JP2009024810A - 流体軸受装置およびその製造方法 - Google Patents

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Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
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Abstract

【課題】軸部とフランジ部とが高精度に、かつ高い締結強度をもって固定された流体軸受装置用の軸部材を低コストに提供し、これにより、流体軸受装置の回転精度および耐衝撃性の向上を低コストに実現する。
【解決手段】軸部21は、フランジ部23に設けた穴部23cに圧入されると共に、フランジ部23の両端面23a、23bに塑性加工を施すことによって形成した突出部23d、23eとの間に加締め部25,26を形成する。フランジ部23の両端面23a、23bは被覆部24で被覆され、これら軸部21、フランジ部23、および被覆部24で完成品としての軸部材2が構成される。
【選択図】図2

Description

本発明は、流体軸受装置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油膜で軸部材を回転自在に支持する軸受装置である。この流体軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を有するものであり、近年ではその特徴を活かして、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、より具体的には、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のスピンドルモータ、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ている。
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隙間が形成される。また、軸部の一端にフランジ部を設け、フランジ部の一端又は両端にスラスト軸受隙間を形成したものがある(例えば、特許文献1を参照)。
このように、軸部はラジアル軸受隙間を形成する一方側の部材となり、フランジ部はスラスト軸受隙間を形成する一方側の部材となることから、これらはそれぞれ高精度に製作すると共に、相対姿勢を高精度に管理する必要がある。軸部およびフランジ部を切削等の機械加工で一体に形成すれば、高精度な軸部材が得やすくなるが、専用の加工設備が必要である等の理由で製造コストが著しく高騰する。製造コストの抑制には、個別に製作した軸部およびフランジ部を適宜の手段で一体化するのが有効であり、特に製造コストの抑制効果を顕著に得られるものとして、環状のフランジ部(スラストプレート)に軸部を圧入したものが公知である(特許文献2を参照)。
特開2003−239951号公報 特開2000−324753号公報
圧入は、相互に固定される面を予め高精度に仕上げると共に位置決めを正確に行うことで、高精度な軸部材を比較的容易に得ることができる。しかしながら、組立精度のより一層の向上(完成品精度の向上)や締結強度向上の要請に対応するのは困難である。特に、近年の流体軸受装置に対する小型化の要請に対応すべくフランジ部の厚みを縮小するとなると、圧入長さが縮小するため、軸部とフランジ部の間の締結強度を高めるのが難しくなる。特許文献2では、軸部をフランジ部に圧入後、圧入領域の一端をレーザ溶接することで締結強度の向上を図っているが、レーザ溶接用の大規模かつ高価な装置が必要であるため製造コストの高騰が避けられない。
本発明の課題は、軸部とフランジ部とが高精度に、かつ高い締結強度をもって固定された軸部材を低コストに製造可能とし、これにより、高い回転精度および耐衝撃性を具備する流体軸受装置を低コストに提供可能とすることにある。
上記課題を解決するため、本発明では、軸部およびフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周に設けられたラジアル軸受隙間と、フランジ部の一端又は両端に設けられたスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、軸部がフランジ部に設けた穴部に圧入されると共に、軸部およびフランジ部が加締め固定され、かつ、フランジ部のスラスト軸受隙間に面する端面が被覆部で被覆されていることを特徴とする流体軸受装置を提供する。
本発明のように、軸部およびフランジ部を加締め固定すれば、圧入した領域の緩みを回避して所望の圧入状態を維持することができる。また、加締め加工は簡易な装置で実施することができるので、製造コストの低廉化が図られる。
ところで、軸部およびフランジ部を加締め固定する本発明の構成においては、加締め加工(塑性加工)に伴って肉の盛り上がり等が生じ、これが特にスラスト軸受隙間の精度に悪影響を及ぼす場合がある。かかる悪影響を回避する手段の一例として、加締め加工後に切削等の機械加工を施して肉の盛り上がりを除去することが考えられるが、コンタミによる軸受性能の低下を回避するため、切削加工に伴って生じる切削粉を入念に除去する工程をさらに設ける必要が生じ、製造コストが増大する。
これに対し、上記のように、フランジ部のスラスト軸受隙間に面する端面を被覆部で被覆すれば、被覆部を形成する一工程を経るだけで、肉の盛り上がり等による悪影響を排除して高精度なスラスト軸受隙間を形成することができる。また、例えば、圧入や加締めに伴って軸部とフランジ部の形状や相対姿勢が悪化した場合でも、必要とされる精度は被覆部で確保することができる。逆を言えば、軸受性能に悪影響を及ぼさない範囲で、部材製作、圧入、および加締めの各加工工程における要求品質を緩和することができる。そのため、この点からも製造コストの低廉化が図られる。
フランジ部に設ける穴部は、凹状に形成しても良いし、両端面に開口した貫通孔としても良い。特に後者の構成とすれば、穴部の両端に加締め部を形成することが可能となるため、軸部材の高強度化を図るには好適である。
加締めは、軸部又はフランジ部の何れか一方又は双方に施しても構わないが、フランジ部に施すのが望ましい。軸部は、強度向上や摺動特性向上の観点から焼入れ等の表面処理によって高硬度化され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る材料で形成することができるからである。
被覆部を低コストに高精度化する観点から、被覆部は、軸部およびフランジ部をインサートして型成形するのが望ましい。また、被覆部には、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させるスラスト動圧発生部を設けることができる。特に、被覆部を型成形する場合には、所望の精度が確保された軸部材が低コストに得られ、かつスラスト動圧発生部を被覆部の形成と同時に型成形することができる。そのため、スラスト軸受隙間を形成する他方側の部材に動圧発生部を設ける手間を省くことができ、流体軸受装置の低コスト化を図ることができる。
また、本発明では、軸部およびフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周に設けられたラジアル軸受隙間と、フランジ部の一端又は両端に設けられたスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、軸部材を製作するに際し、軸部をフランジ部に設けた穴部に圧入する工程と、軸部又はフランジ部を加締め固定する工程とを経た後、フランジ部のスラスト軸受隙間に面する端面に被覆部を形成することを特徴とする流体軸受装置の製造方法を提供する。
ところで、上記のように軸部をフランジ部に圧入した後加締め加工を行うと、加締める側の部材の塑性変形により、圧入固定に関与する部分に変形が生じ、圧入力や圧入精度の低下を招くおそれがある。上述のとおり、本発明では、スラスト軸受隙間の形成に関与する部分の精度は被覆部で確保されるものの、軸部に対するフランジ部の固定精度が余りにも低いと、被覆部の厚みの増大、ひいては軸部材の長大化を招き、小型化の要請に対応することが難しくなる。
そのため、上記のようにして軸部材を製作する際、少なくとも加締め加工は、フランジ部の両端面を拘束した状態で行うのが望ましい。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を維持した状態で加締めることができるからである。またこのとき、拘束面精度を十分に高めた治具を使用すれば、圧入時に生じた位置ずれ等を治具によって矯正することもできる。もちろん、フランジ部の両端面を拘束した状態で圧入を行うこともできる。この場合、フランジ部に対する軸部の圧入姿勢を適正に保つことができるので、圧入後の位置ずれが生じにくくなり、軸部材の精度向上が図られる。
以上に示すように、本発明によれば、軸部とフランジ部とが高精度に、かつ高い締結強度をもって固定された軸部材を低コストに製作することができる。これにより、高い回転精度および耐衝撃性を具備する流体軸受装置を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は、流体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構成例を概念的に示している。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を回転自在に支持する流体軸受装置1と、軸部材2に装着されたディスクハブ3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、ブラケット5とを主要な構成として備えている。ステータコイル4aはブラケット5の外周に取付けられ、ロータマグネット4bはディスクハブ3の内周に取付けられる。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6が一又は複数枚保持される。以上の構成からなる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との間の電磁力でロータマグネット4bが回転し、それによって、ディスクハブ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、本発明の第1実施形態に係る流体軸受装置1を示している。同図に示す流体軸受装置1は、ハウジング7と、ハウジング7の内周に固定された軸受スリーブ8と、軸受スリーブ8の内周に挿入された軸部材2と、ハウジング7の一端開口を封止する蓋部材9と、ハウジング7の他端開口をシールするシール部材10とを備える。なお、説明の便宜上、シール部材10の側を上側、これとは軸方向反対側を下側として、以下説明を進める。
ハウジング7は、金属材料あるいは樹脂材料で円筒状に形成される。ハウジング7の内周面7aには軸受スリーブ8が、例えば、接着、圧入、溶着等の適宜の手段で固定される。内周面7aの下端側には、内周面7aよりも大径の蓋部材固定面7bが形成されている。
軸受スリーブ8は、例えば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。軸受スリーブ8は、焼結金属以外にも、例えば黄銅等の軟質金属材料や焼結金属ではない他の多孔質体(例えば、多孔質樹脂)で形成することも可能である。
軸受スリーブ8の内周面8aには、図3に示すように、ラジアル動圧発生部として、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上下二箇所に離隔して形成される。本実施形態において、上側の動圧溝8a1は、軸方向中心m(上下の傾斜溝間領域の軸方向中央)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。一方、下側の動圧溝8a2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。動圧溝を上記の態様で形成することにより、軸受装置の運転時には、軸受スリーブ8の内周面8aと軸部21の外周面21aとの間の隙間を満たす流体(例えば、潤滑油)が積極的に下方に流動する。なお、動圧溝は、後述する軸部21のラジアル軸受面Aに形成することもでき、またその形状は、スパイラル形状等公知のその他の形状とすることもできる。
軸受スリーブ8の外周面8cには、両端面に開口した軸方向溝8c1が1又は複数本形成される。この軸方向溝8c1は、軸受内部に充満される潤滑油を流動循環させるために設けられたものであり、軸受運転時には、この軸方向溝8c1とハウジング7の内周面7aとで形成される流体通路を介して潤滑油が軸受内部を流動循環する。これにより、軸受内部における圧力の不均衡状態が解消され、潤滑油の漏れや振動の発生等が効果的に回避される。
蓋部材9は、例えば金属材料や樹脂材料で円盤状に形成され、ハウジング7の蓋部材固定面7bに、接着、圧入等適宜の手段で固定される。
シール部材10は、例えば、黄銅等の軟質金属材料やその他の金属材料、あるいは樹脂材料でリング状に形成され、ハウジング7の内周面7aの上端部に接着、圧入等の適宜の手段で固定される。このシール部材10の内周面10aと、軸部21の外周面21aとの間には所定のシール空間Sが形成される。シール空間Sは、流体軸受装置1に充満される潤滑油の温度変化に伴う容積変化量を吸収するバッファ機能を有し、想定される温度変化の範囲内で、潤滑油の油面は常時シール空間Sの範囲内にある。
軸部材2は、軸部21と、軸部21の下端に設けられたスラスト部材22とからなり、全体として金属と樹脂のハイブリッド構造とされる。詳細には、軸部21が金属材料で形成される一方、スラスト部材22は、軸心に設けた穴部23cに軸部21の下端が挿入された金属製のフランジ部23と、フランジ部23の表面を被覆する樹脂製の被覆部24とで構成される。穴部23cは、フランジ部23の両端面23a、23bに開口した貫通孔である。本実施形態では、軸部21はステンレス鋼で形成され、フランジ部23は軸部21よりも低剛性の軟質金属、例えば黄銅で形成される。
軸部21の外周面21aには、平滑な円筒面状をなし、軸受スリーブ8の内周面8aに設けた動圧溝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A,Aが軸方向に離隔して二箇所形成されている。両ラジアル軸受面A,A間には、ラジアル軸受面Aよりも小径のヌスミ部21bが形成されている。また、詳細は後述するが、軸部21の下端には、フランジ部23の第1および第2突出部23d、23eをそれぞれ収容するための第1および第2収容部21c、21dが設けられている。本実施形態において、第1および第2収容部21c、21dは環状の凹溝とされる。
スラスト部材22の上側端面22a(被覆部24)には、軸受スリーブ8の下側端面8bとの間にスラスト軸受隙間を形成するスラスト軸受面Bとなる領域が設けられ、該スラスト軸受面B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22a1がスパイラル形状に配列されている。また、スラスト部材22の下側端面22b(被覆部24)には、蓋部材9の上側端面9aとの間にスラスト軸受隙間を形成するスラスト軸受面Cとなる領域が設けられ、スラスト軸受面Cには、図示は省略するが、スラスト動圧発生部として、複数の動圧溝がスパイラル形状に配列されている。なお、スラスト軸受面B,Cに設けた動圧溝は、ヘリングボーン形状等公知のその他の形状に配列することもできる。また、スラスト軸受面B,Cを平滑平面に形成し、軸受スリーブ8の下側端面8bおよび蓋部材9の上側端面9aに動圧溝を形成しても良い。
流体軸受装置1は主に以上の構成部材からなり、シール部材10でシールされたハウジング7の内部空間には、軸受スリーブ8の内部気孔も含め潤滑油が充満される。潤滑油としては種々のものが使用可能であるが、使用時や輸送時における温度変化等を考慮すると、低蒸発率および低粘度のエステル系潤滑油、例えば、ジオクチルセバケート(DOS)やジオクチルアゼレート(DOZ)等が好適である。
以上の構成からなる流体軸受装置1において、軸部材2が回転すると、軸受スリーブ8の動圧溝8a1,8a2形成領域と、軸部21のラジアル軸受面A,Aとの間にはラジアル軸受隙間が形成される。そして、軸部材2の回転に伴って、ラジアル軸受隙間に形成される油膜は、動圧溝8a1,8a2の動圧作用によってその油膜剛性を高められ、こ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ラジアル軸受部R1,R2が軸方向の二箇所に離隔形成される。
また、これと同時に、フランジ部22のスラスト軸受面B,Cと、軸受スリーブ8の下側端面8bおよび蓋部材9の上側端面9aとの間にはスラスト軸受隙間がそれぞれ形成される。そして、軸部材2の回転に伴って、両スラスト軸受隙間に形成される油膜は、動圧溝の動圧作用によってその油膜剛性を高められ、こ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と第2スラスト軸受部T2とが形成される。
次に、上記の流体軸受装置1で使用される軸部材2の製造方法を図5〜図9に基づいて説明する。なお、軸部材2は、軸部21の下端にフランジ部23を固定するアセンブリ工程と、フランジ部23の表面を被覆する被覆部24を射出成形する射出成形工程とを経て製造される。
(A)アセンブリ工程
図5〜図8は、軸部21の下端にフランジ部23を固定するアセンブリ工程の一例を概念的に示すものである。図示する装置は、内周に軸部21を保持する加締め型31と、加締め型31の下方に位置し、フランジ部23を保持する下型32と、下型32と協働してフランジ部23を拘束する第1中間型33と、適当な駆動機構により軸部21をフランジ部23の側に押し込む上型34とを主に備える。また、第1中間型33と上型34との間には、第2中間型35が配設されている。第1中間型33と第2中間型35との間には弾性部材36が介設され、上型34から下向きの負荷を受けた場合、この負荷は、弾性部材36を介して第2中間型35から第1中間型33に伝達される。弾性部材36は負荷に応じて圧縮変形し、これによって第2中間型35の下方への変位が吸収される。
なお、図5に示す、軸部21およびフランジ部23を設置した段階で、フランジ部23の上下端面23a、23bは凹凸等のない平滑平面をなす。また、フランジ部23の穴部23cは、軸部21を所定の圧入代で圧入できる程度に、軸部21の外径寸法よりも若干小径に形成されている。
加締め型31は、軸部21を保持する保持孔31aと、フランジ部23を部分的に塑性変形させる塑性加工部31cとを有する。塑性加工部31cは、下端に向けて先細りした形状をなし、図5に示す軸部21およびフランジ部23を各型に配置した状態でフランジ部23の上端面23aに当接する。フランジ部23の下端面23bは下型32の上端面32aで保持され、フランジ部23の上端面23aは第1中間型33の下端面33aで保持される。そのため、加締め型31の保持孔31aは、軸部21のラジアル軸受面A,A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仕上げられている。同様に、第1中間型33の下端面33aおよび下型32の上端面32aは、フランジ部23の上下端面23a、23bをそれぞれ適正に保持、拘束可能な程度に、その形状(平面度等)が高精度に仕上げられている。
加えて、この種の軸部材においては、ラジアル軸受面とスラスト軸受面の間の直角度が軸受性能を左右する。本実施形態の軸部材2において、かかる直角度は、後述する被覆部24の形成時に確保される仕様となっているが、軸部21に対するフランジ部23の固定精度があまりにも悪いと、所望の直角度を得るのが難しくなる。そのため、加締め型31の保持孔31aと下型32の上端面32aとの間、および加締め型31の保持孔31aと第1中間型33の下端面33aとの間の直角度を十分に高めておくのが望ましい。また、フランジ部23の両端面を拘束する下型32の上端面32aと第1中間型33の下端面33aとの間の平行度は、十分に高めておくのが望ましい。
上記構成の装置を用いて、軸部21の下端にフランジ部23が以下の態様で固定される。
まず、図5に示すように、軸部21およびフランジ部23を上記装置に設置した後上型34を下降させ、上型34の下端面34aを軸部21の上端面21eに当接させる。この段階で、第2中間型35の上端面35aは軸部21の上端面21eよりも下方に、また加締め型31の上端面31bは第2中間型35の上端面35aよりも下方に位置する。
次いで、図6に示すように上型34をさらに下降させ、軸部21の下端をフランジ部23の穴部23cに圧入する。軸部21の下端が所定長さ圧入されると、上型34の下端面34aは第2中間型35の上端面35aに当接する。そして、さらに上型34を下降させ第2中間型35を下方に押圧すると、弾性部材36を介して第1中間型33に下向きの負荷が伝達される。そのため、軸部21の圧入は、フランジ部23の両端面23a,23bが第1中間型33と下型32とで拘束された状態で進行する。
このようにフランジ部23の両端面23a、23bを拘束した状態で軸部21の圧入をさらに進行させると、図7に示すように上型34の下端面34aが加締め型31の上端面31bに当接する。そしてさらに上型34を下降させ加締め型31を下方に押圧すると、図8に拡大して示すように、加締め型31の塑性加工部31cがフランジ部23に食い込んでフランジ部23が部分的に塑性変形し、第1突出部23dが形成される。第1突出部23dは、フランジ部23の内周面(穴部23cの内壁面)よりも内径側へ突出するように形成され、当該突出した部分は、軸部21に設けられた第1収容部21cに収容される。これにより、軸部21を圧入固定したフランジ部23の穴部23c(圧入領域)の上端に第1加締め部25が形成される。この加締め加工は、弾性部材36の圧縮変形量に応じた負荷が第1中間型33からフランジ部23に付与されることにより、引き続きフランジ部23の拘束下で行われる。
第1加締め部25が形成された段階で上型34の下降を停止し、各型を原点復帰させた後、装置から軸部21とフランジ部23の一体品を取り出す。この一体品は、軸部21を圧入固定したフランジ部23の穴部23cの下端に第2加締め部26を形成する工程に移送される。第2加締め部26は、フランジ部23を部分的に塑性変形させることによって第2突出部23e(図2の拡大図参照)を形成し、これを軸部21に設けた第2収容部21dに収容することにより形成される。若干の相違はあるものの、第2加締め部26の形成手順は第1加締め部25の形成手順に準ずるので、ここでは詳細説明を省略する。
なお、第2加締め部26は必ずしも第1加締め部25を形成した後の別工程で設ける必要はない。例えば、上述した装置に工夫を凝らすことで、第1加締め部25と同時形成することも可能である。もちろん、製造コストを抑制する観点から言えば、両加締め部25,26を同時形成することが望ましい。また、上記の第1および第2突出部23d,23eは環状に形成しても良いし、断続的(円弧状)に形成しても良い。突出部23d、23eの形状は、要求される締結強度等に応じて適宜変更可能である。
上記のように、加締め加工をフランジ部23の両端面23a、23bを拘束した状態で行えば、両端面23a、23bの面精度を維持しつつ、圧入完了時の軸部21に対するフランジ部23の姿勢を維持したままで加締めることができる。特に本実施形態では、上型34の下降が進行するのに伴ってフランジ部23への負荷(拘束力)が徐々に増大する構成としたので、例えば、圧入の進行に伴って圧入抵抗が増大することにより軸部21とフランジ部23との間で位置ずれが生じたり、フランジ部23が変形したりするのを効果的に防止することができる。また、加締め加工時に拘束力が最大となるので、仮に圧入時に軸部21とフランジ部23との間で位置ずれが生じた場合でも、位置ずれを拘束力によって矯正することができる。
また、本実施形態では、軸部21の圧入時においても、下型32および第1中間型33によってフランジ部23を拘束したので、軸部21とフランジ部23の相対姿勢を適正に保った状態で、あるいはフランジ部23の平面度等を矯正しながら軸部21を圧入することができる。そのため、軸部21とフランジ部23との組み付け精度が向上する。
また、上記装置において、駆動機構からの駆動力(ここでは上下動のための駆動力)を受ける上型34の下端面34aとの間の軸方向隙間を、軸部21、第2中間型35、加締め型31の順に大きくした構成とした。かかる構成によれば、上型34を下降させることで、軸部21の圧入、フランジ部23への拘束力の付与、および加締め加工を実現することができる。そのため、駆動機構が単一のもので済み、設備コストが低廉化される。また、互いに連動する一連の金型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、生産性の向上が図られる。
以上のようにして軸部21の下端にフランジ部23を固定したアセンブリを製作した後、このアセンブリは射出成形工程に移送される。
(B)射出成形工程
射出成形工程では、軸部21およびフランジ部23(アセンブリ)をインサート部品とし、軸部21のラジアル軸受面Aを基準としてスラスト部材22を構成する被覆部24が溶融材料(ここでは溶融樹脂)で射出成形される。図9(A)は、射出成形工程の一例を概念的に示すものであり、同図に示す金型は、軸方向に相対移動可能に同軸配置された可動型44と固定型45とで主要部が構成され、両型44,45で被覆部24(スラスト部材22)形状に対応したキャビティ47が形成される。
可動型44にはキャビティ47に溶融材料Pを射出・充填するゲート44aが設けられている。可動型44の端面のうち、フランジ部23の下端面23bとキャビティ47を介して軸方向に対向する端面44bには、スラスト部材22のスラスト軸受面Cに設けるべき動圧溝形状に対応した型部49が設けられている。
固定型45には軸部21を収容する収容部45aが設けられる。固定型45の上端面45bのうち、フランジ部23の上端面23aとキャビティ47を介して軸方向に対向する部位には、スラスト部材22のスラスト軸受面Bに設けるべき動圧溝22a1形状に対応した型部48が設けられている。固定型45の内周には、固定型45に対して軸方向に相対移動可能なノックアウトピン46が設けられ、ノックアウトピン46の上端面46aで軸部21の上端面21eが支持される。なお、図9(A)は、ノックアウトピン46が原点位置にある状態を示すものであり、この状態で、固定型45の上端面45bとノックアウトピン46の上端面46aとの軸方向離間距離は軸部21の軸方向寸法よりも所定量短く設定されている。従って、軸部21を収容部45aに収容した状態で、フランジ部23は固定型45の上端面45aに非接触とされる。
本実施形態においては、軸部材2に求められる各種精度、具体的には、軸部21のラジアル軸受面Aに対するスラスト部材22のスラスト軸受面Bの直角度や両スラスト軸受面B,C間の平行度が、被覆部24の形成によって確保される仕様となっている。そのため、固定型45の収容部45aの内壁面に対する上端面45bの直角度、および両型44,45の衝合状態における固定型45の上端面45bに対する可動型44の下端面44bの平行度は、上記要求精度を満足し得る精度に仕上げられている。
ところで、被覆部24の厚みによっては、上述した加締め部25,26の形成に伴ってフランジ部23に形成された肉の盛り上がりM(以下「凸部M」と称す。図8を参照。)や第1および第2突出部23d,24eが被覆部24の表面から突出し、スラスト軸受隙間の形状精度に悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、キャビティ47の軸方向寸法は、両凸部Mの先端部間の幅よりも大きな軸方向寸法に設定される。
上記構成の金型において、軸部21を固定型45の収容部45aに挿入して軸部21のラジアル軸受面A,Aを拘束した後、可動型44を固定型45に接近させて型締めする。型締め完了後、ゲート44aを介してキャビティ47内に溶融材料P(溶融樹脂)を射出・充填し、被覆部24を型成形する。溶融樹脂の固化完了後型開きを行い、ノックアウトピン46を押し上げると、図9(B)に示すように、軸部21の下端に固定されたフランジ部23、およびフランジ部23の全表面を被覆する被覆部24が形成される。これによりスラスト部材22が形成され、完成品としての軸部材2が得られる。また、スラスト部材22の上下端面22a,22b(被覆部24の表面)には、スラスト軸受面B、C(動圧溝)が被覆部24の成形と同時に型成形される。
なお、溶融材料Pとしての溶融樹脂は、射出可能であれば非晶性樹脂、結晶性樹脂を問わず使用可能である。使用可能な非晶性樹脂としては、例えば、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)等が挙げられ、また使用可能な結晶性樹脂としては、例えば、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)等が挙げられる。これらのベース樹脂は、単独で用いる他、二種以上を混合して使用することもできる。また、上記のベース樹脂には、これに種々の特性を付与するための各種充填材を任意の割合で配合することもできる。
なお、溶融材料Pとしては、上記の樹脂以外にも金属材料、例えばマグネシウム合金等の低融点金属を使用することも可能である。この場合、被覆部24が金属製となり、スラスト部材22の耐摩耗性を高めることが可能となる。また、被覆部24を、いわゆるMIM成形やCIM成形で形成することも可能である。
以上に示すように、本発明では、軸部21とフランジ部23とが圧入と加締めの併用によって相互に固定されるので、軸部材2の高強度化が図られる。特に本実施形態では、フランジ部23を部分的に塑性変形させることによって加締め部25,26を形成したので、加締めによる軸部21又はフランジ部23全体の変形を回避することができる。もちろん、フランジ部23の全体の変形量を微小な範囲で留めることができるのであれば、フランジ部23の全体を塑性変形させても良い。また、本発明では、レーザ溶接に比して簡易な設備で強固な固定状態を得ることができ、軸部材2の製造コストが低廉化される。
また、軸部21が圧入されるフランジ部23の穴部23cを貫通孔としたので、穴部23cの両端に加締め部25,26を形成することができ、軸部材2の更なる高強度化が図られる。
また、フランジ部23のスラスト軸受隙間に面する両端面(本実施形態ではフランジ部23の全体)を被覆部24で被覆したので、加締め部25,26の形成に伴って形成される凸部Mおよび突出部23d,23eによってスラスト軸受隙間の精度が悪化するのを、換言するとスラスト方向の回転精度に悪影響が及ぶのを回避することができる。さらに軸部材2に必要とされる精度、具体的には、軸部21のラジアル軸受面Aに対するスラスト軸受面B,Cの直角度やスラスト軸受面B,C間における平行度等を被覆部24の形成時に確保しているので、フランジ部23の製作、フランジ部23への軸部21の圧入、および加締め部25,26の形成の各工程における要求品質を緩和することができ、製造コストの更なる低廉化を図ることもできる。
以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明は図2に示す構成の流体軸受装置1に限定適用されるものではない。以下、本発明を適用可能な流体軸受装置の他の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下示す流体軸受装置では、以上で説明したものに準じる構成には共通の参照番号を付し、異なる構成についてのみ説明する。
図10は、本発明に係る流体軸受装置の第2実施形態を示すものである。同図に示す流体軸受装置が、図2に示すものと異なる主な点は、軸部材2のスラスト部材22の下側端面22bにスラスト軸受面Cは形成されず、第2スラスト軸受部T2が、軸部21の上端に固定されたディスクハブ3の円盤部3aの下側端面3a1とハウジング7の上側端面7cとの間に設けられた点、およびシール空間Sが、ハウジング7のテーパ状外周面7dとディスクハブ3の円筒部3bの内周面3b1との間に設けられる点にある。
図11は、本発明に係る流体軸受装置の第3実施形態を示すものである。同図に示す流体軸受装置が、図2に示すものと異なる主な点は、軸部材2が、軸部21の軸方向略中央部に固定された第2のフランジ部27をさらに備え、第2スラスト軸受部T2が、第2のフランジ部27の下端面27aと軸受スリーブ8の上側端面8dとの間に設けられる点、およびスラスト部材22の外周面22c、および第2のフランジ部27の外周面27cが、ハウジング7の内周面7aとの間にシール空間Sを形成する点にある。かかる構成であっても、軸部21と、軸部21の下端に設けたスラスト部材22(フランジ部23)との一体品に関しては、上記本発明の構成を適用することができる。
以上では、突出部23d,23eを収容するための収容部21c,21dを軸部21に設けた構成としたが、収容部21c、21dは必ずしも設ける必要はなく、必要とされる締結強度等を考慮して設けるか否かを決定すれば良い。また、以上では、フランジ部23に塑性加工を施すことによって軸部21とフランジ部23とを加締め固定した場合を示しているが、軸部21に塑性加工を施すことによって両者を加締め固定しても良い。
また、以上では、フランジ部23の穴部23cを貫通孔とし、穴部23cの両端に加締め部25,26を形成したが、図12に示すように穴部23cを凹状とし、穴部23cの上端部にのみ加締め部25を形成しても良い。
また、以上では、フランジ部23の表面全体を被覆するように被覆部24を形成することによってスラスト部材22を構成したが、被覆部24は必ずしもフランジ部23の表面全体を被覆するように形成する必要はなく、フランジ部23の表面のうち、スラスト軸受隙間に面する端面にのみ形成すれば良い。具体的には、図2に示す流体軸受装置1ではフランジ部23の両端面23a、23bに、また図10および図11に示す流体軸受装置1ではフランジ部23の上端面23aにのみ形成すれば良い。但し、図11に示す流体軸受装置1においては、スラスト部材22の外周面でシール空間Sが形成されるので、シール性能を高める観点から言えば、フランジ部23の外周面に被覆部24を形成するのが望ましい。
また、以上で説明を行った流体軸受装置は、何れも、ハウジング7と軸受スリーブ8とを別体品としたものであるが、両者を一体化した流体軸受装置にも本発明を好適に採用することができる。また、特に図2に示す流体軸受装置にあっては、さらに、蓋部材9又はシール部材10をハウジング7に一体化することも可能である。
また、以上では、ラジアル軸受部R1、R2およびスラスト軸受部T1、T2として、ヘ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、ラジアル軸受部R1、R2として、いわゆるステップ軸受、多円弧軸受、あるいは非真円軸受を、スラスト軸受部T1、T2として、いわゆるステップ軸受や波形軸受を採用しても良い。また、以上では、ラジアル軸受部を軸方向2箇所に設けた構成を例示しているが、ラジアル軸受部を軸方向の1箇所あるいは3箇所以上に設けることもできる。
また、以上では、ラジアル軸受部R1、R2の双方を動圧軸受で構成した場合について説明を行ったが、ラジアル軸受部R1、R2の一方又は双方をこれ以外の軸受で構成することもできる。例えば図示は省略するが、軸部材2のラジアル軸受面Aを真円状に形成すると共に、対向する軸受スリーブ8の内周面8aを真円状内周面とすることで、いわゆる真円軸受を構成することもできる。
情報機器用スピンドルモータの一例を概念的に示す断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第1実施形態を示す断面図である。 軸受スリーブの断面図である。 スラスト部材の一端面を示す平面図である。 軸部とフランジ部のアセンブリ工程の一例を概念的に示す断面図である。 軸部とフランジ部のアセンブリ工程の一例を概念的に示す断面図である。 軸部とフランジ部のアセンブリ工程の一例を概念的に示す断面図である。 図7の要部拡大断面図である。 被覆部の射出成形工程の一例を概念的に示す断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第2実施形態を示す断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第3実施形態を示す断面図である。 他の実施形態に係る軸部材の要部拡大断面図である。
符号の説明
1 流体軸受装置
2 軸部材
21 軸部
22 スラスト部材
23 フランジ部
23c 穴部
23d、23e 突出部
24 被覆部
25、26 加締め部
31 加締め型
A ラジアル軸受面
B、C スラスト軸受面
M 盛り上がり(凸部)
P 溶融樹脂
R1、R2 ラジアル軸受部
T1、T2 スラスト軸受部

Claims (6)

  1. 軸部およびフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周に設けられたラジアル軸受隙間と、フランジ部の一端又は両端に設けられたスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、
    軸部がフランジ部に設けた穴部に圧入されると共に、軸部およびフランジ部が加締め固定され、かつ、フランジ部のスラスト軸受隙間に面する端面が被覆部で被覆されていることを特徴とする流体軸受装置。
  2. 穴部が、フランジ部の両端面に開口した貫通孔である請求項1記載の流体軸受装置。
  3. 被覆部が、軸部およびフランジ部をインサートして型成形された請求項1記載の流体軸受装置。
  4. 被覆部に、スラスト軸受隙間に流体動圧を発生させるスラスト動圧発生部が設けられた請求項1記載の流体軸受装置。
  5. 軸部およびフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周に設けられたラジアル軸受隙間と、フランジ部の一端又は両端に設けられたスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、軸部材を製作するに際し、
    軸部をフランジ部に設けた穴部に圧入する工程と、軸部およびフランジ部を加締め固定する工程とを経た後、フランジ部のスラスト軸受隙間に面する端面に被覆部を形成することを特徴とする流体軸受装置の製造方法。
  6. 少なくとも加締め加工を、フランジ部の両端面を拘束した状態で行う請求項5記載の流体軸受装置の製造方法。
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