JP2006077922A

JP2006077922A - 流体軸受装置およびモータ

Info

Publication number: JP2006077922A
Application number: JP2004264249A
Authority: JP
Inventors: Takekatsu Yamamoto; 武克山本; Yukihiro Ashizaki; 幸弘芦崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20060056750A1; US7284908B2; CN100439733C; CN1746522A

Abstract

【課題】スリーブとシャフトの線膨張係数の違いによる温度特性の悪化を防ぐとともに、スリーブとシャフト両方の軸受面磨耗を防ぎ、高性能で、高信頼性の流体軸受装置およびモータを提供することを目的とする。
【解決手段】スリーブが銅系金属材料または鉄系金属材料で形成されるとともに、スリーブにおけるシャフトとの少なくとも対向面に無電解ニッケルメッキを施し、シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は動圧流体軸受を使用した流体軸受装置およびこの流体軸受装置を備えたモータに関するものである。

ハードディスク、ポリゴンミラー、光ディスク装置などのスピンドルモータに用いられている軸受装置としては、従来用いられていた玉軸受装置に代わって、玉軸受よりも回転精度が高く、しかも静音性にも優れている流体軸受装置が多く用いられつつある。

このような流体軸受装置を使用するハードディスクなどは、携帯型コンピュータであるモバイル製品に使用されることが多くなってきており、広範囲の作動温度領域で高い信頼性が求められている。これらの製品に使用されている流体軸受装置において、軸受に使用される潤滑油は温度によって粘度が変化するという特性を有しているため、温度特性に関して弱点を有している。具体的には、低温で潤滑油の粘度上昇に伴い消費電流が大きくなり、高温で潤滑油の粘度低下に伴い潤滑油の剛性が低下する。このような温度特性を改善するために、高温と低温での軸受クリアランスを同等にする方法が用いられている。

高温と低温での軸受クリアランスを同等にするためには、例えば、流体軸受装置におけるシャフトとこのシャフトを回転支持するスリーブにおいて、スリーブ材料の線膨張係数に対して、シャフト材料は同等の線膨張係数が必要である。そこで、スリーブに線膨張係数の大きい銅系金属材料を用いる場合に、従来用いられるＳＵＳ４２０Ｊ２やＳＵＳ４４０Ｃなどのようなマルテンサイト系ステンレス鋼に比べて線膨張係数が大きいＳＵＳ３０３などのオーステナイト系ステンレス鋼をシャフトに用いることが検討されている。しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼でシャフトを形成して使用すると、通常用いられるマルテンサイト系ステンレス鋼に比較して表面硬度が小さいため、軸受面での磨耗が促進される。軸受面が磨耗していくと、回転異常や最悪の場合にはシャフトの回転が停止する軸受のロック状態が発生する。従って、オーステナイト系ステンレスをシャフトとしてそのまま使用する場合、軸受装置の信頼性が大幅に低下するという問題があった。

これらの問題に対処すべく、特許文献１に開示された流体軸受装置では、オーステナイト系ステンレス鋼からなる軸部材に対して窒化処理を施すことにより、表面硬度を向上させている。例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３を切削加工にて所要形状にした後、塑性加工で動圧溝を形成し、その後、研磨にて仕上げ加工を行い、さらに１．塩浴窒化、２．イオン窒化、３．ガス軟窒化等の窒化処理により表面硬化処理を行ってシャフトを作製している。

また、特許文献２に開示された流体軸受装置では、オーステナイト系ステンレス鋼からなる軸受部材に対する冷間加工率を２０％以上とすることにより、３００Ｈｖ以上の表面硬度を備えている。例えば、鋼塊を熱間圧延（棒線圧延）し、その後に冷間圧延や冷間引き抜きなどで冷間加工率（減面率）を２０％以上とした冷間加工を行なって３００Ｈｖ以上としたオーステナイト系ステンレス鋼にてシャフトを形成している。
特開平１０−０８９３４５号公報特開２０００−２９７８１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の流体軸受装置では、窒化処理に伴う表面荒れが発生し、窒化処理後そのまま使用すると洗浄不良による汚染問題や、軸受面磨耗の促進が問題となっていた。また、窒化処理後に再度表面を研磨すると表面荒れは改善されるが、この場合には追加の加工工程が必要であり、コストアップにつながるという問題があった。

また、特許文献２に開示された従来の流体軸受装置では、２０％以上の冷間加工率によって硬度を上げており、冷間加工率が大きいことによって硬度などの性能のバラツキが大きくなり、性能確保が困難であった。また、このことによって、切削場所によって硬度や組織が変わるため、被削性が悪くなり、加工精度が悪化するという問題があった。

さらに、特許文献１及び特許文献２はシャフト表面の硬度を向上させているのでシャフトの磨耗を防ぐことは可能であるが、シャフトを回転可能に保持するスリーブに硬度の小さい銅系金属材料を用いているため、スリーブ側が磨耗する問題が発生する。また、銅系金属材料に含まれる銅は、流体軸受に使用する作動流体である潤滑油の劣化を促進させる働きがあるため、流体軸受装置の信頼性を低下させるという問題があった。

本発明は、従来の流体軸受装置の構成における問題を解決するものであり、スリーブとシャフトの線膨張係数の違いによる温度特性の悪化を防ぐとともに、スリーブとシャフト両方の軸受面の磨耗を防ぎ、高性能で、高信頼性の流体軸受装置およびその流体軸受装置を備えたモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の流体軸受装置は、請求項１に記載したように、シャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入孔を有し、前記挿入孔の内周面が前記シャフトの外周面に対して微小隙間を有しているスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間に保持された作動流体とを具備する流体軸受装置であって、
前記シャフトと前記スリーブの対向面の少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、前記シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼である。このように構成された本発明の流体軸受装置は、シャフトがマンガン合金鋼で形成されているため、シャフトの軸受面の磨耗が抑制され、信頼性の高い軸受となる。

本発明の流体軸受装置は、請求項２に記載したように、シャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入孔を有し、前記挿入孔の内周面が前記シャフトの外周面に対して微小隙間を有しているスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間に保持された作動流体とを具備する流体軸受装置であって、
前記シャフトと前記スリーブの対向面の少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、前記スリーブが銅系金属材料で形成されるとともに、少なくとも前記対向面に無電解ニッケルメッキを施し、前記シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼である。このように構成された本発明の流体軸受装置は、スリーブに銅系金属材料を用い、シャフトに銅系金属材料と鋼と同等の線膨張係数を有するマンガン合金鋼を用いているので、優れた温度特性を有する。

本発明の流体軸受装置は、請求項３に記載したように、シャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入孔を有し、前記挿入孔の内周面が前記シャフトの外周面に対して微小隙間を有しているスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間に保持された作動流体とを具備する流体軸受装置であって、
前記シャフトと前記スリーブの対向面の少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、前記スリーブが鉄系金属材料で形成されるとともに、前記シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼である。このように構成された本発明の流体軸受装置は、スリーブを鉄系金属材料で形成されており、鉄系金属材料の線膨張係数がシャフトのマンガン合金鋼と同等もしくは小さいので、優れた温度特性を有する。また、このように構成された本発明の流体軸受装置は、銅系金属材料に比べて高硬度である鉄系金属材料でスリーブを形成しているので、スリーブの磨耗を防ぐことが出来るとともに、潤滑油の劣化を防ぐことが出来る。

本発明の流体軸受装置は、請求項４に記載したように、請求項１または３に記載の前記スリーブにおける前記シャフトとの少なくとも対向面に無電解ニッケルメッキを施してもよい。このように構成された本発明の流体軸受装置は、スリーブに無電解ニッケルメッキを施しているので表面硬度が高くなり、スリーブの磨耗も防ぐことが出来るとともに、潤滑油と銅の接触がなくなるので、潤滑油の劣化を防ぐことが出来る。

本発明の流体軸受装置は、請求項５に記載したように、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の前記マンガン合金鋼は少なくとも一部にオーステナイト組織を有する構成でもよい。このように構成された本発明の流体軸受装置は、マンガン合金鋼がオーステナイト系ステンレス鋼よりも高硬度であるため、シャフトの磨耗を防ぐことが出来る。

本発明の流体軸受装置は、請求項６に記載したように、請求項５に記載の前記シャフトは表面を研磨してもよい。このように構成された本発明の流体軸受装置は、シャフトの表面が硬化して、シャフトの磨耗を防ぐことが出来る。

本発明のモータは、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の流体軸受装置と、前記流体軸受装置のシャフトとスリーブとの間に回転駆動力を与える駆動部とを備えて構成されている。このように構成された本発明のモータは、請求項１乃至請求項６の流体軸受装置を備えているため、スリーブとシャフトの線膨張係数の違いによる温度特性の悪化を防ぐとともに、スリーブとシャフト両方の軸受面の磨耗を防ぐことができる流体軸受装置を備えた、高性能で、高信頼性のモータとなる。

本発明によれば、スリーブとシャフトの線膨張係数の違いによる温度特性の悪化を防ぐとともに、スリーブとシャフト両方の軸受面の磨耗を防ぎ、高性能で、高信頼性の流体軸受装置およびモータを提供することができる。
本発明の流体軸受装置においては、スリーブが銅系金属材料に高硬度な無電解ニッケルメッキを施して形成され得るため、スリーブの磨耗を抑えることができ、また、シャフトに高硬度で線膨張係数の大きいマンガン合金鋼を使用しているので、シャフトの磨耗も抑えることができる。その結果、本発明によれば、加工コストの低減や温度特性の向上を図ることが出来る。
本発明の流体軸受装置においては、スリーブが銅系金属に比べて高硬度な鉄系金属材料を使用して形成され得るため、スリーブの磨耗を抑えることができ、シャフトに高硬度なマンガン合金鋼を使用しているので、シャフトの磨耗も抑えることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態に係る流体軸受装置およびこの流体軸受装置を備えたモータであるスピンドルモータについて、添付の図面を参照しながら説明する。

《実施の形態１》
図１は本発明の実施の形態１のスピンドルモータにおける軸受部分を示す断面図である。図１においては、中心線に関してスピンドルモータにおける左半分の構成を記載しており、右半分の構成は左半分の構成と実質的に同じである。図１に示すように、実施の形態１のスピンドルモータの流体軸受装置は、シャフト１と、このシャフト１の端部（下端）に固定され半径方向外方に突出するスラストフランジ２と、シャフト１に挿入され、シャフトの外周面に対して微小隙間を有して内周面が配置されたスリーブ３と、スラストフランジ２の下端面に対して微小隙間を有して対向する位置に配置されたスラストプレート４とを備えている。

図１に示すように、スリーブ３は、スピンドルモータのベース５に固定され、中央部に挿通孔３ａが形成されている。この挿通孔３ａにはシャフト１が微小隙間を有した姿勢で挿入されている。シャフト１とスリーブ３との間の微小隙間には、作動流体としての潤滑油６が充填されている。シャフト１の下端にはスラストフランジ２がねじ止め結合または外嵌結合などにより一体的に固定されている。スラストフランジ２の下端面である円形平面部に対向するようスラストプレート４が配設されてスリーブ３に固定されている。スラストフランジ２とスラストプレート４との間の隙間にも潤滑油６が充填されている。

実施の形態１のスピンドルモータにおいては、スリーブ３の内周面に魚骨状のラジアル動圧発生溝７が転造加工により形成されている。実施の形態１においてはスリーブ３の内周面に魚骨状のラジアル動圧発生溝７が転造加工により形成した例で説明するが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、スリーブ３の内周面またはシャフト１の外周面に螺旋状または魚骨状パターンなどのラジアル動圧発生溝７を、従来の転造、エッチング、電解加工などの加工方法により形成される。

実施の形態１においては、スリーブ３の挿入孔３ａの内周面におけるシャフト１との対向面において、上側部分と下側部分との２箇所にそれぞれラジアル動圧発生溝７が形成されている。このようにスリーブ３の内周面またはシャフト１の外周面にラジアル動圧発生溝７が形成されてラジアル軸受が構成されている。

また、実施の形態１においては、スラストフランジ２と対向する上下面に魚骨状のスラスト動圧発生溝８を形成してスラスト軸受が構成されている。図１に示す実施の形態１のスピンドルモータにおいては、スラスト動圧発生溝８がスラストフランジ２に対向するスリーブ３の下向き面とスラストプレート４の上向き面とにそれぞれ形成されている。本発明においては、このように限定されるものではなく、スラストフランジ２の下向き面とこの面に対向するスラストプレート４の面とにおける少なくとも一方の面に螺旋状または魚骨状パターンなどのスラスト動圧発生溝８を形成してスラスト軸受を構成すればよい。また、スラストフランジ２の上向き面とこの面に対向するスリーブ３の下向き面とにおける少なくとも一方の面に螺旋状または魚骨状パターンなどのスラスト動圧発生溝８を形成してスラスト軸受を構成すればよい。

シャフト１におけるスリーブ３の開口部から上方に突出している突出側端部１ａには、その外周に例えば磁気記録ディスクが固定される回転部材としてのハブ９が圧入状態で外嵌されている。実施の形態１においては、ハブ９のベース５寄り外周部分にロータマグネット１０が取り付けられている。また、ベース５には、ロータマグネット１０に対向するように、ステータコイル１１が巻かれたステータコア１２が取り付けられている。そして、このロータマグネット１０とステータコア１２とにより、シャフト１に対して回転駆動力を与えるスピンドルモータの駆動部が構成されている。

このスピンドルモータの駆動部によりハブ９、シャフト１、スラストフランジ２が回転駆動されると、ラジアル方向はラジアル動圧発生溝７によって、スラスト方向はスラスト動圧発生溝８によって、それぞれの箇所の潤滑油６に動圧が発生する。この結果、これらのラジアル方向軸受およびスラスト方向軸受である流体軸受によりスリーブ３およびスラストプレート４に対してシャフト１とスラストフランジ２が微小隙間を保った非接触状態で回転支持される。

次に、実施の形態１のスピンドルモータにおけるシャフト１およびスリーブ３の具体的な製造方法について説明する。
スリーブ３は銅系金属材料であるＣ３６０４で形成するとともに、スリーブ３の内周面（挿入孔３ａを構成する内面）における少なくともシャフト１との対向面に無電解ニッケルメッキを行う。さらに、シャフト１を、Ｃを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼で形成する。このマンガン合金鋼は、少なくとも一部にオーステナイト組織を有する。なお、スリーブ３はＢＣ６Ｃ、Ｃ３６０１、Ｃ３７７１などでもよく、本発明は銅系金属材料であればその種類に限定されない。さらに、無電解ニッケルメッキの膜厚は、０．５〜２０μｍの範囲内に形成するのが良く、特に好ましくは０．５〜５μｍの範囲内とするのが良い。

図２はシャフトとスリーブに使用される材料における表面硬度を示す。図２の（ａ）は、従来のシャフトに使用されていたＳＵＳ４２０とＳＵＳ３０３、および本発明に係る実施の形態１におけるシャフト１に使用したマンガン合金鋼の表面硬度［Ｈｖ］を示す。また、図２の（ｂ）は、従来のスリーブに使用されていたＣ３６０４、および実施の形態１におけるスリーブ３に使用したＣ３６０４に無電解ニッケルメッキを施した材料の表面硬度［Ｈｖ］を示す。

図２から分かるように、実施の形態１のシャフト１に使用したマンガン合金鋼は、従来使用されていたマルテンサイト系ステンレスのＳＵＳ４２０とほぼ同じ硬度を有し、磨耗に問題のあるオーステナイト系ステンレスＳＵＳ３０３よりも硬度が大きい材料である。従って、シャフト１の材料としてマンガン合金鋼を用いることにより、シャフト１の軸受面の磨耗による信頼性の低下が防止される。

また、実施の形態１におけるスリーブ３はＣ３６０４に無電解ニッケルメッキが施されているので、メッキが施されていないＣ３６０４に比べて硬度が大きく、スリーブ３の軸受面磨耗による信頼性の低下が防止されている。さらに、実施の形態１におけるスリーブ３はメッキが施されているため、潤滑油と銅の接触が無くなり、潤滑油の劣化を防ぐことが出来る。
なお、本発明においては、シャフト表面に研磨加工を施すことにより、加工硬化による硬度の向上をさらに図ることが可能となる。

図３はシャフトとスリーブに使用される材料における線膨張係数を示す。図３の(ａ)はシャフトの材料として使用される、ＳＵＳ４２０、ＳＵＳ３０３、およびマンガン合金鋼における線膨張係数［×１０^-6/℃］を示す。図３の(ｂ)はスリーブの材料として使用される、Ｃ３６０４、およびＣ３６０４にニッケルメッキを施した材料における線膨張係数［×１０^-6/℃］を示す。

図３から分かるように、実施の形態１におけるシャフト１に使用したマンガン合金鋼の線膨張係数は、ＳＵＳ４２０よりも大きく、ＳＵＳ３０３とほぼ同等になっている。また、実施の形態１におけるスリーブ３においてＣ３６０４に無電解ニッケルメッキを施しても、Ｃ３６０４単体に比べて線膨張係数の変化はほとんどない。さらに、マンガン合金鋼とＣ３６０４はほぼ同じの線膨張係数を有しているので、温度変化による軸受隙間の変化が少なくなる。そのため、従来の構成においては、軸受隙間が小さくなる状態を考慮して非常に高精度な軸受面の加工公差を設定していたが、本発明の実施の形態１の構成においては軸受隙間が一定であるため、加工公差の精度を緩めることができ、コストの低減を図ることができる。

これらの材料の組み合わせにより作成した軸受の軸損（軸受損失）と剛性(軸受剛性)を図４に示す。図４の（ａ）においては、ＳＵＳ４２０のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、ＳＵＳ３０３のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、およびマンガン合金鋼のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせにおいて、−２０℃の軸損を示している。図４の（ａ）において、８５℃を１としている。図４の（ｂ）においては、ＳＵＳ４２０のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、ＳＵＳ３０３のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、およびマンガン合金鋼のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせにおいて、８５℃の剛性を示している。図４の（ｂ）において、２０℃を１としている。

図４から分かるように、ＳＵＳ３０３やマンガン合金鋼を使用したものは、従来のＳＵＳ４２０を使用したものに比べて低温での軸損が小さくなり、モータ電流の低下が図れる。さらに、高温での剛性低下も抑えることが出来ており、高温域での信頼性を向上させることができる。このように、本発明に係る実施の形態１の組み合わせにより、バッテリー容量との関係で低電流や、広範囲の作動温度領域での信頼性が求められるモバイル製品に使用されるモータとしては、非常に有効な性能を得ることが出来る。

以上のように、本発明の実施の形態１の流体軸受装置において、スリーブ３は銅系金属材料に高硬度な無電解ニッケルメッキが施されているので、スリーブ３の磨耗を抑えることができ、シャフト１に高硬度で線膨張係数が大きいマンガン合金鋼を使用しているので、シャフト１の磨耗を抑えることができ、加工コストの低減や温度特性の向上を図ることが出来る。

《実施の形態２》
以下、本発明に係る実施の形態２の流体軸受装置を備えたモータであるスピンドルモータについて説明する。
実施の形態２のスピンドルモータは、前述の図１に示した実施の形態１のスピンドルモータと同じ構造を有している。実施の形態２において、実施の形態１と異なる点は、スリーブ３の形成材料である。従って、実施の形態２の説明においては、実施の形態１と異なる点について説明する。

実施の形態２のスピンドルモータにおいて、スリーブ３は鉄系金属材料であるＳＵＳ４２０により形成されている。このスリーブ３に挿入されるシャフト１は、Ｃを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼で形成されている。このマンガン合金鋼は、少なくとも一部にオーステナイト組織を有する。なお、スリーブ３はＳＵＳ４３０やＳＵＳ３０３、Ｓ４５Ｃなどでもよく、鉄系金属材料であればその種類に限定されない。

さらに、スリーブ３における少なくともシャフト１との対向面（挿入孔３ａの内面）には無電解ニッケルメッキを施すことが好ましい。この無電解ニッケルメッキの厚みは、０．５〜２０μｍの範囲内に形成するのが良く、さらに好ましくは、０．５〜５μｍの範囲内に形成するのが良い。

図５は、従来のスリーブに使用されていたＣ３６０４、および本発明に係る実施の形態２におけるスリーブ３に使用したＳＵＳ４２０とＳＵＳ４２０に無電解ニッケルメッキを施した材料の表面硬度［Ｈｖ］（図５の（ａ））と線膨張係数［×１０^-6/℃］（図５の（ｂ））を示す。

図５の（ａ）から分かるように、スリーブ３に使用した鉄系金属材料であるＳＵＳ４２０は銅系金属材料であるＣ３６０４比べて硬度が大きく、スリーブ３の軸受面の磨耗による信頼性の低下が起こらない。さらに、無電解ニッケルメッキを施すことにより表面硬度を向上させることができるため、この材料を用いたスリーブ３により構成された流体軸受装置はさらなる信頼性向上を図ることができる。
また、実施の形態２の流体軸受装置は、銅系金属材料を使用していないので、潤滑油と銅との接触が無く、潤滑油の劣化を防止することが出来る。
なお、シャフト表面に研磨加工を施すことにより、加工硬化による硬度の向上をさらに図ることができ、シャフトの磨耗を低減することができる。

また、図５の（ｂ）より分かるように、Ｃ３６０４に比べてＳＵＳ４２０やＳＵＳ４２０に無電解ニッケルメッキを施した材料は線膨張係数が小さくなる。そのため、スリーブ３の材料としてＳＵＳ４２０やＳＵＳ４２０に無電解ニッケルメッキを施した材料を用い、シャフト１の材料として前述のマンガン合金鋼を用いた場合には、低温で軸受隙間が広がり、高温で軸受隙間が狭まる構成となる。すなわち、潤滑油の粘性が大きくなる低温で軸受隙間が広がり、潤滑油の粘性が小さくなる高温で軸受隙間が狭まる構成となる。

従来のスリーブとシャフトにおいて用いていた材料と、実施の形態１および実施の形態２において用いる材料の組み合わせにより作成した軸受の軸損（軸受損失）と剛性(軸受剛性)を図６に示す。
図６の（ａ）においては、ＳＵＳ４２０のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、マンガン合金鋼のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、およびマンガン合金鋼のシャフトとＳＵＳ４２０のスリーブの組み合わせにおいて、−２０℃の軸損を示している。図６の（ａ）において、８５℃を１としている。図６の（ｂ）においては、ＳＵＳ４２０のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、マンガン合金鋼のシャフトとＣ３６０４のスリーブの組み合わせ、およびマンガン合金鋼のシャフトとＳＵＳ４２０のスリーブの組み合わせにおいて、８５℃の剛性を示している。図６の（ｂ）において、２０℃を１としている。

図６の（ａ）から分かるように、実施の形態２の流体軸受装置の構成において、シャフト１にマンガン合金鋼を、スリーブ３にＳＵＳ４２０を使用したものは、低温での軸損が小さくなり、モータ電流の低下が図れる。さらに、図６の（ｂ）から分かるように、高温での剛性低下も抑えることが出来ており、高温域での信頼性を向上させることが出来る。
上記のように、実施の形態２の流体軸受装置を備えたスピンドルモータは、バッテリー容量との関係で低電流や、幅広い温度域での信頼性が求められるモバイル製品に使用されるモータとしては、非常に優れた性能を発揮することが出来る。

以上のように、実施の形態２の流体軸受装置は、スリーブが銅系金属に比べて高硬度な鉄系金属材料を使用しているので、磨耗を抑えることができるとともに、シャフトに高硬度なマンガン合金鋼を使用しているので、シャフトの磨耗も抑えることができる。また、実施の形態２の流体軸受装置においては、スリーブにニッケルメッキを施すことにより、シャフトのさらなる磨耗を抑えることができる。さらに、本発明の流体軸受装置におけるスリーブに用いた鉄系金属材料は、シャフトのマンガン合金鋼と同等かそれ以下の線膨張係数を有するので、軸受装置としての温度特性の向上を図ることが出来る。

なお、前述の実施の形態においては、シャフト回転のインナーロータタイプの流体軸受スピンドルモータであったが、本発明の流体軸受装置はシャフト固定やアウターロータタイプなどのさまざまな軸受やモータ形状に適応することができる。また、各実施の形態においては作動流体として潤滑油を用いた流体軸受装置について説明したが、本発明は空気やその他の気体を作動流体として用いる流体軸受装置に適用することも可能である。
また、本発明の流体軸受装置やその流体軸受装置を用いたモータは、ＨＤＤやポリゴンミラー、光ディスク装置等の回転機器に用いることが出来る。

本発明の流体軸受装置は、スリーブとシャフトの線膨張係数の違いによる温度特性の悪化を防止するとともに、スリーブとシャフト両方の軸受面の磨耗を防止することができるため、モータなどの回転機器における軸受として有用である。

本発明の実施の形態１のスピンドルモータにおける軸受部分を示す断面図従来例と本発明の実施の形態１において、シャフトとスリーブで使用される各種材料の表面硬度［Ｈｖ］を示すグラフ従来例と本発明の実施の形態１において、シャフトとスリーブで使用される各種材料の線膨張係数［×１０^-6/℃］を示すグラフ従来例と本発明の実施の形態１において、シャフトとスリーブで使用される各種材料の組み合わせにより作成した軸受の軸損（軸受損失）と剛性(軸受剛性)を示すグラフ従来例と本発明の実施の形態２において、シャフトとスリーブで使用される各種材料の表面硬度［Ｈｖ］と線膨張係数［×１０^-6/℃］を示すグラフ従来例と本発明の実施の形態２において、シャフトとスリーブで使用される各種材料の組み合わせにより作成した軸受の軸損（軸受損失）と剛性(軸受剛性)を示すグラフ

符号の説明

１シャフト
２スラストフランジ
３スリーブ
４スラストプレート
５ベース
６潤滑油
７ラジアル動圧発生溝
８スラスト動圧発生溝
９ハブ
１０ロータマグネット
１１ステータコイル
１２ステータコア

Claims

シャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入孔を有し、前記挿入孔の内周面が前記シャフトの外周面に対して微小隙間を有しているスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間に保持された作動流体とを具備する流体軸受装置であって、
前記シャフトと前記スリーブの対向面の少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、前記シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼であることを特徴とする流体軸受装置。
シャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入孔を有し、前記挿入孔の内周面が前記シャフトの外周面に対して微小隙間を有しているスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間に保持された作動流体とを具備する流体軸受装置であって、
前記シャフトと前記スリーブの対向面の少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、前記スリーブが銅系金属材料で形成されるとともに、少なくとも前記対向面に無電解ニッケルメッキを施し、前記シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼であることを特徴とする流体軸受装置。
シャフトと、
前記シャフトが挿入される挿入孔を有し、前記挿入孔の内周面が前記シャフトの外周面に対して微小隙間を有しているスリーブと、
前記シャフトと前記スリーブとの間に保持された作動流体とを具備する流体軸受装置であって、
前記シャフトと前記スリーブの対向面の少なくとも一方に動圧発生溝が形成され、前記スリーブが鉄系金属材料で形成されるとともに、前記シャフトがＣを０．２重量％、Ｓｉを０．３重量％、Ｍｎを８重量％、Ｓを０．２重量％、Ｎｉを２．５重量％、Ｃｒを１４重量％含み、主成分がＦｅからなるマンガン合金鋼であることを特徴とする流体軸受装置。
前記スリーブにおける前記シャフトとの少なくとも対向面に無電解ニッケルメッキを施したことを特徴とする請求項１または３に記載の流体軸受装置。
前記マンガン合金鋼は少なくとも一部にオーステナイト組織を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の流体軸受装置。
前記シャフトは、表面が研磨されていることを特徴とする請求項５記載の流体軸受装置。
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の流体軸受装置と、前記流体軸受装置のシャフトとスリーブとの間に回転駆動力を与える駆動部とを備えたことを特徴とするモータ。