動圧軸受装置
【課題】 この種の動圧軸受装置の製造コストを低減する。
【解決手段】 軸部材２の下端より上方に樹脂製のフランジ部２ｂを設けるとともに、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２とスリーブ部材８の上端面８ｂとを対向させ、軸部材２の相対回転時に両面８ｂ、２ｂ２間にスラスト軸受隙間が形成されるようにした。
【解決手段】 軸部材２の下端より上方に樹脂製のフランジ部２ｂを設けるとともに、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２とスリーブ部材８の上端面８ｂとを対向させ、軸部材２の相対回転時に両面８ｂ、２ｂ２間にスラスト軸受隙間が形成されるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受隙間に生じる流体（潤滑流体）の動圧作用によって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用として好適である。
【背景技術】
【０００２】
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。
【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、ハウジングの内周に軸受スリーブを固定すると共に、軸受スリーブの内周に軸部材を配置した構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この軸受装置では、軸部材の回転により、軸受スリーブの内周と軸部材の外周との間のラジアル軸受隙間に流体の動圧作用で圧力を発生させ、この圧力で軸部材をラジアル方向に非接触状態で支持する。
【特許文献１】特開２００２−６１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の動圧軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材をはじめとする種々の部品で構成され、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。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。
【０００５】
本発明の課題は、この種の動圧軸受装置の製造コストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る動圧軸受装置は、固定側部材と、被駆動体が装着され、固定側部材に対して相対回転する回転側部材と、固定側部材と回転側部材との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で回転側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、固定側部材と回転側部材との間のスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で回転側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、スラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、被駆動体の側で、回転側部材と固定側部材とが対向する部分に設けられ、固定側部材のスラスト軸受隙間に面する部分、および回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分のうち、少なくとも何れか一方が樹脂で形成されることを特徴とする。
【０００７】
このように、スラスト軸受隙間に面する部分を樹脂材料で形成することにより、旋削等の機械加工を施さずに済むため、同様の部分を金属材料で形成する場合と比べて低コストで製造することができる。また、樹脂で形成する側の部分に動圧溝を形成する場合、前記樹脂形成部の型成形と、動圧溝の成形を同時に行うことができるので、これらの成形を別工程で行う場合と比べて、工程数を削減して低コスト化を図ることができる。
【０００８】
固定側部材は、例えばラジアル軸受隙間に面するスリーブ部材と、スリーブ部材を内部に固定するハウジングとを備えたものとすることができる。また、回転側部材は軸部材を含むものであって、軸部材はフランジ部を備えたものとすることができる。
【０００９】
上記構成において、ラジアル軸受部は、ラジアル軸受隙間に複数のくさび状隙間を有する多円弧軸受で構成することができる。
【００１０】
また、上記構成において、スラスト軸受隙間が、フランジ部の端面とこれに対向するスリーブ部材の端面との間に形成される場合、回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分を含む部材として、例えばフランジ部の一部または全体を樹脂で形成することができる。
【００１１】
固定側部材のスラスト軸受隙間に面する部分、および回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分を共に樹脂で形成することもできるが、その場合には、固定側部材と回転側部材との間の接触摺動による摩耗を考慮する必要がある。樹脂で形成した部分には、通常その強度を向上させるための強化繊維を配合するが、繊維の形状やその配合量によっては、樹脂部に配合した強化繊維が相手側の樹脂部を傷付けたり摩耗させたりするおそれがある。
【００１２】
本発明者らの検証によれば、樹脂に配合する強化繊維の繊維径が大きすぎると、具体的には１２μｍを超えると、強化繊維の剛直度が増し、摺動時に相手側の樹脂部材の傷付きや摩耗を引き起こした。また、強化繊維の配合量が多すぎても、例えば２０ｖｏｌ％を超えた場合にも、強化繊維と相手側の樹脂部との接触頻度が増すために同様の問題を生じることが判明した。
【００１３】
かかる観点から、固定側部材の樹脂部分と回転側部材の樹脂部分とのうち、少なくとも何れか一方に、充填材として繊維径１〜１２μｍの強化繊維を配合するのが好ましい。
【００１４】
このように強化繊維の繊維径を１２μｍ以下とすることにより、強化繊維が柔軟化されるので、これとの接触にある相手側樹脂部材の傷付きを防止することができ、スラスト軸受部における耐摩耗性を向上させることができる。
【００１５】
また、さらに樹脂中における強化繊維の配合量を５〜２０ｖｏｌ％に設定すれば、強化繊維の相手側樹脂部材との接触頻度を減じることができるので、スラスト軸受部の耐摩耗性をさらに向上させることができる。なお、強化繊維の配合量を５ｖｏｌ％以上としたのは、これを下回ると、補強効果が減少するために却って耐摩耗性が低下するからである。
【００１６】
このように固定側部材および回転側部材の、スラスト軸受隙間を介して互いに対向する部分をそれぞれ樹脂製とすることにより、両者の軸方向の線膨張係数が概ね共通する値となるので、温度変化に対してもスラスト軸受隙間を一定幅に保持することができ、さらなる回転精度の向上を図ることができる。また、回転側部材に樹脂部が含まれることにより、これを金属製とする場合に比べて軽量化されるので、耐衝撃性の向上が図られる。
【００１７】
充填材には、強化繊維の他、さらに導電化剤を含めることができる。一般に樹脂は絶縁材料であるため、上述のように各部材を樹脂化した場合、空気との摩擦によって発生した回転側部材の静電気が回転側部材に帯電し、磁気ディスクと磁気ヘッド間の電位差を生じたり、静電気の放電によって周辺機器の損傷を招くおそれがある。これに対し、樹脂部材中の充填材に導電化剤を含めれば、回転側と固定側の通電性を確保してかかる不具合を解消することができる。導電化剤の種類は特に限定されないが、例えばカーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状のものを使用することができる。
【００１８】
固定側部材の樹脂部分、もしくは回転側部材の樹脂部分の何れか一方は、耐油性や成形性を考慮し、ＬＣＰで形成するのが望ましい。また、同様の観点から、固定側部材もしくは回転側部材の樹脂部分の何れか一方をＰＰＳで形成することもできる。
【００１９】
樹脂中の充填材の総量（導電化剤も配合する場合は、これを含めた充填材の総量）が３０ｖｏｌ％を超えると、樹脂部材に他の部材を超音波溶着した際の溶着強度が著しく低下する。これを防止するため、樹脂中における充填材総量は、３０ｖｏｌ％以下とするのが望ましい。
【００２０】
強化繊維としては、強度や弾性率に優れた特性を有するＰＡＮ系の炭素繊維を使用することができる。
【００２１】
固定側部材の樹脂部分と回転側部材の樹脂部分とをベース樹脂の異なる樹脂材料で形成すれば、固定側部材と回転側部材の摺動時における凝着を防止することができる。
【００２２】
以上に述べた動圧軸受装置は、例えばディスク装置のスピンドルモータに組込んで使用することができる。この場合、上記被駆動体は、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体（以下、単にディスクという。）に対応する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固定側部材と回転側部材のうち少なくとも一方を樹脂化することで、当該部材の低コスト化を達成し、これにより、この種の動圧軸受装置の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１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ステータコイル４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取付けられている。ディスクハブ３は、その外周にディスクＤを一枚または複数枚保持している。このように構成されたスピンドルモータにおいて、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、これに伴って、ディスクハブ３およびディスクハブ３に保持されたディスクＤが軸部材２と一体に回転する。
【００２６】
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、軸部材２と、ハウジング７と、ハウジング７に固定されたスリーブ部材８、およびシール部材９とを主な構成要素として構成されている。この実施形態では、上記構成部品のうち、軸部材２が回転側部材の構成部品となり、ハウジング７とスリーブ部材８、およびシール部材９が固定側部材の構成部品となる。なお、説明の便宜上、ハウジング７の開口部７ａの側を上側、開口部７ａと反対の側を下側として以下説明する。
【００２７】
軸部材２は、軸部２ａと、円盤状のフランジ部２ｂとを備えている。軸部２ａは、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成される。これに対して、フランジ部２ｂは、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂材料をベース樹脂とする樹脂組成物を射出成形して形成され、軸部２ａの下端よりも上方に設けられる。
【００２８】
フランジ部２ｂは、金属製の軸部２ａをインサート部品として一体に射出成形することができる。あるいは、軸部２ａとは別体に成形したものを、後付けで軸部２ａに固定することもできる。この他にも、フランジ部２ｂの抜止めを図るために、例えば図示は省略するが、軸部２ａのフランジ部２ｂ形成箇所に、周方向全周に亘って凹溝を設けてもよい。また、周方向の複数箇所に凹部あるいは凹凸部などの周方向係合部を設けることで、フランジ部２ｂの回り止めを図ることもできる。さらには、軸部２ａのフランジ部２ｂ形成箇所に、図示は省略するが、外径側に突出する芯金を設け、この芯金の周囲を上記樹脂組成物で被覆することでフランジ部２ｂを形成することもできる。これにより、フランジ部２ｂの固定強度を高めることができる。芯金は、金属製であることが好ましく、軸部２ａと一体あるいは別体に形成可能である。
【００２９】
フランジ部を形成する上記樹脂組成物のベース樹脂としては、先に例示した樹脂以外に、例えば、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の非結晶性樹脂、あるいはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の結晶性樹脂が使用可能である。
【００３０】
また、上記樹脂組成物には、例えば、ガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカ状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボン繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、各種金属粉等の繊維状または粉末状の導電性充填材を、目的に応じて適量配合することができる。
【００３１】
ハウジング７は、一端に開口部７ａを有すると共に、他端を閉じた有底円筒状に形成され、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの他端側に一体に連続した底部７ｃとを備えている。このハウジング７は、上記例示列挙された樹脂および充填材を適宜組合わせた樹脂組成物を射出成形することで形成される。側部７ｂと底部７ｃとを別体に形成し、両者を接着、溶着（超音波溶着等）の手段で相互に結合してもよい。なお、ハウジング７は、必ずしも樹脂で成形する必要はなく、例えば金属材料をプレス加工する等して成形することもできる。
【００３２】
スリーブ部材８は、例えば、銅やアルミ（合金を含む）等の軟質金属材料、あるいは焼結金属材料で形成されている。この実施形態において、スリーブ部材８は、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。そして、スリーブ部材８の下端面８ｃをハウジング７の底部７ｃに当接させて、ハウジング７に対するスリーブ部材８の軸方向位置を定めた上で、接着、溶着などの固定手段によりスリーブ部材８をハウジング７に固定する。
【００３３】
スリーブ部材８の内周面８ａの上下に離隔した領域には、図３に示すように、第一ラジアル軸受部Ｒ１および第二ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる複数の円弧面８ａ１がそれぞれ形成される。各円弧面８ａ１は、回転軸心Ｏからそれぞれ等距離オフセットした点を中心とする偏心円弧面であり、円周方向で等間隔に形成される。各偏心円弧面８ａ１の間には軸方向の分離溝８ａ２が形成される。
【００３４】
スリーブ部材８の内周面８ａに軸部材２の軸部２ａを挿入することにより、スリーブ部材８の偏心円弧面８ａ１および分離溝８ａ２と、軸部２ａの真円状外周面２ａ１との間に、第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の各ラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。ラジアル軸受隙間のうち、偏心円弧面８ａ１と対向する領域は、隙間幅を円周方向の一方で漸次縮小させたくさび状隙間８ａ３となる。くさび状隙間８ａ３の縮小方向は軸部材２の回転方向に一致している。
【００３５】
スリーブ部材８の上端面８ｂの全面または一部の環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図示は省略するが、スパイラル形状の動圧溝が形成される。この上端面８ｂの動圧溝形成領域は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部材２の回転時には、両面８ｂ、２ｂ２の間にスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間が形成される（図２を参照）。
【００３６】
シール部材９は、例えば樹脂材料、あるいは金属材料で環状に形成される。このシール部材９は、ハウジング７の開口部７ａ内周に配され、シール部材９の下端面９ｂとスリーブ部材８の上端面８ｂとの間にフランジ部２ｂを収容した状態で、超音波溶着などの溶着、あるいは接着等の固定手段によりハウジング７に固定される。この場合、シール部材９の円筒状の内周面９ａは、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に所定のシール空間Ｓを形成する。シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間には、スリーブ部材８の内部気孔も含めて、潤滑流体としての潤滑油が充満されており、潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。
【００３７】
シール部材９の下端面９ｂは、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１と軸方向の隙間を介して対向している。軸部材２が上方へ変位すると、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１がシール部材９の下端面９ｂと軸方向で係合し、軸部材２を係止する。このように、本実施形態におけるシール部材９は、シール機能と抜け止めの機能を併せ持つ。
【００３８】
上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材２の回転時、スリーブ部材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、軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向し、それぞれ多円弧軸受（テーパ軸受とも称される）を構成する。軸部材２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間８ａ３の縮小側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部２ａを非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２がそれぞれ構成される。
【００３９】
同時に、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向するスリーブ部材８の上端面８ｂとの間のスラスト軸受隙間にも、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜が形成され、この油膜の圧力によって、フランジ部２ｂ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。
【００４０】
このように、フランジ部２ｂを樹脂材料で成形することにより、旋削等の機械加工を要する金属製のフランジ部２ｂの場合と比べて低コストで製造することができる。また、この実施形態では、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間に面するスリーブ部材８の上端面８ｂに、動圧溝を形成した場合を説明したが、この面８ｂと対向するフランジ部２ｂの下端面２ｂ２に動圧溝を形成することもできる。その場合には、樹脂製フランジ部２ｂの型成形と、動圧溝の成形を同時に行うことができ、これらの成形を別工程で行う場合と比べて、工程数を削減して低コスト化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記第１実施形態では、シール空間Ｓを、シール部材９の円筒状の内周面９ａと、これに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に形成した場合を例示したが、これ以外の形態を採ることも可能である。例えば図４は、ハウジング７外部側（図４では上側）に向けて径方向隙間幅を漸次拡大させたテーパ状のシール空間Ｓ’を形成した場合を例示したものである。
【００４２】
また、図５には、ハウジング７の軸方向寸法を縮小して、動圧軸受装置１の小サイズ化を図るため、シール部材９の内周面９ａと、フランジ部２ｂの外周面２ｂ３とを対向させ、この対向面間にテーパ状のシール空間Ｓ’を形成したものが例示されている。
【００４３】
さらに、軸部材２の抜止めを考慮したものとして、例えば図６に示すような構成を挙げることができる。同図におけるシール空間Ｓ’は、フランジ部２ｂに設けられた軸方向の段差によって区画形成された外周面のうち、上側の外周面２ｂ３と、これに対向するシール部材９の内周面９ａとの間に形成される。また、段によって区画形成された上端面２ｂ１のうち外径側の端面２ｂ４は、シール部材９の下端面９ｂと対向する。
【００４４】
このような構成とすることで、シール空間Ｓ’には、遠心力および毛細間力によるシール作用が生じ、潤滑油の外部への漏れ出しが防止される。また、軸部材２の上方への相対変位時、フランジ部２ｂの外径側端面２ｂ４がシール部材９の下端面９ｂと軸方向で係合することで、軸部材２の抜止めがなされる。
【００４５】
また、この図示例では、シール部材９は、その下端面９ｂの、外径側端面２ｂ４と対向しない箇所を下方に向けて突出させた形態をなす。そのため、シール部材９の下方突出部９ｃをスリーブ部材８の上端面８ｂに当接させることで、シール部材９の軸方向の位置決めが容易になされる。
【００４６】
以下、本発明の第２実施形態を図７、図８に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通の事項については、以下説明を省略する。
【００４７】
図７は、第２実施形態に係る動圧軸受装置１１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も、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材１２およびディスクハブ１３を備えた回転側部材を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１１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１４およびロータマグネット１５と、動圧軸受装置１１の外周に固定されるブラケット１６を備えている。
【００４８】
図８は、動圧軸受装置１１を示している。この動圧軸受装置１１は、ハウジング１７と、ハウジング１７の内周に固定されたスリーブ部材１８と、スリーブ部材１８の内周に挿入した軸部材１２と、軸部材１２の上端に固定されたディスクハブ１３とを主な構成部品して構成される。この実施形態では、上記構成部品のうち、軸部材１２とディスクハブ１３が回転側部材の構成部品となり、ハウジング１７とスリーブ部材１８が固定側部材の構成部品となる。
【００４９】
軸部材１２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で同一径の軸状に形成される。
【００５０】
ディスクハブ１３は樹脂で形成され、この実施形態では軸部材１２をインサート部品として射出成形される。ディスクハブ１３は、ハウジング１７の開口側を覆う円盤状の主部１３ａと、主部１３ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部１３ｂと、筒状部１３ｂの外周に設けられたディスク搭載面１３ｃとを備えている。この実施形態では図示されていないディスクは、主部１３ａの外周に外嵌され、ディスク搭載面１３ｃ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がディスクハブ１３に保持される。
【００５１】
ハウジング１７は有底円筒状の樹脂成形品である。図示例のハウジングは、円筒状の側部１７ｂと、側部１７ｂの下端に設けられた底部１７ｃとを備えており、底部１７ｃは側部１７ｂと一体成形されている。
【００５２】
ハウジング１７の開口側端面（上端面）１７ｄの全面または一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、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。この上端面１７ｄの動圧溝形成領域は、ディスクハブ１３の主部１３ａの下端面１３ｄと対向し、軸部材２（回転体）の回転時には、両面１７ｄ、１３ｄの間に後述するスラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間が形成される。
【００５３】
ハウジング側部１７ｂの上方部外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状外壁１７ｅが形成され、このテーパ状外壁１７ｅと、ディスクハブ１３に設けられた筒状部１３ｂの内壁１３ｂ１との間に、上方に向かって漸次縮小するテーパ状のシール空間Ｓ’が形成される。このシール空間Ｓ’は、軸部材１２およびディスクハブ１３の回転時、スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間の外径側と連通する。また、ディスクハブ１３の筒状部１３ｂの下端内周には、軸部材２（回転側部材）の軸方向への相対変位時、ハウジング１７と軸方向で係合して、軸部材２を係止する係止部材１９が取付けられている。
【００５４】
上述のようにハウジング１７やディスクハブ１３は樹脂成形品であるが、そのベース樹脂としては、例えば第１実施形態中で例示列挙した熱可塑性樹脂が使用可能である。その中でもＬＣＰやＰＰＳは耐油性や寸法安定性等に優れた特性を備えるので、特にハウジング１７の素材として好適である。
【００５５】
この際、ハウジング１７とディスクハブ１３で使用するベース樹脂を異ならせておけば、ハウジング１７とディスクハブ１３の摺動時における凝着を防止することができる。この例として、例えばハウジング１７のベース樹脂としてＬＣＰを使用し、ディスクハブ１３のベース樹脂としてＰＰＳを使用する場合が挙げられる。
【００５６】
これらベース樹脂に、例えば第１実施形態中で例示列挙した充填材を配合し、こうして得た樹脂組成物を用いてハウジング１７およびディスクハブ１３が個別に射出成形される。一例として、本実施形態では、強化繊維として、強度面および弾性率等の面で優れた特性を有するＰＡＮ系の炭素繊維を使用し、導電化剤として、少ない配合量で高い導電性を確保できるカーボンナノチューブを使用している。
【００５７】
スリーブ部材１８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、例えば超音波溶着によってハウジング１７内周の所定位置に固定される。
【００５８】
この実施形態では、上述の如く、ハウジング１７の上端面１７ｄと、これに対向するディスクハブ１３の下端面１３ｄとの間にスラスト軸受隙間が形成され、流体（潤滑油）の動圧作用を生じる動圧溝がハウジング１７の上端面１７ｄに形成される。そのため、第２実施形態におけるスリーブ部材１８は、その内周面１８ａに、図３に示すような複数の円弧面を有する一方で、上端面１８ｂは動圧溝のない平滑な面となる。
【００５９】
シール空間Ｓ’やスラスト軸受隙間を含むハウジング１７の内部空間に潤滑油が充満された上記構成の動圧軸受装置１１において、軸部材１２（回転側部材）の回転時、スリーブ部材１８の内周面１８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、軸部材１２の外周面１２ａとラジアル軸受隙間を介して対向し、それぞれ多円弧軸受（テーパ軸受とも称される）を構成する。軸部材１２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間（図３を参照）の縮小側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部材１２を非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１１と第２ラジアル軸受部Ｒ１２がそれぞれ構成される。
【００６０】
同時に、ディスクハブ１３の下端面１３ｄとこれに対向するハウジング１７の上端面１７ｄとの間のスラスト軸受隙間にも、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜が形成され、この油膜の圧力によって、軸部材１２（回転側部材）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Ｔ２が構成される。
【００６１】
このように、第２実施形態では、スラスト軸受隙間に面する部分を含むハウジング１７およびディスクハブ１３を樹脂で形成することにより、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。また、上記スラスト軸受隙間を介して対向するハウジング１７およびディスクハブ１３の双方が樹脂で形成されているので、その線膨張係数はほぼ同レベルとなる。そのため、温度変化による軸方向の膨張量を固定側と回転側で同程度とすることができ、温度変化によるスラスト軸受隙間の幅の変動を抑制して安定した軸受性能を得ることができる。
【００６２】
以上の構成において、スラスト軸受隙間を介して対向するハウジング１７の上端面１７ｄとディスクハブ１３の下端面１３ｄとは、モータの起動時や停止時、あるいは回転する軸部材１２の振れ回り等の原因により、一時的に摺動接触する。この両者の摺動接触に起因する問題として、摺動部Ｐにおける樹脂同士の摺動が挙げられる。
【００６３】
本発明者らの検証によれば、強化繊維として配合した炭素繊維の平均繊維径が１２μｍを超えるとディスクハブ１３とハウジング１７の摺動部Ｐにおける摩耗量が著しく増大することが判明した。これは、繊維径が大きくなることによって剛直となった炭素繊維が摺動部Ｐで互いに相手側の軟らかな樹脂材を傷付け、こうして荒れた樹脂材の面がさらに相手側の樹脂材と摺動することによって摩耗が進行するためと考えられる。一方、炭素繊維の平均繊維径が１μｍを下回ると、炭素繊維本来の目的である補強効果が不十分となるので適当でない。従って、充填剤としての炭素繊維は、平均繊維径１〜１２μｍ（好ましくは５〜１０μｍ）の範囲内に設定するのが望ましい。
【００６４】
強化繊維が長すぎると、余剰樹脂材料を再使用する際に繊維が細かく裁断されるため、リサイクル性が害される。また、動圧溝を型成形する際の転写性も損なわれる。かかる観点から、強化繊維の平均長さは５００μｍ以下（好ましくは３００μｍ以下）とするのが望ましい。
【００６５】
また、本発明者の検証によれば、炭素繊維の配合割合が２０ｖｏｌ％を超えた場合にも同様に樹脂同士の摺動部Ｐにおける摩耗量が著しく増大することも判明した。これは、炭素繊維の配合量が増すことで、炭素繊維と相手側樹脂部材との接触頻度が高まるためと考えられる。その一方、炭素繊維の配合割合が５％を下回ると、必要な機械的強度の確保が難しく、かつ樹脂部材の耐摩耗性を確保することが難しくなる。従って、炭素繊維の配合量は５〜２０ｖｏｌ％とするのが望ましい。
【００６６】
その一方、強化繊維の繊維径や配合割合が上記範囲内にあっても、導電化剤等の他の充填材の配合量が多すぎると、ハウジング１７を別部材（例えばスリーブ部材１８）と超音波溶着する際の溶着強度が低下する。本発明者らが検証したところ、強化繊維や導電化剤を含む充填材総量（金属充填材または無機充填材の総量）が３０ｖｏｌ％を超えると溶着部強度の低下幅が大きくなり、強度面で不具合を生じることが判明した。従って、充填材総量は３０ｖｏｌ％以下にするのが望ましい。
【００６７】
図９は、第１および第２実施形態におけるラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２（Ｒ１１、Ｒ１２）を構成する多円弧軸受の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、図３に示す構成において、各偏心円弧面８ａ１の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ回転軸心Ｏを中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定となる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。
【００６８】
図１０では、スリーブ部材８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域が３つの円弧面８ａ１で形成されると共に、３つの円弧面８ａ１の中心は、回転軸心Ｏから等距離オフセットされている。３つの偏心円弧面８ａ１で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対してそれぞれ漸次縮小した形状を有している。
【００６９】
以上に説明したラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２（Ｒ１１、Ｒ１２）の多円弧軸受は、何れもいわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらには６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用してもよい。また、上記実施形態のように、２つのラジアル軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とするほか、スリーブ部材８の内周面８ａの上下領域に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成としてもよい。
【００７０】
また、以上の実施形態では、動圧軸受装置１（１１）の内部に充満し、ラジアル軸受隙間や、スラスト軸受隙間に動圧作用を生じる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受隙間に動圧作用を生じ得る流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１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。
【図２】動圧軸受装置の縦断面図である。
【図３】ラジアル軸受部の断面図である。
【図５】シール空間の他の構成例を示す拡大断面図である。
【図６】シール空間の他の構成例を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の第２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。
【図８】動圧軸受装置の縦断面図である。
【図９】ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。
【図１０】ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１、１１ 動圧軸受装置
２、１２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３、１３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７、１７ ハウジング
８、１８ スリーブ部材
９ シール部材
１９ 係止部材
Ｓ、Ｓ’ シール空間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受隙間に生じる流体（潤滑流体）の動圧作用によって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用として好適である。
【背景技術】
【０００２】
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。
【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、ハウジングの内周に軸受スリーブを固定すると共に、軸受スリーブの内周に軸部材を配置した構造が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この軸受装置では、軸部材の回転により、軸受スリーブの内周と軸部材の外周との間のラジアル軸受隙間に流体の動圧作用で圧力を発生させ、この圧力で軸部材をラジアル方向に非接触状態で支持する。
【特許文献１】特開２００２−６１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の動圧軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材をはじめとする種々の部品で構成され、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。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。
【０００５】
本発明の課題は、この種の動圧軸受装置の製造コストを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明に係る動圧軸受装置は、固定側部材と、被駆動体が装着され、固定側部材に対して相対回転する回転側部材と、固定側部材と回転側部材との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で回転側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、固定側部材と回転側部材との間のスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で回転側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、スラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、被駆動体の側で、回転側部材と固定側部材とが対向する部分に設けられ、固定側部材のスラスト軸受隙間に面する部分、および回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分のうち、少なくとも何れか一方が樹脂で形成されることを特徴とする。
【０００７】
このように、スラスト軸受隙間に面する部分を樹脂材料で形成することにより、旋削等の機械加工を施さずに済むため、同様の部分を金属材料で形成する場合と比べて低コストで製造することができる。また、樹脂で形成する側の部分に動圧溝を形成する場合、前記樹脂形成部の型成形と、動圧溝の成形を同時に行うことができるので、これらの成形を別工程で行う場合と比べて、工程数を削減して低コスト化を図ることができる。
【０００８】
固定側部材は、例えばラジアル軸受隙間に面するスリーブ部材と、スリーブ部材を内部に固定するハウジングとを備えたものとすることができる。また、回転側部材は軸部材を含むものであって、軸部材はフランジ部を備えたものとすることができる。
【０００９】
上記構成において、ラジアル軸受部は、ラジアル軸受隙間に複数のくさび状隙間を有する多円弧軸受で構成することができる。
【００１０】
また、上記構成において、スラスト軸受隙間が、フランジ部の端面とこれに対向するスリーブ部材の端面との間に形成される場合、回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分を含む部材として、例えばフランジ部の一部または全体を樹脂で形成することができる。
【００１１】
固定側部材のスラスト軸受隙間に面する部分、および回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分を共に樹脂で形成することもできるが、その場合には、固定側部材と回転側部材との間の接触摺動による摩耗を考慮する必要がある。樹脂で形成した部分には、通常その強度を向上させるための強化繊維を配合するが、繊維の形状やその配合量によっては、樹脂部に配合した強化繊維が相手側の樹脂部を傷付けたり摩耗させたりするおそれがある。
【００１２】
本発明者らの検証によれば、樹脂に配合する強化繊維の繊維径が大きすぎると、具体的には１２μｍを超えると、強化繊維の剛直度が増し、摺動時に相手側の樹脂部材の傷付きや摩耗を引き起こした。また、強化繊維の配合量が多すぎても、例えば２０ｖｏｌ％を超えた場合にも、強化繊維と相手側の樹脂部との接触頻度が増すために同様の問題を生じることが判明した。
【００１３】
かかる観点から、固定側部材の樹脂部分と回転側部材の樹脂部分とのうち、少なくとも何れか一方に、充填材として繊維径１〜１２μｍの強化繊維を配合するのが好ましい。
【００１４】
このように強化繊維の繊維径を１２μｍ以下とすることにより、強化繊維が柔軟化されるので、これとの接触にある相手側樹脂部材の傷付きを防止することができ、スラスト軸受部における耐摩耗性を向上させることができる。
【００１５】
また、さらに樹脂中における強化繊維の配合量を５〜２０ｖｏｌ％に設定すれば、強化繊維の相手側樹脂部材との接触頻度を減じることができるので、スラスト軸受部の耐摩耗性をさらに向上させることができる。なお、強化繊維の配合量を５ｖｏｌ％以上としたのは、これを下回ると、補強効果が減少するために却って耐摩耗性が低下するからである。
【００１６】
このように固定側部材および回転側部材の、スラスト軸受隙間を介して互いに対向する部分をそれぞれ樹脂製とすることにより、両者の軸方向の線膨張係数が概ね共通する値となるので、温度変化に対してもスラスト軸受隙間を一定幅に保持することができ、さらなる回転精度の向上を図ることができる。また、回転側部材に樹脂部が含まれることにより、これを金属製とする場合に比べて軽量化されるので、耐衝撃性の向上が図られる。
【００１７】
充填材には、強化繊維の他、さらに導電化剤を含めることができる。一般に樹脂は絶縁材料であるため、上述のように各部材を樹脂化した場合、空気との摩擦によって発生した回転側部材の静電気が回転側部材に帯電し、磁気ディスクと磁気ヘッド間の電位差を生じたり、静電気の放電によって周辺機器の損傷を招くおそれがある。これに対し、樹脂部材中の充填材に導電化剤を含めれば、回転側と固定側の通電性を確保してかかる不具合を解消することができる。導電化剤の種類は特に限定されないが、例えばカーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状のものを使用することができる。
【００１８】
固定側部材の樹脂部分、もしくは回転側部材の樹脂部分の何れか一方は、耐油性や成形性を考慮し、ＬＣＰで形成するのが望ましい。また、同様の観点から、固定側部材もしくは回転側部材の樹脂部分の何れか一方をＰＰＳで形成することもできる。
【００１９】
樹脂中の充填材の総量（導電化剤も配合する場合は、これを含めた充填材の総量）が３０ｖｏｌ％を超えると、樹脂部材に他の部材を超音波溶着した際の溶着強度が著しく低下する。これを防止するため、樹脂中における充填材総量は、３０ｖｏｌ％以下とするのが望ましい。
【００２０】
強化繊維としては、強度や弾性率に優れた特性を有するＰＡＮ系の炭素繊維を使用することができる。
【００２１】
固定側部材の樹脂部分と回転側部材の樹脂部分とをベース樹脂の異なる樹脂材料で形成すれば、固定側部材と回転側部材の摺動時における凝着を防止することができる。
【００２２】
以上に述べた動圧軸受装置は、例えばディスク装置のスピンドルモータに組込んで使用することができる。この場合、上記被駆動体は、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体（以下、単にディスクという。）に対応する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固定側部材と回転側部材のうち少なくとも一方を樹脂化することで、当該部材の低コスト化を達成し、これにより、この種の動圧軸受装置の製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１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ステータコイル４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取付けられている。ディスクハブ３は、その外周にディスクＤを一枚または複数枚保持している。このように構成されたスピンドルモータにおいて、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、これに伴って、ディスクハブ３およびディスクハブ３に保持されたディスクＤが軸部材２と一体に回転する。
【００２６】
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、軸部材２と、ハウジング７と、ハウジング７に固定されたスリーブ部材８、およびシール部材９とを主な構成要素として構成されている。この実施形態では、上記構成部品のうち、軸部材２が回転側部材の構成部品となり、ハウジング７とスリーブ部材８、およびシール部材９が固定側部材の構成部品となる。なお、説明の便宜上、ハウジング７の開口部７ａの側を上側、開口部７ａと反対の側を下側として以下説明する。
【００２７】
軸部材２は、軸部２ａと、円盤状のフランジ部２ｂとを備えている。軸部２ａは、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成される。これに対して、フランジ部２ｂは、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の樹脂材料をベース樹脂とする樹脂組成物を射出成形して形成され、軸部２ａの下端よりも上方に設けられる。
【００２８】
フランジ部２ｂは、金属製の軸部２ａをインサート部品として一体に射出成形することができる。あるいは、軸部２ａとは別体に成形したものを、後付けで軸部２ａに固定することもできる。この他にも、フランジ部２ｂの抜止めを図るために、例えば図示は省略するが、軸部２ａのフランジ部２ｂ形成箇所に、周方向全周に亘って凹溝を設けてもよい。また、周方向の複数箇所に凹部あるいは凹凸部などの周方向係合部を設けることで、フランジ部２ｂの回り止めを図ることもできる。さらには、軸部２ａのフランジ部２ｂ形成箇所に、図示は省略するが、外径側に突出する芯金を設け、この芯金の周囲を上記樹脂組成物で被覆することでフランジ部２ｂを形成することもできる。これにより、フランジ部２ｂの固定強度を高めることができる。芯金は、金属製であることが好ましく、軸部２ａと一体あるいは別体に形成可能である。
【００２９】
フランジ部を形成する上記樹脂組成物のベース樹脂としては、先に例示した樹脂以外に、例えば、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の非結晶性樹脂、あるいはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の結晶性樹脂が使用可能である。
【００３０】
また、上記樹脂組成物には、例えば、ガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカ状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボン繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、各種金属粉等の繊維状または粉末状の導電性充填材を、目的に応じて適量配合することができる。
【００３１】
ハウジング７は、一端に開口部７ａを有すると共に、他端を閉じた有底円筒状に形成され、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの他端側に一体に連続した底部７ｃとを備えている。このハウジング７は、上記例示列挙された樹脂および充填材を適宜組合わせた樹脂組成物を射出成形することで形成される。側部７ｂと底部７ｃとを別体に形成し、両者を接着、溶着（超音波溶着等）の手段で相互に結合してもよい。なお、ハウジング７は、必ずしも樹脂で成形する必要はなく、例えば金属材料をプレス加工する等して成形することもできる。
【００３２】
スリーブ部材８は、例えば、銅やアルミ（合金を含む）等の軟質金属材料、あるいは焼結金属材料で形成されている。この実施形態において、スリーブ部材８は、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。そして、スリーブ部材８の下端面８ｃをハウジング７の底部７ｃに当接させて、ハウジング７に対するスリーブ部材８の軸方向位置を定めた上で、接着、溶着などの固定手段によりスリーブ部材８をハウジング７に固定する。
【００３３】
スリーブ部材８の内周面８ａの上下に離隔した領域には、図３に示すように、第一ラジアル軸受部Ｒ１および第二ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる複数の円弧面８ａ１がそれぞれ形成される。各円弧面８ａ１は、回転軸心Ｏからそれぞれ等距離オフセットした点を中心とする偏心円弧面であり、円周方向で等間隔に形成される。各偏心円弧面８ａ１の間には軸方向の分離溝８ａ２が形成される。
【００３４】
スリーブ部材８の内周面８ａに軸部材２の軸部２ａを挿入することにより、スリーブ部材８の偏心円弧面８ａ１および分離溝８ａ２と、軸部２ａの真円状外周面２ａ１との間に、第一および第二ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の各ラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。ラジアル軸受隙間のうち、偏心円弧面８ａ１と対向する領域は、隙間幅を円周方向の一方で漸次縮小させたくさび状隙間８ａ３となる。くさび状隙間８ａ３の縮小方向は軸部材２の回転方向に一致している。
【００３５】
スリーブ部材８の上端面８ｂの全面または一部の環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図示は省略するが、スパイラル形状の動圧溝が形成される。この上端面８ｂの動圧溝形成領域は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と対向し、軸部材２の回転時には、両面８ｂ、２ｂ２の間にスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間が形成される（図２を参照）。
【００３６】
シール部材９は、例えば樹脂材料、あるいは金属材料で環状に形成される。このシール部材９は、ハウジング７の開口部７ａ内周に配され、シール部材９の下端面９ｂとスリーブ部材８の上端面８ｂとの間にフランジ部２ｂを収容した状態で、超音波溶着などの溶着、あるいは接着等の固定手段によりハウジング７に固定される。この場合、シール部材９の円筒状の内周面９ａは、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に所定のシール空間Ｓを形成する。シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間には、スリーブ部材８の内部気孔も含めて、潤滑流体としての潤滑油が充満されており、潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。
【００３７】
シール部材９の下端面９ｂは、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１と軸方向の隙間を介して対向している。軸部材２が上方へ変位すると、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１がシール部材９の下端面９ｂと軸方向で係合し、軸部材２を係止する。このように、本実施形態におけるシール部材９は、シール機能と抜け止めの機能を併せ持つ。
【００３８】
上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材２の回転時、スリーブ部材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、軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向し、それぞれ多円弧軸受（テーパ軸受とも称される）を構成する。軸部材２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間８ａ３の縮小側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部２ａを非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１と第二ラジアル軸受部Ｒ２がそれぞれ構成される。
【００３９】
同時に、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２とこれに対向するスリーブ部材８の上端面８ｂとの間のスラスト軸受隙間にも、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜が形成され、この油膜の圧力によって、フランジ部２ｂ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。
【００４０】
このように、フランジ部２ｂを樹脂材料で成形することにより、旋削等の機械加工を要する金属製のフランジ部２ｂの場合と比べて低コストで製造することができる。また、この実施形態では、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間に面するスリーブ部材８の上端面８ｂに、動圧溝を形成した場合を説明したが、この面８ｂと対向するフランジ部２ｂの下端面２ｂ２に動圧溝を形成することもできる。その場合には、樹脂製フランジ部２ｂの型成形と、動圧溝の成形を同時に行うことができ、これらの成形を別工程で行う場合と比べて、工程数を削減して低コスト化を図ることができる。
【００４１】
なお、上記第１実施形態では、シール空間Ｓを、シール部材９の円筒状の内周面９ａと、これに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に形成した場合を例示したが、これ以外の形態を採ることも可能である。例えば図４は、ハウジング７外部側（図４では上側）に向けて径方向隙間幅を漸次拡大させたテーパ状のシール空間Ｓ’を形成した場合を例示したものである。
【００４２】
また、図５には、ハウジング７の軸方向寸法を縮小して、動圧軸受装置１の小サイズ化を図るため、シール部材９の内周面９ａと、フランジ部２ｂの外周面２ｂ３とを対向させ、この対向面間にテーパ状のシール空間Ｓ’を形成したものが例示されている。
【００４３】
さらに、軸部材２の抜止めを考慮したものとして、例えば図６に示すような構成を挙げることができる。同図におけるシール空間Ｓ’は、フランジ部２ｂに設けられた軸方向の段差によって区画形成された外周面のうち、上側の外周面２ｂ３と、これに対向するシール部材９の内周面９ａとの間に形成される。また、段によって区画形成された上端面２ｂ１のうち外径側の端面２ｂ４は、シール部材９の下端面９ｂと対向する。
【００４４】
このような構成とすることで、シール空間Ｓ’には、遠心力および毛細間力によるシール作用が生じ、潤滑油の外部への漏れ出しが防止される。また、軸部材２の上方への相対変位時、フランジ部２ｂの外径側端面２ｂ４がシール部材９の下端面９ｂと軸方向で係合することで、軸部材２の抜止めがなされる。
【００４５】
また、この図示例では、シール部材９は、その下端面９ｂの、外径側端面２ｂ４と対向しない箇所を下方に向けて突出させた形態をなす。そのため、シール部材９の下方突出部９ｃをスリーブ部材８の上端面８ｂに当接させることで、シール部材９の軸方向の位置決めが容易になされる。
【００４６】
以下、本発明の第２実施形態を図７、図８に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通の事項については、以下説明を省略する。
【００４７】
図７は、第２実施形態に係る動圧軸受装置１１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も、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材１２およびディスクハブ１３を備えた回転側部材を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１１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１４およびロータマグネット１５と、動圧軸受装置１１の外周に固定されるブラケット１６を備えている。
【００４８】
図８は、動圧軸受装置１１を示している。この動圧軸受装置１１は、ハウジング１７と、ハウジング１７の内周に固定されたスリーブ部材１８と、スリーブ部材１８の内周に挿入した軸部材１２と、軸部材１２の上端に固定されたディスクハブ１３とを主な構成部品して構成される。この実施形態では、上記構成部品のうち、軸部材１２とディスクハブ１３が回転側部材の構成部品となり、ハウジング１７とスリーブ部材１８が固定側部材の構成部品となる。
【００４９】
軸部材１２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で同一径の軸状に形成される。
【００５０】
ディスクハブ１３は樹脂で形成され、この実施形態では軸部材１２をインサート部品として射出成形される。ディスクハブ１３は、ハウジング１７の開口側を覆う円盤状の主部１３ａと、主部１３ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部１３ｂと、筒状部１３ｂの外周に設けられたディスク搭載面１３ｃとを備えている。この実施形態では図示されていないディスクは、主部１３ａの外周に外嵌され、ディスク搭載面１３ｃ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がディスクハブ１３に保持される。
【００５１】
ハウジング１７は有底円筒状の樹脂成形品である。図示例のハウジングは、円筒状の側部１７ｂと、側部１７ｂの下端に設けられた底部１７ｃとを備えており、底部１７ｃは側部１７ｂと一体成形されている。
【００５２】
ハウジング１７の開口側端面（上端面）１７ｄの全面または一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、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。この上端面１７ｄの動圧溝形成領域は、ディスクハブ１３の主部１３ａの下端面１３ｄと対向し、軸部材２（回転体）の回転時には、両面１７ｄ、１３ｄの間に後述するスラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間が形成される。
【００５３】
ハウジング側部１７ｂの上方部外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状外壁１７ｅが形成され、このテーパ状外壁１７ｅと、ディスクハブ１３に設けられた筒状部１３ｂの内壁１３ｂ１との間に、上方に向かって漸次縮小するテーパ状のシール空間Ｓ’が形成される。このシール空間Ｓ’は、軸部材１２およびディスクハブ１３の回転時、スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間の外径側と連通する。また、ディスクハブ１３の筒状部１３ｂの下端内周には、軸部材２（回転側部材）の軸方向への相対変位時、ハウジング１７と軸方向で係合して、軸部材２を係止する係止部材１９が取付けられている。
【００５４】
上述のようにハウジング１７やディスクハブ１３は樹脂成形品であるが、そのベース樹脂としては、例えば第１実施形態中で例示列挙した熱可塑性樹脂が使用可能である。その中でもＬＣＰやＰＰＳは耐油性や寸法安定性等に優れた特性を備えるので、特にハウジング１７の素材として好適である。
【００５５】
この際、ハウジング１７とディスクハブ１３で使用するベース樹脂を異ならせておけば、ハウジング１７とディスクハブ１３の摺動時における凝着を防止することができる。この例として、例えばハウジング１７のベース樹脂としてＬＣＰを使用し、ディスクハブ１３のベース樹脂としてＰＰＳを使用する場合が挙げられる。
【００５６】
これらベース樹脂に、例えば第１実施形態中で例示列挙した充填材を配合し、こうして得た樹脂組成物を用いてハウジング１７およびディスクハブ１３が個別に射出成形される。一例として、本実施形態では、強化繊維として、強度面および弾性率等の面で優れた特性を有するＰＡＮ系の炭素繊維を使用し、導電化剤として、少ない配合量で高い導電性を確保できるカーボンナノチューブを使用している。
【００５７】
スリーブ部材１８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、例えば超音波溶着によってハウジング１７内周の所定位置に固定される。
【００５８】
この実施形態では、上述の如く、ハウジング１７の上端面１７ｄと、これに対向するディスクハブ１３の下端面１３ｄとの間にスラスト軸受隙間が形成され、流体（潤滑油）の動圧作用を生じる動圧溝がハウジング１７の上端面１７ｄに形成される。そのため、第２実施形態におけるスリーブ部材１８は、その内周面１８ａに、図３に示すような複数の円弧面を有する一方で、上端面１８ｂは動圧溝のない平滑な面となる。
【００５９】
シール空間Ｓ’やスラスト軸受隙間を含むハウジング１７の内部空間に潤滑油が充満された上記構成の動圧軸受装置１１において、軸部材１２（回転側部材）の回転時、スリーブ部材１８の内周面１８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、軸部材１２の外周面１２ａとラジアル軸受隙間を介して対向し、それぞれ多円弧軸受（テーパ軸受とも称される）を構成する。軸部材１２の回転に伴い、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間（図３を参照）の縮小側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部材１２を非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１１と第２ラジアル軸受部Ｒ１２がそれぞれ構成される。
【００６０】
同時に、ディスクハブ１３の下端面１３ｄとこれに対向するハウジング１７の上端面１７ｄとの間のスラスト軸受隙間にも、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜が形成され、この油膜の圧力によって、軸部材１２（回転側部材）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Ｔ２が構成される。
【００６１】
このように、第２実施形態では、スラスト軸受隙間に面する部分を含むハウジング１７およびディスクハブ１３を樹脂で形成することにより、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。また、上記スラスト軸受隙間を介して対向するハウジング１７およびディスクハブ１３の双方が樹脂で形成されているので、その線膨張係数はほぼ同レベルとなる。そのため、温度変化による軸方向の膨張量を固定側と回転側で同程度とすることができ、温度変化によるスラスト軸受隙間の幅の変動を抑制して安定した軸受性能を得ることができる。
【００６２】
以上の構成において、スラスト軸受隙間を介して対向するハウジング１７の上端面１７ｄとディスクハブ１３の下端面１３ｄとは、モータの起動時や停止時、あるいは回転する軸部材１２の振れ回り等の原因により、一時的に摺動接触する。この両者の摺動接触に起因する問題として、摺動部Ｐにおける樹脂同士の摺動が挙げられる。
【００６３】
本発明者らの検証によれば、強化繊維として配合した炭素繊維の平均繊維径が１２μｍを超えるとディスクハブ１３とハウジング１７の摺動部Ｐにおける摩耗量が著しく増大することが判明した。これは、繊維径が大きくなることによって剛直となった炭素繊維が摺動部Ｐで互いに相手側の軟らかな樹脂材を傷付け、こうして荒れた樹脂材の面がさらに相手側の樹脂材と摺動することによって摩耗が進行するためと考えられる。一方、炭素繊維の平均繊維径が１μｍを下回ると、炭素繊維本来の目的である補強効果が不十分となるので適当でない。従って、充填剤としての炭素繊維は、平均繊維径１〜１２μｍ（好ましくは５〜１０μｍ）の範囲内に設定するのが望ましい。
【００６４】
強化繊維が長すぎると、余剰樹脂材料を再使用する際に繊維が細かく裁断されるため、リサイクル性が害される。また、動圧溝を型成形する際の転写性も損なわれる。かかる観点から、強化繊維の平均長さは５００μｍ以下（好ましくは３００μｍ以下）とするのが望ましい。
【００６５】
また、本発明者の検証によれば、炭素繊維の配合割合が２０ｖｏｌ％を超えた場合にも同様に樹脂同士の摺動部Ｐにおける摩耗量が著しく増大することも判明した。これは、炭素繊維の配合量が増すことで、炭素繊維と相手側樹脂部材との接触頻度が高まるためと考えられる。その一方、炭素繊維の配合割合が５％を下回ると、必要な機械的強度の確保が難しく、かつ樹脂部材の耐摩耗性を確保することが難しくなる。従って、炭素繊維の配合量は５〜２０ｖｏｌ％とするのが望ましい。
【００６６】
その一方、強化繊維の繊維径や配合割合が上記範囲内にあっても、導電化剤等の他の充填材の配合量が多すぎると、ハウジング１７を別部材（例えばスリーブ部材１８）と超音波溶着する際の溶着強度が低下する。本発明者らが検証したところ、強化繊維や導電化剤を含む充填材総量（金属充填材または無機充填材の総量）が３０ｖｏｌ％を超えると溶着部強度の低下幅が大きくなり、強度面で不具合を生じることが判明した。従って、充填材総量は３０ｖｏｌ％以下にするのが望ましい。
【００６７】
図９は、第１および第２実施形態におけるラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２（Ｒ１１、Ｒ１２）を構成する多円弧軸受の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、図３に示す構成において、各偏心円弧面８ａ１の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ回転軸心Ｏを中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定となる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。
【００６８】
図１０では、スリーブ部材８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域が３つの円弧面８ａ１で形成されると共に、３つの円弧面８ａ１の中心は、回転軸心Ｏから等距離オフセットされている。３つの偏心円弧面８ａ１で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対してそれぞれ漸次縮小した形状を有している。
【００６９】
以上に説明したラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２（Ｒ１１、Ｒ１２）の多円弧軸受は、何れもいわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらには６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用してもよい。また、上記実施形態のように、２つのラジアル軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とするほか、スリーブ部材８の内周面８ａの上下領域に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成としてもよい。
【００７０】
また、以上の実施形態では、動圧軸受装置１（１１）の内部に充満し、ラジアル軸受隙間や、スラスト軸受隙間に動圧作用を生じる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受隙間に動圧作用を生じ得る流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１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。
【図２】動圧軸受装置の縦断面図である。
【図３】ラジアル軸受部の断面図である。
【図５】シール空間の他の構成例を示す拡大断面図である。
【図６】シール空間の他の構成例を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の第２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。
【図８】動圧軸受装置の縦断面図である。
【図９】ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。
【図１０】ラジアル軸受部の他の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１、１１ 動圧軸受装置
２、１２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３、１３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７、１７ ハウジング
８、１８ スリーブ部材
９ シール部材
１９ 係止部材
Ｓ、Ｓ’ シール空間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側部材と、被駆動体が装着され、前記固定側部材に対して相対回転する回転側部材と、前記固定側部材と前記回転側部材との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で前記回転側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、前記固定側部材と前記回転側部材との間のスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で前記回転側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、
前記スラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、前記被駆動体の側で、前記回転側部材と前記固定側部材とが対向する部分に設けられ、
前記固定側部材のスラスト軸受隙間に面する部分、および前記回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分のうち、少なくとも何れか一方が樹脂で形成されることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
前記固定側部材は、前記ラジアル軸受隙間に面するスリーブ部材と、該スリーブ部材を内部に固定するハウジングとを備えていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
前記回転側部材は軸部材を含み、該軸部材はフランジ部を備え、該フランジ部の端面と、これに対向する前記スリーブ部材の端面との間に前記スラスト軸受隙間が形成されていることを特徴とする請求項２記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
前記フランジ部が樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３記載の動圧軸受装置。
【請求項５】
前記ラジアル軸受部が多円弧軸受で構成されていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載した動圧軸受装置を有するディスク装置のスピンドルモータ。
【請求項１】
固定側部材と、被駆動体が装着され、前記固定側部材に対して相対回転する回転側部材と、前記固定側部材と前記回転側部材との間のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用で前記回転側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、前記固定側部材と前記回転側部材との間のスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で前記回転側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、
前記スラスト軸受部のスラスト軸受隙間は、前記被駆動体の側で、前記回転側部材と前記固定側部材とが対向する部分に設けられ、
前記固定側部材のスラスト軸受隙間に面する部分、および前記回転側部材のスラスト軸受隙間に面する部分のうち、少なくとも何れか一方が樹脂で形成されることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
前記固定側部材は、前記ラジアル軸受隙間に面するスリーブ部材と、該スリーブ部材を内部に固定するハウジングとを備えていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
前記回転側部材は軸部材を含み、該軸部材はフランジ部を備え、該フランジ部の端面と、これに対向する前記スリーブ部材の端面との間に前記スラスト軸受隙間が形成されていることを特徴とする請求項２記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
前記フランジ部が樹脂で形成されていることを特徴とする請求項３記載の動圧軸受装置。
【請求項５】
前記ラジアル軸受部が多円弧軸受で構成されていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載した動圧軸受装置を有するディスク装置のスピンドルモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２００６６６（Ｐ２００６−２００６６６Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４５９２（Ｐ２００５−１４５９２）
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２１日（２００５．１．２１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]