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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

1

1

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

目 次

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。

2

2

2001年CQ3月産5,000千台

1,500千 500千

1,600千1,400千

1999 年CQ1月産2,022千台

65千

1,958千

2000 年4月

月産2,150千台

3千

550千

1,147千

450千

2000 年CQ3月産3,500千台

1,000千 1,200千

300千1,000千

１．ＨＤＤ用スピンドルモータービジネスの現状と今後

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

2.5インチ ノートブック

3.5インチ ハイエンド

エンタープライズ／ホスト

2003年月産10,000千台

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。

3

3

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

１．ＨＤＤ用スピンドルモータービジネスの現状と今後

114,600K

20%

117,600K

13%

140,400K

14%

189,000K

21%

240,000K

25%

272,000K

30%

330,000K

36%

0K

50,000K

100,000K

150,000K

200,000K

250,000K

300,000K

350,000K

400,000K

Ship

ping

Qua

ntity

[pcs

]

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

H D Dスピンドルモーター 生産推移

他社

ミネベア

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。

4

4

内輪 floating inner race

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＋ゲージballs + cage

予圧 Pre-load

ボール転送面付シャフトshaft with integrated inner race

２．ROモーターの現状と技術的特長

ROベアリングの構造

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。

5

5

２．ROモーターの現状と技術的特長

RO discrete

Resonance Range ( Max. ～ Min. ) Among Rotational Speed

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

RO BearingMotor

Discrete BearingMotor

Discrete BearingMotor, 10μm-Misaligned

Discrete BearingMotor, 20μm-

Misaligned

Res

onan

ce R

ange

@20

°C [H

z]

@4,500rpm@5,400rpm@7,200rpm

Thermal ( 20°C ～ 60°C ) Radial Run-Out Shift

0.00

0.10

0.20

0.30

RO BearingMotor

Discrete BearingMotor

Discrete BearingMotor, 10μm-

Misaligned

Discrete BearingMotor, 20μm-

Misaligned

Run

-Out

Val

ue [μ

m]

Mean3σ

Thermal ( 20°C ～ 60°C ) Resonance Shift Value

10.0Hz

6.1Hz

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

RO Bearing Motor Discrete Bearing Motor

Res

onan

ce S

hift

Valu

e [H

z]

RO Bearing MotorDiscrete Bearing Motor

図Ａ

グラフＡ

グラフCグラフB

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。

6

6

２．ROモーターの現状と技術的特長

Resonance Range ( @25°C )

23.2Hz

11.8Hz

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

RO-Bearing Motor Discrete Bearing Motor

Reso

nanc

e R

ange

[Hz]

NRRO, Axial, With Disk, OverAll

0.55μm0.40μm

0.00.10.20.30.40.50.6

RO-Bearing Motor Discrete BearingMotor

NR

RO

, Axi

al [μ

m]

2.5インチスピンドルモーターの特性

～ROベアリングの高剛性特性は、

NRRO･共振点に優位性あり～

図A

図B

データA

データB

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。

7

7

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

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)に関する問題なし

２．ROモーターの現状と技術的特長

温度変化(予圧抜け)に関する問題発生

セラミックボールROベアリングの優位性

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。

8

8

２．ROモーターの現状と技術的特長

常温時

高温時

セラミックボールROベアリングの予圧抜け対策

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。

9

9

温度変化による外輪と接触角の変化原理

２．ROモーターの現状と技術的特長

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。

10

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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

スペーサーへの加圧

外輪への加圧

不可

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。

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2000 CQ33,500Kpcs / Month

DiscreteBearing

RO-Bearing

61%

２．ROモーターの現状と技術的特長

2000 April2,150Kpcs / Month

DiscreteBearing

RO-Bearing

45%

ROベアリングモーター生産割合の推移

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。

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12

当初 実際

・コストが安い ・コストが高い

・品質が良い ・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

矛 盾

“コストが満足できなければこのビジネスはダメ”

３．流体軸受けに関して

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。

13

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シーゲートからのアプローチ

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。

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。

世の中には頭の良い人がいる。

(バリ、コンタミ、油漏れ）

３．流体軸受けに関して

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。

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14

スピンドルモーター設備投資

４百万個／月の既存ライン

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

３．流体軸受けに関して

１０百万個／月

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。

15

15

軸受タイプ別スピンドルモーター性能比較

RO△

△

○

◎

○

○

○

◎

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

Discrete FDB

（注）ROはセラミックボール使用

３．流体軸受けに関して

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。

16

16

軸受タイプ別スピンドルモーター性能比較

RO△

△

○

◎

○

○

○

◎

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

Discrete FDB

（注）ROはセラミックボール使用

３．流体軸受けに関して

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。

17

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ボールベアリング販売実績･見込

November 1999126,417Kpcs

P/O received

February 2000121,264

90,000K

100,000K

110,000K

120,000K

130,000K

140,000K

Mar

-98

Jun-

98

Sep-

98

Dec

-98

Mar

-99

Jun-

99

Sep-

99

Dec

-99

Mar

-00

Jun-

00

Sep-

00

Qua

ntity

/ M

onth

[ pc

s ]

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

影響なし

実績 見込

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。

18

18

５. ROベアリングの新たな展開

RRO, Radial, OverAll

0.09μm,Average

4.52μm,Average

0.01.02.03.04.05.06.0

RO-Bearing DiscreteBearing

RRO

, Rad

ial [μm

]

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

例１：高精密ピボットアッシー

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。

NRRO, Radial, OverAll

0.07μm,Average

0.21μm,Average

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

RO-Bearing DiscreteBearing

NR

RO, R

adia

l [μm

]

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。

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19

ピボットアッシー販売実績･見込

February 20008,335Kpcs

October 19999,480Kpcs

P/O received

4,000K

6,000K

8,000K

10,000K

12,000K

Mar

-98

Jun-

98

Sep

-98

Dec

-98

Mar

-99

Jun-

99

Sep

-99

Dec

-99

Mar

-00

Jun-

00

Sep

-00

Qua

ntity

/ M

onth

[ pc

s ]

５. ROベアリングの新たな展開

実績 見込

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。

20

20

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

Impeller（羽根）

RO-Bearing（ＲＯベアリング）

Yoke（ヨーク）

Casing(ケース)

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。

21

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•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

•清浄度解析

•材研

•トライポロジー

•信頼性試験

•計画立案

•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

タイ

R & D ドイツ 日本

６．ミネベアのHDDモーター開発・製造体制

•量産

5753 20

15 モーター技術者：９２名

R&D技術者 ：５３名

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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22

日本計画立案

サンプル対応

デザイン

量産

ドイツ

タイ

日本ドイツタイ

日本

R&D センター

日本

ドイツ

タイ

シンガポール

サポート

６．ミネベアのHDDモーター開発・製造体制

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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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。

７．まとめ

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。

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。