JP2009138857A - 潤滑流体の注入装置および潤滑流体の注入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑流体の発泡による飛散や気泡の膨張による滴下部からの液ダレを防止して、潤滑流体による真空チャンバ内や流体軸受装置の汚染を防止することが可能な潤滑流体の注入装置および潤滑流体の注入方法を提供する。
【解決手段】潤滑流体の注入装置１００は、真空チャンバ１と、シリンジ部１１と、ピストン１５と、容器１３とを備えている。真空チャンバ１は、潤滑流体１６が注入される流体軸受装置７を収容する。シリンジ部１１は、流体軸受装置７に対して潤滑流体１６を滴下する。ピストン１５は、シリンジ部１１内の潤滑流体１６を押し出す、あるいは、シリンジ部１１内に潤滑流体１６を吸入する。容器１３は、真空チャンバ１に配置され、シリンジ部１１に補充するための潤滑流体１６を貯留する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハードディスク、光ディスクなどを回転駆動するスピンドルモータに使用される流体軸受装置を製造する際の、潤滑流体の注入装置および潤滑流体の注入方法に関するものである。

従来、ハードディスク、光ディスクなどを回転駆動するスピンドルモータには、シャフトと、シャフトが挿入されるスリーブと、シャフトとスリーブとの間隙部分に保持されシャフトの回転時に動圧を発生して回転自在にシャフトを保持する潤滑流体とからなる流体軸受装置が用いられている。

このように、シャフトとスリーブとの間隙部分が一方向のみに開口している種類の流体軸受装置では、その間隙部分に連続的かつ確実に潤滑流体を注入する方法として、減圧下で流体軸受装置の間隙部における開口端に潤滑流体を滴下し、開口端を潤滑流体でもって封止し、流体軸受装置外部を大気圧に復圧、すなわち、流体軸受装置の間隙内部と軸受部外部との差圧でもって潤滑流体を間隙部に注入する真空注入方式が提案されている。

さらには、潤滑流体内の溶存気体による発泡を防止する目的で、予め潤滑流体を減圧下で脱気処理した後、減圧環境下において流体軸受装置の間隙内部を排気処理して、潤滑流体を流体軸受装置に滴下する。この潤滑流体の滴下方法として、シリンジを用い容積を計量的に滴下するシリンジ方式（以下、従来技術１とする）がある（特許文献１および２参照）。
特開２００２−１７４２４３号公報 特開２００２−５１７０号公報

しかしながら、上記従来の構成である従来技術１のシリンジ方式では、潤滑流体をシリンジへ補充するためには、ピストンをいったんシリンジから引き抜き、シリンジの後端（ノズルと逆側）から潤滑流体を補充する作業が必要である。あるいは、ノズル先端を脱気処理された補充用の潤滑流体に浸漬し、ピストンを引き上げることで潤滑流体をシリンジ内に吸引して補充する作業が必要である。いずれの場合も、補充作業は大気圧下で実施されるため、脱気処理した潤滑流体が大気に暴露され潤滑流体に再度気体が溶け込んでしまう結果、真空中での滴下時に発泡を起こす恐れがある。

また、たとえ注意深く潤滑流体の補充作業を行っても、シリンジ内に気泡が混入することがある。流体軸受装置の間隙内部を排気するために真空チャンバ内部を高真空に排気すると、このシリンジ内部の気泡が膨張し、シリンジ先端部に接続されているノズルから潤滑流体が垂れる、いわゆる液ダレの原因となる。

上述の発泡や液ダレは、潤滑流体を不適切な位置に滴下、あるいは、潤滑流体を飛散させて真空チャンバ内や流体軸受装置の汚染の原因となる。したがって、シリンジ先端部を上向きにしてシリンジ内から気泡が開放する脱泡処理や、さらにシリンジを再び減圧環境下におき、補充作業時に潤滑流体に溶解した溶存気体を再脱気処理する作業が必要であった。

さらに、潤滑流体の補充にはシリンジの着脱作業が伴うため、流体軸受装置とノズルとの相対位置の調整を補充作業の度に行わなければならなかった。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、潤滑流体の発泡による飛散や気泡の膨張による滴下部からの液ダレを防止して、潤滑流体による真空チャンバ内や流体軸受装置の汚染を防止することが可能な潤滑流体の注入装置および潤滑流体の注入方法を提供することを目的とする。

第１の発明に係る潤滑流体の注入装置は、所定の隙間に潤滑流体が保持される流体軸受装置に対して潤滑流体を真空状態で注入する潤滑流体の注入装置であって、筐体部と、滴下部と、ピストンと、貯留部とを備えている。筐体部は、潤滑流体が注入される流体軸受装置を収容する。滴下部は、流体軸受装置に対して潤滑流体を滴下する。ピストンは、滴下部内の潤滑流体を押し出す、あるいは、滴下部内に潤滑流体を吸入する。貯留部は、筐体部内に配置され、滴下部に補充するための潤滑流体を貯留する。

ここでは、潤滑流体の注入装置の筐体内に滴下部に補充するための潤滑流体を貯留する貯留部を備えている。
ここで、流体軸受装置の軸受部に潤滑流体を注入する方法として、流体軸受装置の間隙部分を減圧して軸受部内部の空気を除去し、流体軸受装置の間隙における開口端を潤滑流体で封止し、流体軸受装置外部を大気圧に復圧して潤滑流体を間隙部に注入する真空注入方式が一般的に行われている。

従来、上記方法によって潤滑流体を注入する場合には、滴下部（例えば、シリンジ等）に潤滑流体を充填しピストン等で押し出して滴下している。しかし、潤滑流体を滴下部へ補充するためには、ピストンをいったん滴下部から引き抜き、滴下部の後端（ノズルと逆側）から潤滑流体を補充する作業が必要である。あるいは、ノズル先端を脱気処理された補充用の潤滑流体に浸漬し、ピストンを引き上げることで潤滑流体を滴下部内に吸引して補充する作業が必要である。そして、いずれの場合も、補充作業は大気圧下で実施されるため潤滑流体に気体が溶け込んでしまい、その結果、真空中での滴下時に発泡し、飛散するおそれがある。さらに、気泡が膨張して潤滑流体を滴下部内から押し出す液垂れが発生するおそれがある。

そこで、本発明の潤滑流体の注入装置においては、滴下部に補充するための潤滑流体を貯留する貯留部を筐体内に設置している。
これにより、例えば、貯留部を滴下部に連通した状態に取り付けることにより、潤滑流体の補充作業を真空雰囲気内で実施することが可能となるので、脱気処理された潤滑流体に気体が溶け込むことを防止することができる。

この結果、潤滑流体の発泡による飛散や滴下部からの気泡の膨張による液垂れを防止することが可能となるので、真空チャンバ内や流体軸受装置の潤滑流体による汚染を防止することができる。

第２の発明に係る潤滑流体の注入装置は、第１の発明に係る潤滑流体の注入装置であって、貯留部は、滴下部と連通する状態に取り付けられている。
ここでは、貯留部が、例えば、滴下部内の潤滑流体を押し出す方向において滴下部の上流側に連通した状態に取り付けられている。
これにより、滴下部内に潤滑流体を自動的に供給することが可能となる。

第３の発明に係る潤滑流体の注入装置は、第１または第２の発明に係る潤滑流体の注入装置であって、滴下部は、逆止弁を有している。

ここでは、滴下部に潤滑流体の逆流を防止するための逆止弁を設けている。
これにより、滴下部を鉛直下方向に向けた場合に、潤滑流体が自重によって落下することを防止することができる。
この結果、流体軸受装置に対して潤滑流体の高精度な滴下量制御を実現することが可能となる。

第４の発明に係る潤滑流体の注入装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る潤滑流体の注入装置であって、貯留部は、開口部を覆う蓋を有している。

ここでは、貯留部における開口部を覆うための蓋が設けられている。
これにより、貯留部内に貯留される潤滑流体に仮に気体が溶け込んでいた場合であっても、大気圧に復圧した際の発泡による飛散を防止することができる。この結果、筐体内あるいは流体軸受装置が汚染されることを防止することが可能となる。

第５の発明に係る潤滑流体の注入方法は、所定の隙間に潤滑流体が保持される流体軸受装置に対して前記潤滑流体を真空状態の筐体内で注入する注入方法であって、第１の工程〜第３の工程を備えている。第１の工程は、筐体部内を所定の真空度に減圧する。第２の工程は、所定の真空度において、潤滑流体を滴下する滴下部を介して流体軸受装置に対して潤滑流体を注入する。第３の工程は、所定の真空度において、滴下部に潤滑流体を補充する。

ここでは、所定の真空度において滴下部に潤滑流体を補充する工程を備えている。
ここで、流体軸受装置の軸受部に潤滑流体を注入する方法として、流体軸受装置の間隙部分を減圧させて軸受部内部の空気を除去し、流体軸受装置の間隙における開口端を潤滑流体で封止し、流体軸受装置外部を大気圧に復圧して潤滑流体を間隙部に注入する真空注入方式が一般的に行われている。

従来、上記方法によって潤滑流体を注入する場合には、滴下部（例えば、シリンジ等）に潤滑流体を充填しピストン等で押し出して滴下している。しかし、潤滑流体を滴下部へ補充するためには、ピストンをいったん滴下部から引き抜き、滴下部の後端（ノズルと逆側）から潤滑流体を補充する作業が必要である。あるいは、ノズル先端を脱気処理された補充用の潤滑流体に浸漬し、ピストンを引き上げることで潤滑流体を滴下部内に吸引して補充する作業が必要である。そして、いずれの場合も、補充作業は大気圧下で実施されるため潤滑流体に気体が溶け込んでしまい、その結果、真空中での滴下時に発泡し、飛散するおそれがある。さらに、気泡が膨張して潤滑流体を滴下部内から押し出す液垂れが発生するおそれがある。

そこで、本発明の潤滑流体の注入方法においては、滴下部に補充するための工程を真空雰囲気中で行っている。
これにより、脱気処理された潤滑流体に気体が溶け込むことを防止することができる。

この結果、潤滑流体の発泡による飛散や滴下部からの気泡の膨張による液垂れを防止することが可能となるので、真空チャンバ内や流体軸受装置の潤滑流体による汚染を防止することができる。

本発明に係る潤滑流体の注入装置および潤滑流体の注入方法によれば、潤滑流体の発泡による飛散や滴下部からの液ダレを防止し、真空チャンバ内や流体軸受装置が潤滑流体によって汚染されることを防止することが可能となる。さらには、流体軸受装置に対して潤滑流体の高精度な滴下量制御を実現することが可能となる。また、滴下部内に潤滑流体を自動的に供給することが可能となり生産性が向上する。

本発明の一実施形態に係る潤滑流体の注入装置１００および注入方法について、図１〜図４を用いて説明すれば以下の通りである。
図１は、本発明の実施形態における潤滑流体の注入装置１００の全体図を示す。図１において、真空チャンバ（筐体部）１内部に、ベース２が固定され、そのベース２上にＸ軸ステージ３、Ｙ軸ステージ４、Ｚ軸ステージ５が設置されている。真空チャンバ１は、図示しない真空ポンプとリークバルブとによって所定の真空度まで減圧、あるいは、大気圧に復圧することができる。Ｚ軸ステージ５上には、着脱可能なパレット６が固定され、流体軸受装置７が１個ないしは多数、パレット６に収容されている。Ｘ軸ステージ３、Ｙ軸ステージ４、および、Ｚ軸ステージ５は、パレット６に収容される流体軸受装置７を任意の位置へと駆動する。

また、ディスペンサユニット１０は、保持部材８およびベース２を介してＸ軸ステージ３、Ｙ軸ステージ４、および、Ｚ軸ステージ５、真空チャンバ１と固定、あるいは、連結されている。

ディスペンサユニット１０は、シリンジ部（滴下部）１１と、ノズル１２と、逆止弁３０と、容器（貯留部）１３と、蓋１４と、補充口１７と、滴下用駆動部９と、ピストン１５とを有している。シリンジ部１１の内径φは、２３ｍｍ、高さは、７５ｍｍである。ノズル１２は、潤滑流体１６を流体軸受装置７に滴下するもので、その内径φは、０．２５ｍｍである。逆止弁３０は、シリンジ部１１とノズル１２との間に接続されている。容器１３は、潤滑流体１６を貯蓄するためのものであり、その内径φは、８０ｍｍ、高さは、６０ｍｍである。蓋１４は、容器１３の開口部を覆っている。これにより、真空チャンバ１内部を真空状態にし、容器１３内の潤滑流体１６が発泡した際に、流体軸受装置７に潤滑流体１６が飛散するのを防止することができる。補充口１７は、予め脱気された潤滑流体１６を容器１３内に補充する際に用いられる。滴下用駆動部９は、ピストン１５を駆動するための動力である。ピストン１５は、滴下用駆動部９に連結され、シリンジ部１１内部の潤滑流体１６を滴下するためのものである。

なお、潤滑流体１６としては、一般的に低揮発性と金属部材に対する優れた潤滑特性とからポリオールエステル系オイルが用いられているが、これに限定するものではない。
そして、滴下用駆動部９によりピストン１５を移動させ、流体軸受装置７の間隙部１９にノズル１２を介して潤滑流体１６を滴下する。ピストン１５の先端部には、外径φ２３ｍｍの樹脂が設けられており、シリンジ部１１内部と密着するために適度に弾性変形し、かつ、真空中でのアウトガスが少ない材料としてふっ素系樹脂を用いることが好ましい。

次に、逆止弁３０の断面図を図２に示す。逆止弁３０は、真球３１、ホルダ３２、バネ３３を有している。バネ３３は、常時真球３１を加圧している。このため、シリンジ部１１に充填されている潤滑流体１６の自重に抗するバネ圧を選定していれば、真球３１が潤滑流体１６の流路を遮断するので、潤滑流体１６が真球３１より垂れることはない。そして、シリンジ部１１側から潤滑流体１６が加圧されるとバネ３３が圧縮され、潤滑流体１６の流路を遮断していた真球３１が開放される。これにより、シリンジ部１１とノズル１２とが開通する構造になっている。

シリンジ部１１内部の潤滑流体１６を押出す際、滴下用駆動部９を介してピストン１５を１２μｍだけ移動させることにより、ピストン１５の移動量つまりその容積５ｍｇのみがノズル１２より滴下される。この方式ではピストン１５の移動量のみが影響するため、潤滑流体１６の粘度および圧力による影響を受けない。

次に、上記実施形態における潤滑流体の注入装置１００において、流体軸受装置７に潤滑流体１６を滴下する工程を図３および図４に示す。
まず、ピストン１５を図３（ａ）に示す容器１３のＡの位置より上に１０ｍｍ以上退避させた状態で、シリンジ部１１および容器１３内に予め脱気された潤滑流体１６を大気中にて注入する。

上記の状態にて真空チャンバ１内部を真空状態（第１の工程）にし、潤滑流体１６を脱気処理する。脱気処理に関しては、真空チャンバ１内部の真空状態を、時間でコントロール、あるいは、真空圧によるコントロールにより脱気処理を行う。

潤滑流体１６の脱気処理終了後、図３（ｂ）に示すように真空状態で、ピストン１５を滴下用駆動部９によりシリンジ部１１にセットする。ここで、ピストン１５をセットするまでのポジションにおいて、ノズル１２を介して滴下された潤滑流体１６が真空チャンバ１内部で発泡するかどうか確認することができる。なお、ここでのセットポジションとは、Ａの位置より下に１００μｍの位置をいう。生産工程では、真空状態を時間あるいは真空圧によりコントロールするため、発泡することはない。第１の工程の真空度は、１０Ｐａ以下の高真空が好ましく、本実施形態においては、真空度を１．０Ｐａとした。

次に、真空チャンバ１内部を真空状態に維持したまま、真空チャンバ１内部のパレット６に収容されている６００個の流体軸受装置７の間隙部１９にノズル１２を介して潤滑流体１６を５ｍｇずつ滴下する（第２の工程）。この時、シリンジ部１１内部の潤滑流体１６を３ｃｃ使用する。図３（ｃ）に示すように、ピストン１５がシリンジ部１１のＢの位置、つまり、Ａの位置より下に７２ｍｍの位置、つまり、合計６０００個の流体軸受装置７の間隙部１９にノズル１２を介して５ｍｇずつ、合計３０ｃｃ滴下を実施した後、シリンジ部１１内部に潤滑流体１６の補充作業を行う。第２の工程の真空度は、第１の工程の真空度と同等もしくはそれより低真空であって、かつ、１００Ｐａ以下の真空度が好ましい。本実施形態においては、真空度を１０Ｐａとした。

続いて、図３（ｄ）に示すように、シリンジ部１１内部に潤滑流体１６を補充する際、真空チャンバ１内部を真空状態にして、ピストン１５を滴下用駆動部９で引き上げる。この時、空間部１８は真空状態に保たれる。

さらに、真空チャンバ１内部を真空に保った状態で、図４（ａ）に示すように、ピストン１５を滴下用駆動部９で容器１３のＡの位置より１０ｍｍ以上の位置に退避させ、シリンジ部１１内部に潤滑流体１６を補充する（第３の工程）。第３の工程の真空度は、１０Ｐａ以下の高真空が好ましく、本実施形態においては、真空度を１．０Ｐａとした。

図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）、図４（ａ）の順に６０回繰り返し作業を行い、シリンジ部１１の容積１８０ｃｃを流体軸受装置７の間隙部１９に滴下し、図４（ｂ）に示すように、ピストン１５がシリンジ部１１のＢ部の位置、つまり、Ａ部より７２ｍｍ下方向の位置になったとき、シリンジ部１１および容器１３内に潤滑流体１６を補充する。

図４（ｃ）に示すように、ピストン１５の位置が図４（ｂ）の状態で真空チャンバ１内部を大気圧に復圧し、補充口１７から予め脱気された潤滑流体１６をシリンジ部１１および容器１３に補充する。この時、潤滑流体１６は、容器１３のＣの位置、つまり、Ａの位置より上４０ｍｍの位置まで補充される。潤滑流体１６の補充終了後、ピストン１５を滴下用駆動部９で引き上げ、図３（ａ）の状態にする。

なお、補充口１７から予め脱気された潤滑流体１６をシリンジ部１１および容器１３に補充する、もしくは、流体軸受装置７を真空チャンバ１内部より取り出す際、真空チャンバ１内部を大気圧に復圧する必要がある。その大気に復圧する際におけるピストン１５とシリンジ部１１との位置関係を示す最良の状態は図４（ｂ）であるが、図３（ｂ）もしくは図３（ｃ）であっても構わない。このようにすれば、シリンジ部１１の潤滑流体１６が大気に暴露されないため、脱気工程を必要以上に長く処理する必要がなくなる。

以上のように、実施形態においては、図３（ａ）から図４（ｃ）の工程を実施すれば、シリンジ部１１内への気泡の混入を防止することができ、潤滑流体１６の滴下時におけるノズル１２からの発泡や、気泡の膨張による潤滑流体１６の垂れを防止することができる。この結果、潤滑流体１６による容器１３内や流体軸受装置７の汚染を防止することができる。また、流体軸受装置７に対して高精度な潤滑流体１６の滴下量制御を実現することが可能となる。さらに、図３（ａ）から図４（ｃ）の工程を実施すれば、シリンジ部１１の着脱工程、脱泡工程、および、シリンジ部１１を反転させて再脱気する工程を削減することができる。この結果、ノズル１２と流体軸受装置７との再位置調整が不要となり、生産性を向上させることができる。

なお、本発明の実施形態では、シリンジ部１１の上に容器１３を設けていたが、シリンジ部１１の側面に補充用の経路を設け、その部分から潤滑流体１６を補充してもかまわない。

また、本発明の実施形態では、容器１３、蓋１４および補充口１７の形状がないシリンジ部１１、ピストン１５、ノズル１２および逆止弁３０のみで構成されている形態でもかまわない。この形態においては、シリンジ部１１内部の潤滑流体１６の補充の際、真空状態にてピストン１５をシリンジ部１１より引き抜き、潤滑流体１６をシリンジ部１１内部に補充し、真空を保った状態で、ピストン１５をシリンジ部１１にセットする。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、潤滑流体の脱気および脱泡工程を削減し、またノズルと流体軸受装置との位置関係を再調整することなく、シリンジ方式において滴下する装置等として有用である。

本発明の一実施形態における流体軸受装置の充填装置の全体図。 図１の流体軸受装置の充填装置に含まれる逆止弁の断面図。 （ａ）〜（ｄ）本発明の一実施形態における充填工程図１。 （ａ）〜（ｃ）本発明の一実施形態における充填工程図２。

符号の説明

１ 真空チャンバ（筐体部）
２ ベース
３ Ｘ軸ステージ
４ Ｙ軸ステージ
５ Ｚ軸ステージ
６ パレット
７ 流体軸受装置
８ 保持部材
９ 滴下用駆動部
１０ ディスペンサユニット
１１ シリンジ部（滴下部）
１２ ノズル
１３ 容器（貯留部）
１４ 蓋
１５ ピストン
１６ 潤滑流体
１７ 補充口
１８ 空間部
１９ 間隙部
３０ 逆止弁
３１ 真球
３２ ホルダ
３３ バネ
１００ 潤滑流体の注入装置

Claims (5)

1. 所定の隙間に潤滑流体が保持される流体軸受装置に対して前記潤滑流体を真空状態で注入する潤滑流体の注入装置であって、
   前記潤滑流体が注入される前記流体軸受装置を収容する筐体部と、
   前記流体軸受装置に対して前記潤滑流体を滴下する滴下部と、
   前記滴下部内の前記潤滑流体を押し出す、あるいは、前記滴下部内に前記潤滑流体を吸入するピストンと、
   前記筐体部内に配置され、前記滴下部に補充するための前記潤滑流体を貯留する貯留部と、
   を備えている潤滑流体の注入装置。
2. 前記貯留部は、前記滴下部と連通する状態に取り付けられている、
   請求項１に記載の潤滑流体の注入装置。
3. 前記滴下部は、逆止弁を有している、
   請求項１または２に記載の潤滑流体の注入装置。
4. 前記貯留部は、開口部を覆う蓋を有している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の潤滑流体の注入装置。
5. 所定の隙間に潤滑流体が保持される流体軸受装置に対して前記潤滑流体を真空状態の筐体内で注入する注入方法であって、
   前記筐体部内を所定の真空度に減圧する第１の工程と、
   前記所定の真空度において、前記潤滑流体を滴下する滴下部を介して前記流体軸受装置に対して前記潤滑流体を注入する第２の工程と、
   前記所定の真空度において、前記滴下部に前記潤滑流体を補充する第３の工程と、
   を備えている潤滑流体の注入方法。
   

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