JP2001054268A - ディスク装置のシャフトとハブの結合方法とその結合体 - Google Patents

ディスク装置のシャフトとハブの結合方法とその結合体

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JP2001054268A
JP2001054268A JP11223423A JP22342399A JP2001054268A JP 2001054268 A JP2001054268 A JP 2001054268A JP 11223423 A JP11223423 A JP 11223423A JP 22342399 A JP22342399 A JP 22342399A JP 2001054268 A JP2001054268 A JP 2001054268A
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shaft
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Koji Harada
幸治 原田
Kazuhiko Kawakami
和彦 河上
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Abstract

(57)【要約】 【課題】薄肉ハブに小径シャフトを高強度，高精度に結
合する方法を提供する。 【解決手段】シャフト１の外周に環状の溝３１を有した
被結合外径部をハブ２中央の結合穴内径部に圧入嵌合
し、ハブ端面の穴近傍を全周に亘って塑性変形させ、シ
ャフトの凹部を埋めるように、シャフトに圧縮応力を与
えるようにハブの材料が塑性流動することにより、ハブ
の材料のせん断力と緊迫力にて結合力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータ等のデ
ィスク装置，ＤＶＤ，ＣＤ−ＲＯＭに用いられるスピン
ドルモータ、特にノート型パソコンのような携帯用パソ
コンに搭載される薄型ハードディスクドライブモータで
動圧軸受構造のスピンドルモータのシャフトとハブの結
合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のシャフトとハブの結合方法には圧
入，焼きばめ，接着剤による接合，溶接などの方法があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
結合方法では薄型ハードディスク装置の動圧軸受型スピ
ンドルモータの薄肉ハブ（たとえば肉厚１mm）に小径シ
ャフト（たとえば外径３mm）を結合する場合、それぞれ
次のような問題があった。
【０００４】周知のように圧入法では、強度に限界があ
り、特に衝撃に弱い。焼きばめ法においては、小径のた
め十分な焼きばめしろが確保できず、圧入と同様に強度
に限界がある。また加熱を必要とし、焼きばめ後の精度
も悪く結合後に加工が必要となる。更には加熱，冷却な
どに時間がかかり生産性も悪い。
【０００５】接着剤による方法においては、接着長さが
短いため強度に限界があり、衝撃に弱い。また接合部か
らはみ出した余分な接着剤がモータ性能に悪影響を及ぼ
す。更には接着剤の硬化に時間と加熱を要し生産性が低
い。
【０００６】溶接による方法においては、熱変形が生
じ、特に熱収縮により曲がりが生じ精度を確保できな
い。また、シャフトの材質がSUS440C のような高Ｃ量の
マルテンサイト組織ではシャフトに亀裂が生じるなどの
問題があった。更にはレーザ溶接機などの高価な設備が
必要であった。
【０００７】前述の様に従来の方法では、ハブにディス
クをクランプすることによりシャフトとハブの結合部に
生じる応力に対し必要な、抜き，曲げ，廻しトルク等の
強度と、シャフトとハブのディスク搭載面との振れ精度
を確保するような結合及び結合部にシール性を持たせる
結合は困難であった。
【０００８】本発明は、このような従来の問題点を解決
するものであり、薄肉ハブに小径シャフトを高強度，高
精度に結合する方法及び接合部に高いシール性を持たせ
た結合方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、まず第１の目的について、シャフトの外
周に環状の溝を有した外径部をハブ中央の結合穴に圧入
嵌合し、ハブ端面の穴近傍を全周に亘って塑性変形さ
せ、シャフトの凹部を埋めるように、シャフトに圧縮応
力を与えるようにハブの材料が塑性流動することによ
り、ハブの材料のせん断力と緊迫力にて結合力を得るよ
うにシャフトとハブを結合した。次に第２の目的につい
て、シャフトの外周に環状の複数の溝を有し、溝間に円
筒部の山を設けた外径部をハブ中央の結合穴に嵌合し、
ハブ端面の穴近傍を全周に亘って塑性変形させ、シャフ
トの凹部を埋めるように、シャフトに圧縮応力を与える
ようにハブの材料が塑性流動することにより、ハブの材
料のせん断力と緊迫力にて結合力を得るようにシャフト
とハブを結合した。ここで、結合力を得るには圧入嵌合
することが重要である。
【００１０】このように構成した本発明によれば、薄肉
のハブと小径のシャフトの結合でも十分な強度と精度、
更にはシール性が得られ、また安価な設備で生産性良く
結合することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるハブとシャ
フトの結合体を用いたハードディスク装置の動圧軸受ス
ピンドルモータの一実施例を示したものである。
【００１２】図１において、シャフト１はハブ２と本発
明による結合方法により一体化され、ハブ２にはマグネ
ット１３が固着されている。ハブ２のフランジ２４に
は、記憶媒体である複数のディスク３がディスクスペー
サ４を挟んで積層され、ネジ６でシャフト１のめねじ３
２に締結されるクランプ５により固定されている。シャ
フト１はハウジング７に固定された動圧軸受メタル８の
内径に回転可能に嵌合され、回転によりハウジング内に
充填された磁性流体で生じる動圧効果によりラジアル動
圧軸受を構成する。ハウジング７はベース１１に固着さ
れている。スラスト受け板１０は動圧軸受メタル８との
間にストッパリング１２を挟み込んでハウジング７に接
合され、シャフト１の球状端部４０をスラスト受け面４
１で支持しスラスト軸受を構成している。またシャフト
１はストッパ溝４２に嵌合したストッパリング１２によ
りスラスト方向の浮き上がりを抑制されている。巻線さ
れたステータコア１４はベース１１に接着剤により固着
され、通電するとマグネット１３が回転力を受け、ハブ
２を回転させる。
【００１３】次にハブ２とシャフト１について説明す
る。結合体であるハブ２の材質は塑性変形し易く、被結
合体であるシャフト１よりも変形抵抗が小さいことが望
ましく、耐食性とモータとしての磁気特性を考慮してフ
ェライト系ステンレス鋼たとえばSUS430からなる。シャ
フト１は軸受性能を考慮して耐摩耗性，耐食性に優れた
マルテンサイト系ステンレス鋼たとえばSUS440C からな
り焼入れ処理されている。被結合外径部には環状の溝３
１が設けられている。溝形状の詳細については後述す
る。
【００１４】図２は、本発明によるハブとシャフトの結
合体の一実施例を示したものである。
【００１５】シャフト１には外径に全周溝３１が形成さ
れ、シャフト１の外径より小さなハブ２の結合穴２１に
以下に示すような方法で塑性結合されている。
【００１６】その結合工程は、図３に示すシャフト１を
図４に示すハブ２に圧入嵌合する第１の工程と塑性結合
する第２の工程とからなる。
【００１７】まず第１の工程について説明する。図５に
示すように、ハブ２をリング５０およびコマ５３で保持
し、ガイド５１の穴５４にシャフト１を挿入し、ピン５
２で穴５４にガイドされたシャフト１の外径３４を圧入
抵抗力を超える荷重で図示しないプレスラムによりハブ
２の結合穴２１に圧入嵌合する。このとき、シャフト１
とハブ２が相対的に傾かないように各嵌合部の隙間は
０.００５mm 以下の微小隙間に設定することが圧入精度
を得る上で望ましい。本実施例ではシャフトの外径３.
０００mm，ハブの結合穴内径２.９９２mmに設定してい
る。圧入代が大きいほど強度が高いが、かじりを生じ易
く、そのため圧入精度は低下する。
【００１８】図６は圧入嵌合完了後の結合部の拡大縦断
面図を示す。
【００１９】次に塑性結合する第２の工程について説明
する。図７に示すように第１の工程で圧入嵌合したシャ
フト１とハブ２の圧入体の底面２３をコマ６３で、外径
２５をガイドリング６１の内径６２で保持し、シャフト
１をガイドリング６１の内径６５にガイドされたパンチ
６０のガイド穴６４で保持し、パンチ６０を図示しない
プレスラムによりパンチ６０の先端に設けられたリング
状の突起６６がハブ２の端面２２の結合穴２１近傍をハ
ブの材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で
できるだけ鉛直に押圧し、結合穴２１の近傍の材料を全
周溝３１に塑性流動させ結合する。
【００２０】図８に塑性結合完了後の結合部の拡大縦断
面図を示す。
【００２１】高い結合精度を得るためには、ガイド穴６
４とシャフト１の外径の隙間は小さい程よい。また、パ
ンチ６０の突起６６による突起幅Ｗと押圧深さＨは大き
すぎると塑性変形させるための荷重が大きくなり、また
溝内に流動する以上の材料を流動させることになり結合
精度を悪化させるため、溝形状に合せて設定する。
【００２２】圧入嵌合する第１の工程と塑性結合する第
２の工程とを別々の金型で行う方法を説明したが、圧入
嵌合と塑性結合を１つの金型内で行い工程を短縮するこ
ともできる。
【００２３】次に、シャフトの溝形状について述べる。
【００２４】図９は溝部分の一例を示す拡大縦断面図で
ある。
【００２５】溝の断面形状を決定する要素は、溝深さ
Ｈ，溝幅Ｂ，溝角度θ，溝数ｎ等である。
【００２６】まず、溝深さＨは浅すぎると軸方向に外力
が作用した時、容易に塑性変形してしまうため充分なせ
ん断強度が得られない。深すぎると、溝内への材料の流
入が不十分となり、空隙部を生じるため強度が低下す
る。またシャフト１にはめねじ３２が設けられ結合部付
近の肉厚が薄く、溝深さを深くするとシャフトの強度が
低下するため、０.０７〜０.１３mm程度が望ましい。
【００２７】次に、溝幅Ｂは、結合部に必要とされるせ
ん断強度に応じて変えればよいがあまり幅を大きくする
と、結合する際、パンチの先端から溝の下部までの距離
が長くなり、溝内に流入すべき材料の流動摩擦損失が大
きくなる。その結果、パンチで大きな荷重を加えても溝
の下部付近における材料の内部応力は、塑性変形するに
足りる程度に高まらず、したがって塑性変形量が少なく
なり、溝内への材料の流入が充分でない。結合部のハブ
の肉厚が薄く溝幅にはおのずと限界があり、Ｂ／２＝
０.１５〜０.２５程度が望ましい。
【００２８】次に、溝角度θは、角度θが小さいと溝内
に材料が流れにくく、大きいと抜き強度が弱くなるため
角度θは６０゜〜１２０゜がよい。
【００２９】溝の数ｎは、ｎ＝２の時が最も強度が高
い。これは溝幅Ｂが同一で溝数ｎ＝１とｎ＝２の場合を
比較すると、ｎ＝２の方がシャフトとハブの接触面積が
大きいため強度が高い。しかし溝の数を多くしても溝内
への流入が悪化するため強度は低下する。
【００３０】なお、溝の断面形状は三角形である必要は
なく、図１０のようにＲ形状でもよい。また結合部に高
いトルク強度が必要な場合は図１１に示すように溝間の
山にローレット３６を設けるとよい。
【００３１】溝は全周に亘っていると材料が全周に均等
に塑性流動し、緊迫力も全周均等に作用するので直角精
度，強度共に向上できる。また溝は旋盤加工できるため
生産性も高い。
【００３２】溝位置はできるだけハブの押圧面２４に近
くなる様に設定した方がよく、離れると流動摩擦抵抗が
大きくなり、溝内に材料が流入しづらくなる。
【００３３】また、本発明の第２の目的におけるシャフ
ト溝の実施例を図１２に示す。２つの溝３１の間に軸外
径の一部である円筒部１２を設け、塑性変形による緊迫
力を円筒部１２にも強く生じさせることで、結合部に高
いシール性を持たせることができる。これにより、図１
におけるスピンドルモータに衝撃が加わった場合、シー
ルリング９とシャフト１の隙間から飛び出した磁性流体
がハブ２とシャフト１の結合部からディスク側へ漏洩す
るのを防止することができ、漏洩防止のため結合後に接
着剤等を塗布する必要がなくなる。円筒部１２の長さＬ
は、長すぎると２個目の溝への塑性流動が妨げられ強度
が低下するためＬ＝０.０１〜０.０５ｍｍ程度が望まし
い。
【００３４】以上のように構成した本実施例によれば、
図１３に示すように外周に環状の溝を有したシャフト外
径部をハブ中央の結合穴に圧入嵌合し、シャフトとハブ
の結合穴とに隙間がなく、圧入による応力σが作用して
いる状態で、ハブ端面の穴近傍を全周に亘って塑性変形
させ、シャフトの溝部を埋めるように、シャフトに圧縮
応力を与えるようにハブの材料が塑性流動することによ
り、図１４に示すようにハブの材料のせん断力と緊迫力
Ｐさらに押圧部から離れ緊迫力が作用し難い部分には圧
入による応力σが作用しているためハブとシャフトとの
結合強度が高い。更にはシール性を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、薄肉のハブと小径のシ
ャフトの結合でも十分な強度と精度が得られ、更にはシ
ール性を得ることができる。また、安価な設備で生産性
が高く、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハブとシャフトの結合体を用いたハードディス
ク装置の動圧軸受スピンドルモータの縦断面図である。
【図２】ハブとシャフトの結合体の縦断面図である。
【図３】シャフトの外観図である
【図４】ハブの縦断面図である。
【図５】圧入工程の金型の縦断面図である。
【図６】圧入嵌合完了後のシャフトとハブの結合部の拡
大縦断面図である。
【図７】塑性結合工程の金型の縦断面図である。
【図８】塑性結合完了後のシャフトとハブの結合部の拡
大縦断面図である。
【図９】シャフトの溝部の拡大縦断面図である。
【図１０】シャフトのＲ形状溝部の拡大縦断面図であ
る。
【図１１】シャフトのローレットのある溝部の拡大図で
ある。
【図１２】シャフトの溝間に円筒部のある溝部の拡大縦
断面図である。
【図１３】圧入嵌合完了後の応力を示すシャフトとハブ
の結合部の拡大縦断面図である。
【図１４】塑性結合完了後の応力を示すシャフトとハブ
の結合部の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１…シャフト、２…ハブ、３…ディスク、１２…円筒
部、２１…結合穴、３１…溝、６０…パンチ、６６…突
起。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5D109 BB02 BB03 BB12 BB17 BB21 BB22 5H607 AA12 BB01 BB09 BB14 BB17 CC03 DD05 DD14 GG12 5H615 AA01 BB01 BB07 BB14 PP07 PP24 PP28 SS01 SS19 TT05 TT13 5H621 GA01 GA04 HH05 JK07 JK15 JK18 JK19

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディスクを積層するハブと回転軸であるシ
    ャフトとが一体になって回転するディスク装置のシャフ
    トとハブの結合方法であって、シャフトの外周に凹部を
    有した外径部をハブ中央の結合穴に圧入嵌合し、ハブ端
    面の穴近傍を全周に亘って塑性変形させ、この塑性変形
    によりシャフトの凹部を埋めるように、かつシャフトに
    圧縮応力を与えるようにハブの材料を塑性流動させるこ
    とにより、ハブの材料のせん断力と緊迫力にて結合力を
    得るディスク装置のシャフトとハブの結合方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、シャフトの凹部は環状
    の溝であることを特徴とするディスク装置のシャフトと
    ハブの結合方法。
  3. 【請求項３】請求項２において、溝内にローレットを有
    した環状の山を設けることを特徴とするディスク装置の
    シャフトとハブの結合方法。
  4. 【請求項４】ディスクを積層するハブと回転軸であるシ
    ャフトとが一体になって回転するディスク装置のシャフ
    トとハブの結合方法であって、シャフトの外周に環状の
    複数の溝を有し、溝間に円筒部の山を設けた外径部をハ
    ブ中央の結合穴に嵌合し、ハブ端面の穴近傍を全周に亘
    って塑性変形させ、この塑性変形によりシャフトの凹部
    を埋めるように、かつシャフトに圧縮応力を与えるよう
    にハブの材料を塑性流動させることにより、ハブの材料
    のせん断力と緊迫力にて結合力を得ることを特徴とする
    ディスク装置のシャフトとハブの結合方法。
  5. 【請求項５】ディスクを積層するハブと回転軸であるシ
    ャフトとが一体になって回転するディスク装置のシャフ
    トとハブの結合体であって、シャフトの外周に凹部を有
    した外径部がハブ中央の結合穴に圧入嵌合され、ハブ端
    面の穴近傍を全周に亘って塑性変形され、シャフトの凹
    部を埋めるように、かつシャフトに圧縮応力を与えるよ
    うにハブの材料が塑性流動しているディスク装置のシャ
    フトとハブの結合体。
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