JP2002130283A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧軸受としての性能を充分得ることが出来
る量の潤滑油が注入、保持され、潤滑油中の空気量を一
定以下に抑えた低コストな動圧軸受装置を提供する。 【解決手段】 スリーブの端部に潤滑油を注入後、潤滑
油の沸点以上であって７０ｋＰａ以下の気圧下で、軸を
スリーブの円筒部に挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器や音響・
映像機器、例えばレーザプリンタ、光ディスク装置、磁
気ディスク装置、のためのスピンドルモータ用動圧軸受
装置及び冷却ファンモータ用動圧軸受装置等に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報機器、音響・映像機器及び冷
却ファンモータにおいては、データの高密度化、高速化
及び低騒音化、低振動化、低コスト化などの要求から動
圧軸受装置が採用されつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、動圧軸
受装置のうち潤滑油（液体グリース等も含む）を用いる
ものにおいては、装置の組立時に潤滑油に空気が混入し
やすく、潤滑油中の空気が多くなると動圧軸受としての
性能を充分に得ることが出来なくなるという問題があっ
た。

【０００４】潤滑油中の空気が多くなるのは、以下の現
象によるものと考えることができる。すなわち、空気は
気体であるため、その体積は圧力に対して反比例し、絶
対温度に対しては比例して変化する。このため、潤滑油
に混入した空気は、装置及び周辺の気圧や温度の変化に
より膨張・収縮する。潤滑油中で空気が膨張した場合に
は、膨張した空気の分だけ潤滑油が押し出されることに
なり、これにより潤滑油が不足し、ひいては動圧軸受と
しての性能を十分に得ることが出来なくなる。したがっ
て、装置の組立時に潤滑油に混入する空気量を一定量以
下に抑える必要がある。

【０００５】これに対して、従来の動圧軸受装置におい
ては、例えば以下のものがあった。一つは、軸又は軸受
内径部に単に潤滑油を付着させた状態で軸を挿入したも
のである。また、別のものとしては、軸を軸受内径部に
挿入後に、軸と内径部との間隙のうちの一方を真空にし
て他方から潤滑油を注入するものである。しかし、これ
らの技術では、動圧軸受としての性能を充分得ることが
出来るだけの量の潤滑油を注入、保持することができ
ず、また潤滑油中の空気量を一定以下に抑えることもで
きない。このため、動圧軸受装置としての信頼性に乏し
いと言う問題があった。

【０００６】そこで本発明は、上記課題を解決するため
になされたものであって、動圧軸受としての性能を充分
得ることが出来る量の潤滑油が注入、保持され、潤滑油
中の空気量を一定以下に抑えた低コストな動圧軸受装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【問題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の動圧軸受装置においては、スリーブの端部
に潤滑油を注入後、潤滑油の沸点以上であって７０ｋＰ
ａ以下の気圧下で、軸をスリーブの円筒部に挿入してい
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明にかかる実施例を図面を参照し
つつ詳しく説明する。図1は、本発明の第１実施例の動圧
軸受装置を用いたスピンドルモータの断面図であり、
（ａ）は軸をスリーブに挿入する前、（ｂ）は挿入後の
断面図である。

【０００９】本実施例のスピンドルモータ１は、軸（回
転軸）３、ターンテーブル５、磁石７などからなるロー
タ１０と、モータベース１３、ハウジング１５、樹脂製
のスリーブ１７、ステータ１９などからなる固定部分２
０とから構成される。それぞれについて、以下に説明す
る。

【００１０】ロータ１０においては、上端面２が平面で
あって下端面４が凸球面となっている円柱状の軸３と、
軸３と同心状であって軸の上端面２とその上面が同一の
高さとなるように設けられ、ディスクをその上面に取り
付けることができるターンテーブル５と、ターンテーブ
ル５の下面に軸３と同心状に設けられたヨーク９を介し
て固定された磁石７とから構成される。このように、軸
３の軸線を中心とする円周上に配された磁石７は、軸３
の周りを回転可能である。

【００１１】固定部分２０においては、上面に基板１１
を設けてあるモータベース１３の中心部分には、その軸
線とモータベースの中心とを一致させるようにして円筒
状のハウジング１５が固定されている。ハウジングの内
部には、樹脂製のスリーブ１７が、その全外周面２４が
ハウジング１５の全内周面に一致して固定されるように
設けられている。また、ハウジング１５の外周上であっ
て、基板１１の上方には、ステータ１９が固定されてい
る。ステータ１９はコイル２１を有しており、ステータ
１９に対向するように設けられた磁石７、ヨーク９との
作用により、スピンドルモータ１の駆動機構を構成して
いる。

【００１２】一方、スリーブ１７は、スリーブの軸方向
に延びる円筒状の穴（円筒部）２２を有している。円筒
状の穴２２の内周面には、その軸方向において上下２ヵ
所にラジアル軸受面として動圧発生用の溝２３（動圧
溝）が設けられ、軸３の外周面２４と動圧軸受（ラジア
ル軸受）２６を構成している。スリーブ１７の底面（ス
ラスト軸受面）２５は、スラスト軸受面を構成する平面
となっており、軸３の凸球面４と接触摺動するスラスト
軸受（滑り軸受）６を構成している。

【００１３】また、本実施例においては、ラジアル軸受
面を有する円筒部２２とスラスト軸受面を有する底面２
５とが射出成形により一体形成されており、部品点数を
少なく、組立工数も節減できる。また、ラジアル軸受面
上の動圧発生用の溝２３も成形時に設けており、さらに
コストが節減できる。

【００１４】ここで、図１（ｂ）に示すように、スラス
ト軸受面２５と軸下端面４（凸球面）とは軸の回転時に
常時接触するため、耐磨耗性が要求される。また、動圧
軸受においても、ロータ１０の回転初期と停止時に軸３
とスリーブ１７とが接触するため、耐磨耗性が要求され
る。このため、スリーブ１７には、耐磨耗性、摺動性を
改良する充填材を配合することがより好ましい。充填材
としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末や、炭
化フェノール粒子などが例示できる。また、これらのう
ちの２種以上を組み合わせてもよい。

【００１５】さらに、スリーブ１７に使用される樹脂材
料は、マトリクス樹脂として耐熱性を有しかつ、成形精
度が得られ、高温においても剛性を維持できる樹脂が好
ましい。この樹脂としては、ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂、ポリブチレンフレフタレート樹脂、ポリエチレ
ンテレフタレート樹脂を例示することができる。さら
に、動圧軸受としての性能向上のため、成形精度を向上
させ、線膨張係数を小さく押さえ、温度によるラジアル
隙間の変化を小さくするため、樹脂に粉末状や繊維状の
強化材を配合することが好ましい。この粉末状の強化材
としてガラス粉末、ガラスビーズ、シリカ、炭酸カルシ
ウム、繊維状の強化材として、ガラス繊維、カーボン繊
維を例示できる。

【００１６】次に、潤滑油の注入について説明する。以
上のように構成された本実施例の動圧軸受装置において
は、まずスリーブ１７の底面２５に潤滑油２７が注入さ
れる。この後、軸３を、図１（ａ）の矢印Ａの方向に、
スリーブ１７に挿入する。このとき、スリーブ１７の底
面２５に注入された潤滑油２７は、スリーブ１７と軸３
の隙間を満たすように広がる。

【００１７】ここで、本実施例においては、潤滑油とし
て鉱物油を使用している。しかしながら、潤滑油は、鉱
物油に限らず、エステル油、ジエステル油、フッ素油等
の合成油、植物油であってもよい。

【００１８】本実施例においては、潤滑油２７を注入し
た軸受装置を配置した実験室の雰囲気を潤滑油の沸点以
上の気圧下であって７０ｋＰａ以下にしてから軸３を挿
入している。

【００１９】図１（ｂ）は軸３がスリーブ１７中に完全
に挿入された状態を示している。このとき、樹脂スリー
ブ１７の円筒状穴２２に挿入された軸３は回転自在であ
って、潤滑油２７はスリーブ１７と軸３の隙間に満たさ
れ、潤滑油溜まり２９までほぼ満たしている。

【００２０】本実施例においては、大気圧より小さな７
０ｋＰａ以下の気圧で軸３を挿入したため、軸３の挿入
後に潤滑油中（スリーブと軸の隙間にみたされている潤
滑油）に残る空気量は微少である。

【００２１】さらに、潤滑油の沸点以上の気圧下であっ
て７０ｋＰａ以下で軸を挿入したため、装置を通常使用
する条件、すなわち１気圧（約１００ｋＰａ）（正確に
は１０１．３２５ｋＰａ）にもどすと、潤滑油中の残存
空気の体積は軸の挿入時より減少する。一方、潤滑油に
ついて、動圧軸受としての性能を充分得ることができる
だけの量を保持することができる。このため、動圧軸受
としての性能がおちることはない。

【００２２】さらに、１００ｋＰａ下での温度上昇（例
えば６０℃の上昇）により残存空気が膨張しても軸３の
挿入時よりも残存空気の体積は小さいため、潤滑油２７
が空気の膨張により漏れたり、不足することはない。温
度が６０℃上がった場合の空気の増加は、３０ｋＰａ
（７０ｋＰａ→１００ｋＰａ）の気圧上昇による空気の
減少量の１／３以下だからである。

【００２３】また、本実施例の軸受装置を空輸等で運搬
する場合は、周囲の気圧が下がっても７０ｋＰａ以下と
はならないため、運搬時の空気膨張による潤滑油の漏れ
が起こることもない。

【００２４】さらに、軸３の挿入時のみならず、潤滑油
２７の注入も７０ｋＰａ以下の気圧下で行った場合は、
潤滑油２７注入時の空気の巻き込みも少なくなるため、
潤滑油中の残存空気量をより少なくできる。

【００２５】図２は、本発明の第２実施例の動圧軸受装
置を用いた冷却ファンモータの断面図である。

【００２６】本実施例の軸受装置の構成は第１実施例と
同様であり、ロータ３５に、ターンテーブルの代わりに
送風のための羽根３７が設けられている点のみが異な
る。

【００２７】本実施例の軸受装置は、パーソナルコンピ
ュータの本体や基板、ＣＰＵ(Central Processing Uni
t)、ＭＰＵ(Micro Processing Unit)等のための冷却フ
ァンモータとして、温度が８０〜１００℃まで上昇する
環境で使用される。

【００２８】本実施例においては、第１実施例と同様に
スリーブ３１の底部３３（スラスト軸受部）に潤滑油を
注入後、潤滑油の沸点以上の気圧下であって７０ｋＰａ
以下で軸を挿入している。このため、軸挿入後の潤滑油
に残る残存空気の体積は、軸受装置が加熱されて残存空
気が膨張しても、軸挿入時よりも大きくなることはない
ため、潤滑油が漏れることはなく耐久性に優れる。

【００２９】その他の作用、効果は第１実施例と同様で
ある。図３は、本発明の第３実施例の動圧軸受装置を用
いたスピンドルモータの断面図である。本実施例の軸受
装置の構成は、第１実施例と同様であり、ハウジング４
１とモータベース４３とが一体となっている点のみが異
なる。このため、部品点数を少なくすることができる。

【００３０】さらに、ハウジング４１とモータベース４
３の一体品は、安価なアルミや亜鉛のダイカスト品及び
樹脂を用いることができるため、より低コストにするこ
とができるという利点がある。

【００３１】その他の作用、効果は第１、第２実施例と
同様である。図４は、本発明の第４実施例の動圧軸受装
置を用いた冷却ファンモータの断面図である。本実施例
の軸受装置の構成は、第２実施例と同様であり、ハウジ
ング５１とモータベース５３とが一体となっている点の
みが異なる。この構成により、軸受装置の部品点数を少
なくすることができる。

【００３２】さらに、ハウジング５１とモータベース５
３の一体品は、安価なアルミや亜鉛のダイカスト品及び
樹脂を用いることができるため、より低コストにするこ
とができるという利点がある。

【００３３】その他の作用、効果は第１、第２実施例と
同様である。図５に本発明の第５実施例の動圧軸受装置
を用いたスピンドルモータの断面図を示す。本実施例の
軸受装置の構成は、第１実施例と同様であり、軸の外周
面６３とともにラジアル軸受部を形成するスリーブ６５
と、軸の下端面（凸球面）６７とともにスラスト軸受部
を形成する平板（スラスト軸受面）６９とが、別体であ
りかつ平板６９がハウジング７３に取り付けられている
点のみが異なる。

【００３４】本実施例においては、第１実施例と同様に
スラスト軸受部に潤滑油を注入後、潤滑油の沸点以上の
気圧下であって７０ｋＰａ以下で軸を挿入している。

【００３５】ハウジングとスリーブとの固定方法は軽圧
入、接着、かしめ、ねじ止め等でも良く限定されもので
はない。

【００３６】その他の作用、効果は第１、第２実施例と
同様である。以下に変形例を示す。上記実施例において
は、スリーブの底面は、スラスト軸受面を構成する平面
となっており、軸の凸球面と接触摺動する滑り軸受を構
成していたが、スリーブ底面を軸の平端面とで共働きす
る凸球面としても良い。

【００３７】また、スリーブ及び軸の外径形状は上記実
施例に限られるものではなく、異なる形状であってもよ
いし、フランジなどが設けられていてもよい。また、モ
ータの種類、形式も本実施例に限られるものではない。

【００３８】

【発明の効果】本発明においては、スリーブ底部（スラ
スト軸受部）に潤滑油を注入後、潤滑油の沸点以上の気
圧下であって７０ｋＰａ以下で軸を挿入している。この
ため、１００ｋＰａで挿入する場合より、潤滑油中（ス
リーブと軸の隙間に満たされている潤滑油）に残る空気
量を少なくできる。

【００３９】さらに、軸の挿入後、装置を通常使用され
る１００ｋＰａ（１気圧）下に置くことにより、残存空
気の体積は軸が挿入された時より小さくなる。

【００４０】さらに、１００ｋＰａ下での温度変化（上
昇）により残存空気が膨張したとしても残存空気の体積
は軸挿入時よりも小さいため、潤滑油が漏れることがな
く、動圧軸受としての性能を充分得ることが出来る量の
潤滑油を保持できる。

【００４１】また、潤滑油の沸点以上の気圧下であって
７０ｋＰａ以下で軸を挿入することに加えて、潤滑油の
注入を７０ｋＰａ以下の気圧下でおこなうことにより、
潤滑油注入時の空気の巻き込みも少なくできるため、潤
滑油中の残存空気量をより少なくできる。

【００４２】また、ラジアル軸受とスラスト軸受を樹脂
により一体形成することができるため、部品点数を少な
くでき組み付けも容易となるため低コストとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図1は、本発明の第１実施例の動圧軸受装置を
用いたスピンドルモータの断面図であり、（ａ）は軸を
スリーブに挿入する前、（ｂ）は挿入後の断面図であ
る。

【図２】図２は、本発明の第２実施例の動圧軸受装置を
用いた冷却ファンモータの断面図である。

【図３】図３は、本発明の第３実施例の動圧軸受装置を
用いたスピンドルモータの断面図である。

【図４】図４は、本発明の第４実施例の動圧軸受装置を
用いた冷却ファンモータの断面図である。

【図５】図５に本発明の第５実施例の動圧軸受装置を用
いたスピンドルモータの断面図である。

【符号の説明】

３ 軸 ４ 端面 ６ スラスト軸受 １７ スリーブ ２２ 円筒部 ２３ 動圧溝 ２４ 外周面 ２６ ラジアル軸受 ２５、６９ スラスト軸受面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリーブの円筒部内面に設けられた動圧
   溝と、該スリーブの該円筒部内に挿入される回転軸の外
   周面とで共働きするラジアル軸受と、 スラスト軸受面と該軸の端面とで共働きするスラスト軸
   受とを備えた動圧軸受装置において、 該スラスト軸受面に潤滑油を注入後、該潤滑油の沸点以
   上であって７０ｋＰａ以下の気圧下で、該軸を該スリー
   ブの該円筒部に挿入することを特徴とする動圧軸受装
   置。
2. 【請求項２】 該潤滑油の沸点以上であって７０ｋＰａ
   以下の気圧下で、該潤滑油を注入することを特徴とする
   請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 【請求項３】 該スリーブと該スラスト軸受面とが樹脂
   により一体形成されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の動圧軸受装置。