JP3654891B2

JP3654891B2 - Groove machining method for ceramic thrust plate

Info

Publication number: JP3654891B2
Application number: JP2003147188A
Authority: JP
Inventors: 眞藤井; 信博大久保
Original assignee: 株式会社フォノン明和
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-05-26
Also published as: JP2004347078A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、セラミック製スラスト板の溝加工方法に係り、特に、動圧流体軸受におけるスラスト板として用いられるセラミック基板上に、動圧発生用の溝を有利に形成せしめることが出来る方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来、光・磁気ディスク装置等に搭載されるスピンドルモーターにおいては、軸受装置として、主に、玉軸受が採用されていたが、近年、各種ディスク装置に対しては装置の小型化、動作の高速化及び低振動化等が要求されているところから、そのようなディスク装置に搭載されるスピンドルモーターの軸受装置としても、従来の玉軸受に代えて、動圧流体軸受が採用されるようになっている。
【０００３】
ところで、そのようなスピンドルモーターに用いられる動圧流体軸受は、一般に、軸方向に直角な方向の荷重（ラジアル荷重）を受けるラジアル軸受部と、軸方向の荷重（アキシヤル荷重）を受けるスラスト軸受部とから、構成されてなるものであるが、これら軸受部のうち、特に、スラスト軸受部においては、軸の回転により動圧を発生させる部材として、セラミック等の材質よりなる基板の上に動圧発生用の溝（動圧発生溝）が形成せしめられたもの（スラスト板）が、用いられている。
【０００４】
ここにおいて、動圧流体軸受が、軸方向において安定した動圧特性を発揮するためには、上述したスラスト板における動圧発生溝の形状及び深さが高い精度において形成せしめられていることが、必要とされるところから、従来より、スラスト板の表面に加工を施して動圧発生溝を形成せしめる方法（溝加工方法）としては、種々の方法が提案され、採用されている。
【０００５】
例えば、基板を研磨した後、金属製の基板に対しては放電加工や電解エッチング加工を施すことにより、また、セラミック製の基板に対してはエッチング加工やブラスト加工を施すことにより、基板の表面に凹所を設け、かかる凹所をもって動圧発生溝とする方法が、提案されている。
【０００６】
しかしながら、このような、基板の表面に凹所を設けて動圧発生溝を形成せしめる、従来の方法にあっては、何れも、高価な装置を必要とするものであり、また、高い精度を有する動圧発生溝を形成せしめるためには、煩雑な工程を必要とし、その加工時間も必然的に長くなるところから、加工コストが嵩むという問題があった。
【０００７】
また、特開平６−１０１４８号公報（特許文献１）においては、金属製の板状体における動圧発生溝となる部位に、メッキ付着防止用の被覆を施した後、かかる板状体表面をメッキして、メッキ層を形成せしめ、次いで前記メッキ付着防止用の被覆を除去して、形成されたメッキ層（凸部）をもって、動圧発生溝とする方法が開示されているが、かかる方法にあっても、煩雑な工程を経るものであるところから、加工コストの点において、未だ、満足のいくものではなかった。
【０００８】
さらに、動圧流体軸受は、スラスト板と対向する部材とが互いに接触した状態において、軸が回転を始めることにより、スラスト軸受部にて動圧が発生し、スラスト軸受として機能するようになるものであるため、そのようなスラスト板表面の動圧発生溝に対応する凸部にあっては、耐摩耗性に優れていることが要求されるのである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−１０１４８号公報
【００１０】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為されたものであって、その課題とするところは、動圧流体軸受におけるスラスト板として用いられるセラミック基板表面に、耐摩耗性に優れた動圧発生溝を、より簡易に、且つ低いコストにて、形成せしめることが出来るセラミック製スラスト板の溝加工方法を提供することにある。
【００１１】
【解決手段】
そして、本発明は、かかる課題の解決のために、動圧流体軸受におけるスラスト板として用いられるセラミック基板に所定の溝パターンを形成するに際して、かかるセラミック基板に対して研磨加工を行ない、その研磨加工面に対して、前記溝パターン対応部位を除く部位に所定厚さの凸部パターンが形成されるように、該セラミック基板と焼結、一体化し得る材料のペーストを印刷して、溝形成用凸部パターンを形成した後、焼成を行ない、該溝形成用凸部パターンを焼結せしめて、該セラミック基板に一体化させることにより、該溝形成用凸部パターンに対応した前記溝パターンを、該セラミック基板上に形成することを特徴とするセラミック製スラスト板の溝加工方法を、その要旨とするものである。
【００１２】
このように、本発明に係るセラミック製スラスト板の溝加工方法にあっては、従来の溝加工方法の如く、特殊な装置を用いて基板の表面を処理するものではなく、焼結してセラミック基板と一体化し得る材料のペーストを用いて、セラミック基板の研磨加工面上に溝形成用凸部パターンを形成した後、焼成を行なうことにより、かかる溝形成用凸部パターンに対応した溝パターンを形成せしめるものであるところから、セラミック基板上に動圧発生溝が有利に形成され得ることとなる。
【００１３】
また、この本発明の溝加工方法により形成された、動圧発生溝を形成する凸部にあっては、セラミック基板と焼結、一体化し得る材料よりなるものであるところから、優れた耐摩耗性をも発揮し得るのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００１５】
先ず、図１及び図２には、従来より磁気ディスク装置等のスピンドルモーターにおいて用いられている動圧流体軸受の一例が、示されている。そして、それらの図のうち、図１においては、シャフト１４の非回転時の状態が、また図２においては、シャフト１４の回転時の状態が、各々、概略的に部分断面図の形態にて示されている。そこにおいて、それら図１及び図２に例示される動圧流体軸受１０は、スリーブ部材１２と、シャフト１４と、セラミック製スラスト板１６と、カウンタープレート１８とから、構成されているのである。
【００１６】
具体的には、スリーブ部材１２には、大径部１３ａ及び小径部１３ｂからなる内孔が設けられており、その大径部１３ａ側の開口部は、カウンタープレート１８によって閉塞されている。そして、小径部１３ｂ側の開口部より挿入され、その挿入側の先端部に環状フランジ部２０が組み付けられているシャフト１４にあっては、かかる環状フランジ部２０が大径部１３ａ内に位置するように、配置せしめられている。また、かかる内孔の大径部１３ａ内には、図３及び図４に示されている如き、その上面に略渦巻き状の動圧発生溝２２を有する円盤状のセラミック製スラスト板１６が、シャフト１４及び環状フランジ部２０の底面と、カウンタープレート１８との間において、かかる動圧発生溝２２を有する面がシャフト１４及び環状フランジ部２０の底面と接触した状態にて、介挿されている。更に、シャフト１４の外周面にも、スリーブ部材１２の内孔の小径部１３ｂ内に位置して、動圧発生溝２４ａ、２４ｂが、軸方向に離隔して二段に設けられている。加えて、スリーブ部材１２の内孔内の空隙、具体的には、かかる内孔の内壁と各部材（シャフト１４、セラミック製スラスト板１６、環状フランジ部２０）との間における隙間や、シャフト１４の外周面に設けられた動圧発生溝２４ａ、２４ｂの溝部（凹部）内、更には、セラミック製スラスト板１６上の動圧発生溝２２の溝部（凹部）内には、よく知られているように、潤滑流体としてのオイル（図示せず）が充填されている。
【００１７】
そして、このような構造を呈する動圧流体軸受１０にあっては、シャフト１４におけるスリーブ部材１２より突出している側の端部が、スピンドルモーターの回転軸と直結されて、用いられることとなるのである。
【００１８】
すなわち、かかる動圧流体軸受１０がスピンドルモーターに取り付けられて、スピンドルモーターが回転を始めると、動圧流体軸受１０にあっては、モーターの回転軸に直結されているシャフト１４の回転によって、シャフト１４の外周面に設けられた動圧発生溝２４ａ、２４ｂ内に存在する潤滑流体（オイル）が、シャフト１４の軸直角方向への圧力を発生せしめることとなるところから、シャフト１４へのラジアル荷重を受けるラジアル軸受として機能するのである。また、かかる動圧流体軸受１０においては、シャフト１４及び環状フランジ部２０の回転は、セラミック製スラスト板１６上に設けられた動圧発生溝２２内に存在している潤滑流体（オイル）にも作用して、シャフト１４の軸方向への圧力を発生すると共に、シャフト１４及び環状フランジ部２０の底面とセラミック製スラスト板１６との間に潤滑流体（オイル）の膜を形成し、以て、シャフト１４へのアキシヤル荷重を受けるスラスト軸受として機能することとなるのである。
【００１９】
このように、動圧流体軸受１０は、図２に示されている如く、シャフト１４の回転時においては、スピンドルモーターの回転軸に直結せしめられているシャフト１４及び環状フランジ部２０の外表面が、潤滑流体（オイル）の膜にて覆われることとなり、以て、かかるシャフト１４（及び環状フランジ部２０）を、非接触に支持せしめ得るのである。
【００２０】
本発明にあっては、このような動圧流体軸受１０におけるセラミック製スラスト板１６上の動圧発生溝２２を、図５に示されている如く、研磨加工が施されたセラミック基板２６の研磨加工面に対して、かかるセラミック基板２６と焼結、一体化し得る材料（以下、「焼結材料」とも言う。）のペースト２８を印刷し、焼成することにより、形成せしめるようにしたのである。
【００２１】
ここで、本発明に従って溝加工が施されることとなるセラミック基板２６としては、従来より公知の耐熱性セラミックよりなるセラミック基板であれば、如何なるものであっても用いることが可能であり、具体的には、アルミナ、ジルコニア、ムライト等の公知の耐熱性セラミックの中から、本発明の溝加工後にスラスト板１６として組み込まれることとなる動圧流体軸受１０に要求される特性等に適したセラミックが選択され、かかる選択されたセラミックよりなる基板が用いられることとなる。なお、セラミック基板２６の形状は、本実施形態においては円盤状であるが、本発明は、如何なる形状のセラミック基板に対しても適用可能であり、また、その大きさは、後に組み込まれることとなる動圧流体軸受に応じた大きさとされる。
【００２２】
本発明においては、このようにして準備されたセラミック基板２６に対して、先ず、従来より公知の各種手法に従って、所定の加工公差内となるように、その基板表面に、研磨加工が施される。このような研磨加工の実施は、動圧流体軸受１０に組み込まれるセラミック製スラスト板１６に対しては、特に、その溝深さにおいて高い精度が要求されるからである。
【００２３】
次いで、かくの如き研磨加工の後、セラミック基板２６の研磨加工面上における、目的とする溝パターンに対応する部位（溝存在部位）を除く部位に、焼結材料のペースト２８が印刷されることにより、かかるペースト２８よりなる溝形成用凸部パターン３０が、所定厚さにて形成せしめられる。
【００２４】
具体的には、図５に示した溝加工方法においては、通常のスクリーン３２を用いた印刷方法（スクリーン印刷法）によって、焼結材料のペースト２８が、印刷せしめられるようになっている。そして、ここにおいて用いられるスクリーン３２には、目的とする動圧発生溝２２の溝パターンに対応する部位を除く部位に、孔（空所）が設けられているのである。従って、図５に示されているように、焼結材料のペースト２８を、そのような孔（空所）が設けられたスクリーン３２を通して、セラミック基板２６の研磨加工面上に供給することにより、セラミック基板２６上に、ペースト２８よりなる、目的とする溝形成用凸部パターン３０が、形成せしめられることとなる。
【００２５】
ここで、焼結材料のペースト２８を印刷する際には、セラミック製スラスト板１６に対して、換言すれば、本発明に従う溝加工後に用いられることとなる動圧流体軸受１０に対して要求される動圧特性や、焼成による溝形成用凸部パターン３０の収縮分、更には焼結後の研磨加工の削り代等をも考慮して、印刷される溝形成用凸部パターン３０の厚さが決定されることとなるが、かかる厚さは、一般に、１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上とされる。また、このようにして決定された溝形成用凸部パターン３０の厚さに応じて、スクリーン３２の厚さ及び材質も適宜に決定されることとなる。
【００２６】
なお、本発明に従う溝加工方法にあっては、セラミック基板２６に対して焼結材料のペースト２８を印刷せしめる手法として、目的とする溝パターンを形成し得る凸部パターン３０を形成し得る限りにおいて、上述したスクリーン印刷法のみならず、従来より公知の各種手法を採用し得ることは、言うまでもないところである。
【００２７】
ところで、上述のようにセラミック基板２６の研磨加工面に対して印刷されるペーストとしては、かかるセラミック基板２６と焼結、一体化し得る材料（焼結材料）を主成分とするものであれば、如何なるものであっても用いることが出来るが、本発明においては、一般に、液剤（溶媒）に、焼結材料、バインダー、及び必要に応じてその他の成分を均一に分散乃至は溶解せしめてなるものが、好適に用いられることとなる。
【００２８】
具体的には、セラミック基板２６に焼結、一体化せしめ得る材料（焼結材料）としては、結晶化ガラス、ジルコニア、アルミナ等の、優れた耐摩耗性を有する公知のセラミックや、モリブデン−マンガン合金、タングステン等の、硬度が高い金属等を好適に用いることが出来るが、そのような公知の材料の中でも、特に、セラミック基板２６を構成するセラミックとの間において、熱膨張係数の差の絶対値が４×１０^-6（Ｋ^-1）以下である材料が有利に選択されて、用いられることとなる。けだし、熱膨張係数の差の絶対値が４×１０^-6（Ｋ^-1）を超える材料よりなるペーストを用いると、かかるペーストよりなる溝形成用凸部パターン３０が、焼成後の冷却過程において、変形したり、ひび割れを生じたりする等の恐れがあるからである。なお、このようにして選択された材料にあっては、焼結性の向上等を図るべく、粒径が１０μｍ以下に微粉砕されたものが、好適に用いられることとなる。
【００２９】
また、このような焼結材料が分散せしめられる液剤としては、テルピネオールやカルビトール等が有利に用いられ得るのであり、更に、焼結後の溝形成用凸部パターンに更なる強度を付与することを目的として配合されるバインダーとしては、エチルセルロース、アクリル系ポリマー、ポリビニルブチラール、ワックス等を主成分とする公知の各種バインダーの中から、用いられる液剤に溶解し得るものが適宜に選択されて、用いられることとなる。
【００３０】
なお、本発明において用いられる、セラミック基板２６に印刷される焼結材料のペースト２８にあっては、セラミック基板２６に対してする印刷性や、印刷された溝形成用凸部パターン３０に要求される安定性等の観点より、５００〜５０００Ｐ程度の粘度を有するものであることが好ましいところから、上述した各成分にあっては、焼結材料：１００重量部、液剤：５〜５０重量部、バインダー：０．１〜２０重量部の割合において各々配合されて、調製されることが好ましい。また、これら各成分以外にも、種々の目的の下に、その他の成分を配合せしめることも可能であり、例えば、ペーストに対して、セラミック基板２６上に印刷する際の安定性や適切なレオロジー特性を付与することを目的として、消泡剤や分散剤等を適宜用いることも可能である。
【００３１】
そして、本発明に従うセラミック製スラスト板１６の溝加工方法においては、上述の如くしてセラミック基板２６の研磨加工面上に形成された溝形成用凸部パターン３０を焼成することにより、この溝形成用凸部パターン３０を焼結せしめて、セラミック基板２６に一体化させることにより、かかる溝形成用凸部パターン３０に対応した凸部３４に構成されるパターンを形成し、そしてこの凸部３４にて囲まれた形態において、動圧発生溝２４の溝パターンが、セラミック基板２６上に形成されることとなるのである。
【００３２】
ここで、セラミック基板２６に形成された溝形成用凸部パターン３０の焼成は、有利には、各種の焼成炉を用いて行なわれるのであり、このような焼成炉を用いる場合の焼成温度は、ペーストの主成分たる焼結材料の焼結温度に応じて、適宜に設定されることとなる。具体的には、焼結材料として、結晶化ガラスを用いた場合にあっては５００〜１０００℃程度、ジルコニアを用いた場合には１３００〜１５００℃程度、アルミナを用いた場合には１３００〜１６００℃程度、モリブデン−マンガン合金を用いた場合には１２００〜１４００℃程度、タングステンを用いた場合には１４００〜１６００℃程度の範囲内において、ペーストに含まれる他の成分をも勘案した適当な温度が、焼成温度として設定されることとなる。
【００３３】
なお、セラミック基板２６に印刷されたペーストの粘度が低く、焼成の際に、溝形成用凸部パターン３０が変形するおそれがある場合には、印刷したペーストを乾燥させた後に焼成を行なうことが望ましい。
【００３４】
また、セラミック基板２６の表面に形成された、焼結材料のペースト２８よりなる溝形成用凸部パターン３０を焼成すると、かかるペースト２８が焼結する際に収縮して、図５に示したように、焼結した溝形成用凸部パターン３０の表面に凹凸が生じるおそれがあるところから、焼成後に、焼結した溝形成用凸部パターン３０の凸部３４の表面を研磨加工を施すことにより、高精度に動圧発生溝２４の溝深さを制御することが好ましいのである。
【００３５】
以上、本発明の好ましい実施態様について詳述してきたが、それは文字通りの例示であって、本発明は、そのような実施形態の記載によって、何等、限定的に解釈されるものでないことが、理解されるべきである。
【００３６】
また、本発明に従って溝加工が施されたセラミック製スラスト板１６は、図１及び図２に例示した動圧流体軸受１０以外の構成を採用する動圧流体軸受においても、好適に用いられ得るものであって、例えば、図１及び図２に記載の動圧流体軸受１０において、セラミック製スラスト板１６をカウンタープレート１８の代わりに用いて、かかるセラミック製スラスト板１６を、その動圧発生溝２２を有する面がシャフト１４と対向するような状態において、スリーブ部材１２の大径部１３ａを閉塞せしめた構造を呈する動圧流体軸受においても、好適に用いられることとなる。
【００３７】
このように、本発明に係る溝加工方法にあっては、セラミック基板２６と焼結、一体化し得る材料を主成分とするペーストをセラミック基板２６上に印刷し、かかるペーストよりなる溝形成用凸部パターン３０を形成せしめた後、焼成を行なうことにより、かかる溝形成用凸部パターン３０に対応した溝（２２）パターンを形成せしめるものであり、従来の溝加工方法の如く、表面処理のための煩雑な工程や、基板表面を処理するための特殊な装置を必要としないものであるところから、従来方法より、簡易に且つ低いコストにて、セラミック基板２６上に、所定の溝パターンよりなる動圧発生溝２２を形成することが可能となったのである。
【００３８】
また、本発明に従ってセラミック基板２６上に形成される溝形成用凸部パターン３０にあっては、かかるセラミック基板２６と焼結、一体化し得る材料のペーストが、焼成により焼結せしめられて、セラミック基板２６と一体化されてなるものであるところから、優れた耐摩耗性を発揮し、セラミック製スラスト板１６の高寿命化にも著しく寄与し得るのである。
【００３９】
【実施例】
以下に、本発明の代表的な実施例を含む幾つかの実験例を示し、本発明を更に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、そのような実験例の記載によって何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが理解されるべきである。
【００４０】
先ず、緻密に焼結せしめられてなるアルミナ基板（２６）を矩形盤状（３０ｍｍ×６ｍｍ×０．８ｍｍ）に加工し、これにより得られた矩形盤状のアルミナ基板（２６）表面に対して、研磨機を用いて、研磨加工を行なった。なお、かかる研磨加工に際しては、後に基板表面に形成する溝形成用凸部パターン（３０）の厚み（高さ）を考慮して、１０μｍ薄くなるように、研磨加工を行なった。
【００４１】
一方、アルミナ基板（２６）と焼結、一体化し得る材料として、耐摩耗性に優れた結晶化ガラス（ビッカース硬さ数：６００ｋｇｆ／ｍｍ² ）を選択し、これを粒径が１０μｍ以下となるように微粉砕したものと共に、液剤として、テルピネオールとカルビトールを重量比で１：１にて混合した混合溶剤を用い、更に、バインダーとしてポリビニルブチラールを用いて、これら各成分を、結晶化ガラス：１００重量部、混合溶剤：３０重量部、ポリビニルブチラール：２重量部の割合にて配合して、均一に分散せしめることにより、結晶化ガラスのペースト（２８）を準備した。なお、このようにして調製されたペースト（２８）の粘度は２０００Ｐであった。
【００４２】
次いで、アルミナ基板（２６）の研磨加工面上に、溝幅が１．２ｍｍであり、溝ピッチ（隣り合う溝形成用凸部（３４）の中心間の距離）が３ｍｍの、互いに平行に並ぶ溝を形成すべく、アルミナ基板（２６）における、かかる平行に並ぶ溝パターンに対応する部位を除く部位に、上述の如くして準備された結晶化ガラスのペースト（２８）を、その厚みが２０μｍとなるようにスクリーン印刷することにより、結晶化ガラスのペースト（２８）よりなる溝形成用凸部パターン（３０）を形成した。
【００４３】
さらに、乾燥機を用いて、アルミナ基板（２６）上に印刷されたペースト（２８）を乾燥させた後、かかるアルミナ基板（２６）を焼成炉内に静置して、焼成温度：１０００℃にて焼成することにより、結晶化ガラスのペースト（２８）を焼結せしめた。そして、アルミナ基板（２６）を冷却後、焼結した溝形成用凸部パターン（３０）における凸部（３４）の高さが１０μｍとなるように、かかる凸部（３４）の上面に対して、研磨加工を施した。
【００４４】
このように溝加工が施されたアルミナ基板（２６）の表面を、表面粗さ測定機（株式会社東京精密製、サーフコム３０Ｃ）を用いて測定し、その測定により得られた凸部（３４）の形状を示すチャートを、図６に示す。なお、理解を容易にするために、かかる図６のチャートにおいては、凸部（３４）の形状に関し、凸部（３４）の高さ（溝深さ）方向が２０００倍に、また凸部（３４）の幅方向が２．５倍に、各々拡大されて、示されている。そして、この図６のチャートからも明らかなように、上述の如くして得られた溝形成用凸部（３４）にあっては、表面が平滑で、高さ（深さ）が１０±１μｍにて形成せしめられていることが、認められるのである。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に従うセラミック製スラスト板の溝加工方法にあっては、従来の溝加工方法の如く、特殊な装置を用いて基板の表面を処理するものではなく、焼結してセラミック基板と一体化し得る材料のペーストを用いて、セラミック基板の研磨加工面上に溝形成用凸部パターンを形成した後、焼成を行なうことにより、かかる溝形成用凸部パターンに対応した溝パターンを形成せしめるものであるところから、従来方法より、簡易に且つ低いコストにて、セラミック基板上に動圧発生溝を形成することが可能となったのである。
【００４６】
また、本発明の溝加工方法により形成された溝形成用凸部パターンは、焼成により、セラミック基板と焼結、一体化せしめられてなるものであるところから、優れた耐摩耗性をも発揮することとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動圧流体軸受の、シャフト非回転時の状態を示す部分断面説明図である。
【図２】図１に示された動圧流体軸受の、シャフト回転時の状態を示す部分断面説明図である。
【図３】図１に示された動圧流体軸受に用いられているセラミック製スラスト板の上面説明図である。
【図４】図３に示されたセラミック製スラスト板の、Ａ−Ａ断面説明図である。
【図５】本発明に従うセラミック製スラスト板の溝加工方法における、ペーストの印刷から研磨加工までの工程の一例を示す断面説明図である。
【図６】実施例において、表面粗さ測定機にて溝形成用凸部を測定して得られた結果を示すチャートである。
【符号の説明】
１０動圧流体軸受１２スリーブ部材
１３ａ大径部１３ｂ小径部
１４シャフト１６セラミック製スラスト板
１８カウンタープレート２０環状フランジ部
２２動圧発生溝２４ａ、２４ｂ動圧発生溝
２６セラミック基板２８ペースト
３０溝形成用凸部パターン３２スクリーン
３４凸部[0001]
【Technical field】
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for processing a groove of a ceramic thrust plate, and more particularly to a method capable of advantageously forming a groove for generating dynamic pressure on a ceramic substrate used as a thrust plate in a hydrodynamic bearing. is there.
[0002]
[Background]
Conventionally, in a spindle motor mounted on an optical / magnetic disk device or the like, a ball bearing has been mainly used as a bearing device. However, in recent years, for various disk devices, the size of the device is reduced and the operation speed is high. Therefore, as a bearing device for a spindle motor mounted on such a disk device, a hydrodynamic bearing has been adopted instead of the conventional ball bearing. ing.
[0003]
By the way, the hydrodynamic bearing used for such a spindle motor generally includes a radial bearing that receives a load in the direction perpendicular to the axial direction (radial load) and a thrust bearing that receives an axial load (axial load). Among these bearing parts, in particular, in the thrust bearing part, the dynamic pressure is formed on a substrate made of a material such as ceramic as a member that generates dynamic pressure by rotating the shaft. A thing (thrust plate) in which a generating groove (dynamic pressure generating groove) is formed is used.
[0004]
Here, in order for the dynamic pressure fluid bearing to exhibit stable dynamic pressure characteristics in the axial direction, the shape and depth of the dynamic pressure generating groove in the thrust plate described above are formed with high accuracy. In view of the necessity, various methods have been proposed and adopted as a method (groove processing method) for forming a dynamic pressure generating groove by processing the surface of a thrust plate.
[0005]
For example, after polishing the substrate, the surface of the substrate can be obtained by subjecting a metal substrate to electrical discharge machining or electrolytic etching, and to the ceramic substrate by etching or blasting There has been proposed a method in which a recess is provided in the groove and the recess is used as a dynamic pressure generating groove.
[0006]
However, any of the conventional methods for forming a dynamic pressure generating groove by providing a recess on the surface of the substrate requires an expensive device and has high accuracy. In order to form the dynamic pressure generating groove, a complicated process is required, and the processing time is inevitably long, which increases the processing cost.
[0007]
In Japanese Patent Laid-Open No. 6-10148 (Patent Document 1), after applying a coating for preventing plating adhesion to a portion that becomes a dynamic pressure generating groove in a metal plate-like body, the surface of the plate-like body is formed. A method is disclosed in which a plating layer is formed by plating, and then the coating for preventing plating adhesion is removed, and the formed plating layer (convex portion) is used as a dynamic pressure generating groove. However, since it is a complicated process, it has not been satisfactory in terms of processing cost.
[0008]
Furthermore, the hydrodynamic bearing is a shaft that begins to rotate in a state where the thrust plate and the opposing member are in contact with each other, so that dynamic pressure is generated at the thrust bearing portion and functions as a thrust bearing. Therefore, the protrusion corresponding to the dynamic pressure generating groove on the surface of the thrust plate is required to have excellent wear resistance.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-10148
[Solution]
Here, the present invention has been made in the background of such circumstances, and the problem is that the surface of the ceramic substrate used as the thrust plate in the hydrodynamic bearing has excellent wear resistance. It is an object of the present invention to provide a method for processing a groove of a ceramic thrust plate that can form a pressure generating groove more easily and at a low cost.
[0011]
[Solution]
And in order to solve this problem, the present invention performs a polishing process on the ceramic substrate when forming a predetermined groove pattern on the ceramic substrate used as a thrust plate in the hydrodynamic bearing, and the polishing process A paste of a material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate is printed on the surface so that a convex pattern with a predetermined thickness is formed in a portion excluding the portion corresponding to the groove pattern. After forming the part pattern, firing is performed, and the groove forming convex part pattern is sintered and integrated with the ceramic substrate, whereby the groove pattern corresponding to the groove forming convex part pattern is The gist of the method of grooving a ceramic thrust plate, which is characterized by being formed on a ceramic substrate.
[0012]
As described above, in the method of grooving a ceramic thrust plate according to the present invention, the surface of the substrate is not treated using a special apparatus as in the conventional grooving method, but the ceramic is sintered and sintered. Using a paste of a material that can be integrated with the substrate, after forming the groove forming convex pattern on the polished surface of the ceramic substrate, firing is performed to form a groove pattern corresponding to the groove forming convex pattern. Since it is to be formed, the dynamic pressure generating groove can be advantageously formed on the ceramic substrate.
[0013]
Further, in the convex portion that forms the dynamic pressure generating groove formed by the groove processing method of the present invention, it is made of a material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate, so that it has excellent wear resistance. It can also exhibit sex.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
First, FIG. 1 and FIG. 2 show an example of a hydrodynamic bearing conventionally used in a spindle motor of a magnetic disk device or the like. Of these drawings, the state when the shaft 14 is not rotated in FIG. 1 and the state when the shaft 14 is rotated in FIG. 2 are each schematically shown in a partial sectional view. It is shown. 1 and FIG. 2, the hydrodynamic bearing 10 illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 is composed of a sleeve member 12, a shaft 14, a ceramic thrust plate 16, and a counter plate 18.
[0016]
Specifically, the sleeve member 12 is provided with an inner hole composed of a large diameter portion 13 a and a small diameter portion 13 b, and the opening on the large diameter portion 13 a side is closed by a counter plate 18. And in the shaft 14 which is inserted from the opening part on the small diameter part 13b side and the annular flange part 20 is assembled to the tip part on the insertion side, the annular flange part 20 is located in the large diameter part 13a. It is arranged like this. Further, in the large-diameter portion 13a of the inner hole, as shown in FIGS. 3 and 4, a disk-shaped ceramic thrust plate 16 having a substantially spiral dynamic pressure generating groove 22 on its upper surface is provided. Between the bottom surface of the shaft 14 and the annular flange portion 20 and the counter plate 18, the surface having the dynamic pressure generating groove 22 is inserted in a state of being in contact with the bottom surface of the shaft 14 and the annular flange portion 20. . Furthermore, dynamic pressure generating grooves 24a and 24b are also provided on the outer peripheral surface of the shaft 14 in two steps so as to be located in the small diameter portion 13b of the inner hole of the sleeve member 12 and separated in the axial direction. In addition, a gap in the inner hole of the sleeve member 12, specifically, a gap between the inner wall of the inner hole and each member (the shaft 14, the ceramic thrust plate 16, the annular flange portion 20), the shaft 14 Are well known in the grooves (recesses) of the dynamic pressure generation grooves 24a and 24b provided on the outer peripheral surface of the ceramic thrust plate 16, and further in the grooves (recesses) of the dynamic pressure generation grooves 22 on the ceramic thrust plate 16. As described above, oil (not shown) as a lubricating fluid is filled.
[0017]
In the hydrodynamic bearing 10 having such a structure, the end portion of the shaft 14 on the side protruding from the sleeve member 12 is directly connected to the rotation shaft of the spindle motor and used. is there.
[0018]
That is, when the dynamic pressure fluid bearing 10 is attached to the spindle motor and the spindle motor starts to rotate, the dynamic pressure fluid bearing 10 has the shaft 14 rotated by the rotation of the shaft 14 directly connected to the rotation shaft of the motor. Since the lubricating fluid (oil) present in the dynamic pressure generating grooves 24a and 24b provided on the outer peripheral surface of the shaft 14 generates pressure in the direction perpendicular to the shaft 14, the radial load on the shaft 14 is increased. It functions as a radial bearing that receives the power. In the hydrodynamic bearing 10, the rotation of the shaft 14 and the annular flange portion 20 is also applied to the lubricating fluid (oil) existing in the hydrodynamic groove 22 provided on the ceramic thrust plate 16. Acting to generate a pressure in the axial direction of the shaft 14 and forming a film of lubricating fluid (oil) between the bottom surface of the shaft 14 and the annular flange portion 20 and the ceramic thrust plate 16; It functions as a thrust bearing that receives an axial load on the shaft 14.
[0019]
Thus, as shown in FIG. 2, the hydrodynamic bearing 10 has the outer surfaces of the shaft 14 and the annular flange portion 20 that are directly connected to the rotating shaft of the spindle motor when the shaft 14 rotates. Thus, the shaft 14 (and the annular flange portion 20) can be supported in a non-contact manner by being covered with a film of lubricating fluid (oil).
[0020]
In the present invention, the dynamic pressure generating groove 22 on the ceramic thrust plate 16 in the hydrodynamic bearing 10 is polished on the ceramic substrate 26 which has been polished as shown in FIG. A paste 28 made of a material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate 26 (hereinafter, also referred to as “sintered material”) is printed and fired on the processed surface.
[0021]
Here, as the ceramic substrate 26 to be grooved according to the present invention, any ceramic substrate made of a conventionally known heat-resistant ceramic can be used. Specifically, among known heat-resistant ceramics such as alumina, zirconia, and mullite, ceramics suitable for characteristics required for the hydrodynamic bearing 10 to be incorporated as the thrust plate 16 after the groove processing of the present invention. Is selected, and a substrate made of the selected ceramic is used. In addition, although the shape of the ceramic substrate 26 is a disk shape in this embodiment, the present invention can be applied to a ceramic substrate of any shape, and the size thereof is incorporated later. The size is determined according to the hydrodynamic bearing.
[0022]
In the present invention, first, the ceramic substrate 26 thus prepared is polished on the surface of the substrate so as to be within a predetermined processing tolerance according to various conventionally known methods. . This is because such polishing is required for the ceramic thrust plate 16 incorporated in the hydrodynamic bearing 10, particularly with high accuracy in the groove depth.
[0023]
Next, after the polishing process as described above, the paste 28 of the sintered material is printed on the polishing surface of the ceramic substrate 26 except the part corresponding to the target groove pattern (the groove existing part). Thus, the groove forming convex pattern 30 made of the paste 28 is formed with a predetermined thickness.
[0024]
Specifically, in the groove processing method shown in FIG. 5, the paste 28 of the sintered material is printed by a printing method (screen printing method) using a normal screen 32. The screen 32 used here is provided with holes (voids) in portions other than the portion corresponding to the groove pattern of the target dynamic pressure generating groove 22. Accordingly, as shown in FIG. 5, the paste 28 of the sintered material is supplied onto the polished surface of the ceramic substrate 26 through the screen 32 provided with such holes (voids). On the ceramic substrate 26, a target groove forming convex pattern 30 made of the paste 28 is formed.
[0025]
Here, when printing the paste 28 of sintered material, it is required for the ceramic thrust plate 16, in other words, for the hydrodynamic bearing 10 to be used after grooving according to the present invention. In consideration of the dynamic pressure characteristics, the shrinkage of the groove forming convex pattern 30 due to firing, and the grinding allowance for polishing after sintering, etc., the thickness of the groove forming convex pattern 30 to be printed However, the thickness is generally 10 μm or more, preferably 20 μm or more. Further, the thickness and material of the screen 32 are appropriately determined according to the thickness of the groove forming convex pattern 30 determined in this way.
[0026]
In the groove processing method according to the present invention, as a method of printing the paste 28 of the sintered material on the ceramic substrate 26, as long as the convex pattern 30 that can form the target groove pattern can be formed. Needless to say, not only the above-described screen printing method but also various conventionally known methods can be employed.
[0027]
By the way, as the paste printed on the polished surface of the ceramic substrate 26 as described above, if the main component is a material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate 26 (sintered material), Any material can be used, but in the present invention, generally, a sintered material, a binder, and other components as required are uniformly dispersed or dissolved in a liquid agent (solvent). Is preferably used.
[0028]
Specifically, as a material (sintered material) that can be sintered and integrated with the ceramic substrate 26, known ceramics having excellent wear resistance such as crystallized glass, zirconia, and alumina, and molybdenum-manganese A metal having high hardness, such as an alloy or tungsten, can be suitably used. Among such known materials, in particular, the absolute difference in thermal expansion coefficient between the ceramic constituting the ceramic substrate 26 and the like. A material having a value of 4 × 10 ⁻⁶ (K ⁻¹ ) or less is advantageously selected and used. However, when a paste made of a material having an absolute value of the difference in thermal expansion coefficient exceeding 4 × 10 ⁻⁶ (K ⁻¹ ) is used, the groove forming convex pattern 30 made of such paste is formed in the cooling process after firing. This is because there is a risk of deformation or cracking. In addition, in the material selected in this way, a material finely pulverized to a particle size of 10 μm or less is preferably used in order to improve the sinterability.
[0029]
Further, as a liquid agent in which such a sintered material can be dispersed, terpineol, carbitol, or the like can be advantageously used, and further imparting further strength to the groove forming convex pattern after sintering. As a binder to be formulated for the purpose of, for example, a binder that can be dissolved in a liquid agent to be used is appropriately selected from various known binders mainly composed of ethyl cellulose, acrylic polymer, polyvinyl butyral, wax, and the like. Will be.
[0030]
The paste 28 of the sintered material printed on the ceramic substrate 26 used in the present invention is required for the printability to the ceramic substrate 26 and the printed groove forming convex pattern 30. From the standpoint of stability and the like, it is preferable to have a viscosity of about 500 to 5000 P. In each component described above, the sintered material: 100 parts by weight, the liquid agent: 5 to 50 parts by weight, Binder: It is preferably prepared by blending each at a ratio of 0.1 to 20 parts by weight. In addition to these components, other components can be blended for various purposes. For example, the stability of the paste when printing on the ceramic substrate 26 and the appropriate rheology can be obtained. For the purpose of imparting characteristics, an antifoaming agent, a dispersing agent or the like can be used as appropriate.
[0031]
In the groove processing method of the ceramic thrust plate 16 according to the present invention, the groove forming convex pattern 30 formed on the polished surface of the ceramic substrate 26 is fired as described above, thereby forming the groove. The convex pattern 30 for sintering is sintered and integrated with the ceramic substrate 26 to form a pattern constituted by the convex part 34 corresponding to the convex part pattern 30 for groove formation. Therefore, the groove pattern of the dynamic pressure generating grooves 24 is formed on the ceramic substrate 26.
[0032]
Here, the firing of the groove forming convex pattern 30 formed on the ceramic substrate 26 is advantageously performed using various firing furnaces, and the firing temperature when using such a firing furnace is: It is set appropriately according to the sintering temperature of the sintered material as the main component of the paste. Specifically, when crystallized glass is used as the sintered material, about 500 to 1000 ° C., when zirconia is used, about 1300 to 1500 ° C., and when alumina is used, 1300 to 1600 Appropriate temperature in consideration of other components contained in the paste within a range of about 1200 ° C to about 1400 ° C when molybdenum-manganese alloy is used and about 1400 to 1600 ° C when tungsten is used. Is set as the firing temperature.
[0033]
If the viscosity of the paste printed on the ceramic substrate 26 is low and the groove forming convex pattern 30 may be deformed during firing, the printed paste is dried and then fired. desirable.
[0034]
Further, when the groove forming convex pattern 30 made of the sintered material paste 28 formed on the surface of the ceramic substrate 26 is fired, the paste 28 contracts when sintered, as shown in FIG. In addition, since the surface of the sintered groove forming convex part pattern 30 may be uneven, the surface of the convex part 34 of the sintered groove forming convex part pattern 30 is polished after firing. It is preferable to control the groove depth of the dynamic pressure generating groove 24 with high accuracy.
[0035]
Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, they are literal examples, and it should be understood that the present invention is not construed as being limited in any way by the description of such embodiments. It should be.
[0036]
Further, the ceramic thrust plate 16 subjected to the grooving according to the present invention can be suitably used also in a hydrodynamic bearing employing a configuration other than the hydrodynamic bearing 10 illustrated in FIGS. 1 and 2. For example, in the hydrodynamic bearing 10 shown in FIGS. 1 and 2, the ceramic thrust plate 16 is used instead of the counter plate 18, and the ceramic thrust plate 16 is used as the dynamic pressure generating groove 22. In a state in which the surface having the surface is opposed to the shaft 14, the hydrodynamic bearing having a structure in which the large-diameter portion 13 a of the sleeve member 12 is closed is also preferably used.
[0037]
As described above, in the groove processing method according to the present invention, a paste mainly composed of a material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate 26 is printed on the ceramic substrate 26, and the groove forming convexity made of the paste is formed. After forming the part pattern 30, the groove (22) pattern corresponding to the groove forming convex part pattern 30 is formed by firing, and for surface treatment as in the conventional groove processing method. Therefore, a specific groove pattern is formed on the ceramic substrate 26 more easily and at a lower cost than the conventional method. The dynamic pressure generating groove 22 can be formed.
[0038]
Further, in the groove forming convex pattern 30 formed on the ceramic substrate 26 according to the present invention, a paste of a material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate 26 is sintered by firing to be ceramic. Since it is integrated with the substrate 26, it exhibits excellent wear resistance and can significantly contribute to the extension of the life of the ceramic thrust plate 16.
[0039]
【Example】
Hereinafter, some experimental examples including typical examples of the present invention will be shown, and the present invention will be clarified more specifically. However, the present invention is not limited by the description of such experimental examples. It goes without saying that there are no restrictions. In addition to the following examples, the present invention includes various changes, modifications, and modifications based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention, in addition to the above specific description. It should be understood that improvements and the like can be added.
[0040]
First, an alumina substrate (26) that is densely sintered is processed into a rectangular disk shape (30 mm × 6 mm × 0.8 mm), and the surface of the rectangular disk-shaped alumina substrate (26) thus obtained is processed. Polishing was performed using a polishing machine. In this polishing process, the polishing process was performed so that the thickness (height) of the groove forming convex pattern (30) to be formed later on the substrate surface was reduced by 10 μm.
[0041]
On the other hand, as a material that can be sintered and integrated with the alumina substrate (26), crystallized glass (Vickers hardness number: 600 kgf / mm ² ) excellent in wear resistance is selected, and the particle size becomes 10 μm or less. In addition to the finely pulverized product, a mixed solvent in which terpineol and carbitol are mixed at a weight ratio of 1: 1 is used as a liquid, and polyvinyl butyral is used as a binder. A crystallized glass paste (28) was prepared by blending in a proportion of 100 parts by weight, mixed solvent: 30 parts by weight, polyvinyl butyral: 2 parts by weight and uniformly dispersing. The viscosity of the paste (28) thus prepared was 2000P.
[0042]
Next, on the polished surface of the alumina substrate (26), the groove width is 1.2 mm, and the groove pitch (distance between the centers of the adjacent groove forming convex portions (34)) is 3 mm, which are arranged in parallel to each other. In order to form the groove, the crystallized glass paste (28) prepared as described above is formed on the alumina substrate (26) except for the part corresponding to the parallel groove pattern, and the thickness thereof is 20 μm. The groove-forming convex pattern (30) made of the crystallized glass paste (28) was formed by screen printing so that
[0043]
Furthermore, after drying the paste (28) printed on the alumina substrate (26) using a dryer, the alumina substrate (26) is allowed to stand in a firing furnace, and the firing temperature is set to 1000 ° C. The crystallized glass paste (28) was sintered by firing. Then, after cooling the alumina substrate (26), the height of the convex portion (34) in the sintered groove forming convex pattern (30) is 10 μm with respect to the upper surface of the convex portion (34). The polishing process was performed.
[0044]
The surface of the alumina substrate (26) thus grooved was measured using a surface roughness measuring machine (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., Surfcom 30C), and the convex portion (34) obtained by the measurement. A chart showing the shape is shown in FIG. For easy understanding, in the chart of FIG. 6, the height (groove depth) direction of the convex portion (34) is 2000 times and the convex portion (34) is related to the shape of the convex portion (34). The width direction of 34) is shown enlarged by 2.5 times. As apparent from the chart of FIG. 6, the groove-forming convex portion (34) obtained as described above has a smooth surface and a height (depth) of 10 ± 1 μm. It is recognized that it is formed in
[0045]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the method of grooving a ceramic thrust plate according to the present invention, the surface of the substrate is not treated using a special apparatus as in the conventional grooving method. Corresponding to this groove forming convex pattern by forming a groove convex pattern on the polished surface of the ceramic substrate using a paste of a material that can be combined with the ceramic substrate and firing it Therefore, the dynamic pressure generating grooves can be formed on the ceramic substrate more easily and at a lower cost than the conventional method.
[0046]
Further, the groove forming convex pattern formed by the groove processing method of the present invention is sintered and integrated with the ceramic substrate by firing, and thus exhibits excellent wear resistance. It will be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional explanatory view showing a state of a hydrodynamic bearing when a shaft is not rotating.
2 is a partial cross-sectional explanatory view showing a state of the hydrodynamic bearing shown in FIG. 1 when a shaft rotates.
3 is an upper surface explanatory view of a ceramic thrust plate used in the hydrodynamic bearing shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an AA cross-sectional explanatory view of the ceramic thrust plate shown in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view showing an example of steps from paste printing to polishing in the method of grooving a ceramic thrust plate according to the present invention.
FIG. 6 is a chart showing results obtained by measuring groove-forming convex portions with a surface roughness measuring machine in Examples.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydrodynamic bearing 12 Sleeve member 13a Large diameter part 13b Small diameter part 14 Shaft 16 Ceramic thrust plate 18 Counter plate 20 Annular flange part 22 Dynamic pressure generating groove 24a, 24b Dynamic pressure generating groove 26 Ceramic substrate 28 Paste 30 For groove formation Convex part pattern 32 Screen 34 Convex part

Claims

When a predetermined groove pattern is formed on a ceramic substrate used as a thrust plate in a hydrodynamic bearing, polishing is performed on the ceramic substrate, and a portion other than the groove pattern corresponding portion is removed from the polished surface. A material that can be sintered and integrated with the ceramic substrate so that a convex pattern of a predetermined thickness is formed , and the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic and the ceramic constituting the ceramic substrate is absolute. A paste having a value of 4 × 10 ⁻⁶ (K ⁻¹ ) or less is printed to form a groove forming convex pattern, followed by firing to sinter the groove forming convex pattern. And forming the groove pattern corresponding to the groove forming convex pattern on the ceramic substrate by integrating the ceramic substrate with the ceramic substrate. Growing method for the last plate.