JP6668098B2 - 流体動圧軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体動圧軸受装置に関する。

流体動圧軸受装置は、軸受スリーブとその内周に挿入された軸部材との相対回転により、軸部材の外周面と軸受スリーブの内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜の動圧作用で、軸部材を相対回転自在に非接触支持するものである。流体動圧軸受装置は、回転精度及び静粛性に優れるという特性から、ＨＤＤのディスク駆動装置のスピンドルモータ等に好適に使用される。

例えば、下記の特許文献１〜３参照には、種々の流体動圧軸受装置が提案されている。これらの文献に開示されている流体動圧軸受装置では、軸受スリーブが円筒状のハウジングの内周に固定されている。

特開２００４−１１６６６７号公報 特開２０１０−９６２０２号公報 特開２０１０−２５５７７７号公報

流体動圧軸受装置において、軸受スリーブの内周面の精度（真円度や円筒度等）は、ラジアル軸受隙間の幅精度、ひいては軸部材の相対回転精度に影響するため、非常に重要となる。例えば、軸受スリーブをハウジングの内周に圧入すると、圧入による締め付け力により軸受スリーブが変形し、内周面の精度が悪化する恐れがある。

一方、軸受スリーブの外周面とハウジングの内周面とを隙間を介して嵌合させた状態で、この隙間に接着剤を介在させる隙間接着により両者を固定すれば、軸受スリーブがハウジングから締め付け力を受けない。従って、従来は、軸受スリーブとハウジングとを隙間接着で固定すれば、軸受スリーブの内周面の精度悪化を防止できると考えられていた。しかし、本発明者の検証によると、軸受スリーブとハウジングとを隙間接着で固定した場合でも、軸受スリーブの内周面の精度が悪化することがあることが明らかになった。その理由を、図８及び図９を用いて説明する。

一般に、ハウジングと軸受スリーブとの接着は熱硬化性接着剤（以下、単に接着剤とも言う。）を用いて行われ、具体的には以下のような手順で行われる。まず、図８（ａ）に示すように、軸受スリーブ１０８の外周面１０８ａとハウジング１０７の内周面１０７ａとを隙間を介して嵌合させ、この隙間に接着剤Ｇを介在させる。そして、軸受スリーブ１０８及びハウジング１０７を所定位置で保持した状態で一定時間焼成し、接着剤Ｇを硬化させる。

このように軸受スリーブ１０８及びハウジング１０７を加熱すると、両者の線膨張係数の差により、両者の間の隙間幅が変化する。例えば、軸受スリーブ１０８の線膨張係数α_Ｓよりもハウジング１０７の線膨張係数α_Ｈが大きい場合（α_Ｓ＜α_Ｈ）、図８（ｂ）に示すように、昇温時にハウジング１０７が軸受スリーブ１０８よりも大きく膨張するため、これらの間の隙間幅が大きくなる（Ｗ＜Ｗ’）。このとき、接着剤Ｇの粘度が低下することで、ハウジング１０７と軸受スリーブ８との間の隙間が接着剤Ｇで満たされた状態で維持され、この状態で接着剤Ｇが硬化する。

その後、ハウジング１０７及び軸受スリーブ１０８を常温まで冷却することで、ハウジング１０７及び軸受スリーブ１０８が収縮する。このとき、軸受スリーブ１０８とハウジング１０７との間の隙間幅Ｗ’は加熱前の隙間幅Ｗに戻ろうとするが、図８（ｃ）に示すように、広がった隙間幅Ｗ’で硬化した接着剤Ｇが、軸受スリーブ８とハウジング１０７との間の隙間幅の縮小を阻害する。その結果、本来であれば収縮量が小さいはずの軸受スリーブ１０８が、収縮量が大きいハウジング１０７により接着剤Ｇを介して内径向きに圧迫され、この圧迫力により軸受スリーブ１０８の内周面が変形する恐れがある。

一方、軸受スリーブ１０８の線膨張係数α_Ｓよりもハウジング１０７の線膨張係数α_Ｈが小さい場合（α_Ｓ＞α_Ｈ）、図９（ｂ）に示すように、昇温時に軸受スリーブ１０８がハウジング１０７よりも大きく膨張するため、これらの間の隙間幅が小さくなり（Ｗ＞Ｗ”）、小さくなった隙間幅Ｗ”で接着剤Ｇが硬化する。その後、冷却することにより、軸受スリーブ１０８及びハウジング１０７が収縮し、これらの間の隙間幅Ｗ”は加熱前の隙間幅Ｗに戻ろうとする。しかし、図９（ｃ）に示すように、狭まった隙間幅Ｗ”で硬化した接着剤Ｇが、軸受スリーブ１０８とハウジング１０７との間の隙間幅の拡大を阻害する。その結果、本来であれば収縮量が大きい軸受スリーブ１０８が、収縮量が小さいハウジング１０７に接着剤Ｇを介して外径向きに引っ張られ、この引張力により軸受スリーブ１０８の内周面が変形する恐れがある。

以上の事情に鑑み、本発明は、軸受スリーブとハウジングとが熱硬化性接着剤で固定された流体動圧軸受装置において、軸受スリーブの内周面の精度の悪化を防止することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、軸部材と、内周に前記軸部材が挿入された軸受スリーブと、内周面に前記軸受スリーブが熱硬化性接着剤により固定されたハウジングと、前記軸部材の外周面と前記軸受スリーブの内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で前記軸部材を相対回転自在に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置であって、前記軸受スリーブの線膨張係数α_Ｓと、前記ハウジングの線膨張係数α_Ｈとの差（α_Ｓ−α_Ｈ）が、−１０×１０^−６〜６×１０^−６［１／Ｋ］の範囲内である流体動圧軸受装置を提供する。

このように、本発明では、ハウジングの線膨張係数α_Ｓと軸受スリーブの線膨張係数α_Ｈとの差の絶対値が小さくなるように、両者の材料を選定する。これにより、ハウジングと軸受スリーブの熱変形量の差を抑えることができるため、接着剤を硬化させた後の冷却時に、軸受スリーブがハウジングから受ける圧迫力あるいは引張力が緩和され、軸受スリーブの内周面の寸法変化を抑制することができる。従って、軸受スリーブの製造工程において予め内周面（軸受面）を高精度に形成しておけば、その後の組立工程において軸受面の精度の悪化を抑制することができる。

ところで、上述のように、軸受スリーブの線膨張係数α_Ｓよりもハウジングの線膨張係数α_Ｈが大きい場合、接着剤を硬化させた後の冷却により、軸受スリーブの外周面とハウジングの内周面との間の隙間Ｗ’が小さくなろうとし、この隙間の縮小が、硬化した接着剤により阻害される（図８参照）。このとき、一般に、接着剤の線膨張係数はハウジングや軸受スリーブよりもかなり大きいため、硬化した接着剤の半径方向寸法が冷却により若干収縮する。これにより、軸受スリーブとハウジングとの間の隙間が縮小しようとする量（Ｗ’−Ｗ）の一部を、接着剤の収縮で吸収することができるため、軸受スリーブに加わる圧迫力が緩和される。

また、軸受スリーブ及びハウジングを同じ材料で形成すれば、軸受スリーブの線膨張係数α_Ｓとハウジングの線膨張係数α_Ｈとが等しくなるため、上記の線膨張係数の条件を満たす。

軸受スリーブの外周面の軸方向一部領域のみがハウジングの内周面に接着剤を介して固定される場合、軸受スリーブのうち、ハウジングに固定された軸方向領域のみに、ハウジングと軸受スリーブの線膨張係数差に起因する圧迫力あるいは引張力が加わる。その結果、軸受スリーブのうち、ハウジングに固定された軸方向領域とハウジングに固定されていない軸方向領域との間に内径差が生じやすい。従って、上記のように、ハウジングの線膨張係数α_Ｓと軸受スリーブの線膨張係数α_Ｈとの差の絶対値を小さく管理することが特に有効となる。

以上のように、本発明では、ハウジングと軸受スリーブとの線膨張係数の差の絶対値を小さくすることで、軸受スリーブがハウジングから受ける力が緩和されるため、軸受スリーブの内周面の精度の悪化を防止することができる。

スピンドルモータの断面図である。 本発明の一実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 軸受スリーブの断面図である。 軸受スリーブの下面図である。 他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 他の実施形態に係る流体動圧軸受装置の断面図である。 接着前後の軸受スリーブの内径寸法変化量の測定結果を示すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、ハウジングの線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数より大きい場合に、接着前後で軸受スリーブの内径寸法が変化する理由を説明する図であり、上段は軸受スリーブ及びハウジングの軸直交方向断面図、下段は同軸方向断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、ハウジングの線膨張係数が軸受スリーブの線膨張係数より小さい場合に、接着前後で軸受スリーブの内径寸法が変化する理由を説明する図であり、上段は軸受スリーブ及びハウジングの軸直交方向断面図、下段は同軸方向断面図である。

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、本実施形態に係る流体動圧軸受装置１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を回転自在に非接触支持する流体動圧軸受装置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モータステータ４およびモータロータ５とを備えている。ステータ４はケーシング６の外周に取付けられ、ロータ５はディスクハブ３の内周に取付けられる。流体動圧軸受装置１のハウジング７は、ケーシング６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Ｄが一又は複数枚保持される。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータ５との間の電磁力でロータ５が回転し、それによって、ディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。

図２に示すように、流体動圧軸受装置１は、軸部材２と、ハウジング７と、ハウジング７の内周面７ａに固定された軸受スリーブ８と、ハウジング７の軸方向一端の開口部に設けられたシール部９と、ハウジング７の軸方向他端を閉塞する蓋部材１０とを有する。図示例では、ハウジング７及びシール部９が一部品で構成されている。尚、以下の説明では、便宜上、軸方向でハウジング７の閉塞側を下側、ハウジング７の開口側を上側と言うが、これは流体動圧軸受装置１の使用態様を限定する趣旨ではない。

軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備える。

ハウジング７は、円筒状を成し、その内周面７ａには軸受スリーブ８の外周面８ｄが固定される。詳しくは、ハウジング７の内周面７ａと軸受スリーブ８の外周面８ｄとが半径方向隙間を介して嵌合し、この半径方向隙間に熱硬化性接着剤が満たされている。熱硬化性接着剤としては、例えばエポキシ樹脂系接着剤などを使用することができる。

ハウジング７の内周面７ａには、接着剤溜まりとして機能する凹部が設けられる。図示例では、凹部として、全周で連続した環状溝７ｂが設けられる。図示例では、ハウジング７の内周面７ａの軸方向一箇所に環状溝７ｂが設けられているが、環状溝７ｂを軸方向に離隔した複数箇所に設けてもよい。凹部の内部は、熱硬化性接着剤で満たされている。この他、接着剤溜まりとして、多数の点状（ディンプル状）の凹部を設けてもよい。また、接着剤溜まりとしての凹部を、ハウジング７の内周面７ａではなく、軸受スリーブ８の外周面８ｄに設けたり、あるいはこれらの双方に設けてもよい。また、特に必要がなければ、凹部を省略して、ハウジング７の内周面７ａ及び軸受スリーブ８の外周面８ｄを平滑な円筒面としてもよい。

ハウジング７は、樹脂あるいは金属で形成される。例えば、ハウジング７を金属で形成する場合、鉄系金属や銅系金属を使用することができる。鉄系材料としては、鋼材が使用でき、例えばクロム鋼やステンレス鋼（オーステナイト系ステンレス鋼や、マルテンサイト系ステンレス鋼）を使用できる。銅系金属としては、例えば真鍮を使用できる。これらの金属材料に、プレス成形等の塑性加工や、切削等の機械加工を施すことで、ハウジング７が形成される。

また、ハウジング７を樹脂の射出成形で形成する場合、射出する樹脂材料としては熱可塑性樹脂をベース樹脂とするものが使用できる。ベース樹脂としては、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の結晶性樹脂、あるいはポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）等の非晶性樹脂が使用される。上記の樹脂材料には、必要に応じて一種あるいは複数種の充填材が配合される。充填材としては、炭素繊維、ガラス繊維等の繊維状充填材や、チタン酸カリウム等のウィスカ状充填材、カーボンナノチューブ等のカーボンナノマテリアル等の導電化材、フッ素粉末等の離型材等を使用できる。ハウジング７の線膨張係数α_Ｈを抑えるためには、繊維状充填材を配合することが好ましい。

軸受スリーブ８は円筒状を成し、その内周面８ａにラジアル軸受面が形成される。本実施形態では、図３に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａの軸方向に離隔した２箇所にラジアル軸受面が形成され、各ラジアル軸受面に、ラジアル動圧発生部としてへリングボーン形状に配列された動圧溝８ａ１，８ａ２が設けられる。図中クロスハッチングで示す領域は、内径側に盛り上がった丘部を示している。上側の動圧溝８ａ１は軸方向で非対称な形状を成し、下側の動圧溝８ａ２は軸方向で対称な形状を成している。軸方向非対称形状の上側の動圧溝８ａ１により、ラジアル軸受隙間の潤滑流体が軸方向に押し込まれ、ハウジング７の内部で潤滑流体が強制的に循環される。尚、上下の動圧溝８ａ１，８ａ２の双方を軸方向対称形状としてもよい。また、上下の動圧溝８ａ１，８ａ２を軸方向で連続させたり、上下の動圧溝８ａ１，８ａ２の一方あるいは双方を省略したりしてもよい。

軸受スリーブ８の下側端面８ｂにはスラスト軸受面が形成され、このスラスト軸受面に、図４に示すようなスパイラル形状の動圧溝８ｂ１が形成される。図示例の動圧溝８ｂ１は、潤滑流体を内径側に押し込むポンプインタイプである。

軸受スリーブ８の上側端面８ｃには、図３に示すように、環状溝８ｃ１と、環状溝８ｃ１の内径側に設けられた複数の半径方向溝８ｃ２とが形成される。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、複数の軸方向溝８ｄ１が円周方向等間隔に設けられる。これらの軸方向溝８ｄ１、環状溝８ｃ１、及び半径方向溝８ｃ２等を介して、軸部材２のフランジ部２ｂの外径側の空間がシール空間Ｓと連通することで、この空間における負圧の発生が防止される。

軸受スリーブ８は、金属あるいは樹脂で形成される。例えば、軸受スリーブ８は、焼結金属、特に銅を主成分とする銅系の焼結金属や、鉄を主成分とする鉄系の焼結金属、あるいは銅及び鉄を主成分とする銅鉄系の焼結金属で形成することができる。この他、銅系金属や鉄系金属等からなる溶製材で軸受スリーブ８を形成してもよい。本実施形態の軸受スリーブ８は、銅、鉄、及びステンレス鋼を含む銅鉄系の焼結金属で形成される。

軸受スリーブ８は、例えば以下の手順で製造される。まず、各種粉末を混合して原料粉末を作製する。具体的には、銅系金属粉末又は鉄系金属粉末あるいはこれらの双方を含む主成分金属粉と、錫粉、亜鉛粉、リン合金粉等の低融点金属粉と、黒鉛粉等の固体潤滑剤粉とを混合して、原料粉末が作製される。本実施形態では、銅粉、鉄粉、ステンレス鋼粉、錫粉、及び黒鉛粉を混合して原料粉末が作製される。原料粉末には、必要に応じて各種成形潤滑剤（例えば、離型性向上のための潤滑剤）を添加しても良い。

次に、上記の原料粉末を圧縮成形することにより、軸受スリーブ８と略同形状の円筒状の圧粉体を成形する。この圧縮成形により、圧粉体の端面８ｃに環状溝８ｃ１及び半径方向溝８ｃ２が成形される。次に、圧粉体を所定の焼結温度で焼結することで焼結体が形成される。そして、焼結体にサイジングを施すことにより、焼結体（特にラジアル軸受面及びスラスト軸受面）が所定寸法に成形される。これと同時に、焼結体の内周面８ａに動圧溝８ａ１，８ａ２が成形されると共に、端面８ｂに動圧溝８ｂ１が成形される。以上により、軸受スリーブ８が完成する。

軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓと、ハウジング７の線膨張係数α_Ｈとの差（α_Ｓ−α_Ｈ）は、−１０×１０^−６〜６×１０^−６［１／Ｋ］、好ましくは−７×１０^−６〜３×１０^−６［１／Ｋ］、より好ましくは−５×１０^−６〜３×１０^−６［１／Ｋ］の範囲内に設定される。換言すると、軸受スリーブ８及びハウジング７の線膨張係数α_Ｓ及びα_Ｈが上記の条件を満たすように、これらの材料が選定される。本実施形態では、ハウジング７が軸受スリーブ８よりも線膨張係数の大きい材料で形成される。上記の線膨張係数の条件を満たすためには、例えばハウジング７をマルテンサイト系ステンレス鋼で形成し、軸受スリーブ８を、銅、鉄、及びステンレス鋼を含む焼結金属で形成することが好ましい。

シール部９は、ハウジング７の上端から内径側に突出している。本実施形態では、シール部９がハウジング７と一体に形成される。シール部９の内周面９ａは、下方に向けて漸次縮径したテーパ状を成す。シール部９の内周面９ａと軸部２ａの外周面２ａ１との間には、下方に向けて半径方向幅を徐々に狭めたシール空間Ｓが形成される。この他、シール部９の内周面を円筒面とする一方で、軸部２ａの外周面に上方に向けて漸次縮径するテーパ面を設け、これらの間にシール空間Ｓを形成してもよい。

蓋部材１０は、例えば、金属材料（黄銅等）や樹脂材料で形成され、ハウジング７の内周面７ａの下端部に、圧入、接着等の適宜の手段で固定される。図４に示すように、蓋部材１０の端面１０ａにはスラスト軸受面が形成され、このスラスト軸受面に、例えばポンプインタイプのスパイラル形状の動圧溝が形成される。尚、動圧溝の形状として、ヘリングボーン形状や放射溝形状等を採用しても良い。

以下、上記の流体動圧軸受装置１の組立方法、特に、軸受スリーブ８とハウジング７とを隙間接着により固定する方法を説明する。

まず、軸受スリーブ８の外周面８ｄ又はハウジング７の内周面７ａ、あるいはこれらの双方に接着剤を塗布する。そして、軸受スリーブ８をハウジング７の内周に挿入して、軸受スリーブ８の上側端面８ｃをシール部９に当接させる。このとき、軸受スリーブ８の外周面８ｄとハウジング７の内周面７ａとは半径方向の隙間を介して嵌合し、この隙間に接着剤が満たされている（図８（ａ）参照）。

そして、軸受スリーブ８とハウジング７とを所定の相対位置で保持した状態で、これらを加熱する。本実施形態では、ハウジング７の線膨張係数α_Ｈが軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓよりも大きいため、ハウジング７の内周面７ａの拡径量が軸受スリーブ８の外周面８ｄの拡径量を上回り、これらの間の隙間が広がる（図８（ｂ）参照）。そして、広がった状態の隙間内で接着剤が硬化し、これにより軸受スリーブ８とハウジング７とが固定される。

その後、固定された軸受スリーブ８及びハウジング７を常温まで冷却する。これにより、ハウジング７及び軸受スリーブ８が収縮し、これらの間の隙間が小さくなろうとする。しかし、ハウジング７と軸受スリーブ８との間には、隙間が広がった状態で硬化した接着剤が介在しているため、隙間の縮小が阻害される。その結果、ハウジング７の収縮により軸受スリーブ８が内径向きに圧迫される（図８（ｃ）参照）。

本実施形態では、軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓとハウジング７の線膨張係数α_Ｈとの差（α_Ｓ−α_Ｈ）の絶対値が小さく管理されているため、加熱時における軸受スリーブ８とハウジング７との膨張量差が小さくなり、これらの間の隙間の変化量も小さくなる。これにより、冷却時における軸受スリーブ８とハウジング７との収縮量差が小さくなるため、ハウジング７の収縮により軸受スリーブ８に加わる圧迫力が緩和され、軸受スリーブ８の変形、特に内周面（ラジアル軸受面）の変形が抑えられる。

また、本実施形態では、軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓよりもハウジング７の線膨張係数α_Ｈが大きい（特に、α_ｓ−α_Ｈが−２×１０^−６［１／Ｋ］以下である）ため、冷却時には両者の間の隙間が小さくなろうとする。このとき、軸受スリーブ８とハウジング７との間で硬化した接着剤が冷却により若干収縮することにより、軸受スリーブ８とハウジング７との間の隙間が縮小しようとする量（Ｗ’−Ｗ）の一部が、接着剤の収縮で吸収されるため、軸受スリーブ８に加わる圧迫力が一層緩和され、軸受スリーブ８の変形がさらに抑制される。

そして、ハウジング７に固定された軸受スリーブ８の内周に軸部材２の軸部２ａを挿入する。その後、蓋部材１０をハウジング７の内周面７ａの下端部の所定位置に配置する。具体的には、まず、軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１を軸受スリーブ８の下側端面８ｂに当接させると共に、軸部材２のフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に蓋部材１０の端面１０ａを当接させる（すなわち、両スラスト軸受隙間を０の状態とする）。その後、軸部材２を両スラスト軸受隙間の設定値の合計分だけ下方に押し下げて、蓋部材１０をハウジング７に対して移動させ、この位置でハウジング７と蓋部材１０とを固定する。その後、シール空間Ｓから潤滑油を注入することで、ハウジング７の内部の空間が、軸受スリーブ８の内部気孔を含め、潤滑油で充満される。潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。以上により、流体動圧軸受装置１が完成する。

軸部材２が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａ（ラジアル軸受面）と軸部２ａの外周面２ａ１との間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、動圧溝８ａ１，８ａ２によりラジアル軸受隙間に形成された油膜の圧力が高められ、これにより軸部材２がラジアル方向に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１及び第２ラジアル軸受部Ｒ２が構成される。これと同時に、軸受スリーブ８の下側端面８ｂ（スラスト軸受面）とフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間、及び、蓋部材１０の端面１０ａ（スラスト軸受面）とフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に、それぞれスラスト軸受隙間が形成される。そして、軸受スリーブ８の下側端面８ｂの動圧溝８ｂ１及び蓋部材１０の端面１０ａの動圧溝により、各スラスト軸受隙間に形成された油膜の圧力が高められ、これにより軸部材を両スラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１及び第２スラスト軸受部Ｔ２が構成される。

本発明の実施形態は上記に限られない。以下、他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と重複する点については説明を省略する。

図５に示す流体動圧軸受装置２１は、シール部９とハウジング７とが別体に形成されると共に、ハウジング７と蓋部材１０とが一体に形成されている点で上記の実施形態と異なる。シール部９は、金属あるいは樹脂で形成され、ハウジング７の上端部の内周に、圧入、接着等の適宜の手段で固定される。

図６に示す流体動圧軸受装置３１は、主にシール構造が上記の実施形態と異なる。具体的に、この流体動圧軸受装置３１では、円盤部１９ａ及び円筒部１９ｂを有するシール部材１９が、軸受スリーブ８の上端に固定されている。シール部材１９は、樹脂あるいは金属で形成される。円盤部１９ａの内周面１９ａ１は、下方へ向けて漸次縮径したテーパ状とされる。円筒部１９ｂの内周面１９ｂ１は、軸受スリーブ８の外周面８ｄの上端に圧入される。円筒部１９ｂの外周面１９ｂ２は、円筒面状とされる。円盤部１９ａの下側端面１９ａ２には半径方向溝１９ａ２０が形成され、円筒部１９ｂの内周面１９ｂ１には軸方向溝１９ｂ１０が形成される。

ハウジング７の内周面７ａには、上端に設けられた上側の大径部７ａ１と、下端に設けられた下側の大径部７ａ２と、これらの間に設けられた小径部７ａ３とを有する。上側の大径部７ａ１は、下方に向けて漸次縮径したテーパ状に形成される。小径部７ａ３には、軸受スリーブ８の外周面８ｄが隙間接着により固定される。小径部７ａ３と上側の大径部７ａ１との間に設けられた肩面７ａ４は、シール部材１９の円筒部１９ｂの下端と微小隙間を介して軸方向で対向している。下側の大径部７ａ２には、蓋部材１０の外周面が固定される。蓋部材１０の外径端には、上向きに突出した環状の突出部１０ｂが形成され、これによりハウジング７に固定される外周面の面積の拡大を図っている。尚、蓋部材１０とハウジング７とを一体に形成し、図５のように有底筒状の一部品としてもよい。

シール部材１９の円盤部１９ａの内周面１９ａ１と軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１との間には、下方に向けて半径方向幅を漸次縮小した楔状の第１のシール空間Ｓ１が形成される。シール部材１９の円筒部１９ｂの外周面１９ｂ２とハウジング７の内周面７ａの上側の大径部７ａ１との間には、下方に向けて半径方向幅を漸次縮小した楔状の第２のシール空間Ｓ２が形成される。第１のシール空間Ｓ１と第２のシール空間Ｓ２とは、シール部材１９の半径方向溝１９ａ２０及び軸方向溝１９ｂ１０を介して連通される。

流体動圧軸受装置３１では、軸受スリーブ８の外周面の軸方向一部領域のみが、ハウジング７の内周面７ａに固定されている。このため、軸受スリーブ８のうち、ハウジング７の内周面７ａの小径部７ａ３に固定された軸方向領域Ｐ１では、上述したように、接着時の加熱及び冷却による軸受スリーブ８及びハウジング７の膨張・収縮により、軸受スリーブ８に半径方向の力が加わる。一方、軸受スリーブ８のうち、ハウジング７の内周面７ａに固定されていない軸方向領域Ｐ２には、上記のような接着に起因する力は加わらない。このように、軸受スリーブ８の軸方向領域Ｐ１，Ｐ２でハウジング７から受ける力が異なるため、軸受スリーブ８の変形量が軸方向で異なり、内周面８ａの精度が低下しやすい。従って、上記のように軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓとハウジング７の線膨張係数α_Ｈとの差の絶対値を小さくして、ハウジング７の収縮により軸受スリーブ８の軸方向領域Ｐ１に加わる力を小さくすることが有効となる。

また、この実施形態では、シール部材１９の円筒部１９ｂが軸受スリーブ８の外周面８ｄの軸方向領域Ｐ２に圧入されているため、軸方向領域Ｐ２に内径向きの圧迫力が加わる。この場合、軸受スリーブ８の軸方向領域Ｐ１にも、ハウジング７の収縮により内径向きの圧迫力が加わるように、軸受スリーブ８及びハウジング７の線膨張係数を設定することが好ましい。具体的には、軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓよりもハウジング７の線膨張係数α_Ｈが大きくなるように、好ましくは、軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓとハウジング７の線膨張係数α_Ｈとの差（α_Ｓ−α_Ｈ）が−２×１０^−６［１／Ｋ］以下となるように、両部材の材料を選定することが望ましい。このように、軸受スリーブ８の軸方向領域Ｐ１及び軸方向領域Ｐ２の双方に内径向きの圧迫力が加わることで、軸受スリーブ８の軸方向略全域において内径向きの圧迫力が加わるため、軸受スリーブ８の内径の軸方向のバラつきが抑えられ、内周面８ａの精度が維持される。

以上のような流体動圧軸受装置１，２１，３１において、軸受スリーブ８とハウジング７とを同一の材料で形成すれば、軸受スリーブ８の線膨張係数α_Ｓとハウジング７の線膨張係数α_Ｈとが一致するため、これらを接着するための加熱及び冷却により軸受スリーブ８に加わる力を抑えることができる。

また、上記の実施形態では、軸受スリーブ８の内周面８ａにヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１，８ａ２を設けた場合を示したが、これに限られない。例えば、軸受スリーブ８の内周面８ａに他の形状の動圧溝を設けたり、軸受スリーブ８の内周面８ａを円筒面とする一方で、軸部材２の外周面２ａ１に動圧溝を設けたりしてもよい。また、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の外周面２ａ１の双方を円筒面とし、軸部材２の振れ回りで動圧を発生させる、いわゆる真円軸受を構成してもよい。

また、上記の流体動圧軸受装置は、軸受スリーブ８を固定側、軸部材２を回転側とする構成に限らず、軸部材２を固定側、軸受スリーブ８を回転側とする構成、あるいは、軸部材２及び軸受スリーブ８の双方を回転させる構成に適用することもできる。

また、上記の流体動圧軸受装置は、情報機器のスピンドルモータに限らず、レーザビームプリンタ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、あるいは電気機器の冷却用のファンモータ等、他の小型モータにも広く使用することができる。

本発明の効果を確認するために、以下の試験を行った。試験片としては、図６に示す流体動圧軸受装置３１の軸受スリーブ８及びハウジング７を用いた。各試験片の材質等は以下の通りである。

［実施例１］
軸受スリーブ：銅，鉄，及びステンレス鋼を含む焼結金属（線膨張係数α_Ｓ＝１２．３×１０^−６［１／Ｋ］）
ハウジング：真鍮（線膨張係数α_Ｈ＝２０．８×１０^−６［１／Ｋ］）
α_Ｓ−α_Ｈ＝−８．５×１０^−６［１／Ｋ］

［実施例２］
軸受スリーブ：銅，鉄，及びステンレス鋼を含む焼結金属（線膨張係数α_Ｓ＝１２．３×１０^−６［１／Ｋ］）
ハウジング：オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ記号）：線膨張係数１７．３×１０^−６［１／Ｋ］）
α_Ｓ−α_Ｈ＝−５．０×１０^−６［１／Ｋ］

［実施例３］
軸受スリーブ：銅，鉄，及びステンレス鋼を含む焼結金属（線膨張係数α_Ｓ＝１２．３×１０^−６［１／Ｋ］）
ハウジング：マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ（ＪＩＳ記号）：線膨張係数１０．２×１０^−６［１／Ｋ］）
α_Ｓ−α_Ｈ＝＋２．１×１０^−６［１／Ｋ］

上記の実施例１〜３に係る軸受スリーブ８とハウジング７とを熱硬化性接着剤で固定し、冷却後の軸受スリーブ８の内周面８ａのうち、ハウジング７の内周面７ａの小径部７ａ３に固定された軸方向領域Ｐ１の内径寸法Ｄ１（具体的には、下側のラジアル軸受面の環状丘部における内径寸法。図３参照。）と、ハウジング７に固定されていない軸方向領域Ｐ２の内径寸法Ｄ２（具体的には、上側のラジアル軸受面の環状丘部における内径寸法。図３参照。）とを測定した。尚、軸受スリーブ８のうち、ハウジング７に固定されていない軸方向領域Ｐ２は、接着に起因する半径方向の力を受けない。従って、この軸方向領域Ｐ２における内径寸法Ｄ２と、ハウジング７に固定された軸方向領域Ｐ１の内径寸法Ｄ１との差を、接着前後における軸受スリーブ８の内径寸法の変化量とみなすことができる。

測定結果を図７に示す。軸受スリーブ８の上側部分の内径寸法Ｄ１と下側部分の内径寸法Ｄ２との差（Ｄ１−Ｄ２）の平均値は、実施例１が−１．１μｍ、実施例２が−０．２μｍ、実施例３が＋０．５μｍであった。このように、α_Ｓ−α_Ｈが本発明で規定する範囲内である実施例１〜３の何れも、接着前後における軸受スリーブ８の内径寸法の変化量（絶対値）の平均値が１．１μｍ以下という小さい値であった。特に、実施例１〜３のうち、真鍮製のハウジングを用いた実施例１よりも、ステンレス鋼製のハウジングを用いた実施例２，３の方が、軸受スリーブの内径寸法変化量が小さかった。さらに、オーステナイト系ステンレス鋼製のハウジングを用いた実施例２よりも、マルテンサイト系ステンレス鋼製のハウジングを用いた実施例３の方が、軸受スリーブの内径寸法変化量が小さかった。このことから、焼結金属、特に銅鉄系の焼結金属からなる軸受スリーブを用いた場合、ステンレス鋼製のハウジングを用いることが好ましく、特にマルテンサイト系ステンレス鋼製のハウジングを用いることがさらに好ましいと言える。

また、図７に示すように、α_Ｓ−α_Ｈの値と接着前後の軸受スリーブの内径寸法変化量との関係は、直線で近似できる。この近似直線から、軸受スリーブとハウジングの線膨張係数の差が０である場合（すなわち同一材料で形成した場合）、接着前後の軸受スリーブの内径寸法変化量は０ではなく、接着後の内径が若干大きくなっている。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、軸受スリーブとハウジングの線膨張係数が同じである場合、加熱及び冷却しても両者の間の隙間の大きさは変わらないが、この隙間に満たされた接着剤が硬化後の冷却時に収縮することにより、半径方向の厚さが若干薄くなる。この接着剤の厚さの減少分だけ軸受スリーブが外径側に引っ張られて、軸受スリーブの内径が若干大きくなったと考えられる。このように、接着剤の収縮も、接着前後の軸受スリーブの内径寸法変化量に影響していることが明らかになった。従って、ハウジングの線膨張係数を軸受スリーブの線膨張係数よりも大きくし、接着後の両者の間の隙間が小さくなるようにすることで、この隙間の縮小量の一部を接着剤の厚さの減少分で吸収できるため、軸受スリーブに加わる内径向きの力が緩和できる。

１，２１，３１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ シール部
１０ 蓋部材
Ｇ 熱硬化性接着剤
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
α_Ｈ ハウジングの線膨張係数
α_Ｓ 軸受スリーブの線膨張係数

Claims (3)

1. 軸部材と、焼結金属からなり、内周に前記軸部材が挿入された軸受スリーブと、内周面に前記軸受スリーブが熱硬化性接着剤により固定され、前記軸受スリーブの外周面全面を覆うハウジングと、前記軸部材の外周面と前記軸受スリーブの内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜で前記軸部材を相対回転自在に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置であって、
   前記軸受スリーブの線膨張係数α _S よりも、前記ハウジングの線膨張係数α _H が大きく、且つ、前記軸受スリーブの線膨張係数α_Sと、前記ハウジングの線膨張係数α_Hとの差（α_S−α_H）が、−１０×１０^-6〜０［１／Ｋ］の範囲内である流体動圧軸受装置。
2. 前記軸受スリーブの外周面のうち、軸方向一部領域のみが前記ハウジングの内周面に前記熱硬化性接着剤を介して固定された請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
3. 請求項１又は２に記載の流体動圧軸受装置と、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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