JP2008175384A - 流体軸受装置用軸部材、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受面の精度、および軸受面間の形状精度に優れ、かつ軸部とフランジ部との間で高い固定強度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をフランジ部２２に圧入すると共に、第１の治具３１の塑性加工部３１ｃをフランジ部２２の上端面２２ａに押し付け、フランジ部２２を部分的に内周側に塑性変形させる。これにより、軸部２１との間に加締め部２３を形成する。また、第２の治具３２および第３の治具３３でフランジ部２２の双方の端面２２ａ、２２ｂを拘束した状態で圧入および加締めを行う。
【選択図】図８

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、例えば固定軸に環状のスラストプレートを圧入することで固定する手段が提案されている（特許文献２を参照）。

また、最近では、情報機器の小型化・携帯化が進むにつれ、これら情報機器に搭載される流体軸受装置に対して、落下等に対する耐性（耐衝撃性）の向上が求められている。従い、軸部とフランジ部とを別体構造とする軸部材であれば、その締結強度を向上させることが重要となる。

締結強度向上のための手段として、例えば、フランジ素材の外径部の拡張を規制した密閉状態でフランジ部を軸方向に加圧し、フランジ部の内周面を縮径させ、これにより軸部との締結固定を図る手段が提案されている（特許文献３を参照）。
特開２００３−２３９９５１号公報 特開２０００−３２４７５３号公報 特開２００４−２０４９１６号公報

圧入は、他の固定手段に比べて比較的容易に実施可能であり、また、予め互いに圧入固定される面を高精度に仕上げかつ位置決めを行って実施すれば、直角度等の組立て精度を確保することが可能な手段である。しかしながら、上述のように、落下等に備えた固定力（抜止め力）向上の要請に対応するには締結強度の面で不十分である。ましてや、最近の小型化に対する要請が強まる中、軸寸法を縮小するとなると、どうしても圧入長さを短く
せざるを得ない。これでは、締結強度を確保することは困難である。特許文献２には、圧入後、当該圧入領域の軸方向端部をレーザ溶接することで、固定強度の補強を図る旨が記載されているが、この種の作業には、別途大規模な設備が必要となり、製造コストの高騰を招く。

また、特許文献３に記載の如く、いわゆるプレス加工で外周面の拡大を規制した状態のフランジ部を圧縮縮径させることにより、軸部とフランジ部との締結を図る手段を採用した場合、精度の面で問題が生じる。すなわち、フランジ部は軸受面を有する部材であることから、その形状精度や面精度には高いものが求められる。翻って、この種の固定手段は、部品全体を塑性変形させることで締結固定を図るものであるから、軸受面などの変形を避けることは難しく、必要な面の精度確保が不十分となる恐れがある。

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、かつ軸部とフランジ部との間で高い固定強度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、軸部がフランジ部に設けた孔に圧入されると共に、軸部又はフランジ部が部分的に塑性加工を受けて加締め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、本発明は、圧入固定と加締め固定とを併用した点を特徴とし、かつフランジ部全体の塑性変形による加締めを避けて、軸部又はフランジ部に対し、部分的に塑性加工を施すことで加締め部を形成する点を特徴とするものである。かかる構成によれば、従来のように、加締めによる軸部あるいはフランジ部全体の変形を避けることができる。また、部分的に塑性変形させて加締め部を形成することで、圧入した領域が緩むのを避けて圧入状態を維持することができる。そのため、圧入により得られた高い形状精度（直角度）、あるいは個々の部品加工時に得られた高い面精度を維持した状態で固定強度の向上を図ることができる。あるいは、所要の固定強度を確保し得る限りにおいて、その軸方向寸法を縮小することにより、流体軸受装置の小型化を図ることも可能である。

加締め部は、フランジ部に対して部分的に塑性加工を施すことで形成されるのが好ましく、また、スラスト軸受隙間に面する領域より内側の領域に塑性加工を施すことで得られたものであることが好ましい。軸部は、強度向上や摺動特性改善の観点から焼入れ等の表面処理により硬度の向上を図るのが通常であるのに対し、フランジ部は軸部に比べて加工性に優れた材料で形成可能だからである。また、スラスト軸受面を避けてフランジ部を部分的に塑性変形させるようにすれば、スラスト軸受面となる両端面の精度を悪化させることもない。また、実質的にスラスト軸受面として作用する領域を外して塑性変形させることができ、軸受面積の減少にもつながらないため好ましい。

さらに、軸受面精度やその面積を確保する目的で、塑性加工により生じるフランジ部の塑性変形を内径側に逃がすための逃がし部を軸部に設けた構成とすることも可能である。すなわち、上述のように、フランジ部に対して塑性加工（加締め加工）を施した際、フランジ部に生じた塑性変形領域を逃がすことのできる位置に溝状の小径部などを設けておくことで、かかる溝状小径部に向けて塑性変形が生じる。そのため、塑性加工を施した領域周辺での盛上りを抑え、フランジ部に設けたスラスト軸受面の精度を維持することができる。

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、軸部をフランジ部に設けた孔に圧入する工程と、軸部又はフランジ部を加締める工程とを含み、少なくとも加締め工程を、フランジ部
の双方の端面を拘束した状態で行う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。

一般に、加締め加工は、締結固定される双方の部材の何れか一方に塑性変形を生じさせるものであるから、例えば圧入工程後、加締め工程を行うこととすると、一方の部材の塑性変形により、圧入固定に関与する領域が変形を生じ、圧入力の低下、あるいは圧入精度の低下を招く恐れがあり好ましくない。これに対して、本発明のように、圧入状態における加締め工程を、フランジ部の双方の端面を拘束した状態で行うようにすれば、拘束する端面の面精度を維持して、また軸部に対するフランジ部の姿勢（位置）を圧入時のまま維持した状態で加締めることができる。また、フランジ部を拘束する面を高精度に仕上げた治具を用いて加締めるようにすれば、圧入時の位置ずれ等を治具の拘束により矯正することができる。また、固定と同時に高い形状精度（直角度など）を有する軸部材が製造可能なため、後加工で別途矯正のための工程を設ける必要がなく、工程数を増やさずに済む。以上より、この方法によれば、非常に高い面精度および直角度を有し、かつ十分な締結強度を有する軸部材を低コストで製造することができる。

もちろん、圧入工程時においても、フランジ部の双方の端面を拘束した状態としておくことで、軸部のフランジ部に対する圧入姿勢を適正に保った状態で圧入することができる。また、圧入姿勢を適正に保った状態で圧入すれば、圧入後の位置ずれを生じる恐れも少ないため好適である。

また、軸部とフランジ部、各々の加工プロセスから生じる寸法公差のずれを補う目的で、軸部をフランジ部に圧入する際の圧入力に基づき加締め力を設定することも可能である。この場合、圧入による固定力と、加締めによる固定力との総和が一定となるよう、先に検出可能な圧入時の荷重（圧入力）に基づき、後に行う加締め時の荷重（加締め力）が制御される。あるいは、固定力（固定強度）の総和が、その用途等に応じて要求される最低限の固定強度を常に満たすよう、必要に応じて一定の加締め力を付与して加締め加工を施すように設定される。そのため、互いに圧入される軸部の外径とフランジ部の孔の内径との差（締め代に相当）にばらつきがある場合でも、完成品が有する軸部とフランジ部との固定力は一定に保たれ、あるいは、その最低値が保証される。これにより、歩留まりを高めて、高品質の軸部材を安定して提供することができる。

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。

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、かつ軸部とフランジ部との間で高い固定強度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ことができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図８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。後述する他の実施形態においても同様である。

図１は、本発明の一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、ハウジング７の内周面７ａに接着固定される。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、複数の動圧溝８ｂ１をスパイラル形状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、軸受内部空間内で潤滑油の過不足が生じた場合などに、この好ましくない状態を早急に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。

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の内周にはテーパ形状をなすシール面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、中央に設けた孔２２ｃに軸部２１の下端を固定した環状のフランジ部２２とで構成される。この実施形態では、図２に示すように、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ヶ所に設けられる。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。また、フランジ部２２の孔２２ｃ内に導入した部分のうち、後述するフランジ部２２との加締め部２３には、塑性変形部となるフランジ部２２の内側突出部２２ｄを収容するための小径部２１ｃが設けられる。この図示例では、溝状の小径部２１ｃが設けられている。

軸部２１の下端はフランジ部２２に圧入されている。また、圧入領域の軸方向端部（ここでは軸受スリーブ８側）に、フランジ部２２との加締め部２３が形成されている。

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、完成品としての流体軸受装置１を得る。ここで、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の双方の動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域は、軸部２１のラジアル軸受面２１ａ、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を保持する第１の治具３１と、第１の治具３１の下方に位置するフランジ部２２を保持する第２の治具３２と、第２の治具３２との間でフランジ部２２を保持あるいは拘束可能な第３の治具３３と、軸部２１の上端面（フランジ部２２と反対側の端面）２１ｄと当接可能で、適当な駆動機構により軸部２１をフランジ部２２の側に向けて押し込む第４の治具３４とを主に備える。

第３の治具３３と第４の治具３４との間には、第５の治具３５が配設されている。この
治具（第５の治具３５）は、下方に位置する第３の治具３３との間に弾性体３６を介設してなり、第４の治具３４から下向きの負荷を受けた場合、この負荷を弾性体３６を介して第３の治具３３に伝達するようになっている。この場合、弾性体３６が負荷に応じて圧縮変形することで、第５の治具３５の下方への変位を吸収するようになっている。

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２の治具３２の上端面３２ａはフランジ部２２の下端面２２ｂを保持し、第３の治具３３の下端面３３ａはフランジ部２２の上端面２２ａ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を適正に保持、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、上端面３２ａや下端面３３ａも、スラスト軸受面となるフランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂを適正に保持、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と上端面３２ａとの間、および保持孔３１ａと下端面３３ａ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を軸方向に拘束する上端面３２ａと下端面３３ａとの間で高い平行度が得られるように双方の治具３２、３３を高精度に加工しておくことはもちろんである。

第１の治具３１の下方には、第１の治具３１の下降に伴い、フランジ部２２を部分的に塑性変形させ、軸部２１との間に加締め部２３を形成するための塑性加工部３１ｃが設けられる。この実施形態では、塑性加工部３１ｃは、先端に向けて先細りする形状をなし、軸部２１およびフランジ部２２を各治具３１〜３５に設置した状態では、フランジ部２２の上端面２２ａ内周側と当接している。また、フランジ部２２の孔２２ｃは、圧入前の段階では、所定の圧入代を見込んで、圧入すべき軸部２１の外径寸法よりも若干小径に形成されている。

上記構成の装置を用いた場合、軸部２１とフランジ部２２との固定は以下の様にして行われる。

上述の如く、軸部２１およびフランジ部２２を第１の治具３１〜第５の治具３５に設置した（保持した）状態から、第４の治具３４を下降させ、軸部２１の上端面２１ｄと当接させる（図５に示す状態）。この段階では、第５の治具３５の上端面３５ａは、軸部２１の上端面２１ｄよりも下方に位置し、また、第１の治具３１の上端面３１ｂは、第５の治具３５の上端面３５ａよりも下方に位置している。

第４の治具３４を軸部２１に当接させた状態から、さらに第４の治具３４を下降させることで、軸部２１の下端をフランジ部２２の孔２２ｃに圧入する。このようにして圧入を開始し、所定長さ分圧入を行った段階（言い換えると、フランジ部２２に対する軸部２１の圧入姿勢が安定化した段階）で、第４の治具３４を第５の治具３５の上端面３５ａに当接させる（図６に示す段階）。そして、さらに第４の治具３４を下降させ、第５の治具３５を下方に押圧することで、弾性体３６を介して、第３の治具３３に下向きの負荷が伝達される。従い、フランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂを、第３の治具３３と第２の治具３２との間で拘束しながら、軸部２１の圧入が進行する。

このようにして軸部２１の圧入を、フランジ部２２を拘束した状態で続行し、かかる圧入がある程度完了した段階で第４の治具３４の下端面３４ａを第１の治具３１の上端面３１ｂに当接させる。図７は、軸部２１の下端面２１ｅとこの面に対向する第２の治具３２
の上端面３２ａとの間に若干の隙間が生じる位置まで軸部２１を押し込んだ（圧入した）段階で、第１の治具３１と第４の治具３４とを当接させる場合を例示している。また、この状態では、図７に示すように、弾性体３６が圧縮変形した分に応じた負荷が第３の治具３３からフランジ部２２に付与され、これによりフランジ部２２を拘束している。

そして、さらに第４の治具３４を下降させることで、第４の治具３４と当接する第１の治具３１を軸方向に押圧し、下端に設けた塑性加工部３１ｃでフランジ部２２を部分的に塑性変形させる。ここでは、スラスト軸受面を除いた領域となる、フランジ部２２の上端面２２ａの内周縁を、先細り形状の塑性加工部３１ｃで半径方向内側に塑性変形させることで、軸部２１の外周面（ラジアル軸受面２１ａ）よりも内周側に入り込んだ内側突出部２２ｄが形成される（図８を参照）。従い、塑性加工を受けたフランジ部２２と軸部２１との間、ここで言えば圧入領域の軸方向上端に加締め部２３が形成される。上述の加締め加工は、引き続きフランジ部２２の拘束下で行われる。

なお、軸部２１がステンレス鋼など、フランジ部２２に比べて硬い（高剛性の）材料で形成される場合には、図示のように、軸部２１の、予め内側突出部２２ｄが形成される箇所に小径部２１ｃを設けておくのがよい。また、フランジ部２２は、塑性加工を受けて内側に加締めることを想定して、例えば真ちゅう等の軟質金属で形成されるのがよく、また、焼入れなどの硬化処理が施されていないものがよい。

このようにして、軸部２１とフランジ部２２との間に加締め部２３が形成された段階で、第４の治具３４の下降を停止し、治具３１〜３５から軸部２１とフランジ部２２との一体品（軸部材２）を取出すことで、完成品としての軸部材２を得る。この実施形態では、軸部２１の下端面２１ｅが第２の治具３２の上端面３２ａと当接する位置まで第１の治具３１を押し込んだ（フランジ部２２を塑性変形させた）段階で第４の治具３４を停止し、アセンブリ（軸部材２）を取出している。

このように、軸部２１をフランジ部２２に圧入すると共に、フランジ部２２を部分的に塑性変形させることにより、軸部２１との間に加締め部２３を形成したので、従来のように、加締めによる軸部２１あるいはフランジ部２２全体の変形を避けることができる。そのため、圧入時に得られた高い形状精度（直角度）、あるいは個々の部品加工時に得られた高い面精度を維持しつつも、圧入と加締めを併用することによる固定強度の向上を図ることができる。

また、圧入工程と加締め工程のうち、少なくとも加締め加工をフランジ部２２の双方の端面２２ａ、２２ｂを拘束した状態で行うことにより、圧入時の軸部２１に対するフランジ部２２の姿勢を維持したままで加締めることができる。また、拘束する双方の端面２２ａ、２２ｂの面精度を維持したままで加締めることができる。特に、この実施形態のように、フランジ部２２への負荷（拘束力）が、第４の治具３４および第５の治具３５の下降量に伴い増大する構成を採る場合、圧入時よりも高い拘束力でもってフランジ部２２を拘束する。そのため、万一、圧入時に軸部２１とフランジ部２２との間で位置ずれ等が生じた場合であっても、かかる位置ずれを治具３１〜３３の拘束により矯正することができる。

さらには、上述のように、弾性体３６等を利用して、フランジ部２２に作用する拘束力を徐々に高めることで、例えば圧入初期においては、フランジ部２２の軸部２１に対する圧入姿勢は維持しつつも、フランジ部２２の水平移動をある程度許容することで、ある種の案内機能を果たすことができる。従い、フランジ部２２と軸部２１との位置関係を良好にした状態で圧入を行うことができる。なお、この場合、図５や図６に示すように、面取り等により軸部２１とフランジ部２２の一方あるいは双方の導入側端部に案内面を設けて
おくことで、より適正な姿勢で圧入を行うことができる。

また、この実施形態では、圧入時においても、第２および第３の治具３２、３３によりフランジ部２２を拘束するようにしたので、軸部２１のフランジ部２２に対する圧入姿勢を適正に保った状態で、あるいはフランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂの平面度や振れ精度（直角度）を矯正しながら軸部２１を圧入することができる。また、圧入姿勢を適正に保った状態で圧入すれば、圧入後の位置ずれを生じる恐れもないため好ましい。

また、この実施形態では、フランジ部２２の上端面２２ａのうち、スラスト軸受面より内側の領域を塑性変形させる（内側突出部２２ｄを形成する）ようにしたので、スラスト軸受面の面精度を悪化させることもない。また、実質的にスラスト軸受面として作用する領域を外してフランジ部２２を塑性変形させることで軸受面積を確保することができる。

また、この実施形態のように、治具３１〜３３の各軸受面と当接する面（保持孔３１ａの内周面や上端面３２ａ、下端面３３ａ）を予め高精度に形成しておき、かつこれら治具３１〜３３の位置精度を高度に設定しておくことで、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、圧入および加締め固定を行うことができる。

また、この実施形態では、駆動機構からの駆動力（ここでは上下動のための駆動力）を受ける第４の治具３４との間の軸方向隙間を、軸部２１、第５の治具３５、第１の治具３１の順に大きくした構成とした。かかる構成によれば、第４の治具３４を下降させることで上述の負荷過程（軸部２１の圧入を開始した後、フランジ部２２に軸方向の拘束力を付与し、その後、フランジ部２２を加締め加工）を実現することができる。そのため、駆動系統（駆動機構）が単一のもので済み、設備コストの低減化が可能となる。また、互いに連動する一連の治具３１〜３５でもって圧入、矯正、加締め全ての工程を実施することができるので、生産性の面でも好ましい。

また、この実施形態のように、矯正を伴って軸部２１の圧入を行う場合には相当量の圧入代をとった状態で行うことができる一方、圧入と接着とを組み合わせた固定手段を採用することもできる。圧入と接着を併用する場合、接着剤により固定強度の補強を図ることができるので、軽圧入などを採用することが可能である。圧入代が小さくて済めば、その分組立て精度は出し易いので、加締めを伴って圧入固定することで、固定強度と形状精度（組立て精度）とに非常に優れた軸部材２を得ることが可能となる。

以上、本発明の一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。

例えば上記実施形態では、先端が先細り形状をなす塑性加工部３１ｃを平坦なフランジ部２２の上端面２２ａに押し付けることで、かかる領域を内周側に塑性変形させた場合を説明したが、もちろん、この形態に限る必要はない。内側に塑性変形させることで加締め可能である限り、塑性加工部３１ｃの形状は任意である。

また、フランジ部２２の塑性加工面は必ずしも平坦である必要はなく、容易に内側に塑性変形できるような形状の突起などを設けても構わない。また、全周にわたってフランジ部２２を塑性変形させる（内側突出部２２ｄを形成する）必要はない。必要となる締結強度、あるいは塑性加工の容易性等を考慮して、上端面２２ａの内周に、円周方向にわたって断続的に複数の内側突出部２２ｄを形成することで加締め部２３を設けるようにしてもよい。

また、この実施形態では、加締め部２３を、軸部２１とフランジ部２２との圧入領域の軸方向上端（上端面２２ａの側）に設けた場合を例示したが、フランジ部２２の他端側に予め小径部を形成しておき、これと加締め部２３（内側突出部２２ｄ）とで締結固定を図る構成を採ることも可能である。例えば図９に示すように、フランジ部２２の下端面２２ｂの側から内周に向けて小径部２２ｅを突出形成しておき、これと軸部２１の下端面２１ｅとが当接する位置で、フランジ部２２を加締めるようにすることも可能である。もちろん、各治具や駆動機構の工夫により、軸方向両端に加締め部２３を形成するようにしても構わない。

また、この実施形態では、加締め加工により生じるフランジ部２２の半径方向内側への塑性変形を軸部２１の側に逃がすことのできる位置に、溝状の小径部２１ｃを設けた場合を例示したが、これ以外の構成を採ることも可能である。例えば図１０に例示の如く、軸部２１の外周面のうち、ラジアル軸受面２１ａと圧入領域との間に段差２１ｆ（ここではテーパ状）を設けたものをフランジ部２２に圧入する。そして、上記と同様、フランジ部２２の上端面２２ａの側に対して塑性加工部３１ｃで塑性加工を施すことで、図１１に示すように、フランジ部２２に生じた塑性変形を、軸部２１に設けた段差２１ｆよりも小径側の領域に向けて逃がすことができる。この場合、上述の如く、フランジ部２２の軸方向下端に小径部２２ｅを設けておくか、あるいは軸方向両端に加締め部２３を形成するようにするのが好ましい。

なお、図１０に例示の如く、フランジ部２２の塑性加工を受ける領域２２ｆを、その他の領域（ここでいえば上端面２２ａ）に比べて若干下げておく（幅薄にしておく）構成も有効である。かかる構成のフランジ部２２に対して塑性加工を施すことで、例えば図１１に示すように、塑性変形としてスラスト軸受面の側に向けて生じた盛上り２２ｇが上端面２２ａよりも（下端面２２ｂとは反対の側に）突出するのを抑えることができる。従って、加締め部２３による固定力を確保しつつも、盛上り２２ｇによるスラスト軸受面への干渉をなるべく避けて、スラスト軸受性能を確保することができる。

また、塑性加工部３１ｃによるフランジ部２２の塑性加工の開始時を、軸部２１の圧入完了時としても構わない。圧入が完全に終了した時点でフランジ部２２の加締め工程を開始するようにすれば、より加締め部２３による固定力を高めることも可能である。この場合、軸部２１と塑性加工部３１ｃとを独立して下方に押し込むために第４の治具３４を分割し、かつこれらを別個独立して駆動（上下動）させるために、複数系統の駆動機構が必要となる。

また、上記実施形態では、第２の治具３２と第３の治具３３によるフランジ部２２の拘束開始時を、軸部２１の圧入開始後としたが、拘束開始時を圧入開始時と一致させても構わない。あるいは圧入による位置ずれの矯正を目的とするのであれば、圧入完了時より少し前、あるいは圧入完了後、加締め工程中において任意の段階で拘束（矯正）を開始することも可能である。

また、以上の説明では、フランジ部２２に対して部分的に塑性加工を施すことで、軸部２１との間に加締め部２３を形成する場合を説明したが、これに限る必要はない。例えばラジアル軸受面２１ａ、２１ａの面精度（真円度や同軸度）が高精度に維持可能な限りにおいて、軸部２１に対し部分的に塑性加工を施して、フランジ部２２との間に加締め部２３を形成することもできる。また、この際、軸部２１の部分的な塑性変形（例えば半径方向外側への張り出し）を極力小さい負荷で実現できるよう、例えば図示は省略するが、軸部２１の下端側に軸方向の突出部を設け、これを圧入完了時あるいは完了後に、半径方向外側に曲げることで、加締め部を形成することも可能である。

また、上記実施形態では、所定の圧入代となるよう、軸部２１をフランジ部２２の孔２２ｃに圧入し、かつ、軸部２１の下端面２１ｅが第２の治具３２の上端面３２ａと当接する位置まで塑性加工部３１ｃを下降させた場合を説明したが、かかる圧入および加締め態様はあくまでも一例に過ぎない。例えば、軸部２１とフランジ部２２、各々の加工プロセスから生じる寸法公差（平均値、あるいはその許容幅）のずれを補う目的で、軸部をフランジ部に圧入する際の圧入力に基づき加締め力を設定することも可能である。

上記実施形態を例にとり説明すると、まず軸部２１のフランジ部２２への圧入を開始した段階（図６）での圧入力を、軸部２１がフランジ部２２から受ける反力として例えば第４の治具３４に設けたロードセル等で検出する。そして、検出した圧入力に基づき、軸部２１とフランジ部２２との締め代（圧入代）を推定する。締め代が推定できれば、その際に得られる（圧入による）締結力が予測できるので、この圧入による固定力と加締めによる固定力との総和が一定となるよう、推定される締め代に応じて加締めに要する荷重の最大値を設定する。そして、加締め加工時（図７および図８）、塑性加工部３１ｃを有する第１の治具３１がフランジ部２２から受ける反力を第４の治具３４に設けたロードセル等で検出しつつ加締め加工を続行し、加締め荷重の検出値が、先に設定した加締め荷重の最大値に到った段階で、第４の治具３４および第１の治具３１を停止する。

このようにして、加締め力（加締め荷重）の最大値を制御することにより、互いに圧入される軸部２１とフランジ部２２との組み合わせによって、その圧入代にばらつきがある場合でも、完成品としての軸部材２が有する軸部２１とフランジ部２２との固定力を一定に保つことができる。従って、歩留まりを高めて、高品質の軸部材２を安定して提供することができる。

なお、上述の説明では、圧入による固定力と加締めによる固定力との総和が一定となるよう、加締め力（あるいは加締め量）を設定した場合を説明したが、他の基準に基づき加締め力を設定するようにしても構わない。例えば、圧入力につき予め閾値を定めておき、検出した圧入力の値が上述の閾値以上となる場合には、一定の加締め力を付与するようにし、検出した圧入力の値が閾値を下回る場合には、閾値との差に応じて付与すべき加締め力の増加分を設定するように設定することも可能である。あるいは、検出した圧入力の値が上述の閾値を下回る場合にのみ一定の加締め力を付与するようにし、圧入による固定力と加締めによる固定力との総和が閾値を常に満たすよう、加締め力を設定するようにしても構わない。

また、圧入力および加締め力共に、第４の治具３４に設けたロードセルでその反力を検出する他、これら検出すべき反力は個別に検出してもよいし、その合計値として検出するようにしてもよい。もちろん、軸部２１の圧入とフランジ部２２への加締め加工とを別々の駆動機構を用いて行うのであれば、別々に検出部を設けることも可能である。あるいは、直接加締め加工を行う第１の治具３１にロードセル等を設けることで反力を検出するようにしても構わない。また、加締め荷重の最大値を塑性加工部３１ｃの下降量（フランジ部２２への押し込み量）に換算できるのであれば、塑性加工部３１ｃを有する第１の治具３１の位置制御でもって加締め量をコントロールすることも可能である。

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。

例えば上記実施形態では、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１２は他の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１０３ｂ
１との間に、ハウジング１０７の閉塞側（下方）から開口側（上方）に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。なお、図１２中、ハウジング１０７の内周面１０７ａと固定面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、圧入と加締めとを併用し、かつフランジ部２２を部分的に塑性変形させて加締め部２３を形成することで、加締め加工後であってもラジアル軸受面２１ａやスラスト軸受面などの面精度、およびこれら軸受面間の直角度を高度に保つことができる。また、併せて高い固定強度を有する軸部材２を得ることができる。

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の内周面や上端面３２ａ、下端面３３ａ）を予め高精度に形成したものを使用して上述の圧入および加締め固定を行うことで、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、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１２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。

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の内周面８ａ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１０７や軸受スリーブ８、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やフランジ部２２、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）やフランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂ、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。

なお、以上の実施形態では、軸部材２が回転して、それを軸受スリーブ８などで非接触支持する構成を説明したが、これとは逆に、軸受スリーブ８の側が回転して、それを軸部材２の側で支持する構成に対しても本発明を適用することが可能である。この場合、軸受スリーブ８は、例えば図１あるいは図１２に示すハブ３、１０３に一体又は別体に固定され、ハブ３と一体に回転するよう構成される。

また、以上の実施形態では、流体軸受装置１、１０１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。

本発明の一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。 軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 他形態に係る軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 他形態に係る軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 他形態に係る軸部材の製造工程の一例を概念的に示す断面図である。 他の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
２２ フランジ部
２２ａ 上端面
２２ｂ 下端面
２２ｄ 内側突出部
２３ 加締め部
３１〜３５ 治具
３１ｃ 塑性加工部
３６ 弾性体
Ｓ シール空間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (6)

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、
   軸部がフランジ部に設けた孔に圧入されると共に、軸部又はフランジ部が部分的に塑性加工を受けて加締め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. 加締め部が、フランジ部の、スラスト軸受隙間に面する領域より内側の領域に塑性加工を施すことで得られたものである請求項１記載の流体軸受装置用軸部材。
3. 塑性加工により生じるフランジ部の塑性変形を内径側に逃がすための逃がし部が軸部に設けられている請求項２記載の流体軸受装置用軸部材。
4. 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、
   軸部をフランジ部に設けた孔に圧入する工程と、
   軸部又はフランジ部を加締める工程とを含み、
   少なくとも加締め工程を、フランジ部の双方の端面を拘束した状態で行うことを特徴とする流体軸受装置用軸部材の製造方法。
5. 圧入力に基づき加締め力を設定する請求項４記載の流体軸受装置用軸部材の製造方法。
6. 請求項１〜３の何れかに記載の軸部材、又は、請求項４もしくは５に記載の方法で製造された軸部材を備えた流体軸受装置。

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