JP2003032959A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 起動／停止時等の低速回転時におけるスラス
ト軸受部の接触を最小限に抑制し、耐久性並びに信頼性
に優れたスピンドルモータを提供する。 【解決手段】 スリーブの上端面とロータハブの天板の
底面とによって、オイルを半径方向内方にポンピングす
る動圧発生用溝を有するスラスト軸受部が形成され、ス
リーブの内周面とシャフトの外周面とによって、オイル
を軸線方向外方にポンピングする動圧発生用溝を有する
ラジアル軸受部が形成される。スリーブの上端面とロー
タハブの天板の底面のいずれか一方には、スラスト軸受
部よりも微小間隙の軸線方向の間隙寸法が小となるよ
う、環状突部が設けられる。

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、カ
ップ状のロータハブの底面とスリーブの上端面との間に
スラスト軸受部を構成し、またシャフトの外周面とスリ
ーブの内周面との間に、スリーブの内周面に一対の軸線
方向内方に向かう傾斜面から形成される環状凹部によっ
て構成され且つ外気に連通状態の気体介在部を介して一
対のラジアル軸受部を構成するとともに、スラスト軸受
部と気体介在部のスラスト軸受部側に構成される上部ラ
ジアル軸受部とが協働して回転時の負荷を支持し得るよ
う、スラスト軸受部の動圧発生用溝を半径方向内方（モ
ータの回転軸心に向かう方向）に作用するポンプイン型
のスパイラル溝とし上部ラジアル軸受部の動圧発生用溝
を軸線方向外方（シャフトの高さ方向における中央部か
らシャフトの端部に向かう方向）、即ちスラスト軸受部
側に作用するよう軸線方向にアンバランスなポンプアッ
プ型のヘリングボーン溝としたスピンドルモータを提案
した。

【０００４】

【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、モータの薄型化、低コスト化等を目的とし、これ
を実現するものであるが、モータの加速／低速時等、低
速回転時においては、十分な動圧を発生することができ
ず、ロータハブの浮上圧力が不足し、スラスト軸受部を
構成するロータハブの底面とスリーブの上端面との接触
が発生する懸念がある。

【０００５】ロータハブの浮上圧力の不足は、モータが
加速し、定常回転状態になることによって各軸受部が所
定の動圧を発生し得るようになると解消される。しかし
ながら、モータが頻繁に起動／停止を繰り返すことによ
って、大きな問題となる場合がある。

【０００６】通常、オイルが保持される微小間隙は、所
望の動圧を得ると同時にオイルの粘性抵抗に起因する損
失を低減するために、動圧発生用溝が形成される軸受部
の方が、動圧発生用溝が形成されない、換言すると軸受
部ではない区間よりも、幾分微小間隙の間隙寸法が小と
なるよう設定されている。従って、ロータハブの浮上圧
力が不足すると、ロータハブの底面とスリーブの上端面
のうち、スラスト軸受部が接触し、動圧発生用溝が摩耗
する。

【０００７】スラスト軸受部では、ロータハブ等の回転
部材の自重による低動圧時の接触を予測し、スラスト軸
受部を構成するロータハブやスリーブの材質として、耐
摩耗性に優れたものを選定するあるいは部材表面に耐摩
耗性処理を行うようにしている。しかしながら、頻繁に
モータの起動／停止が繰り返されることによって、スラ
スト軸受部において異常摩耗が進行し、動圧発生用溝が
摩滅する場合がある。この場合、スラスト軸受部は、予
め設定された期間軸受としての機能を発生することがで
きず、スピンドルモータとしての信頼性を損なう原因と
なる。

【０００８】また、前記従来のスピンドルモータにおい
ては、スラスト軸受部に形成される動圧発生用溝をポン
プインタイプのスパイラル溝とし、ラジアル軸受部に形
成される動圧発生用溝をスラスト軸受部側に作用するよ
う軸線方向にアンバランスなポンプアップ型のヘリング
ボーン溝とすると共に、スラスト軸受部が構成されるス
リーブの上端面とロータハブの天板の底面との間に形成
される微小間隙とスリーブの内周面とシャフトの外周面
との間に形成される微小間隙との間に、オイルが途切れ
ることなく連続して保持されるよう構成されている。

【０００９】これにより、スラスト軸受部で発生する動
圧とラジアル軸受部で発生する動圧との協働により、ロ
ータハブにかかるラジアル方向の荷重を支持すると同時
に、軸線方向上下側から作用するアキシャル方向の荷重
のうち軸線方向下側に作用する、すなわちロータハブを
押し下げる側に作用する荷重を支持することが可能とな
り、軸受構成が簡略化されるので、モータの低コスト化
を実現することが可能となる。

【００１０】しかしながら、低速回転時にはロータハブ
の浮上量が不十分な状態にあることから、スラスト軸受
部に規定される微小間隙の軸線方向寸法が設定寸法より
も小となる。上記のとおり、ラジアル軸受部には、動圧
発生用溝としてポンピング圧力の大なヘリングボーン溝
が形成されていることから、通常状態でのラジアル軸受
部とスラスト軸受部との間の圧力バランスは、ラジアル
軸受部＞スラスト軸受部となるよう設定されているが、
スラスト軸受部における微小間隙の間隙寸法が小になる
ことで、スラスト軸受部でのスパイラル溝によるポンピ
ング圧力が設定された圧力よりも大となる。

【００１１】このため、スラスト軸受部に保持されてい
たオイルがラジアル軸受部側へと移動し、スラスト軸受
部のオイル保持量が不足するあるいはオイルが枯渇する
こととなる。このようなオイル保持量の不足あるいはオ
イルの枯渇が発生すると、ロータハブの浮上圧力が急激
に低下し、スラスト軸受部における接触が発生する。こ
れにより、スラスト軸受部の異常摩耗が進行することと
なる。

【００１２】本発明は、起動／停止時等の低速回転時に
おけるスラスト軸受部の接触を最小限に抑制し、耐久性
並びに信頼性に優れたスピンドルモータを提供すること
を目的とする。

【００１３】

【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、ベース部材と、該ベース部材に立設される中空状
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カップ状の
ロータハブと、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ハブの天板の底
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
びロータハブの天板の底面の少なくともいずれか一方に
は、ロータハブの回転時に該オイルを半径方向内方にポ
ンピング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、
ロータハブの回転時に該オイルを軸線方向外方にポンピ
ング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、前記スリーブの上端面と前
記ロータハブの天板の底面のいずれか一方には、前記ス
ラスト軸受部よりも前記微小間隙の軸線方向の間隙寸法
が小となるよう、環状突部が設けられていることを特徴
とする（請求項１）。

【００１４】この構成において、起動／停止時における
ロータハブとスリーブとの接触が、環状突部が形成され
る部分に限定される。すなわち、ロータハブの浮上圧力
が不足する場合もスラスト軸受部での接触が防止される
こととなる。つまり、ロータハブの浮上圧力が十分に得
られない状況下にあっても、ロータハブの天板の底面と
スリーブの上端面のうち、スラスト軸受部を規定する部
分については常に離間した状態にあることから、スラス
ト軸受部が保護されることとなる。

【００１５】また、本発明のスピンドルモータは、前記
スリーブの上端面とロータハブの天板の底面との間に形
成される微小間隙と前記スリーブの内周面とシャフトの
外周面との間に形成される微小間隙との間には、前記オ
イルが途切れることなく連続して保持されており、前記
前記環状突部は、前記スラスト軸受部よりも内径側に位
置するよう設けられていることを特徴とする（請求項
２）。

【００１６】この構成によれば、低動圧によりロータハ
ブの浮上圧力が不足し、ロータハブの天板の底面とスリ
ーブの上端面との間に形成される微小間隙の間隙寸法が
小となり、スラスト軸受部で発生する動圧が設定圧力よ
りも大となった場合も、環状突部が、スラスト軸受部よ
りも内径側、すなわち、スラスト軸受部とラジアル軸受
部との間に位置することとなり、また低動圧時には、環
状突部はその対向部材と接触することとなるので、スラ
スト軸受部からラジアル軸受部に向かうオイルの移動
は、この環状突部が障壁となり阻止される。

【００１７】尚、この環状突起は、ロータハブの天板の
底面及びスリーブの上端面のいずれに設けることも可能
である。

【００１８】

【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。

【００１９】図１（ａ）に図示されるスピンドルモータ
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
構成されるロータハブ２と、このロータハブ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６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の下部を閉塞するカバー部材１０と、スリーブ８を保
持する円筒部１２が一体的に形成されたブラケット１４
とを具備する。

【００２０】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、ロータハブ２の周壁部２
ｂ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。

【００２１】スリーブ８の上端面は、ロータハブ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スリーブ８の上端面に
は、図１（ｂ）において矢印Ａで示すように、ロータ６
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２０
ａが形成され、スラスト軸受部２０が構成される。

【００２２】尚、スリーブ８の上端面のうち、スパイラ
ル溝２０ａが形成される部分は、ロータハブ２の上壁部
２ａの下面と対向する他の部位よりも軸線方向に突出す
るよう形成されている。これにより、スリーブ８の上端
面とロータハブ２の上壁部２ａの下面のうち、動圧発生
部分以外の部分のオイル内圧が幾分低下するため、オイ
ルの粘性抵抗による損失が低減される。

【００２３】また、スリーブ８の上端面には、スパイラ
ル溝２０ａの半径方向内方側にロータハブ２の上壁部２
ａの下面側に突設される環状突部２１が形成されてい
る。この環状突部２１は、スリーブ８の上端面におい
て、スパイラル溝２０ａが形成される部位よりも上壁部
２ａ側に突出する、すなわちスリーブ８の上端面とロー
タハブ２の上壁部２ａの下面との間に形成される微小間
隙の軸線方向寸法が最小となるよう設定されている。

【００２４】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。

【００２５】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
径方向に貫通する第１の連通孔２２が形成され、シャフ
ト４とスリーブ８との間の微小間隙の半径方向の間隙寸
法は、連通孔２２を通じて侵入した空気が介在する気体
介在部２３が形成される。

【００２６】シャフト４の外周面とスリーブ８の内周面
との間に規定される微小間隙に保持されるオイルは、こ
の気体介在部２３によって軸線方向に分離される。

【００２７】気体介在部２３の軸線方向上側（スラスト
軸受部２０側）において、微小間隙に臨むスリーブ８の
内周面には、図１（ｂ）において矢印Ｂで示すように、
ロータ６の回転時に、オイルに軸線方向上側（シャフト
４の上端部方向）に向かう移動圧力を誘起するよう、軸
線方向にアンバランスな形状を有するポンプアップ型の
ヘリングボーン溝２４ａが形成されており、上部ラジア
ル軸受部２４が構成される。また、気体介在部２３の軸
線方向下側（ブラケット１４側）において、微小間隙に
臨むスリーブ８の内周面には、ロータ６の回転時に、オ
イルにその軸線方向両端側から中央部側に向かう移動圧
力を誘起するよう、軸線方向にバランスした形状を有す
るヘリングボーン溝２６ａが形成されており、下部ラジ
アル軸受部２６が構成される。

【００２８】一対のラジアル軸受部２４，２６のうち、
気体介在部２３の上部側に構成される上部ラジアル軸受
部２８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２４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
ルに対して誘起するため、両軸受部の境界部、即ち、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。

【００２９】つまり、スラスト軸受部２０と上部ラジア
ル軸受部２４とが協働することにより、ロータ６に対す
る半径方向に作用する軸支持力が得られると同時に、軸
線方向上側（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が得られる。

【００３０】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２８が配置されてお
り、ロータ６は、このスラストヨーク２８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
向下側（ブラケット１４側）に磁気的にバイアスされる
こととなる。このロータ６に作用する磁気力と、スラス
ト軸受部２０及び上部ラジアル軸受部２４とが協働する
ことで発生するロータ６の浮上力とがバランスし、ロー
タ６に対して軸線方向両側への荷重が支持され、ロータ
６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１４にスラストヨーク２８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６に対する磁気吸引力を発生する
ことも可能である。

【００３１】モータの起動／停止時等の低速回転状態に
おいては、スラスト軸受部２０及び上部ラジアル軸受部
２８では、スパイラル溝２０ａ並びにアンバランスなヘ
リングボーン溝２４ａによるオイルに対するポンピング
圧力が低く、ロータ６に対して十分な浮上圧力を付与す
ることができない。加えて、スラストヨーク２８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、
ロータ６は、軸線方向下側に磁気的にバイアスされてい
る。これにより、スラスト軸受部２０が構成されるスリ
ーブ８の上端面とロータハブ２の上壁部２ａの下面と
は、モータの低速回転時においては、接触することとな
る。

【００３２】しかしながら、スリーブ８の上端面には、
スラスト軸受部２０よりも上壁部２ａ側に突出する環状
突部２１が設けられており、スラスト軸受部２０及び上
部ラジアル軸受部２４における動圧が低圧で、ロータ６
に対して十分な浮上圧力を付与することができない場合
も、ロータハブ２とスリーブ８との接触が、環状突部２
１が形成される部分に限定される。すなわち、ロータ６
の浮上圧力が不足する場合も、常にスリーブ８の上端面
とロータハブ２の上壁部２ａの下面のうち、スパイラル
溝２０ａが形成されてスラスト軸受部２０が構成される
部分は離間した状態に保たれ、接触が防止される。

【００３３】また、ロータ６の浮上量が不足し、スラス
ト軸受部２０における微小間隙の軸線方向の間隙寸法が
所定寸法以下になると、スパイラル溝２０ａによる図１
（ｂ）において矢印Ａで示す方向へのオイルに対するポ
ンピング圧力が設定よりも大となる。しかしながら、上
部ラジアル軸受部２４では、低速回転の影響でアンバラ
ンスなヘリングボーン溝２４ａは、図１（ｂ）において
矢印Ｂで示す方向へのオイルに対するポンピング圧力が
十分ではないので、スラスト軸受部２０側から上部ラジ
アル軸受部２４側、換言するとスラスト軸受部２０が構
成されるスリーブ８の上端面とロータハブ２の上壁部２
ａの下面との間に形成される微小間隙側から上部ラジア
ル軸受部２４が構成されるシャフト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内側へオイル
が移動することとなる。

【００３４】この場合も、環状突部２１が、スリーブ８
の上端面においてスラスト軸受部２０よりも内径側、す
なわち、スラスト軸受部２０と上部ラジアル軸受部２４
との間に位置することで、スラスト軸受部２０から上部
ラジアル軸受部２８に向かうオイルの移動は、この環状
突部２１が障壁となり阻止される。

【００３５】尚、環状突部２１がスリーブ８の上端面に
形成される場合を例にあげて説明したが、ロータハブ２
の上壁部２ａの下面に設けることによっても、上記と同
様の作用効果を奏することができる。

【００３６】以上、本発明に従う動圧軸受装置の一実施
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。

【００３７】

【発明の効果】本発明の請求項１のスピンドルモータで
は、起動／停止時におけるロータハブとスリーブとの接
触が、環状突部が形成される部分に限定され、スラスト
軸受部での接触が防止されるので、スラスト軸受部が保
護されることとなる。従って、スラスト軸受部の摩耗が
抑制され、モータの耐久性並びに信頼性を改善すること
ができる。

【００３８】本発明の請求項２のスピンドルモータで
は、低速回転時のスラスト軸受部側からラジアル軸受部
側へのオイルの移動が阻止されるので、スラスト軸受部
におけるオイル保持量の不足あるいは枯渇を防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のスピンドルモータの一実施
形態を示す概略断面図であり、（ｂ）は、そのスラスト
軸受部並びに上部ラジアル軸受部付近の構成を拡大して
示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

２ ロータハブ ２ａ 上壁部（天板） ４ シャフト ８ スリーブ ２０ スラスト軸受部 ２０ａ スパイラル溝 ２１ 環状突部 ２４、２６ ラジアル軸受部 ２４ａ，２６ａ ヘリングボーン溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA04 BA06 CA02 5D109 BA14 BA16 BA17 BB01 BB12 BB18 BB19 BB21 BB22 5H605 AA04 AA05 BB05 BB14 BB19 CC04 DD05 EB03 EB06 EB39 5H607 AA04 BB01 BB07 BB14 BB17 BB25 CC01 DD03 GG03 GG09 GG12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース部材と、該ベース部材に立設され
   る中空状のスリーブと、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カ
   ップ状のロータハブと、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ハブの天板の底面と
   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ロ
   ータハブの天板の底面の少なくともいずれか一方には、
   ロータハブの回転時に該オイルを半径方向内方にポンピ
   ング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、ロータハブの
   回転時に該オイルを軸線方向外方にポンピングする動圧
   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、 前記スリーブの上端面と前記ロータハブの天板の底面の
   いずれか一方には、前記スラスト軸受部よりも前記微小
   間隙の軸線方向の間隙寸法が小となるよう、環状突部が
   設けら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】 前記スリーブの上端面とロータハブの天
   板の底面との間に形成される微小間隙と前記スリーブの
   内周面とシャフトの外周面との間に形成される微小間隙
   との間には、前記オイルが途切れることなく連続して保
   持されており、前記前記環状突部は、前記スラスト軸受
   部よりも内径側に位置するよう設けられていることを特
   徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。