JP4330961B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用によって軸部材を非接触支持する動圧軸受装置（流体動圧軸受装置）に関するものである。この軸受装置は、情報機器、例えば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、その他の小型モータ用として好適である。

上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化等が求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の１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動圧軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータには、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非接触支持するスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置が用いられる。このとき、ラジアル軸受部を形成する軸受スリーブの内周面または軸部材の外周面に動圧発生手段としての動圧溝が設けられ、また、スラスト軸受部を形成する軸部材のフランジ部の両端面、あるいは、これらに対向する面（軸受スリーブの端面や、ハウジングに固定されるスラストプレートの端面等）に動圧溝が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２９１６４８号公報

上述のスピンドルモータは、このような動圧軸受装置の他、モータステータ、モータロータ、ブラケットといった多くの部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高回転精度を確保すべく、各部品の加工精度や組立て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・小型化の傾向に伴い、この種のモータに対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。

そこで、本発明は、モータの回転精度の向上を図るとともに、さらなる低コスト化を図ることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る動圧軸受装置は、ハウジングと、ハウジングの内部に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿通され、軸受スリーブに対して相対回転する軸部材とを具備し、軸部材の回転時に、軸受スリーブが、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用によって軸部材をラジアル方向に非接触に支持するものにおいて、ハウジングの底部の内底面に動圧溝が成形され、軸部材はフランジ部を有するもので、ハウジングは側部と底部とを一体に有する樹脂製であり、フランジ部の端面とハウジングの底部の内底面との間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触に支持し、ハウジングの外周に設けられ、モータステータの取り付け部を有する樹脂製のブラケットをさらに具備し、ハウジングとブラケットとを動圧溝およびモータステータの取り付け部を含めて一体に型成形したことを特徴とする。

従来では、ハウジングとブラケットは何れも金属製であるから、両者の固定は接着剤によって強固に行うことができた。その一方、近年では、低コスト化等の観点からハウジングを樹脂で成形することが検討されている。このような樹脂製ハウジングを使用する場合、樹脂と金属との間の接着強度は、金属同士の場合に比べて著しく劣るため、金属製のブラケットとの間で十分な接着力を得ることが難しく、接着面積を多くするなどの対策が別途必要となる。また、接着力を確保するため、樹脂表面にプライマ処理を行う場合もあるが、これでは接着工数の増加を招く。

これに対し、上述のように、ハウジングとブラケットのうち少なくとも何れか一方を樹脂製とし、ハウジングとブラケットとを一体に成形すれば、接着力を増すための対策が不要となり、接着工数および部品点数の削減によるモータの低コスト化を図ることができる。また、かかる樹脂の一体成形品は、型成形によって高精度に成形できるので、成形品の精度を高めてモータの回転精度の向上を図ることも可能となる。

ハウジングとブラケットとの一体成形法として、例えばハウジングおよびブラケットを樹脂製とし、両者を一体に型成形する方法が挙げられる。この場合、一体成形品には、ハウジング／ブラケット界面が存在しないため、両者間の接着強度が問題となることはなく、樹脂材料の機械的強度で対応することができる。従って、適切な樹脂材料を選択するだけで、必要な強度を確保することができる。

その他の一体成形法として、ハウジングを樹脂製、ブラケットを金属製とし、ハウジングを、ブラケットをインサート部品として型成形するインサート成形（アウトサート成形を含む。以下同じ）を挙げることができ、これによっても上記と同様の効果が得られる。

具体的な構成として、ハウジングの底部の内底面に、動圧溝を溝型で成形したものが考えられる（図４参照）。

他の具体的な構成として、軸部材を、静止側の部材との接触によってスラスト方向に接触支持する動圧軸受装置が考えられる（図４参照）。軸部材と接触する静止側の部材として、例えば、ハウジングを有底筒状に形成した場合、その底部を挙げることができる。この他、ハウジングの底部に配したスラストプレートを静止側の部材とすることもできる。

以上に述べた動圧軸受装置と、モータロータと、モータロータとの間で励磁力を生じるモータステータとでモータを構成することにより、高回転精度のモータを低コストに提供することが可能となる。

以上のように、本発明に係る動圧軸受装置によれば、高回転精度を有し、かつ低コストのモータを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、第１の実施形態に係る動圧軸受装置１ａを組込んだ情報機器用スピンドルモータ１の一構成例を概念的に示している。この情報機器用スピンドルモータ１は、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１ａと、軸部材２に固定されたディスクハブ３と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたモータステータ４およびモータロータ５とを備えている。モータステータ４は動圧軸受装置１ａの外周に取り付けられ、モータロータ５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられている。ディスクハブ３は、その外周に磁気ディスク等のディスクを一枚または複数枚保持できるようになっている。この情報機器用スピンドルモータ１は、モータステータ４に通電すると、モータステータ４とモータロータ５との間に発生する励磁力でモータロータ５が回転し、それに伴って、ディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。

図２は、動圧軸受装置１ａを示している。この動圧軸受装置１ａは、軸部材２と、内周に軸部材２を挿通した軸受スリーブ６と、中心部に底部8a2を有するベース部材８とを主な構成要素として構成されている。なお、説明の便宜上、ベース部材８の底部8a2の側を下側、底部8a2と反対の側を上側として以下説明する。

軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成されており、軸部２ｂと、軸部２ｂの下端に一体または別体に設けられたフランジ部２ｃとを備えている。

軸受スリーブ６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焼結金属の多孔質体で円筒状に形成されている。軸受スリーブ６の内周面６ａには、図３（ａ）に示すように、支持すべき軸部材２の軸部外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面6a1、6a2が軸方向に離隔して上下に２ヶ所設けられ、これらのラジアル軸受面6a1、6a2には、例えば、へリングボーン形状の動圧溝6b1、6b2がそれぞれ形成されている。上側の動圧溝6b1は、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。また、軸受スリーブ６の外周面６ｃには、１本又は複数本の軸方向溝6c1が軸方向全長に亘って形成されている。この実施形態では、３本の軸方向溝6c1を円周方向等間隔に形成している。

軸受スリーブ６の下端面６ｄには、例えば、図３（ｂ）に示すようなスパイラル形状の動圧溝6d1が形成されている。

ベース部材８は、有底円筒状のハウジング８ａと、ハウジング８ａの下端から外径側に延びるフランジ状のブラケット８ｂとで構成される。このベース部材８は、例えば、ガラス繊維等の強化材を含有させた６６ナイロン、ＬＣＰ等の熱可塑性樹脂組成物を射出成形することにより、ハウジング８ａとブラケット８ｂとの間に界面のない、一体品として型成形される。

ハウジング８ａは、円筒状の側部8a1と、側部8a1の下端に一体に設けられた底部8a2とで構成されている。底部8a2の内底面8a21には、例えば、図４に示すように、スパイラル形状の動圧溝8a22が形成されている。また、内底面8a21から軸方向上方に所定寸法だけ離れた位置に段部8a3が一体に形成されている。

ブラケット８ｂには、モータステータ４の取り付け部8b1が設けられる。この取り付け部8b1は、例えば図示のようにブラケット８ｂの上面8b2に形成され、この取り付け部8b1に、超音波ステーキング等の固定手段によりモータステータ４が取り付けられる。

ベース部材８を構成するハウジング８ａの内周に、軸部材２、さらには軸受スリーブ６を挿入し、軸受スリーブ６の下端面６ｄとハウジング８ａの段部8a3とを当接させる。こうして、ハウジング８ａに対する軸受スリーブ６の軸方向位置を定めた上で、例えば、超音波溶着などの固定手段により軸受スリーブ６をハウジング８ａに固定する。そして、シール部材９をハウジング８ａの側部8a1の上端部内周に配し、シール部材９の下端面９ａと軸受スリーブ６の上端面６ｅとが当接する位置で、シール部材９をハウジング８ａに固定することで、動圧軸受装置１ａの組立てが完了する。この際、シール部材９で密封されたハウジング８ａの内部空間は、軸受スリーブ６の内部気孔を含め、潤滑油で充満される。潤滑油の油面は、シール部材９の内周面と軸部材２の軸部外周面２ａとで区画されたシール空間Ｓの範囲内に維持される。

軸部材２を回転させると、ラジアル軸受面6a1、6a2に形成された動圧溝6b1、6b2の粘性ポンプ効果によって潤滑油の動圧作用が発生し、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。

軸受スリーブ６の下端面６ｄと軸部材２のフランジ部２ｃの上側端面2c1との間には第１スラスト軸受隙間が形成され、ハウジング８ａの底部8a2の内底面8a21と軸部材２のフランジ部２ｃの下側端面2c2との間には第２スラスト軸受隙間が形成される。そして、軸部材２の回転に伴い、軸受スリーブ６の下端面６ｄに形成された動圧溝6d1、およびハウジング８ａの内底面8a21に形成された動圧溝8a22の粘性ポンプ効果によってそれぞれ潤滑油の動圧作用が発生する。これにより、軸部材２が上記２つのスラスト軸受隙間内にそれぞれ形成される潤滑油の油膜によってスラスト方向に回転自在に非接触支持され、軸部材２を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がそれぞれ構成される。

上述のように、本発明では、軸受スリーブ６を保持するハウジング８ａと、モータステータ４の取り付けベースとなるブラケット８ｂとが射出成形等の型成形により、界面のない一体品として同時成形されるから、ハウジング８ａとブラケット８ｂとを接着固定する必要がなく、また、樹脂製のハウジング８ａを成形した際に必要となる、接着力の低下対策も不要となる。従って、接着工数や部品点数の削減を通じてモータの低コスト化を図ることができる。さらには、ハウジング８ａとブラケット８ｂとの間の接着力は、樹脂材料の機械的強度で評価できるから、軸受設計も容易なものとなる。

また、ベース部材８は、高精度の金型を使用することによって容易に高精度化できるので、振れ回り等の少ない高回転精度のモータを提供することができる。さらには、ハウジング８ａとブラケット８ｂ双方の部材を、金属素材の機械加工等により成形した従来品と比べて軽量化することができ、かつ、加工コストも安価なものとなる。

以上の説明では、ハウジング８ａおよびブラケット８ｂの双方を樹脂製として一体に成形した場合を説明したが、そのほか、両部材のうち何れか一方を黄銅等の金属製とすることもできる。この場合、ハウジング８ａとブラケット８ｂのうち、金属製の部材をインサート部品として他方の部材を樹脂でインサート成形することにより、両部材の一体成形が可能となり、上記と同様の効果を得ることができる。

また、ハウジング８ａの内底面8a21に形成した動圧溝8a22は、例えば、ベース部材８の成形金型のうち、スラスト軸受面に対応する部位に、動圧溝8a22に対応する溝型を加工することにより、ハウジング８ａの型成形と同時に成形することができ、これにより別途スラスト軸受面の動圧溝を成形する場合に比べてより一層のコスト削減が可能となる。なお、軸受スリーブ６の下端面６ｄやハウジング８ａの内底面8a21に形成した動圧溝6d1、8a22は、それぞれ軸部材２のフランジ部２ｃ両端面に形成してもよい。

図５は、第２の実施形態に係る動圧軸受装置11aを組み込んだ情報機器用スピンドルモータの拡大断面図である。この実施形態は、スラスト軸受部を非接触タイプの動圧軸受ではなく、接触タイプのピボット軸受とした点で第１の実施形態と異なる。具体的には、軸部材12は、フランジ部のない軸状をなし、その下端12bは凸球形状に形成されている。この軸部材12は、その下端12bをハウジング８ａの内底面18b1にピボット接触させた状態でスラスト方向に接触支持される。なお、これ以外の構成は第１の実施形態に係る動圧軸受装置と共通するので、当該実施形態で説明した部材と共通する部材には同一の参照番号を付して重複説明を省略する。

この実施形態においても、ハウジング８ａとブラケット８ｂとのうち、少なくとも一方を樹脂製とし、両者を一体成形することにより、第１の実施形態と同様にモータの低コスト化、および高回転精度化等を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る動圧軸受装置１ａを組み込んだ情報機器用スピンドルモータ１の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る動圧軸受装置１ａの断面図である。 （ａ）は軸受スリーブ６の断面図、（ｂ）は軸受スリーブ６の下端面を示す図である。 ベース部材８を上から見た図である。 本発明の第２の実施形態に係る動圧軸受装置11aの断面図である。

符号の説明

１ 情報機器用スピンドルモータ
１ａ 動圧軸受装置
２ 軸部材
２ｃ フランジ部
３ ディスクハブ
４ モータステータ
５ モータロータ
６ 軸受スリーブ
6d1 動圧溝
８ ベース部材
８ａ ハウジング
8a1 動圧溝
８ｂ ブラケット
11a 動圧軸受装置
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、T11 スラスト軸受部

Claims (2)

1. ハウジングと、ハウジングの内部に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿通され、軸受スリーブに対して相対回転する軸部材とを具備し、軸部材の回転時に、軸受スリーブが、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用によって軸部材をラジアル方向に非接触に支持するものにおいて、
   ハウジングの底部の内底面に動圧溝が成形され、
   軸部材はフランジ部を有するもので、ハウジングは側部と底部とを一体に有する樹脂製であり、フランジ部の端面とハウジングの底部の内底面との間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触に支持し、
   ハウジングの外周に設けられ、モータステータの取り付け部を有する樹脂製のブラケットをさらに具備し、ハウジングとブラケットとを動圧溝およびモータステータの取り付け部を含めて一体に型成形したことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 請求項１に記載した動圧軸受装置と、モータロータと、モータロータとの間で励磁力を生じるモータステータとを有することを特徴とするモータ。