JP6467471B1

JP6467471B1 - 磁気ディスク装置に用いるスペーサ

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Publication number: JP6467471B1
Application number: JP2017155559A
Authority: JP
Inventors: 杉山　健; 健杉山
Original assignee: CENTURY HOLDINGS CO., LTD.
Current assignee: CENTURY HOLDINGS CO., LTD.
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP2019036371A; WO2019030971A1

Abstract

【課題】スペーサと交互に積層され磁気ディスクの振れを生じさせない、熱膨張が少なくて精度が高く加工硬化し難く加工能率が良好な磁気ディスク装置用スペーサを提供する。【解決手段】スピンドルモーター２の周囲に複数枚の磁気ディスク４が配置され、クランプ部材の押圧力によって保持される構造の磁気ディスク装置１において、磁気ディスクに挟まれて配置されるスペーサ１０であって、ステンレス鋼をプレス加工によりリング状に加工して形成される。ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼で、重量％でＣ≦０．１２％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．０％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ：１０．００〜１８．００％、残部が鉄及び不可避な不純物からなるスラブを９５０〜１１００℃に再加熱した後、１１００〜９００℃の温度で粗圧延し、粗圧延後Ａｒ３±３０℃の間の温度で仕上げ圧延し、冷間圧延で所定の板厚後、焼鈍して得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気ディスク装置に用いるスペーサに係り、より詳しくは、スペーサと交互に積層される磁気ディスクの振れを生じさせない熱膨張が少なくて精度が高く、加工硬化し難いため加工能率が良好な磁気ディスク装置に用いるスペーサに関する。

磁気ディスク装置では、薄型化、大容量化、高速化に対応するために複数のディスクの間にスペーサが挿入されて、磁気ディスク装置の特性を安定化させるようになっている。
スペーサとしては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミ、銅、チタンなどの金属のほか、ガラス、セラミックなども採用されている。
スペーサには、スピンドルモーターにディスクを固定する際、ディスクに変形（反り）が生じないよう高い剛性が要求とされる。

ＳＵＳ製のスペーサは加工が容易であること、アルミニウムにＮｉ−Ｐメッキを施した金属製ディスクと線膨張係数などの特性が類似している特徴があるが、反りなどの変形が生じ易い問題があった。
最近、磁気ディスク装置にガラス製基板が採用されることがあり、ガラス製のディスクにＳＵＳスペーサを用いると、ディスクを固定する際に、スぺーサと磁気ディスクの特性が異なるため、剛性が低く弱く、ディスクの反りのほか、電気的特性の低下等の問題が生じていた。

剛性の高いスペーサとしてセラミック製があるが、セラミック製スペーサを使用するとディスクに疵が発生する問題があり、この対策としてスペーサの外周部を保護皮膜で覆うことが行われている。
保護皮膜には、膜厚が５０ｎｍから５μｍのタングステン、チタン、コバルト、鉄、クロム、ニッケル、ジルコニウム、タンタル、銅、銀、金等が用いられる。
保護皮膜方式は、表面塵埃除去や有機汚染除去が不十分であるので、これらが原因で膜剥がれを起こす。このためコーティング前に膜の密着性向上のために表面塵埃除去及び有機汚染除去を、また膜が剥がれてもディスクに傷が付かないように孔塵埃除去処理を十分に行う必要がある。

ステンレス鋼（ＳＵＳ）製スペーサに関しては、フェライト系ステンレス鋼のスペーサに関する特許第５４８６０３９号があり、圧延板材の表面硬度、結晶粒度、残留圧縮応力値のバラツキ等が規定されている。しかしながら、これらのバラツキを規定値内に収めるための手段については全く記載がない。また圧延板材でこのような値を確保するには、溶鋼から熱延を経て冷間圧延までの作業条件をコントロールする必要があるが、このような調整は極めて困難である問題を有している。しかもプレス工程での確保も当然のことながら困難である。

特許第５４８６０３９号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、スペーサと交互に積層される磁気ディスクの振れを生じさせない熱膨張が少なくて精度が高く、加工硬化し難いため加工能率が良好な磁気ディスク装置に用いるスペーサを提供することである。

本発明の磁気ディスク装置に用いるスペーサは、スピンドルモーターの周囲に複数枚の磁気ディスクが配置され、前記複数枚の磁気ディスクがクランプ部材の押圧力によって前記スピンドルモーターに保持される構造の磁気ディスク装置に用いられ、前記複数枚の磁気ディスクに挟まれて配置されるスペーサであって、ステンレス鋼をプレス加工によりリング状に加工してなることを特徴とする。

本発明においては、前記ステンレス鋼はフェライト系ステンレス鋼であって、重量％で、Ｃ≦０．１２％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．０％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ：１０．００〜１８．００％、残部が鉄（Ｆｅ）及びその他不可避な不純物からなる組成のスラブを９５０〜１１００℃に再加熱した後、１１００〜９００℃の温度で粗圧延し、粗圧延後Ａｒ_３±３０℃の間の温度で仕上げ圧延し、これを冷間圧延で所定の板厚にした後、焼鈍して得られることを特徴とする。

又、本発明においては、前記ステンレス鋼はオーステナイト系ステンレス鋼であって、重量％で、Ｃ≦０．１５％（以下同じ）、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦５．５０〜７．５０％、Ｐ≦０．０６０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｎｉ≦３．５〜５．０％、Ｃｒ＝１６．００〜１８．００％の組成であることを特徴とする。

さらに、本発明においては、前記ステンレス鋼はマルテンサイト系ステンレス鋼、二相系ステンレス鋼又は析出硬化系ステンレス鋼のいずれかであることを特徴とする。

本発明によるステンレス鋼種は、１８ｃｒ（クロム）と言われるＣｒ系の代表鋼種であり磁性がある。１８−８系より安価であるが、耐熱性、加工性に劣る。１８％以上のクロムを含有し、安定したフェライト相を形成することで、熱硬化性は無い。

スペーサと磁気ディスクの断面図である。ハードディスクの内部を示す図である。

図１及び図２は、本発明が適用される磁気ディスク装置１を示す。スピンドルモーター２のスピンドル軸３の周囲に複数枚の磁気ディスク４が配置されている。複数枚の磁気ディスク４は上部のクランプ部材の押圧力によってスピンドルモーター２に保持される。
磁気ディスク４との隣接位置には、ヘッドアセンブリ５が配置されている。ヘッドアセンブリ５は先端に磁気ヘッド６が取り付けられたアクセスアーム７を有しており、それぞれの磁気ディスク４は磁気ヘッド６の間を回転する。この回転によって磁気ディスク４への情報の読み取りや書き込みが行われる。スピンドル軸３に沿ってスペーサ１０が配置されており、スペーサ１０が磁気ディスク４の間に挟まれて配置されることにより磁気ディスク４の間隔が一定に保持される。
スペーサ１０はステンレス鋼を平板の帯状に加工した後、板状のステンレス鋼からリング状にプレス加工することにより形成されるものである。

本発明は、スピンドルモーター回転軸の周囲に複数枚の磁気ディスクが配置され、複数枚の磁気ディスクがクランプ部材のばね押圧力によってスピンドルモーターに保持される構造の磁気ディスク装置に用いられ、複数枚の磁気ディスクに挟まれて配置されるスペーサであって、ステンレス鋼をプレス加工によりリング状に加工してなる。ステンレス鋼としてはフェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相系ステンレス鋼、析出硬化系ステンレス鋼の何れかを採用することができる。

フェライト系ステンレス鋼は、フェライト結晶の地に細かいクロム・カーバイド散らばったもので、加工しやすく、板、間、棒、鍛造品など家庭用器具、化学工業その他にも広く使用される。
鉄に１８％前後のクロムを合金化したもので、殆どの鋼種が１６％以上のクロムを含有し、安定したフェライト相を形成しているので熱処理しても硬化せず、一方耐食性・耐熱性はマルテンサイト系ステンレスよりも優れており、さらに常温で磁性を有している。

オーステナイトは多量の炭素を溶かす（結晶内に取り込む）ことができるが、フェライトはごくわずかしか炭素を溶かすことができない。このため冷却過程でオーステナイトからフェライトに変化（変態）するときに溶かすことができない余分な炭素は追い出され、セメンタイト（鉄の炭化物）として析出する。このような現象は窒素の場合でも同じである。ステンレス鋼も鉄と同じで、ゆっくり冷却するとフェライトとクロムの炭化物や窒化物になる。これが「フェライト系ステンレス鋼」である。フェライト系ステンレス鋼の汎用鋼種は、オーステナイト系ほどの耐食性は発揮しないため、業務用厨房、建築内装、家具など、それほど腐食環境が厳しくない用途に適している。

オーステナイト系ステンレス鋼の代表鋼種には１８−８ステンレス（１８Ｃｒ−８Ｎｉ）といわれるＳＵＳ３０４がある。オーステナイト系のステンレスは、冷間加工だけで硬化し、熱処理を行っても硬化せずに、軟化する。このオーステナイト組織は、熱処理の状態では磁性はないが、冷間加工では少しの磁性を見せ、加工後でも磁性がないものもある。
５００〜８００℃に加熱すると結晶粒界にクロム炭化物が析出する欠点があり、粒界腐食（金属組織を構成する粒と粒の境界線から腐食していく）の原因となる。これを防ぐために、炭素量を減らしたり、チタンやニオブなどの安定化元素を添加して、クロムの代わりにこれらの物質と炭素を結び付けてクロム炭化物の生成を抑える方法がある。耐摩耗、耐食が必要な場合は、浸炭や窒化して用いる。
Ｎｉを含有しているので、常温でもオーステナイトの組織が安定し、またＣｒとＮｉの含有量が多いことから、耐食性、耐熱性に優れるほか、低温靱性にも優れる。応力腐食割れ感受性が高い欠点に対して、添加元素により改良される鋼種もある。

二相系ステンレス鋼材は、二相合金とも言われ、オーステナイト組織とフェライト組織が共存したステンレス鋼材である。二相系の最大の特徴は、オーステナイト系の欠点である応力腐食割れに強いという点である。フェライト系の組織も有するため、磁性がある。熱膨張係数は、フェライト系とオーステナイト系の中間を示す。延性はフェライトに近い性質を示し、高強度、高耐食性、経済的と言われる材料で、化学プラント、受水槽、貯水地、油井管、ケミカルタンカー等に使われる。Ｎの添加が少ないと、溶接部などの靭性や耐食性の低下が問題となる。

マルテンサイト系ステンレス鋼の最大の特徴は、他の鉄鋼材料のように熱処理（焼入れ）をすることができる。この焼入れによってマルテンサイト組織が生じて硬化させることができ、成分だけでなく、熱処理によって変幻自在ともいえる多様な性質を持たせることができ、すべての状態で磁性がある。
マルテンサイトの組織自体は、硬くて脆いが、焼き戻しによって強度や硬さをさらにあげることができる。この系統のステンレスは組織が変態するという特色があるため、熱処理によって硬化させて利用されている。代表的な鋼種として、１３Ｃｒステンレス（１３クロムステンレス）がある。
このような性質から、高強度や高硬度が要求されるものや高温にさらされるものに使われるが、耐食性についてはマルテンサイト系は他の系統よりも劣る傾向がある。これは炭素の含有量が抑えてあることと関係がある。ＳＵＳ４０３やブリネル硬さ５００まで硬化させることができるとされるＳＵＳ４２０などこの系統のステンレスの際立った特徴は、「硬さ」である。ただ硬さとは、脆さとも表裏一体であり、硬く耐摩耗性に優れることから、刃物、工具、ノズル、タービンブレード、ブレーキディスク、などに使われる。
室温での強度は大きいが、溶接性は比較的悪く、耐食性はフェライト系、オーステナイト系よりも低い。

析出硬化系ステンレスは、熱処理によって高硬度にしたステンレスである。元来、焼入によって硬化できないオーステナイト系ステンレス鋼材を熱処理によって強力化できるように改良した鋼種であり、クロムニッケル系の組成を持っている。このため、耐食性はオーステナイト系には及ばないが、クロム系よりは優れている。固溶化熱処理（Ｓ処理）によって成形加工して析出熱処理を施した鋼種で、金属組織上の特徴から３タイプある。

本発明におけるフェライト系ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ≦０．１２％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．０％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ：１０．００〜１８．００％、残部が鉄（Ｆｅ）及びその他不可避な不純物からなるスラブを９５０〜１１００℃に再加熱した後、１１００〜９００℃の温度で粗圧延し、粗圧延後Ａｒ_３±３０℃の間の温度で仕上げ圧延し、これを冷間圧延で所定の板厚にした後、焼鈍して得られる。
前記ステンレス鋼は帯状で供給され、プレス加工でリング状に加工されたものである。
本発明のスペーサには、Ｃ≦０．０２５重量％（以下同じ）、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦１．０、Ｐ≦０．０４０、Ｓ≦０．０３０、Ｃｒ＝２０．００〜２３．００、Ｃｕ＝０．３０〜０．８０なる成分よりなる鋼を適用することもできる。
リング状のスペーサは、磁気ディスクに挟まれて配置され、磁気ディスクとの膨張係数の差が大きいと歪みの原因となるため、リング状のスペーサの熱膨張係数は、磁気ディスクの熱膨張係数の±１０％の範囲にあることが好ましいとされている。
Ｃｕを０．３０〜０．８０％添加したフェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４と比較して熱膨張率が４０％低くなっているほか、ＳＵＳ３０４と比較して加工硬化しにくいので、せん断やプレス成型時の加工負荷が小さくなる。

Ｃｕ添加のフェライト系ステンレス鋼は、２１Ｃｒ−０．４Ｃｕ−Ｔｉ−極低（Ｃ，Ｎ）の省資源型高耐食フェライト系ステンス鋼ＪＦＥ４４３ＣＴ（ＳＵＳ４４３Ｊ１）であり、クロム（Ｃｒ）を２１％に高め、耐食性を向上させる銅（Ｃｕ）とチタ（Ｔｉ）を添加した、ニッケル、モリブデン無添加鋼であり、主成分として高価なニッケルやモリブデンを加工していないのでステンレスの代表鋼種ＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０と比較して安く入手でき、ニッケルやモリブンの価格が高騰しても影響を受けず、ＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０に続く汎用性を持つので入手も比較的容易である。クロム量を２１％まで高めているので、ＳＵＳ３０４（クロム量１８％）と同等以上の耐錆性を有し、加工硬化しにくいので、せん断時の加工負荷が小さくなる。
比重はＳＵＳ３０４が７．９３に対して、ＪＦＥ４４３ＣＴは７．７４であるため約２％軽くなり、軽量化がはかれる。

前記オーステナイト系ステンレス鋼では、ＳＵＳ２００番系（２０１、２０２）がオーステナイト系組織を有し、非磁性である。耐食性は３０４に比べ落ちるが、Ｎｉを節約しＭｎを添加したために加工性が良好で安価な特徴を有する。
成分構成は、Ｃ≦０．１５重量％（以下同じ）、Ｓｉ≦１．００、Ｍｎ≦５．５０〜７．５０、Ｐ≦０．０６０、Ｓ≦０．０３０、Ｎｉ≦３．５〜５．０、Ｃｒ＝１６．００〜１８．００、である。
代表的な機械特性は、比重［ｇ／ｃｍ３］７．９３、耐力［Ｎ／ｍｍ２］２７５、引張強さ［Ｎ／ｍｍ２］５２０である。

本発明のスペーサは、帯状で供給されるステンレス鋼をプレス加工でリング状にするか、図には記載していないがパイプ状の素材を輪切りにしてリング状のスペーサを得る。
プレス加工後のスペーサに残留応力が発生し、品質上の問題が予想される場合は低温焼き鈍しにより除去することも可能である。

Ｃｕを０．３０〜０．８０％添加したフェライト系ステンレス鋼は、オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３０４と比較して熱膨張率が４０％低くなっているほか、ＳＵＳ３０４と比較して加工硬化しにくいので、せん断やプレス成型時の加工負荷が小さくなる。
また、クロム（Ｃｒ）を２１％に高め、耐食性を向上させる銅（Ｃｕ）とチタ（Ｔｉ）を添加した、ニッケル、モリブデン無添加鋼であり、主成分として高価なニッケルやモリブデンを添加していないのでステンレスの代表鋼種ＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０と比較して安く入手でき、ニッケルやモリブンの価格が高騰しても影響を受けず、ＳＵＳ３０４とＳＵＳ４３０に続く汎用性を持つので入手も比較的容易である。クロム量を２１％まで高めているので、ＳＵＳ３０４（クロム量１８％）と同等以上の耐錆製を有し、加工硬化しにくいので、せん断時の加工負荷が小さくなる。
比重はＳＵＳ３０４が７．９３に対して、７．７４であるため約２％軽くなり、軽量化もはかれる。
また、オーステナイト系ステンレス鋼のＳＵＳ２００番系（２０１、２０２）は、オーステナイト系組織を有し、非磁性である。耐食性は３０４に比べ落ちるが、Ｎｉを節約しＭｎを添加したために加工性が良好で安価な特徴を有する。

Claims

スピンドルモーターの周囲に複数枚の磁気ディスクが配置され、前記複数枚の磁気ディスクがクランプ部材の押圧力によって前記スピンドルモーターに保持される構造の磁気ディスク装置に用いられ、前記複数枚の磁気ディスクに挟まれて配置されるスペーサであって、
ステンレス鋼をプレス加工によりリング状に加工して形成され、
前記ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ≦０．０２５％、Ｓｉ≦１．００％、Ｍｎ≦１．０％、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０３０％、Ｃｒ：２０．００〜２３．００％、Ｃｕ：０．３０〜０．８０％を含有したフェライト系ステンレス鋼であることを特徴とする磁気ディスク装置に用いるスペーサ。