動圧流体軸受の残留オイル検出方法

【課題】動圧流体軸受のシャフトに設けられたタップ穴中の微量なオイルを検出できる残留オイルの検出方法を提供する。
【解決手段】軸受けオイルが注入された動圧流体軸受の残留オイル検出方法において、動圧流体軸受のシャフト上の穴に有機溶剤を注入した後に前記穴の溶液を抽出するモニタ溶液抽出工程と、前記モニタ溶液を試験板に所定量を滴下するモニタ溶液滴下工程と、前記滴下したモニタ溶液を乾燥させるモニタ溶液乾燥工程と、前記モニタ溶液の残渣を含む有限領域の画素の輝度値の総和である輝度積算値をもとに前記穴の残留オイル量を判定する画像判定工程と、を備えた動圧流体軸受の残留オイル検出方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ディスク、光ディスク等の記録ディスクを回転駆動するスピンドルモータに使用される動圧流体軸受、並びに動圧流体軸受の製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、ポリゴンミラー搭載機器等において用いられるスピンドルモータには、動圧流体軸受が多く使用されている。この動圧流体軸受は、回転部と固定部との間の間隙部に充填されたオイルが、液体潤滑及び界面潤滑の機能を果たし、回転部の回転によって流体に発生した動圧を利用する流体すべり軸受装置である。
【０００３】
具体的な一例として、ハードディスクドライブのスピンドルモータ２１の構造を図１３に示す。ハードディスクドライブのベース１３に固定された動圧流体軸受２１を回転中心とし、ベース１３とハードディスクを固定するハブ１１とを、ステータ１４とマグネット１２により相対的に回転駆動する構成となっている。
【０００４】
図１４は、図１３で示したスピンドルモータの動圧流体軸受２１の拡大図である。この動圧流体軸受２１は半径方向の負荷を支持するラジアル軸受と、軸方向の負荷を支持するスラスト軸受の２つの軸受で構成される。ラジアル軸受は、シャフト２３とスリーブ２４で構成され、スラスト軸受は、シャフト２３に連結されたフランジ２６とスラストプレート２８によって構成されている。回転部となるシャフト２３とフランジ２６と、固定部となるスリーブ２４とスラストプレート２８との間隙部２５には、図示しないオイルが充填されている。シャフト２３の上部には、記録メディアを固定するためのタップ穴２７が設けられている。
【０００５】
動圧流体軸受２１にオイルを充填するために、真空チャンバーを持ち真空充填プロセスを利用した装置を用いる。この真空チャンバーにオイルを充填すべき動圧流体軸受を置いて減圧し、間隙部２５の空気を取り除く。その後、間隙部の開口部２２に適正量のオイルを滴下する。その後、元の大気圧に復圧することで間隙部２５内とオイルとの間の圧力差を利用して、間隙部２５にオイルを完全に充填する。
【０００６】
ところが、間隙部２５に完全にオイルが充填されていないと気泡が残留する。この動圧流体軸受を組み込んだ製品を航空機で出荷すると、高空では大気圧が下がり間隙部２５に残留した気泡が膨張し、間隙部から外部へとオイルが押し出されるオイル漏れを引き起こす。
【０００７】
そこで、オイルの給液を十分に減圧した雰囲気中で実施することに加えて、動圧流体軸受の間隙部の開口部２２が十分なオイルで完全に封止されている必要がある。これは、オイルの量が不十分であれば、間隙部２５を完全に満たすことが出来ず、開口部の封止が不完全であれば、大気圧開放時に空気が間隙部２５に侵入するため、間隙内をオイルで完全に満たすことが出来ない。そのため、一般的な動圧流体軸受のオイルの充填方法では、動圧流体軸受の間隙部の開口部２２付近の所定の位置に必要量を上回る十分な量のオイルを滴下し、差圧によるオイル充填後に残留しているオイルを拭き取りによって完全に除去し、外観検査により確認するといった方法が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１７４２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、減圧雰囲気でのオイル充填作業において、注液ノズルの位置精度やオイル注液量のバラつきなどで、滴下されたオイルがシャフトのタップ穴２７の内部に注入されてしまう。このオイルが残留したまま、動圧流体軸受をハードディスクドライブに組み込むと、ハードディスクドライブの動作時に残留オイルがタップ穴２７から飛散し、ハードディスクドライブ内部を汚染する。そのため、タップ穴２７内のオイルをノズルで吸引するが、オイルが透明なので、タップ穴２７底部に残る微量なオイルを検出できないという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、動圧流体軸受のシャフトに設けられたタップ穴中の微量なオイルを検出できる残留オイルの検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の動圧流体軸受の残留オイル検出方法は、軸受けオイルが注入された動圧流体軸受の残留オイル検出方法において、動圧流体軸受のシャフト上の穴に有機溶剤を注入した後に前記穴の溶液を抽出するモニタ溶液抽出工程と、前記モニタ溶液を試験板に所定量を滴下するモニタ溶液滴下工程と、前記滴下したモニタ溶液を乾燥させるモニタ溶液乾燥工程と、前記モニタ溶液の残渣を含む有限領域の画素の輝度値の総和である輝度積算値をもとに前記穴の残留オイル量を判定する画像判定工程と、
を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の動圧流体軸受の残留オイル検出方法によれば、動圧流体軸受のタップ穴に残留した微量なオイルの量を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の残留オイル検出装置を示す図
【図２】本発明の残留オイル量判定フローチャート
【図３】オイル濃度０．００％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像を示す図
【図４】オイル濃度０．０１％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像を示す図
【図５】オイル濃度０．０２％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像を示す図
【図６】オイル濃度０．０５％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像を示す図
【図７】オイル濃度０．１０％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像を示す図
【図８】オイル濃度が異なるモニタ溶液（０％から０．１％）を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像の輝度積算値のバラつきを示す図
【図９】オイル濃度が異なるモニタ溶液（０％から０．１％）を標準試験板の同一箇所に５回滴下・乾燥した残渣画像の輝度積算値のバラつきを示す図
【図１０】オイル濃度０.１０％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥し、放置時間を変えて撮像した残渣画像の輝度積算値とその経過時間の関係を示す図
【図１１】オイル濃度が異なるモニタ溶液（０％から０．１％）を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像の輝度積算値Ｖ_Hと光量レベルの関係を示す図
【図１２】オイル濃度が異なるモニタ溶液（０％から０．１％）を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像の改良輝度積算値ＶＸ_Hと光量レベルの関係を示す図
【図１３】ハードディスクドライブのスピンドルモータの構造を示す図
【図１４】スピンドルモータの動圧流体軸受を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の動圧流体軸受の残留オイル検出方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１に本発明の第１の実施の形態における動圧流体軸受の残留オイル検出装置の図を示す。１は標準試験板であり、本実施例ではカチオンエポキシ電着塗装を施した平板を用いた。標準試験板は撥油性素材からなり、外部照明による反射光が少なく、輝度ムラのない単色の平板であれば良い。本実施例では、黒色の平板を用いた。２は滴下後に乾燥したモニタ溶液の残渣である。３は無影リング照明、４はモノクロＣＣＤカメラであり、５はオイル残渣２の画像を処理して残留オイル量を判定する画像処理システムである。
【００１６】
図２に、図１で示した残留オイル検出装置を用いて行う残留オイル量判定フローチャートを示す。以下の（１）から（３）の工程にて残留オイル量の判定を行う。
【００１７】
（１）モニタ溶液抽出工程
真空充填プロセスにてポリオールエステル系の合成オイルを充填した後の動圧流体軸受のタップ穴内にタップ穴の内容積（およそ０．００２５ｍｌ）と同量の揮発性有機溶剤を注液する。本実施例では、揮発性有機溶剤にヘキサンを用いたが、オイルを溶かすことができ、揮発性が高いものであれば、これに限るものでは無い。この揮発性有機溶剤と残留オイルとの混合溶液を、本実施例ではモニタ溶液とする。
【００１８】
（２）モニタ溶液滴下工程及びモニタ溶液乾燥工程
このモニタ溶液を、ピペットや注射器を用いて採取し、一定量（本実施例では０．００１ｍｌ程度）を標準試験板１の上に滴下して乾燥させると、揮発性有機溶剤成分だけが蒸発してモニタ溶液の残渣２が残る。乾燥は、自然乾燥で良く、乾燥時間は使用する揮発性有機溶剤の特性と量による。本実施例ではヘキサンを用いたので、１０秒程度の自然乾燥で十分であった。
【００１９】
（３）画像判定工程
このモニタ溶液の残渣２に無影リング照明３からの光を照射し、モノクロＣＣＤカメラ４にてモニタ溶液の残渣２の画像を撮影する。この撮影された画像を画像処理システム５により定量化してタップ穴内の残留オイル量を判定する。なお、画像処理方法については、後述する。
【００２０】
画像判定工程での判定値が規定値に達しない場合は、規定値に達するまでタップ穴内の洗浄をしてから、（１）から（３）の工程を繰返す。
【００２１】
次に画像判定工程で行うモニタ溶液の残渣２の画像処理方法を説明する。標準試験板１上にモニタ溶液の残渣２を含むｍｘｎ画素の判定領域を設定し、その任意の一画素を画素（ｉ、ｊ）とする。本実施例では、この輝度値を８ビットで表した。従って、一画素の輝度は、０（黒）から２５５（白）の２５６階調で表される。画素（ｉ、ｊ）の輝度値をＧｒａｙ（ｉ、ｊ）とすると、判定領域全体の輝度積算値Ｖ_Hは、数（１）で表される。
【００２２】
【数１】

【００２３】
図３から図７にオイル濃度が異なるモニタ溶液（０％から０．１％）を標準試験板に１回滴下し乾燥したモニタ溶液の残渣画像を示す。このときの滴下量は０．００１ｍｌとした。図３、図４、図５、図６、及び図７はモニタ溶液の残渣画像であり、そのオイル濃度はそれぞれ０．００％、０．０１％、０．０２％、０．０５％、及び０．１０％である。オイル濃度は、体積比換算とした。図から明らかなようにモニタ溶液の残渣２の輝度値はオイル濃度に伴って変化している。オイル残渣２がリング状の膜となるのは、ヘキサンは液滴の外周から早く蒸発するため、モニタ溶液が液滴の中心から外周へと移動しながら乾燥が進むためである。
【００２４】
図８は、図３から図７に示したオイル濃度でのモニタ溶液の残渣を数（１）で計算してグラフ化したものである。縦軸は、数（１）で計算した輝度積算値Ｖ_H、横軸はオイル濃度である。これは、オイル濃度毎に５回繰り返して行った。図８から、オイル濃度と輝度積算値Ｖ_Hとの間には良い相関があることが分かる。そのため、輝度積算値と軸受けオイル濃度との関係から検量線を作成できるので、この検量線を用いれば輝度積算値Ｖ_Hからオイル濃度を計算することができる。
【００２５】
さらに、よい検量線を作成するためには、滴下量を増やせば良い。特に、オイル濃度が０．０２％以下と非常に薄いオイル濃度では、滴下量を増やす方法は高い効果を持つ。滴下量を増やした場合の効果を、図９を用いて説明する。
【００２６】
図９は、図８の測定条件と同一のモニタ溶液を使って測定したオイル濃度毎と輝度積算値Ｖ_Hとの関係を示す図である。図８の測定条件との相違は、滴下回数を５回に増やしたことである。滴下回数を増やすことにより検量線の傾きが大きくなるので、０．０２％程度と低濃度のオイル含有量でも、正確に測定することが出来る。なお、モニタ溶液の滴下は、同一箇所に一回ごとに滴下して乾燥させた後に行う。ここで、滴下方法を通常の５倍の量を一度に滴下せずに、通常の量の滴下・乾燥を５回繰り返すようにした理由は、一度の滴下量を増やした場合に残渣の面積が大きくなりすぎ、ｍｘｎ画素の判定領域から外れてしまうのを防ぐためである。
【００２７】
なお、この残渣は時間の経過と共にゆっくりと試験板になじんでいくため、面積は広がり、試験板と残渣との輝度の差が少なくなる。そのため、半日ほど時間が経過すると、目視では残渣の判断ができなくなる。しかし、本発明を用いると、時間経過による輝度積算値の変化が見られない。図１０はオイル濃度０．１０％のモニタ溶液を標準試験板に１回滴下・乾燥し、経過時間を変えて撮像した残渣画像の輝度積算値Ｖ_Hとその経過時間の関係を示す図である。約１５００分（２５時間）経過しても、輝度積算値Ｖ_Hは、初期値からほとんど変化していないことを示している。
【００２８】
また、本発明では、画像全体の輝度が基となるために、無影リング照明３の光量レベルが重要となる。すなわち、経時変化などの理由で光量レベルが変化すれば、輝度積算値が変化して残留オイル濃度を誤判定してしまう。
【００２９】
図１１に、オイル濃度が異なるモニタ溶液（０％から０．１％）を標準試験板に１回滴下・乾燥した残渣画像の輝度積算値Ｖ_Hと光量レベルの関係を示す。図に示すように、９００ｌｘ以上では、輝度積算値Ｖ_Hが飽和している。飽和していない光量レベルでは、光量レベルが低下すれば、輝度積算値Ｖ_Hの低下は著しい。例えば図の点線で示すように、光量レベルが７００ｌｘのとき照明の劣化で光量レベルが６００ｌｘに低下すると、７００ｌｘで測定した濃度０．１％の輝度積算値Ｖ_Hと、６００ｌｘで測定した濃度０％の輝度積算値Ｖ_Hとの値が、ほぼ等しくなる。すなわち、０．１％の濃度のものが０％と誤判定されてしまうことになる。
【００３０】
この無影リング照明３の光量レベルの変化を受け難くするための画像処理方法を次に説明する。標準試験板１上にモニタ溶液の残渣２を含むｍｘｎ画素の判定領域を設定し、その任意の一画素を画素（ｉ、ｊ）とする。本実施例では、この輝度値を８ビットで表すので、一画素の輝度は、０（黒）から２５５（白）の２５６階調となる。画素（ｉ、ｊ）の輝度値をＧｒａｙ（ｉ、ｊ）とし、予め測定しておいた標準試験板単体の輝度積算値をＢａｓｅＬｅｖｅｌとすると、判定領域全体の改良輝度積算値ＶＸ_Hは、数（２）で表される。
【００３１】
【数２】

【００３２】
図１２は図１１で使用した残渣画像に対して数２を用いて算出した改良輝度積算値ＶＸ_Hと光量レベルの関係を示す図である。図の点線に示すように、光量レベル４００ｌｘから８００ｌｘまでの範囲では、改良輝度積算値ＶＸ_Hは、ほぼ一定の値を持つ。図から、初期の使用光量レベルを６００ｌｘに設定すると、光量が＋／−２００ｌｘ程度ばらついても、同じオイル濃度のモニタ溶液では同じ程度の改良輝度積算値ＶＸ_Hとなる。従って、光量レベルが変化しても、誤判定の無い残留オイルの検出ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明にかかる動圧流体軸受の残留オイル検出方法は、タップ穴中の残留オイル量を精度良く検出でき、磁気ディスク、光ディスク等の記録ディスクを回転駆動するスピンドルモータに使用される動圧流体軸受、並びに動圧流体軸受の製造技術に有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１標準試験板
２モニタ溶液の残渣
３無影リング照明
４モノクロＣＣＤカメラ
５画像処理システム
１１ハブ
１２マグネット
１３ベース
１４ステータ
２１動圧流体軸受
２２開口部
２３シャフト
２４スリーブ
２５間隙部
２６フランジ
２７タップ穴
２８スラストプレート

【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受けオイルが注入された動圧流体軸受の残留オイル検出方法において、
動圧流体軸受のシャフト上の穴に有機溶剤を注入した後に前記穴の溶液を抽出するモニタ溶液抽出工程と、
前記モニタ溶液を試験板に所定量を滴下するモニタ溶液滴下工程と、
前記滴下したモニタ溶液を乾燥させるモニタ溶液乾燥工程と、
前記モニタ溶液の残渣を含む有限領域の画素の輝度値の総和である輝度積算値をもとに前記穴の残留オイル量を判定する画像判定工程と、
を備えた動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項２】
前記有機溶剤は、揮発性溶剤である請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項３】
前記穴への前記有機溶剤の注入量は、前記穴の内容積に等しい請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項４】
前記試験板が、撥油性素材からなる請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項５】
前記モニタ溶液滴下工程において、前記モニタ溶液の滴下を複数回行う請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項６】
前記モニタ溶液乾燥工程において、前記モニタ溶液は自然乾燥とする請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項７】
前記輝度積算値が、前記モニタ溶液の残渣を含む有限領域の画素の輝度値の総和から前記有限領域における前記試験板表面の画素の輝度の総和を減算した値とする請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。
【請求項８】
前記画像判定工程において、前記輝度積算値と軸受けオイル濃度の関係に基づいた検量線を作成しておき、前記輝度積算値と前記検量線を用いて前記穴の残留オイル量を判定する請求項１に記載の動圧流体軸受の残留オイル検出方法。

【図１】