JP2005114051A - 流体動圧軸受の製造方法及び流体動圧軸受を用いたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】オイルの脱気をより効率的且つ確実に行うと共に、脱気工程の後工程に当たるオイルの充填工程の途上での気泡の発生を防止し、気泡の発生が認められた場合もその原因の特定を可能にする。
【解決手段】オイルを減圧環境下にある真空容器内において真空脱気を行うと同時にオイル内に浸漬された撹拌子を真空容器の外部に配置した駆動源によって間接的に回転させることで撹拌脱気を行い、脱気処理を行ったオイルを軸受隙間に充填する。その際、流体動圧軸受が保持される真空容器内をオイルが蓄えられた真空容器内の圧力よりも低圧となるよう減圧し、オイルが蓄えられた真空容器から流体動圧軸受が保持された真空容器にオイルを供給した後、軸受が保持された真空容器内の圧力を昇圧することで軸受隙間内にオイルを充填する。
【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及び流体動圧軸受を用いたモータに関する。

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、オイルの表面張力と大気圧とがバランスして界面を構成している。すなわち、このテーパシール部８内でのオイルの内圧は、大気圧と実質上同等の圧力に維持されている。

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を充填する方法として、オイルが蓄えられた真空容器を真空レベルまで減圧した状態で撹拌装置を作動させて撹拌脱気し、軸受が保持される真空容器を真空レベルまで減圧した後、オイルを軸受が保持される真空容器に供給して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、その後軸受が保持される真空容器内の環境を大気圧に戻すことで圧力差を利用してオイルを流体動圧軸受の軸受隙間内に充填する方法が提案されている（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であってもオイルの充填工程の途上で、あるいは流体動圧軸受として組立完了後モータに組み込まれて使用された段階でオイル内に溶け込んだ空気が気泡として顕在化する場合がある。

これは真空容器内を真空レベルまで減圧したとしても、人工的に完全な真空状態を作り出すことは不可能であることから、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が、オイルの充填工程内において気泡が顕在化すると、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、軸受や真空容器内に付着して拭き取りを要するようになる等生産性を低下させる原因となる。

また、オイル内に気泡が混入したままモータを運転すると、やがて温度上昇等によって気泡が体積膨張し、オイルを軸受外部へと漏出させるといったモータの耐久性や信頼性に影響する問題、あるいは軸受部に設けられた動圧発生溝が気泡と接触することによる振動の発生やＮＲＲＯ（非繰り返し性振れ成分）の悪化といったモータの回転精度に影響する問題が発生する。

加えて、上記特許文献１に記載されるような真空容器内に蓄えられたオイル内で真空容器の外部に配置された駆動源にシャフト等を介して連結されるプロペラを回転させてオイルの撹拌脱気を行う場合、真空容器のシャフトが挿通される箇所の機密性を十分に確保しておかなければオイルの漏れやオイル内への空気の溶け込みが発生することになるため管理が難しい。更に、単にプロペラの回転でオイルを撹拌するだけでは、オイル内に溶け込んだ空気を完全に脱気するためには非常に長時間脱気工程を行わなければならず、流体動圧軸受の生産性を低下させる懸念がある。

尚、上記したようなオイルの脱気処理を行った場合でも、希に流体動圧軸受をモータに組み込んで使用した際にオイル中に気泡が発生する場合がある。そのような場合に、発生した気泡がオイル充填工程で残留又は混入したものであるのか、あるいはモータの駆動によって新たにオイル内に混入したものであるのかが不明であると、オイル充填工程の工程上の不良であるのか、あるいは流体動圧軸受の構造上又は加工工程上の不良であるのかについての特定が困難になり、オイル内への空気の混入を解消するための検証及び対応に著しく時間を要することとなる。

本発明の目的は、流体動圧軸受の軸受隙間内に充填されたオイル中に発生する気泡に起因する問題を未然に防止することであり、具体的には、脱気工程の後工程にあたるオイルの充填工程の途上での気泡の発生を防止することが可能であると共に、気泡の発生が認められた場合もその原因の特定が可能な流体動圧軸受の製造方法及び流体動圧軸受を用いたモータを提供することである。

本願の請求項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る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、前記オイルを周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある脱気用の真空容器内において真空脱気を行うと同時に前記オイル内に浸漬された少なくとも１つの撹拌子を該脱気用の真空容器の外部に配置した駆動源によって間接的に回転させることで撹拌脱気を行い、前記脱気処理を行ったオイルを前記流体動圧軸受の軸受隙間に充填するに際し、前記流体動圧軸受が保持される真空容器内を、前記脱気処理を行ったオイルが蓄えられた真空容器内の圧力よりも低圧となるよう減圧し、前記脱気処理を行ったオイルが蓄えられた真空容器から前記流体動圧軸受が保持された真空容器に配管を通じて前記オイルを供給した後、前記流体動圧軸受が保持された真空容器内の圧力を昇圧することで前記軸受隙間内に前記オイルを充填することを特徴とする。

本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体動圧軸受の製造方法において、前記撹拌子は棒状、球状又は円板状の強磁性材料あるいは磁性を有する樹脂から形成されていると共に、前記駆動源の回転体には磁石が配置されており、前記駆動源の回転にともなって前記撹拌子が磁気的に吸引されて回転することを特徴とする。

本願の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の流体軸受の製造方法において、前記オイルは前記脱気処理が行われる際に加熱されることを特徴とする。

本願の請求項４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を用いたモータにおいて、前記オイルは、真空容器内で減圧環境下に晒されることによる真空脱気と、撹拌子が回転することによる撹拌脱気とを同時に実施して脱気処理を行った後、該脱気処理を行ったオイルが前記軸受隙間に充填され、前記微小間隙にオイルが充填された流体動圧軸受を前記モータに組み込んだ状態で、このモータの起動及び停止を繰り返し、前記微小間隙内における前記オイルの界面の移動の有無並びにその発生頻度を観察することで前記オイル内での気泡発生の有無並びにその発生原因を確認することを特徴とする。

本発明の流体動圧軸受の製造方法では、脱気処理を真空脱気と撹拌脱気とによって行う場合に撹拌子を回転させる駆動源を真空容器の外部に配置して撹拌子を間接的に回転することで、真空容器内を機密に保持するための特別な構成が不要となるので、装置を簡略化することが可能になると共に、機密性の管理が容易になる。

また、オイル充填工程の上流側に位置する真空容器であるオイルタンク等脱気処理を行ったオイルが蓄えられた真空容器内の減圧レベルを、このオイルが蓄えられた真空容器よりも工程の下流側に位置するオイル充填用の真空容器内の減圧レベルよりも大に、換言するとより高真空状態とすることで、たとえ微量の空気が溶け込んだままオイルの充填が行われたとしても、工程中で空気が気泡となって顕在化することがない。よって、オイルの充填工程を円滑に行うことが可能になる。

尚、駆動源によって撹拌子を間接的に回転する方法としては、いわゆるマグネットカップリングによる駆動方法で実現可能である。

更に、真空脱気と撹拌脱気とを行う際に、オイルを加熱しておくことで、オイルの粘性が低下してより脱気が促進されるようになるので、効率良く、且つ確実にオイルの脱気処理を行うことが可能になる。加えて、オイル内に含まれる揮発性の不純物もオイルを加熱することにより除去することが可能になる。

また、オイルが充填された流体動圧軸受をモータに組み込んだ状態でモータの起動及び停止を繰り返すと、オイル内に空気が混入されていれば軸受隙間内のオイルの界面上昇が発生するし、またモータの起動停止を繰り返し行う中で界面上昇の度合いが増加するようであれば、オイル内への空気の混入がモータの回転に依拠していること、換言すれば流体動圧軸受の構造又は加工に問題があって空気の混入が継続して発生していることが明らかになる。その際、複数の脱気方法を同時に実施してオイルの脱気処理を確実に行と共に、オイルが蓄えられた真空容器の減圧レベルとオイル充填用の真空容器の減圧レベルとの関係が上述した関係に維持されていれば、少なくとも脱気処理工程を含むオイルの充填工程の不備によってオイル中に空気が残留あるいは混入したものではないことが明らかとなる。従って、問題の発生原因が流体動圧軸受の構造又は加工不良のいずれかに絞り込まれるので原因の特定が容易になり、その対策を早急に検証・実施することが可能になる。

流体動圧軸受の軸受隙間内に充填されたオイル中に発生する気泡に起因する問題を未然に防止するという目的を、作業工数を増やすあるいは作業工程を複雑化することなく実現した。

また、気泡の発生が認められた場合にその原因の特定を可能にするという目的を、作業工数を増やすあるいは作業工程を複雑化することなく実現した。

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、ヒータＨをオン状態としてオイルタンクである第１の真空容器１００内に蓄えられたオイルＬが約８０゜Cから約１００゜C、好ましくは約９０゜Cになるまで加熱すると共に、弁Ｂ１を開放して真空ポンプＰ１を作動させ、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。オイルＬの温度が約９０゜Cになったこと及び第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、第１の真空容器１００にヒータＨを介して取付けられたモータＭを約６００回転／分以上の回転数で作動させる。このモータＭのロータ（不図示）にはマグネットが取付けられており、モータＭの回転によってオイルＬ内に浸漬された磁性材製の撹拌子Ｓも回転を開始しオイルＬを撹拌する。この時、第１の真空容器１００内の真空度ＰＬ１は、約１ヘクトパスカル（ｈＰａ）、つまり１００パスカル（Ｐａ）以下、好ましくは、約０．３ヘクトパスカル（３０パスカル）以下であり、オイルＬは約３０分、好ましくは約２時間その状態で維持され、真空並びに撹拌により脱気されることとなる。

このように真空脱気と撹拌脱気とを併用してオイルＬの脱気処理行う際に、オイルＬを十分に加熱しておくことで、オイルＬの粘性が低下するので、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。また、オイルＬを加熱することで、オイルＬ内に含まれる揮発性の不純物の除去も可能になる。尚、撹拌脱気を行うための撹拌子ＳをモータＭによる磁気誘導、いわゆるマグネットカップリングによって回転させるので、従来のように真空容器内に蓄えられたオイル内で真空容器の外部に配置された駆動源にシャフト等を介して連結されるプロペラを回転させてオイルの撹拌脱気を行う場合に比べて、第１の真空容器１００内の機密性の維持が容易になる。尚、撹拌子Ｓは、棒状、球状、リング状又は円板状とすることが可能であると共に、表面をゴム等の軟質材で被覆したマルテンサイト系又はフェライト系ステンレス鋼等の強磁性材料あるいは磁性材を混入した樹脂から形成される。

このオイルＬの脱気工程が完了すると、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Ｂ２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ＰＬ２に達した時点でオイル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、まずオイル注入口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、予め設定されたオイル量Ｖ１をオイル注入口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Ｂ３を所定時間開くことによりフィルタ等の手段で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ＰＬ２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り減圧レベルＰＬ２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Ｌ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に充填されたオイルＬの過不足を確認し、もし充填されたオイルＬの量が不足していれば必要な追加オイル量を決定する。そして、必要に応じて、再び弁Ｂ２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ＰＬ２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必要なオイルＬが充填される。尚、所定のオイル充填量よりも多めに軸受隙間内に充填されていた場合、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ながら超過充填分を吸い取る等することで回収する。

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。

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ＰＬ２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ＰＬ２、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。従って、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１０６の減圧レベルＰＬ１，ＰＬ２の関係を上記したとおり減圧レベルＰＬ１＞減圧レベルＰＬ２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が好ましい。

そして、上述したオイルＬの充填工程が完了した流体動圧軸受１０は図１に図示される如きモータに組み込まれることとなるが、流体動圧軸受１０をモータに組み込んだ状態で、モータの起動及び停止を繰り返し、テーパシール部８内におけるオイルＬの界面の移動の有無並びにその発生頻度を観察することでオイルＬ内での気泡発生の有無並びにその発生原因を確認する。

このように、オイルＬが充填された流体動圧軸受１０をモータに組み込んだ状態でモータの起動及び停止を繰り返すと、オイルＬ内に空気が混入されていればテーパシール部８内のオイルＬの界面上昇が発生するし、またモータの起動停止を繰り返し行う中で界面上昇の度合いが増加するようであれば、オイルＬ内への空気の混入がモータの回転に依拠していること、換言すれば流体動圧軸受１０の構造又は加工や組立に問題があって空気の混入が継続して発生していることが明らかになる。その際、複数の脱気方法を同時に実施してオイルＬの脱気処理を確実に行うと共に、第１及び第２の真空容器１００，１０６の減圧レベルＰＬ１，ＰＬ２の関係が上述した関係に維持されていれば、少なくとも脱気処理工程を含むオイルＬの充填工程の不備によってオイルＬ中に空気が混入したものではないことが明らかとなる。従って、問題の発生原因が流体動圧軸受１０の構造又は加工や組立不良のいずれかに絞り込まれるので原因の特定が容易になり、その対策を早急に検証・実施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。

例えば、上述した実施形態においては、オイルＬの脱気処理を行う第１の真空容器１００とオイル注入用の真空容器である第２の真空容器１０６とを配管１１２によって直接連結した構成について説明したが、第１の真空容器１００と第２の真空容器１０６との間に別途オイル貯留用の容器を介在させることも可能である。この場合、実際にオイルＬを流体動圧軸受１０の軸受隙間内に充填する際に、オイル貯留用の容器内の減圧レベルと第２の真空容器１０６の減圧レベルＰＬ２との関係を、オイル貯留用の容器内の減圧レベル＞第２の真空容器１０６の減圧レベルＰＬ２としておけば、上述した発泡現象は発生することがない。

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
１１２ 配管
Ｌ オイル
Ｓ 撹拌子

Claims (4)

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る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、
   前記オイルを周囲環境よりも低圧な減圧環境下にある脱気用の真空容器内において真空脱気を行うと同時に前記オイル内に浸漬された少なくとも１つの撹拌子を該脱気用の真空容器の外部に配置した駆動源によって間接的に回転させることで撹拌脱気を行い、
   前記脱気処理を行ったオイルを前記流体動圧軸受の軸受隙間に充填するに際し、前記流体動圧軸受が保持される真空容器内を、前記脱気処理を行ったオイルが蓄えられた真空容器内の圧力よりも低圧となるよう減圧し、
   前記脱気処理を行ったオイルが蓄えられた真空容器から前記流体動圧軸受が保持された真空容器に配管を通じて前記オイルを供給した後、前記流体動圧軸受が保持された真空容器内の圧力を昇圧することで前記軸受隙間内に前記オイルを充填することを特徴とする流体動圧軸受の製造方法。
2. 前記撹拌子は棒状、球状又は円板状の強磁性材料あるいは磁性を有する樹脂から形成されていると共に、前記駆動源の回転体には磁石が配置されており、前記駆動源の回転にともなって前記撹拌子が磁気的に吸引されて回転することを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受の製造方法。
3. 前記オイルは前記脱気処理が行われる際に加熱されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体軸受の製造方法。
4. 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を用いたモータにおいて、
   前記オイルは、真空容器内で減圧環境下に晒されることによる真空脱気と、撹拌子が回転することによる撹拌脱気とを同時に実施して脱気処理を行った後、該脱気処理を行ったオイルが前記軸受隙間に充填され、
   前記微小間隙にオイルが充填された流体動圧軸受を前記モータに組み込んだ状態で、このモータの起動及び停止を繰り返し、前記微小間隙内における前記オイルの界面の移動の有無並びにその発生頻度を観察することで前記オイル内での気泡発生の有無並びにその発生原因を確認することを特徴とする流体動圧軸受を用いたモータ。

Images