(57)【要約】【課題】流体軸受面における研削加工で仕上げられた表面と、電解加工で仕上げられた表面とには、いずれの表面にも凹凸が無く、平滑であり、面粗度が小さく、正確且つ高精度な形状が容易に形成できるとともに、長期に亘って安定した高い軸受剛性と低い軸損トルクを維持できる流体動圧軸受装置を提供する。【解決手段】  軸体と、この軸体を相対回転自在に支承する軸受部材とを備えた流体動圧軸受装置であって、前記軸体および前記軸受部材の少なくともいずれか一方は、質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＦｅからなる組成を有する鋼またはステンレス鋼からなり、且つ電解加工により形成された複数の動圧溝と動圧溝どうしの間に残されたランド部からなる動圧軸受面を有する。【選択図】        図１ 
2006002937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸体と、この軸体を相対回転自在に支承する軸受部材とを備えた流体動圧軸受装置において、前記軸体および前記軸受部材の少なくともいずれか一方は、質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＦｅからなる組成を有する鋼またはステンレス鋼からなり、且つ電解加工により形成された複数の動圧溝と動圧溝どうしの間に残されたランド部からなる動圧軸受面を有することを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項２】
前記鋼または前記ステンレス鋼は、熱処理が施されて、研削仕上げされた後、電解加工にて、前記動圧溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項３】
前記動圧軸受面を断面で見たときに、略直線状の前記ランド部と、略直線状の傾斜部と底部とからなる前記動圧溝とにおいて、前記ランド部と前記傾斜部は略円弧状の角部でつながり、前記角部のランド部方向の長さが２０μｍ以下、または前記角部の溝深さ方向の長さが１．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の流体動圧軸受装置。
【請求項４】
前記動圧軸受面を断面で見たときに、前記傾斜部の長さは、前記傾斜部を延長した直線がランド部と動圧溝最深部とにそれぞれ接する平行な直線によって区切られた線分の長さに対して、その割合が７５〜９０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項５】
前記ランド部の表面粗さがＲａ０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項６】
前記動圧溝は、各々において、深さのばらつきが０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項７】
前記軸体および前記軸受部材の少なくともいずれか一方は、不可避的不純物としてのＰｂの含有量が０．００１質量％未満であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の流体動圧軸受装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータであって、
ベース部材に、前記流体動圧軸受装置の前記軸受部材を嵌着するとともにステータを固定し、前記流体動圧軸受装置の前記軸体に回転要素をなすロータハブを固定し、このロータハブに、前記ステータと協働して回転磁界を発生するロータ磁石を固定したことを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の流体動圧軸受装置を備えたスピンドルモータであって、
ベース部材に、前記流体動圧軸受装置の前記軸体を嵌着するとともにステータを固定し、前記流体動圧軸受装置の前記軸受部材に回転要素をなすロータハブを固定し、このロータハブに、前記ステータと協働して回転磁界を発生するロータ磁石を固定したことを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項１０】
請求項８または９に記載のスピンドルモータに記録ディスクを取り付け、この記録ディスクに対して情報の書き込みおよび／または読み出しを実行するヘッドを備えたことを特徴とする記録ディスク駆動装置。
【請求項１１】
軸受部材に、軸体を相対回転自在に支承する流体動圧軸受装置の製造方法において、前記軸体および前記軸受部材の少なくともいずれか一方を、質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｐｂ：０．００１％未満、およびＦｅからなる組成を有するとともに、共晶炭化物の径が１０μｍ以下の鋼またはステンレス鋼で構成し、前記鋼またはステンレス鋼に焼入れおよび焼戻しを含む熱処理を施し、次いで研削仕上げした後、電解加工により複数の動圧溝と動圧溝どうしの間に残されたランド部とからなる動圧軸受面を形成することを特徴とする流体動圧軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば記録ディスク駆動装置用スピンドルモータなどに使用して好適な流体動圧軸受装置およびその製造方法に係り、特に、鋼またはステンレス鋼を用いた流体動圧軸受装置の動圧特性を向上させるとともに正確且つ高精度な動圧軸受面の形状を格段に改善する技術に関する。また、本発明は、上記流体動圧軸受装置を用いたスピンドルモータおよび記録ディスク駆動装置に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
図１７は、従来の流体動圧軸受装置の一例を示す図である。この図に示す流体動圧軸受装置は、スリーブ１の内部に回転軸２が回転自在に支持され、回転軸２をスリーブ１の下端面に装着したカウンタープレート３で封止したものである。ここで、回転軸２の下端部にはリング状のスラストプレート４が固定されている。カウンタープレート３のスラストプレート４と対向する面には、円周状にスパイラル形状またはヘリングボーン形状の複数の動圧溝（図示略）が形成されている。また、スリーブ１のスラストプレート４と対向する面にも同様にして複数の動圧溝（図示略）が形成されている。さらに、スリーブ１の内周面上にスパイラル形状またはヘリングボーン形状の複数の動圧溝１ａが形成されている。そして、スリーブ１とカウンタープレート３からなる固定部材と、回転軸２とスラストプレート４からなる回転部材との間に形成された隙間には、潤滑油が充填されている。
【０００３】
ところで、近年、代表的な記録ディスク駆動装置であるハードディスク装置は、小型化、薄型化の一途を辿るとともに、ハードディスクの記憶容量が増大するに伴って益々高い面密度が要求されている。その結果、ハードディスク装置のスピンドルモータ用の軸受装置として多用されている流体動圧軸受装置においては、動圧特性の向上のために、より正確且つ効率的に動圧を発生させる手段として、いかに正確且つ高精度な動圧溝を形成するか、日々鋭意研究がなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
動圧溝の形成方法として電解加工がよく知られているが、スリーブ等の材料として切削加工性の良い硫黄快削性合金鋼を用いた場合、電解加工によって溶解して形成される複数の動圧溝と、動圧溝どうしの間に残されるランド部が所望の正確且つ高精度な形状にならないという問題がある。図３（Ａ）において、動圧軸受面を断面で見たときに、ランド部２２と動圧溝の傾斜部２３をつなぐ角部２４がダレたものとなる。これは、電解加工において硫黄快削性合金鋼に含有される快削成分である硫化物系介在物の溶解度合いと、金属主成分であるＦｅの溶解度合いとの差が主な原因であり、さらに電解加工面に露出した硫化物系介在物が脱落したり割れたりすることが原因であることがよく知られている。
【０００５】
より正確且つ効率的に動圧を発生させるには、動圧効率（動圧／軸損トルク）を最適化することが重要であり、動圧軸受面を断面で見た図３（Ｂ）において、（１）丘溝比（動圧溝幅Ｂｖ／ランド部幅Ｂｌ）は１．０〜１．３であり、（２）動圧軸受面に対向する面からランド部までの距離と、動圧溝の底部までの距離をそれぞれｈｇ、ｈ０とすると、溝深さ比：ｈ０／ｈｇは２．１〜２．３であることが好ましい。ところが、前記で述べた原因により、（１）および（２）が量産において容易に実現できないという問題があった。
【０００６】
上記以外にも硫化物系介在物の難溶解性や脱落に起因する問題がある。すなわち、切削加工で仕上げられた表面と電解加工で仕上げられた表面には、それぞれ脱落と難溶解性が原因で凹凸ができて、面粗度が悪化する。また、加工面に露出あるいは突出した硫化物系介在物が脱落して軸体と軸受部材との間に噛み込んだり堆積したりする問題がある。
【０００７】
上記のような問題によって、流体動圧軸受装置として軸受剛性が低下することや軸損トルクが増大し、例えば記録ディスク駆動装置用スピンドルモータにおいては、回転精度と寿命の低下や、消費電力と起動時間の増大は、小型化、薄型化の一途を辿る記録ディスク駆動装置にとって、深刻な問題となる。
【０００８】
硫化物系介在物の脱落を未然に防止するためには、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているような方法があり、いずれも加工後の部品を、酸およびアルカリによって硫化物系介在物の除去処理が提案されている。しかし、このような除去方法では、煩雑な工程による製造コスト低減を妨げ、酸およびアルカリの取り扱い危険性や環境への負荷に加えて、より正確且つ高精度な動圧軸受面の形状を形成する上で改善の余地がなかった。さらに、酸およびアルカリによって硫化物系介在物を除去すると、マトリックスも溶解してしまい、角部がダレるという問題もあった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２９８８９９号公報
【特許文献２】特開２００３−１１９５８４号公報
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、正確且つ高精度な形状と小さい面粗度によって動圧効率を最適化し、また硫化物系介在物の脱落を防止することによって、長期に亘って安定して高い軸受剛性と低い軸損トルクを維持できる流体軸受装置を、煩雑な工程を必要とせず、酸およびアルカリの取り扱い危険性を除き、環境への負担を軽減しながら製造し、提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、軸体と、この軸体を相対回転自在に支承する軸受部材とを備えた流体動圧軸受装置において、軸体および軸受部材の少なくともいずれか一方は、質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＦｅからなる組成を有する鋼またはステンレス鋼からなり、且つ電解加工により形成された複数の動圧溝と動圧溝どうしの間に残されたランド部からなる動圧軸受面を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、動圧溝を有する部品の素材に含有されるＳが質量比で０．０３％以下に抑えられて硫化物系介在物が極めて少ないために、切削加工で仕上げられた表面と電解加工で仕上げられた表面には凹凸がなく、面粗度が改善され正確且つ高精度な動圧軸受面の形状が容易に形成できるとともに、長期に亘って安定した高い軸受剛性と低い軸損トルクを維持できる流体動圧軸受装置を提供できる。さらに、このような動圧軸受面を有する部品を、酸およびアルカリを用いた除去処理における煩雑且つ危険な作業や環境への負担を必要とせず、容易に製造することが可能になる。また、従来のように酸およびアルカリによって硫化物系介在物を除去する技術では、マトリックスも溶解して角部がダレるという問題があったが、本発明ではそのような問題は生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明では、軸体および軸受部材の少なくともいずれか一方は、不可避的不純物としてのＰｂの含有量が０．００１質量％未満であることをさらに好ましい態様としている。その理由は以下のとおりである。
【００１４】
硫化物系介在物の難溶解性や脱落に起因する問題は既に述べたが、易溶解性の成分も由々しい問題を惹起する。すなわち、電解加工では、金属の種類によって溶出のし易さに差があるため、加工速度が異なって一様に除去されない。電解加工によって除去される質量は、ファラデーの法則に従って下記数１式より求められる。
【００１５】
【数１】
2006002937.tif 000003
【００１６】
密度ρの金属について、電解加工により除去される体積は下記数２式により求められる。
【数２】
2006002937.tif 000004
【００１７】
したがって、単位時間当たりに除去される体積すなわち体積加工速度は下記数３式により表される。数３式において、Ｋ＝Ｚ／ρは電解定数であり、加工条件（通過電流、電流効率）が一定の場合、体積加工速度は電解定数に正比例する。
【数３】
2006002937.tif 000005
【００１８】
表１にステンレス鋼に含まれる主な化学元素の電解定数を示す。なお、電解定数が大きいほど電解加工における体積加工速度が速いことを意味する。表１に示すように、金属成分中ではＰｂ成分が最も電解定数が大きいので、Ｐｂ成分は他の金属よりも早く溶解して除去される。それに対して、マイナス電荷のＳ成分は溶解されずに残り、周囲のマトリックスが溶解されていくに従って脱落して除去されていく。Ｐｂ成分は他の金属成分よりも加工速度が２倍以上速く、このため、Ｐｂ成分の加工が早期に進行し、その溶解の跡が表面上に凹部として残る。一方、Ｓ成分は電解加工によって溶解されることはなく、加工が進んで周囲の金属マトリックスが除去されていくに従って脱落していく。その脱落した跡が表面上に凹部として残る。脱落しなかったＳ成分は表面に突出した硫化物系介在物として凸部を形成する。図１０はその状態を模式的に示したものである。図１０に示すように、加工前の平坦な表面状態が、電解加工後は表面に凹凸部が存在する状態になり、加工面の表面粗さが悪化する。本発明が好適な態様としてＰｂの含有量を０．００１質量％未満に制限しているのは上記の理由によるもので、表面粗さを確実にＲａ０．１μｍ以下にするための条件の一つである。
【００１９】
【表１】
2006002937.tif 000006
【００２０】
次に、本発明の流体動圧軸受装置の製造方法は、軸受部材に、軸体を相対回転自在に支承する流体動圧軸受装置の製造方法において、軸体および軸受部材の少なくともいずれか一方を、質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｐｂ：０．００１％未満、およびＦｅからなる組成を有する鋼またはステンレス鋼で構成し、鋼またはステンレス鋼に焼入れおよび焼戻しを含む熱処理を施し、次いで研削仕上げした後、電解加工により複数の動圧溝と動圧溝どうしの間に残されたランド部とからなる動圧軸受面を形成することを特徴とする。
【００２１】
本発明者等の検討によれば、電解加工後の加工面の表面粗さは、加工前の表面粗さが良いほど良好であることが判明した。上記した本発明の流体動圧軸受装置の製造方法で規定する鋼またはステンレス鋼は、共晶炭化物の径が小さく、Ｓ含有量を低く制限しているために硫化物系介在物が極めて少ない。しかもＰｂ成分をほとんど含まないため、熱処理により硬化させることにより金属組織がさらに緻密かつ均一になる。これにより、熱処理の後に研削仕上げの際の材料表面の材料のむしれや特定成分の脱落が抑制され、電解加工前の表面粗さを格段に向上させることができ、例えば、電解加工後のランド部の表面粗さをＲａ０．１μｍ以下にすることも可能である。
【００２２】
また、動圧軸受面を断面で見たときに、略直線状のランド部と、略直線状の傾斜部と底部とからなる動圧溝とにおいて、ランド部と傾斜部は略円弧状の角部でつながり、角部のランド部方向の長さが２０μｍ以下、または角部の溝深さ方向の長さが１．０μｍ以下であることが望ましい。
【００２３】
さらに、動圧軸受面を断面で見たときに、傾斜部の長さは、傾斜部を延長した直線がランド部と動圧溝最深部とにそれぞれ接する平行な直線によって区切られた線分の長さに対して、その割合が７５〜９０％であることが望ましい。
【００２４】
加えて、本発明では、ランド部の表面粗さはＲａ０．１μｍ以下であることが望ましい。さらに、動圧溝では、各々において、深さのばらつきが０．４μｍ以下であることが望ましい。
【００２５】
以下、本発明の好適な流体動圧軸受装置の構成を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の流体動圧軸受装置を示す断面図である。図１に示すように、この流体動圧軸受装置は、一端部（図１において下端部）にスラストプレート１４が嵌着された軸体１２を相対回転自在に支承する流体動圧軸受装置であって、円筒状内周面１７を有する筒状のケース１０と、ケース１０の下端部を閉塞する円板状のエンドプレート１３と、ケース１０に嵌入される円筒状の軸受部材と、そのスラストプレート１４が軸受部材１１の下端面１５とエンドプレート１３の上面１６とに挟まれるようにして、軸受部材１１に挿入されるスラストプレート１４付き軸体１２とを備えて構成されている。
【００２６】
軸受部材１１の内周面１８には、対向するエンドプレート１４付き軸体１２の外周面１９との間にラジアル方向の荷重を受ける動圧を発生させるための動圧軸受面１１ａ、１１ｂが形成され、軸受部材１１の下端面１５には、対向するスラストプレート１４の上面３０との間にアキシャル方向の荷重を受ける動圧を発生させるための動圧軸受面３１が形成され、エンドプレート１３の上面１６には、対向するスラストプレート１４の下面３２との間にアキシャル方向の荷重を受ける動圧を発生させるための動圧軸受面２０が形成されている。これらの動圧軸受面１１ａ、１１ｂ、２０および３１は、ヘリングボーン形状に動圧溝が形成されるが必ずしもこの形状に限定されず、スパイラル形状、円弧形状、直線形状などに動圧溝が形成されても良い。また、これらの動圧軸受面１１ａ、１１ｂ、２０および３１がそれぞれ臨む各対向面間の微小隙間には、潤滑油が充填されている。
【００２７】
軸受部材１１とエンドプレート１３は、質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＦｅからなる組成を有する鋼またはステンレス鋼からなり、熱処理が施されて、研削仕上げされた後、電解加工により形成された複数のヘリングボーン形状の動圧溝と動圧溝どうしの間に残されたランド部からなる動圧軸受面を有する。
【００２８】
さらに、図３において、動圧軸受面を断面で見たときに、略直線状のランド部２２を備えている。動圧溝２１は略直線状の傾斜部２３と底部とからなり、傾斜部２３とランド部２２は略円弧状の角部２４でつながり、角部２４のランド部２２方向の長さは２０μｍ以下、または角部２４の溝深さ方向の長さは１．０μｍ以下である。傾斜部２３の長さＢは、傾斜部２３を延長した直線がランド部２２と動圧溝最深部とにそれぞれ接する平行な直線によって区切られた線分の長さＡに対して、その割合が７５〜９０％に設定されている。
【００２９】
軸受面は研削によって仕上げられた面に、電解加工によって動圧溝が形成されており、ランド部の表面粗さはＲａ０．１μｍ以下であり、動圧溝は、各々において、深さのばらつきが０．４μｍ以下である。このようにして、所望の効率的な動圧特性と長期に亘って安定した信頼性の高い動圧軸受装置を得る。
【００３０】
上記した鋼材またはステンレス鋼材から製造された軸受部材スリーブ１１とエンドプレート１３は、加工面に露出あるいは突出した硫化物系介在物がきわめて少ないので、酸およびアルカリを用いた除去処理を必要とせず、製造コストを低減でき、危険な作業や環境への負担を排除できる。さらに、熱処理によって高い硬度に焼入れされているので、組立工程等での傷付きや変形等の不良が起こりにくいだけでなく、軸受装置として使用期間中の起動・停止時や振動・衝撃などの負荷に対する磨耗が起こりにくい。また、従来のように酸およびアルカリによって硫化物系介在物を除去する技術では、マトリックスも溶解して角部がダレるという問題があったが、上記流体動圧軸受装置ではそのような問題は生じない。
【００３１】
図１１は、図１に示す流体動圧軸受装置Ａであって後述する実施例２のように熱処理が施されたものが適用されたスピンドルモータ２００の概略構成を表す側断面図であり、流体動圧軸受装置Ａは、後述する実施例２により製造される。なお、スピンドルモータ２００には、実施例２の流体動圧軸受装置に限らず、本発明の範囲内で種々の態様のものを適用することができる。
【００３２】
スピンドルモータ２００は、ハードディスク駆動装置の筐体の一部を兼ねるベース２１０を備えている。ベース２１０の底部には、上方に突出するボス部３０２が形成され、その外周部には、ステータコア２２１にコイル２２２が捲回されてなるステータ２２０が固定されている。また、ボス部３０２の内周面には図１に示すものと同等の流体動圧軸受装置Ａが嵌着され、この流体動圧軸受装置Ａによって、ロータ２３０がステータ２２０に対して相対回転自在に支持されている。ロータ２３０は、軸体１２の上端部に嵌着されたロータハブ２３１と、ヨーク２３３を介してロータハブ２３１の筒状内周面上に嵌着されるとともにステータ２２０と協働して回転磁界を発生するロータマグネット２３２を有する。い。なお、流体動圧軸受装置Ａをボス部３０２の内周面へ嵌着するに際しては、ギャップが生じないように、熱硬化性接着剤等を用いて行なうことが望ましい。また、上記スピンドルモータは、アウターロータタイプのモータとして構成されているが、これに限るものではなく、インナーロータタイプのモータとして構成することもできる。
【００３３】
軸体１２の上端面の中央部には、ねじ孔が軸方向へ向けて形成されており、ハードディスクを固定するクランプ部材（それぞれ図示略）がこのねじ孔によってねじ止めされる。さらに、ベース２１０の下面には、フレキシブル配線基板２４０が固着されており、このフレキシブル配線基板２４０の出力端より制御電流がステータ２２０へ供給されることにより、ロータハブ２３１、ロータマグネット２３２、軸体１２等からなるロータ組立体がステータ２２０に対して回転する。
【００３４】
実施例２の流体動圧軸受装置Ａが適用された上記スピンドルモータ２００では、ロータ２３０は、軸体１２が回転すると、流体動圧軸受装置Ａ内のスラスト動圧溝で発生する上下方向のスラスト動圧力が釣り合うことによって、浮き上がりすぎたり沈み込んだりすることなく安定して支持される。
【００３５】
上記実施形態のスピンドルモータ２００では、高精度な形状の軸受面により、小型・薄型であっても軸受剛性が高く、軸損トルクが小さくて消費電力が少なく、しかも製造コストを低減することができる。また、スピンドルモータ２００の軸受面は、露出あるいは突出した硫化物系介在物が極めて少なく、熱処理によって高い硬度が付与されているので、長期に亘って高い信頼性を維持することができる。
【００３６】
図１２は図１１に示すスピンドルモータ２００が適用されたハードディスク駆動装置（記録ディスク駆動装置）３００の概略構成を表す側断面図である。このハードディスク駆動装置３００には、図１１に示すスピンドルモータ２００のベース２１０内を密閉して塵・埃等が極度に少ない清浄な空間を形成するカバー３０１が設けられている。カバー３０１とベース２１０とにより、ハードディスク駆動装置３００の筐体が形成される。したがって、ベース２１０はスピンドルモータ２００の一部とハードディスク駆動装置３００の筐体の一部を兼ねている。このようにして、スピンドルモータのステータやロータを含むスピンドルモータ本体部は、ハードディスク駆動装置３００の筐体内部に収容されている。
【００３７】
ロータハブ２３１の外周面には、ハードディスク（記録ディスク）３０４が一枚装着されている。ハードディスク３０４は、回転軸の上端部に、加工された軸方向ねじ孔にセンターピン３０５を螺合してクランプ部材３０３を固定することにより、ロータハブ２３１に固定されている。これにより、ハードディスク３０４は、ロータハブ２３１と一体に回転する。なお、本実施形態では、ハードディスク３０４がロータハブ２３１に一枚装着された構成となっているが、ハードディスクの枚数はこれに限定されるものではない。
【００３８】
また、ハードディスク駆動装置３００は、ハードディスク３０４に対して情報の書込みおよび／または読出しを実行する磁気ヘッド３０６と、磁気ヘッド３０６を支持するアーム３０７と、磁気ヘッド３０６およびアーム３０７を所要の位置に移動させるボイスコイルモータ３０８とを備えている。ボイスコイルモータ３０８は、コイル３０９と、コイル３０９に対向して設けられたマグネット３１０を有している。
【００３９】
上記の磁気ヘッド３０６は、ベース２１０の適宜箇所に、旋回自在に支持されるように固定されたヘッド・スタック・アセンブリ３１１の先端部に取り付けられている。磁気ヘッド３０６は、一枚のハードディスク３０４に対して、ハードディスク３０４を挟むように上下一対配置され、ハードディスク３０４の両面に対して情報の書き込みおよび／または読み出しを行うことができる。なお、本実施形態ではハードディスク３０４が一枚の構成となっているため、磁気ヘッド３０６は一対設けられているが、ハードディスク３０４の枚数は、これに限定されるものではなく、構成に応じてディスク一枚毎に磁気ヘッドが一対設けられる。
【００４０】
このように、本実施形態のハードディスク駆動装置３００では、図１１に示すスピンドルモータ２００を適用することにより、高精度な形状の軸受面により、小型・薄型であっても軸受剛性が高く、軸損トルクが小さくて消費電力が少なく、しかも製造コストを低減することができる。なお、上記実施形態は本発明をハードディスク駆動装置に適用したものであるが、ハードディスクに代えて、ＣＤやＤＶＤ等を処理する記録ディスク駆動装置に適用することもできる。
【００４１】
また、以上の実施形態においては、軸回転型の流体動圧軸受装置Ａ、該流体動圧軸受装置Ａを備えたスピンドルモータ２００、および該スピンドルモータ２００を備えた記録ディスク駆動装置３００を例にとって説明したが、本発明による流体動圧軸受装置は軸固定型のスピンドルモータにも適用することができる。
【００４２】
図１３はそのようなスピンドルモータを備えたハードディスク駆動装置３０１のスピンドルモータ本体部を示したものである。なお、以下の説明においては、図１１および図１２に示すスピンドルモータ２００およびその他の構成要素と同等の構成要素には、同符号を付してその説明を省略する。図１３に示すように、流体動圧軸受装置Ａの軸体１２は、ベース２１０に形成した取付孔２１１に圧入固定されている。また、流体動圧軸受装置Ａのケース１０は、ロータハブ２３１に形成した取付孔２３１ａに圧入固定されている。ロータハブ２３１の上面には、クランプ部材３０３がセンターピン３０５により取り付けられ、クランプ部材３０３によってハードディスク３０４がロータハブ２３１に取り付けられている。以上の構成からなるハードディスク駆動装置３０１においても、図１２に示すハードディスク駆動装置３００と同等の作用、効果を得ることができる。なお、この実施形態におけるロータの配置は、図１２に示すものと同様のアウターロータタイプであるが、インナーロータタイプとすることもできる。
【実施例】
【００４３】
［実施例１］
質量比で、Ｃ:０．６〜１．２％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：１０．５〜１８．０％、Ｍｏ：１．０％以下、Ｓ：０．０３％以下、およびＦｅからなる組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を円板状のブランクに切削加工した。次いで、両端面と外周面を研削加工にて仕上げた後、このブランクの片面に電解加工によって、図２に示すようなヘリングボーン状の動圧溝２１および動圧溝２１どうしの間に残されたランド部２２からなる動圧軸受面２０を形成し、エンドプレート１３を作製した。
【００４４】
同様にして、前記マルテンサイト系ステンレス鋼を筒状のブランクに切削加工し、両端面、外周面および内周面を研削加工にて仕上げた後、このブランクの一方の端面に、電解加工によって、図２に示すようなヘリングボーン状の動圧溝２１および動圧溝２１どうしの間に残されたランド部２２からなる動圧軸受面２０を形成し、内周面に、複数のヘリングボーン状の動圧溝とそれら動圧溝どうしの間に残された複数のランド部２２からなる動圧軸受面１１ａおよび１１ｂ（図１参照）を形成し、軸受部材１１を作製した。
【００４５】
［実施例２］
切削加工後、動圧溝２１の電解加工を行う前に、ブランクに焼入れおよび焼戻しを行ってＨＲＣ５８〜６２の硬さにした以外は、実施例１と同じ条件でエンドプレートと軸受部材を作製した。
【００４６】
［比較例］
Ｃ:０．０５％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｃｒ：１９〜２１％、Ｍｏ：１．５〜２．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．１０％〜０．１５％、Ｐｂ：０．１〜０．３％、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有する従来から用いられている硫黄快削性合金鋼（ＳＵＳ４３０Ｆ）を用いた以外は実施例１と同じ条件でエンドプレートと軸受部材を作製した。
【００４７】
［評価］
１．全体観察
図５（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１〜比較例の動圧軸受面を示す写真であり、図６（Ａ）、図７（Ａ）および図８（Ａ）は、その動圧溝部分を拡大したものである。また、図６（Ｂ）、図７（Ｂ）および図８（Ｂ）は動圧軸受面を斜傾観察した拡大写真である。なお、図６、図７、図８は、それぞれ実施例１、実施例２および比較例に対応する写真である。  また、図９（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ比較例と実施例２における、軸受部材端面に形成された動圧軸受面のランド部の電子顕微鏡写真である。
【００４８】
２．動圧溝プロファイル
表面測定装置（Ｓurface Ｅxplorer、株式会社菱化システム社製）を用いて、実施例１〜比較例の動圧発生部２０の延在する方向と直交する方向のプロファイルを測定した。その結果を図４（Ａ）〜（Ｃ）にそれぞれ示す。
【００４９】
３．ランド部と傾斜部をつなぐ角部のダレ寸法  図４（Ａ）〜（Ｃ）から電解加工後の角部の、ランド部方向と溝深さ方向のダレの最大寸法（図３（Ｂ）においてそれぞれＭとＬとする）をそれぞれ測定した。
【００５０】
４．表面粗さ  ランド部の表面粗さＲａと、動圧溝の底部の表面粗さＲａを測定するとともに、動圧溝の深さの最大値と最小値の差を溝深さばらつきとして求めた。
【００５１】
５．動圧溝形状等  動圧溝の形状、角部の形状、動圧溝の底部の凹凸の程度を観察した。以上の結果を表２に示す。
【００５２】
６．動圧溝の傾斜部
図４から、動圧溝の両側の傾斜部における直線部分の割合（図３におけるＢ／Ａ％）を求めた。その結果を表３に示す。
【００５３】
【表２】
2006002937.tif 000007
【００５４】
【表３】
2006002937.tif 000008
【００５５】
図６（Ａ）、図７（Ａ）および図８（Ａ）から分かるように、電解加工にて形成された動圧溝の底部は、図６（Ａ）（実施例１）、図７（Ａ）（実施例２）では凹凸状態がほとんど無く平滑であり、流体軸受装置において潤滑油の流路として抵抗や乱流が抑制されて、軸損トルクの低減と効率的な動圧力の発生を得ることが期待できる一方で、他方の図８（Ａ）（比較例）では凹凸状態が顕著に現れており、流体軸受装置において潤滑油の流路として抵抗や乱流が発生しやすく、ひいては軸損トルクの増大を招く。
【００５６】
さらに、図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、それぞれ比較例と実施例２のランド部の電子顕微鏡写真である。図９（Ａ）では、硫化物系介在物が大きく（差し渡し外径が１０μｍ以上）、それが残留して凸状になったり、脱落して表面に凹部を形成したりしているのに対して、図９（Ｂ）では硫化物系介在物が非常に小さく（差し渡し外径が１μｍ以下）、マトリックスに細かく分散して緻密で均一な組織となっており、そのため、寸法や形状には全く問題がない。この観察結果は、表２の動圧溝の底部の表面粗さの値と相関している。
【００５７】
図４から分かるように、実施例１および２では動圧溝の底部に凹凸は生じなかったが、比較例では凹凸が生じた。滑油の流路としての凹凸は、抵抗や乱流が発生しやすく、ひいては軸損トルクの増大を招くことは前に述べた。さらに、動圧軸受面の角部の形状については、実施例１および実施例２においては小さなダレのシャープエッジを形成している一方で、他方の比較例においては大きなダレが認められる。このため、表３に示すように、実施例１および２においては、動圧溝の直線状のランド部の寸法が最大限の寸法に極めて近く形成されており、所望の丘溝比が得られる一方で、他方の比較例においては、直線状のランド部の寸法が小さく、結果、丘溝比が所望の値よりも大幅に小さくなった。以上により、本発明では、所望の丘溝比が得られて動圧溝の形状に優れることが確認された。
【００５８】
表２から分かるように、実施例１および２では、ランド部の表面粗さ、角部（ダレ）、動圧溝の底部の表面粗さ、動圧溝深さばらつきのいずれの値も比較例よりも小さい。したがって、本発明においては、研削加工で仕上げ、電解加工を行って形成された動圧軸受面の形状は正確且つ高精度であり、所望の丘溝比を得ることができて、ひいては効率的な動圧発生による優れた動圧軸受装置を提供することが可能となる。
【００５９】
［実施例３］
表４に示す成分を有する３種類のステンレス鋼を円板状に形成し、この、円板状試料に図２に示すようなヘリングボーン状の動圧溝の電解加工を行い、形成された動圧溝の仕上げ状況を比較した。なお、表４に示す３種類のステンレス鋼は、説明の便宜上「ＤＤ」、「ＳＦ２０Ｔ」、および「ＤＨＳ−１」と称する。この場合において、ＤＤ材の円板状試料は、焼入れ後研磨仕上げして表面粗さを良くしてから電解加工を行った。また、ＤＨＳ−１およびＳＦ２０Ｔ材の円板状試料は、生材を切削仕上げして電解加工を行った。
【００６０】
【表４】
2006002937.tif 000009
【００６１】
ＤＤ材は、焼き入れによって硬化させることが可能なマルテンサイト系ステンレス鋼として代表的なＳＵＳ４４０Ｃ材と比較して、硫黄成分を少なくすると共に共晶炭化物の径を小さくすることによって快削性を高めたマルテンサイト系ステンレス鋼であって、本願請求項１１および本願発明者による特許３６１３５３４号で特定されている材料に相当する。ＤＨＳ−１およびＳＦ２０Ｔは、フェライト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４３０Ｆと比較して快削性を向上させたフェライト系ステンレス鋼で、焼き入れによって硬化させることができない。なお、参考のため、表４にはＳＵＳ４４０Ｃ材の成分の規格値も記載した。
【００６２】
表４に示すように、この実施例で用いられたＤＤ材は、ＤＨＳ−１材およびＳＦ２０Ｔ材と比較してＳ成分およびＰｂ成分の含有量が極めて少ない。ＳＦ２０Ｔ材とＤＨＳ−１材は、Ｓ成分を約０．２％およびＰｂ成分を約０．０９％含有している。これに対して、ＤＤ材はＰｂ成分がほぼゼロで、Ｓ成分も極めて少なく（ＳＦ２０Ｔ材とＤＨＳ−１材の１／１０以下）、したがって、電解加工後の表面にＳ成分の脱落した跡やＰｂ成分が溶解した跡はほとんど存在せず、結果として表面粗さが向上した。
【００６３】
図１４にそれぞれのステンレス鋼の表面を１００倍に拡大した写真を示す。図１４から、焼入れ後のＤＤ材が最もきめが細かくて緻密な金属組織を有する材料であることが判る。一方、ＳＦ２０Ｔ材とＤＨＳ−１材は焼き入れによる硬化ができないので、生材状態で用いた。生材状態では、研削砥石が目詰まりして研削仕上げが行えないため、電解加工前のブランク面は切削仕上げにならざるを得ず、電解加工前の表面粗さを向上させることができなかった。
【００６４】
図１５は、円板状試料に形成されたヘリングボーン状動圧溝の断面形状（プロファイル）を示し、同図（Ａ）はＤＤ材、（Ｂ）はＳＦ２０Ｔ材、（Ｃ）はＤＨＳ−１材のものである。図１５に示すように、ＤＤ材試料に形成された動圧溝は、熱処理後に研磨仕上げして表面粗さを良好にしてから電解加工を行ったため、他の試料に比べて角部のダレが少なく、正確な断面形状で形成されていることが確認できる。また、ランド部と溝部の形状を表す曲線が他の試料と比較して滑らかで、加工面の表面粗さが優れていることも確認できる。
【００６５】
ＤＤ材の方が動圧溝形状のダレが少ない理由は以下のように説明される。
（１）Ｐｂ成分とＳ成分が極度に少ないため、Ｐｂ成分が優先的に溶解されることやＳ成分が脱落したり突出したりすることによる形状の崩れが起こり難い。
（２）Ｐｂ成分が極度に少ないため、ランド部と底部の境界で起きる選択溶出の程度が抑えられ、動圧溝の形状が高精度に転写される。
【００６６】
電解加工において、電極工具の導電パターン面の真下の溶出領域では電流密度が最大かつ一定であり、導電パターン面に相対する試料表面の全成分が除去され、動圧溝の底部が形成される。電極工具の導電パターン面から十分離れた不溶出領域では、電圧密度はほぼゼロで、全成分が溶解されず、試料表面にランド部が残る。溶出領域と不溶出領域の間には、電流密度が最大値からゼロに低下していく選択溶出領域が存在する。選択溶出領域では電解定数の大きい成分が選択的に溶出される。そのため、底部とランド部の境界の角が崩れる（ダレる）現象が発生する。ＤＤ材はＰｂ成分がほぼゼロであるため、この現象の発生する程度が他の材料に比して小さい。
【００６７】
図１６は、それぞれの試料の動圧溝を平面視方向から撮影した電子顕微鏡写真であって、同図（Ａ）はＤＤ材試料、（Ｂ）はＳＦ２０Ｔ材試料、（Ｃ）はＤＨＳ−１材試料のものである。これら写真は、ランド部と底部との境界付近の表面（図６においてＶ字状に屈曲する部分に対応）を拡大したものであり、いずれの写真も下側が動圧溝の底部表面、上側がランド部表面であり、略中間の円弧状の部分が境界部である。ＤＤ材による試料の表面には、他の試料のように大きな介在物も凹部も見られず、境界部における形状の大きな崩れも認められず、正確な形状の動圧溝が形成されていることが分かる。
【００６８】
本発明の利点をまとめると以下のとおりである。
（１）Ｓ成分が少ないため（０．０３質量％以下）、電解加工後のＳ成分が脱落したことによる凹部や突出している硫化物系介在物による凸部が少ない。
（２）Ｐｂ成分を少なくすることにより（０．００１質量％未満）、電解加工中にＰｂ成分が優先的に溶解されることによる凹部の形成を抑制することができる。
（３）（１）および（２）により、電解加工された表面の表面粗さが向上する。
（４）（２）により、選択溶出が少なくなり、動圧溝形状が高精度に転写される。
（５）電解加工前に焼入れ処理し、被加工面の表面粗さを研磨仕上げによって良くしておくことにより、電解加工後の表面粗さが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態の流体動圧軸受装置を示す断面図である。
【図２】実施形態で用いられているエンドプレート１３を示す平面図である。
【図３】動圧発生部の詳細を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例で製造した動圧発生部のプロファイルを示す図であって、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例である。
【図５】本発明の実施例および比較例における動圧発生部を示す写真であって、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例である。
【図６】本発明の実施例１における動圧発生部を示す拡大写真である。
【図７】本発明の実施例２における動圧発生部を示す拡大写真である。
【図８】比較例における動圧発生部を示す拡大写真である。
【図９】比較例と実施例２におけるランド部の電子顕微鏡写真である。
【図１０】電解加工によるＳ成分およびＰｂ成分の挙動を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態のハードディスク駆動装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態のスピンドルモータを示す断面図である。
【図１４】実施例３における電解加工前の試料の表面状態を示す写真である。
【図１５】実施例３における動圧発生部のプロファイルを示す図であって、（Ａ）はＤＤ材（本発明例）、（Ｂ）はＳＦ２０Ｔ材（比較例）、（Ｃ）はＤＨＳ−１材（比較例）のものである。
【図１６】実施例３におけるランド部と動圧溝底部との境界付近の表面を拡大した電子顕微鏡写真であり、（Ａ）はＤＤ材試料、（Ｂ）はＳＦ２０Ｔ材試料、（Ｃ）はＤＨＳ−１材試料のものである。
【図１７】従来の流体動圧軸受装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…ハウジング、１１…軸受部材、１２…軸体、  １３…エンドプレート、１４…スラストプレート、２０…動圧軸受面、  ２１…動圧溝、２２…ランド部、２００…スピンドルモータ、２２０…ステータ、２３１…ステータハブ、２３２…ロータ磁石、３００，３０１…ハードディスク駆動装置、３０４…ハードディスク（記録ディスク）。
【図１】
2006002937.tif 000010
【図２】
2006002937.tif 000011
【図３】
2006002937.tif 000012
【図４】
2006002937.tif 000013
【図１０】
2006002937.tif 000014
【図１１】
2006002937.tif 000015
【図１２】
2006002937.tif 000016
【図１３】
2006002937.tif 000017
【図１５】
2006002937.tif 000018
【図１７】
2006002937.tif 000019
【図５】
2006002937.tif 000020
【図６】
2006002937.tif 000021
【図７】
2006002937.tif 000022
【図８】
2006002937.tif 000023
【図９】
2006002937.tif 000024
【図１４】
2006002937.tif 000025
【図１６】
2006002937.tif 000026