(57)【要約】      （修正有）【課題】塑性加工と切削を併用して製造されたスピンドルモータ用のロータハブにおいて、塑性加工後の切削性を向上して生産性を高め、かつ、介在物による汚染を防止する。【解決手段】素材としてフェライト系快削ステンレス鋼を用いることで切削性を改善する。塑性加工の条件を適切に選択することで、加工時の割れを回避する。同時に、塑性加工を利用して、鋼中の介在物を積極的に回転、変形、分断する。これにより、介在物の脱落が起こりにくくなる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸の周りに広がる円形の天板と、
前記円形の天板の径方向外方に配置された環状のディスク載置部と、
前記ディスク載置部の前記中心軸方向一方側の面であるディスク載置面と、
を有し、
フェライト系快削ステンレス鋼製の連続した一つの部品であり、
前記中心軸に沿った切断面上に現れるＡ系介在物は、該中心軸方向とは異なる方向に配向しており、かつ、該配向方向は前記切断面上の場所によって異なる、
ロータハブ。
【請求項２】
前記天板の厚みが最も薄い部分を前記中心軸に沿って切断して得られる断面において、該断面に現れるＡ系介在物の内、前記天板の厚み方向で測った大きさが５０μｍを超えるものの分布密度が、１平方ミリメートル当たり３個未満である、
請求項１に記載の、ロータハブ。
【請求項３】
前記天板の最も薄い部分の厚さは０．５ｍｍ以下である、
請求項１又は２の何れかに記載の、ロータハブ。
【請求項４】
前記フェライト系快削性ステンレス鋼は、重量割合にて、
Ｐ：０．０５％以上０．１５％以下
Ｓ：０．１０％以上０．３０％以下
Ｍｎ：０．１５％以上０．３０％以下
Ｃｕ：０．４０％以上１．００％以下
の成分を含有する、
請求項１乃至３の何れかに記載の、ロータハブ。
【請求項５】
前記中心軸を含む面で前記ディスク載置部を切断して得られる断面の内、少なくとも前記ディスク載置面の直下においては、Ａ系介在物が伸びる方位が前記中心軸に対して成す偏差角度の、各Ａ系介在物の長さによる加重平均が、２０度以上である、
請求項１乃至４の何れかに記載の、ロータハブ。
【請求項６】
前記加重平均の値は、４５度以上である、
請求項５に記載のロータハブ。
【請求項７】
軸受機構と、
前記軸受機構によって前記中心軸回りに回転可能に支持される、請求項１乃至６の何れかに記載の、ロータハブと、
該ロータハブに固定された、ロータマグネットと、
前記ロータマグネットと間隙を介して配置された、ステータと、
を有する、スピンドルモータ。
【請求項８】
請求項７記載の、スピンドルモータと、
前記スピンドルモータの前記ロータハブに搭載された、ハードディスクと、
前記ハードディスクに対して情報を記録または再生する、磁気ヘッドと、
を有する、ハードディスク駆動装置。
【請求項９】
フェライト系快削ステンレス鋼の棒材を用意する、素材準備工程と、
前記棒材を所定の長さで切断してスラグを得る、スラグ準備工程と、
前記スラグを塑性加工して、中心軸の周りに広がる円形の天板、及び該天板の径方向外方に配置された環状のディスク載置部を形成する、塑性加工工程と、を含み、
前記天板には、前記塑性加工工程において据え込み加工が施され、
前記据え込み加工における据え込み率は、前記天板の何れの部位においても７０％を超えることは無く、かつ、少なくとも一部においては３０％以上である、
ロータハブの製造方法。
【請求項１０】
前記フェライト系快削ステンレス鋼の棒材は、これを縦割りに切断して得られる切断面において、長さ１００μｍ以上のＡ系介在物が該切断面１平方ミリメートル当たり１個以上分布している、
請求項９記載の、ロータハブの製造方法。
【請求項１１】
前記天板、及びディスク載置部を、前記フェライト系快削ステンレス鋼の再結晶温度以上に加熱して焼鈍を施す焼鈍工程を、含む、
請求項９又は１０の何れかに記載の、ロータハブの製造方法。
【請求項１２】
前記焼鈍は、７００度以上８３０度以下の温度で実施される、
請求項１１記載の、ロータハブの製造方法。
【請求項１３】
前記ディスク載置部の軸方向一方側に機械加工を施し、ディスク載置面を形成する、機械加工工程を含む、
請求項９乃至１２の何れかに記載の、ロータハブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハードディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータに関連するものであり、特に、スピンドルモータの重要部品であるロータハブ関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク駆動装置は、元来、コンピュータの記憶装置として開発された装置である。しかし、近年は、コンピュータに留まらず、ビデオレコーダ、携帯用音楽機器、カムコーダー等の、家電製品にも広く搭載されるようになっている。
【０００３】
この用途の拡大を支えているのが、記憶容量の増大と、低価格化である。ハードディスクの記憶容量は、過去１０年の間に１００倍にも増大し、一方で価格は低下し続けている。膨大な情報を安価に記録できる装置に対する需要は強く、今後も、この傾向は続くものと予想されている。このような中で、ハードディスク駆動装置を構成する各部品に対しては、高精度化と低価格化が同時に求められている。本発明の対象である、ロータハブも、このトレンドの例外ではない。
【０００４】
図１１に示すハードディスク駆動装置１０には、スピンドルモータと呼ばれる、専用の特殊なモータが使用されている。スピンドルモータ１１は、ハードディスク駆動装置１０において、ハードディスク１４を回転させる役割を担う。ハードディスク１４には、極めて高密度に、言い換えれば、非常に細い間隔で、情報が記録されるため、スピンドルモータ１１はこのハードディスク１４を、可能な限り振動させること無く、回転させることが出来なければならない。よって、スピンドルモータ１１の構成も特殊である。一例を挙げれば、回転軸を支える軸受には、流体動圧軸受と呼ばれる、特殊な超高精度の軸受が採用されている。しかし、軸受が如何に高精度であっても、それだけではハードディスク１４を安定して支持することは出来ない。
【０００５】
ハードディスクを安定して支持するために重要な役割を担うのが、ロータハブ２１である。図１２に、図１１中のスピンドルモータ１１部分を拡大した図を示す。ロータハブ２１はシャフト２０とスリーブ２２からなる軸受機構に支持されて回転部分を構成するが、このロータハブ２１に、ハードディスク１４が取り付けられる。ハードディスク１４は、ロータハブ２１のディスク載置面２５の上に置かれて、スペーサ２７と共に、クランプ２８によってロータハブ２１に固定される。よって、ロータハブ２１に、僅かでも、偏心や歪みがあれば、それは直接にディスクの振動となって現れる。特に、ディスク載置面２５の加工精度が重要である。よって、スピンドルモータ用のロータハブには最高の加工精度が要求されている。そこで、高精度の切削加工によって、ロータハブは製造されてきた。
【０００６】
しかし、切削加工は高精度は得られるものの高コストでもある。ハードディスク駆動装置がより安価になり、世の中で一層広く使用されてゆくためには、ロータハブ製造のコスト低減は欠かせない。そのようなコスト低減の工夫として、特許文献１、及び特許文献２の方法がある。冷間鍛造等の塑性加工でおおまかな形状を形成した上で、切削加工若しくは研磨加工によって仕上げる。塑性加工を併用することで、切削量を減らすことができる。そして、同時に切削加工の高精度を享受出来るはずであった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８５２２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０５４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、及び特許文献２の方法では、切削量は削減できるものの、鍛造後の切削加工が容易ではない。特に、ディスク載置面の精度確保が困難であった。
【０００９】
本発明者らは、切削を容易にするために、切削に適した快削ステンレス鋼を素材とする事を試みた。しかし、特許文献１，２に開示されている方法に、単純に快削ステンレス鋼を用いると、鍛造時に割れが生ずることが多い。また、塑性加工を用いて製造することにより、快削性ステンレス鋼に含まれている介在物が、脱落を起こし易くなることが心配される。脱落した介在物は、ハードディスクに付着する。ハードディスクの表面は清浄に保たれることが要求されており、このような介在物の付着は許容されることではない。
【００１０】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、安価で高精度に加工されたロータハブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のロータハブは、中心軸の周りに広がる円形の天板と、前記円形の天板の径方向外方に配置された環状のディスク載置部と、前記ディスク載置部の前記中心軸方向一方側の面であるディスク載置面と、を有し、フェライト系快削ステンレス鋼製の連続した一つの部品であり、前記中心軸に沿った切断面上に現れるＡ系介在物は、該中心軸方向とは異なる方向に配向しており、かつ、該配向方向は前記切断面上の場所によって異なる。この構成によって上記課題が達成される。
【００１２】
ある好適な実施形態において、前記天板の厚みが最も薄い部分を前記中心軸に沿って切断して得られる断面において、該断面に現れるＡ系介在物の内、前記天板の厚み方向で測った大きさが５０μｍを超えるものの分布密度が、１平方ミリメートル当たり３個未満である。
【００１３】
ある好適な実施形態において、前記天板の最も薄い部分の厚さは０．５ｍｍ以下である。
【００１４】
ある好適な実施形態において、前記フェライト系快削性ステンレス鋼は、重量割合にて、Ｐ：０．０５％以上０．１５％以下、Ｓ：０．１０％以上０．３０％以下、Ｍｎ：０．１５％以上０．３０％以下、Ｃｕ：０．４０％以上１．００％以下、の成分を含有する。
【００１５】
ある好適な実施形態において、前記中心軸を含む面で前記ディスク載置部を切断して得られる断面の内、少なくとも前記ディスク載置面の直下においては、Ａ系介在物が伸びる方位が前記中心軸に対して成す偏差角度の、各Ａ系介在物の長さによる加重平均が、２０度以上である。
【００１６】
ある好適な実施形態において、前記加重平均の値は、４５度以上である。
【００１７】
本発明のスピンドルモータは、軸受機構と、前記軸受機構によって中心軸回りに回転可能に支持される、請求項１乃至９の何れかに記載の、ロータハブと、該ロータハブに固定された、ロータマグネットと、前記ロータマグネットと間隙を介して配置された、ステータと、を有する。
【００１８】
本発明のハードディスク駆動装置は、上記構成を備えたスピンドルモータと、前記スピンドルモータの前記ロータハブに搭載された、ハードディスクと、前記ハードディスクに対して情報を記録または再生する、磁気ヘッドと、を有する。
【００１９】
本発明のロータハブの製造方法は、フェライト系快削ステンレス鋼の棒材を用意する、素材準備工程と、前記棒材を所定の長さで切断してスラグを得る、スラグ準備工程と、前記スラグを塑性加工して、中心軸の周りに広がる円形の天板、及び該天板の径方向外方に配置された環状のディスク載置部を形成する、塑性加工工程と、を含み、前記天板には、前記塑性加工工程において据え込み加工が施され、前記据え込み加工における据え込み率は、前記天板の何れの部位においても７０％を超えることは無く、かつ、少なくとも一部においては３０％以上であり、この構成によって課題を解決する。
【００２０】
ある好適な実施形態において、前記フェライト系快削ステンレス鋼の棒材は、これを縦割りに切断して得られる切断面において、長さ１００μｍ以上のＡ系介在物が該切断面１平方ミリメートル当たり１個以上分布している。
【００２１】
ある好適な実施形態において、前記天板、及びディスク載置部を、前記フェライト系快削ステンレス鋼の再結晶温度以上に加熱して焼鈍を施す焼鈍工程を、含む。
【００２２】
ある好適な実施形態において、前記焼鈍は、７００度以上８３０度以下の温度で実施される。
【００２３】
ある好適な実施形態において、前記ディスク載置部の軸方向一方側に機械加工を施し、ディスク載置面を形成する、機械加工工程を含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、塑性加工と切削を併用して製造されたスピンドルモータ用のロータハブにおいて、素材として、硫化物粒子を多数含有させることで切削性を高めたフェライト系快削ステンレス鋼を用い、かつ、鍛造等の塑性加工を利用して、鋼中介在物の、寸法や配向方向を制御する事に特徴がある。
【００２５】
天板部分では介在物は斜めに傾き、或いは、潰れて短くなり、天板部分からの介在物の脱落が抑制される。また、天板に非常に薄い部分を設けても、その部分を介在物が貫通してしまうことを防ぐことが出来る。このようなロータハブを得るために、塑性加工に際して特に天板部分に据え込み加工を行い、かつ据え込み率を３０％以上７０％以下とする。こうすることで、塑性加工時の割れを抑制すると同時に、天板部分の介在物の方位を制御できる。この結果、介在物の脱落が減少し、ハードディスク表面の汚染を防ぐことが出来る。
【００２６】
また、ディスク載置面においても、介在物が伸びる方向を載置面に対して斜めにすることにより、介在物の脱落を減少させることが出来る。ディスク載置面にはディスクが直接に接するため、介在物を４５度以上傾けることにより、介在物の脱落を確実に抑制することがより望ましい。
【００２７】
本発明では、素材としてフェライト系快削ステンレス鋼を用いることにより、鍛造後の切削加工が容易である。これにより、加工精度が向上し、しかも生産性は低下しない。通常、鍛造やプレスによって成形する場合、成形性を優先して快削鋼は使用しない。しかし、本発明は、鍛造後の切削を見据えて、快削鋼を用いている。快削鋼を用いることにより、鍛造には条件がつき、通常よりも作業が難しくなるが、その後の切削加工が容易になるため、全体として生産性が高まり、製造コストも低減できる。
【００２８】
鍛造、若しくはプレス加工の後に、再結晶温度以上の温度で焼鈍することは、本発明の特徴の一つである。焼鈍することにより再結晶が進行し、塑性加工の際に生じた残留応力が除去される。また、焼鈍温度を、摂氏７００度以上８３０度以下とすることで、一層切削性が高まる。
【００２９】
本発明は、素材であるフェライト系快削ステンレス鋼の棒材材質にも着目している。鍛造やプレス加工を施すことを前提とした本発明においては、棒材中の介在物は、長く伸びているものを利用することが出来る。長い介在物が存在していると、介在物が天板部分を貫通してしまう事があるが、本発明では鍛造によって短くし、或いは斜めに傾けることが出来るため、そのような心配は無い。
【００３０】
このような、介在物が長く伸びたフェライト系快削ステンレス鋼の棒材が得られる成分の例として、特定範囲のＰ、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｕを含有したものがある。この成分範囲とすることにより、長く伸びた介在物が形成され易くなる。また、この成分範囲のフェライト系快削ステンレス鋼は、塑性加工の際に比較的割れが発生しにくく、鍛造加工やプレス加工が容易である。
【００３１】
なお、本発明の他の特徴、構成要素、手順、長所、特性は、以下の「発明を実施するための最良の形態」において、添付の図面と共に開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
１．本発明のロータハブの特徴
本発明のロータハブの特徴を、図１から図３の模式図を用い、従来技術と比較しつつ説明する。
【００３３】
図１は、フェライト系快削ステンレス鋼の棒材と、それを所定の長さで切断して得られた、円盤型のスラグ（slug）４０ａである。これらはともに棒材の長さ方向に沿って切断した断面を示している。多数の線は断面に現れる介在物６０を表している。快削ステンレス鋼にはこのような長く伸びた介在物が多数含まれている。切削加工の際には、この多数の介在物が切れ目として働き、切削を容易にする。棒材は、圧延される際に引き伸ばされてゆくため、介在物も変形して引き伸ばされるのである。このような、引き伸ばされた形状を有する介在物は、Ａ系介在物と呼ばれている。
【００３４】
図２ａは、フェライト系快削ステンレス鋼の棒材を、所定の長さに切断して得たスラグ（slug）４０ａの断面を表す模式図である。図の上下方向が棒材の長さ方向に対応している。スラグ４０ａの厚さの方向は、棒材の長さ方向と一致する。図２ｂは、図１のスラグ４０ａを鍛造して得た中間部材５０である。図２ａのスラグ４０ａはこの中間部材５０に方向を対応させて配置されている。図２の上下方向がスラグ４０ａの厚さ方向であり、元の棒材３９の長さ方向に一致する。
【００３５】
この中間部材５０では、ロータハブの概形が形成されている。２６ａは切削加工が施されてディスク嵌合面となる面であり、この段階でほぼ円筒型になっている。図２ｂは、この円筒型の面の中心軸を含む面で、中間部材５０を切断して得られる面を表している。断面上に描かれている細長い楕円形は、介在物６０を表している。中間部材５０に対しては、この後、切削による仕上げ加工が施され、本発明のロータハブが得られる。
【００３６】
なお、図２では、中心軸を含む面で中間部材５０を切断しているため、中間部材５０を真二つに切断した場合の断面となっている。しかし、真二つに切断した場合でなくとも、中心軸に沿って切断した断面では、ほぼ図２と同様の介在物の配向状況が観察される。ここで、中心軸に沿って切断した断面とは、中心軸に平行な断面を意味する。
【００３７】
本発明の特徴は、仕上げ加工後にディスク載置面２５ａが形成される、仕上げ加工前のディスク載置部３０ｂと、仕上げ加工前の天板部分３１ｂの、介在物６０の配列方向に現れている。これらの場所においては、何れも、介在物が斜めになっている。これら介在物は、元々、スラグ４０ａの厚さ方向に配列していたものであるが、鍛造時に積極的に厚さ方向に押し潰した結果、横方向への塑性流動が起こり、介在物の方向が回転して斜めになったものである。また、特に天板部分では、多くの介在物は変形し（６０ａ）、或いは分断（６０ｂ）されている。斜めになり、分断されることにより、厚さ方向で測った介在物の大きさは、小さくなる。また、仕上げ加工前のディスク嵌合面２６ａにおいても、中間部材５０の断面に現れる介在物は大きく傾いている。
【００３８】
介在物の形状や配向状況は、切削性に大きな影響を与えると考えられる。しかし、塑性加工を併用していない従来のロータハブの製造と比較して、工具寿命、切削面の仕上がりは、少なくとも劣ってはいない。
【００３９】
図３ａ、および図３ｂは、中間部材の他の例を示している。この例では、鍛造時に、天板３１やディスク載置部３０において介在物６０の方向を回転させていないため、中間部材５１においても、各部の表面に対して、介在物６０はほぼ直角に配列している。ただし、仕上加工前のディスク嵌合部２６ｂにおいては、絞り加工が加わって介在物は、仕上加工前のディスク嵌合面２６ａに対して、斜めに配向している。後述するように、斜めにすることによって、介在物６０の脱落が起きにくくなると考えられる。ディスク嵌合面には、ハードディスクの内縁が接するので、この部分で介在物が傾いていることは、ディスク表面の介在物粒子による汚染抑制に、有効だと考えられる。
【００４０】
なお、上記の説明に用いた図１から図３は、模式図であるため、図中の介在物６０の形状や大きさ、中間部材５０やスラグ４０ａの形状や大きさは、厳密なものではない。
【００４１】
２．ロータハブの製造方法
本発明に係るロータハブの製造方法を、以下説明する。
【００４２】
素材として、以下の表１（重量％）に示す成分の快削フェライト系ステンレス鋼を選択した。種々の検討の結果、この成分が鍛造と切削を併用する本発明の技術思想に、最も適合すると判断したからである。まず、素材準備工程において、このフェライト系ステンレス鋼の棒材を用意した。
【００４３】
次に、スラグ準備工程において、この棒材を、圧延方向に対して直角に切断して、直径２４ｍｍで厚さ２ｍｍのスラグ（slug）を得た。そして、塑性加工工程としては、冷間での鍛造加工が施された。天板部分に対しては、この鍛造加工において、素材の圧延方向（厚さと同じ方向）に５０％の据え込み加工が行われ、図４ａに示す中間部材５０を得た。なお、塑性加工工程においては、鍛造加工以外に、プレス加工等の他の塑性加工方法を利用する事もできる。また、天板部分には据え込み加工が必要だが、他の部位においては、絞り加工を行っても良い。
【００４４】
【表１】
2009106085.tif 000003
【００４５】
中間部材５０には、焼鈍工程において、８００度で４時間焼鈍を施した。８００度に保った焼鈍炉に、天板とディスク載置部が形成された中間部材を入れ、全体を焼鈍する方法が最も容易である。焼鈍時には再結晶が起こり、鍛造加工後の残留応力が開放されるとともに、結晶粒の粗大化が起こった。結晶粒の粗大化は、切削性を向上させる。また、残留応力が開放されることにより、製品であるロータハブの寸法精度が向上する。残留応力を開放させるためには、強く塑性加工された部位に再結晶を起こさせる事が望ましい。よって、焼鈍温度も、再結晶がおきる温度とすることが望ましい。また、７００度以上で焼鈍すると切削性も向上する。しかし、８３０度を越える温度で焼鈍すると、靭性が増して切削抵抗が増すため、この温度以下での焼鈍が好ましい。
【００４６】
焼鈍を終えた中間部材は、機械加工工程にて、旋盤を用いて切削加工を加えることにより、図４ｂに示すロータハブ２１を得た。切削加工においては、中間部材全体の表面を薄く削ることにより、焼鈍工程で生じた酸化層を除去した。また、ディスク載置部の軸方向一方側の面については、特に慎重に切削を行い、ディスク載置面を形成した。
【００４７】
本発明においては、快削鋼に良好な切削性を付与している介在物が、大きく変形させられている。このため、切削性にも影響が現れることが心配された。しかし、上記の切削加工においては、塑性変形を加えていない快削鋼を切削した場合に比べて、切削抵抗の増大や、工具寿命の低下などの好ましくない現象は、特に生じなかった。よって、中間部材の切削性は良好であり、ディスク載置面の精度確保は容易であった。なお、機械加工としては、切削加工のほかに、研削加工、研磨加工を利用する事もできる。
【００４８】
この様にして得たロータハブを使用して、図１２に示すスピンドルモータ１１を組立てた。図１１は、スピンドルモータ１１を搭載したハードディスク駆動装置１０である。
【００４９】
なお、本願において、据え込み率（％）は、以下の式で定義されるものである。
【００５０】
据え込み率（％）＝〔（Ｈ−ｈ）／Ｈの厚さ〕×１００
ただし、素材の厚さをＨ、鍛造後の中間部材の厚さをｈとする。
【００５１】
すなわち、据え込み率とは、素材の厚さに対して、鍛造後の部材の厚さがどの程度薄くなったかをパーセントで表示したものである。例えば、据え込み率５０％のとき、鍛造後のｈは、素材の厚みであるＨの２分の１である。
【００５２】
この据え込み率は、ハブの天板となる部分において、３０％以上を確保する必要が有る。しかし、７０％を超える過剰な据え込み率は好ましくない。なお、据え込み率３０％以上と言う時、スラグ全体に３０％以上の据え込み率が適用されることは意味しない。スラグの少なくとも一部が３０％の据え込み率であれば、その部分においては、介在物の脱落は抑制され、ハブ全体としても脱落する介在物は減少する。同様に、据え込み率が７０％を超えないとは、天板において最も大きな据え込み率となっている部分において、７０％を超えない、という意味である。
【００５３】
３．素材の成分について
本発明で利用できる快削性ステンレス鋼は、表１の成分のものに限らない。素材となるフェライト系快削ステンレス鋼としては各種成分のものが存在する。それらも本発明で使用することが出来る。ただし、表１以外の成分のフェライト系快削ステンレス鋼を素材とした場合、鍛造時に割れが発生し易くなり、鍛造できる形状や据え込み率に制限が加わることがあるため、注意が必要である。
【００５４】
鍛造のし易さを保ちつつ、切削性も低下させないためには、Ｐ、Ｓ、Ｍｎ、Ｃｕの成分を、所定の範囲に収めることが望ましい。具体的には、Ｐ：０．０５％以上０．１５％以下、Ｓ：０．１０％以上０．３０％以下、Ｍｎ：０．１５％以上０．３０％以下、Ｃｕ：０．４０％以上１．００％以下である。この成分範囲のフェライト形快削ステンレス鋼は、鍛造において据え込みを行っても、比較的割れが生じにくい。しかも、切削性も良好である。
【００５５】
なお、この成分のフェライト系ステンレス鋼では、長さ１００μｍを超える長い介在物が鋼片の切断面に多く現れる。このため、このステンレス鋼を素材として、切削のみで製造したロータハブ、或いは、鍛造を併用していても鍛造時に十分に介在物を回転させていないロータハブでは、介在物が天板を貫通する、或いは、多数の介在物が脱落する、という好ましく無い現象が起きる。しかし、本発明においては介在物を鍛造時に変形させ、分断するため、上記の問題は生じない。すなわち、本発明によれば、従来ロータハブの素材としては使用できなかった材料を、使用することが出来る。
【実施例】
【００５６】
１．本発明のロータハブにおける介在物の状況
図４から図９を用いて、本発明に係る中間部材５０と、その断面各部に現れる介在物の形状と傾き方の実例を説明する。
【００５７】
図４ａは、中間部材５０全体の断面形状を現している。ディスク載置部３０の上には、仕上加工後ディスク載置面となる面２５ａが形成されている。また、円筒型の面２６ａも形成されている。図４ａは、この円筒部分の中心軸を含む面で中間部材５０を切断して得られる、断面図である。図中、Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ天板３１、ディスク嵌合面２６ａの直下、ディスク載置面２５ａの直下に対応する領域を示しており、対応する顕微鏡写真が、図５、図６、図７に示されている。
【００５８】
図４ｂは、中間部材５０に対して切削加工が加えられ、完成したロータハブ２１を示している。図４ｂのロータハブ２１は、天板３１にバランス修正穴３２が形成されている。この部分で天板は最も薄くなっている。図中のＤは、天板の最も薄い部分に対応しており、図８に顕微鏡写真が示されている。また、図４ａの視野Ａは、この最も薄い部分に対応している。図４ａにおいても、視野Ａは、天板３１ｂの最も薄い部分である。
【００５９】
図４ｂにおいて、天板３１は、中心軸の周りに広がる円形の略板形状をしている。また、ディスク載置部３０は、中心軸を天板３１よりも、径方向では外周側に位置している。ディスク載置面５５は、ディスク載置部３０の中心軸方向の上側を向く面である。
【００６０】
図５、図６、図７において、それぞれ(a)は低倍率の写真、(b)は高倍率の写真である。(a)の写真の中で、点線の四角で囲まれた領域が、写真(b)の視野である。これらの写真の上下方向は、図４の上下方向と一致する。白く写っている部分が中間部材の断面であり、その断面上に現れている細長く黒い粒が介在物である。低倍率の(a)でもその存在は確認できるが、高倍率の(b)ではより明瞭に個々の形状が観察できる。図２の様に、スラグから切削でロータハブの形状に加工した場合、これら介在物は写真の上下方向伸びて配列する。しかし、本発明に係る中間部材では、図５、図６、図７で明らかなように、それぞれ上下方向から大きく傾いている。ディスク載置面は図７では水平方向に当たるので、これら介在物は、ディスク載置面に対して斜め、或いは平行に近い方向を向いていることになる。図６でも、介在物は全体として斜めに配向している。図５においても、介在物は、天板の表面に対して斜めになっている。また、図５では変形した介在物６０ａや分断された介在物６０ｂも多い。これは、鍛造時に据え込みを積極的に行った結果である。
【００６１】
図８は、図４ｂの視野Ｄの部分の顕微鏡写真である。鍛造後の切削加工の結果、この部位における天板の厚みは約０．２ｍｍとなっている。写真の上下方向が、棒材における圧延方向で、介在物は元来ほぼ全てこの方向を向いていた。断面上に現れている介在物の長さは、０．２ｍｍよりも遥かに短い。写真に写っている介在物の中で最も長いものでも、長さは２６μｍである。
【００６２】
図９は、素材となった棒材の断面の写真である。介在物は全て上下方向に伸びている。また、図５乃至図８の写真と比較した場合、個々の介在物は非常に長い。鍛造によって介在物の方向を変えた際には、介在物が短く分断される現象が伴うことが分かる。
【００６３】
２．介在物の計測
図５から図９の写真に見られる、介在物の計測結果について説明する。
【００６４】
２−１．方位の測定方法
顕微鏡写真は、デジタルデータとして保存し、画像処理に供した。このデジタルの画像データに対して、まず、輪郭検出、２値化、の前処理を施した。そして、粒子計測ソフトウエアを用いて、個々の粒子について、方位の測定を行った。方位の測定においては、各々の粒子について、最も良く適合する楕円形を計算し、その楕円形の長径の方向を、個々の粒子が向く方向とした。同時に長径と短径も各々計測した。
【００６５】
本発明においては、介在物の中でも、特にＡ系介在物（A type inclusion）に注目している。上記の計測においては、Ａ系介在物とそれ以外を区別していないため、計測結果から、Ａ系介在物のみを選り分ける必要がある。JIS（日本工業規格）によれば、Ａ系介在物は、「非金属介在物の内で粘性変形したもの」と定義されている。よって、厳密に処理するには、上記の計測結果の中から、粘性変形したと判断されるもののみを拾い上げる必要がある。しかし、快削ステンレス鋼において一方向に長い形状をしている介在物は、殆どが粘性変形の結果であると見なして間違いない。よって、長径と短径の比が２以上であるものを、Ａ系介在物と見なした。Ａ系介在物という用語は、請求項においても使用しているが、そこでもやはり、長径と短径の比が２以上の介在物、という意味で使用している。
【００６６】
Ａ系介在物の方位は、写真毎に平均値を求めた。この平均値は、各介在物の長径による加重平均とした。具体的には、各粒子の角度に各粒子の長径を掛け、総和を取った上で、長径の総和で割って加重平均値を得た。また、平均を取る角度は、天板部分及びディスク載置部においては、中間部材５０の円筒型の面２６ａの中心軸方向からの偏差の絶対値とした。すなわち、写真で真上を向いている介在物の角度はゼロ度であり、右側に２０度傾いている介在物も、左側に２０度傾いている介在物も、共に２０度傾いているとして扱った。これに対して、ディスク嵌合部においては、中心軸に対して直角な方向、即ち、写真の水平方向をゼロ度として扱った。これは、この部分が鍛造時に９０度折り曲げられたことを考慮したものである。
【００６７】
２−２．介在物方位の測定結果
図５乃至図８の写真における、介在物の方向の測定結果を、表２に示す。測定は、各図の(b)の写真に写っている介在物に対して実施した。また、棒材の断面である図９の写真についても、介在物の方向を測定した。
【００６８】
【表２】
2009106085.tif 000004
【００６９】
天板部分においては、写真の上方向をゼロ度とすると、５８．５度傾いている。ディスク嵌合部では、写真の右方向をゼロ度とすると、２７．８度傾いている。ディスク載置部においては、写真の上方向をゼロ度として７４．１度傾いている。この中で、天板部分は傾くだけでなく、各介在物の変形が激しく、折れ曲がっているものも少なくない。ディスク載置部においても変形は著しいが、こちらはむしろ各介在物は引き伸ばされた形態を有している。
【００７０】
表２には、Ａ系介在物を各部の厚さ方向に測った場合の大きさの、最大値も示している。素材である棒材に比して、非常に小さくなっている。図７の薄肉部は０．２ｍｍの厚さしかないため、棒材の様に１４０μｍを超える長さの介在物があると、介在物の貫通が心配される。しかし、本発明品では、その心配は無い。
【００７１】
２−３．天板における介在物の厚さ方向長さの測定結果
天板部分におけるＡ系介在物の厚さ方向長さを５．５５ｍｍ２の面積に亙って計測し、長さについてヒストグラムを作成した。ここで、厚さ方向とは、ロータハブの中心軸に平行な方向を意味する。この方法で計測すると、長さが同じであっても、中心軸方向に対して傾いている介在物粒子は、小さな測定値を示す。比較の為、棒材の断面についても、３．２８ｍｍ２の面積に亙って計測し、同様にヒストグラムを作成した。結果を図１０に示す。各寸法区間に入るＡ系介在物の個数を、計測したＡ系介在物の合計個数で割って得た比率を、縦軸に示している。図中黒丸は本発明の天板部分の測定結果を表し、星印は棒材の測定結果を表している。
【００７２】
棒材では、大型介在物が多い一方で、１０μｍ未満の小型の介在物は少ない。本発明では、５０μｍを超える大きさの介在物が殆ど存在しない一方で、１０μｍ未満の介在物が非常に多くなっている。塑性加工によって介在物が変形、分断されたためと、傾けられ、厚さ方向の寸法が小さくなったものと判断される。
【００７３】
厚さ方向で測った介在物の大きさが、５０μｍを超えるものの数は、本発明のロータハブでは、断面を５．５５ｍｍ２に亙って観察して、１個しか見つからなかった。他方、素材である棒材では、３．２８ｍｍ２を観察して、６８個が見つかった。更に、棒材に対しては、別途、顕微鏡付き画像解析装置（ニレコ製Luzex-F型）を用いて、より広い面積を調査した。この際、長さ１００μｍ以上の介在物に注目した。結果、３９．１ｍｍ２の面積に、長さ１００μｍ以上の介在物が、２０７個見つかった。素材には、大型の介在物が非常に多く含まれているにもかかわらず、製品では激減していることが分かる。
【００７４】
３．脱落した介在物粒子の定量
本発明のロータハブ及び、鍛造を利用せずに切削のみにて製造したロータハブを各々７個用意し、介在物粒子がどの程度脱落するかを測定した。
【００７５】
３−１．測定方法及び条件
ロータハブは、測定に供する前に、所定の条件で洗浄を行って汚れを十分に落とした。
【００７６】
次に、１０００ｃｍ３の純水中に、ロータハブを一つ浸漬し、純水に対して周波数６８ｋＨｚ出力１７０ｗの超音波を１分間当てた。この際、ロータハブは水中に吊り下げられており、容器の壁面には接していない。その後、前記の純水の内１００ｃｍ３を、ＬＰＣ（Liquid Particle Counter）にかけ、その水に含まれている直径０．５μｍ以上の粒子の数を計数し、ロータハブの表面積で除して、単位面積当たり脱落数を求めた。
【００７７】
３−２．測定結果
測定結果を図１３に示す。本願発明品のロータハブの測定値は、図中、”Forged+Lathed”と表示されている。他方、切削（旋削加工）のみで製造した従来品のロータハブは、”Lathed”と表示されている。棒グラフが７つのロータハブについての平均値であり、垂直の直線で結ばれた一対の水平の短い直線は、最大値と最小値を表している。一見してわかる通り、本願発明に係る、”Forged+Lathed”の測定値は、平均値、最大値、とも、従来の切削加工のみで製造したロータハブに比して、半分程度に下がっている。
【００７８】
なお、この測定において、本願発明品のロータハブは、表１の成分のフェライト系快削ステンレス鋼製である。一方で、従来品のロータハブは、ＤＨＳ−１（登録商標）と呼ばれる、市販のフェライト系快削ステンレス鋼製である。ＤＨＳ−１は成分において表１の快削ステンレス鋼とは異なる。しかし、これら二種類のロータハブは、切削加工の際の切削性においては同等であった。
【００７９】
３−３．考察
上述したように、本願のロータハブからは、従来の切削加工のみにて製造したロータハブと比較しても、粒子の脱落が少ない。介在物に変形、分断、傾斜を起こさせたことで、介在物粒子の脱落が抑制されているものと推定される。
【００８０】
他方、介在物の変形は、切削性に悪影響を及ぼす可能性もあったが、そのような問題は、実際には生じなかった。結果として、本願発明では、切削量が少ないため生産性が高く、且つ切粉となって無駄になる材料が少ないため、生産コストの低減が可能である。しかも、切削性が高いため、特に加工精度が要求されるディスク載置面の旋削においても、従来製品と同等の加工精度を確保することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明のロータハブは、ハードディスク駆動装置に搭載されるスピンドルモータに用いることが、特に適しているが、この用途に限るものではない。例えば、ＤＶＤ等の光ディスクを回転駆動するためのモータのロータにも、利用することが出来る。また、一般に、板形状の物体を載せて、これをモータで高精度に回転させる必要がある場合には、そのモータのロータの部品として、使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明で素材として利用される棒鋼、及び、棒鋼から得られたスラグを表す、模式図である。
【図２】本発明において、鍛造に供されるスラグ、及び、鍛造によって得られた中間部材を表す、模式図である。
【図３】本発明において、鍛造に供されるスラグ、及び、鍛造によって得られた中間部材の他の例を表す、模式図である。
【図４】本発明において、鍛造によって得られた中間部材、及び、仕上げ加工を加えて得られたロータハブを表す模式図である。
【図５】本発明のロータハブにおいて、天板部分の介在物形状を示す、顕微鏡写真である。
【図６】本発明のロータハブにおいて、ディスク嵌合部における介在物形状を示す、顕微鏡写真である。
【図７】本発明のロータハブにおいて、ディスク載置面直下における介在物形状を示す、顕微鏡写真である。
【図８】本発明のロータハブにおいて、天板の特に薄肉の部分における介在物形状を示す、顕微鏡写真である。
【図９】本発明において、素材として使用された棒材の介在物形状を示す、顕微鏡写真である。
【図１０】本発明において、素材である棒材と、製品のロータハブの天板部分における、天板の厚さ方向に測ったＡ系介在物の長さの分布を表す、グラフである。
【図１１】本発明に関する、ハードディスク駆動装置を表す図である。
【図１２】本発明に関する、スピンドルモータを表す図である。
【図１３】本発明のロータハブと従来のロータハブについて、脱落する粒子の数を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０    ハードディスク駆動装置
１１    スピンドルモータ
１２    蓋
１３    ベース
１４    ハードディスク
１５    アーム
１６    磁気ヘッド
１７    ピボット
１８    アクチュエータ
２０    シャフト
２１    ロータハブ
２２    スリーブ
２３    ステータ
２４    ロータマグネット
２５    ディスク載置面
２５ａ    仕上加工前のディスク載置面
２６    ディスク嵌合面
２６ａ    仕上加工前のディスク嵌合面
２７    スペーサ
２８    クランプ
２９    固定ネジ
３０    ディスク載置部
３０ｂ    仕上加工前のディスク載置部
３１    天板
３１ｂ    仕上加工前の天板
３２    バランス修正穴
３９    棒材
４０ａ，４０ｂ    スラグ(slug)
４１    従来のロータハブ
５０    本発明に関わる中間部材
５１    本発明に関わる中間部材の他の例
６０    介在物
６０ａ  変形した介在物
６０ｂ  分断された介在物
【図１】
2009106085.tif 000005
【図２】
2009106085.tif 000006
【図３】
2009106085.tif 000007
【図４】
2009106085.tif 000008
【図１０】
2009106085.tif 000009
【図１１】
2009106085.tif 000010
【図１２】
2009106085.tif 000011
【図１３】
2009106085.tif 000012
【図５】
2009106085.tif 000013
【図６】
2009106085.tif 000014
【図７】
2009106085.tif 000015
【図８】
2009106085.tif 000016
【図９】
2009106085.tif 000017