潤滑膜の評価装置
【課題】
摺動膜の走行面と摺動子との間の凝着力を評価することにより、潤滑膜の状態を評価することを目的とする。
【解決手段】
ディスク４の表面の潤滑膜６には、摺動子８が接触させられる。摺動子８の上下方向への変位はレーザーセンサ１２により検出される。摺動子８は、ピエゾアクチュエータ３６の作動により、上下方向に移動させられる。また、エアシリンダ３１の作動により、摺動子８は上下方向に移動させられる。摺動子８の左右方向への変位は、プローブ２０により検出される。
摺動膜の走行面と摺動子との間の凝着力を評価することにより、潤滑膜の状態を評価することを目的とする。
【解決手段】
ディスク４の表面の潤滑膜６には、摺動子８が接触させられる。摺動子８の上下方向への変位はレーザーセンサ１２により検出される。摺動子８は、ピエゾアクチュエータ３６の作動により、上下方向に移動させられる。また、エアシリンダ３１の作動により、摺動子８は上下方向に移動させられる。摺動子８の左右方向への変位は、プローブ２０により検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、磁気ディスク等の表面に塗布される潤滑膜の評価を行う装置および評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク等の記憶媒体の表面には、信頼性および耐久性を確保するために、厚さ１．５ｎｍ〜２ｎｍの潤滑膜が塗布されている。このような潤滑膜の信頼性および耐久性を評価するために、各種の評価装置や評価方法が用いられている。現在までに用いられている方法は、主に、スピンスタンド（Ｓｐｉｎ−ｓｔａｎｄ）を使用して加速寿命試験（重荷重、高速、繰り返し起動停止などを行うもの）を行うことにより、ヘッドと潤滑膜の間の摩擦係数や接触によって起こるＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）、励起される振動などを測定するものであった。これらの方法は以下の特許文献に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−９１４４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２８５０６号公報
【特許文献３】特開平５−６０６７９号公報
【０００３】
また、分子潤滑膜の基本的特性を測定する方法としては、汎用のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）やＳＦＡ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｏｒｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）などを用いて測定が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、磁気ディスク等の記憶媒体の記憶密度を高めるために、ディスクとヘッドの間の浮上すきまを微小化することが行われており、最近では、浮上すきまは１０ｎｍに達している。この浮上すきまの微小化に伴い、ヘッドのディスクとの接触に対する浮上すきまのマージンが減少し、ヘッドとディスクの接触の機会が増大することが予想される。このようなヘッドとディスクの接触に際し、ディスクの表面を覆う潤滑膜の特性を精密に評価することが重要な課題となっているが、これまで行われてきた上記特許文献の方法では、潤滑膜の特性を精密に測定することは困難であった。ナノレベルの潤滑膜においては、潤滑膜の走行面とヘッドの一部である摺動子の間に液架橋（メニスカス）が形成され、走行面と摺動子の間に強大なメニスカス力が作用する。従来の評価方法では、摺動子を上方に高精度で引き上げることができなかったため、走行面と摺動子との間の凝着力を測定することが困難であった。また、ＳＰＭやＳＦＡは分子レベルでトライボロジー特定を測定するものであるが、磁気ディスクの実際の使用状態における凝着力を考慮してトライボロジー特性を測定することはできなかった。このように、摺動子を高精度に潤滑膜から引き上げる機構の開発が求められるとともに、実際に装置を使用する際に、ディスク交換等を容易に行なうことができる潤滑膜の評価装置の開発が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、摺動子から潤滑膜に及ぼす荷重を調整する機構と、潤滑膜に摺動子を近づける評価状態と離間させる離間状態を切り替える機構を備えることにより、高精度に潤滑膜の状態を評価することができる評価装置を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、表面に潤滑膜が塗布された平面部材と、前記平面部材の表面と垂直な方向である所定方向に移動し、前記潤滑膜と接触することが可能な摺動子と、前記摺動子の前記所定方向への変位を検出する摺動子変位検出手段と、一端で前記摺動子を支持する板バネ状部材と、前記板バネ状部材の他端を支持するアーム部と、前記アーム部を前記所定方向に移動させるアクチュエータより構成され、前記摺動子と前記潤滑膜の接触状態において、前記摺動子が前記潤滑膜に近づく方向および前記摺動子が前記潤滑膜から離間する方向への荷重を調整する荷重調整手段と、前記荷重調整手段とは別個独立に前記アーム部を前記所定方向に移動させるものであり、前記摺動子を前記潤滑膜に近づけて、前記潤滑膜を評価するセット状態と、前記摺動子が前記潤滑膜から所定量離間する離間状態の２つの状態を切り替えるスイッチング手段と、前記スイッチング手段により前記摺動子がセット状態に配置された状態で、前記摺動子の前記所定方向の位置を調節することにより、前記潤滑膜に対する前記摺動子の位置を調整する位置調整手段とを備えることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成される。上記の構成によれば、摺動子が潤滑膜に近づけられたセット状態において、摺動子の潤滑膜に対する位置が位置調整手段により調整することができるため、潤滑膜に対する摺動子の初期位置を評価毎に同じ位置にすることができる。したがって、平面部材を交換した場合でも、交換前と同じ位置より潤滑膜の評価を行なうことができるため、精度良く、潤滑膜の特性を評価することができる。また、本発明では、潤滑膜に対する摺動子の位置を離間状態に切り替えることができるスイッチング手段を備えるため、容易に平面部材を交換することができる。
【０００７】
なお、平面部材の表面と垂直な方向である所定方向とは、例えば、平面部材の表面が水平面と平行な方向の場合は、所定方向は鉛直方向であり、平面部材の表面が鉛直方向と平行な方向の場合は、水平方向である。また、摺動子変位検出手段は、摺動子の変位を検出することができるものであれば、レーザ式、ＬＥＤ式、超音波式、接触式、渦電流式等の形式のものを用いることができる。また、摺動子が潤滑膜から所定量離間する離間状態とは、当該装置から平面部材を交換する場合や、摺動子の潤滑膜に対する位置（例えば、半径方向位置）を変更する際に、摺動子を潤滑膜からある程度、離間させる状態のことである。
【０００８】
また、本発明は、前記アーム部は上部アーム部と下部アーム部より構成されるものであり、前記下部アーム部は前記アクチュエータに固定され、前記上部アーム部は前記下部アーム部に対して、前記上部アーム部の前記摺動子に近い側の端部付近でベアリング支持されることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、上部アーム部は下部アーム部に対し、ベアリング支持されているので、摺動子の位置を精度良く調整することができる。また、上部アーム部は摺動子に近い側の端部でベアリング支持されるため、上部アーム部の中央付近でベアリング支持されるものに対し、位置調整手段の調整を精度良く行なうことができる。
【０００９】
また、本発明は、前記位置調整手段は、前記下部アーム部に対する前記上部アーム部の位置を調節するものであり、前記位置調整手段は、前記上部アーム部の前記摺動子から遠い側の端部付近に設けられることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、位置調整手段が上部アーム部の摺動子から遠い側の端部付近に設けられるため、ベアリング支持部からの距離を十分とることができ、精度良く摺動子の位置調整を行なうことができる。
【００１０】
また、本発明は、前記位置調整手段は、前記上部アーム部を下方から上方に付勢するエアシリンダと、前記上部アーム部の上方への移動距離を規制するマイクロポジショナーより構成されることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、エアシリンダから上部アーム部を上方に付勢された状態で、摺動子の位置調整を行なうことができるため、摺動子の位置調整を精度良く行なうことができる。また、エアシリンダの付勢力を抜くことで、上部アーム部を下方に移動させることができるため、摺動子をスイッチング手段の離間状態とすることができ、平面部材の交換等が容易となる。
【００１１】
また、本発明は、前記上部アーム部の下方への移動を規制する規制手段が前記下部アーム部に固定されることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、規制手段が設けられているため、スイッチング手段により摺動子が離間状態とされる際、過度に潤滑膜から離間することが無くなり、装置の故障を防止することができる。また、規制手段が設けられているため、離間状態からエアシリンダによって上部アーム部を移動させる距離を少なくすることができ、速やかに潤滑膜の評価を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、上記の構成により、潤滑膜に対する摺動子の位置を、評価毎に同じ位置に初期設定することができるため、評価の精度を向上させることができる。また、スイッチング手段により、潤滑膜の交換等も容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための実施の形態について以下に詳細に説明する。図１は、本発明が適用された第１の実施形態の潤滑膜評価装置２の全体構成を示す図である。なお、図１の潤滑膜評価装置２は、主に外観を図示するが、装置をより詳しく説明するために、潤滑膜評価装置２の一部の部分は内部の構成を示すものとする。
【００１４】
潤滑膜評価装置２は、平面部材であるディスク４と、ディスク４の潤滑膜６表面に摺動子８を押し当て、摺動子８が受ける力を測定する装置本体１０と、摺動子８の変位を測定するレーザーセンサ１２より構成されている。
【００１５】
ディスク４は、円盤状のものであり、ディスク４の磁気記録面は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）で覆われている。ディスク４のＤＬＣの上には、潤滑膜６がコーディングされている。潤滑膜６の詳細については、後述する。
【００１６】
摺動子８は、グラスボールよりなり、その一部を板バネ状部材１１に固定されている。板バネ状部材１１は、金属製で板状のばね部材であり、摺動子８を図１の垂直方向（ディスク４の潤滑面６に垂直な方向）に付勢するものである。
【００１７】
板バネ状部材１１の一端は摺動子８に固定されており、板バネ状部材１１の他端は、平行ばね１４の下端部１６に固定されている。平行ばね１４は、アルミ棒を放電加工した平行ばねであり、平行ばね１４の上端部が装置本体１０の支持アーム１８に固定されている。また、平行ばね１４は、ディスク４の回転に伴い、摺動子８から板バネ状部材１１が受けた力により変位するが、平行ばね１４の作用により、下端部１６の変位を水平方向への変位とするものである。
【００１８】
平行ばね１４の下端部１６と水平方向にて対向する位置には、プローブ２０が設けられている。プローブ２０は、支持アーム１８より延びる支持体２２に固定され、平行ばね１４の下端部１６と微小な距離（約２〜４μｍ）を隔てた位置に配置される。プローブ２０は、静電容量式の変位センサであり、平行ばね１４の下端部の水平方向への変位を検出することができる。
【００１９】
支持アーム１８は、装置本体１０の上部アーム２４にネジ留めされて固定されている。上部アーム２４の下には下部アーム２６が配置され、上部アーム２４の左端部と下部アーム２６の左端部の間には、ヒンジ部２８が設けられており、上部アーム２４は下部アーム２６に対し、ヒンジ部２８を支点として回動することが可能とされている。ヒンジ部２８は、上部アーム２４とヒンジ部２８の間に設けられるベアリング２９と、下部アーム２６にヒンジ部の下端を固定するボルトより構成される。また、上部アーム２４の右端下方には、エアシリンダ３１が配置され、エアシリンダ３１のピストン部分が上部アーム２４に当接している。エアシリンダ３１のピストンの上下運動により、上部アーム２４および支持アーム１８は、ベアリング２９を支点として、下部アーム２６に対して回動させられる。
【００２０】
上部アーム２４の右端上方には、マイクロポジショナー３２が配置されている。マイクロポジショナー３２は、下部アーム２６に対する上部アーム２４の上方への離間距離を所定値に制限するためのものであり、マイクロポジショナー３２の軸部の最下端は下部アーム２６に固定され、この軸部が上部アーム２４の孔を貫通してマイクロポジショナー３２の頭部にねじ固定される。マイクロポジショナー３２の頭部を回転させることで、１μｍの分解能で、上部アーム２４の垂直方向位置を調整するものである。なお、マイクロポジショナー３２は、スクリューねじで構成される構成としたが、これに限らず、ピエゾ素子より構成されるピエゾアクチュエータで構成しても良い。このように構成すると、精度良く摺動子８の初期位置を設定することができる。また、上部アーム２４と下部アーム２６の間には、下方移動規制部材３３が設けられている。下方移動規制部材３３は、下部アーム２６に固定されるものであり、上方アーム２４の下方への移動を規制するものである。図１に示すように、潤滑膜６の評価状態では、上部アーム２４と下方移動規制部材３３は当接しておらず、隙間が形成されている。一方、潤滑膜６の交換等で、エアシリンダ３１のピストンを下方に移動させた場合は、上方アーム２４は下方移動規制部材３３に当接し、下方への移動を制限される。
【００２１】
下部アーム２８の下には、下部アーム支持体３４が配置されている。下部アーム支持体３４の下には、ピエゾアクチュエータ３６が配置されている。ピエゾアクチュエータ３６については、ピエゾアクチュエータ３６の内部構造を説明するために、内部の部品を図示するものである。ピエゾアクチュエータ３６は、ピエゾ素子３８を備え。ピエゾ素子３８の一端はフレーム部４０の内壁に当接しており、他端はフレーム部の一部であるピエゾ位置固定部４２に当接している。フレーム部４０は、ピエゾ素子３８の体積変化による変位をてこの原理を応用し、拡大して垂直方向変位として出力するものであり、ピエゾ素子３８の変位により、下部アーム２６、上部アーム２４および支持アーム１８を上下方向に移動させ、さらに摺動子８のディスク４の潤滑膜６に対する垂直方向位置を変化させるものである。本実施形態では、ピエゾ素子３８は水平方向では、約２０ｎｍの分解能を有しているが、フレーム部４０により、垂直方向に最大７０μｍの変位を実現することができる。フレーム部４０の鉛直方向（図１の上下方向）への変位は、変位センサ４３により測定することができる。変位センサ４３は、ピエゾ素子３８の拡大された変位を検出するものであり、下部アーム２６の上方に配置され、上方からレーザーを下部アーム２６の一部に照射することにより、下部アーム２６の移動距離を測定するものである。また、ピエゾ位置固定部４２の右方には、ピエゾ位置調整部４４が配置されており、ピエゾ位置調整部４４の頭部を回転させることにより、ピエゾ位置固定部４２の水平方向位置を調整し、ピエゾ素子３８の右端部の位置を調整する。ピエゾアクチュエータ３６の下方には、ピエゾアクチュエータ３６を下方より支持するベース部４６が設けられている。
【００２２】
摺動子８の上方には、レーザーセンサ１２が配置されている。レーザーセンサ１２は、摺動子８の垂直方向位置の変化を測定するものである。レーザーセンサ１２の内部には、摺動子８に対して光を投光する投光部４８と、摺動子８の固定部の板バネ状部材１１に反射した光を受光する受光部５０を備えている。レーザーセンサ１２は、受光部５０の光の強度の変化を検出することで、摺動子８の垂直方向位置の変化を検出することができる。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。潤滑膜評価装置２は、潤滑膜の評価を行うにあたり、評価対象であるディスク４を図示しない回転モータの上に設置する。ディスク４を設置する前に、エアシリンダ３１のピストンを下方に移動させて、上部アーム２４、支持アーム１８および板バネ状部材１１を上方に移動させる。これにより、摺動子８はディスク４の設置部に対してある程度上方に離間した状態となり、ディスク４の設置を行うことができる。ディスク４の設置を行った後、エアシリンダ３１のピストンを上方に移動させて、上部アーム２４、支持アーム１８および板バネ状部材１１を下方に移動させることにより、摺動子８はディスク４の潤滑膜６に比較的近い位置に配置させる。この状態で、マイクロポジショナー３２を用いて摺動子８の潤滑膜６に対する垂直方向位置の調整を行う。これは、本実施形態の潤滑膜の評価装置では、摺動子８の潤滑膜６に対する垂直方向位置を、常に同じ位置を初期位置として評価を行うためである。摺動子８の垂直方向位置は、レーザーセンサ１２によって検出する。
【００２４】
マイクロポジショナー３２によって、摺動子８が潤滑膜６から所定距離離間した位置になった後、ディスク４をモータにより回転させる。また、ピエゾ素子３８に電圧を印加し、ピエゾ素子３８の体積を徐々に減少させていく。これにより、摺動子８は徐々に潤滑膜６に近づき、その後、潤滑膜６に当接する。摺動子８が潤滑膜６に当接した後もピエゾ素子３８の体積を減少させることにより、より大きな荷重で摺動子８は潤滑膜６を押圧する。この時、ディスク４の回転により摺動子８は水平方向に力を受けるため、摺動子８はディスク４上を水平方向に移動する。摺動子８の水平方向の移動により、平行ばね１４の下端部１６も水平方向に変位するが、下端部１６の水平方向の変位をプローブ２０により検出する。
【００２５】
その後、ピエゾ素子４０の体積を徐々に増加させて摺動子８が潤滑膜６に及ぼす荷重を減少させていき、さらに摺動子８を潤滑膜６から離間させていく。この状態でも、プローブ２０およびレーザーセンサ１２による測定を継続して行う。
【００２６】
したがって、本発明の第１の実施形態においては、摺動子８の鉛直方向への変位をレーザーセンサ１２により検出し、摺動子８の水平方向への変位をプローブ２０で検出するため、摺動子８と潤滑膜６の間のトライボロジー特性を評価することができる。また、本実施形態のピエゾアクチュエータ３６は、潤滑膜６に対して摺動子８を、押し付ける方向（図１の下方）だけでなく、離間させる方向（図１の上方）へ移動させることができるため、潤滑膜６に対する摺動子８の摩擦力に加え、凝着力も測定することができる。また、本実施形態においては、エアシリンダ３１およびヒンジ部２８、ベアリング２９等により、摺動子８を潤滑膜６から大きく上方に引き上げることが可能なため、ディスク４を交換したり、摺動子８のディスク４上の半径方向の位置を変更する際、容易に交換、位置変更を行うことができる。また、マイクロポジショナー３２により上部アーム２４の上下方向の位置を微調整することができるため、摺動子８の潤滑膜６に対する位置を精度良く、測定毎に同じ状態とすることができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、上部アーム２４の左方側端部付近にベアリング２９が設けられ、さらに、上方アーム２４の右方端部付近にマイクロホジショナー３２が設けられており、この構成により上方アーム２４が下方アーム２６に対して回動する構成のため、摺動子８の潤滑膜６に対する初期位置の調整を精度良く行なうことができる。ベアリング２９は下方アーム２６と上方アーム２４の間の支点となるため、マイクロポジショナー３２をできるだけ支点から遠い位置に配置することで、摺動子８の上下方向の位置調整が可能となるためである。また、本実施形態においては、下方移動規制部材３３が設けられているため、ディスク４を交換する際に、摺動子８が過度に上方に移動することを防止することができる。また、ディスク４を交換後、評価を行なう際に、エアシリンダ３１を上方に移動させる距離を少なくすることができ、速やかに潤滑膜６の評価を行なうことができるというメリットもある。
【００２８】
（潤滑膜の凝着力の測定および評価）
次に、本発明の第１の実施形態の潤滑膜評価装置２を用いて行った潤滑膜６の評価結果について説明する。まず、摺動子８を潤滑膜６から離間させる際に発生する凝着力を測定し、測定結果に基づき、潤滑膜の評価を行った。なお、本評価においては、ディスク４の直径を約６．３５ｍｍ（２．５インチ）、ディスク４の回転速度を１ｒｐｍ（２．１ｍｍ／ｓ）、ＤＬＣの厚さは３ｎｍ、表面粗さは、Ｒａ＝０．４５ｎｍとした。また、摺動子８の直径は１．５ｍｍ、表面粗さ（中心線平均粗さ）は、Ｒａ＝０．６ｎｍ、表面粗さの最大高さは、Ｒｍａｘ＝５ｎｍとした。また、板バネ状部材１１の垂直方向のばね定数は、１８．４Ｎ／ｍ、プローブ２０の分解能を２．５ｎｍとした。また、レーザーセンサ１２の測定レンジは±１ｍｍ、分解能は０．１μｍであった。
【００２９】
また、摺動子８の材料はＢＫ７、プローブ２０はＭＴＩ社製ＡＳＰ−１−ＩＬＡ、ピエゾアクチュエータ３６はシグマ光機製ＳＦＳ−６０Ｚ、ピエゾ位置調整部はミツトヨ社製ＬＧＢ２−１０５Ｌ、レーザーセンサ１２はキーエンス製ＬＫ−３１００を用いた。なお、潤滑膜評価装置２は、震動等の外部の影響を受けないチャンバー内に配置し、チャンバー内の温度は２２±２℃、湿度は２０±３％とした。
【００３０】
また、潤滑膜６は以下の３種類を用いた。膜の種類は、ＰＥＰＥ（全フッ素化ポリエーテル：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｅｔｈｅｒ）のＦｏｍｂｌｉｎ ＺのＮｏｎ−Ｐｏｌａｒ Ｚ０３膜（分子量Ｍｗ＝４０００ｇ／ｍｏｌ、Ｆ−ＣＦ２−Ｏ−（ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ）ｐ−（ＣＦ２−Ｏ）ｑ−ＣＦ２−Ｆ、以下Ｚ０３膜と称す）、Ｆｏｍｂｌｉｎ ＺｄｏｌのＰｏｌａｒ Ｚｄｏｌ２０００膜（Ｍｗ＝２０００ｇ／ｍｏｌ、ＯＨ−ＣＨ２−Ｆ−ＣＦ２−Ｏ−（ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ）ｐ−（ＣＦ２−Ｏ）ｑ−ＣＦ２−ＣＨ２−ＯＨ、以下Ｚｄｏｌ２０００膜と称す）、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚｄｏｌ４０００膜（Ｍｗ＝４０００ｇ／ｍｏｌ、ＯＨ−ＣＨ２−Ｆ−ＣＦ２−Ｏ−（ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ）ｐ−（ＣＦ２−Ｏ）ｑ−ＣＦ２−ＣＨ２−ＯＨ、以下Ｚｄｏｌ４０００膜と称す）の３つである。
【００３１】
まず、潤滑膜６としてＺｄｏｌ２０００膜を用い、摺動子８を潤滑膜６に押し付け、その後離間させた場合の測定結果を図２に示す。図２は、ピエゾアクチュエータ３６の鉛直方向（図１の上下方向）の変位量と摺動子８の変位量の鉛直方向（図１の上下方向）の関係を表すグラフである。この測定においては、摺動子８と潤滑膜６を所定距離離間させた位置から、ピエゾアクチュエータ３６を作動させて摺動子８を潤滑膜６に接触させ、再び摺動子８を潤滑膜６から所定距離離間させた位置まで摺動子８を移動させたものである。図２の横軸は、測定開始時からのピエゾアクチュエータ３６の下方への変位量を示しており、ピエゾ素子３８に電圧を印加し、ピエゾ素子３８の体積変化をフレーム部４０で垂直方向の変位量として拡大されたものを、変位センサ４３を用いて測定したものであり、図１の下方へ支持アーム１８等が移動すると横軸の値は増加する。また、図２の縦軸は、測定開始時からの摺動子８の変位量をレーザーセンサ１２で測定したものであり、図１の下方へ摺動子８が移動すると、縦軸の値は増加する。
【００３２】
図２に示すように、グラフ上のゼロ点からＡ点までは、横軸の値の増加に伴い、縦軸の値もほぼ同じ量増加する。これは、摺動子８が潤滑膜６に接触する前の段階であるため、ピエゾアクチュエータ３６の変位量と摺動子８の変位量が等しくなるからであると考えられる。次に、グラフ上のＡ点からＢ点にかけては、摺動子８の変位量が急に増加している。これは、摺動子８と潤滑面６の間隔が微小な距離となったため、両者の間にメニスカス力が働き、摺動子８が潤滑面６に引き寄せられたためと考えられる。次に、グラフ上の点がＢ点を通過してからは、横軸の値が増加しても縦軸の値はほとんど増加していない。これは、摺動子８が潤滑面６に接触し、摺動子８の下方への移動が制限されているためである。次に、グラフ上の点がＢ点からＣ点に向かう過程においては、横軸の値が減少しても縦軸の値はほとんど減少していないことが分かる。これは、摺動子８と潤滑膜６の間に凝着力が働き、摺動子８の変位を妨げているためである。その後、グラフ上の点がＣ点を通過すると、摺動子８は急激に潤滑膜６から離間し、摺動子８と潤滑膜６の距離はＤ点で振動する。その後、グラフ上の点はＤ点を通過し、原点に戻っていく。
【００３３】
図２のグラフに示す測定結果については、以下のように説明することができる。図３は、測定中における摺動子８と潤滑膜６の相互の位置関係を示す概念図である。図２のグラフの原点からＡ点までは、図３(ａ)のような状態である。図２の横軸の値の増加に従い縦軸の値も増加している。図２のＢ点からＣ点までは、図３（ｂ）の状態である。また、図２のＢ´点からＣ点までは、図３（ｃ）の状態であると考えられる。ピエゾアクチュエータ３６の上方への移動により、板バネ状部材１１は上方に移動させられているが、摺動子８は潤滑膜６の凝着力により上方への移動を妨げられているのである。その後、図２のＣ点からＤ点にかけては、特にＤ点においては、摺動子８は上下に振動しながら、上方に移動させられるのである。上記説明により、図２のＢ´点からＣ点までの距離は、摺動子８と潤滑膜６が凝着した状態でピエゾアクチュエータ３６が上方に移動した距離であり、図２のＢ´点とＣ点の距離と板バネ状部材のばね定数を乗算することにより、摺動子８と潤滑膜６の間の凝着力を演算することができる。なお、Ｂ´点は、グラフ２の横軸（ピエゾアクチュエータ３６の変位量）と縦軸（摺動子８の変位量）が比例する直線を延長して、この延長線と横軸に対して縦軸が一定値となった直線とが交わった点であり、Ｂ´点とＣ点間の距離を用いることにより、精度良く凝着力を演算することができるのである。
【００３４】
次に、上述の演算方法により、３種類の潤滑膜に対して凝着力の測定を行った。潤滑膜６の厚さと、測定結果より演算された潤滑膜６の凝着力の関係を図４に示す。図４は、潤滑膜６として、Ｚ０３膜、Ｚｄｏｌ２０００膜、およびＺｄｏｌ４０００膜の３種類について、３種類の潤滑膜６の厚さをそれぞれ変化させて凝着力を測定した結果を示すグラフである。なお、凝着力の測定に際しては、摺動子８を潤滑膜６に０．５ｍＮの力で押し付け、その状態を５秒間保持し、その後、摺動子８を潤滑膜６から離間させて凝着力を測定した。
【００３５】
図４のグラフに示すように、各潤滑膜とも、潤滑膜６の厚さが増加するにつれて凝着力は低下し、いずれの種類の潤滑膜６においても、潤滑膜６が十分に厚い領域では凝着力はほぼ一定値となった。また、潤滑膜６の厚さが薄い場合（約２ｎｍ付近）では、Ｚｏｌ４０００膜の凝着力が３つの潤滑膜の中で最も大きくなった。このような凝着力の演算結果より、ディスク４上の潤滑膜６の状態を以下のように評価することができる。まず、図４に示すように、凝着力の大きさの変化より、潤滑膜６の厚さが約３ｎｍ以下のＤＬＣ膜の表面力主体の領域と、潤滑膜６の厚さが約５ｎｍ以上のメニスカス力主体の領域に分けて考える。ＤＬＣ膜の表面力主体の領域においては、ＤＬＣ膜の表面力が凝着力として摺動子８に及ぼす力は、ＤＬＣ膜上の潤滑膜６の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。これは、潤滑膜６の低表面自由エネルギーが作用し、ＤＬＣ膜の表面力を減少させているためである。Ｚｄｏｌ２０００膜やＺｄｏｌ４０００膜のような極性を有する潤滑膜においては、単層膜の組織はＺｄｏｌ２０００膜で約２ｎｍ、Ｚｄｏｌ４０００膜で約２．８ｎｍで終結する。また、非極性のＺ０３膜においては、ＤＬＣ膜上の分子はフラットな組織を形成しており、潤滑膜６が薄い場合でも、ＤＬＣ膜を十分にカバーすることができる。よって上記の考察より、ディスク４上の潤滑膜６の状態を以下のように評価することができる。
【００３６】
潤滑膜６がＺｄｏｌ２０００膜である場合、単層膜の組織は約２ｎｍであるため、Ｚｄｏｌ２０００膜はＤＬＣ膜上をある程度覆うことができる。これに対し、Ｚｄｏｌ４０００膜は、単層膜の組織が約２．８ｎｍのため、ＤＬＣ膜の表面を十分に覆うことができない。このことは、図４の潤滑膜６が２ｎｍの場合に、Ｚｄｏｌ４０００膜の凝着力がＺｄｏｌ２０００膜の凝着力よりも大きいことと一致している。Ｚ０３膜はＤＬＣ膜上にフラットにフラットに形成されているため、ＤＬＣ膜の表面力を十分に減少させることができる。これについても、図４の潤滑膜６が２ｎｍの場合の凝着力が、他の２つの潤滑膜よりも小さい測定結果と一致している。したがって、本実施形態では、潤滑膜評価装置２を用いて、摺動子８を潤滑膜６から変位させて図４に示す凝着力を測定することにより、ディスク４の表面上の各潤滑膜６の状態を評価することができる。
【００３７】
なお、図４において、各潤滑膜６の凝着力は、潤滑膜６の厚さが約５ｎｍ以上のメニスカス力主体の領域では、約０．２ｍＮに収束している。これについても評価を行った。連続的な液体膜に球体が近接する場合においては、メニスカス力は以下の式より演算することができる。
Ｆｍ＝２πＲγｌ（ｃｏｓθ＋１）
ここで、Ｒは球体（摺動子８）の半径、γｌは液体膜（潤滑膜６）の表面張力、θは球体からの接触角である。各潤滑膜６の表面張力は、実験的に、Ｚｄｏｌ２０００膜は２４ｍＮ／ｍ、Ｚｄｏｌ４０００膜は２２ｍＮ／ｍ、Ｚ０３膜は２３ｍＮ／ｍであり、測定された摺動子８の接触角は約２５°であった。これらの値より、各潤滑膜６のメニスカス力を演算すると、Ｚｄｏｌ２０００膜は０．２１５ｍＮ、Ｚｄｏｌ４０００膜は０．１９７ｍＮ、Ｚ０３膜は０．２０６ｍＮであった。３種類の潤滑膜６のメニスカス力は、いずれも約０．２ｍＮ付近であり、図４の凝着力の測定結果と良く一致していることが分かる。これにより、上述したように、潤滑膜６の厚さが５ｎｍ以上の領域においては、凝着力はメニスカス力が主体となっていると評価することができる。
【００３８】
（潤滑膜の摩擦力の測定および評価）
次に、本発明の第１の実施形態の潤滑膜評価装置２を用いて、潤滑膜６の摩擦力を測定し、評価を行った。なお、潤滑膜の摩擦力の測定においても、「潤滑膜の凝着力の測定および評価」で用いた潤滑膜を用い、評価装置の各部分の寸法等の数値も同じものを用いた。本測定では、各潤滑膜６の厚さは、２ｎｍとした。
【００３９】
摩擦力の測定においては、潤滑膜評価装置２のピエゾアクチュエータ３６を作動させ、潤滑膜６に摺動子８を所定の力で押し付ける。摺動子８を潤滑膜６に押し付ける力である荷重Ｆｌは、摺動子８が潤滑膜６に接触してからのピエゾアクチュエータ３６の下方への変位量を変位センサ４３で検出し、検出された変位量と板バネ状部材１１のばね定数を乗算したものを用いた。また、荷重Ｆｌは、０．１ｍＮら０．９ｍＮまで０．２ｍＮ間隔で変化させ、各荷重において、ディスク４を２回転させて摩擦力Ｆｆを測定した。各潤滑膜６についての摩擦力の測定結果を図５に示す。図５（ａ）はＺｄｏｌ２０００膜、図５（ｂ）はＺｄｏｌ４０００膜、図５（ｃ）はＺ０３膜についての摩擦力Ｆｆの測定結果である。図５によれば、各潤滑膜６においては、いずれの荷重Ｆｌにおいても再現性良く、摩擦力を測定することができたといえる。
【００４０】
次に、荷重Ｆｌの変化に対する各潤滑膜６の摩擦力Ｆｆの変化を図６に示す。図６は、各潤滑膜６において、荷重Ｆｌを変化させて摩擦力Ｆｆを測定し、それぞれの測定を３回繰り返した結果である。図６に示すように、各潤滑膜とも荷重Ｆｌの増加にしたがい直線的に摩擦力Ｆｆが増加している。また、Ｚｄｏｌ２０００膜は、Ｚｄｏｌ４０００膜に比べ、摩擦力Ｆｆの増加の傾きが大きい。Ｚｄｏｌ２０００膜とＺ０３膜の傾きは同じ特性を示し、Ｚｄｏｌ２０００膜はＺｄｏｌ膜よりも摩擦力が大きいことが分かる。
【００４１】
これらの摩擦力Ｆｆの測定結果より、ディスク４上の潤滑膜６の状態を以下のように評価することができる。図７はディスク４上の各潤滑膜６の状態を示す概念図であり、２ｎｍの厚さの各潤滑膜の状態を示している。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｚｄｏｌ２０００膜は、ＤＬＣ膜の表面をほとんどカバーしているのに対し、Ｚｄｏｌ４０００膜はＤＬＣ膜の一部分を覆っている。これは、Ｚｄｏｌ４０００膜の分子鎖がＺｄｏｌ２０００膜の分子鎖よりも長く、Ｚｄｏｌ４０００膜の回転半径が大きくなるためである。また、図７（ｃ）に示すように、Ｚ０３膜はＤＬＣ膜の表面をフラットな状態で覆っている。荷重Ｆｌが比較的小さな領域では、Ｚｄｏｌ２０００膜は、ＤＬＣ膜に強固に固着された分子はせん断力に対抗し、弾性体の固体表面のように振る舞う。一方、Ｚ０３膜は小さなせん断力をもってＤＬＣ膜と摺動子８の表面の間を動くことができる。Ｚｄｏｌ４０００膜もＤＬＣ膜の表面に固着しているが、Ｚｄｏｌ２０００膜と比較すると小さいせん断力でフレキシブルな特性を表す。また、Ｚｄｏｌ４０００膜は、図７のように部分的にＤＬＣ膜を覆う状態のため、Ｚｄｏｌ２０００膜よりも実際の液体／固体接触面積が小さく、摩擦力Ｆｆの値が小さくなると考えられる。
【００４２】
また、図６に示すように、荷重Ｆｌがゼロの点、すなわち摺動子８が潤滑膜６に接触した瞬間において、いずれの潤滑膜６についても摩擦力Ｆｆが発生している。これは、摺動子８と潤滑膜６の接触点にメニスカス（液架橋）が発生し、摺動子８が潤滑膜６に吸引されるからである。したがって、潤滑膜６の表面には、外部荷重であるＦｌとメニスカス力による荷重との和がトータルの荷重（Ｆｎ）として及ぼされる。上述したように、各潤滑膜６のメニスカス力は約０．２ｍＮであるため、摺動子８を潤滑膜６から０．２ｍＮで引き上げる力を加えたと仮定すると、図６のグラフの破線の部分を得ることができる。図６のＺ０３膜のグラフにおいては、摩擦力Ｆｆは、荷重Ｆｌが−０．２ｍＮの点でゼロとなっている。これに対し、Ｚｄｏｌ２０００膜とＺｄｏｌ４０００膜においては、荷重Ｆｌ＝−０．２ｍＮ付近では、摩擦力がゼロから急激に上昇していると考えられる。これは以下のように説明することができる。
【００４３】
Ｆｆ＝Ｆ０＋μｄ（Ｆｌ＋Ｆａ）＝Ｆ０＋μｄＦｎ
ここで、μｄは動摩擦力係数、Ｆｌは外部からおよぼされる荷重（下に向かう向きを正とする、以下Ｆａ、Ｆｎも同じ）、Ｆａは凝着力による荷重であり、ＦｎはＦｌとＦａの和であり、実際に潤滑膜６に外部から及ぼされる荷重である。Ｆ０は、潤滑膜６の特性に関連する擬似的な動摩擦パラメータである。パラメータＦ０は非極性のＺ０３膜ではゼロであり、極性を有するＺｄｏｌ２０００膜およびＺｄｏｌ４０００膜ではＦａの関数である。
【００４４】
上記のようにＦｆを定義した場合、Ｆｎ＝０では摺動子８と潤滑膜６の接触は起こっていないため、Ｆｆはゼロとなる。その後、Ｆｎがゼロから増加すると、Ｆｆは増加するが、この時、非極性の潤滑膜Ｚ０３と、極性を有する潤滑膜Ｚｄｏｌ２０００膜およびＺｄｏｌ４０００膜では特性が異なる。この状態をモデル化したものを図８に示す。図８は摺動子８と潤滑膜６の接触状態を示す概念図である。図８（ａ）に示す非極性の潤滑膜においては、分子がフラットな組織のため、分子の変形はほとんど起きず、摺動子８と潤滑膜６の間の接触面積は比例して増加し、これにより、摩擦力Ｆｆも比例して増加する。一方、図８に示す極性を有する潤滑膜においては、潤滑膜の分子はＤＬＣ膜に強固に固着しているため、接触状態の初期においては、分子の変形が発生する。これにより、摺動子８と潤滑膜６の接触面積は急激に増加し、摩擦力Ｆｆも急激に増加する。その後、摺動子８と潤滑膜６の接触点の数が増加すると、摩擦力ＦｆはＦｎの増加に従い、比例的に増加する。
【００４５】
したがって、本実施形態の潤滑膜評価装置２を用いることにより、外部荷重が小さい状態から摩擦力を測定することができる。また、複数の種類の潤滑膜について摩擦力を測定し、それぞれの測定結果を比較することにより、潤滑膜６の状態を評価することができる。なお、本発明は、例えば、磁気ディスクの評価装置に限定されるわけではなく、他の記録媒体等のその他の部材、部品等に使用される潤滑膜の評価装置に適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜評価装置２の全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態のピエゾアクチュエータ３６の変位に対する摺動子８の変位を示すグラフである。
【図３】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜６に対する摺動子８の相互の位置関係を示す概念図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜６の厚さに対する凝着力の大きさの変化を示すグラフである。
【図５】本発明に係る第一実施形態の各潤滑膜６における摩擦力の値を示すグラフである。
【図６】本発明に係る第一実施形態の各潤滑膜６における外部荷重に対する摩擦力の変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第一実施形態の各潤滑膜６の状態を説明するための概念図である。
【図８】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜６と摺動子８の接触状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４７】
２ 潤滑膜評価装置
４ ディスク
６ 潤滑膜
８ 摺動子
１０ 装置本体
１１ 板バネ状部材
１２ レーザーセンサ
２０ プローブ
２４ 上方アーム
２６ 下方アーム
２８ ヒンジ部
２９ ベアリング
３０ ボルト
３１ エアシリンダ
３２ マイクロポジショナー
３３ 下方移動規制部材
３６ ピエゾアクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、磁気ディスク等の表面に塗布される潤滑膜の評価を行う装置および評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスク等の記憶媒体の表面には、信頼性および耐久性を確保するために、厚さ１．５ｎｍ〜２ｎｍの潤滑膜が塗布されている。このような潤滑膜の信頼性および耐久性を評価するために、各種の評価装置や評価方法が用いられている。現在までに用いられている方法は、主に、スピンスタンド（Ｓｐｉｎ−ｓｔａｎｄ）を使用して加速寿命試験（重荷重、高速、繰り返し起動停止などを行うもの）を行うことにより、ヘッドと潤滑膜の間の摩擦係数や接触によって起こるＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）、励起される振動などを測定するものであった。これらの方法は以下の特許文献に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−９１４４５号公報
【特許文献２】特開２０００−２８５０６号公報
【特許文献３】特開平５−６０６７９号公報
【０００３】
また、分子潤滑膜の基本的特性を測定する方法としては、汎用のＳＰＭ（走査型プローブ顕微鏡）やＳＦＡ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｏｒｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）などを用いて測定が行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、磁気ディスク等の記憶媒体の記憶密度を高めるために、ディスクとヘッドの間の浮上すきまを微小化することが行われており、最近では、浮上すきまは１０ｎｍに達している。この浮上すきまの微小化に伴い、ヘッドのディスクとの接触に対する浮上すきまのマージンが減少し、ヘッドとディスクの接触の機会が増大することが予想される。このようなヘッドとディスクの接触に際し、ディスクの表面を覆う潤滑膜の特性を精密に評価することが重要な課題となっているが、これまで行われてきた上記特許文献の方法では、潤滑膜の特性を精密に測定することは困難であった。ナノレベルの潤滑膜においては、潤滑膜の走行面とヘッドの一部である摺動子の間に液架橋（メニスカス）が形成され、走行面と摺動子の間に強大なメニスカス力が作用する。従来の評価方法では、摺動子を上方に高精度で引き上げることができなかったため、走行面と摺動子との間の凝着力を測定することが困難であった。また、ＳＰＭやＳＦＡは分子レベルでトライボロジー特定を測定するものであるが、磁気ディスクの実際の使用状態における凝着力を考慮してトライボロジー特性を測定することはできなかった。このように、摺動子を高精度に潤滑膜から引き上げる機構の開発が求められるとともに、実際に装置を使用する際に、ディスク交換等を容易に行なうことができる潤滑膜の評価装置の開発が望まれていた。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、摺動子から潤滑膜に及ぼす荷重を調整する機構と、潤滑膜に摺動子を近づける評価状態と離間させる離間状態を切り替える機構を備えることにより、高精度に潤滑膜の状態を評価することができる評価装置を開発することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、表面に潤滑膜が塗布された平面部材と、前記平面部材の表面と垂直な方向である所定方向に移動し、前記潤滑膜と接触することが可能な摺動子と、前記摺動子の前記所定方向への変位を検出する摺動子変位検出手段と、一端で前記摺動子を支持する板バネ状部材と、前記板バネ状部材の他端を支持するアーム部と、前記アーム部を前記所定方向に移動させるアクチュエータより構成され、前記摺動子と前記潤滑膜の接触状態において、前記摺動子が前記潤滑膜に近づく方向および前記摺動子が前記潤滑膜から離間する方向への荷重を調整する荷重調整手段と、前記荷重調整手段とは別個独立に前記アーム部を前記所定方向に移動させるものであり、前記摺動子を前記潤滑膜に近づけて、前記潤滑膜を評価するセット状態と、前記摺動子が前記潤滑膜から所定量離間する離間状態の２つの状態を切り替えるスイッチング手段と、前記スイッチング手段により前記摺動子がセット状態に配置された状態で、前記摺動子の前記所定方向の位置を調節することにより、前記潤滑膜に対する前記摺動子の位置を調整する位置調整手段とを備えることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成される。上記の構成によれば、摺動子が潤滑膜に近づけられたセット状態において、摺動子の潤滑膜に対する位置が位置調整手段により調整することができるため、潤滑膜に対する摺動子の初期位置を評価毎に同じ位置にすることができる。したがって、平面部材を交換した場合でも、交換前と同じ位置より潤滑膜の評価を行なうことができるため、精度良く、潤滑膜の特性を評価することができる。また、本発明では、潤滑膜に対する摺動子の位置を離間状態に切り替えることができるスイッチング手段を備えるため、容易に平面部材を交換することができる。
【０００７】
なお、平面部材の表面と垂直な方向である所定方向とは、例えば、平面部材の表面が水平面と平行な方向の場合は、所定方向は鉛直方向であり、平面部材の表面が鉛直方向と平行な方向の場合は、水平方向である。また、摺動子変位検出手段は、摺動子の変位を検出することができるものであれば、レーザ式、ＬＥＤ式、超音波式、接触式、渦電流式等の形式のものを用いることができる。また、摺動子が潤滑膜から所定量離間する離間状態とは、当該装置から平面部材を交換する場合や、摺動子の潤滑膜に対する位置（例えば、半径方向位置）を変更する際に、摺動子を潤滑膜からある程度、離間させる状態のことである。
【０００８】
また、本発明は、前記アーム部は上部アーム部と下部アーム部より構成されるものであり、前記下部アーム部は前記アクチュエータに固定され、前記上部アーム部は前記下部アーム部に対して、前記上部アーム部の前記摺動子に近い側の端部付近でベアリング支持されることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、上部アーム部は下部アーム部に対し、ベアリング支持されているので、摺動子の位置を精度良く調整することができる。また、上部アーム部は摺動子に近い側の端部でベアリング支持されるため、上部アーム部の中央付近でベアリング支持されるものに対し、位置調整手段の調整を精度良く行なうことができる。
【０００９】
また、本発明は、前記位置調整手段は、前記下部アーム部に対する前記上部アーム部の位置を調節するものであり、前記位置調整手段は、前記上部アーム部の前記摺動子から遠い側の端部付近に設けられることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、位置調整手段が上部アーム部の摺動子から遠い側の端部付近に設けられるため、ベアリング支持部からの距離を十分とることができ、精度良く摺動子の位置調整を行なうことができる。
【００１０】
また、本発明は、前記位置調整手段は、前記上部アーム部を下方から上方に付勢するエアシリンダと、前記上部アーム部の上方への移動距離を規制するマイクロポジショナーより構成されることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、エアシリンダから上部アーム部を上方に付勢された状態で、摺動子の位置調整を行なうことができるため、摺動子の位置調整を精度良く行なうことができる。また、エアシリンダの付勢力を抜くことで、上部アーム部を下方に移動させることができるため、摺動子をスイッチング手段の離間状態とすることができ、平面部材の交換等が容易となる。
【００１１】
また、本発明は、前記上部アーム部の下方への移動を規制する規制手段が前記下部アーム部に固定されることを特徴とする潤滑膜の評価装置によって構成することもできる。この構成によれば、規制手段が設けられているため、スイッチング手段により摺動子が離間状態とされる際、過度に潤滑膜から離間することが無くなり、装置の故障を防止することができる。また、規制手段が設けられているため、離間状態からエアシリンダによって上部アーム部を移動させる距離を少なくすることができ、速やかに潤滑膜の評価を行なうことができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、上記の構成により、潤滑膜に対する摺動子の位置を、評価毎に同じ位置に初期設定することができるため、評価の精度を向上させることができる。また、スイッチング手段により、潤滑膜の交換等も容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための実施の形態について以下に詳細に説明する。図１は、本発明が適用された第１の実施形態の潤滑膜評価装置２の全体構成を示す図である。なお、図１の潤滑膜評価装置２は、主に外観を図示するが、装置をより詳しく説明するために、潤滑膜評価装置２の一部の部分は内部の構成を示すものとする。
【００１４】
潤滑膜評価装置２は、平面部材であるディスク４と、ディスク４の潤滑膜６表面に摺動子８を押し当て、摺動子８が受ける力を測定する装置本体１０と、摺動子８の変位を測定するレーザーセンサ１２より構成されている。
【００１５】
ディスク４は、円盤状のものであり、ディスク４の磁気記録面は、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）で覆われている。ディスク４のＤＬＣの上には、潤滑膜６がコーディングされている。潤滑膜６の詳細については、後述する。
【００１６】
摺動子８は、グラスボールよりなり、その一部を板バネ状部材１１に固定されている。板バネ状部材１１は、金属製で板状のばね部材であり、摺動子８を図１の垂直方向（ディスク４の潤滑面６に垂直な方向）に付勢するものである。
【００１７】
板バネ状部材１１の一端は摺動子８に固定されており、板バネ状部材１１の他端は、平行ばね１４の下端部１６に固定されている。平行ばね１４は、アルミ棒を放電加工した平行ばねであり、平行ばね１４の上端部が装置本体１０の支持アーム１８に固定されている。また、平行ばね１４は、ディスク４の回転に伴い、摺動子８から板バネ状部材１１が受けた力により変位するが、平行ばね１４の作用により、下端部１６の変位を水平方向への変位とするものである。
【００１８】
平行ばね１４の下端部１６と水平方向にて対向する位置には、プローブ２０が設けられている。プローブ２０は、支持アーム１８より延びる支持体２２に固定され、平行ばね１４の下端部１６と微小な距離（約２〜４μｍ）を隔てた位置に配置される。プローブ２０は、静電容量式の変位センサであり、平行ばね１４の下端部の水平方向への変位を検出することができる。
【００１９】
支持アーム１８は、装置本体１０の上部アーム２４にネジ留めされて固定されている。上部アーム２４の下には下部アーム２６が配置され、上部アーム２４の左端部と下部アーム２６の左端部の間には、ヒンジ部２８が設けられており、上部アーム２４は下部アーム２６に対し、ヒンジ部２８を支点として回動することが可能とされている。ヒンジ部２８は、上部アーム２４とヒンジ部２８の間に設けられるベアリング２９と、下部アーム２６にヒンジ部の下端を固定するボルトより構成される。また、上部アーム２４の右端下方には、エアシリンダ３１が配置され、エアシリンダ３１のピストン部分が上部アーム２４に当接している。エアシリンダ３１のピストンの上下運動により、上部アーム２４および支持アーム１８は、ベアリング２９を支点として、下部アーム２６に対して回動させられる。
【００２０】
上部アーム２４の右端上方には、マイクロポジショナー３２が配置されている。マイクロポジショナー３２は、下部アーム２６に対する上部アーム２４の上方への離間距離を所定値に制限するためのものであり、マイクロポジショナー３２の軸部の最下端は下部アーム２６に固定され、この軸部が上部アーム２４の孔を貫通してマイクロポジショナー３２の頭部にねじ固定される。マイクロポジショナー３２の頭部を回転させることで、１μｍの分解能で、上部アーム２４の垂直方向位置を調整するものである。なお、マイクロポジショナー３２は、スクリューねじで構成される構成としたが、これに限らず、ピエゾ素子より構成されるピエゾアクチュエータで構成しても良い。このように構成すると、精度良く摺動子８の初期位置を設定することができる。また、上部アーム２４と下部アーム２６の間には、下方移動規制部材３３が設けられている。下方移動規制部材３３は、下部アーム２６に固定されるものであり、上方アーム２４の下方への移動を規制するものである。図１に示すように、潤滑膜６の評価状態では、上部アーム２４と下方移動規制部材３３は当接しておらず、隙間が形成されている。一方、潤滑膜６の交換等で、エアシリンダ３１のピストンを下方に移動させた場合は、上方アーム２４は下方移動規制部材３３に当接し、下方への移動を制限される。
【００２１】
下部アーム２８の下には、下部アーム支持体３４が配置されている。下部アーム支持体３４の下には、ピエゾアクチュエータ３６が配置されている。ピエゾアクチュエータ３６については、ピエゾアクチュエータ３６の内部構造を説明するために、内部の部品を図示するものである。ピエゾアクチュエータ３６は、ピエゾ素子３８を備え。ピエゾ素子３８の一端はフレーム部４０の内壁に当接しており、他端はフレーム部の一部であるピエゾ位置固定部４２に当接している。フレーム部４０は、ピエゾ素子３８の体積変化による変位をてこの原理を応用し、拡大して垂直方向変位として出力するものであり、ピエゾ素子３８の変位により、下部アーム２６、上部アーム２４および支持アーム１８を上下方向に移動させ、さらに摺動子８のディスク４の潤滑膜６に対する垂直方向位置を変化させるものである。本実施形態では、ピエゾ素子３８は水平方向では、約２０ｎｍの分解能を有しているが、フレーム部４０により、垂直方向に最大７０μｍの変位を実現することができる。フレーム部４０の鉛直方向（図１の上下方向）への変位は、変位センサ４３により測定することができる。変位センサ４３は、ピエゾ素子３８の拡大された変位を検出するものであり、下部アーム２６の上方に配置され、上方からレーザーを下部アーム２６の一部に照射することにより、下部アーム２６の移動距離を測定するものである。また、ピエゾ位置固定部４２の右方には、ピエゾ位置調整部４４が配置されており、ピエゾ位置調整部４４の頭部を回転させることにより、ピエゾ位置固定部４２の水平方向位置を調整し、ピエゾ素子３８の右端部の位置を調整する。ピエゾアクチュエータ３６の下方には、ピエゾアクチュエータ３６を下方より支持するベース部４６が設けられている。
【００２２】
摺動子８の上方には、レーザーセンサ１２が配置されている。レーザーセンサ１２は、摺動子８の垂直方向位置の変化を測定するものである。レーザーセンサ１２の内部には、摺動子８に対して光を投光する投光部４８と、摺動子８の固定部の板バネ状部材１１に反射した光を受光する受光部５０を備えている。レーザーセンサ１２は、受光部５０の光の強度の変化を検出することで、摺動子８の垂直方向位置の変化を検出することができる。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施形態の作用について説明する。潤滑膜評価装置２は、潤滑膜の評価を行うにあたり、評価対象であるディスク４を図示しない回転モータの上に設置する。ディスク４を設置する前に、エアシリンダ３１のピストンを下方に移動させて、上部アーム２４、支持アーム１８および板バネ状部材１１を上方に移動させる。これにより、摺動子８はディスク４の設置部に対してある程度上方に離間した状態となり、ディスク４の設置を行うことができる。ディスク４の設置を行った後、エアシリンダ３１のピストンを上方に移動させて、上部アーム２４、支持アーム１８および板バネ状部材１１を下方に移動させることにより、摺動子８はディスク４の潤滑膜６に比較的近い位置に配置させる。この状態で、マイクロポジショナー３２を用いて摺動子８の潤滑膜６に対する垂直方向位置の調整を行う。これは、本実施形態の潤滑膜の評価装置では、摺動子８の潤滑膜６に対する垂直方向位置を、常に同じ位置を初期位置として評価を行うためである。摺動子８の垂直方向位置は、レーザーセンサ１２によって検出する。
【００２４】
マイクロポジショナー３２によって、摺動子８が潤滑膜６から所定距離離間した位置になった後、ディスク４をモータにより回転させる。また、ピエゾ素子３８に電圧を印加し、ピエゾ素子３８の体積を徐々に減少させていく。これにより、摺動子８は徐々に潤滑膜６に近づき、その後、潤滑膜６に当接する。摺動子８が潤滑膜６に当接した後もピエゾ素子３８の体積を減少させることにより、より大きな荷重で摺動子８は潤滑膜６を押圧する。この時、ディスク４の回転により摺動子８は水平方向に力を受けるため、摺動子８はディスク４上を水平方向に移動する。摺動子８の水平方向の移動により、平行ばね１４の下端部１６も水平方向に変位するが、下端部１６の水平方向の変位をプローブ２０により検出する。
【００２５】
その後、ピエゾ素子４０の体積を徐々に増加させて摺動子８が潤滑膜６に及ぼす荷重を減少させていき、さらに摺動子８を潤滑膜６から離間させていく。この状態でも、プローブ２０およびレーザーセンサ１２による測定を継続して行う。
【００２６】
したがって、本発明の第１の実施形態においては、摺動子８の鉛直方向への変位をレーザーセンサ１２により検出し、摺動子８の水平方向への変位をプローブ２０で検出するため、摺動子８と潤滑膜６の間のトライボロジー特性を評価することができる。また、本実施形態のピエゾアクチュエータ３６は、潤滑膜６に対して摺動子８を、押し付ける方向（図１の下方）だけでなく、離間させる方向（図１の上方）へ移動させることができるため、潤滑膜６に対する摺動子８の摩擦力に加え、凝着力も測定することができる。また、本実施形態においては、エアシリンダ３１およびヒンジ部２８、ベアリング２９等により、摺動子８を潤滑膜６から大きく上方に引き上げることが可能なため、ディスク４を交換したり、摺動子８のディスク４上の半径方向の位置を変更する際、容易に交換、位置変更を行うことができる。また、マイクロポジショナー３２により上部アーム２４の上下方向の位置を微調整することができるため、摺動子８の潤滑膜６に対する位置を精度良く、測定毎に同じ状態とすることができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、上部アーム２４の左方側端部付近にベアリング２９が設けられ、さらに、上方アーム２４の右方端部付近にマイクロホジショナー３２が設けられており、この構成により上方アーム２４が下方アーム２６に対して回動する構成のため、摺動子８の潤滑膜６に対する初期位置の調整を精度良く行なうことができる。ベアリング２９は下方アーム２６と上方アーム２４の間の支点となるため、マイクロポジショナー３２をできるだけ支点から遠い位置に配置することで、摺動子８の上下方向の位置調整が可能となるためである。また、本実施形態においては、下方移動規制部材３３が設けられているため、ディスク４を交換する際に、摺動子８が過度に上方に移動することを防止することができる。また、ディスク４を交換後、評価を行なう際に、エアシリンダ３１を上方に移動させる距離を少なくすることができ、速やかに潤滑膜６の評価を行なうことができるというメリットもある。
【００２８】
（潤滑膜の凝着力の測定および評価）
次に、本発明の第１の実施形態の潤滑膜評価装置２を用いて行った潤滑膜６の評価結果について説明する。まず、摺動子８を潤滑膜６から離間させる際に発生する凝着力を測定し、測定結果に基づき、潤滑膜の評価を行った。なお、本評価においては、ディスク４の直径を約６．３５ｍｍ（２．５インチ）、ディスク４の回転速度を１ｒｐｍ（２．１ｍｍ／ｓ）、ＤＬＣの厚さは３ｎｍ、表面粗さは、Ｒａ＝０．４５ｎｍとした。また、摺動子８の直径は１．５ｍｍ、表面粗さ（中心線平均粗さ）は、Ｒａ＝０．６ｎｍ、表面粗さの最大高さは、Ｒｍａｘ＝５ｎｍとした。また、板バネ状部材１１の垂直方向のばね定数は、１８．４Ｎ／ｍ、プローブ２０の分解能を２．５ｎｍとした。また、レーザーセンサ１２の測定レンジは±１ｍｍ、分解能は０．１μｍであった。
【００２９】
また、摺動子８の材料はＢＫ７、プローブ２０はＭＴＩ社製ＡＳＰ−１−ＩＬＡ、ピエゾアクチュエータ３６はシグマ光機製ＳＦＳ−６０Ｚ、ピエゾ位置調整部はミツトヨ社製ＬＧＢ２−１０５Ｌ、レーザーセンサ１２はキーエンス製ＬＫ−３１００を用いた。なお、潤滑膜評価装置２は、震動等の外部の影響を受けないチャンバー内に配置し、チャンバー内の温度は２２±２℃、湿度は２０±３％とした。
【００３０】
また、潤滑膜６は以下の３種類を用いた。膜の種類は、ＰＥＰＥ（全フッ素化ポリエーテル：ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｐｏｌｙｅｔｈｅｒ）のＦｏｍｂｌｉｎ ＺのＮｏｎ−Ｐｏｌａｒ Ｚ０３膜（分子量Ｍｗ＝４０００ｇ／ｍｏｌ、Ｆ−ＣＦ２−Ｏ−（ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ）ｐ−（ＣＦ２−Ｏ）ｑ−ＣＦ２−Ｆ、以下Ｚ０３膜と称す）、Ｆｏｍｂｌｉｎ ＺｄｏｌのＰｏｌａｒ Ｚｄｏｌ２０００膜（Ｍｗ＝２０００ｇ／ｍｏｌ、ＯＨ−ＣＨ２−Ｆ−ＣＦ２−Ｏ−（ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ）ｐ−（ＣＦ２−Ｏ）ｑ−ＣＦ２−ＣＨ２−ＯＨ、以下Ｚｄｏｌ２０００膜と称す）、Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚｄｏｌ４０００膜（Ｍｗ＝４０００ｇ／ｍｏｌ、ＯＨ−ＣＨ２−Ｆ−ＣＦ２−Ｏ−（ＣＦ２−ＣＦ２−Ｏ）ｐ−（ＣＦ２−Ｏ）ｑ−ＣＦ２−ＣＨ２−ＯＨ、以下Ｚｄｏｌ４０００膜と称す）の３つである。
【００３１】
まず、潤滑膜６としてＺｄｏｌ２０００膜を用い、摺動子８を潤滑膜６に押し付け、その後離間させた場合の測定結果を図２に示す。図２は、ピエゾアクチュエータ３６の鉛直方向（図１の上下方向）の変位量と摺動子８の変位量の鉛直方向（図１の上下方向）の関係を表すグラフである。この測定においては、摺動子８と潤滑膜６を所定距離離間させた位置から、ピエゾアクチュエータ３６を作動させて摺動子８を潤滑膜６に接触させ、再び摺動子８を潤滑膜６から所定距離離間させた位置まで摺動子８を移動させたものである。図２の横軸は、測定開始時からのピエゾアクチュエータ３６の下方への変位量を示しており、ピエゾ素子３８に電圧を印加し、ピエゾ素子３８の体積変化をフレーム部４０で垂直方向の変位量として拡大されたものを、変位センサ４３を用いて測定したものであり、図１の下方へ支持アーム１８等が移動すると横軸の値は増加する。また、図２の縦軸は、測定開始時からの摺動子８の変位量をレーザーセンサ１２で測定したものであり、図１の下方へ摺動子８が移動すると、縦軸の値は増加する。
【００３２】
図２に示すように、グラフ上のゼロ点からＡ点までは、横軸の値の増加に伴い、縦軸の値もほぼ同じ量増加する。これは、摺動子８が潤滑膜６に接触する前の段階であるため、ピエゾアクチュエータ３６の変位量と摺動子８の変位量が等しくなるからであると考えられる。次に、グラフ上のＡ点からＢ点にかけては、摺動子８の変位量が急に増加している。これは、摺動子８と潤滑面６の間隔が微小な距離となったため、両者の間にメニスカス力が働き、摺動子８が潤滑面６に引き寄せられたためと考えられる。次に、グラフ上の点がＢ点を通過してからは、横軸の値が増加しても縦軸の値はほとんど増加していない。これは、摺動子８が潤滑面６に接触し、摺動子８の下方への移動が制限されているためである。次に、グラフ上の点がＢ点からＣ点に向かう過程においては、横軸の値が減少しても縦軸の値はほとんど減少していないことが分かる。これは、摺動子８と潤滑膜６の間に凝着力が働き、摺動子８の変位を妨げているためである。その後、グラフ上の点がＣ点を通過すると、摺動子８は急激に潤滑膜６から離間し、摺動子８と潤滑膜６の距離はＤ点で振動する。その後、グラフ上の点はＤ点を通過し、原点に戻っていく。
【００３３】
図２のグラフに示す測定結果については、以下のように説明することができる。図３は、測定中における摺動子８と潤滑膜６の相互の位置関係を示す概念図である。図２のグラフの原点からＡ点までは、図３(ａ)のような状態である。図２の横軸の値の増加に従い縦軸の値も増加している。図２のＢ点からＣ点までは、図３（ｂ）の状態である。また、図２のＢ´点からＣ点までは、図３（ｃ）の状態であると考えられる。ピエゾアクチュエータ３６の上方への移動により、板バネ状部材１１は上方に移動させられているが、摺動子８は潤滑膜６の凝着力により上方への移動を妨げられているのである。その後、図２のＣ点からＤ点にかけては、特にＤ点においては、摺動子８は上下に振動しながら、上方に移動させられるのである。上記説明により、図２のＢ´点からＣ点までの距離は、摺動子８と潤滑膜６が凝着した状態でピエゾアクチュエータ３６が上方に移動した距離であり、図２のＢ´点とＣ点の距離と板バネ状部材のばね定数を乗算することにより、摺動子８と潤滑膜６の間の凝着力を演算することができる。なお、Ｂ´点は、グラフ２の横軸（ピエゾアクチュエータ３６の変位量）と縦軸（摺動子８の変位量）が比例する直線を延長して、この延長線と横軸に対して縦軸が一定値となった直線とが交わった点であり、Ｂ´点とＣ点間の距離を用いることにより、精度良く凝着力を演算することができるのである。
【００３４】
次に、上述の演算方法により、３種類の潤滑膜に対して凝着力の測定を行った。潤滑膜６の厚さと、測定結果より演算された潤滑膜６の凝着力の関係を図４に示す。図４は、潤滑膜６として、Ｚ０３膜、Ｚｄｏｌ２０００膜、およびＺｄｏｌ４０００膜の３種類について、３種類の潤滑膜６の厚さをそれぞれ変化させて凝着力を測定した結果を示すグラフである。なお、凝着力の測定に際しては、摺動子８を潤滑膜６に０．５ｍＮの力で押し付け、その状態を５秒間保持し、その後、摺動子８を潤滑膜６から離間させて凝着力を測定した。
【００３５】
図４のグラフに示すように、各潤滑膜とも、潤滑膜６の厚さが増加するにつれて凝着力は低下し、いずれの種類の潤滑膜６においても、潤滑膜６が十分に厚い領域では凝着力はほぼ一定値となった。また、潤滑膜６の厚さが薄い場合（約２ｎｍ付近）では、Ｚｏｌ４０００膜の凝着力が３つの潤滑膜の中で最も大きくなった。このような凝着力の演算結果より、ディスク４上の潤滑膜６の状態を以下のように評価することができる。まず、図４に示すように、凝着力の大きさの変化より、潤滑膜６の厚さが約３ｎｍ以下のＤＬＣ膜の表面力主体の領域と、潤滑膜６の厚さが約５ｎｍ以上のメニスカス力主体の領域に分けて考える。ＤＬＣ膜の表面力主体の領域においては、ＤＬＣ膜の表面力が凝着力として摺動子８に及ぼす力は、ＤＬＣ膜上の潤滑膜６の厚さが大きくなるにつれて小さくなる。これは、潤滑膜６の低表面自由エネルギーが作用し、ＤＬＣ膜の表面力を減少させているためである。Ｚｄｏｌ２０００膜やＺｄｏｌ４０００膜のような極性を有する潤滑膜においては、単層膜の組織はＺｄｏｌ２０００膜で約２ｎｍ、Ｚｄｏｌ４０００膜で約２．８ｎｍで終結する。また、非極性のＺ０３膜においては、ＤＬＣ膜上の分子はフラットな組織を形成しており、潤滑膜６が薄い場合でも、ＤＬＣ膜を十分にカバーすることができる。よって上記の考察より、ディスク４上の潤滑膜６の状態を以下のように評価することができる。
【００３６】
潤滑膜６がＺｄｏｌ２０００膜である場合、単層膜の組織は約２ｎｍであるため、Ｚｄｏｌ２０００膜はＤＬＣ膜上をある程度覆うことができる。これに対し、Ｚｄｏｌ４０００膜は、単層膜の組織が約２．８ｎｍのため、ＤＬＣ膜の表面を十分に覆うことができない。このことは、図４の潤滑膜６が２ｎｍの場合に、Ｚｄｏｌ４０００膜の凝着力がＺｄｏｌ２０００膜の凝着力よりも大きいことと一致している。Ｚ０３膜はＤＬＣ膜上にフラットにフラットに形成されているため、ＤＬＣ膜の表面力を十分に減少させることができる。これについても、図４の潤滑膜６が２ｎｍの場合の凝着力が、他の２つの潤滑膜よりも小さい測定結果と一致している。したがって、本実施形態では、潤滑膜評価装置２を用いて、摺動子８を潤滑膜６から変位させて図４に示す凝着力を測定することにより、ディスク４の表面上の各潤滑膜６の状態を評価することができる。
【００３７】
なお、図４において、各潤滑膜６の凝着力は、潤滑膜６の厚さが約５ｎｍ以上のメニスカス力主体の領域では、約０．２ｍＮに収束している。これについても評価を行った。連続的な液体膜に球体が近接する場合においては、メニスカス力は以下の式より演算することができる。
Ｆｍ＝２πＲγｌ（ｃｏｓθ＋１）
ここで、Ｒは球体（摺動子８）の半径、γｌは液体膜（潤滑膜６）の表面張力、θは球体からの接触角である。各潤滑膜６の表面張力は、実験的に、Ｚｄｏｌ２０００膜は２４ｍＮ／ｍ、Ｚｄｏｌ４０００膜は２２ｍＮ／ｍ、Ｚ０３膜は２３ｍＮ／ｍであり、測定された摺動子８の接触角は約２５°であった。これらの値より、各潤滑膜６のメニスカス力を演算すると、Ｚｄｏｌ２０００膜は０．２１５ｍＮ、Ｚｄｏｌ４０００膜は０．１９７ｍＮ、Ｚ０３膜は０．２０６ｍＮであった。３種類の潤滑膜６のメニスカス力は、いずれも約０．２ｍＮ付近であり、図４の凝着力の測定結果と良く一致していることが分かる。これにより、上述したように、潤滑膜６の厚さが５ｎｍ以上の領域においては、凝着力はメニスカス力が主体となっていると評価することができる。
【００３８】
（潤滑膜の摩擦力の測定および評価）
次に、本発明の第１の実施形態の潤滑膜評価装置２を用いて、潤滑膜６の摩擦力を測定し、評価を行った。なお、潤滑膜の摩擦力の測定においても、「潤滑膜の凝着力の測定および評価」で用いた潤滑膜を用い、評価装置の各部分の寸法等の数値も同じものを用いた。本測定では、各潤滑膜６の厚さは、２ｎｍとした。
【００３９】
摩擦力の測定においては、潤滑膜評価装置２のピエゾアクチュエータ３６を作動させ、潤滑膜６に摺動子８を所定の力で押し付ける。摺動子８を潤滑膜６に押し付ける力である荷重Ｆｌは、摺動子８が潤滑膜６に接触してからのピエゾアクチュエータ３６の下方への変位量を変位センサ４３で検出し、検出された変位量と板バネ状部材１１のばね定数を乗算したものを用いた。また、荷重Ｆｌは、０．１ｍＮら０．９ｍＮまで０．２ｍＮ間隔で変化させ、各荷重において、ディスク４を２回転させて摩擦力Ｆｆを測定した。各潤滑膜６についての摩擦力の測定結果を図５に示す。図５（ａ）はＺｄｏｌ２０００膜、図５（ｂ）はＺｄｏｌ４０００膜、図５（ｃ）はＺ０３膜についての摩擦力Ｆｆの測定結果である。図５によれば、各潤滑膜６においては、いずれの荷重Ｆｌにおいても再現性良く、摩擦力を測定することができたといえる。
【００４０】
次に、荷重Ｆｌの変化に対する各潤滑膜６の摩擦力Ｆｆの変化を図６に示す。図６は、各潤滑膜６において、荷重Ｆｌを変化させて摩擦力Ｆｆを測定し、それぞれの測定を３回繰り返した結果である。図６に示すように、各潤滑膜とも荷重Ｆｌの増加にしたがい直線的に摩擦力Ｆｆが増加している。また、Ｚｄｏｌ２０００膜は、Ｚｄｏｌ４０００膜に比べ、摩擦力Ｆｆの増加の傾きが大きい。Ｚｄｏｌ２０００膜とＺ０３膜の傾きは同じ特性を示し、Ｚｄｏｌ２０００膜はＺｄｏｌ膜よりも摩擦力が大きいことが分かる。
【００４１】
これらの摩擦力Ｆｆの測定結果より、ディスク４上の潤滑膜６の状態を以下のように評価することができる。図７はディスク４上の各潤滑膜６の状態を示す概念図であり、２ｎｍの厚さの各潤滑膜の状態を示している。図７（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｚｄｏｌ２０００膜は、ＤＬＣ膜の表面をほとんどカバーしているのに対し、Ｚｄｏｌ４０００膜はＤＬＣ膜の一部分を覆っている。これは、Ｚｄｏｌ４０００膜の分子鎖がＺｄｏｌ２０００膜の分子鎖よりも長く、Ｚｄｏｌ４０００膜の回転半径が大きくなるためである。また、図７（ｃ）に示すように、Ｚ０３膜はＤＬＣ膜の表面をフラットな状態で覆っている。荷重Ｆｌが比較的小さな領域では、Ｚｄｏｌ２０００膜は、ＤＬＣ膜に強固に固着された分子はせん断力に対抗し、弾性体の固体表面のように振る舞う。一方、Ｚ０３膜は小さなせん断力をもってＤＬＣ膜と摺動子８の表面の間を動くことができる。Ｚｄｏｌ４０００膜もＤＬＣ膜の表面に固着しているが、Ｚｄｏｌ２０００膜と比較すると小さいせん断力でフレキシブルな特性を表す。また、Ｚｄｏｌ４０００膜は、図７のように部分的にＤＬＣ膜を覆う状態のため、Ｚｄｏｌ２０００膜よりも実際の液体／固体接触面積が小さく、摩擦力Ｆｆの値が小さくなると考えられる。
【００４２】
また、図６に示すように、荷重Ｆｌがゼロの点、すなわち摺動子８が潤滑膜６に接触した瞬間において、いずれの潤滑膜６についても摩擦力Ｆｆが発生している。これは、摺動子８と潤滑膜６の接触点にメニスカス（液架橋）が発生し、摺動子８が潤滑膜６に吸引されるからである。したがって、潤滑膜６の表面には、外部荷重であるＦｌとメニスカス力による荷重との和がトータルの荷重（Ｆｎ）として及ぼされる。上述したように、各潤滑膜６のメニスカス力は約０．２ｍＮであるため、摺動子８を潤滑膜６から０．２ｍＮで引き上げる力を加えたと仮定すると、図６のグラフの破線の部分を得ることができる。図６のＺ０３膜のグラフにおいては、摩擦力Ｆｆは、荷重Ｆｌが−０．２ｍＮの点でゼロとなっている。これに対し、Ｚｄｏｌ２０００膜とＺｄｏｌ４０００膜においては、荷重Ｆｌ＝−０．２ｍＮ付近では、摩擦力がゼロから急激に上昇していると考えられる。これは以下のように説明することができる。
【００４３】
Ｆｆ＝Ｆ０＋μｄ（Ｆｌ＋Ｆａ）＝Ｆ０＋μｄＦｎ
ここで、μｄは動摩擦力係数、Ｆｌは外部からおよぼされる荷重（下に向かう向きを正とする、以下Ｆａ、Ｆｎも同じ）、Ｆａは凝着力による荷重であり、ＦｎはＦｌとＦａの和であり、実際に潤滑膜６に外部から及ぼされる荷重である。Ｆ０は、潤滑膜６の特性に関連する擬似的な動摩擦パラメータである。パラメータＦ０は非極性のＺ０３膜ではゼロであり、極性を有するＺｄｏｌ２０００膜およびＺｄｏｌ４０００膜ではＦａの関数である。
【００４４】
上記のようにＦｆを定義した場合、Ｆｎ＝０では摺動子８と潤滑膜６の接触は起こっていないため、Ｆｆはゼロとなる。その後、Ｆｎがゼロから増加すると、Ｆｆは増加するが、この時、非極性の潤滑膜Ｚ０３と、極性を有する潤滑膜Ｚｄｏｌ２０００膜およびＺｄｏｌ４０００膜では特性が異なる。この状態をモデル化したものを図８に示す。図８は摺動子８と潤滑膜６の接触状態を示す概念図である。図８（ａ）に示す非極性の潤滑膜においては、分子がフラットな組織のため、分子の変形はほとんど起きず、摺動子８と潤滑膜６の間の接触面積は比例して増加し、これにより、摩擦力Ｆｆも比例して増加する。一方、図８に示す極性を有する潤滑膜においては、潤滑膜の分子はＤＬＣ膜に強固に固着しているため、接触状態の初期においては、分子の変形が発生する。これにより、摺動子８と潤滑膜６の接触面積は急激に増加し、摩擦力Ｆｆも急激に増加する。その後、摺動子８と潤滑膜６の接触点の数が増加すると、摩擦力ＦｆはＦｎの増加に従い、比例的に増加する。
【００４５】
したがって、本実施形態の潤滑膜評価装置２を用いることにより、外部荷重が小さい状態から摩擦力を測定することができる。また、複数の種類の潤滑膜について摩擦力を測定し、それぞれの測定結果を比較することにより、潤滑膜６の状態を評価することができる。なお、本発明は、例えば、磁気ディスクの評価装置に限定されるわけではなく、他の記録媒体等のその他の部材、部品等に使用される潤滑膜の評価装置に適用することができることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜評価装置２の全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第一実施形態のピエゾアクチュエータ３６の変位に対する摺動子８の変位を示すグラフである。
【図３】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜６に対する摺動子８の相互の位置関係を示す概念図である。
【図４】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜６の厚さに対する凝着力の大きさの変化を示すグラフである。
【図５】本発明に係る第一実施形態の各潤滑膜６における摩擦力の値を示すグラフである。
【図６】本発明に係る第一実施形態の各潤滑膜６における外部荷重に対する摩擦力の変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る第一実施形態の各潤滑膜６の状態を説明するための概念図である。
【図８】本発明に係る第一実施形態の潤滑膜６と摺動子８の接触状態を示す概念図である。
【符号の説明】
【００４７】
２ 潤滑膜評価装置
４ ディスク
６ 潤滑膜
８ 摺動子
１０ 装置本体
１１ 板バネ状部材
１２ レーザーセンサ
２０ プローブ
２４ 上方アーム
２６ 下方アーム
２８ ヒンジ部
２９ ベアリング
３０ ボルト
３１ エアシリンダ
３２ マイクロポジショナー
３３ 下方移動規制部材
３６ ピエゾアクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に潤滑膜が塗布された平面部材と、
前記平面部材の表面と垂直な方向である所定方向に移動し、前記潤滑膜と接触することが可能な摺動子と、
前記摺動子の前記所定方向への変位を検出する摺動子変位検出手段と、
一端で前記摺動子を支持する板バネ状部材と、前記板バネ状部材の他端を支持するアーム部と、前記アーム部を前記所定方向に移動させるアクチュエータより構成され、前記摺動子と前記潤滑膜の接触状態において、前記摺動子が前記潤滑膜に近づく方向および前記摺動子が前記潤滑膜から離間する方向への荷重を調整する荷重調整手段と、
前記荷重調整手段とは別個独立に前記アーム部を前記所定方向に移動させるものであり、前記摺動子を前記潤滑膜に近づけて、前記潤滑膜を評価するセット状態と、前記摺動子が前記潤滑膜から所定量離間する離間状態の２つの状態を切り替えるスイッチング手段と、
前記スイッチング手段により前記摺動子がセット状態に配置された状態で、前記摺動子の前記所定方向の位置を調節することにより、前記潤滑膜に対する前記摺動子の位置を調整する位置調整手段と、
を備えることを特徴とする潤滑膜の評価装置。
【請求項２】
前記アーム部は上部アーム部と下部アーム部より構成されるものであり、前記下部アーム部は前記アクチュエータに固定され、前記上部アーム部は前記下部アーム部に対して、前記上部アーム部の前記摺動子に近い側の端部付近でベアリング支持されることを特徴とする請求項１に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項３】
前記位置調整手段は、前記下部アーム部に対する前記上部アーム部の位置を調節するものであり、前記位置調整手段は、前記上部アーム部の前記摺動子から遠い側の端部付近に設けられることを特徴とする請求項２に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項４】
前記位置調整手段は、前記上部アーム部を下方から上方に付勢するエアシリンダと、前記上部アーム部の上方への移動距離を規制するマイクロポジショナーより構成されることを特徴とする請求項３に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項５】
前記上部アーム部の下方への移動を規制する規制手段が前記下部アーム部に固定されることを特徴とする請求項４に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項１】
表面に潤滑膜が塗布された平面部材と、
前記平面部材の表面と垂直な方向である所定方向に移動し、前記潤滑膜と接触することが可能な摺動子と、
前記摺動子の前記所定方向への変位を検出する摺動子変位検出手段と、
一端で前記摺動子を支持する板バネ状部材と、前記板バネ状部材の他端を支持するアーム部と、前記アーム部を前記所定方向に移動させるアクチュエータより構成され、前記摺動子と前記潤滑膜の接触状態において、前記摺動子が前記潤滑膜に近づく方向および前記摺動子が前記潤滑膜から離間する方向への荷重を調整する荷重調整手段と、
前記荷重調整手段とは別個独立に前記アーム部を前記所定方向に移動させるものであり、前記摺動子を前記潤滑膜に近づけて、前記潤滑膜を評価するセット状態と、前記摺動子が前記潤滑膜から所定量離間する離間状態の２つの状態を切り替えるスイッチング手段と、
前記スイッチング手段により前記摺動子がセット状態に配置された状態で、前記摺動子の前記所定方向の位置を調節することにより、前記潤滑膜に対する前記摺動子の位置を調整する位置調整手段と、
を備えることを特徴とする潤滑膜の評価装置。
【請求項２】
前記アーム部は上部アーム部と下部アーム部より構成されるものであり、前記下部アーム部は前記アクチュエータに固定され、前記上部アーム部は前記下部アーム部に対して、前記上部アーム部の前記摺動子に近い側の端部付近でベアリング支持されることを特徴とする請求項１に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項３】
前記位置調整手段は、前記下部アーム部に対する前記上部アーム部の位置を調節するものであり、前記位置調整手段は、前記上部アーム部の前記摺動子から遠い側の端部付近に設けられることを特徴とする請求項２に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項４】
前記位置調整手段は、前記上部アーム部を下方から上方に付勢するエアシリンダと、前記上部アーム部の上方への移動距離を規制するマイクロポジショナーより構成されることを特徴とする請求項３に記載の潤滑膜の評価装置。
【請求項５】
前記上部アーム部の下方への移動を規制する規制手段が前記下部アーム部に固定されることを特徴とする請求項４に記載の潤滑膜の評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１２８６９３（Ｐ２００８−１２８６９３Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１１０５５（Ｐ２００６−３１１０５５）
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【特許番号】特許第３９７５４５０号（Ｐ３９７５４５０）
【特許公報発行日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 日本機械学会（ＪＳＭＥ）と米国機械学会（ＡＳＭＥ）共催の研究集会 Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２００６（開催日 ：２００６年６月２１〜２３日）に文書をもって発表
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５９８１４１６０４）株式会社交洋製作所 (6)
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【特許番号】特許第３９７５４５０号（Ｐ３９７５４５０）
【特許公報発行日】平成１９年９月１２日（２００７．９．１２）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 日本機械学会（ＪＳＭＥ）と米国機械学会（ＡＳＭＥ）共催の研究集会 Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２００６（開催日 ：２００６年６月２１〜２３日）に文書をもって発表
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５９８１４１６０４）株式会社交洋製作所 (6)
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