JP2002061651A - 動圧型スラスト軸受装置の製造方法と動圧型スラスト軸受装置およびこれを用いたハードディスクドライブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度な動圧発生溝の形成が実現でき、ＨＤ
Ｄ装置のスピンドルモータに使用する空気軸受にも好適
に使用できる動圧型スラスト軸受装置の製造方法を提供
する。 【解決手段】 ステップポケット型に配置された凸部と
隣接する凸部の間に形成された凹部とからなる準ステッ
プポケット型の動圧型スラスト軸受装置を製造するに際
し、ステップＳ１〜ステップＳ３の工程でフォトエッチ
ングにより凹部を形成し、ステップＳ４〜ステップＳ６
の工程でイオンを用いた物理成膜法にて凸部を形成す
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、動圧型スラスト軸
受装置の製造方法と動圧型スラスト軸受装置およびこれ
を用いたハードディスクドライブ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクドライブ装置（以下、
「ＨＤＤ装置」と称す）は、年率１５０％〜２００％の
勢いで高速回転化、高容量化が進む傾向にある。そのた
め、ＨＤＤ装置に使用されるスピンドルモータには、非
繰り返しのディスク振れ（ＮＲＲＯ）や低騒音、耐衝撃
性に対する要望が厳しくなっている。

【０００３】従来より、スピンドルモータの軸受には小
型ボール軸受が採用されているが、今後のモータの高速
回転化の勢いとボール軸受の技術革新を勘案すると、ボ
ール軸受の改良には限界があり、ボール軸受の代替え技
術が必要である。

【０００４】このような背景からＨＤＤ装置のスピンド
ルモータとして、作動流体として潤滑油などの液体を用
いた軸受（以下、「流体軸受」と称す）が開発され、１
９９８年頃より流体軸受を搭載したＨＤＤ用スピンドル
モータの商品化が始まっている。流体軸受装置の機能や
形状に関する記述は多くの文献等に譲る事とし、参考文
献として社団法人日本能率協会「’９８モータ技術シン
ポジウム」を紹介するにとどめる。

【０００５】当面の２〜３年に関してのスピンドルモー
タ用軸受の技術動向は、ボール軸受から流体軸受への移
行期間であり、スピンドルモータの高速回転化とともに
ボール軸受は排他されると予想される。

【０００６】しかし、ＨＤＤ装置の高容量化はとどまる
ところを知らず、いずれ流体軸受でも対応できなくなる
事は明らかである。これはスピンドルモータの高速回転
でモータ内部が発熱し、流体軸受の作動油である潤滑油
の粘度が低下して、回転体質量を支持できるだけの油膜
剛性が消失するためである。

【０００７】そこで作動流体として空気などの気体を用
いた気体軸受（以下、「空気軸受」と称す）が次世代軸
受として注目されている。空気軸受には、上記の流体軸
受とは異なり、温度に対する空気の粘性変化が少ないと
いう利点が有る。流体軸受に用いる潤滑油の場合、０℃
に対する８０℃の粘性は約１／１０で、回転体質量を支
持するための油膜剛性が激減する。これに対して空気の
場合、０℃に対する８０℃の粘性は約１．３倍であっ
て、温度依存性は少ないといえる。

【０００８】しかし、室温における空気の粘性は潤滑油
と比較して１／１０００程度と小さく、軸受で発生する
動圧が非常に小さいため、空気軸受ではその軸受形状を
流体軸受と比較して格段に半径すき間及び動圧発生溝が
浅くなるよう設計変更して、大きな圧力させている。な
お発生する圧力が大気圧より高い時を動圧もしくは正圧
と呼び、大気圧より低い時を負圧と呼ぶ。

【０００９】このようなスラスト軸受の動圧発生溝の形
成方法としては、フォトエッチング（特開平６−１５８
３５６）、メッキ（例えば特開平５−２１４４）、プレ
ス（特開平７−２９６５０２）、コイニング（特開昭６
３−２３８９４１）などが有り、ＬＢＰのポリゴンミラ
ーを回転させるためのモータ等で多くの加工技術が確立
されてきている。

【００１０】ＨＤＤ装置のスピンドルモータの場合、ポ
リゴンミラーより回転体質量が大きくかつ回転数が低い
ので軸受剛性が不足しやすく、どうしてもポリゴンミラ
ーと比較して厳しい条件で軸受設計をしなくてはならな
い。そのため動圧発生溝の加工精度は厳しいものが要求
されてくるが、現在の流体軸受装置では前述のフォトエ
ッチング等で対応できている。

【００１１】しかしながらＨＤＤ装置用スピンドルモー
タに空気軸受を採用する場合には、上述のように空気の
粘性係数が小さい事から、流体軸受装置よりも軸受設計
が厳しくなるため、動圧発生溝にもいろいろなアイデア
が発明されている。その一つがステップポケット型と呼
ばれるものであり、この溝形状の軸受特性は、社団法人
日本能率協会「’９８モータ技術シンポジウム」に記載
された小野京右氏の「ＨＤＤスピンドル用各種油動圧軸
受に関する特性比較研究」に開示されている。

【００１２】図１１〜図１３は、上記文献に開示された
動圧型スラスト軸受装置を示す。動圧型スラスト軸受装
置は、図１１に示すように、動圧発生溝が形成されたス
ラスト円板３と、このスラスト円板３と対向して配置さ
れる固定板４との間に作動流体を充填し、スラスト円板
３を矢印Ｆ方向に回転させて動圧を発生するよう構成さ
れている。

【００１３】スラスト円板３には、図１２に示すよう
に、コの字型の複数の凸部１が周方向に沿って等間隔に
配置されており、それぞれのコの字型の開口部１ａはス
ラスト円板３の回転方向［矢印Ｆ方向］に向かって開く
ように配置されている。このような構成の溝形状をここ
では「ステップポケット型」と称す。なお、凸部１の形
状はコの字型でなくＬ字型でもよい。

【００１４】ステップポケット型と呼ばれる溝形状に
は、さらに周方向に等間隔に配置され軸方向に延びる深
い溝である凹部２が組み合わされていてもよく、このよ
うに凸部１と凹部２とを組み合わせた溝形状を、ここで
は「準ステップポケット型」と称す。

【００１５】以下、準ステップポケット型の動圧型スラ
スト軸受装置の詳細を説明する。ステップポケット型に
配置された凸部１は圧力ダムと呼ばれ、大きな動圧を発
生させるとともにサイドフロー現象を防止する機能を有
するものであり、隣接する凸部１の間に設けられた凹部
２は、軸受の中に正圧力である動圧しか生じさせないよ
うにする機能を有するものである。

【００１６】サイドフロー現象とは、スラスト円板３の
回転に伴なって回転する作動流体（空気軸受の場合は空
気、流体軸受の場合は潤滑油）が、遠心力によってスラ
スト軸受の外周部へ流出する現象である。サイドフロー
現象が発生すると、スラスト軸受内部で発生する動圧が
減少するため、上記のようにコの字型もしくはＬ字型の
凸部１を設けて、作動流体の流出を防止している。

【００１７】図１３に示すように、スラスト軸受では発
生動圧を最大にするために凸部１の高さｈ１をどう設計
するかが重要となるが、同時に、負圧をいかに抑制する
かも大事になってくる。スラスト円板３上を旋回する流
体６がポケットステップ型の凸部１に当たって大きな圧
力を発生するという事は、どこかで流体６が希薄になっ
ており、流体６が空気である場合には、希薄になった領
域の気圧は大気圧より低い負圧となる。従って、コの字
型の凸部１で堰き止められて発生する動圧が固定板４か
らスラスト円板３を浮かす作用となるという事は、負圧
は固定板４とスラスト円板３をくっつける作用があり、
軸受特性としてはマイナス効果となる。

【００１８】そこで隣接する凸部１の間には、上述のよ
うに周方向に沿って等間隔に配置され軸方向に延びる深
い溝である凹部２を加工する事が重要となるが、凹部２
の深さｈ２は浅すぎても深すぎても軸受特性がベストに
はならない。凹部２が適当な体積を持てば、少々の流体
６が凸部１の方向へ持ち去られても、隣接する凸部１の
間にはたくさんの流体６が残っているので流体６が希薄
になる現象を緩和でき、結果的に負圧が抑制できる。し
かしこの凹部２が浅ければ、上述の効果は少なく、逆に
深すぎると負圧は抑制できるが、スラスト円板３の凸部
１と固定板４のクリアランス７が見かけ上拡大して、ス
ラスト軸受としての動圧発生圧力が低下する。従って、
軸受仕様に応じた溝深さが概ね決定される。

【００１９】また、上述のように、ステップポケット型
のコの字状の凸部１の高さに関しても充分な気遣いが必
要であり、スラスト方向の軸受剛性は、凸部１の高さに
対して二次関数的なピークを持ち、低すぎても高すぎて
もベストな軸受特性は得られない。

【００２０】よって、将来的にＨＤＤ装置で空気軸受を
考える場合には、動圧発生溝の深さ、すなわち凸部１の
高さｈ１と凹部２の深さｈ２をコントロールして、負圧
を緩和する事が流体軸受の場合以上に重要となる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
プポケット型や準ステップポケット型のスラスト軸受を
実際にＨＤＤ用に開発した事例は公開公報等にも開示さ
れておらず、トライボロジー関連の学会発表及び論文に
も見あたらない。さらに、上記した小野京右氏の文献で
も、コンピューターシミュレーションの結果として軸受
特性が優れているという事は開示されているが、どのよ
うな工法で製作すれば動圧発生溝の溝深さを高精度にコ
ントロールできるかは論じられていない。

【００２２】例えば、ＨＤＤ用流体軸受の製造に適用さ
れているフォトエッチングにて上記の準ステップポケッ
ト型のスラスト軸受を製造する場合には、その製造工程
は図１４に示すように２回のフォトエッチングが必要に
なる。

【００２３】ステップＳ１では、スラスト円板３のコの
字型の凸部１に対応する領域にレジストが塗布され、マ
スキングされる。ステップＳ２でエッチング処理が施さ
れ、凸部１以外のスラスト円板３の表面が彫り落とされ
る。

【００２４】次いで、ステップＳ３では凹部２を形成す
るために、最初のフォトエッチングした部分も含めて凹
部２以外の領域にレジストが重ね塗りされ、マスキング
される。

【００２５】ステップＳ４では、２回目のフォトエッチ
ングが施され、凹部２が彫り込まれる。ステップＳ５で
エッチング時のレジストが除去され、準ステップポケッ
ト型の動圧発生溝が得られる。

【００２６】上記のようなフォトエッチングによる動圧
発生溝の形成方法では、ステップＳ２，Ｓ４の各フォト
エッチング時に、フォトエッチングの深さ（２μｍ〜５
μｍ程度）に対して、深さのばらつきが０．５〜１μｍ
発生し、２回のフォトエッチングで発生する深さのばら
つきは合計１〜２μｍとなる。

【００２７】ところで、空気軸受によるスピンドルモー
タを搭載したＨＤＤ装置の研究開発は盛んに進んでいる
ため、近々、商品化も開始されるであろうが、その場合
には、凸部１の高さは２〜３μｍとなると予想される。
しかしながら、上記のようなフォトエッチングによる溝
加工では、高さ方向のばらつきが１〜２μｍとなり、空
気軸受を想定した軸受設計では無視できないばらつきと
なり、より高精度な溝加工技術が求められる。

【００２８】このように従来の動圧型スラスト軸受装置
の製造方法は、流体軸受として使用するには技術レベル
は高いものの、ＨＤＤ装置用のスピンドルモータに使用
する空気軸受としては、その製造技術を転用しただけで
は加工精度が十分でないという問題がある。

【００２９】本発明は前記問題点を解決し、高精度な動
圧発生溝の形成が実現でき、ＨＤＤ装置のスピンドルモ
ータに使用する空気軸受にも好適に使用できる動圧型ス
ラスト軸受装置の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の動圧型スラスト
軸受装置の製造方法は、スラスト円板にイオンを用いた
物理成膜法を用いて動圧発生溝を形成することを特徴と
する。

【００３１】この本発明によると、高精度の動圧発生溝
を形成でき、軸受特性の変化の小さい動圧型スラスト軸
受装置が実現できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の動圧型ス
ラスト軸受装置の製造方法は、動圧発生溝が形成された
スラスト円板とこのスラスト円板と対向する固定板との
間に作動流体を充填し、前記動圧発生溝を、複数のコの
字型の凸部を前記スラスト円板の周方向に沿って配列す
るとともに前記コの字型の開口部を前記スラスト円板の
回転方向に向かって配置して形成した動圧型スラスト軸
受装置を製造するに際し、前記スラスト円板に、イオン
を用いた物理成膜法にて前記凸部を形成することを特徴
とする。

【００３３】本発明の請求項２記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、動圧発生溝が形成されたスラスト
円板とこのスラスト円板と対向する固定板との間に作動
流体を充填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸
部を前記スラスト円板の周方向に沿って配列するととも
に前記コの字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向
に向かって配置し、隣接する前記凸部の間には前記凸部
の高さよりも深い溝である凹部を放射線状に配置して形
成した動圧型スラスト軸受装置を製造するに際し、前記
凸部をイオンを用いた物理成膜法にて形成し、前記凹部
をフォトエッチングにて形成することを特徴とする。

【００３４】本発明の請求項３記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、請求項２において、前記凹部をフ
ォトエッチングに代って押圧加工にて形成することを特
徴とする。

【００３５】本発明の請求項４記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、動圧発生溝が形成されたスラスト
円板とこのスラスト円板と対向する固定板との間に作動
流体を充填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸
部を前記スラスト円板の周方向に沿って配列するととも
に前記コの字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向
に向かって配置し、隣接する前記凸部の間に前記スラス
ト円板の一部が放射線状に除去された切り欠き部を配置
した動圧型スラスト軸受装置を製造するに際し、前記凸
部をイオンを用いた物理成膜法にて形成し、前記放射線
状の切り欠き部をプレス加工にて形成することを特徴と
する。

【００３６】本発明の請求項５記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、請求項４において、前記放射線状
の切り欠き部をプレス加工に代ってレーザ加工もしくは
放電加工にて形成することを特徴とする。

【００３７】本発明の請求項６記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、動圧発生溝が形成されたスラスト
円板とこのスラスト円板と対向する固定板との間に作動
流体を充填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸
部を前記スラスト円板の周方向に沿って配列するととも
に前記コの字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向
に向かって配置し、前記コの字型の凸部の高さが開口部
に向かって低くなるように周方向に傾斜し、隣接する前
記凸部の間には前記凸部の高さよりも深い溝である凹部
を放射線状に配置して形成した動圧型スラスト軸受装置
を製造するに際し、前記動圧発生溝を、電界によって液
体イオンを引き出して高圧電圧で加速された高速イオン
を前記スラスト円板の表面に繰り返し叩きつけて前記凹
部及び凸部を削り出すフォーカスイオンビーム法にて形
成することを特徴とする。

【００３８】本発明の請求項７記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、請求項６において、前記凹部をフ
ォーカスイオンビーム法に代って、プレス加工，レーザ
加工，放電加工のうちの何れかの方法にて切り欠き形状
に形成することを特徴とする。

【００３９】本発明の請求項８記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、動圧発生溝が形成されたスラスト
円板とこのスラスト円板と対向する固定板との間に作動
流体を充填し、前記動圧発生溝をヘリングボーン形状も
しくはスパイラル形状とした動圧型スラスト軸受装置を
製造するに際し、前記動圧発生溝をフォーカスイオンビ
ーム法にて形成することを特徴とする。

【００４０】本発明の請求項９記載の動圧型スラスト軸
受装置の製造方法は、請求項８において、前記動圧発生
溝を、ヘリングボーン形状の場合には中央屈曲部から外
周部もしくは内周部の先端に向かってその高さが低くな
るように傾斜し、スパイラル形状の場合には内周部から
外周部に向かってその高さが低くなるように傾斜した形
状に加工することを特徴とする。

【００４１】本発明の請求項１０記載の動圧型スラスト
軸受装置は、請求項１〜請求項９の何れかに記載の方法
にて製造した動圧型スラスト軸受装置であって、前記作
動流体が空気であることを特徴とする。

【００４２】本発明の請求項１１記載の動圧型スラスト
軸受装置は、請求項１〜請求項９の何れかに記載の方法
にて製造した動圧型スラスト軸受装置であって、前記作
動流体が潤滑油であることを特徴とする。

【００４３】本発明の請求項１２記載のハードディスク
ドライブ装置は、請求項１０記載の動圧型スラスト軸受
装置をスピンドルモータとして用いたことを特徴とす
る。以下、本発明の各実施の形態を具体例に基づき図１
〜図１０を用いて説明する。

【００４４】なお、上記従来例を示す図１１〜図１４と
同様の構成をなすものには同一の符号を付けて説明す
る。 （実施の形態１）図１は、本発明の（実施の形態１）を
示す。

【００４５】この（実施の形態１）では、イオンを用い
た物理成膜法にてスラスト円板３に動圧発生溝を形成し
た点で上記従来例とは異なる。具体的には、上記従来例
に示す図１１〜図１４と同様の準ステップポケット型の
動圧型スラスト動圧軸受装置を製造するに際し、図１に
示す手順にてスラスト円板３の加工が行われる。

【００４６】まず、軸受特性の改善機能を有する周方向
に等間隔に配置され軸方向に延びる深い溝である凹部２
を形成するために、ステップＳ１では、凹部２となる以
外のスラスト円板３の表面にレジストが塗布され、マス
キングが施される。スラスト円板３はステンレス製であ
り、直径は１５〜２０ｍｍ、板厚は１〜２ｍｍ、溝深さ
ｈ２は３０〜６０μｍである。

【００４７】ステップＳ２でエッチングにより凹部２が
形成され、ステップＳ３でエッチング時のレジストが除
去される。次いでコの字の凸部１を形成するために、ス
テップＳ４では、エッチングで形成された凹部２も含め
てコの字型の凸部１とならない領域にマスキングが施さ
れる。

【００４８】そして、この（実施の形態１）に特有の構
成であるステップＳ５では、半導体プロセスで薄膜形成
に用いられる物理蒸着法（ＰＶＤ）により、スラスト円
板３に金属イオンが蒸着される。金属イオンとしてはク
ロムイオンが真空蒸着され、その膜厚が２〜３μｍ、膜
厚のばらつき０．１〜０．２μｍになるようコントロー
ルされる。この蒸着により得られる凸部１の大きさは、
図１２に示す外径１１が１５〜２０ｍｍで、開口部１ａ
の幅１３が０．３〜１ｍｍである。

【００４９】ステップＳ６では蒸着時のマスキングが除
去され、準ステップポケット型の動圧発生溝が形成され
る。このように、従来技術のフォトエッチングにより凹
部２を形成し、金属イオンを物理蒸着させて凸部１を形
成することで、高さ方向のばらつきを抑えた動圧発生溝
が形成でき、高精度の準ステップポケット型の動圧型ス
ラスト軸受装置が実現できる。

【００５０】従って、作動流体として空気を用いた空気
軸受は、ＨＤＤ装置のスピンドルモータとして適用で
き、小型でかつ高速な高容量のＨＤＤ装置が実現でき
る。また、作動流体として潤滑油を使用した場合には、
上記従来例のようにフォトエッチングを用いた場合より
も軸受形状を正確に加工できるため、流体軸受からみて
厳しい使用環境に耐える事ができる。例えば低速回転で
使用する時に溝深さがばらつくと、軸受剛性がばらつき
モータとして回転しない製品が現れてくるが、上述のよ
うにイオンを用いた物理成膜法によりばらつきの小さい
動圧発生溝を形成することで、製品の特性のばらつきを
低減できる。

【００５１】なお、図１２では、説明の都合上凸部１を
６個示しているが、実際には２０〜３０個のコの字型の
凸部１がクロムイオンの蒸着により形成される。また軸
受形状のファクターのひとつに溝幅比があるが、これは
コの字型の凸部１の角度１４と凹部２の角度１２との比
であり、凸部１の角度１４を凹部２の角度１２に対して
７〜１０倍ぐらいの形状とする。

【００５２】また、図１１においてスラスト円板３は固
定板４に対して時計方向［矢印Ｆ方向］に回転するの
で、図１２のように空気の流れ６を囲み込むようにコの
字型の凸部１の向きを配置する。

【００５３】物理蒸着法に関しては、上記の真空蒸着以
外にも数種類の工法がある。参考文献として日本機械学
会の機素潤滑設計部門が開催した講習会テキスト「新・
役に立つトライボロジー」（講習会Ｎｏ９９−８９）を
挙げるが、一般的に物理蒸着法による膜厚の公差は±５
％程度であって、上述のように２〜３μｍのクロムイオ
ンの膜に対して０．１〜０．２μｍ以下にばらつきをコ
ントロールできる。この（実施の形態１）のようにスピ
ンドルモータが起動時（及び停止時）にスラスト円板３
が固定板４と接触する場合には、耐摩耗性を考えて金属
系の硬質膜をステンレス製のスラスト円板３の母材に蒸
着させる必要があるため、真空蒸着を用いている。

【００５４】また、上記説明では、隣接する凸部１の間
に形成された円周方向に等間隔で軸方向に延びる深い凹
部２をフォトエッチング加工にて形成したが、本発明は
これに限定されるものではなく、凹部２を押圧加工、具
体的にはコイニングにて形成してもよい。軸受特性に重
要なファクターは、凸部１の高さをコントロールする事
であり、凹部２に関しては溝を有することに効果がある
ため、軸受特性は劣るがコイニングで深い凹部２を形成
する事でコストダウンが図れる。

【００５５】また、上記説明では、凸部１と凹部２を組
み合わせた準ステップポケット型の動圧型スラスト軸受
装置の製造方法を例に挙げて説明したが、凸１のみのス
テップポケット型の動圧型スラスト軸受装置について
も、凸部１を金属イオンを物理蒸着にて形成すること
で、高精度の動圧発生溝の形成が実現できる。

【００５６】（実施の形態２）図２〜図５は、本発明の
（実施の形態２）を示す。この（実施の形態２）では、
スラスト円板３に凹部２の代りに切り欠き部１５を設け
た点で異なるが、それ以外の構成は上記（実施の形態
１）と同様である。

【００５７】準ステップポケット型の動圧型スラスト動
圧軸受装置を製造するに際し、ステンレス製のスラスト
円板３にプレス加工が施され、図２に示すように、放射
線状に切り欠き部１５が形成された花びら形状のスラス
ト円板３が形成される。

【００５８】切り欠き部１５は、上記（実施の形態１）
における凹部２と同様の働きをするものであり、この切
り欠き部１５を形成することで、凹部２をフォトエッチ
ングで加工する必要がなくなる。この場合には、スラス
ト円板３の板厚を適切に選んで軸受特性を最適にすれば
良く、スラスト軸受の動圧発生溝加工は、コの字型の凸
部１を物理蒸着法で成膜する工程だけとなる。

【００５９】図２に示すスラスト円板３に上記（実施の
形態１）と同様に金属イオンを真空蒸着して凸部１が形
成され、このスラスト円板３を用いて図３〜図５に示す
動圧型スラスト軸受装置が形成される。

【００６０】スラスト円板３の切り欠き部１５は軸受仕
様に応じて適切な花びら形状を決定すれば良く、例え
ば、図３に示すようにコの字型の凸部１の内径側のコの
字の外周側まで達するようスラスト円板３に切り欠き部
１５を形成したり、図４に示すように内径側のコの字の
内周側まで達するように切り欠き部１５を形成してもよ
い。

【００６１】また、切り欠き部１５は、プレス加工だけ
でなく、レーザー加工や放電加工によっても形成可能で
ある。このようにスラスト軸受として特性の良い準ステ
ップポケット型を製作するに際し、周方向に等間隔に配
置された凹部２の代りに機械的除去による切り欠き部１
５を形成して、隣接する切り欠き部１５の間に周期的に
コの字の凸部１を物理蒸着法にて形成することで、コの
字状の凸部１の高さに関してばらつきの少ない高精度の
動圧型スラスト軸受装置が容易に実現でき、上記実施の
形態と同様に作動流体として潤滑油だけでなく空気も好
適に使用できる流体軸受装置が実現できる。

【００６２】（実施の形態３）図６と図７は、本発明の
（実施の形態３）を示す。この（実施の形態３）では、
コの字型の凸部１の形状を凸部１の高さが開口部に向か
って低くなるように周方向に傾斜させた準ステップポケ
ット型の動圧型スラスト軸受装置とした点で上記各実施
の形態とは異なる。

【００６３】以下、図６に示すように、ステップポケッ
ト型に配置された凸部１にテーパが形成された動圧型ス
ラスト軸受装置を「テーパポケット型」と称し、テーパ
ポケット型の凸部１と凹部２を組み合わせたスラスト軸
受を「準テーパポケット型」と称す。テーパポケット型
および準テーパポケット型は、ステップポケット型およ
び準ステップポケット型のコの字型の凸部１の高さｈ１
が高すぎると軸受特性を損ねることからその解決手段と
して提案されているものであるが、精度のよい製造方法
は未だ開示されていない。

【００６４】そこでこの（実施の形態３）では、準テー
パポケット型のスラスト軸受を例に挙げ、その詳細を説
明する。図７に示すように、テーパを有する凸部１は、
フォーカスイオンビーム法にて形成される。フォーカス
イオンビーム法は半導体プロセスで用いられる方法であ
り、例えば、３０〜４０ｋＶの電界２１によって液体イ
オンを引き出し光学系でイオンを集光させたイオンビー
ム２２をスラスト円板３の表面に繰り返し叩きつける
と、スラスト円板３の表面の粒子２３がはじき飛ばさ
れ、スラスト円板３の表面を深く削り取る事ができる。

【００６５】また、凸部２の高さを周方向に関して徐々
に変化させたテーパ型凸部２０だけでなく、円周方向に
等間隔で軸方向に深い凹部２もこのフォーカスイオンビ
ーム法により形成できる。

【００６６】このように製造された動圧型スラスト軸受
装置は、凸部１が高精度に形成されているため軸受のば
らつきが低減され、上記各実施の形態と同様に作動流体
として空気などの気体や潤滑油などの液体が好適に使用
できる。

【００６７】なお、上記フォーカスイオンビーム法の代
りに、従来のフォトエッチングにてテーパポケット型の
スラスト軸受を形成した場合には、高精度な凸部１の形
成は実現できない。すなわち、フォトエッチングは膜厚
一定の加工技術であるため、図１５に示すように凸部１
は段々的な形状２５となってテーパを表現できず、ま
た、一段当たりの高さは少なくとも２μｍが必要とな
る。しかし、ハードディスクドライブ装置の空気軸受を
想定した溝深さ１は２〜３μｍであるため、図７に示す
ようなテーパ形状はフォトエッチングでは形成できな
い。

【００６８】従って、上記のように高精度のテーパ形状
の凸部１を形成するためには、フォーカスイオンビーム
法が空気軸受用の動圧型スラスト軸受装置の加工技術で
重要となってくる。フォーカスイオンビーム法の詳細に
ついては、専門図書の紹介にとどめる（薄膜ハンドブッ
ク第１版２９９ページ、オーム社）。

【００６９】なお、上記説明では、凸部１だけでなく凹
部２をフォーカスイオンビーム法にて形成したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、図２に示した花び
ら型のスラスト円板３を用いれば、凹部２の加工を省略
できる。

【００７０】また、上記説明では、準テーパポケット型
のスラスト軸受を例に挙げて説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、テーパポケット型のスラス
ト軸受にも適用できる。

【００７１】（実施の形態４）図８〜図１０は、本発明
の（実施の形態４）を示す。この（実施の形態４）で
は、動圧発生溝の形状をヘリングボーン型とした点で異
なるが、それ以外の基本的な構成は上記（実施の形態
３）と同様である。

【００７２】空気軸受を塔載したスピンドルモータの使
用環境が、例えば上記（実施の形態１）のように過酷な
条件でない場合には、ステップポケット型やテーパポケ
ット型だけでなく、図８に示すように、一般的なヘリン
グボーン型の動圧発生溝も適用できる。

【００７３】ただし、その場合の溝加工技術としては、
上記（実施の形態３）のフォーカスイオンビーム法を利
用する。フォーカスイオンビーム法の長所は上述の通
り、凸部１の高さ方向を任意にコントロールできる点に
あり、ヘリングボーン溝２６で発生する負圧を軽減する
ために、図９に示すようにテーパ型のヘリングボーン溝
２７も形成可能である。

【００７４】このようなヘリングボーン溝を有するスラ
スト軸受は、溝深さのばらつきを抑制できるので、空気
軸受だけでなく、流体軸受としても安定した品質が実現
できる。

【００７５】なお、上記説明では、ヘリングボーン型の
動圧発生溝２６，２７を例に挙げて説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、軸中心から外周に向
かって曲がりながら延びていくスパイラル型のスラスト
軸受にも適用できる。この場合にもフォーカスイオンビ
ーム法を用いることでフォトエッチングよりも溝深さの
ばらつきを抑制でき、かつ周方向に沿って溝深さを徐々
に変化させる事ができるため、図１０に示すように、テ
ーパが設けられたスパイラル状溝２８を有するスラスト
軸受の形成が可能となる。このようにテーパ型のスパイ
ラル状溝２８は、負圧の発生を軽減でき、高品質で高性
能なスラスト軸受が実現できる。

【００７６】このように上記各実施の形態における動圧
型スラスト軸受装置の製造方法によると、動圧発生溝の
高さ方向のばらつきが±５％以下となり、正確な動圧発
生溝の形成が実現できる。また、製造された動圧型スラ
スト軸受装置は、作動流体として空気を用いても負圧の
発生を軽減できるため、小型で高速な空気軸受が実現で
きる。さらに、この空気軸受を搭載したスピンドルモー
タを用いることで、小型で高容量なＨＤＤ装置が実現で
きる。

【００７７】なお、上記各実施の形態において、動圧発
生溝を半導体プロセスで使用される物理蒸着方法やフォ
ーカスイオンビーム法にて行ったが、本発明では半導体
プロセスで使用される化学蒸着法（ＣＶＤ）法は除外し
ている。これは、化学蒸着法は、一般に摂氏数百度の高
温環境で使用することから、スラスト円板３を構成する
ステンレス鋼や真鍮が扱いにくいためである。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、動圧発生
溝が形成されたスラスト円板とこのスラスト円板と対向
する固定板との間に作動流体を充填し、前記動圧発生溝
を、複数のコの字型の凸部を前記スラスト円板の周方向
に沿って配列するとともに前記コの字型の開口部を前記
スラスト円板の回転方向に向かって配置して形成した動
圧型スラスト軸受装置を製造するに際し、前記スラスト
円板に、イオンを用いた物理成膜法にて前記凸部を形成
することで、凸部の高さを精度良く管理でき、軸受特性
の変化の小さい高性能な動圧型スラスト軸受装置が実現
できる。

【００７９】また、準ステップポケット型のスラスト軸
受を製造する際には、物理蒸着法とフォトエッチングと
を組み合わせる、具体的には凸部を半導体プロセスで使
用される物理蒸着法で形成し、凹部をフォトエッチング
にて形成することで、上記と同様の効果が得られる。ま
た、ステップポケット型と放射線状の切り欠き部を組み
合わせたスラスト軸受に関しては、切り欠き部をプレス
加工やレーザ加工、あるいは放電加工にて形成すること
で、高さ方向のばらつきを抑制できる。

【００８０】さらにテーパポケット型、準テーパポケッ
ト型の場合には、凸部を半導体プロセスで使用されるフ
ォーカスイオンビーム法でスラスト円板の表面の粒子を
飛ばしながら任意の形状の溝を削り出すことで、流体軸
受よりも軸受特性の温度変化が少なく、しかも高速回転
が可能な空気軸受を実現でき、同時にこの加工技術を流
体軸受用のスラスト軸受の溝加工に転用することで、溝
形状のばらつきを抑制でき、軸受特性を最大限に引き出
せる流体軸受モータを提供できる。

【００８１】従って、上記の動圧型スラスト軸受装置を
スピンドルモータとして用いたＨＤＤ装置は、流体軸受
や玉軸受を用いたモータでは実現できない高速な回転数
で回転でき、小さなＮＲＲＯで軸受特性の温度変化が小
さく、しかも潤滑油もれなどのない小型で大容量のＨＤ
Ｄ装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の（実施の形態１）における動圧発生溝
の製造工程を説明するフローチャート図

【図２】本発明の（実施の形態２）におけるスラスト円
板の斜視図

【図３】図２のスラスト円板を用いた動圧型スラスト軸
受装置の固定板を図示していない平面図

【図４】図３とは切り込み部の形状が異なる動圧型スラ
スト軸受装置の平面図

【図５】同実施の形態における動圧型スラスト軸受装置
のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図６】本発明の（実施の形態３）におけるスラスト円
板の一部切り欠き斜視図

【図７】同実施の形態における動圧発生溝の製造工程を
説明する断面模式図

【図８】本発明の（実施の形態４）におけるスラスト円
板の一部切り欠き斜視図

【図９】図８の動圧発生溝にテーパを設けたスラスト円
板の一部切り欠き斜視図

【図１０】同実施の形態における図８，図９とは動圧発
生溝の形状が異なるスラスト円板の一部切り欠き斜視図

【図１１】従来のステップポケット型動圧発生溝が形成
された動圧型スラスト軸受装置のスラスト円板の一部を
切り欠いた斜視図

【図１２】図１１の動圧型スラスト軸受装置を軸方向か
らみた固定板を図示していない平面模式図

【図１３】図１２のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図１４】従来の動圧発生溝の製造工程を説明するフロ
ーチャート図

【図１５】従来の製造方法にて製造したテーパ型動圧発
生溝の断面模式図

【符号の説明】

１ 凸部 ２ 凹部 ３ スラスト円板 ４ 固定板 ６ 流体 ７ クリアランス １２，１４ 角度 １３ 幅 １５ 切り欠き部 ２０ テーパ型凸部 ２１ 電界 ２２ イオンビーム ２３ 粒子 ２６ ヘリングボーン溝 ２７ テーパ型ヘリングボーン溝 ２８ スパイラル状溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA20 BA08 CA03 CA05 DA02 JA02 KA03 4K029 AA02 BA07 CA01 EA01 HA07 4K057 WA11 WB17 WC08 WC10 WK06 WN06

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動圧発生溝が形成されたスラスト円板とこ
   のスラスト円板と対向する固定板との間に作動流体を充
   填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸部を前記
   スラスト円板の周方向に沿って配列するとともに前記コ
   の字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向に向かっ
   て配置して形成した動圧型スラスト軸受装置を製造する
   に際し、 前記スラスト円板に、イオンを用いた物理成膜法にて前
   記凸部を形成する動圧型スラスト軸受装置の製造方法。
2. 【請求項２】動圧発生溝が形成されたスラスト円板とこ
   のスラスト円板と対向する固定板との間に作動流体を充
   填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸部を前記
   スラスト円板の周方向に沿って配列するとともに前記コ
   の字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向に向かっ
   て配置し、隣接する前記凸部の間には前記凸部の高さよ
   りも深い溝である凹部を放射線状に配置して形成した動
   圧型スラスト軸受装置を製造するに際し、 前記凸部をイオンを用いた物理成膜法にて形成し、前記
   凹部をフォトエッチングにて形成する動圧型スラスト軸
   受装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記凹部をフォトエッチングに代って押圧
   加工にて形成する請求項２記載の動圧型スラスト軸受装
   置の製造方法。
4. 【請求項４】動圧発生溝が形成されたスラスト円板とこ
   のスラスト円板と対向する固定板との間に作動流体を充
   填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸部を前記
   スラスト円板の周方向に沿って配列するとともに前記コ
   の字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向に向かっ
   て配置し、隣接する前記凸部の間に前記スラスト円板の
   一部が放射線状に除去された切り欠き部を配置した動圧
   型スラスト軸受装置を製造するに際し、 前記凸部をイオンを用いた物理成膜法にて形成し、前記
   放射線状の切り欠き部をプレス加工にて形成する動圧型
   スラスト軸受装置の製造方法。
5. 【請求項５】前記放射線状の切り欠き部をプレス加工に
   代ってレーザ加工もしくは放電加工にて形成する請求項
   ４記載の動圧型スラスト軸受装置の製造方法。
6. 【請求項６】動圧発生溝が形成されたスラスト円板とこ
   のスラスト円板と対向する固定板との間に作動流体を充
   填し、前記動圧発生溝を、複数のコの字型の凸部を前記
   スラスト円板の周方向に沿って配列するとともに前記コ
   の字型の開口部を前記スラスト円板の回転方向に向かっ
   て配置し、前記コの字型の凸部の高さが開口部に向かっ
   て低くなるように周方向に傾斜し、隣接する前記凸部の
   間には前記凸部の高さよりも深い溝である凹部を放射線
   状に配置して形成した動圧型スラスト軸受装置を製造す
   るに際し、 前記動圧発生溝を、電界によって液体イオンを引き出し
   て高圧電圧で加速された高速イオンを前記スラスト円板
   の表面に繰り返し叩きつけて前記凹部及び凸部を削り出
   すフォーカスイオンビーム法にて形成する動圧型スラス
   ト軸受装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記凹部をフォーカスイオンビーム法に代
   って、プレス加工，レーザ加工，放電加工のうちの何れ
   かの方法にて切り欠き形状に形成する請求項６記載の動
   圧型スラスト軸受装置の製造方法。
8. 【請求項８】動圧発生溝が形成されたスラスト円板とこ
   のスラスト円板と対向する固定板との間に作動流体を充
   填し、前記動圧発生溝をヘリングボーン形状もしくはス
   パイラル形状とした動圧型スラスト軸受装置を製造する
   に際し、 前記動圧発生溝をフォーカスイオンビーム法にて形成す
   る動圧型スラスト軸受装置の製造方法。
9. 【請求項９】前記動圧発生溝を、ヘリングボーン形状の
   場合には中央屈曲部から外周部もしくは内周部の先端に
   向かってその高さが低くなるように傾斜し、スパイラル
   形状の場合には内周部から外周部に向かってその高さが
   低くなるように傾斜した形状に加工する請求項８記載の
   動圧型スラスト軸受装置の製造方法。
10. 【請求項１０】請求項１〜請求項９の何れかに記載の方
    法にて製造した動圧型スラスト軸受装置であって、前記
    作動流体が空気である動圧型スラスト軸受装置。
11. 【請求項１１】請求項１〜請求項９の何れかに記載の方
    法にて製造した動圧型スラスト軸受装置であって、前記
    作動流体が潤滑油である動圧型スラスト軸受装置。
12. 【請求項１２】請求項１０記載の動圧型スラスト軸受装
    置をスピンドルモータとして用いたハードディスクドラ
    イブ装置。