JP2002310146A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡略且つ低コスト化可能な構造を維持しつつさ
らなる薄型化を可能とし、軸受外部へのオイルの流出を
効果的に防止する。 【解決手段】スリーブ８の上端面とロータ２の天板２ａ
の底面との間にオイルを作動流体とするスラスト軸受部
２０が形成され、スリーブ８の内周面とシャフト４の外
周面との間にオイルを作動流体とするラジアル軸受部２
８，３０が形成されるスピンドルモータ。ロータ２の天
板２ａには、スリーブ８の外周面に形成されたフランジ
部８ａを外周側から取囲む環状壁部２ｃが設けられ、こ
の環状壁部２ｃの内周面とフランジ部８ａの外周部との
間に、スラスト軸受部２０に保持されるオイルのメニス
カスが形成されるテーパシール３２が構成される。また
環状壁部２ｃには、フランジ部８ａと係合する抜止めリ
ング３４が装着される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動圧軸受を備えた
スピンドルモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、スピンドルモータの軸受とし
て、シャフトとスリーブ部材とを相対回転自在に支持す
るために、両者の間に介在させたオイル等の潤滑流体の
流体圧力を利用する動圧軸受が種々提案されている。

【０００３】このような動圧軸受を使用するスピンドル
モータに関し、本願の出願人は特願平１０−２９６１５
６号（特開２０００−１１３５８２号）等において、図
２に示すとおり、ロータａの底面とスリーブｂの上端面
との間にスラスト軸受部ｃを構成し、またロータａに一
体的に設けられたシャフトｄの外周面とスリーブｂの内
周面との間にラジアル軸受部ｅ，ｅを構成したスピンド
ルモータを提案した。

【０００４】このスピンドルモータは、更に、シャフト
ｄの自由端部にスリーブｂの端部に形成した段部ｆと嵌
り合うリング状部材ｇが装着され、これら段部ｆとリン
グ状部材ｇとによってロータａの抜止め構造が構成され
る。リング状部材ｄの周囲とスリーブｂの段部ｆとの間
に規定される間隙には、下部側ラジアル軸受部ｅにおけ
るオイルの減少に応じて供給されるバッファオイル（マ
ージン分のオイル）が保持され、オイルリザーバとして
機能する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のスピンドルモー
タは、従来の動圧軸受のようにスラスト軸受部を構成す
るスラストプレートを要しないことから、モータの構造
を簡略化、低コスト化等しつつモータを薄型化すること
が可能になるといったメリットを有する。しかしなが
ら、このようなスピンドルモータが使用されるハードデ
ィスクドライブ装置等の記録メディア駆動装置は、携帯
情報端末等の小型機器への適用が開始されており、更な
る薄型化の要求が高まりつつある。これに対し、上記図
２に図示するスピンドルモータでは、シャフトｄの自由
端部にロータａの抜止め機構を構成するリング状部材ｇ
が装着されているため、モータの更なる薄型化を阻害す
る懸念がある。これは、ラジアル軸受部ｅ，ｅに要求さ
れる軸受剛性を考慮した場合、ある程度の軸受間距離を
要するためである。

【０００６】また、スラスト軸受部ｃに隣接してスリー
ブｂの外周面とロータａに形成された環状壁部ａ１との
間にテーパシールｈを構成しているが、テーパシールｈ
では表面張力等の作用によって液体としてのオイルの流
出は阻止されるものの、モータの外部環境温度の上昇等
により気化したオイルを保持することはできず、オイル
ミストとして僅かながら軸受外部へ流出することとな
る。

【０００７】オイルミストによるオイルの流出は量が僅
かであるため、図２に図示されるスピンドルモータで
は、顕著な問題となることはなかったが、モータを更に
薄型化しようとする場合、軸受部全体で保持するオイル
の量も少なくなるため、オイルミスト程度のオイルの減
少も無視できない問題となる懸念がある。尚、軸受部に
おけるオイルの保持量に不足が生じると、軸受剛性が低
下して、ロータａの回転時の姿勢を安定して支持するこ
とが困難となり、ＮＲＲＯ（non-repeatable run-out：
非繰り返し性振れ）等振れ回り特性が悪化する原因とな
る。

【０００８】本発明は、簡略且つ低コスト化可能な構造
を維持しつつさらなる薄型化が可能で、軸受外部へのオ
イルの流出を効果的に阻止することが可能なスピンドル
モータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のスピンドルモー
タは、円筒状のスリーブと、該スリーブ内に回転自在に
遊挿されるシャフトと、該シャフトと一体的に構成され
た円形の天板と該天板の外周縁から垂下される円筒壁と
からなるロータとを備えてなるスピンドルモータにおい
て、前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面と
は、毛細管現象によってオイルが保持される微小間隙を
介して対向するとともに、前記スリーブの上端面及び天
板の底面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの
回転時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が設け
られてスラスト軸受部が形成され、前記スリーブの内周
面と前記シャフトの外周面とは、毛細管現象によってオ
イルが保持される微小間隙を介して対向するとともに、
前記スリーブの内周面及びシャフトの外周面の少なくと
もいずれか一方には、前記ロータの回転時に該オイルに
動圧を誘起する動圧発生用溝が軸線方向に離間して設け
られてラジアル軸受部が形成され、前記スリーブの前記
スラスト軸受部側端部には、前記スラスト軸受部から軸
線方向に離間するにつれて縮径するよう外周面が傾斜面
状に形成されたフランジ部が設けられ、また前記ロータ
の天板には、前記フランジ部を外周側から取囲む環状壁
部が設けられ、該環状壁部の内周面と前記フランジ部の
外周部との間には前記スラスト軸受部に保持されるオイ
ルのメニスカスが形成されるテーパシールが構成されて
おり、前記環状壁部には、前記フランジ部と係合する抜
止めリングが装着されていることを特徴とする（請求項
１）。

【００１０】この構成において、スラスト動圧軸受を構
成するスラストプレートを要しないという簡略且つ低コ
スト化可能な構造を維持しつつ、ロータの抜止めを構成
する抜止めリングをスリーブのフランジ部と共にテーパ
シールを構成する環状壁部に装着することで、シャフト
の全長を軸受として有効に活用することが可能になり、
軸受剛性を維持しながらモータの更なる薄型化が可能に
なる。

【００１１】また、本発明のスピンドルモータは、前記
抜止めリングの半径方向内端部には、軸線方向に突設さ
れる環状突部が設けられており、該環状突部の内周面と
前記スリーブの外周面との間には、前記抜止めリングと
前記フランジ部との係合面間に形成される間隙よりも小
な微小間隙が形成されており、前記ロータの回転時に、
前記環状突部の内周面と前記スリーブの外周面との間に
形成される微小間隙並びに前記抜止めリングと前記フラ
ンジ部との係合面間に形成される間隙とは前記テーパシ
ールに連続するラビリンスシールとして機能することを
特徴とする（請求項２）。

【００１２】この構成において、テーパシールに連続し
てラビリンスシールを配置することで、オイルミストに
よる軸受外部へのオイルの流出がより効果的に防止され
る。また、抜止めリングに環状突部を設けてスリーブの
外周面との間に微小間隙を形成することで、ラビリンス
シールとして機能する区間を十分に確保することが可能
となるため、薄型のモータであっても十分なシール機能
を維持することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスピンドルモ
ータの実施形態について図面を参照して説明するが、本
発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。

【００１４】図１において、このスピンドルモータは、
略円盤状の上壁部２ａ（天板）と、この上壁部２ａの外
周縁部から下方に垂下する円筒状周壁部２ｂとから構成
されるロータ２と、このロータ２の上壁部２ａの中央部
に一方の端部が外嵌固定されるシャフト４とから構成さ
れるロータ２と、このシャフト４を回転自在に支持する
中空円筒状のスリーブ８と、このスリーブ８の下部を閉
塞するシールキャップ１０と、スリーブ８が内嵌される
円筒部１２が一体的に形成されたブラケット１４とを具
備する。シールキャップ１０及びブラケット１４の底面
には、モータの外方からシール部材１７が固着されてい
る。

【００１５】ブラケット１４の円筒部１２の外周側に
は、ステータ１６が配設され、ロータ２の周壁部２ｂの
内周面には、このステータ１６と半径方向に間隙を介し
て対向して、ロータマグネット１８が固着される。

【００１６】スリーブ８の上端面は、ロータ２の上壁部
２ａの下面と軸線方向に微小間隙を介して対向し、この
微小間隙中にはオイルが毛細管現象によって保持されて
いる。この微小間隙に臨む上壁部２ａの下面には、ロー
タ２の回転時にオイルに半径方向内方側（シャフト４
側）への移動圧力を誘起するポンプイン型のスパイラル
溝が形成され、スラスト軸受部２０が構成される。

【００１７】シャフト４の外周面は、スリーブ８の内周
面と半径方向に微小間隙を介して対向し、この微小間隙
中にはオイルが毛細管現象によって保持されている。こ
の微小間隙に臨むスリーブ８の内周面には、ロータ２の
回転時にオイルに軸線方向外方（シャフト４の上下端部
方向）に向かう移動圧力を誘起する、軸線方向にアンバ
ランスな形状を有するポンプアウト型のヘリングボーン
溝が軸線方向に離間して形成されており、一対のラジア
ル軸受部２８，３０が構成される。

【００１８】スリーブ８には、シャフト４の外周面とス
リーブ８の内周面との間に形成される微小間隙の軸線方
向略中央部において開口するよう、このスリーブ８を半
径方向に貫通する連通孔２２が形成され、シャフト４外
周面の連通孔２２の開口部に対向する位置には、軸線方
向反対側（シャフト４の上下端部方向）に向かってそれ
それ傾斜する一対の傾斜面からなる環状凹部４ａが形成
されており、シャフト４の外周面とスリーブ８の内周面
との間の微小間隙の半径方向の間隙寸法は、ラジアル軸
受部２８，３０側からこの環状凹部４ａ内において軸線
方向内方（シャフト４の軸線方向中央部方向）に向かっ
て漸増する。

【００１９】ブラケット１４円筒部１２において、スリ
ーブ８外周面の連通孔２２の開口に対応する部位には、
円筒部１２の上端部から下端部に至る軸線方向溝２４が
設けられ、この軸線方向溝２４によってブラケット１４
の円筒部１２とスリーブ８との間に空隙が形成されて連
通孔２２は外気に開放される。環状凹部４ａとスリーブ
８の内周面との間には、軸線方向溝２４によって形成さ
れた空隙と連通孔２２を通じて侵入した空気が介在する
気体介在部が形成される。

【００２０】一対のラジアル軸受部２８，３０に保持さ
れるオイルは、この気体介在部によって軸線方向に分離
され、環状凹部４ａを構成する一対の傾斜面とスリーブ
８の内周面との間の半径方向の間隙寸法が漸次変化する
間隙中において、オイルの表面張力と外気圧等がバラン
スし、オイルと気体介在部に保持される空気との界面が
それぞれメニスカス状に形成されて保持される。

【００２１】一対のラジアル軸受部２８，３０のうち、
気体介在部の上部側に構成される上部ラジアル軸受部２
８とこれに隣接するスラスト軸受部２０との間には連続
してオイルが保持されている。上述のとおり、スラスト
軸受部２０と上部ラジアル軸受部２８とは、それぞれ隣
接する相手方軸受部方向に作用する移動圧力をオイルに
誘起するため、両軸受部の境界部、すなわち、スリーブ
８の内周面の上端部付近において圧力ピークを発生す
る。

【００２２】つまり、スラスト軸受部２０と上部ラジア
ル軸受部２８とが協働することにより、ロータ２に対す
る半径方向に作用する軸支持力とブラケット１４に対し
て浮上する方向に作用する軸線方向の軸支持力とが付与
される。

【００２３】ブラケット１４には、ロータマグネット１
８の下面と軸線方向に対向する位置に、強磁性材料から
形成された円環状のスラストヨーク３８が配置されてお
り、ロータ２は、このスラストヨーク３８とロータマグ
ネット１８との間に生じる磁気吸引力によって、軸線方
向に磁気的にバイアスされることとなる。このロータ２
に作用する軸線方向の磁気力と、スラスト軸受部２０及
び上部ラジアル軸受部２８とが協働することで発生する
ロータ２の浮上力とがバランスし、ロータ２に対する軸
線方向両側への荷重が支持され、ロータ２の回転中の姿
勢が安定して維持されることになる。尚、ブラケット１
４にスラストヨーク３８を配置する構成に代えて、例え
ば、ロータマグネット１８とステータ１６の磁気的な中
心を軸線方向に相互に変位するよう配置することで、ロ
ータ２に対する磁気吸引力を発生することも可能であ
る。

【００２４】スリーブ８の外周面の上端部には、半径方
向外方に突設され且つ外周面がスラスト軸受部２０から
離間するにつれて縮径するよう傾斜面状に形成された環
状フランジ部８ａが設けられている。また、ロータ２の
上壁部２ａの下面には、このフランジ部８ａの外周面と
非接触状態で半径方向に対向する内周面を有する環状壁
部２ｃが形成される。

【００２５】この環状壁部２ｃの内周面とフランジ部８
ａの外周面との間に規定される間隙の半径方向の間隙寸
法は、フランジ部８ａの外周面が上記のとおり傾斜面状
に形成されることで、軸線方向内方（環状壁部２ｃの先
端部方向）に向かってテーパ状に漸増する。すなわち、
スラスト軸受部２０の半径方向外端部において、この環
状壁部２ｃの内周面とフランジ部８ａの外周面とが協働
してテーパシール部３２を構成している。スラスト軸受
部２０に保持されるオイルは、このテーパシール部３２
において、オイルの表面張力と外気圧とがバランスさ
れ、オイルと空気との界面がメニスカス状に形成され
る。

【００２６】これらスラスト軸受部２０側のオイルと空
気との界面とこれに連続する上部ラジアル軸受部２８側
のオイルと空気との界面は、それぞれの界面が形成され
る半径方向の寸法が変化する各間隙内の、両界面に作用
する外気圧等の圧力がバランスする位置において保持さ
れることとなり、常に軸受部にオイルが保持された状態
を維持するよう機能する。

【００２７】すなわち、これらテーパシール部３２及び
環状凹部４ａとスリーブ８の内周面との間の間隙がオイ
ルリザーバとして機能し、これらの間隙内に保持される
オイルが、スラスト軸受部２０及び上部ラジアル軸受部
２８のバッファオイルとして作用する。

【００２８】尚、上述のとおり、オイルが連続して保持
されるスラスト軸受部２０と上部ラジアル軸受部２８は
協働して軸支持力を得るため、ロータ２の回転時に両軸
受部間で圧力ピークが発生するのは一点のみで、オイル
と空気との界面に向かうにつれて低圧となることから、
オイルに混在する気泡は、順次両界面側へと移動し、空
気中に開放されることとなる。

【００２９】環状壁部２ｃの先端部には、かしめ等の手
段によって抜止めリング３４が固着されている。この抜
止めリング３４は、フランジ部８ａと非接触状態で嵌り
合うことでスリーブ８に対するロータ２の抜け止め構造
が構成される。このように、スリーブ８の外周面側にお
いてロータ２の抜止め構造を構成することで、一対のラ
ジアル軸受部２８，３０と抜止め構造とが軸線方向にお
ける同一線上に整列配置されることはない。従って、シ
ャフト４の全長を軸受として有効に活用することが可能
になり、軸受剛性を維持しながら更なるモータの薄型化
が実現される。

【００３０】抜止めリング３４は、フランジ部８ａの下
面とテーパシール部３２に連続し且つテーパシール部３
４の半径方向の間隙寸法よりも小な間隙寸法を有する軸
線方向の間隙を介して対向している。更に、抜止めリン
グ３４の半径方向内端部には、スリーブ８の軸線方向中
央部に向かって突出する環状突部３４ａが設けられてい
る。この環状突部３４ａの内周面とスリーブ８の外周面
とは、抜止めリング３４とフランジ部８ａの下面との間
に規定される軸線方向の隙間よりもさらに小な間隙寸法
を有する半径方向の微小間隙を介して対向している。

【００３１】環状突部３４ａの内周面とスリーブ８の外
周面との間に規定される半径方向の微小間隙の間隙寸法
を可能な限り小さく設定することによって、スピンドル
モータの回転時に、この半径方向の微小間隙における空
気の流速とテーパシール部３２及び抜止めリング３４と
フランジ部８ａとの間に規定される軸線方向の間隙にお
ける空気の流速との差が大きくなり、オイルが気化する
ことによって生じた蒸気の外部への流出抵抗を大きくし
てオイルの境界面近傍に於ける蒸気圧を高く保ち、更な
るオイルの蒸散を防止するよう、ラビリンスシールとし
て機能する。

【００３２】このように、テーパシール部３２に連続し
てラビリンスシールを配することで、液体としてのオイ
ルの流出が阻止されるばかりでなく、モータの外部環境
温度の上昇等によりオイルが気化することで発生するオ
イルミストのモータ外部への流出も阻止することが可能
となる。従って、長期間にわたって安定した軸受性能を
維持することができ、耐久性、信頼性の高い軸受とする
ことができる。

【００３３】抜止めリング３４に環状突部３４ａを設け
てスリーブ８の外周面との間に微小間隙を形成すること
で、ラビリンスシールとして機能する区間を十分に確保
することが可能となる。このため、薄型のモータであっ
ても十分なシール機能が確保される。

【００３４】以上、本発明に従う流体動圧軸受の一実施
形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することな
く種々の変形乃至修正が可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の請求項１のスピンドルモータで
は、スラスト動圧軸受を構成するスラストプレートを要
しないという簡略且つ低コスト化可能な構造を維持しつ
つ、軸受剛性を維持しながらモータの更なる薄型化が可
能になる。

【００３６】本発明の請求項２のスピンドルモータで
は、軸受外部へのオイルミストによるオイルの流出がよ
り効果的に防止され長期間にわたって安定した軸受性能
を維持することが可能になると共に、薄型のモータであ
っても十分なシール機能を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスピンドルモータの概略構成を示す断
面図である。

【図２】従来のスピンドルモータの概略構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

２ ロータ ２ｃ 環状壁部 ４ シャフト ８ スリーブ ８ａ フランジ部 ２０ スラスト軸受部 ２８、３０ ラジアル軸受部 ３４ 抜止めリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA12 BA02 BA08 CA02 3J016 AA02 AA03 BB17 CA08 5H605 AA03 BB05 BB19 CC04 EB03 EB16 EB28 EB33 EB35 5H607 AA06 BB01 BB07 BB09 BB17 CC01 GG03 GG12 GG15 5H621 BB07 GA01 GA04 HH01 JK19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のスリーブと、該スリーブ内に回
   転自在に遊挿されるシャフトと、該シャフトと一体的に
   構成された円形の天板と該天板の外周縁から垂下される
   円筒壁とからなるロータとを備えてなるスピンドルモー
   タにおいて、 前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面とは、
   毛細管現象によってオイルが保持される微小間隙を介し
   て対向するとともに、前記スリーブの上端面及び天板の
   底面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの回転
   時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられ
   てスラスト軸受部が形成され、 前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面とは、毛
   細管現象によってオイルが保持される微小間隙を介して
   対向するとともに、前記スリーブの内周面及びシャフト
   の外周面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの
   回転時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が軸線
   方向に離間して設けられてラジアル軸受部が形成され、 前記スリーブの前記スラスト軸受部側端部には、前記ス
   ラスト軸受部から軸線方向に離間するにつれて縮径する
   よう外周面が傾斜面状に形成されたフランジ部が設けら
   れ、また前記ロータの天板には、前記フランジ部を外周
   側から取囲む環状壁部が設けられ、該環状壁部の内周面
   と前記フランジ部の外周部との間には前記スラスト軸受
   部に保持されるオイルのメニスカスが形成されるテーパ
   シールが構成されており、 前記環状壁部には、前記フランジ部と係合する抜止めリ
   ングが装着されていることを特徴とするスピンドルモー
   タ。
2. 【請求項２】 前記抜止めリングの半径方向内端部に
   は、軸線方向に突設される環状突部が設けられており、
   該環状突部の内周面と前記スリーブの外周面との間に
   は、前記抜止めリングと前記フランジ部との係合面間に
   形成される間隙よりも小な微小間隙が形成されており、
   前記ロータの回転時に、前記環状突部の内周面と前記ス
   リーブの外周面との間に形成される微小間隙並びに前記
   抜止めリングと前記フランジ部との係合面間に形成され
   る間隙とは前記テーパシールに連続するラビリンスシー
   ルとして機能す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。