JP2005098393A - 流体動圧軸受へのオイル充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体動圧軸受を量産するに際して、製造される個々の軸受の最適オイル注入量が、加工のばらつきによって軸受ごとに異なっていても、そのバラツキに影響されずに適正量のオイルを注入するオイル充填方法、及び充填装置を提供する。
【解決手段】一つのオイル充填方法では、オイルを二回に分けて注入する。一回目の注入後雰囲気を加圧してオイルを確実に軸受間に押し込み、続いてオイルの充填状況を確認して不足分を割り出し、二回目で不足分を注入する。他の方法では、一回目に過剰量を注入し、二回目で適正量を超えた分を除去する。これらの方法によって、軸受ごとに適正注入量が変動しても、常に軸受に適正量を充填することが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハードディスク駆動装置等の信号記録再生装置に使用される流体動圧軸受と、その製造方法並びに製造装置に関する。

ハードディスク駆動装置等の信号記録再生装置において使用されるスピンドルモータには、従来から種々の流体動圧軸受が利用されている。流体動圧軸受とは、シャフトとスリーブの間にオイル等の潤滑流体を介在させ、その潤滑流体に生ずる流体圧力を支持力とする軸受である。

このような、従来の動圧軸受を使用するスピンドルモータの一例を図１に示す。このスピンドルモータは、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、連続した一つの微小間隙が形成されている。この微小間隙には、潤滑流体であるオイル９が、微小間隙の途中で途切れることなく連続した状態で、保持されている。（このようなオイル保持構造を、以下「フルフィルド構造」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、ヘリングボーングルーブ４１，４１及び７１，７１が形成されている。ヘリングボーングルーブは、互いに逆方向に作用する一対のスパイラルグルーブが連結された形態を有する。ヘリングボーングルーブは、ロータ１の回転に応じて、スパイラルグルーブの連結部において最大動圧を発生し、その動圧によってロータ１は支持されている。

このようなスピンドルモータでは、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、テーパシール部８が形成されている。このテーパシール部８には、オイルと空気の界面が位置している。オイルはテーパシール部壁面に対して親和力を有する為、界面の断面は弧状になる。

上記のように構成された軸受部のスラストプレート５及びシャフト２と、スリーブ３及びスラストブッシュ６との間に保持されたオイル９を充填する装置又は方法として、大きく以下の２つの方法及び装置が提案されている。

第一の方法は、大気圧環境下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き、その後減圧することにより、軸受間隙に存在した空気をオイルによって置き換え、所定期間減圧環境下に継続的に置くことにより、オイル内の気泡を十分に排出した後に、軸受の周囲環境を大気圧に戻すとするものである。この方法に基づく先行技術として、特許文献１、特許文献２等がある。

第二の方法としては、当初よりオイル溜まりおよび軸受を減圧環境下に置き、この減圧環境下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き、毛管現象を利用してこのオイルを軸受内部に導き、その後軸受の周囲環境を大気圧に戻すとするものがある。この方法に関する先行文献としては、特許文献３、特許文献４等がある。

しかしながら、上記のようなオイルの充填方法では、以下のような問題がある。

前記第一のオイル充填方法では、テーパシール部８に置いたオイルが軸受開口部を塞いでいる為、その後の減圧時には、軸受間隙を満たしていた空気は気泡となってオイル中を通過する。この際、オイルの一部が飛沫となって軸受開口部の周辺に飛散するため、飛沫を拭き取る工程が不可欠となる。拭き取り工程は製造コストの上昇に直結する為、この方法は好ましくない。また、軸受開口部近傍にネジ穴部等がある場合には、飛び散ったオイルがその中に侵入し、拭き取り不可能になる場合もある。流体動圧軸受が、かかる構造を有する場合は、この第一のオイル充填方法は使えなくなる。

加えてこの第一の方法にかかる先行文献には、前記軸受開口部に置くオイルの量を適量となるように調節する方法について、何も記載されていない。従って、軸受開口部に置くオイル量を適量とする方法は、この技術を実行しようとする者が、自力で発明しなくてはならない。

他方前記第二のオイル充填方法では、真空環境下でオイルを軸受に注入しなければならない為、大気環境下でオイルを注入する場合に比して遥かに作業は複雑になり、注入量を緻密に制御することが難しい。このため、オイル量の過不足に起因する、オイル漏れや軸受の短寿命化の発生を、十分に抑制することは難しい。

更に３．５インチあるいはサーバクラスのハードディスク用モータに用いられるフルフィルド型流体動圧軸受では、軸長が長くなることからその流体動圧軸受に保持されるオイル量が増加する。この場合充填すべきオイル量は、軸受端部に設けられたテーパシール部の容積より大きくなることがある。また近年焼結含油金属を用いた流体動圧軸受もハードディスク用モータの市場に出現しているが、この場合はモータスリーブの一部分が多孔質の金属焼結体で構成されているため、注入すべきオイルの量は非常に多くなり、テーパシール部の容積を越える。従ってこれらの場合は、上記第一の方法、及び第二の方法の、何れの方法によっても、必要な量のオイルを充填することができない。

加えて量産時には、組み立てられる個々の流体動圧軸受は完全に同一ではなく、細部において寸法バラツキなどが存在するため、充填すべき最適オイル量が微妙に変化する。設計仕様に一致したオイル充填量（以下「設計オイル量」という）に固定して、一回の充填で設計オイル量を全ての製品に充填した場合、オイル量の過不足を来たす製品が生ずる。すなわち、ある製品では、注入したオイルの量が、その軸受が本来保持すべき最適オイル量より少ないため、モータとして組み立てた後には、そのモータ寿命が設計値より少なくなる場合がある。他の製品では、最適オイル量よりも多いため、モータに組み込んで回転させた時にオイル漏れを生じる恐れがある。

特開２００２−００５１７０号 特開２００２−１７４２４２号 米国特許５５２４７２９ 特開２００２−１７４２４３号

本発明の目的は、設計量のオイルを正確に充填することが可能な、フルフィルド型流体動圧軸受の製造方法を提供することである。更に本発明の他の目的は、人手のかかる工程を省き、より経済的かつ容易に、設計量のオイルを充填することが可能な、フルフィルド型流体動圧軸受の製造方法を提供することである。加えて、そのような製造方法を実行するに適した、製造装置を提供することである。

上記の課題を解決する為の、請求項１に記載の流体動圧軸受の製造方法において、製造対象である動圧軸受ユニットは、少なくともシャフトを含むシャフト部と、少なくともスリーブおよびスラストブッシュを含むスリーブ部とを有している。シャフト部とスリーブ部との間には、ラジアル軸受およびスラスト軸受、又は、ラジアル軸受若しくはスラスト軸受、を含む連続したオイル保持間隙が形成され、シャフト部とスリーブ部とはオイル保持間隙を介して相対的に回転自在に配置されている。更にオイル保持間隙と大気に連通する空気との接触部分にはテーパシール部が形成されている、この流体動圧軸受、を製造する方法である。製造においては、オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を第一の気圧以下の圧力に減圧し、流体動圧軸受のテーパシール部に第一量のオイルを注入する、第一の工程と、流体動圧軸受の周囲環境を直前の工程と同等の圧力に保つか、或いはより高い気圧に加圧し、テーパシール部に第二量のオイルを注入する、第二の工程と、流体動圧軸受の周囲環境を大気圧に復圧する、復圧工程が実行されるものである。かつ、第二の工程は第一の工程の終了後に実行されるものであり、復圧工程は第二の工程の終了後に実行されるものであり、なおかつ、第二の工程は１回或いはそれ以上の回数実行されるものである。

上記の課題を解決する為の、請求項２に記載の流体動圧軸受の製造方法において、製造対象である動圧軸受ユニットは、少なくともシャフトを含むシャフト部と、少なくともスリーブおよびスラストブッシュを含むスリーブ部とを有している。シャフト部とスリーブ部との間には、ラジアル軸受およびスラスト軸受、又は、ラジアル軸受若しくはスラスト軸受、を含む連続したオイル保持間隙が形成され、シャフト部とスリーブ部とはオイル保持間隙を介して相対的に回転自在に配置されている。更に、オイル保持間隙と大気に連通する空気との接触部分にはテーパシール部が形成されている流体動圧軸受、を製造する方法である。製造においては、オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を第一の気圧以下の圧力に減圧し、流体動圧軸受のテーパシール部に、第三量のオイルを注入する、第三の工程と、流体動圧軸受の周囲環境を直前の工程と同等の圧力に保つか、或いはより高い気圧に加圧し、テーパシール部から第四量のオイルを除去する、第四の工程と、流体動圧軸受の周囲環境を大気圧に復圧する、復圧工程が実行される。。かつ、第四の工程は第三の工程の終了後に実行されるものであり、復圧工程は第四の工程の終了後に実行されるものである。

上記の課題を解決する為の、請求項３に記載の流体動圧軸受の製造方法では、請求項１に記載の流体動圧軸受の製造方法において、第二の工程の終了後に、流体動圧軸受の周囲環境を直前の工程と同等の圧力に保つか、或いはより高い気圧に加圧し、テーパシール部から第四量のオイルを除去する、第四の工程が実行される。かつ、第四の工程は第二の工程の終了後に実行されるものであり、なおかつ、復圧工程は、第四の工程の終了後に実行される。

上記の課題を解決する為の、請求項４に記載の流体動圧軸受の製造方法は、請求項１又は３に記載の流体動圧軸受の製造方法において、何れかの第二の工程に引き続いて、周囲環境の減圧が行われる。

上記の課題を解決する為の、請求項５に記載の流体動圧軸受の製造方法は、請求項１又は３又は４に記載の流体動圧軸受の製造方法において、第一の工程に先立って、オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を第一の気圧以下に減圧し、所定時間以上その状態を維持し、引き続いて第一の工程を実行する。

上記の課題を解決する為の、請求項６に記載の流体動圧軸受の製造方法は、請求項２に記載の流体動圧軸受の製造方法において、第三の工程に先立って、オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を第一の気圧以下に減圧し、所定時間以上その状態を維持し、引き続いて第三の工程を実行する。

上記の課題を解決する為の、請求項７に記載の流体動圧軸受の製造方法は、請求項５又は６に記載の流体動圧軸受の製造方法において、第一の気圧は１００Ｐａ以下であり、所定時間は１０秒以上である。

上記の課題を解決する為の、請求項８に記載の流体動圧軸受の製造方法は、請求項１乃至７に記載の流体動圧軸受の製造方法において、スリーブの少なくとも一部は、含油可能な多孔質体から構成されている事を特徴とする。

上記の課題を解決する為の、請求項９に記載のスピンドルモータは、回転部分を支持する軸受機構として、請求項１乃至８に記載の方法にて製造された流体動圧軸受機構を用いていることを特徴とする。

上記の課題を解決する為の、請求項１０に記載の信号記録再生装置は、記録媒体と、記録媒体を回転駆動する請求項９に記載のスピンドルモータと、記録媒体に対して信号の記録及び読み出しを行う信号アクセス手段と、信号アクセス手段を記録媒体の回転中心に対して半径方向に移動する位置決め手段と、を備えている。

上記の課題を解決する為の、請求項１１に記載の流体動圧軸受の製造装置は、真空容器と真空容器内部を１００Ｐａ未満の気圧まで排気する排気力を備えた排気手段と、真空容器内の圧力を提示する圧力計と、真空容器内部に気体を導入して少なくとも大気圧まで復圧させることの出来る気体導入機構を備え、更に、オイル注入ノズルと、オイル注入ノズルに所定量のオイルを供給するオイル供給機構と、オイル注入ノズル位置決め機構と、オイル除去ノズルと、オイル除去ノズルからオイルを吸引するオイル吸引機構と、オイル除去ノズル位置決め機構と、制御機構と、を備えている。そして、少なくともオイル注入ノズル先端及びオイル除去ノズル先端は真空容器内部に設置されている。更に、排気手段は排気力を調節可能であり、気体導入機構は気体の導入量を調節可能であり、オイル送出機構はオイルの送出量を調節可能であり、オイル吸引機構はオイルの吸引量を調節可能である。加えて、制御機構は、排気手段の排気動作、及び、気体導入機構の気体導入動作、及び、オイル送出機構のオイル送出動作、及び、オイル吸引機構のオイル吸引動作、について、少なくともその動作順序を制御するものであり、なおかつ、真空計が提示する圧力の値に応じての制御を実行するものである。

請求項１の製造方法によれば、オイル充填を２回以上に分けることで、１回に注入するオイル量を減らすことができるので、軸受内部に残留する空気とオイルが円滑に入れ替わり、気泡の破裂等に伴なうオイル飛沫の発生が抑制される。この結果、人手をかけてオイル飛沫を拭き取る工程を、省略或いは簡略化することが出来る。また、注入操作に引き続いて、真空容器内に一部空気を導入する（復圧操作）ことで、注入されたオイルは軸受隙間の内部へと確実に押し込まれ、オイルの充填不足の発生が抑制される。

請求項２の製造方法によれば、オイルの充填量の制御がより容易になる。特に、流体動圧軸受を量産する際に、不良の発生を抑制することが出来る。これは次の理由による。

一般に、大量生産される流体動圧軸受の個々の製品は完全には同一ではありえず、加工誤差等に起因するばらつきを持つ。この為、各製品について充填すべき最適オイル量も微妙に変化する。この製造方法では、一旦最適量よりもやや過剰となる第三量を注入するため、オイル充填量の過少は発生しなくなる。その上で、最適量よりも過剰になった部分である第四量を除去する為、オイル充填の過剰も発生しない。第三量は必ずしも製品ごとに変える必要はないが、第四量は各製品ごとに異なっている。この第四量の決定は、充填状況の観察装置を用いる等の方法で決定することが出来る。

請求項３の製造方法によれば、オイルを複数回に分けて注入した上で、過剰となった部分を除去することができる為、オイル注入量の制御がより容易かつ確実になり、オイル過剰に伴なうトラブルをより確実に排除することが出来る。

請求項４の製造方法によれば、復圧操作に続いて減圧操作を行う為、復圧操作時に軸受間隙に僅かの気泡が混入していたとしても、排出させることができる。これにより、オイルの充填不足や、気泡の膨張に伴なうオイル漏れなど、気泡残留に起因するトラブルを排除することが出来る。

請求項５及び６の製造方法によれば、幅が狭く奥行きが深い軸受間隙に残留する空気を、より確実に排出できる様になる為、オイル充填作業後にオイル中に残る気泡を、更に減らすことが出来る。

請求項７の製造方法によれば、軸受ユニット周囲の圧力を１００Ｐａ以下にまで減圧し、その状態を１０秒以上保った後で注入操作に入る為、軸受間隙に残留する空気をより確実に排出することが可能で、オイル充填作業後にオイル中に残る気泡を、更に減らすことが出来る。

請求項８の製造方法によれば、オイル含有量が多くオイルの枯渇が起きにくい動圧軸受に対して、確実にオイルを充填することが出来る。

請求項９の発明によれば、信頼性の高いスピンドルモータを得ることが出来る。

請求項１０の発明によれば、信頼性が高い、ハードディスクドライブなどの、信号記録再生装置を得ることが出来る。

請求項１１の装置を利用すれば、多数の動圧軸受ユニットに対して、オイル充填を過不足なく実行することができる。

図２及び図３に本発明の実施形態であるオイル充填装置の構成図を示す。これらの構成図を用いて、本発明のオイル充填による軸受製造方法及び製造装置について、以下に説明する。

実施例１では、オイル注入及び加圧工程をそれぞれ２回又はそれ以上行うことにより、正確かつ安定に、軸受に対して最適量のオイルを充填する。

まず真空容器１１０の壁面にある図示しない開口部からオイル未充填の軸受ユニット１０を挿入し、真空容器１１０内の所定位置に設置し、開口部を閉じて排気する。排気に際しては、まず、気体導入機構１２５を構成するリークバルブ１２３を閉じ、排気手段１２０によって排気する。排気手段１２０は、ロータリーポンプ１２１とバルブ１２２から構成されており、バルブ１２２の開閉によって排気のオン／オフを制御する。

排気中は真空計１２６にて圧力を監視し、予め設定しておいた第一の気圧Ｐ１に到達した後、排気を続けたまま、オイル注入作業を開始する。オイル注入ノズル１１５の先端部は、軸受ユニット１０を所定位置に配置する際に、軸受ユニット１０のテーパシール部８の真上に位置するように、予め位置決め機構１１１を用いて、位置決めされている。

オイル注入ノズル１１５には、オイル槽１１３、オイル吸入管１１６、ニードルバルブ１１２（例えばエース技研株式会社製のBP-107D等を使用）からなるオイル供給機構１１７が接続されている。オイル槽１１３に貯留されたオイル１１４は、ニードルバルブ１１２によって、予め設定された量Ｖ１が、正確にオイル注入ノズル１１５に供給され、テーパシール部８に注入される様に構成されている。

オイル槽１１３は、真空容器１１０の中の余圧室１０５内に配置されている。余圧室は、図示していない別の配管によって減圧されており、オイル注入時には、余圧室外部の圧力よりも１０００Ｐａ程度或いはそれ以上高い圧力がかかるように制御されている。こうすることで、オイル１１４の液面に圧力がかかり、ニードルバルブ１１２へのオイル流入を確実にできる。

上記の様に構成された装置において、本発明の第一の工程においては、真空容器１１０内を排気して、軸受ユニット１０の周囲環境を第一の気圧Ｐ１以下にまで減圧した後、排気を続けつつ所定時間Ｔ１の間放置する。第一の気圧Ｐ１は１００Ｐａ程度でも良いが、より排気を確実にする為には、１０Ｐａとすると良い。所定時間Ｔ１は、１０秒が一つの目安であるが、軸受の構造が複雑である場合には、１５秒以上としてもよい。なおオイル未充填の軸受ユニットを第一の気圧Ｐ１以下の環境で所定時間Ｔ１の間放置する手順を省略することも可能である。

引き続いて、第一量Ｖ１のオイルをオイル注入ノズル１１５先端からテーパシール８に注入し、第一の工程を終える。

第二の工程に先立って、まず、排気手段１２０を構成するバルブ１２２を閉じて排気を止める。次いで気体導入機構１２５を作動させ、真空容器内の気圧を直前よりも高い第二の気圧Ｐ２とする。気体導入機構１２５は、リークバルブ１２３とフィルタ１２４とからなっており、導入される空気が含むダストは、このフィルタ１２４によって除去される。この昇圧により、注入されたＶ１量のオイルは、軸受間隙内部に押し込まれる。

次に、注入オイルの充填状況を、カメラ１３０によって観察する。カメラ１３０は、可動部１３１を平行移動及び回転させることにより、予めテーパシール部８の内部が観察できる位置に固定されている。この固定場所は、軸受ユニット１０のサイズや構造が変わる場合は、それに応じて変更しなければならない。

この観察結果に基づいて、この軸受部に最適量のオイルを充填するのに必要な追加量である第二量Ｖ２を決定する。そしてニードルバルブ１１２にて、第二量Ｖ２のオイルを正確にオイル槽１１４から吸込み、オイル注入口１１５に供給し、テーパシール部８に注入して、第二の工程を終了する。

この第二の工程が終わった後、復圧工程を実施する。気体導入機構１２５を再度作動させ、真空容器１１０内部の圧力を大気圧にまで復圧する。この操作により、テーパシール部８にあった第二量Ｖ２のオイルは、軸受間隙の中に押し込まれ、この軸受ユニット１０へのオイル充填作業が完了する。

この様にしてオイル充填を完了した軸受ユニット１０は、図示しない開口部から真空容器１１０外に搬出される。

なおこれら一連の処理は、制御部１００が制御する。バルブ１２２及びリークバルブ１２３の開閉制御も、図示しないバルブ駆動機構を制御部１００が制御している。また、制御部１００は、真空計１２６の指示値を監視して、その値に基づいて制御を行う。例えば、第一量のオイル注入においては、第一の気圧Ｐ１を下回った時点、或いは、下回った後、更に１０秒間真空排気を続けた後、制御部１００はニードルバルブ１１２に動作指示を出す。

軸受ユニットへの追加注入量Ｖ２は、カメラ１３０により観察された画像に基づいて手動で設定しても良いし、その画像に対して所定の画像処理を施し、その結果に基づいて自動で設定しても良い。或いはカメラに換えて、非接触の液面計などを用いてオイルの充填度合いを確認しても良い。

また、真空計１２６としては、一般的なピラニ真空計（Pirani gauge）を利用することができるが、１０００Ｐａ以上の圧力を測るために、隔膜真空計（Diaphragm gauge）などのより高い圧力を図ることの出来る真空計を併用しても良い。例えば、第一量Ｖ１のオイルを注入した後、真空容器内の圧力を２０００Ｐａにまで高めた上で、第二量のオイルを注入したい場合、などである。ピラニ真空計ではこの領域の圧力を測ることは難しく、リークバルブ１２３の開放時間から推定するしかない。ここで、隔膜真空計を用いれば、２０００Ｐａを直接図ることができるので、制御部１００はその出力を参照しながら、リークバルブ１２３の開閉動作、或いは、第二量Ｖ２のオイルの注入制御できる。

テーパシール部８の容積が、軸受間隙部の容積に比較して十分大きい（例えば１００％以上）流体動圧軸受では、第二量Ｖ２は、設計オイル量から第一量Ｖ１を引くことにより一律に求めても良い。この様な軸受では、加工公差による最適オイル量の変動は、軸受性能に小さな影響しか及ぼさないと考えられるためである。

以上の説明では、オイルの注入は、第一の工程と第二の工程の２回に分けて行ったが、第二の工程を複数回繰り返して、充填作業全体で注入操作を３回以上行っても良い。３回以上行うことにより、充填オイル量の微調整を容易にすることができる。またその際は、２回目以降のオイル注入では注入後の加圧工程を省略することもできる。通常最初のオイル注入及びその後の加圧により、軸受間隙の殆どの部分へのオイル注入は完了しており、それ以降は加圧による強制注入の必要性が小さくなるからである。

逆に、加圧工程の後、気体導入手段１２２と排気手段１２０を操作して、一旦軸受周囲環境を減圧してもよい。この上で、引き続いてオイル注入と加圧からなる第二の工程、若しくは復圧工程を実施する。こうすることで、加圧の為に真空容器１１０内に導入された空気が、オイルとともに軸受内に侵入することを抑制できる。

焼結金属などの含油可能な多孔質体を素材として利用している軸受では、充填しなければならないオイルの量がテーパシール部の容積を越えている事が多く、２回以上のオイル注入が必要となる場合がある。本発明によれば、かかる場合にも効率よくかつ確実にオイルを充填することができる。

実施例２では、軸受へのオイルの充填を、軸受設計値に基づく設計オイル量より多い第三量のオイルの注入と加圧、及び、設計量を超えて注入された第四量のオイルを除去する手順により行う。これにより、正確かつ安定なオイル充填が実現される。

本実施形態では、図２に示したオイル充填装置に、更に、オイル除去ノズル１４０及びその位置調整機構１４１を設けた装置（図３）を設置する。オイル除去ノズルとしては、注射針などの細径の金属管、或いは、オイルを吸着して除去する刷毛などを用いることが出来る。吸着ではなく吸引によってオイルを除去する場合は、除去ノズルに吸引力を付与する吸引装置を設置する必要がある（図示せず）。また、オイルを刷毛で吸着して除去する場合は、除去作業を行う際に刷毛の先端をテーパシール部に挿入できるように、真空容器を減圧した状態で外部から刷毛の位置を上下させられるように、位置調整機構１４１が構成されている必要がある。

充填作業に際しては、まず真空容器１１０の壁面にある開口部（図示していない）からオイル未充填の軸受ユニット１０を挿入し、真空容器１１０内の所定位置に設置する。この際、実施例１と同じく、オイル注入ノズル１１５の先端部は、位置決め機構１１１を調節して、軸受ユニット１０のテーパシール部８の真上に位置させる。

オイル除去ノズル１４０の先端は、位置決め機構１４１を用いて、最適のオイル液面位置に合わせる。除去ノズルそのものを曲げることで、調節しても良い。吸引装置を作動させた際には、オイルの液面はこのオイル除去ノズル１４０の先端位置にまで下がるからである。

これら、オイル注入ノズル１１５及びオイル除去ノズル１４０の位置決めは、真空排気前の大気圧下で実施しても良いし、真空排気後に実施しても良い。その場合には、位置決め機構１１１及び１４１を、真空容器外部から操作できる機構としておく。そのような機構は高価格であるが、減圧環境下で、オイル充填に先立って別の工程を実施する必要があるときは、有用である。また、オイル槽１１３は、実施例１と同じく、真空容器１１０の中の余圧室１０５内に設置されている。

このように配置した上で、本発明の前記第三の工程では、まず、開口部及びリークバルブ１２３を閉じ、排気手段１２０によって排気する。軸受ユニット１０の周囲環境を第一の気圧Ｐ１以下にまで排気した後、所定時間Ｔ１の間排気を続ける。引き続いて、第三量Ｖ３のオイルをオイル注入ノズル１１５先端からテーパシール８に注入し、第三の工程を終える。

引き続いて実施される本発明の前記第四の工程においては、排気手段１２０を構成するバルブ１２２を閉じて排気を止め、次いで気体導入機構１２５を作動させ、真空容器内の気圧を直前よりも高い第二の気圧Ｐ２とする。気体導入機構１２５は、リークバルブ１２３とフィルタ１２４とからなっており、導入される空気が含むダストは、このフィルタによって除去される。この昇圧により、注入されたＶ３量のオイルは、軸受間隙内部に押し込まれる。続いて、図示していない吸引装置を作動させてテーパシール部から第四量のオイルを除去する。なお、ここで、第一の気圧Ｐ１と所定時間Ｔ１は、第一の実施の形態におけるＰ１及びＴ１と同様である。

この第四量のオイルの除去に当たっては、吸引装置が、第四量のみオイルを吸引したのち吸引を停止する機能を備えている必要がある。或いは、吸引装置には吸引量を検知する機構はなく、連続吸引するものであっても良い。後者の場合は、オイルの液面は、吸引ノズルの先端位置まで下がる。十分に精度良くノズル先端を位置決めできるならば、除去すべきオイル量を別途計測することなく、この後者の方法で、最適量を超えて注入された第四量のオイルを除去することが出来る。

吸引装置に吸引すべき量を予め設定しておくことで、第四量のオイルを除去する方法を採用する場合は、その軸受における第四量を、吸引に先立って決定しておく必要がある。この吸引量の決定は、カメラ１３０により観察された画像に基づいて手動で行っても良いし、その画像に対して所定の画像処理を施して自動で行っても良い。或いはカメラに換えて、非接触の液面計などを用いてオイルの過剰量を計測しても良い。

なお、吸引によってオイルを除去する場合、真空容器内部の圧力は、余り低すぎては、吸引が上手く行かない。ノズル先端よりも吸引機構が高い位置にある場合は、その高さを押し上げる事ができるだけの圧力が、最低限無くてはならない。オイルを実用的な時間以内に必要量を押し出すためには、粘性抵抗にも打ち勝たなければならない。

必要な圧力は、高さの差や粘性抵抗の大きさは、装置の構成によって大きく異なるが、それでも、真空容器内部の圧力が１０００Ｐａ未満では、殆どの場合吸引による除去は上手く行かない。よって、吸引によってオイルを除去する場合は、吸引に先立って、真空容器１１０内部の圧力を１０００Ｐａ或いはそれ以上にまで高めて置く必要がある。

前記のオイル注入量Ｖ３は、軸受の設計値に基づく設計オイル量を２％以上、上回る量であることが望ましい。通常は、加工誤差に伴なう最適オイル量の変動は、２％程度に留まるからである。オイル不足をより確実に回避する為には、Ｖ３は設計オイル量を５％以上上回ることが、より望ましい。そして、過剰となった量のオイルは、上記の第四の工程において、確実に除去されて悪影響を残さない。

第四の工程が終了した後、最後に復圧工程を実施して一連のオイル充填作業を終える。復圧工程は、第一の実施の形態に記載した工程と同様であり、気体導入機構１２５を再度作動させ、真空容器１１０内部の圧力を大気圧にまで復圧する。この様にしてオイル充填を完了した軸受ユニット１０は、図示しない開口部から真空容器１１０外に搬出される。

上記した一連の処理は、実施例１と同様に、制御部１００が制御する。第二の実施の形態においては、一連のバルブ類やオイル供給機構の制御に加えて、オイルの除去も制御部１００によって制御される。吸引によって除去する場合は、吸引機構の作動タイミングを制御部が指示する。また、刷毛などで吸着して除去する場合は、制御部１００が、刷毛の先端をテーパシール部に降ろすタイミングを指示する。

＜その他＞
以上では、図２及び図３において一つの軸受部へのオイル充填工程のみについて説明したが、図２若しくは図３に示した製造装置を複数個並べて、同時に複数個の軸受ユニットに対して、オイル充填する事も可能である。これにより、より生産性が高く高品質の流体動圧軸受を製造する製造方法及び製造装置を提供することが可能である。

また本発明は、種々の流体動圧軸受へのオイル充填に際して実施可能である。例えば本実施形態では、軸受部１０のテーパシール部８は、シャフト２が内径側に細る構造により形成されているが、シャフトの太さは均一でスリーブ３の内径が外径側に広がることによりテーパ形状が形成された流体動圧軸受にも適用できることは明らかである。この場合は、カメラ１３０によるオイル注入状況の確認が容易となり、一層正確なオイル充填が可能となる。

更に最初のオイル注入に際して、テーパシール部８の容積を越える量のオイルを注入する必要がある場合には、図４に示すリング状部材１１をスリーブ３の上部に置き、更に注入の際にオイルが触れる部分に撥油膜１２及び１３を形成しておく。これによりオイル注入作業後に、シール部周囲に付着して残留するオイルを無くすことが可能になり、拭き取り工程等を省くことが出来る。またこの撥油膜を軸受部１０のテーパシール部８の上辺部１４にも設けておくと、オイル注入を確実に行うことができる。

即ち実施例１においては、第一のオイル量Ｖ１の注入後に真空容器１１０内の気圧をＰ２に加圧することにより、注入オイルを軸受空隙内部に押し込む際、テーパシール部８の上辺部１４へのオイルの残留をなくすことができる。これにより第一量Ｖ１のオイルを正確に軸受空隙内に送り込むことができ、正確なオイル注入が可能になる。

また実施例２では、撥油膜１４の作用により、テーパシール部壁面にオイルが残留することがなく、オイル除去を円滑に行うことができる。また、量的に正確なオイル充填が可能になる。

＜ハードディスク装置＞
図５に、一般的なディスク装置７０の内部構成を模式図として示す。ハウジング７１の内部は塵や埃が極度に少ない清浄な空間を形成しており、その内部に情報を記録する円板状の磁気ディスク７３が装着されたスピンドルモータ７２が設置されている。加えてハウジング内部には、磁気ディスク７３に対して信号を読み書きするヘッド移動機構７７が配置され、このヘッド移動機構７７は、ディスク板上の情報を読み書きするヘッド７６、このヘッドを支えるアーム７５、及びヘッド及びアームをディスク板上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部７４により構成される。

この様なハードディスク装置に、上記で記載された製造方法により製造された流体動圧軸受を用いて構成されたスピンドルモータ７２用いることで、安価で最適寿命と安定性能を有するハードディスク装置を提供することができる。

流体動圧軸受を有するモータの構成図 実施例１に対応するオイル充填装置の構成図 実施例２に対応するオイル充填装置の構成図 オイル充填における軸受部周辺構造図 ハードディスク装置の模式図

符号の説明

１ ハブ
２ シャフト
３ スリーブ
８ テーパシール部
１０ 軸受ユニット
１１ リング状部材
１２、１３、１４ 撥油膜
１００ 制御部
１０５ 余圧室
１１０ 真空容器
１１２ ニードルバルブ
１１３ オイル槽
１１５ オイル注入ノズル
１２０ 排気手段
１２１ ロータリーポンプ
１２２ バルブ
１２３ リークバルブ
１２４ 防塵フィルタ
１２５ 気体導入機構
１２６ 真空計
１３０ カメラ
１４０ オイル除去ノズル

Claims (11)

1. 少なくともシャフトを含むシャフト部と、
   少なくともスリーブおよびスラストブッシュを含むスリーブ部とを有し、
   シャフト部とスリーブ部との間には、ラジアル軸受およびスラスト軸受、又は、ラジアル軸受若しくはスラスト軸受、を含む連続したオイル保持間隙が形成され、
   シャフト部とスリーブ部とは該オイル保持間隙を介して相対的に回転自在に配置され、
   該オイル保持間隙と大気に連通する空気との接触部分にはテーパシール部が形成されている流体動圧軸受、
   を製造するに際して、
   オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を第一の気圧以下の圧力に減圧し、前記流体動圧軸受のテーパシール部に第一量のオイルを注入する、第一の工程と、
   前記流体動圧軸受の周囲環境を直前の工程と同等の圧力に保つか、或いはより高い気圧に加圧し、前記テーパシール部に第二量のオイルを注入する、第二の工程と、
   前記流体動圧軸受の周囲環境を大気圧に復圧する、復圧工程が実行されるものであり、
   なおかつ、第二の工程は第一の工程の終了後に実行されるものであり、復圧工程は第二の工程の終了後に実行されるものであり、なおかつ、
   第二の工程は１回或いはそれ以上の回数実行されるものである、
   流体動圧軸受の製造方法。
2. 少なくともシャフトを含むシャフト部と、
   少なくともスリーブおよびスラストブッシュを含むスリーブ部とを有し、
   シャフト部とスリーブ部との間には、ラジアル軸受およびスラスト軸受、又は、ラジアル軸受若しくはスラスト軸受、を含む連続したオイル保持間隙が形成され、
   シャフト部とスリーブ部とは該オイル保持間隙を介して相対的に回転自在に配置され、
   該オイル保持間隙と大気に連通する空気との接触部分にはテーパシール部が形成されている流体動圧軸受、
   を製造するに際して、
   オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を第一の気圧以下の圧力に減圧し、前記流体動圧軸受のテーパシール部に、第三量のオイルを注入する、第三の工程と、
   前記流体動圧軸受の周囲環境を直前の工程と同等の圧力に保つか、或いはより高い気圧に加圧し、前記テーパシール部から第四量のオイルを除去する、第四の工程と、
   前記流体動圧軸受の周囲環境を大気圧に復圧する、復圧工程が実行されるものであり、
   なおかつ、第四の工程は第三の工程の終了後に実行されるものであり、復圧工程は第四の工程の終了後に実行されるものである、
   流体動圧軸受の製造方法。
3. 請求項１に記載の流体動圧軸受の製造方法において、
   前記第二の工程の終了後に、
   前記流体動圧軸受の周囲環境を直前の工程と同等の圧力に保つか、或いはより高い気圧に加圧し、前記テーパシール部から第四量のオイルを除去する、第四の工程が実行されるものであり、
   第四の工程は第二の工程の終了後に実行されるものであり、なおかつ、前記復圧工程は、該第四の工程の終了後に実行されるものである、
   流体動圧軸受の製造方法。
4. 請求項１又は３に記載の流体動圧軸受の製造方法において、
   何れかの第二の工程に引き続いて、周囲環境の減圧が行われる、
   流体動圧軸受の製造方法。
5. 請求項１又は３又は４に記載の流体動圧軸受の製造方法において、
   前記第一の工程に先立って、オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を前記第一の気圧以下に減圧し、
   所定時間以上その状態を維持し、
   引き続いて前記第一の工程を実行する、
   流体動圧軸受の製造方法。
6. 請求項２に記載の流体動圧軸受の製造方法において、
   前記第三の工程に先立って、オイル未充填の流体動圧軸受の周囲環境を前記第一の気圧以下に減圧し、
   所定時間以上その状態を維持し、
   引き続いて前記第三の工程を実行する、
   流体動圧軸受の製造方法。
7. 請求項５又は６に記載の流体動圧軸受の製造方法において、
   前記第一の気圧は１００Ｐａ以下であり、前記所定時間は１０秒以上である、
   流体動圧軸受の製造方法。
8. 請求項１乃至７に記載の流体動圧軸受の製造方法において、
   前記スリーブの少なくとも一部は、含油可能な多孔質体から構成されている事を特徴とする、
   流体動圧軸受の製造方法。
9. 回転部分を支持する軸受機構として、請求項１乃至８に記載の方法にて製造された流体動圧軸受機構を用いていることを特徴とする、スピンドルモータ。
10. 記録媒体と、
    該記録媒体を回転駆動する請求項９に記載のスピンドルモータと、
    前記記録媒体に対して信号の記録及び読み出しを行う信号アクセス手段と、
    該信号アクセス手段を前記記録媒体の回転中心に対して半径方向に移動する位置決め手段と、
    を備えた信号記録再生装置。
11. オイルと周囲空間との界面が微小間隙に位置するように構成された流体動圧軸受機構の製造装置であって、
    真空容器と
    真空容器内部を１００Ｐａ未満の気圧まで排気する能力を備えた排気手段と、
    真空容器内の圧力を提示する圧力計と、
    真空容器内部に気体を導入して少なくとも大気圧まで復圧させることの出来る気体導入機構と、
    オイル注入ノズルと、
    オイル注入ノズルに所定量のオイルを供給するオイル供給機構と、
    オイル注入ノズル位置決め機構と、
    オイル除去ノズルと、
    オイル除去ノズルからオイルを吸引するオイル吸引機構と、
    オイル除去ノズル位置決め機構と、
    制御機構と、
    を備え、
    少なくともオイル注入ノズル先端及びオイル除去ノズル先端は真空容器内部に設置されており、
    排気手段は排気力を調節可能であり、
    気体導入機構は気体の導入量を調節可能であり、
    オイル送出機構はオイルの送出量を調節可能であり、
    オイル吸引機構はオイルの吸引量を調節可能であり、
    更に、
    制御機構は、排気手段の排気動作、及び、気体導入機構の気体導入動作、及び、オイル送出機構のオイル送出動作、及び、オイル吸引機構のオイル吸引動作、について、少なくともその動作順序を制御するものであり、
    なおかつ、前記真空計が提示する圧力の値に応じて前記の制御を実行するものである、
    流体動圧軸受の製造装置。

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