JP2007192316A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立精度や軸受性能の低下を避けつつ、高いモーメント剛性を有する流体軸受装置を提供する。
【解決手段】スリーブアセンブリ８は、軸方向に並べられた第１軸受スリーブ８１と第２軸受スリーブ８２とで構成される。第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａには、第１および第２のラジアル軸受面Ａ１、Ａ２が形成されている。第１のラジアル軸受面Ａ１には動圧発生部が形成され、第２のラジアル軸受面Ａ２には第１のラジアル軸受面Ａ１の凸部と略同径で真円状の凸部が形成されている。第２のラジアル軸受面Ａ２は、第２軸受スリーブ８２側に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、動圧軸受装置に関するものである。

流体軸受装置の一種である動圧軸受装置は、軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿入した軸部材との相対回転により軸受隙間に生じた流体（潤滑流体）の動圧作用で圧力を発生させ、この圧力で軸部材を非接触支持する軸受装置である。この動圧軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を有するものであり、近年ではその特徴を活かして、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等に搭載するスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）などに搭載するポリゴンスキャナモータ用、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などに搭載するファンモータ用、あるいは軸流ファンなどの電気機器に搭載する小型モータ用の軸受として広く用いられている。

この種の情報機器用モータでは、情報処理量の増大等に伴い、記録媒体の積層化や高速回転化等が急速に進展している。これに伴い、動圧軸受装置には、より一層の軸受剛性の向上、特にモーメント荷重に対する剛性（モーメント剛性）の向上が求められている。

動圧軸受装置のモーメント剛性の向上手段としては、ラジアル軸受部を軸方向の２箇所に離隔して設けることにより、軸受スパンを拡大させた構造が一般的である。この種の構造として、例えば以下に示す構成のものが知られている。
（１）単体の軸受スリーブの上下２箇所にラジアル軸受面を形成したもの（例えば、特許文献１参照）。
（２）軸受スリーブを軸方向に２個並べ、両軸受スリーブにそれぞれ一つずつラジアル軸受面を形成したもの（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−９２５０号公報 特開平１１−２６９４７５号公報

しかしながら、（１）の構成では、軸受スパンの拡大に伴い、軸受スリーブが長大化する。軸受スリーブが長大化すると、軸受スリーブの加工精度を確保することが難しくなる。特に軸受スリーブが焼結金属製である場合、その圧粉成形時に均一密度を得にくくなり、所期の軸受性能を発揮できないおそれがある。従って、より一層の軸受スパンの拡大には限度がある。

一方、上記（２）の構成のように二つの軸受スリーブを使用する場合、その組立に際しては、図１３に示すように組立ピン７０を軸受スリーブの内周に挿入することにより、両者の同軸度を確保する必要がある。しかしながら、この構造では、軸受スパンを確保するため、両ラジアル軸受面８０ａが相手側スリーブから離反する方向の端部に配置されるのが通例であり、この場合、スリーブ同士の接合面付近にピンの外径よりも大きい大径の空間８０ｂが形成される。従って、スリーブ同士の端面精度によっては、図示のように、二つの軸受スリーブ８０、８０が傾いた状態（中折れ状態）でもピン７０が挿入可能となる。この中折れ状態では、以後の組立精度が低下し、かつ軸受性能にも悪影響が及ぶ。

そこで、本発明は、組立精度や軸受性能の低下を避けつつ、高いモーメント剛性を有する動圧軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる動圧軸受装置は、軸部材と、内周面にラジアル軸受面を備え、ラジアル軸受面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持する軸受スリーブとを備えるものであって、前記軸受スリーブを軸方向に複数個並べ、隣接する二つの軸受スリーブのうち、少なくとも何れか一方に第１のラジアル軸受面と、第１のラジアル軸受面よりも他方の軸受スリーブ側に位置する第２のラジアル軸受面とを設け、第１のラジアル軸受面に動圧発生部を形成すると共に、第２のラジアル軸受面を円筒面に形成したことを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するため、本発明にかかる動圧軸受装置は、軸部材と、内周面にラジアル軸受面を備え、ラジアル軸受面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持する軸受スリーブとを備えるものであって、前記軸受スリーブを軸方向に複数個並べ、隣接する二つの軸受スリーブのうち、少なくとも何れか一方に第１のラジアル軸受面と、第１のラジアル軸受面よりも他方の軸受スリーブ側に位置する第２のラジアル軸受面とを設け、第１のラジアル軸受面に動圧発生部を形成すると共に、第２のラジアル軸受面にスパイラル状の傾斜溝を形成したことを特徴とするものである。

以上に示す構成のように、ラジアル軸受面を有する軸受スリーブを軸方向に複数個並べることで、複数のラジアル軸受面を軸方向に離隔して設けることができ、軸受スパンの拡大を通じてモーメント剛性の向上を図ることができる。この際、個々の軸受スリーブの軸方向長さを短くできるので、長大な単体の軸受スリーブに二つのラジアル軸受面を形成する場合に問題となる軸受スリーブの加工精度の低下も回避することができる。また、隣接する二つの軸受スリーブの少なくとも何れか一方に、第１のラジアル軸受面と第２のラジアル軸受面とを設けているので、組立時に二つの軸受スリーブの内周に組立ピンを挿入した場合でも、組立ピンは、スリーブアセンブリの軸方向両端の二つのラジアル軸受面（第１のラジアル軸受面）の他、その間の第２のラジアル軸受面でも支持される。したがって、軸受スリーブが軸方向の少なくとも三箇所以上でピンに支持されるので、二つの軸受スリーブの中折れを防止し、両軸受スリーブ間で高精度の同軸度を確保しつつ組立作業を進めることができる。このとき、第１のラジアル軸受面のみならず第２のラジアル軸受面にも動圧発生部を形成することができるが、これでは軸受剛性が高まる反面トルクアップを招く。これに対し、上記のように第２のラジアル軸受面を円筒面に形成するか、あるいは第２のラジアル軸受面に傾斜溝を形成するなどして、第２のラジアル軸受面で動圧が発生しないようにすれば、上記課題を解決する一方、トルクアップを回避することができる。

ところで、動圧軸受装置（流体動圧軸受装置）では、気泡の発生等による軸受性能の低下を回避するため、軸受装置内部で流体（例えば、潤滑油）を循環させる場合が多い。この流体循環は、例えば、第１のラジアル軸受面の動圧発生部を軸方向で非対称形状とし、軸方向一方側へのポンピング力を軸方向他方側へのポンピング力よりも大きくして、ラジアル軸受隙間の流体を軸方向の一方側へ押し込むことで実現することができる。

このように流体を循環させるため、動圧発生部を軸方向非対称形状とした場合、軸方向一方側の動圧発生部の軸方向寸法が長くなる分、ラジアル軸受面間のスパンが短くなり、これによりモーメント剛性の低下を招くおそれがある。この場合、第２のラジアル軸受面に、スパイラル状の傾斜溝を形成した構成の動圧軸受装置では、該傾斜溝によって、軸方向一方側への押し込み力（ポンピング力）が確保されるので、第１のラジアル軸受面で動圧発生部の軸方向非対称量（アンバランス量）を減少させることができ、その分、各ラジアル軸受面間の軸方向スパンを拡大させてモーメント剛性の低下を防止することができる。

上記構成の動圧軸受装置はモータ、その中でも、特に高いモーメント剛性が必要なモータ、例えば、記録媒体（例えば、ディスク）が積層された複数枚ディスク搭載用のスピンドルモータ等に好ましく用いることができる。

以上より、本発明によれば、組立精度の低下や軸受性能の低下を避けつつ、高いモーメント剛性を有する動圧軸受装置を提供することができる。

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、本発明に係る動圧軸受装置（流体動圧軸受装置）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、軸部材２を回転自在に非接触支持する流体動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたロータ（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の内周に取付けられる。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、ブラケット６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが複数枚保持される。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との間の電磁力でロータマグネット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が一体となって回転する。

図２は、上記スピンドルモータで使用される流体動圧軸受装置１の一例を示すものである。この流体動圧軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定されるスリーブアセンブリ８と、スリーブアセンブリ８の内周に挿入された軸部材２と、ハウジング７の一端開口をシールするシール部材９と、ハウジング７の他端開口を封口する蓋部材１０とを主要な構成部品として備える。スリーブアセンブリ８は、軸方向に並べられた複数の軸受スリーブで構成され、本実施形態では、端面同士が当接した第１軸受スリーブ８１と第２軸受スリーブ８２とで構成されている。なお、以下説明の便宜上、シール部材９の側を上側、その軸方向反対側を下側として説明を進める。

軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端で外径側に張り出したフランジ部２ｂとを一体または別体に有する。この軸部材２は、全体をステンレス鋼等の金属材で形成する他、例えば軸部２ａを金属製、フランジ部２ｂを樹脂製とした金属と樹脂のハイブリッド構造とすることもできる。本実施形態において、軸部２ａの外周面２ａ１は動圧溝等のない平滑な円筒面に、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２は動圧溝等のない平滑な平面に形成されている。

ハウジング７は、例えば、樹脂材料を射出成形して円筒状に形成され、その内周面７ａは、同径でストレートな円筒面となっている。図１に示すブラケット６の内周面にハウジング７の外周面が圧入、接着、圧入接着等適宜の手段で固定される。

ハウジング７を形成する樹脂材料は射出成形可能な樹脂材料であれば非晶性樹脂・結晶性樹脂を問わず使用可能で、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、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。もちろんこれらは一例にすぎず、軸受の用途や使用環境に適したその他の樹脂材料を使用することもできる。上記の樹脂材料には、必要に応じて強化材（繊維状、粉末上等の形態は問わない）や潤滑剤、導電材等の各種充填材が一種または二種以上配合される。

この他、黄銅やアルミニウム合金等の軟質金属材料、その他の金属材料でハウジング７を形成することもできる。

ハウジング７の上端開口部の内周には、金属材料や樹脂材料で形成された環状のシール部材９が、例えば圧入、接着、あるいはこれらを併用して固定される。シール部材９の内周面９ａは、軸部２ａの外周面２ａ１に設けられたテーパ面２ａ２とシール空間Ｓを介して対向する。軸部２ａのテーパ面２ａ２は上側に向かって漸次縮径しており、軸部材２の回転により遠心力シールとしても機能する。動圧軸受装置の組立後、シール部材９で密封された動圧軸受装置１の内部空間に潤滑流体として例えば潤滑油が充満され、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。なお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と一体成形することもできる。

ハウジング７の下端開口部は、ハウジング７とは別体の蓋部材１０で封口される。蓋部材１０は、金属材料あるいは樹脂材料で円盤状に形成され、例えば圧入、接着、またはこれらを併用して固定される。蓋部材１０の上側端面１０ａの一部環状領域には、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面Ｃが形成され、当該スラスト軸受面Ｃには、例えばスパイラル形状に配列された動圧溝が形成されている（図示省略）。

スリーブアセンブリ８を構成する軸受スリーブ８１、８２は、共に焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする燒結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面の所定位置に接着、あるいは溶着等適宜の手段で固定される。両軸受スリーブ８１、８２は、軸方向同一長さに形成されている。なお、軸受スリーブ８１、８２の一方または双方は、焼結金属以外にも、黄銅等の軟質金属で形成することもできる。

スリーブアセンブリ８のうち、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａには、軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成する第１のラジアル軸受面Ａ１および第２のラジアル軸受面Ａ２がそれぞれ軸方向に離隔形成される。第１のラジアル軸受面Ａ１は、相手側の軸受スリーブ（第２軸受スリーブ）８２から離反する側（上側）の端部に形成され、第２のラジアル軸受面Ａ２はその反対側の端部に形成されている。第１のラジアル軸受面Ａ１には、例えば図３（ａ）に示すように、動圧発生部としてヘリングボーン形状の動圧溝８１ａ１が形成される。動圧溝間の背部８１ａ２および円周方向に連続した真円状の平滑部８１ａ３の内径寸法は等しい。第２のラジアル軸受面Ａ２は、内周面８１ａの内径側に突出した平滑な円筒面をなし、その内径寸法は、第１のラジアル軸受面Ａ１の背部８１ａ２および平滑部８１ａ３と等しい。また、第２のラジアル軸受面Ａ２の軸方向幅は、第１のラジアル軸受面Ａ１よりも小さい。

スリーブアセンブリ８のうち、下側に位置する第２軸受スリーブ８２の内周面８２ａにも同様に、第１のラジアル軸受面Ａ１’および第２のラジアル軸受面Ａ２’が軸方向に離隔形成される。第１のラジアル軸受面Ａ１’は、相手側の軸受スリーブ（第１軸受スリーブ）８１に対する離反側（下側）の端部に形成され、上記第１のラジアル軸受面Ａ１と同様に、動圧発生部としてのヘリングボーン形状の動圧溝８２ａ１、背部８２ａ２、および平滑部８２ａ３を有する。第２のラジアル軸受面Ａ２’は、その軸方向反対側の端部に形成され、上記第２のラジアル軸受面Ａ２と同様に、内径側に突出した平滑な円筒面に形成される。第２のラジアル軸受面Ａ２’の内径寸法は、第１のラジアル軸受面Ａ１’の背部８２ａ２および平滑部８２ａ３と等しく、かつ第２のラジアル軸受面Ａ２’の軸方向幅は、第１のラジアル軸受面Ａ１’よりも小さい。

二つの軸受スリーブ８１、８２に形成された第１のラジアル軸受面のうち、第１軸受スリーブ８１の第１のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝８１ａ１は軸方向中心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。そのため、軸部材２の回転時、動圧溝８１ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は、下向きが上向きよりも大きくなる。その一方で、第２軸受スリーブ８２の第１のラジアル軸受面Ａ１’の動圧溝８２ａ１は軸方向で対称に形成され、下向きおよび上向きのポンピング力に差はない。従って、軸受スリーブ８１，８２の内周面８１ａ、８２ａと軸部材２の外周面２ａ１との間の隙間では潤滑油が下向きに流れる。なお、動圧溝８１ａ１、８２ａ１の形状としては、公知のその他の形状、例えばスパイラル形状等に形成することもできる。

第２軸受スリーブ８２の下側端面８２ｃの一部環状領域には、スラスト軸受面Ｂが形成され、当該スラスト軸受面Ｂには、例えば図３（ｂ）に示すように、スパイラル形状の動圧溝８２ｃ１が形成されている。動圧溝形状は、公知のその他の形状、例えばヘリングボーン形状に形成することもできる。

以上の構成を有する第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａは、例えば、円筒状の焼結金属素材の内周面に、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａの形状に対応した成形部をその外周に有するサイジングピンを挿入し、その状態で金型に入れて圧縮成形することで形成することができる。圧縮成形により、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａが塑性流動を起こしてサイジングピンの成形部に食い付き、成形部の表面形状が軸受スリーブ内周面８１ａに転写される。これにより、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａに第１のラジアル軸受面Ａ１および第２のラジアル軸受面Ａ２を精度良く、かつ同時に成形することができる。第１軸受スリーブ８１を圧縮成形用の金型から取り出すと、軸受スリーブ８１にスプリングバックが生じて成形した内周面８１ａが拡径するので、成形後の内周面８１ａを崩すことなく、サイジングピンをスムーズに第１軸受スリーブ８１の内周から抜き取ることができる。なお、第２軸受スリーブ８２の内周面８２ａへの第１のラジアル軸受面Ａ１’および第２のラジアル軸受面Ａ２’の形成方法は、第１軸受スリーブ８１のそれに準ずるので、重複説明を省略する。

上記構成からなる流体動圧軸受装置１の組立は、例えば次のようにして行われる。

図４に示すように、第１軸受スリーブ８１および第２軸受スリーブ８２を軸方向に密着させて同軸配置し、その内周に、軸方向で同径の組立ピン１２を挿入する。この状態では、組立ピン１２の外周面と軸受スリーブ８１、８２の内周面８１ａ、８２ａの凸部分（第１のラジアル軸受面Ａ１・Ａ１’の背部８１ａ２・８２ａ２、平滑部８１ａ３・８２ａ３、および第２のラジアル軸受面Ａ２・Ａ２’）との間には、組立ピン１２が自由に移動可能で、かつピン１２と軸受スリーブ８１、８２との間にガタが生じない程度のハメアイ隙間が存在する。次いで、このアセンブリをハウジング７の内周に挿入し、各軸受スリーブ８１、８２の外周面をハウジング７（図示省略）の内周面の所定位置に接着、圧入、溶着（超音波溶着）等適宜の手段で固定する。次いで、組立ピン１２を抜き取って軸部材２を軸受スリーブ８１、８２の内周面８１ａ、８２ａに挿入し、さらにハウジング７の両端開口部にシール部材９および蓋部材１０を上記固定手段を用いて固定する。その後、潤滑油を注油してラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間を含む軸受装置の内部空間を全て潤滑油で満たす。

上記構成の流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａの第１および第２のラジアル軸受面Ａ１、Ａ２は、それぞれ軸部材２の外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。第１のラジアル軸受面Ａ１では、上記ラジアル軸受隙間に充満された潤滑油が動圧溝８１ａ１の動圧作用によってその圧力を高められ、こ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。一方、第２のラジアル軸受面Ａ２では、ラジアル軸受隙間に滲み出した油で油膜が形成され、この油膜で軸部材２がラジアル方向に回転自在に支持される。これにより、動圧軸受および真円軸受で軸部材２をラジアル方向に回転自在に支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１が構成される。同様に第２軸受スリーブ８１でも第１および第２のラジアル軸受面Ａ１’、Ａ２’によって動圧軸受および真円軸受が構成され、軸部材２をラジアル方向に回転自在に支持する第２ラジアル軸受部Ｒ２が構成される。

また、軸部材２が回転すると、第２軸受スリーブ８２の下側端面８２ｃのスラスト軸受面Ｂがフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と所定のスラスト軸受隙間を介して対向し、蓋部材１０の上側端面１０ａのスラスト軸受面Ｃがフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２と所定のスラスト軸受隙間を介して対向する。そして軸部材２の回転に伴い、各スラスト軸受隙間に充満された潤滑油は、動圧溝の動圧作用によってその圧力が高められ、軸部材２が両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をスラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とが形成される。

軸部材２の回転に伴い、軸受装置１内に満たされた潤滑油は、第１軸受スリーブ８１の非対称形状の第１のラジアル軸受面Ａ１で生じたポンピング力で押し込まれ、内部空間を循環する。この潤滑油の循環路を形成するため、第１軸受スリーブ８１および第２軸受スリーブ８２の外周面には、それぞれ軸方向溝８１ｅ、８２ｅが形成され、第１軸受スリーブ８１の上側端面８１ｂには半径方向溝８１ｆが形成されている。本実施形態において、潤滑油は、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａと軸部材２の外周面２ａ１との間の隙間から、第２軸受スリーブ８２の内周面８２ａと軸部材２の外周面２ａ１との間の隙間→第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間→第２軸受スリーブ８２の外周面とハウジング７の内周面との間の流路（軸方向溝８２ｅ）→第１軸受スリーブ８１の外周面とハウジング７の内周面との間の流路（軸方向溝８１ｅ）→第１軸受スリーブ８１の上側端面８１ｂとシール部材９の下側端面との間の流路（半径方向溝８１ｆ）を経て、第１軸受スリーブ８１の内周面８１ａと軸部材２の外周面２ａ１との間の隙間に戻る経路を循環する。この循環により、潤滑油中の局部的な高圧部分での気泡発生を抑制し、かつ発生した気泡を、シール空間Ｓを介して速やかに外気に放出することができ、軸受機能の安定化を図ることができる。なお、軸方向溝８１ｅ、８２ｅをハウジング７の内周面に形成し、また半径方向溝８１ｆをシール部材９の下側端面に形成しても同様の効果が得られる。

以上に示した構成であれば、軸方向に軸受スリーブ８１、８２を並べているので、第１のラジアル軸受面Ａ１、Ａ１’の軸方向スパンＳを大きくすることができ、その一方で個々の軸受スリーブ８１，８２の長大化を防止できるから、これを圧粉成形する際の密度のバラツキを抑制することができ、軸受機能の安定化を図ることができる。また、第１のラジアル軸受面Ａ１、Ａ１’の間に第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’を設けているので、図４に示す組立工程時には、組立ピン１２の外周面と第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’との間に、第一のラジアル軸受面Ａ１、Ａ１’の間と同程度のハメアイ隙間を形成することができる。この場合、第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’と組立ピン１２の外周面との接触により、スリーブアセンブリ８の軸方向中央部付近でも個々の軸受スリーブ８１、８２で姿勢矯正が行われるので、図１３に示すような軸受スリーブの中折れを確実に防止することができ、両軸受スリーブ８１、８２間で高い同軸度を確保すると共に、その後の組立工程での組立精度も確保することができる。

以上から、本発明によれば、組立精度の低下や軸受性能の低下を避けつつ、高いモーメント剛性を有する流体動圧軸受装置１を提供することが可能となる。

なお、以上の説明では、第１のラジアル軸受面Ａ１、Ａ１’の凸部分と第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’の内径寸法を同一としたが、必ずしも両者を同一径とする必要はない。例えば、さらなる低トルクを目的とする場合、第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’の内径寸法を、第１のラジアル軸受面の凸部分の内径寸法よりも大きくすることもできる。また、第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’の内径寸法を、第１のラジアル軸受面の凸部分の内径寸法よりも小さくすれば、軸受スリーブ８１、８２をハウジング７内周に固定する際、第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’がガイドとして機能し、第１のラジアル軸受面Ａ１、Ａ１’とガイドピンは接触しないため、第１のラジアル軸受面に設けられた動圧発生部を損傷させることなく組立を行うことができる。この場合、軸部２ａの外周面２ａ１のうち、第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’に対向する部分を第１のラジアル軸受面Ａ１、Ａ１’に対向する部分よりも小径にすることでロストルクを低減することができる。

また、以上の説明では、第１軸受スリーブ８１および第２軸受スリーブ８２の双方に第２のラジアル軸受面Ａ２、Ａ２’を形成しているが、組立時における中折れ防止は、スリーブアセンブリ８の軸方向中央部の一箇所でのみ組立ピン１２と軸受スリーブとを接触させても達成することができる。従って、第２のラジアル軸受面は、何れか一方の軸受スリーブにのみ設けることもできる。

図５に、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、第１軸受スリーブ８１の第２のラジアル軸受面Ａ２、および第２軸受スリーブ８２の第２のラジアル軸受面Ａ２’にそれぞれ同方向に傾斜したスパイラル状の傾斜溝８１ａ４、８２ａ４を形成している。このように傾斜溝８１ａ４、８２ａ４を形成することにより、軸部材２の回転時には、傾斜溝８１ａ４、８２ａ４のポンピング作用で潤滑油を下向きに押し込むことができる。このようにポンピング力の発生部を第１のラジアル軸受面とは異なる箇所に設けることにより、図３（ａ）に示す上側の第１のラジアル軸受面Ａ１の軸方向の非対称量（アンバランス量）を減じ（Ｘ１とＸ２の差を小さくする）、あるいは解消（Ｘ１＝Ｘ２とする）することができる。この場合、上側の第１のラジアル軸受面Ａ１では、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が短くなるので、図３（ａ）に示す構成と比べスリーブアセンブリ８の軸受スパンＳ’を大きくし、より大きなモーメント剛性を確保することができる。

ところで、第１および第２軸受スリーブ８１、８２の軸方向長さを同じにした場合、両者の外観上の差異が少ないため、組立時に作業者が両スリーブの上下位置を取り違えて組み込むおそれがある。これに対し、図５に示すように、第１軸受スリーブ８１と第２軸受スリーブ８２の軸方向長さを異ならせておけば、この種の人為的なミスを防止することができる。図２に示す実施形態でも第１および第２軸受スリーブ８１、８２の長さを異ならせることにより、同様の効果が期待できる。

上記本発明の構成は、上記構成の流体動圧軸受装置のみならず、他の構成の流体動圧軸受装置にも好ましく適用することができる。以下、図６〜図８に流体動圧軸受装置の他の構成例を示すが、図２および図３（あるいは図５）に示す構成と機能・作用を同一にする部材・部位については、同一の参照番号を付与し、重複説明を省略する。

図６に示す流体動圧軸受装置１は、主に、蓋部材１０をハウジング７と一体に形成した点で、図２に示す流体動圧軸受装置１と構成を異にする。この場合、ハウジング７に収容したスリーブアセンブリ８は、ハウジング７の底部内周に設けられた段部１７ｃによって軸方向の位置決めが行われる。軸部材２のフランジ部２ｂは、段部１７ｃによって得られる軸方向空間に収容される。

図７に示す流体動圧軸受装置１は、ハウジング１７の段部１７ｃを削除した点で、図６に示す流体動圧軸受装置１と構成を異にする。この場合、図６に示す構成の流体動圧軸受装置１に比べ、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２における支持面積を拡大させ、スラスト軸受部におけるモーメント荷重に対する負荷能力を向上させることができる。

図８に示す流体動圧軸受装置１は、主に、ハウジング７の両端開口部にシール空間Ｓ１、Ｓ２を設けた点、およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２をスリーブアセンブリ８の両端に設けた点で図２に示す流体動圧軸受装置１と構成を異にする。この場合、シール空間Ｓ１は、軸部材２に固定された第１シール部材１９の外周面１９ａとハウジング７の上端開口部の内周面との間に、またシール空間Ｓ２は第２シール部材２０の外周面２０ａと、ハウジング７の下端開口部の内周面との間に形成される。また、第１スラスト軸受部Ｔ１は、第１シール部材１９の下側端面１９ｂと第１軸受スリーブ８１の上側端面８１ｂとの間に設けられ、第２スラスト軸受部Ｔ２は、第２シール部材２０の上側端面２０ｂと第２軸受スリーブ８２の下側端面８２ｃとの間に設けられる。なお、同図におけるスリーブアセンブリ８は、第１軸受スリーブ８１の上側端面８１ｂにスラスト軸受面Ｂを、第２軸受スリーブ８２の下側端面８２ｃにスラスト軸受面Ｃを形成した点で、図３に示すスリーブアセンブリ８とは構成を異にする。

本構成の流体動圧軸受装置１は、図２に示す流体動圧軸受装置１と比べ、両スラスト軸受部間の離間距離が大きくなっているため、スラスト軸受部におけるモーメント剛性を高めることができる。

以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のうちの動圧軸受およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、ヘリングボーン形状やスパイラル形状等の動圧溝によって潤滑油の動圧作用を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を構成する動圧軸受として、いわゆるステップ軸受や多円弧軸受を採用しても良い。

図９は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方をステップ軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、スリーブアセンブリ８を構成する第１軸受スリーブ８１（第２軸受スリーブ８２）の内周面の第１のラジアル軸受面となる領域に、複数の軸方向溝形状の動圧溝８１ａ５が円周方向所定間隔に設けられている。

図１０は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、スリーブアセンブリ８を構成する第１軸受スリーブ８１（第２軸受スリーブ８２）の内周面の第１のラジアル軸受面となる領域が、３つの円弧面８１ａ６、８１ａ７、８１ａ８で構成されている（いわゆる３円弧軸受）。３つの円弧面８１ａ６、８１ａ７、８１ａ８の曲率中心は、それぞれ、スリーブアセンブリ８（軸部２ａ）の軸中心Ｏから等距離オフセットされている。３つの円弧面８１ａ６、８１ａ７、８１ａ８で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小した形状を有している。そのため、スリーブアセンブリ８と軸部２ａとが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、ラジアル軸受隙間内の潤滑油が楔状に縮小した最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、スリーブアセンブリ８と軸部２ａとが非接触支持される。尚、３つの円弧面８１ａ６、８１ａ７、８１ａ８の相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝を形成しても良い。

図１１は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例においても、スリーブアセンブリ８を構成する第１軸受スリーブ８１（第２軸受スリーブ８２）の内周面の第１のラジアル軸受面となる領域が、３つの円弧面８１ａ９、８１ａ１０、８１ａ１１で構成されているが（いわゆる３円弧軸受）、３つの円弧面８１ａ９、８１ａ１０、８１ａ１１で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小した形状を有している。このような構成の多円弧軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、３つの円弧面８１ａ９、８１ａ１０、８１ａ１１の相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝８１ａ１２、８１ａ１３、８１ａ１４が形成されている。そのため、スリーブアセンブリ８と軸部２ａとが所定方向に相対回転すると、ラジアル軸受隙間内の潤滑油が楔状に縮小した最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、スリーブアセンブリ８と軸部２ａとが非接触支持される。

図１２は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例では、図９に示す構成において、３つの円弧面８１ａ９、８１ａ１０、８１ａ１１の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、スリーブアセンブリ８（軸部２ａ）の軸中心Ｏを曲率中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定になる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。

以上の各例における多円弧軸受は、いわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらに６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用しても良い。

また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の一方又は双方は、例えば、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、いわゆる波型軸受（ステップ型が波型になったもの）等で構成することもできる（図示省略）。

また、以上の説明では、スリーブアセンブリ８を、軸方向に２個並べた軸受スリーブ８１、８２で構成する形態について説明を行ったが、軸受スリーブを軸方向に３個以上並べてスリーブアセンブリ８を構成することもできる。

以上の説明では、流体動圧軸受装置を、ディスク装置用のスピンドルモータに組み込んで使用する形態を例示したが、本発明の構成を有する流体動圧軸受装置は、高速回転し、高いモーメント剛性が要求されるスピンドルモータ以外のモータにも好ましく用いることができる（図示省略）。

なお、以上の説明では、流体動圧軸受装置１の内部に充満する流体として、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、例えば空気等の気体や、磁性流体等を使用することもできる。

流体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。 本発明に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 （ａ）図はスリーブアセンブリの断面図、（ｂ）図は第２軸受スリーブの下側端面を示す図である。 スリーブアセンブリの組立工程を示す概略図である。 スリーブアセンブリの他の構成を示す図である。 流体動圧軸受装置の他の構成を示す断面図である。 流体動圧軸受装置の他の構成を示す断面図である。 流体動圧軸受装置の他の構成を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の構成を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の構成を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の構成を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の構成を示す断面図である。 従来の構成の組立工程を示す概略図である。

符号の説明

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
３ ディスクハブ
７ ハウジング
８ スリーブアセンブリ
９ シール部材
１２ 組立ピン
８１ 第１軸受スリーブ
８２ 第２軸受スリーブ
８１ａ１、８２ａ１ 動圧溝
８１ａ２、８２ａ２ 凸部
８１ａ３、８２ａ３ 平滑部
Ａ１、Ａ１’ 第１のラジアル軸受面
Ａ２、Ａ２’ 第２のラジアル軸受面
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ シール空間

Claims (4)

1. 軸部材と、内周面にラジアル軸受面を備え、ラジアル軸受面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持する軸受スリーブとを備える動圧軸受装置において、
   前記軸受スリーブを軸方向に複数個並べ、隣接する二つの軸受スリーブのうち、少なくとも何れか一方に第１のラジアル軸受面と、第１のラジアル軸受面よりも他方の軸受スリーブ側に位置する第２のラジアル軸受面とを設け、第１のラジアル軸受面に動圧発生部を形成すると共に、第２のラジアル軸受面を円筒面に形成した動圧軸受装置。
2. 軸部材と、内周面にラジアル軸受面を備え、ラジアル軸受面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持する軸受スリーブとを備える動圧軸受装置において、
   前記軸受スリーブを軸方向に複数個並べ、隣接する二つの軸受スリーブのうち、少なくとも何れか一方に第１のラジアル軸受面と、第１のラジアル軸受面よりも他方の軸受スリーブ側に位置する第２のラジアル軸受面とを設け、第１のラジアル軸受面に動圧発生部を形成すると共に、第２のラジアル軸受面に傾斜溝を形成した動圧軸受装置。
3. 第１のラジアル軸受面に設けた動圧発生部が、軸方向一方に流体を押し込む非対称形状をなす請求項１又は２の何れかに記載の動圧軸受装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載した動圧軸受装置を有するモータ。