JP2011033129A - 流体軸受装置、モータ、情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】２部品間を接着固定している部分から軸受隙間に接着剤が流れ込むことを防止し、流体軸受部から軸受外部への潤滑流体の漏洩を防止することができる流体軸受装置および、それを備えたスピンドルモータを提供する。
【解決手段】潤滑流体溜まり部３１を形成しているカバー１９とスリーブ１４の固定部に、接着剤２３を保持する封止部３２と、カバー１９をスリーブ１４に位置決めするため部分で、接着剤２３が介在していない遮断部３３（３４）を形成することで、接着剤２３が、潤滑流体溜まり部３１へ流れ込むことを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁気ディスク、光ディスクなどの情報機器を回転駆動するモータおよび、このモータに使用される流体軸受装置に関するものである。

磁気ディスクや光ディスクなどの記録ディスクを回転駆動するためのモータ、特に、ハードディスク装置に用いられているモータは、回転体と固定体が非接触である流体軸受装置を用いたモータが主流となっている。

流体軸受装置は、回転体と固定体の間に充填されている潤滑剤に動圧を発生させることで、非接触回転を実現している。したがって、潤滑剤が不足すれば、動圧を発生させることが出来なくなる。つまり、流体軸受装置にとって、潤滑剤を軸受隙間に保持することは極めて重要である。

流体軸受装置の軸受隙間に充填されている潤滑剤は、時間が経過すると共に蒸発することが知られている。そのため、流体軸受装置には、寿命を確保するために潤滑剤溜まり部を設けている。

例えば、特許文献１に開示されている流体軸受装置１は、図７（ａ）に図示されているように、ラジアル動圧発生部２を構成しているスリーブ３の端面３ａと、この端面３ａを覆うように配置されているカバー４との間に、潤滑剤溜まり部５を形成している。この潤滑剤溜まり部５は、周方向でその断面積が変化するように形成されていることで、潤滑流体６の蒸発にともない、潤滑流体６と大気が接している境界面が周方向に移動することで、軸受の寿命を確保するようになっている。

そして、その潤滑流体６を保持している部材であるカバー４は、接着部７にてスリーブ３に接着剤にて固定されている。このカバー４とスリーブ３のように潤滑流体６を保持している部材どうしの接着部７から軸受外部へ潤滑流体６が漏洩すれば、潤滑剤不足を生じることになる。そのような潤滑流体６の漏洩を防止するために、例えば、特許文献２には、２つの部材（例えば、図７（ｂ）におけるスリーブ３とカバー４）が対向している部分であり且つ、位置決めする部分に接着剤を充填させている技術が開示されている。

特開２００４−２２５７４０号公報 特開２００６−１６１９６７号公報

図７（ａ）の接着部７の部分拡大図である図７（ｂ）に図示しているように、従来の構造では、潤滑流体６を保持している部材どうしの接着部７から軸受外部へ潤滑流体６が漏洩することを防止するために、２つの部材であるスリーブ３とカバー４の固定部に接着剤を充填させていた。具体的には、スリーブ３の外周環状部３ｂの上面とスリーブ３の側面３ｃにより形成されている段部３ｄに接着剤８を所定の量だけ塗布し、カバー４を段部３ｄに取付けていた。そして、カバー４とスリーブ３の間にテーパ部（９，１０）を２箇所形成し、接着剤８の表面張力バランス特性を用いて、潤滑剤溜まり部５に接着剤８が流れ込むことを防止していた。

しかしながら、近年の記録ディスクを回転駆動するためのモータ、特に、ハードディスク装置に用いられているモータでは、低発ガス性であるエポキシ系接着剤を用いる傾向となってきている。エポキシ系接着剤は、完全硬化させるために高温環境下に所定の時間放置する必要があり、完全硬化する前に粘度や表面張力が低下するという特徴がある。その結果、２箇所のテーパ部（９，１０）に介在している表面張力のバランスが崩れて、粘度及び表面張力が低下した接着剤８がスリーブ３の表面（３ｃ、３ａ）または、カバー４の表面（４ａ）を伝わり、潤滑剤溜まり部５に流れ込む可能性がある。

つまり、２つの部材を固定している固定部全体にエポキシ系などの接着剤を充填させている場合には、接着剤をその固定部内に留めることができない。そして、接着剤が固定部から流れ出し、潤滑剤溜まり部などが形成されている軸受隙間に流れ込むことで、軸受の循環を妨げる原因となり、潤滑流体が外部に漏洩するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、２つの部材を接着固定する際の接着剤の軸受隙間への流れ込みによる潤滑流体の外部への漏洩を防止することを特徴とした流体軸受装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の流体軸受装置は、一端側が開口され、他端側が閉鎖された軸受穴を有するスリーブと、前記軸受穴に挿入され相対回転自在に支持されるシャフトと、前記スリーブの前記一端側の端面を、軸方向隙間部を介して覆うように前記スリーブに固定されたカバーと、前記カバーと前記スリーブとの間を含むスリーブ内空間に保持される潤滑流体と、前記シャフトの外周面もしくは対向する前記スリーブの内周面に動圧溝を有する動圧軸受部と、前記カバーと前記スリーブの外周部に隙間を設けた封止部と、前記動圧軸受部を形成している軸方向高さと異なる軸方向高さ位置で、かつ前記封止部の半径方向の内側に前記カバーと前記スリーブを勘合させた遮断部を有することを特徴としたものである。

本発明の流体軸受装置は、一端側が開口され、他端側が閉鎖された軸受穴を有するスリーブと、前記軸受穴に挿入され相対回転自在に支持されるシャフトと、前記スリーブの前記一端側の端面を、前記スリーブに半径方向隙間部を介して覆うように前記シャフトに固定されたハブと、前記スリーブの一端側の端面及び外周部を他端側に隙間を介して半径方向に重なった状態で配し、前記ハブに固定した環状部材と、前記スリーブと前記環状部材の間でテーパシール部が形成され、前記ハブと前記環状部材と前記スリーブとの間を含むスリーブ内空間に保持される潤滑流体と、前記ハブと前記環状部材の外周部に隙間を設けた封止部と、前記封止部の半径方向の内側に前記環状部材と前記ハブを勘合させた遮断部を有することを特徴としたものである。

本発明の流体軸受装置によれば、２つの部材を固定している箇所に接着部である封止部と位置決め部である遮断部が形成されているために、潤滑流体が充填されている隙間に接着剤が流れ込むことを防止することが可能となり、接着剤に起因する軸受外部への潤滑流体の漏洩を防止することができる。

本発明の実施の形態１における流体軸受装置１１を備えたスピンドルモータ１２の断面図 本発明の実施の形態１における流体軸受装置１１の断面図 流体軸受装置１１におけるカバー１９とスリーブ１４の固定部の説明図 流体軸受装置１１におけるカバー１９とスリーブ１４の固定部の変形例 本発明の実施の形態２における流体軸受装置３８を備えたスピンドルモータ３７の断面図 流体軸受装置３８におけるハブ４３と環状部材４４の固定部の説明図 （ａ）は、従来の流体軸受装置１を備えたスピンドルモータの断面図、（ｂ）は、接着部７の構造を説明する部分拡大図

以下に、本発明のスピンドルモータ及び、流体軸受装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態に係る流体軸受装置１１を備えたスピンドルモータ１２の断面図、図２は同流体軸受装置１１の断面図、図３は図２における接着部１３の構造を説明する部分拡大図である。なお、以下の説明は、理解し易いように、図１および図２に示すように、スリーブ１４の軸受孔１４ａにおける開口端１４ｂが上方に、閉鎖端１４ｃが下方に配置された場合を説明するが、実際に使用する場合はこの配置に限るものではないことはもちろんである。

図１、図２に示すように、このスピンドルモータ１２の流体軸受装置１１は、シャフト１５と、スピンドルモータ１２のベース１６に固定され、開口する上側の開口端１４ｂと閉鎖された下側の閉鎖端１４ｃとを有する軸受孔１４ａを有し、シャフト１５を間隙（空間）を介して回転自在な姿勢で挿入させたスリーブ１４と、シャフト１５の下端部に外嵌結合やねじにより固定されているとともに、軸受孔１４ａにおける閉鎖端側である太径孔部１４ｄに、この太径孔部１４ｄの上面に対して間隙を有する姿勢で配置された太径のスラストフランジ１７と、スラストフランジ１７の下面と間隙を有する姿勢で対向するようにスリーブ１４の底部に固定されたスラストプレート１８とを備え、さらにこれらの構成に加えて、スリーブ１４の上端面（開口端側端面）を空間を有した姿勢で覆うカバー１９を設けている。

そして、この流体軸受装置１１において、スリーブ１４における外周面寄りの箇所に、軸心（図示しない）と平行に延びる１つの循環用連通路２０（例えば、この直径は０．２ｍｍ〜０．６ｍｍ程度）が穿孔されており、この循環用連通路２０により、軸受孔１４ａの閉鎖端１４ｃ側に設けられた太径孔部１４ｄ（閉鎖端面側の空間領域）と、カバー１９とスリーブ１４の開口端側端面である上端面との間の空間領域（開口端側空間領域）とが連通されている。

また、カバー１９とスリーブ１４との間を含むスリーブ１４の内部の空間（すなわち、シャフト１５の外周面とスリーブ１４の内周面との間の空間、軸受孔１４ａの太径孔部１４ｄ内の空間、軸受孔１４ａの太径孔部１４ｄと循環用連通路２０との間の連通箇所の空間、循環用連通路２０内の空間、スリーブ１４の上端面とカバー１９との間の開口端側空間領域）に潤滑油などの潤滑流体２１が充填されている。

なお、図２に拡大して示すように、カバー１９のシャフト１５に臨む内周面には開口側ほど広がるように形成されて、外気に連通して潤滑流体２１を溜める潤滑流体溜め部２２が形成されている。また、スリーブ１４とカバー１９とは接着剤２３で固定されている。

また、スリーブ１４の内周面（またはシャフト１５の外周面、若しくは、スリーブ１４の内周面とシャフト１５の外周面との両方に設けてもよい）には上下に魚骨状パターンなどの２つの動圧溝２４、２５が形成され、後述する回転駆動力によりシャフト１５とスリーブ１４とが相対的に回転された際に、この動圧溝２４、２５により掻き出される潤滑流体２１の力により、シャフト１５とスリーブ１４とがラジアル方向（半径方向）に所定間隙を介して回転自在に支持されるラジアル流体軸受が構成されている。

また、スラストフランジ１７の上面と下面（または、これに対向するスリーブ１４の下面やスラストプレート１８の上面、またはスラストフランジ１７の上下面とスリーブ１４の下面やスラストプレート１８の上面との全てに設けてもよい）とには、螺旋状パターンなどの動圧溝（図示しない）が形成され、前記回転駆動力などによりシャフト１５に取り付けられたスラストフランジ１７とスリーブ１４とが相対的に回転された際に、この動圧溝により掻き出される潤滑流体２１の力により、シャフト１５とスリーブ１４とがスラスト方向（軸心方向）に所定間隙を介して回転自在に支持されるスラスト流体軸受が構成されている。

ここで、ラジアル流体軸受を構成する動圧溝２４、２５は、周知のヘリングボーン形状とされ、シャフト１５の外周面における上側と下側の合わせて２箇所に形成されているが、下側の動圧溝２５は、その頂部から斜めに上がる溝と斜めに下がる溝とが同じ長さとされている一方、上側の動圧溝２４は、図２に示すように、その頂部から斜めに上がる溝２４ａが、頂部から斜めに下がる溝２４ｂよりも長めに形成され、回転駆動時にはこの上側の動圧溝２４によって、この隙間の潤滑流体２１が積極的に下方に送り出されるように構成されている。また、ラジアル流体軸受を構成する動圧溝は、潤滑流体２１が下方に送り出されるように構成されている動圧溝２４だけでも良い。

図１に示すように、シャフト１５におけるスリーブ１４の軸受孔１４ａから突出している突出軸部１５ａには、その外周に例えば磁気記録ディスクが固定される回転部材としてのハブ２６が圧入状態で外嵌されている。この実施の形態では、ハブ２６のベース寄り部分外周にロータマグネット２７が取り付けられている。また、ベース１６には、ロータマグネット２７に対向するように、ステータコイル２８が巻かれたステータコア２９が取り付けられている。そして、このロータマグネット２７とステータコア２９とにより、シャフト１５とスリーブ１４との間に回転駆動力を与えるスピンドルモータの回転駆動部が構成されている。

また、図２に示すように、スリーブ１４におけるカバー１９に対向する上端面はほぼ平面形状とされている。これに対して、カバー１９は、その裏面部が、スリーブ１４の上端面に開口する循環用連通路２０の開口部近傍領域と、スリーブ１４の軸受孔１４ａ開口端の近傍外周部とは、これに対応するカバー１９の裏面部分とこれに対向するスリーブ１４の上端面との離間距離が毛管現象を生じる寸法であり、スリーブ１４内周面の軸受孔１４ａに毛管現象により流入する隙間を形成するように配設されている。

また、カバー１９の裏面部分には、循環用連通路２０の開口部近傍領域から周方向に傾斜し、スリーブ１４の上端面からの離間距離が大きくなる形状の凹部３０が形成されており、流体溜まり空間部３１を形成している。

したがって、潤滑流体２１の蒸発などにより軸受隙間に充填されている潤滑流体２１の量が減少したとしても、毛管力により流体溜まり空間部３１から供給されるようになっており、軸受隙間における潤滑流体２１不足が生じないよう図られている。

また、図２に拡大して示すように、カバー１９のシャフト１５に臨む内周面において開口側ほど広がるように形成された潤滑流体溜め部２２は、下方ほど狭くなるように傾斜する傾斜面により形成され、潤滑流体２１が蒸発するなどして減少して流体溜まり空間部３１の箇所での界面の位置が変化した場合でも、この潤滑流体溜め部２２において、界面が傾斜面内で移動する範囲で釣り合うような形状に設定されている。

上記構成に加えて、本発明は特に、図３に示すように、カバーとスリーブの固定部に封止部３２と遮断部３３（３４）を設けた構造となっている。以下に詳細な構造について説明する。

まず、封止部３２と遮断部３３（３４）を形成しているカバー１９は、スリーブ１４の上端面１４ｅに軸方向で空間を介して対向し、潤滑流体溜まり部３１を形成している。また、スリーブ１４の上端面１４ｅに対向しているカバー１９の裏面には、軸方向下側に突出した凸部で、カバー１９をスリーブ１４に位置規制するための位置規制部１９ａが形成されている。また、位置規制部１９ａの半径方向外側には、位置規制部１９ａよりも薄い部分であり、封止部３２を形成している環状部１９ｂが形成されている。

一方、封止部３２と遮断部３３（３４）を形成しているスリーブ１４の上端面１４ｅには、上端面１４ｅの外周部に環状凸部１４ｆが形成されている。そして、環状凸部１４ｆの半径方向内側の側面と上端面１４ｅにて形成されている部分（段部）に、カバー１９に形成されている位置規制部１９ａが嵌合するようになっている。

以上のような構造であるカバー１９とスリーブ１４の固定部において、封止部３２は、カバー１９の環状部１９ｂと軸方向に空間を介して対向しているスリーブ１４の環状凸部１４ｆとの間に形成されており、接着剤２３が充填されている。

一方、遮断部３３（３４）は、カバー１９の位置規制部１９ａとスリーブ１４の側面、上端面１４ｅが対向している部分に形成されており、カバー１９をスリーブ１４に正確に位置決めする役割を果たしている。また、遮断部３３（３４）には、接着剤２３は、介在していない構造となっている。

このように、カバー１９とスリーブ１４の固定部は、接着剤２３が充填されている封止部３２と、接着剤が介在しておらずカバー１９をスリーブ１４に正確に位置決めするための遮断部３３（３４）を別々に設けているので、接着剤２３が潤滑流体溜まり部３１に流れ込むことを確実に防止できる構造となっている。

また、スリーブ１４とカバー１９の材質に指定はないが、スリーブ１４とカバー１９の熱膨張率が略等しい材質にすると、温度変化が生じた場合でも遮断部３３（３４）におけるスリーブ１４とカバー１９間に隙間が生じるのを防止でき、かつカバー１９の環状部１９ｂと軸方向に空間を介して対向しているスリーブ１４の環状凸部１４ｆとの間の距離変化も防止でき、より好ましい。

さらに、封止部３２と遮断部３３（３４）は、ラジアル軸受隙間３５よりも軸方向上側に配置しているので、カバー１９とスリーブ１４の嵌合時に生じる応力及び、接着剤が硬化する際に生じる応力の影響によるラジアル軸受隙間の変化を抑制することが可能となる。

また、封止部３２のみに接着剤２３を充填しているので、接着剤２３が硬化する際に生じる半径方向の応力の影響が殆どないので、潤滑流体２１の漏洩防止機能を有している潤滑流体溜め部２２を構成しているカバー１９の内周面２２ａの変形を防止できる。

（実施の形態１の変形例）
図４には、実施の形態１の変形例を図示している。図４に図示しているように、封止部３２を構成しているカバー１９の環状部１９ｂに軸方向上側に向かって凹んでいる凹部３６を設けることで、接着剤２３がより確実に封止部３２のみに介在させることができる。

つまり、カバー１９をスリーブ１４に固定した後、エポキシ系接着剤２３を封止部３２の半径方向外側から塗布する。塗布された接着剤を高温環境下（８０℃〜１２０℃）にて１〜３時間程度放置することで、完全硬化させるのであるが、完全硬化するまでに、エポキシ系接着剤２３は、低粘度となり毛管力により隙間が狭い方向へと流れ込もうとする（潤滑流体溜まり部３１に向かって流れ込もうとする）。

しかし、凹部３６を設けているので、低粘度となった接着剤は、凹部３６へと流れ込むこととなり、封止部３２の半径方向外側に形成されている接着剤保持部３２ａと凹部３６にて接着剤２３の表面張力のバランスを保つことになり、遮断部３３（３４）には、流れ込まない。ここで、凹部３６の形状は、特に限定されるものではなく、様々な形状であってもよい。

また、スリーブ１４の環状凸部１４ｆの半径方向内側の側面に空間１４ｇを設け、空間１４ｇに撥油剤を塗布することで、接着剤２３の遮断部３３（３４）への流れ込みを防止することも可能である。

加えて、遮断部３３（３４）を形成している部材の表面粗さよりも封止部３２を形成している部材の表面粗さを大きくなるように設定することで、潤滑剤２３が、遮断部３３（３４）および、潤滑流体溜まり部３１へ流れ込み難くなる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２の流体軸受装置３８を備えたスピンドルモータ３７の断面図を示す。図５において、実施の形態１と異なるところは、スラスト流体軸受３９と抜止部４０と軸受開口部４１の構成である。その他は、実施の形態１と同様の機能を有するものとする。

図５において、スラスト流体軸受３９は、スリーブ４２の軸受孔４２ａにおける開口端４２ｂ側の端面４２ｃとハブ４３の裏側面４３ａとが対向する空間に形成されている。また、スラスト流体軸受３９の半径方向外側には、ハブ４３から軸方向下側に向かって突出している凸部４３ｂが配置されており、凸部４３ｂに抜止部４０を構成している環状部材４４が固定されている。そして、環状部材４４の半径方向内周面とスリーブ４２の外周面との間にて軸受開口部４１を構成している。

上記構成に加えて、本発明は、図６に示すように、ハブ４３と環状部材４４の固定部に封止部４５と遮断部４６（４７）を設けた構造となっている。

このように、ハブ４３と環状部材４４の固定部には、接着剤４８が充填されている封止部４５と、接着剤４８が介在しておらず環状部材４４をハブ４３に正確に位置決めするための遮断部４６（４７）を別々に設けているので、接着剤４８が軸受開口部４１に保持されている潤滑流体４９に流れ込むことを確実に防止できる構造となっている。
さらに、封止部４５のみに接着剤４８を充填しているので、接着剤４８が硬化する際に生じる半径方向の応力の影響が殆どないので、潤滑流体４９の漏洩防止機能を有している軸受開口部４１を構成している環状部材４４の内周面の変形を防止できる。

（他の実施の形態）
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または、修正が可能である。

本発明の流体軸受装置は、ディスク駆動装置、リール駆動装置、キャプスタン駆動装置、ドラム駆動装置などのスピンドルモータとして特に好適であるが、これに限るものではない。

１、１１、３８ 流体軸受装置
２、３５ ラジアル動圧発生部
３、１４、４２ スリーブ
３ａ、４２ｃ 端面
３ｂ 外周環状部
３ｃ 側面
３ｄ 段部
４、１９ カバー
４ａ 表面
５、２２、３１ 潤滑剤溜まり部
６、２１、２３、４９ 潤滑流体
７、１３ 接着部
８、２３、４８ 接着剤
９、１０ テーパ部
１２、３７ スピンドルモータ
１４ａ、４２ａ 軸受孔
１４ｂ、４２ｂ 開口端
１４ｃ 閉鎖端
１４ｄ 太径孔部
１４ｆ 環状凸部
１４ｇ 空間
１５ シャフト
１６ ベース
１７ スラストフランジ
１８ スラストプレート
２０ 循環用連通路
２４，２５ 動圧溝
２４ａ、２４ｂ 溝
２６、４３ ハブ
２７ ロータマグネット
２８ ステータコイル
２９ ステータコア
３０、３６ 凹部
３２、４５ 封止部
３３、３４、４６、４７ 遮断部
３９ スラスト流体軸受
４０ 抜止部
４１ 軸受開口部
４３ 裏側面ａ
４３ｂ 凸部
４４ 環状部材

Claims (8)

1. 一端側が開口され、他端側が閉鎖された軸受穴を有するスリーブと、
   前記軸受穴に挿入され相対回転自在に支持されるシャフトと、
   前記スリーブの前記一端側の端面を、軸方向隙間部を介して覆うように前記スリーブに固定されたカバーと、
   前記カバーと前記スリーブとの間を含むスリーブ内空間に保持される潤滑流体と、
   前記シャフトの外周面もしくは対向する前記スリーブの内周面に動圧溝を有する動圧軸受部と、
   前記カバーと前記スリーブの外周部に隙間を設けた封止部と、
   前記動圧軸受部を形成している軸方向高さと異なる軸方向高さ位置で、かつ前記封止部の半径方向の内側に前記カバーと前記スリーブを勘合させた遮断部を有する流体軸受装置。
2. 一端側が開口され、他端側が閉鎖された軸受穴を有するスリーブと、
   前記軸受穴に挿入され相対回転自在に支持されるシャフトと、
   前記スリーブの前記一端側の端面を、前記スリーブに半径方向隙間部を介して覆うように前記シャフトに固定されたハブと、
   前記スリーブの一端側の端面及び外周部を他端側に隙間を介して半径方向に重なった状態で配し、前記ハブに固定した環状部材と、
   前記スリーブと前記環状部材の間でテーパシール部が形成され、前記ハブと前記環状部材と前記スリーブとの間を含むスリーブ内空間に保持される潤滑流体と、
   前記ハブと前記環状部材の外周部に隙間を設けた封止部と、
   前記封止部の半径方向の内側に前記環状部材と前記ハブを勘合させた遮断部を有する流体軸受装置。
3. 前記封止部に、接着剤が充填された請求項１または請求項２に記載の流体軸受装置。
4. 前記封止部が、軸方向に対して半径方向が長く、かつ半径方向円盤状に形成された構造である請求項１から請求項３に記載の流体軸受装置。
5. 前記スリーブと前記カバーの線膨張係数が異なる場合、前記カバーが前記遮断部において圧入によって固定された請求項１から請求項３に記載の流体軸受装置。
6. 前記スリーブと前記カバーの線膨張係数がほぼ等しい場合、前記カバーが前記遮断部において挿入によって固定された請求項１から請求項３に記載の流体軸受装置。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の流体軸受を備えたスピンドルモータ。
8. 請求項７に記載のスピンドルモータを備えた、情報装置。

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