流体動圧軸受装置
【課題】軸受スリーブへの圧入によるシール部材の損傷を防止する。
【解決手段】シール部材９の射出成形により形成されるウェルドラインＷを、薄肉部となる軸方向溝９ｂ２０の最深部Ｐを避けた円周方向位置（好ましくは軸方向溝９ｂ２０の円周方向間の円筒面９ｂ２１の領域）に形成することにより、シール部材９に強度の非常に低い部分が形成されることを回避でき、圧入による損傷を防止できる。
【解決手段】シール部材９の射出成形により形成されるウェルドラインＷを、薄肉部となる軸方向溝９ｂ２０の最深部Ｐを避けた円周方向位置（好ましくは軸方向溝９ｂ２０の円周方向間の円筒面９ｂ２１の領域）に形成することにより、シール部材９に強度の非常に低い部分が形成されることを回避でき、圧入による損傷を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示されている流体動圧軸受装置は、有底筒状のハウジングの内周に焼結金属製の軸受スリーブが固定されると共に、軸受スリーブの内周に軸部材が挿入され、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潤滑油の動圧作用で軸部材を支持している。軸受スリーブの端部にはシール部材が固定され、このシール部材でハウジングの内部に満たされた潤滑油をシールしている。具体的には、シール部材が、軸受スリーブの端面に当接する円盤状の第１シール部と、軸受スリーブの外周面に当接する円筒状の第２シール部とを一体に有し、第１シール部の内周面と軸部材の外周面との間に第１のシール空間が形成されると共に、第２シール部の外周面とハウジングの内周面との間に第２のシール空間が形成される。このように、ラジアル軸受隙間よりも外径側に第２のシール空間を形成することにより、ラジアル軸受隙間と軸方向に並べて配された第１のシール空間の軸方向寸法を縮小することができるため、軸受装置の軸方向寸法の縮小、あるいは、ラジアル軸受スパンの拡大による軸受剛性の向上を図ることができる。
【０００３】
上記のシール部材は、例えば樹脂の射出成形により形成される。
【０００４】
また、上記の流体動圧軸受装置では、シール部材と軸受スリーブとの間に、第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路が形成される。この連通路により、両シール空間内に保持された潤滑油の圧力バランスを適正に保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような流体動圧軸受装置において、シール空間の容積が高精度に設定されていないと、容積不足による油漏れや、容積過大による軸受装置の大型化を招く恐れがある。このため、シール部材の寸法精度を高めて、シール空間の容積を高精度に設定する必要がある。しかし、上記のようにシール部材を樹脂の射出成形で形成すると、樹脂の固化時に成形収縮が生じるため、シール部材の寸法精度、特に外周面の寸法精度が低下する恐れがある。
【０００７】
例えば、シール部材（第２シール部）を軸受スリーブの外周面に圧入すれば、シール部材の外周面の形状を軸受スリーブの外周面の形状に倣わせることができる。これにより、シール部材単体では外周面の精度が低い場合でも、高精度に加工した軸受スリーブの外周面にシール部材を倣わせることにより、シール部材の外周面の精度を高めることができる。しかし、このようにシール部材を軸受スリーブに圧入すると、シール部材に大きな負荷が加わるため、シール部材に割れ等の損傷が生じる恐れがある。
【０００８】
例えば、上記のようにシール部材が樹脂の射出成形品である場合、キャビティに射出された樹脂の合流部にはウェルドラインが形成される場合がある。このようなウェルドラインの形成部は、他の領域に比べて脆弱であるため、上記のような圧入による損傷の起点となりやすい。特に、シール空間の内周面に軸方向溝を形成し、この軸方向溝で第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路を構成する場合、軸方向溝を形成した分だけシール部材の肉厚が薄くなり強度が低下する。このような薄肉部にウェルドラインによる脆弱部が形成されると、この部分の強度が局部的に非常に低くなり、上記のような圧入による損傷が生じる恐れが高くなる。
【０００９】
例えば、シール部材を全体的に厚肉にして強度を高めれば、圧入による損傷を防止できるが、材料コストが嵩む上、流体動圧軸受装置全体の寸法が大きくなるため、好ましくない。
【００１０】
あるいは、シール部材をウェルドラインが形成されない方法で射出成形すれば、強度を高めることができる。例えば、図１０（ａ）に示すように、有底筒状のキャビティ１０１の底部１０２の中心にピンゲート１０３を設け、このピンゲート１０３から溶融樹脂を射出すれば、溶融樹脂が分流することなく円周方向全方向に流れるため（図１０（ｂ）参照）、ウェルドラインは形成されない。しかし、この場合、図１１に示すように、有底筒状の成形品１１０の底部１１１の中心部分１２０を除去する工程が必要となり、加工に手間がかかる。
【００１１】
この他、シール部材を成形する金型に環状のフィルムゲートを設けた場合（図示省略）もウェルドラインは形成されないが、この場合、成形品に環状のゲート跡が形成されるため、ゲート跡の除去作業に手間がかかる。
【００１２】
本発明の解決すべき課題は、シール部材を厚肉化したり、手間のかかる製法を採用することなく、軸受スリーブへの圧入によるシール部材の損傷を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は、軸部材と、内周に軸部材が挿入された軸受スリーブと、内周に軸受スリーブを保持したハウジングと、大径内周面及び小径内周面を有する樹脂の射出成形品であり、大径内周面が軸受スリーブの端部の外周面に圧入固定されたシール部材と、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潤滑油の動圧作用により軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、シール部材の小径内周面と軸部材の外周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第１のシール空間と、シール部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第２のシール空間と、シール部材と軸受スリーブとの間に形成され、第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路とを備えた流体動圧軸受装置であって、シール部材の大径内周面に前記連通路を構成する軸方向溝が形成され、前記軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に、射出成形によるウェルドラインが形成されたことを特徴とする。
【００１４】
このように、シール部材の射出成形により形成されるウェルドラインを、薄肉部となる軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に形成することにより、シール部材に、局部的に強度の低い部分が形成されることを回避でき、圧入による損傷を防止できる。例えば、シール部材の大径内周面に前記軸方向溝が複数形成される場合、前記ウェルドラインを、前記複数の軸方向溝の円周方向間の領域に形成することが好ましい。
【００１５】
同様の趣旨から、シール部材の内部側端面に前記連通路の一部が構成する径方向溝を形成する場合、前記ウェルドラインは前記径方向溝の最深部を避けた円周方向位置に形成することが好ましい。
【００１６】
シール部材の線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数よりも大きい場合、高温環境下では、熱膨張によるシール部材の内周面の拡径量が軸受スリーブの外周面の拡径量を上回るため、シール部材と軸受スリーブとの間の圧入代が小さくなる。このような場合でも、シール部材と軸受スリーブとの固定力を確保するために、常温時における圧入代は大きめに設定する必要がある。このため、圧入によりシール部材に加わる負荷がさらに大きくなり、シール部材が損傷する恐れが高くなる。従って、シール部材の線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数よりも大きい場合は、本発明の構成を適用することが特に好ましい。
【００１７】
例えば、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるような軸径（軸部材の直径）が２〜４ｍｍの流体動圧軸受装置の場合、シール部材と軸受スリーブとの圧入代（両部材の直径の差）を４０μｍ以上に設定すれば、十分な固定力を得ることができ、且つ、シール部材の外周面を軸受スリーブの形状に倣わせることができる。尚、圧入代が大きすぎると圧入作業が困難となるため、両部材の圧入代は６０μｍ以下にすることが好ましい。
【００１８】
ハウジング内部に満たされる潤滑油は、例えばエステル系潤滑油を使用することができる。
【００１９】
ところで、樹脂の射出成形品のウェルドライン形成部における強度は、キャビティに充填された溶融樹脂の固化速度に影響される。すなわち、樹脂の固化速度が早いとウェルドライン形成部の強度が弱くなり、固化速度の遅いとウェルドライン形成部の強度が強くなる傾向がある。一方、シール部材は、ハウジング内部に満たされる潤滑油（特にエステル系潤滑油）と常に接触するため、シール部材を形成する樹脂の耐油性が低いと、シール部材の強度低下やストレスクラックを生じる恐れがある。従って、シール部材を形成する樹脂は、固化速度が遅く、且つ、耐油性に優れていることが好ましい。このような樹脂として、例えば結晶性樹脂、特に、ＰＰＳ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔの中から選択された結晶性樹脂を使用することができる。
【００２０】
前記連通路は、例えば、軸受スリーブの外周面に形成した軸方向溝とシール部材の前記軸方向溝とで構成することができる。
【００２１】
例えば、シール部材の内周面に前記軸方向溝が奇数本形成される場合、シール部材の射出成形のゲートを前記軸方向溝の円周方向位置に設ければ、ウェルドラインを前記軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に設けることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、シール部材を厚肉化したり、手間のかかるシール部材の製法を要することなく、軸受スリーブへの圧入によるシール部材の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＨＤＤ用ディスク駆動装置の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】軸受スリーブの断面図である。
【図４】シール部材のＡ−Ａ線（図５参照）における断面図である。
【図５】図４のＢ方向から見たシール部材の平面図である。
【図６】シール部材を射出成形するための金型の断面図である。
【図７】図６の金型のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図８】軸受スリーブとシール部材とを圧入固定した状態の断面図である。
【図９】実施例を説明する断面図である。
【図１０】（ａ）はシール部材を射出成形するための金型の参考例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）図のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図１１】参考例のシール部材を形成する方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態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を示している。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、軸径が２〜４ｍｍの軸部材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に装着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とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周面に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３の内周面に取付けられる。流体動圧軸受装置１は、ブラケット６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが所定の枚数（図示例では２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、これによってディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。
【００２６】
図２に示す流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、一端を開口すると共に他端を閉塞した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周面に固定され、内周に軸部材２が挿入された軸受スリーブ８と、ハウジング７の開口部をシールするシール部材９とを主要な構成部品としている。なお、以下では、説明の便宜上、軸方向でハウジング７の開口側を上側、その反対側を下側として説明を進める。
【００２７】
軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。軸部材２は、その全体を金属材料で形成する他、例えばフランジ部２ｂの全体あるいはその一部（例えば両端面）を樹脂で構成し、金属と樹脂のハイブリッド構造とすることもできる。
【００２８】
軸受スリーブ８は、例えば銅（あるいは銅及び鉄）を主成分とする焼結金属で円筒状に形成される。この他、黄銅等の軟質金属で軸受スリーブ８を形成することも可能である。
【００２９】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域（図２の点線部分）が軸方向に離隔して設けられ、これらの２つの領域には、例えば図３に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成される。上側の動圧溝８ａ１は、丘部（図３にクロスハッチングで示す）の軸方向中央部の帯状部分に対して軸方向非対称に形成されており、具体的には帯状部分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。
【００３０】
軸受スリーブ８の下側端面８ｂには第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる領域（図２の点線部分）が設けられ、該領域には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成されている。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、両端面８ｂ、８ｃを連通する軸方向溝８ｄ１が形成され、本実施形態では、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向に等配されている（図８参照）。
【００３１】
ハウジング７は、図２に示すように、円筒状の小径部７ａと、小径部７ａの上側に配置された円筒状の大径部７ｂと、小径部７ａの下端開口部を封止する底部７ｃとで構成され、各部７ａ〜７ｃは一体に形成されている。小径部７ａの内周面と大径部７ｂの内周面７ｂ１とは、軸方向と直交する方向の平坦面状に形成された段差面７ｄで連続している。
【００３２】
ハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１には、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる領域（図２の点線部分）が設けられ、該領域には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成されている。
【００３３】
上記構成のハウジング７は、樹脂で射出成形される。成形収縮時の収縮量の差による変形を防止するため、ハウジング７の各部７ａ〜７ｃは略均一厚に形成されている。ハウジング７を形成する樹脂は主に熱可塑性樹脂であり、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等、結晶性樹脂として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等を用いることができる。また、上記の樹脂に、充填材として、例えばガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカー状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状の導電性充填材を用いることができる。これらの充填材は、単独で用い、あるいは、二種以上を混合して使用しても良い。
【００３４】
シール部材９は、図４に示すように、円盤状の第１シール部９ａと、第１シール部９ａの外径端から下方に張り出した円筒状の第２シール部９ｂとを備えた断面Ｌ字形に形成される。第１シール部９ａの内周面９ａ２はシール部材９の小径内周面を構成し、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２はシール部材９の大径内周面を構成する。第１シール部９ａの内部側端面（下側端面９ａ１）には、下側端面９ａ１を径方向に横断する所定本数の径方向溝９ａ１０が形成され、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２には、内周面９ｂ２を軸方向に縦断する所定本数の軸方向溝９ｂ２０が、前記径方向溝９ａ１０と同じ円周方向位置に形成される。本実施形態では、第１シール部９ａの径方向溝９ａ１０は断面矩形（図示省略）に形成され、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０は断面円弧形状に形成される（図５参照）。また、径方向溝９ａ１０及び軸方向溝９ｂ２０はそれぞれ３本ずつ形成され、円周方向に等配されている。
【００３５】
第２シール部９ｂの外周面９ｂ１の上端部には、面取り部９ｃが形成される（図４参照）。この面取り部９ｃのうち、軸方向溝９ｂ２０の最深部Ｐの円周方向位置にゲート跡２４’が形成される（図５参照）。このゲート跡２４’と軸心を挟んで反対側の位置に、ウェルドラインＷが形成される。ウェルドラインＷは、第１シール部９ａを径方向に横断し、且つ、第２シール部９ｂを軸方向に縦断して形成される。第２シール部９ｂのウェルドラインＷは、軸方向溝９ｂ２０の最深部Ｐを避けた円周方向位置に形成され、本実施形態では軸方向溝９ｂ２０の円周方向間の円筒面９ｂ２１の領域に形成される。また、第１シール部９ａのウェルドラインＷは、径方向溝９ａ１０の最深部を避けた円周方向位置に形成され、本実施形態では、径方向溝９ａ１０の円周方向間の平坦面９ａ１１の領域に形成される。以上のように、ウェルドラインＷは、シール部材９の薄肉部を避けた位置に形成される。
【００３６】
上記構成のシール部材９は、樹脂の射出成形で形成される。シール部材９を形成する樹脂は、固化速度が比較的遅く、且つ、耐油性に優れた材料を選択することが好ましく、例えば結晶性樹脂、特に、ＰＰＳ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔの中から選択された結晶性樹脂が好適に使用できる。具体的には、例えば、ＰＰＳとしてＡＧＣマテックス社製架橋型ＰＰＳ ＲＧ−４０ＪＡ及び直鎖型ＰＰＳ ＲＥ−０４、ＥＴＦＥとしてダイキン工業社製ネオフロンＥＰ−５２１，ＥＰ−５４１、ＰＥＥＫとしてビクトレックス社製ＰＥＥＫ１５０ＧＬ１５，ＰＥＥＫ１５０ＧＬ３０，ＰＥＥＫ４５０ＧＬ１５，ＰＥＥＫ４５０ＧＬ３０、ＰＡ６６としてＢＡＳＦ社製Ａ３ＨＧ５、ＰＡ４６としてＤＳＭ社製ＴＷ３００、ＰＡ６Ｔとして三井化学社製アーレンＲＡ２３０ＮＫ、ＰＡ９Ｔとしてクラレ社製ジェネスタＧＲ２３００を使用することができる。これらのうち、ＰＡ６Ｔは、ウェルドラインＷ形成部の強度及びエステル系潤滑油に対する耐油性に関して最も優れた特性を示すため、シール部材に最適な材料と言える。尚、これらの結晶性樹脂は、単独で使用しても複数種を混ぜて使用してもよく、また、上記のハウジング７の材料で示したような充填材を加えても良い。
【００３７】
ここで、シール部材９の射出成形について説明する。シール部材９の射出成形に使用される金型は、図６に示すような固定型２１及び可動型２２からなり、型締めした状態でキャビティ２３及びゲート２４が形成される。ゲート２４は、固定型２１及び可動型２２の型締め面に設けられたいわゆるサイドゲートであり、面取り部９ｃを成形するテーパ面２５に設けられ、且つ、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０を成形する成形部２６の円周方向位置に配される（図７参照）。この状態でゲート２４から溶融樹脂を射出すると、第１シール部９ａの軸心の中空部を成形する突出部２７により樹脂の流れが二手に分かれ、ゲート２４の反対側で合流する。本実施形態では、第２シール部９ｂの内周面に奇数本（３本）の軸方向溝９ｂ２０が等配されているため、各軸方向溝９ｂ２０の軸心を挟んで反対側は、他の軸方向溝９ｂ２０の円周方向中央部となる。従って、ゲート２４を一つの軸方向溝９ｂ２０の最深部の円周方向位置に配することにより、他の軸方向溝９ｂ２０の円周方向中央部にウェルドラインＷが形成される。
【００３８】
上記のようにして形成されたシール部材９は、図２に示すように、軸受スリーブ８の外周上端に圧入固定される。具体的には、シール部材９の第２シール部９ｂの内周面９ｂ２が軸受スリーブ８の外周面８ｄに上方から圧入される。このとき、シール部材９と軸受スリーブ８との圧入代は４０〜６０μｍの範囲内に設定される。これにより、第２シール部９の外周面９ｂ１が軸受スリーブ８の外周面８ｄに倣って変形し、寸法精度が高められる。このとき、上記のように、脆弱なウェルドラインＷが、シール部材９の薄肉部（第１シール部９ａの径方向溝９ａ１０の最深部、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０の最深部）を避けた位置に形成されているため、シール部材９に、局部的に強度の非常に低い部分が形成されることを回避でき、圧入による損傷を防止できる。
【００３９】
シール部材９を軸受スリーブ８に固定した状態では、シール部材９の第１シール部９ａの下側端面９ａ１は軸受スリーブ８の上側端面８ｃと当接し、第２シール部９ｂの下側端面は所定の軸方向隙間１１を介してハウジング７の段差面７ｄと対向する。また、第１シール部９ａの内周面９ａ２と軸部２ａの外周面２ａ１との間に所定容積の第１のシール空間Ｓ１が形成されると共に、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２とハウジング７の大径部７ｂの内周面７ｂ１との間に所定容積の第２のシール空間Ｓ２が形成される。本実施形態では、第１シール部９ａの内周面９ａ２およびハウジング７の大径部７ｂの内周面７ｂ１は、何れも上方を拡径させたテーパ面状に形成され、そのため第１および第２のシール空間Ｓ１，Ｓ２は下方に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈する。
【００４０】
このとき、第１シール部９ａの下側端面９ａ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間、及び、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２と軸受スリーブ８の外周面８ｄとの間には、第１のシール空間Ｓ１と第２のシール空間Ｓ２とを連通する連通路１２が形成される。具体的には、第１シール部９ａの下側端面９ａ１に形成された径方向溝９ａ１０と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとで径方向の連通路１２ａが形成されると共に、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２に形成された軸方向溝９ｂ２０と軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成された軸方向溝８ｄ１とで軸方向の連通路１２ｂが形成される（図８参照）。
【００４１】
連通路１２は、両シール空間Ｓ１，Ｓ２内の潤滑油の圧力バランスを適正範囲に保つために、所定以上の流路面積が必要となる。例えば、第２シール部９ｂに形成された軸方向溝９ｂ２０の断面積を拡大すると、第２シール部９ｂが部分的に薄肉になって強度が低下する。しかし、第２シール部９ｂは軸受スリーブ８に圧入されることにより大きな負荷を受けるため、なるべく強度を確保する必要がある。そこで、図８に示すように、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０と軸受スリーブ８の軸方向溝８ｄ１とで協働して軸方向の連通路１２ｂを形成することで、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０の大きさを抑えてシール部材９の強度を確保しながら、軸方向の連通路１２ｂの流路面積を確保する構造としてもよい。
【００４２】
以上のようにして、シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間に、軸受スリーブ８の内部気孔を含め、潤滑油（例えばエステル系潤滑油）を充満させることにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。
【００４３】
軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面と軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｂのスラスト軸受面とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び、ハウジング７の内底面７ｃ１のスラスト軸受面とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２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、軸部材２の回転に伴い、ラジアル軸受面の動圧溝８ａ１，８ａ２により上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２ａが上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって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第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同時に、スラスト軸受面の動圧溝により上記スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２が上記スラスト軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって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とが構成される。
【００４４】
また、軸部材２の回転時には、上述のように、第１および第２のシール空間Ｓ１、Ｓ２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、両シール空間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑油は毛細管力による引き込み作用により、シール空間が狭くなる方向、すなわちハウジング７の内部側に向けて引き込まれる。これにより、ハウジング７の内部からの潤滑油の漏れ出しが効果的に防止される。また、シール空間Ｓ１、Ｓ２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は、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ１、Ｓ２内にある。
【００４５】
上述したように、上側の動圧溝８ａ１は軸方向非対称に形成されている（図３参照）ため、軸部材２の回転時、ラジアル軸受隙間の潤滑油を下方に押し込む力が生じ、これにより第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の軸方向溝８ｄ１によって形成される流体通路→シール部材９と軸受スリーブ８との間の連通路１２という経路を循環させることができる。これにより、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。上記の循環経路には、第１のシール空間Ｓ１が連通し、さらに軸方向隙間１１を介して第２のシール空間Ｓ２が連通しているので、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Ｓ１、Ｓ２内の潤滑油の油面から外気に排出されるため、気泡による悪影響をより一層効果的に防止できる。
【００４６】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、以上の実施形態では、シール部材９を射出成形する際のゲート２４が一箇所に設けられているが、これに限らず、ゲートを複数箇所に設けても良い。
【００４７】
また、以上の実施形態では、第１シール部９ａの内周面９ａ２がテーパ面状に形成されているが、これに限らず、第１シール部９ａの内周面９ａ２を円筒面とする一方、これに対向する軸部２ａの外周面をテーパ面状としてもよい。また、以上の実施形態では、ハウジング７の大径部７ｂの内周面７ｂ１がテーパ面状に形成されているが、この面を円筒面とする一方、これに対向する第２シール部９ｂの外周面９ｂ１をテーパ面状に形成してもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、軸受スリーブ８にヘリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝からなる動圧発生部が形成されているが、これに限らず、他の形状の動圧溝を形成したり、軸受スリーブ８の内周面８ａを複数の円弧を組み合わせた多円弧形状とすることにより、動圧発生部を構成してもよい。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂやハウジング７の内底面７ｃ１に動圧発生部を形成する替わりに、これらの面と軸受隙間を介して対向する部材（軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１及びフランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２）に動圧発生部を形成してもよい。さらには、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１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、軸部２ａの僅かな振れ回りにより動圧作用が発生する。
【実施例１】
【００４９】
本発明による効果を確認するために、図９に示すように、上記実施形態の軸受スリーブ８と同じ構成のスリーブ試験片３０を、上記シール部材９と同じ構成のシール試験片４０の内周に圧入し、シール試験片４０に破損が生じるか否かを確認する試験を行った。シール試験片４０は、ウェルドラインが軸方向溝の円周方向中間部に形成された実施例（図５参照）と、ウェルドラインが軸方向溝の最深部の円周方向位置に形成された比較例（図示省略）とを準備した。また、実施例及び比較例のシール試験片４０として、円筒部４１の内径寸法の異なる複数種の試験片、すなわち、スリーブ試験片３０との圧入代が異なる複数種の試験片を準備した。スリーブ試験片３０は金属（黄銅）で形成し、シール試験片４０は樹脂（ＰＡ６Ｔ）で形成した。シール試験片４０は、円筒部４１の内径を約７．５ｍｍ、外径を９ｍｍに設定した。スリーブ試験片３０とシール試験片４０との圧入部の軸方向長さは２．４５ｍｍとした。
【００５０】
上記試験の結果、下記の表１に示すように、実施例では圧入代が９０μｍのシール試験片４０に破損が初めて発生したのに対し、比較例では圧入代が５０μｍのシール試験片４０に破損が初めて発生した。このことから、実施例に係るシール試験片は、比較例に係るシール試験片と比べて、スリーブ試験片の圧入に対する強度が高いことが確認された。
【００５１】
【表１】
【００５２】
尚、上記のようなスリーブ試験片３０及びシール試験片４０は、例えばＨＤＤのディスク駆動装置に組み込まれる軸径２〜４ｍｍの流体動圧軸受装置に適合した大きさであるが、このような流体動圧軸受装置では、スリーブとシールとの間に４０μｍ程度の圧入代が要求される。比較例に係るシール試験片は、圧入代５０μｍで破損が生じているため、安全率を考慮すると実際の製品として使用することは難しい。これに対し、実施例に係るシール試験片は、圧入代８０μｍまで耐え得る強度を有しているため、圧入代４０μｍ以上の条件の下でも十分に使用できる。
【符号の説明】
【００５３】
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
９ シール部材
９ａ 第１シール部
９ａ１０ 径方向溝
９ｂ 第２シール部
９ｂ２０ 軸方向溝
Ｐ 軸方向溝の最深部
Ｗ ウェルドライン
１２ 連通路
Ｄ ディスク
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ１，Ｓ２ シール空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に示されている流体動圧軸受装置は、有底筒状のハウジングの内周に焼結金属製の軸受スリーブが固定されると共に、軸受スリーブの内周に軸部材が挿入され、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潤滑油の動圧作用で軸部材を支持している。軸受スリーブの端部にはシール部材が固定され、このシール部材でハウジングの内部に満たされた潤滑油をシールしている。具体的には、シール部材が、軸受スリーブの端面に当接する円盤状の第１シール部と、軸受スリーブの外周面に当接する円筒状の第２シール部とを一体に有し、第１シール部の内周面と軸部材の外周面との間に第１のシール空間が形成されると共に、第２シール部の外周面とハウジングの内周面との間に第２のシール空間が形成される。このように、ラジアル軸受隙間よりも外径側に第２のシール空間を形成することにより、ラジアル軸受隙間と軸方向に並べて配された第１のシール空間の軸方向寸法を縮小することができるため、軸受装置の軸方向寸法の縮小、あるいは、ラジアル軸受スパンの拡大による軸受剛性の向上を図ることができる。
【０００３】
上記のシール部材は、例えば樹脂の射出成形により形成される。
【０００４】
また、上記の流体動圧軸受装置では、シール部材と軸受スリーブとの間に、第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路が形成される。この連通路により、両シール空間内に保持された潤滑油の圧力バランスを適正に保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような流体動圧軸受装置において、シール空間の容積が高精度に設定されていないと、容積不足による油漏れや、容積過大による軸受装置の大型化を招く恐れがある。このため、シール部材の寸法精度を高めて、シール空間の容積を高精度に設定する必要がある。しかし、上記のようにシール部材を樹脂の射出成形で形成すると、樹脂の固化時に成形収縮が生じるため、シール部材の寸法精度、特に外周面の寸法精度が低下する恐れがある。
【０００７】
例えば、シール部材（第２シール部）を軸受スリーブの外周面に圧入すれば、シール部材の外周面の形状を軸受スリーブの外周面の形状に倣わせることができる。これにより、シール部材単体では外周面の精度が低い場合でも、高精度に加工した軸受スリーブの外周面にシール部材を倣わせることにより、シール部材の外周面の精度を高めることができる。しかし、このようにシール部材を軸受スリーブに圧入すると、シール部材に大きな負荷が加わるため、シール部材に割れ等の損傷が生じる恐れがある。
【０００８】
例えば、上記のようにシール部材が樹脂の射出成形品である場合、キャビティに射出された樹脂の合流部にはウェルドラインが形成される場合がある。このようなウェルドラインの形成部は、他の領域に比べて脆弱であるため、上記のような圧入による損傷の起点となりやすい。特に、シール空間の内周面に軸方向溝を形成し、この軸方向溝で第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路を構成する場合、軸方向溝を形成した分だけシール部材の肉厚が薄くなり強度が低下する。このような薄肉部にウェルドラインによる脆弱部が形成されると、この部分の強度が局部的に非常に低くなり、上記のような圧入による損傷が生じる恐れが高くなる。
【０００９】
例えば、シール部材を全体的に厚肉にして強度を高めれば、圧入による損傷を防止できるが、材料コストが嵩む上、流体動圧軸受装置全体の寸法が大きくなるため、好ましくない。
【００１０】
あるいは、シール部材をウェルドラインが形成されない方法で射出成形すれば、強度を高めることができる。例えば、図１０（ａ）に示すように、有底筒状のキャビティ１０１の底部１０２の中心にピンゲート１０３を設け、このピンゲート１０３から溶融樹脂を射出すれば、溶融樹脂が分流することなく円周方向全方向に流れるため（図１０（ｂ）参照）、ウェルドラインは形成されない。しかし、この場合、図１１に示すように、有底筒状の成形品１１０の底部１１１の中心部分１２０を除去する工程が必要となり、加工に手間がかかる。
【００１１】
この他、シール部材を成形する金型に環状のフィルムゲートを設けた場合（図示省略）もウェルドラインは形成されないが、この場合、成形品に環状のゲート跡が形成されるため、ゲート跡の除去作業に手間がかかる。
【００１２】
本発明の解決すべき課題は、シール部材を厚肉化したり、手間のかかる製法を採用することなく、軸受スリーブへの圧入によるシール部材の損傷を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は、軸部材と、内周に軸部材が挿入された軸受スリーブと、内周に軸受スリーブを保持したハウジングと、大径内周面及び小径内周面を有する樹脂の射出成形品であり、大径内周面が軸受スリーブの端部の外周面に圧入固定されたシール部材と、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潤滑油の動圧作用により軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、シール部材の小径内周面と軸部材の外周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第１のシール空間と、シール部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第２のシール空間と、シール部材と軸受スリーブとの間に形成され、第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路とを備えた流体動圧軸受装置であって、シール部材の大径内周面に前記連通路を構成する軸方向溝が形成され、前記軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に、射出成形によるウェルドラインが形成されたことを特徴とする。
【００１４】
このように、シール部材の射出成形により形成されるウェルドラインを、薄肉部となる軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に形成することにより、シール部材に、局部的に強度の低い部分が形成されることを回避でき、圧入による損傷を防止できる。例えば、シール部材の大径内周面に前記軸方向溝が複数形成される場合、前記ウェルドラインを、前記複数の軸方向溝の円周方向間の領域に形成することが好ましい。
【００１５】
同様の趣旨から、シール部材の内部側端面に前記連通路の一部が構成する径方向溝を形成する場合、前記ウェルドラインは前記径方向溝の最深部を避けた円周方向位置に形成することが好ましい。
【００１６】
シール部材の線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数よりも大きい場合、高温環境下では、熱膨張によるシール部材の内周面の拡径量が軸受スリーブの外周面の拡径量を上回るため、シール部材と軸受スリーブとの間の圧入代が小さくなる。このような場合でも、シール部材と軸受スリーブとの固定力を確保するために、常温時における圧入代は大きめに設定する必要がある。このため、圧入によりシール部材に加わる負荷がさらに大きくなり、シール部材が損傷する恐れが高くなる。従って、シール部材の線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数よりも大きい場合は、本発明の構成を適用することが特に好ましい。
【００１７】
例えば、ＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるような軸径（軸部材の直径）が２〜４ｍｍの流体動圧軸受装置の場合、シール部材と軸受スリーブとの圧入代（両部材の直径の差）を４０μｍ以上に設定すれば、十分な固定力を得ることができ、且つ、シール部材の外周面を軸受スリーブの形状に倣わせることができる。尚、圧入代が大きすぎると圧入作業が困難となるため、両部材の圧入代は６０μｍ以下にすることが好ましい。
【００１８】
ハウジング内部に満たされる潤滑油は、例えばエステル系潤滑油を使用することができる。
【００１９】
ところで、樹脂の射出成形品のウェルドライン形成部における強度は、キャビティに充填された溶融樹脂の固化速度に影響される。すなわち、樹脂の固化速度が早いとウェルドライン形成部の強度が弱くなり、固化速度の遅いとウェルドライン形成部の強度が強くなる傾向がある。一方、シール部材は、ハウジング内部に満たされる潤滑油（特にエステル系潤滑油）と常に接触するため、シール部材を形成する樹脂の耐油性が低いと、シール部材の強度低下やストレスクラックを生じる恐れがある。従って、シール部材を形成する樹脂は、固化速度が遅く、且つ、耐油性に優れていることが好ましい。このような樹脂として、例えば結晶性樹脂、特に、ＰＰＳ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔの中から選択された結晶性樹脂を使用することができる。
【００２０】
前記連通路は、例えば、軸受スリーブの外周面に形成した軸方向溝とシール部材の前記軸方向溝とで構成することができる。
【００２１】
例えば、シール部材の内周面に前記軸方向溝が奇数本形成される場合、シール部材の射出成形のゲートを前記軸方向溝の円周方向位置に設ければ、ウェルドラインを前記軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に設けることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、シール部材を厚肉化したり、手間のかかるシール部材の製法を要することなく、軸受スリーブへの圧入によるシール部材の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＨＤＤ用ディスク駆動装置の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】軸受スリーブの断面図である。
【図４】シール部材のＡ−Ａ線（図５参照）における断面図である。
【図５】図４のＢ方向から見たシール部材の平面図である。
【図６】シール部材を射出成形するための金型の断面図である。
【図７】図６の金型のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図８】軸受スリーブとシール部材とを圧入固定した状態の断面図である。
【図９】実施例を説明する断面図である。
【図１０】（ａ）はシール部材を射出成形するための金型の参考例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）図のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図１１】参考例のシール部材を形成する方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態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を示している。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、軸径が２〜４ｍｍの軸部材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に装着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とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周面に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３の内周面に取付けられる。流体動圧軸受装置１は、ブラケット６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが所定の枚数（図示例では２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、これによってディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。
【００２６】
図２に示す流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、一端を開口すると共に他端を閉塞した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周面に固定され、内周に軸部材２が挿入された軸受スリーブ８と、ハウジング７の開口部をシールするシール部材９とを主要な構成部品としている。なお、以下では、説明の便宜上、軸方向でハウジング７の開口側を上側、その反対側を下側として説明を進める。
【００２７】
軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。軸部材２は、その全体を金属材料で形成する他、例えばフランジ部２ｂの全体あるいはその一部（例えば両端面）を樹脂で構成し、金属と樹脂のハイブリッド構造とすることもできる。
【００２８】
軸受スリーブ８は、例えば銅（あるいは銅及び鉄）を主成分とする焼結金属で円筒状に形成される。この他、黄銅等の軟質金属で軸受スリーブ８を形成することも可能である。
【００２９】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域（図２の点線部分）が軸方向に離隔して設けられ、これらの２つの領域には、例えば図３に示すようなヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成される。上側の動圧溝８ａ１は、丘部（図３にクロスハッチングで示す）の軸方向中央部の帯状部分に対して軸方向非対称に形成されており、具体的には帯状部分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。
【００３０】
軸受スリーブ８の下側端面８ｂには第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる領域（図２の点線部分）が設けられ、該領域には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成されている。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、両端面８ｂ、８ｃを連通する軸方向溝８ｄ１が形成され、本実施形態では、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向に等配されている（図８参照）。
【００３１】
ハウジング７は、図２に示すように、円筒状の小径部７ａと、小径部７ａの上側に配置された円筒状の大径部７ｂと、小径部７ａの下端開口部を封止する底部７ｃとで構成され、各部７ａ〜７ｃは一体に形成されている。小径部７ａの内周面と大径部７ｂの内周面７ｂ１とは、軸方向と直交する方向の平坦面状に形成された段差面７ｄで連続している。
【００３２】
ハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１には、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる領域（図２の点線部分）が設けられ、該領域には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成されている。
【００３３】
上記構成のハウジング７は、樹脂で射出成形される。成形収縮時の収縮量の差による変形を防止するため、ハウジング７の各部７ａ〜７ｃは略均一厚に形成されている。ハウジング７を形成する樹脂は主に熱可塑性樹脂であり、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等、結晶性樹脂として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）等を用いることができる。また、上記の樹脂に、充填材として、例えばガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカー状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状の導電性充填材を用いることができる。これらの充填材は、単独で用い、あるいは、二種以上を混合して使用しても良い。
【００３４】
シール部材９は、図４に示すように、円盤状の第１シール部９ａと、第１シール部９ａの外径端から下方に張り出した円筒状の第２シール部９ｂとを備えた断面Ｌ字形に形成される。第１シール部９ａの内周面９ａ２はシール部材９の小径内周面を構成し、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２はシール部材９の大径内周面を構成する。第１シール部９ａの内部側端面（下側端面９ａ１）には、下側端面９ａ１を径方向に横断する所定本数の径方向溝９ａ１０が形成され、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２には、内周面９ｂ２を軸方向に縦断する所定本数の軸方向溝９ｂ２０が、前記径方向溝９ａ１０と同じ円周方向位置に形成される。本実施形態では、第１シール部９ａの径方向溝９ａ１０は断面矩形（図示省略）に形成され、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０は断面円弧形状に形成される（図５参照）。また、径方向溝９ａ１０及び軸方向溝９ｂ２０はそれぞれ３本ずつ形成され、円周方向に等配されている。
【００３５】
第２シール部９ｂの外周面９ｂ１の上端部には、面取り部９ｃが形成される（図４参照）。この面取り部９ｃのうち、軸方向溝９ｂ２０の最深部Ｐの円周方向位置にゲート跡２４’が形成される（図５参照）。このゲート跡２４’と軸心を挟んで反対側の位置に、ウェルドラインＷが形成される。ウェルドラインＷは、第１シール部９ａを径方向に横断し、且つ、第２シール部９ｂを軸方向に縦断して形成される。第２シール部９ｂのウェルドラインＷは、軸方向溝９ｂ２０の最深部Ｐを避けた円周方向位置に形成され、本実施形態では軸方向溝９ｂ２０の円周方向間の円筒面９ｂ２１の領域に形成される。また、第１シール部９ａのウェルドラインＷは、径方向溝９ａ１０の最深部を避けた円周方向位置に形成され、本実施形態では、径方向溝９ａ１０の円周方向間の平坦面９ａ１１の領域に形成される。以上のように、ウェルドラインＷは、シール部材９の薄肉部を避けた位置に形成される。
【００３６】
上記構成のシール部材９は、樹脂の射出成形で形成される。シール部材９を形成する樹脂は、固化速度が比較的遅く、且つ、耐油性に優れた材料を選択することが好ましく、例えば結晶性樹脂、特に、ＰＰＳ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔの中から選択された結晶性樹脂が好適に使用できる。具体的には、例えば、ＰＰＳとしてＡＧＣマテックス社製架橋型ＰＰＳ ＲＧ−４０ＪＡ及び直鎖型ＰＰＳ ＲＥ−０４、ＥＴＦＥとしてダイキン工業社製ネオフロンＥＰ−５２１，ＥＰ−５４１、ＰＥＥＫとしてビクトレックス社製ＰＥＥＫ１５０ＧＬ１５，ＰＥＥＫ１５０ＧＬ３０，ＰＥＥＫ４５０ＧＬ１５，ＰＥＥＫ４５０ＧＬ３０、ＰＡ６６としてＢＡＳＦ社製Ａ３ＨＧ５、ＰＡ４６としてＤＳＭ社製ＴＷ３００、ＰＡ６Ｔとして三井化学社製アーレンＲＡ２３０ＮＫ、ＰＡ９Ｔとしてクラレ社製ジェネスタＧＲ２３００を使用することができる。これらのうち、ＰＡ６Ｔは、ウェルドラインＷ形成部の強度及びエステル系潤滑油に対する耐油性に関して最も優れた特性を示すため、シール部材に最適な材料と言える。尚、これらの結晶性樹脂は、単独で使用しても複数種を混ぜて使用してもよく、また、上記のハウジング７の材料で示したような充填材を加えても良い。
【００３７】
ここで、シール部材９の射出成形について説明する。シール部材９の射出成形に使用される金型は、図６に示すような固定型２１及び可動型２２からなり、型締めした状態でキャビティ２３及びゲート２４が形成される。ゲート２４は、固定型２１及び可動型２２の型締め面に設けられたいわゆるサイドゲートであり、面取り部９ｃを成形するテーパ面２５に設けられ、且つ、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０を成形する成形部２６の円周方向位置に配される（図７参照）。この状態でゲート２４から溶融樹脂を射出すると、第１シール部９ａの軸心の中空部を成形する突出部２７により樹脂の流れが二手に分かれ、ゲート２４の反対側で合流する。本実施形態では、第２シール部９ｂの内周面に奇数本（３本）の軸方向溝９ｂ２０が等配されているため、各軸方向溝９ｂ２０の軸心を挟んで反対側は、他の軸方向溝９ｂ２０の円周方向中央部となる。従って、ゲート２４を一つの軸方向溝９ｂ２０の最深部の円周方向位置に配することにより、他の軸方向溝９ｂ２０の円周方向中央部にウェルドラインＷが形成される。
【００３８】
上記のようにして形成されたシール部材９は、図２に示すように、軸受スリーブ８の外周上端に圧入固定される。具体的には、シール部材９の第２シール部９ｂの内周面９ｂ２が軸受スリーブ８の外周面８ｄに上方から圧入される。このとき、シール部材９と軸受スリーブ８との圧入代は４０〜６０μｍの範囲内に設定される。これにより、第２シール部９の外周面９ｂ１が軸受スリーブ８の外周面８ｄに倣って変形し、寸法精度が高められる。このとき、上記のように、脆弱なウェルドラインＷが、シール部材９の薄肉部（第１シール部９ａの径方向溝９ａ１０の最深部、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０の最深部）を避けた位置に形成されているため、シール部材９に、局部的に強度の非常に低い部分が形成されることを回避でき、圧入による損傷を防止できる。
【００３９】
シール部材９を軸受スリーブ８に固定した状態では、シール部材９の第１シール部９ａの下側端面９ａ１は軸受スリーブ８の上側端面８ｃと当接し、第２シール部９ｂの下側端面は所定の軸方向隙間１１を介してハウジング７の段差面７ｄと対向する。また、第１シール部９ａの内周面９ａ２と軸部２ａの外周面２ａ１との間に所定容積の第１のシール空間Ｓ１が形成されると共に、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２とハウジング７の大径部７ｂの内周面７ｂ１との間に所定容積の第２のシール空間Ｓ２が形成される。本実施形態では、第１シール部９ａの内周面９ａ２およびハウジング７の大径部７ｂの内周面７ｂ１は、何れも上方を拡径させたテーパ面状に形成され、そのため第１および第２のシール空間Ｓ１，Ｓ２は下方に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈する。
【００４０】
このとき、第１シール部９ａの下側端面９ａ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間、及び、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２と軸受スリーブ８の外周面８ｄとの間には、第１のシール空間Ｓ１と第２のシール空間Ｓ２とを連通する連通路１２が形成される。具体的には、第１シール部９ａの下側端面９ａ１に形成された径方向溝９ａ１０と軸受スリーブ８の上側端面８ｃとで径方向の連通路１２ａが形成されると共に、第２シール部９ｂの内周面９ｂ２に形成された軸方向溝９ｂ２０と軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成された軸方向溝８ｄ１とで軸方向の連通路１２ｂが形成される（図８参照）。
【００４１】
連通路１２は、両シール空間Ｓ１，Ｓ２内の潤滑油の圧力バランスを適正範囲に保つために、所定以上の流路面積が必要となる。例えば、第２シール部９ｂに形成された軸方向溝９ｂ２０の断面積を拡大すると、第２シール部９ｂが部分的に薄肉になって強度が低下する。しかし、第２シール部９ｂは軸受スリーブ８に圧入されることにより大きな負荷を受けるため、なるべく強度を確保する必要がある。そこで、図８に示すように、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０と軸受スリーブ８の軸方向溝８ｄ１とで協働して軸方向の連通路１２ｂを形成することで、第２シール部９ｂの軸方向溝９ｂ２０の大きさを抑えてシール部材９の強度を確保しながら、軸方向の連通路１２ｂの流路面積を確保する構造としてもよい。
【００４２】
以上のようにして、シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間に、軸受スリーブ８の内部気孔を含め、潤滑油（例えばエステル系潤滑油）を充満させることにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。
【００４３】
軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面と軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｂのスラスト軸受面とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び、ハウジング７の内底面７ｃ１のスラスト軸受面とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２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、軸部材２の回転に伴い、ラジアル軸受面の動圧溝８ａ１，８ａ２により上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２ａが上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって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第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同時に、スラスト軸受面の動圧溝により上記スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２が上記スラスト軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって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とが構成される。
【００４４】
また、軸部材２の回転時には、上述のように、第１および第２のシール空間Ｓ１、Ｓ２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、両シール空間Ｓ１、Ｓ２内の潤滑油は毛細管力による引き込み作用により、シール空間が狭くなる方向、すなわちハウジング７の内部側に向けて引き込まれる。これにより、ハウジング７の内部からの潤滑油の漏れ出しが効果的に防止される。また、シール空間Ｓ１、Ｓ２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は、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ１、Ｓ２内にある。
【００４５】
上述したように、上側の動圧溝８ａ１は軸方向非対称に形成されている（図３参照）ため、軸部材２の回転時、ラジアル軸受隙間の潤滑油を下方に押し込む力が生じ、これにより第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の軸方向溝８ｄ１によって形成される流体通路→シール部材９と軸受スリーブ８との間の連通路１２という経路を循環させることができる。これにより、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。上記の循環経路には、第１のシール空間Ｓ１が連通し、さらに軸方向隙間１１を介して第２のシール空間Ｓ２が連通しているので、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Ｓ１、Ｓ２内の潤滑油の油面から外気に排出されるため、気泡による悪影響をより一層効果的に防止できる。
【００４６】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、以上の実施形態では、シール部材９を射出成形する際のゲート２４が一箇所に設けられているが、これに限らず、ゲートを複数箇所に設けても良い。
【００４７】
また、以上の実施形態では、第１シール部９ａの内周面９ａ２がテーパ面状に形成されているが、これに限らず、第１シール部９ａの内周面９ａ２を円筒面とする一方、これに対向する軸部２ａの外周面をテーパ面状としてもよい。また、以上の実施形態では、ハウジング７の大径部７ｂの内周面７ｂ１がテーパ面状に形成されているが、この面を円筒面とする一方、これに対向する第２シール部９ｂの外周面９ｂ１をテーパ面状に形成してもよい。
【００４８】
また、以上の実施形態では、軸受スリーブ８にヘリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝からなる動圧発生部が形成されているが、これに限らず、他の形状の動圧溝を形成したり、軸受スリーブ８の内周面８ａを複数の円弧を組み合わせた多円弧形状とすることにより、動圧発生部を構成してもよい。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂやハウジング７の内底面７ｃ１に動圧発生部を形成する替わりに、これらの面と軸受隙間を介して対向する部材（軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１及びフランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２）に動圧発生部を形成してもよい。さらには、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１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、軸部２ａの僅かな振れ回りにより動圧作用が発生する。
【実施例１】
【００４９】
本発明による効果を確認するために、図９に示すように、上記実施形態の軸受スリーブ８と同じ構成のスリーブ試験片３０を、上記シール部材９と同じ構成のシール試験片４０の内周に圧入し、シール試験片４０に破損が生じるか否かを確認する試験を行った。シール試験片４０は、ウェルドラインが軸方向溝の円周方向中間部に形成された実施例（図５参照）と、ウェルドラインが軸方向溝の最深部の円周方向位置に形成された比較例（図示省略）とを準備した。また、実施例及び比較例のシール試験片４０として、円筒部４１の内径寸法の異なる複数種の試験片、すなわち、スリーブ試験片３０との圧入代が異なる複数種の試験片を準備した。スリーブ試験片３０は金属（黄銅）で形成し、シール試験片４０は樹脂（ＰＡ６Ｔ）で形成した。シール試験片４０は、円筒部４１の内径を約７．５ｍｍ、外径を９ｍｍに設定した。スリーブ試験片３０とシール試験片４０との圧入部の軸方向長さは２．４５ｍｍとした。
【００５０】
上記試験の結果、下記の表１に示すように、実施例では圧入代が９０μｍのシール試験片４０に破損が初めて発生したのに対し、比較例では圧入代が５０μｍのシール試験片４０に破損が初めて発生した。このことから、実施例に係るシール試験片は、比較例に係るシール試験片と比べて、スリーブ試験片の圧入に対する強度が高いことが確認された。
【００５１】
【表１】
【００５２】
尚、上記のようなスリーブ試験片３０及びシール試験片４０は、例えばＨＤＤのディスク駆動装置に組み込まれる軸径２〜４ｍｍの流体動圧軸受装置に適合した大きさであるが、このような流体動圧軸受装置では、スリーブとシールとの間に４０μｍ程度の圧入代が要求される。比較例に係るシール試験片は、圧入代５０μｍで破損が生じているため、安全率を考慮すると実際の製品として使用することは難しい。これに対し、実施例に係るシール試験片は、圧入代８０μｍまで耐え得る強度を有しているため、圧入代４０μｍ以上の条件の下でも十分に使用できる。
【符号の説明】
【００５３】
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
９ シール部材
９ａ 第１シール部
９ａ１０ 径方向溝
９ｂ 第２シール部
９ｂ２０ 軸方向溝
Ｐ 軸方向溝の最深部
Ｗ ウェルドライン
１２ 連通路
Ｄ ディスク
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ１，Ｓ２ シール空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、内周に軸部材が挿入された軸受スリーブと、内周に軸受スリーブを保持したハウジングと、大径内周面及び小径内周面を有する樹脂の射出成形品であり、大径内周面が軸受スリーブの端部の外周面に圧入固定されたシール部材と、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潤滑油の動圧作用により軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、シール部材の小径内周面と軸部材の外周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第１のシール空間と、シール部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第２のシール空間と、シール部材と軸受スリーブとの間に形成され、第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路とを備えた流体動圧軸受装置であって、
シール部材の大径内周面に前記連通路を構成する軸方向溝が形成され、前記軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に、射出成形によるウェルドラインが形成された流体動圧軸受装置。
【請求項２】
シール部材の大径内周面に前記軸方向溝が複数形成され、前記ウェルドラインが、前記複数の軸方向溝の円周方向間の領域に形成された請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
シール部材の内部側端面に前記連通路を構成する径方向溝が形成され、前記径方向溝の最深部を避けた円周方向位置に前記ウェルドラインが形成された請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
シール部材の線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数よりも大きい請求項１〜３の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
軸径が２〜４ｍｍであり、シール部材と軸受スリーブとの圧入代が４０μｍ以上である請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
潤滑油がエステル系潤滑油である請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
シール部材を結晶性樹脂で形成した請求項１〜６の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
結晶性樹脂が、ＰＰＳ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔの中から選択されたものである請求項７記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
軸受スリーブの外周面に軸方向溝が形成され、該軸方向溝とシール部材の前記軸方向溝とで前記連通路を構成した請求項１〜８の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
シール部材の大径内周面に前記軸方向溝が奇数本形成され、シール部材の射出成形のゲートが前記軸方向溝の円周方向位置に設けられた請求項１〜９の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１】
軸部材と、内周に軸部材が挿入された軸受スリーブと、内周に軸受スリーブを保持したハウジングと、大径内周面及び小径内周面を有する樹脂の射出成形品であり、大径内周面が軸受スリーブの端部の外周面に圧入固定されたシール部材と、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潤滑油の動圧作用により軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、シール部材の小径内周面と軸部材の外周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第１のシール空間と、シール部材の外周面とハウジングの内周面との間に形成され、ハウジング内部に満たされた潤滑油をシールする第２のシール空間と、シール部材と軸受スリーブとの間に形成され、第１のシール空間と第２のシール空間とを連通する連通路とを備えた流体動圧軸受装置であって、
シール部材の大径内周面に前記連通路を構成する軸方向溝が形成され、前記軸方向溝の最深部を避けた円周方向位置に、射出成形によるウェルドラインが形成された流体動圧軸受装置。
【請求項２】
シール部材の大径内周面に前記軸方向溝が複数形成され、前記ウェルドラインが、前記複数の軸方向溝の円周方向間の領域に形成された請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
シール部材の内部側端面に前記連通路を構成する径方向溝が形成され、前記径方向溝の最深部を避けた円周方向位置に前記ウェルドラインが形成された請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
シール部材の線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数よりも大きい請求項１〜３の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
軸径が２〜４ｍｍであり、シール部材と軸受スリーブとの圧入代が４０μｍ以上である請求項１〜４の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
潤滑油がエステル系潤滑油である請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
シール部材を結晶性樹脂で形成した請求項１〜６の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
結晶性樹脂が、ＰＰＳ，ＥＴＦＥ，ＰＥＥＫ，ＰＡ６６，ＰＡ４６，ＰＡ６Ｔ，ＰＡ９Ｔの中から選択されたものである請求項７記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
軸受スリーブの外周面に軸方向溝が形成され、該軸方向溝とシール部材の前記軸方向溝とで前記連通路を構成した請求項１〜８の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
シール部材の大径内周面に前記軸方向溝が奇数本形成され、シール部材の射出成形のゲートが前記軸方向溝の円周方向位置に設けられた請求項１〜９の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１３３０２３（Ｐ２０１１−１３３０２３Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２５５４（Ｐ２００９−２９２５５４）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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