JP2004116754A - 動圧軸受、モータ装置、及び塑性変形加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転精度が高く、信頼性の高い動圧軸受などを提供すること。
【解決手段】小型モータの動圧軸受を、加工性、耐摩耗性、耐食性、に優れ、非磁性である特定鋼材によって構成する。この特定鋼材は、Ｃｒを１４．００％、Ｍｎを８．００％、Ｃを０．２０％、Ｎｉを２．００％、Ｓｉを０．３５％、Ｐを０．０５％未満含んだ鋼材である。この特定鋼材は、加工性が高いため、面粗度や直角度などの加工精度を高めることができ、これによって動圧軸受の回転精度を高めることができる。また、この特定鋼材は圧力を加えて塑性変形させると圧力を加えた表面が硬化するという性質がある。この性質を用いて、動圧軸受の回転する部分と静止している部分が接触する面をプレスして硬化させることにより、耐摩耗性を向上させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動圧軸受、モータ装置などに関し、例えば、磁気記憶媒体を回転駆動するのに使用されるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの高性能化に伴い、記憶装置の高容量化、高速化が求められており、このような記憶装置として様々なものが実用化されている。このような記憶装置の中でも、特に、円板状の記憶媒体をスピンドルモータにより高速回転させ、この記憶媒体上にデータの読み書きを行うハードディスク駆動装置が多用されている。
ハードディスク駆動装置は、記憶媒体を毎分数千回転で回転させながら、記憶媒体上の数ミクロンの位置に浮揚したヘッドで高速にデータの読み書きを行うため、記憶媒体を回転させるスピンドルモータには、高い回転精度が要求される。そして、スピンドルモータでシャフトを軸支する軸受は、スピンドルモータの回転精度を決める重要な要素である。
【０００３】
この軸受として、従来は、ボールベアリングを用いた転がり軸受が用いられてきたが、近年では、より高い回転精度が得られ、衝撃にも強い流体動圧軸受（以下、動圧軸受）が用いられるようになってきた。
動圧軸受は、オイルなどの流体に動圧力を発生させることにより、シャフトを軸支するものである。
動圧軸受で適切に動圧力を発生させて、シャフトを良好に軸支するためには、部品の加工精度の高さが必要である。そのため、動圧軸受に用いる軸受材料は、高い加工精度を達成するための加工性の良さが要求される。
【０００４】
また、近年のハードディスク駆動装置は、コンピュータの低消費電力化のため、必要なときにモータを回転させてデータの読み書きを行う使い方が一般的になっている。このような使用方法では、モータの回転、停止の頻度が大幅に増加する。
また、回転、停止で軸受は接触を繰り返すこととなり、その接触によって摩耗粉が発生する。動圧軸受の軸受間隙は２ミクロン程度であるため、摩耗粉が軸受性能に影響を与える場合がある。そのため、軸受材料の対摩耗性の向上も製品の信頼性において大変重要である。耐摩耗性を高めることにより、回転、停止の繰り返し寿命を長くすることができる。
【０００５】
更に、動圧軸受は、オイルなどの流体に接触しているため、耐食性が必要である。例えば、軸受材料に硫黄分が含まれていると軸受からアウトガスが発生する場合がある。このアウトガスはハードディスク駆動装置のヘッドを腐食させたりなどする。また、軸受材料に鉛が含まれていると、オイルと反応してオイルがゲル化する場合がある。
このような要件を満たすために、軸受材料として、銅合金を用いたり、各種のステンレス鋼を用いたり、あるいは部品の表面を所定の処理（チッ化処理など）したり、あるいは熱処理したりすることが行われている。
加工性に優れる素材を用いた発明としては次のものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３５３４号公報
【０００７】
特許文献１に記載されている発明は、加工性が優れた軸受材料として、軸受の素材に銅合金を用いたものである。
また、部品の加工性の良さを追求した発明としては次のものがある。
【０００８】
【特許文献２】特開２００１−２９８８９９号公報
【０００９】
特許文献２に記載されている発明は、スピンドルモータのシャフトを快削ステンレス鋼で構成するものである。
更に、加工性、耐摩耗性の高い素材を用いてスピンドルモータを構成した発明としては次のものがある。
【００１０】
【特許文献３】特開２００２−３０３８６号公報
【００１１】
特許文献３に記載の発明は、上記の要求を満たす、所定の成分からなるステンレス鋼を用いてスピンドルモータのシャフトを構成し、このシャフトをボールベアリングによりステータに軸支したものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、銅合金は、ステンレス鋼に比べて、加工性に優れるものの耐摩耗性が劣る欠点を持つ。回転、停止の繰り返し試験の結果ではステンレス鋼製軸受に比べて寿命が短くなっている。
また、快削ステンレス鋼であっても耐摩耗性は十分なものではない。そのため、快削ステンレス鋼を用いた場合、切削加工後軸受の接触部にチッ化処理あるいはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）被膜処理を施すことによって、耐摩耗性を向上させる必要がある。しかし、こうした表面処理は大変高価である。また、快削性を上げるために添加された硫黄はアウトガスの問題を引き起こす。
更に、特開２００２−３０３８６号公報で使用している鋼材は、加工性、耐摩耗性は高いが、回転する部材と静止している部材が接触することがある動圧軸受に用いる場合、耐摩耗性がやや不足している。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、回転精度が高く、信頼性の高い動圧軸受などを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、少なくとも一端に開口部が設けられた中空部を有する中空部材と、前記中空部内に、前記中空部材に対して回転可能に配置された回転部と、前記開口部を貫通し、前記回転部の回転軸線と同軸に配置されたシャフト部と、を備えた回転部材と、前記中空部材と前記回転部材の間に介在する流体と、前記中空部材と前記回転部材の対向する面の間で前記流体に作用し、前記対向する面の間で動圧力を発生させる動圧力発生手段と、前記開口部の内周側に形成された、前記流体の遺漏を抑止するシール部と、を具備した動圧軸受であって、前記回転部材、及び前記中空部材のうちの少なくとも一方が、クロムを１２％以上及び１６％以下含有し、かつマンガンを６％以上及び１０％以下含有するステンレス鋼によって構成され、前記回転部材と前記中空部材の対向する面のうち、少なくとも一方の表面が塑性変形加工されていることを特徴とする動圧軸受を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記ステンレス鋼の組成成分が、炭素を２％、ニッケルを２％、硫黄を０．１５％、シリコンを０．３５％、リンを０．０５％以下、のうちの少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記回転部材の表面、及び前記中空部の内周面の少なくとも一方には動圧力発生溝が形成されており、前記動圧力発生手段は、前記回転部材が回転しているときに、前記動圧力発生溝が前記流体を輸送することにより、動圧力を発生させることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の動圧軸受を提供する。
請求項４に記載の発明では、前記回転部は、円板形状に形成された円板部材であり、前記シャフト部は前記円板部材のラジアル方向中央部に、前記円板部材の円板面に対して垂直に連接していることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の動圧軸受を提供する。
請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４までのうちの何れか１の請求項に記載の動圧軸受と、前記動圧軸受のシャフトに連接したロータと、前記中空部材に連接し、前記動圧軸受と前記ロータを支持するステータと、前記ロータを回転させる駆動手段と、を具備したことを特徴とするモータを提供する。
請求項６に記載の発明では、少なくとも一端に開口部が設けられた中空部を有する中空部材と、前記中空部内に、前記中空部材に対して回転可能に配置された回転部と、前記開口部を貫通し、前記回転部の回転軸線と同軸に配置されたシャフト部と、を備えた回転部材と、前記中空部材と前記回転部材の間に介在する流体と、前記中空部材と前記回転部材の対向する面の間で前記流体に作用し、前記対向する面の間で動圧力を発生させる動圧力発生手段と、前記開口部の内周側に形成された、前記流体の遺漏を抑止するシール部と、を具備し、前記回転部材、及び前記中空部材のうちの少なくとも一方がクロムを１２％以上１６％以下含有し、かつマンガンを６％以上１０％以下含有するステンレス鋼によって構成された動圧軸受を塑性変形加工する塑性変形加工方法であって、前記塑性変形加工方法は、前記回転部材と前記中空部材の対向する面のうち、少なくとも一方の表面をプレス加工することにより前記表面を硬化させるプレス加工ステップから構成されたことを特徴とする塑性変形加工方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
ハードディスク装置の駆動などに使用する小型モータの動圧軸受を加工性、耐摩耗性、耐食性に優れ、非磁性である特定鋼材によって構成する。特定鋼材の代表的な成分は、図３に示した通りである。
この特定鋼材は、加工性が高いため、面粗度や直角度などの加工精度を高めることができ、これによって動圧軸受の回転精度を高めることができる。
この特定鋼材は圧力を加えて塑性変形させると圧力を加えた表面が硬化するという性質がある。これは、組織がオーステナイトからマルテンサイトに相転移することにより硬化すると考えられている。
【００１６】
この性質を用いて、動圧軸受の回転する部分と静止している部分が接触する面をプレスして硬化させることにより、耐摩耗性を向上させることができる。これにより、動圧軸受の信頼性の向上と長寿命化を計ることができる。
また、動圧軸受で動圧発生手段として作用する動圧力発生溝をプレス加工により生成すれば、塑性変形加工と、動圧力発生溝の生成を同時に行うことができる。
更に、特定鋼材は鉛を含まないため、従来の鉛の漏出を防ぎ、かつ表面の耐摩耗性を向上させるための表面処理を行わなくて済む。
加えて、耐食性に優れているため、錆の発生を抑制することができる。
【００１７】
（２）実施形態の詳細
図１は、本実施の形態に係るモータ１の軸線方向の断面を示した断面図である。
モータ１は、ロータ２（回転部材）と、これを支持するステータ３、及びオイルの動圧力によってロータ２をステータ３に回転自在に軸支する動圧軸受部２３とを備えている。
動圧軸受部２３は、スリーブ１２とエンドプレート１１から形成される中空部分と、この中空部分に収納されたシャフト６、回転ディスク５、及び中空部分の間隙部分に満たされたオイル１３（流体）から構成されている。
【００１８】
図１に示したようにモータ１は、ステータ３の周囲にロータ２が形成されたインナーロータ型のモータ装置である。以下では一例としてアウターロータ型のモータ装置について説明するが、これに限定するものではなく、インナーロータ型のモータについても同様に構成することができる。
【００１９】
モータ１の外寸は、回転軸方向の厚さが約３．５［ｍｍ］程度であり、径方向の長さが２〜３［ｃｍ］程度である。モータ１は、例えば１．８インチハードディスクドライブなどに使用される超小型動圧モータである。
モータ１は、例えば７２００［回転／分］等の高速回転を行う上、ラジアル方向の振れ量（ＮＲＲＯ）が０．０５［μｍ］以下、回転軸方向の振れ量が２［μｍ］以下等の高い位置精度が要求されるため、この目的に適した軸受構造である動圧軸受構造を採用している。
【００２０】
なお、これはモータ１の大きさを限定するものではなく、より大きなモータ装置や更に小さいモータ装置を構成しても良い。
また、これは、モータ１の用途をハードディスク駆動に限定するものではなく、例えば、レーザプリンタのポリゴンミラーを回転させるなど、小型で精密なモータ装置を必要とする部分に使用することができる。
【００２１】
まず、ロータ２について説明する。
ロータ２は、シャフト６と、シャフト６の先端部分（図１に向かって上端部分）に配設されたハブ７、ハブ７の内周に固着された永久磁石９、及びシャフト６の他端部分（図１に示した下端部分）に形成された回転ディスク５から構成されている。
ハブ７は、ハードディスクなどを載せる回転板である。ハブ７は、段部２４を有した凸型の円盤形状を有しており、凸型の内部には、動圧軸受部２３とコイル８を収納するための凹型の空間が形成されている。
ハブ７のラジアル方向中央部には、シャフト６を挿着するための貫通孔が回転軸方向に形成されている。
ハブ７は、例えば、ステンレス鋼をプレス加工や切削加工することにより形成される。
【００２２】
段部２４に形成された円筒部分の外周面は、ハードディスクを複数段に装着することができるようになっている。これら各ハードディスクの表面には、図示しないヘッドがサーボ機構によりラジアル方向に移動可能に配設され、ハードディスクに対してデータの読み書きを行うことができる。
【００２３】
また、段部２４を、光磁気ディスクなどの円板型記憶媒体の中心に形成されたクランプの取り付け穴に合致して、これを位置決めするように構成し、着脱可能な記憶媒体を駆動するように構成することもできる。
ハブ７の上端部分の貫通孔には、シャフト６の上端部分が圧入してあり、ハブ７とシャフト６は一体となって回転することができる。
なお、これは、ハブ７とシャフト６の取り付けを、圧入に限定するものではなく、ねじ止め機構にしたり、あるいは接着剤や溶接によって固定しても良い。
【００２４】
ハブ７の内部に形成された凹型を構成する円筒の内周面には、永久磁石９がシャフト６と同心円上に接着されている。永久磁石９は、例えば希土類磁石などによって形成されている。
永久磁石９は、所定の極数でラジアル方向（シャフト６に向かう方向、及びシャフト６から外側に向かう方向）に磁化されており、永久磁石９の内周面には、周方向にＮ極とＳ極が等間隔で交互に現れる。
【００２５】
極数は、各種のものが可能であるが本実施の形態では１２極とする。即ち、永久磁石９の内周面において、周方向にＮ極とＳ極が等間隔で１２極形成されている。
永久磁石９は、コイル８が発生する回転磁界により吸引され、ロータ２を回転駆動するためのトルクを生じる。
【００２６】
シャフト６は、回転軸線と同心に配設された略円柱状の回転軸である。
シャフト６は、回転ディスク５、及び他端部３４と共に所定の組成を有するステンレス鋼（以下特定鋼材）から削り出すことにより、一体加工される。
詳細は後述するが、特定鋼材は、例えば、Ｃｒ（クロム）を１４．００％程度（以下で％は、重量％を意味する）、Ｍｎ（マンガン）を８．００％程度含むオーステナイト系ステンレス鋼である。この特定鋼材は、加工性が高く、耐摩耗性、耐食性、アウトガスの発生の抑制などの特性が優れた素材である。
【００２７】
シャフト６は、シャフト６の軸線方向の中央付近に全周に渡って円板状に形成された回転ディスク５、図１中で回転ディスク５より上側に形成された上端部分３５、及び、回転ディスク５の下側に形成された他端部分３４から構成されている。
上端部分３５の先端部分はハブ７に形成された貫通孔に挿着されている。
回転ディスク５の両端面には、図示しないが、それぞれスラスト方向の動圧力を発生させるための動圧力発生溝（例えばヘリングボーン溝）が形成されている。この動圧力発生溝は、プレス加工やエッチング、放電加工などにより形成される。
【００２８】
ところで、特定鋼材は、プレスして表面を塑性変形加工すると、表面が硬化するという性質がある。これは、プレスにより表面の金属組織がオーステナイトからマルテンサイトに相転移するためであると考えられている。
この性質を利用し、回転ディスク５の両面はプレスすることにより表面が硬化されている。これにより、耐摩耗性が向上している。
本実施の形態では、動圧力発生溝をプレス加工で生成することにより、動圧力発生溝の生成と表面の硬化を同時に行っている。
また、回転ディスク５の両端面を塑性変形加工して硬化させた後、エッチングや放電加工などすることにより、動圧力発生溝を形成しても良い。
【００２９】
シャフト６の他端部分３４の周面には、ラジアル方向の動圧力を発生させるための動圧力発生溝１０（軸線方向に対して互いに異なる方向へ傾いた２段の斜線状の溝）が形成されている。動圧力発生溝１０は、転造（ロールプレス）やエッチングなどにより形成される。転造により、他端部３４の周面が硬化し耐摩耗性が向上する。
ロータ２は、動圧軸受部２３により軸支された回転部材を構成している。
【００３０】
次に、ステータ３について説明する。
ステータ３は、シャフト６などを収納するスリーブ１２、スリーブ１２の上端に勘合してスリーブ１２と共にディスク中空部２２を形成するアッパープレート３３、スリーブ１２の外周面に配設されたコイル８、スリーブ１２の底部を構成するエンドプレート１１、スリーブ１２の外周面に配設され、モータ１をハードディスクドライブなどに固定するのに用いられるフレーム２０などから構成されている。スリーブ１２とアッパープレート３３は、共に特定鋼材で構成されている。
【００３１】
スリーブ１２は、動圧軸受部２３のステータ側部分を構成する部材であって、特定鋼材を削り加工することにより形成されている。
スリーブ１２は、略円柱形状をしており、ラジアル方向を中心に、回転ディスク５を収納するためのディスク中空部２２と、他端部３４を収納するための挿通孔２１が形成されている。
ディスク中空部２２の下端面は、適当な治工具を用いてプレスして塑性変形させることにより硬化させてある。
ディスク中空部２２の上端には、アッパープレート３３を勘合して装着するための座グリ部が形成されている。この座グリ部にアッパープレート３３を装着すると、回転ディスク５と略相似な回転ディスク５のディスク中空部２２が形成される。
【００３２】
挿通孔２１の内径は、シャフト６の他端部分３４の外径よりも大きく設定されており、挿通孔２１の内周面と他端部分３４の外周面の間にオイル１３を満たすための所定の間隙が設けられている。
挿通孔２１の底部には、エンドプレート１１を勘合して装着するための座グリ部が形成されている。
この座グリ部にエンドプレート１１を装着することにより、他端部分３４の下側にオイル１３を溜めるオイルリザーバーが形成される。
【００３３】
アッパープレート３３は、円板形状を有した部材であって、ラジアル方向中央にシャフト６を挿通するための貫通孔が形成されている。アッパープレート３３は、特定鋼材によって構成されている。
貫通孔の内径は、シャフト６の先端部分に向かう方向に向かって、所定の勾配で大きくなるようになっており、スリーブ側テーパ部１７を形成している。
そして、スリーブ側テーパ部１７と、これに対面するシャフト６の外周面からオイル１３の遺漏を抑制するシール部１５が形成されている。
アッパープレート３３の両端面はプレスして塑性変形加工することにより硬化している。
【００３４】
シール部１５では、スリーブ側テーパ部１７が、所定の間隙を隔ててシャフト６の外周面に対面する。そして、この間隙の大きさは、シャフト６の先端に向かうほど大きくなる。
一方、オイル１３は、スリーブ側テーパ部１７の軸線方向中程程度まで満たされている。
シール部１５において、オイル１３には、オイル１３を動圧軸受部２３側に引っ張る毛細管現象による力と表面張力が作用する。これらの力により、シール部１５には、オイル１３の遺漏を抑制するキャピラリーシールが形成されている。
【００３５】
スリーブ１２の外周面には、複数のコイル８が外周方向に等間隔で配設されている。本実施の形態では、コイル８を９個配設し、９極のステータコイルを形成している。
コイル８の磁極は、ラジアル方向外側に形成されており、所定の間隙を隔てて、永久磁石９の内周面に対面するようになっている。
コイル８には、図示しない電源装置により、３相交流が供給され、複数配設されたコイル８の外周方向に回転磁界を発生する。そして、この回転磁界で永久磁石９の磁極を吸引し、ロータ２にトルクを発生することができるようになっている。
【００３６】
フレーム２０は、フランジ状の部材であって、その内周面がスリーブ１２の底部の外周に勘合して配設されている。
フレーム２０の外周部分には、上端に、外側に張り出した段部を有する円筒部材が形成されている。この円筒部材の内周側には、所定の間隙を隔ててハブ７が同心状に配置されている。
フレーム２０は、外周部分の段部を、ハードディスクドライブの筐体などの設置場所に据え付けることにより、モータ１を設置された場所に保持する。
【００３７】
次に、以上のように構成されたモータ１の動作について説明する。
各コイル８に３相電流を供給し、モータ１を始動すると、まず、同心状に配設されたコイル８の外周側に回転磁界が発生する。
この回転磁界に永久磁石９の内周面に形成された各磁極が吸引されて、ロータ２を回転軸線の周りに回転させるトルクが生じる。このトルクよりロータ２が回転を始める。
【００３８】
ロータ２が回転すると、シャフト６の他端部分３４と回転ディスク５の両端面に形成された動圧力発生溝１０によりオイル１３に動圧力が発生する。
今、ロータ２が図１の紙面上から見て反時計回り方向に回転するとすると、動圧力発生溝１０によるポンプ作用によって他端部分３４の周囲に、回転軸線から外側に向かう方向にラジアル方向の動圧力が生じる。
【００３９】
これは、動圧力発生溝１０のポンプ作用によるものである。今、シャフト６が、モータ１を図１の上側から回転軸線方向に見て反時計回り方向に回転すると、オイル１３は、上の動圧力発生溝１０に関しては下方向に輸送（ポンピング）され、下の動圧力発生溝１０に関しては上方向に輸送される。
その結果、上下の動圧力発生溝１０の間でオイル１３の圧力が高くなる。このため、シャフト６の他端部分３４と挿通孔２１の間にラジアル方向の圧力が発生する。
発生した動圧力によって、他端部分３４の外周面と、オイル１３を介して対向するステータ３側の挿通孔２１の内周面との間にラジアル方向の圧力を生じる。この圧力のバランスにより、シャフト６は、ラジアル方向に支持される。
【００４０】
回転ディスク５に関しては、図中上側から回転軸線方向に反時計回り方向に回転すると、回転ディスク５の両端面に形成された動圧力発生溝１０によるポンプ作用によって回転ディスク５の両端面にスラスト方向の動圧力が生じる。
そして、発生した動圧力によって、回転ディスク５の両端面と、オイル１３を介して対向するステータ側の面との間にスラスト方向の圧力が生じ、この両端面に生じた圧力のバランスによって、シャフト６はスラスト方向に支持される。
【００４１】
なお、本実施の形態では、回転ディスク５、スリーブ１２、アッパープレート３３の全てを塑性変形加工したが、これに限定するものではなく、これらのうちの少なくとも１つを塑性変形加工するように構成しても良い。
また、回転ディスク５の形状は、例えば断面が菱形、台形など様々な形状のものを用いることができる。
このように、他端部分３４で発生するラジアル方向の圧力と回転ディスク５で発生するスラスト方向の圧力のバランスにより、ロータ２は、回転軸の回りに回転自在に軸支される。
更に、本実施の形態では、動圧力発生溝をロータ２に設けたが、これに限定するものではなく、ステータ３側か、もしくはロータ２とステータ３の両方に形成しても良い。
【００４２】
図２は、従来の素材（例えばＳＵＳ３００系のステンレス鋼）を用いた動圧軸受と、特定鋼材を用いた動圧軸受のＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｓｔａｒｔ　Ｓｔｏｐ）特性を計測したものである。ＣＳＳ特性とは、モータの始動と停止を繰り替えした回数と、そのときのＮＲＲＯ（Ｎｏｎ　Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ　ＲｕｎＯｕｔ）の値の変化をプロットしたグラフである。
なお、ＮＲＲＯとは、ロータの振れの再現性の程度を規定する数値であって、この数値が小さいほどロータの振れの再現性が良く、ディスクの読込み書き込みエラーを低減することができる。
計測は、モータ１にハードディスクを搭載し、ハードディスク面のスラスト方向の振れを計測することにより行った。
【００４３】
図２のグラフは、縦軸にＮＲＲＯを［μｍ］単位でプロットし、横軸に始動・停止の回数を１０００回単位で示している。
グラフＡは、特定鋼材によって構成された動圧軸受（以下、特定鋼材動圧軸受）のＣＳＳ特性である。また、グラフＢは、Ｍｎを２％、Ｃｒを１８％含有したＳＵＳ３００系のステンレス鋼で構成され、チッ化処理を施された動圧軸受（以下、従来動圧軸受）のＣＳＳ特性である。これは、従来の代表的な動圧軸受である。
グラフＣは、比較のためデータであり、グラフＢのものと同じ素材で構成され、チッ化処理が施されていない動圧軸受（以下、比較動圧軸受）のＣＳＳ特性である。
これらのグラフは、同じ構成の動圧軸受を複数用意し、その平均値をプロットしたものである。
【００４４】
ＮＲＲＯの初期値が、新素材動圧軸受では、０．０９［μｍ］であり、従来動圧軸受と、比較動圧軸受では、０．１１［μｍ］程度であり、新素材が０．０２［μｍ］程度優れている。ハードディスク駆動装置のヘッドとディスク面との距離は、数十［ｎｍ］程度であるので、この差は、ハードディスク駆動装置にとっては、非常に大きいものである。
【００４５】
従来動圧軸受と、比較動圧軸受の違いはチッ化処理の有無である。初期値において、従来動圧軸受と比較動圧軸受のＮＲＲＯが同じ程度の値であり、これに比べて特定鋼材軸受のＮＲＲＯが良いことから、これらのＮＲＲＯの違いは、加工精度の違いによるものであると推定される。
また、加工後の部品を計測することにより、特定鋼材は、直角度や面粗度などの加工精度が従来の素材に比べて良いことがわかっている。
【００４６】
更に、特定鋼材動圧軸受は、始動・停止を５０万回程度繰り返しても、ＮＲＲＯがほとんど変化せず、５０万回後のＮＲＲＯも、従来動圧軸受の初期値よりも小さくなっている。これは、特定鋼材動圧軸受の耐摩耗性が優れていることに起因すると考えられる。
一方、従来動圧軸受は、始動・停止を繰り返すにつれいて、若干ＮＲＲＯが増える傾向がある。
また、比較動圧軸受は、始動・停止につれてＮＲＲＯが大きく増えている。これは、チッ化処理を施していないため、多くの摩耗が発生したためと考えられる。
【００４７】
図３は、特定鋼材の代表的な成分を示した成分表である。
成分表からわかるように、特定鋼材は、０．２０％のＣ（炭素）、０．３５％のＳｉ（ケイ素）、８．００％のＭｎ、０を越え、０．００５％以下のＰ（リン）、０．１５％のＳ（硫黄）、０を越え２．００％のＮｉ（ニッケル）、１４．００％のＣｒを含有し、残部が実質的にＦｅ（鉄）からなるオーステナイト系ステンレス鋼である。ここで、％は重量％である。なお、特定鋼材は、Ｐｂ（鉛）を含まない。
特定鋼材のＭｎの含有量は、望ましくは、１２％以上かつ１６％以下、より望ましくは、１３％以上かつ１５％以下、最も好ましくは１４％である。
また、Ｃｒの含有量は、望ましくは、６％以上かつ１０％以下、より望ましくは、７％以上かつ９％以下、最も好ましくは８％である。
【００４８】
以上の組成のうち、Ｓｉは、脱酸剤として添加されているが、Ｓｉは耐食性の低下の要因ともなるので、その含有量は０．３５％程度としている。
Ｍｎは、鋼組織をオーステナイト化組織とするために必須の成分であることから、８．００％だけ添加されている。この値はＣの含有量を考慮して決定される。また、Ｍｎは、特定鋼材をプレスした際に、表面を硬化させるのに重要な働きを行っていると考えられている。
Ｐは、鋼材の摩擦係数を低下させるものであるが、局部電池として働くので耐食性を低下させてしまう。そのため、極力混入しないことが望ましい。
Ｓは、切削性を向上させる効果を奏するが、Ｐと同様に、鋼材中に局部電池を形成して腐食を引き起こすため、耐食性の点で好ましくない。また、製品として完成した後に、材料自体から硫化化合物のアウトガスを発生させる原因となる。
そこで、本実施の形態では、Ｓの添加量を０．１５％としている。
【００４９】
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト組織を保持する成分であることから添加されているが、その添加量は、２．００％以下とする。これは、Ｎｉの添加により得られる効果は１％あたりから顕著となり、また、Ｎｉを多量に包含すると合金としての製造コストが大幅に高くなるためである。
Ｃｒは不動態膜の形成により耐食性の向上に寄与する成分である。特にＣｒは耐塩性の向上に寄与する。更にＣｒの添加は鋼材の引っ張り強さを向上させ、降伏点を上昇させると共に、鋼材の強度も上昇させることができる。また、Ｃｒの添加は溶接による劣化を減少させ、これにより溶接性も向上する。しかしながら、Ｃｒは製造コストの大幅な増大をきたさない範囲で添加量を決定する必要がある。
【００５０】
更に、０．２０％のＮ（窒素）、０を越え０．１０％以下のＡｌ（アルミニウム）、０を越え３．０％以下のＭｏ（モリブデン）、０を越え３．０％以下のＣｕ（銅）を含有させる場合もある。
ＡｌはＡｌ酸化物として存在すると錆の進行を早めるので、０を越え０．１０％以下とし、更にＡｌを炭化物として存在させることにより、耐食性の向上を図っている。
Ｍｏは、引っ張り強さの降伏点を上昇させるために役立ち、電気腐食性やその他の耐食性を向上させ、特に塩水噴霧試験に対する特性を改善するものである。しかしながら、Ｍｏの含有量は、５％を超えると合金としての製造コストが高くなるため、本実施の形態では、０を越え３％以下の添加量としている。また、冷間加工性などのため、０を越え３．０％以下のＣｕを含有させることも可能である。
【００５１】
以上の成分比を有する特定鋼材は、メッキ不要の耐食性と、熱処理／軟チッ化不要の耐摩耗性を有している。また、従来から使用していたステンレス鋼の場合には、切削性を向上させるためにＰｂを添加する場合が多かったが、本実施の形態に係る特定鋼材は、Ｐｂを全く含まないために、Ｐｂフリー材料としても対応している。更に、後述するように、切削面の面粗度は従来のステンレス鋼より良好である。
係る特性は、オーステナイトの安定化を狙い、８％のＭｎ、１４％のＣｒを中心とする鋼中に微量のＣ、Ｓを添加し、ＭｎＳを非常に微細かつ均一に分布させることで達成されたものである。
【００５２】
図４は、特定鋼材をプレスすることによる硬度の変化を示したグラフである。
試験素材としては、特定素材とＳＵＳ３０２により構成した回転ディスク５を用いた。そして、回転ディスク５の両端面をプレス機によりプレスした後、ビッカース硬さ試験器により硬度を測定した。プレスによる加重は、５トンまで行った。
試験の結果、ＳＵＳ３０３は、加重を加えても硬度がＨｖ２９０程度で変化が無かった。一方、特定鋼材は、加重を加えるにつれて表面硬度が上昇し、加重を加えない場合にはＨｖ３８０程度であったものが、５トンの加重を加えた場合にはＨｖ４３０程度となった。
これは、加重を加えて表面を組成変形加工することにより、特定鋼材の表面の金属組織がオーステナイトからマルテンサイトに相転移したためと推定される。
この相転移には、特定鋼材中のＭｎが寄与していると思われる。また、Ｎｉもこの相転移に寄与していると思われる。
【００５３】
以上の試験結果から、特定鋼材に加重を加えると特定鋼材の表面の硬度が上昇することが確認できたので、これを用いて特定鋼材の表面硬度を上昇させ、耐摩耗性を向上することができる。
また、今回の試験は、特定鋼材の表面について硬度を測定したが、特定鋼材の厚みが薄いほど材料中の硬度も上昇していると考えられる。
以上の結果を踏まえ、本実施の形態では、回転ディスク５に５トン程度の加重を加えて、回転ディスク５の両端面に動圧力発生溝をプレス加工し、表面の硬化と動圧力発生溝の形成を同時に行うこととした。
また、アッパープレート３３の両端面や、スリーブ１２に形成されたディスク中空部２２の底面に５トン程度の加重をかけて、これらの表面を硬化させることもできる。
【００５４】
図５は、旋盤を用いた特定鋼材の被切削性を示した図である。
なお、当該比較試験における旋盤の回転数は２６５０［ｒｐｍ］、周速は５０［ｍ／分］、フィード量は２５［μｍ］である。
図５の表に示したように、面粗度、バラツキの点で特定鋼材はＳＵＳ４１６よりも良好な結果を得ている。しかも、バラツキに関しては、測定誤差の範囲内で０［μｍ］を達成している。切削粉厚に関しては特定鋼材の方が若干厚くなっているが、状態は良好であり、夜間無人稼動による生産が可能である。
図６は、特定鋼材の穿孔加工性を示したグラフである。
当該比較試験におけるドリルの回転速度は５０［ｒｐｍ］、送り量は０．０７［ｍｍ／ｒｅｖ］、送り速度は３５［ｍｍ／分］、送り深さは１０［ｍｍ］である。図６に示したように、特定鋼材は、Ｓ４５Ｃには及ばないものの、ＳＵＳ３０４よりも抵抗力［Ｎ］は小さく、穿孔加工性は良好である。
【００５５】
図７は、特定鋼材の冷間加工率と硬度との関係を示した図である。
図示したように、特定鋼材は始め冷間加工率の増加と共に硬度増加を増し、冷間加工率１５％で、硬度値約ＨＲＣ４０に達する。次いで、冷間加工率の増加と共に緩やかな増加に転じ、冷間加工率２５％で硬度値約ＨＲＣ４８となる。そして、非磁性高硬度材（ＤＳＨ４００Ｆ）、ＳＵＳ３０３の何れをも上回る硬度を得ている。
図８は、耐食性試験（塩水噴霧試験）の比較結果を示している。発錆度合いのランクは、Ａ：全く腐食されない、Ｂ：ほとんど腐食されない、Ｃ：わずかに腐食される、Ｄ：腐食される、Ｅ：かなり腐食される、となっている。ここで、特定鋼材は、ＳＵＳ３０３には劣るが、ＳＵＳ４３０Ｆと同等の耐食性（ランクＢ）を獲得している。
【００５６】
図９は、摺動摩耗性試験の比較結果を示した図である。
図から明らかなように、特定鋼材は、ＳＵＭ２４Ｌチッ化材、ＳＵＳ４１６の何れよりも摩耗量が少なく、高い耐摩耗性を備えていることがわかる。
図１０は、環境試験の結果を示した表である。
環境試験の条件は、８０［℃］、湿度［９５％］である。表に示したようにＳＵＳ４１６は、９６時間で錆が発生しているが、その後の進行はない。ただし、試験片の切削部を拡大観察したところ、切削痕（切削時のＭｎＳの脱落によるものと思われるピンホール）に錆の発生が確認された。
ＳＵＳ３０３は、１２０時間で全周に渡り均一な斑点状の錆が発生した。特定鋼材は、１２０時間で切削部にしみ状の錆が発生した。
なお、試験片の切削部において、硫化物（ＭｎＳ）の脱落痕がＳＵＳ３０３、ＳＵＳ４１６で確認できたのに対し、特定鋼材は痕跡が皆無であることが、本環境試験で良好な結果を示した一因であると考えられる。
【００５７】
図１１は、耐食性試験の比較結果を示した表である。
耐食試験の条件は、３５［℃］、５％ＮａＣｌである。ＳＵＳ４１６は、８時間から錆が発生し、時間経過に伴う錆の進行が、試験片の切削部と研削部双方に確認できる。ＳＵＳ３０３は、１６８時間で試験片の切削先端部に錆が発生している。
特定鋼材は、４８時間から試験片の切削部の根本に錆が発生し、また、表中には記載していないが１６８時間後は、塩水の流れ落ちた部分に拡大している。従って、特定鋼材は、浸透（海水中など）状態での耐食性は十分でないが、パソコン用電子機器、ファクシミリ（ＯＡ機器）など、本実施の形態の適用分野への使用における耐食性は十分に確保されていることがわかる。
【００５８】
以上に説明した本実施の形態により、以下のような効果を得ることができる。
（１）特定鋼材は、加工性が良く切削面の面粗度や直角度などが向上するため、動圧軸受部２３を特定鋼材で構成することにより、ＮＲＲＯ、耐振動特性が向上する。
（２）動圧軸受部２３で、動く部品と静止している部品が接する面に塑性変形加工を施すことにより、部品の表面の硬度が大幅に増し、耐摩耗性が向上する。
（３）Ｐｂを含まないため、オイルがゲル化しない。また、ゲル化防止の表面処理も不要である。
（４）耐食性が優れているため、表面処理が不要である。
（５）非磁性材であるため、帯磁した摩耗粉が動圧軸受部２３に付着しないため、軸受の信頼性が向上する。
【００５９】
以上、本発明の１実施形態について説明したが、本発明は説明した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲において各種の変形を行うことが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、回転精度が高く、信頼性の高い動圧軸受やモータ装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るモータの軸線方向の断面を示した断面図である。
【図２】特定鋼材を用いた動圧軸受のＣＳＳとＮＲＲＯの試験結果を示したグラフである。
【図３】特定鋼材の代表的な成分を示した成分表である。
【図４】特定鋼材をプレスすることによる硬度の変化を示したグラフである。
【図５】旋盤を用いた特定鋼材の被切削性を示した図である。
【図６】特定鋼材の穿孔加工性を示したグラフである。
【図７】特定鋼材の冷間加工率と硬度との関係を示した図である。
【図８】耐食性試験（塩水噴霧試験）の比較結果を示している。
【図９】摺動摩耗性試験の比較結果を示した図である。
【図１０】環境試験の結果を示した表である。
【図１１】耐食性試験の比較結果を示した表である。
【符号の説明】
１　モータ
２　ロータ
３　ステータ
５　回転ディスク
６　シャフト
７　ハブ
８　コイル
９　永久磁石
１０　動圧力発生溝
１１　エンドプレート
１２　スリーブ
１３　オイル
１５　シール部
２０　フレーム
２２　ディスク中空部
２３　動圧力軸受部
２４　段部
３３　アッパープレート
３４　他端部分

Claims (6)

1. 少なくとも一端に開口部が設けられた中空部を有する中空部材と、
   前記中空部内に、前記中空部材に対して回転可能に配置された回転部と、前記開口部を貫通し、前記回転部の回転軸線と同軸に配置されたシャフト部と、を備えた回転部材と、
   前記中空部材と前記回転部材の間に介在する流体と、
   前記中空部材と前記回転部材の対向する面の間で前記流体に作用し、前記対向する面の間で動圧力を発生させる動圧力発生手段と、
   前記開口部の内周側に形成された、前記流体の遺漏を抑止するシール部と、
   を具備した動圧軸受であって、
   前記回転部材、及び前記中空部材のうちの少なくとも一方が、クロムを１２％以上及び１６％以下含有し、かつマンガンを６％以上及び１０％以下含有するステンレス鋼によって構成され、
   前記回転部材と前記中空部材の対向する面のうち、少なくとも一方の表面が塑性変形加工されていることを特徴とする動圧軸受。
2. 前記ステンレス鋼の組成成分は、炭素を２％、ニッケルを２％、硫黄を０．１５％、シリコンを０．３５％、リンを０．０５％以下、のうちの少なくとも１つを満たすことを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受。
3. 前記回転部材の表面、及び前記中空部の内周面の少なくとも一方には動圧力発生溝が形成されており、
   前記動圧力発生手段は、前記回転部材が回転しているときに、前記動圧力発生溝が前記流体を輸送することにより、動圧力を発生させることを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の動圧軸受。
4. 前記回転部は、円板形状に形成された円板部材であり、前記シャフト部は前記円板部材のラジアル方向中央部に、前記円板部材の円板面に対して垂直に連接していることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載の動圧軸受。
5. 請求項１から請求項４までのうちの何れか１の請求項に記載の動圧軸受と、
   前記動圧軸受のシャフトに連接したロータと、
   前記中空部材に連接し、前記動圧軸受と前記ロータを支持するステータと、
   前記ロータを回転させる駆動手段と、
   を具備したことを特徴とするモータ装置。
6. 少なくとも一端に開口部が設けられた中空部を有する中空部材と、
   前記中空部内に、前記中空部材に対して回転可能に配置された回転部と、前記開口部を貫通し、前記回転部の回転軸線と同軸に配置されたシャフト部と、を備えた回転部材と、
   前記中空部材と前記回転部材の間に介在する流体と、
   前記中空部材と前記回転部材の対向する面の間で前記流体に作用し、前記対向する面の間で動圧力を発生させる動圧力発生手段と、
   前記開口部の内周側に形成された、前記流体の遺漏を抑止するシール部と、
   を具備し、
   前記回転部材、及び前記中空部材のうちの少なくとも一方がクロムを１２％以上１６％以下含有し、かつマンガンを６％以上１０％以下含有するステンレス鋼によって構成された動圧軸受を塑性変形加工する塑性変形加工方法であって、
   前記塑性変形加工方法は、
   前記回転部材と前記中空部材の対向する面のうち、少なくとも一方の表面をプレス加工することにより前記表面を硬化させるプレス加工ステップ
   から構成されたことを特徴とする塑性変形加工方法。

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