JP3981564B2 - 動圧軸受装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材を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、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。
【０００２】
【従来の技術】
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、この種の軸受として、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。
【０００３】
例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータに組込まれる動圧軸受装置では、軸部材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と、軸部材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とが設けられ、これら軸受部として、軸受面に動圧発生用の溝（動圧溝）を有する動圧軸受が用いられる。ラジアル軸受部の動圧溝は、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に形成され、スラスト軸受部の動圧溝は、フランジ部を備えた軸部材を用いる場合、そのフランジ部の両端面、又は、これに対向する面（軸受スリーブの端面や、ハウジングに固定されるスラスト部材の端面等）にそれぞれ形成される。通常、軸受スリーブはハウジングの内周の所定位置に固定され、また、ハウジングの底部をスラスト部材で構成する場合は、該スラスト部材を位置決めするためのインロー部（段状の部位）をハウジングに設ける場合が多い（スラスト部材をインロー部に嵌め合わせることで、ハウジングに対するスラスト部材の位置決めを行う。）。さらに、ハウジングの内部空間に注油した潤滑油が外部に漏れるのを防止するために、ハウジングの開口部にシール部材を配設する場合が多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の動圧軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材、スラスト部材、及びシール部材といった部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い軸受性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立精度を高める努力がなされている。特に、スラスト軸受隙間の大きさは、軸部材のフランジ部の軸方向寸法や両端面の面精度、スラスト軸受面となる軸受スリーブおよびスラスト部材の端面の面精度といった部品精度と、軸受スリーブとスラスト部材との間の軸方向スペースといった組立精度の影響を受けることから、所望値に管理するのが難しく、そのために、必要以上に高精度な部品加工や複雑な組立作業を強いられているのが実状である。一方、情報機器の低価格化の傾向に伴い、この種の動圧軸受装置に対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。
【０００７】
本発明の課題は、この種の動圧軸受装置におけるスラスト軸受隙間を簡易かつ精度良く設定することができる方法を提供することである。
【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、側部および底部を有するコップ状のハウジングと、ハウジングの内周に固定された軸受スリーブと、軸部およびフランジ部を有する軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部の外周面との間に設けられ、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、軸受スリーブの一端面とこれに対向するフランジ部の一端面との間に設けられ、スラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用でフランジ部をスラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部と、ハウジングの底部の内底面とこれに対向するフランジ部の他端面との間に設けられ、スラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用でフランジ部をスラスト方向に非接触支持する第２スラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置、の製造方法であって、ハウジングの内底面にフランジ部の他端面を当接させると共に、フランジ部の一端面に軸受スリーブの一端面を当接させ、フランジ部の一端面に軸受スリーブの一端面を当接させた状態で、軸受スリーブを、フランジ部と伴に、第１スラスト軸受部及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の合計量に相当する寸法だけ、ハウジングに対して軸方向に相対移動させて、第１スラスト軸受部及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間を所定寸法に形成する構成を提供する。
【００１０】
上記構成において、ハウジングは金属製又は樹脂製とすることができる。前者の場合、マグネシウム等の金属粉末の射出成形、アルミ合金等のダイキャスト、金属板のプレス加工（板材又はパイプ材の絞り成形）等の型成形によりハウジングを形成することができる。また、後者の場合、樹脂の射出成形等の型成形によりハウジングを形成することができる。
【００１１】
第２スラスト軸受部を構成する動圧溝はハウジングの内底面およびフランジ部の他端面のうち一方に設ければよいが、ハウジングの内底面に設ける場合、該動圧溝を側部および底部と共に型成形により形成することができる。これにより、該動圧溝の別途加工を不要として、加工コストの低減を図ることができる。
【００１２】
ここで、上記の金属粉末の射出成形法は「メタル・インジェクション・モールディング」（ＭＩＭ：Metal Injection Molding）と呼ばれている。このＭＩＭ法は、一般に、金属粉末と樹脂バインダとを混練後、金型に射出して成形し、続いて脱脂してバインダを除いた成形体を焼結して完成品とする成形法であり（焼結後、必要に応じて後処理を行う。）、次のような特長を有している。すなわち、▲１▼複雑な形状の小物部品をニア・ネット・シェイプで形成することができ、▲２▼金型形状を転写し同一形状のものを量産することができ、▲３▼成型時の収縮率、脱脂・焼結時の収縮率などを見極めることにより、寸法精度の高い部品を生産することができ、▲４▼金型形状を転写するので、金型の仕上精度と同一の面精度（面粗度等）を確保することができ、▲５▼ステンレス鋼等の難加工材のニア・ネット・シェイプ化が可能である。
【００１３】
ハウジングを上記のＭＩＭ法で形成することにより、生産性が高まると共に、スラスト軸受面となる内底面の面粗度等を精度良く仕上げることができるので、加工コストの低減になる。また、成形金型の所要部位に動圧溝の形状を加工しておくことにより、内底面に動圧溝を成形と同時に形成（転写）することができるので、その後の動圧溝加工を不要として、加工コスト低減を図ることもできる。
【００１５】
例えば、スラスト部材を具備し、その位置設定をハウジングに設けたインロー部（段状の部位）で行う（スラスト部材をインロー部に嵌め合わせることで、ハウジングに対するスラスト部材の位置決めを行う。）構成では、ハウジングに対する軸受スリーブの位置決めを専用の治具で行う必要があるので、各部品を最終的に組立み合わせたとき、スラスト軸受隙間が、スラスト面（フランジ部の両端面、軸受スリーブおよびスラスト部材の端面）の面精度の影響を受ける。これに対して、本発明の構成では、ハウジングの内底面にフランジ部の他端面を当接させると共に、フランジ部の一端面に軸受スリーブの一端面を当接させた状態、すなわち第１スラスト軸受部及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間がゼロの状態から、フランジ部の一端面に軸受スリーブの一端面を当接させた状態で、軸受スリーブをフランジ部と伴に相対移動させて、軸受スリーブのハウジングに対する位置を設定するので、スラスト軸受隙間がスラスト面の面精度の影響を受けない。そのため、スラスト軸受隙間を精度良く形成することができ、これにより軸受性能の一層の向上を図ることができる。しかも、スラスト軸受隙間を精度良く形成するために、必要以上に高精度な部品加工や複雑な組立作業を行う必要がないので、動圧軸受装置の製造コスト低減にもなる。
【００１６】
上記構成において、軸受スリーブをハウジングに固定する手段として、エポキシ系接着剤等による接着、圧入、レーザビーム溶接（ハウジングの外径側から軸受スリーブの固定部位にレーザビームを照射する。あるいは、軸受スリーブの固定部位に直接レーザビームを照射する。）、高周波パルス接合、加締め等を採用することができる。
【００１７】
上記構成において、軸受スリーブの他端面の側に、ハウジングの内部空間をシールするシール手段を設けることができる。このシール手段は、シール部材をハウジングに固定することによって形成することができる。この場合、シール部材の固定手段として、エポキシ系接着剤等による接着、圧入、レーザビーム溶接（ハウジングの外径側からシール部材の固定部位にレーザビームを照射する。あるいは、シール部材の固定部位に直接レーザビームを照射する。）、高周波パルス接合、加締め等を採用することができる。
【００１８】
上記構成において、軸受スリーブは焼結金属で形成することができる。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は、この実施形態に係る動圧軸受装置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軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３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。
【００２４】
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７と、軸受スリーブ８と、軸部材２と、シール部材１０とを構成部品して構成される。
【００２５】
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Ｓ１が設けられ、ハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１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Ｓ２が設けられる。尚、説明の便宜上、ハウジング７の開口部７ａの側を上側、底部７ｃの側を下側として説明を進める。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、ハウジング７は、例えば、マグネシウム等の金属粉末からＭＩＭ法でコップ状に形成され、円筒状の側部７ｂと、底部７ｃとを一体に備えている。側部７ｂの上端は開口部７ａになっている。また、第２スラスト軸受部Ｓ２のスラスト軸受面となる、底部７ｃの内底面７ｃ１には、例えば図４（ｂ）に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝７ｃ２が形成される。この動圧溝７ｃ２は、側部７ｂおよび底部７ｃと共にＭＩＭ法の金型で成形（成形金型で転写）されたものである。尚、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。
【００２７】
軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。
【００２８】
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燒結金属の多孔質体で円筒状に形成され、接着、圧入、レーザビーム溶接、高周波パルス接合等の適宜の手段により、ハウジング７の内周の所定位置に固定される。軸受スリーブ８の上側端面８ｂはシール部材１０に当接している。
【００２９】
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、該２つの領域には、例えば図３（ａ）に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成される。尚、動圧溝の形状として、スパイラル形状や軸方向溝形状等を採用しても良い。
【００３０】
また、第１スラスト軸受部Ｓ１のスラスト軸受面となる、軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、例えば図３（ｂ）に示すようなスパイラル形状の動圧溝８ｃ１が形成される。尚、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。
【００３１】
軸部材２の軸部２ａは軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入され、フランジ部２ｂは軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１との間の空間部に収容される。
【００３２】
シール部材１０は、接着、圧入、レーザビーム溶接、高周波パルス接合等の適宜の手段によりハウジング７の開口部７ａに固定され、その内周面１０ａは、軸部２ａの外周面２ａ１と所定のシール空間を介して対向する。そして、シール部材１０で密封されたハウジング７の内部空間に潤滑油が給油される。
【００３３】
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、ハウジング７の内底面７ｃ１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、上記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、上記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Ｓ１と第２スラスト軸受部Ｓ２とが構成される。
【００３４】
この実施形態の動圧軸受装置１は、例えば、図５〜図８に示すような態様で組立てる。
【００３５】
まず、図５に示すように、軸部材２に軸受スリーブ８を装着し、ハウジング７の内周に挿入する。尚、軸受スリーブ８はハウジング７の内周に圧入しても良い。
【００３６】
つぎに、図６に示すように、軸受スリーブ８を軸部材２と伴に下方に推し進めて、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２をハウジング７の内底面７ｃ１に当接させ、同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｃをフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に当接させる。この状態が、スラスト軸受隙間ゼロ（第１スラスト軸受部Ｓ１および第２スラスト軸受部Ｓ２のスラスト軸受隙間がゼロ）の状態である。尚、軸部材２を先にハウジング７の内周に挿入し、その後、軸受スリーブ８を軸部材２に装着すると共にハウジング７の内周に挿入（又は圧入）して、図６に示す状態を達成しても良い。
【００３７】
つぎに、図７に示すように、ハウジング７の開口部７ａにシール部材１０を挿入（又は圧入）して、軸受スリーブ８の上側端面８ｂに当接させる。
【００３８】
つぎに、図８に示すように、軸部材２を軸受スリーブ８およびシール部材１０と伴に、第１スラスト軸受部Ｓ１のスラスト軸受隙間（大きさをδ１とする。）と第２スラスト軸受部Ｓ２のスラスト軸受隙間（大きさをδ２とする。）の合計量に相当する寸法δ（δ＝δ１＋δ２）だけ、ハウジング７に対して軸方向（同図では上方）に相対移動させる。そして、軸受スリーブ８およびシール部材１０をその位置でハウジング７に固定すると、所定のスラスト軸受隙間δ（δ＝δ１＋δ２）が形成される。尚、シール部材１０は、所定のスラスト軸受隙間δ（δ＝δ１＋δ２）を形成した後、ハウジング７の開口部７ａに挿入（又は圧入）しても良い。
【００３９】
上記の方法によれば、動圧軸受装置１の各構成部品を実際に組み合わせてスラスト軸受隙間ゼロの状態を一旦実現し、その状態から、ハウジング７と軸受スリーブ８とを軸方向に所定量相対移動させてスラスト軸受隙間を形成するので、上記の軸方向相対移動量δ（δ＝δ１＋δ２）を管理するだけで、スラスト面（８ｃ、７ｃ１、２ｂ１、２ｂ２）の面精度、フランジ部２ｂの軸方向寸法精度等の影響を受けることなく、スラスト軸受隙間を精度良く形成することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、部品精度の影響を受けることなく、スラスト軸受隙間を精度良くかつ簡易に設定することができる。これにより、部品の加工コストや組立コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る動圧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軸受装置を示す断面図である。
【図３】軸受スリーブの断面図｛図３（ａ）｝、下側端面を示す図｛図３（ｂ）｝である。
【図４】ハウジングの断面図｛図４（ａ）｝、内底面の平面図｛図４（ｂ）｝である。
【図５】図２に示す動圧軸受装置の組立工程を示す断面図である。
【図６】図２に示す動圧軸受装置の組立工程を示す断面図である。
【図７】図２に示す動圧軸受装置の組立工程を示す断面図である。
【図８】図２に示す動圧軸受装置の組立工程を示す断面図である。
【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
２ｂ１ 上側端面
２ｂ２ 下側端面
７ ハウジング
７ｂ 側部
７ｃ 底部
７ｃ１ 内底面
８ 軸受スリーブ
８ａ 内周面
８ｂ 上側端面
８ｃ 下側端面
１０ シール部材
Ｒ１ 第１ラジアル軸受部
Ｒ２ 第２ラジアル軸受部
Ｓ１ 第１スラスト軸受部
Ｓ２ 第２スラスト軸受部

Claims (1)

1. 側部および底部を有するコップ状のハウジングと、該ハウジングの内周に固定された軸受スリーブと、軸部およびフランジ部を有する軸部材と、前記軸受スリーブの内周面と前記軸部の外周面との間に設けられ、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で前記軸部をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、前記軸受スリーブの一端面とこれに対向する前記フランジ部の一端面との間に設けられ、スラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で前記フランジ部をスラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部と、前記ハウジングの底部の内底面とこれに対向する前記フランジ部の他端面との間に設けられ、スラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で前記フランジ部をスラスト方向に非接触支持する第２スラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置、の製造方法であって、
   前記ハウジングの内底面に前記フランジ部の他端面を当接させると共に、前記フランジ部の一端面に前記軸受スリーブの一端面を当接させ、
   前記フランジ部の一端面に前記軸受スリーブの一端面を当接させた状態で、前記軸受スリーブを、前記フランジ部と伴に、前記第１スラスト軸受部及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の合計量に相当する寸法だけ、前記ハウジングに対して軸方向に相対移動させて、前記第１スラスト軸受部及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間を所定寸法に形成することを特徴とする動圧軸受装置の製造方法。

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