JP2005188552A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂製ハウジングに他部材を接着固定するにあたり、高い接着強度を確保する。
【解決手段】 樹脂製ハウジング７の内部に軸受スリーブ８を固定し、軸部材２と軸受スリーブ８との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材２をラジアル方向に非接触支持する。ハウジング７の外周に、モータのステータ４を取り付けるための金属製のブラケット６を接着固定する。この際、ハウジング７の外周のブラケット６との接着部を粗面化し、その表面粗さを０．５μｍＲａ〜２．０μｍＲａに設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体軸受装置に関する。ここでの流体軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ、ＦＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ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用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用の軸受装置として好適である。

前記各種モータには、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、前記要求性能に優れた特性を有する動圧軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。

その一例として、例えばＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータで使用される動圧軸受装置が、特開２０００−２９１６４８号公報に記載されている。この軸受装置は、有底円筒状のハウジングの内周に軸受スリーブを固定すると共に、軸受スリーブの内周に外径側に張り出したフランジ部を有する軸部材を挿入し、回転する軸部材と固定側の部材（軸受スリーブ、ハウジング等）との間に形成したラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に流体動圧を発生させ、この流体動圧で軸部材を非接触支持するものである。

ところで、この種のスピンドルモータは、ロータマグネットとステータコイルとの間に生じた励磁力で軸部材を回転させるものであり、従来では、ロータマグネットを軸部材と共に回転する部材（ディスクハブ等）に固定する一方、ステータコイルを動圧軸受装置のハウジング外周に固定した金属製のブラケット（モータブラケット）に固定するものが多い。
特開２０００−２９１６４８号公報

モータブラケットとハウジングの固定は、接着によるものが一般的である。従来ではハウジングが真ちゅう等の軟質金属で形成されており、接着部は金属同士の接着であるので、必要十分な接着力が得られていた。

しかしながら、近年では、低コスト化等の観点からハウジングの樹脂化が検討されている。この場合、樹脂製ハウジングとモータブラケットとの間では十分な接着力が得られず、如何にして両者間で強固な接着力を得るかが問題となる。

本発明は、かかる実情に鑑み、樹脂製ハウジングとモータブラケットを始めとする他部材との接着強度の向上を図ることを目的とする。

この目的達成手段として、本発明では、ハウジングと、ハウジングの内部に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブに対して相対回転する軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じた油膜で軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備え、ハウジングに他部材が接着固定されるものにおいて、少なくともハウジングを樹脂製とし、ハウジングと他部材のうち、樹脂で形成された部材の接着部の表面粗さを０．５μｍＲａ以上にした。

樹脂製品は、通常は射出成形で成形される。射出成形で使用する金型の成形面は鏡面仕上げされているため、成形された樹脂成形品の表面粗さは、金属製品に比べて著しく低く、０．１μｍＲａ程度になる。このように射出成形された樹脂成形品の接着部を敢えて０．５μｍＲａ以上に粗面化することにより、ハウジングと他部材との接着時には、接着剤が粗面化した接着部の表面凹凸に入り込んでアンカー効果を発揮するため、高い接着強度を確保することができる。これにより樹脂製ハウジングと他部材との間で高い耐衝撃性が確保されるので、ハウジングの樹脂化が可能となると共に、耐久性・信頼性に富む流体軸受装置の提供が可能となる。なお、粗面化は、ハウジングの接着部（ハウジングの他部材と接着する部分）に行う他、他部材が樹脂製である場合には、当該他部材の接着部（他部材のハウジングと接着する部分）に行うこともできる。

その一方、接着部を過度に粗面化すると、これを型成形する際に成形品の離型性が低下する。かかる観点から、前記接着部の表面粗さは２．０μｍＲａ以下、好ましくは１．５μｍＲａ以下にするのが望ましい。

ハウジングを形成する樹脂は熱可塑性樹脂であれば特に限定されないが、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等、結晶性樹脂として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等を用いることができる。

また、前記の樹脂には必要に応じて充填材を添加することもできる。充填剤の種類は特に限定されないが、例えばガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカー状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状の導電性充填材を用いることができる。これらの充填材は、単独で用い、あるいは、二種以上を混合して使用しても良い。

ハウジングに接着固定する他部材の機能・構造・形状等は特に限定されず、その材質も金属の他、上述した各種樹脂材を使用することも可能である。この他部材は、ハウジングの外周面の他、内周面や底部といったハウジング各所に接着固定することができる。粗面化は、接着部のみに行う他、接着部を含む部材の表面全体に行うこともできる。

なお、ハウジングと他部材の接着固定に使用する接着剤は特に限定されず、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系等の各種接着剤が使用樹脂材とこれに接着する相手材の種類に応じて適宜選択使用される。

ハウジングに接着固定する他部材としては、モータステータを取り付けるためのブラケットの他、ハウジングの開口部を密封するシール部材、ハウジングの底部を閉塞するスラストブッシュ、あるいは軸受スリーブを挙げることができる。

以上に述べた各動圧軸受装置と、ステータと、ロータとを有するモータは、樹脂製ハウジングを使用しているために低コストであり、しかも十分な接着強度が確保されていることから耐衝撃性が高く、耐久性や信頼性の面で優れた特性を有する。

本発明によれば、樹脂製ハウジングとこれに接着固定した他部材との間で高い接着力を確保することができ、流体軸受装置の耐久性や信頼性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１は、動圧油膜で軸部材２を支持する動圧軸受装置１を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。このスピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４およびロータマグネット５とを備えている。ステータ４はブラケット６の外周に取り付けられ、ロータ５はディスクハブ３の内周に取り付けられる。後述のように動圧軸受装置１のハウジング７は、ブラケット６の内周に接着固定される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤ（図５参照）が一又は複数枚保持される。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータ５との間の電磁力でロータ５が回転し、それによって、ディスクハブ３および軸部材２が回転部材となり、一体回転する。

図２は、動圧軸受装置１を拡大して示している。この動圧軸受装置１は、一端を開口した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周に固定された軸受スリーブ８と、軸部材２とを主要な構成部品して構成される。

この動圧軸受装置１では、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して設けられる。また、ハウジング７の上側端面７ｄと、これに対向する、軸部材２に固定されたディスクハブ（ロータ）３の下側端面３ａとの間にスラスト軸受部Ｔ１が形成される。尚、説明の便宜上、ハウジング７の底部７ｂの側を下側、底部７ｂと反対の側を上側として説明を進める。

ハウジング７は、例えば、結晶性樹脂としての液晶ポリマー（ＬＣＰ）に、導電性充填材としてのカーボンナノチューブを２〜８ｗｔ％配合した樹脂材料を射出成形して有底円筒状に形成され、円筒状の側部７ａと、側部７ａの下端に一体に設けられた底部７ｂとを備えている。

図４に示すように、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる上側端面７ｄには、例えばスパイラル形状の動圧溝７ｄ１が形成される。この動圧溝７ｄ１は、ハウジング７の射出成形時に成形されたものである。すなわち、ハウジング７を成形する成形型の所要部位（上側端面７ｄを成形する部位）に、動圧溝７ｄ１を成形する溝型を加工しておき、ハウジング７の射出成形時に前記溝型の形状をハウジング７の上側端面７ｄに転写することにより、動圧溝７ｄ１をハウジング７の成形と同時成形することができる。

また、ハウジング７は、その上方部外周に、上方に向かって漸次拡径するテーパ状外壁７ｅを備える。このテーパ状外壁７ｅと、ディスクハブ３に設けられた鍔部３ｂの内壁３ｂ１との間に、上方に向かって漸次縮小するテーパ状のシール空間Ｓが形成される。このシール空間Ｓは、軸部材２及びディスクハブ３の回転時、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間の外径側と連通する。

軸部材２は例えばステンレス鋼等の金属材料で同一径の軸状に形成される。軸部材２には、図示のようなねじ止めの他、圧入や接着等の適宜の手段でディスクハブ３が固定される。

軸受スリーブ８は例えば焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、例えば接着あるいは超音波溶着等によってハウジング７の内周面７ｃの所定位置に固定される。

焼結金属で形成された軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２の各ラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられ、これら２つの領域には、例えば図３に示すようなヘリングボーン形状（スパイラル形状でもよい）の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成される。図示例のラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２では、上側の動圧溝８ａ１が軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。また、軸受スリーブ８の外周面８ｄには、１又は複数本の軸方向溝８ｄ１が軸方向全長に亙って形成される。

軸部材２は軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入される。なお、軸部材２及びディスクハブ３の停止時において、軸部材２の下側端面２ｂとハウジング７の内底面７ｂ１との間、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間にはそれぞれ僅かな隙間が存在する。

ハウジング７の内部空間等は潤滑油で充満される。すなわち、潤滑油は、軸受スリーブ８の内部気孔を含め、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間の隙間部、軸受スリーブ８の下側端面８ｃ及び軸部材２の下側端面２ｂとハウジング７の内底面７ｂ１との間の隙間部、軸受スリーブ８の軸方向溝８ｄ１、軸受スリーブ８の上側端面８ｂとディスクハブ３の下側端面３ａとの間の隙間部、スラスト軸受部Ｔ１、及びシール空間Ｓに充満される。

軸部材２及びディスクハブ３の回転時、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、それぞれ、軸部材２の外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。また、ハウジング７の上側端面７ｄのスラスト軸受面となる領域は、ディスクハブ３の下側端面３ａとスラスト軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２及びディスクハブ３の回転に伴い、ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２がラジアル軸受隙間内に形成される油膜によってラジアル方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材２及びディスクハブ３をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同時に、前記スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、ディスクハブ３が前記スラスト軸受隙間内に形成される油膜によってスラスト方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材２及びディスクハブ３をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１が構成される。

図１に示すように、ハウジング７の側部７ａの外周面７ｆには、金属製、望ましくはアルミ合金等の軽合金からなるブラケット６が接着固定される。接着後は、ハウジング７の外周面７ｆ（テーパ状外壁７ｅを除く）とブラケット６の内周面６ａとが接着すきまに満たされた接着剤で強固に結合される。

ハウジング７とブラケット６との接着強度を確保するため、本発明では、ハウジング７の表面がＪＩＳ Ｂ０６０１に規定する中心線平均粗さで０．５μｍＲａ以上の面（粗面）に形成される。本発明者が検証したところ、０．５μｍＲａを下回る面粗さでは、十分な接着強度が得られない。接着強度のみを考えると、面粗さに特に上限を設定する必要はないが、面粗さが２．０μｍＲａを越えると、射出成形後に成形品を金型から離型させることが難しく、連続成形に支障を来す。従って、接着部の面粗さは０．５μｍＲａ以上で２．０μｍＲａ以下（望ましくは１．５μｍＲａ以下）とするのが好ましい。なお、必ずしもハウジング７の表面全体が前記面粗さの範囲内にある必要はなく、少なくともブラケット６との接着部の表面粗さが前記範囲内にあれば足りる。軸受スリーブ８をハウジング７の内周面７ｃに接着固定する場合、ハウジング内周面７ｃの接着部を前記粗面にすることにより、同様の効果が得られる。

このハウジング７の接着部は、例えば鏡面仕上げした金型の成形面をショットブラストやサンドペーパーがけ等の手段で粗くした後、射出成形することにより低コストに粗面化することができる。一例を挙げれば、金型の成形面を１．０μｍＲａ程度に粗面化しておけば、成形品では０．８μｍＲａの表面粗さを得ることができる。このように予め金型を粗面化させる他、金型の成形面を粗面化させることなく、射出成形後のハウジング表面に事後的に適宜の粗面化処理を施すことによって、接着部を粗面にすることもできる。

本発明は図１および図２に例示した動圧軸受装置に限らず、ハウジング７が樹脂製である限り、種々のタイプの動圧軸受装置に適用することができる。図５は、その一例を示すもので、軸部材２を軸部２ｃと外径側に張り出したフランジ部２ｄとで構成し、フランジ部２ｄの一方の端面とこれに対向する軸受スリーブ８の端面の何れか一方、およびフランジ部２ｄの他方の端面とこれに対向するフランジ部２ｄの底部７ｂの何れか一方にスラスト軸受面を形成することにより、第一スラスト軸受部Ｔ１と第二スラスト軸受部Ｔ２を上下に離隔形成したものである（ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の図示は省略している）。この実施形態においても同様にブラケット６の内周面に樹脂製ハウジング７の外周面７ｆが接着固定されるが、接着前のハウジング７の外周面７ｆを上述のように粗面化することにより、ハウジング７とブラケット６との間で高い接着強度を得ることができる。この動圧軸受装置１では、ハウジング７の上端開口部をシールするシール部材９をハウジング７の内周面に接着固定することもでき、この場合、ハウジング７内周面の少なくともシール部材９との接着部を同様に粗面化してもよい。

また、図６は、図５に示す動圧軸受装置において、樹脂製ハウジング７の底部７ｂを別体のスラストブッシュ１０で形成した例である。この場合、スラストブッシュ１０がハウジング７内周に形成した大径内周面７ｃ１に接着固定されるが、この大径内周面７ｃ１を同様に粗面化することにより、高い接着強度を得ることができる。図面ではハウジング上端にシール部７ｇを一体形成しているが、このシール部７ｇを別体のシール部材９（図５参照）とし、これを予め粗面化したハウジング７の内周に接着固定してもよい。

以上の説明では、ハウジング７の接着部を粗面化する場合を例示しているが、ハウジングに接着される被接着部材（ブラケット６、軸受スリーブ８、シール部材９、スラストブッシュ１０等）が樹脂で形成されている場合には、被接着部材の接着部を粗面化させてもよい。

また、以上の実施形態では、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を何れも動圧軸受とした場合を説明したが、このスラスト軸受部を接触型のピボット軸受とした場合にも同様に本発明を適用することができる。また、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を上述のように動圧軸受で構成する場合のみならず、動圧溝のない真円軸受で構成する場合にも同様に本発明を適用することができる。

図７は、ハウジング接着部の表面粗さと接着強度の関係を測定した試験結果を示すものである。この試験では、ハウジング７として、底部を別体のスラストブッシュ１０で形成したもの（図６参照）を使用し、スラストブッシュ１０に付与するスラスト方向の荷重を徐々に増加させて、スラストブッシュ１０の抜去荷重を測定している。接着剤としてはエポキシ系接着剤（エポテック３５３ＮＤ：エポキシテクノロジー社製）を使用した。

図７からも明らかなように、射出成形した未粗面化の通常品（０．１μｍＲａ）では、接着強度は４００Ｎであったが、接着部を０．５μｍＲａに粗面化すると、接着強度が２５％程度向上して５００Ｎとなり、動圧軸受装置に求められる衝撃荷重（１０００Ｇ）をクリアできることが確認された。また、接着強度は面粗さ１．０μｍＲａでは６００Ｎとなり、これ以上の面粗さでは接着強度が飽和することも判明した。一方、上述のとおり２．０μｍを越える面粗さでは、射出成形時の離型性が悪化する。従って、この試験結果からも、接着部の面粗さは０．５μｍＲａ以上とするのが望ましく、その一方で面粗さの上限は２．０μｍＲａ以下、望ましくは１．５μｍＲａ以下とするのがよい。

なお、上述のように軸受スリーブ８を含油焼結金属で形成する場合、潤滑油を真空含浸させる場合が多い。この真空含浸は、ハウジング７内に軸受スリーブ８を組み込んだ状態で、このユニット全体を油中に浸漬することにより行われるが、かかる油浸漬後にハウジング７の脱脂処理を行っても、その後の他部材の接着工程では十分な接着強度が得られない場合が多かった。これに対し、本発明によればかかる油浸漬後でも高い接着強度を得ることができ、この点で本発明は、軸受スリーブ８を含油焼結金属で形成した軸受装置に特に適合するものである。

動圧軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図である。 前記動圧軸受装置の断面図である。 前記動圧軸受装置で使用される軸受スリーブの断面図である。 ハウジングを図２のＢ方向から見た平面図である。 他の実施形態にかかる動圧軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図である。 動圧軸受装置の他の実施形態を示す断面図である。 ハウジング接着部の表面粗さと接着強度の関係を測定した試験結果を示す図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
３ ディスクハブ
４ ステータ
５ ロータ
６ ブラケット
６ａ 内周面
７ ハウジング
７ｃ 内周面
７ｄ１ 動圧溝
７ｆ 外周面
８ 軸受スリーブ
８ａ１、８ａ２ 動圧溝
９ シール部材
１０ スラストブッシュ
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (7)

1. ハウジングと、ハウジングの内部に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブに対して相対回転する軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に形成した油膜で軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備え、ハウジングに他部材が接着固定されるものにおいて、
   少なくともハウジングが樹脂製で、ハウジングと他部材のうち、樹脂で形成された部材の接着部の表面粗さを０．５μｍＲａ以上にしたことを特徴とする流体軸受装置。
2. 前記接着部の表面粗さを２．０μｍＲａ以下にした請求項１記載の流体軸受装置。
3. ハウジングに接着固定する他部材が、モータのステータを取り付けるためのブラケットである請求項１または２記載の流体軸受装置。
4. ハウジングに接着固定する他部材が、ハウジングの開口部を密封するシール部材である請求項１または２記載の流体軸受装置。
5. ハウジングに接着固定する他部材が、ハウジングの底部を閉塞するスラストブッシュである請求項１または２記載の流体軸受装置。
6. ハウジングに接着固定する他部材が、前記軸受スリーブである請求項１または２記載の流体軸受装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載した流体軸受装置と、ステータと、ロータとを有するモータ。