環を
有し、内側に位置する平衡環の内側に前記ヘッドアーム
を、前記揺動方向とは直方する方向へ揺動可能に支持す
ることにより、前記ヘッドアームを水平方向及び垂直方
向へ揺動可能に支持するようにしたものである。

【０００９】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、接触ヘ
ッドが取り付けられたヘッドアームは、バランサ手段に
より揺動可能に支持されており、バランスウエイトを操
作することによりヘッドアームのバランスをとる。そし
て、例えば荷重受け部に所望の重さの重りを載置するこ
とにより上記接触ヘッドを、回転保持体に保持された被
検体に所定の荷重で接触させ、被検体を回転させる。こ
の時、接触ヘッドに加わる摩擦力はセンサ部により検出
されることになる。これにより、低荷重での摩擦測定を
精度良く行うことが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の摩擦評価装置の一実施例を
添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の摩擦評価
装置の一実施例の要部を示す概略斜視図、図２は図１に
示す摩擦評価装置の具体例を示す平面図、図３は図２に
示す装置の側面図である。

【００１１】図示するようにこの摩擦評価装置１０は、
基台１１上に設けられ、光磁気ディスクのような被検体
１２を保持して回転する回転保持体、例えばターンテー
ブル１３と、細長く形成された板状のヘッドアーム１４
の先端に取り付けられると共に下端が突状になされて上
記ディスク１２の表面と接触可能になされた接触ヘッド
１５と、上記ヘッドアーム１４を揺動可能に支持するバ
ランサ手段１６と、このヘッドアーム１４のバランスを
とるためのバランスウエイト１７Ａ、１７Ｂと、上記デ
ィスクに所望の荷重を加えるために重りを保持するため
の荷重受け部１８Ａ、１８Ｂと、上記接触ヘッド１５に
加わる摩擦力を測定するセンサ部１９とにより主に構成
されている。具体的には、上記ターンテーブル１３は、
回転手段、例えばモータ２０の回転軸に連結されてお
り、ディスク１２をクランプした状態で回転するように
構成されている。

【００１２】上記ヘッドアーム１４は、ターンテーブル
１３の半径方向に延在されると共にその先端側に板バネ
アーム１４Ａを有し、この先端部に上記ディスク１２の
表面と接触する上記接触ヘッド１５を下方向に向けて交
換可能に取り付けている。そして、この接触ヘッド１５
の上部には板状のヘッド側の荷重受け部１８Ｂが形成さ
れておりこれに重りを搭載することにより所望の荷重を
ディスク１２に付加し得るようになっている。

【００１３】また、上記バランサ手段１６は、リング状
に成形されたＸ平衡環２１とこの外側に同心円状に同様
にリング状に成形されたＹ平衡環２２とを有し、Ｘ平衡
環２１は上記Ｙ平衡環２２に対して上下方向で支持され
て水平方向に回転可能になされ、このＸ平衡環２１の中
心に上記ヘッドアーム１４の長さ方向の中心部を水平方
向に支持させてこれを上下方向へ揺動可能としている。
また、上記Ｙ平衡環２２は、その外周を被う平衡環取付
台２３に対して上下方向で支持されて水平方向に回転可
能になされている。従って、上記ヘッドアーム１４は、
あたかも地球コマのコマ部のように支持されることにな
る。

【００１４】そして、上記ヘッドアーム１４の他端側に
は、ネジ切りされたネジ部２４が設けられると共にこの
ネジ部２４の先端には平板状のバランサ側の荷重受け部
１８Ａが設けられており、この上に所望の重さの重りを
搭載し得るように構成される。また、上記ネジ部２４に
は、これと螺合してアーム長さ方向へ移動可能になされ
たバランサ側バランスウエイト１７Ａが設けられる。

【００１５】一方、上記接触ヘッド１５は、上記ヘッド
アーム１４の延在方向と直交する方向、すなわち回転す
るディスクの接線方向に位置された例えばロードセルよ
りなるセンサ部１９にロードセルアーム２５を介して連
結されており、この接触ヘッド１５に加わる摩擦力を検
出し得るように構成されている。また、この接触ヘッド
１５には、センサ部１９の取り付け方向とは反対方向に
延在させてネジ部２８が形成されており、このネジ部２
８にはヘッド側バランスウエイト１７Ｂが移動可能に螺
合されている。上記センサ部１９は、基台１１上に取り
付けた案内レール２６上に移動可能に設けられたセンサ
保持体２７に取り付けられており、上記ヘッドアーム１
４の延在方向と平行に移動可能になされている。

【００１６】また、このセンサ保持体２７には、上記平
衡環取付台２３が保持部材２９を介して一体的に取り付
けられており、これらを一体的に移動し得るようになっ
ている。そして、このセンサ保持体２７を移動させるた
めに、この保持体２７は、基台１１に固定されたマイク
ロメータ３０に連結されており、必要量だけ保持体２７
を移動し得るように構成されている。尚、上記センサ部
１９には図示しない例えばマイクロコンピュータ等より
なる演算制御部が接続されており、測定された摩擦力の
評価を行うと共に装置全体の制御を行う。

【００１７】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、接触ヘッド１５を一端に
取り付けたヘッドアーム１４は、Ｘ・Ｙ平衡環２１、２
２を有するバランサ手段１６によりＸ・Ｙ方向すなわち
垂直方向及び水平方向のバランスをとることができ、ま
ず、バランサ側及びヘッド側のバランスウエイト１７
Ａ、１７Ｂを調整することにより、バランサ手段１６を
支点として、バランサ側の荷重受け部１８Ａの重さと、
接触ヘッド１５、ヘッド側の荷重受け部１８Ｂ及びロー
ドセルアーム２５を合わせた重さとのバランスをとる。
そして、測定しようとする荷重乃至重りをヘッド側の荷
重受け部１８Ｂに搭載して所定の荷重を接触ヘッド１５
からタンテーブル１３に保持されているディスク１２の
表面に付与する。

【００１８】このように、ディスク１２に荷重を付与し
た状態でモータ２０を駆動することによりディスクと接
触ヘッド１５との間に摩擦力がディスクの接線方向に発
生し、この摩擦力はロードセルアーム２５を介してロー
ドセル１９に伝達されて検出されることになる。また、
ヘッド側の荷重受け部１８Ａに重りを搭載することによ
り接触ヘッドに直接荷重を加えることもなく、測定に際
してディスクの面振れや振動等の影響を受けることを抑
制することができる。

【００１９】また、接触ヘッド１５としては、例えば高
分子アクリル樹脂、真鍮、銅、ステンレス等の種々の材
料で形成し、更に、半球状、円錐状、角柱状のもの等種
々の形状のものを用意してこれを交換して使用すること
により、被検体（ディスク等）の摩擦係数に対応し、ま
たは、所望の接触面積に対応した摩擦力を測定すること
ができる。上記測定方法は、ディスク１２に付与する荷
重が固定的であるが、次の測定方法を採用することによ
りディスクに加わる荷重を変えるようにしてもよい。す
なわち、まず、ヘッド側の荷重受け部１８Ｂに所定の重
さの重りまたは荷重をかけると同時に、バランサ側の荷
重受け部１８Ａにも所定の重さの重りまたは荷重をかけ
た状態でヘッド１５とディスク１２の摩擦を測定する。
この場合、バランサ側の荷重受け部１８Ａに搭載する重
りまたは荷重を選択することにより、上記ヘッド側の荷
重受け部１８Ｂに加えた荷重よりも少ない範囲で任意の
荷重をディスク１２にかけた状態で摩擦測定を行うこと
ができる。

【００２０】また、他の測定方法としては、次のように
行うようにしてもよい。まず、ヘッド側の荷重受け部１
８Ｂには何ら荷重を加えない状態でバランサ側の荷重受
け部１８Ａに所望の大きさの荷重を加える。この状態で
バランサ側及びヘッド側のバランスウエイト１７Ａ、１
７Ｂを移動させてヘッドアーム１４の左右のバランスを
とり、バランスがとれたならばバランサ側の荷重受け部
１８Ａから荷重を取り去る。この時、ディスク１２には
接触ヘッド１５から取り去った上記荷重に対応する荷重
が加えられ、この状態で前述のようにディスク１２を回
転させることによりロードセル１９で摩擦力を測定す
る。更に、ヘッド側の荷重受け部１８Ｂに荷重を加える
ことなく他方のバランサ側の荷重受け部１８Ａに先に取
り去った荷重よりも小さい荷重を加えることにより上記
接触ヘッド１５に直接荷重を加えることなく先に取り去
った荷重の範囲内で任意の荷重での摩擦力を測定するこ
とができる。従って、ヘッドアーム１４がバランスして
いる状態から僅かな荷重をいずれかの荷重受け部１８
Ａ、１８Ｂに加えることにより、低荷重での回転体の摩
擦を精度良く測定することができる。

【００２１】更には、荷重受け部１８Ａ、１８Ｂに正確
な荷重を加えることができることから、ディスク１２に
正確な荷重を加えた状態で摩擦力を測定することができ
る。また、接触ヘッド１５を取り替えることにより任意
の形状、材質での摩擦力も測定することができる。ま
た、ディスク１２表面上の半径方向への測定位置を変え
る場合には、マイクロメータ３０を操作することにより
センサ保持体２７を動かし、これによりターンテーブル
１３を除く全体をディスク１２の半径方向へ所望する量
だけ移動させることができる。従って、ディスク１２上
の任意の箇所の摩擦力を容易に測定することができ、摩
擦力の分布状態を容易に求めることができる。尚、上記
実施例にあっては、ディスクの温度変化に対する摩擦力
の変化は測定することができないが、図４及び図５に示
すように温度調整手段を設けることにより、これを可能
としてもよい。

【００２２】図４は本発明の他の実施例を示す部分断面
平面図、図５は図４に示す装置の側断面図である。この
実施例の基本構成は、温度調整手段３１を設けた以外、
図１乃至図３に示す装置と同様なので、同一部分につい
ては同一符号を付し、その説明を省略する。まず、この
温度調整手段３１は、基台１１上にターンテーブル１３
を中心としてこれに取り付けたディスク１２を完全に囲
み得る大きさの直径で起立された円筒断熱容器３２を有
しており、この容器３２は例えばセラミックス材で形成
され、上下方向へ２分割可能に構成されている。また、
モータ２０としては、容器３２内の断熱性を図るため
に、例えばセラミックシャフト３３を有するサーボモー
タが使用される。そして、このシャフト３３の外周に
は、これより僅かに離間させて断熱板３４が設けられて
いる。

【００２３】一方、ディスク１２の載置される測定空間
の上方には、ディスク１２を加熱或いは冷却するための
加熱冷却部３５が設けられている。この加熱冷却部３５
としては、例えば２つの異なる金属もしくは半導体を直
列に接続して電流を流すと一方の接合部は発熱して他方
の接合部は吸熱するというペルチェ効果を用いた電子素
子が用いられており、必要に応じてディスク１２を例え
ば低温（−２０℃）から高温（８０℃）の範囲内で温度
制御するようになっている。

【００２４】そして、加熱冷却部３５の下面には、例え
ばアルミニウムよりなる導熱板３６が設けられると共に
上面には加熱冷却部３５の上面に発生する温熱或いは冷
熱を放出するためのヒートシンク３７が設けられてい
る。また、測定空間を取り囲んで容器内壁との間には導
熱筒３８が設けられており、上記加熱冷却部３５からの
温熱或いは冷熱を効率的にディスク１２側へ伝達するよ
うになっている。

【００２５】そして、上記容器３２及び導熱筒３８をそ
れぞれ貫通して、ヘッドアーム１４を測定空間内へ導入
するヘッドアーム用貫通孔３９及びロードセルアーム２
５を測定空間内へ導入するロードセルアーム用貫通孔４
０が設けられており、特に、ロードセルアーム用貫通孔
４０は、このアーム自体がディスクの半径方向へ平行移
動可能となるように幅広に形成されている。また、上記
断熱容器３２の上端は開放されており、この部分には放
熱用のファン４１が設けられている。尚、４２は、測定
空間内の温度を測定する温度センサである。

【００２６】このように構成された温度調整手段３１を
設けて加熱冷却部３５に図示しない制御部から電流を流
すことにより、ターンテーブル１３に保持したディスク
１２を低温（−２０℃）から高温（８０℃）まで温度を
変えつつ摩擦力の測定を行うことができる。以上の実施
例においては被検体として光磁気ディスクを例にとって
説明したが、これに限定されず、レーザディスク、磁気
ディスク等にも適用し得るのは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の摩擦評価
装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮するこ
とができる。バランサ手段でバランスさせたヘッドアー
ムに設けた接触ヘッドで測定するようにしたので、低荷
重での摩擦力を精度良く測定することができる。荷重受
け部を設けてこれに荷重を加えつつ測定できるので任意
の荷重に対する摩擦力を測定することができる。また、
接触ヘッドにより摩擦接触面に垂直方向に実荷重するこ
とができるので、計測値の信頼性を向上させることがで
きるのみならず、任意の荷重に対して摩擦力を測定する
ことができる。しかも、ヘッドアーム自体が軽量小型
で、且つヘッドアームの垂直方向及び水平方向の回転の
支点が同一なので、被検体の面振れ等の影響を抑制する
ことができる。全体としての構成が簡単なので、小型化
できるのみならず安価に提供することができる。また、
温度調整手段を設けた場合には、被検体の温度を変えつ
つその摩擦力の変化を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦評価装置の一実施例の要部を示す
概略斜視図である。

【図２】図１に示す摩擦評価装置の具体例を示す平面図
である。

【図３】図２に示す装置の側面図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す部分断面平面であ
る。

【図５】図４に示す装置の側断面図である。

【図６】従来の摩擦評価装置の計測原理を示す原理図で
ある。

【符号の説明】

１０…摩擦評価装置、１２…被検体（光磁気ディス
ク）、１３…ターンテーブル（回転保持体）、１４…ヘ
ッドアーム、１４Ａ…板バネアーム、１５…接触ヘッ
ド、１６…バランサ手段、１７Ａ，１７Ｂ…バランスウ
エイト、１８Ａ，１８Ｂ…荷重受け部、１９…センサ
部、２０…モータ、２１…Ｘ平衡環、２２…Ｙ平衡環、
２３…平衡環取付台、２５…ロードセル、２４，２８…
ネジ部、３１…温度調整手段、３５…加熱冷却部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−106140（ＪＰ，Ａ) 特開平２−213740（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−258145（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−88352（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 19/02 G11B 5/84 G11B 7/26 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体を保持して回転する回転保持体
と、ヘッドアームに取り付けられて前記被検体を接触可
能になされた接触ヘッドと、前記ヘッドアームを揺動可
能に支持するバランサ手段と、前記ヘッドアームのバラ
ンスをとるためのバランスウエイトと、前記被検体に所
望の荷重を加えるために重りを保持する荷重受け部と、
前記接触ヘッドに加わる摩擦力を測定するセンサ部とを
備え、前記バランサ手段は、同心状に配置されて互いに
揺動可能に連結された２つの環状に形成された平衡環を
有し、内側に位置する平衡環の内側に前記ヘッドアーム
を、前記揺動方向とは直方する方向へ揺動可能に支持す
ることにより、前記ヘッドアームを水平方向及び垂直方
向へ揺動可能に支持することを特徴とする摩擦評価装
置。
【請求項２】前記回転保持体の近傍には、前記被検体
の温度を制御するための温度調整手段が設けられること
を特徴とする請求項１記載の摩擦評価装置。