JP2006220279A - 動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い耐久性と信頼性とを備えた動圧軸受装置を低コストに提供する。
【解決手段】 軸受部材８の内周面に段差１７を形成する。大径内周面８ａ１と対向する軸部材２の外周面２ａ１にインクジェット法で動圧溝パターンを印刷し、動圧軸受からなる第一軸受部１４を形成する。小径内周面８ａ２と、これに対向する軸部材２の外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間を形成し、真円軸受からなる第二軸受部１５を形成する。軸部材２と、軸受部材８の小径内周面８ａ２を形成する部分が何れも金属材料で形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、動圧軸受装置に関するものである。

動圧軸受装置は、軸受部材と、軸受部材の内周に挿入した軸部材との相対回転により軸受隙間に生じた流体の動圧作用で圧力を発生させ、この圧力で軸部材を非接触支持する軸受装置である。この動圧軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を備えるものであり、情報機器、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等におけるディスクドライブ用のスピンドルモータ、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは軸流ファンなどの小型モータ用の軸受装置として好適である。

上記動圧軸受装置では、通常、ラジアル軸受隙間に生じた流体の動圧作用で、軸部材がラジアル方向に非接触支持される。この種の動圧軸受装置の一例として、軸部材の摺動特性向上を図るため、金属製の軸部材の外周に、動圧溝を有する動圧発生部を樹脂組成物で形成したものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−３１０７３３号公報

特許文献１に記載された動圧軸受装置は、軸部材を構成する下地金属の表面に、動圧溝を区画する樹脂製の凸状部が接着した形態を有する。この場合、軸部材の外周面とラジアル軸受隙間を介して対向する軸受部材の内周面は、動圧溝のない円筒状の平滑面として形成される。

ところで、動圧軸受装置では、その起動・停止時や運転中の軸部材の振れにより、軸部材表面の凸状部が軸受部材と摺動接触することが避けられない。従って、上記特許文献１のように凸状部を樹脂で形成した場合には、これが金属製の軸受部材の内周面と繰り返し摺動・接触することにより、短期間に摩耗するおそれがある。凸状部の摩耗は、軸受性能の低下を来たし、動圧軸受装置の耐久性や信頼性の低下を招く。

加えて、上記特許文献１に例示されているスクリーン印刷で動圧発生部を形成する場合、印刷型が軸部材に接触するために硬化前のインクが印刷型と接触して動圧溝形状が崩れやすく、量産時には印刷型の摩耗や変形等による印刷精度の低下が懸念される。さらにインク供給装置から供給されたインクは、印刷型を経て軸部材の外周面に到達し、さらにスキージにより圧迫されて軸部材外周面に到達するから、動圧発生部の成形に関与しない余分なインクが必要であり、インクの使用量が増して不経済である。また、動圧発生部や軸部材の形状等に対応した印刷型を数多く保有する必要があることに加え、印刷後レース加工等の仕上げ加工を施す必要があるため工程数が増加し、低コスト化が困難である。

そこで本発明では、高い耐久性と信頼性とを備える動圧軸受装置を提供し、さらにはその低コストを図ることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明では、回転側の部材と、固定側の部材と、回転側の部材と固定側の部材との間に軸受隙間を備え、当該軸受隙間に生じた流体の動圧作用で、軸部材をラジアル方向およびスラスト方向の少なくとも何れか一方向で非接触支持する流体軸受部とを有する動圧軸受装置において、流体軸受部に、軸受隙間に動圧作用を生じさせるための動圧発生部を備えた第一軸受部と、第一軸受部よりも軸受隙間の幅を小さくした第二軸受部とを設け、第一軸受部の動圧発生部を樹脂で形成すると共に、第二軸受部の軸受隙間を挟んで対向する面を何れも金属で形成した。

ここで「動圧発生部」は、軸受隙間に流体の動圧作用で圧力を発生させることができるものであれば特にその形態は問わず、例えば複数の溝（ヘリングボーン溝、スパイラル溝、軸方向溝等）を有するもの、あるいは、軸受隙間を円周方向の一方または双方にくさび状に縮小させる複数の円弧面を有するもの等が含まれる。

軸受隙間の幅は、軸受隙間を介して対向する二面間の距離をいう。第一軸受部においては、この二面のうち、何れか一方の面（固定側、回転側を問わない）に動圧発生部が形成されるが、この場合、動圧発生部の表面とこれに対向する面との間の最小距離が「軸受隙間の幅」となる。

上記構成によれば、例えば動圧軸受装置の起動・停止時等には、第一軸受部よりも軸受隙間の幅の小さい第二軸受部で回転側の部材が固定側の部材と接触する。そのため、第一軸受部の動圧発生部は相手側の部材と接触せず、これにより樹脂製の動圧発生部の摩耗を回避して長期間安定して動圧発生部の機能を維持することができる。一方、第二軸受部では、回転側の部材と固定側の部材との接触が金属同士で行われるので、接触部分の摩耗を抑制することができる。

動圧発生部は、例えば微量インクの集合体を硬化させて形成することができる。

微量インクの供給方法は特に問わず、例えば素材表面にインクを細孔ノズルから着弾または滴下させるいわゆるインクジェット法を代表例として挙げることができる。この他、ノズルではなく、インク液面からインク液滴を飛ばすノズルレスタイプのインクジェット法（ノズルレスインクジェット法）、電気泳動を利用してインクを誘導する方法、マイクロピペットを介してインクを液滴の状態ではなく連続的に吐出する方法、あるいは定着面までの距離を短縮し、インクを吐出と同時に定着面に着弾させる方法等も使用することができる。

以上に例示した微量インクの供給方法では、微量インクの供給量が精密に制御可能であるから、動圧発生部の形状パターンを予めプログラミングし、そのプログラムに沿ってインクの供給部（例えば、ノズル）の位置およびインクの供給・停止を制御することにより、任意かつ高精度の形状パターンを印刷することができ、しかも形状パターンの各部を任意の厚さに形成することができる。従って、硬化したインク自体で必要な動圧発生部形状を確保することができ、硬化後にはそのまま動圧発生部として利用することが可能となる。

また、微量インクは、素材に対して非接触の状態でインク供給部から供給されるため、高精度の印刷が可能となる一方、従来方法で問題となる接触部での摩耗による精度低下を回避することができる。また、印刷型にインクを余分に供給してから、スキージにより余分なインクを除去する必要がなく、必要箇所のみにインクが使用されるので、インクは動圧発生部の形成に関与するだけの使用量で足り、インクの使用量を削減することができる。さらに印刷型は不要で、かつ軸部材の回転に応じて印刷型を移動させる機構も不要となるので、成形装置を簡略化できる。

なお、インクの硬化方法は特に問わず、熱硬化の他、例えば電子線や光線等の照射で硬化させることもできる。特にコスト面や作業環境等を考慮すると、インクとして光硬化性のものを使用し、光線の照射でインクを硬化させるのが望ましい。光硬化性のインクとしては、紫外線硬化タイプや赤外線硬化タイプの他、可視光硬化タイプのインクも使用することができるが、低コストでかつ短時間で硬化させることができる紫外線硬化タイプが特に望ましい。

第二軸受部の軸受隙間は、回転側の平滑面と固定側の平滑面との間に形成される。この場合、回転側の平滑面と固定側の平滑面との間には流体の潤滑膜が形成され、この潤滑膜で固定側の部材に対して回転側の部材が非接触支持される。一方、回転側の部材に振れが生じると、軸受隙間の流体潤滑膜が破断して平滑面同士が摺動接触する。上述のとおり、摺動接触する平滑面は何れも金属で形成されているので、摺動接触の繰り返しによる平滑面の摩耗を抑制することができる。なお、ここでいう平滑面は、流体の動圧作用を発生させるための凹凸のない滑らかな面を意味し、例えば上記流体軸受部がラジアル方向で回転側の部材を非接触支持する場合には、上記平滑面は真円状の円筒面となり、スラスト方向で回転側の部材を非接触支持する場合には、上記平滑面は軸方向と直交する方向の平面となる。

第一軸受部と第二軸受部における軸受隙間の幅の差は、第一軸受部と第二軸受部との間で、回転側および固定側のうち、何れか一方（または双方）の部材に段差を形成することによって簡単に与えることができる。

動圧軸受装置は、軸部材と、内周に軸部材を挿入可能なスリーブ状部分を有する軸受部材とを最低限の構成要素とし、かつ両者を相対回転させるものである。この場合、例えば軸部材を回転側の部材として、軸受部材を固定側の部材として使用する他、これとは逆に、軸部材を固定側の部材として、軸受部材を回転側の部材として使用することもできる。何れの構成でも、動圧発生部を形成する際の作業性を考えると、軸部材の外周に動圧発生部を形成するのが望ましい。

このように軸部材の外周に樹脂製の動圧発生部を形成する場合、軸受部材の内周面のうち、第一軸受部の軸受隙間と対向する領域を樹脂で形成すると共に、第二軸受部の軸受隙間と対向する領域を金属で形成するのが望ましい。この構成により、第一軸受部では樹脂製の動圧発生部が軸受隙間を介して樹脂製の面と対向する。上述のように、第一軸受部では動圧発生部とこれに対向する相手側の部材との接触は生じにくくなっているが、仮に接触した場合でも動圧発生部が樹脂製の面と接触するため、動圧発生部の摩耗をより一層抑制することが可能となる。また、第一軸受部の回転側および固定側が何れも樹脂で形成されるので、両者の熱膨張係数を揃えることができる。従って、軸受運転前の低温時および軸受運転中の高温時を問わず、軸受隙間の幅を略一定にすることができ、温度変化に対する軸受装置の動作安定性を確保することができる。

上記構成の動圧軸受装置は、高い回転精度と耐久性を具備し、ロータマグネットとステータコイルとを有するモータ、例えばＨＤＤ用のスピンドルモータ等に好ましく用いることができる。

以上より、本発明によれば、高い耐久性と信頼性とを具備する動圧軸受装置を低コストに提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、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。この情報機器用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、動圧軸受装置１と、動圧軸受装置１の軸部材２に取り付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、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の外周に取り付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられている。ディスクハブ３は、その外周に磁気ディスク等のディスクＤを一枚または複数枚保持する。ブラケット６の内周にハウジング７が装着されている。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との間に発生する電磁力でロータマグネット５が回転し、それに伴ってディスクハブ３、軸部材２が回転する。

図２は、上記スピンドルモータで使用される動圧軸受装置１の一例を示すものである。この動圧軸受装置１は、回転中心に軸部２ａを有する軸部材２と、軸部２ａをその内周に挿入可能なスリーブ状の軸受部材８と、軸受部材８を内周に固定した有底筒状のハウジング７と、ハウジング７の一端開口をシールするシール部材９とを主な構成部材として備えている。なお、以下では、説明の便宜上、シール部材９によってシールされる側を上側、その軸方向反対側を下側として説明を行う。

軸部材２は、ステンレス鋼等の金属材料で形成される軸部２ａと、その一端に一体または別体に設けられた同じくステンレス鋼等の金属材料で形成されるフランジ部２ｂとで構成される。軸部２ａの外周面２ａ１には、動圧発生部として、例えば、ヘリングボーン形状に配列された動圧溝Ａｂと、動圧溝Ａｂを区画形成する区画部Ａａとを含むラジアル軸受面Ａが軸方向に離隔して２箇所形成される。上側のラジアル軸受面Ａでは、動圧溝Ａｂが軸方向中心ｍに対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。そのため、軸部材２の回転時、動圧溝Ａｂによる潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は下側の対称形のラジアル軸受面Ａに比べ上側のラジアル軸受面で相対的に大きくなる。また、図示は省略するが、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１にはスパイラル形状に配列された複数の動圧溝を有する第１スラスト軸受面Ｂが、下側端面２ｂ２にはスパイラル形状に配列された複数の動圧溝を有する第２スラスト軸受面Ｃがそれぞれ、例えばプレス加工により形成されている。

本発明において、ラジアル軸受面Ａの動圧溝パターンは、インクジェット法による印刷後、インクを硬化させて形成される。図３は動圧溝パターンの印刷・硬化を行う印刷装置の概要を示すものである。この印刷装置は、回転駆動される素材２ａ’の外周面２ａ１と対向させた一又は複数のノズルヘッド２０と、ノズルヘッド２０に対してその円周方向位置を異ならせて配置した硬化部２１とを具備する。ノズルヘッド２０には、インク２２の微小液滴を吐出する複数のノズル２４が軸方向に配設されている。硬化部２１は、インク２２を硬化させるための光を照射する光源で、例えば紫外線ランプが使用される。

インク２２は、例えば光硬化性樹脂、好ましくは紫外線硬化樹脂をベース樹脂とし、これに光重合開始材等を添加し、さらに必要に応じて有機溶媒を配合して調製される。紫外線硬化樹脂としては、ラジカル重合性モノマーやラジカル重合性オリゴマー、カチオン重合系モノマーの他、イミドアクリレート、あるいは環状ポリエン化合物やポリチオール化合物に代表されるエン・チオール化合物が挙げられるが、この中でもラジカル重合性モノマーやラジカル重合性オリゴマー、カチオン重合系モノマーを好ましく使用することができる。

動圧溝パターンの印刷は、図３に示すように、素材２ａ’を支持部２３で両端支持しつつ回転させながら、ノズルヘッド２０のノズル２４からインク２２を吐出することによって行われる。これにより、インク２２の微小液滴が素材２ａ’の外周面２ａ１の所定位置に着弾し、この微小液滴の集合体で凸状の区画部Ａａが形成されると共に、インクで被覆されていない部分で動圧溝Ａｂが形成される。印刷された動圧溝パターンは素材２ａ’の回転に伴って硬化部２１の対向領域（硬化工程）に達し、紫外線の照射を受けたインク２２の重合反応により順次硬化する。動圧溝パターンの印刷および硬化は、素材２ａ’を１回転させる間に完了させる他、２回転〜数十回転させる間に徐々に進行させる形で行うこともできる。この際、ノズルヘッド２０を固定位置に配して動圧溝パターンを印刷する他、軸方向にスライドさせながら印刷してもよい。また、図４に示すように複数の素材２ａ’を直列に結合し、これらを同時回転させながら一または複数のノズルヘッド２０を軸方向にスライドさせて各素材２ａ’に動圧溝パターンを印刷することもできる。この場合、素材２ａ’同士の同軸度の確保は、例えば一方の軸端に設けた凸部２ａ２を他方に設けた凹部に嵌合させることにより行われる。

このようにインクジェット法による印刷およびその硬化を経て形成された動圧溝パターンは、レース加工等の後加工を経ることなく、そのままラジアル軸受面Ａとして使用することが可能となる。

ハウジング７は、略円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの一端開口を封口する略円盤状の底部７ｃとで構成されている。側部７ｂと底部７ｃは、例えば、ステンレス鋼や黄銅等の金属材料、あるいは樹脂材料で一体又は別体に形成される。この実施形態で側部７ｂと底部７ｃとは金属材料で別体として形成され、底部７ｃは側部７ｂの下端部に接着、圧入、レーザ溶接等の適宜の手段で固定されている。

軸受部材８は、内周に円筒状の樹脂部１２、外周に同じく円筒状の金属部１１を有する複合構造で、全体として略円筒形状に形成される。金属部１１は、その上端を内径側に突出させ、その内周面を軸部２ａの外周面２ａ１に対向させている。軸受部材８の内周面には段差１７が形成され、軸受部材８の内周面はこの段差１７を境として、小径内周面８ａ２と大径内周面８ａ１とに区画される。樹脂部１２の内周面が大径内周面８ａ１を構成し、金属部１１のうち、内径側に突出した部分の内周面が小径内周面８ａ２を構成する。金属部１１を形成する金属材料としては、ステンレス鋼、黄銅、アルミニウム等が使用可能で、この他焼結金属材料も使用可能であるが、軸部材２との摺動性を考慮すると、軸部２ａと同じ金属材料（例えば、軸部２ａがステンレス鋼製であればステンレス鋼を使用する）で金属部１１を形成するのが望ましい。小径内周面８ａ２、および大径内周面８ａ１は、何れも凹凸のない真円状の円筒面として形成されている。なお、図面では、理解の容易化のため、段差１７を誇張して描いているが、段差の大きさは２μｍ〜２０μｍ程度である。段差１７は、軸方向と直交する方向の平面とする他、テーパ面状に形成することもできる。

上記の軸受部材８は、例えば、金属部１１をアウトサート（インサート）部品とした樹脂材料の射出成形（アウトサート又はインサート成形）で成形することができる。金属部１１を成形型にセットし、樹脂材料を充填すると、金属部１１と一体になった樹脂部１２が形成される。射出成形であれば、金属部１１を成形型に精度良くセットするだけで、容易かつ低コストに高精度な軸受部材８を成形することができる。なお、樹脂部１２を形成する樹脂材料としては、機械的強度をはじめ、耐摩耗性、耐油性、耐熱性等に優れたものが好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等をベース樹脂として用いることができる。これらベース樹脂には、必要に応じて強化材や潤滑剤等の各種充填材が配合される。

ハウジング７の開口部７ａの内周には、金属材料あるいは樹脂材料で形成された環状のシール部材９が圧入、接着等の手段で固定されている。シール部材９の内周面９ａは、軸方向上方に向かって漸次拡径するテーパ状をなし、軸部２ａの外周面と所定容積のシール空間Ｓを介して対向する。また、シール部材９の下側端面９ｂは軸受部材８の上側端面８ｃと当接している。動圧軸受装置の組立後、シール部材９で密封された動圧軸受装置１の内部空間には、流体として例えば潤滑油（散点模様で示す）が充満され、この状態では、潤滑油の油面はシール空間Ｓの範囲内に維持される。なお、部品点数の削減および組立工数の削減のため、シール部材９をハウジング７と一体形成することもできる。あるいは、シール部材９を省略して、軸受部材８の内周面の上端部側領域をわずかに大径に形成し、この大径に形成した領域の内径側に所定容積のシール空間が形成されるようにしても良い。

上記構成の動圧軸受装置１において、回転側の部材、例えば軸部材２が回転すると、軸部２ａの外周面２ａ１に形成された二つのラジアル軸受面Ａは、それぞれ軸受部材８の大径内周面８ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、各ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、そ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が形成される。このラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２は、軸方向に離隔した二つの動圧軸受からなる第一軸受部１４を構成する。

同時に、軸受部材８の小径内周面８ａ２とこれに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間のラジアル軸受隙間に潤滑油膜が形成され、この潤滑油膜によって軸部材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、真円軸受からなる第二軸受部１５が構成される。軸部２ａの外周面２ａ１は、軸受部材８の小径内周面８ａ２および大径内周面８ａ１との対向領域を問わず同径であるので、上記段差１７の存在により、第二軸受部１５でのラジアル軸受隙間の幅Ｗ２は、第一軸受部１４のラジアル軸受隙間の幅Ｗ１（凸状の区画部Ａａの外周面と大径内周面８ａ１との間の距離）よりも小さくなる（Ｗ２＜Ｗ１）。

以上に述べた第一軸受部１４および第二軸受部１５により、軸部材２をラジアル方向に非接触支持するラジアル方向の流体軸受部Ｆｒが構成される。

また、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に形成されたスラスト軸受面Ｂは、スラスト軸受隙間を介して軸受部材８の下側端面８ｂと対向し、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に形成されたスラスト軸受面Ｃは、スラスト軸受隙間を介して底部材７ｃの上側端面７ｃ１と対向する。軸部材２の回転に伴い、両スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、その圧力によって軸部材２が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をスラスト両方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２がスラスト方向の流体軸受部Ｆｔとして形成される。

なお、この動圧軸受装置１では、軸部材２の回転中は潤滑油がハウジング７の底部側に押し込まれるため、このままではスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２のスラスト隙間隙間での圧力が極端に高まり、これに起因して潤滑油中での気泡の発生や潤滑油の漏れ、あるいは振動の発生が懸念される。この場合、軸受部材８の外周面８ｄ（本実施形態で言えば金属部１１の外周面）及びシール部材９の下側端面９ｂにスラスト軸受隙間（特にスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間）とシール空間Ｓを連通する循環路１３ａ、１３ｂを設ければ、この循環路１３ａ、１３ｂを通って潤滑油がスラスト軸受隙間とシール空間Ｓとの間で流動するため、かかる圧力差が早期に解消され、上記の弊害を防止することができる。なお、循環路１３ａをハウジング７の内周面に、循環路１３ｂを軸受部材８の上側端面８ｃに形成することもできる。

本発明においては、上述のように真円軸受からなる第二軸受部１５でのラジアル軸受隙間の幅Ｗ２が、動圧軸受からなる第一軸受部１４でのラジアル軸受隙間の幅Ｗ１よりも小さい。そのため、軸受装置の起動・停止時、あるいは軸受装置運転中における軸部材２の振れ回りの際には、軸受隙間幅の小さい第二軸受部１５で軸部材２と軸受部材８の摺動接触が生じ、第一軸受部１４での両部材の摺動接触は回避される。従って、第一軸受部１４のラジアル軸受面Ａに形成した樹脂製の区画部Ａａの摩耗を抑制することができ、これによりラジアル軸受面Ａでの動圧作用の低下を防止して、長期間所期の軸受性能を維持することが可能となる。一方、第二軸受部１５における軸受部材８と軸部材２の摺動は、金属接触となるので、接触面の早期摩耗を抑制することができる。

上記の通り、第一軸受部１４では樹脂製の区画部Ａａと、これに対向する軸受部材８の大径内周面８ａ１との接触は生じにくくなっているが、仮に接触した場合でも区画部Ａａが樹脂部１２と接触するため、区画部Ａａの摩耗をより一層抑制することが可能となる。また、第一軸受部１４の回転側および固定側が何れも樹脂で形成されるので、両者の熱膨張係数を揃えることができる。従って、軸受運転前の低温時および軸受運転中の高温時を問わず、軸受隙間の幅を略一定にすることができ、温度変化に対する軸受装置の動作安定性を確保することができる。

また、動圧発生部は印刷形成されているが、本形態で用いたインクジェット法による印刷では、従来のスクリーン印刷機のように印刷型と素材２ａ’との接触部分を持たないから、接触部分での摩耗による印刷精度の低下を回避することができ、量産時にも安定して動圧溝精度を確保することができる。さらに印刷型や印刷型を保持するための印刷用スクリーン等が不要であり、かつ素材２ａ’の回転に応じて印刷型を移動させる機構も不要となるので、成形装置の構造を簡素化することができる。また、インクは動圧溝パターンの形成に関与するだけの使用量で足りるので、スキージを必要とする従来装置に比べ、インクの使用量を削減して低コスト化を図ることもできる。

また、印刷工程と硬化工程とがタイムラグなく連続して行われるため、効率良く動圧発生部が形成できることに加え、最初の印刷部分は硬化部２１からの紫外線照射で硬化された上でノズルヘッド２０の対向位置に戻るので、硬化不十分なインクが重なって動圧溝パターンをくずすような事態も回避することができる。さらにノズルヘッド２０と硬化部２１とを軸部材２を挟む対向位置に配置しているので、硬化部２１から照射される紫外線は素材２ａ’に遮蔽されているため、紫外線の硬化作用がノズル２４におよぶことはなく、従って照射紫外線によるノズル２４の目詰まり等を防止することができる。

以上の作用効果から、本発明によれば、高い回転精度と耐久性を備えた動圧軸受装置１を低コストに提供することが可能となる。

以上の説明では、ラジアル軸受面Ａのみをインクジェット法を用いて印刷成形する場合を例示しているが、フランジ部２ｂに形成されたスラスト軸受面Ｂおよびスラスト軸受面Ｃを同じくインクジェット法を用いて印刷成形することもできる。なお、スラスト軸受面Ｂを軸受スリーブ８の下側端面８ｂに、スラスト軸受面Ｃをハウジング７の底部７ｃの上側端面７ｃ１に形成することもできる。

本発明は、上記構成を有する動圧軸受装置に限らず、他の構成を有する動圧軸受装置にも同様に適用することができる。以下、図５〜図１０に基づき、かかる観点から本発明の他の実施形態を説明するが、図２に示す実施形態と同一機能を奏する部材および要素には、同一記号を付与し、重複説明を省略する。なお、以下に説明する何れの実施形態においても、軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１には、上記インクジェット法による印刷工程および硬化工程を経て動圧発生部を有するラジアル軸受面Ａが形成されている。

図５に示す動圧軸受装置１は、シール空間Ｓがハウジング７の外径側に形成されている点、およびスラスト軸受部Ｔ２がハウジング側部７ｂの上側端面７ｂ１と、ディスクハブ３の下側端面３ａ１との間に形成されている点で、図２に示す実施形態と異なる。スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面Ｃは、例えばディスクハブ３の下側端面３ａ１に形成される。

この動圧軸受装置１においても、ラジアル方向の流体軸受部Ｆｒとして、二つの動圧軸受Ｒ１、Ｒ２からなる第一軸受部１４と真円軸受からなる第二軸受部１５とが形成される。軸受部材８の内周面８ａに段差１７を形成して、第二軸受部１５の軸受隙間を第一軸受部１４の軸受隙間よりも小さくすることにより、図２に示す実施形態と同様に、軸部２ａの外周面２ａ１に形成された樹脂製の区画部Ａａの摩耗を防止または抑制することができる。また、金属部１１で小径内周面８ａ２を形成することにより、軸部２ａの外周面２ａ１および小径内周面８ａ２の早期摩耗を防止することができる。

図６に示す動圧軸受装置１は、軸部材２のフランジ部２ｂが軸受部材８の上方に配置されている点、軸部材２を一つのスラスト軸受部Ｔでスラスト方向に非接触支持する点で図２に示す実施形態と異なる。スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間は、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２と軸受部材８の上側端面８ｃとの間に形成され、動圧溝を有するスラスト軸受面Ｂは、例えば軸受部材８の上側端面８ｃに形成される。シール部材９の下側端面９ｂはフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸方向隙間を介して対向しており、軸部材２が上方へ変位した際には、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１がシール部材９の下側端面９ｂと係合し、軸部材２の抜け止めがなされる。

この動圧軸受装置１においても、ラジアル方向の流体軸受部Ｆｒとして、二つの動圧軸受Ｒ１、Ｒ２からなる第一軸受部１４と真円軸受からなる第二軸受部１５とが形成される。軸受部材８の内周面に段差１７を形成して、第二軸受部１５の軸受隙間を第一軸受部１４の軸受隙間よりも小さくすることにより、図２に示す実施形態と同様に、軸部２ａの外周面２ａ１に形成された樹脂製の区画部Ａａの摩耗を防止または抑制することができる。また、金属部１１で小径内周面８ａ２を形成することにより、軸部２ａの外周面２ａ１および小径内周面８ａ２の早期摩耗を防止することができる。

図７は、動圧軸受装置の他の実施形態を示すものである。この実施形態に示す動圧軸受装置が上記のものと大きく異なる点は、上記何れの動圧軸受装置１でも用いられていたハウジング７を軸受部材８と一体化することで、部品点数および組立工数の削減を通じて更なる低コスト化を図った点にある。この軸受部材８の外周面は、大径外周面８ｄ１と、その上下の小径外周面８ｄ２、８ｄ３とからなり、大径外周面８ｄ１が図１に示すブラケット６の内周面に固定される。なお、この実施形態における軸受部材８は、小径内周面８ａ２を構成する金属部１１が焼結金属で形成されている。従って軸受装置外部への潤滑油漏れ出し防止の観点から、樹脂部１２が金属部１１の外径を覆うように形成されている。また、下側の小径外周面８ｄ２には軸受部材８の下端開口を閉塞する蓋部材１８が固定され、上側の小径外周面８ｄ３にはシール部材９が固定されている。第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間は、蓋部材１８の上側端面１８ａとフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に形成される。

この動圧軸受装置１においても、ラジアル方向の流体軸受部Ｆｒとして、二つの動圧軸受Ｒ１、Ｒ２からなる第一軸受部１４と真円軸受からなる第二軸受部１５とが形成される。軸受部材８の内周面に段差１７を形成して、第二軸受部１５の軸受隙間を第一軸受部１４の軸受隙間よりも小さくすることにより、図２に示す実施形態と同様に、軸部２ａの外周面２ａ１に形成された樹脂製の区画部Ａａの摩耗を防止または抑制することができる。また、金属部１１で小径内周面８ａ２を形成することにより、軸部２ａの外周面２ａ１および小径内周面８ａ２の早期摩耗を防止することができる。

図８は、図２に示す実施形態において、段差１７を軸受部材８の内周面ではなく、軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１に形成した例である。軸部２ａの外周面には、段差２１を介して小径外周面２ａ１１と大径外周面２ａ１２とが形成される。小径外周面２ａ１１にラジアル軸受面Ａが形成され、この小径外周面２ａ１１とこれに対向する軸受部材８の内周面との間に第一軸受部１４（動圧軸受）のラジアル軸受隙間が形成される。大径外周面２ａ１２は真円状の円筒面に形成され、この大径外周面２ａ１２とこれに対向する軸受部材８の内周面との間に第二軸受部１５（真円軸受）のラジアル軸受隙間が形成される。軸受部材８の内周面は、第一軸受部１４の軸受隙間と対向する部分が樹脂部１２で形成され、第二軸受部１５の軸受隙間と対向する部分が金属部１１で形成された均一径である。以上の構成から、図２に示す実施形態と同様に、第二軸受部１５のラジアル軸受隙間の幅Ｗ２が、第一軸受部１４のラジアル軸受隙間の幅Ｗ１よりも小さくなり（Ｗ２＜Ｗ１）、これにより、軸部２ａの小径外周面２ａ１１に形成された樹脂製の区画部Ａａの摩耗を防止または抑制することが可能となる。また、第二軸受部１５では、ラジアル軸受隙間を介して対向する面が何れも金属で形成されるので、両者の摺動接触による早期摩耗を回避することができる。

この他、軸受部材８の内周面および軸部材２の外周面の双方に段差１７を形成して上記ラジアル軸受隙間の幅Ｗ１、Ｗ２の差を形成することもできる。

さらに段差１７は、図２および図５〜図８に示すように軸受部材８または軸部材２の一箇所のみに設ける他、例えば軸方向に離隔した二箇所以上に設け、これにより第二軸受部１５を軸方向の二箇所以上に形成することもできる。具体例として、例えば第一軸受部１４の軸方向両側に第二軸受部１５を配置した構成が考えられる（図示省略）。

軸受部材８に段差１７を設ける場合、図９（ａ）（ｂ）に示すように、樹脂部１２の外周を軸方向全長に亘って金属部１１で覆うことなく、段差１７を構成する部分のみを金属製の段差形成部材１９で形成することもできる。このうち、図９（ａ）は、段差形成部材１９を樹脂部１２の内径側に固定した例であり、図９（ｂ）は、樹脂部１２の外径側に固定した例である。この場合も、上記同様インサート成形（アウトサート成形も含む）により精度よくかつ低コストに量産することができる。なお、この形態では、金属部１１の体積が減少しているので、動圧軸受装置１の軽量化が可能である。

図１０は、本発明をスラスト方向の流体軸受部Ｆｔに適用した実施形態を示すものである。例えば図示のように、ハウジング７の底部７ｃにスラスト軸受面Ｃが形成され、このスラスト軸受面Ｃとフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間にスラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間が形成される場合、底部７ｃの外径部に段差１７が形成される。この段差１７により、底部７ｃの上側端面７ｃ１は、段差１７の内径側の第一端面７１と段差１７の外径側の第二端面７２とに区画され、かつ第二端面７２は第一端面７１よりもフランジ部２ｂへの接近方向側に配置される。第一端面７１には、例えばスパイラル形に配列した動圧溝Ｃｂを有するスラスト軸受面Ｃが形成され、このスラスト軸受面Ｃとこれに対向するフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に第一軸受部１４のスラスト軸受隙間が形成される。また、第二端面７２は凹凸のない平面（平滑面）として形成され、この第二端面７２とこれに対向するフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２（平滑面）との間に第二軸受部１５のスラスト軸受隙間が形成される。

この時、第二軸受部１５のスラスト軸受隙間の幅Ｗ２は、第一軸受部１４のスラスト軸受隙間の幅Ｗ１よりも小さくなるので（Ｗ２＜Ｗ１）、図２に示す実施形態と同様に、スラスト軸受面Ｃの樹脂製区画部Ｃａの摩耗を防止または抑制することができ、スラスト軸受面Ｃでの動圧作用を長期間維持して軸受装置の耐久性・信頼性の向上を図ることが可能となる。また、第一端面７１と対向するフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２の一部環状領域は樹脂部１２で形成されている。従って、上記ラジアル軸受同様、軸振れ等により動圧発生部（区画部Ｃａ）がフランジ部２ｂ２に接触しても動圧発生部の摩耗を抑制することができる。さらに両者の熱膨張係数を揃えることができるため、低温時および高温時を問わず、軸受隙間の幅を略一定にすることができ、温度変化に対する軸受装置の動作安定性を確保することができる。

もちろんフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と軸受部材８の下側端面８ｂとの間にスラスト軸受隙間を有するスラスト軸受部Ｔ１についても、同様の構成を採用することができる。また、スラスト軸受面Ｂ、Ｃをフランジ部２ｂの端面２ｂ１、２ｂ２に形成する場合にも同様の構成を採用することができる。

ところで、以上に示した軸受面Ａ、Ｂ、Ｃに形成される動圧発生部の形状は一例にすぎず、インクジェット法により印刷可能な形状であれば、これ以外の動圧溝形状（例えばスパイラル形やヘリングボーン形）に対応した動圧溝パターンを動圧発生部として形成することができる。ラジアル軸受面Ａには、この他にも、軸方向の動圧溝を円周方向の複数箇所に形成したいわゆるステップ状の動圧発生部、さらには、円周方向に複数の円弧面を形成したいわゆる多円弧状の動圧発生部を形成することもできる。また、スラスト軸受面には、動圧発生部として、上記のスパイラル形状等に配列された動圧溝を有する動圧発生部の他、例えばステップ状の動圧発生部、いわゆる波型状（ステップ型が波型になったもの）の動圧発生部を形成することもできる。

一例として、ラジアル軸受面Ａに多円弧状の動圧発生部を形成した第一軸受部１４の構造を図１１〜図１３に例示する。この場合、軸部材２の軸部２ａ外周面に上記インクジェット法による印刷工程、およびその硬化工程を経て複数の円弧面２ａ３および軸方向の分離溝２ａ４が形成される。各円弧面２ａ３は、回転軸心Ｏからそれぞれ等距離オフセットした点を中心とする偏心円弧面であり、円周方向で等間隔に形成される。この軸部２ａを軸受部材８の内周面８ａ（大径内周面８ａ１）に挿入することにより、軸部２ａの偏心円弧面２ａ３および分離溝２ａ４との間に、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の各ラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。ラジアル軸受隙間のうち、偏心円弧面２ａ３と対向する領域は隙間幅を円周方向の一方向で漸次縮小させたくさび状隙間となる。軸部材２をくさび状隙間の縮小方向に回転させると、くさび状隙間の縮小側に押し込まれた潤滑油の圧力が上昇するため、この動圧作用によって動圧軸受からなるラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２が構成される。

この場合、第二軸受部１５のラジアル軸受隙間の幅Ｗ２（図２参照）を、くさび状隙間の最小幅よりも小さくすることにより、図２に示す実施形態と同様の効果が得られる。

図１２は、図１１に示す構成において、各偏心円弧面２ａ３の最小隙間側の所定領域θを、それぞれ回転軸心Ｏを中心とする同心の円弧で構成したものであり、テーパ・フラット軸受と称されることもある。この場合、各所定領域θにおいてラジアル軸受隙間の幅が一定となるので、第二軸受部１５の軸受隙間の幅Ｗ２をこの幅よりも小さくすることにより、図２に示す実施形態と同様の効果が得られる。

図１３は、軸部２ａの外周面のラジアル軸受面を複数の円弧面２ａ３で形成したものである。各円弧面２ａ３の中心は、回転軸心Ｏから等距離オフセットされている。この場合、ラジアル軸受隙間は円周方向の両方向でそれぞれ漸次縮小した形状を有している。この場合も、第二軸受部１５のラジアル軸受隙間の幅Ｗ２を、くさび状隙間の最小幅よりも小さくすることにより、図２に示す実施形態と同様の効果が得られる。

動圧軸受装置を組み込んだモータの一例を示す断面図である。 本発明の構成を有する動圧軸受装置の断面図である。 インクジェット方式の印刷装置の一例を示す正面図である。 インクジェット方式の印刷装置の他形態を示す正面図である。 動圧軸受装置の他の形態を示す断面図である。 動圧軸受装置の他の形態を示す断面図である。 動圧軸受装置の他の形態を示す断面図である。 動圧軸受装置の他の形態を示す断面図である。 軸受部材の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の構成を有する動圧軸受装置の断面図である。 ラジアル軸受部の他の形態を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の形態を示す断面図である。 ラジアル軸受部の他の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ａ’ 素材
２ｂ フランジ部
７ ハウジング
８ 軸受部材
８ａ１ 大径内周面
８ａ２ 小径内周面
９ シール部材
１１ 金属部
１２ 樹脂部
１２ａ 大径内周面
１３ａ、１３ｂ 循環路
１４ 第一軸受部
１５ 第二軸受部
１７ 段差
１９ 段差形成部材
２０ ノズルヘッド
２１ 硬化部
２２ インク
２４ ノズル
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ スラスト軸受面
Ｃ スラスト軸受面
Ａａ 区画部
Ａｂ 動圧溝
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ、Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
Ｆｒ ラジアル方向の流体軸受部
Ｆｔ スラスト方向の流体軸受部

Claims (7)

1. 回転側の部材と、固定側の部材と、回転側の部材と固定側の部材との間に軸受隙間を備え、当該軸受隙間に生じた流体の動圧作用で、軸部材をラジアル方向およびスラスト方向の少なくとも何れか一方向で非接触支持する流体軸受部とを有する動圧軸受装置において、
   流体軸受部が、軸受隙間に動圧作用を生じさせるための動圧発生部を備えた第一軸受部と、第一軸受部よりも軸受隙間の幅を小さくした第二軸受部とを有し、第一軸受部の動圧発生部が樹脂で形成されると共に、第二軸受部の軸受隙間を挟んで対向する面が何れも金属で形成されている動圧軸受装置。
2. 動圧発生部が、微量インクの集合体を硬化させて形成されている請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 第二軸受部の軸受隙間が、回転側の平滑面と固定側の平滑面との間に形成されている請求項１記載の動圧軸受装置。
4. 第一軸受部と第二軸受部における軸受隙間の幅の差を、回転側の部材および固定側の部材のうち、少なくとも何れか一方の部材に設けた段差で与えた請求項１記載の動圧軸受装置。
5. 回転側および固定側の部材のうち、何れか一方が軸部材で、他方が内周に軸部材を挿入可能のスリーブ状の軸受部材であり、軸部材の外周に上記動圧発生部を形成した請求項１記載の動圧軸受装置。
6. 軸受部材の内周面のうち、第一軸受部の軸受隙間と対向する領域が樹脂で形成されると共に、第二軸受部の軸受隙間と対向する領域が金属で形成されている請求項５記載の動圧軸受装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載した動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ。

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