JP4566565B2 - 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で軸部材を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置に関する。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。

この種の動圧軸受装置には、軸部材をラジアル方向で回転自在に支持するラジアル軸受部と、スラスト方向で回転自在に支持するスラスト軸受部とが設けられる。ラジアル軸受部は、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間に形成したラジアル軸受隙間に、軸部材と軸受スリーブの相対回転による動圧作用で油膜を形成することにより、軸部材をラジアル方向で非接触に支持する。スラスト軸受部としては、ラジアル軸受部と同様に、動圧作用で軸受隙間（スラスト軸受隙間）に油膜を形成して軸部材を非接触支持するタイプ（動圧軸受）の他、軸部材の軸端をスラストプレートで接触支持するタイプ（ピボット軸受）も知られている。

この種の動圧軸受装置に使用される軸部材は、従来、金属素材を旋削加工して粗成形した後、高精度が要求される外周面等に研削加工を施すことによって製造されている（特許文献１参照）。
特開２００２−３１０１５９号公報

ところで、HDD等のディスク装置のスピンドルモータに組み込まれる動圧軸受装置においては、軸部材の先端にディスクを支持するための部材、例えばディスクハブが圧入固定される。この際、ハブが傾いて圧入されると、アキシャル方向の軸振れが増大するため、組立後に軸振れを測定しながら傾き修正を行う必要があり、軸受装置の高コスト化を招く。また、ディスクハブの傾きにより圧入力が過大となるため、軸受装置の各所に大きな荷重が負荷され、精度低下や接着部の強度低下等を招くおそれもある。

そこで、本発明は、動圧軸受装置の組立に伴う精度の劣化や強度低下を防止し、併せて動圧軸受装置の低コスト化を図ることを目的とする。

ディスクハブの傾きを抑えるための対策の一例として、軸部材の軸端（ディスクハブの挿入側の端部）にテーパ状のガイド面を形成することも考えられる。このガイド面は、軸受の回転精度等には直接影響しないから、ガイド面を精度よく仕上げる必要はなく、従って、軸部材の研削工程においては、図４に示すように、砥石３０で軸部材２０の外周面２１のみを研削し、ガイド面２２を未研削の旋削面の状態で放置すれば足りる。

しかしながら、外周面２１のみを研削すると、軸部材２０の外周面２１とガイド面２２の境界がピン角と呼ばれるエッジとなり、このエッジがディスクハブを軸端に圧入固定する際の抵抗となる。エッジを除去するため、外周面２１の研削後に軸部材２０にバレル加工を施すことも考えられるが、バレル加工では、研削面が荒れ、かつ傷の発生が懸念されるために軸受の機能上好ましくない。

以上の検証に基づき、本発明にかかるＨＤＤスピンドルモータ用の動圧軸受装置は、ハウジングと、ハウジングに挿入された軸部材と、軸部材の外周に形成されるラジアル軸受隙間を有し、ラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用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を備える動圧軸受装置において、
軸部材に、ディスクハブを圧入する際のガイドとなるテーパ状のガイド面を設け、このガイド面とこれに隣接する軸部材の外周面との間に、エッジを鈍化させ、かつ両者を滑らかに連続させる曲線状の鈍化部を設け、ガイド面、ガイド面に隣接する軸部材の外周面、および鈍化部が、同時研削により同軸に研摩された研摩面であることを特徴とするものである。

ガイド面は、その機能上、これに隣接する軸部材の外周面よりも縮径した形状、例えば上方ほど縮径させたテーパ面状に形成される。ガイド面の位置は特に問わないが、通常は軸部材の上端に形成される。軸部材に圧入する他部材の一例としては、ディスクを保持するディスクハブを挙げることができる。

このように軸部材に他部材を圧入する際のガイドとなるガイド面を設けることにより、圧入の際には、他部材が軸部材のガイド面にテーパ案内されるため、圧入に伴う当該他部材の傾きが抑制される。また、ガイド面とガイド面に隣接する軸部材の外周面との間に、エッジを鈍化させた形状を有する鈍化部を設けているので、両面を、エッジを介することなく滑らかに連続させることができる。従って、他部材を圧入する際の圧入抵抗が抑制され、他部材を傾斜させることなくスムーズに圧入することが可能となって、モータの高精度化および低コスト化を図ることができる。また、過大な圧入力の付与による軸受装置各部の損傷や接着部の強度低下も回避することができる。

鈍化部は曲面状に形成しているので、ガイド面、ガイド面に隣接する軸部材の外周面、および鈍化部の母線形状を滑らかに連続させることができ、圧入抵抗を低減させることができる。ガイド面、ガイド面に隣接する軸部材の外周面、および鈍化部を同時研削することで、軸部材の外周面のみならず、鈍化部も同時研削により高精度に仕上げられるので、圧入抵抗のさらなる低減を図ることができ、加工能率も高い。

以上に述べた動圧軸受装置と、モータロータと、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。

本発明にかかるＨＤＤスピンドルモータ用の動圧軸受装置は、ハウジングと、ハウジングに挿入された軸部材と、軸部材の外周に形成されるラジアル軸受隙間を有し、ラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用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を備える動圧軸受装置を製造するに際し、軸部材に、ディスクハブを圧入する際のガイドとなるテーパ状のガイド面を形成した後、ガイド面と、ガイド面に隣接する軸部材の外周面と、前記両面間の境界部とを同時研削することにより、ガイド面とガイド面に隣接する軸部材の外周面との間に、エッジを鈍化させ、かつ両者を滑らかに連続させる曲線状の鈍化部を設けることにより得られる。

本発明によれば、動圧軸受装置の組立に伴う精度の劣化や強度低下を防止することができ、併せて動圧軸受装置の低コスト化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、動圧軸受装置を組み込んだ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を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置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、動圧軸受装置１の第一の実施形態を示している。この実施形態にかかる動圧軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７に固定された軸受スリーブ８およびスラスト部材１０と、軸部材２とを具備する。

軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１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、軸受スリーブ８の下側端面８ｃと軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間に第１スラスト軸受部Ｔ１が設けられ、スラスト部材１０の端面１０ａとフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に第２スラスト軸受部Ｔ２が設けられる。なお、説明の便宜上、スラスト部材１０の側を下側、スラスト部材１０と反対の側を上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、図示例では、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とを備えるハウジング７を例示している。シール部７ａの内周面７ａ１は、軸部２ａの外周に設けられたテーパ面２ａ２と所定のシール空間Ｓを介して対向する。尚、軸部２ａのテーパ面２ａ２は上側（ハウジング７に対して外部側）に向かって漸次縮径し、軸部材２の回転によりテーパシールとして機能する。

軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料を旋削あるいは鍛造で粗成形した後、研削を施して形成される。図示例の軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備えており、軸部２ａとフランジ部２ｂは一体に成形される。この他、軸部２ａとフランジ部２ｂを別体とすることもでき、その場合、フランジ部２ｂを軸部２ａに圧入することによって軸部材２が構成される。

図３に示すように、軸部２ａの上端には、テーパ状のガイド面２ｃが形成される。ガイド面２ｃのテーパ角θ（軸芯に対する傾斜角度）は５°〜２０°程度に設定される。このガイド面２ｃとガイド面２ｃに隣接する軸部材２の外周面２ａ３（以下、「隣接外周面」と呼ぶ）との間の境界部ではエッジが消失しており、両面間にはエッジを鈍化させた形状の鈍化部２ｄが形成されている。この実施形態において、鈍化部２ｄは半径ｒの曲面状をなし、ガイド面２ｃおよび隣接外周面２ａ３と滑らかに連続している。

本実施形態において、鈍化部２は、上述した境界部をガイド面２ｃおよび隣接外周面２ａ３と同時に研削することによって成形される。同時研削は、図３に示すように、隣接外周面２ａ３に対応するストレート部１１ａ、ガイド面２ｃに対応するテーパ部１１ｂ、鈍化部２ｄに対応する曲面部１１ｃを有する砥石１１によって行われる。砥石１１の曲面部１１ｃは、Ｒ０．１〜Ｒ０．５の範囲に形成し、この曲面部１１ｃを介して砥石１１のストレート部１１ａとテーパ部１１ｂを滑らかに連続させておく。この塗石１１を用いて軸部材２の外周を研削することにより、ガイド面２ｃ、鈍化部２ｄ、および隣接外周面２ａ３がエッジのない連続面となる。

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に配列した複数の動圧溝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。軸受スリーブ８の上側端面８ｂは、その内径側領域でシール部７ａの内側面７ａ２と接触している。

第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる、軸受スリーブ８の下側端面８ｃ（あるいはフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１）には、例えばスパイラル形状に配列した複数の動圧溝が形成される。なお、動圧溝の形状として、ヘリングボーン形状や放射溝形状等を採用しても良い。

スラスト部材１０は、例えば、黄銅等の金属材料、あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング７の内周面７ｃの下端部に固定される。第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる、スラスト部材１０の端面１０ａ（あるいはフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２）には、例えばヘリングボーン形状に配列した複数の動圧溝が形成される。なお、動圧溝の形状として、スパイラル形状や放射溝形状等を採用しても良い。

この実施形態の動圧軸受装置１の組立に際しては、先ずハウジング７内周に軸受スリーブ８を固定すると共に、軸受スリーブ８の内周に軸部材２の軸部２ａを挿入する。次に、ハウジング７の底部をスラスト部材１０で封口した後、シール部７ａで密封されたハウジング７の内部空間に、軸受スリーブ８の内部気孔を含めて潤滑油を充満させる。潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。

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２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃのスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、スラスト部材１０の端面１０ａのスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とスラスト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、ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２ａ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、スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２のフランジ部２ｂがスラスト軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって両スラスト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とが構成される。

以上に述べた動圧軸受装置１の組立完了後、モータの組立時には、軸部材２の軸部２ａ上端にディスクハブ３が圧入固定される。この圧入時には、軸部材２の上端に設けたガイド面２ｃがディスクハブ３を圧入する際のガイドとなるので、ディスクハブ３がガイド面２ｃによってテーパ案内され、圧入に伴うディスクハブ３の傾きが抑制される。また、隣接外周面２ａ３とガイド面２ｃとの間にＲ形状の鈍化部２ｄを設けているので、圧入抵抗も低減化される。従って、ディスクハブ３を傾斜させることなくスムーズに圧入することが可能となり、動圧軸受装置１の高精度化およびモータの低コスト化を図ることができる。また、過大な圧入力の付与による軸受装置各部の損傷や接着部の強度低下も回避することができる。

以上の実施形態は、何れもスラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２（図２参照）を非接触の動圧軸受で構成しているが、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を動圧軸受と構成すると共に、スラスト軸受部をピボット軸受で構成した動圧軸受装置（図示省略）に対しても同様に本発明を適用することができる。

本発明にかかる動圧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。 上記動圧軸受装置の縦断面図である。 本発明にかかる軸部材の研削工程を拡大して示す断面図である。 軸部材の研削工程の比較例を拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
２ａ３ ガイド面に隣接する外周面（隣接外周面）
２ｃ ガイド面
２ｄ 鈍化部
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 シール部
７ｂ 側部
７ｃ 底部
８ 軸受スリーブ
１０ スラスト部材
１１ 砥石
Ｒ１ 第１ラジアル軸受部
Ｒ２ 第２ラジアル軸受部
Ｔ１ 第一スラスト軸受部
Ｔ２ 第二スラスト軸受部

Claims (3)

1. ハウジングと、ハウジングに挿入された軸部材と、軸部材の外周に形成されるラジアル軸受隙間を有し、ラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用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を備える動圧軸受装置において、
   軸部材に、ディスクハブを圧入する際のガイドとなるテーパ状のガイド面を設け、このガイド面とこれに隣接する軸部材の外周面との間に、エッジを鈍化させ、かつ両者を滑らかに連続させる曲線状の鈍化部を設け、ガイド面、ガイド面に隣接する軸部材の外周面、および鈍化部が、同時研削により同軸に研摩された研摩面であることを特徴とするＨＤＤスピンドルモータ用の動圧軸受装置。
2. 請求項１に記載した動圧軸受装置と、モータロータと、モータステータとを有するモータ。
3. ハウジングと、ハウジングに挿入された軸部材と、軸部材の外周に形成されるラジアル軸受隙間を有し、ラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用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を備える動圧軸受装置を製造するに際し、
   軸部材に、ディスクハブを圧入する際のガイドとなるテーパ状のガイド面を形成した後、ガイド面と、ガイド面に隣接する軸部材の外周面と、前記両面間の境界部とを同時研削することにより、ガイド面とガイド面に隣接する軸部材の外周面との間に、エッジを鈍化させ、かつ両者を滑らかに連続させる曲線状の鈍化部を設けることを特徴とするＨＤＤスピンドルモータ用の動圧軸受装置の製造方法。