JP4152712B2 - 流体軸受装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜によって回転部材を非接触支持する流体軸受装置に関する。この軸受装置は、情報機器、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など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、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、上記要求性能に優れた特性を有する流体軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。
【０００３】
この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧発生手段を備えたいわゆる動圧軸受と、動圧発生手段を備えていないいわゆる真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）とに大別される。
【０００４】
例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータやレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータに組込まれる流体軸受装置では、軸部材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と、軸部材をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部とが設けられ、ラジアル軸受部として、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に動圧発生用の溝（動圧溝）を設けた動圧軸受が用いられる。スラスト軸受部としては、例えば、軸部材の一端面をスラストプレートによって接触支持する構造の軸受（いわゆるピボット軸受）が用いられる。通常、軸受スリーブはハウジングの内周の所定位置に固定され、また、ハウジングの内部空間に注油した潤滑油が外部に漏れるのを防止するため、ハウジングの開口部にシール部材を配設する場合が多い（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１９１９４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の流体軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材、スラストプレート、及びシール部材といった多くの部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い軸受性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立精度を高める努力がなされている。その一方で、情報機器の低価格化・小型化の傾向に伴い、この種の流体軸受装置に対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。
【０００７】
また、この種の流体軸受装置では、軸受性能の確保のために、軸受隙間の精度は厳密に管理する必要があり、この軸受隙間への異物の混入は極力排除する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、部品点数が少なく、低コストでかつ信頼性が高く、さらには軸受隙間への異物の混入を確実に防止することのできる流体軸受装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明にかかる流体軸受装置は、樹脂製のハウジングと、ハウジングの内部に設けられた軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間に設けられ、軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向で非接触支持するラジアル軸受部とを少なくとも備え、前記ハウジングが、内周面をシール空間に対向させたシール部を含めて、軸受スリーブをインサート部品とする樹脂の型成形で一体に形成され、かつこの型成形に伴って形成されたバリがハウジング表面に溶着され、シール部の内周面が溶着治具との接触部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
ハウジングを、軸受スリーブをインサート部品として樹脂の型成形（インサート成形）で形成することにより、ハウジングを金属材で形成する場合に比べて、ハウジングの製造コストを低減することができる。また、流体軸受装置に、軸部材をスラスト方向で支持するスラスト軸受部を設ける場合、スラスト軸受部は、軸部材の一端側端面をハウジングの底部で直接支持する構造とすることができる。従って、従来、この種の流体軸受装置に設けられていたスラストプレートを不要として、部品点数の削減を図ることができる。さらに、ハウジングに対する軸受スリーブの組立作業が不要であるので、組立コストも低減する。
【００１１】
ところで、インサート成形後の成形品表面には、型と型の間の隙間に入り込んだ溶融樹脂が固化することによってバリが形成される。このバリを放置すると、何らかの要因でバリが脱落した際に、これが軸受スリーブの内周面に入り込んで軸受性能に重大な影響を与えるおそれがある。従って、この種のバリは、その発生防止を防止するか、あるいは脱型後に何らかの方法で除去する必要がある。
【００１２】
しかしながら、インサート成形においてバリの発生を完全に防止することは難しい。従って、上記バリ対策としては、後者の方法をとらざるを得ず、具体的には例えば機械加工によってバリを削り取る方法が考えられる。しかしながら、削り取る場合には、その破片が軸受スリーブの内周面に入り込んだり、あるいは加工時の加圧力でバリ発生部周辺の寸法精度が崩れる等の不具合の発生が懸念される。
【００１３】
そこで、本発明では、型成形に伴って形成されたバリを、ハウジング表面に溶着した。このようにバリを除去するのではなく、ハウジング表面に溶着することで、バリの脱落を確実に防止することができ、その一方で、機械加工のようにバリの加工に際して破片が発生することはないので、その軸受スリーブ内周への侵入を確実に防止することができる。また、熱溶着に際しては、機械加工のようにバリ発生部に高い加圧力が作用することもなく、また、仮に変形したとしても、熱溶着用の治具でその変形部分を寸法矯正することもできるので、この部分を高精度に成形することができる。以上から、バリの発生に由来する軸受性能の低下を確実に防止し、高い軸受性能を確保することができる。
【００１４】
上記の溶着は、樹脂のガラス転位点以上、融点温度以下の温度で行うのが望ましい。
【００１５】
ハウジングは、その一端に、軸部材の外周面との間でシール空間を形成するシール部を有するものとすることができる。このシール部は、インサート成形によってハウジングと一体形成することができる。
【００１６】
図２は、シール部７ａを有するハウジング７をインサート成形するための射出成形装置の一例を示すものである。図示のように、この装置は、可動型１０と固定型２０とを備え、一方の型、例えば可動型１０は、円筒状の軸部１１とその外周に嵌合した外周部１６とで構成される。軸受スリーブ８の周囲のキャビティ３０にゲート部３１から溶融樹脂を射出してキャビティ３０に充填し、樹脂が硬化したところで、先ず、可動型１０の軸部１１を軸受スリーブ８の内周から抜き、さらに外周部１６を固定型２０から離反させて型開きすれば、軸受スリーブ８を樹脂でモールドしたシール部７ａ付のハウジング７が得られる。
【００１７】
この射出成形装置において、シール部７ａの内周面７ａ２は、シール部７ａの内周に挿入した軸部１１（詳しくはシール成形部１３）の外周面で成形することができる。バリは、主として型同士の摺動部位に形成されるので、型開き時に互いに摺動する、軸部１１の外周面とその外周に嵌合した型（図示例では外周部１６）の内周面との間の摺動部Ａ、すなわちシール部７ａの内周面７ａ２の軸方向延長方向にバリが形成されることとなる。この場合、図３に示すように、シール部７ａの内周に溶着治具４０を挿入してハウジング７の端面７ｄに押し付けることにより、バリ４１が軟化・屈曲してハウジング７の端面７ｄと一体化され（溶着）（図４（ａ）（ｂ）参照）、バリ４１の突出部分が消滅する。従って、上述したバリの発生に由来する不具合を確実に防止することができる。
【００１８】
このようにシール部を一体に有するハウジングをインサート成形する場合、例えば樹脂製バリは、シール部の内周面縁部から軸方向に突出した形態やシール部の内周面よりも外径側に形成された形態となる。特に後者の形態であれば、溶着に伴う変形でシール部の寸法精度が狂う事態を防止することができると共に、溶着時にバリが脱落して軸受スリーブ内周面に入り込む危険性を回避することができる。
【００１９】
流体軸受装置の用途に応じ、ラジアル軸受部は、軸受隙間内の潤滑油の動圧作用で圧力を発生させる動圧軸受で構成することもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は、この実施形態に係る流体軸受装置（流体動圧軸受装置）１を示している。この流体軸受装置１は、例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータやレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータに組込まれるもので、ハウジング７と、軸受スリーブ８と、軸部材２とを構成部品して構成される。
【００２２】
軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａとの間に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して設けられる。また、軸部材２の下側端面２ｂとハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１との間にスラスト軸受部Ｔが設けられる。尚、説明の便宜上、スラスト軸受部Ｔの側を下側、スラストＴと反対の側を上側として説明を進める。
【００２３】
軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材で形成され、その下側端面２ｂは凸球状に形成される。
【００２４】
軸受スリーブ８は、焼結金属からなる多孔質体で円筒状に形成される。焼結金属としては、例えば、銅、鉄、及びアルミニウムの中から選択される１種以上の金属粉末、若しくは銅被覆鉄粉などの被覆処理を施した金属粉末や合金粉末を主原料とし、必要に応じて、すず、亜鉛、鉛、黒鉛、二硫化モリブデン等の粉末又はこれらの合金粉末を混合し、成形し、焼結して得られたものを用いることができる。このような焼結金属は、内部に多数の気孔（内部組織としての気孔）を備えていると共に、これら気孔が外表面に通じて形成される多数の開孔を備えている。この焼結金属は、潤滑油や潤滑グリースを含浸させた含油焼結金属として用いられる。なお、焼結金属に限らず、軟質金属等の他の金属材料で軸受スリーブ８を形成することも可能である。
【００２５】
軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられ、該２つの領域には、動圧発生手段として、例えばヘリングボーン形状の動圧溝がそれぞれ形成される。尚、動圧発生手段として、スパイラル形状や軸方向の溝を形成したり、あるいは三円弧軸受等を採用しても良い。また、軸受スリーブ８の内周上端側部分には面取り部８ｄが形成され、内周下端側部分には面取り部８ｆが形成されている。
【００２６】
ハウジング７は、後述のように、上記軸受スリーブ８をインサート部品として、６６ナイロン等の樹脂を射出成形（インサート成形）して形成される。このハウジング７は、一端を開口すると共に、他端を閉じた有底筒状で、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの上端から内径側に一体に延びた環状のシール部７ａと、側部７ｂの下端と一体に連続した底部７ｃとを備えている。シール部７ａの内周面７ａ２は、軸部材２の外周面２ａと所定のシール空間Ｓを介して対向する。尚、この実施形態では、シール部７ａの内周面７ａ２と対向してシール空間Ｓを形成する軸部材２の外周面２ａを、上方（ハウジング７の外方向）に向かって漸次縮径するテーパ形状に形成している。軸部材２の回転時、テーパ形状の外周面２ａは、いわゆる遠心力シールとしても機能する。シール空間Ｓは、このようなテーパ状の空間とする他、軸方向で同径の円筒状に形成することもできる。
【００２７】
図２は、ハウジング７をインサート成形するための射出成形装置を概念的に示している。この射出成形装置は、可動型１０と固定型２０とを有する。
【００２８】
可動型１０または固定型２０の何れか一方、例えば可動型１０は、円形断面の軸部１１とその外周に嵌合された外周部１６とを有する。軸部１１は、軸受スリーブ８の内周面８ａに嵌合される嵌合部１２と、ハウジング７のシール部７ａの内周面７ａ２を成形するシール成形部１３とを有し、シール成形部１３の外径寸法は嵌合部１２の外形寸法よりも大きい。嵌合部１２とシール成形部１３との境界には、テーパ状の当接部１４が形成される。この当接部１４が、軸受スリーブ８の内周上端側部分に形成された面取り部８ｄと当接することにより、キャビティ３０内における軸受スリーブ８の位置決めが行われる。
【００２９】
固定型２０は、中空円筒状の成形部２１を有するもので、可動型１０との同軸状態を維持しつつ、その衝合面２２を可動型１０の衝合面１５と衝合させることにより、軸受スリーブ８の周囲にキャビティ３０が形成される。このキャビティ３０にゲート３１から溶融樹脂を射出してキャビティ３０に充填し、その後、樹脂が硬化したところで型開きを行えば、軸受スリーブ８を樹脂でモールドしたハウジング７が得られる。型開きは、例えば、先ず可動型１０の軸部１１を軸受スリーブ８の内周から抜き、次いで可動型１０の外周部１６を固定型２０から離反させることにより行われる。
【００３０】
ハウジング７と軸受スリーブ８とは、上記のインサート成形により、別段の固定工程を経ることなく、相互に固定される。図１に示すように、ハウジング７の内部において、シール部７ａの内側面７ａ１と軸受スリーブ８の上側端面８ｂ、側部７ｂの内周面７ｂ１と軸受スリーブ８の外周面８ｇ、底部７ｃの内底面７ｃ１と軸受スリーブ８の下側端面８ｃおよび内周下端側部分の面取り部８ｆがそれぞれ密着している。尚、軸受スリーブ８の内周面８ａや内周上端側部分の面取り部８ｄは樹脂に覆われていない。
【００３１】
この実施形態の動圧軸受装置１は、インサート成形により相互に固定されたハウジング７および軸受スリーブ８に対して、軸部材２を装着することによって組立ることができる。すなわち、軸部材２を軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入して、その下側端面２ｂをハウジング７の内底面７ｃ１に接触させる。そして、例えば真空引きの状態で、シール部７ａで密封されたハウジング７の内部に潤滑油を注油し、軸受隙間等のハウジング内部空間を油で満たすと共に、軸受スリーブ８の気孔に油を含浸させる。
【００３２】
軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、それぞれ、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。そして、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、軸部材２が上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって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ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同時に、軸部材２の下側端面２ｂがハウジング７の内底面７ｃ１によって接触支持される。これにより、軸部材２をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。
【００３３】
上述のようにインサート成形の際、可動型１０では、軸部１１と外周部１６との間で摺動が生じる。この摺動部Ａには、キャビティ３０への樹脂の充填に伴って溶融樹脂が入り込み、図４（ａ）に示すように、固化後はこの部分が軸方向に突出するバリ４１となる。このバリ４１は、ハウジング７の上端面７ｄの内周縁部Ｐに沿って形成される（バリ４１の長さ・大きさ等は誇張して描いている）。
【００３４】
このバリ４１は、ハウジング７の表面（本実施形態では上端面７ｄ）に溶着される。溶着は、図３に示すように、ハウジング７の上端開口部（図面では上下が図１と逆になっている）の内周に溶着治具４０を挿入することにより行われる。溶着治具４０は、ハウジング７のシール部７ａの内周面７ａ２に嵌合する小径部４０ａと、これよりも大径に形成され、端面をハウジング７の上端面７ｄと係合させた大径部４０ｂとを備える。この治具４０を加熱してハウジング７の上端開口部に押込むことにより、同図（ｂ）に示すようにバリ４１が軟化屈曲して外径側に折り曲がった状態でハウジング７の上端面７ｄに溶着され（符号４１’で示す）、これによりバリ４１による軸方向の突出部が消滅する。
【００３５】
このバリ４１の溶着に際しては、機械加工のようにバリの破片が発生することはない。従って、バリやその破片の軸受スリーブ８内周（ラジアル軸受隙間）への侵入を確実に防止することができる。また、熱溶着用の治具４０がバリ４１の発生部Ｐ周辺、本実施形態であればハウジング７の上端面７ｄやシール部内周面７ａ２を寸法矯正するので、これらの部分の精度を高めることができる。以上から、本発明によれば、バリの発生に起因した軸受性能の低下を確実に防止し、高い軸受性能を確保することができる。
【００３６】
上述のように熱溶着に際しては、溶着治具４０を加熱するが、その時の溶着温度は、ハウジング７の素材樹脂のガラス転位点以上で融点以下の温度とする。ガラス転位点温度よりも小さいとバリ４１を軟化させることができず、融点を超えると溶着治具４０との接触部の樹脂が溶融状態となり、却って精度低下を招く。例えば、ハウジング７を６６ナイロンで成形する場合、そのガラス転位点は８０℃であり、融点は２００℃であるから、溶着はその間の温度（８０〜２００℃）で行う。
【００３７】
ところで、バリの溶着時における異物の軸受スリーブ８内周への侵入やシール部７ａの寸法劣化を防止するためには、バリ４１の発生部Ｐができるだけシール部内周面７ａ２よりも外径側に存在しているのが好ましい。図５は、これを実現するための手段の一例を示すもので、可動型１０の軸部１１’と外周型１６’の摺動部Ａ’が、ハウジング７のシール部内周面７ａ２よりも外径側に位置するように金型構造を変更したものである。具体的には、軸部１１’のシール成形部１３に隣接してこれよりも大径の大径部１８を形成し、大径部１８の端面１８ａをハウジング上端面７ｄに接触させると共に、大径部１８の外周に内型１０の外周部１６’を嵌合したものである。この場合、大径部１８の外周面と外周部１６の内周面との間が摺動部Ａ’となり、その延長線上のハウジング上端面７ｄにバリの発生部Ｐ’が形成される。
【００３８】
以上の説明では、スラスト軸受部Ｔとして、軸部材２の端部を接触支持するピボット軸受を例示しているが、この軸受部Ｔとしては、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２と同様に、動圧溝等の動圧発生手段で軸受隙間に生じた潤滑油の動圧効果により圧力を発生させて軸部材２をスラスト方向で非接触支持する動圧軸受を使用することもできる。
【００３９】
また、本発明は、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の何れか一方または双方をいわゆる真円軸受で構成した流体軸受装置にも同様に適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトで部品点数が少なく、より一層低コストで、且つ信頼性の高い流体軸受装置を提供することができる。
【００４１】
また、ハウジングのインサート成形に伴って形成されるバリをハウジング表面に溶着しているので、バリの破片が軸受スリーブの内周面に入り込んだり、あるいはバリ発生部の寸法精度が低下する等の不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる流体軸受装置を示す断面図である。
【図２】ハウジングを射出成形するための射出成形装置を概念的に示す断面図である。
【図３】バリの溶着工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）は溶着前のバリを概念的に示す拡大断面図、同図（ｂ）は、溶着後の状態を概念的に示す拡大断面図である。
【図５】射出成形装置の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 流体軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
７ａ シール部
７ａ２ 内周面
７ｂ 側部
７ｃ 底部
８ 軸受スリーブ
８ａ 内周面
４０ 熱溶着治具
４１ バリ
Ｐ、Ｐ’ バリ発生部
Ａ、Ａ’ 摺動部
Ｒ１ 第１ラジアル軸受部
Ｒ２ 第２ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
Ｔ スラスト軸受部

Claims (6)

1. 樹脂製のハウジングと、ハウジングの内部に設けられた軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間に設けられ、軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向で非接触支持するラジアル軸受部とを少なくとも備え、
   前記ハウジングが、内周面をシール空間に対向させたシール部を含めて、軸受スリーブをインサート部品とする樹脂の型成形で一体に形成され、かつこの型成形に伴って形成されたバリがハウジング表面に溶着され、シール部の内周面が溶着治具との接触部を有することを特徴とする流体軸受装置。
2. 樹脂のガラス転位点以上、融点温度以下で溶着した請求項１記載の流体軸受装置。
3. 樹脂製バリが、シール部の内周面縁部から軸方向に突出したものである請求項１または２記載の流体軸受装置。
4. 樹脂製バリが、シール部の内周面よりも外径側に形成されるものである請求項１または２記載の流体軸受装置。
5. ラジアル軸受部が、軸受隙間内の潤滑油の動圧作用で圧力を発生させる動圧軸受である請求項１〜４何れか記載の流体軸受装置。
6. 樹脂製のハウジングと、ハウジングの内部に設けられた軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間に設けられ、軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で軸部材をラジアル方向で非接触支持するラジアル軸受部とを少なくとも備える流体軸受装置を製造するための方法であって、
   ハウジングを、内周面をシール空間に対向させたシール部を含めて、軸受スリーブをインサート部品とする樹脂の型成形で一体に形成し、型成形に伴って形成されたバリを、ハウジング表面に溶着し、シール部の内周面を溶着治具と接触させることを特徴とする流体軸受装置の製造方法。

Images