JP2008190572A - 動圧軸受の製造方法及びその動圧軸受を用いたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐衝撃性および摺動性能に優れた動圧軸受を提供する。
【解決手段】 ハードディスク駆動装置に取り付けられるモータは、シャフト４１およびシャフト４１が挿入されるスリーブ４２を有する動圧軸受４を備える。スリーブ４２はリン青銅にて形成され、スリーブ４２の表面にはウッド浴にて下地処理を施した後無電解ニッケルメッキにて形成されたメッキ層４２０が設けられる。これにより、優れた耐衝撃性を有する動圧軸受４の摺動性能を向上することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、動圧軸受、動圧軸受を用いたモータ、及びその動圧軸受の製造方法に関する。

近年、動圧軸受は、コンピュータ或いはその周辺機器において、広く利用されるようになっている。その中でも、ハードディスク駆動装置では、磁気ヘッドのスライダ部分や、ディスクを回転するスピンドルモータに、動圧軸受が利用されている。

ところで、動圧軸受では一般に、起動や停止の際に軸受面が直接に接触してしまう。たとえばスピンドルモータでは、起動や停止の際、あるいは外部から大きな衝撃を受けた際に、シャフトとスリーブとが直接（すなわち、潤滑されないまま）接触する。この接触による軸受面へのダメージを減らすための一つの方法として、軸受面表面を硬くするという手段がある。
特許文献１では、銅合金で出来たスリーブの表面を、硬い無電解ニッケルメッキ層で覆い、かつ、軸側をステンレス製とする方法が開示されている。この構成により、軸受面の損耗を抑制することが出来る。

米国特許第５，９９８，８９８号

ところで、銅合金に無電解ニッケルメッキを施す手法としては、従来より、ワット浴（硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硼酸を主成分とする）による前処理法が用いられており、一般的には、電気ニッケルメッキを行った後に、無電解ニッケルメッキが施されていた。このようにすることで、銅合金へのニッケルメッキ層の密着性を向上させることができる。しかし、従来のワット浴を用いた電気ニッケルメッキでは、成膜時の結晶が大きいため、メッキ後に得られる表面皮膜には、数μｍのニッケルの塊（ノジュール）が生ずることがある。その後、無電解ニッケルメッキを施すため、電気ニッケルメッキのノジュールが無電解ニッケルメッキ後もそのまま残り、硬いニッケルメッキの塊となってしまっていた。そのため、軸受間隙が数〜１０μｍ程度である動圧軸受では、数μｍのニッケルの塊が、軸受の焼きつき等の障害の原因となっていた。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、耐衝撃性および摺動性能に優れ、かつ、焼きつき等の障害が発生しにくい、動圧軸受を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、動圧軸受の製造方法であって、第一の部材と、銅を主要な構成元素とする金属材料を素材とする第二の部材とからなり、前記第一の部材と前記第二の部材が、互いに対向する表面の間に介在する潤滑流体に発生する動圧によって相対的に移動若しくは回転自在に支持される、動圧軸受の製造方法であって、前記第二の部材の素材を用意する工程と、前記用意された部材に対して、塩化ニッケルを含む塩化物を主要な構成成分とする水溶液であるウッド浴中にて平滑な下地処理層を形成する工程と、前記下処理層が形成された部材に対して、無電解ニッケルメッキを施してメッキ層を形成する工程と、
を備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の動圧軸受の製造方法であって、前記下処理層を形成する工程に先立って、前記第二の部材の素材に対して弗化水素酸、弗化ナトリウム、弗化カリウム、弗化カルシウム等の弗化物を含む酸によって酸洗い処理を行う工程を備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、前記ウッド浴に塩化ニッケル及び塩酸を主成分とする溶液を用いる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、前記第二の部材は、前記下処理層及び前記メッキ層を除いて、燐青銅、真鍮等の銅合金及び銅を主成分とする材料から構成されている。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、前記第一の部材はステンレス鋼製である。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、前記第一の部材はシャフトであり、前記第二の部材は該シャフトが収容される軸受孔を有する、スリーブであり、前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面は微小間隙を介して対向して、ラジアル動圧軸受部を構成する。

請求項７に記載の発明は、電動式のモータであって、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法によって製造された動圧軸受と、前記第一の部材を前記第二の部材に対して相対的に回転させる駆動装置とを備える。

銅部材に対する無電解ニッケルメッキにおいて、従来の下処理とは異なる、平滑な皮膜を形成できるウッド浴を用い、その上で無電解ニッケルメッキを施す。ウッド浴とは、塩化ニッケルと塩酸の混合水溶液であり、従来はステンレス部材への下処理に有効とされていた。

銅部材にウッド浴を適用して無電解ニッケルメッキを施した場合、ノジュールが激減する。通常の用途では、僅か数μｍのニッケルの塊が減少したとしても、製品の特性にはほとんど影響しないが、動圧軸受の部材にとっては極めて重要な改善効果がある。このノジュールの減少によって、無電解ニッケルメッキを施した動圧軸受の摺動時の、焼き付きなどのトラブルを激減させることが出来る。

よって、本発明によれば、無電解ニッケルメッキを施すことにより、優れた耐衝撃性、耐久性を動圧軸受に付与すると同時に、焼き付いたりすることがない、高信頼性の動圧軸受を得ることが出来る。

図１は、ディスク駆動用のモータ１の構成を示す縦断面図である。モータ１は回転体であるロータ部２、および、固定体であるステータ部３を有し、ロータ部２はシャフト４１およびスリーブ４２を有する動圧軸受４によりステータ部３に対して回転可能に支持される。

ロータ部２は、ステータ部３側（図１において下側）に開口する略椀状のロータ本体２１を有し、ロータ本体２１の中央にはステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０３）にて形成されるとともに表面に窒化処理が施されているシャフト４１が開口側に突出するようにして固定される。ロータ本体２１の外周面にはステータ部３側において、外側に広がった後に下方に向かって屈曲する環状突起部２１１が形成され、環状突起部２１１の内周面には多極着磁された円環状の界磁用磁石２２が固定される。

ステータ部３はシャフト４１の中心軸Ｊ１に垂直な方向に広がる略円板状のベースプレート３１を有し、ベースプレート３１の中央には上方に突出する円筒部３１１が形成される。円筒部３１１には、ステンレス鋼（例えば、商標名ＤＨＳ−１）にて形成されるとともにシャフト４１の自由端側が挿入される略円筒状のスリーブ４２が挿入されて固定される。スリーブ４２は銅合金（例えば、リン青銅Ｃ５１９１Ｂ）にて形成されるとともに表面にメッキ層を有している。また、円筒部３１１の周囲には、環状コアに設けた複数の突極に巻線を施した電機子３２が界磁用磁石２２の中心軸Ｊ１側に対向して設けられる。界磁用磁石２２および電機子３２はモータ１の駆動機構を構成し、電機子３２に接続された図示省略の電流供給回路により供給される電流が制御されることにより、ロータ部２をシャフト４１を中心としてステータ部３に対して回転させるトルク（回転力）が発生する。

シャフト４１の自由端側の端部には中心軸Ｊ１を中心として広がる円板状のスラストプレート４１１が形成される。また、スリーブ４２の内周面上において、シャフト４１の自由端側には円環状の切欠部４２１が形成され、スラストプレート４１１は切欠部４２１により形成される円板状の空間に嵌入される。さらに、スリーブ４２の下側の端部にはスリーブ４２の下側開口を閉塞するカウンタープレート４３が設けられ、カウンタープレート４３はスラストプレート４１１の下面に対向する。

図２はモータ１の動圧軸受４を拡大して示す図であり、図２の中心軸Ｊ１から右側のみを示している。図２に示すように、シャフト４１の外周面上には環状溝４１２が形成されており、シャフト４１とスリーブ４２との間において環状溝４１２より上側および下側には、それぞれ潤滑油が充填されるラジアル軸受部６１，６２が構成される。ラジアル軸受部６１，６２においてスリーブ４２の内周面には、流体動圧発生用の溝（例えば、ヘリングボーン溝）が形成されており、モータ１の回転時においてシャフト４１が中心軸Ｊ１に垂直なラジアル方向に支持される。なお、ラジアル軸受部６１，６２では、シャフト４１の外周面およびスリーブ４２の内周面のうち少なくともいずれか一方に流体動圧発生用の溝が形成されることにより、流体動圧を利用したラジアル軸受部としての機能が果たされる。

スラストプレート４１１の上面（環状面）と切欠部４２１の下側を向く面との間、および、スラストプレート４１１の下面とカウンタープレート４３の上面との間には、それぞれ、潤滑油が充填されるスラスト軸受部６３，６４が構成される。スラスト軸受部６３，６４において、スラストプレート４１１の上面および下面には、流体動圧発生用の溝（例えば、ポンプイン型のスパイラル溝）が形成されており、モータ１の回転時においてシャフト４１が中心軸Ｊ１方向（アキシャル方向とも呼ばれる。）に支持される。なお、スラスト軸受部６３，６４においてもラジアル軸受部６１，６２と同様に、対向面の少なくともいずれか一方に流体動圧発生用の溝が形成されることにより流体動圧を利用したスラスト軸受部としての機能が果たされる。

また、前述のようにスリーブ４２の表面全体にはメッキ層４２０が後述する製造工程において特定の条件にて形成される。

次に、モータ１の動圧軸受４を製造する工程の流れについて説明する。図３は動圧軸受４を製造する工程の流れを示す図である。動圧軸受４を製造する際には、まず、銅合金にて形成されるスリーブ部材（すなわち、後述する工程において表面にメッキ層４２０が形成されてスリーブ４２となる部材）、および、シャフト部材（すなわち、シャフト４１）が、例えば切削加工により作製される（ステップＳ１１）。続いて、切削加工油除去を目的とした表面脱脂やスケール除去を目的とした前洗浄処理が必要に応じて行われる（ステップＳ１２）。そして、表面の清浄化を行った後に、弗素化合物を添加した酸溶液に浸漬させ表面のスマットを除去すると共に、表面の活性化を行う（ステップＳ１３）。ここで、弗素化合物を添加した酸溶液を用いることによって、銅合金からなるスリーブ部材の表面に新たに酸化皮膜が生成することを抑制することができる。その後、スリーブ部材に対してウッド浴（塩化ニッケル及び塩酸を主成分とする）にてストライクメッキが施され、平滑な下地層が形成される（ステップＳ１４）。ここで、スライクメッキを行うことで、電気ニッケル成膜時に０．５μｍ以上の突起部の発生を抑制することができる。ストライクメッキが終了すると、スリーブ部材に無電解ニッケルメッキ（この場合は、ニッケルリン系の無電解メッキを用いた）が施され、メッキ層がスリーブ部材の下地層上に形成される（ステップＳ１５）。

続いて、防錆処理が施されて防錆皮膜が形成され（ステップＳ１６）、洗浄が行われた後に、スリーブ部材に対して析出硬化処理が施されて非晶質のメッキ層が結晶化される（ステップＳ１７）。シャフト４１をスリーブ部材にメッキ層が形成されたスリーブ４２に挿入し、さらに、カウンタープレート４３がスリーブ４２の一方の開口に取り付けられて動圧軸受４が完成する（ステップＳ１８）。

以下に、ステップＳ１４のスリーブ部材に対してウッド浴（塩化ニッケル及び塩酸を主成分とする）にてストライクメッキを施す工程について、詳述する。

ウッド浴の組成および条件は、以下の通りである。
ＮａＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ １５０ｇ／Ｌ〜３００ｇ／Ｌ
ＨＣｌ ４０〜１００ｃｃ／Ｌ
電流密度 ０．７５〜２．０Ａ／ｄｍ^２

次に、図４は図３の製造工程により製造されたスリーブ４２の電気ニッケルメッキ（ステップＳ１４）後の表面状態図（×1000）であり（以下実施例１という）、図５は図４の電気ニッケルメッキ後に無電解ニッケルメッキを施した表面状態図（×500）（以下実施例２という）である。また、図６は図３の製造工程の中でステップＳ１３の弗素化合物を含まない酸溶液にて表面を活性化し、ステップＳ１４の下地処理を従来のワット浴（硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硼酸を主成分とする）にて施したスリーブ４２の電気ニッケルメッキ後の表面状態図（×1000）（以下比較例１という）を、図７は図６の電気ニッケルメッキ後に無電解ニッケルメッキを施した表面状態図（×500）（以下比較例２という）を示す。

実施例と比較例を比較すると、本発明の実施例の方がニッケルの塊状析出物が激減しており、メッキ層表面が平滑であることが示される（実施例１及び比較例１）。これは、図３のステップＳ１３及びステップＳ１４の下地処理にて燐青銅表面の酸化皮膜を除去し、再度皮膜が形成されることを防ぐことにより燐青銅部材の表面抵抗を均一化し、結果としてメッキ後の表面平滑性を向上させることができ、その後無電解ニッケルメッキを施すことによりレベリング効果による更なるニッケルの塊の低減、突部発生抑制ができることを示したものである（実施例２及び比較例２）。

以上のように、図２に示すモータ１はシャフト４１とスリーブ４２とを有する動圧軸受４を備え、スリーブ４２は表面にメッキ層４２０を有し、このメッキ層４２０はウッド浴により下地処理を施した後、無電解ニッケルメッキによりメッキ層を形成されたものとされる。また、シャフトは４１スリーブ４２のメッキ層４２０とは異なる材料にて形成される。これにより、シャフト４１とスリーブ４２とが凝着することが抑制されるとともに優れた耐衝撃性を有する動圧軸受４が実現され、モータ１の高速回転時に大きな衝撃が与えられた場合であっても、モータ１の駆動に支障が生じることを防止することができる。また、動圧軸受４の摺動性能の向上を図ることもでき、モータ１の信頼性を向上することができる。さらに、このようなモータ１を用いることにより、耐衝撃性が高いハードディスク駆動装置の信頼性向上も実現することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

上記実施の形態における動圧軸受４の構造は、一例を示したにすぎず、用途に応じて適宜変更されてよい。

動圧軸受４では、スリーブ４２に無電解ニッケルメッキにて形成されるとともに析出硬化処理が施されたメッキ層が形成されてもよい。なお、動圧軸受４を容易に製造するには、スリーブ４２に比べて簡素な形状とされるシャフト４１にメッキ層または窒化層が形成されることが好ましい。

上記実施の形態では、シャフト４１がロータ部２に固定されスリーブ４２に対して回転するが、スリーブ４２がロータ部２に固定され（または、一体的に形成され）、シャフト４１に対して回転してもよい。

上記実施の形態では、スリーブ４２は銅合金で形成されていたが、燐青銅からなる銅合金のほかに、真鍮等の銅合金を用いてもよく、銅を主成分とする化合物から形成されていても良い。

モータ１は、ハードディスク駆動装置以外に、例えば、光ディスク、光磁気ディスク、その他のディスク状の記録媒体を駆動する装置に利用することができる。

モータの構成を示す縦断面図である。 軸受機構を拡大して示す図である。 軸受機構を製造する工程の流れを示す図である。 実施例における電気ニッケルメッキ後のスリーブの表面状態図である。 実施例における無電解ニッケルメッキ後のスリーブの表面状態図である。 比較例における電気ニッケルメッキ後のスリーブの表面状態図である。 比較例における無電解ニッケルメッキ後のスリーブの表面状態図である。

符号の説明

１ モータ
４ 動圧軸受
２２ 界磁用磁石
３２ 電機子
４１ シャフト
４２ スリーブ
４２０ メッキ層

Claims (7)

1. 第一の部材と、銅を主要な構成元素とする金属材料を素材とする第二の部材とからなり、前記第一の部材と前記第二の部材が、互いに対向する表面の間に介在する潤滑流体に発生する動圧によって相対的に移動若しくは回転自在に支持される、動圧軸受の製造方法であって、
   前記第二の部材の素材を用意する工程と、
   前記用意された部材に対して、塩化ニッケルを含む塩化物を主要な構成成分とする水溶液であるウッド浴中にて平滑な下地処理層を形成する工程と、
   前記下処理層が形成された部材に対して、無電解ニッケルメッキを施してメッキ層を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする、動圧軸受の製造方法。
2. 請求項１記載の動圧軸受の製造方法であって、
   前記下処理層を形成する工程に先立って、前記第二の部材の素材に対して弗化水素酸、弗化ナトリウム、弗化カリウム、弗化カルシウム等の弗化物を含む酸によって酸洗い処理を行う工程を備えることを特徴とする、動圧軸受の製造方法。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、
   前記ウッド浴に塩化ニッケル及び塩酸を主成分とする溶液を用いることを特徴とする動圧軸受の製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、
   前記第二の部材は、前記下処理層及び前記メッキ層を除いて、燐青銅、真鍮等の銅合金及び銅を主成分とする材料から構成されている、
   ことを特徴とする、動圧軸受の製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、
   前記第一の部材はステンレス鋼製である、
   ことを特徴とする、動圧軸受の製造方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法であって、
   前記第一の部材はシャフトであり、前記第二の部材は該シャフトが収容される軸受孔を有する、スリーブであり、
   前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面は微小間隙を介して対向して、ラジアル動圧軸受部を構成する、
   ことを特徴とする、動圧軸受の製造方法。
7. 電動式のモータであって、
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の動圧軸受の製造方法によって製造された動圧軸受と、
   前記第一の部材を前記第二の部材に対して相対的に回転させる駆動装置と、
   を備えることを特徴とするモータ。