JP4794922B2 - 流体軸受装置およびこれを有するモータ - Google Patents

Description

本発明は、流体軸受装置に関するものである。流体軸受装置は、軸受隙間に形成した油膜で軸部材を回転自在に支持するものであり、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等に搭載するスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）などに搭載するポリゴンスキャナモータ用、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などに搭載するファンモータ用、あるいは軸流ファンなどの電気機器に搭載する小型モータ用として好適である。

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付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、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する流体軸受装置の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。

この種の流体軸受装置は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させるための動圧発生部を備えた動圧軸受と、動圧発生部を備えていない、いわゆる真円軸受（軸受断面が真円形状である軸受）とに大別される。

例えば、ＨＤＤ等のディスク装置に用いられる流体軸受装置の一例として、図１６に示す構造を有するものを挙げることができる。この流体軸受装置では、軸部材１００の外周面とラジアル軸受隙間を介して対向する軸受部材２００の内周面との間に、軸部材１００を非接触支持するためのラジアル軸受部４００が設けられる。また、軸部材１００に設けられたフランジ部１１０の両端面と、スラスト軸受隙間を介して前記両端面に対向する部材（軸受部材２００や蓋部材３００）の端面との間に、軸部材をスラスト方向に非接触支持するためのスラスト軸受部５００が設けられる。

ところで、近年、ＨＤＤ等のディスク装置が組み込まれる情報機器においては、急速に高性能化が図られている一方で、小型・薄型化（コンパクト化）も図られており、流体軸受装置に対するこの種の要求が益々厳しくなっている。しかしながら、上述した流体軸受装置の構造では、ラジアル軸受部と、二つのスラスト軸受部とが軸方向に積み重なった形態であるため、全体的に軸受装置の軸方向寸法が大きく、流体軸受装置のコンパクト化には限界がある。

そこで、例えば、軸部材を円錐台状に形成し、その外周に配した焼結金属製の軸受部材との間に軸方向一方側を大径に、軸方向他方側を小径にした軸受隙間（傾斜軸受隙間）を形成すると共に、軸部材の端面とこれに対向する閉塞部材との間にスラスト軸受隙間を形成したものが開示されている。この構成であれば、図１６に示す軸部材１００のフランジ部１１０が不要となるので、その分だけ軸受装置の軸方向寸法をコンパクト化することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２７６６４９号公報

一般に、流体軸受装置の回転精度をはじめとする軸受性能は、軸受隙間の精度の良否に大きく左右される。上記特許文献１に記載した流体軸受装置では、傾斜状の軸受隙間を形成するために軸部材の外周面や軸受部材の内周面を円錐面状に形成する必要があるが、円錐面を精度良くかつ効率的に加工することは容易ではない。特に、外周面に比べて内周面の加工は一般的に難しいので、軸受部材の円錐状内周面を精度良くかつ低コストに仕上げることは現状の加工技術では困難である。従って、高精度の傾斜軸受隙間を安定的に得ることができず、そのために設計条件等によっては十分な軸受性能を確保できないおそれがある。

そこで、本発明は、高精度の傾斜軸受隙間を備えた流体軸受装置を低コストに提供することを目的とする。

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、軸部材と、外周面のうちブラケットに対する固定面が径一定の円筒面に形成され、軸部材を内周に挿入した軸受部材と、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間に形成され、軸方向に傾斜した傾斜軸受隙間とを備え、傾斜軸受隙間に形成した油膜で軸部材を回転自在に支持するものであって、軸受部材が、マスター部材の表面に金属を析出させることにより形成した電鋳部をインサートした射出成形品であり、電鋳部のうち、金属の析出開始側の面に傾斜軸受隙間を形成する傾斜軸受面が設けられ、かつ傾斜軸受面が、マスター部材の表面精度に倣った表面精度を有することを特徴とするものである。

電鋳部は、電鋳加工によりマスター部材表面に析出して形成された金属組織であり、マスター部材との接触面ではマスター部材の表面形状がミクロンオーダーで正確に転写される。従って、マスター部材の外周面を電鋳部の内周面形状に対応した円錐面状に形成し、これに入念な仕上げ加工を施してその精度を十分に高めておけば、従来の加工法では加工が難しい円錐状の内周面を精度良く得ることができる。内周面に比べれば、外周面の高精度加工は一般に容易であるから、マスター部材の外周面を円錐面状に精度良く仕上げることはそれほど難しいことではない。従って、電鋳部を傾斜軸受隙間に面して形成することで、軸方向一方側を大径に、軸方向他方側を小径にした傾斜軸受隙間が精度良くかつ低コストに得られる。

軸受部材は、上述した電鋳部をインサートした射出成形によって形成される。射出成形であれば低コストに成形することができ、さらには軸受部材を任意形状に成形することができるから、二以上の部材からなる軸受部材を一体化することができる。従って、部品点数の削減を通じてさらなる低コスト化を図ることができる。

上記構成において、軸部材の外周面、または軸受部材の電鋳部の何れか一方に、傾斜軸受隙間と対向させて動圧発生部を形成することにより、傾斜軸受隙間に流体動圧を発生させて軸受剛性を向上させることができる。軸受部材の電鋳部に動圧発生部を形成する場合、マスター部材に動圧発生部の形状に対応した型を形成しておけば、上記電鋳加工の特性から、精度の良い動圧発生部が低コストに製作可能となる。軸部材の外周面に動圧発生部を形成する場合、マスター部材の外周面を凹凸のない平滑面状に形成する。このマスター部材を用いて電鋳部を形成し、電鋳部をマスター部材から分離した後、予め外周面に動圧発生部を形成した軸部材を電鋳部の内周面に挿入することにより、軸受装置が組み立てられる。

動圧発生部としては、傾斜軸受隙間に流体動圧を発生させることができれば特にその形態を問わず、例えばヘリングボーン形状やスパイラル形状に配列された複数の動圧溝、円周方向等間隔に設けられた軸方向溝、あるいは円周方向に設けられた複数の円弧面、調和波形面等を挙げることができる。

上記の構成を有する流体軸受装置は、ステータコイルとロータマグネットとを有するモータ、例えば情報機器用のスピンドルモータ等に好ましく使用することができる。

以上のように、本発明によれば、高精度の傾斜軸受隙間を有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、本発明の構成を有する流体軸受装置（動圧軸受装置）１を組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すものである。この情報機器用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に取り付けられ、ディスクＤを一枚または複数枚保持するディスクハブ９と、半径方向のギャップを介して対向するステータコイル４およびロータマグネット５と、ブラケット６とを備えている。ステータコイル４は、ブラケット６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ９の内周に取り付けられている。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する電磁力で、ロータマグネット５が回転し、それに伴って軸部材２およびディスクハブ９が一部材（回転部材３）となって一体に回転する。

流体軸受装置１を他の情報機器用スピンドルモータ、例えば光ディスク装置や光磁気ディスク装置のスピンドルモータに使用する場合にはディスクを支持するターンテーブル（図示省略）が、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータに使用する場合にはポリゴンミラー（図示省略）が、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のファンモータに使用する場合にはファン（図示省略）が、それぞれ軸部材２に固定される。

流体軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２の外周に配置した軸受部材７と、軸受部材７の一端開口を封口する蓋部材８とを主要な構成要素として備えている。なお、以下説明の便宜上、蓋部材８の側を下側、これとは軸方向反対側を上側として説明を行う。

軸部材２は、必要とされる剛性および耐摩耗性を満足する金属材料、例えばステンレス鋼で形成される。軸部材２は、軸方向の一方側（図示例では上側）を小径に、他方側（図示例では下側）を大径にした円錐台状の円錐部２ａと、円錐部２ａの上方に設けられ、円錐部２ａと一体に形成された円筒状の基部２ｂとで構成されている。円錐部２ａの外周面２ａ１と下側端面２ａ２とは凹凸のない平滑面として形成されている。

軸部材２の基部２ｂには、ディスクハブ９が圧入、圧入接着等適宜の手段で固定されており、一体となった軸部材２とディスクハブ９とで回転部材３を構成する。なお、軸部材２をインサートしてディスクハブ９を射出成形することで、回転部材３を構成することもできる。

軸受部材７は、内周面が円錐面状をなす電鋳部１０と、電鋳部１０の外周を被覆するモールド部１４とからなる。モールド部１４は、後述のように電鋳部１０をインサートした状態で射出成形される。

軸受部材７の内周面７ａは、軸部材２の円錐部２ａの外周面形状に対応したテーパ面状に形成される。軸受部材７の内周面７ａと軸部材２の円錐部２ａの外周面２ａ１とは互いに母線が平行であり、従って、両面７ａ，２ａ１同士は互いに面接触可能である。後述するように、軸部材２の回転に伴い、軸受部材７の内周面７ａと軸部材２の円錐部２ａの外周面２ａ１との間には、軸方向上側が小径に、軸方向下側が大径になるよう傾斜させた傾斜軸受隙間Ｃ１が上下二箇所に離隔形成される。なお、図示例では、理解の容易化のために傾斜軸受隙間Ｃ１の隙間幅を誇張して描いているが、実際には数μｍ〜十数μｍ程度である。

電鋳部１０の内周面には、図２に示すように、傾斜軸受面Ａが上下二箇所に離隔形成され、軸部材２の回転時には、この傾斜軸受面Ａと対向する領域にそれぞれ傾斜軸受隙間Ｃ１が形成される。傾斜軸受面Ａにはそれぞれ、傾斜軸受隙間Ｃ１に流体動圧を発生させる動圧発生部として、例えばヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝Ａａが形成されている。図示例では、二つの傾斜軸受面Ａを共通の電鋳部１０の内周面に形成した場合を例示しているが、各傾斜軸受面Ａを二以上の電鋳部１０に個別に形成してもよい。なお、動圧溝形状としては、図示したヘリングボーン形状の他、スパイラル形状等を採用することもできる。

蓋部材８は、例えばステンレス鋼や黄銅等の金属材料で円盤状に形成され、軸受部材７の大径側開口部に形成された段部に接着等の手段で固定される。蓋部材８の上側端面８ａには、スラスト軸受面Ｂが形成され、軸部材２の回転時には、このスラスト軸受面Ｂと対向する領域にスラスト軸受隙間Ｃ２が形成される。スラスト軸受面には、スラスト軸受隙間Ｃ２に流体動圧を発生させるためのスラスト動圧発生部として、例えば図３に示すようなスパイラル形状に配列した複数の動圧溝Ｂａが形成される。なお、動圧溝形状としては、図示したスパイラル形状の他、ヘリングボーン形状、あるいは放射形状等を採用することもできる。また、動圧溝等の動圧発生部を有するスラスト軸受面Ｂは、軸部材２の下側端面２ａ２に形成することもできる。

図示は省略しているが、軸受部材７の内周面の上端と、これに対向する軸部材２の外周面２ａ１との間にはシール空間を形成することができる。このシール空間は、例えば軸受装置の内部側を狭くしたテーパ状に形成される。このようにテーパ状に形成することで、潤滑油が毛細管力によって軸受装置の内部側に引き込まれるため、潤滑油の軸受装置外への漏れ出しを防止することが可能となる。シール空間は、温度変化による潤滑油の熱膨張量を吸収できるだけの容積を有し、そのために外気に開放した油面は常時シール空間内に存在する。なお、シール空間は、軸受部材７の上端内周面に固定され、軸受部材とは別体のシール部材の内周面と、これに対向する軸部材の外周面との間に形成してもよい。

以上の構成において、軸受装置の内部空間には潤滑油が充満される。この状態で、軸部材２と軸受部材７とを相対回転させると（本実施形態では軸部材２が回転する）、軸受部材７の内周面の傾斜軸受面Ａは、それぞれ軸部材２の外周面２ａ１と二つの傾斜軸受隙間Ｃ１を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、各傾斜軸受隙間Ｃ１に潤滑油の動圧が発生し、図４に示すように軸部材２に対して水平方向（ラジアル方向）の分力Ｆｒと垂直方向下向き（スラスト方向）の分力Ｆｔが作用する。これにより、軸部材２をラジアル方向および一方のスラスト方向に回転自在に非接触支持する第１の傾斜軸受部Ｋ１と第２の傾斜軸受部Ｋ２とが形成される。

また、軸部材２の回転に伴い、蓋部材８の上側端面８ａに形成されたスラスト軸受面Ｂは、軸部材２の下側端面２ａ２とスラスト軸受隙間Ｃ２を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、スラスト軸受隙間Ｃ２に潤滑油の動圧が発生し、スラスト軸受隙間Ｃ２に形成される潤滑油の油膜によって軸部材２がスラスト方向上向きに回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材２を他方のスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが形成される。

次に、上記軸受部材７の製造工程を以下に説明する。

図５〜図７は、上記軸受装置における軸受部材７の各製造工程を示すものである。詳述すると、図５（ａ）はマスター部材１２を製作する工程（マスター部材製作工程）、図５（ｂ）はマスター部材１２の所要箇所をマスキングする工程（マスキング工程）、図６は電鋳加工により電鋳部材１１を形成する工程（電鋳加工工程）、図７は電鋳部材１１の電鋳部１０を樹脂等でモールドする工程（モールド工程）を示すものである。これらの工程を経た後、電鋳部１０とマスター部材１２とを分離する工程を経て軸受部材７が製作される。

図５（ａ）に示すマスター部材製作工程では、導電性材料、例えば焼入処理を施したステンレス鋼、ニッケルクロム鋼、その他のニッケル合金、あるいはクロム合金等でマスター部材１２が形成される。マスター部材１２は、これら金属材料以外にも、導電処理（例えば、表面に導電性の被膜を形成する）を施されたセラミック等の非金属材料で形成することもできる。マスター部材１２は、円錐台部１２ａと、円錐台部１２ａと一体に形成され、円錐台部１２ａの下端から軸方向に延びる円筒部１２ｂとを備える。円錐台部１２ａの外周面は、軸受部材７の内周面形状に対応させて、軸方向一方側を小径に、軸方向他方側を大径にしたテーパ面状に形成されている。

マスター部材１２を構成する円錐台部１２ａの外周面のうち、軸方向の一部領域には、軸受部材７の電鋳部１０を成形する成形部Ｎ１が形成される。成形部Ｎ１は、電鋳部１０内周面の凹凸パターンが反転した形状をなし、その軸方向二箇所には、動圧溝Ａａ間の丘部を成形する凹部Ｋａの列が円周方向に形成されている。もちろん、凹部Ｋａの形状は動圧溝パターンに対応させ、スパイラル形状等に形成することもできる。

図５（ｂ）に示すマスキング工程では、成形部Ｎ１を除いてマスター部材１２の外表面にマスキング１３（散点模様）が施される。マスキング１３用の被覆材としては、非導電性、および電解質溶液に対する耐食性を有する既存品が適宜選択使用される。

電鋳加工は、ＮｉやＣｕ等の金属イオンを含んだ電解質溶液にマスター部材１２を浸漬させた後、マスター部材１２に通電して、マスター部材１２の外表面のうち、マスキング１３が施されていない領域（成形部Ｎ１）に目的の金属を析出（電着）させることにより行われる。電解質溶液には、カーボンなどの摺動材、あるいはサッカリン等の応力緩和材を必要に応じて含有させてもよい。電着金属の種類は、動圧軸受の軸受面に求められる硬度、疲れ強さ等の物理的性質や、化学的性質に応じて適宜選択される。

以上の工程を経ることにより、図６に示すように、マスター部材１２の成形部Ｎ１に電鋳部１０が被着形成され、電鋳部１０とマスター部材１２が一体になった電鋳部材１１が形成される。このとき、電鋳部１０の内周面は、マスター部材１２の円錐台部１２ａの外周面形状に対応するテーパ状に形成され、かつマスター部材１２に形成された成形部Ｎ１の凹凸パターンが転写される。これにより図２に示すように複数の動圧溝Ａａを有する二つの傾斜軸受面Ａが電鋳部１０の内周面に上下に離隔して形成される。なお、電鋳部１０の厚みは、これが厚すぎるとマスター部材１２からの剥離性が低下し、逆に薄すぎると電鋳部１０の耐久性低下につながるので、求められる軸受性能や軸受サイズ、さらには用途等に応じて最適な厚みに設定される。

次に、上記工程を経て形成された電鋳部材１１は、軸受部材７をインサート成形するモールド工程に移送される。

図７は、モールド工程を概念的に示すもので、このモールド工程では、電鋳部材１１は、その軸方向を型締め方向（図面上下方向）と平行にして、例えば上型１５、および下型１６からなる金型内部に供給される。下型１６には、マスター部材１２を構成する円筒部１２ｂの外径寸法に適合した位置決め穴１８が形成され、この位置決め穴１８に前工程から移送した電鋳部材１１を挿入して電鋳部材１１の位置決めがなされる。また、上型１５には、位置決め穴１８と同軸に、マスター部材１２の上端と嵌合可能のガイド穴２０が形成されている。

以上の金型において、可動型（本実施形態では上型１５）を固定型（本実施形態では下型１６）に接近させると、ガイド穴２０によってマスター部材１２が上型１５の所定位置にガイドされ、その後型締めされる。型締め完了後、ゲート１９を介してキャビティ１７に樹脂材料を射出し、インサート成形を行う。樹脂材料は、射出成形可能な材料であれば使用可能で、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等、結晶性樹脂として、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）等が使用可能である。樹脂材料には、必要に応じて強化材（繊維状、粉末状等の形態は問わない）や潤滑剤、導電材等の各種充填材が一種または二種以上配合される。

なお、射出する材料としては金属材料も使用可能である。金属材料としては、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能である。この場合、樹脂材料を使用する場合に比べて、強度、耐熱性、または導電性等をより向上させることができる。この他、金属粉とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＭＩＭ成形を採用することもできる。さらにこの他、射出する材料としてセラミックを使用することもできる。

インサート成形完了後、成形型を開くとマスター部材１２および電鋳部１０からなる電鋳部材１１と、モールド部１４とが一体となった成形品が得られる。

この成形品は、その後分離工程に移送され、電鋳部１０およびモールド部１４が一体化したもの（軸受部材７）と、マスター部材１２とに分離される。この分離工程では、電鋳部１０に蓄積された内部応力を解放することにより、電鋳部１０の内周面を拡径させ、マスター部材１２の外周面から剥離させる。内部応力の解放は、例えば電鋳部材１１あるいは軸受部材７に衝撃を与えることにより、あるいは電鋳部１０の内周面とマスター部材１２の外周面との間に軸方向の加圧力を付与することにより行われる。内部応力の解放により、電鋳部１０の内周面を半径方向に拡径させて、電鋳部１０の内周面とマスター部材１２の外周面との間に適当な大きさの隙間（動圧溝深さ以上の隙間が望ましい）を形成すれば、電鋳部１０の内周面に形成された動圧溝パターンとマスター部材１２の外周面に形成された成形部Ｎ１との過度の干渉を回避して電鋳部１０の内周面からマスター部材１２を軸方向にスムーズに引き抜くことができ、これにより成形品を、電鋳部１０およびモールド部１４からなる軸受部材７と、マスター部材１２とに分離することが可能となる。なお、電鋳部１０の拡径量は、例えば電鋳部１０の肉厚を変えることによって制御することができる。

衝撃の付与だけでは電鋳部１０の内周を十分に拡径させることができない場合、電鋳部１０とマスター部材１２とを加熱又は冷却し、両者間に熱膨張量差を生じさせることによってマスター部材１２と軸受部材７とを分離することもできる。

一方、電鋳部１０と分離されたマスター部材１２は、繰り返し軸受部材７の製作に使用することができる。

なお、電鋳加工の特性上、電鋳部１０の外周面は粗面に形成されるため、インサート成形時にはモールド部１４を構成する材料が電鋳部外表面の微小な凹凸に入り込み、アンカー効果による強固な固着力が発揮される。さらに、電鋳部１０は、軸方向に対して傾斜して形成されているので、少なくとも一方の軸方向へは抜け止めがなされる。従って、耐衝撃性に富む高強度の軸受部材７を提供することが可能となる。

そして、上記工程を経て形成された軸受部材７の内周に別途製作した軸部材２を挿入し、さらに軸受部材７の大径側開口部を蓋部材８で封口した上で、軸受部材７の内部空間に潤滑油を充満させることにより、図１に示す流体軸受装置１が得られる。

上記のとおり、本発明では、軸受部材７を傾斜軸受隙間Ｃ１に面する電鋳部１０と、当該電鋳部１０をインサートして射出成形されたモールド部１４とで形成した。電鋳加工の特性から、電鋳部１０の内周面形状はマスター部材１２の表面形状に倣い、また、電鋳部１０の内周面精度はマスター部材１２の表面精度に倣う。そのため、マスター部材１２を所定形状でかつ所定精度に形成しておけば、電鋳部１０の内周面はマスター部材のそれに倣って高精度に形成されるので、従来の加工法では高精度化が困難な円錐面状の内周面を精度良くかつ低コストに形成することができる。これにより、傾斜軸受隙間Ｃ１の幅精度を高め、この種の傾斜軸受隙間を有する流体軸受装置の軸受性能を向上させることができる。また、本実施形態のように、動圧溝Ａａを有する傾斜軸受面Ａを電鋳加工で形成すれば、電鋳加工の特性から動圧溝が高精度に形成可能となるので、この面でも流体軸受装置の軸受性能向上を図ることができる。

電鋳部１０の内周面に動圧溝Ａａを形成する方法として、他の方法を採用することもできる。図８は、その一例を示すもので、マスター部材１２表面の成形部Ｎ１に動圧溝Ａａ形状に対応した凸状の導電性被膜２２を形成して電鋳加工を行い、その後、導電性被膜２２を除去して動圧溝Ａａを形成するものである。具体的には、まず図８（ａ）に示すように、マスター部材１２の外周面の一部領域に成形部Ｎ１を形成し、この成形部Ｎ１に動圧溝パターンに対応した凸状の導電性被膜２２を形成する。この導電性被膜２２は、例えば、マスター部材１２の表面に導電性樹脂をインクジェット印刷することにより高精度に形成することができる。次いで、同図（ｂ）に示すように、このマスター部材１２を用いて電鋳加工を行い、成形部Ｎ１の形状を転写した電鋳部１０を形成する。電鋳加工の終了後、上記工程と同様にモールド部１４を射出成形し、さらに同図（ｃ）に示すように成形品からマスター部材１２を分離する。この際、導電性被膜２２は、電鋳部１０と共にマスター部材１２の表面から剥離させる。その後、同図（ｄ）に示すように、溶剤等を用いて電鋳部１０の内周面の導電性被膜２２を除去することにより、電鋳部１０の内周面に動圧溝Ａａを形成した軸受部材７が得られる。

以上の説明では、電鋳部１０の内周面に動圧溝Ａａを有する傾斜軸受面Ａを形成する場合を例示したが、動圧溝Ａａを有する傾斜軸受面Ａは軸部材２の外周面に形成することもできる。この形態の流体軸受装置１は、外周面を凹凸のない平滑面としたマスター部材１２を用いて電鋳工程を行い、さらにモールド工程および分離工程を経て、内周面が平滑な軸受部材７を形成すると共に、これとは別に軸部材２の外周面に動圧溝Ａａを有する傾斜軸受面Ａを形成し、この軸部材２を軸受部材７の内周に挿入することにより組み立てることができる。この場合、軸部材２の外周面の傾斜軸受面Ａは、例えば鍛造や転造等の塑性加工の他、エッチング加工、あるいはインクジェット印刷等の手段で形成することができる。

また、以上の説明では、上方が小径で下方が大径の傾斜軸受隙間Ｃ１を例示しているが、傾斜軸受隙間の傾斜方向をこれとは逆方向、すなわち上方が大径で下方が小径となるよう傾斜させることもできる。

図９（ａ）（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示すもので、図１に示す流体軸受装置１を軸方向に二つ並べて設置した構成に相当するものである。

何れの流体軸受装置１でも、軸部材２は二つの円錐部２ａ、２ａを一体化した形態をなし、かつ軸受部材７は、各円錐部２ａの外周面に対向する二つの電鋳部１０ａ、１０ｂと電鋳部１０ａ、１０ｂを一体にモールドするモールド部１４とを備えている。軸部材２の回転時には、二つの円錐部２ａの外周面と、これに対向する電鋳部１０ａ、１０ｂの内周面との間に傾斜方向を逆にした二種類の傾斜軸受隙間Ｃ１１、Ｃ１２が形成され、この傾斜軸受隙間Ｃ１１、Ｃ１２に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材２がラジアル方向および両スラスト方向で非接触支持される。図９（ａ）は、二種類の傾斜軸受隙間Ｃ１１、Ｃ１２の双方を、傾斜方向の異なる相手側の傾斜軸受隙間との接近側ほど小径となるよう配置した例であり、同図（ｂ）は、これとは逆に相手側の傾斜軸受隙間との接近側ほど大径となるよう配置した例である。

なお、何れの流体軸受装置１でも、上下の円錐部２ａの外周面と軸受部材７の上下端部の内周面との間にシール空間が形成され、潤滑油の漏れが防止される（軸受部材７とは別体のシール部材でシール空間を形成してもよい）。この場合、蓋部材８は不要となる。また、何れの流体軸受装置１でも、傾斜軸受隙間Ｃ１１、Ｃ１２で両方向のスラスト支持力が生じるので、これ以外のスラスト軸受隙間（例えば図１に示す実施形態において、蓋部材８の上側端面８ａとこれに対向する軸部材２の下側端面２ａ２との間に形成したスラスト軸受隙間Ｃ１）は不要となる。

図９（ａ）（ｂ）に示す何れの構成においても、図８に準じた方法により、すなわちマスター部材１２の外周面に導電性被膜２２で成形部Ｎ１を形成した後、電鋳加工工程、モールド工程、および分離工程を経ることにより、電鋳部１０ａ、１０ｂの内周面に動圧溝Ａａを形成することができる。この場合、マスター部材１２と電鋳部１０ａ、１０ｂの分離後は、マスター部材１２がそのまま軸部材２として使用される。

この他、軸受部材７および軸部材２をそれぞれ軸方向中央部で二分割して、分割体をそれぞれ個別に製作した後、分割体同士を接合一体化することにより図９（ａ）（ｂ）に示す流体軸受装置１を組み立てることもできる。軸部材２の分割体同士の接合方法としては例えば接着が考えられ、軸受部材７の分割体同士の接合方法としては接着の他、溶着（超音波溶着等）も考えられる。

図１０は、図９（ａ）に示す構成において、二つの傾斜軸受隙間Ｃ１１、Ｃ１２で生じるポンピング量のアンバランスを解消するため、軸部材２の外周面と軸受部材７の内周面との間の環状隙間のうち、特に軸方向中央部の屈曲部分を、循環路２３を介して軸受部材７の外部と連通させたものである。図示は省略するが、図９（ｂ）に示す構成においても同様に循環路２３を形成することができる。

以上の説明では、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２およびスラスト軸受部Ｔ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流体動圧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、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２として、いわゆる多円弧軸受やステップ軸受、あるいは非真円軸受を採用しても良い。これらの軸受ではそれぞれ、複数の円弧面、軸方向溝、調和波形面が傾斜軸受隙間に動圧を発生させるための動圧発生部となる。これらの動圧発生部は、上記の実施形態同様、軸受部材７の電鋳部に形成されるが、その形成方法は、動圧溝を形成する場合の各工程に準じるので説明を省略する。

図１１は、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材７の内周面の傾斜軸受面となる領域が、３つの円弧面４３で構成されている（いわゆる３円弧軸受）。３つの円弧面４３の曲率中心は、それぞれ、軸受部材７（軸部材２）の軸中心Ｏから等距離オフセットされている。３つの円弧面４３で区画される各領域において、傾斜軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間４５である。そのため、軸受部材７と軸部材２とが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、傾斜軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間４５の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受部材７と軸部材２とが非接触支持される。なお、負圧の発生防止のため、３つの円弧面４３相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝を形成しても良い。

図１２は、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例においても、軸受部材７の内周面の傾斜軸受面Ａとなる領域が、３つの円弧面４３で構成されているが（いわゆる３円弧軸受）、３つの円弧面４３で区画される各領域において、傾斜軸受隙間は、円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間４５である。このような構成の多円弧軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、３つの円弧面４３相互間の境界部に、分離溝４４が形成されている。そのため、軸受部材７と軸部材２とが所定方向に相対回転すると、傾斜軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間４５の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受部材７と軸部材２とが非接触支持される。

図１３は、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例では、図１２に示す構成において、３つの円弧面４３の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、軸受部材７（軸部材２）の軸中心Ｏを曲率中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間（最小隙間）は一定になる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。

図１４は、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２の一方又は双方をステップ軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材７の内周面の傾斜軸受面となる領域に、複数の軸方向溝形状の動圧溝４６が円周方向所定間隔に設けられている。

図１５は、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２の一方又は双方を非真円軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材７の傾斜軸受面となる領域が、３つの調和波形面４７で構成されている。３つの調和波形面４７で区画される各領域において、傾斜軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間４８となる。そのため、軸部材２と軸受部材７とが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、傾斜軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間４８の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部材２と軸受部材７とが非接触支持される。なお、くさび状隙間４８の最小幅ｈは、偏心がない場合（軸中心Ｏ）には次式によって近似的に表される。

ｈ＝ｃ＋ａｗ・ｃｏｓ（Ｎｗ・θ）
但し、上式において、ｃ、ａｗ、Ｎｗは定数で、ｃは平均軸受半径隙間、ａｗは波の振幅、θは円周方向の位相、Ｎｗは波数を表す（但し、Ｎｗ≧２とする。本実施形態ではＮｗ＝３である）。なお、図示例では、軸部材２と軸受部材７の軸中心Ｏを同心としているが、軸部材２を軸中心Ｏ’に偏心させて使用することもできる。

以上で説明した図１１〜図１３に示す多円弧軸受は、いわゆる３円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる４円弧軸受、５円弧軸受、さらに６円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用しても良い。また、図１５に示した非真円軸受は、３つの調和波形面で形成されているが、多円弧軸受同様に、４以上の調和波形面で構成された非真円軸受を採用することもできる。また、図１に示す実施形態において、傾斜軸受部を多円弧軸受やステップ軸受、あるいは非真円軸受で構成する場合、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２のように２つの傾斜軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とする他、軸受部材７の内周面、あるいは軸部材２の外周面の上下領域に亘って１つの傾斜軸受部を設けた構成としても良い。

さらに、スラスト軸受部Ｔの形態として、スパイラル形状の動圧溝により潤滑油に動圧を発生させる構成を例示したが、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、いわゆる波型軸受（ステップ型が波型になったもの）等で構成することもできる（図示省略）。

また、以上の説明では、傾斜軸受部Ｋ１、Ｋ２を動圧軸受で構成した場合を例示したが、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、軸受部材７（電鋳部１０）の内周面を動圧溝や円弧面等を有さない真円状内周面に形成すると共に、この内周面と傾斜軸受隙間を介して対向する軸部材２の外周面２ａ１を真円状外周面とすることで、いわゆる真円軸受を構成することもできる。

本発明の構成を有する流体軸受装置を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一例を示す断面図である。 図１にかかる流体軸受装置の要部拡大断面図である。 蓋部材の上側端面を示す断面図である。 傾斜軸受隙間における動圧作用を説明する概略図である。 （ａ）図はマスター部材の斜視図、（ｂ）図はマスター部材にマスキングを施した状態を示す斜視図である。 電鋳部材の斜視図である。 射出成形金型に電鋳部材を取り付けた状態を示す模式図である。 動圧溝を他の方法で成形する場合の工程を示す断面図である。 （ａ）図は本発明の構成を有する流体軸受装置の第２実施形態を示す断面図、（ｂ）図は本発明の構成を有する流体軸受装置の第３実施形態を示す断面図である。 上記実施形態において循環路を形成した流体軸受装置を示す断面図である。 傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。 傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。 傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。 傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。 傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。 従来の流体軸受装置の構造を示す概略図である。

符号の説明

１ 流体軸受装置
２ 軸部材
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ 軸受部材
８ 蓋部材
９ ディスクハブ
１０ 電鋳部
１１ 電鋳部材
１２ マスター部材
１３ マスキング
１４ モールド部
Ａ 傾斜軸受面
Ｂ スラスト軸受面
Ｃ１ 傾斜軸受隙間
Ｃ２ スラスト軸受隙間
Ｆｒ （ラジアル方向の）分力
Ｆｔ （スラスト方向の）分力
Ｎ１ 成形部
Ｋ１、Ｋ２ 傾斜軸受部
Ｔ スラスト軸受部

Claims (3)

1. 軸部材と、外周面のうちブラケットに対する固定面が径一定の円筒面に形成され、軸部材を内周に挿入した軸受部材と、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間に形成され、軸方向に傾斜した傾斜軸受隙間とを備え、傾斜軸受隙間に形成した油膜で軸部材を回転自在に支持する流体軸受装置において、
   軸受部材が、マスター部材の表面に金属を析出させることにより形成した電鋳部をインサートした射出成形品であり、電鋳部のうち、金属の析出開始側の面に傾斜軸受隙間を形成する傾斜軸受面が設けられ、かつ傾斜軸受面が、マスター部材の表面精度に倣った表面精度を有することを特徴とする流体軸受装置。
2. 軸部材の外周面、または軸受部材の電鋳部に設けた傾斜軸受面の何れか一方に、傾斜軸受隙間に流体動圧を発生させる動圧発生部を形成した請求項１記載の流体軸受装置。
3. 請求項１又は２の何れかに記載された流体軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ。

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