JP2007192320A - 動圧軸受装置用軸部材 - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性に優れ、かつ高い動圧作用を発揮し得る動圧軸受装置用の軸部材を提供する。
【解決手段】軸素材１１に、ラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用を生じるための凹部７が転造形成される。この際、軸素材１１の外周面１１ａに形成される凹部７の表層部１４に、転造による第１の加工硬化層１４ａが形成される。同時に、凹部７の周囲領域８の表層部１５の一部領域にも、転造による第１の加工硬化層１５ａが形成される。凹部７の転造後、かかる軸素材１１にバレル加工を施す。これにより、表層部１５の最表層部に、バレル加工による第２の加工硬化層１５ｂが形成される。周囲領域８に形成された第２の加工硬化層１５ｂの硬度は、凹部７に形成された第１の加工硬化層１４ａの硬度に比べて５０Ｈｖ以上２００Ｈｖ以下高い。
【選択図】図３

Description

本発明は、動圧軸受装置用軸部材に関する。

動圧軸受装置は、軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を相対回転自在に支持するものであり、最近では、その優れた回転精度、高速回転性、静粛性等を活かして、情報機器をはじめ種々の電気機器に搭載されるモータ用の軸受装置として、より具体的には、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等の情報機器に搭載されるスピンドルモータ用の軸受装置として、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイールモータ、あるいはファンモータなどのモータ用軸受装置として使用されている。

例えば、ＨＤＤ用スピンドルモータに組み込まれる動圧軸受装置においては、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部又はスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成したものが知られている。この場合、軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に動圧発生部としての動圧溝が形成されると共に、両面間のラジアル軸受隙間にラジアル軸受部が形成されることが多い。また、軸部材に設けたフランジ部の一端面と、これに対向する軸受スリーブの端面との何れか一方に動圧溝が形成されると共に、両面間のスラスト軸受隙間にスラスト軸受部が形成されることが多い（例えば、特許文献１を参照）。

上記動圧溝は、例えば軸部材の外周面にへリングボーン形状やスパイラル形状、あるいは多円弧状やステップ状等に配列した状態で形成される。この種の動圧溝を形成するための方法として、例えば切削加工（例えば、特許文献２を参照）や、エッチング（例えば、特許文献３を参照）などが知られている。

また、上記切削加工やエッチングに比べて、材料コストや加工コストの低減化が可能な動圧溝の形成方法として、例えば転造加工が知られている。この場合、転造加工後に所定の熱処理を施すことで、素材の表面硬度を向上させる場合が多い（例えば、特許文献４を参照）。
特開２００３−２３９９５１号公報 特開平０８−１９６０５６号公報 特開平０６−１５８３５７号公報 特開平０７−１１４７６６号公報

しかしながら、上記熱処理は通常高温下で行われるため、かかる熱処理時に素材が変形する場合がある。動圧溝のサイズ（特に溝深さ）は、通常数μｍ〜数十μｍと軸径に比べて非常に小さいので、熱処理時の変形により円周方向で溝のサイズにばらつきを生じ、これにより安定した動圧作用を発揮できない可能性がある。

本発明の課題は、耐摩耗性に優れ、かつ高い動圧作用を発揮し得る動圧軸受装置用の軸部材を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための凹部が転造で形成された動圧軸受装置用軸部材であって、凹部の表層部に転造による第１の加工硬化層が形成され、かつ凹部の周囲領域の表層部に第２の加工硬化層が形成され、第２の加工硬化層の硬度が、凹部に形成された第１の加工硬化層の硬度に比べて５０Ｈｖ〜２００Ｈｖ高いことを特徴とする動圧軸受装置用軸部材を提供する。ここでいう凹部は、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるためのものを意味し、例えば軸方向溝状、円周方向溝状、傾斜溝状、交差溝状、軸方向又は円周方向の断続的な溝形状、くぼみ状（ディンプル状）等を含む。

素材表面に転造で凹部を形成する場合、素材はなるべく軟らかいほうが加工性の面で好ましく、また転造型（ダイス）の使用寿命も延びるため好ましい。その一方で、完成品としての軸部材には、相手材との摺動摩耗に備えて高い耐摩耗性が要求されるため、表面部分の硬度は高いほうがよい。転造により素材表面には加工硬化層（本発明では第１の加工硬化層に相当）が形成されるが、この種の加工方法では、表層部における硬度の上昇はあまり望めない。これに対して、本発明は、凹部の表層部に形成される第１の加工硬化層と、凹部の周囲領域の表層部に形成される第２の加工硬化層との間に適度な硬度差を設けたことを特徴とするものである。第２の加工硬化層は、熱処理以外の塑性加工で形成されたものであるから、熱処理により生じる変形を避けて、寸法精度の低下を最小限に抑えることができる。また、凹部の周囲領域の表層部に、第１の加工硬化層より硬い第２の加工硬化層を転造以外の塑性加工で設けたので、相手材に対する耐摩耗性を改善することができる。従って、耐摩耗性を高めつつも、高い動圧作用を安定して発揮し得る動圧軸受装置用の軸部材を得ることができる。

また、上記硬度差を５０Ｈｖ〜２００Ｈｖとしたのは、次の理由による。上記硬度差がほとんどない（５０Ｈｖに満たない）場合、素材の転造加工性と完成品の耐摩耗性のうち、何れか一方の要求特性を満足できない可能性があるためである。また、上記硬度差があまりに大きいと（２００Ｈｖを超えると）、軸自体の耐摩耗性よりもむしろ相手材に対する攻撃性が高まる恐れがあり、そのために相手材の摩耗を促進する可能性があるためである。

第２の加工硬化層は、例えばバレル加工を行うことで得ることができる。この場合には、転造より凹部の周囲に形成される隆起部（盛り上がり部）をバレル加工で縮小あるいは除去することができる。従って、軸受面となり得る凹部の周囲領域の面精度を高めて、この領域に高圧の潤滑膜を安定的に形成することができる。もちろん、バレル加工に限らず、衝撃（衝突）による塑性変形を伴う塑性加工であれば、上記第２の加工硬化層を形成可能であり、具体的には、例えばショットピーニングやショットブラストなどの加工手段を挙げることができる。ただ、硬度差を設ける以外の要求特性、加工面の精度（平滑性）やバリ取り、面取りのし易さを考えれば、特定の方向から衝突を受けるショットピーニングやショットブラストよりもバレル加工が好ましい。

凹部を例えば溝形状とした場合、転造により形成された溝の角部には隆起部やバリ等が少なからず発生するが、上述のようにバレル加工を施すことで、この種のバリを取り除いて、高い寸法精度を有する動圧発生用の溝を得ることができる。

バレル加工に用いるメディアとして、例えば凹部の底面に接触しないサイズのものを使用することができる。この程度のサイズを有するメディアでバレル加工を施すことで、例えば角部の適度な面取りを行い、さらには凹部への盛り上り部の倒れ込みを防止しつつも、隆起部を縮小、あるいは除去することができる。そのため、軸受面となる周囲領域の表面精度をより高く得ることができる。

上記構成の動圧軸受装置用軸部材は、例えばこの軸部材を備えた動圧軸受装置として好適に提供可能である。

以上のように、本発明によれば耐摩耗性に優れ、かつ高い動圧作用を発揮し得る動圧軸受装置用の軸部材を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１の断面図を示す。同図において、動圧軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２を内周に挿入可能な軸受部材３とを備える。

軸受部材３は、この実施形態では、電鋳部４と成形部５とからなる有底筒体で、マスターと一体又は別体の電鋳部４をインサート部品として樹脂で一体に射出成形される。軸部材２の外周面２ａと対向する電鋳部４の内周面４ａは真円形状をなしている。

軸部材２は径一定の軸状をなすもので、例えば炭素鋼、ステンレス鋼、各種の合金鋼など、比較的加工性の高い金属材料（硬度でいえば、３００Ｈｖ〜４００Ｈｖ程度が望ましい）から製作される。もちろん、素材全体の硬度を焼入れ等により上記数値範囲にまで高めたものを使用することもできる。

軸部材２の外周面２ａの全面あるいは一部領域には、外周面２ａと電鋳部４の内周面４ａとの間のラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用を生じるための複数の凹部７が形成されている。この実施形態では、凹部７は、円周方向一端側で連続あるいは近接し、かつ円周方向他端側で互いに離隔する方向に傾斜した傾斜溝９ａと傾斜溝９ｂとからなり、いわゆるへリングボーン形状となるように、円周方向に所定の間隔を置いて複数配列されている。この場合、各凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）とこれらの周囲領域８とで、ラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用を生じる動圧発生部１０が構成される。また、上記構成の動圧発生部１０は、この実施形態では、軸方向上下に離隔して２箇所設けられている。

軸部材２の一端面２ｂは略球面状をなし、軸部材２を軸受部材３の内周に挿入した状態では、対向する電鋳部４の底部４ｂの上端面４ｂ１に当接する。

軸受部材３と軸部材２との間のラジアル軸受隙間６の大気解放側から潤滑油が注油される。これにより、ラジアル軸受隙間６を含む軸受内部空間を潤滑油で充満した動圧軸受装置１が完成する。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材２の相対回転時、軸部材２の外周面２ａに設けられた動圧発生部１０、１０と、これらに対向する電鋳部４の内周面４ａとの間のラジアル軸受隙間６に、潤滑油の動圧作用が生じ、これにより、軸部材２をラジアル方向に相対回転自在に支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とがそれぞれ形成される。

また、軸部材２の相対回転時、軸部材２の一端面２ｂが底部４ｂの上端面４ｂ１に接触支持（ピボット支持）される。これにより、軸部材２をスラスト方向に相対回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔ１が形成される。

以下、外周面２ａに凹部７を形成した軸部材２の製造工程の一例を、図２〜図４に基づいて説明する。

図２は、上記材料からなる軸素材１１の外周面１１ａに、図１に示す形状の凹部７を転造で形成する工程を概念的に示したものである。一対の転造ダイス１２、１３（この図示例では平ダイス）のうち、第１の転造ダイス１２の対向面１２ａには、軸素材１１に転写形成すべき凹部７に対応した形状の凸部型（図示は省略）が設けられている。図３（ａ）に示すように、転造前の状態では、軸素材１１の外周面１１ａは平滑である。

軸素材１１を、一対の転造ダイス（この図示例では平ダイス）１２、１３で挟持した状態から、第２の転造ダイス１３を第１の転造ダイス１２に対して相対摺動させることで、軸素材１１が第１の転造ダイス１２の凸部形成領域（図示は省略）上を押圧転動する。これにより、第１の転造ダイス１２側から、軸素材１１に例えば図１に示す形状の凹部７（動圧発生部１０）が転造形成される。

この際、軸素材１１の外周面１１ａに形成される凹部７の表層部１４には、図３（ｂ）に示すように、転造による第１の加工硬化層１４ａが形成される。この実施形態では、同時に、凹部７の周囲領域８の表層部１５の一部領域（凹部７の周辺領域）にも、転造による第１の加工硬化層１５ａが形成される。

また、転造に伴い、元々凹部７にあった肉が周囲に押し出される。その結果、図３（ｂ）に示すように、周囲領域８の凹部７寄りの箇所に盛り上がり（隆起部１６）が生じる。

軸素材１１に転造で凹部７を形成した後、かかる軸素材１１にバレル加工（例えば、遠心バレルや流動バレル、あるいはこれらを組合わせたバレル加工など）を施す。これにより、周囲領域８に形成された隆起部１６が押し潰しながら縮小、又は除去し、周囲領域８の表面８ａが、例えば図３（ｃ）に示すように平滑な状態に均される。特に、この実施形態のように、比較的加工性に優れた金属材料（硬度でいえば３００Ｈｖ〜４００Ｈｖ）からなる軸素材を使用することで、凹部７の転造時に生じる隆起部１６の程度（高さ）が低く抑えられる。これにより、バレル加工による隆起部１６の除去も容易に行うことができる。

凹部７は、上述の通り、ラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用を生じるためのものであるから、そのサイズは、ラジアル軸受隙間６の幅に応じて決定される。その一方で、軸受面となる周囲領域８の表面８ａに対してこの種のバレル加工を効率的に行うとなると、ある程度の大きさを有するメディアが必要となる。これらのことから、周囲領域８の表面８ａにメディアが衝突する割合に比べ、凹部７の表面７ａ（底面７ａ１や内側面７ａ２）にメディアが衝突する割合は低い。従って、メディアとの衝突による加工硬化は主に周囲領域８の表層部１５で生じ、かかる領域に、バレル加工による第２の加工硬化層１５ｂが形成される。この実施形態では、第２の加工硬化層１５ｂの下層側には、第１の加工硬化層１５ａがほとんど残っていない（図３（ｃ）を参照）。周囲領域８に形成された第２の加工硬化層１５ｂの硬度は、凹部７に形成された第１の加工硬化層１４ａの硬度に比べて５０Ｈｖ〜２００Ｈｖ高い。

上述のように、転造加工後、軸素材１１にバレル加工を施すことで、周囲領域８の表層部１５のうち、表面８ａを含む最表層部に、第１の加工硬化層１４ａより硬い第２の加工硬化層１５ｂを形成した軸部材２が得られる。これにより、軸受面となる周囲領域８の表面８ａの硬度向上はもちろん、軸素材１１の転造加工性や、完成品としての軸部材２の軸受面精度（周囲領域８の表面８ａの平滑性）を高めることができる。従って、高い軸受性能と耐摩耗性とを兼ね備えた動圧軸受装置１用の軸部材２、あるいはこの軸部材２を備えた動圧軸受装置１を得ることができる。

具体的には、第１の加工硬化層１４ａと第２の加工硬化層１５ｂとの間の硬度差を５０Ｈｖ以上とすることで、はじめて良好な転造加工性と高い耐摩耗性とを共に得ることができる。また、上記硬度差を２００Ｈｖ以下とすることで、軸部材２の摩耗を減じ、かつ軸受部材３の摩耗（この実施形態では、電鋳部４の摩耗）を低減することができる。

また、この実施形態では、軸部材２に転造で形成された凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）との間にラジアル軸受隙間６を形成する軸受部材３の内周面を、電鋳部４の内周面４ａで形成したので、かかる内周面４ａを高精度に形成でき、これにより、ラジアル軸受隙間６をより狭小に設定することができる。むしろ、必要とされる軸受性能にもよるが、ラジアル軸受隙間６の幅を小さくかつ高精度に管理できるのであれば、複数の凹部７を複雑な形状（へリングボーン形状など）に配列させる必要はない。例えば後述する軸方向溝２２や、ディンプル３２のようなシンプルな形状の凹部７で構成される動圧発生部であっても、ラジアル軸受隙間に高い動圧作用をもたらすことが可能となる。

また、この実施形態のように、溝状の凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）を転造で形成すると、例えば図４に示すように、凹部７の周縁部にバリ１７が発生することもあるが、適当な大きさのメディアを用いてバレル加工を施すことで、かかるバリ１７を除去して、あるいは凹部７の周縁を適度に面取りすることができる。これにより、軸部材２の相対回転時、摺動相手面となる電鋳部４の内周面４ａの摩耗を極力避け、あるいはかじり等の損傷を避けて、軸受の耐久性を向上させることができる。

バレル加工に使用されるメディアとしては、金属をはじめ、セラミックや樹脂など種々の材質からなるものが使用可能であるが、バレル加工による第２の加工硬化層１５ｂを形成する観点から、比較的硬度の高いメディアを使用するのがよい。また、凹部７の形状を高精度に保つ観点から、凹部７の底面７ａ１に接触しない程度のサイズのメディア１８が好ましい。図４では、球状をなし、かつ凹部７の底面７ａ１に接触しないメディア径Ｒを有するメディア１８を用いてバレル加工を行った場合を例示しているが、特に球状に限ることはなく、多角形状や棒状のものなど、種々の形状を有するメディアが使用可能である。

なお、この実施形態では、軸素材１１に第１の加工硬化層１４ａより硬い第２の加工硬化層１５ｂを形成するための手段としてバレル加工を例示したが、かかる加工手段は、衝撃（衝突）により表層部１５（特に最表層部）に塑性変形を付与する手段であればよく、例えばショットピーニングやショットブラストなどの加工手段が、第２の加工硬化層１５ｂの形成用手段として使用可能である。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、他の構成を採ることもできる。以下、本発明の他構成を、図５〜図８に基づいて説明する。

上記実施形態では、凹部７を傾斜溝９ａと傾斜溝９ｂとで構成し、かかる形状の凹部７をへリングボーン状に配列形成した場合を例示したが、例えば図５（ａ）に示すように、軸部材２１の外周面２１ａに、凹部７としての軸方向溝２２を形成することもできる。この場合、複数の軸方向溝２２は、図５（ｂ）に示すように、円周方向に所定間隔おきに形成されている。これら軸方向溝２２と、その周囲領域２３とで動圧発生部２４が構成される。従って、図示は省略するが、この軸部材２１を、図１に示す軸受部材３の内周に挿入し、軸部材２１を軸受部材３に対して相対回転させた状態では、潤滑油で満たされたラジアル軸受隙間に、動圧発生部２４による潤滑油の動圧作用が生じ、これにより軸部材２１を軸受部材３に対してラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部が形成される。

凹部７としての軸方向溝２２は、上記実施形態と同様に転造で形成され、その後、動圧発生部２４となる領域にバレル加工が施される。これにより、例えば図６（ａ）に示すように、軸方向溝２２の表層部２５に、軸方向溝２２の転造加工による第１の加工硬化層２５ａが形成される。また、周囲領域２３の表面２３ａを含む表層部２６の最表層部分に、バレル加工による第２の加工硬化層２６ｂが形成される。周囲領域２３の表層部２６に形成された第２の加工硬化層２６ｂの硬度は、軸方向溝２２の表層部２５に形成された第１の加工硬化層２５ａの硬度に比べて５０Ｈｖ〜２００Ｈｖ以下高い。なお、この実施形態では、表層部２６に形成される第２の加工硬化層２６ｂの、軸方向溝２２の周辺領域には、軸方向溝２２の転造加工による第１の加工硬化層２６ａが残っている。

この実施形態においても、凹部７として軸方向溝２２を転造形成し、その後、バレル加工により周囲領域２３の表層部２６と軸方向溝２２の表層部２５との間に適度な硬度差を設けることにより、周囲領域２３の表面２３ａの硬度向上を図ることができると共に、軸方向溝２２の転造加工性や、軸受面となる周囲領域２３の表面２３ａの面精度を高めることができる。従って、高い軸受性能と耐摩耗性とを兼ね備えた動圧軸受装置用の軸部材２１を得ることができる。

形成可能な軸方向溝２２としては、図６（ａ）に示すように、断面形状が軸方向中心に向けて凸となる断面円弧状の曲面２２ａの他、例えば図６（ｂ）に示すように、断面形状が外周面２１ａの円弧に対して弦となる平面２２ｂで構成することもできる。あるいは、図６（ｃ）に示すように、平面２２ｂと外周面２１ａとの間に段差が形成されるように、平面２２ｂの円周方向両端に立ち上がり部２２ｃを設けた構成の軸方向溝２２や、図６（ｄ）に示すように、溝深さが軸方向および円周方向で一定で、外径側に向けて凸となる断面形状の曲面２２ｄで構成される軸方向溝２２などが形成可能である。

軸部材２１の外周に形成される軸方向溝２２の本数は、潤滑油の動圧作用を考慮すると、３本以上が好ましい。また、同様の理由で、軸方向溝２２の円周方向幅を示す円周角αは１０°以上６０°以下、軸方向溝２２の溝深さｈ１は２μｍ〜２０μｍとするのが好ましい。また、低トルク化と高剛性化の両面から見た場合、周囲領域２３の表面２３ａの全面積に対する、軸方向溝２２の全面積の比（軸方向溝２２の軸方向長さが均一とすると、上記面積比は｛α／（３６０°−α）｝となる。）は１５％〜７０％とするのが好ましい。

また、軸方向溝２２としては、ラジアル軸受部を形成すべき領域（動圧発生部２４）全体に亘って軸方向に延びたものの他、例えば図７に示すように、軸方向溝２２を軸方向に断続的に設けた構成を採ることもできる。この他の構成は、動圧発生部２４中に軸方向全長に亘って軸方向溝２２を設ける場合に準じるので説明を省略する。

上記実施形態では、凹部７として傾斜溝９ａ、９ｂや軸方向溝２２を例示したが、もちろん溝以外の形状をなす凹部７を形成することも可能である。図８（ａ）は、その一例を示すもので、軸部材３１の外周面３１ａの一部領域に、凹部７としてのディンプル３２が分散して配列されている。この場合、複数のディンプル３２とそれらの周囲領域３３とで動圧発生部３４が構成される。従って、図示は省略するが、この軸部材３１を、図１に示す軸受部材３の内周に挿入し、軸部材３１を軸受部材３に対して相対回転させた状態では、潤滑油で満たされたラジアル軸受隙間に、動圧発生部３４による潤滑油の動圧作用が生じ、これにより軸部材３１を軸受部材３に対してラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部が形成される。

凹部７としてのディンプル３２は、上記実施形態と同様に転造で形成され、その後、動圧発生部３４となる領域にバレル加工が施される。これにより、例えば図８（ｂ）に示すように、ディンプル３２の表層部３５に、ディンプル３２の転造加工による第１の加工硬化層３５ａが形成される。また、周囲領域３３の表面３３ａを含む表層部３６の最表層部分に、バレル加工による第２の加工硬化層３６ｂが形成される。周囲領域３３の表層部３６に形成された第２の加工硬化層３６ｂの硬度は、ディンプル３２の表層部３５に形成された第１の加工硬化層３５ａの硬度に比べて５０Ｈｖ〜２００Ｈｖ高い。なお、この実施形態では、ディンプル３２の周囲領域３３の表層部３６に形成される第２の加工硬化層３６ｂの、ディンプル３２の一部周辺領域に、転造加工による第１の加工硬化層３６ａが残っている。

この実施形態においても、凹部７としてディンプル３２を転造形成し、その後、バレル加工により周囲領域３３の表層部３６とディンプル３２の表層部３５との間に適度な硬度差を設けることにより、周囲領域３３の表面３３ａの硬度向上を図ることができると共に、ディンプル３２の転造加工性や、軸受面となる周囲領域３３の表面３３ａの面精度を高めることができる。従って、高い軸受性能と耐摩耗性とを兼ね備えた動圧軸受装置用の軸部材３１を得ることができる。

ディンプル３２大きさとして、例えば図８（ｃ）に示すように、ディンプル３２の長軸方向の幅ａの、軸径ｄに対する比ａ／ｄを０.１以上０.４以下とするのが好ましい。また、ディンプル３２の深さｈ２は、例えば軸部材３１の外周面３１ａが臨むラジアル軸受隙間の幅ｇの１〜１０倍程度であることが好ましい。この程度のサイズのディンプル３２であれば、従来、軸部材に設けられる類のディンプルとは異なり、高い動圧作用を生じる動圧発生部３４を構成可能であり、かつラジアル軸受隙間の幅ｇが小さい場合でも、油溜りとして有効に作用する。また、低トルク化と高剛性化の観点から、周囲領域３３の表面３３ａの全面積に対する、ディンプル３２形成領域の総面積の比は１０％〜７０％とするのが好ましい。また、ディンプル３２の面形状として、例えば短軸幅ｂに対する長軸幅ａの比ａ／ｂは、１.０（真円形状）以上２.０以下の範囲内であるのが好ましいが、特に上記範囲外の面形状をなすディンプル３２であっても問題なく形成可能である。

なお、上記実施形態では、凹部７として、傾斜溝９ａ、９ｂや軸方向溝２２、ディンプル３２などを例示したが、本発明は、ラジアル軸受隙間６などの軸受隙間に、潤滑油の動圧作用を生じるための凹部である限り、上記以外の形状をなす凹部７についても同様に適用することができる。

以上説明した動圧軸受装置用軸部材およびこれを備えた動圧軸受装置は、例えば情報機器用のスピンドルモータに組み込んで使用可能である。以下、動圧軸受装置用軸部材３１を上記モータ用のスピンドルに適用した構成例を、図９に基づいて説明する。なお、図１〜図８に示す実施形態と構成・作用を同一にする部位および部材については、同一の参照番号を付し、重複説明を省略する。

図９は、動圧軸受装置４１を組み込んだモータ４０の断面図を示している。このモータ４０は、例えばＨＤＤ等のディスク駆動装置用のスピンドルモータとして使用されるものであって、軸部材３１を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置４１と、軸部材３１に装着されたロータ（ディスクハブ）４２と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４３およびロータマグネット４４と、ブラケット４５とを備えている。ステータコイル４３は、ブラケット４５の外周に取付けられ、ロータマグネット４４はディスクハブ４２の内周に取付けられている。ディスクハブ４２には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚（図９では２枚）保持されている。ステータコイル４３に通電すると、ステータコイル４３とロータマグネット４４との間の電磁力でロータマグネット４４が回転し、それによって、ディスクハブ４２及びディスクハブ４２に保持されたディスクＤが軸部材３１と一体に回転する。

この実施形態において、動圧軸受装置４１は、軸受部材４６と、軸受部材４６の内周に挿入される軸部材３１とを備えている。軸受部材４６は、一端を開口した有底筒状の電鋳部４７と、電鋳部４７と一体に形成される成形部４８とからなる。軸受部材４６は、例えばマスターと一体又は別体の電鋳部４７をインサート部品として樹脂で成形部４８と一体に射出成形される。

軸部材３１の外周面３１ａには、図９に示すように、凹部７としての複数のディンプル３２が形成されている。また、軸部材３１の一端面３１ｂは球面状をなし、軸部材３１を軸受部材４６の内周に挿入した状態では、対向する電鋳部４７の底部４７ｂの上端面４７ｂ１に当接する。また、軸部材３１の外周面３１ａのうち、ディスクハブ４２の固定領域となる端部領域には円環溝３１ｃが形成される。この円環溝３１ｃは、ディスクハブ４２の軸部材３１に対する抜止めとして作用する。これ以外の構成は、上記実施形態における記載に準じるので説明を省略する。

上記構成の軸部材３１を軸受部材４６の内周に挿入し、軸受部材４６の内部空間に潤滑油を注油する。これにより、電鋳部４７の内周面４７ａや底部４７ｂの上端面４７ｂ１と、これらに対向する軸部材３１の外周面３１ａとの間のすき間、および軸部材３１に形成されたディンプル３２を含む軸受内部空間を潤滑油で充満した動圧軸受装置４１が完成する。

上記構成の動圧軸受装置４１において、軸部材３１の回転時、軸部材３１の外周面３１ａに形成された動圧発生部３４は、対向する軸受部材４６の内周面（電鋳部４７の真円内周面４７ａ）との間にラジアル軸受隙間４９を形成する。そして、軸部材３１の回転に伴い、ラジアル軸受隙間４９の潤滑油が動圧発生部３４による動圧作用を生じ、その圧力が上昇する。これにより、軸部材３１をラジアル方向に回転自在に支持するラジアル軸受部Ｒ１１が形成される。同時に、軸部材３１の一端面３１ｂと、これに対向する電鋳部４７の上端面４７ｂ１との間に、軸部材３１をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔ１１が形成される。

以上より、この実施形態に係る動圧軸受装置１であれば、軸部材３１と軸受部材４６との間の摺動摩耗を低減することができる。従って、軸部材３１に設けられたディンプル３２あるいはその周囲領域３３の摩耗によりラジアル軸受隙間４９に生じる動圧作用が減少するといった事態を極力避けて、安定した軸受性能を長期に亘って発揮することが可能となる。

また、軸部材３１の側に動圧発生部３４（動圧作用を生じるための凹部７）を設けることで、かかる動圧発生部を軸受部材４６の側に設ける場合と比べ加工が容易である。そのため、上記モータの小サイズ化に対する要求にも容易に対応することができる。

なお、上記実施形態では、軸受部材３、４６を、電鋳部４、４７と樹脂製の成形部５、４８とで構成した場合を例示したが、特にこの構成に限る必要はない。例えば、電鋳部４、４７の代わりに、焼結金属製のスリーブ体を使用して軸受部材を構成することもできる。また、金属材料で軸受部材３、４７を一体に形成したり、摺動性や耐摩耗性を高めた樹脂組成物で軸受部材３、４７を一体に形成することも可能である。あるいは、モータ４０側の部材であるブラケット４５を、軸受部材４６と同一の材料（金属又は樹脂など）で一体に形成することも可能である。

なお、図１や図９では、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ１１をいわゆるピボット軸受で構成した場合を例示しているが、本発明は、動圧溝等の動圧発生手段で軸部材２をスラスト方向に非接触支持する動圧軸受にも適用可能である。この場合、軸部材２に、図示は省略するが、例えば軸部材２の外径側に張り出すフランジ部を設け、フランジ部の端面に、傾斜溝やディンプル等の動圧発生用の凹部を転造で形成し、次いでバレル加工を施すことで、凹部とその周囲領域との間で適度な硬度差（５０Ｈｖ〜２００Ｈｖ）を付与することができる。

また、以上の実施形態では、動圧軸受装置１、４１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間等に動圧作用を発生させる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも軸受隙間に動圧作用を生じ得る流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。 動圧軸受装置用軸部材に凹部を転造する工程を概念的に示す図である。 （ａ）は転造前の軸部材の外周面表層部の断面図、（ｂ）は転造後の凹部およびその周辺領域の表層部の断面図、（ｃ）はバレル加工後の凹部およびその周辺領域の表層部の断面図である。 バレル加工に用いるメディアと凹部との寸法関係を概念的に示す図である。 （ａ）は本発明の他実施形態に係る軸部材の側面図、（ｂ）は軸部材の軸直交断面図である。 （ａ）は軸部材に形成された軸方向溝の一形状を示す拡大断面図、（ｂ）〜（ｄ）は何れも軸方向溝の他形状を示す拡大断面図である。 本発明の他実施形態に係る軸部材の側面図である。 （ａ）は他実施形態に係る軸部材の側面図、（ｂ）は軸部材に形成されたディンプルの断面形状を示す拡大図、（ｃ）はディンプルの平面形状を示す拡大図である。 本発明に係る動圧軸受装置を組込んだ情報機器用モータの一構成例を概念的に示す断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 外周面
３ 軸受部材
４ 電鋳部
５ 成形部
６ ラジアル軸受隙間
７ 凹部
８ 周囲領域
８ａ 表面
９ａ、９ｂ 傾斜溝
１０ 動圧発生部
１１ 軸素材
１２、１３ 転造ダイス
１４ 表層部（凹部）
１４ａ 第１の加工硬化層
１５ 表層部（周囲領域）
１５ａ 第１の加工硬化層
１５ｂ 第２の加工硬化層
１８ メディア
２１ 軸部材
２２ 軸方向溝
２３ 周囲領域
２４ 動圧発生部
２５ 表層部
２５ａ 第１の加工硬化層
２６ 表層部
２６ａ 第１の加工硬化層
２６ｂ 第２の加工硬化層
３１ 軸部材
３２ ディンプル
３３ 周囲領域
３４ 動圧発生部
３５ 表層部
３５ａ 第１の加工硬化層
３６ 表層部
３６ａ 第１の加工硬化層
３６ｂ 第２の加工硬化層
４０ モータ
４１ 動圧軸受装置
４２ ディスクハブ
４３ ステータコイル
４４ ロータマグネット
４５ ブラケット
４６ 軸受部材
４９ ラジアル軸受隙間
Ｒ メディア径
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ１１ スラスト軸受部

Claims (4)

1. 軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための凹部が転造で形成された動圧軸受装置用軸部材であって、
   前記凹部の表層部に前記転造による第１の加工硬化層が形成され、かつ前記凹部の周囲領域の表層部に第２の加工硬化層が形成され、
   前記第２の加工硬化層の硬度が、前記凹部に形成された第１の加工硬化層の硬度に比べて５０Ｈｖ〜２００Ｈｖ高いことを特徴とする動圧軸受装置用軸部材。
2. 前記第２の加工硬化層が、バレル加工を行うことで得られる請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
3. 前記バレル加工が、前記凹部の底面に接触しないサイズのメディアを用いて行われた請求項２記載の動圧軸受装置用軸部材。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の動圧軸受装置用軸部材を備えた動圧軸受装置。