JP4111854B2 - 流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスピンドルモータ等に使用されスリーブ内で液体潤滑剤を介してシャフトが回転する流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば情報機器のスピンドルモータ等に使用され、そのスピンドルモータの回転駆動力を得るために、磁気回路による駆動源を用いて、スリーブ内で液体潤滑剤を介してシャフトが回転する流体軸受装置（例えば、特許文献１を参照）においては、軸受内への液体潤滑剤の充填方法として、液体潤滑剤を、真空ポンプを利用して、軸受内すなわちスリーブとシャフトとの間に形成された微小間隙に充填する方法が提案されている。
【０００３】
以上のような流体軸受装置について、以下に説明する。
図６は一般的な流体軸受装置の構造を示す断面図である。図６において、流体軸受装置１は、スリーブ２と、このスリーブ２内に挿入したシャフト３と、スリーブ２とシャフト３との間に形成された微小環状間隙４に充填した潤滑剤５とから構成され、シャフト３のスリーブ２からの突出部１１がスピンドルモータのハウジング又はブラケットに固定され、シャフト３が潤滑剤５を介してスリーブ２に軸受支持されて回転駆動するものである。
【０００４】
スリーブ２は一端側が開口して開口部６が形成され、このスリーブ２内にはこれとの間に所定間隔の微小環状間隙４を形成してシャフト３が挿入されている。スリーブ２の開口部６側の内周面７に対向するシャフト３の外周面８をテーパ状に切り欠いてテーパ面９を形成し、それによってスリーブ開口部６側に微小環状間隙４よりもスリーブ２とシャフト３との間の間隔が大きくかつこの間隔が開口部６側ほど大きいテーパ状環状間隙１０が微小環状間隙４に連通して形成されている。そして、シャフト３にはスピンドルモータに取り付けるための突出部１１がスリーブ開口部６よりも上方に突出し、この突出部１１の外径Ｄ１はスリーブ２の内径Ｄ２よりも小径に形成されている。
【０００５】
前記構成において、潤滑剤５をスリーブ開口部６から例えば真空注入によってテーパ状環状間隙１０内に注入する。注入された潤滑剤５は、テーパ状環状間隙１０によって毛細管現象が促進されて、微小環状間隙４に空気などを含むことなく充填されるとともに、テーパ状環状間隙１０内に毛細管現象によって維持された潤滑剤５の液面すなわちキャピラリシール面１２が形成される。このキャピラリシール面１２は、変動することがなく安定した液面深さが保持される。
【０００６】
また、他の流体軸受装置について、次に説明する。
図７は他の流体軸受装置の構造を示す断面図である。なお、図６において説明した事項及び符号の説明は省略する。図７において、流体軸受装置１は、スリーブ２にその内周面７を開口部６側において切り欠いてテーパ面１３を形成し、それによってテーパ状環状間隙１０を形成したものであって、シャフト３が潤滑剤５を介してスリーブ２に軸受支持されて回転駆動するものである。
【０００７】
しかし、上記のような流体軸受装置１において、テーパ状環状間隙１０および微小環状間隙４からなる微小間隙に充填された潤滑剤５の液量が適正に管理されなかった場合、例えば、潤滑剤５の液量が少ない場合には時間の経過とともに潤滑剤５が蒸発して液量が減少し、潤滑剤５の不足により、軸受内に空気が巻き込まれたり、摩擦による焼き付きを起こして流体軸受装置１としての機能を損なうおそれがあった。
【０００８】
一方、潤滑剤５の液量が多過ぎる場合には、その使用環境が高温になった時に潤滑剤５が膨張して軸受の外部に流出し、それによって流体軸受装置１が組み込まれたスピンドルモータに取り付けた機器が汚染されてその機能を損なうという問題があり、例えば磁気記録装置においては流出した潤滑剤５によって記録媒体（メディア）がヘッドに張り付くという致命的な問題を引き起こし、磁気記録装置としての本来の機能を損なうという問題があった。
【０００９】
したがって、これらの問題が発生しないように、上記のような流体軸受装置１の組立工程においては、スリーブ端面１４に対するキャピラリシール面１２の液面深さを調節することによって潤滑剤５の液量を適正な量に調整するために、潤滑剤５のスリーブ端面１４に対する液面深さを測定することが重要な要素となってくる。
【００１０】
ここで、上記のような流体軸受装置１の組立工程について説明する。
図８は一般的な流体軸受装置の組立工程を示すフローチャートである。図８に示すように、まず、スリーブ２にシャフト３を挿入していない状態で、それぞれに撥油剤を塗布し（撥油剤供給工程（ステップ＃１１、＃１２））、次に、スリーブ２およびシャフト３をそれぞれ単体で、加熱室内に持ち込んで所定時間加熱し、例えば、８０℃で１時間、さらに１２０℃で１時間加熱する（加熱（撥油剤定着）工程（ステップ＃１３、＃１４））。これにより、撥油剤中の溶剤成分を発散させて変性させ、撥油剤を定着させている。
【００１１】
次に、スリーブ２にシャフト３を挿入して組み付け（シャフト組付工程（ステップ＃１５））、さらに、スリーブ２の端部にスラストプレート１８を、シール接着剤１９を供給した状態で組み付けた（スラストプレート組付工程（ステップ＃１６））後、この流体軸受装置１を、再度、加熱室内に持ち込んで、８５℃の状態で所定時間（例えば４時間）加熱して、シール接着剤１９の硬化およびガス抜きを行っていた（加熱（シール接着剤硬化）工程（ステップ＃１７））。
【００１２】
そして、この後、スリーブ２とシャフト３との間の隙間に、潤滑剤５を充填していた（潤滑剤充填工程（ステップ＃１８））。
さらに、前述のように潤滑剤５の液量を調整するために、周囲に付着した余分な潤滑剤５を拭き取った後に液面調整を行い（液面調整工程（ステップ＃１９））、その後、スリーブ端面１４に対する潤滑剤５の液面深さを測定することにより潤滑剤５の液面を検査する（液面深さ検査工程（ステップ＃２０））。
【００１３】
これらの工程が終了した後に、残りの工程（ここでは、本発明と直接関係ないので説明を省略する）を順次遂行して、最終的に、上記のような流体軸受装置１が組立てられる。
【００１４】
次に、液面深さ検査工程（ステップ＃２０）における従来の液体潤滑剤５の液面深さ測定方法（例えば、特許文献２を参照）について説明する。
図９は従来の液面深さ測定方法における一点測定の説明図である。測定対象の流体軸受装置１が、図示しない支持台の上に載置され、その上方の所定位置に図示しない顕微鏡が配置された状態で、潤滑剤５の液面深さの測定が開始される。
【００１５】
まず、流体軸受装置１のスリーブ端面１４を顕微鏡の下方に位置させ、その状態で顕微鏡をスリーブ端面１４の方向に移動させて、その焦点がスリーブ端面１４に合ったときの顕微鏡の高さから、支持台上の基準面に対するスリーブ端面１４の高さを測定する。
【００１６】
次に、支持台を移動してスリーブ開口部６を顕微鏡の下方に位置させ、その状態で顕微鏡をスリーブ開口部６の方向に移動させて、その焦点が潤滑剤５の液面Ｍ１に合ったときの顕微鏡の高さから、支持台上の基準面に対する液面Ｍ１の高さを測定する。
【００１７】
そして、上記のようにして測定したスリーブ端面１４の高さと液面Ｍ１の高さとの差から、スリーブ端面１４に対する潤滑剤５の液面深さＫ３を求める。
以上のようにして潤滑剤５の液面深さを測定し、この液面深さを基にして、軸受け内の潤滑剤５の液量を管理することが可能である。
【００１８】
しかし通常、潤滑剤５の液面深さ測定のため流体軸受装置１を支持台に載置した場合には、各部品の加工状態により、それらの組立精度は規定内に納まっているものの、例えば水平面に対するシャフト３の軸芯の傾斜やスリーブの軸芯Ｊ１の傾斜等これらの軸芯傾斜を原因として、場合によってはシャフト３とスリーブ２間で軸芯ズレが起こり、この軸芯ズレにより、スリーブ２とシャフト３間の隙間が一定ではなく、場所によって異なってしまう。
【００１９】
このようなスリーブ２とシャフト３間の位置による隙間の大きさの違いから、液面Ｍ２は、図１０（ａ）に示すように、毛細管現象によってスリーブ２とシャフト３間の隙間が同じ大きさの隙間のところで釣り合い、この釣り合っている液面Ｍ２の高さ方向の距離が違っていても、液面Ｍ２のスリーブ２とシャフト３間の隙間の大きさは、どの液面Ｍ２の位置でも同じになって、液面Ｍ２が、３次元的な平面で釣り合って安定しようとするため、基準面であるスリーブ端面１４に対して傾斜することになり、必ずしも図９に示すように潤滑剤５の液面Ｍ１がスリーブ端面１４に対して平行になるとは限らず、このような場合には、前述の一点測定による液面深さ測定方法では、十分な測定精度が得られなくなる。
【００２０】
そこで、図１０（ｂ）の上面図に示すように、液面Ｍ２の複数点Ｃ（図では８点）を任意に決めて、それらの複数点Ｃを用いて、スリーブ端面１４に対する潤滑剤５の液面深さを多点測定し、それらの測定値による平均値を求め、液面高さの代表値として、軸受け内の潤滑剤５の液量を管理していた。
【００２１】
【特許文献１】
特開平８−２７０６５３号公報
【００２２】
【特許文献２】
特開２００１−９０７３３号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の液体潤滑剤の液面深さ測定方法では、前述のように、潤滑剤５の液面Ｍ２が、スリーブ端面１４を基準面としてこの基準面に対して傾斜している場合でも、潤滑剤５の液面深さについて十分な測定精度を得て測定精度を向上させるためには、液面Ｍ２上の測定点Ｃをできる限り増やせばよいが、このように測定点数を増加させることにより、その増加に従って全測定点Ｃにわたって液面深さ測定を行う際の測定時間が増大してしまい、組立工程全体の所要時間も増大し、結果的に製品のコストアップに繋がるという問題点を有していた。
【００２４】
一方、上記の問題点に対して、液面深さ測定を行う際の測定時間を短縮するためには、液面Ｍ２上の測定点Ｃをできる限り減らせばよいが、このように測定点数を減少させることにより、その減少に従って、潤滑剤５の液面深さについて十分な測定精度を得ることができず測定精度が低下してしまうという問題点を有していた。
【００２５】
このように、潤滑剤５の液面深さについて測定精度の低い測定方法で測定した流体軸受装置１を、例えば情報機器のスピンドルモータ等に組み込んで使用した場合には、そのスピンドルモータ毎に回転駆動時の動作特性にバラツキが発生するという問題点も有していた。
【００２６】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、潤滑剤の液面深さを測定する際に潤滑剤の液面が基準面に対して傾斜している場合にも、液面深さについて、少ない測定点数でも十分な測定精度を得ることができ、その測定時間を短縮化して製品のコストアップを抑えることができるとともに、流体軸受装置における潤滑剤の液量のバラツキを軽減して、この流体軸受装置を例えばモータ等に組み込んだ場合には、そのモータ毎の動作特性を均一化することができる流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法を提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法は、スリーブと、このスリーブ内にこれとの間に微小環状間隙を形成して挿入したシャフトと、前記微小環状間隙に充填した液体潤滑剤とから構成され、前記微小環状間隙に充填した液体潤滑剤を介して前記シャフトと前記スリーブとが略同軸上で相対的に回転駆動するようになし、かつ前記スリーブの開口部側に、開口部側ほど前記スリーブと前記シャフトとの間の間隔が大きいテーパ状環状間隙を前記微小環状間隙に連通して形成し、前記液体潤滑剤をその液面が前記テーパ状環状間隙内に位置するように充填した流体軸受装置に対して、前記液体潤滑剤の液面深さを測定するに際し、レンズ部を備えた光学機器のレンズ部の焦点を前記スリーブの開口部側の端面に合わせるとともに、前記レンズ部の焦点を前記液体潤滑剤の液面に合わせ、前記レンズ部の焦点が前記スリーブの開口部側の端面に合ったときの前記レンズ部の高さ位置と前記レンズ部の焦点が前記液体潤滑剤の液面に合ったときの前記レンズ部の高さ位置との差から、前記スリーブの端面から前記液体潤滑剤の液面までの距離を測定する流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法であって、前記スリーブの端面から前記液体潤滑剤の液面までの距離として、前記スリーブの軸芯に略垂直な平面内で前記軸芯を通る対角上にあり、前記軸芯から点対称方向のほぼ同じ距離に位置する液面の２点のみに対して、各液面までの距離を測定し、それらの平均値を前記液体潤滑剤の液面深さの代表値とする方法としたことを特徴とする。
【００２８】
以上により、スリーブの軸芯に略垂直な平面内で軸芯を通る対角上にある液面の２点のみを用いて液面深さを測定した場合でも、その測定による平均値は、多点測定を行った場合の平均値と略等しくなり、多点測定を行った場合と同等に十分な測定精度を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３０】
図１は本実施の形態の流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法を実現するための基本構成図である。図２は図１の要部拡大図であり、図３は液面深さの条件を示す部分拡大図である。なお、従来技術において説明した事項及び符号の説明は省略する。
【００３１】
図１および図２は図６に示した流体軸受装置１においてそれに用いる潤滑剤５の液面深さを測定する基本的な方法を示すものであって、流体軸受装置１が支持台２０の上に載置され、流体軸受装置１の上方の所定位置に、測長ゲージ（ハイトゲージ）２４を備えた顕微鏡２２が配置されている。
【００３２】
潤滑剤５の液面深さを測定するに際しては、まず、顕微鏡２２のレンズ部２３の高さ位置を、支持台２０の表面を基準面とする測長ゲージ２４の目盛に合わせてレンズ部２３の初期位置を読み取り、それをレンズ部２３の基準面からの高さとして測定する。
【００３３】
次いで、支持台２０をＸ−Ｙ方向（水平方向）へ適宜移動してスリーブ２の端面１４を顕微鏡２２のレンズ部２３の下方に位置させ、その状態でレンズ部２３をスリーブ端面１４の方向に移動させて焦点をスリーブ端面１４に合わせ、焦点が合ったときのレンズ部２３の高さ位置を測長ゲージ２４にて読み取って、その値からスリーブ端面１４の高さＬ１を測定する。
【００３４】
次いで、支持台２０をＸ方向へ移動してスリーブ２の開口部６をレンズ部２３の下方に位置させ、その状態でレンズ部２３をキャピラリシール面１２の方向に移動させて焦点をキャピラリシール面１２に合わせ、焦点が合ったときのレンズ部２３の高さ位置を測長ゲージ２４にて読み取って、その値からキャピラリシール面１２の高さＬ２を測定する。
【００３５】
そして、スリーブ端面１４の高さＬ１とキャピラリシール面１２の高さＬ２の値から、次式によってスリーブ端面１４からの潤滑剤５の液面深さＬを求める。すなわち、潤滑剤５の液面深さは、レンズ部２３の焦点がスリーブ開口部６側のスリーブ端面１４に合ったときのレンズ部２３の高さ位置とレンズ部２３の焦点が潤滑剤５の液面１２に合ったときのレンズ部２３の高さ位置との差から求められる。
潤滑剤５の液面深さ＝Ｌ１−Ｌ２
以上のようにして潤滑剤５の液面深さを測定できることから、流体軸受装置１へ潤滑剤５を充填するに際しては、図３に示すように、充填する潤滑剤５の高温時における膨張時の液面深さ３４、低温時又は蒸発による減少時の液面深さ３５を考慮して、予め高温時に潤滑剤５が流出しないように液面深さに上限３２を設定するとともに、蒸発などによる潤滑剤５の液量の減少によって寿命が短縮されずかつ低温時に軸受内に気液境界面が形成されないように液面深さの下限３３を設定し、それによって所定の液面深さのキャピラリシール面１２になるように潤滑剤５の液量を調整する。
【００３６】
基本的には上記のように、測定した潤滑剤５の液面深さを基にして潤滑剤５の液量を調整するが、潤滑剤５の液面深さ測定の際には、支持台２０に流体軸受装置１を載置した状態で潤滑剤５の液面深さ測定が行われており、このように支持台２０上に載置されている流体軸受装置１では、各部品の加工状態により、それらの組立精度は規定内に納まっているものの、例えば水平面に対するシャフト３の軸芯傾斜やスリーブ２の軸芯傾斜等これらの軸芯傾斜を原因として、場合によってはシャフト３とスリーブ２間で軸芯ズレが起こることがあり、この軸芯ズレにより、スリーブ２とシャフト３間の隙間が一定ではなく場所によって異なる場合がある。
【００３７】
このような場合には、スリーブ２とシャフト３間の位置による隙間の大きさの違いから、図４（ａ）に示すように、潤滑剤５の液面Ｍ２は、毛細管現象によってスリーブ２とシャフト３間の隙間が同じ大きさの隙間のところで釣り合い、この釣り合っている液面Ｍ２の高さ方向の距離が違っていても、液面Ｍ２のスリーブ２とシャフト３間の隙間の大きさは、どの液面Ｍ２の位置でも同じになって、液面Ｍ２が、３次元的な平面で釣り合って安定しようとするため、基準面であるスリーブ端面１４に対して傾斜することになり、必ずしも図１および図２に示すように潤滑剤５の液面がスリーブ端面１４に対して平行になるとは限らない。
【００３８】
このような状況がいつ発生しても、それに対して常に対処ができるようにするため、通常から、図１〜図３に示す測定方法を基本にして、図４（ｂ）に示すように、スリーブ端面１４から潤滑剤５の液面Ｍ２までの距離として、スリーブ２の軸芯Ｊ１に略垂直な平面内で軸芯Ｊ１を通る対角Ｔ１（軸芯Ｊ１を中心とする角度として１８０°）上にある液面の２点Ａ、Ｂを設定し、この２点Ａ、Ｂのみについて、それぞれ上記の基本的な測定方法に従って、スリーブ端面１４から各液面までの距離Ｋ１、Ｋ２を測定し、それらの平均値（Ｋ１＋Ｋ２）／２を潤滑剤５の液面深さの代表値として、さらに上記の基本的な測定方法に従って、所定の液面深さのキャピラリシール面１２になるように潤滑剤５の液量を調整する。
【００３９】
本実施の形態の測定方法では、スリーブ２の軸芯Ｊ１に略垂直な平面内で軸芯Ｊ１を通る対角線Ｔ１は、軸芯Ｊ１を通れば平面上のどの方向でも良く、図４（ａ）に示すように、必ずしも、スリーブ端面１４から潤滑剤５の液面Ｍ２までの距離が最大値Ｋ１および最小値Ｋ２である２点Ａ、Ｂを通るように設定する必要はない。
【００４０】
以上のようにして、本実施の形態の測定方法によって得られた液面深さの測定結果の一例を、多点測定として例えば４点測定を行った場合と比較して、図５に示す。この測定結果からも分かるように、本実施の形態の測定方法による平均値と４点測定を行った場合の平均値とが略等しくなっており、対角Ｔ１上の２点Ａ、Ｂのみの液面深さ測定でも十分な測定精度を得ることができる。
【００４１】
そのため、潤滑剤５の液面深さを測定する際に潤滑剤５の液面が基準面（スリーブ端面１４）に対して傾斜している場合にも、液面深さについて、少ない測定点数でも十分な測定精度を得ることができ、その測定時間を短縮化して製品のコストアップを抑えることができるとともに、流体軸受装置における潤滑剤の液量のバラツキを軽減することができる。
【００４２】
その結果、上記の流体軸受装置を、例えばモータ等に組み込んだ場合には、そのモータ毎の動作特性を均一化することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スリーブの軸芯に略垂直な平面内で軸芯を通る対角上にある液面の２点のみを用いて液面深さを測定した場合でも、その測定による平均値は、多点測定を行った場合の平均値と略等しくなり、多点測定を行った場合と同等に十分な測定精度を得ることができる。
【００４４】
そのため、潤滑剤の液面深さを測定する際に潤滑剤の液面が基準面に対して傾斜している場合にも、液面深さについて、少ない測定点数でも十分な測定精度を得ることができ、その測定時間を短縮化して製品のコストアップを抑えることができるとともに、流体軸受装置における潤滑剤の液量のバラツキを軽減することができる。
【００４５】
その結果、上記の流体軸受装置を、例えばモータ等に組み込んだ場合には、そのモータ毎の動作特性を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法を実現するための基本構成を示す断面図
【図２】同実施の形態の液面深さ測定方法を実現するための基本構成の要部断面図
【図３】同実施の形態の液面深さ測定方法における液面深さを示す部分拡大図
【図４】同実施の形態の液面深さ測定方法における測定点の説明図
【図５】同実施の形態の液面深さ測定方法における測定結果の従来との比較説明図
【図６】一般的な流体軸受装置の構造を示す断面図
【図７】一般的な流体軸受装置の他の構造を示す断面図
【図８】一般的な流体軸受装置の組立工程を示すフローチャート
【図９】従来の液面深さ測定方法における一点測定の説明図
【図１０】従来の液面深さ測定方法における多点測定の説明図
【符号の説明】
１ 流体軸受装置
２ スリーブ
３ シャフト
４ 微小環状隙間
５ 潤滑剤
６ スリーブ開口部
７ スリーブ内周面
８ シャフト外周面
９ テーパ面
１０ テーパ状環状隙間
１１ 突出部
１２ キャピラリーシール面
１３ テーパ面
１４ スリーブ端面
１８ スラストプレート
１９ シール接着剤
２０ 支持台
２２ 顕微鏡
２３ レンズ部
２４ 測長ゲージ
３２ 液面レベルの上限
３３ 液面レベルの下限
３４ 膨張時の液面深さ
３５ 減少時の液面深さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばスピンドルモータ等に使用されスリーブ内で液体潤滑剤を介してシャフトが回転する流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば情報機器のスピンドルモータ等に使用され、そのスピンドルモータの回転駆動力を得るために、磁気回路による駆動源を用いて、スリーブ内で液体潤滑剤を介してシャフトが回転する流体軸受装置（例えば、特許文献１を参照）においては、軸受内への液体潤滑剤の充填方法として、液体潤滑剤を、真空ポンプを利用して、軸受内すなわちスリーブとシャフトとの間に形成された微小間隙に充填する方法が提案されている。
【０００３】
以上のような流体軸受装置について、以下に説明する。
図６は一般的な流体軸受装置の構造を示す断面図である。図６において、流体軸受装置１は、スリーブ２と、このスリーブ２内に挿入したシャフト３と、スリーブ２とシャフト３との間に形成された微小環状間隙４に充填した潤滑剤５とから構成され、シャフト３のスリーブ２からの突出部１１がスピンドルモータのハウジング又はブラケットに固定され、シャフト３が潤滑剤５を介してスリーブ２に軸受支持されて回転駆動するものである。
【０００４】
スリーブ２は一端側が開口して開口部６が形成され、このスリーブ２内にはこれとの間に所定間隔の微小環状間隙４を形成してシャフト３が挿入されている。スリーブ２の開口部６側の内周面７に対向するシャフト３の外周面８をテーパ状に切り欠いてテーパ面９を形成し、それによってスリーブ開口部６側に微小環状間隙４よりもスリーブ２とシャフト３との間の間隔が大きくかつこの間隔が開口部６側ほど大きいテーパ状環状間隙１０が微小環状間隙４に連通して形成されている。そして、シャフト３にはスピンドルモータに取り付けるための突出部１１がスリーブ開口部６よりも上方に突出し、この突出部１１の外径Ｄ１はスリーブ２の内径Ｄ２よりも小径に形成されている。
【０００５】
前記構成において、潤滑剤５をスリーブ開口部６から例えば真空注入によってテーパ状環状間隙１０内に注入する。注入された潤滑剤５は、テーパ状環状間隙１０によって毛細管現象が促進されて、微小環状間隙４に空気などを含むことなく充填されるとともに、テーパ状環状間隙１０内に毛細管現象によって維持された潤滑剤５の液面すなわちキャピラリシール面１２が形成される。このキャピラリシール面１２は、変動することがなく安定した液面深さが保持される。
【０００６】
また、他の流体軸受装置について、次に説明する。
図７は他の流体軸受装置の構造を示す断面図である。なお、図６において説明した事項及び符号の説明は省略する。図７において、流体軸受装置１は、スリーブ２にその内周面７を開口部６側において切り欠いてテーパ面１３を形成し、それによってテーパ状環状間隙１０を形成したものであって、シャフト３が潤滑剤５を介してスリーブ２に軸受支持されて回転駆動するものである。
【０００７】
しかし、上記のような流体軸受装置１において、テーパ状環状間隙１０および微小環状間隙４からなる微小間隙に充填された潤滑剤５の液量が適正に管理されなかった場合、例えば、潤滑剤５の液量が少ない場合には時間の経過とともに潤滑剤５が蒸発して液量が減少し、潤滑剤５の不足により、軸受内に空気が巻き込まれたり、摩擦による焼き付きを起こして流体軸受装置１としての機能を損なうおそれがあった。
【０００８】
一方、潤滑剤５の液量が多過ぎる場合には、その使用環境が高温になった時に潤滑剤５が膨張して軸受の外部に流出し、それによって流体軸受装置１が組み込まれたスピンドルモータに取り付けた機器が汚染されてその機能を損なうという問題があり、例えば磁気記録装置においては流出した潤滑剤５によって記録媒体（メディア）がヘッドに張り付くという致命的な問題を引き起こし、磁気記録装置としての本来の機能を損なうという問題があった。
【０００９】
したがって、これらの問題が発生しないように、上記のような流体軸受装置１の組立工程においては、スリーブ端面１４に対するキャピラリシール面１２の液面深さを調節することによって潤滑剤５の液量を適正な量に調整するために、潤滑剤５のスリーブ端面１４に対する液面深さを測定することが重要な要素となってくる。
【００１０】
ここで、上記のような流体軸受装置１の組立工程について説明する。
図８は一般的な流体軸受装置の組立工程を示すフローチャートである。図８に示すように、まず、スリーブ２にシャフト３を挿入していない状態で、それぞれに撥油剤を塗布し（撥油剤供給工程（ステップ＃１１、＃１２））、次に、スリーブ２およびシャフト３をそれぞれ単体で、加熱室内に持ち込んで所定時間加熱し、例えば、８０℃で１時間、さらに１２０℃で１時間加熱する（加熱（撥油剤定着）工程（ステップ＃１３、＃１４））。これにより、撥油剤中の溶剤成分を発散させて変性させ、撥油剤を定着させている。
【００１１】
次に、スリーブ２にシャフト３を挿入して組み付け（シャフト組付工程（ステップ＃１５））、さらに、スリーブ２の端部にスラストプレート１８を、シール接着剤１９を供給した状態で組み付けた（スラストプレート組付工程（ステップ＃１６））後、この流体軸受装置１を、再度、加熱室内に持ち込んで、８５℃の状態で所定時間（例えば４時間）加熱して、シール接着剤１９の硬化およびガス抜きを行っていた（加熱（シール接着剤硬化）工程（ステップ＃１７））。
【００１２】
そして、この後、スリーブ２とシャフト３との間の隙間に、潤滑剤５を充填していた（潤滑剤充填工程（ステップ＃１８））。
さらに、前述のように潤滑剤５の液量を調整するために、周囲に付着した余分な潤滑剤５を拭き取った後に液面調整を行い（液面調整工程（ステップ＃１９））、その後、スリーブ端面１４に対する潤滑剤５の液面深さを測定することにより潤滑剤５の液面を検査する（液面深さ検査工程（ステップ＃２０））。
【００１３】
これらの工程が終了した後に、残りの工程（ここでは、本発明と直接関係ないので説明を省略する）を順次遂行して、最終的に、上記のような流体軸受装置１が組立てられる。
【００１４】
次に、液面深さ検査工程（ステップ＃２０）における従来の液体潤滑剤５の液面深さ測定方法（例えば、特許文献２を参照）について説明する。
図９は従来の液面深さ測定方法における一点測定の説明図である。測定対象の流体軸受装置１が、図示しない支持台の上に載置され、その上方の所定位置に図示しない顕微鏡が配置された状態で、潤滑剤５の液面深さの測定が開始される。
【００１５】
まず、流体軸受装置１のスリーブ端面１４を顕微鏡の下方に位置させ、その状態で顕微鏡をスリーブ端面１４の方向に移動させて、その焦点がスリーブ端面１４に合ったときの顕微鏡の高さから、支持台上の基準面に対するスリーブ端面１４の高さを測定する。
【００１６】
次に、支持台を移動してスリーブ開口部６を顕微鏡の下方に位置させ、その状態で顕微鏡をスリーブ開口部６の方向に移動させて、その焦点が潤滑剤５の液面Ｍ１に合ったときの顕微鏡の高さから、支持台上の基準面に対する液面Ｍ１の高さを測定する。
【００１７】
そして、上記のようにして測定したスリーブ端面１４の高さと液面Ｍ１の高さとの差から、スリーブ端面１４に対する潤滑剤５の液面深さＫ３を求める。
以上のようにして潤滑剤５の液面深さを測定し、この液面深さを基にして、軸受け内の潤滑剤５の液量を管理することが可能である。
【００１８】
しかし通常、潤滑剤５の液面深さ測定のため流体軸受装置１を支持台に載置した場合には、各部品の加工状態により、それらの組立精度は規定内に納まっているものの、例えば水平面に対するシャフト３の軸芯の傾斜やスリーブの軸芯Ｊ１の傾斜等これらの軸芯傾斜を原因として、場合によってはシャフト３とスリーブ２間で軸芯ズレが起こり、この軸芯ズレにより、スリーブ２とシャフト３間の隙間が一定ではなく、場所によって異なってしまう。
【００１９】
このようなスリーブ２とシャフト３間の位置による隙間の大きさの違いから、液面Ｍ２は、図１０（ａ）に示すように、毛細管現象によってスリーブ２とシャフト３間の隙間が同じ大きさの隙間のところで釣り合い、この釣り合っている液面Ｍ２の高さ方向の距離が違っていても、液面Ｍ２のスリーブ２とシャフト３間の隙間の大きさは、どの液面Ｍ２の位置でも同じになって、液面Ｍ２が、３次元的な平面で釣り合って安定しようとするため、基準面であるスリーブ端面１４に対して傾斜することになり、必ずしも図９に示すように潤滑剤５の液面Ｍ１がスリーブ端面１４に対して平行になるとは限らず、このような場合には、前述の一点測定による液面深さ測定方法では、十分な測定精度が得られなくなる。
【００２０】
そこで、図１０（ｂ）の上面図に示すように、液面Ｍ２の複数点Ｃ（図では８点）を任意に決めて、それらの複数点Ｃを用いて、スリーブ端面１４に対する潤滑剤５の液面深さを多点測定し、それらの測定値による平均値を求め、液面高さの代表値として、軸受け内の潤滑剤５の液量を管理していた。
【００２１】
【特許文献１】
特開平８−２７０６５３号公報
【００２２】
【特許文献２】
特開２００１−９０７３３号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の液体潤滑剤の液面深さ測定方法では、前述のように、潤滑剤５の液面Ｍ２が、スリーブ端面１４を基準面としてこの基準面に対して傾斜している場合でも、潤滑剤５の液面深さについて十分な測定精度を得て測定精度を向上させるためには、液面Ｍ２上の測定点Ｃをできる限り増やせばよいが、このように測定点数を増加させることにより、その増加に従って全測定点Ｃにわたって液面深さ測定を行う際の測定時間が増大してしまい、組立工程全体の所要時間も増大し、結果的に製品のコストアップに繋がるという問題点を有していた。
【００２４】
一方、上記の問題点に対して、液面深さ測定を行う際の測定時間を短縮するためには、液面Ｍ２上の測定点Ｃをできる限り減らせばよいが、このように測定点数を減少させることにより、その減少に従って、潤滑剤５の液面深さについて十分な測定精度を得ることができず測定精度が低下してしまうという問題点を有していた。
【００２５】
このように、潤滑剤５の液面深さについて測定精度の低い測定方法で測定した流体軸受装置１を、例えば情報機器のスピンドルモータ等に組み込んで使用した場合には、そのスピンドルモータ毎に回転駆動時の動作特性にバラツキが発生するという問題点も有していた。
【００２６】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、潤滑剤の液面深さを測定する際に潤滑剤の液面が基準面に対して傾斜している場合にも、液面深さについて、少ない測定点数でも十分な測定精度を得ることができ、その測定時間を短縮化して製品のコストアップを抑えることができるとともに、流体軸受装置における潤滑剤の液量のバラツキを軽減して、この流体軸受装置を例えばモータ等に組み込んだ場合には、そのモータ毎の動作特性を均一化することができる流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法を提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法は、スリーブと、このスリーブ内にこれとの間に微小環状間隙を形成して挿入したシャフトと、前記微小環状間隙に充填した液体潤滑剤とから構成され、前記微小環状間隙に充填した液体潤滑剤を介して前記シャフトと前記スリーブとが略同軸上で相対的に回転駆動するようになし、かつ前記スリーブの開口部側に、開口部側ほど前記スリーブと前記シャフトとの間の間隔が大きいテーパ状環状間隙を前記微小環状間隙に連通して形成し、前記液体潤滑剤をその液面が前記テーパ状環状間隙内に位置するように充填した流体軸受装置に対して、前記液体潤滑剤の液面深さを測定するに際し、レンズ部を備えた光学機器のレンズ部の焦点を前記スリーブの開口部側の端面に合わせるとともに、前記レンズ部の焦点を前記液体潤滑剤の液面に合わせ、前記レンズ部の焦点が前記スリーブの開口部側の端面に合ったときの前記レンズ部の高さ位置と前記レンズ部の焦点が前記液体潤滑剤の液面に合ったときの前記レンズ部の高さ位置との差から、前記スリーブの端面から前記液体潤滑剤の液面までの距離を測定する流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法であって、前記スリーブの端面から前記液体潤滑剤の液面までの距離として、前記スリーブの軸芯に略垂直な平面内で前記軸芯を通る対角上にあり、前記軸芯から点対称方向のほぼ同じ距離に位置する液面の２点のみに対して、各液面までの距離を測定し、それらの平均値を前記液体潤滑剤の液面深さの代表値とする方法としたことを特徴とする。
【００２８】
以上により、スリーブの軸芯に略垂直な平面内で軸芯を通る対角上にある液面の２点のみを用いて液面深さを測定した場合でも、その測定による平均値は、多点測定を行った場合の平均値と略等しくなり、多点測定を行った場合と同等に十分な測定精度を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３０】
図１は本実施の形態の流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法を実現するための基本構成図である。図２は図１の要部拡大図であり、図３は液面深さの条件を示す部分拡大図である。なお、従来技術において説明した事項及び符号の説明は省略する。
【００３１】
図１および図２は図６に示した流体軸受装置１においてそれに用いる潤滑剤５の液面深さを測定する基本的な方法を示すものであって、流体軸受装置１が支持台２０の上に載置され、流体軸受装置１の上方の所定位置に、測長ゲージ（ハイトゲージ）２４を備えた顕微鏡２２が配置されている。
【００３２】
潤滑剤５の液面深さを測定するに際しては、まず、顕微鏡２２のレンズ部２３の高さ位置を、支持台２０の表面を基準面とする測長ゲージ２４の目盛に合わせてレンズ部２３の初期位置を読み取り、それをレンズ部２３の基準面からの高さとして測定する。
【００３３】
次いで、支持台２０をＸ−Ｙ方向（水平方向）へ適宜移動してスリーブ２の端面１４を顕微鏡２２のレンズ部２３の下方に位置させ、その状態でレンズ部２３をスリーブ端面１４の方向に移動させて焦点をスリーブ端面１４に合わせ、焦点が合ったときのレンズ部２３の高さ位置を測長ゲージ２４にて読み取って、その値からスリーブ端面１４の高さＬ１を測定する。
【００３４】
次いで、支持台２０をＸ方向へ移動してスリーブ２の開口部６をレンズ部２３の下方に位置させ、その状態でレンズ部２３をキャピラリシール面１２の方向に移動させて焦点をキャピラリシール面１２に合わせ、焦点が合ったときのレンズ部２３の高さ位置を測長ゲージ２４にて読み取って、その値からキャピラリシール面１２の高さＬ２を測定する。
【００３５】
そして、スリーブ端面１４の高さＬ１とキャピラリシール面１２の高さＬ２の値から、次式によってスリーブ端面１４からの潤滑剤５の液面深さＬを求める。すなわち、潤滑剤５の液面深さは、レンズ部２３の焦点がスリーブ開口部６側のスリーブ端面１４に合ったときのレンズ部２３の高さ位置とレンズ部２３の焦点が潤滑剤５の液面１２に合ったときのレンズ部２３の高さ位置との差から求められる。
潤滑剤５の液面深さ＝Ｌ１−Ｌ２
以上のようにして潤滑剤５の液面深さを測定できることから、流体軸受装置１へ潤滑剤５を充填するに際しては、図３に示すように、充填する潤滑剤５の高温時における膨張時の液面深さ３４、低温時又は蒸発による減少時の液面深さ３５を考慮して、予め高温時に潤滑剤５が流出しないように液面深さに上限３２を設定するとともに、蒸発などによる潤滑剤５の液量の減少によって寿命が短縮されずかつ低温時に軸受内に気液境界面が形成されないように液面深さの下限３３を設定し、それによって所定の液面深さのキャピラリシール面１２になるように潤滑剤５の液量を調整する。
【００３６】
基本的には上記のように、測定した潤滑剤５の液面深さを基にして潤滑剤５の液量を調整するが、潤滑剤５の液面深さ測定の際には、支持台２０に流体軸受装置１を載置した状態で潤滑剤５の液面深さ測定が行われており、このように支持台２０上に載置されている流体軸受装置１では、各部品の加工状態により、それらの組立精度は規定内に納まっているものの、例えば水平面に対するシャフト３の軸芯傾斜やスリーブ２の軸芯傾斜等これらの軸芯傾斜を原因として、場合によってはシャフト３とスリーブ２間で軸芯ズレが起こることがあり、この軸芯ズレにより、スリーブ２とシャフト３間の隙間が一定ではなく場所によって異なる場合がある。
【００３７】
このような場合には、スリーブ２とシャフト３間の位置による隙間の大きさの違いから、図４（ａ）に示すように、潤滑剤５の液面Ｍ２は、毛細管現象によってスリーブ２とシャフト３間の隙間が同じ大きさの隙間のところで釣り合い、この釣り合っている液面Ｍ２の高さ方向の距離が違っていても、液面Ｍ２のスリーブ２とシャフト３間の隙間の大きさは、どの液面Ｍ２の位置でも同じになって、液面Ｍ２が、３次元的な平面で釣り合って安定しようとするため、基準面であるスリーブ端面１４に対して傾斜することになり、必ずしも図１および図２に示すように潤滑剤５の液面がスリーブ端面１４に対して平行になるとは限らない。
【００３８】
このような状況がいつ発生しても、それに対して常に対処ができるようにするため、通常から、図１〜図３に示す測定方法を基本にして、図４（ｂ）に示すように、スリーブ端面１４から潤滑剤５の液面Ｍ２までの距離として、スリーブ２の軸芯Ｊ１に略垂直な平面内で軸芯Ｊ１を通る対角Ｔ１（軸芯Ｊ１を中心とする角度として１８０°）上にある液面の２点Ａ、Ｂを設定し、この２点Ａ、Ｂのみについて、それぞれ上記の基本的な測定方法に従って、スリーブ端面１４から各液面までの距離Ｋ１、Ｋ２を測定し、それらの平均値（Ｋ１＋Ｋ２）／２を潤滑剤５の液面深さの代表値として、さらに上記の基本的な測定方法に従って、所定の液面深さのキャピラリシール面１２になるように潤滑剤５の液量を調整する。
【００３９】
本実施の形態の測定方法では、スリーブ２の軸芯Ｊ１に略垂直な平面内で軸芯Ｊ１を通る対角線Ｔ１は、軸芯Ｊ１を通れば平面上のどの方向でも良く、図４（ａ）に示すように、必ずしも、スリーブ端面１４から潤滑剤５の液面Ｍ２までの距離が最大値Ｋ１および最小値Ｋ２である２点Ａ、Ｂを通るように設定する必要はない。
【００４０】
以上のようにして、本実施の形態の測定方法によって得られた液面深さの測定結果の一例を、多点測定として例えば４点測定を行った場合と比較して、図５に示す。この測定結果からも分かるように、本実施の形態の測定方法による平均値と４点測定を行った場合の平均値とが略等しくなっており、対角Ｔ１上の２点Ａ、Ｂのみの液面深さ測定でも十分な測定精度を得ることができる。
【００４１】
そのため、潤滑剤５の液面深さを測定する際に潤滑剤５の液面が基準面（スリーブ端面１４）に対して傾斜している場合にも、液面深さについて、少ない測定点数でも十分な測定精度を得ることができ、その測定時間を短縮化して製品のコストアップを抑えることができるとともに、流体軸受装置における潤滑剤の液量のバラツキを軽減することができる。
【００４２】
その結果、上記の流体軸受装置を、例えばモータ等に組み込んだ場合には、そのモータ毎の動作特性を均一化することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スリーブの軸芯に略垂直な平面内で軸芯を通る対角上にある液面の２点のみを用いて液面深さを測定した場合でも、その測定による平均値は、多点測定を行った場合の平均値と略等しくなり、多点測定を行った場合と同等に十分な測定精度を得ることができる。
【００４４】
そのため、潤滑剤の液面深さを測定する際に潤滑剤の液面が基準面に対して傾斜している場合にも、液面深さについて、少ない測定点数でも十分な測定精度を得ることができ、その測定時間を短縮化して製品のコストアップを抑えることができるとともに、流体軸受装置における潤滑剤の液量のバラツキを軽減することができる。
【００４５】
その結果、上記の流体軸受装置を、例えばモータ等に組み込んだ場合には、そのモータ毎の動作特性を均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法を実現するための基本構成を示す断面図
【図２】同実施の形態の液面深さ測定方法を実現するための基本構成の要部断面図
【図３】同実施の形態の液面深さ測定方法における液面深さを示す部分拡大図
【図４】同実施の形態の液面深さ測定方法における測定点の説明図
【図５】同実施の形態の液面深さ測定方法における測定結果の従来との比較説明図
【図６】一般的な流体軸受装置の構造を示す断面図
【図７】一般的な流体軸受装置の他の構造を示す断面図
【図８】一般的な流体軸受装置の組立工程を示すフローチャート
【図９】従来の液面深さ測定方法における一点測定の説明図
【図１０】従来の液面深さ測定方法における多点測定の説明図
【符号の説明】
１ 流体軸受装置
２ スリーブ
３ シャフト
４ 微小環状隙間
５ 潤滑剤
６ スリーブ開口部
７ スリーブ内周面
８ シャフト外周面
９ テーパ面
１０ テーパ状環状隙間
１１ 突出部
１２ キャピラリーシール面
１３ テーパ面
１４ スリーブ端面
１８ スラストプレート
１９ シール接着剤
２０ 支持台
２２ 顕微鏡
２３ レンズ部
２４ 測長ゲージ
３２ 液面レベルの上限
３３ 液面レベルの下限
３４ 膨張時の液面深さ
３５ 減少時の液面深さ
Claims (1)
- スリーブと、
このスリーブ内にこれとの間に微小環状間隙を形成して挿入したシャフトと、
前記微小環状間隙に充填した液体潤滑剤とから構成され、
前記微小環状間隙に充填した液体潤滑剤を介して前記シャフトと前記スリーブとが略同軸上で相対的に回転駆動するようになし、かつ前記スリーブの開口部側に、開口部側ほど前記スリーブと前記シャフトとの間の間隔が大きいテーパ状環状間隙を前記微小環状間隙に連通して形成し、前記液体潤滑剤をその液面が前記テーパ状環状間隙内に位置するように充填した流体軸受装置に対して、
前記液体潤滑剤の液面深さを測定するに際し、レンズ部を備えた光学機器のレンズ部の焦点を前記スリーブの開口部側の端面に合わせるとともに、前記レンズ部の焦点を前記液体潤滑剤の液面に合わせ、前記レンズ部の焦点が前記スリーブの開口部側の端面に合ったときの前記レンズ部の高さ位置と前記レンズ部の焦点が前記液体潤滑剤の液面に合ったときの前記レンズ部の高さ位置との差から、前記スリーブの端面から前記液体潤滑剤の液面までの距離を測定する流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法であって、
前記スリーブの端面から前記液体潤滑剤の液面までの距離として、前記スリーブの軸芯に略垂直な平面内で前記軸芯を通る対角上にあり、前記軸芯から点対称方向のほぼ同じ距離に位置する液面の２点のみに対して、各液面までの距離を測定し、それらの平均値を前記液体潤滑剤の液面深さの代表値とすることを特徴とする流体軸受装置における液体潤滑剤の液面深さ測定方法。
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