JP2001173656A - 動圧型軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気の混入による軸受性能の低下、および高
温時の油漏れを確実に防止可能とする。 【解決手段】 動圧型軸受ユニット１は、軸部材２の外
周にラジアル軸受すきまＣｒを介して軸受部材４を配置
し、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２を非接触支持
するもので、ラジアル軸受すきまＣｒの少なくとも一端
にはシール装置５が設けられる。この動圧型軸受ユニッ
ト１のシール装置５に、毛細管現象により油を保有する
保油部51を設け、かつ保油部51の容積を、油温変動範囲
内における油の熱膨張量以上に設定する。

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】上記シール装置25にお
いては、テーパ面のうち、内径の小さい部分では多少の
毛細管現象が生じるが、軸受部材24端面側の内径の大き
い部分では、毛細管現象がもはや生じず、十分な保油機
能が得られない。また、一般に潤滑油の体積熱膨張率は
およそ１／１０００であるが、これは軸受部材24等の構
成材料（一般に金属）に比べて一桁以上大きい。そのた
め、動作環境によっては、軸受の運転により高温化した
油が熱膨張して毛細管効果の生じない上記大径部分に侵
入し、油漏れを起こすおそれがある。一方、熱膨張分を
見込んで保有油量を少なくしておくと、空気がラジアル
軸受すきまＣｒに入り込み、軸受性能を害するおそれが
ある。この問題は、例えば運転開始直後などの軸受低温
時に起こり易い。

【０００７】そこで、空気の混入による軸受性能の低
下、および高温時の油漏れを確実に防止回避できる動圧
型軸受ユニットの提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】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す
るもので、かつラジアル軸受すきまの少なくとも一端に
シール装置を設けて構成される。本発明では、この動圧
型軸受ユニットのシール装置に、毛細管現象により油を
保有する保油部を設け、かつ保油部の容積を、油温変動
範囲内における油の熱膨張量以上に設定した。

【０００９】このようにシール装置に毛細管現象により
油を保有する保油部を設けた場合、簡単な構造でラジア
ル軸受すきまからの油漏れが防止可能となる。この保油
部は、その一部に限らずその全領域で毛細管現象を生じ
るものであるから、保油部の容積を油温変動範囲内での
油の熱膨張量以上に設定しておけば、低温時のみならず
高温時においても毛細管現象による保油機能が維持さ
れ、油漏れを確実に防止することができる。また、油漏
れの対策として潤滑油量を少な目にする必要もなくなる
ので、ラジアル軸受すきまへの空気の巻き込みが防止可
能となる。保油部の半径方向幅が０．３ｍｍ以下であれ
ば、十分な毛細管効果が得られるため、油漏れ防止に有
効である。油温変動範囲としては、例えば０℃以上、７
０℃以下とすることができる。

【００１０】保油部は、例えばその開口側（軸受部材の
端面側）で半径方向幅を拡大させた拡大領域によって形
成することができる。この拡大領域だけでは、上記熱膨
張量以上の保油部容積を確保できない場合（当該容積を
確保すると、ラジアル軸受すきまが大きくなりすぎ、毛
細管現象が不十分となる場合）は、拡大領域に加え、半
径方向幅を軸方向で等しくしたストレート領域を拡大領
域の開口側に隣接配置すればよい。

【００１１】軸受部材は、例えば油を保有する焼結金属
（含油焼結金属）で形成することができる。

【００１２】保油部の開口側をシール部材でシールした
場合、毛細管効果が増すため、保油機能をさらに高める
ことができる。これは軸受部材として、含油焼結金属を
用いた場合のように使用される潤滑油量が多いタイプに
有効である。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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（図１では下端
側）を密封するシール装置５とを主な構成要素とする。

【００１６】軸受部材４の他端側（上端）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（図１では軸2aの上端
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配置される。

【００１７】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
（図２（ａ）参照）を有するラジアル軸受面10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10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）。

【００１８】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の下端面とこれ
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の上端面と、こ
れに対向する閉塞部材６の下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
ラスト軸受部が構成される。スラスト軸受面11ａ、11ｂ
の何れか一方、または双方は、フランジ部2bの一方の端
面、あるいは両端面に形成することもできる。

【００１９】上記ラジアル軸受面10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10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
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。

【００２０】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10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るこ
とによって動圧型焼結含油軸受が構成される。

【００２１】この軸受ユニットの組立は、軸受部材４を
ケーシング３の内周に圧入等で固定すると共に、軸部材
２を収容した上でケーシング３の開口部を閉塞部材６で
密閉することによって行われる。その後、シール装置５
側から潤滑油を注入することにより、ラジアル軸受すき
まＣｒやスラスト軸受すきまＣs1、Ｃs2が潤滑油で満た
される。

【００２２】以上説明した軸受ユニット１の構造は任意
であり、その他にも例えば図４に示すように有底円筒状
のいわゆる袋型ハウジング７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。

【００２３】シール装置５は、ラジアル軸受すきまＣｒ
に満たされた潤滑油を毛細管力で保持する保油部51を具
備する。この保油部51は、図３に示すように軸受部材４
の内周面とこれに対向する軸2aの外周面との間に形成さ
れ、その軸方向一端側（ラジアル軸受すきまＣｒの開口
側）が軸受部材４の下端面に開口し、他端側（ラジアル
軸受すきまＣｒの密閉側）がラジアル軸受すきまＣｒに
つながっている。本実施形態の保持部51は、拡大領域Ａ
とその開口側に隣接するストレート領域Ｂとで構成さ
れ、拡大領域Ａでは、その半径方向幅寸法（以下、単に
「幅寸法」と呼ぶ）が開口側ほど大きく、ストレート領
域Ｂでは当該幅寸法Ｄが軸方向で等しくなっている。上
記拡大領域Ａは、図示のように例えば軸受部材４の内周
面をテーパ面とすることによって形成されるが、その他
にも軸2aの外周面をテーパ面としたり、あるいは、軸受
部材４の内周面および軸2aの外周面の双方をテーパ面と
しても形成することができる。

【００２４】保油部51の最大幅寸法は、油Ｏを確実に保
持できる程度の毛細管効果を生じる幅（一般的には０．
３ｍｍ以下）に設定される。本実施形態のように、スト
レート領域Ｂを有する場合、ストレート領域Ｂの幅寸法
Ｄが上記最大幅寸法となる。

【００２５】保油部51の容積は、軸受ユニット１の環境
温度と、運転・停止に伴う、油温変動範囲内での油Ｏの
熱膨張量とに応じて決定される。すなわち、油温は、最
低の環境温度での軸受停止時の最低油温と、最高の環境
温度下での所定時間運転により軸受での発熱が加わった
後の最高油温との間で変動するが、この最低油温から最
高油温に至るまでに生じる油Ｏの熱膨張量以上となるよ
う保持部51の容積が決定される。ここでの熱膨張量は、
油Ｏの体膨張率と全潤滑油量（例えば０．０１５ｃｃ程
度）と温度上昇幅とから計算され得る。図１および図３
では、熱膨張量以上の容積を確保するため、保油部51を
拡大領域Ａのみならず、ストレート領域Ｂも併設してい
るが、使用条件等により拡大領域Ａのみで必要容積を確
保できる場合はストレート部Ｂを省略しても構わない。
なお、上記情報機器用の軸受ユニットの場合、例えば最
低油温は０℃程度、最高油温は７０℃程度とすることが
でき、これより０℃〜７０℃の範囲の熱膨張量以上の容
積が保油部51として必要となる。

【００２６】以上の構成において、最低油温時の油面が
保油部51の奥部にあったと仮定した場合（実線で示
す）、最高油温に達しても油面Ｏ’は破線で示すように
保油部51内にある。この時、上述したように保油部51は
その全領域で毛細管効果による保油機能を有するのであ
るから、油Ｏは保油部51内に確実に保持され、外部に漏
れ出ることはない。また、従来のように油漏れ対策とし
て潤滑油量を少な目にする必要もなく、潤沢な潤滑油を
使用することができるので、ラジアル軸受すきまＣｒへ
の空気の混入も防止することができる。

【００２７】ところで、例えば軸受部材４を焼結金属で
形成した場合は、軟質金属で形成した場合に比べて軸受
ユニット内の全潤滑油量がかなり多くなる。そこで、こ
の場合は図４および図５に示すように、毛細管効果を高
めるべく、保油部51の開口側に板状のシール部材52を配
置するのがよい。このシール部材52は、ハウジング７の
内周面に圧入するか、あるいは軸受部材４の端面に接着
することによって固定することができる。この場合、シ
ール部材52の内周部近傍、あるいはこれに対向する軸2a
の外周面に揆油剤を塗布しておけば、油の漏れ出し防止
にさらに有効となる。

【００２８】

【発明の効果】このように本発明によれば、ラジアル軸
受すきまへの空気の混入と高温時の油漏れを確実に防止
することができ、しかも低コストである。

【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】図１の要部拡大断面図である。

【図４】他の実施形態に係る動圧型軸受ユニットの断面
図である。

【図５】図４の要部拡大断面図である。

【図６】従来の動圧型軸受ユニットの断面図である。

【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 51 保油部 52 シール部材 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 半径方向幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA07 AA08 BA02 BA04 CA02 JA02 KA02 KA03 MA03 PA03 RA01 SB19 3J016 AA02 AA03 BB01 CA03

Claims (6)

【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少なくとも
   一端にシール装置を設けた動圧型軸受ユニットにおい
   て、 上記シール装置に、毛細管現象により油を保有する保油
   部を設け、かつ保油部の容積を、油温変動範囲内におけ
   る油の熱膨張量以上に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】 保油部が、その開口側で半径方向幅を拡
   大させた拡大領域と、拡大領域の開口側にあって半径方
   向幅の等しいストレート領域とからなる請求項１記載の
   動圧型軸受ユニット。
3. 【請求項３】 保油部の開口側をシール部材でシールし
   た請求項１記載の動圧型軸受ユニット。
4. 【請求項４】 油温変動範囲を０℃〜７０℃にした請求
   項１記載の動圧型軸受ユニット。
5. 【請求項５】 保油部の半径方向幅が０．３ｍｍ以下で
   ある請求項１記載の動圧型軸受ユニット。
6. 【請求項６】 軸受部材が油を保有する焼結金属である
   請求項１または３記載の動圧型軸受ユニット。