JPH08233565A - 回転体の径方向振れ測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、径方向の振れを測定する際に、回
転軸方向の振れの影響を無視できるようにして、高精度
な測定を行なうことを目的とする。 【構成】 少なくとも１つのセンサ部２を径方向に設け
た２つの非接触変位センサと、軸方向の厚さが前記変位
センサのセンサ部１、２径と同程度もしくはそれ以下の
回転体３の被測定部とを備え、２つの前記変位センサの
センサ部１、２は、回転軸を含む１平面に配置し、２つ
の前記変位センサ出力の差をとる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディスク等の回転体の
径方向振れ測定に関し、特に、コンピュータの外部記憶
装置に用いられるディスクファイル装置（磁気ディスク
装置、光磁気ディスク装置等）の高密度化において、ス
ピンドルの径方向振れ（ラジアル・ランナウト）の測定
方法及び測定装置に関する。

【０００２】振れ（ＲＯ）には、回転同期振れ（ＲＲ
Ｏ）と回転非同期振れ（ＮＲＲＯ）がある。ディスクフ
ァイル装置では、記録媒体であるディスクの記録密度の
増加に伴いトラックピッチが小さくなる。

【０００３】例えば、１００００ＴＰＩ（トラック／イ
ンチ）では、２．５４μｍ／トラックである。この場
合、ヘッドにより記録・再生を行おうとすると、トラッ
クピッチの±５％程度以内にＮＲＲＯを抑えなければな
らない。したがって、ＮＲＲＯは０．１μｍ以下、測定
精度としては０．０１μｍ程度が必要とされている。

【０００４】

【従来の技術】図６は、従来例の説明図であり、回転デ
ィスク３と変位センサのセンサ部１を示す。

【０００５】従来ディスクファイル装置のスピンドルの
ラジアル・ランナウトを測定する際に、測定対象への影
響がない非接触式の微小変位計が主に使用されている。
非接触式の微小変位計としては静電容量式、渦電流式、
光学式があげられる。

【０００６】渦電流式変位計ではコイルをセンサ部に使
用しているため、小さくするには限界がある。また、測
定対象は金属などの導電体に限られていて、ガラスディ
スクでの測定はできない。

【０００７】光学式変位計のなかで、例えばフォトニク
スセンサ（商標名）はセンサ部の径が小さいため、分解
能の高い測定も可能であるが、このようなセンサは測定
範囲が狭い。また、表面形状の影響を受けやすい。レー
ザー・ドップラー振動計の場合は、基本的に速度計であ
るため、回転体の変位測定ではＤＣドリフトが生じてし
まい測定が困難であった。

【０００８】静電容量式センサの場合、測定範囲は数十
μｍ程度である上、分解能が０．０１μｍオーダ以下で
あるので、ランナウト（ＲＯ）を測定するのによく用い
られている。

【０００９】ただし、静電容量式センサの場合、センサ
部を測定対象に測定範囲内まで接近させる必要がある。
そこで、小型装置の場合、ディスクをスピンドルへ組み
立てた状態でラジアル・ランナウトを測定する際には、
ディスク端面以外での測定は困難であった。

【００１０】通常、回転体の曲面部の変位を測定する場
合、測定対象としては、センサ部の大きさの４倍以上の
厚さが必要とされていた。しかしセンサ部はφ０．５ｍ
ｍ程度のものもあるが、ディスク厚さは厚くても１ｍｍ
前後であった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記のような従来のも
のにおいては、次のような課題があった。静電容量式セ
ンサの場合、測定対象であるディスクの厚さが薄い場
合、ラジアル方向のセンサ出力はアキシアル・ランナウ
トに敏感であるので、ディスク端でラジアル・ランナウ
トを測定する際、必然的にアキシアル振動を誤差として
拾ってしまっていた。

【００１２】また、スピンドルのＮＲＲＯはラジアル方
向よりアキシアル方向の方が大きいため、ラジアル変位
の出力において、アキシアル方向のＮＲＲＯがラジアル
方向のＮＲＲＯにプラスされて、又は突出して観察され
る場合があった。

【００１３】本発明は、このような従来の課題を解決
し、径方向の振れを測定する際に、回転軸方向の振れの
影響を無視できるようにして、高精度な測定を行うこと
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図であり、図１中、１、２はセンサ部、３は回転体（デ
ィスク）、４はスピンドルモータ部、６、７は変位出力
変換器、８は演算回路を示す。

【００１５】本発明は上記の課題を解決するため、次の
ように構成した。少なくとも１つのセンサ部２を径方向
に設けた２つの非接触変位センサと、軸方向の厚さが前
記変位センサのセンサ部１、２径と同程度もしくはそれ
以下の回転体３の被測定部とを備え、２つの前記変位セ
ンサのセンサ部１、２は、回転軸を含む１平面に配置
し、２つの前記変位センサ出力の差をとる。

【００１６】また、少なくとも１つのセンサ部２を径方
向に設けた２つの非接触変位センサと、軸方向の厚さが
前記変位センサのセンサ部１、２径と同程度もしくはそ
れ以下の回転体３の被測定部と、２つの前記変位センサ
出力の演算をする演算回路８とを備え、２つの前記変位
センサのセンサ部１、２は、回転軸を含む１平面に配置
し、前記演算回路８で２つの前記変位センサ出力の差を
とる。

【００１７】さらに、２つの前記変位センサのセンサ部
１、２を、回転軸に対し１８０度の位置で径方向に対抗
させる。また、複数枚のディスク３を１８０度ずれた位
置で径方向に交互に寄せてスピンドルに積層し、２つの
前記変位センサのセンサ部１、２をそれぞれ逆に寄せた
ディスク３に１８０度ずらして配置する。

【００１８】さらに、１つのセンサ部２を径方向に、も
う１つのセンサ部１を回転軸に対し０度もしくは１８０
度の位置で軸方向に配置した２つの非接触変位センサ
と、軸方向の厚さが前記変位センサのセンサ部１、２径
と同程度もしくはそれ以下の回転体３の被測定部と、２
つの前記変位センサ出力の演算をする演算回路８とを備
え、２つの前記変位センサのセンサ部１、２は、回転軸
を含む１平面に配置し、前記演算回路８で、前記軸方向
の変位センサ出力を径方向振れ相当出力に換算した後、
前記径方向の変位センサ出力から前記換算出力を差し引
く。

【００１９】

【作用】前記構成に基づく本発明の作用を説明する。２
つの非接触変位センサの少なくとも１つのセンサ部２を
径方向に設け、回転体３の被測定部の軸方向の厚さが前
記変位センサのセンサ部１、２径と同程度もしくはそれ
以下とし、２つの前記変位センサのセンサ部１、２は、
回転軸を含む１平面に配置し、２つの前記変位センサ出
力の差をとるため、回転軸方向の振れの影響を無視でき
高精度な測定ができる。

【００２０】また、２つの前記変位センサのセンサ部
１、２は、回転軸を含む１平面に配置し、演算回路８で
２つの前記変位センサ出力の差をとるため、回転軸方向
の振れの影響を無視でき高精度な測定ができる。

【００２１】さらに、２つの前記変位センサのセンサ部
１、２を、回転軸に対し１８０度の位置で径方向に対抗
させるため、演算回路８で２つの前記変位センサ出力の
差をとることにより、アキシアル変位の影響を差し引く
ことができる。

【００２２】また、複数枚のディスク３を１８０度ずれ
た位置で径方向に交互に寄せてスピンドルに積層し、２
つの前記変位センサのセンサ部１、２をそれぞれ逆に寄
せたディスク３に１８０度ずらして配置するため、複数
枚のディスクを用いた場合にも、正確な径方向振れの測
定ができる。

【００２３】さらに、もう１つの変位センサのセンサ部
１を回転軸に対し０度もしくは１８０度の位置で軸方向
に配置し、演算回路８で、前記軸方向の変位センサ出力
を径方向振れ相当出力に換算した後、前記径方向に配置
した変位センサ出力から前記換算出力を差し引くため、
前記センサ部１は複数の取り付け場所を選択でき、径方
向振れ測定装置の設計を容易に行うことができる。

【００２４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図２〜図５は、本発明の実施例を示した図であ
り、図２〜図５中、図１、図６と同じものは同じ符号で
示してある。

【００２５】１）スピンドル回転時のディスク変位の説
明 図２はスピンドル回転時のディスク変位の説明図であ
り、図２（ａ）はラジアル方向変位、図２（ｂ）はアキ
シアル方向変位（傾き）、図２（ｃ）はアキシアル方向
変位（平行）、図２（ｄ）はアキシアル＋ラジアル方向
変位（平行）を示す。

【００２６】図２（ａ）のラジアル方向変位は、スピン
ドル回転時にディスクがラジアル方向、例えば図示の実
線から点線の位置に変位するものである。図２（ｂ）の
アキシアル方向変位（傾き）は、スピンドル回転時にデ
ィスク３が、例えば図示の実線から点線の位置に傾く、
傾きモード変位をするものである。

【００２７】図２（ｃ）のアキシアル方向変位（平行）
は、スピンドル回転時にディスク３が、例えば図示の実
線から点線の位置に平行移動する、平行モード変位をす
るものである。

【００２８】図２（ｄ）のアキシアル＋ラジアル方向変
位（平行）は、スピンドル回転時にディスク３が、例え
ば図示の実線から点線のように、斜め方向に平行移動す
る、平行モード変位をするものである。

【００２９】２）変位センサ出力の説明 図３は、グラフによる変位センサ出力の説明図であり、
図３（ａ）は、ラジアル変位出力におけるアキシアル高
さ位置の影響、図３（ｂ）は、ラジアル感度の校正直線
の説明を示す。

【００３０】図３（ａ）においては、静電容量式センサ
のセンサ部をディスク端へラジアル方向変位を測定する
ように設置して、ディスクを停止させた状態で、アキシ
アル方向へセンサ部を移動したときの出力変化を測定し
たものである。センサ部のセンタ位置とディスクの厚さ
のセンタ位置が一致したとき出力が最大となり、その相
対位置が僅かでもずれると出力が低下する。

【００３１】例えば、ディスクとセンサ部との相対位置
が、図３（ａ）の横軸のアキシアル高さ位置「０」であ
るセンサ出力最大位置から２０μｍ動いたとすると、実
際にはラジアル変位が無かったとしてもセンサ出力は低
下して、縦軸のラジアル変位出力のように約−０．１μ
ｍのラジアル変位に相当する出力が観察されることを示
している。

【００３２】このように、ラジアル方向のセンサ出力
は、アキシアル・ランナウトに敏感であるので、ディス
ク端でラジアル・ランナウトを測定する場合、必然的に
アキシアル振動を誤差として拾ってしまう。従って、こ
のアキシアル振動による誤差を除く必要がある。

【００３３】図３（ｂ）においては、静電容量式センサ
のセンサ部の位置をディスク厚さのセンタ位置付近に位
置決めすれば、縦軸であるラジアル変位（μｍ）に対す
る横軸のセンサ出力電圧（Ｖ）は線形となる。この測定
範囲は、測定対象が平面のものの変位に比し、７割程度
になるが問題ない出力結果が得られている。

【００３４】３）ラジアル方向に対するセンサを２つ用
いる場合の説明 図４はラジアル方向に対するセンサを２つ用いる場合の
説明図であり、図４（ａ）はセンサ部を回転軸に対し１
８０度対峙して設置する説明、図４（ｂ）は複数のディ
スクを積層する場合の説明である。

【００３５】ａ）：図４（ａ）において、スピンドルモ
ータ部４に取付けられたディスク３と、該ディスク３端
で回転軸に対し１８０度対峙した位置へラジアル方向に
センサ部１、２を２つ設置する。

【００３６】このセンサ部１、２からの出力は、それぞ
れ変位出力変換器６、７に入力され、変位出力変換器
６、７からそれぞれ変位センサ出力として、演算回路で
あるアキシアル変位除去回路８に入力される。

【００３７】アキシアル変位除去回路８には、差動回路
８１と調整回路８２が設けてあり、差動回路８１で前記
２つの変位センサ出力を差し引き、調整回路８２で半分
の出力に調整して出力するものである。

【００３８】次に上記図４（ａ）の測定動作を説明す
る。センサ部１、２は、スピンドルモータ部４が回転時
に変位センサ出力（変位出力変換器６、７の出力）が最
大となるようにアキシアル方向の位置合わせをし、変位
センサ出力を同時に測定する。この測定で、時間軸の出
力において、図２（ａ）のラジアル方向変位は、例えば
一方の変位センサ出力が増加する（ディスク３がセンサ
部に近ずく）と他方の減少する（ディスク３がセンサ部
から離れる）逆位相の関係となる。

【００３９】また、図２（ｂ）〜図２（ｄ）のアキシア
ル方向変位での傾きモード、及び平行モードによるアキ
シアル変位は、すべて一方の変位センサ出力が減少する
と他方も減少する同位相となる。

【００４０】従って、アキシアル変位除去回路８で、２
つの変位センサ出力を差し引くと、アキシアル変位の影
響をキャンセルすることができる。なお、上記実施例で
は、ディスク端において変位を測定したが、これに限定
されるものではなく、例えば、ディスク３をスピンドル
モータ部４に搭載するハブを被測定部とすることができ
る。

【００４１】ｂ）：図４（ｂ）において、スピンドルモ
ータ部４へ複数のディスク３が、間隔リング５を介して
積層されている。これらのディスク３は、バランスをと
るため１８０度ずれた位置で径方向に交互に寄せる方法
をとる場合がある。

【００４２】この場合、２つの変位センサのセンサ部
１、２は、それぞれ逆に寄せたディスク３に１８０度ず
らして径方向に設置する。このとき、前記図４（ａ）の
実施例で用いた２つの変位センサ出力の差をアキシアル
除去回路８でとることによりラジアルの回転同期振れ
（ＲＲＯ）を差し引くことができ、精度の良い測定が行
える。当然、アキシアル変位の影響をキャンセルする効
果もある。

【００４３】４）アキシアル・ランナウト測定用のセン
サを用いる場合の説明 図５は、アキシアル・ランナウト測定用のセンサを用い
る場合の説明図である。図５において、スピンドルモー
タ部４にディスク３が取付けられており、１つのセンサ
部２をラジアル・ランナウト測定用に設置する。

【００４４】もう１つのセンサ部１をアキシアル・ラン
ナウト測定用に、ラジアル用のセンサ部２と回転軸に対
し１８０度の位置（の位置）に設置する。なお、この
アキシアル用のセンサ部１は、の位置以外に、センサ
部２と回転軸に対し０度（センサ部２と回転軸を結んだ
線上）の位置（又はの位置）もしくは１８０度対峙
した位置（の位置）に設置することができる。

【００４５】センサ部２の出力は、変位出力変換器７に
入力され、変位出力変換器７の出力は、変位センサ出力
として演算回路であるアキシアル変位除去回路８に入力
される。センサ部１の出力は、変位出力変換器６に入力
され、この変位出力変換器６の出力は、変位センサ出力
としてアキシアル変位除去回路８に入力される。

【００４６】アキシアル変位除去回路８には、差動回路
８１、ディスク端でのアキシアル変位演算回路８３、ラ
ジアル変位相当出力演算回路８４が設けてある。差動回
路８１は、変位出力変換器７の出力とラジアル変位相当
出力演算回路８４の出力との差を出力するものである。

【００４７】ディスク端でのアキシアル変位演算回路８
３は、変位出力変換器６の出力からディスク端での変位
を演算（変位出力変換器６の出力×ディスク外径／測定
位置径）するものである。

【００４８】ラジアル変位相当出力演算回路８４は、デ
ィスク端でのアキシアル変位演算回路８３の出力から、
ラジアル変位相当出力に変換する演算を行うものであ
る。次に上記図５の測定動作を説明する。

【００４９】まず、スピンドル回転時に、ラジアル用の
センサ部２は、変位センサ出力（変位出力変換器７の出
力）が最大となるようにアキシアル方向の位置合わせを
する。

【００５０】そして、アキシアル用のセンサ部１は、変
位センサ出力（変位出力変換器６の出力）が０Ｖを中心
となるようにアキシアル方向へ位置合わせをする。例え
ば、図３（ｂ）の横軸の０Ｖ位置を中心とし、＋又は−
に変化するようにアキシアル方向に位置合わせをする。

【００５１】次に、このアキシアルの変位センサ出力
を、ディスク端でのアキシアル変位演算回路８３及びラ
ジアル変位相当出力演算回路８４でラジアル方向変位相
当出力に換算した後、ラジアル方向センサ部２からの変
位センサ出力から、アキシアル方向センサ部１からの変
位センサ出力の換算出力を差し引く。

【００５２】このようにして、時間軸の出力において、
アキシアル方向での傾きモード（図２（ｂ）参照）、平
行モード（図２（ｃ）、図２（ｄ）参照）によるアキシ
アル変位は、ラジアル方向変位相当出力に換算した場合
（図３（ａ）参照）にすべてラジアル方向センサ出力と
同位相となり、２つの変位センサからの出力を差動回路
８１で差し引くとアキシアル変位の影響をキャンセルす
ることができる。

【００５３】なお、ラジアル用の変位センサにおいて、
アキシアル変位の影響は、センサ部１が図５の点線で示
した、の０度の位置では同位相、と点線で示した
の位置では逆位相となり位置により異なる場合があ
る。しかし、ラジアル変位相当出力演算回路８４でラジ
アル変位出力に変換するとすべて同位相となるため、ア
キシアル変位の影響を差し引くことができる。

【００５４】また、上記実施例では、センサ部２は、デ
ィスク端での測定を示したが、これに限定されるもので
はなく、例えば、ディスク３をスピンドルモータ部４に
搭載するハブを被測定部とすることができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。 ：２つの非接触変位センサの少なくとも１つのセンサ
部２を径方向に設け、２つの前記変位センサ出力の差を
とるため、回転軸方向の振れの影響を無視でき高精度な
測定ができる。

【００５６】：２つの変位センサのセンサ部１、２
は、回転軸を含む１平面に配置し、演算回路で２つの前
記変位センサ出力の差をとるため、回転軸方向の振れの
影響を無視でき高精度な測定ができる。

【００５７】：２つの変位センサのセンサ部１、２
を、回転軸に対し１８０度の位置で径方向に対抗させる
ため、演算回路で２つの前記変位センサ出力の差をとる
ことにより、アキシアル変位の影響を容易に差し引くこ
とができる。

【００５８】：複数枚のディスクを１８０度ずれた位
置で径方向に交互に寄せてスピンドルに積層し、２つの
変位センサのセンサ部１、２をそれぞれ逆に寄せたディ
スクに１８０度ずらして配置するため、複数枚のディス
クを用いた場合にも、正確な径方向振れの測定ができ
る。

【００５９】：１つの変位センサのセンサ部１を回転
軸に対し０度もしくは１８０度の位置で軸方向に配置
し、演算回路８で、前記軸方向の変位センサ出力を径方
向振れ相当出力に換算した後、径方向に配置した変位セ
ンサ出力から前記換算出力を差し引くため、前記センサ
部１は複数の取り付け場所の選択ができ、径方向振れ測
定装置の設計を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】実施例におけるスピンドル回転時のディスク変
位説明図である。

【図３】実施例における変位センサ出力の説明図であ
る。

【図４】実施例におけるラジアル方向に対するセンサを
２つ用いる場合の説明図である。

【図５】実施例におけるアキシアル・ランナウト測定用
のセンサを用いる場合の説明図である。

【図６】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１、２ センサ部 ３ 回転体（ディスク） ４ スピンドルモータ部 ６、７ 変位出力変換器 ８ 演算回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのセンサ部を径方向に設
   けた２つの非接触変位センサと、 軸方向の厚さが前記変位センサのセンサ部径と同程度も
   しくはそれ以下の回転体の被測定部とを備え、 ２つの前記変位センサのセンサ部は、回転軸を含む１平
   面に配置し、２つの前記変位センサ出力の差をとること
   を特徴とした回転体の径方向振れ測定方法。
2. 【請求項２】 少なくとも１つのセンサ部を径方向に設
   けた２つの非接触変位センサと、 軸方向の厚さが前記変位センサのセンサ部径と同程度も
   しくはそれ以下の回転体の被測定部と、 ２つの前記変位センサ出力の演算をする演算回路とを備
   え、 ２つの前記変位センサのセンサ部は、回転軸を含む１平
   面に配置し、前記演算回路で２つの前記変位センサ出力
   の差をとることを特徴とした回転体の径方向振れ測定装
   置。
3. 【請求項３】 ２つの前記変位センサのセンサ部を、回
   転軸に対し１８０度の位置で径方向に対抗させることを
   特徴とした請求項２記載の回転体の径方向振れ測定装
   置。
4. 【請求項４】 複数枚のディスクを１８０度ずれた位置
   で径方向に交互に寄せてスピンドルに積層し、２つの前
   記変位センサのセンサ部をそれぞれ逆に寄せたディスク
   に１８０度ずらして配置することを特徴とした請求項２
   記載の回転体の径方向振れ測定装置。
5. 【請求項５】 １つのセンサ部を径方向に、もう１つの
   センサ部を回転軸に対し０度もしくは１８０度の位置で
   軸方向に配置した２つの非接触変位センサと、 軸方向の厚さが前記変位センサのセンサ部径と同程度も
   しくはそれ以下の回転体の被測定部と、 ２つの前記変位センサ出力の演算をする演算回路とを備
   え、 ２つの前記変位センサのセンサ部は、回転軸を含む１平
   面に配置し、前記演算回路で、前記軸方向の変位センサ
   出力を径方向振れ相当出力に換算した後、前記径方向の
   変位センサ出力から前記換算出力を差し引くことを特徴
   とした回転体の径方向振れ測定装置。