JP2000201450A - 動圧軸受および動圧軸受の溝加工方法およびそれを搭載したスピンドルモ―タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 情報機器に使用される動圧軸受搭載のスピン
ドルモータにおいて、スラスト軸受の動圧発生溝の形状
を改善し、回転体振れ安定性と省電力で高効率を実現す
ることを目的とする。 【解決手段】 スラスト方向の負荷を支持するスラスト
軸受のスラスト板１の表面に動圧発生溝を製作する上
で、スラスト板１にメッキを行いメッキ層７を形成し、
スラスト板表面の動圧発生溝となる部位に、レーザ照射
によりメッキを除去して動圧発生溝を形成し、スラスト
板表面と動圧発生溝底面をつなぐ溝側面が垂直である動
圧軸受。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として磁気ディ
スク駆動装置に用いられるブラシレスモータ（以下、モ
ータと略する）に係わるもので、詳しくは、その動圧軸
受構造及び動圧軸受の溝加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＯＡ分野のＨＤＤ機器の高容量
化，高速化，高精度化，低騒音化に伴い、磁気ディスク
を駆動するモータに高精度が強く要求されており、この
要求に応える技術として、ロータとステータとの間に設
けられる軸受構造において、動圧軸受を採用することが
検討されている。

【０００３】この動圧軸受のスラスト方向の負荷を支持
するスラスト軸受を構成するスラスト板は、動圧発生用
の溝（以下、動圧発生溝と略する）を有している。この
動圧発生溝を形成するにあたり、従来加工法ではスラス
ト板へのエッチング加工法，コイニング加工法により動
圧発生溝を製作していた。

【０００４】スラスト板上に直接、動圧発生溝を形成す
るエッチング加工法，コイニング加工法は溝を形成する
方法として簡便である。しかし、動圧発生溝を製作する
上で、エッチング加工法はスラスト板を化学的に溶解す
る。スラスト板表面部から溶解が始まり、その表面から
動圧発生溝底面に向かって溶解するので、スラスト板表
面部である動圧発生溝入口部が溝底面より大きく溶解さ
れる。そのために、動圧発生溝の断面形状は、スラスト
板表面と動圧発生溝底面を結ぶ溝側面が曲面となり図１
３（ａ）のようになっていた。

【０００５】またコイニング加工法では、ダイスを押し
込んで動圧発生溝を製作することから、ダイスの転造加
工性を良くするために、ダイスに抜き勾配を付ける。こ
の抜き勾配の形状が、動圧発生溝底面とスラスト板表面
を結ぶ溝側面に転写するので、動圧発生溝の断面形状
は、溝側面にテーパが付き図１３（ｂ）のようになって
いた。

【０００６】一方、動圧軸受のラジアル方向の負荷を支
持するラジアル軸受を構成するシャフトも、動圧発生溝
を有している。この動圧発生溝を形成するにあたり、従
来加工法ではシャフトへのエッチング加工法，コイニン
グ加工法により動圧発生溝を製作していたために、上記
と同様に溝側面が曲面となったり、テーパが付いてい
た。さらに、シャフトへのエッチング加工法及びコイニ
ング加工法は、シャフト軸方向の動圧発生溝の溝深さの
バラツキ、溝の形状及び面積を一定にすることが困難で
あった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スラスト板１
にエッチング加工，コイニング加工をして製作した動圧
発生溝は、スラスト板表面２と溝底面を結ぶ溝側面３
が、スラスト板表面２と垂直な関係ではない。動圧発生
溝がこのような形状をしていると、スラスト板表面２か
ら観察される見た目の溝幅よりも、溝側面３が傾斜して
いる分だけ実際の溝幅は溝底面に合わせて小さくなる。
そのため、スラスト板表面２に対向する面が速度Ｖで動
いて動圧を発生した時、溝側面３が垂直の場合と比較し
て溝面積が小さいことにより、溝に流れ込む流量が少な
くなり、発生動圧が減少していた。すなわち、溝側面部
が圧力上昇の妨げとなり、期待通りのスラスト軸受剛性
を得ることが非常に困難であった。

【０００８】溝側面３がスラスト板表面２と垂直でない
ために、発生した動圧５は、スラスト力４と横手方向に
逃げる力６の２つの力から構成される。前記横手方向に
逃げる力６は、溝側面３の傾斜に依存しており、前記動
圧５のうち前記横手方向に逃げる力６の占める割合が多
くなるほど、スラスト力４が小さくなりスラスト軸受剛
性不足になるので、回転体の振れ回りが大きくなるなど
不具合を生じていた。動圧発生溝の底面とスラスト板表
面１を結ぶ溝側面３が、スラスト板表面１と垂直な関係
であることが望まれていた。

【０００９】一方、動圧軸受のラジアル方向の負荷を支
持するラジアル軸受を構成するシャフトも、動圧発生溝
を有している。シャフトへのエッチング加工法，コイニ
ング加工法により動圧発生溝を製作すると、シャフト表
面と動圧発生溝底面を結ぶ溝側面が垂直な関係ではない
ので、上記と同様にラジアル軸受剛性不足となり回転体
の振れ回りが大きくなるなど不具合を生じていた。さら
に、シャフト軸方向の動圧発生溝の溝深さのバラツキ、
溝の形状及び面積を一定にすることが困難であり、ラジ
アル方向のラジアル軸受の剛性バランスが不安定とな
り、回転体の振れ回りに大きな影響を及ぼしていた。ラ
ジアル方向の動圧発生溝の溝深さのバラツキ、溝の形状
及び面積を一定にすることが望まれていた。

【００１０】動圧発生溝を製作する一つの方法が特開平
５−２１４４号公報に開示されている。その実施例を図
１４に引用する。

【００１１】これは、回転軸１６に被膜１１を塗布し、
動圧発生溝となる部分以外を偏向走査されたレーザービ
ームで除去した後に、除去した部分にメッキを付着させ
て、残った被膜１１を除去して動圧発生溝を形成するも
のとしている。

【００１２】しかしこれは、回転軸１６にメッキを行っ
た後の工程にて、被膜１１を化学的に溶解して除去す
る。この際、表面に露出している被膜１１から溶解して
いき、最終的に回転軸１６まで被膜１１を溶解して動圧
発生溝を形成する。表面に露出している被膜１１を溶解
するとき、被膜１１に接しているメッキ自体も、溝側面
に相当する部分が溶解していくので、回転軸１６まで被
膜１１を除去した後は、動圧発生溝のメッキ層７表面入
口部が溝底面より溝幅が大きくなり、動圧発生溝の断面
形状は図１３（ａ）のようになる。したがって、回転軸
表面と溝底面を結ぶ溝側面が、回転軸表面と垂直な関係
ではないため、動圧発生時、溝側面部が圧力上昇の妨げ
となり、期待通りのスラスト軸受剛性を得ることが非常
に困難であった。そして、ラジアル軸受剛性不足によ
り、回転むら、浮上量不足、軸の傾き、軸振れなどの不
具合を生じていた。

【００１３】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、動圧発生溝から生じる動圧を効率よくスラ
スト力及びラジアル力に変換でき、また高精度なラジア
ル軸受の動圧発生溝をもつ動圧軸受及びそれを搭載した
スピンドルモータを実現することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の動圧軸受は、スラスト方向の負荷を支持するス
ラスト軸受のスラスト板表面に動圧発生溝を製作する上
で、スラスト板にメッキを行いメッキ層を形成し、スラ
スト板表面の動圧発生溝となる部位に、レーザ照射によ
りメッキを除去して動圧発生溝を形成し、スラスト板表
面と動圧発生溝底面をつなぐ溝側面とを垂直にしたもの
である。

【００１５】また、ラジアル方向の負荷を支持するラジ
アル軸受のシャフト表面に動圧発生溝を製作する上で、
シャフトにメッキを行いメッキ層を形成し、シャフト表
面の動圧発生溝となる部位に、レーザ照射によりメッキ
を除去して動圧発生溝を形成し、シャフトと動圧発生溝
底面をつなぐ溝側面とを垂直にしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１７】（実施の形態１）本発明の第１の実施例に
係わる動圧軸受を図１及び図２に示す。図１はその部分
断面図であり、図２は外観図である。

【００１８】図１において、スラスト板１の表面上の動
圧発生溝があるべき部位に、動圧発生溝を深さ５±１μ
ｍで構成する。動圧発生溝形状は、スラスト板表面２と
溝側面３が垂直であるように構成する。

【００１９】このように構成された動圧軸受の外観の一
例は図２に示すようになり、動圧発生溝を備えたスラス
ト板１は、モータの動圧軸受のスラスト方向の負荷を支
持するスラスト軸受として搭載される（図示せず）。

【００２０】図１のように、スラスト板１の表面上の動
圧発生溝があるべき部位に、動圧発生溝を深さ５±１μ
ｍで構成して、動圧発生溝形状を、スラスト板表面２と
溝側面３が垂直であるように構成したことにより、スラ
スト板表面２と対向する面が速度Ｖで動いた時に発生す
る動圧５がほとんどスラスト力４となり、動圧５のスラ
スト力４への変換が最も効率的であり、損失を最小限に
できる。したがって、動圧５の発生時、溝側面３が傾斜
することにより生じる力の損失を防ぐことができ、スラ
スト力４の圧力上昇が順調に進行して、期待通りのスラ
スト軸受剛性を得ることができる。そして、スラスト軸
受剛性不足による、回転むら、浮上量不足、軸の傾き、
軸振れなどの不具合を防ぐことができる。

【００２１】また、動圧発生溝形状を、スラスト板表面
２と溝側面３が垂直であるように構成したことから、動
圧５のスラスト力４への変換が最も効率的であり、損失
を最小限にできる。したがって、動圧軸受の損失を最小
限にできることから、モータを駆動する損失を低減する
ことにつながり、省電力及び効率の良いモータを製作す
ることが可能となる。

【００２２】なお、本実施の形態では、動圧発生溝をス
ラスト板上に形成しているが、スラスト板に対向する面
に動圧発生溝を形成する場合でも同様の効果が得られ
る。

【００２３】（実施の形態２）本発明の第２の実施例に
係わる動圧軸受の溝加工方法を図３及び図４及び図５に
示す。図３及び図４はその部分断面図であり、図５はそ
の外観図である。

【００２４】図３において、動圧軸受におけるスラスト
方向の負荷を支持するスラスト軸受のスラスト板１にメ
ッキを行いメッキ層７を形成し、図４において、前記ス
ラスト板表面の動圧発生溝となる部位に、レーザ照射に
よりメッキを除去することにより、動圧発生溝を構成す
る。

【００２５】このように構成された動圧軸受は一例は図
５に示すようになり、スラスト板にメッキ層７を形成
し、モータの動圧軸受のスラスト方向の負荷を支持する
スラスト軸受として搭載される（図示せず）。

【００２６】図３のように、動圧軸受におけるスラスト
方向の負荷を支持するスラスト軸受を構成するステンレ
ス製のスラスト板１をアルカリ脱脂、酸にて表面活性化
したのち、無電解ニッケル−リンメッキのメッキ層７を
５±１μｍの厚みで形成する。

【００２７】次に図４のように、スラスト板１の表面上
の動圧発生溝があるべき部位に、ＹＡＧレーザ照射に
て、メッキ層７の前記溝があるべき部位のメッキを除去
して溝形状を形成する。

【００２８】このように動圧発生溝を構成したとき、前
記溝の溝深さ、溝形状及び面積が、横手方向の如何なる
部位においても一定した高精度なものとなる。

【００２９】したがって、動圧発生時、スラスト力４の
圧力上昇が順調に進行して、期待通りのスラスト軸受剛
性を得ることができる。そして、スラスト軸受剛性不足
による、回転むら、浮上量不足、軸の傾き、軸振れなど
の不具合を防ぐことができる。

【００３０】（実施の形態３）本発明の第３の実施例に
係わる動圧軸受を図６及び図７に示す。図６はその断面
図であり、図７は外観図である。

【００３１】図６において、シャフト１０の表面上の動
圧発生溝があるべき部位に、動圧発生溝を深さ５±１μ
ｍで構成する。動圧発生溝形状は、シャフト表面１３と
溝側面３が垂直であるように構成する。

【００３２】このように構成された動圧軸受の外観の一
例は図７に示すようになり、２つの連なる環状動圧発生
溝を備えたシャフト１０は、モータの動圧軸受のラジア
ル方向の負荷を支持するラジアル軸受として搭載される
（図示せず）。

【００３３】図６のように、シャフト１０の表面上の動
圧発生溝があるべき部位に、動圧発生溝を深さ５±１μ
ｍで構成して、動圧発生溝形状を、シャフト表面１３と
溝側面３が垂直であるように構成したことにより、シャ
フト表面１３と対向する面が速度Ｖで動いた時に発生す
る動圧５がほとんどラジアル力１２となり、動圧５のラ
ジアル力１２への変換が最も効率的であり、損失を最小
限にできる。したがって、動圧５の発生時、溝側面３が
傾斜することにより生じる力の損失を防ぐことができ、
ラジアル力１２の圧力上昇が順調に進行して、期待通り
のラジアル軸受剛性を得ることができる。そして、ラジ
アル軸受の剛性不安定による、回転むら、浮上量不足、
軸の傾き、軸振れなどの不具合を防ぐことができる。

【００３４】また、動圧発生溝形状を、シャフト表面１
３と溝側面３が垂直であるように構成したことから、動
圧５のラジアル力１２への変換が最も効率的であり、損
失を最小限にできる。したがって、動圧軸受の損失を最
小限にできることから、モータを駆動する損失を低減す
ることにつながり、省電力及び効率の良いモータを製作
することが可能となる。

【００３５】なお、本実施の形態では、動圧発生溝をシ
ャフト上に形成しているが、シャフトに対向する面に動
圧発生溝を形成する場合でも同様の効果が得られる。

【００３６】（実施の形態４）本発明の第４の実施例に
係わる動圧軸受の溝加工方法を図８及び図９及び図１０
に示す。図８及び図９はその部分断面図であり、図１０
はその外観図である。

【００３７】図８において、動圧軸受におけるラジアル
方向の負荷を支持するラジアル軸受のシャフト１０にメ
ッキを行いメッキ層７を形成し、図９において、前記シ
ャフト表面の動圧発生溝となる部位に、レーザ照射によ
りメッキを除去することにより、動圧発生溝を構成す
る。

【００３８】このように構成された動圧軸受の外観は図
１０に示すようになり、シャフトにメッキ層７を形成
し、モータの動圧軸受のラジアル方向の負荷を支持する
ラジアル軸受として搭載される（図示せず）。

【００３９】図８のように、動圧軸受におけるラジアル
方向の負荷を支持するラジアル軸受を構成するステンレ
ス製のシャフト１０をアルカリ脱脂、酸にて表面活性化
したのち、無電解ニッケル−リンメッキのメッキ層７を
５±１μｍの厚みで形成する。

【００４０】次に図９のように、シャフト１０の表面上
の動圧発生溝があるべき部位に、ＹＡＧレーザ照射に
て、メッキ層７の前記溝があるべき部位のメッキを除去
して溝形状を形成する。

【００４１】このように動圧発生溝を構成したとき、前
記溝の溝深さ、溝形状及び面積がシャフト軸方向の如何
なる部位においても一定した高精度なものとなる。

【００４２】したがって、動圧発生時、ラジアル力１２
の圧力上昇が順調に進行して、期待通りのラジアル軸受
剛性を得ることができる。そして、ラジアル軸受の剛性
バランスの不安定による、回転むら、浮上量不足、軸の
傾き、軸振れなどの不具合を防ぐことができる。

【００４３】（実施の形態５）本発明の第５の実施例に
係わる動圧軸受を搭載したスピンドルモータを図１１に
示す。図１１はその断面図である。

【００４４】図１１において、励磁状態で磁界を発生す
るステータコイルを備えたステータ８を有し、このステ
ータコイルの磁界との電磁相互作用により回転力を得る
ロータマグネット９を備えたロータを有し、前記ロータ
を支持するシャフト１０及びシャフト１０に対向するス
リーブ１５を有し、スラストカバー１４は前記スリーブ
１５に支持されており、５±１μｍの無電解ニッケル−
リンメッキ層を有するスラスト板１を有し、前記スラス
ト板１にはメッキ層をＹＡＧレーザ照射にて除去されて
形成された動圧発生溝をスリーブ１５に対向する面及び
スラストカバー１４に対向する面に有してスラスト動圧
軸受を構成している。

【００４５】このようにスラスト板１の動圧発生溝を形
成したとき、前記溝の溝深さ、溝形状及び面積が、横手
方向の如何なる部位においても一定した高精度なものと
なる。したがって、モータが駆動した動圧発生時、スラ
スト軸受から生じるスラスト力の圧力上昇が順調に進行
して、期待通りのスラスト軸受剛性を得ることができ
る。そして、スラスト軸受剛性不足による、回転むら、
浮上量不足、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防ぐこと
ができる。

【００４６】（実施の形態６）本発明の第６の実施例に
係わる動圧軸受を搭載したスピンドルモータを図１２に
示す。図１２はその断面図である。

【００４７】図１２において、励磁状態で磁界を発生す
るステータコイルを備えたステータ８を有し、このステ
ータコイルの磁界との電磁相互作用により回転力を得る
ロータマグネット９を備えたロータを有し、前記ロータ
を支持するスラスト板１、及び５±１μｍの無電解ニッ
ケル−リンメッキ層を有するシャフト１０を有し、前記
シャフト１０にはメッキ層をＹＡＧレーザ照射にて除去
されて形成された２つのヘリングボーン状の動圧発生溝
を環状に有してラジアル動圧軸受を構成している。

【００４８】このようにシャフト１０の動圧発生溝を形
成したとき、前記溝の溝深さ、溝形状及び面積がシャフ
ト軸方向の如何なる部位においても一定した高精度なも
のとなる。したがって、モータが駆動した動圧発生時、
ラジアル軸受から生じるラジアル力の圧力上昇が順調に
進行して、期待通りのラジアル軸受剛性を得ることがで
きる。そして、シャフト上の２つの環状動圧発生溝の溝
深さ、面積が一定等によるラジアル軸受の剛性バランス
の不安定に起因する、回転むら、浮上量不足、軸の傾
き、軸振れなどの不具合を防ぐことができる。

【００４９】以上本発明の実施例を説明してきたが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
主旨の範囲で様々な応用展開が可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る動圧軸
受においては、スラスト力及びラジアル力の圧力上昇が
順調に進行して、期待通りの軸受剛性を得ることができ
る。そして、軸受剛性不足による、回転むら、浮上量不
足、軸の傾き、軸振れなどの不具合を防ぐことができ
る。

【００５１】また、メッキされたスラスト板及びシャフ
トにて、動圧発生溝をレーザ照射でメッキ層を除去して
形成することにより、前記溝の溝深さ、溝形状及び面積
が、横手方向の如何なる部位においても一定した高精度
なものとなり、高精度な動圧軸受が実現できる。

【００５２】また、このような動圧軸受を搭載したか
ら、回転むら、浮上量不足、軸の傾き、軸振れなどの不
具合がなく、かつ省電力で高効率な優れたスピンドルモ
ータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるスラスト動圧軸受の部分断面図

【図２】本発明に係わるスラスト動圧軸受の外観図

【図３】本発明に係わる動圧軸受製作方法の一工程を示
し、スラスト板にメッキが形成された状態を示す部分断
面図

【図４】本発明に係わる動圧軸受を示し、スラスト板上
のメッキ層をレーザ照射により除去して動圧発生溝を形
成した状態を示す部分断面図

【図５】本発明に係わるスラスト板上にメッキ層を形成
した動圧軸受の外観図

【図６】本発明に係わるラジアル動圧軸受の部分断面図

【図７】本発明に係わるラジアル動圧軸受の外観図

【図８】本発明に係わる動圧軸受製作方法の一工程を示
し、シャフトにメッキが形成された状態を示す部分断面
図

【図９】本発明に係わる動圧軸受を示し、シャフト上の
メッキ層をレーザ照射により除去して動圧発生溝を形成
した状態を示す部分断面図

【図１０】本発明に係わるシャフト上にメッキ層を形成
した動圧軸受の外観図

【図１１】本発明に係わるスラスト動圧軸受を搭載した
スピンドルモータの断面図

【図１２】本発明に係わるラジアル動圧軸受を搭載した
スピンドルモータの断面図

【図１３】（ａ）従来の動圧軸受を示し、エッチング加
工法により動圧発生溝を形成した状態を示す部分断面図 （ｂ）同動圧軸受を示し、コイニング加工法により動圧
発生溝を形成した状態を示す部分断面図

【図１４】従来の動圧軸受製作方法の一工程を示す部分
断面図

【符号の説明】

１ スラスト板 ２ スラスト板表面 ３ 溝側面 ４ スラスト力 ５ 動圧 ６ 横手方向に逃げる力 ７ メッキ層 ８ ステータコア ９ ロータマグネット １０ シャフト １１ 被膜 １２ ラジアル力 １３ シャフト表面 １４ スラストカバー １５ スリーブ １６ 回転軸 Ｖ 速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 5/16 Ｈ０２Ｋ 5/16 Ｚ Ｆターム(参考） 3J011 AA20 BA02 BA08 CA03 CA05 DA02 4E068 AA04 AC00 DA02 5D036 CC46 CC47 GG01 5H605 AA05 BB05 CC04 CC05 EB03 EB06 5H607 AA04 BB01 BB09 CC01 DD03 EE10 GG03 GG12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動圧軸受におけるスラスト方向の負荷を
   支持するスラスト軸受のスラスト板表面に動圧発生用の
   溝を有し、前記スラスト板表面と前記動圧発生用の溝底
   面をつなぐ溝側面を有し、前記溝側面と前記スラスト板
   表面が垂直である動圧軸受。
2. 【請求項２】 動圧軸受におけるラジアル方向の負荷を
   支持するラジアル軸受のシャフト表面に動圧発生用の溝
   を有し、前記シャフト表面と前記動圧発生用の溝底面を
   つなぐ溝側面を有し、前記溝側面と前記シャフト表面が
   垂直である動圧軸受。
3. 【請求項３】 動圧軸受におけるスラスト方向の負荷を
   支持するスラスト軸受のスラスト板にメッキを行いメッ
   キ層を形成し、前記スラスト板表面の動圧発生用の溝と
   なる部位に、レーザ照射によりメッキを除去することに
   より形成した動圧軸受の溝加工方法。
4. 【請求項４】 動圧軸受におけるラジアル方向の負荷を
   支持するラジアル軸受のシャフトにメッキを行いメッキ
   層を形成し、前記シャフト表面の動圧発生用の溝となる
   部位に、レーザ照射によりメッキを除去することにより
   形成した動圧軸受の溝加工方法。
5. 【請求項５】 励磁状態で磁界を発生するステータコイ
   ルを備えたステータを有し、このステータコイルの磁界
   との電磁相互作用により回転力を得るロータマグネット
   を備えたロータを有し、前記ロータを支持するシャフト
   及びスラスト板を有し、前記スラスト板もしくは前記シ
   ャフトに請求項１から４のいずれか１項に記載の動圧軸
   受及び前記溝加工方法により作製した動圧軸受を搭載し
   たスピンドルモータ。