(57)【要約】【課題】  動圧軸受装置用軸部材のさらなる低コスト化を図る。【解決手段】  軸部材２のうち、軸部２ａの外周面を軸受スリーブの内周面とラジアル軸受隙間を介して対向させると共に、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１，２ｂ２を軸受スリーブの一方の端面、およびハウジングの底面とそれぞれスラスト軸受隙間を介して対向させ、各軸受隙間で生じた動圧で軸部材２をスラスト方向で非接触支持する。軸部材２のうち、軸部２ａの芯部とフランジ部２ｂを樹脂材２１で形成し、軸部２ａの外周を金属材２２で形成する。【選択図】図１
2005098486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部と、該軸部の外径側に張り出したフランジ部とを備えた動圧軸受装置用軸部材において、
前記軸部の外周が中空円筒状の金属材で形成されていると共に、前記軸部の芯部および前記フランジ部が樹脂材で形成されていることを特徴とする動圧軸受装置用軸部材。
【請求項２】
前記金属材をインサート部品とする樹脂の型成形で形成した請求項１に記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項３】
前記フランジ部の少なくとも一方の端面に複数の動圧溝を設けた請求項１又は２に記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項４】
前記フランジ部端面の動圧溝が、該フランジ部の型成形と同時に成形されている請求項３に記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項５】
反フランジ部側の端部に、他部材とねじ締結するためのねじ部を形成した請求項１から４の何れかに記載の動圧軸受装置用軸部材。
【請求項６】
前記ねじ部を、前記金属材の端部内周に形成した請求項５に記載の動圧軸受装置用軸部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受装置に用いられる軸部材に関する。ここでの動圧軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ、ＦＤＤ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など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の軸受装置として好適である。
【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共に、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、本出願人が提案した特開２０００−２９１６４８号公報記載のものが知られている。これは、低コスト化および高精度化の観点から、軸部材を構成する軸部とフランジ部とを一体構成したものである。
【特許文献１】特開２０００−２９１６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の低コスト化要求はさらに厳しさを増す傾向にあり、この要求に応えるためにも、動圧軸受装置の個々の構成部品でさらなる低コスト化が求められる。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑み、非接触タイプの動圧軸受装置における軸部材のさらなる低コスト化を図ることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的達成手段として、本発明は、軸部と、該軸部の外径側に張り出したフランジ部とを備えた動圧軸受装置用軸部材において、軸部の外周を中空円筒状の金属材で形成すると共に、軸部の芯部およびフランジ部を樹脂材で形成したものである。本発明の軸部材は、動圧軸受装置において、ラジアル軸受部のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用でラジアル方向に非接触支持され、かつ、スラスト軸受部のスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用でスラスト方向に非接触支持される。
【０００７】
軸部の外周を金属材で形成することにより、軸部材に求められる強度や剛性を確保できる他、焼結金属等からなる金属製軸受スリーブに対する軸部の耐摩耗性を確保することができる。その一方、軸部材の多くの部分（軸部の芯部およびフランジ部）が樹脂材で形成されているので、軸部材の軽量化を図ることができ、これにより軸部材の慣性が減じられるので、軸部材が他の軸受構成部材（軸受スリーブやハウジング底部等）と衝突する際の衝撃荷重を減じ、衝突による傷の発生や損傷を回避することが可能となる。また、フランジ部が樹脂製であり、摺動摩擦が小さいので、フランジ部と上記他の軸受構成部材との間で摩擦係数を減じることができる。
【０００８】
一般に非接触タイプの動圧軸受では、高温時に流体（油等）の粘度が低下するため、特にスラスト方向での軸受剛性の低下が問題となる。この場合、上述のように、フランジ部が樹脂材で形成されていれば、通常はフランジ部の端面と対向する相手側部材の面（軸受スリーブの端面、ハウジングの内底面等）が金属製であるから、金属よりも大きな線膨張係数（特に軸方向の線膨張係数）を有する樹脂製フランジ部の軸方向の熱膨張によってスラスト軸受隙間が小さくなり、この結果、高温時におけるスラスト方向の軸受剛性の低下を抑制することが可能となる。反対に、低温時には、流体の粘度上昇によりモータトルクが増大するが、フランジ部を樹脂材で形成すれば、軸方向の熱膨張差によってスラスト軸受隙間が大きくなるので、低温時におけるモータトルクの上昇を抑制することが可能となる。
【０００９】
この軸部材は、金属材をインサート部品とする樹脂の型成形で形成することができる。このように軸部材をインサート成形（アウトサート成形も含む：以下同じ）すれば、型精度を高め、かつ、型内でインサート部品としての金属材を精度よく位置決めするだけで、高精度の軸部材を低コストに量産可能となる。特に非接触タイプの動圧軸受装置では、軸部とフランジ部の直角度をはじめ、軸部材に高い寸法精度が求められるが、インサート成形であれば、この種の要求にも十分に対応することができる。
【００１０】
軸部材のうち、フランジ部の少なくとも一方の端面に複数の動圧溝を設けるのが望ましい。この場合、動圧溝は、成形型に動圧溝形状に対応した溝型を形成し、この成形型に溶融樹脂を充填して硬化させ、溝型形状を転写することによって成形することが可能となり、精度の良い動圧溝が低コストに成形可能となる。この時、動圧溝は、フランジ部の型成形と同時に成形することができるので、フランジ部の成形と動圧溝の成形とを別工程で行う場合、例えば金属製フランジの鍛造成形後、その両端面に動圧溝をプレス成形する場合に比べ、工程数を削減して低コスト化を図ることができる。
【００１１】
以上に述べた軸部材の反フランジ部側の端部に、他部材とねじ締結するためのねじ部を形成することにより、軸部材の一端部に設けられたフランジ部と反対側の端部に、他部材（例えばディスクを押えるキャップ等）を精度良く確実に固定することが可能となる。この場合、ねじ部を、金属材の端部内周に形成すれば、他部材を金属材とねじ締結することができ、締結強度が高まる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、軽量の軸部材が提供されるので、輸送時等における軸部材と他部材との衝突による衝撃を緩和し、衝撃荷重による傷の発生等を防止することができる。また、高温時におけるスラスト方向の軸受剛性を確保すると共に、低温時におけるモータトルクの上昇を抑制することもできる。
【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６に基づいて説明する。
【００１４】
図３は、この実施形態にかかる動圧軸受装置１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を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたディスクハブ３と、半径方向のギャップを介して対向させたモータステータ４およびモータロータ５とを備えている。ステータ４はケーシング６の外周に取付けられ、ロータ５はディスクハブ３の内周に取付けられる。動圧軸受装置１のハウジング７は、ケーシング６の内周に接着または圧入で固定される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚保持される。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータ５との間の励磁力でロータ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。
【００１５】
図４は、動圧軸受装置１の一実施形態を示している。この動圧軸受装置１は、一端に開口部７ａ、他端に底部７ｃを有する有底円筒状のハウジング７と、ハウジング７の内周面に固定された円筒状の軸受スリーブ８と、軸部２ａおよびフランジ部２ｂ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１０とを主要な部材として構成される。尚、以下では、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側を下方向として説明を進める。
【００１６】
ハウジング７は、例えば真ちゅう等の軟質金属材で形成され、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は一体構造とすることもできる。
【００１７】
軸受スリーブ８は、焼結金属、より具体的には油を含浸させた含油焼結金属で形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、動圧を発生するためのラジアル軸受面となる上下２つの動圧溝領域が軸方向に離隔して設けられている。
【００１８】
図５に示すように、上方のラジアル軸受面はヘリングボーン形状の複数の動圧溝８ａ１，８ａ２を備える。このラジアル軸受面において、図面上方側の動圧溝８ａ１の軸方向長さは、これと反対方向に傾斜した図面下方側の動圧溝８ａ２よりも大きく、軸方向非対称形状になっている。下方のラジアル軸受面も、同様にヘリングボーン形状の複数の動圧溝８ａ３，８ａ４を備え、軸方向の一方に傾斜した複数の動圧溝８ａ３と、軸方向の他方に傾斜した複数の動圧溝８ａ４とが軸方向に離隔して形成されている。但し、この実施形態では、上方のラジアル軸受面の動圧溝８ａ１，８ａ２と異なり、両動圧溝８ａ３，８ａ４の軸方向長さは等しく、軸方向対称形状になっている。上方のラジアル軸受面の軸方向長さ（動圧溝８ａ１上端と動圧溝８ａ２下端との間の距離）は、下方のラジアル軸受面の軸方向長さ（動圧溝８ａ３上端と動圧溝８ａ４下端との間の距離）よりも大きい。
【００１９】
軸受スリーブ８内周の上下のラジアル軸受面と、これに対向する軸部２ａの外周面との間にはラジアル軸受隙間９ａ，９ｂが形成される。このラジアル軸受隙間９ａ，９ｂは、それぞれ上側がシール部材１０を介して外気に開放され、下側が外気に対して遮断されている。
【００２０】
一般に、へリングボーン形状のように軸方向に対して傾斜した形状の動圧溝では、軸受の運転中に軸方向への油の引き込み作用が生じる。従って、本実施形態においても動圧溝８ａ１〜８ａ４は油の引き込み部となり、この引き込み部８ａ１〜８ａ４によってラジアル軸受隙間９ａ，９ｂに引き込まれた油は、動圧溝８ａ１と８ａ２の間、および動圧溝８ａ３と８ａ４の間の平滑部ｎ１，ｎ２周辺に集められ、円周方向に連続した油膜を形成する。
【００２１】
この際、上側のラジアル軸受面の非対称性、および上下のラジアル軸受面の軸方向長さの相違から、軸部２ａの外周面と軸受スリーブ８の内周面８ａとの間の隙間に満たされた油は、全体として下向きに押し込まれる。下向きに押し込まれた油を上方に戻すため、軸受スリーブ８の外周面８ｄには、その両端面８ｂ，８ｃに開口した循環溝（図示省略）が形成されている。この循環溝はハウジングの内周面７ｄに形成することもできる。
【００２２】
なお、各動圧溝領域における動圧溝形状は、各動圧溝８ａ１〜８ａ４が軸方向に対して傾斜した形状であれば足りる。これに該当する動圧溝形状としては、図示のようなヘリングボーン形の他、スパイラル形に配列したものも考えられる。
【００２３】
図４に示すように、シール手段としてのシール部材１０は環状のもので、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１０の内周面は円筒状に形成され、シール部材１０の下側端面１０ｂ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１０の内周面に対向する軸部２ａの外周面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１０の内周面との間には、ハウジング７の上方に向かって漸次拡大するテーパ形状のシール空間Ｓが形成される。シール部材１０で密封されたハウジング７の内部空間には、潤滑油が注油されており、ハウジング内の各隙間、すなわち軸部２ａの外周面と軸受スリーブ８の内周面８ａとの間の隙間（ラジアル軸受隙間９ａ，９ｂを含む）、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間の隙間、フランジ部の下側端面２ｂ２とハウジング７の内底面７ｃ１（ハウジング底面）との間の隙間は、潤滑油で満たされている。潤滑油の油面はシール空間Ｓ内にある。
【００２５】
軸部材２の軸部２ａは軸受スリーブ８の内周面８ａに挿入され、フランジ部２ｂ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との間の空間部に収容される。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２ａの外周面とラジアル軸受隙間９ａ，９ｂを介して対向し、第一ラジアル軸受部Ｒ１および第二ラジアル軸受部Ｒ２を構成する。
【００２６】
図１に示すように、軸部材２は樹脂材２１と金属材２２の複合構造をなし、そのうち、軸部２ａの芯部とフランジ部２ｂの全体とは樹脂材２１で一体に成形され、軸部２ａの外周はその全長にわたって中空円筒状の金属材（例えばステンレス鋼）２２で被覆されている。樹脂材２１としては、６６ナイロン、ＬＣＰ、ＰＥＳ等が使用可能であり、必要に応じてこれら樹脂にガラス繊維等の充填材が配合される。また、金属材２２としては、耐摩耗性に優れた例えばステンレス鋼等が使用可能である。
【００２７】
樹脂材２１と金属材２２の分離防止のため、軸部材２の軸部２ａの下端（図面左方）では、金属材２２の端部がフランジ部２ｂに埋め込まれ、その上端では、金属材２２と樹脂材２１とが係合部を介して軸方向で係合状態にある。図示例では、この係合部として、上方側を拡径させたテーパ面２２ｂで互いに係合させた場合を例示している。金属材２２の回り止めのため、フランジ部２ｂに埋め込まれた金属材２２の外周あるいは端縁に、ローレット加工等によりフランジ部２ｂと円周方向で係合可能の凹凸係合部を設けるのが望ましい。
【００２８】
この軸部材２は、例えば金属材２２をインサート部品とする樹脂の射出成形により（インサート成形により）製作される。軸部材２には、非接触タイプの軸受装置の機能上、軸部２ａとフランジ部２ｂの直角度やフランジ部両端面２ｂ１，２ｂ２の平行度等をはじめ、高い寸法精度が求められるが、インサート成形であれば、型精度を高め、かつ型内でインサート品としての金属材２２を精度よく位置決めすることにより、これらの要求精度を確保しつつ低コストに量産可能となる。また、軸部２ａとフランジ部２ｂの組み付けがこれらの成形と同時に完了するので、軸部とフランジ部を金属製の別部品とし、これらを後工程で圧入等により一体化する場合に比べ、工程数を減じてさらなる低コスト化を図るこ
ともできる。
【００２９】
フランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２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、図２（ａ）（ｂ）に示すように、スパイラル形状等をなす複数の動圧溝２３，２４が形成され、この動圧溝領域はフランジ部２ｂの射出成形と同時に型形成される。フランジ部２ｂの上端面２ｂ１に形成したスラスト軸受面は、軸受スリーブ８の下端面８ｃとスラスト軸受隙間を介して対向し、これによって第一のスラスト軸受部Ｔ１が構成される。また、フランジ部２ｂの下端面２ｂ２に形成したスラスト軸受面は、ハウジング底部７ｃの内底面７ｃ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、これによって第二のスラスト軸受部Ｔ２が構成される。
【００３０】
以上の構成から、軸部材２と軸受スリーブ８の相対回転時、本実施形態でいえば軸部材２の回転時には、上述のように動圧溝８ａ１〜８ａ４の作用によって両ラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２のラジアル軸受隙間９ａ，９ｂに潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２ａ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、動圧溝２３，２４の作用によって両スラスト軸受部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２ｂ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。
【００３１】
本発明では、上述のように軸部材２が軸部２ａの外周のみを金属材２２で形成する一方、その他の部分を樹脂材２１で形成しており、従来の金属品と比べて軽量化されている。従って、軸部材２と軸受スリーブ８やハウジング底部７ｃとの衝突時における衝撃が減じられ、衝突部での傷の発生を抑制することが可能となる。また、フランジ部２ｂが樹脂製であるので、金属製の軸受スリーブ８の下端面８ｃやハウジング底部７ｃに対する摺動性も良好であり、トルクを減じることができる。
【００３２】
さらには、金属製の軸受スリーブ８およびハウジング底部７ｃに比べ、樹脂製フランジ部２ｂの方が軸方向の線膨張係数が大きいため、モータ駆動等により軸受が高温化した場合、スラスト軸受隙間の幅が小さくなる。従って、油の粘度低下による油膜剛性の低下を補うことができ、スラスト方向の軸受剛性を確保することができる。また。一般に起動直後等の低温時には油の粘度が高いためにトルク上昇を招くが、本発明では、線膨張係数の差からスラスト軸受隙間が大きくなるため、この種のトルク上昇を回避することができる。
【００３３】
図６は、軸部材２の他の実施形態を示す断面図である。この実施形態は、軸部材２の上端に他部材をねじ止めできるようにしたもので、図示例は、他部材として、ディスク等を押えるためのキャップ２６をねじ２７で軸部材２に固定する場合を例示している。軸部２ａにおいては、円筒状の金属材２２の上端が樹脂材２１の上端を越えて軸方向に延びており、この延びた部分の内周にねじ２７と螺合する雌ねじ状のねじ部２５が形成されている。このねじ部２５の下方に樹脂材２１の上端があり、さらにその下方で樹脂材２１と金属材２２がテーパ面２２ｂを介して軸方向で係合している。このように金属材２２の内周にねじ部２５を形成することにより、樹脂材２１にねじ部を形成する場合に比べ、ねじ締結部分の強度や耐久性を向上させることができる。これ以外の構造、製造方法等は図１および図２に示す軸部材２に準じるので、これらの詳細な説明は省略する。
【００３４】
以上の説明では軸部材２として、軸部２ａの外周に金属材２２を配置した場合を例示したが、軸部材２の構成はこれに限らない。例えば、図示例では、フランジ部２ｂを樹脂のみで形成しているが、その芯部に金属材を配置することもできる。
【００３５】
なお、図示例では、フランジ部１ｂの両端面に動圧溝２３，２４を備えたスラスト軸受面を形成しているが、両スラスト軸受面のうちの何れか一方は、フランジ部２ｂの端面と対向する軸受スリーブ８の端面８ｃ、もしくはハウジング７の内底面７ｃ１に形成することもできる。また、軸部材２を下方向から支持するスラスト軸受部Ｔ２の軸受隙間は、ハウジング７の上端面７ｆ（図４参照）と、これに対向するハブ３の下端面との間に形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかる軸部材の側面図および断面図である。
【図２】（ａ）図はフランジ部の平面図（図１中のａ矢視図）、（ｂ）図はフランジ部の底面図（図１中のｂ矢視図）である。
【図３】動圧軸受装置を組み込んだＨＤＤスピンドルモータの断面図である。
【図４】動圧軸受装置の断面図である。
【図５】軸受スリーブの断面図である。
【図６】本発明にかかる軸部材の他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      動圧軸受装置
２      軸部材
２ａ    軸部
２ｂ    フランジ部
２ｂ１  上端面
２ｂ２  下端面
３      ディスクハブ
４      モータステータ
５      モータロータ
６      ケーシング
８ａ１〜８ａ４  動圧溝
７      ハウジング
７ａ    ハウジング開口部
７ｂ    側部
７ｃ    底部
７ｃ１  内底面（ハウジング底面）
８      軸受スリーブ
９ａ    ラジアル軸受隙間
９ｂ    ラジアル軸受隙間
１０    シール部材
２１    樹脂材
２２    金属材
２３    動圧溝
２４    動圧溝
２５    ねじ部（雌ねじ部）
２６    ねじ
２７    他部材（キャップ）
【図１】
2005098486.tif 000003
【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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