JP2006316921A - スピンドルモーターとその流体動圧軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の円錐動圧軸受を用いて軸方向の小形化が可能で、かつ、潤滑流体の量の管理が容易な構造を有する流体動圧軸受とそれを用いたスピンドルモーターを提供する。
【解決手段】流体動圧軸受は、固定シャフト１１に外嵌固定され、軸方向基端側又は先端側に向かって外径が増加する円錐状外周面１２ａを有する一対の円錐部材１２と、それらの円錐状外周面１２ａに対向する一対の円錐状内周面１３ｂを有する円筒状部材１３とを有する。円錐状外周面１２ａと円錐状内周面１３ｂとの軸受ギャップに潤滑流体が満たされ、円錐状内周面１３ｂに流体動圧発生溝１３ｄが形成されることによって一対の円錐動圧軸受が構成されている。軸受ギャップに満たされた潤滑流体は一対の円錐動圧軸受の間で連続しており、軸方向両端部に潤滑流体の界面を大気に開放する一対のテーパーシール部ＴＳ１、ＴＳ２が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハードディスクのような記録媒体の駆動等に使用されるスピンドルモーターとその流体動圧軸受構造に関する。

ハードディスク駆動装置、リムーバブルディスク駆動装置等において記録媒体を回転駆動するスピンドルモーターの軸受として、回転性能及び耐久性に優れた流体動圧軸受が広く使用されている。流体動圧軸受では、シャフトとスリーブとの間に潤滑油等の流体（以下、潤滑流体という）が満たされ、シャフト又はスリーブに圧力発生溝が形成されている。この圧力発生溝の働きにより、スピンドルモーターの回転に伴って流体に動圧が発生し、シャフトとスリーブとの接触が防止される。シャフトとスリーブとの間のラジアル方向の流体動圧軸受（ラジアル動体軸受）に加えて、軸方向のスラスト軸受についても、同様の構造による流体動圧軸受（スラスト動体軸受）を構成するのが一般的である。

ハードディスク駆動装置等の小形化に伴い、スピンドルモーターの小形化、ひいては軸受構造の小形化、薄型化の要求が高まっている。この要求に応える軸受構造の一つとして、例えば特許文献１又は２に示すような円錐面に構成された流体動圧軸受（円錐動圧軸受又はコニカル動圧軸受と呼称されている）がある。この円錐動圧軸受では、シャフトに固定された円錐部材（ブッシュ）の円錐状外周面と、それに対向するスリーブの円錐状内周面との間に流体動圧軸受が構成され、これがラジアル動体軸受とスラスト動体軸受の両方の機能を発揮する。これにより、一方又は両方のスラスト流体軸受を省略することができるので、軸方向の寸法を低減することが可能になる。
特開２００４−１０８５４６号公報 特開２００４−３５０４９４号公報

上記の特許文献１に記載された軸受構造では、円錐動圧軸受を１個だけ用い、これにラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受を１個ずつ組み合わせている。したがって、一方のスラスト動圧軸受が不要になる分だけ軸方向の寸法が低減される。

他方、特許文献２に記載された軸受構造では、軸方向に離間して配置された一対の円錐動圧軸受を用い、両方のスラスト動圧軸受を不要にしている。したがって、特許文献１の軸受構造に比べて軸受部の軸方向寸法を更に低減することが可能である。しかしながら、特許文献２の軸受構造は、一対の円錐動圧軸受が独立して設けられ、それぞれの円錐動圧軸受に個別に潤滑流体が保持された構造であるため、以下のような短所がある。

すなわち、特許文献２の軸受構造では、２個の円錐動圧軸受のそれぞれに潤滑流体を含ませる必要があるため、撥油剤の塗布箇所が多くなる（少なくとも４箇所に塗布する必要がある）。また、何らかの要因によって２個の円錐動圧軸受に保持された潤滑流体の量のバランスが悪くなった場合に、自動的に修復することができない。特に小型の軸受構造の場合は、２個の円錐動圧軸受に保持される潤滑流体の量を個別に管理することが難しい。更に、特許文献２の軸受構造では、２個の円錐動圧軸受に潤滑流体を注入する際に、その界面が見えないために適正量の潤滑流体が注入されたか否かを管理することが困難である。注入量を体積又は重量で管理する場合は、軸受部のギャップのばらつき等に起因して潤滑流体の界面の位置が変動してしまうことになる。

本発明は、上記のような課題を解決し、一対の円錐動圧軸受を用いて軸方向の小形化が可能で、かつ、潤滑流体の量の管理が容易な構造を有する流体動圧軸受とそれを用いたスピンドルモーターを提供することを目的とする。

本発明による流体動圧軸受構造の第１の構成（請求項１）は、軸部に外嵌固定され、軸方向基端側又は先端側に向かって外径が増加する円錐状外周面を有する基端側及び先端側の一対の円錐部材と、前記一対の円錐部材の円錐状外周面にそれぞれ対向する基端側及び先端側の一対の円錐状内周面を有する円筒状部材とを備え、前記軸部及び前記円筒状部材の一方が固定側に固定されると共に他方が回転側に固定され、前記一対の円錐部材の円錐状外周面と前記円筒状部材の一対の円錐状内周面との軸受ギャップに潤滑流体が満たされ、前記円錐状外周面及び前記円錐状内周面の少なくとも一方に流体動圧発生溝が形成されることによって基端側及び先端側の一対の円錐動圧軸受が構成された流体動圧軸受構造において、前記円錐部材の円錐状外周面と前記円筒状部材の円錐状内周面との軸受ギャップに満たされた潤滑流体が前記基端側及び先端側の一対の円錐動圧軸受の間で連続しており、軸方向両端部に前記潤滑流体の界面を大気に開放する一対のテーパーシール部が設けられていることを特徴とする。

このような構造によれば、軸方向基端側及び先端側に配置された一対の円錐動圧軸受の軸受ギャップに満たされた潤滑流体が連続しているので、基端側と先端側の円錐動圧軸受が分離している構造と異なり、潤滑流体の量の管理が容易になる。つまり、基端側と先端側の円錐動圧軸受における潤滑流体の量を個別に管理する必要はなく、一括して適正量となるように管理すればよい。また、経時変化等の要因によって基端側と先端側との間で潤滑流体の量のバランスが悪くなることがない。

本発明による流体動圧軸受構造の第２の構成（請求項２）は、上記第１の構成において、前記一対の円錐部材の間に設けられた中間ギャップと、各円錐部材の軸方向端部とを連通する前記潤滑流体の循環路を構成する通路が前記軸部と前記円錐部材との接合面に設けられ、回転に伴って前記流体動圧発生溝が前記潤滑流体に発生する動圧によって前記潤滑流体が前記軸受ギャップ、前記中間ギャップ及び前記通路を含む循環路を通って循環するように構成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、何らかの原因で潤滑流体に気泡が発生した場合に、その気泡が早く外部に排出されやすくなる。また、潤滑流体の全体が均一に利用され局部的な劣化が抑えられるので、高性能かつ長寿命の軸受性能が実現する。

本発明による流体動圧軸受構造の第３の構成（請求項３）は、上記第１又は第２の構成において、前記軸方向両端部に設けられた一対のテーパーシール部のうちの一方は隙間が径方向内方に向かって広がる径方向テーパーシール部であり、他方は隙間が軸方向に広がる軸方向テーパーシール部であることを特徴とする。

このような構成によれば、一方の端部で径方向テーパーシール部を採用することによって流体動圧軸受構造の軸方向寸法の低減に寄与しながら、他方の端部で軸方向テーパーシール部を採用することによって、この部分から潤滑流体を注入する作業の作業性がよくなる。また、潤滑流体の界面を目視でチェックすることが軸方向テーパーシール部で容易にできるので、潤滑流体の適正な注入量の確保が容易になる。

本発明による流体動圧軸受構造の第４の構成（請求項４）は、上記第３の構成における軸方向テーパーシール部の具体構成例を示し、前記軸部は基端側にフランジ部を備え、基端側の円錐部材の基端側端面と前記フランジ部との間に前記潤滑流体の循環路を構成するギャップ又は通路が形成されていると共に、前記フランジ部の外周面と前記円筒状部材の内周面との間に前記軸方向テーパーシール部が形成されていることを特徴とする。

本発明による流体動圧軸受構造の第５の構成（請求項５）は、上記第３又は第４の構成における径方向テーパーシール部の具体構成例を示し、前記軸部の先端側端面の一部及び先端側の円錐部材の先端側端面を覆うように前記円筒状部材の先端側に固定されたキャップ部材を備え、前記キャップ部材と前記円錐部材の先端側端面との間に前記潤滑流体の循環路を構成するギャップ又は通路が形成されていると共に、前記キャップ部材と前記軸部の先端側端面との間に前記径方向テーパーシール部が形成されていることを特徴とする。

本発明による流体動圧軸受構造の第６の構成（請求項６）は、上記いずれかの構成において、前記先端側及び基端側の円錐部材が同一材料で形成された同一形状の部材であることを特徴とする。このような構成によれば、先端側及び基端側の円錐部材として同一円錐部材を区別しないで使用できるので、組立コストや部品管理上のコストを低減することができる。

本発明による流体動圧軸受構造の第７の構成（請求項７）は、上記いずれかの構成において、前記円錐部材が、円錐状外周面の小径側から軸方向に短く延びる円筒部を備えていることを特徴とする。このような構成によれば、円錐部材を旋盤で切削加工する場合に、当該円筒部を旋盤のつかみ代として利用することができる。また、軸方向に並置された一対の円錐部材の内側に円筒部が位置するので、一対の円錐動圧軸受の間隔（軸受スパン）が長くなり、軸ぶれを抑える効果が高くなる。

本発明によるスピンドルモーターの構成（請求項８）は、上記いずれかの構成を有する流体動圧軸受構造と、その固定側及び回転側の一方に固定されたマグネット及び他方に固定された電機子と、前記固定側が固定されるベース部と、前記回転側に設けられた回転対象を保持する構造とを備えていることを特徴とする。

本発明の流体動圧軸受構造及びそれを用いたスピンドルモーターによれば、一対の円錐動圧軸受を用いて軸方向の小形化を実現しながら、潤滑流体の量の管理が容易になる効果が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。なお、以下の説明において各部材の位置関係や方向を上下左右で説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を意味し、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を意味するわけではない。

図１は、本発明の実施例に係る流体動圧軸受を用いたスピンドルモーターの構造を示す断面図である。このスピンドルモーターは、ハードディスクドライブ等に内蔵され、ハードディスク等のディスク記憶媒体を回転駆動するためのものである。このスピンドルモーターは、軸部である固定シャフト１１とそれに外嵌固定された一対の円錐部材１２、円筒状部材であるローターハブ１３、及びキャップ部材１４を含む軸受部（軸受構造）１を備えている。固定シャフト１１は固定側であるベース部２に固定螺子３によって固定され、ローターハブ１３にはディスク記憶媒体（図示せず）が固定されている。

ローターハブ１３の外周面の上下方向の中央部には鍔部１３ａが形成されており、この上面からローターハブ１３の上端（先端）側にかけて形成された段部にディスク記憶媒体の中心穴部が嵌装されて鍔部１３ａ上にディスク記憶媒体が載置される。更にクランプ部材（図示せず）をかしめ、螺子止め等の手段でローターハブ１３に固定することによりディスク記憶媒体がローターハブ１３に固定される。また、鍔部１３ａの下面には、スピンドルモーターの駆動力発生部の一方を構成する環状のローターマグネット４が接着等の手段で固定されている。

ベース部２には、スピンドルモーターの駆動力発生部の他方を構成するステータ５が固定されている。このステータ５は、環状のコアバックとこれより径方向内方へ突出した複数極のティースとを一体に形成したステータコア、及び各ティースに巻回されたコイルにより構成されている。複数極のティースが所定のピッチで環状に配置され、それらの内周面が所定のギャップを隔ててローターマグネット４の外周面に対向している。なお、スピンドルモーターの軸方向寸法を低減するために、各ティースに巻回されたコイルの一部がベース部２に設けられた角孔（環状に配置された複数の角孔のそれぞれ）２ａに嵌め込まれるように取り付けられ、ベース部２の下面にはそれらの角孔２ａを含む全面を覆うプラスチックフィルム２ｂが貼付されている。また、環状に配置された複数極のティースの上には、電磁シールド板６が設けられている。

上記のような構成のスピンドルモーターのステータ５が駆動されて回転磁界を発生すると、ローターハブ１３に固定された環状のローターマグネット４にトルクが発生し、ローターハブ１３とそれに固定されたディスク記憶媒体が回転駆動される。ディスク記憶媒体が安定した高速回転を長期間にわたって続けるためには、軸受部１の構造が重要である。以下、軸受部１の構造の詳細について説明する。

本実施例における軸受部１は、円錐部材１２とローターハブ１３との間のギャップに潤滑流体である潤滑油が満たされ、回転に伴って潤滑油に動圧を発生させる流体動圧軸受構造を有する。なお、この種の軸受構造では軸部とそれに外嵌するスリーブとの間に軸受ギャップが形成され、潤滑油が満たされる構造が一般的である。本実施例における軸受部１では、固定シャフト１１とそれに外嵌固定された一対の円錐部材１２とを一体の軸部とみなすことができる。また、円筒状部材であるローターハブ１３がスリーブを兼ねていることになる。

図２は、図１における軸受部の構造を詳細に示す断面図である。なお、図２では、わかりやすくするために、潤滑油が満たされる軸受ギャップ等を誇張して描いている。また、潤滑油が循環する経路（方向）を矢印線で描いている。

固定シャフト１１は、例えば快削性ステンレススチールのような金属の切削加工によって作製される。基端側（図１及び図２では下側）には、ベース部２に固定シャフト１１を固定する固定螺子３が螺合する螺子孔１１ａと、径方向に突出するフランジ部１１ｂが設けられている。フランジ部１１ｂの下面から固定シャフト１１の基端面にかけて形成された段部にベース部２の固定孔が嵌合し、この固定孔の周辺のベース部２（の段部）を固定螺子３とフランジ部１１ｂの下面との間で挟み込むようにして、固定シャフト１１がベース部２にしっかり固定される（図１参照）。また、フランジ部１１ｂは後述する潤滑油の循環路やテーパーシール部の形成にも寄与している。

円錐部材１２は、例えばステンレススチールＳＵＳ３０４のような金属の切削加工によって作製される。好ましくは、基端側の円錐部材１２と先端側の円錐部材１２は同一部品（同一材料、同一形状）であり、これによって両者を区別しないで使用できるので、組立コストや部品管理上のコストを低減することができる。円錐部材１２は、軸方向基端側又は先端側に向かって外径が増加する円錐状外周面１２ａを有する。また、円錐状外周面１２ａの小径側から軸方向に短く延びる円筒部１２ｂを備えている。この円錐部材１２を旋盤で切削加工する場合に、当該円筒部１２ｂを旋盤のつかみ代として利用することができる。

ローターハブ１３は、例えば快削性ステンレススチールのような金属の切削加工によって作製される。ローターハブ１３の内周面には、円錐部材１２の円錐状外周面１２ａに対向する一対の円錐状内周面１３ｂが形成されている。基端側及び先端側の円錐状内周面１３ｂの間には、円筒状内周面１３ｃが形成され、この部分が円錐部材１２の円筒部１２ｂに対向している。

後述のように軸受部１を組み立てる際に円錐部材１２の軸方向位置を調整することによって、円錐部材１２の円錐状外周面１２ａとローターハブ１３の円錐状内周面１３ｂとの間のギャップ（軸受ギャップ）を適切に調整することができる。また、円錐部材１２とローターハブ１３との間の軸受ギャップを含む隙間には潤滑油が充填されている。更に、ローターハブ１３の円錐状内周面１３ｂには、ローターハブ１３の回転に伴って潤滑油に動圧を発生する流体動圧発生溝（ヘリングボーン溝）１３ｄが形成されている。

ヘリングボーン溝１３ｄは、回転方向に沿って潤滑油を集めるような「く」の字状の溝が複数個周方向に配列されて形成されたものである（図２ではこのヘリングボーン溝を便宜上ローターハブ１３上に示している）。「く」の字状の溝の両端から導入された潤滑油が中央部（「く」の字の折れ曲がり部）に集まることにより、この部分での潤滑油の圧力が高くなる。この潤滑油の動圧によって円錐部材１２の円錐状外周面１２ａとローターハブ１３の円錐状内周面１３ｂとの接触が防がれ、円滑な回転が確保される。

この潤滑油の動圧は、円錐状外周面１２ａ及び円錐状内周面１３ｂに垂直な方向に発生するので、径方向成分と軸方向成分を含んでいる。これによって、ラジアル動圧軸受とスラスト動圧軸受を兼ねる一対の円錐動圧軸受が構成されている。つまり、通常は軸方向端部に必要であるスラスト軸受が、本実施例の軸受部１では不要である。なお、円錐部材１２の円筒部１２ｂとローターハブ１３の円筒状内周面１３ｃとの間のギャップは、上記の円錐動圧軸受における軸受ギャップより大きくなるように設定されている。したがって、この部分で円錐部材１２の外周面とローターハブ１３の内周面が接触することはない。また、軸方向に並置された一対の円錐部材の円錐状外周面１２ａの内側に円筒部１２ｂが位置するので、一対の円錐動圧軸受（すなわちヘリングボーン溝１３ｄ）の間隔（軸受けスパン）Ｌが長くなり、軸受構造の軸ぶれを抑える効果が得られる。

図２によく示されているように、円錐部材１２とローターハブ１３との間の軸受ギャップに満たされた潤滑油は、基端側及び先端側の一対の円錐動圧軸受の間で連続している。また、基端側の円錐部材１２の基端側端面と固定シャフト１１のフランジ部１１ｂ（の上面）との間に基端側ギャップＧＰ１が形成され、先端側の円錐部材１２の先端側端面とキャップ部材１４（の下面）との間に先端側ギャップＧＰ２が形成され、基端側及び先端側の円錐部材１２の間に中間ギャップＧＰ３が形成されている。そして、基端側ギャップＧＰ１、中間ギャップＧＰ３及び先端側ギャップＧＰ２を連通する通路ＰＴが固定シャフト１１と円錐部材１２との接合面に設けられている。

この通路ＰＴは、例えば図２に破線で示すように、固定シャフト１１の外周面を軸方向に延びる溝又はＤカット部によって構成される。そのような溝又はＤカット部を周方向に複数箇所設けてもよい。軸方向に延びる直線溝に限らず、螺旋溝で通路ＰＴを構成してもよい。また、固定シャフト１１の外周面の代わりに円錐部材１２の内周面に同様の直線溝又は螺旋溝を設けて通路ＰＴとしてもよい。固定シャフト１１の外周面及び円錐部材１２の内周面の両方に通路ＰＴを設けてもよい。

上記のようにして、一対の円錐部材１２とローターハブ１３との間の軸受ギャップ、基端側ギャップＧＰ１、中間ギャップＧＰ３、先端側ギャップＧＰ２、及び通路ＰＴによって潤滑油の循環路が図２に示すように形成されている。ローターハブ１３の回転に伴いヘリングボーン溝１３ｄの働きによって潤滑油に動圧が発生すると、以下のような作用によって、この循環路を矢印線で示すように潤滑油が循環する。

ヘリングボーン溝１３ｄの「く」の字を構成する溝は、折れ曲がり点から軸方向中央部への長さに比べて、折れ曲がり点から軸方向端部側への長さが少し長くなるように形成されている。これにより、ローターハブ１３の回転に伴いヘリングボーン溝１３ｄの働きによって潤滑油に働く軸方向の力は、軸方向端部に向かう力よりも中央部に向かう力の方が少し大きくなる。その結果、基端側及び先端側のヘリングボーン溝１３ｄの部分では潤滑油が軸方向中央へ送られ、中間ギャップＧＰ３で合流した潤滑油の流れは、内側の通路ＰＴで再び基端側への流れと先端側への流れに分かれ、それぞれのヘリングボーン溝１３ｄの部分へ戻っていく。潤滑油が循環することにより、何らかの原因で潤滑油に発生した気泡が早く外部に排出されやすくなる。また、潤滑油の全体が均一に利用され局部的な劣化が抑えられるので、高性能かつ長寿命の軸受性能が実現する。

なお、キャップ部材１４は、その周辺部がローターハブ１３に取り付けられ、取り付け部から潤滑油が漏れることが無いようにしっかりシールされている。また、固定シャフト１１の先端部のキャップ部材１４と対向する部分には、径方向内側に向かってキャップ部材１４との隙間が広がるようなテーパー面１１ｃが形成されている。これによって潤滑油の界面を大気に開放すると共に潤滑油の漏れを防止する先端側テーパーシール部（径方向テーパーシール部）ＴＳ１が構成されている。

他方、固定シャフト１１の基端側のフランジ部１１ｂの外周面には、ローターハブ１３の内周面との隙間が軸方向基端側に向かって広がるようなテーパー面１１ｄが形成されている。これによって潤滑油の界面を大気に開放すると共に潤滑油の漏れを防止する基端側テーパーシール部（軸方向テーパーシール部）ＴＳ２が構成されている。先端側テーパーシール部ＴＳ１を径方向テーパーシール部とすることによって、流体動圧軸受構造の軸方向寸法の低減が可能になる。また、基端側テーパーシール部ＴＳ２を軸方向テーパーシール部とすることによって、潤滑油の注入作業を容易にすると共に目視による潤滑油の界面（液面）チェック、すなわち注入量チェックを可能にしている（詳しくは後述する）。

テーパーシールにおいては、潤滑油の表面張力と大気圧とによって潤滑油の界面が大気に露出しながら、潤滑油の外部への漏れが防止される。なお、テーパーシール部における潤滑油の界面の外側（大気側）の壁面には撥油剤を塗布する必要がある。本実施例の軸受部１は、円錐部材１２とローターハブ１３との間の軸受ギャップに満たされた潤滑油が基端側及び先端側の一対の円錐動圧軸受の間で連続している。したがって、撥油剤の塗布箇所は、先端側テーパーシール部ＴＳ１の外側及び基端側テーパーシール部ＴＳ２の外側の２箇所のみでよい。

図３は、基端側及び先端側の円錐動圧軸受で潤滑油に発生する動圧を模式的に示すグラフである。横軸上の位置Ｐ１からＰ６は、図２に示す先端側のヘリングボーン溝１３ｄの軸方向先端側Ｐ１、中央部（くの字の折れ曲がり点）Ｐ２及び軸方向基端側Ｐ３と、同じく基端側のヘリングボーン溝１３ｄの軸方向先端側Ｐ４、中央部Ｐ５及び軸方向基端側Ｐ６にそれぞれ対応している。

前述のように、それぞれのヘリングボーン溝１３ｄの中央部（くの字の折れ曲がり点）Ｐ２及びＰ５において、潤滑油に発生する動圧が高くなる様子が図３のグラフからもわかる。この実施例では、先端側のヘリングボーン溝１３ｄの中央部Ｐ２における圧力ＰＲ１よりも基端側のヘリングボーン溝１３ｄの中央部Ｐ５における圧力ＰＲ２が少し高くなる。これは、金属（磁性体）製のベース部２とローターマグネット４との間に働く吸引力によってローターハブ１３に軸方向基端側への力（磁気背圧）が働き、先端側の円錐動圧軸受における軸受ギャップよりも基端側の円錐動圧軸受における軸受ギャップが小さくなるためである。

また、先端側テーパーシール部ＴＳ１及び基端側テーパーシール部ＴＳ２の働きにより、それぞれの円錐動圧軸受（ヘリングボーン溝１３ｄ）の両側で潤滑油の圧力がほぼ大気圧となることがわかる。これにより、一対の円錐動圧軸受の間が負圧になるような不具合は発生しない。図３のグラフでは、先端側及び基端側ヘリングボーン溝１３ｄの内側Ｐ３及びＰ４における圧力が、外側Ｐ１及びＰ６における圧力（大気圧）より少し高く描かれているが、この差は前述のような潤滑油の循環を生じさせる原動力に相当する。

次に、上記のような構造の軸受部１の組立手順を簡単に説明する。図４は、本発明の実施例に係る軸受構造の組立手順の例を示す断面図である。（ａ）から（ｃ）までは図１及び図２と同じく軸方向基端側を下にして描いているが、（ｄ）は軸方向先端側を下にして描いている。

先ず、図４（ａ）に示すように、固定シャフト１１に基端側の円錐部材１２を外嵌し、接着等の手段で固定する。この際、固定シャフト１１のフランジ部１１ｂの上面と円錐部材１２の下面との間に潤滑油の循環路を構成する基端側ギャップＧＰ１を確保するように円錐部材１２の軸方向の位置決めを行う必要がある。基端側ギャップＧＰ１の代わりに径方向の溝を円錐部材１２の下面（基端面）又はフランジ部１１ｂの上面に設けてもよく、この場合は、円錐部材１２の下面がフランジ部１１ｂの上面に当接するように位置決めすることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、固定シャフト１１に基端側の円錐部材１２が外嵌固定されたものをローターハブ１３に基端側から挿入する。更に、先端側の円錐部材１２を先端側から挿入して図４（ｃ）に示すように固定シャフト１１に外嵌固定する。この際、先端側の円錐部材１２の軸方向の位置を調整することによって、一対の円錐部材１２の円錐状外周面１２ａとローターハブ１３の円錐状内周面１３ｂとの間に適切な軸受ギャップが形成されるようにすることができる（図２参照）。この調整は、次のように行われる。

図４（ｂ）の状態では、基端側の円錐部材１２の円錐状外周面１２ａとローターハブ１３の基端側の円錐状内周面１３ｂとが当接している。更に、先端側の円錐部材１２を先端側から挿入したときに、位置決め固定する前は先端側の円錐部材１２の円錐状外周面１２ａとローターハブ１３の先端側の円錐状内周面１３ｂとが当接する。このとき、先端側及び基端側の円錐部材１２同士が当接しない（中間ギャップＧＰ３がゼロにならない）ように円錐部材１２の形状及び寸法が設定されている。この状態から、先端側の円錐部材１２を所定距離だけ引き上げて（軸方向先端側に移動して）固定すれば、一対の円錐部材１２の円錐状外周面１２ａとローターハブ１３の円錐状内周面１３ｂとの間に適切な軸受ギャップが形成されることになる。

一般的なラジアル動圧軸受の場合は、製造工程において軸部の外径とスリーブの内径とによって決まる軸受ギャップが許容範囲内になるように管理するには選別嵌合（選択嵌合ともいう）が必要になる。つまり、軸部の外径及びスリーブの内径がばらつく場合に、それらを選別して軸受ギャップ（軸部の外径とスリーブの内径との差）が許容範囲内になるように組み合わせる必要がある。本実施例の一対の円錐動圧軸受を用いた軸受構造では、上記のようにして円錐部材１２の軸方向位置を調整することによって軸受ギャップが許容範囲内になるように管理することができる。したがって、円錐部材１２及びローターハブ１３の加工精度がある程度ばらついても選別嵌合を行う必要はない。

次に、図４（ｃ）に示すように、キャップ部材１４をローターハブ１３の軸方向先端部に嵌め込んで接着等の手段で固定する。この際、キャップ部材１４の周辺部とローターハブ１３の軸方向先端部との接合箇所は、潤滑油が漏れないようにきっちりシールされる。

次に、図４（ｄ）に示すように、上記のようにして組み立てられた軸受部１を上下逆にし、基端側テーパーシール部ＴＳ２から潤滑油を注入する。注入された潤滑油は、図２に示したように、軸受ギャップ、基端側ギャップＧＰ１、中間ギャップＧＰ３、先端側ギャップＧＰ２、及び通路ＰＴからなる潤滑油の循環路を満たし、その界面が先端側テーパーシール部ＴＳ１及び基端側テーパーシール部ＴＳ２の２箇所に形成される。この際、潤滑油の注入口でもある基端側テーパーシール部ＴＳ２は軸方向テーパーシール部であるので、この部分で潤滑油の界面を目視又は検出することが容易にできる。したがって、潤滑油の注入量が適切になるように管理することが容易になる。例えば、ローターハブ１３の軸方向基端側の面から所定距離ｄだけ下がった位置に潤滑油の界面（液面）が現れるまで潤滑油を注入すればよい。

なお、実際にスピンドルモーター全体を組み立てる際の組立順序は適宜変更可能である。例えば、ローターハブ１３にローターマグネット４を固定した状態で軸受部１の組立を行い、ステータ５等が取り付けられたベース部２に軸受部１を固定する前に潤滑油の注入を行えばよい。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限らず種々の形態で実施することができる。例えば、流体動圧発生溝（ヘリングボーン溝１３ｄ）をローターハブ１３の円錐状内周面１３ｂに設ける代わりに、円錐部材１２の円錐状外周面１２ａに設けてもよい。あるいは、円錐状内周面１３ｂと円錐状外周面１２ａの両方に流体動圧発生溝を設けてもよい。

また、上記の実施例ではローターハブ１３がスリーブを兼ねているが、円錐部材１２に外嵌する円錐状内周面を有するスリーブと、それに外嵌固定されるローターハブとを個別の部材として作製してもよい。また、上記の実施例の説明において示した各部材の材料や形状はあくまで一例であって、本発明の構成がそれらの材料や形状に限定される趣旨ではない。

本発明の実施例に係る流体動圧軸受を用いたスピンドルモーターの構造を示す断面図である。 図１における軸受部の構造を詳細に示す断面図である。 基端側及び先端側の円錐動圧軸受で潤滑油に発生する動圧を模式的に示すグラフである。 本発明の実施例に係る軸受構造の組立手順の例を示す断面図である。

符号の説明

２ ベース部（固定側）
４ ローターマグネット
５ ステータ
１１ 固定シャフト（軸部）
１１ｂ フランジ部
１２ 円錐部材
１２ａ 円錐状外周面
１２ｂ 円筒部
１３ ローターハブ（円筒状部材）
１３ｂ 円錐状内周面
１３ｄ ヘリングボーン溝（流体動圧発生溝）
１４ キャップ部材
ＧＰ１ 基端側ギャップ
ＧＰ２ 先端側ギャップ
ＧＰ３ 中間ギャップ
ＴＳ１ 先端側テーパーシール部（径方向テーパーシール部）
ＴＳ２ 基端側テーパーシール部（軸方向テーパーシール部）
ＰＴ 通路

Claims (8)

1. 軸部に外嵌固定され、軸方向基端側又は先端側に向かって外径が増加する円錐状外周面を有する基端側及び先端側の一対の円錐部材と、前記一対の円錐部材の円錐状外周面にそれぞれ対向する基端側及び先端側の一対の円錐状内周面を有する円筒状部材とを備え、前記軸部及び前記円筒状部材の一方が固定側に固定されると共に他方が回転側に固定され、前記一対の円錐部材の円錐状外周面と前記円筒状部材の一対の円錐状内周面との軸受ギャップに潤滑流体が満たされ、前記円錐状外周面及び前記円錐状内周面の少なくとも一方に流体動圧発生溝が形成されることによって基端側及び先端側の一対の円錐動圧軸受が構成された流体動圧軸受構造であって、
   前記円錐部材の円錐状外周面と前記円筒状部材の円錐状内周面との軸受ギャップに満たされた潤滑流体が前記基端側及び先端側の一対の円錐動圧軸受の間で連続しており、軸方向両端部に前記潤滑流体の界面を大気に開放する一対のテーパーシール部が設けられていることを特徴とする流体動圧軸受構造。
2. 前記一対の円錐部材の間に設けられた中間ギャップと、各円錐部材の軸方向端部とを連通する前記潤滑流体の循環路を構成する通路が前記軸部と前記円錐部材との接合面に設けられ、回転に伴って前記流体動圧発生溝が前記潤滑流体に発生する動圧によって前記潤滑流体が前記軸受ギャップ、前記中間ギャップ及び前記通路を含む循環路を通って循環するように構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の流体動圧軸受構造。
3. 前記軸方向両端部に設けられた一対のテーパーシール部のうちの一方は隙間が径方向内方に向かって広がる径方向テーパーシール部であり、他方は隙間が軸方向に広がる軸方向テーパーシール部であることを特徴とする
   請求項１又は２記載の流体動圧軸受構造。
4. 前記軸部は基端側にフランジ部を備え、基端側の円錐部材の基端側端面と前記フランジ部との間に前記潤滑流体の循環路を構成するギャップ又は通路が形成されていると共に、前記フランジ部の外周面と前記円筒状部材の内周面との間に前記軸方向テーパーシール部が形成されていることを特徴とする
   請求項３記載の流体動圧軸受構造。
5. 前記軸部の先端側端面の一部及び先端側の円錐部材の先端側端面を覆うように前記円筒状部材の先端側に固定されたキャップ部材を備え、前記キャップ部材と前記円錐部材の先端側端面との間に前記潤滑流体の循環路を構成するギャップ又は通路が形成されていると共に、前記キャップ部材と前記軸部の先端側端面との間に前記径方向テーパーシール部が形成されていることを特徴とする
   請求項３又は４記載の流体動圧軸受構造。
6. 前記先端側及び基端側の円錐部材が同一材料で形成された同一形状の部材であることを特徴とする
   請求項１から５のいずれか１項記載の流体動圧軸受構造。
7. 前記円錐部材は、円錐状外周面の小径側から軸方向に短く延びる円筒部を備えていることを特徴とする
   請求項１から６のいずれか１項記載の流体動圧軸受構造。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の流体動圧軸受構造と、その固定側及び回転側の一方に固定されたマグネット及び他方に固定された電機子と、前記固定側が固定されるベース部と、前記回転側に設けられた回転対象を保持する構造とを備えていることを特徴とするスピンドルモーター。
   

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