説明要旨（1MB/24ページ）

ミネベア 技術説明会
～HDDスピンドルモーター及びベアリングについて～
2000年3月24日
0
目 次
１．HDD用スピンドルモータービジネスの現状と今後
２．ROモーターの現状と技術的特長
３．流体軸受けに関して
４．流体軸受けがボールベアリングビジネスに与える影響
５．ROベアリングの新たな展開
６．ミネベアのHDDモーター開発･製造体制
７．まとめ
1
目次に従い技術面を中心にミネベアのHDD用スピンドルモータービジネス及び流体軸受を含めたベアリ
ングビジネスの概要を説明します。
1
１．ＨＤＤ用スピンドルモータービジネスの現状と今後
2003年
月産10,000千台
1,500千
1,000千
1,000千
1,958千
1,400千
1,600千
1,200千
2001年CQ3
月産5,000千台
2000 年CQ3
月産3,500千台
65千
1999 年CQ1
月産2,022千台
300千
500千
450千
3.5インチ ローエンド
デスクトップPC/STB
3.5インチ ハイエンド
デスクトップﾟPC/PCサーバー
3千
550千
2.5インチ ノートブック
1,147千
3.5インチ ハイエンド
エンタープライズ／ホスト
2000 年4月
月産2,150千台
2
2000年4月現在のスピンドルモーターの月産台数は2,150千台ですが、本年第3四半期には月産3,500
千台、2001年第3四半期には月産5,000千台を見込んでいます。
図の3.5インチハイエンドデスクトップとは、現在世界一高容量と言われている3.5インチハードディスク用
のスピンドルモーターです。 2003年には月産10,000万台を見込んでいます。
2
１．ＨＤＤ用スピンドルモータービジネスの現状と今後
H D D スピンドルモーター 生産推移
Shipping Quantity [pcs]
400,000K
330,000K
350,000K
他社
ミネベア
300,000K
272,000K
240,000K
250,000K
189,000K
200,000K
36%
140,400K
150,000K
114,600K 117,600K
25%
100,000K
50,000K
0K
30%
21%
20%
1997
13%
1998
14%
1999
2000
2001
2002
2003
年間生産台数 K=1,000台
他社はミネベア以外の合計、データ提供：ピクシーピナクルコーポレーション
3
当社製スピンドルモーターの市場シェアは2000年の21％から2003年の36％まで順次増加が見込まれ
ています。
市場規模はピクシーピクナルコーポレーションの推計値に約10%を加えています。
3
２．ROモーターの現状と技術的特長
ROベアリングの構造
予圧 Pre-load
内輪 floating inner race
ボール＋ゲージ
balls + cage
モーターハブ
hub with special
press fit area
外輪ボール転送面
integrated outer races
ボール転送面付シャフト
shaft with integrated inner race
4
ROベアリングは、2つのボール転送面を持ち筒状に繋がっている外輪と１つの転送面を持つシャフトと1
つの転送面を持つ内輪から構成されています。
4
２．ROモーターの現状と技術的特長
グラフＡ
Thermal ( 20°C ～ 60°C ) Resonance Shift Value
12.0
RO Bearing Motor
Discrete Bearing Motor
図Ａ
Resonance Shift Value [Hz]
10.0
discrete
RO
10.0Hz
8.0
6.0
6.1Hz
4.0
2.0
0.0
RO Bearing Motor
グラフB
Resonance Range ( Max. ～ Min. ) Among Rotational Speed
0.30
20.0
Resonance Range @20°C [Hz]
16.0
Thermal ( 20°C ～ 60°C ) Radial Run-Out Shift
Mean
3σ
@4,500rpm
@5,400rpm
@7,200rpm
Run-Out Value [μm]
18.0
Discrete Bearing Motor
グラフC
14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
0.20
0.10
4.0
2.0
0.00
0.0
RO Bearing
Motor
RO Bearing
Motor
Discrete Bearing Discrete Bearing Discrete Bearing
Motor
Motor, 10μmMotor, 20μmMisaligned
Misaligned
Discrete Bearing Discrete Bearing Discrete Bearing
Motor, 20μmMotor
Motor, 10μmMisaligned
Misaligned
5
ROベアリングモーターは温度変化に強く、ミスアライメントが発生しないという大きな特長を持っています。
ROベアリングのディスクリートベアリングに対する優位性は、グラフA・Bに示すレゾナンス変化量 、グラ
フCに示すラジアルランアウトの変化量からも明らかです。
5
２．ROモーターの現状と技術的特長
2.5インチスピンドルモーターの特性
データA
Resonance Range ( @25°C )
図A
Resonance Range [Hz]
25.0
20.0
15.0
23.2Hz
10.0
11.8Hz
5.0
0.0
RO-Bearing Motor
データB
Discrete Bearing Motor
NRRO, Axial, With Disk, OverAll
図B
NRRO, Axial [μm]
0.6
～ROベアリングの高剛性特性は、
0.5
0.4
0.3
0.2
0.40μm
0.55μm
RO-Bearing Motor
Discrete Bearing
Motor
0.1
0.0
NRRO･共振点に優位性あり～
6
高い精度が要求される2.5インチノートブック用のスピンドルモーターでは、NRROとレゾナンスに優れて
いるROベアリングが高く評価されています。
6
２．ROモーターの現状と技術的特長
セラミックボールROベアリングの優位性
温度変化が予圧に与える影響
鋼球:
同一材質
線膨張係数同じ
温度変化(予圧抜け)に関する問題なし
セラミック･ボール：
異なる材質
線膨張係数相違
温度変化(予圧抜け)に関する問題発生
7
一般に線膨張計数が異なるセラミックボールをボールベアリングに使用すると予圧抜けの問題が生じま
す。
7
２．ROモーターの現状と技術的特長
セラミックボールROベアリングの予圧抜け対策
常温時
高温時
8
ROベアリングは、あらかじめ外輪を変形させることにより温度が変化しても予圧抜けが生じない構造に
なっています(特許申請済み)ので、セラミックボールも問題無く使用することができます。
8
２．ROモーターの現状と技術的特長
温度変化による外輪と接触角の変化原理
9
ROベアリングでは、温度上昇により外輪が変形する場合にも、コンタクトアングルが若干変化するのみ
で予圧抜けは生じません。
9
２．ROモーターの現状と技術的特長
セラミックボールディスクリートベアリングの場合
不
可
スペーサーへの加圧
外輪への加圧
10
ディスクリートベアリングでは、ROベアリングの様な予圧抜け対策を講ずることはできません。
10
２．ROモーターの現状と技術的特長
ROベアリングモーター生産割合の推移
ROBearing
61%
ROBearing
45%
Discrete
Bearing
Discrete
Bearing
2000 CQ3
3,500Kpcs / Month
2000 April
2,150Kpcs / Month
11
当社製2.5インチ用および3.5インチハイエンドディスクトップ用スピンドルモーターは全てROベアリング
を使用しています。
ROベアリングの比率は今後更に増加する傾向にあります。
11
３．流体軸受けに関して
当初
・コストが安い
実際
矛 盾
・品質が良い
・コストが高い
・信頼性に疑問
NRRO／ノイズ／
バリ／コンタミ／
スピード対応
油漏れ
“コストが満足できなければこのビジネスはダメ”
12
当社は、流体軸受はボールベアリングが2個なくなる分コストが安くなくてはならないと考えています。
12
３．流体軸受けに関して
シーゲートからのアプローチ
世の中には頭の良い
人がいる。
設備投資： ボールベアリング２個＋シャフト１個 ＞ 流体軸受１個
信頼性
： デザイン、ノウハウが優れている。
(バリ、コンタミ、油漏れ）
単位生産数量当たりの流体軸受の設備投資額がボール
ベアリング+シャフトより少なく、信頼性も高いという理由で
提携決定。
13
シーゲート社の開発した流体軸受は、コスト・信頼性の両面で当社の考える必要条件を満たしています。
13
３．流体軸受けに関して
スピンドルモーター設備投資
４百万個／月の既存ライン
１０百万個／月
６百万個／月の新設工場
+ 75億円
流体軸受の生産
年内に量産開始
14
流体軸受は年内に量産を開始します。
タイ国バンパイン地区に、投資額75億円にて生産能力6,000万個のスピンドルモーター専用工場を建設
する予定です。
新工場完成後は、既存の生産ラインと合わせて当社の生産能力は10,000万個になります。
14
３．流体軸受けに関して
軸受タイプ別スピンドルモーター性能比較
Discrete
RO
FDB
△
△
○
○
○
◎
◎
◎
○
○
○
○
◎
○
○
◎
◎
△
？
？
？
◎
双方向
○
◎
双方向
◎
？
一方向
？
NRRO
高速回転寿命
騒音
負荷特性
トルク
耐衝撃性
温度変化
コスト
回転方向
組み込み易さ
（注）ROはセラミックボール使用
15
流体軸受に付けられている｢？｣マークは、コンセプト・設計・作り方次第で変わるという意味です。
比較表より、ROベアリングのディスクリートベアリングに対する優位性は明らかです。
15
３．流体軸受けに関して
軸受タイプ別スピンドルモーター性能比較
Discrete
RO
FDB
△
△
○
○
○
◎
◎
◎
○
○
○
○
◎
○
○
◎
◎
△
○
○
○
◎
双方向
○
◎
双方向
◎
◎
一方向
○
NRRO
高速回転寿命
騒音
負荷特性
トルク
耐衝撃性
温度変化
コスト
回転方向
組み込み易さ
（注）ROはセラミックボール使用
16
当社の生産する流体軸受では、｢？｣マークは全て○又は◎に変わります。 流体軸受はNRROと騒音の
面でボールベアリングに対して優位性を持ちますが、HDDが高速で回転する時にはディスクに起因する
負荷変動、風切音により流体軸受は優位 性を失います。
当社の生産する流体軸受には、高速回転対応デザイン・2.5インチ用デザインもありますが、現時点で直
ぐに流体軸受の特長を最も生かせる分野はAVHDDを含むローエンドであると考えます。
当社の生産する流体軸受の最大の利点はコストの低さですが、この面でも用途的にはローエンドが最
適であると考えています。
16
4. 流体軸受けがボールベアリングビジネスに与える影響
ボールベアリング販売実績･見込
140,000K
見込
実績
November 1999
126,417Kpcs
130,000K
Quantity / M onth [ pcs ]
P/O received
影響
なし
120,000K
110,000K
February 2000
121,264
100,000K
Sep-00
Jun-00
Mar-00
Dec-99
Sep-99
Jun-99
Mar-99
Dec-98
Sep-98
Jun-98
Mar-98
90,000K
17
流体軸受はNRRO・騒音で優位 性を持つ反面、負荷変動への対応力・回転方向等の弱点がありますの
で用途は限られると考えます。
仮にスピンドルモーター用ベアリングが全て流体軸受に置き換わる場合にも当社のボールベアリングビ
ジネスは殆ど影響を受けません。
17
５. ROベアリングの新たな展開
例１：高精密ピボットアッシー
NRRO, Radial, OverAll
0.20
0.15
0.21μm,
Average
0.10
0.05
0.00
0.07μm,
Average
6.0
RRO, Radial [μm]
NRRO, Radial [μm]
0.25
ROベアリングは現在好
調であり不安はないが、
今後新たな展開を図る。
RRO, Radial, OverAll
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.09μm,
Average
4.52μm,
Average
0.0
RO-Bearing
Discrete
Bearing
RO-Bearing
Discrete
Bearing
ROベアリングとディスクリートベアリング仕様ピボットの回転精度比較
18
ROベアリングの新たな展開としては高精密ピボットが考えられます。
HDDではディスクを回転させるスピンドルモーターのみでなく、ヘッドを制御するピボットアッシーでも更
なる高精度が要求されます。
18
５. ROベアリングの新たな展開
ピボットアッシー販売実績･見込
12,000K
見込
実績
Quantity / Month [ pcs ]
P/O received
October 1999
9,480Kpcs
10,000K
8,000K
February 2000
8,335Kpcs
6,000K
Sep-00
Jun-00
Mar-00
Dec-99
Sep-99
Jun-99
Mar-99
Dec-98
Sep-98
Jun-98
Mar-98
4,000K
19
当社製ピボットアッシーに対する需要は今後更なる増加が見込まれています。
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５. ROベアリングの新たな展開
例２：超高性能・高信頼性ファンモーター
Casing
(ケース)
Yoke
（ヨーク）
RO-Bearing
（ＲＯベアリング）
Impeller
（羽根）
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ROベアリングの次なる展開としては、超高性能・高信頼性ファンモーターが考えられます。
ROベアリングを使用することにより安定した回転が得られます。
更にセラミックボールを使用することにより従来の3倍以上の寿命が得られます。
高性能・高信頼性ファンモーターは、航空宇宙、情報通信ほか様々な分野での利用が期待されています。
20
６．ミネベアのHDDモーター開発・製造体制
モーター技術者：９２名
タイ
•量産
R&D
•清浄度解析
•材研
•トライポロジー
•信頼性試験
53
R&D技術者
15
日本
ドイツ
•設計
57
•開発
•治工具･測定機器開発
•電気設計･ソフト開発
•生産技術
•品質管理
•試作
21
：５３名
•計画立案
20
•設計
•開発
•治工具･測定機器開発
•電気設計･ソフト開発
•生産技術
•品質管理
•試作
現在ミネベアは、92名のスピンドルモーター技術者と53名のR&D技術者を擁しています。
設計・開発の陣容では、ドイツが日本より大きくなっています。
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６．ミネベアのHDDモーター開発・製造体制
R&D センター
日本
ドイツ
量産
サポ
ート
タイ
サンプル対応
タイ
タイ
シンガポール
デザイン
計画立案
ドイツ
ドイツ
日本
日本
日本
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スピンドルモーターの開発及び設計は日本とドイツで行っています。量 産は全てタイで行います。
各地のR&Dセンターがこれをサポートしています。
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７．まとめ
１．当社のHDDスピンドルモーターは今後急速に伸びて行く。
２．HDDスピンドルモーターはここ暫くROが主流となる。
３．当社の流体軸受は価格／信頼性の両面で優れている。
４．流体軸受はボールベアリングビジネスに影響を与えない。
５．ROベアリングは他の高付加価値製品にも使用される。
６．ミネベアはグローバルな開発・生産体制を持っている。
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本日のプレゼンテーションをまとめると以上の通りとなります。
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