JPS6324179A - 磁化特性非破壊測定装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はコンピュータ用磁気記憶手段のテスト装置に関
し、特にコンピュータディスクドライブに用いるディス
クの磁気特性をテストすることに関する。

〔従来技術とその問題点〕

この明細書において、参照番号の最初の桁は図番を示し
、下の桁は構成部品を表わす。

第３図はコンピュータディスクのＭ−Ｈヒステリシスル
ープを示す。Ｈｃ　３−３３、すなわち飽和保磁力はデ
ィスクの磁化Ｍを負の極性から正の極性へ反転するのに
必要な印加磁場の強さを表わす。

同様にＨｃ　３−３７はディスクの磁化Ｍが正の極性か
ら負の極性へ反転する印加磁場の強さを表わす。

したがって、ディスクに書き込むとき、印加磁場ＨはＨ
ｃを越え、磁化の極性を負から正へ変化させるか、ある
いはＨｃ　３−３７以下になり磁化の極性を正から負へ
変化させなければならない。ディスクを読むとき、読み
出しヘッドはディスクの磁化を検出する。磁化の大きさ
はＭｒ３−３］あるいはＭ−ｒ３−３５である。したが
って、製造過程において、ディスクのＭ−Ｈヒステリシ
スループ特性を注意深く制御しなければならない。

コンピュータディスクのＭ−Ｈヒステリシスループ特性
を測定するための最も一触的な従来技術ではサンプルを
ディスクからカプトするか、あるいはパンチする必要が
ある。次に振動サンプル磁力計でサンプルのＭＨヒステ
リシスループ特性を測定する。この技術にはいくつかの
欠点がある。

カッティングプロセスあるいはパンチングプロセスはサ
ンプルをゆがめ、それによる磁気ひずみのため測定され
る磁気特性が変化する。カッティングプロセス、あるい
はパンチングプロセスによって作られたサンプルの端で
の強磁性汚染がＭ−Ｈヒステリシスループの測定の誤差
となる。さらに、従来技術のテスト方法では時間がかか
る。各サンプルのカッティングには１５分、あるいはそ
れ以上必要である。さらに、振動サンプル磁力計（ＶＳ
Ｍ）でのＨ−Ｍヒステリシスループ特性の測定には通常
１サンプルあたり２０分から４０分必要である。

何よりも悪いことには、このテスト方法ではディスクが
破壊され、もはや他のテスト用に用いることができない
。

Ｍ−Ｈヒステリシスループテスタの精度および、スピー
ドを改良するためにいくつかの試みが為された。ある１
つの案ではサンプルを非常に注意深くカントし、その磁
気特性のひずみを最小にしている。もう１つの案はダイ
ヤモンドチソプカソティングエソジ、あるいはタングス
テンカーバイドカッティングエツジを用い、鉄あるいは
強磁性物質がサンプルに接触し、汚染することを防いで
いる。この案ではテストするサンプルの数、およびテス
トに必要な時間が減少する。しかしながら、テストサン
プルの数を減らすとテストの質が犠牲になる。

ディスクを破壊するという欠点はＭ−Ｈループテストを
最後にすれば部分的に相殺される。しかしながら、もし
、さらにテストする必要があれば、ディスクを破壊した
のではそれらの実行が不可能になる。

米国ミシガン州のＬＤＪ社が販売しているＭ−Ｈループ
テスタはディスクの広い部分のＭ−Ｈヒステリシスルー
プを非破壊で測定する。この装置はディスク全体に磁場
を印加することにより一度にディスクの広い部分をテス
トする。次に、直、径に沿ったディスクの両面を含むデ
ィスクの広い部分で結果として生じた磁化変化を測定す
る。−度にディスクの広い部分をテストすれば、結果は
不正確になる。テストされた領域のある部分は円周方向
に磁化され、残りの部分は半径方向に磁化される。磁気
特性はこれら２方向で異なる。さらにこの方法ではディ
スクの円周方向のＭ−Ｈヒステリシスループの変化が測
定されない。これらの測定は製造過程の均一性をテスト
するのに必要である。

Ｑｕａｄ　Ｇｒｏｕｐ社が販売しているＭ−Ｈヒステリ
シスループテスタはカー効果を用いることにより磁気フ
ィルムの表面のＭ−Ｈヒステリシスループ特性を測定す
る。それは磁気フィルムコーティング表面下の付加磁化
を検出できない。したがって、このＭ−Ｈヒステリシス
ループテスタでは磁化×厚みの積を決定できない。該積
は製造プロセスの制御に重要である。上に挙げた計器以
外のタイプは本発明も含め、実際に磁化×厚みの積を測
定する。しかしながら、本発明は開発の現段階では角形
比Ｍ　ｓ　／　Ｍ　ｒを正確に測定することはできない
。

これは重要なパラメータであるが、与えられた製造プロ
セスに対して典型的には日毎にそれほど大きく変化する
ものではない。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的はディスクをそこなうことな
く、Ｍ−Ｈヒステリシスループを正確に測定することで
ある。

本発明のもう１つの目的はディスクの円周上のＭ−Ｈヒ
ステリシスループ特性を正確に測定することである。

〔発明の概要〕

本発明の一実施例の装置では、ディスクの円周上のＭ−
Ｈヒステリシスループ特性を正確に測定することができ
る。この装置は磁心および数個の平衡ドライブコイルを
持ち、大きい駆動磁場を生じ、サンプルを磁化する。磁
心の中央に置かれたセンスコイルがそれを通る磁束の変
化の割合に比例した電圧信号■を生ずる。これは、式Ｖ
＝Ｎ２ｄΦ／ｄｔ（Ｎ２はセンス巻き線１−９の巻き数
でありｄΦ／ｄｔは磁束変化の時間率である）で示され
る。磁心の中心脚では、ドライブ磁束成分はお互いに相
殺する。したがって、センスコイルにはそれらが検出さ
れない。対称な磁心は同一特性を持つ２個のギャップを
含む。テストするディスクを１つのギャップに隣接して
置く。ディスクの磁化変化により磁心の中心脚での磁束
が変化する。

磁心の中心脚上に置かれたセンスコイルがサンプルによ
って生じた磁束を検出する。センスコイルに生じた信号
はＶ＝Ｎ２ｄΦ／ｄｔによって与えられる。測定を実行
するためにディスク基板のうず電流、あるいはエアギャ
ップの不平衡、あるいは磁心の上部および底部の不平衡
に敏感でないように装置を校正する。

〔発明の詳細な説明〕

第１図は本発明の好適な一実施例を示す。磁心１−１お
よびドライブコイル機構１−２．１−３．１−４および
１−５は電磁石を形成し、該電磁石は約１２０．０００
ＡＴ／ｍ（１，５０００ｅｒｓｔｅｄｓ）の大きな駆動
磁場を生じ、ディスク１−１５上の磁気フィルムを磁化
する。なお第１図はドライブコイル機構１−２．１−３
．１−４．１−５を図式的に示す。実際には個々のコイ
ル１−２．１−３゜１−４．および１−５は磁心１−１
のまわりを被っている。

式Ｈ＝ｋＮ、Ｉはコイル１−２．１−３．１−４．およ
び１−５によって生ずるギャップ内の磁場を表わす。こ
こでｋは定数であり、Ｎ１は各ドライブコイルのワイヤ
の巻き数であり、■はコイル１−２．１−３．１−４゜
および１−５を通る電流である。ドライブ磁場を生ずる
ためにコイルＬ２．１−３．１−４および１−５内に流
す電流は０〜０．５アンペアの範囲である。磁心１−１
は高い残留磁化Ｍｒ、低い飽和保磁力Ｈｃおよび低い磁
気ひずみを持つフェライト材、あるいはパーマロイ材か
ら組み立てられる。もし、各ドライブコイル１−２．１
−３．１−４および１−５のアンペアターンＮｌが同一
であり、（ギャップ長／ギャップ面積）の割合が各ギャ
ップ１−１１．１−１２に対して同じで、磁心が上部か
ら下部まで対称であり、そしてもし、ドライブコイル１
−２．１−３．１−４および１−５が磁心１−１のまわ
りに対称的に置かれれば、大きいドライブ磁束１−７は
磁石１−１の周囲を通り、第１図に示したセンスコイル
１−９を通らない。第２図はさらに、この原理を示す。

第２図は第１図に示した装置の電気的アナログ等価回路
である。交流発生器Ｅｚ２”２はコイル１−２のアンペ
アターンを表わす。同様に、他の発生器Ｅ３　２−３、
Ｅ、２−４およびＥｓ　　２−５はコイル１−３゜１−
４．および１−５のアンペアターンを表わす。抵抗器Ｒ
、−１１は上部エアギャップ１−１１の磁気抵抗には心
の上部の磁気抵抗を合わせたものを表わし、下にある抵
抗器Ｒｚ−１２は下のエアギャップ２−１２の磁気抵抗
に磁心の下部の磁気抵抗を合わせたものを表わす。Ｒｓ
　２−９はセンスコイル１−９が巻かれた磁心の中心脚
の磁気抵抗を表わす。発生器２−２．２−３゜２−４．
２−５は同相である。もし、Ｅ　ｔ　＝Ｅ　：ｌ　＝　
Ｅ　ａ　＝　Ｅ　ｓおよびＲ＋＝Ｒｚであれば、網目電
流２−６および２−８は等しくなる。Ｒ５２−９におい
て、電流２−６および２−８は同じ大きさで、極性が反
対である。

したがって、それらは相殺する。コイル１−２．↑−３
゜１−４および１−５は対称的に置かれ、コイルは同じ
駆動磁場を生じ、磁心は上から下まで対称的であり、ギ
ャップ１−１１．１−１２は同じ磁気抵抗を持ち、コイ
ル１−２．および１−３によって生じた磁束はコイル１
−４および１−５によって生ずる磁束と同じ大きさであ
ると仮定する。センスコイル１−９において上の２個の
コイル１−２．１−３によって生ずる磁束は同じ大きさ
であるが、下の２個のコイル１−４．１−５によって生
ずる磁束とは極性が反対である。したがって、上の２個
のコイル１−２．１−３からの磁束および下の２個のコ
イル１−４．１−５からの磁束はお互いに中心脚で相殺
する。

サンプルディスク１−２１は磁心１−１の２個のエアギ
ャップの１つ、１−１１の近くに置かれる。磁気薄膜フ
ィルム１−１５はギャップ１−１１内の駆動磁場１−７
によって磁化される。結果としてセンスコイル１−９を
通る磁束の不平衡が生ずる。サンプルディスク１−２１
の磁気薄膜フィルム１〜１５が磁化することによって生
ずる変化磁束１−１３はセンスコイル１−９を１Ｊｆｌ
す、コイルに電圧を誘導する。この電圧はｄφ／ｄｔに
比例し、ここでΦはセンスコイル１−９を通る磁束に等
しい。前述の次の式がこの現象を表わす。

Ｖ＝Ｎ２ｄΦ／ｄｔ センスコイル１−９によって生じた電圧信号■は特別な
低ノイズ差動増幅器で増幅され、センスコイルを通る全
磁束に比例し、かつまたサンプルディスク１−２１の磁
化Ｍに比例するように積分される。

サンプル薄膜フィルム１−１５の磁化Ｍは次の一連の式
に従ってセンスコイル１−９の電圧から導出される。こ
こでは３１９位系を用いる。ｄ（）は微分を表わす。

Ｖ−Ｎ２ｄΦ／ｄｔ （１／　Ｎ　ｚ）　Ｖ　ｄ　ｔ　＝　ｄφｄφ−ＡｄＢ
　　（もしＢが領域Ａにおいて均一のとき） Ｂ＝＜Ｍ−１−Ｈ） Ｖｄｔ＝ｄΦ−ｄＢＡ＝Ａｄ　　（Ｍ＋Ｈ）　Ｎ　２ Ｈはコイル１−２．１−３．　Ｌ４および１−５および
磁心１−１によってサンプルディスク１−２１に印加さ
れた磁場である。磁気フィルム１−１５の磁化Ｍは磁場
Ｈをサンプル磁気フィルム１−１５に印加した結果、得
られ、使用する薄膜フィルム物質１−１５および製造中
の処理方法によって変化する。Ａはセンスコイル１−９
が巻かれている磁心１−１の中心脚の断面積である。デ
ジタルコンピュータは必要な積分を行ない、式を解いて
Ｍ、すなわち、ディスク１−２１のサンプル薄膜フィル
ムによって生じた磁化を求める。

デジタルコンピュータはサンプルディスク１−２１の位
置を制御し、うず電流を除去し、磁心１−１の不平衡に
よる誤差を除去し、結果として生じたＭ−Ｈヒステリシ
スループをプロットする。

サンプルディスク１−２１のアルシミニウム基十反１−
１９内のうず電流は不要磁気信号を生ずるので、除去し
なければならない。うず電流の振幅はドライブコイル１
−２．１−３．１−４および１−５によって生ずるドラ
イブ周波数に比例する。したがって、ドライブ信号１−
７の周波数は本発明の好適な実施例ではほんの０．５Ｈ
ｚにすぎない。そのような低周波数のドライブ信号１−
７であってもうず電流振幅はサンプルディスク１−２１
の磁気層からの磁気信号の振幅の（典型的には）２倍で
ある。基板１−１９内のうず電流によって生ずる磁気信
号は校正により磁気信号１−１３から除去する。該磁気
信号１−１３はまた、サンプルディスク１−２１の磁気
［１−１５からの磁気信号も含んでいる。校正手順は磁
気フィルムを持たない以外はサンプルディスク１−２１
と同一のダミーディスクを用いる。ダミーディスクをテ
スト位置内に置き、結果として生じた磁気信号を測定す
る。

校正手順は磁気層１−１５を持つサンプルディスク１−
２１から発出する磁気信号１−１３からダミーディスク
磁気信号を差し引く。この引き算により前述の最後の式
のＨ項も除去される。ダミーディスク測定はサンプル測
定の前後に行い、両者の平均値を差し引く。これにより
平衡の線形ドリフトによる誤差が除去される。

もし、ダミーディスク基板の電気比抵抗率がサンプルデ
ィスク基板１−１９とは異っていればダミーディスクの
うず電流信号はサンプルディスク１−２１の基板のうず
電流信号とは本質的に異る。この場合、付加的な手順に
よりサンプルディスク１−２１の磁気信号１−１３への
うず電流の寄与が除去される。

この手順では、ドライブ信号１−７の振幅を減少させて
、印加磁場Ｈのピーク値がサンプルディスク１−２１の
磁気層１−１５の飽和保磁力Ｈａより充分小さくする。

その結果、サンプルとダミーの間のうず電流信号の不平
衡が測定される。コンピュータはこの測定結果を用いて
続＜ＭＨヒステリシスループ測定に対する補正項を求め
る。Ｍ−ＨヒステリシスループのＭ軸の校正には縁端磁
場の影響を含めねばならない。これらの望ましくない縁
端磁場はギャップ１−１１の真上の磁場ではなくて、ギ
ャップの直近に存在する。これらの縁端磁場はギャップ
の真上の磁場よりも小さく、それゆえ、サンプルフィル
ムの余分な磁化を部分的にスイッチする。これは小さな
誤差項となり、校正で取り除かなければならない。この
誤差項の大きさはサンプルの飽和保磁力Ｈｃに依存する
。もしＨｃが低ければ、縁端磁場によりサンプル薄膜１
−１５はより多く反転する。逆に、もしＨｃが高ければ
、縁端磁場によるサンプルの反転は少ない。この誤差項
は異る）（ｃ値を持った２つ以上の標準ディスクで校正
することにより取り除くことができる。次に、Ｈｃに線
形に依存する構成係数を決定し、コンピュータはこの係
数を用いてヒステリシスループ上の各Ｍ、Ｈデータ点を
プロットする。

いくつかの設計パラメータを正しく選ぶことが本発明の
実施の成功を左右する。エアギャップ１−ＩＬ　１−１
２の寸法は注意深０選ばなければならない。

各ギャップ１−１１．１−１２の長さとそれらのギャッ
プでの磁心１−１の断面積の比は極力等しくせねばなら
ない。エアギャップ１−ＩＬ　１−１２の不平衡は各ギ
ヤツブに対する比率の差をどちらか一方のギャップに対
する比率で割ったもので表わされる。

この不平衡分は非常に小さく、概略１００万分の１以下
でなければならなてい。これらの厳しい要求を満たすた
めに非常に安定なりランピング配置を考案した。クラン
プには微調用ねじを備えたグラスファイバーフレームが
ある。ねじを締めたりゆるめたりしてギャップ１−１１
と１−１２の長さを変える。

上部および下部が同じ材質のブロフクからできており、
温度が上から下まで同じになろうとすることは重要であ
る。もし、２個の別々の磁心１−１が上部ギヤツブ１−
１１用に１個、および下部ギャップ１−１２用に１個使
われれば、２個の磁心１−１の間に温度差が生ずる。温
度差によりセンスコイル１−１９に読み取り誤差が生ず
る。

第４図に示した電子平衡回路によりさらに正確になる。

電子平衡回路は磁心１−１内の磁束を調整し、その結果
、センスコイル１−９を通る全磁束はサンプルディスク
１−２１をテストしていないときは非常にゼロに近くな
る。平衡回路は平衡コイル４−１および４−３を含む。

平衡コイル４−１．４−３は反対方向に巻かれ、その結
果、これらのコイルによって生じる磁束はセンスコイル
１−９が巻かれている磁心１−１の中心脚で同じ極性と
なる。センスコイル１−９の電圧はサンプルディスク１
−２１を置かずに測定する。もし、電圧が検出されれば
減衰器４−４を用いて平衡コイル４−１および４−３を
通る信号を調整し、センスコイル１−９の出力での電圧
をゼロにする。さらに正確な平衡はコンピュータを用い
て残る不平衡分をテスト結果から差し引くことによって
得られる。このようにしてエアギャップ１＝１１と１−
１２の不平衡効果が補正され、式（７）の不平衡分は１
×１０６以下となる。

〔発明の効果〕

上述の実施例から明らかなように、本発明にはい（つか
の長所がある。本発明はディスクを破壊せずにディスク
のＭ−Ｈヒステリシスループ特性、特にＭｒおよびＨｃ
を正確に測定するための装置である。ディスクからカッ
トされたサンプルのかわりに全ディスクをテストするの
でカッティングによって生ずるような不正確さはない。

またカットサンプルが不要なので、Ｍ−Ｈヒステリシス
ループを測定するために必要な時間が減少する。また、
本発明ではディスクの円周上のＭ−Ｈヒステリシスルー
プの変化を簡単に１、早く測定できる。

従って実用に供して有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスケマチック図。 第２図は第１図の実施例の電気的等価アナログ回路図。 第３図は第１図の実施例で測定される代表的ディスクの
Ｍ−Ｈヒステリシス・ループを示す図。第４図は電子的
平衡回路の回路図、。 １−１：磁性コア；　１−２．１−３・、　１−４．１
−５　ニドライブコイル；１−７：ドライブ磁束、　１
．−９：センス・コイル；　１−ＩＬ　１−１２　：ギ
ャップ；　１−１３　：変化磁束；　１−１５：磁性薄
膜；　１−１７　：’駆動源、　１−ＩＣＩ　：ディス
ク基板；　１−２１　：サンプル・ディスク；　　２−
２．２−３．２−４゜２−５＝交流発生器；　２−６．
２−８　：　ｙ４目電流、　２−９．２−ＩＬ２−１２
　：磁気砥抗、　３−３Ｌ　３−３５　：飽和磁化、　
３−３７゜３−３３　：飽和保磁力、　４−１．４−３
　：平衡コイル；４−４：減衰器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁界源（１−１、１−２、１−３、１−４、１−５）と
   前記磁界源により磁性膜を有するディスクの小面積の全
   厚みにわたり誘起せしめられた磁化を非破壊的に測定す
   る手段（１−１、１−１１、１−９、１−１２）とより
   成る磁化特性非破壊測定装置。