JP4628246B2 - 焼結合金動圧軸受を備えたモータ - Google Patents

Description

本発明は、動圧流体軸受に適用する焼結合金動圧軸受及びそれを備えたモータに関する。

ディスク状記録媒体を用いたディスク記録再生装置においては、ディスク駆動用モータとして動圧流体軸受を備えたモータを用いるのが通例となってきている。
これは、動圧軸受の信頼性が高く、長寿命であるという特性がディスク記録再生装置用駆動モータとして好適であることによる。
また、従来、銅合金が主流であった動圧軸受の材質を焼結合金としたラジアル用の動圧流体軸受も多く用いられてきている。これは、多孔質であるというその素材特徴から潤滑油を多く保持することができるので、長寿命化が可能となるという理由による。このように動圧流体軸受を焼結合金で形成したモータの例が特許文献１に記載されている。
特開平１１−８２４７９号公報

ところで、軸が回転自在に挿嵌されるラジアル用の動圧流体軸受（以下、単にスリーブとも称する）においては、各特許文献にも記載されているように、動圧を発生させるための溝（代表例としてヘリングボーン状の溝）がそのスリーブの内面に形成される。軸が回転すると、軸とスリーブとの間に充填された潤滑油がへリングボーン状の溝に沿ってその頂部へと移動し、その頂部付近の圧力が高くなることで軸をスリーブに接触させることなく支持することができる。
通常は、そのヘリングボーン状溝を軸方向に２ヶ所離隔させて設ける。これにより支持する軸の振れをできるだけ少なくすることができる。

しかしながら、スリーブが焼結合金で形成されている場合、上述したように、焼結合金がポーラスと称される空孔を多数有する多孔質であることから、スリーブの内面に接触する潤滑油の圧力が高くなると、このポーラスを通して潤滑油がスリーブ内部に浸透し、軸回転時の相対的圧力が低い部位である離隔した２ヶ所の溝と溝との間に抜け出てしまうという現象が発生する。
従って、軸回転時において、溝中央部における潤滑油の動圧は、あるレベル以上には高くならずに頭打ちになってしまう。
そのため、軸受の軸支持能力が低下し、例えば、軸に外部から負荷が加わった際の軸の傾きが大きくなる。すなわち、軸剛性の低下を生じる。

この軸剛性の低下によって軸とスリーブが接触して傷がつく可能性が高くなり、軸受の寿命が短くなったり、ディスク記録再生装置においては、ＮＲＲＯ（非繰り返し性振れ）が悪化して記録時や再生時にエラーが起こりやすくなるという問題が生じる。

このような動圧溝の頂部のポーラスを介する潤滑油逃げの課題に対して、特許文献１には、高圧力となるへリングボーン状溝の頂部付近の溝を無くした構成が開示されている。これを図１０に模式図として示す。この図において、防止した潤滑油の流れを破線Ｆで示している。また、溝を無くした頂部付近を平坦部Ｍｃとして示している。

しかしながら、この図１０のように、へリングボーン状溝部を軸方向に離隔して２つ（一対：Ｍ１，Ｍ２）備えたスリーブ１０１において、上述したように、各溝部Ｍ１，Ｍ２の頂部付近の溝を無くして平坦部Ｍｃとした場合、その平坦部Ｍｃの内径ｄ１は、高い動圧を発生させるために最も小径に形成される。
従って、溝型に多孔質材を圧縮成形する方法や、工具による塑性加工によりこの溝を形成する場合、内径ｄ１の部分がアンダーカットになるため、溝型や工具を内側に移動させてスリーブ外部に抜かなければならない。
そのため、型や工具の構造が複雑になり設備コストが上昇するという問題があった。

また、工具による塑性加工の場合、一対の溝の加工を連続して行うことができないため、一対の溝同士で塑性変形量が微妙に異なったり、また、加工量にばらつきが大きくなり易く、動圧溝を高精度にばらつきを少なく形成することに限界があるという課題があった。
また、一対の溝部Ｍ１，Ｍ２をそれぞれ別のスリーブに形成し、連結して使用するという構造も考えられるが、各スリーブの軸合わせに高精度を要し、工数増加とコストアップとなるので好ましくない。
また、平坦部Ｍｃを設けたことで、そこに動圧溝が形成されている場合と比べて発生する動圧がどうしても低くなり、より高い軸剛性を得ることが難しいという課題があった。
従って、スリーブに焼結合金を用いても、動圧部において充分に高い動圧を発生させることができる信頼性の高い焼結合金動圧軸受とそれを備えたモータとが切望されている。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、コストアップを極力抑え、高い動圧を発生して高い軸剛性や信頼性が得られ、長寿命となる焼結合金動圧軸受及びそれを備えたモータを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本願発明は次の１）乃至３）の手段を有する。
１） シャフト（２ｓ）を回転自在に支持するスリーブ状の焼結合金動圧軸受（１０）において、
該焼結合金動圧軸受は、内周面（１０ａ）に、前記シャフト（２ｓ）の軸（Ｃ）方向に所定の領域（１７ｃ）を挟んで離隔して形成された第１及び第２の動圧溝部（１７ａ，１７ｂ）を備え、前記所定の領域（１７ｃ）に、前記第１及び第２の動圧溝部（１７ａ，１７ｂ）の動圧溝同士を連結する連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）を備え、前記連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）の底面におけるポーラスの開口率（Ｍｋ）を前記連結溝以外の面におけるポーラスの開口率（Ｉｋ）よりも低くして成ることを特徴とする焼結合金動圧軸受（１０）である。
２） シャフト（２ｓ）を有するロータ（Ｒ）の前記シャフト（２ｓ）をスリーブ状の焼結合金動圧軸受（１０）で軸支し、前記ステータ（Ｓ）に対して回転自在に支持する構成の焼結合金動圧軸受（１０）を備えたモータ（Ｍ）において、
前記焼結合金動圧軸受（１０）の内周面（１０ａ）に、前記シャフト（２ｓ）の軸（Ｃ）方向に所定の領域（１０ｃ）を挟んで離隔して形成された第１及び第２の動圧溝部（１７ａ，１７ｂ）を備え、前記シャフト（２ｓ）の外周面（２ｓ１）における前記所定の領域（１０ｃ）に対向する領域を少なくとも含む範囲を、前記外周面（２ｓ１）より小径の小径部（２ｓ２）とし、前記焼結合金動圧軸受（１０）の内周面（１０ａ）における前記小径部（２ｓ２）に対向する小径部対向領域に、前記第１及び第２の動圧溝部（１７ａ，１７ｂ）の動圧溝同士を連結する連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）を備え、前記連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）の底面におけるポーラスの開口率（Ｍｋ）を前記連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）以外の面におけるポーラスの開口率（Ｉｋ）よりも低くして成ることを特徴とする焼結合金動圧軸受（１０）を備えたモータ（Ｍ）である。
３） 前記連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）の底面におけるポーラスの開口率をＭｋとし、前記連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）以外の面におけるポーラスの開口率をＩｋとし、前記小径部対向領域において前記連結溝（１７ｃ１〜１７ｃ３）が占める面積比率をＭとし、前記小径部対向領域における平均開口率をβ＝｛Ｍ×Ｍｋ＋（１−Ｍ）×Ｉｋ｝としたときに、βが０．３７以下であることを特徴とする２）に記載の焼結合金軸受（１０）を備えたモータ（Ｍ）である。

本発明によれば、焼結合金動圧軸受及びそれを備えたモータを、コストアップを極力抑え、高い軸剛性と高い信頼性とを備えて長寿命にすることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図９を用いて説明する。
図１は、本発明のモータの実施例を説明する断面図である。
図２は、本発明のモータの実施例を説明する部分拡大断面図である。
図３は、本発明の焼結合金動圧軸受の実施例を説明する図である。
図４は、本発明の焼結合金動圧軸受の第１の変形例を説明する図である。
図５は、本発明の焼結合金動圧軸受の第２の変形例を説明する図である。
図６は、本発明の焼結合金動圧軸受の実施例における溝部以外の部分の表面開口状態を説明する図である。
図７は、本発明の焼結合金動圧軸受の実施例における溝部の表面開口状態を説明する図である。
図８は、本発明のモータの実施例における軸剛性特性を説明する図である。
図９は、本発明のモータの実施例における軸剛性特性を説明する他の図である。

本発明の焼結合金動圧軸受を備えたモータの実施例として、ハードディスク装置（ＨＤＤ）に搭載されるディスク駆動モータについて、図１を用いて説明する。
このモータＭは、シャフト部２ｓが一体的に形成されたハブ２を有するロータＲと、モータベース５と焼結合金動圧軸受（スリーブ）１０とを有するステータＳとを備え、ロータＲは、スラスト動圧軸受部ＳＢ及びラジアル動圧軸受部ＲＢ（以下、動圧軸受部Ｂとも称する）を介してステータＳに対して回転自在に支持されている。このモータの駆動時回転数は３６００回／分であり、ハブ２には記録再生ディスク（ハードディスク）１が装着される。

まず、ステータＳについて詳述する。
ステータＳは、モータベース５と、これに固定された筒状のハウジング１１と、このハウジング１１に固定されたスリーブ１０及び環状のコア６と、を有している。
コア６は、環状であり、その中心に向かって突出する複数の突極（図示せず）を有し珪素鋼板の薄板を積層して形成されている。また、電着塗装や粉体塗装等により表面が絶縁コーティングされ、各突極にはコイル７が巻回されている。

コイル７の末端のリード７ａは、モータベース５に設けられた貫通孔５ｃを通して、モータベース５の底面側に取り付けられたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣと称する）１４のランド１４ａと半田により接続されている。
このランド１４ａは、ＦＰＣ１４に形成されたパターン（図示せず）を介してＨＤＤのモータ駆動回路（図示せず）と電気的に接続され、このモータ駆動回路によりコイル７の各相に通電されてロータＲは回転する。

モータベース５は、アルミニウムのダイカスト成形あるいはアルミニウム板又は鉄板のプレス成形により形成される。鉄板の場合は表面にニッケルめっきが施される。
また、モータベース５には、筒状の立ち上げ部５ｂを有する貫通孔５ａが形成されている。

ハウジング１１は、その外周面がこの立ち上がり部５ｂの内周面に嵌合しており、両者は接着剤により強固に精度よく固着されている。
このハウジング１１は、後述するスリーブ１０が固定される貫通孔１１ａと一方の端部側に形成され径方向に延出するフランジ部１１ｂとを備えている。
また、ハウジング１１の他方の端部側は、カウンタプレート９が固着されて封止されている。このハウジング１１は、Ｃ３６０２等の銅系合金やステンレスにより形成されている。
ハウジング１１の貫通孔１１ａには、円筒状のスリーブ１０が固着されている。このスリーブ１０は、鉄，銅，又は，鉄と銅との混合材を焼結して成る焼結合金により形成されている。

次に、ロータＲについて説明する。
ロータＲは、円柱状のシャフト部２ｓを中央部に有する概ねカップ状のハブ２と、その外周面に固着された環状のマグネット８と、内周面に固定されたスラストリング１２とを有している。
ハブ２は、マルテンサイト系，フェライト系またはオーステナイト系のステンレス材より形成され、コア６及びマグネット８と共に磁気回路が構成されている。
また、このハブ２は、耐摩耗性向上のため無電解ニッケルめっき等の表面処理（コーティング）が施されている。この表面処理によるコーティング厚は、約３〜５０μｍである。
マグネット８は、表面に電着塗装が施された焼結材より成り、その外周部が１２極に着磁されている。このマグネット８は、ハブ２の外周面に接着固定されている。
スラストリング１２は、ステンレス材により形成され、ハブ２の内周面に接着固定されている。

次に、動圧軸受部Ｂについてラジアル動圧軸受部ＲＢ，スラスト動圧軸受部ＳＢ，潤滑油の潤滑経路の順に図２を用いて説明する

＜ラジアル動圧軸受部ＲＢについて＞
ラジアル動圧軸受部ＲＢは、ハウジング１１の貫通孔１１ａに固着したスリーブ１０の内周面１０ａと、シャフト部２ｓの外周面２ｓ１と、両面の間隙に充填される潤滑液３０とにより構成されている。以下、潤滑液３０は潤滑油３０として説明するが、液状であれば油に限るものではない。

図３に示すように、スリーブ１０の内周面１０ａには、ラジアル方向の動圧を発生させるための一対のラジアル動圧溝１７が軸Ｃの方向に隔てて形成されている。
具体的にこの一対は、スリーブ１０の内周面１０ａに軸Ｃの方向に離隔して形成された第１の動圧溝１７ａ及び第２の動圧溝１７ｂである。この一対のラジアル動圧溝１７は、それぞれが所謂ヘリングボーン状に形成された複数の溝により構成されている。
尚、図２においては、第１の動圧溝１７ａ及び第２の動圧溝１７ｂをその範囲のみ記載している。また、図３においては、スリーブ１０の内周面に形成されたヘリングボーン溝を、便宜上、平面的に記載している。

この実施例は、第１の動圧溝１７ａと第２の動圧溝１７ｂとの間である中間部１７ｃにも溝を形成したものである。この中間部１７ｃの溝の詳細については後述する。

シャフト部２ｓにおける、スリーブ１０の中間部１７ｃに対向する部分は、他の部分よりも小径の小径部２ｓ２が形成されている。この小径部２ｓ２は、スリーブ１０の内周面１０ｃとの間隔を広くして潤滑油３０の粘性抵抗によるロータＲ回転時の軸受ロスを抑制するためのものである。
また、この小径部２ｓ２は、以下に説明する実施例においては、中間部１７ｃと同じ対向範囲にのみ形成されている。これについても詳細は後述する。
スリーブ１０の内周面１０ａとシャフト部２ｓの外周面２ｓ１との間には、微小間隙が設けられ、この間隙に潤滑油３０が充填されている。
ロータＲが回転することで、ラジアル動圧溝１７の作用によりラジアル方向の動圧が発生し、シャフト部２ｓ（換言すればロータＲ）は、スリーブ１０に接触することなく所定間隙を有して回転支持される。このラジアル動圧軸受部ＲＢの動圧溝の詳細については後述する。

＜スラスト動圧軸受部ＳＢについて＞
次に、スラスト動圧軸受部ＳＢについて図２を用いて説明する。
このスラスト動圧軸受部ＳＢは、ハウジング１１のフランジ部１１ｂにおけるその下面１１ｂ１と、この下面と対向するスラストリング１２の上面１２ａと、両面の間に介在する潤滑油３０とにより構成されている。
フランジ部１１ｂの下面１１ｂ１またはスラストリング１２の上面１２ａには、スラスト動圧溝としてへリングボーン溝（図示せず）が形成されている。
ロータＲが回転することにより、このスラスト動圧溝の作用でスラスト方向の動圧が発生する。これにより、スラストリング１２とフランジ部１１とが離れる方向、すなわち、ロータＲがモータベース５に接近する方向の力がロータＲに作用する。

＜潤滑油の充填経路について＞
上述したラジアル軸受部ＲＢ及びスラスト軸受部ＳＢは、潤滑油３０を共有する。この潤滑油３０の充填部（充填経路）３０Ｐは次のとおりである。
すなわち、潤滑油３０は、スラストリング１２の内周面１２ｂ及びこの内周面１２ｂに対向するスリーブ１１のシール部外周面１１ｃで構成されるテーパーシール部ＴＳに端部である液面３０ａが位置し、そこからスラスト軸受部ＳＢ，フランジ部１１ｂの外周面１１ｂ２及び上面１１ｂ３とこれらに対向するハブ２の内側下面２ｂとの間隙，スリーブ１０の上面１０ａとハブ２の内側下面２ｂとの間隙，ラジアル軸受部ＲＢ、を経由して、カウンタプレート９とシャフト部２ｓの下面との間隙に至る部分（経路）に充填されており、この充填された部分が充填部である。

テーパシール部ＴＳは、スラストリング１２の内周面１２ｂと、これに対向しスラスト軸受部ＳＢから離れるに従って対向間隔が広くなるように傾斜したスリーブ１１の外周面１１ｃとにより構成されている。
このテーパシール部ＴＳにより、潤滑油３０自身の表面張力によることは言うまでもなく、スリーブ１１のシール部外周面１１ｃをこのシール部ＴＳの開口側（図２の下方側）が小径となるように傾斜させたことによって、ロータＲの回転時において、潤滑油３０に反開口側に向かう遠心力を作用させ、潤滑油３０の外部への漏出を効果的に防止している。

＜ラジアル動圧溝１７の詳細について＞
上述した構成のラジアル動圧軸受部ＲＢにおけるラジアル動圧溝１７の詳細を、図３を用いて詳述する。
図３は、上述したように、スリーブ１０の断面図であって、その内周面１０ａに形成された溝を説明のため平面的に示している。

この図に示すように、第１及び第２の動圧溝１７ａ，１７ｂは、それぞれへリングボーン状の溝が同じ向きに複数配列されて形成されたものである。そして、第１の動圧溝１７ａと第２の動圧溝１７ｂとの間の部分である中間部１７ｃには、軸Ｃの方向の溝１７ｃ１とこれに直交する方向との溝１７ｃ２とが交差するように形成されている。
詳しく説明すると、中間部１７ｃは、第１及び第２の動圧溝１７ａ，１７ｂのへリングボーン状の複数の溝のそれぞれを中継して連結するように形成された中継溝１７ｃ１と、この中継溝１７ｃ１と連結し軸Ｃと直交する方向に形成された周溝１７ｃ２とよりなる連結溝を備えている。

ここで、中間部１７ｃとは、図３に示すように、第１及び第２の動圧溝１７ａ，１７ｂとの間であって、詳しくは、ヘリングボーン状の頂部からハ字状に広がる互いに隣接する溝の各屈曲点１７ｋ間の範囲として規定される。
また、ハ字状に広がる溝が曲線形状で屈曲点が明確に存在しない場合は、曲率変化点を屈曲点とみなして規定される。

このラジアル動圧溝１７は、被加工物であるスリーブ１０を、加工工具に対して相対的に軸方向に移動または軸中心に回転させながらその加工工具に押圧負荷をかけて塑性変形させる、いわゆる転造により形成されている。形成する溝は、一例として幅が０．６ｍｍ，深さが６μｍの概ねコ字状の断面を有する。
具体的には、スリーブ１０の内径よりも充分に小さい外形を有し、形成する溝の断面形状に対応した形状の鋼部材を取り付けた加工工具を、スリーブ１０の内周面に所定の押圧力で押しつけながら軸Ｃの方向と周方向とに動かし、押圧した部分が塑性変形して潰れることにより形成されている。
従って、溝が連結していれば、いわゆる一筆書きのように鋼部材を一定の押圧力で押しつけたまま加工が可能となり、深さや幅に変化がない一様な溝を安定してばらつきなく形成することができる。

このようにして転造により形成された溝の表面、特に底面は、焼結合金のポーラスが潰れてその開口率が極めて低くなっている。
ここで、ポーラスの開口率とは、単位面積あたりの、ポーラスにより開口している領域の面積比率である。

スリーブ１０を鉄の焼結合金で形成した場合の転造前の表面状態を図６に示す。
この図は、０．４ｍｍ×０．３ｍｍの範囲の拡大画像であり、白い部分が非開口部、黒い部分がポーラスによる開口部である。その開口比率は、画像処理により測定した結果、約４５％であった。
一方、この焼結合金材の表面に上述した幅０．６ｍｍ，深さ６μｍの溝を形成した場合の溝の底面状態を図７に示す。
この図も、０．４ｍｍ×０．３ｍｍの範囲の拡大画像であり、白い部分が非開口部、黒い部分がポーラスによる開口部である。その開口比率は、画像処理により測定した結果、約５．０％であった。

上述したように、中間部１７ｃに塑性変形によって開口率が大幅に低減された溝が形成されているので、溝がない場合に比べて表面における潤滑油の出入りが著しく抑制される。
即ち、中間部１７ｃにおいては、スリーブ１０の内部の潤滑油３０が表面を通して極めて抜け出にくくなっている。これはスリーブ１０の内部に入り込んだ潤滑油３０の出口が塞がれているのと同じであるから、結果として、動圧部１７ａ，１７ｂの中央部の動圧が高くなっても潤滑油３０がスリーブ１０の内部に入り込むのを防止することができる。

このように、中間部１７ｃに塑性変形により開口率を大幅に減少させた溝を有するスリーブについて、周溝１７ｃ２の数を増減させたスリーブ１０をそれぞれ作成し、そのスリーブを用いた各モータの軸剛性を測定した。
すなわち、中間部１７ｃの表面積に対する中継溝１７ｃ１と周方向の周溝１７ｃ２とを合わせた領域の面積（詳細には周面への投影面積）の比率（以下、中間部溝比率αと称する）を変えてこの中間部溝比率αと軸剛性との関係を調べた。その結果を図８（グラフ）に示す。
ここで、軸剛性は、回転中のロータに側面から力を付与し、それにより生じる変位に対する付与力の比率として測定している。
従って、この軸剛性の値は大きい方が好ましい。

この図８から、中間部溝比率αが１０％未満の場合、軸剛性は約２００ｇ／μｍであるのに対して、αを２０％とした場合に軸剛性は急激に増加して約３００ｇ／μｍとなり、αが２０％以上の比率において軸剛性はさらに微増傾向にあることがわかった。
即ち、中間部溝比率αを２０％以上とすれば、極めて高い軸剛性が発揮されることが判明した。また、この図８の結果から、中間部１７ｃの全面を溝相当に塑性変形させた状態のα＝１００％とすれば、最も高い軸剛性が得られることが推察される。

以上詳述した実施例においては、溝部の開口率を０．０５（５％）に限定して説明し、図８により中間部溝比率αと軸剛性との関係を示した。
この関係は、換言するならば、中間部の開口率が、溝部を設けることでどれだけ低下しているかによって潤滑油の漏出程度が決まり、その結果軸剛性が求められるという関係であるから、溝部の開口率や溝部以外の部分の開口率が異なる場合も、中間部における開口率の平均値を求めることで軸剛性が推定される。

すなわち、次に示す（１式）により規定される平均開口率βにより求めることができる。このβは、中間部１７ｃの溝部の面積比率（溝比率）Ｍとその底面の開口率（溝部開口率）Ｍｋ、及び、溝部以外の部分の開口率Ｉｋとの関係で定義される。

平均開口率β＝｛溝比率Ｍ×溝部開口率Ｍｋ＋（１−溝比率Ｍ）×溝部以外の開口率Ｉｋ｝ （１式）
図８のデータを基にこの平均開口率βで整理すると、平均開口率βと軸剛性との関係は図９のようになる。

この式を用い、例として溝部開口率Ｍｋが１％となった場合の軸剛性を求めると、
溝部開口率Ｍｋ：１％，溝比率Ｍ５０％，溝部以外の部分の開口率Ｉｋ：４５％であれば、
平均開口率βは、
β＝｛０．５×０．０１＋（１−０．５）×０．４５｝＝０．２３（２３％）
となるので、図９から、軸剛性は３５５（ｇ／μｍ）となる。

他の例として、
溝部開口率Ｍｋ：３％，溝比率Ｍ７０％，溝部以外の部分の開口率Ｉｋ：４０％とすると、
β＝｛０．７×０．０３＋（１−０．７）×０．４０｝＝０．１４（１４％）
となるので、図９から、軸剛性は３７５（ｇ／μｍ）となる。
また、上述した実施例の場合は、
溝部開口率Ｍｋ：５％，溝比率Ｍ：５０％，溝部以外の部分の開口率Ｉｋ：４５％であるから、
β＝｛０．５×０．０５＋（１−０．５）×０．４５｝＝０．２５（２５％）
となり、平均開口率βは０．２５で、図９より軸剛性は３５０（ｇ／μｍ）となる。

図９からわかるように、平均開口率βが４１％以上の場合、軸剛性は約２００ｇ／μｍであるのに対して、βを３７％に減らした場合に軸剛性は急激に増加して約３１０（ｇ／μｍ）となり、βが３７％以下の比率においては、βが小さくなるほど微増する傾向にある。
即ち、平均開口率βを３７％以下とすれば、極めて高い軸剛性が発揮されることがわかる。
また、この図９の結果から、素材として開口率Ｉｋが低い材質でスリーブを形成し、さらに溝部を塑性変形で形成して平均開口率βを下げるのがより好ましいことがわかる。
すなわち、溝部以外の部分の開口率Ｉｋは、焼結合金の素材の開口率であり、含油軸受としては、その性能から、通常、３０％〜５０％の範囲の焼結合金が用いられる。

上述した中間部１７ｃに形成する溝のパターンは、実施例で説明したパターンに限るものではなく、変形が可能であり、以下にその変形例について説明する。

＜第１の変形例＞
第１の変形例を図４に示す。この例における溝のパターンは、第１及び第２の動圧溝１７ａ，１７ｂのそれぞれを中継して連結する中継溝１７ｃ１と、中継溝１７ｃ１の内、いくつかについて軸方向に折り返し部１７ｃａを設けたことを特徴とするパターンである。
この折り返し部１７ｃａは、上述の実施例において説明した中間部溝比率αが２０％以上となるような形状で適所に設けられている。
中間部１７ｃの溝加工において、軸Ｃの方向とこれに直交する方向との溝を形成する場合、工具の移動方向が変わる際には工具の送りを一旦停止する必要がある。この第１の変形例は、その停止回数が実施例と比べて少なく、加工時間を短縮することができるものである。

具体的な加工方法は、以下の通りである。
すなわち、加工工具をスリーブ１０の一方の開口部１０Ｐ側から他方の開口部１０ｑ側に向かって挿入して第１の動圧溝１７ａを形成する。
中継溝１７ｃ１を形成する場合は、そのまま他方の開口部１０ｑ側に向けて移動し、第２の動圧溝１７ｂを形成する。
折り返し部１７ｃａを形成する場合は、第２の動圧溝１７ｂを形成する直前で一旦停止し、僅かにスリーブを回転させた後、開口部１０ｐ側に向けて移動しつつ加工し、第１の動圧溝１７ａを形成する直前で再度停止し、また開口部１０ｑ側に向けて移動しつつ加工する。
そして、この折り返し動作を繰り返した後、第２の動圧溝１７ｂを形成して終了する。
図４では、この中間部１７ｃでの折り返し動作を１往復半実行して形成した溝の例を示しているが、溝部開口率が０．０５で中間部溝比率αが２０％以上となるもの、あるいは、平均開口比率βが３７％以下となるものであれば、この往復数に限るものではない。

＜第２の変形例＞
第２の変形例を図５に示す。この例における溝のパターンは、中間部１７ｃにおける中継溝１７ｃ１を、第１及び第２の動圧溝１７ａ，１７ｂのへリングボーン溝の傾斜と略同一角度に傾斜した短い溝を折り返した中継溝１７ｃ３としたものである。
この例においても、溝部開口率が０．０５で中間部溝比率αを２０％以上とするか、あるいは、平均開口比率βを３７％以下とすることは言うまでもない。
この例は、中継溝１７ｃ３で動圧が発生し難いパターンであり、ロータ回転時の潤滑油の抵抗を極めて少なく抑制することができる。

＜第３の変形例＞
上述した実施例や第１及び第２の変形例においては、シャフト部２ｓの小径部２ｓ２が、中間部１７ｃと同じ対向範囲にのみ形成されたものを説明したが、小径部２ｓ２を中間部１７ｃの軸方向の範囲よりも広く形成する場合がある。
これは、中間部１７ｃにシャフト部２ｓとの間隙が狭い部分が掛かると軸ロスが増加してしまうので、製造時のばらつき等を考慮して設定されるものである。
この場合においては、中間部溝比率α及び平均開口率βの基となる中間部の範囲は、上述したようなスリーブ１０のヘリングボーン状溝の形状に基づく規定ではなく、シャフト部２ｓの小径部２ｓ２に対向する範囲として規定される。
この場合の小径部２ｓ２は、シャフト部２の外周面が、動圧溝１７と対向する大径部から小径方向に変化する変化点２ｋ（図２参照）間の範囲として規定される。

上述した実施例及び各変形例は、ラジアル動圧軸受部ＲＢを構成する焼結合金動圧軸受であるスリーブ１０の中間部１７ｃにおいて、その中間部１７ｃの表面積に対して２０％以上の表面積を有するように溝部開口率が０．０５の塑性変形溝を形成したもの、あるいは、中間部１７ｃの平均開口比率βを３７％以下としたものであり、これにより、この溝がない場合に比べて極めて高い軸剛性が発揮され、長寿命で信頼性の高い焼結合金動圧軸受を得ることができる。
また、このような焼結合金動圧軸受を用いたモータは高軸剛性を有することから、ディスク記録再生装置に搭載した場合にモータに加わる外部負荷によって記録再生エラーが生じることがない。
また、第１及び第２の動圧部１７ａ，１７ｂと中間部１７ｃの中継溝１７ｃ１〜１７ｃ３を連続して加工形成することができるので、製造が極めて容易であり、加工工具を複雑化することがなく、コストアップを極力抑えることができるものである。

以上、詳述したように、本発明においては、スリーブ１０における中間部１７ｃまたはシャフト部２の小径部２ｓ２に対応する範囲において、その範囲外に形成された一対の動圧溝１７ａ，１７ｂを連結する中継溝をその溝以外の部分よりも低い開口率となるように形成してある。
この開口率の低率化は、中継溝の表面のポーラスを塑性変形により潰すことで実現できるものであり、動圧溝を溝型に多孔質材を圧縮成形して形成する方法やエッチングにより形成する方法では実現することができないのは言うまでもない。
また、この中継溝を設けることにより、スリーブ１０における中間部１７ｃまたはシャフト部２の小径部２ｓ２に対応する範囲の平均開口率を低下させることができ、溝を設けていない場合と比べて高い軸剛性を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。
形成するラジアル動圧溝１７の断面形状は、例えば幅０．６ｍｍ，最大深さ６μｍの円弧状でもよい。
このような断面形状が円弧状の場合は、その円弧徐の面を底面とみなすことができる。また、断面形状が表面に対して略直交する平面的な側面を有する場合は、この側面以外の部分を底面として見なすことができる。

本発明のモータの実施例を説明する断面図である。 本発明のモータの実施例を説明する部分拡大断面図である。 本発明の焼結合金動圧軸受の実施例を説明する図である。 本発明の焼結合金動圧軸受の第１の変形例を説明する図である。 本発明の焼結合金動圧軸受の第２の変形例を説明する図である。 本発明の焼結合金動圧軸受の実施例における溝部以外の部分の表面開口状態を説明する図である。 本発明の焼結合金動圧軸受の実施例における溝部の表面開口状態を説明する図である。 本発明のモータの実施例における軸剛性特性を説明する図である。 本発明のモータの実施例における軸剛性特性を説明する他の図である。 従来の焼結合金動圧軸受を説明する図である。

符号の説明

１ 記録再生ディスク
２ ハブ
２ｂ 内側下面
２ｓ シャフト部
２ｓ１ 外周面
２ｓ２ 小径部
５ モータベース
５ａ 貫通孔
５ｂ 立ち上げ部
５ｃ 貫通孔
６ コア
７ コイル
７ａ リード
８ マグネット
１０ 焼結合金動圧軸受（スリーブ）
１０ａ 内周面
１０ｂ 上面
１１ ハウジング
１１ａ 貫通孔
１１ｂ フランジ部
１１ｂ１ 下面
１１ｂ２ 外周面
１１ｂ３ 上面
１１ｃ シール部外周面
１２ スラストリング
１２ａ 上面
１２ｂ 内周面
１４ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）
１４ａランド
１７ ラジアル動圧溝
１７ａ 第１の動圧溝
１７ｂ 第２の動圧溝
１７ｃ 中間部
１７ｃ１ 中継溝
１７ｃ２ （周方向）中継溝
１７ｃ３ （折り返し）中継溝
１７ｃａ 折り返し部
３０ 潤滑液（油）
３０ａ 液面
３０Ｐ 充填部
Ｂ 動圧流体軸受
Ｃ 軸方向
Ｍ モータ
Ｒ ロータ
ＲＢ ラジアル動圧軸受部
Ｓ ステータ
ＳＢ スラスト動圧軸受部
ＴＳ テーパシール部
α 中間部溝比率
β 平均開口率

Claims (3)

1. シャフトを有するロータの前記シャフトをスリーブ状の焼結合金動圧軸受で軸支し、前記ロータをステータに対して回転自在に支持する構成の焼結合金動圧軸受を備えたモータにおいて、
   前記焼結合金動圧軸受の内周面に、前記シャフトの軸方向に所定の領域を挟んで離隔して形成された第１及び第２の動圧溝部を備え、
   前記シャフトの外周面における前記所定の領域に対向する領域を少なくとも含む範囲を、前記外周面より小径の小径部とし、
   前記焼結合金動圧軸受の内周面における前記小径部に対向する小径部対向領域に、前記第１及び第２の動圧溝部の動圧溝同士を連結する連結溝と、前記連結溝と直交する周溝とを備え、
   前記連結溝の底面におけるポーラスの開口率を前記連結溝以外の面におけるポーラスの開口率よりも低くして成ることを特徴とする焼結合金動圧軸受を備えたモータ。
2. シャフトを有するロータの前記シャフトをスリーブ状の焼結合金動圧軸受で軸支し、前記ロータをステータに対して回転自在に支持する構成の焼結合金動圧軸受を備えたモータにおいて、
   前記焼結合金動圧軸受の内周面に、前記シャフトの軸方向に所定の領域を挟んで離隔して形成された第１及び第２の動圧溝部を備え、
   前記シャフトの外周面における前記所定の領域に対向する領域を少なくとも含む範囲を、前記外周面より小径の小径部とし、
   前記焼結合金動圧軸受の内周面における前記小径部に対向する小径部対向領域に、前記第１及び第２の動圧溝部の動圧溝同士を連結する連結溝を備え、
   前記連結溝の少なくとも一部は、軸方向に折り返された折り返し部が設けられ、
   前記連結溝の底面におけるポーラスの開口率を前記連結溝以外の面におけるポーラスの開口率よりも低くして成ることを特徴とする焼結合金動圧軸受を備えたモータ。
3. シャフトを有するロータの前記シャフトをスリーブ状の焼結合金動圧軸受で軸支し、前記ロータをステータに対して回転自在に支持する構成の焼結合金動圧軸受を備えたモータにおいて、
   前記焼結合金動圧軸受の内周面に、前記シャフトの軸方向に所定の領域を挟んで離隔して形成され、ヘリングボーン状の動圧溝により構成された第１及び第２の動圧溝部を備え、
   前記シャフトの外周面における前記所定の領域に対向する領域を少なくとも含む範囲を、前記外周面より小径の小径部とし、
   前記焼結合金動圧軸受の内周面における前記小径部に対向する小径部対向領域に、前記第１及び第２の動圧溝部の動圧溝同士を連結する連結溝を備え、
   前記連結溝は、前記第１及び第２の動圧溝部の動圧溝の傾斜と同一角度で傾斜して、前記第１及び第２の動圧溝部の動圧溝の折り返し長さより短く折り返され、
   前記連結溝の底面におけるポーラスの開口率を前記連結溝以外の面におけるポーラスの開口率よりも低くして成ることを特徴とする焼結合金動圧軸受を備えたモータ。

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