JP6078022B2 - スピンドルモータ及びハードディスク装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステンレス鋼の表面に金属皮膜を形成した部品を備えたスピンドルモータ及びそのスピンドルモータを使用したハードディスク装置に関するものである。

通常、ハードディスク装置に使用される部品には、高い寸法精度が要求されることから優れた成形加工性を有することが求められている。中でも、切削加工は最もよく利用される加工方法であり、切削性を改善するためにステンレス鋼に快削元素としてイオウ（Ｓ）や、鉛（Ｐｂ）、テルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）等が添加されている。ところが、この切削性を改善するために添加されているイオウや鉛は、腐食性ガスを発生させたり、異物粒子としてハードディスク装置内に発塵して使用に支障をきたす虞が有る。

ハードディスク駆動装置内の清浄度を維持する技術としては、寸法精度の要する軸受の取り付け部分を除くステンレス製のロータハブやシャフトに無電解ニッケルメッキを施す技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、ステンレス鋼は、その表面には耐食性を与える不動態皮膜が存在し、無電解ニッケルメッキ皮膜の密着性が極めて悪いという問題がある。また、特許文献１では、無電解ニッケルメッキ処理を施すことが開示されているものの、具体的な方法が示されていないので、皮膜の密着性が十分であるか不明であった。

このような密着性を向上させる技術としては、ディスク保持部材（ロータハブ）に、ウッド浴によるストライクメッキ（電解ニッケルメッキ）を施してから無電解ニッケルメッキ層を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。このような方法で形成されたメッキ皮膜は、電解ニッケルメッキによる下地層と無電解ニッケルメッキ層の二層構造になる。

しかしながら、特許文献２のようにウッド浴による電解ニッケルメッキでは、通電のための接点の確保が必要となり、その接点部分にはストライクメッキが形成されず、ステンレス材表面が露出したままとなるので、その後の無電解ニッケルメッキ処理において、この接点部分には無電解ニッケルメッキ皮膜が形成されない、あるいは、形成されても無電解ニッケルメッキ皮膜の密着性が劣ってしまう。その結果、無電解ニッケルメッキ皮膜が形成されない場合には、ステンレス鋼の表面が剥き出しになるので、そこからパーティクルが発生する虞がある。一方、無電解ニッケルメッキ皮膜の密着性が劣る場合には、密着性の劣る部分の金属皮膜がモータ内部で剥離して異物となってハードディスク装置の動作不良を引き起こす虞がある。したがって、無電解ニッケルメッキ皮膜はメッキが施された全面積に亘って高い密着性が保証されている必要があるが、特許文献２に開示されている技術では完全に保証できていなかった。

また、特許文献２に開示の方法によると、無電解ニッケルメッキ設備に加えて電解ニッケルメッキ設備が必要となるので、設備費がかさみ工程も増えて製造コストが高くなるといった問題も有していた。

特開平１１−１５９５３６号公報 特開２００２−１５３０１５号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みて成されたものであり、使用されるステンレス製部品において、快削性ステンレス鋼母材が露出した機械加工部を無電解ニッケルメッキによる金属被膜で完全に覆うことにより、パーティクルの飛散を抑制することができ、これにより、パーティクルが磁気ディスク表面に付着して磁気ヘッドと衝突する等の不具合に起因するディスク駆動装置の故障を未然に防止することができるスピンドルモータを提供することを目的とする。

本発明のスピンドルモータは、固定部と、ロータハブを有する回転部とを備えたスピンドルモータであって、上記ロータハブがステンレス鋼からなり、上記ステンレス鋼の表面に、無電解ニッケルメッキによる金属皮膜が直接形成されていることを特徴としている。

また、本発明のスピンドルモータにおいては、無電解ニッケルメッキによる金属皮膜は１層からなる構成であることが好ましく、または、リン（Ｐ）又はホウ素（Ｂ）を含むことが好ましい。

本発明のハードディスク装置は、上記のスピンドルモータを備えたことを特徴としている。

本発明の無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法は、少なくとも酸電解処理を行う工程と、酸活性処理を行う工程と、無電解ニッケルメッキ処理を行う工程とを備え、上記酸活性処理後、洗浄することなく、連続して上記無電解ニッケルメッキ処理を行うものであって、上記酸活性処理の前段階に上記酸電解処理を行い、上記酸電解処理においては相対的に高濃度の酸溶液中で処理を行い、続いて上記酸活性処理においては相対的にこれよりも低濃度の酸溶液中にて処理を行うことを特徴としている。

本発明のスピンドルモータによれば、スピンドルモータに使用されるステンレス製部品において、快削性ステンレス鋼母材が露出した機械加工部を無電解ニッケルメッキによる金属被膜で完全に覆うことにより、パーティクルの飛散を抑制することができ、これにより、パーティクルが磁気ディスク表面に付着して磁気ヘッドと衝突する等の不具合に起因するディスク駆動装置の故障を未然に防止することができる。

また、本発明の無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法によれば、電気的な接点を必要とするストライクメッキ処理を行わないため、ステンレス製部品全表面に対して密着性の良好な無電解ニッケルメッキ皮膜が形成された上記構成のステンレス製部品を作製することができることは勿論のこと、ストライクメッキ処理工程が削減されたことにより、この処理に用いられる電解メッキ槽、洗浄槽、処理剤等が不要となり対環境性が改善され、さらに、膜厚のバラツキが小さくなるので、部品の寸法精度が向上するといった効果も得られる。なお、本発明の無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法は、ハードディスク装置用部品に限らず無電解ニッケルメッキ処理をするあらゆる部品に適用することができる。

本発明のスピンドルモータにおけるステンレス製部品の表面を模式的に示した断面図である。 ストライクメッキ皮膜を有する従来のステンレス製部品の表面を模式的に示した断面図である。 本発明の第１実施形態におけるステンレス製部品に対する無電解ニッケルメッキの各工程を示した概念図である。 本発明の第２実施形態におけるステンレス製部品に対する無電解ニッケルメッキの各工程を示した概念図である。 本発明のスピンドルモータの構造の一例を示した断面図である。

＜従来のメッキ方法の問題点＞
ステンレス鋼は表面に不動態皮膜が存在するため、通常脱脂処理及び洗浄処理後に無電解ニッケルメッキを行うと、メッキ皮膜の密着性が極めて悪くなる。これは、不動態皮膜によりステンレス素材とメッキ皮膜間の金属結合が阻害されることによる。そのため、従来からステンレス鋼に無電解ニッケルメッキを行う場合には、密着性を確保するために、不動態皮膜を除去しつつ薄いメッキ皮膜を形成するストライクメッキ処理が行われ、図２に示されたように、ステンレス鋼母材１０１上にストライクメッキ皮膜１０３が形成され、その上に無電解ニッケルメッキ皮膜１０２が形成される。すなわち、メッキ皮膜が２層から構成される。

このストライクメッキは、塩化ニッケルと塩酸から構成されるストライクメッキ浴（ウッド浴）中にステンレス鋼を浸漬することにより不動態皮膜を破壊して表面を活性化するとともに、通電によりステンレス鋼上にニッケルを析出させて厚さ０．５ミクロン以下の薄いメッキ皮膜を形成する下地処理である。しかしながら、このストライクメッキ処理においては、通電するためにステンレス鋼上に電気的な接点（電極）が必要であり、その接点部分にはメッキ皮膜が形成されないといった問題を有していた。また、このストライクメッキ処理には、膜の厚みや密着度性を確保する上で高度な管理が必要となる。

上記課題を解決するために、本発明者らは、ステンレス鋼表面の不動態皮膜の除去手段として、従来のストライクメッキ処理に代えて酸活性処理を用いることを検討した。ところが、通常酸活性処理後に行われる洗浄工程を経ると、ステンレス鋼表面に再び不動態皮膜が形成されるため、均一に無電解ニッケルメッキ層を形成することができないといった問題があった。

＜第１実施形態＞
そこで、本発明者らは、スピンドルモータにおけるステンレス製の部品に対して無電解ニッケルメッキを施す場合には、図３に示したように、脱脂脱硫処理、洗浄及び酸活性処理を行った後、通常用いられていた洗浄工程を行うことなく、液切り程度の状態で無電解ニッケルメッキ漕にステンレス鋼を浸漬して無電解ニッケルメッキ処理を行うことにより、図１に示されたようなステンレス鋼１０１の表面に無電解ニッケルメッキ層１０２が直接形成された構成が得られることを見出した。

そして、本発明の第１実施形態である、少なくとも酸活性処理を行う工程と、無電解ニッケルメッキ処理を行う工程とを備え、上記酸活性処理後、洗浄することなく、上記無電解ニッケルメッキ処理を行うことを特徴とする本発明の無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法を完成させた。この本発明の無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法によれば、上記のように、電気的な接点を必要とするストライクメッキ処理を行わないため、ステンレス製部品全表面に対して密着性の良好な無電解ニッケルメッキ皮膜を形成することができることは勿論のこと、ストライクメッキ処理工程が削減されたことにより、この処理に用いられる電解メッキ槽、洗浄槽、処理剤等が不要となり対環境性が改善され、さらに、膜厚のバラツキが小さくなるので、部品の寸法精度が向上するといった効果も得られる。

＜第２実施形態＞
さらに、酸活性処理後に洗浄することなく無電解ニッケルメッキ処理を行う第１実施形態に対し、本発明者らは、下記の第２実施形態を完成させた。すなわち、図４に示すように、１）機械加工等によりステンレス製部品を得た後、これに２）脱脂処理のみを行い（第１実施形態では脱脂および脱硫を行う）、続いて３）酸電解処理を行ってステンレス表面の酸化膜を除去する。また、この酸電解処理で脱硫を行うことができる。

酸化膜除去後は、第１実施形態同様に洗浄せず、４）酸活性処理を行う。この時、酸電解処理の処理液よりも（および第１実施形態の酸活性処理よりも）酸濃度を低く調整することを特徴とする。酸電解洗浄の処理液や第１実施形態の酸活性処理液よりも酸濃度を低く調整することにより、後工程である無電解メッキ液への酸持ち込みを削減する。この後は、同様に洗浄せずに無電解ニッケルメッキ処理を行い、洗浄および乾燥して、表面にニッケルメッキがなされたステンレス製部品が得られる。

このように、第２実施形態の特徴は、第１実施形態の脱脂脱硫処理の代わりに脱脂処理のみを行った後、陰極法による酸電解洗浄処理を行い、さらに、より低濃度で酸活性処理を行う点である。

酸電解洗浄の概要は次の通りである。洗浄液として酸水溶液を用いる。酸としては硫酸および塩酸が挙げられる。たとえば塩酸水溶液を用いることができる。ここでステンレス製部品を陰極とし、対向する陽極を浸漬すると、電圧をかけたとき製品には選択的に水素イオンが導かれ、陽極から移動してきた電子によって発生する水素ガスによって表面の汚れや酸化膜が除去される。一方、ステンレス鋼の腐食を促す塩素イオンは陽極に集まり、電子を放出することによって塩素ガスとして放出される。

水素ガスの強力な還元力によってステンレス表面に形成されている酸化膜が除去される。この時に介在物として添加されている硫黄なども同時に除去される。そのため、直前の脱脂工程において、脱硫に必要な過マンガン酸ナトリウムを用いることが不要となる。これにより環境への負荷を低減できる。

更に、塩素イオンが陽極側に引きつけられることからステンレス表面の腐食の進行が抑えられ、腐食した素材によって後工程の塩酸水溶液やメッキ液が汚染されることも抑えられる。酸電解洗浄工程においては酸化膜および介在物の除去のみが行われて清浄な金属表面が露出されるため、この後の無電解メッキ工程での密着性が向上する。

酸電解洗浄を行った後は、酸電解洗浄の洗浄液よりも酸の濃度を低く調整した酸水溶液によって酸活性処理が施される。酸活性処理における酸の濃度を低く設定できるので、第１実施形態と比較して、次工程の無電解メッキ液への酸の持ち込みが削減され、無電解メッキ層の密着性が向上する。

＜本発明のメッキ方法の適用例＞
また、本発明のスピンドルモータは、上記のような無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法が好適に適用されるものであり、固定部と回転部とを備えたスピンドルモータであって、上記固定部及び回転部の少なくともいずれかがステンレス鋼からなり、上記ステンレス鋼の表面に、無電解ニッケルメッキによる金属皮膜が直接形成されていることを特徴としている。すなわち、ステンレス鋼表面上にストライクメッキ層を介することなく無電解ニッケルメッキ層が直接形成された１層からなる構成であることに最大の特徴を有するものである。このようなスピンドルモータは、ハードディスク装置に好適に備えられる。

この構成のスピンドルモータによれば、スピンドルモータに使用されるステンレス製部品において、快削性ステンレス鋼母材が露出した機械加工部を無電解ニッケルメッキによる金属被膜で完全に覆うことにより、パーティクルの飛散を抑制することができ、これにより、パーティクルが磁気ディスク表面に付着して磁気ヘッドと衝突する等の不具合に起因するディスク駆動装置の故障を未然に防止することができる。

本発明における無電解ニッケルメッキは、実質的なニッケル皮膜またはニッケルを主成分とした金属皮膜を形成する無電解メッキおよびニッケル合金による無電解メッキを含む。ニッケルの他に含まれる主な元素としては、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、コバルト、鉄、タングステン、銅などが挙げられ、ニッケルと組み合わせた無電解メッキとしては、Ｎｉ−Ｐメッキ、Ｎｉ−Ｂメッキ、Ｎｉ−Ｐ−Ｂメッキ、Ｎｉ−Ｃｏ合金メッキ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ合金メッキ、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｐ合金メッキ、Ｎｉ−Ｗ−Ｐ合金メッキ、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｗ−Ｐ合金メッキ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ合金メッキなどがある。また、無電解ニッケルメッキの還元剤としては、次亜リン酸塩、水素ホウ素ナトリウム、ヒドラジンなどを用いることができる。なお、従来技術におけるストライクメッキ層は、一般的にリンが含まれないため、本発明における無電解ニッケルメッキによる金属皮膜は、メッキ層全体に分散されたリン（Ｐ）やホウ素（Ｂ）を検出することにより特定される。

また、本発明において無電解ニッケルメッキを施すステンレス製部品としては、ロータハブ、軸部、スリーブなどが挙げられる。さらに、本発明において用いられるステンレス鋼の種類としては、ＤＨＳ１材、ＳＵＳ４１６、ＳＵＳ４１０Ｆ２、ＳＵＳ４２０Ｆ、ＳＵＳ４３０Ｆなどが挙げられる。

次に、本発明のスピンドルモータの実施形態について図４を用いて具体的に説明する。図４は、本発明のスピンドルモータの構造の一例を示した断面図である。図４に示すように、本発明のスピンドルモータ１は、コンピュータに使用される磁気ディスクや光ディスク等を備えたデータ記憶装置を駆動するためのモータとして使用される。全体的には、ステータアッシー２（固定部）とロータアッシー３（回転部）とから構成されている。

ステータアッシー２は、ベースプレート４に固定され、このベースプレート４の中央部分に円筒状のスリーブ嵌合部５が設けられている。スリーブ嵌合部５の外周側には、ステータコイル９が捲回されたステータコア８が嵌着されている。

ロータアッシー３は、ロータハブ１０を有し、このロータハブ１０は、シャフト１１の上端部に固定されており、シャフト１１と共に回転する。シャフト１１は、軸受部材であるスリーブ７内に挿入され、このスリーブ７により回転可能に支承されている。スリーブ７は、スリーブ嵌合部５に嵌入されて固定されている。ロータハブ１０の円筒部１４の内周面には、ロータマグネット１３が固定されていて、Ｎ極及びＳ極の複数極に着磁されている。

ステータコイル９に通電すると、ステータコア８により磁場が形成され、この磁場が、ロータマグネット１３に作用して、ロータアッシー３が回転することとなる。ロータアッシー３のロータハブ１０の円筒部１４の外周面には、ディスク載置部１０ａが半径方向外側に突出し、そこにデータ記憶装置の記憶部をなす回転ディスク、例えば磁気ディスク（図示されず）が装着され、スピンドルモータ１の作動により回転、停止して、（図示されない）記録用ヘッドにより情報の書き込みと読み出しが行われる。

このような実施態様のスピンドルモータ１において、スリーブ７がシャフト１１を回転可能に支承する部分には、流体動圧軸受６が提供されている。

スリーブ７の下端部には、下方に向けて開口する大径の第２の凹部１６が形成されており、さらにこの第２の凹部１６の頂面には、小径の第１の凹部１５が形成されている。大径の第２の凹部１６には、カウンタープレート１７が嵌合され、溶着・接着等の手段によりそこに固着されており、スリーブ７内が気密状態となるように構成されている。

シャフト１１の下端部には、フランジ部１８が設けられており、このフランジ部１８は、スリーブ７の第１の凹部１５内で、カウンタープレート１７及び第１の凹部１５の頂面と対向して、シャフト１１の抜け止めとして機能するように配置されている。

スリーブ外周面とロータハブの内側円筒部２２との間の隙間、スリーブ７上端面とロータハブ１０との間の隙間、スリーブ７とシャフト１１との間の隙間、フランジ部１８と第１の凹部１５との間の隙間、フランジ部１８とカウンタープレート１７との隙間は互いに連通しており、この連通隙間には、潤滑油１２が封入されている。潤滑油１２はスリーブ７とロータハブの内側円筒部２２との間から注入される。

シャフト１１の外周面に対向するスリーブ７の内周面には、動圧を発生させる第１のラジアル動圧溝１９及び第２のラジアル動圧溝２０が軸方向に離間して形成されている。このラジアル動圧溝１９及び２０は、シャフト１１の回転により、シャフト１１とスリーブ７がラジアル方向に非接触状態となる動圧を発生させる。また、スリーブ７の上端面にはスラスト動圧溝２１が形成されている。このスラスト動圧溝２１は、シャフト１１の回転により、スラスト方向にロータアッシー３を浮上させるための動圧を発生させる。一方、環状の吸引板２３はロータマグネット１３との磁気作用により、ロータアッシー３をスラスト方向下方に引き付ける。これにより、浮上位置が安定する。これら動圧溝および吸引板の作用により、ロータアッシー３はスリーブ７に対して非接触状態で安定的に高速回転することができる。動圧溝としてはヘリングボーン溝、スパイラル溝などの公知のパターンを用いることができる。

１．スピンドルモータの作製
＜実施例１＞
ステンレス鋼（ＤＨＳ１材）で作製したロータハブに対して、図３で示された工程、すなわち、脱脂脱硫処理、洗浄及び酸活性処理を行った後、通常用いられている洗浄工程を行うことなく、液切り程度の状態で無電解ニッケルメッキ漕にロータハブを浸漬して無電解ニッケルメッキ処理を行った。これにより、図１に示されたようなステンレス鋼１０１の表面に無電解ニッケルメッキ層１０２が直接形成された表面構造を有する実施例１のスピンドルモータを作製した。

＜実施例２＞
図４で示された工程、すなわち、実施例１における「脱脂脱硫処理、洗浄及び酸活性処理」に代えて「脱脂処理、洗浄、酸電解処理及び酸活性処理」を行った以外は同様にして、ロータハブに対してメッキ処理を行った。なお、酸活性処理においては、上流工程の酸電解処理および実施例１の酸活性処理よりも低濃度の塩酸を用いた。

＜比較例１＞
実施例１のスピンドルモータの製造工程において、ロータハブの無電解ニッケルメッキ処理を行わなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１のスピンドルモータを作製した。

２．評価試験
（１）パーティクルカウントによる粒子数測定
上記のようにして作製された実施例１、２及び比較例１のスピンドルモータにおけるロータハブに対して、一般的な発塵測定方法である液中パーティクルカウント法に従って、次の手順でパーティクル数の測定を行った。まず、超純水の入った容器中にそれぞれのロータハブを浸漬し、容器全体に所定時間超音波を当てた。そして、液中パーティクル測定装置により、容器内の超純水中のパーティクル数の測定をそれぞれ３回行った。この結果を表１に示した。

次に、超音波を当てた超純水をろ過し、そのフィルター上に残った粒子をランダムに抽出して走査型分析電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＤＸ）にて粒子の元素分析を行い、金属の種類別のパーティクル数をカウントした。この結果を表２及び３に示した。

表１〜３から明らかなように、本発明の実施例１および２のスピンドルモータにおけるロータハブのパーティクル数は、従来品である比較例１のそれぞれ１０分の１以下および２０分の１以下程度まで低減されることが示された。これは、実施例１および２においては機械加工部を無電解ニッケルメッキで被覆することにより、機械加工部に起因する微細なパーティクルを固定することができたためである。また、特に実施例２においては、無電解メッキ処理の上流工程の酸活性処理からの処理液の持込が低減され、部品表面がより清浄であること、メッキ処理の効率が改善されたことによる。以上により、本発明によれば、機械加工部を金属被膜で覆うことにより、パーティクルの飛散を抑制し、ステンレス製部品のパーティクル数を著しく低減できることが確認された。

（２）折り曲げ試験
上記のようにして作製された実施例１および２のスピンドルモータにおけるロータハブに対して、ＪＩＳ８５０４に準拠するメッキの密着性試験方法に従って、９０度折り曲げ、元に戻し、次に反対側に９０度折り曲げ、元に戻す工程を３回繰り返して、ニッケルメッキ皮膜の剥離を観察した。

その結果、本発明の実施例１および２のスピンドルモータにおけるロータハブでは、折り曲げた部分からのメッキのひび割れや剥離は見られなかった。以上により、本発明によれば、ステンレス製部品の表面上に良好な密着性を有した無電解ニッケルメッキ皮膜を形成できることが確認された。

１ スピンドルモータ
２ ステータアッシー
３ ロータアッシー
４ ベースプレート
５ スリーブ嵌合部
６ 流体動圧軸受
７ スリーブ
８ ステータコア
９ ステータコイル
１０ ロータハブ
１０ａ ロータハブのディスク載置部
１１ シャフト
１２ 潤滑油
１３ ロータマグネット
１４ ロータハブの円筒部
１５ 第１の凹部
１６ 第２の凹部
１７ カウンタープレート
１８ フランジ部
１９ 第１のラジアル動圧溝
２０ 第２のラジアル動圧溝
２１ スラスト動圧溝
２２ ロータハブの内側円筒部
２３ 吸引板
１０１ ステンレス鋼母材
１０２ 無電解ニッケルメッキ皮膜
１０３ ストライクメッキ皮膜

Claims (5)

1. 固定部と、ロータハブを有する回転部とを備えたスピンドルモータであって、上記ロータハブがステンレス鋼からなり、上記ステンレス鋼の表面に、無電解ニッケルメッキによる金属皮膜が直接形成されていることを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記無電解ニッケルメッキによる金属皮膜は、１層からなる構成であることを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
3. 前記無電解ニッケルメッキによる金属皮膜は、リン（Ｐ）又はホウ素（Ｂ）を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のスピンドルモータを備えたことを特徴とするハードディスク装置。
5. 少なくとも酸電解処理を行う工程と、酸活性処理を行う工程と、無電解ニッケルメッキ処理を行う工程とを備え、上記酸活性処理後、洗浄することなく、連続して上記無電解ニッケルメッキ処理を行う無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法であって、
   上記酸活性処理の前段階に上記酸電解処理を行い、
   上記酸電解処理においては相対的に高濃度の酸溶液中で処理を行い、続いて上記酸活性処理においては相対的にこれよりも低濃度の酸溶液中にて処理を行うことを特徴とする無電解ニッケルメッキを表面に有するステンレス製部品の製造方法。

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