(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に支持すべき回転軸の外周面と軸受隙間を介して対向し、かつ、傾斜状の動圧溝を有する軸受面を備え、外周面につば部が形成された軟質金属からなる動圧型軸受の製造方法において、
軟質金属からなり、外周面につば部が形成された円筒状の軸受素材を作製し、
上記軸受素材の内周面に、上記軸受面に対応した形状を有する成形型を設けたコアロッドを挿入し、
上記軸受素材を上記コアロッドと伴にダイに収容すると共に、上記軸受素材の両端面を上下の１次パンチで上下方向から押さえた状態で、上記軸受素材の外周面とダイとの間に上下の２次パンチを上記つば部を挟んで上下方向から圧入し、それによって、上記軸受素材を外周側から圧迫し、上記軸受素材の内周部を上記コアロッドの成形型に加圧して、上記軸受素材の内周面に上記軸受面の動圧溝の形成領域とそれ以外の領域とを同時成形することを特徴とする動圧型軸受の製造方法。
【請求項２】
成形の後、上記圧迫力を除去することによる上記軸受素材のスプリングバックを利用して、上記コアロッドを軸受素材の内周面から離型することを特徴とする請求項１に記載の動圧型軸受の製造方法。
【請求項３】
上記コアロッドが、弾性的に縮拡径可能な中空状で、その外周面に上記軸受面に対応した形状を有する成形型を備えた軸部材と、該軸部材の内周部に挿入され、該軸部材を一定径に保持するコア部材とで構成され、成形の後、上記コア部材を軸部材の内周部から抜いて軸部材を縮径可能な状態にしてから、上記軸部材を軸受素材の内周面から離型することを特徴とする請求項１に記載の動圧型軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟質金属からなる動圧型軸受に関し、特にレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、磁気ディスクドライブ（ＨＤＤ等）など、高速下で高回転精度が要求される機器のスピンドルモータや、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭなど、ディスクが載ることによって大きなアンバランス荷重が作用し高速で駆動する機器のスピンドルモータに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
情報関連機器例えばレーザビームプリンタ（ＬＢＰ）や、磁気ディスクドライブ（ＨＤＤ等）などの小型スピンドルモータでは、高速化、高回転精度の要請に対応すべく、スピンドル軸を支持する軸受として、従来の転がり軸受に代えて、非接触型の動圧型軸受を使用することが検討されている。
【０００３】
この種の動圧型軸受として、軟質金属からなる軸受素材の内周面に、へリングボーン型や、スパイラル型等の動圧溝を有する軸受面を形成したものがある。
【０００４】
従来、軸受面における動圧溝を成形する方法としては、軸受素材よりも硬質の複数個のボールを、軸受素材の内径よりもわずかに突出するように軸の先端に放射状に配置したものを治具とし、この治具を軸受素材の内周面に廻しながら押込んで動圧溝を転造（塑性加工）する方法が知られている（特許２５４１２０８号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法では、動圧溝の形成領域に隣接する領域で素材の隆起（ばり）が生じるので、転造後に、これを旋盤或いはリーマで切削除去する必要がある（特開平８−２３２９５８号）。そのため、加工工程が多くなるという問題がある。
【０００６】
また、ばりを除去する際に、軸受素材をチャックで固定する必要があるため、チャックの加圧力によって軸受素材の内周面が変形したり、外周面との円筒度が悪化する等の問題を生じる。
【０００７】
さらに、この種の動圧型軸受においては、安定した動圧作用を得るため、軸受面を精度良く形成する必要があるが、軸受面における動圧溝の深さは、通常２〜４μｍであり、用途に応じて深さを調節する必要がある。例えば、ＨＤＤやＤＶＤ−ＲＡＭなどのように高いデジタル剛性が必要な場合は、通常軸受隙間を小さく設定する。この場合、動圧溝の深さは軸受隙間に応じて浅い方が良い。
【０００８】
上述のボール転造による動圧溝の成形において、治具に取付けられる複数のボールの突出量をこのような微小かつ一定量に設定することは困難である。ボールの突出量にばらつきがあると、各ボールの加圧力にばらつきが生じるため、動圧溝の深さが一定とならない。
【０００９】
そこで、本発明は、軟質金属製の動圧型軸受における上記のような問題点を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の動圧型軸受の製造方法は、内周面に支持すべき回転軸の外周面と軸受隙間を介して対向し、かつ、傾斜状の動圧溝を有する軸受面を備え、外周面につば部が形成された軟質金属からなる動圧型軸受の製造方法において、軟質金属からなり、外周面につば部が形成された円筒状の軸受素材を作製し、軸受素材の内周面に、軸受面に対応した形状を有する成形型を設けたコアロッドを挿入し、軸受素材をコアロッドと伴にダイに収容すると共に、軸受素材の両端面を上下の１次パンチで上下方向から押さえた状態で、軸受素材の外周面とダイとの間に上下の２次パンチをつば部を挟んで上下方向から圧入し、それによって、軸受素材を外周側から圧迫し、軸受素材の内周部をコアロッドの成形型に加圧して、軸受素材の内周面に軸受面の動圧溝の形成領域とそれ以外の領域とを同時成形するものである。
【００１１】
成形の後、上記圧迫力を除去することによる軸受素材のスプリングバックを利用して、コアロッドを軸受素材の内周面から離型することができる。
【００１２】
あるいは、コアロッドを、弾性的に縮拡径可能な中空状で、その外周面に軸受面に対応した形状を有する成形型を備えた軸部材と、軸部材の内周部に挿入され、軸部材を一定径に保持するコア部材とで構成し、成形の後、コア部材を軸部材の内周部から抜いて軸部材を縮径可能な状態にしてから、軸部材を軸受素材の内周面から離型するができる。
【００１３】
このような動圧型軸受は、軸受面において安定した動圧膜を形成し、回転軸を軸受面に対して回転自在に非接触支持することができるので、情報機器のスピンドルモータに適している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は、ＣＤ−ＲＯＭ用スピンドルモータＡを例示している。このスピンドルモータＡは、回転軸１と、回転軸１が挿入される軸受３と、半径方向のギャップを介して対向配置されたロータ５及びステータコイル６を主要構成とする。
【００１６】
回転軸１の上端には、情報記録媒体となるディスクを装着するターンテーブル８が取付けられる。ターンテーブル８の下面には、筒状のロータケース９が取付けられ、その内周面にロータ５が固定される。
【００１７】
軸受３は、アルミニウム、黄銅、青銅等の軟質金属からなる略円筒状の部材である。
【００１８】
軸受３の内周面３ｂには、回転軸１の外周面１ａと所定の軸受隙間ｃを介して対向する軸受面３ｃが形成される。また、軸受３の外周面３ｄには、つば部３ｄ１が一体成形され、つば部３ｄ１を挟んで上側にステータコイル６が外挿固定され、下側にモータ基板１０が外挿固定される。本実施形態の場合、ロータ５とステータコイル６は、互いに半径方向に電磁力を及ぼすように所定のラジアルギャップを介して取付けられる。
【００１９】
図２に示すように、軸受３の内周面３ｂには、軸方向に離隔する２つの軸受面３ｃが形成され、２つの軸受面３ｃの双方に、それぞれ軸方向に対して傾斜させた複数の動圧溝３ｅが円周方向に配列形成される。軸受面３ｃにおける動圧溝３ｅとそれ以外の領域３ｆとの段差（動圧溝３ｅの深さ）は、例えば、２〜４μｍ程度である。なお、動圧溝３ｅは軸方向に対して傾斜して形成されていれば足り、この条件を満たす限り同図に示す形状には限定されない。
【００２０】
本発明における軸受３の軸受面３ｃは、例えば、図３に示すような略円筒形状の軟質金属素材３’  の内周に、完成品（軸受３）の軸受面３ｃに対応した形状の成形型を挿入し、内周面３ｂ’  の軸受面成形領域３ｃ’  を成形型に加圧することによって、軸受面３ｃの動圧溝３ｅの形成領域とそれ以外の領域３ｆとを同時成形することによって形成される。従って、本発明の軸受３は、従来軸受（特許２５４１２０８号）に比べ、軸受面のばりを除去する工程が不要であり、軸受面３ｃの円筒度が悪化することもない。また、軸受面３ｃの全領域が成形型の加圧によって同時成形されるので、軸受面３ｃにおいて２〜４μｍという微小な段差で形成される動圧溝３ｅを精度良く成形することができる。このため、この軸受３は、動圧型軸受として安定した動圧効果を発揮し、回転軸１を精度良く支持することができる。
【００２１】
例えば、軸受隙間ｃに流体潤滑剤（潤滑グリース、潤滑油）を介在させる場合、回転軸１の回転に伴う動圧溝３ｅの引き込み作用によって、軸受面３ｃの軸方向中央領域に油が引き込まれて動圧油膜が発生する。そして、その動圧油膜によって回転軸１の外周面１ａが軸受面３ｃに対して回転自在に非接触支持される。流体潤滑剤を使用しない場合は、動圧溝３ｅの引き込み作用によって軸受面３ｃの軸方向中央領域に空気が引き込まれて動圧空気膜が発生し、その動圧空気膜によって回転軸１の外周面１ｃが軸受面３ｃに対して回転自在に非接触支持される。
【００２２】
以下、軸受３の製造方法について説明する。
【００２３】
図４は、第一の製造方法における軸受面成形工程で使用する成形装置の概略構造を例示している。この装置は、円筒状のダイ２０、軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  の軸受面成形領域３ｃ’  を成形するコアロッド２１、軟質金属素材３’  の両端面を上下方向から押さえる上下の１次パンチ２２、２３、軟質金属素材３’  を外周面から加圧する上下の２次パンチ２４、２５を主要な要素として構成される。
【００２４】
コアロッド２１の外周面には、完成品（軸受３）の軸受面３ｃの形状に対応した形状を有するの２つの成形型２１ａが軸方向に離隔して設けられている。図５に示すように各成形型２１ａの凸状の第１成形部２１ａ１は軸受面３ｃにおける動圧溝３ｅの領域を成形し、凹状の第２成形部２１ａ２は動圧溝３ｅ以外の領域３ｆを成形するものである。なお、図５は成形型２１ａの概略図であり、第１成形部２１ａ１と第２成形部２１ａ２との段差は誇張してある。成形型２１ａにおける第１成形部２１ａ１と第２成形部２１ａ２との段差は、軸受面３ｃにおける動圧溝３ｅの深さと同じ２〜４μｍである。
【００２５】
コアロッド２１を、軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  に、隙間をもって挿入して位置合わせをした後、上１次パンチ２２およびコアロッド２１を降下させて、軟質金属素材３’  をダイ２０に圧入し、さらに下１次パンチ２３に押し付ける。その後、上下２次パンチ（２４，２５）を圧入して、軟質金属素材３’  を外周側から加圧する。
【００２６】
このとき軟質金属素材３’  は、上下１次パンチ（２２，２３）および上下２次パンチ（２４，２５）から圧迫力を受けて変形を起こし、内周面３ｂ’  の軸受面成形領域３ｃ’  がコアロッド２１の側に塑性流動を起こして成形型２１ａに食い付く。これにより、成形型２１ａの形状が軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  の軸受面成形領域３ｃ’  に転写され、軸受面３ｃが図２に示す形状に成形される。
【００２７】
軸受面３ｃの成形が完了した後、上下２次パンチ（２４，２５）を抜き、上１次パンチ２２を上昇させ、軟質金属素材３’  にコアロッド２１を挿入したままの状態で下１次パンチ２３とコアロッド２１を連動して上昇させ、軟質金属素材３’  をダイ２０から抜く。軟質金属素材３’  をダイ２０から抜くと、軟質金属素材３’  にスプリングバックが生じ、その内径寸法が拡大するので、動圧溝３ｅを崩すことなく、軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  からコアロッド２１（成形型２１ａ）を抜き取ることができる。なお、軟質金属素材３’  のスプリングバック量の半径量が動圧溝３ｅの深さよりも大きい場合は、成形型２１ａを軟質金属素材３’  の内周面に干渉させることなく離型することができるが、軟質金属素材３’  のスプリングバック量の半径量が動圧溝３ｅの深さよりも小さく、成形型２１ａが軟質金属素材３’  の内周面に多少干渉する場合であっても、軟質金属素材の材料弾性による拡径量（半径量）を付加して、動圧溝３ｅを崩すことなく成形型２１ａを素材３’  の内周面から離型できれば良い。
【００２８】
次に、軸受３の第二の製造方法について説明する。
【００２９】
図６は、第二の製造方法における軸受面成形工程で使用する成形装置の概略構造を例示している。この装置は、円筒状のダイ３０、軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  の軸受面成形領域３ｃ’  を成形するコアロッド（３１，３２）、軟質金属素材３’  の両端面を上下方向から押さえる上下の１次パンチ（３３，３４）、軟質金属素材３’  を外周面から加圧する上下の２次パンチ（３５，３６）を主要な要素として構成される。コアロッドは、中空状の軸部材３１と、軸部材３１の内周部に挿入されるコア部材３２とで構成される。軸部材３１は硬質の材料からなる中空の薄肉円筒形状の部材で、外周面に成形型３１ａを有し、かつ、先端部に複数のスリット３１ｂを備えている。コア部材３２は、中実の断面円形の部材である。
【００３０】
軸部材３１の外周面に形成される成形型３１ａは、第一の製造方法に用いられるコアロッド２１の成形型２１ａと同様であり、２つの成形型３１ａが軸方向に離隔して設けられている。各成形型３１ａの凸状の第１成形部３１ａ１は軸受面３ｃにおける動圧溝３ｅの領域を成形し、凹状の第２成形部３１ａ２は動圧溝３ｅ以外の領域３ｆを成形するものである。成形型３１ａにおける第１成形部３１ａ１と第２成形部３１ａ２との段差は、軸受面３ｂにおける動圧溝３ｅの深さと同じ２〜４μｍである。
【００３１】
軸部材３１の先端部に設けられるスリット３１ｂは軸方向に形成され、軸部材３１の先端から２つの成形型３１ａの形成位置を含んで形成される。この軸部材３１は、スリット３１ｂを有することによって弱い力でも弾性的に縮拡径可能に構成されるものであり、本実施形態の軸部材３１は、スリット３１ｂが、円周方向に２箇所形成されたものである。軸部材３１は、その内周部に挿入されたコア部材３２によって一定径に保持される。
【００３２】
軸部材３１の内周部にコア部材３２を挿入し、軸部材３１を一定径に保持した状態で、コアロッド（３１，３２）を軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  に挿入して位置合わせをした後、上１次パンチ３３及びコアロッド（３１，３２）を下降させて、軟質金属素材３’  をダイ３０に圧入し、さらに下１次パンチ３４に押しつける。その後、上下２次パンチ（３５，３６）を圧入して、軟質金属素材３’  を外周側から加圧する。これにより、第１の製造方法と同様に、成形型３１ａの形状が軟質金属素材３’  の内周面３ｂ’  の軸受面形成領域に転写され、軸受面２ｃが図２に示す形状に成形される。
【００３３】
軸受面３ｃの成形が完了した後、上下２次パンチ（３５，３６）、を抜き、上１次パンチ３３を上昇させ、軟質金属素材３’  にコアロッド（３１，３２）を挿入したままの状態で、下１次パンチ３４とコアロッド（３１、３２）とを連動して上昇させ、軟質金属素材３’  をダイ３０から抜く。その後、コア部材３２を軸部材３１から抜き、軟質金属素材３’  を軸部材３１から抜き取る。このとき、軸部材３１は弱い力で弾性変形して縮径するので、動圧溝３ｅを崩すことなく、軟質金属素材３’  の内周面３ｂから軸部材３１の成形型３１ａを抜き取ることができる。
【００３４】
上述の２つの製造方法は、軟質金属素材３’  に軸受面３ｃを成形した後、軸受面３ｃから成形型２１ａ、３１ａを離型する手段として、それぞれ、軟質金属素材３’  のスプリングバックや、コアロッド（軸部材３１）の弾性変形を利用しているが、軸受面３ｃの形状を崩すことなく成形型を離型できれば良く、特に以上に例示した手段に限定されるものではない。
【００３５】
上述のいずれの製造方法による場合も、コアロッドに形成される成形型を精度良く仕上げておけば、軸受面の精度も良くなる。コアロッドの精度を、必要とされる精度、例えば真円度１μｍ以内、円筒度２μｍ以内などに仕上げることはさほど難しくない。なお、軸受面成形を行う前に、軟質金属素材の内周面に回転サイジング（多角形状のサイジングピンを回転させながら内周面のサイジングを行う加工）等を施し、当該内周面を予め均一化させておくことが望ましい。
【００３６】
スピンドルモータＡは、上述のようにして成形された軸受面３ｃを有する軸受３に、スラスト受け４、ステータコイル６、モータ基板１０を取りつけた後、ターンテーブル８、ロータケース９、ロータ５を取付けた回転軸１を軸受３の軸受面３ｃに挿入することによって完成する。
【００３７】
このスピンドルモータＡは、回転軸１の回転に伴ない、軸受３の軸受隙間ｃに介在する潤滑油又は潤滑グリース、或いは、軸受隙間ｃに介在する空気が、動圧溝３ｅによって軸受隙間ｃの軸方向中央領域に向けて引き込まれる。この動圧溝３ｅの動圧作用によって軸受隙間ｃ内に動圧膜（動圧油膜或いは動圧空気膜）が形成され、この動圧膜によって、回転軸１はホワール等の不安定振動を生じることなく、軸受面３ｂに対して浮上支持（非接触支持）される。スピンドルモータＡは、軸受３の軸受面３ｃの円筒度や動圧溝の形状精度が良く、軸受隙間ｃに安定した動圧膜が形成されるので、回転軸１の回転性能が良い。
【００３８】
本実施形態におけるスピンドルモータＡは、ＣＤ−ＲＯＭ用の構成であるから、上記に示した軸受３の形状や、その他の部品の形状、モータの構造等は、ＣＤ−ＲＯＭ用に適したものを示したが、本発明のスピンドルモータは、用途に応じてこれらを変更して用いられるものである。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の製造方法によって製造された動圧型軸受は、軟質金属からなる軸受本体の内周面に、動圧溝の形成領域とそれ以外の領域とが同時に成形された軸受面を有するので、軸受面の形状精度が良く、安定した動圧効果を発揮し、回転軸の支持性能が高い。
【００４０】
また、軸受面成形工程において、従来方法のような軸受面の後加工（ばりの除去加工）が不要であるので、従来に比べ加工工数が減少し、作業時間を短縮でき、かつ、加工コストの低減を図ることができる。しかも、軸受面成形後に軸受をチャックする必要がないので、軸受面の円筒度等の精度を良好なものにできる。また、成形時には軸受面にむらなく一定の圧力が掛かるので、動圧溝が一定の深さで精度良く形成される。
【００４１】
上記のような動圧型軸受を具備する情報機器のスピンドルモータは、回転軸の不安定振動や回転むらがなく、高い回転精度を有するので、情報機器の性能や耐久性向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＤ−ＲＯＭ用スピンドルモータの縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＤ−ＲＯＭ用スピンドルモータの軸受の縦断面図。
【図３】本発明の軸受の軸受製造工程に用いられる軟質金属素材の縦断面図。
【図４】本発明の第一の製造方法における軸受の成形装置の概略断面図。
【図５】本発明の第一の製造方法におけるコアロッドの成形面の概略図。
【図６】本発明の第二の製造方法における軸受の成形装置の概略断面図。
【符号の説明】
１    回転軸
３    軸受
３ｂ    内周面
３ｃ    軸受面
３ｄ    外周面
３ｄ１    つば部
３ｅ    動圧溝
３ｆ    軸受面の動圧溝以外の領域
４    スラスト受け
５    ロータ
６    ステータコイル
８    ターンテーブル
９    ロータケース
１０    モータ基板
【図１】
0003625637.tif 000002
【図２】
0003625637.tif 000003
【図３】
0003625637.tif 000004
【図４】
0003625637.tif 000005
【図５】
0003625637.tif 000006
【図６】
0003625637.tif 000007