JP5132887B2 - 動圧軸受装置用軸部材 - Google Patents

Description

本発明は、動圧軸受装置用軸部材に関する。

動圧軸受装置は、軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材を相対回転自在に非接触支持するものである。最近では、動圧軸受装置は、その優れた回転精度、高速回転性、静粛性等を活かして、例えば、ＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等の情報機器に搭載されるスピンドルモータ用の軸受装置をはじめとして、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイールモータ、あるいはファンモータなどの小型モータ用の軸受装置として使用されている。

例えば、ＨＤＤ用スピンドルモータに組み込まれる動圧軸受装置においては、軸部材をラジアル方向に支持するラジアル軸受部又はスラスト方向に支持するスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成したものが知られている。この場合、軸受スリーブの内周面と、これに対向する軸部材の外周面との何れか一方に動圧発生部としての動圧溝が形成されると共に、両面間のラジアル軸受隙間にラジアル軸受部が形成されることが多い。また、軸部材に設けたフランジ部の一端面と、これに対向する軸受スリーブの端面との何れか一方に動圧溝が形成されると共に、両面間のスラスト軸受隙間にスラスト軸受部が形成されることが多い（例えば、特許文献１を参照）。

上記動圧溝は、例えば軸部材の外周面にへリングボーン形状やスパイラル形状等に配列した状態で形成される。この種の動圧溝を形成するための方法として、例えば切削加工（例えば、特許文献２を参照）や、エッチング（例えば、特許文献３を参照）などが知られている。

また、上記切削加工やエッチングに比べて材料コストや加工コストの低減化が可能な動圧溝の形成方法として、例えば転造加工が知られている。この場合、転造加工後に所定の熱処理を施すことで、素材の表面硬度を向上させることが多い（例えば、特許文献４を参照）。
特開２００３−２３９９５１号公報 特開平０８−１９６０５６号公報 特開平０６−１５８３５７号公報 特開平０７−１１４７６６号公報

しかしながら、熱処理は通常高温下で行われるため、軸自体の変形が避けられず、外周面精度を狂わす可能性がある。特に、動圧溝のように微小サイズで高精度のものが形成されている場合、軸の熱処理時の変形が動圧溝の形状精度に悪影響を及ぼす可能性は高い。これにより、例えば動圧溝の深さや形状にばらつきが生じ、十分な動圧作用を発揮できない可能性がある。上記文献に開示の手段は、単に軸部材の表面硬度を高めることだけを目的になされたものであり、熱処理時の変形による外周面精度の低下を考慮したものではない。

本発明の課題は、耐摩耗性に優れ、かつ高い動圧作用を発揮し得る動圧軸受装置用の軸部材を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための凹部が転造で形成された動圧軸受装置用軸部材において、転造で形成された凹部の表層部及び凹部の周囲領域における表層部に、転造後の窒化処理により軸部材の素材中の窒素が拡散浸透してなる窒化層が形成され、軸部材の外径に対する窒化層の厚みの比が０．０５以下に設定されると共に、凹部の周囲領域における窒化層の最表層部分に、窒化処理後のバレル加工により加工硬化を生じた層である加工硬化層が窒化層と重複して形成されていることを特徴とする動圧軸受装置用の軸部材を提供する。また、ここでいう凹部は、軸受隙間に流体の動圧作用を生じるためのものを意味し、例えば軸方向溝状、円周方向溝状、傾斜溝状、交差溝状、軸方向又は円周方向の断続的な溝形状、くぼみ状（ディンプル状）等を含む。

窒化処理は、素材中への窒素の拡散浸透を図るものであるから、その際の熱処理温度を例えば焼入れ、浸炭など他の熱処理時の温度と比べて低く（例えば５００〜６００℃程度に）設定することができる。従って、熱処理時の変形、具体的には、素材金属の変態点を超える加熱および冷却による変形や、金属組織の変化に伴う体積の変化等を最小限に留めて、凹部あるいは周囲領域の形状精度を高く保つことができる。

また、熱処理により形成される硬化層の深さおよびその硬さは、素材のサイズに関係なく、処理温度や処理時間に依存して定まる傾向にある。そのため、素材の小型化を図りつつ、所要の表面硬さを保持しようとすると、どうしても未硬化層に対して硬化層の占める割合が増加する。これでは、素材（軸部材）自体が変形に対して脆くなり、耐久性の低下につながる恐れがある。これに対して、本発明では、窒化処理による窒化層を表層部に形成するようにした。窒化処理であれば、他の熱処理と比べて非常に薄い硬化層（窒化層）を形成することができるため、軸部材の靭性（変形に対する耐久性）を確保しつつも、表層部の硬度のみを向上させることができる。

また、この種の窒化処理においては、熱処理温度が低くなるにつれて窒化層深さが小さくなると共に、その硬度が高まる傾向にある。そのため、本発明に係る窒化処理は、上述のように、小型部品としての軸部材の表層部のみを硬化させる場合には非常に好適な手段といえる。

また、凹部の転造後、上記窒化処理に加えて、バレル加工を施すこともできる。この場合、窒化層で構成される表層部の表面の少なくとも一部の領域が、バレル加工による加工面を有する。

このように、凹部の転造後、窒化処理とバレル加工を施すことで、熱処理により生じる変形を避けて、凹部やその周辺領域の形状精度の低下を最小限に抑えることができると共に、転造加工により凹部の周囲に形成される盛り上がり部（隆起部）をバレル加工により縮小あるいは除去することができる。従って、凹部あるいは軸受面となる周囲領域表面の形状精度をより一層高めて、さらなる軸受性能の向上を図ることができる。

周囲領域の表層部が、転造後の窒化処理による窒化層で構成されている場合において、前記表層部の下層領域の硬度は４００Ｈｖ以下であることが好ましい。この程度の硬度であれば、凹部の転造加工性を高めることができ、また、転造時の変形抵抗も小さいため、転造型（ダイス）の使用寿命を延ばすこともできる。

上記構成の動圧軸受装置用軸部材は、例えばこの軸部材を備えた動圧軸受装置として好適に提供可能である。

以上のように、本発明によれば耐摩耗性に優れ、かつ高い動圧作用を発揮し得る動圧軸受装置用の軸部材を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１の断面図を示す。同図において、動圧軸受装置１は、軸部材２と、軸部材２を内周に挿入可能な軸受部材３とを備える。

軸受部材３は、この実施形態では、電鋳部４と成形部５とからなる有底筒体で、マスターと一体又は別体の電鋳部４をインサート部品として樹脂で一体に射出成形される。軸部材２の外周面２ａと対向する電鋳部４の内周面４ａは真円形状をなしている。

軸部材２は径一定の軸状をなすもので、例えば各種炭素鋼，クロム鋼，ステンレス鋼や銅合金など、比較的加工性の高い金属材料（硬度でいえば、２００Ｈｖ〜４００Ｈｖ程度）から製作される。

軸部材２の外周面２ａの全面あるいは一部領域には、外周面２ａと電鋳部４の内周面４ａとの間のラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用を生じるための複数の凹部７が形成されている。この実施形態では、凹部７は、円周方向一端側で連続あるいは近接し、かつ円周方向他端側で互いに離隔する方向に傾斜した傾斜溝９ａと傾斜溝９ｂとからなる。かかる形状をなす複数の凹部７は、いわゆるへリングボーン形状となるように、円周方向に所定の間隔を置いて配列されている。この場合、各凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）とこれらの周囲領域８とで、ラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用を生じる動圧発生部１０が構成される。また、上記構成の動圧発生部１０は、この実施形態では、軸方向上下に離隔して２箇所設けられている。

軸部材２の一端面２ｂは略球面状をなし、軸部材２を軸受部材３の内周に挿入した状態では、対向する電鋳部４の底部４ｂの上端面４ｂ１に当接する。

軸受部材３と軸部材２との間のラジアル軸受隙間６の大気解放側から潤滑油が注油される。これにより、ラジアル軸受隙間６を含む軸受内部空間を潤滑油で充満した動圧軸受装置１が完成する。

上記構成の動圧軸受装置１において、軸部材２の相対回転時、軸部材２の外周面２ａに設けられた動圧発生部１０、１０と、これらに対向する電鋳部４の内周面４ａとの間のラジアル軸受隙間６に潤滑油の動圧作用が生じる。これにより、軸部材２をラジアル方向に相対回転自在に支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とがそれぞれ形成される。

また、軸部材２の相対回転時、軸部材２の一端面２ｂが底部４ｂの上端面４ｂ１に接触支持（ピボット支持）される。これにより、軸部材２をスラスト方向に相対回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔ１が形成される。

以下、軸部材２の製造工程の一例を、図２〜図４に基づいて説明する。

この実施形態において、軸部材２は、凹部７を転造で形成する転造工程（ａ）と、転造工程（ａ）で形成された凹部７の少なくとも周囲領域８に窒化処理を施す窒化処理工程（ｂ）と、周囲領域８にバレル加工を施すバレル加工工程（ｃ）とを経て形成される。

（ａ）転造工程
図２は、上記材料からなる軸素材１１の外周面１１ａに、図１に示す形状の凹部７を転造で形成する工程を概念的に示したものである。一対の転造ダイス１２、１３（この図示例では平ダイス）のうち、第１の転造ダイス１２の対向面１２ａには、軸素材１１に転写形成すべき凹部７に対応した形状の凸部型（図示は省略）が設けられている。図３（ａ）に示すように、転造前の状態では、軸素材１１の外周面１１ａは平滑である。

軸素材１１を、転造ダイス１２、１３で挟持した状態から、第２の転造ダイス１３を第１の転造ダイス１２に対して相対摺動させることで、軸素材１１が第１の転造ダイス１２の凸部形成領域上を押圧転動する。これにより、第１の転造ダイス１２側から、軸素材１１に例えば図１に示す形状の凹部７（動圧発生部１０）が転造形成される。

この際、軸素材１１の外周面１１ａに形成される凹部７の表層部１４には、図３（ｂ）に示すように、転造による第１の加工硬化層１４ａが形成される。この実施形態では、同時に、凹部７の周囲領域８の表層部１５の一部領域にも、転造による第１の加工硬化層１５ａが形成される。

また、転造に伴い、元々凹部７にあった肉が周囲に押し出される。その結果、図３（ｂ）に示すように、周囲領域８の凹部７寄りの箇所に盛り上がり（隆起部１６）が生じる。

（ｂ）窒化処理工程
軸素材１１に転造で凹部７を形成した後、かかる軸素材１１に窒化処理を施す。このようにして、凹部７の表層部１４、および周囲領域８の表層部１５の内部に窒素を拡散浸透させることで、各表層部１４、１５中に、素材金属と窒素との窒化物が形成される。これにより、例えば図３（ｃ）に示すように、第１の加工硬化層１４ａを含む凹部７の表層部１４に窒化層１４ｂが形成される。また、第１の加工硬化層１５ａを含む周囲領域８の表層部１５に窒化層１５ｂが形成される。なお、上記窒化処理（軟窒化処理も含む）の具体的手段として、例えばガス窒化やプラズマ窒化が、また、軟窒化処理の具体的手段として、例えばガス軟窒化や塩浴軟窒化などが使用可能である。

この場合、表層部１５を構成する窒化層１５ｂの厚みは、数μｍ〜十数μｍと非常に薄い。また、その硬度（ここでは、表面硬度）は、６００Ｈｖ〜１０００Ｈｖである。窒化層１４ｂについても同様である。

また、ここでいう「窒化層厚み」は、窒化物が主に存在する化合物層と、窒素が生地金属中に拡散浸透している状態の拡散層のうち、比較的容易に他層との区別が可能な化合物層の深さ（厚み）をいう。

窒化処理は、通常５００℃〜６００℃の温度下で行われるため、例えば焼入れや浸炭等の熱処理と比べて、熱処理時における軸素材１１（軸部材２）の変形がはるかに小さい。そのため、熱処理時の変形や、仕上げ研削により生じる凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）の形状的なばらつきを最小限に抑えて、高い寸法精度を有する凹部７（動圧発生部１０）を軸部材２に設けることができる。従って、かかる軸部材２を、図１に示す動圧軸受装置１に組み込んで使用する場合、ラジアル軸受隙間６に生じる潤滑油の動圧作用を高めることができる。また、外周面１１ａの仕上げ研削等が不要となるので、かかる工程を省略して低コスト化を図ることができる。

また、軸部材２の回転時、特に起動停止時、凹部７の周囲領域８の表面８ａは、対向する電鋳部４の内周面４ａと摺動接触する場合があるが、上述のように、周囲領域８の表層部１５を窒化層１５ｂで構成することで、かかる軸受面（表面８ａ）を含む表層部１５の硬度を高めることができる。これにより、軸部材２の摺動摩耗を低減して、換言すると、凹部７の磨り減りを抑えて、高い動圧作用を長期に亘って安定的に発揮することができる。

また、本発明は、動圧発生用の凹部７を軸部材２の側に設けることを特徴とするものであるから、最近の情報機器の小型化に伴う動圧軸受装置１の小サイズ化への要求に対しても、凹部７の加工性を低下させることなく対応することができる。現状で数ｍｍ程度の軸径を有する軸部材２についても、動圧軸受装置１の小サイズ化に伴い更なる小径化が考えられるが、上述のように、非常に薄肉の窒化層１５ｂが形成可能であれば、軸部材２全体の未硬化層に対する硬化層（ここでは窒化層１５ｂ）の割合を最小限に抑えて、軸部材２自体の靭性（耐疲労特性）を高く保つことができる。具体的には、軸部材２の軸径ｄに対する窒化層１５ｂの厚みｔの比ｔ／ｄを０.０５以下とすることで、軸受面となる周囲領域８の表面８ａの硬度を高めつつも、軸部材２の靭性を高く保つことができる。

また、この実施形態では、軸素材１１（軸部材２）が、硬度４００Ｈｖ以下の金属材料で形成されているので、転造時、凹部７の加工性を高めることができる。また、転造時の変形抵抗も小さいので、転造ダイス１２、１３の継続使用に伴う摩耗を最小限に抑えて、かかるダイス１２、１３の使用寿命を延ばすことができる。

（ｃ）バレル加工工程
この実施形態では、軸素材１１に窒化処理を施した後、かかる軸素材１１にバレル加工（例えば、遠心バレルや流動バレル、あるいはこれらを組合わせたバレル加工など）を施す。これにより、周囲領域８に形成された隆起部１６が押し潰されながら除去され、周囲領域８の表面８ａが、例えば図４に示すように平滑な状態に均される。また、この際、周囲領域８の表面８ａのうち、少なくとも一部の領域（例えば隆起部１６の形成領域）には、バレル加工による加工面（研磨面）が形成される。

この際、使用されるメディアとしては、バレル加工の実効性の観点から、軸部材２のサイズに対してある程度の大きさを有するものが使用される。そのため、凹部７の表面７ａ（底面７ａ１や内側面７ａ２）にはメディアの衝突はなく、周囲領域８の表面８ａにメディアが衝突する。これにより、メディアとの衝突による加工硬化が周囲領域８の表層部１５で生じ、かかる領域に、バレル加工による第２の加工硬化層１５ｃが形成される（図４を参照）。この実施形態では、周囲領域８の表層部１５が、窒化処理により形成される窒化層１５ｂと、バレル加工により形成される第２の加工硬化層１５ｃとで構成される。第２の加工硬化層１５ｃは、先に形成される窒化層１５ｂの最表層部分に重複して形成されている。

上述のように、凹部７を転造形成した軸素材１１（軸部材２）の窒化処理後、軸素材１１にバレル加工を施すことで、周囲領域８の表層部１５に窒化層１５ｂ、および第２の加工硬化層１５ｃを形成した軸部材２が得られる。これにより、軸受面となる周囲領域８の表面８ａの硬度向上はもちろん、表面８ａの平滑性（平面度）や凹部７の形状精度を高めることができる。特に、この実施形態のように、窒化処理の後にバレル加工を施すことによって、軸素材１１への衝突痕や変形を極力抑えつつ隆起部１６を除去して、軸受面（表面８ａ）の仕上げ精度をさらに高めることができる。

また、この実施形態のように、硬度４００Ｈｖ以下の材料からなる軸素材１１（表層部１４、１５の下層領域の硬さが４００Ｈｖ以下である軸部材２）であれば、凹部７の転造時、周囲領域８に形成される隆起部１６のサイズが小さくなり、かつバレル加工で容易に除去可能な形状となり易い。従って、このことによっても、軸受面（表面８ａ）の仕上げ精度を高めることができる。

また、この実施形態のように、溝状の凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）を転造で形成すると、凹部７の周縁部１７にバリが発生することもあるが、適当な大きさのメディアを用いてバレル加工を施すことで、かかるバリを除去して、あるいは凹部７の周縁部１７を適度に面取りすることができる。これにより、軸部材２の相対回転時、摺動相手面となる電鋳部４の内周面４ａの摩耗を極力避け、あるいはかじり等の損傷を避けて、軸受の耐久性を向上させることができる。

バレル加工に使用されるメディアとしては、金属をはじめ、セラミックや樹脂など種々の材質からなるものが使用可能であるが、バレル加工による第２の加工硬化層１５ｃを形成する観点から、比較的硬度の高い金属製やセラミックス柔のメディアを使用するのがよい。また、凹部７の形状を高精度に保つ観点から、凹部７の底面７ａ１に接触しない程度のサイズのメディアが好ましい。また、球状メディアの他にも、例えば多角形状や棒状のものなど、種々の形状を有するメディアが使用可能である。

また、この実施形態では、軸部材２に転造で形成された凹部７（傾斜溝９ａ、９ｂ）との間にラジアル軸受隙間６を形成する軸受部材３の内周面を、電鋳部４の内周面４ａで形成したので、かかる内周面４ａを高精度に形成でき、これにより、ラジアル軸受隙間６をより狭小に設定することができる。むしろ、必要とされる軸受性能にもよるが、ラジアル軸受隙間６の幅を小さくかつ高精度に管理できるのであれば、複数の凹部７を複雑な形状（へリングボーン形状など）に配列させる必要はない。例えば後述する軸方向溝２２や、ディンプル３２のようなシンプルな形状の（より加工が容易な形状の）凹部７で構成される動圧発生部であっても、ラジアル軸受隙間に高い動圧作用をもたらすことが可能となる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、他の構成を採ることもできる。以下、本発明の他構成を、図５〜図８に基づいて説明する。

上記実施形態では、凹部７を傾斜溝９ａと傾斜溝９ｂとで構成し、かかる形状の凹部７をへリングボーン状に配列形成した場合を例示したが、例えば図５（ａ）に示すように、軸部材２１の外周面２１ａに、凹部７としての軸方向溝２２を形成することもできる。この場合、複数の軸方向溝２２は、図５（ｂ）に示すように、円周方向に所定間隔おきに形成される。これら軸方向溝２２と、その周囲領域２３とで動圧発生部２４が構成される。従って、図示は省略するが、この軸部材２１を、図１に示す軸受部材３の内周に挿入し、軸部材２１を軸受部材３に対して相対回転させた状態では、潤滑油で満たされたラジアル軸受隙間に、動圧発生部２４による潤滑油の動圧作用が生じ、これにより軸部材２１を軸受部材３に対してラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部が形成される。

軸方向溝２２を有する軸部材２１は、上記実施形態と同様に（ａ）転造工程、（ｂ）窒化処理工程および（ｃ）バレル加工工程を経て形成される。これにより、例えば図６（ａ）に示すように、軸方向溝２２の表層部２５に、窒化処理による窒化層２５ｂが形成される。また、軸方向溝２２の周囲領域２３の表層部２６に、窒化処理による窒化層２６ｂが形成されると共に、表面２３ａを含む表層部２６の最表層部分に、バレル加工による第２の加工硬化層２６ｃが形成される。表面２３ａには、バレル加工による加工面が形成される。

この実施形態においても、転造で形成された軸方向溝２２の表層部２５と、軸方向溝２２の周囲領域２３の表層部２６にそれぞれ窒化処理による窒化層２５ｂ、２６ｂを設けることにより、軸受面となる周囲領域２３の表面２３ａの硬度向上を図ることができる。また、窒化処理に加えてバレル処理を施すことで、周囲領域２３の表面２３ａの面精度を高めることができる。従って、高い軸受性能と耐摩耗性とを兼ね備えた動圧軸受装置用の軸部材２１を得ることができる。

形成可能な軸方向溝２２としては、図６（ａ）に示すように、断面形状が軸方向中心に向けて凸となる断面円弧状の曲面２２ａの他、例えば図６（ｂ）に示すように、断面形状が外周面２１ａの円弧に対して弦となる平面２２ｂで構成される軸方向溝２２が考えられる。あるいは、図６（ｃ）に示すように、平面２２ｂと外周面２１ａとの間に段差が形成されるように、平面２２ｂの円周方向両端に立ち上がり部２２ｃを設けた構成の軸方向溝２２や、図６（ｄ）に示すように、溝深さが軸方向および円周方向に一定で、外径側に向けて凸となる断面形状の曲面２２ｄで構成される軸方向溝２２などが形成可能である。

軸部材２１の外周に形成される軸方向溝２２の本数は、潤滑油の動圧作用を考慮すると、３本以上が好ましい。同様の理由で、軸方向溝２２の円周方向幅を示す円周角αは１０°以上６０°以下、軸方向溝２２の溝深さｈ１は２μｍ〜２０μｍとするのが好ましい。また、低トルク化と高剛性化の両面から見た場合、周囲領域２３の表面２３ａの全面積に対する、軸方向溝２２の全面積の比（軸方向溝２２の軸方向長さが均一とすると、上記面積比は｛α／（３６０°−α）｝となる。）は１５％〜７０％とするのが好ましい。

また、図５では、ラジアル軸受部を形成すべき領域（動圧発生部２４）全体に亘って軸方向に延びた複数の軸方向溝２２を円周方向に並列配置した構成を例示したが、この他にも、例えば図７に示すように、軸方向溝２２を軸方向に断続的に設けた構成を採ることもできる。この他の構成は、動圧発生部２４の軸方向全長に亘って延びる軸方向溝２２を設ける場合に準じるので説明を省略する。

上記実施形態では、凹部７として傾斜溝９ａ、９ｂや軸方向溝２２を例示したが、もちろん溝以外の形状をなす凹部７を形成することも可能である。図８（ａ）は、その一例を示すもので、軸部材３１の外周面３１ａの一部領域に、凹部７としての複数のディンプル３２が分散して配列されている。この場合、複数のディンプル３２とそれらの周囲領域３３とで動圧発生部３４が構成される。従って、図示は省略するが、この軸部材３１を、図１に示す軸受部材３の内周に挿入し、軸部材３１を軸受部材３に対して相対回転させた状態では、潤滑油で満たされたラジアル軸受隙間に、動圧発生部３４による潤滑油の動圧作用が生じ、これにより軸部材３１を軸受部材３に対してラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部が形成される。

ディンプル３２を有する軸部材３１は、上記実施形態と同様に（ａ）転造工程、（ｂ）窒化処理工程および（ｃ）バレル加工工程を経て形成される。これにより、例えば図８（ｂ）に示すように、ディンプル３２の表層部３５に、窒化処理による窒化層３５ｂが形成される。また、ディンプル３２の周囲領域３３の表層部３６に、窒化処理による窒化層３６ｂが形成されると共に、表面３３ａを含む表層部３６の最表層部分に、バレル加工による第２の加工硬化層３６ｃが形成される。表面３３ａには、バレル加工による加工面が形成される。

この実施形態においても、転造で形成されたディンプル３２の表層部３５と、ディンプル３２の周囲領域３３の表層部３６にそれぞれ窒化処理による窒化層３５ｂ、３６ｂを設けることにより、軸受面となる周囲領域３３の表面３３ａの硬度向上を図ることができる。また、窒化処理に加えてバレル加工を施すことで、周囲領域３３の表面３３ａの面精度を高めることができる。従って、高い軸受性能と耐摩耗性とを兼ね備えた動圧軸受装置用の軸部材３１を得ることができる。

ディンプル３２の大きさとしては、例えば図８（ｃ）に示すように、ディンプル３２の長軸方向の幅ａの、軸径ｄに対する比ａ／ｄを０.１以上０.４以下とするのが好ましい。また、ディンプル３２の深さｈ２は、例えば軸部材３１の外周面３１ａが臨むラジアル軸受隙間の幅の１〜１０倍程度であることが好ましい。このサイズのディンプル３２であれば、従来、軸部材に設けられる類のディンプルとは異なり、高い動圧作用を生じる動圧発生部３４を構成可能であり、かつラジアル軸受隙間の幅が小さい場合でも、油溜りとして有効に作用する。また、低トルク化と高剛性化との観点から、周囲領域３３の表面３３ａの全面積に対する、ディンプル３２形成領域の総面積の比は１０％〜７０％とするのが好ましい。また、ディンプル３２の形状として、例えば短軸幅ｂに対する長軸幅ａの比ａ／ｂは、１.０（真円形状）以上２.０以下の範囲内であるのが実用上好ましいが、特に上記範囲外の形状をなすディンプル３２であっても問題なく形成可能である。

上記実施形態では、凹部７として、傾斜溝９ａ、９ｂや軸方向溝２２、ディンプル３２などを例示したが、本発明は、ラジアル軸受隙間６などの軸受隙間に、潤滑油の動圧作用を生じるための凹部である限り、上記以外の形状をなす凹部７についても同様に適用することができる。

また、上記実施形態では、凹部７の具体的形状に関わらず、転造後の軸素材１１に（ｂ）窒化処理を施し、その後に（ｃ）バレル加工を施す場合を例示したが、この順序に限る必要はない。例えば凹部７を転造で形成した後、（ｃ）バレル加工、（ｂ）窒化処理の順に処理を施すことも可能である。また、使用する軸素材１１（軸部材２）の材料によっては、（ａ）転造工程時に生じる隆起部１６が除去を必要とするほどの大きさ（高さ）とならない場合がある。このような場合には、（ｃ）バレル加工工程を省略することも可能である。

以上説明した動圧軸受装置用軸部材およびこれを備えた動圧軸受装置は、例えば情報機器用のスピンドルモータに組み込んで使用可能である。以下、動圧軸受装置用軸部材３１を上記モータ用のスピンドルに適用した構成例を、図９に基づいて説明する。なお、図１〜図８に示す実施形態と構成・作用を同一にする部位および部材については、同一の参照番号を付し、重複説明を省略する。

図９は、動圧軸受装置４１を組み込んだモータ４０の断面図を示している。このモータ４０は、例えばＨＤＤ等のディスク駆動装置用のスピンドルモータとして使用されるものであって、軸部材３１を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置４１と、軸部材３１に装着されたロータ（ディスクハブ）４２と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４３およびロータマグネット４４と、ブラケット４５とを備えている。ステータコイル４３は、ブラケット４５の外周に取付けられ、ロータマグネット４４はディスクハブ４２の内周に取付けられている。ディスクハブ４２には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚（図９では２枚）保持されている。ステータコイル４３に通電すると、ステータコイル４３とロータマグネット４４との間の電磁力でロータマグネット４４が回転し、それによって、ディスクハブ４２及びディスクハブ４２に保持されたディスクＤが軸部材３１と一体に回転する。

この実施形態において、動圧軸受装置４１は、軸受部材４６と、軸受部材４６の内周に挿入される軸部材３１とを備えている。軸受部材４６は、一端を開口した有底筒状の電鋳部４７と、電鋳部４７と一体に形成される成形部４８とからなる。軸受部材４６は、例えばマスターと一体又は別体の電鋳部４７をインサート部品として樹脂で成形部４８と一体に射出成形される。

軸部材３１の外周面３１ａには、図９に示すように、凹部７としての複数のディンプル３２が形成されている。また、軸部材３１の一端面３１ｂは球面状をなし、軸部材３１を軸受部材４６の内周に挿入した状態では、対向する電鋳部４７の底部４７ｂの上端面４７ｂ１に当接する。また、軸部材３１の外周面３１ａのうち、ディスクハブ４２の固定領域となる端部領域には円環溝３１ｃが形成される。円環溝３１ｃを有する軸部材３１は、例えば軸部材３１をインサート部品とする型成形によりディスクハブ４２と一体に形成される。この場合、円環溝３１ｃは、ディスクハブ４２の軸部材３１に対する抜止めとして作用する。これ以外の構成は、上記実施形態における記載に準じるので説明を省略する。

上記構成の軸部材３１を軸受部材４６の内周に挿入し、軸受部材４６の内部空間に潤滑油を注油する。これにより、電鋳部４７の内周面４７ａや底部４７ｂの上端面４７ｂ１と、これらに対向する軸部材３１の外周面３１ａとの間の隙間空間、および軸部材３１に形成されたディンプル３２を含む軸受内部空間を潤滑油で充満した動圧軸受装置４１が完成する。

上記構成の動圧軸受装置４１において、軸部材３１の回転時、軸部材３１の外周面３１ａに形成された動圧発生部３４は、対向する軸受部材４６の内周面（電鋳部４７の真円内周面４７ａ）との間にラジアル軸受隙間４９を形成する。そして、軸部材３１の回転に伴い、ラジアル軸受隙間４９の潤滑油が動圧発生部３４による動圧作用を生じ、その圧力が上昇する。これにより、軸部材３１をラジアル方向に回転自在に支持するラジアル軸受部Ｒ１１が形成される。同時に、軸部材３１の一端面３１ｂと、これに対向する電鋳部４７の上端面４７ｂ１との間に、軸部材３１をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔ１１が形成される。

以上より、この実施形態に係る動圧軸受装置１であれば、軸部材３１と軸受部材４６との間の摺動摩耗を低減することができる。従って、軸部材３１に設けられたディンプル３２あるいはその周囲領域３３の摩耗によりラジアル軸受隙間４９に生じる動圧作用が減少するといった事態を極力避けて、安定した軸受性能を長期に亘って発揮することが可能となる。

また、軸部材３１の側に動圧発生部３４（動圧作用を生じるための凹部７）を設けることで、かかる動圧発生部３４を軸受部材４６の側に設ける場合と比べ加工（特に、窒化処理やバレル加工）が容易である。そのため、上記モータの小サイズ化に対する要求にも容易に対応することができる。

なお、上記実施形態では、軸受部材３、４６を、電鋳部４、４７と樹脂製の成形部５、４８とで構成した場合を例示したが、特にこの構成に限る必要はない。例えば、電鋳部４、４７の代わりに、焼結金属製のスリーブ体を使用して軸受部材を構成することもできる。また、金属材料で軸受部材３、４７を一体に形成したり、摺動性や耐摩耗性を高めた樹脂組成物で軸受部材３、４７を一体に形成することも可能である。あるいは、モータ４０側の部材であるブラケット４５を、軸受部材４６と同一の材料（金属又は樹脂など）で一体に形成することも可能である。

なお、図１や図９では、スラスト軸受部Ｔ１、Ｔ１１をいわゆるピボット軸受で構成した場合を例示しているが、本発明は、動圧溝等の凹部とその周囲領域とで構成される動圧発生部で軸部材２をスラスト方向に非接触支持する動圧軸受にも適用可能である。この場合、軸部材２に、図示は省略するが、例えば軸部材２の外径側に張り出すフランジ部を設け、フランジ部の端面に、傾斜溝やディンプル等の動圧発生用の凹部を転造で形成し、次いで窒化処理を施すことで、スラスト軸受面となる面（凹部の周囲領域の表面）の硬度を高めることができる。

また、以上の実施形態では、動圧軸受装置１、４１の内部に充満し、ラジアル軸受隙間等に動圧作用を発生させる流体として、潤滑油を例示したが、それ以外にも軸受隙間に動圧作用を生じ得る流体、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。

本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。 動圧軸受装置用軸部材に凹部を転造する工程を概念的に示す図である。 （ａ）は転造前の軸部材の外周面表層部付近の断面図、（ｂ）は転造後の凹部およびその周辺領域の表層部付近の断面図、（ｃ）は窒化処理後の凹部およびその周辺領域の表層部付近の断面図である。 バレル加工後の凹部およびその周辺領域の表層部付近の断面図である。 （ａ）は本発明の他実施形態に係る軸部材の側面図、（ｂ）は軸部材の軸直交断面図である。 （ａ）は軸部材に形成された軸方向溝の一形状を示す拡大断面図、（ｂ）〜（ｄ）は何れも軸方向溝の他形状を示す拡大断面図である。 本発明の他実施形態に係る軸部材の側面図である。 （ａ）は他実施形態に係る軸部材の側面図、（ｂ）は軸部材に形成されたディンプルの断面形状を示す拡大図、（ｃ）はディンプルの平面形状を示す拡大図である。 本発明に係る動圧軸受装置を組込んだ情報機器用モータの一構成例を概念的に示す断面図である。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
３ 軸受部材
４ 電鋳部
５ 成形部
６ ラジアル軸受隙間
７ 凹部
８ 周囲領域
８ａ 表面
９ａ、９ｂ 傾斜溝
１０ 動圧発生部
１１ 軸素材
１２、１３ 転造ダイス
１４ 表層部（凹部）
１４ｂ 窒化層（凹部）
１５ 表層部（周囲領域）
１５ｂ 窒化層（周囲領域）
１５ｃ 第２の加工硬化層（周囲領域）
２１、３１ 軸部材
２２ 軸方向溝
３２ ディンプル
２３、３３ 周囲領域
２４、３４ 動圧発生部
２５、３５ 表層部
２５ｂ 窒化層
２６、３６ 表層部
２６ｂ、３６ｂ 窒化層
２６ｃ、３６ｃ 第２の加工硬化層
４０ モータ
４１ 動圧軸受装置
４２ ディスクハブ
４３ ステータコイル
４４ ロータマグネット
４６ 軸受部材
４９ ラジアル軸受隙間
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ１１ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ１１ スラスト軸受部

Claims (4)

1. 軸受隙間に流体の動圧作用を生じるための凹部が転造で形成された動圧軸受装置用軸部材において、
   前記転造で形成された凹部の表層部及び前記凹部の周囲領域における表層部に、前記転造後の窒化処理により前記軸部材の素材中に窒素が拡散浸透してなる窒化層が形成され、前記軸部材の外径に対する窒化層の厚みの比が０．０５以下に設定されると共に、
   前記凹部の周囲領域における前記窒化層の最表層部分に、窒化処理後のバレル加工により加工硬化を生じた層である加工硬化層が窒化層と重複して形成されていることを特徴とする動圧軸受装置用軸部材。
2. 前記表層部の少なくとも一部の領域が、バレル加工による加工面を有している請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
3. 前記凹部の表層部および前記凹部の周囲領域における表層部の下層領域の硬度が４００Ｈｖ以下である請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の動圧軸受装置用軸部材を備えた動圧軸受装置。