JP2000120695A

JP2000120695A - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JP2000120695A
Application number: JP10297379A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Nakayama; 幸博中山; Hiromitsu Goto; 廣光後藤; Isamu Takehara; 勇竹原; Ryoji Yoneyama; 良治米山; Takafumi Suzuki; 隆文鈴木; Toshiharu Kogure; 利春小槫; Tadao Iwaki; 岩城　　忠雄; Naoki Kawada; 直樹川和田; Atsushi Ota; 敦司太田; Koji Nitori; 幸司似鳥
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1998-10-19
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】動圧軸受装置の構成部品となるシャフトやス
リーブの低コスト化及び高信頼性化を図る。【解決手段】動圧軸受装置は、両端で固定可能なシャ
フト１０１と、空隙を介してシャフト１０１の周囲に回
転可能に装着されたスリーブ１０２と、空隙に満たされ
た潤滑油１１１と、空隙を介して互いに対向するシャフ
ト１０１とスリーブ１０２の少くとも一方に形成された
動圧溝１０５とを備えている。シャフト１０１やスリー
ブ１０２は研削加工が施された鉄鋼材からなり、その表
面にニッケルを被覆してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は動圧軸受装置に関す
る。より詳しくは、動圧軸受装置に組み込まれるシャフ
トやスリーブの表面処理技術及び表面加工技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の動圧軸受装置の一例を示す
模式的な断面図である。この動圧軸受は基本的にシャフ
ト１０１とスリーブ１０２とスラストプレート１０３と
から構成されている。シャフト１０１はその両端に形成
されたねじ穴１１０により固定可能であり、所謂両端支
持構造となっている。スラストプレート１０３はシャフ
ト１０１の周囲に固着されている。スリーブ１０２は空
隙を介してその内部にシャフト１０１及びスラストプレ
ート１０３を格納し、自ら回転可能である。空隙には潤
滑油１１１が充填されている。又、シャフト１０１の外
周面にはアキシャル動圧溝１０５が形成され、スラスト
プレート１０３の上下面にはラジアル動圧溝１０４が形
成されている。係る構成を有する動圧軸受は、相対的に
回転可能に配置されたシャフト１０１とスリーブ１０２
との間の空隙に潤滑油（軸受流体）１１１が注入されて
いるとともに、シャフト１０１とスリーブ１０２の少く
とも一方に設けられた動圧溝１０５のポンピング作用に
よって軸受流体に動圧を発生させ、この動圧力によって
シャフト１０１とスリーブ１０２とを相対回転可能とな
る様に支承する構成になされている。特に両端固定型の
流体軸受は機械的に安定である為、高速で精密なスピン
ドルモータに応用されている。但し、両端固定型の流体
軸受は液体潤滑膜（潤滑油）の上下端が開放となってい
る為、潤滑油を支持する力は主に上下開放端の表面張
力、滑り摩擦力及び内部動圧である。従って、何らかの
潤滑油漏れ出し防止構造を採用する必要がある。例え
ば、潤滑油が注入される空隙内に空気溜まりを形成し
て、表面張力を大きくすると同時に、潤滑油の重量を軽
減するなどの工夫がなされている。

【０００３】図６は従来の動圧軸受装置の他の例を示す
模式図であり、図５に示した先の従来例と対応する部分
には対応する参照番号を付して理解を容易にしている。
この従来例は軸受の一端を閉鎖して潤滑油の漏れ出しの
ない構造（片袋構造）を実現している。しかし、この片
袋構造では必然的にシャフト１０１の開放端側にしかね
じ穴１１０を設けることができず、両端固定型とならな
い為、機械的な動作安定性に欠ける。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】両端固定型の液体動圧
軸受は高い軸剛性と高い加工精度を要求される為に、シ
ャフトやスリーブなどの部品はステンレス鋼を切削加工
して作られるのが一般的である。又、ステンレス鋼の上
に動圧溝を形成する方法としては転造やエッチングが用
いられてきた。転造法は溝パタンを押し付けてステンレ
ス鋼の表面に転写する方法である。又、エッチングはフ
ォトリソグラフィを用いてステンレス鋼の表面にマスク
を形成し、更にこのマスクを介して化学的にステンレス
鋼の表面を食刻する方法である。しかしながら、これら
の方法は素材となるステンレス鋼そのものが高価な上に
溝加工が困難であり、安価な軸受装置を提供することが
できなかった。

【０００５】図７は、ステンレス鋼の表面に形成される
動圧溝のパタンの例である。動圧溝１０５は上述した様
にエッチング、転造あるいはレーザ加工により形成でき
る。

【０００６】図８の（Ａ）はエッチングで形成した動圧
溝１０５の断面形状を模式的に表わしている。エッチン
グ法はレジストを塗布していない部分を食刻して動圧溝
１０５を形成する。しかし、動圧溝１０５の開口部近傍
の内壁が浸食されてしまうという問題がある。（Ｂ）は
転造によって形成された動圧溝１０５の断面形状を模式
的に表わしたものである。転造はステンレス鋼の素材自
体を塑性変形させて動圧溝１０５を形成するものであ
る。しかし、動圧溝１０５の開口部にバリやダレなどが
発生する為、これらを除去する二次加工が必要となる。
（Ｃ）はレーザ加工により形成された動圧溝１０５の断
面形状を表わしている。レーザ加工では予め素材の表面
にセラミック膜を形成し、これにレーザ光線を照射して
選択的に除去し動圧溝１０５を形成する。しかしレーザ
加工は装置が複雑でコスト高である。又動圧溝１０５の
開口部に盛り上がりが生じるという不都合がある。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る動圧軸受装置は基本的な構成として、両端で固定可能
なシャフトと、空隙を介して該シャフトの周囲に回転可
能に装着されたスリーブと、該空隙に満たされた流体
と、空隙を介して互いに対向するシャフトとスリーブの
少くとも一方に形成された動圧溝とを備えている。特徴
事項として、前記シャフトとスリーブの少くとも一方が
研削加工が施された鉄鋼材の表面にニッケルを被覆して
なる。好ましくは、前記ニッケルはメッキ法により鉄鋼
材の表面に形成する。一実施態様では、鉄鋼材の表面に
全面的にニッケルを被覆した後選択的に除去して動圧溝
を設ける。あるいは、鉄鋼材の表面を選択的にニッケル
で被覆して動圧溝を設けてもよい（電鋳）。

【０００８】本発明によれば、両端固定型の動圧軸受装
置を構成するシャフトやスリーブの素材として鉄鋼を用
いている。鉄鋼特に快削鋼は容易にμｍオーダーの加工
が可能である。更に、本発明は鉄鋼材の表面をニッケル
メッキして使う。ニッケルメッキは快削鋼中のＳやＰな
どの不純物元素を表面に析出させるのを阻止することが
できる。同時に高い加工精度を以てニッケルメッキを形
成することが可能である。このニッケルメッキを利用し
てシャフトやスリーブの表面に動圧溝を形成することが
可能になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る動圧軸受
装置を組み込んだスピンドルモータを示す模式的な断面
図である。図示する様に、スピンドルモータはベースプ
レート１２９の中央に植設されたシャフト１０１を備え
ている。シャフト１０１の両端にはねじ穴１１０が形成
されており、これによりスピンドルモータを両端固定可
能である。尚、シャフト１０１の上端にはプレート１２
３が装着されている。ベースプレート１２９の上にはシ
ャフト１０１を囲む様にホルダー１２１が配置されてい
る。ホルダー１２１の外周面にはコア１２４とコイル１
２５が装着されている。以上に説明したベースプレート
１２９、シャフト１０１、プレート１２３、ホルダー１
２１、コア１２４及びコイル１２５がスピンドルモータ
のステータ側となる。シャフト１０１とホルダー１２１
の間にスリーブ１０２が挿入されている。スリーブ１０
２の下端にはスラストプレート１０３が装着されてい
る。スリーブ１０２の上端にはハブ１２２が一体的に形
成されている。ハブ１２２の内周面にはマグネット１２
６が取り付けられている。以上に説明したスリーブ１０
２、スラストプレート１０３、ハブ１２２及びマグネッ
ト１２６がスピンドルモータのロータ側となっている。
係る構成を有するスピンドルモータはベースプレート１
２９側が閉鎖端となっており、プレート１２３側が開放
端となっている。従って本スピンドルモータは両端支持
構造でありながら片袋構造となっており機械的な動作安
定性に優れているとともに潤滑油の漏れ出しがない。
尚、潤滑油１１１はシャフト１０１とスリーブ１０２と
の間の空隙及びスリーブ１０２とホルダー１２１との間
の空隙に注入されている。加えて、スリーブ１０２の内
周面及びホルダー１２１の内周面にアキシャル動圧溝１
０５が形成されている。又、スラストプレート１０３の
上下面にはラジアル動圧溝１０４が形成されている。

【００１０】本発明の特徴事項として、シャフト１０１
とスリーブ１０２の少くとも一方が研削加工が施された
鉄鋼材の表面にニッケルを被覆してなる。ニッケルはメ
ッキ法により鉄鋼材の表面に形成する。鉄鋼材特に快削
鋼は容易にμｍオーダーの加工が可能である。又、ニッ
ケルメッキは快削鋼中のＳやＰなどの不純物元素を表面
に析出させるのを防止することができる。従来のステン
レス鋼に代えて快削鋼を用いることにより、高い加工精
度でシャフトやスリーブを作成することができる。不純
物元素の析出も抑制できる。この結果、本発明に係るス
ピンドルモータは高い信頼性が得られる為、ハードディ
スクドライブなどの応用に好適である。特に、高価なス
テンレス鋼に代えて快削鋼を用いているので部品コスト
の低減化に寄与できる。

【００１１】ニッケルメッキは不純物の析出の抑制ばか
りでなく、これを表面加工して動圧溝を形成することが
できる。これを図２に示す。シャフトやスリーブの素材
として用いられる鉄鋼材１００の表面にはニッケル被膜
１５０が形成されている。ニッケル被膜１５０をパタニ
ングすることで動圧溝１０５を形成できる。この際ニッ
ケル被膜１５０の厚みは５乃至２０μｍ程度である。ニ
ッケル被膜１５０のパタニング法としてはエッチングと
電鋳が挙げられる。エッチングでは、鉄鋼材１００の表
面に全面的にニッケル被膜１５０を形成した後、マスク
を介して選択的にニッケル被膜１５０を除去し動圧溝１
０５を形成する。電鋳法では、先にネガパタンのレジス
トを鉄鋼材１００の表面に形成しておき、これを介して
鉄鋼材１００の表面にニッケル被膜１５０を選択的にメ
ッキする。その後不要になったレジストを除去すれば動
圧溝１０５が形成可能である。

【００１２】図３を参照して上述した電鋳法の具体例を
説明する。（Ａ）に示す様に、鉄鋼材１００の表面を脱
脂処理した後、動圧溝を形成すべき部位に、動圧溝の深
さに相当する膜厚を有するメッキ付着防止用のレジスト
Ｒを印刷する。次いで（Ｂ）に示す様に、印刷されたレ
ジストＲをベーキングして固化し、通常の洗浄及び表面
活性化処理を順次行なった後、対摩耗性硬質無電解メッ
キを行なって、所定の厚さのニッケル被膜１５０を形成
する。その後（Ｃ）に示す様に、水洗及び乾燥を順次行
なった後レジストＲを除去することにより動圧溝１０５
を形成する。

【００１３】具体的には快削鋼を研削加工してシャフト
を作成し、これをアルカリ溶液により脱脂した後、動圧
溝となる部位にレジストを５μｍ以上の膜厚で印刷す
る。レジストとしては、印刷性、耐酸性、耐アルカリ
性、鉄鋼材に対する密着性及びメッキ後の除去の容易性
を考慮した結果、エポキシ系インキ又はセラミックイン
キが好適である。次いで、印刷されたレジストをベーキ
ング（１５０℃で２０分間）固化し、これを順次アルカ
リで洗浄、塩酸で表面活性化処理を行なった後、ニッケ
ル−リン合金（ｐＨ４．５，９０℃）の耐摩耗性硬質無
電解メッキを２０分間行なって厚さ５μｍ（±０．５μ
ｍ）のメッキ層を形成した。尚、耐摩耗性硬質無電解メ
ッキの代わりに、電解メッキを施して動圧溝を形成して
もよい。

【００１４】レジストを用いる代わりに単体で取扱可能
なマスクを利用してニッケル電鋳を行なって動圧溝を形
成してもよい。この例を図４に示す。（Ａ）はスラスト
プレートにスラスト動圧溝を形成する為に用いるマスク
Ｍを表わしている。（Ｂ）は、（Ａ）に示したマスクを
用いてスラストプレート１０３にスラスト動圧溝を形成
する方法を模式的に表わしている。図示する様に、スラ
ストプレート１０３の上下面に（Ａ）に示すマスクＭを
密着して取り付け、ニッケルメッキ槽２００に浸漬して
所望の厚みニッケルメッキを行なう。（Ｃ）はスリーブ
の内周面あるいはシャフトの外周面に動圧溝を形成する
為に用いる円筒型のマスクＭを表わしている。（Ｄ）に
示す様に、スリーブ１０２の内周面にアキシャル動圧溝
を形成する場合には円筒型のマスクＭをスリーブ１０２
内に挿入し、ニッケルメッキ槽２００に浸漬すればよ
い。シャフト１０１の外周面に動圧溝を形成する場合に
は、（Ｅ）に示す様に円筒型のマスクＭの内部にシャフ
ト１０１を挿入した状態で、ニッケルメッキ槽２００に
浸漬すればよい。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動圧軸受装置の構成部品となるシャフトやスリーブは研
削加工の施された鉄鋼材の表面にニッケルを被覆してな
る。従来のステンレス鋼に代え快削鋼で代表される鉄鋼
材を用いることにより高い加工精度でシャフトやスリー
ブの作成が可能になると同時に、ニッケルメッキを施す
ことにより鉄鋼材からの不純物元素の析出を低減でき
る。又ニッケル被覆を動圧溝の形成に利用することで加
工精度の改善にもつながる。具体的には、従来のエッチ
ング法と異なり動圧溝の開口部近傍の内壁の浸食がな
い。又従来の転造法と異なり動圧溝の開口部にバリやダ
レが発生しない。従来のレーザ光線法に比べ工程数が減
り、大量生産が可能でコスト安となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動圧軸受装置を組み込んだスピン
ドルモータを示す断面図である。

【図２】本発明の特徴部分を示す模式図である。

【図３】電鋳法を用いた動圧溝の形成方法を示す工程図
である。

【図４】電鋳法を用いた動圧溝の形成方法を示す模式図
である。

【図５】従来の動圧軸受装置の一例を示す断面図であ
る。

【図６】従来の動圧軸受装置の他の例を示す断面図であ
る。

【図７】動圧溝のパタン例を示す平面図である。

【図８】従来の方法により形成された動圧溝の不具合点
を示す断面図である。

【符号の説明】

１００・・・鉄鋼材１０１・・・シャフト１０２・・・スリーブ１０３・・・スラストプレート１０４・・・スラスト動圧溝１０５・・・アキシャル動圧溝１１１・・・潤滑油１５０・・・ニッケル被膜

フロントページの続き (72)発明者竹原勇千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者米山良治千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者鈴木隆文千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者小槫利春千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者岩城忠雄千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者川和田直樹千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者太田敦司千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者似鳥幸司千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地セイコーインスツルメンツ株式会社内Ｆターム(参考） 3J011 AA04 BA02 BA08 CA02 DA02 QA03 SB15 4K024 AA03 AB01 AB08 BA02 BB05 FA05 FA15 GA16 5H607 BB01 BB02 CC01 DD03 GG12 JJ00 KK00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端で固定可能なシャフトと、空隙を介
して該シャフトの周囲に回転可能に装着されるスリーブ
と、該空隙に満たされた流体と、空隙を介して互いに対
向するシャフトとスリーブの少くとも一方に形成された
動圧溝とを備えた動圧軸受装置において、前記シャフトとスリーブの少くとも一方が研削加工が施
された鉄鋼材の表面にニッケルを被覆してなることを特
徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】前記ニッケルはメッキ法により鉄鋼材の
表面に形成することを特徴とする請求項１記載の動圧軸
受装置。
【請求項３】鉄鋼材の表面に全面的にニッケルを被覆
した後選択的に除去して動圧溝を設けたことを特徴とす
る請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項４】鉄鋼材の表面を選択的にニッケルで被覆
して動圧溝を設けたことを特徴とする請求項１記載の動
圧軸受装置。