JP2008039104A - 流体軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結軸受スリーブの気孔率を高精度かつ自由に制御可能とし、これにより高い軸受性能を発揮し、かつ小型化が可能な流体軸受装置を提供する。
【解決手段】焼結金属製の軸受部材８を、互いに粒度の異なる粉末からなる第一領域８１と第二領域８２とを一体化することで形成する。第一領域８１の気孔率は第二領域８２の気孔率より高く、第一領域８１の内周面８３には、軸部３１との間に後述するラジアル軸受隙間を形成するラジアル軸受面が設けられている。第一領域８１と第二領域８２との一体化は、第一領域８１に対応する第一成形体１１、および第二領域８２に対応する第二成形体１２をそれぞれ圧粉成形し、これらを組合わせた状態で焼結することにより行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体軸受装置に関する。

流体軸受装置は、軸受隙間に生じる流体の流体膜で軸部材を相対回転可能に支持するものである。この種の軸受装置は、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、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には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におけるディスクドライブのスピンドルモータ用の軸受装置として、あるいは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モータ、ファンモータなどのモータ用軸受装置として好適に使用される。

例えば、ＨＤＤ用スピンドルモータに組み込まれる流体軸受装置においては、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に支持するスラスト軸受部の一方または双方を動圧軸受で構成する場合がある。この場合、軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に動圧発生部を構成する動圧溝が形成されると共に、両面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とが多い。（例えば、特許文献１を参照）。

上記軸受を構成する軸受スリーブは、例えば潤滑油を上記軸受隙間に循環供給し、安定した軸受性能を得るため焼結金属で形成される場合が多い。通常、この種の軸受スリーブは、金属粉末を所定の形状（多くは円筒状）に圧縮成形した後、焼結することで形成され、内部空孔に潤滑油を含浸させた状態で使用される（例えば、特許文献２を参照）。

また、この種の流体軸受装置においては、通常、軸受隙間等を満たした潤滑油が外部に漏れ出すのを防止するために、ハウジングの開口部にシール部材が配設され、対向する軸部材の外周面との間にシール空間が形成される。この種のシール空間には、いわゆるオイルバッファを兼ね備えたものがあり、ハウジングの内部空間に充填された潤滑油が使用温度範囲内での熱膨張あるいは収縮によって容積変化する量よりもシール空間の容積が大きくなるように設定される。従って、温度変化に伴う潤滑油の容積変化があった場合でも、潤滑油の油面は常にシール空間内に維持され、少なくとも雰囲気温度の変化により潤滑油が外部に漏れ出ることはない（例えば、特許文献３を参照）。

このように、軸受スリーブは、軸部材の外周面との間にラジアル軸受隙間を形成するものであるから、ラジアル軸受隙間を形成する面には高い面精度が要求される。上述のように、軸受スリーブを焼結金属で形成する場合には、例えば焼結体密度を疎にする（小さくする）ことで、焼結後の二次加工性（寸法サイジングなど）を高める方法が考えられる。

しかしながら、焼結体密度を小さくすることで、かかる軸受スリーブの気孔率が高まるため、その分軸受内部空間に保持される潤滑油の量が増大する。保油量の増加は、必然的にバッファ容積の増加を招くため、どうしてもシール空間の容積、例えば軸方向寸法を大きく取らざるを得ず、このことが結果的に流体軸受装置の小型化を阻害する要因となる。

この問題を解決するための手段として、例えば特開２００２−３２７２０３号公報（特許文献４）に記載の手段が考えられる。当該文献に開示の焼結スリーブは、外周側部分に比べて内周側部分の多孔質性（気孔率）が高められており、内周側部分に潤滑油を保持させた状態で軸受スリーブとして使用される。また、製造方法に関し、一体に圧粉成形したものを焼結する際、内周側部分における焼結温度を、外周側部分における焼結温度よりも低くすることで、上記構造の焼結スリーブを形成可能としている。

上記手段で形成した焼結スリーブであれば、ラジアル軸受面を有する内周側部分ほど気孔率が高いので、かかる領域における二次加工性を向上させることができ、これによりラジアル軸受面を有する内周面を精度よく仕上げることができる。また、外周側部分ほど気孔率が低いので、全体にわたって内周側部分と同じ気孔率となるよう形成した焼結スリーブと比べて、焼結スリーブに含浸される流体（潤滑油など）の量を減らすことができる。

しかしながら、上述の製造方法は、焼結時の加熱温度（焼結温度）を内周側部分と外周側部分との間で異ならせることで焼結後の気孔率に差を生ぜしめようとするものであるから、その制御は容易ではなく、所要の気孔率を精度よく得ることは難しい。特に、焼結時の温度差でもって気孔率を異ならせる場合、その気孔率の大小は、粒子間のネック結合の成長の度合いによるため、内外周間で与え得る気孔率の差には限界があり、大きな気孔率の差を生み出すことは困難である。また、内周側部分で気孔率を大きくとろうとして、焼結の程度（ネック結合の成長）を抑制することで、当該部分の焼結作用が不足し、十分な強度を得ることができない恐れがある。これでは、継続使用に伴い生じる軸受面の磨耗により、軸受性能が低下する恐れがある。
特開２００３−２３９９５１号公報 特開平１１−１８２５５１号公報 特開２００３−６５３２４号公報 特開２００２−３２７２０３号公報

以上の事情に鑑み、本発明では、焼結軸受スリーブの気孔率を高精度かつ自由に制御可能とし、これにより高い軸受性能を発揮し、かつ小型化が可能な流体軸受装置を提供することを技術的課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、軸受隙間と、軸受隙間に面した軸受面を有する焼結金属製の軸受部材と、軸受部材の内周に挿入される軸部材とを備え、軸受隙間に形成される流体の流体膜で軸部材を相対回転可能に支持するものにおいて、軸受部材が、互いに粒度の異なる粉末からなる二つの領域を一体化したもので、双方の領域のうち、相対的に気孔率の高い領域に軸受面が設けられていることを特徴とする流体軸受装置を提供する。ここで、気孔率は、軸受部材の単位体積当たりに占める各内部空孔の容積の総和の割合をいう。また、ここでいう粒度は、粒度分布の意を含む。

このように、本発明は、互いに粒度の異なる粉末からなる二つの領域を一体化することで、互いに気孔率の異なる二つの領域からなる焼結金属製の軸受部材を形成することを特徴とするものである。これによれば、粉末の粒度を調整するだけで気孔率を制御することができるので、焼結時の温度や、圧粉成形時の圧力（圧縮量）でもって制御する場合と比べて容易かつ高精度に気孔率の設定を行うことができる。また、気孔率の異なる領域（となる成形体）を別々に圧粉成形できることから、当該領域間で制限を受けることなく各々で自由に気孔率を設定することができ、双方の領域間で気孔率に大きな差をもたせることが可能となる。また、焼結時、双方の領域間で焼結温度を異ならせる必要はないため、従来のように、焼結の程度（ネック結合の成長）の違いに起因する強度や耐磨耗性の低下を回避することができ、これにより高い軸受性能を確保することができる。

また、軸受部材を構成する双方の領域のうち、相対的に気孔率の高い領域に軸受面を設けることで、焼結後の二次加工性が比較的高い側の領域に軸受面を設けることができ、これにより軸受面を高精度かつ容易に仕上げることができる。その一方で、軸受面を有しない領域は、軸受面を有する領域ほど二次加工性を必要としないため、相対的に気孔率の低い領域とすることができ、これにより、当該軸受部材に含浸される流体の量を、従来の軸受部材のそれと比べて大幅に減じることができる。従って、軸受装置内部に保持される流体の量を減じることができ、これによりバッファ空間となるシール空間の軸方向寸法を縮小することができる。そのため、高い軸受性能を発揮しつつも、流体軸受装置の小型化を図ることが可能となる。

このように、本発明は、焼結金属製の軸受部材を、互いに粒度の異なる粉末からなる二つの領域を一体化することで形成したことを特徴の一つとするものであり、一体化のための具体的手段としては、例えば例えば粒度の異なる粉末をそれぞれ圧縮成形した後、成形された複数の領域を焼結により一体化する手段が考えられる。また、個々に圧粉成形した後、さらに焼結したものを圧入等の手段により一体化する手段や、一方の焼結体を他方の焼結体に圧入することで一体化する手段、あるいは別個に圧粉成形および焼結したものを超音波溶着で一体化する手段、接着剤により一体化（接着固定）する手段などが考えられる。これら例示の手段は何れも圧粉成形後に一体化するものであるから、気孔率の異なる領域ごとに、使用する原料粉末の種類（組成を含む）やサイズ、あるいは各領域の形状等を、各領域に対する要求特性に応じて容易に設定することができる。

この中でも、特に焼結により一体化する手段は、圧入等による一体化の場合と比べて、相互に固定される面の間でそれほど高い寸法精度あるいは位置決め精度を必要とせずに済む。また、この種の焼結体においては、焼結後の寸法変化を矯正するためのサイジング工程が必須であるが、焼結により一体化すれば寸法矯正のためのサイジング工程を一体化した部材に対してのみ行えば済み、一体化前の複数の部材に対して個々にサイジングを行う場合と比べてサイジング工程を簡略化することができる。また、一体化を焼結と同時に行うので、接着により一体化を図る場合のように、複数の部材を一体化するための工程を別途設ける必要もない。そのため、総じて製造コストの低減化および作業時間の短縮化が可能となる。

上記軸受部材の軸受面には、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための動圧発生部を設けることができる。この場合、動圧発生部の形成は、互いに粒度の異なる粉末からなる二つの領域の一体化の後に、特に焼結による一体化の後に行うのがよい。これによれば、例えば圧粉成形の段階で動圧発生部を設ける場合のように、焼結により動圧発生部（溝など）の形状精度が低下する事態を回避することができ、高い形状精度を有する動圧発生部を得ることができる。

なお、上記構成の軸受部材の、相対的に気孔率の高い領域に設けられる軸受面は、ラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面を含むものであってもよいし、スラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面を含むものであってもよい。あるいは、上記軸受面が、ラジアル軸受面に加えてスラスト軸受面をさらに含むものであってもよい。

以上のように、本発明によれば、焼結軸受スリーブの気孔率を高精度かつ自由に制御することができ、これにより高い軸受性能を発揮し、かつ小型化が可能な流体軸受装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。なお、以下の説明における『上下』方向は単に各図における上下方向を便宜的に示すもので、流体軸受装置の設置方向や使用態様等を特定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る流体軸受装置１を具備した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、例えば磁気ディスクを搭載したＨＤＤ等の情報機器用として用いられるもので、一端にハブ２を取り付けた軸部材３をラジアル方向に回転自在に支持する流体軸受装置１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４１およびロータマグネット４２とからなる駆動部４と、ブラケット５とを備えている。ステータコイル４１はブラケット５に固定され、ロータマグネット４２はハブ２に固定される。流体軸受装置１のハウジング６は、ブラケット５の内周に固定される。また、同図に示すように、ハブ２にはディスク７（図１では２枚）が保持される。このように構成されたスピンドルモータにおいて、ステータコイル４１に通電すると、ステータコイル４１とロータマグネット４２との間に発生する励磁力でロータマグネット４２が回転し、これに伴って、ハブ２に固定されたディスク７が軸部材３と一体に回転する。

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６と、ハウジング６の内周に固定される焼結金属製の軸受部材８と、ハウジング６の一端を閉口する蓋部９と、ハウジング６および軸受部材８に対して相対回転する軸部材３と、シール部１０とを備える。

軸部材３は、例えばＳＵＳ鋼などの金属材料で形成され、軸部３１と、軸部３１の下端に一体又は別体に設けられるフランジ部３２とを備える。軸部３１には、軸受部材８との間に後述するラジアル軸受部Ｒ１、Ｒ２の各ラジアル軸受隙間を形成する大径面３３、３４が形成されると共に、これら大径面３３、３４と、フランジ部３２と反対の側でつながり、フランジ部３２から離隔する向きに漸次縮径するテーパ面３５が形成されている。

ハウジング６は、例えば真ちゅう等の金属材料や樹脂材料で筒状に形成され、その軸方向両端を開口した形態をなす。ハウジング６の下端内周には、後述する蓋部９を固定するための第一内周面６１が形成される。また、第一内周面６１とは内径寸法が異なり、当該内周面６１の上方に位置するハウジング６の第二内周面６２には、軸受部材８の外周面８６が、例えば接着（ルーズ接着や圧入接着を含む）、圧入、溶着（超音波溶着やレーザ溶着を含む）など適宜の手段で固定される。

軸受部材８は全体としてスリーブ状をなし、例えば銅や鉄、あるいは双方を主成分とする粉末からなる焼結金属で形成される。

詳細には、軸受部材８は、互いに粒度の異なる粉末からなり、かつ気孔率の異なる二つの領域、ここでは第一領域８１と第二領域８２とを一体化してなる。第一領域８１の気孔率は第二領域８２の気孔率より高く、第一領域８１の内周面８３には、軸部３１との間に後述するラジアル軸受隙間を形成するラジアル軸受面が設けられている。また、この実施形態では、第一領域８１は主として筒状をなし、さらにその一端から外径側に向けて鍔状に突出した形状をなす。そして、この鍔部８４の下端面８５には、軸部材３のフランジ部３２との間に後述するスラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成するスラスト軸受面が設けられている。

ここで、気孔率は、軸受部材８の単位体積当たりに占める各内部空孔の容積の総和の割合をいい、具体的には以下の式によって算出される。
気孔率［％］＝１００−密度比［％］＝{１−（ρ１／ρ０）}×１００
ρ１：軸受部材８の密度（測定方法は、ＪＩＳ Ｚ ２５０１ 乾燥密度の欄を参照）
ρ０：軸受部材８と同一組成の物質の真の密度
気孔率は密度比の増加に伴いほぼ線形的に低下することが分かっており、従って、密度比を求めることで気孔率を得ることができる。本発明のように、軸受部材８が、互いに気孔率の異なる領域（第一領域８１、第二領域８２）で構成される場合には、上記式において、『軸受部材８』を、『第一領域８１』あるいは『第二領域８２』に置き換えて考えればよい。

第一領域８１の気孔率、および第二領域８２の気孔率は、上述の大小関係を満たす限り、任意の範囲で設定可能である。この場合、第一領域８１の気孔率に関しては、必要最小限の含油量が確保される他、ラジアル軸受面となる内周面８３の二次加工性（焼結後の変形能）、特に後述する動圧発生部Ａの成形性がある程度確保されていればよい。また、動圧発生部Ａの表面から潤滑油が領域８１内部に逃げることなく、動圧発生部Ａによる動圧作用を十分に発揮できる程度の気孔率であればなおよいが、かかる潤滑油の逃げは、例えば溝サイジング前に回転サイジング等により動圧発生部Ａ形成領域の表面開孔率を調整（低く）しておくことによっても改善することができる。

軸受部材８の外周面８６には、１又は複数本（この図示例では３本）の軸方向溝Ｇ１が形成されている。この軸方向溝Ｇ１は、軸受部材８をハウジング６の内周所定位置に固定した状態では、対向するハウジング６の第二内周面６２との間に潤滑油の流体流路を形成する。

軸受部材８の上端面８７には、環状溝Ｇ２および環状溝Ｇ２とその外径側でつながり内周面８３の側に開口する半径方向溝Ｇ３が形成されている。このうち、環状溝Ｇ２は、シール部１０をハウジング６の内周に固定した状態では、軸受部材８とシール部１０との軸方向隙間を介して、軸方向溝Ｇ１（流体流路）とつながっている。また、環状溝Ｇ２とその外径側でつながる半径方向溝Ｇ３は内周面８３の側に開口し、内周面８３と大径面３３との間に形成されるラジアル軸受隙間とつながっている。

軸受部材８の内周面８３（ラジアル軸受面）には、二つの動圧発生部Ａ、Ｂが軸方向に離隔して形成されている。このうち、軸方向上側の動圧発生部Ａは、図３に示すように、傾斜方向の異なる複数の動圧溝Ａ１および動圧溝Ａ２をそれぞれ円周方向に配列して、いわゆるヘリングボーン形状に配列してなる。同様に、軸方向下側の動圧発生部Ｂは、傾斜方向の異なる複数の動圧溝Ｂ１および動圧溝Ｂ２をそれぞれ円周方向に配列して、いわゆるヘリングボーン形状に配列してなる。これら動圧発生部Ａ、Ｂは、軸部３１を軸受部材８の内周に挿入した状態では、軸部３１の大径面３３、３４とそれぞれ対向し、軸部３１（軸部材３）の回転時、対向する大径面３３、３４との間に後述する第一ラジアル軸受部Ｒ１、第二ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受隙間をそれぞれ形成する（図２を参照）。

なお、この実施形態では、ハウジング６の一端開口側（上側）に位置する動圧発生部Ａは、軸方向中心ｍ（上下の動圧溝Ａ１、Ａ２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より上側の動圧溝Ａ１形成領域の軸方向寸法Ｘ１が下側の動圧溝Ａ２形成領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。また、動圧溝Ａ１、Ａ２が、図３に示すように、内周面８３の、動圧発生部Ａを除く領域と同一面上にあり、内周面の軸方向下側に位置する動圧発生部Ｂに関しても、動圧溝Ｂ１、Ｂ２が共に内周面８３の、動圧発生部Ｂを除く領域と同一平面上にある。

軸受部材８の下端面８５（スラスト軸受面）の全面又は一部領域には、動圧発生部Ｃとして、例えば図４に示すように、複数の動圧溝Ｃ１をスパイラル形状に配列した領域が形成される。この動圧溝Ｃ１形成領域（動圧発生部Ｃ）は、フランジ部３２の上端面３６と対向し、軸部材３の回転時には、上端面３６との間に後述する第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。

軸受部材８の内周面８３と下端面８５との間には、環状の第一面取り部８８が形成される。また、内周面８３と上端面８７との間にも、環状の第二面取り部８９が形成される。

以下、上記構成の軸受部材８の製造方法を、成形後、焼結により一体化を行う場合を例にとって説明する。

まず、上記金属粉末を主成分とする原料粉末を圧縮成形し、第一領域８１に対応する第一成形体１１を成形する。また、第一成形体１１とは粒度の異なる原料粉末を圧縮成形し、第二領域８２に対応する第二成形体１２を成形する。この実施形態では、第一成形体１１は、図５に示すように、筒部１１１と、筒部１１１の一端から外径側に突出した鍔部１１２とで構成される。筒部１１１の内周面１１３は、第二成形体１２との一体後、軸受部材８となった状態では、ラジアル軸受面となる領域であり、一体化前の段階では、動圧発生部Ａ、Ｂを有さない真円状をなす。同様に、鍔部１１２の下端面１１４（筒部１１１と反対側の端面）はスラスト軸受面となる領域であり、一体化前の段階では、動圧発生部Ｃを有さない平面形状をなす。第二成形体１２は、図６に示すように概ね筒状をなす。なお、両成形体１１、１２の原料粉末は、互いに粒度の異なるものであればよく、当該粉末が同材料であるか異材料であるかは問わない。

次に、図７に示すように、第一成形体１１の筒部１１１に第二成形体１２を嵌め合わせることで第一成形体１１と第二成形体１２とを組合わせ、所定温度で加熱することで、各成形体１１、１２を焼結すると共に、嵌合面となる第一成形体１１（筒部１１１）の外周面１１５と第二成形体１２の内周面１２１、第一成形体１１（鍔部１１２）の上端面１１６と第二成形体１２の下端面１２２とを焼結結合する。これにより第一成形体１１と第二成形体１２との一体化がなされる。なお、この際、第一成形体１１（筒部１１１）の外径寸法ｄ１は、第二成形体１２の内径寸法ｄ２に対して若干小さいほうがよい。焼結前の成形体１１、１２は非常に脆く、組合わせの際、僅かに引っ掛かるだけでも欠損を生じる可能性があるためである。

上記焼結工程を経た後、両成形体１１、１２の一体品（焼結品）に寸法サイジングを施し、かかる一体品を適正な寸法あるいは形状に矯正する。この後、一体品の内周面をなす筒部１１１の内周面１１３に溝サイジングを施す。具体的には、図３に示す動圧発生部Ａ、Ｂに倣った形状の成形型（ピン）を一体品の内周面１１３に押し付け、かかる成形型に倣って内周面１１３を変形させることで動圧発生部Ａ、Ｂが成形される。同様に、図４に示す動圧発生部Ｃに倣った形状の成形型を一体品の下端面１１４に押し付け、かかる成形型に倣って下端面１１４を変形させることで動圧発生部Ｃが成形される。これにより、図３に示す軸受部材８が完成する。

このように、個々に圧粉成形したものを組合わせた状態で焼結して一体化することにより、一体化のための工程を別途設けずに済む。また、焼結により、各成形体１１、１２間で十分な固定力を得ることができる。この際、第一成形体１１と第二成形体１２とで同一若しくは同一に準じる材料（主成分が同じ）で成形することで、焼結時の結着力を一層高めることができる。また、この実施形態では、焼結時、各成形体１１、１２の膨張により、互いに焼結結合される外周面１１５と内周面１２１とが接触するよう、双方の成形体１１、１２の寸法（厚み）、原料組成等を定めている。そのため、上述のように、第一成形体１１の外径寸法ｄ１が第二成形体１２の内径寸法ｄ２に対して若干小さい場合であっても、両面１１５、１２１間で焼結結合が可能となる。

ハウジング６の下端側を閉口する蓋部９は、例えば金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング６の内周下端に設けられた第一内周面６１に固定される。

蓋部９の上端面９１の全面又は一部環状領域には、例えば図４と同様の配列態様（スパイラルの方向は逆）をなす動圧発生部Ｄが形成される。この動圧発生部Ｄはフランジ部３２の下端面３７と対向し、軸部３１の回転時には、下端面３７との間に後述する第二スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を形成する（図２を参照）。

シール手段としてのシール部１０は、ハウジング６とは別体に金属材料あるいは樹脂材料で形成され、ハウジング６の上端内周に圧入、接着、溶着、溶接等の手段で固定される。この実施形態では、シール部１０の固定は、シール部１０の下端面１０１を軸受部材８の上端面８７に当接させた状態で行われる（図２を参照）。

シール部１０の内周面１０２は、軸部材３を流体軸受装置１に組込んだ状態では、軸部３１のテーパ面３５と対向し、このテーパ面３５との間に、半径方向寸法が上方に向けて漸次拡大するシール空間Ｓを形成する。

上述の如く形成された各構成部品の組立てを行なった後、所定の手段、例えば真空含浸手段によりシール空間Ｓの開口側から軸受内部空間に潤滑油を注油する。これにより、各ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間、軸受部材８の内部空孔、特に気孔率の比較的高い第一領域８１の内部空孔を含む軸受内部空間を潤滑油で充満した流体軸受装置１が完成する。この際、シール空間Ｓの容積が、少なくとも流体軸受装置１の内部空間に充満した潤滑油の温度変化に伴う体積変化量よりも大きくなるよう、かかる容積およびその油面を設定するのがよい。これにより、潤滑油の油面はシール空間Ｓ内に維持され、少なくとも雰囲気温度の変化により潤滑油が外部に漏れ出ることはない。

流体軸受装置１内部に注油される潤滑油としては、種々のものが使用可能であるが、ＨＤＤ等のディスク駆動装置用の流体軸受装置（動圧軸受装置）に提供される潤滑油には、低蒸発率及び低粘度性に優れたエステル系潤滑油、例えばジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）等が好適に使用可能である。

上記構成の流体軸受装置１において、軸部材３の回転時、軸受部材８の内周面８３に設けられた動圧発生部Ａ（動圧溝Ａ１、Ａ２形成領域）は、軸部３１の外周面（大径面３３）とラジアル軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材３の回転に伴い、軸受内部空間に満たされた潤滑油が動圧溝Ａ１、Ａ２の軸方向中心側に向けて押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝Ａ１、Ａ２の動圧作用によって、軸部材３をラジアル方向に非接触支持する第一ラジアル軸受部Ｒ１が形成される（図２中、上側の領域）。また、動圧発生部Ｂとこれに対向する外周面（大径面３４）との間に形成されるラジアル軸受隙間では、潤滑油が動圧溝Ｂ１、Ｂ２の軸方向中心側に押し込まれ、その圧力が上昇する。このような動圧溝Ｂ１、Ｂ２の動圧作用によって、軸部材３をラジアル方向に非接触支持する第二ラジアル軸受部Ｒ２が形成される（図２中、下側の領域）。

これと同時に、軸受部材８の下端面８５に設けられた動圧発生部Ｃ（動圧溝Ｃ１形成領域）とこれに対向するフランジ部３２の上端面３６との間のスラスト軸受隙間、および蓋部９の上端面９１に設けられた動圧発生部Ｄとこれに対向するフランジ部３２の下端面３７との間のスラスト軸受隙間に、動圧溝Ｃ１等の動圧作用により潤滑油の油膜がそれぞれ形成される。そして、これら油膜の圧力によって、軸部材３をスラスト方向に非接触支持する第一スラスト軸受部Ｔ１と第二スラスト軸受部Ｔ２とがそれぞれ構成される。

ここで、ラジアル軸受隙間を形成する軸受部材８の内周面８３を、相対的に気孔率の高い第一領域８１で形成することで、ラジアル軸受面となる内周面８３の面精度を高精度かつ低コストに仕上げることができる。また、内周面８３等の軸受面となる領域を有しない第二領域８２の気孔率を、第一領域８１に比べて低くする（密にする）ことで、軸受部材８全体に含浸される油量を、従来の焼結軸受部材と比べて大幅に減じることができる。従って、流体軸受装置１の内部空間に保持される潤滑油の油量を減じることができ、これによりバッファ空間となるシール空間Ｓの軸方向寸法を縮小して、流体軸受装置１の小型化、特に薄肉化を図ることが可能となる。

また、互いに粒度の異なる粉末からなる第一領域８１と第二領域８２とを一体化することで軸受部材８を形成したので、気孔率の制御を、粉末の粒度を調整するだけで高精度かつ容易に行うことが可能となる。また、気孔率の異なる領域８１、８２を別々に圧粉成形できることから各々で自由に気孔率を設定することができる。また、焼結時、双方の領域８１、８２間で焼結温度を異ならせる必要はないため、相対的に気孔率の高い第一領域８１において、焼結作用の不足に起因する強度や耐磨耗性の低下を回避することができ、これにより高い軸受性能を発揮することができる。

また、この実施形態では、フランジ部３２との間にスラスト軸受隙間を形成する軸受部材８の下端面８５を、内周面８３と同様、相対的に気孔率の高い第一領域８１で形成したので、スラスト軸受面となる下端面８５の焼結後の二次加工性（サイジング性）を高めて、高い面精度を有する下端面８５を容易に得ることができる。

また、この実施形態においては、軸受部材８の内周面８３と下端面８５との間、および内周面８３と上端面８７との間にそれぞれ第一面取り部８８、第二面取り部８９を設けている。これら面取り部８８、８９は、通常ラジアル軸受隙間外へと逃げる潤滑油をなるべく多く軸受部材８の内部に取り込み、またなるべく多くの潤滑油をラジアル軸受隙間へと供給する目的で形成される。そのため、面取り部８８、８９の表面開孔率は、内周面８３の表面開孔率よりも大きいことが好ましい。かかる構成にすることで、できるだけ多くの潤滑油をラジアル軸受隙間に還流させ、これにより潤滑油を最大限利用して良好な潤滑性および潤滑油の劣化防止効果を得ることができる。特に、本発明のように、内周面８３など、軸受面を含む領域（第一領域８１）を部分的に高気孔率とし、残りの領域（第二領域８２）を第一領域８１に比べて低気孔率として、保油量を最小限に留める構成とした場合に有効な手段となる。

さらに、この実施形態においては、動圧発生部Ａにおける軸方向上側の動圧溝Ａ１の溝長さ（軸方向寸法Ｘ１）を、例えば図３に示すように、軸方向下側の動圧溝Ａ２の溝長さ（軸方向寸法Ｘ２）に比べて大きくすると共に、軸受部材８の外周面８６に軸方向溝Ｇ１を、上端面８７に環状溝Ｇ２および半径方向溝Ｇ３をそれぞれ設けている。かかる構成により、ラジアル軸受隙間へと流れ込んだ潤滑油は、各動圧溝Ａ１、Ａ２に沿った流れとは別に、軸方向非対称の動圧溝Ａ１、Ａ２により上端面８７から下端面８５の側に向けての流れを生じ、その後、第一スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間→軸方向溝Ｇ１→軸受部材８とシール部１０との外径側軸方向隙間→環状溝Ｇ２→半径方向溝Ｇ３という経路を経て、再び上側のラジアル軸受隙間へと還流する。このように、軸受内部空間に潤滑油の循環流路を形成することにより、軸受内部空間における潤滑油の循環性を一層高めることができ、あるいは局所的な負圧状態の発生を極力避けることができ、これにより高い軸受性能を長期にわたって発揮することが可能となる。特に、本発明のように、含浸量を減じた軸受部材８を使用する場合であっても、潤滑油不足あるいはそれに起因する劣化を招くことなく、安定した潤滑性能を得ることができる。なお、図２では一例として、軸方向溝Ｇ１や環状溝Ｇ２、半径方向溝Ｇ３を軸受部材８の側に形成しているが、これらの一部あるいは全てを対向するハウジング６の第二内周面６２、あるいはシール部１０の下端面１０１の側に設けることもできる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上記形態に限定されるものではない。上記構成をなす軸受部材８を備えるものである限り、他形態をなす流体軸受装置に対しても本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、軸受部材８を、第一領域８１および第二領域８２とで構成した場合を説明したが、もちろん３以上の領域で構成することもできる。何れの場合にしても、各領域を、２以上の圧粉成形体に分けて形成する（例えば図５に示す第一成形体１１であれば、筒部１１１と鍔部１１２を分けて成形する）ことも可能である。また、軸受部材８はスリーブ状に限らず、完成品として他形状をなすものであってもよい。もちろん、その場合、互いに粒度の異なる粉末からなる二つの領域についても、図３に示す形状に限らず、完成品としての軸受部材８の形状に合わせて種々の形状をとることが可能である。

また、上記実施形態では、軸受部材８の製造方法の一例として、軸受部材８の第一領域８１および第二領域８２となる第一成形体１１および第二成形体１２を別々に圧粉成形した後、焼結により一体化した場合を説明したが、これ以外の手段によっても製造可能である。

具体的には、図５および図６に示す形状の第一成形体１１、第二成形体１２をそれぞれ圧粉成形し、さらに別々に焼結した後、焼結体としての第一成形体１１に対して同じく焼結体としての第二成形体１２を圧入して、焼結体の寸法サイジングを行うことで一体化することも可能である。この場合、互いに圧入される第一成形体１１の外径寸法ｄ１（図５を参照）が、第二成形体１２の内径寸法ｄ２（図６を参照）に比べて大きくなるよう、双方の成形体１１、１２を成形しておくのがよい。焼結後の半径寸法の変化量が、圧入代（ｄ１−ｄ２の絶対値）に影響を及ぼす大きさとなる場合には、かかる焼結後の寸法変化量も考慮に入れて、各成形体１１、１２の成形時寸法を定めるとよい。

また、これ以外の手段として、例えば別々に圧粉成形および焼結したものを超音波溶着で一体化する手段や、接着剤で一体的に固定する手段などを使用することもできる。あるいは、圧粉成形型への充填の仕方を工夫することで、各成形体１１、１２の圧粉成形および一体化を、当該圧粉成形工程において行うことも可能である。

上記構成の流体軸受装置１は、上述のＨＤＤ用のスピンドルモータだけでなく、例えば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情報機器に搭載されるスピンドルモータ用など、情報機器をはじめとする電気機器用の軸受装置として好適に適用可能である。また、本発明のように、最小限の保油量でもって最大限の潤滑効率を得られる構成の流体軸受装置であれば、軸受装置あるいはそれを搭載する情報機器のさらなる小型化にも軸受性能を落とすことなくかつ低コストに対応することができる。そのため、例えばサーバ用ＨＤＤなど、長期間に亘って安定した回転性能（軸受性能）を要求される機器に対しても、高い信頼性を有する軸受装置として好適に提供することができる。また、情報機器の高容量化に対応して複数枚のディスク７を搭載したディスク駆動装置に対しても、あるいは高速回転下での高い回転性能（軸受性能）を要求されるモータに対しても、、さらにはファンモータなど比較的小型のモータに対しても、長期に亘って安定した軸受性能を発揮し得る流体軸受装置を提供することができる。

また、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として、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により潤滑流体の動圧作用を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明に係る軸受部材８は、粒度の異なる粉末を圧縮成形して形成された気孔率の異なる複数の領域を一体化してなるものであればよく、動圧発生部の有無は問題にはならない。従って、本発明に係る流体軸受装置は、動圧発生部を、軸受部材８の側ではなくこれと対向する側の部材に設けたものであってもよく、あるいは動圧発生部を持たないいわゆる流体真円軸受を構成するものであってもよい。また、動圧発生部としては、上述の配列形状に限らず、任意の形態をなす動圧発生部（例えばステップ軸受、多円弧軸受など）が構成可能である。

また、以上の説明では、流体軸受装置１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間や、スラスト軸受隙間に流体の流体膜を形成可能な流体として潤滑油を例示したが、それ以外にも各軸受隙間に流体の流体膜を発生可能な流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の第一実施形態に係る流体軸受装置を具備したスピンドルモータの断面図である。 流体軸受装置の断面図である。 焼結金属製の軸受部材の断面図である。 図３に示す軸受部材を矢印ａの方向から見た平面図である。 軸受部材の第一領域となる第一成形体の断面図である。 軸受部材の第二領域となる第二成形体の断面図である。 第一成形体と第二成形体との一体化工程を概念的に示す図である。

符号の説明

１ 流体軸受装置
３ 軸部材
６ ハウジング
８ 軸受部材
９ 蓋部
１０ シール部
１１ 第一成形体
１２ 第二成形体
８１ 第一領域
８２ 第二領域
８３ 内周面
８５ 下端面
１１１ 筒部
１１２ 鍔部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 動圧発生部
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１ 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

Claims (5)

1. 軸受隙間と、軸受隙間に面した軸受面を有する焼結金属製の軸受部材と、軸受部材の内周に挿入される軸部材とを備え、軸受隙間に形成される流体の流体膜で軸部材を相対回転可能に支持する流体軸受装置において、
   軸受部材が、互いに粒度の異なる粉末からなる二つの領域を一体化したもので、双方の領域のうち、相対的に気孔率の高い領域に軸受面が設けられていることを特徴とする流体軸受装置。
2. 双方の領域を焼結により一体化した請求項１記載の流体軸受装置。
3. 軸受面に、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための動圧発生部を設けた請求項１記載の流体軸受装置。
4. 軸受面が、ラジアル軸受隙間に面するラジアル軸受面を含む請求項１記載の流体軸受装置。
5. 軸受面が、さらにスラスト軸受隙間に面するスラスト軸受面を含む請求項４記載の流体軸受装置。

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