JP4579177B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、動圧軸受装置、特にディスク駆動装置に組み込まれて使用される動圧軸受装置に関する。

動圧軸受装置は、固定部材と回転部材との間の軸受部に生じる流体の動圧作用により回転部材を非接触支持するものである。この種の軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を備えるものであり、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には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におけるディスクドライブ用の軸受装置として使用される。また、その中でも特に、長期間に亘って安定した軸受性能を発揮することが求められる、言い換えると、高い信頼性が要求されるサーバ用ＨＤＤなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に組み込まれる動圧軸受装置では、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部およびスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成する場合がある。この種の動圧軸受装置におけるラジアル軸受部としては、例えばラジアル軸受面となる軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に、動圧発生部としての動圧溝を形成すると共に、両面間にラジアル軸受部を形成するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

また、上記動圧軸受装置をＨＤＤ等のディスク駆動装置に組込んで使用する場合、軸部材にハブが設けられ、このハブの端面に磁気ディスク等のディスク状情報記憶媒体（以下、単にディスクという。）が載置、保持される。

最近では、ＨＤＤ等における情報機器の高容量化のため、２枚以上のディスクをハブに搭載したディスク駆動装置の実用化が検討され、あるいは実際に使用されている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００３−２３９９５１号公報 特許３４８６８１２号公報

ところで、上記ディスク駆動装置に組み込まれる動圧軸受装置では、主に起動、停止時に軸部材と軸受スリーブとが接触し、起動、停止の繰返しにより、かかる接触領域（動圧溝の形成領域、あるいはこれに対向する領域）が磨耗する。この種のディスク駆動装置では、通常、ディスクや、ディスクを保持するハブ等が動圧軸受装置の軸部材と一体に回転する。そのため、上述のように、複数枚のディスクを搭載したディスク駆動装置では、ディスクやハブを含めた動圧軸受装置の回転体重量が増加し、これにより接触面領域における磨耗が助長される。これでは、動圧溝が磨り減らされ、十分な動圧作用を得ることができない恐れがあり、ひいては耐久性、信頼性の低下が懸念される。

また、ディスク枚数の増加に伴い、軸部材を含む動圧軸受装置の回転体重心が上方に移動することで、軸部材へのアンバランス荷重（モーメント荷重）が増大する。これでは、回転時の軸振れが悪化するため、片当りなど、本来の接触面（軸受面）以外の領域でも摺動磨耗が生じる恐れがある。

本発明の課題は、使用時における磨耗量の低減を図った動圧軸受装置を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、スリーブ部を有する固定部材と、軸部および軸部の一端に設けたフランジ部を有する回転部材と、スリーブ部の内周面とこれに対向する軸部の外周面との間に形成されるラジアル軸受部と、フランジ部の端面とこれに対向するスリーブ部の端面との間に形成されるスラスト軸受部と、回転部材の回転に伴い、ラジアル軸受部に流体の動圧作用を生じる動圧発生部とを備え、回転部材は、軸部の他端に固定したハブを有し、ハブに複数枚のディスクが保持される動圧軸受装置において、ハブに保持される複数枚のディスクを含めた回転部材の総重量Ｐ［Ｎ］を、軸部の外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められ、軸部はＳＵＳ鋼で形成されると共に、スリーブ部が、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末を含む原料粉末を圧縮成形し、焼結してなることを特徴とする動圧軸受装置を提供する。

ここで、有効軸受スパンＹは、動圧発生部により生じる流体の動圧作用でラジアル軸受部に形成される複数の高圧部の軸方向離間距離を意味し、ラジアル軸受部に三箇所以上の高圧部が形成される場合には、最も離隔して形成される高圧部間の軸方向距離を意味する。複数のラジアル軸受部が軸方向に離隔して設けられる場合も同様である。また、ラジアル軸受部に形成される流体膜の圧力が軸方向で一定の場合（例えば、後述するステップ軸受や多円弧軸受で動圧発生部を形成した場合）には、かかるラジアル軸受部の軸方向寸法を意味するものとする。

また、軸部の外径寸法が一定でない場合、軸部の外周面の、ラジアル軸受部に面する領域の外径寸法をもって外径寸法ｄとみなすものとする。

本発明は、複数枚のディスクを搭載したディスク駆動装置における、ディスク容量とアンバランス荷重との関係を踏まえた上で成されたものである。

すなわち、ディスク容量（プラッタ容量）の向上を考えた場合、ディスクのサイズ（外径寸法）は大きいに越したことはないが、あまりに大きいと、動圧軸受装置の回転体重量の増加、あるいは軸部に対するアンバランス荷重の増加につながる。一方、軸部の外径を大きくすることで、固定部材との間の軸受面積が増加するので、面圧低下につながり、また軸部の大径化は軸部それ自体のモーメント剛性（曲げ剛性）を高めることになるため好ましい。同様に、ラジアル軸受部の有効軸受スパンは、軸部（回転部材）のモーメント剛性を左右するため、できるだけ大きく設定するに越したことはない。しかしながら、軸径や有効軸受スパンは、ある程度の大きさを越えると、モーメント剛性の向上にはそれほど寄与せず、その一方で、ロストルクの増加や各構成部材の寸法増加を招くため、適切なサイズに制限する必要がある。

本発明は、上記の事項を勘案して創出されたものであり、ディスクを含めた回転部材の総重量Ｐ［Ｎ］を、軸部の外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）を適切に規定することにより、言い換えれば、搭載すべきディスクのサイズに合わせて外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹを適正に設計することにより、ディスクの高容量化を実現しつつも、軸部に対するモーメント剛性を高めて、磨耗量の増加を極力小さく抑えることができる。従って、磨耗粉の増加に起因する回転性能の低下、あるいは回転停止の危険性を低減して、高い信頼性を有する動圧軸受装置を長期に亘って使用することができる。

このように、ディスクを含む回転部材の総重量Ｐと、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹとの間で上記関係を満たす動圧軸受装置であれば、軸部が固定部材に片当り等することなく、高精度に回転支持されるが、あくまでも上記構成は、片当り等、軸受部以外の領域における摺動磨耗を避けるためのもので、起動停止時など、摺動接触が避けられない軸受面（動圧発生部の形成領域）の摺動磨耗を考慮したものではない。そこで、本発明では、上記Ｐ／（ｄ×Ｙ）の規定に加えて、軸部との間にラジアル軸受部を形成するスリーブ部を焼結金属で形成し、かつこのスリーブ部を、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末を含む原料粉末で形成した。すなわち、被負荷面となる内周面を有するスリーブ部を、６０ｗｔ％８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末を含む原料粉末で形成することで、被負荷面（内周面）自体の硬度を高めることができる。これにより、軸部との硬度差を小さくして、双方の部材における耐磨耗性を高めることができる。特に、動圧溝等からなる動圧発生部をスリーブ部の内周面あるいはこれに対向する軸部の外周面に設ける場合には、摺動磨耗に伴う動圧溝の磨り減りを小さく抑えて、動圧作用の低減、ひいては軸受剛性の低下を最小限に留めることができる。従って、複数枚のディスクを搭載した場合で、スリーブ部の内周面に高負荷が作用する場合であっても、耐磨耗性と軸受剛性を共に高レベルで両立することができる。

なお、ここで、Ｆｅ粉末の配合量を６０ｗｔ％以上８０％以下としたのは、次の理由による。すなわち、Ｆｅ粉末の配合量が６０ｗｔ％未満だと、従来のＣｕ系焼結金属軸受に比べて、Ｆｅ粉末の配合量を増加したことによる上記磨耗量の低減効果を十分に得ることができないためである。また、Ｆｅは他の金属に比べ高い剛性を有するが、その半面、延展性に乏しい。そのため、Ｆｅ粉末の配合量があまりにも多い（８０ｗｔ％を超える）と、焼結体の成形性、特に焼結後のサイジング加工性の低下が避けられず、高い寸法精度を有するスリーブ部を形成するのが困難となるためである。

また、軸部との間にラジアル軸受部を形成するスリーブ部を焼結金属製とすることで、例えばスリーブ部内周面のうち動圧発生部を除く領域の表面開孔から、スリーブ部の内部空孔に含浸された潤滑油がラジアル軸受部に向けて滞りなく供給される。そのため、動圧溝では上述の表面開孔から供給される潤沢な潤滑油により、高い動圧作用を安定して発揮することができる。また、丘部の端面とこれに対向する面との間（半径方向隙間）で潤滑油が不足して焼き付き等が生じるのを防いで、高圧の油膜を安定して形成することができる。

このように、半分以上をＦｅ粉末で占める原料粉末で焼結金属製のスリーブ部を形成すれば、接触面（被負荷面）の磨耗量を低減することができるが、これらスリーブ部の摺動特性を改善する目的で、上記スリーブ部を、Ｆｅ粉末およびＣｕ粉末を含む原料粉末で形成することもできる。この場合には、Ｆｅ粉末による、軸受表面（内周面）の硬度向上が図られ、かつＣｕ粉末を配合することで、内周面の摺動相手材（軸部）に対する良好な摺動性（なじみ性）が確保される。また、摺動相手材がＳＵＳ等の高強度材で形成される場合であっても、Ｃｕとの間では低い摩擦係数を示すため、好ましい。従って、この両粉末を含む原料粉末で焼結金属製のスリーブ部を形成することにより、耐摩耗性を改善することができると共に、摺動相手材（軸部）に対する良好な摺動特性（低摩擦性、低ロストルク性）を得ることができる。

具体的には、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末と、２０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＣｕ粉末とを含む原料粉末を圧縮成形し、焼結すれば、上記摺動特性に加え成形性も良好で、かつ高い寸法精度を有するスリーブ部を得ることができる。

上述の動圧軸受装置は、例えば動圧軸受装置と、この動圧軸受装置の回転部材を回転駆動させる駆動部と、複数枚のディスクとを具備したディスク駆動装置として提供することができる。

以上のように、本発明によれば、使用時における磨耗量の低減を図ることで、高い信頼性を有する動圧軸受装置およびこれを備えたディスク駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は単に各図における上下方向を便宜的に示すもので、動圧軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。後述する第２実施形態以降の説明についても同様である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る動圧軸受装置を具備したディスク駆動装置の一構成例を概念的に示している。このディスク駆動装置は、例えば磁気ディスクを備えたＨＤＤとして用いられるもので、軸部２ａおよびハブ１１を有する回転部材３をラジアル方向に非接触支持する動圧軸受装置１と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４ａはブラケット５に固定され、ロータマグネット４ｂは回転部材３（ハブ１１）に固定される。動圧軸受装置１のハウジング部７は、ブラケット５の内周に固定される。また、同図に示すように、ハブ１１には複数枚のディスク６（図１では２枚）が保持される。このように構成されたディスク駆動装置において、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ１１、およびハブ１１に固定されたディスク６が軸部２ａと一体に回転する。

図２は、動圧軸受装置１を示している。この動圧軸受装置１は、ハウジング部７と、ハウジング部７の内周に固定されるスリーブ部８と、ハウジング部７の一端を閉口する蓋部材９と、ハウジング部７およびスリーブ部８に対して相対回転する回転部材３と、シール部１０を主に備えている。この実施形態では、ハウジング部７とスリーブ部８、蓋部材９とシール部１０とで、固定部材が構成されている。

回転部材３は、この実施形態では、スリーブ部８の内周に挿入される軸部材２と、軸部材２の上端に固定され、ハウジング部７の開口側（上側）に配置されるハブ１１とを主に備える。

軸部材２は、例えばＳＵＳ鋼などの金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられるフランジ部２ｂとを備える。この実施形態では、軸部２ａの外周面２ａ１に設けられ、後述するスリーブ部８の内周面８ａとの間に各ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を形成する大径面２ａ２、２ａ２の外径寸法が、軸部２ａの外径寸法ｄ［ｍｍ］となる。なお、軸部材２は、金属材料と樹脂材料とのハイブリッド構造とすることもでき、その場合、軸部２ａの少なくとも大径面２ａ２を含む鞘部が上記金属で形成され、残りの箇所（例えば軸部２ａの芯部やフランジ部２ｂ）が樹脂で形成される。なお、フランジ部２ｂの強度を確保するため、フランジ部２ｂを樹脂・金属のハイブリッド構造とし、軸部２ａの鞘部と共に、フランジ部２ｂの芯部を金属製とすることもできる。

ハウジング部７は、真ちゅう等の金属材料あるいは樹脂材料で筒状に形成され、その軸方向両端を開口した形態をなす。ハウジング部７の下端内周には、後述する蓋部材９を固定するための固定面７ａが形成される。また、固定面７ａの上方に位置するハウジング部７の内周面７ｂには、スリーブ部８の外周面８ｃが、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着（超音波溶着やレーザ溶着を含む）など適宜の手段で固定される。

スリーブ部８は、Ｆｅ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る。この実施形態では、６０ｗｔ％以上８０以下のＦｅ粉末と、２０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＣｕ粉末とを含む原料粉末をスリーブ状に圧縮成形し、焼結することで形成される。

スリーブ部８の内周面８ａの全面又は一部領域には動圧発生部が形成される。この実施形態では、例えば図３（ａ）に示すように、複数の動圧溝をそれぞれヘリングボーン形状に配列した動圧発生部Ａ、Ｂが軸方向に離隔して２箇所形成される。これら動圧発生部Ａ、Ｂは、軸部２ａをスリーブ部８の内周に挿入した状態では、軸部２ａの外周面２ａ１（この実施形態では大径面２ａ２）と対向し、軸部２ａ（回転部材３）の回転時、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に後述する第一、第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ形成する（図２を参照）。

詳述すると、動圧発生部Ａにおいては、図３（ａ）に示すように、円周方向線Ｘ１に対してスリーブ部８の軸方向一方に傾斜してなる複数の動圧溝Ａ１が円周方向に亘って形成されると共に、円周方向線Ｘ１に対して軸方向他方に傾斜してなる動圧溝Ａ２が円周方向に亘って形成される。円周方向で互いに近接する動圧溝Ａ１、Ａ１間には丘部Ａ３が形成され、同様に、動圧溝Ａ２、Ａ２間にも丘部Ａ４が形成される。動圧溝Ａ１の下流側端部（下端部）と動圧溝Ａ２の下流側端部（上端部）との間には平滑部Ａ５が内周面８ａの全周に亘って形成される。この実施形態では、動圧溝Ａ１、Ａ２が、内周面８ａの、動圧発生部Ａを除く領域と同一面上にあり、丘部Ａ３、Ａ４および平滑部Ａ５が、動圧溝Ａ１、Ａ２より小径の同一面上にある。また、内周面８ａの軸方向下側に位置する動圧発生部Ｂに関しても、上記と同様に動圧溝Ｂ１、Ｂ２や丘部Ｂ３、Ｂ４、平滑部Ｂ５が形成されている。

スリーブ部８の下端面８ｂの全面又は一部環状領域には、所定の形状に配列された複数の動圧溝と、各動圧溝間に形成される丘部とからなる動圧発生部が形成される。この実施形態では、例えば図３（ｂ）に示すように、複数の動圧溝Ｃ１をスパイラル形状に配列した動圧発生部Ｃが形成される。この動圧発生部Ｃはフランジ部２ｂの上端面２ｂ１と対向し、軸部２ａの回転時、対向する上端面２ｂ１との間に後述する第一スラスト軸受部Ｔ１を形成する（図２を参照）。

ハウジング部７の下端側を閉口する蓋部材９は、金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部７の内周下端に設けられた固定面７ａに固定される。ここで、固定手段は特に限定されず、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着（例えば超音波溶着）、溶接（例えばレーザ溶接）などの手段を、材料の組合わせや要求される固定強度、密封性などに合わせて適宜選択することができる。

蓋部材９の上端面９ａの全面又は一部環状領域には、例えば図３（ｂ）と同様の配列態様（スパイラルの方向は逆）をなす動圧発生部Ｄが形成される。この動圧発生部Ｄはフランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部２ａの回転時には、下端面２ｂ２との間に後述する第２スラスト軸受部Ｔ２を形成する（図２を参照）。

シール手段としてのシール部１０は、ハウジング部７とは別体に金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部７の上端内周に圧入、接着、溶着、溶接等の手段で固定される。この実施形態では、シール部１０の固定は、シール部１０の下端面１０ｂをスリーブ部８の上端面８ｄに当接させた状態で行われる（図２を参照）。

シール部１０の内周にはシール面１０ａが形成されており、このシール面１０ａと、シール面１０ａに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間にシール空間Ｓが形成される。後述する潤滑油を動圧軸受装置１内部に充満させた状態では、潤滑油の油面は常時シール空間Ｓの範囲内に維持される。

動圧軸受装置１内部に充満される潤滑油としては、種々のものが使用可能であるが、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用の動圧軸受装置に提供される潤滑油には、その使用時あるいは輸送時における温度変化を考慮して、低蒸発率及び低粘度性に優れたエステル系潤滑油、例えばジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）等が好適に使用可能である。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部２ａ（回転部材３）の回転時、スリーブ部８の内周面８ａに形成された動圧発生部Ａ、Ｂは、対向する軸部２ａの外周面２ａ１（この実施形態では大径面２ａ２、２ａ２）との間にそれぞれ第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２とを形成する。そして、軸部２ａの回転に伴い、上記ラジアル軸受部Ｒ１の潤滑油が動圧発生部Ａの両端側から動圧溝Ａ１、Ａ２へと流れ込み、平滑部Ａ５へと押し込まれる。この場合、動圧溝Ａ１、Ａ２により生じる潤滑油の動圧作用で、平滑部Ａ５に形成される油膜の圧力が高められる（高圧部が形成される）。同様に、動圧溝Ｂ１、Ｂ２を介して平滑部Ｂ５へと潤滑油が押し込まれ、動圧溝Ｂ１、Ｂ２により第二ラジアル軸受部Ｒ２に生じる潤滑油の動圧作用で、平滑部Ｂ５に形成される油膜の圧力が高められる（高圧部が形成される）。このように、各動圧発生部Ａ、Ｂによって第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２に生じる潤滑油の動圧作用によって、軸部２ａ（回転部材３）がラジアル方向に非接触支持される。

これと同時に、スリーブ部８の下端面８ｂに形成される動圧発生部Ｃとこれに対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１との間の第一スラスト軸受部Ｔ１、および蓋部材９の上端面９ａに形成される動圧発生部Ｄとこれに対向するフランジ部２ｂの下端面２ｂ２との間の第二スラスト軸受部Ｔ２に形成される潤滑油膜の圧力が、動圧溝Ｃ１等の動圧作用により高められる。そして、これら油膜の圧力によって、回転部材３（ハブ１１）がスラスト方向に非接触支持される。

この際、第一ラジアル軸受部Ｒ１においては、動圧溝Ａ１、Ａ２間の平滑部Ａ５に高圧部が形成され、第二ラジアル軸受部Ｒ２においては、動圧溝Ｂ１、Ｂ２間の平滑部Ｂ５に高圧部が形成される。そのため、この実施形態では、上側の平滑部Ａ５の軸方向中央位置（図３（ａ）中、円周方向線Ｘ１の位置）から、下側の平滑部Ｂ５の軸方向中央位置（図３（ａ）中、円周方向線Ｘ２の位置）までの間の軸方向距離が、有効軸受スパンＹ［ｍｍ］となる。

よって、ハブ１１に搭載されるディスク６（図１では２枚）を含めた回転部材３の総重量をＰ［Ｎ］とした場合、かかる総重量Ｐを、軸部２ａの外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積（ｄ×Ｙ）で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められる。このようにして軸部２ａとスリーブ部８（動圧発生部Ａ、Ｂ）を設計することで、ディスク６（プラッタ）の高容量化を達成しつつも、軸部２ａのスリーブ部８に対する片当り等を避けて、かかる磨耗量の増加を極力小さく抑えることができる。

また、軸部２ａとの間にラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を形成するスリーブ部８を焼結金属で形成し、かつこのスリーブ部８を、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末を含む原料粉末で形成することで、被負荷面となる内周面８ａ自体の硬度を高めることができる。これにより、軸部２ａ（この実施形態ではＳＵＳ製）との硬度差を小さくして、双方の部材８、２ａにおける耐磨耗性を高めることができる。特に、この実施形態のように、動圧溝Ａ１、Ａ２等からなる動圧発生部Ａをスリーブ部８の内周面８ａに設ける場合、摺動磨耗に伴う丘部Ａ３、Ａ４の磨り減りを小さく抑えて、動圧作用の低減、ひいては軸受剛性の低下を最小限に留めることができる。従って、高い耐磨耗性と軸受剛性とを長期に亘って安定的に発揮することが可能となる。動圧発生部Ｃ、Ｄについても同様に、フランジ部２ｂの各端面２ｂ１、２ｂ２との硬度差を小さくして、双方の部材８、２ｂにおける耐磨耗性を高めることができる。

また、この実施形態では、スリーブ部８を焼結金属で形成し、かつスリーブ部８の内部に潤滑油を含浸させた。かかる構成によれば、例えば内周面８ａの軸方向両端に位置する斜面部８ａ１、８ａ１や、内周面８ａのうち動圧発生部Ａ、Ｂの間に位置する領域の表面開孔から、スリーブ部８の内部空孔に含浸された潤滑油がラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２に向けて滞りなく供給される。そのため、動圧溝Ａ１、Ａ２ではその表面開孔から供給される潤沢な潤滑油により、高い動圧作用を安定して発揮することができる。また、丘部Ａ３、Ａ４の端面とこれに対向する面との間（半径方向隙間）で潤滑油が不足して焼き付き等が生じるのを防いで、高圧の油膜を安定して形成することができる。他の動圧発生部Ｂ、Ｃについても同様の理由から、対向する面２ｂ１、２ｂ２との間のスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２に高圧油膜を安定的に形成することができる。

また、この実施形態では、スリーブ部８を、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末と、２０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＣｕ粉末とを含む原料粉末を圧縮成形し、焼結して形成したので、耐摩耗性の向上と併せて、軸部２ａに対する摺動特性の改善（なじみ性の向上や摩擦係数の低減）を図ることができる。

また、ある程度の量のＣｕ粉末（２０ｗｔ％以上）を配合することで、上記摺動特性に加え成形性も良好で、かつ高い寸法精度を有するスリーブ部を得ることができる。特に、この実施形態のように、動圧発生部Ａ、Ｂとして、動圧溝Ａ１、Ｂ１や丘部Ａ３、Ｂ３等をスリーブ部８の内周面８ａに成形する場合、Ｆｅに比べて柔らかい（剛性の小さい）Ｃｕ粉末を２０ｗｔ％以上含有したものを使用することで、溝サイジング時のピンへの食い付きを良くして、動圧溝Ａ１、Ｂ１あるいは丘部Ａ３、Ｂ３等の成形性、成形精度を高めることができる。かかる成形性の改善効果を最も効果的に得ることができ、かつＦｅ粉末を配合することによる磨耗低減効果を十分に得ることができる配合割合の一例として、Ｆｅ粉末を７０ｗｔ％、Ｃｕ粉末を３０ｗｔ％配合した場合を挙げることができる。

また、圧縮成形時の成形性、あるいは完成品の摺動特性を改善する目的で、上記原料粉末に、さらに黒鉛（グラファイト）などの固体潤滑剤を配合することもできる。

また、本発明に係るスリーブ部８であれば、比較的多く（６０ｗｔ％以上）のＦｅ粉末が配合されているため、例えば、Ｆｅ粉末への吸着性および化学結合に優れた極圧添加剤を潤滑油に添加して使用することで、潤滑性を向上させて、両部材８、２ａ間の摺動特性を改善することが可能である。

以上、本発明の第１実施形態を説明したが、本発明は、他の構成に係る動圧軸受装置についても適用可能である。以下、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上記実施形態で説明した構成要素と同一の作用を奏する部位、部材については同一の符号を付し、説明を省略する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る動圧軸受装置２１を具備したディスク駆動装置の一構成例を概念的に示している。このディスク駆動装置は、軸部２２およびハブ３０を有する回転部材２３を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置２１と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４（図４ではロータマグネット４ｂのみ図示）と、ブラケット５とを備えている。また、同図に示すように、ハブ３０には複数枚のディスク６（図４では２枚）が保持される。このように構成されたディスク駆動装置において、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ３０およびハブ３０に固定されたディスク６が軸部２２と一体に回転する。

動圧軸受装置２１は、ハウジング部２７と、ハウジング部２７に固定されたスリーブ部８と、ハウジング部２７およびスリーブ部８に対して相対回転する回転部材２３とを主に備える。この実施形態では、固定側部材は、ハウジング部２７とスリーブ部８、および軸方向両端に開口するハウジング部２７の一端側を封口する蓋部材２９とで構成される。

回転部材２３は、ハウジング部２７の開口側に配置されるハブ３０と、スリーブ部８の内周に挿入される軸部２２とを備えている。

ハブ３０は金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部７の開口側（上側）を覆う円盤部３０ａと、円盤部３０ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部３０ｂと、筒状部３０ｂの外周から外径側に張り出した鍔部３０ｃ、および鍔部３０ｃの上端に設けられたディスク搭載面３０ｄとで構成される。複数のディスク６（同図では２枚）は、円盤部３０ａの外周に外嵌され、ディスク搭載面３０ｄに載置される。そして、図示しない適当な保持手段（クランパなど）によってディスク６、６がハブ３０に保持される。なお、この図示例では、ハブ３０は例えば軸部２２をインサート部品とする樹脂の射出成形で形成される。

軸部２２は、この実施形態ではハブ３０と別体に形成され、その下端に抜止めとしてフランジ部２ｂを別体に備えている。フランジ部２２ｂは、金属製で、例えばねじ結合等の手段により軸部２２に固定される。軸部２２は軸方向に亘って径一定の外周面形状をなす。そのため、この実施形態では、スリーブ部８の内周面８ａと対向する軸部２２の外周面２２ａの外径寸法が、軸部２２の外径寸法ｄ［ｍｍ］となる。なお、この実施形態では、軸部２２をハブ３０と別体に形成した場合を例示したが、軸部２２をハブ３０とを例えば同一の金属材料で一体に形成することも可能である。

ハウジング部２７はその軸方向両端を開口した円筒形状をなすもので、その一端側を蓋部材２９で封口している。他端側の端面（上端面２７ａ）の全面または一部環状領域には、例えば図３（ｂ）に示す形状（スパイラルの方向は逆）の動圧発生部Ｄが設けられる。ハウジング部２７の形成材料は特に問わず、例えば金属や樹脂など、任意の材料が使用可能である。

ハウジング部２７の他端側開口部を封口する蓋部材２９は、金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング部２７の他端内周側に設けられた段部２７ｂに固定される。

ハウジング部２７の外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状のシール面２７ｄが形成される。このテーパ状のシール面２７ｄは、筒状部３０ｂの内周面３０ｂ１との間に、ハウジング部２７の封口側（下方）から開口側（上方）に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。このシール空間Ｓは、軸部２２およびハブ３０の回転時、後述する第２スラスト軸受部Ｔ１２の外径側と連通している。

ハウジング部２７の内周面２７ｃには、スリーブ部８の外周面８ｃが固定される。なお、この実施形態におけるスリーブ部８の構成（動圧発生部Ａ、ＢおよびＣの構成）は、第１実施形態と同様であるのでその説明を省略する。

動圧軸受装置２１の内部には潤滑油が充填され、これにより、各軸受隙間や、焼結金属製のスリーブ部８の内部を含めた軸受内部空間が潤滑油で満たされる。この際、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ内に維持される。

上記構成の動圧軸受装置２１において、軸部２２（回転部材２３）の回転時、スリーブ部８の内周面８ａに形成された動圧発生部Ａ、Ｂは、対向する軸部２２の外周面２２ａとの間にそれぞれ第一ラジアル軸受部Ｒ１１、第二ラジアル軸受部Ｒ１２を形成する。そして、軸部２２の回転に伴い、動圧溝Ａ１、Ａ２により潤滑油の動圧作用を生じ、平滑部Ａ５に形成される油膜の圧力が高められる（図３（ａ）を参照）。同様に、動圧溝Ｂ１、Ｂ２により生じる潤滑油の動圧作用で、平滑部Ｂ５には高圧の潤滑油膜が形成される。このように、各動圧発生部Ａ、Ｂによってラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２に生じる潤滑油の動圧作用によって、軸部２２（回転部材２３）がラジアル方向に非接触支持される。

これと同時に、ハウジング部２７の上端面２７ａ（動圧発生部Ｄ）とこれに対向するハブ３０の下端面３０ａ１との間の第一スラスト軸受部１１、およびスリーブ部８の下端面８ｂ（動圧発生部Ｃ）とこれに対向するフランジ部２２ｂの上端面２２ｂ１との間の第二スラスト軸受部Ｔ１２に形成される潤滑油膜の圧力が、動圧溝Ｃ１等の動圧作用により高められる。そして、これら油膜の圧力によって、回転部材２３が両スラスト方向に非接触支持される。

この際、第一ラジアル軸受部Ｒ１１においては、第１実施形態と同様、動圧溝Ａ１、Ａ２間の平滑部Ａ５に高圧部が形成され、第二ラジアル軸受部Ｒ１２においては、動圧溝Ｂ１、Ｂ２間の平滑部Ｂ５に高圧部が形成される。そのため、この実施形態でも、上側の平滑部Ａ５の軸方向中央位置（図３（ａ）中、円周方向線Ｘ１の位置）から、下側の平滑部Ｂ５の軸方向中央位置（図３（ａ）中、円周方向線Ｘ２の位置）までの間の軸方向距離が、有効軸受スパンＹ［ｍｍ］となる。

よって、ハブ３０に搭載されるディスク６（図４では２枚）を含めた回転部材２３の総重量をＰ［Ｎ］とした場合、かかる総重量Ｐを、軸部２２の外径寸法ｄ［ｍｍ］とラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積（ｄ×Ｙ）で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められる。このようにして軸部２２とスリーブ部８（動圧発生部Ａ、Ｂ）を設計することで、ディスク６（プラッタ）の高容量化を達成しつつも、軸部２２のスリーブ部８に対する片当り等を避けて、かかる磨耗量の増加を極力小さく抑えることができる。

また、軸部２２との間にラジアル軸受部Ｒ１１、Ｒ１２を形成するスリーブ部８を焼結金属で形成し、かつこのスリーブ部８を、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末を含む原料粉末で形成することで、被負荷面となる内周面８ａ自体の硬度を高めることができる。これにより、軸部２２との硬度差を小さくして、双方の部材８、２２における耐磨耗性を高めることができる。従って、高い耐磨耗性と軸受剛性とを長期に亘って安定的に発揮することが可能となる。動圧発生部Ｃ、Ｄについても同様に、フランジ部２２ｂの上端面２２ｂ１、あるいはハブ３０の下端面３０ａ１との硬度差を小さくして、双方の部材における耐磨耗性を高めることができる。

上記構成の動圧軸受装置１、２１あるいはこれらを具備したディスク駆動装置は、上述のＨＤＤ用のスピンドルモータだけでなく、例えば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情報機器に搭載されるスピンドルモータ用など、種々のディスクを具備した情報機器用の軸受装置あるいはディスク駆動装置として好適に適用可能である。また、本発明のように、使用時における磨耗量の低減化が可能な動圧軸受装置およびこれを備えたディスク駆動装置であれば、連続運転中、摩耗粉等の堆積に起因してロックが発生するのを確実に避けることができる。そのため、例えばサーバ用ＨＤＤなど、長期間に亘って安定した回転性能（軸受性能）を要求される機器に対しても、高い信頼性を有する軸受装置として好適に提供することができる。

また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２に、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝配列領域を設け、かかる領域により潤滑流体の動圧作用を発生させる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ラジアル軸受部に流体の動圧作用を生じる動圧発生部を備えものである限り、動圧発生部の形状に依らず、本発明が適用可能である。例えば、複数の動圧溝を配列してなる動圧発生部であれば、任意の配列形状をなす動圧溝配列領域（動圧発生部）が構成可能である。もちろん、この動圧発生部を備えたものである限り、他構成を有する動圧軸受装置に対しても本発明を適用することができる。

また、この他にも、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２に、図示は省略するが、軸方向の溝を円周方向の複数箇所に形成した、いわゆるステップ状の動圧発生部、あるいは、円周方向に複数の円弧面を配列し、対向する軸部２ａ（あるいは軸部２２）の外周面２ａ１との間に、くさび状の径方向隙間を形成した、いわゆる多円弧状の動圧発生部を設けることもできる。

また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の一方又は双方に、同じく図示は省略するが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ状の動圧発生部、あるいは波型状の動圧発生部（ステップ型が波型になったもの）を設けることもできる。

また、上記実施形態では、回転部材と固定部材との間に、２つのラジアル軸受部を設けた場合を例示したが、３つ以上あるいは１つのラジアル軸受部を設けたものについても本発明を適用することができる。

また、上記動圧発生部は、ハウジング部７やスリーブ部８など固定部材の側に設ける他、これらに対向する回転部材３（軸部２ａなど）の側に設けることもできる。

また、以上の説明では、動圧軸受装置１の内部に充満し、ラジアル軸受部や、スラスト軸受部に動圧作用を生じる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受部に動圧作用を発生可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の第１実施形態に係る動圧軸受装置を具備したディスク駆動装置の断面図である。 動圧軸受装置の断面図である。 （ａ）はスリーブ部の縦断面図、（ｂ）はスリーブ部の下端面図である。 第２実施形態に係る動圧軸受装置を具備したディスク駆動装置の断面図である。

符号の説明

１、２１ 動圧軸受装置
２ａ、２２ 軸部
２ａ１、２２ａ 外周面
３、２３ 回転部材
６ ディスク
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 動圧発生部
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１ 動圧溝
ｄ 外径寸法
Ｐ ディスクを含めた回転部材の総重量
Ｙ 有効軸受スパン
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１、Ｒ１２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２ スラスト軸受部

Claims (3)

1. スリーブ部を有する固定部材と、軸部および軸部の一端に設けたフランジ部を有する回転部材と、前記スリーブ部の内周面とこれに対向する前記軸部の外周面との間に形成されるラジアル軸受部と、フランジ部の端面とこれに対向するスリーブ部の端面との間に形成されるスラスト軸受部と、前記回転部材の回転に伴い、前記ラジアル軸受部に流体の動圧作用を生じる動圧発生部とを備え、前記回転部材は、前記軸部の他端に固定したハブを有し、該ハブに複数枚のディスクが保持される動圧軸受装置において、
   前記ハブに保持される前記複数枚のディスクを含めた回転部材の総重量Ｐ［Ｎ］を、前記軸部の外径寸法ｄ［ｍｍ］と前記ラジアル軸受部の有効軸受スパンＹ［ｍｍ］との積で除した値Ｐ／（ｄ×Ｙ）が０．０２以上０．１２以下となるよう、外径寸法ｄおよび有効軸受スパンＹが定められ、
   前記軸部はＳＵＳ鋼で形成されると共に、
   前記スリーブ部が、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下のＦｅ粉末を含む原料粉末を圧縮成形し、焼結してなることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 前記原料粉末は、６０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下の前記Ｆｅ粉末と、２０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＣｕ粉末とを含む請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 請求項１又は２に記載の動圧軸受装置と、該動圧軸受装置の前記回転部材を回転駆動させる駆動部と、前記ディスクとを具備したディスク駆動装置。
   
   
   
   

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