JP2001140891A

JP2001140891A - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JP2001140891A
Application number: JP2000264804A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Narita; 隆行成田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】加工性良好、小径化可能、耐摩耗性、耐衝撃
性に優れ、かつ、低温時におけるロストルクを低減で
き、高温時における軸受としての剛性を高めることがで
きる動圧軸受装置を得る。【解決手段】軸１の外周面とスリーブ３の内周面との
少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、軸１とスリー
ブ３との相対回転による動圧作用により、軸１を相対回
転可能に支持してなる。軸１とスリーブ３との少なくと
も一方は、異なる性状の金属を嵌め合わせて接合形成し
たクラッド材により構成され、高温時における軸１とス
リーブ３とのギャップ間隔が、低温時における軸１とス
リーブ３とのギャップ間隔よりも大きくならないよう
に、異なる金属の材料が選定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばハードディ
スクドライブ用モータなどに適用可能な動圧軸受装置に
関するもので、特に、軸とスリーブの材料に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】相対回転する軸とスリーブとを備え、軸
の外周面とスリーブの内周面との少なくとも一方に動圧
発生溝が形成されてなる動圧軸受装置は、軸とスリーブ
とが一旦高速で相対回転し始めると、動圧発生溝によっ
て動圧力が生じ、ロータが高い剛性をもって高い芯振れ
精度で回転するため、これを例えばハードディスクドラ
イブ用モータの軸受装置として用いれば、高記録密度化
を図ることができる。動圧軸受装置において、軸の外周
面とスリーブの内周面との隙間は、特性を決定する要因
として重要である。特に、ハードディスクドライブ用モ
ータの動圧軸受装置においては、ロータの回転時の剛性
を高くするためには上記の隙間を小さくすればよいが、
この隙間をあまり小さくすると、軸の外周面とスリーブ
の内周面との間に介在するオイルの粘性抵抗によって回
転時の負荷が大きくなり、電源電池の消耗が早くなると
いう難点がある。そこで、ハードディスクドライブモー
タ用の動圧軸受装置においては、ロータの回転時の剛性
を重んじるか、または省電力化を重んじるかによって、
軸の外周面とスリーブの内周面との隙間の設計値が変わ
るものであって、一般には数μｍに設定されている。

【０００３】動圧軸受装置における軸の外周面とスリー
ブの内周面との隙間は、上記のように設計思想を反映し
た重要な寸法であり、所定の設計値に設定された後は、
上記の隙間が温度変化に対して一定であるか、または、
上記隙間に介在するオイルの粘度が低温において増加す
るため、上記の隙間が低温において広がり、高温におい
て狭くなるのが望ましい。従って、内周側が軸となる場
合の、軸の材質の熱膨張係数は、スリーブの材質の熱膨
張係数と同等もしくは大きいことが望ましい。そして、
軸の材質としては、例えば、用途としてノート型パソコ
ンのハードディスクドライブ装置を考えると、携帯時、
落下時の衝撃等を考慮して、できるだけ硬いもの、剛性
の高いものが望ましい。

【０００４】そこで、従来の動圧軸受装置の例として、
スリーブの材料をフェライト系ステンレス鋼、例えばＳ
ＵＳ４３０などとし、軸の材料をマルテンサイト系ステ
ンレス鋼、例えばＳＵＳ４２０などとしたものがある。
熱膨張係数（単位は［×１０ ^-6／℃］）は、フェライト
系ステンレス鋼のＳＵＳ４３０Ｆが１０．４、マルテン
サイト系ステンレス鋼のＳＵＳ４２０Ｊ２が９．９で、
両者はほぼ同等といえる。一方、軸の材料としての上記
ＳＵＳ４２０Ｊ２のビッカース硬度（単位は［Ｈｖ］）
は、焼入れ、焼きなまし等の熱処理後は６２０であり、
相当高い値になる。

【０００５】近年、動圧軸受装置を用いたモータの回転
トルクを低減するために、軸の直径およびスリーブの孔
の内径を細くすることが要求されている。この要求に応
えるためには、スリーブの孔の内部を加工する精密旋盤
のバイトも細くする必要がある。しかし、スリーブの材
料である上記のようなステンレス鋼は切削抵抗が高く、
加工性が悪いため、バイトを細くすると加工精度が低下
し、また、バイトが破損するという問題がある。そのた
め、スリーブ材料としてステンレス鋼を用いると、丸孔
の加工限界は直径５ｍｍ程度までで、これより小さい直
径のものは加工することが困難であり、動圧軸受装置の
小型化、小径化の要求に応えることができないという問
題がある。

【０００６】そこで、動圧軸受装置の小型化、小径化の
要求に応えるために、スリーブの材料を銅合金、例えば
燐青銅などとし、軸の材料をオーステナイト系ステンレ
ス鋼、たとえばＳＵＳ３０３などとしたものがある。上
記銅合金、例えばＣ５１９１Ｂ−Ｈの熱膨張係数は１
７．６、上記ＳＵＳ３０３の熱膨張係数は１７．３で、
両者の熱膨張係数はほぼ同等といえる。上記ＳＵＳ３０
３のビッカース硬度は１８０である。この従来例は、ス
リーブ材料として、加工性のよい銅系の材料を用い、孔
径が小さいスリーブでも加工することを可能にして動圧
軸受装置の小型化、小径化の要求に応えるものである。
上記スリーブと組み合わせる軸の材料は、銅系材料と同
等の熱膨張係数をもつ上記オーステナイト系ステンレス
鋼を使用している。ところが、オーステナイト系ステン
レス鋼は焼入れを行っても硬度を高めることができず、
上記のように硬度は１８０であって低い値である。この
ため、軸の加工工程において傷が発生しやすく、また、
アブレシブ（引っかき）摩耗が大きいために、寿命が短
いという問題がある。

【０００７】上記の問題を改善するために、特開平１０
−８９３４５号公報に記載されているように、スリーブ
を銅合金とし、軸がオーステナイト系ステンレス鋼から
なり、上記軸の表面に窒化処理を施して表面の硬度を高
めてなる動圧軸受が知られている。

【０００８】しかし、上記公報に記載されているような
窒化処理は、ステンレス鋼がもっているクロム層からな
る不動態被膜を窒化鉄で置き換える処理であるため、ス
テンレス鋼が元々もっている耐食性が著しく低下し、錆
びやすいという問題がある。特に、軸に袋孔、あるいは
袋状のタップ孔があると、これらの孔には水分が溜まり
やすいため、錆が発生する可能性がある。また、元々比
較的柔らかいオーステナイト系ステンレス鋼の表面を窒
化処理して表層を硬くしているため、柔らかい母材の上
に硬く薄い表層が載っているだけであり、凹状の打痕に
ついては防止効果が低い。さらに、軸に上記のような袋
状の孔を形成する必要がある場合、薄い表層部分のみと
はいえ、硬い層が形成されているため、加工性が悪く、
バイトやドリルの寿命が低下するという難点がある。

【０００９】さらに、従来の動圧軸受装置によれば、軸の
熱膨張係数をスリーブの熱膨張係数よりも大きくするこ
とはできず、せいぜい双方の熱膨張係数をほぼ等しくす
ることが限界であり、そのため、低温においてロストルク
が大きくなり、高温において軸受としての剛性が低くな
るという基本問題を解決することができない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
従来技術の問題点を解消するためになされたもので、加
工性が良好で、より小径化することが可能であり、傷つ
き難く、耐摩耗性、耐衝撃性に優れ、かつ、低温時にお
いてロストルクを低減することができ、高温時における
軸受としての剛性を高めることができる動圧軸受装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、軸の外周面とスリーブの
内周面との少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、軸
とスリーブとの相対回転による動圧作用により、上記軸
を相対回転可能に支持してなる動圧軸受装置において、
上記軸とスリーブとの少なくとも一方は、異なる金属を
嵌め合わせて接合形成したクラッド材により構成され、
高温時における上記軸とスリーブとのギャップ間隔が、
低温時における上記軸とスリーブとのギャップ間隔より
も大きくならないように、上記異なる金属の材料が選定
されていることを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明における上記軸を、中心側の材料が外周側の材料に対
して熱膨張係数の高い金属材料からなるクラッド材で形
成したことを特徴とする。請求項３記載の発明は、請求
項１記載の発明における上記スリーブを、外周側の材料
が内周側の材料に対して熱膨張係数の低い金属材料から
なるクラッド材で形成し、内周側の金属材料は、外周側
の金属材料よりも加工性のよい材料としたことを特徴と
する。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、上記スリーブの、内周側の金属材料の厚さ
を、外周側の金属材料の厚さよりも薄く、かつ、動圧溝の
深さよりも厚くしたものである。請求項５記載の発明
は、請求項３記載の発明において、上記スリーブの、内
周側の金属材料の厚さを、15μｍ以上としたものであ
る。請求項６記載の発明は、請求項３記載の発明におい
て、上記スリーブの内周側の金属材料を、銅系材料とし
たものである。

【００１４】請求項７記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記軸は、中心側の材料が外周側の材料に対
して熱膨張係数の高い金属材料からなるクラッド材と
し、上記スリーブは、外周側の材料が内周側の材料に対
して熱膨張係数の低い金属材料からなるクラッド材と
し、軸全体の熱膨張係数を、スリーブ全体の熱膨張係数
よりも大きくしたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる動圧軸受装
置の実施の形態について説明する。まず、本発明にかか
る動圧軸受装置を用いたハードディスクドライブ用モー
タの例について図８を参照しながら説明する。図８にお
いて、ベース１０の中心部に形成された孔には、フラン
ジ付き円筒状のボス９が圧入により固定され、ボス９の
内周側にはスリーブ３の下半部が圧入により固定されて
いる。スリーブ３の外周側には、ボス９の上方におい
て、積層コアからなるステータコア５が嵌められ、接着
等の適宜の手段によってスリーブ３に固定されている。
ステータコア５は適宜数の突極を放射状に有し、各突極
には駆動コイル４が巻回されている。

【００１６】上記スリーブ３は円筒状の部材で、その内
周側には軸１が挿入されている。軸１の下端部外周側に
はリング状のスラストプレート７が圧入等によって固着
されている。スラストプレート７は、スリーブ３の下端
部に形成された凹部に適宜の間隙をおいて嵌まり、スリ
ーブ３とカウンタープレート８との間で上側スラスト動
圧軸受を構成している。スリーブ３の下端部にはまた、
上記スラストプレート７が嵌まる凹部よりも大きい径の
凹部が形成され、この凹部にはカウンタープレート８が
はめられ、接着その他適宜の手段によってスリーブ３に
固定されている。スリーブ３と軸１とでラジアル動圧軸
受を構成しており、軸１の外周面とスリーブ３の内周面
間には微少な隙間が形成されるとともに、軸１の外周面
とスリーブ３の内周面の少なくとも一方にラジアル動圧
発生溝が形成され、この動圧発生溝の形成部には動圧発
生用のオイルが介在し、ラジアル動圧軸受が形成されて
いる。

【００１７】上記スラストプレート７とカウンタープレ
ート８との対向面間にも微少な隙間が形成されるととも
に、スラストプレート７とカウンタープレート８との対
向面の少なくとも一方にスラスト動圧発生溝が形成さ
れ、この動圧発生溝の形成部には動圧発生用のオイルが
介在し、下側スラスト動圧軸受が形成されている。同様
に、上記上側スラスト動圧軸受を構成するスリーブ３と
カウンタープレート８との間にも動圧発生用のオイルが
介在している。

【００１８】軸１の上端部はスリーブ３の上端から突出
し、この突出部にハブ２の中心孔が嵌められ、圧入その
他適宜の手段によって軸１とハブ２とが固着されてい
る。ハブ２はモータのロータハウジングとディスク保持
用ハブとを兼ねていて、カップを伏せた形をしており、
前記ステータコア５と駆動コイル４を有してなるモータ
のステータを覆っている。ハブ２の周壁内周面には短い
円筒状の駆動マグネット６が固着されている。駆動マグ
ネット６は周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されてい
る。

【００１９】各駆動コイルの端部は適宜の端子板を介し
てフレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ」という）
１２に接続され、ＦＰＣ１２は、ベース１０の底部に形
成された凹溝に沿って外部に引き出され、給電回路に接
続されている。ベース１０には、駆動コイル４および上
記端子板などとベース１０との絶縁を図るための絶縁シ
ート１１が敷かれている。軸１には、上端から中心軸線
に沿ってタップ孔１５が形成されている。ハブ２はフラ
ンジ２１を有し、ハブ２の胴部２２の外周にはめられた
ハードディスクおよびスペーサは上記フランジ２１に載
せられて位置規制される。上記タップ孔１５には図示さ
れないねじがねじ込まれて図示されないクランパーが取
り付けられ、このクランパーによって上記ハードディス
クおよびスペーサが押さえられることにより、ハードデ
ィスクがハブ２に取り付けられる。

【００２０】周知の通り、駆動マグネット６の回転位置
を磁気センサで検知し、この検知信号に応じて各駆動コ
イルへの給電を制御することにより、ステータコア５の
突極と駆動マグネット６との間に磁気的吸引反発力が生
じて駆動マグネット６が周方向に付勢され、ハブ２、軸
１、スラストプレート７からなるモータのロータが回転
駆動される。軸１の回転により、その外周面とスリーブ
３の内周面の少なくとも一方に形成された動圧発生溝
と、その間に介在するオイルとからなる動圧軸受装置に
よって動圧力が発生し、軸１がスリーブ３の内周面に無
接触で回転する。また、スラストプレート７とカウンタ
ープレート８との対向面間に形成されているスラスト動
圧軸受部にスラスト方向の動圧力が発生し、軸１がカウ
ンタープレート８から浮いた状態で回転する。

【００２１】本発明の特徴は、上記のように構成された
軸１とスリーブ３を有してなる動圧軸受装置の、上記軸
１とスリーブ３の材質にある。すなわち、軸１とスリー
ブ３の双方、もしくは何れか一方は、異なる金属を嵌め合
わせて接合したクラッド材によって構成されていること
を特徴とする。

【００２２】図１はスリーブ３の例を示すもので、互い
に異なる外周側の金属材料３２と内周側の金属材料３３
を嵌め合わせて接合したクラッド材からなる。ここで
は、外周側の金属材料３２として熱膨張係数が比較的小
さい（１０.４）フェライト系またはマルテンサイト系
ステンレス鋼、例えばＳＵＳ４３０などを用いる。一方、
内周側の金属材料３３として加工性のよい銅系材料、例
えばリン青銅Ｃ５１９１などを用いる。リン青銅Ｃ５１
９１の熱膨張係数は１７．６である。このようなスリー
ブ３を得るには、クラッド管を用いることによって素材
の段階から孔が形成されているものを用いてもよいし、
クラッド棒からなる素材に孔加工を施してもよい。

【００２３】図３は軸１の例を示すもので、互いに異な
る外周側の金属材料１７と内周側の金属材料１６を嵌め
合わせて接合したクラッド棒材からなる。ここでは、外
周側の金属材料１７として、硬い材料であるマルテンサ
イト系ステンレス鋼、例えばＳＵＳ４２０Ｊ２などを用
いる。ＳＵＳ４２０Ｊ２の熱膨張係数は９.９である。一
方、内周側の金属材料１６として、熱膨張係数の大きい
材料であるオーステナイト系ステンレス鋼、例えばＳＵ
Ｓ３０３（熱膨張係数１７.３）などを用いる。

【００２４】スリーブ３、軸１の材料として上記のよう
にクラッド材を用いると、内外の材料の厚さ比率によっ
て、スリーブ３全体としての熱膨張係数、軸１全体とし
ての熱膨張係数が変わる。以下に、この熱膨張係数変化の
実測結果について説明する。スリーブ３については、表
１に示すように、外周側の金属材料３２をＳＵＳ４３
０、内周側の金属材料３３をリン青銅Ｃ５１９１とし、
外径を１０ｍｍ、内径を４ｍｍとした。そして、スリー
ブ３の厚さ寸法をＢ、内周側の金属材料３３の厚さ寸法
をＡとしたとき、Ｂに対するＡの比率を変えて、スリー
ブ３の内径寸法の熱膨張係数変化を測定した。その結果
を図２、表２に示す。

【表１】

【表２】

【００２５】図２、表２から明らかなように、クラッド管
材からなるスリーブ３の内径の熱膨張係数は、ＳＵＳ４
３０の熱膨張係数１０.４とＣ５１９１の熱膨張係数１
７.６との中間的な値となる。そして、Ｃ５１９１の厚み
比率が３０％以下の領域では、ほとんどＳＵＳ４３０の
熱膨張係数と同等とみなすことができる。従って、内周側
の金属材料３３の厚みを薄く設定すれば、ＳＵＳ４３０
に近い熱膨張係数が得られることがわかる。また、スリ
ーブとして精密な加工が要求される内周側はリン青銅Ｃ
５１９１で形成されているため、ステンレス鋼からなる
外周側３２と比較して良好な加工性を得ることができ
る。すでに述べたように、スリーブに求められる特性は、熱膨
張係数が小さいこと、および内面の加工性が良好である
ことの２点であるが、上記のようなクラッド管材を用い
てスリーブ３を構成することによって、上記の要求を満
たすことができる。

【００２６】次に、クラッド材を用いた軸１の熱膨張係
数変化の実測結果について説明する。軸１については、
表３に示すように、中心側の金属材料１６をステンレス
鋼ＳＵＳ３０３、外側の金属材料１７をステンレス鋼Ｓ
ＵＳ４２０Ｊ２とし、外径を４ｍｍとした。そして、軸
１の半径をＢ、外側の金属材料１７の厚さ寸法をＡとし
たとき、Ｂに対するＡの比率を変えて、軸１の外径寸法
の熱膨張係数変化を測定した。その結果を図４、表４に示
す。

【表３】

【表４】

【００２７】図４、表４から明らかなように、中心側の金
属材料１６をステンレス鋼ＳＵＳ３０３、外側の金属材
料１７をステンレス鋼ＳＵＳ４２０Ｊ２とした上記のク
ラッド棒材からなる軸１の外径の熱膨張係数は、ＳＵＳ
３０３の熱膨張係数１７.３とＳＵＳ４２０の熱膨張係
数９.９との中間的な値となる。そして、外周側のＳＵ
Ｓ４２０の厚みを薄くすれば、ＳＵＳ３０３の熱膨張係
数に近い値が得られることがわかる。

【００２８】軸１の中心側の材料であるＳＵＳ３０３
は、硬度Ｈｖは１８０で、加工性は良好であるが、焼入れ
等の熱処理を行っても硬度を上げることはできない。こ
れに対し、軸１の外側の材料であるＳＵＳ４２０の初期
硬度Ｈｖは２４０で、加工性には問題がなく、焼き入れ、
焼き鈍し処理を行うと、硬度Ｈｖは６２０となって硬く
なり、傷防止に効果がある。そこで、中心側のＳＵＳ３０
３と外周側のＳＵＳ４２０からなるクラッド材で軸１を
構成し、その外周側に加工を施した後に熱処理を行うこ
とにより、軸１の傷防止効果と耐摩耗性の向上を図るこ
とができる。

【００２９】軸１に求められる特性は、熱膨張係数がス
リーブの熱膨張係数よりも大きいこと、加工時の硬度が
低く加工性がよいこと、加工後は傷がつきにくく、耐摩耗
性に優れていることの３点であるが、上記のクラッド棒
材からなる軸１によれば、上記３点を満足することがで
きる。

【００３０】軸とスリーブを構成する金属材料の組み合
わせを変えて、軸受剛性の温度特性、ロストルクの温度
特性、軸とスリーブとの間のラジアルギャップの温度特
性について検証した結果を、図５、図６、図７に示す。これ
らの図において、曲線ａ：軸がＳＵＳ３０３、スリーブがＳＵＳ４３０の
組み合わせ、曲線ｂ：軸がＳＵＳ３０３、スリーブがＳＵＳ５１９１
の組み合わせ、曲線ｃ：軸がＳＵＳ４２０、スリーブがＳＵＳ５１９１
の組み合わせ、曲線ｄ：軸がＳＵＳ４２０、スリーブがＳＵＳ５３０の
組み合わせ、の場合の特性をそれぞれ示している。

【００３１】図６は軸受剛性［Ｎ／μｍ］の温度特性を
示すもので、何れの場合も、温度が高いと剛性が低く、温
度が低い場合は剛性が高く、特に３０℃以下になると、
剛性の増加率が高くなる。そして、曲線ａで示されるＳ
ＵＳ３０３の軸と、ＳＵＳ４３０のスリーブとの組み合
わせによれば、他の組み合わせに比較すると、剛性の変化
率が小さく、低温での剛性が他の組み合わせに比較する
と小さくなっている。図７はロストルク［Ｎｍ］温度特
性を示すもので、何れの場合も、曲線としては軸受剛性の
温度特性曲線に似た曲線になっていて、温度が高いとロ
ストルクが低く、温度が低い場合はロストルクが高く、特
に３０℃以下になると、ロストルクの増加率が高くなる。
そして、曲線ａで示されるＳＵＳ３０３の軸と、ＳＵＳ
４３０のスリーブとの組み合わせによれば、他の組み合
わせに比較すると、ロストルクの変化率が小さく、低温で
のロストルクが他の組み合わせに比較すると小さくなっ
ている。

【００３２】図５はラジアルギャップ［ｍｍ］の温度特
性を示すもので、曲線ａで示されるＳＵＳ３０３の軸と
ＳＵＳ４３０のスリーブとの組み合わせによれば、高温
でギャップが小さく、低温でギャップが大きくなってい
る。従って、この組み合わせによれば、高温でギャップが
小さくなるこにより、軸受剛性が高くなる効果があり、低
温でギャップが大きくなり、ロストルクを低減できる効
果がある。従って、本願発明において求めているラジアル
ギャップの温度特性は、曲線ａを得ることができる軸と
スリーブの金属材料の組み合わせを選べばよいことにな
る。

【００３３】上記曲線ａに対して、軸がＳＵＳ３０３、ス
リーブがＳＵＳ５１９１の組み合わせにかかる曲線ｂ、
および、軸がＳＵＳ４２０、スリーブがＳＵＳ５１９１の
組み合わせにかかる曲線ｃは、温度が変化してもギャッ
プはほとんど変化していない。この曲線ｂおよび曲線ｃ
で示す特性は、従来の動圧軸受において求められていた
ラジアルギャップの温度特性といえる。また、曲線ｄで示す、軸がＳＵＳ４２０、スリーブがＳ
ＵＳ５３０の組み合わせによれば、曲線ａとは反対に、
高温でギャップが大きく、低温でギャップが小さくなっ
ている。

【００３４】上記のように、本発明は、上記曲線ａのよう
なラジアルギャップの温度特性、すなわち、高温時にお
ける軸とスリーブとのギャップ間隔が、低温時における
軸とスリーブとのギャップ間隔よりも大きくならないよ
うにすることを求め、これを実現する手段として、軸と
スリーブの双方、もしくは、少なくとも一方は、異なる
金属を嵌め合わせて接合したクラッド材により構成する
こととした。クラッド材を用いて上記曲線ａのようなラ
ジアルギャップの温度特性を得るためにまず考えられる
ことは、曲線ａが得られる軸とスリーブの材料を主体と
してクラッド材を構成することである。図１ないし図４
に示す前記実施の形態がそれで、スリーブ３は、ＳＵＳ
４３０を主体としてこれを外周側の材料とし、内周側の
材料を、ＳＵＳ４３０よりも熱膨張係数が高く、かつ、
加工性の良好な銅系の材料Ｃ５１９１とした。また、軸
１は、ＳＵＳ３０３を主体としてこれを中心側の材料１
６とし、外周側の材料１７を、熱処理によって硬化させる
ことが可能なＳＵＳ４２０とした。

【００３５】上記のクラッド材からなるスリーブ３の内
側層の厚み比率に対する内径の熱膨張係数の関係は、す
でに説明した図２、表２に示すとおりであり、また、上記
のクラッド材からなる軸１の外側層の厚み比率に対する
外形の熱膨張係数の関係は、すでに説明した図４、表４に
示すとおりである。そこで、これらの図および表から、高
温時における軸とスリーブとのギャップ間隔が、低温時
における軸とスリーブとのギャップ間隔よりも大きくな
らない（すなわち小さくなる）領域を設定すればよいこ
とになる。さらに換言すれば、軸全体の熱膨張係数が、ス
リーブ全体の熱膨張係数よりも大きくなるように設定す
ればよいことになる。

【００３６】スリーブ３の、内周側の材料３３は加工性
の良さを基準にして選定される。ここでいう加工性とは、
動圧溝形成加工のことである。従って、内周側の材料３３
の厚さは、外周側の材料３２の厚さよりも薄く、かつ、動
圧溝の深さよりも厚くなっていればよい。動圧溝の深さ
は、例えば１５μｍ程度のごく浅い溝であるから、上記内
周側の材料３３の厚さは、１５μｍ以上であればよい。

【００３７】以上説明した本発明の実施の形態によれ
ば、軸１とスリーブ３を、異なる金属を接合したクラッド
材により構成するとともに、スリーブ３の内周側の材料
として、加工性の良好な銅系の材料を選定したため、動圧
溝形成加工等の加工性を高めることができ、より小径化
した動圧軸受装置を得ることができる。また、軸１の外
周側の材料として、素材段階では硬度が低く、熱処理に
よって硬度を高めることができる材料を選定したため、
素材段階での加工性が良好で精密加工が可能であり、加
工後は熱処理によって硬度を高めることにより、傷つき
難く、耐摩耗性、耐衝撃性に優れた動圧軸受装置を得る
ことができる。さらに、軸全体の熱膨張係数が、スリーブ
全体の熱膨張係数よりも大きくなるように、上記各クラ
ッド材を構成する金属を選定したため、低温時において
ロストルクを低減することができ、高温時における軸受
としての剛性を高めることができる。

【００３８】なお、これまでの説明では、軸とスリーブ
をともにクラッド材で構成するものとしていたが、軸全
体の熱膨張係数が、スリーブ全体の熱膨張係数よりも大
きいという条件を満たすならば、軸とスリーブのうちの
少なくとも一方をクラッド材で構成しても差し支えな
い。異なった金属材料を接合してなるクラッド材は、焼鈍と
圧延を繰り返しながら製造されるため、他の接合方法、例
えばスポット溶接による接合方法と比較して、十分大き
な密着強度を得ることができる。従って、接合面での剥離
が生じにくいという利点がある。

【００３９】ここまで説明してきた実施の形態で用いる
軸１は、中心側と外周側に異なる種類の金属材料を接合
して構成されたクラッド材であったが、以下に、軸１を
構成するクラッド材の中心側と外周側に同じ種類の金属
材料を用いる他の実施の形態について説明する。

【００４０】他の実施の形態は、先に説明した実施の形
態とは軸１の構成が異なるものである。即ち、軸１を構
成するクラッド材は、中心側の金属材料がＳＵＳ３０３
であり、外周側の金属材料が中心側と同じＳＵＳ３０３
に窒化処理を施したＳＵＳ３０３の窒素添加材である。
ＳＵＳ３０３は、窒素を添加すると冷間加工によって硬
化する度合いが増加するため、ＳＵＳ３０３の窒素添加
材と窒素無添加材を用いてクラッド材を構成して同時に
冷間加工を実施すると、窒素添加層の硬度が窒素無添加
層に比べて大幅に上昇する。ここでは２０％の冷間加工
を実施することで、中心側の硬度Ｈｖを２８０、外周側
の硬度Ｈｖを４４０とする。なお、中心側の材料と外周
側の材料の熱膨張係数は、共に１７．３で同じである。
他の実施の形態によれば、軸１の中心側の硬度はタップ
加工できる限界硬度Ｈｖの３００より小さいので、軸１
にタップ加工を行う上での加工性に問題はない。また、
軸１の外周側の硬度は窒化処理を施して冷間加工を実施
することで高まるので、傷つき難く、耐摩耗性、耐衝撃
性に優れた動圧軸受装置を得ることができる。さらに、
軸全体の熱膨張係数が、スリーブ全体の熱膨張係数より
も大きくなるので、低温時においてロストルクを低減す
ることができ、高温時において軸受としての剛性を高め
ることができる。

【００４１】以上説明した各実施の形態をまとめると、
軸をクラッド材で構成する場合、外周側の材料を、中心
側の材料と異なる性状の材料に選定することで、中心側
は加工性が良好で、一方外周側は傷つき難く、耐摩耗
性、耐衝撃性に優れた動圧軸受装置を得ることができ
る。このような異なる性状の材料の組み合わせとして
は、外周側の材料と中心側の材料の種類が異なる場合
と、外周側と中心側の材料の種類は同じであるが外周側
の材料に窒化処理などを施すことで中心側の材料より硬
度を高めた場合とがある。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、軸とスリ
ーブとの少なくとも一方を、異なる性状の金属を嵌め合
わせて接合したクラッド材により構成し、高温時におけ
る上記軸とスリーブとのギャップ間隔が、低温時におけ
る上記軸とスリーブとのギャップ間隔よりも大きくなら
ないように、上記異なる性状の金属の材料を選定したた
め、低温時においてロストルクを低減することができ、
高温時における軸受としての剛性を高めることが可能な
動圧軸受装置を得ることができる。軸をクラッド材で構
成する場合、外周側の金属材料を、素材段階では加工性が
良好で、加工後は熱処理によって硬度を高めることが可
能な材料に選定することができ、また、外周側と中心側
に同じ金属材料を用いるが、外周側は窒化処理などを施
して硬度を高めることが可能な材料に選定することがで
きる。そのため、精密加工が可能であるとともに、傷つ
き難く、耐摩耗性、耐衝撃性に優れた動圧軸受装置を得
ることができる。

【００４３】上記スリーブの内周側の金属材料は、請求
項６記載の発明のように、銅系材料とすることにより、
スリーブ内周側の加工性を高めることができ、より小径
化した動圧軸受装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動圧軸受装置に用いることがで
きるスリーブの例を示す平面図である。

【図２】クラッド材からなるスリーブの内周側の厚み比
率と内径の熱膨張係数との関係の例を示す線図である。

【図３】本発明にかかる動圧軸受装置に用いることがで
きる軸の例を示す平面図である。

【図４】クラッド材からなる軸の外周側の厚み比率と外
径の熱膨張係数との関係の例を示す線図である。

【図５】軸とスリーブの金属材料の組み合わせごとに、
温度変化に対する軸とスリーブ間のギャップの関係を示
す線図である。

【図６】軸とスリーブの金属材料の組み合わせごとに、
温度変化に対する軸受剛性の関係を示す線図である。

【図７】軸とスリーブの金属材料の組み合わせごとに、
温度変化に対するロストルクの関係を示す線図である。

【図８】本発明にかかる動圧軸受装置を適用可能なディ
スク駆動用モータの例を示す正面断面図である。

【符号の説明】１軸３スリーブ１６軸の中心側の材料１７軸の外周側の材料３２スリーブの外周側の材料３３スリーブの内周側の材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸とこの軸が嵌まるスリーブとを備え、
軸の外周面とスリーブの内周面との少なくとも一方に動
圧発生溝が形成され、上記軸とスリーブとの相対回転に
よる上記動圧溝の動圧作用により、上記軸を相対回転可
能に支持してなる動圧軸受装置において、上記軸とスリーブとの少なくとも一方は、異なる性状の
金属を嵌め合わせて接合形成したクラッド材により構成
され、高温時における上記軸とスリーブとのギャップ間隔が、
低温時における上記軸とスリーブとのギャップ間隔より
も大きくならないように、上記異なる金属の材料が選定
されていることを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】上記軸は、中心側の材料が外周側の材料
に対して熱膨張係数の高い金属材料からなるクラッド材
である請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】上記スリーブは、外周側の材料が内周側
の材料に対して熱膨張係数の低い金属材料からなるクラ
ッド材であり、内周側の金属材料は、外周側の金属材料
よりも加工性のよい材料である請求項１記載の動圧軸受
装置。
【請求項４】上記スリーブの、内周側の金属材料の厚
さは、外周側の金属材料の厚さよりも薄く、かつ、動圧溝
の深さよりも厚い請求項３記載の動圧軸受装置。
【請求項５】上記スリーブの、内周側の金属材料の厚
さは、１５μｍ以上である請求項３記載の動圧軸受装
置。
【請求項６】上記スリーブの内周側の金属材料は、銅
系材料である請求項３記載の動圧軸受装置。
【請求項７】上記軸は、中心側の材料が外周側の材料
に対して熱膨張係数の高い金属材料からなるクラッド材
であり、上記スリーブは、外周側の材料が内周側の材料
に対して熱膨張係数の低い金属材料からなるクラッド材
であり、軸全体の熱膨張係数が、スリーブ全体の熱膨張
係数よりも大きい請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項８】上記軸は、中心側の材料と外周側の材料
が種類の異なる金属材料からなるクラッド材であること
を特徴とした請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項９】上記軸は、中心側の材料と外周側の材料
が硬度の異なる金属材料からなるクラッド材であること
を特徴とした請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項１０】上記軸は、中心側の材料と外周側の材
料が熱膨張係数は同じであることを特徴とした請求項８
または９記載の動圧軸受装置。