(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部およびフランジ部を備える軸部材と、軸部材の外周に配置された軸受部材と、フランジ部の端面に対向する軸受部材の端面に形成され、複数の動圧溝を有するスラスト軸受面と、スラスト軸受面とフランジ部の端面との間に形成されたスラスト軸受隙間とを備え、スラスト軸受隙間に生じた流体動圧で軸部材をスラスト方向で支持する動圧型軸受ユニットにおいて、
軸部材の軸部とフランジ部との角部にヌスミ部を形成すると共に、このヌスミ部に面する軸受部材の端部内周に面取り部を設け、スラスト軸受面の各動圧溝の半径方向の両端で挟まれた領域を動圧溝領域とし、ヌスミ部の半径方向寸法をＢ、軸受部材端部の面取り寸法をＣ、この面取り部とスラスト軸受面の動圧溝領域との間の寸法をＬ２として、
Ｂ＜Ｃ＋Ｌ２
の関係を満たすことで、ヌスミ部をスラスト軸受面の動圧溝領域の対向領域外に配置し、スラスト軸受隙間を、少なくともスラスト軸受面の動圧溝領域で一定にすることを特徴とする動圧型軸受ユニット。
【請求項２】
軸受部材を含油焼結金属で形成した請求項１記載の動圧型軸受ユニット。
【請求項３】
請求項１または２記載の動圧型軸受ユニットを有する情報機器用のスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高回転精度、高速安定性、高耐久性などの優れた特徴を有する動圧型軸受ユニットに関し、特に各種情報機器におけるスピンドルモータ、例えば光ディスク（ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク（ＨＤＤ）等に装備されるディスクドライブモータ、あるいは複写機、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）、バーコードリーダ等に装備されるスキャナモータなどのスピンドルの支持用として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は、情報機器のスピンドルモータの一種として、光ディスク装置（ＤＶＤ−ＲＯＭ装置用）のディスクドライブモータを例示するものである。このモータは、軸部材１００を回転自在に支持する軸受ユニットＵと、軸部材１００の上端に取り付けられ、駆動対象である例えば光ディスク３を支持する支持部材４（ターンテーブル）と、ステータ５およびロータ６を有するモータ部Ｍとで構成される。ステータ５に通電すると、ステータ５との間に生じる励磁力でロータ６が回転し、ロータ６と一体となった支持部材４および軸部材１００が回転する。
【０００３】
この種のスピンドルモータの軸受ユニットＵとしては、高回転精度、低コスト、低騒音等に優れた特徴を備え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。図７に示す動圧型軸受ユニットＵは、円筒状の軸受部材２００の内周に複数の傾斜した動圧溝を有するラジアル軸受面を軸方向の二箇所に離隔形成したもので、軸部材１００の外周面と両ラジアル軸受面との間に形成された微小な運転隙間（ラジアル軸受隙間）に流体動圧を発生させて、軸部材１００を非接触で回転自在に支持するものである。軸受部材２００は、有底筒状をなすハウジング３００の内周に固定されている（特許文献１）。
【０００４】
図７の動圧型軸受ユニットは、軸部材１００先端の球面部をハウジング底部のスラスト支持部４００に摺接させてスラスト荷重をピボット支持している。これに対し、ラジアルおよびスラストの両方向で厳しい回転精度（ＮＲＲＯ）を要求され、かつ運転姿勢として横向きや逆向き等が想定される用途等では、ラジアルおよびスラスト両方向の荷重を動圧型軸受によって非接触支持する軸受ユニットが存在する。このタイプの軸受ユニットでは、図８に示すように、軸部材１００の端部に円盤状のフランジ部１６０を設け、フランジ部１６０の両端面に対向してそれぞれ動圧溝を有するスラスト軸受面を配し、スラスト軸受面とフランジ部１６０の両端面との間のスラスト軸受隙間に流体動圧を発生させて軸部材をスラスト両方向で非接触支持するものが多い。
【特許文献１】特開平１１−３１１２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した各種動圧型軸受ユニットでは、ラジアル軸受隙間の幅は一定でなければならない。なぜなら、回転する軸部材１００の剛性は、理論的には運転隙間の３乗に反比例するため、仮に二箇所のラジアル軸受隙間の幅が異なるような場合には、隙間が大きい側で軸受剛性が著しく低下し、双方の軸受剛性のバランスが崩れ、軸部材の振れ回りを起こして回転精度が悪化するからである。同様の観点から、スラスト軸受隙間の幅も一定にするのが望ましい。
【０００６】
ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間の隙間幅を不均一にするものとして、現状では以下の二つの要因が考えられている。
【０００７】
先ず、第一の要因として軸部材１００の球面部がラジアル軸受隙間に入り込むことが挙げられる。すなわち、図１１に示すようにスラスト荷重をスラスト支持部でピボット支持する軸受ユニットでは、軸部材１００の端部が球面状に形成されているため、図１２に示すように軸端の球面部１３０が部分的にラジアル軸受面５１０の対向領域内に入り込む場合がある。そのため、ラジアル軸受隙間Ｃｒの幅が軸端側で大きくなって、隙間幅が不均一化する。
【０００８】
第二の要因として、軸部材に設けたヌスミ部がラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に入り込むことが挙げられる。
【０００９】
一般にスラスト荷重も動圧型軸受で支持する軸受ユニットでは、図８に示すように、軸部材１００の加工時にフランジ部１６０と円筒状の軸部１５０との間の角部にヌスミ部１７０が設けられる。ヌスミ部１７０がないと、図９に示すように、旋削時にバイト６００の先端Ｒ形状によって角部が円弧状となり、この円弧部分が組み立て時に軸受部材２００の角部と干渉するからである。
【００１０】
ヌスミ部を設けるにしても、図１０に示すようにフランジ部１６０側にのみヌスミ部１７０を設けた場合には、軸部１５０の研削時に砥石７００の先端Ｒの影響によって角部の軸部１５０側で半径方向のダレを生じる。これらの弊害を防止するため、図１１に示すようにヌスミ部１７０は軸部１５０側およびフランジ部１６０側の双方に設ける必要がある。
【００１１】
この場合、組み立て時には、図１２に示すようにヌスミ部１７０が軸受部材２００の面取り部２１０と向き合うが、面取り部２１０の端縁から直ぐにラジアル軸受面５１０やスラスト軸受面４３０が始まっている場合には、ヌスミ部１７０が部分的に両軸受面５１０，４３０に対向し、この結果、ラジアル軸受隙間Ｃｒやスラスト軸受隙間Ｃｔの隙間幅が不均一になる。
【００１２】
以上の問題点に鑑み、本発明は、スラスト軸受隙間の隙間幅の不均一に起因した軸受剛性の低下を回避し、軸受ユニットの回転精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的の達成のため、本発明では、軸部およびフランジ部を備える軸部材と、軸部材の外周に配置された軸受部材と、フランジ部の端面に対向する軸受部材の端面に形成され、複数の動圧溝を有するスラスト軸受面と、スラスト軸受面とフランジ部の端面との間に形成されたスラスト軸受隙間とを備え、スラスト軸受隙間に生じた流体動圧で軸部材をスラスト方向で支持する動圧型軸受ユニットにおいて、軸部材の軸部とフランジ部との角部にヌスミ部を形成すると共に、このヌスミ部に面する軸受部材の端部内周に面取り部を設け、スラスト軸受面の各動圧溝の半径方向の両端で挟まれた領域を動圧溝領域とし、ヌスミ部の半径方向寸法をＢ、軸受部材端部の面取り寸法をＣ、この面取り部とスラスト軸受面の動圧溝領域との間の寸法をＬ２として、Ｂ＜Ｃ＋Ｌ２の関係を満たすことで、ヌスミ部をスラスト軸受面の動圧溝領域の対向領域外に配置し、スラスト軸受隙間を、少なくともスラスト軸受面の動圧溝領域で一定にした。
【００１４】
これにより、スラスト軸受部の軸受剛性を高めて軸部材の回転精度を高めることができる。なお、「スラスト軸受面の動圧溝領域」とは、スラスト軸受面に形成した各動圧溝の半径方向両端で挟まれた領域（図２（Ａ）（Ｂ）のＴ）を意味する。
【００１５】
上記の構成において、軸受部材を含油焼結金属で形成すれば、圧縮成形等によりラジアル軸受面の動圧溝加工を低コストに精度よく行うことができる。
【００１６】
上記の構成の動圧型軸受ユニットを有する情報機器用のスピンドルモータであれば、軸部材（スピンドル）の触れ回りを小さくできるので、情報の記録・再生精度を高めることができ、さらなる高速化が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スラスト軸受隙間の幅が不均一な従来品に比べ、これら軸受隙間での動圧効果が高まる。そのため、軸受剛性を向上させることができ、軸部材の回転精度を高めることができる。
【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１〜図６に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明にかかる動圧型軸受ユニットの断面図である。図示のように、この軸受ユニットは、軸部材１０と、軸部材１０を支持する軸受部材２０と、軸受部材２０を内周に固定したハウジング３０と、軸部材１０をラジアル方向で支持するラジアル軸受部５０ａ，５０ｂと、軸部材１０をスラスト方向で支持するスラスト軸受部４０（４０ａ，４０ｂ）とを主要な構成要素とする。
【００２０】
ハウジング３０は、一端を開口すると共に、他端を閉じた有底円筒型をなし、一端側の開口部を上にしてベース７（図７参照）に固定される［以下の説明では、ハウジングの開口側（図面上方）を「開口側」と称し、その軸方向反対側（図面下方）を反開口側と称する］。ハウジング３０の他端側は底部３１によって封口されている。この底部３１は、図示のように筒状部分３２と一体成形する他、別部材で形成してハウジング３０の筒状部分３２の開口部に嵌合固定することもできる（図７参照）。
【００２１】
ハウジング３０内部の反開口側には、軸部材１０をスラスト方向で支持するスラスト軸受部４０ａ，４０ｂが設けられる。スラスト軸受部４０ａ，４０ｂは動圧型軸受で構成される。
【００２２】
軸部材１０は、円筒状の軸部１５と軸部１５の反開口側端部で半径方向に突出するフランジ部１６とを備えるもので、フランジ部１６の軸方向両側にそれぞれスラスト軸受部４０ａ，４０ｂが構成される。軸部材１０は、軸部１５に別部材のフランジ部１６を圧入することにより、あるいは軸部１５とフランジ部１６を鍛造等で一体成形することによって製作することができる。
【００２３】
軸受部材２０は、焼結金属に潤滑油あるいは潤滑グリースを含浸させて細孔内に油を保有させた含油焼結金属で円筒状に形成され、圧入あるいは接着によってハウジング３０の内周に固定されている。焼結金属としては、例えば銅系あるいは鉄系、またはその双方を主成分とするものが使用でき、望ましくは銅を２０〜９５％使用して成形される。
【００２４】
軸受部材２０の内周には、ラジアル軸受部５０ａ，５０ｂを構成する二つのラジアル軸受面５１ａ，５１ｂが形成される。各軸受面５１ａ，５１ｂには、軸方向に対して傾斜した複数の動圧溝５２が例えばヘリングボーン型に配列形成される。動圧溝５２は、軸方向に対して傾斜して形成されていれば足り、この条件を満たす限りへリングボーン型以外の他の形状、例えばスパイラル型に動圧溝を配列することもできる。動圧溝５２の溝深さは、２〜１０μｍ程度が適当で、例えば３μｍの深さに形成される。軸受部材２０の外周には、図示しない一または複数の溝が軸方向に沿って形成されている。
【００２５】
ハウジングの一端開口部は、リング状のシール部材６１でシールされる。このシール部材６１は、例えば樹脂材料（ポリアミド等）や金属材料（焼結金属も含む）で形成され、接着や圧入等の手段でハウジング３０の一端開口部に固定される。シール部材６１は、その内周面と軸部材１０の外周面との間に微小なシール隙間を介在させた非接触シールで、シール隙間での毛細管現象によりハウジング３０内部からの油漏れを防止する。
【００２６】
各ラジアル軸受面５１ａ，５１ｂと軸部材１０の外周面との間にはそれぞれ微小なラジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂが形成される。軸部材１０が回転すると、回転に伴う圧力の発生と昇温による油の熱膨張とによって軸受部材２０の内部の油（潤滑油、又は潤滑グリースの基油）が軸受部材２０の表面から滲み出し、動圧溝５２の作用によって軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂに引き込まれる。ラジアル軸受隙間Ｃｒａ，Ｃｒｂに引き込まれた油は、軸受面５１ａ，５１ｂで潤滑油膜を形成して軸部材１０を非接触支持する。ラジアル軸受面５１ａ，５１ｂに正圧が発生すると、軸受面５１ａ，５１ｂの表面に孔（開孔部：多孔質体組織の細孔が外表面に開口した部分をいう）があるために、油は軸受部材２０の内部に還流するが、次々と新たな油が軸受面５１ａ，５１ｂに押し込まれ続けるので油膜力および剛性は高い状態で維持される。この場合、連続して安定した油膜が形成されるので、高回転精度が得られ、軸振れやＮＲＲＯ、スキャナモータのジッタ等が低減される。また、軸部材１０と軸受部材２０が非接触で回転するために低騒音であり、しかも低コストである。
【００２７】
軸部材１０のフランジ部１６は、ハウジング３０の底部３１と軸受部材２０の反開口側の端面２１との間に配置される。フランジ部１６に対向するハウジング底部３１の端面３５および軸受部材２０の端面２１には、それぞれ複数の動圧溝を有するスラスト軸受面４３ａ，４３ｂが形成される。図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、両スラスト軸受面４３ａ，４３ｂの動圧溝４４は、端面３５，２１に描いた放射状の仮想線に対して傾斜した部分を持っており、図示例ではヘリングボーン型、すなわち半径方向のほぼ中心部に屈曲部分を有するほぼＶ字状の動圧溝４４を例示している。
【００２８】
この動圧溝４４を有するスラスト軸受面４３ａ，４３ｂと、これらに対向するフランジ部１６の両端面との間に、軸部材１０の回転で流体動圧を生じる微小なスラスト軸受隙間Ｃｔａ，Ｃｔｂがそれぞれ形成される。
【００２９】
軸部材１０の軸部１５とフランジ部１６との間の角部には、図３に示すように、その全周にわたってヌスミ部１７が形成される。このヌスミ部１７は、軸部１５の外周面およびフランジ部１６の開口側端面に跨るようにし、例えば切削加工や鍛造加工によって形成される。
【００３０】
ヌスミ部１７のうち、フランジ部１６の端面よりも開口側で軸部１５外周に形成された軸方向部１８は、反開口側ラジアル軸受面５１ａの動圧溝領域との対向領域を除いてこれよりも反開口側に形成され、軸部１５外周よりも外径側でフランジ部１６の端面に形成された半径方向部１９は、軸受部材２０の端面２１に形成されたスラスト軸受面４３ｂの動圧溝領域との対向領域を除いてこれよりも内径側に形成される。ここで「スラスト軸受面の動圧溝領域」とは、スラスト軸受面の各動圧溝の半径方向の両端で挟まれた領域Ｔをいう（図２（Ａ）（Ｂ）参照）。
【００３１】
以上から、反開口側のラジアル軸受面５１ａおよび開口側のスラスト軸受面４３ｂの各動圧溝領域Ｓ，Ｔがヌスミ部１７と対向することはなく、これにより反開口側ラジアル軸受隙間Ｃｒａおよび開口側スラスト軸受隙間Ｃｔｂの幅がその全領域（少なくとも動圧溝領域）で均一化される。そのため、二つのラジアル軸受部５０ａ，５０ｂでの軸受剛性をバランスさせて軸部材１０の振れ回りを低減させることができ、かつ開口側スラスト軸受部４０ｂの剛性向上を図ることができる。以上から、軸部材１０の回転精度の向上を達成することができる。
【００３２】
具体的には、図４に示すように、ヌスミ部１７の軸方向寸法（軸方向部１８の軸方向寸法）をＡ、ヌスミ部１７の半径方向寸法（半径方向部１９の半径方向寸法）をＢ、軸受部材２０の端部内周の面取り寸法（半径方向および軸方向の寸法）をＣ、この面取り部２２とラジアル軸受面５１ａの動圧溝領域との間の距離をＬ１、面取り部２２とスラスト軸受面４３ｂの動圧溝領域との間の距離をＬ２として、
【００３３】
Ａ＜Ｃ＋Ｌ１  かつ  Ｂ＜Ｃ＋Ｌ２
の関係を満たすように設計しなければならない。
【００３４】
なお、図４では、反開口側のラジアル軸受面５１ａ、および開口側のスラスト軸受面４３ｂ（各動圧溝領域）を軸受部材２０の面取り部２２からそれぞれ距離Ｌ１、Ｌ２だけ離隔させているが、一般にラジアル軸受面５１ａ，５１ｂのスパンは触れ回りを抑えるために可能な限り大きくすることが望ましく、また、スラスト軸受面４３ｂも半径方向の幅を大きくした方が剛性確保の点で有利であるため、この距離はＬ１、Ｌ２は０とする場合がある（図３参照）。
【００３５】
図５および図６は、図３及び図４に示す本発明構造を採用した軸受ユニットＡと、図１２に示すようにヌスミ部１７がラジアル軸受面５１０やスラスト軸受面４３０と部分的に対向するように設計した軸受ユニットＢについて、軸部材１０の浮上開始回転速度および軸振れを測定した結果である。図５より軸受ユニットＡの場合、正置、横置、倒立等のモータ姿勢を問わず２００ｒｐｍ前後で完全に非接触状態で回転する一方、軸受ユニットＢについては、何れの方向においても８００ｒｐｍを超えるまで浮上しないことが明らかとなった。また、図６より軸振れも明らかに軸受ユニットＢの方が劣ることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】動圧型軸受ユニットの断面図である。
【図２】スラスト軸受面の平面図である。
【図３】動圧型軸受ユニットの断面図およびその要部拡大断面図である。
【図４】図１に示す軸受ユニットの要部拡大断面図である。
【図５】浮上回転速度の測定結果を示す図である。
【図６】軸振れの測定結果を示す図である。
【図７】情報機器（光ディスク装置）用のスピンドルモータの断面図である。
【図８】軸部材の側面図および要部拡大断面図である。
【図９】軸部材の加工状況（旋削）を示す断面図である。
【図１０】軸部材の加工状況（研削）を示す断面図である。
【図１１】軸部材の加工状況（研削）を示す断面図である。
【図１２】従来の動圧型軸受ユニットの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    軸部材
２０    軸受部材
２１    端面
２２    面取り部
３０    ハウジング
３１    底部
４０ａ  スラスト軸受部（動圧型軸受）
４０ｂ  スラスト軸受部（動圧型軸受）
４３ａ  スラスト軸受面（反開口側）
４３ｂ  スラスト軸受面（開口側）
４４    動圧溝
５０ａ  ラジアル軸受部（反開口側）
５０ｂ  ラジアル軸受部（開口側）
５１ａ  ラジアル軸受面（反開口側）
５１ｂ  ラジアル軸受面（開口側）
５２    動圧溝
Ｃｒａ  ラジアル軸受隙間（反開口側）
Ｃｒｂ  ラジアル軸受隙間（開口側）
Ｃｔａ  スラスト軸受隙間（反開口側）
Ｃｔｂ  スラスト軸受隙間（開口側）
Ｓ      動圧溝領域（ラジアル軸受面）
Ｔ      動圧溝領域（スラスト軸受面）
【図１】
0004731852.tif 000002
【図２】
0004731852.tif 000003
【図３】
0004731852.tif 000004
【図４】
0004731852.tif 000005
【図５】
0004731852.tif 000006
【図６】
0004731852.tif 000007
【図７】
0004731852.tif 000008
【図８】
0004731852.tif 000009
【図９】
0004731852.tif 000010
【図１０】
0004731852.tif 000011
【図１１】
0004731852.tif 000012
【図１２】
0004731852.tif 000013