流体動圧軸受装置
【課題】製造コストが低く、且つ、軸受剛性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８の内周面８ａ及び下側端面８ｂを、動圧発生部の無い平滑な円筒面あるいは平坦面とすることで、軸受スリーブ８の製造工程において動圧発生部の成形工程を省略し、型費を大幅に低減することができる。また、軸受スリーブ８の内周面８ａを円筒面とすることで、ラジアル動圧発生部は軸部２ａの外周面２ａ１に形成されるが、軸部２ａの外周面２ａ１へは工具がアクセスしやすいため、簡易且つ精度良くラジアル動圧発生部が形成され、ラジアル軸受隙間の精度の向上により軸受剛性が高められる。
【解決手段】焼結金属製の軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂを、動圧発生部の無い平滑な円筒面あるいは平坦面とすることで、軸受スリーブ８の製造工程において動圧発生部の成形工程を省略し、型費を大幅に低減することができる。また、軸受スリーブ８の内周面８ａを円筒面とすることで、ラジアル動圧発生部は軸部２ａの外周面２ａ１に形成されるが、軸部２ａの外周面２ａ１へは工具がアクセスしやすいため、簡易且つ精度良くラジアル動圧発生部が形成され、ラジアル軸受隙間の精度の向上により軸受剛性が高められる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により、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】
流体動圧軸受装置は、優れた回転精度および静粛性を有するため、例えば、各種ディスク駆動装置（ＨＤＤの磁気ディスク駆動装置や、ＣＤ−ＲＯＭ等の光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、あるいはプロジェクタのカラーホイー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に示されている流体動圧軸受装置は、軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に軸部が挿入された焼結金属製の軸受スリーブとを有し、軸部材の回転に伴って、軸部の外周面と軸受スリーブの内周面との間にラジアル軸受隙間が形成されると共に、フランジ部の一端面とこれに対向する軸受スリーブの一端面との間にスラスト軸受隙間が形成される。軸受スリーブの内周面には、ラジアル軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部（動圧溝）が形成され、軸受スリーブの一端面には、スラスト軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部（動圧溝）が形成される。
【０００４】
特許文献２には、焼結金属製の軸受スリーブの内周面に動圧溝を形成する方法が示されている。この方法では、金属粉の圧粉体を焼成して得られた円筒形状の焼結金属素材に対してサイジング及び回転サイジングを施した後、この焼結金属素材の内周面に動圧溝が成形される。具体的には、動圧溝を成形するための溝型を有する成形ピンを焼結金属素材の内周に挿入し、焼結金属素材を上パンチ及び下パンチで軸方向両側から拘束した状態で、焼結金属素材の外周面をダイに圧入して圧迫力を加え、その内周面を溝型に押し付けて塑性変形させることにより、焼結金属素材の内周面に動圧溝が形成される。また、上記の上パンチあるいは下パンチにも溝型を設け、この溝型に焼結金属素材の一端面を押し付ければ、軸受スリーブの内周面に動圧溝を成形すると同時に、軸受スリーブの一端面にも動圧溝を成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５００９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１９０３４４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６５１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の溝成形工程では、焼結金属素材の内周に挿入される成形ピンや、上パンチあるいは下パンチに、極めて微細な形状からなる動圧溝と同形の溝型を設ける必要があるため、型費が高騰する。特に、成形ピンは、動圧溝を成形した後、軸受スリーブの内周に引き抜く必要があるが、このときに成形ピンの溝型と軸受スリーブの内周面の動圧溝とが軸方向で干渉することによって、溝型が摩耗しやすい。そのため、成形ピンを頻繁に交換する必要が生じて型費のさらなる高騰を招くおそれがある。
【０００７】
また、サイジング工程で軸受スリーブに動圧溝を成形すると、特許文献３に示されているように、溝型の凹部に焼結金属素材の材料が満たされず、動圧溝間の丘部の高さ（動圧溝の溝底面との径差）が軸方向両端で低くなる、いわゆる「ダレ」を生じる恐れがある。丘部の高さが低いと、丘部とこれに対向する面との間に形成される軸受隙間が広がるため、軸受隙間の潤滑流体の圧力が十分に高まらず、軸受剛性の低下を招く。特許文献３には、動圧溝領域と対向する平滑面を、その長さが動圧溝領域の長さよりも短くなるように段差でもって区画することで、軸受剛性の低下の防止を図っているが、この方法でも、動圧溝間の丘部のダレを無くすことができるわけではなく、軸受剛性の幾分の低下は避けられない。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、製造コストが低く、且つ、軸受剛性の高い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】
【０００９】
前記課題を解決するためになされた本発明は、軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に軸部が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、軸部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と、軸部の外周面に形成され、ラジアル軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、フランジ部の一端面とこれに対向する軸受スリーブの一端面との間に形成される第１のスラスト軸受隙間と、フランジ部の一端面に形成され、第１のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第１のスラスト動圧発生部とを備え、ラジアル軸受隙間及び第１のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置であって、軸受スリーブの内周面全面を平滑な円筒面で構成し、且つ、軸受スリーブの一端面全面を平坦面で構成したことを特徴とする。
【００１０】
このように、焼結金属製の軸受スリーブの内周面及び一端面を、動圧発生部の無い平滑な円筒面あるいは平坦面とすることで、軸受スリーブの製造工程において動圧発生部の成形工程（溝成形工程）を省略することができる。これにより、溝型を有する成形ピンやパンチ等の高価な金型が不要となると共に、焼結金属素材の動圧発生部と成形ピンの溝型との干渉による型の摩耗も生じないため、型費を大幅に低減することができる。また、軸受スリーブの内周面を円筒面とすることで、ラジアル動圧発生部は軸部の外周面に形成されるが、軸部の外周面へは成形型等の工具がアクセスしやすいため、簡易且つ精度良くラジアル動圧発生部を形成することができる。これにより、ラジアル軸受隙間の精度が向上し、軸受剛性が高められる。
【００１１】
上記の流体動圧軸受装置では、軸部の外周面のうち、軸方向に離隔した複数の領域にラジアル動圧発生部を形成すると共に、これらの軸方向間の領域に、ラジアル動圧発生部よりも小径な逃げ部を形成することができる。このように、軸部の外周面に逃げ部を形成することで、軸受スリーブの内周面を、逃げ部と対向する領域を含めて平滑な円筒面とすることができる。
【００１２】
フランジ部を焼結金属で形成すれば、第１のスラスト軸受隙間を介して対向するフランジ部と軸受スリーブとが何れも焼結金属で形成されるため、これらの面の表面開口から第１のスラスト軸受隙間に潤滑流体が供給されることにより潤滑性が高められる。このとき、軸受スリーブ及びフランジ部を同種の（すなわち主成分が同じ）焼結金属で形成すると、両者が凝着する恐れがあるため、これらの部材は主成分の異なる焼結金属で形成することが好ましい。例えば、軸受スリーブは動圧発生部が形成されない単純な形状であるため、耐摩耗性に優れた鉄系の焼結金属（鉄が５０ｍａｓｓ％以上含まれた焼結金属）で形成し、フランジ部はスラスト動圧発生部を有するため、加工性に優れた銅系の焼結金属（銅が５０ｍａｓｓ％以上含まれた焼結金属）で形成することが好ましい。
【００１３】
上記の流体動圧軸受装置は、例えば、内周面に軸受スリーブが固定された筒状の側部、及び、側部の一端開口部を閉塞する底部を備えたハウジングと、ハウジングの底部の端面とこれに対向するフランジ部の他端面との間に形成される第２のスラスト軸受隙間と、フランジ部の他端面に形成され、第２のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第２のスラスト動圧発生部とをさらに備え、ハウジングの底部の端面のうち、少なくとも第２のスラスト動圧発生部と対向する領域を平坦面とした構成とすることができる。これにより、ハウジングを動圧発生部の無い単純な形状とすることができ、例えば金属製のハウジングの場合、ハウジングの底部を成形するプレス金型に溝型を設ける必要がなくなるため、型費が低減できる。また、樹脂製のハウジングの場合、金型に溝型が設けられないことにより、キャビティ内における溶融樹脂の流動性が高められる。これにより、ハウジング成形用の樹脂材料の選択の幅が広がり、例えば流動性よりも強度を重視した樹脂材料を選択することができる。
【００１４】
ラジアル動圧発生部は、例えば転造加工で形成することができる。このとき、熱処理を施した後の高硬度の軸素材の外周面に転造加工を施せば、転造加工による軸素材の外周面の肉盛がほとんど生じないため、精度の良いラジアル動圧発生部を得ることができる。
【００１５】
ラジアル動圧発生部の最外径面を研削加工面とすれば、この面の精度を高めることができるため、軸受スリーブの円筒面状内周面との間に形成されるのラジアル軸受隙間が高精度に設定されて軸受剛性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、製造コストが低く、且つ、軸受剛性の高い流体動圧軸受装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＨＤＤ用スピンドルモータの断面図である。
【図２】上記スピンドルモータに組み込まれた本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】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４】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１が組み込まれたスピンドルモータを示す。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、軸部材２を回転自在に支持する流体動圧軸受装置１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、ディスクＤが所定の枚数（図示例では２枚）搭載される。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、これにより軸部材２、ディスクハブ３、及びディスクＤが一体となって回転する。
【００２０】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と、内周に軸部材２が挿入された軸受スリーブ８と、内周面に軸受スリーブ８が固定された有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に設けられたシール部９とを備える。本実施形態では、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとが別体に形成されると共に、ハウジング７の側部７ａとシール部９とが一体に設けられる。尚、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、閉塞側を下側とする。
【００２１】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備える。図示例では、軸部２ａとフランジ部２ｂとが別体に形成される。軸部２ａは、金属材料、例えばステンレス鋼等の溶製材で略ストレートな軸状に形成される。軸部２ａの外周面２ａ１にはラジアル軸受面が形成され、図示例では、外周面２ａ１の軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が形成される。ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２には、ラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝Ｇ１，Ｇ２が形成される（図中クロスハッチングで示す）。上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝Ｇ１は軸方向非対称に形成され、具体的には、軸方向中間部に形成された折り返し部よりも上側の領域の軸方向寸法が下側の領域の軸方向寸法よりも大きくなっている。下側のラジアル軸受面Ａ２の動圧溝Ｇ２は軸方向対称に形成される。
【００２２】
ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の軸方向間には、動圧溝Ｇ１，Ｇ２よりも小径な逃げ部２ａ２が形成される。上側のラジアル軸受面Ａ１の上方には円筒面２ａ３が設けられる。図示例では、円筒面２ａ３と、動圧溝Ｇ１の円周方向間に設けられた複数の丘部Ｇ１’とが面一に連続している。円筒面２ａ３は、シール部９の内周面９ａと径方向で対向し、シール空間Ｓを形成するシール面として機能する。下側のラジアル軸受面Ａ２の下方には円筒面２ａ４が設けられる。図示例では、円筒面２ａ４と、動圧溝Ｇ２の円周方向間に設けられた複数の丘部Ｇ２’とが面一に連続している。円筒面２ａ４は、フランジ部２ｂの内周面２ｂ３が固定される固定面として機能する。円筒面２ａ４には凹部が形成され、図示例では円筒面２ａ４の全周にわたって連続した環状溝２ａ５が形成される。環状溝２ａ５には、フランジ部２ｂの一部が入り込んでいる。
【００２３】
軸部２ａは、（１）旋削又は鍛造により軸素材を形成する工程、（２）軸素材に熱処理（焼入れ）を施す工程、（３）熱処理後の軸素材の外周面を粗研削する工程、（４）粗研削された軸素材の外周面に転造加工により動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形する工程とを順に経て製作される。このように、熱処理により硬度を高くした（例えばＨｖ４５０以上とした）軸素材に対して転造加工で動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形することで、転造による軸素材外周面の肉盛がほとんど生じず、精度の良い動圧溝Ｇ１，Ｇ２（丘部Ｇ１’，Ｇ２’）を成形することができる。また、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の最外径面となる丘部Ｇ１’，Ｇ２’の外径面が粗研削により高精度に仕上げられた研削加工面となるため、精度の良いラジアル軸受隙間を形成することができる。尚、必要に応じて、動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形した後、軸部２ａの外周面２ａ１（特に丘部Ｇ１’，Ｇ２’の外径面）に仕上げ研削を施しても良い。
【００２４】
フランジ部２ｂは、金属材料、例えば焼結金属、特に銅系の焼結金属でリング状に形成される。本実施形態では、例えば銅６０ｍａｓｓ％、及び鉄又はステンレス鋼４０ｍａｓｓ％からなり、密度が７．３〜８．０ｇ／ｃｍ３の範囲内に設定された焼結金属でフランジ部２ｂが構成される。フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１には、第１のスラスト動圧発生部として、例えばポンプインタイプのスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が形成される（図示省略）。また、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２には、第２のスラスト動圧発生部として、例えばポンプインタイプのスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が形成される（図示省略）。
【００２５】
フランジ部２ｂの内周面２ｂ３は、軸部２ａの下端の円筒面２ａ４に固定される。本実施形態では、金属粉末の圧粉体を焼成して得られる環状の焼結金属素材にサイジングを施した後、この焼結金属素材を軸部２ａの円筒面２ａ４に嵌合（好ましくは軽圧入）した状態で、動圧溝を成形するための溝型が設けられた上パンチ及び下パンチ（図示省略）で焼結金属素材を上下から圧迫する。これにより、焼結金属素材の両端面に上下パンチの溝型が押し付けられて動圧溝が成形されると同時に、焼結金属素材の内周面が縮径して軸部２ａの円筒面２ａ４に押し付けられ、フランジ部２ｂが軸部２ａの外周面２ａ４に固定される。このとき、フランジ部２ｂの一部を軸部２ａの環状溝２ａ５に入り込ませることにより、フランジ部２ｂと軸部２ａとの固定力、特に軸方向の抜き耐力を高めることができる。尚、フランジ部２ｂと軸部２ａとの固定方法は上記に限らず、例えば圧入、接着、溶接、溶着などを採用してもよい。また、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２に動圧溝を成形した後に、軸部２ａに固定してもよい。
【００２６】
軸受スリーブ８は、焼結金属、例えば鉄系の焼結金属で略円筒状に形成される。本実施形態では、鉄７０〜９０ｍａｓｓ％及び銅３０〜１０ｍａｓｓ％からなり、密度が７．０〜７．６ｇ／ｃｍ３の範囲内に設定された焼結金属で軸受スリーブ８が構成される。軸受スリーブ８の内周面８ａの全面（すなわち軸受スリーブ８の上端の内周チャンファ８ｅと下端の内周チャンファ８ｆとの軸方向間の全領域）は、平滑な円筒面で構成される。すなわち、軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル動圧発生部や逃げ部が形成されておらず、同一径の円筒面となっている。この円筒面状の内周面８ａが、軸部２ａの外周面２ａ１のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２及び逃げ部２ａ２と径方向に対向する。
【００２７】
軸受スリーブ８の下側端面８ｂの全面（すなわち軸受スリーブ８の下端の内周チャンファ８ｆと外周チャンファ８ｇとの径方向間の全領域）は、スラスト動圧発生部などの凹凸の無い平坦面で構成される。この下側端面８ｂが、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸方向に対向する。尚、軸受スリーブ８の内周面８ａはラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面として機能し、軸受スリーブ８の下側端面８ｂは第１のスラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面として機能する。このため、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂは、それぞれの面精度を高めるだけでなく、これらの面の間の直角度を高める必要があり、具体的には、例えば内周面８ａと下側端面８ｂとの間の直角度を３μｍ以下に設定することが好ましい。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂの表面開孔率が大きいと、ラジアル軸受隙間及び第１のスラスト軸受隙間の潤滑油が表面開孔から軸受スリーブ８の内部に抜けて油膜の圧力が十分に高まらない恐れがあるため、内周面８ａ及び下側端面８ｂの表面開孔率は例えば１０％以下に設定することが好ましい。
【００２８】
軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、径方向中間部に環状溝８ｃ１が設けられると共に、この環状溝８ｃ１と内周チャンファ８ｅとを連通する径方向溝８ｃ２が設けられる。径方向溝８ｃ２の本数は任意であり、例えば３本の径方向溝８ｃ２が円周方向等間隔に配される。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向全長にわたって軸方向溝８ｄ１が形成される。軸方向溝８ｄ１の本数は任意であり、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に配される。
【００２９】
軸受スリーブ８は、金属粉末の圧粉体を焼成して得られた焼結金属素材にサイジングを施すことにより製造される。上記のように、軸受スリーブ８には動圧発生部が形成されないため、動圧発生部の成形工程を省略でき、型費の大幅な低減が図られる。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂを平滑な円筒面及び平坦面という単純な形状とすることで、これらの面の寸法精度を高めることができる。特に、サイジング工程で動圧発生部を成形するためには焼結金属素材に高い圧力を加える必要があるため、加工代が大きくなり、サイジング後の軸受スリーブ８の寸法精度のばらつきが大きくなるが、上記のように軸受スリーブ８に動圧発生部を形成しないことにより、サイジング工程で焼結金属素材に加わる圧力を低減し、軸受スリーブ８の寸法精度のばらつきを小さくすることができる。
【００３０】
ハウジング７は、内周面に軸受スリーブ８が固定された筒状の側部７ａと、側部７ａの下端を閉塞する底部７ｂとを有する。本実施形態では、側部７ａは金属材料の切削加工により形成され、底部７ｂは金属材料のプレス成形により形成される。
【００３１】
ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１には、軸受スリーブ８の外周面８ｄが接着や圧入により固定される。側部７ａの内周面７ａ１の下端には、他の領域よりも大径な固定面７ａ２が設けられる。側部７ａの上端には、内径に突出したシール部９が一体に設けられる。シール部９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ面状に形成され、軸部２ａの円筒面２ａ３との間に下方へ向けて径方向寸法を漸次縮小したシール空間Ｓが形成される。このシール空間Ｓの毛細管力により潤滑油が下方に引き込まれ、潤滑油の外部への漏れ出しが防止される。ハウジング７の内部空間に充満した潤滑油の油面は、常にシール空間Ｓの範囲内に維持される。すなわち、シール空間Ｓは、潤滑油の温度変化に伴う体積変化を吸収できる容積を有する。
【００３２】
ハウジング７の底部７ｂは、側部７ａの固定面７ａ２に圧入、接着、あるいはこれらの併用により固定される。底部７ｂの上側端面７ｂ１は、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に形成された第２のスラスト動圧発生部と軸方向に対向し、少なくとも第２のスラスト動圧発生部と対向する領域（スラスト軸受面）が平坦面で構成される。図示例では、底部７ｂの上側端面７ｂ１に、環状の平坦面で構成されたスラスト軸受面７ｂ１１と、その内径側に設けられ、スラスト軸受面７ｂ１１よりも一段下がった平坦な逃げ部７ｂ１２とが設けられる。
【００３３】
上記の部材を組み立てた後、軸受スリーブ８及びフランジ部２ｂの内部気孔を含めたハウジング７の内部の空間に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。このとき、油面はシール空間Ｓの内部に保持される。尚、ハウジング７の内部に満たされる油量が多いと温度変化に伴う潤滑油の体積変化が大きくなるため、シール空間Ｓを大きくする必要があり、流体動圧軸受装置１の大型化を招く。従って、ハウジング７の内部に満たされる油量は少ない方が好ましい。本発明に係る流体動圧軸受装置１では、上記のように軸受スリーブ８に動圧発生部が形成されないため、動圧発生部の成形性を考慮して焼結金属の密度を低くする必要はなく、軸受スリーブ８の焼結金属を、従来の動圧溝付きの軸受スリーブよりも高密度（例えば７．０ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは７．２ｇ／ｃｍ３以上）まで高めることができる。これにより、軸受スリーブ８の内部に含浸される油量の低減によるシール空間Ｓの縮小、軸受スリーブ８の耐摩耗性の向上、及び軸受スリーブ８自体の剛性の向上を図ることができる。一方、フランジ部２ｂには、第１及び第２のスラスト動圧発生部としての動圧溝が設けられるため、動圧溝を成形可能な範囲内で焼結金属の密度をできるだけ高くすることが好ましい。
【００３４】
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２ａのラジアル軸受面Ａ１，Ａ２との間にラジアル軸受隙間が形成され、動圧溝Ｇ１，Ｇ２によりラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められる。この圧力（動圧作用）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が構成される。
【００３５】
これと同時に、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の下側端面８ｂとの間に第１のスラスト軸受隙間が形成されると共に、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との間に第２のスラスト軸受隙間が形成され、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１及び下側端面２ｂ２の動圧溝により各スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められる。この圧力（動圧作用）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スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２が構成される。
【００３６】
このとき、軸受スリーブ８の外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１及び上側端面８ｃの径方向溝８ｃ２等により、フランジ部２ｂの外径側の空間とシール空間Ｓとが連通され、フランジ部２ｂの外径側の空間における負圧の発生を防止できる。特に本実施形態では、図２に示すように、軸部２ａの外周面２ａ１に形成された上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝Ｇ１が軸方向非対称な形状に形成されているため、軸部材２の回転に伴ってラジアル軸受隙間の潤滑油が下方に押し込まれる。これにより、潤滑油が、ラジアル軸受隙間（Ｒ１，Ｒ２）→第１のスラスト軸受隙間（Ｔ１）→軸方向溝８ｄ１→径方向溝８ｃ２という経路を介して循環するため、局部的な負圧の発生を確実に防止できる。
【００３７】
上記のように、軸受スリーブ８の内周面８ａ全面を平滑な円筒面で構成することで、内周面８ａの成形精度が高められる。また、軸部２ａの外周面２ａ１のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２に形成される動圧溝Ｇ１，Ｇ２は焼入れ後の軸素材への転造加工により精度良く成形される。以上により、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２ａの外周面２ａ１のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２との間に形成されるラジアル軸受隙間を精度良く設定することが可能となるため、軸受剛性を高めることができる。また、上側のラジアル軸受部Ｒ１におけるラジアル軸受隙間の大きさと下側のラジアル軸受部Ｒ２におけるラジアル軸受隙間の大きさとを均一にすることができるため、潤滑油に望まない方向の循環（図示例では、ラジアル軸受隙間を上向きに流動する循環）が生じにくくなる。従って、潤滑油を強制的に循環させるための動圧溝Ｇ１のアンバランス量を小さくすることができ、具体的には、動圧溝Ｇ１の上側の傾斜溝を短くすることができる。これにより、動圧溝Ｇ１の上側の傾斜溝を短くした分だけ動圧溝Ｇ１を上方に移動させることができ、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の軸方向間隔（軸受スパン）を拡大して軸受剛性をさらに高めることができる。あるいは、動圧溝Ｇ１の上側の傾斜溝を短くした分だけ、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を縮小して小型化を図ることができる。
【００３８】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３９】
図３に示す流体動圧軸受装置１０は、ハウジング７の側部７ａとシール部９とが別体に形成されると共に、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとが樹脂で一体成形されている点で、上記実施形態の流体動圧軸受装置１と異なる。シール部９は、金属材料又は樹脂材料で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１に接着や圧入等により固定される。ハウジング７には、上記実施形態と同様に動圧溝は形成されないため、ハウジング７を成形する金型には溝型が形成されない。従って、ハウジング７の樹脂材料には、超微細な形状を有する溝型の細部まで行き渡らせるような高い流動性は要求されないため、例えば流動性よりも強度を重視したものを選択することができる。
【００４０】
図４に示す流体動圧軸受装置２０は、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２が動圧発生部の無い平坦面で構成されると共に、ディスクハブ３の下側端面３ａにスラスト動圧発生部（図氏省略）が形成される。軸部材２が回転すると、ディスクハブ３の下側端面３ａと軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間に第２のスラスト軸受隙間が形成され、ディスクハブ３に形成されたスラスト動圧発生部により第２のスラスト軸受隙間の潤滑油の圧力が高められ、これによりスラスト軸受部Ｔ２が形成される。また、ハウジング７の外周面には、下方に向けて漸次縮径したテーパ面７ａ３が形成され、このテーパ面７ａ３とディスクハブ３の円筒面状内周面３ｂとの間にシール空間Ｓが形成される。
【００４１】
また、上記の実施形態では、軸部２ａの外周面２ａ１に形成されるラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状に配列した動圧溝Ｇ１，Ｇ２を示したが、これに限らず、例えばスパイラル形状に配列した動圧溝や、軸方向溝、あるいは多円弧面で、ラジアル動圧発生部を構成してもよい。
【００４２】
また、上記の実施形態では、上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝領域を軸方向非対称な形状とし、ラジアル軸受隙間の潤滑油を強制的に循環させる場合を示したが、このような強制的な循環が必要なければ、上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝領域を軸方向対称な形状としてもよい。
【００４３】
また、上記の実施形態では、軸部２ａの外周面２ａ１の軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａ１，Ａ２を形成した場合を示したが、これに限らず、ラジアル軸受面を１箇所のみに形成したり、２箇所のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２を軸方向で隣接させたりしてもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、フランジ部２ｂに形成されるスラスト動圧発生部としてスパイラル形状に配列した動圧溝を示したが、これに限らず、例えばヘリングボーン形状に配列した動圧溝を採用してもよい。
【００４５】
また、上記の実施形態では、潤滑流体が潤滑油である場合を示しているが、これに限らず、例えば磁性流体や空気等の流体を使用することも可能である。
【００４６】
また、上記の実施形態では軸部材２を回転させているが、これに限らず、軸部材２を固定し、軸受スリーブ８側を回転させる軸固定タイプとしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
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
７ａ 側部
７ｂ 底部
８ 軸受スリーブ
９ シール部
Ａ１，Ａ２ ラジアル軸受面
Ｄ ディスク
Ｇ１，Ｇ２ 動圧溝
Ｇ１’，Ｇ２’丘部
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、ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により、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】
流体動圧軸受装置は、優れた回転精度および静粛性を有するため、例えば、各種ディスク駆動装置（ＨＤＤの磁気ディスク駆動装置や、ＣＤ−ＲＯＭ等の光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、あるいはプロジェクタのカラーホイー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に示されている流体動圧軸受装置は、軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に軸部が挿入された焼結金属製の軸受スリーブとを有し、軸部材の回転に伴って、軸部の外周面と軸受スリーブの内周面との間にラジアル軸受隙間が形成されると共に、フランジ部の一端面とこれに対向する軸受スリーブの一端面との間にスラスト軸受隙間が形成される。軸受スリーブの内周面には、ラジアル軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部（動圧溝）が形成され、軸受スリーブの一端面には、スラスト軸受隙間の潤滑油に動圧作用を発生させるスラスト動圧発生部（動圧溝）が形成される。
【０００４】
特許文献２には、焼結金属製の軸受スリーブの内周面に動圧溝を形成する方法が示されている。この方法では、金属粉の圧粉体を焼成して得られた円筒形状の焼結金属素材に対してサイジング及び回転サイジングを施した後、この焼結金属素材の内周面に動圧溝が成形される。具体的には、動圧溝を成形するための溝型を有する成形ピンを焼結金属素材の内周に挿入し、焼結金属素材を上パンチ及び下パンチで軸方向両側から拘束した状態で、焼結金属素材の外周面をダイに圧入して圧迫力を加え、その内周面を溝型に押し付けて塑性変形させることにより、焼結金属素材の内周面に動圧溝が形成される。また、上記の上パンチあるいは下パンチにも溝型を設け、この溝型に焼結金属素材の一端面を押し付ければ、軸受スリーブの内周面に動圧溝を成形すると同時に、軸受スリーブの一端面にも動圧溝を成形することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５００９５号公報
【特許文献２】特開平１１−１９０３４４号公報
【特許文献３】特開２００５−２６５１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の溝成形工程では、焼結金属素材の内周に挿入される成形ピンや、上パンチあるいは下パンチに、極めて微細な形状からなる動圧溝と同形の溝型を設ける必要があるため、型費が高騰する。特に、成形ピンは、動圧溝を成形した後、軸受スリーブの内周に引き抜く必要があるが、このときに成形ピンの溝型と軸受スリーブの内周面の動圧溝とが軸方向で干渉することによって、溝型が摩耗しやすい。そのため、成形ピンを頻繁に交換する必要が生じて型費のさらなる高騰を招くおそれがある。
【０００７】
また、サイジング工程で軸受スリーブに動圧溝を成形すると、特許文献３に示されているように、溝型の凹部に焼結金属素材の材料が満たされず、動圧溝間の丘部の高さ（動圧溝の溝底面との径差）が軸方向両端で低くなる、いわゆる「ダレ」を生じる恐れがある。丘部の高さが低いと、丘部とこれに対向する面との間に形成される軸受隙間が広がるため、軸受隙間の潤滑流体の圧力が十分に高まらず、軸受剛性の低下を招く。特許文献３には、動圧溝領域と対向する平滑面を、その長さが動圧溝領域の長さよりも短くなるように段差でもって区画することで、軸受剛性の低下の防止を図っているが、この方法でも、動圧溝間の丘部のダレを無くすことができるわけではなく、軸受剛性の幾分の低下は避けられない。
【０００８】
本発明が解決すべき課題は、製造コストが低く、且つ、軸受剛性の高い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】
【０００９】
前記課題を解決するためになされた本発明は、軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に軸部が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、軸部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と、軸部の外周面に形成され、ラジアル軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、フランジ部の一端面とこれに対向する軸受スリーブの一端面との間に形成される第１のスラスト軸受隙間と、フランジ部の一端面に形成され、第１のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第１のスラスト動圧発生部とを備え、ラジアル軸受隙間及び第１のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置であって、軸受スリーブの内周面全面を平滑な円筒面で構成し、且つ、軸受スリーブの一端面全面を平坦面で構成したことを特徴とする。
【００１０】
このように、焼結金属製の軸受スリーブの内周面及び一端面を、動圧発生部の無い平滑な円筒面あるいは平坦面とすることで、軸受スリーブの製造工程において動圧発生部の成形工程（溝成形工程）を省略することができる。これにより、溝型を有する成形ピンやパンチ等の高価な金型が不要となると共に、焼結金属素材の動圧発生部と成形ピンの溝型との干渉による型の摩耗も生じないため、型費を大幅に低減することができる。また、軸受スリーブの内周面を円筒面とすることで、ラジアル動圧発生部は軸部の外周面に形成されるが、軸部の外周面へは成形型等の工具がアクセスしやすいため、簡易且つ精度良くラジアル動圧発生部を形成することができる。これにより、ラジアル軸受隙間の精度が向上し、軸受剛性が高められる。
【００１１】
上記の流体動圧軸受装置では、軸部の外周面のうち、軸方向に離隔した複数の領域にラジアル動圧発生部を形成すると共に、これらの軸方向間の領域に、ラジアル動圧発生部よりも小径な逃げ部を形成することができる。このように、軸部の外周面に逃げ部を形成することで、軸受スリーブの内周面を、逃げ部と対向する領域を含めて平滑な円筒面とすることができる。
【００１２】
フランジ部を焼結金属で形成すれば、第１のスラスト軸受隙間を介して対向するフランジ部と軸受スリーブとが何れも焼結金属で形成されるため、これらの面の表面開口から第１のスラスト軸受隙間に潤滑流体が供給されることにより潤滑性が高められる。このとき、軸受スリーブ及びフランジ部を同種の（すなわち主成分が同じ）焼結金属で形成すると、両者が凝着する恐れがあるため、これらの部材は主成分の異なる焼結金属で形成することが好ましい。例えば、軸受スリーブは動圧発生部が形成されない単純な形状であるため、耐摩耗性に優れた鉄系の焼結金属（鉄が５０ｍａｓｓ％以上含まれた焼結金属）で形成し、フランジ部はスラスト動圧発生部を有するため、加工性に優れた銅系の焼結金属（銅が５０ｍａｓｓ％以上含まれた焼結金属）で形成することが好ましい。
【００１３】
上記の流体動圧軸受装置は、例えば、内周面に軸受スリーブが固定された筒状の側部、及び、側部の一端開口部を閉塞する底部を備えたハウジングと、ハウジングの底部の端面とこれに対向するフランジ部の他端面との間に形成される第２のスラスト軸受隙間と、フランジ部の他端面に形成され、第２のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第２のスラスト動圧発生部とをさらに備え、ハウジングの底部の端面のうち、少なくとも第２のスラスト動圧発生部と対向する領域を平坦面とした構成とすることができる。これにより、ハウジングを動圧発生部の無い単純な形状とすることができ、例えば金属製のハウジングの場合、ハウジングの底部を成形するプレス金型に溝型を設ける必要がなくなるため、型費が低減できる。また、樹脂製のハウジングの場合、金型に溝型が設けられないことにより、キャビティ内における溶融樹脂の流動性が高められる。これにより、ハウジング成形用の樹脂材料の選択の幅が広がり、例えば流動性よりも強度を重視した樹脂材料を選択することができる。
【００１４】
ラジアル動圧発生部は、例えば転造加工で形成することができる。このとき、熱処理を施した後の高硬度の軸素材の外周面に転造加工を施せば、転造加工による軸素材の外周面の肉盛がほとんど生じないため、精度の良いラジアル動圧発生部を得ることができる。
【００１５】
ラジアル動圧発生部の最外径面を研削加工面とすれば、この面の精度を高めることができるため、軸受スリーブの円筒面状内周面との間に形成されるのラジアル軸受隙間が高精度に設定されて軸受剛性をさらに高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、製造コストが低く、且つ、軸受剛性の高い流体動圧軸受装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＨＤＤ用スピンドルモータの断面図である。
【図２】上記スピンドルモータに組み込まれた本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】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４】他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１が組み込まれたスピンドルモータを示す。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、軸部材２を回転自在に支持する流体動圧軸受装置１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、ディスクＤが所定の枚数（図示例では２枚）搭載される。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、これにより軸部材２、ディスクハブ３、及びディスクＤが一体となって回転する。
【００２０】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部材２と、内周に軸部材２が挿入された軸受スリーブ８と、内周面に軸受スリーブ８が固定された有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の開口部に設けられたシール部９とを備える。本実施形態では、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとが別体に形成されると共に、ハウジング７の側部７ａとシール部９とが一体に設けられる。尚、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、閉塞側を下側とする。
【００２１】
軸部材２は、軸部２ａと、軸部２ａの下端に設けられたフランジ部２ｂとを備える。図示例では、軸部２ａとフランジ部２ｂとが別体に形成される。軸部２ａは、金属材料、例えばステンレス鋼等の溶製材で略ストレートな軸状に形成される。軸部２ａの外周面２ａ１にはラジアル軸受面が形成され、図示例では、外周面２ａ１の軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が形成される。ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２には、ラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝Ｇ１，Ｇ２が形成される（図中クロスハッチングで示す）。上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝Ｇ１は軸方向非対称に形成され、具体的には、軸方向中間部に形成された折り返し部よりも上側の領域の軸方向寸法が下側の領域の軸方向寸法よりも大きくなっている。下側のラジアル軸受面Ａ２の動圧溝Ｇ２は軸方向対称に形成される。
【００２２】
ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の軸方向間には、動圧溝Ｇ１，Ｇ２よりも小径な逃げ部２ａ２が形成される。上側のラジアル軸受面Ａ１の上方には円筒面２ａ３が設けられる。図示例では、円筒面２ａ３と、動圧溝Ｇ１の円周方向間に設けられた複数の丘部Ｇ１’とが面一に連続している。円筒面２ａ３は、シール部９の内周面９ａと径方向で対向し、シール空間Ｓを形成するシール面として機能する。下側のラジアル軸受面Ａ２の下方には円筒面２ａ４が設けられる。図示例では、円筒面２ａ４と、動圧溝Ｇ２の円周方向間に設けられた複数の丘部Ｇ２’とが面一に連続している。円筒面２ａ４は、フランジ部２ｂの内周面２ｂ３が固定される固定面として機能する。円筒面２ａ４には凹部が形成され、図示例では円筒面２ａ４の全周にわたって連続した環状溝２ａ５が形成される。環状溝２ａ５には、フランジ部２ｂの一部が入り込んでいる。
【００２３】
軸部２ａは、（１）旋削又は鍛造により軸素材を形成する工程、（２）軸素材に熱処理（焼入れ）を施す工程、（３）熱処理後の軸素材の外周面を粗研削する工程、（４）粗研削された軸素材の外周面に転造加工により動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形する工程とを順に経て製作される。このように、熱処理により硬度を高くした（例えばＨｖ４５０以上とした）軸素材に対して転造加工で動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形することで、転造による軸素材外周面の肉盛がほとんど生じず、精度の良い動圧溝Ｇ１，Ｇ２（丘部Ｇ１’，Ｇ２’）を成形することができる。また、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の最外径面となる丘部Ｇ１’，Ｇ２’の外径面が粗研削により高精度に仕上げられた研削加工面となるため、精度の良いラジアル軸受隙間を形成することができる。尚、必要に応じて、動圧溝Ｇ１，Ｇ２を成形した後、軸部２ａの外周面２ａ１（特に丘部Ｇ１’，Ｇ２’の外径面）に仕上げ研削を施しても良い。
【００２４】
フランジ部２ｂは、金属材料、例えば焼結金属、特に銅系の焼結金属でリング状に形成される。本実施形態では、例えば銅６０ｍａｓｓ％、及び鉄又はステンレス鋼４０ｍａｓｓ％からなり、密度が７．３〜８．０ｇ／ｃｍ３の範囲内に設定された焼結金属でフランジ部２ｂが構成される。フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１には、第１のスラスト動圧発生部として、例えばポンプインタイプのスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が形成される（図示省略）。また、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２には、第２のスラスト動圧発生部として、例えばポンプインタイプのスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が形成される（図示省略）。
【００２５】
フランジ部２ｂの内周面２ｂ３は、軸部２ａの下端の円筒面２ａ４に固定される。本実施形態では、金属粉末の圧粉体を焼成して得られる環状の焼結金属素材にサイジングを施した後、この焼結金属素材を軸部２ａの円筒面２ａ４に嵌合（好ましくは軽圧入）した状態で、動圧溝を成形するための溝型が設けられた上パンチ及び下パンチ（図示省略）で焼結金属素材を上下から圧迫する。これにより、焼結金属素材の両端面に上下パンチの溝型が押し付けられて動圧溝が成形されると同時に、焼結金属素材の内周面が縮径して軸部２ａの円筒面２ａ４に押し付けられ、フランジ部２ｂが軸部２ａの外周面２ａ４に固定される。このとき、フランジ部２ｂの一部を軸部２ａの環状溝２ａ５に入り込ませることにより、フランジ部２ｂと軸部２ａとの固定力、特に軸方向の抜き耐力を高めることができる。尚、フランジ部２ｂと軸部２ａとの固定方法は上記に限らず、例えば圧入、接着、溶接、溶着などを採用してもよい。また、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２に動圧溝を成形した後に、軸部２ａに固定してもよい。
【００２６】
軸受スリーブ８は、焼結金属、例えば鉄系の焼結金属で略円筒状に形成される。本実施形態では、鉄７０〜９０ｍａｓｓ％及び銅３０〜１０ｍａｓｓ％からなり、密度が７．０〜７．６ｇ／ｃｍ３の範囲内に設定された焼結金属で軸受スリーブ８が構成される。軸受スリーブ８の内周面８ａの全面（すなわち軸受スリーブ８の上端の内周チャンファ８ｅと下端の内周チャンファ８ｆとの軸方向間の全領域）は、平滑な円筒面で構成される。すなわち、軸受スリーブ８の内周面８ａには、ラジアル動圧発生部や逃げ部が形成されておらず、同一径の円筒面となっている。この円筒面状の内周面８ａが、軸部２ａの外周面２ａ１のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２及び逃げ部２ａ２と径方向に対向する。
【００２７】
軸受スリーブ８の下側端面８ｂの全面（すなわち軸受スリーブ８の下端の内周チャンファ８ｆと外周チャンファ８ｇとの径方向間の全領域）は、スラスト動圧発生部などの凹凸の無い平坦面で構成される。この下側端面８ｂが、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸方向に対向する。尚、軸受スリーブ８の内周面８ａはラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面として機能し、軸受スリーブ８の下側端面８ｂは第１のスラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面として機能する。このため、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂは、それぞれの面精度を高めるだけでなく、これらの面の間の直角度を高める必要があり、具体的には、例えば内周面８ａと下側端面８ｂとの間の直角度を３μｍ以下に設定することが好ましい。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂの表面開孔率が大きいと、ラジアル軸受隙間及び第１のスラスト軸受隙間の潤滑油が表面開孔から軸受スリーブ８の内部に抜けて油膜の圧力が十分に高まらない恐れがあるため、内周面８ａ及び下側端面８ｂの表面開孔率は例えば１０％以下に設定することが好ましい。
【００２８】
軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、径方向中間部に環状溝８ｃ１が設けられると共に、この環状溝８ｃ１と内周チャンファ８ｅとを連通する径方向溝８ｃ２が設けられる。径方向溝８ｃ２の本数は任意であり、例えば３本の径方向溝８ｃ２が円周方向等間隔に配される。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向全長にわたって軸方向溝８ｄ１が形成される。軸方向溝８ｄ１の本数は任意であり、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に配される。
【００２９】
軸受スリーブ８は、金属粉末の圧粉体を焼成して得られた焼結金属素材にサイジングを施すことにより製造される。上記のように、軸受スリーブ８には動圧発生部が形成されないため、動圧発生部の成形工程を省略でき、型費の大幅な低減が図られる。また、軸受スリーブ８の内周面８ａ及び下側端面８ｂを平滑な円筒面及び平坦面という単純な形状とすることで、これらの面の寸法精度を高めることができる。特に、サイジング工程で動圧発生部を成形するためには焼結金属素材に高い圧力を加える必要があるため、加工代が大きくなり、サイジング後の軸受スリーブ８の寸法精度のばらつきが大きくなるが、上記のように軸受スリーブ８に動圧発生部を形成しないことにより、サイジング工程で焼結金属素材に加わる圧力を低減し、軸受スリーブ８の寸法精度のばらつきを小さくすることができる。
【００３０】
ハウジング７は、内周面に軸受スリーブ８が固定された筒状の側部７ａと、側部７ａの下端を閉塞する底部７ｂとを有する。本実施形態では、側部７ａは金属材料の切削加工により形成され、底部７ｂは金属材料のプレス成形により形成される。
【００３１】
ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１には、軸受スリーブ８の外周面８ｄが接着や圧入により固定される。側部７ａの内周面７ａ１の下端には、他の領域よりも大径な固定面７ａ２が設けられる。側部７ａの上端には、内径に突出したシール部９が一体に設けられる。シール部９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ面状に形成され、軸部２ａの円筒面２ａ３との間に下方へ向けて径方向寸法を漸次縮小したシール空間Ｓが形成される。このシール空間Ｓの毛細管力により潤滑油が下方に引き込まれ、潤滑油の外部への漏れ出しが防止される。ハウジング７の内部空間に充満した潤滑油の油面は、常にシール空間Ｓの範囲内に維持される。すなわち、シール空間Ｓは、潤滑油の温度変化に伴う体積変化を吸収できる容積を有する。
【００３２】
ハウジング７の底部７ｂは、側部７ａの固定面７ａ２に圧入、接着、あるいはこれらの併用により固定される。底部７ｂの上側端面７ｂ１は、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に形成された第２のスラスト動圧発生部と軸方向に対向し、少なくとも第２のスラスト動圧発生部と対向する領域（スラスト軸受面）が平坦面で構成される。図示例では、底部７ｂの上側端面７ｂ１に、環状の平坦面で構成されたスラスト軸受面７ｂ１１と、その内径側に設けられ、スラスト軸受面７ｂ１１よりも一段下がった平坦な逃げ部７ｂ１２とが設けられる。
【００３３】
上記の部材を組み立てた後、軸受スリーブ８及びフランジ部２ｂの内部気孔を含めたハウジング７の内部の空間に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。このとき、油面はシール空間Ｓの内部に保持される。尚、ハウジング７の内部に満たされる油量が多いと温度変化に伴う潤滑油の体積変化が大きくなるため、シール空間Ｓを大きくする必要があり、流体動圧軸受装置１の大型化を招く。従って、ハウジング７の内部に満たされる油量は少ない方が好ましい。本発明に係る流体動圧軸受装置１では、上記のように軸受スリーブ８に動圧発生部が形成されないため、動圧発生部の成形性を考慮して焼結金属の密度を低くする必要はなく、軸受スリーブ８の焼結金属を、従来の動圧溝付きの軸受スリーブよりも高密度（例えば７．０ｇ／ｃｍ３以上、好ましくは７．２ｇ／ｃｍ３以上）まで高めることができる。これにより、軸受スリーブ８の内部に含浸される油量の低減によるシール空間Ｓの縮小、軸受スリーブ８の耐摩耗性の向上、及び軸受スリーブ８自体の剛性の向上を図ることができる。一方、フランジ部２ｂには、第１及び第２のスラスト動圧発生部としての動圧溝が設けられるため、動圧溝を成形可能な範囲内で焼結金属の密度をできるだけ高くすることが好ましい。
【００３４】
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２ａのラジアル軸受面Ａ１，Ａ２との間にラジアル軸受隙間が形成され、動圧溝Ｇ１，Ｇ２によりラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められる。この圧力（動圧作用）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が構成される。
【００３５】
これと同時に、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸受スリーブ８の下側端面８ｂとの間に第１のスラスト軸受隙間が形成されると共に、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との間に第２のスラスト軸受隙間が形成され、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１及び下側端面２ｂ２の動圧溝により各スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められる。この圧力（動圧作用）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スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２が構成される。
【００３６】
このとき、軸受スリーブ８の外周面８ｄの軸方向溝８ｄ１及び上側端面８ｃの径方向溝８ｃ２等により、フランジ部２ｂの外径側の空間とシール空間Ｓとが連通され、フランジ部２ｂの外径側の空間における負圧の発生を防止できる。特に本実施形態では、図２に示すように、軸部２ａの外周面２ａ１に形成された上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝Ｇ１が軸方向非対称な形状に形成されているため、軸部材２の回転に伴ってラジアル軸受隙間の潤滑油が下方に押し込まれる。これにより、潤滑油が、ラジアル軸受隙間（Ｒ１，Ｒ２）→第１のスラスト軸受隙間（Ｔ１）→軸方向溝８ｄ１→径方向溝８ｃ２という経路を介して循環するため、局部的な負圧の発生を確実に防止できる。
【００３７】
上記のように、軸受スリーブ８の内周面８ａ全面を平滑な円筒面で構成することで、内周面８ａの成形精度が高められる。また、軸部２ａの外周面２ａ１のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２に形成される動圧溝Ｇ１，Ｇ２は焼入れ後の軸素材への転造加工により精度良く成形される。以上により、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２ａの外周面２ａ１のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２との間に形成されるラジアル軸受隙間を精度良く設定することが可能となるため、軸受剛性を高めることができる。また、上側のラジアル軸受部Ｒ１におけるラジアル軸受隙間の大きさと下側のラジアル軸受部Ｒ２におけるラジアル軸受隙間の大きさとを均一にすることができるため、潤滑油に望まない方向の循環（図示例では、ラジアル軸受隙間を上向きに流動する循環）が生じにくくなる。従って、潤滑油を強制的に循環させるための動圧溝Ｇ１のアンバランス量を小さくすることができ、具体的には、動圧溝Ｇ１の上側の傾斜溝を短くすることができる。これにより、動圧溝Ｇ１の上側の傾斜溝を短くした分だけ動圧溝Ｇ１を上方に移動させることができ、ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２の軸方向間隔（軸受スパン）を拡大して軸受剛性をさらに高めることができる。あるいは、動圧溝Ｇ１の上側の傾斜溝を短くした分だけ、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法を縮小して小型化を図ることができる。
【００３８】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００３９】
図３に示す流体動圧軸受装置１０は、ハウジング７の側部７ａとシール部９とが別体に形成されると共に、ハウジング７の側部７ａと底部７ｂとが樹脂で一体成形されている点で、上記実施形態の流体動圧軸受装置１と異なる。シール部９は、金属材料又は樹脂材料で環状に形成され、ハウジング７の側部７ａの内周面７ａ１に接着や圧入等により固定される。ハウジング７には、上記実施形態と同様に動圧溝は形成されないため、ハウジング７を成形する金型には溝型が形成されない。従って、ハウジング７の樹脂材料には、超微細な形状を有する溝型の細部まで行き渡らせるような高い流動性は要求されないため、例えば流動性よりも強度を重視したものを選択することができる。
【００４０】
図４に示す流体動圧軸受装置２０は、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２が動圧発生部の無い平坦面で構成されると共に、ディスクハブ３の下側端面３ａにスラスト動圧発生部（図氏省略）が形成される。軸部材２が回転すると、ディスクハブ３の下側端面３ａと軸受スリーブ８の上側端面８ｃとの間に第２のスラスト軸受隙間が形成され、ディスクハブ３に形成されたスラスト動圧発生部により第２のスラスト軸受隙間の潤滑油の圧力が高められ、これによりスラスト軸受部Ｔ２が形成される。また、ハウジング７の外周面には、下方に向けて漸次縮径したテーパ面７ａ３が形成され、このテーパ面７ａ３とディスクハブ３の円筒面状内周面３ｂとの間にシール空間Ｓが形成される。
【００４１】
また、上記の実施形態では、軸部２ａの外周面２ａ１に形成されるラジアル動圧発生部としてヘリングボーン形状に配列した動圧溝Ｇ１，Ｇ２を示したが、これに限らず、例えばスパイラル形状に配列した動圧溝や、軸方向溝、あるいは多円弧面で、ラジアル動圧発生部を構成してもよい。
【００４２】
また、上記の実施形態では、上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝領域を軸方向非対称な形状とし、ラジアル軸受隙間の潤滑油を強制的に循環させる場合を示したが、このような強制的な循環が必要なければ、上側のラジアル軸受面Ａ１の動圧溝領域を軸方向対称な形状としてもよい。
【００４３】
また、上記の実施形態では、軸部２ａの外周面２ａ１の軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面Ａ１，Ａ２を形成した場合を示したが、これに限らず、ラジアル軸受面を１箇所のみに形成したり、２箇所のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２を軸方向で隣接させたりしてもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態では、フランジ部２ｂに形成されるスラスト動圧発生部としてスパイラル形状に配列した動圧溝を示したが、これに限らず、例えばヘリングボーン形状に配列した動圧溝を採用してもよい。
【００４５】
また、上記の実施形態では、潤滑流体が潤滑油である場合を示しているが、これに限らず、例えば磁性流体や空気等の流体を使用することも可能である。
【００４６】
また、上記の実施形態では軸部材２を回転させているが、これに限らず、軸部材２を固定し、軸受スリーブ８側を回転させる軸固定タイプとしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
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
７ａ 側部
７ｂ 底部
８ 軸受スリーブ
９ シール部
Ａ１，Ａ２ ラジアル軸受面
Ｄ ディスク
Ｇ１，Ｇ２ 動圧溝
Ｇ１’，Ｇ２’丘部
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】
軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に前記軸部が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、前記軸部の外周面と前記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と、前記軸部の外周面に形成され、前記ラジアル軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、前記フランジ部の一端面とこれに対向する前記軸受スリーブの一端面との間に形成される第１のスラスト軸受隙間と、前記フランジ部の一端面に形成され、前記第１のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第１のスラスト動圧発生部とを備え、前記ラジアル軸受隙間及び前記第１のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により前記軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置であって、
前記軸受スリーブの内周面全面を平滑な円筒面で構成し、且つ、前記軸受スリーブの一端面全面を平坦面で構成したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸部の外周面のうち、軸方向に離隔した複数の領域に前記ラジアル動圧発生部を形成すると共に、これらの軸方向間の領域に、前記ラジアル動圧発生部よりも小径な逃げ部を形成した請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記フランジ部を焼結金属で形成した請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記軸受スリーブと前記フランジ部とを主成分の異なる焼結金属で形成した請求項３記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記軸受スリーブを鉄系の焼結金属で形成し、前記フランジ部を銅系の焼結金属で形成した請求項４記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
内周面に前記軸受スリーブが固定された筒状の側部、及び、前記側部の一端開口部を閉塞する底部を備えたハウジングと、前記ハウジングの底部の端面とこれに対向する前記フランジ部の他端面との間に形成される第２のスラスト軸受隙間と、前記フランジ部の他端面に形成され、前記第２のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第２のスラスト動圧発生部とをさらに備え、前記ハウジングの底部の端面のうち、少なくとも前記第２のスラスト動圧発生部と対向する領域を平坦面で構成した請求項１〜５何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
熱処理後の軸素材の外周面に転造加工を施すことにより前記ラジアル動圧発生部が形成された請求項１〜６何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記ラジアル動圧発生部の最外径面が研削加工面である請求項１〜７何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項１】
軸部及びフランジ部を有する軸部材と、内周に前記軸部が挿入された焼結金属製の軸受スリーブと、前記軸部の外周面と前記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と、前記軸部の外周面に形成され、前記ラジアル軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させるラジアル動圧発生部と、前記フランジ部の一端面とこれに対向する前記軸受スリーブの一端面との間に形成される第１のスラスト軸受隙間と、前記フランジ部の一端面に形成され、前記第１のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第１のスラスト動圧発生部とを備え、前記ラジアル軸受隙間及び前記第１のスラスト軸受隙間に生じる潤滑流体の動圧作用により前記軸部材を相対回転自在に支持する流体動圧軸受装置であって、
前記軸受スリーブの内周面全面を平滑な円筒面で構成し、且つ、前記軸受スリーブの一端面全面を平坦面で構成したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記軸部の外周面のうち、軸方向に離隔した複数の領域に前記ラジアル動圧発生部を形成すると共に、これらの軸方向間の領域に、前記ラジアル動圧発生部よりも小径な逃げ部を形成した請求項１記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記フランジ部を焼結金属で形成した請求項１又は２記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記軸受スリーブと前記フランジ部とを主成分の異なる焼結金属で形成した請求項３記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記軸受スリーブを鉄系の焼結金属で形成し、前記フランジ部を銅系の焼結金属で形成した請求項４記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
内周面に前記軸受スリーブが固定された筒状の側部、及び、前記側部の一端開口部を閉塞する底部を備えたハウジングと、前記ハウジングの底部の端面とこれに対向する前記フランジ部の他端面との間に形成される第２のスラスト軸受隙間と、前記フランジ部の他端面に形成され、前記第２のスラスト軸受隙間の潤滑流体に動圧作用を発生させる第２のスラスト動圧発生部とをさらに備え、前記ハウジングの底部の端面のうち、少なくとも前記第２のスラスト動圧発生部と対向する領域を平坦面で構成した請求項１〜５何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
熱処理後の軸素材の外周面に転造加工を施すことにより前記ラジアル動圧発生部が形成された請求項１〜６何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
前記ラジアル動圧発生部の最外径面が研削加工面である請求項１〜７何れかに記載の流体動圧軸受装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８９０９０（Ｐ２０１２−１８９０９０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０９５０（Ｐ２０１１−５０９５０）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]