JP2001263346A - 流体軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】起動停止耐久性に優れ、かつコストの安い流体
軸受を提供する。 【解決手段】軸が挿通されるスリーブ２の内周面がラジ
アル軸受面２ｒとされ、スリーブ２の一方の端面がスラ
スト軸受面２ｓとされて、それぞれが相手部材である軸
のラジアル受面およびスラス受面に対向するようにした
流体軸受において、ラジアル軸受面２ｒ及びスラスト流
体軸受面２ｓの面に、起動停止時に摺動する相手側対向
面よりも硬さが高い表面処理膜を、２μｍを超えない厚
さに形成した。起動停止耐久性に優れるとともに、膜厚
を薄くしたため高い寸法精度が確保されて後加工が不要
となり低コスト化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体軸受に係り、例
えば情報機器，音響・映像機器，事務機等に搭載される
スピンドルモータをはじめ各種の流体軸受装置に好適に
用いられ、特に磁気ディスク装置（ＨＤＤ）や光ディス
ク装置用のスピンドルモータに最適な耐久性に優れた流
体軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体軸受は、軸部材と、この軸部材にラ
ジアル動圧流体軸受及びスラスト動圧流体軸受を介して
対向する相手部材とで構成されているが、近時、この流
体軸受をＨＤＤのスピンドルモータに適用しようとする
傾向がある。例えば、軸部材として熱処理によって表面
を硬くしたステンレス鋼製の軸を用い、その軸と協働す
る相手部材として快削黄銅製のスリーブを用い、そのス
リーブ内径面に動圧発生用の溝がボール転造等の塑性加
工により加工されている流体軸受を搭載したＨＤＤ用ス
ピンドルモータが提案されている。この場合、スリーブ
はベースに固着され、そのスリーブに軸部材が回転自在
に挿通されており、軸部材の上端に一体的にカップ状の
ハブ（ロータ）が圧入固定されている。軸の外周面には
上下に離して一対のラジアル受面が形成され、そのラジ
アル受面に対向するスリーブの内周面が動圧発生用の溝
を有してラジアル軸受面になっている。

【０００３】さらに、軸の下端には円板状のスラストプ
レートが固着されていて、スラストプレートの両平面が
スラスト流体軸受のスラスト受面とされ、そこにはヘリ
ングボーン状又はスパイラル状の動圧発生用の溝が加工
されている。そして、上面側のスラスト受面に対向した
スリーブ下端面が、スラスト流体軸受のスラスト軸受面
とされている。一方、スラストプレートの下方には、相
手部材としてカウンタープレートが配置されてベースに
固定されている。このカウンタープレートの上面が、ス
ラストプレート下面側のスラスト受面に対向してスラス
ト流体軸受のスラスト軸受面とされてスラスト流体軸受
が構成されている。

【０００４】そして、ベースの外周に固定したステータ
と、ハブの内径面に固定したロータ磁石とで構成される
駆動モータにより軸部材が回転すると、スラスト流体軸
受とラジアル流体軸受の各動圧発生用溝のポンピング作
用で各軸受すきまの潤滑剤に動圧が発生して、軸はスリ
ーブおよびカウンタープレートと非接触となり支承され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ノートパソコンのよう
な携帯機器に搭載されるＨＤＤの場合には、電池寿命を
長くするために、装置の非動作時にはスピンドルモータ
をこまめに停止させ、データを出し入れするときにのみ
回転させるようになってきている。これに伴い、最近は
ＨＤＤ用スピンドルモータに対し３０万回以上の起動停
止耐久性が要求されるようになってきており、とくに起
動停止耐久性に優れた流体軸受が求められている。

【０００６】しかしながら、従来の流体軸受の場合、起
動停止時には軸受面と受面とが互いに接触することか
ら、その接触部に摩耗が発生する。そのため、過酷な起
動停止耐久試験を繰り返すと、熱処理で表面硬さが高く
された軸部材に比べて軟らかい相手部材のスリーブの軸
受面の方が徐々に摩耗してゆき、発生した摩耗粉が更に
摩耗を促進させるために、耐久性が十分でないという問
題が判明した。

【０００７】そこで本発明は、このような従来の流体軸
受の問題点に着目してなされたものであり、起動停止耐
久性に優れ、しかもコストの安い流体軸受を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【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に係る発明は、軸部材と、この軸部材に
動圧流体軸受を介して対向する相手部材とを備えた流体
軸受において、前記両部材の対向面の少なくとも一方の
面に、他方の面よりも硬さが高い表面処理膜を、２μｍ
を超えない厚さで形成したことを特徴とする。

【０００９】ここに、上記請求項１の発明である流体軸
受において、前記表面処理膜は、動圧発生用の溝が塑性
加工された面またはその対向面の少なくとも一方にコー
ティングしたＤＬＣ膜からなるものとすることができ
る。本発明の流体軸受にあっては、軸部材と相手部材と
の両部材の対向面のうち少なくとも一方の面に表面処理
膜を形成して、その硬さを他方の面よりも高くするので
あるから、材質が軟らかい方の面に当該表面処理膜を形
成することにより、起動停止耐久性が向上する。

【００１０】また、一般に、表面処理膜の膜厚のバラツ
キは膜厚に比例して増えるから、薄い程寸法精度が良好
になる。本発明の表面処理膜は厚さを２μｍ以下と薄く
したために、膜厚のバラツキが小さくて済み、軸受すき
間の変化に及ぼす影響が少ない。したがって、表面処理
後に、寸法精度を確保するべく切削，研削加工等の後加
工を施す必要はない。例えば、流体軸受の一方の部材を
比較的軟らかい材質として、その面に動圧発生用の溝を
塑性加工で形成し、その上に本発明の表面処理膜を施せ
ば、後加工無しで精度の高い流体軸受を低コストで得ら
れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明に係る流体軸受を
搭載したスピンドルモータの断面図である。このスピン
ドルモータに搭載されている流体軸受は、一端にスラス
トプレート５を備えた軸部材としての軸３と、これにラ
ジアル動圧流体軸受Ｒ及びスラスト動圧流体軸受Ｓを介
して対向する相手部材としてのスリーブ２及びカウンタ
ープレート６とを備えて構成されている。

【００１２】詳しくは以下に述べるとおり、ベース１の
立ち上げ円筒部１ａにスリーブ２が固着されており、そ
のスリーブ２に軸３が回転自在に挿通されていて、軸３
とスリーブ２との間には動圧流体軸受部が介在してい
る。すなわち、軸３の下端には円板状のスラストプレー
ト５が圧入等の手段で固着されていて、このスラストプ
レート５の両平面がスラスト流体軸受Ｓのスラスト受面
５ｓ，５ｓとされている。その両スラスト受面５ｓ，５
ｓのうち、上面側のスラスト受面５ｓには相手のスリー
ブ２の下端面がスラスト軸受面２ｓとされて対向してい
る。一方、スラストプレート５の下面側のスラスト受面
５ｓには、別の相手部材であるカウンタープレート６の
上面がスラスト流体軸受Ｓのスラスト軸受面６ｓとされ
て対向している。このカウンタープレート６はベース１
に固定して配設されている。そして、スラスト受面５ｓ
とスラスト軸受面６ｓとの少なくとも一方には、図示さ
れないヘリングボーン状又はスパイラル状の動圧発生用
の溝を備えてスラスト流体軸受Ｓが構成されている。

【００１３】また、軸３の外周面には、上下に離して一
対のラジアル受面３ｒ，３ｒが形成されされている。こ
のラジアル受面３ｒ，３ｒに対向させて、相手部材であ
るスリーブ２の内周面に、ラジアル軸受面２ｒ，２ｒが
形成されている。そして、ラジアル受面３ｒとラジアル
軸受面２ｒとの少なくとも一方（本実施形態では、ラジ
アル軸受面２ｒの方）に、例えばヘリングボーン状の動
圧発生用の溝７が塑性加工により形成されて、ラジアル
流体軸受Ｒが構成されている。

【００１４】ここで、本実施形態の流体軸受を構成する
部材の材質について説明すると、軸３，スラストプレー
ト５にはステンレス鋼を用いている。一方、スリーブ２
には、ステンレス鋼よりも軟らかくて動圧発生用溝の塑
性加工が容易にできる快削黄銅，りん青銅，鉛青銅鋳物
等の銅合金，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ３０３等のステンレ
ス鋼の生材，アルミ合金等のいずれかを用いている。

【００１５】このような比較的軟らかい材料で形成した
スリーブ２にあって、図２に破線で示すように、ラジア
ル軸受面２ｒが形成されているスリーブ内径面に、熱処
理して表面を硬くしたステンレス鋼製の軸３よりも硬さ
が高い表面処理膜１１が２μｍ以下の厚さで設けられて
いる。また、スリーブ２の一方の端面にも、これに対向
する相手側のステンレス鋼製のスラストプレート５より
も硬さが高い表面処理膜１２が２μｍ以下の厚さで設け
られている。この実施形態の表面処理膜１１，１２は、
ダイヤモンドライックコーティング膜（ＤＬＣ膜）であ
り、真空チャンバ内にスリーブ２を固定したまま、上方
よりイオンビームを注入して形成することができるか
ら、表面処理膜１１，１２のコーティング加工は容易に
できる。なお、当該表面処理膜は、少なくとも軸部材と
起動停止時に摺動する軸受面にあればよく、軸部材と摺
動しない部分には必ずしも表面処理膜を必要としない。

【００１６】スリーブ２の内周面の表面処理膜１１は、
ラジアル動圧発生用の溝７を予めボール転造等の塑性加
工で加工した後に、厚さ２μｍ以下好ましくは厚さ１μ
ｍ以下のＤＬＣ膜を形成してなるものである。表面処理
膜１１の厚さを２μｍ以下と薄くすることにより、膜形
成時の厚さむらがたとえ５０％あってもスリーブ２の内
径の真円度の変化は１μｍ以下に収まる。したがって、
寸法精度確保のための切削や研削等の後加工はとくに必
要とせずに、軸受すきまのばらつきが軸受性能に及ぼす
影響を少なくできる。また、表面処理膜１１の厚さを軸
受半径すきまの１／３以下とすると、軸受性能の変化が
実用上無視できるので好ましい。例えば、軸受の半径す
きまを３μｍとすれば、表面処理膜１１の厚さとしては
１μｍ以下が好ましい。かくして、スリーブ２の内径面
であるラジアル軸受面２ｒにＤＬＣ膜１１をコーティン
グすると、膜厚さ１μｍ以下でも表面硬さがＨｖで３０
００以上が達成できるので、寸法精度の確保が容易で、
しかも相手側であるステンレス鋼製軸３の硬さＨｖ５０
０〜６５０に比べて大幅に硬くできるという利点を有す
る。

【００１７】表面処理膜１１の厚さが２μｍを超える
と、膜厚のばらつきが厚さに比例して増えるので、軸受
すきまに変化が生じて、軸受性能へ影響する。これを少
なくするには、表面処理後に切削，研削，ホーニング加
工等による後加工を施して、スリーブ２の内径寸法精度
の確保をはかることが必要となり、大幅な加工コストの
上昇が避けられない。しかし本発明は、膜厚を薄くした
ことにより後加工を不要とし、加工コストの大幅な削減
を可能とした。

【００１８】上記の流体軸受の軸３の上端に、一体的に
カップ状のハブ４が圧入固定，接着，レーザ溶接等によ
り固定される。また、ベース１の立ち上げ円筒部１ａの
外周に、積層ケイ素鋼板と巻き線とを有するステータ８
が固定される。一方、ステータ８とギャップを介して周
面対向するロータ磁石９が、ハブ４の内周面下側に固定
される。かくして駆動モータＭを形成して、軸３とハブ
４とを一体的に回転駆動するようにしてＨＤＤ用のスピ
ンドルモータが構成されている。

【００１９】軸３が回転すると、スラスト流体軸受Ｓと
ラジアル流体軸受Ｒの各動圧発生用溝のポンピング作用
で各流体軸受の軸受すきまの潤滑剤に動圧が発生して、
軸３はスリーブ２およびカウンタープレート６と非接触
となり支承されて回転する。しかし、モータの起動及び
停止時には動圧発生用溝のポンピング作用が弱く浮上力
が不足するため、ラジアル流体軸受Ｒ及びスラスト流体
軸受の受面と軸受面とがそれぞれ接触して摺動する。こ
の摺動で、一般の流体軸受の場合は対向面のうち相対的
に軟らかい方の面に摩耗が発生することになるが、本発
明では相対的に軟らかい方の面が表面処理膜で強化され
ているため、摩耗が発生しにくく起動停止耐久性に優れ
ている。

【００２０】なお、上記実施形態では、最も好ましい表
面処理膜としてはＤＬＣ膜を挙げたが、これに限らずニ
ッケルメッキ，フッ素含浸ニッケルメッキ，アルマイト
処理等を適用することもできる。また、本発明の表面処
理膜は、ラジアル流体軸受及び／又はスラスト流体軸受
の対向する受面，軸受面のいずれか一方にのみ設けても
よく、または必要に応じて双方に設けてもよい。

【００２１】また、スラスト受面を有するスラストプレ
ート５やスラスト軸受面を有するカウンタープレート６
に、摺動性のよい硬いベリリウム銅やステンレス鋼等の
材料を用いる代わりに、硬さは低いが加工しやすい銅合
金，リン青銅，鉛青銅鋳物等を用いると共にその表面に
硬さが高く摺動性のよいニッケルメッキやＤＬＣ膜コー
ティング等の表面処理膜を形成すると、それらのプレー
トが単純な板状であることから表面処理膜の形成が容易
にでき、且つ動圧発生用溝の塑性加工も容易できて低コ
ストになり、しかも起動停止耐久性に優れる利点があ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
起動停止耐久性に優れ、且つ加工コストが低い流体軸受
が得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体軸受を備えたスピンドルモー
タの断面図である。

【図２】図１の流体軸受に係るスリーブの断面図であ
る。

【符号の説明】

２ スリーブ ２ｓ スラスト軸受面 ２ｒ ラジアル軸受面 ３ 軸 ３ｒ ラジアル受面 ５ スラストプレート ５ｓ スラスト受面 ６ カウンタープレート ６ｓ スラスト軸受面 Ｓ スラスト流体軸受 Ｒ ラジアル流体軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂谷 郁紀 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 (72)発明者 田中 克彦 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA20 BA04 CA05 DA02 JA02 KA02 KA03 5D109 BB01 BB12 BB18 BB21 BB22 BB31 5H019 CC04 DD01 EE01 FF03 5H607 AA00 BB01 BB09 BB14 BB17 BB25 DD02 DD03 GG01 GG02 GG12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸部材と、この軸部材に動圧流体軸受を
   介して対向する相手部材とを備えた流体軸受において、
   前記両部材の対向面の少なくとも一方の面に、他方の面
   よりも硬さが高く且つ２μｍを超えない厚さの表面処理
   膜を形成したことを特徴とする流体軸受。
2. 【請求項２】 前記表面処理膜は、動圧発生用の溝が塑
   性加工された面またはその対向面の少なくとも一方にコ
   ーティングしたＤＬＣ膜からなることを特徴とする請求
   項１記載の流体軸受。