(57)【要約】【課題】  接触に起因する応力に対する高耐久性を備えた動圧軸受装置用軸部材を、低コストで提供する。【解決手段】  軸部材２の素材表面には流体動圧を発生させるための動圧発生部を有する軸受面が形成される。軸受面には、樹脂組成物で形成された素材表面を覆う樹脂層２２が形成される。樹脂層２２は素材表面を覆う被覆部２２ａと、被覆部上で動圧発生部を区画形成する区画部Ａａからなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、軸受隙間に流体動圧を発生させるための動圧発生部を有する軸受面を形成したものであって、
前記軸受面が素材表面を樹脂層で被覆して形成され、樹脂層が、素材表面を覆う被覆部と、被覆部上で動圧発生部を区画形成する区画部とからなることを特徴とする動圧軸受装置用軸部材。
【請求項２】
前記軸受面として、ラジアル軸受隙間に面したラジアル軸受面を有する請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項３】
前記軸受面として、スラスト軸受隙間に面したスラスト軸受面を有する請求項１または２記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項４】
前記樹脂層が、素材表面にノズルから樹脂組成物を着弾あるいは滴下させ、これを硬化させたものである請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載した軸部材と、内周に軸部材を挿入した外方部材と、軸部材のラジアル軸受面とこれに対向する外方部材の内周面との間のラジアル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に非接触支持するラジアル軸受部とを備えた動圧軸受装置。
【請求項６】
さらにスラスト軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部を有する請求項５記載の動圧軸受装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ステータコイルとを有することを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置用の軸部材およびその製造方法に関するものである。ここでいう動圧軸受装置は、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。
【背景技術】
【０００２】
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】
【０００３】
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、動圧溝パターンの形状が崩れると、所要の回転精度を維持できない。
【０００４】
この場合、接着面となる金属材料の表面に化学的処理や研磨加工等でなし地処理等の下地処理を施せば、凸状部の接着強度を上げることができるが、そのような工程は動圧溝パターンを形成する工程とは別工程にせざるを得ず、工程数が増加することで高コスト化を招く。
【０００５】
そこで本発明は、高い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】
上記目的を達成するため、本発明にかかる動圧軸受装置用軸部材は、表面に、軸受隙間に流体動圧を発生させるための動圧発生部を有する軸受面を形成したものであって、軸受面が素材表面を樹脂層で被覆して形成され、樹脂層が素材表面を覆う被覆部と、被覆部上で動圧発生部を区画形成する区画部とからなることを特徴とする。
【０００７】
このように本発明によれば、軸受面の表面全体が樹脂層で覆われているので、軸受の起動・停止時等における軸部材の相手部材との接触は樹脂層で行われる。この接触の際、軸部材の素材は、相手部材に対して非接触であるから、軸部材の素材に要求される特性として耐摩耗性を不要とすることができ、素材の材料選択の自由度を拡大することができる。また、この軸部材では、素材の表面を覆う被覆部の内面全体が素材表面に接着しているので、動圧発生部を区画形成する区画部のみを素材に接着させる場合に比べ、樹脂層の素材に対する接着面積を格段に大きくすることができる。従って、接着界面での応力集中が緩和され、相手部材との接触による樹脂層の界面剥離を防止し、高い耐久性を備える軸受面を提供することができる。また、十分な接着強度が確保されることから、素材の下地処理等は不要となる。
【０００８】
この種の動圧軸受装置の軸受隙間としては、軸部材にラジアル方向の浮上力を付与するラジアル軸受隙間、および軸部材にスラスト方向の浮上力を付与するスラスト軸受隙間がある。樹脂層で形成した軸受面は、ラジアル軸受隙間に面したラジアル軸受面、およびスラスト軸受隙間に面したスラスト軸受面の何れか一方、または双方に適用することができる。
【０００９】
軸部材の素材表面に樹脂層を形成する方法としては、素材表面にノズルから樹脂組成物を着弾あるいは滴下させ、これを硬化させるものが望ましい。上記特許文献１で例示されたスクリーン印刷では、印刷型が軸部材に接触するために硬化前のインクが印刷型と接触して動圧溝パターンが崩れるおそれがあり、また、インクの使用量が多くなる等の問題を生じるが、上記の方法であればノズルと軸部材が非接触であり、かつ必要最小限のインク量で足りるので、これらの問題点を解消することができる。特に動圧溝パターンの印刷をインクジェット法により行い、その後、インクを光硬化させれば、能率的で精度の良い動圧溝成形が可能となる。
【００１０】
動圧軸受装置は、例えば、以上に述べた軸部材と、内周に軸部材を挿入した外方部材と、軸部材のラジアル軸受面とこれに対向する外方部材の内周面との間のラジアル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に非接触支持するラジアル軸受部とで構成することができる。これに加え、スラスト軸受隙間に生じた流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部を設けることもできる。
【００１１】
以上の構成を有する動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ステータコイルとを有するモータは、上記情報機器用、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気ディスク駆動装置用のスピンドルモータ等として好ましく使用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、軸受面の耐久性を低コストに向上させることができ、これにより動圧軸受装置の耐久寿命の向上を図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面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組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。この情報機器用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、動圧軸受装置１と、動圧軸受装置１の軸部材２に取り付けられたディスクハブ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４およびロータマグネット５と、ブラケット６を備えている。ステータコイル４はブラケット６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５は、ディスクハブ３の内周に取り付けられている。ディスクハブ３は、その外周に磁気ディスク等のディスクＤを一枚または複数枚保持する。ブラケット６の内周に動圧軸受装置１の外方部材７が装着されている。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との間に発生する励磁力でロータマグネット５が回転し、それに伴ってディスクハブ３、軸部材２が回転する。
【００１５】
図２に上記動圧軸受装置１の一例を示す。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外方部材７と、外方部材７の一端側開口を封口する蓋部材８と、外方部材７の他端側に位置するシール部９とを備えている。なお、説明の便宜上、蓋部材８の側を下方向、シール部９の側を上方向として以下説明する。
【００１６】
図２に示すように、軸部材２は、軸部２ａとその一端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、ヘリングボーン形状に配列された動圧発生部としての動圧溝Ａｂと、動圧溝Ａｂを区画成形する区画部Ａａとからなるラジアル軸受面Ａが形成される。ラジアル軸受面Ａは、軸部材２の軸方向に離隔して形成され、上側のラジアル軸受面Ａでは、例えばヘリングボーン形状に配列された動圧溝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Ａに比べ上側のラジアル軸受面で相対的に大きくなる。
【００１７】
図２では、ラジアル軸受面Ａとして、動圧溝Ａｂをヘリングボーン型に配列した場合を例示しているが、この例示形態以外にも動圧発生部を有する種々の形態のラジアル軸受面、例えばスパイラル状、ステップ状、あるいは多円弧状のラジアル軸受面を使用することもできる。また、図２では、ラジアル軸受面Ａを軸方向に離隔して２箇所形成する場合を例示しているが、ラジアル軸受面は軸方向に任意の数を形成可能であり、１箇所あるいは３箇所以上形成してもよい。
【００１８】
図３にラジアル軸受面Ａにおける軸部２ａの一部拡大断面図を示す。図示のように、ラジアル軸受面Ａでの軸部材２は、ステンレス鋼等の金属材料からなる素材２１と、その外周面を被覆する樹脂層２２とで構成される。素材２１の軸端には、同じくステンレス鋼等の金属材料からなるフランジ部２ｂが一体成形され、あるいは別体のフランジ部が固定される。樹脂層２２は、素材２１の外周全面を被覆する被覆部２１ａと、被覆部２１ａの上で動圧溝Ａｂを区画成形する区画部Ａａとで構成されている。隣接する区画部Ａａの間に動圧溝Ａｂが形成され、区画部Ａａの間の外周が動圧溝Ａｂの溝底となっている。なお、以上の説明では、ラジアル軸受面Ａにのみ樹脂層２２を形成しているが、樹脂層２２の被覆部２２ａは、ラジアル軸受面Ａ以外の軸部２ａの外周面２ａ１、例えば二つのラジアル軸受面Ａ間の軸部外周面２ａ１に形成することもできる。
【００１９】
外方部材７は、略円筒形状に成形される。図示例の外方部材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。封口部７ｃの内周面７ｃ１に後述する蓋部材８が嵌合固定される。
【００２０】
外方部材７のスリーブ部７ａの下側端面７ａ２には、複数の動圧溝と動圧溝を区画形成する区画部とからなるスラスト軸受面Ｂ（図示省略）が形成される。動圧発生部としての動圧溝は、例えばスパイラル形に形成される。動圧発生部の構造は任意で、例えばヘリングボーン状に配列した動圧溝を使用することもできる。
【００２１】
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、外方部材７とは別体に形成され、外方部材７の上端側に位置するシール装着部７ｂの内周面７ｂ１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、潤滑油が注油され、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を外方部材７と一体成形することもできる。
【００２２】
蓋部材８は、外方部材７とは別体の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の内底面８ｂ１には、動圧発生部としての動圧溝および動圧溝を区画形成する区画部とからなるスラスト軸受面Ｃ（図示省略）が形成される。動圧発生部としての動圧溝は、例えばスパイラル形に形成される。動圧発生部の構造は任意で、例えばヘリングボーン形に配列した動圧溝を使用することもできる。
【００２３】
外方部材７および蓋部材８は、例えば軟質金属等の金属材料のプレス成形、樹脂材料の射出成形、あるいはＭＩＭ成形等のように成形型を用いる手法で一体形成することができる。この場合、成形型に予めスラスト軸受面Ｂ、Ｃに対応した凹凸形状の成形部を形成しておけば、各部材の成形と同時に各スラスト軸受面Ｂ、Ｃを成形することができ、動圧溝の加工能率を高めることができる。
【００２４】
蓋部材８は、側部８ａの内周面８ａ１を外方部材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外方部材７に固定される。この時、軸部材２のフランジ部２ｂは、外方部材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、外方部材７のスリーブ部７ａの下側端面７ａ２と当接しており、これによってスラスト軸受隙間が規定幅に管理される。
【００２５】
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、それぞれ外方部材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。
【００２６】
また、スリーブ部７ａの下側端面７ａ２に形成されたスラスト軸受面Ｂと、蓋部材８の上側端面８ｂ１に形成されたスラスト軸受面Ｃは、軸部材２のフランジ部２ｂの両端面とそれぞれスラスト軸受隙間を介して対向する。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。
【００２７】
上述のように、本発明では、樹脂層２２の被覆部２２ａをラジアル軸受面Ａの全面に形成しているので、区画部Ａａのみを素材２１の外周面に直接形成する場合に比べ、樹脂層２２の下地金属に対する接着面積が増加する。そのため、樹脂層２２と素材２１表面との界面における接着強度が増し、界面での応力集中が緩和される。従って、ラジアル軸受面Ａが外方部材７のスリーブ部７ａの内周面７ａ１に接触した際にも、区画部Ａａが剥離しにくくなり、ラジアル軸受面Ａの耐久性を向上させることができる。
【００２８】
また、この構造では、軸受の運転中、樹脂層２２が外方部材７の内周面と摺動接触し、素材２１の外周面は外方部材７の内周面７ａ１に対して非接触となるので、素材２１の要求特性として耐摩耗性の重要度が低くなる。従って、素材２１の素材選定の自由度が高まって安価な材料を使用することが可能となり、さらに例えば未熱処理の金属材料を素材２１に使用して加工コストを抑制することもできる。
【００２９】
また、外方部材７を樹脂で成形した場合、ラジアル軸受隙間を挟んで対峙するラジアル軸受面Ａと外方部材７のスリーブ部７ａの内周面７ａ１が何れも樹脂で形成される。これにより、両面の熱膨張量の差を揃えることができるので、軸受運転に伴う温度変化によるラジアル軸受隙間の変化量を管理しやすくなり、軸受性能の向上を図ることができる。
【００３０】
以上に述べた樹脂層２２は、例えば、軸部２ａの素材表面に樹脂組成物を供給することによって形成することができる。樹脂組成物の供給方法の一例として、本実施形態では、流動状態の樹脂組成物（インク）をノズルから微小液滴の状態で吐出し、定着すべき素材２１の外周面に着弾させて樹脂層２２を印刷するインクジェット方式を採用する。
【００３１】
図４は、素材２１の外周面に動圧溝を形成するインクジェット方式の印刷装置の概要を示すものである。図示のように、この印刷装置は、回転駆動される軸部２ａの素材２１の外周面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２１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。
【００３２】
支持部１３で素材２１を支持・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２１の外周面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の外周面に先ず被覆部２２ａが形成され、続いてその上に区画部Ａａが形成されることにより、最終的に被覆部２２ａおよび区画部Ａａからなる樹脂層２２が一体形成される。樹脂層２２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２１を１〜数十回転させて、ラジアル軸受面Ａとなる領域の素材２１の全周に樹脂層２２を形成する。
【００３３】
インクジェット法による印刷では、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精度良く管理することができる。従って、硬化したインク（樹脂組成物）で必要な樹脂層２２の厚さ（被覆部２２ａの厚さと動圧溝Ａｂの深さ）を確保することができるため、樹脂層２２で動圧溝パターンを成形することができ、エッチングや硬化インクの除去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。従来では、軸部２ａの外周面２ａ１への動圧溝形成は、マスキング、エッチング（サンドブラストの場合もある）、マスキングの除去といった工程を経て行われているが、上述のように印刷した樹脂層２２をそのまま軸受面として使用すれば、従来の製作手順に比べ、工程数を大幅に削減できるため、より一層の低コスト化を図ることができる。
【００３４】
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１２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。
【００３５】
以上の説明では、スラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２のスラスト軸受面Ｂ、Ｃをスリーブ部７ａの内周面７ａ１や蓋部材８の内底面８ｂ１に形成しているが、これらのスラスト軸受面Ｂ、Ｃの何れか一方または双方をフランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２に形成することもできる。この場合、図３に示す構造と同様に、インクジェット法等を用いて両スラスト軸受面Ｂ、Ｃを樹脂層２２で被覆することにより、ラジアル軸受面Ａを樹脂層２２で被覆した場合と同様の効果を得ることもできる。
【００３６】
また、以上の説明では、外方部材７を一体成形品としているが、外方部材７を、図２に示す破線で分離して破線よりも内径側の部材（軸受スリーブ）と外径側の部材（ハウジング）とで構成し、軸受スリーブをハウジングの内周に圧入あるいは接着等の手段で固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンド    ルモータの断面図である。
【図２】一実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。
【図３】ラジアル軸受面の一部拡大断面図である。
【図４】インクジェット方式の印刷装置の概要図である。
【符号の説明】
【００３８】
１        動圧軸受装置
２        軸部材
２ａ      軸部
２ｂ      フランジ部
３        ディスクハブ
４        ステータコイル
５        ロータマグネット
７        外方部材
８        蓋部材
９        シール部
１１      硬化部
１２      インク
２１      素材
２２      樹脂層
２２ａ    被覆部
Ａ        ラジアル軸受面
Ｂ、Ｃ    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】
2006064160.tif 000003
【図２】
2006064160.tif 000004
【図３】
2006064160.tif 000005
【図４】
2006064160.tif 000006