流体動圧軸受装置及びその製造方法
【課題】ＭＩＭ成形したハウジングを備えた流体動圧軸受装置において、潤滑流体の外部への漏れ出しを防止する。また、ＭＩＭ成形したハウジングにスラスト動圧発生部を高精度に加工する。
【解決手段】ハウジングの相対密度を９５〜９８％の範囲内に設定し、ハウジングの内面と外面とを連通する孔が形成されないようにした。これにより、ハウジングを介した外部への油漏れを防止できる。また、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満、あるいはスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定した。これにより、ハウジングのＭＩＭ成形と同時にスラスト動圧発生部を高精度に型成形することができる。
【解決手段】ハウジングの相対密度を９５〜９８％の範囲内に設定し、ハウジングの内面と外面とを連通する孔が形成されないようにした。これにより、ハウジングを介した外部への油漏れを防止できる。また、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満、あるいはスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定した。これにより、ハウジングのＭＩＭ成形と同時にスラスト動圧発生部を高精度に型成形することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜の動圧作用で軸部材を回転自在に支持する流体動圧軸受装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＣＤ・ＤＶＤ・ブルーレイディスク等の光ディスク駆動装置、若しくは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、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ用、プロジェクタのカラーホイールモータ用、又は電気機器の冷却等に使用されるファンモータなどの小型モータ用として使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、フランジ部を有する軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受スリーブと、軸受スリーブを外周から保持したコップ状のハウジングとを有する流体動圧軸受装置が示されている。軸部の外周面と軸受スリーブの内周面との間にはラジアル軸受隙間が形成され、フランジ部の端面とハウジングの端面との間にはスラスト軸受隙間が形成される。ハウジングの底部の端面には、スラスト軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部（動圧溝）が形成されている。
【０００４】
上記の流体動圧軸受装置では、ハウジングがＭＩＭ（メタル・インジェクション・モールディング）法により成形される。ＭＩＭ法は、金属粉末を用いた射出成形法であり、具体的には、金属粉末と樹脂バインダとを混練し、金型に射出して成形した後、脱脂してバインダを除いた成形体を焼結して完成品とする成形法である。このようにハウジングをＭＩＭ成形することにより、ステンレス鋼等の高硬度材料を使用した場合であっても精度良く成形することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにハウジングをＭＩＭ成形した場合、金属粉末間の空隙によりハウジングに内部空孔が形成される。この空孔がハウジングの内面と外面とを連通すると、軸受内部に満たされた潤滑油が外部に漏れ出す恐れがある。
【０００７】
また、上記特許文献１の流体動圧軸受装置では、ハウジングのスラスト動圧発生部（動圧溝）をＭＩＭ成形の金型で成形している。この場合、ＭＩＭ成形の金型にスラスト動圧発生部を成形するための成形部が形成されるが、この成形部の微細な形状の奥部まで金属粉末を行き渡らせることは困難であり、スラスト動圧発生部が精度良く形成されない恐れがある。
【０００８】
本発明の課題は、ＭＩＭ成形したハウジングを備えた流体動圧軸受装置において、潤滑流体の外部への漏れ出しを防止することにある。
【０００９】
本発明の他の課題は、ＭＩＭ成形したハウジングにスラスト動圧発生部を高精度に設けることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、ハウジングの相対密度が９５〜９８％であることを特徴とする。また、本発明は、上記の流体動圧軸受装置において、ハウジングが独立気孔のみを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明者らの検証によれば、ハウジングの相対密度を９５％以上に設定することで、ハウジングに形成される気孔を全て独立気孔とすることができた。これにより、ハウジングに内面と外面とを連通する気孔（連通気孔）が形成されないため、潤滑流体の外部への漏れ出しを確実に回避できる。一方、ハウジングの相対密度が９８％を超えると、ＭＩＭ成形時の金属粉末の密度が大きくなりすぎて流動性が不足し、成形精度を低下させる恐れがある。以上より、ハウジングの相対密度は９５〜９８％の範囲内に設定することが望ましい。尚、相対密度とは、ＭＩＭ成形品の重量Ｗと、ＭＩＭ成形品と同形状を成し、ＭＩＭ成形品の金属粉末の材料で中実に形成した仮想部品の重量Ｗ０との比（Ｗ／Ｗ０）を百分率で表したものを言い、真密度と称される場合もある。また、独立気孔とは、二つの面を連通しない孔のことを言い、例えばハウジングの内部に形成される気孔や、ハウジングの内面のみに開口した気孔、あるいはハウジングの外面のみに開口した気孔のことを言う。尚、ハウジングに連通気孔が形成されているか否かは、ハウジングの内部空間にエア圧を加え、そのリークを調べるいわゆるエアリーク検査により確認することができ、エア圧が低下したら連通気孔が形成されているとみなすことができる。
【００１２】
また、前記課題を解決するために、本発明は、軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングに形成され、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置において、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満に設定したことを特徴とする。また、本発明は、上記の流体動圧軸受装置において、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を、スラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定したことを特徴とする。
【００１３】
スラスト動圧発生部は、通常、非常に微細な形状（例えば数十μｍ程度の凹凸）であるため、上記のように粒径の小さい金属粉末を用いることで、スラスト動圧発生部を成形するための成形部に金属粉末を行き渡らせることができ、これによりスラスト動圧発生部を高精度に型成形できる。本発明者らの検証によれば、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満、あるいはスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定することにより、ハウジングのＭＩＭ成形と同時にスラスト動圧発生部を高精度に型成形できることが明らかとなった。尚、金属粉末の粒径は、例えば光学顕微鏡や電子顕微鏡で粒径と個数を計測する方法（いわゆる顕微鏡法）や、レーザー粒度分布測定装置を用いた方法により計測することができる。また、金属粉末の平均粒径は、粒径Ｄ及び個数ｙに基づいて、以下に示す算術平均寸法Ｄａｍあるいは幾何平均寸法Ｄｇｍにより得ることができる。
Ｄａｍ＝（１／Ｎ）ΣｙｉＤｉ
ｌｏｇ（Ｄｇｍ）＝（１／Ｎ）Σｙｉｌｏｇ（Ｄｉ）
ここで、ｙｉは直径Ｄｉの粒子の個数、Ｎは粒子の全個数である。
【００１４】
ハウジングをＭＩＭ成形すれば、加工が困難なステンレス系金属粉末等の硬質材料を使用した場合であっても、高精度に成形することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、ＭＩＭ成形したハウジングを備えた流体動圧軸受装置において、潤滑流体の外部への漏れ出しを防止することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、ＭＩＭ成形したハウジングにスラスト動圧発生部を高精度に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、流体動圧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動圧軸受装置１と、軸部材２の一端に設けられたディスクハブ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、流体動圧軸受装置１のハウジング７を内周に固定したブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット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。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが複数枚（図示例は３枚）保持される。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およびこれに保持されたディスクＤが、軸部材２と一体に回転する。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示している。この流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２を内周に挿入した軸受部材としての軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８を外周から保持した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部をシールするシール部材９とを主要な構成部材として備える。なお、以下の説明において、軸方向でハウジング７の開口側を上側、ハウジング７の閉口側を下側とする。
【００２０】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端から外径側に張り出した平板状のフランジ部２ｂとを有し、高剛性の金属材料、例えばステンレス鋼で形成される。軸部２ａの外周面２ａ１は、軸方向の略中央部のヌスミ部（環状の凹部）を除いて、凹凸のない平滑な円筒面とされ、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１・２ｂ２は、それぞれ凹凸のない平滑な平坦面とされる。
【００２１】
軸受スリーブ８は、例えば、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、焼結金属以外にも、黄銅等の軟質金属材料や、焼結金属ではない他の多孔質体、例えば多孔質樹脂で形成することもできる。
【００２２】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、図３（ａ）に示すように、ヘリングボーン形状に配列した複数の動圧溝８ａ１・８ａ２が軸方向に離隔して形成される。このうち、上側の動圧溝８ａ１は軸方向非対称に形成されており、詳しくは、動圧溝８ａ１の軸方向中間部に形成された帯状の丘部に対して、上側の軸方向寸法Ｘ１が下側の軸方向寸法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る。
【００２３】
軸受スリーブ８の下側端面８ｂには、図３（ｂ）に示すように、スパイラル形状に配した複数の動圧溝８ｂ１が形成される。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向溝８ｄ１が任意の本数（本実施形態では３本）形成される。また、軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、円環溝８ｃ１、および円環溝８ｃ１の内径側に接続された任意の本数の径方向溝８ｃ２が形成される。
【００２４】
ハウジング７は、ＭＩＭ法により成形され、軸受スリーブ８を外周から保持する筒状の側部７ａと、側部７ａの下端開口部を閉塞する底部７ｂとを有する。底部７ｂの上側端面７ｂ１にはスラスト動圧発生部が形成され、本実施形態では図４に示すように、スパイラル形状に配した複数の動圧溝７ｂ１０が形成される。
【００２５】
ハウジング７の相対密度は９５％〜９８％の範囲内に設定される。相対密度を９５％以上に設定することで、ＭＩＭ成形によりハウジング７に形成される気孔を全て独立気孔とすることができる。すなわち、ハウジング７の内面（側部７ａの内周面７ａ１及び底部７ｂの上側端面７ｂ１）と外面（側部７ａの外周面７ａ２および底部７ｂの下側端面７ｂ２）とを連通する気孔が形成されないため、ハウジング７を介した外部への油漏れを確実に防止できる。一方、相対密度を９８％以下に設定することで、ＭＩＭ成形時の金属粉末の流動性を確保し、ハウジング７を精度良く成形することができる。
【００２６】
ハウジング７は、図５のブロック図に示すように、（Ａ）射出成形工程１１、（Ｂ）脱脂工程１２、（Ｃ）焼結工程１３、および（Ｄ）サイジング工程１４を順に経て製造される。以下、各工程の詳細について説明を行う。
【００２７】
（Ａ）射出成形工程
射出成形工程１１では、金属粉末を主成分とし、これに流動性をもたせるためのバインダを所定量混練した混合材料を用いて、射出成形体が形成される。上記金属粉末としては、ステンレス系、鉄系、チタン系、銅系等の金属粉末が使用可能であり、本実施形態ではステンレス系金属粉末を用いている。一方、バインダとしては、例えば、パラフィンワックス、カルナバワックス、脂肪酸エステル等の有機化合物と、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の比較的低融点の熱可塑性樹脂とを混合したものが用いられる。
【００２８】
この射出成形工程で使用される金型（図示省略）の成形面のうち、ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１を成形する部分には、スラスト動圧発生部（動圧溝７ｂ１０）を成形するための成形部が設けられる。これにより、ハウジング７の射出成形と同時にスラスト動圧発生部が型成形されるため、工程数を削減して生産効率を高めることができる。
【００２９】
上記金属粉末には、平均粒径が１０μｍ未満、好ましくは８μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下であるもの、また、平均粒径がスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下、好ましくは１／３以下であるものを使用することが望ましい。例えば、スラスト動圧発生部の凹凸高さ（本実施形態では、動圧溝７ｂ１０と丘部７ｂ１１（図４にクロスハッチングで示す）との軸方向距離）が１０μｍである場合、平均粒径が３μｍの金属粉末を使用すればよい。このように粒径の小さい金属粉末を用いてＭＩＭ成形することで、金型に設けられたスラスト動圧発生部の成形部の奥部まで金属粉末を行き渡らせることができるため、スラスト動圧発生部が高精度に成形される。尚、ハウジングのＭＩＭ材料の粒径が小さすぎると、金型内におけるＭＩＭ材料の流動性が不足して成形に支承を来たす恐れがあるため、金属粉末の平均粒径は１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上に設定することが好ましい。
【００３０】
また、平均粒径が３μｍの金属粉末には、平均粒径が３μｍ以外（例えば２μｍや５μｍ）の金属粉末が含まれる。このように、粒径の異なる金属粉末を混合して使用することで、ハウジング７における金属粉末の密度バランスを均一化することができると共に、ハウジング７の成形性を高めることができる。
【００３１】
（Ｂ）脱脂工程
脱脂工程１２では、上記射出成形工程１１で成形された射出成形体中に分散されたバインダを除去することにより、多数の内部気孔を有する多孔質の中間成形体が形成される。脱脂方法としては、光線の照射によって脱脂する光脱脂、加熱によって脱脂する加熱脱脂、あるいは水や有機溶媒等の溶媒中への浸漬によって脱脂する溶媒脱脂等、公知の脱脂方法の何れを採用しても良く、使用したバインダ種等に応じて選択すれば良い。
【００３２】
（Ｃ）焼結工程
焼結工程１３では、脱脂された射出成形体を所定温度の加熱炉内に投入して加熱処理（焼結処理）を施し、これにより射出成形体の金属粉末が相互にネック結合した焼結体が得られる。射出成形体に対する焼結処理は、均一温度で行っても良いし、加熱温度を徐々に、あるいは段階的に上昇させるようにして行っても良い。後者は、焼結体に割れや変形等の不具合が生じ易い場合に好適である。なお、この焼結工程における焼結温度や焼結時間は、ハウジング７の相対密度が９５〜９８％の範囲内となるように設定される。
【００３３】
（Ｄ）サイジング工程
サイジング工程１４では、上記焼結工程１３で得られた焼結体が、ダイ及び上下のパンチを有するサイジング金型（図示省略）により矯正される。具体的には、焼結体（ハウジング７）の側部７ａの内周面７ａ１及び底部７ｂの上側端面７ｂ１が上パンチで矯正されると共に、焼結体の下側端面７ｂ２が下パンチで矯正され、さらに焼結体の外周面７ａ２がダイで矯正される。詳しくは、底部７ｂの上側端面７ｂ１に型成形したスラスト動圧発生部の丘部７ｂ１１の平面度や、底部７ｂの上側端面７ｂ１の丘部７ｂ１１に対する側部７ａの内周面７ａ１の直角度が矯正される。なお、このサイジング工程１４は必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。
【００３４】
以上に示すように、スラスト動圧発生部を有するハウジング７をＭＩＭ成形品、特にステンレス系金属粉末を主体とするＭＩＭ成形品とすれば、スラスト動圧発生部の耐摩耗性を高めることができる。また、本実施形態のハウジング７は側部７ａと底部７ｂとが一体成形されるため、底部７ｂの抜け強度（側部７ａと底部７ｂとの結合強度）が高められる。さらに、ハウジング７を金属材料で形成することで、例えば樹脂材料で形成する場合と比べて、導電性の向上、金属製のブラケット６との接着強度の向上、及び線膨張係数の低減による寸法安定性の向上を図ることができる。
【００３５】
シール部材９は、例えば、黄銅等の軟質金属材料やその他の金属材料、あるいは樹脂材料でリング状に形成される。このシール部材９の内周面９ａと、軸部２ａのテーパ面２ａ２との間には所定のシール空間Ｓが形成される。本実施形態において、シール部材９の内周面９ａは径一定の円筒面とされる一方、軸部２ａのテーパ面２ａ２は上方に向かって外径寸法を漸次縮小させた面とされる。従ってシール空間Ｓは、ハウジング７の内部側に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈する。シール部材９の下側端面９ｂのうち、半径方向略中央部よりも外径側の領域には、内径側の領域よりも上方に後退した段差面９ｂ１が形成される。
【００３６】
上記構成の流体動圧軸受装置１において、スラスト軸受隙間の幅設定は例えば以下のようにして行われる。まず、内周に軸部材２を挿入した軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入し、軸部材２のフランジ部２ｂの両端面２ｂ１・２ｂ２と軸受スリーブ８の下側端面８ｂ及びハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１とを当接させる（すなわち、スラスト軸受隙間が０の状態とする）。この状態から、スラスト軸受隙間の設定幅の分だけ軸部材２をハウジング７に対して相対的に引き上げ、その状態で軸受スリーブ８の外周面８ｄをハウジング７の内周面７ａ１に固定する。このように、スラスト軸受隙間の幅設定を、軸部材２の相対的な引き上げ量で管理することにより、各部材の加工精度に関わらずスラスト軸受隙間を高精度に設定することができる。
【００３７】
流体動圧軸受装置１は以上の構成からなり、シール部材９でシールされたハウジング７の内部空間には、軸受スリーブ８の内部気孔も含め流体としての潤滑油が充満される。
【００３８】
以上の構成からなる流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａの動圧溝８ａ１・８ａ２形成領域と軸部２ａの外周面２ａ１との間にはそれぞれラジアル軸受隙間が形成される。ラジアル軸受隙間に生じる油膜は、動圧溝８ａ１・８ａ２の動圧作用によってその圧力が高められ、この圧力によって軸部材２が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ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２が軸方向に離隔して形成される。
【００３９】
これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｂの動圧溝８ｂ１形成領域とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間にスラスト軸受隙間が形成されると共に、ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１の動圧溝７ｂ１０形成領域とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間にスラスト軸受隙間が形成される。両スラスト軸受隙間に生じる油膜は、動圧溝８ｂ１・７ｂ１０の動圧作用によってその圧力が高められ、この圧力によって軸部材２が両スラスト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を両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とが形成される。
【００４０】
また、シール空間Ｓがハウジング７の内部側に向かって漸次縮小したテーパ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りハウジング７の内部方向に引き込まれる。さらに、本実施形態では、シール空間Ｓを形成する軸部２ａのテーパ面２ａ２が上方に向かって外径寸法を漸次縮小させているため、軸部材２の回転時には遠心力シールとしての機能も付加され、ハウジング７の内部からの潤滑油の漏れ出しがより効果的に防止される。シール空間Ｓは、ハウジング７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は常にシール空間Ｓ内にあるように、その容積が設定される。
【００４１】
また、ラジアル軸受部Ｒ１を形成する上側の動圧溝８ａ１は、軸方向非対称に形成されており、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（図３（ａ）参照）。このため、軸部材２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。この引き込み力の差圧によって、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間の隙間に満たされた潤滑油は下方に流動し、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間→軸受スリーブ８の外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１→シール部材９の下側端面９ｂと軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間の隙間という経路を循環して、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。
【００４２】
このように、潤滑油がハウジング７の内部空間を流動循環するようにすることで、潤滑油の圧力バランスが保たれると同時に、局部的な負圧の発生に伴う気泡の生成、気泡の生成に起因する潤滑油の漏れや振動の発生等の問題を解消することができる。上記の循環経路はシール空間Ｓに連通しているので、何らかの理由で潤滑油中に気泡が混入した場合でも、気泡が潤滑油に伴って循環する際にシール空間Ｓ内の潤滑油の油面（気液界面）から外気に排出される。従って、気泡による悪影響はより一層効果的に防止される。
【００４３】
本発明は上記の構成に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の構成・機能を有する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図６に示す流体動圧軸受装置１は、シール空間の構成が上記実施形態と異なる。具体的には、シール部材１９が、平板状の第１シール部１９ａと、第１シール部１９ａの外径側端部から下方に張り出した円筒状の第２シール部１９ｂとを一体に備える断面逆Ｌ字形状を成し、このシール部材１９を軸受スリーブ８の上端部に固定している。第１シール部１９ａの内周面１９ａ２と軸部２ａの外周面２ａ１との間に第１のシール空間Ｓ１を形成すると共に、第２シール部１９ｂの外周面１９ｂ２とハウジング７の内周面との間に第２のシール空間Ｓ２を形成している。かかる構成であれば、第２のシール空間Ｓ２をシール部材１９の外周側に設けている分、第１のシール空間Ｓ１の軸方向寸法を図２に示すシール空間Ｓよりも小さくすることが可能である。従って、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を縮小することができ、あるいは、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を維持したまま両ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２間の軸方向間隔（軸受スパン）を拡大してモーメント剛性を高めることができる。
【００４５】
図７に示す流体動圧軸受装置１は、第２スラスト軸受部Ｔ２及びシール空間Ｓの形成箇所が上記実施形態と異なる。具体的には、ハウジング７の側部７ａの上側端面７ａ３とディスクハブ３の下側端面３ａとの間に第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間が形成され、ハウジング７の上側端面７ａ２にスラスト動圧発生部が形成される。シール空間Ｓは、ハウジング７の上部外周面に形成されたテーパ面７ａ４とディスクハブ３の内周面３ｂとの間に形成される。
【００４６】
以上の実施形態では、ハウジング７に形成されるスラスト動圧発生部をハウジング７のＭＩＭ成形と同時に形成しているが、これに限らず、例えばハウジング７をＭＩＭ成形した後、プレス加工や機械加工でスラスト動圧発生部を形成してもよい。
【００４７】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２及びスラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２の動圧発生部がそれぞれ軸受スリーブ８の内周面８ａ、下側端面８ｂ、及びハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１に形成されているが、これらの面と軸受隙間を介して対向する面、すなわち軸部２ａの外周面、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１、あるいは下側端面２ｂ２に形成してもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２の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を形成する場合を例示したが、これに限らず、例えば、いわゆるステップ軸受や波型軸受、あるいは多円弧軸受を採用することもできる。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び軸部材２の外周面２ａ１の双方を円筒面とした、いわゆる真円軸受を、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２として採用することもできる。この場合、ラジアル軸受隙間の流体膜に積極的に動圧作用を発生させる動圧発生部は有さないが、軸部材の回転時には、潤滑流体の粘性により流体膜に動圧作用が発生し、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２が構成される。
【００４９】
また、以上の実施形態では、スラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２のスラスト動圧発生部として、動圧溝を使用する場合を例示したが、これに限らず、例えばステップ軸受や波型軸受の構成を採用することもできる。あるいは、動圧軸受からなるスラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２に代えて、軸部材２の端部をハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１で接触支持するピボット軸受でスラスト軸受部を構成することもできる。
【００５０】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２が軸方向に離隔して設けられているが、これらを軸方向で連続的に設けても良い。あるいは、これらの何れか一方のみを設けてもよい。
【実施例】
【００５１】
本発明者らによる検証結果を図８及び図９に示す。これらの図は、ＭＩＭ成形により形成したハウジングの動圧発生部（動圧溝）の凹凸状態を示すチャートであり、図８は平均粒径１０μｍの金属粉末を用いた場合、図９は平均粒径３μｍの金属粉末を用いた場合を示している。何れのハウジングの動圧発生部も、深さ約１０μｍを狙って成形した。これらの図から、１０μｍの金属粉末を用いた場合（図８）は、動圧溝の凹凸は不明りょうで高さにもバラつきがあり、凹凸高さの最大値は３０μｍに達していることがわかる。このように凹凸高さが３０μｍにも達する理由は、平均粒径が１０μｍの金属粉末には、１０μｍを超えるもの（例えば２０μｍ程度）や１０μｍを下回るもの（例えば５μｍ程度）の粒子が含まれているためである。本検証で用いた平均粒径１０μｍの金属粉末は、最大粒径が２２μｍ、最小粒径が６μｍであった。これに対し、３μｍの金属粉末を用いた場合（図９）は動圧溝の凹凸が明りょうであり高さもほぼ一定である。この結果より、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満（好ましくは５μｍ以下）、あるいはスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下（好ましくは１／３以下）に設定することにより、ハウジングのＭＩＭ成形と同時にスラスト動圧発生部を高精度に型成形できることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】スピンドルモータの断面図である。
【図２】流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】軸受スリーブの（ａ）断面図、及び（ｂ）下面図である。
【図４】ハウジングの上面図である。
【図５】ハウジングのＭＩＭ成形のブロック図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図８】ハウジングの動圧発生部（動圧溝）の凹凸状態を示すチャートである（粒径１０μｍ）。
【図９】ハウジングの動圧発生部（動圧溝）の凹凸状態を示すチャートである（粒径３μｍ）。
【符号の説明】
【００５３】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ シール部材
Ｒ１・Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１・Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜の動圧作用で軸部材を回転自在に支持する流体動圧軸受装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ＣＤ・ＤＶＤ・ブルーレイディスク等の光ディスク駆動装置、若しくは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、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ用、プロジェクタのカラーホイールモータ用、又は電気機器の冷却等に使用されるファンモータなどの小型モータ用として使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、フランジ部を有する軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受スリーブと、軸受スリーブを外周から保持したコップ状のハウジングとを有する流体動圧軸受装置が示されている。軸部の外周面と軸受スリーブの内周面との間にはラジアル軸受隙間が形成され、フランジ部の端面とハウジングの端面との間にはスラスト軸受隙間が形成される。ハウジングの底部の端面には、スラスト軸受隙間の油膜に動圧作用を発生させるためのスラスト動圧発生部（動圧溝）が形成されている。
【０００４】
上記の流体動圧軸受装置では、ハウジングがＭＩＭ（メタル・インジェクション・モールディング）法により成形される。ＭＩＭ法は、金属粉末を用いた射出成形法であり、具体的には、金属粉末と樹脂バインダとを混練し、金型に射出して成形した後、脱脂してバインダを除いた成形体を焼結して完成品とする成形法である。このようにハウジングをＭＩＭ成形することにより、ステンレス鋼等の高硬度材料を使用した場合であっても精度良く成形することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２３９９７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにハウジングをＭＩＭ成形した場合、金属粉末間の空隙によりハウジングに内部空孔が形成される。この空孔がハウジングの内面と外面とを連通すると、軸受内部に満たされた潤滑油が外部に漏れ出す恐れがある。
【０００７】
また、上記特許文献１の流体動圧軸受装置では、ハウジングのスラスト動圧発生部（動圧溝）をＭＩＭ成形の金型で成形している。この場合、ＭＩＭ成形の金型にスラスト動圧発生部を成形するための成形部が形成されるが、この成形部の微細な形状の奥部まで金属粉末を行き渡らせることは困難であり、スラスト動圧発生部が精度良く形成されない恐れがある。
【０００８】
本発明の課題は、ＭＩＭ成形したハウジングを備えた流体動圧軸受装置において、潤滑流体の外部への漏れ出しを防止することにある。
【０００９】
本発明の他の課題は、ＭＩＭ成形したハウジングにスラスト動圧発生部を高精度に設けることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、ハウジングの相対密度が９５〜９８％であることを特徴とする。また、本発明は、上記の流体動圧軸受装置において、ハウジングが独立気孔のみを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明者らの検証によれば、ハウジングの相対密度を９５％以上に設定することで、ハウジングに形成される気孔を全て独立気孔とすることができた。これにより、ハウジングに内面と外面とを連通する気孔（連通気孔）が形成されないため、潤滑流体の外部への漏れ出しを確実に回避できる。一方、ハウジングの相対密度が９８％を超えると、ＭＩＭ成形時の金属粉末の密度が大きくなりすぎて流動性が不足し、成形精度を低下させる恐れがある。以上より、ハウジングの相対密度は９５〜９８％の範囲内に設定することが望ましい。尚、相対密度とは、ＭＩＭ成形品の重量Ｗと、ＭＩＭ成形品と同形状を成し、ＭＩＭ成形品の金属粉末の材料で中実に形成した仮想部品の重量Ｗ０との比（Ｗ／Ｗ０）を百分率で表したものを言い、真密度と称される場合もある。また、独立気孔とは、二つの面を連通しない孔のことを言い、例えばハウジングの内部に形成される気孔や、ハウジングの内面のみに開口した気孔、あるいはハウジングの外面のみに開口した気孔のことを言う。尚、ハウジングに連通気孔が形成されているか否かは、ハウジングの内部空間にエア圧を加え、そのリークを調べるいわゆるエアリーク検査により確認することができ、エア圧が低下したら連通気孔が形成されているとみなすことができる。
【００１２】
また、前記課題を解決するために、本発明は、軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングに形成され、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置において、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満に設定したことを特徴とする。また、本発明は、上記の流体動圧軸受装置において、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を、スラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定したことを特徴とする。
【００１３】
スラスト動圧発生部は、通常、非常に微細な形状（例えば数十μｍ程度の凹凸）であるため、上記のように粒径の小さい金属粉末を用いることで、スラスト動圧発生部を成形するための成形部に金属粉末を行き渡らせることができ、これによりスラスト動圧発生部を高精度に型成形できる。本発明者らの検証によれば、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満、あるいはスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定することにより、ハウジングのＭＩＭ成形と同時にスラスト動圧発生部を高精度に型成形できることが明らかとなった。尚、金属粉末の粒径は、例えば光学顕微鏡や電子顕微鏡で粒径と個数を計測する方法（いわゆる顕微鏡法）や、レーザー粒度分布測定装置を用いた方法により計測することができる。また、金属粉末の平均粒径は、粒径Ｄ及び個数ｙに基づいて、以下に示す算術平均寸法Ｄａｍあるいは幾何平均寸法Ｄｇｍにより得ることができる。
Ｄａｍ＝（１／Ｎ）ΣｙｉＤｉ
ｌｏｇ（Ｄｇｍ）＝（１／Ｎ）Σｙｉｌｏｇ（Ｄｉ）
ここで、ｙｉは直径Ｄｉの粒子の個数、Ｎは粒子の全個数である。
【００１４】
ハウジングをＭＩＭ成形すれば、加工が困難なステンレス系金属粉末等の硬質材料を使用した場合であっても、高精度に成形することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、ＭＩＭ成形したハウジングを備えた流体動圧軸受装置において、潤滑流体の外部への漏れ出しを防止することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、ＭＩＭ成形したハウジングにスラスト動圧発生部を高精度に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、流体動圧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動圧軸受装置１と、軸部材２の一端に設けられたディスクハブ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、流体動圧軸受装置１のハウジング７を内周に固定したブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット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。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが複数枚（図示例は３枚）保持される。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およびこれに保持されたディスクＤが、軸部材２と一体に回転する。
【００１９】
図２は、本発明の実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示している。この流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２を内周に挿入した軸受部材としての軸受スリーブ８と、軸受スリーブ８を外周から保持した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部をシールするシール部材９とを主要な構成部材として備える。なお、以下の説明において、軸方向でハウジング７の開口側を上側、ハウジング７の閉口側を下側とする。
【００２０】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端から外径側に張り出した平板状のフランジ部２ｂとを有し、高剛性の金属材料、例えばステンレス鋼で形成される。軸部２ａの外周面２ａ１は、軸方向の略中央部のヌスミ部（環状の凹部）を除いて、凹凸のない平滑な円筒面とされ、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１・２ｂ２は、それぞれ凹凸のない平滑な平坦面とされる。
【００２１】
軸受スリーブ８は、例えば、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、焼結金属以外にも、黄銅等の軟質金属材料や、焼結金属ではない他の多孔質体、例えば多孔質樹脂で形成することもできる。
【００２２】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、図３（ａ）に示すように、ヘリングボーン形状に配列した複数の動圧溝８ａ１・８ａ２が軸方向に離隔して形成される。このうち、上側の動圧溝８ａ１は軸方向非対称に形成されており、詳しくは、動圧溝８ａ１の軸方向中間部に形成された帯状の丘部に対して、上側の軸方向寸法Ｘ１が下側の軸方向寸法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る。
【００２３】
軸受スリーブ８の下側端面８ｂには、図３（ｂ）に示すように、スパイラル形状に配した複数の動圧溝８ｂ１が形成される。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向溝８ｄ１が任意の本数（本実施形態では３本）形成される。また、軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、円環溝８ｃ１、および円環溝８ｃ１の内径側に接続された任意の本数の径方向溝８ｃ２が形成される。
【００２４】
ハウジング７は、ＭＩＭ法により成形され、軸受スリーブ８を外周から保持する筒状の側部７ａと、側部７ａの下端開口部を閉塞する底部７ｂとを有する。底部７ｂの上側端面７ｂ１にはスラスト動圧発生部が形成され、本実施形態では図４に示すように、スパイラル形状に配した複数の動圧溝７ｂ１０が形成される。
【００２５】
ハウジング７の相対密度は９５％〜９８％の範囲内に設定される。相対密度を９５％以上に設定することで、ＭＩＭ成形によりハウジング７に形成される気孔を全て独立気孔とすることができる。すなわち、ハウジング７の内面（側部７ａの内周面７ａ１及び底部７ｂの上側端面７ｂ１）と外面（側部７ａの外周面７ａ２および底部７ｂの下側端面７ｂ２）とを連通する気孔が形成されないため、ハウジング７を介した外部への油漏れを確実に防止できる。一方、相対密度を９８％以下に設定することで、ＭＩＭ成形時の金属粉末の流動性を確保し、ハウジング７を精度良く成形することができる。
【００２６】
ハウジング７は、図５のブロック図に示すように、（Ａ）射出成形工程１１、（Ｂ）脱脂工程１２、（Ｃ）焼結工程１３、および（Ｄ）サイジング工程１４を順に経て製造される。以下、各工程の詳細について説明を行う。
【００２７】
（Ａ）射出成形工程
射出成形工程１１では、金属粉末を主成分とし、これに流動性をもたせるためのバインダを所定量混練した混合材料を用いて、射出成形体が形成される。上記金属粉末としては、ステンレス系、鉄系、チタン系、銅系等の金属粉末が使用可能であり、本実施形態ではステンレス系金属粉末を用いている。一方、バインダとしては、例えば、パラフィンワックス、カルナバワックス、脂肪酸エステル等の有機化合物と、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の比較的低融点の熱可塑性樹脂とを混合したものが用いられる。
【００２８】
この射出成形工程で使用される金型（図示省略）の成形面のうち、ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１を成形する部分には、スラスト動圧発生部（動圧溝７ｂ１０）を成形するための成形部が設けられる。これにより、ハウジング７の射出成形と同時にスラスト動圧発生部が型成形されるため、工程数を削減して生産効率を高めることができる。
【００２９】
上記金属粉末には、平均粒径が１０μｍ未満、好ましくは８μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下であるもの、また、平均粒径がスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下、好ましくは１／３以下であるものを使用することが望ましい。例えば、スラスト動圧発生部の凹凸高さ（本実施形態では、動圧溝７ｂ１０と丘部７ｂ１１（図４にクロスハッチングで示す）との軸方向距離）が１０μｍである場合、平均粒径が３μｍの金属粉末を使用すればよい。このように粒径の小さい金属粉末を用いてＭＩＭ成形することで、金型に設けられたスラスト動圧発生部の成形部の奥部まで金属粉末を行き渡らせることができるため、スラスト動圧発生部が高精度に成形される。尚、ハウジングのＭＩＭ材料の粒径が小さすぎると、金型内におけるＭＩＭ材料の流動性が不足して成形に支承を来たす恐れがあるため、金属粉末の平均粒径は１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上に設定することが好ましい。
【００３０】
また、平均粒径が３μｍの金属粉末には、平均粒径が３μｍ以外（例えば２μｍや５μｍ）の金属粉末が含まれる。このように、粒径の異なる金属粉末を混合して使用することで、ハウジング７における金属粉末の密度バランスを均一化することができると共に、ハウジング７の成形性を高めることができる。
【００３１】
（Ｂ）脱脂工程
脱脂工程１２では、上記射出成形工程１１で成形された射出成形体中に分散されたバインダを除去することにより、多数の内部気孔を有する多孔質の中間成形体が形成される。脱脂方法としては、光線の照射によって脱脂する光脱脂、加熱によって脱脂する加熱脱脂、あるいは水や有機溶媒等の溶媒中への浸漬によって脱脂する溶媒脱脂等、公知の脱脂方法の何れを採用しても良く、使用したバインダ種等に応じて選択すれば良い。
【００３２】
（Ｃ）焼結工程
焼結工程１３では、脱脂された射出成形体を所定温度の加熱炉内に投入して加熱処理（焼結処理）を施し、これにより射出成形体の金属粉末が相互にネック結合した焼結体が得られる。射出成形体に対する焼結処理は、均一温度で行っても良いし、加熱温度を徐々に、あるいは段階的に上昇させるようにして行っても良い。後者は、焼結体に割れや変形等の不具合が生じ易い場合に好適である。なお、この焼結工程における焼結温度や焼結時間は、ハウジング７の相対密度が９５〜９８％の範囲内となるように設定される。
【００３３】
（Ｄ）サイジング工程
サイジング工程１４では、上記焼結工程１３で得られた焼結体が、ダイ及び上下のパンチを有するサイジング金型（図示省略）により矯正される。具体的には、焼結体（ハウジング７）の側部７ａの内周面７ａ１及び底部７ｂの上側端面７ｂ１が上パンチで矯正されると共に、焼結体の下側端面７ｂ２が下パンチで矯正され、さらに焼結体の外周面７ａ２がダイで矯正される。詳しくは、底部７ｂの上側端面７ｂ１に型成形したスラスト動圧発生部の丘部７ｂ１１の平面度や、底部７ｂの上側端面７ｂ１の丘部７ｂ１１に対する側部７ａの内周面７ａ１の直角度が矯正される。なお、このサイジング工程１４は必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設ければよい。
【００３４】
以上に示すように、スラスト動圧発生部を有するハウジング７をＭＩＭ成形品、特にステンレス系金属粉末を主体とするＭＩＭ成形品とすれば、スラスト動圧発生部の耐摩耗性を高めることができる。また、本実施形態のハウジング７は側部７ａと底部７ｂとが一体成形されるため、底部７ｂの抜け強度（側部７ａと底部７ｂとの結合強度）が高められる。さらに、ハウジング７を金属材料で形成することで、例えば樹脂材料で形成する場合と比べて、導電性の向上、金属製のブラケット６との接着強度の向上、及び線膨張係数の低減による寸法安定性の向上を図ることができる。
【００３５】
シール部材９は、例えば、黄銅等の軟質金属材料やその他の金属材料、あるいは樹脂材料でリング状に形成される。このシール部材９の内周面９ａと、軸部２ａのテーパ面２ａ２との間には所定のシール空間Ｓが形成される。本実施形態において、シール部材９の内周面９ａは径一定の円筒面とされる一方、軸部２ａのテーパ面２ａ２は上方に向かって外径寸法を漸次縮小させた面とされる。従ってシール空間Ｓは、ハウジング７の内部側に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈する。シール部材９の下側端面９ｂのうち、半径方向略中央部よりも外径側の領域には、内径側の領域よりも上方に後退した段差面９ｂ１が形成される。
【００３６】
上記構成の流体動圧軸受装置１において、スラスト軸受隙間の幅設定は例えば以下のようにして行われる。まず、内周に軸部材２を挿入した軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入し、軸部材２のフランジ部２ｂの両端面２ｂ１・２ｂ２と軸受スリーブ８の下側端面８ｂ及びハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１とを当接させる（すなわち、スラスト軸受隙間が０の状態とする）。この状態から、スラスト軸受隙間の設定幅の分だけ軸部材２をハウジング７に対して相対的に引き上げ、その状態で軸受スリーブ８の外周面８ｄをハウジング７の内周面７ａ１に固定する。このように、スラスト軸受隙間の幅設定を、軸部材２の相対的な引き上げ量で管理することにより、各部材の加工精度に関わらずスラスト軸受隙間を高精度に設定することができる。
【００３７】
流体動圧軸受装置１は以上の構成からなり、シール部材９でシールされたハウジング７の内部空間には、軸受スリーブ８の内部気孔も含め流体としての潤滑油が充満される。
【００３８】
以上の構成からなる流体動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａの動圧溝８ａ１・８ａ２形成領域と軸部２ａの外周面２ａ１との間にはそれぞれラジアル軸受隙間が形成される。ラジアル軸受隙間に生じる油膜は、動圧溝８ａ１・８ａ２の動圧作用によってその圧力が高められ、この圧力によって軸部材２が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ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２が軸方向に離隔して形成される。
【００３９】
これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｂの動圧溝８ｂ１形成領域とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間にスラスト軸受隙間が形成されると共に、ハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１の動圧溝７ｂ１０形成領域とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間にスラスト軸受隙間が形成される。両スラスト軸受隙間に生じる油膜は、動圧溝８ｂ１・７ｂ１０の動圧作用によってその圧力が高められ、この圧力によって軸部材２が両スラスト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を両スラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とが形成される。
【００４０】
また、シール空間Ｓがハウジング７の内部側に向かって漸次縮小したテーパ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りハウジング７の内部方向に引き込まれる。さらに、本実施形態では、シール空間Ｓを形成する軸部２ａのテーパ面２ａ２が上方に向かって外径寸法を漸次縮小させているため、軸部材２の回転時には遠心力シールとしての機能も付加され、ハウジング７の内部からの潤滑油の漏れ出しがより効果的に防止される。シール空間Ｓは、ハウジング７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は常にシール空間Ｓ内にあるように、その容積が設定される。
【００４１】
また、ラジアル軸受部Ｒ１を形成する上側の動圧溝８ａ１は、軸方向非対称に形成されており、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（図３（ａ）参照）。このため、軸部材２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。この引き込み力の差圧によって、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間の隙間に満たされた潤滑油は下方に流動し、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間→軸受スリーブ８の外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１→シール部材９の下側端面９ｂと軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間の隙間という経路を循環して、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。
【００４２】
このように、潤滑油がハウジング７の内部空間を流動循環するようにすることで、潤滑油の圧力バランスが保たれると同時に、局部的な負圧の発生に伴う気泡の生成、気泡の生成に起因する潤滑油の漏れや振動の発生等の問題を解消することができる。上記の循環経路はシール空間Ｓに連通しているので、何らかの理由で潤滑油中に気泡が混入した場合でも、気泡が潤滑油に伴って循環する際にシール空間Ｓ内の潤滑油の油面（気液界面）から外気に排出される。従って、気泡による悪影響はより一層効果的に防止される。
【００４３】
本発明は上記の構成に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の構成・機能を有する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４４】
図６に示す流体動圧軸受装置１は、シール空間の構成が上記実施形態と異なる。具体的には、シール部材１９が、平板状の第１シール部１９ａと、第１シール部１９ａの外径側端部から下方に張り出した円筒状の第２シール部１９ｂとを一体に備える断面逆Ｌ字形状を成し、このシール部材１９を軸受スリーブ８の上端部に固定している。第１シール部１９ａの内周面１９ａ２と軸部２ａの外周面２ａ１との間に第１のシール空間Ｓ１を形成すると共に、第２シール部１９ｂの外周面１９ｂ２とハウジング７の内周面との間に第２のシール空間Ｓ２を形成している。かかる構成であれば、第２のシール空間Ｓ２をシール部材１９の外周側に設けている分、第１のシール空間Ｓ１の軸方向寸法を図２に示すシール空間Ｓよりも小さくすることが可能である。従って、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を縮小することができ、あるいは、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を維持したまま両ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２間の軸方向間隔（軸受スパン）を拡大してモーメント剛性を高めることができる。
【００４５】
図７に示す流体動圧軸受装置１は、第２スラスト軸受部Ｔ２及びシール空間Ｓの形成箇所が上記実施形態と異なる。具体的には、ハウジング７の側部７ａの上側端面７ａ３とディスクハブ３の下側端面３ａとの間に第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間が形成され、ハウジング７の上側端面７ａ２にスラスト動圧発生部が形成される。シール空間Ｓは、ハウジング７の上部外周面に形成されたテーパ面７ａ４とディスクハブ３の内周面３ｂとの間に形成される。
【００４６】
以上の実施形態では、ハウジング７に形成されるスラスト動圧発生部をハウジング７のＭＩＭ成形と同時に形成しているが、これに限らず、例えばハウジング７をＭＩＭ成形した後、プレス加工や機械加工でスラスト動圧発生部を形成してもよい。
【００４７】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２及びスラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２の動圧発生部がそれぞれ軸受スリーブ８の内周面８ａ、下側端面８ｂ、及びハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１に形成されているが、これらの面と軸受隙間を介して対向する面、すなわち軸部２ａの外周面、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１、あるいは下側端面２ｂ２に形成してもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２の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を形成する場合を例示したが、これに限らず、例えば、いわゆるステップ軸受や波型軸受、あるいは多円弧軸受を採用することもできる。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び軸部材２の外周面２ａ１の双方を円筒面とした、いわゆる真円軸受を、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２として採用することもできる。この場合、ラジアル軸受隙間の流体膜に積極的に動圧作用を発生させる動圧発生部は有さないが、軸部材の回転時には、潤滑流体の粘性により流体膜に動圧作用が発生し、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２が構成される。
【００４９】
また、以上の実施形態では、スラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２のスラスト動圧発生部として、動圧溝を使用する場合を例示したが、これに限らず、例えばステップ軸受や波型軸受の構成を採用することもできる。あるいは、動圧軸受からなるスラスト軸受部Ｔ１・Ｔ２に代えて、軸部材２の端部をハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１で接触支持するピボット軸受でスラスト軸受部を構成することもできる。
【００５０】
また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１・Ｒ２が軸方向に離隔して設けられているが、これらを軸方向で連続的に設けても良い。あるいは、これらの何れか一方のみを設けてもよい。
【実施例】
【００５１】
本発明者らによる検証結果を図８及び図９に示す。これらの図は、ＭＩＭ成形により形成したハウジングの動圧発生部（動圧溝）の凹凸状態を示すチャートであり、図８は平均粒径１０μｍの金属粉末を用いた場合、図９は平均粒径３μｍの金属粉末を用いた場合を示している。何れのハウジングの動圧発生部も、深さ約１０μｍを狙って成形した。これらの図から、１０μｍの金属粉末を用いた場合（図８）は、動圧溝の凹凸は不明りょうで高さにもバラつきがあり、凹凸高さの最大値は３０μｍに達していることがわかる。このように凹凸高さが３０μｍにも達する理由は、平均粒径が１０μｍの金属粉末には、１０μｍを超えるもの（例えば２０μｍ程度）や１０μｍを下回るもの（例えば５μｍ程度）の粒子が含まれているためである。本検証で用いた平均粒径１０μｍの金属粉末は、最大粒径が２２μｍ、最小粒径が６μｍであった。これに対し、３μｍの金属粉末を用いた場合（図９）は動圧溝の凹凸が明りょうであり高さもほぼ一定である。この結果より、ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満（好ましくは５μｍ以下）、あるいはスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下（好ましくは１／３以下）に設定することにより、ハウジングのＭＩＭ成形と同時にスラスト動圧発生部を高精度に型成形できることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】スピンドルモータの断面図である。
【図２】流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】軸受スリーブの（ａ）断面図、及び（ｂ）下面図である。
【図４】ハウジングの上面図である。
【図５】ハウジングのＭＩＭ成形のブロック図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図８】ハウジングの動圧発生部（動圧溝）の凹凸状態を示すチャートである（粒径１０μｍ）。
【図９】ハウジングの動圧発生部（動圧溝）の凹凸状態を示すチャートである（粒径３μｍ）。
【符号の説明】
【００５３】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ シール部材
Ｒ１・Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１・Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングの相対密度が９５〜９８％であることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングが独立気孔のみを有することを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項３】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングに形成され、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満に設定したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項４】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングに形成され、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を、スラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項５】
ハウジングを形成する金属粉末としてステンレス系金属粉末を使用した請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持するハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置を製造するための方法であって、
平均粒径が１０μｍ未満である金属粉末を用いてハウジングをＭＩＭ成形すると同時に、ハウジングの端面にスラスト動圧発生部を型成形したことを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
【請求項７】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持するハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置を製造するための方法であって、
平均粒径がスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下である金属粉末を用いてハウジングをＭＩＭ成形すると同時に、ハウジングにスラスト動圧発生部を型成形したことを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
【請求項１】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングの相対密度が９５〜９８％であることを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングが独立気孔のみを有することを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項３】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングに形成され、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を１０μｍ未満に設定したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項４】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持し、ＭＩＭ成形されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、ハウジングに形成され、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置において、
ハウジングを形成する金属粉末の平均粒径を、スラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下に設定したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項５】
ハウジングを形成する金属粉末としてステンレス系金属粉末を使用した請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持するハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置を製造するための方法であって、
平均粒径が１０μｍ未満である金属粉末を用いてハウジングをＭＩＭ成形すると同時に、ハウジングの端面にスラスト動圧発生部を型成形したことを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
【請求項７】
軸部材と、内周に軸部材を挿入した軸受部材と、軸受部材を外周から保持するハウジングと、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、ハウジングが面するスラスト軸受隙間に生じる流体膜で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、スラスト軸受隙間の流体膜に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部とを備えた流体動圧軸受装置を製造するための方法であって、
平均粒径がスラスト動圧発生部の凹凸高さの１／２以下である金属粉末を用いてハウジングをＭＩＭ成形すると同時に、ハウジングにスラスト動圧発生部を型成形したことを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−８４８２５（Ｐ２０１０−８４８２５Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５２９６５（Ｐ２００８−２５２９６５）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（５０４１４５３４２）国立大学法人九州大学 (960)
【Ｆターム（参考）】
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