JP2001268844A - スピンドルモータ - Google Patents

スピンドルモータ

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JP2001268844A
JP2001268844A JP2000162249A JP2000162249A JP2001268844A JP 2001268844 A JP2001268844 A JP 2001268844A JP 2000162249 A JP2000162249 A JP 2000162249A JP 2000162249 A JP2000162249 A JP 2000162249A JP 2001268844 A JP2001268844 A JP 2001268844A
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shaft
dynamic pressure
thrust
inner diameter
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JP2000162249A
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English (en)
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Dae Hyun Jeong
大鉉 鄭
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Publication date
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
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    • F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
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    • F16C33/10—Construction relative to lubrication
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転駆動シャフトにスラストが一体に成形さ
れるとともに、軸方向への流体動圧を発生させる動圧発
生グルーブを、流動する流体に対して影響をそれほど受
けない部位にそれぞれ形成することで、より優れた耐摩
耗性及び生産性を発揮させる。 【解決手段】 ベースプレート１０と、スリーブ２０
と、ステータアセンブリ３０と、下段部にスラスト４１
が一体成形されるシャフト４０と、ロータアセンブリ５
０と、上記シャフト４０の外径面に対向する上記スリー
ブ２０の内径面に形成される軸の半径方向への流体動圧
を発生させる第１動圧発生グルーブ７０と、上記スリー
ブ２０の段差部内周面に、又はスラスト４１の上部面と
カバープレート６０の上部面に形成される軸方向への流
体動圧を発生させる第２動圧発生グルーブ８０と、から
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転駆動シャフト
にスラストを一体成形するとともに、軸方向への流体動
圧を発生させる動圧発生グルーブを、流動する流体に対
して影響をそれほど受けない部位にそれぞれ形成するこ
とにより、より優れた耐摩耗性と生産性とを発揮するス
ピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的にハードディスクドライバに使わ
れるスピンドルモータは、高速の回転駆動力が要求され
るため、通常の回転駆動時に、より駆動負荷が少ない流
体動圧ベアリングを採用している。
【０００３】図１は、従来の流体動圧ベアリングが採用
されたスピンドルモータの一例を図示したものである。
モータをなす構成手段としては、大きくは、ベースプレ
ート１とスリーブ２及びステータコアアセンブリ３とか
らなる固定部材と、シャフト４とハブ５及びマグネット
６からなる回転部材とが備えられている。
【０００４】スリーブ２は、中央が垂直方向に貫通され
るとともに、下段部側には、内径がより拡張されるよう
にした内径部が形成されている。この内径部にシャフト
４が回転可能に挿入されている。また、内径をより拡張
させた内径部側のシャフト４の下段部には、円板形状の
スラスト７が嵌合され、シャフト４とともに回転可能と
なっている。
【０００５】そして、スリーブ２の下方に貫通された内
径部の下段部は、カバープレート８によってカバーされ
て外部と遮断されている。また、スリーブ２に挿入され
るシャフト４の上段部には内部が下方に開放されたキャ
ップ形状のハブ５が一体に結合されている。
【０００６】上記構造では、スリーブ２の内径面とスリ
ーブ２の内径部に挿入されるシャフト４及びスラスト７
との間に、通常、微小なギャップＧが形成されており、
このギャップＧによりオイルが流動するようになってい
る。
【０００７】また、ギャップＧを挟んで、シャフト４の
外周面と対向するスリーブ２の内径面には、上部及び下
部のそれぞれにおいて、図２に示すような形状の動圧発
生グルーブ２ａが形成されている。また、図３のよう
に、シャフト４の下段部に結合されるスラスト７の上部
面及び下部面にも動圧発生グルーブ７ａが形成されてい
る。
【０００８】従って、スリーブ２及びシャフト４の対向
面の間のギャップＧにオイルを充填させた状態でモータ
を駆動させ、シャフト４が回転するようになると、スリ
ーブ２及びシャフト４の対向面の間のギャップＧを介し
てオイルが流動するようになる。
【０００９】このように流動するオイルは、スリーブ２
の上側及び下側の内径面にそれぞれ形成した動圧発生グ
ルーブ２ａに集中しながら、軸の半径方向への動圧を発
生させるようになる。このとき発生する動圧によって、
スリーブ２とシャフト４との対向面の間のギャップＧを
常に均一に維持している。
【００１０】また、スリーブ２の拡張された内径部に
は、シャフト４に結合されたスラスト７が受容されてい
る。このスラスト７の上部面と下部面とに対向するスリ
ーブ２の段差がついた内周面とカバープレート８との上
部面の間でも一定のギャップが形成され、このギャップ
を介してモータの駆動時にオイルが流動するようになっ
ている。このように流動するオイルは、スラスト７の上
部面及び下部面に形成された動圧発生グルーブ７ａに集
中するとともに、軸方向への動圧を発生するようにな
る。このとき発生される動圧によって、スラスト７とそ
れに対向する面との間で常に均一なギャップが形成され
るように維持される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術のスピンドルモータでは、流体動圧を発生
させる部位で次のような問題が発生する。
【００１２】まず第１に、スラスト７は、シャフト４に
対して熱間圧延によって組み立てられるため、スラスト
７の内径を加工するためには、高度の精密性が要求され
るだけでなく、シャフト４とは必ず直角をなさなければ
ならないため、内径の直角度の管理がたいへん困難であ
る。
【００１３】そして、スラスト７の両面に形成される動
圧発生グルーブ７ａは、現実的に同時加工が不可能であ
るため、順次、加工をしなければならない。このような
順次加工によって形成される動圧発生グルーブ７ａには
加工ばらつきが発生し得る。
【００１４】このように、スラスト７は、それ自体の加
工だけでなく、シャフト４との組み立てでもたいへん困
難な作業性が要求されるため、生産性の低下を招くこと
となる。
【００１５】第２に、シャフト４と同時回転するスラス
ト７に動圧発生グルーブ７ａが形成されるため、シャフ
ト４の回転時にオイルとの激しい摩擦によってスラスト
７の耐摩耗性を悪化させる、という問題もある。
【００１６】第３に、スラスト７に形成される動圧発生
グルーブ７ａは、前述したように両面を同時に加工する
ことができないため、両面に形成される動圧発生グルー
ブ７ａの加工の程度は、不均一に形成され、特に従来技
術におけるシャフト４及びスラスト７は、ＳＵＳ系列の
金属を使用するのに対して、スリーブ２はそれより熱膨
張係数が大きい黄銅や青銅を材質としているため、高温
では両材質間の熱膨張係数の差に起因して、スリーブ２
と、シャフト４及びスラスト７との間でギャップＧが過
度に生じたり、ギャップＧの間でばらつきが過度に生じ
て、モータの駆動時の激しい振動及び騷音の発生、及び
摩耗の促進といった問題等が発生するようになる。
【００１７】こうした問題は、結局、モータの駆動性能
を低下させるため、モータの使用寿命が短くなるととも
に、製品に対する信頼性を悪化させる要因に繋がる。
【００１８】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、軸方向の動圧を発生させる動圧発
生グルーブをスラストの上部面と下部面に対向するスリ
ーブとカバープレートに形成し、スラストをシャフトと
一体成形することで、スラストの耐摩耗性が向上すると
ともに、より容易な製作性と生産性との向上に寄与する
ことにある。
【００１９】本発明の他の目的は、スリーブをシャフト
及びスラストに比べて熱膨張係数が低い材質をもちいて
製作することにより、高速駆動時の熱変形を防止させて
常に安定した回転駆動が遂行できるようにすることであ
る。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ベースプレートと、上記ベースプレート
に結合され、中央が垂直に貫通され、垂直に貫通された
内径部の下段部には、より拡張された内径を有する段差
部が形成されたスリーブと、上記ベースプレートの上部
で上記スリーブの外周面に結合されるステータアセンブ
リと、上記スリーブの内径部に回転可能に挿入され、上
記スリーブの内径が拡張された内径部に位置する下段部
にはフランジ形状のスラストを一体成形したシャフト
と、上記シャフトの上段部にハブの中心部が一体に結合
され、上記ハブの下方に延在した外周縁終端部の内周面
には、上記ステータアセンブリと相互作用によって電磁
気力を発生させるマグネットを付着したロータアセンブ
リと、上記シャフトの外周面に対向する上記スリーブの
内径面における上部及び下部にそれぞれ形成され、軸の
半径方向への流体動圧を発生させる第１動圧発生グルー
ブと、上記スラストの上部面、又はそれと対向する上記
スリーブの段差部内周面と、上記スリーブの内径部の下
段部をカバーしつつ上記スラストの下部面に対向配置さ
れるカバープレートの上部面とにそれぞれ形成され、軸
方向への流体動圧を発生させる第２動圧発生グルーブと
を含むことをその要旨とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】図４は、本発明に係るスピンドル
モータの一実施形態を図示した側断面図であり、大き
く、ベースプレート１０と、スリーブ２０と、ステータ
アセンブリ３０及びシャフト４０と、ロータアセンブリ
５０とからなる構成は、従来と同様である。
【００２２】即ち、ベースプレート１０は、平板の固定
部材であって、このベースプレート１０には中央を垂直
に貫通する管形状のスリーブ２０が嵌入され、接着剤に
よって堅固に結合されている。
【００２３】スリーブ２０は、その外周面にステータア
センブリ３０が結合される一方、その内周面に垂直方向
へ貫通するようにシャフト４０が回転可能に嵌入されて
いる。
【００２４】そして、シャフト４０には、外側の終端が
下方に延在するようにしたキャップ形状のハブ５１と、
このハブ５１の延在した外周縁端部の内周面に付着した
マグネット５２からなるロータアセンブリ５０が結合さ
れている。スリーブ２０の下段部には、下方に開放され
た内径部を密閉するカバープレート６０が接着剤等によ
って付着されている。
【００２５】こうした構成のスピンドルモータでは、外
部からステータアセンブリ３０に対して電源を印加する
と、ステータアセンブリ３０のコアとロータアセンブリ
５０のマグネット５２との間での相互作用によって発生
する電磁気力に起因して、シャフト４０とともにロータ
アセンブリ５０が回転駆動するようになっている。
【００２６】一方、シャフト５０が回転するときにスリ
ーブ２０と摩擦することを防止するために、シャフト４
０の外径面とスリーブ２０の内径面との間には、微小な
間隔のギャップＧが形成され、このギャップＧにはオイ
ルが満たされている。
【００２７】このようにギャップＧ内に満たされるオイ
ルは、シャフト４０の回転時、シャフト４０の回転方向
に流動しながら、一定の流圧を形成するようになる。シ
ャフト４０はこうした流圧の影響で軸の半径方向と軸方
向とに移動しようとする性質を有するようになる。
【００２８】従って、従来技術では、シャフト４０の外
径面、又はそれと対向するスリーブ２０の内径面に少な
くとも一つの側面に第１動圧発生グルーブ７０を形成す
るようにして、ギャップＧ間に軸の半径方向への強力な
流体動圧が形成されるようにしている。このときの流体
動圧によってスリーブ２０とシャフト４０との間のギャ
ップＧは、均一に維持されるようにしている。
【００２９】従来技術の場合、こうした軸の半径方向へ
の流体動圧を発生させるための手段として形成された第
１動圧発生グルーブ７０を、シャフト４０の外周面に形
成することが大部分であった。しかし、回転部材である
シャフト４０に動圧発生グルーブを形成すると、シャフ
ト４０とオイルとの摩擦が激しくなり、このときの摩擦
力が回転負荷に作用するようになって、これによってシ
ャフト４０の耐摩耗性が悪化する問題があった。現在で
は、非駆動部材としてのスリーブ２０の内径面に、軸の
半径方向への流体動圧を発生させる第１動圧発生グルー
ブ７０を形成するのが一般的である。
【００３０】一方、軸の半径方向への流体動圧とともに
軸方向への流体動圧を発生させるための手段として設け
られているのが、シャフト４０の下段部に備えられるス
ラスト４１である。
【００３１】スラスト４１は、大略、シャフト４０が挿
入されるスリーブ２０の内径より大きな外径を有する円
形の平板部材からなる。従って、スラスト４１が配置さ
れるスリーブ２０の内径は、スラスト４１の外径より大
きく拡張されているため、結局、スリーブ２０の内径部
は、上部よりは下段部側の内径が大きい段差形状を有す
る。
【００３２】このようなスラスト４１は、シャフト４０
の回転時、上部に浮上することを防止するため、スラス
ト４１の上部面とスリーブ２０の段差が付与された内周
面との間に、そして、スラスト４１の下部面と、内径部
の下端部を外部と遮蔽させるカバープレート６０の上部
面との間に流体動圧を発生させて、軸方向への荷重を支
持することができるようにしている。
【００３３】本発明の実施形態では、こうした軸方向に
おける荷重支持のための流体動圧発生手段として、スラ
スト４１を備えている。このスラスト４１は、図５に示
すとおり、別途の部品ではなく、シャフト４０と一体成
形される構造であって、軸方向の流体動圧を発生させる
ための第２動圧発生グルーブ８０は、スラスト４１の上
部面及び下部面に対向する、スリーブ２０の段差部の内
径面とカバープレート６０の上部面とにそれぞれ形成さ
れている。この点に本発明の最も大きい特徴がある。
【００３４】換言すると、スラスト４１をシャフト４０
の下段部にフランジ形状で一体成形し、このスラスト４
１の上部面及び下部面にそれぞれ対向する、スリーブ２
０の段差部の内周面とカバープレート６０の上部面とに
おいて、同時に軸方向への流体動圧を発生させる第２動
圧発生グルーブ８０が形成されているのである。
【００３５】これは従来技術の軸方向への動圧発生グル
ーブがシャフトとともに回転するスラストに形成されて
いたのと違って、第２動圧発生グルーブ８０の形成位置
が変換されるように、シャフトに対してシャフトを支持
する固定部材のスリーブ２０とカバープレート６０とに
第２動圧発生グルーブ８０を形成している。
【００３６】また、上述した構成とは違って、図６のよ
うに、軸方向の流体動圧を発生させる第２動圧発生グル
ーブ８０を、スラスト４１の上部面とカバープレート６
０の上部面とのそれぞれに形成した構造とすることがで
きる。
【００３７】このとき、スラスト４１は、上述した実施
形態のように、シャフト４０と一体成形した構成であ
る。
【００３８】このような構成において、シャフト４０と
カバープレート６０とは、従来技術と同様にステンレス
材質の金属を使用するが、スリーブ２０は、シャフト４
０及びカバープレート６０に比較して、熱膨張係数が同
じ又は低い材質で形成することが望ましい。
【００３９】このように、スラスト４１、及び、軸方向
の第２動圧発生グルーブ８０の形成構造を改善させるこ
とによって、まず、シャフト４０とスラスト４１とが一
体的に製作され、従来技術のようにシャフトとスラスト
とを別途に製作するのに比べ、製作がより容易になる、
という長所がある。
【００４０】また、シャフト４０とスラスト４１とは、
互いに直交するように構成しなければならないため、従
来技術のようにそれらを別途に製作するときには、シャ
フトに結合されるスラストの内径面の加工性、特に直角
度の管理がたいへん難しかった。しかし、本発明のよう
にこれらを一体に製作することによって、こうした構成
間の直角度管理がより容易になって、製作速度がたいへ
ん速くなる。
【００４１】これとともに、軸方向への動圧を発生させ
るための手段として形成される第２動圧発生グルーブ８
０を、非駆動体であるスリーブ２０の段差部である内周
面とカバープレート６０の上部面とに、又はスラスト４
１の上部面とカバープレート６０の上部面とにそれぞれ
形成されるようにすることによって、従来技術のような
スラストに対する両面加工に比べて、より均一な加工性
と容易な作業性とを提供することができるようになる。
【００４２】即ち、動圧発生グルーブをスラストの両面
に対して同時に形成するためには、同時加工では不可能
であるため、まず、一方の側面を加工した後、再び他方
の側面を加工しなければならない。このとき、加工する
面に対してスラストを支持するようになる面が既に加工
された状態であるため、ばらつきが発生して、結局、両
面の加工性が均一に遂行できない弊害がある。しかし、
本発明のように一対の第２動圧発生グルーブ８０を互い
に異なる構成にそれぞれ形成させるようになると、常に
同じ加工性を維持することができるという利点がある。
【００４３】特に、第２動圧発生グルーブ８０を、駆動
体ではない非駆動体であるスリーブ２０の段差部の内周
面とカバープレート６０の上部面に形成すると、回転駆
動体の回転駆動力によって流動するようになるオイルと
の摩擦力が大幅に低減され、モータの耐摩耗性を向上さ
せることができる。
【００４４】また、上述したように、スリーブ２０を、
シャフト４０及びカバープレート６０と比較して低いか
又は同じ熱膨張係数を有する材質とすることによって、
モータが高速駆動することによって発生する高温の熱の
ために、最小限である回転駆動初期の、スリーブ２０と
シャフト４０との間のオイルギャップＧをそれ以上広げ
ないようにすることができる。従って、高温での特性変
化率を減少させ、これに伴ってモータでのＮＲＲＯ（No
n−Repeatable Run Out）とＲＲＯ（Repeatable Run Ou
t）の特性を向上させることができる。
【００４５】そして、シャフト４０は、回転部材である
ため、回転駆動時の変形は、回転駆動性に致命的な悪影
響を及ぼすことになるが、これを防止するためには、ス
リーブ２０より表面硬度の高い材質で形成することが最
も望ましい。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、スラス
トがシャフトと一体に成形され、軸方向への動圧を発生
させる第２動圧発生グルーブを、スラストの上部面及び
下部面にそれぞれ対向する、固定部材であるスリーブの
段差部内周面とカバープレートの上部面とにそれぞれ形
成したり、スリーブの内周面の代わりにそれと対向する
スラストの上部面とカバープレートの上部面とにそれぞ
れ形成して、モータ駆動時の第２動圧発生グルーブとオ
イルとの摩擦力を最小化するため、耐摩耗性が向上する
とともに第２動圧発生グルーブの均一でより容易な加工
性を提供することができる。
【００４７】また、本発明は、スリーブをシャフトと比
較して低いか又は同じ熱膨張係数を有するようにしつ
つ、回転駆動部材であるシャフトの表面硬度を、固定部
材であるスリーブと比較してより高い材質で形成してい
る。そのため、モータの高速駆動に伴う高温特性の変化
率を低減させてモータの振動及び騷音に影響を与えるＮ
ＲＲＯ及びＲＲＯの特性を向上させる性能改善の利点も
ある。
【００４８】このような本発明の構成及び作用によっ
て、モータを製作する工程での作業性と第２動圧発生グ
ルーブの加工性及び生産性を増大させるとともに、回転
駆動時の耐摩耗性及びＮＲＲＯとＲＲＯの特性を向上さ
せることにより、モータの使用寿命の延長及び性能に対
する信頼性を大幅に向上させることができる、という特
有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来のスピンドルモータを示す側断面図であ
る。
【図２】 従来スピンドルモータのスリーブを示す半断
面斜視図である。
【図３】 従来スピンドルモータのスラストを示す斜視
図である。
【図４】 本発明に係るスピンドルモータの側断面図で
ある。
【図５】 本発明に係るスピンドルモータで流体動圧ベ
アリングの一実施形態を示す分離斜視図である。
【図６】 本発明に係るスピンドルモータで流体動圧ベ
アリングの他の実施形態を示す分離斜視図である。
【符号の説明】
１０ ベースプレート ２０ スリーブ ３０ ステータアセンブリ ４０ シャフト ４１ スラスト ５０ ロータアセンブリ ５１ バブ ５２ マグネット ６０ カバープレート ７０ 第１動圧発生グルーブ ８０ 第２動圧発生グルーブ Ｇ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 21/22 Ｈ０２Ｋ 21/22 Ｍ Ｆターム(参考） 3J011 AA20 BA04 BA06 CA02 KA02 KA03 5D109 BB03 BB04 BB12 BB18 BB21 BB22 BB32 5H605 BB05 BB19 CC04 CC05 EB03 EB06 EB16 GG04 GG21 5H607 BB01 BB07 BB09 BB14 BB17 CC01 DD09 FF12 GG01 GG02 GG12 5H621 GA01 GA04

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースプレートと、 上記ベースプレートに結合され、中央が垂直に貫通さ
    れ、垂直に貫通された内径部の下段部には、より拡張さ
    れた内径を有する段差部が形成されたスリーブと、 上記ベースプレートの上部で上記スリーブの外周面に結
    合されるステータアセンブリと、 上記スリーブの内径部に回転可能に挿入され、上記スリ
    ーブの内径が拡張された内径部に位置する下段部にはフ
    ランジ形状のスラストを一体成形したシャフトと、 上記シャフトの上段部にハブの中心部が一体に結合さ
    れ、上記ハブの下方に延在した外周縁終端部の内周面に
    は、上記ステータアセンブリと相互作用によって電磁気
    力を発生させるマグネットを付着したロータアセンブリ
    と、 上記シャフトの外周面に対向する上記スリーブの内径面
    における上部及び下部にそれぞれ形成され、軸の半径方
    向への流体動圧を発生させる第１動圧発生グルーブと、 上記スラストの上部面に対向する上記スリーブの段差部
    内周面と、上記スリーブの内径部の下段部をカバーしつ
    つ上記スラストの下部面に対向配置されるカバープレー
    トの上部面とにそれぞれ形成され、軸方向への流体動圧
    を発生させる第２動圧発生グルーブと、を含むことを特
    徴とするスピンドルモータ。
  2. 【請求項２】 上記スリーブは、上記シャフトと比較し
    て、低いか又は同じ熱膨張係数を有する材質からなるこ
    とを特徴とする、請求項１記載のスピンドルモータ。
  3. 【請求項３】 上記シャフトは、上記スリーブより高い
    表面硬度を有する材質からなることを特徴とする、請求
    項１記載のスピンドルモータ。
  4. 【請求項４】 ベースプレートと、 上記ベースプレートに結合され、中央が垂直に貫通さ
    れ、垂直に貫通された内径部の下段部には、より拡張さ
    れた内径を有する段差部が形成されたスリーブと、 上記ベースプレートの上部で上記スリーブの外周面に結
    合されるステータアセンブリと、 上記スリーブの内径部に回転可能に挿入され、上記スリ
    ーブの内径が拡張された内径部に位置する下段部にはフ
    ランジ形状のスラストを一体成形したシャフトと、 上記シャフトの上段部にハブの中心部が一体に結合さ
    れ、上記ハブの下方に延在した外周縁終端部の内周面に
    は、上記ステータアセンブリと相互作用によって電磁気
    力を発生させるマグネットを付着したロータアセンブリ
    と、 上記シャフトの外周面に対向する上記スリーブの内径面
    における上部及び下部にそれぞれ形成され、軸の半径方
    向への流体動圧を発生させる第１動圧発生グルーブと、 上記スリーブの段差部の内周面に対向する上記スラスト
    の上部面と、上記スリーブの内径部の下段部をカバーし
    つつ上記スラストの下部面に対向配置されるカバープレ
    ートの上部面とにそれぞれ形成されて、軸方向への流体
    動圧を発生させる第２動圧発生グルーブと、を含むこと
    を特徴とするスピンドルモータ。
  5. 【請求項５】 上記スリーブは、上記シャフトと比較し
    て、低いか又は同じ熱膨張係数を有する材質からなるこ
    とを特徴とする、請求項４記載のスピンドルモータ。
  6. 【請求項６】 上記シャフトは、上記スリーブよりは高
    い表面硬度を有する材質からなることを特徴とする、請
    求項４記載のスピンドルモータ。
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