(57)【要約】【課題】軸部に対して高い抜去力をフランジ部を有する軸部材を提供する。【解決手段】流体軸受装置における軸部材２において、軸部２１の端面２１ｃと円環状のフランジ部２２の内周面２２ｃとの境界部にレーザビームを照射して軸部２１とフランジ部２１を固定する。軸部２１の軸方向断面において、軸部２１の溶接金属部２３１の面積Ｗ１をフランジ部２２の溶接金属部２３２の溶接面積Ｗ２より大きくし、その面積比（Ｐ＝Ｗ２／Ｗ１）を０．２５≦Ｐ≦０．５０とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部の一端に円環状の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、フランジ部の両端面のうち、少なくとも軸部側に位置する一方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、
フランジ部の内周面と軸部の端面との境界部を溶接することで、フランジ部と軸部を固定し、軸方向断面で、軸部の溶接金属部の面積をフランジ部の溶接金属部の面積よりも大きくしたことを特徴とする流体軸受装置。
【請求項２】
軸部の溶接金属部に対するフランジ部の溶接金属部の面積比率を０．２５〜０．５０とした請求項１記載の流体軸受装置。
【請求項３】
フランジ部と軸部を、レーザ溶接または電子ビーム溶接で固定した請求項１又は２記載の流体軸受装置。
【請求項４】
溶接ビームをフランジ部の内周面に照射した請求項１〜３何れか１項記載の流体軸受装置。
【請求項５】
溶接ビームを、フランジ部の前記一方の端面を含む平面上で、フランジ部内径寸法に対して１００〜１３０％の直径を有する円環領域と交差するように照射した請求項４記載の流体軸受装置。
【請求項６】
溶接ビームを軸部の端面に照射した請求項１〜３何れか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項７】
溶接ビームを、フランジ部の前記一方の端面を含む平面上で、フランジ部の内径寸法に対して８０〜１００％の直径を有する円環領域と交差するように照射した請求項６記載の流体軸受装置。
【請求項８】
フランジ部の溶接金属部の軸方向長さをフランジ部の厚さの２５％以上とした請求項１〜７何れか１項に記載の流体軸受装置。
【請求項９】
溶接ビームをパルス照射して、溶接金属部を相互に重ねた請求項１〜８の何れか一項に記載の流体軸受装置。
【請求項１０】
軸部とフランジ部を同種の材料で形成した請求項１〜９の何れか一に記載の流体軸受装置。
【請求項１１】
軸部とフランジ部をステンレス鋼で形成した請求項１０記載の流体軸受装置。
【請求項１２】
請求項１〜９の何れか一項に記載の流体軸受装置の製造方法であって、溶接において、溶接ビームの照射角度を軸部の中心軸に対して４０°としたことを特徴とする流体軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体軸受装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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固定し、一体化した別体タイプとがある。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７７４０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、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できるなフランジ付き軸部材を備えた流体軸受装置およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、軸部の一端に円環状の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、フランジ部の両端面のうち、少なくとも軸部側に位置する一方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、フランジ部の内周面と軸部の端面との境界部を溶接することで、フランジ部と軸部を固定し、軸方向断面で、軸部の溶接金属部の面積をフランジ部の溶接金属部の面積よりも大きくしたこととを特徴とする流体軸受装置を提供する。
【０００９】
この構成によれば、フランジ部の内周面と軸部の端面との境界部を溶接しているので、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抑制あるいは防止することができる。
【００１０】
軸部とフランジ部を溶接によって一体化する場合、溶接強度を確保するためには、十分な溶融面積を確保する必要がある。その一方で、溶接金属部（溶融状態から急冷された組織）が軸部とフランジ部のどちらか一方に偏っていると、十分な溶接強度が得られないことが予想される。本発明者が検証を行ったところ、軸方向断面で、軸部の溶接金属部の面積をフランジ部の溶接金属部の面積よりも大きくすれば、軸部とフランジ部との結合強度が増大し、軸部に対するフランジ部の抜去力が増大することが判明した。
【００１１】
この効果を更に増大させるために、軸部の溶接金属部に対するフランジ部の溶接金属部の面積比率を０．２５〜０．５０とすることが望ましい。
【００１２】
上記構成において、フランジ部と軸部は、レーザ溶接または電子ビーム溶接で固定することができる。
【００１３】
一般に、フランジ部の外径は５〜１０ｍｍ程度、内径は１〜４ｍｍ程度とされるため、その他の溶接方法では溶接金属部を精度良く形成するのが困難であるが、レーザ溶接および電子ビーム溶接の何れでも微小な溶接金属部を精度良く形成することができる。
【００１４】
溶接ビームは、フランジ部の他方の端面側から、例えばフランジ部の内周面に照射することができる。本発明者らの検証によれば、溶接ビームを、フランジ部の前記一方の端面を含む平面上で、フランジ部内径寸法に対して１００〜１３０％の直径を有する円環領域と交差するように照射すると、高い抜去力を確保できることが判明した。
【００１５】
また、溶接ビームは、フランジ部の他方の端面側から、軸部の端面に照射することもできる。本発明者らの検証によれば、溶接ビームを、フランジ部の前記一方の端面を含む平面上で、フランジ部内径寸法に対して８０〜１００％の直径を有する円環領域と交差するように照射すれば、必要な抜去力を確保しつつ、溶接時の応力によるフランジ部の変形を抑制し、フランジ部の表面精度の向上、ひいては軸受性能の向上を達成できることが判明した。
【００１６】
以上の構成において、フランジ部の溶接金属部の軸方向長さをフランジ部の厚さの２５％以上にすれば、十分な接合強度を確保することができる。
【００１７】
溶接金属部は、溶接ビームをパルス照射して、溶接金属部の一部を相互に重ねた形態とするのが望ましい。この場合、パルスごとに形成されるスポット状の溶接金属部を全周で連続させれば、十分な接合強度を確保でき、しかも溶接ビームを連続して全周に照射する場合に比べて、フランジ部の変形を抑制することができる。
【００１８】
上記構成において、軸部とフランジ部を同種の材料とすることが望ましい。この構成によれば、軸部とフランジ部との結合強度を増大させることが可能となる。この場合、材料としてはステンレス鋼が好適である。
【００１９】
また、上記課題を解決するため、本発明では、上記構成を有する流体軸受装置の製造方法であって、軸部とフランジ部の溶接時に、溶接ビームの照射角度を軸部の中心軸に対して４０°としたものである。この構成によれば、軸部とフランジ部との結合強度を効果的に増大させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上に示すように、本発明によれば、軸部に対するフランジ部の抜去力を向上させることができ、耐衝撃性に富む流体軸受装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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。
【図２】本発明に係る流体軸受装置の実施形態を示す断面図である。
【図３】（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平面図である。
【図４】軸部材の製造工程を概念的に示す断面図である。
【図５】軸部材の製造工程を概念的に示す断面図である。
【図６】（Ａ）図は図５の要部拡大断面図、（Ｂ）図は溶接金属部形成後における軸部材の要部拡大断面図である。
【図７】軸部とフランジ部に対するレーザビームの照射方向を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施例における溶接金属部の断面の画像を模式的に示す図である。
【図９】軸部の溶接金属部およびフランジ部の溶接金属部の面積比率と、抜去力との関係を示す図である。
【図１０】レーザの照射位置と抜去力との関係を示す図である。
【図１１】（Ａ）軸部材の一例を示す要部拡大断面図、（Ｂ）図は軸部材の他例を示す要部拡大断面図である。
【図１２】フランジ部の厚さに対する溶接金属部の軸方向長さの比と、抜去力との関係を示す図である。
【図１３】溶接によりフランジ部に生じる変形を誇示して表す側面図である。
【図１４】（Ａ）図はフランジ部の下側端面の平面度の測定結果を示す図、（Ｂ）図が上側端面の平面度の測定結果を示す図、（Ｃ）図は、下側端面の振れの測定結果を示す図である。
【図１５】溶接後のフランジ部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
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。
【００２４】
図２は、本発明の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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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状に形成され、フランジ部２２は同じくステンレス鋼で軸心に孔を有する円環状に形成される。軸部２とフランジ部２２は、同軸状態で両者の端面２１ｃ，２２ａを接触させている。軸部２１の下端面２１ｃとフランジ部２２の内周面２２ｃとの境界には、軸部２１とフランジ部２２の溶接時に溶融状態から急冷された組織である溶接金属部２３が形成されている。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
以下、上記軸部材２の製造方法について詳述する。
【００４１】
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。
【００４２】
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よりも上方に突出する。
【００４３】
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。
【００４４】
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、レーザビーム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の外周半径寸法と内周半径寸法の差よりも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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。また、本実施形態ではレーザ３５の照射方式として、パルス式を採用するが、これには限定されず、連続式であっても良い。また、レーザ照射装置の代わりに、電子ビーム照射装置を使用し、電子ビームにより溶接を行なっても良い。
【００４７】
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、溶接作業中に溶接金属部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。
【００４８】
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を下型３１の上端面３１ｂ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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、軸部２１の下端面２１ｃとフランジ部２２の内周面２２ｃとの境界近傍に向けて、レーザビーム３５を照射する。かかる態様でレーザビーム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の内周面２２ｃと軸部２１の下端面２１ｃとの境界部に溶接金属部２３が形成される。なお、本実施形態では、レーザビーム３５がパルス式の照射方式であることにより、図１５に示すように、軸部２１の端面２１ｃとフランジ部２２の内周面２２ｃとの境界の円周方向で、パルスごとに、スポット状の溶接金属部２３が形成される。各溶接金属部２３は互いに一部重なるようにし、円周方向の全周にわたって連続した溶接金属部２３を形成する。フランジ部２２の内径寸法φを２.１ｍｍ、レーザビーム径を０.４ｍｍとした場合、溶接金属部２３の数は１７〜３４個程度が好ましい。
【００５１】
この他、レーザビーム３５を連続照射させ、全周で連続した帯状の溶接金属部２３を形成してもよい。
【００５２】
以上の手順で、溶接金属部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。
【００５３】
図８は、溶接金属部２３の軸方向断面を拡大して表す図である。図示のように、溶接金属部２３は、軸部２１側とフランジ部２２側の領域に跨って形成される。軸部２１側の溶接金属部２３１およびフランジ部２２側の溶接金属部２３２の表面には、それぞれヒケＡが生じている。
【００５４】
本発明者の検証によれば、図８に示すように、軸部２１側の溶接金属部２３１の面積Ｗ１をフランジ部２２側の溶接金属部２３２の面積Ｗ２よりも大きくすることで、軸部２１に対するフランジ部２２の抜去力が向上することが判明した。従って、溶接は、Ｗ１＞Ｗ２となるように行うのが望ましい。
【００５５】
Ｗ１＞Ｗ２の条件下でも、軸部２１側の溶接金属部２３１とフランジ部２２側の溶接金属部２３２の面積比Ｐ（Ｐ＝Ｗ２／Ｗ１）によっては、軸部２１とフランジ部２２の結合強度（抜去力）が変化することが予想される。図９に、本発明者の検証試験で得られた面積比Ｐと抜去力の関係を示す。この試験は、同じ溶接条件で製作した２つのテストピースを準備し、一方のテストピースについてはフランジ部２２に抜去力を与えて、フランジ部２２が軸部２１から脱落した時の荷重を測定し、他方のテストピースについては、溶接金属部２３を通過する円周方向の任意位置で軸部材２を軸方向に切断し、切断面の画像解析を行って面積比Ｐを測定することにより行った。
【００５６】
この実験におけるテストピースの寸法緒元は以下のとおりである。なお、以下の試験条件において、特に言及していない限り「径」の用語は、直径寸法を表すものとする。
軸部２１…ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｆ）製、外径４ｍｍ
フランジ部２２…ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）製、内径２.１ｍｍ、外径７．１ｍｍ、軸方向厚さ０．９ｍｍ
【００５７】
また、溶接条件は、以下のとおりである。
レーザ…ＹＡＧ
レーザビーム径…０．４ｍｍ
レーザ強度…１.３５ｋｗ
レーザ照射角（レーザビーム３５の軸心に対する傾斜角α：図７参照）…４０°
レーザ照射位置…半径方向にスライド
溶接箇所…円周方向の２０箇所
【００５８】
また、溶接面積の測定に際しては、株式会社ニコン製の工業顕微鏡ＥＣＬＩＰＳＥ  ＬＶ１５０を使用した。これに付属する画像解析計測ソフトNIS-Elements内の面積計測ソフトを起動し、画面に表示された組織の溶融境界を手動でなぞることで領域内の面積を自動計算した。
【００５９】
図９からも明らかなように、溶接面積比Ｐ＝Ｗ２／Ｗ１が、０.２５≦Ｐ≦０.５０の範囲内、より望ましくは０.２６≦Ｐ≦０.４７、さらに望ましくは０.３１≦Ｐ≦０.４２であれば、流体軸受装置の機能上必要とされる抜去力１０００Ｎ以上が概ね確保することができる。従って、溶接面積比Ｐを上記範囲内に設定することで、流体軸受装置の耐衝撃性を確保することができる。
【００６０】
以上の検証試験は、溶接面積比Ｐと抜去力との関係を求めたものであるが、本発明者の検証によれば、レーザビーム３５の照射位置も抜去力に影響を与えることが判明した。図７に示すようにレーザビーム３５の照射位置としては、軸部２１の端面２１ｃに照射する場合（Ｄ１）、軸部２１の端面２１ｃとフランジ部２２の内周面２２ｃとの境界角部に照射する場合（Ｄ２）、およびフランジ部２２の内周面２２ｃに照射する場合（Ｄ３）の３通りがある。Ｄ３の場合について、レーザビーム３５の照射位置Ｓ３（ｍｍ）と抜去力（Ｎ）との関係を測定したところ、図１０に示す結果が得られた。なお、テストピースの寸法緒元や溶接条件は、図９に示す試験と共通する。また、この場合の照射位置Ｓ３は、図７に示すように、溶接ビーム３５の延長線が、フランジ部２２の上側端面２２ａを含む平面と交わる点を通る円（軸心を中心とする）の直径で表される。
【００６１】
図１０から明らかなように、照射位置Ｓ３が、概ね２.１ｍｍ≦Ｌ３≦２.６５ｍｍの範囲であれば、抜去力１０００Ｎ以上が確保される。これは、レーザビーム３５をフランジ部２２ｂの内周面２２ｃに向けて照射する場合（図９のＤ３）であって、かつその照射位置Ｓ３がフランジ部の内径φ２．１ｍｍに対し、１００％〜１２６％の範囲となる場合を意味する。以上から、溶接ビーム３５を、フランジ部２２の上側端面２２ａを含む平面上で、フランジ部内径寸法に対して１００〜１３０％の直径を有する円環領域、望ましくは１００％〜１２６％の直径を有する円環領域と交差するように照射すれば、流体軸受装置の機能上必要とされる抜去力１０００Ｎ以上を概ね確保することができる。これは、特に抜去力の確保が重要視される場合に好適な対策となる。
【００６２】
また、本発明者の検証によれば、レーザビーム３５を軸部２１の端面２１ｃに照射することで（図９のＤ１）、溶接時の応力によるフランジ部２２の変形を抑制できることが判明した。図１４（Ａ）〜（Ｃ）は、レーザビーム３５をレーザ強度を変えて（レーザ強度「弱」は１.１ｋｗ、「中」は１．３５ｋｗ、「強」は１.６ｋｗを意味する）、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれの態様で照射した場合の、フランジ部２２の下側端面２２ｂの平面度（Ａ図）、上側端面２２ａの平面度（Ｂ図）、および下側端面２２ｂの振れ量（Ｃ図）を測定した結果を示す。図１４（Ａ）〜（Ｃ）中の「内」はＤ１の照射位置を表し、「中」はＤ２の照射位置を表し、「外」はＤ３の照射位置を表す。
【００６３】
一般にＤ１〜Ｄ３の何れの照射位置でも、溶接後は、図１３に誇張して示すように、フランジ部２２が、その外径側ほど軸方向で軸部２１から離反するように反り返った状態に変形する。図１３に示す態様での変形時には、上側端面２２ａは中凸形状となり、下側端面２２ｂは中凹形状となる。図１４（Ａ）〜（Ｃ）では、フランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂのうち、対象となる端面が中凸形状に変形する場合をプラスとし、中凹形状に変形する場合をマイナスで表している。
【００６４】
図１４（Ａ）〜（Ｃ）から明らかなように、下側端面２２ｂの平面度、上側端面２２ａの平面度、および下側端面２２ｂの振れ量の何れについても、レーザビーム３５の照射位置を「内」とする場合、すなわちＤ１の照射位置とする場合が最も良好な結果が得られる。従って、フランジ部２２の端面の精度が重視される場合には、レーザビーム３５の照射位置Ｓ１を軸部２１の端面２１ｃとするのが望ましい。本発明者らがさらに検証したところ、溶接ビーム３５を、フランジ部２２の上側端面２２ａを含む平面上で、フランジ部２２ｂの内径寸法に対して８０〜１００％の直径を有する円環領域と交差するように照射すれば、フランジ部２２の溶接後の変形を抑制できることが判明した。
【００６５】
また、本発明者が検証したところ、一定以上の抜去力を確保するためには、溶接金属部２３のうち、フランジ部２２の溶接金属部２３２の軸方向長さに下限値が存在することが判明した。すなわち、図１１（Ａ）に示すように、フランジ部２２の溶接金属部２３２の軸方向長さをＬ１、フランジ部２２の厚さをＬ２とした場合に、その比率Ｌ１／Ｌ２と抜去力との間には、図１２に示す関係が成り立つ。
【００６６】
図１２から理解できるように、比率Ｌ１／Ｌ２を増加させると、抜去力は単調に増加し、０．１５〜０．３５の間では直線近似が可能である。すなわち、フランジ部２２における溶接金属部２３２の軸方向長さの最大値Ｌ１が増大するに従って、抜去力が増大する。比率Ｌ１／Ｌ２が０．２５以上で約８００Ｎ以上の抜去力が得られ、更に比率Ｌ１／Ｌ２が０．２９以上で１０００Ｎの抜去力が得られる。従って、フランジ部２２の溶接金属部２３２の軸方向長さＬ１はフランジ部の厚さの２５％以上とするのが望ましい。
【００６７】
以上の説明では、軸部材２として、軸部２１の端面２１ｃを段差のない平坦面とし、この端面２１ｃをフランジ部２の上側端面２２ａに当接させた場合を例示したが、軸部材２の形状はこれに限定されず、例えば図１１（Ｂ）に示すように、軸部材２の下端に小径部２１ｅ形成し、この小径部２１ｅをフランジ部２２の内周面２２ｃと嵌合し、小径部２１ｅの端面２１ｃとフランジ部２２の内周面２２ｃとの境界部に溶接金属部２３を形成する場合にも同様に適用することができる。
【００６８】
本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。例えば、軸部２１とフランジ部２２の溶接固定後に、これらの表面に切削や研摩等の仕上げ加工を施すことができる。
【符号の説明】
【００６９】
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
２１ａ  外周面
２１ｃ  下端面
２２    フランジ部
２２ａ  上側端面
２２ｂ  下側端面
２２ｃ  内周面
２３    溶接金属部
３５    レーザビーム
Ａ      ラジアル軸受面
Ｂ、Ｃ  スラスト軸受面
Ｌ１  フランジ部の溶接金属部の軸方向長さ
Ｌ２  フランジ部の厚さ
Ｒ１，Ｒ２  ラジアル軸受部
Ｔ１，Ｔ２  スラスト軸受部
α    入射角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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