(57)【要約】【課題】流体軸受装置における組立精度、延いては回転精度の向上を図ると共に、さらなる低コスト化を図る。【解決手段】ハウジング７の内周に軸受スリーブ８を固定し、軸部材２をラジアル軸受隙間に形成した油膜を介してラジアル方向で非接触に支持する。ハウジング７は、ポリゴンスキャナモータを制御するための制御回路を組み込んだ回路基板１０をインサート部品として、樹脂の射出成形で形成する。【選択図】      図１
2004340183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、ハウジングに固定され、支持すべき軸部材の回転時に、軸部材をその外周面との間のラジアル軸受隙間に形成した油膜を介してラジアル方向で非接触に支持する軸受スリーブと、ハウジングを固定するためのベース部材とを具備するものにおいて、ハウジングを、ベース部材をインサート部品とする樹脂の型成形で形成した流体軸受装置。
【請求項２】
ベース部材に、凹部または凸部からなる回り止めを設けた請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項３】
さらに軸受スリーブもインサート部品とした請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項４】
ハウジングと、ハウジングに固定され、支持すべき軸部材の回転時に、軸部材をその外周面との間のラジアル軸受隙間に形成した油膜を介してラジアル方向で非接触に支持する軸受スリーブと、ハウジングを固定するためのベース部材とを具備するものにおいて、ハウジングを樹脂製とし、この樹脂製ハウジングとベース部材とを溶着によって固定した流体軸受装置。
【請求項５】
溶着に超音波溶着を用いた請求項４記載の流体軸受装置。
【請求項６】
ベース部材とハウジングの軸心との直角度を２０μｍ以下にした請求項１または４記載の流体軸受装置。
【請求項７】
ベース部材が回路基板である請求項１または４記載の流体軸受装置。
【請求項８】
ラジアル軸受隙間内に、潤滑油の動圧作用で圧力を発生させる請求項１または４記載の流体軸受装置。
【請求項９】
軸部材に取り付けたロータと、ハウジングに取り付けたステータと、請求項１〜８の何れかに記載した流体軸受装置とを有するモータ。
【請求項１０】
軸受スリーブをハウジング内周に固定する工程と、ハウジングとベース部材との溶着工程とを同時に行うことによって請求項４または５に記載した流体軸受装置を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜によって軸部材を非接触支持する流体軸受装置に関する。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、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタ用カラーホイール、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。
【０００２】
【従来の技術】
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、上記要求性能に優れた特性を有する流体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】
この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧発生手段を備えたいわゆる動圧軸受と、動圧発生手段を備えていないいわゆる真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）とに大別される。
【０００４】
例えば、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータに組込まれる流体軸受装置では、図５に示すように、軸部材２００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Ｒと、軸部材をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔとが設けられ、ラジアル軸受部Ｒとして、軸受スリーブ８００の内周面又は軸部材２００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Ｔとしては、例えば、軸部材２００の一端面をスラストプレート１５０によって接触支持する構造の軸受（いわゆるピボット軸受）が用いられる。
【０００５】
図示例の流体軸受装置では、軸受スリーブ８００はハウジング７００の内周の所定位置に固定され、また、ハウジング７００の内部空間に注油した潤滑油が外部に漏れるのを防止するため、ハウジング７００の開口部にシール部材１４０が固定されている（例えば特許文献１参照）。ハウジング７００の外周には、モータを制御するための電子部品を実装した回路基板１１０がかしめや接着等の手段で固定されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１９１９４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の流体軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材、スラストプレート、シール部材といった多くの部品で構成され、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・小型化の傾向に伴い、この種の流体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。
【０００８】
そこで、本発明は、流体軸受装置における組立精度、延いては回転精度の向上を図ると共に、さらなる低コスト化を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、ハウジングと、ハウジングに固定され、支持すべき軸部材の回転時に、軸部材をその外周面との間のラジアル軸受隙間に形成した油膜を介してラジアル方向で非接触に支持する軸受スリーブと、ハウジングを固定するためのベース部材とを具備するものにおいて、ハウジングを、ベース部材をインサート部品（アウトサート部品も含む。以下同じ）とする樹脂の型成形で形成した。
【００１０】
ハウジングを樹脂でインサート成形（アウトサート成形も含む。以下同じ）することにより、ハウジングを金属材で形成する場合のような鍛造や切削工程が不要となるので、ハウジングの製造コストを低減することができる。また、ベース部材をインサート部品とすることにより、ハウジングに対するベース部材の取り付け作業が不要となるので、組立コストを低減することができる。また、ハウジングとベース部材の組み付け精度を高め、さらには両者間で高い固定力を得ることができる。
【００１１】
ここで、「ベース部材」は、ハウジングを規定位置に固定するための部材をいう。例えば上記各種モータ用の流体軸受装置では、モータの回転を制御するための回路が組み込まれる回路基板がベース部材となる。この場合において、上述のように、インサート成形によってハウジングとベース部材の間で高い組み付け精度が確保されるため、ハウジングの固定精度を向上させ、さらには軸部材の回転精度を向上させることが可能となる。
【００１２】
このインサート成形時に、ベース部材に凹部または凸部からなる回り止めを設けておけば、ハウジングとベース部材の固定力をさらに高めることができる。
【００１３】
さらに軸受スリーブもインサート部品とすることにより（ベース部材と軸受スリーブの双方をインサート部品とすることにより）、軸受スリーブをハウジングに固定する工程を省略できるので、さらなる組立コストの低減、および回転精度の向上を図ることができる。
【００１４】
以上に述べた効果と同様の効果は、ハウジングと、ハウジングに固定され、支持すべき軸部材の回転時に、軸部材をその外周面との間のラジアル軸受隙間に形成した油膜を介してラジアル方向で非接触に支持する軸受スリーブと、ハウジングを固定するためのベース部材（例えば回路基板）とを具備するものにおいて、ハウジングを樹脂製とし、この樹脂製ハウジングとベース部材とを溶着によって固定することによっても得られる。
【００１５】
この溶着としては、超音波溶着が好ましい。超音波溶着に適した樹脂としては、耐油性を考慮すると、非結晶性樹脂としてポリサルフォン（ポリエーテルサルフォン、ポリフェニルサルフォンなど）、ポリエーテルイミド等が、結晶性樹脂としてポリアミド、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＯＭ、ＬＣＰなどが好ましい。これら樹脂に、強度や線膨張係数を考慮して充填剤を配合する場合、その配合量は３０Ｖｏｌ％以下が好ましい。
【００１６】
インサート成形および溶着の何れの場合も、ベース部材とハウジングの軸心との直角度を２０μｍ以下に規制すれば、良好なハウジングの固定精度を確保でき、これによって回転精度を向上させることができる。特に溶着の場合は、軸受スリーブをハウジング内周に固定する工程と、ハウジングとベース部材との溶着工程とを同時に行うことによって上記範囲の直角度が実現可能となる。
【００１７】
また、インサート成形および溶着の何れの場合も、動圧溝等の動圧発生手段により、ラジアル軸受隙間内に、潤滑油の動圧作用で圧力（油膜圧力）を発生させるのが望ましい。これにより軸受剛性が高まるので、さらに良好な回転精度を得ることができる。
【００１８】
以上に説明した流体軸受装置と、軸部材に取り付けたロータと、ハウジングに取り付けたステータとでモータを構成することにより、上記情報機器用に適合したモータ（スピンドルモータ、ポリゴンスキャナモータ、その他の小型モータ）を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は、流体軸受装置（流体動圧軸受装置）を組み込んだモータの一例として、ポリゴンスキャナモータを示している。このモータは、軸部材２を回転自在に非接触支持する流体軸受部１と、軸部材２に取り付けられた回転部材３と、回転部材に固定されたポリゴンミラー４と、半径方向のギャップを介して対向させたモータステータ５およびモータロータ６とを備えている。ステータ５は、流体軸受部１のハウジング７外周に取り付けられ、ロータ６は、回転部材３の円筒状部分３ａの内周に取り付けられる。ステータ５に通電すると、ステータ５とロータ６との間の励磁力でロータ６が回転し、それによって回転部材３、軸部材２、さらにはポリゴンミラー４が一体となって回転する。ハウジング７の外周には、電子部品を実装した、ベース部材としての回路基板１０が配置され、モータはこの回路基板１０に組み込まれた制御回路によって制御駆動される。
【００２１】
流体軸受部１は、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定した軸受スリーブ８と、軸受スリーブの内周に挿入された軸部材２とを主要な構成部品として構成される。
【００２２】
軸部材２は、ステンレス鋼等の金属材で形成され、その一端は凸球状に形成されている。この軸部材２を軸受スリーブ８の内周に挿入した状態では、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２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、軸部材２の凸球状の下側端面２ｂとハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１との間にスラスト軸受部Ｔが設けられる。なお、説明の便宜上、スラスト軸受部Ｔの側を下側、スラスト軸受部Ｔと反対の側を上側として説明を進める。
【００２３】
軸受スリーブ８は、焼結金属からなる多孔質体で円筒状に形成される。焼結金属としては、例えば、銅、鉄、及びアルミニウムの中から選択される１種以上の金属粉末、若しくは銅被覆鉄粉などの被覆処理を施した金属粉末や合金粉末を主原料とし、必要に応じて、すず、亜鉛、鉛、黒鉛、二硫化モリブデン等の粉末又はこれらの合金粉末を混合し、成形し、焼結して得られたものを用いることができる。このような焼結金属は、内部に多数の気孔（内部組織としての気孔）を備えていると共に、これら気孔が外表面に通じて形成される多数の開孔を備えている。この焼結金属は、潤滑油や潤滑グリースを含浸させた含油焼結金属として用いられる。なお、焼結金属に限らず、軟質金属等の他の金属材料で軸受スリーブ８を形成することも可能である。
【００２４】
図２に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａには、それぞれ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、該２つの領域には、動圧発生手段として、例えばヘリングボーン形状の動圧溝１３がそれぞれ形成される。なお、動圧発生手段として、スパイラル形状や軸方向の溝を形成したり、あるいは三円弧軸受等を採用しても良い。
【００２５】
軸部材２の回転時、軸受スリーブ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、それぞれ、軸部材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、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、軸部材２が上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって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、軸部材２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。同時に、軸部材２の下側端面２ｂがハウジング７の内底面７ｃ１によって接触支持され、これにより、軸部材２をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。
【００２６】
ハウジング７は、回路基板１０をインサート部品として、６６ナイロン等の樹脂を型成形（例えば射出成形）することにより形成される。このハウジング７は、一端を開口すると共に、他端を閉じた有底筒状で、円筒状の側部７ａと、側部７ａの外周に形成されたフランジ状の突出部７ｂ１，７ｂ２と、側部７ａの下端に一体形成した底部７ｃとを備えている。インサート成形によって、軸方向に離隔した二つの突出部７ｂ１，７ｂ２の間に回路基板１０の端縁（図面では内周縁）が埋め込まれ、ハウジング７と回路基板１０とが一体化される。
【００２７】
このように回路基板１０とハウジング７をインサート成形することにより、ハウジング７の成形と回路基板１０のハウジング７への組み付けとを同時に行うことが可能となって、組立工程の簡略化による組立コストの低減を図ることができる。また、インサート成形の際には、ハウジング７の基準面（例えば内周面）と回路基板１０とが型によって高精度に位置決めされるので、インサート成形後もハウジング７と回路基板１０との間で高い組み付け精度を確保することができる。具体的には、ハウジング１０の軸心と回路基板１０との間の直角度を２０μｍ以下にすることも可能である。直角度がこれよりも大きいと、回路基板１０と軸受スリーブ内周面との直角度も低下し、モータとしての組み付け精度およびモータの回転精度が許容範囲外となる。
【００２８】
また、回路基板１０は、ハウジングの突出部７ｂ１、７ｂ２によって軸方向両側から拘束された状態でハウジング７と一体化されるため、高い固定力が得られる。従って、振動や衝撃に対してもハウジング７と回路基板１０の組み付け精度が低下することもなく、長期間安定して高い組み付け精度を維持することができる。
【００２９】
さらなる固定力の強化のため、図２中の右方に破線で示すように、回路基板１０に凹部１６を設け、インサート成形時にこの凹部１６にも樹脂を入り込ませて、回路基板１０とハウジング７とを円周方向で凹凸係合させておくのが望ましい。これにより回路基板１０の回り止めを図ることができる。凹部１６は、回路基板１０の内径側の樹脂との接触部に形成すればよく、その形状としては孔状、溝状、あるいは切欠き状が考えられる。同様の効果は、回路基板１０に凸部（突起状あるいは突条状）を設け、インサート成形によってこの凸部をハウジング７内に埋め込むことによっても得られる。
【００３０】
インサート成形後は、ハウジング７の内周に軸受スリーブ８が圧入や接着等の手段で固定され、さらにハウジング７の開口部内周にシール部材１４が同様の固定手段で固定される。次いで、例えば、軸受スリーブ８の内周に潤滑油を充填後、軸部材２を挿入して、その下側端面２ｂをハウジング７の内底面７ｃ１に接触させることにより、回路基板１０を一体に有する流体軸受装置が組み立てられる。
【００３１】
組立後の流体軸受装置は、回路基板１０をモータケーシング（図示せず）等に取り付けることによってレーザビームプリンタに組み込まれる。この際、上述のように回路基板１０とハウジング７の間で高い組み付け精度が確保されているので、プリンタへの組み込み後も高い回転精度を得ることができ、近年のプリンタの高速化や高印刷精度化にも対応可能となる。
【００３２】
上述のように、軸部材２の下側端面２ｂは凸球状に形成されているので、この凸球状部が動圧溝１３の形成領域と対向すると、軸受隙間の幅が大きくなって動圧作用が悪影響を受ける。かかる事態を防止するため、図２および図３に示すように、二つのラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のうち、下側のラジアル軸受部Ｒ２における動圧溝１３の形成領域は、軸受スリーブ８の下端内周のチャンファ８ｂから離隔させ、当該動圧溝形成領域の全領域を軸部材２の円筒状部分と対向させるのが望ましい。また、同様の観点から、軸受スリーブ８をハウジング７内周に固定する際、図示のように軸受スリーブ８の下端面とハウジング内底面７ｃ１との間に隙間を残しておくのが望ましい。
【００３３】
図３は、本発明の他の実施形態を示すもので、ハウジング７の内底面７ｃ１にハウジング７とは別体のスラスト受け１７を配置し、このスラスト受け１７に軸部材２の下端部２ｂを接触させてスラスト軸受部Ｔを構成した例である。これにより、スラスト受け１７を摺動性に優れる樹脂材料で形成する一方、ハウジング７はこれよりも安価な他の樹脂材料で形成することができるので、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００３４】
インサート成形に際しては、回路基板１０のみをインサート部品とする他、さらに軸受スリーブ８をインサート部品とすることもできる。これにより、回路基板１０だけでなく、軸受スリーブ８の組み付け工程も不要となるので、組立コストのさらなる低減化が可能となり、さらに軸受スリーブ８と回路基板１０の位置決め精度も向上させることができる。この際、ハウジング７の上端開口部に内径側への延在部を設け、その延在部の内周面と軸部材２の外周面との間でシール隙間を形成することもできる。これは、図１に示す流体軸受装置において、シール部材１４をハウジング８と一体化させた構造に相当する。これにより、シール部材１４、およびその取り付け工程が不要となり、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００３５】
このように軸受スリーブ８をインサート部品とする場合、軸受スリーブ８にも成形圧力が付与されるので、その影響で動圧溝１３の精度低下を招くおそれがある。従って、これが問題となる場合は、軸受スリーブ８をインサート部品とせず、上述のように軸受スリーブ８をインサート成形後にハウジング内周に圧入して固定するのが望ましい。
【００３６】
図４に本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、ハウジング７と回路基板１０とを溶着によって固定したもので、図示例では、溶着のうちでステーキングと呼ばれる手段を採用した場合を例示している。
【００３７】
この実施形態において、ハウジング７は、回路基板１０とは別に射出成形等の成形手段によって成形される。この際、側部７ａ外周には、外径側に突出するフランジ状の突出部７ｂが形成され、さらにこの突出部７ｂに破線で示すように突起７ｄが形成される。
【００３８】
溶着工程では、予め回路基板１０に形成した孔１０ａに突起７ｄを挿入し、回路基板１０から突き出た突起７ｄの先端部を加圧軟化させてフランジ状の頭部２０（実線で示す）を形成し、これを回路基板１０に溶着させる。この溶着でも上記インサート成形の場合と同様に、良好な組み付け精度および固定力を低コストに得ることができる。一般的に溶着工程は、高周波溶着、熱溶着、超音波溶着等に大別され、本発明ではその何れも採用可能であるが、ポリゴンスキャナモータ等の情報機器用モータでは、軸受装置が超小型であること（軸径は概ね３ｍｍ以下）、および回路基板への熱影響が好ましくないことを考慮し、さらにコスト面を考慮に入れて超音波溶着が最も好ましい。
【００３９】
軸受スリーブ８の圧入や接着によるハウジング７内周への固定作業は、上記溶着作業の前後を問わずに行うことができるが、この固定作業を溶着作業と同時に行えば、軸受スリーブ８の内周面８ａを基準として回路基板１０を取り付けることができるので、回路基板１０と軸受スリーブ内周面８ａとの直角度（２０μｍ以下）を出しやすくなり、良好な回転精度を確保することができる。
【００４０】
これ以外の構成、効果、作業手順、変更例等はインサート成形の場合に準じるので、重複説明は省略する。
【００４１】
なお、以上の説明では、スラスト軸受部Ｔとして、軸部材２の端部を接触支持するピボット軸受を例示しているが、この軸受部Ｔとしては、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２と同様に、動圧溝等の動圧発生手段で軸受隙間に生じた潤滑油の動圧効果により圧力を発生させて軸部材２をスラスト方向で非接触支持する動圧軸受を使用することもできる。
【００４２】
また、本発明は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の何れか一方または双方を、動圧発生手段を具備しない、いわゆる真円軸受で構成した流体軸受装置にも同様に適用可能である。
【００４３】
もちろん本発明の適用範囲は、上述したポリゴンスキャナモータに限られず、例えばＨＤＤ等のディスクドライブ装置用スピンドルモータの軸受部としても使用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、回路基板とハウジングの組み付けを安価に能率よく行うことができるので、流体軸受装置のさらなる低コスト化を図ることができる。また、回路基板とハウジングの間で良好な組み付け精度が確保されるので、モータの回転精度を向上させることができ、さらには両者間で高い固定力が確保されるので、衝撃荷重等の負荷される過酷な使用条件でも当初の回転精度を長期間安定して維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる流体軸受装置を組み込んだポリゴンスキャナモータの断面図である。
【図２】インサート成形したハウジングと回路基板とを示す断面図である。
【図３】インサート成形したハウジングと回路基板とを示す断面図で、他の実施形態を表す図である。
【図４】溶着固定したハウジングと回路基板とを示す断面図である。
【図５】ポリゴンスキャナモータの一般的な構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１      流体軸受部
２      軸部材
２ａ    軸部材の外周面
２ｂ    軸部材の下端部
３      回転部材
４      ポリゴンミラー
５      ステータ
６      ロータ
７      ハウジング
７ａ    側部
７ｂ    突出部
７ｃ    底部
７ｃ１  内底面
８      軸受スリーブ
８ａ    軸受スリーブの内周面
８ｂ    チャンファ
１０    回路基板（ベース部材）
１４    シール部材
１６    凹部
１７    スラスト受け
Ｒ１    第一のラジアル軸受部
Ｒ２    第二のラジアル軸受部
Ｔ      スラスト軸受部
【図１】
2004340183.tif 000003
【図２】
2004340183.tif 000004
【図３】
2004340183.tif 000005
【図４】
2004340183.tif 000006
【図５】
2004340183.tif 000007