JP4302463B2 - 流体軸受装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜によって回転部材を非接触支持する流体軸受装置及びその製造方法に関する。この軸受装置は、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、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、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。

上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する流体軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。

この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧発生手段を備えた動圧軸受と、動圧発生手段を備えていない所謂真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）とに大別される。

例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータに組込まれる流体軸受装置では、軸部材をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部とが設けられ、ラジアル軸受部として、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に動圧発生用の溝（動圧溝）を設けた動圧軸受が用いられる。スラスト軸受部としては、例えば、軸部材のフランジ部の両端面、又は、これに対向する面（軸受スリーブの端面や、ハウジングに固定されるスラスト部材の端面、又はハウジングの底部の内底面等）に動圧溝を設けた動圧軸受が用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。あるいは、スラスト軸受部として、軸部材の一端面をスラストプレートによって接触支持する構造の軸受（いわゆるピボット軸受）が用いられる場合もある（例えば、特許文献３参照）。

通常、軸受スリーブはハウジングの内周の所定位置に固定され、また、ハウジングの内部空間に注油した潤滑油が外部に漏れるのを防止するために、ハウジングの開口部にシール部材を配設する場合が多い（特許文献１）。あるいは、ハウジングの開口部にシール部を一体に形成する場合もある（特許文献２）。

さらに、潤滑油の漏れを防止するために、軸部材の外周面や、ラジアル軸受隙間に通じるハウジングの外側面、シール部材の内周面に溌油剤を塗布することも行われている（例えば、特許文献４、５）。

この種の流体軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材、スラスト部材、及びシール部材といった部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い軸受性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立精度を高める努力がなされている。その一方で、情報機器の低価格化の傾向に伴い、この種の流体軸受装置に対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。
特開２００２―６１６３７号公報 特開平２００２−６１６４１号公報 特開平１１−１９１９４３号公報 実開平６−３５６６０号公報 特開平８−４９７２３号公報

この種の流体軸受装置の低コスト化を図る手段として、ハウジングを樹脂材料で射出成形することが考えられる。しかしながら、射出成形の態様、特に溶融樹脂をキャビティー内に充填するゲートの形状や位置の設定によって、ハウジングの所要の成形精度が確保できない場合があり、また、射出成形後の樹脂ゲート部の除去加工（機械加工）によって形成されるゲート除去部が溌油性を必要とされる表面に現れ、該表面に溌油剤を塗布した場合であっても、充分な溌油効果が得られない場合がある。

例えば、図４（ａ）に示すような、筒状の側部７ｂ’と、側部７ｂ’の一端部から内径側に一体に連続して延びたシール部７ａ’とを備えたハウジング７’を、樹脂材料で射出成形する場合、一般に、図４（ｂ）に示すように、成形金型のキャビティー１７’の一端側中心部にディスクゲート１７ａ’を設け、ディスクゲート１７ａ’からキャビティー１７’内に溶融樹脂Ｐを充填する方法が採られている。しかしながら、この成形方法では、成形後の成形品は、図４（ｃ）に示すように（Ａ部）、シール部７ａ’の外側面７ａ２’の内周縁部に樹脂ゲート部７ｄ’が繋がった形態になる。そこで、成形後に、図４（ｃ）におけるＸ線又はＹ線に沿って除去加工（機械加工）を行い、樹脂ゲート部７ｄ’を除去している。その結果、Ｘ線に沿って樹脂ゲート部７ｄ’の除去加工を行った場合では、シール部７ａ’の外側面７ａ２’の内周縁部にゲート除去部（機械加工面）が現れ、Ｙ線に沿って樹脂ゲート部７ｄ’の除去加工を行った場合では、シール部７ａ’の外側面７ａ２’の全領域にゲート除去部（機械加工面）が現れる。

一般に、溌油剤の溌油性能は、溌油剤を塗布する母材表面の状態によって大きな影響を受け、樹脂の機械加工面では成形面に比べて溌油剤の溌油性能は小さくなる。一方、シール部７ａ’の外側面７ａ２’面において、最も溌油性が要求される部位はシール面となる内周面７ａ１’に近い内周側領域である。上記の成形方法では、樹脂ゲート部７ｄ’を除去加工することにより形成されるゲート除去部が、Ｘ線、Ｙ線に沿った除去加工の何れの場合においても、外周面７ａ２’の内周側領域に存在することとなる結果、外周面７ａ２’に溌油剤を塗布した場合であっても、充分な溌油効果が得られないことが多い。

本発明の課題は、この種の流体軸受装置におけるハウジングの製造コストを低減すると共に、組立工程の効率化を図り、より一層低コストな流体軸受装置を提供することである。

本発明の他の課題は、樹脂の射出成形によるハウジングの成形精度を高めることである。

本発明の更なる課題は、樹脂の射出成形によるハウジングにおいて、ゲート除去部による溌油効果低下の問題を解消することである。

上記課題を解決するため、本発明は、ハウジングと、ハウジングの内部に配置された軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜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流体軸受装置において、ハウジングは、樹脂材料を射出成形して形成され、筒状の側部と、側部の一端部から内径側に一体に連続して延びたシール部とを備え、シール部は、軸部材の外周面との間にシール空間を形成する内周面と、内周面に隣接する外側面とを有し、かつ、外側面の外周縁部に、樹脂ゲート部を除去加工することにより形成されたゲート除去部を有する構成を提供する。

ハウジングを樹脂材料の射出成形で形成することにより、旋削等の機械加工による金属製ハウジングに比べて低コストで製造することができると共に、プレス加工による金属製ハウジングに比べて比較的高い精度を確保することができる。また、ハウジングにシール部を一体に具備させることにより、別体のシール部材をハウジングに固定する場合に比べて、部品点数及び組立工数を削減することができる。

また、ハウジングは、シール部の外側面の外周縁部に、樹脂ゲート部を除去加工することにより形成されたゲート除去部を有しており、言い換えれば、シール部の外側面は、ゲート除去部が存在する外周縁部を除いて、成形面であり、このような表面状態の外側面に溌油剤を塗布することにより、充分な溌油効果が発揮され、ハウジング内部からの潤滑油の漏れが効果的に防止される。

ゲート除去部は、成形金型のゲートの形状によって、シール部の外側面の外周縁部に１点状、複数点状、又は環状に表れるが、溶融樹脂を金型のキャビティー内に均一に充填し、ハウジングの成形精度を高める観点から、ゲートを環状に形成した場合、ゲート除去部は環状に現れる。したがって、ゲート除去部の形状は環状であることが好ましい。

ハウジングを形成する樹脂は熱可塑性樹脂であれば特に限定されないが、非晶性樹脂の場合は、例えば、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を用いることができる。また、結晶性樹脂の場合は、例えば、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いることができる。

また、上記の樹脂に充填する充填材の種類も特に限定されないが、例えば、充填材として、ガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカー状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボン繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉等の繊維状又は粉末状の導電性充填材を用いることができる。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータに組み込まれる流体軸受装置では、磁気ディスク等のディスクと空気との摩擦によって発生した静電気を接地側に逃がすために、ハウジングに導電性が要求される場合がある。このような場合、ハウジングを形成する樹脂に上記の導電性充填材を配合することにより、ハウジングに導電性を与えることができる。

上記の導電性充填材としては、導電性の高さ、樹脂マトリックス中での分散性の良さ、耐アブレッシブ摩耗性の良さ、低アウトガス性等の点から、カーボンナノマテリアルが好ましい。カーボンナノマテリアルとしては、カーボンナノファイバーが好ましい。このカーボンナノファイバーには、直径が４０〜５０ｎｍ以下の「カーボンナノチューブ」と呼ばれるものも含まれる。

また、本発明は上記課題を達成するため、ハウジングと、ハウジングの内部に配置された軸受スリーブと、軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、軸受スリーブの内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜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流体軸受装置、の製造方法において、ハウジングを、樹脂材料の射出成形により、筒状の側部と、側部の一端部から内径側に一体に連続して延びたシール部とを備えた形態に成形するハウジング成形工程を含み、シール部は、軸部材の外周面との間にシール空間を形成する内周面と、内周面に隣接する外側面とを有し、ハウジング成形工程において、シール部の外側面の外周縁部に対応する位置に環状のフィルムゲートを設け、フィルムゲートからハウジングを成形するキャビティー内に溶融樹脂を充填する構成を提供する。

ハウジング成形工程において、シール部の外側面の外周縁部に対応する位置に環状のフィルムゲートを設け、フィルムゲートからハウジングを成形するキャビティー内に溶融樹脂を充填することにより、溶融樹脂がキャビティーの円周方向及び軸方向に均一に充填され、寸法形状精度の高いハウジングを得ることができる。

ここで、「フィルムゲート」とは、ゲート幅の小さいゲートであり、ゲート幅は、樹脂材料の物性や射出成形条件等によっても異なるが、例えば０．２ｍｍ〜０．８ｍｍである。このようなフィルムゲートをシール部の外側面の外周縁部に対応する位置に設けているため、成形後の成形品は、シール部の外側面の外周縁部にフィルム状の（薄い）樹脂ゲート部が環状に繋がった形態になる。多くの場合、フィルム状の樹脂ゲート部は成形金型の型開動作によって自動的に切断され、成形品を成形金型から取り出した状態では、シール部の外側面の外周縁部に樹脂ゲート部の切断部が残る。このような樹脂ゲート部を除去加工することによって形成されるゲート除去部は、シール部の外側面の外周縁部に幅の狭い環状形状で現れる。

本発明によれば、ハウジングの製造コストを低減すると共に、組立工程の効率化を図り、より一層低コストな流体軸受装置を提供することができる。

また、本発明によれば、樹脂の射出成形によるハウジングの成形精度を高めることができる。

さらに、本発明によれば、樹脂の射出成形によるハウジングにおいて、ゲート除去部による溌油効果低下の問題を解消することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、この実施形態に係る流体軸受装置（流体動圧軸受装置）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概念的に示している。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流体軸受装置１と、軸部材２に装着されたロータ（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４およびロータマグネット５とを備えている。ステータ４はブラケット６の外周に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３の内周に取付けられる。流体軸受装置１のハウジング７は、ブラケット６の内周に装着される。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とロータマグネット５との間の電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。

図２は、流体軸受装置１を示している。この流体軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７に固定された軸受スリーブ８およびスラスト部材１０と、軸部材２とを構成部品して構成される。

軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１との間に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して設けられる。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃと軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間に第１スラスト軸受部Ｔ１が設けられ、スラスト部材１０の端面１０ａとフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に第２スラスト軸受部Ｔ２が設けられる。尚、説明の便宜上、スラスト部材１０の側を下側、スラスト部材１０と反対の側を上側として説明を進める。

ハウジング７は、例えば、結晶性樹脂としての液晶ポリマー（ＬＣＰ）に、導電性充填材としてのカーボンナノチューブ又は導電カーボンを２〜３０ｖｏｌ％配合した樹脂材料を射出成形して形成され、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの上端部から内径側に一体に連続して延びた環状のシール部７ａとを備えている。シール部７ａの内周面７ａ１は、軸部２ａの外周面２ａ１、例えば、外周面２ａ１に形成されたテーパ面２ａ２との間に所定のシール空間Ｓを形成する。尚、軸部２ａのテーパ面２ａ２は上側（ハウジング７に対して外部側）に向かって漸次縮径し、軸部材２の回転により遠心力シールとしても機能する。

軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。

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燒結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面７ｃの所定位置に固定される。

この焼結金属で形成された軸受スリーブ８の内周面８ａには、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、該２つの領域には、例えばヘリングボーン形状の動圧溝がそれぞれ形成される。

第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる、軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、例えばスパイラル形状やヘリングボーン形状の動圧溝が形成される。

スラスト部材１０は、例えば、樹脂材料又は黄銅等の金属材料で形成され、ハウジング７の内周面７ｃの下端部に固定される。この実施形態において、スラスト部材１０は、その端面１０ａの外周縁部から上方に延びた環状の当接部１０ｂを一体に備えている。当接部１０ｂの上側端面は軸受スリーブ８の下側端面８ｃと当接し、当接部１０ｂの内周面はフランジ部２ｂの外周面と隙間を介して対向する。第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる、スラスト部材１０の端面１０ａには、例えばヘリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝が形成される。スラスト部材１０の当接部１０ｂとフランジ部２ｂの軸方向寸法を管理することにより、第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を精度良く設定することができる。

シール部７ａで密封されたハウジング７の内部空間には、軸受スリーブ８の内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。また、シール部７ａの内周面７ａ１に隣接する外側面７ａ２には溌油剤Ｆが塗布される。さらに、シール部７ａを貫通してハウジング７の外部に突出した軸部材２の外周面２ａ３にも溌油剤Ｆが塗布される。

軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、それぞれ、軸部２ａの外周面２ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃのスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、スラスト部材１０の端面１０ａのスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２とスラスト軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２の回転に伴い、上記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２ａが上記ラジアル軸受隙間内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。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ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同時に、上記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が上記スラスト軸受隙間内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。これにより、軸部材２をスラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ２と第２スラスト軸受部Ｔ２とが構成される。

図３は、上記のような流体軸受装置１におけるハウジング７の成形工程を概念的に示している。固定型と可動型とで構成される成形金型に、ランナー１７ｂ、フィルムゲート１７ａ、キャビティー１７が設けられる。フィルムゲート１７ａは、シール部７ａの外側面７ａ２の外周縁部に対応する位置に環状に形成され、そのゲート幅δは例えば０．３ｍｍである。

図示されていない射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂Ｐは、成形金型のランナー１７ｂ、フィルムゲート１７ａを通ってキャビティー１７内に充填される。このように、シール部７ａの外側面７ａ２の外周縁部に対応する位置に設けた環状のフィルムゲート１７ａからキャビティー１７内に溶融樹脂Ｐを充填することにより、溶融樹脂Ｐがキャビティー１７の円周方向及び軸方向に均一に充填され、寸法形状精度の高いハウジング７を得ることができる。

キャビティー１７内に充填された溶融樹脂Ｐが冷却されて固化した後、可動型を移動させて成形金型を型開きする。フィルムゲート１７ａをシール部７ａの外側面７ａ２の外周縁部に対応する位置に設けているため、型開き前の成形品は、シール部７ａの外側面７ａ２の外周縁部にフィルム状の（薄い）樹脂ゲート部が環状に繋がった形態になるが、この樹脂ゲート部は成形金型の型開動作によって自動的に切断され、成形品を成形金型から取り出した状態では、図３（ｂ）に示すように、シール部７ａの外側面７ａ２の外周縁部に樹脂ゲート部７ｄの切断部が残った状態になる。その後、樹脂ゲート部７ｄを同図に示すＺ線に沿って除去加工（機械加工）して仕上げると、ハウジング７が完成される。

完成後のハウジング７において、樹脂ゲート部７ｄを除去加工することにより形成されたゲート除去部７ｄ１は、シール部７ａの外側面７ａ２の外周縁部に幅の狭い環状形状で現れる。したがって、シール部７ａの外側面７ａ２は、ゲート除去部７ｄ１が存在する外周縁部を除いて、成形面であり、このような表面状態の外側面７ａ２に溌油剤Ｆを塗布することにより、充分な溌油効果が発揮され、ハウジング７の内部からの潤滑油の漏れが効果的に防止される。

尚、本発明は、スラスト軸受部として、いわゆるピボット軸受を採用した流体軸受装置や、ラジアル軸受部として、いわゆる真円軸受を採用した流体軸受装置にも同様に適用することができる。

本発明に係る流体軸受装置を使用した情報機器用スピンドルモータの断面図である。 本発明に係る流体軸受装置の実施形態を示す断面図である。 ハウジングの成形工程を概念的に示す断面図である。 一般的なハウジングの成形工程を概念的に示す断面図である。

符号の説明

１ 流体軸受装置
２ 軸部材
７ ハウジング
７ａ シール部
７ａ１ 内周面
７ａ２ 外側面
７ｄ１ ゲート除去部
８ 軸受スリーブ
Ｒ１ ラジアル軸受部
Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１ スラスト軸受部
Ｔ２ スラスト軸受部
Ｆ 溌油剤
１７ａ フィルムゲート
１７ キャビティー
Ｐ 溶融樹脂

Claims (4)

1. ハウジングと、該ハウジングの内部に配置された軸受スリーブと、該軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、前記軸受スリーブの内周面と前記軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で前記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流体軸受装置において、
   前記ハウジングは、樹脂材料を射出成形して形成されると共に、筒状の側部と、該側部の一端部から内径側に一体に連続して延びたシール部とを備え、
   前記シール部は、前記軸部材の外周面との間にシール空間を形成する内周面と、該内周面に隣接する外側面とを有し、かつ、該外側面の外周縁部に、樹脂ゲート部を除去加工することにより形成されたゲート除去部を有することを特徴とする流体軸受装置。
2. 前記ゲート除去部は環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 前記シール部の外側面に溌油剤が塗布されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体軸受装置。
4. ハウジングと、該ハウジングの内部に配置された軸受スリーブと、該軸受スリーブの内周面に挿入された軸部材と、前記軸受スリーブの内周面と前記軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜で前記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流体軸受装置、の製造方法において、
   前記ハウジングを、樹脂材料の射出成形により、筒状の側部と、該側部の一端部から内径側に一体に連続して延びたシール部とを備えた形態に成形するハウジング成形工程を含み、
   前記シール部は、前記軸部材の外周面との間にシール空間を形成する内周面と、該内周面に隣接する外側面とを有し、
   前記ハウジング成形工程において、前記シール部の外側面の外周縁部に対応する位置に環状のフィルムゲートを設け、該フィルムゲートから前記ハウジングを成形するキャビティー内に溶融樹脂を充填することを特徴とする流体軸受装置の製造方法。