(57)【要約】      （修正有）【課題】  軸部材の強度を高めた動圧軸受装置を提供する。【解決手段】軸部材と、ラジアル軸受隙間に生じる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、スラスト軸受隙間に生じる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とを備えた動圧軸受装置において、芯材２４を、金属製の軸本体２３の外径側に突出させた状態で軸本体２３に固定し、芯材２４を被覆するように樹脂部２５を射出成形することで、端面２２ａ、２２ｂがスラスト軸受隙間に面し、かつ芯材２４が内在する樹脂製のフランジ部を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部材と、ラジアル軸受隙間に生じる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、スラスト軸受隙間に生じる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とを備えた動圧軸受装置において、
軸部材が、ラジアル軸受隙間に面した外周面を有する金属製の軸本体と、軸本体に固定され、軸本体の外径側に突出する芯材と、芯材を軸本体に固定した状態で射出成形され、芯材を被覆することにより、端面がスラスト軸受隙間に面する円盤状のフランジ部を形成する樹脂部とを備えることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
樹脂部で軸本体の軸端を被覆した請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
芯材が金属製で、かつ溶接により軸本体に固定されることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項４】
芯材と軸本体との固定部分を樹脂部で被覆したことを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項５】
樹脂部のスラスト軸受隙間に面する部分が均一厚さであることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項６】
樹脂部のスラスト軸受隙間に面する部分の肉厚が、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に関するものである。この軸受装置は、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用、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として好適である。
【背景技術】
【０００２】
動圧軸受は、軸受隙間で生じた流体動圧により軸部材を非接触状態で支持する軸受である。この動圧軸受を使用した軸受装置（動圧軸受装置）は、ラジアル軸受部を動圧軸受で構成するとともに、スラスト軸受部をピボット軸受で構成する接触タイプと、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成する非接触タイプとに大別され、個々の用途に応じて適宜使い分けられている。
【０００３】
このうち、非接触タイプの動圧軸受装置の一例として、軸部材を軸部とフランジ部とで構成したものが知られており、例えば、特開２０００−２９１６４８号公報には、軸部とフランジ部を共に金属材料で形成したものが開示されている（特許文献１参照）。また、特開２００３−３１４５３７号公報には、軸部を金属材料で、フランジ部を樹脂材料でそれぞれ形成したものが開示されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−２９１６４８号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記構成の動圧軸受装置のうち、特に軸部を金属材料で、フランジ部を樹脂材料でそれぞれ形成した軸部材を備えた動圧軸受装置によれば、成形精度の向上や、加工コストの低減が図られる。その一方で、金属製の軸部と樹脂製のフランジ部の付け根は他の箇所に比べ強度的に弱くなる。そのため、上記軸部材に軸方向への引張り負荷が作用した場合には、上記軸部材は、主に最弱部となる軸部とフランジ部の付け根部分からせん断破壊を生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、この種の動圧軸受装置における軸部材の強度を高め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、本発明に係る動圧軸受装置は、軸部材と、ラジアル軸受隙間に生じる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、スラスト軸受隙間に生じる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とを備えた動圧軸受装置において、軸部材が、ラジアル軸受隙間に面した外周面を有する金属製の軸本体と、軸本体に固定され、軸本体の外径側に突出する芯材と、芯材を軸本体に固定した状態で射出成形され、芯材を被覆することにより、端面がスラスト軸受隙間に面する円盤状のフランジ部を形成する樹脂部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成から、本発明によれば、樹脂で形成された円盤状のフランジ部の一部が芯材に置換される。この場合、芯材がフランジ部の補強材として作用するので、フランジ部自体の強度（剛性）が高まる。また、芯材は軸本体の外径側に突出した状態で軸本体に固定されるので、最弱部となる軸部とフランジ部の付け根の強度を向上させることができ、引張り荷重に対するせん断強度向上が図られる。
【０００８】
芯材は軸本体と固定されている限りその形状は任意であるが、スラスト軸受隙間に面する樹脂部の厚さのバラツキによるヒケの発生防止を図るためにも、円周方向で均一厚さを有する円盤状に形成するのが望ましい。軸本体の形状は、ラジアル軸受隙間と面する軸本体外周面が金属で形成される限り任意であり、中実状の軸本体の他、中空円筒状の軸本体も使用可能である。中空円筒状の軸本体を使用する場合、射出成形時に樹脂を軸本体の内周孔に充填することにより、軸部を樹脂と金属の複合構造とすることもできる。
【０００９】
軸本体と芯材は当初は別部材であり、個別に形成され、個々に仕上げ加工を受ける。従って、当初から軸本体と芯材を一体品として成形し、仕上げ加工を行う場合に比べ、容易に高い仕上げ精度を得ることができる。
【００１０】
また、フランジ部は、芯材と軸本体を固定した状態で樹脂を射出することにより成形されるので（インサート成形あるいはアウトサート成形）、フランジ部の成形精度、例えばフランジ部両端面の平面度やフランジ部と軸部の間の直角度は、金型の成形面精度に依存することとなる。したがって、金型精度が確保されている限り、芯材を軸本体に固定する際の固定精度はラフなもので足り、固定工程を簡略化することができる。フランジ部の平面度や直角度が高精度化されることにより、フランジ部の端面と、この端面と対向する面との間に形成されるスラスト軸受隙間を高精度に管理することができる。
【００１１】
芯材の他、軸本体の軸端を樹脂部で被覆すれば、金型内では軸本体の軸端の被覆部分を樹脂の流路として利用することができる。これにより、例えば軸本体の軸心上にゲートを配置することが可能となる。この軸心上のゲートからキャビティに供給された樹脂は、外径側に向けて均一に拡散するので、ウェルドの発生を防止してフランジ部の成形精度を高めることができる。
【００１２】
上述のように、芯材と軸本体を固定する際の固定精度はさほど要求されないので、芯材と軸本体の固定手段としては、必要な強度が確保される限り、溶接や溶着、あるいは接着などの既存の固定手段を広く採用することができる。特に芯材が金属製である場合には、強度面とコスト面を考慮し、溶接によって固定するのが望ましい。
【００１３】
芯材と軸本体との固定部分は樹脂部で被覆するのが好ましく、これによれば、溶接部分や溶着部分等が外部に露出しないので、コンタミネーションの発生を未然に防止できる。
【００１４】
樹脂部のスラスト軸受隙間と面する部分には、スラスト軸受隙間に動圧を発生させるための溝（動圧溝）を、予め樹脂部の金型成形面に、対応する溝形状を形成しておくことで、樹脂部の射出成形（フランジ部の成形）と同時に成形することができる。この場合、樹脂部のスラスト軸受隙間に面する部分の肉厚がばらついていると、固化時のヒケの発生や熱膨脹量のばらつきが問題となるので、これを避けるためにも、樹脂部のスラスト軸受隙間に面する部分は均一厚さに形成するのが望ましい。
【００１５】
樹脂部のスラスト軸受隙間に面する部分の肉厚は、０．２ｍｍから１．０ｍｍの範囲内に定めるのが好ましい。下限値は、これを下回ると樹脂の流動性の低下が問題となり、上限値は、これを上回るとヒケや熱膨脹による寸法変化が無視できない程度となるために定めたものである。なお、上限については、０．５ｍｍ以下とするのがより好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、樹脂部で形成されたフランジ部が軸本体と固定した芯材により補強されるので、軸部材の強度、特にフランジ部の引き抜き強度を高めることができる。また、フランジ部の剛性が高まるので、フランジ部の変形によるスラスト軸受隙間の精度低下、さらには軸受性能の低下を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図２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、軸部材２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１と、軸部材２に取り付けられたディスクハブ３と、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、ケーシング６とを備えている。ステータコイル４はケーシング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。動圧軸受装置１の一構成要素であるハウジング７はケーシング６の内周に固定される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体Ｄが一又は複数枚保持される。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との間に発生する磁力でロータマグネット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。
【００１９】
動圧軸受装置１は、例えば図３に示すように、一端に開口部７ａ、他端に底部７ｃを有するハウジング７と、ハウジング７の内周面７ｄに固定された円筒状の軸受スリーブ８と、軸部２１およびフランジ部２２からなる軸部材２と、ハウジング７の開口部７ａに固定されたシール部材９とを主要な部材として構成される。なお、説明の便宜上、ハウジング７の開口部７ａ側を上方向、ハウジング７の底部７ｃ側を下方向として以下説明する。
【００２０】
ハウジング７は、例えば真ちゅう等の軟質金属あるいは樹脂で形成され、円筒状の側部７ｂと円板状の底部７ｃとを別体構造として備えている。ハウジング７の内周面７ｄの下端には、他所よりも大径に形成した大径部７ｅが形成され、この大径部７ｅに底部７ｃとなる蓋状部材が例えば加締め、接着、あるいは圧入等の手段で固定されている。なお、ハウジング７の側部７ｂと底部７ｃは、金属材料あるいは樹脂材料で一体に形成することもできる。あるいは、シール部材９とハウジング７を一体に形成することもできる。
【００２１】
軸受スリーブ８は、例えば、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の多孔質体で円筒状に形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、図３に示すように、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられている。
【００２２】
上記２つの領域には、例えば、図４に示すようなへリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成されている。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。上方のラジアル軸受面の軸方向長さ（動圧溝８ａ１上端から下端までの距離）は、下方のラジアル軸受面の軸方向長さ（動圧溝８ａ２上端から下端までの距離）よりも大きい。なお、ラジアル軸受面は、これ以外に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが連続した形状とすることもでき、内径断面円弧状やステップ状とすることもできる。
【００２３】
図３に示すように、シール手段としてのシール部材９は環状を成しており、ハウジング７の開口部７ａの内周面に圧入、接着等の手段で固定される。この実施形態において、シール部材９の内周面９ａは円筒状に形成され、シール部材９の下側端面９ｂは軸受スリーブ８の上側端面８ｂと当接している。
【００２４】
シール部材９の内周面９ａに対向する軸部２１の外周面２１ａにはテーパ面が形成されており、このテーパ面とシール部材９の内周面９ａとの間には、ハウジング７の底部７ｃ側から開口部７ａ側に向け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。シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間には、潤滑油が注油され、ハウジング７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。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、軸部材２は、形状的な面から見れば、軸部２１と軸部２１の外径側に突出したフランジ部２２とからなる。その一方で、軸部材２は、構造的な面から見れば、樹脂と金属の複合構造を成す。すなわち軸部材２は、ラジアル軸受隙間に面した外周面２３ａを有する金属製の軸本体２３と、軸本体２３に固定され、軸本体２３の外径側に突出した円盤状の芯材２４と、芯材２４を被覆した状態で、端面（上側端面２２ａおよび下側端面２２ｂ）がスラスト軸受隙間に面するフランジ部２２を形成する樹脂部２５を有する。なお、外周面２３ａは軸部２１の外周面２１ａを形成する。
【００２６】
軸本体２３は、この実施形態では外周面を円筒状とした中実形状に形成される。軸本体２３の下端には、その端面外周部を環状に切欠いて嵌合部２３ｂが設けられており、この嵌合部２３ｂの内径部の円筒面に芯材２４の内周面２４ａを嵌め合わせることで、芯材２４が内外径方向に位置決めされる。この場合、後の射出成形工程では、芯材２４と軸本体２３とが位置決めされた状態で成形金型に搬入され、この位置決めにより金型内でも両者の組付け精度が保持されるので、射出成形品の品質安定性が高まる。
【００２７】
芯材２４は、金属材料やセラミック、あるいは樹脂部２５を形成する樹脂よりも強度面で優れた樹脂で形成される。芯材２４は、この実施形態では、防錆効果を有するステンレス鋼で形成され、例えばプレス加工等の塑性加工により有孔円盤状に形成される。
【００２８】
芯材２４は、例えば溶接や溶着、あるいは接着等の手段により、内周面２４ａを軸本体２３の嵌合部２３ｂに固定することで、軸本体２３に一体的に固定される。溶接としては、例えばアーク溶接やレーザー溶接等の手段が、溶着としては超音波溶着やレーザー溶着などの手段が用いられるが、この実施形態では、強度面やコスト面を考慮して、アーク溶接が用いられる。また、例えば図１（ｂ）に示すように、芯材２４の内周面２４ａ上に溶接用の突起部２４ｂを予め設けておき、この突起部２４ｂを溶かすことによって、芯材２４を軸本体２３に一体的に固定することもできる。この突起部２４ｂは、芯材２４を例えばプレス加工等の塑性加工で形成する際、同時に加工される。この場合には、軸本体２３に嵌合部２３ｂをわざわざ形成する必要が無くなるため、加工をより容易にすることができる。また、芯材２４は、図１（ｂ）に示すような中空のワッシャ形状でもよいし、円盤形状であってもよい。
【００２９】
樹脂部２５は、軸本体２３に固定された芯材２４をインサート部品として、射出成形される。これにより、樹脂部２５は、芯材２４および芯材２４と軸本体２３との固定部分を被覆し、かつ軸本体２３の下端を被覆した状態で、フランジ部２２を形成する。この状態では、芯材２４を被覆し、フランジ部２２の上側端面２２ａおよび下側端面２２ｂを形成する樹脂部２５の軸方向の肉厚は均一であり、成形時の収縮による逃げやヒケが発生しにくいようになっている。この肉厚は、具体的には、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲内に定めるのが好ましく、このうち上限値は０．５ｍｍ以下とするのがより好ましい。これは、肉厚が０．２ｍｍを下回ると成形時における樹脂の金型内での流動性が悪化し、０．５ｍｍを超えると、特に１．０ｍｍを超えると樹脂成形部の固化時の収縮あるいは成形後の温度変化に伴う寸法変化が顕著になるためである。なお、図１（ａ）では、フランジ部２２の外周面を形成する樹脂部２５も、上下の端面２２ａ、２２ｂを形成する樹脂部２５と同一の肉厚としているが、この部分で発生する逃げやヒケが軸受性能に与える影響は小さいので、これらと異なる肉厚としても構わない。
【００３０】
また、この実施形態では、軸本体２３の下端を樹脂部２５で被覆しているので、例えば成形金型の軸本体２３の軸心上に対応する位置に、溶融樹脂を充填するゲートを設けることができる。これによれば、ゲートから成形金型のキャビティに供給された溶融樹脂は外径側に向けて均一に拡散するので、ウェルドの発生が抑えられフランジ部の成形精度が高められる。なお、フランジ部２２の樹脂としては、ＬＣＰ、ＰＰＳ等を用いることができ、これら樹脂には、ガラス繊維、カーボン繊維等の充填材が用途に応じて適当量配合される。
【００３１】
このように、本発明では、芯材２４を、軸本体２３の外径側に突出させた状態で軸本体２３に固定しているので、フランジ部２２に作用するせん断荷重を、フランジ部２２を形成する樹脂部２５ではなく、主に芯材２４に受け持たせることができる。これにより、軸部材２の引張り時に最弱部となる軸部２１とフランジ部２２との間のエッジ部２６を起点とする軸部材２の破断を抑制することができ、フランジ部２２の引き抜き強度向上が図られる。また、軸本体２３の外径側に突出させた芯材２４をフランジ部２２内に配設することによって、フランジ部２２の曲げ変形に対する耐力（曲げ剛性）が向上する。この結果、フランジ部２２の曲げ変形が抑制され、フランジ部２２の上側端面２２ａあるいは下側端面２２ｂとそれぞれ対向するスラスト軸受隙間の精度低下を防ぐことができる。また、フランジ部２２の成形精度、例えばフランジ部両端面２２ａ、２２ｂの平面度やフランジ部２２と軸部２１の間の直角度は、成形金型の成形面精度に依存する。よって、金型精度が充分に確保されていれば、芯材２４を軸本体２３に固定する際、特に高い固定精度は必要とされず、両者間の固定工程を簡略化することができる。
【００３２】
フランジ部２２の両端面（樹脂部２５の軸方向端面）２２ａ、２２ｂには、それぞれ動圧を発生するためのスラスト軸受面となる動圧溝領域が形成される。このスラスト軸受面には、例えば図示は省略するが、スパイラル形状やヘリングボーン形状を成す複数の動圧溝が形成され、この動圧溝領域はフランジ部２２（樹脂部２５）のインサート成形と同時に型形成される。
【００３３】
軸部材２の軸部２１は軸受スリーブ８の内周に挿入され、フランジ部２２は軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１との間に収容される。軸受スリーブ８の内周面８ａの上下２箇所のラジアル軸受面は、それぞれ軸部２１の外周面２１ａ（軸本体２３の外周面２３ａ）とラジアル軸受隙間を介して対向し、ラジアル軸受部Ｒ１およびラジアル軸受部Ｒ２を構成する。フランジ部２２の上側端面２２ａに形成したスラスト軸受面は、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとスラスト軸受隙間を介して対向し、これによってスラスト軸受部Ｔ１が構成される。また、フランジ部２２の下側端面２２ｂに形成したスラスト軸受面は、ハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、これによってスラスト軸受部Ｔ２が構成される。
【００３４】
以上の構成から、軸部材２の回転時には、上述のように動圧溝８ａ１、8ａ２の作用によってラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の各ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２１が各ラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によってラジアル方向に回転自在に非接触支持される。同時に、フランジ部２２の両端面２２ａ、２２ｂに形成された動圧溝の作用によってスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２の各スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２のフランジ部２２が各スラスト軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によって両スラスト方向に回転自在に非接触支持される。
【００３５】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
【００３６】
この実施形態では、金属製の軸本体２３を中実形状としたが、軸本体２３を中空形状とし、射出成形時に樹脂を軸本体の内周に充填して、図１（ａ）に示す樹脂部２５と一体化させてもよい。
【００３７】
本発明は、軸部２１とフランジ部２２を有する軸部材２を備えた全ての動圧軸受装置に適用可能である。すなわち、上記実施形態では、フランジ部の両端面２２ａ、２２ｂに動圧溝を形成した例を説明したが、これに限ることなく、両端面２２ａ、２２ｂと対向する面（例えば軸受スリーブ８の下側端面８ｃやハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１等）に動圧溝を形成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る軸部材の断面図、（ｂ）は軸部材の一端に設けられる他例の芯材の断面図である。
【図２】軸部材を備えた動圧軸受装置を組込んだスピンドルモータの断面図である。
【図３】動圧軸受装置の断面図である。
【図４】軸受スリーブの断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１        動圧軸受装置
２        軸部材
３        ディスクハブ
４        ステータコイル
５        ロータマグネット
６        ケーシング
７        ハウジング
７ａ      開口部
７ｃ      底部
８        軸受スリーブ
８ａ１、８ａ２  動圧溝
９        シール部材
２１      軸部
２２      フランジ部
２２ａ    上側端面
２２ｂ    下側端面
２３      軸本体
２４      芯材
２５      樹脂部
２６      エッジ部
Ｒ１、Ｒ２  ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２  スラスト軸受部
【図１】
2005337307.tif 000003
【図２】
2005337307.tif 000004
【図３】
2005337307.tif 000005
【図４】
2005337307.tif 000006