JP2002349572A

JP2002349572A - 耐摩耗性に優れた銅合金製動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレート

Info

Publication number: JP2002349572A
Application number: JP2001159994A
Authority: JP
Inventors: Masao Kobayashi; 正男小林
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】動圧軸受けにおける耐摩耗性に優れた銅合金製
スリーブおよびスラストプレートを提供する。【解決手段】Ｚｎ：４０超〜４４質量％を含有し、必要
に応じてＭｎ：１〜５質量％を含有し、残りがＣｕおよ
び不可避不純物からななり、前記不可避不純物を０．５
質量％以下に限定した組成、並びにα＋β相（ただし、
β相：１０〜５０％）の素地組織を有する銅合金で構成
されていることを特徴とする耐摩耗性に優れた銅合金製
動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、動圧軸受けに組み込
まれる耐摩耗性に優れた銅合金製スリーブおよびスラス
トプレートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、パソコンなどのＨＤＤ(ハード
ディスクドライブ装置)にはベアリング軸受けが使用さ
れている。ところが、近年、ＨＤＤの記録密度が増加す
ると共に１インチ当りのトラック数(以下、ＴＰＩとい
う)が増加する傾向にあり、現在のパソコンに搭載され
ているＨＤＤのＴＰＩは約２万５０００であるが、やが
て３万以上となることは明らかである。ＴＰＩが３万を
越えると、従来から使用されているベアリング軸受けで
は回転の振れが大きすぎて使用することができない。そ
こで、近年、ベアリング軸受けに換えて、動圧軸受けを
採用しようという動きがあり、一部のメーカーではすで
に採用している。動圧軸受けは、軸が回転するとスリー
ブおよびスラストプレートに形成されたヘリンボーンと
呼ばれる溝に潤滑流体が流れ込み、潤滑流体の圧力が上
がることにより軸と支持体との隙間に満たした潤滑流体
により軸を支持体から浮上させ、軸の回転摩擦を極めて
少なくする構造を有するものである。この動圧軸受けを
構成する部品の内でもスリーブおよびスラストプレート
は動圧軸受けの寿命を左右する重要な部品であり、この
スリーブおよびスラストプレートを構成する材料として
各種材料が使用されている。その中でも銅合金が最も広
く使用されており、銅合金の中でもＣｕ−Ｚｎ系合金
（真鍮）は価格が安く、強度および硬さもあるところか
ら好ましい材料の一つであるとして広く使用されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、通常のＣｕ−
Ｚｎ系合金（真鍮）で作製したスリーブおよびスラスト
プレートを動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレー
トとして使用すると、起動時および停止時における接触
摩耗により発生する摩耗粉によって、潤滑流体の機能が
低下し、早期に寿命に至るという課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
一層使用寿命の長いＣｕ−Ｚｎ系銅合金からなる動圧軸
受け用スリーブおよびスラストプレートを得るべく研究
を行った。その結果、（イ）動圧軸受け用スリーブおよ
びスラストプレートは強度および靭性よりも耐摩耗性を
向上させることで寿命が一層向上すること、（ロ）Ｚｎ
４０超〜４４質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避
不純物からなるＣｕ−Ｚｎ系合金（真鍮）は、素地の組
織がα＋β相となって耐摩耗性が一層向上し、このα＋
β相組織を有するＣｕ−Ｚｎ系合金（真鍮）で作製した
動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレートは寿命が
一層長くなること、（ハ）しかし、β相が多くなりすぎ
ると強度が極端に低下するのでβ相が占める割合は１０
〜５０％の範囲内にあることが好ましいこと、などの研
究結果が得られたのである。

【０００５】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、（１）Ｚｎ：４０超〜４４質量％を含有し、残りがＣｕ
および不可避不純物からなり、前記不可避不純物を０．
５質量％以下に限定した組成、並びにα＋β相（ただ
し、β相：１０〜５０％）の素地組織を有する銅合金で
構成されている耐摩耗性に優れた銅合金製動圧軸受け用
スリーブ、（２）Ｚｎ：４０超〜４４質量％、Ｍｎ：１〜５質量％
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からななり、
前記不可避不純物を０．５質量％以下に限定した組成、
並びにα＋β相（ただし、β相：１０〜５０％）の素地
組織を有する銅合金で構成されている耐摩耗性に優れた
銅合金製動圧軸受け用スリーブ、（３）Ｚｎ：４０超〜４４質量％を含有し、残りがＣｕ
および不可避不純物からなり、前記不可避不純物を０．
５質量％以下に限定した組成、並びにα＋β相（ただ
し、β相：１０〜５０％）の素地組織を有する銅合金で
構成されている耐摩耗性に優れた銅合金製動圧軸受け用
スラストプレート、（４）Ｚｎ：４０超〜４４質量％、Ｍｎ：１〜５質量％
を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からななり、
前記不可避不純物を０．５質量％以下に限定した組成、
並びにα＋β相（ただし、β相：１０〜５０％）の素地
組織を有する銅合金で構成されている耐摩耗性に優れた
銅合金製動圧軸受け用スラストプレート、に特徴を有す
るものである。

【０００６】つぎに、この発明の耐摩耗性に優れた銅合
金製動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレートの成
分組成および組織を上記のごとく限定した理由について
説明する。

【０００７】［Ａ］成分組成（１）ＺｎＺｎは銅合金の強度を向上させる成分であるが、Ｚｎ：
４０質量％以下ではβ相の生成が極めて少なくなって十
分な耐摩耗性が得られず、一方、Ｚｎを４４質量％越え
て含有すると、強度および靭性が極端に低下するように
なって動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレートに
必要な最低限の強度を確保できなくイなるので好ましく
ない。したがって、Ｚｎ：４０超〜４４質量％に定め
た。Ｚｎの一層好ましい範囲は４１〜４３質量％であ
る。

【０００８】（２）ＭｎＭｎは、素地に固溶して耐摩耗性を一層改善させるため
に、必要に応じて添加するが、Ｍｎ：１質量％未満では
その効果が十分でなく、一方、Ｍｎ：５質量％を越えて
含有すると熱間加工性が阻害されるので好ましくない。
したがって、Ｍｎ：１〜５質量％に定めた。Ｍｎの一層
好ましい範囲は２〜４質量％である。

【０００９】（３）不可避不純物不可避不純物が多いと潤滑流体の機能を低下させるとこ
ろから可及的に少ないことが好ましく、その含有量は
０．５質量％以下に抑えることが好ましく、０．３質量
％以下に抑えることが一層好ましい。

【００１０】［Ｂ］組織銅合金製動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレート
における素地は強度および靭性に優れたα相と硬いβ相
との混合相であるα＋β相であることが好ましい。しか
し、β相が１０％未満ではスリーブおよびスラストプレ
ートの耐摩耗性が不足するので好ましくなく、一方、β
相が５０％を越えて含まれると靭性が低下して脆くな
り、動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレートに必
要な強度を確保できなくなるので好ましくない。したが
って、α＋β相素地中に含まれるβ相は１０〜５０％に
定めた。β相の一層好ましい範囲は、２０〜４０％であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】高周波溶解炉により大気溶解して
表１に示される成分組成のＣｕ合金を溶製し、連続鋳造
にて直径：２５０ｍｍ、長さ：９００ｍｍの寸法を有す
るインゴットを製造した。得られたインゴットを７５０
℃において熱間押出し加工し、直径：１０ｍｍの線材に
加工して本発明動圧軸受けのためのスリーブおよびスラ
ストプレート用素材（以下、本発明素材という）１〜１
０、比較動圧軸受けのためのスリーブおよびスラストプ
レート用素材（以下、比較素材という）１〜２および従
来動圧軸受けのためのスリーブおよびスラストプレート
用素材（以下、従来素材という）を作製した。

【００１２】このようにして得られた本発明素材１〜１
０、比較素材１〜３および従来素材から切断して試験片
を作製し、これら試験片の表面を研磨し、金属顕微鏡に
よる組織観察を行なうことにより素地のα＋β相に占め
るβ相の割合を測定し、その結果を表１に示した。

【００１３】さらに、本発明素材１〜１０、比較素材１
〜３および従来素材について、下記の試験を行なった。

【００１４】耐摩耗試験本発明素材１〜１０、比較素材
１〜３および従来素材をいずれも長さ：１５ｍｍに切断
し切削して図１の側面説明図に示されるピンデスク摩耗
試験片１を作製した。この作製したピンデスク摩耗試験
片１は、図１に示されるように、挿入部２、該挿入部２
よりも大きな径を有する支持円盤部３および円錐部４か
らなるコマに類似した形状を有しており、円錐部４は頂
角α：５０度、底面の直径φ：３ｍｍの寸法を有してい
る。このピンデスク摩耗試験片１の挿入部２を図２の側
面説明図に示されるピンデスク摩耗試験機の把持部５に
挿入して固定し、ピンデスク摩耗試験片１の円錐部４の
先端Ｓを、回転するＳＣＭ２１（浸炭焼入れ鋼）からな
り＃６００エメリー紙にて１回研磨した相手材ディスク
８に１ｋｇの荷重をかけながら押しつけて摩耗試験を行
なった。１ｋｇの荷重は１ｋｇの荷重リング６を荷重リ
ング支持棒７に挿入することによりかけた。さらに相手
材ディスク８に潤滑油供給ノズル９から潤滑油１０を供
給しながら相手材ディスク８を回転させて下記の条件で
試験した。滑り速度：４ｍ／ｓｅｃ、滑り距離：１５ｋｍ、油種：エステル系オイル、油温度：室温、かかる条件で相手材ディスク８を回転させならが摩耗試
験を行なうと、滑り距離：１５ｋｍ以内でピンデスク摩
耗試験片１の先端Ｓの摩耗がこれ以上進行しなくなり先
端Ｓの面積の増加が飽和する。滑り距離が１５ｋｍに達
すると相手材ディスク８の回転を終了させ、ついでピン
デスク摩耗試験片１を把持部５から外して先端Ｓの面積
を測定し、負荷荷重（１ｋｇ）を、測定した先端Ｓの面
積で割って先端Ｓの限界面圧を算出し、その結果を表４
〜表５に示して耐摩耗性を評価した。限界面圧は大きい
値であるほど耐摩耗性に優れていることを示す。

【００１５】切削試験本発明素材１〜１０、比較素材１〜３および従来素材１
からいずれも長さ：１００ｍｍに切断して切削試験片を
作製し、これら切削試験片を下記の切削条件で切削し、
切削面の表面粗さを測定し、その結果を表１に示して切
削性を評価した。切削条件回転数：２５回転／ｓｅｃ．送り量：３０μｍ／回転切り込み量：１０μｍ

【００１６】

【表１】

【００１７】

【発明の効果】表１に示される結果から、本発明素材１
〜１０は従来素材に比べていずれも摩耗量が少ないこと
から耐摩耗性に優れており、さらに切削面の表面粗さも
従来素材に比べてほぼ同じであるところから、本発明素
材１〜１０のＣｕ合金で作製された銅合金製動圧軸受け
用スリーブおよびスラストプレートは、従来素材のＣｕ
合金で作製された銅合金製動圧軸受け用スリーブおよび
スラストプレートと比較して使用寿命が長いことが分か
る。しかし、この発明の条件から外れた比較素材１〜３
は好ましくない特性が表れていることがわかる。

【００１８】上述のように、この発明の銅合金製動圧軸
受け用スリーブおよびスラストプレートは、従来の銅合
金製動圧軸受け用スリーブおよびスラストプレートに比
べて特に耐摩耗性に優れており、過酷な条件下で使用さ
れても優れた性能を長期にわたって発揮することがで
き、工業上優れた効果をもたらすものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】耐摩耗性試験で使用するピンデスク摩耗試験片
を示す側面説明図である。

【図２】耐摩耗性試験で使用するピンデスク摩耗試験機
を示す側面説明図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｚｎ：４０超〜４４質量％を含有し、残り
がＣｕおよび不可避不純物からなり、前記不可避不純物
を０．５質量％以下に限定した組成、並びにα＋β相
（ただし、β相：１０〜５０％）の素地組織を有する銅
合金で構成されていることを特徴とする耐摩耗性に優れ
た銅合金製動圧軸受け用スリーブ。
【請求項２】Ｚｎ：４０超〜４４質量％、Ｍｎ：１〜５
質量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からな
なり、前記不可避不純物を０．５質量％以下に限定した
組成、並びにα＋β相（ただし、β相：１０〜５０％）
の素地組織を有する銅合金で構成されていることを特徴
とする耐摩耗性に優れた銅合金製動圧軸受け用スリー
ブ。
【請求項３】請求項１または２記載の銅合金で構成され
ていることを特徴とする耐摩耗性に優れた銅合金製動圧
軸受け用スラストプレート。