JP2006283915A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑油の漏れ出しを防止可能とする流体軸受装置を低コストに提供する。
【解決手段】 焼結金属製の軸受部材８の第一外周面８ｂ２に微量インクを供給し、微量インクの集合体からなる封孔部１７を形成し、当該軸受部材８の流体軸受装置１の大気に露出する部分を封孔する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受隙間に存在する流体（潤滑流体）による動圧作用で軸部材を相対的に支持する流体軸受装置に関するものである。この軸受装置は、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、あるいは電気機器、例えば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。

この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑流体に動圧を発生させるための動圧発生部を備えた動圧軸受と、動圧発生部を有さない真円軸受（軸受断面が真円形状である軸受）とに大別される。

例えば、ＨＤＤ等のディスク装置用のスピンドルモータに組み込まれる流体軸受装置では、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部およびスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成する場合がある。この種の流体軸受装置に用いられる軸受部材の一例として、軸受部材を焼結金属で形成し、当該軸受部材の内部に潤滑油を含浸させ含油焼結軸受として使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−６５５７７号公報

近年の情報機器の著しい高性能化に伴い、流体軸受装置には益々高い回転性能が求められている。含油焼結軸受は、軸受装置の運転中には細孔内を通じて潤滑油が流動し、良好な回転性能が得られることから今日広く用いられている。しかしながら、上記特許文献１に示す流体軸受装置では、焼結金属製の軸受部材の外周面が大気に露出しているため、このまま軸受装置を運転すると軸受部材の外周面からの潤滑油の漏れ出しが避けらない。この漏れ出しは、モータ組立時のブラケットに対する接着性の低下を招き、さらには漏れ出した油による周辺環境の汚染も招く。また、油が漏れ出し、軸受装置内の油量が減少することによる回転性能の低下も懸念される。

そこで、潤滑油の漏れ出し防止の観点から、軸受部材を軸受部材とは別体のハウジングに収容する軸受装置が知られている。しかしながら、軸受部材とは別体のハウジングを設けると、部品点数の増加並びにこれに伴う組立工数の増加による高コスト化が避けられず、近時における流体軸受装置に対する低コスト化の要求に応えることが困難である。

そこで本発明は、潤滑油の漏れ出しによる上記各種不具合の発生を防止し、良好な回転性能を備えた流体軸受装置を低コストに提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の流体軸受装置は、軸部材と、軸部材を内周に挿入した焼結金属製の軸受部材と、軸部材の外周面とこれに対向する軸受部材の内周面との間に形成され、潤滑流体が満たされたラジアル軸受隙間とを備えるものであって、軸受部材の外周面に、微量インクの集合体を硬化させて、表面開孔を封孔する封孔部を設けたことを特徴とするものである。

上記構成によれば、焼結金属の表面開孔が封孔されるので、軸受装置内部を充満する潤滑流体の外部流出を防止することができる。これにより、周辺環境の汚染、ブラケットに対する接着性低下、および回転性能の低下等の不具合を防止することができる。このとき、軸受部材の外周側に、軸受部材を収容するための部材（例えば、ハウジング）を設ける必要がないため、部品点数および組立工数を増加させることなく低コストな流体軸受装置を提供することができる。

封孔部を形成するに際し、微量インクの集合体は、例えば軸受部材の外周面とは非接触の状態で細孔ノズルからインクを供給する、いわゆるインクジェット法を用いて形成することができる。軸受部材と非接触状態でインクを供給する方法としては、上記インクジェット法の他にも、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が考えられる。

以上に例示したインクの供給方法では、インクの供給量等が精密に制御可能であるから、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、任意かつ高精度に封孔部を形成することができる。従って、インクの供給不要箇所にマスキング処理等を施すことなく、低コストに封孔部を形成することができる。また、インクの吐出量を精密に制御することができるので、封孔部を任意の厚みに形成することができるだけでなく、インクの過剰使用を防止することができる。

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。

上記のように、焼結金属製の軸受部材にインクを供給しても、焼結金属は多孔質体であるため、細孔を通じてインクが軸受部材の内部に浸透して行き、所望の封孔部を形成することができない恐れがある。従って、インクが軸受内部に浸透しないよう何らかの前処理を施したうえで封孔部を形成するのが望ましい。前処理としては、目潰し加工等も選択可能であるが、特別な設備が不要で低コストに処理可能なカップリング剤の被膜を形成するのが望ましい（カップリング処理）。カップリング剤はいわゆる表面改質剤であり、濡れ性を悪化、つまりインクに対する表面張力を高めることができるため、インク供給時にも軸受内部へインクが浸透することを防止することができる。

前記封孔部およびカップリング剤の被膜は、軸受部材の外周面に嵌合する他部材との嵌合部を除いて形成されていれば足りる。「他部材」とは、例えば軸受部材の一端開口を封口する蓋部材の他、軸受部材の他端開口をシールするシール部材を挙げることができる。これら蓋部材およびシール部材の双方は一般的に非孔質体で形成されるため、嵌合部となる軸受部材の外周面はこれらの部材で封孔される。なお、他部材との嵌合時の作業性やコスト上の問題がなければ、他部材の嵌合部にも封孔部およびカップリング剤の被膜を形成してもよい。

本発明にかかる流体軸受装置では、ラジアル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、第一軸受部よりもラジアル軸受隙間幅を小さくした第二軸受部とを形成することができる。この構成によれば、例えば軸受装置の起動・停止時には、第一軸受部よりも軸受隙間幅の小さい第二軸受部で軸部材が優先的に相手側部材（ラジアル軸受隙間を介して対向する部材）に接触する。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。このとき、第二軸受部は真円軸受で構成することができる。

なお、本発明でいうラジアル軸受隙間幅は、ラジアル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、例えば軸部の外周面に動圧発生部が形成される場合、動圧発生部の表面とこれに対向する相手側部材の内周面との間の最小距離が「ラジアル軸受隙間の幅」となる。

第二軸受部のラジアル軸受隙間は、例えば、軸受部材の他端開口をシールするシール部材の内周面と軸部材の外周面との間に形成することができる。なお、第二軸受部では、上記のとおり軸部材の外周面との摺動接触が優先的に行われるため、シール部材は耐摩耗性に富む金属材料で形成するのが望ましい。このとき、軸部材を形成する金属材料とシール部材を形成する金属材料とが同一材料であると、摺動接触時に焼き付きが生じやすいため、両者共に金属材料で形成する場合には異なる金属材料で形成するのが望ましい。

動圧発生部は、ラジアル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、スパイラル状溝の何れでもよい。）と、各溝の間にあってこれを区画形成する凸状の区画部とからなるもの、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。

第一軸受部を構成する動圧発生部は、軸部材の外周面、あるいはラジアル軸受隙間を介してこれと対向する軸受部材の内周面に形成することができる。動圧発生部を形成する方法としては、例えば転造加工や切削加工によるものが広く知られているが、数μｍレベルの寸法精度が要求される動圧発生部を精度良く形成することが困難であるばかりでなく、加工に伴う切削粉の発生が避けられないという問題がある。切削粉が残存したままで使用すると、当該切削粉がコンタミとなって軸受性能の低下を招く恐れがあるため、別途洗浄工程等を設けて念入りに切削粉を除去する必要があるが、加工コストの高騰を招く。

これに対し本発明では、動圧発生部を微量インクの集合体を硬化させて形成したので、上述の問題を解消して動圧発生部を高精度に形成することができる。このとき、軸部材の外周面や軸受部材の内周面の表面形状は平滑な面形状で構わないので、軸部材や軸受部材の成形を容易に行うことができ、成形型も簡便なもので足りる。また、この動圧発生部は上述の封孔部を形成した印刷装置を流用して形成することができるため、設備投資を抑制することができる。

上記構成の流体軸受装置は、低コストに製作可能であると共に、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。

以上から明らかなように、本発明の構成を用いることで、潤滑油の漏れ出しによる各種不具合を防止し、高い回転性能を備えた流体軸受装置を低コストに提供することができる。

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、流体軸受装置（動圧軸受装置）１と、流体軸受装置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の内周に流体軸受装置１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流体軸受装置１の一例を示すものである。この流体軸受装置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部分を有する軸受部材８と、その一端開口を封口する蓋部材７と、蓋部材７とは他端側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。

軸受部材８は、例えば銅を主成分とした金属粉末を圧紛、焼結させた焼結金属で形成され、内周に軸部２ａを挿入可能な円筒状のスリーブ部８ａと、スリーブ部８ａから外径側に張り出し同じく円筒状をなす突出部８ｂとを一体に備える。軸受部材８（スリーブ部８ａ）の内周面８ａ１は、凹凸のない真円状の円筒面として形成されている。突出部８ｂの外周面が、流体軸受装置１の大気に露出した面となる第一外周面８ｂ２を構成し、突出部８ｂが形成された軸方向領域を境にしてスリーブ部８ａの外周面は、下側の第二外周面８ａ２と上側の第三外周面８ａ３とに区画される。なお、第二外周面８ａ２と第三外周面８ａ３とは、第一外周面８ａ２よりも小径に形成されている。また、本実施形態では、第二外周面８ａ２が蓋部材８との嵌合部Ｐ、また第三外周面８ａ３がシール部材９との嵌合部Ｑとなる。

また、図示は省略するが、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面Ｂとなる下側端面８ａ４の一部環状領域には、例えばスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が、例えば軸受部材８の成形と同時に型形成されている。

軸受部材８の第一外周面８ｂ２には、微量インク（樹脂組成物）の集合体が硬化した封孔部１７が形成されており、当該封孔部１７が形成されることで、軸受部材８の第一外周面８ｂ２の表面開孔が封孔される。封孔部１７は、軸受部材８を構成する素材８’の第一外周面８ｂ２にカップリング剤の被膜１８を形成する第１工程と、第１工程で形成された被膜１８の表面にインクを供給する第２工程と、供給したインクを硬化させる第３工程とを経て形成される。

第１工程では、図２の右下拡大断面図に示すように軸受部材８を構成する素材８’の外周面にカップリング剤の被膜１８を形成する（カップリング処理）。被膜１８は少なくとも後の第２工程でインクが供給される素材８’の外周面、具体的には外周面のうち他部材との嵌合部Ｐ、Ｑを除く面、すなわち第一外周面８ｂ２のみに形成されていれば足りる。なお、被膜１８は第一外周面８ｂ２だけでなく、その他の外周面８ａ２、８ａ３さらには端面に形成しても構わない。

カップリング剤の被膜１８は、カップリング剤を、例えばイソプロピルアルコールやアセトン等の溶剤で０．５ｗｔ％に希釈した後、これをスプレー法等公知の方法で塗布・乾燥することによって形成される。被膜１８が形成された部分では、濡れ性が悪化、つまり表面張力が高まるため、第２工程でインクを供給する際にも軸受部材内部へインクが浸透するのを防止することができる。

被膜１８を形成するカップリング剤としては、チタネート系、シラン系、アルミニウム系、およびジルコネート系カップリング剤を使用することができるが、工業的安定性の他、インク等との相性を考慮するとチタネート系カップリング剤を用いるのが好ましい。チタネート系カップリング剤は、ＫＲ４１ＢやＫＲ９ＳＡ（共に味の素ファインテクノ（株）製）等に例示されるモノアルコキシタイプ、ＫＲ１３８ＳやＫＲ２３８Ｓ（共に味の素ファインテクノ（株）製）等に例示されるキレートタイプの他、モノアルコキシ・ピロフォスフェートタイプ、配位タイプ、およびコーディネートタイプ等を使用することができる。

上記第１工程で被膜１８が形成された後、当該被膜１８の表面にインクを供給する第２工程と、インクを硬化させる第３工程とを経て封孔部１７が形成される。なお、第２工程でインクを供給する方法の一例として、本実施形態では、流動状態のインクをノズルから微小液滴の状態で吐出し、定着すべき被膜１８の表面に着弾させて封孔部１７を印刷・硬化させるインクジェット方式を採用する。

図３は封孔部１７の印刷・硬化を行うインクジェット方式の印刷装置の概要を示すものである。この印刷装置は、回転駆動される軸受部材８を構成する素材８’の外周面（特に第一外周面８ｂ２）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、必要に応じて光重合開始剤、さらに必要に応じて有機溶媒を配合して調製される。ベース樹脂としては、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。また、これらベース樹脂に添加される光重合開始剤として、ラジカル系光重合開始剤や、カチオン系光重合開始剤等を好ましく使用することができる。なお、重合開始剤は、一種類だけでなく、二種以上を混合して使用することもできる。

素材８’は軸方向貫通穴に、例えばステンレス鋼製の冶具２５を挿入し、当該冶具２５が支持部２３で両端支持されることにより回転駆動される。このとき、冶具２５の外周面と素材８’の内周面８ａ１とは、素材８’が冶具２５と同期して回転できる程度の嵌め合いに設定される。この他、両者の嵌め合いを緩くし、軸受部材８を直接回転駆動させてもよい。素材８’は、一又は直列に複数個連結した状態で支持されるが、効率的に印刷を行う観点から、図示例のように直列に複数個連結した状態で支持するのが望ましい。直列に複数個連結される場合でも、当該冶具２５を用い素材８’を連結することで素材８’同士の同軸度が維持され、インク２２の供給精度のバラツキを防止し、各素材８’に高精度な封孔部１７を形成することができる。

以上の構成において、冶具２５（素材８’）を回転させながら、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印刷が行われる。これにより、インク２２の微小液滴が被膜１８の表面に着弾し、この微小液滴の集合体で所定厚さの封孔部１７が形成される。なお、「所定厚さ」とは、潤滑油の漏れ出しを防止することができればその厚さは特に限定されず、例えば数μｍ〜数十μｍ程度の厚さで本印刷方法で形成可能な厚さであれば良い。印刷された封孔部１７は素材８’の回転に伴って硬化部２１の対向領域（インクの硬化を行う第３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。この印刷および硬化は、素材８’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封孔部１７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。

以上で説明したインクジェット方式による印刷方法では、インク２２を供給（印刷）する第２工程と、供給されたインク２２を硬化させる第３工程とがタイムラグなく連続して行われるため、効率良く封孔部１７を形成することができる。また、インクジェット方式による印刷方法では、予めプログラミングしておくことで、印刷範囲や印刷形状を高精度に管理することができるため、印刷不要箇所に別途マスキングを施すことなく、さらには余剰インクの使用を抑制し、低コストに封孔部１７を形成することが可能となる。

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とを含む領域（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。なお、本実施形態では、軸部２ａとフランジ部２ｂの双方を金属材料で形成しているが、この他にも例えば軸部２ａを金属材料で、フランジ部２ｂを樹脂材料で形成することもできる。

本実施形態において、ラジアル軸受面Ａとなる領域（動圧溝パターン）は、上記封孔部１７の形成と同様、軸部２ａを構成する素材２ａ’の表面に、流動状態のインクをノズルから微小液滴の状態で吐出し、定着すべき素材２ａ’の表面に着弾させて動圧溝パターンを印刷・硬化させることで形成される。動圧溝パターンの印刷は、上述の封孔部１７を形成したインクジェット方式の印刷装置を流用して行うことができ、図４はその一例を示すものである。

動圧溝パターンの印刷は、図４に示すように、軸部２ａを構成する素材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、この微小液滴を多数集合させることで、素材２ａ’の外周面２ａ１に動圧発生部としての、例えばヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝Ａｂと、動圧溝Ａｂを区画形成する凸状の区画部Ａａとを有する動圧溝パターン（ラジアル軸受面Ａとなる領域）が形成される。

また、動圧溝パターンの印刷は、図５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、複数の素材２ａ’に対して同時に行うこともできる。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、機械加工後の洗浄工程のような後工程を経ることなく、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。

軸受部材８の下側開口は、金属材料あるいは樹脂材料で形成された蓋部材７で封口される。蓋部材７は、底部７ｂと、底部７ｂの外径側上端から軸方向上方に張り出した円筒状の側部７ａとからなる有底筒状に形成される。側部７ａの内周面７ａ２が、嵌合部Ｐとしての軸受部材８の第二外周面８ａ２に圧入、圧入接着等の手段で嵌合固定され、側部７ａの上側端面７ａ１が軸受部材８の突出部８ｂの下側端面８ｂ３と当接している。また、底部７ｂの上側端面７ｂ１の一部環状領域には、例えば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、例えばプレス加工により形成されている（図示省略）。

上記構成の蓋部材７を軸受部材８に固定する際には、容易にスラスト軸受隙間幅を一定に規定することができる。すなわち、軸受部材８の第二外周面８ｂ２の軸方向寸法Ｌ１と、スラスト軸受隙間およびフランジ部２ｂの軸方向寸法の総和Ｌ２との合計値を、蓋部材７の側部７ａの軸方向寸法Ｌと同値にしておけば（Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２）、蓋部材７の固定時、容易にスラスト軸受隙間幅を均一値に規定することができる。

軸受部材８の上端開口には、当該開口をシールするシール部材９が固定されている。シール部材９は、軸受部材８の内周面８ａ１よりも内径側に突出した部分を有する円盤状の円盤部９ａと、円盤部９ａの外径側から軸方向下方に張り出した円筒状の側部９ｂとを備える。シール部材９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あるが、全くの同種材料を使用した場合には軸部材２との摺動接触に伴う焼き付きの発生が懸念されるので、軸部材２とは異なる金属材料でシール部材９を形成するのが望ましい。

シール部材９の円盤部９ａの内周面は、凹凸のない真円状の円筒面をなす第一内周面９ａ１と、第一内周面９ａ１の上端から軸方向上方に向かって漸次拡径するテーパ状の第二内周面９ａ２とからなる。第二内周面９ａ２は、軸部２ａの外周面２ａ１と所定容積のシール空間Ｓを介して対向する。側部９ｂの内周面９ｂ１が、嵌合部Ｑとしての軸受部材８の第三外周面８ａ３に圧入、圧入接着等の手段で固定され、側部９ｂの下側端面９ｂ２が、軸受部材８の突出部８ｂの上側端面８ｂ１と当接している。また、円盤部９ａの下側端面９ａ３の一部径方向領域が、軸受部材８のスリーブ部８ａの上側端面８ａ５と当接している。動圧軸受装置１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、潤滑流体として例えば潤滑油が充満され、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。

上記のようにしてシール部材９が軸受部材８に固定されると、シール部材９の円盤部９ａの第一内周面９ａ１と軸受部材８の内周面８ａ１との間には径方向の段差１６が形成される。なお、図面では理解の容易化のため段差１６を誇張して描いているが、段差１６の大きさは２μｍ〜２０μｍ程度である。また、蓋部材７の外周面、シール部材９の外周面、および軸受部材８に形成された封孔部１７の外周面は同一直線上にあるように形成されている。

上記構成の動圧軸受装置１において、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、シール部材９の第一内周面９ａ１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の内周面８ａ１およびシール部材９の第一内周面９ａ１との対向領域を問わず同径であるので、上記段差１６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）。

また、軸受部材８のスリーブ部８ａの下側端面８ａ４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フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と対向し、蓋部材７の底部７ｂの上側端面７ｂ１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フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２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が形成される。

本発明では、焼結金属製の軸受部材８の第一外周面８ｂ２、すなわち蓋部材７やシール部材９との嵌合部Ｐとなる外周面８ａ２、８ａ３を除く外周面に、微量インクの集合体を硬化させた封孔部１７を形成することにより、軸受部材８の表面開孔を封孔した。これにより、潤滑油の軸受装置外部への流出が防止されるため、モータに組み込まれる際の接着性の悪化を防止するだけでなく、モータ構成部材の汚染も防止することができる。また、軸受装置内の油量低下による軸部材２や軸受部材８の焼き付き防止も図られ、所期の回転精度が維持される。さらには、従来用いられていた軸受部材８を収容する部材（例えば、ハウジング）を省略することができ、部品点数削減および組立工数削減を通じて流体軸受装置１の低コスト化を図ることができる。

また、本発明では、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との摺動接触が優先的に生じ、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。また、第二軸受部１５におけるシール部材９と軸部材２との摺動を、金属接触とすることで、接触面の早期摩耗を抑制することができる。

また、封孔部１７とラジアル軸受面Ａ（動圧溝パターン）の形成は、プログラム等を一部変更すれば同一装置で処理可能であるから、設備投資を抑制することができ、流体軸受装置１の製造コストを低減することができる。

以上の作用効果から、本発明によれば油の漏れ出しを防止し、モータとの組立性が良好で、かつ清浄度に優れた流体軸受装置１を低コストに提供可能とすることができる。またこの流体軸受装置１は、高い回転精度と耐久性を具備するものである。

以上の説明では、ラジアル軸受面Ａを軸部２ａの外周面２ａ１に形成する形態を例示したが、ラジアル軸受面Ａを軸受部材８の内周面８ａ１に形成することもできる。また、スラスト軸受面Ｂを軸受部材８の下側端面８ａ４、スラスト軸受面Ｃを蓋部材７の上側端面７ｂ１に形成する場合を例示したが、これらをそれぞれ、スラスト軸受隙間を介して対向するフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１および下側端面２ｂ２に形成することもできる。また、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、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。

また、以上では、スラスト軸受部を動圧軸受で構成した流体軸受装置についての説明を行ったが、この他、スラスト軸受部をいわゆるピボット軸受で構成することもできる（図示省略）。

ところで、以上に示したラジアル軸受面Ａ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）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もできる。ラジアル軸受面Ａにはこの他にも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、さらには、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についても、同様の方法により形成することができる。

また、以上の説明では、ラジアル軸受面Ａを軸方向二箇所に離隔して形成する場合を例示しているが、ラジアル軸受面Ａの数は任意であり、軸方向の一箇所あるいは三箇所以上にラジアル軸受面Ａ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６〜図８に例示する。図６に示す実施形態では、軸部２ａ外周面２ａ１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。なお、この軸受はテーパ軸受と称されることもある。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７は、図６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８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。

また、スラスト軸受面Ｂ、Ｃ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。

また、以上の説明では、流体軸受装置１の内部に充満する潤滑流体として潤滑油を用いる形態を例示したが、これ以外にも各軸受隙間に動圧を発生させることができる流体、例えば、磁性流体の他、空気等の気体を使用することもできる。

動圧軸受装置を組み込んだ、モータの一例を示す概要図である。 動圧軸受装置の一例を示す断面図である。 封孔部の形成にかかるインクジェット方式の印刷装置の一例を示す概要図である。 動圧発生部の形成にかかるインクジェット方式の印刷装置の一例を示す概要図である。 動圧発生部の形成にかかるインクジェット方式の印刷装置の、他形態を示す概要図である。 動圧発生部の他の形態を示す断面図である。 動圧発生部の他の形態を示す断面図である。 動圧発生部の他の形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 流体軸受装置
２ 軸部材
２ａ’ 素材
８ 軸受部材
８’ 素材
８ｂ２ 第一外周面
８ａ２ 第二外周面
１４ 第一軸受部
１５ 第二軸受部
１６ 段差
１７ 封孔部
１８ 被膜
２０ ノズルヘッド
２１ 硬化部
２２ インク
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ、Ｃ スラスト軸受面
Ａａ 区画部
Ａｂ 動圧溝
Ｐ 嵌合部
Ｑ 嵌合部
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間

Claims (10)

1. 軸部材と、軸部材を内周に挿入した焼結金属製の軸受部材と、軸部材の外周面とこれに対向する軸受部材の内周面との間に形成され、潤滑流体が満たされたラジアル軸受隙間とを備える流体軸受装置において、
   軸受部材の外周面に、微量インクの集合体を硬化させて、表面開孔を封孔する封孔部を設けたことを特徴とする流体軸受装置。
2. 軸受部材の外周面にカップリング剤の被膜を設けた上で封孔部を形成した請求項１記載の流体軸受装置。
3. 封孔部が、軸受部材の外周面に嵌合する他部材との嵌合部を除いて形成されている請求項１記載の流体軸受装置。
4. 他部材が、軸受部材の一端開口を封口する蓋部材である請求項３記載の流体軸受装置。
5. 他部材が、軸受部材の他端開口をシールするシール部材である請求項３記載の流体軸受装置。
6. ラジアル軸受隙間に動圧作用を生じさせるための動圧発生部を有する第一軸受部と、第一軸受部のラジアル軸受隙間よりも小さい幅のラジアル軸受隙間を有する第二軸受部とを備え、第二軸受部が真円軸受を構成する請求項１記載の流体軸受装置。
7. 第二軸受部のラジアル軸受隙間が、軸受部材の他端開口をシールするシール部材の内周面と軸部材の外周面との間に形成されている請求項６記載の流体軸受装置。
8. 第一軸受部の動圧発生部が、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６記載の流体軸受装置。
9. インクが、光硬化性を有する請求項１又は８記載の流体軸受装置。
10. 請求項１〜９何れか記載の流体軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ。