図3．llCSSで生じた摩擦損傷の例(S‑28,N=1000)
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︑・１▲戸心
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図3.12低速繰り返しすべりで生じたへツドのスクラヅチと移着の例
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(S‑28相手、N=4500)
−34−
4 ． 結 論
( 1 ) デ ィ ス ク に へ ､ ソ ド が 繰 り 返 し 摩 擦 す る と き に 生 じ る 損 傷 は 、 一 般 的 に は カ ー ボ ン 膜 に 限 ら れ 、 細 長 い か な り 小 さ い も の で 黒 く 観 察 さ れ る 。 繰 り 返 し 摩 擦 で 生 ず る 増 加 や 高 摩 擦 に 直 接 対 応 す る よ う な 損 傷 は 観 ら れ な か っ た が 、 そ れ ら は カ ー ボ ン 膜 に お け る 何 ら か の 変 質 に よ る と 考 え ら れ る 。
(2)TeXtureは、繰り返し摩擦による〃増加を生じやすくするが、潤滑剤はこれ を 抑 制 す る 。
( 3 ) 繰 り 返 し 摩 擦 に よ っ て 、 潤 滑 剤 に よ る 付 着 力 が 著 し く 摩 擦 を 高 く す る こ と が ある。
−35−
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1 ． 緒 言
第 Ⅲ 編 の 実 験 で は ､ 、 フ ェ ラ イ ト ヘ ッ ド を カ ー ボ ン 保 護 膜 を 有 す る 薄 膜 デ ィ ス ク に 、 定 速 す べ り 及 び C S S の 両 方 式 で 繰 り 返 し 摩 擦 し 、 ヘ ッ ド 面 お よ び デ ィ ス ク 面 を 観 察 し た が 、 し ば し ば 、 ヘ ッ ド 面 に ス ク ラ ッ チ が 生 じ た 。 こ の よ う な
損傷を調べるという点では、硬いAI203TiCの薄膜へツドが実験的に都合がよい
ま た 、 薄 腫 へ ツ ド と フ ェ ラ イ ト ヘ ッ ド で は 、 デ ィ ス ク の 耐 久 性 に 差 異 が あ る と 言 わ れ て い る 。 一 方 、 前 編 の 実 験 に お け る ス パ ッ タ デ ィ ス ク 試 料 は 試 作 品 で あ っ た が 、 本 編 で は 実 用 化 さ れ て い る ス パ ッ タ デ ィ ス ク と 同 系 で 、 表 面 状 態 が 種 々 異 な る デ ィ ス ク 試 料 を 入 手 で き た 。 そ こ で 、 こ れ ら の 試 料 と 、 前 編 で も 使 用 し た め っ き デ ィ ス ク 試 料 に 薄 膜 へ ツ ド を 定 速 で 繰 り 返 し す べ ら せ る と き の 摩 擦 と 損 傷 を 調 べ た 。2 ． 試 料 及 び 実 験 方 法
本 実 験 に 使 用 し た 試 料 デ ィ ス ク の 概 略 を 表 4 ． 1 に 示 し た 。 デ ィ ス ク は す べ て カ ー ボ ン ス パ ッ タ 膜 の 保 護 膜 を 有 し 、 潤 滑 剤 や T e X t u r e の 点 で 表 面 状 態 が 種 々 異 な っ て い る 。
試 料 潤滑剤
1．S‑lA 有 2．S‑IB なし
甲
3 S‑lC 有 4．S‑ID なし
5．P‑1A 有 6.P‑IB なし
表 1 磁 気 デ ィ ス ク 試 料 ﾃｸｽﾁｬ 下地層
有
有 Ni‑P
Ca・10"m なし
なし
有 Ni‑P
ca.20"m
有
保護膜
ｶｰﾝ Ca､37nm
ｶｰﾝ ca.40nm
磁性層
Co‑Ni‑P ca.40nm
Co‑P ca.55nm
(Sスパッタディスク,Pめっきディスク）
−37−
試料へツドはIBM3370型の薄膜へツドを使用し、AI203/TiC製の2本のレール を有している。実験装置は、パティテック社のディスク試験機を使用した。ヘ ッド押し付け荷重を9．5gfとし、ディスク回転lOrpm(速度3〜6cm/s)及び50rp m(速度13〜31cm/s)で定速繰り返しすべりを行い、摩擦係数〃と摩擦回数Nの 関係を求めた。実験は主として25±5℃、40±10%RHで行われた。摩擦損傷の
観 察 に は ノ マ ル ス キ ー 型 顕 微 鏡 及 び S E M を 、 ま た 、 表 面 分 析 に は A E S を 使 用 し た 。3 ． 実 験 結 果 及 び 考 察
3 . 1 定 速 繰 り 返 し す べ り に お け る 摩 擦 係 数 〃 の 変 化
図4．1にS‑lC試料の摩擦回数670回における摩擦の記録を示す。トラツクー 周 中 の 数 か 所 で 摩 擦 の 高 い 部 分 が 存 在 す る の が わ か る 。
一 露 四
一 l ■ ■ ■ ■ I ■ ■ ■ ■ − I ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
雪 雲 = 窪 菫 壽 一
一 匡 宝 三 ＝ 竃 ＝
＝=電=＝＝＝＝==＝＝
一 般 に 、 デ ィ ス ク ー 周 中 の 摩 擦 の 変 化 は
摩 擦 回 数 が 多 く な る に つ れ て 大 き く な っ 1.0 た 。 あ る 部 分 で 高 い 摩 擦 が 現 れ る と 、 0.9
その部分での摩擦は摩擦回数が増加する。
につれ、さらに大きくなる傾向があった雲O8
摩擦回数による摩擦係数の変化を簡単に篝O7
表 す た め に 、 図 4 ． 2 〜 4 ． 5 で は 、 一 周 中
￨ 0 . 6
の 摩 擦 の 概 略 平 均 値 を プ ロ ッ ト し 、 摩 擦 の 範 囲 を 棒 線 で 表 し た 。 図 4 ． 2 は ス パ ッ 0.5
タ デ ィ ス ク 試 料 の l O r p 嗣 で の 〃 一 N 曲 線
ツ ナ イ 人 ク 詞 科 u ﾉ 1 u r p 胴 C の 〃 一 N 朏 線 一 周
である。摩擦回数の増加とともに摩擦の図4.,ディスクー周中における摩擦の変化
Sl‑B試料lOrPmN=670 平均値はしだいに増加し、またS‑1B,S‑10
試 料 は あ る 摩 掠 回 数 以 後 ト ラ ッ ク に 局 所 的 な 高 い 摩 擦 が 現 れ て い る の が わ か る 。 一方、S‑1C試料は広範囲の摩擦回数にわたって摩擦は安定していた。図4．2 の(a)と(b),(c)と(d)を比較すると、潤滑剤は摩擦の増加を抑制するのに効
果的であることがわかる。一方、図4．2の(a)と(c),(b)と(d)を比較すると
TeXtureは摩擦の増加を容易にしていることがわかる。図4．3はスパツタデ−38−
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図4.2スパツタディスク試料のlOrpmにおける摩擦係数〃と摩擦回数Nの関係
−39−
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‐
(Q)
S‑1A
Q
■ ‐ ■
(c)
■
S‑1C
p
−−−a−一・一一一一一一今一一一一．−．−÷一→一心→幻
‐
ー
● 0 0
イスク試料の50rpmにおける〃一N曲線である。図4．3からも、潤滑剤は摩擦 の増加を抑制するのに効果的であり、Textureは摩擦の増加を容易にしている こ と が わ か る 。
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(d) S‑1D
ユ
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103
102 10
10
NumberofpossN
図4.3スパッタディスク試料の50rpmにおける摩擦係数〃と摩擦回数Nの関係
−40−
ディスクにTextureがある場合、真実接触部での接触圧力はTextureなしの ディスクより高いかもしれない。そこで、Textureのあるディスクは摩耗粉を 容易に形成し、摩擦の増加が容易に生じると考えられる。図4．2，4．3より、ス パ ッ タ デ ィ ス ク 試 料 の 初 期 の 摩 擦 は 、 デ ィ ス ク の 表 面 状 態 に 関 係 な く 約 0 ． 3 で あ る こ と が わ か る 。 こ の こ と は 、 潤 滑 剤 は 繰 り 返 し 摩 擦 に お い て 摩 擦 の 増 加 を 抑 制 す る の に 有 効 で あ っ て も 、 膜 厚 が 非 常 に 薄 い （ 約 1 6 A ) た め 、 初 期 の 摩 擦 在 減 少 す る こ と が で き な い こ と が わ か る 。 〃 が 0 . 3 の と き 摩 擦 力 は 2 7 ． 9 m N で あ る 。
一 方 、 我 々 の 以 前 の 球 面 す べ り の 研 究 よ り カ ー ボ ン ス パ ッ タ 膜 の せ ん 断 強 さ は 1 4 0 M P a と い う 値 を 得 て い る 。 か く し て へ ツ ド ー デ ィ ス ク の 真 実 接 触 面 積 は 、 摩 擦 の 凝 着 説 よ り 、 2 X 1 0 鮒 と 求 ま り 、 し た が っ て 、 真 実 接 触 部 で の 平 均 圧 力 は 4 6 5 M P a と な る 。 こ の 接 触 圧 力 の 値 は 、 デ ィ ス ク の ど の 材 料 の 硬 さ よ り も 小 さ い の で 、 ヘ ッ ド の 接 触 は 完 全 に 弾 性 的 で あ る と 考 え ら れ る 。 図 4 ． 4 と 図 4 ． 5 は、めっきディスク試料のlOrpm及び50rpm･の〃一N曲線である。これらのデ ィ ス ク で は 、 ス パ ッ タ デ ィ ス ク よ り 少 な い 回 数 で 局 所 的 に 高 い 摩 擦 が 現 れ て い る。しかし、P‑lAとP‑lB試料の〃一N曲線を比較すると、繰り返し摩擦におけ る 摩 擦 に 及 ぼ す 潤 滑 剤 の 影 響 は 、 ス パ ッ タ デ ィ ス ク 試 料 の そ れ と 同 様 で あ る 。