(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型で溶製され、作動流体である潤滑油剤を介すことで非接触状態を保ちながら軸が相対回動自在に挿入される略円筒状のスリーブの内周面に動圧発生溝を形成した動圧軸受において、
該スリーブが、銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とからなるα黄銅に、けい素（Ｓｉ）を２．０〜７重量％含有し、
ビスマス（Ｂｉ）と鉛（Ｐｂ）とが前記作動流体中に溶け出すことによる該作動流体の劣化を防止すべく、ビスマス（Ｂｉ）を含有せず、鉛（Ｐｂ）の含有量を０．１重量％以下とした銅合金からなることを特徴とする動圧軸受。
【請求項２】
前記スリーブの銅合金は、黄銅とけい素の化合物からなる硬質相をマトリックス状に混在させたことを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動圧軸受に関し、特にハードディスク駆動装置用をはじめとして、耐食性が要求される部位に用いるのに適した動圧軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速度で高精度の回転が要求される装置に用いられる軸受として、近年、動圧軸受が多用されつつある。動圧軸受は、一般に、軸と軸受との間に潤滑油等の作動流体を注入するとともに、軸および軸受のいずれか一方に微細な動圧溝を形成し、軸と軸受との相対回転により生じるポンピング作用等によって作動流体の圧力を上昇させ、その圧力によって軸受に対して軸を実質的に非接触のもとに相対回転自在に支持する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような動圧軸受を用いるのに適した用途として、ハードディスク駆動装置における動圧軸受が知られている。この用途における動圧軸受においては、通常、スリーブの内周面に例えばヘリングボーンパターン等の動圧発生溝を形成し、その内部に軸を貫通させた構造を採る。このハードディスク駆動装置に用いられる動圧軸受には、特に加工の容易性や摺動特性さらには耐摩耗性と耐食性が要求される。このような要求に応えるため、従来のハードディスク駆動装置用の動圧軸受には、例えば黄銅などＣｕ−Ｚｎ系の銅合金を母材とし、その表面に硬質Ｎｉメッキによるコーティング層を形成した構造のものが用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２３２１４号公報
【０００５】
ところで、近年、動圧軸受においては、高速化や極小化に伴いその内径寸法精度（軸に対するクリアランス）をはじめとして、高い加工精度が要求され、上記のように表面にＮｉメッキを施す場合、そのメッキ層の厚さのばらつきに起因して製品歩留りが悪くなるという問題が指摘されるようになってきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、コーティングレスが検討されるようになってきたが、従来、動圧軸受に用いられる銅合金においては、既存の銅合金と同様に、その快削性を向上させるためにＰｂやＢｉをはじめとし、過飽和して析出分散しやすい低融点軟金属成分が含まれている。そのため、析出分散したＰｂやＢｉなどの低融点金属は、動圧軸受の作動流体中に溶けだして作動流体の劣化を招き、潤滑不良に至らしめることが指摘されている。また、黄銅などの銅合金自体では、耐摩耗性と耐食性について要求を満たしているとは言えない。
【０００７】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、不良の原因となりやすいＮｉメッキ等のコーティングを施すことなく、ハードディスク駆動装置等用途での耐食性や耐摩耗性などの要求性能を満たすことができ、もって高い製造歩留りのもとに長期にわたって安定した性能を発揮することのできる動圧軸受を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の動圧軸受は、金型で溶製され、作動流体である潤滑油剤を介すことで非接触状態を保ちながら軸が相対回動自在に挿入される略円筒状のスリーブの内周面に動圧発生溝を形成した動圧軸受において、該スリーブが、銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とからなるα黄銅に、けい素（Ｓｉ）を２．０〜７重量％含有し、ビスマス（Ｂｉ）と鉛（Ｐｂ）とが前記作動流体中に溶け出すことによる該作動流体の劣化を防止すべく、ビスマス（Ｂｉ）を含有せず、鉛（Ｐｂ）の含有量を０．１重量％以下とした銅合金からなることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００９】
ここで本発明においては、前記スリーブの銅合金は、黄銅とけい素の化合物からなる硬質相をマトリックス状に混在させた構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１０】
本発明は、ＰｂやＢｉなどの過飽和により析出分散する低融点軟金属成分を含まずに快削性を得るとともに、境界潤滑状態における耐摩耗性や耐食性を得ることのできる銅合金を用いることにより、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１１】
すなわち、本発明の動圧軸受においては、銅合金中に銅と亜鉛およびけい素の化合物でその化合比率が相違することによって冷却速度の違う化合物がマトリクス化して、硬質相と軟質相を構成することにより、快削性と耐摩耗性および耐食性を得ている。
【００１２】
快削性が良好である条件は、切削時に生じる切削屑が連続した長いものとならず、定常的な切り込み時においても短く分断されることであるが、本発明の動圧軸受で用いる銅合金は、銅と亜鉛およびけい素の化合物からなる硬質相と、α黄銅の軟質相とが混在した状態であるため、過飽和して析出分散する低融点軟金属成分を含んでいなくても切削屑は連続したものとならず、適宜に分断されて短いものとなり、良好な快削性が得られる。
【００１３】
また、銅の化合物による硬質相と軟質相が混在しているため、表面にＮｉなどの他金属のコーティングが施されていなくても動圧軸受の境界潤滑状態において摩耗量を低減させ、良好な耐摩耗性が得られるとともに耐食性も確保できる。
【００１４】
そして、本発明の動圧軸受は、その表面に硬質Ｎｉメッキ等によるコーティングを施さなくても、従来の黄銅などにＰｂやＢｉを添加した銅合金を用いる場合のように低融点軟金属が作動流体中に溶けだして劣化を生じさせたりすることがない。従って本発明によれば、Ｎｉメッキ等のコーティング層の厚さのばらつきによる歩留りの低下を生じることなく、長期にわたり高い性能を維持することのできる動圧軸受が得られる。
【００１５】
本発明の動圧軸受に用いる銅合金としては、Ｃｕ4 ＺｎＳｉとＣｕ8 Ｚｎ2 Ｓｉが硬質相となり、これらがα黄銅の軟質相にマトリクス状に混在することにより、良好な快削性と耐摩耗性が得られ、しかも耐食性にも優れた合金となり得る。
【００１６】
本発明の動圧軸受に用いる銅合金における各成分の含有率については、要は合金の母地組織中に銅の化合物でその化合比率の相違による硬質相と軟質相が混在していればよく、軟質相にけい素が含まれていても良い。
【００１７】
なお、本発明の金属成分の含有率において、Ｚｎが５〜３５重量％、Ｓｉが２．０〜７重量％の範囲内であれば、前述のＣｕ4 ＺｎＳｉとＣｕ8 Ｚｎ2 Ｓｉの硬質相が効果的な割合で形成される。なお、鉛については含有しないことが好ましいが、溶製中に金型等から不可避的に溶出するので、少なくともＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉの固溶限界内に留めればよい。その含有率についてはおよそ０．１重量％以下が望ましい。
【００１８】
更に、本発明においては、Ｓｉの含有率を２．０重量％以上にすれば、図２に示すように、特に銅合金としての耐食性と摩耗量の低減が良好となる。また、Ｓｉの含有量が７重量％以上になると銅合金自体が硬くなり過ぎて加工性が悪くなる。この図２は、Ｓｉを含まないＣｕ−Ｚｎ合金の耐酸化性と摩耗量を１００として、Ｓｉの各含有率に応じた耐酸化性と摩耗量の減少を表したもので、縦軸の数値が小さいものほど耐酸化性，摩耗量低減効果が優れていることを表している。ここで、耐酸化性とは、スリーブ表面が酸化によって黒色変化する度合いを数値化したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の要部断面図である。
【００２０】
動圧軸受３はスリーブ１と軸２からなり、スリーブ１の内周面に例えばヘリングボーンパターンの動圧発生用溝１ａが形成されている。このスリーブ１の内部に軸２が回動自在に挿入されている。軸２の動圧発生用溝１ａに対向する外周面は一様な円筒面となっており、これらのスリーブ１と軸２の間に潤滑油剤等の作動流体（図示せず）が充填される。
【００２１】
以上の構成において、軸２とスリーブ１が相対回転すると、動圧発生用溝１ａのポンピング作用等によって作動流体に高圧力が発生し、これによって軸２とスリーブ１は非接触状態を保ちながら相対回転することができる。
【００２２】
スリーブ１の材質は、ＣｕとＺｎとからなる黄銅に対し、Ｓｉを添加したものであり、ＰｂやＢｉ等の過飽和して析出分散する低融点軟金属成分は含有していない。このようなスリーブ１を形成する銅合金においては、その母地組織中にＣｕ4 ＺｎＳｉとＣｕ8 Ｚｎ2 Ｓｉが混在した状態、つまりいずれも銅の化合物でその化合比率が相違することによって起こる冷却速度の違いにより硬質相と軟質相が混在した状態となる。そして、このスリーブ１には、その表面に何らコーティングがなされていない。
【００２３】
本発明の動圧軸受のスリーブの加工方法の一例を示す。
銅合金を溶融させて合金化した後、棒状に押し出し成型し、棒状に成型された材料を約４００℃で焼き戻しを行う。焼き戻しをした後、所定の断面形状に圧延して切削素材を得る。この切削素材を切削加工することによりスリーブを製作する。ここで、銅合金を焼き戻すことで硬質相を均一に分散させ、圧延することで硬質相の粒子サイズを小さくしている。
【００２４】
なお、軸２の材質は、特に限定されるものではないが、ステンレス鋼（オーステナイト系もしくはマルテンサイト系）や高炭素鋼、あるいは他の各種合金を用いることができる。
【００２５】
以上の本発明の実施の形態のスリーブ１によると、その材質である銅合金の母地組織中に銅合金からなる硬質相と軟質相とが混在しているので、快削性に富んでいるが故に高精度の加工が容易であると同時に、境界潤滑状態においても摩耗を抑制することができ、更に、潤滑油剤等の作動流体中に低融点軟金属が溶けだすこともなく、耐食性並びに耐摩耗性に優れ、長期に渡り安定した性能を発揮することができる。しかも、表面にＮｉメッキ等によるコーティングを施さないので、そのコーティング厚さのばらつきに起因する製造歩留りの低下の恐れもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、動圧発生用溝が形成されるスリーブの材質を、銅合金で、銅の化合物の混合比率の相違による硬質相と軟質相とが混在した合金としたので、従来のように既存の銅合金の表面に硬質Ｎｉメッキ等のコーティングを施すことなく、耐摩耗性と耐食性に優れ、作動流体を劣化させることなく長期にわたって安定した性能を維持することができ、ハードディスク駆動装置のラジアル軸受等に用いるのに適した動圧軸受が得られる。しかも、快削性に富み、かつ、表面にメッキを施さないことから、比較的製造が容易で高い歩留りを達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の要部断面図である。
【図２】本発明において、黄銅に対するけい素の添加による特性変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１    スリーブ
１ａ  動圧発生用溝
２    軸
３    動圧軸受
【図１】
0004051551.tif 000002
【図２】
0004051551.tif 000003