JP2008164110A - 流体軸受装置用軸部材、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な面精度および形状精度を高精度に確保したフランジ部を有する流体軸受装置用の軸部材を低コストに形成する。
【解決手段】軸部２１とフランジ部２２との間に接合部材２３を介在させ、この接合部材２３と軸部２１およびフランジ部２２をそれぞれ溶接固定する。この際、軸部２１のラジアル軸受面２１ａを拘束する保持孔３１ａと、フランジ部２２の上端面２２ａを拘束する下端面３１ｂとの間の直角度を精度良く仕上げた第１の治具３１を用いて溶接固定を行う。また、接合部材２３として、双方の端面２３ａ、２３ｂに複数の突起２３ａ１、２３ｂ１を設けたものを用い、これら複数の突起２３ａ１、２３ｂ１を軸部２１やフランジ部２２と当接させた状態で加圧通電を行うことで軸部２１およびフランジ部２２を接合部材２３にそれぞれ溶接固定した。
【選択図】図５

Description

本発明は、流体軸受装置用軸部材、およびその製造方法に関する。

流体軸受装置は、軸受隙間に形成される流体の膜で軸部材を相対回転自在に支持するものである。この種の軸受装置は、特に高速回転時における回転精度、静粛性等に優れており、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として好適に使用される。具体的には、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スピンドルモータ用の軸受装置として、あるいは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モータ、ファンモータなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。

通常、流体軸受装置においては、軸部材の軸部が軸受スリーブ等の内周に挿入され、軸部の外周面と軸受スリーブの内周面との間にラジアル軸受部を構成する。また、軸部の一端にフランジ部を設け、このフランジ部の端面とこれに対向する面（例えば軸受スリーブの端面）との間にスラスト軸受部を構成するものがある（例えば、特許文献１を参照）。

このように、軸部の外周面は、ラジアル軸受部を構成し、また、フランジ部の端面はスラスト軸受部を構成することから、これらの面は高精度に仕上げておく必要がある。同時に、ラジアル軸受部とスラスト軸受部とを共に構成する場合、個々の面精度だけでなく、これらの間の形状精度、すなわち軸部の外周面とフランジ部の端面との間の直角度が重要となる。

互いに別体の軸部とフランジ部とを高精度に一体化する方法として、例えば、特開２００４−３４０３６８号公報（特許文献２）には、シャフトと円板体との互いに接合する接合面の一方に円形状の凹部を設け、かつ該凹部内に前記一方の接合面よりも軸線方向に突出する円周状の突起が設けたものを溶接する手段が開示されている。具体的には、前記シャフトと前記円板体とをそれぞれの接合面を合わせるように接触した状態で両者間に所定電圧を印加して前記突起を溶融することで、前記シャフトの端面と前記円板体の平面とが前記凹部よりも外径側の部分で当接し、前記シャフトと前記円板体とが溶接により一体化された動圧軸受装置用の軸部材を形成する手段が開示されている。

この方法により製造された軸部材であれば、突起部の溶融物が凹部に収容され、溶接部の外側におけるシャフトと円板体との当接面間には当該溶融物が入り込むことがない。そのため、シャフトに対する円板体の直角度を高精度に確保することができる。
特開２００３−２３９９５１号公報 特開２００４−３４０３６８号公報

特許文献２に開示の手段により軸部とフランジ部とを固定するには、予め軸部あるいはフランジ部の接合面に微細かつ複雑な形状の突起を設けておく必要がある。上述の通り、軸部の外周面やフランジ部の端面は、それぞれ高い面精度が求められると共に、固定後の直角度にも高い精度が求められる。また、軸受面には耐摩耗性等が要求されることから、軸受面を有する軸部やフランジ部には、表面硬度が高く、加工が困難な材料が一般的に使用される。この際、軸部の端面やこれと当接固定されるフランジ部の端面に、突起等の複雑かつ微細な形状を加工するとなると、加工手段が限定され、加工自体が非常に困難となる。また、加工する面によって必要な精度が異なることから、加工形態が複雑かつ多工程となり加工コストの高騰を招く。

以上の事情に鑑み、本発明では、軸受面の精度、および軸受面間の形状精度に優れ、かつ高い接合強度を有する流体軸受装置用の軸部材を容易かつ低コストに形成することを技術的課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、軸部と、軸部の一端に固定されるフランジ部とを備えるもので、軸部の外周面と、この外周面に対向する面との間にラジアル軸受隙間を形成すると共に、フランジ部の端面と、この端面に対向する面との間にスラスト軸受隙間を形成し、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に形成される流体の膜で回転支持される流体軸受装置用軸部材において、軸部とフランジ部との間に接合部材が配設され、かつ接合部材が、軸部とフランジ部の双方に溶接固定されていることを特徴とする流体軸受装置用軸部材を提供する。

このように、軸部およびフランジ部と溶接固定される部材を、軸部やフランジ部とは別体に設けることで、軸部やフランジ部に、突起等の複雑な形状を設けるための加工が不要となる。これにより、軸受面となる面のみを高精度に加工するだけで済む。また、軸部やフランジ部の加工形状が単純化することから、これら軸部やフランジ部の加工も非常に簡易的に行うことができる。また、軸部とフランジ部とは別体で、かつラジアル軸受面やスラスト軸受面のように高精度に加工された面を有することから、溶接時の位置決めも精度よく行うことができる。以上より、軸受面となる面を高精度に加工しつつも、個々の部品の加工コストを低く抑えて、軸受面間で高い直角度を有する流体軸受装置用の軸部材を製造することができる。

接合部材と軸部、および接合部材とフランジ部との溶接固定には、種々の溶接手段が使用可能であるが、その中でも、溶接速度に優れ、生産性の向上が可能な抵抗溶接が好適に使用可能である。通常、この種の軸部材は、強度や摺動特性等の観点から金属材料で形成されることが多いため、加圧通電により溶接を行う抵抗溶接を問題なく適用することができる。特に、近年においては、製造対象となる軸部材、およびこれを備えた流体軸受装置が小型化する傾向にあるが、この種の溶接手段（抵抗溶接）であれば、軸部とフランジ部とにそれぞれ電極を押し当て、加圧通電することで溶接することができる。そのため、軸部材の小型化にも、加工時間や加工コストを極力増加させることなく対応することができ、好ましい。

また、抵抗溶接により接合部材と軸部、および接合部材とフランジ部とを固定するのであれば、例えば接合部材に複数の突起を設け、複数の突起を軸部とフランジ部の少なくとも一方に当接させ、これら複数の当接箇所に溶接部を形成する手段が有効である。すなわち、加圧通電により抵抗溶接を行う場合、互いに溶接する部材間の接触面積が小さいほど接触箇所における電流密度が高まる傾向にある。そのため、当該箇所を高速かつ安定して溶接することができる。また、同様の突起を複数設けることで、軸部やフランジ部との間で高い接合強度を得ることができる。また、接合部材と複数点で接触させることで、軸部またはフランジ部との接触時の姿勢、ひいては溶接時の姿勢を安定させることができ、これにより固定後の形状精度（直角度）を高めることができる。なお、接触部は点接触に限定されない。接触箇所が円周方向に連続した線接触やさらに接触面積を小さくした断続的な接触など、任意の形態をとることができる。

接合部材が軸部およびフランジ部と溶接可能である限りにおいて、その材質は任意である。例えば、軸部やフランジ部と同材料とすれば、溶接部の形成が容易となると共に、良好な溶接部が形成されるので、溶接部に係る接合強度を高めることができる。あるいは、軸部およびフランジ部より融点の低い材料とすることで、溶接部は確実に形成しつつも、軸部やフランジ部本体に及ぼす加熱の影響を最小限に留めて、先に加工した面（軸受面など）の精度を溶接後も維持することができる。また、接合部材の形成方法も任意であるが、接合部材は溶接のために用いるものであるため、軸受面を有する軸部やフランジほど高精度に仕上げる必要はない。そのため、プレス加工などの塑性加工や、鋳造などの型成形で製造することができ、より安価かつ大量に製造することができる。

また、接合部材と溶接固定される軸部の端面もしくはフランジ部の端面、又は接合部材の少なくとも何れかに凹部もしくは穴部を設けておけば、例えば抵抗溶接時、接合部材の軸部あるいはフランジ部と接触して溶融した部分を、凹部あるいは穴部の内部に保持することができる。これにより、溶融物が例えばフランジ部のスラスト軸受面へと流れ出るのを防いで、面精度あるいは形状精度の低下を防止することができる。

上述の軸部材は、非常に優れた軸受面精度および軸受面間の直角度を有するものであるから、軸受隙間を高精度に管理することが必要な流体軸受装置用の軸部材として、あるいはこの軸部材を備えた流体軸受装置として好適に提供可能である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、軸部と、軸部の一端に固定されるフランジ部とを備え、軸部の外周面と、この外周面に対向する面との間にラジアル軸受隙間を形成すると共に、フランジ部の端面と、この端面に対向する面との間にスラスト軸受隙間を形成し、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に形成される流体の膜で回転支持される流体軸受装置用軸部材の製造方法であって、軸部の外周面およびフランジ部の端面を治具で拘束した状態で、軸部とフランジ部との間に接合部材を接触介在させ、軸部と接合部材との間、およびフランジ部と接合部材との間に溶接部を形成することで軸部をフランジ部に固定することを特徴とする流体軸受装置用軸部材の製造方法を提供する。

このように、本発明では、軸部やフランジ部の軸受面を位置決め基準面として治具で拘束した状態で接合部材と軸部、および接合部材とフランジ部との間で溶接を行うようにした。接着や圧入などの固定方法であれば、たとえ治具で高精度に位置決めした状態で固定しても、固定後治具から取り出した後、軸とフランジ部との間で位置ずれを生じる恐れがあるが、この種の溶接固定であれば、位置ずれの心配がない。そのため、直角度に優れた軸部材を得ることができる。また、溶接条件やその材質にもよるが、接合部材を、軸部やフランジ部と別体としたことで、軸部やフランジ部に製品ごとの寸法や形状のばらつきがあっても、かかるばらつきを接合部材の溶融部により許容することができる。従い、治具で位置決めした通りの位置関係を、軸部とフランジ部との間で維持したままで、これらを溶接固定することができる。

以上のように、本発明によれば、軸受面の精度、および軸受面間の形状精度に優れ、かつ高い接合強度を有する流体軸受装置用の軸部材を容易かつ低コストに形成することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図１〜図４に基づき説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は、単に各図における構成要素間の位置関係を容易に理解するために用いるもので、流体軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。後述する第２、第３実施形態においても同様である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る流体軸受装置１を具備したスピンドルモータの断面図を示す。このスピンドルモータは、例えば磁気ディスクを備えたＨＤＤ用として用いられるもので、ハブ３を取り付けた軸部材２をラジアル方向に非接触支持する流体軸受装置１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４ａおよびロータマグネット４ｂとからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４ａはブラケット５に固定され、ロータマグネット４ｂはハブ３に固定される。流体軸受装置１のハウジング７は、ブラケット５の内周に固定される。また、同図に示すように、ハブ３にはディスク６（図１では２枚）が保持される。このように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル４ａに通電すると、ステータコイル４ａとロータマグネット４ｂとの間に発生する励磁力でロータマグネット４ｂが回転し、これに伴って、ハブ３に保持されたディスク６が軸部材２と一体に回転する。

図２は、流体軸受装置１を示している。この流体軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７の内周に固定される軸受スリーブ８と、ハウジング７の一端を閉塞する蓋部材９と、ハウジングの他端開口側に配設されるシール部材１０と、ハウジング７と軸受スリーブ８、およびシール部材１０に対して相対回転する軸部材２とを主に備える。

ハウジング７は、例えば真ちゅう等の金属材料や樹脂材料で筒状に形成され、その軸方向両端を開口した形態をなす。ハウジング７の内周面７ａには、軸受スリーブ８の外周面８ｃが、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着（超音波溶着やレーザ溶着を含む）など適宜の手段で固定される。また、内周面７ａの下端側には、内周面７ａよりも大径であって、後述する蓋部材９を固定するための固定面７ｂが形成される。

軸受スリーブ８は、例えば焼結金属からなる多孔質体で円筒状に形成される。この実施形態では、軸受スリーブ８は、銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。また、軸受スリーブ８は、樹脂やセラミック等の非金属材料からなる多孔質体で形成することもでき、また焼結金属等の多孔質体以外にも、内部空孔を持たない、あるいは潤滑油の出入りができない程度の大きさの空孔を有する構造の材料で形成することもできる。

軸受スリーブ８の内周面８ａの全面又は一部円筒領域には、ラジアル動圧発生部として
複数の動圧溝を配列した領域が形成される。この実施形態では、例えば図３に示すように、互いに傾斜角の異なる複数の動圧溝８ａ１、８ａ２をヘリングボーン形状に配列した領域が、軸方向に離隔して２ヶ所に形成される。なお、この実施形態では、軸受内部における潤滑油の循環を意図的に作り出す目的で、一方（ここでは上側）の動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域を、軸方向非対称に形成している。図３に例示の形態で説明すると、軸方向中心ｍより上側（シール部材１０側）の動圧溝８ａ１形成領域の軸方向寸法Ｘ１が、下側の動圧溝８ａ２形成領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなるように形成されている。

軸受スリーブ８の下端面８ｂの全面または一部環状領域には、例えば図４に示すように、スラスト動圧発生部として、複数のスパイラル形状の動圧溝８ｂ１を円周上に配列した領域が形成される。この動圧溝８ｂ１形成領域は、完成品の状態では後述するフランジ部２２の上端面２２ａと対向し、軸部材２の回転時、上端面２２ａとの間に後述する第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。

軸受スリーブ８の外周面８ｃには、軸方向に向けて延びる複数の軸方向溝８ｃ１が形成されている。これら軸方向溝８ｃ１は、主に流体軸受装置１の使用時、軸受内部空間内で圧力の不均衡が生じた場合などに、これらの好ましくない状態を適正な状態に回復するための役割を果たす。

ハウジング７の下端側を閉塞する蓋部材９は、例えば金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング７の内周下端に設けられた固定面７ｂに固定される。ここで、固定手段は特に問わず、接着、圧入、溶接など上記例示の手段に加えて、溶着など任意の手段を使用することができる。

蓋部材９の上端面９ａの全面又は一部環状領域には、例えば図４と同様の配列態様（スパイラルの方向は逆）をなす動圧溝形成領域が形成される。この動圧溝形成領域（スラスト動圧発生部）は、完成品の状態ではフランジ部２２の下端面２２ｂと対向し、軸部材２の回転時、下端面２２ｂとの間に後述する第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。

シール手段としてのシール部材１０は、この実施形態ではハウジング７と別体に金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング７の上端内周に圧入、接着、溶着、溶接等任意の手段で固定される。

シール部材１０の内周にはシール面１０ａが形成されており、このシール面１０ａと、後述する軸部２１の外周面との間にシール空間Ｓが形成される。潤滑油を流体軸受装置１内部に充満させた状態では、潤滑油の油面は常時シール空間Ｓの範囲内に維持される。

軸部材（流体軸受装置用軸部材）２は、軸部２１と、軸部２１の下端に配設されるフランジ部２２と、軸部２１とフランジ部２２との間に配設され、軸部２１とフランジ部２２の双方に溶接固定される接合部材２３とで構成される。この実施形態では、軸部２１の外周に、軸受スリーブ８の内周面８ａに設けられた動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域とラジアル方向に対向するラジアル軸受面２１ａが軸方向に離隔して２ヶ所設けられる。これらラジアル軸受面２１ａ、２１ａ間には、ラジアル軸受面２１ａより小径のヌスミ部２１ｂが設けられる。

上述の構成部品を組立てた後、軸受内部空間に潤滑油を充填することで流体軸受装置１が完成する。流体軸受装置１内部に充満される潤滑油としては、種々のものが使用可能であるが、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用の動圧軸受装置に提供される潤滑油には、その使用時あるいは輸送時における温度変化を考慮して、低蒸発率及び低粘度性に優れたエステル系潤滑油、例えばジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）等が好適に使用可能である。

上記構成の流体軸受装置１において、軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域は、軸部２１のラジアル軸受面２１ａ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、上下何れの動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域においても潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心ｍに向けて押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝８ａ１、８ａ２の動圧作用によって、軸部材２を回転自在にラジアル方向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とがそれぞれ軸方向に離隔して２ヶ所に構成される。

これと同時に、軸受スリーブ８の下端面８ｂに設けた動圧溝８ｂ１形成領域とこれに対向するフランジ部２２の上端面２２ａとの間のスラスト軸受隙間、および蓋部材９の上端面９ａに設けた動圧溝形成領域とこれに対向するフランジ部２２の下端面２２ｂとの間のスラスト軸受隙間に、動圧溝の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、軸部材２をスラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とがそれぞれ構成される。

以下、軸部材２の製造工程の一例を図５〜図８に基づき説明する。

図５は、軸部材２のアセンブリに用いる装置の概略図を示している。この装置は、軸部２１およびフランジ部２２を保持する第１の治具３１と、フランジ部２２の下端面２２ｂと当接し、第１の治具３１との間でフランジ部２２を保持する第２の治具３２、および軸部２１の上端面２１ｃ（フランジ部２２とは反対側の端面）と当接し、第２の治具３２との間で軸部２１およびフランジ部２２を保持する第３の治具３３とを主に備える。

第１の治具３１は、軸部２１を挿入可能で、かつ挿入した軸部２１を保持可能な保持孔３１ａを有する。また、第１の治具３１の下端面３１ｂは、フランジ部２２の上端面２２ａと当接し、第２の治具３２との間でフランジ部２２を保持する。従い、保持孔３１ａは、軸部２１のラジアル軸受面２１ａ、２１ａを保持、拘束可能な程度に、その寸法や形状が高精度に形成されている必要がある。同様に、下端面３１ｂも、第２の治具３２との間でスラスト軸受面となるフランジ部２２の上端面２２ａを保持、拘束可能な程度に、その形状（平面度など）が高精度に形成されている必要がある。

加えて、この種の軸部材２においては、ラジアル軸受面２１ａとスラスト軸受面（上端面２２ａ）との間の直角度が軸受性能を左右する。そのため、これら軸受面間で高い直角度が得られるよう、保持孔３１ａと下端面３１ｂとの間の直角度を予め高精度に加工することで高めておくことが望ましい。

フランジ部２２の下端面２２ｂ、および軸部２１の上端面２１ｃと当接する第２の治具３２と第３の治具３３は、適当な駆動機構により相対的に上下動可能に構成されると共に、電力供給機構（共に図示は省略）と連結されている。かかる構成により、図５に示すように、接合部材２３を介して第１〜第３の治具３１、３２、３３に軸部２１とフランジ部２２とが拘束、保持された状態では、軸部２１とフランジ部２２とを互いに接近させる向きに加圧すると共に、両部材２１、２２間で通電することが可能となっている。

接合部材２３は、例えば図６に示すように、全体として円盤形状をなし、軸部２１側の端面（上端面２３ａ）に複数の突起２３ａ１を設けると共に、フランジ部２２側の端面（下端面２３ｂ）にも複数の突起２３ｂ１を設けた形態をなす。従い、図５に示すように、軸部２１とフランジ部２２の間に接合部材２３を配設し、かつ軸部２１とフランジ部２２とを第１〜第３の治具３１、３２、３３で保持した状態では、軸部２１およびフランジ部２２は何れも、突起２３ａ１、２３ｂ１を介して接合部材２３と当接している。なお、図５や図６、および図７に示す突起２３ａ１、２３ｂ１はその形状や配置態様の理解を容易にするため、接合部材２３の他の寸法（円盤部の直径や厚み）に比べて実際の寸法よりも誇張して描いている。後述する突起２３ａ２（図９に例示）に関しても同様である。

この実施形態では、各突起２３ａ１、２３ｂ１は円錐状をなしている。突起２３ａ１、２３ｂ１の数や形状、配置態様は特に問わないが、軸部２１やフランジ部２２との当接姿勢や溶接時の姿勢を安定化する目的で、あるいは接合強度のばらつきを小さく抑える目的で、３ヶ所以上にかつ円周方向等間隔に配設するのが望ましい。

上記構成をなす接合部材２３は通電性を有する材料で形成される。使用可能な形成手段として、例えばプレス加工等の塑性加工や、鋳造等の型成形などを挙げることができる。

上述の如く、軸部２１、フランジ部２２、および接合部材２３を治具３１〜３３に設置した（保持した）状態から、第２の治具３２と第３の治具３３とを相対的に接近させて、軸部２１とフランジ部２２とを互いに接近する向きに加圧する。これと同時に、電極となる第２の治具３２および第３の治具３３を介して軸部２１およびフランジ部２２に通電することで、突起２３ａ１の、軸部２１との当接箇所を発熱、溶融させ、軸部２１との間に溶接部２４ａを形成する。同様に、突起２３ｂ１の、フランジ部２２との当接箇所を発熱、溶融させ、フランジ部２２との間に溶接部２４ｂを形成する（共に図７を参照）。

その後、さらに加圧通電を継続することで、突起２３ａ１の溶融が進行し、それと共に、軸部２１との間に形成された溶接部２４ａが成長する（フランジ部２２の側についても同様に溶接部２４ｂが成長する）。そして、溶接がある程度行われた時点で、例えば溶融接合部を除いた軸部２１の下端面２１ｄと接合部材２３の上端面２３ａが当接した段階（図８を参照）で加圧および通電を停止する。その後、治具３１〜３３から軸部２１、フランジ部２２、および接合部材２３の一体品を取り出すことで、完成品としての軸部材２を得る。

このように、軸部２１とフランジ部２２を直接固定するのではなく、接合部材２３を間に介在させ、この接合部材２３と軸部２１およびフランジ部２２をそれぞれ溶接固定することで、突起２３ａ１のような複雑かつ微細な部分を接合部材２３の側に集約して、軸部２１やフランジ部２２を単純な形状とすることができる。そのため、ラジアル軸受面２１ａを高精度に仕上げた軸部２１、およびスラスト軸受面となる両端面２２ａ、２２ｂを高精度に仕上げたフランジ部２２を容易かつ低コストに加工することができる。また、接合部材２３は軸部２１やフランジ部２２のように軸受面を有さない。そのため、軸部２１やフランジ部２２に比べて許容精度を緩めて加工することができ、例えばプレス加工や鋳造などの安価な加工で形成することができる。

また、この実施形態のように、各々の軸受面と当接する保持孔３１ａの内周面や下端面３１ｂなどを予め高精度に形成しておくことで、特に第１の治具３１については、保持孔３１ａの内周面と下端面３１ｂとの間の直角度を精度良く仕上げておくことで、ラジアル軸受面２１ａとスラスト軸受面（上端面２２ａ）との間の直角度を高く保った状態で、溶接固定を行うことができる。以上より、必要な面精度あるいは形状精度を確保しつつも、軸部材２全体の製造コストを容易に低減することが可能となる。

また、この実施形態では、接合部材２３に複数の突起２３ａ１、２３ｂ１を設け、これら複数の突起２３ａ１、２３ｂ１を軸部２１やフランジ部２２と当接させるようにした。これにより、加圧通電時、接合部材２３と軸部２１、およびフランジ部２２との接触面積が非常に小さくなり、接触箇所における発熱効率を積極的に高めることができる。従って、電流量や加圧力を過度に高めることなく、所要の大きさかつ良質の溶接部２４ａ、２４ｂを形成することができ、電流過多による散りの発生や、過大な加圧力によるフランジ部２２の変形等をなるべく避けることができる。

特に、突起２３ａ１、２３ｂ１の形状を、円錐形状とすることで、通電初期において最も接触面積が小さく、かつ通電が進むにつれて、徐々に接触面積が拡大することになるため、溶接部２４ａ、２４ｂを安定して成長させることができ、好ましい。

また、この実施形態では、突起２３ｂ１と接触するフランジ部２２の上端面２２ａに凹部２２ｃを設けたので、突起２３ｂ１の溶融分を凹部２２ｃ内で保持することができ、かかる溶融物が周囲に拡がるのを抑えることができる。特に図示例のように、接合部材２３を収容可能な大きさの凹部２２ｃを設けることで、溶融物の外側への流れ出しをより安全に防止することができる。もちろん、必要に応じて、軸部２１の側（下端面２１ｄ）や接合部材２３にも、同様の凹部を設けて、突起２３ａ１の溶融分をその内部で保持するように構成することも可能である。また、凹部２２ｃの代わりに穴部を設けることによっても同様の効果が得られる。

以上、本発明の第１実施形態に係る軸部材２の構成および製造工程を説明したが、もちろん、これに限定されることなく、上記以外の構成および工程を採ることも可能である。

例えば第１実施形態では、接合部材２３に、円錐形状をなす複数の突起２３ａ１、２３ｂ１を設けた場合を説明したが、何もこの形態に限る必要はない。通電時における軸部２１やフランジ部２２との接触面積が小さい限りにおいて、任意形状の突起２３ａ１、２３ｂ１を設けることが可能である。また、接合部材２３と、軸部２１やフランジ部２２との接触態様は点接触に限るものではない。例えば、接触点が円周方向に連続した線接触やさらに接触面積を小さくした断続的な接触など、任意の形態をとることができる。図９はその一例を示すもので、同図に示す接合部材２３には、図６に示す突起２３ａ１を、円盤状をなす接合部材２３の中心軸まわりに所定角回転させた際に得られる軌跡に対応した外形を有する複数の突起２３ａ２が設けられている。従い、その頂部は線状をなし、対向する軸部２１あるいはフランジ部２２と円周方向に向けて断続的に線接触する。そのため、この構成によれば、接触面積を極力小さく抑えつつも、溶接固定時の位置決め精度を確保して、軸部２１とフランジ部２２との固定精度をさらに向上させることが可能となる。

また、要求される特性や採用可能な加工手段との兼ね合いから、軸部２１とフランジ部２２とを互いに異なる材料で形成する場合も考えられるが、この場合であっても、接合部材２３との接触態様を調整する（突起２３ａ１、２３ｂ１の数や形状、形成位置等を異ならせる）ことで、共に良好な溶接部２４ａ、２４ｂを形成することができる。また、一方の部材（例えばフランジ部２２）を溶接に適した材料で形成可能であれば、接合部材２３のうち、他方の部材（例えば軸部２１）と対向する側のみに突起２３ａ１を設けた構成とすることもできる。

あるいは、所要の接合強度（溶接強度）が得られるのであれば、必ずしも突起２３ａ１、２３ｂ１を設ける必要はない。例えば、接合部材２３の材質をより溶接に適した材料としたり、あるいは抵抗溶接時に生じる不具合がそれほど問題とならない程度の範囲内において溶接条件を調整することで、接合強度を確保することができる。なお、これらの場合においても、ラジアル軸受面２１ａとスラスト軸受面（上端面２２ａ）との直角度確保のために、これらを拘束する治具（特に第１の治具３１）の当接面精度を高めておくことが肝要である。

また、第１実施形態では、フランジ部２２に、突起２３ｂ１の溶融物を保持する（収容する）ための凹部２２ｃを設けた場合を例示したが、もちろん、この凹部２２ｃを対向する接合部材２３の側に設けることでも同様の作用を得ることができる。具体的には、接合部材２３の突起２３ａ１、２３ｂ１の周囲に、上端面２３ａや下端面２３ｂよりも一段低い凹部（図示は省略）を設けることで、突起２３ａ１、２３ｂ１の溶融物を収容して、半径方向外側への溶融物の流れ出しを極力防止することができる。なお、凹部や穴部は例示の形状に限定されるものではない。これら凹部や穴部を設ける意義（溶融物を収容）がある限りにおいて、任意の形状を採ることができる。例えば凹部として、溶接部の周囲に環状の溝を設けることもできる。あるいは穴部として、例えば軸方向に貫通する穴を接合部材２３の中央に設けることもできる。

なお、第１実施形態では、溶融接合部を除く接合部材２３の両端面２３ａ、２３ｂと、軸部２１の下端面２１ｄおよびフランジ部２２の上端面２２ａとが当接した段階で、加圧通電を停止した場合を説明したが、接合強度が確保できるのであれば、例えば図７に示すように、双方の端面が当接する前の段階で加圧通電を停止することも可能である。逆に、当接後も、さらに加圧通電を継続することで、更なる溶接部２４ａ、２４ｂの成長を図ることも可能である。

また、第１実施形態では、溶接手段に抵抗溶接を採用した場合を説明したが、これに限ることなく種々の溶接手段が採用可能である。例えば、アーク溶接、ガス溶接、レーザ溶接などの溶融溶接や、熱間圧接や摩擦圧接などの固相接合により、接合部材２３と軸部２１、および接合部材２３とフランジ部２２を溶接固定することも可能である。また、これらの場合、各溶接手段に応じて適切な形状の突起２３ａ１、２３ｂ１を設けることが好ましい。

また、本発明は、上記の構成に限らず、他の構成をなす流体軸受装置にも適用可能である。

例えば第１実施形態では、軸部２１の外周面をラジアル軸受面２１ａとして、フランジ部２２の上端面２２ａおよび下端面２２ｂをそれぞれスラスト軸受面として使用した場合を説明したが、これに限る必要はない。例えば、双方の端面２２ａ、２２ｂのうち、上端面２２ａのみをスラスト軸受面として使用する構成の流体軸受装置用の軸部材に、本発明を適用することもできる。

図１０は第２実施形態に係る流体軸受装置１０１の断面図を示している。この流体軸受装置１０１の特徴点（図２に係る流体軸受装置１との主な相違点）は以下の通りである。すなわち、流体軸受装置１０１において、軸部２１の上端（フランジ部２２とは反対側）に固定されたハブ１０３は、ハウジング１０７の開口側（上側）に位置する円盤部１０３ａと、円盤部１０３ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部１０３ｂとを主に有する。また、ハウジング１０７の上端面１０７ｃには、例えば図４に示す配列態様をなす動圧溝形成領域（スパイラルの向きは逆）が設けられ、向かい合う円盤部１０３ａの下端面１０３ａ１との間に第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する。ハウジング１０７の外周には、上方に向かって漸次拡径するテーパ状のシール面１０７ｄが形成される。このテーパ状のシール面１０７ｄは、筒状部１０３ｂの内周面１０３ｂ１との間に、ハウジング１０７の閉塞側（下方）から開口側（上方）に向けて半径方向隙間が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。なお、図１０中、ハウジング１０７の内周面１０７ａ、固定面１０７ｂはそれぞれ図２中のハウジング７の内周面７ａおよび固定面７ｂに対応している。これ以外の構成は、図２に係る構成に準じるので説明を省略する。

このように、フランジ部２２の上端面２２ａのみをスラスト軸受面として使用する場合であっても、軸部２１とフランジ部２２との間に接合部材２３を介在させ、この接合部材２３と軸部２１、および接合部材２３とフランジ部２２とをそれぞれ溶接固定することで、軸部２１やフランジ部２２を単純な形状とすることができる。そのため、加工が容易でかつラジアル軸受面２１ａを高精度に仕上げた軸部２１、およびスラスト軸受面となる上端面２２ａを高精度に仕上げたフランジ部２２を低コストに得ることができる。

また、既述のように、治具３１〜３３の各軸受面と当接する面（保持孔３１ａの内周面や下端面３１ｂなど）を予め高精度に形成したものを使用して上述の溶接固定を行うことで、ラジアル軸受面２１ａとスラスト軸受面（上端面２２ａ）との間で高い直角度を有する軸部材２を得ることができる。

なお、第１実施形態では、その両端面２２ａ、２２ｂをスラスト軸受面としたフランジ部２２を例示し、第２実施形態では、軸部２１と固定される側の端面（上端面２２ａ）のみをスラスト軸受面としたフランジ部２２を例示したが、これ以外の構成をなすフランジ部に対しても本発明を適用することができることはもちろんである。例えば、その外周にシール面を形成したものをフランジ部２２として使用することも可能である。

図１１はその一例に係る流体軸受装置２０１の断面図を示している。この実施形態（第３実施形態）における流体軸受装置２０１の特徴点（図２に係る流体軸受装置１との主な相違点）は以下の通りである。すなわち、流体軸受装置２０１を構成する軸部材２０２は、軸部２１の一端に接合部材２３を介してフランジ部２２を溶接固定し、かつ軸部２１の軸方向中間に環状をなす第２のフランジ部２２２を固定している。

双方のフランジ部２２、２２２は軸方向に軸受スリーブ２０８を挟む位置に配設され、フランジ部（第１のフランジ部）２２の上端面２２ａと、上端面２２ａに対向する軸受スリーブ２０８の下端面２０８ｂとの間に、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する。また、第２のフランジ部２２２の下端面２２２ａと、下端面２２２ａに対向する軸受スリーブ２０８の上端面２０８ｄとの間に、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する。従い、この実施形態における軸受スリーブ２０８は、下端面２０８ｂの他、上端面２０８ｄにも図４に示すスラスト動圧発生部を設けている。

双方のフランジ部２２、２２２の外周にはそれぞれシール面２２ｄ、２２２ｂが形成され、これらシール面２２ｄ、２２２ｂは対向するハウジング７の内周面７ａとの間にそれぞれシール空間Ｓ、Ｓを形成する。なお、図１１中、軸受スリーブ２０８の内周面２０８ａ、外周面２０８ｃ、および軸方向溝２０８ｃ１はそれぞれ図２中の軸受スリーブ８の内周面８ａ、外周面８ｃ、および軸方向溝８ｃ１に対応している。これ以外の構成は、図２に係る構成に準じるので説明を省略する。

このように、２枚のフランジ部２２、２２２を固定した軸部材２を用いる場合であっても、その軸部２１と、軸部２１の一端に固定されるフランジ部２２との一体品に関しては、第１および第２実施形態と同様に、本発明を適用することができる。

なお、以上の実施形態では何れも、ハウジング７、１０７と、軸受スリーブ８とを別体としたが、これら流体軸受装置１、１０１、２０１の固定側を構成する部品群から選択される２以上の部品同士を、アセンブリ可能な範囲において一体化（同一材料で一体に形成、あるいは一方の部品をインサートして他方の部品を型成形）することも可能である。例えば図２に示す構成でいえば、ハウジング７と軸受スリーブ８、ハウジング７と蓋部材９、ハウジング７とシール部材１０との間で一体化が可能である。ハウジング７と軸受スリーブ８、およびシール部材１０を一体化することも可能である。また、図１０に示す構成でいえば、ハウジング１０７と軸受スリーブ８、あるいはハウジング１０７と蓋部材９との間で一体化が可能である。さらに、図１１に示す構成でいえば、ハウジング７と軸受スリーブ２０８との間で一体化が可能である。

また、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部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潤滑油の動圧作用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、図示は省略するが、軸方向の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、あるいは、円周方向に複数の円弧面を配列し、対向する軸部２１の外周面（ラジアル軸受面２１ａ）との間に、くさび状の半径方向隙間（軸受隙間）を形成した、いわゆる多円弧軸受を採用してもよい。

あるいは、ラジアル軸受面となる軸受スリーブ８、２０８の内周面８ａ、２０８ａを、動圧発生部としての動圧溝や円弧面等を設けない真円状内周面とし、この内周面と対向する真円状の外周面（ラジアル軸受面２１ａ）とで、いわゆる真円軸受を構成することができる。

また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２の一方又は双方は、同じく図示は省略するが、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、あるいは波型軸受（端面が調和波形などの波型になったもの）等で構成することもできる。

また、以上の実施形態では、動圧発生部を何れも固定側（ハウジング７、１０７や軸受スリーブ８、１０８、蓋部材９など）に設けた場合を説明したが、その一部あるいは全てを回転側（軸部２１、フランジ部２２や第２のフランジ部２２２、ハブ１０３など）に設けることも可能である。具体的には、軸部２１の外周面（ラジアル軸受面２１ａ）、フランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂや第２のフランジ部２２２の下端面２２２ａ、およびハブ１０３の下端面１０３ａ１のうち、１ヶ所以上に既述の動圧発生部を設けることが可能である。この場合、例えばフランジ部２２をプレス加工で形成するのであれば、当該プレス加工時に併せて上述の動圧発生部（スラスト動圧溝）を成形することができる。また、そのサイズや形状にもよるが、突起２３ｂ１を上述のプレス加工と同時にフランジ部２２に成形できれば、コストアップを招くことなくフランジ部２２の側に突起を設けることも可能である。

また、以上の実施形態では、流体軸受装置１、１０１、２０１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に流体膜を形成するための流体として潤滑油を例示したが、これ以外にも流体膜を形成可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の第１実施形態に係る流体軸受装置を備えたスピンドルモータの断面図である。 流体軸受装置の断面図である。 軸受スリーブの断面図である。 軸受スリーブのフランジ部と対向する端面の平面図である。 第１実施形態に係る軸部材の製造工程の一例を示す断面図である。 接合部材の斜視図である。 軸部材の製造工程の一例を示す断面図である。 軸部材の製造工程の一例を示す断面図である。 他の構成に係る接合部材の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る流体軸受装置の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る流体軸受装置の断面図である。

符号の説明

１、１０１ 流体軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
２１ 軸部
２１ａ ラジアル軸受面
２１ｂ ヌスミ部
２２ フランジ部
２２ａ 上端面
２２ｂ 下端面
２２ｃ 凹部
２３ 接合部材
２３ａ 上端面
２３ｂ 下端面
２３ａ１、２３ｂ１ 突起
２４ａ、２４ｂ 溶接部
３１、３２、３３ 治具
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 (5)

1. 軸部と、軸部の一端に固定されるフランジ部とを備えるもので、
   軸部の外周面とこの外周面に対向する面との間にラジアル軸受隙間を形成すると共に、フランジ部の端面とこの端面に対向する面との間にスラスト軸受隙間を形成し、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に形成される流体の膜で回転支持される流体軸受装置用軸部材において、
   軸部とフランジ部との間に接合部材が配設され、かつ接合部材が、軸部とフランジ部の双方に溶接固定されていることを特徴とする流体軸受装置用軸部材。
2. 接合部材に複数の突起を設け、複数の突起を軸部とフランジ部の少なくとも一方に当接させ、これら複数の当接箇所に溶接部を形成してなる請求項１記載の流体軸受装置用軸部材。
3. 接合部材と溶接固定される軸部の端面もしくはフランジ部の端面、又は接合部材の少なくとも何れかに凹部もしくは穴部を設けた請求項１記載の流体軸受装置用軸部材。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の軸部材を備えた流体軸受装置。
5. 軸部と、軸部の一端に固定されるフランジ部とを備え、軸部の外周面とこの外周面に対向する面との間にラジアル軸受隙間を形成すると共に、フランジ部の端面とこの端面に対向する面との間にスラスト軸受隙間を形成し、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に形成される流体の膜で回転支持される流体軸受装置用軸部材の製造方法であって、
   軸部の外周面およびフランジ部の端面を治具で拘束した状態で、軸部とフランジ部との間に接合部材を接触介在させ、
   軸部と接合部材との間、およびフランジ部と接合部材との間に溶接部を形成することで軸部をフランジ部に固定することを特徴とする流体軸受装置用軸部材の製造方法。

Images