JP2002131187A - 軸受検査方法および軸受検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＥ法を採用することなく、精度良く、動圧
軸受の接触回転数等を検査可能な軸受検査装置を提案す
ること。 【解決手段】 軸受検査装置１０は、モータ１の動圧軸
受部分の接触状態および非接触状態を抵抗および容量変
化（インピーダンス変化）に基づき検出している。モー
タベース板２に近接配置した電極１１に交流電圧を印加
すると、電界が発生して、電気力線がディスクハブ５を
介して、近接配置された検出用電極１２、または動圧軸
受部分およびベース板２を介して接地側に流れる。回転
軸４がスリーブ３に対して接触回転している場合には、
動圧軸受部分を経由して接地側に向かう経路が優勢とな
り、検出用電極１２から得られる検出電圧は僅かであ
る。逆に、非接触回転状態では、電極１２から得られる
検出電圧が大きい。かかる検出電圧の波形をオシロスコ
ープ１４により測定することで、接触回転数等を検査で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通常回転状態にお
いて軸要素と軸受要素との間が非接触状態に保持される
動圧軸受等の軸受の検査方法および装置に関するもので
ある。さらに詳しくは、かかる軸受において、回転数の
上昇に伴って双方の要素が非接触状態に切り換わる浮上
回転数、あるいは回転数の減少に伴って双方の要素が接
触状態に切り換わる接触回転数を検出するのに適した軸
受検査方法および装置に関するものである。また、かか
る軸受における異常接触回転状態を検出するのに適した
軸受検査方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】動圧軸受は、軸要素と軸受要素の間にオ
イル、空気等の流体による動圧発生用の溝が形成された
構成となっており、これら軸要素および軸受要素が相対
回転すると、その回転速度の増加に伴って動圧も増加
し、所定回転数（浮上回転数）を超えると、流体膜によ
って軸要素が軸受要素から浮上して非接触回転状態に移
行する。逆に、回転速度が所定回転数（接触回転数）よ
りも低下すると、再び接触回転状態に切り換わる。この
ような動圧軸受は、例えば、ハードディスクドライブ用
モータ等のような高速回転モータの軸受として用いられ
ている。

【０００３】このような浮上回転数あるいは接触回転数
が高い程、モータ起動時あるいは停止時において接触回
転状態がより長く続くことになる。接触回転状態が長い
程、モータ断続駆動時における軸受部分の摩耗量が増加
し、軸受寿命が低下してしまう。また、潤滑油は高温に
なる程、その粘性が低下するので、高温になればなる
程、浮上回転数あるいは接触回転数が高くなり、軸受部
分の摩耗量が著しく低下する危険性がある。従って、常
温での浮上回転数あるいは接触回転数を、モータ定格回
転数に対して十分に低い値となるようにしておく必要が
ある。このため、動圧軸受の浮上回転数あるいは接触回
転数は、重要な特性検査項目の一つとされている。

【０００４】従来における動圧軸受の接触回転数の測定
は一般にＡＥ（ＡｃｏｕｓｔｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎ）法
によって行われている。このＡＥ法とは、金属接触によ
って発生する音響エネルギーを振動センサで検出して電
圧に変換する方法である。かかる検出方法は、例えば、
特開平１０−３０７０８１号公報に開示されている。ま
た、このＡＥ法は、軸受一般の損傷状態や寿命を測定す
るための軸受診断方法としても採用されており、このよ
うな方法は、例えば、特開平８−１５９１５１号公報、
同７−１３４０６３号公報に開示されている。

【０００５】図１１には、ＡＥ法によって、オイル動圧
軸受を備えたモータから得られるＡＥ波形の一例を、モ
ータ回転数の変化状態と共に示してある。ＡＥ波形は、
モータ軸受部分からＡＥセンサによって検出される振動
の強さを電圧に変換して、オシロスコープの画面上で観
察される。また、モータ回転数はタコメータ等による回
転数計測値（タコメータの場合は電圧値）である。

【０００６】モータが定常回転している状態（図の時点
ＡからＢまでの区間）では、モータ駆動電流のスイッチ
ングノイズが圧倒的に優勢であるので、軸受部分で発生
する接触音の検出が困難である。従って、測定は、モー
タ駆動を停止してから、惰性回転が停止するまでの間
（図の時点Ｂから時点Ｄまでの区間）に実施される。

【０００７】駆動を停止した時点Ｂ以後においてはスイ
ッチングノイズが無くなるので、ＡＥセンサは実質的に
軸受部分から発生する振動エネルギのみを検出可能とな
る。駆動停止直後から或る程度回転数が低下するまでの
間（図の時点Ｂから時点Ｃまでの区間）では、軸受部分
は油膜によって浮上した状態が維持されるので、検出さ
れる振動エネルギレベルは非常に低く、したがって、検
出波形の振幅も小さい。

【０００８】しかるに、回転数が低下して時点Ｃを超え
ると、油膜による浮上力がもはや軸受回転部分の重量を
支えきれなくなり、軸受回転部分が非接触回転状態から
接触回転状態に移行する。この結果、接触音が発生する
ので、軸受部分から検出されるＡＥ波形の振幅が増加す
る。この後は、ＡＥ波形の振幅は回転数の低減と共に減
少して、回転が完全に止ると共に零になる（図の時点
Ｄ）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡＥ法
を利用して、動圧軸受の浮上あるいは接触回転数や、一
般的な軸受の異常を検出する方法では次のような問題点
がある。

【００１０】まず、動圧軸受、例えばオイル動圧軸受で
は、金属間（軸要素と軸受要素）が潤滑オイルによって
潤滑されているので、それらが接触している状態での接
触音が極めて微弱であり、検出信号からノイズを完全に
除去することが困難である。このために、精度良く、接
触回転数等を検出することができない。

【００１１】また、ＡＥ法の場合には、接触音検出用の
センサを、直接に軸受部分、あるいは軸受が組み込まれ
ているモータ構成部品に接触させる必要があり、センサ
の接触が不完全であると、接触音の検出精度が低下する
ので、軸受の良品、不良品の判定を適切に行なうことが
できなくなる。

【００１２】さらに、検出感度のばらつきが大きいの
で、検出信号波形に基づく軸受の良否判定が困難であ
る。例えば、軸受が非接触回転状態から接触回転状態に
切り換わると、金属接触音が検出され、検出信号レベル
が増加するが、その検出信号レベルのばらつきが大きい
ので、接触回転に切り換わったことの判別基準となるし
きい値電圧の設定が困難である。この結果、自動検査が
できず、人間の感覚に頼らざるを得ない。これでは、良
品・不良品判定があいまいになってしまう。

【００１３】一方、検査対象の軸受が組み込まれている
モータが駆動中の場合には、駆動電流によるノイズの方
が圧倒的に大きいので、軸受が接触したことを表わす接
触波形を観察することができない（図１１の時点Ａから
時点Ｂまでの区間参照）。従って、従来では、前述した
ように、モータの駆動電流を切り、モータを惰性で回転
させながらそれが停止するまでの間でしか軸受の検査が
できない。このような検査には数十秒から１分程度必要
であるので、大量生産の検査には不向きである。

【００１４】また、ハードディスクドライブ用モータ等
では、その検査において塵等が付着する汚染を防止する
必要があるために、その製造工程ではハードディスクを
搭載できない場合がある。ＡＥ法を採用する場合には、
ハードディスクを搭載してイナーシャを大きくしない
と、軸受の接触エネルギが検出可能なレベルまで増加で
きない。このため、検査出来ない場合もある。

【００１５】本発明の課題は、このような従来の軸受検
査方法の問題点に鑑みて、ＡＥ法を採用することなく、
軸受の回転状態を検出可能な軸受検査方法および軸受検
査装置を提案することにある。

【００１６】また、本発明の課題は、精度良く、軸受の
接触回転数、異常接触回転等を検出可能な軸受検査方法
および軸受検査装置を提案することにある。

【００１７】さらに、本発明の課題は、センサを軸受構
成部品等に直接に接触させることなく軸受の回転状態を
検出可能な軸受検査方法および軸受検査装置を提案する
ことにある。

【００１８】さらにまた、本発明の課題は、ハードディ
スクドライブ用モータに組み込まれている動圧軸受を検
査するのに適した軸受検査方法および軸受検査装置を提
案することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、同軸状態に配置された軸要素および軸
受要素を所定の相対回転数以上では非接触状態に保持可
能な軸受における、前記軸要素と前記軸受要素が接触回
転状態にあるか否かを検査するための軸受検査方法であ
って、前記軸要素および前記軸受要素を相対回転させ、
相対回転状態におけるこれら軸要素および軸受要素間の
インピーダンスを検出し、このインピーダンス変化に基
づき、前記軸要素と前記軸受要素が接触回転状態にある
か否かを判別することを特徴としている。

【００２０】すなわち、軸要素と軸受要素が非接触回転
状態の場合には、それらの間に一定のギャップが形成さ
れていると共にそこに流体の膜が形成されているのであ
るから、それを一定の抵抗および容量として捉えること
ができ、逆に、接触回転状態の場合には、軸要素および
軸受要素は直接に接触しているので、それらの間には実
質的に抵抗および容量が無い状態として捉えることがで
きることに着目し、このような電気的な変化を検出する
ことにより、軸要素および軸受要素の回転状態を検出可
能としているのである。

【００２１】従って、ＡＥ法を採用することなく回転状
態を検出可能である。また、抵抗および容量等のインピ
ーダンス変化を検出しているので、ＡＥ法の場合のよう
に軸受が組み込まれているモータの駆動電流のスイッチ
ングノイズが検出の障害となることもない。さらには、
検出信号レベルを十分なものとすることができ、検出精
度のばらつきも抑制可能であるので、精度のよい回転状
態検出を行なうことが可能になる。

【００２２】インピーダンス変化として、軸受部分の抵
抗変化あるいは静電容量変化、またはそれらの双方の変
化を検出すればよい。

【００２３】ここで、前記軸要素および前記軸受要素の
相対回転数を変化させながら、前記インピーダンス変化
を検出し、検出されたインピーダンス変化に基づき、前
記軸要素および前記軸受要素が接触回転状態から非接触
回転状態に切り換わった時点、あるいは、これらが非接
触回転状態から接触回転状態に切り換わった時点の相対
回転数を検出すればよい。

【００２４】この場合、軸受の浮上回転数の検出に当た
っては、前記相対回転数を零から上昇させながら、前記
軸要素および前記軸受要素が接触状態から非接触状態に
切り換わった時点の前記相対回転数を浮上回転数として
検出すればよい。

【００２５】また、接触回転数の検出に当たっては、前
記相対回転数を定常回転から降下させながら、前記軸要
素および前記軸受要素が非接触状態から接触状態に切り
換わった時点の前記相対回転数を接触回転数として検出
すればよい。

【００２６】次に、本発明の方法では、前記インピーダ
ンス変化に基づき、前記軸要素と前記軸受要素が異常接
触回転状態にあるか否かを判別することができる。

【００２７】この場合、前記相対回転数が一定の場合
に、前記インピーダンス変化が不規則状態で発生すると
きには、前記異常接触回転状態が、前記軸要素および前
記軸受要素の間に異物が混入してランダムに運動してい
ることに起因するものであると判別することができる。

【００２８】また、前記相対回転数が一定の場合に、前
記インピーダンス変化が周期的に発生するときには、前
記異常接触回転状態が、前記軸要素あるいは前記軸受要
素自体に起因するもの、または異物が同期して回転して
いることに起因するものであると判別することができ
る。

【００２９】ここで、本発明の方法では、前記インピー
ダンス変化を、前記軸要素および前記軸受要素に対して
非接触状態で検出することができる。

【００３０】本発明の方法は、前記軸要素および前記軸
受要素の間に流体による動圧発生用の溝が形成されてい
る動圧軸受の検査に用いることができる。

【００３１】また、回転電機におけるロータを、ステー
タに対して回転自在の状態で支持している回転電機の軸
受の検査に用いることができる。

【００３２】一方、本発明は、上記の本発明の方法を具
現化するための軸受検査装置に関するものである。本発
明の軸受検査装置は、相対回転状態における前記軸要素
および軸受要素間の接触および非接触に応じて変化する
インピーダンスを検出するインピーダンス検出回路を有
している。このインピーダンス検出回路は、前記軸要素
および前記軸受要素のうちの一方に電圧を印加する電圧
印加手段と、他方からの出力電圧を検出する出力電圧検
出手段とを備えており、前記出力電圧の変化に基づき、
前記軸要素と前記軸受要素が接触回転状態にあるか否か
を判別可能であることを特徴としている。電圧印加手段
としては、交流電圧を印加する交流電圧印加手段を用い
ることができる。

【００３３】ここで、前記交流電圧印加手段を、前記軸
要素および軸受要素のうちの一方に近接配置した励振用
電極と、この励振用電極に交流電圧を印加する交流電圧
源とを備えた構成とし、前記出力電圧検出手段を、前記
軸要素および前記軸受要素のうちの他方に近接配置した
検出用電極と、この検出用電極に発生する出力電圧を検
出する出力電圧検出器とを備えた構成とすることができ
る。前記励振用電極および検出用電極は、リング型ある
いは筒型とすることができる。

【００３４】この場合、検出感度を高めるためには、前
記インピーダンス検出回路を、前記検出用電極と接地間
にインダクタが直列接続されたＬＣ共振回路とすればよ
い。また、印加する交流電圧の周波数をＬＣ共振周波数
とすればよい。この場合、ＬＣ共振周波数は、事前に、
接触時および非接触時に得られる検出電圧波形をモニタ
しながら、その波形が最大振幅状態となるように周波数
を切り換えることにより得ることができる。

【００３５】単一の電極を用いてインピーダンス検出回
路を構成する場合には、前記交流電圧印加手段を、前記
軸要素および前記軸受要素のうちの一方に近接配置した
励振用電極と、この励振用電極に交流電圧を印加する交
流電圧源と、これらの間に直列接続された抵抗から構成
し、前記出力電圧検出手段を、前記抵抗の両端電圧を検
出する電圧検出器とすればよい。

【００３６】次に、検出された出力電圧波形はオシロス
コープ等に表示されて、目視により確認し、あるいは波
形解析器によって自動解析されるが、このような場合に
は、表示される波形を見やすくするために、あるいは解
析対象の波形を解析容易とするために、ＡＭ復調、位相
差検出、包絡線検波などによって、波形変換あるいは波
形整形を行なう波形変換回路を備えていることが望まし
い。

【００３７】本発明の装置による検査対象の軸受として
は、前記軸要素および前記軸受要素の間に、潤滑流体に
よる動圧発生用の溝が形成された動圧軸受を挙げること
ができる。

【００３８】この場合、当該動圧軸受は、ハードディス
クドライブ用モータにおけるロータをステータに対して
回転自在の状態で支持している軸受として組み込まれて
いるものを検査対象とすることができる。

【００３９】また、この場合において、前記ハードディ
スクドライブ用モータとしては、ベース板と、ハードデ
ィスクが搭載されるディスクハブとを備えており、前記
ベース板には前記軸受要素としてのスリーブが形成さ
れ、前記ディスクハブの中心には前記軸要素としての回
転軸が形成されている構成のものがある。

【００４０】逆に、ベース板に前記軸要素としての支軸
が固定され、前記ディスクハブの中心に前記軸受要素と
してのスリーブが形成された構成のものもある。

【００４１】このようなハードディスクドライブ用モー
タにおいては、前記ベース板あるいは前記ディスクハブ
に近接配置されたモータケースを備えた構成のものが知
られている。この場合には、当該モータケースを、前記
励振用電極あるいは前記検出用電極として用いれば、電
極の一つを配置することを省略できる。

【００４２】また、ハードディスクドライブ用モータに
おいては、前記ベース板にカウンタプレートが配置さ
れ、このカウンタプレートと前記回転軸の一端面との間
に動圧スラスト軸受部分が構成された構成のものが知ら
れている。この場合には、前記カウンタプレートを、前
記ベース板から電気的に絶縁して、前記励振用電極ある
いは前記検出用電極として用いることができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用した軸受検査装置の実施例を説明する。本例の軸
受検査装置は、オイル動圧軸受が組み込まれているハー
ドディスクドライブ用モータの軸受部分を検査するため
のものである。

【００４４】図１は、本例の軸受検出装置を取り付けた
状態のハードディスクドライブ用モータを示す概略構成
図であり、図２はその半断面図である。まず、これらの
図を参照して、本例のハードディスクドライブ用モータ
１の概略構成を説明する。モータ１はベース板２を備
え、このベース板２にはスリーブ３が直立状態で固着さ
れており、このスリーブ３には回転軸４が回転自在の状
態で同軸状に挿入されている。

【００４５】回転軸２の上端部分はスリーブ３から上方
に突き出ており、この上端部分には、下方に開口した略
カップ状のディスクハブ５が同心状態に固着されてい
る。このディスクハブ５の外周部分に、想像線で示すよ
うにハードディスク６が搭載される。また、ディスクハ
ブ５の下端部分の内周面にはリング状のロータ７ａが装
着されており、このロータ７ａに取り囲まれる状態で、
ベース板の側にはステータコアおよびコイルからなるス
テータ７ｂが取り付けられている。

【００４６】ここで、回転軸４の外周面とスリーブ３の
内周面の間には、動圧発生用の溝が形成されていると共
に潤滑油が充填されて、動圧軸受が形成されている。ま
た、回転軸４の下端部にはリング状のスラスト軸受部材
８が固着されており、回転軸下端面４ａおよびスラスト
軸受部材８の下面と、ベース板側に取り付けたカウンタ
プレート９の上面９ａとの間にも動圧スラスト軸受が形
成されている。従って、本例のモータ１では、回転軸４
およびスラスト軸受部材８が軸要素として機能し、スリ
ーブ３およびカウンタプレート９が軸受要素として機能
する。

【００４７】モータ１を駆動して回転軸４を回転させる
と、回転軸４とスリーブ３の間、および回転軸４とカウ
ンタプレート９の間に潤滑油による動圧が発生する。回
転数がある値を超えると、回転軸４がスリーブ３および
カウンタプレート９から浮上して、当該回転軸４が非接
触状態で回転する。回転数が低下して所定の値を下回る
と、再び回転軸４がスリーブ３およびカウンタプレート
９に接触した状態で回転する。このような動圧軸受機構
は公知であるので、その詳細な構造および作用について
は説明を省略する。

【００４８】なお、モータ各部分は次のような素材から
一般的に形成されている。ベース板２はアルミニウム製
であり、スリーブ３は銅あるいはステンレススチール製
であり、回転軸４はステンレススチール製であり、スラ
スト軸受部材８は銅あるいはステンレススチール製であ
り、カウンタプレート９はステンレススチール製であ
る。

【００４９】次に、この構成のハードディスクスドライ
ブ用モータ１の接触回転数等を検査するための軸受検査
装置１０は、モータ１の動圧軸受部分の接触状態および
非接触状態をインピーダンス変化として検出するもので
あり、本例では、抵抗および容量変化に基づき検出して
いる。

【００５０】すなわち、動圧軸受部分に使用されている
潤滑油は、体積抵抗率が１０⁸ないし１０¹⁰Ωｃｍ程度
であり、回転軸４が浮上している状態（非接触回転状
態）での油膜部分の電気抵抗は数Ｍないし数百ＭΩとな
る。また、浮上時には絶縁体としての潤滑油を挟み、回
転軸４とスリーブ３が近接した状態、換言すると金属同
士が近接した状態になるので、数百ｐＦ程度の静電容量
を持つことになる。

【００５１】これに対して、接触回転状態では短絡状態
になり、抵抗値が数ＫΩ以下となるので、抵抗および静
電容量が共に変化する。本例の軸受検査装置１０は、こ
れらの抵抗および容量の変化を非接触状態で検出するこ
とにより、回転軸４が接触回転状態にあるか否か、その
接触回転数、異常回転であるか否かを検査可能となって
いる。

【００５２】まず、図１、２を参照して本例の軸受検査
装置１０の全体構成を説明すると、本例の軸受検査装置
１０は、励振用電極１１と、検出用電極１２と、励振用
電極１１に交流電圧を印加する交流電圧源１３と、検出
用電極１２から検出される検出電圧波形を表示するオシ
ロスコープ１４を有している。励振用電極１１は、モー
タ１のディスクハブ５およびベース板２に近接配置した
リング状の電極であり、当該電極１１とベース板２の間
に交流電圧を印加して電界を発生させるためのものであ
る。この電極１１の内周面は同軸状態でディスクハブ５
の外周面に対峙している。

【００５３】検出用電極１２は同じくリング状の電極で
あり、ディスクハブ５の円形上端面５ａに対して同軸状
態で近接配置されている。この検出用電極１２は直列接
続されたインダクタＬ１を介して接地されている。この
インダクタＬ１に発生する電圧がオシロスコープ１４に
よって表示可能となっている。

【００５４】ここで、図３は、本例の軸受検査装置１０
による検査時においてモータ１との間で構成されている
動圧軸受部分の抵抗・容量変化を検出するためのインピ
ーダンス検出回路構成を示す説明図であり、図４はその
等価回路図である。

【００５５】これらの図に示すように、励振用電極１１
および検出用電極１２を用いて、動圧軸受部分は、抵抗
Ｒ１と、容量Ｃ１と、接触および非接触状態を表わすス
イッチＳＷが並列接続された回路構成と等価であるよう
に構成されている。また、電極１１はベース板１および
ディスクハブ５に近接配置されているので、それらの間
は所定の静電容量を持ったコンデンサＣ５、Ｃ２に置き
換えることができ、同様に、電極１２はディスクハブ５
に近接配置されているので、それらの間は所定の静電容
量を持ったコンデンサＣ４に置き換えることができる。
さらに、電極１１、１２間も同様に所定容量のコンデン
サＣ３に置き換えることができる。この結果、本例の軸
受検査装置１０によるモータ１の検査時においては、図
４に示すような等価回路が構成されることになる。

【００５６】次に、本例の軸受検査装置１０による検査
手順を説明する。まず、電極１１、１２を不図示の治具
によって保持して、図１、２に示すようにベース板２、
ディスクハブ５に対して近接配置する。この状態で、交
流電圧電源１３を駆動して、電極１１およびベース板２
の間に交流電圧を印加する。なお、交流電圧波形として
は正弦波、矩形波、鋸歯状波等の各種の交流電圧波形を
採用することができる。

【００５７】交流電圧印加によって電界が発生し、ディ
スクハブ５に入った電気力線は、当該ディスクハブ５を
経由して、近接配置されている電極１２の側に流れると
共に、動圧軸受部分（ＳＷ、Ｒ１、Ｃ１）およびベース
板２を介して接地側に流れる。電極１２の側に流れた電
気力線成分はインダクタＬ１を介して接地側に流れる。
このインダクタＬ１に発生する電圧が、電極１２による
検出電圧としてオシロスコープ１４によって表示され
る。

【００５８】ここで、インダクタＬ１の電圧をオシロス
コープ１４で測定しながら、交流電圧の周波数を共振点
に合わせるように調整することにより、検出電圧の検出
感度を高めることができる。換言すると、本例のインピ
ーダンス検出回路は、ＬＣ共振回路構成とされている。
なお、このような周波数調整は、モータ１の停止中およ
び回転中のいずれで行なってもよい。また、ＬＣ共振回
路を得るためには、インダクタンスを調整するようにし
てもよい。

【００５９】次に、オシロスコープ１４により検出電圧
波形を監視しながら、モータ１を駆動して定格駆動回転
状態を形成し、次に、モータ１の駆動を止めて惰性回転
させて、その回転を停止させる。図５には、得られた検
出電圧波形Ｓを、モータ回転数（タコメータ出力電圧）
および従来法であるＡＥ法により得られるＡＥ波形と共
に示してある。

【００６０】この波形図を参照して説明すると、モータ
１が定格回転状態では（時点ＡからＢの区間）、動圧軸
受部分に発生する動圧によって回転軸４が浮上した非接
触回転状態になる。この非接触回転状態は、図３（ｂ）
に示すようにスイッチＳＷが開いた場合と等価である。
従って、この状態では、ディスクハブ５に入り込んだ電
気力線の大多数の成分が、検出用電極１２に入り込みイ
ンダクタＬ１を介して接地側に流れる。よって、検出電
圧は大きく、その電圧波形Ｓの振幅が大きい。

【００６１】モータ１の駆動を止めて惰性回転状態の移
行した後も、回転軸４が浮上した非接触回転状態が継続
する間、即ち、スイッチＳＷが開いている間は、同様な
検出出力電圧が得られる（時点Ｂから時点Ｃまでの区
間）。

【００６２】時点Ｃにおいて回転軸４がスリーブ３ある
いはカウンタプレート９に接触して接触回転状態に移行
すると、図３（ａ）に示すようにスイッチＳＷが閉じた
場合と等価になる。この状態では、ディスクハブ５に入
り込んだ電気力線の大多数の成分が、スイッチＳＷおよ
びベース板２を経由して接地側に流れる。この結果、検
出用電極１２による検出電圧が急激に小さくなり、した
がって、その電圧波形Ｓの振幅も大幅に小さくなる。

【００６３】この結果、本例の軸受検査装置１０の場合
には、図５における本例による検出電圧波形Ｓと従来の
ＡＥ波形を比較すると分かるように、回転軸４が非接触
回転状態の間（時点Ｃまでの区間）では検出電圧波形に
殆ど変化がなく、接触状態に移行すると、急激に波形が
小さくなる。これに対して、ＡＥ波形ではモータ駆動を
停止すると出力波形が小さくなり、その後、接触状態に
なるとそれが大きくなる。このように、本例の出力波形
では、接触、非接触に応じて出力が格段に異なるので、
目視によっても、誤りなく、非接触回転状態から接触回
転状態に切り換わる接触回転数を精度良く検出できる。

【００６４】ここで、上記の説明ではモータ停止時に接
触回転数を検出しているが、モータ起動時における動圧
軸受部分の浮上回転数も同様に検出することができる。

【００６５】また、本例の軸受検査装置１０では、モー
タ１に対して非接触状態でその動圧軸受部分の検査を行
なっている。従って、塵等がモータ部品に付着してそこ
を汚染してしまうという弊害を回避できる。

【００６６】勿論、本発明の軸受検査装置では、動圧軸
受部分のインピーダンス変化を検出可能なインピーダン
ス検出回路を備えていればよいので、モータ部品、例え
ばディスクハブ５に接点を接触させる構成を採用するこ
とは可能である。例えば、回転軸１２の上端部分の外周
面に対して、ブラシ状の電極を接触させることにより、
近接配置した電極１２の代わりとすることができる。

【００６７】（インピーダンス検出回路の別の例）上記
の軸受検査装置１０のインピーダンス検出回路では、動
圧軸受部分の抵抗および容量の変化を検出するようにし
ているが、抵抗変化のみ、または静電容量変化のみを検
出するように構成することもできる。さらに、検出用電
極１２を用いずに、励振用電極１１のみによっても検出
できる。

【００６８】図６、図７には、抵抗変化のみに基づき動
圧軸受部分の回転状態を検出するための軸受検査装置に
おける電極配置位置の説明図、および回路構成を示して
ある。まず、図６、図７に示すように、この場合には、
電極としては、交流電圧をディスクハブ５に印加するた
めの励振用電極１１ａのみを備えていればよい。この電
極１１ａは、容量Ｃ２を介してディスクハブ５に近接配
置されている。この電極１１ａと交流電圧源１３との間
には抵抗Ｒ２が直列接続されている。オシロスコープ１
４は、抵抗Ｒ２の両端電圧を検出して表示する。なお、
これらの図において図１ないし図４における各部分と対
応する部位には同一符号を付し、それらの説明を省略す
る。

【００６９】このように構成した場合の等価回路は図７
（ａ）に示す通りであり、回転軸４が接触状態の時は、
図７（ｂ）に示すように、電極１１ａからコンデンサＣ
２を介してディスクハブ５に流れ込んだ電気力線は、そ
の大部分の成分がベース板２を介して接地側に流れるの
で、抵抗Ｒ２には大電流が流れ、その両端電圧が大きな
値となる。逆に、回転軸４が非接触状態では、、図７
（ｃ）に示すように、スイッチＳＷがオフして回路が実
質的に遮断状態になるので、抵抗Ｒ２に流れる電流は少
なく、したがって、検出電圧も極めて小さなものにな
る。

【００７０】図８には、図５における場合と同様な状態
でモータ１を駆動した場合における検出電圧波形Ｓａ
を、モータ回転数曲線および従来のＡＥ波形と共に示し
てある。各時点ＡないしＤの状態は図５における場合と
同様である。検出電圧波形Ｓａは、図５に示す検出電圧
波形Ｓとは逆に、非接触回転状態では小さく、接触回転
状態に切り換わると急激に大きくなる。この場合におい
ても、従来のＡＥ波形よりも正確に接触回転数を検出で
きる。

【００７１】なお、図６ないし８に示すような抵抗変化
のみを検出する構成の場合には、図１ないし５に示す構
成に比べて、回路構成を単純化できるという利点が得ら
れる。また、励振用電極１１のみの場合も構成が非常に
簡単になる。

【００７２】また、上記の説明では、ディスクハブ５の
側に交流電圧を印加するようにしているが、ベース板２
の側に交流電圧を印加するようにしてもよい。また、非
接触タイプの電極の代わりに、検出用端子を接触させて
検出する場合には、交流電圧でなく直流電圧を印加する
ようにしてもよい。

【００７３】さらに、ディスクハブ５にハードディスク
６が搭載された状態での検出は勿論可能であるが、ハー
ドディスクが搭載されると、当該ハードディスクによっ
て、電極１１ａとベース板２の間が確実にシールドされ
るという効果も得られる。

【００７４】（電極構造の変形例）ここで、上記の各例
では、電極１１、１２あるいは電極１１ａをモータ１に
近接配置するようにしているが、電極部材を省略できれ
ば、その分、検査装置の構成、配線構造を単純化できる
ので望ましい。電極部材を省略するための例としては、
図１、２に示す構造のハードディスクドライブ用モータ
１の場合には、そのカウンタプレート９を電極として利
用することが考えられる。

【００７５】この場合には、図９において斜線３０で示
すように、スリーブ３とカウンタプレート９の間を電気
的に絶縁しておき、軸受検査装置の電気接点３１を、カ
ウンタプレート９の裏面９ｂに接触させる構成とすれば
よい。なお、このカウンタプレート９は、上記の各例に
おける励振用電極１１、１１ａとして用いることもでき
るし、検出用電極１２として用いることもできる。

【００７６】（動圧軸受部分の異常回転検出）次に、上
記の説明は、本発明による軸受検査装置により動圧軸受
部分の接触回転数（あるいは浮上回転数）を検出する場
合についてのものである。しかし、本発明による軸受検
査装置では、広く、一般的な異常回転状態の検出を行な
うことも可能である。

【００７７】異常回転状態の典型例としては、動圧軸受
部分に金属粉等の異物が侵入している場合がある。この
場合には、モータ１が定格回転状態にある場合、本来、
回転軸４は非接触状態にあるが、異物のために、不規則
な状態で瞬時的に接触状態に切り換わり、それに対応す
る検出電圧が出力されることになる。図１ないし５を参
照して説明した軸受検出装置１の場合には、図１０に示
すように、定常駆動回転状態（浮上あるいは非接触回転
状態）において、検出電圧波形Ｓに、瞬間的に振幅の小
さな波形部分ｓ１、ｓ２が現れる（図１０における各時
点ＡないしＤ等は図５における場合と同一である）。従
って、このような波形部分を目視により、あるいは、コ
ンパレータ等を含む検出回路によって判別することによ
り、軸受の異物混入による異常回転の有無を検査でき
る。

【００７８】異常回転状態としては、異物混入以外の原
因によるものがある。例えば、回転軸４とスリーブ３の
製造誤差、組み付け誤差等によって偏心回転等が発生す
ると、それらが周期的に瞬間接触する場合がある。この
場合には、定常回転状態において、上記のような波形部
分ｓ１、ｓ２が周期的（規則的）に発生する。従って、
かかる波形部分を確認することによって、異常回転状態
の有無を検査することができる。

【００７９】（検出電圧波形の変換）ここで、このよう
な異常回転状態を表わす波形部分は瞬間的に発生するの
で、検出電圧波形Ｓをそのままオシロスコープに表示し
ても、見落とす可能性が高い。また、前述の接触回転数
の検出の場合においても、モータ回転数が低下して、軸
受の接触回転数に到ると、短時間の断続的な接触から徐
々に接触時間が長くなり、定常的な接触回転状態に移行
する。接触回転数としては最初に現れる瞬時的な接触が
始まる時点のものを採用する必要がある。従って、検出
電圧波形をそのまま用いた場合には、精度良く接触回転
数を検出できないおそれがある。

【００８０】例えば、図１０に示すように、検出電圧波
形Ｓを波形変換して、電圧波形Ｓｂにように振幅の大小
関係を逆転させれば、不定期に発生する波形部分ｓ１
ｂ、ｓ２ｂを見落とすことなく確認できる。また、接触
回転数検出に当たっても、最初の瞬時の接触位置である
波形部分ｓ３ｂを見落とすことなく確認できる。

【００８１】なお、このような視覚認識を容易にする波
形変換方法としては、ＡＭ復調回路、位相差検出回路、
エンベロープ回路等を用いた公知の波形変換、整形方法
を利用することができる。

【００８２】（検査対象の軸受）上記の説明は、本発明
を動圧軸受の検査に適用した例についてであるが、検査
対象の軸受としては、動圧軸受以外の軸受でもよい。例
えば、固体潤滑材等を含む焼結体からなる焼結軸受等の
滑り軸受、転動体が挿入された構成のボールベアリング
等の転がり軸受における異常回転を検査するために用い
ることもできる。さらには、検査対象の動圧軸受として
は、流体としてオイルを使用しているオイル動圧軸受の
他、空気、水等の高抵抗の液体、気体を用いた動圧軸受
も含まれることは勿論である。

【００８３】また、上記の例はハードディスクドライブ
用モータに組み込まれている動圧軸受の検査のために本
発明を適用した例であるが、その他の各種機器の軸受部
分の検査のために本発明を適用することができる。例え
ば、ポリゴンミラーを回転させながら走査を行なう光走
査装置の回転部分、複写装置の感光ドラム等の回転部
分、油循環用のポンプの回転部分等の検査のために本発
明を適用することもできる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の軸受検査
方法および軸受検査装置では、軸受の軸要素と軸受要素
が接触回転する場合と非接触回転する場合に、それらの
間の電気的特性、すなわち、抵抗、容量等のインピーダ
ンスが変化することに着目し、このインピーダンス変化
に基づき、軸受の接触回転数（浮上回転数）や、異常回
転状態を検査するようにしている。

【００８５】従って、本発明によれば、軸受部分から発
生する音響エネルギに基づき検査する場合に比べて、精
度良く、しかも短時間で検査を行なうことができる。

【００８６】また、モータ等の軸受部分を検査する場合
に、モータ駆動電流のスイッチングノイズに影響される
ことなく検査を行なうことができ、モータの駆動状態の
如何に拘らずに検査を行なうことができる。

【００８７】さらには、軸受検査を非接触状態で行なう
ことが可能であるので、ハードディスクドライブ用モー
タの軸受検査等の場合に、検査装置の側の電極をモータ
部品側に接触させることに起因する塵付着等の汚染も防
止できるという利点もある。

【００８８】したがって、本発明によれば、大量生産さ
れる軸受や、軸受を備えた装置の全数検査を行なうのに
適した検査方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した軸受検査装置と、検査対象の
ハードディスクドライブ用モータを示す概略構成図であ
る。

【図２】図１のモータの半断面図であり、軸受検査装置
の電極配置位置を示すものである。

【図３】図１の軸受検査装置のインピーダンス検出回路
を示す説明図であり、（ａ）は軸受が接触回転状態の場
合の回路図であり、（ｂ）は非接触回転状態の回路図で
ある。

【図４】図１の軸受検査装置のインピーダンス検出回路
の等価回路図である。

【図５】図１の軸受検査装置により得られる検出電圧波
形を、モータ回転数および従来法により得られるＡＥ波
形と共に示す信号波形図である。

【図６】図１の軸受検査装置の別の例を説明するための
モータ半断面図である。

【図７】図６の軸受検査装置のインピーダンス検出回路
を示す等価回路、軸受が接触回転状態における回路図、
および軸受が非接触回転状態における回路図である。

【図８】図７のインピーダンス検出回路から得られる検
出電圧波形を、モータ回転数および従来法により得られ
るＡＥ波形と共に示す信号波形図である。

【図９】図１の軸受検査装置における電極配置構成の別
の例を示すモータ半断面図である。

【図１０】異物混入に起因する異常回転時に、図１の軸
受検査装置により得られる検出電圧波形と、その波形変
換後の波形とを、モータ回転数と共に示す信号波形図で
ある。

【図１１】従来のＡＥ法により得られる動圧軸受の検出
電圧波形をモータ回転数と共に示す信号波形図である。

【符号の説明】

１ ハードディスクドライブ用モータ ２ ベース板 ３ スリーブ ４ 回転軸 ５ ディスクハブ ６ ハードディスク ７ａ ロータ ７ｂ ステータ ８ スライド軸受部材 ９ カウンタプレート １０ 軸受検査装置 １１ 励振用電極 １２ 検出用電極 １３ 交流電圧電源 １４ オシロスコープ Ｃ１ 動圧軸受部分の静電容量 Ｒ１ 動圧軸受部分の抵抗 ＳＷ スイッチ Ｒ２ 抵抗 Ｌ１ インダクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G024 AC04 BA11 BA12 BA21 CA18 3J011 AA20 CA02 5H611 AA01 AA05 BB01 PP03 QQ06 QQ07 SS03 TT05 TT06 UA05

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同軸状態に配置された軸要素および軸受
   要素が所定の相対回転数以上において非接触状態に保持
   される軸受において、前記軸要素と前記軸受要素が接触
   回転状態にあるか否かを検査するための軸受検査方法で
   あって、 前記軸要素および前記軸受要素を相対回転させ、 相対回転状態におけるこれら軸要素および軸受要素間の
   インピーダンス変化を検出し、 このインピーダンスが接触回転時と非接触回転時で変化
   することを用いて、前記軸要素と前記軸受要素が接触回
   転状態にあるか否かを判別することを特徴とする軸受検
   査方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記相対回転状態における前記軸要素および軸受要素間
   の抵抗変化あるいは静電容量の変化、またはそれら双方
   の変化を検出することを特徴とする軸受検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記軸要素および前記軸受要素の相対回転数を変化させ
   ながら、前記インピーダンス変化を検出し、 検出されたインピーダンス変化に基づき、前記軸要素お
   よび前記軸受要素が接触回転状態から非接触回転状態に
   切り換わった時点、あるいは、これらが非接触回転状態
   から接触回転状態に切り換わった時点の相対回転数を検
   出することを特徴とする軸受検査方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記相対回転数を零から上昇させながら、前記軸要素お
   よび前記軸受要素が接触状態から非接触状態に切り換わ
   った時点の前記相対回転数を浮上回転数として検出する
   ことを特徴とする軸受検査方法。
5. 【請求項５】 請求項３において、 前記相対回転数を定常回転から降下させながら、前記軸
   要素および前記軸受要素が非接触状態から接触状態に切
   り換わった時点の前記相対回転数を接触回転数として検
   出することを特徴とする軸受検査方法。
6. 【請求項６】 請求項１または２において、 前記インピーダンス変化に基づき、前記軸要素と前記軸
   受要素が異常接触回転状態にあるか否かを判別すること
   を特徴とする軸受検査方法。
7. 【請求項７】 請求項６において、 前記相対回転数が一定の場合に、前記インピーダンス変
   化が不規則状態で発生するときには、前記異常接触回転
   状態が、前記軸要素および前記軸受要素の間に異物が混
   入していることに起因するものであると判別することを
   特徴とする軸受検査方法。
8. 【請求項８】 請求項６において、 前記相対回転数が一定の場合に、前記インピーダンス変
   化が周期的に発生するときには、前記異常接触回転状態
   が、前記軸要素あるいは前記軸受要素自体に起因するも
   のであるか、または異物が軸要素あるいは軸受要素と同
   期して回転しているものであると判別することを特徴と
   する軸受検査方法。
9. 【請求項９】 請求項１ないし８のうちのいずれかの項
   において、 前記インピーダンス変化を、前記軸要素および前記軸受
   要素に対して非接触状態で検出することを特徴とする軸
   受検査方法。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のうちのいずれかの
    項において、 前記軸受は、前記軸要素および前記軸受要素の間に流体
    による動圧発生用の溝が形成されている動圧軸受である
    ことを特徴とする軸受検査方法。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし１０のうちのいずれか
    の項において、 前記軸受は、回転電機におけるロータを、ステータに対
    して回転自在の状態で支持している回転電機の軸受であ
    ることを特徴とする軸受検査方法。
12. 【請求項１２】 同軸状態に配置された軸要素および軸
    受要素が所定の相対 回転数以上において非接触状態に保持される軸受におけ
    る前記軸要素と前記軸受要素が接触回転状態にあるか否
    かを検査するための軸受検査装置であって、 相対回転状態における前記軸要素および軸受要素間の接
    触および非接触に応じて変化するインピーダンスを検出
    するインピーダンス検出回路を有し、 このインピーダンス検出回路は、前記軸要素および前記
    軸受要素のうちの一方に電圧を印加する電圧印加手段
    と、他方からの出力電圧を検出する出力電圧検出手段と
    を備えており、 前記出力電圧の変化に基づき、前記軸要素と前記軸受要
    素が接触回転状態にあるか否かを判別可能であることを
    特徴とする軸受検査装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２において、 前記電圧印加手段は、交流電圧を印加する交流電圧印加
    手段であることを特徴とする軸受検査装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、 前記交流電圧印加手段は、前記軸要素および軸受要素の
    うちの一方に近接配置した励振用電極と、この励振用電
    極に交流電圧を印加する交流電圧源とを備えており、 前記出力電圧検出手段は、前記軸要素および前記軸受要
    素のうちの他方に近接配置した検出用電極と、この検出
    用電極に発生する出力電圧を検出する出力電圧検出器と
    を備えていることを特徴とする軸受検査装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、 前記励磁用電極および前記検出用電極は、リング型ある
    いは筒型であることを特徴とする軸受検査装置。
16. 【請求項１６】 請求項１３において、 前記インピーダンス検出回路は、前記検出用電極と接地
    間にインダクタが直列接続されたＬＣ共振回路であるこ
    とを特徴とする軸受検査装置。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、 前記励振用電極に印加される交流電圧の周波数はＬＣ共
    振周波数であることを特徴とする軸受検査装置。
18. 【請求項１８】 請求項１７において、 前記ＬＣ共振周波数は、事前に、接触時および非接触時
    の出力電圧波形をモニタして当該出力電圧波形が最大振
    幅となるように選択したものであることを特徴とする軸
    受検査装置。
19. 【請求項１９】 請求項１３において、 前記交流電圧印加手段は、前記軸要素および前記軸受要
    素のうちの一方に近接配置した励振用電極と、この励振
    用電極に交流電圧を印加する交流電圧源とを備えてお
    り、 前記出力電圧検出手段は、前記励振用電極と前記交流電
    圧源の間に直列接続された抵抗の両端電圧を検出する電
    圧検出器であることを特徴とする軸受検査装置。
20. 【請求項２０】 請求項１２ないし１９のうちのいずれ
    かの項において、前記出力電圧検出手段は、検出された
    出力電圧波形を変換する波形変換回路を備えていること
    を特徴とする軸受検査装置。
21. 【請求項２１】 請求項１２ないし２０のうちのいずれ
    かの項において、 前記軸受は、前記軸要素および前記軸受要素の間に、流
    体による動圧発生用の溝が形成された動圧軸受であるこ
    とを特徴とする軸受検査装置。
22. 【請求項２２】 請求項２１において、 前記軸受は、ハードディスク用モータにおけるロータを
    ステータに対して回転自在の状態で支持している軸受で
    あることを特徴とする軸受検査装置。
23. 【請求項２３】 請求項２２において、 前記ハードディスク用モータは、ベース板と、ハードデ
    ィスクが搭載されるディスクハブとを備えており、前記
    ベース板には前記軸受要素としてのスリーブが形成さ
    れ、前記ディスクハブの中心には前記軸要素としての回
    転軸が形成されていることを特徴とする軸受検査装置。
24. 【請求項２４】 請求項２２において、 前記ハードディスク用モータは、ベース板と、ハードデ
    ィスクが搭載されるディスクハブとを備えており、前記
    ベース板には前記軸要素としての支軸が固定され、前記
    ディスクハブの中心には前記軸受要素としてのスリーブ
    が形成されていることを特徴とする軸受検査装置。
25. 【請求項２５】 請求項２３または２４において、 前記ハードディスク用モータは前記ベース板あるいは前
    記ディスクハブに近接配置されたモータケースを備えて
    おり、このモータケースを、前記励振用電極あるいは前
    記検出用電極として用いることを特徴とする軸受検査装
    置。
26. 【請求項２６】 請求項２３または２４において、 前記ベース板には、前記回転軸の端面との間で動圧スラ
    スト軸受を構成している軸受要素としてのカウンタプレ
    ートが配置されており、 前記カウンタプレートを、前記ベース板から電気的に絶
    縁して、前記励振用電極あるいは前記検出用電極として
    用いることを特徴とする軸受検査装置。