JP2003259598A - Spindle motor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスクド
ライブやフロッピイディスクドライブ等の磁気記録装置
において磁気記録媒体を回転させるスピンドルモータに
関し、特にその軸受部分に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spindle motor for rotating a magnetic recording medium in a magnetic recording device such as a hard disk drive or a floppy disk drive, and particularly to a bearing portion thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ハード
ディスクドライブやフロッピイディスクドライブ等の磁
気記録装置においてディスク（磁気記録媒体）を回転さ
せるスピンドルモータは高速回転するため、その軸受に
は、回転・音響性能や耐フレッチング性能等に優れたセ
ラミックス材料からなる転動体が使用されることがあ
る。ここで、通常のセラミックス材料は絶縁体であり、
従って、転動体を介する軸受の内外輪間は電気的に絶縁
されている。このため、外輪と共に回転するディスク上
の電荷は逃げ場が無く、蓄積される。その結果、帯電し
たディスクにより電気的にヘッドが引き付けられてクラ
ッシュ（接触）するという問題点がある。2. Description of the Related Art In a magnetic recording device such as a hard disk drive or a floppy disk drive, a spindle motor for rotating a disk (magnetic recording medium) rotates at a high speed, so that its bearing has a rotating or A rolling element made of a ceramic material having excellent acoustic performance and anti-fretting performance may be used. Here, the usual ceramic material is an insulator,
Therefore, the inner and outer rings of the bearing via the rolling elements are electrically insulated. Therefore, the electric charge on the disk rotating with the outer ring has no escape and is accumulated. As a result, there is a problem that the head is electrically attracted by the charged disk and crashes (contacts).
【０００３】上記のような従来の問題点に鑑み、本発明
は、転動体がセラミックス材料からなる転がり軸受を備
えたスピンドルモータにおいて、回転子側の帯電を十分
に抑制することを目的とする。In view of the above-mentioned conventional problems, it is an object of the present invention to sufficiently suppress electrification on the rotor side in a spindle motor in which a rolling element is provided with a rolling bearing made of a ceramic material.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明は、固定子の軸部
と回転子のハブとの間に転がり軸受を備えたスピンドル
モータにおいて、前記軸部と前記ハブとは共に金属製で
あり、前記転がり軸受は、金属製の内輪及び外輪と、セ
ラミックス材料からなる転動体とを備え、前記軸部と前
記ハブとの間の電気抵抗値が５Ω〜１００ＭΩであるこ
とを特徴とするものである（請求項１）。上記のように
構成されたスピンドルモータは、上記範囲の電気抵抗値
により回転子側に電荷が蓄積されることを防止し、ハブ
の表面電位を３Ｖ以下に抑える。表面電位を３Ｖ以下に
抑えることにより、転動体が鋼製の場合とほぼ同等な帯
電防止効果が得られる。従って、回転子側の帯電が十分
に抑制される。The present invention is a spindle motor having a rolling bearing between a shaft portion of a stator and a hub of a rotor, wherein the shaft portion and the hub are both made of metal, The rolling bearing includes an inner ring and an outer ring made of metal, and rolling elements made of a ceramic material, and an electric resistance value between the shaft portion and the hub is 5Ω to 100MΩ. (Claim 1). The spindle motor configured as described above prevents electric charges from being accumulated on the rotor side due to the electric resistance value in the above range, and suppresses the surface potential of the hub to 3 V or less. By suppressing the surface potential to 3 V or less, almost the same antistatic effect as when the rolling element is made of steel can be obtained. Therefore, the charging on the rotor side is sufficiently suppressed.
【０００５】また、上記スピンドルモータにおいて、電
気抵抗値が５００ｋΩ以下であることが好ましい（請求
項２）。この場合、転動体が鋼製の場合と同等な帯電防
止効果が得られ、回転子側の帯電が防止される。また、
この場合、導電性セラミックス材料からなる転動体を採
用すれば、転動体以外の導電性確保の手段として磁性流
体シール、接触式導電手段等を採用しなくてもよい。In the spindle motor, it is preferable that the electric resistance value is 500 kΩ or less (claim 2). In this case, an antistatic effect equivalent to that when the rolling element is made of steel is obtained, and the rotor side is prevented from being electrified. Also,
In this case, if a rolling element made of a conductive ceramic material is adopted, it is not necessary to employ a magnetic fluid seal, a contact type conductive means, or the like as a means for ensuring conductivity other than the rolling element.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態によ
るスピンドルモータを示す断面図である。図において、
固定子１は、金属製のモータベース１１と、その中央に
一体に設けられた軸部１２と、固定子巻線１３とを備え
ている。一方、回転子２は、図示しないディスクを装着
させる略筒状の金属製のハブ２１と、固定子巻線１３に
対向してハブ２１に取り付けられた磁石２２とを備えて
いる。軸部１２の周りには転がり軸受３が、ハブ２１の
回転軸方向に２列装着されており、これによって、ハブ
２１が軸部１２に対して回転自在に支持されている。上
記のように、固定子１のモータベース１１及び軸部１２
並びに回転子２のハブ２１はいずれも金属製すなわち、
導電体である。1 is a sectional view showing a spindle motor according to an embodiment of the present invention. In the figure,
The stator 1 includes a motor base 11 made of metal, a shaft portion 12 integrally provided in the center of the motor base 11, and a stator winding 13. On the other hand, the rotor 2 includes a substantially cylindrical metal hub 21 on which a disc (not shown) is mounted, and a magnet 22 that is attached to the hub 21 so as to face the stator winding 13. Two rows of rolling bearings 3 are mounted around the shaft portion 12 in the rotational axis direction of the hub 21, whereby the hub 21 is rotatably supported with respect to the shaft portion 12. As described above, the motor base 11 and the shaft portion 12 of the stator 1
In addition, the hub 21 of the rotor 2 is made of metal, that is,
It is a conductor.
【０００７】転がり軸受３の内輪３１は軸部１２に固定
され、外輪３２はハブ２１と共に回転する。内外輪３
１，３２は共に金属製すなわち導電体であり、転動体３
３は導電性セラミックス材料からなる。導電性セラミッ
クス材料とは、窒化ケイ素又はジルコニアを主成分とす
るセラミックス材料に、導電性を付与するための添加物
を加えたものである。添加物は、シリコンの炭化物、チ
タンの窒化物、炭化物、ホウ化物、Ｎｂ（ニオブ）の炭
化物等が知られており、これらのいずれか１つ又は複数
を組み合わせて用いる。また、上記転がり軸受３は、保
持器３４及びシール３５を備えている。The inner ring 31 of the rolling bearing 3 is fixed to the shaft portion 12, and the outer ring 32 rotates together with the hub 21. Inner and outer rings 3
Reference numerals 1 and 32 are both made of metal, that is, a conductor, and are rolling elements 3
3 is made of a conductive ceramic material. The conductive ceramic material is a ceramic material containing silicon nitride or zirconia as a main component, to which an additive for imparting conductivity is added. Known additives include silicon carbide, titanium nitride, carbide, boride, and Nb (niobium) carbide, and any one or a combination of these is used. Further, the rolling bearing 3 includes a cage 34 and a seal 35.
【０００８】図２は、上記スピンドルモータの固定子１
（軸部１２）と回転子２（ハブ２１）と間の電気抵抗を
測定する装置の概略構成を示す図である。図において、
絶縁ゴム５１上にチャック装置５２を置き、固定子の代
わりのチャック装置５２の軸部５２ａ（本来の軸部１２
と同等部材）にスピンドルモータの回転子２及び転がり
軸受３を外嵌し、２ｋｇの重り５３を載せて予圧をかけ
る。この状態で（回転子２１を回転させることなく）、
抵抗測定器５４により、回転子２のハブ２１と、固定子
１の軸部１２の代わりの軸部５２ａとの間で電気抵抗値
を測定する。FIG. 2 shows the stator 1 of the spindle motor.
It is a figure which shows schematic structure of the apparatus which measures the electrical resistance between the (shaft part 12) and the rotor 2 (hub 21). In the figure,
The chuck device 52 is placed on the insulating rubber 51, and the shaft portion 52a (the original shaft portion 12
And the rolling bearing 3 of the spindle motor are externally fitted to the same member), and a weight 53 of 2 kg is placed thereon to apply preload. In this state (without rotating the rotor 21),
The resistance measuring device 54 measures an electric resistance value between the hub 21 of the rotor 2 and the shaft portion 52a of the stator 1 instead of the shaft portion 12 of the rotor 1.
【０００９】図３は、上記スピンドルモータを回転させ
たときの、回転子２（ハブ２１）の表面電位を測定する
装置の概略構成を示す図である。図において、予圧装置
５５を用いてスピンドルモータに２ｋｇの予圧をかけ
る。また、駆動回路５６を固定子巻線１３に接続して通
電し、回転子２を一定速度（例えば１００００ｒｐｍ）
で回転させる。この状態で、固定子１（軸部１２）を接
地電位としたときのハブ２１の表面電位をプローブ５７
によって検出し、表面電位計５８によって測定する。そ
して、所定時間（例えば１５分）内の測定結果をペンレ
コーダ５９によって記録し、その平均値をとる。なお、
ハブ２１の表面電位は、ハブ２１に装着されるディスク
（図示せず。）の表面電位とほぼ同じである。FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of an apparatus for measuring the surface potential of the rotor 2 (hub 21) when the spindle motor is rotated. In the figure, a preload device 55 is used to apply a preload of 2 kg to the spindle motor. In addition, the drive circuit 56 is connected to the stator winding 13 to energize the rotor 2 to rotate the rotor 2 at a constant speed (for example, 10,000 rpm).
Rotate with. In this state, the surface potential of the hub 21 when the stator 1 (shaft portion 12) is set to the ground potential is measured by the probe 57.
And is measured by the surface electrometer 58. Then, the measurement result within a predetermined time (for example, 15 minutes) is recorded by the pen recorder 59, and the average value is taken. In addition,
The surface potential of the hub 21 is almost the same as the surface potential of a disk (not shown) mounted on the hub 21.
【００１０】以上のような電気抵抗値及び表面電位の測
定を、３種類の導電性セラミックスの転動体を有する転
がり軸受について行った。また、比較のために、通常の
鋼製の転動体や導電性ではないセラミックスの転動体を
有する転がり軸受についても測定を行った。その結果を
表１に示す。試料１は鋼製の転動体を有する軸受、試料
２は導電性ではない通常のセラミックスの転動体を有す
る軸受である。また、試料３〜５は導電性セラミックス
の転動体を有する軸受であり、３，４，５の順に導電率
が高くなる。The above-described measurement of the electric resistance value and the surface potential was carried out on a rolling bearing having rolling elements of three kinds of conductive ceramics. For comparison, rolling bearings having ordinary steel rolling elements and ceramic non-conductive rolling elements were also measured. The results are shown in Table 1. Sample 1 is a bearing having a steel rolling element, and sample 2 is a bearing having a normal ceramic rolling element that is not conductive. Samples 3 to 5 are bearings having rolling elements made of conductive ceramics, and the conductivity increases in the order of 3, 4, and 5.
【００１１】[0011]
【表１】 [Table 1]
【００１２】図４は、上記表１の結果をグラフにしたも
ので、横軸が電気抵抗値、縦軸が表面電位である。図中
の〜は、上記試料の番号である。このグラフによ
り、電気抵抗値が所定値以下になると、表面電位が一定
値（０.1Ｖ）となり、鋼製の転動体の転がり軸受を用い
た場合のハブ２１の表面電位と同等になることがわか
る。この所定値とは、ほぼ５×１０５Ωすなわち５００
ｋΩである。鋼製の転動体の転がり軸受を用いたスピン
ドルモータでは、ディスクの帯電によるクラッシュが全
く発生しないことが経験的にわかっている。従って、電
気抵抗値を５００ｋΩ以下とすることにより、鋼製の転
動体の転がり軸受を用いた場合と同等な理想的な表面電
位を、導電性セラミックスの転動体の転がり軸受を用い
て達成し、ディスクの帯電によるクラッシュを防止する
ことができる。FIG. 4 is a graph showing the results of Table 1 above, in which the horizontal axis represents the electric resistance value and the vertical axis represents the surface potential. In the figure, ~ are the sample numbers. According to this graph, when the electric resistance value becomes equal to or lower than a predetermined value, the surface potential becomes a constant value (0.1 V), which is equivalent to the surface potential of the hub 21 when the rolling bearing of the steel rolling element is used. Recognize. This predetermined value is approximately 5 × 10 5 Ω or 500
It is kΩ. It has been empirically known that in a spindle motor using a rolling bearing made of steel rolling elements, no crash occurs due to the charging of the disk. Therefore, by setting the electric resistance value to 500 kΩ or less, an ideal surface potential equivalent to the case of using the rolling bearing of the steel rolling element is achieved by using the rolling bearing of the conductive ceramic rolling element, It is possible to prevent the crash due to the electrification of the disk.
【００１３】また、発明者らは、表面電位が３Ｖ以下で
もクラッシュが発生しないことを確認した。従って、３
Ｖに対応するグラフ上の電気抵抗値１×１０８Ωすなわ
ち１００ＭΩ以下の電気抵抗値とすることにより、ハブ
２１及びこれに装着されるディスクの帯電を十分に抑制
し、ディスクの帯電によるクラッシュを実用上十分に防
止できるとの知見を得るに至った。なお、電気抵抗値の
下限は特に制限する必要はないが、セラミックス材料の
導電性を向上させるべく前記添加物の量を増大させてい
くと、母材のセラミックス材料が本来有する強度を確保
できなくなり、転がり軸受の寿命が短くなって、ハード
ディスク等のスピンドルモータ用軸受への適用は困難と
なる。従って、セラミックスの導電性の強化により現実
に達成可能な値としては５Ω程度である。従って、電気
抵抗値は５Ω〜１００ＭΩの範囲とすることが好まし
く、さらに理想的には、５００ｋΩ以下とすることが好
ましい。The inventors have also confirmed that no crash occurs even when the surface potential is 3 V or less. Therefore, 3
By setting the electric resistance value on the graph corresponding to V to 1 × 10 8 Ω, that is, 100 MΩ or less, the hub 21 and the disk mounted on the hub 21 are sufficiently suppressed from being charged, and the crash caused by the charging of the disk is prevented. We have come to the knowledge that it can be sufficiently prevented in practical use. The lower limit of the electric resistance value is not particularly limited, but if the amount of the additive is increased in order to improve the conductivity of the ceramic material, the strength originally possessed by the ceramic material of the base material cannot be secured. However, the life of the rolling bearing is shortened, which makes it difficult to apply the bearing to a spindle motor bearing such as a hard disk. Therefore, the value that can be actually achieved by strengthening the conductivity of ceramics is about 5Ω. Therefore, the electric resistance value is preferably in the range of 5 Ω to 100 MΩ, and more preferably 500 kΩ or less.
【００１４】なお、上記電気抵抗値は、導電性セラミッ
クスの転動体の導電率のみによって決まるのではなく、
他にも、潤滑油、シール、保持器等、種々の要素によっ
て影響を受ける。従って、上記電気抵抗値を得るための
導電性セラミックスの転動体の導電率を特定することに
はあまり意義がなく、全体として、すなわち、回転子２
のハブ２１と固定子１の軸部１２との間で上記範囲の電
気抵抗値を確保することこそが肝要なのである。そのた
め、転動体以外の要素に導電性強化対策を施すことで上
記範囲の電気抵抗値が得られる場合には、セラミックス
の転動体は必ずしも導電性でなくてもよいことになる。
但し、導電性に優れたセラミックスの転動体を採用する
ことにより５Ω〜１００ＭΩあるいは５００ｋΩ以下の
電気抵抗値を達成する場合は、転動体以外の導電性確保
の手段として磁性流体シール等を採用しなくてもよいの
で、構造が簡素になるか又は、接触式の導電性確保手段
を採用する場合と比較して、スピンドルモータの回転ト
ルクを低減することができる。The electric resistance value is not determined only by the conductivity of the rolling element of the conductive ceramic, but
In addition, it is affected by various elements such as lubricating oil, seals and cages. Therefore, it is not so significant to specify the electric conductivity of the rolling member of the conductive ceramics for obtaining the electric resistance value, and as a whole, that is, the rotor 2
It is essential to secure the electric resistance value in the above range between the hub 21 and the shaft portion 12 of the stator 1. Therefore, when the electrical resistance value in the above range can be obtained by taking the conductivity strengthening measure for the elements other than the rolling elements, the ceramic rolling elements do not necessarily have to be conductive.
However, if an electric resistance value of 5Ω to 100 MΩ or 500 kΩ or less is achieved by adopting a ceramic rolling element having excellent conductivity, do not use a magnetic fluid seal or the like as a means for ensuring conductivity other than the rolling element. Since the structure may be simplified, the rotation torque of the spindle motor can be reduced as compared with the case where the contact type conductivity securing means is adopted.
【００１５】[0015]
【発明の効果】以上のように構成された本発明は以下の
効果を奏する。請求項１のスピンドルモータによれば、
５Ω〜１００ＭΩの電気抵抗値により、回転子側に電荷
が蓄積することを防止し、ハブの表面電位を３Ｖ以下に
抑えることができる。表面電位を３Ｖ以下に抑えること
により、転動体が鋼製の場合とほぼ同等な帯電防止効果
が得られるので、回転子側の帯電が十分に抑制される。
従って、回転子のハブに装着されるディスクの帯電によ
り生じるクラッシュを防止することができる。The present invention constructed as described above has the following effects. According to the spindle motor of claim 1,
The electric resistance of 5 Ω to 100 MΩ can prevent charges from accumulating on the rotor side and suppress the surface potential of the hub to 3 V or less. By suppressing the surface potential to 3 V or less, almost the same antistatic effect as that when the rolling element is made of steel can be obtained, so that the charging on the rotor side is sufficiently suppressed.
Therefore, it is possible to prevent the crash caused by the charging of the disk mounted on the hub of the rotor.
【００１６】請求項２のスピンドルモータによれば、転
動体が鋼製の場合と同等な帯電防止効果が得られ、回転
子側の帯電が防止される。従って、クラッシュをさらに
確実に防止することができる。According to the spindle motor of the second aspect, an antistatic effect equivalent to that when the rolling element is made of steel is obtained, and the rotor side is prevented from being electrified. Therefore, the crash can be more surely prevented.
【図１】本発明の一実施形態によるスピンドルモータを
示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a spindle motor according to an exemplary embodiment of the present invention.
【図２】上記スピンドルモータの固定子（軸部）と回転
子（ハブ）と間の電気抵抗を測定する装置の概略構成を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring electric resistance between a stator (shaft portion) and a rotor (hub) of the spindle motor.
【図３】上記スピンドルモータを回転させたときの、回
転子（ハブ）の表面電位を測定する装置の概略構成を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for measuring a surface potential of a rotor (hub) when the spindle motor is rotated.
【図４】表１の結果をグラフにしたもので、横軸が電気
抵抗値、縦軸が表面電位である。FIG. 4 is a graph showing the results of Table 1, in which the horizontal axis represents the electric resistance value and the vertical axis represents the surface potential.
１ 固定子 ２ 回転子 ３ 転がり軸受 １２ 軸部 ２１ ハブ ３１ 内輪 ３２ 外輪 ３３ 転動体 1 stator 2 rotor 3 Rolling bearing 12 Shaft 21 Hub 31 inner ring 32 outer ring 33 rolling elements
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 春田 知宏 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 堀本 和利 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 池田 哲雄 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 Ｆターム(参考） 5H605 AA12 BB05 CC04 DD09 EB04 EB10 GG21 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Tomohiro Haruta 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka Koyo Within Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Kazutoshi Horimoto 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka Koyo Within Seiko Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuo Ikeda 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka Koyo Within Seiko Co., Ltd. F-term (reference) 5H605 AA12 BB05 CC04 DD09 EB04 EB10 GG21
Claims (2)
り軸受を備えたスピンドルモータにおいて、 前記軸部と前記ハブとは共に金属製であり、 前記転がり軸受は、金属製の内輪及び外輪と、セラミッ
クス材料からなる転動体とを備え、 前記軸部と前記ハブとの間の電気抵抗値が５Ω〜１００
ＭΩであることを特徴とするスピンドルモータ。1. A spindle motor having a rolling bearing between a shaft portion of a stator and a hub of a rotor, wherein the shaft portion and the hub are both made of metal, and the rolling bearing is made of metal. An inner ring and an outer ring, and a rolling element made of a ceramic material are provided, and an electric resistance value between the shaft portion and the hub is 5Ω to 100.
A spindle motor characterized by being MΩ.
る請求項１記載のスピンドルモータ。2. The spindle motor according to claim 1, wherein the electric resistance value is 500 kΩ or less.
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