(57)【要約】【課題】流体動圧軸受装置の軸の相対回転トルクを低減する。【解決手段】流体動圧軸受装置１は、内周面８ａに、軸方向に離隔した複数の軸受面８ａ１を有する軸受部材８と、軸受部材８の内周に挿入され、外周面に、複数の軸受面８ａと半径方向で対向する軸受対向面（円筒面２ａ１）を有する軸部材２とを備え、軸受部材８の複数の軸受面８ａ１と軸部材２の円筒面２ａ１との間のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体の動圧作用で軸部材２を相対回転自在に支持する。軸部材２の複数の円筒面２ａ１の軸方向間領域には、環状凹部２ａ２が形成される。環状凹部２ａ２には、植毛部２０が設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に、軸方向に離隔した複数の軸受面を有する軸受部材と、前記軸受部材の内周に挿入され、外周面に、前記複数の軸受面と半径方向で対向する軸受対向面を有する軸部材とを備え、前記軸受部材の複数の軸受面と前記軸部材の複数の軸受対向面との間のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体の動圧作用で前記軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置において、
前記軸受部材の複数の軸受面の軸方向間領域、又は、前記軸部材の複数の軸受対向面の軸方向間領域に環状凹部が形成され、
前記環状凹部に植毛部を設けたことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸受面又は前記軸受対向面に動圧発生部が形成された請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記植毛部が、前記環状凹部の全周に設けられた請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記軸受部材と前記軸部材のうち、回転側に前記植毛部を設けた請求項１〜３の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の流体動圧軸受装置と、前記軸受部材および前記軸部材のうち、回転側に設けられたロータマグネットと、前記軸受部材および前記軸部材のうち、固定側に設けられたステータコイルとを備えたモータ。
【請求項６】
内周に挿入された軸を支持する軸受部材であって、
内周面に、軸方向に離隔した複数の軸受面と、前記複数の軸受面の軸方向間に設けられた環状凹部とを有し、
前記環状凹部に植毛部が設けられた軸受部材。
【請求項７】
軸受部材の内周に挿入される軸部材であって、
外周面に、軸方向離隔した複数の軸受対向面と、前記複数の軸受対向面の軸方向間に設けられた環状凹部とを有し、
前記環状凹部に植毛部が設けられた軸部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動圧軸受装置は、軸受部材の内周面（軸受面）と軸の外周面との間のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体の動圧作用で、軸を相対回転自在に非接触支持するものである。流体動圧軸受装置は、回転精度および静粛性に優れ、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータ等として好適に使用される。
【０００３】
流体動圧軸受装置では、モーメント剛性を高めるために、軸受部材の内周面の軸方向に離隔した２箇所に軸受面を形成することがある。この場合、２箇所の軸受面の軸方向間領域において、軸の外周面又は軸受部材の内周面に環状凹部（逃げ部）を設けることにより、これらの間の隙間を広げてトルクの低減を図ることがある（例えば、下記の特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４５９６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように、軸受部材の内周面又は軸の外周面に環状凹部を設けて隙間を広げることで、軸の相対回転時に、前記隙間に満たされた潤滑流体が撹拌されて乱流が生じやすくなる。この場合、潤滑流体の撹拌抵抗が大きくなるため、軸の相対回転トルクが幾分増大するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、流体動圧軸受装置の軸の相対回転トルクを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、内周面に、軸方向に離隔した複数の軸受面を有する軸受部材と、前記軸受部材の内周に挿入され、外周面に、前記複数の軸受面と半径方向で対向する軸受対向面を有する軸部材とを備え、前記軸受部材の複数の軸受面と前記軸部材の複数の軸受対向面との間のラジアル軸受隙間に満たされた潤滑流体の動圧作用で前記軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置において、前記軸受部材の複数の軸受面の軸方向間領域、又は、前記軸部材の複数の軸受対向面の軸方向間領域に環状凹部が形成され、前記環状凹部に植毛部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
この流体動圧軸受装置によれば、環状凹部に設けた植毛部により潤滑流体を周方向に整流させることができるため、環状凹部が面する比較的広い隙間に満たされた潤滑流体の撹拌抵抗が抑えられ、軸部材の相対回転トルクを低減することができる。
【０００９】
上記の流体動圧軸受装置において、軸受部材の軸受面又は軸部材の軸受対向面に動圧発生部（例えば動圧溝）が形成される場合、環状凹部が面する隙間の潤滑流体が撹拌されやすいため、軸の相対回転トルクが増大するおそれが高い。従って、このような場合、上記のように環状凹部に植毛部を設けて潤滑流体の撹拌抵抗を抑えることが特に効果的となる。
【００１０】
上記の流体動圧軸受装置において、植毛部を環状凹部の全周に設ければ、潤滑流体を整流させる効果が高められる。
【００１１】
上記の流体動圧軸受装置において、前記軸受部材と前記軸部材のうち、回転側に前記植毛部を設け、植毛部を回転させることにより、潤滑流体の流れ方向が周方向（回転方向）に整流されやすくなる。
【００１２】
上記の流体動圧軸受装置は、例えば、内周に挿入された軸を支持する軸受部材であって、内周面に、軸方向に離隔した複数の軸受面と、前記複数の軸受面の軸方向間に設けられた環状凹部とを有し、前記環状凹部に植毛部が設けられた軸受部材を用いて形成することができる。
【００１３】
また、上記の流体動圧軸受装置は、例えば、軸受部材の内周に挿入される軸部材であって、外周面に、軸方向離隔した複数の軸受対向面と、前記複数の軸受対向面の軸方向間に設けられた環状凹部とを有し、前記環状凹部に植毛部が設けられた軸部材を用いて形成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、環状凹部に設けた植毛部により、環状凹部が面する隙間に満たされた潤滑流体の撹拌抵抗が抑えられるため、軸の相対回転トルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】スピンドルモータの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】図２の流体動圧軸受装置の環状凹部付近の拡大断面図である。
【図４】軸受部材の断面図である。
【図５】軸受部材の下面図である。
【図６】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の環状凹部付近の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る流体動圧軸受装置１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流体動圧軸受装置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はケーシング６に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３に取付けられる。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、ケーシング６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが所定枚数保持される。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との間の電磁力でロータ５が回転し、それによって、ディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。
【００１８】
図２に示すように、流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、ハウジング７と、ハウジング７の内周に保持された軸受部材８と、ハウジング７の軸方向一端の開口部に設けられたシール部９と、ハウジング７の軸方向他端を閉塞する蓋部材１０とを有する。図示例では、ハウジング７及びシール部９が一部品で構成されている。尚、以下の説明では、便宜上、軸方向でハウジング７の閉塞側を下側、ハウジング７の開口側を上側と言うが、これは流体動圧軸受装置１の使用態様を限定する趣旨ではない。
【００１９】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備える。軸部材２は、例えば金属で形成され、本実施形態では、軸部２ａおよびフランジ部２ｂを含む軸部材２全体がステンレス鋼で一体に形成される。
【００２０】
軸部２ａの外周面には、軸方向に離隔した２箇所に形成された円筒面２ａ１と、２箇所の円筒面２ａ１の軸方向間に設けられ、円筒面２ａ１よりも小径な環状凹部２ａ２とが設けられる。円筒面２ａ１は、軸受部材８の内周面８ａの軸受面８ａ１と半径方向で対向する軸受対向面として機能する。環状凹部２ａ２の軸方向両端には、円筒面２ａ１と接続する傾斜面（テーパ面）が設けられる。
【００２１】
図３に示すように、環状凹部２ａ２には植毛部２０が設けられる。植毛部２０は、環状凹部２ａ２の全周に設けられる。植毛部２０は、環状凹部２ａ２の軸方向略全域に設けられ、詳しくは、環状凹部２ａ２の軸方向両端の微小領域を除く全域に設けられる。尚、植毛部２０を設ける場所は上記に限られない。例えば、植毛部２０を、環状凹部２ａ２の軸方向一部領域に設けてもよい。具体的には、環状凹部２ａ２のうち、軸方向に離隔した複数の環状領域や、軸方向両端の傾斜面を除く全域に、植毛部２０を設けてもよい。また、植毛部２０は、必ずしも環状に設ける必要はなく、例えば周方向に離隔した複数箇所に設けてもよい。ただし、植毛部２０を環状とした方が、後述する潤滑流体の整流効果が高いため好ましい。
【００２２】
植毛部２０は、環状凹部２ａ２に植毛された多数の短繊維で構成される。植毛部２０を構成する短繊維は、環状凹部２ａ２から外径向きに延びている。植毛部２０の外径端（植毛部２０を構成する短繊維の先端）は、円筒面２ａ１よりも僅かに内径側に配される。これにより、植毛部２０と軸受部材８の内周面８ａ（軸受面）との摺動が回避され、軸部材２の回転トルクの増大を防止できる。尚、植毛部２０と軸受面との摺動が特に問題とならない場合や、植毛部２０と対向する軸受部材８の内周面８ａに逃げ部（環状凹部）が設けられる場合には、植毛部２０の外径端を、円筒面２ａ１と同じ半径方向位置あるいは僅かに外径側に突出させてもよい。
【００２３】
植毛部２０を形成する植毛方法としては、静電植毛や静電吹き付け植毛を採用できる。静電植毛は、環状凹部２ａ２のような曲面部においても、多数の短繊維を短時間で密に植毛できる。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。一方、静電吹き付け植毛は、静電植毛とほぼ同じ原理であるが、短繊維をエアーで吹き付けることで短繊維が接着剤塗布面に対して傾斜した状態で固定されるという特徴がある。静電吹き付け植毛は、静電植毛と比べて短繊維の密度が低いため、少量の短繊維で植毛をすることができる。
【００２４】
植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。
【００２５】
短繊維の形状としては、例えば、長さ０．５〜２．０ｍｍ、太さ０．５〜５０デシテックスのものが好ましい。植毛部の短繊維の密度としては、例えば、植毛した面積あたりに繊維の占める割合を１０〜３０％とすることが好ましい。短繊維の形状としてストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、断面形状は円形や多角形状がある。ベンド形状の短繊維は、ストレート形状の短繊維と比較して、油をより確実に捕捉することができる。多角形状断面の短繊維は、円形断面の短繊維よりも表面積が大きいため、油の表面張力を大きくすることができる。植毛部２０に要求される特性に合わせて、短繊維の形状を選定することが好ましい。
【００２６】
接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が使用できる。具体的には、例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル−酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン−酢酸ビニル共重合体系接着剤などが使用できる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
ハウジング７は、樹脂あるいは金属で円筒状に形成される。ハウジング７の内周面７ａには、軸受部材８の外周面８ｄが、接着や圧入等の適宜の手段で固定される。
【００２８】
軸受部材８は、金属あるいは樹脂で円筒状に形成される。本実施形態では、軸受部材８が、焼結金属、特に銅を主成分とする銅系の焼結金属や、鉄を主成分とする鉄系の焼結金属、あるいは銅及び鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属で形成される。この他、銅系金属や鉄系金属等からなる溶製材で軸受部材８を形成してもよい。
【００２９】
軸受部材８の内周面８ａには、図４に示すように、軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面８ａ１が形成される。各ラジアル軸受面８ａ１には、動圧発生部としてへリングボーン形状に配列された動圧溝Ｇ１，Ｇ２が設けられる。図中クロスハッチングで示す領域は、内径側に盛り上がった丘部を示している（図５においても同様）。上側の動圧溝Ｇ１は軸方向で非対称な形状を成し、下側の動圧溝Ｇ２は軸方向で対称な形状を成している。軸方向非対称形状の上側の動圧溝Ｇ１により、ラジアル軸受隙間の潤滑流体が軸方向に押し込まれ、ハウジング７の内部で潤滑流体が強制的に循環される。ラジアル軸受面８ａ１の軸方向間領域には円筒面８ａ２が設けられる。円筒面８ａ２は、動圧溝Ｇ１、Ｇ２の溝底面と同一円筒面上に連続して設けられる。
【００３０】
尚、上下の動圧溝Ｇ１，Ｇ２の双方を軸方向対称形状としてもよい。また、上下の動圧溝Ｇ１，Ｇ２を軸方向で連続させたり、上下の動圧溝Ｇ１，Ｇ２の一方あるいは双方を省略したりしてもよい。また、軸受部材８の内周面８ａを円筒面として、軸部２ａの外周面（軸受対向面）に動圧発生部を設けてもよい。また、軸受部材８の軸受面８ａ１および軸部２ａの軸受対向面の双方を円筒面とし、いわゆる真円軸受としてもよい。
【００３１】
軸受部材８の下側端面８ｂにはスラスト軸受面が形成される。スラスト軸受面には、動圧発生部として、図５に示すようなポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝８ｂ１が形成される。尚、動圧溝の形状として、ヘリングボーン形状や放射溝形状等を採用しても良い。また、軸受部材８の下側端面８ｂを平坦面として、軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に動圧溝を形成してもよい。
【００３２】
軸受部材８の上側端面８ｃには、図４に示すように、環状溝８ｃ１と、環状溝８ｃ１の内径側に設けられた複数の半径方向溝８ｃ２とが形成される。軸受部材８の外周面８ｄには、複数の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に設けられる。これらの軸方向溝８ｄ１、環状溝８ｃ１、及び半径方向溝８ｃ２等を介して、軸部材２のフランジ部２ｂの外径側の空間がシール空間Ｓと連通することで、この空間における負圧の発生が防止される。
【００３３】
シール部９は、ハウジング７の上端から内径側に突出している。本実施形態では、シール部９がハウジング７と一体に形成される。シール部９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ状を成す。シール部９の内周面９ａと軸部２ａの外周面との間には、下方に向けて半径方向幅を徐々に狭めたシール空間Ｓが形成される。この他、シール部９の内周面を円筒面とする一方で、軸部２ａの外周面に上方に向けて漸次縮径するテーパ面を設け、これらの間にシール空間Ｓを形成してもよい。
【００３４】
蓋部材１０は、例えば、金属材料（黄銅等）や樹脂材料で形成され、ハウジング７の内周面７ａの下端部に、圧入、接着等の適宜の手段で固定される。蓋部材１０の端面１０ａにはスラスト軸受面が形成される。このスラスト軸受面には、例えばポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝が形成される（図示省略）。尚、動圧溝の形状として、ヘリングボーン形状や放射溝形状等を採用しても良い。また、蓋部材１０の端面１０ａを平坦面として、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に動圧溝を形成してもよい。
【００３５】
上記の構成の流体動圧軸受装置１の内部に、潤滑流体として油が注入される。本実施形態では、ハウジング７の内周の空間が、軸受部材８の内部気孔を含めて油で満たされる。従って、軸部２ａの環状凹部２ａ２と軸受部材８の円筒面８ａ２との半径方向間の隙間Ｅ（図３参照）は油で満たされており、環状凹部２ａ２に設けられた植毛部２０にも油が入り込んでいる。油面は、シール空間Ｓ内に形成される。
【００３６】
軸部材２が回転すると、軸受部材８の内周面８ａのラジアル軸受面８ａ１と軸部２ａの円筒面２ａ１（軸受対向面）との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、動圧溝Ｇ１，Ｇ２によりラジアル軸受隙間に形成された油膜の圧力が高められ、これにより軸部材２がラジアル方向に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１及び第２ラジアル軸受部Ｒ２が構成される。これと同時に、軸受部材８の下側端面８ｂ（スラスト軸受面）とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び、蓋部材１０の端面１０ａ（スラスト軸受面）とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に、それぞれスラスト軸受隙間が形成される。そして、軸受部材８の下側端面８ｂの動圧溝８ｂ１及び蓋部材１０の端面１０ａの動圧溝により、各スラスト軸受隙間に形成された油膜の圧力が高められ、これにより軸部材を両スラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１及び第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される。
【００３７】
軸部材２の回転中は、軸受部材８の内周面８ａと軸部２ａの外周面との間の隙間の油が軸部材２の回転方向（周方向）に流動する。このとき、軸受部材８の内周面８ａと軸部２ａの環状凹部２ａ２との間に、ラジアル軸受隙間よりも大きな隙間Ｅが形成される（図３参照）ことで、軸部材２の回転トルクが低減される。しかし、軸部材２の回転に伴って、前記隙間Ｅに満たされた油が撹拌されて乱流が生じることで、軸部材２の回転トルクが幾分増大するおそれがある。特に本実施形態では、動圧溝Ｇ１、Ｇ２により、各ラジアル軸受隙間の軸方向中央部に油が引き込まれるため、上記の隙間Ｅに乱流が生じやすい。
【００３８】
本実施形態では、軸部２ａの環状凹部２ａ２に植毛部２０を設け、軸部材２と共に植毛部２０を回転させることにより、前記隙間Ｅに満たされた油が強制的に回転方向（周方向）に流される。その結果、動圧溝Ｇ１、Ｇ２の影響等により乱されていた隙間Ｅの油の流れが、周方向に整流される。これにより、隙間Ｅにおける油の撹拌抵抗が抑えられ、軸部材２の回転トルクが低減される。
【００３９】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、図６に示す実施形態では、軸部２ａの外周面がストレートな円筒面とされると共に、軸受部材８の内周面８ａに設けられた２箇所の軸受面８ａ１の軸方向間に、軸受面８ａ１よりも大径な環状凹部８ａ３が設けられる。この環状凹部８ａ３に、植毛部２０が設けられる。この場合も、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、軸部材２が回転側、軸受部材８が固定側の場合、上記の実施形態のように回転側である軸部材２に植毛部２０を設けた方が、油を整流させる効果が高い。従って、例えば軸部材２が固定側、軸受部材８が回転側である場合、図６に示すように、軸受部材８に植毛部２０を設けることが好ましい。尚、図６に示す実施形態において、植毛部２０の詳細を含むその他の構成は、上記の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４０】
以上の流体動圧軸受装置は、ファンモータに限らず、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用のスピンドルモータや、レーザビームプリンタ用のポリゴンスキャナモータなどに組み込んで使用することもできる。
【符号の説明】
【００４１】
１     流体動圧軸受装置
２     軸部材
２ａ１ 円筒面（軸受対向面）
２ａ２ 環状凹部
７     ハウジング
８     軸受部材
８ａ１ （ラジアル）軸受面
９     シール部
１０   蓋部材
２０   植毛部
Ｇ１、Ｇ２    動圧溝（動圧発生部）
Ｒ１、Ｒ２    ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２    スラスト軸受部
Ｓ     シール空間
【図１】
2018017340.tif 000003
【図２】
2018017340.tif 000004
【図３】
2018017340.tif 000005
【図４】
2018017340.tif 000006
【図５】
2018017340.tif 000007
【図６】
2018017340.tif 000008