JP5312895B2 - 流体軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体軸受装置に関する。

流体軸受装置は、軸受隙間に形成される油膜で軸部材を回転自在に支持する軸受装置である。この流体軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を有するものであり、近年ではその特徴を活かして、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、ＨＤＤ等の磁気ディスク装置や、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置等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、さらにはＰＣ等のファンモータなどのモータ用軸受装置として好適に使用されている。

上記モータのうち、スピンドルモータに搭載される流体軸受装置は、例えば、軸部材と、この軸部材を内周に挿入した軸受スリーブ等からなる固定側部材とを備える。軸部材としては、軸部の一端にフランジ部を有するものを使用する場合が多く、この場合、軸部の外周面とこれに対向する面との間にラジアル軸受部のラジアル軸受隙間が形成され、フランジ部の端面とこれに対向する面との間にスラスト軸受部のスラスト軸受隙間が形成される（例えば、特許文献１を参照）。

フランジ付軸部材としては、両者を切削等の機械加工で一体に形成した一体タイプが用いられる場合と、個別に製作した軸部およびフランジ部を適宜の手段で一体化した別体タイプが用いられる場合とがある。別体タイプのフランジ付軸部材としては、例えば特開２００１−３１７５４５号公報（特許文献２）に記載のように、フランジ部の中心に設けた貫通孔に軸部の一端を圧入固定したものがある。

ところで、この種の流体軸受装置の運転中には、内部空間を満たす潤滑油等の潤滑流体の圧力バランスに狂いが生じる場合がある。この圧力バランスの狂いがフランジ部の一端面で形成される空間（例えば、第１スラスト軸受隙間）とフランジ部の他端面で形成される空間（例えば、第２スラスト軸受隙間）との間で生じると、特にスラスト方向の回転精度が低下するという問題が生じる。この種の問題は、フランジ部に、その両端面に開口した流体通路を設け、当該流体通路を介して上記２つの空間の間で潤滑油を流通させることによって解消することができる。
特開２００３−３３６６３６号公報 特開２０００−３２４７５３号公報

ところで、回転精度に優れた信頼性に富む流体軸受装置を提供する上では、軸部とフランジ部の間の精度（直角度等）を十分に高めておくことが重要である。一体タイプのフランジ付軸部材は、これを高いレベルで満足することができるが、専用の加工設備が必要で、その製作に多大なコストを要する。また、一体タイプのフランジ付軸部材に上記の流体通路を設けるには、例えば軸部材完成後、別途の孔開け加工によってフランジ部に貫通孔を形成する必要がある。しかしながら、孔開け加工によって発生する切粉を放置しておくとコンタミの問題を招くおそれがあることから、孔開け加工後に別途の洗浄工程を設け、切粉を入念に除去する必要がある。そのため、更なる製造コストの増大が避けられないものとなる。

一方、別体タイプのフランジ付軸部材は一体タイプに比べて安価に製作可能であるものの、上記特許文献２のような圧入による手段では、圧入後の軸部とフランジ部の直角度が圧入面の加工精度に依存することとなる。そのため、軸部とフランジ部とを固定する際、ラジアル軸受隙間を形成する一方の面となる軸部の外周面のみならずフランジ部の内周面も予め高精度に仕上げておく必要が生じ、製造コストの増大を招く。

本発明は以上に示す各種問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高い軸受性能を安定的に発揮可能とするフランジ付軸部材を容易かつ低コストに製造可能とすることにある。

上記課題を解決するため、本発明では、軸部およびその軸方向一方側の端部に設けられたフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周面で形成されるラジアル軸受隙間と、フランジ部の端面で形成されるスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、フランジ部に、その両端面に開口した軸方向の貫通孔が設けられ、該貫通孔は、軸方向一方側および他方側の端部のうち、少なくとも軸方向他方側の端部における円周方向の一部領域が、軸部の軸方向一方側の端面よりも外径側でフランジ部の軸方向他方側の端面に開口したものであり、貫通孔の周囲でフランジ部の軸方向他方側の端面と軸部の軸方向一方側の端面とを突き合わせた状態でフランジ部と軸部を結合することにより、貫通孔を介してフランジ部の両端面に開口する流体通路を形成したことを特徴とする流体軸受装置を提供する。

上記本発明の構成によれば、フランジ部に貫通孔、具体的には周囲で軸部の端面を突き合わせ得る貫通孔を設け、このフランジ部の端面に軸部の端面を突き合わせた状態で両者を結合するだけで流体通路を形成することができる。上記本発明の構成では、フランジ部に設ける貫通孔を大径に形成することで、流体通路が大径化されるので、潤滑流体を流体通路内に流入し易くすることができることに加え、潤滑流体が流体通路内を流動する際の流動抵抗を減じることができる。従って、フランジ部の両端に形成される２つの空間の間で潤滑流体を円滑に流通させることができ、該２つの空間の間で潤滑流体の圧力バランスに狂いが生じた場合であっても、この圧力バランスの狂いを瞬時に解消することができる。

また、軸部とフランジ部を、両者の端面を突き合わせた状態で結合する本発明の構成であれば、軸部とフランジ部の間の直角度は、両者を結合する際に使用する治具（金型）で管理することができる。そのため、軸部とフランジ部に各々要求される精度を緩和して、高精度な軸部材を低コストに量産することができる。

上記の構成は、貫通孔の周方向一部領域を、フランジ部に結合された軸部の端面よりも外径側でフランジ部の端面に開口させることによって得ることができる。具体的には、例えば、貫通孔を非真円状に形成すると共に、軸部のうち、少なくともフランジ部と結合される一端部を前記貫通孔の最大内径よりも小径の断面真円状に形成し、軸部とフランジ部の芯出しをした状態で前記軸部の一端部をフランジ部に結合することによって上記構成が得られる。

フランジ部に設けるべき貫通孔は、プレス加工（打ち抜き加工）で形成することができる。このようにすれば、所定形状の貫通孔を低コストに形成することができる。

軸部とフランジ部の結合手段としては、両者を所定の強度でもって結合し得る限りにおいて任意であり、接着、摩擦圧接、溶接等、公知の各種手段を採用することができるが、結合部分（結合面積）が微小であっても両者間に高い結合強度を確保することができる溶接、特にレーザ溶接が好適である。すなわち、フランジ部の端面と軸部の端面との突き合わせ部分をレーザ溶接するのが望ましい。このとき、レーザの照射に伴って生成される溶解物が、軸受隙間を形成する軸部の外周面やフランジ部の端面に付着する事態を極力防止するため、貫通孔のうち、軸部と反対側の開口部からレーザを照射してフランジ部と軸部を結合するのが望ましい。

本発明に係る流体軸受装置は、さらに、軸方向両端が開口した外方部材と、外方部材の一端開口部を閉塞する蓋部材とを具備し、外方部材に、軸部材の外周面との間でラジアル軸受隙間を形成する軸受部と、軸受部を保持し、モータベースへの取付け部を有する保持部とが設けられ、蓋部材を外方部材の外周面に固定したものとすることができる。この構成において、外方部材は、個別に製作した軸受部と保持部とを適宜の手段で一体化したものとすることができるが、コスト低減の観点から言えば、軸受部をインサートして保持部を射出成形したもの、あるいは、軸受部と保持部を一体に有するものとするのが望ましい。なお、後述する各実施形態においては、軸部材２の外周に配置され、軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成する軸受スリーブ８が「軸受部」に相当し、この軸受スリーブ８を内周に保持したハウジング９が「保持部」に相当する。

但し、例えば図１０に示すように、個別に製作した軸受部と保持部を適宜の手段で一体化した外方部材を用いる場合には、保持部の内周面と軸受部の外周面との間に流体通路を設けることができるが、図２や図８に示すように、外方部材を、軸受部をインサートして保持部を射出成形したものとする場合や、図９に示すように、外方部材を軸受部と保持部とを一体に有するものとする場合には、この種の流体通路を形成するのが困難となる。そのため、このような軸受装置の構成を採用する場合には、フランジ部に、その両端面に開口した流体通路を設ける上記本発明の構成が特に有効である。

ところで、上記構成において、蓋部材を保持部の外周面に固定するようにすれば、上記特許文献１に記載のように、蓋部材を保持部（ハウジング）の内周面に固定する場合に比べて、内周面と外周面の径差分だけ固定面積を増すことができる。蓋部材を保持部の外周面に固定する場合、保持部（外方部材）の一端開口部を閉塞する円盤状の部分と、外周面に固定される筒状の部分とが必要となるが、保持部に対する固定面積を拡大するには、筒状部分の軸方向寸法を長大化すれば足り、蓋部材を厚肉化する必要がない。また、筒状部分を延ばしても軸受装置の全長寸法に影響は及ばない。以上から、軸受装置の軸方向寸法やラジアル軸受部の軸受スパンに影響を与えることなく蓋部材の耐抜け強度を高めることができ、所期の軸受性能を安定維持することが可能となる。

また、上記構成とすれば、保持部の外周面に固定した蓋部材をモータベースへの取付け部として活用することができる。コスト面を考慮すると保持部を樹脂の射出成形品とするのが有効であるが、これでは、通常金属製とされるモータベースに接着固定する場合に、必要とされる固定強度を確保することが難しくなる。一方、保持部を金属製とすれば、固定強度を満足することはできるものの、樹脂製とする場合に比べコスト高となることは否めない。これに対し、上記構成とすれば、蓋部材をモータベースとの接着性に富む金属材料で形成してモータベースに対する流体軸受装置の固定強度を満足しつつ、保持部を樹脂で形成してコスト低減の要求も満足することができる。

本発明に係る流体軸受装置は以上の特徴を有するものであるから、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ、例えばディスク装置用のスピンドルモータに組み込んで好適に使用可能である。

以上に示すように、本発明によれば、高い軸受性能を安定的に発揮可能とするフランジ付軸部材を容易かつ低コストに製造することができる。

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、流体軸受装置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概念的に示している。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を回転自在に支持する流体軸受装置１と、軸部材２に固定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、モータベース６とを備えている。ステータコイル４はモータベース６の外周に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３の内周に取付けられる。流体軸受装置１のハウジング９は、モータベース６の内周に固定される。ディスクハブ３には磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚（図示例は２枚）保持され、ディスクＤは図示しないクランプ機構でディスクハブ３に対して固定される。以上の構成において、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マグネット５が回転し、それによって、ディスクハブ３およびディスクハブ３に保持されたディスクＤが軸部材２と一体に回転する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る流体軸受装置１を示すものである。この流体軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２の外周に配置され、軸方向両端が開口した外方部材７と、外方部材７の一端開口を閉塞する蓋部材１０とを構成部材として備える。外方部材７は、軸受部に相当する軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８を内周に保持する保持部に相当するハウジング９とで構成される。なお、以下では、便宜上、蓋部材１０が設けられた側を下側、その軸方向反対側を上側として説明を進める。

軸受スリーブ８は、焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。軸受スリーブ８は、焼結金属以外のその他の多孔質体、例えば多孔質樹脂やセラミックスで形成することもできるし、黄銅等の軟質金属で形成することもできる。軸受スリーブ８の内周面８ａおよび外周面８ｄの双方は、径一定の円筒面状に形成される。また、軸受スリーブ８の軸方向両端の内周縁部および外周縁部には、それぞれチャンファ８ｅｉ、８ｅｏ、８ｆｉ、８ｆｏが形成される。

図３に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａには、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が軸方向の二箇所に離隔形成される。ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２には、それぞれ、複数の動圧溝８ａ１，８ａ２をヘリングボーン形状に配列してなるラジアル動圧発生部が形成される。本実施形態において、上側の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。一方、下側の動圧溝８ａ２は軸方向対称に形成され、その上下領域の軸方向寸法はそれぞれ上記軸方向寸法Ｘ２と等しくなっている。なお、ラジアル動圧発生部は、対向する軸部２ａの外周面２ａ１に形成しても良く、また複数の動圧溝をスパイラル形状等に配列したものであっても良い。

図４に示すように、軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、対向するフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間に第１スラスト軸受隙間を形成するスラスト軸受面Ｂが設けられる。スラスト軸受面Ｂには、第１スラスト軸受隙間に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部が形成される。このスラスト動圧発生部は、Ｖ字状に屈曲した動圧溝８ｃ１と、これを区画する丘部８ｃ２とを円周方向に交互に配列してなり、全体としてヘリングボーン形状を呈する。なお、スラスト動圧発生部は、対向するフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に形成しても良い。

ハウジング９は軸方向両端が開口した略円筒状をなし、軸受スリーブ８を内周に保持した本体部９ａと、本体部９ａの上端内径側に設けられたシール部９ｂとを一体に有する。本体部９ａの内周面は径一定の円筒面状に形成され、外周面は下側を小径にした段付きの円筒面状に形成される。従い、本体部９ａは、相対的に厚肉に形成された厚肉部９ａ１と、相対的に薄肉に形成された薄肉部９ａ２とが軸方向に積み重なった形態をなす。なお、後述するように、この実施形態では、ハウジング９のうち、厚肉部９ａ１の外周面がモータベース６への取付け部として機能する。

シール部９ｂの内周面９ｂ１は、下方に向けて漸次縮径したテーパ面状に形成され、対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間に下方に向けて径方向寸法を漸次縮小させたくさび状のシール空間Ｓを形成する。

以上の構成からなるハウジング９は、軸受スリーブ８をインサート部品として樹脂材料で型成形（射出成形）される。ハウジング９の成形に用いる樹脂材料は射出成形可能であれば特段の限定はなく、ベース樹脂として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に代表される結晶性樹脂、あるいはポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の非晶性樹脂の何れを用いても良い。なお、樹脂材料には要求特性に応じた各種充填材を配合することができるが、後述するように、本実施形態においては蓋部材１０で導電性が確保されるので、成形用樹脂材料に導電性を付与するための充填材（導電性充填材）を配合する必要はない。但し、ハウジング９の成形性等に悪影響を及ぼさず、かつコスト面でも支障がなければ、導電性充填材を配合しても良い。

ハウジング９のインサート成形により、軸受スリーブ８の上側端面８ｂが外周チャンファ８ｅｏも含めて樹脂で被覆される。併せて、図２に示すように少なくとも軸受スリーブ８の下端の外周チャンファ８ｆｏを樹脂で被覆すれば、軸受スリーブ８のハウジング９に対する抜け止めを図ることができる。軸受スリーブ８の上端の内周チャンファ８ｅｉは、樹脂で被覆されていない。これは射出成形時に内周チャンファ８ｅｉを型に接触させることで、型内における軸受スリーブ８の位置決めを行うためである。

本体部９ａとシール部９ｂの境界となるハウジング９の上端外径側では、角部が肉取りされている。この肉取り９ｃによって、本体部９ａからシール部９ｂにかけての領域でハウジング９の肉厚がほぼ均一化される。そのため、射出成形後の成形収縮によるシール部９ｂの内周面９ｂ１の変形を抑制し、シール空間Ｓの形状精度が確保される。

なお、本実施形態では、ハウジング９成形用の材料として樹脂材料を使用しているが、これに限らず、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料を使用しても良い。

蓋部材１０は、ハウジング９（本体部９ａ）を構成する薄肉部９ａ２の外周面に、例えば隙間接着で固定される。これにより、ハウジング９の下側開口が閉塞される。蓋部材１０は、導電性を有する金属材料で形成され、例えば金属板をプレス加工することにより、略円盤状のプレート部１０ａと、プレート部１０ａの外径端から上方に延びる円筒状の筒部１０ｂとを一体に有する有底筒状（コップ状）に形成される。筒部１０ｂは、軸受スリーブ８のラジアル軸受面Ａ２の一部又は全部（本実施形態では一部）と軸方向でオーバーラップしている。

図５に示すように、プレート部１０ａの上側端面１０ａ１には、対向するフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に第２スラスト軸受隙間を形成するスラスト軸受面Ｃが設けられる。スラスト軸受面Ｃには、第２スラスト軸受隙間に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部が形成される。このスラスト動圧発生部は、Ｖ字状に屈曲した動圧溝１０ａ１１と、これを区画する丘部１０ａ１２とを円周方向に交互に配列した構成をなし、全体としてヘリングボーン形状を呈する。このスラスト動圧発生部は、対向するフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に形成しても良い。

蓋部材１０の筒部１０ｂの上側端面１０ｂ１とハウジング９の厚肉部９ａ１の下側端面９ａ１１とは軸方向に対向し、後述するスラスト軸受隙間の幅設定後は、両面１０ｂ１，９ａ１１間に軸方向隙間δ１が形成される。スラスト軸受隙間の幅設定後は、例えば接着剤により、軸方向隙間δ１を完全に封止するようにしても良い。また、プレート部１０ａの上側端面１０ａ１とハウジング９の薄肉部９ａ２の下側端面との間に軸方向隙間δ２が形成される。この軸方向隙間δ２の隙間幅は、軸受装置内部の保油量を減じるために極力小さくするのが望ましい。

軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端から外径側に突出したフランジ部２ｂとからなる。軸部２ａは高剛性かつ耐摩耗性に富む金属材料、本実施形態ではステンレス鋼で全長に亘って断面真円状の中実軸に形成される。軸部２ａの外周面２ａ１は、内径側に後退した円筒状の凹部が設けられた軸方向領域を除いて径一定の円筒面状に形成され、また軸部２ａの下端面２ａ２は、凹凸のない平滑な平坦面に形成される。一方、フランジ部２ｂは、軸部２ａと同様のステンレス鋼で、貫通孔２ｃを有する円環状に形成される。フランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２は凹凸のない平滑な平坦面に形成される。

軸部材２は、軸部２ａの下端面２ａ２とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とを突き合わせた状態で、フランジ部２ｂの内周、より厳密にはフランジ部２ｂの上端内周に形成した結合部１２によって結合一体化されたものである。また、フランジ部２ｂには、両端面２ｂ１，２ｂ２に開口した流体通路１１が設けられる。この流体通路１１は、フランジ部２ｂの貫通孔２ｃを介して両端面２ｂ１，２ｂ２に開口したものとされる。この軸部材２の製造方法は後に詳述する。

以上に示す流体軸受装置１は、蓋部材１０（筒部１０ｂ）の外周面、およびハウジング９の外周面を、アルミ合金等の金属材料で形成されたモータベース６（図１を参照）の内周面に例えば接着固定することでモータに組み込まれる。このとき、ハウジング９と蓋部材１０の外径寸法を等しくしておけば、これらをモータベース６の内周面に確実に固定することができる。またこのとき、モータベース６の内周面をハウジング９の外周面よりもある程度大径に形成しておけば、両者間に形成される径方向隙間に充填した接着剤で両者を接着固定することができる（隙間接着）。そして、蓋部材１０とモータベース６は何れも金属製とされるから、流体軸受装置１はモータベース６に対して高い接着強度でもって固定することができる。なお、蓋部材１０とモータベース６との間で十分な接着強度を確保できるのであれば、ハウジング９をモータベース６に対して必ずしも接着固定する必要はない。

以上の構成からなる流体軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２と、これらに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間にそれぞれラジアル軸受隙間が形成される。そして軸部材２の回転に伴い、両ラジアル軸受隙間の油膜圧力が動圧溝８ａ１，８ａ２の動圧作用によって高められる結果、軸部材２をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が軸方向の二箇所に離隔形成される。これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｃに設けたスラスト軸受面Ｂとフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、および、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２と蓋部材１０の上側端面１０ａ１に設けたスラスト軸受面Ｃとの間に、第１および第２スラスト軸受隙間がそれぞれ形成される。そして、軸部材２の回転に伴い、両スラスト軸受隙間の油膜圧力が、動圧溝８ｃ１，１０ａ１１の動圧作用によってそれぞれ高められる結果、軸部材２をスラスト両方向に非接触支持する第１および第２スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２が形成される。

また、シール空間Ｓが、下方（ハウジング９の内部側）に向かって径方向寸法を漸次縮小させたくさび形状を呈しているため、シール空間Ｓ内の潤滑油は毛細管力による引き込み作用によってハウジング９の内部側に向けて引き込まれる。また、シール空間Ｓは、ハウジング９の内部空間に充填された潤滑油の温度変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内で潤滑油の油面を常にシール空間Ｓ内に保持する。これらの構成から、ハウジング９内部からの潤滑油漏れが効果的に防止される。

ところで本実施形態において、軸受スリーブ８のラジアル軸受面Ａ１に設けた動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。そのため、軸部材２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。このような引き込み力の差圧（ポンピング能力のアンバランス）により、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間の隙間に充満された潤滑油は下方に押し込まれる。この場合、軸受内部の閉塞側の空間、特に第２スラスト軸受隙間の内径側の空間で圧力が高くなり、軸部材２に作用する上向きの浮上力が過剰となる結果、両スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２間でのスラスト支持力をバランスさせることが難しくなる。

この点、本実施形態に係る流体軸受装置１では、フランジ部２ｂに、その両端面２ｂ１，２ｂ２に開口した流体通路１１を設けているので、流体通路１１を介して両スラスト軸受隙間間で潤滑油を流通させることができる。そのため、両スラスト軸受隙間間での圧力バランスの崩れを早期に解消し、両スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２間でのスラスト支持力をバランスさせることが、すなわちスラスト方向の回転精度の安定化が図られる。

また、上記のように、本実施形態に係る流体軸受装置１では、第２スラスト軸受隙間の内径側空間の圧力が高くなる傾向にある。この場合に第２スラスト軸受部Ｔ２を形成する動圧溝１０ａ１１を、従来多用されてきたポンプインタイプのスパイラル形状に配列すると、第２スラスト軸受隙間内に充満された潤滑油が内径側に押し込まれるため、第２スラスト軸受隙間の内径側空間の圧力増大を助長することとなる。これに対し、第２スラスト軸受部Ｔ２を形成する動圧溝１０ａ１１を、図５に示すようにヘリングボーン形状に形成すれば、この問題を回避することができ、望ましい。一方、第１スラスト軸受部Ｔ１では、この種の問題が生じないので、動圧溝８ｃ１を、図４に示すヘリングボーン形状ではなく、ポンプインタイプのスパイラル形状に形成しても良い。

次に、上記軸部材２の製造方法について詳述する。

まず、貫通孔２ｃを有するフランジ部２ｂを製作する。貫通孔２ｃは、その円周方向一部領域が、フランジ部２ｂに結合される軸部２ａの下端部（下端面２ａ２）よりも外径側でフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に開口するように形成される。具体的に述べると、本実施形態における貫通孔２ｃは、図６（ａ）に示すように、軸部２ａとフランジ部２ｂの芯出しを行った状態で、軸部２ａの外周面２ａ１よりも内径側に位置する円弧状の第１円弧面２ｃ１と、同じく両者の芯出しを行った状態で、外径側の一部領域が軸部２ａの外周面２ａ１よりも外径側に位置する略半円状の第２円弧面２ｃ２とを円周方向で交互に３つずつ配してなる非真円状に形成される。このような非真円状の貫通孔２ｃは、円盤状に形成したフランジ部２ｂにプレス加工（打ち抜き加工）を施すことによって形成することができる。プレス加工であれば、この種の複雑形状の貫通孔２ｃも、精度良くかつ低コストに形成することができる。

次いで、以上の構成を有するフランジ部２ｂと、別途製作した軸部２ａの芯出しを行った状態で両者を結合一体化する。具体的には、まず、図７（ａ）に模式的に示すように、軸部２ａを下型３１の内周に挿入して軸部２ａの外周面２ａ１を拘束した後、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１を軸部２ａの下端面２ａ２に突き合わせる。本実施形態では、両端面２ｂ１，２ａ２を互いに接触させるようにして、フランジ部２ｂを軸部２ａ（および下型３１）上に載置する。次いで、軸部２ａとフランジ部２ｂの芯出しを行いつつ、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２を下型３１と上型３２とで拘束する。なお、図示は省略しているが、両者の芯出しを簡易にかつ精度良く行うべく、フランジ部２ｂの外周面を拘束するのが望ましい。

ここで、フランジ部２ｂに上記態様の貫通孔２ｃが形成されていることから、軸部２ａとフランジ部２ｂとを突き合わせた状態で芯出しすると、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１のうち、第１円弧面２ｃ１が設けられた周方向領域は軸部２ａの下端面２ａ２と径方向でオーバーラップする一方、第２円弧面２ｃ２が設けられた周方向領域は軸部２ａの下端面２ａ２とオーバーラップしない（図６（ａ）および図６（ｂ）を参照）。

そして、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２の側から上型３２の貫通孔およびフランジ部２ｂの貫通孔２ｃを通過させるようにして、図示しないレーザ照射装置からフランジ部２ｂの上端内周、より厳密には、フランジ部２ｂのうち、軸部２ａの下端面２ａ２と径方向でオーバーラップした第１円弧面２ｃ１の形成領域にレーザ３３を照射する。レーザ３３が照射されると、フランジ部２ｂの上端内周縁部とこれに隣接する軸部２ａの下端とが溶融し、図７（ｂ）に示すように、フランジ部２ｂと軸部２ａとを溶接固定してなる結合部１２が形成される。同様にして、円周方向の所定領域（軸部２ａの下端面２ａ２とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とが径方向でオーバーラップした領域の一部または全部。すなわち、各第１円弧面２ｃ１の形成領域の一部または全部）に結合部１２を形成する。結合部１２の形成が完了すると、これと同時に、フランジ部２ｂの貫通孔２ｃと軸部２ａの下端、詳述すると、フランジ部２ｂの第２円弧面２ｃ２と軸部２ａの下端部とで流体通路１１の上端開口部が区画形成され、貫通孔２ｃの下端開口部で流体通路１１の下端開口部が形成される。

なお、結合部１２の形成に用いるレーザ３３としては、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ等、公知の各種レーザを使用可能であるが、経済性、溶接強度、溶接容易性等を考慮するとＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザが好適である。また、レーザ３３の照射方式としては、連続式またはパルス式の何れであっても良い。

以上に示すように、本発明に係る流体軸受装置１では、フランジ部２ｂに貫通孔２ｃ、具体的には、その周方向一部領域が、フランジ部２ｂに結合された軸部２ａの下端面２ａ２よりも外径側でフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に開口するような非真円状の貫通孔２ｃを設け、このフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に軸部２ａの下端面２ａ２を突き合わせた状態で両者を結合するだけでフランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２に開口した流体通路１１を形成することができる。この構成では、流体通路１１の両端開口部のうち、下端開口部は、フランジ部２ｂに設けた貫通孔２ｃの下端開口部で構成される。そのため、フランジ部２ｂに設ける貫通孔２ｃを大径に形成しておけば、流体通路１１の下端開口部も大径化されるので、特に、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２と蓋部材１０の上側端面１０ａ１との間に形成される隙間（第２スラスト軸受隙間）を満たす潤滑油を、流体通路１１内に流入させ易くなることに加え、潤滑油が流体通路１１内を流動する際の流動抵抗を減じることができる。従って、第２スラスト軸受隙間の内径側の空間で圧力が高くなり易い本実施形態の構成においても、流体通路１１を介して、両スラスト軸受隙間間で潤滑油を円滑に流通させることができる。これにより、両スラスト軸受隙間間での圧力バランスの崩れを瞬時に解消し、スラスト方向の回転精度の安定化を一層早期に達成することができる。

また、軸部２ａとフランジ部２ｂを、両者の端面を突き合わせた状態で結合する本発明の構成であれば、軸部２ａとフランジ部２ｂの間の直角度は、結合時に使用する金型３１，３２で管理することができる。そのため、軸部２ａとフランジ部２ｂの各々要求される精度を緩和して、高精度な軸部材２を低コストに量産することができる。

また、モータの組立時には軸部２ａの上端にディスクハブ３（図１を参照）が固定されるが、このときに軸部２ａとフランジ部２ｂの間の結合強度が不十分だと、ディスクハブ３固定時の加圧力によって軸部２ａとフランジ部２ｂが分離してしまうおそれがあるが、本発明のように軸部２ａとフランジ部２ｂとを、両者の端面を突き合わせた状態で結合すれば、ディスクハブ３固定時の加圧力に対しては、軸部２ａの下端面２ａ２がフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸方向に係合することによって抵抗する。そのため、上記不具合を効果的に防止することができる。

また、軸部２ａとフランジ部２ｂを、レーザ３３を照射することで結合一体化した（レーザ溶接した）から、軸部２ａとフランジ部２ｂの間の接触面積が比較的小さい本実施形態の構成においても両者間に高い結合強度を確保することができる。また、両者をレーザ溶接するに際し、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２の側からレーザ３３を照射してフランジ部２ｂの上端内周に結合部１２を形成したから、溶接時に生成される金属粒等の溶解物が、軸受隙間を形成する軸部２ａの外周面２ａ１やフランジ部２ｂの端面２ｂ１，２ｂ２に付着し、軸受性能が低下するような事態も効果的に防止される。

以上では、軸部２ａの下端面２ａ２とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とを接触させた状態で両者を結合一体化した場合について説明を行ったが、レーザ溶接であれば、両者を部分的に非接触の状態で突き合わせた（対向させた）場合であっても、両者を高精度かつ高強度に結合することができる。このように軸部２ａの下端面２ａ２とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とを非接触に保持した状態で両者を結合すれば、軸部２ａとフランジ部２ｂに各々要求される精度を一層緩和して、軸部材２の製造コストを一層低廉化することができる。

また本実施形態では、軸部２ａおよびフランジ部２ｂの双方をステンレス鋼で形成したが、レーザ溶接であれば、異種金属間においても高い締結強度を確保することができる。そのため、軸部材２に必要とされる強度を確保し得る限りにおいて、軸部２ａとフランジ部２ｂの形成材料は相互に異ならせることも可能である。例えば、軸部２ａをステンレス鋼で形成する一方、フランジ部２ｂを黄銅等で形成して軸部材２の低コスト化を図ることもできる。

なお、以上では、レーザ３３を照射するレーザ溶接によって軸部２ａとフランジ部２ｂを結合一体化した場合について説明を行ったが、軸部２ａとフランジ部２ｂの間に所期の結合強度を確保できる限りにおいて両者の結合方法は任意に選択することができる。例えば、互いに対向する軸部２ａの下端面２ａ２とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間に接着剤を介在させることによって両者を一体化することもできるし、摩擦圧接やろう接によって両者を結合一体化することもできる。

さらに、本実施形態に係る流体軸受装置１では、蓋部材１０をハウジング９（外方部材７）の外周面に固定しているので、上記特許文献１に記載のように蓋部材をハウジングの内周面に固定する場合に比べ、内周面と外周面の径差分だけ両部材間の固定面積を増すことができる。また、ハウジング９の厚肉部９ａ１の軸方向寸法を短縮することで、蓋部材１０の筒部１０ｂの軸方向寸法を増すことができるので、固定面積の更なる増大、すなわち固定強度の更なる向上も容易に達成できる。しかも、これに伴って蓋部材１０を厚肉化する必要がない。従って、流体軸受装置１の軸方向寸法やラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受スパンに影響を与えることなく蓋部材１０の抜け強度を高めることができる。これにより、流体軸受装置１の信頼性が向上する。

また、蓋部材１０は金属材料で形成されているので、ディスクＤが回転することによって帯電した静電気を、軸部材２→蓋部材１０→モータベース６という経路を介して確実に接地側に放電することができる。但し、蓋部材１０とモータベース６とを接着固定する場合には、接着剤（通常は絶縁体）によって導電経路が遮断されるおそれがある。このような場合には、必要に応じて蓋部材１０の下端外径端部とベース６の下端内径端部とにまたがって適当な導電材を塗布し、導電性被膜を形成するのが望ましい。

このように蓋部材１０で導電経路を構成すれば、ハウジング９の導電性を考慮せずとも足りるため、ハウジング９の成形材料を検討する際に材料選択の余地が広がり、流体軸受装置１の設計自由度が増す。樹脂製としたハウジング９に導電性を持たせる場合には樹脂材料中に高価な導電性充填材を配合する必要があるが、本発明では、この種の導電性充填材の配合を不要とし、あるいは配合量を少なくすることができるので、材料コストの高騰を抑制することができる。

本発明は、上記の実施形態に限定適用されるものではない。以下、本発明の他の実施形態を説明する。なお、以下示すその他の実施形態において、上記実施形態と同様の構成、機能を有する部位には同一の符号を付して、重複説明を省略する。

図８は、本発明に係る流体軸受装置１の第２実施形態を示すものであり、図２に示すものと同様に、ハウジング９を、軸受スリーブ８をインサートした樹脂の射出成形品とし、かつ金属製の蓋部材１０をハウジング９の外周面、具体的には薄肉部９ａ２の外周面に固定したものである。スラスト軸受隙間の幅設定後は、蓋部材１０の筒部１０ｂの上側端面１０ｂ１と、ハウジング９の厚肉部９ａ１の下側端面９ａ１１との間に軸方向隙間δ１が形成されている。

この第２実施形態に係る流体軸受装置１では、ハウジング９の薄肉部９ａ２の下端に、内径側に延びる被覆部９ｄを形成し、この被覆部９ｄで軸受スリーブ８の外周チャンファ８ｆｏのみならず、軸受スリーブ８の下側端面８ｃの全体を被覆している。被覆部９ｄの端面には、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト動圧発生部として機能する複数の動圧溝（例えば図４に示すヘリングボーン形状の動圧溝）が形成されている。なお、軸受スリーブ８の下端の内周チャンファ８ｆｉは、被覆部９ｄで被覆されていない。

このように、ハウジング９の被覆部９ｄにスラスト動圧発生部を形成することにより、軸受スリーブ８の下側端面８ｃに形成していたスラスト動圧発生部が不要となる。そのため、軸受スリーブ８の半径方向の肉厚を、図２に示す実施形態に比べて薄くすることができる。この薄肉化により、焼結金属製の軸受スリーブ８に対する含油量を減じることができるため、軸受装置全体の保油量を少なくすることができ、昇温時の油の熱膨張量を抑制することができる。従って、シール空間Ｓの容積を小さくすることができ、シール空間Ｓの軸方向寸法を減じて軸受装置全体を軸方向で小型化することが、またあるいはラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のスパンを拡大してラジアル方向の回転精度向上を図ることが可能となる。

なお、被覆部９ｄのスラスト動圧発生部は、ハウジング９成形用の金型にスラスト動圧発生部に対応した溝型を予め形成しておくことで、ハウジング９の射出成形と同時に型成形することができる。そのため、スラスト動圧発生部の形成工程を省略して低コスト化を図ることができる。また、シール空間Ｓの軸方向寸法が小さくなることで、ハウジング９におけるシール部９ｂの肉厚と本体部９ａの肉厚差が小さくなるため、樹脂の成形収縮時における変形が生じにくくなる。そのため、この実施形態の流体軸受装置１ではハウジング９の上端外径部に形成する肉取り９ｃ（図２参照）を省略している。

図９は、本発明に係る流体軸受装置１の第３実施形態を示すものである。同図に示す実施形態では、外方部材７を、図２および図８に示す軸受部としての軸受スリーブ８と、これを保持する保持部としてのハウジング９とを一体に有するものとした点において、上記実施形態と構成を異にしている。すなわち、軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１と外方部材７の内周面との間にラジアル軸受隙間（ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２）が形成され、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と外方部材７の下側端面との間に第１スラスト軸受隙間（第１スラスト軸受部Ｔ１）が形成される。なお、本実施形態に示す外方部材７は、樹脂あるいは金属の射出成形品とすることもできるし、鍛造成形品とすることもできる。

以上では、フランジ部２ｂに流体通路１１を設けた軸部材２の外周に、軸受スリーブ８をインサートしてハウジング９を射出成形することで形成された外方部材７、あるいは軸受スリーブ８とハウジング９に相当する部分を一体に有する外方部材７を配置した構成の流体軸受装置について説明を行ったが、以上で説明した軸部材２は、上記特許文献１に準じた構成の流体軸受装置、具体的には図１０に示す流体軸受装置１に組み込んで使用することももちろん可能である。同図に示す流体軸受装置１は、主に、固定側を構成するハウジング９、軸受スリーブ８、シール部材１３、および蓋部材１０が個別に製作され、ハウジング９の内周に、接着等の手段で固定側のその他の部材（軸受スリーブ８等）を固定した点において図２に示す流体軸受装置１と構成を異にしている。このように、個別に製作したハウジング９と軸受スリーブ８とを接着等の手段で固定して外方部材７を形成した本実施形態の構成では、ハウジング９の内周面と軸受スリーブ８の外周面８ｄとの間に軸受スリーブ８の両端面に開口した流体通路１４を設けることができる。この場合、この流体通路１４を介して潤滑油を軸受内部で流動循環させることができるので、軸受内部における圧力バランスの崩れは一層効果的に防止される。

以上では、フランジ部２ｂに非真円状の貫通孔２ｃを設け、このフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に断面真円状の軸部２ａの下端面２ａ２を突き合わせた状態で軸部２ａとフランジ部２ｂを結合することによってフランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２に開口した流体通路１１を形成した場合について説明を行ったが、かかる流体通路１１はこのようにしてのみ形成可能なわけではない。例えば図１０に示すように、フランジ部２ｂに断面真円状の貫通孔２ｃを形成し、これの上側端面２ｂ１に、少なくとも下端部を断面非真円状に形成した軸部２ａの下端面２ａ２を突き合わせた状態で両者を結合することにより、上記同様の流体通路１１を形成することもできる。なお、図１０は、３つの偏心円弧面２ａ１１で軸部２ａの下端外周面を構成した場合を例示している。

この場合、軸部２ａのうち、フランジ部２ｂに結合一体化される下端部のみならず、例えば図１１に示すように、軸部２ａの全体を断面非真円状に形成し、これの外周に真円状の内周面８ａを有する軸受スリーブ８を配設することにより、軸部２ａの外周面２ａと軸受スリーブ８の内周面８ａとの間に、楔状のラジアル軸受隙間（楔状隙間Ｇｒ）を形成することもできる。このようにすれば、フランジ部２ｂに上記態様の流体通路１１を形成することができることに加え、互いに対向する軸受スリーブ８の内周面又は軸部２ａの外周面２ａ１に複雑形状の動圧溝を設けることなく、ラジアル軸受部Ｒを動圧軸受の一種である多円弧軸受で構成することができる。

なお、図示は省略するが、非真円状の貫通孔２ｃを設けたフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に、少なくとも下端部を断面非真円状に形成した軸部２ａの下端面２ａ２を突き合わせた状態で両者を結合することにより、上記同様の流体通路１１を形成することも可能である。

また、以上では、ヘリングボーン形状等の動圧溝による動圧作用により動圧軸受からなるラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２を、また動圧軸受の一種である多円弧軸受でラジアル軸受部Ｒを構成した場合について説明を行ったが、いわゆるステップ軸受や波型軸受等、公知のその他の動圧軸受でラジアル軸受部を構成することもできる。また、ラジアル軸受隙間を介して対向する二面（以上に示す実施形態で言えば、軸部２ａの外周面２ａ１と軸受スリーブ８の内周面８ａの双方）を円筒面とした、いわゆる真円軸受でラジアル軸受部を構成することもできる。

また、以上の実施形態では、ヘリングボーン形状等の動圧溝による動圧作用により動圧軸受からなるスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２を構成した場合について説明を行ったが、いわゆるステップ軸受や波型軸受等、公知のその他の動圧軸受でスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２の何れか一方又は双方を構成することもできる。

流体軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一例を概念的に示す断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第１実施形態を示す断面図である。 軸受スリーブの断面図である。 軸受スリーブの下側端面を示す図である。 蓋部材の上側端面を示す図である。 （ａ）図は軸部材を下方から見た場合の平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＹ−Ｙ断面図である。 （ａ）図および（ｂ）図は、軸部の下端にフランジ部を溶接する工程を模式的に示す部分拡大断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第３実施形態を示す断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第４実施形態を示す断面図である。 他の実施形態に係る軸部材を下方から見た場合の平面図である。 ラジアル軸受部を多円弧軸受で構成した場合を示す図である。

符号の説明

１ 流体軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ａ２ 下端面
２ｂ フランジ部
２ｂ１ 上側端面
２ｂ２ 下側端面
２ｃ 貫通孔
６ モータベース（モータベース）
７ 外方部材
８ 軸受スリーブ（軸受部）
９ ハウジング（保持部）
１０ 蓋部材
１１ 流体通路
１２ 結合部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (8)

1. 軸部およびその軸方向一方側の端部に設けられたフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周面で形成されるラジアル軸受隙間と、フランジ部の端面で形成されるスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、
   フランジ部に、その両端面に開口した軸方向の貫通孔が設けられ、該貫通孔は、軸方向一方側および他方側の端部のうち、少なくとも軸方向他方側の端部における円周方向の一部領域が、軸部の軸方向一方側の端面よりも外径側でフランジ部の軸方向他方側の端面に開口したものであり、
   貫通孔の周囲でフランジ部の軸方向他方側の端面と軸部の軸方向一方側の端面とを突き合わせた状態でフランジ部と軸部を結合することにより、貫通孔を介してフランジ部の両端面に開口する流体通路を形成したことを特徴とする流体軸受装置。
2. 貫通孔を非真円状に形成した請求項１記載の流体軸受装置。
3. 貫通孔をプレス加工で形成した請求項１記載の流体軸受装置。
4. フランジ部の軸方向他方側の端面と軸部の軸方向一方側の端面との突き合わせ部分をレーザ溶接することにより、フランジ部と軸部を結合した請求項１記載の流体軸受装置。
5. 貫通孔のうち、軸方向他方側の開口部からレーザを照射してフランジ部と軸部を結合した請求項４記載の流体軸受装置。
6. さらに、軸方向両端が開口した外方部材と、外方部材の軸方向一方側の開口部を閉塞する蓋部材とを具備し、外方部材に、軸部材の外周面との間でラジアル軸受隙間を形成する軸受部と、軸受部を保持し、モータベースへの取付け部を有する保持部とが設けられ、蓋部材を外方部材の外周面に固定した請求項１記載の流体軸受装置。
7. 外方部材の保持部が、軸受部をインサートして射出成形されている請求項６記載の流体軸受装置。
8. 外方部材が、軸受部と保持部を一体に有する請求項６記載の流体軸受装置。

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