高剛性・高精度摩擦力検出機構の開発

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高密度磁気記録,特にハードディスクの高記録密度化で問題となっている微小な摩擦力をスティック・スリップ現象を抑えつつ10nNの分解能で測定可能な高剛性・高精度な摩擦力試験機を開発した.試作にあたっては,まず本試験機の性能を左右する光ファイバー型非接触変位計について,線形性・感度・分解能と光ファイバーのファイバー径・開口角等の関係を幾何学的に解析し定式化し,またその結果に基づき,試作機に求められる仕様を満足する分解能1nmの光ファイバー型変位計を設計・試作した.本装置では,摩擦力の検出精度を高めるために,13N/mという小さなばね定数を持つ平行板ばねを摩擦力の検出に用いた.これは,摺動子のフレームに対する位置を1nmの分解能を有する自製の光ファイバー変位計で測定し,摩擦状態でも摺動子のフレームに対する相対位置が変化しないように,平行板ばねの根元を駆動する圧電素子を,変位計出力が一定値となるようにフィードバック制御して,摩擦力に相当する反力をばねのたわみによって与えるものである.これにより,摩擦力変動に伴う摺動子位置の変化が抑制されるため,摺動子の見かけの剛性が極めて高くなり,測定箇所に対応した精確な摩擦力の測定が可能となった.試作機では,ステージの移動に伴う摺動子押付方向の試料面の上下動による押付荷重の変動を抑えるために,荷重押付方向にも平行板ばねを設置し,たわみが常に一定になるように,試料高さも圧電素子にてフィードバック制御を行なった.試作機では,吸着力も測定可能であり,吸着力と摩擦力の関係も明らかにすることができる.典型的なハードディスクに対して直径1mmの球状摺動子を用いて摩擦試験を行なった結果,摩擦力は測定位置に明確に対応し,極めて再現性の高い結果が得られた.また,摺動回数の増加に伴って,摩擦力が徐々に減少していくという特異な現象が観察された.この原因については未だ明らかではない.