(57)【要約】【課題】モータに用いて、低振動、低騒音等を実現できる軸、軸受を提供するにある。【解決手段】本発明に係る軸、軸受は、摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いたことを特徴とする。【選択図】図１
2004036649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いたことを特徴とする軸。
【請求項２】
摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いたことを特徴とする軸受。
【請求項３】
前記摺動材が、前記炭素繊維を配合した焼結メタルであることを特徴とする請求項２記載の軸受。
【請求項４】
前記摺動材が、前記炭素繊維を配合した樹脂材であることを特徴とする請求項２記載の軸受。
【請求項５】
前記摺動材が、前記炭素繊維を配合したセラミックであることを特徴とする請求項２記載の軸受。
【請求項６】
前記摺動材が、軸本体表面上に、金属と前記炭素繊維とが混在する摺動層に形成されていることを特徴とする請求項１記載の軸。
【請求項７】
前記摺動材が、軸受本体表面上に、金属と前記炭素繊維とが混在する摺動層に形成されていることを特徴とする請求項２記載の軸受。
【請求項８】
前記摺動材が、前記軸本体表面上に、部分的に帯状に形成されていることを特徴とする請求項１または６記載の軸。
【請求項９】
前記摺動材が、前記軸受本体表面上に、部分的に帯状に形成されていることを特徴とする請求項２、３、４、５または７記載の軸受。
【請求項１０】
請求項１、６、８いずれか１項記載の軸がローター軸に用いられていることを特徴とするモータ。
【請求項１１】
請求項２、３、４、５、７、９いずれか１項記載の軸受がローター軸の軸受に用いられていることを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として、磁気ディスク用スピンドルモータ、光ディスク用スピンドルモータ、光磁気ディスク用スピンドルモータ、ファンモータ、ポリゴンスキャナモータ等、高精度、高速回転、高寿命、低振動、低騒音を求められるモータに使用して好適な軸、軸受、およびこれらモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記モータの軸受構造は、滑り軸受や流体軸受が一般的に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、前記のモータは、高速化が著しく、１００００回転／分以上のものも珍しくない。磁気ディスク用スピンドルモータや光ディスク用スピンドルモータでは２００００回転／分、ポリゴンスキャナモータでは４００００回転／分というものまであり、なおかつ高寿命、高精度のものが求められている。また、それに加え、低騒音、低振動の要求が高く、このような高速モータにあっては、ボールベアリングや滑り軸受では要求を満足できなくなっている。
【０００４】
このような滑り軸受では基本的に接触構造となっている。そのため、回転数の増加とともに摩擦抵抗が増加し、騒音と振動が大きくなる。さらに発熱が増えるため、潤滑油を使用している場合は、その劣化を促進させたり、油膜が切れやすくなったり、飛散しやすくなる。この結果、焼き付きカジリに至る場合もある。潤滑油を使用していない場合は、さらに振動、騒音が増大し、また発熱も増大するため、焼き付きカジリが発生しやすくなることはいうまでもない。
このため、定常回転時には、非接触で回転する流体動圧軸受が使用され始めているが、停止、起動時には必ず接触するので、基本的に上記課題が潜在している。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、その目的とするところは、モータに用いて、低振動、低騒音等を実現できる軸、軸受を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軸は、摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いたことを特徴とする。
また、本発明に係る軸受は、摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いたことを特徴とする。
【０００７】
前記摺動材が、前記炭素繊維を配合した焼結メタルであることを特徴とする。また、前記摺動材が、前記炭素繊維を配合した樹脂材であることを特徴とする。
また前記摺動材が、前記炭素繊維を配合したセラミックであることを特徴とする。
前記摺動材が、軸本体表面上に、金属と前記炭素繊維とが混在する摺動層に形成されていることを特徴とする。
前記摺動材が、前記軸本体表面上に、部分的に帯状に形成されていることを特徴とする。
また、前記摺動材が、前記軸受本体表面上に、部分的に帯状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また本発明に係るモータは、上記いずれかの軸がローター軸に用いられていることを特徴とする。
また、上記いずれかの軸受がローター軸の軸受に用いられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１にポリゴンスキャナモータ２０の一例を示す。
１１はカップ状をなすロータカップであり、ロータ軸（回転軸）３に固定され、ロータ軸３とともに回転する。１２はロータカップ１１の内側に固定されたリング状のマグネットである。
ロータ軸３は、基板５上に立設されたハウジング９内に配置された筒状の軸受６およびスラスト軸受７により軸受けされ、回転する。８は上面側にスラスト軸受７が配置されるエンドカバーであり、ハウジング９に螺合される。
【００１０】
１０はステータコアであり、ハウジング９外周上に固定保持され、また電機子コイルが巻回されてステータが構成される。
１はポリゴンミラーであり、ロータカップ１に固定されている。４はミラー押えバネ、２は止め輪である。
基板５上に駆動用の配線回路が形成され、電機子コイルに通電されることによりロータカップ１１とともにポリゴンミラーが高速回転されるようになっている。
【００１１】
ポリゴンスキャナモータ２０の構造自体は公知のものであり、上記に限定されない。また、モータそのものもポリゴンスキャナモータに限定されるものではない。
本発明では、ロータ軸（軸）３、および、または、軸受６もしくは７に工夫を凝らしている。
すなわち、軸３、軸受６、７の摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いた。
【００１２】
本発明で用いるカーボンナノファイバーやカーボンナノチューブ（以下単に炭素繊維ということがある）は公知の材料を用いることができる。
軸３等の摺動部を構成する材料に、カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブを含有させるのである。
上記炭素繊維は単層、多層どちらでも利用可能であり、またその一端または両端がフラーレン状のカップで閉ざされていても良い。
なお、前記カーボンナノファイバーとは、前記カーボンナノチューブの長さが、その直径の１００倍以上あるチューブの形態である。
使用する炭素繊維は、その直径が数ｎｍから数百ｎｍ（例えば３００ｎｍ）以下のものを用いる。
【００１３】
軸３、軸受６、軸受７を構成する材料全体に、カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブを配合して軸、軸受を構成することができる。
例えばこれらの材料として、焼結メタルがある。鉄や銅などの金属粉末を成形して焼き固めるものである。これらの金属粉末に上記炭素繊維を配合して焼き固めるようにする。これにより多孔質体の軸や軸受が形成される。軸受の場合には、この孔に潤滑油を含浸させてもよいが、潤滑油を含浸させなくても、炭素繊維そのものが極めて摺動性に優れるので、十分な潤滑特性が得られる。
【００１４】
上記炭素繊維の大きな特徴は従来にない低摩擦係数にある。この炭素繊維を軸や軸受部材に配合することによって低摩擦となり、低騒音、低振動が実現できる。また、上記炭素繊維は熱伝導率が高いため、発熱を最小限に抑えることができる。
特に摺動材に潤滑油を含浸させた場合には、一層低摩擦となり、発熱もさらに抑えられることから、潤滑油の飛散もなく、油膜も適切に形成され滑らかに回転するので、一層低騒音、低振動が実現される。
【００１５】
また軸受部材として樹脂も使用されている。低摩擦係数のフッ素系樹脂の使用が多いが、この中に上記炭素繊維を配合することにより、低摩擦となり、低騒音、低振動が実現できる。
また軸受部材としてセラミックも使用される。これはその硬さからくる低摩耗という特徴に着目して使用される。この中に上記炭素繊維を配合することにより、本来の低摩耗に加え、低摩擦のものとなり、低騒音、低振動が実現できる。
炭素繊維の配合量は特に限定されないが、１０ｗｔ％前後で十分な摺動特性が得られる。
【００１６】
なお、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーは高価であることから、軸３、軸受６、軸受７の全体に配合するとコスト高となる。
したがって、これら軸、軸受の摺動部にのみ部分的に上記炭素繊維を配合することによって、炭素繊維量を減らすことができ、コストの低減が図れる。
【００１７】
軸本体の外周面上、筒状の軸受本体の内周面上、平板状のスラスト軸受本体の表面上に部分的に上記炭素繊維を含む摺動材層を形成するには次のようにすると好適である。
すなわち、軸本体、軸受本体の摺動面に金属をメッキする際に、メッキ液中に前記カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブを懸濁し、メッキする金属が周囲のカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブを巻き込みながら軸本体、軸受本体に析出する分散メッキを利用して、前記カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブを含む摺動材層を形成することができる。
【００１８】
図２に示すように、摺動材層２４において、軸本体、軸受本体２１上に、炭素繊維２２の一部がメッキ金属２３に抱き込まれるようにして保持される。
なお、分散メッキは、前記カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブの固定手段の一例であって、ガス中に浮揚させた前記カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブを金属溶射、蒸着等の方法で軸本体、軸受本体に固定する方法もあり、固定手段は特に限定されない。
この摺動材層２４では、金属と前記炭素繊維とが混在するものとなる。
上記のような摺動材層２４は、軸本体、軸受本体の全面に形成してもよいが、図１に示すように、部分的に例えば帯状に形成してもよい。
【００１９】
前記カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブは、長さ方向に対する引張強度は非常に強いが、曲げ力に対しては柔軟に曲がる特性を持っている。このため図２のように、摺動表面に特定のカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブが突出している場合であっても、摺動時に加わる荷重により当該突出カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブは接触面まで曲がることで同突出カーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブの先端に荷重が集中するのを防ぐと共に、これにより摺動特性が向上するのである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、軸および／または軸受の摺動部にカーボンナノファイバーまたはカーボンナノチューブからなる炭素繊維を含む摺動材を用いたので、低摩擦となり、低騒音、低振動となるモータを提供できる。またこれら炭素繊維は熱伝導率が高いため、摺動面の発熱を最小限に抑えることができ、焼き付きやカジリを防止することができる。また潤滑材を用いなくても十分な潤滑性が得られ、潤滑材を用いた場合にあっても、一層低摩擦となって発熱が抑えられるので、潤滑油の飛散もなく、油膜を十分に形成でき、さらに低騒音、低振動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリゴンスキャナモータの一例を示す断面図である。
【図２】炭素繊維を含む摺動材層をメッキによって形成した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ポリゴンミラー
２　止め輪
３　軸
４　ミラー押えバネ
５　基板
６　軸受
７　スラスト軸受
８　エンドカバー
９　ハウジング
１０　ステータコア
１１　ロータカップ
１２　マグネット
２０　ポリゴンスキャナモータ
２１　軸本体
２２　炭素繊維
２３　メッキ金属
２４　摺動材層
【図１】
2004036649.tif 000003
【図２】
2004036649.tif 000004