JP3997115B2 - 流体軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜によって回転部材を非接触支持する流体軸受装置に関する。この軸受装置は、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など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、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
上記各種モータには、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、上記要求性能に優れた特性を有する流体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】
この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧発生手段を備えたいわゆる動圧軸受と、動圧発生手段を備えていないいわゆる真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）とに大別される。
【０００４】
例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータやレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータに組込まれる流体軸受装置では、軸部材をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部とが設けられ、ラジアル軸受部として、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に動圧発生用の溝（動圧溝）を設けた動圧軸受が用いられる。スラスト軸受部としては、例えば、軸部材の一端側端面をスラストプレートによって接触支持する構造の軸受（いわゆるピボット軸受）が用いられる。通常、軸受スリーブはハウジングの内周の所定位置に固定され、また、ハウジングの内部空間に注油した潤滑油が外部に漏れるのを防止するため、ハウジングの開口部にシール部材を配設する場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の流体軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材、スラストプレート、及びシール部材といった部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い軸受性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立精度を高める努力がなされている。その一方で、情報機器の低価格化の傾向に伴い、この種の流体軸受装置に対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。
【０００６】
本発明の課題は、部品点数が少なく、より一層低コストで、かつ信頼性の高い流体軸受装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、一端側に底部を有する樹脂製のハウジングと、ハウジングの内部に設けられた金属製の軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間に設けられ、軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部とを備え、ハウジングは、軸受スリーブをインサート部品として樹脂で型成形して形成され、軸部材は、ハウジングの底部と協働してスラスト軸受部を構成する凸球状の一端側端面と、一端側端面と外周面との間に設けられ、外周面よりも小径となる繋ぎ部とを有し、かつ、繋ぎ部と外周面との境界が、軸受スリーブの内周一端側部分に設けられた面取り部よりも軸受スリーブの軸方向内側に位置し、軸受スリーブの内周一端側部分に設けられた面取り部はハウジングの底部を構成する樹脂で覆われており、ハウジングの底部は、スラスト軸受部を構成する内底面が軸受スリーブの面取り部を覆う部分に連続している流体軸受装置を提供する。
【０００８】
ハウジングを、軸受スリーブをインサート部品として樹脂で型成形（インサート成形）して形成することにより、ハウジングを金属材で形成する場合に比べて、ハウジングの製造コストを低減することができる。また、スラスト軸受部は、軸部材の凸球状の一端側端面をハウジングの底部で直接支持する構造とすることができるので、従来この種の流体軸受装置に設けられていたスラストプレートを不要として、部品点数の削減を図ることができる。さらに、ハウジングに対する軸受スリーブの組立作業が不要であるので、組立コストも低減する。
【０００９】
通常、軸受スリーブの内周両端側部分（角部分）には面取り部が設けられているが、特に軸受スリーブの内周一端側部分（ハウジングの底部側の角部分）の面取り部は、ハウジングと軸受スリーブとをインサート成形する際に、軸受スリーブの内周一端側部分と、軸受スリーブの内周面に装着される内型との間の隙間部に所要の空間容積を確保して、該隙間部に充填される樹脂部分が微細なバリ状になるのを防ぐ役割を併せ持っている。一方、溶融樹脂が成形型のキャビティ内で固化する際の樹脂収縮に伴い、ハウジングの底部を構成する樹脂部分に内径側に向いた内部応力が発生する。そして、この内部応力等に起因して、軸受スリーブの内周一端側部分の面取り部から樹脂が剥離し、軸部材の外周面に接触して、軸受機能に好ましくない影響が生じる可能性がある。また、スラスト軸受部（軸部材の一端側端面、ハウジングの底部）の摩耗等に起因して、上記面取り部の樹脂が軸部材の外周面に接触して、同様の事態が起こることも懸念される。
【００１０】
そこで、本発明では、軸部材の一端側端面と外周面との間に、外周面よりも小径となる繋ぎ部を設け、かつ、繋ぎ部と外周面との境界を、軸受スリーブの内周一端側部分に設けられた面取り部よりも軸受スリーブの軸方向内側に位置させた構成を採用することにより、樹脂の剥離やスラスト軸受部の摩耗等が生じた場合でも、上記面取り部の樹脂が軸部材の外周面に接触しないようにしている。
【００１１】
上記の繋ぎ部は、例えば凸円弧面又はテーパ面で形成し、あるいは、軸部材の外周面に対して段状となるように形成することができる。
【００１２】
上記構成において、軸受スリーブは焼結金属で形成することができる。この焼結金属としては、例えば、銅、鉄、及びアルミニウムの中から選択される１種以上の金属粉末、若しくは銅被覆鉄粉などの被覆処理を施した金属粉末や合金粉末を主原料とし、必要に応じて、すず、亜鉛、鉛、黒鉛、二硫化モリブデン等の粉末又はこれらの合金粉末を混合し、成形し、焼結して得られたものを用いることができる。このような焼結金属は、内部に多数の気孔（内部組織としての気孔）を備えていると共に、これら気孔が外表面に通じて形成される多数の開孔を備えている（多孔質体）。
【００１３】
焼結金属製の軸受スリーブをインサート部品としてハウジングを樹脂で型成形すると、成形型のキャビティ内に臨む軸受スリーブの表面の開孔から表層部の気孔内に溶融樹脂が侵入して固化し、一種のアンカー効果を伴って樹脂を上記表面に強固に密着させるので、ハウジングと軸受スリーブとの強固で安定した固定状態が得られる。
【００１４】
以上の構成において、軸受部は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧軸受とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、この実施形態に係る流体軸受装置（流体動圧軸受装置）１を示している。この流体軸受装置１は、例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータやレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータに組込まれるもので、ハウジング７と、軸受スリーブ８と、軸部材２とを構成部品して構成される。
【００１７】
軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して設けられる。また、軸部材２の下側端面２ｂとハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１との間にスラスト軸受部Ｔが設けられる。尚、説明の便宜上、スラスト軸受部Ｔの側を下側、スラスト軸受部Ｔと反対の側を上側として説明を進める。
【００１８】
軸受スリーブ８は、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燒結金属の多孔質体で円筒状に形成される。この焼結金属で形成された軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられ、該２つの領域には、例えばヘリングボーン形状の動圧溝がそれぞれ形成される。尚、動圧溝の形状として、スパイラル形状や軸方向溝形状等を採用しても良い。また、軸受スリーブ８の上側端面８ｂには、軸受スリーブ８の上下方向を識別するためのマーキング８ｅ（同図に示す例では円周溝）が形成されている。さらに、軸受スリーブ８の内周上端側部分には面取り部８ｄが形成され、内周下端側部分には面取り部８ｆが形成されている。
【００１９】
軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材で形成され、図３に拡大して示すように、その下側端部に、ハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１と協働してスラスト軸受部Ｔを構成する凸球状の下側端面２ｂと、下側端面２ｂと外周面２ａとの間に設けられ、外周面２ａよりも小径となる繋ぎ部２ｂ１とを備えている。この実施形態において、繋ぎ部２ｂ１は、下側端面２ｂの曲率半径よりも小さな曲率半径を有する凸円弧面で形成されている。下側端面２ｂと内底面７ｃ１とによってスラスト軸受部Ｔを構成した状態において、内底面７ｃ１から繋ぎ部２ｂ１と外周面２ａとの境界Ｘまでの軸方向寸法Ｈは、軸受スリーブ８の内周下端側部分に設けられた面取り部８ｆの軸方向寸法ｈよりも大きい（Ｈ＞ｈ）。従って、境界Ｘは、面取り部８ｆよりも軸受スリーブ８の軸方向内側に位置する。
【００２０】
ハウジング７は、焼結金属からなる軸受スリーブ８をインサート部品として、樹脂を射出成形（インサート成形）して形成され、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの上端から内径側に一体に延びた環状のシール部７ａと、側部７ｂの下端と一体に連続した底部７ｃとを備えている。シール部７ａの内周面７ａ２は、軸部材２の外周面２ａと所定のシール空間Ｓを介して対向する。尚、この実施形態では、シール部７ａの内周面７ａ２と対向してシール空間Ｓを形成する軸部材２の外周面２ａを、上方（ハウジング７の外方向）に向かって漸次縮径するテーパ形状に形成している。軸部材２の回転時、テーパ形状の外周面２ａは、いわゆる遠心力シールとしても機能する。
【００２１】
図２は、ハウジング７を成形するための射出成形装置を概念的に示している。この射出成形装置は、内型１０と外型２０とを有し、両金型のうち何れか一方（例えば内型１０）を可動型、他方（例えば外型２０）を固定型とする。
【００２２】
内型１０は、円形断面の軸部１１を有する。軸部１１は、軸受スリーブ８の内周面８ａに嵌合される嵌合部１２と、ハウジング７のシール部７ａの内周面７ａ２を成形するシール成形部１３とを有し、シール成形部１３の外径寸法は嵌合部１２の外形寸法よりも大きい。嵌合部１２とシール成形部１３との境界には、テーパ状の当接部１４が形成される。この当接部１４が、軸受スリーブ８の内周上端側部分に形成された面取り部８ｄと当接することにより、キャビティ３０内における軸受スリーブ８の位置決めが行われる。
【００２３】
外型２０は、中空円筒状の成形部２１を有するもので、内型１０との同軸状態を維持しつつ、その衝合面２２を内型の衝合面１５と衝合させることにより、軸受スリーブ８の周囲にキャビティ３０が形成される。このキャビティ３０にゲート３１から溶融樹脂を射出してキャビティ３０に充填し、その後、樹脂が硬化したところで内型１０と外型２０を型開きすれば、軸受スリーブ８を樹脂でモールドしたハウジング７が得られる。
【００２４】
ハウジング７と軸受スリーブ８とは、上記のインサート成形により、別段の固定工程を経ることなく、相互に固定される。図１に示すように、ハウジング７の内部において、シール部７ａの内側面７ａ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｂ、側部７ｂの内周面７ｂ１と軸受スリーブ８の外周面８ｇ、底部７ｃの内底面７ｃ１と軸受スリーブ８の下側端面８ｃおよび内周下端側部分の面取り部８ｆがそれぞれ密着している。尚、軸受スリーブ８の内周面８ａや内周上端側部分の面取り部８ｄは樹脂に覆われていない。
【００２５】
軸受スリーブ８が多孔質の焼結金属で形成されているので、前述したアンカー効果により、ハウジング７と軸受スリーブ８とが強固に密着して、両者の安定した固定状態が得られる。
【００２６】
この実施形態の動圧軸受装置１は、上記のインサート成形により相互に固定されたハウジング７および軸受スリーブ８に対して、軸部材２を装着することによって組立ることができる。すなわち、軸部材２を軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入して、その下側端面２ｂをハウジング７の内底面７ｃ１に接触させる。そして、シール部７ａで密封されたハウジング７の内部空間に潤滑油を注油する。
【００２７】
軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、それぞれ、軸部材２の外周面２ａとラジアル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、上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２が上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によってラジアル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をラジアル方向に回転自在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。同時に、軸部材２の下側端面２ｂがハウジング７の内底面７ｃ１によって接触支持される。これにより、軸部材２をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。
【００２８】
軸部材２の下側端面２ｂと外周面２ａとの間に前述した繋ぎ部２ｂ１を設けているので、例えば図６に模式的に示すように、軸受スリーブ８の内周下端側部分の面取り部８ｆから樹脂が剥離した場合でも、該剥離した樹脂部分が軸部材２の外周面２ａと接触しなくなり、安定した軸受性能が維持される。
【００２９】
図４に示す実施形態は、軸部材２の繋ぎ部２ｂ１をテーパ面で形成したものである。
【００３０】
図５に示す実施形態は、軸部材２の繋ぎ部２ｂ１を外周面２ａに対して段状となるように形成したものである。
【００３１】
図７に示す実施形態は、ハウジング７の上端部に、ゴム材、樹脂材、金属材等で形成された環状のシール部材９を圧入、接着、その他の適宜の手段で固定したものである。シール部材９の内周面９ａは、軸部材２の外周面２ａと所定のシール空間Ｓを介して対向する。
【００３２】
以上の実施形態では、軸受スリーブを焼結金属で形成しているが、本発明は、軸受スリーブをステンレス、銅合金、真ちゅう等の金属材で形成した流体軸受装置にも同様に適用可能である。また、ラジアル軸受部をいわゆる真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）で構成した流体軸受装置にも同様に適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、部品点数が少なく、より一層低コストで、かつ信頼性の高い流体軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る流体軸受装置を示す断面図である。
【図２】ハウジングを成形するための射出成形装置を概念的に示す断面図である。
【図３】スラスト軸受部の周辺を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るスラスト軸受部の周辺を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るスラスト軸受部の周辺を示す断面図である。
【図６】図３の部分拡大断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る流体軸受装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 流体軸受装置
２ 軸部材
２ａ 外周面
２ｂ 下側端面
７ ハウジング
７ｃ 底部
８ 軸受スリーブ
８ａ 内周面
８ｆ 面取り部
Ｒ１ 第１ラジアル軸受部
Ｒ２ 第２ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部

Claims (6)

1. 一端側に底部を有する樹脂製のハウジングと、該ハウジングの内部に設けられた金属製の軸受スリーブと、該軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、前記軸受スリーブの内周面と前記軸部材の外周面との間に設けられ、軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で前記軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、前記軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部とを備え、
   前記ハウジングは、前記軸受スリーブをインサート部品として樹脂で型成形して形成され、
   前記軸部材は、前記ハウジングの底部と協働して前記スラスト軸受部を構成する凸球状の一端側端面と、該一端側端面と外周面との間に設けられ、該外周面よりも小径となる繋ぎ部とを有し、かつ、該繋ぎ部と前記外周面との境界が、前記軸受スリーブの内周一端側部分に設けられた面取り部よりも前記軸受スリーブの軸方向内側に位置し、
   前記軸受スリーブの内周一端側部分に設けられた面取り部は前記ハウジングの底部を構成する樹脂で覆われており、
   前記ハウジングの底部は、前記スラスト軸受部を構成する内底面が前記軸受スリーブの面取り部を覆う部分に連続している流体軸受装置。
2. 前記繋ぎ部が凸円弧面で形成されている請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 前記繋ぎ部がテーパ面で形成されている請求項１に記載の流体軸受装置。
4. 前記繋ぎ部が前記外周面に対して段状となるように形成されている請求項１に記載の流体軸受装置。
5. 前記軸受スリーブが焼結金属で形成されている請求項１から４の何れかに記載の流体軸受装置。
6. 前記ラジアル軸受部が、前記軸受隙間内に潤滑油の動圧を発生させる動圧軸受である請求項１から５の何れかに記載の流体軸受装置。

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