JP5095115B2 - 動圧軸受装置 - Google Patents
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Description
本発明は、動圧軸受装置に関する。
流体軸受装置は、固定部材と回転部材との間の軸受隙間に生じる流体の潤滑膜で回転部材を回転自在に支持するものである。この種の軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を備えるものであり、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、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におけるディスクドライブの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。
例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータに組み込まれる流体軸受装置においては、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部およびスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成したものが知られている。この種の流体軸受装置（動圧軸受装置）におけるラジアル軸受部としては、例えば固定部材を構成する軸受スリーブの内周面と、回転部材を構成する軸部材の外周面との何れか一方に、上記軸受隙間に流体の動圧作用を生じる動圧発生部としての動圧溝を形成すると共に、両面間にラジアル軸受隙間を形成するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
また、ＨＤＤ等のディスク駆動装置は比較的幅広い温度範囲で使用されるため、ディスク駆動装置のスピンドルモータに使用される流体軸受装置には、低蒸発率及び低粘度性を有する潤滑流体が好適であり、例えばエステル系の潤滑油が使用される（例えば、特許文献２参照）。
この種の流体軸受装置は、例えば軸部材や軸受スリーブ、ハウジング、あるいはシール部材といった複数の構成部品で構成され、このうち、成形性や低コストの観点から、ハウジングやシール部材などの構成部品を樹脂材料で成形することが検討されている（例えば、特許文献３や４を参照）。また、樹脂成形品の補強効果や寸法安定性の向上を狙って、炭素繊維を充填材として樹脂材料に配合したものが知られている（例えば、特許文献５を参照）。
特開２０００−２９１６４８号公報
特開２００３−１７２３３６号公報
特開２００３−３１４５３４号公報
特開２００５−２６５１１９号公報
特開２００６−４６４３１号公報
樹脂材料に配合される炭素繊維としては、数ｍｍ以下の繊維長のものが使用される。これは、通常数ｍに製造された炭素繊維を多数本束ねた状態で切断することで得られるものであるが、上述のように切断幅が小さい（繊維長が短い）場合には、繊維長を揃えた状態で切断するのが難しく、また切断後のハンドリング性に欠ける。そのため、適当な結着材を使用して多数本の炭素繊維を結着させることで切断を行う方法が考えられるが、この場合には、切断により細分化された炭素繊維と共に、炭素繊維の結着に使用した結着材が樹脂組成物に混入するため、結着材の種類によっては、完成品の特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
例えば、使用する結着材が、炭素繊維あるいはベース樹脂との親和性に乏しいものであると、ベース樹脂と炭素繊維との密着性が低く、これにより、軸受内部の潤滑油が炭素繊維の周囲から樹脂部材中に浸入する場合がある。これでは、軸受内部の潤滑油量が減少し、軸受内部を循環可能な潤滑油の量が不足する事態を招きかねない。特に、上述のように、潤滑油としてエステル系潤滑油など、極性の高いものを使用する場合には、使用する結着材の種類により一層留意すべきである。
以上より、本発明の課題は、この種の流体軸受装置において、炭素繊維を配合した場合であっても、潤滑油の浸入を可及的に抑制し得る樹脂部材を形成することである。
前記課題を解決するため、本発明は、固定部材と、回転部材と、エステル系潤滑油と、エステル系潤滑油で満たされるラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に生じるエステル系潤滑油の油膜で回転部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、スラスト軸受隙間に生じるエステル系潤滑油の油膜で回転部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、固定部材と回転部材との間に形成されるエステル系潤滑油のシール空間とを備え、エステル系潤滑油の油面がシール空間内に維持され、固定部材と回転部材の少なくとも何れか一方が樹脂部材を有する動圧軸受装置において、樹脂部材は、相対回転する他方の部材との間にラジアル軸受隙間、スラスト軸受隙間、又はシール空間を形成するハウジングで、ハウジングを、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ、及びＰＰＳＵからなる群の中から選択される１つの熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、このベース樹脂に炭素繊維と、炭素繊維の結着材とを配合した樹脂組成物の射出成形で形成することで、ハウジングには、繊維長が０．５ｍｍ以下でアスペクト比６．５以上の炭素繊維が５ｖｏｌ％以上かつ３５ｖｏｌ％以下の割合で配合されると共に、炭素繊維の周囲に、結着材として使用されたエポキシ樹脂あるいはナイロン樹脂が、ベース樹脂に比べて豊富に含まれることを特徴とする動圧軸受装置を提供する。
本発明は、発明者らの鋭意検討の結果創出されたものである。すなわち、上述の如く、短繊維に切断された炭素繊維を配合した樹脂組成物で樹脂部材を形成する際に生じる不具合を、使用する結着材の種類を変えて調査したところ、ウレタン樹脂を結着材として使用した際に、上記不具合が顕著に現れることが判明した。かかる結果から、本発明では、従来まで考慮されることのなかった結着材の存在およびその存在に起因して生じる樹脂部材への影響に着目し、さらに上述の結果を踏まえ、固定部材あるいは回転部材を構成する樹脂部材を、炭素繊維が配合されかつベース樹脂以外の樹脂成分としてウレタン樹脂を含まない樹脂組成物で形成した。かかる構成によれば、炭素繊維の切断時、炭素繊維を束ねて固定するために少なくともウレタン樹脂を結着材として使用していないことになる。そのため、かかる樹脂部材を組込んだ流体軸受装置の使用時、ウレタン樹脂が樹脂組成物に混入することによる悪影響、例えば上述の如く、潤滑油が樹脂部材中に浸入し、軸受内部の潤滑油量が減少するといった事態を可及的に回避することができる。従って、循環供給するのに十分な量の潤滑油を確保することができ、各軸受隙間に潤滑油を循環供給することで、潤滑油の経時劣化を極力抑えて、優れた軸受性能を長期に亘って発揮することができる。
上記構成の樹脂部材であれば、例えば炭素繊維を高圧水等、結着材を使用することなく切断することも可能であるが、樹脂部材の寸法安定性等を考慮すると、樹脂組成物中に含まれる炭素繊維はなるべく繊維長の揃ったものであることが好ましい。また、ハンドリング性の向上も実施する上で重要となる。かかる観点から、本発明は、固定部材と、回転部材と、エステル系潤滑油と、エステル系潤滑油で満たされるラジアル軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に生じるエステル系潤滑油の油膜で回転部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部とを備え、固定部材と回転部材の少なくとも何れか一方が樹脂部材を有する流体軸受装置の製造方法であって、樹脂部材を、炭素繊維を配合した樹脂組成物で形成するに際し、ウレタン樹脂を含まない結着材で多数本の炭素繊維を結着させたものを切断し、切断により細分化された炭素繊維をベース樹脂に配合することで樹脂組成物を得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。
このように、ウレタン樹脂を含まない結着材で多数本の炭素繊維を結着させたものを切断することで、上述の悪影響を回避しつつも、切断後のハンドリング性を改善することができる。また、繊維長の揃った炭素繊維が配合された樹脂組成物であれば、高い耐油性と共に、強度および寸法安定性に優れた樹脂部材を得ることができる。
逆に、ウレタン樹脂以外の樹脂で結着材に適した樹脂として、例えばエポキシ樹脂やナイロン樹脂を挙げることができる。これらの樹脂であれば、これら樹脂自体のエステル系潤滑油に対する高い耐油性も手伝って、使用時、樹脂部材中に潤滑油が浸入するのを確実に回避することができる。
また、樹脂組成物のベース樹脂としては、エステル系潤滑油に対する耐性（耐油性）に優れたものであれば好適に使用可能であり、例えば、ＬＣＰやＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＢＴなどの結晶性樹脂が使用可能であるが、この中でも、特に成形性に優れたＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が好適に使用可能である。
以上のように、本発明によれば、この種の流体軸受装置において、炭素繊維を配合した場合であっても、潤滑油の浸入を可及的に抑制し得る樹脂部材を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に基づいて説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は単に各図における上下方向を便宜的に示すもので、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実施形態以降の説明についても同様である。
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２を備えた回転部材３を回転自在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の外径側に取付けられ、ロータマグネット５は回転部材３の外周に取付けられている。流体軸受装置１のハウジング部７は、ブラケット６の内周に固定される。回転部材３には、図示は省略するが、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体（以下、単にディスクという。）が一又は複数枚保持される。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、これに伴って、回転部材３および回転部材３に保持されたディスクが軸部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、ハウジング部７と、ハウジング部７に固定されたスリーブ部８と、ハウジング部７およびスリーブ部８に対して相対回転する回転部材３とを主に備える。この実施形態では、固定部材は、ハウジング部７とスリーブ部８、および軸方向両端に開口するハウジング部７の一端側を封口する蓋部材１０とで構成される。
回転部材３は、例えばハウジング部７の開口側に配置されるハブ部９と、スリーブ部８の内周に挿入される軸部２とを備えている。
ハブ部９は金属材料や樹脂材料などで形成され、ハウジング部７の開口側（上側）を覆う円盤部９ａと、円盤部９ａの外周部から軸方向下方に延びた筒状部９ｂと、筒状部９ｂの外周に設けられたディスク搭載面９ｃおよび鍔部９ｄとで構成される。図示されていないディスクは、円盤部９ａの外周に外嵌され、ディスク搭載面９ｃに載置される。そして、図示しない適当な保持手段（クランパなど）によってディスクがハブ部９に保持される。
軸部２は、この実施形態ではハブ部９と一体に形成され、その下端に抜止めとしてフランジ部２ｂを別体に備えている。フランジ部２ｂは、金属製で、例えばねじ結合等の手段により軸部２に固定される。なお、この実施形態では、軸部２をハブ部９と一体に形成した場合を例示したが、軸部２をハブ部９とは別体に形成し、これらを接着、圧入等の手段で固定（アセンブリ化）することも可能である。
スリーブ部８は、例えば金属製の非孔質体あるいは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、スリーブ部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、ハウジング部７の内周面７ｃに、例えば接着（ルーズ接着を含む）、圧入（圧入接着を含む）、溶着（超音波溶着を含む）等、適宜の手段で固定される。もちろん、スリーブ部８を樹脂やセラミック等、金属以外の材料で形成することも可能である。
スリーブ部８の内周面８ａの全面又は一部領域には、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、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箇所形成される。上側の動圧溝８ａ１の形成領域では、動圧溝８ａ１が、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。
スリーブ部８の下端面８ｃの全面または一部環状領域には、スラスト動圧発生部として、例えば図示は省略するが、複数の動圧溝をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝形成領域はスラスト軸受面として、フランジ部２ｂの上端面２ｂ１と対向し、軸部２（回転部材３）の回転時には、上端面２ｂ１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（図２を参照）。
ハウジング部７は、円筒状の樹脂成形品（樹脂部材）である。この実施形態では、ハウジング部７の軸方向両端は開口しており、その一端側が蓋部材１０で封口されている。他端側の端面（上端面）の全面または一部環状領域には、スラスト軸受面７ａが設けられる。この実施形態では、スラスト軸受面７ａに、スラスト動圧発生部として、例えば図４に示すように複数の動圧溝７ａ１をスパイラル形状に配列した領域が形成される。このスラスト軸受面７ａ（動圧溝７ａ１形成領域）は、ハブ部９の円盤部９ａの下端面９ａ１と対向し、回転部材３の回転時には、下端面９ａ１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）。
ハウジング部７の他端側開口部は蓋部材１０で封口される。この蓋部材１０は、金属材料や樹脂材料などで形成され、ハウジング部７の他端内周側に設けられた段部７ｂに固定される。ここで、固定手段は特に限定されず、例えば接着（ルーズ接着、圧入接着を含む）、圧入、溶着（例えば超音波溶着）、溶接（例えばレーザ溶接）などの手段を、材料の組合わせや要求される組付け強度、密封性などに合わせて適宜選択することができる。
ハウジング部７の内周面７ｃには、スリーブ部８の外周面８ｂが、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着等の適宜の手段で固定される。
ハウジング部７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７ｄが形成される。このテーパ状のシール面７ｄは、筒状部９ｂの内周面９ｂ１との間に、ハウジング部７の封口側（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。このシール空間Ｓは、軸部２およびハブ部９の回転時、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間の外径側と連通している。
上記構成をなす流体軸受装置１の、スリーブ部８の内部空孔領域を含めた軸受内部空間（図２中散点模様で示す領域）には潤滑油が充填される。潤滑油の油面は常にシール空間Ｓ内に維持される。この実施形態では、ラジアル軸受隙間を形成する軸部２の外周面２ａとスリーブ部８の内周面８ａ、また、双方のスラスト軸受隙間を形成するハブ部９の下端面９ａ１とハウジング部７の上端面（スラスト軸受面７ａ）などが潤滑油と接触する。潤滑油としては、低蒸発率および低粘度性に優れたエステル系潤滑油が使用される。特に、この実施形態のように、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用の流体軸受装置（動圧軸受装置）に提供される潤滑油には、より一層の低蒸発率及び低粘度性が要求されるため、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）等のエステル系潤滑油が好適に使用される。
上記構成のハウジング部７（樹脂部材）は、ベース樹脂および炭素繊維が配合された樹脂組成物を、図２に示すハウジング部７に対応した形状を有する金型で射出成形することで得られる。この場合、樹脂組成物への炭素繊維の配合は、以下のようにして行われる。
すなわち、樹脂組成物に配合される炭素繊維としては、金型内での流動性あるいは成形性等を考慮して、数ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度に切断されたものが使用される。この場合には、切断後のハンドリング性等を考慮して、例えば適当な結着材を用いて複数本の炭素繊維を束ねて固定した状態で切断する。切断された炭素繊維は、それら繊維を結着する結着材と共にベース樹脂へと供給され、これにより、ベース樹脂と炭素繊維、および結着材を配合した樹脂組成物が得られる。かかる樹脂組成物を上述の如く射出成形することで樹脂部材としてのハウジング部７が形成される。
この際、結着材としてウレタン樹脂を含まないものを使用することで、切断された炭素繊維と共にこれら結着材をなす樹脂が樹脂組成物に混入した場合であっても、ハウジング部７の成形表面に露出した炭素繊維の周囲から、エステル系潤滑油が内部に浸入していく事態を避けることができる。そのため、例えばシール空間Ｓ内に維持されるべき油面の低下など、流体軸受装置１内部に充填された潤滑油の油量が減少するのを可及的に抑制して、各軸受隙間に安定して潤滑油を循環供給することができる。また、循環供給を行うのに十分な量の潤滑油を確保することで、潤滑油の経時劣化を極力抑えて、優れた軸受性能を長期に亘って発揮することができる。この場合、完成品としてのハウジング部７は、ベース樹脂および炭素繊維を含有するが、ベース樹脂以外の樹脂成分としてウレタン樹脂を全く含有しないものとなる。
結着材としては、ウレタンフリーである他、炭素繊維の分散性の観点から、射出成形時、ベース樹脂の溶融温度以下で溶融可能なものであればよく、好適な材料としては、例えばエポキシ樹脂やナイロン樹脂などを挙げることができる。この場合、完成品としてのハウジング部７は、ベース樹脂および炭素繊維を含有すると共に、例えば炭素繊維の周囲に結着材としてのエポキシ樹脂あるいはナイロン樹脂を含有したものとなる。
また、この実施形態では、樹脂部材（ハウジング部７）を形成する樹脂組成物のベース樹脂にＰＰＳを使用した。ここで、ＰＰＳは、主に固化時のアウトガス発生量が少なく、また吸水性が低い、高い耐熱性を有する、等の優れた特性を有するので、上記樹脂組成物でハウジング部７を形成すれば、ハウジング部７成形時あるいは成形後のアウトガス発生量を抑えることができるとともに、吸水によるハウジング部７の寸法変化を抑えることができる。さらには、モータの駆動中における軸受内部の温度上昇にも耐え得るハウジング部７を得ることができる。また、ＰＰＳであれば、潤滑油に対する高い耐油性（低吸油性）をハウジング部７に付与することができるので、ストレスクラックなど、油の浸透に起因する不具合を回避することができる。
また、ＰＰＳは他の樹脂と比べて成形性（例えば成形時の流動性）に優れた樹脂であるから、この実施形態のように、樹脂部材（ハウジング部７）の一部表面に動圧溝７ａ１等の微小かつ複雑な形状を有する箇所を設ける場合にも、金型内の動圧溝７ａ１に対応した箇所を滞りなく充填することが可能である。
また、炭素繊維を充填材として配合することで、ハウジング部７の補強効果が得られると共に、ハウジング部７の温度変化に伴う寸法変化を抑えて高い寸法安定性を得ることができる。この結果、使用時における第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を高精度に制御することが可能となる。また、炭素繊維をベース樹脂に配合することで炭素繊維の持つ高い導電性が発現され、ハウジング部７に充分な導電性を付与することができる。これにより、使用時にディスクに帯電する静電気を回転部材３およびハウジング部７（さらにスリーブ部８を経由する場合もある）を介して接地側部材（ブラケット６など）に逃がすことができる。
上記要求特性を満足するため、炭素繊維としては、３０００ＭＰａ以上の引張り強度を有するものが好ましい。高強度と共に、高い導電性を兼ね備えたものとして、例えばＰＡＮ系（ポリアクリロニトリル系）の炭素繊維を挙げることができる。
これら炭素繊維を樹脂組成物に配合することによる補強効果、寸法安定効果、静電除去効果等は、炭素繊維のアスペクト比を考慮することでより一層顕著に発揮される。すなわち、炭素繊維の繊維長が大きいほど補強効果や静電除去効果が高まり、繊維径が小さいほど耐摩耗性、特に摺動相手材の損傷が抑えられる。これらの観点から、具体的には炭素繊維のアスペクト比を６．５以上にするのが好ましい。特に、この実施形態のように、ハウジング部７の一部表面に動圧溝７ａ１を配列したスラスト軸受面７ａを設ける場合、上記アスペクト比を有する炭素繊維を配合することで、ハウジング部７の耐磨耗性を向上させることができる。
充填材としての炭素繊維のベース樹脂への充填量は５〜３５ｖｏｌ％とするのが好ましい。これは、例えば充填量が５ｖｏｌ％未満だと、炭素繊維の充填による補強効果や耐摩耗性、静電除去効果が充分に発揮されず、また充填量が３５ｖｏｌ％を超えると、ハウジング部７の成形性を確保することが困難になるためである。
このように、ハウジング部７を上述の樹脂組成物で形成すれば、高耐油性や低アウトガス性、成形時の高流動性、低吸水性、高耐熱性に加え、機械的強度、耐衝撃性、成形性、寸法安定性、静電除去性、耐磨耗性にも優れたハウジング部７を得ることができる。これにより、流体軸受装置１およびこの軸受装置を組込んだディスク駆動装置の耐久性、信頼性を高めることができる。
上記構成の流体軸受装置１において、軸部２（回転部材３）の回転時、スリーブ部８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の動圧溝８ａ１、８ａ２形成領域）は、軸部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２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間の潤滑油が動圧溝８ａ１、８ａ２の軸方向中心ｍ側に押し込まれ、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２を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とがそれぞれ構成される。
これと同時に、ハウジング部７のスラスト軸受面７ａ（動圧溝７ａ１形成領域）とこれに対向するハブ部９（円盤部９ａ）の下端面９ａ１との間のスラスト軸受隙間、およびスリーブ部８の下端面８ｃ（動圧溝形成領域）とこれに対向するフランジ部２ｂの上端面２ｂ１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、回転部材３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。
以上、本発明の第１実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
上記第１実施形態では、ハウジング部７の上端面に複数の動圧溝７ａ１を配列したスラスト軸受面７ａを設けるとともに（スラスト軸受部Ｔ１）、スリーブ部８の下端面８ｃに複数の動圧溝を配列したスラスト軸受面を設けた（スラスト軸受部Ｔ２）場合を説明したが、本発明は、スラスト軸受部Ｔ１のみを設けた流体軸受装置にも同様に適用することができる。この場合、軸部２は、フランジ部２ｂを有しないストレートな形状になる。したがって、ハウジング部７は、蓋部材１０を底部として一体に樹脂材料で形成した、有底円筒形状とすることができる。また、軸部２とハブ部９とは金属あるいは樹脂で一体成形できる他、軸部２をハブ部９と別体に形成することもできる。
図５は、本発明の第２実施形態に係る流体軸受装置１１を示している。この実施形態において、軸部（回転部材）１２は、その下端に一体または別体に設けられたフランジ部１２ｂを備えている。また、ハウジング部１７は、円筒状の側部１７ａと、側部１７ａと別体構造をなし、側部１７ａの下端部に位置する底部１７ｂとを備えている。ハウジング部１７の側部１７ａの上端部には内周側に突出したシール部１３がハウジング部１７と一体に形成される。ハウジング部１７の底部１７ｂの上端面１７ｂ１には、図示は省略するが、例えば複数の動圧溝をスパイラル状に配列した領域が形成されるとともに、スリーブ部８の下端面８ｃにも、同様の形状に動圧溝を配列した領域が形成される。そして、スリーブ部８の下端面８ｃと軸部１２のフランジ部１２ｂの上端面１２ｂ１との間に第１スラスト軸受部Ｔ１１が形成され、ハウジング部１７の底部１７ｂの上端面１７ｂ１とフランジ部１２ｂの下端面１２ｂ２との間に第２スラスト軸受部Ｔ１２が形成される。なお、この実施形態では、固定部材は、シール部１３を一体に設けたハウジング部１７とスリーブ部８、および底部１７ｂとで構成される。
この実施形態において、ハウジング部１７の側部１７ａは、ウレタン樹脂を含まない結着材を使用して切断し、細分化された炭素繊維を配合した樹脂組成物で形成される。これにより、細分化された炭素繊維と共に結着材をなす樹脂が樹脂組成物に混入した場合であっても、ハウジング部７の成形表面に露出した炭素繊維の周囲から、エステル系潤滑油が内部に浸入していく事態を極力避けることができる。そのため、例えばシール空間Ｓ内に維持されるべき油面の低下など、流体軸受装置１１内部に充填された潤滑油の油量が減少するのを可及的に抑制して、各軸受隙間に安定して潤滑油を循環供給することができる。この場合、完成品としてのハウジング部１７は、ベース樹脂および炭素繊維を含有するが、ウレタン樹脂を全く含有しないものとなる。
図６は、本発明の第３実施形態に係る流体軸受装置２１を示している。この実施形態において、シール部２３は、ハウジング部２７の側部２７ａと別体に形成され、ハウジング部２７の上端部内周に接着、圧入、あるいは溶着等の手段により固定される。また、ハウジング部２７の底部２７ｂは、ハウジング部２７の側部２７ａと一体に樹脂材料で型成形され、有底円筒状の形態を成している。ここで、固定部材は、ハウジング部２７とスリーブ部８、およびシール部２３とで構成される。なお、これ以外の構成は、第２実施形態に準じるので説明を省略する。
この実施形態において、ハウジング部２７は、側部２７ａと底部２７ｂとの一体成形品であって、かつウレタン樹脂を含まない結着材を使用して切断し、細分化された炭素繊維を配合した樹脂組成物で形成される。これにより、細分化された炭素繊維と共に結着材をなす樹脂が樹脂組成物に混入した場合であっても、ハウジング部２７の成形表面に露出した炭素繊維の周囲から、エステル系潤滑油が内部に浸入していく事態を極力避けることができる。そのため、例えばシール空間Ｓ内に維持されるべき油面の低下など、流体軸受装置２１内部に充填された潤滑油の油量が減少するのを可及的に抑制して、各軸受隙間に安定して潤滑油を循環供給することができる。この場合、完成品としてのハウジング部２７は、ベース樹脂および炭素繊維を含有するが、ウレタン樹脂を全く含有しないものとなる。
なお、以上の実施形態（第１〜第３実施形態）では、ハウジング部７と、ハウジング部７の内周に収容されるスリーブ部８とを別体とした場合を説明したが、これらハウジング部７とスリーブ部８とを一体化することもできる（ハウジング部１７、２７の場合も同様）。また、上記動圧発生部は、ハウジング部７やスリーブ部８など固定部材の側に設ける他、これらに対向する回転部材３の側に設けることもできる。
また、以上の実施形態では、樹脂部材としてのハウジング部７、１７、２７を、ＰＰＳをベース樹脂とする樹脂組成物で形成した場合を説明したが、上記エステル系潤滑油に対する高い耐油性（低吸油性）を有する限り、他の樹脂も使用することができる。その中でも、例えばＬＣＰ（液晶ポリマー）やＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＡ（ポリアミド）、ＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の結晶性樹脂は、固化時のアウトガス発生量や吸水量を低く抑えることができ、さらには、高い耐熱性を有するため、流体軸受装置１の樹脂構成部品用として好適に使用可能である。また、炭素繊維だけでなく、金属繊維やガラス繊維、ウィスカ等の無機物、カーボンブラック等の導電付与部材、あるいはグラファイト等の固体潤滑剤など、構成部品により必要とされる機能や特性に応じて、種々の充填材を２種以上充填することも可能である。
また、以上の実施形態では、炭素繊維が配合され、かつウレタン樹脂を含まない樹脂組成物からなる樹脂部材としてハウジング部７、１７、２７を例示したが、特にこの部材に限るものではない。例えばハウジング部７、１７、２７に代えて、スリーブ部８や蓋部材１０、底部１７ｂ、あるいはシール部１３、２３など、エステル系潤滑油に接触する箇所を有する部材であれば、上記樹脂組成物で形成することもできる（本発明を適用できる）。また固定部材に限らず、回転部材３を構成する部品、例えば軸部２、１２やフランジ部２ｂ、１２ｂ、あるいはハブ部９を上記樹脂成形品とすることも可能である。
また、以上の実施形態（第１〜第３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流体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２（あるいは軸部１２）の外周面２ａとの間に、くさび状の径方向隙間（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スリーブ部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軸部２の真円状外周面２ａ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（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。
本発明の効果を実証するため、異なる結着材を用いて、あるいは結着材を用いることなく細分化した複数の炭素繊維を配合してなる樹脂組成物について、流体軸受装置用ハウジングに要求される耐吸油性に対する評価を行った。
具体的には、図７に示す組成の樹脂組成物で図６に示すハウジング部２７を形成し、これを備えた流体軸受装置２１におけるシール空間Ｓ中の油面低下量を測定することで、樹脂製ハウジング部の耐吸油性を評価した。測定開始時より１０日経過後の油面低下量が０．０３ｍｍ以下であって、かつその後（ここでは２０日経過後）に油面の低下傾向を示さない場合に、耐吸油性を満足するものとする。ここで、ベース樹脂には、ＰＰＳやＬＣＰなど５種類の熱可塑性樹脂を使用した。充填材としての炭素繊維には、結着材としてエポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂をそれぞれ用いたものと、結着材を使わずに細分化したものとを使用した。また、何れの樹脂組成物にも、導電性付与物質として、カーボンブラックを所定量配合している。
図７に実験結果を示す。比較例１〜３のように、結着材にウレタン樹脂を使用した炭素繊維を配合したものに関しては、使用するベース樹脂の種類によらず、十分な耐油性（耐吸油性）を得ることができなかった。これに対して、実施例３〜６のように、結着材にウレタン樹脂以外の樹脂を使用した炭素繊維を配合したものに関しては、何れも優れた耐油性を示した。また、実施例１や２のように、結着材を使用しない場合も、高い耐油性を示した。
１、１１、２１ 流体軸受装置
２、１２ 軸部
３ 回転部材
７、１７、２７ ハウジング部
７ａ スラスト軸受面
７ａ１ 動圧溝
８ スリーブ部
９ ハブ部
１０ 蓋部材
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
２、１２ 軸部
３ 回転部材
７、１７、２７ ハウジング部
７ａ スラスト軸受面
７ａ１ 動圧溝
８ スリーブ部
９ ハブ部
１０ 蓋部材
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
Claims (2)
- 固定部材と、回転部材と、エステル系潤滑油と、エステル系潤滑油で満たされるラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間と、ラジアル軸受隙間に生じるエステル系潤滑油の油膜で回転部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、スラスト軸受隙間に生じるエステル系潤滑油の油膜で回転部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部と、固定部材と回転部材との間に形成されるシール空間とを備え、エステル系潤滑油の油面がシール空間内に維持され、固定部材と回転部材の少なくとも何れか一方が樹脂部材を有する動圧軸受装置において、
樹脂部材は、相対回転する他方の部材との間に、ラジアル軸受隙間、スラスト軸受隙間、又はシール空間を形成するハウジングで、
ハウジングを、ＰＰＳ、ＬＣＰ、ＰＥＥＫ、及びＰＰＳＵからなる群の中から選択される１つの熱可塑性樹脂をベース樹脂とし、このベース樹脂に炭素繊維と、炭素繊維の結着材とを配合した樹脂組成物の射出成形で形成することで、
ハウジングには、繊維長が０．５ｍｍ以下でアスペクト比６．５以上の炭素繊維が５ｖｏｌ％以上かつ３５ｖｏｌ％以下の割合で配合されると共に、炭素繊維の周囲に、結着材として使用されたエポキシ樹脂あるいはナイロン樹脂が、ベース樹脂に比べて豊富に含まれることを特徴とする動圧軸受装置。 - 樹脂組成物は、ＰＰＳをベース樹脂として含む請求項１記載の動圧軸受装置。
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