JP2001016819A

JP2001016819A - スピンドルモータ

Info

Publication number: JP2001016819A
Application number: JP11176409A
Authority: JP
Inventors: Osamu Wada; 修和田
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 1999-06-23
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミック製ボールを有する軸受を使用して
も、予圧抜けを防止してロータハブの回転を安定に維持
する。【解決手段】固定シャフト３１に、セラミックボール３
３ａ、３４ａを有する第１、第２軸受３３、３４を外嵌
し、第１、第２軸受３３、３４間の固定シャフト３１に
ステータ３２を外嵌し、第１軸受３３の外輪３３ｃにハ
ブ３９と共にロータハブ４０を構成するロータヨーク３
８を外嵌し、ロータヨーク３８の内側にロータマグネッ
ト４２を嵌着し、ロータヨーク３８の上端開口部に磁性
流体シール４６を保持し、磁性流体シール４６と第１軸
受３３との間に予圧ばね４８及びワッシャ４９を配設
し、ワッシャ４９を固定シャフト３１に外嵌する。この
とき、両軸受３３、３４の外輪３３ｃ、３４ｃ及び第２
軸受３４の内輪３４ｂは固定し、第１軸受３３の内輪３
３ｂを予圧ばね４８により付勢する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ハードディス
ク、フロッピディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の記録
ディスクの駆動に用いられるスピンドルモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図３は軸固定タイプのスピンドルモータ
の一例を示す。この種のスピンドルモータでは、同図に
示すように、固定シャフト１にステータ２が外嵌されて
固定され、固定シャフト１の上部及び下部にそれぞれ嵌
着された玉軸受から成る一対の軸受３、４を介して、ロ
ータハブ５が固定シャフト１に回転自在に取り付けられ
ている。

【０００３】ここで、固定シャフト１は、例えばアルミ
ニウムや鉄系の金属材料により構成されたモータブラケ
ット６に一体的に形成され、この固定シャフト１に両軸
受３、４を介してロータハブ５が回転自在に支持され、
固定シャフト１における両軸受３、４間にステータ２が
固定されている。尚、固定シャフト１とモータブラケッ
ト６とは必ずしも一体形成されたものに限らず、別体形
成されていてもよい。

【０００４】また、極めて高精度な回転を維持するため
に、両軸受３、４は各々内輪または外輪を軸線方向にお
いて互いに向かい合う方向に押圧することによって予圧
が付与されている。

【０００５】ロータハブ５は、磁気ディスクを保持する
ためのハブ７と、このハブ７に内嵌されたロータヨーク
８と、このロータヨーク８の内側に嵌着された円筒状の
駆動用ロータマグネット９とにより構成され、ロータハ
ブ５の上端開口側は上側の軸受３に直接支持され、ロー
タハブ５の下端開口側はブッシュ１０を介して下側の軸
受４に支持されている。ロータヨーク８の開口部には、
磁性流体シール１３が保持されている。

【０００６】更に、ステータ２は、固定シャフト１に外
嵌された導電性を有する例えばステンレス鋼から成る円
筒状の導電リング１８と、この導電リング１８に外嵌さ
れたステータコア１９と、絶縁コーティング層２０によ
り被覆されたステータコア１９に巻装された巻線２１と
により構成されている。

【０００７】このような構成のスピンドルモータに使用
される軸受３、４は、通常内外輪及びボールがベアリン
グ鋼により形成される。ところが、近年では、記録ディ
スク駆動装置の益々の小型化、高速化や高容量化が要求
され、特に高速化に伴い、鋼球を用いた軸受では、鋼球
の摩擦、摩耗、焼き付き等によるガタ及び振動といった
問題のほか、この摩耗に起因した発塵による記録ディス
ク駆動装置内の清浄空間の汚染等、新たな問題も生じて
きている。

【０００８】このような問題を解決する手法として、上
記した軸受３、４のボールをセラミックにより構成する
ことが提案されている。例えば、特開平６−１７６４７
３号公報には、ハブを回転自在に支持する軸受の内輪、
外輪或いはボールのうち少なくとも一つをセラミックに
より形成することが記載されている。

【０００９】なかでも、軸受の内外輪間に介在される転
動体としてのボールをセラミックにより構成すれば、上
記したように、ボールをベアリング鋼に形成した場合に
おけるボールの摩擦、摩耗、焼き付き等によるガタ及び
振動の発生並びに発塵の問題を解消でき、高速回転に対
応することが可能になる。

【００１０】尚、上記した公報には、セラミック使用の
軸受を用いることが開示されてはいるが、記録ディスク
駆動装置のベース部材とロータハブとを電気的に絶縁す
る手段としてセラミック使用の軸受を用いているのであ
って、ボールの摩耗等によるガタ及び振動の発生、発塵
の問題を解決することを発明の目的とはしていない。

【００１１】即ち、記録ディスク駆動装置では、記録デ
ィスクの単位面積当たりの記録容量の増大のために、Ｍ
Ｒ素子を利用した磁気ヘッドが採用される。ところが、
ＭＲ素子の特性上、磁気ヘッドに対して一定電圧が印加
されるため、記録ディスクと磁気ヘッドとの間に電位差
が発生し、磁気ヘッドが記録ディスクから浮上したとき
に記録ディスクと磁気ヘッドとの間で放電が生じ、記録
ディスクの記録情報の破壊や、磁気ヘッドの電気的な腐
食などの不都合が発生し易く、このような不都合を解消
するために、セラミック使用の軸受を用いてベース部材
とロータハブとを電気的に絶縁しているのである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
図３に示す軸受３、４の構成部材のうち内外輪をベアリ
ング鋼により、ボールをセラミックによりそれぞれ形成
した場合に、記録ディスク駆動装置内の温度上昇時に、
シャフト、ロータハブ及び軸受に熱膨張が生じると、セ
ラミックにより形成したボールと他の部材との間の膨張
係数が著しく異なるため、軸受３、４の内外輪とボール
との間に隙間が生じ、両軸受３、４に予圧が付与されな
い状態、或いは予圧が抜けた状態となり、ロータハブに
回転振れ等が生じてモータの回転特性が悪化するという
問題を招来する。

【００１３】この発明が解決しようとする課題は、セラ
ミック製ボールを有する軸受を使用しても、予圧抜けを
防止してロータハブの回転を安定に維持できるようにす
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明は、前記両軸受が、セラミックボールを
有する玉軸受から成り、前記両軸受の外輪及び一方の前
記軸受の内輪が固定され、他方の前記軸受の内輪が予圧
ばねにより付勢されていることを特徴としている。

【００１５】このように構成すれば、両軸受をセラミッ
クボールを有する玉軸受により構成しているため、鋼球
を用いた場合のような鋼球の摩耗等によるガタ及び振動
や発塵といった不都合の発生が防止される。

【００１６】また、セラミックボールの使用により温度
上昇時に軸受の各構成部材間に熱膨張の違いが生じて
も、両軸受の外輪及び一方の軸受の内輪の３カ所を固定
し、残る他方の軸受の内輪を予圧ばねで付勢することに
よって、軸受は温度上昇に関係なく安定した予圧が付与
され続け、従来のような予圧抜けが防止されてロータハ
ブの安定した回転が維持される。

【００１７】更に、両軸受の内外輪を接着固定（いわゆ
る４点固定の定置予圧）した場合における予圧力が、温
度上昇時の予圧抜けを考慮して、１．５〜２．０ｋｇｆ
／ｃｍ²と高めに設定する必要があるのに対して、この
予圧ばねによる予圧力は、概ね１．３５〜１．４４ｋｇ
ｆ／ｃｍ²（３．０〜３．２ｌｂｓ；１ｌｂｓ＝０．４
５ｋｇ）と低くても構わない。

【００１８】このとき、使用する予圧ばねとして、皿ば
ねのほか、コイルばね、ウェーブワッシャなどを用いる
のが望ましい。

【００１９】また、本発明は、前記シャフトの前記他方
の軸受側端部の外周に設けられた磁性流体シールと、こ
の磁性流体シールと前記他方の軸受との間に配設されて
前記シャフトに外嵌され前記予圧ばねを前記他方の軸受
の内輪との間で保持するワッシャとを備えていることを
特徴としている。

【００２０】こうすると、ワッシャにより簡単かつ確実
に予圧ばねが保持され、安定した予圧が軸受に付与され
る。更に、このワッシャをシャフトに外嵌することで、
予圧ばねにより予圧する他方の軸受と磁性流体シールと
の間にラビリンス構造の空間が形成され、軸受からのグ
リースやオイルが磁性流体シールの磁性流体に直接飛散
することが防止される。

【００２１】また、本発明は、モータ回転数が、７２０
０ｒｐｍ以上であることを特徴としている。この場合、
温度上昇に関係なく安定した予圧を付与できることか
ら、７２００ｒｐｍ以上の高速で回転しても、ロータハ
ブの回転振れの発生もなく安定した回転特性を得ること
が可能になる。尚、最も好ましい回転数は７２００〜１
５０００ｒｐｍである。

【００２２】また、本発明は、前記シャフト外周におけ
る前記他方の軸受の外嵌位置に形成された溝にＯリング
が嵌挿されていることを特徴としている。こうすると、
Ｏリングの摩擦により、予圧ばねの予圧力を補助するこ
とができるため、軸受に対してより安定して予圧を付与
し続けることが可能になる。

【００２３】

【発明の実施の形態】この発明を軸固定タイプのスピン
ドルモータに適用した場合の一実施形態について図１及
び図２を参照して説明する。但し、図１は切断正面図、
図２は動作説明図である。

【００２４】図１に示すように、固定シャフト３１が図
示しないベース部材に固定され、この固定シャフト３１
のほぼ中央部分にステータ３２が外嵌され、固定シャフ
ト３１の上部及び下部には玉軸受から成る第１、第２軸
受３３、３４が外嵌され、第１、第２軸受３３、３４間
にステータ３２が配設され、固定シャフト３１に嵌着さ
れたスリーブ３５により、ステータ３２と第２軸受３４
との間の距離が一定に保持されている。

【００２５】ここで、ステータ３２は、固定シャフト３
１に外嵌されたステータコア３２ａと、これに巻装され
た巻線３２ｂとから成る。また、両軸受３３、３４はセ
ラミックボール３３ａ、３４ａを有し、内輪３３ｂ、３
４ｂ及び外輪３３ｃ、３４ｃは例えばベアリング鋼によ
り形成されている。

【００２６】そして、第１軸受３３の外輪３３ｃにはロ
ータヨーク３８が外嵌され、このロータヨーク３８の外
周にハブ３９が嵌着され、これらロータヨーク３８及び
ハブ３９によりロータハブ４０が構成されている。ここ
で、ロータハブ４０は、記録ディスクの材質に合わせて
ステンレス鋼またはアルミニウム或いはアルミニウム合
金により形成される。

【００２７】また、ロータヨーク３８の円筒部分の内側
には駆動用のロータマグネット４２が嵌着され、このロ
ータマグネット４２が所定のギャップを介してステータ
３２に対向して配設されている。

【００２８】そして、ロータヨーク３８の下端開口部に
はブッシュ４３が嵌着され、このブッシュ４３の内側に
第２軸受３４の外輪３４ｃが嵌着されている。このと
き、第１軸受３３の外輪３３ｃはロータヨーク３８に接
着され、第２軸受３４の内、外輪３４ｂ、３４ｃはそれ
ぞれ固定シャフト３１、ブッシュ４３に接着されて固定
されている。尚、第２軸受３４の内輪３４ｂは、後述す
る予圧ばねにより予圧される第１軸受３３の内輪３３ｃ
と軸線方向において互いに向かい合う方向に押圧された
状態で接着されている。

【００２９】一方、ロータヨーク３８の上端開口部に
は、磁性リング４５及び磁性流体シール４６が配設、保
持され、この磁性流体シール４６と第１軸受３３との間
には断面Ｓ字状のウェーブワッシャから成る予圧ばね４
８及びこれを保持するワッシャ４９が配設されている。

【００３０】ここで、ワッシャ４９は固定シャフト３１
の上端に外嵌され、磁性リング４５により押えられて抜
止めされている。ワッシャ４９は予圧ばね４８の固定側
の受け面を形成する以外に、その外径を第１軸受３３の
内輪３３ｂの外径より大きくすることにより、この第１
軸受３３からのグリースやオイルが直接磁性流体シール
４６の磁性流体充填部分に飛散することがないよう配慮
されている。そして、予圧ばね４８により、第１軸受３
３の内輪３３ｂは、第２軸受３４の内輪３４ｂと軸線方
向において互いに向かい合う方向に所定の予圧が付与さ
れる。

【００３１】また、第１軸受３３が外嵌された固定シャ
フト３１の外周面には周方向に溝５１が形成されてお
り、この溝５１内にＯリング５２が配設されている。こ
うすると、Ｏリング５２の摩擦力が第１軸受３３の内輪
３３ｂに作用し、予圧ばね４８の予圧力が補助されるこ
とになる。そのため、所定の予圧力を与えるために必要
な予圧ばね４８のばね定数は、Ｏリング５２を設けない
場合におけるばね定数よりも小さくて済む。

【００３２】ところで、固定シャフト３１のほぼ中央か
ら下部にかけて中空部５５が形成され、この中空部５５
の下部が閉塞体５６により閉塞され、この閉塞体５６に
一対の導電ピン５７が貫設され、ステータ３２の巻線３
２ｂに半田付されて接続された２本のリード５８が両導
電ピン５７それぞれに電気的に接続され、図示しないモ
ータドライバ回路からの駆動電流が両導電ピン５７及び
両リード５８を介してステータ３２の巻線３２ｂに供給
されるようになっている。

【００３３】そして、上記したように、セラミックボー
ル３３ａ、３４ａを有する第１、第２軸受３３、３４を
使用し、第１、第２軸受３３、３４の外輪３３ｃ、３４
ｃ及び第２軸受３４の内輪３４ｂの３カ所を接着固定
し、第１軸受３３の内輪３３ｂに予圧ばね４８により付
勢した構造のスピンドルモータにおいて、予圧特性を調
べるために振動特性検査であるピンテストを行ったとこ
ろ、図２に示すような結果となった。尚、比較のため、
両軸受３３、３４の内外輪すべてを接着固定した定置予
圧方式のモータ、図１の構造においてＯリング５２を設
けていないモータについても同様の検査を行い、図２に
その結果を併記している。

【００３４】図２において、実線は図１に示すようにＯ
リング５２を備えた構造、１点鎖線はＯリング５２を備
えていない構造、破線は定置予圧方式の構造のデータを
示している。

【００３５】図２の結果から明らかなように、両軸受３
３、３４の内外輪すべてを接着固定した定置予圧方式の
場合には、モータの温度が上昇するに連れてモータの振
動周波数が低下しているのに対して、第１軸受３３の内
輪３３ｂに予圧ばね４８により付勢した定圧予圧方式の
場合には、定置予圧方式に比べてモータの振動周波数レ
ベルは低くなるものの、Ｏリング５２の有無に関係な
く、モータの温度が上昇してもモータの振動周波数は一
定である。

【００３６】これは、定置予圧方式の場合、上述したよ
うにセラミック材と鋼材との線膨張係数の違いに起因し
て、温度上昇に伴って予圧抜けが生じたためであるのに
対し、予圧ばね４８により付勢した定圧予圧方式の場
合、セラミック材と鋼材との線膨張係数の違いがあって
も、温度上昇に関係なく安定して一定の予圧を付与し続
けることができるためであると考えられる。

【００３７】このとき、定置予圧方式の場合における予
圧力が、温度上昇時の予圧抜けを考慮して、１．５〜
２．０ｋｇｆ／ｃｍ²と高めに設定する必要があるのに
対して、予圧ばね４８による予圧力は、概ね１．３５〜
１．４４ｋｇｆ／ｃｍ²（３．０〜３．２ｌｂｓ；１ｌ
ｂｓ＝０．４５ｋｇ）と低くても構わない。

【００３８】従って、上記した実施形態によれば、セラ
ミックボール３３ａ、３４ａの使用により、温度上昇時
に両軸受３３、３４の各構成部材間に熱膨張の違いが生
じても、第１、第２軸受３３、３４の外輪３３ｃ、３４
ｃ及び第２軸受３４の内輪３４ｂの３カ所を接着固定
し、残る第１軸受３３の内輪３３ｂを予圧ばね４８で付
勢することによって、温度上昇に関係なく安定した予圧
を付与し続けることができ、従来のような予圧抜けを防
止してロータハブ４０の安定した回転を維持することが
可能になる。

【００３９】また、両軸受３３、３４をセラミックボー
ル３３ａ、３４ａを有する玉軸受により構成しているた
め、鋼球を用いた場合のような鋼球の摩耗等によるガタ
及び振動や発塵といった不都合の発生を防止することが
できるのはいうまでもない。

【００４０】なお、上記した実施形態では、第１軸受３
３の内輪３３ｂに接触するようにＯリング５２を設けた
場合について説明しているが、Ｏリングは必ずしも設け
る必要はなく、この場合図２からもわかるようにＯリン
グ５２を設けた場合と同等の効果を達成することができ
る。

【００４１】また、上記した実施形態では、予圧ばね４
８としてウェーブワッシャを用いた場合について説明し
たが、このほかに皿ばね、コイルばねなどを予圧ばねと
して用いてもよいのはいうまでもない。

【００４２】また、上記した磁性リング４５は必ずしも
必要ではなく、磁性リング４５でワッシャ４９を保持す
る代わりに、ワッシャ４９自体の固定シャフト３１に対
する嵌合力により、ワッシャ４９を取り付けると同時に
予圧ばね４８を保持するようにしてもよい。

【００４３】また、上記した実施形態では、上側の第１
軸受３３の内輪３３ｂを予圧ばね４８により付勢した場
合について説明しているが、この第１軸受３３の内輪３
３ｂを接着固定し、これに代わって第２軸受３４の内輪
３４ｂを予圧ばねにより付勢するようにしてもよいのは
勿論である。

【００４４】また、上記した実施形態では、軸固定タイ
プのスピンドルモータに適用した場合について説明した
が、これに限らず軸回転タイプにも本発明を適用でき
て、上記した実施形態と同等の効果を得ることができる
のは勿論である。

【００４５】また、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、両軸受をセラミックボールを有する玉軸受によ
り構成しているため、鋼球を用いた場合のような鋼球の
摩耗等によるガタ及び振動や発塵といった不都合の発生
を防止でき、両軸受の外輪及び一方の軸受の内輪の３カ
所を固定し、残る他方の軸受の内輪を予圧ばねで付勢す
ることによって、軸受には温度上昇に関係なく安定した
予圧を付与し続けることができ、予圧抜けを防止できて
ロータハブの安定した回転を維持することが可能で高速
回転にも十分対応でき、回転特性の優れたスピンドルモ
ータを提供することができる。

【００４７】また、請求項２に記載の発明によれば、ワ
ッシャにより簡単かつ確実に予圧ばねを保持でき、安定
した予圧を軸受に付与することができる。

【００４８】更に、このワッシャをシャフトに外嵌する
ことで、予圧ばねにより予圧する他方の軸受と磁性流体
シールとの間にラビリンス構造の空間を形成できるた
め、軸受からのグリースやオイルが磁性流体シールの磁
性流体に直接飛散することを防止できる。

【００４９】また、請求項３に記載の発明によれば、温
度上昇に関係なく安定した予圧を付与できることから、
７２００ｒｐｍ以上の高速で回転しても、ロータハブの
回転振れの発生もなく安定した回転特性を得ることが可
能になる。

【００５０】また、請求項４に記載の発明によれば、Ｏ
リングの摩擦により、予圧ばねの予圧力を補助すること
ができるため、軸受に対してより安定して予圧を付与し
続けることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の切断正面図である。

【図２】この発明の一実施形態の動作説明図である。

【図３】従来例の切断正面図である。

【符号の説明】

３１固定シャフト３２ステータ３３、３４第１、第２軸受３３ａ、３４ａセラミックボール３３ｂ、３４ｂ内輪３３ｃ、３４ｃ外輪４０ロータハブ４２ロータマグネット４６磁性流体シール４８予圧ばね４９ワッシャ５１溝５２Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シャフトと、内輪がそれぞれ前記シャフ
トの上部及び下部に外嵌された一対の軸受と、前記両軸
受の外輪を介して前記シャフトに取り付けられたロータ
ハブと、前記ロータハブに固着された駆動用マグネット
と、前記駆動用マグネットに対向して配設されたステー
タとを備えたスピンドルモータにおいて、前記両軸受が、セラミックボールを有する玉軸受から成
り、前記両軸受の外輪及び一方の前記軸受の内輪が固定
され、他方の前記軸受の内輪が予圧ばねにより付勢され
ていることを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】前記シャフトの前記他方の軸受側端部の
外周に設けられた磁性流体シールと、この磁性流体シー
ルと前記他方の軸受との間に配設されて前記シャフトに
外嵌され前記予圧ばねを前記他方の軸受の内輪との間で
保持するワッシャとを備えてい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。
【請求項３】モータ回転数が、７２００ｒｐｍ以上で
あることを特徴とする請求項１または２に記載のスピン
ドルモータ。
【請求項４】前記シャフト外周における前記他方の軸
受の外嵌位置に形成された溝にＯリングが嵌挿されてい
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載
のスピンドルモータ。