(57)【要約】【課題】多孔質焼結材からなる動圧軸受の耐摩耗性を高め、耐久性および信頼性を向上させる。【解決手段】所定部分を磁気帯びさせた金型１１に、磁性を有する第１の焼結材料Ｍ１を充填し、この第１の焼結材料Ｍ１を磁力により前記所定部分に付着させる工程、第２の焼結材料Ｍ２を金型１１に充填する工程、充填された第１の焼結材料Ｍ１および第２の焼結材料Ｍ２を圧縮成形する工程、圧縮成形された焼結材料を焼成する工程を有する構成とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定部分を磁気帯びさせた金型に、磁性を有する第１の焼結材料を充填し、この第１の焼結材料を磁力により前記所定部分に付着させる工程、第２の焼結材料を前記金型に充填する工程、充填された第１の焼結材料および第２の焼結材料を圧縮成形する工程、圧縮成形された焼結材料を焼成する工程を有することを特徴とする動圧軸受の製造方法。
【請求項２】
帯電させた第３の焼結材料を、この第３の焼結材料と反対の極性に所定部分を帯電させた金型に充填し、電気的吸引力により第３の焼結材料を前記所定部分に付着させる工程、第２の焼結材料を前記金型に充填する工程、充填された第３の焼結材料および第２の焼結材料を圧縮成形する工程、圧縮成形された焼結材料を焼成する工程を有することを特徴とする動圧軸受の製造方法。
【請求項３】
多孔質焼結体からなる円筒状の動圧軸受であって、軸部材と接触しやすい部分の表面硬度を他の部分よりも高くしたことを特徴とする動圧軸受。
【請求項４】
前記軸部材と接触しやすい部分が内周面の両端部である請求項３記載の動圧軸受。
【請求項５】
前記軸部材と接触しやすい部分の表面硬度が前記他の部分の表面硬度の２倍以上である請求項３又は４記載の動圧軸受。
【請求項６】
前記軸部材と接触しやすい部分の主成分がＦｅ又はセラミックである請求項３〜５のいずれかに記載の動圧軸受。
【請求項７】
有底穴を有するハウジング部材と、該ハウジング部材の前記有底穴の内周面に取り付けられた円筒状の動圧軸受と、該動圧軸受の中心孔に微小間隙を有して挿通された軸部材とを備えた動圧軸受装置において、
前記動圧軸受として請求項３〜６のいずれかに記載の動圧軸受を用いたことを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項８】
請求項７記載の動圧軸受装置を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項９】
情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、筐体と、該筐体の内部に固定され、前記記録媒体を回転させるスピンドルモータと、前記記録媒体の所望の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、前記スピンドルモータとして請求項８記載のモータを用いることを特徴とするディスク駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受の製造方法並びに動圧軸受及びこの動圧軸受を備えた動圧軸受装置、スピンドルモータ、ディスク駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開平１０−１９６６４６号公報に開示されているような多孔質焼結材からなる動圧軸受が、高速回転するモータ等の軸受として近年広く使用されつつある。この多孔質焼結材からなる動圧軸受では、焼結材中にオイルが含浸されているので、摺動性に優れ、いわゆるロックを起こしにくいという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、この多孔質焼結材は動圧軸受を構成する部材としては軟質であるため、ステンレス鋼や銅系合金などの無垢の金属部材に比べて耐摩耗性に劣るという問題があった。このため、多孔質焼結材からなる動圧軸受の耐久性や信頼性をいかにして向上させるかが従来からの大きな課題であった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは耐摩耗性を高めた動圧軸受を確実且つ効率的に製造できる方法を提供することにある。
【０００５】
また本発明の目的は、高い耐摩耗性を有し、耐久性や信頼性を向上させた多孔質焼結材からなる動圧軸受を提供することにある。
【０００６】
さらに本発明の目的は、耐久性および信頼性に優れた動圧軸受装置、スピンドルモータ、ディスク駆動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、動圧軸受装置において、振動や衝撃といった外乱あるいはモータの起動・停止時の低速回転時に軸部材とスラストプレート、あるいは軸部材と動圧軸受との接触が発生するが、実際に接触が頻繁に発生する部位は限られているとの知見を得た。具体的には、動圧軸受の内周面の上下端部及びスラスト軸受側端面の内外周である。そこで、金型を用いて動圧軸受を加圧成形する際に、接触による摩耗が懸念される部分に対応する金型の部分に、鉄などの耐摩耗性の高い材料を局在させておけばよいことを見出し本発明をなすに至った。
【０００８】
すなわち、第１の発明に係る動圧軸受の製造方法では、所定部分を磁気帯びさせた金型に、磁性を有する第１の焼結材料を充填し、この第１の焼結材料を磁力により前記所定部分に付着させる工程、第２の焼結材料を前記金型に充填する工程、充填された第１の焼結材料および第２の焼結材料を圧縮成形する工程、圧縮成形された焼結材料を焼成する工程を有する構成とした。
【０００９】
また第２の発明に係る動圧軸受の製造方法では、帯電させた第３の焼結材料を、この第３の焼結材料と反対の極性に所定部分を帯電させた金型に充填し、電気的吸引力により第３の焼結材料を前記所定部分に付着させる工程、第２の焼結材料を前記金型に充填する工程、充填された第３の焼結材料および第２の焼結材料を圧縮成形する工程、圧縮成形された焼結材料を焼成する工程を有する構成とした。
【００１０】
本発明に係る動圧軸受では、多孔質焼結体からなる円筒状の動圧軸受であって、軸部材と接触しやすい部分の表面硬度を他の部分よりも高くする構成とした。ここで、この軸部材と接触しやすい部分は通常は、円筒状の動圧軸受の内周面の両端部である。
【００１１】
動圧軸受の耐久性や信頼性をより向上させるには、前記軸部材と接触しやすい部分の表面硬度を前記他の部分の表面硬度の２倍以上とするのが望ましい。また前記軸部材と接触しやすい部分の主成分としてはＦｅ又はセラミックが好ましい。
【００１２】
さらに本発明に係る動圧軸受装置では、有底穴を有するハウジング部材と、該ハウジング部材の前記有底穴の内周面に取り付けられた円筒状の動圧軸受と、該動圧軸受の中心孔に微小間隙を有して挿通された軸部材とを備え、前記動圧軸受として前記記載の動圧軸受を用いる構成とした。
【００１３】
また本発明に係るスピンドルモータでは、前記記載の動圧軸受装置を備えた構成とした。
【００１４】
そしてまた本発明のディスク駆動装置では、情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、筐体と、該筐体の内部に固定され前記記録媒体を回転させるスピンドルモータと、前記記録媒体の所望の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有し、前記スピンドルモータとして前記記載のモータを用いる構成とした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図に基づいて本発明の動圧軸受の製造方法について説明する。図１は、第１の発明に係る動圧軸受の製造方法の一例を示す工程図である。まず、円筒状の溝１１ａが形成された下金型１１において、軸部材３（図４に図示）との接触による摩耗が懸念される、半径方向内方の溝内周面の上下端部分に磁気を帯びさせる。金型の所定部分に磁気を帯びさせる方法としては従来公知の方法を用いることができ、例えば電磁石やコイル、永久磁石などを金型の所望の部分に所定時間以上対置することによりその部分を磁化させる、あるいは金型の所定部分に溝を形成し、そこに磁石を填め込むことによって磁気を帯びさせることができる。
【００１６】
次に、所定部分に磁気を帯びさせたこの下金型の溝１１ａに、磁気を有し且つ耐摩耗性を有する第１の焼結材料Ｍ１を充填し、下金型の溝１１ａの磁気帯び部分に焼結材料Ｍ１を付着させる（図１（ａ））。付着しなかった焼結材料Ｍ１は溝１１ａから取り出す。ここで使用できる焼結材料Ｍ１としては、磁性を有し且つ耐摩耗性を有するものであれば特に限定はなく、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗなどを主成分とする炭化物や合金で、磁性を有するものなどが挙げられる。この中でも、Ｆｅ及びＦｅを主成分とする合金が好適に使用できる。Ｆｅを主成分とする合金としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｔａ、Ｓｉ、Ｃ、Ｂ、Ｚｒ、Ｐからなる群から選ばれる１又は２以上の元素とＦｅとの合金が挙げられる。
【００１７】
そして、第２の焼結材料Ｍ２を下金型１１の溝１１ａに充填する（同図（ｂ））。ここで使用できる第２の焼結材料Ｍ２は多孔質焼結材として従来から使用されている焼結材料であって、例えばＦｅ−ＣｕやＣｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｆｅ−Ｃなどが挙げられる。
【００１８】
次に、下金型の溝１１ａに嵌合する凸部を有する上金型１２を上方から下降させて、溝１１ａに充填した第１の焼結材料Ｍ１および第２の焼結材料Ｍ２を圧縮成形する（同図（ｃ））。圧縮成形条件としては特に限定はなく従来公知の条件を用いることができ、例えば成形圧力が５〜８ｔｏｎ／ｃｍ２の範囲で、成形時間２〜１０ｓｅｃの範囲である。
【００１９】
圧縮成形した動圧軸受前駆体２’は金型１１から取り出された後（同図（ｄ））、焼成される。焼成条件としては従来公知の条件がここでも採用でき、焼成温度は例えば銅系材料の場合には７５０〜９００℃の範囲、鉄系の場合には９８０〜１１８０℃の範囲、ステンレス鋼の場合には１１８０〜１３５０℃の範囲である。
【００２０】
以上のようにして製造された動圧軸受は、次工程以後従来公知の方法により、外周面および内周面がサイジングされた後その内周面に動圧発生溝が形成され、完成品としての動圧軸受とされる。図２に、完成した動圧軸受の一例を示す断面図を示す。図２の動圧軸受の内周面の上下端部には、第１の焼結材料からなる高硬度部分２１，２２が形成され、また軸方向に離隔した位置には２つのラジアル動圧発生溝２３ａ、２３ｂが形成されている。ここで、動圧軸受装置としたときの潤滑流体における負圧の発生を防止するために、ラジアル動圧発生溝２３ａは軸方向下方に潤滑流体を流動させる、軸方向に不平衡なヘリングボーン状溝としている。ラジアル動圧発生溝２３ａを構成する一対のスパイラル溝部２３ａ１、２３ａ２のうち、軸方向上側に位置する方のスパイラル溝部２３ａ１の軸方向寸法を、軸方向下側に位置する方のスパイラル溝部２３ａ２の軸方向寸法よりも幾分大きく設定することで、軸方向上側のスパイラル溝部２３ａ１による潤滑流体に対するポンピング力が軸方向下側のスパイラル溝部２３ａ２のポンピング力を上回り、潤滑流体は軸方向下側へと流動させることができる。なお、溝の上下の長さ比や本数など具体的条件は、用いる潤滑流体の種類や微小間隙の幅などを考慮して適宜決定される。
【００２１】
次に、第２の発明に係る動圧軸受の製造方法について説明する。接触による摩耗が懸念される部分に対応する金型の部分に、鉄などの耐摩耗性の高い材料を局在させてその部分の表面硬度を高くする点は、第１の発明に係る製造方法と共通し、耐摩耗性の高い材料を局在させる方法として、磁力に換えて電気的吸引力を用いる点が異なる。
【００２２】
すなわち、第２の発明に係る製造方法の大きな特徴は、帯電させた第３の焼結材料を、この第３の焼結材料と反対の極性に帯電させた金型の所定部分に電気的吸引力により付着させることにある。なお、これ以外の製造工程は第１の発明に係る製造方法と同じであるのでその説明はここでは省略し、電気的吸引力による付着について以下説明する。
【００２３】
円筒状の溝１１ａが形成された下金型１１において、軸部材３（図４に図示）との接触による摩耗が懸念される、半径方向内方の溝内周面の上下端部分を帯電させる。図３に示すように、帯電させる方法としては、例えば金型１１の前記の上下端部分の表面に周溝１２を形成し、その周溝１２にアルミナなどのセラミック材ｍを充填し、このセラミック材ｍの充填部分を例えばコロナ放電や導電性ブラシなどにより帯電させればよい。
【００２４】
一方、ここで使用する第３の焼結材料としては、帯電性を有し且つ耐摩耗性を有するものであれば特に限定はなく、例えばジルコニアやアルミナなどのセラミック材料が挙げられる。また、Ｆｅやステンレス鋼などそのままでは帯電しない材料の場合には、微小のシリカやアルミナなどをそれらの材料表面に付着させることにより摩擦帯電性を付与することができる。
【００２５】
このようにして作製した動圧軸受は、図２に示したように、軸部材と接触が懸念される部分、ここでは動圧軸受の内周面の上下端部分２１，２２の硬度が他の部分よりも高くなっている。これにより、低速回転時や外部衝撃時などに軸部材３が動圧軸受２とたとえ接触したとしても、その接触部分は他の部分よりも硬度を高くしてあるため接触摩耗が抑えられ、耐久性及び信頼性が格段に向上する。
【００２６】
前記軸部材と接触しやすい部分の表面硬度としては、他の部分の表面硬度の２倍以上が好ましい。耐摩耗性を向上させると共に耐焼き付き性をも維持・向上させる観点から、軸受部材の大部分にはＣｕ系材料を用いて耐焼き付き性を維持・向上させる一方、耐摩耗性を要求させる部分には主成分がＦｅ又はセラミックの材料を用いるのが好ましい。Ｃｕ系材料の硬度は例えば青銅の場合でＨＢ５９であり、通常ＨＢ１００以下である。一方、Ｆｅを主成分とする材料の硬度は、例えばＳＵＳ３０４の場合でＨＢ１４０〜１６０、ＳＵＳ４２０Ｊ２の場合でＨＢ１７０〜２００である。またセラミック材料の硬度は、例えばジルコニアの場合でＨｖ１３００、アルミナの場合でＨｖ１６００である。
【００２７】
もちろん、前記説明した製造方法以外の方法により、軸部材と接触が懸念される部分の硬度を他の部分よりも高くした動圧軸受を製造してもよく、この場合の動圧軸受も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２８】
次に、このような動圧軸受を用いた動圧軸受装置について説明する。以下、図４に基づいて本発明の動圧軸受装置について詳述する。図４は本発明に係る動圧軸受装置の一例を示す縦断面図である。図４の動圧軸受装置においてハウジング部材４は、円筒状のスリーブ支持部材４１と、このスリーブ支持部材４１の下端に形成された嵌合溝部４３に嵌装されたスラストブッシュ部材４２とからなる。スラストブッシュ部材４２の上面にはスラスト動圧発生溝４２ａが形成されている。そして、スリーブ支持部材４１の内周面には、軸方向長さがスリーブ支持部材４１よりも短い、多孔質焼結体からなる中空円筒状のスリーブ部材（動圧軸受）２が固着されている。図２に示したように、このスリーブ部材２の内周面の上下端部には高硬度部分２１，２２が形成されていると共に、２つのラジアル動圧発生溝２３ａ，２３ｂが軸方向に離隔して形成され、その下端面にはスラスト動圧発生溝２３ｃが形成されている。
【００２９】
一方、軸部材３は、軸部３１と、軸部３１の下端に形成されたスラストプレート部３２とからなる。そして、スラストプレート部３２はスリーブ部材２とスラストブッシュ部材４２とで形成させる空間に所定間隙を有して挟み込まれ、軸部３１はスリーブ部材２の貫通孔２４に所定間隙を有して挿通している。スリーブ支持部材４１の上側開口には、中央に孔５１が穿設されたキャップ部材５が、その孔５１に軸部３１を挿通させた状態で、その上面とスリーブ支持部材４１の上端面とが同一面となるように嵌装されている。
【００３０】
そして、ハウジング部材４とキャップ部材５とで囲まれた空間内部は潤滑流体（不図示）で充填される。充填された潤滑流体は、キャップ部材５と軸部テーパ面３１１とで構成されるテーパシール部Ｓで外気圧とバランスし、装置外に漏出しないようにシールされている。
【００３１】
このような構造の動圧軸受装置において、軸部材３が回転を始めると、スリーブ部材２の内周面に形成されたヘリングボーン型の２つのラジアル動圧発生溝２３ａ，２３ｂで発生する流体動圧により軸部材３のラジアル荷重が支持され、他方スリーブ部材２の下端面及びスラストブッシュ部材４２の表面に形成されたスパイラル型のスラスト動圧発生溝２３ｃ、４２ａで発生する流体動圧により軸部材３のスラスト荷重が支持される。一方、軸部材の回転開始及び停止時には軸部材３は動圧軸受２と接触するが、軸部材３が接触する動圧軸受２の部分は高硬度部分２１，２２としてあるので、軸部材３の接触による動圧軸受２の摩耗は防止される。また、軸部材３の回転中、各動圧発生溝の端部側では潤滑流体の内圧が低下するが、図２に示したように軸方向上側のラジアル動圧発生溝２３ａを軸方向に不平衡なヘリングボーン状溝としていると、潤滑流体における負圧の発生が抑えられる。
【００３２】
次に、本発明に係るモータについて説明する。本発明のモータの大きな特徴は前記説明した動圧軸受装置を搭載した点にある。以下、図に基づいて本発明のモータを詳述する。
【００３３】
図５は前記説明した本発明の動圧軸受装置１を搭載したＨＤＤスピンドルモータの縦断面図である。ブラケット６は中心部に設けられた基部６１と、この基部６１の外周方向に設けられた周壁６２と、この周壁６２からさらに外方向に延設された鍔部６３とからなり、これらが一体且つ同軸的に形成されている。
【００３４】
基部６１の中心部には環状突部６４が形成され、そこに図４に示した動圧軸受装置Ｂが嵌合固定されている。そして動圧軸受装置Ｂの軸部材３の上端は、略円筒状のロータハブ７の上面中央部に形成された孔部７１に嵌合固定されている。ロータハブ７の内周面には、周方向に多極着磁されたロータマグネット７２が全周にわたり配設されている。またロータマグネット７２の半径方向内方には、ロータマグネット７２に対向してステータ８がブラケット６の基部６２に形成された環状突部６４に配設されている。ステータ８と環状突部６４との固定は、圧入による嵌合固定の他、接着剤による固定でもよい。
【００３５】
ロータハブ７の外周下側には鍔部７３が形成され、ここにハードディスク（不図示）が装着される。具体的にはロータハブ７の外周部７４により位置決めされて、鍔部７３の上に一又は複数のハードディスクが装着された後、クランプ部材（不図示）などにより孔部７５にネジ止めされて、ハードディスクはロータハブ７に対して保持固定される。
【００３６】
本発明のディスク駆動装置について以下説明する。図６に、一般的なディスク駆動装置９の内部構成を模式図として示す。ハウジング（筐体）９１の内部は塵・埃などが極端に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板（記録媒体）９３が装着されたモータ９２が設置されている。加えてハウジング９１の内部には、ディスク板９３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構（情報アクセス手段）が配置され、このヘッド移動機構はディスク板９３上の情報を読み書きするヘッド９６、このヘッド９６を支えるアーム９５，およびヘッド９６並びにアーム９５をディスク板９３上の所要位置に移動させるアクチュエータ部９４により構成される。
【００３７】
【発明の効果】
第１の発明に係る動圧軸受の製造方法では、軸部材との接触による摩耗が懸念される部分に対応する金型部分に磁気を帯びさせておき、磁性を有し耐摩耗性の高い焼結材料をここに充填し、この焼結材料を磁力により前記部分に付着させるようにしたので、局所的に耐摩耗性の高めた動圧軸受を確実且つ効率的に製造できる。
【００３８】
第２の発明に係る動圧軸受の製造方法では、軸部材との接触による摩耗が懸念される部分に対応する金型部分を帯電させておき、この金型と反対の極性に帯電させた耐摩耗性の高い焼結材料をここに充填し、この焼結材料を電気的吸引力により前記部分に付着させるようにしたので、第１の発明と同様に、局所的に耐摩耗性の高めた動圧軸受を確実且つ効率的に製造できる。
【００３９】
本発明の動圧軸受では、多孔質焼結体からなる円筒状の動圧軸受であって、軸部材と接触しやすい部分の表面硬度を他の部分よりも高くする構成としたので軸部材と接触しても摩耗が抑えられ、耐久性および信頼性が格段に向上した。
【００４０】
本発明の動圧軸受装置、スピンドルモータ、ディスク駆動装置では、動圧軸受として前記動圧軸受を用いるので前記と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明に係る動圧軸受の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】本発明の動圧軸受の一例を示す断面図である。
【図３】第２の発明に係る動圧軸受の製造方法に用いる金型の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の動圧軸受装置の一例を示す断面図である。
【図５】本発明のスピンドルモータの一例を示す断面図である。
【図６】本発明のディスク駆動装置の一例を示す概説図である。
【符号の説明】
２　スリーブ部材（動圧軸受）
３　軸部材
４　ハウジング部材
Ｂ　動圧軸受
１１　下金型
１２　上金型
２１，２２　高硬度部分
２４　中心孔
Ｍ１　第１の焼結材料
Ｍ２　第２の焼結材料
Ｍ３　第３の焼結材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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