JP4865778B2 - 流体軸受及び流体軸受の潤滑油充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）用又はＣＤ−ＲＯＭドライブ用のモータ、このモータを製造する際の流体軸受の粘性流体充填方法に関する。

従来、軸体（軸、シャフト）と、軸体が挿入される孔部（挿入穴）を有する軸受体（軸受、スリーブ、流体軸受部）と、軸体と軸受体とが向かい合う所定空間内に保持される粘性流体（潤滑油、空気等）とを備え、軸体と軸受体との相対回転時に粘性流体内に生じる動圧により軸受体が軸体を回転自在に支承する流体軸受を有するモータが周知である。

また従来、動圧を発生する粘性流体として潤滑油等の液状の粘性流体を流体軸受に注入する方法として以下のものが知られていた。すなわち（１）軸受装置全体を潤滑油中に浸したのち装置全体を減圧し潤滑油を注入する方法（例えば、特許文献１参照）以下「第１の従来技術」と記す）、（２）潤滑油を軸受組立て体の外周面に塗布し毛細管現象により注入する方法（以下「第２の従来技術」と記す）、（３）軸受装置を組立てる前に流体軸受を構成する部品に潤滑油をあらかじめ塗布しておく方法（以下「第３の従来技術」と記す）、（４）軸受装置の組立て後に常圧環境下において軸受開口部から潤滑油を注入し浸透させる方法（以下「第４の従来技術」と記す）、（５）軸受を構成する部品を組立てながら粘性流体である潤滑油を数回塗布する方法（以下「第５の従来技術」と記す）等である。
米国特許５１１２１４２号公報

ＨＤＤ用モータやＣＤ−ＲＯＭドライブ用モータに流体軸受を使用する場合のモータ組立て上の重要な点は、動圧発生部の潤滑油中に気泡がなく、モータの外周部に不必要かつ有害な潤滑油が残らない様にすることである。
そうすべき理由は、潤滑油中に気泡が残ると動圧の発生にムラが生じて流体軸受として正常に機能しない恐れがあり、またモータ外周部に不必要な潤滑油が残留すると、不浄物質となってディスク記録媒体等に付着しディスク媒体ドライブ装置の機能、性能を阻害する恐れがあるからである。

然しながら上記した第１の従来技術は、軸受装置表面全体以外の不要部分に付着した潤滑油の除去が必要であるという問題があり、軸受間隙部分以外の不要な潤滑油を完全に除去する事は簡単ではなかった。
このため特開平８−２７０６５３号公報の請求項３に記載の技術が考案されているが、工程が増えて効率が悪くなるという、新たな問題を生じさせた。

また上記第２の従来技術は、間隙部分の全てに潤滑油を満たすことが難しく潤滑油の満たされない部分に気泡が残ってしまい、気泡を除去する事が出来ない、という問題があった。
さらに上記第３の従来技術は、塗布むらや不均一の塗布になってしまう恐れがあり作業に熟練が必要であり、上記第４の従来技術は組立て時間が余計掛かり、上記第５の従来技術は余分な工数を要する、という其々の問題があった。

そこで、本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、特に開穴部に挿入された軸体の外周面に添接しつつ開穴部周縁へ粘性流体を所定量滴下する滴下ステップと、次に、粘性流体を滴下した組立体の外部を減圧状態にして、開穴部側から挿入穴内の空気を排気する排気ステップと、次に、減圧状態が常圧状態に復帰する際の大気圧で開穴部周縁の粘性流体を挿入穴内に充填する充填ステップとを有することにより、流体軸受に保持される粘性流体中の不要、有害な気泡を確実に除去し、粘性流体が充填されるべき空間に隙間無く確実に粘性流体を充填し、また余剰量の粘性流体を容易に除去可能として、動圧にムラが生じる恐れがなく、また潤滑油等の粘性流体が不浄物質となってディスク記録媒体を汚染する恐れもない流体軸受の粘性流体充填方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、軸体と、開穴部から底部側に向かって回転可能なように挿入される前記軸体の外周面に接近する内周面部と、この内周面部に連設しかつ前記軸体の外周面に所定の空隙をもって対向する溜まり部とを備えた挿入穴を有する流体軸受であって、前記開穴部に潤滑油を供給するための凹部を備え、前記凹部に潤滑油を所定量滴下した後に、減圧状態から常圧に復帰する際の大気圧で前記凹部に滴下した潤滑油を前記挿入穴内に充填したことを特徴とする。

また、上述した課題を解決するために、本発明の他の態様では、軸体と、開穴部から底部側に向かって回転可能なように挿入される前記軸体の外周面に接近する内周面部と、この内周面部に連設しかつ前記軸体の外周面に所定の空隙をもって対向する溜まり部とを備えた挿入穴を有する流体軸受の前記挿入穴内に潤滑油を充填する方法であって、前記開穴部には潤滑油を供給するための凹部を備え、前記凹部に潤滑油を所定量滴下した後に、減圧状態から常圧に復帰する際の大気圧で前記凹部に滴下した潤滑油を前記挿入穴内に充填することを特徴とする。

また、下記（１）、（２）の流体軸受の粘性流体充填方法、モータを提供することもできる。
（１） 軸体（軸、シャフト）２と、
開穴部（孔部１ａ上方の開口部）から底部側（図６ モータベース側）に向かって回転可能なように挿入される前記軸体２の外周面に近接する内周面部（孔部１ａ内周面）と、この内周面部に連設しかつ前記軸体２の外周面に所定の空隙をもって対向する溜まり部（軸受１内部の孔部１ａ下方の空間）とを備えた挿入穴（孔部）１ａを有する流体軸受部（軸受）１とを具備した組立体における、前記開穴部周縁に滴下した粘性流体（潤滑油）２５で前記挿入穴内を充填する流体軸受の粘性流体充填方法であって、
前記開穴部に挿入された前記軸体２の外周面に添接しつつ前記開穴部周縁へ粘性流体２５を所定量滴下する滴下ステップ（図１（Ａ）図示の工程）と、
次に、粘性流体２５を滴下した前記組立体の外部を減圧状態にして、前記開穴部側から前記挿入穴１ａ内の空気を排気する排気ステップ（図１（Ｂ）図示の工程）と、
次に、減圧状態が常圧状態に復帰する際の大気圧で前記開穴部周縁の粘性流体２５を前記挿入穴１ａ内に充填する充填ステップ（図１（Ｃ）図示の工程）とを有することを特徴とする流体軸受の粘性流体充填方法。
（２） 請求項１記載の流体軸受の粘性流体充填方法によって粘性流体（潤滑油）２５が充填された前記組立体を用いて構成されたモータであって、
前記組立体の底部（図６ 軸受１の底部）を固着したステータ（図６ モータベース）９を備えたことを特徴とするモータ（図６ ＣＤ−ＲＯＭドライブ用スピンドルモータ）１００。

本発明によれば、特に開穴部に挿入された軸体の外周面に添接しつつ開穴部周縁へ粘性流体を所定量滴下する滴下ステップと、次に、粘性流体を滴下した組立体の外部を減圧状態にして、開穴部側から挿入穴内の空気を排気する排気ステップと、次に、減圧状態が常圧状態に復帰する際の大気圧で開穴部周縁の粘性流体を挿入穴内に充填する充填ステップとを有することにより、流体軸受に保持される粘性流体中の不要、有害な気泡を確実に除去し、粘性流体が充填されるべき空間に隙間無く確実に粘性流体を充填し、また余剰量の粘性流体を容易に除去可能として、動圧にムラが生じる恐れがなく、また潤滑油等の粘性流体が不浄物質となってディスク記録媒体を汚染する恐れもない流体軸受の粘性流体充填方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態につき好ましい実施例を、図１乃至図６を用いて説明を行う。
図１は本発明の流体軸受の粘性流体充填方法、モータの一実施例における粘性流体充填を行なう各工程の説明図、図２は図１のモータにおいて潤滑油を供給するための凹部を設けた構成の流体軸受けの断面図、図３は本発明のモータの一実施例において撥油剤塗布領域を有する流体軸受けの断面図、図４は図１のモータの流体軸受けの組立図、図５は図１のモータにおいて遠心力により余剰の潤滑油を除去する工程の説明図、図６は図１のモータの断面図である。前述したものと同一部分には同一符号を付しその説明を省略する。

まず、本実施例のモータであるＣＤ−ＲＯＭドライブ用スピンドルモータ１００の構造を図６の断面図を用いて説明する。

図６において、スピンドルモータ１００の軸受１の下端（底部）は鉄ベースプリント基板で形成されたモータベース９に固定されている。
また軸受１と、軸受１に形成された孔部１ａに挿入される軸２とが流体軸受を構成している。

ラジアル方向に軸２を支承する流体軸受けであるラジアル軸受は、回転時に動圧を発生する動圧溝部８が軸受１内周及び／又は軸２外周に形成され、軸２の回転時に粘性流体中に発生する動圧により、軸受１が軸２を回転自在に支承する構成としている。
なお、図６図示の動圧溝部８は平面的に模式的に描いてあるものである。

スラスト方向に軸２を支承する流体軸受けであるスラスト軸受５は、軸２の下端に形成されたスラスト部の其々上下の対応面にスパイラル状動圧溝（不図示）を加工し流体軸受を構成している。（上下の方向は図６図示の姿勢を基準としている。以下同様）

なお動圧溝はどちらの面に加工しても同様な効果が得られる。
軸２と軸受１の間の所定空間内には潤滑油が充填され軸２の回転により潤滑油内部に動圧が生じ、軸受装置として機能する。

流体軸受の潤滑油は軸２又は軸受１の回転により軸受外部へ流出すると回転が不可能となるため、流体軸受けの上下にシール部を構成し流出を防いでいる。

モータベース９には軸受１に対し同心状にコイル１３を巻回したコア１２が固定され、流体軸受により回転自在に保持されたロータ２２には、ロータヨーク１７を有し下部内周側にリング状磁石１６が固着されている。

次にスピンドルモータ１００の流体軸受における潤滑油の、充填をなすべき所定空間内への充填方法について説明する。

まず図４の組立図により流体軸受けの構成を説明すると、軸受１は孔部１ａ内周部に２個所の動圧溝部８が形成され、軸２下端には上下の面を有するスラスト部２３を備え、プレート３は軸２のスラスト部２３下面と対向する面に動圧溝を形成している。
スラスト部２３を収納する軸受１内部の孔部１ａは、他の部位より大きな径を有する空間を形成し、潤滑油２５が充填される溜まり部となっている。

図４図示の流体軸受けを組立てるに際しては、軸受１の孔部１ａに軸２を挿入しプレート３を下から嵌合し、プレート３の外周を軸受１下部に接着又はカシメ等で固定する。

次に組立て後の流体軸受けに潤滑油を注入、充填する方法を図１を用いて順を追って説明する。

図１（Ａ）は、軸受１と軸２及びプレート３の間隙部（潤滑油を保持すべき所定空間）に潤滑油２５を供給する説明図である。図示の如く軸受１を低速で回転させながらディスペンサー４を軸２に添接しつつ潤滑油２５を孔部１ａの上方にある開口部周縁に静かに滴下して供給する。
この時点で軸受隙間には空気があり、また潤滑油２５は軸受の間隙部の入り口付近にとどまり所定空間全体へ十分に行き渡っていない。

次に図１（Ｂ）のように、潤滑油を注入した組立て体を、密閉した真空用チャンバー７に格納し、真空ポンプ６で内部の空気を０．０１〜０．００１Ｐａまで減圧する。これにより軸受隙間部に残存した空気が気泡として除去（排気）される。

続いて図１（Ｃ）のように、絞り弁２４を開け真空用チャンバー７に空気を入れて、内部の圧力を徐々に常圧に復帰させる。
チャンバー７内に戻る空気によって、潤滑油をより内部へ押しこめるよう外部から圧力が加わるので、潤滑油が流体軸受けとして潤滑油を保持すべき所定空間（間隙部、孔部１ａ内部）の隅々まで行き渡り押圧充填がなされる。
充填後の潤滑油内部に残る気泡は１％以下となる。またこの時温度を６０℃〜１００℃に保持すればさらに気泡の量が減少する。

次に図１（Ｄ）のように、所定空間である間隙部を満たし溢れ出た余剰量の潤滑油を真鍮又は銅製等の金属あるいはビニール等樹脂性の管１４で減圧吸引１０する。吸引された余剰分の潤滑油は潤滑油溜り１８に溜まる。
以上の方法により潤滑油内部に残留する気泡の量を局限し、流体軸受けとして必要な所定空間内全てにもれなく潤滑油を充填し、余剰分の潤滑油を除去した流体軸受けの組立て体が完成する。

図２は本実施例の他の好ましい構成として、潤滑油供給する部位である孔部１ａ開口部周囲に凹部１１を設け、より多くの潤滑油を流れ出ることなく効率良く注入可能とするとともに、余剰量の潤滑油を除去しやすくした構成の流体軸受け組立て体の断面図である。

図３は本発明の他の実施例として、孔部１ａ開口部の周囲に撥油剤２０を塗付した撥油剤塗布領域を設けた流体軸受６０として構成し、スピンドルモータの実使用回転数よりも低速で回転させながら間隙部に潤滑油を注入している状態の説明図である。
図３図示の流体軸受６０を搭載したスピンドルモータは、軸受け１の開口端部（孔部１ａの周辺）に撥油剤２０を塗布してあるので端部の残存潤滑油は、既に所定空間内に充填された必要量と分離され容易に除去出来る効果を発揮する。

図５は、潤滑油２５を充填すべき所定空間である間隙部を満たし溢れ出た余剰量の潤滑油を除去する本実施例の他の方法を説明する図であり、図示の如く軸受け組立て体を覆う潤滑油飛散防止カバー５０内で、軸受の実使用回転数よりさらに早く回転させ、回転遠心力により潤滑油を除去する工程の説明図である。
図５図示の方法によれば、遠心力により、より強力確実に潤滑油を除去でき、また先に説明したノズルで吸い取る方法と比較して作業が単純化され、より自動化が容易である、等の効果がある。

以上説明した本発明の実施例によれば、潤滑油中の気泡を少なくすることが出来、軸受間隙部分の体積のバラツキに関係なく潤滑油を満たすことが出来る効果がある。更に潤滑油の中に浸漬する方法と異なり、潤滑油供給部のみ、潤滑油を除去すれば良いので作業が簡単で済む。潤滑油供給部に撥油剤を塗布する事により簡単確実に潤滑油を除去出来る、等の効果が得られる。

本発明の流体軸受の粘性流体充填方法、モータの一実施例における粘性流体充填を行なう各工程の説明図である。 図１のモータにおいて潤滑油を供給するための凹部を設けた構成の流体軸受けの断面図である。 本発明のモータの一実施例において撥油剤塗布領域を有する流体軸受けの断面図である。 図１のモータの流体軸受けの組立図である。 図１のモータにおいて遠心力により余剰の潤滑油を除去する工程の説明図である。 図１のモータの断面図である。

符号の説明

１ 軸受（流体軸受部）、 １ａ 孔部（挿入穴）、 ２ 軸（軸体）、 ９ モータベース（ステータ）、 ２５ 潤滑油（粘性流体）、 １００ ＣＤ−ＲＯＭドライブ用スピンドルモータ（モータ）。

Claims (1)

1. 軸体と、
   開穴部から底部側に向かって回転可能なように挿入される前記軸体の外周面に接近する内周面部と、この内周面部に連設しかつ前記軸体の外周面に所定の空隙をもって対向する溜まり部とを備えた挿入穴を有する流体軸受の前記軸体が挿入された後の前記挿入穴内に潤滑油を充填する方法であって、
   前記開穴部は、その周囲に撥油剤を塗布した撥油剤塗布領域を有すると共に、潤滑油を供給するための凹部を備え、実使用回転数よりも低速で前記流体軸受を回転させながら前記凹部に潤滑油を所定量滴下した後に、減圧状態から常圧に復帰する際の大気圧で前記凹部に滴下した潤滑油を前記挿入穴内に充填することを特徴とする潤滑油充填方法。

Images