JP4258562B2

JP4258562B2 - 転がり軸受装置の揺動特性評価方法

Info

Publication number: JP4258562B2
Application number: JP2007223715A
Authority: JP
Inventors: 茂遠藤; 宏光村木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: JP2008032736A

Description

この発明は、磁気ディスク装置用スイングアーム用軸受のように、高速で微小揺動する部位に使用される転がり軸受装置の評価方法の改良に関する。

例えば、従来のスイングアーム用軸受装置のトルク評価は、図１１および図１２に示すようなトルク測定装置を用い、低速回転数における軸受の回転トルク評価を行っている。
また、図１３に示すような軸受外輪揺動試験機を用いて、フレッチング摩耗を測定することにより、軸受の耐フレッチング性能評価を行っている。

最近、磁気ディスク装置はますます高密度化が要求されている。このため、ディスクに信号を記録するトラックの幅はますます狭くなってきており、信号を記録再生するヘッドを搭載するスイングアームには、目標トラックへのアクセスの高速化と位置決め性能の高精度化が要求されている。従って、スイングアームを支持する玉軸受には、制御の高速化と高精度化を満たすために、トルクスパイクのようなトルク変動がないことや低トルク等が求められている。

従来、スイングアーム用の軸受では、図１１及び図１２に示すようなトルク測定装置を用いている。この装置では、玉軸受４０の内輪を低速回転駆動させ、外輪からハウジング４１およびバー４２に伝わる力をロードセル（歪みゲージ）４３によって計測およびトルク換算し、玉軸受２個のトルクおよびトルク変動を評価している。しかしながら、ここで使用するロードセル４３は一方向の歪みしか測れないため、揺動時における行きと戻りのトルクの差、いわゆるトルクヒステリシスを評価することができなかった。また、行きから戻りに反転する時に生ずる大きなトルク変化の現象など、実機で生ずるトルク変動を正確に再現することができなかった。

また、図１３に示すような軸受外輪揺動試験機では、ＡＣサーボモータ４４によってハウジング４５を介して試験用の玉軸受４６の外輪を揺動駆動し、数百万回から数億回の揺動試験後のフレッチング摩耗量を測定し、耐フレッチング性能の評価を行っている。ここで、ハウジング４５は、予圧バネ４６及びサポート軸受４７により装置に支持されている。この装置では、試験機を分解すると玉が移動してフレッチングの摩耗状態が変化してしまうため、試験終了まで分解することができない。したがって、トルクの測定はフレッチング性能評価試験中には行うことができず、この試験前後において、図１１及び図１２の装置を用いたトルク測定で評価するしかなかった。すなわち、フレッチング摩耗の進行状況に応じたトルク変動を直接測定することはできなかった。

そこで本発明は、玉軸受および玉軸受ユニットをモータによって駆動し、モータの駆動電流を計測することによって、玉軸受および玉軸受ユニットのトルク、トルク変動等の軸受特性を評価する転がり軸受の揺動特性評価方法を提供する。

本発明の揺動特性評価方法は、玉軸受および玉軸受ユニットをモータによって揺動駆動し、モータの駆動電流を計測することによって、玉軸受および玉軸受ユニットのトルク、トルク変動等の軸受特性を評価することを特徴とする。

［作用］
この発明によると、玉軸受ユニットを実機と同じモータによって駆動し、モータの駆動電流を計測することによって、玉軸受および玉軸受ユニットのトルク、トルク変動等の軸受特性を評価するため、実機と同じようなトルクの現象、たとえばトルクヒステリシス、トルクスパイクなどのトルク変動を評価することができる。また、フレッチング試験においては、試験過程におけるトルクを測定することができるので、フレッチング摩耗の進行状況に応じたトルク変動を評価することができる。

［実施の形態］
第１の実施形態では、転がり軸受と転がり軸受の外輪に固定されたスイングアームと、ボイスコイルモータとからなる転がり軸受装置の揺動特性評価方法において、転がり軸受の内輪を固定軸に固定する工程と、非接触変位計をシーク動作させる工程と、非接触変位計とスイングアームとの間の距離を所定距離に保つようにボイスコイルモータを制御する工程と、ボイスコイルモータの駆動電流を測定する工程と、駆動電流に基づいて転がり軸受装置の揺動特性を評価する工程とを設けてある。

第２の実施形態では、転がり軸受と転がり軸受の外輪に固定されたスイングアームと、ボイスコイルモータとからなる転がり軸受装置の揺動特性評価方法において、非接触変位計を固定する工程と、転がり軸受の内輪をシーク動作させる工程と、非接触変位計とスイングアームとの間の距離を所定距離に保つようにボイスコイルモータを制御する工程と、ボイスコイルモータの駆動電流を測定する工程と、駆動電流に基づいて転がり軸受装置の揺動特性を評価する工程とを設けてある。
スイングアームにトラッキング動作をさせるための駆動電流をボイスコイルモータに印加してもよい。

第３の実施形態では、転がり軸受と、ボイスコイルモータとからなる転がり軸受装置の揺動特性評価方法において、ボイスコイルモータにより転がり軸受の外輪を所定角度範囲内で揺動させる工程と、ボイスコイルモータの駆動電流を測定する工程と、駆動電流に基づいて転がり軸受装置の揺動特性を評価する工程とを設けてある。

図１は、本発明の駆動モータ、例えばボイスコイルモータを用いたトルク測定装置の、第１の実施例の説明図を示す。試験用の玉軸受１が２個組み込まれたハウジング２に実機と同じモータ３およびスイングアーム４が取り付けられている。スイングアーム４の先端は非接触変位計５のターゲット６となっている（実機ではこの位置に磁気ヘッドが取り付けられる）。回転ステージ７上に取り付けられた非接触変位計５は、回転ステージ７を回転ステージドライバ８により駆動制御することによって、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）のシーク動作に相当する動作９をすることができる。非接触変位計５がシーク相当動作９（たとえばヘッド位置での数μｍのステップ送り）を行う場合、スイングアーム４先端に取り付けられたターゲット６と非接触変位計５とのギャップを一定に保つように、モータ３はドライバ１０により制御されながら駆動され、スイングアーム４もシーク相当動作９を行うことになる。このモータ３の駆動電流１１のデータがパソコン１２に取り込まれ、トルクに換算されてＨＤＤのヘッド相当位置とトルクとの関係を求めることができる。次に、ＨＤＤのトラッキングに相当する動作１３を行わせる場合、ターゲット６がトラック幅の数分の１の振幅で、正弦波の一定周波数（たとえば数十Ｈｚ）で微小振動するように駆動電流１１を制御する。このトラッキング相当動作１３の駆動電流は、シーク相当動作９の時の電流に微小な電流変動が加わった状態であり、前述したようにパソコンに取り込まれ、トルクに換算されてＨＤＤのヘッド相当位置とトルクとの関係を求めることができる（図２）。すなわち、実機と同じようにトラッキングとシークとの両方の動きをシミュレートされた駆動電流すなわち軸受トルクを計測・評価することができる。なお、トラッキング相当動作の駆動は、正弦波にかぎらず、いろいろな波形で駆動してもよい。その駆動周波数も数Ｈｚから数百Ｈｚであってもよい。

また、試験軸受は実機と同じ玉軸受ユニットの形が好ましいが、たんに玉軸受２個を予圧を治具でかけた形の評価を行ってもよい。
なお、回転ステージの駆動制御はパソコンを用いるのが好ましいが、発振器を用いてもよい。また、駆動電流のデータはパソコンに取り込むのが望ましいが、直接、ＸＹプロッタなどに出力してもよい。

なお、揺動用の駆動モータにはボイスコイルモータが好ましい。また、回転ステージには、ヘッド位置で高分解の回転位置決め（ミクロンオーダ）のできるモータ、たとえばメガトルクモータ（商品名）が好ましい。

図３は、本発明の実機と同じモータを用いたトルク測定装置の、第２の実施例の説明図を示す。この実施例の場合、非接触変位計５は固定された支持棒２０に取り付けられて固定されている。第１の実施例と異なるのはシーク相当動作２１であり、回転位置決めモータ２２に取り付けた軸の回転駆動により試験用の玉軸受１の内輪を回転させ、スイングアーム４に対して相対的にシーク相当動作２１を行わせる。回転位置決めモータ２２は、モータドライバ２３により、駆動制御される。トラッキング相当動作１３およびモータの駆動電流１１のデータ取込みは第１の実施例と同じである。

なお、第１の実施例と同様、揺動用の駆動モータとしてはボイスコイルモータが好ましく、回転位置決めモータとしてはＤＣサーボモータが好ましい。

図４〜図６は第３の実施例の構造図を示す。図４は正面図、図５は断面図、図６は平面図である。本実施例は、第１および第２の実施例と異なり、従来の軸受外輪揺動試験機の改良に相当するものであって、耐フレッチング性能を評価することができる。数個の試験用の玉軸受３０（図示は４個）が組み込まれたハウジング３１に実機と同じモータ３２が取り付けられている。モータ３２は、ドライバ３３により駆動制御される。玉軸受３０は予圧ばね３４によって予圧がかけられ、軸受外輪はハウジング３１を介して、実機と同じモータ３２によって揺動される。試験軸受３０は、玉軸受ユニットの形で評価するのが好ましいが、ユニットでなくてもよい。フレッチング耐久試験は、数度の揺動角を数十Ｈｚの振動で、軸受外輪を数百万回から数億回揺動させる（一定エリアシーク）。フレッチング試験の揺動角は、玉軸受の玉が移動しない範囲の角度にするのが望ましい。また、第１および第２の実施例のような回転ステージおよびＤＣサーボモータの代わりに、揺動角はハウジング上部に取り付けられたエンコーダ３５から出力されるパルスをカウントすることによって測定して、モータにシーク動作させる。フレッチングの前後および試験途中において、試験機を分解せずに最大ストロークに相当する揺動角でシークさせ、その時のボイスコイルモータの駆動電流をパソコン内部に取り込み、トルクに換算してＨＤＤのヘッド相当位置とトルクとの関係を求めることができる。

フレッチング試験の条件は、一定エリアシークだけでなく、最大ストロークの間をランダムで揺動するいわゆるランダムシークで行ってもよい。

なお、第１の実施例と同様、揺動用の駆動モータにはボイスコイルモータが好ましい。

図７及び図８は、本発明の第１の実施例のトルク測定装置を用いたトルクの測定例を示す。横軸はヘッド位置（ターゲット）の角度を、縦軸はトルクを示す。測定は、トラッキングしながら最大ストロークを３往復（シーク）させた場合のデータをプロットしている。図７はグリース潤滑の場合を示しており、図８は潤滑剤として油を用い、あらかじめ軌道面に油をうすく塗布しておく潤滑法であって、いわゆるオイルプレーティングがほどこされている場合を示している。この測定結果から、グリース潤滑の場合、折り返しのトルク変動が急激に大きくなることがわかる。また、油潤滑の場合、グリース潤滑に比べて、トルク変動およびトルクヒステリシスが小さいこと、また折り返しの急激なトルク変動がないことがわかる。以上のように、この評価方法によれば、潤滑の違いによるトルク変動およびトルクヒステリシスを、実機と同じ状態で評価することができる。

図９及び図１０は、本発明の第３の実施例のフレッチング試験機を用いたトルクの測定例を示す。横軸はヘッド位置（ターゲット）の角度を、縦軸はトルクを示す。測定は、試験前、２００万回および１０００万回揺動させた後にシーク動作を最大ストロークで行った場合のデータをプロットしている。図９はグリース潤滑の場合を、図１０は油潤滑（オイルプレーティング）の場合である。測定結果から、揺動範囲の両端でフレッチング摩耗が生じ、進行している状況がわかる。また、試験前後のトルク変化は、グリース潤滑と油潤滑とでほとんど同じである。以上のように、この評価方法によれば、試験機を分解せずにフレッチング摩耗の進行状況を知ることができる。

［発明の効果］
本発明によると、玉軸受ユニットを実機と同じモータによって駆動し、モータの駆動電流を計測することによって、玉軸受および玉軸受ユニットのトルク、トルク変動等の軸受特性を評価するため、実機と同じようなトルクの現象、たとえばトルクヒステリシス、トルクスパイクなどのトルク変動を評価することができる。また、フレッチング試験においては、試験過程におけるトルクを測定することができるので、フレッチング摩耗の進行状況に応じたトルク変動を評価することができる。

第１実施例のトルク測定装置を示す図である。第１実施例のヘッド相当位置とトルクとの関係を示す図である。第２実施例のトルク測定装置を示す図である。第３実施例の構造を示す正面図である。第３実施例の構造を示す断面図である。第３実施例の構造を示す平面図である。第１実施例のトルクヒステリシス測定例を示す図である。第１実施例のトルクヒステリシス測定例を示す図である。第３実施例のフレッチング試験時のトルク測定例である。第３実施例のフレッチング試験時のトルク測定例である。従来のトルク測定装置を示す図である。従来のトルク測定装置を示す図である。従来の軸受外輪揺動試験機を示す図である。

符号の説明

１玉軸受
２ハウジング
３モータ
４スイングアーム
５非接触変位計
６ターゲット
７回転ステージ
８回転ステージ用ドライバ
９シーク相当動作
１０ドライバ
１１駆動電流
１２パソコン
１３トラッキング相当動作

Claims

固定軸に固定される内輪と、ボイスコイルモータが装着されたスイングアームが取り付けられる外輪と、を有する転がり軸受の揺動特性評価方法において、
該スイングアームの先端に設けられたターゲットに対向する非接触変位計が取り付けられた回転ステージを揺動させる工程と、
該回転ステージを揺動させる工程において、該非接触変位計と該ターゲットとの間を所定距離に保つように該ボイスコイルモータを駆動し該スイングアームを揺動する工程と、
該揺動する工程において該ボイスコイルモータの駆動電流を計測することにより、該転がり軸受のトルク及びトルク変動を評価する工程と、を有することを特徴とする転がり軸受の揺動特性評価方法。
回転位置決めモータの回転軸に固定される内輪と、ボイスコイルモータが装着されたスイングアームが取り付けられる外輪と、を有する転がり軸受の揺動特性評価方法において、
該回転位置決めモータを駆動し該内輪を揺動させる工程と、
該内輪を揺動させる工程において、該スイングアームの先端に設けられたターゲットに対向し固定配置された非接触変位計と該ターゲットとの間を所定距離に保つように該ボイスコイルモータを駆動する工程と、
該内輪を揺動させる工程において該ボイスコイルモータの駆動電流を計測することにより、該転がり軸受のトルク及びトルク変動を評価する工程と、を有することを特徴とする転がり軸受の揺動特性評価方法。
固定軸に固定される内輪と、スイングアームが取り付けられる外輪と、を有する転がり軸受の揺動特性評価装置において、
該スイングアームの先端に設けられたターゲットに対向する非接触変位計が取り付けられ、揺動可能な回転ステージと、
該回転ステージを揺動させる駆動制御手段と、
該回転ステージを揺動させる間、該非接触変位計と該スイングアームのターゲットとの間を所定距離に保つように該スイングアームを揺動させるボイスコイルモータと、
該スイングアームを揺動させる間、該ボイスコイルモータの駆動電流を計測する計測手段と、を備えることを特徴とする転がり軸受の揺動特性評価装置。
回転位置決めモータの回転軸に固定される内輪と、非接触変位計用のターゲットを先端に有し、ボイスコイルモータが装着されたスイングアームが取り付けられる外輪と、を有する転がり軸受の揺動特性評価装置において、
該ターゲットに対向するように固定配置される非接触変位計と、
該回転位置決めモータを揺動させる第１の駆動制御手段と、
該回転位置決めモータを揺動させる間、該非接触変位計と該スイングアームのターゲットとの間を所定距離に保つように該ボイスコイルモータを駆動制御する第２の駆動制御手段と、
該回転位置決めモータを揺動させる間、該ボイスコイルモータの駆動電流を計測する計測手段と、を備えることを特徴とする転がり軸受の揺動特性評価装置。