JP2007032623A - スラスト板の製造方法、流体動圧軸受装置の製造方法、スラスト板、及び流体動圧軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体動圧軸受装置のスラスト板の平面度を向上させることで、軸受性能の向上を実現する。
【解決手段】スラスト板およびその製造方法は、流体動圧軸受装置の回転部材に対して軸方向に対向するスラスト面４ａを有しているスラスト板４の製造方法であって、スラスト板４のスラスト面４ａに動圧発生溝４Ａを形成する第１工程と、スラスト板４のスラスト面４ａの反対側の面に溝４Ｂを形成する第２工程とを備えて、先の工程で発生した歪みが後の工程で相殺されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、スラスト板の製造方法、流体動圧軸受装置の製造方法、スラスト板、及び流体動圧軸受装置に関する。

近年、光ディスク、磁気ディスク等の回転する記録媒体を用いた記録装置は、そのメモリー容量が増大するとともにデータの転送速度も高速化している。そのため、この種の記録装置に用いられるディスク駆動装置には高速回転かつ低ＮＲＲＯ（非同期回転振れ）及び回転音の小さいことが要求されることから、軸受には流体軸受装置が用いられている。

流体軸受装置では、軸とスリーブとの間に潤滑剤であるオイル（油）を介在させ、回転時に動圧発生溝によって発生するポンピング圧力より、軸はスリーブに非接触で回転する。流体軸受装置は、軸とスリーブが非接触であるため摩擦抵抗が極めて少なく、高耐久性で高速回転に適している。

流体軸受装置及びそれが組み込まれたスピンドルモータやディス駆動装置の基本構造について説明する。例えば、軸回転型の装置では、回転部材としてのハブフランジにディスクやロータマグネットが固定されており、さらにシャフトが軸受部材として固定されている。また、静止部材としてのベースにはステータが固定されており、さらに軸受部材としてのスリーブが固定されている。スリーブは筒状の部材であり、一端にスラスト板が固定されている。

スラスト板は円板状の部材であり、スリーブの一端を閉鎖している。シャフトはスリーブ内に配置され、両者の間には例えば作動流体としてオイルが充填されている。シャフトの外周面又はスリーブの軸受孔の内周面には、動圧発生溝が形成されてラジアル動圧軸受を構成している。シャフトの軸方向端面又はスラスト板の軸方向端面には、動圧発生溝が形成されてスラスト動圧軸受を構成している。

以上のように構成された従来例の動作を説明する。ステータに通電すると回転磁界が発生し、ロータマグネットに回転力が与えられて、ハブ、ディスク及びシャフトが回転を始める。回転により各動圧発生溝には、ポンピング圧力が発生し、シャフトは浮上し、スラスト板及びスリーブの内周面に非接触で回転する。

スラスト板に動圧発生溝を形成する方法として、従来からプレス加工（コイニング加工）が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。しかし、コイニング加工のように塑性変形を利用した加工法は、材料の一部を流動させて動圧発生溝を変形させるため、様々な工夫を凝らしたとしても平面度の悪化を避けることができない。

また、メッキ加工で溝を形成することも可能ではあるが、生産性が低い。

生産性を高くするためにはブランクから材料の一部を除去する方が良く、そのような方法としてはフォトエッチング加工と電解加工がある。

フォトエッチング加工とは、スラスト板の動圧発生溝となる部位以外の部分にレジストを塗布して、レジストを塗布していない部位をエッチングして動圧発生溝を形成する加工方法である（例えば、特許文献３を参照。）。エッチング加工では、化学的な腐食を原理としているため、バリ、カエリ、歪みが少ないとされている。

電解加工とは、電解現象を利用した加工方法である。具体的には、スラスト板及び電極工具を電源の正極及び負極にそれぞれ接続し、スラスト板に対して電極工具の電極パターンを対向させる。この状態で、電極工具とスラスト板との間に電解液を流しながら通電する。この結果、スラスト板の表面は電極パターンに対応する部分が溶出し、その箇所に動圧発生溝が蝕刻される（例えば、特許文献４を参照）。
特開平５−６０１２７号公報 特開２００２−３９１６６号公報 特開平８−２７５４４６号公報 特開２００３−２７２９７号公報

化学的に材料の一部を除去するフォトエッチング加工や電解加工を用いた場合は、一般にスラスト板に歪みは発生しないと考えられていたが、実際は材料がスラスト板から除去されるときに内部応力が解放され、微小な歪みが発生する。このため、スラスト板に反り（例えば、板厚ｔ＝０．４ｍｍ、外径φ＝６．５ｍｍのスラスト板で１μｍ程度の反り）が発生する。このようにスラスト板の平面度が低下すると、軸受性能、特にスラスト動圧軸受の性能が低下してしまう。

また、反りの影響は、スラスト板の大きさが小さいほど、加工要求精度が高いほど、大きくなる。

本発明の目的は、流体動圧軸受装置のスラスト板の平面度を向上させることで、軸受性能の向上を実現することにある。

請求項１に記載のスラスト板の製造方法は、流体動圧軸受装置の回転部材に対して軸方向に対向するスラスト面を有しているスラスト板の製造方法であって、スラスト板のスラスト面に動圧発生用の第１溝を形成する第１工程と、スラスト板のスラスト面と反対側の面に第２溝を形成する第２工程とを備えている。

この製造方法では、スラスト板の両面に溝が形成されるため、先の工程で発生した歪みが後の工程で相殺されて、スラスト板の平面度が向上する。その結果、スラスト動圧軸受の軸受性能が向上する。

請求項２に記載のスラスト板の製造方法では、請求項１において、二つの工程は同一のプロセスで行われる。

この製造方法では、同じ加工装置を用いることができるため、他の方法に比べて全体の工程数が多くならない。

請求項３に記載のスラスト板の製造方法では、請求項２において、二つの工程は同一形状の溝を形成する。

この製造法では、同じ金型等の製造工具を用いることができるため、コストを低くできる。

請求項４に記載のスラスト板の製造方法では、請求項２又は３において、第１溝及び第２溝はフォトエッチング加工で形成される。

請求項５に記載のスラスト板の製造方法では、請求項２又は３において、第１溝及び第２溝は電解加工で形成される。

請求項６に記載のスラスト板の製造方法では、請求項１〜５のいずれかにおいて、第１溝及び第２溝はスラスト板の内周部にのみ形成される。

請求項７に記載の流体動圧軸受装置の製造方法は、請求項１〜６のいずれかに記載のスラスト板の製造方法と、スリーブの一端にスラスト板を固定する工程と、スリーブ内にシャフトを配置する工程とを備えている。

請求項８に記載のスラスト板は、流体動圧軸受装置の回転部材に対して軸方向に対向するスラスト板であって、動圧発生用の第１溝が形成されたスラスト面と、第２溝が形成されたスラスト面と反対側の面とを備えている。

このスラスト板では、スラスト板の両面に溝が形成されるため、先の工程で発生した歪みが後の工程で相殺されてスラスト板の平面度が向上している。その結果、スラスト動圧軸受の軸受性能が向上する。

請求項９に記載のスラスト板では、請求項８において、第１溝と第２溝は同一形状である。したがって、スラスト板の平面度が高い。

請求項１０に記載のスラスト板では、請求項８において、第１溝と第２溝は同一体積である。したがって、スラスト板の平面度が高い。

請求項１１に記載の流体動圧軸受装置は、請求項８〜９のいずれかに記載のスラスト板と、スラスト板に一端が固定されたスリーブと、スリーブ内に配置され、スリーブとの間にラジアル動圧軸受を形成し、スラスト板との間にスラスト動圧軸受を形成するシャフトとを備えている。

この装置では、軸受性能が向上している。

本発明に係るスラスト板及び流体動圧軸受装置の製造方法では、スラスト板の平面度が向上しているため、軸受性能が向上する。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１を用いて、本発明の実施の形態１における流体軸受装置について説明する。図１は、実施の形態１の流体軸受装置を含むディスク駆動装置の断面図である。

静止部材であるベース１０には、モータステータ１３が取り付けられている。回転部材であるハブ１１には、ステータ１３に対向する位置に（外周側に）ロータマグネット１２が固定されている。さらに、記録及び／または再生に用いる媒体であるディスク１４が、スペーサー１５を介してハブ１１上に装着され、クランパ１６によって固定されている。

スリーブ２は、ブラケット３を介して、ベース１０に固定されており、その下部端はスラスト板４によって閉鎖されている。スラスト板４は、軸１の下端部をスラスト方向に支持するためのスラスト軸受部の構成要素である（後述）。

軸１はスリーブ２の軸受穴２Ａに回転可能に挿入されている。軸１はスリーブ２の上面近傍に直径を細くした段部２１を有し、また、ハブ１１を取付けるために、段部２１よりも直径を細くした段部３１を有している。段部３１にはハブ１１が圧入され、かつ接着されている。ハブ１１には軸１に設けられためねじ（図示しない）におねじ３４をねじ込むことによりクランパ１６が固定されている。

ブラケット３は、軸１を挿通する開口部（内周面）３６を有する環状の上保持部（蓋部）３ａ、上保持部３ａにつながる比較的厚肉の円筒状の側部３ｂ及び側部３ｂにつながり側部３ｂより薄くなされた円筒状の下保持部７を有する。図１に示すようにブラケット３内にスリーブ２を挿入すると、ブラケット３の上保持部３ａはスリーブ２の上端面と軸１の段部２１を覆い、側部３ｂはスリーブ２の側面を覆う。ブラケット３の上保持部３ａ内周部が軸１の段部２１を覆うため、ブラケット３は軸１の抜け止めの機能を有する。

軸受穴２Ａの内周面には、当技術分野では周知のへリングボーン形状の動圧発生溝２Ｂ及び２Ｃが設けられている。スラスト板４の上面（軸１との対向面）であるスラスト面４ａには、動圧発生溝４Ａが設けられている。スラスト板４の下面である外側面４ｂには溝４Ｂが形成されている（後述）。以上に述べたように、この流体軸受装置は、２つのラジアル動圧軸受と１つのスラスト動圧軸受とから構成されるフランジレスシャフトタイプである。

次に、実施の形態１に使用されている部品の材質について記述する。軸１は鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ４２０）やマンガン合金鋼（例えば、ＡＳＫ８０００）でできている。スリーブ２は銅系金属材料からなり、表面全体にニッケルメッキが施されている。ブラケット３は、軸１とは別の切削性の良いステンレス鋼で作られているか、または、プレス性の良いステンレス鋼で作られている。スラスト板４は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０）や超硬合金鋼（例えば、ＦＢ１０）でできている。

ベース１０は、アルミ系金属材料又は鉄系金属材料で作られている。ハブ１１は、鉄系金属材料であるステンレンス鋼（例えば、ＤＨＳ１）で作られている。マグネット１２は、ネオジウム・鉄・ボロン系樹脂マグネットからなり、表面にエポキシ樹脂コーティングが施されている。ステータ１３のステータコアは、厚み０．１５〜０．２０ｍｍの厚みのケイ素鋼板で作られている。作動流体はエステル系オイルである。ブラケット３はまたベース１０にアクリル系接着剤で固定されている。ステータ１３もベース１０にアクリル系接着剤で固定されている。

本実施の形態の流体軸受装置の製造方法、特に、スラスト板４の製造方法について説明する。

まず、スラスト板４は、溝加工前のブランクを製作する。ブランクは、上述の材料をプレスで打ち抜き、熱処理をして、表面を研磨して製作する。軸受内部側の面は０．１Ｓ程度に仕上げ、軸受け外側の面は６．３Ｓ程度が一般的である。もちろん両面を０．１Ｓ程度に仕上げても良い。

図２に示すように、スラスト板４は、電解加工装置１０１によって動圧発生溝４Ａが形成される。電解加工装置１０１は、主に、加工槽１０２と、電解液槽１０３と、ポンプ１０４と、電源１０５とから構成されている。加工槽１０２内には、電極工具１０６が配置されており、スラスト板４は溝を形成すべき表面が電極工具１０６に対向するように加工槽１０２内に配置される。電極工具１０６の表面には、金属製の基体が露出する導電パターン１０６ａが形成されている。加工槽１０２と電解液槽１０３との間は配管１０７，１０８によって接続されており、ポンプ１０４が作動すると電解液が電極工具１０６とスラスト板４との間を流れる。

スラスト板４には電源１０５の正極１０５ａが接続され、電極工具１０６には電源１０５の負極１０５ｂが接続されている。電解液を両者の間に流した状態で、スラスト板４と電極工具１０６とに電圧が印加される。すると、電気化学反応により、導電パターン１０６ａと同じパターンの溝がスラスト板４に形成される。

この実施形態では、スラスト板４の両面に溝を形成する。具体的には、スラスト面４ａに動圧発生溝４Ａが形成され、外側面４ｂに溝４Ｂが形成される。図４に示すように、動圧発生溝４Ａは、スラスト面４ａの内周部にのみ形成されており、中心部から螺旋状延びる溝部とそれらの外周部を連結する環状部とから構成されている。溝４Ｂは溝４Ａと同一形状であり、中心が一致しており、さらには位相も一致している。

この製造方法では、スラスト板４の両面４ａ，４ｂに溝４Ａ，４Ｂが形成されるため、先の工程で発生した歪みが後の工程で相殺されて、スラスト板４の平面度が向上する。具体的には、ブランクとほぼ同等の状態が得られる。その結果、スラスト動圧軸受の軸受性能が向上する。

また、この製造方法では、同じ電解加工装置を用いることができるため、他の方法に比べて全体の工程数が多くならない。そのた、安価に精密な部品を供給できる。他の方法では溝加工後の再研磨が必要であるため、工程数が多い。

さらに、二つの工程は同一形状の溝を形成するため、同じ電解工具を用いることができ、コストを低くできる。なお、動圧発生溝４Ａと溝４Ｂの加工順序は問わない。

変形例として、溝４Ａと溝４Ｂは位相をずらしても良い。さらに、スラスト面と外側面で溝のパターンを反転させても良い。図５では、反転させた場合の外側面の溝４Ｂのパターンを示している。

本実施の形態１の流体軸受装置を組み立てるときは、ブラケット３の中にまずスリーブ２と軸１を入れ、スリーブ２に重ねてスラスト板４を載せる。次にブラケット３の下保持部７の全周をスラスト板４を包みこむように内側に曲げる（かしめる）。そして折り曲げた下保持部７に接着剤２７を塗布する。これによってスラスト板４をスリーブ２に固定するとともに曲げた下保持部７の隙間を封止して、軸１と軸受穴２Ａとの隙間に充填されるオイル２０が漏れるのを防止する。接着剤２７は、例えばエポキシ系の接着剤である。

図１を参照して本実施の形態１の流体軸受装置の動作を説明する。ステータ１３に通電すると回転磁界が発生し、ロータマグネット１２に回転力が与えられて、ハブ１１、ディスク１４、スペーサー１５、クランパ１６及び軸１が回転を始める。回転により動圧発生溝２Ｂ、２Ｃ及び４Ａには、ポンピング圧力が発生し、軸１は浮上し、軸１はスラスト板４及び軸受穴２Ａの内周面に非接触で回転する。軸１が回転すると、軸１と軸受穴２Ａとの間の隙間及び軸１とスラスト板４の間の隙間に充填されたオイル２０により、軸１と軸受穴２Ａとの間にはラジアル流体軸受部が形成され、軸１の下端部とスラスト板４との間にはスラスト流体軸受部が形成される。

スラスト板の両面に溝を形成した場合に、加工前ブランクと、第１面加工後と、第２面加工後とにおいて、各面のＸＹ方向の平面度μｍを測定した。ここでの平面度とは、反りの大きさ（本来の平面位置から最もプラス方向又はマイナス方向に突出又は凹んだ箇所までの距離）を示す。また、Ｘ方向とＹ方向はスラスト板の中心にて直交する方向である。

（表１）に示すように、加工前ブランクは各面各方向では反りは小さいが、Ｂ面加工後に大きくなった。そして、Ａ面加工後に各面各方向で反りは小さくなった。以上の結果は、図６のグラフからも明白である。

（実施の形態２）
実施の形態２におけるスラスト板製造方法を図３に示す。ここで採用された溝加工方法はエッチング加工である。

図３（ａ）に示すように、最初に、スラスト板４の動圧発生溝となる部位以外の部分にレジスト１１０を塗布する。次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト１１０を塗布していない部位をエッチングして動圧発生溝４Ａを形成する。最後に、図３（ｃ）に示すようにレジスト１１０を除去する。

この実施形態では、スラスト板４の両面に溝を形成する。具体的には、スラスト面４ａに動圧発生溝４Ａが形成され、外側面４ｂに溝４Ｂが形成される。図４に示すように、動圧発生溝４Ａは、スラスト面４ａの内周部にのみ形成されており、中心部から螺旋状延びる溝部とそれらの外周部を連結する環状部とから構成されている。溝４Ｂは溝４Ａと同一形状であり、さらには位相も一致している。

この製造方法では、スラスト板４の両面４ａ，４ｂに溝４Ａ，４Ｂが形成されるため、先の工程で発生した歪みが後の工程で相殺されて、スラスト板４の平面度が向上する。その結果、スラスト動圧軸受の軸受性能が向上する。

前記実施例は本発明の一例のとして用いたのであって、本発明を限定するものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば様々な変形例が可能である。

例えば、スラスト板に加工される第１溝と第２溝は同じ溝形状でなくても、溝体積が同じであればよい。

例えば、スラスト板はスリーブに直接固定されていても良い。

例えば、スラスト板に加工される溝の形状は、スパイラルのみならず、ヘリングボーン形状であっても良い。

例えば、軸の端部にフランジが形成されていても良い。その場合は、スラスト板にはフランジに対応した位置に動圧発生溝が形成される。

本発明は、流体軸受装置、その流体軸受装置を有するスピンドルモータ及び記録媒体駆動装置に有用である。記録媒体には、光記録媒体、光磁気記録媒体、磁気記録媒体などがある。媒体には、ディスク以外にテープ等も含まれる。また、流体軸受装置は、記録媒体駆動装置以外に、リール駆動装置、キャプスタン駆動装置、ドラム駆動装置に用いられる。

本発明の実施の形態１のハードディスク駆動装置の断面図 本発明の実施の形態１の電解加工装置の概略断面図 本発明の実施の形態２のエッチング加工工程を示す断面図 本発明の実施の形態のスラスト板のスラスト面平面図 本発明の実施の形態の変形例のスラスト板の外側面平面図 実施例１の結果を示すグラフ

符号の説明

１ 軸（シャフト）
２ スリーブ
２Ａ 軸受穴
４ スラスト板
４ａ スラスト面
４ｂ 外側面
４Ａ 動圧発生溝(第１溝）
４Ｂ 溝（第２溝）
１０ ベース
１１ ハブ
１２ ロータマグネット
１３ ステータ

Claims (11)

1. 流体動圧軸受装置の回転部材に対して軸方向に対向するスラスト面を有しているスラスト板の製造方法であって、
   前記スラスト板の前記スラスト面に動圧発生用の第１溝を形成する第１工程と、
   前記スラスト板の前記スラスト面と反対側の面に第２溝を形成する第２工程と、
   を備えたスラスト板の製造方法。
2. 前記二つの工程は同一のプロセスで行われる、請求項１に記載のスラスト板の製造方法。
3. 前記二つの工程は同一形状の溝を形成する、請求項２に記載のスラスト板の製造方法。
4. 前記第１溝及び前記第２溝はフォトエッチング加工で形成される、請求項２又は３に記載のスラスト板の製造方法。
5. 前記第１溝及び前記第２溝は電解加工で形成される、請求項２又は３に記載のスラスト板の製造方法。
6. 前記第１溝及び前記第２溝は前記スラスト板の内周部にのみ形成される、請求項１〜５のいずれかに記載のスラスト板の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のスラスト板の製造方法と、
   スリーブの一端に前記スラスト板を固定する工程と、
   前記スリーブ内にシャフトを配置する工程と、
   を備えた流体動圧軸受装置の製造方法。
8. 流体動圧軸受装置の回転部材に対して軸方向に対向するスラスト板であって、
   動圧発生用の第１溝が形成されたスラスト面と、
   第２溝が形成された前記スラスト面と反対側の面と、
   を備えたスラスト板。
9. 前記第１溝と前記第２溝は同一形状である、請求項８に記載のスラスト板。
10. 前記第１溝と前記第２溝は同一体積である、請求項８に記載のスラスト板。
11. 請求項８〜１０のいずれかに記載のスラスト板と、
    前記スラスト板に一端が固定されたスリーブと、
    前記スリーブ内に配置され、前記スリーブとの間にラジアル動圧軸受を形成し、前記スラスト板との間にスラスト動圧軸受を形成するシャフトと、
    を備えた流体動圧軸受装置。
    

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