JP2001020946A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動圧軸受装置のスラスト軸受部の隙間を、量
産的に精度を良くする手段を提供する。 【解決手段】 本発明の動圧軸受装置では、従来の軸受
スリーブに設けた段差構造を無くし、軸受スリーブ１０
のスラスト軸受面への研削加工や研磨加工等の仕上げ加
工を可能にし、さらに、スラスト軸受部の隙間を管理す
るために、研削加工や研磨加工等の仕上げ加工が可能な
スラストスペーサ３０を使用することにより量産的にも
隙間精度の管理を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばハードディ
スクドライブやポリゴンミラー等の回転部の軸受に用い
られる動圧軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクドライブやポリゴンミラ
ー等に用いられるスピンドルモーターの分野に於いて、
高速、高容量化の要求から、高速で高精度のスピンドル
モーターが必要とされ、これに伴い動圧軸受構造を採用
したスピンドルモーターが種々提案されている。その中
でも、軸体に１枚のスラスト板を設け、軸体と軸体に対
向する軸受スリーブの一方を固定し、一方を回転自在に
したタイプは比較的構造が簡単で小型化が容易であるた
め、種々の改良型が提案されている。このようなタイプ
では以下に述べるように、軸受スリーブが軸体とラジア
ル方向の軸受部を形成すると共に、スラスト板との対向
面を設けてスラスト方向の軸受部も構成し、更にスラス
ト板の隙間を管理する構造のタイプが多い。

【０００３】特開平９−１８２３６７号公報では、軸受
スリーブが、軸体とラジアル方向の軸受部を形成すると
同時に、スラスト板に対向する面を有してスラスト軸受
部を形成し、更にスラスト軸受部の隙間を管理する段差
を有する構造となっている。また、軸受スリーブを基台
に固定し、軸体を回転自在な構造としている。その他
に、特開平９−２９８８６０号公報では、軸受スリーブ
がラジアル軸受、スラスト軸受部、スラスト軸受部の隙
間を管理する段差を有する構造であり、軸体を固定し軸
受スリーブを回転自在の構造としている。

【０００４】図４は、従来の動圧軸受装置１４０を組み
込んだモーター１５０を示す断面図であり、図５はその
部分拡大図である。モーターハウジング１２０に軸受ス
リーブ１０３が固定され、軸受スリーブ１０３の下端は
スラスト受板１０５が固定され、軸体１０１の保持体を
構成している。軸体１０１の下端にスラスト板１０２が
固定されており、軸受スリーブ１０３及びスラスト受板
１０５に対して回転自在に支持される。ここでは、軸体
１０１の外周面１０７と軸受スリーブ１０３の内周面１
０６がラジアル軸受部を構成し、軸体１０１の外周面１
０７と軸受スリーブ１０３の内周面１０６の少なくとも
一方に動圧発生溝が形成されている。

【０００５】更に、スラスト板１０２の上面１０８に対
向する軸受スリーブ１０３の面１１０及びスラスト板１
０２の下面１０９に対向するスラスト受板１０５の軸受
面１１４とがスラスト軸受部を構成し、スラスト板１０
２の上面１０８と下面１０９には動圧発生溝が形成され
ている。また、固定部と回転部の隙間には潤滑流体が隙
間の開放口１１５付近まで充填されている。以上の構造
の動圧軸受装置を回転させる為に、軸体１０１にはハブ
１２５を設け、ハブ１２５にはローターマグネット１２
６を設け、モーターハウジング１２０にはステーター１
２１を設けている。前記構成において、軸体１０１とス
ラスト板１０２及びハブ１２５の固定、モーターハウジ
ング１２０と軸受スリーブ１０３、スラスト受板１０
５、ステータ１２１との固定は、隙間嵌め、接着、スポ
ット溶接等から適宜選択または組み合わせて行われてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４及び図５に示す従
来の動圧軸受装置に於いて、動圧を発生する為には、ラ
ジアル軸受部及びスラスト軸受部の隙間は一般に５μｍ
付近に管理する必要がある。さらに、量産的に製品のバ
ラツキを管理するためには各製品の軸受部の隙間が１μ
ｍ〜２μｍ程度のバラツキ精度で管理される必要があ
る。ラジアル軸受部の隙間は、軸体１０１の外径と軸受
スリーブ１０３の内周面１０６の内径との差だけでな
く、実際には、軸体１０１の外周面１０７の表面粗さ、
真円度及び円筒度と、軸受スリーブ１０３の内周面１０
６の表面粗さ、真円度及び円筒度等の精度を含めて管理
される。軸体１０１の外周面１０７及び軸受スリーブ１
０３の内周面１０６は旋盤等の切削加工の他、研削加工
や研磨加工による仕上げ加工をすることも可能である
為、量産的にも精度を管理し易い部分である。

【０００７】もう一方のスラスト軸受部の隙間について
も、軸受スリーブ１０３の段差１１２とスラスト板１０
５の厚み１１３の差だけでなく、実際には、スラスト板
１０２の上面１０８及び下面１０９の平面度と、スラス
ト受板１０５の軸受面１１４の平面度、及び軸受スリー
ブ１０３の面１１０、面１１１の平面度等の精度を含め
て管理される。その中で、スラスト板１０２の厚み１１
３、その上面１０８、その下面１０９、及びスラスト受
板１０５の軸受面１１４は切削加工の他、必要に応じて
研削加工や研磨加工での面仕上げ加工により、部品の精
度を得ることは可能である。

【０００８】しかしながら、軸受スリーブ１０３の面１
１０は面仕上げ加工が難しい構造となっている為、旋盤
等の切削加工の精度に依存し、研削加工面や研磨加工面
の平面度には到底及ばない。よって、段差１１２の加工
精度も旋盤等の切削加工の精度に依存し、その量産的な
部品加工精度は５μｍ程度が限界である。このような精
度の軸受スリーブを用いて動圧軸受装置を組み立てた場
合、スラスト軸受部の隙間の製品ばらつきは、段差１１
２の精度に面１１０の平面度も影響して、５μｍ以上に
なってしまった。よって、量産的にスラスト軸受部の隙
間を、製品ばらつきで１μｍ〜２μｍに管理ことは非常
に困難である。

【０００９】本発明は前記課題を解決するためのもので
あり、その目的とするところは、量産的にスラスト軸受
部の隙間の精度が得られる構造の動圧軸受装置を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の動圧軸受装置で
は上記目的を達成するために、従来の軸受スリーブに設
けた段差構造を無くし、スラストスペーサを使用するこ
とにより軸受スリーブのスラスト軸受面の研削加工や研
磨加工等の仕上げ加工を可能にし、量産的にもスラスト
軸受部の隙間精度の管理を可能にする。その構成とし
て、下記記載の構成を採用する。

【００１１】本発明の請求項１記載の動圧軸受装置で
は、ハウジングの内周に円筒状の内周部を有する軸受ス
リーブを固定し、または、ハウジングに円筒状の外周部
を有する軸体を固定し、該軸体の外周には円筒状内周部
を有する軸受スリーブを回転自在に嵌合し、該軸受スリ
ーブの内周には円筒状外周部を有する軸体を回転自在に
嵌合し、該軸体の一部には軸体の外周部の径よりも大な
る外径のスラスト板を設けてなる動圧軸受装置に於い
て、前記スラスト板を前記軸受スリーブとスラスト受板
でスラストスペーサを介して対向に嵌合したことを特徴
とする。

【００１２】本発明の請求項２記載の動圧軸受装置で
は、請求項１に記載の動圧軸受装置において、前記スラ
ストスペーサにセラミックスを用いたことを特徴とす
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１、図
２及び図３を用いて説明する。図１は本発明の第１の実
施の形態の動圧軸受装置７及び、それを組み込んだモー
ター８の断面図であり、図２はその部分拡大図である。
モーターハウジング４５内周４６に、円筒状の内周面１
１を有する軸受スリーブ１０が固定されている。軸受ス
リーブ１０の内周面１１には円筒状外周面２を有する軸
体１が回転自在に嵌合されており、隙間３を形成してい
る。軸受スリーブ１０の内周面１１もしくは軸体１の外
周面２の少なくとも一方に動圧発生溝パターンを設ける
ことにより軸受スリーブ１０の内周面１１と軸体の１の
外周面２の間でラジアル軸受を形成している。

【００１４】また、軸体１の下部４には軸体１の外周面
２の径よりも大なる外径のスラスト板２０を設けてい
る。スラスト板２０を軸体１にスラストスペーサ３０を
介して軸受スリーブ１０とスラスト受板２５に対向する
ように嵌合し、スラスト板２０を回転自在にする為のス
ラスト軸受部の隙間を形成している。また、スラスト板
２０の上面２１と軸受スリーブ１０の下面１２の少なく
とも一方と、スラスト板２０の下面２２とスラスト受板
２５の上面２６の少なくとも一方に動圧発生溝パターン
を設けることにより、スラスト板２０と軸受スリーブ１
０、スラスト受板２５との間にスラスト軸受部を形成し
ている。

【００１５】さらに、ラジアル軸受部及びスラスト軸受
部には潤滑流体が封入されている。軸受スリーブ１０の
上面１３には、潤滑流体の飛散を防止するためのカバー
３５を設け、そのカバー３５の軸体１の近傍の部分３６
には、ラビリンスシール構造や磁性流体シール構造を形
成することも可能である。また、モーターの回転機構に
ついては、先に図４を用いて説明した従来技術の一般的
な構成であるので、ここでは説明を省略する。

【００１６】次に、軸受部の隙間管理について説明す
る。ラジアル軸受部の隙間管理は従来と同様であるので
省略し、ここでは、本発明の特徴であるスラスト軸受部
の隙間管理について説明する。スラスト軸受部の隙間
は、スラスト板２０の厚み２３とスラストスペーサ３０
の厚み３３との差だけでなく、実際には、スラスト板２
０の上面２１と下面２２との平行度及びそれぞれの平面
度、スラスト受板２５の上面２６の平面度、及び軸受ス
リーブ１０の下面１２の平面度、スラストスペーサ３０
の上面３１と下面３２との平行度及びそれぞれの平面度
等の精度を含めて管理される。

【００１７】従来と同様に、スラスト板２０の厚み２
３、その上面２１、その下面２２、及びスラスト受板２
５の上面２６は切削加工の他、必要に応じて研削加工や
研磨加工での面仕上げ加工により、部品の精度を得るこ
とが可能であるが、さらに、本発明では、従来の軸受ス
リーブに設けた段差構造を無くし、隙間管理の為にスラ
ストスペーサ３０を設けたことにより、軸受スリーブ１
０の下面１２、スラストスペーサ３０の上面３１と下面
３２に対しても研削加工や研磨加工での面仕上げ加工が
可能である。よって、スラスト軸受部の隙間の管理に関
わるすべての部材表面に面仕上げ加工が可能な構造とな
っている。

【００１８】動圧軸受装置７を構成する各部品には、金
属及び合金、セラミックス、ガラス、プラスチック等か
ら適宜選択して用いることが可能であるが、研削加工や
研磨加工によって寸法精度を得る部分には、加工時の弾
性変形が少なく、且つ加工中に発生する熱に対して寸法
変化の小さい材質が好ましく、その材料としてはセラミ
ックスやガラス等の脆性材料が挙げられる。その中で
も、強度が高いセラミックスを用いることはさらに好ま
しい。セラミックスの材質としては、アルミナ、ジルコ
ニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等を用いることが可能で
ある。しかしながら、全ての部材にセラミックスを用い
ることはコストアップにつながる為、その中でも軸受ス
リーブ１０及びスラストスペーサ３０にセラミックスを
用いて面仕上げ加工を施せば、従来の軸受スリーブ１０
３と比較して格段に寸法精度が向上する。

【００１９】さらに、その中でも特に、スラストスペー
サ３０にセラミックスを用いることは最も効果が大き
く、その厚み３３の加工精度は、従来の軸受スリーブ１
０３の段差１１２の切削加工精度と比較される部分であ
ることから明らかである。具体的には、段差１１２の切
削加工精度は量産的に５μｍが限界であるが、セラミッ
クス製のスラストスペーサ３０の上面３１及び下面３２
に研磨加工を行った場合は、その厚み３３の寸法精度は
量産的にも１μｍ以下に管理可能である。

【００２０】本発明の動圧軸受装置７を組み立て、スラ
スト軸受部の隙間の製品ばらつきを測定した。尚、スラ
スト軸受部の隙間とは、単にスラストスペーサ３０の厚
み３３とスラスト板２０の厚み２３の差ではなく、前述
の様に、スラスト軸受部の隙間を構成する部材の表面の
影響を受けるので、スラスト板が実際に上下に可動な範
囲をスラスト軸受部の隙間とした。その測定は、軸体１
に嵌合したスラスト板２０をスラスト受板２５の上面２
６に押しつけた場合と、軸受スリーブ１０の下面１２に
押しつけた場合との、軸体１の面６の高さの差を測定し
て求めた。スラスト軸受部の隙間の設計値は１０．０μ
ｍとした。

【００２１】はじめに、軸受スリーブ１０，スラスト受
板２５、スラスト板２０、スラストスペーサ３０にはス
テンレスを用いて、軸受スリーブ１０の下面１２、スラ
スト受板２５の上面２６、スラスト板２０の上面２１と
下面２２、スラストスペーサ３０の上面３１と下面３２
に研磨加工を行い、スラストスペーサ３０の厚み３３を
最大最小範囲で１μｍ以下で使用して、本発明の動圧軸
受装置７を２０台組み立てた。スラスト軸受部の隙間を
測定したところ平均値１０．５μｍ、標準偏差０．８μ
ｍであった。次に、スラストスペーサ３０にセラミック
スを用いて、その厚み３３の最大最小範囲を０．５μｍ
以下に管理して、本発明の動圧軸受装置７を２０台組み
立てた。スラスト軸受部の隙間を測定したところ平均値
１０．１μｍ、標準偏差０．３μｍであった。

【００２２】以上、本発明の第１の実施の形態より、軸
受スリーブ２０とスラストスペーサ３０とを組み合わせ
て用いる方が、従来構造の軸受スリーブ１０３よりも、
各部品の構造が単純化される為、軸受スリーブ１０の下
面１２、スラストスペーサ３０の上面３１、下面３２へ
の研削加工や研摩加工といった面仕上げの加工が可能に
なり、スラスト軸受部の隙間の各製品のばらつきを格段
に小さくすることが可能となった。また、スラストスペ
ーサにセラミックスを用いて、スラストスペーサの厚み
精度を高めると、組立後のスラスト軸受部の隙間ばらつ
きも、より小さくすることが可能である。

【００２３】図３は本発明の第２の実施の形態の動圧軸
受装置５７及び、それを組み込んだモーター５８の断面
図である。第１の実施の形態は軸が回転するタイプであ
り、第２の実施の形態は軸受スリーブが回転するタイプ
である。軸受スリーブの従来の段差構造を無くして、ス
ラストスペーサを用いた特徴は第１の実施の形態と同様
であり、スラスト軸受部の隙間のばらつき範囲は第１の
実施の形態と同様の精度が得られる為、以下は動圧軸受
装置５７の構造のみを説明する。モーターハウジング９
５に、軸体５０が固定されている。軸体５０の外周には
隙間５２を形成して、軸受スリーブ６０が回転自在に嵌
合されており、軸受スリーブ６０の外周にはハブ９０が
固定されている。

【００２４】さらに、軸体５０にはその径よりも大なる
外径のスラスト板７０を設けている。スラスト板７０を
軸体５０にスラストスペーサ８０を介して軸受スリーブ
６０とスラスト受板７５に対向するように嵌合し、スラ
スト板７０を回転自在にする為のスラスト軸受部の隙間
を形成している。軸受スリーブ６０の内周面６１もしく
は軸体５０の外周面５１の少なくとも一方に動圧発生溝
パターンを設けることにより軸受スリーブ６０の内周面
６１と軸体の５０の外周面５１の間でラジアル軸受部を
形成している。

【００２５】また、スラスト板７０の下面７１と軸受ス
リーブ６０の上面６２の少なくとも一方と、スラスト板
７０の上面７２とスラスト受板７５の下面７６の少なく
とも一方に動圧発生溝パターンを設けることにより、ス
ラスト板７０と軸受スリーブ６０、スラスト受板７５と
の間にスラスト軸受部を形成している。また、ラジアル
軸受部及びスラスト軸受部には潤滑流体が封入されてい
る。軸受スリーブ６０の下面６３には、潤滑流体の飛散
を防止するためのカバー８５を設けている。モーターの
回転機構については、先に図４の用いて説明した従来技
術と同様にの一般的な構成を応用することが可能であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上の実施の形態から明らかなように、
請求項１に記載の本発明の動圧軸受装置の構造によれ
ば、軸受スリーブとスラストスペーサの２部品を組み合
わせて用いる方が、従来構造のように段加工を必要とす
る軸受スリーブ１部品よりも、部品の構造が単純化さ
れ、研削加工や研磨加工といった面仕上げの加工が可能
になる為に部品の加工精度が向上し、スラスト軸受部の
隙間の製品のばらつきを小さく抑えることが可能となっ
た。

【００２７】また、請求項２の本発明の動圧軸受装置に
よれば、加工時の弾性変形が少なく、加工中に発生する
熱に対して寸法変化の小さいセラミックスをスラストス
ペーサに用いることにより、スラストスペーサの加工精
度を更に向上させることが可能であると共に、スラスト
軸受部の隙間の製品ばらつきをさらに小さく抑えること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧軸受装置を組み込んだモーターを
示す模式断面図。

【図２】本発明の動圧軸受装置を組み込んだモーターを
示す模式断面図の部分拡大図。

【図３】本発明の動圧軸受装置を組み込んだモーターを
示す模式断面図。

【図４】従来の動圧軸受装置を組み込んだモーターを示
す模式断面図。

【図５】従来の動圧軸受装置を組み込んだモーターを示
す模式断面図の部分拡大図。

【符号の説明】

１、５０ 軸体 ２、５１ 外周面 ３、５２ 隙間 ４ 下部 ６ 面 ７、５７ 動圧軸受装置 ８、５８ モーター １０、６０ 軸受スリーブ １１、６１ 内周面 １２、２２、３２、６３、７１、７６ 下面 １３、２１、２６、３１、６２、７２ 上面 ２０、７０ スラスト板 ２３、３３ 厚み ２５、７５ スラスト受板 ３０、８０ スラストスペーサ ３５、８５ カバー ３６ 部分 ４５、９５ モーターハウジング ４６ 内周 ９０ ハブ

フロントページの続き (72)発明者 柴 和男 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内 (72)発明者 金澤 豊次 東京都田無市本町６丁目１番12号 シチズ ン時計株式会社田無製造所内 Ｆターム(参考） 3J011 BA04 DA01 KA04 QA01 SD01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングの内周に円筒状の内周部を有
   する軸受スリーブを固定し、該軸受スリーブの内周には
   円筒状外周部を有する軸体を回転自在に嵌合し、また
   は、ハウジングに円筒状の外周部を有する軸体を固定
   し、該軸体の外周には円筒状内周部を有する軸受スリー
   ブを回転自在に嵌合し、該軸体の一部には軸体の外周部
   の径よりも大なる外径のスラスト板を設けてなる動圧軸
   受装置に於いて、前記スラスト板を前記軸受スリーブと
   スラスト受板でスラストスペーサを介して対向に嵌合し
   たことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 【請求項２】 前記スラストスペーサにセラミックスを
   用いたことを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。