JP3943381B2 - 軸受装置及びこれを備えたモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置及びこれを備えたモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスク駆動装置等の記録ディスク駆動装置で使用されるスピンドルモータの軸受装置として、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤を含浸させた含油軸受や、シャフトとスリーブとの間に形成される軸受隙間内に潤滑剤を保持し、回転時に、動圧溝によって潤滑剤に生じる動圧作用を利用して軸を支持する動圧軸受等を用いた軸受装置が知られている。
【０００３】
上記何れの軸受装置においても、潤滑剤の油膜によって軸を非接触状態で支持することができるため、スピンドルモータの軸受装置としてこれまで多く用いられてきた転がり軸受装置に比べて、振動や騒音特性の点で優れているという利点を有する。
【０００４】
含油軸受や動圧軸受に使用される潤滑剤としては、炭化水素系やエステル系の潤滑剤が知られているが、炭化水素系の潤滑剤はエステル系の潤滑剤に比べて蒸発速度が高く、凝固点も高い。例えば、ほぼ同粘度での蒸発速度では、炭化水素系の潤滑剤はエステル系の潤滑剤の数倍以上となり、また凝固点は室温以上となるものが多い。従って、比較的に幅広い温度範囲で使用される記録ディスク駆動装置用スピンドルモータの軸受装置においては、粘度、蒸発率及び凝固点のバランスから、エステル系の潤滑剤、特にＤＯＳ（２エチルヘキシルセバケート）が含油軸受や動圧軸受の潤滑剤として好適である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エステル系の潤滑剤はエステル基を含有しているため反応性が高く、特に鉛との反応性が高い。一方、含油軸受や動圧軸受を用いた軸受装置では、比較的に硬質で高い加工性を有することから、該軸受装置を構成する部材（ハウジングやスリーブ等）の材料として快削黄銅が用いられる場合が多いが、快削黄銅には切削性を良くするためにＣ３６０４等の鉛が数％添加されており、このような鉛を含有する快削黄銅とエステル系の潤滑剤とが高温で接触すると、潤滑剤中に鉛が溶出して金属石鹸のような生成物ができ、潤滑剤が変質して粘度増加する懸念がある。また、エステル基が水分を吸収し易いことから、高温雰囲気下では、空気中の水分を吸収し、水分と鉛とによって、上記と同様に、潤滑剤が変質して粘度増加する懸念もある。
【０００６】
さらに、鉛を含有する銅系材料は、脱亜鉛腐食によってパーティクル（微細粉）が発生し易く、ヘッドクラッシュを防止する観点から、高い清浄性が要求されるハードディスク等の記録ディスク駆動装置での使用に適さず、例えば表面処理を施す等、パーティクルの発生を防止する手段を別途講じる必要がある。そのため、加工工数の削減が困難で歩留まりが良くない。
【０００７】
本発明の課題は、軸受装置及びこれを備えたモータにおいて、蒸発率及び凝固点のバランスの良いエステル系の潤滑剤を使用しつつ、鉛の溶出による潤滑剤の変性劣化を防止して、安定した軸受機能を長期にわたって維持させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤を含浸して構成される含油軸受と、含油軸受を収容するハウジングとを備えた軸受装置において、ハウジングが鉛レス黄銅で形成され、潤滑剤がエステル系潤滑剤である構成を提供する。
【０００９】
ここでの「含油軸受」には、軸受面に動圧溝を有しない、いわゆる真円軸受と、軸受面に動圧溝を有する動圧軸受の双方が含まれる。
【００１０】
本明細書において、「鉛レス黄銅」は、鉛の含有量を微小量に規制した黄銅（又は黄銅合金）、あるいは、鉛を含まない黄銅（又は黄銅合金）をいう。好ましくは、鉛の含有量を０．２％以下に規制したものが良い。「鉛レス黄銅」としては、例えば株式会社キッツ製「キーパロイ」（鉛含有量０．２％以下）、サンエツ金属株式会社製「Ｂｚ３」「ＥＥＳ−ＰＦ」（何れも鉛含有量０．１％以下）、三宝伸銅工業株式会社製「エコブラス」（鉛を含まない黄銅合金）等を用いることができる。これらの鉛レス黄銅は、加工性（切削性、鍛造性、鋳造性）が良く、また環境負荷元素である鉛の含有量が少なく、あるいは、鉛を含んでいないので、人と環境に優しく、高いリサイクル性を有する。また、脱亜鉛腐食によるパーティクルの発生が起こり難く、高い清浄性が要求されるハードディスク等の記録ディスク駆動装置での使用にも適している。さらに、蒸発率及び凝固点のバランスの良いエステル系の潤滑剤を使用しても、鉛の溶出による潤滑剤の変性劣化がなく、安定した軸受機能が長期にわたって維持される。
【００１１】
また、本発明は、上記課題を解決するため、軸部材と、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤を含浸して構成され、軸受隙間に生じる潤滑剤の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持する含油軸受と、一端に開口部を有すると共に、含油軸受を収容するハウジングとを備えた軸受装置において、ハウジングが鉛レス黄銅で形成され、潤滑剤がエステル系潤滑剤である構成を提供する。
【００１２】
ここでの「含油軸受」は、軸受面に動圧溝を有する動圧軸受である。あるいは、「含油軸受」を真円軸受とし、軸受隙間に臨む軸部材の外周面に動圧溝を形成しても良い。ハウジングの開口部にシール部材を配設する場合は、さらに該シール部材を鉛レス黄銅で形成するのが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、上記課題を解決するため、静止部材と回転部材との相対回転を、両部材間に形成された軸受隙間に介在する潤滑剤の動圧作用で非接触支持する軸受装置において、静止部材及び回転部材のうち少なくとも一方は鉛レス黄銅で形成され、潤滑剤がエステル系潤滑剤である構成を提供する。この構成では、軸受隙間に臨む、静止側部材の表面又は回転部材の表面に動圧溝が設けられる。
【００１４】
以上の構成の軸受装置を備えたモータは、振動や騒音特性の点で優れ、また、安定した機能を長期にわたって維持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、この実施形態に係る動圧型軸受装置１を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を示している。このスピンドルモータは、ＨＤＤ等の記録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型軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３と、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。ステータ４はケーシング６の外周に取付けられ、ロータ５はディスクハブ３の内周に取付けられる。動圧型軸受装置１のハウジング７は、ケーシング６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚保持される。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、それによって、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。
【００１７】
図２は、動圧型軸受装置１を示している。動圧型軸受装置１は、一端に開口部７ａを有する有底円筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周面に固定された円筒状の含油軸受８と、軸部材２と、ハウジング７の開口部７ａに配設されたシール部材１０とを主要な構成要素とする。
【００１８】
ハウジング７は、鉛レス黄銅、例えば三宝伸銅工業（株）製「エコブラス」（鉛を含まない黄銅合金）等の素材から切削加工又は鍛造加工によって形成され、円筒状の側部７ｂと底部７ｃとで構成される。底部７ｃの内底面７ｃ１の、スラスト軸受面となる領域には図３（ｂ）に示す形状の動圧溝７ｃ２が形成されている。尚、この実施形態では、ハウジング７の側部７ｂと底部７ｃとを一体構造にしているが、両者を別体構造としても良い。その場合、底部７ｃを構成する底蓋部材を、側部７ｂを構成する円筒部材の他端開口部に接着、加締め等の手段で固定する。また、側部７ｂを構成する円筒部材および底部７ｃを構成する底蓋部材のうち少なくとも一方、好ましくは双方を鉛レス黄銅で形成する。
【００１９】
含油軸受８は、例えば銅を主成分とする燒結金属の多孔質体で形成され、その内部の気孔に潤滑油又は潤滑グリースが含浸される。含油軸受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Ｒ１、Ｒ２には、それぞれ図２に示す形状の動圧溝８ａ１、８ａ２が形成される。領域Ｒ１とＲ２とは、動圧溝を有しない領域Ｒ３を挟んで軸方向に離隔している。また、含油軸受８の下端面８ｂの、スラスト軸受面となる領域には図３（ａ）に示す形状の動圧溝８ｂ１が形成される。
【００２０】
ラジアル軸受面およびスラスト軸受面の動圧溝形状は任意に選択することができ、公知のへリングボーン形、スパイラル形、ステップ形、多円弧形等の何れかを選択し、あるいはこれらを適宜組合わせて使用することができる。図２、図３には、一例としてヘリングボーン形の動圧溝８ａ１、８ａ２、８ｂ１、７ｃ２を例示している。
【００２１】
軸部材２は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）等の金属材で形成され、軸部２ａと、軸部２ａに一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。軸部２ａの外周面２ａ１の一部領域には、他の領域に対して僅かに小径となるぬすみ溝２ａ２が設けられる。また、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２の中心領域には、他の領域に対して僅かに凹んだぬすみ部２ｂ３が設けられる。
【００２２】
軸部材２の軸部２ａは含油軸受８の内周面８ａに挿入され、フランジ部２ｂは含油軸受８の下端面８ｂとハウジング７の底面７ｃ１との間の空間部に収容される。軸部２ａの外周面２ａ１と含油軸受８の内周面８ａの領域Ｒ１、Ｒ２との間には、それぞれ、所定のラジアル軸受隙間が設けられ、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１と含油軸受８の下端面８ｂとの間、および、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２とハウジング７の底面７ｃ１との間には、それぞれ、所定のスラスト軸受隙間が設けられる。軸部２ａのぬすみ溝２ａ２は、含油軸受８の内周面８ａの領域Ｒ３とラジアル軸受隙間よりも大きな隙間を介して対向し、フランジ部２ｂのぬすみ部２ｂ３は、ハウジング７の内底面７ｃ１の中心領域（動圧溝７ｃ２が形成されていない領域）とスラスト軸受隙間よりも大きな隙間を介して対向する。
【００２３】
シール部材１０は、鉛レス黄銅、例えば三宝伸銅工業（株）製「エコブラス」（鉛を含まない黄銅合金）等で環状に形成され、ハウジング７の開口部７ａの内周面に圧入、接着等の手段で固定される。この実施形態において、シール部材１０の内周面は円筒状に形成され、シール部材１０の下端面は含油軸受８の上端面と当接している。シール部材１０の内周面は軸部２ａの外周面２ａ１と所定の隙間（ラジアル軸受隙間よりも大きい。）を介して対向し、これにより、両者の間に、所定の容積をもったシール空間が形成される。
【００２４】
シール部材１０で密封されたハウジング７の内部空間（含油軸受８の内部の気孔も含む。）には潤滑剤、例えばセバシン酸ビス（２―エチルヘキシル）や２−エチルヘキシルセバゲート（ＤＯＳ）又はアジピン酸ビス（２−エチルヘキシル）や２―エチルヘキシルアジペート（ＤＯＺ）あるいはそれらの混合物からなるエステル系の潤滑油が充満され、その潤滑油の油面は上記のシール空間内にある。シール空間の容積は、ハウジング７の内部空間に充満された潤滑油の、使用温度範囲内の温度変化に伴う容積変化量よりも大きくなるように設定される。
【００２５】
軸部材２が回転すると、上記ラジアル軸受隙間に動圧作用が発生し、軸部材２の軸部２ａ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ラジアル軸受部が構成される。同時に、上記スラスト軸受隙間に動圧作用が発生し、軸部材２のフランジ部２ｂが上記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スラスト軸受部が構成される。
【００２６】
この実施形態の動圧型軸受装置１は、ハンジング７とシール部材１０を鉛レス黄銅で形成しているので、人と環境に優しく、高いリサイクル性を有する。また、ハンジング７およびシール部材１０の加工性も良い。さらに、ハウジング７の内部空間にエステル系の潤滑油を充満しているが、高温・高湿雰囲気下等においても、鉛の溶出による潤滑油の変性劣化がなく、安定した軸受機能が長期にわたって維持される。
【００２７】
【実施例】
動圧型軸受装置に給油するためのエステル系潤滑油に、鉛入り黄銅材と鉛レス黄銅材をそれぞれ浸漬し、温度８０°Ｃ、湿度９０％の高温高湿条件下で２０００時間放置して、上記潤滑油の動粘度を測定した。尚、上記潤滑油の初期時の動粘度は４０°Ｃで１３．１８（ｃＳｔ）である。
【００２８】
測定の結果、上記潤滑油（２０００時間放置後）の４０°Ｃにおける動粘度（ｃＳｔ）は、鉛入り黄銅材を浸漬した場合が１４．６３、鉛レス黄銅材を浸漬した場合が１２．９７であった。このように、鉛入り黄銅材を浸漬した場合では潤滑油の増粘が見られたが、鉛レス黄銅材を浸漬した場合では粘度変化がほとんど見られなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受装置を構成する部材、特にハウジング、さらにはシール部材等を鉛レス黄銅で形成しているので、環境負荷の軽減が図られると共に、エステル系潤滑剤を使用しても、鉛の溶出による潤滑油の変性劣化がなく、安定した軸受機能が長期にわたって維持される。また、脱亜鉛腐食によるパーティクルの発生が起こり難くいので、高い清浄性が要求されるハードディスク等の記録ディスク駆動装置での使用にも適している。
【００３０】
以上に説明した構成の軸受装置を備えた本発明のモータは、振動や騒音特性の点で優れ、また、安定した機能を長期にわたって維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る動圧型軸受装置を有するスピンドルモータの断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る動圧型軸受装置を示す断面図である。
【図３】スラスト軸受面を示す図である。
【符号の説明】
１ 動圧型軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
７ａ 開口部
８ 含油軸受
１０ シール部材

Claims (5)

1. 焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤を含浸して構成される含油軸受と、該含油軸受を収容するハウジングとを備えた軸受装置において、
   前記ハウジングが鉛レス黄銅で形成され、
   前記潤滑剤がエステル系潤滑剤であることを特徴とする軸受装置。
2. 軸部材と、焼結金属からなる多孔質体に潤滑剤を含浸して構成され、軸受隙間に生じる潤滑剤の動圧作用で前記軸部材を回転自在に非接触支持する含油軸受と、一端に開口部を有すると共に、前記含油軸受を収容するハウジングとを備えた軸受装置において、
   前記ハウジングが鉛レス黄銅で形成され、
   前記潤滑剤がエステル系潤滑剤であることを特徴とする軸受装置。
3. 前記ハウジングの開口部に配設されたシール部材をさらに備え、該シール部材が鉛レス黄銅で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の軸受装置。
4. 静止部材と回転部材との相対回転を、両部材間に形成された軸受隙間に介在する潤滑剤の動圧作用で非接触支持する軸受装置において、
   前記静止部材及び回転部材のうち少なくとも一方は鉛レス黄銅で形成され、
   前記潤滑剤がエステル系潤滑剤であることを特徴とする軸受装置。
5. 請求項１から４の何れかに記載の軸受装置を備えたモータ。

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