JP2004003613A - Fluid bearing for spindle motor, spindle motor and disk drive device - Google Patents

Fluid bearing for spindle motor, spindle motor and disk drive device Download PDF

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JP2004003613A JP2003062212A JP2003062212A JP2004003613A JP 2004003613 A JP2004003613 A JP 2004003613A JP 2003062212 A JP2003062212 A JP 2003062212A JP 2003062212 A JP2003062212 A JP 2003062212A JP 2004003613 A JP2004003613 A JP 2004003613A
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アンドレアス、クル
Olaf Winterhalter
オーラフ、ビンターハルタ
Joerg Hoffmann
イェルク、ホフマン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid bearing for a spindle motor having the minimum size and capable of being manufactured at reasonable cost. <P>SOLUTION: The fluid bearing for the spindle motor is equipped with a shaft 62 and a bearing bush 60a which surrounds the shaft 62 in a state of having very narrow radial clearance. A groove is formed to form a pressure formed area on the outer surface of the shaft 62 and/or inner surface of the bearing bush 60a. The bearing bush 60a is constituted by a single member along with a flange 60, a base plate or the other stationary body members of the spindle motor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク駆動装置におけるスピンドルモータとして使用されるブラシレスタイプのDCモータに関し、特に、そのようなスピンドルモータ用流体軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディスク駆動システムは、多年に亘ってコンピュータその他の電子機器においてデジタル情報を記憶するために使用されてきた。情報は、磁気ディスクの同心の記録トラックに記録され、ここで、実際の情報は、ディスクコーティング内の磁気遷移形態で記憶される。ディスク自体は、モータ駆動されるスピンドルに回転可能に装着され、ここで、情報は、ディスクの表面を半径方向に移動するスイベルアーム(swivel arm)に配置されたトランスデューサによりアクセスされる。失敗のない情報交換を確実にするために、読出/書込ヘッド若しくはトランスデューサは、ディスクの記録トラックに対して正確に配置されることが必要である。結果的に、信頼できるデータ転送のための必要条件は、スピンドル用の安定で正確な回転軸受である。
【0003】
ディスク駆動装置のスピンドルモータとして使用される上述したタイプのブラシレスDCモータにおいて、従来、回転スピンドルは、先行技術に従うローラ軸受を具備する。遊びがない状態で所定の予圧下において軸受を緊張して取り付けることにより、正確な走行及び精度が達成される。さらに、ローラ部材及び制限された寸法許容性を有する軸受リングが使用される。妨害となる回転ノイズ及び限定された耐衝撃性のようなこのシステムに由来する欠点は、受け入れられ、許容されてきた。
【0004】
流体軸受若しくは流体力学的軸受は、スピンドルモータにおける従来の玉軸受に対して顕著な改良点を有する。このタイプのシステムにおいては、潤滑流体(気体若しくは液体)が静止基板若しく筐体及び回転スピンドル若しくはモータのハブとの間の軸受表面を分離するように機能する。例えば、油及び複雑な強磁性体若しくは空気を含む流体潤滑剤が流体軸受システムでは使用される。
【0005】
流体軸受は、玉軸受に対して、改善された走行精度、より大きな耐衝撃性及びより低いノイズ形成といった利点を有する。
【0006】
ロータに固着されたシャフトが流体軸受システムを有する、データ保持ディスク用スピンドルモータは、当該分野で知られている。従来技術による流体軸受システムは、例えば、対向プレートにより一端部で閉鎖可能な軸受ブッシュを備える。この軸受ブッシュ内では、流体、好ましくは油に包まれたシャフトが存在する。軸受ブッシュの内表面若しくはシャフトの外表面では、1つ若しくは複数の溝模様が形成され、流体力学的軸受圧力を生成するように機能する。
【0007】
さらに、低出力のスピンドルモータにおいて軸方向のピボット軸受を有する流体軸受もまた公知であり、回転中心において軸受を支持することにより、軸方向の軸受荷重が対向プレート上の一方向に受けられ、軸方向の対抗荷重が、例えば、ロータ及びステータの相互作用により、磁気的に形成される。しかし、これらのタイプの流体軸受は、非常に低い軸方向の剛性を有し、例えば、ハードディスク駆動装置における使用には問題がある。何故なら、そのような用途は両方の軸方向に軸方向剛性を必要とするからである。他方で、軸方向のピボット軸受を有する流体軸受は、非常に低い摩擦損失、結果的に非常に低い電力消費という利点を有する。
【0008】
上述した従来技術に対応する流体軸受の例を、下記の特許文献1から知ることができる。
【0009】
【特許文献1】
米国特許第4934836号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特に、例えば、ラップトップコンピュータ用に使用されるような非常に小さい寸法を有するハードディスク駆動装置のようなディスク駆動装置用スピンドルモータ用流体軸受に関する。小さい寸法のディスク駆動装置用であって流体軸受を有するスピンドルモータは、特に、携帯性で、バッテリー駆動される装置に装備されるときには、低い消費電力を備える必要がある。
【0011】
従来、流体軸受を有するスピンドルモータは、通常、分離した構成部材の集合体から成っている。具体的には、特に、軸受ブッシュが、回転不能に、フランジ、ベースプレート、フレーム、支持部若しくはそのようなスピンドルモータの部材に装着され、シャフトは、当該軸受ブッシュ内に保持される。軸受ブッシュをフランジ若しくはベースプレートに装着するために、これらの部材は、通常、軸受ブッシュが回転不能に保持されるフランジ筒状部を具備する。軸受ブッシュ及びフランジ筒状部は、接合、溶接、プレス若しくは任意の方法で、永久的に共に結合される。
【0012】
高精度機械加工及び完璧に配列された各構成部材からなる組立部品が、流体軸受を効率的に機能させるための鍵である。現状の流体軸受を組み立てるために、各構成部品に対して特定の最小限の壁厚さが必要とされ、一方では製造技術により規定され、他方では十分な機械的安定性のために必要なものに由来する。
【0013】
本発明の目的は、特にハードディスク駆動装置で使用されるスピンドルモータ用流体軸受を提供することであり、当該流体軸受は、小さいディスク駆動装置における使用に好適な最小限の寸法を有し、合理的なコストで製造可能である。
【0014】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項1に記載された特徴を有する流体軸受により達成される。
【0015】
本発明に対応して、軸受ブッシュ及びフランジ、ベースプレート若しくはスピンドルモータの他の静止部材は単一の部材として構成されるので、追加的なスペースがモータ内に形成される。従来技術では、剛性及び製造目的のために、軸受ブッシュに対しては、約1mmの最小壁厚さが、フランジ筒状部に対しては約0.3mmの最小壁厚さが、全体で1.3mmの最小壁厚さが必要とされる一方で、本発明における流体軸受においては、フランジに統合された軸受ブッシュに対しては、1mm以下の壁厚さを達成することが可能である。実際には、分離した軸受ブッシュと、上述したように、フランジのような軸受ブッシュの収容部とを有する流体軸受用の2つの部材から成る構成では、そのような壁厚さを形成することは不可能である。本発明に対応する構成は、軸受ブッシュの直径内に確保される相当なスペースを許容する。このことは、本発明で記載される流体軸受が非常に小さい寸法のスピンドルモータに使用される期待を増大させる。
【0016】
本発明に基づく流体軸受は、特に、ハードディスク駆動装置で使用されるスピンドルモータのロータ用回転軸受として好適であり、パワー磁気ディスクに対して、2.5インチ、1.8インチ及びこれより小さい形状ファクタを有する。
【0017】
本発明は、スピンドルモータ用流体軸受が、従来技術で使用されるよりも少ない部材で構成可能であるという追加的な利点を有する。このことは、コストを低減し、組立工程を簡略化し、軸受の合計部品数及び軸受の許容誤差を最小化することを許容する。この発明で使用される軸受は、また、従来技術で必要とされるよりも、各部材の組立後の少ない仕上げ段階で十分である。
【0018】
本発明に基づく軸受は、シャフトと、非常に狭い半径方向のクリアランスを有してシャフトを囲繞する軸受ブッシュとを具備する。シャフトの外表面及び/又は軸受ブッシュの内表面には、圧力形成領域を形成するための溝が形成される。本発明による流体軸受は、軸受ブッシュがフランジ、ベースプレート若しくはDCモータの他の静止した本体部材と一体に構成されることを特徴とする。
【0019】
シャフトと軸受ブッシュとの間には、ラジアル軸受が形成される。本発明に対応するアキシャル軸受の形成のために、ピボット軸受が、好ましくは、軸受ブッシュをシールする底面とシャフトの底部との間に形成される。本発明の1つの実施形態において、この底面は、軸受ブッシュの一端面をシールする対向プレートにより形成可能である。その代わりに、フランジに統合された軸受ブッシュは、閉鎖された端面を有して構成される。本発明に基づく流体軸受においては、軸受ブッシュは、少なくとも1つの、シャフトが突き出る開口端を有する。環状のストッパが、好ましくは、軸受ブッシュの開口端に装着され、当該軸受ブッシュに回転不能に結合される。本発明の好ましい実施の形態においては、シャフトは、ショルダ部を具備し、当該ショルダ部とストッパの対向面との間に、流体力学的アキシャル軸受が形成される。ショルダ部とストッパの対向面との間に形成される流体力学的アキシャル軸受は、スラスト軸受としての機能を有し、軸受ブッシュの開口端の方向に軸方向の荷重を受ける。同時に、本発明に対応するこのアキシャル軸受の設計は、シャフトが軸受ブッシュから逸脱することを防止する。反対の方向に負荷される軸方向荷重は、ピボット軸受により受けられる。
【0020】
この発明に基づいて構成する際には、流体軸受は、最小限の寸法と、良好な軸方向の剛性と、低い電力損失とを有して形成され、種々の位置に装備するときに使用可能である。
【0021】
本発明の1つの実施形態においては、ストッパは、環状キャップ形状をとることが可能であり、ストッパに配置されたシャフト端部が突出する軸受ブッシュの開口端部に嵌装され、当該開口端部の中央開口部を介して、前記シャフト端部が軸受から突出する。別の実施の形態においては、ストッパは、環状のディスクに形成され、軸受ブッシュの開口端部に取付けられる。
【0022】
溝模様は、ショルダ部及び/又はストッパの対向面に形成され、流体力学的アキシャル軸受を形成する。構成に応じて、1つ若しくは2つの溝模様が、特に、シャフト及び/又は軸受ブッシュの内表面に形成可能であり、1つ若しくは2つのラジアル軸受を形成する。
【0023】
この発明の1つの好ましい実施の形態において、ストッパに配置されたシャフト端部がストッパの中央開口部から突出し、該ストッパの中央開口部の内表面とシャフトとの間に、環状で円錐形状の傾斜(テーパ状)空間が形成され、シャフトと軸受ブッシュとの間の半径方向の軸受間隙と、キャピラリ環状間隙により接続され、所謂キャピラリシールを形成する。このような「キャピラリーシール」の基本原理は、例えば、米国特許第5667309号に記載されている。この円錐形空間(テーパ状領域)は、膨張容積及び貯蔵部を形成し、半径方向の軸受間隙に接続され、そこでは、流体のレベルが温度の増加とともに上昇するときに、軸受流体が上昇可能である。このことは、軸受流体が半径方向の軸受間隙から散逸することを防止する。さらに、軸受流体が蒸発するときには、軸受流体が逐次軸受間隙に供給可能である。
【0024】
環状のテーパ状領域は、好ましくは、ストッパに配置された傾斜するシャフトにより形成され、若しくは、ストッパの中央であって内部の開口部にある丸溝(chamfer)により形成される。
【0025】
本発明の1つの好ましい実施の形態では、ピボット軸受が軸受ブッシュにより収容される。ピボット軸受の位置では、小さい溝模様が湾曲したシャフト端部及び/又は軸受ブッシュの対向面に形成可能であり、運転中に、シャフトと軸受ブッシュが接触することを回避する。さらに、湾曲したシャフト端部及び/又は軸受ブッシュの対向面には、接触時に、軸受ブッシュとシャフトとが摩耗及び破壊することを最小限に抑制するために、非常に硬いコーティングが付与可能である。ピボット軸受としての第2のアキシャル軸受を形成することにより、流体軸受に対する全体の電力損失は最小限に維持されるであろう。
【0026】
ラジアル軸受及びアキシャル軸受に溝を形成する際に、例えば、螺旋状若しくは対称的若しくは非対称的ヘリンボン模様のように、多様な模様が提案されてきている。
【0027】
この発明によれば、フランジ若しくはベースプレートに統合された軸受ブッシュの全体の壁厚さは、実施の形態にもよるが、1.2mm以下であり、アスペクト比(l/d)が2以下の領域では、好ましくは、0.8mmより小さい。ここでlは、フランジ上端から軸受ブッシュの開口端までの測定された軸受ブッシュの長さであり、dは、軸受ブッシュの内径を表す。
【0028】
本発明の特別な実施の形態においては、軸受ブッシュの開口端から突出するシャフトは、軸受ブッシュにより囲繞される開口端から離れたシャフト部よりも小さい直径を有し、シャフトの直径は、軸受ブッシュの底面の方向に軸受ブッシュの開口端から離れるシャフト部の軸方向に沿って、漸次増加する。特に、このシャフト部と、当該シャフト部を囲繞する軸受ブッシュとは、軸受ブッシュがシャフトから半径方向及び軸方向の荷重を受けるように、互いに補完的に構成される。
【0029】
本発明は、また、上述した構成を有する流体軸受を具備するスピンドルモータと、このようなスピンドルモータを有するディスク装置とを提供する。1つの実施の形態では、シャフト端部は、スピンドルモータのハブと回転不能に結合可能であり、若しくは、ハブ内に取付け可能であり、当該ハブは、ディスク駆動装置の記録円盤を支持する。
【0030】
流体力学的アキシャル軸受を形成するために、本発明による流体軸受は、シャフトに回転不能に装着されるスラストワッシャーを備えることが可能である。このスラストワッシャーは、軸受ブッシュ内で対向プレートと相互作用してアキシャル流体力学的スラスト軸受を形成する。
【0031】
この発明は、また、上記の流体軸受を有するスピンドルモータと、そのようなスピンドルモータを有するディスク駆動装置とを提供する。1つの実施形態においては、シャフト端部は、スピンドルモータのハブ内に固定され、若しくは回転不能にハブと結合される。
【0032】
本発明は、図面を参照して、好ましい実施の形態に基づいて、以下に詳細に説明される。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1に示すスピンドルモータは、図示しないディスク装置に装着するためのフランジ若しくはベースプレート10を具備する。フランジ10は、軸受装置のシャフト14のために、軸受ブッシュ12に回転不能に結合される。ロータ16は、回転不能にシャフト14に結合され、フランジ10及び軸受ブッシュ12に対して回転する。ステータ18は、フランジ10に回転不能に結合される。
【0034】
ロータ16は、ハブ20と、当該ハブ20の中心に固定されるシャフト14と、から構成される。ロータ磁石22は、ハブ20の内周壁に結合され、即ち、プレスされるか接合されている。ハブ20の外周壁は、1つ若しくは複数の磁気ディスク(図示せず)を保持可能なような形状に構成されている。
【0035】
ステータ18は、スタック24と、スタック24にコイルが巻回されたステータ巻線26と、から構成される。ステータ18及びロータ16若しくはハブ20に装着された環状の永久磁石22は、小さい共軸の間隙、空気間隙28により互いに離間されている。
【0036】
シャフト14は、大きい直径を有するシャフト部30と小さい直径を有するシャフト部32の2つの部分に分割される。軸受ブッシュ12は、その中に、シャフト14に適合するように円筒孔34が形成されている円筒部材である。所謂キャピラリシール部と称される環状で円錐状の傾斜空間(テーパ状領域)を、軸受ブッシュ12の内面とシャフト14との間に形成するために、軸受ブッシュ12の開口端における円筒孔34の部分は、当該円筒孔34の他の部分よりも僅かに大きい半径を有する。
【0037】
軸受ブッシュ12の開口端にキャップ部36が形成され、軸受ブッシュ12に嵌装される。このキャップ部36は、環状であり、円筒孔34より小さい直径を有する中央部内側の開口部を有する。キャップ部36は、小さい直径を有するシャフト部32に嵌装され、大きい直径を有するシャフト部30との半径方向の重なりによって、スピンドルモータが衝撃を受けたとき、若しくは、スピンドルモータが反転位置に装備されて作動するときに、シャフト14が軸受ブッシュ12から逸脱することを防止する。
【0038】
シャフト14は、軸受ブッシュ12の円筒孔34に収容されている。この円筒孔34に挿入されるシャフト14の部分は、大きい直径を有するシャフト部30を含む。軸受ブッシュ12により収容されるシャフト端部38において、半径は、軸受ブッシュ12の対向する内面と共に、ピボット軸受を形成するように構成される。シャフト端部38及び/又は軸受ブッシュ12の対向する内表面には、溝が形成され、運転中の物理的接触を防止する。
【0039】
軸受ブッシュ12及びシャフト14との間の半径方向の軸受間隙40は、軸受流体、好ましくは、潤滑油で充填される。ラジアル軸受を形成するために、圧力形成溝が、シャフト14、好ましくは、大きい直径を有するシャフト部30の外側、若しくは、軸受ブッシュ12の内表面のいずれかに形成される。1つ若しくは2つの集合体となる溝が形成可能であり、必要に応じて、1つ若しくは2つのラジアル軸受を構成する。
【0040】
大きい直径を有するシャフト部30と、小さい直径を有するシャフト部32との間に、ショルダ部若しくは段差44がシャフト14内に形成され、キャップ部36と相互作用する。キャップ部36は、また、ストッパとしても機能し、互いに対面するキャップ部36の表面とシャフト14のショルダ部44との間に流体力学的アキシャル軸受を形成する。アキシャル軸受を形成するために、溝がこれらの対向面に形成可能である。
【0041】
予圧(プリロード)バックヨーク42がフランジ10に装着される。このプリロードバックヨーク42は、ロータ磁石22と相互作用してロータ16をフランジ10の方向に引っ張る力をロータ16に付与する。
【0042】
図1に見られるように、軸受ブッシュ12は、フランジ10の筒状部50に保持され、その結果、全体の壁厚さが、軸受ブッシュ12及びフランジ筒状部50の壁厚さから構成されるように形成される。
【0043】
流体軸受を小型化するために、この発明は、単一部材として、フランジ、スピンドルモータのベースプレート若しくは類似物に統合されるべき軸受ブッシュを提供する。本発明に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用の種々の組立部品の好ましい実施の形態が、図2乃至図5に示される。ロータのようなスピンドルモータのさらなる要素は、図1に示す同様の方法により構成可能であり、図1は、スピンドルモータの1つの構成例を図解するのみであり、本発明は、これに限定されない。
【0044】
図2は、本発明の第1の実施の形態に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用の組立部品を示す。この組立部品は、空気間隙64を形成する狭い半径方向のクリアランスを有してシャフト62を囲繞する統合された軸受ブッシュ60aを有するフランジ60から構成される。対向する内表面66と共に、シャフト62は、フランジ60により収容される一端部においてピボット軸受を形成する。その他端部においては、シャフト62は、フランジ60の軸受ブッシュ60aの開口端から突き出している。シャフト62は、ストッパ70と相互作用する段差若しくはショルダ部68を有する。図2に示す実施の形態においては、ストッパ70は、軸受ブッシュ60aの開口端に対するキャップとして形成される。
【0045】
シャフト62の外表面若しくは軸受ブッシュ60aの内表面に形成される溝72により、ラジアル軸受が形成される。流体力学的アキシャル軸受を形成するために、シャフト62のショルダ部68及び/又はストッパ70の対向面に溝が形成される。ショルダ部68とストッパ70との間に形成されるアキシャル軸受は、ピボット軸受に作用する荷重と反対方向の軸方向の荷重を受ける補助軸受として機能する。図解された構成は、スピンドルモータを種々の装備位置において作動させることを可能にする。現実には、勿論、モータは、図1に示すように、さらに、ロータ及びステータ部品を有する。
【0046】
図3は、図2の流体軸受を改良したものを示す。図2におけるように、フランジ60が、軸受ブッシュ60aと共に単一部材に形成される。軸受ブッシュ60aは、狭い半径方向のクリアランスを有してシャフト62を囲繞する。シャフト62は、軸受ブッシュ60aの開口端から突出する端部にショルダ部68を有する。この端面において、フランジ60の軸受ブッシュ60aは、ショルダ部68と対向し、シャフト62を囲繞するストッパ60bが形成されている。このストッパ60bは、小さい直径を有する軸受ブッシュ60aの端部により形成される。ショルダ部68及びストッパ60bの対向面には、流体力学的アキシャル軸受を形成するために、再度溝が形成可能である。
【0047】
軸受ブッシュ60aは、その反対側の端面において、対向プレート74によりシールされる。シャフト62の対向端部76と共に、対向プレート74は、図4を参照して説明したように、ピボット軸受を形成する。図2及び図3に示す2つの実施形態において、さらなる溝模様が、湾曲したシャフト端部76及び/又は軸受ブッシュ60aの内側の対向面に形成可能であり、運転中に、ピボット軸受領域における物理的接触を回避し若しくは最小限に抑制する。
【0048】
図2及び図3に示す2つの実施形態においては、軸受ブッシュ60aの開口端の領域では、図1を参照して上述したようにキャピラリシールを形成するために、共軸でテーパ状領域78が、シャフト62と軸受ブッシュ60aとの間に形成される。これらの図においては、このことは、図2においてのみ図解される。
【0049】
図2及び図3に示された2つの実施の形態は、2.5インチ、1.8インチ及びそれより小さい形状ファクタを有するディスク駆動装置用の非常に小さいスピンドルモータに、特に好適である。
【0050】
図4及び図5を参照して以下に述べる構成と、図2及び図3に示す構成とを使用して、少ない部品数しか必要としない流体軸受を有するスピンドルモータを構成することが可能である。このことは、コストを低減し、組立工程を簡略化することを許容する。さらに、少ない仕上げ段階しか必要とされない。
【0051】
さらに、図解される構成は、モータ内のスペースを確保するという利点を有する。図3に示された実施形態では、フランジ60に統合された軸受ブッシュ60aは、概略1.0mm若しくはこれより小さい壁厚さを有する。アスペクト比(L/D比)が2以下の範囲では、フランジに統合される軸受ブッシュの壁厚さは、好ましくは、0.8mmより小さい。ここで、図3に示すように、Lはフランジの上端から測定された軸受ブッシュの長さであり、Dは軸受ブッシュの内径である。
【0052】
そのような壁厚さを有する場合、フランジに収容される分離した軸受ブッシュを有する2つの部材から成る構成は、仮想的には、実現不可能である。この発明に基づく構成は、非常に小さい寸法を有するスピンドルモータに流体軸受を装備する期待を増大させる。
【0053】
本発明で記載される軸受の別の実施の形態が、図4に示される。図4は、統合された軸受ブッシュ60aを有するフランジ60を示す。軸受ブッシュ60aは、狭い半径方向のクリアランスを有してシャフト62を囲繞する。シャフトに面する軸受ブッシュ60aの内表面は、シャフト62と相互作用するストッパ60bを形成する。シャフト62は、軸受ブッシュ60aの開口端から対向プレート74まで延在する円錐状部62aを有する。軸受ブッシュ60aの内側の輪郭は、円錐形状を有するシャフト62に対して補完的な方法で形成される。シャフト62の円錐状部62a及び/又は軸受ブッシュ60aの内側の溝により、半径方向と軸方向の荷重成分を受けることができる流体軸受が形成される。
【0054】
図示された実施形態において、軸受ブッシュは、概ね補完的な方法で所定形状にされたシャフト端部を収容する円錐状の凹部を有する。軸受ブッシュの内側の領域の補完的形状と、その中に保持されるシャフトとは、軸受ブッシュ内のシャフトに、半径方向及び軸方向に、機械的な安定性を付与し、軸受ブッシュの内側の円錐状凹部も、また、シャフトが軸受ブッシュから軸方向に逸脱することを防止する。反対方向の軸方向荷重は、軸受ブッシュ内に形成されたストッパにより受けられる。
【0055】
軸受ブッシュ内の凹部と、対応するシャフト端部とは、軸受ブッシュが、半径方向及び軸方向の軸受荷重を受けるように形成される。この凹部とシャフト端部との形状を変更することにより、特に、凹部の内壁若しくはシャフトの外側の勾配若しくは曲率を変更することにより、軸受により受けられる軸方向と半径方向の荷重が、それぞれの限界条件に適用可能である。
【0056】
本発明に記載される軸受において、上述したラジアル軸受及びアキシャル軸受以外に、追加的なラジアル軸受及びアキシャル軸受は必要とされない。しかし、さらに水平方向の安定性が必要とされる場合には、1つ若しくはそれ以上のラジアル軸受が、シャフトの直線部に形成可能である。
【0057】
図4に示す実施の形態では、シャフト62は、対向プレート74の対向面と共に、流体力学的アキシャルスラスト軸受を形成する平坦面の端面80を有する。この目的のために、端面80及び/又は対向プレート74の対向面に、対応する溝が形成可能である。反対方向に負荷される軸方向荷重は、ストッパとして機能する軸受ブッシュ60aの傾斜した内表面60cにより受けられる。
【0058】
代替策として、ピボット軸受がシャフト端面80に形成可能である。
【0059】
図4に示す流体軸受は、また、特に、非常に小さいスピンドルモータの用途に好適であり、特に、2.5インチ若しくはそれより小さい形状ファクタを有するディスク駆動装置に好適である。軸受ブッシュをフランジに統合することが、結果的に、スペースの改善された使用につながる。何故なら、軸受ブッシュに対する2倍の部材厚さと、フランジ内の軸受ブッシュのための支持部材と、を提供する必要がないからである。さらに、結果として、少ない部品しか必要ではなく、組立工数を削減できる利点と許容寸法を一致させることができるという利点がある。
【0060】
最後に、図5は、本発明の第4の実施の形態に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用の組立部品を示す。図5は、統合された軸受ブッシュ60aを有するフランジ60を示す。軸受ブッシュ60aは、狭い半径方向のクリアランスを有してシャフト62を囲繞する。シャフト62は、軸受ブッシュ60aの開口端82から突き出している。軸受ブッシュ60aにより収容されるシャフト底部84において、スラストワッシャー86がシャフト62に装着され、対向プレート88と共に、通常知られた技術であるアキシャルスラスト軸受を形成する。スラストワッシャーは、また、軸受ブッシュ60a内の軸方向の移動に対して、シャフト62を確実に保持する。図5に示す実施の形態における軸受ブッシュ60aの開口端82では、軸受ブッシュ60aの内表面とシャフト62との間に、テーパ状領域90が形成され、所謂キャピラリシールを形成する。
【0061】
この実施の形態においても同様に、軸受ブッシュ60aの壁厚さは、少なくとも部分的には、1.0mmより小さく、特に部分的には、約0.5mmまで低減可能である。軸受ブッシュ60aの内表面若しくはシャフト62の外表面には、1つ若しくは複数の溝模様92が形成され、流体力学的ラジアル軸受に対する圧力形成領域を形成する。
【0062】
本発明に対応する図2乃至図5に示した実施の形態は、特に、流体軸受の軸受ブッシュが、上記モータをディスク装置の支持プレートの1つに容易に装着することを可能にするフランジ、若しくは上記モータをディスク装置に固定するためのベースプレート、フレーム若しくはモータの支持部材に統合されるという特徴を有する。換言すれば、軸受ブッシュは、これらの部材と単一部材を形成する。流体軸受用の圧力形成溝が、フランジに統合された軸受ブッシュ若しくはベースプレート等に形成可能である。結果的に、分離した軸受ブッシュは必要ではなく、少ない部品のみが必要であり、コストを低減し、組立工数を削減することにつながる。同時に、いかなる分離した軸受ブッシュも必要とされないという事実は、小さい寸法のスピンドルモータに流体軸受を形成するために、より大きなスペースが存在することを意味する。例えば、フランジは、アルミニウム若しくはスチールから製造可能であり、軸受領域には硬いコーティングが付与可能である。
【0063】
本発明において使用される流体軸受の設計は、スピンドルモータを、任意の所望される装備位置において作動させることを可能にし、半径方向及び軸方向の軸受荷重を、装備位置ごとに、受けることができる。同時に、本発明は、例えば、小型化されたディスク駆動装置に使用可能なように、最小限の軸方向長さと十分な軸方向剛性とを有する流体軸受を提供する。
【0064】
この詳細な説明、特許請求の範囲及び図面に開示された特徴は、それぞれが重要であり、また、種々の実施の形態におけるこの発明を実現するために任意の組合せが可能である。
【0065】
【発明の効果】
本発明によれば、最小限の寸法を有し、合理的なコストで製造可能な、スピンドルモータ用流体軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が包含する環境を説明するための、本発明の実施の形態の一例を示す、流体軸受を有するスピンドルモータの断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用組立部品の断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用組立部品の断面図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用組立部品の断面図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態に対応する流体軸受を有するスピンドルモータ用組立部品の断面図である。
【符号の説明】
10 フランジ(ベースプレート)
12 軸受ブッシュ
14 シャフト
16 ロータ
18 ステータ
20 ハブ
22 ロータ磁石
24 ステータスタック
26 ステータ巻線
28 空気間隙
30 大きい直径を有するシャフト部
32 小さい直径を有するシャフト部
34 円筒孔
36 キャップ部
38 シャフト端部
40 半径方向の軸受間隙
42 プリロードバックヨーク
44 ショルダ部
50 フランジ筒状部
60 フランジ
60a 軸受ブッシュ
60b ストッパ
62 シャフト
62a シャフトの円錐状部
64 半径方向の軸受間隙
66 軸受ブッシュの内表面
68 ショルダ部
70 ストッパ
72 溝
74 対向プレート
76 シャフト端部
78 傾斜空間(テーパ状領域)
80 アキシャル軸受端面
82 軸受ブッシュ開口端
84 シャフト底部
86 スラストワッシャー
88 対向プレート
90 傾斜空間(テーパ状領域)
92 溝模様
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless DC motor used as a spindle motor in a disk drive, and more particularly to a fluid bearing for such a spindle motor.
[0002]
[Prior art]
Disk drive systems have been used for storing digital information in computers and other electronic devices for many years. The information is recorded on concentric recording tracks of the magnetic disk, where the actual information is stored in the form of magnetic transitions in the disk coating. The disk itself is rotatably mounted on a motor-driven spindle, where information is accessed by a transducer located on a swivel arm that moves radially across the surface of the disk. In order to ensure a faultless exchange of information, the read / write head or transducer needs to be precisely positioned with respect to the recording tracks of the disc. Consequently, a prerequisite for reliable data transfer is a stable and accurate rotary bearing for the spindle.
[0003]
In brushless DC motors of the type described above used as spindle motors in disk drives, conventionally the rotating spindle comprises a roller bearing according to the prior art. Accurate running and accuracy are achieved by tightly mounting the bearing under a given preload without play. In addition, roller members and bearing rings with limited dimensional tolerances are used. The drawbacks from this system, such as disturbing rotational noise and limited shock resistance, have been accepted and tolerated.
[0004]
Fluid or hydrodynamic bearings have significant improvements over conventional ball bearings in spindle motors. In this type of system, a lubricating fluid (gas or liquid) acts to separate the bearing surface between the stationary substrate or housing and the rotating spindle or hub of the motor. For example, fluid lubricants including oil and complex ferromagnetic or air are used in hydrodynamic bearing systems.
[0005]
Fluid bearings have the advantage over ball bearings of improved running accuracy, greater impact resistance and lower noise formation.
[0006]
Spindle motors for data-bearing disks, in which the shaft fixed to the rotor has a hydrodynamic bearing system, are known in the art. Prior art hydrodynamic bearing systems include, for example, a bearing bush that can be closed at one end by an opposing plate. Within this bearing bush is a shaft that is wrapped in a fluid, preferably oil. One or more groove patterns are formed on the inner surface of the bearing bush or the outer surface of the shaft and serve to generate hydrodynamic bearing pressure.
[0007]
Further, a fluid bearing having an axial pivot bearing in a low-power spindle motor is also known, and by supporting the bearing at the center of rotation, an axial bearing load is received in one direction on an opposed plate, and Directional opposing loads are generated magnetically, for example, by the interaction of the rotor and the stator. However, these types of hydrodynamic bearings have very low axial stiffness and are problematic, for example, for use in hard disk drives. Because such applications require axial stiffness in both axial directions. On the other hand, hydrodynamic bearings with axial pivot bearings have the advantage of very low friction losses and consequently very low power consumption.
[0008]
An example of a fluid bearing corresponding to the above-described conventional technology can be known from Patent Document 1 below.
[0009]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 4,948,836
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The invention particularly relates to a hydrodynamic bearing for a spindle motor for a disk drive such as a hard disk drive having very small dimensions, for example as used for laptop computers. Spindle motors for small size disk drives and with hydrodynamic bearings need to have low power consumption, especially when equipped in portable, battery powered devices.
[0011]
Conventionally, spindle motors with hydrodynamic bearings usually consist of an assembly of separate components. Specifically, in particular, the bearing bush is non-rotatably mounted on a flange, a base plate, a frame, a support, or a member of such a spindle motor, and the shaft is held in the bearing bush. In order to mount the bearing bush to the flange or the base plate, these members usually comprise a flange tube in which the bearing bush is held non-rotatably. The bearing bush and the flange tube are permanently joined together by joining, welding, pressing or any other method.
[0012]
Precise machining and an assembly of perfectly aligned components are the keys to the efficient functioning of hydrodynamic bearings. In order to assemble the current hydrodynamic bearings, a certain minimum wall thickness is required for each component, on the one hand stipulated by the manufacturing technology, and on the other hand, those required for sufficient mechanical stability Derived from
[0013]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fluid bearing for a spindle motor used in particular in a hard disk drive, said fluid bearing having a minimum dimension suitable for use in a small disk drive and having a reasonable It can be manufactured at a low cost.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
This object is achieved by a hydrodynamic bearing having the features of claim 1.
[0015]
In accordance with the present invention, the bearing bush and flange, base plate or other stationary member of the spindle motor are configured as a single member, so that additional space is formed within the motor. In the prior art, for rigidity and manufacturing purposes, a minimum wall thickness of about 1 mm for the bearing bush and a minimum wall thickness of about 0.3 mm for the flanged tube, for a total of 1 While a minimum wall thickness of .3 mm is required, in the hydrodynamic bearing according to the invention it is possible to achieve a wall thickness of less than 1 mm for the bearing bush integrated in the flange. In practice, in a two-part configuration for a hydrodynamic bearing having a separate bearing bush and, as mentioned above, a housing for the bearing bush such as a flange, it is not possible to form such a wall thickness. Impossible. A configuration corresponding to the invention allows a considerable space to be reserved within the diameter of the bearing bush. This increases the expectation that the hydrodynamic bearings described in the present invention will be used for very small size spindle motors.
[0016]
The fluid bearing according to the present invention is particularly suitable as a rotary bearing for a rotor of a spindle motor used in a hard disk drive, and has a shape of 2.5 inches, 1.8 inches and smaller with respect to a power magnetic disk. Have a factor.
[0017]
The invention has the additional advantage that the hydrodynamic bearing for a spindle motor can be made up of fewer parts than used in the prior art. This allows reducing costs, simplifying the assembly process, and minimizing the total number of bearing parts and bearing tolerances. The bearings used in the present invention also require less finishing steps after assembly of the components than required in the prior art.
[0018]
A bearing according to the invention comprises a shaft and a bearing bush surrounding the shaft with very narrow radial clearance. Grooves are formed on the outer surface of the shaft and / or the inner surface of the bearing bush to form a pressure generating region. The fluid bearing according to the present invention is characterized in that the bearing bush is formed integrally with the flange, the base plate or another stationary body member of the DC motor.
[0019]
A radial bearing is formed between the shaft and the bearing bush. For the formation of an axial bearing according to the invention, a pivot bearing is preferably formed between the bottom sealing the bearing bush and the bottom of the shaft. In one embodiment of the invention, this bottom surface can be formed by an opposing plate sealing one end of the bearing bush. Instead, the bearing bush integrated with the flange is constructed with a closed end face. In the hydrodynamic bearing according to the invention, the bearing bush has at least one open end from which the shaft projects. An annular stop is preferably mounted on the open end of the bearing bush and is non-rotatably connected to the bearing bush. In a preferred embodiment of the present invention, the shaft has a shoulder portion, and a hydrodynamic axial bearing is formed between the shoulder portion and an opposing surface of the stopper. The hydrodynamic axial bearing formed between the shoulder and the opposing surface of the stopper has a function as a thrust bearing, and receives an axial load in the direction of the open end of the bearing bush. At the same time, this axial bearing design according to the present invention prevents the shaft from deviating from the bearing bush. An axial load applied in the opposite direction is received by the pivot bearing.
[0020]
When constructed according to the present invention, the hydrodynamic bearing is formed with minimal dimensions, good axial stiffness, and low power loss, and can be used when mounting in various locations It is.
[0021]
In one embodiment of the invention, the stopper can take the form of an annular cap and is fitted into the open end of a bearing bush from which the shaft end located at the stopper projects, The shaft end protrudes from the bearing through the central opening of the shaft. In another embodiment, the stop is formed in an annular disk and is attached to the open end of the bearing bush.
[0022]
The groove pattern is formed on the shoulder and / or the opposing surface of the stopper to form a hydrodynamic axial bearing. Depending on the configuration, one or two groove patterns can be formed, in particular, on the inner surface of the shaft and / or the bearing bush, forming one or two radial bearings.
[0023]
In one preferred embodiment of the invention, the end of the shaft located at the stopper projects from the central opening of the stopper, and an annular conical slope is provided between the inner surface of the central opening of the stopper and the shaft. A (tapered) space is formed and connected by a radial bearing gap between the shaft and the bearing bush to the capillary annular gap to form a so-called capillary seal. The basic principle of such a “capillary seal” is described, for example, in US Pat. No. 5,667,309. This conical space (tapered region) forms an expansion volume and reservoir and is connected to a radial bearing gap, where the bearing fluid can rise as the fluid level rises with increasing temperature It is. This prevents bearing fluid from escaping from the radial bearing gap. Further, when the bearing fluid evaporates, the bearing fluid can be sequentially supplied to the bearing gap.
[0024]
The annular tapered region is preferably formed by an inclined shaft located at the stopper, or by a chamfer at the center of the stopper and in the internal opening.
[0025]
In one preferred embodiment of the invention, the pivot bearing is accommodated by a bearing bush. At the location of the pivot bearing, a small groove pattern can be formed on the curved shaft end and / or on the opposing surface of the bearing bush, to avoid contact between the shaft and the bearing bush during operation. Further, the curved shaft end and / or the opposing surface of the bearing bush can be provided with a very hard coating to minimize wear and breakage of the bearing bush and shaft upon contact. . By forming the second axial bearing as a pivot bearing, the overall power loss to the hydrodynamic bearing will be kept to a minimum.
[0026]
Various patterns have been proposed for forming grooves in radial bearings and axial bearings, for example, spiral or symmetric or asymmetric herringbone patterns.
[0027]
According to the present invention, the entire wall thickness of the bearing bush integrated with the flange or the base plate is 1.2 mm or less, depending on the embodiment, and the aspect ratio (l / d) is 2 or less. Then, it is preferably smaller than 0.8 mm. Here, l is the length of the bearing bush measured from the upper end of the flange to the open end of the bearing bush, and d represents the inner diameter of the bearing bush.
[0028]
In a special embodiment of the invention, the shaft projecting from the open end of the bearing bush has a smaller diameter than the shaft portion remote from the open end surrounded by the bearing bush, the diameter of the shaft being Gradually increases along the axial direction of the shaft portion away from the open end of the bearing bush in the direction of the bottom surface of the bearing bush. In particular, the shaft portion and the bearing bush surrounding the shaft portion are configured complementarily to each other such that the bearing bush receives radial and axial loads from the shaft.
[0029]
The present invention also provides a spindle motor having a fluid bearing having the above-described configuration, and a disk device having such a spindle motor. In one embodiment, the shaft end is non-rotatably connectable to or mountable within a hub of a spindle motor, the hub supporting a recording disk of a disk drive.
[0030]
To form a hydrodynamic axial bearing, the hydrodynamic bearing according to the invention can comprise a thrust washer which is non-rotatably mounted on the shaft. The thrust washer interacts with the opposing plate within the bearing bush to form an axial hydrodynamic thrust bearing.
[0031]
The present invention also provides a spindle motor having the above-described fluid bearing, and a disk drive having such a spindle motor. In one embodiment, the shaft end is fixed within the hub of the spindle motor or non-rotatably coupled to the hub.
[0032]
The present invention will be described in detail below based on preferred embodiments with reference to the drawings.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The spindle motor shown in FIG. 1 includes a flange or a base plate 10 for mounting on a disk device (not shown). The flange 10 is non-rotatably connected to the bearing bush 12 for the shaft 14 of the bearing device. The rotor 16 is non-rotatably connected to the shaft 14 and rotates with respect to the flange 10 and the bearing bush 12. Stator 18 is non-rotatably coupled to flange 10.
[0034]
The rotor 16 includes a hub 20 and a shaft 14 fixed to the center of the hub 20. The rotor magnet 22 is coupled to the inner peripheral wall of the hub 20, that is, pressed or joined. The outer peripheral wall of the hub 20 is formed in a shape capable of holding one or a plurality of magnetic disks (not shown).
[0035]
The stator 18 includes a stack 24 and a stator winding 26 in which a coil is wound around the stack 24. The annular permanent magnets 22 mounted on the stator 18 and the rotor 16 or the hub 20 are separated from each other by a small coaxial gap, an air gap 28.
[0036]
The shaft 14 is divided into two parts, a shaft portion 30 having a larger diameter and a shaft portion 32 having a smaller diameter. The bearing bush 12 is a cylindrical member in which a cylindrical hole 34 is formed so as to fit the shaft 14. In order to form an annular conical inclined space (tapered region) called a so-called capillary seal portion between the inner surface of the bearing bush 12 and the shaft 14, a cylindrical hole 34 at an open end of the bearing bush 12 is formed. The portion has a radius that is slightly larger than the other portions of the cylindrical bore 34.
[0037]
A cap portion 36 is formed at the open end of the bearing bush 12 and is fitted to the bearing bush 12. The cap portion 36 is annular and has an opening inside the central portion having a smaller diameter than the cylindrical hole 34. The cap portion 36 is fitted to the shaft portion 32 having a small diameter, and is provided when the spindle motor receives an impact due to a radial overlap with the shaft portion 30 having a large diameter or when the spindle motor is in an inverted position. In operation, the shaft 14 is prevented from deviating from the bearing bush 12.
[0038]
The shaft 14 is housed in a cylindrical hole 34 of the bearing bush 12. The portion of the shaft 14 inserted into the cylindrical hole 34 includes the shaft portion 30 having a large diameter. At the shaft end 38 received by the bearing bush 12, the radius, together with the opposing inner surface of the bearing bush 12, is configured to form a pivot bearing. Grooves are formed in the shaft end 38 and / or the opposing inner surface of the bearing bush 12 to prevent physical contact during operation.
[0039]
The radial bearing gap 40 between the bearing bush 12 and the shaft 14 is filled with a bearing fluid, preferably a lubricating oil. In order to form a radial bearing, a pressure-forming groove is formed either on the outside of the shaft 14, preferably on the shaft part 30 with a large diameter, or on the inside surface of the bearing bush 12. One or two aggregated grooves can be formed and, if necessary, one or two radial bearings.
[0040]
A shoulder or step 44 is formed in the shaft 14 between the large diameter shaft portion 30 and the small diameter shaft portion 32 and interacts with the cap portion 36. The cap portion 36 also functions as a stopper, and forms a hydrodynamic axial bearing between the surface of the cap portion 36 facing each other and the shoulder portion 44 of the shaft 14. Grooves can be formed in these opposing surfaces to form an axial bearing.
[0041]
A preload back yoke 42 is mounted on the flange 10. The preload back yoke 42 interacts with the rotor magnet 22 to apply a force to the rotor 16 to pull the rotor 16 toward the flange 10.
[0042]
As seen in FIG. 1, the bearing bush 12 is held by the tubular portion 50 of the flange 10 so that the overall wall thickness is comprised of the bearing bush 12 and the wall thickness of the flange tubular portion 50. It is formed as follows.
[0043]
To reduce the size of the hydrodynamic bearing, the present invention provides a bearing bush to be integrated into a flange, a base plate of a spindle motor or the like as a single piece. Preferred embodiments of various assemblies for a spindle motor having a hydrodynamic bearing according to the present invention are shown in FIGS. Further elements of a spindle motor, such as a rotor, can be configured in a similar manner as shown in FIG. 1, which illustrates only one exemplary configuration of the spindle motor, and the invention is not limited thereto. .
[0044]
FIG. 2 shows an assembly for a spindle motor having a hydrodynamic bearing according to the first embodiment of the present invention. This assembly consists of a flange 60 having an integrated bearing bush 60 a surrounding a shaft 62 with a narrow radial clearance forming an air gap 64. Together with the opposing inner surface 66, the shaft 62 forms a pivot bearing at one end received by the flange 60. At the other end, the shaft 62 protrudes from the opening end of the bearing bush 60 a of the flange 60. The shaft 62 has a step or shoulder 68 that interacts with the stopper 70. In the embodiment shown in FIG. 2, the stopper 70 is formed as a cap for the open end of the bearing bush 60a.
[0045]
A radial bearing is formed by the groove 72 formed on the outer surface of the shaft 62 or the inner surface of the bearing bush 60a. To form a hydrodynamic axial bearing, a groove is formed in the shoulder 62 and / or the opposing surface of the stopper 70 of the shaft 62. The axial bearing formed between the shoulder portion 68 and the stopper 70 functions as an auxiliary bearing that receives an axial load opposite to the load acting on the pivot bearing. The illustrated configuration allows the spindle motor to be operated in various installation positions. In reality, of course, the motor further comprises a rotor and a stator component, as shown in FIG.
[0046]
FIG. 3 shows an improvement of the fluid bearing of FIG. As in FIG. 2, the flange 60 is formed in a single piece with the bearing bush 60a. The bearing bush 60a surrounds the shaft 62 with a narrow radial clearance. The shaft 62 has a shoulder 68 at an end protruding from the open end of the bearing bush 60a. On this end surface, a bearing bush 60 a of the flange 60 is opposed to the shoulder portion 68, and a stopper 60 b surrounding the shaft 62 is formed. This stopper 60b is formed by the end of a bearing bush 60a having a small diameter. A groove can be formed again on the facing surface of the shoulder portion 68 and the stopper 60b in order to form a hydrodynamic axial bearing.
[0047]
The bearing bush 60a is sealed by an opposing plate 74 on the opposite end face. The opposing plate 74, together with the opposing end 76 of the shaft 62, forms a pivot bearing as described with reference to FIG. In the two embodiments shown in FIGS. 2 and 3, an additional groove pattern can be formed on the curved shaft end 76 and / or on the inside facing surface of the bearing bush 60a, and during operation, the physical position in the pivot bearing area is increased. Avoid or minimize contact.
[0048]
In the two embodiments shown in FIGS. 2 and 3, in the region of the open end of the bearing bush 60a, a coaxial tapered region 78 is formed in order to form a capillary seal as described above with reference to FIG. , Formed between the shaft 62 and the bearing bush 60a. In these figures, this is illustrated only in FIG.
[0049]
The two embodiments shown in FIGS. 2 and 3 are particularly suitable for very small spindle motors for disk drives having 2.5 inch, 1.8 inch and smaller form factors.
[0050]
Using the configuration described below with reference to FIGS. 4 and 5 and the configuration shown in FIGS. 2 and 3, it is possible to configure a spindle motor having a fluid bearing that requires a small number of parts. . This allows reducing costs and simplifying the assembly process. Furthermore, only a few finishing steps are required.
[0051]
Furthermore, the illustrated configuration has the advantage of securing space within the motor. In the embodiment shown in FIG. 3, the bearing bush 60a integrated with the flange 60 has a wall thickness of approximately 1.0 mm or less. In the range where the aspect ratio (L / D ratio) is 2 or less, the wall thickness of the bearing bush integrated with the flange is preferably smaller than 0.8 mm. Here, as shown in FIG. 3, L is the length of the bearing bush measured from the upper end of the flange, and D is the inner diameter of the bearing bush.
[0052]
With such a wall thickness, a two-part configuration with separate bearing bushes housed in the flange is virtually impossible to achieve. The arrangement according to the invention increases the expectation of equipping spindle motors with very small dimensions with hydrodynamic bearings.
[0053]
Another embodiment of the bearing described in the present invention is shown in FIG. FIG. 4 shows a flange 60 with an integrated bearing bush 60a. The bearing bush 60a surrounds the shaft 62 with a narrow radial clearance. The inner surface of the bearing bush 60a facing the shaft forms a stop 60b that interacts with the shaft 62. The shaft 62 has a conical portion 62a extending from the open end of the bearing bush 60a to the opposing plate 74. The inner contour of the bearing bush 60a is formed in a complementary manner to the shaft 62 having a conical shape. The conical portion 62a of the shaft 62 and / or the groove inside the bearing bush 60a form a fluid bearing capable of receiving radial and axial load components.
[0054]
In the illustrated embodiment, the bearing bush has a conical recess for receiving a shaft end shaped in a generally complementary manner. The complementary shape of the area inside the bearing bush and the shaft retained therein provide the shaft in the bearing bush with mechanical stability, radially and axially, to the inside of the bearing bush. The conical recess also prevents the shaft from deviating axially from the bearing bush. Opposite axial loads are received by stoppers formed in the bearing bushes.
[0055]
The recess in the bearing bush and the corresponding shaft end are formed such that the bearing bush receives radial and axial bearing loads. By changing the shape of this recess and the end of the shaft, in particular by changing the gradient or curvature on the inner wall of the recess or on the outside of the shaft, the axial and radial loads received by the bearing are limited to their respective limits. Applicable to conditions.
[0056]
In the bearing according to the invention, no additional radial and axial bearings are required other than the radial and axial bearings described above. However, if more horizontal stability is required, one or more radial bearings can be formed in the straight section of the shaft.
[0057]
In the embodiment shown in FIG. 4, the shaft 62 has, along with the facing surface of the facing plate 74, a flat end face 80 which forms a hydrodynamic axial thrust bearing. For this purpose, corresponding grooves can be formed in the end face 80 and / or the opposing face of the opposing plate 74. The axial load applied in the opposite direction is received by the inclined inner surface 60c of the bearing bush 60a functioning as a stopper.
[0058]
As an alternative, a pivot bearing can be formed on the shaft end face 80.
[0059]
The hydrodynamic bearing shown in FIG. 4 is also particularly suitable for very small spindle motor applications, especially for disk drives having a 2.5 inch or smaller form factor. Integrating the bearing bush into the flange results in improved use of space. This is because it is not necessary to provide a double member thickness for the bearing bush and a support for the bearing bush in the flange. Furthermore, as a result, fewer parts are required, and there is an advantage that the number of assembly steps can be reduced and the allowable dimension can be matched.
[0060]
Finally, FIG. 5 shows an assembly for a spindle motor having a hydrodynamic bearing according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a flange 60 with an integrated bearing bush 60a. The bearing bush 60a surrounds the shaft 62 with a narrow radial clearance. The shaft 62 protrudes from the open end 82 of the bearing bush 60a. At the shaft bottom 84 housed by the bearing bush 60a, a thrust washer 86 is mounted on the shaft 62 and, together with the opposing plate 88, forms an axial thrust bearing, a commonly known technique. The thrust washer also securely holds the shaft 62 against axial movement within the bearing bush 60a. At the open end 82 of the bearing bush 60a in the embodiment shown in FIG. 5, a tapered region 90 is formed between the inner surface of the bearing bush 60a and the shaft 62, forming a so-called capillary seal.
[0061]
Similarly, in this embodiment, the wall thickness of the bearing bush 60a can be reduced at least partially to less than 1.0 mm, and in particular partially to about 0.5 mm. One or more groove patterns 92 are formed on the inner surface of the bearing bush 60a or the outer surface of the shaft 62 to form a pressure-generating region for the hydrodynamic radial bearing.
[0062]
The embodiment shown in FIGS. 2 to 5 corresponding to the invention is, in particular, a flange in which the bearing bush of the hydrodynamic bearing allows the motor to be easily mounted on one of the support plates of the disk drive, Alternatively, the motor is integrated with a base plate, a frame, or a support member of the motor for fixing the motor to the disk device. In other words, the bearing bush forms a single member with these members. A pressure forming groove for a hydrodynamic bearing can be formed in a bearing bush or base plate integrated with the flange. As a result, separate bearing bushes are not required, only few parts are required, leading to reduced costs and reduced man-hours for assembly. At the same time, the fact that no separate bearing bushes are required means that there is more space to form a hydrodynamic bearing on a small size spindle motor. For example, the flange can be manufactured from aluminum or steel and the bearing area can be provided with a hard coating.
[0063]
The hydrodynamic bearing design used in the present invention allows the spindle motor to operate in any desired mounting position, and can receive radial and axial bearing loads for each mounting position. . At the same time, the present invention provides a hydrodynamic bearing having a minimal axial length and sufficient axial stiffness, for example, for use in miniaturized disk drives.
[0064]
The features disclosed in this detailed description, the claims and the drawings are each important, and any combination is possible to realize the invention in various embodiments.
[0065]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrodynamic bearing for spindle motors which has a minimum dimension and can be manufactured at a reasonable cost can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a spindle motor having a fluid bearing, showing an example of an embodiment of the present invention, for describing an environment encompassed by the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a spindle motor assembly having a fluid bearing according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a spindle motor assembly having a fluid bearing according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a spindle motor assembly having a fluid bearing according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of an assembly part for a spindle motor having a fluid bearing according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Flange (base plate)
12 Bearing bush
14 shaft
16 rotor
18 Stator
20 hubs
22 Rotor magnet
24 Stator stack
26 Stator winding
28 air gap
30 Shaft section having large diameter
32 Shaft with small diameter
34 Cylindrical hole
36 Cap part
38 Shaft end
40 Radial bearing clearance
42 preload back yoke
44 Shoulder
50 Flange cylindrical part
60 flange
60a bearing bush
60b stopper
62 shaft
62a Conical part of shaft
64 Radial bearing clearance
66 Inner surface of bearing bush
68 Shoulder
70 Stopper
72 grooves
74 Opposing plate
76 Shaft end
78 Inclined space (tapered area)
80 Axial bearing end face
82 Bearing bush open end
84 Shaft bottom
86 Thrust washer
88 Opposing plate
90 Inclined space (tapered area)
92 groove pattern

Claims (12)

シャフトと、軸受ブッシュとを備え、当該軸受ブッシュが半径方向のクリアランスを有して前記シャフトを囲繞し、当該シャフトの外表面及び/又は前記軸受ブッシュの内表面に、圧力形成領域を形成するための溝が形成されている、スピンドルモータ用流体軸受であって、
前記軸受ブッシュ(60a)は、フランジ(60)若しくはベースプレート若しくは前記モータの他の静止した本体部材と共に単一部材として構成される、
ことを特徴とするスピンドルモータ用流体軸受。
A shaft and a bearing bush, wherein the bearing bush surrounds the shaft with a radial clearance, and forms a pressure forming region on an outer surface of the shaft and / or an inner surface of the bearing bush. A fluid bearing for a spindle motor, wherein a groove of
The bearing bush (60a) is configured as a single piece with a flange (60) or a base plate or other stationary body member of the motor;
A fluid bearing for a spindle motor.
前記軸受ブッシュ(60a)をシールする底面のうちの1つと前記シャフトの一端面との間に、ピボット軸受が形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
A pivot bearing is formed between one of the bottom surfaces sealing the bearing bush (60a) and one end surface of the shaft.
The fluid bearing for a spindle motor according to claim 1, wherein:
前記底面は、前記軸受ブッシュ(60a)の一端面をシールする対向プレートにより形成される、
ことを特徴とする請求項2に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
The bottom surface is formed by an opposed plate that seals one end surface of the bearing bush (60a).
The fluid bearing for a spindle motor according to claim 2, wherein:
前記軸受ブッシュ(60a)は、前記シャフト(62)が突出する開口端を有し、
前記開口端において、環状のストッパ(70,60b)が、前記軸受ブッシュ(60a)に回転不能に結合されて配置され、
前記シャフト(62)は、ショルダ部(68)を有し、当該ショルダ部(68)と前記ストッパ(70,60b)の対向面との間に、流体力学的アキシャル軸受が形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
The bearing bush (60a) has an open end from which the shaft (62) projects,
At the open end, an annular stopper (70, 60b) is arranged non-rotatably coupled to the bearing bush (60a),
The shaft (62) has a shoulder portion (68), and a hydrodynamic axial bearing is formed between the shoulder portion (68) and an opposing surface of the stopper (70, 60b).
The fluid bearing for a spindle motor according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記ストッパ(60b)が前記軸受ブッシュ(60a)の前記底面と対向する軸受ブッシュ(60a)の端面をシールするキャップとして形成され、前記ストッパ(60b)を介して、前記ストッパ(60b)に配置されるシャフト端部が前記軸受ブッシュ(60a)から突出している、
ことを特徴とする請求項4に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
The stopper (60b) is formed as a cap for sealing an end face of the bearing bush (60a) facing the bottom surface of the bearing bush (60a), and is disposed on the stopper (60b) via the stopper (60b). Shaft end protrudes from the bearing bush (60a),
The fluid bearing for a spindle motor according to claim 4, wherein:
前記ストッパ(60b)は、環状円盤として形成され、前記軸受ブッシュ(60a)の前記底面に対向する前記軸受ブッシュ(60a)の一端面に取り付けられ、
前記ストッパ(60b)を介して、前記ストッパ(60b)に配置されるシャフト端部が前記軸受ブッシュ(60a)から突出している、
ことを特徴とする請求項4に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
The stopper (60b) is formed as an annular disk, and is attached to one end surface of the bearing bush (60a) facing the bottom surface of the bearing bush (60a),
A shaft end disposed on the stopper (60b) projects from the bearing bush (60a) via the stopper (60b).
The fluid bearing for a spindle motor according to claim 4, wherein:
前記ショルダ部(68)及び/又は前記ストッパ(60b)の前記対向面に溝模様が形成されている、
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
A groove pattern is formed on the facing surface of the shoulder portion (68) and / or the stopper (60b).
The fluid bearing for a spindle motor according to any one of claims 4 to 6, wherein:
前記ストッパ(60b)に配置されるシャフト端部が前記ストッパ(60b)の中央開口部を介して前記軸受ブッシュ(60a)から突出し、
前記ストッパ(60b)の前記中央開口部の内表面と、前記シャフト(62)との間に、環状で円錐形状の傾斜空間が形成されてキャピラリシールを形成する、
ことを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
A shaft end disposed on the stopper (60b) projects from the bearing bush (60a) through a central opening of the stopper (60b);
An annular conical inclined space is formed between the inner surface of the central opening of the stopper (60b) and the shaft (62) to form a capillary seal.
The fluid bearing for a spindle motor according to any one of claims 4 to 7, wherein:
前記軸受ブッシュ(60a)の全体の壁厚さは、少なくとも当該軸受ブッシュ(60a)の一部において、1.0mmより小さく、好ましくは、約0.5mmより小さい、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
The overall wall thickness of the bearing bush (60a), at least in part of the bearing bush (60a), is less than 1.0 mm, preferably less than about 0.5 mm;
The fluid bearing for a spindle motor according to any one of claims 1 to 8, wherein:
前記軸受ブッシュ(60a)は、前記シャフト(62)が突出する開口端を有し、
前記シャフト(62)は、前記軸受シャフト(60a)の前記開口端において、当該開口端から離れたシャフト部におけるよりも、小さい直径を有し、当該シャフト(62)は前記軸受シャフト(60a)に囲繞され、
前記軸受ブッシュ(60a)が前記シャフト(62)から半径方向及び軸方向の軸受荷重を受けるように、前記シャフトの直径は、前記軸受ブッシュの底面の方向に、前記軸受ブッシュ(60a)の前記開口端から離れるに従って、当該シャフト部の軸方向に沿って逐次増加する、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のスピンドルモータ用流体軸受。
The bearing bush (60a) has an open end from which the shaft (62) projects,
The shaft (62) has a smaller diameter at the open end of the bearing shaft (60a) than at a shaft portion remote from the open end, and the shaft (62) is attached to the bearing shaft (60a). Surrounded,
The diameter of the shaft is increased in the direction of the bottom surface of the bearing bush so that the bearing bush (60a) receives radial and axial bearing loads from the shaft (62). As it moves away from the end, it gradually increases along the axial direction of the shaft portion,
The fluid bearing for a spindle motor according to any one of claims 1 to 9, wherein:
前記請求項1乃至10のいずれか1項に記載の流体軸受を有するスピンドルモータ。A spindle motor having a hydrodynamic bearing according to any one of claims 1 to 10. 前記請求項11に記載のスピンドルモータを有するディスク駆動装置。A disk drive comprising the spindle motor according to claim 11.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100942042B1 (en) * 2008-06-10 2010-02-11 동양기전 주식회사 Bearing bush

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