JP5274902B2 - 流体軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体軸受装置に関する。

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。

例えば、スピンドルモータ用の流体軸受装置は、軸受スリーブと、軸受スリーブの内周に挿入され、軸受スリーブに対して相対回転する軸部材とを備える。軸部材としては、軸部の一端にフランジ部を有するものが使用される場合が多く、この場合、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、フランジ部の少なくとも一方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隙間が形成される。このフランジ付軸部材としては、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した一体タイプと、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した別体タイプとがある。

一体タイプのフランジ付軸部材は、軸部とフランジ部との間に高い締結強度を確保し得る反面、その製作に際しては専用の加工設備が必要で、コスト高が顕著になる。そのため、近時においては、フランジ付軸部材を別体タイプとする場合がある。別体タイプのフランジ付軸部材としては種々のものが公知であるが、例えば特許第３７７４０８０号公報（特許文献１）には、軸部とフランジ部とを溶接によって一体化した構成が開示されている。
特許第３７７４０８０号公報

上記のように、軸部とフランジ部とを溶接すれば、両者間に高い締結強度を確保することができる。しかしながら、例えば、円環状のフランジ部に軸部の一端を嵌合し、その嵌合部を溶接する場合には、溶接時に生成される金属粒等の溶解物が、軸受隙間を形成する一方の面となる軸部の外周面やフランジ部の端面に飛散・付着する可能性が高い。また、溶接部が軸受隙間に隣接した部位に形成されることから、その形状に格別の配慮を払う必要がある。これらの問題は、溶接作業に様々な工夫を凝らすことにより、またあるいは溶接後に別途の仕上げ加工を施すことによって解消することが可能であるが、加工コストが高騰するという問題が生じる。

本発明の課題は、高精度かつ高強度なフランジ付軸部材を低コストに製造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、軸部の一端にフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周面で形成されるラジアル軸受隙間と、フランジ部の端面で形成されるスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、フランジ部は、その両端面に開口した軸方向の貫通孔を有する円環状をなし、かつ、その両端面のうちラジアル軸受隙間に近い側の端面を軸部の一端面に接触させた状態でそのラジアル軸受隙間に近い側の端部内周に形成された溶接部により、軸部に対して溶接固定されていることを特徴とする流体軸受装置を提供する。

上記のように、円環状をなすフランジ部の軸部側一端内周に、軸部とフランジ部を溶接固定した溶接部を有するので、溶接時に生成された金属粒等の溶解物が飛散し、これが軸部の外周面やフランジ部の端面に付着する事態を効果的に抑制あるいは防止することができる。また、溶接部は、円環状をなすフランジ部の内周に形成されるので、その形成態様が軸受隙間の精度に影響を及ぼすこともない。従って、溶接作業に様々な工夫を凝らしたり、別途の仕上げ加工を施したりすることなく、高精度かつ高強度なフランジ付軸部材を製造することができるので、軸部材の製造コストを低廉化することができる。

前述のように、円環状のフランジ部に軸部の一端を嵌合した後、両者の嵌合部を溶接する構成では、溶接後の軸部とフランジ部の直角度が嵌合面（圧入面）の加工精度に依存することとなる。そのため、軸部とフランジ部とを固定（溶接）する際、ラジアル軸受隙間を形成する一方の面となる軸部の外周面のみならずフランジ部の内周面も予め高精度に仕上げておく必要が生じ、加工コストの増大を招く。そこで本発明では、軸部とフランジ部を、両者の端面を接触させた端面接触の状態で溶接部を形成する構成を提供する。かかる構成とすれば、軸部とフランジ部の間の直角度は、溶接時に使用する治具で管理することができるため、高精度な軸部材を低コストに量産することができ、望ましい。

上記の効果を奏し得る構成の他例として、軸部に調心面を設け、この調心面をフランジ部の内周縁部（厳密には、軸部側一端の内周縁部）に当接させることが、またあるいは、フランジ部の内周縁部（軸部側一端の内周縁部）に調心面を設け、この調心面に軸部を当接させることが考えられる。これらの構成では、フランジ部が軸部に対して首振り揺動可能となるから、両者間の芯出しを一層容易にかつ精度良く行うことができる。なお、調心面の形態としては、相手側部材に向かって漸次縮径したテーパ面、あるいは凸曲面を挙げることができる。

以上で述べた溶接部は、フランジ部の内周にレーザを照射することで形成することができる。一般に、フランジ部の外径は５〜１０ｍｍ程度、内径は１〜２ｍｍ程度とされるため、その他の溶接方法では溶接部を精度良く形成するのが困難であるが、レーザ溶接であれば微小な溶接部も精度良く形成することができる。

また溶接部は、フランジ部の内周面の軸部側一端に設けた突起にレーザを照射することで形成することができる。このようにすれば、フランジ部内周面の溶融範囲が限定的になるため、フランジ部への熱影響を最小限に抑えて、その変形を効果的に防止することができる。従って、フランジ部の変形に起因した溶接後の仕上げ加工を省略することができ、望ましい。

溶接部は、フランジ部の内周の円周方向で全周に亘って形成しても良いし、フランジ部の内周の円周方向で断続的に形成しても良い。前者の構成とすれば、後者の構成に比べ両者の締結強度が高まるというメリットがあり、後者の構成とすれば、前者の構成に比べ、溶接時の熱影響に伴うフランジ部の変形可能性を減じることができるというメリットがある。

本発明に係る流体軸受装置は以上の特徴を有するものであるから、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ、例えばディスク装置用のスピンドルモータに組み込んで好適に使用可能である。

以上に示すように、本発明によれば、高精度かつ高強度なフランジ付軸部材を低コストに製造することができる。これにより高い回転精度を長期に亘って維持可能な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（図示例は２枚）保持される。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およびディスク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、黄銅等の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（Ａ）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てなる円筒状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。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の下側端面８ｂには、図３（Ｂ）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環状領域が形成される。なお、動圧溝（スラスト動圧発生部）は、後述するフランジ部２２のスラスト軸受面Ｂに形成することもでき、またその形状は、ヘリングボーン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。また、軸受スリーブ８の上側端面８ｄには、円環溝８ｄ１と、円環溝８ｄ１の内径側に接続された１又は複数本の径方向溝８ｄ２が形成される。

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。この蓋部材９の上側端面９ａには、図示は省略するが、スラスト動圧発生部として、複数の動圧溝をスパイラル形状あるいはヘリングボーン形状に配列した環状領域が形成される。動圧溝は、後述するフランジ部２２のスラスト軸受面Ｃに形成してもよい。

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円環状に形成され、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。シール部材１０の下側端面１０ｂの外径側には、径方向溝１０ｂ１が一又は複数本形成される。

軸部材２は、軸部２１と、軸部２１の下端から外径側に突出したフランジ部２２とからなる。軸部２１は高剛性の金属材料、本実施形態ではステンレス鋼で中実軸に形成され、フランジ部２２は同じくステンレス鋼で円環状に形成される。詳細は後述するが、フランジ部２２はその内周、より厳密にはその上端内周に形成された溶接部２３によって軸部２１に対して溶接固定されている。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。

フランジ部２２の上側端面２２ａには、軸受スリーブ８の下側端面８ｂに設けた動圧溝８ｂ１形成領域とスラスト方向に対向するスラスト軸受面Ｂが設けられ、また、下側端面２２ｂには、蓋部材９の上側端面９ａに設けた動圧溝形成領域とスラスト方向に対向するスラスト軸受面Ｃが設けられる。両スラスト軸受面Ｂ，Ｃは、動圧溝等のない平滑な平坦面とされる。

流体軸受装置１は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。また、この際、フランジ部２２の内周面２２ｃと軸部２１の下端面２１ｃで形成される空間も潤滑油で満たされる。

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。

また、軸部材２の回転時には、上述のように、シール空間Ｓが、ハウジング７の内部側に向かって漸次縮小したテーパ形状を呈しているため、シール空間Ｓ内の潤滑油は毛細管力による引き込み作用により、シール空間が狭くなる方向、すなわちハウジング７の内部側に向けて引き込まれる。これにより、ハウジング７の内部からの潤滑油の漏れ出しが効果的に防止される。

また、上述したように、上側の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍ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。そのため、軸部材２の回転時、動圧溝８ａ１による潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は上側領域が下側領域に比べて相対的に大きくなる。そして、この引き込み力の差圧によって、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２１の外周面２１ａとの間の隙間に満たされた潤滑油は下方に流動し、軸受スリーブ８の下側端面８ｂとフランジ部２２の上側端面２２ａとの間の隙間→軸受スリーブ８の軸方向溝８ｃ１によって形成される流体通路→シール部材１０の径方向溝１０ｂ１によって形成される流体通路→軸受スリーブ８の円環溝８ｄ１および径方向溝８ｄ２によって形成される流体通路という経路を循環して、第１ラジアル軸受部Ｒ１のラジアル軸受隙間に再び引き込まれる。

このように、潤滑油がハウジング７の内部空間を流動循環するように構成することで、潤滑油の圧力バランスが保たれると同時に、局部的な負圧の発生に伴う気泡の生成、気泡の生成に起因する潤滑油の漏れや振動の発生等の問題を解消することができる。上記の循環経路には、シール空間Ｓが連通しているので、何らかの理由で潤滑油中に気泡が混入した場合でも、気泡が潤滑油に伴って循環する際にシール空間Ｓ内の潤滑油の油面（気液界面）から外気に排出される。従って、気泡による悪影響はより一層効果的に防止される。

以下、上記軸部材２の製造方法について詳述する。

図４〜図６は、上記軸部材２の製造工程、より詳細には、軸部２１とフランジ部２２をレーザ溶接する工程を示す要部拡大断面図である。図４および図５に示す製造装置は、例えばボルト等で基台上に固定された下型３１と、下型３１の上方に配置され、適当な駆動手段によって下型３１に対して相対移動可能に設けられた中間型３２および上型３３と、レーザ３５を照射する図示しないレーザ照射装置とで主要部が構成される。下型３１の内周には、軸部２１の上端面２１ｄを支持する軸支持部材３４と、バネ等の弾性体からなる弾性部材３６とが配設され、軸支持部材３４は、その下端を弾性部材３６によって弾性支持されることにより、下型３１に対して相対スライド可能とされている。軸支持部材３４は、外径側に張り出した鍔部３４ａを下端に有し、図４に示す各型３１〜３３が原点位置にある状態では、鍔部３４ａが下型３１の下方に設けられた段差面３１ｃと軸方向に係合することにより、上方への変位が規制されている。

下型３１は、軸部２１を保持する保持孔３１ａを有する。保持孔３１ａは、軸部２１ががたつかず、かつラジアル軸受面Ａが損傷しない程度、換言すると軸部２１を軽圧入し得る程度の内径寸法に設定される。図４に示す状態において、保持孔３１ａの軸方向寸法（下型３１の上端面３１ｂと軸支持部材３４の上端面との離間距離）は、軸部２１の全長寸法よりも所定量短い寸法に設定される。従って、図４にも示すように、軸部２１を保持孔３１ａに挿入すると、軸部２１は半径方向に拘束されると共にその下端面２１ｃが下型３１の上端面３１ｂよりも所定量上方に突出する。

中間型３２は円環状に形成され、その内周面３２ａでフランジ部２２の外周面を拘束することにより、フランジ部２２の半径方向移動を規制する。

上型３３は、下型３１の上端面３１ｂと協働してフランジ部２２の両端面を拘束する拘束面３３ａと、レーザ３５の入射口となる貫通孔３３ｂとを有する。ここで、図５からも明らかなように、拘束面３３ａの幅は、フランジ部２２の下側端面２２ｂの幅よりも所定量小さく設定されている。これは、上型３３の拘束面３３ａでフランジ部２２の下側端面２２ｂの全面を押さえてしまうと、フランジ部２２の下側端面２２ｂが上型３３の拘束面３３ａに倣い、軸部２１とフランジ部２２の固定精度が悪化するおそれがあるためである。

ところで、この種のフランジ付軸部材では、軸部２１の外周面２１ａ（ラジアル軸受面Ａ）に対するフランジ部２２の上側端面２２ａ（スラスト軸受面Ｂ）の直角度が軸受性能を大きく左右する。そのため、これら軸受面間における所定の直角度を確保すべく、下型３１の保持孔３１ａ（の内壁面）に対する上端面３１ｂの直角度は十分に高められている。

レーザ照射装置には、ＹＡＧレーザ、炭酸ガスレーザ、半導体レーザ、ファイバレーザ等、公知の各種レーザを使用可能である。これらのうち、照射されるレーザ３５のビーム品質や経済性、さらには溶接強度や溶接容易性等を考慮するとＹＡＧレーザや炭酸ガスレーザが好適である。レーザ３５の照射方式としては、連続式またはパルス式の何れであっても良い。

なお、図示は省略しているが、例えば、レーザ照射装置と上型３３との間にレーザ３５のビーム径を調整するための凹レンズや凸レンズを有するビーム径調整手段を配設することも可能である。また同様に図示は省略しているが、溶接作業中に溶接部２３近傍が酸化するのを防止するため、周囲の空気を遮断するためのアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスを吹き付けるシールドガス噴射装置を配設するのが望ましい。

以上の構成からなる装置において、まず、図４に示すように、下型３１の保持孔３１ａに軸部２１を挿入する。次いで、図５に示すように、軸部２１の下端面２１ｃ上にフランジ部２２を載置した後、上型３３を下方に移動させて上型３３の拘束面３３ａをフランジ部２２の下側端面２２ｂに当接させる。さらに上型３３を下方に移動させ、フランジ部２２の上側端面２２ａを軸部２１の下端面２１ｃに当接させると、上型３３の拘束面３３ａと下型３１の上端面３１ｂとでフランジ部２２の両端面２２ａ，２２ｂが拘束される。このとき、弾性部材３６が圧縮変形することにより、軸部２１の下端面２１ｃは適当な圧迫力でもってフランジ部２２の上側端面２２ａに当接する。なお、上述のとおり、下型３１の内周面（保持孔３１ａの内壁面）と上端面３１ｂとの間では所定の直角度が確保されていることから、軸部２１の下端面２１ｃおよびフランジ部２２の上側端面２２ａの精度を十分に高めておけば、フランジ部２２の上側端面２２ａが軸部２１の下端面２１ｃに当接した時点で、軸部２１のラジアル軸受面Ａとフランジ部２２のスラスト軸受面Ｂとの間では所定の直角度が確保される。

下型３１の上端面３１ｂと上型３３の拘束面３３ａとでフランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂを拘束するのと並行して（あるいは拘束した後）、中間型３２の内周面３２ａでフランジ部２２の外周面を拘束する。これにより、フランジ部２２は、軸方向および径方向の双方に対してその動きを規制される。なお、フランジ部２２の拘束後、各型３１〜３３は、例えば図示しない固定ボルト等で共締めされることにより、溶接中に移動しないようにされている。

そして、図５および図６（Ａ）にも示すように、図示しないレーザ照射装置から上型３３の貫通孔３３ｂおよびフランジ部２２の孔を通過させるようにしてフランジ部２２の上端内周にレーザ３５を照射する。かかる態様でレーザ３５が照射されると、フランジ部２２の上端内周とこれに隣接する軸部２１の下端とが溶融、接合し、図６（Ｂ）に示すように、フランジ部２２を軸部２１の下端面２１ｃに溶接固定してなる溶接部２３が形成される。なお、本実施形態では、レーザ３５を円周方向で連続的に照射することによって、フランジ部２２の内周の全周に亘って溶接部２３が形成される。

そして、所定の溶接部２３を形成した後、上型３３および中間型３２を原点復帰させ、軸部２１を下型３１の保持孔３１ａから取り出すと、図２に示す完成品としての軸部材２が得られる。

以上に示すように、円環状をなすフランジ部２２の上端内周に、軸部２１とフランジ部２２を固定する溶接部２３を形成するようにすれば、溶接時に生成された金属粒等の溶解物が飛散し、これがラジアル軸受隙間を形成する一方の面となる軸部２１の外周面２１ａ（ラジアル軸受面Ａ）や、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する一方の面となるフランジ部２２の上側端面２２ａ（スラスト軸受面Ｂ）に付着する事態を確実に防止することができる。また、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する一方の面となるフランジ部２２の下側端面２２ｂ（スラスト軸受面Ｃ）に付着する事態を可及的に防止することができる。また、溶接部２３は、フランジ部２２の内周に形成されるので、その形成態様が軸受隙間（ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間）の精度に影響を及ぼすこともない。従って、溶接後に別途の仕上げ加工を施すことなく、高精度かつ高強度な軸部材２を低コストに製造することができる。

上記のように、フランジ部２２を円環状に形成した場合、フランジ部２２の内周に軸部２１の一端を嵌合した後、両者の嵌合部を溶接することも可能である。しかしながら、かかる構成とすると、溶接後の軸部２１とフランジ部２２の直角度が嵌合面（軸部２１の外周面２１ａおよびフランジ部２２の内周面２２ｃ）の加工精度に依存することとなる。そのため、軸部２１の外周面２１ａやフランジ部２２の内周面２２ｃを予め高精度に仕上げておく必要が生じ、加工コストの増大を招く。これに対し、本発明のように、軸部２１の端面２１ｃとフランジ部２２の上側端面２２ａを接触させた端面接触の状態で両者を溶接すれば、軸部２１とフランジ部２２の間の直角度は、溶接時に用いた各型３１〜３３で管理することができるため、加工コストの増大を抑制することができる。

また、モータの組立時には軸部２１の上端にディスクハブ３（図１を参照）が固定されるが、このときに軸部２１とフランジ部２２の間の締結強度が不十分だと、ディスクハブ３固定時の加圧力によって軸部２１とフランジ部２２が分離してしまうおそれがある。このような不具合を、フランジ部２２の内周に軸部２１の下端を嵌合すると共に、両者の嵌合部を溶接した構成で回避するには、フランジ部２２の孔の両端部に溶接部を形成する必要が生じ、溶接作業の手間が増大する。これに対し、本発明のように軸部２１とフランジ部２２を端面接触の状態（軸方向に係合させた状態）で溶接すれば、ディスクハブ３固定時の加圧力に対しては、軸部２１の下端面２１ｃがフランジ部２２の上側端面２２ａと軸方向に係合することによって抵抗する。従って、溶接部２３は、軸方向の一箇所のみに形成すれば足りるため、この点からも加工コストの増大を抑制することができる。

また、軸部２１をフランジ部２２の内周に嵌合するとなると、その分軸部２１の全長寸法を長大化する必要が生じ、軸部材２の材料費の増大や軸部材２の重量化を招く。これに対し、本発明のように軸部２１とフランジ部２２とを端面接触の状態で溶接すれば、軸部２１の全長を短縮しても軸部材２として必要な全長寸法を確保することができる。従って、軸部材２の材料費の低減および軽量化を図ることができ、流体軸受装置１の高回転精度化や高速回転化に寄与することができる。

また、溶接部２３は、レーザ３５を照射することで形成されたものであるから、微小な溶接部２３を精度良く形成することができる。特に本実施形態では、フランジ部２２の両端面２２ａ，２２ｂを拘束した状態でレーザ３５を照射することによって溶接部２３を形成したので、レーザ３５の照射に伴う熱影響により、フランジ部２２に反り等の変形が生じるのを効果的に防止することができる。

本実施形態では、軸部２１およびフランジ部２２の双方をステンレス鋼で形成したが、レーザ溶接であれば、異種金属間においても高い締結強度を確保することができる。そのため、軸部材２に必要とされる強度を確保し得る限りにおいて、軸部２１とフランジ部２２の形成材料は相互に異ならせることも可能である。例えば、軸部２１をステンレス鋼で形成する一方、フランジ部２３を黄銅等で形成することができる。

なお、上記の実施形態では、フランジ部２２内周の全周に亘って溶接部２３を形成する構成としたが、軸部２１とフランジ部２２との間に所定の締結強度を確保することができるのであれば、溶接部２３は全周に亘って形成する必要はなく、円周方向で断続的に形成することもできる。このようにすれば、レーザ３５照射時の熱影響によるフランジ部２２の変形可能性を減じることができる。

以上では、内径寸法が全長に亘って一定のフランジ部２２を用いた構成について説明を行ったが、フランジ部２２の形態は上記のものに限定されない。例えば、図７（Ａ）に示すように、内周面２２ｃの上端部（軸部２１側の端部）に、内径側に突出する環状の突起２２ｄが設けられたフランジ部２２を用いることもできる。この突起２２ｄは、フランジ部２２の上側端面２２ａを軸部２１の下端面２１ｃに当接させた状態で、その上側端面（軸部２１側の端面）が軸部２１の下端面２１ｃと当接するように、フランジ部２２の上側端面２２ａと面一に設けられている。

かかる構成のフランジ部２２を用いた場合、溶接部２３は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、突起２２ｄにレーザ３５を照射することで形成することができる。このようにすれば、フランジ部２２の内周面２２ｃの溶融範囲が限定的になるため、フランジ部２２への熱影響を最小限に抑えて、その変形を一層効果的に防止することができる。

なお、突起２２ｄの大きさは、形成される溶接部２３の大きさ、すなわち軸部２１とフランジ部２２の間の溶接強度を直接左右するものであるが、あまりに大きいとレーザ３５照射時に生成された金属粒等の溶解物がフランジ部２２の下側端面２２ｂに付着するようにして飛散するおそれがあり、あまりに小さいと所望の締結強度（溶接強度）を確保できないおそれがある。そのため、突起２２ｄの大きさは、上記の問題が生じない範囲内で、要求品質に応じて適宜設定すれば良い。この突起２２ｄは、例えば、フランジ部２２をプレス成形や鍛造成形するのと同時に一体的に形成される。

以上、本発明に係る流体軸受装置の一実施形態について説明を行ったが、本発明は、上記の流体軸受装置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、重複説明を省略する。

図８は、本発明に係る流体軸受装置１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１が、図２に示すものと異なる主な点は、フランジ部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９は、本発明に係る流体軸受装置１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１では、軸部材２が、軸受スリーブ８の上方に位置する第２のフランジ部４２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４２と軸受スリーブ８の上側端面８ｄとの間に設けられる点、および両フランジ部２２，４２の外周面２２ｅ，４２ｅが、ハウジング７の内周面７ａとの間にシール空間Ｓを形成する点で、上述した実施形態と構成を異にする。このように２つのフランジ部２２，４２を軸部２１に設けた軸部材２を用いる場合であっても、軸部２１と、軸部２１の下端に設けたフランジ部２２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。

図１０は、本発明に係る流体軸受装置１の第４実施形態を示すもので、図２に示す流体軸受装置１の変形例である。同図に示す流体軸受装置１では、軸部材２を構成する軸部２１の下端面２１ｃが調心面２４として機能する凸曲面に形成され、この凸曲面をフランジ部２２の上端内周縁部に係合させた状態でフランジ部２２の上端内周に形成した溶接部２３で軸部２１とフランジ部２２とが固定されている。このような構成とすれば、フランジ部２２が軸部２１に対して首振り揺動可能となる。そのため、図４および図５に示すような製造装置（治具）で軸部２１に対するフランジ部２２の姿勢を拘束する場合には、両者間の芯出しを容易にかつ精度良く行って、高精度かつ高強度な軸部材２を一層容易に製造することができる。

なお、必ずしも軸部２１の下端面２１ｃ全体を凸曲面に形成する必要はなく、例えば図１１に示すように、フランジ部２２の孔の上端と係合する部分にのみ形成するようにしても良い。このとき、軸部２１の下端に、下方に向かって延びる小径部２１ｄを形成しておいても良い。かかる構成とすれば、フランジ部２２の内周に形成される空間の容積を減じることができ、流体軸受装置１の内部空間に充満させる油量を減じることができる。

図１２は、本発明に係る流体軸受装置１の第５実施形態を示すもので、図２に示す流体軸受装置１の変形例である。同図に示す流体軸受装置１では、フランジ部２２の上端内周縁部２２ｅが調心面２４として機能する凸曲面に形成され、この上端内周縁部２２ｅ（調心面２４）に軸部２１の下端を当接させた状態でフランジ部２２の内周上端に溶接部２３が形成されている。このような構成とした場合であっても、図１０および図１１に示す実施形態と同様に、フランジ部２２が軸部２１に対して首振り揺動可能となるので、図４および図５に示すような製造装置（治具）で軸部２１に対するフランジ部２２の姿勢を拘束する場合には、両者間の芯出しを容易にかつ精度良く行って、高精度かつ高強度な軸部材２を一層容易に製造することができる。

軸部２１あるいはフランジ部２２に設けた調心面２４は、凸曲面で構成する他、相手側の部材に向かって漸次縮径するテーパ面で構成することも可能である。また、このように、軸部２１あるいはフランジ部２２に調心面２４を設けた構成を、図８および図９に示す流体軸受装置１（軸部材２）に適用することももちろん可能である。さらに、軸部２１の調心面２４に対して、図７（Ａ）に示す上端内周に突起２２ｄを有するフランジ部２２を溶接固定することももちろん可能である（以上、何れも図示は省略）。

また、以上で説明を行った流体軸受装置１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１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および図１０に示す流体軸受装置１にあっては、さらに、蓋部材９又はシール部材１０の何れか一方をハウジング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。

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。 （Ａ）図は軸受スリーブの断面図、（Ｂ）図は軸受スリーブの下側端面を示す図である。 軸部材の製造工程を概念的に示す断面図である。 軸部材の製造工程を概念的に示す断面図である。 （Ａ）図は図５の要部拡大断面図、（Ｂ）図は溶接部形成後における軸部材の要部拡大断面図である。 （Ａ）図は別構成のフランジ部を用いた場合における図５の要部拡大断面図、（Ｂ）図は（Ａ）図に示すフランジ部を用いた場合の溶接部形成後における軸部材の要部拡大断面図である。 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。 本発明に係る流体軸受装置の第４実施形態を示す断面図である。 図１０に示す流体軸受装置の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の第５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
８ 軸受スリーブ
２１ 軸部
２１ｃ 下端面
２２ フランジ部
２２ａ 上側端面
２２ｃ 内周面
２２ｄ 突起
２３ 溶接部
２４ 調心面
３５ レーザ
Ａ ラジアル軸受面
Ｂ、Ｃ スラスト軸受面
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部

Claims (5)

1. 軸部の一端にフランジ部を有する軸部材と、軸部の外周面で形成されるラジアル軸受隙間と、フランジ部の端面で形成されるスラスト軸受隙間とを備える流体軸受装置において、
   フランジ部は、その両端面に開口した軸方向の貫通孔を有する円環状をなし、かつ、その両端面のうちラジアル軸受隙間に近い側の端面を軸部の一端面に接触させた状態でそのラジアル軸受隙間に近い側の端部内周に形成された溶接部により、軸部に対して溶接固定されていることを特徴とする流体軸受装置。
2. 溶接部が、フランジ部のうち、ラジアル軸受隙間に近い側の端部内周にレーザを照射することで形成された請求項１記載の流体軸受装置。
3. 溶接部が、フランジ部の内周面のうち、ラジアル軸受隙間に近い側の端部に設けた突起にレーザを照射することで形成された請求項１記載の流体軸受装置。
4. 溶接部が環状に形成された請求項１記載の流体軸受装置。
5. 溶接部が、円周方向で断続的に形成された請求項１記載の流体軸受装置。

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