JP2005036974A - 流体動圧軸受の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの充填工程の途上、あるいはモータに組み込まれて使用された段階での気泡の発生を防止し、効率的にオイルの脱気を行う。
【解決手段】周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第１の真空容器内に蓄えられたオイルを、同じく周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第２の真空容器内に保持された流体動圧軸受に充填するために第１の真空容器と第２の真空容器との間を連通する配管を通じて供給するに際し、第１の真空容器内の圧力を、潤滑液充填時における第２の真空容器内の圧力以下の圧力に減圧する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハードディスク駆動装置のスピンドルモータ等に軸受装置として用いられる流体動圧軸受の製造方法、特に軸受隙間へのオイルの充填方法に関する。

従来から、ハードディスク等の記録ディスクを駆動するディスク駆動装置において使用されるスピンドルモータやレーザビームプリンタのポリゴンミラー駆動用モータ等高い回転精度が要求されるモータの軸受として、シャフトとスリーブとを相対回転自在に支持するために、両者の間に介在させたオイル等の潤滑流体の流体圧力を利用する流体動圧軸受が種々提案されている。

このような流体動圧軸受を使用するモータの一例を図１に示す。この従来の流体動圧軸受を使用するモータは、ロータ１と一体をなすシャフト２の外周面と、このシャフト２が回転自在に挿通されるスリーブ３の内周面との間に、一対のラジアル軸受部４，４が軸線方向に離間して構成されている。そしてシャフト１の一方の端部外周面から半径方向外方に突出するディスク状スラストプレート５の上面とスリーブ２に形成された段部の平坦面との間並びにスラストプレート５の下面とスリーブ２の一方の開口を閉塞するスラストブッシュ６との間に、それぞれ一対のスラスト軸受部７，７が構成されている。

シャフト２並びにスラストプレート５と、スリーブ３並びにスラストブッシュ６との間には、一連の微小間隙である軸受隙間が形成され、これら軸受隙間中には、潤滑流体としてオイル９が途切れることなく、連続して保持されている（このようなオイル保持構造を、以下「フルフィル構造」と記す）。

ラジアル軸受部４，４及びスラスト軸受部７，７には、一対のスパイラルグルーブを連結してなるヘリングボーングルーブ４１，４１及び７１，７１が形成されており、ロータ１の回転に応じて、スパイラルグルーブの連結部が位置する軸受部の中央部で最大動圧を発生させ、ロータ１に作用する荷重を支持している。

このようなモータでは、スラスト軸受部７，７とは軸線方向で反対側に位置するスリーブ３の上端部付近において、テーパシール部８が形成され、内部にオイル界面が形成されている。

上記のように構成された軸受部にオイル９を充填する方法として、次の様な方法がある；まず、オイルは密閉可能な容器に投入し、内部を真空排気装置にて減圧する。更に、減圧状態で撹拌装置を作動させて撹拌脱気する。軸受も、やはり密閉可能な容器に入れて容器内部を真空排気装置にて減圧する。減圧状態で、適量のオイルを軸受部のテーパシール部８等の軸受開口部に置く。その後、軸受が収容されている密閉容器内部を大気圧に戻す。こうすると、大気圧によってオイルを流体動圧軸受の軸受隙間内に充填される（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−００５１７０号公報（第３頁、第１図及び第２図）

しかしながら、上記のようなオイルの充填方法は必ずしも満足のゆくものではない。オイルの充填工程の途上で、オイルに溶存する空気が気泡を形成することがあるからである。

これは、脱気処理後もオイル内には僅かながら空気が溶け込んだまま残留していることに起因すると考えられる。オイルの充填工程内において気泡が生ずると、オイルが蓄えられる真空容器から軸受が保持される真空容器への円滑な供給が阻害されたり、あるいは軸受が保持される真空容器内に到達した段階で発泡してオイルが吹き出して、軸受や真空容器内に付着して表面を汚染する。これらは、製品である軸受の品質低下や、生産性の低下を引き起こす。

尚、減圧環境下での撹拌脱気は、オイルの脱気に有効であるが、必ずしも十分とは言えない。オイルは真空容器内に蓄えた状態で脱気せざるを得ないが、このような条件下では、オイルの体積に対して減圧環境下に露出する面積が大きくならないため、あまり効率的な脱気を行うことができない。この場合、オイルが蓄えられる真空容器を大きなものにする、あるいは一時に蓄えるオイルの量をこれまでよりも少なくする等の手段によって脱気効率を高めることは可能であるが、オイル充填装置の大型化や、オイル補充頻度の増加に起因する生産性の低下等の、不都合を伴なう。

本発明の目的は、オイルの充填工程の途上での気泡の発生を防止し、生産性の高いオイル充填が可能な、流体動圧軸受の製造方法を提供することである。

本発明の請求項１に記載の発明は、シャフトと、該シャフトとの間にラジアル軸受及び／又はスラスト軸受を含むよう連続して形成され、且つ潤滑流体であるオイルが充填された軸受隙間を形成するスリーブとを備えてなる流体動圧軸受の製造方法であって、周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第１の真空容器内に蓄えられた前記オイルを、同じく周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第２の真空容器内に保持された前記流体動圧軸受に充填するために、該第１の真空容器と該第２の真空容器との間を連通する配管を通じて供給するに際し、第１の真空容器の減圧完了時点において、第１の真空容器内の圧力を第２の真空容器内の圧力よりも低圧とし、前記オイルは順次圧力の高い側へと送られていって前記流体動圧軸受に供給される、ことを特徴とする流体動圧軸受の製造方法である。

本発明の請求項２に記載の発明は、シャフトと、該シャフトとの間にラジアル軸受及び／又はスラスト軸受を含むよう連続して形成され、且つ潤滑流体であるオイルが充填された軸受隙間を形成するスリーブとを備えてなる流体動圧軸受の製造方法であって、周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第１の真空容器内に蓄えられた前記オイルを、同じく周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第２の真空容器内に保持された前記流体動圧軸受に充填するために、該第１の真空容器と該第２の真空容器との間を連通する配管を通じて供給するに際し、減圧された状態での前記第１の真空容器内の圧力を、減圧された状態での前記第２の真空容器内の圧力以下の圧力に維持しておくことを特徴とする流体動圧軸受の製造方法である。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の流体動圧軸受の製造方法において、前記第１の真空容器と前記第２の真空容器の間を連通する配管内部のオイルを、前記第２の真空容器に向けて送り込むバルブ機構が、前記配管の途中に設けられていることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載の流体動圧軸受の製造方法において、少なくとも流体動圧軸受に対してオイルを供給する際には、前記第１の真空容器内のオイルの液面を、流体動圧軸受よりも高い位置に位置させる、事を特徴とする
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載の流体動圧軸受の製造方法において、前記オイルは、前記減圧された状態の第１の真空容器内に点滴することによって脱気処理されることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５に記載の流体動圧軸受の製造方法において、前記第２の真空容器内の減圧レベルが１０００Ｐａ以下であることを特徴とする。

本発明の請求項１の製造方法によれば、オイルに微量の空気が溶け込んだ状態で充填を行っても、充填工程の途中でオイルが発泡する事がなく、オイルの充填工程を円滑に進める事が出来る。また、発泡が抑制されることによって、気泡が破裂する際の飛沫によって、軸受や周辺のオイルによる汚染を、防ぐ事が出来る。

本発明の請求項２の製造方法によれば、第１の真空容器内の減圧が完了した後の、オイルの供給作業の最中においても、容器内部の圧力を低く保つため、オイルの脱気がより確実になり、オイルの発泡が更に確実に抑制される。

本発明の請求項３の製造方法によれば、オイルの供給動作がより確実になる。

本発明の請求項４の製造方法によれば、オイルの供給に重力を利用できるので、オイルの供給が円滑になる。例えば、オイルの密度をおよそ１ｇ／ｃｍ^３とすると、１０ｃｍの高低差によって１０００Ｐａだけ圧力を高める事ができる。適切な高低差をつける事で、第１の真空容器と第２の真空容器内の圧力差に打ち勝って、第２の真空容器に向けてオイルを供給する事が出来る。なお、これに、請求項３のバルブ機構を組み合わせると、更に、オイルの供給を確実に出来る。

本発明の請求項５の製造方法によれば、真空容器内部に投入される際に、オイルは滴り落ちるため、体積辺りの減圧環境下に接する表面が一時的に大きくなって、脱気が促進される。また、容器の底あるいは蓄えられたオイルの液面にオイルの滴が衝突するとさらに細かな飛沫となる。この現象も、オイルの脱気に大きく寄与する。

本発明の請求項６の製造方法によれば、第２の真空容器内部でのオイルの発泡を、より確実に抑制する事が出来ると同時に、第２の真空容器内でのオイルへの空気の溶け込みを許容できる程度に抑制する事ができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置の製造方法について説明する。尚、流体動圧軸受10については、図１に図示される流体動圧軸受と同様であるので、重複した記載を避けるためその構成の説明は省略する。

本実施形態に係る流体動圧軸受の製造方法においては、まず、弁B1を開放するとともに真空ポンプP1を作動させ、オイルタンクである第１の真空容器100内の空気を排気して所定の真空度PL1まで減圧する。第１の真空容器100内の減圧レベルが真空度PL1まで到達したことが確認されると弁B2を開放し、オイル供給容器102から第１の真空容器100内へのオイルLの供給が開始される。この時、オイル供給容器102から第1の真空容器100へオイルLを供給するための細管104は、オイルLが毛細管現象によって保持される程度の径を有を有する注射針状であり、またオイル供給容器102内の圧力PL2は第１の真空容器100内の減圧レベルPL1よりも僅かながら高く維持されている。従って、第１の真空容器100内とオイル供給容器102との圧力差により、細管104内に保持されたオイルLが滴となって第１の真空容器100内に点滴される。

第１の真空容器100の減圧レベルPL1とオイル供給容器102内の圧力PL2との圧力差から、オイルLは当然に減圧レベルPL1よりも内圧が高い状態で第１の真空容器100内に点滴されることとなる。従って、オイルLが細管104から第１の真空容器100内に滴となって進入すると同時に、キャビテーション現象によってオイルL内に溶け込んでいた空気が膨張して気泡となるが、オイルは毛細管現象が作用する程度の径を有する細管104から滴下されるので、滴となったオイルLの体積は極微量であるのに対し、点滴されるオイルLの表面全体が減圧レベルPL1の真空環境下に晒されることとなり、気泡は容易に第１の真空容器100内に開放されオイルLの脱気が行われる。

そして、第１の真空容器100の底部又は先に第１の真空容器100内に点滴され蓄えられていたオイルLの液面にオイルLの滴が衝突するとさらに細かな飛沫となって分散し、より脱気が促進されることとなる。従って、このような真空脱気を併用する点滴によるオイルLの脱気処理は、従来の真空脱気のみの脱気処理や真空脱気と撹拌脱気との併用による脱気処理等に比べてより効率良く、且つ確実にオイルL内に溶け込んだ空気を排除することが可能になる。

第１の真空容器100内に所定量のオイルLが蓄えられると、オイル注入容器である第２の真空容器106内に、図示しない開口部からオイル未充填の流体動圧軸受10を搬入して所定位置に設置し、開口部を閉じた後、弁B3を開いて真空ポンプP2を作動させ第２の真空容器106内並びに流体動圧軸受10の軸受隙間内の空気を排気する。そして予め設定しておいた減圧レベルPL3に達した時点で、弁B3を閉じるとともに真空ポンプP2を停止させオイルLの充填を開始する。尚、第２の真空容器106内の減圧は、第１の真空容器100内の減圧を行うための真空ポンプP1を用いて行うことも可能である。

オイルLの充填を行うためには、先ずオイル注入口108を、可動部110を平行移動及び回転させることにより、流体動圧軸受10のテーパシール部8の真上に位置決めする。その後弁B4を開いて第１の真空容器100内に蓄えられた脱気済みのオイルLを配管112を通じて供給することとなるが、その際予め設定された第１のオイル量V1だけ正確にオイル注入口108に送り込むためにニードルバルブ114（例えばエース技研株式会社製のBP-107D等を使用）を作動させて供給する。そして、第１の真空容器100からニードルバルブ114に供給されたオイルLを、オイル注入口108から流体動圧軸受10のテーパシール部8に滴下し、次に弁B5を所定時間開くことによりフィルタ等の手段により防塵された外気を流入させ、第２の真空容器106内の気圧を減圧レベルPL3から昇圧する。この時、流体動圧軸受10の軸受隙間内はテーパシール部8に滴下されたオイルLにより密封された状態にあるので減圧レベルPL3のままであるので、昇圧された第２の真空容器106内の圧力との間に圧力差が生じ、これにより滴下されたオイル量V１を軸受間隙内部に押し込む。

次にカメラ116を、可動部118を平行移動及び回転させることにより、テーパシール部8の内部が観察できる位置に移動させ、上記工程で軸受隙間内に充填されたオイルLの量を観察する。この観察結果に基づいて、流体動圧軸受10に最適な量のオイルLを充填するのに必要な追加オイル量である第２のオイル量V2を決定する。そして再び弁B3を開くとともに真空ポンプP2を作動させて第２の真空容器106内の空気を排気して減圧レベルPL3まで減圧する。この再減圧が終了すると、上記オイル量V1の充填工程と同様の方法にて再度軸受隙間内に第２のオイル量V２が充填される。

この様にして所定量のオイルLの充填を完了した流体動圧軸受10は、図示しない開口部から第２の真空容器106外に搬出される。尚、以上の説明では流体動圧軸受10に対するオイルLの充填を２回に分けて行う場合を例として説明したが、３回以上に分けて行うことも可能である。また、所定のオイル充填量よりも多めに軸受隙間内に充填しておき、カメラ116にてテーパシール部8内でのオイルLの界面位置を確認して超過充填分を吸い取る等することで回収するようにしても良い。

上記の軸受隙間に対するオイルLの充填において重要なことは、減圧完了時点において第１の真空容器100内の圧力を確実に第２の真空容器106内の圧力よりも低圧とする、つまり減圧レベルPL1＞減圧レベルPL3としておくことである。

第１の真空容器100から第２の真空容器106に対してオイルLの供給を行うに際し、各真空容器100,106の減圧レベルPL1,PL2の関係が減圧レベルPL1＜減圧レベルPL3、すなわち第１の真空容器100内の圧力が第２の真空容器106内の圧力よりも高圧である場合、その圧力差によってオイルL内に僅かに残留する空気がキャビテーション現象で発泡し、オイル注入口108から第２の真空容器106内に吹き出してしまう。流体動圧軸受10を例えばハードディスク駆動装置等の清浄な環境下で使用されるモータの軸受装置として適用する場合、吹き出したオイルLが付着したままではそのような清浄な環境を汚染することになるので、第２の真空容器106の内部や流体動圧軸受10の表面の拭き取りを要することになる。また、このような発泡現象が配管112の内部で発生した場合には、気泡によって配管112の内部でオイルLが分断されることとなるためオイル注入口108側に円滑にオイルLを供給することができなくなってしまう。これらの問題は、いずれも流体動圧軸受10の生産性を著しく低下させる原因となる。

これに対し、第１の真空容器100と第２の真空容器の減圧レベルPL1,PL3の関係を上記したとおり減圧レベルPL1＞減圧レベルPL3としておくことで、オイル充填工程を経ていく中で、オイルLは順次圧力の高い（真空度の低い）側へと送られていくこととなるので、発泡現象の発生を確実に防止することが可能になる。この時、流体動圧軸受10の軸受隙間へのオイル充填が行われる第２の真空容器106内の圧力を１０ヘクトパスカル（ｈＰａ）、つまり１０００パスカル（Ｐａ）以下、好ましくは約１ヘクトパスカル（１００パスカル）程度にまで減圧することで、オイルLをオイル注入口108から流体動圧軸受10のテーパシール部8に滴下し、軸受隙間内に充填する際にオイルL内に再度空気が溶け込むことが防止されるので、オイルLの脱気レベルを悪化させることなくオイルLの充填工程を完了することが可能になる。従って、流体動圧軸受10をモータの軸受装置として組み込み運転を開始した後も、気泡の発生を抑制することが可能になる。

尚、この場合、第２の真空容器106の減圧レベルPL3よりも高い減圧レベルPL1まで減圧される第１の真空容器100内の減圧時の圧力は、約０．３ヘクトパスカル（３０パスカル）以下に設定するのが好ましい。このように第１の真空容器100の減圧レベルPL1を高い減圧レベルに設定することで、上記した点滴によるオイルLの脱気処理時の脱気レベルを向上することが可能になる。

以上、本発明に従う流体動圧軸受の製造方法の実施形態について説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であるし、様々な構成の流体動圧軸受への適用も可能である。

流体動圧軸受を有するモータの構成図 本発明の実施形態に対応するオイル充填装置の概念図

符号の説明

１０ 流体動圧軸受
１００ 第１の真空容器
１０６ 第２の真空容器

Claims (6)

1. シャフトと、該シャフトとの間にラジアル軸受及び／又はスラスト軸受を含むよう連続して形成され、且つ潤滑流体であるオイルが充填された軸受隙間を形成するスリーブとを備えてなる流体動圧軸受の製造方法であって、
   周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第１の真空容器内に蓄えられた前記オイルを、同じく周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第２の真空容器内に保持された前記流体動圧軸受に充填するために、該第１の真空容器と該第２の真空容器との間を連通する配管を通じて供給するに際し、
   第１の真空容器の減圧完了時点において、第１の真空容器内の圧力を第２の真空容器内の圧力よりも低圧とし、
   前記オイルは順次圧力の高い側へと送られて行って前記流体動圧軸受に供給される、
   ことを特徴とする流体動圧軸受の製造方法。
2. シャフトと、該シャフトとの間にラジアル軸受及び／又はスラスト軸受を含むよう連続して形成され、且つ潤滑流体であるオイルが充填された軸受隙間を形成するスリーブとを備えてなる流体動圧軸受の製造方法であって、
   周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第１の真空容器内に蓄えられた前記オイルを、同じく周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある第２の真空容器内に保持された前記流体動圧軸受に充填するために、該第１の真空容器と該第２の真空容器との間を連通する配管を通じて供給するに際し、
   減圧された状態での前記第１の真空容器内の圧力を、減圧された状態での前記第２の真空容器内の圧力以下の圧力に維持しておくことを特徴とする流体動圧軸受の製造方法。
3. 前記第１の真空容器と前記第２の真空容器の間を連通する配管内部のオイルを、前記第２の真空容器に向けて送り込むバルブ機構が、前記配管の途中に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の流体動圧軸受の製造方法。
4. 少なくとも流体動圧軸受に対してオイルを供給する際には、前記第１の真空容器内のオイルの液面を、流体動圧軸受よりも高い位置に位置させる、
   事を特徴とする請求項１乃至３に記載の流体動圧軸受の製造方法。
5. 前記オイルは、前記減圧された状態の第１の真空容器内に点滴することによって脱気処理されることを特徴とする請求項１乃至４に記載の流体動圧軸受の製造方法。
6. 前記第２の真空容器内の減圧レベルが１０００Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の流体動圧軸受の製造方法。

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