JP2006200667A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸部材に高精度かつ低コストで形成可能な動圧発生部を有する動圧軸受装置を提供する。
【解決手段】 動圧軸受装置１は、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、軸受スリーブ８の内周に挿入された軸部材２とを有する。軸部材２は、軸受隙間を満たす潤滑流体の動圧作用により、少なくともラジアル方向に非接触支持される。このような動圧軸受装置１において、軸部材２の素材表面に樹脂組成物を供給し、硬化させ動圧発生部としてのラジアル軸受面Ａを形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、動圧軸受装置に関するものである。この動圧軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ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等のスピンドルモータ、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。

上記動圧軸受装置の一例として、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持する動圧軸受装置を挙げることができる。この種の動圧軸受装置としては、例えば印刷型を軸部材の外周面と接触させながら軸部材の回転に応じて移動させることにより、軸部材の外周に動圧溝以外の部分を樹脂組成物からなる耐食インクで印刷形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特公昭６２−４９３５１号公報

上記方法によれば、印刷型が軸部材の外周面と接触して移動するため、接触部での摩耗が生じやすく、量産時には印刷型の摩耗や変形等による印刷精度の低下が懸念される。さらにインク供給装置から供給された耐食インクは、印刷型を経て軸部材の外周面に到達し、さらにスキージにより圧迫されて軸部材外周面に定着するから、溝形成に関与しない余分な耐食インクが必要であり、高価な耐食インクの使用量が増して不経済である。また、製造方法の特性上、印刷型や印刷型を保持するための印刷用スクリーンが必要となり、さらには、印刷後にエッチング等による非印刷部の腐食およびインク除去が必要であることから、工程数が多くなり、これが低コスト化を阻む要因になる。

そこで本発明では、軸部材に高精度かつ低コストで形成可能な動圧発生部を有する動圧軸受装置を提供する。

前記目的を達成するため、本発明では、ハウジングと、ハウジングの内周に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿入された軸部材と、潤滑流体の動圧作用によりラジアル軸受隙間に生じた圧力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、軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、軸部材の素材表面に供給した樹脂組成物を硬化させて形成され、軸受隙間に流体動圧を発生させる動圧発生部とを有することを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

動圧発生部を軸部材に形成するに際し、素材表面に樹脂組成物を供給する方法としては、細孔ノズルから着弾あるいは滴下させ、これを硬化させる方法、例えばインクジェット法（以下、「インクジェット法等」という）を挙げることができる。

インクジェット法等による動圧発生部の形成方法では、予めプログラミングすることにより、任意の形状パターンを印刷することができ、かつインク（樹脂組成物）の吐出量を精密に制御することにより、形状パターンの各部を任意の厚さに形成することができる。従って、硬化したインク自体で高精度の動圧発生部を形成することができる。これにより、樹脂組成物により形成された動圧発生部を、エッチング等の腐食工程を経ることなくそのまま動圧軸受装置に組み込んで軸受面として使用することが可能となるため、動圧発生部の形成工程を大幅に簡略化できる。また、インクジェット法等による印刷は、軸部材に非接触の状態で行われるため、印刷型や印刷型を保持するための印刷用スクリーンは不要で、かつ軸部材の回転に応じて印刷型を移動させる機構も不要となるので、成形装置を簡略化できる。さらに、インクは、動圧発生部を形成するだけの使用量で足りるため、インクの使用量を低減できる。このように、動圧発生部の形成をインクジェット法等にすることで、動圧軸受装置の低コスト化を図ることができる。

従来方法のようにエッチング工程を経た場合、動圧発生部としての、例えば動圧溝を形成するインクはエッチング後完全に除去されるため、インク成分は残っていないが、本発明の上記軸部材では、このインクが除去されることなく残存した状態で使用される。この場合、理論上は、軸部材の樹脂組成物が、例えば軸受スリーブやハウジングのような軸受部材と摺動接触し、軸部材の素材は軸受部材と非接触となるから、素材に要求される特性として、耐摩耗性の重要度は低くなる。従って、軸部材の素材を選定する際の自由度を高めることができる。また、耐摩耗性を向上させるための熱処理が不要となるので、未熱処理の金属材料で軸部材を形成することができるため、係る材料コストを低減することができる。

上記のようなインクジェット法等による印刷では、軸部材の外周面および端面に樹脂組成物で動圧発生部を形成することができ、そのような軸部材を組み込んだ軸受装置は、軸部材をラジアル方向に非接触支持し、かつ、スラスト方向に接触支持または非接触支持する動圧軸受装置として好ましく提供することが可能である。

以上の構成を有する動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ステータコイルとを有するモータは、上記情報機器用、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気ディスク駆動装置用のスピンドルモータ等として好ましく使用することができる。

以上のように、本発明によれば、素材表面に樹脂組成物を供給することで、軸部材に高精度かつ低コストで形成された動圧発生部を有する動圧軸受装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組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。この情報機器用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、動圧軸受装置１の軸部材２に取り付けられたディスクハブ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、ブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられている。ディスクハブ３は、その外周に磁気ディスク等のディスクＤを一枚または複数枚保持する。ブラケット６の内周に動圧軸受装置１のハウジング７が装着されている。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する励磁力でロータマグネット５が回転し、それに伴ってディスクハブ３、軸部材２が回転する。

図２に上記動圧軸受装置１の一例を示す。この動圧軸受装置１は、回転中心に軸部２ａを有する軸部材２と、略円筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周面に固定され、軸部２ａをその内周に挿入可能な円筒状の軸受スリーブ８と、ハウジング７の開口部に固定されたシール部９とを備えている。

軸部材２は、例えばステンレス鋼で形成される。軸部材２は、中実軸状の軸部２ａとその一端に一体または別体に設けられたフランジ部２ｂとで構成され、本図示例では別体に形成されている。本実施形態において、軸部２ａの外周面２ａ１には、ヘリングボーン形状に配列された動圧溝Ａｂと、動圧溝Ａｂを区画形成する凸状の区画部Ａａとを含むラジアル軸受面Ａが、軸方向に離隔して形成される。上側のラジアル軸受面Ａでは、動圧溝Ａｂが軸方向中心ｍ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。そのため、軸部材２の回転時、動圧溝Ａｂによる潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は下側の対称形のラジアル軸受面Ａに比べ上側のラジアル軸受面Ａで相対的に大きくなる。

さらにフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１および下側端面２ｂ２には、例えばスパイラル形状に配列された動圧溝と、動圧溝を区画形成する区画部を有する、第１スラスト軸受面Ｂおよび第２スラスト軸受面Ｃが形成される。第１スラスト軸受面Ｂは、後述する軸受スリーブ８の下側端面８ｂと第１スラスト軸受隙間を介して対向する。また第２スラスト軸受面Ｃは、後述するハウジング７の底部７ｃの上側端面７ｃ１と第２のスラスト軸受隙間を介して対向する。

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に潤滑油（または潤滑グリース）を含浸させた含油焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには軸部材２が挿入されている。本実施形態において、軸受スリーブ８の内周面８ａは平滑な円筒面として形成されており、ラジアル軸受隙間を介し、軸部材２の外周面２ａ１に形成されたラジアル軸受面Ａと対向する。

ハウジング７は、両端を開口させた略円筒状の側部７ｂと底部７ｃとを構成部材とする。この実施形態において、側部７ｂと底部７ｃとは別部材であり、例えば側部７ｂは樹脂組成物の射出成形により成形され、底部７ｃは軟質金属のプレス成形により成形される。この底部７ｃを側部７ｂの下側開口部に接着・圧入またはこれを併用して取り付けることにより、一方の端部を封口した有底筒状のハウジング７が形成される。この他、ハウジング７の側部７ｂと底部７ｃとは、樹脂組成物や金属材料で一体成形することもできる。

シール部材９は、金属材料や樹脂材料で環状に形成される。シール部材９は、この実施形態では、ハウジング７とは別体に形成され、ハウジング７の側部７ｂの上端開口部７ａに圧入、接着等の手段で固定される。シール部材９の内周面９ａは上方に向かうにつれてテーパ状に拡径しており、この内周面９ａと、内周面９ａに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間には、上方に向かうにつれて半径方向寸法が漸次拡大する環状のシール空間Ｓが形成される。シール部材９で密封された動圧軸受装置１の内部空間には、潤滑流体としての例えば潤滑油が注油され、動圧軸受装置１内が潤滑油で満たされる。この状態では、潤滑油の油面はシール空間Ｓの範囲内に維持される。部品点数の削減および組立工数の削減のため、シール部材９をハウジング７と一体形成することもできる。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸部２ａの外周面２ａ１に離隔形成されたラジアル軸受面Ａは、それぞれ軸受スリーブ８の内周面８ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、各ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、その圧力によって軸部材２が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をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１のラジアル軸受部Ｒ１と第２のラジアル軸受部Ｒ２とが形成される。

また、軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に形成された第１スラスト軸受面Ｂは、第１のスラスト軸受隙間を介して軸受スリーブ８の下側端面８ｂと対向し、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２ｂに形成された第２スラスト軸受面Ｃは、第２のスラスト軸受隙間を介してハウジング７の底部７ｃの上側端面７ｃ１と対向する。軸部材２の回転に伴い、両スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、その圧力によって軸部材２が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をスラスト両方向に回転自在に非接触支持する第１のスラスト軸受部Ｔ１および第２のスラスト軸受部Ｔ２が形成される。

なお、本実施形態に示す動圧軸受装置１では、何らかの理由で軸受の運転中にスラスト軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が極端に大きくなり、シール空間Ｓとの圧力差が生じる場合がある。かかる圧力差は、潤滑油内での気泡発生、およびこれに起因する潤滑油の漏れや振動発生を招く恐れがある。そこで、スラスト軸受隙間を外気に連通させるための循環路１０が形成される。循環路１０を設けることで、シール空間Ｓとスラスト軸受隙間との圧力をバランスさせることができ、圧力差による上記不具合を回避できる。循環路１０は、軸受スリーブ８の外周に１本または複数本設けられた循環溝１０ａと、軸受スリーブ８の上側端面８ｃとシール部材９の下側端面９ｂとの間に設けられ、循環溝１０ａの上端からシール空間Ｓに抜ける半径方向溝１０ｂからなる。なお、図２では、循環溝１０ａは、軸受スリーブ８の外周に形成される場合を例示しているが、この循環溝１０ａはハウジング７の側部７ｂの内周面に形成することもできる。また、半径方向溝１０ｂは、シール部材９の下側端面９ｂに形成される場合を例示しているが、この半径方向溝１０ｂは軸受スリーブ８の上側端面８ｃに形成することもできる。さらに、循環溝１０ａと半径方向溝１０ｂの円周方向位置を一致させているが、循環溝１０ａと半径方向溝１０ｂは、軸受スリーブ８の外周チャンファ８ｅとハウジング７の側部７ｂの内周面との間の環状空間を介して連通しているので、その円周方向位置を異ならせても構わない。

本発明において、軸部材２に動圧発生部を形成する方法として、素材表面に樹脂組成物を供給して形成する方法、例えばインクジェット法を採用した。図３は、軸部材２のうち、軸部２ａの外周面２ａ１に動圧発生部を形成するインクジェット方式の印刷装置を例示したものである。図示するように、この印刷装置は、回転駆動される軸部２ａの素材２ａ’の外周面２ａ１と対向させた一又は複数のノズルヘッド１１と、ノズルヘッド１１に対してその円周方向位置を異ならせて配置した、好ましくは図示のように素材２ａ’を挟んでノズルヘッド１１と対向させて配置した硬化部１５とを主要な構成要素とする。ノズルヘッド１１には、微小液滴状態のインク１２を吐出する複数のノズル１４が軸方向に配設されている。インク１２は、例えば光硬化性樹脂、好ましくは紫外線硬化樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物であり、必要に応じて適当な割合で有機溶媒を配合したものが使用される。硬化部１５は、樹脂組成物を硬化させるための光を照射する光源で、例えば紫外線ランプが使用される。

素材２ａ’を回転させながらノズルヘッド１１を軸方向に往復スライドさせ、ノズル１４からインク１２を吐出することにより、インク１２の微小液滴が素材２ａ’の外周面２ａ１の所定位置に着弾する。この微小液滴が多数集合することで、素材２ａ’の外周面２ａ１には、動圧発生部としての、例えばヘリングボーン形状に配列された動圧溝Ａｂ、および動圧溝を区画形成する区画部Ａａからなる動圧溝パターン（ラジアル軸受面Ａ）が形成される。動圧溝パターンの印刷は軸部材２の回転に伴って徐々に円周方向に進行する形で行われ、印刷部分が硬化部１５の対向領域に達すると、紫外線の照射を受けたインク１２が重合反応を起こして順次硬化する。各ノズル１４からのインク１２の供給・停止を適宜切換えながら素材２ａ’を１〜数十回転させて、素材２ａ’の全周に動圧溝パターンが形成される。

インクジェット法による印刷では、各ノズル１４でインク１２の微小液滴の吐出量を制御することで印刷後のインク膜厚を印刷パターンの各部で精度良く管理することができる。従って、硬化したインク１２（樹脂組成物）で必要な動圧溝Ａｂの深さを確保することができ、これにより動圧発生部として形成された例えば動圧溝パターンを、エッチングや硬化インクの除去工程を経ることなく、そのままラジアル軸受面Ａとして使用することが可能となる。従来では、軸部２ａの外周面２ａ１への動圧溝パターン形成は、マスキング、エッチング（サンドブラストの場合もある）、マスキングの除去といった工程を経て行われているが、上述のように印刷した動圧溝パターンをそのまま軸受面として使用すれば、従来の製作手順に比べ工程数を削減できるため、大幅な低コスト化を図ることができる。この場合、理論上は、軸部２ａの樹脂組成物が軸受スリーブ８と摺動接触し、軸部２ａの素材２ａ’は軸受スリーブ８と非接触となるから、素材に要求される特性として、耐摩耗性の重要度は低くなる。従って、軸部２ａの素材を選定する際の自由度を高めることができる。また、耐摩耗性を向上するための熱処理も不要となるので、未熱処理の金属材料で軸部２ａを形成することができ、かかる材料コストを低減することができる。

図４は、図２に示す軸部材２のうち、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１または下側端面２ｂ２に動圧発生部を形成するインクジェット方式の印刷装置の概要を示すものである（下側端面２ｂ２に形成する場合は上側端面２ｂ１に形成する場合と上下の差以外は全くの同様であるので、以下説明は省略する。）。主要な構成要素は図１の印刷装置と同様であるが、異なる点としては、ノズルヘッド１１および硬化部１５が回転駆動される素材２ｂ’の上側端面２ｂ１と対向させて配置され、かつノズルヘッド１１と硬化部１５を上側端面２ｂ１上で円周方向の位置を異ならせて配置した点である。

素材２ｂ’を回転させながらノズルヘッド１１を半径方向に往復スライドさせ、ノズル１４からインク１２を吐出することにより、インク１２の微小液滴が素材２ｂ’の上側端面２ｂ１の所定位置に着弾する。この微小液滴が多数集合することで、素材２ｂ’の上側端面２ｂ１には、例えばスパイラル状をなす区画部が形成され、印刷されていない領域、すなわち動圧溝とで、動圧発生部としての動圧溝パターン（スラスト軸受面Ｂ）が形成される。動圧溝パターンの印刷はフランジ部２ｂの回転に伴って徐々に円周方向に進行する形で行われ、印刷部分が硬化部１５の対向領域に達すると、紫外線の照射を受けたインク１２が重合反応を起こして順次硬化する。各ノズル１４からのインク１２の供給・停止を適宜切換えながら軸部材を１〜数十回転させて、素材２ｂ’の上側端面２ｂ１の全周にわたって、動圧溝パターンを形成する。

なお、インクの定着方式としては、上述のインクジェット方式のみならず、例えば電気泳動を利用して液滴を誘導する方法、ノズルではなく、インク液面から液滴を飛ばすノズルレスタイプの液滴吐出方式、マイクロピペットを介してインクを液滴の状態ではなく連続的に素材の表面に吐出する方式、あるいは素材表面までの距離を短縮し、インクを吐出と同時に定着面に接触させる方式などを使用することもできる。また、インクジェット印刷機の印刷方法は、連続（コンティニュアス）式、オンデマンド式の何れでもよい。

以上、本発明の一実施形態を例示したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、以下示すような実施形態にも用いることができる。

図５に本発明の構成を有する動圧軸受装置の第２構成例を示す。ただし、上述の第１構成例と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、重複説明は省略する。この動圧軸受装置２１が図２に示す第１構成例の動圧軸受装置１と大きく異なる点は、図５に示す第２のスラスト軸受部Ｔ２がハウジング７の上側端面７ｂ１と、これに対向するディスクハブ３におけるプレート部３ａの下側端面３ａ１との間に形成されている点、およびシール空間Ｓがハウジング７の上端外周面７ｂ２とディスクハブ３の円筒部３ｂの内周面３ｂ１との間に形成されている点にある。この図示例において、第２スラスト軸受面Ｃはハウジング７の上側端面７ｂ１に形成されているが、ハウジング７を成形する成形型に、例えば動圧溝パターンに対応した溝型を形成しておくことで、型成形と同時に動圧溝パターンが形成される。

なお、以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝を用いて動圧作用を発生させる場合を例示しているが、動圧発生部の構成はこれに限定されるものではなく、例えばラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、多円弧軸受、ステップ軸受、テーパ軸受、テーパ・フラット軸受等を使用することもでき、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、ステップ・ポケット軸受、テーパ・ポケット軸受、テーパ・フラット軸受、ピボット軸受等を使用することもできる。例えばラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を多円弧軸受で構成する場合、軸受スリーブ７内周のラジアル軸受面Ａおよび軸部材２の外周面の何れか一方または双方が多円弧面で形成され、各円弧面とこれに対向する面との間の間のラジアル軸受隙間は、回転方向に縮小するくさび状の隙間となる。

また、以上の説明では、ラジアル軸受部を軸方向に２箇所設ける構成を示しているが、ラジアル軸受部の数は任意であり、軸方向の１箇所、あるいは３箇所以上に設けることもできる。

さらに、以上の実施形態では、動圧軸受装置１の内部に充満する流体（潤滑流体）として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受隙間に動圧を発生させることができる流体、例えば磁性流体や空気等の気体を使用することもできる。

本発明の一実施形態に係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。 一実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。 インクジェット方式の印刷装置を示す概要図である。 インクジェット方式の他の印刷装置を示す概要図である。 第２の実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。

符号の説明

１、２１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
２ａ’、２ｂ’ 素材
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ シール部材
１１ ノズルヘッド
１２ インク
１５ 硬化部
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ 第１スラスト軸受面
Ｃ 第２スラスト軸受面
Ａａ 区画部
Ａｂ 動圧溝
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間

Claims (5)

1. ハウジングと、
   ハウジングの内周に固定された軸受スリーブと、
   軸受スリーブの内周に挿入された軸部材と、
   潤滑流体の動圧作用によりラジアル軸受隙間に生じた圧力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、
   軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、
   軸部材の素材表面に供給した樹脂組成物を硬化させて形成され、軸受隙間に流体動圧を発生させる動圧発生部とを有することを特徴とする動圧軸受装置。
2. 動圧発生部が軸部材の外周面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
3. スラスト軸受部が、潤滑流体の動圧作用によりスラスト軸受隙間に生じた圧力で軸部材をスラスト方向に非接触支持するものであり、
   動圧発生部が軸部材の端面に形成されていることを特徴とする請求項２記載の動圧軸受装置。
4. 動圧発生部が、樹脂組成物をノズルから着弾または滴下させた後、これを硬化させて形成されたことを特徴とする請求項１〜３何れか記載の動圧軸受装置。
5. 請求項１〜４何れか記載の動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ステータコイルとを有することを特徴とするモータ。

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