JPH11183329A - Life inspecting device and inspecting method for dynamic pressure bearing device - Google Patents

Life inspecting device and inspecting method for dynamic pressure bearing device

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JPH11183329A
JPH11183329A JP9365046A JP36504697A JPH11183329A JP H11183329 A JPH11183329 A JP H11183329A JP 9365046 A JP9365046 A JP 9365046A JP 36504697 A JP36504697 A JP 36504697A JP H11183329 A JPH11183329 A JP H11183329A
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Masamichi Hayakawa
正通 早川
Eikichi Ariga
英吉 有賀
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To predict the life of a dynamic pressure bearing device at the time of shipping. SOLUTION: The contact between rotary members 22, 23 and fixed members 12, 16 in the rotation stop process detected with an acoustic piezoelectric element 3 in response to the fitting level, for example. The fitting level is satisfactorily detected based on the detected result, thereby the device life is predicted.

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、潤滑流体に動圧を
発生させ、その潤滑流体の動圧により固定部材に対して
回転部材を軸支するように構成した動圧軸受装置の寿命
検査装置及び検査方法に関する。 【0002】 【従来の技術】近年、モータ等の各種装置において、特
に高速回転に対応し得るようにオイルやエアー等の潤滑
流体の動圧を利用した動圧軸受装置が種々検討され提案
されている。この動圧軸受装置においては、固定部材側
の動圧面と回転部材側の動圧面とが対向配置されている
ととともに、これら両対向動圧面のうちの少なくとも一
方側に動圧発生用溝が形成されており、上記回転部材と
固定部材との両対向面間に介在された所定のオイルやエ
アー等の潤滑流体が、回転部材の回転時に動圧発生用溝
のポンピング作用により昇圧されて動圧作用が発生し、
当該潤滑流体の動圧によって回転部材が浮上状態に保持
されるようにして回転支持が行われるようになってい
る。 【0003】本件発明者は、このような動圧軸受装置に
おいて、以下述べるように固定部材と回転部材との間に
おける「なじみ」の程度が動圧軸受装置の特性・寿命等
に大きな影響を与えており、装置の信頼性を支配する重
要な因子となっていることを見出した。まず一般的に、
「なじみ」は、高い圧力状態にて摺動接触関係にある部
材どうしが、組立精度や面粗度等の影響によって初期摩
耗し、平滑な接触面状態となって面圧が低下することを
いうが、高硬度部材と低硬度部材との組み合わせでは、
高硬度部材の面粗度が摩耗によって所定の平滑状態とな
るまで面圧は低下しない。 【0004】このような「なじみ」現象を動圧軸受装置
について考察してみると、まず、高速回転時では、固定
部材と回転部材との間に形成される楔形状部分に完全な
油膜が形成されて流体潤滑状態が構築されることとな
り、回転部材が浮上状態に維持される。これに対して、
起動停止時や低速回転時には、上記楔形状部分における
油膜は破れて境界潤滑状態に遷移する。この境界潤滑状
態では、部分的に機械的金属接触を生じることとなるた
め、そこに「なじみ」の影響が発生する。完全な油膜形
成が行われる否かは、上述した楔形状を構成する軸と軸
受部材との組立て精度や、動圧面の面粗度が重要な因子
となるから、これらを如何に設定するかで、動圧軸受装
置における「なじみ」の良否が決定されることとなる。 【0005】そして、その「なじみ」の過程で生じる動
圧面の摩耗によって、動圧発生用溝の溝深さが減じ、ま
た、摩耗粉等によって潤滑流体の劣化や損傷等が進むこ
とに着目すれば、回転部材と固定部材との間における
「なじみ」の程度を検査することによって装置の寿命を
予測することができることとなる。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように動圧軸受装置では、固定部材に対して回転部材
が浮上した状態に回転保持されるため、定常回転の状態
では「なじみ」の程度にかかわらず軸受特性に大きな変
化はない。従って、一般に行われている定常回転状態に
おける各種検査方法及び装置では、「なじみ」の程度を
検出しようとしても明瞭な検出結果は得ることができ
ず、装置の出荷時において寿命を把握することができな
いために、使用後の信頼性を損なう場合がある。 【0007】そこで本発明は、「なじみ」の程度を容易
かつ良好に行なうことができるようにした動圧軸受装置
の寿命検査及び検査方法を提供することを目的とする。 【0008】 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための手段を説明するにあたって、まず、一般の滑り
軸受に対する動圧軸受装置における「なじみ」の特異性
を述べる。一般の滑り軸受では、使用回転領域での諸特
性を安定させるために「なじみ」は不可欠な過程であ
り、「なじみ」の進行によって軸受駆動力が明らかに低
減するとともに、他の特性も目に見えて改善されること
が多い。 【0009】これに対して、動圧軸受装置では、上述し
たように、定常回転域において完全な流体潤滑状態とな
って回転部材が浮上していることからすれば、「なじ
み」の影響は軽微であって軸受特性及び寿命とは無関係
であるように思われる。しかしながら、以下のような動
圧軸受装置特有のデリケートさの観点から、「なじみ」
の程度は動圧軸受装置の寿命・信頼性に大きな影響を与
えている。 【0010】(1) 油量の観点 コンピュータの周辺機器として用いられるハードディス
ク駆動装置(HDD)や、レーザプリンタ(LBP)の
書込装置等におけるモータの軸受装置に動圧軸受装置を
採用した場合には、動圧軸受装置からの油漏れによって
汚染を生じると致命的な問題となってしまう。そのた
め、軸受油の飛散を生じさせないように、毛細管力等を
利用して確実に保油機能を持たせる設計がなされている
が、その場合には、動圧軸受装置内に保持し得る油量が
極めて少なくなり、摩耗粉が僅かでも発生して混入すれ
ば、スラッジが生成されることとなって潤滑流体の物性
が低下し、故障の原因となることがある。一般の滑り軸
受では当たり前に起こっている「なじみ」が、動圧軸受
装置では特に重要視しなければならない最大の理由がこ
こにある。 【0011】(2) 動圧発生用溝の深さの観点 動圧軸受装置では、へリングボーンなどの形状を有する
動圧発生用溝が、例えば数μmの深さで形成されてい
る。この動圧発生用溝は、加工容易性の観点からすれば
軟らかい材質の部材側に形成するのが普通であるが、軟
らかい材質は、「なじみ」による摩耗が進行し易いた
め、動圧発生用溝の加圧作用の機能低下を考慮しなけれ
ばならない。「なじみ」の進行は、硬い側の部材の面が
平滑化されて面粗度が改善され、面圧が低下するまで継
続することとなるが、動圧発生用溝を形成した部材に大
きな摩耗を生じると、それに伴って動圧発生用溝の特性
が低下することとなる。つまり、一般の滑り軸受では問
題にならない数μmの初期摩耗が、動圧軸受装置では致
命傷となることもある。 【0012】(3) 軸受部材の材質及び使用環境温度
の観点 動圧軸受装置には、加工精度を得やすい軸受材料とし
て、リン青銅などの銅合金が一般に採用されているが、
このような銅合金は、ステンレス鋼(SUS)等と異な
り、摩耗率が温度によって大きく左右される。すなわ
ち、動圧軸受装置は、本来高速回転用として開発されて
いるために、粘性ロス等による発熱が大きい上、周辺に
配置される集積IC(CPU)などの部品からの発熱に
よって、高温の環境下に曝されることが多い。例えば、
ハードディスク駆動装置(HDD)では、70度Cのス
ペックが設定されることがあり、それに自己の発熱温度
を加えて考えると、動圧軸受装置の使用環境としては極
めて高温な状態を想定する必要がある。 【0013】一方、図2に示されているように、上述し
た動圧軸受装置に用いられているリン青銅(C519
1)は、ステンレス鋼(SUS430F)等に比して、
横軸の温度が70度C以上となったときに、縦軸の摩耗
率(μm)が急激に増大する傾向がある。そのため、上
述したような高温環境下においては、潤滑流体や動圧発
生用溝に対してしばしば損傷を与えることがある。リン
青銅の摩耗率が急増する原因は定かではないが、銅表面
に化学的に吸着している潤滑流体のオイル成分の熱的性
質が関わっていることが推定されており、銅系金属に共
通する性質と思われる。このように、軸受部材の材質と
高温環境との関係からも、動圧軸受装置における所謂
「なじみ」負荷を軽減しなければならないことが解る。 【0014】以上のように動圧軸受装置では、「なじ
み」負荷を軽減することが極めて重要であり、一方、そ
の「なじみ」の程度を正確に把握することによって、動
圧軸受装置の寿命を推定することができる。 【0015】そこで、請求項1記載の発明では、固定部
材に対して回転部材を回転可能に支持する動圧軸受部に
画成されている軸受空間内に所定の潤滑流体を有してい
るとともに、上記動圧軸受部を構成する固定部材及び回
転部材の対向動圧面の少なくとも一方側に、前記軸受空
間内に充填された潤滑流体に動圧を発生させる動圧発生
用溝が設けられ、当該動圧発生用溝による動圧作用に基
いて上記回転部材を固定部材に対して浮上状態に支承す
る動圧軸受装置の寿命検査装置において、上記回転部材
の回転が自然停止する過程で、動圧の低下により回転部
材が固定部材に接触してから停止するまでの間における
回転部材と固定部材との接触の程度を検出して、両部材
どうしの「なじみ」の程度を測定する検出手段を備えて
いる。 【0016】また、請求項2記載の発明では、上記請求
項1記載の検出手段が、回転部材と固定部材との接触で
生じる音響エネルギを検知し、両部材どうしの接触の強
さを測定する音響圧電素子からなる。 【0017】さらに、請求項3記載の発明では、固定部
材に対して回転部材を回転可能に支持する動圧軸受部に
画成されている軸受空間内に所定の潤滑流体を有してい
るとともに、上記動圧軸受部を構成する固定部材及び回
転部材の対向動圧面の少なくとも一方側に、前記軸受空
間内に充填された潤滑流体に動圧を発生させる動圧発生
用溝が設けられ、当該動圧発生用溝による動圧作用に基
いて上記回転部材を固定部材に対して浮上状態に支承す
る動圧軸受装置の寿命検査方法において、 上記回転部
材の回転を停止する過程で、動圧の低下により回転部材
が固定部材に接触してから停止するまでの間における回
転部材と固定部材との接触の程度を検出して、両部材ど
うしの「なじみ」の程度を測定し、その結果に基づいて
装置寿命を予測するようにしている。 【0018】さらにまた、請求4項記載の発明では、上
記請求項3記載の回転部材と固定部材との接触の程度の
検出を、回転部材と固定部材との接触で生じる音響エネ
ルギを検知する音響圧電素子を用いて行なうものであっ
て、当該音響圧電素子によって回転部材と固定部材との
接触の強さを測定するようにしている。 【0019】一方、請求項5記載の発明では、上記請求
項4記載の音響圧電素子により測定した回転部材と固定
部材との接触強さの最大値と、その最大接触強さを生じ
る回転数と、接触を開始する回転数と基いて、「なじ
み」の程度を求めるようにしている。 【0020】このような請求項1又は3記載の手段によ
れば、「なじみ」の程度に対応して変動する回転停止過
程における回転部材と固定部材との接触状態が検出され
るため、その検出結果に基づいて「なじみ」の程度が良
好に検出されることとなり、装置の寿命予測が可能とな
る。 【0021】また、請求項2又は4記載の手段によれ
ば、音響圧電素子によって「なじみ」の程度が簡易かつ
確実に検出されるようになっている。 【0022】さらに、請求項5記載の手段によれば、得
られた各データに基いて、回転部材と固定部材との「な
じみ」の程度が、良好に求められるようになっている。 【0023】 【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる動圧軸受装
置を、いわゆる両端軸固定型のHDDスピンドルモータ
に適用した実施形態について図面により詳細に説明す
る。まず、図1に示されたHDDスピンドルモータの全
体構造を説明すると、このHDDスピンドルモータは、
固定部材としてのステータ組1と、このステータ組1に
対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロ
ータ組2とから構成されている。このうちステータ組1
は、図示省略した固定基台側にネジ止めされるフレーム
11を有しているとともに、このフレーム11の略中央
部分に立設された固定軸12が、図示上方に向かって延
在している。この固定軸12の先端部(図示上端部)
は、図示を省略した固定基台に対して螺子止めされる。 【0024】また、上記フレーム11の底部には、回転
部材と固定部材との接触の程度を検出する検出手段とし
て、音響圧電素子(AE;アコースティックエミッショ
ン)3が取り付けられている。この音響圧電素子3は、
回転部材と固定部材との接触で生じる音響エネルギを検
知するように取り付けられており、当該音響圧電素子3
で得られた検出信号は、図示を省略したプリアンプ及び
ディスクリミネータを通して、ディジタルオシロ4に記
録されるように構成されている。このディジタルオシロ
4に記録された検出信の一例が図2に示されているが、
詳細に付いては後述する。 【0025】さらに、上記フレーム11の上面部略中央
部分には、中空円筒状の支持ホルダー13を有してお
り、この支持ホルダー13の外周にステータコア14が
嵌着されており、当該ステータコア14の突極部に対し
て巻線15が巻回されている。 【0026】一方、上記ロータ組2では、図示を省略し
た所定の記録媒体を支持するためのハブ21が、軸受基
体22の外周側に固着されている。上記ハブ21は、磁
気ディスク等の磁気記録媒体を外周部に装着する略円筒
形状の胴部21aを有しているとともに、この胴部21
aの内周側に、バックヨーク21bを介して駆動マグネ
ット21cが環状に装着されている。この駆動マグネッ
ト21cは、前述したステータコア14の外周端面に対
して環状に対向するように近接配置されている。 【0027】また、上記軸受基体22の中心側部分に設
けられた中心穴には、軸受部材としての軸受スリーブ2
3が固着されている。この軸受スリーブ23の内周壁部
には、一組の軸受突部23a,23bが軸方向に所定間
隔離して形成されており、これらの各軸受突部23a,
23bが、上記固定軸12の外周面に近接するようにし
て対向配置されている。そして、これらの各軸受突部2
3a,23bの内周面に設けられた動圧面と、上記固定
軸12の外周面に形成された動圧面とにより、隣接した
一組のラジアル動圧軸受部RBa,RBbが、軸方向に
並列するように形成されている。そして、これら一組の
ラジアル動圧軸受部RBa,RBbによって、上記ハブ
21が固定軸12に対してラジアル方向に回転自在とな
るように支承されている。 【0028】すなわち、上記各ラジアル動圧軸受部RB
a,RBbにおいては、軸受スリーブ23側の動圧面と
固定軸12側の動圧面とが、数μmの狭小隙間を介して
周状に対面配置されており、その軸方向に所定間隔離し
て一組の狭小隙間からなる軸受空間が連続するように形
成されており、それらの両軸受空間内に、オイルや磁性
流体等からなる所定の潤滑流体が連続するようにして充
填されている。 【0029】また、少なくとも上記軸受スリーブ23側
の動圧面には、図示を省略したヘリンボーン形状をなす
一対のラジアル動圧発生用溝が各々環状に並列するよう
に凹設されており、前記ハブ21の回転時に、これら両
ラジアル動圧発生用溝のポンピング作用により潤滑流体
が昇圧されて動圧が生じ、この潤滑流体に生じさせられ
た動圧によって、ハブ21がラジアル方向に軸支持され
るように構成されている。 【0030】このとき、本実施形態における固定軸12
は、高い硬度を有する部材、例えばステンレス鋼(SU
S430F)のようなクロムを含有する合金鋼である鉄
鋼材料から形成されている。この高硬度部材としての固
定軸12の動圧面における面粗度は、面粗度Rp(中心
線山高さ)に関して、0.5μm以下の平均値を備える
ように形成されており、次に述べるような低硬度部材か
らなる軸受スリーブ23に対する摩耗を極力防止し、
「なじみ」作用が完了した状態に極力近づけた状態に構
成されている。 【0031】これに対して、前記軸受スリーブ23は、
上記固定軸12より低い硬度を有する材料、例えば、C
u(銅)、Cu−Al系合金(アルミニウム青銅等)、
Cu−Sn合金(青銅)、Cu−Sn−P系合金(りん
青銅等)、Cu−Si−Sn系合金(珪素青銅系)、C
u−Ni−Zn(洋白等)、Cu−Ni−Fe系合金
(白銅等)、Cu−Be系合金(ベリリウム銅等)、C
u−Zn系合金(青銅等)などの銅又は銅系合金銅系が
採用されており、この低硬度部材からなる軸受スリーブ
23に対して、上述したラジアル動圧発生用溝が容易に
加工形成されている。 【0032】また、この低硬度部材からなる軸受スリー
ブ23における動圧面の面粗度は、面粗度Rp(中心線
山高さ)に関して、上述した高硬度材からなる固定軸1
2の面粗度(0.5μm)よりも2倍以上(1μm)に
大きく設定されており、高硬度材からなる固定軸12に
よる摩耗が多少進んでも、動圧発生用溝の溝深さが所定
量以上に維持されるように構成されている。 【0033】一方、本実施形態における上記潤滑流体と
しては、当該潤滑流体の寿命と良好な軸受特性とを両立
し得るように、トリメチロールプロパン(TMP)また
はペンタエリスリトール(PE)と、炭素数5〜18の
直鎖または分岐脂肪酸とをエステル化した構造のオイル
が使用されており、その中でも、特に蒸発率が10-7g
/h ・cm2 (at40°C)以下で、粘度が30cP(at
40°C)以下のオイルが用いられている。 【0034】なお、このような潤滑流体を軸受内部に注
入するにあたっては、組立が完了したモータを一旦真空
室内に入れ、その真空引きした状態で毛細管力または外
部大気圧を利用して行う。このようにすれば、含有空気
率が低い状態で軸受内部全体に潤滑流体を満たすことが
可能となる。 【0035】上述したように、隣接する一組のラジアル
動圧軸受部RBa,RBbを構成する軸受空間は、軸方
向に連続して延びるように形成されているが、その一組
のラジアル動圧軸受部RBa,RBbどうしの間部分
に、軸受スリーブ23を半径方向外方に向かって窪ませ
た拡大空間からなるオイル溜め部30が形成されてい
る。このオイル溜り部30の隙間寸法は、ラジアル動圧
軸受部RBa,RBbにおける軸受空間における隙間寸
法の3倍以上または40μm以上に設定されている。こ
れは、軸受空間に対して潤滑流体に量的余裕をもたせる
ように一定量以上の潤滑流体を潤滑流体溜り部33内に
確保して長寿命化を図るためである。 【0036】また、それらの各ラジアル動圧軸受部RB
a,RBbを構成する軸受空間の軸方向両端側部分に
は、毛細管シール部31a,31bが、各ラジアル動圧
軸受部RBa,RBbを軸方向両側から挟むように設け
られている。これらの各毛細管シール部31a,31b
は、軸受スリーブ23側に形成された傾斜面によって、
当該軸受スリーブ23と前記固定軸12との間の隙間を
軸受外方に向かって徐々に拡大したものであって、軸受
内方側に配置された毛細管シール部31bは、上述した
オイル溜め部30に連通している。これら毛細管シール
部31a,31bにおいて連続的に拡大している狭小隙
間の寸法は、20μmから300μmになされており、
潤滑流体の液面位置が、モータ回転・停止のいずれの場
合にも、各毛細管シール部31a,31bの内部所定位
置となるように設定されている。 【0037】さらに、上記固定軸12の先端側部分(図
示上端側部分)には、円板状のスラストリング16が固
定されている。このスラストリング16は、上述した軸
受基体22の図示上側中心部分に凹設された円筒状の窪
み部内に収容するように配置されており、当該軸受基体
22の窪み部の底壁部22aに設けられた動圧面に対し
て、上記スラストリング16の図示下面側に設けられた
動圧面が軸方向に近接配置されていることによって、下
側のスラスト動圧軸受部SBaが構成されている。 【0038】また、上記スラストリング16の図示上面
側に近接するようにして、カウンタープレート25が上
記軸受基体22に取り付けられており、このカウンター
プレート25の図示下面側に設けられた動圧面と、上記
スラストリング16の図示上面側に設けられた動圧面と
により上側のスラスト動圧軸受部SBbが構成されてい
る。 【0039】すなわち、隣接するようにして配置された
一組のスラスト動圧軸受部SBa,SBbのそれぞれに
おいては、軸受基体22側の動圧面とスラストリング1
6側の動圧面とが、数μmの狭小隙間を介して軸方向に
対面配置されており、上記スラストリング16の外周側
通路を介して軸方向に所定間隔離して配置された一組の
狭小隙間からなる各軸受空間内に、オイルや磁性流体等
からなる所定の潤滑流体が連続的に充填されている。 【0040】また、本実施形態においては、上記スラス
トリング16の両端面に設けられた両動圧面に対して、
図示を省略したヘリンボーン形状をなすスラスト動圧発
生用溝が環状に並列するように凹設されており、前記ハ
ブ21の回転時に、これらの両スラスト動圧発生用溝の
ポンピング作用によって、潤滑流体が昇圧されて動圧が
生じ、この潤滑流体に生じさせられた動圧によって、ハ
ブ21がスラスト方向に軸支持されるように構成されて
いる。 【0041】このとき、本実施形態における軸受基体2
2は、高い硬度を有する部材、例えば銅合金より熱膨張
係数が低いニッケル合金等の磁性鉄鋼材料からなり、当
該ニッケル合金である鉄鋼材料としては、Fe−Ni
(インバー)や、Fe−Ni−Co(スーパーインバ
ー)等が採用される。この高硬度部材としての軸受基体
22の動圧面における面粗度は、面粗度Rp(中心線山
高さ)に関して、0.5μm以下の平均値を備えるよう
に形成されており、次に述べるような低硬度部材からな
るスラストリング16に対する摩耗を極力防止し、「な
じみ」作用が完了した状態に極力近づけた状態に構成さ
れている。 【0042】これに対して、前記スラストリング16
は、上記軸受基体22より低い硬度を有する材料、例え
ば、Cu(銅)、Cu−Al系合金(アルミニウム青銅
等)、Cu−Sn合金(青銅)、Cu−Sn−P系合金
(りん青銅等)、Cu−Si−Sn系合金(珪素青銅
系)、Cu−Ni−Zn(洋白等)、Cu−Ni−Fe
系合金(白銅等)、Cu−Be系合金(ベリリウム銅
等)、Cu−Zn系合金(青銅等)などの銅又は銅系合
金銅系が採用されており、この低硬度部材からなる軸受
基体22に対して、上述したスラスト動圧発生用溝が容
易に加工形成されている。 【0043】また、この低硬度部材からなる軸受基体2
2における動圧面の面粗度は、面粗度Rp(中心線山高
さ)に関して、上述した高硬度材からなる固定軸12の
面粗度(0.5μm)よりも2倍以上(1μm)に大き
く設定されており、高硬度材からなる軸受基体22によ
る摩耗が多少進んでも、動圧発生用溝の溝深さが所定量
以上に維持されるように構成されている。 【0044】さらに、上述した一組の各スラスト動圧軸
受部SBa,SBbを構成する軸受空間の半径方向両端
側部分には、毛細管シール部32a,32bが、各スラ
スト動圧軸受部SBa,SBbを半径方向両側から挟む
ように設けられている。 【0045】これらの各毛細管シール部32a,32b
は、スラストリング16側に形成された傾斜面によっ
て、当該スラストリング16と前記軸受基体22との間
の隙間を半径方向の内外方向に向かって徐々に拡大した
ものであって、半径方向内方側に配置された毛細管シー
ル部32bが、上述したラジアル動圧軸受部RBa側及
びモータ外部側の大気にそれぞれ連通している。なお、
当該毛細管シール部32a,32bにおいて連続的に拡
大している狭小隙間の寸法は、20μmから300μm
となっており、潤滑流体の液面位置が、モータ回転・停
止のいずれの場合にも、各毛細管シール部32a,32
bの内部所定位置となるように設定されている。 【0046】また、前述したスラストリング16の外周
面は、当該スラストリング16の外周面を半径方向内側
に窪ませられており、半径方向外側から対面する軸受基
体22の窪み部内周面との間に、潤滑流体溜り部34が
形成されており、所定の油量が確保されている。 【0047】なお、上述したカウンタープレート25
は、上述した各動圧軸受部の組付後に軸受基体に対して
接合されるが、前記潤滑流体の充填部分に臨む接合部
は、このカウンタープレート25による接合部のみであ
って、潤滑流体の充填部分に対するその他の部位は一体
に成形されて密閉性を確保している。 【0048】さらに、上記カウンタープレート25と軸
受基体22との接合部は、潤滑流体の注入前に、接着剤
によって完全密閉構造となるように接合され、これによ
って潤滑流体に対する密閉性が良好に確保されている。
この接合部に充填される接着剤は、当該接合部に形成さ
れた環状案内溝(図示省略)の毛細管力によって、接合
部全周にわたって切れ目なく連続的に充填されるように
なっており、これによって密閉構造が完全化される。 【0049】また、上記カウンタープレート25には、
外側(図示上側)から吸収布26を介して薄板状のスト
ッパー板27が設けられており、これら吸収布26及び
ストッパー板27によって、最悪の場合でも、潤滑流体
の外部飛散が防止されるようになっている。また、図示
下端側のラジアル動圧軸受部RBbの外側部分に対して
も、同様な吸収布26を介して薄板状のストッパー板2
7が設けられており、これら吸収布26及びストッパー
板27によって、最悪の場合でも、潤滑流体の外部飛散
が防止されるようになっている。 【0050】このような実施形態装置によれば、低硬度
部材からなる軸受スリーブ23及びスラストリング16
に対して動圧発生用溝が容易に加工形成されるととも
に、高硬度部材からなる固定軸12及び軸受基体22と
の「なじみ」作用によって、低硬度部材からなる軸受ス
リーブ23及びスラストリング16が摩耗されていって
も、その軸受スリーブ23及びスラストリング16の面
粗度が元々大きく設定されているので、動圧発生用溝の
溝深さは長期にわたって所定量以上に維持され、当該動
圧発生用溝による加圧作用も良好に発揮されて、「なじ
み」の影響が極力排除されるようになっている。 【0051】また、本実施形態では、高硬度部材からな
る固定軸12及び軸受基体22における動圧面の平均面
粗度Rp(中心線山高さ)が、「なじみ」を完了した状
態に極力近づけられた状態に形成されているとともに、
低硬度部材からなる軸受スリーブ23及びスラストリン
グ16における動圧面の面粗度が、固定軸12及び軸受
基体22側の2倍以上に大きく設定されているため、高
硬度部材(固定軸12及び軸受基体22)による低硬度
部材(軸受スリーブ23及びスラストリング16)の摩
耗が急激に進行しなくなって、動圧軸受装置に必要な寿
命が得られる。換言すれば、動圧軸受装置に必要な寿命
を得るように、各部材における動圧面の平均面粗度Rp
(中心線山高さ)が選定される。 【0052】特に、本実施形態では、各回転部材23,
22と、固定部材12,16との間の接触の程度、すな
わち「なじみ」の程度が、音響圧電素子3によって良好
に検出されるようになっている。この音響圧電素子3で
得られた検出信号は、ディジタルオシロ4に記録される
ようになっているが、その記録された検出信号の一例を
も図2に基いて説明する。 【0053】すなわち、定常回転状態からモータの駆動
電源を切ると、回転部材の回転数rが次第に低下してい
き、それに伴って回転部材を浮上させている動圧も徐々
に低下していく。そして、回転部材の回転数rがr1と
なった時点T1において、回転部材が固定部材側に接触
し始める。この接触開始時点から回転部材と固定部材と
は接触状態で回転することとなり、両部材どうしの接触
により発生する音響エネルギが、音響圧電素子3によっ
て検知される。音響圧電素子3からは、音響エネルギの
強さに対応した振幅を有する検出信号としてAE信号が
発せられる。 【0054】従って、この音響圧電素子3からの検出信
号(AE信号)の振幅を測定することによって、回転部
材と固定部材との接触の強さが検出される。この音響圧
電素子3からの検出信号(AE信号)は、自然停止とな
る時点T3まで継続されるが、その途中の時点T2で最
大のピーク状態となる。そして、その最大ピーク時にお
けるAE信号の最大振幅AEmax及びそれに対応する
回転数r2と、上述した接触開始時点における回転数r
1とに基いて、回転部材と固定部材との間にどの程度
「なじみ」が進行しているかが求められ、それから装置
の寿命が推定される。 【0055】以上、本発明者によってなされた発明の実
施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもない。例え
ば、上述した実施形態では、音響圧電素子をフレームの
底面に配置しているが、音響圧電素子の配置位置として
はこれに限定されることはなく、固定軸の上端面等のよ
うに多種多様な位置に配置することが可能である。 【0056】また、本発明を適用する動圧発生用溝は、
上述した実施形態におけるようなヘリングボーン形状の
ものに限定されることはなく、その他の多種多様な形状
を有する動圧発生用溝に対しても本発明は同様に適用す
ることができる。 【0057】さらに、上述した実施形態は、いわゆる軸
固定型のモータに対して本発明を適用したものである
が、軸回転型のモータに対しても本発明は同様に適用す
ることができる。 【0058】さらにまた、本発明は、上述したHDDモ
ータ以外に用いられる動圧軸受装置に対しても同様に適
用することができ、潤滑流体として、オイルの他にエア
ー、その他多種多様な流体を用いたものに対しても本発
明は同様に適用することができる。 【0059】 【発明の効果】以上述べたように本発明の請求項1又は
3にかかる発明は、「なじみ」の程度に対応して変動す
る回転停止過程における回転部材と固定部材との接触状
態を検出し、その検出結果に基づいて「なじみ」の程度
を良好に検出することによって装置寿命の予測を行なう
ようにしたものであるから、装置の出荷時点のときから
装置寿命を予測することができることとなり、動圧軸受
装置の信頼性を高めることができる。 【0060】また、請求項2又は4記載の発明は、音響
圧電素子によって「なじみ」の程度を良好に検出するよ
うにしたものであるから、上述した効果を確実に得るこ
とができる。 【0061】さらに、請求項5記載の発明は、音響圧電
素子により測定した回転部材と固定部材との接触強さの
最大値等に基いて、「なじみ」の程度を容易かつ正確に
検出するようにしたものであるから、上述した効果を確
実に得ることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method in which a dynamic pressure is generated in a lubricating fluid, and the rotating member is axially supported with respect to a fixed member by the dynamic pressure of the lubricating fluid. The present invention relates to a device and a method for inspecting the life of a hydrodynamic bearing device. 2. Description of the Related Art In recent years, in various devices such as motors, various types of dynamic pressure bearing devices utilizing the dynamic pressure of a lubricating fluid such as oil or air have been studied and proposed so as to cope with high-speed rotation. I have. In this dynamic pressure bearing device, the dynamic pressure surface on the fixed member side and the dynamic pressure surface on the rotating member side are arranged to face each other, and a dynamic pressure generating groove is formed on at least one of the two opposing dynamic pressure surfaces. The lubricating fluid, such as oil or air, interposed between the opposing surfaces of the rotating member and the fixed member is pressurized by the pumping action of the dynamic pressure generating groove during rotation of the rotating member, and the dynamic pressure is increased. Action occurs,
Rotational support is performed such that the rotating member is held in a floating state by the dynamic pressure of the lubricating fluid. The inventor of the present invention has found that in such a hydrodynamic bearing device, the degree of “fit-in” between the fixed member and the rotating member greatly affects the characteristics and life of the hydrodynamic bearing device as described below. And found that it is an important factor that governs the reliability of the device. First, generally,
"Familiar" means that members that are in sliding contact with each other under high pressure conditions are initially worn due to the effects of assembly accuracy, surface roughness, etc., and the surface pressure is reduced due to a smooth contact surface state. However, in the combination of the high hardness member and the low hardness member,
The surface pressure does not decrease until the surface roughness of the high hardness member reaches a predetermined smooth state due to wear. [0004] Considering the phenomenon of "similarity" to a hydrodynamic bearing device, first, at the time of high-speed rotation, a complete oil film is formed on a wedge-shaped portion formed between the fixed member and the rotating member. As a result, a fluid lubrication state is established, and the rotating member is maintained in a floating state. On the contrary,
At the time of start-up stop or low-speed rotation, the oil film in the wedge-shaped portion is broken and transits to the boundary lubrication state. In this boundary lubrication state, mechanical metal contact occurs partially, so that the effect of "fit-in" occurs. Whether or not complete oil film formation is performed depends on the assembly accuracy of the shaft and bearing member constituting the wedge shape described above, and the surface roughness of the dynamic pressure surface is an important factor. Therefore, the quality of the “fit-in” in the dynamic bearing device is determined. Attention should be paid to the fact that the depth of the dynamic pressure generating groove is reduced by the abrasion of the dynamic pressure surface generated in the process of the “fitting-in”, and that the lubricating fluid is deteriorated or damaged by abrasion powder and the like. For example, the life of the device can be predicted by inspecting the degree of “fit-in” between the rotating member and the fixed member. [0006] However, as described above, in the dynamic pressure bearing device, the rotating member is held in a floating state with respect to the fixed member, so that "the familiarity" is obtained in the state of steady rotation. There is no significant change in bearing characteristics regardless of the degree of Therefore, in the various inspection methods and apparatuses that are generally performed in a steady rotation state, a clear detection result cannot be obtained even if an attempt is made to detect the degree of “familiarity”. In some cases, reliability after use may be impaired. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a life test and a test method for a hydrodynamic bearing device in which the degree of "fit-in" can be easily and satisfactorily performed. In describing the means for achieving the above object, first, the peculiarity of “fitness” in a dynamic pressure bearing device with respect to a general plain bearing will be described. In general sliding bearings, “fit-in” is an essential process in order to stabilize the various characteristics in the operating rotation range, and as the “fit-in” progresses, the bearing driving force is clearly reduced, and other characteristics are also noticeable. Often seen and improved. On the other hand, in the dynamic pressure bearing device, as described above, the influence of the “fit-in” is negligible because the rotating member floats in a completely fluid lubricated state in the steady rotation region. And seems to be independent of bearing properties and life. However, from the viewpoint of the delicateness peculiar to hydrodynamic bearing devices as follows,
Has a significant effect on the life and reliability of the hydrodynamic bearing device. (1) Viewpoint of Oil Amount When a dynamic pressure bearing device is used as a motor bearing device in a hard disk drive (HDD) used as a peripheral device of a computer or a writing device of a laser printer (LBP). Is a fatal problem if contamination occurs due to oil leakage from the dynamic pressure bearing device. For this reason, a design has been made to use a capillary force or the like to ensure the oil retaining function so as not to cause the bearing oil to scatter, but in this case, the amount of oil that can be retained in the dynamic pressure bearing device If a small amount of abrasion powder is generated and mixed, sludge will be generated, and the physical properties of the lubricating fluid will be reduced, which may cause a failure. This is one of the most common reasons that "smooth-out" occurs naturally in ordinary plain bearings, but must be particularly emphasized in hydrodynamic bearing devices. (2) Viewpoint of Depth of Groove for Generating Dynamic Pressure In the hydrodynamic bearing device, the groove for generating dynamic pressure having a shape such as a herringbone is formed with a depth of several μm, for example. This groove for generating dynamic pressure is generally formed on the soft material side from the viewpoint of processing easiness. Consideration must be given to the reduction in the function of the pressing action of the groove. The progression of “fit-in” continues until the surface of the hard member is smoothed, the surface roughness is improved, and the surface pressure is reduced. When this occurs, the characteristics of the dynamic pressure generating groove deteriorate accordingly. That is, initial wear of several μm, which is not a problem in a general sliding bearing, may be fatal in the dynamic pressure bearing device. (3) In view of the material of the bearing member and the operating environment temperature In the hydrodynamic bearing device, a copper alloy such as phosphor bronze is generally adopted as a bearing material which is easy to obtain processing accuracy.
Such a copper alloy differs from stainless steel (SUS) or the like in that the wear rate is greatly affected by the temperature. That is, since the hydrodynamic bearing device is originally developed for high-speed rotation, it generates a large amount of heat due to viscous loss and the like, and also generates heat from components such as an integrated IC (CPU) arranged around the device, thereby causing a high-temperature environment. Often exposed underneath. For example,
In a hard disk drive (HDD), a specification of 70 ° C. may be set. Considering the heat generation temperature of the hard disk drive (HDD), it is necessary to assume an extremely high temperature as an operating environment of the hydrodynamic bearing device. is there. On the other hand, as shown in FIG. 2, phosphor bronze (C519) used in the above-described dynamic pressure bearing device is used.
1) is compared to stainless steel (SUS430F), etc.
When the temperature on the horizontal axis becomes 70 ° C. or more, the wear rate (μm) on the vertical axis tends to increase sharply. Therefore, in a high-temperature environment as described above, the lubricating fluid and the groove for generating dynamic pressure are often damaged. The cause of the rapid increase in the wear rate of phosphor bronze is unknown, but it is estimated that the thermal properties of the oil component of the lubricating fluid chemically adsorbed on the copper surface are involved, and are common to copper-based metals. It seems to be the nature to do. As described above, it is understood from the relationship between the material of the bearing member and the high-temperature environment that the so-called “fit-in” load in the dynamic pressure bearing device must be reduced. As described above, in the dynamic pressure bearing device, it is extremely important to reduce the "fit-in" load. On the other hand, by accurately grasping the degree of "fit-in", the life of the dynamic pressure bearing device is reduced. Can be estimated. Therefore, in the first aspect of the present invention, a predetermined lubricating fluid is provided in a bearing space defined by a dynamic pressure bearing portion that rotatably supports a rotating member with respect to a fixed member. A dynamic pressure generating groove for generating a dynamic pressure in the lubricating fluid filled in the bearing space is provided on at least one of the opposed dynamic pressure surfaces of the fixed member and the rotating member constituting the dynamic pressure bearing portion, In a life testing device for a dynamic pressure bearing device that supports the rotating member in a floating state with respect to a fixed member based on a dynamic pressure action by a dynamic pressure generating groove, a dynamic pressure is generated during the process in which the rotation of the rotating member naturally stops. Detecting means for detecting the degree of contact between the rotating member and the fixed member during a period from when the rotating member comes into contact with the fixed member to when it stops due to a decrease in the distance, and measures the degree of “fit-in” between the two members. ing. According to the second aspect of the present invention, the detecting means detects the acoustic energy generated by the contact between the rotating member and the fixed member, and measures the strength of the contact between the two members. It consists of an acoustic piezoelectric element. Further, according to the third aspect of the present invention, a predetermined lubricating fluid is provided in a bearing space defined by a dynamic pressure bearing portion which rotatably supports the rotating member with respect to the fixed member. A dynamic pressure generating groove for generating a dynamic pressure in the lubricating fluid filled in the bearing space is provided on at least one of the opposed dynamic pressure surfaces of the fixed member and the rotating member constituting the dynamic pressure bearing portion, In a method for inspecting the life of a dynamic pressure bearing device in which the rotating member is supported in a floating state with respect to a fixed member based on a dynamic pressure action by a dynamic pressure generating groove, in a process of stopping the rotation of the rotating member, By detecting the degree of contact between the rotating member and the fixed member during the period from when the rotating member comes into contact with the fixed member to when it stops due to the decrease, the degree of “fit-in” between the two members is measured, and based on the result, Predict device life Like that. Further, according to the invention described in claim 4, the degree of contact between the rotating member and the fixed member according to claim 3 is detected by detecting the acoustic energy generated by the contact between the rotating member and the fixed member. This is performed using a piezoelectric element, and the strength of contact between the rotating member and the fixed member is measured by the acoustic piezoelectric element. On the other hand, in the invention according to claim 5, the maximum value of the contact strength between the rotating member and the fixed member measured by the acoustic piezoelectric element according to claim 4 and the number of rotations at which the maximum contact strength is obtained are obtained. Then, the degree of “fit-in” is determined based on the number of rotations at which contact is started. According to the first aspect of the present invention, the contact state between the rotating member and the fixed member during the rotation stop process which varies in accordance with the degree of “fit-in” is detected. Based on the result, the degree of “fit-in” is detected well, and the life expectancy of the device can be predicted. Further, according to the second or fourth aspect, the degree of “fit-in” can be easily and reliably detected by the acoustic piezoelectric element. Further, according to the fifth aspect of the present invention, the degree of “fit-in” between the rotating member and the fixed member can be satisfactorily obtained based on the obtained data. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which a dynamic pressure bearing device according to the present invention is applied to a so-called fixed-end-shaft HDD spindle motor will be described in detail with reference to the drawings. First, the overall structure of the HDD spindle motor shown in FIG. 1 will be described.
The stator assembly 1 includes a stator assembly 1 as a fixed member, and a rotor assembly 2 as a rotating member assembled to the stator assembly 1 from above in the figure. Of these, stator group 1
Has a frame 11 which is screwed to a fixed base side (not shown), and a fixed shaft 12 erected at a substantially central portion of the frame 11 extends upward in the figure. . The tip of the fixed shaft 12 (the upper end in the figure)
Are screwed to a fixed base not shown. An acoustic piezoelectric element (AE; acoustic emission) 3 is attached to the bottom of the frame 11 as detecting means for detecting the degree of contact between the rotating member and the fixed member. This acoustic piezoelectric element 3
The acoustic piezoelectric element 3 is attached so as to detect acoustic energy generated by contact between the rotating member and the fixed member.
The detection signal obtained in (1) is recorded on the digital oscilloscope 4 through a preamplifier and a discriminator (not shown). An example of the detection signal recorded on the digital oscilloscope 4 is shown in FIG.
Details will be described later. Further, a hollow cylindrical support holder 13 is provided substantially at the center of the upper surface of the frame 11, and a stator core 14 is fitted around the outer periphery of the support holder 13. The winding 15 is wound around the salient pole portion. On the other hand, in the rotor set 2, a hub 21 for supporting a predetermined recording medium (not shown) is fixed to an outer peripheral side of a bearing base 22. The hub 21 has a substantially cylindrical body 21a on which a magnetic recording medium such as a magnetic disk is mounted on the outer periphery.
A drive magnet 21c is annularly mounted on the inner peripheral side of a through a back yoke 21b. The drive magnet 21c is disposed close to the outer peripheral end surface of the stator core 14 so as to annularly face the above-described outer peripheral end surface. A center hole formed in the center of the bearing base 22 has a bearing sleeve 2 as a bearing member.
3 is fixed. A pair of bearing projections 23a and 23b are formed on the inner peripheral wall of the bearing sleeve 23 so as to be separated from each other by a predetermined distance in the axial direction.
23b are arranged facing each other so as to be close to the outer peripheral surface of the fixed shaft 12. And each of these bearing projections 2
A pair of radial dynamic pressure bearing portions RBa and RBb are arranged in parallel in the axial direction by a dynamic pressure surface provided on the inner peripheral surfaces of 3a and 23b and a dynamic pressure surface formed on the outer peripheral surface of the fixed shaft 12. It is formed so that. The hub 21 is supported by the pair of radial dynamic pressure bearing portions RBa and RBb so as to be rotatable in the radial direction with respect to the fixed shaft 12. That is, each of the above radial dynamic pressure bearing portions RB
In a and RBb, the dynamic pressure surface on the bearing sleeve 23 side and the dynamic pressure surface on the fixed shaft 12 side are circumferentially opposed via a small gap of several μm, and are separated by a predetermined distance in the axial direction. A bearing space formed by a set of narrow gaps is formed so as to be continuous, and the two bearing spaces are filled with a predetermined lubricating fluid such as oil or magnetic fluid so as to be continuous. At least a pair of radial dynamic pressure generating grooves (not shown) in the form of a herringbone are formed in the dynamic pressure surface on the bearing sleeve 23 side so as to be annularly parallel to each other. During the rotation of the lubricating fluid, the lubricating fluid is pressurized by the pumping action of the two radial dynamic pressure generating grooves to generate dynamic pressure, and the dynamic pressure generated by the lubricating fluid causes the hub 21 to be axially supported in the radial direction. Is configured. At this time, the fixed shaft 12 in this embodiment is
Are members having high hardness, for example, stainless steel (SU
It is formed from a steel material that is a chromium-containing alloy steel such as S430F). The surface roughness of the dynamic pressure surface of the fixed shaft 12 as the high hardness member is formed so as to have an average value of 0.5 μm or less with respect to the surface roughness Rp (center line peak height), as described below. Wear of the bearing sleeve 23 made of a low-hardness member is minimized,
It is configured to be as close as possible to the state where the “fit-in” action is completed. On the other hand, the bearing sleeve 23
A material having a lower hardness than the fixed shaft 12, for example, C
u (copper), Cu-Al alloy (such as aluminum bronze),
Cu-Sn alloy (bronze), Cu-Sn-P alloy (phosphor bronze, etc.), Cu-Si-Sn alloy (silicon bronze), C
u-Ni-Zn (such as nickel silver), Cu-Ni-Fe alloy (such as copper), Cu-Be alloy (such as beryllium copper), C
Copper such as a u-Zn-based alloy (such as bronze) or copper-based alloy copper is employed, and the above-mentioned groove for radial dynamic pressure generation is easily formed on the bearing sleeve 23 made of this low hardness member. Have been. The surface roughness of the dynamic pressure surface of the bearing sleeve 23 made of this low hardness member is such that the surface roughness Rp (center line peak height) of the fixed shaft 1 made of the above-described hard material is high.
The surface depth is set to be at least twice (1 μm) larger than the surface roughness (0.5 μm) of No. 2 and the depth of the groove for generating dynamic pressure can be increased even if the abrasion by the fixed shaft 12 made of a high-hardness material progresses slightly. It is configured to be maintained at a predetermined amount or more. On the other hand, as the lubricating fluid in the present embodiment, trimethylolpropane (TMP) or pentaerythritol (PE) and carbon atoms having 5 carbon atoms are used so that the life of the lubricating fluid and good bearing characteristics are compatible. And oils having a structure in which the fatty acid is esterified with a linear or branched fatty acid having an evaporating rate of 10 -7 g.
/ H · cm 2 (at 40 ° C) or less and viscosity is 30 cP (at
Oil below 40 ° C) is used. When injecting such a lubricating fluid into the interior of the bearing, the assembled motor is once put into a vacuum chamber, and the vacuum is applied to the motor using capillary force or external atmospheric pressure. This makes it possible to fill the entire bearing interior with the lubricating fluid in a state where the air content is low. As described above, the bearing space constituting a pair of adjacent radial dynamic pressure bearing portions RBa, RBb is formed to extend continuously in the axial direction. An oil reservoir 30 formed of an enlarged space in which the bearing sleeve 23 is depressed outward in the radial direction is formed between the bearings RBa and RBb. The gap size of the oil reservoir 30 is set to be three times or more or 40 μm or more of the gap size in the bearing space in the radial dynamic pressure bearing portions RBa and RBb. This is because a certain amount or more of the lubricating fluid is secured in the lubricating fluid reservoir 33 so as to extend the life of the bearing space so that the lubricating fluid has a sufficient amount of space in the bearing space. Further, each of the radial dynamic pressure bearing portions RB
Capillary seal portions 31a and 31b are provided at both end portions in the axial direction of the bearing space forming the a and RBb so as to sandwich the radial dynamic pressure bearing portions RBa and RBb from both sides in the axial direction. Each of these capillary seal portions 31a, 31b
Is formed by an inclined surface formed on the bearing sleeve 23 side.
The gap between the bearing sleeve 23 and the fixed shaft 12 is gradually enlarged toward the outside of the bearing, and the capillary seal portion 31b disposed on the inner side of the bearing is provided with the oil reservoir 30 described above. Is in communication with The size of the narrow gap continuously expanding in these capillary seal portions 31a, 31b is made from 20 μm to 300 μm.
The liquid surface position of the lubricating fluid is set to be a predetermined position inside each of the capillary seal portions 31a and 31b regardless of whether the motor rotates or stops. Further, a disc-shaped thrust ring 16 is fixed to a tip portion (upper end portion in the drawing) of the fixed shaft 12. The thrust ring 16 is disposed so as to be accommodated in a cylindrical recess formed in the above-described center portion of the bearing base 22 on the upper side in the drawing, and is provided on the bottom wall portion 22 a of the recess of the bearing base 22. The lower thrust dynamic pressure bearing portion SBa is configured by a dynamic pressure surface provided on the lower surface side of the thrust ring 16 in the illustrated direction being arranged close to the dynamic pressure surface in the axial direction. A counter plate 25 is attached to the bearing base 22 so as to be close to the upper surface of the thrust ring 16 in the drawing, and a dynamic pressure surface provided on the lower surface of the counter plate 25 in the drawing. An upper thrust dynamic pressure bearing portion SBb is constituted by a dynamic pressure surface provided on the upper surface side of the thrust ring 16 in the drawing. That is, in each of the pair of thrust dynamic pressure bearing portions SBa, SBb arranged adjacent to each other, the dynamic pressure surface on the bearing base 22 side and the thrust ring 1
The dynamic pressure surface on the sixth side is axially opposed via a narrow gap of several μm, and a set of narrow surfaces arranged at a predetermined distance in the axial direction via the outer peripheral passage of the thrust ring 16. A predetermined lubricating fluid such as an oil or a magnetic fluid is continuously filled in each bearing space formed by the gap. In the present embodiment, both dynamic pressure surfaces provided on both end surfaces of the thrust ring 16 are provided.
The herringbone-shaped thrust dynamic pressure generating grooves (not shown) are recessed so as to be annularly arranged in parallel, and when the hub 21 rotates, the lubricating fluid is generated by the pumping action of both the thrust dynamic pressure generating grooves. The hub 21 is configured so that the hub 21 is axially supported in the thrust direction by the dynamic pressure generated by the lubricating fluid. At this time, the bearing base 2 in this embodiment is
2 is a member having a high hardness, for example, a magnetic steel material such as a nickel alloy having a lower coefficient of thermal expansion than a copper alloy, and the steel material as the nickel alloy is Fe-Ni
(Invar), Fe-Ni-Co (Super Invar) or the like is employed. The surface roughness of the dynamic pressure surface of the bearing base 22 as the high hardness member is formed so as to have an average value of 0.5 μm or less with respect to the surface roughness Rp (center line peak height). The thrust ring 16 made of a low-hardness member is prevented from being worn as much as possible, and is configured to be as close as possible to the state in which the “fit-in” action is completed. On the other hand, the thrust ring 16
Are materials having a hardness lower than that of the bearing base 22, such as Cu (copper), Cu-Al alloy (such as aluminum bronze), Cu-Sn alloy (bronze), and Cu-Sn-P alloy (such as phosphor bronze). ), Cu-Si-Sn-based alloy (silicon bronze-based), Cu-Ni-Zn (such as nickel silver), Cu-Ni-Fe
Copper or copper alloy such as copper alloys (eg, white copper), Cu—Be alloys (eg, beryllium copper), and Cu—Zn alloys (eg, bronze) are used, and a bearing base made of this low hardness member is used. The thrust dynamic pressure generating groove described above is easily formed on 22. The bearing base 2 made of the low hardness member
The surface roughness of the dynamic pressure surface in No. 2 is more than twice (1 μm) the surface roughness Rp (center line peak height) of the surface roughness (0.5 μm) of the fixed shaft 12 made of a hard material described above. It is set to be large, and is configured such that the groove depth of the groove for generating dynamic pressure is maintained at a predetermined amount or more even when the wear by the bearing base 22 made of a high-hardness material is slightly advanced. Further, at both ends in the radial direction of the bearing space constituting the above-mentioned set of thrust dynamic pressure bearing portions SBa, SBb, capillary seal portions 32a, 32b are provided with respective thrust dynamic pressure bearing portions SBa, SBb. Are provided so as to be sandwiched from both sides in the radial direction. Each of these capillary seal portions 32a, 32b
The radially inwardly and outwardly extending gap between the thrust ring 16 and the bearing base 22 is gradually increased by an inclined surface formed on the thrust ring 16 side. The capillary seal portion 32b arranged on the side communicates with the atmosphere on the radial dynamic pressure bearing portion RBa side and the outside of the motor. In addition,
The dimension of the narrow gap continuously expanding in the capillary seal portions 32a and 32b is 20 μm to 300 μm.
When the liquid level position of the lubricating fluid is either rotation or stop of the motor, each of the capillary seal portions 32a, 32
It is set to be a predetermined position inside b. The outer peripheral surface of the above-described thrust ring 16 is formed by recessing the outer peripheral surface of the thrust ring 16 inward in the radial direction. In addition, a lubricating fluid reservoir 34 is formed to ensure a predetermined oil amount. The above-described counter plate 25
Is joined to the bearing base after the above-described respective dynamic pressure bearings are assembled. The joint facing the filling portion of the lubricating fluid is only the joint by the counter plate 25, The other parts with respect to the filling part are integrally formed to secure the airtightness. Further, the joint between the counter plate 25 and the bearing base 22 is joined by an adhesive so as to form a completely sealed structure before the injection of the lubricating fluid, whereby a good sealing property with respect to the lubricating fluid is ensured. Have been.
The adhesive filled in the joint is continuously and continuously filled over the entire periphery of the joint by the capillary force of an annular guide groove (not shown) formed in the joint. This completes the closed structure. The counter plate 25 includes
A thin plate-like stopper plate 27 is provided from the outside (upper side in the figure) via an absorbent cloth 26, and the absorbent cloth 26 and the stopper plate 27 prevent the lubricating fluid from scattering outside even in the worst case. Has become. Further, the thin stopper plate 2 is also provided to the outer portion of the radial dynamic pressure bearing portion RBb on the lower end side in the drawing via the same absorbent cloth 26.
The absorbent cloth 26 and the stopper plate 27 prevent the lubricating fluid from scattering outside even in the worst case. According to this embodiment, the bearing sleeve 23 and the thrust ring 16 made of a low-hardness member are used.
The groove for dynamic pressure generation is easily formed on the bearing shaft 23 and the bearing sleeve 23 and the thrust ring 16 made of a low-hardness member are formed by the “fitting” action between the fixed shaft 12 made of a high-hardness member and the bearing base 22. Even if worn, the surface roughness of the bearing sleeve 23 and the thrust ring 16 is originally set to be large, so that the groove depth of the dynamic pressure generating groove is maintained at a predetermined amount or more for a long period of time. The pressurizing action of the generating groove is also exerted well, and the influence of "fit-in" is eliminated as much as possible. Further, in the present embodiment, the average surface roughness Rp (center line peak height) of the dynamic pressure surface of the fixed shaft 12 and the bearing base 22 made of a high hardness member is brought as close as possible to the state where the “adjustment” is completed. Is formed in a state where
Since the surface roughness of the dynamic pressure surface of the bearing sleeve 23 and the thrust ring 16 made of a low hardness member is set to be at least twice as large as that of the fixed shaft 12 and the bearing base 22, the high hardness member (the fixed shaft 12 and the bearing The wear of the low-hardness members (the bearing sleeve 23 and the thrust ring 16) by the base 22) does not progress rapidly, and the required life of the dynamic pressure bearing device can be obtained. In other words, the average surface roughness Rp of the dynamic pressure surface of each member is set so that the life required for the dynamic pressure bearing device is obtained.
(Center line mountain height) is selected. In particular, in the present embodiment, each rotating member 23,
The degree of contact between the fixing member 12 and the fixing members 12 and 16, that is, the degree of “fit-in” is detected by the acoustic piezoelectric element 3. The detection signal obtained by the acoustic piezoelectric element 3 is recorded on the digital oscilloscope 4. An example of the recorded detection signal will also be described with reference to FIG. That is, when the driving power of the motor is turned off from the steady rotation state, the rotation speed r of the rotating member gradually decreases, and accordingly, the dynamic pressure for floating the rotating member also gradually decreases. Then, at time T1 when the rotation speed r of the rotating member becomes r1, the rotating member starts to contact the fixed member side. From the start of the contact, the rotating member and the fixed member rotate in a contact state, and the acoustic energy generated by the contact between the two members is detected by the acoustic piezoelectric element 3. The acoustic piezoelectric element 3 emits an AE signal as a detection signal having an amplitude corresponding to the intensity of acoustic energy. Therefore, by measuring the amplitude of the detection signal (AE signal) from the acoustic piezoelectric element 3, the strength of contact between the rotating member and the fixed member is detected. The detection signal (AE signal) from the acoustic piezoelectric element 3 continues until a time point T3 at which the spontaneous stop occurs, but reaches a maximum peak state at a time point T2 in the middle. Then, the maximum amplitude AEmax of the AE signal at the time of the maximum peak and the rotation speed r2 corresponding to the maximum amplitude AEmax, and the rotation speed r at the contact start time described above.
Based on the above, it is determined how much “fit-in” has progressed between the rotating member and the fixed member, and then the life of the device is estimated. Although the embodiments of the present invention made by the inventor have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say. For example, in the above-described embodiment, the acoustic piezoelectric element is arranged on the bottom surface of the frame. However, the arrangement position of the acoustic piezoelectric element is not limited to this. It is possible to arrange them in various positions. The grooves for generating dynamic pressure to which the present invention is applied are:
The present invention is not limited to the herringbone shape as in the embodiment described above, and the present invention can be similarly applied to dynamic pressure generating grooves having various other shapes. Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to a so-called fixed shaft type motor, but the present invention can be similarly applied to a shaft rotating type motor. Furthermore, the present invention can be similarly applied to a dynamic pressure bearing device used other than the above-described HDD motor. In addition to oil, air and various other fluids can be used as a lubricating fluid. The present invention can be similarly applied to those used. As described above, according to the first or third aspect of the present invention, the state of contact between the rotating member and the fixed member in the process of stopping rotation that varies according to the degree of “fit-in” The device life is predicted by detecting the degree of “fit-in” on the basis of the detection result, so that the life of the device can be predicted from the time of shipment of the device. As a result, the reliability of the dynamic bearing device can be improved. Further, in the invention according to claim 2 or 4, since the degree of "fit-in" is detected satisfactorily by the acoustic piezoelectric element, the above-mentioned effect can be obtained reliably. Further, according to the present invention, the degree of "fit-in" can be easily and accurately detected based on the maximum value of the contact strength between the rotating member and the fixed member measured by the acoustic piezoelectric element. Therefore, the above-described effects can be reliably obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施形態における動圧軸受装置を備
えたHDDスピンドルモータを表した横断面図である。 【図2】回転停止過程において音響圧電素子により得ら
れる検出信号の変化を表した線図である。 【符号の説明】 3 音響圧電素子 11 フレーム 12 固定軸(固定部材) 16 スラストリング(固定部材) 22 軸受基体(回転部材) 23 軸受スリーブ(回転部材) RBa,RBb ラジアル動圧軸受部 SBa,SBb スラスト動圧軸受部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing an HDD spindle motor including a dynamic bearing device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a change in a detection signal obtained by an acoustic piezoelectric element in a rotation stop process. [Description of Signs] 3 Acoustic piezoelectric element 11 Frame 12 Fixed shaft (fixed member) 16 Thrust ring (fixed member) 22 Bearing base (rotating member) 23 Bearing sleeve (rotating member) RBa, RBb Radial dynamic pressure bearings SBa, SBb Thrust dynamic pressure bearing

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 固定部材に対して回転部材を回転可能に
支持する動圧軸受部に画成されている軸受空間内に所定
の潤滑流体を有しているとともに、上記動圧軸受部を構
成する固定部材及び回転部材の対向動圧面の少なくとも
一方側に、前記軸受空間内に充填された潤滑流体に動圧
を発生させる動圧発生用溝が設けられ、当該動圧発生用
溝による動圧作用に基いて上記回転部材を固定部材に対
して浮上状態に支承する動圧軸受装置の寿命検査装置に
おいて、上記回転部材の回転が自然停止する過程で、動
圧の低下により回転部材が固定部材に接触してから停止
するまでの間における回転部材と固定部材との接触の程
度を検出して、両部材どうしの「なじみ」の程度を測定
する検出手段を備えていることを特徴とする動圧軸受装
置の寿命検査装置。 【請求項2】 請求項1記載の検出手段が、回転部材と
固定部材との接触で生じる音響エネルギを検知し、両部
材どうしの接触の強さを測定する音響圧電素子からなる
ことを特徴とする動圧軸受装置の寿命検査装置。 【請求項3】 固定部材に対して回転部材を回転可能に
支持する動圧軸受部に画成されている軸受空間内に所定
の潤滑流体を有しているとともに、上記動圧軸受部を構
成する固定部材及び回転部材の対向動圧面の少なくとも
一方側に、前記軸受空間内に充填された潤滑流体に動圧
を発生させる動圧発生用溝が設けられ、当該動圧発生用
溝による動圧作用に基いて上記回転部材を固定部材に対
して浮上状態に支承する動圧軸受装置の寿命検査方法に
おいて、 上記回転部材の回転を停止する過程で、動圧の低下によ
り回転部材が固定部材に接触してから停止するまでの間
における回転部材と固定部材との接触の程度を検出し
て、両部材どうしの「なじみ」の程度を測定し、その結
果に基づいて装置寿命を予測するようにしたことを特徴
とする動圧軸受装置の寿命検査方法。 【請求4項】 請求項3記載の回転部材と固定部材との
接触の程度の検出を、回転部材と固定部材との接触で生
じる音響エネルギを検知する音響圧電素子を用いて行な
うものであって、当該音響圧電素子によって回転部材と
固定部材との接触の強さを測定するようにしたことを特
徴とする動圧軸受装置の寿命検査方法。 【請求項5】 請求項4記載の音響圧電素子により測定
した回転部材と固定部材との接触強さの最大値と、その
最大接触強さを生じる回転数と、接触を開始する回転数
と基いて、「なじみ」の程度を求めるようにしたことを
特徴とする動圧軸受装置の寿命検査方法。
Claims 1. A predetermined lubricating fluid is provided in a bearing space defined in a dynamic pressure bearing portion that rotatably supports a rotating member with respect to a fixed member. A dynamic pressure generating groove for generating a dynamic pressure in the lubricating fluid filled in the bearing space is provided on at least one of the opposed dynamic pressure surfaces of the fixed member and the rotating member constituting the dynamic pressure bearing portion, In a life testing device for a hydrodynamic bearing device that supports the rotating member in a floating state with respect to a fixed member based on a dynamic pressure action by a generation groove, the dynamic pressure decreases in a process where the rotation of the rotating member stops naturally. Detecting means for detecting the degree of contact between the rotating member and the fixed member between the time when the rotating member comes into contact with the fixed member and the time when the rotating member stops, and measures the degree of “fitness” between the two members. Dynamic pressure bearing characterized by the following: Location of life inspection apparatus. 2. The detecting means according to claim 1, wherein said detecting means comprises an acoustic piezoelectric element for detecting acoustic energy generated by a contact between the rotating member and the fixed member and measuring a contact strength between the two members. Inspection equipment for dynamic bearings. 3. A predetermined lubricating fluid is provided in a bearing space defined by a dynamic pressure bearing portion rotatably supporting a rotating member with respect to a fixed member, and the dynamic pressure bearing portion is constituted. A dynamic pressure generating groove for generating a dynamic pressure in the lubricating fluid filled in the bearing space is provided on at least one of the opposed dynamic pressure surfaces of the fixed member and the rotating member, and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure generating groove is provided. In the method for inspecting the life of a dynamic pressure bearing device for supporting the rotating member in a floating state with respect to a fixed member based on an action, in a process of stopping the rotation of the rotating member, the rotating member becomes a fixed member due to a decrease in dynamic pressure. Detects the degree of contact between the rotating member and the fixed member during the period from contact to stop, measures the degree of “fit-in” between the two members, and predicts the life of the device based on the result. Dynamic pressure characterized by Life test method receiving device. 4. The method according to claim 3, wherein the degree of contact between the rotating member and the fixed member is detected using an acoustic piezoelectric element that detects acoustic energy generated by the contact between the rotating member and the fixed member. A method for inspecting the life of a hydrodynamic bearing device, wherein the strength of contact between a rotating member and a fixed member is measured by the acoustic piezoelectric element. 5. The maximum value of the contact strength between the rotating member and the fixed member measured by the acoustic piezoelectric element according to claim 4, the number of rotations at which the maximum contact strength is generated, and the number of rotations at which the contact starts. Wherein the degree of “fit-in” is determined.
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