JP2004053004A - 動圧軸受装置および動圧軸受装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐衝撃性を向上させ、Ａ−ＲＲＯ（軸の揺動運動）を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくし、しかも電流ロスを押さえること。
【解決手段】この動圧軸受装置は、シャフト２の径より大径となる円形状のスラスト板３とシャフト２とをステンレス鋼にて一体形成してシャフト体とし、スリーブ１１を、アルミシリコン合金にて形成し、シャフト体の線膨張係数を１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、スリーブ１１の線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定で１４×１０^−６プラス／マイナス５％以内としている。また、スラスト板３の軸方向厚さを０．１〜０．７ｍｍとし、スリーブ１１の硬度をシャフト２の硬度より小さくし、シャフト２と対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝２１，２２を設け、カンタープレート１３のスラスト板３と対向する位置に、第１のスラスト動圧溝２３を設け、スリーブ１１に、第２のスラスト動圧溝２４を設けている。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受装置および動圧軸受装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧軸受装置は、ハードディスクドライブ機構（以下、ＨＤＤという。）や、デジタルバーサタイルディスク機構（以下、ＤＶＤという。）や、スキャナ装置などに搭載されるもので、ハードディスクやデジタルバーサタイルディスクやミラーを高速回転させる際に使用される。ＨＤＤやＤＶＤ等に使用される軸受装置は、高速回転、高回転精度、静音、高信頼性などが要求される。
【０００３】
軸受装置としては、従来はボールベアリングが使用されてきたが、近年は動圧軸受装置が使用されるようになってきている。動圧軸受装置は、その原理上、基本的に前述の要求に応える特性を有し、ＨＤＤ等に適したものである。しかし、その優れた特性を発揮するためには、構造上および機器への応用において諸条件を考慮しなければならない。すなわち、動圧軸受装置は、軸（シャフト）と軸支持部は、相対的な回転によって発生する油や空気の圧力によって非接触状態で支持される。このとき、所定の圧力を維持するためには流体力学の理論によって、隙間、油や空気の粘度、さらには直角度などの形状精度などを極めて厳しく管理する必要があると共に、温度変化や径時変化に対する微小変化を防止するための特別な工夫もなされなければならない。
【０００４】
以下に、各種の工夫がなされた従来の動圧軸受装置を採用したスピンドルモータの構造を示す。なお、動体軸受装置を採用したスピンドルモータは、特許文献１の図４や特許文献２に示されるような軸が固定される軸固定型と、特許文献１の図１や特許文献３に示されるような軸がロータと共に回転する軸回転型の２種類が知られている。最初に、従来の軸固定型の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータ１００について図１６に基づいて説明する。
【０００５】
このスピンドルモータ１００では、ベース１０１にシャフト（軸）１０２が圧入固定され、このシャフト１０２の先端側にスラスト板１０３が圧入固定されている。ベース１０１の中央の円筒部の外周には、中央の各孔部分がその円筒部に嵌り込む複数の薄板磁性金属板からなるコア１０４が配置されている。このコア１０４には、径方向にのびる複数の突極が周方向に所定間隔で配置されており、その突極にはコイル巻線１０５が施されている。ベース１０１とコア１０４とコイル巻線１０５とで、スピンドルモータ１００のステータが構成されている。
【０００６】
シャフト１０２の周囲には、軸受けとなる円筒状のスリーブ１１１が配置され、そのスリーブ１１１の中心孔（図１６における上方）を塞ぐようにカウンタプレート１１２がかしめにてスリーブ１１１に固定されている。スリーブ１１１の外周には、ハードディスク等のディスク１１３を載置するための円筒状のハブ１１４が圧入、焼きバメ、接着などにより固定されている。
【０００７】
ハブ１１４の円筒状部の内周部分には、磁性体となる金属製の円筒状のヨーク１１５を介して円筒状の磁石１１６が固定されている。ハブ１１４には、ディスク１１３を取り付けたり、取り外したりするためのねじ１１７が挿通するねじ孔が設けられている。そして、クランパ１１８とハブ１１４との間にディスク１１３をはさみ込んだ後、ねじ１１７をそのねじ孔に挿通しつつ、ねじ１１７を締めることによってディスク１１３をハブ１１４に固定可能とされている。スリーブ１１１と、カウンタプレート１１２と、ハブ１１４と、ヨーク１１５と、磁石１１６とでスピンドルモータ１００のロータが構成される。
【０００８】
シャフト１０２（スラスト板１０３含む）とスリーブ１１１との間のわずかな隙間には、油が入れられその油がスリーブ１１１外に漏出しない状態で保持される。スリーブ１１１の内周面の一端側にはシャフト１０２のラジアル方向の動きを規制するラジアル動圧溝１２１が設けられると共に他端側にもラジアル動圧溝１２２が設けられている。ここで、シャフト１０２，スリーブ１１１およびラジアル動圧溝１２１，１２２によって、第１の動圧流体軸受が構成されている。
【０００９】
スラスト板１０３のカウンタプレート１１２と対向する面に、ロータのスラスト方向の動きを規制するスラスト動圧溝が設けられていると共にスラスト板１０３のスリーブ１１１の段部１２３と対向する面に同様のスラスト動圧溝が設けられている。ここで、スラスト板１０３、スリーブ１１１、カウンタプレート１１２およびスラスト板１０３に設けられる２つのスラスト動圧溝によって、第２の動圧流体軸受が構成されている。
【００１０】
次に、図１７に基づいて、従来の軸回転型の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータ２００の構造を示す。
【００１１】
このスピンドルモータ２００では、ベース２０１の中央に円筒状のスリーブ２０２が圧入固定され、このスリーブ２０２の中央孔を塞ぐようにカウンタプレート２０３がスリーブ２０２にかしめ固定されている。スリーブ２０２の外周には、薄板からなる磁性金属板が積層されたコア２０４が配置され、そのコア２０４の突極部分にはコイル巻線２０５が施されている。ベース２０１と、スリーブ２０２（カウンタプレート２０３含む）と、コア２０４と、コイル巻線２０５とでスピンドルモータ２００のステータが構成されている。
【００１２】
スリーブ２０２には、ハブ２１１に接着固定されたシャフト２１２が挿入され、シャフト２１２の先端にはスラスト板２１３が圧入固定されている。ハブ２１１には円筒状のヨーク２１４を介して円筒状の磁石２１５が固定されている。シャフト２１２には、バーサタイルディスク等のディスク２１６を取付可能とするねじ２１７をねじ係合するためのめねじ部となるねじ凹部が設けられている。
【００１３】
そして、クランパ２１８とハブ２１１との間にディスク２１６をはさみ込んだ後、ねじ２１７をねじ凹部にさし込み、ねじ２１７を締めることによってディスク２１６をハブ２１１に取り付け可能とされている。ここで、ハブ２１１と、シャフト２１２と、スラスト板２１３と、ヨーク２１４と、磁石２１５とでスピンドルモータ２００のロータが構成される。
【００１４】
スリーブ２０２とシャフト２１２との間のわずかな隙間には油が入れられ、その油がスリーブ２０２外に漏出しない状態で保持される。スリーブ２０２の内周面の一端側と他端側にはそれぞれ一対のラジアル動圧溝２２１，２２２が設けられている。ここで、スリーブ２０２、シャフト２１２およびラジアル動圧溝２２１，２２２によって第１の動圧流体軸受が構成されている。スラスト板２１３のカウンタプレート２０３と対向する面とスリーブ２０２の段部２２３と対向する面の両面にそれぞれスラスト動圧溝が設けられている。ここで、スラスト板２１３、スリーブ２０２および２つのスラスト動圧溝によって第２の動圧流体軸受が構成されている。
【００１５】
【特許文献１】特開平８−３３５３６６号公報（図１、図４）
【特許文献２】特開２０００−４１３５９号公報
【特許文献３】特開２０００−３２４７５３号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の動圧軸受装置を使用した固定型のスピンドルモータ１００や、軸回転型の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータ２００は、次のような大きな５つの欠点を有している。第１の欠点は、従来の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータ１００，２００では、相対回転する部分が別部材の組み合わせで構成されているため、衝撃に弱いことである。
【００１７】
第２の欠点は、従来の動圧軸受装置を採用したスピンドルモータ１００，２００では、シャフト１０２，２１２とロータとの間の垂直度が不十分となりやすく、ハブ１１４，２１１の部分での回転振れが大きくなることである。この回転振れには、リピータブル　ランアウト（Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ　Ｒｕｎｏｕｔ：繰り返し回転振れで、以下ＲＲＯという）とノンリピータブル　ランアウト（Ｎｏｎ　Ｒｅｐｅａｔａｂｌｅ　Ｒｕｎｏｕｔ：非繰り返し回転振れで、以下ＲＲＯという）とが存在する。また、種類として、軸振れと面振れとがあり、従来のスピンドルモータ１００，２００では、軸振れのＲＲＯ（以下、Ａ−ＲＲＯという。）が大きいものとなっている。ハブ１１４，２１１のＡ−ＲＲＯが大きくなると、ディスク１１３，２１６の面での面振れのＲＲＯが大きくなり、ディスク１１３，２１６に対する情報の記録や、ディスク１１３，２１６からの情報の読み取りの面でエラーが発生してくる。
【００１８】
従来のスピンドルモータ１００，２００において、Ａ−ＲＲＯが大きくなるのは次の点が原因と考えられる。すなわち、スピンドルモータ１００の場合、スリーブ１１１とハブ１１４の固定部１００ａは、圧入、焼きバメ、接着などにより固定されているが、これらの工法を採用すると、ハブ１１４はスリーブ１１１に対して設計精度からのずれがどうしても発生する。このずれは、組み立ての際にも発生するが、さらに固定部１００ａには取り付け上の応力が残存しており、温度変化や径時変化などによって精度ずれが発生する。この精度ずれは、垂直度の悪化となり、Ａ−ＲＲＯの悪化に直結する。
【００１９】
スピンドルモータ２００の場合、シャフト２１２の径が小さく、かつシャフト２１２とハブ２１１の固定部２００ａの接触幅が小さいので、この固定部２００ａにおける直角度を高精度に管理するのは極めて困難であり、どうしても直角度（垂直度）が保持できない。また、仮に、組み立て時に直角度が出たとしても、シャフト２１２とハブ２１１の固定は圧入や接着などで行われており、スピンドルモータ１００のスリーブ１１１とハブ１１４の固定と同様に、取り付け上の応力が残存し、温度変化や径時変化などによって直角度が維持されない。直角度が出せないという状態は、Ａ−ＲＲＯの悪化に直結する。
【００２０】
スピンドルモータ１００，２００のいずれにおいても、シャフト１０２とスラスト板１０３の組み立てや、シャフト２１２とスラスト板２１３の組み立ての際に、スラスト板１０３，２１３がシャフト１０２，２１２に対して微小な傾きが発生する。この傾き（垂直度の悪化）は、ハブ１１４，２１１のＡ−ＲＲＯの悪化をもたらす。
【００２１】
第３の欠点は、従来のスピンドルモータ１００，２００では、温度変化に対する軸受け剛性の変化が大きなものとなることである。軸受け剛性が低下しすぎると、リピータブル　ランアウト（ＲＲＯ）や、ノンリピータブル　ランアウト（ＮＲＲＯ）が大きくなり、モータとして使用することができなくなる。
【００２２】
従来のスピンドルモータ１００，２００において、温度変化に対する軸受け剛性の大きな変化（低下）は、次の点が原因と考えられる。すなわち、従来のスピンドルモータ１００，２００では、シャフト１０２，２１２の材質をステンレス鋼の４００系（ＳＵＳ−４００系）、たとえばＣｒを１８％含有するＳＵＳ４３０とし、スリーブ１１１，２０２の材質を真鍮やステンレス鋼の３００系（ＳＵＳ−３００系）、たとえばＣｒを１８％、Ｎｉを８％含有するＳＵＳ３０４としている。これらの材質を採用すると、線膨張係数の差による影響で、温度が上昇した時にシャフト１０２とスリーブ１１１との隙間や、シャフト２１２とスリーブ２０２との隙間が大きくなって、動圧効果が低下し、ラジアル方向の軸受け剛性が低下してしまうのである。また、温度が上昇すると、動圧用の油の粘度が低下してしまい、軸受け剛性が一層低下してしまう。
【００２３】
先に示したＳＵＳ４３０とＳＵＳ３０４の場合、より固いＳＵＳ４３０の線膨張係数が１０．４×１０^−６で、よりやわらかいＳＵＳ３０４の線膨張係数が１６．４×１０^−６となり、温度が上昇するとスリーブ１１１，２０２の方が大きく膨張し、シャフト１０２，２１２との間の隙間が広くなってしまうのである。なお、軸受け剛性の問題は、ラジアル方向のみならず、スラスト方向にも同様な原因によって生じている。
【００２４】
この軸受け剛性の問題に対しては、スリーブ１１１，２０２の材質をシャフト１０２，２１２の材質と同じＳＵＳ−４００系にすれば改善される（線膨張係数の差による影響は発生しない）が、スリーブ１１１，２０２が固くなり、それらに対する溝加工や形状加工等の加工が困難となり、生産性が大幅に悪化すると共に生産コストが上昇してしまう。また、軸受け部分の温度上昇に伴う油の粘度変化に対しては、依然として改善はされず、問題が残ったままとなる。
【００２５】
なお、シャフト１０２，２１２の材質をスリーブ１１１，２０２の材質と同じＳＵＳ−３００系にするという案も理論上はあり得る。しかし、シャフト１０２，２１２がスリーブ１１１，２０２と同材質でかつ柔らかい材質となることは、シャフト１０２，２１２に傷がつき易くなり、回転の安定性が損なわれ易くなると共に、シャフト１０２，２１２とスリーブ１１１，２０２との間でロックし易くなってしまい、この構成は採用できない。
【００２６】
また、シャフト１０２，２１２をＳＵＳ−３００系とし、スリーブ１１１，２０２をＳＵＳ−４００系としても良いが、スリーブ１１１，２０２をＳＵＳ−４００系にすると、熱膨張の差が大きすぎて、高温時に、シャフト１０２，２１２がロックしてしまう。すなわち、ＳＵＳ−４００系は、熱膨張度が小さいため、高温になると、シャフト１０２，２１２とスリーブ１１１，２０２の間の隙間が零となり、ロックする。また、時には、隙間が小さくなることで、シャフト１０２，２１２が堅いＳＵＳ−４００系のスリーブ１１１，２０２にぶつかり、シャフト１０２，２１２に傷がついたりする。
【００２７】
また、シャフト１０２，２１２をＳＵＳ−３００系とし、スリーブ１１１，２０２をＳＵＳ−４００系とすると、ＳＵＳ−４００系は、その硬度が高いため、内径の寸法出し、真円度化、面相度を細かくすること、高円筒度化などの高精度加工や動圧溝加工が困難となる。内径寸法のバラツキは、適正な隙間が得られないこととなり、測定による選別組み合わせという多大な時間を要する工程を必要とする。これは生産性やコストの面で問題となる。動圧溝加工が困難になるということは、溝深さの均一性や対称性が悪くなることに直結し、軸受け特性が悪化する。また生産性や価格の面にも悪影響を及ぼす。
【００２８】
これらの理由により、シャフト１０２，２１２をＳＵＳ−３００系とし、スリーブ１１１，２０２をＳＵＳ−４００系とする組み合わせも、実質的には採用できない。
【００２９】
さらに、第４の欠点は、従来のスピンドルモータ１００，２００では、電流ロスが大きなものとなることである。これには２つの原因が考えられる。１つは、構造的問題である。すなわち、図１６に示す軸固定型のスピンドルモータ１００のスリーブ１１１とハブ１１４との固定部１００ａにおける強度や効率的な作業性を得るためには、固定部１００ａの軸方向長さを長くしたり、各部品の径方向の肉厚を十分に大きくしなければならないが、そのためには、コア１０４やコイル巻線１０５を収納する空間が狭くなり、結果として電磁特性（Ｋｔ）が小さくなるのである。収納空間が狭くなり、電磁特性が小さくなるこの傾向は、軸回転型のスピンドルモータ２００でも生じる。
【００３０】
電流ロスが大きくなる原因の他の１つは、軸受け構造の問題である。すなわち、軸受け部分の軸損トルクは、シャフト１０２，２１２の径を小さくして、かつラジアル隙間を小さくすれば、軸受け剛性を低下させること無く、軸損トルクを低減できる。しかし、スピンドルモータ１００の場合、シャフト１０２の径が小さくなると、シャフト１０２とベース１０１との固定部１００ｂでの結合力や直角度が出にくくなる。また、スピンドルモータ２００の場合、シャフト２１２の径が小さくなると、シャフト２１２とハブ２１１との固定部２００ａにおける接触面積がさらに小さくなり、上述したようにＡ−ＲＲＯのさらなる悪化が生ずる。また、ラジアル隙間を小さくすると線膨張係数の差の影響が大きく出てしまう。
【００３１】
電流ロスが大きくなる原因の中には、スラスト板１０３，２１３の厚さの問題がある。現状では、スラスト板１０３，２１３の垂直度および各固定部１００ｃ，２００ｂでの固定強度を得るために、スラスト板１０３，２１３をどうしても厚くせざるを得ない。具体的には、スラスト板１０３，２１３の厚さを、１〜１．５ｍｍ程度としている。このため、電流ロスがかなり大きくなっている。
【００３２】
このように、シャフト１０２，２１２の径を小さくしたり、スラスト板１０３，２１３を薄くすることは、極めて困難であり、このことによって電流が上昇し、電流ロスが大きくなる。
【００３３】
第５の欠点は、従来のスピンドルモータ１００，２００では、３．５インチハードディスク用への対応は容易に可能であるが、さらに小型で薄型となる２．５インチや１．８インチのハードディスク用への対応が困難なことである。すなわち、従来のスピンドルモータ１００，２００では、相対回転部分が別部材を組み立てることで得られる組み立て部品となっているため、軸受け部分のギャップである隙間の管理が難しく、どうしても大きな隙間とならざるを得ず、小型化、薄型化がしづらいものとなっている。特に、組み込みの強度や精度を考慮すると、スラスト板１０３，２１３やハブ１１４，２１１を厚くせざるを得ず、軸方向厚さが大きくなりがちとなっている。
【００３４】
従来の動圧軸受装置は、従来のスピンドルモータ１００，２００が有する５つの欠点の大きな部分を占めている。すなわち、第２の欠点の垂直度の悪化、第３の欠点である軸受け剛性の変化の問題、第４の欠点の電流ロスの問題の原因の１つである軸構造の問題やスラスト板の厚さの問題、第５の欠点の小型化、薄型化がしづらい原因の１つであるスラスト板の厚さの問題等は、従来の動圧軸受装置そのものの問題でもある。
【００３５】
本発明は、上述した動圧軸受装置の問題点を解決するためになされたものであり、耐衝撃性を向上させ得、Ａ−ＲＲＯ（いわゆる軸の揺動運動）を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかも電流ロスを押さえることができると共に小型化、薄型化が可能となる動圧軸受装置を提供することを目的とする。また、他の発明は、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、安定した性能を長期に渡って維持することができる動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【００３６】
また、他の発明は、電流ロスを押さえることができると共に、スラスト側の動圧溝の設置位置の自由度が増し、動圧効果を適切なものとすることができる動圧軸受装置を提供することを目的とする。さらに、他の発明は、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかもシャフトがスリーブに衝突してしまうのを防止できる動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【００３７】
さらに、他の発明は、Ａ−ＲＲＯ（いわゆる軸の揺動運動）を小さくできると共に薄型化への対応を簡単に行うことができる動圧軸受装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の動圧軸受装置は、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、を有する動圧軸受装置において、シャフトのベースとは反対側の端部に設けられ、シャフト部分の径より大径となる円形状のスラスト板とシャフトとをステンレス鋼にて一体形成してシャフト体とし、スリーブを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、シャフト体の線膨張係数を１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、スリーブの線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定で１４×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、スラスト板部分の軸方向厚さを０．１５〜０．３５ｍｍとし、スリーブの硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となるスリーブであってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設け、スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共にスリーブの中心孔を塞ぐようにして設けられたカウンタープレートのスラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第１のスラスト動圧溝を設け、スラスト板の第１のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向するスリーブ部分に、第２のスラスト動圧溝を設けている。
【００３９】
この発明の動圧軸受装置は、ベースに固定されるシャフトとスラスト板とを一体化し一体部材としているので、耐衝撃性が向上すると共に、垂直度を得やすいものとなる。このため、シャフトに対し相対回転するスリーブのＡ−ＲＲＯを小さくできる。また、スリーブとシャフト体の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。また、回転側のスリーブをアルミニウムとシリコンを有するアルミシリコン合金としているので、アルミニウムと同程度の質量となり、電流ロスやイナーシャが小さなものとなる。
【００４０】
また、この動圧軸受装置は、軸固定型であるため、スラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、このシャフト体を組み込むことが可能となる。また、硬度がより柔らかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部（動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと）によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフト体より柔らかな材質としているので、シャフト体をスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って得ることができる。
【００４１】
さらに、スラスト板部分の軸方向厚さを０．１５〜０．３５ｍｍとしているので、電流ロスが低減されると共に小型化、薄型化が可能となる。また、スラスト軸受用の動圧溝をスラスト板に対向するカウンタプレートとスリーブとに設けているので、スラスト板という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、動圧溝の設置位置や設計の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなると共にコストの低減化も可能となる。
【００４２】
他の発明の動圧軸受装置は、シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、シャフトまたはスリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、シャフトをステンレス鋼にて形成し、スリーブを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、シャフトの線膨張係数を１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、スリーブの線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定で１１×１０^−６〜１５×１０^−６とし、スリーブの硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となるスリーブ側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【００４３】
この発明の動圧軸受装置は、スリーブとシャフト体の各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。また、この動圧軸受装置は、硬度がより柔らかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部（動圧溝を形成する前に、スリーブの表面に中心側に突出する段部を設けることが多いが、この段部のこと）によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトより柔らかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って維持することができる。
【００４４】
また、他の発明の動圧軸受装置は、シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、シャフトまたはスリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、スリーブを、Ａｌが６５〜６９重量％、Ｓｉが２８〜３２重量％、Ｃｕその他が１〜５重量％で構成されるアルミシリコン合金にて形成し、このスリーブの線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定でシャフトの線膨張係数に対して１×１０^−６〜７×１０^−６だけ小さくし、スリーブの硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となるスリーブ側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【００４５】
この発明の動圧軸受装置は、スリーブとシャフトの各線膨張係数をシャフト側をより大きくした所定のものとしているので、温度変化に対する軸受け剛性の変化が小さくなる。また、スリーブをアルミニウムとシリコンでほとんどを占めるアルミシリコン合金としているので、質量はアルミニウムと同程度か若干軽くなり、この動圧軸受装置を使用した装置を軽量化できると共に回転側にこのアルミシリコン合金を使用すると電流ロスやイナーシャが小さくなる。また、この動圧軸受装置は、硬度がよりやわらかとなるスリーブ側にラジアル軸受用の動圧溝を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブの内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができると共に、動圧用の溝部に設けられる突出部によってシャフトの表面が傷つくことが防止される。さらに、スリーブをシャフトより柔らかな材質としているので、シャフトをスリーブに挿入する際に、両者が接触してもシャフト側は傷がつかず、安定した性能を長期に渡って維持することができる。
【００４６】
また、他の発明の動圧軸受装置は、シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、シャフトまたはスリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、シャフトのベースとは反対側の端部にスラスト板を設け、スリーブを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、シャフトを、Ｃｒを１０．５〜３２重量％、Ｎｉを４〜１３重量％含有した鉄系合金となるステンレス鋼で形成し、スリーブのシャフトと対向する部分であるスリーブの内面に、ラジアル軸受用の動圧溝を設け、スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共にスリーブの中心孔を塞ぐようにして設けられたカウンタープレートのスラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第１のスラスト動圧溝を設け、スラスト板の第１のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向するスリーブ部分に、第２のスラスト動圧溝を設けている。
【００４７】
この発明の動圧軸受装置は、アルミニウムより軽いシリコンを含んだアルミシリコン合金をスリーブとしているので、このスリーブ部分を回転側とすると、回転部分がステンレス鋼よりはかなり軽くなり、アルミニウムより若干軽くなる。このため、電流ロスが軽減されると共にイナーシャが小さくなる。また、スリーブを固定側とした場合、動圧軸受装置としての重量が小さくなり、この動圧軸受装置を組み込んだ装置の軽量化に貢献できるものとなる。さらに、スラスト軸受用の動圧溝をスラスト板に対向するカウンタプレートとスリーブとに設けているので、スラスト板という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、動圧溝の設置位置や設計の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなると共にコストの低減化も可能となる。
【００４８】
さらに、他の発明の動圧軸受装置は、シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、シャフトまたはスリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、スリーブを、少なくとも０℃〜１００℃の温度範囲で、温度が高くなるほど線膨張係数が大きくなる、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、シャフトの線膨張係数をスリーブの線膨張係数より大きくかつ温度範囲で一定とし、スリーブの硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となるスリーブ側であってシャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けている。
【００４９】
この発明の動圧軸受装置は、スリーブを、少なくとも０℃〜１００℃の温度範囲で、温度が高くなるほど線膨張係数が大きくなる、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金とし、シャフトの線膨張係数をその一体部材の線膨張係数より大きくかつ上記温度範囲で一定としているので、温度が高くなると、スリーブ内の動圧溝の間隙が狭くなり、軸受けの剛性力が維持されると共に、スリーブとシャフトとが接触してしまう危険性を大きく軽減することができる。なお、ここで、線膨張係数が一定とは、全く変化しないもののみならず、アルミシリコン合金に比べ、その変化が５分の１程度以下のものを含むものとする。
【００５０】
さらに、他の発明は、上述の発明の動圧軸受装置に加え、シャフトをベースに固定すると共にスリーブをシャフトの周りに回転可能に配置している。この動圧軸受装置は、軸固定型であるため、シャフトとスラスト板を一体部材とし、かつスラスト板がシャフトの径に比べ大径であったとしても、このシャフト体を組み込むことが可能となる。このように、この発明では、設計の自由度が増すものとなる。
【００５１】
加えて、他の発明は、上述の発明の動圧軸受装置に加え、スリーブと一体回転するディスク保持用のハブをスリーブと共にアルミシリコン合金にて一体形成している。この動圧軸受装置では、スリーブとハブとを一体化し、一体部材としているので、ハブ部分の耐衝撃性が向上すると共に、ハブの垂直度を得やすいものとなる。このため、軸受装置としてのＡ−ＲＲＯを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。
【００５２】
また、他の発明の動圧軸受装置は、上述の発明の動圧軸受装置に加え、シャフトのベースとは反対側の端部に、シャフトの径より大径となるスラスト板を設け、このスラスト板とシャフトとをステンレス鋼にて一体形成してシャフト体とし、スラスト板部分の軸方向厚さを０．１〜０．７ｍｍとしている。
【００５３】
この発明の動圧軸受装置では、シャフトとスラスト板を一体化し、シャフト体としているので、シャフト体の耐衝撃性が向上すると共に、シャフト部分の垂直度を得やすいものとなる。このため、軸受装置としてのＡ−ＲＲＯを小さくすることができる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。加えて、スラスト板部分の軸方向厚さを０．１〜０．７ｍｍとしているので、スラスト軸受けの機能を十分満足させつつ、軸方向長さを一層小さくでき、一層の小型化、薄型化が可能となる。また、スラスト板部分を薄くすることで、電流ロスを低減させることができる。
【００５４】
また、他の発明は、上述の発明の動圧軸受装置に加え、スリーブと一体回転するロータをスリーブと共にアルミシリコン合金にて一体形成している。この動圧軸受装置では、スリーブとロータとを一体化し、一体部材としているので、ロータ部分の耐衝撃性が向上すると共に、ロータの垂直度を得やすいものとなる。このため、ロータのＡ−ＲＲＯを非常に小さくできる。しかも、小型化、薄型化も可能となる。
【００５５】
本発明の動圧軸受装置の製造方法は、ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、を有する動圧軸受装置の製造方法において、シャフトとベースの軸方向厚さを完成状態に比べ厚くしておき、シャフトをベースに組み込んだ後に、シャフトの底側の一部とベースの底側の一部とを、同時にかつ両者の切り取り面が一定の平面となるように切り取り、完成状態の厚さとしている。
【００５６】
この製造方法を採用すると、軸固定型の動圧軸受装置であって、軸方向厚さが薄いものでも、ベースに対するシャフトの垂直度を十分出すことができる。すなわち、スリーブのＡ−ＰＲＯを小さくできると共に薄型化への対応を簡単に行うことができることとなる。
【００５７】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る動圧軸受装置について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、スピンドルモータに使用される動圧軸受装置について説明する。また、動圧軸受装置を搭載したディスク駆動装置に関しては、スピンドルモータおよびその周辺のみを説明し、ディスク情報を読み取ったり、書き込んだりするヘッド部分、スピンドルモータやそのヘッド部分等を制御する制御回路等の回路部分および他の機構部分は、従来のディスク装置と同様であり、その説明を省略する。
【００５８】
この実施の形態に係る動圧軸受装置は、スピンドルモータ１０に組み込まれている。このスピンドルモータ１０は、軸固定型の動圧軸受装置を有するスピンドルモータで、ＨＤＤに搭載されているものである。このスピンドルモータ１０では、図１に示すように、アルミニウム等の金属や機能性樹脂等の固い樹脂材からなるベース１にシャフト２が圧入、焼きバメ、接着、溶接などの各種の固定方法の１つまたは複数を利用して固定されている。シャフト２の先端側（図１では上側）にスラスト板３がシャフト２と一体的設けられており、スラスト板部とされている。すなわち、シャフト２とスラスト板３は、一部品から構成される一体部材のシャフト体とされている。後述の第２の一体部材との関係から、以下ではこの一体部材をシャフト体の代わりに第１の一体部材と呼ぶこともある。
【００５９】
この第１の一体部材（シャフト体）は、１８重量％のＣｒと８重量％のＮｉを含有した鉄系の合金であるステンレス鋼（ＳＵＳ−３０４）から形成されている。第１の一体部材は、この棒状のＳＵＳ−３０４の外周を切削することで、円柱状のシャフト２の部分と円形状（具体的には偏平な円柱状）のスラスト板３の部分が形成されている。このスラスト板３部分の軸方向厚さは、０．３ｍｍとされているが、０．１〜０．７ｍｍの範囲とすれば、強度の面と電流ロス減少の面で好ましいものとなる。なお、この範囲は、０．１５〜０．３５ｍｍとすれば、さらに好ましいものとなる。
【００６０】
この第１の一体部材の線膨張係数は、１６．４×１０^−６とされ、ビッカース（硬度）は約１９６とされている。なお、第１の一体部材としてはＳＵＳ−３００系であれば、他のものでも良い。すなわち、Ｃｒを１０．５〜３２重量％、Ｎｉを４〜１３重量％含有した鉄系合金であれば良い。ただし、線膨張係数としては１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内が好ましい。なお、線膨張係数とは、固体における長さの変化に関する線膨張率で、ｌを長さ、ｌｏを０℃における長さ、θを温度としたとき、（ｄｌ／ｄθ）／ｌｏの値を指す。なお、第１の一体部材となるシャフト側（ＳＵＳ−３０４）の線膨張係数は、０℃〜１００℃の範囲で略一定になっている。なお、ここで述べる一定とは、全く変化しないもののみならず、後述する第２の一体部材に比べ、その変化が５分の１程度以下のものも含むものとする。
【００６１】
ベース１の中央には円筒状の円筒部１ａが設けられ、その円筒部１ａの外周には、中央の孔部分が円筒部１ａに嵌り込む薄型状の磁性金属板が積層された状態で配置され、コア４を形成している。コア４の固定は、接着、圧入、かしめなどのいずれか１つまたは複数を組み合わせてなされる。このコア４には、径方向にのびる複数の突極が周方向に所定間隔にて形成されており、その各突極にはコイル巻線５が施されている。このコア４とコイル巻線５が収納される収納空間Ｓは、後述するような理由によって、従来のスピンドルモータに比べ広くすることが可能とされている。なお、ベース１と、コア４とコイル巻線５等によってスピンドルモータ１０のステータが構成されている。
【００６２】
第１の一体部材の周囲には、軸受けとなる円筒状のスリーブ１１部分と円盤状のハブ１２部分とが一体形成された第２の一体部材が配置されている。先のベース１と、シャフト２またはシャフト体と、このスリーブ１１とで動圧軸受装置の基本構成部材が形成される。
【００６３】
この第２の一体部材は、Ａｌが６７〜６８重量％で、Ｓｉが３０重量％で、Ｃｕその他が２〜３重量％のアルミシリコン合金とされ、熱処理が施されたものである。その線膨張係数は、０℃〜１００℃の範囲の測定で、１４×１０^−６となり、そのうち４０℃〜１００℃の範囲の測定で、１４．７×１０^−６となり、１００℃〜２００℃の範囲の測定で、１６．０×１０^−６となり、２００℃〜３００℃の範囲の測定で、１７．６×１０^−６となり、３００℃〜４００℃の範囲の測定で、１９．０×１０^−６となる。この測定中、４０℃〜４００℃の範囲については、示差膨張測定で、室温から４００℃の範囲で、昇温速度は毎分１０℃で、窒素気流中という条件で行ったものである。
【００６４】
このように、この第１の一体部材は、その線膨張係数が、温度が高くなるほど、その値が高くなる（４０℃〜４００℃の範囲では、平均すると、１０℃当たり、約０．１５×１０^−６の割合）ような性質を有するものである。
【００６５】
この線膨張係数は、測定誤差や含有金属割合のわずかな変更等を考慮すると、第１の一体部材側との関係では、０℃〜１００℃の範囲の測定で、１４×１０^−６とせず、この値のプラス／マイナス５％以内であれば良く、１００℃付近で、１５．３×１０^−６のプラス／マイナス５％以内であれば良い。また、その材料配分としては、Ａｌが６５〜６９重量％で、Ｓｉが２８〜３２重量％で、Ｃｕその他が１〜５重量％の範囲のアルミシリコン合金としても良い。このように、アルミシリコン合金の線膨張係数を、０℃〜１００℃の範囲の測定で、１４×１０^−６のプラス／マイナス５％以内とするには、珪素（Ｓｉ）の含有量によっても調節することができる。
【００６６】
第２の一体部材は、上述のような線膨張係数を有する、新たに開発されたアルミシリコン合金とされている。その硬さは、第１の一体部材よりやわらかなものとされ、その硬度はビッカース硬さで約１１４〜１６５〔ｋｇ／ｍｍ〕とされている。なお、硬度は、ビッカース硬さで８０以上あれば、第２の一体部材側の回転開始、回転停止時における両一体部材の衝突に際しても、この第２の一体部材側がへこんでしまうことは無い。また、硬度は、熱処理の方法、条件によって変動するもので、装置として求められる値をこの範囲（ビッカース硬さ１１４〜１６５〔ｋｇ／ｍｍ〕）から適宜得ることができる。なお、熱処理を施さない押し出し部材のままの場合は、ビッカース硬さで１１４〔ｋｇ／ｍｍ〕で、熱処理を施すことで得られる本第２の一体部材は、ビッカース硬さで１６５〔ｋｇ／ｍｍ〕となっている。熱処理の方法を変えることで、さらに若干は硬さを高くすることができる。この第２の一体部材は、押し出し部材を熱間鍛造で所定の形状とし、その後に熱処理を加えている。
【００６７】
第２の一体部材のスリーブ１１部分には、その中心孔の一端（図１の上方）側を塞ぐように円板状の金属製のカウンタプレート１３が固定されている。この固定は、図２に示すように、第２の一体部材のスリーブ１１の上端側の上方段部平面部１１ａにカウンタプレート１３を載置した後、スリーブ１１側をかしめることによって、このカウンタプレート１３を押さえ込む方法によって行われる。かしめ部分を１１ｂとして示す。なお、このかしめ作業の後、そのかしめ部１１ｂに接着剤を塗布するようにしても良い。
【００６８】
第２の一体部材のスリーブ１１部分には、上述の上方段部平面部１１ａ、かしめ部分１１ｂ以外に、カウンタプレート１３の外周が係合する大径のスリーブ内径部１１ｃと、スラスト板３部分の外周が対向する小径のスリーブ内径部１１ｄと、スラスト板３部分の外周に突出した部分における図１の下方面が対向する下方段部平面部１１ｅと、シャフト２部分と対向すると共に、最も小径となるシャフト対向内面部１１ｆとが形成されている。
【００６９】
アルミシリコン合金で形成された第２の一体部材のハブ１２部分には、ハードディスクであるディスク１４を載置するためのディスク載置用の段部１２ａと、円筒状の磁性金属からなるヨーク１５やそのヨーク１５に固定される円筒状の磁石１６を接着、圧入、かしめなどによって同心上に固定保持する大径円筒部１２ｂと、ディスク１４を載置するディスク載置部１２ｃと、ディスク１４をディスク載置部１２ｃに載置した状態で固定するためのねじ１７を挿通するためのねじ孔１２ｄと、ディスク１４をディスク載置部１２ｃとの間にはさみ込むためのクランパ１８が載置されるクランパ載置部１２ｅと、クランパ１８の中央孔が嵌り込むクランパ嵌合段部１２ｆと、コイル巻線５のスペースを十分確保するために凹状にくぼんだコイル対向凹部１２ｇとが形成されている。なお、第２の一体部材と、カウンタプレート１３と、ヨーク１５と、磁石１６等によってスピンドルモータ１０のロータが構成される。
【００７０】
この第２の一体部材の材料となるアルミシリコン合金は、上述したような材料配分とされるが、この製造方法は、図３に示すとおりである。すなわち、まずアトマイズ法によってアルミ合金の急冷凝固粉末を製造する（ステップＳ５１）。アトマイズ法としては、ガスアトマイズ法、超音波ガスアトマイズ法等が採用される。
【００７１】
この急冷凝固粉末は、アルミニウムとケイ素とからなる合金の溶湯をタンディッシュ（底に穴を有する容器）から流出させると同時に、その溶湯流に噴霧媒（気体あるいは液体）のジェットを衝突させ、その溶湯が飛散して微細な液滴となった後に熱を奪われることで凝固して形成される。この粉末粒は、例えば、２μｍ程度の径の多数のシリコンを含む１００μｍ程度の径のものとされる。
【００７２】
その後、セラミックスと特殊合金粉末からなる添加物を添加し（ステップＳ５２）、最終材料が、Ａｌが６７〜６８重量％で、Ｓｉが３０重量％で、Ｃｕ（銅）その他が２〜３重量％となるように、急冷凝固粉末と混合する。そして、熱間プレスによってビレット状の圧粉体を得る（ステップＳ５３）。その後、真空中あるいは非酸化性雰囲気中で加熱して粉末の各表面に吸着している酸化物や非酸化物を吸着した水分などを除去する脱ガス処理を行う（ステップＳ５４）。次に、熱間押出しを行う（ステップＳ５５）ことで、押出材が得られる。この押出材を加工して第２の一体部材を形成する。この後、適宜、熱処理を行う。
【００７３】
得られるアルミシリコン合金の線膨張係数は、珪素（Ｓｉ）の含有率によって変化する。この実施の形態では、珪素が３０重量％含有されており、０℃〜１００℃の範囲の測定で、約１４×１０^−６の線膨張係数を有している。珪素の含有率をさらに高めていくと、線膨張係数は、比例的に低下していき、珪素の含有率が約３６％となると、約１３×１０^−６の線膨張係数となり、珪素の含有率が約４４〜４８％となると、１０×１０^−６の線膨張係数（これはＳＵＳ−４００系の線膨張係数と同程度）となる。なお、珪素のみを変化させるのではなく、珪素にニッケルをまぜ、この珪素とニッケルの合計量を３０重量％から徐々に上げていくようにして、線膨張率を下げるようにしても良い。
【００７４】
ディスク１４は、このスピンドルモータ１０がディスク駆動装置に搭載されるに際して取り付けされる。この取り付けは、ディスク１４をディスク載置部１２ｃに載置した後、クランパ１８をクランパ載置部１２ｅに載置し、ねじ１７をねじ孔１２ｄに挿通しつつねじ１７を締めることによって取り付けがなされる。この実施の形態のディスク１４は、２．５インチハードディスク用のディスクとされている。
【００７５】
シャフト２とスラスト板３とが一体形成された第１の一体部材と、スリーブ１１とハブ１２とが一体形成された第２の一体部材との間のわずかな隙間であって、後述する動圧溝が形成されている部分には、動圧用の油が入れられ、その油がスリーブ１１部分から外に漏出しないように保持される。
【００７６】
このシャフト２部分の外周面とスリーブ１１部分のシャフト対向内面部１１ｆとの間の隙間は２〜４μｍとされている。一般的には、シャフト２部分の径が４ｍｍであると、その隙間は４μｍ、３ｍｍであると、隙間は３μｍというように、隙間の大きさはシャフト２部分の径の１０００分の１とされている。この実施の形態では、シャフト２部分の径が２．５ｍｍで、シャフト２部分とシャフト対向内面部１１ｆとの間の隙間は２．５μｍとされている。また、スラスト板３部分とカウンタプレート１３との間の隙間や、スラスト板３部分とスリーブ１１部分との間の隙間も同様に２．５μｍとされている。
【００７７】
シャフト対向内面部１１ｆには、ラジアル軸受用の動圧溝が２つ設けられている。すなわち、シャフト対向内面部１１ｆの一端側（図１で上方側）には、第２の一体部材のラジアル方向の動きを規制する第１のラジアル動圧溝２１が設けられ、他端側（図１で下方側）には、同様の機能を有する第２のラジアル動圧溝２２が設けられている。
【００７８】
また、スラスト板３部分を覆うカウンタプレート１３のスラスト板３と対向する位置であってスラスト板３のシャフト２部分から外周方向に突出した部分に対向する位置に、第２の一体部材のスラスト方向の動きを規制する第１のスラスト動圧溝２３が設けられている。また、スリーブ１１部分の下方段部平面部１１ｅ、すなわちスラスト板３部分のシャフト１２部分から外周方向に突出した部分の平面部に対向する位置に、同様の機能を有する第２のスラスト動圧溝２４が設けられている。
【００７９】
第１と第２のラジアル動圧溝２１，２２は、図１、図２に示すように、複数の＞形の溝が周方向に並列して設けられ、シャフト対向内面部１１ｆ内を一周するように形成されている。第１と第２のスラスト動圧溝２３，２４は、共に、多数の＞形の溝が円形状に並んで配置されたものとされている。この動圧溝２１，２２，２３，２４の各形状は、他の形状としても良い。たとえば、スラスト動圧溝を径が異なる円を同心状に並べたものとしたり渦巻き状のものとしたり、ラジアル動圧溝の各溝を＞状とせず単に直線状の斜め線（／）の溝とする構成としても良い。
【００８０】
各動圧溝２１，２２，２３，２４は、プレス加工、エッチング加工、切削加工、ボール転造などの転造加工、放電加工等によって形成される。動圧用の油は、上述した第１のラジアル動圧溝２１、第２のラジアル動圧溝２２、第１のスラスト動圧溝２３、第２のスラスト動圧溝２４の各溝部分に施され、その各溝２１，２２，２３，２４が油で満たされるようにされている。
【００８１】
以上のように構成される動圧軸受装置およびスピンドルモータ１０の組み立て順序について、以下に説明する。
【００８２】
まず、ハブ１２を有する第２の一体部材に、スラスト板３を一体成形したシャフト（第１の一体部材）を挿入する。次に、大径のスリーブ内径部１１ｃに、その外周が対向するようにかつ上方段部平面部１１ａに接触するようにカウンタプレート１３を配置した後、スリーブ１１部分に対してカウンタプレートをかしめ固定する。そして、必要により接着剤をかしめ部分１１ｂに付与する。その後、第１の一体部材と第２の一体部材の間の隙間（この例では、約２．５μｍ）を、真空装置を利用して、動圧用の油で満たす。なお、第２の一体部材に対しては、ヨーク１５や磁石１６が、事前に圧入、接着、かしめなどによって同心上に固定されている。
【００８３】
一方、ベース１に対してコア４を接着、圧入、かしめなどによって固定し、コイル巻線５を突極に巻くことでステータが形成される。なお、コア４にコイル巻線５を施した後に、ベース１にコア４を固定するようにしても良い。このステータを構成するベース１の中央孔に対して、先ほどのシャフト２が圧入、焼きバメ、接着、溶接などの１つまたは複数を組み合わせた方法で固定される。
【００８４】
この組み込み状態では、シャフト２の長さやシャフト２が圧入されるベース１部分の軸方向厚さは、完成状態に比べ、大きくされている。そのため、組み込み後に、ベース１とシャフト２の底側の一部が切削により、切り取られ、完成状態の大きさとされる。これによってスピンドルモータ１０が完成する。この組み込み方法を採用しているのは、精度の良い垂直度を得るためである。精度の良い垂直度を得るには、シャフト２の径と同程度の圧入しろが必要とされている。２．５インチハードディスク用のこのスピンドルモータ１０のシャフト２の径は、２．５ｍｍ程度であることから、ベース１のシャフト２の圧入部分の厚さを一旦、２．５ｍｍとし、垂直度を十分出した後に、１．５ｍｍ程度を切り取り、ベース１の底部分の最終形態での厚さを１ｍｍとし、薄型化している。
【００８５】
このような組み立て方法を採用することで、ベース１に対するシャフト２の垂直度を維持すると共に、薄型化を達成している。また、ベース１の底側を切り取るので、ベース１の中央孔の外方端に面取りを施す作業が不要となる。なお、この組み立て方法（シャフト２を圧入した後、切り取る方法）は、２．５インチ、１．８インチなど超小型、超薄型のハードディスク用のスピンドルモータに採用すると好ましいものである。
【００８６】
このスピンドルモータ１０をディスク駆動装置に搭載する際は、ディスク１４をディスク載置部１２ｃに載置し、ディスク載置部１２ｃとの間でディスク１４をはさみ込むようにしてクランパ１８をクランパ載置部１２ｅに載せる。その後、ねじ１７によってクランパ１８を締めつけ、ディスク１４を固定する。この状態のスピンドルモータ１０をディスク駆動装置内部に組み込み、他の機構、他の回路等を備えさせることでディスク駆動装置が完成する。
【００８７】
次に、この動圧軸受装置の基本動作を説明し、その説明と併せてこの動圧軸受装置を使用したスピンドルモータ１０およびスピンドルモータ１０を搭載したディスク駆動装置の各特性と従来装置の各特性を比較したものについて説明する。
【００８８】
まず、動圧軸受装置の基本動作を説明するが、最初に評価の前提となるもの、すなわち油の粘度の変化、評価用軸受け装置、隙間の変化と軸受けの特性との関係について、図４から図９を参照しながら説明する。
【００８９】
図４は、温度に対する油（動圧軸受装置に使用される一般的な油）の動粘度の変化を示す。動粘度とは、粘度（絶対粘度）を密度で除した値で、たとえば、１ｍＰａ・ｓ（ミリ・パスカル・セコンド）の粘度で、密度が１ｇ／ｃｍ^２であれば、１ｍｍ^２／ｓ（平方ミリメートル・パー・セコンド）の動粘度となる。なお、従来のセンチストークス（ｃＳｔ）の単位とは、同数値となる。動粘度も、粘度同様、数値が大きいほど「粘り」があることとなり、硬いものとなる。
【００９０】
図４に示すように、油の動粘度は、温度が上昇すると、急激に低下する。粘度の低下は、軸受け剛性、すなわち動圧力の低下をもたらす。このため、温度上昇時には、軸受け剛性を維持するために、シャフトと軸支持部との隙間を小さくする必要が生じる。しかし、隙間が過小であると、軸受け剛性が高くなりすぎ、後述するように、軸損トルクが増加したり、最悪の場合は、シャフトと軸支持部とが接触してロック（回転不能）してしまう場合も生ずる。
【００９１】
図５は、評価用の動圧軸受装置を示す。この装置は、シャフト２６の径Ｌ１が３ｍｍで、上ラジアル動圧溝（上ＢＲＧ）２７の幅Ｌ２は、３ｍｍで、下ラジアル動圧溝（下ＢＲＧ）２８の幅Ｌ３は、２ｍｍとされ、図５で示される位置、方向に、横方向の外力Ｆ１として０．０１Ｋｇが加わっている。すなわち、上ＢＲＧ２７と下ＢＲＧ２８との間隔Ｌ４は、１ｍｍとされ、その中間の位置から上ＢＲＧ２７側に１．５ｍｍ離れた位置に横方向の外力Ｆ１が加わるものとされている。また、下方には、径がシャフト２６より大きくなるスラスト軸受け部が設けられている。また、シャフト２６の回転数は、７２００ＲＰＭとされている。このような油と評価用の動圧軸受装置を用いて、シャフト２（シャフト２６に相当）とスリーブ１１（上ＢＲＧ２７と下ＢＲＧ２８に相当）のシャフト対向内面部１１ｆとの間の隙間を、０．５μｍ単位で変化させた時の軸受け特性（離心率と軸損トルク）を解析した結果を図６から図９に示す。
【００９２】
ＨＤＤの場合に、最も重要な特性はＮＲＲＯであり、これには軸受け剛性が大きく影響する。軸受け剛性が小さい（低い）程、隙間が変化し離心率が大きくなるが、離心率の許容値は実験的、経験的に０．０１程度である。離心率ｅとは、楕円がどれくらい偏平となっているかを表す指標で、楕円の中心から長手方向の外周までの長径をａ、短手方向の外周までの短径をｂとしたとき、次の数式１で定義されるものである。
【００９３】
【数式１】

【００９４】
この数式１において、離心率ｅが０のとき真円となる。なお、軸受け剛性とは、Ｆをロータに作用する力の総和（外力の総和）とし、ｘをロータの変化量とすると、ｋ＝Ｆ／ｘで表されるｋを指し、ここではその単位を〔ｋｇ・ｆ／μｍ〕として示す。
【００９５】
図６に示される２０℃のように温度が低い時は、離心率は比較的余裕があるが、高温では粘度が低下し、軸受け剛性が低くなるので、隙間は２〜３μｍにしなけらえば使用に耐えることはできない。すなわち、図８の６０℃や図９の８０℃の場合のグラフに示されるように、高温となると上ラジアル動圧溝２７（図１では、上側の第１のラジアル動圧溝２１に相当）の部分での離心率ｅが３μｍ程度の隙間のときに０．０１を超えてしまう。一方、隙間が過小の場合は、軸損トルクが増加したり、最悪の場合には、シャフト２とスリーブ１１とが接触して回転不能となる場合も有り得る。ここで軸損トルクとは、軸（シャフト）が回転する際に、油の粘度等によって失われる軸トルクであり、その値は小さい程良い。ここでは、その単位を〔ｇ・ｃｍ〕で示す。
【００９６】
次に、動圧軸受装置の基本動作の一つである温度変化による剛性の変化について説明する。
【００９７】
隙間は、シャフトやスリーブの熱膨張によっても変化する。シャフトとスリーブの材質の組み合わせによる温度変化に対する隙間の変化を図１０に示す。動圧軸受装置は、回転により油に圧力を発生させるが、隙間が小さいほど、また、油の粘度が高いほど、高い圧力を発生させることができる。油の粘度は、低温では高く、高温では低くなる。したがって、シャフトおよびスリーブの材質は、選定時に、シャフトの線膨張係数がスリーブのそれよりも大きくすれば高温にて隙間が減少するので、粘度低下による圧力低下を補うことができる。
【００９８】
現在のスピンドルモータに採用されている材料と本発明で使用されるアルミシリコン合金をそれぞれシャフトとし、スリーブとした場合の組み合わせと、その特性は次のように整理される。まず、シャフトとスリーブとを同材質にすると、隙間は温度によって変化しない。隙間の長さが変化しないということは、シャフトの外径もスリーブの内径も共に大きくなりながら隙間が同じということであり、これは隙間部分の体積が増加することを示す。高温になると油の粘性は低下する。このため、隙間部分の体積の増加と油の粘性低下が生じ、軸受け剛性は悪化する。また、シャフトとスリーブとが同材質であると、シャフトとスリーブとが衝突した際にシャフトに傷がつき軸受け特性が悪化する。シャフトとスリーブとを同材質とすることは、このように欠点が多く採用するのは好ましくない。
【００９９】
シャフトをＳＵＳ−４００系とし、スリーブを真鍮（ＢｓＢｎ）あるいは青銅（Ｂｒｏｎｚｅ）系とする組み合わせは加工性に関しては比較的良好となる。しかし、熱膨張的には高温になると隙間が増加し、油の粘性低下とともに、軸受け剛性は悪化に向かう。特に、１．８インチや２．５インチなどのように小型のＨＤＤに使用されるスピンドルモータの動圧軸受装置は軸受け剛性に余裕が無いため、各動圧溝部の隙間を極めて微小に設計しなければならない。しかし、要求される厳しい公差をクリアすることは困難であり、また、温度（低温）によってはシャフトとスリーブが干渉することが生じ、軸受けとしては機能しなくなる。また、スリーブの材質は、摩耗性に対して十分では無く、表面にニッケル／クロムなどのメッキが必要となる。このため、この組み合わせも問題ありと言える。
【０１００】
シャフトをＳＵＳ−３００系とし、スリーブをＳＵＳ−４００系とする組み合わせは熱膨張だけを考えると好ましい。すなわち、温度上昇に伴って隙間が減少するので、油の粘度低下による剛性の低下を補う効果を有する。しかし、従来の技術で詳述したように、スリーブをＳＵＳ−４００系とすることは、その硬度が高いことから種々の問題が発生する。すなわち、高温になると、隙間が小さくなり、シャフトがスリーブに接触したり、ロックしたりする。また、内径の寸法、真円度、面相度、円筒度などの高精度加工や動圧溝加工が困難となる。内径寸法のバラツキが大きくなると、シャフトとの適正な隙間を得ることができず、測定による選別組み合わせをしなければならない。動圧溝加工においても溝深さの均一性や対称性が悪くなり、軸受け特性に悪い影響を及ぼす。このように、シャフトをＳＵＳ−３００系とし、スリーブをＳＵＳ−４００系とする組み合わせは、性能面、生産性、価格面などで問題を生ずる。
【０１０１】
シャフトをＳＵＳ−３００系とし、スリーブを本発明の第２の一体部材で用いられているアルミシリコン合金とすると、図１０に示す表に示されるように、温度が高くなると、隙間が少しずつ狭くなる。具体的に示せば、その隙間は、温度０℃で、０．２μｍ広くなり、２０℃で変化０、４０℃で０．２μｍ狭くなり、６０℃で０．４μｍ狭くなり、８０℃で０．６μｍ狭くなり、１００℃で０．８μｍ狭くなる。この各値は、油の粘度低下による剛性の低下を補う上で最適な値となる。
【０１０２】
この図１０で示す値は、シャフトの径を３ｍｍとしたものであり、シャフトの径を他の値、たとえば、２．５ｍｍや２ｍｍとすると、シャフト側の膨張による増加量の絶対値が小さくなるため、隙間の変化量も小さくなる。しかし、一般的に、シャフトの径が小さい場合、軸受け剛性との関係では、隙間も小さくする必要があり、元々の隙間に対する隙間の変化量の割合は、シャフトの径が小さい場合もそれほどの変化はない。ただし、厳密に言えば、その割合は変化するので、シャフトをＳＵＳ−３００系とし、スリーブを本発明のアルミシリコン合金とした場合であっても、両者の線膨張係数の差をシャフトの径によって異ならせる必要がある。上述の実施の形態では、両者の線膨張係数の差を、１．５×１０^−６〜４．５×１０^−６程度としているが、シャフトの径を２ｍｍ程度とすると、隙間は２μｍ程度となり、両者の差は７×１０^−６以下は必要とされ、逆に、シャフトの径を４ｍｍ程度とすると、隙間は４μｍ程度となり、両者の差は１×１０^−６以上あれば良いものとなる。
【０１０３】
次に、動圧軸受装置の基本動作の説明の最後として、消費電流と剛性の関係について説明する。
【０１０４】
軸受けの剛性と電流は、相反する条件となる。つまり、軸受けの剛性を大きくするためには、隙間を小さくしたり、油の粘度を高くしなければならない。一方、電流を小さくするため、すなわち損失トルクを小さくするためには、隙間を大きくしたり、油の粘度を低くしなければならない。同じ軸受剛性を維持しながら軸損トルクを小さくさせるためにはシャフトの径を小さくして隙間も小さくすれば良い。しかしながら、スリーブの内径が小さくなり、かつ公差もより厳しくなるので、従来から使用されている材質のように固い部材、たとえば真鍮やＳＵＳ−３００系を従来よりさらに精度良く加工することは極めて困難となる。従来の材質を使用した場合は、シャフト径とスリーブ内径を全数測定し選別組み合わせをする必要が生ずるが、この方法は生産コストが大きく上昇する。しかも、スリーブ内径が小径となるため、その真円度も精度が悪くなって歩留まりも悪くなる。
【０１０５】
以上の考察を図１１および図１２を参照しながら説明する。なお、図１１は、シャフトをＳＵＳ−４００系とし、スリーブを真鍮とした場合を示し、図１２は、本発明の構成、すなわち、シャフト２をＳＵＳ−３０４とし、スリーブ１１を本発明に使用されるアルミシリコン合金とした場合を示す。
【０１０６】
図１１に示すように、シャフトとしてＳＵＳ−４００系を採用し、スリーブとして真鍮を採用した場合、温度が５８℃当たりを越すと、上ラジアル動圧溝２７における離心率ｅが許容限界値である０．０１を越す。また、傾斜角が温度の上昇に伴い急激に大きくなる。ここで傾斜角とは、シャフトのベースに対する傾斜を指し、ベースに対して９０度（垂直）の状態を０度としたものである。
【０１０７】
これに対して、本発明の組み合わせ（シャフト２に相当するシャフト２６をＳＵＳ−３００系とし、スリーブ１１に相当する上ＢＲＧ２７および下ＢＲＧ２８を本発明のアルミシリコン合金としたもの）では、図１２に示すように、温度が２０℃から８０℃の間において、離心率ｅが許容限界値である０．０１内に入ることとなる。
【０１０８】
このように、本実施の形態において使用するアルミシリコン合金は、アルミニウムの基本特性としての加工性、耐食性、軽量、安価、高強度などを悪化させないで、線膨張係数がシャフト２の値よりも小さい値となる。すなわち、アルミニウムに珪素（Ｓｉ）やその他の添加物を入れていくことにより、線膨張係数が低下していく性質を利用し、線膨張係数が０℃〜１００℃の範囲の測定で、１４×１０^−６プラス／マイナス５％以内のアルミシリコン合金としたものである。なお、このアルミシリコン合金の線膨張係数は、ＳＵＳ−３００系とＳＵＳ−４００系の各線膨張係数の略中間の値、すなわち１４×１０^−６となっている。加えて、このアルミシリコン合金は、０℃〜１００℃の温度範囲で、約１３．５〜約１５．３×１０^−６となっており、かつその値は温度が高くなる程大きい値となる。なお、０℃〜１００℃の温度範囲は、ハードディスク用モータとして必要とされる耐熱条件であり、使用温度環境でもある。
【０１０９】
本実施の形態で使用されるアルミシリコン合金（Ｓｉが３０重量％で、Ｃｕその他が２〜３重量％で残りがＡｌ）の他の特性は、次のとおりである。引っ張り強度は４６．６ｋｇｆ／ｍｍ^２、耐力は４０．０ｋｇｆ／ｍｍ^２、ヤング率は９７００ｋｇｆ／ｍｍ^２、硬度は１５０Ｈｖ（ビッカース硬さ）、密度は２．６ｇ／ｃｍ^３である。
【０１１０】
上述の実施の形態では、シャフト２とスラスト板３とをＳＵＳ−３００系の一体部材とし、また、スリーブ１１とハブ１２とを上述のアルミシリコン合金の一体部材としているので、ＲＲＯ（特にＡ−ＲＲＯ）とＮＲＲＯが共に非常に小さなものとなる。これはスリーブとハブとのはめ合いが無くなると共にシャフトとスラスト板とのはめ合いが無くなるためである。これによってスリーブ１１部分とハブ１２部分の直角度は完全に維持される。すなわち、スリーブとハブを一体材質とし、ハブ１２部分のディスク載置部１２ｃやその他の部分を同時加工すれば各部分の垂直度や水平度を高精度なものとすることができる。シャフト２とスラスト板３の一体部材についても同様である。
【０１１１】
また、両一体部材は、共にはめ込み構造ではないので、耐衝撃性が向上すると共に、不均一な応力も働かず、時間的（経時的）にも温度的にも安定した精度を維持することが可能となる。また、この実施の形態では、スリーブ１１部分とハブ１２部分とが一体部材で構成されているので、ハブ１２部分のスリーブ１１部分に対する固定を考慮する必要がなくなり、コア４やコイル巻線５のための収納空間を十分大きくすることができ、電流ロスを小さくすることができる。また、硬度がよりやわらかとなるスリーブ１１側にラジアル軸受用の動圧溝２１，２２を設けているので、従来の真鍮のスリーブと同様にボール転造でスリーブ１１の内部に動圧溝を簡単に、かつひび割れが生じないように形成することができる。
【０１１２】
また、上述の実施の形態の動圧軸受装置やこの動圧軸受装置が使用されるスピンドルモータ１０では、回転部品やシャフト２の垂直度を高精度に維持できるものとなっているので、安定した動圧力が得られ、寿命も長くなる。また、両一体部材は、共にはめ込み構造でないので、耐熱衝撃性も向上する。
【０１１３】
また、スラスト軸受用の動圧溝２３，２４をスラスト板３に対向するカウンタプレート１３とスリーブ１１とに設けているので、スラスト板３という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、動圧溝の設置位置の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなると共に動圧溝の中心を出しやすいものとなる。
【０１１４】
また、この実施の形態では、その一体部材を線膨張係数が０℃〜１００℃の範囲の測定で、１４×１０^−６プラス／マイナス５％以内のアルミシリコン合金としているので、スリーブ１１部分内に動圧溝を形成しやすくなると共に、シャフト２部分としてＳＵＳ３００系を採用することができる。しかも、ハブ１２の根元部分の厚さ（従来のモータのスリーブとハブとの結合部分におけるハブ側）を、載置されるディスク１４の厚さの１．３倍としているので、ディスク１４との一体回転がスムーズとなると共に、コア４やコイル巻線５の収納空間Ｓを大きくすることができる。収納空間Ｓを大きくすることで、電流ロスを抑えることができる。
【０１１５】
また、シャフト２のスラスト板３部分の軸方向厚さを０．３ｍｍとしているので、すなわち従来に比べ１／３〜１／５としているので、スラスト軸受けの機能を十分満足させつつ、モータの軸方向長さを小さくでき、薄型化が可能になると共に電流ロスが大幅に減少する。
【０１１６】
また、このディスク駆動装置では、Ａ−ＲＲＯが小さくなり、軸受け剛性の変化が小さくなり、しかも電流ロスを抑えることができるので、ディスク１４からの情報の読み取りやディスク１４への情報の書き込みがミスなく行えるものとなると共に電池使用の際の長時間稼働を達成することができる。なお、Ａ−ＲＲＯの他のＲＲＯやＮＲＲＯも非常に小さくなる。
【０１１７】
また、スラスト軸受用の動圧溝２３，２４をスラスト板３部分に対向するカウンタプレート１３とスリーブ１１とに設けているので、スラスト板３という面積が小さくなりがちなものに動圧溝を設置する場合に比べ、スラスト軸受け用の動圧溝の設置位置や設計の自由度が増し、より適切な動圧効果が得やすいものとなる。このため、ディスク駆動装置として、情報の書き込みミスや読み取りミスが無い高品質な装置とすることができる。さらに、このように、このディスク駆動装置は、内部のスピンドルモータの各種のＲＲＯやＮＲＲＯ（これらの中で少なくともＡ−ＲＲＯ）が小さくなり、軸方向長さが小さくなるので、情報の読み取りや書き込みが安定すると共に、モータの薄型化に伴い装置の薄型化が可能となる。
【０１１８】
上述の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、上述の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータとしては、図１３に示すスピンドルモータ３０のように、ハブ１２部分の外径の軸方向長さを延伸させ、ディスク１４の搭載数を増すようにしても良い。なお、他の構成は、基本的に図１に示すスピンドルモータ１０と同様となっている。
【０１１９】
また、上述の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータとしては、図１４に示すスピンドルモータ４０のように、ハブ１２部分の外形の軸方向長さを延伸させ、その収納空間Ｓにコア４、コイル巻線５、ヨーク１５、磁石１６を配するようにしても良い。このスピンドルモータ４０もディスク１４の搭載数を増すことができる。なお、他の構成は、基本的に図１や図１３に示すスピンドルモータ１０，３０と同様となっている。
【０１２０】
さらに、図１５のスピンドルモータ５０のように、２．５インチ以下のＨＤＤに搭載されるのに好ましい形状としても良い。この小型のスピンドルモータ５０は、ハブ１２部分の上部のカウンタプレート１３付近を少し上方に延伸させて図１５のようなボス形状部５１とし、このボス形状部５１の外径に溝５２を設けて、ここにクランパ１８の内径部をはめ込むことによって、２枚のディスク１４，１４を固定させるものである。なお、２枚のディスク１４，１４の間には、ディスク１４，１４の間隔を形成すると共にその間隔を維持するための円筒形の間隔保持部材５３が設けられている。
【０１２１】
このスピンドルモータ５０は、クランパ１８の厚さを薄くし、かつディスク１４，１４を固定するねじがないのでハブ１２部分の軸方向高さを短くできる。また、従来のものと同一の高さとした場合には、第１のラジアル動圧溝２１を上方に移動することができるので、モーメント剛性を大きくすることが可能となる。また、ハブ１２の根本部分５４（従来のモータのスリーブとハブとの結合部分におけるハブ側）の厚さをディスク１４の厚さと略同一としているため、ディスク１４との一体回転がスムーズになると共にコア４、コイル巻線５のための収納空間Ｓを薄型にも拘わらず大きなものとすることができる。収納空間Ｓが大きくなるため、電流ロスを抑えることができる。
【０１２２】
上述の実施の形態の動圧軸受装置を使用した各スピンドルモータ１０，３０，４０，５０は、軸固定型の動圧軸受装置を採用しているため、いわゆる軸固定型のスピンドルモータとなっているが、このように軸固定型とすることで、相対回転部分（スリーブ１１とシャフト２部分、ハブ１２とスラスト板３部分）の垂直度を高精度に維持できるという利点を有する。すなわち、スピンドルモータでは、相対回転部分が２ヶ所あるが、垂直度を得るには、そららの部分を一体部材とするのが好ましい。このような要請に対して、軸固定型のスピンドルモータの場合、相対回転部分を、スラスト板３とシャフト２との一体部材と、ハブ１２とスリーブ１１の一体部材の両一体部材に分離でき、かつ組み込みが可能となる。これに対し、軸回転型のスピンドルモータの場合、シャフトとスラスト板とを一体部材とすると、ハブ部分を含めたロータ部分（シャフト、スラスト板、ハブが含まれる）を組み込めなくなる。このように、垂直度の精度を上げるためには、軸固定型のスピンドルモータが好ましい。
【０１２３】
また、上述の各スピンドルモータ１０，３０，４０，５０では、回転部品やシャフト２の垂直度を高精度に維持できるものとなっているので、安定した動圧力が得られ、寿命も長くなる。また、両一体部材は、共にはめ込み構造でないので、耐衝撃性や耐熱衝撃性も向上する。このような性質を一部犠牲にしても、従来以上の利点を有するスピンドルモータとすることができる。たとえば、上述の実施の形態では、シャフト２部分とスラスト板３部分を一体部材とすると共にスリーブ１１部分とハブ１２部分を一体部材とした動圧軸受装置として、２つの一体部材を有するスピンドルモータ１０，３０，４０，５０としているが、いずれか一方の一体部材のみを有する動圧軸受装置を備えるスピンドルモータとしても良い。その場合でも従来のスピンドルモータや動圧軸受装置に比べ、Ａ−ＲＲＯ等の面で有利な効果を有するものとなる。また、本発明で示したアルミシリコン合金をスリーブ１１のみに使用し、スリーブ１１とハブ１２とを一体部材とせず、２部品で構成する場合も、各種の軸受け特性は向上する。
【０１２４】
また、上述した実施の形態では、いわゆる軸固定型のスピンドルモータについて説明したが、軸回転型のスピンドルモータのスリーブ部分に、またはスリーブ部分とベース部分を一体化し、その一体部材に、本発明の第２の一体部材の材料となるアルミシリコン合金を使用し、シャフトにＳＵＳ−３００系を使用するようにしても良い。この場合、シャフトとハブとを一体部材とすると、さらに好ましいものとなる。
【０１２５】
また、第２の一体部材の線膨張係数を、０℃〜１００℃で１４×１０^−６プラス／マイナス５％以内としたが、第１の一体部材であるシャフト体の線膨張係数が１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内である場合、第２の一体部材の線膨張係数は、０℃〜１００℃の温度範囲で、１１×１０^−６〜１５×１０^−６の範囲であれば、従来に比べ、相当な効果を有するものとなる。また、線膨張係数が０℃〜１００℃の温度範囲で、１７×１０^−６程度のものとしては、ＳＵＳ−３００系が好ましいが、他の金属部材としたり、表面処理によって表面のみこの値とした金属部材を採用しても良い。
【０１２６】
さらに、第２の一体部材を所定のアルミ合金とすることで、かなりの硬度と所定の線膨張係数を有するものとし、その線膨張係数をシャフト２の線膨張係数に対して、０℃〜１００℃の温度範囲で、１×１０^−６〜７×１０^−６だけ小さくすれば、隙間が数ミクロンのものにおける軸受け剛性が安定したものとなる。また、上述の実施の形態では、第２の一体部材は、その線膨張係数が、温度が高くなるほど、その値が高くなる（１０℃当たり、約０．１５〜０．２×１０^−６の割合）ような性質を有するものとしたが、その高くなる割合を他の値としたり、温度が高くなるほどその変化値が大きくなるものとしても良い。また、第２の一体部材は、０℃〜１００℃の範囲で、線膨張係数が一定値（約１１×１０^−６〜１５×１０^−６の範囲の特定値）となるものとしても良い。
【０１２７】
さらに、ハブ１２の根本部分（従来のモータのスリーブとハブとの結合部分におけるハブ側）の厚さを、ディスク１４の厚さと略同一としたり、１．３倍程度としているが、この関係は、載置されるディスク１４の厚さの０．５倍以上で２倍以下の範囲であれば、ディスク１４との一体回転がスムーズになると共にコア４、コイル巻線５のための収納空間Ｓを薄型にも拘わらず大きなものとすることができる。収納空間Ｓを大きくすることで、電流ロスも抑えることができる。
【０１２８】
また、シャフト２のスラスト板３部分の軸方向厚さを、０．１〜０．７ｍｍ、より好ましくは０．１５〜０．３５ｍｍとするのが良い。このような構成とすると、スラスト軸受けの機能を十分満足させつつ、モータの軸方向長さを小さくでき、薄型化が可能になると共に電流ロスが大幅に減少する。また、上述の実施の形態では、第１の一体部材となるシャフト側を０℃〜１００℃の範囲で、線膨張係数が一定となるものにしているが、ここで一定とは、全く変化しないもののみならず、アルミシリコン合金に比べ、その変化が５分の１程度以下のものを含むものとする。
【０１２９】
また、上述の実施の形態では、ＨＤＤ用のスピンドルモータを示したが、光走査（スキャナ）装置用のモータ等、他の装置用のスピンドルモータとしても良い。そのような場合、スラスト板３やカウンタプレート１３のいずれか一方または両者が不要となることがある。また、ハブ１２に相当する部分がなくなる場合もあり得る。また、動圧軸受装置としては、油の代わりに、他の液体を利用したり、空気などの気体を利用するものとしても良い。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明では、耐衝撃性を向上させ得、Ａ−ＲＲＯ（いわゆる軸の揺動運動）を小さくでき、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかも電流ロスを押さえることができると共に小型化、薄型化が可能となる動圧軸受装置を得ることができる。また、他の発明では、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、安定した性能を長期に渡って維持することができる動圧軸受装置を得ることができる。
【０１３１】
また、他の発明では、電流ロスを押さえることができると共にスラスト側の動圧溝の設置位置の自由度が増し、動圧効果を適切なものとすることができる動圧軸受装置を得ることができる。さらに、他の発明では、温度変化に対する軸受け剛性の変化を小さくでき、しかもシャフトがスリーブに衝突してしまうのを防止できる動圧軸受装置を得ることができる。
【０１３２】
さらに、他の発明では、Ａ−ＲＲＯ（いわゆる軸の揺動運動）を小さくできると共に、薄型化への対応を簡単に行うことができる動圧軸受装置の製造方法を得ることができる。すなわち、薄型化しても、ベースに対するシャフトの垂直度を維持できるスピンドルモータを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る動圧軸受装置と、その動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの構造を示す断面図である。
【図２】図１の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータのカウンタプレートおよびその周辺の拡大図で、第１の一体部材を省略した図である。
【図３】図１の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータのスリーブ部分とハブ部分を一体化した一体部材の材料となるアルミシリコン合金を得るための製造方法のステップを示す図である。
【図４】図１の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの動圧溝に使用される油の特性（温度に対する油の粘度の変化）を示すグラフである。
【図５】図１の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータや従来のスピンドルモータの各種性能を評価するための評価用の動圧軸受装置を示す図である。
【図６】図４に示す特性の油と図５に示す評価用の動圧軸受装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を０．５μｍ単位で変化させたときの軸受け特性（軸損トルクと離心率）を示すグラフで、温度が２０℃のときのグラフである。
【図７】図４に示す特性の油と図５に示す評価用の動圧軸受装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を０．５μｍ単位で変化させたときの軸受け特性（軸損トルクと離心率）を示すグラフで、温度が４０℃のときのグラフである。
【図８】図４に示す特性の油と図５に示す評価用の動圧軸受装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を０．５μｍ単位で変化させたときの軸受け特性（軸損トルクと離心率）を示すグラフで、温度が６０℃のときのグラフである。
【図９】図４に示す特性の油と図５に示す評価用の動圧軸受装置を使用して、シャフトの外径とスリーブの内径との隙間を０．５μｍ単位で変化させたときの軸受け特性（軸損トルクと離心率）を示すグラフで、温度が８０℃のときのグラフである。
【図１０】図１の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータや従来のスピンドルモータのシャフトやスリーブに使用されている材質の組み合わせによる温度変化に対する隙間の変化を示す表である。
【図１１】従来のスピンドルモータに採用されている材質の組み合わせによる温度に対する軸受け特性（軸損トルク、傾斜角、離心率、軸受け剛性）を示すグラフである。
【図１２】図１に示す本実施の形態に係る動圧軸受装置を使用したスピンドルモータに採用されている材質の組み合わせによる温度に対する軸受け特性（軸損トルク、傾斜角、離心率、軸受け剛性）を示すグラフである。
【図１３】本実施の形態に係る動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの第１の変形例の構造を示す断面図である。
【図１４】本実施の形態に係る動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの第２の変形例の構造を示す断面図である。
【図１５】本実施の形態に係る動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの第３の変形例の構造を示す断面図である。
【図１６】従来の軸固定型の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの構造を示す断面図である。
【図１７】従来の軸回転型の動圧軸受装置を使用したスピンドルモータの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１　ベース（ステータの一部）
２　シャフト（第１の一体部材の一部でシャフト体の一部）
３　スラスト板（第１の一体部材の一部でシャフト体の一部）
４　コア（ステータの一部）
５　コア巻線（ステータの一部）
１０　スピンドルモータ
１１　スリーブ（第２の一体部材の一部、ロータの一部）
１２　ハブ（第２の一体部材の一部、ロータの一部）
１２ａ　ディスク載置用の段部
１２ｃ　ディスク載置部
１３　カウンタプレート（ロータの一部）
１４　ディスク
１５　ヨーク（ロータの一部）
１６　磁石（ロータの一部）
２１　第１のラジアル動圧溝（ラジアル軸受用の動圧溝）
２２　第２のラジアル動圧溝（ラジアル軸受用の動圧溝）
２３　第１のスラスト動圧溝
２４　第２のスラスト動圧溝

Claims (10)

1. ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、を有する動圧軸受装置において、
   上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部に設けられ、上記シャフト部分の径より大径となる円形状のスラスト板と上記シャフトとをステンレス鋼にて一体形成してシャフト体とし、
   上記スリーブを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、
   上記シャフト体の線膨張係数を１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、
   上記スリーブの線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定で１４×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、
   上記スラスト板部分の軸方向厚さを０．１５〜０．３５ｍｍとし、
   上記スリーブの硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記スリーブであって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設け、
   上記スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共に上記スリーブの中心孔を塞ぐようにして設けられたカウンタープレートの上記スラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第１のスラスト動圧溝を設け、上記スラスト板の上記第１のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向する上記スリーブ部分に、第２のスラスト動圧溝を設けた、
   ことを特徴とする動圧軸受装置。
2. シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、上記シャフトまたは上記スリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、
   上記シャフトをステンレス鋼にて形成し、
   上記スリーブを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、
   上記シャフトの線膨張係数を１７×１０^−６プラス／マイナス５％以内とし、
   上記スリーブの線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定で１１×１０^−６〜１５×１０^−６とし、
   上記スリーブの硬度をシャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記スリーブ側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けたことを特徴とする動圧軸受装置。
3. シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、上記シャフトまたは上記スリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、
   上記スリーブを、Ａｌが６５〜６９重量％、Ｓｉが２８〜３２重量％、Ｃｕその他が１〜５重量％で構成されるアルミシリコン合金にて形成し、このスリーブの線膨張係数を０℃〜１００℃の範囲の測定で上記シャフトの線膨張係数に対して１×１０^−６〜７×１０^−６だけ小さくし、上記スリーブの硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記スリーブ側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けたことを特徴とする動圧軸受装置。
4. シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、上記シャフトまたは上記スリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、
   上記シャフトの上記ベースとは反対側の端部にスラスト板を設け、
   上記スリーブを、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、
   上記シャフトを、Ｃｒを１０．５〜３２重量％、Ｎｉを４〜１３重量％含有した鉄系合金となるステンレス鋼で形成し、
   上記スリーブの上記シャフトと対向する部分である上記スリーブの内面に、ラジアル軸受用の動圧溝を設け、上記スラスト板と対向する位置であってこのスラスト板を覆うと共に上記スリーブの中心孔を塞ぐようにして設けられたカウンタープレートの上記スラスト板と対向する位置に、スラスト軸受用の第１のスラスト動圧溝を設け、上記スラスト板の上記第１のスラスト動圧溝と対向する面とは反対となる面と対向する上記スリーブ部分に、第２のスラスト動圧溝を設けたことを特徴とする動圧軸受装置。
5. シャフトと、このシャフトに相対回転可能に配置されるスリーブと、上記シャフトまたは上記スリーブのいずれか一方を固定するベースを有する動圧軸受装置において、
   上記スリーブを、少なくとも０℃〜１００℃の温度範囲で、温度が高くなるほど線膨張係数が大きくなる、アルミニウムとシリコンを成分として有するアルミシリコン合金にて形成し、上記シャフトの線膨張係数を上記スリーブの線膨張係数より大きくかつ上記温度範囲で一定とし、上記スリーブの硬度を上記シャフトの硬度より小さくし、よりやわらかな部材となる上記スリーブ側であって上記シャフトと対向する部分にラジアル軸受用の動圧溝を設けたことを特徴とする動圧軸受装置。
6. 前記シャフトを前記ベースに固定すると共に前記スリーブを前記シャフトの周りに回転可能に配置したことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項記載の動圧軸受装置。
7. 前記スリーブと一体回転するディスク保持用のハブを前記スリーブと共に前記アルミシリコン合金にて一体形成したことを特徴とする請求項６記載の動圧軸受装置。
8. 前記シャフトの前記ベースとは反対側の端部に、前記シャフトの径より大径となるスラスト板を設け、このスラスト板と前記シャフトとをステンレス鋼にて一体形成してシャフト体とし、上記スラスト板部分の軸方向厚さを０．１〜０．７ｍｍとしたことを特徴とする請求項６または７記載の動圧軸受装置。
9. 前記スリーブと一体回転するロータを前記スリーブと共に前記アルミシリコン合金にて一体形成したことを特徴とする請求項６、７または８記載の動圧軸受装置。
10. ベースと、このベースに固定されるシャフトと、このシャフトの周りに回転可能に配置されるスリーブと、を有する動圧軸受装置の製造方法において、
    上記シャフトと上記ベースの軸方向厚さを完成状態に比べ厚くしておき、上記シャフトを上記ベースに組み込んだ後に、上記シャフトの底側の一部と上記ベースの底側の一部とを、同時にかつ両者の切り取り面が一定の平面となるように切り取り、完成状態の厚さとしたことを特徴とする動圧軸受装置の製造方法。

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