JP2002174242A - 流体軸受装置への潤滑剤充填方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体軸受装置内部に気泡が残留しにくく、し
かも作業性，量産性に優れた流体軸受装置への潤滑剤充
填方法を提供する。 【解決手段】 まず、大気下において、流体軸受すきま
及びその近傍の空間の一部に潤滑剤を注入する。そし
て、潤滑剤が注入された流体軸受装置を真空下に保持し
て、真空下において前記流体軸受すきま全体に表面張力
の作用によって前記潤滑剤を充填させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器，音響・
映像機器，事務機等に使用される流体軸受装置、特に、
磁気ディスク装置（以降はＨＤＤと記す），光ディスク
装置等に最適な流体軸受装置への潤滑剤の充填方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような用途に使用される流体軸受
装置としては、例えば、図１に示すようなＨＤＤ用スピ
ンドルモータがある。ベース１１に立設した円筒部１１
ａの内側に、円筒体状のスリーブ１２が内挿されてい
て、これらは一体的に固着されている。このスリーブ１
２には軸１３が回転自在に挿通されていて、この軸１３
の上端には、逆カップ状のハブ１４が一体的に取り付け
られており、軸１３の下端には、円板状のスラストプレ
ート１５が止めねじ２０により固着されている。

【０００３】このスラストプレート１５の両平面は、ス
ラスト流体軸受Ｓのスラスト受面１５ｓ，１５ｓとされ
ている。そして、上側のスラスト受面１５ｓには相手部
材であるスリーブ１２の下端面がスラスト流体軸受Ｓの
流体軸受すきまを介して対向し、このスリーブ１２の下
端面がスラスト流体軸受Ｓのスラスト軸受面１２ｓとさ
れている。

【０００４】また、スラストプレート１５の下方には、
相手部材であるカウンタープレート１６が配置され、ベ
ース１１に固定されている。このカウンタープレート１
６の上面が、スラストプレート１５の下側のスラスト受
面１５ｓにスラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまを介し
て対向して、スラスト流体軸受Ｓのスラスト軸受面１６
ｓとされている。

【０００５】そして、上記スラスト受面１５ｓ，１５ｓ
とスラスト軸受面１２ｓ，１６ｓとの少なくとも一方
に、ヘリングボーン状又はスパイラル状の動圧発生用溝
（図示せず）を備えて、スラスト流体軸受Ｓが構成され
ている。一方、軸１３の外周面には、上下に間隔をおい
て一対のラジアル受面１３ｒ，１３ｒが形成されてい
る。また、スリーブ１２の内周面には、ラジアル受面１
３ｒ，１３ｒにラジアル流体軸受Ｒの流体軸受すきまを
介して対向してラジアル軸受面１２ｒ，１２ｒが形成さ
れている。そして、ラジアル受面１３ｒ，１３ｒとラジ
アル軸受面１２ｒ，１２ｒとの少なくとも一方に、ヘリ
ングボーン状又はスパイラル状の動圧発生用溝１７，１
７を備えて、ラジアル流体軸受Ｒ，Ｒが構成されてい
る。

【０００６】さらに、スピンドルモータのトルクを小さ
くするために、上下２つのラジアル流体軸受Ｒ，Ｒに挟
まれたスリーブ１２の内周面（軸１３の外周面でもよい
し、あるいはスリーブ１２の内周面と軸１３の外周面と
の双方でもよい）には、ラジアル流体軸受Ｒの軸受すき
まに向かってすきまが狭くなるテーパ状の周溝からなる
逃げ溝２１を設けている。

【０００７】そして、円筒部１１ａの外周面にはステー
タ１８が固定され、ハブ１４の内周面下側に固定されて
いるロータ磁石１９とギャップを介して周面対向して駆
動モータＭを形成しており、この駆動モータＭにより軸
１３とハブ１４とが一体的に回転駆動されるようになっ
ている。軸１３が回転すると、スラスト流体軸受Ｓ及び
ラジアル流体軸受Ｒの各動圧発生用溝のポンピング作用
により、各流体軸受Ｓ，Ｒの流体軸受すきまに充填され
た微量の潤滑剤に動圧が発生して、軸１３はスリーブ１
２の内周面及びカウンタープレート１６の上面と非接触
となり支承される。

【０００８】このようなスピンドルモータへの潤滑剤の
充填方法は、以下の通りであった。すなわち、スピンド
ルモータを組み立てた後、カウンタープレート１６の中
央に設けられた貫通穴２６からスピンドルモータの内部
に、大気下で適量の潤滑剤を注入する。そうすると、ス
ラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまの一部の空間に位置
する潤滑剤や、スラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまの
近傍に位置する潤滑剤が、表面張力の作用により、該流
体軸受すきま内に引き込まれて徐々に広がってゆき、各
流体軸受Ｓ，Ｒの流体軸受すきま全体が潤滑剤で満たさ
れる、というものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＨＤＤは記録密
度の向上が求められていて、情報を記録するためのトラ
ックの幅が狭くなっているため、回転精度の高い流体軸
受の採用が検討されている。さらに、ノート型パソコン
のような携帯機器に搭載されるＨＤＤにおいては、薄型
化が求められているとともに、低消費電力で可搬性能に
優れた流体軸受装置が求められている。

【００１０】そこで、上記のようなスピンドルモータに
おいては、運搬等により装置が揺動されても軸受部が接
触して損傷しないように（可搬性能を高めるために）、
モーメント負荷に対する耐力（以降はモーメント耐力と
記す）を高くしたり、また、消費電力を抑えるために、
ラジアル流体軸受Ｒの流体軸受すきまよりもすきまの大
きい逃げ溝２１を、２つのラジアル流体軸受Ｒ，Ｒの間
に設けて、軸受スパンを大きくするとともに、逃げ溝２
１における潤滑剤の流体摩擦を小さくするようにしてい
る。

【００１１】しかしながら、このような逃げ溝２１を有
していると、上記のような方法でスピンドルモータに潤
滑剤を充填する際に、以下のような問題が生じるおそれ
があった。すなわち、潤滑剤の充填が大気下で行われる
ので、潤滑剤が各流体軸受すきまに充填される際に、逃
げ溝２１内に気泡が巻き込まれやすい。逃げ溝２１内に
気泡が残留すると、流体軸受の回転が不安定となり（回
転中の回転非同期成分の振れであるＮＲＲＯが大きくな
る）、例えば、スピンドルモータの回転中に、残留した
気泡がラジアル流体軸受の流体軸受すきま内を回転数の
約半分の速度（平均流速）で旋回すると、わずかながら
径方向の振れ回りが生じることとなる。

【００１２】このような問題点を解決するためには、上
記のような潤滑剤の充填を大気下ではなく真空下で行う
ことが効果的である。つまり、潤滑剤の充填と同時に脱
気を行うのである。しかしながら、潤滑剤の充填を真空
下で行うためには複雑な設備が必要であり、スピンドル
モータのコストアップの要因となる。また、作業性が悪
いので量産性が損なわれるという問題点も有している。

【００１３】そこで本発明は、上記のような従来技術が
有する問題点を解決し、流体軸受装置内部に気泡が残留
しにくく、しかも作業性，量産性に優れた流体軸受装置
への潤滑剤充填方法を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明の流体軸受装置への潤滑剤充填方法は、軸と、該軸に
流体軸受すきまを介して対向する相手部材と、を備えた
流体軸受装置へ潤滑剤を充填する方法において、前記流
体軸受すきま及びその近傍の空間の一部に潤滑剤を大気
下で注入し、注入直後から前記潤滑剤が前記流体軸受す
きま全体に充填されるまでの期間のうち少なくとも一部
の期間は、前記流体軸受装置を真空下に保持することを
特徴とする。

【００１５】このような構成であれば、流体軸受装置へ
の潤滑剤の注入を大気下で行っても、前記流体軸受すき
まを始めとして流体軸受装置の内部に気泡が残留しにく
い。したがって、該方法により潤滑剤を充填した流体軸
受装置は、回転中に不安定振動が生じるおそれが小さ
い。また、本発明に係る流体軸受装置への潤滑剤充填方
法は、流体軸受装置への潤滑剤の注入を真空下ではなく
大気下で行うので、潤滑剤の注入に複雑な設備を必要と
せず低コストである。また、作業性，量産性も優れてい
る。

【００１６】前記流体軸受装置を保持する圧力は、大気
圧より低い圧力であればよいが、流体軸受装置の内部に
気泡が残留することをより確実に防止するためには、
０．０３ＭＰａ以下がより好ましく、０．０２ＭＰａ以
下がさらに好ましい。また、流体軸受装置を真空下に保
持する期間は、前記潤滑剤の注入直後から前記潤滑剤が
前記流体軸受すきま全体に充填されるまでの期間のうち
少なくとも一部の期間であればよいが、流体軸受装置の
内部に気泡が残留することをより確実に防止するために
は、前記潤滑剤の注入直後から前記潤滑剤が前記流体軸
受すきま全体に充填されるまでの期間全体であることが
より好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体軸受装置への潤
滑剤充填方法の実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に
説明する。図１は、ＨＤＤ用スピンドルモータの縦断面
図である。まず、スピンドルモータの構造を説明する。
なお、以下の説明における上，下等の方向を示す用語
は、特に断りがない限り、説明の便宜上、図１における
それぞれの方向を意味するものである。

【００１８】このスピンドルモータは、ハブ１４が固着
された軸１３と、ベース１１の円筒部１１ａに取り付け
られたスリーブ１２とから構成されている。軸１３はス
リーブ１２に回転自在に挿通されていて、軸１３とスリ
ーブ１２との間にはラジアル流体軸受Ｒが介装されてい
る。また、軸１３の一端にはスラストプレート１５が備
えられていて、スラストプレート１５の両平面と、これ
に対向するスリーブ１２及びカウンタープレート１６と
の間に、スラスト流体軸受Ｓが設けられている。なお、
スリーブ１２及びカウンタープレート１６が本発明の構
成要件たる相手部材に相当する。

【００１９】ベース１１の円筒部１１ａの外周面にはス
テータ１８が固定されていて、ハブ１４の内周面に固定
されたロータ磁石１９とギャップを介して周面対向して
駆動モータＭを形成している。そして、駆動モータＭに
よりハブ１４と軸１３とを一体的に回転駆動させると、
スラスト流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒにより、軸
１３がスリーブ１２及びカウンタープレート１６に対し
て回転自在に支承されるようになっている。

【００２０】次に、上記のようなスピンドルモータの構
造を、さらに詳細に説明する。ベース１１の中央部に立
設されている円筒部１１ａの内側に、フランジ付円筒体
状のスリーブ１２が内挿されていて、前記フランジ１２
ｆにより一体的に固着されている。このことによりスリ
ーブ１２の外周面と円筒部１１ａの内周面との間に、環
状すきまである潤滑剤溜まり２２が形成されている。こ
の潤滑剤溜まり２２の構造については、後にさらに詳述
する。

【００２１】スリーブ１２には中空状の軸１３が回転自
在に挿通されていて、軸１３の内周面には雌ねじ１３ｆ
が形成されている。なお、軸１３は中実軸でもよい。ま
た、軸１３の材質は、硬さが高くて耐食性に優れた材料
であれば特に限定されるものではないが、例えばマルテ
ンサイト系のステンレス鋼やオーステナイト系ステンレ
ス鋼に、熱処理を施して表面を硬化させたものあるいは
メッキやダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜によ
る表面処理を行って表面を硬化させたものがあげられ
る。

【００２２】この軸１３の上端部１３ａは他部より小径
となっていて、この小径な上端部１３ａを浅い逆カップ
状のハブ１４の中央部に設けられた穴に圧入することに
より、軸１３とハブ１４とが一体に固着されている。そ
して、小径な上端部１３ａと大径な他部との境目に形成
される前記大径な他部の上端面１３ｂにハブ１４の下面
が当接されるから、軸１３とハブ１４とは十分な耐衝撃
性を確保するに足る強度で固着される。

【００２３】また、スリーブ１２の下端より突出した軸
１３の下端には、円板状のスラストプレート１５が固定
されている。このスラストプレート１５は、軸１３の内
周面に設けられた雌ねじ１３ｆに螺合した止めねじ２０
により固着されていて、軸１３とスラストプレート１５
とは十分な耐衝撃性を確保するに足る強度（抜け荷重）
で固着されている。

【００２４】このとき、中空状の軸１３はその内径より
大径な凹状部である接合部３０を下端面に有し、また、
止めねじ２０は頭部２０ａと雄ねじを有する先端部２０
ｃとの間に円柱状の円柱部２０ｂを有していて、これら
接合部３０及び円柱部２０ｂは、スラストプレート１５
の中央部に設けられた止めねじ２０を挿入するための穴
１５ｂとほぼ同径となっている。

【００２５】円柱部２０ｂが穴１５ｂと凹状の接合部３
０とに嵌合されることによりスラストプレート１５が軸
１３に取り付けられているので、接合部３０の内周面が
止めねじ２０の円柱部２０ｂを介してスラストプレート
１５を軸１３に対して同軸に案内する案内面として作用
して、スラストプレート１５は軸１３に５０μｍ以下の
同軸度で取り付けられる。

【００２６】また、軸１３の下端面にスラストプレート
１５の上面が当接された形態で、スラストプレート１５
が軸１３に取り付けられているので、スラストプレート
１５の厚さが薄くてもスラストプレート１５の端面の振
れが小さい。なお、スラストプレート１５を軸１３に取
り付ける方法としては、ねじ止めの他、圧入，接着，溶
接等の慣用の固着方法が採用可能である。あるいは、軸
とスラストプレートとが一体的に形成された部材を用い
てもよい。

【００２７】ただし、スラストプレート１５をねじ止め
により取り付けると十分な締結強度が確保され、圧入に
より取り付ける場合とは異なり、スラストプレート１５
にヤング率の低い銅合金等の材料を使用できる。なお、
止めねじ２０の頭部２０ａの形状としては、図示の平頭
形に限定されることはなく、丸小ねじのような丸頭形や
皿小ねじのような皿頭形など適宜変更してもよい。

【００２８】そして、スラストプレート１５の下側の平
面は、ベース１１の中央部に取り付けたカウンタープレ
ート１６の上面と対向している。また、スラストプレー
ト１５の上側の平面は、スリーブ１２の下端面と対向し
ている。なお、カウンタープレート１６は、ベース１１
と一体に形成されていてもよい。カウンタープレート１
６の上面の中央部（軸１３の真下の位置）には、止めね
じ２０の頭部２０ａを収納する凹部１６ａが設けられて
いる。そうすれば、止めねじ２０をスラストプレート１
５に没入した形態で取り付ける必要がなく、スラストプ
レート１５の加工が容易となる。

【００２９】なお、スラストプレート１５を固定する止
めねじ２０を頭部２０ａが没入した形態で取り付けた
り、スラストプレート１５を軸１３に圧入して固着する
などした場合は、凹部１６ａは設ける必要はない。スラ
ストプレート１５の上下の両平面はスラスト受面１５
ｓ，１５ｓとされる。そして、上側のスラスト受面１５
ｓにスラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまを介して対向
するスリーブ１２の下端面と、下側のスラスト受面１５
ｓにスラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまを介して対向
するカウンタープレート１６の上面とが、それぞれスラ
スト軸受面１２ｓ及び１６ｓとされて、相対するスラス
ト受面１５ｓ，１５ｓ及びスラスト軸受面１２ｓ，１６
ｓのうち少なくとも一方に、例えばヘリングボーン状の
動圧発生用溝（図示せず）を備えてスラスト流体軸受Ｓ
を構成している。

【００３０】特に、スラスト受面１５ｓ又はスラスト軸
受面１６ｓに設けるヘリングボーン状の動圧発生用溝
を、溝頂部から外周側の溝長さが溝頂部から内周側の溝
長さよりも短い径方向外向きのわずかな非対称溝パター
ンとすることが好ましい。そうすれば、回転駆動により
発生するポンピング作用が、溝頂部から外周側の方が内
周側よりも小さくなるので、潤滑剤が中心部から外周部
に向かって送り出されるようになる。

【００３１】なお、この動圧発生用溝をスラストプレー
ト１５の両平面（スラスト受面１５ｓ，１５ｓ）に設け
る加工方法は特に限定されるものではなく、塑性加工，
切削加工，エッチング加工等があげられる。塑性加工で
あるコイニング加工は、プレス等を用いて金型をスラス
トプレート１５に押圧することにより前記動圧発生用溝
を刻印する方法であるので、エッチング加工と比較する
と量産性に優れていて低コストである。

【００３２】特に、スラストプレート１５に硬さの低い
銅合金を用いた場合は、コイニング加工による塑性加工
が容易であるので、量産性に優れるという利点がある。
なお、スリーブ１２やカウンタープレート１６は、強度
が必要なため硬さが高い方が好ましい。ここで、カウン
タープレート１６のベース１１への固着方法について説
明する。カウンタープレート１６は、ベース１１の中央
部に設けた穴にすきまばめ又は軽圧入されていて、カウ
ンタープレート１６の外周部がベース１１の円筒部１１
ａの下部に、複数の止めねじ３１によってねじ止めされ
ている。

【００３３】このカウンタープレート１６は外周部に段
差を有していて、外周部は他部より厚さが薄くなってい
る。すなわち、図１から分かるように、カウンタープレ
ート１６は、上面側の外径寸法が大きく下面側の外径寸
法が小さい２段構造の板状部材であって、カウンタープ
レート１６の縦断面形状は略凸字状となっている。カウ
ンタープレート１６が上記のような構造を有しているこ
とから、カウンタープレート１６をベース１１に取り付
けた際には、ベース１１の中央部に設けた前記穴の内周
面とカウンタープレート１６の下面側の外径寸法が小さ
い部分の外周面とから環状溝２８が形成される。止めね
じ３１はこの環状溝２８の部分に取り付けられていて、
止めねじ３１の頭部は環状溝２８内に収納されている。
なお、このような環状溝２８は、カウンタープレート１
６の全周にわたって設けてもよいが、一部分に設けても
よい。

【００３４】このように、ベース１１とカウンタープレ
ート１６とをねじ止め３１により固着したので、加締め
による固着のようにベース１１及びカウンタープレート
１６に荷重が加えられることがなく、ベース１１及びカ
ウンタープレート１６に変形が生じることがない。した
がって、カウンタープレート１６の上面に形成されるス
ラスト軸受面１６ｓが変形して、スラスト軸受面１６ｓ
の平面度が低下するという問題が生じることがない。

【００３５】また、カウンタープレート１６の上面の一
部が、ベース１１の中央部に設けた前記穴の底面と当接
していることから、カウンタープレート１６は該穴にお
いて水平且つ安定した姿勢で配置される。なお、止めね
じ３１の代わりにピンを使用してもよい。また、止めね
じ３１を使用する代わりに環状溝２８に接着剤を充填す
ることにより、ベース１１とカウンタープレート１６と
を固着してもよい。あるいは、止めねじ３１でベース１
１とカウンタープレート１６とを固着した上、環状溝２
８に接着剤を充填して固着を強化してもよい。止めねじ
３１と接着剤とを併用すれば、止めねじ３１の周囲が接
着剤により覆われるので、外部からの振動や衝撃等によ
って止めねじ３１が緩むことが防止される。

【００３６】また、環状溝２８に接着剤を充填すると、
ベース１１とカウンタープレート１６との接合部分のす
きまに接着剤が浸透していき、ベース１１とカウンター
プレート１６との固着が強化されるとともに、前記接合
部分が封止される。前記接合部分のすきまが接着剤によ
り密封されると、スピンドルモータの回転中に前記接合
部分から、スピンドルモータの内部に充填された潤滑剤
が流出するおそれが小さくなる。なお、接着剤を充填し
た後に７０〜１００℃に加熱して接着剤を完全に硬化さ
せることにより、固着強度の確保を図ることが好まし
い。

【００３７】接着剤の種類は特に限定されるものではな
く、エポキシ系の接着剤、嫌気性の接着剤、紫外線硬化
型の接着剤、あるいはこれらのうちの複数を併用したタ
イプの接着剤であってもよい。また、十分な固着強度を
得ることができ、前記接合部分を封止してスピンドルモ
ータの内部に充填された潤滑剤が流出することを防止で
きれば、接着剤の代わりに封止材を用いてもよい。

【００３８】一方、軸１３の外周面には、軸方向に間隔
をおいて上下に一対のラジアル受面１３ｒ，１３ｒが形
成されるとともに、このラジアル受面１３ｒ，１３ｒに
ラジアル流体軸受Ｒの流体軸受すきまを介して対向する
ラジアル軸受面１２ｒ，１２ｒが、スリーブ１２の内周
面に形成されている。そして、ラジアル軸受面１２ｒ，
１２ｒに、略くの字状のヘリングボーン状の動圧発生用
溝１７，１７を備えて、ラジアル流体軸受Ｒ，Ｒが構成
されている。

【００３９】ただし、動圧発生用溝１７，１７は、ラジ
アル受面１３ｒ，１３ｒに設けてもよいし、ラジアル受
面１３ｒ，１３ｒとラジアル軸受面１２ｒ，１２ｒとの
双方に設けてもよい。なお、この動圧発生用溝１７を設
ける加工方法は特に限定されるものではなく、スラスト
プレート１５の両平面に設けた動圧発生用溝の場合と同
様の慣用の方法が採用される。

【００４０】ラジアル軸受面１２ｒ、すなわちスリーブ
１２の内周面に動圧発生用溝１７を加工すると、量産性
に優れたボール転造等の塑性加工あるいはバイトによる
切削加工により動圧発生用溝１７を加工できるので、好
ましい。ボール転造は、軸の外周にはめ合わせた中空状
の外筒に複数個の鋼球を保持させた転造治具を、スリー
ブに押し込むことによって加工する方法である。

【００４１】すなわち、スリーブ１２を旋盤上で切削加
工した後、旋盤の主軸をゆっくり正逆回転させながら転
造治具をスリーブ１２に押し込んで相対移動させること
により内周面にヘリングボーン状（略くの字状）の溝加
工を行い、その後に溝周辺の盛り上がり部分を除去する
仕上げ切削やボール通しなどの仕上げ加工を必要に応じ
て行う。もちろん旋盤上でなく、転造装置を用いて転造
治具を左右に正逆回転させながら固定されたスリーブ１
２に押し込み、ヘリングボーン状の溝を転造加工しても
よい。

【００４２】２つの動圧発生用溝１７，１７のうち外気
側に位置する方は、溝長さが外気側より内側の方が僅か
に短い内向き非対称溝パターン（非対称ヘリングボーン
状の動圧発生用溝）となっていて、このことは以下の理
由により好ましい。すなわち、軸１３の回転に伴って外
気側から内側へ向かって潤滑剤を押し込む圧力が働くの
で（ポンプイン）、ラジアル流体軸受Ｒの流体軸受すき
ま内の潤滑剤が、軸１３の回転に伴う遠心力によって外
部に飛散することが防止される。

【００４３】このことをさらに詳細に説明する。動圧発
生用溝１７は、軸１３の円周方向に沿って所定の間隔で
並べられた複数の略くの字状の溝で構成されている。２
カ所に設けられた動圧発生用溝１７，１７のうち、外気
側に位置する動圧発生用溝１７（図１においては上側の
動圧発生用溝１７）を、そのパターンが軸方向に非対称
な形状とする。そして、他方の動圧発生用溝１７（図１
においては下側の動圧発生用溝１７）のパターンを、軸
方向に対称な形状とする。

【００４４】すなわち、外気側に位置する動圧発生用溝
１７においては、略くの字状の溝の軸方向の幅のうち屈
曲部から外気側の端部までの幅を、屈曲部から内側の端
部までの幅より大とする。なお、本実施形態において
は、外気側とは、軸１３において、スピンドルモータの
外気に向いている側（図１においては上方）、すなわ
ち、スラスト流体軸受Ｓが設けられている側とは反対側
を意味するものである。また、内側とは、外気側とは反
対側、すなわち、スラスト流体軸受Ｓが設けられている
側を意味するものである。

【００４５】また、回転中にスラスト流体軸受Ｓ及びラ
ジアル流体軸受Ｒの流体軸受すきま内の潤滑剤へ気泡が
巻き込まれることを少なくするためには、スラスト流体
軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒに設ける動圧発生用溝
は、溝角度（回転方向に対してなす角度）を３０°以
下、好ましくは２５°以下とし、溝の本数を１０本以
上、好ましくは１２本以上とすることが望ましい。

【００４６】特に、ラジアル流体軸受Ｒに設けるヘリン
グボーン状の動圧発生用溝１７の軸受幅（動圧発生用溝
１７の軸方向の幅）が軸径よりも小さい場合には、溝角
度を２５°以下とし、溝の本数を１２本以上、好ましく
は１６本以上とすることが望ましい。潤滑剤に気泡が巻
き込まれると、回転中の不安定振動の原因となり回転精
度が劣化しやすい。

【００４７】また、上下２つのラジアル流体軸受Ｒ，Ｒ
に挟まれたスリーブ１２の内周面（軸１３の外周面でも
よいし、あるいはスリーブ１２の内周面と軸１３の外周
面との双方でもよい）には、ラジアル流体軸受Ｒの軸受
すきまに向かってすきまが狭くなるテーパ状の周溝から
なる逃げ溝２１を設けている。このことにより、スピン
ドルモータを薄型化した場合でも、ラジアル流体軸受
Ｒ，Ｒの作用点間距離である軸受スパンを大きく取るこ
とができるので、該スピンドルモータはモーメント耐力
に優れる。また、逃げ溝２１は、ラジアル流体軸受Ｒの
軸受すきまよりもすきまが大きいので、潤滑剤の流体摩
擦が小さくなる。よって、該スピンドルモータは、軸受
トルクが小さく低消費電力である。

【００４８】なお、駆動モータＭを構成するロータ磁石
１９及びステータ１８の軸方向位置を若干ずらし、軸方
向の吸引力が作用するようにして、スリーブ１２の下端
面側で負荷を主に分担するようにし、さらに、スラスト
プレート１５の下面側のスラスト受面１５ｓの有効面積
を、上面側のスラスト受面１５ｓの有効面積よりも小さ
く設計することにより（軸受有効径を小さく設計す
る）、反負荷側の軸受トルクを削減するようにしてもよ
い。そうすれば、スピンドルモータの消費電力を少なく
することができる。

【００４９】次に、前述の潤滑剤溜まり２２の構造につ
いて説明する。スリーブ１２の外周面と円筒部１１ａの
内周面との間には環状すきまが介在していて、該環状す
きまが潤滑剤溜まり２２を形成している。潤滑剤溜まり
２２の内面を形成するスリーブ１２の外周面はテーパ面
２４とされていて、これにより潤滑剤溜まり２２は下方
のスラスト流体軸受Ｓに向かってすきまが徐々に狭くな
っている。

【００５０】もっとも、テーパ面２４は必ずしもスリー
ブ１２の外周面に形成するとは限らず、円筒部１１ａの
内周面に形成してもよく、あるいはスリーブ１２の外周
面と円筒部１１ａの内周面との双方に形成してもよい。
また、潤滑剤溜まり２２の下端には、スラストプレート
１５の外周面１５ａとそれに対向する部材である円筒部
１１ａの内周面との間に形成される円環状のすきまに向
かって開口している潤滑剤供給路２５が設けられてい
る。

【００５１】そして、スラスト流体軸受Ｓの流体軸受す
きまに近接して連通する潤滑剤供給路２５の開口部は、
スラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまとほぼ等しいか、
又は僅かに大きくなっていて、表面張力に基づく毛管現
象により潤滑剤が潤滑剤供給路２５からスラスト流体軸
受Ｓの流体軸受すきまに導入されやすいようになってい
る。

【００５２】本実施形態においては、環状すきまからな
る潤滑剤溜まり２２の下部の全体が潤滑剤供給路２５を
形成している（すなわち、潤滑剤供給路２５が環状すき
ま状である）が、潤滑剤溜まり２２の下部のうち一カ所
にスリット状の潤滑剤供給路２５を設けてもよいし（つ
まり、その他の部分は、スリーブ１２の外周面と円筒部
１１ａの内周面とが接触していて閉口している）、複数
箇所にスリット状の潤滑剤供給路２５を設けてもよい。

【００５３】また、本実施形態においては、スリーブ１
２の外周面の全てをテーパ面２４として、潤滑剤溜り２
２のテーパ面２４の一部を潤滑剤供給路２５とし、スラ
ストプレート１５の外周面１５ａと円筒部１１ａの内周
面との間に形成される円環状のすきまに、テーパ面２４
を直接連通させている。しかし、スリーブ１２の外周面
のうち上部をテーパ面２４とし、下部は円筒部１１ａの
内周面と平行な面として、この平行面により形成される
環状のすきまが潤滑剤供給路２５を構成するような構造
としてもよい。

【００５４】このような潤滑剤溜まり２２の上部には、
外気と連通する通気路２３が開口している。通気路２３
は、潤滑剤溜まり２２の上部から水平に伸び、途中で上
方に屈曲してスリーブ１２の上端面に開口している。す
なわち、通気路２３は、円筒部１１ａのスリーブ１２と
のはめあい面に軸方向のスリットを形成するようにして
設けられている。もちろん、潤滑剤溜まり２２の最上部
から垂直に伸び、スリーブ１２の上端面に開口するよう
に設けてもよい。

【００５５】次に、スリーブ１２の内周面の上端（外気
側）部分の構造について、詳細に説明する。図１から分
かるように、スリーブ１２の内周面の上端（外気側）の
角の部分は、面取りされている。このことにより、軸１
３の外周面とスリーブ１２の内周面との間に形成される
すきまのうち最も上端（外気側）の部分は、上方（外気
側）に向かって徐々にすきまが広くなるテーパ状形状と
なっている。このとき、該テーパ状形状のなす角度、す
なわち、この面取り部分の傾斜面１２ａと軸１３の外周
面とのなす角度をαとする。

【００５６】そして、前記テーパ状形状のなす角度α
は、スリーブ１２の外周面（すなわちテーパ面２４）と
円筒部１１ａの内周面とのなす角度（以降は、テーパ面
２４の傾斜角と記す）より大となっている。このような
構成であれば、表面張力はすきまの狭い方に強く作用す
るから、前記面取り部分のテーパ状形状のすきまよりも
潤滑剤溜まり２２の方に潤滑剤が強く吸引されることと
なり、前記面取り部分に位置する潤滑剤の液面を低くで
きて、前記面取り部分の下方に維持できる。

【００５７】さらに、潤滑剤溜まり２２の容積を、軸１
３の外周面とスリーブ１２の内周面との間に形成される
すきまのうち最も上端の部分のテーパ状形状となってい
る部分（すなわち、前記面取り部分の傾斜面１２ａと、
軸１３の外周面のうち傾斜面１２ａに対向する部分と、
で囲まれる部分）の容積よりも大きくすれば、余分な潤
滑剤は潤滑剤溜まり２２に保持されることとなる。

【００５８】したがって、潤滑剤の注入量に過不足があ
っても、潤滑剤が外部に飛散したり、長期間の使用にお
いて流体軸受すきま内の潤滑剤が枯渇したりするおそれ
が小さくなり、よって、スピンドルモータの長期信頼性
が優れている。上記のような効果が十分に発現するため
には、テーパ面２４の傾斜角は０°以上且つ４５°未
満、前記テーパ状形状のなす角度αは４５°以上とする
ことが好ましい。特に、テーパ面２４の傾斜角を１０°
以下とすると、前記効果がより十分に発現される。ま
た、潤滑剤溜まり２２に余分な潤滑剤を表面張力により
吸引保持するためには、実用上、前記テーパ状形状のな
す角度αをテーパ面２４の傾斜角よりも１５°以上大と
することが好ましい。

【００５９】また、決められた装置高さのなかで２個の
ラジアル流体軸受Ｒ，Ｒ間の距離である軸受スパンを広
くしようとすると、軸１３の外周面とスリーブ１２の内
周面との間に形成されるすきまのうちのテーパ状形状と
されている部分の長さ、すなわち、前記面取り部分の傾
斜面１２ａの軸方向の幅は、より小さくする必要があ
る。

【００６０】一方、潤滑剤溜まり２２に余剰の潤滑剤を
なるべく多く保持する必要があるので、テーパ状形状の
なす角度αを４５°以上、傾斜面１２ａの軸方向の幅を
１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下とすることが望
ましい。さらに、長期信頼性を高めるためには、潤滑剤
溜まり２２に保持できる潤滑剤の量を十分確保する必要
があるので、テーパ面２４の軸方向の幅は、傾斜面１２
ａの軸方向の幅の２倍以上とすることが好ましい。

【００６１】また、前記面取り部分のテーパ状形状のす
きまのうち最も広い部分のすきまの広さ（径方向の幅）
は、潤滑剤溜まり２２の最も広い部分のすきまの広さ
（径方向の幅）より大となっていて、前記面取り部分に
位置する潤滑剤の液面と、潤滑剤溜まり２２に保持され
ている潤滑剤の液面とが、表面張力が釣り合う位置とな
っている。このことから、前記面取り部分に位置する潤
滑剤の液面を前記面取り部分の下方に維持できて、回転
に伴って前記面取り部分から外部に潤滑剤が飛散するこ
とが防止される。

【００６２】なお、本実施形態においては、傾斜面１２
ａをスリーブ１２の内周面に設けているが（すなわち、
前記面取り部分をスリーブ１２の内周面に設けてい
る）、軸１３の外周面に設けてもよく、あるいはスリー
ブ１２の内周面と軸１３の外周面との双方に設けてもよ
い。傾斜面１２ａを軸１３の外周面に設ける場合には、
スリーブ１２の内周面に対向する部分のうち最も外気側
の部分に設ける。

【００６３】また、スリーブ１２の前記面取り部分の傾
斜面１２ａと、軸１３の外周面のうち傾斜面と１２ａ対
向する部分とに、撥油剤（潤滑剤をはじく性質を有する
もの）を塗布する等の撥油処理を施すと、撥油処理を施
した部分に潤滑剤がはじかれて、スピンドルモータの静
止時及び回転時に潤滑剤が該部分（前記面取り部分等）
を越えて外部に漏出することを、より効果的に防止する
ことができる。

【００６４】次に、当該スピンドルモータへの潤滑剤の
充填方法について説明する。まず、スピンドルモータ全
体を組み立てた後に、大気下において、カウンタープレ
ート１６の中心に設けた厚み方向の通し穴からなる貫通
穴２６から、ディスペンサ等を使用して潤滑剤を注入す
る。なお、スピンドルモータに潤滑剤を注入した後は、
貫通穴２６にボールや円筒部材等（図示せず）を圧入す
ることにより、該貫通穴２６を密封してもよい。そうす
れば、異物等がスピンドルモータ内に侵入することが防
止される。

【００６５】そして、圧入したボールの外部衝撃による
脱落やボール圧入部のすきまからの油もれを防止するた
めに、ボールの圧入後にカウンタープレート１６の下面
にシート部材や粘着シール部材等を接着してもよい。た
だし、この貫通穴２６は、流体軸受の性能上は必ずしも
密封する必要はないので、潤滑剤注入口として使用した
後は空気抜きのために使用してもよい。

【００６６】また、スピンドルモータへの潤滑剤の注入
は、スピンドルモータの組み立て途中に通気路２３や中
空状の軸１３が有する穴（軸１３を軸方向に貫通する
穴）から行ってもよく、この場合は貫通穴２６は設ける
必要はない。ただし、中空状の軸１３が有する穴から行
う場合は、止めねじ２０にも、該止めねじ２０を軸方向
に貫通する穴を設けておく必要がある。

【００６７】次に、潤滑剤を注入したスピンドルモータ
を、真空槽内に移す等の手段により真空下に保持し、脱
気を行う。注入された潤滑剤のうち、スラスト流体軸受
Ｓの流体軸受すきまの一部の空間に位置する潤滑剤や、
スラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきまの近傍に位置する
潤滑剤は、表面張力の作用によってすきまの狭い方に引
き込まれて、スラスト流体軸受Ｓの流体軸受すきま内を
満たし、続いて、ラジアル流体軸受Ｒの流体軸受すきま
や逃げ溝２１内に広がってゆく。

【００６８】本実施形態においては、注入された潤滑剤
が各流体軸受すきま全体に充填されるまでの期間は、ス
ピンドルモータが真空下に保持されているので、潤滑剤
が各流体軸受すきまに充填される際に、各流体軸受すき
まや逃げ溝２１内に気泡が巻き込まれて残留することが
ほとんどない。よって、このような方法により潤滑剤を
充填したスピンドルモータは、回転中に不安定振動が生
じにくい。

【００６９】通常の場合は、潤滑剤が注入されてから各
流体軸受すきま全体に充填されるまでに、数分から数十
分の時間を要するので、この間にスピンドルモータを真
空下に保持すれば、真空下で潤滑剤を注入した場合と同
様の脱気効果が得られる。このとき、スピンドルモータ
を高温に保ちながら真空下に保持すると、潤滑剤の粘度
が低下して、潤滑剤が各流体軸受すきま内を広がってゆ
く速度を高めることができるので、潤滑剤が注入されて
から各流体軸受すきま全体に充填されるまでの期間を短
縮することができる。

【００７０】また、スピンドルモータへの潤滑剤の注入
は、貫通穴２６を通じて外部から行うので、潤滑剤の注
入操作が大変容易である。さらに、潤滑剤の注入は大気
下で行うので、真空下で潤滑剤の注入を行う場合のよう
な複雑な設備を必要とせず低コストである。さらにま
た、真空下における工程は、単にスピンドルモータを真
空下に保持するだけでよいので、作業性，量産性も優れ
ている。

【００７１】スピンドルモータを保持する圧力は、大気
圧より低い圧力であればよいが、気泡の残留をより確実
に防止するためには、０．０３ＭＰａ以下がより好まし
く、０．０２ＭＰａ以下がさらに好ましい。また、スピ
ンドルモータを真空下に保持する期間は、潤滑剤の注入
直後から潤滑剤が各流体軸受すきま全体に充填されるま
での期間のうち少なくとも一部の期間であればよいが、
気泡の残留をより確実に防止するためには、本実施形態
のように潤滑剤の注入直後から潤滑剤が各流体軸受すき
ま全体に充填されるまでの期間全体であることがより好
ましい。

【００７２】本実施形態においては、スピンドルモータ
全体を組み立てた後に潤滑剤を注入したが、スピンドル
モータのうち一部を組み立てた段階で潤滑剤を注入し、
その後にスピンドルモータを最後まで組み立てて完成さ
せる方法を採用してもよい。例えば、スピンドルモータ
のうち流体軸受部分（軸１３，スリーブ１２，カウンタ
ープレート１６，ベース１１からなる部分）のみを組み
立てた段階で潤滑剤を注入し、その後に軸１３の上端に
ハブ１４を取り付けてスピンドルモータを完成させても
よい。この場合には、潤滑剤を注入した後に真空下で保
持し、その後にスピンドルモータを完成させてもよい
し、スピンドルモータを最後まで組み立てて完成させた
後に真空下で保持してもよい。

【００７３】また、スピンドルモータの完成後や使用前
に、所定の回転数で短時間（少なくとも１分間以上）回
転させるエージングを行うと、動圧発生用溝の自己排出
機能により、残留する気泡の除去がより確実となり好ま
しい。このように注入された潤滑剤は、表面張力の作用
によりスラスト流体軸受Ｓ及びラジアル流体軸受Ｒの各
流体軸受すきまを満たすとともに、余分な潤滑剤は潤滑
剤供給路２５を経て潤滑剤溜まり２２に溜まって、表面
張力に基づく毛管現象によりテーパ面２４に保持され
る。したがって、潤滑剤の注入量が過剰であっても、余
分な潤滑剤が潤滑剤溜まり２２に貯蔵されるので問題な
い。また、運搬時や取り扱い時にスピンドルモータが倒
置されたとしても、潤滑剤溜まり２２内の潤滑剤が外部
に流出することはない。

【００７４】また、潤滑剤溜まり２２のすきまの大きさ
が、テーパ面２４により下方の潤滑剤供給路２５に向か
って狭くなっているため、外部衝撃で飛散した潤滑剤
も、外部に流出しない限りは潤滑剤溜まり２２のすきま
の狭い潤滑剤供給路２５の方に自然に集められる。そし
て、潤滑剤溜まり２２の上部（すきまの広い方）に集ま
った気泡は、通気路２３を通って外部に排出される。

【００７５】駆動モータＭにより、被回転体である図示
しない磁気ディスクを外周部に搭載するハブ１４と軸１
３とを一体的に回転駆動させると、スラスト流体軸受Ｓ
及びラジアル流体軸受Ｒの各動圧発生用溝のポンピング
作用により、各流体軸受Ｓ，Ｒの流体軸受すきまに充填
されている潤滑剤に動圧が発生して、軸１３はスリーブ
１２及びカウンタープレート１６と非接触となり支承さ
れる。なお、前記磁気ディスクはクランプ部材でねじ止
めされているので、十分な耐衝撃性を確保するに足る強
度で固着されている。

【００７６】運転が長期に及んで、流体軸受すきまに保
持されている潤滑剤が次第に蒸発したり飛散したりして
不足してくると、潤滑剤溜まり２２内に表面張力に基づ
く毛管現象で保持されている潤滑剤が、その不足分に応
じてテーパ面２４に案内されつつすきまの狭い方に吸引
され、各流体軸受すきま内に潤滑剤が満たされるまで補
給される。すなわち、各流体軸受すきま内の潤滑剤の減
少に伴い、潤滑剤供給路２５を経由してすきまの狭い流
体軸受すきまに毛管現象で吸引され、潤滑剤溜まり２２
のテーパ面２４の表面張力が釣り合う位置で安定する。
こうして、潤滑剤の減少分だけ自動的に潤滑剤が補給さ
れる。

【００７７】このように本実施形態のスピンドルモータ
は、潤滑剤溜まり２２の環状すきまがテーパ状であるか
ら、潤滑剤は表面張力によりすきまの狭い方に吸引さ
れ、一方、組み立て時に巻き込んだ残留気泡は、すきま
の広い方に分離され排出される。したがって、各流体軸
受すきまには気泡のない潤滑剤が自動的に確実に補給さ
れて、常時潤滑剤で満たされた状態となり、長期にわた
り使用しても信頼性が高く耐久性に優れている。

【００７８】また、潤滑剤の注入量に過不足があったと
しても、潤滑剤が外部に飛散したり、長期間の使用にお
いて各流体軸受すきま内の潤滑剤が枯渇したりするおそ
れが小さい。なお、本実施形態は本発明の一例を示した
ものであって、本発明は本実施形態に限定されるもので
はない。

【００７９】例えば、本発明の潤滑剤充填方法は、逃げ
溝２１を有する流体軸受装置のみに適用され得るもので
はなく、逃げ溝２１を有していない流体軸受装置にも適
用可能である。すなわち、スラスト流体軸受Ｓ，ラジア
ル流体軸受Ｒの流体軸受すきまや、スリーブ１２の内周
面の上端の前記面取り部分に気泡が残留することも、同
様に防止する効果を有する。

【００８０】また、スピンドルモータは、スリーブ固定
−軸回転タイプでもよいし、軸固定−スリーブ回転タイ
プでもよい。さらに、軸１３に設けるスラストプレート
１５の位置は、軸端に限らず軸端近傍でもよいし、軸の
中央部やその近傍であってもよい。さらにまた、流体軸
受の構造，通気路２３，潤滑剤溜まり２２，潤滑剤供給
路２５の構造、動圧発生用溝のパターン、スピンドルモ
ータの細部の構造等に関しては、本実施形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できるならば、必
要に応じて適宜変更することが可能である。

【００８１】例えば、潤滑剤溜まり２２を構成するテー
パ面２４は、潤滑剤溜まり２２が流体軸受すきまに向か
って徐々にすきまが狭くなる形状となるならば、種々の
曲面であってもよい。また、動圧発生用溝はヘリングボ
ーン状やスパイラル状に限定されるものではなく、動圧
流体軸受として機能すれば、どのような溝パターンでも
よい。また、該溝の加工方法は、材質や必要精度に応じ
て、化学エッチング，電解エッチング，塑性加工，切削
加工，レーザ加工，イオンビーム加工，ショットブラス
ト等を適用することができる。

【００８２】さらに、軸１３，スリーブ１２等のスピン
ドルモータを構成する部材の材質は、特に限定されるも
のではなく、スピンドルモータを構成する部材に通常使
用される金属（ステンレス鋼，銅合金，アルミ合金
等），焼結金属，焼結含油金属，プラスチック，セラミ
ック等の材料であれば問題なく使用できる。すなわち、
ステンレス鋼同士や銅合金同士の組み合わせでもよく、
鉄と銅合金，鉄とアルミ合金といった異種金属の組み合
わせでもよく、さらに、金属とプラスチック等の組み合
わせでもよい。もちろん、メッキやＤＬＣ膜（ダイヤモ
ンドライクカーボンコーティング）のような表面処理を
必要に応じて流体軸受面に施して、起動停止時の摺動性
を向上させてもよい。

【００８３】なお、スリーブ１２及びスラストプレート
１５を硬さの異なる銅合金同士、例えばスリーブ１２に
硬さの高いベリリウム銅やアルミ青銅を、スラストプレ
ート１５に鉛青銅やリン青銅を用いた組み合わせとする
と、摺動性と切削加工性とを満足させることができる。
この場合、硬さの低い鉛青銅やリン青銅の流体軸受面に
動庄発生用溝を設けた方が、相手部材を傷つけにくいの
で好ましい。

【００８４】さらに、本実施形態においては、流体軸受
装置としてスピンドルモータを例示して説明したが、本
発明は他の種々の流体軸受装置に対して適用することが
できる。

【００８５】

【発明の効果】以上のように、本発明の流体軸受装置へ
の潤滑剤充填方法は、潤滑剤が流体軸受すきま内に充填
される際に気泡が巻き込まれにくく、しかも作業性，量
産性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体軸受装置への潤滑剤充填方法
を説明するスピンドルモータの縦断面図である。

【符号の説明】

１２ スリーブ １３ 軸 １５ スラストプレート １６ カウンタープレート Ｒ ラジアル流体軸受 Ｓ スラスト流体軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂谷 郁紀 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA04 AA06 BA02 CA02 JA02 KA04 MA21

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸と、該軸に流体軸受すきまを介して対
   向する相手部材と、を備えた流体軸受装置へ潤滑剤を充
   填する方法において、 前記流体軸受すきま及びその近傍の空間の一部に潤滑剤
   を大気下で注入し、注入直後から前記潤滑剤が前記流体
   軸受すきま全体に充填されるまでの期間のうち少なくと
   も一部の期間は、前記流体軸受装置を真空下に保持する
   ことを特徴とする流体軸受装置への潤滑剤充填方法。