JP2007113728A - 流体軸受装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 動圧発生溝を十分な深さに精度良く形成し、かつ軸受面に残留空孔を封孔することで高性能長寿命な流体軸受及びその製造方法が得る。
【解決手段】 スリーブの軸受穴に軸が相対的に回転自在に挿入され、軸受穴に動圧発生溝を有する軸受面を有し、前記スリーブは金属粉体を、中空円筒状に成型し、これを焼結し、焼結金属素材の内径にテーパを有したパターン状の凹部のコアロッドを挿入し、この焼結金属素材の上下方向、外径から荷重をかけて動圧溝を有する内周面を形成し、焼結金属素材からコアロッドを抜き、この焼結金属素材の上下及び外径方向から加圧し、焼結金属素材の内径に、径大部と径小部を有するコアロッドを挿入して径小部で動圧溝の軸受内径面を形成し、同時に径大部でスリーブ内周面を成型し、焼結金属素材からコアロッドを抜き、このようにして成型した内径を軸受内径面とし、径大部を潤滑流体溜り部にすることで、高精度な溝が加工できる。
【選択図】図７

Description

本発明は動圧流体軸受を使用した流体軸受装置およびその製造方法に関するものである。

近年、回転するディスクを用いた記録装置等はその情報記憶容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、これらに使用される記録装置の軸受部は常にディスク負荷を高精度に回転させることができるように、高い性能と信頼性が要求されている。そこでこれら記録装置等には高速回転に適した流体軸受装置が用いられている。

流体軸受装置は、軸とスリーブとの間に潤滑流体（一般的にはオイルであり、イオン性液体でも同様の効果有り）を介在させ、動圧発生溝によって回転時にポンピング圧力を発生し、これにより軸がスリーブに対して非接触で回転する。流体軸受装置は、非接触で機械的な摩擦が無いため高速回転に適している。

以下、図１８〜図２８を参照しながら、従来の流体軸受装置の一例について説明する。図１８は従来例の流体軸受装置の構成の概略を示す断面図である。図１８において、流体軸受装置は、軸３１、フランジ３２、スリーブ３３、スラスト板３４、スリーブカバー３５、潤滑流体３６、ロータ３７、ディスク３８、ロータ磁石３９、ステータ４０、ベース４１を有する。軸３１はフランジ３２を一体的に有し、軸３１はスリーブ３３の軸受孔３３Ａに回転自在に挿入され、フランジ３２はスリーブ３３の下面部においてスリーブカバー３５内に収納される。軸３１の外周面または、スリーブ３３の内周面の少なくともいずれか一方には動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃが設けられ、またフランジ３２のスリーブ３３との対向面、及びフランジ３２とスラスト板３４との対向面には動圧発生溝３２Ａ、３２Ｂが設けられ、スラスト板３４はスリーブカバー３５に固着されている。各動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃ、３２Ａ、３２Ｂの付近の軸受隙間は少なくとも潤滑流体３６で充満されている。ロータ３７は軸３１に固定され、ロータ３７には図示しないクランパ等によってディスク３８が固定される。

一方、スリーブ３３の材質は金属焼結体から成り金属焼結体の内部に空孔が残留するため、これら空孔には予め潤滑流体３６が注入された後にスリーブカバー３５の中に軽圧入されて多孔質であるスリーブ３３の全体をスリーブカバー３５が覆うように構成することでかろうじて潤滑流体３６がスリーブ３３の表面空孔から外部へ流出して、スリーブ３３内部に潤滑不足を生じない様にし、また、流出した潤滑流体３６がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染しないように構成している。カバー３５はベース４１に固定され、ロータ３７にはロータ磁石３９が取り付けられ、またベース４１にはロータ磁石３７に対向する位置にモータステータ４０が固定される。

以上のように構成された従来の流体軸受装置について、その動作について説明する。図１８において、図示しない電子回路によりステータ４０に回転磁界を発生させると、ロータ磁石３９に回転力が与えられ、ロータ３７、軸３１、フランジ３２、ディスク３８が回転を始める。回転により、動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃ、３２Ａ、３２Ｂは潤滑流体３６をかき集め、軸３１とスリーブ３３の間、及びフランジ３２とスリーブ３３及びスラスト板３４の間にポンピング圧力を発生する。これにより、軸３１はスリーブ３３とスラスト板３４に対して非接触で回転し、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドにより、ディスク３８上にデータの記録再生を行う。図１８の従来の動圧流体軸受装置において、スリーブ３３は、素材が安価で防錆効果を有する銅合金の金属焼結体が用いられている。

以下にスリーブ３３の従来の製造方法について図１９〜図２８を用いて説明する。図１９は予め準備された焼結金属素材４６を用いて、軸受孔３３及び動圧発生溝３３Ｂ，３３Ｃを加工して図１８に示すスリーブ３３を製造する成型装置の概略構造例を示している。図１９においてこの成型装置は下型４２、上型４３、コアロッド４４、外型４５を有する。外型４５は上型４３の同軸上の外周面に摺動自在に設けられて、コアロッド４４はその外周面４４Ａには魚骨パターン状の凹部４４Ｂ、４４Ｃが別途エッチング加工法やショットピーニング加工法等を用いて、その凹部の深さが均一になるように加工され、（凹部の底面は、金型によって形状が転写され、焼結金属素材４６の内周面となるため）上型４３の内周面に同軸状に摺動自在に設けられている。図１９においてまず、焼結金属素材４６を下型４２にセットし、次に図２０に示すように、図中矢印に示すように上型４３を下降させ焼結金属素材４６に当接させ、次にコアロッド４４を焼結金属素材４６の内径に挿入する。次に図２０に示すように、外型４５を下降させるが、この時、外型４５の内周面は図２１に示すように、焼結金属素材４６の外周面に圧力を与え、しごきながら下降する。このようにして図２２に示すように焼結金属素材４６は塑性流動し、コアロッド４４の凹部４４Ｂ、４４Ｃにも流入し食らい付く。次に図２３に示すように外型４５を上昇させると、金属焼結素材４６はそのスプリングバック特性により内外径がそれぞれ約２マイクロメータ拡大する。次に図２４に示すように上型４３を上昇させると焼結金属素材４６はこの成型装置から取り出すことができ、焼結金属素材４６はその形状および内径３３Ａ及び動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃは加工完了し、図２４に示すスリーブ３３に成型されている。
特開平１１−２９４４５８号公報

しかしながら上記従来の流体軸受装置では、図２３〜図２４に示す様にコアロッド４４に食らい付いたスリーブ３３を、スリーブ３３の内径がわずか２ミクロンメータ広がる程度の不十分なスプリングバックの特性により抜き取るので動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃの深さは図２５に示す様に１マイクロメータ程度の浅い溝しか加工できなかった。このような浅い溝の場合は図２８に示す様に図１８に示す流体軸受装置の発生圧力が必要な圧力の約３０％程度しか得られず、回転装置の性能及び信頼性が乏しかった。

またこの動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃの深さを例えば５マイクロメータ程度に深くしたい場合は図１９〜図２４に示すコアロッド４４の魚骨状の凹部４４Ｂ、４４Ｃを深く加工しておくわけであるが、この場合は図２６に示すように金属焼結素材４６はそのスプリングバック量が不足するためにコアロッド４４を無理抜きしなければならず、動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃとコアロッド４４の魚骨状の凹部４４Ｂ、４４Ｃは図２６のように干渉してしまう。そのため図２７に示すように動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃは形状が崩れてしまっていた。従って従来の流体軸受装置は十分な動圧を発生していないため、高速で長時間、高温条件下で連続的に回転すると回転装置が短い時間でコスレを生じ、発熱して潤滑流体３６がガス化したり、軸受が擦れたりする事があった。

また、金属焼結体から成るスリーブ３３は多孔質であり表面には一般的な製造条件の場合には、２パーセント以上の空孔が残留しているため、図１８において、回転により、動圧発生溝３３Ｂ、３３Ｃ、３２Ａ、３２Ｂは潤滑流体３６をかき集め、軸３１とスリーブ３３の間、及びフランジ３２とスリーブ３３及びスラスト板３４の間にポンピング圧力を発生するが、発生した圧力の約３０パーセントが表面空孔から漏れてしまい軸受内周面に必要な圧力が得られず、流体軸受装置が高温等で使用され潤滑流体３６の粘度が低下した時や、ディスク３８等の負荷が重い条件で使用された場合等に、軸３１はスリーブ３３とスラスト板３４に対して浮上できず、接触して発熱したりこすれたりする場合があった。

そこで本発明は、上記した従来の技術では不十分とされる金属焼結体からなるスリーブの動圧発生溝の深さと表面形状の緻密さ（形状精度）を確保し、またスリーブの軸受面からの圧力もれによる性能劣化の課題を解決し、流体軸受装置の耐久性、回転精度、の向上ならびにコストの低減をはかるようにしたものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体軸受装置は、軸と、軸受孔を有し、前記軸が相対的に回転可能な状態で挿入されており、該軸受孔の内周面に動圧面を有し、前記内周面には動圧発生溝が形成された第１の溝（径小部）と潤滑流体溜り部を形成するするための第２の溝（径大部）を有しており、前記第１の溝に形成された前記動圧発生溝の断面形状は略台形形状であり、また、前記動圧発生溝の深さは、前記第２の溝の深さよりも大きく形成された焼結金属から成るスリーブ、および前記軸と前記スリーブ間に保持される潤滑流体を少なくとも有することを特徴とする動圧流体軸受である。

また、本発明は前記スリーブの表面に、樹脂または水ガラスを含浸させる、加熱溶解し
た金属を含浸させる、もしくは、酸化膜を形成するかの、少なくともいずれか１つ以上の方法でスリーブの表面を封孔したものであり、さらにニッケルを含む金属メッキにより薄膜を形成し、スリーブの表面硬度を内部よりも向上させるものある。

また、本発明のスリーブは、軸受孔を有し、前記軸受孔の内周面に動圧発生溝を有し、
前記軸受孔に軸が相対的に回転可能な状態で挿入されているスリーブを備えた動圧流体軸受の製造方法であって、前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、第１の成型体（金属素材）を形成する第１の工程と、前記第１の成型体（金属素材）を焼結する第２の工程と、前記焼結された第２の成型体（焼結金属素材）の内径に、テーパ面を有し該テーパ面にパターン状の凹部もしくは動圧溝パターン状の凸部を有する第１のコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧して動圧溝を形成し、次に前記第１のコアロッドを抜き去ることで動圧発生溝を形成したスリーブ半完成品を成型する第３の工程と、前記スリーブ半完成品に、径大部と径小部を有する第２のコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧し、前記第２のコアロッドの径小部で第１の溝である動圧溝を有する軸受内径面を形成するとともに前記第２のコアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部の第２の溝を成型し、次に前記第２のコアロッドを抜き去ることで前記スリーブを成型する第４の工程と、からなること特徴とする動圧流体軸受の製造方法である。

さらに加工精度を向上させるために、スリーブの表面に樹脂または水ガラスを含浸させ
る、または加熱溶解した金属を含浸させる、またはスリーブの表面に酸化膜を形成することで、スリーブの表面を封孔することである。また、スリーブ表面にニッケルを含む金属メッキ、またはＤＬＣコーティングにより薄膜を形成すれば、スリーブの表面硬度を内部よりも向上し、最適なものとなる。

本発明は上記したように、スリーブの軸受穴に軸が相対的に回転自在に挿入され、スリーブの軸受穴に動圧発生溝を有する軸受面を有し、前記スリーブは金属粉体を一旦、中空円筒状に成型し、次にこれを焼結して焼結金属素材とし、次に焼結金属素材の内径に１〜３度のテーパを有しそのテーパ面にパターン状の凹部（または動圧溝パターン状の凸部）を有するコアロッドを挿入し、次にこの焼結金属素材の上下方向から加圧規制しながら外径から荷重をかける事で動圧溝を有する軸受内面を形成し、次に焼結金属素材からコアロッドを抜き去ることで成型され、次にこの焼結金属素材の上下及び外径方向から加圧規制しながらこの焼結金属素材の内径に、円筒面に径大部と径小部を有するコアロッドを挿入してコアロッドの径小部で動圧溝を有する軸受内径面を形成し、同時にコアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部を成型し、次に焼結金属素材からコアロッドを抜き去ることで成型され、このようにして成型されたスリーブの動圧発生溝を有する内径を軸受内径面とし、スリーブの径大部を潤滑流体溜り部にしたことにより、動圧発生溝は形状が深く綺麗に形成できて、また軸受内周面は表面に残留空孔がなく緻密であり、動圧発生溝で発生した圧力が漏れず流体軸受面において高い圧力が発生できるため、軸はスリーブとスラスト板に対して安定して浮上でき、流体軸受の性能と信頼性が良好となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１〜図１７は本発明の流体軸受装置の構成と製造方法を示す図である。図１において、流体軸受装置は、軸１、フランジ２、スリーブ３、スラスト板４、オイル６、ロータ７、ディスク８、ロータ磁石９、ステータ１０、ベース５を有する。軸１はフランジ２を一体的に有し、軸１はスリーブ３の軸受孔３Ａに回転自在に挿入され、フランジ２はスリーブ３の下面部においてスリーブ３の凹部に収納される。軸１の外周面または、スリーブ３の内周面の少なくともいずれか一方には動圧発生溝３Ｂ、３Ｃが設けられ、またフランジ２のスリーブ３との対向面、及びフランジ２とスラスト板４との対向面には動圧発生溝２Ａ、２Ｂが設けられ、スラスト板４はスリーブ３に固着されている。各動圧発生溝３Ｂ、３Ｃ、２Ａ、２Ｂの付近の軸受隙間は少なくとも潤滑流体６で充満されている。ロータ７は軸１に固定されロータ７には図示しないクランパ等によってディスク８が固定される。スリーブ３には径大部３Ｄを有し潤滑流体溜り部になっている。

一方、スリーブ３の材質は図２に示す部分断面図のように、金属焼結体３Eから成り、金属焼結体３Eの内部に残留する空孔３Ｆには必要に応じて予め樹脂、水ガラス等を含浸し固化させるか、または、錫、亜鉛等の低融点金属を高温下で注入したあと常温で固化させるか、または、スリーブ３の表面に必要に応じて４００℃〜７００℃の高温水蒸気処理により四三酸化鉄の層３Ｇを約１〜１０マイクロメータの厚さに設けるかの、少なくとも１つ以上の方法でスリーブ３の表面を封孔している。さらにスリーブ３の表面は必要に応じてニッケルを含む成分のメッキまたはＤＬＣの硬質皮膜３Ｈを厚さ１〜１０マイクロメータの厚さに形成している。このようにスリーブ３の表面は完全に封孔されているため従来の流体軸受装置のようにスリーブカバー３５が不要であり、また、表面空孔から潤滑流体が流出して内部に潤滑不足を生じ、流出した潤滑流体６がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染しない。スリーブ３はベース５にスリーブカバーを介せず直接接着等により固定され、ロータ７にはロータ磁石９が取り付けられ、またベース５にはロータ磁石９に対向する位置にモータステータ１０が固定される。スリーブ３はスリーブカバーを介せずに直接ベース５に固定できるため、取付け時の直角度や同軸度が出やすく高精度に組み立てすることが可能である。

以上のように構成された本発明の流体軸受装置について、その動作について説明する。図１において、図示しない電子回路によりステータ１０に回転磁界を発生させると、ロータ磁石９に回転力が与えられ、ロータ７、軸１、フランジ２、ディスク８が回転を始める。回転により、動圧発生溝３Ｂ、３Ｃ、２Ａ、２Ｂは潤滑流体６をかき集め、軸１とスリーブ３の間、及びフランジ２とスリーブ３及びスラスト板４の間にポンピング圧力を発生する。これにより、軸１はスリーブ３とスラスト板４に対して非接触で回転し、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドにより、ディスク８上にデータの記録再生を行う。本発明においては、スリーブカバーが不要であるためコンパクトに構成でき、また、表面空孔から潤滑流体が流出して内部に潤滑不足を生じ、流出した潤滑流体６がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染する心配がない。

以下にスリーブ３の本発明の製造方法について図３〜図１５を用いて説明する。図３は焼結金属素材１１の形状を成型する第１サイジング金型である。１２は下型、１３は上型、１４はピン、１５は外型である。焼結金属体１１は鉄粉または銅粉を図示しない金型で予め圧縮成型し、次にその圧縮された金属粉を図示しない焼成炉を用いて予め焼結した半完成品であるが、図３の下型１２に焼結金属素材１１をセットし、図中矢印に示すように上型１３と外型１５を下降させ焼結金属素材１１を圧縮成型する。

圧縮成型後の焼結金属素材１１Ａは図４〜図９に示す第２サイジング金型により以下に示す加工が行われる。図４（ａ）は焼結金属素材１１Ａに、動圧発生溝２１Ｂ、２１Ｃを加工して図１に示すスリーブ３を製造する第２サイジング金型の構成図を示している。図４（ａ）においてこの成型装置は下型１９、上型２０、コアロッド２１（第１のコアロッド）、外型２２を有する。外型２２は上型２０の同軸上の外周面に摺動自在に設けられて、コアロッド２１は外型２２に同軸上の内周面に摺動自在に設けられ、そのテーパ面２１Ａには魚骨状の凹部２１Ｂ、２１Ｃが別途エッチング加工法やショットピーニング加工法等を用いて、凹部の深さが均一になるように加工されている。ここで、動圧溝はコアロッド２１によって転写されるので、得たい動圧溝形状をコアロッド２１に凸部として残す必要がある。従って、図４（ｂ）に示すように、動圧溝パターン状の凸部を残すように、パターン状の凹部を加工する。凹部の底面は転写後、スリーブ半完成品（加工過程にあるスリーブ）の内周面となるので、深さは均一にすることが重要である。図４（ａ）においてまず、焼結金属素材１１Ａを下型１９にセットし、次に図５に示すように、図中矢印に示すように上型２０を下降させ焼結金属素材１１Ａに当接させ、次にコアロッド２１を焼結金属素材１１Ａの内径に挿入する。次に図６に示すように、外型２２を下降させるが、この時、外型の内周面は焼結金属素材１１Ａの外周面に圧力を与え、しごきながら下降する。このようにして図７示すように焼結金属素材１１Ａは塑性流動し、コアロッド２１の凹部２１Ｂ、２１Ｃにも流入し食らい付く。次に図８に示すように外型２２を上昇させると、金属焼結素材１１Ａはそのスプリングバック特性により内外径がそれぞれ約２マイクロメータ拡大する。次に図９に示すように上型２０を上昇させると焼結金属素材１１Ａはこの成型装置から取り出すことができ、焼結金属素材１１Ａはその形状および内径３Ａ及び動圧発生溝３Ｂ、３Ｃは加工完了し、スリーブ半完成品となる。

図１３はコアロッド２１のテーパ面２１Ａのテーパ角θと図９のコアロッド２１を上方に抜くための抜き力の関係を示している。テーパ角度は１度以上あればスムーズである。またこのテーパ角度は型製造上のばらつきがプラスマイナス１度が必要であるため、実際の角度は１度〜３度が最適である。
尚、コアロッド２１のテーパ面２１Ａの角度θは１〜３度が適切であるが、４度以上の大きいテーパを付ける場合は、図１０〜図１２に示す第３のサイジング金型を用いてスリーブ半完成品の内周面の仕上げ加工を行うときに、内径に残っているテーパ形状が求める円筒形状に修正しきれず、最終の軸受内径面にテーパ形状が残って内径の精度が悪くなる場合があった。

尚、図示しない金型で圧縮成型され、焼成された焼成された焼結金属体１１のスリーブ半完成品は、図３に示す第１サイジング金型を用いた加工を省略し図４の溝転造加工を行ってもよい。ただし、図３に示す第１サイジング金型での加工を行った方が、図４に示す溝転造加工時に焼結金属素材１１の内径の寸法ばらつきが少なくなり、動圧発生溝１１Ｅの深さが安定する。

次に、図１０〜図１２に示す第３サイジング金型を用いて溝加工後の焼結金属素材１１Ａ（スリーブ半完成品）の内径面の仕上げ加工及び、図１４に示す潤滑流体溜りの機能を得るための径大部３Ｄの加工を施す。図１０においてこの第３サイジング金型は下型２３、上型２４、コアロッド２５（第２のコアロッド）、外型２６を有する。外型２６は上型２４の同軸上の外周面に摺動自在に設けられて、コアロッド２５は上型２４に対し同軸上の内周面に摺動自在に設けられ、その外周面２５Ａには外周面に同軸に細径部２５Ａと、外周面２５Ａとほぼ同一径の太径部２５Ｃを有しており、細径部２５Ｂは別途研磨加工等により直径が約２マイクロメータ細く加工され、細径部の円筒面は金型として必要な高精度で滑らかな円筒面に加工されている。

図１０においてまず、動圧溝１１Ｅが加工された焼結金属素材１１Ａ（スリーブ半完成品）を下型２３にセットし、上型２４を図中矢印方向に下降させ焼結金属素材１１Ａに当接させ、コアロッド２５を焼結金属素材１１Ａの内径に挿入する。次に図１１に示すように、外型２６を下降させるが、この時、外型２６の内周面は焼結金属素材１１Ａの外周面に圧力を与え、しごきながら下降する。このようにして図１１に示すように焼結金属素材１１Ａはコアロッド２５の細径部２５Ａに塑性流動して軸受内径面が成型され、またコアロッド２５の外周面２５Ａとほぼ同一径の太径部２５Ｃは焼結金属素材１１Ａの内径に径大部３Ｄを成型する。この時点の動圧発生溝の深さと形状は、図１５中に記号ｈｇに示すように約５マイクロメータの深さに成型される。図１５に示す記号ｄＲはコアロッド２５の太径部２５Ｃにより成型される段差を示しており、この段差は約１マイクロメータである。ここで溝形状は略台形形状としている。溝底面に対する溝側面の角度αは９０度以下である。コアロッドの凹部加工はエッチング加工やエンドミル加工で行っている。次に図１２に示すように上型２４及び外型２６を上昇させると、金属焼結素材１１Ａはそのスプリングバック特性により内外径がそれぞれ約２マイクロメータ拡大し、コアロッド２６と金属焼結体１１Ａの間には微小な隙間が生じる。また同時にコアロッド２５を上昇させると焼結金属素材１１Ａは、この第３サイジング金型から取り出すことができ、焼結金属素材１１Ａはその形状および内径及び動圧発生溝は加工完了し、図１及び図１４に示すスリーブ３になっている。

図１６はスリーブ３の動圧発生溝３Ｂ、３Ｃの各種形状と図１に示す流体軸受装置の軸受寿命の関係を示すデータである。我々の実験によれば、図中記号（Ａ）に示す溝深さ（ｈｇ）が不十分であり１マイクロメータの条件（図２５と同様の溝形状の場合）の軸受寿命と、記号（Ｂ）に示す溝深さ（ｈｇ）は５マイクロメータであり十分であるが、動圧発生溝３３Ｂの形状が崩れており、軸受面に平滑な円筒面が形成されていない条件（図２７と同様の溝形状の場合）の軸受寿命は、いずれも要求される寿命の約半分しか満たすことができなかった。動圧発生溝が浅すぎる（Ａ）の場合はポンピング力が不足して性能と信頼性が得られない訳であり、また一方、動圧発生溝の形状が崩れている（Ｂ）の場合は、軸の表面に対向しなければならないスリーブ軸受穴に円筒面が構成できないのでこれが原因でポンピング圧力が発生しにくいものと考えられる。一方、図中（Ｃ）に示すように溝深さ（ｈｇ）が５マイクロメータで十分な深さがあり、かつ図１５に示すように溝形状に崩れがない軸受の条件では図１に示す流体軸受装置は必要十分な寿命を得ることができた。

尚、本実施例において軸１の材質はステンレス鋼、高マンガンクロム鋼、または炭素鋼を用いた。軸１のラジアル軸受面の表面粗さは０．０１〜０．８マイクロメータの範囲に加工により仕上げた材料を使用している。

尚、本実施例の図２のスリーブ３において表面硬化層３Ｈは、ニッケルと燐を主成分とする無電解メッキを採用し、その表面はビッカース硬度６００以上を得ている。または３次元ＤＬＣ加工（栗田製作所）によるコーティングを施し表面はビッカース硬度８００以上を得ている。これらのいずれかの硬化層３Ｈを設けることにより流体軸受装置の耐摩耗性と信頼性を向上させている。

尚、図２のスリーブにおいて空孔３Ｆには、熱硬化性または嫌気硬化性のアクリル樹脂を低圧槽の中で含浸した。これらの樹脂は硬化させる前に十分洗浄を行うため、表面付近に付着した樹脂はすべて除去され、内部に含浸された樹脂だけが残留し硬化する。つまり、スリーブの内部は樹脂３Ｆで封孔され、表面は酸化鉄皮膜３Ｇまたはメッキ層３Ｈで封孔されるものである。

尚、図1におけるスリーブ３の成分に関し、圧粉成型に用いる金属粉末については、真鍮など銅系のものでもよいが、モータの回転軸との熱線膨張係数差を小さくするためには鉄成分を全体の８０重量％以上を占める成分からなる鉄系の粉末または純鉄が好ましい。鉄粉を圧粉成型した後、これを焼結して軸受用の焼結体素材としている。一般的に動圧流体軸受装置におけるスリーブ３と軸１の隙間は２〜５マイクロメータ程度に設定され、封孔処理後の表面処理精度および使用時における熱線膨張係数差における使用環境温度差の問題は流体軸受装置にとって重要である。また、スリーブ３の成分に鉄系材料を採用することで圧粉成型金属焼結体素材１１Ａの多孔質表面に四三酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）皮膜を形成することが容易に行える。

尚、本実施例の流体軸受装置は、例えば特開２０００−１９７３０９号公報（流体動圧軸受を備えたモータ及びこのモータを備えた記録ディスク駆動装置）の図２に示す様に軸の上側にロータが固定され軸の下側にリング形状の部材が取り付けられ、このリング形状の部材周辺がラジアル軸受面に隣接する潤滑流体溜り部を有し、ロータの下面とスリーブの上面が対向してスラスト軸受面を形成された動圧流体軸受装置においても本発明は適用できるものである。

尚，本実施例の流体軸受装置は軸の両端が固定され、スリーブが軸を中心に回転する、図示しない、軸固定式軸受構造の流体軸受にも適用できるものである。

（実施の形態２）
図１７は第２の実施例の流体軸受装置の軸受部を示す構成図である。１は軸、２はフランジ、２３はスリーブ、２３Ａは軸受孔、２３Ｂ、２３Ｃは動圧発生溝、２Ａ、２Ｂはフランジ２に設けられた動圧発生溝、２３Ｄは径大部、２３Ｊは連通孔、２４はキャップである。

この第２の実施例の流体軸受装置の動作については図１に示す第１の実施例と同じである。ただ、スリーブ２７に少なくとも１ケ所に明けられた連通穴２７Ｊからは軸受内の潤滑流体６に含まれた空気２９が膨張した際に軸受外部に排出することで動圧発生溝２７Ｂ、２７Ｃ、２Ａ、２Ｂにおいて気泡の存在を防止し潤滑流体６の油膜を確実に形成し流体軸受装置の信頼性を向上させることができる。

連通孔２７Ｊは焼結金属体からなるスリーブ２７に図示しないドリルで穴をあける方法で加工しても良く、または図１７に示すように直溝状の連通孔（連通溝）２７Ｊを外周面に有するスリーブ２７とパイプ２７Ｋを共に焼結金属体で成型し高温で焼結後にパイプ２７Ｋにスリーブ２７を圧入することで一体化すると同時に連通孔２７Ｊを構成し、その後は第１の実施例と同様に図４〜図９に示す第２サイジング金型と、図１０〜図１２に示す第３サイジング金型を用いて成型する方法で加工しても良い。このようにスリーブ２７とパイプ２７Ｋを組み合わせて構成すれば連通孔２７Ｊが最も安価に構成することができる。流体軸受装置の高速回転での性能と信頼性を確保するためには連通孔２７Ｊの存在は大変有効であり、このように２個の焼結金属体を組み合わせて連通孔２７Ｊを構成する方法の経済効果は大きい。

この流体軸受装置によっても、上記第１の実施の形態の流体軸受装置と同様な効果を得ることができる。

本発明は、ハードディスク装置やその他の装置に用いられる流体軸受装置に関し、スリーブの軸受穴に軸が相対的に回転自在に挿入され、スリーブの軸受穴に動圧発生溝を有する軸受面を有し、前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、金属素材を形成する第１の工程と、前記金属素材を焼結する第２の工程と、前記焼結金属素材の内径に、テーパ面を有し該テーパ面にパターン状の凹部もしくは動圧溝パターン状の凸部を有する第１のコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧して動圧溝を形成し、次に前記第１のコアロッドを抜き去ることで動圧発生溝を形成したスリーブ半完成品を成型する第３の工程と、前記スリーブ半完成品に、径大部と径小部を有する第２のコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧し、前記第２のコアロッドの径小部で動圧溝を有する軸受内径面を形成すると同時に前記第２のコアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部を成型し、次に前記第２のコアロッドを抜き去ることで前記スリーブを成型する第４の工程とからなり、このようにして成型されたスリーブの動圧発生溝を有する内径を軸受内径面とし、スリーブの径大部を潤滑流体溜り部にすることで、高精度に動圧発生溝が加工され、圧力漏れが無く高性能長寿命な流体軸受及びその製造方法が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る流体軸受装置の断面図 同流体軸受装置におけるスリーブの詳細部分断面図 同流体軸受装置における第１サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第２サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第２サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第２サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第２サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第２サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第２サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第３サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第３サイジング金型断面図 同流体軸受装置における第３サイジング金型断面図 同流体軸受装置におけるテーパ角と荷重の説明図 同流体軸受装置におけるスリーブの断面図 同流体軸受装置のスリーブの部分断面図 同流体軸受装置の軸受寿命の解説図 本発明の第２の実施の形態に係る流体軸受装置の断面図 従来の流体軸受装置の断面図 従来の流体軸受装置におけるスリーブの成型装置断面図 従来の流体軸受装置におけるスリーブの成型装置断面図 従来の流体軸受装置におけるスリーブの成型装置断面図 従来の流体軸受装置におけるスリーブの成型装置断面図 従来の流体軸受装置におけるスリーブの成型装置断面図 従来の流体軸受装置におけるスリーブの成型装置断面図 従来の流体軸受装置のスリーブ部分断面図 従来の流体軸受装置のコアロッド説明図 従来の流体軸受装置のスリーブ部分断面図 従来の流体軸受装置のポンプ圧力解説図

符号の説明

１ 軸
２ フランジ
３、２７ スリーブ
３Ａ 軸受穴
３Ｂ，３Ｃ、２Ａ、２Ｂ 動圧発生溝
３Ｄ 径大部
４ スラスト板
５ ベース
６ 潤滑流体
７ ロータ
８ ディスク
９ ロータ磁石
１０ ステータ
１１ 焼結金属素材
１２、１９、２３ 下型
１３、２０、２４ 上型
１４ ピン
１５、２２，２６ 外型
２１、２５ コアロッド
２７Ｋ パイプ
２８ キャップ

Claims (11)

1. 軸と、
   軸受孔を有し、前記軸が相対的に回転可能な状態で挿入されており、
   該軸受孔の内周面に動圧面を有し、
   前記内周面には動圧発生溝が形成された第１の溝と、潤滑流体溜り部を形成するための第２の溝を有し、
   前記内周面には動圧発生溝が形成された第１の溝の断面形状は略台形形状であり、また、前記動圧発生溝の深さは、前記第２の溝の深さよりも大きく形成された焼結金属から成るスリーブ、
   および前記軸と前記スリーブ間に保持される潤滑流体を少なくとも有する
   ことを特徴とする動圧流体軸受。
2. 前記スリーブの表面に、樹脂または水ガラスを含浸させ、表面を封孔する、請求項１に
   記載の動圧流体軸受。
3. 前記スリーブの表面に、加熱溶解した金属を含浸させ、表面を封孔する、請求項１に記
   載の動圧流体軸受。
4. 前記スリーブの表面に、酸化膜を形成させ、表面を封孔する、請求項１に記載の動圧流体軸受。
5. 請求項１から４に記載のスリーブの表面に、ニッケルを含む金属メッキにより薄膜を形
   成し、スリーブの表面硬度を内部よりも向上させる、動圧流体軸受。
6. 請求項１から４に記載のスリーブの表面に、ＤＬＣコーティングにより薄膜を形成し、
   スリーブの表面硬度を内部よりも向上させる、動圧流体軸受。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の動圧流体軸受と、
   前記動圧流体軸受に固定され、前記動圧流体軸受を回転可能にするハブと、
   前記ハブに固定されたマグネットと、
   前記動圧流体軸受を固定するベースプレートと、
   前記マグネットと対向するように前記ベースプレートに固定されたステータと、
   を備えているスピンドルモータ。
8. 軸受孔を有し、前記軸受孔の内周面に動圧発生溝を有し、前記軸受孔に軸が
   相対的に回転可能な状態で挿入されているスリーブ、
   を備えた動圧流体軸受の製造方法であって、
   前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し、第１の成型体を形成する第１の工程と、
   前記第１の成型体を焼結する第２の工程と、
   前記焼結された第２の成型体の内径に、テーパ面を有し該テーパ面にパターン状の凹部を有する第１のコアロッドを挿入し、次に上下及び側面から加圧して前記テーパ面に形成された凹部により動圧溝を形成し、次に前記第１のコアロッドを抜き去ることで動圧発生溝を形成したスリーブ半完成品を成型する第３の工程と、
   前記スリーブ半完成品に、径大部と径小部を有する第２のコアロッドを挿入し、次に上
   下及び側面から加圧し、前記第２のコアロッドの径小部で第１の溝である動圧溝を有する軸受内径面を形成するとともに前記第２のコアロッドの径大部でスリーブ内周面に径大部の第２の溝を成型し、次に前記第２のコアロッドを抜き去ることで前記スリーブを成型する第４の工程と、
   からなること特徴とする動圧流体軸受の製造方法。
9. 請求項８に記載の第２のコアロッドのテーパ面は、１〜３度のテーパ角を有することを
   特徴とする動圧流体軸受の製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の工程後、さらにスリーブの表面に樹脂または水ガラス
    を含浸させる、または加熱溶解した金属を含浸させる、またはスリーブの表面に酸化膜を形成することの
    少なくとも何れか１つ以上の方法で、スリーブ表面を封孔したことを特徴とする動圧流
    体軸受の製造方法。
11. 請求項８記載または請求項９または請求項１０に記載の工程後、スリーブ表面にニッケルを含む金属メッキ、またはＤＬＣコーティングにより薄膜を形成したことを特徴とする動圧流体軸受の製造方法。

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