JP2001124065A - 動圧型軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧型軸受ユニットのモーメント負荷容量を
増大させる。 【解決手段】 傾斜した軸部材２のうち、軸2aの外周面
がこれに対向するラジアル軸受面10ａの軸方向両側で接
触すると同時に、フランジ部2bの両端面外径端がそれぞ
れに対向するスラスト軸受面11ａ、11ｂと接触するよう
ラジアル軸受すきまＣｒおよびスラスト軸受すきまＣS
1、ＣS2の幅δ_R 、δ_A を設定し、ラジアル軸受部10と
スラスト軸受部11の双方でモーメント荷重を支持できる
ようにする。具体的には、ラジアル軸受すきまの幅δ_R
とスラスト軸受すきまの幅δ_A を、Ｄδ_R ／Ｌ＋ε≧δ
_A ≧Ｄδ_R ／Ｌの関係式に基づいて設定する（Ｄはフラ
ンジ部の直径、Ｌはラジアル軸受部の軸方向長さＬ、ε
は加工誤差を表わす）。

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】例えば、情報機器の一種であるＨＤＤ（ハ
ードディスクドライブ）の軸受ユニットでは、図５に概
略図示するように、軸部材２’をラジアル方向で支持す
るラジアル軸受部10’、および軸部材２’をスラスト方
向で支持するスラスト軸受部11’をそれぞれ動圧型軸受
で構成する場合がある。この図示例において、軸部材
２’は、軸2a’と軸2a’の先端に固定したスラスト円盤
2b’とで構成される。軸部材２’が回転すると、ラジア
ル軸受部10’の軸受すきまCr’やスラスト軸受部11’の
軸受すきまＣS2’、ＣS2’に油や気体等の流体動圧が形
成され、軸部材２’がラジアルおよびスラストの両方向
で回転自在に非接触支持される。

【０００４】

【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、上記軸受ユニット１’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。この対策としては、ラジア
ル軸受部10’の軸方向長さＬ’を短くすることが有効で
あるが、その場合には軸方向長さＬ’の短縮に伴ってラ
ジアル軸受部10の軸受スパン（軸方向に離隔して設けら
れた動圧軸受間の距離）が減少するため、モーメント負
荷に対する軸受支持力が低下する点が問題となる。

【０００５】特に従来では、スラスト円盤2b’と軸2a’
との間の直角度等の成形誤差が避けられず、この誤差に
起因したスラスト円盤2b’とスラスト軸受面11a'，11b'
との接触を避けるため、スラスト軸受すきまＣS1’、Ｃ
S2’をかなり大きめに形成している。ところが、この場
合にはモーメント荷重によりスピンドル２’が傾いた際
に（図５に二点鎖線で示す）、モーメント荷重のほとん
どがラジアル軸受部10’（特にその上端）で支持され、
スラスト軸受部11’ではほとんどモーメント支持力を生
じないため、軸受ユニット全体のモーメント負荷容量が
小さくなる。

【０００６】また、上記のように軸受ユニット１’を薄
型化した場合、ラジアル軸受部10’の軸方向長さＬ’よ
りもスラスト円盤2b’の直径Ｄ’が相対的に大きくなる
ため、軸受ユニット全体のモーメント負荷容量は、スラ
スト軸受部11’のモーメント負荷性能によって大きく左
右される。これに対して従来ではスラスト軸受部11’の
モーメント支持力が十分に生じず、この点がモーメント
負荷容量の増大を図る上で大きな障害となっていた。

【０００７】以上の問題点に鑑み、本発明は、特にスラ
スト軸受部でのモーメント支持力を増大させ、動圧型軸
受ユニット全体でのモーメント負荷容量の増大を図るこ
とを目的とする。

【０００８】

【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、軸およびフ
ランジ部からなる軸部材と、軸の外周面とこれに対向す
るラジアル軸受面との間のラジアル軸受すきまに生じた
動圧で軸部材をラジアル方向で非接触支持するラジアル
軸受部と、フランジ部の端面とこれに対向するスラスト
軸受面との間のスラスト軸受すきまに生じた動圧で軸部
材をスラスト方向で非接触支持するスラスト軸受部とを
具備するものにおいて、ラジアル軸受すきま及びスラス
ト軸受すきまの幅を、軸部材に作用するモーメント負荷
がラジアル軸受部とスラスト軸受部の双方で支持される
よう設定したものである。この場合、傾斜した軸部材の
うち、軸の外周面がこれに対向するラジアル軸受面の軸
方向両側で接触すると同時に、フランジ部の両端面外径
端もそれぞれに対向するスラスト軸受面と接触する。

【０００９】ラジアル軸受すきまの幅δ_R とスラスト軸
受すきまの幅δ_A が、以下の関係式 （Ｄδ_R ／Ｌ）＋ε≧δ_A ≧Ｄδ_R ／Ｌ （但し、Ｄはフランジ部の直径、Ｌはラジアル軸受部の
軸方向長さＬ、εは加工誤差を表わす）を満たしていれ
ば、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部の双方で実用
上十分なモーメント支持力を確保することができる。

【００１０】この場合、加工誤差εは４μｍとすること
ができ、また、フランジ部の直径Ｄは１０ｍｍ以下とす
ることができる。

【００１１】以上の何れの構成においても、フランジ部
の直径は、ラジアル軸受部の軸方向長さよりも大きくす
るのがよい。

【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４に基いて説明する。

【００１３】図３は、本発明にかかる動圧型軸受ユニッ
ト１を備える情報機器用スピンドルモータの断面図で、
一例としてＨＤＤ（ハードディスクドライブ）スピンド
ルモータを示している。このスピンドルモータは、軸部
材２を回転自在に支持する軸受ユニット１と、軸部材２
に取付けられ、磁気ディスクＤを一又は複数枚保持する
ディスクハブ３と、半径方向のギャップを介して対向さ
せたモータステータ４およびモータロータ５とを有す
る。ステータ４は、軸受ユニット１を保持するケーシン
グ９の円筒状外周部に取付けられ、ロータ５はディスク
ハブ３の内周面に取付けられている。ステータ４に通電
すると、ステータ４とロータ５との間の励磁力でロータ
５が回転し、ディスクハブ３および軸部材２が回転す
る。

【００１４】軸受ユニット１は、軸部材２と、有底円筒
状のいわゆる袋型ハウジング６と、ハウジング６の内周
面に固定された厚肉円筒状の軸受部材７と、軸受部材７
の一端側（ハウジング６の開口側）を密封するシールワ
ッシャ等のシール部材８とを主な構成要素とする。軸部
材２は、軸2aと軸2aの下端部に設けられ、外径側に突出
するスラスト円盤2b（フランジ部）とで構成される。こ
の軸部材２は、軸2aを軸受部材７の内周部に、フランジ
部2bを軸受部材７とハウジング６の底部との間に収容し
て配置される。

【００１５】軸受部材７は、例えば銅や真鍮等の軟質金
属、あるいは焼結金属等で形成される。軸受部材７の内
周面には、一あるいは複数（本実施形態では２つ）の動
圧発生部を有するラジアル軸受面10ａが形成され、これ
より軸部材２と軸受部材７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に動圧が発生
し、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）。

【００１６】軸受部材７を焼結金属で形成した場合の動
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４（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７の素材として焼結金属を用いる場
合、軸受部材７に潤滑油や潤滑グリースを含浸させた動
圧型含油軸受として使用することができる。

【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７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
れに対向するスラスト支持部13の上面との間に形成され
る。本実施形態は、スラスト支持部13をハウジング６の
他端開口を封口する底部とし、かつハウジング６と一体
に形成した場合を例示しているが、スラスト支持部13を
ハウジング６と別体に構成してもよい。一方のスラスト
軸受隙間Ｃs1を臨む軸受部材７の下端面、および他方の
スラスト軸受隙間Ｃs2を臨むスラスト支持部13の上面に
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に動圧が発生し、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４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
ト支持部13のスラスト軸受面11ｂを示す。図示のよう
に、本実施形態のラジアル軸受面10ａは、一方に傾斜す
る動圧溝14が形成された第１の溝領域m1と、第１の溝領
域m1から軸方向に離隔し、他方に傾斜する動圧溝14が配
列された第２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とからなる動圧発生部を２つ備
える。各動圧発生部では、平滑部ｎと動圧溝13間の背の
部分15とは同一レベルにある。スラスト軸受面11ｂの動
圧溝16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】上記軸受ユニット１は、ハウジング６内に
フランジ部2bを下にして軸部材２を挿入し、さらに所定
幅（１０〜２０μｍ程度）のスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃ
s2が形成されるようにハウジング６内周部の所定位置
に、軸受部材７を圧入あるいは接着することにより組立
てられる。そして、この軸受ユニット１をケーシング９
の円筒状内周部に圧入あるいは接着し、さらにロータ５
やディスクハブ３からなるアッセンブリ（モータロー
タ）を軸2aの上端に圧入することにより、図１に示すス
ピンドルモータが組立てられる。

【００２０】本発明においては、ラジアル軸受部10とス
ラスト軸受部11の双方でモーメント荷重を支持できるよ
う、ラジアル軸受すきまＣｒおよびスラスト軸受すきま
Ｃs1、Ｃs2の幅が設定される。すなわち、図１および図
２に概略図示するように、傾斜した軸部材２のうち、軸
2aの外周面がこれに対向するラジアル軸受面10ａの軸方
向両側で接触すると同時に、フランジ部2bの両端面外径
端もそれぞれに対向するスラスト軸受面11ａ、11ｂと接
触できるよう各軸受すきまＣｒ、Ｃs1・Ｃs2の幅が設定
される。

【００２１】図１は加工誤差がないと仮定し、ラジアル
軸受部10内で軸2aがとり得る可動傾斜角θ₁ とスラスト
軸受部11内でフランジ部2bがとり得る可動傾斜角θ₂ と
を等しく設定して（θ₁ ＝θ₂ ）、両軸受部10、11内で
の上記同時接触を実現したものである。この時、フラン
ジ部2bの直径をＤ、ラジアル軸受部10の軸方向長さを
Ｌ、ラジアル軸受すきまＣｒの幅をδ_R とすると、スラ
スト軸受すきまＣs1、Ｃs2の幅δ_A （すきまＣs1、Ｃs2
の幅の和）は、θ₁ 、θ₂ が微小であるから、 δ_A ＝Ｄδ_R ／Ｌ … で表わされる。この関係を満たすように各軸受すきまＣ
ｒ、Ｃs1・Ｃs2を設定すれば、モーメント負荷により軸
部材２が傾いたとしても、ラジアル軸受部10およびスラ
スト軸受部11で同程度のモーメント支持力が生じるた
め、ラジアル軸受部10のみでモーメント荷重を支持する
従来品（図５参照）に比べて軸受ユニット１全体のモー
メント負荷容量を増大させることができる。

【００２２】図２は加工誤差εを考慮したものであり、
この場合、上記式の右辺に、経験的に見出される加工
誤差ε（現状では４μｍ程度）を加算したものをスラス
ト軸受すきまＣS1、ＣS2の幅δ_A とすればよい（δ_A ＝
Ｄδ_R ／Ｌ＋ε …）。ここでの加工誤差εは、軸2a
とフランジ部2bとの直角度の誤差と、スラスト軸受面11
ａ、11ｂの平行度の誤差とにより生じる軸方向すきまの
減少量を意味する。

【００２３】実際の加工誤差εは、加工方法が決まれば
ある分布内で一義的に定まる。上記および式より、
（Ｄδ_R ／Ｌ）＋ε≧δ_A ≧Ｄδ_R ／Ｌの範囲でδ_A を
設定しておけば、ラジアル軸受部10とスラスト軸受部11
でほぼ同程度のモーメント支持力を確保することがで
き、実用上十分な効果が得られる。

【００２４】フランジ部2bの直径Ｄが、ラジアル軸受部
10の軸方向長さＬよりも大きい場合（Ｄ＞Ｌ）、軸受ユ
ニット１全体のモーメント負荷容量は、スラスト軸受部
11でのモーメント支持力に大きく左右されることになる
が、本発明によりスラスト軸受部11で十分なモーメント
支持力が確保される結果、かかる条件下でのモーメント
負荷容量を大幅に増大させることが可能となる。この場
合、フランジ部2bの直径Ｄは１０ｍｍ以下とする。

【００２５】なお、図１および図２では軸2aおよびフラ
ンジ部2bが軸受面10ａ、11ａ・11ｂと接触した状態を図
示しているが、実際の軸受運転時には、このような接触
状態の発生を回避できるようモーメント負荷容量が決定
される。当然ではあるが、動圧溝14、16の形状や深さ
は、上記の条件から定められたラジアル軸受すきまＣｒ
およびスラスト軸受すきまＣS1、ＣS2の幅δ_R 、δ_A に
適応して形成される。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明によれば、ラジアル軸
受部のみならず、スラスト軸受部でも十分なモーメント
支持力を確保することができる。従って、動圧型軸受ユ
ニット全体のモーメント負荷容量を増大させることがで
き、これより動圧型軸受ユニットのさらなる薄型化も可
能となる。

【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概略構造
を示す断面図である。

【図２】本発明にかかる動圧型軸受ユニットの概略構造
を示す断面図である。

【図３】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４】（Ａ）図は軸受部材の断面図、（Ｂ）図はスラ
スト軸受部の平面図である_。

【図５】従来の動圧型軸受ユニットの概略構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 軸受ユニット ２ 軸部材 2a 軸 2b フランジ部 ７ 軸受部材 10 ラジアル軸受部 10ａ ラジアル軸受面 11 スラスト軸受部 11ａ スラスト軸受面 11ｂ スラスト軸受面 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

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸およびフランジ部からなる軸部材と、
   軸の外周面とこれに対向するラジアル軸受面との間のラ
   ジアル軸受すきまに生じた動圧で軸部材をラジアル方向
   で非接触支持するラジアル軸受部と、フランジ部の端面
   とこれに対向するスラスト軸受面との間のスラスト軸受
   すきまに生じた動圧で軸部材をスラスト方向で非接触支
   持するスラスト軸受部とを具備するものにおいて、 ラジアル軸受すきま及びスラスト軸受すきまの幅を、軸
   部材に作用するモーメント負荷がラジアル軸受部とスラ
   スト軸受部の双方で支持されるよう設定したことを特徴
   とする動圧型軸受ユニット。
2. 【請求項２】 ラジアル軸受すきまの幅δ_R とスラスト
   軸受すきまの幅δ_Aが、以下の関係式を満たす請求項１
   記載の動圧型軸受ユニット： （Ｄδ_R ／Ｌ）＋ε≧δ_A ≧Ｄδ_R ／Ｌ 但し、Ｄはフランジ部の直径、Ｌはラジアル軸受部の軸
   方向長さＬ、εは加工誤差を表わす。
3. 【請求項３】 加工誤差εを４μｍにした請求項２記載
   の動圧型軸受ユニット。
4. 【請求項４】 フランジ部の直径Ｄを１０ｍｍ以下にし
   た請求項３記載の動圧型軸受ユニット。
5. 【請求項５】 フランジ部の直径が、ラジアル軸受部の
   軸方向長さよりも大きい請求項１乃至４何れか記載の動
   圧型軸受ユニット。