JP2005337490A

JP2005337490A - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JP2005337490A
Application number: JP2005010730A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hori; 政治堀; Tetsuya Kurimura; 栗村　　哲弥
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】ハウジングと底部材との固定作業に伴うハウジング内への摩耗粉の侵入を防止すると共に、底部材の固定部分の封止を少ない工程で行うことを可能にする。
【解決手段】底部材１０の外周１０ｃの圧入面１０ｃ１がハウジング７の圧入部内周７ｃ１に所定の圧入代をもって圧入され、この圧入部分に、ハウジング７の外部側で外部テーパ状空間Ｑ２が隣接している。外部テーパ状空間Ｑ２の毛細管力によって接着剤Ｍが保持され、その接着剤Ｍによって底部材１０の圧入部分が封止される。
【選択図】図７

Description

本発明は、軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置及びその製造方法に関する。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。

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。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動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、ラジアル軸受部として、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に動圧発生用の溝（動圧溝）を設けた動圧軸受が用いられる。スラスト軸受部としては、例えば、軸部材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、ハウジング底部の端面等）に動圧溝を設けた動圧軸受が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

この種の動圧軸受装置で使用されるハウジングは、通常円筒状の側部と、側部の一端側に設けられた底部とを備えている。底部は、側部と一体に形成される他、側部とは別体の底部材として、側部の一端側内周に固定される場合もある。
特開２００２−０６１６４１号公報

上記のような動圧軸受装置において、底部材をハウジングの一端部内周に固定する手段として、例えば圧入が考えられる。しかしながら、底部材の固定手段として圧入を採用した場合、次のような問題を生じる可能性がある。

すなわち、動圧軸受装置の各構成部品は製造後に洗浄されて、加工時に発生した切削粉等の微細金属粉が除去されているが、底部材を圧入する際に、底部材の外周とハウジングの内周との摺動摩擦によって摩耗粉をはじめ、微細な金属粉や樹脂粉（以下、「摩耗粉」という。）が生成され、ハウジング内部に侵入する可能性がある。ハウジング内に侵入した摩耗粉は潤滑流体に混じって軸受部に入り、軸受の性能や寿命に好ましくない影響を与える。また、底部材を圧入する構造では、圧入部分の封止が不十分になる場合がある。一方、底部材を圧入した後、圧入部分にハウジングの外部側から接着剤を充填して、圧入部分を接着剤で封止する方法も考えられるが、底部材の圧入工程とは別に接着剤の充填工程が必要になり組立工程が複雑化する。

本発明の課題は、ハウジングと底部材との固定作業に伴うハウジング内への摩耗粉の侵入を防止すると共に、底部材の固定部分の封止を少ない工程で行うことを可能にすることである。

上記課題を解決するため、本発明は、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、軸受スリーブに挿入された軸部を有する回転部材と、ハウジングの開口部を封口する底部材と、ラジアル軸受隙間に潤滑流体の動圧作用でラジアル方向の圧力を発生させるラジアル軸受部と、スラスト軸受隙間に潤滑流体の動圧作用でスラスト方向の圧力を発生させるスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置において、底部材はハウジングの開口部に接着剤の介在の下で圧入され固定され、底部材の圧入部分は、該圧入部分とハウジングの外部側で隣接する空間部に保持された接着剤によって封止されている構成を提供する。この構成において、底部材は、ハウジングと別部材であって、スラスト軸受隙間には面しない部材である。

上記構成によれば、底部材をハウジング内周に圧入する際に摩耗粉が生成されたとしても、その摩耗粉が接着剤によって捕捉され、接着剤の固化によって接着剤中に封じ込められる。そのため、底部材の圧入に伴う摩耗粉の侵入が防止される。また、底部材の圧入時に接着剤が潤滑剤の役目をするので、圧入時の摩耗粉の発生が低減され、圧入作業も容易になる。さらに、底部材の圧入部分が、該圧入部分とハウジングの外部側で隣接する空間部に保持された接着剤によって封止されるので、圧入部分の封止が確実に行われ、しかも、圧入後に接着剤を別途充填する作業も不要になる。

本発明は、以下に示す効果を奏する。
（１）底部材を圧入する際に摩耗粉が生成されたとしても、その摩耗粉が接着剤によって捕捉され、接着剤の固化によって接着剤中に封じ込められる。そのため、底部材の圧入に伴う摩耗粉の侵入が防止される。また、底部材の圧入時に接着剤が潤滑剤の役目をするので、圧入時の摩耗粉の発生が低減され、圧入作業も容易になる。

（２）底部材の圧入部分が、該圧入部分とハウジングの外部側で隣接する空間部に保持された接着剤によって封止されるので、圧入部分の封止が確実に行われ、しかも、圧入後に接着剤を別途充填する作業も不要になる。

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、回転部材３を回転自在に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４およびロータマグネット５と、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の内周に装着される。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータマグネット５との間に発生する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、ハウジング７と、ハウジング７の一端側の開口部を封口する底部材１０と、ハウジング７の内周に固定された軸受スリーブ８と、ハウジング７および軸受スリーブ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の底部材１０によって覆われる側を下方向、その軸方向反対の側を上方向として説明を進める。

この動圧軸受装置１においては、軸受スリーブ８の内周面８ａと回転部材３（軸部２の外周面）との間に第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して設けられる。また、回転部材３（ハブ部９の下側端面９ａ１）とハウジング７（側部７ａの上側端面７ａ１）との間に第一スラスト軸受部Ｔ１が設けられ、回転部材３（フランジ部１１の上側端面１１ａ）と軸受スリーブ８の下側端面８ｃとの間に第二スラスト軸受部Ｔ２が設けられる。

回転部材３は、軸受スリーブ８内周に挿入される円筒状の軸部２と、軸部２の上端から外径側に延び、ハウジング７の上方および外周上端を覆うハブ部９と、軸部２の下端に固定された円盤状のフランジ部１１とで構成される。図示例では、軸部２とハブ部９を一体形成した場合を例示しているが、これを別部材とすることもできる。軸部２とフランジ部１１の固定方法は任意であるが、図２では一例としてねじ結合を採用した場合を示している。

ハブ部９はディスクハブとして機能するもので、軸部２の上端から外径側に延びる円盤状の板状部９ａと、板状部９ａの外周から軸方向下方に延びる筒状部９ｂと、筒状部９ｂの外径側に突出形成されたディスク搭載面９ｃおよび鍔部９ｄとを備えている。板状部９ａの外周には、図示されていない磁気ディスクが一または複数枚嵌合される。これらのディスクは、ディスク搭載面９ｃによって下から支持され、かつ図示しない適当な保持手段によって位置決め保持される。

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）に示すようなスパイラル形状の動圧溝８ｃ１が形成される。

ハウジング７は、円筒状の側部７ａで構成されており、この実施形態では樹脂材料で形成されている。側部７ａの上側端面７ａ１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に示すようなスパイラル形状の動圧溝７ａ１１が形成される。この動圧溝７ａ１１は、ハウジング７の側部７ａを成形する金型の表面に動圧溝７ａ１１の成形型を形成することにより、側部７ａの射出成形と同時に成形することができる。

また、側部７ａの外周には、図２に示すように、上方に向かって漸次拡径するテーパ状の外壁７ｂが形成されている。このテーパ状の外壁７ｂは、筒状部９ｂの内周面９ｂ１との間に、上方に向けて隙間幅を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する。

側部７ａの下端部には、底部材１０が圧入される圧入部７ｃが形成される。圧入部７ｃの内周面７ｃ１は軸受スリーブ８が固定される内周面７ｄよりも大径であり、圧入部７ｃの肉厚は側部７ａよりも薄くなっている。圧入部内周７ｃ１には、ハウジング７の外部側に面した段部７ｃ１１（図７参照）が形成され、この実施形態において、段部７ｃ１１は下方に向かって漸次拡径する方向のテーパ面になっている。ハウジング７の外周（側部７ａの外周）には、図１に示すモータブラケット６の内周に固定される固定面７ｅが形成される。

底部材１０は、例えば、ステンレス鋼や黄銅等の金属材料で形成され、ハウジング７の圧入部７ｃの内周に後述する手順にて圧入・接着して固定される。図５に示すように、底部材１０の外周１０ｃは、ハウジング７の圧入部内周７ｃ１に圧入される圧入面１０ｃ１と、圧入面１０ｃ１の上端から内径側傾斜方向に延びて上側端面１０ａに至るテーパ面１０ｃ２と、圧入面１０ｃ１の下端から内径側傾斜方向に延びて下側端面１０ｂに至るテーパ面１０ｃ３とで構成される。圧入面１０ｃ１は軸線と平行である。

この実施形態の動圧軸受装置１は、例えば、次のような工程で組立てることができる。

まず、ハウジング７の内周面７ｄに軸受スリーブ８を、圧入や接着、圧入と接着の併用、あるいは溶着等の適宜手段により固定する。次に軸受スリーブ８の内周に、ハブ部９と軸部２からなる一体成形品の軸部２を挿入する。なお、軸受スリーブ８をハウジング７に固定した状態でその内径寸法を測定しておき、軸部２の外径寸法（予め測定しておく）との寸法マッチングを行うことにより、ラジアル軸受隙間を精度良く設定することができる。

次に、抜け止めとしてのフランジ部１１を軸部２に取り付けた後、底部材１０をハウジング７の圧入部７ｃの内周７ｃ１に接着剤の介在の下で所定位置まで圧入して固定する。具体的には、図６に拡大して示すように、ハウジング７の圧入部内周７ｃ１の下端部に接着剤Ｍを塗布し、その後、底部材１０を圧入部内周７ｃ１に圧入する。底部材１０の圧入時に接着剤Ｍが潤滑剤の役目をするので、圧入時の摩耗粉の発生が低減され、また、圧入作業も容易になる。

図７は、底部材１０の圧入が完了した状態を示している。底部材１０の外周１０ｃの圧入面１０ｃ１がハウジング７の圧入部内周７ｃ１に所定の圧入代をもって圧入され、この圧入部分に、ハウジング７の内部側で内部テーパ状空間Ｑ１が隣接し、ハウジング７の外部側で外部テーパ状空間Ｑ２が隣接している。内部テーパ状空間Ｑ１は、外周１０ｃの上側のテーパ面１０ｃ２と圧入部内周７ｃ１との間に形成され、圧入部分に向かって漸次縮小した形状を有する。また、外部テーパ状空間Ｑ２は、外周１０ｃの下側のテーパ面１０ｃ３と圧入部内周７ｃ１との間に形成され、圧入部分に向かって漸次縮小した形状を有する。内部テーパ状空間Ｑ１および外部テーパ状空間Ｑ２の何れも底部材１０の上側端面１０ａおよび下側端面１０ｂに開口している。

底部材１０の圧入時に、底部材１０の圧入方向前方側に回り込んだ接着剤Ｍは、内部テーパ状空間Ｑ１の毛細管力によって保持される。底部材１０の圧入時に発生した摩耗粉Ｐは、内部テーパ状空間Ｑ１内の接着剤Ｍによって捕捉され、接着剤Ｍの固化によって接着剤Ｍ中に封じ込められる。内部テーパ状空間Ｑ１による接着剤Ｍの保持効果により、接着剤Ｍの軸部２側への流動が阻止されると共に、接着剤Ｍによる摩耗粉Ｐの捕捉および封じ込め効果も高められる。

また、外部テーパ状空間Ｑ２の毛細管力によって接着剤Ｍが保持され、その接着剤Ｍによって底部材１０の圧入部分が封止される。特に、この実施形態のように、ハウジング７の圧入部内周７ｃ１に段部７ｃ１１を設けておくと、底部材１０の圧入後に外部テーパ状空間Ｑ２内に残る接着剤Ｍの量が多くなるので、圧入部分の封止効果が一層高まる。

上記のようにして組立が完了すると、回転部材３の軸部２は軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入され、フランジ部１１は軸受スリーブ８の下側端面８ｃと底部材１０の上側端面１０ａとの間の空間に収容された状態となる。その後、ハウジング７、ハブ部９、および底部材１０で囲まれた内部空間に、軸受スリーブ８の内部気孔を含め、潤滑流体、例えば潤滑油を充満させる。このとき潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。

回転部材３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、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の側部７ａの上側端面７ａ１と、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、この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とフランジ部１１の上側端面１１ａ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が構成される。

この動圧軸受装置によれば、ハウジング７の上側端面７ａ１とハブ部９の下側端面９ａ１との間にスラスト軸受部Ｔ１を形成することで、ハウジング７の上端開口部を密封するシール空間Ｓがハウジング７の外周側に配置されている。従って、シール空間Ｓをハウジング７の上方に設けたものと比べ、動圧軸受装置１の軸方向寸法を小型化することができる。

以上、本発明の一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。

例えば本実施形態では、両方向のスラスト荷重を支持するため、第一および第二のスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を設けているが、特に問題がなければ第二のスラスト軸受部Ｔ２を省略することもできる。この場合、回転部材３のフランジ部１１や軸受スリーブ８の下側端面８ｃに形成した動圧溝８ｃ１が不要となる。

また、本実施形態では、ハウジング７と回転部材３の間の第一のスラスト軸受部Ｔ１をハウジング７の上側端面７ａ１とハブ部９の下側端面９ａ１との間に形成した構成を例示しているが、この他にも、図示は省略するが例えば底部材１０よりもハウジング開口側に底部材１０とは別のスラストプレートを設け、このスラストプレートとフランジ部１１との間にスラスト軸受部Ｔ１を構成する場合にも、同様に本発明を適用することができる。

また、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２の軸受構造は以上の例示には限定されず、種々の軸受構造に変更することができる。例えば円弧軸受やステップ軸受で構成することもできる。

本発明に係る動圧軸受装置を使用した情報機器用スピンドルモータの断面図である。本発明に係る動圧軸受装置の一実施形態を示す断面図である。（ａ）は軸受スリーブの断面図、（ｂ）は軸受スリーブを図３（ａ）のＡ方向から見た平面図である。ハウジングを図２のＢ方向から見た平面図である。底部材の断面図である。ハウジングの下端開口部の周辺を示す部分拡大断面図である。底部材をハウジングの下端内周に圧入した状態を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１動圧軸受装置
２軸部
３回転部材
４ステータ
５ロータマグネット
６モータブラケット
７ハウジング
７ｃ圧入部
７ｃ１内周面
７ｃ１１段部
８軸受スリーブ
８ａ１、８ａ２動圧溝
９ハブ部（スラスト部材）
１０底部材
１０ｃ外周
１０ｃ１圧入面
１０ｃ２テーパ面
１０ｃ３テーパ面
１１フランジ部
Ｒ１、Ｒ２ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２スラスト軸受部
Ｍ接着剤
Ｓシール空間

Claims

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、該軸受スリーブに挿入された軸部を有する回転部材と、前記ハウジングの開口部を封口する底部材と、ラジアル軸受隙間に潤滑流体の動圧作用でラジアル方向の圧力を発生させるラジアル軸受部と、スラスト軸受隙間に潤滑流体の動圧作用でスラスト方向の圧力を発生させるスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置において、
前記底部材は前記ハウジングの開口部に接着剤の介在の下で圧入され固定され、
前記底部材の圧入部分は、該圧入部分と前記ハウジングの外部側で隣接する空間部に保持された前記接着剤によって封止されていることを特徴とする動圧軸受装置。