【手続補正書】
【提出日】平成19年7月3日(2007.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  スピンドルモータおよびピボットアッシー
【特許請求の範囲】
【請求項１】  耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、かつ、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料として、0.20重量％のＣ、0.35重量％のＳｉ、8.00重量％のＭｎ、０を超え0.05重量％以下のＰ、0.15重量％のＳ、０を超え2.00重量％以下のＮｉ、14.00重量％のＣｒを包含し、残部が実質的にＦｅからなる鋼材で構成したシャフトを有することを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】  前記材料は、Ｐｂを含まないことを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
【請求項３】  耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、かつ、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料として、0.20重量％のＣ、0.35重量％のＳｉ、8.00重量％のＭｎ、０を超え0.05重量％のＰ、0.15重量％のＳ、０を超え2.00重量％以下のＮｉ、14.00重量％のＣｒを包含し、残部が実質的にＦｅからなる鋼材で構成したスリーブとシャフトとを有することを特徴とするピボットアッシー。
【請求項４】  前記材料は、Ｐｂを含まないことを特徴とする請求項３記載のピボットアッシー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性、耐食性、高加工性に優れる鋼材からなる部品で構成されたスピンドルモータ、ピボットアッシーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、フロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）、プリンタ等のコンピュータ周辺機器や、ファクシミリ等のＯＡ機器等の、スピンドルモータ、ピボットアッシー等には、高い回転精度が要求される。かかる回転精度を実現するために、スピンドルモータのシャフト、ピボットアッシーのシャフト、スリーブ等の構成部品に用いられる材料には、高い寸法精度が要求される。部品の寸法精度を高めるためには、加工性の高い材料を使用することが望ましい。また、コンピュータ周辺機器、ＯＡ機器等は、ユーザーによって使用環境が千差万別であるため、スピンドルモータのシャフト、ピボットアッシーのシャフト、スリーブ等の構成部品に用いられる材料には、一定以上の耐摩耗性、耐食性が要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の条件を満たす材料として、従来は、スピンドルモータのシャフト、ピボットアッシーのシャフト、スリーブ等の製造に、種々のステンレス鋼や、熱処理を施した鋼材を使用していた。しかしながら、オーステナイト系ステンレス鋼は、耐食性は良いが、材料自体が高価であることに加え、硬さ、耐摩耗性については要求を充分に満たすことができなかった。また、マルテンサイト系ステンレス鋼は、熱処理を施すと、硬さ、耐摩耗性は良好となるが、耐食性、加工性が悪くなり、表面処理により耐食性、アウトガスの改善を行う必要があった。また、加工性を高めるために、鉛（Ｐｂ）を添加する必要があった。
【０００４】
また、硫黄を加えた快削鋼には熱処理を施し、硬さ、耐摩耗性、加工性を改善し、更に耐食性、アウトガスを改善するための表面処理を行うことが必要であった。しかしながら、表面処理行程を含むことによる製造コストの上昇、表面処理に伴う環境対策費用の負担を避けることができなかった。
【０００５】
これらの材料に代わるものとして、高マンガン鋼などの開発も進められているが、耐摩耗性、加工性の点でいまだ満足できるものではなかった。このため、従来は、高マンガン鋼に対摩耗性を向上させるための熱処理を行ったり、加工性等の向上を図るために材料成分に硫黄を添加する等の対策が施されている。ところが、かかる対策材料は、製品として完成した後に、材料自体から硫黄および硫黄化合物（硫化水素、二酸化硫黄等）のアウトガスを発生させる原因となり、スピンドルモータのシャフト、ピボットアッシーのシャフト、スリーブ等の信頼性を低下させるという問題が指摘されていた。
【０００６】
本発明は上記課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、スピンドルモータのシャフト、ピボットアッシーのシャフト、スリーブを、耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料によって製造することにより、コンピュータ及びその周辺機器、ＯＡ機器等の品質の向上を図ることにある。
【０００７】  
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明に係るスピンドルモータは、耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、かつ、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料として、0.20重量％のＣ、0.35重量％のＳｉ、8.00重量％のＭｎ、０を超え0.05重量％以下のＰ、0.15重量％のＳ、０を超え2.00重量％以下のＮｉ、14.00重量％のＣｒを包含し、残部が実質的にＦｅからなる鋼材で構成したシャフトを有することを特徴とする。
さらに、前記スピンドルモータでは、前記材料はＰｂを含まないものである。
【０００８】
また、上記課題を解決するための本発明に係るピボットアッシーは、耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、かつ、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料として、0.20重量％のＣ、0.35重量％のＳｉ、8.00重量％のＭｎ、０を超え0.05重量％以下のＰ、0.15重量％のＳ、０を超え2.00重量％以下のＮｉ、14.00重量％のＣｒを包含し、残部が実質的にＦｅからなる鋼材で構成したスリーブとシャフトを有することを特徴とする。
さらに、前記ピボットアッシーでは、前記材料はＰｂを含まないものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るスピンドルモータの一例を示している。このスピンドルモータは、記録媒体であるディスクを必要に応じて交換して用いることが可能な、いわゆるリムーバルタイプのディスクドライブ（ＺＩＰ）に用いられるものである。また、図１のスピンドルモータは、ロータ１にシャフト２が固定され、シャフト２が軸受３を介してハウジング５に支持された、いわゆる「軸回転タイプ」のスピンドルモータである。
【００１１】
ロータ１は円盤状のディスク載置面１ａを有し、その周端部に外周円筒部１ｂを一体的に形成したものである。そして、外周円筒部１ｂの内壁には、マグネット１ｃが固定されている。図示の例では、ロータ１の中心部にシャフト２が圧入固定されているが、シャフト２をロータ１の一部分として一体的に形成した例もある。なお、図示のスピンドルモータはＺＩＰ用であることから、ディスク載置面１ａにも、ディスククランパとして機能するマグネット１ｄを備えている。
【００１２】
また、図１に示すスピンドルモータでは、ロータ１の回転精度を高めるために、スぺーサ４を挟持するようにして二つの軸受３が用いられている。軸受３の外輪が固定されるハウジング５には、ステータ６が固定されている。ステータ６に支持されるコイル６ａに電力を供給するためのリード線７は、ハウジング５に形成された開口５ａを貫通して、フレキシブルプリント回路板（ＦＰＣ）８にハンダ等により接続されている。なお、ディスク駆動装置用のスピンドルモータは、ＺＩＰ用に限らず概略同様の構造を有している。
【００１３】
本発明の第１の実施の形態では、シャフト２を、耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、かつ、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料によって構成している。かかる材料は、0.20重量％のＣ、0.35重量％のＳｉ、8.00重量％のＭｎ、０を超え0.05重量％以下のＰ、0.15重量％のＳ、０を超え2.00重量％以下のＮｉ、14.00重量％のＣｒを包含し、残部が実質的にＦｅからなる鋼材である。また、前記材料は、Ｐｂを含まないものである。
【００１４】
上述した基本構成のうち、Ｃ含有量の増加は発錆等を抑制すると共に、切削加工性を向上させる目的で、その含有量を上記の値としている。また、ＳｉはＡｌと同様に脱酸剤として機能することから、添加されている。しかしながら、Ｓｉは耐食性の低下要因としても、Ａｌと同様の性質を有するので、その含有量は、0.35重量％程度とする。Ｍｎは、鋼組織をオーステナイト化組織とするために必須の成分であることから、8.00重量％だけ添加されている。かかる値は、Ｃの含有量を考慮して決定されている。
【００１５】
Ｐは、鋼材の摩擦係数を低下させるものであるが、局部電池として働くので、耐食性を低下させてしまう。このために、極力混入させないことが望ましい。Ｓは、切削性を向上させる効果を奏するが、Ｐと同様に、鋼材中に局部電池を形成して腐食を引き起こすため、耐食性の点で好ましくない。また、製品として完成した後に、材料自体から硫黄および硫黄化合物のアウトガスを発生させる原因となる。そこで、本発明の実施の形態では、Ｓの添加量は0.15重量％としている。
【００１６】
Ｎｉは、Ｍｎと同様にオーステナイト組織を保持する成分であることから、添加されているが、その添加量は、2.00重量％以下とする。Ｎｉの添加により得られる効果は、１重量％あたりから顕著となり、また、Ｎｉを多量に包含すると合金としての製造コストが大幅に高くなるので、本発明の鋼材の効果を損ねることになるからである。
【００１７】
Ｃｒは不動態膜の形成により耐食性の向上に寄与する成分である。特にＣｒは耐塩性の向上に寄与する。さらに、Ｃｒの添加は鋼材の引張り強さを向上させ、降伏点を上昇させると共に、鋼材の強度も上昇させることができる。また、Ｃｒの添加は溶接による劣化を減少させ、これにより溶接性も向上する。しかしながら、Ｃｒは製造コストの大幅な増大を来さない範囲で添加量を決定する必要がある。
【００１８】
さらに、0.20重量％のＮ、０を超え0.10重量％以下のＡｌ、０を超え3.0重量％以下のＭｏ、０を超え3.0重量％以下のＣｕを含有させる場合もある。なお、ＡｌはＡｌ酸化物として存在すると錆の進行を早めるために、０を超え0.10重量％以下とし、さらにＡｌを炭化物として存在させることにより、耐食性の向上を図っている。
【００１９】
Ｍｏは、引張り強さの降伏点を上昇させるために役立ち、電気腐食性やその他の耐食性を向上させ、特に塩水噴霧試験に対する特性を改善するものである。しかしながら、Ｍｏの含有量は、５重量％を超えると合金としての製造コストが高くなり、本発明の鋼材の効果を損ねることにもなる。そこで、本実施の形態では、０を超え3.0重量％以下の添加量としている。また、冷間加工性等の向上のため、０を超え3.0重量％以下のＣｕを含有させることも可能である。
【００２０】
以上の成分比を有する鋼材は、メッキ不要の耐食性と、熱処理／軟窒化不要の耐摩耗性を有している。また、従来から使用していたステンレス鋼の場合には、切削性を向上させるためにＰｂを添加する場合が多いが、本発明の実施の形態に係る鋼材はＰｂを全く含まないため、Ｐｂフリー材料としても対応している。さらに、材料硬度は、Ｈｖ250〜500の範囲で用途に応じて任意設定が可能であり、また、切削面の面粗度はステンレス鋼（SUS303）よりも良好となる。引っ張り強度に関しても、ステンレス鋼（SUS303）の約1.6倍（800〜1000N/mm2）と高強度であるとともに、旋盤による切削性は、ステンレス鋼（SUS303）よりも良好である。かかる特性は、オーステナイトの安定化を狙い、８重量％のＭｎ、14重量％のＣｒを中心とする鋼中に微量のＣ、Ｓを添加し、ＭｎＳを非常に微細かつ均一に分布させることで、達成されたものである。
【００２１】
従って、当該鋼材をシャフト２の材料として使用することにより、一定以上の加工性、耐摩耗性、耐食性を備えることになり、熱処理、メッキ処理に伴う環境悪化や、材料成分に起因する硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を抑えることができるので、高精度かつ信頼性の高いスピンドルモータを、低コストで提供することが可能となる。
【００２２】
図２には、本発明の第２の実施の形態に係るピボットアッシーの一例を示している。かかるピボットアッシーは、シャフト９及びスリーブ10の何れにも、本発明の第１の実施の形態でスピンドルモータのシャフト２に使用した鋼材を用いたものである。なお、シャフト９及びスリーブ10は、軸受11によって互いに回転自在となっており、ＨＤＤやＦＤＤ等のコンピュータ用電子機器や、その周辺機器等に内蔵されるディスク記憶装置のスイングアーム等の機械要素に多用されるものである。
【００２３】
かかる材料をピボットアッシーに用いることで、一定以上の加工性、耐摩耗性、耐食性を備えることになり、熱処理、表面処理に伴う環境悪化や、材料成分に起因する硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を抑えることができるので、高精度かつ信頼性の高いピボットアッシーを、低コストで提供することが可能となる。
【００２４】
【実施例】
次に、本発明に係る鋼材の評価結果について以下に説明する。
【００２５】
実施例に係る鋼材の成分は、0.20重量％のＣ、0.35重量％のＳｉ、8.00重量％のＭｎ、０を超え0.05重量％以下のＰ、0.15重量％のＳ、０を超え2.00重量％以下のＮｉ、14.00重量％のＣｒを包含し、残部が実質的にＦｅからなる。かかる鋼材との比較例として、スピンドルモータのシャフト、ピボットアッシーのシャフト、スリーブ等の構成部品に用いられていた材料を挙げている。以下の説明では、実施例に係る鋼材を（Ｘ）、SUS416を（ａ）、SUS304を（ｂ）、SUS303を（ｃ）、SUS430Fを（ｄ）、S45Cを（e）、非磁性高硬度材（DSH400F）を（ｆ）、SUM24L窒化材を（ｇ）で示す。
【００２６】
まず、被削性についての検討結果を図３に図表として示す。なお、当該比較試験における旋盤の回転数：2650rpm、周速：50m/s、バイトのフィード量：25μmである。当該図表に示したように、面粗度、バラツキの点で、実施例に係る鋼材（Ｘ）は（ａ）のSUS416よりも良好な結果を得ている。しかも、バラツキに関しては、０μmを達成している。切削粉厚に関しては、鋼材（Ｘ）の方が若干厚くなっているが、状態は良好であり、夜間無人可動による生産は可能である。
【００２７】
次に、穿孔加工性についての検討結果を図４に示す。当該比較試験におけるドリルの回転速度：500rpm、送り量：0.07mm/rev、送り速度：35mm/min、送り深さ：10mmである。図４に示されるように、実施例に係る鋼材（Ｘ）は、（e）のS45Cには及ばないが、（ｂ）のSUS304よりも抵抗力（N）は小さく、穿孔加工性は良好である。
【００２８】
次に、冷間加工率と硬度との関係を、図５に示す。図示のごとく、実施例に係る鋼材（Ｘ）は、始め冷間加工率の増加と共に硬度増加を増し、冷間加工率15％で硬度値約ＨＲＣ40に達する。次いで冷間加工率の増加と共に緩やかな増加に転じ、冷間加工率25％で硬度値約ＨＲＣ48となる。そして、（ｆ）の非磁性高硬度材（DSH400F）、（ｃ）のSUS303のいずれをも上回る硬度を得ている。
【００２９】
図６には、耐食性試験（塩水噴霧試験）の比較結果を示している。発錆度合のランクは、Ａ：全く腐食されない、Ｂ：ほとんど腐食されない、Ｃ：わずかに腐食される、Ｄ：腐食される、Ｅ：かなり腐食される、となっている。ここで、実施例に係る鋼材（Ｘ）は、（ｃ）のSUS303には劣るが、（ｄ）のSUS430Fと同等の耐食性（ランクＢ）を獲得している。なお、環境試験及び塩水噴霧試験については、図８、図９にも詳しい試験結果を示している。
【００３０】
図７には、摺動摩耗性試験の比較結果を示している。図から明らかなように、実施例に係る鋼材（Ｘ）は、（ｇ）のSUM24L窒化材、（ａ）のSUS416の何れよりも摩耗量（μm）は少なく、高い耐摩耗性を備えていることがわかる。
【００３１】
図８には、環境試験の比較結果を図表として示している。環境試験の条件は80℃、湿度95％である。（ａ）のSUS416は、96時間で錆が発生しているが、その後の進行はない。但し、試験片の切削部を拡大観察したところ、切削痕（切削時のＭｎＳの脱落によるものと思われるピンホール）に、錆の発錆が確認された。（ｃ）のSUS303は、120時間で全周に渡り均一な斑点状の錆が発錆した。実施例に係る鋼材（Ｘ）は、120時間で切削部にしみ状の錆が発生した。
【００３２】
なお、試験前の試験片の切削部において、硫化物（ＭｎＳ）の脱落痕が（ｃ）のSUS303、（ａ）のSUS416で確認できたのに対し、実施例に係る鋼材（Ｘ）は、痕跡が皆無であることが、本環境試験で良好な結果を示した一因であると思料される。
【００３３】
図９には、耐食性試験の比較結果を図表として示している。また、耐食性試験の条件は、35℃、５％ＮａＣｌである。（ａ）のSUS416は、８時間から錆が発生し、時間経過に伴う錆の進行が、試験片の切削部と研削部双方に確認できる。（ｃ）のSUS303は、168時間で試験片の切削先端部に錆が発生している。実施例に係る鋼材（Ｘ）は、48時間から試験片の切削部の根元に錆が発生し、168時間後は、塩水の流れ落ちた部分に拡大している。したがって、実施例に係る鋼材（Ｘ）は、浸透（海水中等）状態での耐食性は充分ではないが、パソコン用電子機器、ファクシミリ（ＯＡ機器）等、本発明の適用分野への使用における耐食性は充分に確保されていることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、以下のような効果を有する。すなわち、本発明に係るスピンドルモータは、耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料によって製造されたシャフトを備えることで、ＨＤＤ、ＦＤＤ等コンピュータ用電子機器、ＯＡ機器等の品質の向上を図ることが可能となる。また、本発明に係るピボットアッシーは、耐摩耗性、耐食性、加工性が高く、硫黄および硫黄化合物のアウトガスの発生を低く抑えた材料によって製造されたシャフト、スリーブを備えることで、コンピュータ及びその周辺機器、ＯＡ機器等の品質の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態に係るスピンドルモータの一例を示す断面図である。
【図２】
本発明の第２の実施の形態に係るピボットアッシーの一例を示す断面図である。
【図３】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、被削性についての検討結果を示す図表である。
【図４】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、穿孔加工性についての検討結果を示す図である。
【図５】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、冷間加工率と硬度との関係を示す図である。
【図６】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、耐食性試験（塩水噴霧試験）の比較結果を示す図である。
【図７】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、摺動摩耗性試験の比較結果を示す図である。
【図８】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、環境試験の比較結果を経時的に示す図表である。
【図９】
本発明の実施例に係る鋼材と比較例の、耐食性試験の比較結果を経時的に示す図表である。
【符号の説明】
１  ロータ
１ｂ  外周円筒部
１ｃ  マグネット
１ｄ  マグネット
２  シャフト
３  軸受
４  スペーサ
５  ハウジング
６  ステータ
６ａ  コイル
９  シャフト
10  スリーブ
11  軸受