JP2007255646A

JP2007255646A - 流体軸受装置

Info

Publication number: JP2007255646A
Application number: JP2006083392A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kurimura; 栗村　　哲弥; Masaaki Toda; 正明戸田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】耐久性に優れた流体軸受装置を低コストに提供する
【解決手段】外側部材７を樹脂成形品とすることで材料コストの低減を図ると共に、樹脂成形品のうち、少なくとも抜け止め部材１２との係合部分Ｐに金属部１３を配したことにより、この部分の強度を向上させることができるため、係合部分Ｐに大きな荷重が加わっても、ハウジング７の損傷を防ぐことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受隙間に形成される流体膜で軸部を回転自在に支持する流体軸受装置に関するものである。

流体軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク駆動装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク駆動装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク駆動装置等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、あるいは電気機器の冷却ファン等に使用されるファンモータなどの小型モータ用として好適に使用可能である。

例えば、特許文献１に示されている流体軸受装置（動圧軸受装置）は、軸部と、軸部に設けられたディスクハブと、内周に軸部が挿入された軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブが固定された樹脂製のハウジングとを備え、軸部の外周面と軸受スリーブの内周面との間にラジアル軸受隙間が形成される。この軸受装置では、装置に衝撃荷重等が加わった際、ハウジングの外周面に設けられた段部と、ディスクハブに設けられた抜け止め部材とが軸方向で係合することにより、軸部の抜け止めが行われる。

特開２００５−３３７３４１号公報

ところで、最近の情報機器等の高容量化に伴い、ＨＤＤに組み込まれるディスク駆動装置に搭載される磁気ディスクの枚数は増加する傾向にある。ディスク枚数が増加すると、軸受装置の重量が増大するため、衝撃荷重等によりハウジングの外周面と抜け止め部材との係合部分に加わる荷重も大きくなる。上記のような軸受装置では、ハウジングが樹脂で形成されるため、例えば抜け止め部材が金属で形成される場合、これらの係合部分に大きな荷重が加わると、樹脂製のハウジングが金属製の抜け止め部材により破損する恐れがある。

本発明の課題は、耐久性に優れた流体軸受装置を低コストに提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、軸部と、軸部の外径側に配置された外側部材と、ラジアル軸受隙間と、外側部材の外周部と軸方向に係合して軸部の抜け止めを行う抜け止め部材とを備え、ラジアル軸受隙間に形成した流体膜で軸部をラジアル方向に回転自在に支持する流体軸受装置において、抜け止め部材および外側部材のうち、何れか一方が、少なくとも両者の係合部分に金属部を配した樹脂成形品であることを特徴とする。

このように本発明の流体軸受装置は、抜け止め部材および外側部材のうち、何れか一方を樹脂成形品とした。これにより、樹脂で形成される部分の材料コストを低減することができる。また、樹脂成形品のうち、対向する部材との係合部分に金属部を配したことにより、この部分の強度を向上させることができるため、大きな荷重が係合部分に加わっても、樹脂成形品の損傷を防ぐことができる。

一般に、金属で形成された部分は、樹脂の成形面と比べ寸法精度を高めることができる。よって、外側部材が前記樹脂成形品であり、その外周部を金属部で被覆すると、外周部の外径寸法の精度が高められるため、外側部材の外周部とブラケット等の他部材との固定精度を向上させることができる。また、金属で形成された部分は、樹脂の成形面と比べ濡れ性を向上させることができる。よって、外側部材の外周部を被覆し、その外周部にブラケット等を接着固定する場合、接着剤を均一に塗布しやすくなるため、接着強度を高めることができる。

また、外側部材の外周部を被覆した金属部で、軸受外部への油漏れを防止するシール空間を形成する場合、金属部は高い寸法精度を有するため、シール空間の容積を高精度に設定することができる。また、金属部は優れた濡れ性を有するため、シール空間の開口端部に塗布される油漏れを防止するための撥油剤の密着性が高められ、撥油効果を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、耐久性に優れた流体軸受装置が低コストに得られる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る流体軸受装置（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、ディスクハブ１０および軸部２を回転自在に非接触支持する流体軸受装置１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、モータブラケット６とを備えている。ステータコイル４はモータブラケット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１０の外周に取付けられている。流体軸受装置１は、モータブラケット６の内周に固定される。ディスクハブ１０には、図示しない磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体（以下、単にディスクという。）が１又は複数枚保持される。このように構成されたスピンドルモータにおいて、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との間に発生する電磁力でロータマグネット５が回転し、これに伴って、ディスクハブ１０およびディスクハブ１０に保持されたディスクが軸部２と一体に回転する。また、ロータマグネット５は、ステータコイル４と対向する部分から軸方向に延在しており、この延在部とステータコイル４との磁気バイアスにより、ディスクハブ１０がハウジング７側に軸方向に押し付けられている。

図２は、流体軸受装置１を示している。この流体軸受装置１は、軸部２と、軸部２の外周面に固定されたディスクハブ１０と、ディスクハブ１０に固定された抜け止め部材１２と、内周に軸部２を挿入した軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８を内周に保持する外側部材Ａとしてのハウジング７とを備える。なお、説明の便宜上、ハウジング７が閉口されている側を下側、開口している側を上側として以下説明する。

軸部２は、例えばＳＵＳ鋼などの金属材料で形成される。本実施形態で軸部２はストレートな円筒状に形成されるが、軸部２の外周面２ａのうち、ディスクハブ１０が固定される箇所に、接着剤溜りや抜け止めとして機能する円周方向の凹部を設けても良い。

軸受スリーブ８は、例えば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る。この他、軸受スリーブ８を他の金属や樹脂、あるいはセラミック等で形成することも可能である。

軸受スリーブ８の内周面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部として、例えば図３に示すように、複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をヘリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して２箇所形成される。この動圧溝８ａ１、８ａ２の形成領域は、ラジアル軸受面として軸部２の外周面２ａと対向し、軸部２の回転時には、外周面２ａとの間に後述するラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のラジアル軸受隙間を形成する（図２を参照）。

軸受スリーブ８の外周面８ｂには、軸方向に延びる溝８ｂ１が軸方向全長に亘って１又は複数本形成される。この実施形態では、３本の軸方向溝８ｂ１を円周方向等間隔に形成している。これら軸方向溝８ｂ１は、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に固定した状態では、対向するハウジング７の内周面７ｅとの間に潤滑油の流体流路を構成する（図２を参照）。これら軸方向溝８ｂ１は、例えば軸受スリーブ８本体をなす圧粉体の成形型に予め軸方向溝８ｂ１に対応する箇所を設けておくことで、軸受スリーブ８本体の圧粉体成形と同時に成形することができる。

ハウジング７は、金属部１３をインサートした樹脂成形品であり、有底円筒のコップ状に形成される。ハウジング７の内周面７ｅは円筒面状に形成される。外周部７ｃの上方には、上方へ向けて拡径したテーパ面７ｃ１が形成され、この面が後述するシール空間Ｓに面する。また、外周部７ｃの下方には円筒面７ｃ２が形成され、この面がブラケット６の内周面に、接着、圧入、圧入接着（接着剤介在下での圧入）、あるいは溶着等の適宜の手段で固定される。ハウジング７の外周部７ｃのうち、少なくとも抜け止め部材１２と軸方向で係合する部分Ｐは、金属部１３で被覆されている。なお、本実施形態では側部および底部が一体に形成される場合を示しているが、別体に形成した底部で側部の一端開口部を閉口してもよい。

ハウジング７の上端面７ａの全面又は一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図４に示すように、複数の動圧溝７ａ１をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝７ａ１の形成領域は、スラスト軸受面としてディスクハブ１０の円盤部１０ａの下端面１０ａ１と対向し、軸部２の回転時には、下端面１０ａ１との間に後述するスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間Ｔ_Ｃを形成する（図２を参照）。

ハウジング７の樹脂成形部を形成する樹脂材料は、例えばＬＣＰやＰＰＳ、ＰＥＥＫ等の結晶性樹脂、あるいはＰＳＵ、ＰＥＳ、ＰＥＩ等の非晶性樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物が使用できる。この樹脂組成物には、充填剤として、例えばガラス繊維等の繊維状充填剤、チタン酸カリウム等のウィスカ状充填剤、マイカ等の鱗片状充填剤、カーボン繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、各種金属粉等の繊維状または粉末状の導電性充填剤等が、目的に応じて適量配合される。

ディスクハブ１０は、例えば金属材料で形成され、ハウジング７の開口部を覆う円盤部１０ａと、円盤部１０ａの外周部から軸方向下方に延在した円筒部１０ｂと、円筒部１０ｂの外周に設けられた鍔部１０ｃとを備える。鍔部１０ｃの上端面にはディスク搭載面１０ｄが形成される。円筒部１０ｂの外周面１０ｂ２には、ロータマグネット５が接着等の手段で固定され、これによりロータマグネット５が、ブラケット６に取り付けたステータコイル４（図１参照）と半径方向に対向するようになっている。

ディスクハブ１０の内周には、金属製、例えば真ちゅう等の軟質金属からなる抜止め部材１２が配置される。本実施形態では、抜け止め部材１２は、例えば金属板のプレス成形で断面Ｌ字型のリング状に形成され、ディスクハブ１０の内周に設けられた段部１０ｅに、接着、溶接等の適宜の手段で固定される。抜け止め部材１２の内周面１２ａが、これと対向するハウジングの外周部に設けられたテーパ面７ｄとの間に、上方に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。このシール空間Ｓは、図２の拡大図で示すように、軸部２およびディスクハブ１０の回転時、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間Ｔ_Ｃの外径側と連通している。

例えば、ディスクハブ１０に複数枚のディスクが搭載される場合、軸受装置の重量が増すことにより、衝撃荷重等が加わった際に抜け止め部材１２とハウジング７の外周部７ｃとの係合部にかかる負荷も大きくなる。このため、例えばハウジング７の外周部７ｃの係合部分Ｐが樹脂で形成されると、ハウジング７の外周部７ｃが係合部分Ｐで破損するおそれがある。本発明では、上記のように、外周部７ｃのうち、少なくとも抜け止め部材１２との係合部分Ｐを金属部１３で被覆しているため、係合部分Ｐに大きな負荷がかかった際にも、ハウジング７の破損を防止することができる。

上記構成の流体軸受装置１において、軸部２の回転時、軸受スリーブ８のラジアル軸受面（内周面８ａの動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域）は、軸部２の外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心ｍ側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝８ａ１、８ａ２の動圧作用によって、回転側部材３をラジアル方向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。

これと同時に、ハウジング７のスラスト軸受面（上端面７ａの動圧溝７ａ１形成領域）とこれに対向するディスクハブ１０の円盤部１０ａの下端面１０ａ１との間のスラスト軸受隙間Ｔ_Ｃに、動圧溝７ａ１の動圧作用により潤滑油の油膜が形成される。そして、この油膜の圧力によって、回転側部材３をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。

また、ハウジング７の内底面７ｂと軸部２の下端面２ｂとの間に形成される隙間と、軸受スリーブ８の上端面８ｃとディスクハブ１０の円盤部１０ａの下端面１０ａ１との間に形成される隙間とが、軸受スリーブ８の外周面８ｂに設けられた軸方向溝８ｂ１およびハウジング７の内底面７ｂに設けられた径方向溝７ｂ１を介して連通状態となる。これによれば、潤滑油の局所的な圧発生に伴う気泡の生成を防止し、これに伴う潤滑油の漏れや振動の発生等を避けて、軸部２をスラスト方向に安定して非接触支持することが可能となる。

また、この実施形態では、第１ラジアル軸受部Ｒ１の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍに対して軸方向非対称（Ｘ１＞Ｘ２）に形成されているため（図３参照）、軸部２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。そして、この引き込み力の差圧によって、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２の外周面２ａとの間の隙間に満たされた潤滑油が下方に流動し、径方向溝７ｂ１→軸方向溝８ｂ１→軸受スリーブ８の上端面８ｃとディスクハブ１０の下端面１０ａ１との間の隙間という経路を循環して、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。このように、潤滑油をハウジング７の内部空間で強制的に循環させることにより、上記のような負圧発生の防止効果をより一層高めることができる。

本発明の実施形態は上記に限られない。なお、以下の説明において、上記実施形態と同一の機能および構成を有する箇所には、同一の符合を付し、説明を省略する。

図５に示す流体軸受装置１では、ハウジング７の外周部７ｃのうち、抜け止め部材１２との係合部分Ｐだけでなく、シール空間Ｓを形成するテーパ面７ｃ１、およびブラケット６が固定される円筒面７ｃ２も金属部１３で被覆している。

一般に、金属で形成された面は、樹脂で形成された面と比べ、寸法精度を高めることができるとともに、濡れ性にも優れている。このため、上記のように、ブラケット６との固定面となる円筒面７ｃ２を金属部１３で被覆すると、円筒面７ｃ２が高精度の外径寸法を有することにより、ブラケット６との固定精度が高められる。また、ブラケット６と円筒面７ｃ２とが接着固定される場合、円筒面７ｃ２が優れた濡れ性を有することにより、接着剤の円筒面７ｃ２への密着性が向上し、接着剤を均一に塗布しやすくなるため、接着強度を高めることができる。

また、シール空間Ｓを形成するテーパ面７ｃ１を金属部１３で被覆すると、テーパ面７ｃ１が高精度の外径寸法を有するため、シール空間Ｓの容積を精度良く設定できる。また、シール空間Ｓからの油漏れを防ぐためにテーパ面１０ｃの開口端付近に撥油剤を塗布する場合、テーパ面７ｃ１が優れた濡れ性を有することにより、撥油剤の密着性が向上し、撥油効果の向上が図られる。

また、本発明は、図６に示すような、ハウジング７と軸受スリーブ８とが外側部材Ａとして樹脂で一体成形された流体軸受装置にも適用できる。このように、軸受スリーブ８も樹脂で形成することにより、さらなる低コスト化が図られる。

また、抜け止め部材１２の形状は上記に限られず、例えば、抜け止め部材を断面が矩形のリング状としてもよい。あるいは、リング状に限らず、例えば複数の円弧状の抜け止め部材を、ディスクハブの内周に円周方向等間隔に配置しても良い。また、抜け止め部材１２およびハウジング７の外周部７ｃの係合部分Ｐの配置場所も上記に限られず、軸部２の抜け止めとして作用する限り、適宜の場所に設ければよい。さらに、抜け止め部材１２の材料は金属材料に限らず、例えば、炭素繊維等の強化剤を配合した樹脂材料で形成することもできる。

以上の実施形態では、ハウジング７が金属部１３をインサートして樹脂で成形される場合を示したが、金属部１３を配置する方法はこれに限らず、樹脂でハウジング７を形成した後に金属部１３をハウジング７の所定位置に固定してもよい。また、以上では、金属部１３がハウジング７の外周部７ｃに露出しているが、例えば係合部分Ｐに配置した金属部１３の表面を樹脂で被覆してもよい。

また、以上では、ハウジング７を、少なくとも抜け止め部材１２との係合部分Ｐに金属部１３を配した樹脂成形品としたが、ハウジングを金属材料等で形成すると共に、抜け止め部材を、少なくともハウジングとの係合部分に金属部を配した樹脂成形品とすることもできる。

また、上記ではディスクハブ１０が金属で形成される場合を例示したが、樹脂で形成してもよい。また、上記ではディスクハブ１０と軸部２とが別体に形成されているが、軸部２をインサート部品として樹脂で射出成形することにより、軸部２とディスクハブ１０とを一体に形成することもできる。あるいは、軸部２とディスクハブ１０とを樹脂や金属材料で一体に成形してもよい。

また、スラスト軸受部Ｔの場所は上記に限られず、例えば軸部２の下端面２ｂとハウジング７の内底面７ｂとでスラスト軸受部Ｔを構成することもできる。この場合、軸部２の下端面２ｂには、例えばスパイラル形状の動圧溝からなる動圧発生部が形成され、軸部２の回転に伴い、軸部２の下端面２ｂとハウジング７の内底面７ｂとの間に形成されるスラスト軸受隙間Ｔ_Ｃの潤滑油に動圧作用が発生し、回転側部材３がスラスト方向に支持される。

また、以上で示した動圧発生部は、各軸受隙間を介して対向する面、すなわち、軸部材２の外周面２ａや、ディスクハブ１０の円盤部１０ａの下端面１０ａ１、あるいはハウジング７の内底面７ｂに設けてもよい。また、動圧発生部の形状も上記に限らず、例えばラジアル軸受部の動圧発生部として、スパイラル形状の動圧溝や、ステップ軸受、あるいは多円弧軸受等を形成することもできる。また、スラスト軸受部の動圧発生部として、ヘリングボーン形状の動圧溝や、ステップ軸受、波型軸受等を形成することもできる。

また、ラジアル軸受隙間を介して対向する軸部２の外周面２ａおよび軸受スリーブ８の内周面８ａを何れも円筒面とし、真円軸受を構成することもできる。また、スラスト軸受部として、いわゆるピボット軸受を採用することもできる。

また、以上では、流体軸受装置１の内部に充填される潤滑流体として、潤滑油が使用される場合を示したが、この他、潤滑グリースや磁性流体なども使用可能である。

また、以上のような流体軸受装置１は、スピンドルモータに限らず、ファンモータ等の他のモータにも適用することができる。

流体軸受装置１を組込んだスピンドルモータの断面図である。流体軸受装置１の断面図である。軸受スリーブ８の断面図である。ハウジング７の上面図である。他の実施形態を示す流体軸受装置１の断面図である。他の実施形態を示す流体軸受装置１の断面図である。

符号の説明

１流体軸受装置
２軸部
７ハウジング
８軸受スリーブ
１０ディスクハブ
１２抜け止め部材
１３金属部
Ａ外側部材
Ｐ係合部分
Ｒ１、Ｒ２ラジアル軸受部
Ｔスラスト軸受部
Ｓシール空間

Claims

軸部と、軸部の外径側に配置された外側部材と、ラジアル軸受隙間と、外側部材の外周部と軸方向に係合して軸部の抜け止めを行う抜け止め部材とを備え、ラジアル軸受隙間に形成した流体膜で軸部をラジアル方向に回転自在に支持する流体軸受装置において、
抜け止め部材および外側部材のうち、何れか一方が、少なくとも両者の係合部分に金属部を配した樹脂成形品であることを特徴とする流体軸受装置。
抜け止め部材および外側部材のうち、外側部材が、少なくとも両者の係合部分に金属部を配した樹脂成形品であり、かつ金属部で外側部材の外周部を被覆した請求項１記載の流体軸受装置。
金属部で、軸受外部への油漏れを防止するシール空間を形成した請求項２記載の流体軸受装置。