JP3895255B2

JP3895255B2 - Fluid bearing inspection method and inspection apparatus

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Publication number: JP3895255B2
Application number: JP2002294437A
Authority: JP
Inventors: 勇次三重野; 雅巳石山; 茂樹松下; 幹久藤原
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-10-08
Also published as: JP2004132705A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハードディスク装置等の高精度スピンドルに使用される動圧軸受等の流体軸受の検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク装置の小型化、高記録密度化に伴い、磁気ディスクを支持する軸受に求められる精度上の要求が極めて厳しいものとなっており、転がり軸受では対応が難しくなっている。そのため動圧軸受等の流体軸受に移行しつつある。この種のスピンドル装置に用いる流体軸受では、アキシアル荷重の支持も必要である。アキシアル荷重の支持形式としては、軸端の球面部で滑り接触する形式のものもあるが、耐久性や機能面で、アキシアル荷重についても動圧支持が採用される。例えば、軸受本体内に回転軸を支持したラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する流体軸受が用いられる。このような高精度スピンドルに使用される流体軸受では、生産過程で出荷前に検査することが望まれる。
ハードディスク装置等に用いられる小型で高精度の軸受の回転精度，動トルクを測定する装置として、深溝玉軸受用のものとしては、内輪を駆動軸に取付けて駆動し、外輪にホルダを取付け、このホルダを変位自在状態としてアキシアル荷重を与えながら、ラジアル，アキシアル両方向の変位を測定するものが提案されている（例えば特許文献１）。軸方向の予圧は、静圧気体軸受を介して各方向の変位を許しながら与える。
また、一般に、小型軸受の回転時の振れや回転トルクを検査する場合、回転軸にウエイト代わりのプーリーを取付け、糸等の伝達部材を介して回転駆動することが行われている。
動圧軸受のうち、軸端の球面部で滑り接触させてアキシアル荷重を支持する形式のものに対しては、アキシアル荷重の予圧を与えながら、各種の測定を行うものも提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１９４２７０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
流体軸受において、軸受本体内に回転軸を支持したラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有するもの、特に回転軸の一端が軸受本体から突出する形式のものでは、特許文献１の深溝玉軸受用検査装置のように、内輪を駆動軸に取付けて回転駆動を与える駆動形式は採用することができない。また、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する動圧軸受は、回転軸の軸方向の浮上量を測定する必要があるため、従来の軸方向に予圧を与えながら駆動する形式も採用できない。従来の糸，プーリーを介して駆動する方式では、糸張力により余分なラジアル荷重が掛かるため、正確な測定ができない。また、従来の各駆動方式は、軸受単体の検査、つまりモータ等の軸受組込み機器への未装着の状態の軸受には適用し難いという問題点もあった。特に回転トルクの測定においては、回転トルクが定常状態に入るまでに時間を要し、効率が悪くて生産工程での使用は不可能であった。
【０００５】
この発明の目的は、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する流体軸受につき、軸受単体の状態で、使用時の負荷に応じた浮上量，回転トルク等の検査事項を精度良く迅速に検査できる流体軸受の検査方法および検査装置を提供することである。
【０００６】
【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、この発明の流体軸受の検査方法は、軸受本体内に回転軸を支持したラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する流体軸受を検査する方法において、軸受負荷に対応する重量のダミーディスクを被検査軸受の回転軸に取付け、このダミーディスクをディスク外周部に圧搾エアを吹きつけることにより回転させながら、被検査軸受の検査対象事項を測定する方法である。上記流体圧軸受は、例えば軸受本体から回転軸の一端が突出するものである。
この方法によると、被検査軸受の回転軸に取付けたダミーディスクの外周部に圧搾エアを吹き付けることで回転させるため、回転軸に軸方向やラジアル方向の外力を加えずに、回転力のみを与えることができる。そのため、駆動力付与に伴う外力で測定値に影響を与えることがなく、被検査軸受の浮上量や回転トルク等の各種の検査事項につき精度良く測定が行える。特に、従来では不可能であった軸受単体での浮上量の測定も行える。さらに、圧搾エアで回転させるため、回転伝達系の接続，切断の操作が不要であり、ダミーディスクは検査前に、他の軸受の検査を行っている間に被検査軸受に取付けて準備しておくことができ、多数の軸受を順次検査するときに、ダミーディスクの着脱時間は検査時間に影響しない。これらのため、個々の軸受の検査が迅速に行えて、この検査方法を軸受生産工程で採用することも可能である。
なお、この明細書で言う「流体軸受」は、液体や気体等の流体を介在させて回転軸を支持し、摩擦低減効果を主にその介在した流体によって得る軸受全般を言い、これには動圧軸受や、他の滑り軸受、および静圧軸受を含む。
【０００７】
この発明の流体軸受の検査装置は、軸受本体内に回転軸を支持したラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する流体軸受を検査する装置であって、被検査軸受を軸受本体の部分で支持する軸受設置台と、被検査軸受の回転軸に着脱自在に取付けられるダミーディスクと、このダミーディスクの外周部に回転付与のための圧搾エアを吹きつける駆動用エアノズルと、回転状態の被検査軸受の検査対象事項を測定する測定手段とを備えたものである。
この構成の検査装置によると、この発明方法による上記流体軸受の検査方法を実施することができ、この検査方法による上記の各作用，効果が得られる。
【０００８】
上記ダミーディスクは、被検査軸受の回転軸に着脱自在に取付けられる開閉操作可能なチャックを中心部に有するものであっても良い。このようにダミーディスクを開閉操作可能なチャック付きのものとすると、回転軸へのダミーディスクの着脱作業が簡単に行える。
【０００９】
また、上記ダミーディスクは、外周面の周方向複数箇所に、軸方向に沿う縦溝を有するものであっても良い。上記縦溝を設けると、圧搾エアに対する抵抗が増加して、定格回転数までの回転数上昇時間を短縮させることができる。また、軸方向に沿う縦溝は、吹き付けられた圧搾エアによって回転駆動力のみを増加させるが、揚力を与えないので、測定値に悪影響を与えない。この縦溝は、圧搾エアをダミーディスクの制動方向に吹きつける場合にも、逆回転力増加の効果がられる。
【００１０】
この発明において、ダミーディスクの外周部に、上記駆動用エアノズルによる回転方向とは逆方向に回転させるように圧搾エアを吹きつける制動用エアノズルを設けても良い。
測定終了後のダミーディスクは惰性回転していて、そのままでは完全に停止するまでに時間がかかる。測定終了後に駆動エアとは反対方向にエアを制動用エアノズルから吹き付けることで、ダミーディスクを短時間で停止させ、これにより検査時間をより短縮できる。なお、駆動用エアノズルの方向を可変とし、駆動用エアノズルから上記逆方向の圧搾エアの吹きつけを行うようにしても良いが、小型の軸受に対する検査装置の場合、ノズル方向を可変とするよりも、駆動用エアノズルと制動用エアノズルを別々に設けた方が構成が簡単になる。
【００１１】
この発明において、駆動用エアノズルは、吹きつけ位置がダミーディスクの外周面における厚さ方向の略中央であって、かつ吹きつけ方向がディスク表面と平行な方向であることが好ましい。制動用エアノズルは、吹きつけ方向がディスク表面に対して傾斜した方向であっても良い。
駆動用エアの吹きつけ位置をダミーディスクの厚さ方向の略中央とし、かつ吹きつけ方向をディスク表面と平行な方向とすると、ダミーディスクに揚力を与えることなく回転力のみを与えることができ、浮上量の測定を精度良く行うことができる。制動時は測定を行わないので、吹きつけ方向は制動できる方向であれば良く、斜めであっても支障がない。制動エアの吹きつけ方向を斜めとすると、ダミーディスクの広い面に吹きつけることができて、より早く停止させることができる。
【００１２】
この発明において、上記駆動用エアノズルの圧搾エアの供給系に、ダミーディスクの目標回転速度と実回転速度との差が大きい程、駆動用エアノズルから吹きつける圧搾エアの圧力を高くする駆動エア圧力制御手段を設けても良い。このような駆動エア圧力制御手段を設けることにより、停止状態からの立上がり時には圧搾エアの圧力が強くなって急速に回転が上昇し、また定格回転数等とされる目標回転速度付近まで回転数が上昇すると、圧搾エアの圧力が弱くなり、検査時に目標回転速度をほぼ一定範囲内で自動的に維持することが可能となる。そのため測定を短時間で、かつ高精度に行うことができる。
【００１３】
この発明において、上記軸受設置台は、静止台と、この静止台に静圧軸受を介して回転自在に支持され被検査軸受の軸受本体を把持可能な回転台とでなるものとし、上記測定手段として、回転台と静止台との間に作用する共回り力から被検査軸受の回転トルクを検出するトルク測定手段を設けても良い。
このように回転台の共回り力から回転トルクを検出するようにしたため、被検査軸受の回転トルクを精度良く検出することができる。また、エアによる駆動方式と、上記の静圧軸受を用いて回転トルクを検出する機構とを併用することにより、互いの測定値に影響を与えることなく、浮上量と回転トルクとを同時に測定することが可能になる。
【００１４】
この発明において、上記検出手段の一つとして、被検査軸受の回転軸が軸受本体に対して浮上する浮上量を測定する浮上量測定手段を設け、この浮上量測定手段は、ダミーディスクの回転中心付近に対向して、ダミーディスクとプローブ間の変位を検出する変位計プローブを有するものとしても良い。
被検査軸受の回転軸の軸端は一般に旋盤加工のセンタ孔や取付用のタップ孔が形成されていて、回転軸の軸端に変位計プローブを対向させて測定することができない。しかし、上記のように回転軸に取付けられたダミーディスクに変位計プローブを対向させることで、浮上量の測定が実現可能になる。
【００１５】
このような変位計プローブを用いる場合に、この変位計プローブをダミーディスクに対して上下動させるブローブ上下動機構を設けても良い。このプローブ上下動機構は、被検査軸受の軸受設置台に対する着脱時に変位計プローブがダミーディスクに干渉しない所定の待機高さ位置まで上昇可能なストロークを有するものとする。また、上記プローブ上下動機構を制御する手段として、軸受検査前に上記変位計プローブがダミーディスクに対して所定の間隔となるように制御するプローブ昇降制御手段を設ける。
被検査軸受の回転軸にダミーディスクを取付ける場合に、ダミーディスクの軸方向の装着位置精度には微小なばらつきが生じることがある。このような装着位置精度のばらつきに対して、上記のブローブ上下動機構とプローブ昇降制御手段とにより、ダミーディスクに対する変位計プローブの高さ位置が自動的に調整され、ダミーディスクの軸方向位置のずれがキャンセルされる。このため、浮上量測定手段による浮上量測定を正確に行うことができる。
【００１６】
この発明において、変位計プローブは被検査軸受の回転中心の延長線上に１本設けても良い。回転中心の延長線上に変位計プローブを対向させると、ダミーディスクの傾斜が測定精度に影響せず、誤差の少ない高精度の浮上量測定を行うことができる。
【００１７】
変位計プローブは、被検査軸受の回転中心に対して互いに対称となる位置に複数本配置しても良い。この構成の場合は、浮上量の測定時に各々の変位計プローブから出力される検出信号を演算して平均化すること等で、ダミーディスクの傾斜による各検出箇所の誤差をキャンセルすることができ、より精度の良い測定が可能となる。
【００１８】
この発明において、被検査軸受が動圧軸受であって、磁気ディスク装置における磁気ディスクが回転軸に取付けられるものであっても良い。磁気ディスク装置に用いられる軸受は、小型化および記録密度化に従い、非常に高精度のものが要求される。また、磁気ディスク装置の軸受に動圧軸受を用いる場合、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有するものが必要となり、そのスラスト軸受部における浮上量も、安定した軸回転のために高精度が要求される。しかも小型で低コストの量産品であるため、検査を迅速に行うことが要求される。このような精度上、および測定時間上の厳しい要求に対しても、この発明の流体軸受の検査装置によると満足できるものとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。図１は流体軸受の検査装置の全体を示す正面図であり、図３はその一部を拡大した破断正面図である。図３に示すように、この流体軸受の検査装置は、流体軸受からなる被検査軸受４０を検査する装置であって、被検査軸受４０を軸受本体４１の部分で支持する軸受設置台１と、被検査軸受４０の回転軸４２に着脱自在に取付けられるダミーディスク２と、このダミーディスク２の外周部に回転付与のための圧搾エアを吹きつける駆動用エアノズル３１と、回転状態の被検査軸受４０の検査対象事項を測定する測定手段７，１５とを備えている。
【００２１】
被検査軸受４０は、図１１に一例を示すように、軸受本体４１内に回転軸４２を支持したラジアル軸受部４３およびスラスト軸受部４４を有する組み合わせ型の流体軸受であって、例えば動圧軸受である。ラジアル軸受部４３およびスラスト軸受部４４は、いずれも動圧軸受とされている。これらの動圧軸受は、例えばヘリングボーン溝を有する形式のものであり、内部に動圧付与流体としてオイルが封入されている。
同図の例の被検査軸受４０は、回転軸４２がフランジ４２ａを有していて、フランジ４２ａの両面にスラスト軸受部４４が形成され、また軸方向に離れた複数箇所（図示の例では２箇所）にラジアル軸受部４３を有している。フランジ４２ａは、回転軸４２の内端に設けられ、回転軸４２の外端４２ｂは軸受本体４１から突出している。軸受本体４１は、回転軸４２の外周に嵌まったスリーブ４５と、このスリーブ４５を内周に嵌合させた円筒状のハウジング４６と、ハウジング４６の一端を蓋したスラスト板４７とで構成され、スリーブ４５の内端とスラスト板４７との間に回転軸４２のフランジ４２ａが介在している。スリーブ４５は含油が可能な焼結合金等からなる。スリーブ４５に続いて、リング状のシール部材４８がハウジング４６内に設けられている。ラジアル軸受部４３となる動圧軸受を構成するヘリングボーン溝（図示せず）は、スリーブ４６の内径面または回転軸４２の外径面に設けられる。スラスト軸受４４となる動圧軸受を構成するヘリングホーン溝（図示せず）は、スリーブ４５の端面とスラスト板４７とに設けられ、またはフランジ４２ａの両面に設けられる。なお、スリーブ４５とハウジング４６とは、一体の部品として構成されたものであっても良い。
この動圧軸受からなる被検査軸受４０は、運転状態において、封入オイルの動圧により、スラスト軸受部４４でスラスト板４７の底面から軸方向に浮上した状態に支持され、かつラジアル軸受部４３でスリーブ４６の中心に位置するように支持される。この被検査軸受４０は、例えばハードディスク装置に組込まれ、磁気ディスクが駆動用のモータロータと共に回転軸４２の先端に取付けられる。
【００２２】
図３における上記軸受設置台１は、静止台４と、この静止台４に静圧軸受５を介して回転自在に支持され被検査軸受４０の軸受本体４１を把持可能な回転台６とからなる。図６に断面図で示すように、回転台６は、回転台本体６ａと、この回転台本体６ａ上に設けられて軸受本体４１を外周から把持するクランプ具６ｂとでなる。クランプ具６ｂは、円周方向に並ぶ複数のクランプ爪が、同期して回転台半径方向に移動することで、クランプ開閉を行うものである。
静圧軸受５は、軸受ハウジング５１内に軸状のロータ５３を回転自在に支持してなり、ロータ５３を支持したラジアル軸受部５ａおよびスラスト軸受部５ｂを有する。軸受ハウジング５１は、外部ハウジング５１ａとその内周に嵌合したスリーブ５２とに分割されている。軸受ハウジング５１に、ラジアル軸受部５ａおよびスラスト軸受部５ｂの軸受隙間へ圧縮気体を送り込むノズル５５，５６が設けられている。この静圧軸受５は、ロータ５３が垂直となる姿勢で、ハウジング５１の部分が静止台４に支持されており、そのロータ５３は、上記回転台６の回転台本体６ａに連結され、または一体化されている。図示の例では、回転台６が、ロータ５３の上側のフランジとなり、静圧軸受５におけるスラスト上側の軸受部５ｂの軸受面を構成している。
【００２３】
上記測定手段７，１５（図１）のうちの１つは、回転台６と静止台４との間に作用する共回り力から被検査軸受４０の回転トルクを検出するトルク測定手段７である。このトルク測定手段７は、静圧軸受５のロータ５３に取付けたプーリー８と、このプーリー８の外周に一端を止め付けた糸９と、この糸９に掛かる引っ張り力から被検査軸受４０の回転トルクを検出する荷重測定器１０とで構成される。糸９の他端は荷重測定器１０の検出部１０ａに止め付けられている。上記軸受設置台１とトルク測定手段７とで回転トルク検査機構１１が構成される。
【００２４】
図３に示すように、ダミーディスク２は、被検査軸受４０の回転軸４２に着脱自在に取付けられる開閉操作可能なチャック２２を中心部に有する。このダミーディスク２の外周面の周方向複数箇所には、図５（Ａ）に平面図で示すように、軸方向に沿う縦溝１３が形成されている。この縦溝１３は、図５（Ａ）のように平面視が半円状のものに限らず、図５（Ｂ）のように平面視が矩形状のものであっても、図５（Ｃ）のように平面視が鋸歯状のものであっても良い。
図４に拡大断面図で示すように、ダミーディスク２の外周部に対向して、上記駆動用エアノズル３１が、周方向に所定の間隔を隔てて複数設けられている。また、ダミーディスク２の外周部に対向して、駆動用エアノズル３１による回転方向とは逆方向に回転させるように圧搾エアを吹きつける制動用エアノズル３２が設けられている。制動用エアノズル３２も、周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。駆動用エアノズル３１は、吹きつけ位置がダミーディスク２の外周面における厚さ方向の略中央であって、かつ吹きつけ方向がディスク表面と平行な方向とされている。制動用エアノズル３２は、吹きつけ方向がディスク表面に対して傾斜した方向とされている。駆動用エアノズル３１および制動用エアノズル３２は、いずれもダミーディスク２の外周側に配置されるノズルブロック３３に設置される。ノズルブロック３３は、例えばリング状の部材とされ、または円周方向並ぶ複数の部材とされる。
【００２５】
図１において、電空レギュレータ１９は、検査装置の各部への給電および圧搾空気の供給を行う供給系装置である。そのうち上記駆動用エアノズル３１への圧搾エアの供給系には、ダミーディスク２の目標回転速度と実回転速度との差が大きい程、駆動用エアノズル３１から吹きつける圧搾エアの圧力を高くする駆動エア制御手段１４が設けられている。図示しないが、上記制動用エアノズル３２への圧搾エアの供給系にも、ダミーディスク２の実回転速度が小さくなる程、制動用エアノズル３２から吹きつける圧搾エアの圧力を低くする制動エア制御手段が設けられている。
【００２６】
上記測定手段７，１５の他の一つは、被検査軸受４０の回転軸４２が軸受本体４１に対して浮上する浮上量を測定する浮上量測定手段１５である。この浮上量測定手段１５は、ダミーディスク２の回転中心付近に対向して、ダミーディスク２とプローブ１６間の変位を検出する変位計プローブ１６を有する（図３）。この変位計プローブ１６はプローブ支持部材３４に支持され、図１のプローブ上下動機構１７により、ダミーディスク２に対して上下動させられる。プローブ支持部材３４には上記のノズルブロック３３が取付けられている。プローブ上下動機構１７は、被検査軸受４０の軸受設置台１に対する着脱時に変位計プローブ１６がダミーディスク２に干渉しない所定の待機高さ位置まで上昇可能なストロークを有する。このプローブ上下動機構１７を制御する手段として、軸受検査時に変位計プローブ１６がダミーディスク２に対して所定の間隔を保持するように制御するプローブ昇降制御手段１８が設けられている。変位計プローブ１６は、図９のように被検査軸受４０の回転中心の延長線上に１本設けられている。変形例として、図１０のように、変位計プローブ１６を、被検査軸受４０の回転中心に対して互いに対称となる位置に複数本（ここでは２本）配置しても良い。
【００２７】
図１，図３に示すように、上記ノズルブロック３３には、ダミーディスク２に対向させた回転検出手段３５が設けられ、この回転検出手段３５によって被検査軸受４０の回転軸４２の回転速度が検出される。回転検出手段３５は光電センサからなり、ダミーディスク２の表面に設けられたマークまたは溝等を検出して回転検出を行う。
【００２８】
図７に断面図で示すように、ダミーディスク２は、ディスク本体２１と、このディスク本体２１の中心部に設けられて被検査軸受４０の回転軸４２を把持可能なコレット式のチャック２２とを有する。このチャック２２は、ディスク本体２１に取付けられて円すい面状の案内面２３ａを有するスリーブ２３と、このスリーブ２３の上記円すい面状の案内面２３ａに嵌合して軸方向移動により内周面２４ａが拡縮しこの内周面２４ａで回転軸４２を把持するコレット２４と、このコレット２４を軸方向の縮径側へ付勢する弾性体２５と、この弾性体２５に抗してコレット２４を軸方向の拡径側へ移動させる解除操作部２６とを有する。コレット２４は周方向の複数箇所に拡縮を許すための軸方向に沿うスリット（図示せず）を有している。弾性体２５は皿ばねからなる。解除操作部２６は、コレット２４に螺合するボルト２７と、スリーブ２３とボルト頭部２７ａの間に介装され上記弾性体２５の一端を受け止める座金２８とで構成される。
【００２９】
次に、この構成の検査装置により被検査軸受４０の各検査対象事項を測定する測定方法を説明する。まず、被検査軸受４０の回転軸４２に、ダミーディスク２をコレット式チャック２２で装着したものを準備しておく。このダミーディスク２を装着した被検査軸受４０を、軸受設置台１の回転台６上に配置する。配置した被検査軸受４０は、回転台６のクランプ具６ｂで把持する。この後、プローブ上下動機構１７により、変位計プローブ１６の高さを調整し、次のように測定を開始する。
測定に際しては、ダミーディスク２に駆動用エアノズル３１から圧搾エアを吹きつけてダミーディスク２を回転駆動する。ダミーディスク２が定格回転速度に達して安定すると、トルク測定手段７によるトルク測定、および浮上量測定手段１５による浮上量の測定を行う。測定が終了すると、ダミーディスク２に制動用エアノズル３２から圧搾エアを吹きつけて、駆動用エアノズル３１による回転方向とは逆方向にダミーディスク２を回転させることで、ダミーディスク２を停止させる。
【００３０】
被検査軸受４０の回転駆動は、その回転軸４２に取付けたダミーディスク２に圧搾エアを吹き付けることで行うため、回転軸４２に軸方向やラジアル方向の外力を加えずに、回転力のみを与えることができる。そのため、駆動力付与に伴う外力で測定値に影響を与えることがなく、被検査軸受４０の浮上量や回転トルクにつき精度良く測定が行える。特に、従来では不可能であった軸受単体での浮上量の測定も行える。また、圧搾エアで回転させるため、回転伝達系の接続，切断の操作が不要であり、他の被検査軸受４０の検査を行っている間に、後に検査を行う被検査軸受４０にダミーディスク２を取付けて準備しておくことができる。このため、多数の軸受を順次検査するときに、ダミーディスク２の着脱時間は検査時間に影響しない。このため検査が迅速に行え、この検査方法および検査装置を軸受生産工程で採用することが可能である。
【００３１】
圧搾エアによるダミーディスク２の回転は、ダミーディスク２の外周面が平滑面であると十分な回転力付与を行うことが難しいことがあるが、ダミーディスク２には外周面の周方向複数箇所に、軸方向に沿う縦溝１３（図５）が形成してあるため、圧搾エアに対する抵抗が増加し、定格回転数までの回転数上昇時間を短縮させることができる。上記縦溝１３は軸方向に沿うものであるため、圧搾エアの吹きつけによりダミーディク２に回転駆動力のみを増加させ、揚力を与えることがなく、縦溝１３が浮上量の測定に悪影響を与えることがない。この縦溝１３は、ダミーディスク２の制動時にも役立つ。また、駆動用エアノズル３１は、吹きつけ位置がダミーディスク２の外周面における厚さ方向の略中央であって、かつ吹きつけ方向がディスク表面と平行な方向であるため、これによっても、ダミーディスク２に揚力を与えることなく回転力のみを与えることができ、浮上量の測定を精度良く行うことができる。
【００３２】
ダミーディスク２の回転は、停止状態から目標回転速度、例えば定格回転速度まで上昇させ、定格回転速度で回転している間に、回転トルクおよび浮上量の測定を行う。測定終了後、停止させる。このような回転駆動を行うについて、駆動用エアノズル３１からのエア噴出圧力が一定であると、検査時間を短縮しようとしてエア圧力を高い圧力に設定した場合、回転上昇時間は短くなるものの、測定時の定格回転数保持が困難となり、測定精度に悪影響を与える。すなわち、定格回転速度に達してエア圧力を急に低下させたときに、速度曲線が波打ち状態になって定格回転数に落ちつかず、この速度変動状態で測定することになる。また、測定精度を上げようとして回転上昇時のエア圧力を下げると、定格回転数付近での回転数保持は容易となるが、定格回転数に達するまでの回転数上昇が遅く、検査時間が長引いてしまう。
そこで、この実施形態では、駆動用エアノズル３２からの圧搾エアの圧力は、回転検出手段３５が検出するダミーディスク２の回転数と目標回転数と差に応じて、駆動エア制御手段１４によりフィードバック制御で比例的に制御されるようにしている。これにより、立上がり時の急速回転上昇が必要なときは、圧搾エアの圧力が強くなり、また定格回転数付近まで回転数が上昇すると、圧搾エアの圧力が弱くなり、検査時に定格回転数をほぼ一定範囲内で維持することが可能となる。したがって、測定を短時間で高精度に行うことができる。
【００３３】
また、ダミーディスク２を用いるため、浮上量測定について、次の効果も得られる。すなわち、一般に被検査軸受４０の回転軸４２の軸端は、旋盤加工時のセンタ孔や取付用のタップ孔が形成されていて、回転軸４２の軸端に変位計プローブを対向させて測定することができない。そのため、従来では軸受を組み込んだハードディスク装置の状態で、回転中心から大幅にオフセットした磁気ディスク表面を検出して軸受の浮上量を測定しており、測定精度が悪かった。しかし、この実施形態では回転軸４２にダミーディスク２を取付けるため、このダミーディスク２に変位計プローブ６を対向させることができて、回転中心部の付近で被検査軸受４０の浮上量を測定することができる。このため浮上量を精度良く検出することができる。
【００３４】
ダミーディスク２の装着は、コレット式のチャック２２で行われるので、被検査軸受４０の回転軸４２を傷付けることなく、かつ回転軸４２へ傾きを生じることなく、装着することができる。ちなみに、回転軸４２へのダミーディスク２等の部品を取付ける従来の構成としては、嵌合部に軟質金属または樹脂製のブッシュを設け、これに回転軸を圧入するものが一般的である。しかし、回転軸に圧入傷が発生することや、回転軸にブッシュ素材が付着すること、ブッシュの塑性変形による耐用回数・装着精度・装着後の保持力低下等の問題がある。この他に、テーパーフランジをねじで押込み固定する構成もあるが、この場合は、ねじの質量により回転方向のバランスが崩れたり、装着に時間がかかる等の問題がある。しかし、この実施形態のチャック２２によると、チャック２２の中心部のボルト頭２７ａを押えるることで、図８に示すようにコレット２４が開き、回転軸４２のコレット２４への挿脱が行える。コレット２４に回転軸４２が挿入された状態でチャック中心の押さえを止めると、弾性体２５の復元力でコレット２４が閉じる。このため、回転軸４２に対するダミーディスク２の着脱が簡単に、かつ短時間で行える。
【００３５】
回転軸４２へのコレット式チャック２２によるダミーディスク２の装着では、その構造上から装着時にダミーディスク２は殆ど傾斜しないが、軸方向の装着位置精度には微小なばらつくが生じることがある。この位置ずれは、被検査軸受４０が回転台６に設置された後に行われるプローブ昇降制御手段１８の制御でキャンセルされる。すなわち、プローブ昇降制御手段１８の制御で、プローブ上下動機構１７が変位計プローブ１６を上下動させ、ダミーディスク２の中央部上面と変位計プローブ１６との間隔を所定値に調整する。これにより上記軸方向の位置ずれがキャンセルされる。これにより、浮上量測定手段１５による正確な測定を可能とできる。
具体的な動作としては、回転台６が被検査軸受４０の軸受本体４１を把持したとき、変位計プローブ１６はダミーディスク２から上方に大きく逃げているが、その後の測定サイクル開始時には、先ず変位計プローブ１６がダミーディスク２の上面と絶対に接触しない高さまで急降下し、その後は変位計プローブ１６からの検出信号をプローブ昇降制御手段１８にフィードバックして、ディスク上面との間隔が最適となる高さまで微動し、以後その高さを保持する。このときの高さ位置が浮上量検出の０ポイント（基準位置）となる。
【００３６】
コレット式のチャック２２を用いて回転軸４２にダミーディスク２を装着するため、装着時のダミーディスク２の傾斜は極めて小さいが、ダミーディスク２のそのものの製作精度の関係から、若干の傾斜は存在する。これに対して、変形例として図１０に示したように、変位計プローブ１６を、被検査軸受４０の回転中心に対して互いに対称となる位置に２本配置した場合には、上記浮上量の測定時に各々の変位計プローブ１６から出力される検出信号を演算して平均化することで、ダミーディスク２の検出部傾斜をキャンセルすることができ、より精度の良い測定が可能となる。
【００３７】
回転トルクの測定は、被検査軸受４０の軸受本体４１を把持している回転台６に掛かる共回り力に基づき行われる。すなわち、被検査軸受４０の回転軸４２の回転に伴う軸受本体４１の共回り力は、軸受本体４１−回転台６−プーリー８へと伝達され、最終的に糸９の引っ張り力としてトルク測定手段７の荷重測定器１０で検出される。これにより、高精度の回転トルク測定が可能となる。なお、回転トルクの測定については、回転駆動伝達体のねじれを測定する方法があるが、ハードディスク装置のような小型スピンドルユニットの高回転時の微妙な回転トルクは、ねじれ測定では測定できない。
【００３８】
この検査装置では、このように圧搾エアでダミーディスク２を回転させる回転駆動方式と静圧軸受５を用いた回転トルク検査機構１１を採用するため、浮上量の測定と回転トルクの測定を、互いの測定値に悪影響を与えることなく、同時に行うことができる。従来は、浮上量の測定と回転トルクの測定とは、各々の回転駆動方式が異なることで、各測定値に悪影響を与えてしまう懸念から、独立した装置を用いて別工程で行っており、測定に多くの時間がかかっていた。この実施形態によると、浮上量と回転トルクが悪影響を与えることなく同時に測定できるため、測定時間が短縮できる。
【００３９】
【発明の効果】
この発明の流体軸受の検査方法は、軸受負荷に対応する重量のダミーディスクを被検査軸受の回転軸に取付け、このダミーディスクをディスク外周部に圧搾エアを吹きつけて回転させながら、上記被検査軸受の検査対象事項を測定する方法であるため、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する流体軸受につき、軸受単体の状態で、使用時の負荷に応じた浮上量，回転トルク等の検査事項を精度良く迅速に検査することができる。
この発明の流体軸受の検査装置は、被検査軸受を軸受本体の部分で支持する軸受設置台と、被検査軸受の回転軸に着脱自在に取付けられるダミーディスクと、このダミーディスクの外周部に回転付与のための圧搾エアを吹きつける駆動用エアノズルと、回転状態の被検査軸受の検査対象事項を測定する測定手段とを備えたものであるため、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部を有する流体軸受につき、使用時の負荷に応じた浮上量，回転トルク等の検査事項を精度良く迅速に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる流体軸受の検査装置の正面図である。
【図２】同検査装置の側面図である。
【図３】同検査装置の要部を拡大して示す一部破断正面図である。
【図４】同検査装置におけるノズルブロックの部分拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は同検査装置におけるダミーディスクの部分平面図、（Ｂ）は同ダミーディスクの他の例を示す部分平面図、（Ｃ）は同ダミーディスクのさらに他の例を示す部分平面図である。
【図６】同検査装置における静圧軸受の部分を拡大して示す一部破断正面図である。
【図７】同検査装置におけるダミーディスクが被検査軸受の回転軸に装着された状態を示す断面図である。
【図８】同ダミーディククの被検査軸受の回転軸への着脱動作を示す説明図である。
【図９】同ダミーディスクと変位計プローブとの位置関係を示す正面図である。
【図１０】同検査装置における浮上量測定手段の変形例を示す正面図である。
【図１１】被検査軸受の一例の断面図である。
【符号の説明】
１…軸受設置台
２…ダミーディスク
４…静止台
５…静圧軸受
６…回転台
７…トルク測定手段
１３…縦溝
１４…駆動エア制御手段
１５…浮上量測定手段
１６…変位計プローブ
１７…プローブ上下動機構
１８…プローブ昇降制御手段
２１…ディスク本体
２２…チャック
２３…スリーブ
２３ａ…案内面
２４…コレット
２４ａ…内周面
２５…弾性体
２６…解除操作部
３１…駆動用エアノズル
３２…制動用エアノズル
４０…被検査軸受
４１…軸受本体
４２…回転軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inspection method and an inspection device for a fluid dynamic bearing such as a dynamic pressure bearing used for a high-precision spindle such as a hard disk device.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization and high recording density of hard disk devices, the precision requirements for bearings that support magnetic disks have become extremely strict, making it difficult for rolling bearings to handle them. Therefore, it is shifting to fluid bearings such as dynamic pressure bearings. In the hydrodynamic bearing used for this type of spindle device, it is also necessary to support an axial load. As a support type of the axial load, there is a type of sliding contact at the spherical surface portion of the shaft end, but dynamic pressure support is also adopted for the axial load in terms of durability and function. For example, a fluid bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion that support a rotating shaft in the bearing body is used. In a fluid bearing used for such a high-precision spindle, it is desired to inspect before shipping in the production process.
As a device for measuring the rotational accuracy and dynamic torque of small and high-precision bearings used in hard disk devices, etc., for deep groove ball bearings, the inner ring is attached to the drive shaft and driven, and the holder is attached to the outer ring. There has been proposed one that measures displacement in both radial and axial directions while applying an axial load with the holder being in a displaceable state (for example, Patent Document 1). The axial preload is applied while allowing displacement in each direction via a hydrostatic gas bearing.
In general, when inspecting the run-out and rotational torque of a small bearing, a pulley instead of a weight is attached to a rotary shaft and driven to rotate through a transmission member such as a thread.
Among the hydrodynamic bearings, those that make sliding contact with the spherical portion at the shaft end to support the axial load have been proposed in which various measurements are performed while preloading the axial load is applied.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-194270 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a hydrodynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion that support a rotating shaft in a bearing body, particularly in a type in which one end of the rotating shaft protrudes from the bearing body, a deep groove ball bearing inspection device disclosed in Patent Document 1 As described above, it is not possible to adopt a drive type in which the inner ring is attached to the drive shaft to give rotational drive. In addition, since a hydrodynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion needs to measure the flying height in the axial direction of the rotating shaft, the conventional driving method while applying preload in the axial direction cannot be adopted. In the conventional method of driving via a thread and pulley, an excessive radial load is applied due to the thread tension, so accurate measurement cannot be performed. In addition, each of the conventional drive systems has a problem that it is difficult to apply to a bearing alone, that is, a bearing that is not mounted on a bearing built-in device such as a motor. In particular, in the measurement of rotational torque, it took time until the rotational torque entered a steady state, and the efficiency was poor, so that it could not be used in the production process.
[0005]
An object of the present invention is a fluid dynamic bearing that has a radial bearing portion and a thrust bearing portion, and can accurately and quickly inspect inspection items such as flying height and rotational torque according to a load during use in a single bearing state. An inspection method and an inspection apparatus are provided.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a fluid bearing inspection method according to the present invention corresponds to a bearing load in a method of inspecting a fluid dynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion that support a rotating shaft in a bearing body. In this method, a heavy dummy disk is attached to the rotating shaft of the bearing to be inspected, and the dummy disk is rotated by blowing compressed air on the outer periphery of the disk, and the inspection target items of the bearing to be inspected are measured. In the fluid pressure bearing, for example, one end of a rotating shaft projects from a bearing body.
According to this method, rotation is performed by blowing compressed air on the outer periphery of the dummy disk attached to the rotating shaft of the bearing to be inspected, so that only rotating force is applied to the rotating shaft without applying axial or radial external force. be able to. For this reason, the measurement value is not affected by the external force accompanying the driving force application, and it is possible to accurately measure various inspection items such as the flying height and rotational torque of the bearing to be inspected. In particular, it is possible to measure the flying height of a single bearing, which was impossible in the past. In addition, because it is rotated by compressed air, connection and disconnection of the rotation transmission system is unnecessary, and the dummy disk is prepared by attaching it to the bearing to be inspected while inspecting other bearings before inspection. When a large number of bearings are inspected sequentially, the attachment / detachment time of the dummy disk does not affect the inspection time. For these reasons, individual bearings can be inspected quickly, and this inspection method can be employed in the bearing production process.
The term “fluid bearing” in this specification refers to a general bearing that supports a rotating shaft by interposing a fluid such as liquid or gas and obtains a friction reducing effect mainly by the intervening fluid. Includes pressure bearings, other plain bearings, and hydrostatic bearings.
[0007]
A fluid bearing inspection apparatus according to the present invention is an apparatus for inspecting a fluid dynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion that support a rotating shaft in a bearing body, and a bearing that supports a bearing to be inspected by a portion of the bearing body. Inspection of the installation table, a dummy disk that is detachably attached to the rotating shaft of the bearing to be inspected, a driving air nozzle that blows compressed air on the outer periphery of the dummy disk, and rotation of the bearing to be inspected Measuring means for measuring the subject matter.
According to the inspection apparatus having this configuration, the fluid bearing inspection method according to the method of the present invention can be carried out, and the above-described functions and effects of the inspection method can be obtained.
[0008]
The dummy disk may have at its center a chuck that can be opened and closed and is detachably attached to the rotating shaft of the bearing to be inspected. When the dummy disk is provided with a chuck that can be opened and closed as described above, the dummy disk can be easily attached to and detached from the rotating shaft.
[0009]
The dummy disk may have longitudinal grooves along the axial direction at a plurality of locations on the outer peripheral surface in the circumferential direction. When the vertical groove is provided, the resistance to the compressed air increases, and the rotational speed increase time up to the rated rotational speed can be shortened. Further, the longitudinal groove along the axial direction increases only the rotational driving force by the blown compressed air, but does not give lift, and thus does not adversely affect the measured value. This vertical groove is effective in increasing the reverse rotational force even when compressed air is blown in the braking direction of the dummy disk.
[0010]
In the present invention, a braking air nozzle that blows compressed air so as to rotate in the direction opposite to the rotation direction by the driving air nozzle may be provided on the outer peripheral portion of the dummy disk.
The dummy disk after the measurement is inertially rotated, and it takes time until the dummy disk stops completely. By blowing air from the braking air nozzle in the direction opposite to the driving air after the measurement is completed, the dummy disk can be stopped in a short time, thereby further reducing the inspection time. The direction of the driving air nozzle may be variable, and the compressed air may be blown in the reverse direction from the driving air nozzle. However, in the case of an inspection device for a small bearing, the nozzle direction is more variable. The configuration is simpler if the driving air nozzle and the braking air nozzle are provided separately.
[0011]
In the present invention, it is preferable that the driving air nozzle has a blowing position substantially at the center in the thickness direction on the outer peripheral surface of the dummy disk, and the blowing direction is a direction parallel to the disk surface. The braking air nozzle may have a direction in which the blowing direction is inclined with respect to the disk surface.
If the drive air blowing position is approximately the center in the thickness direction of the dummy disk and the blowing direction is parallel to the disk surface, only the rotational force can be applied without giving lift to the dummy disk. The flying height can be measured with high accuracy. Since measurement is not performed during braking, the blowing direction may be any direction that can be braked, and there is no problem even if it is oblique. If the blowing direction of the braking air is oblique, the braking air can be blown over a wide surface and can be stopped more quickly.
[0012]
In this invention, the drive air pressure control for increasing the pressure of the compressed air blown from the drive air nozzle as the difference between the target rotation speed and the actual rotation speed of the dummy disk increases in the compressed air supply system of the drive air nozzle Means may be provided. By providing such a drive air pressure control means, the pressure of the compressed air becomes strong at the rise from the stop state, the rotation rapidly increases, and the rotation speed reaches the vicinity of the target rotation speed that is set to the rated rotation speed or the like. If it raises, the pressure of compressed air will become weak and it will become possible to maintain a target rotational speed automatically within the substantially fixed range at the time of a test | inspection. Therefore, measurement can be performed with high accuracy in a short time.
[0013]
In the present invention, the bearing mounting base is composed of a stationary base and a rotary base that is rotatably supported by the stationary base via a hydrostatic bearing and can grip the bearing body of the bearing to be inspected. As another example, a torque measuring means for detecting the rotational torque of the bearing to be inspected from a co-rotating force acting between the rotating table and the stationary table may be provided.
As described above, since the rotational torque is detected from the co-rotation force of the turntable, the rotational torque of the bearing to be inspected can be detected with high accuracy. In addition, by using both the air drive system and the mechanism that detects rotational torque using the hydrostatic bearing, the flying height and rotational torque can be measured simultaneously without affecting each other's measured values. It becomes possible.
[0014]
In the present invention, as one of the detecting means, there is provided a flying height measuring means for measuring a flying height at which the rotating shaft of the bearing to be tested floats with respect to the bearing body, and the flying height measuring means is a rotation center of the dummy disk. It is good also as what has a displacement meter probe which detects the displacement between a dummy disc and a probe facing the vicinity.
The shaft end of the rotating shaft of the bearing to be inspected is generally formed with a lathe machining center hole or a mounting tap hole, and measurement cannot be performed with the displacement gauge probe facing the shaft end of the rotating shaft. However, the flying height can be measured by making the displacement meter probe face the dummy disk attached to the rotating shaft as described above.
[0015]
When such a displacement meter probe is used, a probe up / down moving mechanism for moving the displacement meter probe up / down relative to the dummy disk may be provided. This probe vertical movement mechanism has a stroke that can be raised to a predetermined standby height position at which the displacement meter probe does not interfere with the dummy disk when the test bearing is attached to or detached from the bearing mount. Further, as a means for controlling the probe vertical movement mechanism, a probe raising / lowering control means for controlling the displacement meter probe at a predetermined interval with respect to the dummy disk before bearing inspection is provided.
When a dummy disk is attached to the rotating shaft of the bearing to be inspected, a slight variation may occur in the mounting position accuracy of the dummy disk in the axial direction. For such variations in mounting position accuracy, the probe vertical movement mechanism and the probe lifting / lowering control means automatically adjust the height position of the displacement meter probe with respect to the dummy disk, and the axial position of the dummy disk is adjusted. The deviation is cancelled. For this reason, the flying height measurement by the flying height measuring means can be accurately performed.
[0016]
In the present invention, one displacement meter probe may be provided on the extension line of the rotation center of the bearing to be inspected. When the displacement probe is opposed to the extension line of the center of rotation, the inclination of the dummy disk does not affect the measurement accuracy, and high-accuracy flying height measurement with few errors can be performed.
[0017]
A plurality of displacement meter probes may be arranged at positions symmetrical to each other with respect to the rotation center of the bearing to be inspected. In the case of this configuration, by calculating and averaging the detection signals output from each displacement meter probe when measuring the flying height, it is possible to cancel the error at each detection location due to the inclination of the dummy disk, More accurate measurement is possible.
[0018]
In the present invention, the bearing to be inspected may be a dynamic pressure bearing, and the magnetic disk in the magnetic disk device may be attached to the rotating shaft. Bearings used in magnetic disk devices are required to have very high precision in accordance with miniaturization and recording density. In addition, when a dynamic pressure bearing is used as a bearing of a magnetic disk device, a bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion is required, and the flying height in the thrust bearing portion is required to be highly accurate for stable shaft rotation. The Moreover, since it is a small-sized and low-cost mass-produced product, it is required to perform inspection quickly. According to the fluid bearing inspection device of the present invention, it can be satisfied even with such strict requirements on accuracy and measurement time.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a front view showing the entirety of a fluid dynamic bearing inspection apparatus, and FIG. 3 is a partially enlarged front view showing a part thereof. As shown in FIG. 3, the fluid bearing inspection apparatus is an apparatus for inspecting a bearing 40 to be inspected made of a fluid bearing, and a bearing mounting base 1 that supports the bearing 40 to be inspected by a portion of a bearing body 41; A dummy disk 2 that is detachably attached to the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected, a driving air nozzle 31 that blows compressed air for imparting rotation to the outer peripheral portion of the dummy disk 2, and the bearing 40 to be inspected in a rotating state. Measuring means 7 and 15 for measuring the items to be inspected.
[0021]
As shown in FIG. 11, the bearing 40 to be inspected is a combined fluid bearing having a radial bearing portion 43 and a thrust bearing portion 44 that support a rotating shaft 42 in a bearing body 41, for example, a hydrodynamic bearing. It is. Both the radial bearing portion 43 and the thrust bearing portion 44 are dynamic pressure bearings. These dynamic pressure bearings are of the type having, for example, herringbone grooves, and oil is sealed inside as a dynamic pressure applying fluid.
In the bearing 40 to be inspected in the figure, the rotating shaft 42 has a flange 42a, thrust bearing portions 44 are formed on both surfaces of the flange 42a, and a plurality of locations separated in the axial direction (in the illustrated example, 2). A radial bearing portion 43 is provided at a location). The flange 42 a is provided at the inner end of the rotating shaft 42, and the outer end 42 b of the rotating shaft 42 protrudes from the bearing body 41. The bearing body 41 includes a sleeve 45 fitted on the outer periphery of the rotary shaft 42, a cylindrical housing 46 fitted with the sleeve 45 on the inner circumference, and a thrust plate 47 that covers one end of the housing 46. The flange 42 a of the rotating shaft 42 is interposed between the inner end of the sleeve 45 and the thrust plate 47. The sleeve 45 is made of a sintered alloy or the like that can contain oil. Following the sleeve 45, a ring-shaped seal member 48 is provided in the housing 46. A herringbone groove (not shown) constituting a dynamic pressure bearing serving as the radial bearing portion 43 is provided on the inner diameter surface of the sleeve 46 or the outer diameter surface of the rotary shaft 42. Herring horn grooves (not shown) constituting a dynamic pressure bearing serving as the thrust bearing 44 are provided on the end face of the sleeve 45 and the thrust plate 47, or on both faces of the flange 42a. The sleeve 45 and the housing 46 may be configured as an integral part.
The bearing to be inspected 40 composed of the hydrodynamic bearing is supported by the thrust bearing portion 44 so as to float in the axial direction from the bottom surface of the thrust plate 47 by the dynamic pressure of the sealed oil in the operating state. The sleeve 46 is supported so as to be located at the center. The bearing 40 to be inspected is incorporated in, for example, a hard disk device, and a magnetic disk is attached to the tip of the rotating shaft 42 together with a driving motor rotor.
[0022]
3 includes a stationary table 4 and a rotating table 6 that is rotatably supported by the stationary table 4 via a hydrostatic bearing 5 and can grip the bearing body 41 of the bearing 40 to be inspected. . As shown in the sectional view of FIG. 6, the turntable 6 includes a turntable main body 6a and a clamp tool 6b provided on the turntable main body 6a and gripping the bearing main body 41 from the outer periphery. The clamp tool 6b opens and closes a clamp by moving a plurality of clamp claws arranged in the circumferential direction in the radial direction of the turntable in synchronization.
The hydrostatic bearing 5 is configured to rotatably support a shaft-like rotor 53 in a bearing housing 51, and includes a radial bearing portion 5a and a thrust bearing portion 5b that support the rotor 53. The bearing housing 51 is divided into an outer housing 51a and a sleeve 52 fitted to the inner periphery thereof. The bearing housing 51 is provided with nozzles 55 and 56 for feeding compressed gas into the bearing gap between the radial bearing portion 5a and the thrust bearing portion 5b. The hydrostatic bearing 5 has a position in which the rotor 53 is vertical and the housing 51 is supported by the stationary base 4, and the rotor 53 is connected to the rotary base body 6 a of the rotary base 6 or is integrated. It has become. In the illustrated example, the turntable 6 serves as an upper flange of the rotor 53 and constitutes a bearing surface of the thrust upper bearing portion 5 b in the hydrostatic bearing 5.
[0023]
One of the measuring means 7 and 15 (FIG. 1) is a torque measuring means 7 for detecting the rotational torque of the bearing 40 to be inspected from the co-rotational force acting between the rotary base 6 and the stationary base 4. . The torque measuring means 7 includes a pulley 8 attached to the rotor 53 of the hydrostatic bearing 5, a thread 9 with one end fastened to the outer periphery of the pulley 8, and the rotation of the bearing 40 to be inspected from the tensile force applied to the thread 9. It is comprised with the load measuring device 10 which detects a torque. The other end of the yarn 9 is fixed to the detection unit 10 a of the load measuring device 10. The bearing installation base 1 and the torque measuring means 7 constitute a rotational torque inspection mechanism 11.
[0024]
As shown in FIG. 3, the dummy disk 2 has a chuck 22 that is detachably attached to a rotating shaft 42 of a bearing 40 to be inspected and that can be opened and closed. As shown in a plan view in FIG. 5A, longitudinal grooves 13 are formed along the axial direction at a plurality of locations on the outer peripheral surface of the dummy disk 2 in the circumferential direction. The vertical groove 13 is not limited to a semicircular shape in a plan view as shown in FIG. 5A, but may be a rectangular shape in a plan view as shown in FIG. The saw may have a sawtooth shape in plan view.
As shown in an enlarged cross-sectional view in FIG. 4, a plurality of the driving air nozzles 31 are provided at a predetermined interval in the circumferential direction so as to face the outer peripheral portion of the dummy disk 2. Further, a braking air nozzle 32 that blows compressed air so as to rotate in the direction opposite to the rotation direction by the driving air nozzle 31 is provided facing the outer peripheral portion of the dummy disk 2. A plurality of braking air nozzles 32 are also provided at predetermined intervals in the circumferential direction. The driving air nozzle 31 has a blowing position substantially at the center in the thickness direction on the outer peripheral surface of the dummy disk 2 and a blowing direction parallel to the disk surface. The braking air nozzle 32 has a blowing direction inclined with respect to the disk surface. The driving air nozzle 31 and the braking air nozzle 32 are both installed in a nozzle block 33 disposed on the outer peripheral side of the dummy disk 2. The nozzle block 33 is, for example, a ring-shaped member or a plurality of members arranged in the circumferential direction.
[0025]
In FIG. 1, an electropneumatic regulator 19 is a supply system device that supplies power to each part of the inspection device and supplies compressed air. Among them, in the supply system of compressed air to the drive air nozzle 31, the drive air that increases the pressure of the compressed air blown from the drive air nozzle 31 as the difference between the target rotational speed and the actual rotational speed of the dummy disk 2 increases. Control means 14 is provided. Although not shown, the air supply system for the compressed air supplied to the brake air nozzle 32 also includes a brake air control means for reducing the pressure of the compressed air blown from the brake air nozzle 32 as the actual rotational speed of the dummy disk 2 decreases. Is provided.
[0026]
Another one of the measuring means 7 and 15 is the flying height measuring means 15 that measures the flying height of the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected with respect to the bearing body 41. This flying height measuring means 15 has a displacement meter probe 16 that faces the vicinity of the center of rotation of the dummy disk 2 and detects the displacement between the dummy disk 2 and the probe 16 (FIG. 3). The displacement meter probe 16 is supported by a probe support member 34 and is moved up and down with respect to the dummy disk 2 by the probe up-and-down movement mechanism 17 of FIG. The nozzle block 33 is attached to the probe support member 34. The probe vertical movement mechanism 17 has a stroke that allows the displacement gauge probe 16 to rise to a predetermined standby height position where it does not interfere with the dummy disk 2 when the bearing 40 to be inspected is attached to or detached from the bearing mount 1. As means for controlling the probe vertical movement mechanism 17, probe elevation control means 18 for controlling the displacement meter probe 16 so as to maintain a predetermined interval with respect to the dummy disk 2 at the time of bearing inspection is provided. One displacement meter probe 16 is provided on the extension line of the rotation center of the bearing 40 to be inspected as shown in FIG. As a modified example, as shown in FIG. 10, a plurality (two in this case) of the displacement meter probes 16 may be arranged at positions symmetrical to each other with respect to the rotation center of the bearing 40 to be inspected.
[0027]
As shown in FIGS. 1 and 3, the nozzle block 33 is provided with a rotation detecting means 35 opposed to the dummy disk 2, and the rotation detecting means 35 allows the rotational speed of the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected. Detected. The rotation detection means 35 is composed of a photoelectric sensor, and detects a rotation by detecting a mark or groove provided on the surface of the dummy disk 2.
[0028]
As shown in a cross-sectional view in FIG. 7, the dummy disk 2 includes a disk body 21 and a collet chuck 22 provided at the center of the disk body 21 and capable of gripping the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected. Have. The chuck 22 is attached to the disc main body 21 and has a sleeve 23 having a conical guide surface 23a, and the inner peripheral surface 24a is fitted to the conical guide surface 23a of the sleeve 23 and moved axially. Is expanded and contracted, and the collet 24 that grips the rotating shaft 42 by the inner peripheral surface 24a, the elastic body 25 that urges the collet 24 toward the reduced diameter side in the axial direction, and the collet 24 is pivoted against the elastic body 25. And a release operation unit 26 for moving the direction to the diameter expansion side. The collet 24 has slits (not shown) along the axial direction for allowing expansion and contraction at a plurality of locations in the circumferential direction. The elastic body 25 consists of a disc spring. The release operation unit 26 includes a bolt 27 that is screwed into the collet 24, and a washer 28 that is interposed between the sleeve 23 and the bolt head portion 27a and receives one end of the elastic body 25.
[0029]
Next, a measurement method for measuring each inspection target item of the bearing 40 to be inspected by the inspection apparatus having this configuration will be described. First, the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected is prepared by mounting the dummy disk 2 with the collet chuck 22. The bearing 40 to be inspected with the dummy disk 2 mounted thereon is arranged on the turntable 6 of the bearing installation base 1. The arranged bearing to be inspected 40 is gripped by the clamp tool 6 b of the turntable 6. Thereafter, the height of the displacement meter probe 16 is adjusted by the probe vertical movement mechanism 17 and measurement is started as follows.
In the measurement, the dummy disk 2 is rotationally driven by blowing compressed air from the driving air nozzle 31 to the dummy disk 2. When the dummy disk 2 reaches the rated rotational speed and is stabilized, torque measurement by the torque measuring means 7 and flying height measurement by the flying height measuring means 15 are performed. When the measurement is completed, compressed air is blown from the braking air nozzle 32 to the dummy disk 2, and the dummy disk 2 is rotated in the direction opposite to the rotation direction by the driving air nozzle 31, thereby stopping the dummy disk 2.
[0030]
Since the rotation of the bearing 40 to be inspected is performed by blowing compressed air onto the dummy disk 2 attached to the rotating shaft 42, only the rotating force is applied to the rotating shaft 42 without applying an axial or radial external force. be able to. Therefore, the measurement value can be accurately measured with respect to the flying height and the rotational torque of the bearing 40 to be inspected without affecting the measurement value due to the external force accompanying the driving force application. In particular, it is possible to measure the flying height of a single bearing, which was impossible in the past. Further, since rotation with compressed air is required, connection and disconnection operations of the rotation transmission system are unnecessary, and the dummy disk 2 is attached to the bearing 40 to be inspected later while the other bearings 40 are being inspected. Can be installed and prepared. For this reason, when a large number of bearings are inspected sequentially, the attachment / detachment time of the dummy disk 2 does not affect the inspection time. Therefore, the inspection can be performed quickly, and this inspection method and inspection apparatus can be employed in the bearing production process.
[0031]
When the dummy disk 2 is rotated by the compressed air, it may be difficult to apply sufficient rotational force if the outer peripheral surface of the dummy disk 2 is a smooth surface. Since the longitudinal groove 13 (FIG. 5) along the axial direction is formed, the resistance against the compressed air is increased, and the rotation speed increase time up to the rated rotation speed can be shortened. Since the vertical groove 13 is along the axial direction, only the rotational driving force is increased to the dummy disc 2 by blowing compressed air, and no lift is given, and the vertical groove 13 adversely affects the measurement of the flying height. There is nothing. The vertical groove 13 is useful also when the dummy disk 2 is braked. Further, since the driving air nozzle 31 is sprayed at a substantially central position in the thickness direction on the outer peripheral surface of the dummy disk 2 and the spraying direction is parallel to the disk surface, this also allows the dummy disk Only rotational force can be applied to 2 without applying lift, and the flying height can be measured with high accuracy.
[0032]
The rotation of the dummy disk 2 is increased from a stopped state to a target rotation speed, for example, a rated rotation speed, and the rotation torque and the flying height are measured while rotating at the rated rotation speed. Stop after measurement. When performing such rotational driving, if the air jet pressure from the driving air nozzle 31 is constant, when the air pressure is set to a high pressure in order to shorten the inspection time, the rotation rise time is shortened, but at the time of measurement This makes it difficult to maintain the rated speed of the motor, and adversely affects measurement accuracy. That is, when the rated rotational speed is reached and the air pressure is suddenly reduced, the speed curve becomes wavy and does not fall to the rated rotational speed, and measurement is performed in this speed fluctuation state. In addition, if the air pressure at the time of increasing the rotation is decreased to increase the measurement accuracy, it is easy to maintain the rotation speed near the rated rotation speed, but the increase in the rotation speed until reaching the rated rotation speed is slow, and the inspection time is prolonged. End up.
Therefore, in this embodiment, the pressure of the compressed air from the drive air nozzle 32 is feedback-controlled by the drive air control means 14 according to the difference between the rotation speed of the dummy disk 2 detected by the rotation detection means 35 and the target rotation speed. Is controlled proportionally. As a result, the pressure of the compressed air increases when the rapid rotation rise at the time of start-up is required, and the pressure of the compressed air decreases when the rotation speed increases to near the rated rotation speed. It can be maintained within a certain range. Therefore, measurement can be performed with high accuracy in a short time.
[0033]
Further, since the dummy disk 2 is used, the following effects can be obtained with respect to the flying height measurement. That is, in general, the shaft end of the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected is formed with a center hole and a tapping hole for lathe machining, and measurement is performed with the displacement meter probe facing the shaft end of the rotating shaft 42. I can't. For this reason, conventionally, in the state of a hard disk device incorporating a bearing, the surface of the magnetic disk that is significantly offset from the center of rotation is detected to measure the flying height of the bearing, and the measurement accuracy is poor. However, in this embodiment, since the dummy disk 2 is attached to the rotating shaft 42, the displacement gauge probe 6 can be opposed to the dummy disk 2, and the flying height of the bearing 40 to be inspected is measured in the vicinity of the center of rotation. be able to. For this reason, the flying height can be detected with high accuracy.
[0034]
Since the dummy disk 2 is mounted by the collet chuck 22, it can be mounted without damaging the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected and without tilting the rotating shaft 42. Incidentally, as a conventional configuration for attaching the parts such as the dummy disk 2 to the rotating shaft 42, a fitting made of a soft metal or resin is provided in the fitting portion, and the rotating shaft is press-fitted into this. However, there are problems such as press-fitting on the rotating shaft, sticking of the bush material to the rotating shaft, lowering of the number of times of use, mounting accuracy, and holding force after mounting due to plastic deformation of the bush. In addition, there is a configuration in which the taper flange is pressed and fixed with a screw. In this case, however, there is a problem in that the balance in the rotational direction is lost due to the mass of the screw, and it takes time to mount. However, according to the chuck 22 of this embodiment, by pressing the bolt head 27a at the center of the chuck 22, the collet 24 opens as shown in FIG. 8, and the rotary shaft 42 can be inserted into and removed from the collet 24. When the center of the chuck is stopped while the rotating shaft 42 is inserted into the collet 24, the collet 24 is closed by the restoring force of the elastic body 25. For this reason, the dummy disk 2 can be easily attached to and detached from the rotating shaft 42 in a short time.
[0035]
When the dummy disk 2 is mounted on the rotary shaft 42 by the collet chuck 22, the dummy disk 2 hardly tilts when mounted due to its structure, but there may be a slight variation in the mounting position accuracy in the axial direction. This misalignment is canceled by the control of the probe lifting / lowering control means 18 performed after the bearing 40 to be inspected is installed on the turntable 6. That is, under the control of the probe lifting / lowering control means 18, the probe vertical movement mechanism 17 moves the displacement meter probe 16 up and down to adjust the distance between the upper surface of the central portion of the dummy disk 2 and the displacement meter probe 16 to a predetermined value. This cancels the axial displacement. Thereby, accurate measurement by the flying height measuring means 15 can be made possible.
As a specific operation, when the turntable 6 grips the bearing main body 41 of the bearing 40 to be inspected, the displacement meter probe 16 largely escapes upward from the dummy disk 2, but at the start of the subsequent measurement cycle, first the displacement gauge 16 is displaced. The meter probe 16 suddenly descends to a height at which it does not come into contact with the upper surface of the dummy disk 2, and thereafter, a detection signal from the displacement meter probe 16 is fed back to the probe lift control means 18 so that the distance from the disk upper surface is optimal. Slightly move up to this point and hold the height thereafter. The height position at this time is 0 point (reference position) for detecting the flying height.
[0036]
Since the dummy disk 2 is mounted on the rotating shaft 42 using the collet chuck 22, the inclination of the dummy disk 2 at the time of mounting is extremely small, but there is a slight inclination because of the manufacturing accuracy of the dummy disk 2 itself. To do. On the other hand, as shown in FIG. 10 as a modified example, when two displacement meter probes 16 are arranged at positions symmetrical to each other with respect to the rotation center of the bearing 40 to be inspected, By calculating and averaging the detection signals output from the respective displacement gauge probes 16 at the time of measurement, the inclination of the detection portion of the dummy disk 2 can be canceled, and more accurate measurement can be performed.
[0037]
The measurement of the rotational torque is performed based on the co-rotational force applied to the turntable 6 that holds the bearing body 41 of the bearing 40 to be inspected. That is, the co-rotation force of the bearing main body 41 accompanying the rotation of the rotating shaft 42 of the bearing 40 to be inspected is transmitted to the bearing main body 41-the rotary table 6-the pulley 8, and finally the torque measuring means as the pulling force of the yarn 9. 7 is detected by a load measuring instrument 10. As a result, highly accurate rotational torque measurement can be performed. As for the measurement of the rotational torque, there is a method of measuring the torsion of the rotational drive transmission body, but the delicate rotational torque at the time of high rotation of a small spindle unit such as a hard disk device cannot be measured by the torsion measurement.
[0038]
In this inspection apparatus, since the rotational drive system for rotating the dummy disk 2 with compressed air and the rotational torque inspection mechanism 11 using the static pressure bearing 5 are employed, the flying height measurement and the rotational torque measurement are performed mutually. Can be performed simultaneously without adversely affecting the measured values. Conventionally, the measurement of the flying height and the measurement of the rotational torque are performed in separate processes using an independent device because there is a concern that each measured value is adversely affected due to the difference in each rotational drive system. The measurement took a lot of time. According to this embodiment, since the flying height and the rotational torque can be measured simultaneously without adverse effects, the measurement time can be shortened.
[0039]
【The invention's effect】
The fluid dynamic bearing inspection method according to the present invention is a method in which a dummy disk having a weight corresponding to a bearing load is attached to a rotating shaft of a bearing to be inspected, and the dummy disk is rotated by blowing compressed air around the outer periphery of the disk. Since this is a method for measuring the inspection items of the bearing, the inspection items such as the flying height and the rotational torque according to the load during use are accurate for a fluid bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion in the state of the bearing alone. Good and quick inspection.
The fluid dynamic bearing inspection apparatus according to the present invention includes a bearing mounting base for supporting a bearing to be inspected by a portion of a bearing body, a dummy disk that is detachably attached to a rotating shaft of the bearing to be inspected, and a rotation around the outer periphery of the dummy disk. A hydrodynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion is provided with a driving air nozzle for blowing compressed air for application and a measuring means for measuring the inspection object of the rotating bearing to be inspected. Inspection items such as flying height and rotational torque according to the load during use can be inspected accurately and quickly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a fluid dynamic bearing inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the inspection apparatus.
FIG. 3 is a partially broken front view showing an enlarged main part of the inspection apparatus.
FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view of a nozzle block in the inspection apparatus.
5A is a partial plan view of a dummy disk in the inspection apparatus, FIG. 5B is a partial plan view showing another example of the dummy disk, and FIG. 5C shows still another example of the dummy disk. It is a partial top view.
FIG. 6 is a partially broken front view showing an enlarged portion of a hydrostatic bearing in the inspection apparatus.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the dummy disk is mounted on the rotating shaft of the bearing to be inspected in the inspection apparatus.
FIG. 8 is an explanatory view showing an attaching / detaching operation of the dummy disc to / from the rotating shaft of the bearing to be inspected.
FIG. 9 is a front view showing the positional relationship between the dummy disk and the displacement meter probe.
FIG. 10 is a front view showing a modification of the flying height measuring means in the inspection apparatus.
FIG. 11 is a sectional view of an example of a bearing to be inspected.
[Explanation of symbols]
1 ... Bearing installation stand
2… Dummy disk
4 ... Stationary stand
5 ... Hydrostatic bearing
6 ... turntable
7 ... Torque measuring means
13 ... Vertical groove
14 ... Driving air control means
15 ... Means for measuring the flying height
16. Displacement probe
17 ... Probe vertical movement mechanism
18: Probe lifting control means
21 ... Disc body
22 ... Chuck
23 ... Sleeve
23a ... Guide surface
24 ... Collet
24a ... inner peripheral surface
25. Elastic body
26 ... Release operation section
31 ... Air nozzle for driving
32 ... Air nozzle for braking
40 ... Bearing to be inspected
41 ... Bearing body
42 ... Rotating shaft

Claims

A method for inspecting a hydrodynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion supporting a rotating shaft in a bearing body, wherein a dummy disc having a weight corresponding to a bearing load is attached to the rotating shaft of the bearing to be inspected, and the dummy disc A method for inspecting a fluid compression bearing in which the inspection subject matter of the bearing to be inspected is measured while rotating the disk by blowing compressed air on the outer periphery of the disk.

An apparatus for inspecting a hydrodynamic bearing having a radial bearing portion and a thrust bearing portion that support a rotating shaft in a bearing body, the bearing mounting base for supporting the bearing to be inspected by a portion of the bearing body, and the rotating shaft of the bearing to be inspected A dummy disk that is detachably attached to the disk, a driving air nozzle that blows compressed air for imparting rotation to the outer peripheral portion of the dummy disk, and a measuring means that measures the inspection target items of the bearing under rotation. Fluid bearing inspection equipment.

3. The fluid bearing inspection apparatus according to claim 2, wherein the dummy disk has a chuck that can be opened and closed, which is detachably attached to a rotating shaft of the bearing to be inspected.

4. The fluid bearing inspection apparatus according to claim 2, wherein the dummy disk has longitudinal grooves along the axial direction at a plurality of locations on the outer peripheral surface in the circumferential direction.

In any one of claims 2 to 4, the outer peripheral portion of the dummy disc, the fluid bearing to the rotating direction by the drive air nozzle provided with braking air nozzle blowing compressed air to rotate in the reverse direction Inspection equipment.

6. The driving air nozzle according to claim 5, wherein the blowing position is substantially the center in the thickness direction on the outer peripheral surface of the dummy disk, and the blowing direction is a direction parallel to the disk surface. A fluid bearing inspection device in which the attaching direction is inclined with respect to the disk surface.

In any one of claims 2 to 6, the supply system of the compressed air of the drive air nozzle, as the difference between the target rotational speed and the actual rotation speed of the dummy disc is large, it is blown from the driving air nozzle squeeze A fluid dynamic bearing inspection device provided with driving air pressure control means for increasing air pressure.

In any one of claims 2 to 7, the bearing mount base, a stationary stand, rotatably supported by possible rotation grip the bearing body of the test bearing via a hydrostatic bearing to the still stand A fluid bearing inspection apparatus provided with a torque measuring means for detecting the rotational torque of the bearing to be inspected from a co-rotational force acting between the rotating base and the stationary base as the inspection means.

9. The flying height measuring means for measuring a flying height of the rotating shaft of the bearing to be inspected with respect to the bearing main body as one of the detecting means according to claim 8, wherein the flying height measuring means is a rotation of a dummy disk. A fluid bearing inspection apparatus having a displacement meter probe for detecting displacement between a dummy disk and a probe facing the vicinity of the center.

10. The probe vertical movement mechanism for vertically moving the displacement meter probe with respect to the dummy disk according to claim 9, wherein the probe vertical movement mechanism interferes with the dummy disk when the displacement gauge probe is attached to or detached from the bearing mounting base of the bearing to be inspected. As a means to control the probe vertical movement mechanism, the displacement meter probe is controlled so as to have a predetermined interval with respect to the dummy disk before the bearing inspection. An inspection device for a fluid dynamic bearing provided with a probe lifting control means.

11. The fluid bearing inspection apparatus according to claim 9, wherein one displacement meter probe is provided on an extension line of a rotation center of the bearing to be inspected.

11. The fluid bearing inspection apparatus according to claim 9, wherein a plurality of displacement meter probes are arranged at positions symmetrical to each other with respect to a rotation center of the bearing to be inspected.

In any one of claims 2 to 12, the inspection bearing a dynamic pressure bearing device for inspecting a fluid bearing in which the magnetic disk is mounted to the rotating shaft of the magnetic disk device.