JP3892995B2

JP3892995B2 - 動圧型軸受ユニット

Info

Publication number: JP3892995B2
Application number: JP23578999A
Authority: JP
Inventors: 嗣人中関; 一男岡村
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP2001065577A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧型軸受ユニットに関する。この軸受ユニットは、特に情報機器、例えばＨＤＤ、ＦＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置などのスピンドルモータ、あるいはレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータなどのスピンドル支持用として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記各種情報機器のスピンドルモータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する動圧型軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。
【０００３】
図６はこの種のスピンドルモータの一例で、軸受ユニット21で回転自在に支持された軸部材22（軸22ａと、軸22ａへの装着によりフランジ部となるスラスト円盤22ｂとで構成される）を、軸受部材24側に固定したモータステータＭｓと、軸部材22側に装着したモータロータＭｒとの間に生じる励磁力で回転駆動する構造である。軸受ユニット21には、軸部材22をラジアル方向で支持するラジアル軸受部30とスラスト円盤22ｂをスラスト方向で支持するスラスト軸受部31とが設けられ、これらの軸受部30、31は何れも軸受面に動圧発生用の溝（動圧溝）を有する動圧型軸受とされる。ラジアル軸受部30の動圧溝は、軸受部材24の内周面（あるいは軸22ａの外周面）に形成され、スラスト軸受部31の動圧溝は、軸部材22の下端に固定したスラスト円盤22ｂの両端面（あるいは当該端面に対向する面）にそれぞれ形成される。軸受部材24の底部にはバックメタル26が嵌め込まれ、軸受部材24の底部側の開口部が封口されている。
【０００４】
軸部材22が回転すると、ラジアル軸受部30の軸受すきまＣｒ（軸22ａの外周面と軸受部材24の内周面との間のすきま）やスラスト軸受部31の軸受すきまＣs1、Ｃs2（スラスト円盤22ｂの両端面と、軸受部材24の端面およびバックメタル26の端面との間のすきま）に動圧油膜が形成され、軸部材２が非接触状態で回転自在に支持される。
【０００５】
上記軸受ユニットにおいては、ラジアル軸受すきまＣｒからの油漏れを防止するため、軸受部材24の上端側開口部がシール装置25によってシールされる。このシール装置25のシール構造は、動圧型軸受を用いる目的（回転精度の向上）との兼ね合いから非接触構造とする場合がほとんどで、上下反転させた場合にも油漏れが生じないよう様々な工夫がなされている。図６では一例として、軸受部材24の内周面の開口側を徐々に拡径するテーパ面とし、毛細管現象により油を軸受すきまＣｒに保持する構造を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、例えばノート型パソコンへの搭載等を考慮し、軸受ユニットのさらなるコンパクト化、特に軸方向寸法の短縮化（薄型化）の要求が高まっている。しかし、図６に示す構造では、シール装置25の軸方向寸法に一定幅が必要とされるため、さらなる薄型化は難しい。
【０００７】
一方、他のシール装置25として、図７に示すように、軸受部材24の一端側に、軸22ａの外周面との間でラビリンスシールを構成するシール板27を配置し、このシール板27に面する軸22ａの外周面に撥油剤28を塗布した構造も提案されている。この構造では、図６に示す構造と比べて薄型化は可能であるが、撥油剤28のコーティング厚さがラジアル軸受すきまＣｒと同等もしくはそれ以上になるため、組立の都合上、撥油剤28の塗布は軸受部材24に軸部材22を組み込んだ後で行う必要がある。この場合、塗布時に撥油剤28がラジアル軸受すきまＣｒに入り込むおそれがあり、これを防止するための種々の対策が必要となってコスト高を招く。また、撥油剤28の乾燥時間が必要とされ、この点もコスト高の要因となる。
【０００８】
そこで、本発明は、低コストに能率良く生産可能で、かつ薄型化も可能な動圧型軸受ユニットの提供を目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明にかかる動圧型軸受ユニットは、焼結金属製の軸受部材と、軸受部材の内周に挿入され、軸受部材の軸方向一端側から突出した軸部材と、軸受部材の内周面と軸部材の外周面との間に形成されたラジアル軸受すきまと、スラスト軸受すきまとを備え、軸部材の回転で上記ラジアル軸受すきまに動圧油膜を形成して軸部材をラジアル方向で非接触支持すると共に、スラスト軸受すきまに動圧油膜を形成して軸部材を軸方向他端側から非接触支持し、かつラジアル軸受すきまの一端側を、軸受部材側の第一シール面と、これに微小なシールすきまを介して対向させた軸部材側の第二シール面とを有するシール装置で毛細管現象によりシールするものにおいて、軸部材の軸受部材からの突出部分に、第二シール面を有するシール部材が装着され、シールすきまが、半径方向部分と、軸受部材の軸方向一端側の端面とこれに対向するシール部材の端面との間に形成され、ラジアル軸受すきまの一端側に隣接する軸方向部分とを備え、シールすきまの軸方向部分が、軸部材の回転時にすきま幅を拡大すると共に、焼結金属製の軸受部材がシールすきまの軸方向部分に面し、第一および第二シール面のうちの少なくとも一方が撥油性を有することを特徴とするものである。
【００１０】
上記のように第一シール面は軸受部材側に、第二シール面は軸部材側に設けられるが、ここでの「軸受部材側」や「軸部材側」は、固定側もしくは回転側の部材、を意味する。すなわち、軸受部材が回転する時は回転側の部材（軸受部材あるいはその他の部材）に、軸受部材が固定されている時は固定側の当該部材に第一シール面が設けられる。同様に軸部材側の第二シール面は、軸部材が回転する時は軸部材側の部材（軸部材あるいはその他の部材）に、軸部材が固定されている時は固定側の当該部材に設けられる。
【００１１】
撥油性のシール面は、油に対して９０°以上の接触角を有するもの、例えば樹脂材で形成することができる。特に樹脂材としてはＰＴＦＥが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図５に基いて説明する。
【００１３】
図１に本発明にかかる動圧型軸受ユニット１を示す。この軸受ユニット１は、図６および図７と同様の情報機器用スピンドルモータ、例えばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）スピンドルモータに装備される。
【００１４】
図１に示すように、軸受ユニット１は、軸部材２と、ケーシング３の内周面に固定されたほぼ円筒状の軸受部材４と、軸受部材４の一端側（軸部材２の突出側をいう）を密封するシール装置５とを主な構成要素とする。
【００１５】
軸受部材４の底部（他端側）には段差が設けられ、この段差部分にバックメタル等の閉塞部材６を嵌合することによって、軸受部材４の他端開口部が閉塞されている。軸部材２は、軸2aと軸2aの下端部に設けられたフランジ部2bとで構成され、軸2aを軸受部材４の内周部に、フランジ部2bを軸受部材４と閉塞部材６との間の空間に収容して垂直姿勢で配置される。
【００１６】
軸受部材４は、例えば焼結金属で形成される。軸受部材４の内周面には、動圧溝13を有するラジアル軸受面10ａが形成される。軸部材２と軸受部材４の相対回転時（本実施形態では軸部材２の回転時）には、ラジアル軸受面10ａと軸2aの外周面との間のラジアル軸受隙間Ｃｒに存在する油で動圧油膜が形成され、これより軸2aをラジアル方向で非接触支持するラジアル軸受部10が構成される。なお、図中のラジアル軸受隙間Ｃｒの幅は誇張して描かれている（後述のスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2についても同様）。
【００１７】
フランジ部2bの軸方向両側には、軸方向の隙間であるスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2が設けられる。スラスト軸受隙間Ｃs1は、フランジ部2bの上端面とこれに対向する軸受部材４の端面との間に形成され、他方のスラスト軸受隙間Ｃs2は、フランジ部2bの下端面と、これに対向する閉塞部材６の上面との間に形成される。一方のスラスト軸受隙間Ｃs1を臨む軸受部材４の端面、および他方のスラスト軸受隙間Ｃs2を臨む閉塞部材６の端面には、それぞれ動圧溝を有するスラスト軸受面11ａ、11ｂが形成され、これより上記回転時には、スラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2に存在する油で動圧油膜が形成され、フランジ部2bをスラスト方向両側から非接触支持するスラスト軸受部11が構成される。
【００１８】
上記ラジアル軸受面10ａおよびスラスト軸受面11ａ、11ｂの動圧溝形状は任意に選択することができ、公知のへリングボーン型、スパイラル型、ステップ型、多円弧型等の何れかを選択し、あるいはこれらを適宜組合わせて使用することができる。図２は動圧溝形状の一例としてへリングボーン型を示すもので、同図（Ａ）はラジアル軸受面10ａを、同図（Ｂ）は、スラスト軸受面11ａを示す。図示のように、ラジアル軸受面10ａは、一方に傾斜する動圧溝13が形成された第一の溝領域m1と、第一の溝領域m1から軸方向に離隔し、他方に傾斜する動圧溝13が配列された第二の溝領域m2と、２つの溝領域間m1、m2間に位置する環状の平滑部ｎとを備え、平滑部ｎと動圧溝13間の背の部分14とは同一レベルにある。スラスト軸受面11ａの動圧溝15は、半径方向のほぼ中心部に屈曲部分を有するほぼＶ字状をなしている。
【００１９】
軸受部材４を焼結金属で成形した場合、動圧溝は圧縮成形、すなわち、コアロッドの外周面にラジアル軸受面10ａの動圧溝形状（図２（Ａ）参照）に対応した凹凸形状の溝型を形成し、コアロッドの外周に焼結金属を供給して焼結金属を圧迫し、焼結金属の内周部に溝型形状に対応した動圧溝を転写することによって、低コストにかつ高精度に成形することができる。この場合、焼結金属の脱型は、圧迫力を解除することによる焼結金属のスプリングバックを利用して簡単に行える。このように軸受部材４の素材として焼結金属を用いる場合、軸受部材４に潤滑油や潤滑グリースを含浸させて動圧型含油軸受として使用することができる。
【００２０】
以上説明した軸受ユニット１の構造は任意であり、その他にも例えば有底円筒状のいわゆる袋型ハウジングの内周に円筒状の軸受部材４を固定し、その内周部に軸部材２を配置してもよい。
【００２１】
シール装置５は、軸受部材４の一端側に配置された例えば穴あき円盤状のシール板13と、シール板13に対向させて軸2aの外周面に取付けたシール部材14とを具備する。シール部材14はリング状で、その断面形状は任意であり、例えば図示のように断面矩形型に形成される。シール板13は、例えばケーシング３の内周面に圧入固定され、その内周面は、シール部材14の外周面との間に微小なシールすきまＤを形成している。シール板13の内周面を含む第一シール面51と、シール部材14の外周面を含む第二シール面52とが微小なシールすきまＤを介して対向することにより、非接触のラビリンスシールが構成される。シール板13の内径は、軸受部材４の内径よりも大きく、かつシール部材14の外径は、軸受部材４の内径よりも大きい。また、軸受部材４の一端側の端面と、これに対向するシール部材14の端面との間には軸方向の隙間がある。これより、シールすきまＤは半径方向の部分Drと軸方向の部分Daとを持つ屈曲形状となり、ストレート形状のシールすきまに比べてより高いシール効果が得られる。図面では、シール板13と軸受部材４とを接触させているが、両者間に微小な軸方向の隙間を介在させてもよい。
【００２２】
シール部材14は、軸受内部に封入される潤滑油に対して撥油性を有する材料で形成される。撥油性は、油に対する接触角の大きさでその良否が判断され、図３に示すように接触角θが９０°以上となる材料を使用するのが望ましい（ここでの「接触角」は、油Ｏが固体面Ｓ上にある時、油面と固体面Ｓとがなす角のうち、油Ｏを含む角度を意味する）。撥油性を有する材料としては例えば樹脂材料が考えられ、その中でも、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は比較的安価でかつ高い撥油性を長期間安定して維持するので特に好ましい。シール部材14は、その位置ずれ防止のため、軸2aの外周面に形成された嵌め込み溝２a1に嵌着される。嵌め込み溝２a1への嵌着が容易に行えるよう、シール部材14は割れ目を有するＣ型に形成するのがよい。
【００２３】
このようにシール部材14を撥油性材料で形成することにより、シール装置５のシール性（油漏れ防止）をさらに高めることができる。また、別途製造したシール部材14を軸部材２に取付ける構造であるから、撥油剤の乾燥工程等も不要であり、また、塗布した撥油剤がラジアル軸受すきまＣｒに入り込むようなこともないので、生産能率を向上させることができる。さらに、シール装置５の軸方向幅は、シール板13およびシール部材14の肉厚分に抑えられるので、薄型化の要求にも十分に応えることができる。
【００２４】
上記のようにシール部材14自体を撥油性材料で形成する他、その表面、具体的にはシールすきまＤに面する部分を撥油性材料で被覆して第二シール面52を構成しても上記と同様の効果を得ることができる。例えばＰＴＦＥを使用する場合、その被膜は、ＰＴＦＥの粉末を有機溶媒に分散させてなる処理液中にシール部材14の素材を浸漬したり、あるいはこの処理液をスプレーすることにより形成することができる。
【００２５】
以上の説明では、軸部材２側のシール部材14に撥油性を持たせているが、軸受部材４側のシール板13に上記と同様の撥油性を持たせてもよい。この場合、シール部材14とシール板13の双方に撥油性を持たせるのが望ましいが、何れか一方の部材にのみ撥油性を持たせてもよい。
【００２６】
図４および図５に本発明の他の実施形態を示す。このうち、図４はシール部材14を断面円形に形成したもの、図５はシール部材14を断面矩形型とし、かつ図１のような嵌め込み溝２a1を設けることなく、シール部材14を軸2aの外周面に直接嵌合させたものであり、何れの場合も図１と同様の効果が奏される。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、シール装置のシール性を高めることができ、上下逆さまにした場合の油漏れ等を確実に防止することができる。また、撥油剤の乾燥工程等も不要であり、また、塗布した撥油剤がラジアル軸受すきまに入り込むようなこともないので、生産コストを下げることができる。さらに、薄型化の要求にも十分に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる動圧型軸受ユニットの断面図である。
【図２】（Ａ）図は軸受部材の部分拡大断面図、（Ｂ）図はスラスト軸受面の平面図である。
【図３】接触角を説明する断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図６】従来の動圧型軸受ユニットを有するスピンドルモータの断面図である。
【図７】従来の動圧型軸受ユニットを有するスピンドルモータの断面図である。
【符号の説明】
１軸受ユニット
２軸部材
４軸受部材
５シール装置
14 シール部材
51 第一シール面
52 第二シール面
Ｃｒラジアル軸受すきま
Ｃs1 スラスト軸受すきま
Ｃs2 スラスト軸受すきま
Ｄシールすきま

Claims

焼結金属製の軸受部材と、軸受部材の内周に挿入され、軸受部材の軸方向一端側から突出した軸部材と、軸受部材の内周面と軸部材の外周面との間に形成されたラジアル軸受すきまと、スラスト軸受すきまとを備え、軸部材の回転で上記ラジアル軸受すきまに動圧油膜を形成して軸部材をラジアル方向で非接触支持すると共に、スラスト軸受すきまに動圧油膜を形成して軸部材を軸方向他端側から非接触支持し、かつラジアル軸受すきまの一端側を、軸受部材側の第一シール面と、これに微小なシールすきまを介して対向させた軸部材側の第二シール面とを有するシール装置で毛細管現象によりシールするものにおいて、
軸部材の軸受部材からの突出部分に、第二シール面を有するシール部材が装着され、シールすきまが、半径方向部分と、軸受部材の軸方向一端側の端面とこれに対向するシール部材の端面との間に形成され、ラジアル軸受すきまの一端側に隣接する軸方向部分とを備え、シールすきまの軸方向部分が、軸部材の回転時にすきま幅を拡大すると共に、焼結金属製の軸受部材がシールすきまの軸方向部分に面し、第一および第二シール面のうちの少なくとも一方が撥油性を有することを特徴とする動圧型軸受ユニット。
撥油性のシール面が、油に対して９０°以上の接触角を有する請求項１記載の動圧型軸受ユニット。
撥油性のシール面が樹脂材で形成されている請求項１記載の動圧型軸受ユニット。
撥油性のシール面がＰＴＦＥで形成されている請求項３記載の動圧型軸受ユニット。