JP4446727B2 - 流体軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で動圧作用で軸部材を回転自在に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、プロジェクタ用カラーホイール、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。

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。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。

この流体軸受を使用した流体軸受装置には、軸部材をラジアル方向で支持するラジアル軸受部と、スラスト方向で支持するスラスト軸受部が設けられる。通常、流体軸受装置では、ラジアル軸受部に流体軸受が使用され、スラスト軸受部には流体軸受や軸部材の軸端をスラストプレートで接触支持するピボット軸受が使用される。

スラスト軸受部をピボット軸受で構成した流体軸受装置では、軸部材はモータのロータとステータとの間に磁力によりスラストプレートに押し付けられ、これにより軸部材のスラストプレートと反対側への軸方向移動が規制されている。しかしながら、上記の磁力を上回るような衝撃荷重等がモータに加わった場合、あるいはモータを倒立姿勢や横向き姿勢で使用する場合には、軸部材がスラストプレートと反対側に軸方向移動して、軸受スリーブから抜けてしまう可能性がある。

この点に鑑み、従来では、軸部材の抜けを防止するため、軸部材の外周にフランジ状の抜け止め部を設け、この抜け止め部をラジアル軸受の端面と軸方向で係合させたり（特開２００３−２９４０４９号公報）、あるいは、固定側に抜け止め部材を設け、この抜け止め部材をシャフトの凹部に係合させたりしている（特開２０００−１７１７１２号公報）。
特開２００３−２９４０４９号公報 特開２０００−１７１７１２号公報

上記公報に開示された従来技術は、何れも抜け止め用の新たな部材を必要とする。従って、部品点数が増加し、またその組み付け工程を新たに必要とすることから、コスト増を招く。同時にこの抜け止め用の部材を設置するためには、軸受装置内に新たに軸方向の取り付けスペースを確保しなければならず、流体軸受装置の小型化に支障を来す。

そこで、本発明は大型化を招くことなく、軸部材の抜けを確実に勝つ低コストに防止できる流体軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、一端側に開口部、他端側に底部を有するハウジングと、ハウジング外への潤滑油の漏れ出しを防止するシール部と、ハウジングに収容された軸受スリーブおよび軸部材と、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間にラジアル軸受隙間を備え、軸部材と軸受スリーブの相対回転時にラジアル軸受隙間に生じた潤滑油の油膜により軸部材をラジアル方向で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で接触支持するスラスト軸受部とを具備するものにおいて、ハウジングの内部空間を潤滑油で満たし、シール部の内周面と軸部材の外周面との間にシール空間を形成し、このシール空間に常時油面があり、シール部の内周面の軸方向一部領域に内径側へ延びる突出部を一体に設け、軸部材に小径部を設け、突出部と小径部とを軸方向で係合させて軸部材の抜け止めを行うこととした。

この構成から、軸部材が外力や重力を受けてハウジングに対して軸方向の一方側（ハウジング外部側）に相対移動すると、突出部と小径部が軸方向で係合するため、軸部材のそれ以上の軸方向相対移動が規制される。これにより、軸部材をハウジング内に保持することができ、ハウジングに対する抜けが防止される。

特に軸部材と係合する突出部をシール部に設けていることから、新たな抜け止め用の部材は必要としない。従って、この種の抜け止め部材の取り付け工程や取り付けスペースが不要となり、流体軸受装置の低コスト化および小型化が達成可能となる。

流体軸受装置の組み立て時には、軸部材が軸受スリーブの内周に挿入される。軸部材の挿入に伴い、軸部材と干渉した突出部は一旦押し広げられ、その後、突出部が小径部と対向したところで、弾性的に拡径して小径部と係合する。この場合、突出部をシール部の内周に円周方向で部分的に形成しておけば、突出部が弾性変形し易くなるので、軸部材の挿入工程の作業性が向上する。

また、シール部を樹脂で形成しても、同様に樹脂製の突出部が弾性変形し易くなるので、軸部材の挿入工程の作業性向上を図ることができる。

シール部の内周に、軸部材の外周面との間の間隔をハウジングの外部側で拡大させる拡径面を形成することにより、この拡径面と軸部材外周面との間に形成されるシール空間がテーパシールとして機能するので、シール部のシール性をさらに高めることができる。

シール部はハウジングと別体とすることができる（図２参照）。この場合、シール部の抜け止めは、例えばハウジングを内径側に加締めることによって行うことができる。シール部をハウジングと一体に形成すれば（図４参照）、加締めによるシール部の抜け止めは不要となる。

以上に説明した流体軸受装置と、軸部材に固定したモータロータと、ハウジングに固定したモータステータとでモータを構成することにより、上記情報機器用に適合したモータ（スピンドルモータ、ポリゴンスキャナモータ、その他の小型モータ）を提供することができる。

本発明によれば、軸部材のハウジングからの抜けを確実に防止することができ、この効果は抜け止め用に新たな部品・部材を取り付けることなく得られる。従って、軸受装置の高コスト化や大型化を回避することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、流体軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一例として、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータを示している。このモータは、軸部材２を回転自在に支持する流体軸受装置１と、軸部材２に取り付けられた回転部材３（ディスクハブ）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、ブラケット６とを備えている。ステータ４は、ブラケット６外周に取り付けられ、ロータ５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられる。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Ｄを一枚または複数枚保持できるようになっている。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータ５との間の励磁力でロータ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、流体軸受装置１の第一の実施形態として、ラジアル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動圧軸受装置を例示している。この動圧軸受装置１は、軸部材２と、一端側（図２で上側）に開口部７ａ、他端側（図２で下側）に底部７ｃを有する有底円筒状のハウジング７と、ハウジング７に収容された円筒状の軸受スリーブ８と、ハウジング７の開口部７ａをシールするシール部１０とを主要な部材として構成される。後述するように、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、ハウジング７の底部７ｃと軸部材２の下側端面２ｂ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、ハウジング開口部７ａ側を上側、ハウジング底部７ｃを下側として説明を進める。

ハウジング７は、例えば、黄銅等の軟質金属材料や熱可塑性樹脂等の樹脂材料で形成され、円筒状の側部７ｂと底部７ｃとを一体に備えている。底部７ｃの内底面には、スラスト受けとして樹脂製のスラストプレート９が配置されている。ハウジング７の上端には、加締めによって内径側に塑性変形させた固定部７ｄが形成されている。

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、その下側端面２ｂは凸球状に形成される。軸部材２の外周面２ａには、凹状に切欠いた小径部が旋削あるいは鍛造等の手段で環状に形成されている。

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焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面７ｃの所定位置に固定される。

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、この２つの領域には、動圧発生手段として、例えばヘリングボーン形状に配列した複数の動圧溝（図示省略）がそれぞれ形成される。また、軸受スリーブ８の外周面８ｄには、１又は複数本の軸方向溝８ｄ１が軸方向全長に亙って形成される。

軸部材２は軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入され、その外周面２ａは軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる上下２箇所の領域とそれぞれラジアル軸受隙間を介して対向する。また、軸部材２の下側端面２ｂはスラストプレート９の上面と接触する。

本実施形態にかかるシール部１０は、ハウジング７とは別体の環状部材で、熱可塑性樹脂の射出成形により形成される。このシール部１０は、加締めによる固定部７ｄの形成前にハウジング開口部７ａの内周面に圧入、接着等の手段で固定される。この時、シール部１０の下側端面は軸受スリーブ８の上側端面と接触している。

シール部１０の内周面には、テーパ状の拡径面１０ａが形成される。この拡径面１０ａは、軸部材２の外周面２ａとの間隔がハウジング外部側（上方）ほど拡大するよう傾斜しており、このテーパ状拡径面１０ａと軸部材２の円筒状の外周面２ａとの間にシール空間Ｓが形成される。シール空間Ｓは、毛細管現象を利用したテーパシールとして機能し、ハウジング内に空気を介在させることなく、潤滑油のハウジング７外への漏れ出しを防止する。シール空間Ｓの容積は、使用温度の範囲内の温度変化に伴う潤滑油の容積変化量よりも大きくなるように設定され、従って、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ内にある。

シール部１０の内周面のうち、軸部材２の小径部１２との対向部分には、内径側に突出する突出部１３が一体に形成される。本実施形態では、突出部１３をシール部１０の下端に形成し、その上方に拡径面１０ａを形成した場合を例示しているが、突出部１３の形成位置は任意で、例えばシール部１０の内周面の軸方向中間領域に形成することもできる。突出部１３は、図３に示すように、シール部１０の内周面に円周方向で部分的に形成される。突出部１３の数は任意で、一箇所または複数箇所（図面では４箇所）に形成される。

突出部１３の内径寸法は、軸部材２の外周面２ａの外径寸法よりも小さく、小径部１２の外径寸法よりも大きい。また、突出部１３の軸方向寸法は、小径部１２の軸方向寸法よりも小さい。これにより、定常運転中は、突出部１３と小径部１２との間にそれぞれ軸方向隙間および半径方向隙間が形成され、シール部１３と軸部材２の接触が回避される。この隙間の値は、各部品の寸法公差や組立誤差などを考慮すると、０．０５ｍｍ以上にするのが望ましい。これらの微小隙間は、シール部１０を、高精度に成形可能な樹脂の射出成形品とすることにより、容易に実現することができる。

軸部材２は、軸受スリーブ８およびシール部１０をハウジング７の内周面に固定した後、軸受スリーブ８の内周に挿入される。この際、突出部１３が弾性に富む樹脂材で形成され、かつ円周方向で部分的に形成されていることから、突出部１３は軸部材２の挿入に伴って押し広げられる。軸部材２の下側端面２ｂがスラストプレート９に接触すると、突出部１３が小径部１２と対向し、弾性的に拡径して小径部１２に嵌合する。これにより突出部１３が小径部１２と軸方向で係合し、軸部材２の抜け止めがなされる。このように軸部材２の挿入工程で必要となる突出部１３の弾性が確保されている限り、シール部１０は樹脂以外にも金属材料で形成することができる。

軸部材２の挿入後、ハウジング７の上端を内径側に加締めることによって固定部７ｄが形成される。この固定部７ｄがシール部１０を上方から拘束するため、軸部材２に大きな引き抜き力が作用した場合でも、シール部１０の抜けが防止される。

以上の組み立てが完了した後、潤滑油の注油が行われる。すなわち未注油の動圧軸受装置１を組み立てた後、これを真空槽内で潤滑油中に浸漬し、その後大気圧に開放して、焼結金属製軸受スリーブ８の内部気孔を含めたハウジング７の内部空間を潤滑油で満たす。

この動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２が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がスラストプレート９によって接触支持され、これにより、軸部材２をスラスト方向に回転自在に接触支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。

上述のように、本発明では、軸部材２の抜け止め構造をシール部１０と一体化している。そのため、従来のように、抜け止め用の部品を別途設置する必要はなく、その取り付け工程や取り付けスペースも必要としない。従って、動圧軸受装置１の大型化を招くことなく、低コストに軸部材２の抜け止めを図ることができる。

図４は、本発明の第二の実施形態を示すもので、シール部１０をハウジング７と一体にした点、およびハウジング底部７ｃをハウジング７と別体にした点で第一の実施形態と異なる。この実施形態でもシール部１０に内径側への突出部１３を設け、これを軸部材２に設けた小径部１２に嵌合させることにより、軸部材２の抜け止めを行うことができる。

本発明にかかる流体軸受装置を組み込んだスピンドルモータの縦断面図である。 上記流体軸受装置の縦断面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 本発明にかかる流体軸受装置の他の実施形態を示す縦断面図である。

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
３ ディスクハブ
４ モータステータ
５ モータロータ
６ ブラケット
７ ハウジング
７ａ 開口部
７ｂ 側部
７ｃ 底部
８ 軸受スリーブ
８ａ 内周面
８ｄ 外周面
９ スラスト受け（スラストプレート）
１０ シール部
１２ 小径部
１３ 突出部
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 (7)

1. 一端側に開口部、他端側に底部を有するハウジングと、ハウジング外への潤滑油の漏れ出しを防止するシール部と、ハウジングに収容された軸受スリーブおよび軸部材と、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間にラジアル軸受隙間を備え、軸部材と軸受スリーブの相対回転時にラジアル軸受隙間に生じた潤滑油の油膜により軸部材をラジアル方向で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で接触支持するスラスト軸受部とを具備するものにおいて、
   ハウジングの内部空間を潤滑油で満たし、シール部の内周面と軸部材の外周面との間にシール空間を形成し、このシール空間に常時油面があり、シール部の内周面の軸方向一部領域に内径側へ延びる突出部を一体に設け、軸部材に小径部を設け、突出部と小径部とを軸方向で係合させて軸部材の抜け止めを行うことを特徴とする流体軸受装置。
2. 突出部を、シール部の内周に円周方向で部分的に形成した請求項１記載の流体軸受装置。
3. シール部を樹脂で形成した請求項１記載の流体軸受装置。
4. シール部の内周に、軸部材の外周面との間の間隔をハウジングの外部側で拡大させる拡径面を形成した請求項１記載の流体軸受装置。
5. シール部をハウジングと別体にし、かつハウジングの加締めによりシール部の抜け止めを行った請求項１記載の流体軸受装置。
6. シール部をハウジングと一体に形成した請求項１記載の流体軸受装置。
7. 軸部材に固定したモータロータと、ハウジングに固定したモータステータと、請求項１〜６の何れかに記載した流体軸受装置とを有するモータ。