(57)【要約】【課題】  動圧軸受ユニットの低コスト化を図る。【解決手段】  軸２ａおよびフランジ部２ｂからなる軸部材２と、軸部材２をラジアル方向で支持するラジアル軸受部１０と、軸部材２のフランジ部２ｂをスラスト方向で支持するスラスト軸受部１１とを有し、ラジアル軸受部１０およびスラスト軸受部１１がそれぞれ動圧作用で軸部材２を非接触支持するものにおいて、スラスト軸受部１１の動圧溝を、フランジ部２ｂと対向する軸受部材７の端面に設ける。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸およびフランジ部からなる軸部材と、
軸の外周面と対向する内周面に動圧溝を有するラジアル軸受面が軸方向に離隔して形成されると共に、フランジ部と対向する端面に動圧溝を有するスラスト軸受面が形成された軸受部材と、
内周面に軸受部材を固定したハウジングとを備え、
軸部材と軸受部材の相対回転時に、ラジアル軸受面と軸の外周面との間のラジアル軸受隙間、およびスラスト軸受面とフランジ部の端面との間のスラスト軸受隙間にそれぞれ生じた動圧作用で軸部材をラジアル方向およびスラスト方向で非接触支持することを特徴とする動圧型軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧型軸受ユニットに関する。この軸受ユニットは、特に情報機器、例えばＨＤＤ、ＦＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ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、あるいはレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータなどのスピンドル支持用として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
上記各種情報機器のスピンドルモータには、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、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する動圧型軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図５はこの種のスピンドルモータの一例で、軸受ユニット21で回転自在に支持された軸部材22（軸22ａと、軸22ａへの装着によりフランジ部となるスラスト円盤22ｂとで構成される）を、軸受部材27に固定したモータステータ４と、軸部材22に装着したモータロータ５との間に生じる励磁力で回転駆動する構造である。軸受ユニット21には、軸部材22をラジアル方向で支持するラジアル軸受部30とスラスト円盤22ｂをスラスト方向で支持するスラスト軸受部31とが設けられ、これらの軸受部30、31は何れも軸受面に動圧発生用の溝（動圧溝）を有する動圧型軸受とされる。ラジアル軸受部30の動圧溝は、軸受部材27の内周面に形成され、スラスト軸受部31の動圧溝は、軸部材22の下端に固定したスラスト円盤22ｂの両端面にそれぞれ形成される。軸受部材27の底部には、スラスト円盤22ｂの厚さにスラスト軸受隙間の幅（ｔ＝１０〜２０μｍ程度）分を加算した段差が設けられ、この段差部分にバックメタル33を組み込むことによって、スラスト円盤22ｂの軸方向両側に上記所定幅のスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2が形成される（ｔ＝Ｃs1＋Ｃs2）。
【０００４】
この軸受ユニット21は、軸受部材27にスラスト円盤22ｂとバックメタル33とを組み込んだ後、軸受部材27の内径部にその内径よりラジアル軸受隙間Ｃｒ分だけ小径の軸22ａを挿入し、さらに軸22ａ先端をスラスト円盤22ｂの内径部に圧入することによって組立てられる。
【特許文献１】特開平９−４６９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記軸受ユニット21において、軸22ａとスラスト円盤22ｂとの直角度の精度が悪いと、スラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2内でスラスト円盤22ｂがその対向面と接触し、軸受性能を悪化させるおそれがある。従って、組立工程では、軸22ａをスラスト円盤22ｂに精度よく圧入する必要があるが、圧入では必要な精度（直角度２μｍ程度）を得ることが難しい。また、直角度を測定しようとしても、軸22ａやスラスト円盤22ｂは既にユニット内に組み込まれているから、その精度測定や確認は一般に困難であり、仮に可能であっても煩雑な作業を要して組立コストの増大等を招く。
【０００６】
本発明は、動圧型軸受ユニットの低コスト化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の達成のため、本発明にかかる動圧型軸受ユニットは、軸およびフランジ部からなる軸部材と、軸の外周面と対向する内周面に動圧溝を有するラジアル軸受面が軸方向に離隔して形成されると共に、フランジ部と対向する端面に動圧溝を有するスラスト軸受面が形成された軸受部材と、内周面に軸受部材を固定したハウジングとを備え、軸部材と軸受部材の相対回転時に、ラジアル軸受面と軸の外周面との間のラジアル軸受隙間、およびスラスト軸受面とフランジ部の端面との間のスラスト軸受隙間にそれぞれ生じた動圧作用で軸部材をラジアル方向およびスラスト方向で非接触支持するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フランジ部と対向する軸受部材の端面に動圧溝を有するスラスト軸受面を形成しているので、軸部材を鉄系等の硬質材料で形成した場合でも、軸受部材を、動圧溝を加工しやすい軟質金属や焼結金属等で形成することができ、これにより、スラスト軸受面の加工コストを低減化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図４に基いて説明する。
【００１０】
図１に示す動圧型軸受ユニットは、軸２ａおよびフランジ部２ｂからなる軸部材２と、軸部材２をラジアル方向で支持するラジアル軸受部１０と、軸部材２のフランジ部２ｂをスラスト方向で支持するスラスト軸受部１１とを有し、ラジアル軸受部１０およびスラスト軸受部１１がそれぞれ動圧作用で軸部材２を非接触支持するものにおいて、軸２ａとフランジ部２ｂを一体に構成したものである。
【００１１】
このように軸部材２を一体構造とすると、軸２ａとフランジ部２ｂ間の直角度等の精度を容易に確保することができ、しかも軸受ユニット１への組込み前に直角度が測定可能となるので、精度測定やその確認作業も容易なものとなる。
【００１２】
この動圧型軸受ユニット１のラジアル軸受部１０は、軸部材２の外周側に軸受部材７を配置し、軸部材２の外周面とこれに対向する軸受部材７との間にラジアル軸受部１０のラジアル軸受隙間Ｃｒを形成することにより構成される。
【００１３】
スラスト軸受部１１は、フランジ部２ｂの両側に２つのスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2を有するものとする。この場合、フランジ部２ｂの一方の端面２b1と、これに対向する軸受部材７（例えばその端面）とでスラスト軸受部１１の一方の（第一の）スラスト軸受隙間Cs1を構成することができる。また、フランジ部２ｂの他方の端面２b2に対向させてスラスト支持部１３を設け、このスラスト支持部１３とフランジ部２ｂの他方の端面とで他方の（第二の）スラスト軸受隙間Cs2を構成することができる。
【００１４】
スラスト軸受部１１の動圧溝は、軸受部材７およびスラスト支持部１３の何れか一方（スラスト負荷の方向により決まる）、または双方に設けるのが望ましい。
【００１５】
軸受部材７の一端側は、シール部材８で密封しておくのがよい。
【００１６】
図１は、本発明にかかる動圧型軸受ユニット１を備える情報機器用スピンドルモータの断面図で、一例としてＨＤＤ（ハードディスクドライブ）スピンドルモータを示している。このスピンドルモータは、軸部材２を回転自在に支持する軸受ユニット１と、軸部材２に取付けられ、磁気ディスクＤを一又は複数枚保持するディスクハブ３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４およびモータロータ５とを有する。ステータ４は、軸受ユニット１を保持するケーシング９の円筒状外周部に取付けられ、ロータ５はディスクハブ３の内周面に取付けられている。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータ５との間の励磁力でロータ５が回転し、ディスクハブ３および軸部材２が回転する。
【００１７】
図１および図２に示すように、軸受ユニット１は、軸部材２と、有底円筒状のいわゆる袋型ハウジング６と、ハウジング６の内周面に固定された厚肉円筒状の軸受部材７と、軸受部材７の一端側（ハウジング６の開口側をいう）を密封するシールワッシャ等のシール部材８とを主な構成要素とする。軸部材２は、軸２ａと軸２ａの下端部に設けられたフランジ部２ｂとからなり、かつ軸２ａを軸受部材７の内周部に、フランジ部２ｂを軸受部材７とハウジング６の底部との間に収容して配置される。
【００１８】
軸受部材７は、例えば銅や真鍮等の軟質金属等で形成される。軸受部材７の内周面には、動圧溝を有するラジアル軸受面１０ａが形成され、これより軸部材２と軸受部材７の相対回転時（本実施形態では軸部材２の回転時）には、ラジアル軸受面１０ａと軸２ａの外周面との間のラジアル軸受隙間Ｃｒに動圧が発生し、軸２ａをラジアル方向で非接触支持するラジアル軸受部１０が構成される。なお、図中のラジアル軸受隙間Ｃｒの幅は誇張して描かれている（後述のスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2についても同様）。
【００１９】
軸受部材７は軟質金属等だけでなく、例えば焼結金属によっても成形することもできる。その場合の動圧溝は圧縮成形、すなわち、コアロッドの外周面にラジアル軸受面１０ａの動圧溝形状（図３（ａ）参照）に対応した凹凸形状の溝型を形成し、コアロッドの外周に焼結金属を供給して焼結金属を圧迫し、焼結金属の内周部に溝型形状に対応した動圧溝を転写することによって、低コストにかつ高精度に成形することができる。この場合、焼結金属の脱型は、圧迫力を解除することによる焼結金属のスプリングバックを利用して簡単に行える。このように軸受部材７の素材として焼結金属を用いる場合、軸受部材７に潤滑油や潤滑グリースを含浸させた動圧型含油軸受として使用することができる。
【００２０】
フランジ部２ｂの軸方向両側には、軸方向の隙間であるスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2が設けられる。スラスト軸受隙間Ｃs1は、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１とこれに対向する軸受部材７の端面との間に形成され、他方のスラスト軸受隙間Ｃｓ２は、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２と、これに対向するスラスト支持部１３の上面との間に形成される。本実施形態は、スラスト支持部１３をハウジング６と一体に形成し、かつスラスト支持部１３をハウジング６の他端開口を封口する底部とした構造を例示している。一方のスラスト軸受隙間Ｃs1を臨む軸受部材７の下端面、および他方のスラスト軸受隙間Ｃs2を臨むスラスト支持部１３の上面には、それぞれ動圧溝を有するスラスト軸受面１１ａ、１１ｂが形成され、これより上記回転時には、スラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2に動圧が発生し、フランジ部２ｂをスラスト方向両側から非接触支持するスラスト軸受部１１が構成される。
【００２１】
上記ラジアル軸受面１０ａおよびスラスト軸受面１１ａ、１１ｂの動圧溝形状は任意に選択することができ、公知のへリングボーン型、スパイラル型、ステップ型、多円弧型等の何れかを選択し、あるいはこれらを適宜組合わせて使用することができる。図３は動圧溝形状の一例としてへリングボーン型を示すもので、同図（Ａ）はラジアル軸受面１０ａを、同図（Ｂ）は、スラスト支持部１３に設けられたスラスト軸受面１１ｂを示す。図示のように、ラジアル軸受面１０ａは、一方に傾斜する動圧溝１４が形成された第１の溝領域ｍ１と、第１の溝領域ｍ１から軸方向に離隔し、他方に傾斜する動圧溝１４が配列された第２の溝領域ｍ２と、２つの溝領域間ｍ１、ｍ２間に位置する環状の平滑部ｎとを備え、平滑部ｎと動圧溝１３間の背の部分１５とは同一レベルにある。スラスト軸受面１１ｂの動圧溝１６は、半径方向のほぼ中心部に屈曲部分を有するほぼＶ字状をなしている。
【００２２】
上記軸受ユニット１は、ハウジング６内にフランジ部２ｂを下にして軸部材２を挿入し、さらに所定幅（１０〜２０μｍ程度）のスラスト軸受隙間Ｃs1、Ｃs2が形成されるようにハウジング６内周部の所定位置に、軸受部材７を圧入あるいは接着することにより組立てられる。そして、この軸受ユニット１をケーシング９の円筒状内周部に圧入あるいは接着し、さらにロータ５やディスクハブ３からなるアッセンブリ（モータロータ）を軸２ａの上端に圧入することにより、図１に示すスピンドルモータが組立てられる。
【００２３】
本発明では、軸部材２の軸２ａとフランジ部２ｂとが例えば鍛造あるいは機械加工等によって一体に形成される。このように軸部材２を一体構造とすると、軸２ａとフランジ部２ｂ間の直角度等の精度を容易に高めることができ、しかも軸受ユニットへの組込み前に直角度が測定可能となるので、精度測定やその確認も簡単に行える。また、モータロータを最後に取付けることができるので、軸受ユニット１への注油が容易となり、さらにはスピンドルユニットとしての取扱いが可能となり、取扱いが容易となる利点も得られる。なお、軸部材２は、軸２ａとフランジ部２ｂとを溶接により一体化した後、所定の精度に仕上げることによっても製造可能である。
【００２４】
上述のように、軸２ａにはモータロータが圧入されるので、軸部材２の材質としては高硬度の鉄系材料で形成するのが望ましい。一方、鉄系材料では、従来のようにフランジ部２ｂの端面に動圧溝を塑性加工や機械加工で形成することが難しくなるため、加工コストが高騰するが、その場合でも上記のように動圧溝をフランジ部２ｂではなく、軸受部材７の端面やスラスト支持部１３に設けるようにすれば、この種の問題を解消することができる。すなわち、軸受部材７やスラスト支持部１３を軟質金属や焼結金属（塑性加工や機械加工の容易な材料）で形成することができ、加工コストの低減化を図ることができる。例えば、軟質金属を使用する場合はプレス加工等により、焼結金属を使用する場合はラジアル軸受面１０ａと同様の圧縮成形により、動圧溝１６付きのスラスト軸受面１１ａ、１１ｂを形成することができる。なお、加工コストが特に問題にならない場合は、フランジ部２ｂの両端面に上記スラスト軸受面１１ａ、１１ｂを形成することもできる。
【００２５】
図４に本発明の他の実施形態を示す。この軸受ユニット１は、図５に示す構成に対応するもので、図１のハウジング６と軸受部材７とを一体化して単体の軸受部材７’とし、当該軸受部材７’の底部開口を別部材のスラスト支持部１３（例えば従来と同様のバックメタル３３）で封口した構造を示す。その他の実質的な構成は図１乃至図３と同様である。この場合も軸部材２は一体構造とされ、スラスト軸受面１１ａ、１１ｂはそれぞれ軸受部材７’の端面およびスラスト支持部１３に設けることができる。
【００２６】
このように本発明では、軸部材２を一体構造としているので、軸２ａとフランジ部２ｂ間の直角度等の精度を容易に高めることができ、しかもその精度測定や確認も簡単に行える。従って、情報機器用スピンドルモータ用として好適な高精度で安価な軸受ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明にかかる動圧型軸受ユニットを有する情報機器用スピンドルモータの断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】（Ａ）図は軸受部材の断面図、（Ｂ）図はスラスト軸受部の平面図である
【図４】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来の情報機器用スピンドルモータの断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      動圧型軸受ユニット
２      軸部材
２ａ    軸
２ｂ    フランジ部
７      軸受部材
７’    軸受部材
８      シール部材
１０    ラジアル軸受部
１０ａ  ラジアル軸受面
１１    スラスト軸受部
１１ａ  スラスト軸受面
１１ｂ  スラスト軸受面
１３    スラスト支持部
１４    動圧溝
１６    動圧溝
Ｃｒ    ラジアル軸受隙間
Ｃs1    スラスト軸受隙間
Ｃs2    スラスト軸受隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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