(57)【要約】【課題】  高い精度と耐久性を備えた動圧軸受装置用の軸部材を低コストに供給することを目的とする。【解決手段】  軸部材２の素材表面に、樹脂組成物を硬化させることで、流体動圧を発生させるための動圧発生部を形成した。素材表面のうち、少なくとも樹脂組成物で被覆された部分の表面粗さＲａは、０．０２≦Ｒａ≦０．３とする。【選択図】図２
2006090364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材表面に、流体動圧を発生させるための動圧発生部を有し、この動圧発生部が素材表面に供給した樹脂組成物を硬化させて形成されたものであって、
前記素材表面のうち、少なくとも樹脂組成物で被覆された部分の表面粗さＲａが、０．０２≦Ｒａ≦０．３であることを特徴とした動圧軸受装置用軸部材。
【請求項２】
素材表面のうち、少なくとも樹脂組成物で被覆された部分にローレット加工を施したことを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項３】
動圧発生部が、樹脂組成物をノズルから着弾あるいは滴下させた後、これを硬化させて形成されていることを特徴とする請求項１または２何れか記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項４】
請求項１〜３何れか記載の軸部材と、該軸部材の外方に位置し、内周面を前記動圧発生部と対向させた軸受部材とを備えた動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に組み込まれて使用される軸部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動圧軸受装置は、軸部材と、軸部材の外方に位置する軸受部材の相対回転により軸受隙間に生じた潤滑油の動圧作用で圧力を発生させ、この圧力で軸部材を非接触支持する軸受装置である。この動圧軸受装置は、高速回転、高回転精度、低騒音等の特徴を備えるものであり、情報機器、例えば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、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用の軸受装置として好適である。
【０００３】
動圧軸受装置は、ラジアル軸受隙間およびスラスト軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向およびスラスト方向に非接触支持する軸受装置である。この種の動圧軸受装置としては、軸部材の周囲に形成される動圧発生用溝を、ポリアミド樹脂にＰＴＦＥ微粒子を分散したペースト材料を用いたスクリーン印刷によって形成したものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−３１０７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された軸部材は、下地金属の表面に動圧発生用溝を区画する樹脂製の凸状部が接着した形態を有する。この場合、軸受の運転中、特に軸部材の起動停止時には、軸部材表面の樹脂製凸状部が相手部材と接触する場合がある。そのとき、凸状部に働くせん断力によって、凸状部と金属下地とのの接着界面にせん断応力が集中し、凸状部の界面剥離が発生し得る。動圧軸受装置は、軸受隙間を高精度に管理することで高い回転精度を保つ事ができるのであるが、凸状部が剥離し、動圧溝の形状が崩れると、所要の回転精度を維持できない。
【０００５】
そこで本発明は、高い精度と耐久性を備えた動圧軸受装置用の軸部材を低コストに供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明では、素材表面に、流体動圧を発生させるための動圧発生部を有し、この動圧発生部が素材表面に供給した樹脂組成物を硬化させて形成されたものであって、前記素材表面のうち、少なくとも樹脂組成物で被覆された部分の表面粗さＲａが、０．０２≦Ｒａ≦０．３であることを特徴とした動圧軸受装置用軸部材を提供する。なお、Ｒａは日本工業規格（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）規定の算術平均粗さ〔単位：μｍ〕を意味する。
【０００７】
本発明のように、素材表面に樹脂組成物を供給して動圧発生部を形成する場合、素材表面が適度の表面粗さを持っていると、樹脂と素材表面の接触面積が大きくなり、さらにアンカー効果が得られることから素材表面に対する樹脂組成物の接着性が高まると考えられる。本発明者らが検証したところ、表面粗さＲａが０．０２よりも小さいと、素材表面に対する樹脂組成物の接着性が著しく低下し、樹脂組成物が素材表面から剥離し易くなるため、動圧軸受に必要とされる耐久寿命を確保できないことが判明した。一方、表面粗さＲａが０．３よりも大きいと、十分な接着強度を得られる反面、動圧軸受では樹脂層の厚さが動圧溝深さに対応した数μｍ〜十数μｍの薄いものとなるから、樹脂組成物の表面が素材表面の凹凸に倣った凹凸形状となり、これにより動圧軸受の軸受性能が害されることが判明した。かかる観点から、本発明では、素材表面のうち、少なくとも樹脂組成物で被覆された部分の表面粗さＲａを上記の範囲に規定した。
【０００８】
上記範囲の表面粗さは、軸部材の素材を切削等により成形した後、少なくとも樹脂組成物で被覆される部分に前加工を施して粗面化することにより得ることができる。前加工の具体例は、素材表面を粗面化できる限り種々の加工方法を適用することができるが、コスト面や加工性等を考慮すると、ローレット加工が最も好ましい。
【０００９】
素材表面に動圧発生部を形成する方法としては、樹脂組成物をノズルから着弾または滴下させた後、これを硬化させる方法、例えばインクジェット法（以下、「インクジェット法等」という）を用いることができる。
【００１０】
インクジェット法等による動圧発生部の形成方法では、予めプログラミングすることにより、任意の形状パターンを印刷することができ、かつインク（樹脂組成物）の吐出量を精密に制御することにより、形状パターンの各部を任意の厚さに形成することができる。従って、硬化したインク自体で必要な動圧発生部形状を確保することができ、これにより、樹脂組成物により形成された動圧発生部をそのまま軸受面として使用することが可能となり、動圧発生部の形成工程を簡略化できる。また、インクジェット法等による印刷は、軸部材に非接触の状態で行われるため、印刷型や印刷型を保持するための印刷用スクリーンは不要で、かつ軸部材の回転に応じて印刷型を移動させる機構も不要となるので、成形装置を簡略化できる。このように印刷方法をインクジェット法等にすることで、軸部材の低コスト化を図ることができる。
【００１１】
以上の構成を有する軸部材は、軸部材と、この軸部材の外方に位置し、内周面を軸部材の動圧発生部に対向させた軸受部材とを備えた動圧軸受装置として好ましく用いることができる。動圧発生部で生じる動圧作用による荷重の支持方向は、ラジアル方向およびスラスト方向の何れでも良い。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、高精度かつ高耐久性を有する動圧発生部が形成された軸部材を、低コストに提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４に示す図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、インクジェット方式の動圧発生部印刷装置を例示したものである。なお図示例では、図３に示す軸部材２のうち、軸部２ａの外周面２ａ１に動圧発生部を形成する場合を示している。図示するように、この印刷装置は、回転駆動される軸部２ａの素材２ａ’の外周面２ａ１と対向させた一又は複数のノズルヘッド１０と、ノズルヘッド１０に対してその円周方向位置を異ならせて配置した、好ましくは図示のように素材２ａ’を挟んでノズルヘッド１０と対向させて配置した硬化部１１とを主要な構成要素とする。ノズルヘッド１０には、微小液滴状態のインク１２を吐出する複数のノズル１４が軸方向に配設されている。インク１２は、例えば光硬化性樹脂、好ましくは紫外線硬化樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物であり、必要に応じて適当な割合で有機溶媒を配合したものが使用される。硬化部１１は、樹脂組成物を硬化させるための光を照射する光源で、例えば紫外線ランプが使用される。
【００１５】
例えばステンレス鋼等の金属材料からなる素材２ａ’を回転させながらノズルヘッド１０を軸方向に往復スライドさせ、ノズル１４からインク１２を吐出することにより、インク１２の微小液滴が素材２ａ’の外周面２ａ１の所定位置に着弾する。この微小液滴が多数集合することで、素材２ａ’の外周面２ａ１には、動圧発生部としての、例えばヘリングボーン形状に配列された動圧溝Ａｂおよび動圧溝の区画部Ａａからなる動圧溝パターン（ラジアル軸受面Ａ）が形成される。動圧溝パターンの印刷は軸部材２の回転に伴って徐々に円周方向に進行する形で行われ、印刷部分が硬化部１１の対向領域に達すると、紫外線の照射を受けたインク１２が重合反応を起こして順次硬化する。各ノズルからのインクの供給・停止を適宜切換えながら素材２ａ’を１〜数十回転させて、素材２ａ’の全周に動圧溝パターンを形成する。このとき、ノズルヘッド１０と硬化部１１とは素材２ａ’を挟む対向位置に配置されているので、硬化部１１から照射される紫外線は素材２ａ’に遮蔽され、ノズル１４から吐出されるインク１２には重合反応による硬化作用は及ばない。従って硬化したインク１２によるノズル１４の目詰まり等を防止して、効率よく動圧溝パターンを形成することができる。
【００１６】
インクジェット法による印刷では、各ノズル１４でインクの微小液滴の吐出量を制御することで印刷後のインク膜厚を印刷パターンの各部で精度良く管理することができる。従って、硬化したインクで必要な動圧溝Ａｂの深さを確保することができるため、エッチング等の追加工程を経ることなく、そのままラジアル軸受面Ａとして使用することが可能となる。また、スクリーン印刷のように、印刷型や印刷型を保持するための印刷用スクリーンは不要で、かつ軸部材の回転に応じて印刷型を移動させる機構も不要となるので形成装置の簡略化により、より一層の低コスト化を図ることができる。
【００１７】
なお、インクの定着方式としては、上述のインクジェット方式のみならず、例えば電気泳動を利用して液滴を吐出する方法、いわゆるノズルレスタイプの液滴吐出方式、あるいはマイクロピペットを介してインクを液滴の状態ではなく連続的に素材の表面に吐出する方式、あるいは素材表面までの距離を短縮し、インクを吐出と同時に定着面に接触させる方式などを使用することもできる。
【００１８】
素材２ａ’は、図１に示すインクジェット印刷装置に投入されるにあたり、その外周面２ａ１における素材表面粗さＲａが０．０２≦Ｒａ≦０．３になるように前加工される。Ｒａが０．０２よりも小さいと、樹脂と金属の接触面積が小さいことから、回転する軸部材２の表面が固定側の部材と摺動接触する際、樹脂からなる区画部Ａａが素材２ａ’表面から剥離し易くなり、この種の動圧軸受装置に求められる耐久性を満足することができない。一方、Ｒａが０．３よりも大きいと、樹脂からなる区画部Ａａの厚さは数μｍ〜十数μｍであるため、図２に示すように、区画部Ａａの表面Ａａ１が素材表面の凹凸に倣った凹凸形状となる。そのため、動圧溝Ａｂを有するラジアル軸受面Ａの精度が低下し、軸受性能の低下を招く。表面粗さＲａを上記の範囲に設定すれば、樹脂と金属の間に十分な接触面積が確保され、かつアンカー効果も期待されることから、長期間安定して区画部Ａａの剥離を確実に防止することができ、かつ区画部Ａａ表面の平面度の確保を通じて軸受性能の低下を防止することができる。
【００１９】
なお、動圧溝パターンとしては、図２に示すように動圧溝Ａｂの溝底を素材２ａ’の表面で形成する形態の他、動圧溝の形成領域の全面を樹脂組成物で被覆すると共に、その上に樹脂組成物で区画部Ａｂを形成することにより、動圧溝Ａｂの溝底を樹脂で形成した形態（図示省略）も採用することができる。
【００２０】
上述の前加工方法としては、ローレット加工やサンドブラスト、エッチング等が考えられるが、高精度に表面粗さを管理でき、粒子や液管理等の必要性がなく、低コストで加工可能なローレット加工が好ましい。ローレット加工の方法としては、転造法の他旋削法を挙げることができる。該加工を施すことにより、素材２ａ’の外周面２ａ１は上述の素材表面粗さＲａとなるような略凹凸断面形状に形成される。なお、該加工は、ラジアル軸受面Ａのうち、区画部Ａａの形成領域にのみ施せば足りるが、ラジアル軸受面Ａの全面、さらには素材２ａ’の全外周面に亘って施しても構わない。
【００２１】
図３は、上記手順を経て製作された軸部材２を組込んだ動圧軸受装置１の一構成例を示している。この動圧軸受装置１は、回転中心に軸部２ａを有する軸部材２と、スリーブ状の部分を有し、軸部２ａをその内周に挿入可能な軸受部材７と、軸受部材７の一端側開口を封口する蓋部材８と、軸受部材７の他端側に位置するシール部９とを備えている。
【００２２】
軸部材２は、軸部２ａとその一端に一体または別体に設けられたフランジ部２ｂとで構成される。軸部２ａの外周面２ａ１には、動圧発生部として、例えばヘリングボーン形状に配列された動圧溝Ａｂと、動圧溝Ａｂの区画部Ａａとを含むラジアル軸受面Ａが軸方向に離隔して形成されている。上側のラジアル軸受面Ａでは、動圧溝Ａｂが軸方向中心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Ａｂによる潤滑油の引き込み力（ポンピング力）は下側の対称形のラジアル軸受面に比べ上側のラジアル軸受面で相対的に大きくなる。
【００２３】
軸受部材７は、例えば樹脂組成物の射出成形により略円筒形状に成形され、その内周に軸部材２が挿入されている。図示例の軸受部材７は、スリーブ部７ａとその上方のシール装着部７ｂと、その下方の封口部７ｃとで構成される。スリーブ部７ａの内周面７ａ１は、シール装着部７ｂの内周面７ｂ１や封口部７ｃの内周面７ｃ１よりも小径で、軸部材２の二つのラジアル軸受面Ａと対向する。本実施形態においては、スリーブ部７ａの内周面７ａ１は、動圧溝のない平坦な円筒面として形成され、スリーブ部７ａの下側端面７ａ２には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状に配列した複数の動圧溝と、動圧溝を区画形成する区画部とを含む第１スラスト軸受面Ｂが射出成形と同時に形成される。
【００２４】
蓋部材８は、例えば軟質金属のプレス成形により有底略円筒状に形成される。この蓋部材８は、円筒状の側部８ａと、側部８ａの下端開口を封口する底部８ｂとを備え、図示例では側部８ａと底部８ｂとは一体成形されている。底部８ｂの上側端面８ｂ１には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状に配列した複数の動圧溝と、動圧溝を区画形成する区画部とを含む第２スラスト軸受面Ｃがプレス成形と同時に形成される。
【００２５】
蓋部材８は、側部８ａの内周面８ａ１を軸受部材７の封口部７ｃの内周面７ｃ１に嵌合し、圧入、接着、溶着等の適宜の手段を施すことにより軸受部材７に固定される。この時、軸部材２のフランジ部２ｂは、軸受部材７のスリーブ部７ａの下側端面７ａ２と蓋部材８の底部８ｂの上側端面８ｂ１との間に空間に収容される。蓋部材８の側部８ａの上側端面８ａ２は、軸受部材７のスリーブ部７ａの下側端面７ａ２と当接しており、これによって後述のスラスト軸受隙間が規定幅に管理される。
【００２６】
なお、軸受部材７と蓋部材８は、樹脂組成物や金属材料で一体成形することもできる。何れの成形においても、各スラスト軸受面Ｂ、Ｃは、射出成形やプレス成形する際同時に形成することが可能である。
【００２７】
シール部９は、金属材料や樹脂材料で環状に形成される。シール部９は、この実施形態では、軸受部材７とは別体に形成され、軸受部材７の上端側に位置する上端大径部７ｂの内周面９ｂ１に圧入、接着等の手段で固定される。シール部９の内周面９ａは上方に向かうにつれてテーパ状に拡径しており、この内周面９ａと、内周面９ａに対向する軸部２ａの外周面２ａ１との間には、上方に向かうにつれて半径方向寸法が漸次拡大する環状のシール空間Ｓが形成される。シール部９で密封された動圧軸受装置１の内部空間には、流体（例えば潤滑油）が注入され、動圧軸受装置１内が潤滑油で満たされる。この状態では、潤滑油の油面はシール空間Ｓの範囲内に維持される。部品点数の削減および組立工数の削減のため、シール部９を軸受部材７と一体成形することもできる。
【００２８】
上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材２が回転すると、軸部２ａの外周面２ａ１に離隔成形されたラジアル軸受面Ａは、それぞれ軸受部材７のスリーブ部７ａの内周面７ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材２の回転に伴い、各ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、そ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第１のラジアル軸受部Ｒ１と第２のラジアル軸受部Ｒ２とが形成される。
【００２９】
また、軸受部材７のスリーブ部７ａの下側端面７ａ２に形成された第１スラスト軸受面Ｂは、第１スラスト軸受隙間を介してフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１と対向し、蓋部材８の底部８ｂの上側端面８ｂ１に形成された第２スラスト軸受面Ｃは、第２スラスト軸受隙間を介してフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２と対向する。軸部材２の回転に伴い、両スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油が動圧作用を発生し、その圧力によって軸部材２が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をスラスト両方向に回転自在に非接触支持する第１のスラスト軸受部Ｔ１および第２のスラスト軸受部Ｔ２が形成される。
【００３０】
本実施形態においては、第１スラスト軸受面を軸受部材７の下側端面７ａ２に、第２スラスト軸受面を蓋部材８の上側端面８ｂ１に型成形したが、上述の素材表面への前加工を施した後、例えばインクジェット法による印刷装置を用いて、第１スラスト軸受面Ｂをフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に、第２スラスト軸受面Ｃをフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に形成することもできる。この場合、各スラスト軸受面Ｂ、Ｃは、上述した前加工→動圧溝パターンのインクジェット印刷という手順を経て形成することができる。
【００３１】
本発明の実施形態は上記のものに限らず、動圧発生部をその外周面に形成した軸部材２を組み込んだ動圧軸受装置の第２構成例を図４に示す。図４に示す動圧軸受装置２１が第１構成例の動圧軸受装置と大きく異なる点は、一部材であった軸受部材７が、ハウジング１７と軸受スリーブ１８の二部材で構成されている点である。ハウジング１７は、例えば樹脂組成物の射出成形にて略円筒形状に成形される。軸受スリーブ１８は、焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする焼結金属に潤滑油を含浸させた含油焼結金属の多孔質体、あるいは黄銅やアルミ（アルミ合金）等の軟質金属材料で円筒状に形成される。この実施形態においては、軸受スリーブ１８の下側端面１８ｂに第１スラスト軸受面Ｂが形成されている。ハウジング７の内周面には、接着等の手段で軸受スリーブ１８が固定され、軸受スリーブ１８の内周面には軸部材２が挿入される。軸部材２の回転時には、軸部材２の外周面２ａ１に形成されたラジアル軸受面Ａと、軸受スリーブ１８の内周面１８ａとの間のラジアル軸受隙間にラジアル軸受部が形成される。この他の点については、同一構造であるため、同一符号を付与し、重複説明を省略する。
【００３２】
なお、以上の実施形態では、ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２およびスラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２を構成する動圧軸受として、例えばヘリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝からなる動圧発生部を用いた軸受を例示しているが、動圧発生部の構成はこれに限定されるものではない。ラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２として、例えば、円周方向複数箇所で、ラジアル軸受隙間を円周方向の一方又は双方にくさび状に縮小させた形状とした、いわゆる多円弧軸受、軸方向に延びた動圧溝を円周方向の複数箇所に形成した、いわゆるステップ軸受で構成することもできる。また、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ２として、円周方向複数箇所で、スラスト軸受隙間を円周方向の一方又は双方にくさび状に縮小させた形状とした構成のものを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】インクジェット方式の印刷装置の概要図である。
【図２】Ｒａ＞０．３の場合の素材表面を示す概略図である。
【図３】第１の実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、２１  動圧軸受装置
２      軸部材
２ａ    軸部
２ａ’  素材
２ａ１  外周面
２ｂ    フランジ部
７      軸受部材
８      蓋部材
９      シール部
１０    ノズルヘッド
１２    インク
１４    ノズル
１７    ハウジング
１８    軸受スリーブ
Ａ      ラジアル軸受面
Ｂ      第１スラスト軸受面
Ｃ      第２スラスト軸受面
Ａａ    区画部
Ａｂ    動圧溝
Ｒ１、Ｒ２        ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２        スラスト軸受部
Ｓ      シール空間
【図１】
2006090364.tif 000003
【図２】
2006090364.tif 000004
【図３】
2006090364.tif 000005
【図４】
2006090364.tif 000006