JP4674395B2

JP4674395B2 - 軸受検査方法

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Publication number: JP4674395B2
Application number: JP2000320311A
Authority: JP
Inventors: 隆行成田; 晴弘常田
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: JP2002131187A

Description

【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。
【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。
【００３７】
本発明の軸受検査方法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、本発明の軸受検査方法を適用した軸受検査装置では、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１４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Ｃ２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ｓ１ｂ、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

Claims

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、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、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、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。
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。
請求項１または２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。
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、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。
請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、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。
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異常接触回転状態にあるか否かを判別し、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。
請求項１ないし６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。
請求項１ないし７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。