JP4515151B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用によって回転部材を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置（流体動圧軸受装置）に関するものである。この軸受装置は、情報機器、例えば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のスピンドル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、低騒音化等が求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の１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。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータには、軸部を備えた回転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、回転部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置が用いられる。この種の動圧軸受装置において、ラジアル軸受部を構成する軸受スリーブの内周面または軸部の外周面に動圧発生手段としての動圧溝が設けられる。また、スラスト軸受部を構成する軸部のフランジ部の両端面、あるいは、これに対向する面（例えば軸受スリーブの端面や、ハウジング底部の端面あるいはハウジングに固定されるスラストプレートの端面等）に動圧溝が設けられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２９１６４８号公報

上記構成の動圧軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、回転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回転性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立て精度を高める努力がなされている。その一方で、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。

ところで最近では、ハウジングの軽量化および製造コストの低減を目的として、ハウジングを樹脂材料で成形することが検討されている。その場合には、樹脂製のハウジングと、このハウジングを保持するモータブラケット等の金属製部材とを確実に固定する必要が生じる。特に、携帯型の情報機器に用いられる動圧軸受装置には、高い耐衝撃特性が要求されるので、さらなる固定力の向上が望まれる。

高い固定力を得るための方法として、例えば接着を挙げることができる。その場合には金属材料と樹脂材料との間の接着力を高める手段として、例えばアルカリエッチングやプラズマエッチング、あるいはＵＶ処理等の表面処理を樹脂成形面に施す方法が知られている。ところが、この方法では、ハウジングを樹脂材料で型成形した後、さらに接着固定面に表面処理を別途行う必要が生じるため加工工程が増加し、製造コストの増加につながる。

そこで、本発明は、この種の動圧軸受装置におけるハウジングの製造コストを低減するとともに、ハウジングと他の金属製部材との間の固定強度を高めることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る動圧軸受装置は、ハウジングと、ハウジングの内部に固定された軸受スリーブと、軸受スリーブ及びハウジングに対して相対回転する回転部材と、回転部材と軸受スリーブとの間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転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、回転部材とハウジングとの間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とを備えたものにおいて、ハウジングは、円筒状の側部と、側部の一端側に位置する開口部と、側部の他端側に位置する底部とを備えるもので、スラスト軸受部を構成し、かつ動圧溝が形成されたスラスト軸受面と、他の金属製部材が接着で固定される接着固定面、および回転部材との間に潤滑油のシール空間を形成するテーパ状の外壁を有し、スラスト軸受面は、側部の開口部側の端面に形成され、接着固定面は、側部の底部側の外周面に形成され、テーパ状の外壁は、側部の開口部側の外周面に形成され、側部の、スラスト軸受面を含む部分を樹脂材料で形成し、接着固定面を含む部分を金属材料で形成したことを特徴とする。ここで「他の金属製部材」は、動圧軸受装置の構成部品に限るものではなく、ハウジングに固定するものを全て含む。例えば、軸受スリーブを金属材料で形成し、ハウジングの内周面に固定する場合には、該軸受スリーブがここでいう他の金属製部材に該当し、また、動圧軸受装置のハウジングの外周面が固定される金属製のモータブラケットがここでいう他の金属製部材に該当する。

一般に、金属材料同士を固定すれば、両者間で高い固定力を得やすい。本発明では、このことを利用して、他の金属製部材が固定される固定面を含む部分を金属材料で形成したので、ハウジングと他の金属製部材とを確実に固定することができる。特に、他の金属製部材との固定を接着により行う場合には、固定面におけるハウジングと他の金属製部材との間の接着強度を高めることができる。また、ハウジングの固定面を含む部分を樹脂材料で型成形した後、成形した固定面に別途表面処理を施す工程を省略でき、製造コストの低減化が図られる。

また、本発明では、ハウジングのスラスト軸受面を含む部分を樹脂材料で形成したので、動圧溝を、スラスト軸受面を含む部分と同時に樹脂材料で型成形することができ、スラスト軸受面を含む部分を金属材料で形成した場合と比べて、動圧溝を別途加工する手間を省くことができる。これにより、動圧溝の加工工程が簡略化され、より一層の低コスト化が図られる。

本発明の動圧軸受装置は、ハウジングが、上記のような金属部分と樹脂部分とのハイブリッド構造を有するので、ハウジングの軽量化および製造コストの低減を図りつつ、他の金属製部材との接着力を充分に確保することが可能となる。

上記構成のハウジングの側部は、金属材料で形成された接着固定面を含む部分をインサート部品として樹脂材料で射出成形することにより、容易に製造することができる。

ハウジングは、例えば、円筒状の側部と、側部の一端側に位置する開口部と、側部の他端側に位置する底部とを備え、開口部の側にスラスト軸受面を有する構造とすることができる。

あるいは、ハウジングは、円筒状の側部と、側部の一端側に位置する開口部と、側部の他端側に位置する底部とを備え、底部の側にスラスト軸受面を有する構造とすることもできる。

以上のように、本発明によれば、この種の動圧軸受装置におけるハウジングの軽量化と製造コストの低減を図りつつ、ハウジングと他の金属製部材との間の固定強度を高めて、例えば携帯型情報機器の使用にも耐え得る高い耐衝撃特性を付与することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。この情報機器用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２を備えた回転部材３を回転自在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４およびロータマグネット５と、金属製のモータブラケット６とを備えている。ステータコイル４はモータブラケット６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５は回転部材３の外周に取り付けられている。動圧軸受装置１のハウジング７は、モータブラケット６の内周に例えば接着等の手段により固定される。回転部材３には、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体が一又は複数枚保持される。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する電磁力でロータマグネット５が回転し、それによって回転部材３および軸部２が一体となって回転する。

動圧軸受装置１は、例えば図２に示すように、一端側に開口部７ｂ、他端側に底部７ｃを有するハウジング７と、ハウジング７の内部に固定された軸受スリーブ８と、ハウジング７及び軸受スリーブ８に対して相対回転する回転部材３とを備えている。なお、説明の便宜上、ハウジング７の開口部７ｂ側を上方向、ハウジング７の底部７ｃ側を下方向として以下説明する。

回転部材３は、例えばハウジング７の開口部７ｂの側に被冠状に装着されるハブ部９と、軸受スリーブ８の内周に挿入される軸部２とで構成される。

ハブ部９は、ハウジング７の開口部７ｂの側を覆う円盤状の主部９ａと、主部９ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部９ｂと、筒状部９ｂの外周に設けられたディスク搭載面９ｃおよび鍔部９ｄとを備えている。図示されていないディスク状情報記録媒体は、主部９ａの外周に外嵌され、ディスク搭載面９ｃに載置される。そして、図示しない適当な保持手段によってディスク状情報記録媒体がハブ部９に保持される。

軸部２は、この実施形態ではハブ部９と一体に形成され、その下端にフランジ部１０を別体に備えている。フランジ部１０は、例えばねじ結合等の手段により軸部２に固定される。

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る。

軸受スリーブ８の内周面８ａには、図２に示すように、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ている。上記２つの領域には、例えば、図３（ａ）に示すようなへリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成されている。上側の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。また、軸受スリーブ８の外周面８ｂには、１本又は複数本の軸方向溝８ｂ１が軸方向全長に亘って形成されている。この実施形態では、３本の軸方向溝８ｂ１を円周方向等間隔に形成している。

軸受スリーブ８の下側端面８ｃの、スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる領域には、例えば、図３（ｂ）に示すような動圧溝８ｃ１が形成される。

ハウジング７は、側部７ａと、側部７ａの一端側に位置する開口部７ｂと、側部７ａの他端側に位置する底部７ｃとを備えている。側部７ａは、円筒状の金属部７ａ１と、金属部７ａ１の外周上部に設けられた樹脂部７ａ２とで構成される。金属部７ａ１の外周下部は、図１に示すモータブラケット６の内周面６ａに例えば接着等の手段により固定される固定面７ｄ１となる。また、金属部７ａ１の内周面は、この実施形態では、金属製の軸受スリーブ８が例えば接着等の手段により固定される固定面７ｄ２となる。樹脂部７ａ２の上端は、金属部７ａ１の上端と伴にハウジング７の開口部７ｂを構成している。樹脂部７ａ２の上側端面７ｂ１の、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる領域には、例えば図４に示すような動圧溝７ｂ１１が形成される。

金属部７ａ１は、例えば真ちゅう等の軟質金属材料、またはその他の金属材料で形成され、樹脂部７ａ２は、例えばＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＰＳ等の樹脂材料で形成される。これら金属部７ａ１と樹脂部７ａ２は、この実施形態では、金属部７ａ１をインサート部品として樹脂材料の射出成形により一体に形成される。その際、樹脂部７ａ２の動圧溝７ｂ１１は、樹脂部７ａ２を成形する金型の表面に動圧溝７ｂ１１の成形型を形成しておき、樹脂部７ａ２の成形時に前記成形型の形状を樹脂部７ａ２の上側端面７ｂ１に転写することによって、樹脂部７ａ２の成形と同時に成形される。

側部７ａの下部には、側部７ａと別体に形成された底部７ｃが後付けで取り付けられる。底部７ｃは、金属材料または樹脂材料で形成される。前者の場合、底部７ｃは接着等の手段で側部７ａに固定され、後者の場合、底部７ｃは超音波溶着等の手段で側部７ａに固定される。

また、樹脂部７ａ２の外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状の外壁７ｅが形成されている。このテーパ状の外壁７ｅは、筒状部９ｂの内周面９ｂ１との間に、ハウジング７の底部７ｃ側から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２およびハブ部９の回転時、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間の外径側と連通している。

動圧軸受装置１の内部には、軸受スリーブ８の内部気孔（多孔質体組織の気孔）を含め、潤滑油が充填される。潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ内に維持される。

動圧軸受装置１の回転部材３（軸部２）が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる上下２つの領域は、それぞれ軸部２の外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、その圧力によって軸部２が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、回転部材３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。また、ハウジング７の樹脂部７ａ２の上側端面７ｂ１と、軸部２と一体に成形されたハブ部９の下側端面９ａ１との間にはスラスト軸受隙間が形成されており、回転部材３の回転に伴い、上記スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、その圧力によって回転部材３が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、回転部材３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Ｔ１が構成される。同様に、軸受スリーブ８の下側端面８ｃと軸部２のフランジ部１０の上側端面１０ａとの間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間に潤滑油の動圧作用が生じて回転部材３をスラスト方向に非接触支持する第２スラスト軸受部Ｔ２が形成される。

このように、本実施形態では、ハウジング７の、モータブラケット６や軸受スリーブ８等の金属製部材が固定される固定面７ｄ１、７ｄ２を含む部分を金属部７ａ１で構成するとともに、動圧溝７ｂ１１を形成したスラスト軸受面を含む部分を樹脂部７ａ２で構成した。これにより、ハウジング７と金属製の軸受スリーブ８やモータブラケット６との固定強度を高め、例えば携帯型情報機器等に要求される高い耐衝撃特性を動圧軸受装置１に付与することができる。もちろん、両者を接着により固定する場合には、高い接着強度が得られると共に、接着力確保のための固定面７ｄ１、７ｄ２の表面処理や動圧溝７ｂ１１の電解加工などの後加工を省略して、ハウジング７の製造コストを大幅に低減できる。

以上、本発明の第１の実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。

上記第１の実施形態では、ハウジング７の開口部７ｂを構成する樹脂部７ａ２の上側端面７ｂ１に動圧溝７ｂ１１を有するスラスト軸受面を設けるとともに（スラスト軸受部Ｔ１）、軸受スリーブ８の下側端面８ｃに動圧溝８ｃ１を有するスラスト軸受面を設けるようにしていたが（スラスト軸受部Ｔ２）、本発明は、スラスト軸受部Ｔ１のみを設けた動圧軸受装置にも同様に適用することができる。この場合、軸部２は、フランジ部１０を有しないストレートな形状になる。したがって、ハウジング７は、底部７ｃを側部７ａと一体に形成した有底円筒形の形態にすることができる。

また、上記第１の実施形態では、軸受スリーブ８を、接着により、ハウジング７の側部７ａの固定面７ｄ２に固定するようにしていたが、例えば圧入や、超音波溶着など、接着以外の固定手段による固定で、軸受スリーブ８とハウジング７の間に充分な固定力が得られる場合には、特にハウジング７の固定面７ｄ２を含む部分を金属材料で形成する必要はない。

図５は、第２の実施形態に係る動圧軸受装置１１を示している。この実施形態において、軸部（回転部材）１２は、その下端に一体または別体に設けられたフランジ部２０を備えている。また、ハウジング１７は、円筒状の側部１７ａと、側部１７ａの下端部に固定された底部材１７ｃとを備えている。ハウジング１７の側部１７ａの上端部内周にはシール部材１３が固定される。ハウジング１７の底部材１７ｃの内底面１７ｃ１には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成されるとともに、軸受スリーブ１８の下側端面１８ｃにも、同様の形状の動圧溝が形成される。そして、軸受スリーブ１８の下側端面１８ｃと軸部１２のフランジ部２０の上側端面２０ａとの間にスラスト軸受部Ｔ１１が形成され、ハウジング１７の底部材１７ｃの内底面１７ｃ１とフランジ部２０の下側端面２０ｂとの間にスラスト軸受部Ｔ１２が形成される。

この実施形態において、ハウジング１７の側部１７ａは、金属材料で円筒状に形成されており、該側部１７ａの外周および内周にそれぞれ固定面１７ｄ１および固定面１７ｄ２が形成されている。固定面１７ｄ１には、図示は省略するが、金属製のモータブラケットが例えば接着や圧入等の手段で固定され、固定面１７ｄ２には、金属製の軸受スリーブ１８が例えば接着等の手段で固定される。動圧溝を有する底部材１７ｃは、樹脂材料で型成形され、例えば超音波溶着等の手段で側部１７ａの下端部に固定される。また、シール部材１３は、金属材料又は樹脂材料で形成される。前者の場合、シール部材１３は接着等の手段で側部１７ａに固定され、後者の場合、シール部材１３は超音波溶着等の手段で側部１７ａに固定される。なお、これ以外の事項については、前記第１の実施形態に準じるので、以下重複説明を省略する。

本発明の第１の実施形態に係る動圧軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図である。 第１の実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。 （ａ）は軸受スリーブの断面図、（ｂ）は軸受スリーブの底面図（図３（ａ）中のＡ矢視図）である。 ハウジングを図２のＢ方向から見た図である。 本発明の第２の実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。

符号の説明

１、１１ 動圧軸受装置
２、１２ 軸部
３ 回転部材
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ モータブラケット
７、１７ ハウジング
７ａ、１７ａ 側部
７ａ１ 金属部
７ａ２ 樹脂部
７ｂ 開口部
７ｂ１ 上側端面
７ｂ１１ 動圧溝
７ｃ 底部
７ｄ１、７ｄ２、１７ｄ１、１７ｄ２ 固定面
８、１８ 軸受スリーブ
８ａ１ 動圧溝
８ｃ 下側端面
８ｃ１ 動圧溝
９ ハブ部
９ａ 主部
９ｂ 筒状部
９ｃ ディスク搭載面
９ｄ 鍔部
１０、２０ フランジ部
１７ｃ 底部材
１７ｃ１ 内底面
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２ スラスト軸受部

Claims (2)

1. ハウジングと、該ハウジングの内部に固定された軸受スリーブと、該軸受スリーブ及び前記ハウジングに対して相対回転する回転部材と、該回転部材と前記軸受スリーブとの間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で前記回転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、前記回転部材と前記ハウジングとの間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で前記回転部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置において、
   前記ハウジングは、円筒状の側部と、該側部の一端側に位置する開口部と、前記側部の他端側に位置する底部とを備えるもので、前記スラスト軸受部を構成し、かつ動圧溝が形成されたスラスト軸受面と、他の金属製部材が接着で固定される接着固定面、および前記回転部材との間に前記潤滑油のシール空間を形成するテーパ状の外壁を有し、
   前記スラスト軸受面は、前記側部の前記開口部側の端面に形成され、前記接着固定面は、前記側部の前記底部側の外周面に形成され、前記テーパ状の外壁は、前記側部の前記開口部側の外周面に形成され、
   前記側部の、前記スラスト軸受面を含む部分を樹脂材料で形成し、前記接着固定面を含む部分を金属材料で形成したことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 前記側部は、金属材料で形成された前記固定面を含む部分をインサート部品として樹脂材料で射出成形されたものであることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。