流体動圧軸受装置用のハブ一体軸及びその製造方法
【課題】ハブ部を薄肉化した場合でも、寸法精度を十分に高めることが可能なハブ一体軸を提供する。
【解決手段】板材の塑性加工により軸部２１及びハブ部２２を一体に有する素形材３０成形し、この素形材３０のうち、少なくとも軸部２１の外周面２１ｂ及びハブ部２２の回転体搭載面（鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１）に研削仕上げを施す。
【解決手段】板材の塑性加工により軸部２１及びハブ部２２を一体に有する素形材３０成形し、この素形材３０のうち、少なくとも軸部２１の外周面２１ｂ及びハブ部２２の回転体搭載面（鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１）に研削仕上げを施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受装置に用いられるハブ一体軸及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動圧軸受装置は、軸受部材の内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用により、軸部材を相対回転自在に支持するものである。流体動圧軸受装置は、優れた回転精度および静粛性を有するため、例えば、各種ディスク駆動装置（ＨＤＤの磁気ディスク駆動装置や、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク駆動装置等）のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ用、あるいはプロジェクタのカラーホイールモータ用として好適に使用されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ＨＤＤのスピンドルモータに組み組まれる流体動圧軸受装置が示されている。この流体動圧軸受装置は、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入した軸受スリーブ８と、軸部材２の上端外周に固定されたディスクハブ３とを備え、ディスクハブ３に情報記録媒体となるディスクＤが搭載される。軸部材２が回転すると、軸部材２の外周面と軸受スリーブ８の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力が高められ、この動圧作用により、軸部材２、ディスクハブ３、及びディスクＤが一体となって回転支持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９９８３６号公報
【特許文献２】特開平６−２６１４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ノートパソコン等の情報機器の薄型化及び軽量化が進み、これに組み込まれるＨＤＤのスピンドルモータへの薄型化及び軽量化の要求が益々強くなっている。この要求に応えるべく、ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置では、磁気ディスクを搭載するディスクハブの薄肉化が検討されている。しかし、ディスクハブを薄肉化すると、以下のような課題が生じる。
【０００６】
第一に、ディスクハブの薄肉化により、軸部材とディスクハブとの締結面積が縮小されるため、両者の締結強度が低下する恐れがある。例えば、締結部に接着剤を塗布すれば締結強度を高めることができるが、この場合、接着剤の材料コストがかかると共に、接着剤を塗布する工程を要することで製造コストがかかる。
【０００７】
第二に、ディスクハブの薄肉化により、軸部材とディスクハブとの嵌合面積が縮小されるため、両者の組付精度が低下する。これにより、軸部材の外周面に対するディスク搭載面の面精度（振れ精度など）が低下し、ディスクの回転精度の低下、ひいてはＨＤＤのディスク読み取り精度の低下を招く恐れがある。
【０００８】
第三に、ディスクハブの薄肉化により、ブランク材の加工量が多くなる。例えば、ディスクハブを旋削加工で形成する場合、ブランク材からの削り量が多くなるため、多量の切り屑が発生する。このように切削量が多いと、材料コストが高くなると共に、工具の消耗が激しく工具のコストも高くなる。また、製品一個あたりの加工時間が長くなるため、所定のサイクルで製造するためには多くの旋削機を準備する必要があり、大規模な設備投資を要する。
【０００９】
例えば、特許文献２には、丸棒から所定長さのブランク材（スラグ）を切断し、このブランク材に据え込み加工及び打ち抜き加工を施した後、鍛造押出によりハブ及び軸部を一体に製造する方法が示されている。このように、ディスクハブと軸部材を一体成形すれば、これらを別体に形成した後に固定する場合と比べて、両者の締結強度が高められる。また、ハブ及び軸部の一体品を鍛造により成形することで、旋削加工のように多量に切り屑が発生することがなく、材料の歩留まりを高めることができる。
【００１０】
しかし、上記特許文献２では、円柱状のブランク材を塑性加工してハブ一体軸を成形しているため、スラグから製品に至るまでの変形量が大きく、所望の寸法精度を得ることが難しい。特に、上記のようにハブを薄肉化すると、ブランク材からの変形量がさらに大きくなる上、ハブの剛性が小さくなるため、ハブ一体軸の寸法精度を高めることがさらに困難となる。このため、ＨＤＤのスピンドルモータに要求される寸法精度、特に軸部材の外周面に対するディスク搭載面の面精度が得られず、ディスクの回転精度の低下を招く恐れがある。
【００１１】
以上のような課題、すなわち、ハブを薄肉化したときの寸法精度の課題は、ＨＤＤのスピンドルモータに限らず、例えば、ポリゴンスキャナモータやカラーホイールモータに組み込まれる流体動圧軸受装置においても、同様に生じる。ただし、ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置は、上記のように軽量化及び薄肉化の要求が強く、且つ、要求されるディスクの回転精度が高いため、上記の課題が特に顕著に発生する。
【００１２】
本発明の解決すべき課題は、ハブを薄肉化した場合でも、寸法精度を十分に高めることが可能なハブ一体軸であって、特にＨＤＤのスピンドルモータ用に適したハブ一体軸を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は、外周面が、潤滑流体で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部と、軸部から外径に突出し、軸方向と直交する回転体搭載面を有するハブ部とを一体に備えた流体動圧軸受装置用のハブ一体軸であって、板材の塑性加工により軸部及びハブ部を一体成形した素形材のうち、軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げが施されたハブ一体軸を提供する。
【００１４】
このように、本発明のハブ一体軸は、板材の塑性加工により軸部及びハブ部を一体成形した素形材を用いて形成される。このようにハブ部及び軸部を一体成形することで、上述のように両者の締結強度が高められるため、ハブ部を薄肉化した場合でもハブ部と軸部とを強固に固定（一体化）することができる。また、素形材を板材から形成することで、ハブ部を薄肉化した場合でも塑性加工による変形量を抑えることができるため、素形材の寸法精度を高めることができる。
【００１５】
こうして得られた素形材のうち、特に精度が要求される箇所に研削仕上げを施される。具体的には、ラジアル軸受隙間に面する軸部の外周面と、回転体が搭載される回転体搭載面に研削仕上げが施される。これにより、回転体の回転精度が高められるため、例えばＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に要求される回転体（ディスク）の回転精度を満たすことができる。
【００１６】
軸部の外周面はラジアル軸受隙間に面するため、特に優れた面精度で加工する必要がある。そこで、先にハブ部に研削仕上げを施した後、この高精度な研削仕上げ面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施せば、軸部の外周面の面精度がさらに高められる。
【００１７】
また、軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面を、それぞれ優れた寸法精度で加工したとしても、これらの相対的な位置精度（例えば振れ精度）が十分でないと、回転体の回転精度を十分に高めることができない恐れがある。そこで上記のように、研削仕上げが施されたハブ部の回転体搭載面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施せば、軸部の外周面に対する回転体搭載面の振れ精度を高めることができる。また、ハブ部の外周面にも研削仕上げを施す場合、回転体搭載面に加えて、研削仕上げが施されたハブ部の外周面を基準とすれば、軸部の外周面とハブ部との同軸度を高めることができる。尚、振れ精度、及び同軸度の定義は、ＪＩＳ Ｂ ００２１：１９９８による。
【００１８】
軸部の外周面に対する回転体搭載面の振れ精度は、例えば５μｍ以下とすることが好ましい。また、回転体搭載面の平面度は、例えば１μｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
軸部の外周面は、ラジアル軸受隙間を介して対向する軸受部材の内周面と接触摺動することがあるため、高い耐摩耗性が要求される。従って、軸部の外周面に表面硬化処理やコーティング処理を施して、耐摩耗性を高めることが好ましい。この場合、軸部の外周面に表面硬化処理やコーティング処理を施して耐摩耗性を高めてから、この面に研削仕上げを施せば、研削による疵を抑えることができる。また、軸部の外周面に研削仕上げを施してから、この面にコーティング処理を施せば、研削による疵をコーティングで覆うことができる。
【００２０】
上記のように、軸部の外周面には高い耐摩耗性が要求される。また、ハブ部は、回転体を搭載した状態で長期にわたり形状を維持する必要があるため、高い強度が要求される。これらの点から、上記のハブ一体軸はステンレス鋼で形成することが好ましい。ただし、ステンレス鋼は一般に成形性に乏しいため、上記のように板材からハブ部及び軸部を一体に有する素形材を成形するためには、ステンレス鋼の中でも比較的成形性に優れたフェライト系ステンレス鋼を用いることが好ましい。さらに、フェライト系ステンレス鋼にＴｉを０．０５％以上配合すれば、延性を高めることができるため好ましい。
【００２１】
ハブ部は、例えば、軸部から外径に延びる円盤部と、円盤部から軸方向に延びる円筒部と、円筒部から外径に延びる鍔部とを有する形状とすることができる。上記のハブ一体軸によれば、ハブ部の肉厚を薄肉化した場合でも、具体的にはハブ部の円盤部の軸方向の肉厚を軸部の軸方向寸法の２０％以下とした場合でも、優れた寸法精度で形成することができる。
【００２２】
上記のようなハブ一体軸は、ハブ部を薄肉化した場合でも、寸法精度を十分に高くすることができるため、特に、ＨＤＤのスピンドルモータ用として好適に使用することができる。
【００２３】
上記のハブ一体軸と、ハブ一体軸の軸部が内周に挿入された軸受部材と、軸部の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜でハブ一体軸を回転自在に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置は、軸方向寸法の小型化を図ることができ、且つ、優れた回転精度を有することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明のハブ一体軸は、板材を塑性加工することで、薄型且つ軽量で寸法精度の高い素形材が得られる。さらに、成形材の軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げを施すことで、これらの面の精度を特に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＨＤＤのスピンドルモータを示す断面図である。
【図２】上記スピンドルモータに組み込まれ、本発明の実施形態に係るハブ一体軸を備えた流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】上記流体動圧軸受装置の軸受スリーブの断面図である。
【図４】上記流体動圧軸受装置のハウジングの上面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、板材を塑性加工して、軸部及びハブ部を一体に有する素形材を成形する工程を示す断面図である。
【図６】素形材のハブ部に研削仕上げを施す様子を示す断面図である。
【図７】素形材の軸部に研削仕上げを施す様子を示す断面図である。
【図８】他の実施形態に係るハブ一体軸を備えた流体動圧軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１に、例えば２．５インチＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータを示す。このスピンドルモータは、本発明の一実施形態に係るハブ一体軸９を回転自在に支持する流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１が取り付けられたブラケット６と、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４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル４はブラケット６に取り付けられ、ロータマグネット５はハブ一体軸９にヨーク１０を介して取り付けられる。ハブ一体軸９には、回転体としてのディスクＤが所定の枚数（図示例では１枚）保持される。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間の電磁力でロータマグネット５が回転し、これによりハブ一体軸９及びディスクＤが一体となって回転する。
【００２８】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部２及びハブ部３を有するハブ一体軸９と、ハブ一体軸９を回転自在に支持する軸受部材とで構成される。本実施形態では、軸受部材が、内周にハブ一体軸９の軸部２を挿入した軸受スリーブ８と、内周に軸受スリーブ８を保持する有底筒状のハウジング７とで構成される。軸部２の下端には、抜け止め部材１１が設けられる。尚、以下では、説明の便宜上、軸方向でハウジング７の開口側を上側、閉塞側を下側とする。
【００２９】
ハブ一体軸９は、金属で形成され、例えば鉄系金属、特にステンレス鋼で形成される。ステンレス鋼は一般に延性が乏しいため、ステンレス鋼の中でも比較的延性に富んだフェライト系（例えば、ＳＵＳ４３０）を使用することが好ましい。また、延性を高めるために、ステンレス鋼のＣの含有量を０．２％以下とすることが好ましく、同じ目的でステンレス鋼にＴｉを重量比で０．０５％以上配合することが好ましい。この他、例えば一般構造用鋼、アルミ合金、あるいはチタン合金等でハブ一体軸９を形成することもできる。
【００３０】
軸部２は、ハブ一体軸９の軸心に設けられ、外径が２〜４ｍｍ程度に設定される。軸部２は、凹凸の無いストレートな円筒面状の外周面２ａと、軸心に設けられた軸方向穴２ｂとを有する。本実施形態では、軸方向穴２ｂが軸部２を軸方向に貫通し、その内周面にネジ溝が形成されている。軸部２の下端部には、抜け止め部材１１が設けられる。抜け止め部材１１は、軸部２の下端部から外径に突出した円盤部１１ａと、円盤部１１ａの軸心から上方に延びた雄ネジ部１１ｂとを有する。雄ネジ部１１ｂは、軸部２の軸方向穴２ｂの下端にネジ固定される。円盤部１１ａは、軸受スリーブ８の下側端面８ｂとハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との軸方向間に配される。抜け止め部材１１の円盤部１１ａと軸受スリーブ８の下側端面８ｂとが軸方向で係合することにより、軸部２の軸受スリーブ８からの抜け止めが行われる。
【００３１】
軸部２の外周面２ａには、表面硬化処理又はコーティング処理、あるいはこれらの双方が施される。表面硬化処理としては、例えば真空焼入れ、真空浸炭処理、真空窒化処理、ガス軟窒化処理、あるいはイオン窒化処理等による表面硬化処理が挙げられる。コーティング処理としては、例えば無電解Ｎｉめっき、ＤＬＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、あるいはＴｉＣによるコーティング処理が挙げられる。尚、ハブ一体軸９をステンレス鋼で形成する場合、上記のようにＣの含有量を０．２％以下とすると、焼入れによる硬化処理が困難となるため、真空焼入れ以外の表面効果処理、あるいはコーティング処理を施すことが好ましい。尚、表面処理やコーティング処理は、軸部２の外周面２ａだけでなく、他の領域、例えばスラスト軸受隙間に面するハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１に施しても良い。あるいは、軸部２の外周面２ａの耐摩耗性が十分であれば、表面効果処理やコーティング処理を省略してもよい。
【００３２】
ハブ部３は、軸部２の上端部から外径に延び、軸方向と直交する回転体搭載面（本実施形態ではディスク搭載面３ｄ）を備えている。本実施形態のハブ部３は、ハウジング７の開口部を覆う円盤部３ａと、円盤部３ａの外周部から軸方向下方に延びた円筒部３ｂと、円筒部３ｂの下端部からさらに外径に延びた鍔部３ｃとで構成され、鍔部３ｃの上側端面にディスク搭載面３ｄが形成される。円筒部３ｂの外周面には、ディスク嵌合面３ｅが形成される。ディスクＤをディスク嵌合面３ｅの外周に嵌合すると共に、ディスク搭載面３ｄの上に載置し、この状態で図示しないクランパによってディスクＤの上面を押さえてディスク搭載面３ｄ上に押し付けることにより、ディスクＤがハブ部３に保持される。尚、軸部２の軸方向穴２ｂの上部は、クランパを固定するためのネジ穴として機能する。
【００３３】
ハブ一体軸９は、詳細は後述するが、金属の板材の塑性加工で軸部２及びハブ部３を一体に有する素形材を形成し、この素形材の所定箇所に研削仕上げを施すことにより形成される。本実施形態では、潤滑油で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部２の外周面２ａと、潤滑油で満たされたスラスト軸受隙間に面するハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１と、ハブ部３のディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅとに研削仕上げが施される。軸部２の外周面２ａ及び円盤部３ａの下側端面３ａ１は、ハブ部３の研削仕上げ面（ディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅ）を基準として、研削仕上げが施されている。その結果、軸部２の外周面２ａに対するディスク搭載面３ｄの振れ精度は５μｍ以下に設定され、軸部２の外周面２ａに対するディスク嵌合面３ｅの同軸度は５μｍ以下に設定される。換言すれば、軸部２の外周面２ａに対するディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅの寸法精度が上記の範囲内であれば、軸部２の外周面２ａが、ディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅを基準として研削仕上げされていると推定することができる。
【００３４】
軸受スリーブ８は、金属材料で円筒状に形成され、本実施形態では、例えば銅を主成分とする焼結金属で形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、例えば図３に示すように、軸方向に離隔した２つの領域にヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１，８ａ２がそれぞれ形成される。図中に網掛けで示す領域は、動圧溝８ａ１，８ａ２の間に形成された丘部であり、動圧溝８ａ１，８ａ２よりも一段高くなっている（すなわち内径向きに突出している）。図示例では、上側の動圧溝８ａ１は軸方向非対称に形成されており、具体的には、軸方向中央部ｍより上側の領域の軸方向寸法Ｘ１が、下側の領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている（Ｘ１＞Ｘ２）。下側の動圧溝８ａ２は軸方向対称に形成されている。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向溝８ｄ１が軸方向全長にわたって形成され、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向に等配される。
【００３５】
ハウジング７は、例えば樹脂の射出成形で形成され、図２に示すように、側部７ａ及び底部７ｂを一体に有する有底円筒状に形成される。側部７ａの円筒状内周面７ａ１には、軸受スリーブ８の外周面８ｄが隙間接着、圧入、接着剤介在下の圧入等により固定される。ハウジング７の側部７ａの上端面７ａ２は、例えば図４に示すように複数の動圧溝７ａ２０をスパイラル形状に配列した領域が形成される。ハウジング７の側部７ａの外周の上端には、図２に示すように、上方に向かって漸次拡径するテーパ状のシール面７ａ３が形成される。このテーパ状のシール面７ａ３は、ハブ部３の円筒部３ｂの内周面３ｂ１との間に、上方に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。シール空間Ｓは、ハブ一体軸９の回転時、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間の外径側と連通している。このシール空間Ｓの毛細管力により、ハウジング７の内部に充満された潤滑油の漏れ出しを防止する。
【００３６】
上記構成のハブ一体軸９、軸受スリーブ８、ハウジング７、及び抜け止め部材１１を組み付けた状態で、軸受スリーブ８の内部気孔を含めたハウジング７の内部の空間に潤滑油を充満させることにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。このとき、潤滑油の油面はシール空間Ｓの内部に保持される。
【００３７】
ハブ一体軸９が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、動圧溝８ａ１，８ａ２により上記ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められ、この圧力（動圧作用）によりハブ一体軸９をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が構成される。
【００３８】
これと同時に、ハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１とハウジング７の側部７ａの上端面７ａ２との間にスラスト軸受隙間が形成される。そして、動圧溝７ａ２０により上記スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められ、この圧力（動圧作用）によりハブ一体軸９をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。
【００３９】
このとき、軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成された軸方向溝８ｄ１により、潤滑油が流通可能な連通路が形成される。この連通路により、ハウジング７の内部に満たされた潤滑油に局部的な負圧が発生する事態を防止できる。特に本実施形態では、図３に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａに形成された上側の動圧溝８ａ１が軸方向非対称な形状に形成されているため、ハブ一体軸９の回転に伴ってラジアル軸受隙間の潤滑油が下方に押し込まれ、上記の連通路を介して潤滑油が循環し、これにより局部的な負圧の発生を確実に防止できる。
【００４０】
以下、ハブ一体軸９の製造方法について説明する。
【００４１】
ハブ一体軸９は、板材を塑性加工して軸部２及びハブ部３を一体に有する素形材を形成する素形材成形工程と、この素形材の所定箇所に研削仕上げを施す研削仕上げ工程とを経て形成される。
【００４２】
（１）素形材成形工程
素形材形成工程では、まず、図５（ａ）に示すように、金属（例えば、Ｔｉを０．５％以上含んだフェライト系ステンレス鋼）の板材２０を準備する。例えば、本実施形態のような２．５インチＨＤＤのスピンドルモータ用のハブ一体軸９の場合、板材の厚さは１ｍｍ程度とされる。
【００４３】
そして、図５（ｂ）に示すように、冷間の塑性加工（深絞り加工）により板材２０の軸心を下方に突出させ、軸部２１を成形する。このとき、図示しない金型で軸部２１を押し込んで突出させるため、軸部２１の軸心には軸方向穴２１ａが成形される。
【００４４】
次に、図５（ｃ）に示すように、冷間の塑性加工（プレス加工）により軸部２１の周囲にハブ部２２を成形する。具体的には、軸部２１から外径に延びる円盤部２２ａと、円盤部２２ａの外径端から下方に延びる円筒部２２ｂと、円筒部２２ｂの下端から外径に延びる鍔部２２ｃとが成形される。このとき、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１の内径端には、環状の凹部（逃げ部）２２ｃ１０が同時に成形される。
【００４５】
その後、図５（ｄ）に示すように、軸部２１の先端部（下端部）を切断除去し、軸方向穴２１ａを軸部２１の下端に開口させる。これと共に、軸部２１の軸方向穴２１ａの内周面にネジ溝を形成する。
【００４６】
最後に、図５（ｅ）に示すように、ハブ部２２の鍔部２２ｃと板材２０とを切り離し、軸部２１及びハブ部２２を有する素形材３０を板材２０から分離する。
【００４７】
このように素形材３０を板材２０から形成することで、素形材３０の肉厚はおおよそ均一になっている。具体的には、軸部２１の径方向の肉厚、ハブ部２２の円盤部２２ａの軸方向の肉厚、円筒部２２ｂの径方向の肉厚、及び、鍔部２２ｃの軸方向の肉厚が、おおよそ均一になっている。詳しくは、上記の塑性加工により絞られて軸方向に延びる箇所（軸部２１及び円筒部２２ｂ）の肉厚は、軸方向と直交する方向の面（円盤部２２ａ及び鍔部２２ｃ）の肉厚よりも若干薄くなっている。例えば、１ｍｍ程度の板材２０を用いて素形材３０を形成する場合、円盤部２２ａ及び鍔部２２ｃの肉厚が約０．８ｍｍであるのに対し、軸部２１及び円筒部２２ｂの肉厚は約０．５ｍｍとなる。すなわち、本実施形態では、板材２０から素形材３０を得るときの肉厚の変化量が５０％以下となっている。このように、板材２０からの変形量が比較的小さいことで、素形材３０を精度良く塑性加工することができる。
【００４８】
（２）研削仕上げ工程
上記のようにして成形した素形材３０の所定箇所に、研削仕上げが施される。尚、図６及び図７に示す研削仕上げ工程では、素形材３０の軸方向を水平にして加工を行っているが、素形材３０の各部位には上記と同様の名称を付している。
【００４９】
まず、素形材３０のハブ部２２の所定箇所に研削仕上げが施される。具体的には、図６に示すように、素形材３０の軸部２１の軸方向穴２１ａに回転センタ４１、４２を装着して素形材３０を回転自在に支持すると共に、ハブ部２２の鍔部２２ｃの下側端面２２ｃ２をバッキングプレート４３で支持する。そして、バッキングプレート４３を回転駆動して素形材３０を軸部２１を中心に回転させ、この状態でアンギュラ砥石４４を素形材３０に接触させる。詳しくは、アンギュラ砥石４４を、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１（ディスク搭載面に相当）、円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１（ディスク嵌合面に相当）、及び、円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部に同時に当接させ、これらの面を同時研削する。このとき、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１の内径端に逃げ部２２ｃ１０が設けられているため、アンギュラ砥石４４を、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１及び円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１に密着させることができる。
【００５０】
次に、図７に示すように、ハブ部２２の研削仕上げ面（図中に点線で示す）を基準として、軸部２１の外周面２１ｂと、ハブ部２２の円盤部２２ａの下側端面２２ａ２の外周部（スラスト軸受隙間に面する領域）とに研削仕上げを施す。例えば、ハブ部２２の円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部をマグネットチャック５１で吸着支持すると共に、円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１をシュー５２で摺動支持する。この状態で、マグネットチャック５１を回転駆動して素形材３０を軸部２１を中心に回転させ、軸部２１の外周面２１ｂに砥石５３を当接させると共に、円盤部２２ａの下側端面２２ａ２の外周部に砥石５４を当接させ、これらの面を研削する。
【００５１】
このように、高精度に加工されたハブ部２２の研削仕上げ面を基準として、軸部２１の外周面２１ｂに研削仕上げを施すことで、この面を高精度に加工することができる。特に、ディスク搭載面３ｄに相当する鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１を基準として、軸部２１の外周面２１ｂを研削することで、これらの面の相対的な面精度（例えば振れ精度）を高精度に設定することができる。本実施形態では、軸部２１の外周面２１ｂを研削する際に、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１を直接支持するのではなく、円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部をマグネットチャック５１で支持している（図７参照）。円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部と、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１とは同時研削されているため、これらの面の平行度は極めて高精度に設定される。従って、図７に示すように円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部をマグネットチャック５１で支持することで、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１を間接的に基準とすることができる。もちろん、可能であれば、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１をマグネットチャック５１で吸着支持し、この面を直接的に基準としてもよい。
【００５２】
また、ディスク嵌合面３ｅに相当する円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１をシュー５２で支持することで、この面を基準として軸部２１の外周面２１ｂを研削することができるため、これらの面の相対的な面精度（例えば同軸度）を高精度に設定することができる。
【００５３】
以上のように、素形材３０の所定箇所に研削仕上げを施すことにより、軸部２及びハブ部３を有するハブ一体軸９（図２参照）が形成される。このハブ一体軸９の軸部２の外周面２ａに、必要に応じて表面硬化処理あるいはコーティング処理が施される。尚、表面硬化処理あるいはコーティング処理を、上記の研削仕上げ工程に先立って行えば、研削による疵を抑えることができる。また、上記の研削仕上げ工程の後にコーティング処理を施せば、研削による疵をコーティングで覆うことができる。また、表面硬化処理及びコーティング処理の双方を施してもよく、例えば軸部２の外周面２ａに表面硬化処理を施した後、上記の研削仕上げ工程を行い、さらにこの面にコーティング処理を施してもよい。
【００５４】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００５５】
上記の実施形態では、図６及び図７に示すように、素形材３０のハブ部２２のディスク搭載面（鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１）及びディスク嵌合面（円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１）に研削仕上げを施し、これらの面を基準として軸部２１の外周面２１ｂに研削仕上げを施しているが、これに限られない。例えば、研削仕上げを施したディスク搭載面のみを基準として、軸部２１の外周面２１ｂに研削仕上げを施してもよい。
【００５６】
また、流体動圧軸受装置１の構成は上記に限られない。例えば、図８に示す流体動圧軸受装置１は、軸部２に設けられた軸方向穴２ｂの下端を閉じ、軸部２の下端の抜け止め部を省略した点で、上記の実施形態と異なる。このように、軸部２の下端の抜け止め部を省略することで、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法が縮小され、スピンドルモータのさらなる薄型化が可能となる。この実施形態では、抜け止め部材１１はハウジング７の外部に設けられる。具体的には、ハブ部３の円筒部３ｂの下端に環状の抜け止め部材１１を固定している。この抜け止め部材１１が、ハウジング７のテーパ状シール面７ａ３の下方に設けられた肩面７ａ４と軸方向で係合することにより、軸部２の軸受スリーブ８からの抜け止めが行われる。
【００５７】
また、上記の実施形態では、ハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１がスラスト軸受隙間に面しているが、この面がスラスト軸受隙間に面さない構成としてもよい。この場合、ハブ部３の下側端面３ａ１の研削仕上げを省略してもよい。
【００５８】
また、上記の実施形態では、ハウジング７の外周面とハブ部３の内周面３ｂ１との間にシール空間Ｓを形成しているが、シール空間Ｓの場所はこれに限られない。例えば、図示は省略するが、ハウジングの内周面の上端部にシール部材を固定し、このシール部材の内周面と軸部の外周面との間にシール空間を形成することもできる。
【００５９】
また、上記の実施形態では、潤滑流体が潤滑油である場合を示しているが、これに限らず、例えば磁性流体や空気等の流体を使用することも可能である。
【００６０】
また、上記の実施形態では、本発明に係るハブ一体軸９をＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に組み込んだ例を示しているが、これに限られない。例えば、ポリゴンスキャナモータ用の流体動圧軸受装置や、カラーホイールモータ用の流体動圧軸受装置に本発明のハブ一体軸を適用することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部
２ａ 外周面
２ｂ 軸方向穴
３ ハブ部
３ａ 円盤部
３ｂ 円筒部
３ｃ 鍔部
３ｄ ディスク搭載面
３ｅ ディスク嵌合面
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ ハブ一体軸
１０ ヨーク
１１ 抜け止め部材
２０ 板材
２１ 軸部
２２ ハブ部
２２ａ 円盤部
２２ｂ 円筒部
２２ｃ 鍔部
３０ 素形材
３１ 軸部
３２ ハブ部
４１ 回転センタ
４３ バッキングプレート
４４ アンギュラ砥石
５１ マグネットチャック
５２ シュー
５３ 砥石
５４ 砥石
Ｄ ディスク
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
Ｔ スラスト軸受部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体動圧軸受装置に用いられるハブ一体軸及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動圧軸受装置は、軸受部材の内周面と軸部材の外周面との間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用により、軸部材を相対回転自在に支持するものである。流体動圧軸受装置は、優れた回転精度および静粛性を有するため、例えば、各種ディスク駆動装置（ＨＤＤの磁気ディスク駆動装置や、ＣＤ−ＲＯＭ等の光ディスク駆動装置等）のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ用、あるいはプロジェクタのカラーホイールモータ用として好適に使用されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、ＨＤＤのスピンドルモータに組み組まれる流体動圧軸受装置が示されている。この流体動圧軸受装置は、軸部材２と、内周に軸部材２を挿入した軸受スリーブ８と、軸部材２の上端外周に固定されたディスクハブ３とを備え、ディスクハブ３に情報記録媒体となるディスクＤが搭載される。軸部材２が回転すると、軸部材２の外周面と軸受スリーブ８の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる油膜の圧力が高められ、この動圧作用により、軸部材２、ディスクハブ３、及びディスクＤが一体となって回転支持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９９８３６号公報
【特許文献２】特開平６−２６１４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、ノートパソコン等の情報機器の薄型化及び軽量化が進み、これに組み込まれるＨＤＤのスピンドルモータへの薄型化及び軽量化の要求が益々強くなっている。この要求に応えるべく、ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置では、磁気ディスクを搭載するディスクハブの薄肉化が検討されている。しかし、ディスクハブを薄肉化すると、以下のような課題が生じる。
【０００６】
第一に、ディスクハブの薄肉化により、軸部材とディスクハブとの締結面積が縮小されるため、両者の締結強度が低下する恐れがある。例えば、締結部に接着剤を塗布すれば締結強度を高めることができるが、この場合、接着剤の材料コストがかかると共に、接着剤を塗布する工程を要することで製造コストがかかる。
【０００７】
第二に、ディスクハブの薄肉化により、軸部材とディスクハブとの嵌合面積が縮小されるため、両者の組付精度が低下する。これにより、軸部材の外周面に対するディスク搭載面の面精度（振れ精度など）が低下し、ディスクの回転精度の低下、ひいてはＨＤＤのディスク読み取り精度の低下を招く恐れがある。
【０００８】
第三に、ディスクハブの薄肉化により、ブランク材の加工量が多くなる。例えば、ディスクハブを旋削加工で形成する場合、ブランク材からの削り量が多くなるため、多量の切り屑が発生する。このように切削量が多いと、材料コストが高くなると共に、工具の消耗が激しく工具のコストも高くなる。また、製品一個あたりの加工時間が長くなるため、所定のサイクルで製造するためには多くの旋削機を準備する必要があり、大規模な設備投資を要する。
【０００９】
例えば、特許文献２には、丸棒から所定長さのブランク材（スラグ）を切断し、このブランク材に据え込み加工及び打ち抜き加工を施した後、鍛造押出によりハブ及び軸部を一体に製造する方法が示されている。このように、ディスクハブと軸部材を一体成形すれば、これらを別体に形成した後に固定する場合と比べて、両者の締結強度が高められる。また、ハブ及び軸部の一体品を鍛造により成形することで、旋削加工のように多量に切り屑が発生することがなく、材料の歩留まりを高めることができる。
【００１０】
しかし、上記特許文献２では、円柱状のブランク材を塑性加工してハブ一体軸を成形しているため、スラグから製品に至るまでの変形量が大きく、所望の寸法精度を得ることが難しい。特に、上記のようにハブを薄肉化すると、ブランク材からの変形量がさらに大きくなる上、ハブの剛性が小さくなるため、ハブ一体軸の寸法精度を高めることがさらに困難となる。このため、ＨＤＤのスピンドルモータに要求される寸法精度、特に軸部材の外周面に対するディスク搭載面の面精度が得られず、ディスクの回転精度の低下を招く恐れがある。
【００１１】
以上のような課題、すなわち、ハブを薄肉化したときの寸法精度の課題は、ＨＤＤのスピンドルモータに限らず、例えば、ポリゴンスキャナモータやカラーホイールモータに組み込まれる流体動圧軸受装置においても、同様に生じる。ただし、ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置は、上記のように軽量化及び薄肉化の要求が強く、且つ、要求されるディスクの回転精度が高いため、上記の課題が特に顕著に発生する。
【００１２】
本発明の解決すべき課題は、ハブを薄肉化した場合でも、寸法精度を十分に高めることが可能なハブ一体軸であって、特にＨＤＤのスピンドルモータ用に適したハブ一体軸を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は、外周面が、潤滑流体で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部と、軸部から外径に突出し、軸方向と直交する回転体搭載面を有するハブ部とを一体に備えた流体動圧軸受装置用のハブ一体軸であって、板材の塑性加工により軸部及びハブ部を一体成形した素形材のうち、軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げが施されたハブ一体軸を提供する。
【００１４】
このように、本発明のハブ一体軸は、板材の塑性加工により軸部及びハブ部を一体成形した素形材を用いて形成される。このようにハブ部及び軸部を一体成形することで、上述のように両者の締結強度が高められるため、ハブ部を薄肉化した場合でもハブ部と軸部とを強固に固定（一体化）することができる。また、素形材を板材から形成することで、ハブ部を薄肉化した場合でも塑性加工による変形量を抑えることができるため、素形材の寸法精度を高めることができる。
【００１５】
こうして得られた素形材のうち、特に精度が要求される箇所に研削仕上げを施される。具体的には、ラジアル軸受隙間に面する軸部の外周面と、回転体が搭載される回転体搭載面に研削仕上げが施される。これにより、回転体の回転精度が高められるため、例えばＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に要求される回転体（ディスク）の回転精度を満たすことができる。
【００１６】
軸部の外周面はラジアル軸受隙間に面するため、特に優れた面精度で加工する必要がある。そこで、先にハブ部に研削仕上げを施した後、この高精度な研削仕上げ面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施せば、軸部の外周面の面精度がさらに高められる。
【００１７】
また、軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面を、それぞれ優れた寸法精度で加工したとしても、これらの相対的な位置精度（例えば振れ精度）が十分でないと、回転体の回転精度を十分に高めることができない恐れがある。そこで上記のように、研削仕上げが施されたハブ部の回転体搭載面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施せば、軸部の外周面に対する回転体搭載面の振れ精度を高めることができる。また、ハブ部の外周面にも研削仕上げを施す場合、回転体搭載面に加えて、研削仕上げが施されたハブ部の外周面を基準とすれば、軸部の外周面とハブ部との同軸度を高めることができる。尚、振れ精度、及び同軸度の定義は、ＪＩＳ Ｂ ００２１：１９９８による。
【００１８】
軸部の外周面に対する回転体搭載面の振れ精度は、例えば５μｍ以下とすることが好ましい。また、回転体搭載面の平面度は、例えば１μｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
軸部の外周面は、ラジアル軸受隙間を介して対向する軸受部材の内周面と接触摺動することがあるため、高い耐摩耗性が要求される。従って、軸部の外周面に表面硬化処理やコーティング処理を施して、耐摩耗性を高めることが好ましい。この場合、軸部の外周面に表面硬化処理やコーティング処理を施して耐摩耗性を高めてから、この面に研削仕上げを施せば、研削による疵を抑えることができる。また、軸部の外周面に研削仕上げを施してから、この面にコーティング処理を施せば、研削による疵をコーティングで覆うことができる。
【００２０】
上記のように、軸部の外周面には高い耐摩耗性が要求される。また、ハブ部は、回転体を搭載した状態で長期にわたり形状を維持する必要があるため、高い強度が要求される。これらの点から、上記のハブ一体軸はステンレス鋼で形成することが好ましい。ただし、ステンレス鋼は一般に成形性に乏しいため、上記のように板材からハブ部及び軸部を一体に有する素形材を成形するためには、ステンレス鋼の中でも比較的成形性に優れたフェライト系ステンレス鋼を用いることが好ましい。さらに、フェライト系ステンレス鋼にＴｉを０．０５％以上配合すれば、延性を高めることができるため好ましい。
【００２１】
ハブ部は、例えば、軸部から外径に延びる円盤部と、円盤部から軸方向に延びる円筒部と、円筒部から外径に延びる鍔部とを有する形状とすることができる。上記のハブ一体軸によれば、ハブ部の肉厚を薄肉化した場合でも、具体的にはハブ部の円盤部の軸方向の肉厚を軸部の軸方向寸法の２０％以下とした場合でも、優れた寸法精度で形成することができる。
【００２２】
上記のようなハブ一体軸は、ハブ部を薄肉化した場合でも、寸法精度を十分に高くすることができるため、特に、ＨＤＤのスピンドルモータ用として好適に使用することができる。
【００２３】
上記のハブ一体軸と、ハブ一体軸の軸部が内周に挿入された軸受部材と、軸部の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜でハブ一体軸を回転自在に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置は、軸方向寸法の小型化を図ることができ、且つ、優れた回転精度を有することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明のハブ一体軸は、板材を塑性加工することで、薄型且つ軽量で寸法精度の高い素形材が得られる。さらに、成形材の軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げを施すことで、これらの面の精度を特に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＨＤＤのスピンドルモータを示す断面図である。
【図２】上記スピンドルモータに組み込まれ、本発明の実施形態に係るハブ一体軸を備えた流体動圧軸受装置の断面図である。
【図３】上記流体動圧軸受装置の軸受スリーブの断面図である。
【図４】上記流体動圧軸受装置のハウジングの上面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、板材を塑性加工して、軸部及びハブ部を一体に有する素形材を成形する工程を示す断面図である。
【図６】素形材のハブ部に研削仕上げを施す様子を示す断面図である。
【図７】素形材の軸部に研削仕上げを施す様子を示す断面図である。
【図８】他の実施形態に係るハブ一体軸を備えた流体動圧軸受装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１に、例えば２．５インチＨＤＤのディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータを示す。このスピンドルモータは、本発明の一実施形態に係るハブ一体軸９を回転自在に支持する流体動圧軸受装置１と、流体動圧軸受装置１が取り付けられたブラケット６と、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４およびロータマグネット５とを備えている。ステータコイル４はブラケット６に取り付けられ、ロータマグネット５はハブ一体軸９にヨーク１０を介して取り付けられる。ハブ一体軸９には、回転体としてのディスクＤが所定の枚数（図示例では１枚）保持される。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間の電磁力でロータマグネット５が回転し、これによりハブ一体軸９及びディスクＤが一体となって回転する。
【００２８】
流体動圧軸受装置１は、図２に示すように、軸部２及びハブ部３を有するハブ一体軸９と、ハブ一体軸９を回転自在に支持する軸受部材とで構成される。本実施形態では、軸受部材が、内周にハブ一体軸９の軸部２を挿入した軸受スリーブ８と、内周に軸受スリーブ８を保持する有底筒状のハウジング７とで構成される。軸部２の下端には、抜け止め部材１１が設けられる。尚、以下では、説明の便宜上、軸方向でハウジング７の開口側を上側、閉塞側を下側とする。
【００２９】
ハブ一体軸９は、金属で形成され、例えば鉄系金属、特にステンレス鋼で形成される。ステンレス鋼は一般に延性が乏しいため、ステンレス鋼の中でも比較的延性に富んだフェライト系（例えば、ＳＵＳ４３０）を使用することが好ましい。また、延性を高めるために、ステンレス鋼のＣの含有量を０．２％以下とすることが好ましく、同じ目的でステンレス鋼にＴｉを重量比で０．０５％以上配合することが好ましい。この他、例えば一般構造用鋼、アルミ合金、あるいはチタン合金等でハブ一体軸９を形成することもできる。
【００３０】
軸部２は、ハブ一体軸９の軸心に設けられ、外径が２〜４ｍｍ程度に設定される。軸部２は、凹凸の無いストレートな円筒面状の外周面２ａと、軸心に設けられた軸方向穴２ｂとを有する。本実施形態では、軸方向穴２ｂが軸部２を軸方向に貫通し、その内周面にネジ溝が形成されている。軸部２の下端部には、抜け止め部材１１が設けられる。抜け止め部材１１は、軸部２の下端部から外径に突出した円盤部１１ａと、円盤部１１ａの軸心から上方に延びた雄ネジ部１１ｂとを有する。雄ネジ部１１ｂは、軸部２の軸方向穴２ｂの下端にネジ固定される。円盤部１１ａは、軸受スリーブ８の下側端面８ｂとハウジング７の底部７ｂの上側端面７ｂ１との軸方向間に配される。抜け止め部材１１の円盤部１１ａと軸受スリーブ８の下側端面８ｂとが軸方向で係合することにより、軸部２の軸受スリーブ８からの抜け止めが行われる。
【００３１】
軸部２の外周面２ａには、表面硬化処理又はコーティング処理、あるいはこれらの双方が施される。表面硬化処理としては、例えば真空焼入れ、真空浸炭処理、真空窒化処理、ガス軟窒化処理、あるいはイオン窒化処理等による表面硬化処理が挙げられる。コーティング処理としては、例えば無電解Ｎｉめっき、ＤＬＣ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、あるいはＴｉＣによるコーティング処理が挙げられる。尚、ハブ一体軸９をステンレス鋼で形成する場合、上記のようにＣの含有量を０．２％以下とすると、焼入れによる硬化処理が困難となるため、真空焼入れ以外の表面効果処理、あるいはコーティング処理を施すことが好ましい。尚、表面処理やコーティング処理は、軸部２の外周面２ａだけでなく、他の領域、例えばスラスト軸受隙間に面するハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１に施しても良い。あるいは、軸部２の外周面２ａの耐摩耗性が十分であれば、表面効果処理やコーティング処理を省略してもよい。
【００３２】
ハブ部３は、軸部２の上端部から外径に延び、軸方向と直交する回転体搭載面（本実施形態ではディスク搭載面３ｄ）を備えている。本実施形態のハブ部３は、ハウジング７の開口部を覆う円盤部３ａと、円盤部３ａの外周部から軸方向下方に延びた円筒部３ｂと、円筒部３ｂの下端部からさらに外径に延びた鍔部３ｃとで構成され、鍔部３ｃの上側端面にディスク搭載面３ｄが形成される。円筒部３ｂの外周面には、ディスク嵌合面３ｅが形成される。ディスクＤをディスク嵌合面３ｅの外周に嵌合すると共に、ディスク搭載面３ｄの上に載置し、この状態で図示しないクランパによってディスクＤの上面を押さえてディスク搭載面３ｄ上に押し付けることにより、ディスクＤがハブ部３に保持される。尚、軸部２の軸方向穴２ｂの上部は、クランパを固定するためのネジ穴として機能する。
【００３３】
ハブ一体軸９は、詳細は後述するが、金属の板材の塑性加工で軸部２及びハブ部３を一体に有する素形材を形成し、この素形材の所定箇所に研削仕上げを施すことにより形成される。本実施形態では、潤滑油で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部２の外周面２ａと、潤滑油で満たされたスラスト軸受隙間に面するハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１と、ハブ部３のディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅとに研削仕上げが施される。軸部２の外周面２ａ及び円盤部３ａの下側端面３ａ１は、ハブ部３の研削仕上げ面（ディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅ）を基準として、研削仕上げが施されている。その結果、軸部２の外周面２ａに対するディスク搭載面３ｄの振れ精度は５μｍ以下に設定され、軸部２の外周面２ａに対するディスク嵌合面３ｅの同軸度は５μｍ以下に設定される。換言すれば、軸部２の外周面２ａに対するディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅの寸法精度が上記の範囲内であれば、軸部２の外周面２ａが、ディスク搭載面３ｄ及びディスク嵌合面３ｅを基準として研削仕上げされていると推定することができる。
【００３４】
軸受スリーブ８は、金属材料で円筒状に形成され、本実施形態では、例えば銅を主成分とする焼結金属で形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、例えば図３に示すように、軸方向に離隔した２つの領域にヘリングボーン形状の動圧溝８ａ１，８ａ２がそれぞれ形成される。図中に網掛けで示す領域は、動圧溝８ａ１，８ａ２の間に形成された丘部であり、動圧溝８ａ１，８ａ２よりも一段高くなっている（すなわち内径向きに突出している）。図示例では、上側の動圧溝８ａ１は軸方向非対称に形成されており、具体的には、軸方向中央部ｍより上側の領域の軸方向寸法Ｘ１が、下側の領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている（Ｘ１＞Ｘ２）。下側の動圧溝８ａ２は軸方向対称に形成されている。軸受スリーブ８の外周面８ｄには、軸方向溝８ｄ１が軸方向全長にわたって形成され、例えば３本の軸方向溝８ｄ１が円周方向に等配される。
【００３５】
ハウジング７は、例えば樹脂の射出成形で形成され、図２に示すように、側部７ａ及び底部７ｂを一体に有する有底円筒状に形成される。側部７ａの円筒状内周面７ａ１には、軸受スリーブ８の外周面８ｄが隙間接着、圧入、接着剤介在下の圧入等により固定される。ハウジング７の側部７ａの上端面７ａ２は、例えば図４に示すように複数の動圧溝７ａ２０をスパイラル形状に配列した領域が形成される。ハウジング７の側部７ａの外周の上端には、図２に示すように、上方に向かって漸次拡径するテーパ状のシール面７ａ３が形成される。このテーパ状のシール面７ａ３は、ハブ部３の円筒部３ｂの内周面３ｂ１との間に、上方に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。シール空間Ｓは、ハブ一体軸９の回転時、スラスト軸受部Ｔのスラスト軸受隙間の外径側と連通している。このシール空間Ｓの毛細管力により、ハウジング７の内部に充満された潤滑油の漏れ出しを防止する。
【００３６】
上記構成のハブ一体軸９、軸受スリーブ８、ハウジング７、及び抜け止め部材１１を組み付けた状態で、軸受スリーブ８の内部気孔を含めたハウジング７の内部の空間に潤滑油を充満させることにより、図２に示す流体動圧軸受装置１が完成する。このとき、潤滑油の油面はシール空間Ｓの内部に保持される。
【００３７】
ハブ一体軸９が回転すると、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部２の外周面２ａとの間にラジアル軸受隙間が形成される。そして、動圧溝８ａ１，８ａ２により上記ラジアル軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められ、この圧力（動圧作用）によりハブ一体軸９をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２が構成される。
【００３８】
これと同時に、ハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１とハウジング７の側部７ａの上端面７ａ２との間にスラスト軸受隙間が形成される。そして、動圧溝７ａ２０により上記スラスト軸受隙間に満たされた潤滑油の圧力が高められ、この圧力（動圧作用）によりハブ一体軸９をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔが構成される。
【００３９】
このとき、軸受スリーブ８の外周面８ｄに形成された軸方向溝８ｄ１により、潤滑油が流通可能な連通路が形成される。この連通路により、ハウジング７の内部に満たされた潤滑油に局部的な負圧が発生する事態を防止できる。特に本実施形態では、図３に示すように、軸受スリーブ８の内周面８ａに形成された上側の動圧溝８ａ１が軸方向非対称な形状に形成されているため、ハブ一体軸９の回転に伴ってラジアル軸受隙間の潤滑油が下方に押し込まれ、上記の連通路を介して潤滑油が循環し、これにより局部的な負圧の発生を確実に防止できる。
【００４０】
以下、ハブ一体軸９の製造方法について説明する。
【００４１】
ハブ一体軸９は、板材を塑性加工して軸部２及びハブ部３を一体に有する素形材を形成する素形材成形工程と、この素形材の所定箇所に研削仕上げを施す研削仕上げ工程とを経て形成される。
【００４２】
（１）素形材成形工程
素形材形成工程では、まず、図５（ａ）に示すように、金属（例えば、Ｔｉを０．５％以上含んだフェライト系ステンレス鋼）の板材２０を準備する。例えば、本実施形態のような２．５インチＨＤＤのスピンドルモータ用のハブ一体軸９の場合、板材の厚さは１ｍｍ程度とされる。
【００４３】
そして、図５（ｂ）に示すように、冷間の塑性加工（深絞り加工）により板材２０の軸心を下方に突出させ、軸部２１を成形する。このとき、図示しない金型で軸部２１を押し込んで突出させるため、軸部２１の軸心には軸方向穴２１ａが成形される。
【００４４】
次に、図５（ｃ）に示すように、冷間の塑性加工（プレス加工）により軸部２１の周囲にハブ部２２を成形する。具体的には、軸部２１から外径に延びる円盤部２２ａと、円盤部２２ａの外径端から下方に延びる円筒部２２ｂと、円筒部２２ｂの下端から外径に延びる鍔部２２ｃとが成形される。このとき、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１の内径端には、環状の凹部（逃げ部）２２ｃ１０が同時に成形される。
【００４５】
その後、図５（ｄ）に示すように、軸部２１の先端部（下端部）を切断除去し、軸方向穴２１ａを軸部２１の下端に開口させる。これと共に、軸部２１の軸方向穴２１ａの内周面にネジ溝を形成する。
【００４６】
最後に、図５（ｅ）に示すように、ハブ部２２の鍔部２２ｃと板材２０とを切り離し、軸部２１及びハブ部２２を有する素形材３０を板材２０から分離する。
【００４７】
このように素形材３０を板材２０から形成することで、素形材３０の肉厚はおおよそ均一になっている。具体的には、軸部２１の径方向の肉厚、ハブ部２２の円盤部２２ａの軸方向の肉厚、円筒部２２ｂの径方向の肉厚、及び、鍔部２２ｃの軸方向の肉厚が、おおよそ均一になっている。詳しくは、上記の塑性加工により絞られて軸方向に延びる箇所（軸部２１及び円筒部２２ｂ）の肉厚は、軸方向と直交する方向の面（円盤部２２ａ及び鍔部２２ｃ）の肉厚よりも若干薄くなっている。例えば、１ｍｍ程度の板材２０を用いて素形材３０を形成する場合、円盤部２２ａ及び鍔部２２ｃの肉厚が約０．８ｍｍであるのに対し、軸部２１及び円筒部２２ｂの肉厚は約０．５ｍｍとなる。すなわち、本実施形態では、板材２０から素形材３０を得るときの肉厚の変化量が５０％以下となっている。このように、板材２０からの変形量が比較的小さいことで、素形材３０を精度良く塑性加工することができる。
【００４８】
（２）研削仕上げ工程
上記のようにして成形した素形材３０の所定箇所に、研削仕上げが施される。尚、図６及び図７に示す研削仕上げ工程では、素形材３０の軸方向を水平にして加工を行っているが、素形材３０の各部位には上記と同様の名称を付している。
【００４９】
まず、素形材３０のハブ部２２の所定箇所に研削仕上げが施される。具体的には、図６に示すように、素形材３０の軸部２１の軸方向穴２１ａに回転センタ４１、４２を装着して素形材３０を回転自在に支持すると共に、ハブ部２２の鍔部２２ｃの下側端面２２ｃ２をバッキングプレート４３で支持する。そして、バッキングプレート４３を回転駆動して素形材３０を軸部２１を中心に回転させ、この状態でアンギュラ砥石４４を素形材３０に接触させる。詳しくは、アンギュラ砥石４４を、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１（ディスク搭載面に相当）、円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１（ディスク嵌合面に相当）、及び、円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部に同時に当接させ、これらの面を同時研削する。このとき、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１の内径端に逃げ部２２ｃ１０が設けられているため、アンギュラ砥石４４を、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１及び円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１に密着させることができる。
【００５０】
次に、図７に示すように、ハブ部２２の研削仕上げ面（図中に点線で示す）を基準として、軸部２１の外周面２１ｂと、ハブ部２２の円盤部２２ａの下側端面２２ａ２の外周部（スラスト軸受隙間に面する領域）とに研削仕上げを施す。例えば、ハブ部２２の円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部をマグネットチャック５１で吸着支持すると共に、円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１をシュー５２で摺動支持する。この状態で、マグネットチャック５１を回転駆動して素形材３０を軸部２１を中心に回転させ、軸部２１の外周面２１ｂに砥石５３を当接させると共に、円盤部２２ａの下側端面２２ａ２の外周部に砥石５４を当接させ、これらの面を研削する。
【００５１】
このように、高精度に加工されたハブ部２２の研削仕上げ面を基準として、軸部２１の外周面２１ｂに研削仕上げを施すことで、この面を高精度に加工することができる。特に、ディスク搭載面３ｄに相当する鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１を基準として、軸部２１の外周面２１ｂを研削することで、これらの面の相対的な面精度（例えば振れ精度）を高精度に設定することができる。本実施形態では、軸部２１の外周面２１ｂを研削する際に、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１を直接支持するのではなく、円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部をマグネットチャック５１で支持している（図７参照）。円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部と、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１とは同時研削されているため、これらの面の平行度は極めて高精度に設定される。従って、図７に示すように円盤部２２ａの上側端面２２ａ１の外周部をマグネットチャック５１で支持することで、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１を間接的に基準とすることができる。もちろん、可能であれば、鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１をマグネットチャック５１で吸着支持し、この面を直接的に基準としてもよい。
【００５２】
また、ディスク嵌合面３ｅに相当する円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１をシュー５２で支持することで、この面を基準として軸部２１の外周面２１ｂを研削することができるため、これらの面の相対的な面精度（例えば同軸度）を高精度に設定することができる。
【００５３】
以上のように、素形材３０の所定箇所に研削仕上げを施すことにより、軸部２及びハブ部３を有するハブ一体軸９（図２参照）が形成される。このハブ一体軸９の軸部２の外周面２ａに、必要に応じて表面硬化処理あるいはコーティング処理が施される。尚、表面硬化処理あるいはコーティング処理を、上記の研削仕上げ工程に先立って行えば、研削による疵を抑えることができる。また、上記の研削仕上げ工程の後にコーティング処理を施せば、研削による疵をコーティングで覆うことができる。また、表面硬化処理及びコーティング処理の双方を施してもよく、例えば軸部２の外周面２ａに表面硬化処理を施した後、上記の研削仕上げ工程を行い、さらにこの面にコーティング処理を施してもよい。
【００５４】
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００５５】
上記の実施形態では、図６及び図７に示すように、素形材３０のハブ部２２のディスク搭載面（鍔部２２ｃの上側端面２２ｃ１）及びディスク嵌合面（円筒部２２ｂの外周面２２ｂ１）に研削仕上げを施し、これらの面を基準として軸部２１の外周面２１ｂに研削仕上げを施しているが、これに限られない。例えば、研削仕上げを施したディスク搭載面のみを基準として、軸部２１の外周面２１ｂに研削仕上げを施してもよい。
【００５６】
また、流体動圧軸受装置１の構成は上記に限られない。例えば、図８に示す流体動圧軸受装置１は、軸部２に設けられた軸方向穴２ｂの下端を閉じ、軸部２の下端の抜け止め部を省略した点で、上記の実施形態と異なる。このように、軸部２の下端の抜け止め部を省略することで、流体動圧軸受装置１の軸方向寸法が縮小され、スピンドルモータのさらなる薄型化が可能となる。この実施形態では、抜け止め部材１１はハウジング７の外部に設けられる。具体的には、ハブ部３の円筒部３ｂの下端に環状の抜け止め部材１１を固定している。この抜け止め部材１１が、ハウジング７のテーパ状シール面７ａ３の下方に設けられた肩面７ａ４と軸方向で係合することにより、軸部２の軸受スリーブ８からの抜け止めが行われる。
【００５７】
また、上記の実施形態では、ハブ部３の円盤部３ａの下側端面３ａ１がスラスト軸受隙間に面しているが、この面がスラスト軸受隙間に面さない構成としてもよい。この場合、ハブ部３の下側端面３ａ１の研削仕上げを省略してもよい。
【００５８】
また、上記の実施形態では、ハウジング７の外周面とハブ部３の内周面３ｂ１との間にシール空間Ｓを形成しているが、シール空間Ｓの場所はこれに限られない。例えば、図示は省略するが、ハウジングの内周面の上端部にシール部材を固定し、このシール部材の内周面と軸部の外周面との間にシール空間を形成することもできる。
【００５９】
また、上記の実施形態では、潤滑流体が潤滑油である場合を示しているが、これに限らず、例えば磁性流体や空気等の流体を使用することも可能である。
【００６０】
また、上記の実施形態では、本発明に係るハブ一体軸９をＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に組み込んだ例を示しているが、これに限られない。例えば、ポリゴンスキャナモータ用の流体動圧軸受装置や、カラーホイールモータ用の流体動圧軸受装置に本発明のハブ一体軸を適用することもできる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 流体動圧軸受装置
２ 軸部
２ａ 外周面
２ｂ 軸方向穴
３ ハブ部
３ａ 円盤部
３ｂ 円筒部
３ｃ 鍔部
３ｄ ディスク搭載面
３ｅ ディスク嵌合面
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ ハブ一体軸
１０ ヨーク
１１ 抜け止め部材
２０ 板材
２１ 軸部
２２ ハブ部
２２ａ 円盤部
２２ｂ 円筒部
２２ｃ 鍔部
３０ 素形材
３１ 軸部
３２ ハブ部
４１ 回転センタ
４３ バッキングプレート
４４ アンギュラ砥石
５１ マグネットチャック
５２ シュー
５３ 砥石
５４ 砥石
Ｄ ディスク
Ｒ１，Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｓ シール空間
Ｔ スラスト軸受部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面が、潤滑流体で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部と、軸部から外径に突出し、軸方向と直交する回転体搭載面を有するハブ部とを一体に備えた流体動圧軸受装置用のハブ一体軸であって、
板材の塑性加工により軸部及びハブ部を一体成形した素形材のうち、少なくとも軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げが施されたハブ一体軸。
【請求項２】
研削仕上げが施されたハブ部の回転体搭載面を基準として、軸部の外周面に研削仕上げが施された請求項１記載のハブ一体軸。
【請求項３】
ハブ部の外周面にも研削仕上げが施され、研削仕上げが施されたハブ部の外周面及び回転体搭載面を基準として、軸部の外周面に研削仕上げが施された請求項１記載のハブ一体軸。
【請求項４】
軸部の外周面に対する回転体搭載面の振れ精度が５μｍ以下である請求項１〜３の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項５】
回転体搭載面の平面度が１μｍ以下である請求項１〜４の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項６】
軸部の外周面に表面硬化処理又はコーティング処理が施された請求項１〜５の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項７】
表面硬化処理又はコーティング処理が施された軸部の外周面に、研削仕上げが施された請求項６記載のハブ一体軸。
【請求項８】
研削仕上げが施された軸部の外周面にコーティング処理が施された請求項６記載のハブ一体軸。
【請求項９】
Ｔｉを０．０５％以上含むフェライト系ステンレス鋼で形成された請求項１〜８の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項１０】
ハブ部が、軸部から外径に延びる円盤部と、円盤部から軸方向に延びる円筒部と、円筒部から外径に延びる鍔部とを有する請求項１〜９の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項１１】
ハブ部の円盤部の軸方向の肉厚が、軸部の軸方向寸法の２０％以下である請求項１０記載のハブ一体軸。
【請求項１２】
ＨＤＤのスピンドルモータ用として用いられる請求項１〜１１の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載のハブ一体軸と、ハブ一体軸の軸部が内周に挿入された軸受部材と、軸部の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜でハブ一体軸を回転自在に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
外周面が、潤滑流体で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部と、軸部から外径に突出し、軸方向と直交する回転体搭載面を有するハブ部とを一体に備えた流体動圧軸受装置用のハブ一体軸を製造するための方法であって、
板材を塑性加工することにより、軸部及びハブ部を一体に有する素形材を成形する工程と、素形材の軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げを施す工程とを有するハブ一体軸の製造方法。
【請求項１５】
ハブ部の回転体搭載面に研削仕上げを施した後、この回転体搭載面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施す請求項１４記載のハブ一体軸の製造方法。
【請求項１６】
ハブ部の回転体搭載面及び外周面に研削仕上げを施した後、この回転体搭載前及び外周面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施す請求項１４記載のハブ一体軸の製造方法。
【請求項１】
外周面が、潤滑流体で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部と、軸部から外径に突出し、軸方向と直交する回転体搭載面を有するハブ部とを一体に備えた流体動圧軸受装置用のハブ一体軸であって、
板材の塑性加工により軸部及びハブ部を一体成形した素形材のうち、少なくとも軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げが施されたハブ一体軸。
【請求項２】
研削仕上げが施されたハブ部の回転体搭載面を基準として、軸部の外周面に研削仕上げが施された請求項１記載のハブ一体軸。
【請求項３】
ハブ部の外周面にも研削仕上げが施され、研削仕上げが施されたハブ部の外周面及び回転体搭載面を基準として、軸部の外周面に研削仕上げが施された請求項１記載のハブ一体軸。
【請求項４】
軸部の外周面に対する回転体搭載面の振れ精度が５μｍ以下である請求項１〜３の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項５】
回転体搭載面の平面度が１μｍ以下である請求項１〜４の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項６】
軸部の外周面に表面硬化処理又はコーティング処理が施された請求項１〜５の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項７】
表面硬化処理又はコーティング処理が施された軸部の外周面に、研削仕上げが施された請求項６記載のハブ一体軸。
【請求項８】
研削仕上げが施された軸部の外周面にコーティング処理が施された請求項６記載のハブ一体軸。
【請求項９】
Ｔｉを０．０５％以上含むフェライト系ステンレス鋼で形成された請求項１〜８の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項１０】
ハブ部が、軸部から外径に延びる円盤部と、円盤部から軸方向に延びる円筒部と、円筒部から外径に延びる鍔部とを有する請求項１〜９の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項１１】
ハブ部の円盤部の軸方向の肉厚が、軸部の軸方向寸法の２０％以下である請求項１０記載のハブ一体軸。
【請求項１２】
ＨＤＤのスピンドルモータ用として用いられる請求項１〜１１の何れかに記載のハブ一体軸。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載のハブ一体軸と、ハブ一体軸の軸部が内周に挿入された軸受部材と、軸部の外周面と軸受部材の内周面との間のラジアル軸受隙間に生じる流体膜でハブ一体軸を回転自在に支持するラジアル軸受部とを備えた流体動圧軸受装置。
【請求項１４】
外周面が、潤滑流体で満たされたラジアル軸受隙間に面する軸部と、軸部から外径に突出し、軸方向と直交する回転体搭載面を有するハブ部とを一体に備えた流体動圧軸受装置用のハブ一体軸を製造するための方法であって、
板材を塑性加工することにより、軸部及びハブ部を一体に有する素形材を成形する工程と、素形材の軸部の外周面及びハブ部の回転体搭載面に研削仕上げを施す工程とを有するハブ一体軸の製造方法。
【請求項１５】
ハブ部の回転体搭載面に研削仕上げを施した後、この回転体搭載面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施す請求項１４記載のハブ一体軸の製造方法。
【請求項１６】
ハブ部の回転体搭載面及び外周面に研削仕上げを施した後、この回転体搭載前及び外周面を基準として軸部の外周面に研削仕上げを施す請求項１４記載のハブ一体軸の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−３１９６９（Ｐ２０１２−３１９６９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３６５２（Ｐ２０１０−１７３６５２）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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