JP2006322502A - 軸受部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度な動圧発生部を有する軸受部材を安定して、かつ低コストに提供する。
【解決手段】 軸受部材８は、電鋳部１０と、電鋳部１０をインサートし射出成形にてモールドしたモールド部１４とからなる。電鋳部１０には、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるための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。
【選択図】図１

Description

本発明は、動圧軸受装置に用いる軸受部材およびその製造方法に関するものである。動圧軸受装置は、軸受隙間に生じる流体（潤滑流体）の動圧作用で軸部材を回転自在に非接触支持するものであり、この軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ、ＦＤＤ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搭載するスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）などに搭載するポリゴンスキャナモータ用、あるいは軸流ファンなどの電気機器に搭載する小型モータ用として好適である。

この種の動圧軸受装置では、通常、軸部材がラジアル軸受隙間に生じた流体の動圧作用でラジアル方向に非接触支持される。ラジアル軸受隙間に流体の動圧作用を発生させるために、軸部材の外周面とこれに対向する軸受部材の内周面の少なくとも何れか一方の所定領域（ラジアル軸受面）には、動圧発生部としての例えばヘリングボーン形状に配された動圧溝が形成される。

ところで、上記情報機器用の動圧軸受装置は非常に高い回転精度を要求されるものであり、従って、動圧溝は非常に高精度に形成される必要がある。軸受部材の内周面にこの種の動圧溝を形成する方法として、例えば転造により形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１９６６４０号公報

上記特許文献１に記載されている発明においては、複数の突起を有する転造機を軸受部材内周に挿入し、該転造機を時計回りおよび反時計回りに交互に回転させながら軸方向に進行させることで、動圧溝が軸受部材の内周に形成される。このような転造による動圧溝の形成方法では、その特性上溝形状にバラツキが生じやすく、高精度な溝を安定して、かつ低コストに量産することが困難である。

そこで本発明は、高精度な動圧発生部を有する軸受部材を安定して、かつ低コストに提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる軸受部材は、内周に、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるための動圧発生部を有するものであって、電鋳部をインサートして射出成形され、かつ動圧発生部が電鋳部に形成されていることを特徴とするものである。

上記特徴を有する軸受部材は、動圧発生部の形状に対応した型部を外周に有するマスター軸を製作する工程（マスター軸製作工程）と、型部を含むマスター軸の外周に電鋳部を形成する工程（電鋳工程）と、電鋳部の形成後に電鋳部をインサートして射出成形する工程（モールド工程）と、射出成形後にマスター軸と電鋳部とを分離する工程（分離工程）とを経て製作される。

電鋳部は、電鋳工程においてマスター軸を電解液中に浸漬させ、マスター軸に形成された動圧発生部形状に対応する部分を有する型部の外周に金属を電着させることで形成される。この電鋳加工の特性上、電鋳部には、マスター軸の型部が精度良く転写され、転写された面はマスター軸の表面精度に倣った面精度となるため、予めマスター軸（特に、その型部）の表面精度を高めておけば、動圧発生部を高精度に成形することができる。

電鋳部に形成される動圧発生部の一例として、例えばヘリングボーン形状等に配列された複数の動圧溝を挙げることができる。このような動圧溝を含む動圧溝パターンは非常に複雑な形状をなすものであるが、マスター軸製作工程の段階で、マスター軸の外周に動圧溝パターンに対応した部分を有する型部を形成しておけば、電鋳加工により型部の形状が正確に転写されるため、高精度な動圧溝パターンを容易かつ低コストに形成することができる。なお、電鋳部に形成される動圧発生部は、上記の動圧溝の他、例えば複数の円弧面で形成することもできる。

モールド工程では、電鋳加工後のマスター軸をインサートして射出成形することにより（インサート成形）、モールド部と電鋳部とが一体成形される。インサート成形では、型精度を高め、かつインサート部としての電鋳部を精度良く位置決めするだけで、高精度な部品が一体成形されるため、その後、電鋳部とマスター軸とを分離すれば、その成形品を動圧軸受装置用の軸受部材としてそのまま使用することができる。電鋳加工の特性上、電鋳部の外周面は粗面に形成されるため、上記のようにインサート成形した際には、材料が電鋳部の外周面に入り込み、両者間の固着力はアンカー効果により非常に強固なものとなる。

このモールド工程に先立ち、電鋳部にはフランジを形成しておくのが好ましい。フランジを形成することにより、射出成形後はフランジとモールド部との間で抜け止め、あるいは回り止めがなされるので、電鋳部とモールド部との間でより高い固着力を得ることができる。特にフランジの外周面を非真円形状とすることで、より一層高い回り止め効果を得ることが可能となる。

前記のフランジは、電鋳部を塑性変形させることで形成することができる。特に電鋳部を射出成形にてモールドする際、金型の型締めで電鋳部を部分的に塑性変形させれば、フランジの形成後、そのままキャビティに樹脂や金属を射出することにより軸受部材をインサート成形することができる。この場合、フランジを形成するための特段の加工は必要なく、より一層固着力に優れた電鋳部を有する軸受部材を、低コストに成形することができる。

射出成形の材料は樹脂材料および金属材料の何れも使用することができる。射出成形材料として樹脂材料を使用する場合、成形性に優れると共に軽量化できるという特徴が得られ、一方金属材料を使用する場合、剛性、導電性、および耐熱性等に優れるという特徴が得られる。

射出成形後の分離工程では、マスター軸と電鋳部とが分離される。この分離は、例えば、電鋳加工に伴って電鋳部に蓄積された拡径方向の内部応力を解放させ、電鋳部の内周を拡径させることによって行うことができる。これだけでは電鋳部の拡径量が不足する場合には、マスター軸および電鋳部を加熱または冷却して両者に熱膨張量の差を与えれば、電鋳部に形成された動圧発生部を傷つけることなく、マスター軸を軸受部材の内周からスムーズに抜き取ることが可能となる。

なお、分離されたマスター軸は、繰り返し電鋳加工に使用することができるため、高精度な軸受部材を安定して量産することができる。

以上の工程で製作された軸受部材の内周に軸部材を挿入することにより、動圧軸受装置が構成される。この種の動圧軸受装置においては、軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部を設けることができる。スラスト軸受部としては、軸受部材を接触支持するいわゆるピボット軸受の他、スラスト軸受隙間に発生する流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に回転自在に非接触支持する動圧軸受を使用することもできる。

上記の構成を有する動圧軸受装置は、例えばＨＤＤ等のディスク装置用のスピンドルモータに好ましく使用することができる。

以上のように、本発明によれば、高精度な動圧発生部を有する軸受部材を安定して、かつ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に示す本発明の構成を有する軸受部材８は、マスター軸を製作する工程（図２（ａ）参照）、マスター軸１２の所要箇所をマスキングする工程（図２（ｂ）参照）、非マスク部に電鋳加工を行って電鋳軸１１を形成する工程（図２（ｃ）参照）、電鋳軸１１の電鋳部１０を樹脂等でモールドして軸受部材８を形成する工程（図５参照）、および電鋳部１０とマスター軸１２とを分離する工程を経て製作される。

図２（ａ）に示すマスター軸１２は、導電性の金属材料、例えば焼入処理を施したステンレス鋼で形成される。もちろん電鋳部１０の成形性が良好であれば、ステンレス鋼以外の金属材料、例えばニッケル合金やクロム合金なども使用することもできる。セラミック等の非金属材料でも、導電処理を施すことにより（例えば、表面に導電性の金属被膜を形成することにより）マスター軸として使用することが可能となる。なお、マスター軸１２の外周面１２ａには、電鋳部との間の摩擦力を減じるための表面処理、例えばフッ素系の樹脂コーティングを施すのが望ましい。

図２（ａ）に示すように、マスター軸１２の外周面１２ａのうち、電鋳部１０の形成予定部となる領域には、後述するラジアル軸受面Ａの形状に対応した凹凸形状を有する型部Ｎが形成される。この型部Ｎとラジアル軸受面Ａの凹凸態様は正反対であり、ラジアル軸受面の凸となる部分が、型部Ｎでは凹部１２ａ１、１２ａ２となる。図示例では、凹部１２ａ１、１２ａ２をヘリングボーン形状の動圧溝パターンに対応した形状とした場合を例示しているが、これをスパイラル形状の動圧溝パターンに対応した形状に形成することもできる。

型部Ｎは、例えば切削加工やプレス加工等による機械加工の他、エッチング等の表面処理加工を用いて形成される。この型部Ｎも含めたマスター軸１２の外周面１２ａの精度は、動圧発生部の成形精度、ひいては動圧軸受の軸受性能を直接左右するので、真円度、円筒度、表面粗さ等の機能上重要となる精度を予め高精度に仕上げておく必要がある。

図２（ｂ）に示すマスキング工程では、マスター軸１２の外周面１２ａに型部Ｎを除いてマスキング１３が施される。マスキング１３の被覆材としては、非導電性、および電解質溶液に対する耐食性を有する既存品が使用可能である。

図２（ｃ）に示す電鋳加工は、ＮｉやＣｕ等の金属イオンを含んだ電解質溶液にマスキング処理したマスター軸１２を浸漬し、電解質溶液に通電して目的の金属をマスター軸１２の表面に析出させることにより行われる。電解質溶液には、カーボンなどの摺動材、あるいはサッカリン等の応力緩和材を必要に応じて含有させてもよい。電着金属の種類は、動圧発生部に求められる硬度、疲れ強さ等の物理的性質や、化学的性質に応じて適宜選択される。電鋳部１０の厚みは、これが厚すぎるとマスター軸１２からの剥離性が低下し、薄すぎると電鋳部１０の耐久性低下等につながるので、求められる軸受性能や軸受サイズ、さらには用途等に応じて最適な厚みに設定される。

以上の工程を経ることにより、図２（ｃ）に示すように、マスター軸１２の外周面１２ａのマスキング１３を除く領域（型部Ｎ）に円筒状の電鋳部１０を被着した電鋳軸１１が形成される。このとき、電鋳部１０の内周面には、マスター軸１２の外周面１２ａに形成した型部Ｎの凹凸形状が転写され、これにより動圧発生部として複数の動圧溝が形成される。

次に、電鋳軸１１は、例えば図４に示すモールド工程に移送され、電鋳軸１１をインサート部品として、樹脂材料による射出成形（インサート成形）が行われる。

このモールド工程では、電鋳軸１１は、その軸方向を型締め方向（図面上下方向）と平行にして、上型１５、および下型１６からなる金型内部に供給される。下型１６には、マスター軸１２の外径寸法に適合した位置決め穴１８が形成され、この位置決め穴１８に前工程から移送した電鋳軸１１の下端を挿入して電鋳軸１１の位置決めがなされる。この位置決め状態では、電鋳軸１１のうち電鋳部１０の下端面が下型１６の成形面と係合し、電鋳部１０の上端が金型のパーティングラインＰ．Ｌ．よりも相手型（本実施形態では上型１５）の側に突出している。位置決め穴１８の深さＬ１は、マスター軸１２の下端と電鋳部１０の下端との間の距離Ｌ２よりも大きく（Ｌ１＞Ｌ２）、従って、型締め前の状態では、マスター軸１２の下端面は位置決め穴１８の底から浮上した状態にある。この浮上量を調整することで、電鋳部１０の下端に形成するフランジの塑性変形量を変更することができる。

前記上型１５には、位置決め穴１８と同軸にガイド穴１９が形成されている。このガイド穴１９の深さＬ３は、図５に示す型締め時において、マスター軸１２の上端がガイド穴１９の底に突き当たらない程度であれば足りる（なお、マスター軸１２の下端は位置決め穴１８の底に突き当たる）。

以上の金型において、可動型（本実施形態では上型１５）を固定型（本実施形態では下型１６）に接近させて型締めすると、先ずマスター軸１２の上端がガイド穴１９に挿入されてマスター軸１２の心出しが行われ、さらに上型１５の成形面に電鋳部１０の上側端面が当接する。さらなる上型１５の接近で電鋳軸１１の全体が下方に押し込まれ、図５に示すように、下型１６の成形面と当接した電鋳部１０の下端部、および上型１５の成形面と当接した電鋳部１０の上端部がそれぞれ外径側に塑性変形し、電鋳部１０の軸方向両端にフランジ２０が形成される。金型構造を変更することにより、電鋳部１０の軸方向一端にのみフランジ２０を形成することも可能である。

型締め完了後、スプール２１、ランナー２２、およびゲート２３を介してキャビティ１７に樹脂材料を射出し、インサート成形を行う。樹脂材料は、機械的強度をはじめ、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）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂等の高機能結晶性ポリマーが使用可能である。樹脂材料には、必要に応じて強化材（繊維状、粉末状等の形態は問わない）や潤滑剤等の各種充填材が配合される。

なお、射出する材料としては金属材料も使用可能である。例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能である。この場合、樹脂材料を使用する場合に比べて、強度、耐熱性、または導電性等より向上させることができる。この他、金属粉とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＭＩＭ成形を採用することもできる。

インサート成形完了後、成形型を開くと図３に示すようなマスター軸１２と電鋳部１０からなる電鋳軸１１と、モールド部１４とが一体となった成形品が得られる。

この成形品は、その後分離工程に移送され、電鋳部１０およびモールド部１４が一体化したもの（軸受部材８）と、マスター軸１２とに分離される。

ところで、一般的に電鋳部が薄肉円筒状の場合、マスター軸と分離する前の電鋳部には、マスター軸から剥がれる方向に変位するのを妨げる向きの応力（残留応力）が蓄積される。この残留応力は、例えば電鋳軸に衝撃を与えることにより解放され、この応力解放に伴って、電鋳部が拡径してマスター軸の表面から剥離する。これに伴い、電鋳部の内周面とマスター軸の外周面との間に微小隙間が形成されるので、両者を分離することが可能となる。

分離工程では、この原理を利用して軸受部材８とマスター軸１２の分離が行われる。具体的には、電鋳軸１１あるいは軸受部材８に衝撃を与え、電鋳部１０の内周面１０ａを半径方向に拡径させて、軸受部材８の内周面１０ａとマスター軸１２の外周面１２ａとの間に隙間（動圧溝深さ以上の隙間が望ましい）を形成する。この隙間形成により、軸受部材８の内周面に形成されたラジアル軸受面Ａとマスター軸１２の外周面１２ａに形成された型部Ｎとの間の軸方向の凹凸係合が解消される。従って、衝撃を与えて電鋳部１０をマスター軸１２の外周面１２ａから剥離させた後、マスター軸１２を軸方向に引き抜くことにより、ラジアル軸受面Ａを傷つけることなく、マスター軸１２と軸受部材８とをスムーズに分離することが可能となる。なお、電鋳部１０の拡径量は、例えば電鋳部１０の肉厚を変えることによって制御することができる。

応力解放だけでは電鋳部１０の内周面１０ａで十分な拡径量を確保できない場合、電鋳部１０とマスター軸１２とを加熱又は冷却し、両者間に熱膨張量差を生じさせることによってマスター軸１２と軸受部材８とを分離することもできる。

ここで、マスター軸１２を上記のとおり金属材料やセラミック材料で形成しておけば、射出成形時の高温・高圧環境下においてもマスター軸１２の変形を回避することができる。従って、射出成形時における型部Ｎの変形を回避することができるため、ラジアル軸受面Ａを高精度に形成することができる。また、モールド後に電鋳部１０と分離されたマスター軸１２は、繰り返し軸受部材８の製作に使用することができ、かつラジアル軸受面Ａはマスター軸１２の型部Ｎに倣った形状となる。従って、マスター軸１２の製作コストを抑制することができることに加え、個体間で精度のバラツキが少なく、かつ高精度な動圧発生部を有する軸受部材８を安定して量産することができる。

なお、電鋳加工の特性上、電鋳部１０の外表面は粗面に形成されるため、インサート成形時にはモールド部１４を構成する材料が電鋳部外表面の微小な凹凸に入り込み、アンカー効果による強固な固着力が発揮される。さらに、電鋳部１０は、フランジ２０も含めた形で一体成形されることから、抜け止め、回り止めがなされる。従って、耐衝撃性に富む高強度の軸受部材８を提供することが可能となる。特に、図４および図５に示す実施形態のように、電鋳部１０を塑性変形させてフランジ２０を形成する場合、図１に示すように、その外周面２０ａの形状はランダムな凹凸を有する非真円形状となるので、高い回り止め効果が得られる。なお、図１では、外周面２０ａの凹凸が理解の容易化のために誇張して描かれている。

図８に示すように、マスター軸１２を分離した後の軸受部材８の内周面（電鋳部１０の内周面１０ａ）には、複数の動圧溝８ａ１、８ａ２と動圧溝８ａ１、８ａ２を区画する凸状部とからなる二つのラジアル軸受面Ａが上下に離隔形成される。このラジアル軸受面Ａは、後述するように、軸受部材８の軸受装置への組み込みに伴い、軸部材２の外周面との間でラジアル軸受隙間を形成する。

次に、以上の工程で製作された軸受部材８を使用した動圧軸受装置１の一例を図７に示す。図示のように、この動圧軸受装置１は、軸受部材８の他、一端に底部７ｃを有し、その内周に軸受部材８を固定するハウジング７と、軸受部材８の内周に挿入される軸部材２と、シール部材９とを主要な構成部品としている。なお、説明の便宜上、シール部材９の側を上側、シール部材９と軸方向反対側を下側として以下説明を行う。

ハウジング７は、ステンレス鋼や黄銅等の金属材料や樹脂材料で、一端に開口部７ａを有すると共に、他端を封口した有底円筒状に形成され、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの他端側に底部７ｃとを備えている。この実施形態では、側部７ｂと底部７ｃとは別体に形成され、側部７ｂの下部内周に接着、圧入、溶着等の手段で固定されている。図示は省略するが、底部７ｃのスラスト軸受面となる一部環状領域には、動圧発生部として、例えばスパイラル形状やヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝が形成されている。この種の動圧溝は、底部７ｃの成形と同時にプレス加工等によって型成形することができる。この他、側部７ｂと底部７ｃとを一体に形成することもできる。なお、側部７ｂと底部７ｃを形成する材料は、要求される性能を満足することができれば、異種材料または同種材料の何れでも構わない。

軸部材２は、上記マスター軸１２とは別に、例えばステンレス鋼等の金属材料で形成される。この軸部材は、軸部２ａとその一端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとからなり、軸部２ａの外周面は動圧溝等のない断面真円状をなしている。この軸部材２は、金属材料のみで形成する他、金属部分と樹脂部分とからなるハイブリッド構造とすることもできる（例えば、軸部２ａを金属材料で形成し、フランジ部２ｂを樹脂材料で形成する。）。軸部２ａの外径寸法は、軸受部材８に形成されたラジアル軸受面Ａのうち、動圧溝８ａ１、８ａ２を区画形成する凸状部の内径寸法よりも僅かに小径であり、これにより二つのラジアル軸受面Ａと軸部２ａの外周面との間に１μｍ〜数十μｍ程度のラジアル軸受隙間が形成される。

ハウジング７の開口部７ａの内周には、例えば黄銅等の金属材料あるいは樹脂材料で形成されたシール部材９が圧入、接着等の手段で固定されている。シール部材９は、この実施形態においては環状をなし、ハウジング７とは別体に形成されている。シール部材９の内周面９ａは、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。シール空間Ｓに対向する軸部２ａの外周面は、軸方向上方に向かって漸次縮径するテーパ面２ａ２として形成されており、軸部材２の回転時には遠心力シールとしても機能する。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、潤滑流体としての例えば潤滑油が充満され、この状態で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。

軸受部材８は、ハウジング７の側部７ｂの内周面に固定される。軸受部材８のハウジング内周への固定方法は、圧入、接着、圧入と接着の併用、あるいは溶着等の固定手段が設計条件に応じて選択される。この軸受部材８の内周には、軸部材２が回転自在に挿入される。

軸受部材８は、上述のとおり、樹脂材料（金属材料の場合もある）からなるモールド部１４と、その内周面に固着された電鋳部１０とからなる複合構造で円筒状に形成される。モールド部１４と電鋳部１０とは軸方向全長にわたって強固に固着しており、かつその上端部および下端部では径方向のフランジ２０が形成され、モールド部１４と電鋳部１０相互間の抜け止め、さらには回り止めがなされる。軸受部材８の内周面８ａのラジアル軸受面Ａには上記電鋳加工によってヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成されている。本実施形態において、上側領域の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中心）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）は下側の対称形の動圧溝８ａ２に比べ、上側の動圧溝８ａ１で相対的に大きくなる。

さらに、軸受部材８の下側端面８ｃのスラスト軸受面となる一部環状領域には、図示は省略するが、動圧発生部として、例えばスパイラル形状に配列された複数の動圧溝が形成されている。この種の動圧溝は、上記軸受部材８を形成するためのモールド工程で用いる下型１６の下側端面８ｃとの対向領域に溝形状を予め形成しておけば、軸受部材８の成形と同時に型成形することができ、これにより別途下側端面８ｃに動圧溝を形成する手間を省くことができる。

動圧軸受装置１は以上のように構成され、軸部材２の回転時、軸受部材８の内周面８ａのラジアル軸受面Ａとなる上下二つの領域は、それぞれ軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、その圧力によって軸部材２の軸部２ａ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第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが形成される。

また、軸受部材８の下側端面８ｃのスラスト軸受面となる領域は、フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、底部７ｃの上側端面７ｃ１のスラスト軸受面となる領域は、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とスラスト軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２の回転に伴い、スラスト軸受隙間にも潤滑油の動圧が発生し、その圧力によって軸部材２が両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および第２スラスト軸受部Ｔ２が形成される。

なお、軸部材２の回転中は潤滑油がハウジング７の底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のスラスト軸受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、図７および図８に示すように、軸受部材８の外周面８ｄおよびシール部材９の下側端面９ｂにスラスト軸受隙間（特に第１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８ｄ１、９ｂ１を設ければ、この循環路８ｄ１、９ｂ１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。図７では一例として、循環路８ｄ１を軸受部材８の外周面８ｄに形成する場合、および循環路９ｂ１をシール部材９の下側端面９ｂに形成する場合を例示しているが、循環路８ｄ１をハウジング７の内周面に、循環路９ｂ１を軸受部材８の上側端面８ｂに形成することもできる。

図６は、上記動圧軸受装置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、ＨＤＤ等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動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたロータ（ディスクハブ）３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る。動圧軸受装置１のハウジング７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が一または複数枚保持される。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、そ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。

上記軸受部材８は、図７に示す動圧軸受装置１に限らず、他の構成の動圧軸受装置にも広く使用することができる。以下、動圧軸受装置の他の構成を図面に基づいて説明するが、図７に示す動圧軸受装置１と同一の構成および機能が共通する部材には共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

図９に示す動圧軸受装置は、スラスト軸受部Ｔをハウジング７の開口部７ａ側に配置し、一方のスラスト方向で軸部材２を軸受部材８に対して非接触支持するものである。軸部材２の下端よりも上方にフランジ部２ｂが設けられ、このフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２と軸受部材８の上側端面８ｂとの間にスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間が形成される。ハウジング７の開口部内周にはシール部材９が装着され、シール部材９の内周面９ａと軸部材２の軸部２ａ外周面との間にシール空間Ｓが形成される。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。

図１０は、動圧軸受装置１の他の実施形態を示すものである。図７に示す動圧軸受装置１とは、主に、シール空間Ｓがハウジング７の外径部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７の上側端面とディスクハブ３を構成するプレート部３ａの下側端面３ａ１との間に形成されている点が異なる。

図１２は、動圧軸受装置１の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、ハウジング７を包含した形で、軸受部材２８を形成した点で図７に示す実施形態と大きく異なる。この軸受部材２８も図７に示す軸受部材８と同様、構造的な面から言えば、樹脂材料（金属材料の場合もある）からなるモールド部１４と、その内周面に固着された電鋳部１０とからなる。形状的な面から言えば、軸受部材２８は、その内周に軸部２ａを挿入可能なスリーブ状のスリーブ部２８ａと、スリーブ部２８ａの外径側から上方に伸び、内周にシール部材９を固定可能なシール固定部２８ｂと、スリーブ部２８ａの外径側から下方に伸び、内周に底部７ｃを固定可能な底固定部２８ｃとからなる。軸受部材２８のスリーブ部２８ａには、その上側端面２８ａ２と下側端面２８ａ３を連通する軸方向の循環路２９が設けられる。この実施形態では、図４に示すモールド工程で、ハウジングとなる部分も包含して軸受部材２８が成形されるので、部品点数や組立工数の削減を通じて、動圧軸受装置１の低コスト化を図ることができる。

図１３は、動圧軸受装置１の他の実施形態を示すものである。この実施形態では、上記図１２に示すものと同様に、図１０では別体であったハウジング７を包含した形で軸受部材２８を形成した点で図１０に示すものと大きく異なる。この形態でも、部品点数や組立工数の削減を通じて、動圧軸受装置１の低コスト化を図ることができる。

以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部Ｔ、Ｔ１、Ｔ２として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により流体動圧を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、いわゆる多円弧軸受やステップ軸受を採用しても良い。これらの軸受では、複数の円弧面（多円弧軸受）および軸方向溝（ステップ軸受）がラジアル軸受隙間に動圧を発生させるための動圧発生部となる。これらの動圧発生部は、軸受部材８の電鋳部１０に形成されるが、その形成方法は、動圧溝を形成する場合の各工程（図２および図５参照）に準じるので説明を省略する。

図１４は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域が、３つの円弧面３３で構成されている（いわゆる３円弧軸受）。３つの円弧面３３の曲率中心は、それぞれ、軸受部材８（軸部２ａ）の軸中心Ｏから等距離オフセットされている。３つの円弧面３３で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間３５である。そのため、軸受部材８と軸部２ａとが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間３５の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受部材８と軸部２ａとが非接触支持される。なお、３つの円弧面３３相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝を形成しても良い。

図１５は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例においても、軸受部材８の内周面８ａのラジアル軸受面Ａとなる領域が、３つの円弧面３３で構成されているが（いわゆる３円弧軸受）、３つの円弧面３３で区画される各領域において、ラジアル軸受隙間は、円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間３５である。このような構成の多円弧軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、３つの円弧面３３相互間の境界部に、分離溝３４と称される、一段深い軸方向溝が形成されている。そのため、軸受部材８と軸部２ａとが所定方向に相対回転すると、ラジアル軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間３５の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受部材８と軸部２ａとが非接触支持される。

図１６は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例では、図１５に示す構成において、３つの円弧面３３の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、軸受部材８（軸部２ａ）の軸中心Ｏを曲率中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定になる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。

図１７は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方をステップ軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域に、複数の軸方向溝形状の動圧溝３６が円周方向所定間隔に設けられている。

以上の各例における多円弧軸受は、いわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらに６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用しても良い。また、ラジアル軸受部をステップ軸受や多円弧軸受で構成する場合、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のように、２つのラジアル軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とする他、軸受部材８の内周面８ａの上下領域に亘って１つのラジアル軸受部を設けた構成としても良い。

さらに、スラスト軸受部Ｔ、Ｔ１、Ｔ２の形態として、スパイラル形状の動圧溝により潤滑油の動圧作用を発生させる構成を例示したが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、いわゆる波型軸受（ステップ型が波型になったもの）等で構成することもできる（図示省略）。

以上で説明を行った動圧軸受装置１は、軸部材２をスラスト方向に非接触支持する動圧軸受で構成する形態を例示したものであるが、図１１に示す動圧軸受装置１は、軸部材２をスラスト方向に接触支持するピボット軸受で構成されている。このとき、軸部材２の軸部２ａの下端２ａ３は凸球状に形成されており、この下端２ａ３は、ハウジング７の底部７ｃの上側端面７ｃ１に接着等の手段により固定されたスラストプレート２４の上側端面２４ａで接触支持される。

また、以上の実施形態では、動圧軸受装置１の内部に充満する潤滑流体として、潤滑油を例示したが、そ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、空気等の気体等を使用することもできる。

本発明にかかる軸受部材の斜視図である。 （ａ）図はマスター軸の斜視図、（ｂ）図はマスター軸にマスキングを施した状態を示す斜視図、（ｃ）図は電鋳軸の斜視図である。 インサート成形直後の軸受部材の断面図である。 射出成形金型に電鋳軸を取り付けた状態を示す模式図である。 射出成形金型によりフランジの形成を示す模式図である。 本発明の構成を有するスピンドルモータの一例を示す拡大断面図である。 本発明の構成を有する動圧軸受装置の一実施形態を示す断面図である。 軸受部材の縦断面図である。 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。 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。 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。 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
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
７ ハウジング
８、２８ 軸受部材
８ａ１、８ａ２ 動圧溝
９ シール部材
１０ 電鋳部
１１ 電鋳軸
１２ マスター軸
１４ モールド部
２０ フランジ
Ａ ラジアル軸受面
Ｎ 型部
Ｒ１ 第１ラジアル軸受部
Ｒ２ 第２ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
Ｔ スラスト軸受部
Ｔ１ 第１スラスト軸受部
Ｔ２ 第２スラスト軸受部

Claims (9)

1. 内周に、ラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させるための動圧発生部を有する軸受部材であって、
   電鋳部をインサートして射出成形され、かつ動圧発生部が電鋳部に形成されていることを特徴とする軸受部材。
2. 動圧発生部が、複数の動圧溝を有することを特徴とする請求項１記載の軸受部材。
3. 動圧発生部が、複数の円弧面を有することを特徴とする請求項１記載の軸受部材。
4. 電鋳部にフランジを設けたことを特徴とする請求項１記載の軸受部材。
5. 請求項１〜４何れか記載の軸受部材と、該軸受部材の内周に挿入された軸部材とを備えた動圧軸受装置。
6. さらに軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部とを備えた請求項５記載の動圧軸受装置。
7. 請求項５又は６の何れかに記載された動圧軸受装置を有するモータ。
8. 動圧発生部の形状に対応した型部を外周に有するマスター軸を製作する工程と、型部を含むマスター軸の外周に電鋳部を形成する工程と、電鋳部の形成後に電鋳部をインサートして射出成形する工程と、射出成形後にマスター軸と電鋳部とを分離する工程とを含む、請求項１〜４何れか記載の軸受部材の製造方法。
9. マスター軸と電鋳部とに熱膨張量の差を与えることにより、両者を分離する請求項８記載の方法。

Images