JP2007327544A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングに対する軸受スリーブの組付けを容易化すると共に、モーメント剛性に優れた動圧軸受装置を提供する。
【解決手段】動圧軸受装置１は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２とスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２とを備えている。このうち、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２は、ハウジング２の第１、第２段面２ｄ、２ｅと、軸部材５の外径側に突出させて設けられたシール部材６、７の端面６ｂ、７ｂとの間に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、動圧軸受装置に関するものである。

動圧軸受装置は、軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用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、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、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モータ、ファンモータなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。

例えば、ディスク装置用のスピンドルモータに組み込まれる動圧軸受装置として図９に示す構造のものが知られている。同図に示す動圧軸受装置では、ハウジング７０に固定された単体の軸受スリーブ８０の内周面８０ａに動圧溝等の動圧発生部が上下２箇所に離隔して設けられ、軸部材６０を構成する軸部６１の外周面６１ａとの間にラジアル軸受部Ｒ、Ｒが形成されている。また、軸受スリーブ８０の両端面８０ｂ、８０ｃに動圧溝等の動圧発生部が設けられ、軸部６１の外径側に突出させて設けられたフランジ部６２の端面６２ａおよびシール部材９０の端面９０ｂとの間にスラスト軸受部Ｔ、Ｔが形成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３２１０８９号公報

ところで、動圧軸受装置の回転精度は、ラジアル軸受部のラジアル軸受隙間やスラスト軸受部のスラスト軸受隙間の幅精度に大きく左右される。そのため、ハウジングに対する軸受スリーブの組付けは高精度に行う必要がある。しかしながら上記のように、軸受スリーブの内周側および両端側に軸受隙間を形成する場合には、軸受スリーブを径方向および軸方向の双方に配慮しながらハウジングに固定する必要があり、かかる配慮が高コスト化を招く場合がある。

また、上記のスピンドルモータを始めとする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が進展している。これに伴い、動圧軸受装置には、軸受剛性の向上、特にモーメント荷重に対する負荷能力（モーメント剛性）の向上が求められている。

本発明の課題は、軸受スリーブの組付けを容易化すると共に、回転精度、特にモーメント荷重に対する負荷能力に優れる動圧軸受装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明では、ハウジングと、ハウジング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、軸部材の外径側に突出させて設けられ、軸受スリーブの両端に配置された突出部と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面の間に形成されるラジアル軸受隙間と、スラスト軸受隙間とを備え、両軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で軸部材を非接触支持する動圧軸受装置において、ハウジングに、軸受スリーブの固定部となる小径内周面と、突出部の外径側に位置する大径内周面と、小径内周面および大径内周面を繋ぐ段面とを設け、段面をスラスト軸受隙間に臨ませたことを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

上記構成では、スラスト軸受隙間がハウジングの段面（端面）端部側に設けられ、軸受スリーブはスラスト軸受隙間の形成に関与しないので、ハウジングに対する軸受スリーブの組付けは径方向にのみ配慮して行えば足りる。従って、軸受スリーブの組付けを容易化して、動圧軸受装置の低コスト化を図ることが可能となる。さらに、従来構成に比べ、スラスト軸受隙間を外径側に設けることができるので、軸受面積の増大を通じて、回転精度を高めることもできる。

ところで、回転精度、特にモーメント剛性を高めるには、ラジアル軸受部の軸受スパンを拡大させる手段が有効である。軸受スパンを拡大させるには軸受スリーブを長大化する必要があるが、長大化に伴って軸受スリーブの精度確保が難しくなる場合がある。特に軸受スリーブが焼結金属製の場合、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、単体の軸受スリーブを用いて、より一層ラジアル軸受部の軸受スパンを拡大させるのは限界がある。

そこで本発明では、上記構成に加え、軸受スリーブを軸方向に複数配置した構成を提供する。かかる構成とすることにより、ラジアル軸受部間のスパンを大きくして、モーメント荷重に対する負荷能力を高めることができると共に、軸受スリーブの製造を容易化することができる。このように、軸受スリーブを軸方向に複数設ける場合には各軸受スリーブ内周面間の同軸度、および各軸受スリーブの内周面とハウジング段面間の直角度が問題となるが、各軸受スリーブの内周面間の同軸度を３μｍ以下に設定し、かつ各軸受スリーブの内周面とハウジングの段面間の直角度を５μｍ以下に設定することにより、回転精度の悪化、さらには各部材の摩耗といった不具合を回避することができる。

ハウジングに軸受スリーブを固定する手段としては隙間接着が望ましい。隙間接着は、軸受スリーブの外周面とハウジングの内周面との嵌め合いを隙間嵌めとした状態で接着固定する方法であり、軸受スリーブの形状、特に径方向の形状にばらつきがある場合でも、接着隙間でそのばらつきを吸収することができる。例えば圧入を伴う固定方法（圧入、圧入接着等）では、軸受スリーブの内周面がその外周面形状に倣い、これによりラジアル軸受部間の同軸確保が難しくなる場合があるが、隙間接着で固定すればこの種の問題は生じない。この構成は、複数の軸受スリーブを用いる場合には特に有効である。

ハウジングを型成形品とすれば、ハウジングの量産を容易化し、動圧軸受装置を低コスト化することができる。また、ハウジングの段面に、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させる動圧溝等の動圧発生部を形成する場合、ハウジングの成形時、ハウジング段面の成形部に動圧発生部形状に対応した成形型を形成しておくだけで、ハウジングの成形と同時に動圧発生部を形成することができる。従来のように、焼結金属製の軸受スリーブの端面にこの種の動圧溝を形成する場合には加工工程等が増加し、加工コストの増大が懸念されるが、上記構成とすることにより、かかる高コスト化を回避することができる。

軸受スリーブを軸方向の複数箇所に配置した場合、隣接する２つの軸受スリーブ間には、非多孔質のスペーサを設けることができる。かかる構成とすることにより、軸受内部に充満する潤滑流体量を低減しつつも、ラジアル軸受部の軸受スパンを確保することができる。この場合、潤滑流体量が減少する分、ハウジングの開口部に設けられるシール空間の容積（軸方向寸法）を縮小させることができ、これによりラジアル軸受部の軸受スパン、換言するとモーメント剛性を一層高めることができる。

以上より、本発明によれば、軸受スリーブの組付けを容易化して動圧軸受装置の低コスト化を図ることができ、また、モーメント荷重に対する負荷能力を向上させ、回転精度に優れる動圧軸受装置を提供することができる。

以下、本発明の構成を有する動圧軸受装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は単に各図における上下方向を便宜的に示すもので、動圧軸受装置の設置方向や使用態様を限定するものではない。

図１は、第１の実施形態に係る動圧軸受装置１を示している。この動圧軸受装置１は、例えばＨＤＤ用のスピンドルモータに組み込んで用いられるものである。この動圧軸受装置１は、ハウジング２と、ハウジング２に固定された複数、ここでは２つの軸受スリーブ（第１軸受スリーブ３、第２軸受スリーブ４）と、両軸受スリーブ３、４の内周に挿入された軸部材５と、軸部材５の外径側に突出して設けられた突出部としてのシール部材６、７とを構成部材として備えている。

詳細は後述するが、図示例の動圧軸受装置１では、第１軸受スリーブ３の内周面３ａと軸部材５の外周面５ａとの間に第１ラジアル軸受部Ｒ１が設けられ、第２軸受スリーブ４の内周面４ａと軸部材５の外周面５ａとの間に第２ラジアル軸受部Ｒ２が設けられる。また、この実施形態では、ハウジング２の第１段面２ｄとシール部材６の下側端面６ｂとの間に第１スラスト軸受部Ｔ１が設けられ、ハウジング２の第２段面２ｅとシール部材７の上側端面７ｂとの間に第２スラスト軸受部Ｔ２が設けられる。

ハウジング２は、溶融材料、例えば溶融樹脂を射出成形して略円筒状に形成され、その内周面は、軸受スリーブ３、４の固定部となる小径内周面７ａと、小径内周面７ａの両端に設けられ、小径内周面７ａよりも大径の第１、第２大径内周面２ｂ、２ｃとに区画される。第１、第２大径内周面２ｂ、２ｃは、それぞれ、第１、第２段面２ｄ、２ｅを介して小径内周面２ａに繋がっている。ハウジング２の小径内周面２ａは、第１、第２軸受スリーブ３、４の外径寸法よりも若干量大径に形成されている。

図２（ａ）に示すように、ハウジング２の第１段面２ｄの一部又は全部環状領域には、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる領域が形成され、該スラスト軸受面にはヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝２ｄ１が形成されている。また、図２（ｃ）に示すように、ハウジング２の第２段面２ｅの一部又は全部環状領域には、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる領域が形成され、該スラスト軸受面にはヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝２ｅ１が形成されている。なお、動圧溝２ｄ１、２ｅ１の何れか一方又は双方は、例えば、スパイラル形状等、公知のその他の形状に配列してもよい。上記の動圧溝２ｄ１、２ｅ１は、ハウジング２の成形型のうち、第１段面２ｄ、第２段面２ｅの形成領域に、動圧溝形状に対応した型部を設けることにより、ハウジング２の成形と同時に形成される。

ハウジング２の成形に用いるベース樹脂としては、射出成形可能なもの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、使用環境や用途等を考慮してその他のベース樹脂を使用することもできる。また、上記のベース樹脂には、強度アップや導電性付与を目的として、公知の各種充填材を一種又は二種以上配合することもできる。

また、ハウジング２は、溶融金属の射出成形品とすることもできる。金属材料としては、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能で、この場合、樹脂材料を使用する場合に比べて、強度や導電性を向上させることができる。この他、金属粉とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＭＩＭ成形を採用することもできる。さらにこの他、セラミックで射出成形（いわゆる、ＣＩＭ成形）することもできる。

軸部材５は、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、全体として概ね同径の軸状をなしている。さらに、この実施形態では、軸部材５に環状のシール部材６、７が適宜の固定手段、例えば接着又は圧入接着（圧入と接着の併用）により固定されている。これらシール部材６、７は、軸部材５の外周面５ａから外径側に突出した形態となり、それぞれハウジング２の第１大径内周面２ｂ、第２大径内周面２ｃの内周側に収容される。また、接着剤による固定強度を高めるため、シール部材６、７の固定位置となる軸部材５の外周面５ａには接着剤溜りとなる円周溝５ａ１、５ａ２が設けられている。なお、シール部材６、７は、真ちゅう（黄銅）等の軟質金属材料やその他の金属材料で形成しても良いし、樹脂材料で形成しても良い。また、部品点数削減および組立工数低減を図るため、シール部材６、７のうち何れか一方は、軸部材５に一体形成しても良い。

シール部材６の外周面６ａはハウジング２の第１大径内周面２ｂとの間に所定容積のシール空間Ｓ１を形成し、シール部材７の外周面７ａはハウジング２の第２大径内周面２ｃとの間に所定容積のシール空間Ｓ２を形成する。この実施形態において、シール部材６の外周面６ａ及びシール部材７の外周面７ａは、それぞれハウジング２の外部側に向かって漸次縮径したテーパ面状に形成されている。そのため、シール空間Ｓ１、Ｓ２は、ハウジング２の内部側に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈する。

第１、第２軸受スリーブ３、４は共に、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ている。本実施形態で、第１軸受スリーブ３は、その上側端面３ｂが、ハウジング２の第１段面２ｄから軸方向にδ１だけ下方に位置するように、ハウジング２の小径内周面２ａに固定されている（図３参照）。また、図示は省略するが、第２軸受スリーブ４は第１軸受スリーブ３と同様に、その下側端面４ｂが、ハウジング２の第２段面２ｅから所定寸法（δ１）軸方向上方に位置するように、ハウジング２の小径内周面２ａに固定されている。なお、軸受スリーブ３、４は、焼結金属以外にも銅合金等中実の軟質金属材料で形成することもできる。

本実施形態において両軸受スリーブ３、４は、その内周面３ａ、４ａ間の同軸度が３μｍ以下となるように、ハウジング２の小径内周面２ａに固定されている。また、両軸受スリーブ３、４は、その内周面３ａ、４ａが、それぞれ、ハウジング２の第１、第２段面２ｄ、２ｅに対して５μｍ以下の直角度となるようにハウジング２の小径内周面２ａに固定されている。

図２（ｂ）に示すように、第１軸受スリーブ３の内周面３ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受面Ａとなる領域が形成され、該ラジアル軸受面Ａにはヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝３ａ１が形成されている。このラジアル軸受面Ａは、第２軸受スリーブ４から離反する側（上側）の端部に形成されている。また、内周面３ａのうち、ラジアル軸受面Ａと軸方向に離隔した反対側（下側）の端部には、帯状の凸部Ｂが形成されている。この凸部Ｂは、動圧溝３ａ１を区画形成する丘部と略同径（同径の場合も含む）に形成されている。外周面３ｄには、円周方向等間隔に配された複数（図示例は３本）の軸方向溝３ｄ１が形成されている。

また、第２軸受スリーブ４の内周面４ａには、第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面Ａ’となる領域が形成され、このラジアル軸受面Ａ’には複数の動圧溝４ａ１がヘリングボーン形状に配列されている。このラジアル軸受面Ａ’は、第１軸受スリーブ３から離反する側（下側）の端部に形成されている。また、内周面４ａのうち、ラジアル軸受面Ａ’と軸方向に離隔した反対側（上側）の端部には帯状の凸部Ｂ’が形成されている。この凸部Ｂ’は、動圧溝４ａ１を区画形成する丘部と略同径（同径の場合も含む）に形成されている。外周面４ｄには、円周方向等間隔に配された複数（図示例では３本）の軸方向溝４ｄ１が形成されている。

次に、上記構成部材からなる動圧軸受装置１の組立方法を、両軸受スリーブ３、４をハウジング２に組付ける工程を中心に、図面に基づいて説明する。

図４（ａ）（ｂ）は、第１、第２軸受スリーブ３、４をハウジング２の小径内周面２ａに位置決め固定する工程を概念的に示すものである。この工程で用いられる組付け装置１０は、ベース部１２と、ベース部１２の上端面１２ｂから軸方向にδ１だけ突出した位置決め部１３と、位置決め部１３の上端面１３ａから軸方向上方に伸びるピン部１１と、ピン部１１の上端外周に外嵌される円盤部１４とを備えている。ピン部１１の外周面１１ａは、軸受スリーブ３、４を挿入した状態で、両者が相対スライド可能な程度に、軸受スリーブ３、４の内周面３ａ、４ａよりも大径に形成されている。

上記の組付け装置１０において、ピン部１１の外周面１１ａ精度が、両軸受スリーブの内周面３ａ、４ａ間の同軸度を直接左右するので、ピン部１１の外周面１１ａは求められる同軸度（３μｍ以下）を満足できるように仕上げられている。また、ベース部１２の上側端面１２ｂとピン部１１の外周面１１ａ間の直角度、さらに、円盤部１４の成形精度およびピン部１１に外嵌された状態における円盤部１４ａの組付け精度は、ハウジング２の段面２ｄ、２ｅに対する軸受スリーブ内周面３ａ、４ａの直角度を直接左右するので、これらは求められる直角度（５μｍ以下）を満足できるように仕上げられている。また、ベース部１２の外周面１２ａおよび円盤部１４の外周面１４ａは、ハウジング２の大径内周面２ｂ、２ｃとの間でガタツキが生じ、上記の精度を悪化させないように仕上げられている。

以上の構成において、まず図４（ａ）に示すように、第２軸受スリーブ４をピン部１１に圧入（軽圧入も含む）し、その下側端面４ｂを位置決め部１３の上端面１３ａに当接させる。次いで、ハウジング２の小径内周面２ａの所定領域に接着剤を塗布した状態で、ハウジング２の第２段面２ｅをベース部１２の上側端面１２ｂに当接させるようにして第２軸受スリーブ４の外径側に配置し、さらにハウジング２の第１段面２ｄに、その下側端面１４ｂを当接させるようにして円盤部１４をピン部１１に外嵌する。

なお、接着剤としては、熱硬化接着剤、光硬化性接着剤、常温硬化性接着剤等を用いることができるが、本実施形態では、特段の硬化装置を要さず、かつ短時間で硬化可能な常温硬化性接着剤、特にその中でも、空気を遮断することで確実に接着固定でき、特段の確認作業を排除可能な嫌気性接着剤を用いている。

上述したように、第２軸受スリーブ４の内周面４ａのうち、ラジアル軸受面Ａ’から軸方向に離隔した領域にはラジアル軸受面Ａ’と略同径の凸部Ｂ’が設けられている。従って、上記の態様で組付けを行うことにより、ハウジング２の小径内周面２ａに対する第２軸受スリーブ４の内周面４ａの同軸確保が図られ、また、ハウジング２の第２段面２ｅに対する第２軸受スリーブ４の内周面４ａの直角度が確保される。そして、この状態をしばらく保持して接着剤を固化させることにより、ハウジング２の第２段面２ｅから、その下側端面４ｂが軸方向にδ１だけ離隔した箇所に位置するようにして、ハウジング２の小径内周面２ａに第２軸受スリーブ４が接着固定される。

上記の組付け品を一旦組付け装置１０から取り外す。次いで図４（ｂ）に示すように、第１軸受スリーブ３をピン部１１に圧入し、上側端面３ｂを位置決め部１３の上端面１３ａに当接させる。そして、上記の組付け品の天地を逆にし、ハウジング２の小径内周面２ａの所定領域に接着剤を塗布した状態で、ハウジング２の第１段面２ｄをベース部１２の上側端面１２ｂに当接させるように上記の組付け品を第１軸受スリーブ３の外径側に配置する。この状態をしばらく保持して接着剤を固化させると、ハウジング２の第１段面２ｄから、その上側端面３ｂが軸方向にδ１だけ離隔した箇所に位置するようにして、ハウジング２の小径内周面２ａに第１軸受スリーブ３が接着固定される。

このとき、上記同様、第１軸受スリーブ３の内周面３ａにもラジアル軸受面Ａと略同径の凸部Ｂが設けられているので、かかる態様で組付けを行うことにより、ハウジング２の小径内周面２ａに対する第１軸受スリーブ３の内周面３ａの同軸確保が図られ、また、ハウジング２の第１段面２ｄに対する第１軸受スリーブ３の内周面３ａの直角度が確保される。さらに、第１軸受スリーブ３および第２軸受スリーブ４は共にピン部１１に圧入状態となっているから、第１軸受スリーブ３の内周面３ａと第２軸受スリーブ４の内周面４ａ間で所定の同軸度（３μｍ以内）が確保される。なお、図４（ｂ）に示す状態では、ピン部１１の上部外径側に第２軸受スリーブ４が位置する分、図４（ａ）に示すようにピン部１１の上端部に円盤部１４を外嵌しなくともハウジング２の姿勢は悪化せず、求められる精度は確保される。もちろん、第２軸受スリーブ４をハウジング２に固定する場合と同様、円盤部１４を用いて位置決めしてもよい。

ところで、上述したように、ハウジング２の小径内周面２ａは両軸受スリーブ３、４の外周面３ｄ、４ｄよりも大径に形成されているから、ハウジング２に対する両軸受スリーブ３、４の接着固定は、いわゆる隙間接着となる。隙間接着することで、仮に軸受スリーブ３、４相互間で径方向の形状のばらつきがあった場合でも、接着隙間でそのばらつきを吸収することができ、両内周面３ａ、４ａ間における同軸確保は確実に行い得る。なお、上記接着隙間の幅は、これが大きすぎると接着強度の低下を招き、逆に小さすぎると径方向の調整代が少なくなる。そのため接着隙間の幅は１０μｍ〜５０μｍ、より好ましくは１５μｍ〜２０μｍ程度に設定されている。

以上の説明では、第２軸受スリーブ４を先に固定したが、もちろん、第１軸受スリーブ３をハウジング２に固定した後、第２軸受スリーブ４をハウジング２に固定してもよい。また、ハウジング２の小径内周面２ａではなく、各軸受スリーブ３、４の外周面に接着剤を塗布した上で、上記の組付け工程を行ってもよい。

以上のようにして両軸受スリーブ３、４をハウジング２に固定することにより、第１軸受スリーブ３は、その上側端面３ｂがハウジング２の第１段面２ｄから軸方向にδ１だけ離隔して固定され、また第２軸受スリーブ４も、その下側端面４ｂがハウジング２の第２段面２ｅから軸方向にδ１だけ離隔して固定される。同時に、両軸受スリーブ３、４の内周面３ａ、４ａ間で所定の同軸度（３μｍ以下）が確保されると共に、ハウジング２の第１、第２段面２ｄ、２ｅに対する軸受スリーブ内周面３ａ、４ａの所定の直角度（５μｍ以下）が確保される。そして、両軸受スリーブ３、４の内周に軸部材５を挿入し、所定のアキシャル隙間（軸方向隙間）幅を保った状態で両シール部材６、７を軸部材５の所定箇所（円周溝５ａ１、５ａ２の外周）に固定する。このとき、シール部材の組付けを簡略化するため、シール部材６、７の何れか一方は、挿入前に予め軸部材５に固定しておくか、あるいは軸部材５と一体形成しておくこともできる。

なお、上記の態様で両軸受スリーブ３、４をハウジング２の小径内周面２ａに固定する結果、図１、図２に示すように、第１軸受スリーブ３の下側端面３ｃと第２軸受スリーブ４の上側端面４ｃとの間に僅かな隙間ができる場合がある。もちろん、第１、第２軸受スリーブ３、４やハウジング２の軸方向寸法によっては、両軸受スリーブ３、４が当接する場合もある。

上記の工程を経て組立が完了した後、シール部材６、７でシールされたハウジング２の内部空間に、両軸受スリーブ３，４の内部気孔も含め、潤滑流体として例えば潤滑油を充填する。潤滑油の充填は、例えば組立が完了した動圧軸受装置１を真空槽内で潤滑油中に浸漬した後、大気圧に開放することにより行うことができる。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材５が回転すると、第１軸受スリーブ３の内周面３ａのラジアル軸受面Ａは、軸部材５の外周面５ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。ラジアル軸受面Ａでは、ラジアル軸受隙間に充満された潤滑油が動圧溝３ａ１の動圧作用によってその圧力が高められ、これにより軸部材２がラジアル方向に回転自在に非接触支持される。また、本実施形態では、凸部Ｂと軸部材５の外周面５ａとの間にラジアル軸受隙間が形成され、このラジアル軸受隙間には、第１軸受スリーブ３から滲み出した油で油膜が形成され、この油膜で軸部材５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５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が形成される。第２軸受スリーブ４でも同様に、ラジアル軸受面Ａ’によって動圧軸受が、また凸部Ｂ’によって真円軸受が形成され、軸部材５をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第２ラジアル軸受部Ｒ２が形成される。

また、軸部材５が回転すると、ハウジング２の第１段面２ｄに形成されたスラスト軸受面がシール部材６の下側端面６ｂと所定のスラスト軸受隙間を介して対向し、ハウジング２の第２段面２ｅに形成されたスラスト軸受面がシール部材７の上側端面７ｂ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２ｄ１、２ｅ１の動圧作用によってその圧力が高められ、軸部材５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５を両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。

また、軸部材５の回転時には、上述のように、シール部材６の外周面６ａの側とシール部材７の外周面７ａの側に形成されるシール空間Ｓ１、Ｓ２が、ハウジング２の内部側に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈しているため、両シール空間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑油は毛細管力による引き込み作用と、回転時の遠心力による引き込み作用とにより、シール空間が狭くなる方向、すなわちハウジング２の内部側に向けて引き込まれる。これにより、ハウジング２の内部からの潤滑油の漏れ出しが効果的に防止される。また、シール空間Ｓ１、Ｓ２は、ハウジング２の内部空間に充填された潤滑油の温度変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内では、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ１、Ｓ２内にある。

また、第１軸受スリーブ３の軸方向溝３ｄ１によって形成される流体通路、第２軸受スリーブ４の軸方向溝４ｄ１によって形成される流体通路、および各軸受隙間（第１ラジアル軸受部Ｒ１及び第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受隙間、第１スラスト軸受部Ｔ１及び第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間）により、ハウジング２の内部に一連の循環通路が形成される。そして、ハウジング２の内部空間に充填された潤滑油がこの循環通路を介して流動循環することにより、潤滑油の圧力バランスが保たれると同時に、局部的な負圧の発生に伴う気泡の生成、気泡の生成に起因する潤滑油の漏れや振動の発生等が防止される。

なお、図示は省略するが、両軸受スリーブ３、４とハウジング２との間に形成される軸方向の流体通路は、ハウジング２の小径内周面２ａに軸方向溝を設けることによって形成することもできる。

以上に示すように、本発明では、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２が、ハウジング２の第１、第２段面２ｄ、２ｅと、シール部材６、７の下側端面６ｂ、７ｂとの間に設けられる。従って、ハウジング２に対する両軸受スリーブ３、４の組付けは径方向位置にのみ配慮して行えば足りるので、軸受スリーブ３，４の組付けを容易化して動圧軸受装置１の低コスト化を図ることが可能となる。また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２が、従来構成に比べ外径側に設けられるので、軸受面積の拡大を通じて回転精度を高めることができる。

また、軸受スリーブを軸方向の二箇所に並べて配置したので、ラジアル軸受部の軸受スパンの拡大を通じてモーメント荷重に対する負荷能力を高めることができると共に、軸受スリーブの製造を容易化することができる。さらに、両軸受スリーブ３、４の内周面間の同軸度を３μｍ以下に設定し、かつ軸受スリーブ３、４の内周面３ａ、４ａとハウジング２の第１、第２段面２ｄ、２ｅ間の直角度を５μｍ以下に設定したので、各部材の摺動接触に伴う摩耗を回避し、回転精度に優れる動圧軸受装置１を提供することができる。

図５は、本発明に係る動圧軸受装置の第２の実施形態を示している。同図に示す動圧軸受装置１が図１に示す実施形態と異なる主な点は、第１および第２の軸受スリーブ２３、２４の軸方向寸法を縮めると共に、両軸受スリーブ２３、２４間にリング状のスペーサ８を介装した点にある。図示は省略しているが、軸受スリーブ２３、２４の軸方向寸法を縮小した分、組付け時における各軸受スリーブ２３、２４の姿勢悪化は極力解消することができる。そのため、本実施形態では、各軸受スリーブ２３、２４の内周面に、ラジアル軸受面と略同径の凸部は設けられていない。もちろん、組付け時における姿勢悪化が懸念されるのであれば、各軸受スリーブ２３、２４の内周面に、ラジアル軸受面と略同径の凸部を設けてもよい。

スペーサ８は、その下側端面８ｃがハウジング２の第２段面２ｅから軸方向に所定寸法離隔した箇所に位置するようにして、ハウジング２の小径内周面２ａの略中央部に固定されている。スペーサ８は、黄銅等の軟質金属材料やその他の金属材料、あるいは樹脂材料等、非多孔質の材料で両軸受スリーブ２３、２４よりも内径寸法が大径に形成される。従って、このスペーサ８の内周面８ａと軸部材５の外周面５ａとの間にラジアル軸受隙間は形成されない。なお、その他の事項は、第１の実施形態に準じるので、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

以下、上記構成の動圧軸受装置１の組立工程を、軸受スリーブ３、４、およびスペーサ８をハウジング２の内周に位置決め固定する工程（図６（ａ）〜（ｃ））を中心に説明する。なお、工程説明においても、図４（ａ）（ｂ）と実質的に同一の構成については、共通の参照番号を付与し重複説明を省略する。

まず、図６（ａ）に示すように、スペーサ８を、その下側端面８ｃがハウジング２の第２段面２ｅから軸方向に所定寸法離隔するようにして、ハウジング２の内周面２ａに隙間接着する。この場合、図４に示す構成と異なり、その上端面１８ｂとベース部１７の上側端面１７ｂとの軸方向離間距離が上記の所定寸法に等しい位置決め部１８を用いることにより、上記の態様でスペーサ８が固定される。ところで、スペーサ８は、その内周面８ａが軸受スリーブ３、４よりも大径に形成され、その内周側にラジアル軸受隙間は形成されないため、径方向の固定精度はさほど問題とならない。そのため、スペーサ８は、軸受スリーブ３、４同様に隙間接着する以外にも、例えば圧入することによりハウジング２の小径内周面２ａに固定することもできる。

スペーサ８の固定後、一旦上記の組付け品を取り外し、図６（ｂ）に示すように、スペーサ８の一端側（図５で言えば下側）に、第２軸受スリーブ４をハウジング２の小径内周面２ａに隙間接着する。接着固定後、第２軸受スリーブ４が組みつけられた組付け品を取り外し、図６（ｃ）に示すように、他端側（図５で言えば上側）の小径内周面２ａに第１軸受スリーブ３を隙間接着する。このようにしてハウジング２の小径内周面２ａに組付けられた軸受スリーブ３、４、およびスペーサ８の内周に軸部材５を挿入し、所定のアキシャル隙間幅を保った状態でシール部材６、７を軸部材５の所定箇所に固定し、さらにその後ハウジング２の内部空間に潤滑油を充満させることにより、図５に示す構成の動圧軸受装置２１が完成する。

この実施形態の動圧軸受装置１では、焼結金属製の軸受スリーブの一部を、非多孔質のスペーサ８に置換しているので、その分軸受内部に充満させる潤滑油量を低減することができる。従って、シール空間Ｓ１、Ｓ２の軸方向寸法（容積）を縮小させることができる分、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の軸受スパンを大きくすることができ、モーメント荷重に対する負荷能力（モーメント剛性）を一層高めることができる。

なお、以上では、軸受スリーブを軸方向の複数箇所（２箇所）に配置する構成について説明を行ったが、図９に示すような単体の軸受スリーブを用いる構成においても、ハウジングに段面を設け、その端部側にスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を形成することもできる。かかる構成とすることにより、従来構成に比べ、軸受スリーブの組付けを容易化して低コスト化を図ることができ、また、モーメント剛性を高めることができる（図示省略）。

また、軸受スリーブは軸方向の１または２箇所だけでなく、３箇所以上に配置してもよい。

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、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、図示は省略するが、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方は、例えば、ラジアル軸受面となる領域に複数の軸方向溝を円周方向等間隔に設けた、いわゆるステップ軸受や、ラジアル軸受面となる領域に複数の円弧面を設けた、いわゆる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）等を採用しても良い。

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

図７は、本発明の一実施形態、特に図１に示す実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだＨＤＤ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、動圧軸受装置１と、動圧軸受装置１の軸部材５に装着されたロータ（ディスクハブ）３２と、例えば半径方向（ラジアル方向）のギャップを介して対向させたステータコイル３０およびロータマグネット３１とを備えている。ステータコイル３０はブラケット９の外周に取付けられ、ロータマグネット３１はディスクハブ３２の内周に取付けられている。動圧軸受装置１のハウジング２は、ブラケット９の内周に装着される。ディスクハブ３２には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚保持される。ステータコイル３０に通電すると、ステータコイル３０とロータマグネット３１との間の電磁力でロータマグネット３１が回転し、それによって、ディスクハブ３２およびディスクハブ３２に保持されたディスクＤが軸部材５と一体に回転する。

上記構成の動圧軸受装置１は、上述したＨＤＤ用のスピンドルモータだけでなく、例えば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情報機器に搭載されるスピンドルモータ用など、情報機器をはじめとする電気機器用の軸受装置として好適に適用可能である。また、情報機器の大容量化に対応して複数枚のディスクＤを搭載したディスク駆動装置に対しても、あるいは高速回転下での高い回転性能を要求されるモータに対しても、好適に用いることができる。

上記の理由から、本発明にかかる動圧軸受装置はスピンドルモータに限らず、高い回転精度を要求される他のモータ、例えばファンモータにも好ましく用いることができる。

図８は、本発明の第１実施形態に係る動圧軸受装置１を組み込んだファンモータ、その中でも半径方向（ラジアル方向）のギャップを介してステータコイル３０およびロータマグネット３１を対向させた、いわゆるラジアルギャップ型ファンモータの一例を概念的に示すものである。図示例のモータは、主に、軸部材５の上端外周に固定されるロータ３３が外周面に羽根を有する点、およびブラケット９がモータの各構成部品を収容するケーシングとしての機能を果たす点で、図７に示すスピンドルモータと構成を異にする。なお、その他の構成部材は、図７に示すスピンドルモータの各構成部材と機能・作用を同一にするため、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

動圧軸受装置の第１実施形態を示す断面図である。 （ａ）図はハウジングに軸受スリーブを組付けた状態を示す上面図、（ｂ）図はその断面図、（ｃ）図はその下面図である。 ハウジングの上方部分を示す拡大段面図である。 （ａ）（ｂ）図は第１実施形態にかかる動圧軸受装置の製造工程を示す概略図である。 動圧軸受装置の第２実施形態を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）図は第２実施形態にかかる動圧軸受装置の製造工程を示す概略図である。 動圧軸受装置を組み込んだスピンドルモータの一例を示す概略図である。 動圧軸受装置を組み込んだファンモータの一例を示す概略図である。 従来構成の動圧軸受装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ ハウジング
３ 第１軸受スリーブ
４ 第２軸受スリーブ
５ 軸部材
６、７ シール部材
８ スペーサ
１１ ピン部
１２ ベース部
１３ 位置決め部
Ａ、Ａ’ 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
Ｓ１、Ｓ２ シール空間

Claims (5)

1. ハウジングと、該ハウジングに固定された軸受スリーブと、該軸受スリーブの内周に挿入された軸部材と、該軸部材の外径側に突出させて設けられ、前記軸受スリーブの両端に配置された突出部と、前記軸受スリーブの内周面と前記軸部材の外周面の間に形成されるラジアル軸受隙間と、スラスト軸受隙間とを備え、両軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用で前記軸部材を非接触支持する動圧軸受装置において、
   前記ハウジングに、前記軸受スリーブの固定部となる小径内周面と、前記突出部の外径側に位置する大径内周面と、前記小径内周面および前記大径内周面を繋ぐ段面とを設け、前記段面を前記スラスト軸受隙間に臨ませたことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 前記軸受スリーブは軸方向に複数配置され、
   各軸受スリーブの内周面間の同軸度は３μｍ以下に設定され、かつ、各軸受スリーブの内周面と前記ハウジングの段面間の直角度は５μｍ以下に設定されている請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 前記軸受スリーブが、隙間接着で固定されている請求項１又は２に記載の動圧軸受装置。
4. 前記ハウジングが、型成形品である請求項１記載の動圧軸受装置。
5. 隣接する２つの軸受スリーブ間に、非多孔質のスペーサを配設した請求項２記載の動圧軸受装置。

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