JP2001065577A - 動圧型軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストに能率良く生産可能で、かつ薄型化
も可能な動圧型軸受ユニットを提供する。 【解決手段】 軸部材２の外周にラジアル軸受すきまＣ
ｒを介して円筒状の軸受部材４を配置する。軸部材２と
軸受部材４との相対回転でラジアル軸受すきまＣｒに動
圧油膜を形成して軸部材を非接触支持し、かつラジアル
軸受すきまＣｒの一端側を、軸受部材４側の第一シール
面51と、これに微小なシールすきまＤを介して対向させ
た軸部材２側の第二シール面52とを有するシール装置５
でシールする。第二シール面52は、軸部材２に装着した
シール部材14の表面に形成し、第一および第二シール面
51、52のうちの少なくとも一方のシール面をＰＴＦＥ等
の揆油性を有する樹脂材で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動圧型軸受ユニッ
トに関する。この軸受ユニットは、特に情報機器、例え
ばＨＤＤ、ＦＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等
の光磁気ディスク装置などのスピンドルモータ、あるい
はレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナ
モータなどのスピンドル支持用として好適なものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】上記各種情報機器のスピンドルモータに
は、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化な
どが求められている。これらの要求性能を決定づける構
成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受
があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能
に優れた特性を有する動圧型軸受の使用が検討され、あ
るいは実際に使用されている。

【０００３】図６はこの種のスピンドルモータの一例
で、軸受ユニット21で回転自在に支持された軸部材22
（軸22ａと、軸22ａへの装着によりフランジ部となるス
ラスト円盤22ｂとで構成される）を、軸受部材24側に固
定したモータステータＭｓと、軸部材22側に装着したモ
ータロータＭｒとの間に生じる励磁力で回転駆動する構
造である。軸受ユニット21には、軸部材22をラジアル方
向で支持するラジアル軸受部30とスラスト円盤22ｂをス
ラスト方向で支持するスラスト軸受部31とが設けられ、
これらの軸受部30、31は何れも軸受面に動圧発生用の溝
（動圧溝）を有する動圧型軸受とされる。ラジアル軸受
部30の動圧溝は、軸受部材24の内周面（あるいは軸22ａ
の外周面）に形成され、スラスト軸受部31の動圧溝は、
軸部材22の下端に固定したスラスト円盤22ｂの両端面
（あるいは当該端面に対向する面）にそれぞれ形成され
る。軸受部材24の底部にはバックメタル26が嵌め込ま
れ、軸受部材24の底部側の開口部が封口されている。

【０００４】軸部材22が回転すると、ラジアル軸受部30
の軸受すきまＣｒ（軸22ａの外周面と軸受部材24の内周
面との間のすきま）やスラスト軸受部31の軸受すきまＣ
s1、Ｃs2（スラスト円盤22ｂの両端面と、軸受部材24の
端面およびバックメタル26の端面との間のすきま）に動
圧油膜が形成され、軸部材２が非接触状態で回転自在に
支持される。

【０００５】上記軸受ユニットにおいては、ラジアル軸
受すきまＣｒからの油漏れを防止するため、軸受部材24
の上端側開口部がシール装置25によってシールされる。
このシール装置25のシール構造は、動圧型軸受を用いる
目的（回転精度の向上）との兼ね合いから非接触構造と
する場合がほとんどで、上下反転させた場合にも油漏れ
が生じないよう様々な工夫がなされている。図６では一
例として、軸受部材24の内周面の開口側を徐々に拡径す
るテーパ面とし、毛細管現象により油を軸受すきまＣｒ
に保持する構造を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、例えばノート型
パソコンへの搭載等を考慮し、軸受ユニットのさらなる
コンパクト化、特に軸方向寸法の短縮化（薄型化）の要
求が高まっている。しかし、図６に示す構造では、シー
ル装置25の軸方向寸法に一定幅が必要とされるため、さ
らなる薄型化は難しい。

【０００７】一方、他のシール装置25として、図７に示
すように、軸受部材24の一端側に、軸22ａの外周面との
間でラビリンスシールを構成するシール板27を配置し、
このシール板27に面する軸22ａの外周面に揆油剤28を塗
布した構造も提案されている。この構造では、図６に示
す構造と比べて薄型化は可能であるが、揆油剤28のコー
ティング厚さがラジアル軸受すきまＣｒと同等もしくは
それ以上になるため、組立の都合上、揆油剤28の塗布は
軸受部材24に軸部材22を組み込んだ後で行う必要があ
る。この場合、塗布時に揆油剤28がラジアル軸受すきま
Ｃｒに入り込むおそれがあり、これを防止するための種
々の対策が必要となってコスト高を招く。また、揆油剤
28の乾燥時間が必要とされ、この点もコスト高の要因と
なる。

【０００８】そこで、本発明は、低コストに能率良く生
産可能で、かつ薄型化も可能な動圧型軸受ユニットの提
供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる動圧型軸受ユニットは、軸部材の外
周にラジアル軸受すきまを介して軸受部材を配置し、軸
部材と軸受部材との相対回転で上記ラジアル軸受すきま
に動圧油膜を形成して軸部材を非接触支持し、かつラジ
アル軸受すきまの一端側を、軸受部材側の第一シール面
と、これに微小なシールすきまを介して対向させた軸部
材側の第二シール面とを有するシール装置でシールする
ものにおいて、上記第二シール面を軸部材に装着したシ
ール部材に設け、第一および第二シール面のうちの少な
くとも一方を揆油性を有するものとした。

【００１０】上記のように第一シール面は軸受部材側
に、第二シール面は軸部材側に設けられるが、ここでの
「軸受部材側」や「軸部材側」は、固定側もしくは回転
側の部材、を意味する。すなわち、軸受部材が回転する
時は回転側の部材（軸受部材あるいはその他の部材）
に、軸受部材が固定されている時は固定側の当該部材に
第一シール面が設けられる。同様に軸部材側の第二シー
ル面は、軸部材が回転する時は軸部材側の部材（軸部材
あるいはその他の部材）に、軸部材が固定されている時
は固定側の当該部材に設けられる。

【００１１】揆油性のシール面は、油に対して９０°以
上の接触角を有するもの、例えば樹脂材で形成すること
ができる。特に樹脂材としてはＰＴＦＥが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図５に基いて説明する。

【００１３】図１に本発明にかかる動圧型軸受ユニット
１を示す。この軸受ユニット１は、図６および図７と同
様の情報機器用スピンドルモータ、例えばＨＤＤ（ハー
ドディスクドライブ）スピンドルモータに装備される。

【００１４】図１に示すように、軸受ユニット１は、軸
部材２と、ケーシング３の内周面に固定されたほぼ円筒
状の軸受部材４と、軸受部材４の一端側（軸部材２の突
出側をいう）を密封するシール装置５とを主な構成要素
とする。

【００１５】軸受部材４の底部（他端側）には段差が設
けられ、この段差部分にバックメタル等の閉塞部材６を
嵌合することによって、軸受部材４の他端開口部が閉塞
されている。軸部材２は、軸2aと軸2aの下端部に設けら
れたフランジ部2bとで構成され、軸2aを軸受部材４の内
周部に、フランジ部2bを軸受部材４と閉塞部材６との間
の空間に収容して垂直姿勢で配置される。

【００１６】軸受部材４は、例えば銅や真鍮等の軟質金
属等で形成される。軸受部材４の内周面には、動圧溝13
を有するラジアル軸受面10ａが形成される。軸部材２と
軸受部材４の相対回転時（本実施形態では軸部材２の回
転時）には、ラジアル軸受面10ａと軸2aの外周面との間
のラジアル軸受隙間Ｃｒに存在する油で動圧油膜が形成
され、これより軸2aをラジアル方向で非接触支持するラ
ジアル軸受部10が構成される。なお、図中のラジアル軸
受隙間Ｃｒの幅は誇張して描かれている（後述のスラス
ト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2についても同様）。

【００１７】フランジ部2bの軸方向両側には、軸方向の
隙間であるスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2が設けられる。
スラスト軸受隙間Ｃs1は、フランジ部2bの上端面とこれ
に対向する軸受部材４の端面との間に形成され、他方の
スラスト軸受隙間Ｃs2は、フランジ部2bの下端面と、こ
れに対向する閉塞部材６の上面との間に形成される。一
方のスラスト軸受隙間Ｃs1を臨む軸受部材４の端面、お
よび他方のスラスト軸受隙間Ｃs2を臨む閉塞部材６の端
面には、それぞれ動圧溝を有するスラスト軸受面11ａ、
11ｂが形成され、これより上記回転時には、スラスト軸
受隙間Ｃs1、Ｃs2に存在する油で動圧油膜が形成され、
フランジ部2bをスラスト方向両側から非接触支持するス
ラスト軸受部11が構成される。

【００１８】上記ラジアル軸受面10ａおよびスラスト軸
受面11ａ、11ｂの動圧溝形状は任意に選択することがで
き、公知のへリングボーン型、スパイラル型、ステップ
型、多円弧型等の何れかを選択し、あるいはこれらを適
宜組合わせて使用することができる。図２は動圧溝形状
の一例としてへリングボーン型を示すもので、同図
（Ａ）はラジアル軸受面10ａを、同図（Ｂ）は、スラス
ト軸受面11ａを示す。図示のように、ラジアル軸受面10
ａは、一方に傾斜する動圧溝13が形成された第一の溝領
域m1と、第一の溝領域m1から軸方向に離隔し、他方に傾
斜する動圧溝13が配列された第二の溝領域m2と、２つの
溝領域間m1、m2間に位置する環状の平滑部ｎとを備え、
平滑部ｎと動圧溝13間の背の部分14とは同一レベルにあ
る。スラスト軸受面11ａの動圧溝15は、半径方向のほぼ
中心部に屈曲部分を有するほぼＶ字状をなしている。

【００１９】軸受部材４は軟質金属等だけでなく、例え
ば焼結金属によっても成形することもできる。その場合
の動圧溝は圧縮成形、すなわち、コアロッドの外周面に
ラジアル軸受面10ａの動圧溝形状（図２（Ａ）参照）に
対応した凹凸形状の溝型を形成し、コアロッドの外周に
焼結金属を供給して焼結金属を圧迫し、焼結金属の内周
部に溝型形状に対応した動圧溝を転写することによっ
て、低コストにかつ高精度に成形することができる。こ
の場合、焼結金属の脱型は、圧迫力を解除することによ
る焼結金属のスプリングバックを利用して簡単に行え
る。このように軸受部材４の素材として焼結金属を用い
る場合、軸受部材４に潤滑油や潤滑グリースを含浸させ
て動圧型含油軸受として使用することができる。

【００２０】以上説明した軸受ユニット１の構造は任意
であり、その他にも例えば有底円筒状のいわゆる袋型ハ
ウジングの内周に円筒状の軸受部材４を固定し、その内
周部に軸部材２を配置してもよい。また、スラスト軸受
部11を、ハウジング底部で軸部材２を接触支持するピボ
ット軸受構造にすることもできる。

【００２１】シール装置５は、軸受部材４の一端側に配
置された例えば穴あき円盤状のシール板13と、シール板
13に対向させて軸2aの外周面に取付けたシール部材14と
を具備する。シール部材14はリング状で、その断面形状
は任意であり、例えば図示のように断面矩形型に形成さ
れる。シール板13は、例えばケーシング３の内周面に圧
入固定され、その内周面は、シール部材14の外周面との
間に微小なシールすきまＤを形成している。シール板13
の内周面を含む第一シール面51と、シール部材14の外周
面を含む第二シール面52とが微小なシールすきまＤを介
して対向することにより、非接触のラビリンスシールが
構成される。シール板13の内径は、軸受部材４の内径よ
りも大きく、かつシール部材14の外径は、軸受部材４の
内径よりも大きい。また、軸受部材４の一端側の端面
と、これに対向するシール部材14の端面との間には軸方
向の隙間がある。これより、シールすきまＤは半径方向
の部分Drと軸方向の部分Daとを持つ屈曲形状となり、ス
トレート形状のシールすきまに比べてより高いシール効
果が得られる。図面では、シール板13と軸受部材４とを
接触させているが、両者間に微小な軸方向の隙間を介在
させてもよい。

【００２２】シール部材14は、軸受内部に封入される潤
滑油に対して揆油性を有する材料で形成される。揆油性
は、油に対する接触角の大きさでその良否が判断され、
図３に示すように接触角θが９０°以上となる材料を使
用するのが望ましい（ここでの「接触角」は、油Ｏが固
体面Ｓ上にある時、油面と固体面Ｓとがなす角のうち、
油Ｏを含む角度を意味する）。揆油性を有する材料とし
ては例えば樹脂材料が考えられ、その中でも、ポリテト
ラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は比較的安価でかつ高
い揆油性を長期間安定して維持するので特に好ましい。
シール部材14は、その位置ずれ防止のため、軸2aの外周
面に形成された嵌め込み溝２a1に嵌着される。嵌め込み
溝２a1への嵌着が容易に行えるよう、シール部材14は割
れ目を有するＣ型に形成するのがよい。

【００２３】このようにシール部材14を揆油性材料で形
成することにより、シール装置５のシール性（油漏れ防
止）をさらに高めることができる。また、別途製造した
シール部材14を軸部材２に取付ける構造であるから、揆
油剤の乾燥工程等も不要であり、また、塗布した揆油剤
がラジアル軸受すきまＣｒに入り込むようなこともない
ので、生産能率を向上させることができる。さらに、シ
ール装置５の軸方向幅は、シール板13およびシール部材
14の肉厚分に抑えられるので、薄型化の要求にも十分に
応えることができる。

【００２４】上記のようにシール部材14自体を揆油性材
料で形成する他、その表面、具体的にはシールすきまＤ
に面する部分を揆油性材料で被覆して第二シール面52を
構成しても上記と同様の効果を得ることができる。例え
ばＰＴＦＥを使用する場合、その被膜は、ＰＴＦＥの粉
末を有機溶媒に分散させてなる処理液中にシール部材14
の素材を浸漬したり、あるいはこの処理液をスプレーす
ることにより形成することができる。

【００２５】以上の説明では、軸部材２側のシール部材
14に揆油性を持たせているが、軸受部材４側のシール板
13に上記と同様の揆油性を持たせてもよい。この場合、
シール部材14とシール板13の双方に揆油性を持たせるの
が望ましいが、何れか一方の部材にのみ揆油性を持たせ
てもよい。

【００２６】図４および図５に本発明の他の実施形態を
示す。このうち、図４はシール部材14を断面円形に形成
したもの、図５はシール部材14を断面矩形型とし、かつ
図１のような嵌め込み溝２a1を設けることなく、シール
部材14を軸2aの外周面に直接嵌合させたものであり、何
れの場合も図１と同様の効果が奏される。

【００２７】

【発明の効果】このように本発明によれば、シール装置
のシール性を高めることができ、上下逆さまにした場合
の油漏れ等を確実に防止することができる。また、揆油
剤の乾燥工程等も不要であり、また、塗布した揆油剤が
ラジアル軸受すきまに入り込むようなこともないので、
生産コストを下げることができる。さらに、薄型化の要
求にも十分に応えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動圧型軸受ユニットの断面図で
ある。

【図２】（Ａ）図は軸受部材の部分拡大断面図、（Ｂ）
図はスラスト軸受面の平面図である。

【図３】接触角を説明する断面図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態を示す断面図である。

【図６】従来の動圧型軸受ユニットを有するスピンドル
モータの断面図である。

【図７】従来の動圧型軸受ユニットを有するスピンドル
モータの断面図である。

【符号の説明】

１ 軸受ユニット ２ 軸部材 ４ 軸受部材 ５ シール装置 14 シール部材 51 第一シール面 52 第二シール面 Ｃｒ ラジアル軸受すきま Ｃs1 スラスト軸受すきま Ｃs2 スラスト軸受すきま Ｄ シールすきま

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部材の外周にラジアル軸受すきまを介
   して軸受部材を配置し、軸部材と軸受部材との相対回転
   で上記ラジアル軸受すきまに動圧油膜を形成して軸部材
   を非接触支持し、かつラジアル軸受すきまの一端側を、
   軸受部材側の第一シール面と、これに微小なシールすき
   まを介して対向させた軸部材側の第二シール面とを有す
   るシール装置でシールするものにおいて、 上記第二シール面が軸部材に装着したシール部材に設け
   られ、第一および第二シール面のうちの少なくとも一方
   が揆油性を有することを特徴とする動圧型軸受ユニッ
   ト。
2. 【請求項２】 揆油性のシール面が、油に対して９０°
   以上の接触角を有する請求項１記載の動圧型軸受ユニッ
   ト。
3. 【請求項３】 揆油性のシール面が樹脂材で形成されて
   いる請求項１記載の動圧型軸受ユニット。
4. 【請求項４】 揆油性のシール面がＰＴＦＥで形成され
   ている請求項３記載の動圧型軸受ユニット。