JP2013044395A - 流体動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結金属製の軸受スリーブを有する軸固定型の流体動圧軸受装置において、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力低下を抑制すると共に、油量を減じてシール空間の容積を縮小する。
【解決手段】軸受スリーブ８のうち、ラジアル軸受面の軸方向領域（第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２）における気孔率を小さくする（１１％以下にする）と共に、ラジアル軸受面以外の軸方向間領域（第３領域Ｈ３）における気孔率をそれよりも大きくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体動圧軸受装置に関する。

流体動圧軸受装置は、その高回転精度および静粛性から、情報機器（例えばＨＤＤ）の磁気ディスク駆動装置や、ＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の光ディスク駆動装置、あるいは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として好適に使用されている。

例えばＨＤＤのディスク駆動装置は、ＨＤＤの大容量化に伴って、搭載されるディスクの枚数が増加する傾向にある。ディスクの搭載枚数が増えると重量が増大するため、ディスクを回転させたときの振れが大きくなり、ディスクの読み取り精度が低下する恐れがある。このため、ＨＤＤに組み込まれる流体動圧軸受装置は、より一層の高負荷容量が求められている。

流体動圧軸受装置としては、軸受スリーブの内周に挿入した軸部材を回転させる軸回転タイプが一般的である。しかし、軸回転タイプの流体動圧軸受装置の場合、軸部材の端部に、ディスクを搭載したディスクハブが固定され、軸部材の中間部をラジアル軸受部（ラジアル軸受隙間の油膜）で片持ち支持するような状態になる。このため、ディスクハブに搭載されるディスクの枚数が増えて重量が増大すると、ディスクの振れが大きくなる恐れがある。

これに対し、例えば特許文献１には、軸部材を固定側とし、軸受スリーブを回転側とした軸固定タイプの流体動圧軸受装置が示されている。この場合、回転側の部材（軸受スリーブ及びハウジング）とディスクハブとの固定部を、ラジアル軸受部の軸方向領域内に設けることができるため、ディスクの搭載枚数が増えた場合でもディスクハブを安定的に支持することができ、ディスクの振れが抑られる。

また、特許文献１に記載の流体動圧軸受装置では、軸受スリーブを焼結金属で形成している。これにより、焼結金属の内部気孔に含浸された潤滑油が軸受スリーブの表面開孔からラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に滲み出し、各軸受隙間における潤滑性が高められる。

特開２０１１−７４９５１号公報

しかし、回転側となる軸受スリーブを焼結金属製とすることで、以下のような不具合が生じる。

（１）ラジアル軸受隙間の油が、焼結金属製の軸受スリーブの表面開孔から内部に抜けることにより、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力が低下する、いわゆる「動圧抜け」が生じる。特に、軸固定タイプの場合、焼結金属製の軸受スリーブが回転することで、焼結金属の内部に含浸された潤滑油が遠心力により外径側に移動するため、ラジアル軸受隙間の油が軸受スリーブの内部に抜けやすくなる。これを防止するために、軸受スリーブの表面に回転サイジングやコーティング等による封孔処理を施すと、工数増によるコスト高を招く。

（２）焼結金属の内部気孔に油が含浸されることで油量が増え、温度変化に伴う油の体積変化量が大きくなる。このため、油の体積変化を吸収するシール空間を増大させる必要が生じ、流体動圧軸受装置の大型化を招く。特に、ハウジングの軸方向両端を開口し、両端部にそれぞれシール空間を形成した場合、シール空間に保持された油面が重力の影響を受けて変動する。このため、シール空間の幅を狭めて毛細管力を高めることでシール性を向上させる必要がある。しかし、シール空間の幅を狭めることでシール空間の容積が小さくなるため、シール空間の軸方向寸法をさらに拡大する必要があり、流体動圧軸受装置のさらなる大型化を招く。これを回避するために、シール空間を増大させた分だけラジアル軸受部の軸受スパンを短縮すると、ラジアル軸受部の軸受剛性が低下する。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、焼結金属製の軸受スリーブを有する軸固定型の流体動圧軸受装置において、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力低下を抑制すると共に、油量を減じてシール空間の容積を縮小することを解決すべき課題とするものである。

前記課題を解決するためになされた本発明は、固定側となる軸部材と、内周に軸部材が挿入され、回転側となる焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブの外周面が固定され、軸方向両端を開口した筒状のハウジングと、軸部材の外周面から外径に突出して設けられ、軸受スリーブの軸方向両側に配された第１シール部及び第２シール部と、軸部材の外周面に設けられたラジアル軸受面と軸受スリーブの内周面に設けられたラジアル軸受面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で、軸受スリーブをラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸受スリーブの一方の端面に設けられたスラスト軸受面と第１シール部の端面に設けられたスラスト軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で、軸受スリーブをスラスト方向一方に支持する第１スラスト軸受部と、軸受スリーブの他方の端面に設けられたスラスト軸受面と第２シール部の端面に設けられたスラスト軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で、軸受スリーブをスラスト方向他方に支持する第２スラスト軸受部と、第１シール部の外周面とハウジングの内周面との間に形成された第１シール空間と、第２シール部の外周面とハウジングの内周面との間に形成された第２シール空間とを備え、第１シール空間と第２シール空間との間に潤滑油が満たされ、第１シール空間及び第２シール空間に油面が保持された軸固定型の流体動圧軸受装置であって、軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を、ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率よりも小さくしたことを特徴とする。

焼結金属製の軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を小さくすることで、ラジアル軸受面の表面開孔率が小さくなり、且つ、軸受スリーブの内部における油の流動性を抑えることができる。このため、ラジアル軸受隙間の油が軸受スリーブの内部に抜けにくくなり、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力の低下を抑えることができる。この場合、ラジアル軸受面の封孔処理を軽減あるいは省略することができるため、加工コストの低減が図られる。また、軸受スリーブの気孔率を小さくすることで、軸受スリーブの内部に含浸される油量を減じられる。これにより、油の体積変化が小さくなるため、シール空間の容積、ひいてはシール部の軸方向寸法を縮小することができ、流体動圧軸受装置の小型化、あるいは、軸受スパンの拡大を図ることができる。

このとき、軸受スリーブ全体の気孔率を小さくすると、軸受スリーブの内部全域において油の流動性が低下するため、軸受スリーブの内部と外部との間を行き来する油の循環が妨げられ、油の早期の劣化を招く恐れがある。そこで、軸受スリーブに気孔率の大きい領域を設ければ、この領域における油の流動性が高められて、油の早期の劣化を防止することができる。特に、上記のように軸受スリーブに遠心力が加わることで、気孔率の大きい領域の内部に含浸された油が外径側に移動することで、この領域の内周面から軸受スリーブの内部に油が引き込まれやすくなるため、油の循環が促される。

従って、軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を小さくすると共に、ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率を相対的に大きくすれば、上記のような効果を奏することができる。すなわち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を、ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率よりも小さくすればよい。

本発明者らの鋭意検討により、焼結金属製の軸受スリーブのうち、少なくともラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を１１％以下とすれば、中実の金属からなる軸受スリーブと同程度の油膜の圧力が得られることが明らかとなった。尚、「気孔率」は下記の式で表される。ここで、焼結密度とは、焼結体の内部気孔を含めた見かけ体積の単位量あたりの重さである。また、真密度とは、焼結体の組成における気孔が無い場合の密度、すなわち、焼結体の内部気孔を含まない実体積の単位量あたりの重さであり、焼結体の組成及び各元素の密度から求められる。
気孔率＝[（真密度−焼結密度）／真密度]×１００
（焼結密度＝重量／見かけ体積、真密度＝重量／実体積）

例えば、軸受スリーブが、銅を６０％以上含む焼結金属からなる場合、ラジアル軸受面の軸方向領域における密度を７．４ｇ／ｃｍ³以上とすれば、この領域の気孔率を１１％以下にすることができる。また、軸受スリーブが、鉄を６０％以上含む焼結金属からなる場合、ラジアル軸受面の軸方向領域における密度を７．１ｇ／ｃｍ³以上とすれば、この領域の気孔率を１１％以下にすることができる。

上記の流体動圧軸受装置では、第１及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸受面の一方に、スラスト軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を形成することができる。また、上記の流体動圧軸受装置では、ラジアル軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面の一方に、ラジアル軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を形成することができる。

上記の流体動圧軸受装置において、軸受スリーブを回転させると、第１及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の油が外径側に流動する。このため、スラスト軸受隙間の内径端と連通するラジアル軸受隙間の油がスラスト軸受隙間に流動し、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力がさらに低下する恐れがある。そこで、スラスト動圧発生部を、スラスト軸受隙間の潤滑油を内径側に流動させるポンプインタイプとすれば、第１及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間の油が内径側に流動し、この油がラジアル軸受隙間に流入するため、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力を維持することができる。

ところで、軸部材の外周面と軸受スリーブとの間の空間（ラジアル軸受隙間を含む空間）における負圧の発生を防止するために、ラジアル動圧発生部として、一方の傾斜溝を延ばして軸方向非対称としたヘリングボーン形状の動圧溝を設ける場合がある。この場合、一方の傾斜溝を延ばした分だけ、軸受スパンの縮小を招く恐れがある。そこで、上記のようにスラスト動圧発生部をポンプインタイプとすれば、スラスト軸受隙間から、軸部材の外周面と軸受スリーブとの間の空間に油が送り込まれるため、この空間における負圧の発生が防止できる。これにより、ラジアル動圧発生部としてのヘリングボーン形状の動圧溝を軸方向対称な形状とすることができるため、軸受スパンの縮小を回避することができる。

スラスト動圧発生部は、例えば軸受スリーブの両端面にプレス加工により形成することができる。あるいは、スラスト動圧発生部を、第１シール部及び第２シール部の端面にプレス加工により形成することもできる。

ラジアル動圧発生部は、例えば軸受スリーブの内周面にプレス加工により形成することができる。あるいは、ラジアル動圧発生部を、軸部材の外周面に転造加工により形成することもできる。

以上のように、本発明に係る軸固定型の流体動圧軸受装置によれば、焼結金属製の軸受スリーブのうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を小さくすることで、ラジアル軸受隙間の油膜の圧力低下を抑制してラジアル方向の支持力の低下を防止できると共に、油量を減じてシール空間の容積を縮小し、流体動圧軸受装置の小型化、あるいは、軸受スパンの拡大を図ることができる。

本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置が組み込まれたＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータの断面図である。 上記流体動圧軸受装置の断面図である。 上記流体動圧軸受装置の第１シール部の下面図である。 上記流体動圧軸受装置の第２シール部の上面図である。 他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の軸部材の正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明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断面図を示す。このスピンドルモータは、例えばＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるもので、固定側（ベース６ａ）に設けられたステータコイル４と、回転側（ディスクハブ３）に設けられたロータマグネット５とを備える。流体動圧軸受装置１は、軸部材２を固定側とし、ハウジング７及び軸受スリーブ８を回転側とした、いわゆる軸固定タイプである。本実施形態では、軸部材２の軸方向両端部が固定され、図示例では軸部材２の下端部がベース６ａに、上端部がカバー６ｂにそれぞれ固定される。ハウジング７の外周面にはディスクハブ３が固定される。ディスクハブ３には所定枚数（図示例では２枚）のディスクＤが搭載される。ディスクハブ３とハウジング７との固定部は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の外径側に設けられる。具体的には、ディスクハブ３とハウジング７との固定部の軸方向領域が、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の軸方向領域の少なくとも一部と径方向で重なり、図示例ではラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の軸方向全域と径方向で重なっている。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、ディスクＤ、ハウジング７、及び軸受スリーブ８が一体に回転する。

流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、固定側となる軸部材２と、内周に軸部材２が挿入され、回転側となる軸受スリーブ８と、内周面７ａに軸受スリーブ８が固定され、軸方向両端を開口した筒状のハウジング７と、軸部材２の外周面２ａから外径側に突出して設けられ、軸受スリーブの軸方向両側に配された第１シール部１０及び第２シール部１１とを備える。尚、以下では、説明の便宜上、軸方向において、ハウジング７から軸部材２が大きく突出している側を下側、その反対側を上側とする。

軸部材２は、例えばステンレス鋼で略円柱状に形成される。例えば２．５インチＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータに適用される場合は、軸部材２の直径が２〜４ｍｍの範囲とされる。軸部材２の下端部には、ハウジング７の下側開口部から下方に突出し、他の領域よりも若干小径な圧入部２ｂが一体に設けられ、この圧入部２ｂがベース６ａの固定穴６ａ１に圧入固定される。軸部材２の上端部には軸方向のねじ穴２ｃが形成され、このねじ穴２ｃに、カバー６ｂに設けられた固定穴６ｂ１を介してボルト等（図示省略）を固定することにより、軸部材２の上端部がカバー６ｂに固定される。

軸部材２の外周面２ａには、ラジアル軸受面が形成され、図示例では軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面２ａ１、２ａ２が形成される。ラジアル軸受面２ａ１、２ａ２には、それぞれラジアル動圧発生部が形成される。本実施形態では、ラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状の動圧溝Ｇ１、Ｇ２が形成される。図示例では、動圧溝Ｇ１、Ｇ２がそれぞれ軸方向対称な形状を成している。動圧溝Ｇ１、Ｇ２の溝深さは、例えば２．５〜５μｍの範囲に設定される。動圧溝Ｇ１、Ｇ２は、例えば転造加工により形成される。具体的には、成形型を押し付けることにより、軸部材２の外周面２ａの一部を凹ませて動圧溝Ｇ１、Ｇ２が形成され、各動圧溝Ｇ１、Ｇ２の円周方向間領域が丘部Ｇ１’Ｇ２’となる。

軸部材２の外周面２ａのうち、ラジアル軸受面２ａ１、２ａ２の軸端側には、円筒面２ａ３、２ａ４が形成される。円筒面２ａ３、２ａ４は、丘部Ｇ１’、Ｇ２’と同一円筒面上に連続して設けられる。円筒面２ａ３、２ａ４は、第１シール部１０及び第２シール部１１が固定される固定面として機能する。軸部材２の外周面２ａのラジアル軸受面２ａ１、２ａ２の軸方向間には、ラジアル軸受面２ａ１、２ａ２（動圧溝Ｇ１、Ｇ２）よりも若干小径に形成された逃げ部２ａ５が形成される。逃げ部２ａ５の上下両端部は、傾斜面を介してラジアル軸受面２ａ１、２ａ２と連続している。

軸受スリーブ８は焼結金属で略円筒状に形成され、例えば、銅を主成分とする銅系の焼結金属や、鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属、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、本実施形態では銅鉄系の焼結金属で形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、軸部材２のラジアル軸受面２ａ１、２ａ２とラジアル軸受隙間を介して対向するラジアル軸受面が設けられる。図示例では、軸受スリーブ８の内周面８ａが凹凸の無い平滑な円筒面とされ、この円筒面状の内周面８ａがラジアル軸受面として機能する。軸受スリーブの上側端面８ｂ及び下側端面８ｃには、第１シール部１０及び第２シール部１１のスラスト軸受面とスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸受面が設けられる。図示例では、軸受スリーブの上側端面８ｂ及び下側端面８ｃが凹凸の無い平坦面とされ、この上側端面８ｂ及び下側端面８ｃがスラスト軸受面として機能する。

軸受スリーブ８のうち、ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率は１１％以下に設定される。具体的には、軸受スリーブ８のうち、上側のラジアル軸受面の下端よりも上方の軸方向領域（第１領域Ｈ１）、及び、下側のラジアル軸受面の上端よりも下方の軸方向領域（第２領域Ｈ２）における気孔率がそれぞれ１１％以下に設定される。例えば、軸受スリーブ８が、銅を６０％以上含む銅鉄系の焼結金属からなる場合、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２における密度が７．４ｇ／ｃｍ³以上に設定される。また、軸受スリーブが、鉄を６０％以上含む銅鉄系の焼結金属からなる場合、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２における密度が７．１ｇ／ｃｍ³以上に設定される。尚、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２における気孔率は、なるべく小さい方が好ましいが、焼結金属を成形する成形金型の強度等を考慮すると９％程度が下限値となる。

軸受スリーブ８のうち、第１領域Ｈ１と第２領域Ｈ２との軸方向間領域（第３領域Ｈ３）における気孔率は、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２における気孔率よりも大きく設定され、例えば１１％より大きく設定される。尚、第３領域Ｈ３における気孔率は、なるべく大きい方が好ましいが、焼結金属の成形性等を考慮すると１５％程度が上限値となる。

軸受スリーブ８の外周面８ｄとハウジング７の内周面７ａとの間には、後述する第１シール空間Ｓ１と第２シール空間Ｓ２とを連通する連通路１２が設けられる。本実施形態では、軸受スリーブ８の外周面８ｄに軸方向に延びる所定本数の軸方向溝８ｄ１が形成され、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔位置に形成される。流体動圧軸受装置１を組み立てた状態では、図２に示すように、軸受スリーブ８の軸方向溝８ｄ１とハウジング７の内周面７ａとで連通路１２が形成され、この連通路１２により、ハウジング７の両端開口部に形成された両シール空間Ｓ１、Ｓ２が連通される。尚、本実施形態では、ラジアル動圧発生部が軸方向対称形状に形成されているが、動圧溝Ｇ１、Ｇ２を完全に軸方向対称形状に形成することはできず、加工誤差により若干アンバランスに形成される。このため、ラジアル軸受隙間の油が軸方向一方（上方あるいは下方）に押し込まれ、油が押し込まれる側の一方のシール空間から油が漏れ出す恐れがある。従って、上記のように両シール空間Ｓ１、Ｓ２を連通する連通路１２を設けることで、一方のシール空間に油が偏在する事態を回避し、油漏れを防止できる。

軸受スリーブ８は、フォーミング工程、焼結工程、及びサイジング工程を経て製造される。まず、フォーミング工程において、銅系金属粉末及び鉄系金属粉末を含む混合金属粉末を圧縮成形して略円筒状の圧粉体が形成される。具体的には、フォーミング金型（図示省略）のキャビティに充填された混合金属粉末を、上パンチ及び下パンチで上下両側から加圧することにより、圧粉体を成形する。次に、焼結工程において、圧粉体を所定の焼結温度で焼結することで、金属粉末同士が結合して焼結体が形成される。そして、サイジング工程では、焼結体をさらに圧縮成形することで寸法精度を高める。具体的には、サイジング金型（図示省略）の内部に配置した焼結体を上パンチ及び下パンチで上下両側から加圧することにより、圧粉体を所定寸法に整形する。以上により、軸受スリーブ８が完成する。尚、本実施形態では、サイジング工程後に回転サイジング等の封孔処理は施されない。すなわち、軸受スリーブ８の表面は、サイジング工程で成形されたままの状態となっている。

上記のフォーミング工程では、圧粉体の上下端面は上下パンチで直接加圧されるため、その付近の密度は他の領域よりも高くなる。また、上記のサイジング工程では、焼結体の上下端面は上下パンチで直接加圧されるため、その付近の密度は他の領域よりも高くなる。従って、軸受スリーブ８の上下端面付近の密度が他の領域の密度よりも相対的に高くなり、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２の気孔率が第３領域Ｈ３の気孔率よりも小さくなる。また、軸受スリーブ８の第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２における気孔率を小さくするために、具体的には気孔率を１１％以下に設定するために、フォーミング工程及びサイジング工程の一方又は双方における圧縮率を通常より高めに設定する必要がある。この場合、フォーミング金型と圧粉体、あるいはサイジング金型と焼結体との食いつきが強くなり離型が困難となる恐れがあるが、上記のように軸受スリーブ８の内周面８ａを凹凸の無い円筒面状とすることで、成形品を金型から容易に取り出すことができる。

ハウジング７は、金属材料や樹脂材料で筒状に形成され、本実施形態では、真ちゅうにより軸方向両端を開口した円筒状に形成される（図２参照）。ハウジング７の内周面７ａには、軸受スリーブ８の外周面８ｄが、例えば隙間接着により固定される。ハウジング７と軸受スリーブ８との固定方法はこれに限らず、例えば圧入、接着剤介在下での圧入、あるいは溶着（超音波溶着やレーザ溶着を含む）などの手段も採用可能である。

第１シール部１０及び第２シール部１１は、金属材料あるいは樹脂材料で環状に形成され、例えば金属板のプレス加工により形成される。第１シール部１０及び第２シール部１１は、軸部材２の外周面２ａの円筒面２ａ３、２ａ４に圧入、接着、溶着、溶接、加締めなど任意の手段で固定される。第１シール部１０の外周面１０ａ及び第２シール部１１の外周面１１ａは、軸方向中心側に向けて徐々に拡径したテーパ面状をなす。第１シール部１０の外周面１０ａ及び第２シール部１１の外周面１１ａと、ハウジング７の円筒面状内周面７ａとの間には、軸方向中心側に向けて径方向幅を徐々に小さくした楔形の第１シール空間Ｓ１及び第２シール空間Ｓ２が形成される。

第１シール部１０の下側端面１０ｂ及び第２シール部１１の上側端面１１ｂは、それぞれスラスト軸受面として機能する。各スラスト軸受面にはスラスト動圧発生部が形成される。本実施形態では、スラスト軸受隙間の油を内径側に流動させるポンプインタイプのスラスト動圧発生部が形成され、図示例ではポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝Ｇ３、Ｇ４が形成される（図３及び図４参照）。動圧溝Ｇ３、Ｇ４の円周方向間には、スパイラル形状の丘部Ｇ３’、Ｇ４’が形成される。図示例では、丘部Ｇ３’、Ｇ４’の内径端が、環状の平坦部で連結されている。スラスト動圧発生部は、例えばプレス加工により形成され、本実施形態では第１シール部１０及び第２シール部１１のプレス加工と同時にスラスト動圧発生部が成形される。

上記の構成部品からなる流体動圧軸受装置１は、以下のようにして組み立てられる。まず、軸受スリーブ８の内周に軸部材２を挿入すると共に、軸部材２の軸方向両端から第１シール部１０及び第２シール部１１を嵌合させる。そして、第１シール部１０の端面１０ｂと軸受スリーブ８の上側端面８ｂとの間のスラスト軸受隙間、及び、第２シール部１１の端面１１ｂと軸受スリーブ８の下側端面８ｃとの間のスラスト軸受隙間を所定量に設定した状態で、第１シール部１０及び第２シール部１１を軸部材２に固定する。このとき、軸受スリーブ８及びシール部１０、１１の外周がハウジング７で覆われていないため、外周からスラスト軸受隙間の大きさを確認することができ、スラスト軸受隙間の設定を簡単かつ正確に行うことができる。そして、軸部材２、軸受スリーブ８、第１シール部１０、及び第２シール部１１からなるサブアッシを、ハウジング７の内周に挿入し、ハウジング７の内周面７ａと軸受スリーブ８の外周面８ｄとを固定する。

そして、固定側の部材（軸部材２、第１シール部１０、及び第２シール部１１）と回転側の部材（軸受スリーブ８及びハウジング７）との間の空間に潤滑油を注入することにより、流体動圧軸受装置１が完成する。具体的には、第１シール空間Ｓ１と第２シール空間Ｓ２との間の空間に、軸受スリーブ８の内部気孔を含めて潤滑油が途切れなく満たされ、油面は常に第１シール空間Ｓ１及び第２シール空間Ｓ２の内部に保持される。

このとき、軸受スリーブ８の一部（本実施形態では、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２）における気孔率を小さくすることで、軸受スリーブ８の内部気孔に含浸される油量を減じることができる。これにより、流体動圧軸受装置１に注入された油の体積変化が抑えられるため、第１シール空間Ｓ１及び第２シール空間Ｓ２の容積を縮小することができる。従って、第１シール部１０及び第２シール部１１の大きさ（特に軸方向寸法）を縮小することができるため、流体動圧軸受装置１の小型化を図ることができ、あるいは、軸受スリーブ８を軸方向に延ばして軸受スパンを拡大し、軸受剛性の向上を図ることができる。

以上の構成からなる流体動圧軸受装置１において、ディスクハブ３、ハウジング７、及び軸受スリーブ８が一体に回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａ（ラジアル軸受面）と軸部材２の外周面２ａのラジアル軸受面２ａ１、２ａ２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によってラジアル軸受隙間の油膜の圧力が高められ、この動圧作用により軸受スリーブ８を含む回転側の部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２が軸方向に離隔した２箇所に形成される。

これと同時に、軸受スリーブ８の上側端面８ｂ（スラスト軸受面）と第１シール部１０の下側端面１０ｂ（スラスト軸受面）との間、及び、軸受スリーブ８の下側端面８ｃ（スラスト軸受面）と第２シール部１１の上側端面１１ｂ（スラスト軸受面）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、動圧溝Ｇ３、Ｇ４によって両スラスト軸受隙間の油膜の圧力が高められ、この動圧作用により軸受スリーブ８を含む回転側の部材を両スラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２が形成される。

このとき、上記のように軸受スリーブ８の第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２の気孔率が小さいことで、この第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２に形成されるラジアル軸受面及びスラスト軸受面における表面開孔率が小さくなっているため、これらの軸受面から軸受スリーブ８の内部への油の浸入を抑えることができる。また、軸受スリーブ８が回転することで、軸受スリーブ８の内部に含浸された油に遠心力が加わるが、第１領域Ｈ１及び第２領域Ｈ２の気孔率が小さいことでこれらの領域に含浸された油の外径側への流動を抑制できる。以上により、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間の油が軸受スリーブ８の内部に抜けにくくなり、各軸受隙間に生じる油膜の圧力の低下を防止することができる。

また、スラスト動圧発生部がポンプインタイプであることで、スラスト軸受隙間の油が内径側に押し込まれ、軸部材２の外周面２ａと軸受スリーブ８の内周面８ａとの間の空間（ラジアル軸受隙間を含む空間）に軸方向両側から油が流入する。これにより、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２の軸方向間領域（逃げ部２ａ５が面する空間）に油が供給され、この領域における負圧の発生を防止できる。従って、ラジアル動圧発生部を軸方向非対称形状とする必要はなく、図２に示すように軸方向対称な形状とすることができ、軸受スパンの縮小を回避することができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記実施形態と同一の構成及び機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。

例えば、上記の実施形態では、ラジアル動圧発生部として、図２に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝Ｇ１、Ｇ２が示されているが、これに限られない。例えば、図５に示すように、動圧溝Ｇ１、Ｇ２の軸方向中央部に環状の平滑部Ｇ５を設けてもよい。この平滑部Ｇ５は、丘部Ｇ１’、Ｇ２’と同一円筒面上で連続している。

また、ラジアル動圧発生部は、ヘリングボーン形状の動圧溝に限らず、スパイラル形状の動圧溝や、円周方向でステップ形状や波形形状をなした軸方向溝で構成することができる。あるいは、複数の円弧を組み合わせた多円弧面で、ラジアル動圧発生部を構成することもできる。

また、上記の実施形態では、ラジアル動圧発生部が軸部材２のラジアル軸受面２ａ１、２ａ２に形成されているが、これに限らず、ラジアル動圧発生部を軸受スリーブ８の内周面８ａに設けられたラジアル軸受面に形成してもよい。この場合、ラジアル動圧発生部は、例えばプレス加工により形成することができ、特に、軸受スリーブ８のサイジング工程と同時にプレス成形することができる。あるいは、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面、及び、軸部材２の外周面２ａのラジアル軸受面２ａ１、２ａ２の双方を円筒面状とした、いわゆる真円軸受を構成してもよい。この場合、動圧作用を積極的に発生させる動圧発生部は形成されないが、軸受スリーブ８の僅かな振れ回りにより動圧作用が発生する。

また、上記の実施形態では、スラスト動圧発生部が第１シール部１０の端面１０ｂ及び第２シール部１１の端面１１ｂに形成されているが、これに限らず、スラスト動圧発生部を軸受スリーブ８の上下端面８ｂ、８ｃに設けられたスラスト軸受面に形成してもよい。この場合、スラスト動圧発生部は、例えばプレス加工により形成することができ、特に、軸受スリーブ８のサイジング工程と同時にプレス成形することができる。

また、上記の実施形態では、スラスト動圧発生部として、図３及び図４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Ｇ３、Ｇ４が示されているが、これに限られない。例えば、図示は省略するが、ヘリングボーン形状の動圧溝や、円周方向でステップ形状や波形形状をなした半径方向溝でスラスト動圧発生部を構成することもできる。

また、上記の実施形態では、第１シール部１０及び第２シール部１１を何れも軸部材２と別体に形成した場合を示したが、これに限らず、例えば一方のシール部を軸部材２と一体形成してもよい。

また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８に封孔処理を施さない場合を示したが、これに限らず、サイジング工程の後に回転サイジング等の封孔処理を施してもよい。この場合でも、軸受スリーブ８の気孔率を小さくしていることで表面開孔率が小さくなっているため、封孔処理の負担を軽減して加工コストの低減を図ることができる。

また、上記の実施形態では、本発明に係る流体動圧軸受装置をＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータに組み込んだ例を示しているが、これに限らず、他のディスク駆動装置のスピンドルモータや、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、あるいはプロジェクタのカラーホイールモータ等に適用することもできる。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
１０ 第１シール部
１１ 第２シール部
１２ 連通路
Ｄ ディスク
Ｇ１、Ｇ２ 動圧溝（ラジアル動圧発生部）
Ｇ３、Ｇ４ 動圧溝（スラスト動圧発生部）
Ｈ１ 第１領域（ラジアル軸受面の軸方向領域）
Ｈ２ 第２領域（ラジアル軸受面の軸方向領域）
Ｈ３ 第３領域（ラジアル軸受面以外の軸方向領域）
Ｒ１ 第１ラジアル軸受部
Ｒ２ 第２ラジアル軸受部
Ｔ１ 第１スラスト軸受部
Ｔ２ 第２スラスト軸受部
Ｓ１ 第１シール空間
Ｓ２ 第２シール空間

Claims (12)

1. 固定側となる軸部材と、内周に前記軸部材が挿入され、回転側となる焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に前記軸受スリーブの外周面が固定され、軸方向両端を開口した筒状のハウジングと、前記軸部材の外周面から外径に突出して設けられ、前記軸受スリーブの軸方向両側に配された第１シール部及び第２シール部と、前記軸部材の外周面に設けられたラジアル軸受面と前記軸受スリーブの内周面に設けられたラジアル軸受面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で前記軸受スリーブをラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、前記軸受スリーブの一方の端面に設けられたスラスト軸受面と前記第１シール部の端面に設けられたスラスト軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で前記軸受スリーブをスラスト方向一方に支持する第１スラスト軸受部と、前記軸受スリーブの他方の端面に設けられたスラスト軸受面と前記第２シール部の端面に設けられたスラスト軸受面との間のスラスト軸受隙間に生じる油膜の動圧作用で前記軸受スリーブをスラスト方向他方に支持する第２スラスト軸受部と、前記第１シール部の外周面と前記ハウジングの内周面との間に形成された第１シール空間と、前記第２シール部の外周面と前記ハウジングの内周面との間に形成された第２シール空間とを備え、前記第１シール空間と前記第２シール空間との間の空間に潤滑油が満たされ、前記第１シール空間及び前記第２シール空間に油面が保持された軸固定型の流体動圧軸受装置であって、
   前記軸受スリーブのうち、前記ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率を、前記ラジアル軸受面以外の軸方向領域における気孔率よりも小さくしたことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 前記軸受スリーブのうち、前記ラジアル軸受面の軸方向領域における気孔率が１１％以下である請求項１記載の流体動圧軸受装置。
3. 前記軸受スリーブが、銅を６０％以上含む焼結金属からなり、前記ラジアル軸受面の軸方向領域における密度が７．４ｇ／ｃｍ³以上である請求項２記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記軸受スリーブが、鉄を６０％以上含む焼結金属からなり、前記ラジアル軸受面の軸方向領域における密度が７．１ｇ／ｃｍ³以上である請求項２記載の流体動圧軸受装置。
5. 前記第１及び第２スラスト軸受部のスラスト軸受隙間を介して対向するスラスト軸受面の一方に、前記スラスト軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部を形成した請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
6. 前記ラジアル軸受隙間を介して対向する前記ラジアル軸受面の一方に、前記ラジアル軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部を形成した請求項５記載の流体動圧軸受装置。
7. 前記スラスト動圧発生部が、前記スラスト軸受隙間の潤滑油を内径側に流動させるポンプインタイプである請求項６記載の流体動圧軸受装置。
8. 前記ラジアル動圧発生部が、軸方向対称なヘリングボーン形状の動圧溝である請求項７記載の流体動圧軸受装置。
9. 前記軸受スリーブの両端面に、前記スラスト動圧発生部がプレス加工により形成された請求項５記載の流体動圧軸受装置。
10. 前記第１シール部及び第２シール部の端面に、前記スラスト動圧発生部がプレス加工により形成された請求項５記載の流体動圧軸受装置。
11. 前記軸受スリーブの内周面に、前記ラジアル動圧発生部がプレス加工により形成された請求項６記載の流体動圧軸受装置。
12. 前記軸部材の外周面に、前記ラジアル動圧発生部が転造加工により形成された請求項６記載の流体動圧軸受装置。

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