JP2008301624A - 流体軸受モータ、流体軸受式ディスク装置、及び流体軸受の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、温度変化による軸受流体の粘度変化に起因したモータ性能の変動が抑制された流体軸受モータ、及びそのような流体軸受モータを用いたディスク装置を提供することを課題とする。
【解決手段】流体軸受は、シャフト挿入孔４ａを有するスリーブ４と、シャフト挿入孔４ａに挿入された状態でスリーブ４により支持されながら回転可能なシャフト２と、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面とシャフト２との間に形成された軸受流体とを有する。シャフト２は、鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材、銅系合金材よりなる群から選定した材料により形成される。スリーブ４はチタン材により形成される。
【選択図】図１
【解決手段】流体軸受は、シャフト挿入孔４ａを有するスリーブ４と、シャフト挿入孔４ａに挿入された状態でスリーブ４により支持されながら回転可能なシャフト２と、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面とシャフト２との間に形成された軸受流体とを有する。シャフト２は、鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材、銅系合金材よりなる群から選定した材料により形成される。スリーブ４はチタン材により形成される。
【選択図】図１
Description
本発明は流体軸受に係り、より詳細には、磁気ディスク装置等に用いられる流体軸受モータの回転シャフトを支持する流体軸受に関する。
磁気ディスク装置等において、ディスク回転用のモータとして流体軸受モータが用いられる。現在、実用化されている流体軸受モータにおいて、シャフトをスリーブにより回転可能に支持した軸受構造が用いられる場合が多い。そのような軸受構造は、例えば、円筒状のスリーブの孔に円柱状のシャフトを挿入し、シャフトを回転させる構造である。ディスク装置のモータには、回転振れ精度が高いこと（低NRRO）、高剛性、静粛性、長寿命が要求されるので、軸受構造として流体軸受が用いられることが多い。流体軸受は、スリーブとシャフトとの間に軸受オイル等の軸受流体を介在させ、スリーブとシャフトとが直接接触しない状態でシャフトを回転させるものである。
磁気ディスク装置等に用いられる流体軸受モータのシャフトは、剛性が高く加工性のよいマルテンサイト系ステンレス鋼で形成されることが多い。軸受となるスリーブは、シャフトとのかじり（凝着）を低減し、加工性が良い銅系材料で形成されることが多い。
流体軸受の特性は、環境温度により影響を受けて変化する。すなわち、環境温度の変化により軸受流体の粘度が変化するため、軸受剛性及びトルク損失が変化する。ここで、軸受流体（オイル）の粘度をηとし、シャフトの回転角速度をωとし、シャフトの直径をｄとし、シャフトとスリーブとの間の間隙（クリアランス）をｃとすると、軸受剛性とトルク損失は以下のように表される。
軸受剛性 ∝ ηωｄ４／ｃ３
トルク損失 ∝ ηωｄ４／ｃ
軸受流体の粘度は環境温度により変化するため、流体軸受モータの特性は以下のように変化する。
トルク損失 ∝ ηωｄ４／ｃ
軸受流体の粘度は環境温度により変化するため、流体軸受モータの特性は以下のように変化する。
環境温度が上がると、軸受流体の粘度が小さくなり、軸受剛性が低下する。
環境温度が下がると、軸受流体の粘度が大きくなり、トルク損失が増加する。
このように、モータ性能は、環境温度変化に伴う軸受流体の粘度変化に大きく影響される。したがって、温度変化に対して軸受流体の粘度を一定に保つことが望ましいが、現状ではそのような特性を有する軸受流体の開発は技術的に難しい。
このように、モータ性能は、環境温度変化に伴う軸受流体の粘度変化に大きく影響される。したがって、温度変化に対して軸受流体の粘度を一定に保つことが望ましいが、現状ではそのような特性を有する軸受流体の開発は技術的に難しい。
そこで、軸受流体の粘度が変化しても、モータ性能に及ぼす影響が少なくなるような流体軸受構造が提案されている。この流体軸受構造では、スリーブの線膨張係数がシャフトの線膨張係数より小さくなるように、スリーブとシャフトの材料を選択する。具体的には、以下のようなモータ特性の変化により、軸受流体の粘度変化によるモータ性能の変化を吸収（相殺）する。
環境温度が上がると、軸受隙間が小さくなり、軸受剛性が上がる。
環境温度が下がると、軸受隙間が大きくなり、トルク損失が減少する。
このように、シャフトとスリーブの線膨張係数を考慮して、軸受隙間が自動的に調整されるようにして軸受流体の粘度変化による影響を補償するための材料の選択が以下のように種々提案されている。
シャフトにオーステナイト系ステンレス鋼を用い、スリーブにフェライト系又はマルテンサイト系ステンレス鋼を用いた流体軸受（例えば、特許文献１参照。）。
シャフトにアルミニウム合金を用い、スリーブに鉄系合金を用いた流体軸受（例えば、特許文献２参照。）。
シャフトにステンレス鋼を用い、スリーブにインバー材（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用いた流体軸受（例えば、特許文献３参照。）。
シャフトにマルテンサイト系ステンレス鋼を用い、スリーブにセラミックスを用いた流体軸受（例えば、特許文献４参照。）。
特開平８−１６１８２０号公報
特開平５−１１８３２２号公報
特開平９−１７７６７号公報
特開２００３−２５４３２５号公報
上述の従来のシャフトとスリーブの材料の組み合わせは以下のような問題を有している。
シャフト及びスリーブの両方にステンレス鋼を用いた場合、同種金属の摺動に起因した焼き付き（凝着）が発生するおそれがある。
シャフトにアルミニウム合金を用いた場合、シャフトとしての剛性を十分確保できないおそれがある。
スリーブにインバー材を用いた場合、インバー材は市場流通性が乏しく高価なため大幅なコストアップとなってしまう。また、インバー材は加工性が悪いため、スリーブ内面に動圧溝（ヘリングボーン溝）を形成することができないおそれがある。
スリーブにセラミックスを用いた場合、セラミックスは高価なため大幅なコストアップとなってしまう。また、セラミックスは加工性が悪いため、スリーブ内面に動圧溝（ヘリングボーン溝）を形成することができないおそれがある。
以上のように、従来提案されている、シャフトとスリーブの材料の組み合わせは、モータ剛性、加工精度、加工性、コスト面での問題を有しており、実用化が難しい。
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、温度変化による軸受流体の粘度変化に起因したモータ性能の変動が抑制された流体軸受モータ、及びそのような流体軸受モータを用いたディスク装置を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明に一局面によれば、シャフト挿入孔を有するスリーブと、該シャフト挿入孔に挿入された状態で、該スリーブにより支持されながら回転可能なシャフトと、前記スリーブの前記シャフト挿入孔の内面と前記シャフトとの間に供給された軸受流体とを有し、前記シャフトは、鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材、銅系合金材よりなる群から選定した材料により形成され、前記スリーブはチタン材により形成されたことを特徴とする流体軸受モータが提供される。
また、本発明の他の局面によれば、上述の流体軸受モータをディスク回転用モータとして用いたディスク装置が提供される。
さらに、本発明の他の局面によれば、シャフトを回転可能に支持する流体軸受の製造方法であって、該シャフトを、鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材、銅系合金材よりなる群から選定した材料により形成し、該シャフトを回転可能に支持するスリーブをチタン材により形成し、前記スリーブのシャフト挿入孔の内面にエッチングにより動圧溝を形成することを特徴とする流体軸受の製造方法が提供される。
本発明によれば、スリーブをチタン材により形成したことにより、シャフトとスリーブの温度変化に伴う軸受流体の粘度変化による影響を相殺する傾向に軸受隙間が変化し、軸受流体の粘度の変化がモータ性能に及ぼす影響を低減することができ、広い温度範囲内で変化の少ない安定したモータ性能を得ることができる。
本発明の一実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。
まず、本発明の一実施例による流体軸受モータについて、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施例による流体軸受スピンドルモータの断面図である。図１に示す流体軸受スピンドルモータは、磁気ディスク装置などのディスク装置においてディスクを回転させるためのモータとして用いられる。
図１において、モータのシャフト２は、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａに挿入された状態で回転可能である。スリーブ４はステータ部材６に固定される。ステータ部材６には、ステータコイル８が取り付けられる。
シャフト２はスリーブ４のシャフト挿入孔４ａに挿入され、その上端部がスリーブ４のシャフト挿入孔４ａから突出している。シャフト２の上端部は、ロータ部材１０に取り付けられており、ロータ部材１０はシャフト２を軸として回転する。ロータ部材１０は、シャフト２の軸方向に延在するフランジ部１０ａを有しており、フランジ部１０ａの内側にロータ磁石１２が取り付けられている。ロータ磁石１２は、ステータ部材６に取り付けられたステータコイル８に僅かな間隙をおいて対向する。
ステータコイル８に電流を流すことで、ロータ磁石１２に回転力が発生し、ロータ部材１０はシャフト２を軸として回転する。これにより、ロータ部材１０のフランジ部１０ａに取り付けられた磁気ディスク１４を回転させることができる。磁気ディスク１４の近傍に磁気ヘッド及び磁気ヘッドを駆動する駆動部を設けることで、磁気ディスク装置として機能する。
本実施例では、シャフト２をマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）により形成する。マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）は、シャフトを形成する材料として用いられることが多く、剛性、加工性、安定性等に優れている。マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）の線膨張係数は１０．３×１０−６／Ｋである。なお、シャフト２の材料としては、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）に限られず、マルテンサイト系以外のステンレス鋼、ステンレス鋼以外の鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材、銅系合金材等を適宜用いることができる。すなわち、シャフト２の材料としては、後述するチタン材より線膨張係数が大きい金属を用いることができる。
一方、本実施例では、スリーブ４をチタン材により形成する。チタン材はスリーブ４として十分な剛性を有し、且つ金属の中では極めて小さい線膨張係数（８×１０−６／Ｋ）を有している。また、チタン材は耐薬品性が高いため、軸受流体（オイル）に含まれる添加成分による腐食等の劣化が少ないため、スリーブ４の材料として適している。スリーブ４の材料としてチタン材を用いることで、スリーブ４の線膨張係数をシャフト２の線膨張係数より十分小さくすることができる。これにより、シャフト２とスリーブ４の温度が上昇するに従って、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａとの間の隙間（クリアランス）を小さくすることができる。シャフト２とスリーブ４の温度が低下するに従って、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａとの間の隙間（クリアランス）を大きくすることができる。
すなわち、シャフト２のほうがスリーブ４より線膨張係数が大きいので、温度が上昇すると、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａとの間の隙間（クリアランス）は小さくなる。これにより、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａとの間の隙間（クリアランス）に供給されている軸受流体（オイル）の粘度が、温度上昇により低くなっても、クリアランスの減少に伴って軸受剛性は大きくなる。その結果、温度上昇に起因した軸受特性の変化が抑制され、モータ性能の変化を抑制することができる。
シャフト２のほうがスリーブ４より線膨張係数が大きいので、温度が低下すると、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａとの間の隙間（クリアランス）は大きくなる。これにより、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａとの間の隙間（クリアランス）に供給されている軸受流体（オイル）の粘度が、温度低下により大きくなっても、クリアランスの増大に伴って軸受流体（オイル）によるトルク損失は小さくなる。その結果、温度上昇に起因した軸受特性の変化が抑制され、モータ性能の変化を抑制することができる。
ここで、シャフト２とスリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面との間には、軸受オイル等の軸受流体が供給される。シャフト２とスリーブ４との間に供給された軸受流体には、シャフト２が回転することで動圧が発生する。これにより、シャフト２は、その周囲が軸受流体で常に覆われた状態でスリーブ４のシャフト挿入孔４ａ内で回転する。
軸受流体に動圧を発生させるための手段として、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面には図２に示すような動圧溝４ｂが形成される。動圧溝４ｂは一般にヘリングボーン溝と称される多数の細かい溝である。動圧溝４ｂの寸法は流体軸受の各種条件によって異なるが、例えば、ピッチ数１００μｍで深さ１０μｍのＶ字型の多数の溝を、各溝のＶ字の頂点がシャフトの回転方向に向くように整列させたものである。
このように、動圧溝４ｂは微細な溝であり且つ貫通孔４ｂの内面に形成しなくてはならないので、加工が難しい。加えて、スリーブ４をチタン材で形成した場合、チタン材は機械加工が難しいという問題がある。
そこで、チタン材の微細加工を検討した結果、動圧溝４ｂを特殊なエッチング加工手順により形成できることができることがわかった。以下にそのエッチング加工について説明する。
エッチング加工では、まず、マスクの表面に光非透過層すなわちレジストを形成し、露光、現像およびエッチングを行うことで、ネガポジ反転パターンをマスクの表面に形成する。そして、被加工物（スリーブ４）のパターン（動圧溝４ｂ）を形成する部分に、光非透過層すなわちレジストを形成し、コネクタによって取替え可能なマスクを用いて露光を行い、マスクのパターンをレジストに転写する。そして、レジストを現像した後に、エッチングにより、被加工物の面（スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面）にマスクパターンを形成する。
以上のエッチング加工についてさらに詳細に説明する。図３は、エッチング加工に用いるフォトマスク装置の構造を示す図である。
図３において、チタン材で形成されたスリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面にレジスト２２が塗布されている。レジスト２２は、感光性のレジスト（ＵＶ硬化型のレジスト）である。シャフト挿入孔４ａに、円柱状で外面に所定のマスクパターン(動圧溝に対応したパターン)が形成されたマスク部材２０が挿入されている。マスク部材２０の材料としては、光透過性があるガラス、石英または透明度の高い樹脂材料等を用いることができる。樹脂材料としては、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステルまたはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などがあげられる。
マスク部材２０は、コネクタ２４を介して支持部２６に、取り外し可能に固定されている。したがって、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの形状に合わせて任意形状のマスクと交換することができる。マスク部材２０は、可撓性を有する光ファイバなどで構成された導光ケーブル２８に接続されている。可撓性を有する導光ケーブル２８を用いることで、作業レイアウトに対する自由度が広がり、作業性を改善することができる。
なお、導光ケーブル２８は図示しない露光源（例えばＵＶ光源）に接続されている。露光源から照射されるＵＶ光は、導光ケーブル２８を介してマスク部材２０に到達し、レジスト２２にマスクパターンを露光することができる。
次に、上述のフォトマスク装置を用いて、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面に動圧溝４ｂのパターンを形成する手順について、図４を参照しながら説明する。図４は、フォトマスク装置を用いて動圧溝４ｂのパターンをスリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面に形成する工程を示すフローチャートである。
まず、レジスト２２をスリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面に塗布する（ステップＳ１０１）。具体的には、レジストを溶媒で希釈した溶液をシャフト挿入孔４ａの内面に滴下して余分な溶液を取り除くことで、レジスト２２をシャフト挿入孔４ａの内面に塗布する。なお、レジスト２２の形成方法としては、対象物をレジスト溶液に浸けるディップ法、流し掛け、回転塗布、スプレーを使用する方法、電着法などがある。
次に、塗布したレジスト２２をプレベークする（ステップＳ１０２）。ここでプレベークとは、ステップＳ１０１で塗布したレジスト中の溶液を蒸発させるために、レジスト２２の温度を所定温度に上昇させることである。
そして、マスク部材２０をスリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内部に挿入し（ステップＳ１０３）、マスク部材２０を介して露光させる（ステップＳ１０４）。具体的には、ステップＳ１０３でスリーブ４のシャフト挿入孔４ａに挿入したマスク部材２０の外面に形成されたマスクパターンを、レジスト２２上に露光する。そして、マスク部材２０を、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａから抜き取り（ステップＳ１０５）、現像する（ステップＳ１０６）。すなわち、図３に示すレジスト２２を露光した後、例えば、炭酸ナトリウム溶液などで現像して、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａにマスクパターンを生成する。
その後、レジスト２２のポストベークを行う（ステップＳ１０７）。すなわち、レジスト２２中の溶剤、水分を除去し、シャフト挿入孔４ａの内面との密着性を高めるために、レジスト２２の温度を所定温度になるまで上昇させる。
そして、エッチングを行う（ステップＳ１０８）。すなわち、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａの内面に、レジスト２２で露光形成されたパターンをマスクとして、レジスト２２が存在しない部分をエッチングして所定深さのパターンを形成する。
エッチングの方法としては、チタン材をエッチングできる方法であればよく、ドライエッチング、あるいはウエットエッチングなどの化学エッチング、電解エッチング、などの方法を用いることができる。ドライエッチングとしては、プラズマエッチングを用いることができる。チタン材のウエットエッチングの溶液としては、フッ酸や硝酸を含む溶液などを用いることができる。チタン材の電解エッチングの溶液としては、硫酸を含む溶液などを用いることができる。
エッチングにより所定の深さのパターン（動圧溝）が形成されたら、レジスト２２を除去する（ステップＳ１０９）。例えば、硬化したレジスト２２は、剥離液（例えば、水酸化ナトリウム溶液、有機溶剤など）で除去することができる。
以上のように、シャフト挿入孔４ａの内面で動圧溝を形成する部分にレジスト２２を塗布し、シャフト挿入孔４ａにマスク部材２０を挿入し、露光、現像、エッチングおよびレジスト２２の除去を行うことで、動圧溝４ｂをシャフト挿入孔４ａの内面に迅速且つ容易に形成することができる。
次に、マスク部材２０の外面に露光パターン（動圧溝に対応するパターン）を形成する方法を説明する。図５は、マスク部材２０の外面に露光パターンを形成する工程を示すフローチャートである。また、図６は、図５に示す工程において露光パターンが形成される様子を示す図である。
まず、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａに挿入可能な形状のマスク部材２０を作成し、クロム蒸着、めっき等によりマスク部材２０の外面に光非透過層を設ける（ステップＳ２０１）。マスク部材２０の外面にレジストを塗布し（ステップＳ２０２）、プレベークする（ステップＳ２０３）。そして、マスク部材２０に露光パターンフィルムを巻き付け（ステップＳ２０４）、露光し（ステップＳ２０５）、現像する（ステップＳ２０６）。続いて、現像したマスクパターンをポストベークする（ステップＳ２０７）。
そして、現像されたレジストをマスクとしてマスク部材２０の表面のエッチングを行い（ステップＳ２０８）、レジストを剥離し（ステップＳ２０９）、ネガポジ反転パターンをマスク部材２０の表面に形成する（ステップＳ２１０）。
なお、図５では、露光パターンフィルムを利用して、フォトエッチングにより、マスク部材２０の表面にパターンを形成したが、これに限定されるものではなく、例えば、露光パターンフィルムの代わりにレーザー光を三次元走査して、所定のパターンをレジスト層に直接露光してもよい。
レーザー光を三次元走査させて、加工用マスク部材２０の外面に露光パターンを形成するには、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａに挿入可能な形状のマスク部材２０を作成し、マスク部材２０の表面にクロム蒸着、めっき等により光非透過層を設ける。そして、マスク部材２０の表面にレジストを塗布し、プレベークする。
そして、レーザー光三次元走査によりレジストを露光させ、露光したレジストを現像し、ポストベークする。現像されたレジストをマスクとしてマスク部材２０の表面のエッチングを行い、レジストを剥離し、ネガポジ反転パターンをマスク部材２０の表面に形成する。
なお、レーザー光を三次元走査して、マスク表面の光非透過層を剥離することで、ネガポジ反転パターンをマスク部材２０に直接描画してもよい。例えば、スリーブ４のシャフト挿入孔４ａに挿入可能な形状のマスク部材２０を作成し、表面にクロム蒸着、めっき等により光非透過層を設け、レーザー光三次元走査によりクロム蒸着層を剥離し、ネガポジ反転パターンをマスク表面に直接描画する。
以上のようにして、透明な円柱状のマスク部材２０の外面に動圧溝形成用のマスクを形成するためのパターンを描画することができる。なお、上述の例では、マスク部材２０を透明な円柱状の部材としたが、透明な円筒状の部材として、その内面に露光パターンを形成することとしてもよい。
上述のエッチング方法によりチタン材の表面に動圧溝と同様な形状の微細な溝を形成したところ、良好な結果が得られた。図７はチタン材上に形成した微細な溝のパターンを示す図である。また、図８は形成された溝の形状を表面粗さ計で測定した結果を示す図である。表面粗さ計は触針式の粗さ計であり、図７に示す矢印に沿って走査した。図８に示すように、ピッチ８００μｍで深さが２０μｍ程度の溝が形成できることがわかった。動圧溝として必要な溝は幅が数１００μｍで深さは数μｍ〜１０μｍ程度であり、上述のエッチング方法でチタン材の表面に良好な形状の動圧溝を形成できることがわかった。
次に、本実施例によるチタン製のスリーブを用いた流体軸受を作成し、従来の材料で形成したスリーブを用いた流体軸受との特性を比較した結果を図９に示す。軸受剛性比とは、常温（２５℃）のときの軸受剛性を１とした場合の軸受剛性の変化率であり、（低温時の軸受剛性／常温時の軸受剛性）および（高温時の軸受剛性／常温時の軸受剛性）で表される値である。また、トルク損失比とは、常温（２５℃）のときのトルク損失を１とした場合のトルク損失の変化率であり、（低温時のトルク損失／常温時のトルク損失）および（高温時のトルク損失／常温時のトルク損失）で表される値である。
本実施例による流体軸受は、上述のようにチタン材でスリーブを形成し、シャフトをマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）で形成することで作成した。シャフトの外径は常温（２５℃）で４ｍｍとし、スリーブのシャフト挿入孔は、シャフトとの間の隙間ｃ（クリアランス）が常温（２５℃）で４μｍとなるように加工した。
シャフトとスリーブとの間に供給する軸受流体としてエステル系の軸受オイルを用いた。軸受オイルの粘度ηは、常温（２５℃）において２０ｃＳｔであった。軸受オイルの粘度ηは、低温（０℃）においては５０ｃＳｔと大きくなり、高温（５０℃）においては１０ｃＳｔと小さくなる。
比較例として、従来提案されている種々の材料でのシャフトとスリーブの組み合わせによる流体軸受を作成した。
１）比較例１：シャフトをマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）で形成し、スリーブを銅系合金で形成した。このシャフトとスリーブの材料の組み合わせは、従来多く用いられている組み合わせである。この組み合わせであると、軸受剛性の変化率、及びトルク損失の変化率が大きいという問題がある。
２）比較例２：シャフトをオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成し、スリーブをマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）で形成した。この組み合わせであると、同種金属であるため、かじり（凝着）が発生するという問題がある。
３）比較例３：シャフトをアルミニウム合金で形成し、スリーブをオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で形成した。この組み合わせであると、シャフトがアルミニウムであるため、シャフトの剛性が不足するという問題がある。
４）比較例４：シャフトをマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）で形成し、スリーブをインバー材で形成した。インバー材は線膨張係数が特に小さいため、その点ではスリーブの材料として好適であるが、市場流通性が乏しく、加工性が悪く、実用に耐え得る形状に安価で加工することが難しいという問題がある。
５）比較例５：シャフトをマルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）で形成し、スリーブをセラミックスで形成した。セラミックスは線膨張係数が小さいため、その点ではスリーブの材料として好適であるが、加工性が悪く、実用に耐え得る形状に安価で加工することが難しいという問題がある。
以上のような組み合わせで、シャフトの外径は常温（２５℃）で４ｍｍとし、スリーブのシャフト挿入孔は、シャフトとの間の隙間ｃ（クリアランス）が常温（２５℃）で４μｍとなるように加工し、比較例１〜５の各流体軸受を作成した。流体軸受としては実施例と同じ軸受オイルを用いた。
以上のような比較例１〜５と本発明の実施例による流体軸受を作成して、常温（２５℃）、低温（０℃）、高温（５０℃）で運転し、軸受剛性比及びトルク損失比を求めた。なお、軸受剛性比及びトルク損失比は、それぞれ常温（２５℃）のときの値を１として求めた。
図９からわかるように、スリーブの材料としてチタン材を用いた場合、一般的な組み合わせである比較例１より、軸受剛性の変化率、トルク損失の変化率は小さくなり、大幅に改善された。比較例２は、軸受剛性の変化率、トルク損失の変化率ともにチタン材を用いた実施例より小さい結果が出たが、同種金属に起因したかじり（凝着）が発生するので、実用化するのは難しい。また、比較例３も、軸受剛性の変化率、トルク損失の変化率ともにチタン材を用いた実施例より小さい結果が出たが、軸の剛性が小さいため実用化するのは難しい。スリーブの材料としてインバーを用いた比較例４は、軸受剛性の変化率、トルク損失の変化率ともに最小であり特性としては最も良い結果であったが、コスト面で実用に耐え得る流体軸受を製造することは難しい。セラミックスを用いた比較例５は、軸受剛性の変化率、トルク損失の変化率ともにチタン材を用いた実施例とほぼ同等な結果が出たが、セラミックスの加工性は極めて悪いため、加工コストが高くなる。
以上の結果から、特性変化、加工性、加工コスト、材料コスト等を含めて総合的に判断すると、スリーブの材料としてチタン材を用いた本実施例が、最も適しているということがわかった。
２ シャフト
４ スリーブ
４ａ シャフト挿入孔
４ｂ 動圧溝
６ ステータ部材
８ ステータコイル
１０ ロータ部材
１２ ロータ磁石
１４ 磁気ディスク
２０ マスク部材
２２ レジスト
２４ コネクタ
２６ 支持部
２８ 導光ケーブル
４ スリーブ
４ａ シャフト挿入孔
４ｂ 動圧溝
６ ステータ部材
８ ステータコイル
１０ ロータ部材
１２ ロータ磁石
１４ 磁気ディスク
２０ マスク部材
２２ レジスト
２４ コネクタ
２６ 支持部
２８ 導光ケーブル
Claims (6)
- シャフト挿入孔を有するスリーブと、
該シャフト挿入孔に挿入された状態で、該スリーブにより支持されながら回転可能なシャフトと、
前記スリーブの前記シャフト挿入孔の内面と前記シャフトとの間に介在する軸受流体と
を有し、
前記シャフトは、鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材あるいは銅系合金材から選定した材料により形成され、前記スリーブはチタン材により形成されたことを特徴とする流体軸受モータ。 - 請求項１記載の流体軸受モータであって、
前記シャフト挿入孔の前記内面に動圧溝が形成されていることを特徴とする流体軸受モータ。 - 請求項２記載の流体軸受けモータであって、
前記動圧溝はエッチングにより形成された溝であることを特徴とする流体軸受モータ。 - 請求項１から３のうちいずれか一項記載の流体軸受モータであって、
前記シャフトはロータに固定され、前記スリーブはステータに固定されたことを特徴とする流体軸受モータ。 - 請求項１から４のうちいずれか一項記載の流体軸受モータをディスク回転用モータとして用いた流体軸受式ディスク装置。
- シャフトを回転可能に支持する流体軸受の製造方法であって、
該シャフトを、鋼材、鉄系合金材、アルミニウム系合金材あるいは銅系合金材から選定した材料により形成し、
該シャフトを回転可能に支持するスリーブをチタン材により形成し、
前記スリーブのシャフト挿入孔の内面にエッチングにより動圧溝を形成する
ことを特徴とする流体軸受の製造方法。
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