JP2007051772A - 動圧軸受装置およびこれを備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 高い軸受性能および耐久寿命を有する動圧軸受装置を低コストに提供する。
【解決手段】 動圧軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２の外周面２ａと対向する円筒状のラジアル軸受面Ａを備える軸受部材７とを主要な構成要素として備える。軸受部材７は、電鋳部１０をインサートして射出成形され、前記ラジアル軸受面Ａは当該電鋳部１０に形成されている。また、軸受部材７の上側端面７ｂにはスラスト軸受面Ｂが形成され、当該スラスト軸受面Ｂに対向するスラスト軸受隙間に生じた潤滑流体の動圧作用によって、軸部材２がスラスト方向に支持される。
【選択図】図２

Description

本発明は、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動圧軸受装置およびこれを備えたモータに関するものである。この動圧軸受装置は、パソコン等に搭載されるファンモータ用の軸受装置の他、広く情報機器用の小型モータ、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の軸受装置としても使用することができる。

上記各種モータのうち、特にファンモータ用の動圧軸受装置では、羽根を有するロータがラジアル軸受部でラジアル方向に回転自在に支持される。また、羽根で生じる送風作用の反力（推力）が、ステータコイルとロータマグネットとの間に生じる磁力の軸方向成分によって支持され、磁力と推力との差によるスラスト荷重がスラスト軸受部で支持される構造になっている。ファンモータ用の軸受装置では、ラジアル軸受部として動圧軸受が使用され、スラスト軸受部として回転軸の軸端を受け材に接触させたピボット軸受を使用する場合が多い。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−４６０５７号公報

上記特許文献１で開示された動圧軸受装置では、ラジアル軸受部の動圧発生用の溝を樹脂製スリーブの内周に射出成形で形成しているが、この手法では動圧発生用の溝精度を十分に確保することが難しい。また、スラスト軸受部をピボット軸受で構成しているので、軸受装置の長期使用による摩耗が避けられず、この摩耗が回転精度に悪影響を与えるおそれがある。さらに、ピボット軸受では、モーメント荷重に対する軸受剛性を確保する上でも不利となる。

本発明は、高い軸受性能および耐久寿命を有する動圧軸受装置を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、本発明にかかる動圧軸受装置は、軸部材と、軸部材の外周面と対向する円筒状のラジアル軸受面と、電鋳部をインサートして射出成形され、電鋳部にラジアル軸受面を有する軸受部材と、軸受部材の端面に形成したスラスト軸受面、およびスラスト軸受面に対向するスラスト軸受隙間を備え、スラスト軸受隙間に生じた潤滑流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部とを有することを特徴とするものである。ここでいうラジアル軸受面およびスラスト軸受面は、ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に対向する面を意味し、これらの面に動圧溝等の動圧発生部が形成されているか否かは問わない。

上記構成において、軸受部材は、電鋳部をインサートして射出成形されるので、スリーブをハウジングの内周に接着等で固定する場合に比べ、組立工程を簡略化して低コスト化を図ることができる。

また、本発明のように、スラスト軸受部を動圧軸受で構成すれば、これをピボット軸受で構成した場合に問題となる、摩耗による回転精度の低下を回避することができる。また、動圧軸受では、スラスト軸受部がピボット軸受のような点支持ではなく面支持となるので、スラスト軸受部における支持面積を拡大させることができ、かつスラスト軸受部をラジアル軸受部よりも外径側に形成することができる。したがって、モーメント荷重に対する軸受剛性を高めることができる。

電鋳部は、電鋳加工によりマスター部材の表面に析出形成された金属層であり、電解めっき（電気めっき）あるいは無電解めっき（化学めっき）に準ずる手法で形成することができる。電鋳加工の特性上、軸受部材を構成する電鋳部の表面精度は、当該電鋳部を形成する際に用いるマスター部材の表面精度に倣うので、マスター部材の表面精度を高めておけば、電鋳部の表面を高精度に仕上げることができる。本発明では、かかる特性を利用し、軸受部材のラジアル軸受面を電鋳部で形成しているので、特にラジアル軸受部の回転精度を高精度に管理することができる。

スラスト軸受隙間は、例えば、軸部材に設けたフランジ部の端面とスラスト軸受面との間に形成される。このフランジ部に該当するものとして、ロータマグネットの取付け部を有する部材を挙げることができる。この部材は、ロータとも呼ばれ、モータの必須構成部材であるから、この部材を、スラスト軸受隙間を形成するための部材として活用することにより、軸受装置にスラスト軸受隙間の形成を目的として別部材を組込む場合に比べ、部品点数および組立工程を削減して低コスト化を図ることができる。

また、スラスト軸受隙間は、軸部材を、例えば異なる２つの外径寸法を有する異径軸とし、径寸法の異なる２つの外周面を繋ぐ段差面と軸受部材のスラスト軸受面との間に形成することもできる。この場合、軸部材の外周面と段差面とが、それぞれラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間とに面する構成となるため、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間の間の直角度を容易かつ高精度に管理することができ、回転精度を高めることが可能となる。またこの場合、例えば軸部材の外周面と軸受部材との間に、軸受内部に充満された潤滑流体、例えば潤滑油の漏れ出しを防止するためのシール空間を設けることもできる。

軸受部材のスラスト軸受面には、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させる動圧発生部を形成することができる。この場合、動圧発生部は、軸受部材の射出成形と同時に型成形することができるので、別途動圧発生部を形成する手間を省いて動圧軸受装置のさらなる低コスト化を図ることができる。

動圧発生部は、スラスト軸受隙間に流体動圧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、ヘリングボーン状、スパイラル状、または放射状等に形成された複数の動圧溝を有するもの等が使用可能である。

ラジアル軸受面のみを電鋳部に形成する他、スラスト軸受面を電鋳部に形成することもできる。この場合、電鋳部は、ラジアル軸受面を有するラジアル電鋳部と、ラジアル電鋳部と一体または別体をなし、スラスト軸受面を有するスラスト電鋳部とで構成される。このようにスラスト軸受面も電鋳部に形成することにより、上記電鋳加工の特性から、スラスト軸受部でも高い回転精度を得ることができる。

以上の構成を有する動圧軸受装置は、ロータマグネットとステータコイルとを有するモータに好ましく用いることができる。このモータは、動圧軸受装置が上記の特性を有することから、特にファンモータとしての使用に適する。ファンモータとして使用する場合、例えば、羽根で生じる送風作用の反力（推力）と軸方向反対向きの磁力をロータマグネットとステータコイルとの間に作用させ、これら反力と磁力との差によるスラスト荷重をスラスト軸受部で支持する構造とすることができる。推力と逆方向の磁力は、ロータマグネットの外径側に配置したバックヨーク（磁性体）とロータマグネットの間に生じる磁気吸引力で与えることもできる。

以上のように本発明の構成によれば、部品点数および組立工数の削減により動圧軸受装置を低コスト化することができる。また、高い軸受性能および耐久寿命を有する動圧軸受装置およびモータを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、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだファンモータの一構成例を概念的に示している。このファンモータは、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と共に回転する羽根と、軸部材２に固定されたロータ（フランジ部）９と、例えば半径方向（ラジアル方向）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とを備えるものであり、一般的にはラジアルギャップ型ファンモータと称される。ステータコイル４は動圧軸受装置１の軸受部材７に取付けられ、ロータマグネット５はロータ９に取付けられている。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との間の電磁力で羽根が回転する。なお、ファンモータの形態として、ステータコイル４とロータマグネット５とを軸方向（アキシャル方向）のギャップを介して対向させる、いわゆるアキシャルギャップ型ファンモータとすることもできる（図示省略）。

羽根の回転中は、その送風作用の反力として軸部材２に図中の矢印Ｙ方向の推力が作用する。ステータコイル４とロータマグネット５との間には、この推力を打ち消す方向の磁力（斥力）を作用させており、この推力と磁力の大きさの差により生じたスラスト荷重が動圧軸受装置１のスラスト軸受部Ｔで支持される。軸部材２に作用するラジアル荷重は、動圧軸受装置１のラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２によって支持される。

図２は、本発明の構成を有する動圧軸受装置１の一例を示している。この動圧軸受装置１は、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入した軸受部材７とを主な構成要素として備えている。

軸受部材７は、電鋳部１０をインサートして成形された樹脂材料の射出成形品で、電鋳加工で形成された電鋳部１０と樹脂材料からなるモールド部１１とで構成される。樹脂材料は、射出成形可能な材料であれば非晶性樹脂・結晶性樹脂を問わず使用可能で、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等が、また結晶性樹脂として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が使用可能である。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、導電材等の各種充填材が一種または二種以上配合される。

なお、モールド部１１は金属材料で形成することもできる。金属材料としては、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、または導電性等を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。さらにこの他、セラミックで射出成形することもできる。

モールド部１１は、内周に電鋳部１０を有する有底円筒状のスリーブ部１１ａと、スリーブ部１１ａの下方から外径側に延びる略円盤状のベース部１１ｂと、ベース部１１ｂの外径端から上方に延びる円筒部１１ｃとで構成され、各部１１ａ〜１１ｃは、界面のない一体品として形成されている。スリーブ部１１ａの外周面にはステータコイル４の取付け部１１ｄが設けられ、この取付け部１１ｄにステータコイル４が例えば接着等の手段で取付けられる。このモールド部１１は、その上端開口を除いて密閉した構造で、ファンモータの各構成部品を収容するケーシングとしての機能も果たしている。ベース部１１ｂがファンモータの底部を、円筒部１１ｃがファンモータの側部を構成する。

電鋳部１０は、ラジアル軸受隙間に対向するラジアル軸受面Ａを有する。本実施形態において、ラジアル軸受面Ａには、図３（ｂ）に示すように、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複数の動圧溝Ａａ１、Ａａ２が上下２箇所に離隔形成されている。上側の動圧溝Ａａ１は、軸方向中心（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、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。一方、下側の動圧溝Ａａ２は軸方向対称に形成され、その上下領域の軸方向寸法はそれぞれ上記軸方向寸法Ｘ２と等しくなっている。この場合、軸部材２の回転時には、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Ａａ２に比べ、上側の動圧溝Ａａ１で相対的に大きくなる。

また、軸受部材７（モールド部１１）の上側端面７ｂの全面又は一部の環状領域にはスラスト軸受隙間に対向するスラスト軸受面Ｂが形成され、当該スラスト軸受面Ｂには、図３（ａ）に示すようなスパイラル形状に配列した複数の動圧溝Ｂａが形成されている。

軸部材２は、例えばステンレス鋼等の金属材料で中実軸状に形成される。軸部材２の外周面２ａは、凹凸のない断面真円状に形成されている。また、軸部材２の下側端面は、凹凸のない平坦面状に形成されている。

軸部材２の上端には、フランジ部として、例えば外周面に羽根を有するロータ９が固定される。ロータ９の円筒状部分９ｂの内周面にはロータマグネット５が取付けられる。ロータ９は、例えば、軸部材２をインサートして樹脂で射出成形することにより軸部材２と一体に形成することができる。ロータ９が軸部材２と一体回転可能である限り、ロータ９の形状や取付け方法は任意であり、例えば接着や圧入で軸部材２に固定することもできる。また金属材料でロータ９を形成することもできる。

ロータ９を構成する円盤部９ａの下側端面のうち、内径側の一部径方向領域には軸受部材７の上側端面７ｂに設けられたスラスト軸受面Ｂと軸方向に対向するスラスト受け面９ａ１が形成される。軸部材２の回転時には、スラスト軸受面Ｂとスラスト受け面９ａ１との間に、後述するスラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間が形成される。

動圧軸受装置１は以上のように構成され、軸受部材７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、軸受部材７を構成する電鋳部１０に形成されたラジアル軸受面Ａは軸部材２の外周面２ａとラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴って、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のラジアル軸受部Ｒ１と第２のラジアル軸受部Ｒ２とが形成される。

また、軸部材２が回転すると、軸受部材７の上側端面７ｂに形成されたスラスト軸受面Ｂはロータ９のスラスト受け面９ａ１とスラスト軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴って、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をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが形成される。

以上に示すように、本発明では、スラスト軸受部Ｔを動圧軸受で構成したので、ピボット軸受でスラスト軸受部Ｔを構成した場合に問題となる、摩耗による回転精度の低下を回避することができる。また、スラスト軸受部Ｔを動圧軸受で構成したことにより、スラスト軸受部Ｔがピボット軸受のような点支持ではなく面支持となるので、スラスト軸受部Ｔにおける支持面積が拡大し、かつスラスト軸受部Ｔをラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２よりも外径側に形成することができる。したがって、モーメント荷重に対する軸受剛性を高めることができる。

次に、上記動圧軸受装置１の製造工程を、軸受部材７の製造工程を中心に図面に基づいて説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）は、上記動圧軸受装置１における軸受部材７の製造工程の一部を示すものである。詳述すると、図４（ａ）はマスター部材１２を製作する工程（マスター部材製作工程）、図４（ｂ）はマスター部材１２の所要箇所をマスキングする工程（マスキング工程）、図４（ｃ）は電鋳加工により電鋳部材１４を形成する工程（電鋳加工工程）を示すものである。これらの工程を経た後、電鋳部材１４の電鋳部１０を樹脂材料でモールドする工程、および電鋳部１０とマスター部材１２とを分離する工程を経て軸受部材７が製作される。

図４（ａ）に示すマスター部材製作工程では、導電性材料、例えば焼入処理を施したステンレス鋼、ニッケルクロム鋼、その他のニッケル合金、あるいはクロム合金等で形成された中実軸状のマスター部材１２が形成される。マスター部材１２は、これら金属材料以外にも、導電処理（例えば、表面に導電性の被膜を形成する）を施されたセラミック等の非金属材料で形成することもできる。

マスター部材１２の外表面の一部領域には、軸受部材７の電鋳部１０を成形する成形部Ｎが形成される。成形部Ｎは、電鋳部１０内周面の凹凸パターンが反転した形状をなし、その軸方向二箇所には、動圧溝Ａａ１、Ａａ２間の丘部を成形する凹部１２ａ１、１２ａ２の列が円周方向に形成されている。もちろん凹部１２ａ１、１２ａ２の形状は動圧発生部形状に対応させ、スパイラル形状等に形成してもよい。

図４（ｂ）に示すマスキング工程では、成形部Ｎを除いてマスター部材１２の外表面にマスキング１３（図中、散点模様で示す）が施される。マスキング１３用の被覆材としては、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適宜選択使用される。

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ター部材１２を浸漬させた後、マスター部材１２に通電して、マスター部材１２の外表面のうち、マスキング１３が施されていない領域（成形部Ｎ）に目的の金属を析出（電着）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、動圧軸受の軸受面に求められる硬度、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。

以上の工程を経ることにより、図４（ｃ）に示すように、マスター部材１２の成形部Ｎに電鋳部１０を被着した電鋳部材１４が形成される。このとき、電鋳部１０の内周面には、成形部Ｎに形成された凹部１２ａ１、１２ａ２の形状が転写され、図３（ｂ）に示す複数の動圧溝Ａａ１、Ａａ２が軸方向に離隔して形成される。なお、電鋳部１０の厚みは、これが厚すぎるとマスター部材１２からの剥離性が低下し、逆に薄すぎると電鋳部１０の耐久性低下につながるので、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。

なお、電鋳部１０は、以上に述べた電解めっきに準ずる手法の他、無電解めっきに準ずる手法で形成することもできる。その場合、マスター部材１２の導電性やマスキング１３の絶縁性は不要となるかわりに、これらには耐食性が求められる。

次に、上記工程を経て形成された電鋳部材１４は、モールド工程に移送される。図示は省略するが、モールド工程では、電鋳部材１４をインサート部品として所定の金型にセットした後、上記樹脂材料を用いて射出成形（インサート成形）が行われる。樹脂材料の射出後、樹脂材料を固化させて型開きを行うと、図５に示すように、マスター部材１２および電鋳部１０からなる電鋳部材１４と、モールド部１１とが一体となった成形品が得られる。このとき、モールド部１１の上側端面（軸受部材７の上側端面７ｂ）には、図３（ａ）に示すスパイラル形状に配列された複数の動圧溝Ｂａが射出成形と同時に型成形される。

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１１が一体化したもの（軸受部材７）と、マスター部材１２とに分離される。この分離工程では、電鋳部１０に蓄積された内部応力を解放することにより、電鋳部１０の内周面を拡径させ、マスター部材１２の外周面１２ａから剥離させる。内部応力の解放は、例えば電鋳部材１４あるいは軸受部材７に衝撃を与えることにより、あるいは電鋳部１０の内周面とマスター部材１２の外周面１２ａとの間に軸方向の加圧力を付与することにより行われる。内部応力の解放により、電鋳部１０の内周面を半径方向に拡径させて、電鋳部１０の内周面とマスター部材１１の外周面との間に適当な大きさの隙間（動圧溝深さ以上の隙間が好ましい）を形成すれば、電鋳部１０の内周面に形成された動圧溝とマスター部材１２の外周面１２ａに形成された成形部Ｎ（凹部１２ａ１、１２ａ２）との過度の干渉を回避して、電鋳部１０の内周面からマスター部材１２を軸方向にスムーズに引き抜くことができ、これにより成形品を、電鋳部１０およびモールド部１１からなる軸受部材７と、マスター部材１２と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。

衝撃の付与だけでは電鋳部１０の内周を十分に拡径させることができない場合、電鋳部１０とマスター部材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部材１２と軸受部材７とを分離することもできる。

上記のようにしてマスター部材１２と分離された軸受部材７に、マスター部材２とは別に製作された軸部材２を挿入し、軸受部材７の内部空間に潤滑油を充満させることにより、図２に示す動圧軸受装置１が完成する。一方、分離されたマスター部材１２は、繰り返し電鋳加工に用いることができるので、高精度な軸受部材７を安定してかつ低コストに量産することができる。なお、分離されたマスター部材１２はそのまま軸部材２として使用することもできる。

上記のとおり、本発明において軸受部材７は、電鋳部１０をインサートして射出成形されるので、従来のようにスリーブをハウジングの内周に接着等で工程する場合に比べ、組立工程を簡略化して低コスト化を図ることができる。

さらに、本発明では、軸受部材７を、ステータコイル４の取付け部１１ｄを一体に有し、かつモータの各構成部品を収容するケーシングとしての機能も果たす構造としたため、軸受装置やステータコイルを固定するために設けられるブラケットを必要としない。したがって、部品点数および組立工数の削減を通じてモータの低コスト化を図ることもできる。

また、電鋳加工の特性上、電鋳部の表面精度はマスター部材１２の表面精度に倣うので、マスター部材１２の外表面のうち、特に型部Ｎを高精度に形成しておけば、電鋳部１０、すなわちラジアル軸受面Ａの精度を高精度に形成することができる。したがって本発明の構成によれば、特にラジアル軸受部の回転精度を高精度に管理することができる。また、スラスト軸受面Ｂはインサート成形と同時に型成形されるので、別途スラスト軸受面Ｂを形成する手間を省いて、動圧軸受装置１のさらなる低コスト化を図ることができる。

さらに、電鋳加工の特性上、電鋳部１０の外周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１１を構成する樹脂材料が電鋳部１０外周面の微小な凹凸に入り込み、アンカー効果を発揮する。そのため、電鋳部１０とモールド部１１との間に強固な固着力が発揮され、電鋳部１０とモールド部１１との間で回り止めおよび抜け止めがなされる。よって、耐衝撃性に富む高強度の軸受部材７が提供可能となる。

なお、以上の説明では、ラジアル軸受面Ａのみを電鋳部１０に形成する動圧軸受装置１の形態について説明を行ったが、スラスト軸受面Ｂも電鋳部１０に形成することができる。図６は、その一例を示すもので、電鋳部１０がラジアル軸受面Ａを有するラジアル電鋳部１０ａと、ラジアル電鋳部１０ａと一体に形成され、スラスト軸受面Ｂを有するスラスト電鋳部１０ｂとで構成されている。このようにスラスト軸受面Ｂも電鋳部１０に形成することにより、上述した電鋳加工の特性から、スラスト軸受部Ｔでも高い回転精度を得ることができる。なお、その他の構成部材および機能は、図２に示す動圧軸受装置１と同一であるため、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

図６に示す軸受部材７は、例えば図７に示すようなマスター部材２２を用いて形成することができる。このマスター部材２２は、軸部２２ａと、軸部２２ａに固定された円盤部２２ｂとで構成されている。軸部２２ａの外周面のうち、円盤部２２ｂの下側端面と連続する一部軸方向領域、および円盤部２２ｂの下側端面を除いてマスキング１３が施される。このマスター部材２２を用いて電鋳加工を施すと、ラジアル電鋳部１０ａおよびスラスト電鋳部１０ｂが一体に形成された電鋳部材１４が得られる。そして、当該電鋳部材を用いてインサート成形を行うことにより、図６に示す軸受部材７が形成される。

なお、図６に示す実施形態では、ラジアル電鋳部１０ａとスラスト電鋳部１０ｂとを一体に形成する形態を示したが、両者を別体に形成することもできる。両者を別体に形成する場合には、例えば、マスキング１３の形成領域を変更すればよい。

図８は、本発明にかかる動圧軸受装置の第３実施形態を示すものである。同図に示す動圧軸受装置は、主に、軸部材３２の外周面が小径外周面３２ａと大径外周面３２ｂとに区画され、両外周面を繋ぐ段差面３２ｃとこれに対向する軸受部材７の上側端面７ｂとの間にスラスト軸受隙間を設けた点で図６に示す実施形態と構成を異にしている。かかる構成であれば、軸部材３２の小径外周面３２ａと段差面３２ｃとが、それぞれラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間とに面する構成となる。そのため、軸部材と別体のフランジ部（ロータ９）と軸受部材との間にスラスト軸受隙間を設けた上記構成に比べ、ラジアル軸受隙間とスラスト軸受隙間の間の直角度を容易かつ高精度に管理することができ、回転精度を一層高めることが可能となる。

また、本実施形態では、軸受部材７を構成するモールド部１１に、スリーブ部１１ａの上端外径側から軸方向上方に突出したシール部１１ｅを一体に設け、シール部１１ｅの内周面と軸部材３２の大径外周面３２ｂとの間に所定容積のシール空間Ｓを形成している。シール空間Ｓは、温度変化による潤滑油の熱膨張量を吸収できるだけの容積を有し、そのため油面は常時シール空間Ｓ内に存在する。本実施形態において、シール部１１ｅの内周面は軸方向上方に向かって漸次拡径したテーパ面状に形成されている。つまり、シール空間Ｓは、軸受部材７の内部側に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈し、シール空間に潤滑油が充満された状態で、当該潤滑油には毛細管力による軸受内部側への引き込み力が作用する。これにより、潤滑油の漏れ出しが確実に防止され、潤滑油による汚染を嫌う用途のモータに好適に用いることが可能となる。

ところで、この種の動圧軸受装置の内部空間では、軸受運転時に局所的な負圧が発生する場合がある。かかる負圧の発生は、気泡の発生、およびこれに起因した潤滑油の漏れや振動の発生を招く。そこで、本実施形態では、軸受部材７（スリーブ部１１ａ）の下端を開口させてその開口を蓋部材１５で封止し、スリーブ部１１ａと蓋部材１５との間に底隙間を設けると共に、当該底隙間と大気に開放されたシール空間Ｓとを連通させる循環路（貫通孔）１６を設けた。かかる構成とすることにより、スラスト軸受隙間、ラジアル軸受隙間、底隙間、循環路１６という一連の循環通路が形成される。そして、軸受運転時には、軸受内部を満たす潤滑油がかかる循環通路を介して流動循環することにより、潤滑油の圧力バランスが保たれ、上記の不具合が防止可能となる。循環路１６は、例えば、軸受部材７成形後に機械加工等で形成する他、軸受部材７（モールド部１１）の成形時、これを成形する成形型にピンを設けモールド部１１の成形と同時に形成することもできる。なお、これ以外の要素、構成部材については、上述した動圧軸受装置と実質的に同一であるため、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

以上に示す実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２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く、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、あるいは非真円軸受を採用することもできる。これらの軸受ではそれぞれ、複数の円弧面、軸方向溝、調和波形面が動圧発生部となる。これらの動圧発生部は、上記の実施形態と同様、軸受部材７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に準じるので詳細な説明は省略する。

図９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７（電鋳部１０）の内周面のラジアル軸受面Ａとなる領域が、３つの円弧面３３で構成されている（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７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７と軸部材２（図８に示す軸部材３２も含む）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７と軸部材２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１０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７の内周面のラジアル軸受面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７と軸部材２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７と軸部材２とが非接触支持される。

図１１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１０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７（軸部材２）の軸中心Ｏを曲率中心とする同心の円弧面で構成されている。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１２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７（電鋳部１０）の内周面のラジアル軸受面Ａ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。

図１３は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の一方又は双方を非真円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７（電鋳部１０）のラジアル軸受面Ａとなる領域が、３つの調和波形面３７で構成されている。３つの調和波形面３７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、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間３８となる。そのため、軸部材２と軸受部材７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３８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、軸部材２と軸受部材７とが非接触支持される。なお、くさび状隙間４８の最小幅ｈは、偏心がない場合（軸中心Ｏ）には次式によって近似的に表される。

ｈ＝ｃ＋ａｗ・ｃｏｓ（Ｎｗ・θ）
但し、上式において、ｃ、ａｗ、Ｎｗは定数で、ｃは平均軸受半径隙間、ａｗは波の振幅、θは円周方向の位相、Ｎｗは波数を表す（但し、Ｎｗ≧２とする。本実施形態ではＮｗ＝３である）。なお、図示例では、軸部材２と軸受部材７の軸中心Ｏを同心としているが、軸部材２を軸中心Ｏ’に偏心させて使用することもできる。

以上の説明では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２のように、ラジアル軸受部を軸方向に２箇所離隔して設けた構成としたが、軸受部材７の内周面の上下領域に亘って１箇所、あるいは３箇所以上のラジアル軸受部を設けた構成としても良い。また、図９〜図１１で示した多円弧軸受は、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、図１３に示した非真円軸受は、３つの調和波形面で構成されているが、多円弧軸受同様に、４以上の調和波形面で構成された非真円軸受を採用してもよい。

また、以上説明した実施形態では、軸受部材７を構成する電鋳部１０のラジアル軸受面Ａに動圧発生部を形成した場合を例示したが、このラジアル軸受面Ａと対向する軸部材２の外周面２ａに動圧発生部を設けても良い。この場合、電鋳部１０のラジアル軸受面Ａは、凹凸のない円筒面状に形成される。

また、以上では、電鋳部１０のラジアル軸受面Ａまたは軸部材２の外周面２ａに動圧発生部を設け、当該動圧発生部でラジアル軸受隙間に流体動圧を発生させてラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を動圧軸受で構成する場合について説明を行ったが、電鋳部１０のラジアル軸受面Ａを凹凸のない円筒面状に、かつ軸部材２の外周面２ａを凹凸のない断面真円状に形成することで、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２を真円軸受で構成することもできる（図示省略）。

さらに、スラスト軸受部Ｔ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Ｂ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）。また、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２と同様に、スラスト軸受部Ｔにおいても、動圧発生部はスラスト軸受面Ｂに対向するロータ９のスラスト受け面９ａ１に形成しても良い。

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。

なお、本発明の構成を有する動圧軸受装置１は、上述したファンモータ以外のモータに組み込んで使用することもできる。図１４はその一例を示すものであり、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられる情報機器用スピンドルモータ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では、動圧軸受装置１の軸部材２に取付けられるフランジ部が、ディスクを一枚または複数枚保持するディスクハブ１９で構成される。また、モータの構成上、モールド部１１がステータコイル５の取付け部１１ｄを有するスリーブ部１１ａのみで構成され、上記でいうベース部１１ｂおよび円筒部１１ｃが別体となっている。ステータコイル４やロータマグネット５の取付け形態等によっては、上記のように各部を一体に形成することもできる。なお、これ以外の構成部材および作用については、以上で説明を行った内容と同一であるため、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

本発明の構成を有する動圧軸受装置を組み込んだファンモータの一例を示す断面図である。 動圧軸受装置の第１実施形態を示す断面図である。 （ａ）図は軸受部材の端面を示す図、（ｂ）図は軸受部材の縦断面図である。 （ａ）図はマスター部材の斜視図、（ｂ）図はマスター部材にマスキングを施した状態を示す斜視図、（ｃ）図は電鋳部材の斜視図である。 インサート成形直後の軸受部材の断面図である。 動圧軸受装置の第２実施形態を示す断面図である。 電鋳部材の他の形態を示す斜視図である。 動圧軸受装置の第３実施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。 ラジアル軸受部の他の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を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２、３２ 軸部材
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７ 軸受部材
９ ロータ（フランジ部）
１０ 電鋳部
１１ モールド部
１１ｄ （ステータコイルの）取付け部
１１ｅ シール部
１２、２２ マスター部材
１２ａ１、１２ａ２ 凹部
１３ マスキング
１４ 電鋳部材
３２ｃ 段差面
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ スラスト軸受面
Ｎ 型部
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
Ｔ スラスト軸受部

Claims (6)

1. 軸部材と、
   軸部材の外周面と対向する円筒状のラジアル軸受面と、
   電鋳部をインサートして射出成形され、電鋳部にラジアル軸受面を有する軸受部材と、
   軸受部材の端面に形成したスラスト軸受面、およびスラスト軸受面に対向するスラスト軸受隙間を備え、スラスト軸受隙間に生じた潤滑流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、
   を有することを特徴とする動圧軸受装置。
2. 軸部材にフランジ部を設け、フランジ部の端面と前記スラスト軸受面との間にスラスト軸受隙間を形成した請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 軸部材に段差面を設け、段差面と前記スラスト軸受面との間にスラスト軸受隙間を形成した請求項１記載の動圧軸受装置。
4. 軸受部材のスラスト軸受面に、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させる動圧発生部を形成した請求項１記載の動圧軸受装置。
5. 電鋳部が、ラジアル軸受面を有するラジアル電鋳部と、ラジアル電鋳部と一体または別体をなし、スラスト軸受面を有するスラスト電鋳部とからなる請求項１記載の動圧軸受装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の動圧軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えたモータ。

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