JP5762837B2 - 流体動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体動圧軸受装置の改良に関し、特に、いわゆる軸固定型の流体動圧軸受装置の改良に関する。

流体動圧軸受装置は、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、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク駆動装置やＣＤ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク等の光ディスク駆動装置等に組み込まれるスピンドルモータ用の軸受装置として好適に使用されている。この種の流体動圧軸受装置は、ディスクハブ等の回転部材に軸部材が設けられるいわゆる軸回転型と、モータベース等の静止部材に軸部材が設けられるいわゆる軸固定型とに大別され、要求特性等に応じて適宜使い分けられている。

近年のＨＤＤの大容量化に伴ってディスクハブに搭載されるディスク枚数が増加する傾向にあり、これに伴う回転体（ディスクハブ、ディスク、ロータマグネット等を含む）重量の増大によっても、回転体を所望の精度で支持することができる流体動圧軸受装置が求められている。この点、軸固定型の流体動圧軸受装置では、軸回転型の流体動圧軸受装置に比べて回転体の重心とラジアル軸受部の中心とを近接配置させることができる分、回転精度を容易に高め得る。そのため、特に高回転精度を要求されるＨＤＤに組み込まれるスピンドルモータにおいては、軸固定型の流体動圧軸受装置が重用される傾向にある。

公知の軸固定型の流体動圧軸受装置として、例えば以下に示す特許文献１に記載されているものがある。詳しくは、同文献の図２に記載されているように、軸部材と、軸部材の外径側に配置される回転部材と、軸部材の外周面と回転部材の内周面との間に形成されるラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備え、軸部材の一端を大気に接するように軸受外部に突出させ、この突出部に静止部材としてのモータベースを固定してなるものである。

特開２００９−１５０４１０号公報

上記構成の流体動圧軸受装置において、所期の軸受性能（回転支持能力）を安定的に発揮させ、かつそれを維持可能とするには、少なくともラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たす必要がある。これを実現するためには、例えば、特許文献１の図２に記載された構成（具体的には、回転部材を、軸部材を内周に挿入した円筒状のスリーブ部と、ディスク搭載面を有し、スリーブ部を内周に固定したハブ部とを備えるもの）において、スリーブ部を焼結金属等の多孔質体で形成することが考えられる。すなわち、このような構成によれば、スリーブ部の内部気孔で保持された潤滑油が内周面の表面開孔を通じてラジアル軸受隙間に次々と滲み出すため、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たすことができるものと期待される。

しかしながら、特許文献１に記載された流体動圧軸受装置では、スリーブ部が回転部材に設けられる関係上、回転部材が回転するのに伴って、スリーブ部の内部気孔に保持された潤滑油に遠心力が作用する。そのため、スリーブ部の内周面で形成されるラジアル軸受隙間に潤滑油が円滑に滲み出し難く、ラジアル軸受隙間を必要十分量の潤滑油で満たすことが難しい。

このような実情に鑑み、本発明の目的は、いわゆる軸固定型の流体動圧軸受装置において、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たし、ラジアル軸受部の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮可能とすることにある。

上記目的を達成するために創案された本発明に係る流体動圧軸受装置は、静止部材に固定される軸部材と、軸部材の外周に配置された回転部材と、軸部材の外周面と回転部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備え、軸部材が少なくともその一端に、軸受外部に突設されて外表面が大気に接する軸方向に幅を持った突出部を有し、この突出部に静止部材が固定されるものにおいて、軸部材を多孔質体で形成すると共に、回転部材を非多孔質体で形成し、軸部材のうち、少なくとも突出部の内部気孔を、該内部気孔に含浸させた封孔材を硬化させることにより封止したことを特徴とする。

このように、静止側とされる軸部材を多孔質体で形成したことにより、回転部材の回転中は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用により、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油がラジアル軸受隙間の一部領域に集められて正圧を生じ、この正圧部分で潤滑油が多孔質の軸部材内に還流する。これと並行して軸部材の外周面からラジアル軸受隙間に次々と潤滑油が滲み出すが、この滲み出しは、軸部材が流体動圧軸受装置の静止側を構成する関係上、従来のように遠心力の影響を受けることなくスムーズに行われる。一方、回転部材を非多孔質体（例えば、中実の金属材料や樹脂材料）で形成したことにより、回転部材内部への潤滑油の浸入は効果的に防止される。従って、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たし、ラジアル軸受部の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮することが可能となる。

本発明では、少なくとも一端が大気に接する軸部材を多孔質体で形成した関係上、潤滑油が軸部材の突出部の表面開孔を介して軸受外部に漏れ出すおそれがある。このような潤滑油漏れが生じると、ラジアル軸受隙間を含めた軸受装置の内部空間に介在させるべき潤滑油量が減少して、軸受性能に悪影響が及ぶ。また、当該流体動圧軸受装置をスピンドルモータ（ＨＤＤ）に組み込んだ場合に潤滑油漏れが生じると、ＨＤＤが使用不能になるなどの致命的な不具合を招来する可能性がある。そこで、軸部材のうち、少なくとも突出部の内部気孔を、この内部気孔に含浸させた封孔材を硬化させることにより封止した。これにより、突出部の表面開孔を介しての潤滑油漏れを可及的に防止することが可能となり、上記した各種の問題発生を回避することができる。なお、表面開孔を介しての潤滑油漏れを防止するための手段として、バレル処理や回転サイジング等の目潰し処理を選択することも考えられるが、これらの処理を実行するには大掛かりな設備や金型が必要でコスト増を招来する。これに対して、封孔材を含浸・硬化させることによって内部気孔を封止するようにすれば、大掛かりな設備等を必要とすることなく封孔処理を簡便に実行することができる。

また、軸部材の突出部の内部気孔を封孔材で封止したことにより、突出部は中実材に近似した形態となるので、その強度（剛性）が高められる。これにより、軸部材の取り扱い性（ハンドリング性）が向上する他、軸部材に静止部材を固定する際に、軸部材の一部が欠損等する可能性が効果的に減じられる。また、静止部材の被固定部となる突出部からの潤滑油の滲み出しが可及的に防止される分、軸部材に対する静止部材の固定力が向上する。

多孔質体からなる軸部材には、高密度部と、高密度部よりも低密度に形成された低密度部とを軸方向に隣接して設け、高密度部に突出部を設けることができる。このような構成によれば、軸部材に含浸させた封孔材を毛細管力によって高密度部の側に引き込むことができるので、軸部材のうち、封孔処理を施すべき突出部に対し、封孔処理を適切にかつ簡便に実行することができる。

この場合、低密度部の外表面（外周面）に、回転部材の内周面との間にラジアル軸受隙間を形成するラジアル軸受面を設けることができる。このようにすれば、軸部材の内部気孔に保持された潤滑油を、ラジアル軸受隙間に対して円滑に滲み出させることができる。また、低密度部は、高密度部に比べて軟質で加工性に優れるので、低密度部の外周面に設けたラジアル軸受面には、動圧溝等の動圧発生部を容易にかつ精度良く形成することができる。

多孔質体からなる軸部材は、例えば焼結金属で形成することができる。焼結金属（金属焼結体）は、金属粉の圧粉体を焼結することで得ることができるから、高精度の軸部材を低コストに量産することができる。また、軸部材を焼結金属で形成すれば、例えば、金属粉末を軸方向に圧縮して圧粉体を成形することにより、またこれに加えあるいはこれに替えて、粒径の異なる金属粉末を用いることにより、軸部材に、高密度部と低密度部とを容易に設けることができる。もちろん、軸部材に必要とされる機械的強度等を確保することができるのであれば、焼結金属以外のその他の多孔質体、例えば多孔質セラミックスで軸部材を形成することもできる。

以上の構成において、封孔材としては、封孔処理の過程で軸部材（母材）を溶融等させることなく、かつ流体動圧軸受装置の使用温度範囲内で再溶融しないものであれば、特段の限定なく任意のものを使用することができる。例えば、溶融樹脂、溶融金属、溶融ガラス等を使用することができるが、コスト面や取り扱い性等を考慮すると溶融樹脂が望ましい。さらに溶融樹脂の中でも硬化速度が速く、硬化させる際に大掛かりな装置等を必要としない嫌気性硬化樹脂が特に望ましい。

以上に示した本発明の構成は、例えば、回転部材が、軸方向の両端を開口させた円筒状を呈し、回転部材の一端側および他端側にそれぞれ配置され、軸部材の外周面に固定された第１および第２フランジ部をさらに備え、第１および第２フランジ部の外周面で、潤滑油の油面を保持して回転部材の一端および他端開口をシールするシール隙間をそれぞれ形成した流体動圧軸受装置に好ましく適用することができる。この場合、第１フランジ部の一端面とこれに対向する回転部材の一端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材をスラスト一方向に非接触支持し、第２フランジ部の一端面とこれに対向する回転部材の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材をスラスト他方向に非接触支持することができる。

また、以上に示した本発明の構成は、軸部材の一端および他端に突出部が設けられ、両突出部に静止部材がそれぞれ固定される流体動圧軸受装置、換言すると軸部材が両持ち支持される流体動圧軸受装置に好ましく適用することができる。具体例として、軸部材２の一端にモータベース６ａが固定され、軸部材の他端にモータカバー６ｂが固定される構成を挙げることができる（図１参照）。このようにすれば、軸部材の姿勢が安定するので、流体動圧軸受装置の軸受性能向上を図る上で有利となる。

以上の構成において、回転部材は、ディスク搭載面を有するディスクハブとすることができる。言い換えると、本発明は、高い回転精度を長期間に亘って安定的に発揮可能であることが望まれる電気機器用モータ、例えばＨＤＤ等のディスク駆動装置用スピンドルモータに組み込まれる流体動圧軸受装置に好ましく適用することができる。

以上より、本発明によれば、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たし、ラジアル軸受部の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮することができる軸固定型の流体動圧軸受装置を提供することができる。

スピンドルモータの一構成例を概念的に示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。 （ａ）図は封孔処理が施される前の軸素材の断面図、（ｂ）図は完成品としての軸部材の断面図である。 （ａ）図は第１フランジ部の下側端面を示す図、（ｂ）図は第２フランジ部の上側端面を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る流体動圧軸受装置の要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る流体動圧軸受装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る軸固定型の流体動圧軸受装置１を備えた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、流体動圧軸受装置１と、モータの静止側を構成するモータベース６ａ及びモータカバー６ｂと、モータベース６ａの外周面に取り付けられたステータコイル４と、回転部材３の内周面に取り付けられ、ステータコイル４と半径方向のギャップを介して対向するロータマグネット５とを備える。流体動圧軸受装置１の軸部材２の一端はモータベース６ａに固定され、軸部材２の他端はモータカバー６ｂに固定されている。回転部材３には、磁気ディスク等のディスクＤが複数枚（図示例は３枚）載置・保持されている。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との間の電磁力でロータマグネット５が回転し、それによって、回転部材３およびこれに保持されたディスクＤが一体に回転する。

図２に、本発明の第１実施形態に係る流体動圧軸受装置１を示す。この流体動圧軸受装置１は、図１に示す流体動圧軸受装置１を拡大して示すもので、静止側の軸部材２と、軸部材２の外径側に配置され、ディスクハブとして機能する略円筒状の回転部材３と、回転部材３の一端および他端内周にそれぞれ配置され、軸部材２の外周面２ａに固定された第１および第２フランジ部９，１０とを主要な構成部材として備え、内部空間には潤滑流体としての潤滑油（散点ハッチングで示す）が充填されている。なお、以下では、便宜上、第１フランジ部９が配置された側を上側、その軸方向反対側（第２フランジ部１０が配置された側）を下側として説明を進めるが、流体動圧軸受装置１の使用態様を限定するものではない。

回転部材３は、軸方向の両端が開口し、小径内周面８ａおよび大径内周面８ｂ，８ｂを有する段付円筒状に形成されたスリーブ部８と、ディスクＤ（図１参照）が搭載されるディスク搭載面を有し、内周にスリーブ部８を保持した略円筒状のハブ部７とで構成される。これらハブ部７及びスリーブ部８は、非多孔質の金属材料（溶製材）あるいは樹脂材料で形成される。ハブ部７とスリーブ部８とは相互に異なる材料で形成する（例えば、一方を金属材料で形成し、他方を樹脂材料で形成する）ことも可能であるが、軸受運転時における両者の熱膨張量に差が生じると両者の固定精度、ひいては軸受性能に悪影響が及び易くなることから、線膨張係数が近似する材料で形成するのが望ましい。

スリーブ部８の小径内周面８ａは、動圧発生部等が形成されていない平滑な円筒面に形成され、その軸方向略中間部には、軸部材２の外周面２ａとの間に、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間よりも隙間幅が大きい半径方向隙間を形成する円筒面状の中逃げ部１１が設けられている。このような中逃げ部１１を設けておくことにより、モーメント剛性（モーメント荷重に対する負荷能力）を高めつつ、回転トルクの上昇を抑制することができる。また、スリーブ部８の周方向一又は複数箇所には、スリーブ部８の上側端面（上側の大径内周面８ｂと小径内周面８ａを繋ぐ段差面）８ｃと下側端面（下側の大径内周面８ｂと小径内周面８ａを繋ぐ段差面）８ｄとに開口し、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間の外径側領域と第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間の外径側領域とを連通させる軸方向の連通孔１２が設けられている。

軸部材２は、多孔質体、ここでは、例えば銅、鉄、あるいは銅及び鉄の金属粉を主成分とする焼結金属の多孔質体で径一定のストレート軸に形成される。軸部材２の下端部および上端部は、その外表面が大気に接触するように軸受外部に突設されている。すなわち、本実施形態では、軸部材２がその下端および上端に本発明でいう突出部Ｅ１，Ｅ２をそれぞれ有しており、下側の突出部Ｅ１には静止部材としてのモータベース６ａが、また上側の突出部Ｅ２には静止部材としてのモータカバー６ｂ（図１参照）がそれぞれ固定される。なお、モータベース６ａは、圧入、接着、圧入接着（圧入と接着の併用）等の適宜の手段で軸部材２の下側突出部Ｅ１に固定される。一方、モータカバー６ｂは、軸部材２の上端面に開口した孔部２ｂに対し、モータカバー６ｂの貫通孔を介して締結部材６ｃを締結することにより、軸部材２の上側突出部Ｅ２に固定される（図１参照）。

軸部材２の外周面２ａの軸方向に離間した二箇所には、対向する回転部材３の内周面（スリーブ部８の小径内周面８ａ）との間にラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間を形成する円筒状のラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が設けられている。二つのラジアル軸受面Ａ１，Ａ２には、ラジアル動圧発生部が夫々形成されている。上側のラジアル軸受面Ａ１のラジアル動圧発生部は、互いに反対方向に傾斜した複数の動圧溝Ａａ１，Ａｂ１をヘリングボーン形状に配列して構成され、下側のラジアル軸受面Ａ２のラジアル動圧発生部は、互いに反対方向に傾斜した複数の動圧溝Ａａ２，Ａｂ２をヘリングボーン形状に配列して構成される。本実施形態において、上側のラジアル動圧発生部のうち、上側の動圧溝Ａａ１の軸方向寸法は、下側の動圧溝Ａｂ１の軸方向寸法よりも大きくなっている。一方、下側のラジアル動圧発生部を構成する動圧溝Ａａ２、Ａｂ２の軸方向寸法は相互に等しく、かつ上側のラジアル動圧発生部を構成する動圧溝Ａｂ１と等しい。

焼結金属の多孔質体からなる軸部材２は、軸方向の各部で密度が異なる。詳しくは、軸部材２のうち、モータベース６ａおよびモータカバー６ｂがそれぞれ固定される下側の突出部Ｅ１および上側の突出部Ｅ２は相対的に高密度に形成され、両突出部Ｅ１，Ｅ２間に介在して大気に露出しない部位は相対的に低密度に形成されている。すなわち、図３（ｂ）に示すように、下側の高密度部Ｄ１および上側の高密度部Ｄ１に突出部Ｅ１，Ｅ２がそれぞれ設けられ、低密度部Ｄ２の外表面（外周面）に、ラジアル動圧発生部を有するラジアル軸受面Ａ１，Ａ２が設けられる。なお、図３（ｂ）からも明らかなように、本実施形態では、軸部材２のうち、突出部Ｅ１，Ｅ２よりも軸受内部側に至るようにして（フランジ部９，１０の固定領域に至るようにして）、高密度部Ｄ１，Ｄ１が設けられている。そして、軸部材２両端の高密度部Ｄ１，Ｄ１（突出部Ｅ１，Ｅ２）の内部気孔は、この内部気孔に含浸させた封孔材２１を硬化させることにより封止されている（以上、図３（ｂ）を参照）。

第１フランジ部９および第２フランジ部１０は、金属材料又は樹脂材料でリング状に形成され、軸部材２の外周面２ａの軸方向所定部位に接着、圧入、圧入接着等の適宜の手段で固定されている。詳述すると、第１フランジ部９は、スリーブ部８の上端開口部に配置され、互いに対向する第１フランジ部９の外周面９ｂとスリーブ部８の上側の大径内周面８ｂとの間に所定容積のシール隙間Ｓを形成する。また、第２フランジ部１０はスリーブ部８の下端開口部に配置され、互いに対向する第２フランジ部１０の外周面１０ｂとスリーブ部８の下側の大径内周面８ｂとの間に所定容積のシール隙間Ｓを形成する。両シール隙間Ｓ，Ｓは、内部空間に充填された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において、潤滑油の油面はシール隙間Ｓ，Ｓの軸方向範囲内に保持される。

第１フランジ部９の外周面９ｂおよび第２フランジ部１０の外周面１０ｂは、軸受外部側に向かって徐々に縮径したテーパ面に形成される一方、スリーブ部８の両大径内周面８ｂ，８ｂは径一定の円筒面に形成される。かかる構成から、両シール隙間Ｓ，Ｓは、軸受内部側に向けて隙間幅を漸次縮小させた楔形状を呈する。シール隙間Ｓ，Ｓが楔形状を呈することで、シール隙間Ｓ，Ｓ内に保持された潤滑油は毛細管力による引き込み作用によって軸受内部側に引き込まれる。そのため、シール隙間Ｓ，Ｓからの潤滑油漏れが効果的に防止される。

図４（ａ）に示すように、第１フランジ部９の下側端面９ａには、対向するスリーブ部８の上側端面８ｃとの間に第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する環状のスラスト軸受面Ｂが設けられる。このスラスト軸受面Ｂにはスラスト動圧発生部が形成されており、スラスト動圧発生部は、複数の動圧溝Ｂａをスパイラル形状に配列して構成される。また、図４（ｂ）に示すように、第２フランジ部１０の上側端面１０ａには、対向するスリーブ部８の下側端面８ｄ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環状のスラスト軸受面Ｃが設けられる。このスラスト軸受面Ｃにはスラスト動圧発生部が形成されており、スラスト動圧発生部は、複数の動圧溝Ｃａをスパイラル形状に配列して構成される。

本実施形態において、２つのスラスト動圧発生部は、何れも、回転部材３の回転時にスラスト軸受隙間の潤滑油を内径側に押し込むポンプイン機能を奏するように動圧溝Ｂａ，Ｃａを配列したものであるが、２つのスラスト動圧発生部の何れか一方又は双方は、潤滑油を外径側に押し込むポンプアウト機能を奏するように動圧溝を配列したものとしても良い。また、２つのスラスト動圧発生部の何れか一方又は双方は、動圧溝Ｂａ，Ｃａをヘリングボーン形状等、公知のその他の形状に配列したものとしても良い。

以上の構成を有する流体動圧軸受装置１は、例えば以下のようにして製造することができる。なお、以下では、軸部材２の製造工程を中心に説明する。

（Ａ）軸素材製作工程
この工程では、金属粉末を主成分とし、これにバインダーや各種充填材を適量配合した原料粉を図示しない円筒状のダイおよび一対の上下パンチで画成される所定形状のキャビティに充填し、充填した原料粉を軸方向両側から上下パンチで圧縮することにより、軸部材２に近似した形状の圧粉体を成形（ここでは、軸部材２の上端面に開口した孔部２ｂも同時成形している）した後、この圧粉体を焼結することにより焼結体からなる軸素材２’を得る［以上、図３（ａ）を参照］。ここで、軸素材２’は軸方向寸法が比較的長寸であることから、原料粉を上下パンチで軸方向両側から圧縮して圧粉体を成形すると、圧粉体のうち、上下パンチに近接した部位である上端部および下端部は相対的に高密度に形成される一方、上下パンチから軸方向に離間した軸方向中間部は相対的に低密度に形成される。従って、この圧粉体を焼結して得られる軸素材２’は、上端部および下端部に高密度部Ｄ１をそれぞれ有し、軸方向中間部に低密度部Ｄ２を有する。

なお、上記のような手法で軸素材２’を形成した際に、軸素材２’の軸方向で十分な密度差を設けることができない場合（高密度部Ｄ１と低密度部Ｄ２との間に十分な密度差を設けることができない場合）には、例えば、使用する金属粉末の粒径（平均粒径）を軸方向で異ならせることにより、軸素材２’の軸方向で十分な密度差を設けることができる。具体的には、軸素材２’のうち相対的に高密度に形成すべき上端部および下端部は、相対的に粒径の小さい金属粉末を使用して成形し、軸素材２’のうち相対的に低密度に形成すべき軸方向中間部は、相対的に粒径の大きい金属粉末を使用して成形する。

（Ｂ）封孔処理工程
この工程では、焼結金属製の軸素材２’（軸部材２）の所定部位に封孔処理を施す。ここでは、軸素材２’の両端部に設けられた高密度部Ｄ１，Ｄ１の内部気孔に封孔材２１を含浸させた後、これを硬化させることにより、軸素材２’の高密度部Ｄ１の内部気孔を封止する［図３（ｂ）を参照］。具体的には、例えば軸素材２’のうち、少なくとも上端部および下端部（高密度部Ｄ１）を封孔材２１が満たされた封孔材浴中に浸漬させ、軸素材２’の高密度部Ｄ１の内部気孔を封孔材２１で満たした後、これを硬化させる。軸素材２’は、高密度部Ｄ１と軸方向に隣接して低密度部Ｄ２を有する（低密度部Ｄ２の軸方向両側に高密度部Ｄ１，Ｄ１が設けられる）ことから、低密度部Ｄ２の内部気孔に浸入した封孔材２１は毛細管力によって高密度部Ｄ１の側に引き込まれる。従って、軸素材２’の両端部（高密度部Ｄ１）の内部気孔を適切に封止することができる。なお、封孔材２１としては、封孔処理の過程で軸素材２’の母材を溶融等させることなく、かつ流体動圧軸受装置１の使用温度範囲内で再溶融しないものであれば、特段の限定なく任意のものを使用することができる。例えば、溶融樹脂、溶融金属、溶融ガラス等を封孔材２１として使用することができるが、コスト面や取り扱い性等を考慮すると溶融樹脂が望ましく、その中でも硬化速度が速く、硬化させる際に大掛かりな装置等を必要としない嫌気性硬化樹脂を封孔材２１として用いるのが特に望ましい。

そして、本実施形態では、高密度部Ｄ１の内部気孔が封孔材２１によって封止された軸素材２’（軸部材２）のうち、低密度部Ｄ２の外周面２ａのラジアル軸受面Ａ１，Ａ２となる円筒状領域に転造等の塑性加工を施すことにより、ラジアル動圧発生部（動圧溝Ａａ１、Ａｂ１、Ａａ２、Ａｂ２）を形成する。低密度部Ｄ２は高密度部Ｄ１に比べて軟質で加工性に優れることから、ラジアル動圧発生部を容易にかつ高精度に形成することができる。なお、ラジアル動圧発生部（動圧溝Ａａ１、Ａｂ１、Ａａ２、Ａｂ２）は、切削等の機械加工で形成しても良い。また、ラジアル動圧発生部は、軸素材２’に封孔処理を施すのに先立って形成しても良い。この場合には、圧粉体を圧縮成形するのと同時にラジアル動圧発生部を型成形することもできる。

以上の工程を経て、上端部（突出部Ｅ２）および下端部（突出部Ｅ１）が高密度に形成されると共に、これら突出部Ｅ１，Ｅ２がそれぞれ設けられた高密度部Ｄ１，Ｄ１の内部気孔が封孔材２１によって封止され、かつ、両高密度部Ｄ１，Ｄ１間の低密度部Ｄ２の外周面にラジアル動圧発生部が形成された焼結金属製の軸部材２が得られる。このようにして得られた軸部材２を別途製作した回転部材３の内周に挿入し、軸部材２の外周面２ａの軸方向所定部位に第１および第２フランジ部９，１０をそれぞれ固定することにより（第１フランジ部９と第２フランジ部１０の何れか一方は、軸部材２を回転部材３の内周に挿入する前に固定しておいても良い）、流体動圧軸受装置１の各構成部材の組付けが完了する。そして、軸部材２に対する両フランジ部９，１０の固定が完了した後、流体動圧軸受装置１の内部空間に、軸部材２の内部気孔も含めて潤滑油を充填することにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。

なお、本実施形態においては、図３（ｂ）中に破線で示すように、第１フランジ部９の内周面の上側領域と、上側の高密度部Ｄ１（内部気孔が封孔材２１で封止された部位）の下側領域とがオーバーラップするようにして第１フランジ部９が軸部材２の外周面２ａに固定され、また第２フランジ部１０の内周面の下側領域と、下側の高密度部Ｄ１（内部気孔が封孔材２１で封止された部位）の上側領域とがオーバーラップするようにして第２フランジ部１０が軸部材２の外周面２ａに固定される。

封孔材２１による軸部材２（軸素材２’）の高密度部Ｄ１の内部気孔の封止と、軸部材２に対する両フランジ部９，１０の接着固定とは同時に行うこともできる。具体的には、封孔処理が施されていない軸部材２の外周面２ａの軸方向所定部位に両フランジ部９，１０を嵌合した後、軸部材２の高密度部Ｄ１の内部気孔に封孔材２１（例えば、嫌気性硬化樹脂）を含浸させるのと同時に、軸部材２と両フランジ部９，１０との間に接着剤（封孔材２１）を充填し、これらを硬化させる。このようにすれば、上記構成の軸部材２の製作、および軸部材２に対する両フランジ部９，１０の組付けを簡略化することができるので、流体動圧軸受装置１の製造コストの低廉化を図ることができる。

以上の構成からなる流体動圧軸受装置１において、回転部材３が回転すると、軸部材２の外周面２ａの上下２箇所に離間して設けられたラジアル軸受面Ａ１，Ａ２と、これに対向する回転部材３の内周面（スリーブ部８の小径内周面８ａ）との間にラジアル軸受隙間がそれぞれ形成される。そして回転部材３の回転に伴い、両ラジアル軸受隙間の油膜圧力がラジアル動圧発生部の動圧作用によって高められ、回転部材３をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が軸方向に離間した二箇所に形成される。

これと同時に、第１フランジ部９の下側端面９ａに設けられたスラスト軸受面Ｂとこれに対向するスリーブ部８の上側端面８ｃとの間、および、第２フランジ部１０の上側端面１０ａに設けられたスラスト軸受面Ｃとこれに対向するスリーブ部８の下側端面８ｄとの間にスラスト軸受隙間が夫々形成される。そして、回転部材３の回転に伴い、両スラスト軸受隙間の油膜圧力がスラスト動圧発生部の動圧作用によってそれぞれ高められ、回転部材３をスラスト一方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１と、回転部材３をスラスト他方向に非接触支持する第２スラスト軸受部Ｔ２とが形成される。

スリーブ部８には、上記したように、両スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２のスラスト軸受隙間の外径端部（両シール隙間Ｓ，Ｓ）を連通させるための連通孔１２が設けられている。これにより、流体動圧軸受装置１の内部空間には、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間、連通孔１２、および第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間からなる一連の循環経路が構築される。このような循環経路が流体動圧軸受装置１の内部空間に設けられていることにより、流体動圧軸受装置１の運転中には、内部空間に満たされた潤滑油が上記の循環経路を順次流動循環する。これにより、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大気に開放されたシール隙間Ｓ，Ｓがつながっているので、何らかの理由で潤滑油中に気泡が混入した場合でも、気泡は、潤滑油と共に流動循環する際にシール隙間Ｓ，Ｓ内の気液界面（油面）から外部に排出される。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。

以上で示したように、本発明に係る流体動圧軸受装置１では、静止側とされる軸部材２を多孔質体で形成したことにより、回転部材３の回転中は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用により、ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油がラジアル軸受隙間の一部領域に集められて正圧を生じ、この正圧部分で潤滑油が多孔質の軸部材２内に還流する。これと並行して軸部材２の外周面２ａからラジアル軸受隙間に次々と潤滑油が滲み出すが、この滲み出しは、軸部材２が流体動圧軸受装置１の静止側を構成する関係上、従来のように遠心力の影響を受けることなくスムーズに行われる。一方、回転部材３（スリーブ部８およびハブ部７）を非多孔質体で形成したことにより、回転部材３内部への潤滑油の浸入は効果的に防止される。従って、ラジアル軸受隙間を潤沢な潤滑油で満たし、ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の軸受性能を長期間に亘って安定的に発揮することが可能となる。

また、本発明では、少なくとも突出部Ｅ１，Ｅ２の内部気孔に含浸させた封孔材２１を硬化させることにより、突出Ｅ１，Ｅ２の内部気孔を封止しているから、突出部Ｅ１，Ｅ２の表面開口を介しての潤滑油漏れを可及的に防止することができる。そのため、ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間に介在させるべき潤滑油量が減少することに起因した軸受性能の低下、さらには外部漏洩した潤滑油によりスピンドルモータ（ＨＤＤ）の構成部材が汚染され、その結果ＨＤＤが使用不能になるなどの致命的な不具合発生を回避することができる。なお、突出部Ｅ１，Ｅ２からの潤滑油漏れを防止するための手段としては、バレル処理や回転サイジング等の目潰し処理を選択することも考えられるが、これらの処理を実行するには大掛かりな設備や金型が必要でコスト増を招来する。これに対して、封孔材２１を含浸・硬化させることによって突出部Ｅ１，Ｅ２の内部気孔を封止するようにすれば、大掛かりな設備を必要とすることなく、封孔処理を簡便に実行することができる。

特に、軸部材２（軸素材２’）に、高密度部Ｄ１と、高密度部Ｄ１よりも低密度に形成された低密度部Ｄ２とを軸方向に隣接して設け（低密度部Ｄ２の軸方向両側に高密度部Ｄ１，Ｄ１を設け）、高密度部Ｄ１に突出部Ｅ１，Ｅ２を設けたことから、軸部材２に浸入させた封孔材２１を毛細管力によって突出部Ｅ１，Ｅ２に引き込むことができる。そのため、多孔質体からなる軸部材２のうち、封孔処理を施すべき部位に対し、封孔処理を適切にかつ簡便に実行することができる。

また、突出部Ｅ１，Ｅ２（高密度部Ｄ１，Ｄ１）の内部気孔を封孔材２１で封止したことにより、少なくとも突出部Ｅ１，Ｅ２は中実材に近似した形態となるので、その強度（剛性）が高められる。これにより、軸部材２の取り扱い性が向上する他、軸部材２の突出部Ｅ１，Ｅ２に静止部材としてのモータベース６ａおよびモータカバー６ｂをそれぞれ固定する際に、軸部材２の一部が欠損等する可能性が効果的に減じられる。

以上、本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置１について説明を行ったが、流体動圧軸受装置１の各部には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。以下、本発明の他の実施形態に係る流体動圧軸受装置１を図面に基づいて説明するが、以下に示す実施形態では、以上で説明したものと異なる部分についてのみ詳細に説明を行い、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て重複説明を省略する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る流体動圧軸受装置１の要部を拡大して示す断面図である。この実施形態の流体動圧軸受装置１が以上で説明したものと異なる主な点は、断面Ｌ字状のカバー材１４をスリーブ部８の上端外周角部８ｅに固定し、このカバー材１４で第１フランジ部９（上側のシール隙間Ｓ）の軸方向外側を覆った点にある。なお、図示は省略しているが、断面Ｌ字状のカバー材１４をスリーブ部８の下端外周角部に固定し、このカバー材１４で第２フランジ部１０（下側のシール隙間Ｓ）の軸方向外側も同様に覆う。このようにすれば、潤滑油の外部漏洩を一層効果的に防止することができるという利点がある。

図６は、本発明の第３実施形態に係る流体動圧軸受装置１の断面図である。この実施形態の流体動圧軸受装置１が図２に示すものと異なる主な点は、回転部材３を非多孔質の樹脂材料又は金属材料で形成した単一部材で構成した点にある。すなわち、軸部材２の外周面２ａ（ラジアル軸受面Ａ１，Ａ２）とこれに対向する回転部材３の小径内周面３ａとの間にラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間が形成され、第１フランジ部９の下側端面９ａ（スラスト軸受面Ｂ）とこれに対向する回転部材３の上側端面（段差面）３ｃとの間、および第２フランジ部１０の上側端面１０ａ（スラスト軸受面Ｃ）とこれに対向する回転部材３の下側端面（段差面）３ｄとの間に第１および第２スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２のスラスト軸受隙間がそれぞれ形成される。また、第１フランジ部９の外周面９ｂとこれに対向する回転部材３の大径内周面３ｂとの間、および第２フランジ部１０の外周面１０ｂとこれに対向する回転部材３の大径内周面３ｂとの間に、潤滑油の油面を保持したシール隙間Ｓ，Ｓがそれぞれ形成される。このような構成によれば、図２に示すものと比べて部品点数が減じられる分、流体動圧軸受装置１の低コスト化を図ることができる。

以上で説明した実施形態では、焼結金属製の軸部材２を用いたが、必要とされる機械的強度等を満足し得るその他の多孔質体、例えば多孔質セラミックスで形成した軸部材２を用いることもできる。

また、以上で説明した実施形態では、流体動圧軸受装置１の静止側である軸部材２の外周面２ａにラジアル動圧発生部を形成したが、ラジアル動圧発生部を回転部材３の内周面に形成しても良い。同様に、静止側である両フランジ部９，１０にスラスト動圧発生部を形成したが、スラスト動圧発生部を回転側に形成しても良い。また、動圧軸受からなるラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２は、いわゆる多円弧軸受、ステップ軸受、および波型軸受等、公知のその他の動圧軸受で構成することもできる。また、動圧軸受からなるスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２の何れか一方又は双方は、いわゆるステップ軸受や波型軸受等、公知のその他の動圧軸受で構成することもできる。

また、以上では、軸方向の両端が開口した回転部材３を用いる流体動圧軸受装置１に本発明を適用した場合について説明を行ったが、軸方向の一端のみが開口した回転部材３、すなわち有底筒状（コップ状）の回転部材３を用いる流体動圧軸受装置１にも本発明は好ましく適用することができる（図示省略）。この場合には、軸部材２の下端部のみが軸受外部に突出し、この突出部にモータベース６ａが固定されることとなるので、下側の突出部の内部気孔に封孔材２１を含浸させ、これを硬化させれば、多孔質体からなる軸部材２の表面開孔を介しての潤滑油漏れを防止することができる。

また、以上では、回転部材３を、ディスクＤを保持する（ディスク搭載面を有する）ディスクハブで構成した流体動圧軸受装置１に本発明を適用した場合について説明を行ったが、本発明は、回転部材３として、ファンを有するロータ、あるいはポリゴンミラーが用いられる流体動圧軸受装置１にも好ましく適用することができる。すなわち、本発明は、ディスク装置用のスピンドルモータのみならず、ＰＣ用のファンモータや、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）用のポリゴンスキャナモータ等、その他の電気機器に組み込まれる軸固定型の流体動圧軸受装置１にも好ましく適用することができる。

１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
３ 回転部材
６ａ モータベース（静止部材）
６ｂ モータカバー（静止部材）
７ ハブ部
８ スリーブ部
９ 第１フランジ部
１０ 第２フランジ部
Ａ１，Ａ２ ラジアル軸受面
Ｄ１ 高密度部
Ｄ２ 低密度部
Ｅ１、Ｅ２ 突出部
Ｓ シール隙間
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１ 第１スラスト軸受部
Ｔ２ 第２スラスト軸受部

Claims (9)

1. 静止部材に固定される軸部材と、軸部材の外周に配置された回転部材と、軸部材の外周面と回転部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部とを備え、軸部材が少なくともその一端に、軸受外部に突設されて外表面が大気に接する軸方向に幅を持った突出部を有し、この突出部に静止部材が固定される流体動圧軸受装置において、
   軸部材を多孔質体で形成すると共に、回転部材を非多孔質体で形成し、
   軸部材のうち、少なくとも前記突出部の内部気孔を、該内部気孔に含浸させた封孔材を硬化させることにより封止したことを特徴とする流体動圧軸受装置。
2. 軸部材に、高密度部と、高密度部よりも低密度な低密度部とを軸方向に隣接して設け、高密度部に前記突出部を設けた請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 低密度部の外表面に、回転部材の内周面との間にラジアル軸受隙間を形成するラジアル軸受面を設けた請求項２記載の流体動圧軸受装置。
4. 前記ラジアル軸受面に動圧発生部を設けた請求項３記載の流体動圧軸受装置。
5. 封孔材として、嫌気性硬化樹脂を使用した請求項１〜４の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
6. 回転部材が、軸方向の両端を開口させた円筒状を呈し、
   回転部材の一端側および他端側にそれぞれ配置され、軸部材の外周面に固定された第１および第２フランジ部をさらに備え、
   第１および第２フランジ部の外周面で、潤滑油の油面を保持して回転部材の一端および他端開口をシールするシール隙間をそれぞれ形成した請求項１〜５の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
7. 第１フランジ部の一端面とこれに対向する回転部材の一端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材がスラスト一方向に非接触支持され、第２フランジ部の一端面とこれに対向する回転部材の他端面との間のスラスト軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用で回転部材がスラスト他方向に支持される請求項６記載の流体動圧軸受装置。
8. 軸部材の一端および他端に前記突出部が設けられ、両突出部に静止部材が固定される請求項１〜７の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。
9. 回転部材が、ディスク搭載面を有するディスクハブである請求項１〜８の何れか一項に記載の流体動圧軸受装置。

Images