流体動圧軸受装置
【課題】軸受スリーブの内周面の寸法変化を抑え、ラジアル方向の支持力の高い流体動圧軸受装置を提供する。
【解決手段】焼結金属製の軸受スリーブの密度を真密度に対して８０〜９５％の範囲とし、且つ、軸受スリーブのヤング率を７０ＧＰａ以上とする。このように、軸受スリーブの密度を高めるだけでなく、ヤング率を７０ＧＰａ以上とすることで、２〜４ｍｍの軸部材を支持する場合に、軸受スリーブの内周面の寸法変化を０．５μｍ以下に抑えることができる。
【解決手段】焼結金属製の軸受スリーブの密度を真密度に対して８０〜９５％の範囲とし、且つ、軸受スリーブのヤング率を７０ＧＰａ以上とする。このように、軸受スリーブの密度を高めるだけでなく、ヤング率を７０ＧＰａ以上とすることで、２〜４ｍｍの軸部材を支持する場合に、軸受スリーブの内周面の寸法変化を０．５μｍ以下に抑えることができる。
【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に形成されたラジアル軸受隙間の流体膜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し、特に、焼結金属製の軸受スリーブを備えた流体動圧軸受装置に関する。
【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、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。
【０００３】
例えば特許文献１には、焼結金属製の軸受スリーブを備えた流体動圧軸受装置が示されている。軸受スリーブを焼結金属で形成することで、焼結金属の内部に形成される無数の気孔に潤滑油が含浸され、この内部気孔に含浸された潤滑油が、軸部材の回転時に軸部材と軸受スリーブとの間の軸受隙間ににじみ出ることにより、軸受隙間に潤滑油が潤沢に供給され、潤滑性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受スリーブの内周面の寸法精度は、ラジアル軸受隙間の精度に直結し、ひいてはラジアル方向の支持力に大きく影響する。特に、ＨＤＤのディスク駆動装置のように超高速回転する小径軸（軸径２〜４ｍｍ）を支持する用途では、軸受スリーブの内周面の寸法精度が重要となる。
【０００６】
しかし、軸受スリーブの内周面を高精度に加工しても、様々な要因により内周面の寸法変化が生じる恐れがある。例えば、軸受スリーブをハウジングの内周面に固定する際に軸受スリーブに加わる圧力により、軸受スリーブの内周面の寸法変化が生じる恐れがある。特に、上記のような超高速回転する小径軸を支持する場合、軸受スリーブの内周面に僅かな寸法変化が生じても、軸受性能に与える影響は無視できないものとなる。
【０００７】
本発明の解決すべき課題は、軸受スリーブの内周面の寸法変化量を抑え、優れたラジアル方向の支持力を有する流体動圧軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、軸径が２〜４ｍｍの軸部材と、内周に軸部材が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブが固定されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の流体膜で軸部材を相対回転自在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であって、軸受スリーブの密度が真密度に対して８０〜９５％の範囲であり、且つ、軸受スリーブのヤング率が７０ＧＰａ以上であることを特徴とする。
【０００９】
尚、「真密度」とは、内部気孔が全く形成されていない状態の固体の密度ことを言い、例えば、粉砕などの手段により内部気孔を完全に潰して焼結金属の実容積（内部気孔を除く容積）を測定し、この実容積で焼結金属の質量を割ることで算出できる。あるいは、焼結金属の原材料の真密度と、各材料の配合割合とから真密度を算出することも可能である。また、焼結金属製の軸受スリーブの密度は、上記のように真密度に対する割合（百分率）で表し、以下の説明でも同様とする。
【００１０】
このように、焼結金属製の軸受スリーブの密度を高めることで、具体的には焼結金属の密度を８０％以上とすることで、軸受スリーブの強度が高められ、軸受スリーブの寸法変化を抑えることができる。
【００１１】
このとき、軸受スリーブの密度を真密度近くまで高めれば、高強度を付与することができるが、このような超高密度の焼結金属は内部の気孔が独立気孔となるため、潤滑油を含浸することができず、上記のような潤滑性の向上効果を得ることができない。また、焼結金属の密度を真密度近くまで高めるためには、金属粉末の圧縮成形時の圧力を極めて高くする必要があり、加工コスト高を招く。従って、軸受スリーブの密度には上限があり、具体的には９５％以下とする必要がある。本発明者らは、このような密度の範囲内で、軸受スリーブの内周面の寸法変化をより確実に抑えるために、軸受スリーブのヤング率に着目し、軸受スリーブのヤング率と内径寸法変化量との関係を調べた。具体的には、ハウジングに固定する前の軸受スリーブと、ハウジングに固定した後の軸受スリーブとで、内周面の寸法変化量（直径の変化量）を調べた。ここでは、ハウジングと軸受スリーブとを隙間嵌めした状態でその隙間に接着剤を介在させる、いわゆる隙間接着により両者を固定した。軸受スリーブのサンプルは、ヤング率が４０ＧＰａ、７０ＧＰａ、１００ＧＰａ、及び２００ＧＰａの４種類を５個ずつ用意し、何れのサンプルも密度を８８％とした。
【００１２】
その結果、図１に示すようなグラフが得られた。このグラフの縦軸は、サンプルをハウジングに固定する前後におけるサンプルの内径寸法変化量（３箇所の平均値）を表し、横軸はサンプルのヤング率を表す。同じヤング率の各サンプルの内径寸法変化量の差は±０．０５μｍの範囲内であったため、一つのプロットで示している。軸径が２〜４ｍｍの小径軸の場合、内径寸法変化量が０．５μｍ以下であれば軸受スリーブとして実用上問題とならないことから、内径寸法変化量を確実に０．５μｍ以下に抑えることを目標とした。図１のグラフから、ヤング率が７０ＧＰａ以上であれば、内径寸法変化量はおおよそ０．４μｍ以下であり、安全率を考慮しても０．５μｍ以下に収まると考えられる。また、７０ＧＰａを境界としてグラフの傾きが大きく変化し、７０ＧＰａ以上では傾きが非常に緩やかになって内径寸法変化量がおおよそ一定となっている。これらから、軸受スリーブのヤング率を７０ＧＰａ以上とすることにより、軸受スリーブの内径寸法変化量を確実に０．５μｍ以下に抑えることができ、小径軸支持用として適した流体動圧軸受装置を得ることができる。
【００１３】
ヤング率は、ＪＰＭＡ Ｍ １０−１９９７に規定される方法で測定できる。あるいは、軸受スリーブの圧環強度を測定することで、ヤング率を間接的に推定することができる。圧環強度は、ＪＩＳ Ｚ２５０７に規定される方法で測定することができ、例えば圧環強度が６００Ｎ／ｍｍ2以上であれば、ヤング率が７０ＧＰａ以上であると推定することができる。
【００１４】
ハウジングが金属製である場合、軸受スリーブの内周面の寸法変化が大きくなる恐れがある。すなわち、金属製のハウジングは概して剛性が高いため、例えばハウジングの内周に軸受スリーブを圧入固定すると、軸受スリーブがハウジングから受ける抗力が大きくなり、変形の恐れが高まる。あるいは、金属製のハウジングは概して線膨張係数が大きいため、温度変化により膨張・収縮しやすく、これにより軸受スリーブに圧力が加わって変形の恐れが高まる。従って、金属製のハウジングを用いる場合は、本発明が好適に適用される。
【００１５】
軸受スリーブの内周面には、ラジアル軸受隙間の流体膜に動圧作用を積極的に発生させる動圧発生部を形成することができる。この動圧発生部は、例えば成形型によるプレス加工で形成することができる。
【００１６】
軸受スリーブの材料として、例えばＣｕやＦｅ系金属、あるいはこれらの双方を含む材料を使用することができる。軸受スリーブの材料がＣｕ及びＦｅ系金属の双方を含む場合、ＣｕよりＦｅ系金属の配合量を多くすることができる。
【００１７】
軸受スリーブの焼結温度が低すぎると、金属粉末の表面が十分に活性化されず、金属粉末同士の結合力が不足する恐れがあるため、７５０℃以上に設定することが好ましい。一方、焼結材料がＣｕを含む場合、焼結温度がＣｕの融点を超えると、金属粉末に含まれるＣｕが完全に溶融して軸受スリーブの形状を維持することができなくなる。以上より、焼結温度は、７５０℃以上、且つ、Ｃｕの融点以下に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、軸受スリーブの内周面の寸法変化を抑えることができるため、ラジアル方向の支持力の高い流体動圧軸受装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】軸受スリーブのサンプルのヤング率と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。
【図２】スピンドルモータの断面図である。
【図３】流体動圧軸受装置の軸方向断面図である。
【図４】軸受スリーブの軸方向断面図である。
【図５】軸受スリーブの下面図である。
【図６】ハウジングと軸受スリーブとを固定する手順を示す断面図であり、（ａ）は加熱前、（ｂ）は加熱時（接着剤硬化時）、（ｃ）は冷却時の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図２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の一構成例を示している。このスピンドルモータは、例えば２．５インチＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触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、流体動圧軸受装置１が取り付けられたブラケット６と、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に取り付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３に取り付けられる。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が相対回転し、これによりディスクハブ３、ディスクＤ、および軸部材２が一体となって回転する。
【００２２】
流体動圧軸受装置１は、図３に示すように、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入した軸受スリーブ８と、軸方向両側に開口した筒状をなし、内周面７ａに軸受スリーブ８が固定されたハウジング７と、ハウジング７の軸方向一方の開口部に設けられたシール部９と、ハウジング７の軸方向他方の開口部を閉塞する蓋部材１０とで構成される。尚、説明の便宜上、軸方向でハウジング７が開口している側を上側、蓋部材１０で閉塞されている側を下側として説明を進める。
【００２３】
軸部材２は、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸径（直径）が２〜４ｍｍの軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。軸部２ａの外周面２ａ１には、他の部分よりも若干小径な逃げ部２ａ２が形成される。軸部材２は、全体を金属で形成する他、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）を樹脂で構成することにより、金属と樹脂のハイブリッド構造とすることもできる。
【００２４】
軸受スリーブ８は、金属粉末の圧縮成形体を焼結して得られる焼結金属で構成される。軸受スリーブ８の材料は、例えばＣｕ、又はＦｅ系金属、あるいはこれらの双方を含む。本実施形態の軸受スリーブ８は、ＣｕとＳＵＳ（ステンレス鋼）を含む材料で形成され、ＳＵＳがＣｕよりも多く配合されている。このように、軸受スリーブ８の材料がＳＵＳを含むことにより、軸受面（内周面８ａ及び下側端面８ｃ）にＳＵＳを露出させることができ、これにより軸部材２との摺動に対する耐摩耗性を高めることができる。
【００２５】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル軸受隙間の流体膜に動圧作用を積極的に発生させるラジアル動圧発生部が形成される。本実施形態では、図４に示すように、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８ａ１・８ａ２が軸方向に離隔した２箇所の領域に形成される。具体的には、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所の領域に、内径に僅かに突出したヘリングボーン形状の丘部８ａ１０・８ａ２０（図４にクロスハッチングで示す）が形成される。丘部８ａ１０・８ａ２０は、各々の軸方向略中央部に形成された環状部８ａ１１・８ａ２１と、環状部８ａ１１・８ａ２１から軸方向両側に延びた傾斜部８ａ１２・８ａ２２とからなり、傾斜部８ａ１２・８ａ２２の径方向間に動圧溝８ａ１・８ａ２が形成される。本実施形態では、上側の動圧溝８ａ１は、軸受内部における潤滑油の循環を意図的に作り出す目的で、軸方向非対称に形成される。具体的には、動圧溝８ａ１のうち、丘部８ａ１０の環状部８ａ１１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よりも大きくなるように形成されている。一方、下側の動圧溝８ａ２は軸方向対称な形状に形成されている。
【００２６】
軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、スラスト動圧発生部として、例えば図５に示すようなスパイラル形状の動圧溝８ｃ１が形成される。具体的には、軸受スリーブ８の下側端面８ｃに下方に僅かに突出したスパイラル形状の丘部８ｃ１０が形成され、この丘部８ｃ１０の間に動圧溝８ｃ１が形成される。
【００２７】
軸受スリーブ８の外周面８ｄには、図４及び図５に示すように、任意の本数（例えば３本）の軸方向溝８ｄ１が軸方向全長に亙って形成され、軸受スリーブ８の上側端面８ｂには、任意の本数（例えば３本）の径方向溝８ｂ１が形成される。流体動圧軸受装置１を組み立てた状態では、図３に示すように、軸受スリーブ８の軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｂ１が潤滑油を軸受内部で循環させるための循環経路の一部を構成する。
【００２８】
軸受スリーブ８の密度は８０〜９５％の範囲内に設定され、且つ、軸受スリーブ８のヤング率は７０ＧＰａ以上に設定される。これにより、軸受スリーブ８の内径寸法変化を抑えることができるため、ラジアル軸受隙間の隙間幅が高精度に設定され、優れたラジアル方向の支持力を得ることができる。
【００２９】
また、軸受スリーブ８のヤング率が高すぎると、軸受スリーブ８の成形性が悪くなり、所望の寸法精度が得られない恐れがある。特に、上記のように軸受スリーブ８に動圧発生部（動圧溝８ａ１、８ａ２、８ｃ１）を形成する場合、ヤング率をむやみに高くすると動圧発生部の成形精度が悪化し、動圧作用が低下する恐れがある。従って、ヤング率は１５０ＧＰａ以下（圧環強度では約１５００Ｎ／ｍｍ2以下）に設定することが好ましい。
【００３０】
ハウジング７は、図３に示すように、軸方向両側に開口した円筒状を成し、例えば金属材料で形成され、本実施形態では真ちゅうで形成される。ハウジング７は金属製に限らず、樹脂材料で形成してもよい。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、隙間接着、圧入、圧入接着等の適宜の手段により固定され、本実施形態では隙間接着により固定される。
【００３１】
蓋部材１０は、例えば金属材料で形成され、ハウジング７の下端開口部に接着、圧入、圧入接着、溶着等の適宜の手段で固定される。蓋部材１０の上側端面１０ａには、動圧発生部として、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成される（図示省略）。
【００３２】
シール部９は、例えば樹脂材料で環状に形成され、ハウジング７の内周面７ａの上端部に接着、圧入、圧入接着、溶着等の適宜の手段で固定される。シール部９の下面９ｂは、軸受スリーブ８の上側端面８ｂに当接している。シール部９の内周面９ａは、下方へ向けて漸次縮径したテーパ状に形成される。このテーパ状内周面９ａと軸部２ａの円筒面状外周面２ａ１との間に、下方へ向けて半径方向寸法を漸次縮小した楔状のシール空間Ｓを形成し、このシール空間Ｓの毛細管力で潤滑油を保持する毛細管シールを構成する。シール空間Ｓの容積は、軸受装置の使用温度範囲内において、軸受装置の内部に保持された潤滑油の熱膨張量よりも大きくなるように設定され、これにより、軸受装置の使用温度範囲内では、潤滑油がシール空間Ｓから漏れ出すことはなく、油面が常時シール空間Ｓ内に保持される。
【００３３】
軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、ラジアル動圧発生部（軸受スリーブ８の内周面８ａの動圧溝８ａ１・８ａ２、図４参照）により、このラジアル軸受隙間に形成された流体膜（油膜）の圧力が高められ、この動圧作用により、軸部材２の軸部２ａ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が構成される（図３参照）。
【００３４】
これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｃと軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び蓋部材１０の上側端面１０ａと軸部材のフランジ部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、スラスト動圧発生部（軸受スリーブ８の下側端面８ｃの動圧溝８ｃ１（図５参照）、及び蓋部材１０の上側端面１０ａの動圧溝）により、上記各スラスト軸受隙間に形成された流体膜（油膜）の圧力が高められ、この動圧作用により、軸部材２のフランジ部２ｂ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及び第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される（図３参照）。
【００３５】
以下、流体動圧軸受装置１の製造工程を、軸受スリーブ８の製造工程、及び軸受スリーブ８とハウジング７との組付工程を中心に説明する。
【００３６】
軸受スリーブ８は、圧縮成形工程、焼結工程、及びサイジング工程を経て製造される。圧縮成形工程は、軸受スリーブの材料となる混合金属粉末を金型で圧縮成形することにより行われる。混合金属粉末は、例えばＣｕ粉末、Ｃｕ―Ｆｅ合金粉末、Ｆｅ系金属粉末等を含み、本実施形態では、Ｃｕ粉末及びＳＵＳ粉末を含む混合金属粉末を使用している。このように、混合金属粉末が比較的柔らかいＣｕ粉末を含むことにより、圧縮成形及び後述のサイジング工程における成形性を高めることができる。
【００３７】
焼結工程では、圧縮成形工程で成形された圧縮成形体を所定温度で焼結する。このときの焼結温度は、金属粉末同士が結合可能な温度、具体的には７５０℃以上に設定される。特に、本実施形態のように、軸受スリーブ８を構成する金属粉末がＳＵＳ粉末を含む場合、ＳＵＳ粉末表面の酸化被膜により焼結による金属粉末間の結合力が不足する恐れがあるため、なるべく高温（例えば９５０℃以上）で焼結することが好ましい。一方、焼結温度が金属粉末の融点を超えると、軸受スリーブ８の形状を維持することができないため、金属粉末の融点以下、本実施形態ではＣｕの融点（１０８４℃）以下とする必要がある。
【００３８】
サイジング工程では、焼結工程を経た圧縮成形体（以下、焼結体）が、サイジング金型により所定寸法に矯正される。サイジング金型には、軸受スリーブ８に動圧発生部（動圧溝８ａ１、８ａ２、８ｃ１）を成形するための成形型が設けられ、サイジングと同時に成形型でプレス加工することにより、焼結体のサイジング及び動圧発生部の成形が同一工程内で行われる。
【００３９】
以上のようにして形成された軸受スリーブ８は、密度が８０〜９５％の範囲内であり、且つ、ヤング率が７０ＧＰａ以上である。言い換えると、これらの条件を充たすように、金属粉末の粒径、圧縮成形工程における圧縮率、焼結工程における焼結温度及び焼結時間、サイジング工程における圧縮率等の条件を設定する。
【００４０】
こうして形成された軸受スリーブ８が、ハウジング７の内周面７ａに固定される。本実施形態では、両者が隙間接着、特に熱硬化性接着剤を用いた隙間接着により固定される。具体的には、熱硬化性接着剤をハウジング７の内周面７ａに塗布し、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入する。そして、ハウジング７の内周面７ａの所定位置に軸受スリーブ８を位置決めした状態で、ハウジング７及び軸受スリーブ８を共に加熱し、接着剤を硬化させた後、常温に冷却することで固定が完了する。
【００４１】
ハウジング７と軸受スリーブ８との固定工程において、熱硬化性接着剤を硬化させる際の加熱により、以下のような不具合が生じる恐れがある。すなわち、図６（ａ）に示すように、ハウジング７の内周面７ａと軸受スリーブ８の外周面８ｄとの径方向隙間δ1に熱硬化性接着剤Ｇを介在させた状態で加熱すると、ハウジング７及び軸受スリーブ８が共に熱膨張する。特に、本実施形態のように、ハウジング７を真ちゅうで形成し、軸受スリーブ８をＣｕ及びＳＵＳを含む焼結金属で形成すると、ハウジング７の線膨張係数が軸受スリーブ８の線膨張係数よりも大きくなる。具体的には、真ちゅうの線膨張係数は１９×１０-6／℃程度であるのに対し、上記材料で形成した焼結金属の線膨張係数は１３×１０-6／℃程度である。このような線膨張係数の差があることから、加熱時には、ハウジング７と軸受スリーブ８との間の径方向隙間δ2が加熱前の隙間δ1より大きくなり（δ2＞δ1、図６（ｂ）参照）、この状態で径方向隙間δ2に介在した熱硬化性接着剤Ｇが硬化する。
【００４２】
その後、ハウジング７及び軸受スリーブ８が冷却されると、図６（ｃ）に示すように、ハウジング７が熱収縮して内周面７ａが縮径する。このとき、接着剤Ｇは既に硬化しているため、径方向隙間δ2の大きさは変わらず、ハウジング７の内周面７ａの縮径により、硬化した接着剤Ｇを介して軸受スリーブ８が内径向きに圧迫される。特に、本実施形態のようにハウジング７を金属材料（真ちゅう）で形成する場合、ハウジング７のヤング率が比較的高いため（約１００ＧＰａ）、ハウジング７の収縮により軸受スリーブ８が受ける圧迫力が比較的大きくなる。本発明によれば、上記のように軸受スリーブ８の密度を８０％以上に高め、且つ、ヤング率を７０ＧＰａ以上としているため、このような圧迫力に対抗する十分な強度を有し、軸受スリーブ８の変形、特に内周面８ａの変形を抑えることができる。
【００４３】
ここでは、ハウジング７と軸受スリーブ８とが熱硬化性接着剤により固定される場合を示しているが、他の固定方法、例えば両者を圧入固定する際にも軸受スリーブ８の内周面８ａが変形する恐れがあるため、上記のように軸受スリーブ８の密度及びヤング率を高めることが有効となる。
【００４４】
また、本実施形態のように、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータに使用される流体動圧軸受装置の場合、軸部材２は超高速で回転するため、軸部材２と軸受スリーブ８との間の流体膜に生じる圧力も非常に大きくなる。このような流体膜の圧力が軸受スリーブ８に加わることにより、軸受スリーブ８に微小な弾性変形が生じ、回転する軸部材２に振動が発生する恐れがある。上記のように、軸受スリーブ８のヤング率が７０ＧＰａ以上であることにより、流体膜の圧力による軸受スリーブ８の微小変形を抑え、軸部材２の振動の発生を防止することができる。
【００４５】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば上記の実施形態では、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。あるいは、軸受スリーブ８の内周面８ａや下側端面８ｃ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の上側端面２ｂ１）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。
【００４６】
また、上記の実施形態では、本発明の流体動圧軸受装置が、ＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータに適用された場合を示しているが、これに限らず、軸径が２〜４ｍｍの軸部材の相対回転を支持する用途であれば、他の用途に適用することが有効となる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
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
１０ 蓋部材
Ｄ ディスク
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に形成されたラジアル軸受隙間の流体膜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し、特に、焼結金属製の軸受スリーブを備えた流体動圧軸受装置に関する。
【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、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。
【０００３】
例えば特許文献１には、焼結金属製の軸受スリーブを備えた流体動圧軸受装置が示されている。軸受スリーブを焼結金属で形成することで、焼結金属の内部に形成される無数の気孔に潤滑油が含浸され、この内部気孔に含浸された潤滑油が、軸部材の回転時に軸部材と軸受スリーブとの間の軸受隙間ににじみ出ることにより、軸受隙間に潤滑油が潤沢に供給され、潤滑性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軸受スリーブの内周面の寸法精度は、ラジアル軸受隙間の精度に直結し、ひいてはラジアル方向の支持力に大きく影響する。特に、ＨＤＤのディスク駆動装置のように超高速回転する小径軸（軸径２〜４ｍｍ）を支持する用途では、軸受スリーブの内周面の寸法精度が重要となる。
【０００６】
しかし、軸受スリーブの内周面を高精度に加工しても、様々な要因により内周面の寸法変化が生じる恐れがある。例えば、軸受スリーブをハウジングの内周面に固定する際に軸受スリーブに加わる圧力により、軸受スリーブの内周面の寸法変化が生じる恐れがある。特に、上記のような超高速回転する小径軸を支持する場合、軸受スリーブの内周面に僅かな寸法変化が生じても、軸受性能に与える影響は無視できないものとなる。
【０００７】
本発明の解決すべき課題は、軸受スリーブの内周面の寸法変化量を抑え、優れたラジアル方向の支持力を有する流体動圧軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、軸径が２〜４ｍｍの軸部材と、内周に軸部材が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブが固定されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の流体膜で軸部材を相対回転自在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であって、軸受スリーブの密度が真密度に対して８０〜９５％の範囲であり、且つ、軸受スリーブのヤング率が７０ＧＰａ以上であることを特徴とする。
【０００９】
尚、「真密度」とは、内部気孔が全く形成されていない状態の固体の密度ことを言い、例えば、粉砕などの手段により内部気孔を完全に潰して焼結金属の実容積（内部気孔を除く容積）を測定し、この実容積で焼結金属の質量を割ることで算出できる。あるいは、焼結金属の原材料の真密度と、各材料の配合割合とから真密度を算出することも可能である。また、焼結金属製の軸受スリーブの密度は、上記のように真密度に対する割合（百分率）で表し、以下の説明でも同様とする。
【００１０】
このように、焼結金属製の軸受スリーブの密度を高めることで、具体的には焼結金属の密度を８０％以上とすることで、軸受スリーブの強度が高められ、軸受スリーブの寸法変化を抑えることができる。
【００１１】
このとき、軸受スリーブの密度を真密度近くまで高めれば、高強度を付与することができるが、このような超高密度の焼結金属は内部の気孔が独立気孔となるため、潤滑油を含浸することができず、上記のような潤滑性の向上効果を得ることができない。また、焼結金属の密度を真密度近くまで高めるためには、金属粉末の圧縮成形時の圧力を極めて高くする必要があり、加工コスト高を招く。従って、軸受スリーブの密度には上限があり、具体的には９５％以下とする必要がある。本発明者らは、このような密度の範囲内で、軸受スリーブの内周面の寸法変化をより確実に抑えるために、軸受スリーブのヤング率に着目し、軸受スリーブのヤング率と内径寸法変化量との関係を調べた。具体的には、ハウジングに固定する前の軸受スリーブと、ハウジングに固定した後の軸受スリーブとで、内周面の寸法変化量（直径の変化量）を調べた。ここでは、ハウジングと軸受スリーブとを隙間嵌めした状態でその隙間に接着剤を介在させる、いわゆる隙間接着により両者を固定した。軸受スリーブのサンプルは、ヤング率が４０ＧＰａ、７０ＧＰａ、１００ＧＰａ、及び２００ＧＰａの４種類を５個ずつ用意し、何れのサンプルも密度を８８％とした。
【００１２】
その結果、図１に示すようなグラフが得られた。このグラフの縦軸は、サンプルをハウジングに固定する前後におけるサンプルの内径寸法変化量（３箇所の平均値）を表し、横軸はサンプルのヤング率を表す。同じヤング率の各サンプルの内径寸法変化量の差は±０．０５μｍの範囲内であったため、一つのプロットで示している。軸径が２〜４ｍｍの小径軸の場合、内径寸法変化量が０．５μｍ以下であれば軸受スリーブとして実用上問題とならないことから、内径寸法変化量を確実に０．５μｍ以下に抑えることを目標とした。図１のグラフから、ヤング率が７０ＧＰａ以上であれば、内径寸法変化量はおおよそ０．４μｍ以下であり、安全率を考慮しても０．５μｍ以下に収まると考えられる。また、７０ＧＰａを境界としてグラフの傾きが大きく変化し、７０ＧＰａ以上では傾きが非常に緩やかになって内径寸法変化量がおおよそ一定となっている。これらから、軸受スリーブのヤング率を７０ＧＰａ以上とすることにより、軸受スリーブの内径寸法変化量を確実に０．５μｍ以下に抑えることができ、小径軸支持用として適した流体動圧軸受装置を得ることができる。
【００１３】
ヤング率は、ＪＰＭＡ Ｍ １０−１９９７に規定される方法で測定できる。あるいは、軸受スリーブの圧環強度を測定することで、ヤング率を間接的に推定することができる。圧環強度は、ＪＩＳ Ｚ２５０７に規定される方法で測定することができ、例えば圧環強度が６００Ｎ／ｍｍ2以上であれば、ヤング率が７０ＧＰａ以上であると推定することができる。
【００１４】
ハウジングが金属製である場合、軸受スリーブの内周面の寸法変化が大きくなる恐れがある。すなわち、金属製のハウジングは概して剛性が高いため、例えばハウジングの内周に軸受スリーブを圧入固定すると、軸受スリーブがハウジングから受ける抗力が大きくなり、変形の恐れが高まる。あるいは、金属製のハウジングは概して線膨張係数が大きいため、温度変化により膨張・収縮しやすく、これにより軸受スリーブに圧力が加わって変形の恐れが高まる。従って、金属製のハウジングを用いる場合は、本発明が好適に適用される。
【００１５】
軸受スリーブの内周面には、ラジアル軸受隙間の流体膜に動圧作用を積極的に発生させる動圧発生部を形成することができる。この動圧発生部は、例えば成形型によるプレス加工で形成することができる。
【００１６】
軸受スリーブの材料として、例えばＣｕやＦｅ系金属、あるいはこれらの双方を含む材料を使用することができる。軸受スリーブの材料がＣｕ及びＦｅ系金属の双方を含む場合、ＣｕよりＦｅ系金属の配合量を多くすることができる。
【００１７】
軸受スリーブの焼結温度が低すぎると、金属粉末の表面が十分に活性化されず、金属粉末同士の結合力が不足する恐れがあるため、７５０℃以上に設定することが好ましい。一方、焼結材料がＣｕを含む場合、焼結温度がＣｕの融点を超えると、金属粉末に含まれるＣｕが完全に溶融して軸受スリーブの形状を維持することができなくなる。以上より、焼結温度は、７５０℃以上、且つ、Ｃｕの融点以下に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、軸受スリーブの内周面の寸法変化を抑えることができるため、ラジアル方向の支持力の高い流体動圧軸受装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】軸受スリーブのサンプルのヤング率と内径寸法変化量との関係を示すグラフである。
【図２】スピンドルモータの断面図である。
【図３】流体動圧軸受装置の軸方向断面図である。
【図４】軸受スリーブの軸方向断面図である。
【図５】軸受スリーブの下面図である。
【図６】ハウジングと軸受スリーブとを固定する手順を示す断面図であり、（ａ）は加熱前、（ｂ）は加熱時（接着剤硬化時）、（ｃ）は冷却時の状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図２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の一構成例を示している。このスピンドルモータは、例えば２．５インチＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触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、流体動圧軸受装置１が取り付けられたブラケット６と、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に取り付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３に取り付けられる。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が相対回転し、これによりディスクハブ３、ディスクＤ、および軸部材２が一体となって回転する。
【００２２】
流体動圧軸受装置１は、図３に示すように、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入した軸受スリーブ８と、軸方向両側に開口した筒状をなし、内周面７ａに軸受スリーブ８が固定されたハウジング７と、ハウジング７の軸方向一方の開口部に設けられたシール部９と、ハウジング７の軸方向他方の開口部を閉塞する蓋部材１０とで構成される。尚、説明の便宜上、軸方向でハウジング７が開口している側を上側、蓋部材１０で閉塞されている側を下側として説明を進める。
【００２３】
軸部材２は、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸径（直径）が２〜４ｍｍの軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。軸部２ａの外周面２ａ１には、他の部分よりも若干小径な逃げ部２ａ２が形成される。軸部材２は、全体を金属で形成する他、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）を樹脂で構成することにより、金属と樹脂のハイブリッド構造とすることもできる。
【００２４】
軸受スリーブ８は、金属粉末の圧縮成形体を焼結して得られる焼結金属で構成される。軸受スリーブ８の材料は、例えばＣｕ、又はＦｅ系金属、あるいはこれらの双方を含む。本実施形態の軸受スリーブ８は、ＣｕとＳＵＳ（ステンレス鋼）を含む材料で形成され、ＳＵＳがＣｕよりも多く配合されている。このように、軸受スリーブ８の材料がＳＵＳを含むことにより、軸受面（内周面８ａ及び下側端面８ｃ）にＳＵＳを露出させることができ、これにより軸部材２との摺動に対する耐摩耗性を高めることができる。
【００２５】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル軸受隙間の流体膜に動圧作用を積極的に発生させるラジアル動圧発生部が形成される。本実施形態では、図４に示すように、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８ａ１・８ａ２が軸方向に離隔した２箇所の領域に形成される。具体的には、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所の領域に、内径に僅かに突出したヘリングボーン形状の丘部８ａ１０・８ａ２０（図４にクロスハッチングで示す）が形成される。丘部８ａ１０・８ａ２０は、各々の軸方向略中央部に形成された環状部８ａ１１・８ａ２１と、環状部８ａ１１・８ａ２１から軸方向両側に延びた傾斜部８ａ１２・８ａ２２とからなり、傾斜部８ａ１２・８ａ２２の径方向間に動圧溝８ａ１・８ａ２が形成される。本実施形態では、上側の動圧溝８ａ１は、軸受内部における潤滑油の循環を意図的に作り出す目的で、軸方向非対称に形成される。具体的には、動圧溝８ａ１のうち、丘部８ａ１０の環状部８ａ１１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よりも大きくなるように形成されている。一方、下側の動圧溝８ａ２は軸方向対称な形状に形成されている。
【００２６】
軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、スラスト動圧発生部として、例えば図５に示すようなスパイラル形状の動圧溝８ｃ１が形成される。具体的には、軸受スリーブ８の下側端面８ｃに下方に僅かに突出したスパイラル形状の丘部８ｃ１０が形成され、この丘部８ｃ１０の間に動圧溝８ｃ１が形成される。
【００２７】
軸受スリーブ８の外周面８ｄには、図４及び図５に示すように、任意の本数（例えば３本）の軸方向溝８ｄ１が軸方向全長に亙って形成され、軸受スリーブ８の上側端面８ｂには、任意の本数（例えば３本）の径方向溝８ｂ１が形成される。流体動圧軸受装置１を組み立てた状態では、図３に示すように、軸受スリーブ８の軸方向溝８ｄ１及び径方向溝８ｂ１が潤滑油を軸受内部で循環させるための循環経路の一部を構成する。
【００２８】
軸受スリーブ８の密度は８０〜９５％の範囲内に設定され、且つ、軸受スリーブ８のヤング率は７０ＧＰａ以上に設定される。これにより、軸受スリーブ８の内径寸法変化を抑えることができるため、ラジアル軸受隙間の隙間幅が高精度に設定され、優れたラジアル方向の支持力を得ることができる。
【００２９】
また、軸受スリーブ８のヤング率が高すぎると、軸受スリーブ８の成形性が悪くなり、所望の寸法精度が得られない恐れがある。特に、上記のように軸受スリーブ８に動圧発生部（動圧溝８ａ１、８ａ２、８ｃ１）を形成する場合、ヤング率をむやみに高くすると動圧発生部の成形精度が悪化し、動圧作用が低下する恐れがある。従って、ヤング率は１５０ＧＰａ以下（圧環強度では約１５００Ｎ／ｍｍ2以下）に設定することが好ましい。
【００３０】
ハウジング７は、図３に示すように、軸方向両側に開口した円筒状を成し、例えば金属材料で形成され、本実施形態では真ちゅうで形成される。ハウジング７は金属製に限らず、樹脂材料で形成してもよい。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、隙間接着、圧入、圧入接着等の適宜の手段により固定され、本実施形態では隙間接着により固定される。
【００３１】
蓋部材１０は、例えば金属材料で形成され、ハウジング７の下端開口部に接着、圧入、圧入接着、溶着等の適宜の手段で固定される。蓋部材１０の上側端面１０ａには、動圧発生部として、例えばスパイラル形状の動圧溝が形成される（図示省略）。
【００３２】
シール部９は、例えば樹脂材料で環状に形成され、ハウジング７の内周面７ａの上端部に接着、圧入、圧入接着、溶着等の適宜の手段で固定される。シール部９の下面９ｂは、軸受スリーブ８の上側端面８ｂに当接している。シール部９の内周面９ａは、下方へ向けて漸次縮径したテーパ状に形成される。このテーパ状内周面９ａと軸部２ａの円筒面状外周面２ａ１との間に、下方へ向けて半径方向寸法を漸次縮小した楔状のシール空間Ｓを形成し、このシール空間Ｓの毛細管力で潤滑油を保持する毛細管シールを構成する。シール空間Ｓの容積は、軸受装置の使用温度範囲内において、軸受装置の内部に保持された潤滑油の熱膨張量よりも大きくなるように設定され、これにより、軸受装置の使用温度範囲内では、潤滑油がシール空間Ｓから漏れ出すことはなく、油面が常時シール空間Ｓ内に保持される。
【００３３】
軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、ラジアル動圧発生部（軸受スリーブ８の内周面８ａの動圧溝８ａ１・８ａ２、図４参照）により、このラジアル軸受隙間に形成された流体膜（油膜）の圧力が高められ、この動圧作用により、軸部材２の軸部２ａ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が構成される（図３参照）。
【００３４】
これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｃと軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び蓋部材１０の上側端面１０ａと軸部材のフランジ部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、スラスト動圧発生部（軸受スリーブ８の下側端面８ｃの動圧溝８ｃ１（図５参照）、及び蓋部材１０の上側端面１０ａの動圧溝）により、上記各スラスト軸受隙間に形成された流体膜（油膜）の圧力が高められ、この動圧作用により、軸部材２のフランジ部２ｂ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及び第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される（図３参照）。
【００３５】
以下、流体動圧軸受装置１の製造工程を、軸受スリーブ８の製造工程、及び軸受スリーブ８とハウジング７との組付工程を中心に説明する。
【００３６】
軸受スリーブ８は、圧縮成形工程、焼結工程、及びサイジング工程を経て製造される。圧縮成形工程は、軸受スリーブの材料となる混合金属粉末を金型で圧縮成形することにより行われる。混合金属粉末は、例えばＣｕ粉末、Ｃｕ―Ｆｅ合金粉末、Ｆｅ系金属粉末等を含み、本実施形態では、Ｃｕ粉末及びＳＵＳ粉末を含む混合金属粉末を使用している。このように、混合金属粉末が比較的柔らかいＣｕ粉末を含むことにより、圧縮成形及び後述のサイジング工程における成形性を高めることができる。
【００３７】
焼結工程では、圧縮成形工程で成形された圧縮成形体を所定温度で焼結する。このときの焼結温度は、金属粉末同士が結合可能な温度、具体的には７５０℃以上に設定される。特に、本実施形態のように、軸受スリーブ８を構成する金属粉末がＳＵＳ粉末を含む場合、ＳＵＳ粉末表面の酸化被膜により焼結による金属粉末間の結合力が不足する恐れがあるため、なるべく高温（例えば９５０℃以上）で焼結することが好ましい。一方、焼結温度が金属粉末の融点を超えると、軸受スリーブ８の形状を維持することができないため、金属粉末の融点以下、本実施形態ではＣｕの融点（１０８４℃）以下とする必要がある。
【００３８】
サイジング工程では、焼結工程を経た圧縮成形体（以下、焼結体）が、サイジング金型により所定寸法に矯正される。サイジング金型には、軸受スリーブ８に動圧発生部（動圧溝８ａ１、８ａ２、８ｃ１）を成形するための成形型が設けられ、サイジングと同時に成形型でプレス加工することにより、焼結体のサイジング及び動圧発生部の成形が同一工程内で行われる。
【００３９】
以上のようにして形成された軸受スリーブ８は、密度が８０〜９５％の範囲内であり、且つ、ヤング率が７０ＧＰａ以上である。言い換えると、これらの条件を充たすように、金属粉末の粒径、圧縮成形工程における圧縮率、焼結工程における焼結温度及び焼結時間、サイジング工程における圧縮率等の条件を設定する。
【００４０】
こうして形成された軸受スリーブ８が、ハウジング７の内周面７ａに固定される。本実施形態では、両者が隙間接着、特に熱硬化性接着剤を用いた隙間接着により固定される。具体的には、熱硬化性接着剤をハウジング７の内周面７ａに塗布し、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入する。そして、ハウジング７の内周面７ａの所定位置に軸受スリーブ８を位置決めした状態で、ハウジング７及び軸受スリーブ８を共に加熱し、接着剤を硬化させた後、常温に冷却することで固定が完了する。
【００４１】
ハウジング７と軸受スリーブ８との固定工程において、熱硬化性接着剤を硬化させる際の加熱により、以下のような不具合が生じる恐れがある。すなわち、図６（ａ）に示すように、ハウジング７の内周面７ａと軸受スリーブ８の外周面８ｄとの径方向隙間δ1に熱硬化性接着剤Ｇを介在させた状態で加熱すると、ハウジング７及び軸受スリーブ８が共に熱膨張する。特に、本実施形態のように、ハウジング７を真ちゅうで形成し、軸受スリーブ８をＣｕ及びＳＵＳを含む焼結金属で形成すると、ハウジング７の線膨張係数が軸受スリーブ８の線膨張係数よりも大きくなる。具体的には、真ちゅうの線膨張係数は１９×１０-6／℃程度であるのに対し、上記材料で形成した焼結金属の線膨張係数は１３×１０-6／℃程度である。このような線膨張係数の差があることから、加熱時には、ハウジング７と軸受スリーブ８との間の径方向隙間δ2が加熱前の隙間δ1より大きくなり（δ2＞δ1、図６（ｂ）参照）、この状態で径方向隙間δ2に介在した熱硬化性接着剤Ｇが硬化する。
【００４２】
その後、ハウジング７及び軸受スリーブ８が冷却されると、図６（ｃ）に示すように、ハウジング７が熱収縮して内周面７ａが縮径する。このとき、接着剤Ｇは既に硬化しているため、径方向隙間δ2の大きさは変わらず、ハウジング７の内周面７ａの縮径により、硬化した接着剤Ｇを介して軸受スリーブ８が内径向きに圧迫される。特に、本実施形態のようにハウジング７を金属材料（真ちゅう）で形成する場合、ハウジング７のヤング率が比較的高いため（約１００ＧＰａ）、ハウジング７の収縮により軸受スリーブ８が受ける圧迫力が比較的大きくなる。本発明によれば、上記のように軸受スリーブ８の密度を８０％以上に高め、且つ、ヤング率を７０ＧＰａ以上としているため、このような圧迫力に対抗する十分な強度を有し、軸受スリーブ８の変形、特に内周面８ａの変形を抑えることができる。
【００４３】
ここでは、ハウジング７と軸受スリーブ８とが熱硬化性接着剤により固定される場合を示しているが、他の固定方法、例えば両者を圧入固定する際にも軸受スリーブ８の内周面８ａが変形する恐れがあるため、上記のように軸受スリーブ８の密度及びヤング率を高めることが有効となる。
【００４４】
また、本実施形態のように、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータに使用される流体動圧軸受装置の場合、軸部材２は超高速で回転するため、軸部材２と軸受スリーブ８との間の流体膜に生じる圧力も非常に大きくなる。このような流体膜の圧力が軸受スリーブ８に加わることにより、軸受スリーブ８に微小な弾性変形が生じ、回転する軸部材２に振動が発生する恐れがある。上記のように、軸受スリーブ８のヤング率が７０ＧＰａ以上であることにより、流体膜の圧力による軸受スリーブ８の微小変形を抑え、軸部材２の振動の発生を防止することができる。
【００４５】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば上記の実施形態では、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。あるいは、軸受スリーブ８の内周面８ａや下側端面８ｃ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の上側端面２ｂ１）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。
【００４６】
また、上記の実施形態では、本発明の流体動圧軸受装置が、ＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータに適用された場合を示しているが、これに限らず、軸径が２〜４ｍｍの軸部材の相対回転を支持する用途であれば、他の用途に適用することが有効となる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
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
１０ 蓋部材
Ｄ ディスク
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】
軸径が２〜４ｍｍの軸部材と、内周に軸部材が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブが固定されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の流体膜で軸部材を相対回転自在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であって、
軸受スリーブの密度が真密度に対して８０〜９５％の範囲であり、且つ、軸受スリーブのヤング率が７０ＧＰａ以上である流体動圧軸受装置。
【請求項２】
軸受スリーブの圧環強度が６００Ｎ／ｍｍ2以上である請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
ハウジングが金属製である請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
軸受スリーブの内周面に動圧発生部が形成された請求項１〜３の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記動圧発生部が、成形型によるプレス加工で形成された請求項４記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
軸受スリーブの材料がＣｕを含む請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
軸受スリーブの材料がＦｅ系金属を含む請求項１〜６の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
軸受スリーブの材料がＣｕ及びＦｅ系金属を含み、ＣｕよりＦｅ系金属材料の配合量が多い請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
軸受スリーブの焼結温度が、７５０℃以上、Ｃｕの融点以下である請求項６又は８に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
軸径が２〜４ｍｍの軸部材を支持するための焼結金属製の軸受スリーブであって、密度が真密度に対して８０〜９５％の範囲であり、且つ、ヤング率が７０ＧＰａ以上である軸受スリーブ。
【請求項１】
軸径が２〜４ｍｍの軸部材と、内周に軸部材が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、内周面に軸受スリーブが固定されたハウジングと、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間の流体膜で軸部材を相対回転自在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であって、
軸受スリーブの密度が真密度に対して８０〜９５％の範囲であり、且つ、軸受スリーブのヤング率が７０ＧＰａ以上である流体動圧軸受装置。
【請求項２】
軸受スリーブの圧環強度が６００Ｎ／ｍｍ2以上である請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
ハウジングが金属製である請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
軸受スリーブの内周面に動圧発生部が形成された請求項１〜３の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記動圧発生部が、成形型によるプレス加工で形成された請求項４記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
軸受スリーブの材料がＣｕを含む請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
軸受スリーブの材料がＦｅ系金属を含む請求項１〜６の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
軸受スリーブの材料がＣｕ及びＦｅ系金属を含み、ＣｕよりＦｅ系金属材料の配合量が多い請求項１〜５の何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項９】
軸受スリーブの焼結温度が、７５０℃以上、Ｃｕの融点以下である請求項６又は８に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１０】
軸径が２〜４ｍｍの軸部材を支持するための焼結金属製の軸受スリーブであって、密度が真密度に対して８０〜９５％の範囲であり、且つ、ヤング率が７０ＧＰａ以上である軸受スリーブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７４９４９（Ｐ２０１１−７４９４９Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２４６０３（Ｐ２００９−２２４６０３）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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