JP2020204371A - 動圧型軸受ユニット、およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】動圧力の逃げを防止できるため、動圧力の損失を低減でき、且つ、十分な締結強度を確保することが可能となるので信頼性の高い動圧型軸受ユニット、およびモータを提供する。【解決手段】シール部材は、リング状の第１部とこの第１部の外周縁部から垂下される円筒形状の第２部とからなる。第２部がハウジングの開口部に内嵌される。軸受部材が、軸受部材の外径面とハウジングの内径面との間の径方向隙間に形成された接着剤層を介してハウジングの内周に固定される。軸受部材が、軸受部材の外径面と第２部の内径面との間の径方向隙間に形成された接着剤層を介して軸受部材の外径面をシール部材の内周に固定される。【選択図】図１

Description

本発明は、動圧型軸受ユニット、およびモータに関する。

動圧型軸受ユニットは、高回転精度、高速安定性、耐久性、低騒音性等に優れた特性を有する。従来の動圧型軸受ユニットには、特許文献１に記載されるように、ハウジング内での油とシール部材との接触を防止することにより、油漏れを防止しようとするものがある。すなわち、特許文献１に記載の動圧型軸受ユニットは、図６に示すように、含油焼結金属からなる軸受部材５１と、軸受部材５１が収容され、一端が開口で他端が閉じられたハウジング５２と、ハウジング５２の開口部をシールするシール部材５３とを備える。軸受部材５１は、支持すべき軸（図示省略）との間に軸受隙間を有し、軸との相対回転で軸受隙間に生じた油の動圧により軸を非接触支持する。

軸受部材５１の内周面（内径面）には、ラジアル動圧発生部として、へリングボーン形状の動圧溝６１が形成される。クロスハッチングで示す領域は、動圧溝６１よりも内径側に盛り上がった丘部である。図示例では、ヘリングボーン形状の動圧溝６１が、内周面の軸方向に隣接した２箇所の領域６０，６０に形成される。上下の動圧溝６１は同一形状であり、各動圧溝６１は軸方向で対称な形状を成している。丘部の内径面は、同一円筒面上に連続して設けられる。

また、軸、軸受部材５１、およびハウジング５２の底部で囲まれた密閉空間５５を外気に開放する通気路５６を形成している。この通気路５６には、ハウジング５２の内周と軸受部材５１の外周との間に形成される第一通路５６ａを備える。そして、ハウジング５２の内周と軸受部材５１の外周間のハウジング開口側端部に、通気路５６の第一通路５６ａと連通する油溜まり部５７を設けている。

油溜まり部５７等を設けることによって、「ハウジングの開口側に溜まった油とシール部材との接触を回避し、これにより油漏れを確実に防止できるので、長期間安定した軸受機能が得られる。また、シール部材と軸受部材の端面との間の隙間を小さくできるので、軸方向寸法のコンパクト化が容易であり、しかも組立コストの抑制も可能である。」というものである。

特許第４４８１４７５号公報

図６に示す動圧型軸受ユニットでは、ハウジング５２と軸受部材５１とは接着や圧入の手段で固定される。接着固定する場合、特に、嫌気性接着剤を用いて、油溜まり部５７に接着剤が残ると、油溜まり部５７の隙間が広いので、この油溜まり部５７内の接着剤が硬化せず、未硬化の接着剤が残るおそれがある。このように、油溜まり部５７内に未硬化の接着剤が残れば、油面範囲内に未硬化の接着剤が存在することになって、潤滑油に悪影響を及ぼすおそれがある。

また、軸受部材５１の内径面の動圧溝６１に対向する軸受部材５１の外径面が他部材により保持（当接）されていないため、軸受部材５１の外径部に油溜まり部５７があることで、軸受部材５１の内径面の動圧溝６１により発生した動圧力が、軸受部材５１の内部を通って、軸受部材５１の外径部より外部へ逃げるおそれがある。さらに、軸受部材５１とハウジング５２との締結強度を接着や圧入により確保する場合、油溜まり部５７があると、締結強度アップが困難であった。

なお、このような油溜まり部５７をなくすことで、このような油溜まり部５７を有することによる前記問題点は解決できるが、その場合、軸受部材５１の端面付近に接着剤を塗布することになり、軸受部材５１の内径面に接着剤が飛散するおそれがある。

そこで、本発明は、動圧力の逃げを防止できるため、動圧力の損失を低減でき、且つ、十分な締結強度を確保することが可能となるので信頼性の高い動圧型軸受ユニットやモータを提供することである。

本発明の動圧型軸受ユニットは、含油焼結金属からなり、支持すべき軸との間に軸受隙間を有し、軸との相対回転で軸受隙間に生じた油の動圧により軸を非接触支持する軸受部材と、軸受部材が収容され、一端が開口で他端が閉じられたハウジングと、ハウジングの開口部をシールするシール部材とを備えた動圧型軸受ユニットであって、前記シール部材は、リング状の第１部とこの第１部の外周縁部から垂下される円筒形状の第２部とからなり、第２部がハウジングの開口部に内嵌され、軸受部材が、軸受部材の外径面とハウジングの内径面との間の径方向隙間に形成された接着剤を介してハウジングの内周に固定されるとともに、軸受部材が、軸受部材の外径面と第２部の内径面との間の径方向隙間に形成された接着剤を介して軸受部材の外径面をシール部材の内周に固定されるものである。

本発明によれば、軸受部材の外径面をハウジングの内径面及びシール部材の第２部の内径面により保持することで、ハウジングの内径面と軸受部材の外径面との空間がなくなる。

ハウジングの開口部の内径面と、この内径面に対向する軸受部材の外径面との間に、シール部材の第２部材が嵌入する空間を設けるのが好ましい。このように空間を設けることにより、組立時には、接着剤を塗布する塗布溜り空間を有することになり、接着剤塗布時に接着剤が軸受部材の内径面に飛散することを防止できる。さらに、接着剤塗布後に挿入するシール部材により、前記空間を塞ぐことで、未硬化接着剤が残ることを防止できる。

ハウジングの開口部が上方に開口している状態で注油された潤滑油の油面は、軸受部材のハウジングの開口側の端面である上端面未満とされるのが好ましい。このように構成することによって、潤滑油の油面と軸受上端面に対向するシール端面との間に一定の空間を設けることで、オイル漏れを防止する効果が期待できる。

前記接着剤に、嫌気性接着剤を用いるのが好ましい。嫌気性接着剤とは、空気（酸素）が遮断されるとともに、金属と接触することによって、硬化する接着剤である。ハウジングの開口部の内径面と、この内径面に対向する軸受部材の外径面との間に空間を設けることにより、組立時には、接着剤を塗布する塗布溜り空間に未硬化接着剤が残ることを防止でき、このため、接着剤として、嫌気性接着剤を用いることによって軸受部材を強固にハウジングに固定でき、高品質の動圧型軸受ユニットを提供できる。

本発明のモータは、前記動圧型軸受ユニットを用いたものである。

本発明では、軸受部材の外径面をハウジングの内径面、シール部材の内径面により保持することで、動圧力の逃げを防止できるため、動圧力の損失を低減でき、且つ、十分な締結強度を確保することが可能となるので信頼性の高い動圧型軸受ユニットやモータが得られる。

本発明に係る動圧型軸受ユニットを用いたＬＢＰポリゴンスキャナモータの断面図である。 動圧型軸受ユニットの断面図である。 動圧型軸受ユニットで使用される軸受部材の断面図である。 動圧型軸受ユニットの要部拡大断面図である。 動圧型軸受ユニットの組立方法を示す断面図である。 従来の動圧型軸受ユニットの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、情報機器の一種であるレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）に装備されるポリゴンスキャナモータの断面図である。このモータは、垂直姿勢の軸１を回転自在に支持する軸受部材２を有する軸受ユニット（動圧型軸受ユニット）Ｕと、軸１の上端に取付けられたポリゴンミラーＰと、軸方向のギャップを介して対向させたステータｍSおよびロータｍRを主体とするモータ部Ｍとで構成される。軸受部材２はベース４に取付けたハウジング３の内周に固定される。６はロータハブ、７はポリゴンミラーＰをロータハブ６に押付けるための予圧バネである。ステータｍSに通電すると、ロータハブ６に取付けられたロータｍRとの間の励磁力でロータｍRが回転し、この回転に伴って軸１およびポリゴンミラーＰが回転する。レーザ光源から所定の光学系を経てポリゴンミラーＰに入射したレーザ光は、ポリゴンミラーＰにより反射されて図示しない感光ドラム面を走査する。

軸受ユニットＵを他の情報機器用スピンドルモータ、例えばディスク装置のスピンドルモータに用いる場合は、ディスク（光ディスク、磁気ディスク、あるいは光磁気ディスク等）が軸１に支持される。

図２に示すように、軸受ユニットＵは、軸１と、軸１を支持する軸受部材２と、軸受部材２を内周に固定したハウジング３とを主要構成要素とする。

ハウジング３は一端を開口すると共に、他端を閉じた有底円筒型をなし、一端側の開口部を上にしてベース４（図１参照）に固定されている［以下の説明では、ハウジングの開口側（図面上方）を「開口側」と称し、その軸方向反対側（図面下方）を反開口側と称する］。ハウジング３の他端側には底壁３ａが設けられる。この底壁３ａは図示のようにハウジング３の筒状部分と一体形成する他、別部材で製作してから筒状部分の他端開口部に固定してもよい。なお、図２においては、ベース４に取り付けるための外鍔部を省略している。

ハウジング３内部の反開口側には、軸１をスラスト方向で支持するスラスト軸受部９が設けられる。スラスト軸受部９は、例えば底壁３ａに装着したスラストワッシャ１０に軸１の球面状の軸端を接触させて構成することができるが、その構造は任意である。この場合、底壁３ａの内面１３（ハウジング３の内底面）に凹部１３ａを形成し、この凹部１３ａにスラストワッシャ１０を収容している。

軸受部材２は、焼結金属に潤滑油あるいは潤滑グリースを含浸させて細孔内に油を保有させた含油焼結金属で円筒状に形成される。焼結金属としては、例えば、銅鉄系の焼結金属の多孔質体からなる。軸受部材２の内周には、図３に示すように、軸１の外径面と微小な軸受隙間Ｃ（図２参照）を介して対向する軸受面１４が軸方向に離隔して二箇所に形成される。双方の軸受面１４には、軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝１５（へリングボーン型）が円周方向に配列形成される。動圧溝１５は軸方向に対して傾斜して形成されていれば、この条件を満たす限りへリングボーン型以外の他の形状、例えばスパイラル型でもよい。なお、図３において、クロスハッチングで示す領域は、動圧溝１５よりも内径側に盛り上がった丘部である。

この動圧型軸受ユニットＵでは、軸１の回転に伴う圧力の発生と昇温による油の熱膨張によって軸受部材２の内部の油（潤滑油、または潤滑グリースの基油）が軸受部材２の表面からにじみ出し、動圧溝１５の作用により軸受面１４と軸１の外径面との間の軸受隙間Cに引き込まれる。軸受隙間Cに引き込まれた油は軸受面１４で潤滑油膜を形成して軸１を非接触支持する。軸受面１４に正圧が発生すると、軸受面１４の表面に孔（開孔部：多孔質体組織の細孔が外表面に開口した部分をいう）があるため、油は軸受部材２の内部に還流するが、次々と新たな油が軸受面１４に押し込まれ続けるので油膜力および剛性は高い状態で維持される。この場合、連続して安定した油膜が形成されるので、高回転精度が得られ、軸振れやＮＲＲＯ、ジッタ等が低減される。また、軸１と軸受部材２が非接触で回転するために低騒音であり、しかも低コストである。

ところで、ハウジング３は軸受部材２を保持する部材であり、例えば真ちゅう等で円筒状に形成される。ハウジング３の内径面３ｂには、軸受部材２の外径面２ａが接着によって固定される。接着としては、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面３ｂとを隙間嵌めの状態で接着した、いわゆる隙間接着が採用される。隙間接着は、ハウジング３の内周に軸受部材２をすきまばめ（ＪＩＳ Ｂ ０４０１−１参照）することで互いに対向するハウジング３の内径面３ｂと軸受部材２の外径面２ａとの間に径方向隙間１５（図４参照）を形成し、この径方向隙間１５に介在させた接着剤１７を硬化させることで両者を固定する方法であり、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面２ｂを隙間嵌めで嵌合させた状態で、両面間の隙間に接着剤１７を注入し、毛細管力で隙間の奥に引き込むことにより行われる。この他、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面２ｂのどちらか一方に接着剤を塗布した上で、両者を隙間嵌めで嵌合させてもよい。

隙間接着により、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面３ｂの間に、硬化した接着剤１７からなる接着剤層１８（図４参照）が形成される。接着剤層１８は、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面３ｂの間の隙間の全域にわたって形成する他、当該隙間の一部領域（軸方向の一部領域、あるいは円周方向の一部領域等）に限って形成してもよい。

また、ハウジング３の開口部には、図２と図３に示すように、樹脂あるいは金属製のシール部材２０が装着されている。シール部材２０は、リング状の第１部２０ａとこの第１部の外周縁部から垂下される円筒形状の第２部２０ｂとからなる。この場合、ハウジング３の孔部の開口部側には、大径部２１が形成され、この大径部２１にシール部材２０が内嵌される。

そして、シール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１には、軸受部材２の外径面２ａが接着によって固定される。接着としては、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面３ｂと同様、隙間接着が採用される。軸受部材２の開口側外径面２ａ１とシール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１を隙間嵌めで嵌合させた状態で、両面間の隙間に接着剤１７を注入し、毛細管力で隙間の奥に引き込むことにより行われる。

すなわち、図５に示すように、ハウジング２３の開口部の内径面２１ａ（大径部の内径面）と、この内径面２１ａに対向する軸受部材２の開口側外径面２ａ１との間に空間３０を設け、この空間３０にシール部材２０の第２部材２０ｂを嵌入させている。

この他、軸受部材２の外径面２ａ１とシール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１のどちらか一方に接着剤を塗布した上で、両者を隙間嵌めで嵌合させてもよい。このように隙間接着することにより、軸受部材２の外径面２ａ１とシール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１との間に、硬化した接着剤１７からなる接着剤層１８（図４参照）が形成される。また、シール部材２０の第２部２０ｂの外径面２０ｂ２とハウジング３の大径部２１の内径面２１ａとは、圧入もしくはルーズな嵌合とする。

軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面３ｂとの接着および軸受部材２の外径面２ａ１とシール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１との接着に用いる接着剤１７としては、空気との遮断により硬化する嫌気性の接着剤、エポキシ系等のような加熱硬化型の接着剤、紫外線の照射で硬化する紫外線硬化型の接着剤等が知られている。本実施形態では、公知の接着剤を任意に使用することができる。

また、シール部材２０が、大径部２１に嵌着された際には、第１部２０ａの表面（上面２０ａ１）がハウジング３の開口端面３ｃと同一平面上に形成される。この場合、第２部２０ｂのハウジング奥側の端面２０ｂ３が大径部２１の端面２１ｂに当接した状態となっている。そして、第１部２０ａと軸受部材２の開口側（ハウジング３の開口側）の端面２ｃとの間に空間２５が設けられる。

また、ハウジング３の内部には、軸方向に延びる軸方向通油路１１および径方向に延びる径方向通路１２が形成される。図２に示す実施形態において、軸方向通油路１１は、軸受部材２の外径面２ａとハウジング３の内径面３ｂとの間に形成される。この場合、軸受部材２の外径面に軸方向に延びる軸方向溝２ａ１を設け、軸方向溝２ａ１とハウジング３の内径面３ｂとで画成された隙間により、軸受部材２の外径面に沿う軸方向通油路１１が形成されている。軸受部材２の下側端面には、環状溝２ｂ１と環状溝２ｂ１の内径側に位置する複数の半径方向溝２ｂ２とが設けられ、環状溝２ｂ１および半径方向溝２ｂ２と、ハウジング３の底面（底壁３ａの内面）とで形成される隙間により、軸受部材２の下側端面に沿う半径方向通油路１２が形成されている。また、軸受部材２の上端面には、径方向溝２ｃが形成されている。

なお、軸方向通油路１１および半径方向通油路１２は、図２および図３に示す形態には限定されない。例えば軸方向溝をハウジング３の内径面に形成してもよい。

ところで、軸受部材２は、金属粉末を含む原料粉を金属内で圧縮成形することによって圧粉体を形成し、この圧粉体を所定条件で焼結することによって焼結体を形成し、この焼結体に、サイジング（再圧縮）、洗浄等を施した後、潤滑剤（潤滑油）を含油させることになる。すなわち、軸受部材２の内部に潤滑油を含油するが、通常、軸受部材２の内部が密封された流体動圧軸受装置に潤滑油を含浸する際、一度、軸受部材２の内部を減圧して、圧力差により軸受部材２の内部に潤滑油を含浸する。

次に前記のように構成される動圧型軸受ユニットの組立方法を説明する。まず、ハウジング３の底壁３ａの凹部１３ａにスラストワッシャ１０を配置して、軸受部材２をハウジング３に挿入する。このとき、ハウジング３の内径面３ｂと軸受部材２の外径面２ａとはすきまばめとする。その後、ハウジング３の開口部の内径面２１ａ（大径部２１の内径面）と、この内径面２１ａに対向する軸受部材２の開口側外径面３ｂ１との間に形成される空間３０に接着剤１７を塗布（供給）する。このため、ハウジング３の内径面３ｂと軸受部材２の外径面２ａのすきまの毛細管現象により、接着剤１７が前記すきまに満たされるが、軸受部材２の内径面から吸引することで、接着剤１７を前記すきま内に満たすこともでき、ハウジング３の内径面３ｂと軸受部材２の外径面２ａとが接着剤層１８を介して接着される。

その後、シール部材２０を挿入する。この際、シール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１と軸受部材２の外径面２ａ１とはすきまばめとし、シール部材２０の第２部２０ｂの外径面２０ｂ２とハウジング３の開口側内径面２１ａとは圧入もしくはルーズとする。これによって、シール部材２０の内径面２０ｂ１と軸受部材２の外径面２ａ１のすきまの毛細管現象により、接着剤１７がこのすきまに満たされ、シール部材２０の内径面２０ｂ１と軸受部材２の外径面２ａ１とが接着剤層１８を介して接着される。

次に、軸受部材２の内径に潤滑油を注油し、軸１を挿入すると、軸受ユニットの組立を完了する。その際、潤滑油の油面は、軸受部材２の上端面未満となるような注油量とする。

本発明によれば、ハウジング３の内径面３ｂと軸受部材２の外径面２ａとの空間がなくなるので、動圧力の逃げが無くなり、さらに軸受部材２とハウジング３間の十分な締結強度を確保することができる。

すなわち、本発明では、軸受部材２の外径面２ａをハウジング３の内径面３ｂ及びシール部材２０の第２部２０ｂの内径面２０ｂ１により保持することで、ハウジング３の内径面３ｂと軸受部材２の外径面２ａとの空間がなくなる。このため、動圧力の逃げを防止できるため、動圧力の損失を低減でき、且つ、十分な締結強度を確保することが可能となるので信頼性の高い動圧型軸受ユニットが得られる。

前記実施形態では、ハウジング３の開口部の内径面２１ａと、この内径面２１ａに対向する軸受部材２の外径面２ａ１との間に、シール部材２０の第２部材２０ｂが嵌入する空間３０を設けることができる。このように空間３０を設けることにより、組立時には、接着剤１７を塗布する塗布溜り空間を有することになり、接着剤塗布時に接着剤１７が軸受部材２の内径面２ｂに飛散することを防止できる。さらに、接着剤塗布後に挿入するシール部材２０により、前記空間３０を塞ぐことで、未硬化接着剤が残ることを防止できる。ハウジング３と軸受部材２とを接着剤１７を使用して固定する場合においても、未硬化接着剤が潤滑油と触れることが無いので、潤滑油を劣化させることが無い。

ハウジング３の開口部が上方に開口している状態で注油された潤滑油の油面は、軸受部材２のハウジング３の開口側の端面である上端面未満とされるのが好ましい。このように構成することによって、潤滑油の油面と軸受部材２の上端面２ｃに対向するシール端面との間に一定の空間を設けることで、オイル漏れを防止する効果が期待できる。

前記接着剤１７に、嫌気性接着剤を用いるのが好ましい。嫌気性接着剤とは、空気（酸素）が遮断されるとともに、金属と接触することによって、硬化する接着剤である。すきまはめによる固定を可能にし、組立作業の簡素化と精度緩和による機械加工費低減に貢献する。特に、空間３０にシール部材２０の第２部が嵌入されるので、接着剤１７が空気（酸素）から遮断されて、軸受部材２が強固にハウジング３に固定でき、高品質の動圧型軸受ユニットを提供できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、動圧型軸受ユニットとして、情報機器用スピンドルモータのスピンドル支持用に用いることができる。ここで、情報機器用スピンドルモータには、例えば、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭなどの光ディスク、ＭＯなどの光磁気ディスク、ＨＤＤなどの磁気ディスクを駆動するスピンドルモータ、あるいはレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）や複写機のポリゴンスキャナモータなどが含まれる。

銅鉄系の焼結金属の多孔質体からなる軸受部材２を使用したが、銅を含むその他の焼結金属（例えば、銅−ステンレス鋼系の焼結金属や、銅−鉄−ステンレス鋼系の焼結金属）で形成された軸受部材２を使用する場合や、焼結金属以外の多孔質体、例えば多孔質樹脂で形成された軸受部材２を使用する場合にも好ましく適用することができる。また、本発明は、黄銅等の軟質金属や樹脂材料等、非多孔質材料で形成された軸受部材２を使用する場合にも適用することができる。

また、本発明は、軸１を回転側、軸受部材２を静止側とした動圧型軸受ユニットのみならず、軸１を静止側、軸受部材２を回転側とした動圧型軸受ユニットにも好ましく適用することができる。

１ 軸
２ 軸受部材
２ａ 外径面
２ｃ 端面
３ ハウジング
１７ 接着剤
１８ 接着剤層
２０ シール部材
２０ａ 第１部
２０ｂ 第２部
２０ｂ１ 内径面

Claims (5)

1. 含油焼結金属からなり、支持すべき軸との間に軸受隙間を有し、軸との相対回転で軸受隙間に生じた油の動圧により軸を非接触支持する軸受部材と、軸受部材が収容され、一端が開口で他端が閉じられたハウジングと、ハウジングの開口部をシールするシール部材とを備えた動圧型軸受ユニットであって、
   前記シール部材は、リング状の第１部とこの第１部の外周縁部から垂下される円筒形状の第２部とからなり、第２部がハウジングの開口部に内嵌され、軸受部材が、軸受部材の外径面とハウジングの内径面との間の径方向隙間に形成された接着剤層を介してハウジングの内周に固定されるとともに、軸受部材が、軸受部材の外径面と第２部の内径面との間の径方向隙間に形成された接着剤層を介して軸受部材の外径面をシール部材の内周に固定されることを特徴とする動圧型軸受ユニット。
2. ハウジングの開口部の内径面と、この内径面に対向する軸受部材の外径面との間に、シール部材の第２部材が嵌入する空間を設けたことを特徴とする請求項１に記載の動圧型軸受ユニット。
3. ハウジングの開口部が上方に開口している状態での注油された潤滑油の油面は、軸受部材のハウジングの開口側の端面である上端面未満とされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動圧型軸受ユニット。
4. 前記接着剤に、嫌気性接着剤を用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の動圧型軸受ユニット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の動圧型軸受ユニットを用いたことを特徴とするモータ。

Images