(57)【要約】【課題】動圧発生溝を転造加工するときに発生するスリーブ内周軸受面の余肉部を整形して平坦にし、かつ軸受面およびスリーブ全体の表面空孔を封孔することにより、圧力漏れが無く高性能で長寿命な流体軸受及びその製造方法を得る。【解決手段】軸受孔を有し、前記軸受孔の内周面に動圧発生溝を有し、前記軸受孔に軸が相対的に回転可能な状態で挿入されているスリーブを備えた動圧流体軸受装置の製造方法であって、転造により動圧発生溝を形成して成形体を形成する工程と、前記成形体を熱処理して再焼結する工程と、さらにスリーブ内径より大きなボールを通して整形するボールバニッシュ工程を行なう。【選択図】図３
2010007721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受孔の内周面に動圧発生溝を有するスリーブと、
前記軸受孔に相対的に回転可能な状態で挿入されている軸と、を備えた動圧流体軸受装置の製造方法であって、
前記スリーブは、
金属粉体を中空円筒状に成型し第１の成形体を形成する粉体成形工程と、
前記第１の成形体を焼結して第２の成形体を形成する焼結工程と、
前記第２の成形体に第１のサイジングを行って整形し第３の成形体を形成する第１のサイジング工程と、
前記第３の成形体の内周面に転造により動圧発生溝を形成して第４の成形体を形成する動圧溝転造工程と、
前記第４の成形体を熱処理して第５の成形体を形成する熱処理工程と、
前記第５の成形体の軸受孔内に前記第５の成形体の内径より大きい径のボールを挿通して、前記第５の成形体の内径を整形する第１のボールバニッシュを行って第６の成形体を形成する第１のボールバニッシュ工程と、
を含むことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項２】
軸受孔の内周面に動圧発生溝を有するスリーブと、
前記軸受孔に相対的に回転可能な状態で挿入されている軸と、を備えた動圧流体軸受装置の製造方法であって、
前記スリーブは、
金属粉体を中空円筒状に成型し第１の成形体を形成する粉体成形工程と、
前記第１の成形体を焼結して第２の成形体を形成する焼結工程と、
前記第２の成形体に第１のサイジングを行って整形し第３の成形体を形成する第１のサイジング工程と、
前記第３の成形体を熱処理して第４の成形体を形成する熱処理工程と、
前記第４の成形体の内周面に転造により動圧発生溝を形成して第５の成形体を形成する動圧溝転造工程と、
前記第５の成形体の軸受孔内に前記第５の成形体の内径より大きい径のボールを挿通して、前記第５の成形体の内径を整形する第１のボールバニッシュを行って第６の成形体を形成する第１のボールバニッシュ工程と、
を含むことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項３】
軸受孔の内周面に動圧発生溝を有するスリーブと、
前記軸受孔に相対的に回転可能な状態で挿入されている軸と、を備えた動圧流体軸受装置の製造方法であって、
前記スリーブは金属粉体を中空円筒状に成型し第１の成形体を形成する粉体成形工程と、
前記第１の成形体を焼結して第２の成形体を形成する焼結工程と、
前記第２の成形体に第１のサイジングを行って整形し第３の成形体を形成する第１のサイジング工程と、
前記第３の成形体の内周面に転造により動圧発生溝を形成して第４の成形体を形成する動圧溝転造工程と、
前記第４の成形体の軸受孔内に前記第４の成形体の内径より大きい径のボールを挿通して、前記第４の成形体の内径を整形する第１のボールバニッシングを行って第５の成形体を形成する第１のボールバニッシュ工程と、
前記第５の成形体を熱処理して第６の成形体を形成する熱処理工程と、
を含むことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１、２、３のいずれか１項に記載の前記熱処理工程における熱処理温度は、７００℃〜１２００℃であることを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１、２、３のいずれか１項に記載の前記第１のボールバニッシュ工程におけるボールバニッシュに使用するボールの径は、当該工程前の前記成形体の内径より２〜５μｍ大きいことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の動圧流体軸受装置の製造方法は、さらに前記成形体の少なくとも一部の表面を第２のサイジングをする第２のサイジング工程を設けることを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の動圧流体軸受装置の製造方法は、さらに前記成形体に前記成形体の内径より大きい径のボールを挿通して、前記成形体の内径を整形する第２のボールバニッシュを行なう第２のボールバニッシュ工程を設けることを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の前記第２のボールバニッシュ工程におけるボールバニッシュに使用するボールの径は、当該工程前の前記成形体の内径より１〜２μｍ大きいことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の工程後、さらに前記スリーブの表面に四酸化三鉄または三酸化二鉄を含む酸化膜を形成することを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の工程後、さらに前記スリーブの表面に樹脂または水ガラスを含浸させることを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の工程後、さらに前記スリーブの表面に加熱溶解した金属を含浸したことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の工程後、さらに前記スリーブ表面にニッケルを含む金属メッキにより薄膜を形成したことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項９から１１のいずれか１項に記載の工程後、さらに前記スリーブ表面にＤＬＣコーティングにより薄膜を形成したことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法。
【請求項１４】
軸と、
前記軸が相対的に回転可能な状態で挿入される軸受孔を有するスリーブと、
前記軸受孔の内周面に形成された動圧面と、
前記内周面に形成された動圧発生溝と、
前記軸と前記スリーブによって形成される隙間に保持される潤滑流体と、
を備え、
前記動圧面であって前記動圧発生溝間に形成される丘部は、その両端部が中央部よりも内径方向に突出しないことを特徴とする動圧流体軸受装置。
【請求項１５】
前記丘部の両端部は、中央部よりも０．１μｍ以上低く形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１６】
前記スリーブの表面に、四酸化三鉄または三酸化二鉄を含む酸化膜を形成し、表面を封孔する、請求項１４に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１７】
前記スリーブの表面に、樹脂または水ガラスを含浸した請求項１４に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１８】
前記スリーブの表面に、加熱溶解した金属を含浸した請求項１４に記載の動圧流体軸受装置。
【請求項１９】
請求項１６から１８のいずれか１項に記載の前記スリーブの表面に、ニッケルを含む金属からなる薄膜を形成した動圧流体軸受装置。
【請求項２０】
請求項１６から１８のいずれか１項に記載の前記スリーブの表面に、ＤＬＣからなる薄膜を形成した動圧流体軸受装置。
【請求項２１】
請求項１４から２０のいずれか１項に記載の動圧流体軸受装置と、
前記動圧流体軸受装置に回転可能に固定されるロータハブと、
前記ハブに固定されたロータ磁石と、
前記動圧流体軸受装置を固定するベースプレートと、
前記ロータ磁石と対向するように前記ベースに固定されたステータと、
を備えているスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動圧流体軸受装置、およびその動圧流体軸受装置を構成するスリーブの製造方法、さらにそれを備えたスピンドルモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転するディスクを用いたハードディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置等の記録再生装置は、その情報記憶容量が増大し、またデータの転送速度が高速化しているため、これらに使用されるスピンドルモータの軸受装置は常にディスク負荷を高精度に回転させることができるように、高い性能と信頼性が要求されている。そこでこれら記録再生装置には高速回転に適した動圧流体軸受装置およびそれを備えたスピンドルモータが用いられている。
【０００３】
動圧流体軸受装置は、軸とスリーブとの間に潤滑流体（一般的にはオイル）を介在させ、動圧発生溝によって回転時にポンピング圧力を発生し、これにより軸がスリーブに対して非接触で回転する。このように動圧流体軸受装置は、非接触で機械的な摩擦が無いため高速回転に適している。
【０００４】
動圧流体軸受装置は、図１５に示すように、軸１０１、フランジ１０２、スリーブ１０３、スラスト板１０４、潤滑流体１０５から構成されており、さらにそれを備えたスピンドルモータ１００は、ロータハブ１０６、ロータ磁石１０７、巻線が巻回されたステータコア１０８、ベース１０９から構成されている。発明者は、特許文献１により、上記の動圧流体軸受装置の構成部品であるスリーブ１０３を焼結材料で成型し、さらに表面を樹脂等によって完全封孔して潤滑流体１０５がスリーブ１０３に浸み込んで潤滑流体漏れを起こしたり、発生動圧が低下しないような構成を提案した。また、前記スリーブ１０３を量産可能にかつ安価に製造するために、まず焼結粉体材料を成型し焼成して成形体を製作し、次に前記成形体をサイジングして整形し、転造工法等で動圧発生溝を形成し、さらに前記成形体を再度サイジングして整形し、最後に前記成形体のスプリングバックを利用してスリーブ１０３を金型から取り出すような製造方法を提案した。
【特許文献１】特開２００７−１１３７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の動圧流体軸受装置の製造方法によって、潤滑流体漏れを起こさず発生動圧が低下しないスリーブの生産性を向上させることができるようになったが、今後さらに次のような点も改善していくことが望まれる。すなわち、焼結金属で形成されたスリーブに、転造工法で成形体１１１に動圧発生溝を形成したときに、図１６に示すような動圧発生面から盛り上がる余肉部１１１ｈが同時に形成される。軸受性能の向上や信頼性の向上のために、成形体１１１に付帯するこのような余肉部１１１ｈは整形して影響をなくするか、もしくは取り除く必要がある。このために、動圧発生面を押圧して整形する目的で、前記の動圧溝を転造加工した後に再度サイジング等を行なっているが、加工硬化等によって余肉部が固くなっているので、単に動圧発生面をサイジングするだけでは十分に整形することができないという課題があった。
これを放置しておけば、動圧流体軸受装置が高温で使用されて潤滑流体１０５の粘度が低下した場合や、ディスク１１０等の負荷が重い条件で使用された場合に、軸１０１が接触して発熱したり擦れたりすることもあり得るわけで、さらに信頼性を高めることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明は、動圧流体軸受装置の信頼性をさらに高めることを目的としたものである。
そしてこの目的を達成するために、本発明の動圧流体軸受装置の製造方法は、
軸受孔の内周面に動圧発生溝を有するスリーブと、前記軸受孔に相対的に回転可能な状態で挿入されている軸と、を備えた動圧流体軸受装置の製造方法であって、
前記スリーブは、金属粉体を中空円筒状に成型し第１の成形体を形成する粉体成形工程と、前記第１の成形体を焼結して第２の成形体を形成する焼結工程と、前記第２の成形体に第１のサイジングを行って整形し第３の成形体を形成する第１のサイジング工程と、前記第３の成形体の内周面に転造により動圧発生溝を形成して第４の成形体を形成する動圧溝転造工程と、前記第４の成形体を熱処理して第５の成形体を形成する熱処理工程と、前記第５の成形体の軸受孔内に前記第５の成形体の内径より大きい径のボールを挿通して、前記第５の成形体の内径を整形する第１のボールバニッシュを行って第６の成形体を形成する第１のボールバニッシュ工程と、
を含むことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法である。
また、本発明は、さらに前記第６の成形体の少なくとも一部の表面を第２のサイジング（型内仕上げ）を施すことによって表面密度を増大させることを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法である。
加えて、本発明は、さらに前記第２のサイジングを施した成形体に前記成形体の内径より大きい径のボールを挿通して、前記成形体の内径を整形する第２のボールバニッシングを行なうことを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法である。
さらに、本発明は、前記スリーブの表面に酸化膜を形成する方法で前記スリーブの表面を封孔したものであり、さらにニッケルを含む金属メッキにより薄膜を形成する方法で、スリーブの表面硬度を内部よりも向上させるものである。
【０００７】
このように、成形体の内周面に転造により動圧発生溝を形成した成形体にボールバニッシュを行なって表面密度を高くしていくとともに、熱処理工程（再焼結）を設けることにより、前工程にて成形体の表面が加工硬化したものを軟化させ（加工によって増加した転位を消滅させ）、後工程の型内仕上げ（第２のサイジング）で成形体がより金型に添い易く（密着し易く）なり、仕上げ工程での内径寸法や形状が安定することを特徴とする動圧流体軸受装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の動圧流体軸受装置のスリーブは、上述したように、まず金属粉体を中空円筒状に成型し、これを焼結して焼結金属成形体とし、次に密度を向上させるために第１のサイジングを行い、転造工法で動圧発生溝を形成する。その後熱処理（再焼結）を行い、さらに第１のボールバニッシュを行なうことにより、溝転造等にて加工硬化した表面を軟化することができるので、動圧発生溝は形状を深く滑らかに形成できる。また、軸受内周面はあらかじめ表面の密度を上げておいた上で、その後の第２のサイジングや第２のボールバニッシュでさらに表面密度を向上させているので、表面に残留空孔がなく緻密な成形体とすることができ、その上でさらに表面処理で封孔するので、動圧発生溝で発生した圧力が漏れず焼結成形体の動圧流体軸受面においても高い圧力を発生させることができる。よって、軸は安定して浮上でき、動圧性能と信頼性が良好な動圧流体軸受装置を得ることができる。
【０００９】
また、上記の熱処理（再焼結）を行うことにより、第２のサイジングにおける、金型と焼結金属の密着性が向上し、内径の動圧発生溝部に発生する余肉部等が潰れやすく整形し易くなり、第２のサイジングの圧縮代を小さくできるため、加工応力開放時のたわみ変化量を少なく抑制できることにより、内径精度をより安定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１、図２は本発明の動圧流体軸受装置の構成を示す断面図である。
[動圧流体軸受装置およびスピンドルモータの構成]
図１において、動圧流体軸受装置は、軸１、フランジ２、スリーブ３、スラスト板４、潤滑流体５（オイル、高流動性グリス、イオン性液体等）から構成され、前記動圧流体軸受装置を備えたスピンドルモータは、さらにロータハブ６、ロータ磁石７、コイルが巻線されたステータ８、ベース９を有する。軸１はフランジ２を一体的に有し、軸１はスリーブ３の軸受孔３Ａに回転自在に挿入され、フランジ２はスリーブ３の下面部においてスリーブ３の凹部３Jに収納される。スリーブ３の内周面には動圧発生溝３Ｂ、３Ｃが設けられている。また、フランジ２のスリーブ３との対向面、及びフランジ２とスラスト板４との対向面には、それぞれの対向する面の少なくともいずれか一方には動圧発生溝２Ａ、２Ｂが設けられている。図１では、フランジ２の両面にそれぞれ動圧発生溝２Ａ、２Ｂが設けられている。スラスト板４はスリーブ３に接着（例えば、エポキシ系接着剤を使用）、溶接（例えば、レーザで溶接）、溶浸（例えば、低融点金属を溶解して固化）等で密封固定されている。少なくとも各動圧発生溝３Ｂ、３Ｃ、２Ａ、２Ｂの付近の軸受隙間は潤滑流体５が保持されている。ロータハブ６は軸１に固定され、ロータハブ６には、図示しないクランパー等によってディスク１０が固定される。３Ｄは軸１の径小部であり、潤滑流体溜り部になっている。この潤滑流体溜り部３Ｄは、スリーブ３側に加工することも可能である。
尚、本実施の形態において、軸１の材質はステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０）、高マンガンクロム鋼（例えば、ＡＳＫ８０００）、または炭素鋼を用いている。軸１のラジアル軸受面の表面粗さは、加工により０．０１〜０．８μｍの範囲に仕上げた材料を使用している。
[動圧流体軸受装置およびスピンドルモータの動作]
以上のように構成された本発明の動圧流体軸受装置およびそれを備えたスピンドルモータ、また、それが搭載される記録再生装置について、その動作について説明する。図１において、図示しない制御回路によりステータ８に回転磁界を発生させると、ロータ磁石７に回転力が与えられ、ロータハブ６、軸１、フランジ２、ディスク１０が回転を始める。回転により、動圧発生溝３Ｂ、３Ｃ、２Ａ、２Ｂは潤滑流体５をかき集め、軸１とスリーブ３の間、及びフランジ２とスリーブ３の間、及びフランジ２とスラスト板４の間に動圧力（ポンピング圧力）を発生する。これにより、軸１はスリーブ３とスラスト板４に対して非接触で回転し、図示しない磁気ヘッドまたは光学ヘッドにより、ディスク１０上にデータの記録再生を行う。
[スリーブの構成]
一方、スリーブ３の材質は図２に部分断面図を示すように、鉄系金属焼結体３Ｅから成り、この焼結体３Ｅの内部に残留する空孔３Ｆには、スリーブ３の表面に必要に応じて４００℃〜７００℃の高温水蒸気処理（スチーム処理）により四酸化三鉄または三酸化二鉄の酸化皮膜層３Ｇを約１〜１０μｍの厚さに設けて、スリーブ３の表面を封孔している。
この場合は空孔３Ｆ内にも酸化皮膜層が形成されている。尚、燒結金属材料が銅系の場合は、酸化膜は形成できないので、例えば、樹脂、水ガラス等を含浸し固化させるか、または、錫、亜鉛等の低融点金属を高温下で溶融させて液化して注入したあと常温で固化させて封孔してもよい。また、空孔３Ｆには、熱硬化性または嫌気硬化性のアクリル樹脂を低圧槽の中で含浸してもよい。これらの樹脂封孔においては、樹脂を硬化させる前に十分洗浄を行うため、表面付近に残留付着した樹脂はすべて除去され、内部に含浸された樹脂だけが残留し硬化する。これにより、スリーブの内部は樹脂３Ｆで封孔される。
【００１２】
さらにスリーブ３の表面は必要に応じて上記の封孔処理に加えて、ニッケルを含む金属成分のメッキまたはＤＬＣの硬質皮膜３Ｈを厚さ１〜１０μｍの厚さに形成してもよい。このようにスリーブ３の表面は完全に封孔されているため、従来の流体軸受装置のように焼結金属で形成されたスリーブからの潤滑流体漏れを防ぐためのスリーブを覆うスリーブカバーが不要であり、また、スリーブ内周面の表面空孔（３Ｆのような表面に連通している空孔）に潤滑流体が漏出して軸受内部に潤滑流体不足を生じたり、スリーブ端面や外周面から漏出した潤滑流体がガス化して流体軸受装置の周囲を汚染するというようなことがない。スリーブ３は表面が封孔されているので、ベース９にスリーブカバー等を介せず、直接接着剤（例えば、アクリル系接着剤やエポキシ系接着剤）により固定される。ロータハブ６にはロータ磁石７が取り付けられ、またベース９にはロータ磁石７に対向する位置にステータ８が固定される。図１では、ロータ磁石７の内周側にステータ８を対向配置したアウターロータ型としたが、ロータ磁石７の外周側にステータ８を対向配置したインナーロータ型としてもよい。スリーブ３はスリーブカバー等を介せずに直接ベース９に固定できるため、取付け時の直角度や同軸度が出やすく、高精度に組み立てすることが可能である。また、スラスト板４がスリーブカバー等を介せずスリーブ３に直接固定できるため、取付け時の直角度が出やすく、高精度に組立できる。
【００１３】
[スリーブの製造方法]
以下にスリーブ３の製造方法について図３〜図１２を用いて説明する。図３は、本発明の一実施の形態における焼結スリーブの製造工程である。本発明のスリーブ製造の最終工程（検査工程等）までの主な工程は、粉体成形工程Ｓ１、焼結工程Ｓ２、第1サイジング工程Ｓ３、動圧溝転造工程Ｓ４、熱処理（再焼結）工程Ｓ５、第１ボールバニッシュ工程Ｓ６、第２サイジング工程Ｓ７、第２ボールバニッシュ工程Ｓ８である。以下、順を追って説明する。
【００１４】
まず、粉体成形工程Ｓ１では、鉄粉または銅粉を図示しない金型で予め圧縮成型し第１の成形体１１ａを形成する。直径６．５ｍｍ、長さ５ｍｍ程度の成形体である。次に焼結工程Ｓ２では、その圧縮成型された成形体１１ａを図示しない焼成炉を用いて８００〜１２００℃程度で焼結し第２の成形体１１ｂを形成する。本実施の形態では、焼結工程Ｓ２の後に、バレル工程ＳＳ１を行なう。焼結したままの成形体にはそのエッジ部にバリが残っている。これを除去するために、多数の成形体を容器に入れ容器を回転させることによって多数の成形体を攪拌しバリを除去している。また、本実施の形態では、焼結したままの成形体の軸受孔の内周エッジ部を整形する面押し工程ＳＳ２を行なう。このような処理によって第２の成形体１１ｂは若干形を変えるが、燒結成形体の内部構造を大きく変化させるものではないので、便宜上これらの処理を含めてできたものを第２の成形体１１ｂと称する。
【００１５】
成形体を焼結すると収縮して歪むので、成形体の形状を整える（整形する）必要がある。これが次のサイジング工程（第１のサイジング工程）Ｓ３であり、図４は焼結されバレルや面押しを施した第２の成形体１１ｂの形状寸法を整形する第１サイジング金型を示している。１２は下型、１３は上型、１４はピン、１５は外型である。図４の下型１２に第２の成形体１１ｂをセットし、図中矢印に示すように上型１３と外型１５を下降させ第２の成形体１１ｂを圧縮成型して第３の成形体１１ｃを形成する。この工程の後に、必要に応じて第３の成形体１１ｃに孔加工を行なうこともある。この場合、このような処理によって第３の成形体１１ｃは若干形を変えるが、燒結成形体の内部構造を大きく変化させるものではないので、便宜上これらの処理を含めてできたものを第３の成形体１１ｃと称する。
【００１６】
次に動圧溝転造工程Ｓ４は、前記第３の成形体１１ｃは図５に示す溝転造装置の取付け台１６にセットし、加工中に焼結金属体が位置ズレを起こさないように図中矢印方向にクランプ１７を下降させることで固定し、シャンク１８ａの外周面に複数個のボール１８ｂを一体的に配置した転造工具１８を第３の成形体１１ｃの内径に圧入し、シャンク１８ａに上下方向（軸方向）の送りを与えながら、正方向回転及び逆方向回転を与え、第３の成形体１１ｃにボール１８ｂにより動圧発生溝１１ｇを加工し、第４の成形体１１ｄを形成する。ここでボール１８ｂはシャンク１８ａに対して固定されている。そして、シャンク１８ａの中心軸を中心とし複数個のボール１８ｂの最外径を通る外径線は、第３の成形体１１ｃの内径よりも半径で１０μｍ程度大きくつくられている。この時、第３の成形体１１ｃに加工された動圧発生溝１１ｇは図６に示すように溝深さ（ｈｇ）が約１０μｍの深さであり、動圧発生溝１１ｇの周辺にはバリ等からなる余肉部１１ｈが多く残っている。また、上記のようなボール転造により動圧発生溝を形成するので、その断面形状は略円弧状になっている。さらに溝底面および溝側面は、転造ボールが溝に与える表面しごき効果により、表面粗さが小さく滑らかになっている。
【００１７】
従来はここで次の第２サイジング工程（型内仕上げ工程）に移行していたが、本発明の実施の形態においては、ここで再度図示しない焼成炉を用いて熱処理（再焼結）工程Ｓ５を行って第５の成形体を形成する。熱処理温度は、８００〜１２００℃程度である。金属は、加工すると転位と呼ばれる格子欠陥が増えて、それらがお互いに絡み合うことによって転位が動きにくくなって硬度が増すと考えられる。これが加工硬化であり、第４の成形体１１ｄはこの状態にある。従って、このまま第２サイジングしても加工硬化しているので整形効果は小さい。そこで本発明は、この時点で熱処理（再焼結）を行なって、加工硬化によって増加した転位を消滅させ元の硬度に戻している。
【００１８】
その後、成形体の内径よりも２〜５μｍ大きい径のボール（通常は鋼球）を通して内径を整形する第１のボールバニッシュ工程Ｓ６を行ない第６の成形体を形成する。このボールバニッシュ工程を行なうことによって、余肉部を整形したり、前記サイジング工程における内径膨らみによる内径円筒度の矯正を行なうことができる。また、特開２００６−４６５４０に示すような、溝深さや溝幅に相当する大きさの表面空孔を小さくすることもできる。これらの工程に関しては、後で詳述する。
次に、第２サイジング工程Ｓ７は、図７に示すように、焼結成形体の動圧溝形成部以外の箇所（特に端面部）においても表面空孔が確実に封孔されるように、金型内に焼結成形体を入れて整形する工程である。図７は本発明のスリーブ３の製造工程での断面図である。本実施の形態においては、第２サイジング工程Ｓ７を行なう第６の成形体断面とその後の形状断面を示している。図中のＡ１、Ｂ１、Ｃ１は第６の成形体のそれぞれの部分の軸方向寸法を示している。Ａ２、Ｂ２、Ｃ２は第２サイジング工程Ｓ７後のそれぞれの部分の軸方向寸法を示している。このように第６の成形体の端面を金型内で圧縮成形することにより、端面の表面空孔を小さく少なくすることができる。
【００１９】
図８はスリーブ３の動圧発生溝３Ｂ、３Ｃの各種形状と図１に示す動圧流体軸受装置の軸受寿命の関係を示すデータである。発明者の実験によれば、図中記号（Ａ）に示すような溝深さ（ｈｇ）が１μｍの浅い溝深さで余肉部１１ｈのような突起等がない動圧流体軸受装置の軸受寿命と、記号（Ｂ）に示すような溝深さ（ｈｇ）は５μｍで十分であるが、動圧発生溝３Ｂ、３Ｃの形状が図６のように崩れており、軸受面に平滑な円筒面が形成されていない動圧流体軸受装置の軸受寿命は、いずれも要求される寿命の約半分しか満たすことができなかった。一方、図中（Ｃ）に示すように溝深さ（ｈｇ）が５μｍで十分な深さがあり溝形状に突起等がない軸受の条件では、図１に示す動圧流体軸受装置は必要十分な寿命を得ることができた。なお、ここでの溝深さ５μｍと前出した溝転造時の溝深さ１０μｍとの関係は、動圧溝転造および熱処理後のボールバニッシング工程等を経て溝深さが変化することによる。
このような影響があるので、動圧流体軸受の内周面に生じるバリ等からなる余肉部はできる限り整形してなくすことが重要である。しかしながら、従来の製造方法では、余肉部は溝転造加工時の加工硬化によって硬度が上がっており、第２サイジング（型内仕上げ）をするだけでは動圧流体軸受内周面を平坦にすることが困難なことがわかった。
【００２０】
そこで本発明においては、前述したように、第１サイジング工程Ｓ３の後の動圧溝転造工程Ｓ４と、第２サイジング工程（型内仕上げ工程）Ｓ７前の第１ボールバニッシュ工程Ｓ６の間に、温度８００〜１２００℃の熱処理（再焼結）を行うことにより、第１サイジング工程や動圧溝転造工程にて加工硬化した表面を軟化させることにより、軸受孔内径の動圧発生溝部に発生する余肉部１１ｈが潰れやすくなる効果を発揮することがわかった。よって、第２サイジング工程Ｓ７時に成形体と金型の密着性が向上し、より小さな圧縮代（圧縮応力）で金型精度が成形体に転写されやすくなることで、圧縮解除時の弾性変形歪みを小さくでき、主要寸法の内径精度が安定しやすくなる。
さらに、熱処理（再焼結）工程Ｓ５の後に第１のボールバニッシュ工程Ｓ６を行うことにより、寸法精度を向上させることができる。
【００２１】
この熱処理（再焼結）の効果を図９〜１１を使用してさらに説明する。
まず、図９（ａ）はスリーブ３の内径部の硬度を比較する為の測定方法を表している。スリーブ３の内径よりも１〜４μｍ程度大きいサイズのボールで、ボールサイズ差が１μｍ異なる２つのボール３０、３１を、荷重センサ３３に連結されたロッド３２をスリーブ３の載置台３５と相対的に移動することによりスリーブ３の内径を通過させ、そのときの座標毎の動荷重を連続的にプロットできるようにした測定装置３４とそのシステムを模式的に表している。以下の説明では、スリーブ３の内径Ｄ１よりも１μｍおよび２μｍ径の大きいボールを通過させる例を示す。図９（ｂ）は図９（ａ）で測定したデータを熱処理の前後で焼結成形体の硬度を比較表示したものである。横軸はスリーブ３の軸方向の座標で、縦軸は前記２つの１μｍの径差のあるボールを通過させたときの荷重差を表している。（ＢＴ係数とは、１μｍあたりの荷重差を示す数値であり、値が大きい程スリーブ内径部分の硬度が高いことを示す）
図９（ｂ）は、２ｍｍの軸長を有するスリーブにその内径よりも１μｍおよび２μｍ径の大きいボールを通過させた場合を示す。熱処理前は入口から１．２ｍｍ付近にＢＴ係数のピークがあり、最大値は１４５０ｇ／μｍ程度である。それに対して、熱処理後はＢＴ係数の変化がほぼフラットであり、最大値は入口から１．７ｍｍ付近にあり９５０ｇ／μｍ程度である。これからわかるように、熱処理（再焼結）を行うことによりＢＴ係数が小さくなっていることがわかる。これは、内径表面が熱処理（再焼結）によって、加工硬化によって増加した転位が消滅したため軟化し、第２サイジングにおいては金型に密着しやすくなり、金型形状が成形体に転写されやすくなったと考えられる。
なお、上記の測定はスリーブの弾性変形領域内で行なうため、測定後にスリーブに実用上有害な変形が残ることはない。
次に図１０は、先ほどの図９（ａ）の測定システムを用いて、スリーブ３の内径に対し何μｍ大きいボールを通せば、内径が拡張変形するかを表したグラフである。（これは上記とは異なって弾性変形領域を越える範囲である）横軸はスリーブに通過させるボールのスリーブ内径との径差（通過ボール径−通過前スリーブ内径）を示している。縦軸はボールを通過させた前後のスリーブ内径変化を示している。
まず、熱処理前であるが、熱処理前は３．５μｍの径差のボールでは内径変化は起こらなかった。つまりこの場合は弾性領域内の変化であり、ボールの通過後にスリーブ内径は元に戻ることを示している。よって、サイジング等の整形はこの値以上の変化を与えなければ効果はないということがわかる。熱処理前は約５．２μｍの径差を持つボールを通して約１μｍの内径変化が起こった。
一方、熱処理後は約２μｍの径差のボールでは内径変化は起こらなかったが、約５．２μｍの径差を持つボールを通すと約２．５μｍの内径変化が起こった。以上のことから、熱処理（再焼結）を行うことによりスリーブ内径が金型に密着し易くなるため、より小さな圧縮量（圧縮力）でスリーブ内径が精度のよい金型形状に転写され易いことを示している。
また、図１１に本願発明の効果を説明する。図１１（ａ）は第１サイジング工程Ｓ３後で熱処理工程Ｓ５前に、転造工具１８を使用して動圧溝をスリーブの内径に形成した軸方向の動圧溝形状を示す。図中のＵ字型の谷部が動圧溝１１ｇを示す。図中の山部の両側にある角状の突起が余肉部１１ｈを示している。転造加工により余肉部１１ｈ（高さｈａ）が発生していることがわかる。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のスリーブ内径に（熱処理なしで）その径よりも２．５μｍ大きいボールを通すボールバニッシュ工程後の動圧溝の形状を示しており、ボールバニッシュ工程のみでは依然として余肉部１１ｈ１（高さｈｂ）が残ることがわかる。ここで、ｈａ＞ｈｂである。
一方、図１１（ｃ）は、溝転造工程Ｓ４後の図１１（ａ）に熱処理（再焼結）工程Ｓ５を行い、その後スリーブ内径にその径よりも２．５μｍ大きいボールを通す第１ボールバニッシュ工程Ｓ６後の軸方向の動圧溝形状を示している。余肉部は見受けられなくなっていることがわかる。これは熱処理（再焼結）した後は、図１０で説明したように、溝転造による加工硬化が緩和され、精度のよい金型により沿い易くなっていると考えられる。上記の実施例においては、ボール径はスリーブ内径よりも２．５μｍ大きいボールとしたが、２〜５μｍの範囲であれば同様の効果があることがわかっている。熱処理工程Ｓ５後に
第１ボールバニッシュ工程Ｓ６を行なうことの効果を図１１（ｃ）（ｄ）に具体的に示している。図１１（ｃ）の動圧溝山部（リッジ部ともいう）の頂点を結んだ線を近似頂点線Ｌとすると、熱処理工程Ｓ５後に第１ボールバニッシュ工程Ｓ６を行なった製品は、図中○で示すようにその両側のエッジが近似頂点線Ｌを越えないようにかつ滑らかに形成される。これはボールバニッシュ工程のボールが動圧溝谷部（グルーブ部ともいう）から動圧溝山部に移動する境界付近のときは、ボールから受ける圧力を受け止める面積が小さいのでエッジ部はより大きく変形を受けるからである。また、そのエッジ部の形状は、前記動圧溝谷部から延ばした近似溝線Ｍから実際の溝形状が滑らかに離れていく点を結んだ前記近似頂点線Ｌに平行な線Ｎと、近似頂点線Ｌとの距離は０．１μｍ以上となる。
【００２２】
尚、前記熱処理（再焼結）工程は、転造工具１８を使用して動圧発生溝を形成する工程の前後どちらでも良いこともわかった。これを図１２および図１１（ｅ）、（ｆ）を使用して説明する。図３と図１２の相違点は、動圧溝転造工程Ｓ４と熱処理（再焼結）工程Ｓ５が入れ替わっている点である。図１１（ｆ）は、第１サイジング工程Ｓ３後に熱処理（再焼結）工程Ｓ５を行い、その後転造工具１８を使用して動圧溝をスリーブの内径に形成する動圧溝転造工程Ｓ４を行なった動圧溝の軸方向形状を示す。動圧溝転造加工により余肉部１１ｈ２（高さｈｃ）が発生している。しかしながら、この後第１ボールバニッシュを行なうと余肉部１１ｈ２は滑らかに整形されることを見出した。図１１（ｆ）は、スリーブ内径よりも２．５μｍ大きいボールを通した第１ボールバニッシュ工程Ｓ６後の動圧溝の形状を示している。図１１（ｃ）と同様に余肉部は見受けられないことから、熱処理を追加することによって、より小さな圧縮力で仕上げることが可能になるため、加圧解除時の変形が少なくスリーブの寸法精度が安定しやすくなることが確認された。後者（図１２および図１１（ｅ）、（ｆ））は、焼結工程に連続して再焼結まで行ってしまうので、製品の工程移動に掛かる工数や運賃が安くなるメリットがあり量産性に優れていると考える。
以上のように、粉体成形、焼結、第１サイジングを経て得られた成形体を、スリーブ内径の動圧溝形成部に余肉部が実用上問題ない程度に小さい成形体に仕上げるためには、１）動圧溝転造→熱処理（再焼結）→ボールバニッシュの工程を経るか、または２）熱処理（再焼結）→動圧溝転造→ボールバニッシュの工程を経ることによって得られることがわかった。
尚、上記の説明では成形体を形成する基本的な工程のみを説明したが、図３、図１２に記載されているように、必要に応じて小さいバリを除去するためのバレル工程等や連通孔を形成するための加工工程を挿入してもよい。
【００２３】
さらに、このようにして得られた余肉部が実用上問題ない程度に小さい成形体は、第２サイジング（型内仕上げ）工程Ｓ７によってさらに表面空孔を小さくしたり、他の部分の表面空孔を小さくする。その後スリーブ内径よりも１〜２μｍ大きいボールを通す第２ボールバニッシュ工程によって、実用上問題のない程度に表面空孔が少なくまた小さいスリーブ内径の動圧溝形成部およびスリーブを得ることができる。
【００２４】
このようにして得られた本実施の形態のスリーブ成形体は、図３、図１２に示されるように、高温水蒸気（スチーム）処理ＳＳ３により四酸化三鉄または三酸化二鉄の酸化皮膜層を形成して、スリーブの表面空孔をほぼ完全に封孔する。
【００２５】
尚、この後に、表面硬化処理を行ってもよい。図２の表面硬化層３Ｈは、ニッケルと燐を主成分とする無電解メッキを主として採用し、その表面はビッカース硬度６００以上を得ている。これにより、前述したステンレス鋼、高マンガンクロム鋼、または炭素鋼の軸１に対して十分な耐摩耗性を持たせることができる。または３次元ＤＬＣ加工装置（例：栗田製作所）によるＤＬＣコーティングを施しても良い。この場合、表面はビッカース硬度８００以上を得ている。これらのいずれかの硬化層３Ｈを設けることにより流体軸受装置の耐摩耗性と信頼性を向上させている。
【００２６】
尚、図1におけるスリーブ３の成分に関し、粉体成形（圧粉成型）に用いる金属粉末については真鍮など銅系のものでもよいが、モータの回転軸との熱線膨張係数差を小さくするためには鉄成分を全体の８０重量％以上を占める成分からなる鉄系の粉末または純鉄が好ましい。鉄粉を粉体成形した後、これを焼結して軸受用の焼結体素材としている。一般的に動圧流体軸受装置におけるスリーブ３と軸１の隙間は２〜５μｍ程度に設定され、封孔処理後の表面処理精度および使用時における熱線膨張係数差における使用環境温度差の問題は流体軸受装置にとって重要である。また、スリーブ３の成分に鉄系材料を採用することで、粉体成形し上記各種の工程を経て得られた成形体の多孔質表面に四酸化三鉄（Ｆｅ3Ｏ4）や三酸化二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の酸化鉄皮膜を形成することが容易に行える。
【００２７】
尚、軸１に設けられた径小部が潤滑流体溜り部になっているが、これに限るものではなく、焼結成形体の内周部に径大部を設けてもよい。ただし、径大部のような凹部を設けることは、スリーブ製造の工数や設備費を増大させることになる。（径大部の形成方法については前出の特許文献１を参照のこと。）
尚、本実施の形態の動圧流体軸受装置およびそれを備えたスピンドルモータは、例えば特開２０００−１９７３０９号公報（流体動圧軸受を備えたモータ及びこのモータを備えた記録ディスク駆動装置）の図２に示す様に、軸の上側にロータハブが固定され軸の下側にリング状部材が取り付けられ、このリング状部材周辺がラジアル軸受面に隣接する潤滑流体溜り部を有し、ロータの下面とスリーブの上面が対向してスラスト軸受面を形成している動圧流体軸受装置においても本発明は適用できるものである。
【００２８】
尚，本実施の形態の動圧流体軸受装置は、軸が回転する軸回転式軸受構造で説明したが、軸の両端が固定されスリーブが軸を中心に回転する、図示しない、軸固定式軸受構造の流体軸受にも適用できるものである。
【００２９】
（実施の形態２）
図１３は、上記実施の形態１における熱処理（再焼結）工程の工程配置に関する変形例である。本実施の形態２は、熱処理（再焼結）による加工硬化の緩和効果を第２サイジング工程で活かす方法である。第１サイジング工程Ｓ３を行なったあとに動圧溝転造工程Ｓ４を行ない、そこで発生した余肉部を第１ボールバニッシュ工程Ｓ５で整形する。本実施の形態２は、この後に第２サイジング（型内仕上げ）工程Ｓ７を行なわず、ここで熱処理（再焼結）工程Ｓ５を行なう。この方法によっても第１ボールバニッシュ工程Ｓ６で整形しきれなかった余肉部の加工硬化を緩和することができるので、第２サイジング（型内仕上げ）工程Ｓ７の金型に余計な圧縮応力をかけることがなく、余肉部を実用上問題ないレベルまで整形することができる。また、金型の寿命も延びて経済的である。
【００３０】
（実施の形態３）
図１４は第３の実施の形態である実施の形態３の動圧流体軸受装置を示す断面図である。２１は軸、２２はフランジ、２３はスリーブ、２３Ａは軸受孔、２３Ｂ、２３Ｃは動圧発生溝、２２Ａ、２２Ｂはフランジ２２に設けられた動圧発生溝、２３Ｄは径大部、２３Ｊは連通路、２４はスラスト板、２５は潤滑流体、２６はキャップ、２７はスリーブホルダである。スリーブ２３に設けた径大部２３Ｄは軸２１に径小部として設けてもよい。ここで、スリーブホルダ２７はステンレス鋼（例えば、ＤＨＳ１等）や後述する封孔された焼結成形体でできている。スラスト板は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０等）や超鋼合金でできている。キャップ２６は、樹脂（例えば、透光性のあるポリエーテルイミド樹脂であるウルテム樹脂等）やステンレス鋼でできている。
【００３１】
この第３の実施の形態の動圧流体軸受装置の動作については、図１に示す第１の実施の形態とほぼ同じであるので説明は省略する。異なる点は、１）キャップ２６によってスリーブ２３との間に潤滑流体溜り部２８を設けていること、２）連通路２３Ｊによる循環路を形成し気泡２９を動圧軸受部から潤滑流体溜り部へ順次排出できる機構を設けていること、３）スリーブ２３はスリーブホルダ２７で覆われ、両者の間に連通路２３Ｊが形成されていることである。スリーブ２３に少なくとも１ケ所に明けられた連通孔でもよい。
軸受内の潤滑流体２５に含まれた気泡（空気）２９は、軸方向に非対称な長さを有する動圧発生溝２３Ｂによって発生する図中矢印のような上から下に向かう循環力によって（スラスト軸受２２Ａから循環力を発生してもよい）、軸受隙間内の潤滑流体２５を図中上から下に移動させ、さらに連通孔２３Ｊ内を図中下から上へ移動させ、動圧発生溝２３Ｂ、２３Ｃ、２２Ａ、２２Ｂで発生したり開口部から巻き込んだりした気泡を循環させて潤滑流体溜り部２８に排出させる。これによって、潤滑流体２５の油膜（潤滑流体膜）を軸受隙間内に確実に形成し、動圧流体軸受装置の信頼性を向上させることができる。潤滑流体溜り部２８は、例えば図１４のように、内周に向かうに従って隙間が小さくなる構成とする。これによって、潤滑流体２５は毛管現象によって隙間の狭い方向に引き込まれるので、潤滑流体２５と気泡２９を分離することができる。循環路は、図１４においては、２３Ｂ、２３Ｃが形成されているラジアル軸受隙間→２２Ａが形成されているスラスト軸受隙間→フランジ２２外周部→連通路２３Ｊ→潤滑流体溜り部２８→２３Ｂ、２３Ｃが形成されているラジアル軸受隙間となる。また、キャップ２６には、分離した気泡２９を排出する外気と通じる換気孔を設けてもよい。
【００３２】
連通路２３Ｊは、スリーブ２３の外周面に少なくとも1つの溝または切り欠き等を設け、スリーブホルダ２７との間に空間を形成して構成されている。また、焼結成形体からなるスリーブ２３に図示しないドリルでスリーブ３の上端面と下端面を連通するφ０．４ｍｍ程度の連通孔をあける方法で加工してもよい。また、溝状の連通路２３Ｊを外周面に有するスリーブ２３とスリーブホルダ２７を共に焼結成形体で成型し、高温で焼結後にスリーブホルダ２７にスリーブ２３を圧入することで一体化すると同時に連通路２３Ｊを構成してもよい。このようにスリーブ２３とスリーブホルダ２７を組み合わせて構成すれば連通路２３Ｊが最も安価に構成することができる。動圧流体軸受装置の高速回転での性能と信頼性を確保するためには連通路２３Ｊの存在は大変有効であり、またこのように２個の焼結金属体を組み合わせて連通路２３Ｊを構成する方法の経済効果は大きい。この動圧流体軸受装置によっても、上記第１の実施の形態の動圧流体軸受装置と同様な効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、ハードディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置等の記録媒体を使用した装置に用いられる動圧流体軸受装置、それを備えたスピンドルモータに関し、高精度に動圧発生溝が加工され、圧力漏れが無く高性能で長寿命な動圧流体軸受装置及びその製造方法が得られる。また、パソコンに用いられるＣＰＵ冷却ファンにも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る動圧流体軸受装置、スピンドルモータの断面図
【図２】同動圧流体軸受装置におけるスリーブの部分断面図
【図３】同動圧流体軸受装置の第１の実施の形態における工程図
【図４】同動圧流体軸受装置の製造方法における第１サイジング金型断面図
【図５】同動圧流体軸受装置の製造方法における動圧発生溝転造装置断面図
【図６】同動圧流体軸受装置の焼結成形体の軸受内周面断面図
【図７】同動圧流体軸受装置の焼結成形体の余肉部（突起部）と軸受寿命の関係を示すグラフ
【図８】同動圧流体軸受装置の製造方法における第２サイジング金型断面図
【図９】同動圧流体軸受装置の製造方法における熱処理（再焼結）の効果を測定する測定システムと熱処理（再焼結）の効果を示すグラフ
【図１０】同動圧流体軸受装置の製造方法における熱処理（再焼結）の効果を示すグラフ
【図１１】同動圧流体軸受装置におけるスリーブの軸受内周面の表面形状測定結果を示すグラフ
【図１２】同動圧流体軸受装置の第１の実施の形態における熱処理（再焼結）工程を入れ替えた工程図
【図１３】同動圧流体軸受装置の第２の実施の形態における工程図
【図１４】同動圧流体軸受装置の第３の実施の形態に係る動圧流体軸受装置の断面図
【図１５】従来の動圧流体軸受装置、スピンドルモータの断面図
【図１６】従来のスリーブの部分断面図
【符号の説明】
【００３５】
１  軸
２  フランジ
３  スリーブ
３Ａ  軸受孔
３Ｂ，３Ｃ、２Ａ、２Ｂ  動圧発生溝
３Ｄ  径大部
３Ｊ  凹部
４  スラスト板
５  潤滑流体
６  ロータハブ
７  ロータ磁石
８  ステータ
９  ベース
１０  ディスク
１１  焼結成形体
１２  下型
１３  上型
１４  ピン
１５  外型
１６  取り付け台
１７  クランプ
１８  転造工具
１８Ａ  シャンク
１８Ｂ  転造ボール
【図１】
2010007721.tif 000003
【図２】
2010007721.tif 000004
【図３】
2010007721.tif 000005
【図４】
2010007721.tif 000006
【図５】
2010007721.tif 000007
【図６】
2010007721.tif 000008
【図７】
2010007721.tif 000009
【図８】
2010007721.tif 000010
【図９】
2010007721.tif 000011
【図１０】
2010007721.tif 000012
【図１１】
2010007721.tif 000013
【図１２】
2010007721.tif 000014
【図１３】
2010007721.tif 000015
【図１４】
2010007721.tif 000016
【図１５】
2010007721.tif 000017
【図１６】
2010007721.tif 000018