流体軸受装置
【課題】軸部材の軸方向移動可能量を高精度かつ低コストに制御することのできる流体軸受装置を提供する。
【解決手段】軸部材２の肩面２ｃと軸方向で係合して軸部材２の抜け止めを行うシール部９と、軸部材２の大径部２ａの外周面とスリーブ部８の内周面８ａとの間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材２をラジアル方向に支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２と、軸部材２をスラスト方向で支持するスラスト軸受部Ｔとを備えた流体軸受装置において、シール部９とスリーブ部８との間に第１の軸方向隙間Ｌ１を形成する。これにより、スリーブ部８等の部材精度によらずに軸部材２の軸方向移動可能量を高精度に設定することができる。
【解決手段】軸部材２の肩面２ｃと軸方向で係合して軸部材２の抜け止めを行うシール部９と、軸部材２の大径部２ａの外周面とスリーブ部８の内周面８ａとの間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材２をラジアル方向に支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２と、軸部材２をスラスト方向で支持するスラスト軸受部Ｔとを備えた流体軸受装置において、シール部９とスリーブ部８との間に第１の軸方向隙間Ｌ１を形成する。これにより、スリーブ部８等の部材精度によらずに軸部材２の軸方向移動可能量を高精度に設定することができる。
【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膜で軸部材を回転可能に支持する流体軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体軸受装置は、その高回転精度および静粛性から、情報機器、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク駆動装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク駆動装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク駆動装置等のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ用、プロジェクタのカラーホイールモータ用、あるいは電気機器の冷却等に使用されるファンモータなどの小型モータ用として好適に使用可能である。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されている流体軸受装置は、軸部材の外周面とスリーブ部の内周面との間にラジアル軸受隙間を形成し、このラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持すると共に、軸部材の下端部に設けられた球面状凸部とハウジングの内底面に設けたスラストプレートとを接触摺動させることで、軸部材をスラスト方向に支持している。また、この流体軸受装置では、軸部材を小径部及び大径部を有する段付き状とすると共に、ハウジング開口部内周に環状のシール部を設け、このシール部を軸部材の肩面と軸方向で係合させることにより、軸部材の抜け止めを行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１３９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この流体軸受装置では、シール部と軸部材の肩面との間に形成された軸方向隙間の分だけ軸部材の軸方向の移動が許容される。この軸方向隙間が大きすぎると、軸部材の軸方向移動可能量が過大となり、軸部材に装着されるＨＤＤのディスク等に軸方向のガタツキが生じ、ディスクの読み取り精度を悪化させたり、ディスクとヘッドとの干渉を招く恐れがある。従って、シール部と軸部材の肩面との間に形成される軸方向隙間は高精度に設定する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記の流体軸受装置では、シール部をスリーブ部と当接させることによりシール部の位置決めを行っているため、シール部のハウジングへの固定精度はスリーブ部の軸方向寸法の加工精度に依存する。このため、軸部材の軸方向移動可能量を精度良く管理するためには、スリーブ部を高精度に加工する必要があり、加工コストの高騰を招くこととなる。
【０００７】
本発明の課題は、軸部材の軸方向移動可能量を高精度かつ低コストに制御することのできる流体軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、小径部、大径部、及びこれらの間に形成された肩面を有する軸部材と、内周に軸部材の大径部を挿入したスリーブ部と、軸部材の小径部の外周面との間に軸受内部の潤滑流体の外部への漏れ出しを防止するシール空間を形成すると共に、軸部材の肩面と軸方向で係合して軸部材の抜け止めを行うシール部と、軸部材の大径部の外周面とスリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部とを備えた流体軸受装置において、シール部とスリーブ部との間に第１の軸方向隙間を形成したことを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明の流体軸受装置は、シール部とスリーブ部との間に第１の軸方向隙間を形成し、シール部とスリーブ部とを非接触とすることにより、シール部の位置決め精度を決定付ける要因からスリーブ部の形状精度を排除することができる。従って、軸部材の軸方向移動可能量を、スリーブ部の加工精度によらず、シール部の位置精度によってのみ管理することができる。これにより、スリーブ部の加工精度を緩和することができるため、加工コストの低減が図られる。
【００１０】
この流体軸受装置において、シール部と軸部材の肩面との間には第２の軸方向隙間が形成される。この第２の軸方向隙間は、シール空間の径方向隙間と同じかそれよりも小さくなるように設定することが好ましい。これにより、第２の軸方向隙間において、シール空間の毛細管力と同等、あるいはそれよりも大きな毛細管力による潤滑流体の引き込み作用が得られるため、軸受内部に満たされた潤滑流体の外部への漏れ出しを確実に防止することができる。
【００１１】
例えばこの流体軸受装置をＨＤＤのスピンドルモータ用として使用する場合、軸部材に取付けられるディスクがヘッドと干渉することを防止するため、軸部材の軸方向移動はできるだけ抑える必要がある。このとき、第２の軸方向隙間を３０μｍ以下に設定しておけば、上記のような用途で使用する場合でも、ディスクとヘッドとの干渉を防止することができる。
【００１２】
このような流体軸受装置の作動時において、軸受内部の潤滑流体、特に軸部材の下端部が面する空間に満たされた潤滑流体に局部的な負圧が発生することにより、ラジアル軸受隙間の流体膜に気泡が生成し、流体膜による軸部材の支持力が低下する恐れがある。そこで、スリーブ部と、スリーブ部を内周に収容したハウジングとの間に、一端を第１の軸方向隙間に開口し、他端を軸部材の下端部が面する空間に開口した連通経路を設けることにより、スラスト軸受部の空間を、連通経路、及び第１の軸方向隙間を介してシール空間と連通し、局部的な負圧の発生を防止することができ、軸受内部に満たされた潤滑流体の圧力バランスを良好に保ち、軸受性能の低下を回避することができる。
【００１３】
このとき、スリーブ部の端面及び外周面に溝を形成し、この溝で上記の連通経路を構成すると、ハウジングの内底面や内周面は平面状あるいは円筒面状の単純な形状とすることができるため、ハウジングの形成を容易化して低コスト化を図ることができる。
【００１４】
上記のような段付き状の軸部材は、一体に形成してもよいが、これに限らず、例えば軸部と、軸部の外周面に固定した中空材とで形成し、中空材の端面で軸部材の肩面を構成してもよい。この場合、段付き状の軸部材を単純な形状の軸部及び中空材で構成することができるため、軸部材の加工コストの低減を図ることができる。
【００１５】
例えば、軸部材の端部に球面状凸部を形成し、この球面状凸部を相手材（例えばハウジングの内底面）と接触摺動させる、いわゆるピボット軸受でスラスト軸受部を構成する場合、軸部材の端部の球面状凸部とハウジングの内底面との間には空間が形成され（図２にＰで示す）、この空間を含めた軸受内部の空間に潤滑剤が満たされる。このとき、軸部材を軸部と中空材とで構成し、中空材の端部を軸部の球面状凸部の外周まで延ばすと、軸部の球面状凸部が面する空間の一部を中空材で埋めることができる（図７参照）。これにより、軸受内部に満たされる潤滑剤の量を減じることができるため、潤滑剤の熱膨張を吸収するバッファ機能を果たすシール空間を縮小することが可能となり、軸受装置の薄型化、あるいはラジアル軸受部の軸受スパンの拡大による軸受剛性の向上を図ることができる。
【００１６】
上記のような流体軸受装置は、軸部材の軸方向移動を高精度に制御することができるため、例えばＨＤＤ用スピンドルモータのような軸部材の軸方向移動可能量をできる限り高精度に管理したい用途に好適に使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によると、軸部材の軸方向移動可能量を高精度かつ低コストに制御することのできる流体軸受装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る流体軸受装置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、ディスクハブ３を取付けた軸部材２を回転自在に支持する流体軸受装置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、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。流体軸受装置１のハウジング７は、モータブラケット６の内周に固定される。ディスクハブ３には、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。）Ｄが１又は複数枚（図１では２枚）保持される。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。
【００２０】
流体軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入したスリーブ部８と、スリーブ部８を外周から保持した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に設けられたシール部９とを主に備える。尚、以下の説明において、軸方向でハウジング７の開口側を上側、閉口側を下側とする。
【００２１】
軸部材２は、例えばＳＵＳ鋼などの金属材料の旋削加工により形成され、スリーブ部８の内周に配された大径部２ａと、大径部２ａの上側に設けられた小径部２ｂとを一体に有する。大径部２ａと小径部２ｂとの間には肩面２ｃが設けられると共に、軸部材２の下端部には球面状凸部２ａ２が設けられる。
【００２２】
スリーブ部８は、例えば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。この他、スリーブ部８を他の金属や樹脂、あるいはセラミック等で形成することも可能である。
【００２３】
スリーブ部８の内周面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部として、例えば図３に示すように、複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をヘリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して２箇所形成される。この動圧溝８ａ１、８ａ２の形成領域は、ラジアル軸受面として軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１と対向し、軸部材２の回転時には、外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成し、後述するラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を形成する（図２を参照）。また、上側の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、上下の傾斜溝間に形成された環状の平滑部に対して軸方向非対称に形成されており、環状平滑部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（Ｘ１＞Ｘ２）。
【００２４】
スリーブ部８の外周面８ｄには、軸方向に延びる溝８ｄ１が軸方向全長に亘って１又は複数本形成される。また、スリーブ部８の下側端面８ｃには、径方向に延びる溝８ｃ１が１又は複数本形成される。これら軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｃ１は、スリーブ部８をハウジング７の内周に固定した状態では、対向するハウジング７の内周面７ａ１及び内底面７ｂ１との間に潤滑油の連通経路を構成する（図２を参照）。これら軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｃ１は、例えばスリーブ部８本体をなす圧粉体の成形型に予め軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｃ１に対応する箇所を設けておくことで、スリーブ部８本体の圧粉体成形と同時に成形することができる。
【００２５】
ハウジング７は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の結晶性樹脂、あるいはポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の非晶性樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物で射出成形され、有底筒状に形成される。本実施形態では、図２に示すように、側部７ａと、側部７ａの下端部を閉塞する底部７ｂとが一体に成形される。ハウジング７を形成する上記樹脂組成物としては、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など、目的に応じて上記ベース樹脂に適量配合したものが使用可能である。
【００２６】
ハウジング７の射出材料は上記に限らず、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能である。また、金属紛とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＭＩＭ成形や、金属材料、例えば真ちゅう等の軟質金属のプレス成形でハウジング７を形成することもできる。また、ハウジング底部７ｂは、必ずしも側部７ｂと一体にする必要はなく、側部７ａと別体に形成することもできる。
【００２７】
ハウジング７の内周面７ａ１には、スリーブ部８の外周面８ｄが、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着等の適宜の手段で固定される。
【００２８】
ハウジング７の内底面７ｂ１は、軸部材２の下端部の球面状凸部２ａ２を接触支持するスラスト軸受部Ｔとして機能する。本実施形態では、このようにハウジング７に直接スラスト軸受部Ｔを形成しているが、これに限らず、例えば耐摩耗性、摺動特性が良好な樹脂材料や焼結材料等で別途形成したスラストワッシャをハウジング７の内底面に配し、このスラストワッシャにスラスト軸受部Ｔを形成しても良い。この場合、ハウジング７は軸部材２と接触摺動することがなくなるため、ハウジング７に耐摩耗性が不要となり、ハウジング７の材料選択の幅が広がる。
【００２９】
シール部９は、金属材料や樹脂材料で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの上端部内周に例えば圧入、圧入接着等により固定される。シール部９の内周面９ａは、上方へ向けて漸次拡径したテーパ面状に形成される。シール部９をハウジング７の内周に固定した状態で、シール部９の内周面９ａは軸部材２の小径部２ｂの外周面２ｂ１と対向し、これらの間に下方へ向けて半径方向寸法が漸次縮小する環状のシール空間Ｓが形成される。シール部９で密封されたハウジング７の内部空間には、潤滑流体として例えば潤滑油が注油され、ハウジング７内が潤滑油で満たされる（図２中の散点領域）。この状態で、潤滑油の油面はシール空間Ｓの範囲内に維持される。このとき、図２の拡大図で示すように、シール部９の下側端面９ｂの内周チャンファ９ｂ１と軸部材２の小径部２ｂの外周面２ｂ１との間の空間や、スリーブ部８の上側端面８ｂの内周チャンファ８ｃ１と軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１との間の空間も潤滑油で満たされる。
【００３０】
シール部９の下側端面９ｂとスリーブ部８の上側端面８ｂとの間には第１の軸方向隙間Ｌ１が形成される。また、シール部９の下側端面９ｂと軸部材２の肩面２ｃとの間には第２の軸方向隙間Ｌ２が形成され、この第２の軸方向隙間Ｌ２が軸部材２の軸方向移動可能量となる。このように、シール部９とスリーブ部８との間に第１の軸方向隙間Ｌ１を設け、両者を非接触とすることにより、軸部材２の軸方向移動可能量、すなわち第２の軸方向隙間Ｌ２を、スリーブ部の加工精度によらず、シール部９の位置精度によってのみ管理することができる。
【００３１】
また、本実施形態のように、流体軸受装置１をＨＤＤのスピンドルモータ用として使用する場合は、ディスクとヘッドとの干渉を防止するために、第２の軸方向隙間Ｌ２を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下に設定することが望ましい。さらに、第２の軸方向隙間Ｌ２は、シール空間Ｓのうち、最も小さい径方向寸法Ｌ３と同じかそれよりも小さく設定することが望ましい（Ｌ２≦Ｌ３）。これにより、第２の軸方向隙間Ｌ２において、シール空間Ｓと同等かそれよりも大きな毛細管力が得られるため、潤滑油の外部への漏れ出しをより確実に防止することができる。
【００３２】
第２の軸方向隙間Ｌ２の設定は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、図４（ａ）に示すように、スリーブ部８及び軸部材２をハウジング７の内周に収容する。具体的には、ハウジング７の内周にスリーブ部８を挿入し、スリーブ部８の下側端面８ｃをハウジング７の内底面７ｂ１に当接させ、スリーブ部８をハウジング７の内周面７ａ１に固定する。このスリーブ部８の内周に軸部材２を挿入し、ハウジング７の内底面７ｂ１に軸部材２の下端の球面状凸部２ａ２を当接させる。この状態で、軸部材２の肩面２ｃがスリーブ部８の上側端面８ｂよりも上方（ハウジング開口側）に位置するように、軸部材２の大径部２ａ及びスリーブ部８の軸方向寸法を予め設計しておく。
【００３３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、シール部９をハウジング７の内周面７ａ１に上方から挿入し、下側端面９ｂを軸部材２の肩面２ｃに当接させる。その後、図４（ｂ）に矢印で示すように軸部材２をハウジング７に対して引き上げることにより、軸部材２の肩面２ｃと係合したシール部９を、図２に示す第２の軸方向隙間Ｌ２の分だけハウジング７に対して上方へ移動させる。この状態で、シール部９をハウジング７の内周面７ａ１に固定することにより、第２の軸方向隙間Ｌ２が設定される。シール部９とハウジング７は、例えば圧入により固定され、この場合、軸部材２を所定量だけ引き上げた時点でシール部９の位置決め及び固定が完了する。このとき、両者の嵌合面に接着剤を介在させておくと、固定強度が高められると共に、ユニット内部からの油の漏れを確実に防止できる。また、シール部９をハウジング７に挿入する前に接着剤を塗布すれば、接着剤が潤滑剤として機能し、シール部９の挿入および移動を容易化することができる。
【００３４】
この方法によると、軸部材２の軸方向移動可能量となる第２の軸方向隙間Ｌ２を、軸部材２の引き上げ量により高精度に設定することができる。すなわち、軸部材２の軸方向移動可能量を、スリーブ部８の加工精度ではなく、軸部材２の引き上げ量により直接的に管理することができる。従って、軸部材２の軸方向移動可能量を精度良く管理できると共に、スリーブ部８の加工精度が緩和され、製造コストを低減できる。
【００３５】
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８のラジアル軸受面（内周面８ａの動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域）は、軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心の環状平滑部側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝８ａ１、８ａ２の動圧作用によって、軸部材２をラジアル方向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。
【００３６】
同時に、軸部材２の下端に設けられた球面状凸部２ａ２とスラスト軸受部Ｔとしてのハウジング７の内底面７ｂ１とが接触摺動することにより、軸部材２がスラスト方向に接触支持される。
【００３７】
また、スリーブ部８の外周面８ｄに形成された軸方向溝８ｄ１、及び下側端面８ｃに形成された径方向溝８ｃ１により、スリーブ部８とハウジング７との間に連通経路が形成される。この連通経路の一端は第１の軸方向隙間Ｌ１に開口し、他端は軸部材２の下端部が面する空間、詳しくは、ハウジング７の内底面７ｂ１と軸部材２の球面状凸部２ａ２との間の空間Ｐに開口する。これにより、ハウジング閉塞側に形成された前記空間Ｐが、前記連通経路、第１の軸方向隙間Ｌ１、さらに第２の軸方向隙間Ｌ２を介して、シール空間Ｓと連通するため、前記空間Ｐに満たされた潤滑油に局部的な負圧が発生する事態が回避され、気泡の生成による軸受性能の低下を防止することができる。
【００３８】
また、この実施形態では、第１ラジアル軸受部Ｒ１の動圧溝８ａ１は、軸方向中間部の環状平滑部に対して軸方向非対称（Ｘ１＞Ｘ２）に形成されているため（図３参照）、軸部材２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。そして、この引き込み力の差圧によって、スリーブ部８の内周面８ａと軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１との間の隙間に満たされた潤滑油が下方に流動し、ハウジング７の閉塞側の空間Ｐ→径方向溝８ｃ１→軸方向溝８ｄ１→第１の軸方向隙間Ｌ１という経路を循環して、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。このように、軸受内部の潤滑油を強制的に流動循環させることで、潤滑油に局部的な負圧が発生する事態をより効果的に防止することができる。尚、潤滑油を上記経路と逆向きに循環させたい場合は、例えば動圧溝８ａ１のアンバランスを図３に示す例とは反対向き、すなわちＸ１＜Ｘ２となるように形成すればよい。また、上記のように軸受内部の潤滑油を強制的に循環させる必要がない場合は、動圧溝８ａ１、８ａ２の双方をそれぞれ軸方向対称に形成してもよい。
【００３９】
本発明の実施形態は上記に限られない。尚、以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成、機能を有する部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図５に他の実施形態に係る動圧軸受装置１を示す。この動圧軸受装置１は、軸部材２の肩面２ｃと軸受スリーブ８の上側端面８ｂの軸方向位置が同じである点、また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間に軸方向隙間Ｌ４が形成されている点で、上記の実施形態と構成を異にする。軸方向隙間Ｌ４を適宜設定すれば、この軸方向隙間Ｌ４でハウジング閉塞側の空間Ｐとシール空間Ｓとを連通する連通経路の一部を構成することができる。この場合、図２の実施形態で軸受スリーブ８の下側端面８ｃに形成していた径方向溝８ｃ１が不要となるため、軸受スリーブ８の形状を簡略化することができる。
【００４１】
上記の動圧軸受装置１の組立方法を、図６に基づいて説明する。まず、軸部材２の小径部２ｂの外周面２ｂ１とシール部材９の内周面９ａとを嵌合し、シール部材９の端面９ｂと軸部材２の肩面２ｃとを当接させる。この軸部材２及びシール部材９を図５に示す状態と上下反対となるように倒立させ、円筒状の台１０の端面１０ａの上に載置する（図６（ａ）参照）。次に、軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１と軸受スリーブ８の内周面８ａとを嵌合し、軸受スリーブ８の端面８ｂとシール部材９の端面９ｂを当接させる（図６（ｂ）参照）。このとき、軸受スリーブ８の一方の端面８ｂと軸部材２の肩面２ｃとが同じ軸方向位置にあり、且つ、軸部材２の球面状凸部２ａ２が軸受スリーブ８の他方の端面８ｃから僅かに突出した状態となる。
【００４２】
さらに、軸受スリーブ８の外周面８ｄとハウジング７の内周面７ａ１とを嵌合し、軸部材２の球面状凸部２ａ２とハウジング７の内底面７ｂ１とを当接させる（図６（ｃ）参照）。このとき、軸受スリーブ８の端面８ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間には軸方向隙間Ｌ４が形成される。この状態でハウジング７と軸受スリーブ８とを固定し、このユニットを台１０から外して図６（ｄ）の状態とする。その後、軸部材２をハウジング開口側へ引っ張ってシール部材９を移動させることにより、シール部材９と軸受スリーブ８との間に第１の軸方向隙間Ｌ１を形成すると共に、シール部９と軸部材２の肩面２ｃとの間に第２の軸方向隙間Ｌ２を形成する。このとき、軸部材２の肩面２ｃと軸受スリーブ８の上側端面８ｂが同じ軸方向位置にあるため、第１の軸方向隙間Ｌ１と第２の軸方向隙間Ｌ２は等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２）。この位置でシール部材９をハウジング７に固定することにより、第１及び第２の軸方向隙間Ｌ１、Ｌ２が決定される。
【００４３】
また、本発明の実施形態に係る流体軸受装置１の構成は上記に限られない。上記の実施形態では段付き状の軸部材２を一体に形成しているが、これに限らず、例えば図７に示すように、軸部材２をストレートの軸状の軸部２１と中空材２２とで構成してもよい。図示例では、軸部２１の下端部に球面状凸部２１ｂが形成され、軸部２１の外周面２１ａに円筒状の中空材２２の内周面２２ｂが固定される。中空材２２の外周面２２ａはラジアル軸受隙間に面し、中空材２２の上側端面２２ｃが軸部材２の肩面を構成する。中空材２２の下端部は、軸部２１の外周面２１ａの下端部を越えて下方へ延び、軸部２１の球面状凸部２１ｂの外周まで達している。これにより、軸部材２の下端部とハウジング７の内底面７ｂ１との間の空間Ｐの一部が中空材２２で埋められ、例えば図２に示す構成と比べて軸受内部に満たされる潤滑油の量を減じることができる。従って、軸受内部に満たされた潤滑油の体積変化を吸収するシール空間Ｓが縮小され、シール部材９の軸方向寸法の縮小が可能となり、これにより軸受性能を維持したまま軸受装置１の軸方向寸法を縮小することができる。あるいは、軸受装置１の軸方向寸法を拡大することなく、ラジアル軸受部Ｒ１とＲ２との間隔（軸受スパン）を拡大して軸受剛性の向上を図ることができる。
【００４４】
この軸部２１及び中空材２２からなる軸部材２は、圧入や接着、溶接など任意の方法で固定される。例えば溶接で固定する場合、軸部２１の下端の球面状凸部２１ｂの外径端と中空材２２の内周面２２ｂとの境界部を溶接すれば、溶融した材料を球面状凸部２１ｂと中空材２２の内周面２２ｂとで形成される凹部Ｑで捕捉することができる。また、溶融した材料で凹部Ｑを埋めることにより、軸受内部の潤滑油量をさらに減じることができるため、シール空間Ｓがさらに縮小され、上記の軸受装置の縮小、あるいは軸受剛性の向上効果をより一層高めることができる。
【００４５】
また、図２や図５に示す軸部材２は、軸部材２を一体に加工した後、大径部２ａの外周面２ａ１、小径部２ｂの外周面２ｂ１、及び肩面２ｃに研削加工を施して仕上げられる。このとき、小径部２ｂの外周面２ｂ１と肩面２ｃとの境界部にヌスミ２ｄを形成しておけば、小径部２ｂの外周面２ｂ１及び肩面２ｃを端部まで確実に研削することが可能となる。一方、図７に示すように軸部材２を軸部２１及び中空材２２の２部材で構成すれば、予め高精度に加工した上で両者を固定することができるため、ヌスミを形成する必要はない。尚、この場合、軸部２１と中空材２２とを固定した後に、ラジアル軸受隙間に面する中空材２２の外周面２２ａを研削すれば、軸部２１と中空材２２の組み付け誤差を考慮した上で外周面２２ａを高精度に仕上げることができる。
【００４６】
ハウジング７とスリーブ部８とが別体に形成されているが、これらを一体に形成してもよい。例えば、ハウジング７及びスリーブ部８を射出成形により一体に形成すれば、製造工程を省くことができるため、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
また、上記の実施形態では、ラジアル軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる動圧発生部として、スリーブ部８の内周面８ａにヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２が形成されているが、これに限らず、例えばスパイラル形状の動圧溝やステップ軸受、あるいは多円弧軸受を採用してもよい。あるいは、スリーブ部８の内周面８ａ及び軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１を共に円筒面状に形成し、いわゆる真円軸受を構成してもよい。
【００４８】
また、上記の実施形態では、スラスト軸受部Ｔで軸部材２を接触支持する構成を示しているが、これに限られない。例えば、軸部材２の下端面とハウジング７の内底面７ｂ１との間にスラスト軸受隙間を形成し、このスラスト軸受隙間の潤滑油の動圧作用で軸部材２を非接触支持するスラスト軸受部Ｔを構成してもよい。
【００４９】
また、上記の実施形態では、スリーブ部８の内周面８ａに動圧溝８ａ１、８ａ２を形成しているが、この面と軸受隙間を介して対向する軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１に動圧溝を形成してもよい。
【００５０】
また、上記の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２が軸方向で離隔して設けられているが、これらを軸方向で連続的に設けてもよい。あるいは、これらの何れか一方のみを設けてもよい。
【００５１】
また、上記の実施形態では、動圧軸受装置１の内部に充満し、ラジアル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発生可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
【００５２】
また、本発明の動圧軸受装置は、上記のようにＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータに限らず、光ディスクの光磁気ディスク駆動用のスピンドルモータ等、高速回転下で使用される情報機器用の小型モータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等における回転軸支持用、あるいは電気機器の冷却ファン用のファンモータとしても好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】流体軸受装置を組み込んだＨＤＤ用スピンドルモータを示す断面図である。
【図２】流体軸受装置の断面図である。
【図３】スリーブ部の断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第２の軸方向隙間の設定方法を示す断面図である。
【図５】他の例の流体軸受装置の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、流体軸受装置の組立方法の他の例を示す断面図である。
【図７】他の例の流体軸受装置の断面図である。
【図８】軸部材の肩面付近を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 流体軸受装置
２ 軸部材
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 肩面
７ ハウジング
８ スリーブ部
８ｃ１ 径方向溝
８ｄ１ 軸方向溝
９ シール部
Ｌ１ 第１の軸方向隙間
Ｌ２ 第２の軸方向隙間
Ｌ３ シール空間の径方向寸法
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受隙間に生じる流体膜で軸部材を回転可能に支持する流体軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体軸受装置は、その高回転精度および静粛性から、情報機器、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク駆動装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク駆動装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク駆動装置等のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ用、プロジェクタのカラーホイールモータ用、あるいは電気機器の冷却等に使用されるファンモータなどの小型モータ用として好適に使用可能である。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されている流体軸受装置は、軸部材の外周面とスリーブ部の内周面との間にラジアル軸受隙間を形成し、このラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持すると共に、軸部材の下端部に設けられた球面状凸部とハウジングの内底面に設けたスラストプレートとを接触摺動させることで、軸部材をスラスト方向に支持している。また、この流体軸受装置では、軸部材を小径部及び大径部を有する段付き状とすると共に、ハウジング開口部内周に環状のシール部を設け、このシール部を軸部材の肩面と軸方向で係合させることにより、軸部材の抜け止めを行っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１３９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この流体軸受装置では、シール部と軸部材の肩面との間に形成された軸方向隙間の分だけ軸部材の軸方向の移動が許容される。この軸方向隙間が大きすぎると、軸部材の軸方向移動可能量が過大となり、軸部材に装着されるＨＤＤのディスク等に軸方向のガタツキが生じ、ディスクの読み取り精度を悪化させたり、ディスクとヘッドとの干渉を招く恐れがある。従って、シール部と軸部材の肩面との間に形成される軸方向隙間は高精度に設定する必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記の流体軸受装置では、シール部をスリーブ部と当接させることによりシール部の位置決めを行っているため、シール部のハウジングへの固定精度はスリーブ部の軸方向寸法の加工精度に依存する。このため、軸部材の軸方向移動可能量を精度良く管理するためには、スリーブ部を高精度に加工する必要があり、加工コストの高騰を招くこととなる。
【０００７】
本発明の課題は、軸部材の軸方向移動可能量を高精度かつ低コストに制御することのできる流体軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、小径部、大径部、及びこれらの間に形成された肩面を有する軸部材と、内周に軸部材の大径部を挿入したスリーブ部と、軸部材の小径部の外周面との間に軸受内部の潤滑流体の外部への漏れ出しを防止するシール空間を形成すると共に、軸部材の肩面と軸方向で係合して軸部材の抜け止めを行うシール部と、軸部材の大径部の外周面とスリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部とを備えた流体軸受装置において、シール部とスリーブ部との間に第１の軸方向隙間を形成したことを特徴とする。
【０００９】
このように、本発明の流体軸受装置は、シール部とスリーブ部との間に第１の軸方向隙間を形成し、シール部とスリーブ部とを非接触とすることにより、シール部の位置決め精度を決定付ける要因からスリーブ部の形状精度を排除することができる。従って、軸部材の軸方向移動可能量を、スリーブ部の加工精度によらず、シール部の位置精度によってのみ管理することができる。これにより、スリーブ部の加工精度を緩和することができるため、加工コストの低減が図られる。
【００１０】
この流体軸受装置において、シール部と軸部材の肩面との間には第２の軸方向隙間が形成される。この第２の軸方向隙間は、シール空間の径方向隙間と同じかそれよりも小さくなるように設定することが好ましい。これにより、第２の軸方向隙間において、シール空間の毛細管力と同等、あるいはそれよりも大きな毛細管力による潤滑流体の引き込み作用が得られるため、軸受内部に満たされた潤滑流体の外部への漏れ出しを確実に防止することができる。
【００１１】
例えばこの流体軸受装置をＨＤＤのスピンドルモータ用として使用する場合、軸部材に取付けられるディスクがヘッドと干渉することを防止するため、軸部材の軸方向移動はできるだけ抑える必要がある。このとき、第２の軸方向隙間を３０μｍ以下に設定しておけば、上記のような用途で使用する場合でも、ディスクとヘッドとの干渉を防止することができる。
【００１２】
このような流体軸受装置の作動時において、軸受内部の潤滑流体、特に軸部材の下端部が面する空間に満たされた潤滑流体に局部的な負圧が発生することにより、ラジアル軸受隙間の流体膜に気泡が生成し、流体膜による軸部材の支持力が低下する恐れがある。そこで、スリーブ部と、スリーブ部を内周に収容したハウジングとの間に、一端を第１の軸方向隙間に開口し、他端を軸部材の下端部が面する空間に開口した連通経路を設けることにより、スラスト軸受部の空間を、連通経路、及び第１の軸方向隙間を介してシール空間と連通し、局部的な負圧の発生を防止することができ、軸受内部に満たされた潤滑流体の圧力バランスを良好に保ち、軸受性能の低下を回避することができる。
【００１３】
このとき、スリーブ部の端面及び外周面に溝を形成し、この溝で上記の連通経路を構成すると、ハウジングの内底面や内周面は平面状あるいは円筒面状の単純な形状とすることができるため、ハウジングの形成を容易化して低コスト化を図ることができる。
【００１４】
上記のような段付き状の軸部材は、一体に形成してもよいが、これに限らず、例えば軸部と、軸部の外周面に固定した中空材とで形成し、中空材の端面で軸部材の肩面を構成してもよい。この場合、段付き状の軸部材を単純な形状の軸部及び中空材で構成することができるため、軸部材の加工コストの低減を図ることができる。
【００１５】
例えば、軸部材の端部に球面状凸部を形成し、この球面状凸部を相手材（例えばハウジングの内底面）と接触摺動させる、いわゆるピボット軸受でスラスト軸受部を構成する場合、軸部材の端部の球面状凸部とハウジングの内底面との間には空間が形成され（図２にＰで示す）、この空間を含めた軸受内部の空間に潤滑剤が満たされる。このとき、軸部材を軸部と中空材とで構成し、中空材の端部を軸部の球面状凸部の外周まで延ばすと、軸部の球面状凸部が面する空間の一部を中空材で埋めることができる（図７参照）。これにより、軸受内部に満たされる潤滑剤の量を減じることができるため、潤滑剤の熱膨張を吸収するバッファ機能を果たすシール空間を縮小することが可能となり、軸受装置の薄型化、あるいはラジアル軸受部の軸受スパンの拡大による軸受剛性の向上を図ることができる。
【００１６】
上記のような流体軸受装置は、軸部材の軸方向移動を高精度に制御することができるため、例えばＨＤＤ用スピンドルモータのような軸部材の軸方向移動可能量をできる限り高精度に管理したい用途に好適に使用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によると、軸部材の軸方向移動可能量を高精度かつ低コストに制御することのできる流体軸受装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る流体軸受装置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、ディスクハブ３を取付けた軸部材２を回転自在に支持する流体軸受装置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、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。流体軸受装置１のハウジング７は、モータブラケット６の内周に固定される。ディスクハブ３には、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。）Ｄが１又は複数枚（図１では２枚）保持される。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。
【００２０】
流体軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入したスリーブ部８と、スリーブ部８を外周から保持した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に設けられたシール部９とを主に備える。尚、以下の説明において、軸方向でハウジング７の開口側を上側、閉口側を下側とする。
【００２１】
軸部材２は、例えばＳＵＳ鋼などの金属材料の旋削加工により形成され、スリーブ部８の内周に配された大径部２ａと、大径部２ａの上側に設けられた小径部２ｂとを一体に有する。大径部２ａと小径部２ｂとの間には肩面２ｃが設けられると共に、軸部材２の下端部には球面状凸部２ａ２が設けられる。
【００２２】
スリーブ部８は、例えば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。この他、スリーブ部８を他の金属や樹脂、あるいはセラミック等で形成することも可能である。
【００２３】
スリーブ部８の内周面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部として、例えば図３に示すように、複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をヘリングボーン形状に配列した領域が軸方向に離隔して２箇所形成される。この動圧溝８ａ１、８ａ２の形成領域は、ラジアル軸受面として軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１と対向し、軸部材２の回転時には、外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成し、後述するラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を形成する（図２を参照）。また、上側の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、上下の傾斜溝間に形成された環状の平滑部に対して軸方向非対称に形成されており、環状平滑部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（Ｘ１＞Ｘ２）。
【００２４】
スリーブ部８の外周面８ｄには、軸方向に延びる溝８ｄ１が軸方向全長に亘って１又は複数本形成される。また、スリーブ部８の下側端面８ｃには、径方向に延びる溝８ｃ１が１又は複数本形成される。これら軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｃ１は、スリーブ部８をハウジング７の内周に固定した状態では、対向するハウジング７の内周面７ａ１及び内底面７ｂ１との間に潤滑油の連通経路を構成する（図２を参照）。これら軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｃ１は、例えばスリーブ部８本体をなす圧粉体の成形型に予め軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｃ１に対応する箇所を設けておくことで、スリーブ部８本体の圧粉体成形と同時に成形することができる。
【００２５】
ハウジング７は、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の結晶性樹脂、あるいはポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等の非晶性樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物で射出成形され、有底筒状に形成される。本実施形態では、図２に示すように、側部７ａと、側部７ａの下端部を閉塞する底部７ｂとが一体に成形される。ハウジング７を形成する上記樹脂組成物としては、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など、目的に応じて上記ベース樹脂に適量配合したものが使用可能である。
【００２６】
ハウジング７の射出材料は上記に限らず、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能である。また、金属紛とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＭＩＭ成形や、金属材料、例えば真ちゅう等の軟質金属のプレス成形でハウジング７を形成することもできる。また、ハウジング底部７ｂは、必ずしも側部７ｂと一体にする必要はなく、側部７ａと別体に形成することもできる。
【００２７】
ハウジング７の内周面７ａ１には、スリーブ部８の外周面８ｄが、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着等の適宜の手段で固定される。
【００２８】
ハウジング７の内底面７ｂ１は、軸部材２の下端部の球面状凸部２ａ２を接触支持するスラスト軸受部Ｔとして機能する。本実施形態では、このようにハウジング７に直接スラスト軸受部Ｔを形成しているが、これに限らず、例えば耐摩耗性、摺動特性が良好な樹脂材料や焼結材料等で別途形成したスラストワッシャをハウジング７の内底面に配し、このスラストワッシャにスラスト軸受部Ｔを形成しても良い。この場合、ハウジング７は軸部材２と接触摺動することがなくなるため、ハウジング７に耐摩耗性が不要となり、ハウジング７の材料選択の幅が広がる。
【００２９】
シール部９は、金属材料や樹脂材料で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの上端部内周に例えば圧入、圧入接着等により固定される。シール部９の内周面９ａは、上方へ向けて漸次拡径したテーパ面状に形成される。シール部９をハウジング７の内周に固定した状態で、シール部９の内周面９ａは軸部材２の小径部２ｂの外周面２ｂ１と対向し、これらの間に下方へ向けて半径方向寸法が漸次縮小する環状のシール空間Ｓが形成される。シール部９で密封されたハウジング７の内部空間には、潤滑流体として例えば潤滑油が注油され、ハウジング７内が潤滑油で満たされる（図２中の散点領域）。この状態で、潤滑油の油面はシール空間Ｓの範囲内に維持される。このとき、図２の拡大図で示すように、シール部９の下側端面９ｂの内周チャンファ９ｂ１と軸部材２の小径部２ｂの外周面２ｂ１との間の空間や、スリーブ部８の上側端面８ｂの内周チャンファ８ｃ１と軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１との間の空間も潤滑油で満たされる。
【００３０】
シール部９の下側端面９ｂとスリーブ部８の上側端面８ｂとの間には第１の軸方向隙間Ｌ１が形成される。また、シール部９の下側端面９ｂと軸部材２の肩面２ｃとの間には第２の軸方向隙間Ｌ２が形成され、この第２の軸方向隙間Ｌ２が軸部材２の軸方向移動可能量となる。このように、シール部９とスリーブ部８との間に第１の軸方向隙間Ｌ１を設け、両者を非接触とすることにより、軸部材２の軸方向移動可能量、すなわち第２の軸方向隙間Ｌ２を、スリーブ部の加工精度によらず、シール部９の位置精度によってのみ管理することができる。
【００３１】
また、本実施形態のように、流体軸受装置１をＨＤＤのスピンドルモータ用として使用する場合は、ディスクとヘッドとの干渉を防止するために、第２の軸方向隙間Ｌ２を３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下に設定することが望ましい。さらに、第２の軸方向隙間Ｌ２は、シール空間Ｓのうち、最も小さい径方向寸法Ｌ３と同じかそれよりも小さく設定することが望ましい（Ｌ２≦Ｌ３）。これにより、第２の軸方向隙間Ｌ２において、シール空間Ｓと同等かそれよりも大きな毛細管力が得られるため、潤滑油の外部への漏れ出しをより確実に防止することができる。
【００３２】
第２の軸方向隙間Ｌ２の設定は、例えば以下のようにして行うことができる。まず、図４（ａ）に示すように、スリーブ部８及び軸部材２をハウジング７の内周に収容する。具体的には、ハウジング７の内周にスリーブ部８を挿入し、スリーブ部８の下側端面８ｃをハウジング７の内底面７ｂ１に当接させ、スリーブ部８をハウジング７の内周面７ａ１に固定する。このスリーブ部８の内周に軸部材２を挿入し、ハウジング７の内底面７ｂ１に軸部材２の下端の球面状凸部２ａ２を当接させる。この状態で、軸部材２の肩面２ｃがスリーブ部８の上側端面８ｂよりも上方（ハウジング開口側）に位置するように、軸部材２の大径部２ａ及びスリーブ部８の軸方向寸法を予め設計しておく。
【００３３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、シール部９をハウジング７の内周面７ａ１に上方から挿入し、下側端面９ｂを軸部材２の肩面２ｃに当接させる。その後、図４（ｂ）に矢印で示すように軸部材２をハウジング７に対して引き上げることにより、軸部材２の肩面２ｃと係合したシール部９を、図２に示す第２の軸方向隙間Ｌ２の分だけハウジング７に対して上方へ移動させる。この状態で、シール部９をハウジング７の内周面７ａ１に固定することにより、第２の軸方向隙間Ｌ２が設定される。シール部９とハウジング７は、例えば圧入により固定され、この場合、軸部材２を所定量だけ引き上げた時点でシール部９の位置決め及び固定が完了する。このとき、両者の嵌合面に接着剤を介在させておくと、固定強度が高められると共に、ユニット内部からの油の漏れを確実に防止できる。また、シール部９をハウジング７に挿入する前に接着剤を塗布すれば、接着剤が潤滑剤として機能し、シール部９の挿入および移動を容易化することができる。
【００３４】
この方法によると、軸部材２の軸方向移動可能量となる第２の軸方向隙間Ｌ２を、軸部材２の引き上げ量により高精度に設定することができる。すなわち、軸部材２の軸方向移動可能量を、スリーブ部８の加工精度ではなく、軸部材２の引き上げ量により直接的に管理することができる。従って、軸部材２の軸方向移動可能量を精度良く管理できると共に、スリーブ部８の加工精度が緩和され、製造コストを低減できる。
【００３５】
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８のラジアル軸受面（内周面８ａの動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域）は、軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心の環状平滑部側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝８ａ１、８ａ２の動圧作用によって、軸部材２をラジアル方向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。
【００３６】
同時に、軸部材２の下端に設けられた球面状凸部２ａ２とスラスト軸受部Ｔとしてのハウジング７の内底面７ｂ１とが接触摺動することにより、軸部材２がスラスト方向に接触支持される。
【００３７】
また、スリーブ部８の外周面８ｄに形成された軸方向溝８ｄ１、及び下側端面８ｃに形成された径方向溝８ｃ１により、スリーブ部８とハウジング７との間に連通経路が形成される。この連通経路の一端は第１の軸方向隙間Ｌ１に開口し、他端は軸部材２の下端部が面する空間、詳しくは、ハウジング７の内底面７ｂ１と軸部材２の球面状凸部２ａ２との間の空間Ｐに開口する。これにより、ハウジング閉塞側に形成された前記空間Ｐが、前記連通経路、第１の軸方向隙間Ｌ１、さらに第２の軸方向隙間Ｌ２を介して、シール空間Ｓと連通するため、前記空間Ｐに満たされた潤滑油に局部的な負圧が発生する事態が回避され、気泡の生成による軸受性能の低下を防止することができる。
【００３８】
また、この実施形態では、第１ラジアル軸受部Ｒ１の動圧溝８ａ１は、軸方向中間部の環状平滑部に対して軸方向非対称（Ｘ１＞Ｘ２）に形成されているため（図３参照）、軸部材２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。そして、この引き込み力の差圧によって、スリーブ部８の内周面８ａと軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１との間の隙間に満たされた潤滑油が下方に流動し、ハウジング７の閉塞側の空間Ｐ→径方向溝８ｃ１→軸方向溝８ｄ１→第１の軸方向隙間Ｌ１という経路を循環して、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。このように、軸受内部の潤滑油を強制的に流動循環させることで、潤滑油に局部的な負圧が発生する事態をより効果的に防止することができる。尚、潤滑油を上記経路と逆向きに循環させたい場合は、例えば動圧溝８ａ１のアンバランスを図３に示す例とは反対向き、すなわちＸ１＜Ｘ２となるように形成すればよい。また、上記のように軸受内部の潤滑油を強制的に循環させる必要がない場合は、動圧溝８ａ１、８ａ２の双方をそれぞれ軸方向対称に形成してもよい。
【００３９】
本発明の実施形態は上記に限られない。尚、以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成、機能を有する部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図５に他の実施形態に係る動圧軸受装置１を示す。この動圧軸受装置１は、軸部材２の肩面２ｃと軸受スリーブ８の上側端面８ｂの軸方向位置が同じである点、また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間に軸方向隙間Ｌ４が形成されている点で、上記の実施形態と構成を異にする。軸方向隙間Ｌ４を適宜設定すれば、この軸方向隙間Ｌ４でハウジング閉塞側の空間Ｐとシール空間Ｓとを連通する連通経路の一部を構成することができる。この場合、図２の実施形態で軸受スリーブ８の下側端面８ｃに形成していた径方向溝８ｃ１が不要となるため、軸受スリーブ８の形状を簡略化することができる。
【００４１】
上記の動圧軸受装置１の組立方法を、図６に基づいて説明する。まず、軸部材２の小径部２ｂの外周面２ｂ１とシール部材９の内周面９ａとを嵌合し、シール部材９の端面９ｂと軸部材２の肩面２ｃとを当接させる。この軸部材２及びシール部材９を図５に示す状態と上下反対となるように倒立させ、円筒状の台１０の端面１０ａの上に載置する（図６（ａ）参照）。次に、軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１と軸受スリーブ８の内周面８ａとを嵌合し、軸受スリーブ８の端面８ｂとシール部材９の端面９ｂを当接させる（図６（ｂ）参照）。このとき、軸受スリーブ８の一方の端面８ｂと軸部材２の肩面２ｃとが同じ軸方向位置にあり、且つ、軸部材２の球面状凸部２ａ２が軸受スリーブ８の他方の端面８ｃから僅かに突出した状態となる。
【００４２】
さらに、軸受スリーブ８の外周面８ｄとハウジング７の内周面７ａ１とを嵌合し、軸部材２の球面状凸部２ａ２とハウジング７の内底面７ｂ１とを当接させる（図６（ｃ）参照）。このとき、軸受スリーブ８の端面８ｃとハウジング７の内底面７ｂ１との間には軸方向隙間Ｌ４が形成される。この状態でハウジング７と軸受スリーブ８とを固定し、このユニットを台１０から外して図６（ｄ）の状態とする。その後、軸部材２をハウジング開口側へ引っ張ってシール部材９を移動させることにより、シール部材９と軸受スリーブ８との間に第１の軸方向隙間Ｌ１を形成すると共に、シール部９と軸部材２の肩面２ｃとの間に第２の軸方向隙間Ｌ２を形成する。このとき、軸部材２の肩面２ｃと軸受スリーブ８の上側端面８ｂが同じ軸方向位置にあるため、第１の軸方向隙間Ｌ１と第２の軸方向隙間Ｌ２は等しくなる（Ｌ１＝Ｌ２）。この位置でシール部材９をハウジング７に固定することにより、第１及び第２の軸方向隙間Ｌ１、Ｌ２が決定される。
【００４３】
また、本発明の実施形態に係る流体軸受装置１の構成は上記に限られない。上記の実施形態では段付き状の軸部材２を一体に形成しているが、これに限らず、例えば図７に示すように、軸部材２をストレートの軸状の軸部２１と中空材２２とで構成してもよい。図示例では、軸部２１の下端部に球面状凸部２１ｂが形成され、軸部２１の外周面２１ａに円筒状の中空材２２の内周面２２ｂが固定される。中空材２２の外周面２２ａはラジアル軸受隙間に面し、中空材２２の上側端面２２ｃが軸部材２の肩面を構成する。中空材２２の下端部は、軸部２１の外周面２１ａの下端部を越えて下方へ延び、軸部２１の球面状凸部２１ｂの外周まで達している。これにより、軸部材２の下端部とハウジング７の内底面７ｂ１との間の空間Ｐの一部が中空材２２で埋められ、例えば図２に示す構成と比べて軸受内部に満たされる潤滑油の量を減じることができる。従って、軸受内部に満たされた潤滑油の体積変化を吸収するシール空間Ｓが縮小され、シール部材９の軸方向寸法の縮小が可能となり、これにより軸受性能を維持したまま軸受装置１の軸方向寸法を縮小することができる。あるいは、軸受装置１の軸方向寸法を拡大することなく、ラジアル軸受部Ｒ１とＲ２との間隔（軸受スパン）を拡大して軸受剛性の向上を図ることができる。
【００４４】
この軸部２１及び中空材２２からなる軸部材２は、圧入や接着、溶接など任意の方法で固定される。例えば溶接で固定する場合、軸部２１の下端の球面状凸部２１ｂの外径端と中空材２２の内周面２２ｂとの境界部を溶接すれば、溶融した材料を球面状凸部２１ｂと中空材２２の内周面２２ｂとで形成される凹部Ｑで捕捉することができる。また、溶融した材料で凹部Ｑを埋めることにより、軸受内部の潤滑油量をさらに減じることができるため、シール空間Ｓがさらに縮小され、上記の軸受装置の縮小、あるいは軸受剛性の向上効果をより一層高めることができる。
【００４５】
また、図２や図５に示す軸部材２は、軸部材２を一体に加工した後、大径部２ａの外周面２ａ１、小径部２ｂの外周面２ｂ１、及び肩面２ｃに研削加工を施して仕上げられる。このとき、小径部２ｂの外周面２ｂ１と肩面２ｃとの境界部にヌスミ２ｄを形成しておけば、小径部２ｂの外周面２ｂ１及び肩面２ｃを端部まで確実に研削することが可能となる。一方、図７に示すように軸部材２を軸部２１及び中空材２２の２部材で構成すれば、予め高精度に加工した上で両者を固定することができるため、ヌスミを形成する必要はない。尚、この場合、軸部２１と中空材２２とを固定した後に、ラジアル軸受隙間に面する中空材２２の外周面２２ａを研削すれば、軸部２１と中空材２２の組み付け誤差を考慮した上で外周面２２ａを高精度に仕上げることができる。
【００４６】
ハウジング７とスリーブ部８とが別体に形成されているが、これらを一体に形成してもよい。例えば、ハウジング７及びスリーブ部８を射出成形により一体に形成すれば、製造工程を省くことができるため、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
また、上記の実施形態では、ラジアル軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる動圧発生部として、スリーブ部８の内周面８ａにヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２が形成されているが、これに限らず、例えばスパイラル形状の動圧溝やステップ軸受、あるいは多円弧軸受を採用してもよい。あるいは、スリーブ部８の内周面８ａ及び軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１を共に円筒面状に形成し、いわゆる真円軸受を構成してもよい。
【００４８】
また、上記の実施形態では、スラスト軸受部Ｔで軸部材２を接触支持する構成を示しているが、これに限られない。例えば、軸部材２の下端面とハウジング７の内底面７ｂ１との間にスラスト軸受隙間を形成し、このスラスト軸受隙間の潤滑油の動圧作用で軸部材２を非接触支持するスラスト軸受部Ｔを構成してもよい。
【００４９】
また、上記の実施形態では、スリーブ部８の内周面８ａに動圧溝８ａ１、８ａ２を形成しているが、この面と軸受隙間を介して対向する軸部材２の大径部２ａの外周面２ａ１に動圧溝を形成してもよい。
【００５０】
また、上記の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２が軸方向で離隔して設けられているが、これらを軸方向で連続的に設けてもよい。あるいは、これらの何れか一方のみを設けてもよい。
【００５１】
また、上記の実施形態では、動圧軸受装置１の内部に充満し、ラジアル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発生可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
【００５２】
また、本発明の動圧軸受装置は、上記のようにＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータに限らず、光ディスクの光磁気ディスク駆動用のスピンドルモータ等、高速回転下で使用される情報機器用の小型モータ、レーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等における回転軸支持用、あるいは電気機器の冷却ファン用のファンモータとしても好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】流体軸受装置を組み込んだＨＤＤ用スピンドルモータを示す断面図である。
【図２】流体軸受装置の断面図である。
【図３】スリーブ部の断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第２の軸方向隙間の設定方法を示す断面図である。
【図５】他の例の流体軸受装置の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、流体軸受装置の組立方法の他の例を示す断面図である。
【図７】他の例の流体軸受装置の断面図である。
【図８】軸部材の肩面付近を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ 流体軸受装置
２ 軸部材
２ａ 大径部
２ｂ 小径部
２ｃ 肩面
７ ハウジング
８ スリーブ部
８ｃ１ 径方向溝
８ｄ１ 軸方向溝
９ シール部
Ｌ１ 第１の軸方向隙間
Ｌ２ 第２の軸方向隙間
Ｌ３ シール空間の径方向寸法
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径部、大径部、及びこれらの間に形成された肩面を有する軸部材と、内周に軸部材の大径部を挿入したスリーブ部と、軸部材の小径部の外周面との間に軸受内部の潤滑流体の外部への漏れ出しを防止するシール空間を形成すると共に、軸部材の肩面と軸方向で係合して軸部材の抜け止めを行うシール部と、軸部材の大径部の外周面とスリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部とを備えた流体軸受装置において、
シール部とスリーブ部との間に第１の軸方向隙間を形成したことを特徴とする流体軸受装置。
【請求項２】
シール部と軸部材の肩面との間に形成された第２の軸方向隙間が、シール空間の径方向寸法と同じかそれよりも小さい請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項３】
第２の軸方向隙間が３０μｍ以下である請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項４】
スリーブ部と、スリーブ部を内周に収容したハウジングとの間に、一端を第１の軸方向隙間に開口し、他端を軸部材の下端部が面する空間に開口した連通経路を設けた請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項５】
スリーブ部の端面及び外周面に形成した溝により前記連通経路を構成した請求項４記載の流体軸受装置。
【請求項６】
軸部材を、軸部と、軸部の外周面に固定した中空材とで形成し、中空材の端面で軸部材の肩面を構成した請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項７】
軸部の端部に球面状凸部を形成し、この球面状凸部を接触支持することでスラスト軸受部を構成し、中空材の端部を軸部の球面状凸部の外周まで延ばした請求項６記載の流体軸受装置。
【請求項８】
ＨＤＤ用スピンドルモータに用いる請求項１〜７の何れかに記載の流体軸受装置。
【請求項１】
小径部、大径部、及びこれらの間に形成された肩面を有する軸部材と、内周に軸部材の大径部を挿入したスリーブ部と、軸部材の小径部の外周面との間に軸受内部の潤滑流体の外部への漏れ出しを防止するシール空間を形成すると共に、軸部材の肩面と軸方向で係合して軸部材の抜け止めを行うシール部と、軸部材の大径部の外周面とスリーブ部の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部とを備えた流体軸受装置において、
シール部とスリーブ部との間に第１の軸方向隙間を形成したことを特徴とする流体軸受装置。
【請求項２】
シール部と軸部材の肩面との間に形成された第２の軸方向隙間が、シール空間の径方向寸法と同じかそれよりも小さい請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項３】
第２の軸方向隙間が３０μｍ以下である請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項４】
スリーブ部と、スリーブ部を内周に収容したハウジングとの間に、一端を第１の軸方向隙間に開口し、他端を軸部材の下端部が面する空間に開口した連通経路を設けた請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項５】
スリーブ部の端面及び外周面に形成した溝により前記連通経路を構成した請求項４記載の流体軸受装置。
【請求項６】
軸部材を、軸部と、軸部の外周面に固定した中空材とで形成し、中空材の端面で軸部材の肩面を構成した請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項７】
軸部の端部に球面状凸部を形成し、この球面状凸部を接触支持することでスラスト軸受部を構成し、中空材の端部を軸部の球面状凸部の外周まで延ばした請求項６記載の流体軸受装置。
【請求項８】
ＨＤＤ用スピンドルモータに用いる請求項１〜７の何れかに記載の流体軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−６８６９１（Ｐ２００９−６８６９１Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６０５９２（Ｐ２００８−１６０５９２）
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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