JP2004019705A

JP2004019705A - スピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置

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Publication number: JP2004019705A
Application number: JP2002172287A
Authority: JP
Inventors: Shinya Tokunaga; 徳永　晋也; Kaoru Uenosono; 上之園　薫
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: CN1233081C; CN1469529A; JP3828457B2; US20030230943A1; US6914358B2

Abstract

【課題】小型化並びに薄型化を可能とし、負圧に起因する気泡及びロータの過浮上の発生を防止すると共に、軸受部の接触及び摺動の発生を抑制する。
【解決手段】軸受部材の開口端側端面とロータの平坦面との間に、オイルに対して半径方向内方側に作用する圧力を付与する形状の動圧発生溝が設けられたスラスト軸受部が形成され、軸受穴の内周面とシャフトの外周面との間に、オイルに対して軸線方向両側から作用する圧力を付与する形状の動圧発生溝が設けられたラジアル軸受部が形成される。軸受部材には、一方がスラスト軸受部の半径方向内方に開口すると共に、軸受穴の内周面とシャフトの外周面との間に形成される軸受隙間の軸線方向両端部に連通し、この軸受隙間内の圧力の均衡をはかる連通孔が形成されている。
【選択図】　　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルを作動流体とする動圧軸受を使用するスピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハードディスク等の記録ディスクを駆動するディスク駆動装置において使用されるスピンドルモータの軸受として、シャフトとスリーブ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の一例を図１に示す。この従来の動圧軸受を使用するスピンドルモータは、ロータａと一体をなすシャフトｂの外周面と、このシャフトｂが回転自在に挿通されるスリーブｃの内周面との間に、一対のラジアル軸受部ｄ，ｄが軸線方向に離間して構成され、またシャフトａの一方の端部外周面から半径方向外方に突出するディスク状スラストプレートｅの上面とスリーブｃに形成された段部の平坦面との間並びにスラストプレートｅの下面とスリーブｃの一方の開口を閉塞するスラストブッシュｆとの間に、一対のスラスト軸受部ｇ，ｇが構成されている。
【０００４】
シャフトｂ並びにスラストプレートｅとスリーブｃ並びにスラストブッシュｆとの間には、一連の微小間隙が形成され、これら微小間隙中には、潤滑流体としてオイルが途切れることなく連続して保持されており、シャフトｂの外周面とスリーブｃの内周面との間に形成される間隙の上端部開口（スリーブｃの他方の開口）に設けられたテーパシール部ｈ内でのみ空気に露出している（このようなオイル保持構造を、以下「フルフィル構造」と記す）。
【０００５】
また、ラジアル軸受部ｄ，ｄ及びスラスト軸受部ｇ，ｇには、一対のスパイラルグルーブを連結してなるヘリングボーングルーブｄ１，ｄ１及びｇ１，ｇ１が形成されており、ロータａの回転に応じて、スパイラルグルーブの連結部が位置する軸受部の中央部で最大動圧を発生させ、ロータａに作用する荷重を支持している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
フルフィル構造の動圧軸受では、ロータａが回転を始めると、オイルは動圧発生溝ｄ１，ｄ１及びｇ１，ｇ１によるポンピングで、各ラジアル軸受部ｄ，ｄ及びスラスト軸受部ｇ，ｇの中心部側に引き込まれ、軸受の中心部で流体動圧が極大となる反面、軸受の端部側では、オイルの内圧が低下する。すなわち、シャフトｂの外周面とスリーブｃの内周面との間の領域のうち、一対のラジアル軸受部ｄ，ｄ間に保持されるオイル及びスラストプレートｅの周囲の領域のうち、スラスト軸受部ｇ，ｇ間に位置するスラストプレートの外周部付近に保持されるオイルは、動圧発生溝ｄ１，ｄ１及びｇ１，ｇ１のポンピングに応じてオイルの内圧が低下し、やがて大気圧以下まで低下して負圧となる。
【０００７】
オイル内に負圧が生じると、例えばオイルの充填作業時等にオイル内に溶け込んだ空気が気泡化して現れ、やがて温度上昇等によって気泡が体積膨張し、オイルを軸受外部へと漏出させるといったスピンドルモータの耐久性や信頼性に影響する問題、あるいは動圧発生溝が気泡と接触することによる振動の発生やＮＲＲＯ（非繰り返し性振れ成分）の悪化といったスピンドルモータの回転精度に影響する問題が発生する。
【０００８】
加えて、加工誤差等に起因して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の半径方向の隙間寸法が軸線方向下端部側が上端部側よりも広く形成された場合等、ラジアル軸受部ｄ，ｄで動圧発生溝ｄ１，ｄ１のポンピングにアンバランスが生じた場合には、スリーブの内周面とシャフトの外周面との間に保持されたオイルは軸線方向上端部の圧力が軸線方向下端部よりも高圧となることから、軸線方向上端部側から下端部側に圧力が伝播され、スラストプレートの下面とスラストブッシュとの間に保持されるオイルの内圧が必要以上に高まり、ロータが所定量以上浮上する過浮上が発生する。
【０００９】
ロータに過浮上が発生すると、スラストプレートとスリーブとの接触による摩耗が発生し、軸受の耐久性並びに信頼性を損なう原因となる。加えて、ハードディスク駆動用のスピンドルモータの場合、ハードディスクの高容量化にともない、ハードディスクの記録面と磁気ヘッドとが極めて近接配置されていることから、ハードディスクと磁気ヘッドとの接触による破壊が発生する懸念がある。
【００１０】
本発明は、小型化並びに薄型化が可能で、負圧に起因する気泡及びロータの過浮上の発生を防止すると共に、軸受部の接触及び摺動の発生を抑制することができるスピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シャフトと、該シャフトが挿通される軸受穴と該シャフトの端面と軸線方向に対向する閉塞端面を有する一方開口の円筒状軸受部材と、該シャフトとともに回転するロータとを備えてなるスピンドルモータであって、前記ロータは、前記シャフトの外周面から半径方向外方に延伸する円周状平坦面を有し、前記ロータの平坦面及び前記シャフトと前記軸受部材との間には、オイルで満たされた一連の軸受隙間が形成され、前記軸受部材の開口端側端面と前記ロータの平坦面との間には、前記ロータの回転時に前記オイルに対して半径方向内方側に作用する圧力を付与する形状の動圧発生溝が設けられたスラスト軸受部が形成され、前記軸受穴の内周面と前記シャフトの外周面との間には、前記ロータの回転時に前記オイルに対して軸線方向両側から作用する圧力を付与する形状の動圧発生溝が設けられたラジアル軸受部が形成されており、前記軸受部材には、その一方が前記スラスト軸受部の半径方向内方に開口すると共に、前記軸受穴の内周面と前記シャフトの外周面との間に形成される軸受隙間の軸線方向両端部に連通し、当該軸受隙間内の圧力の均衡をはかる連通孔が形成されている。
【００１２】
この構成は、フルフィル構造の動圧軸受を用いたスピンドルモータにおいて、負圧並びに過浮上の発生を防止することを可能とするものである。
【００１３】
すなわち、連通孔によって軸受穴の内周面と前記シャフトの外周面との間に形成される軸受隙間の軸線方向両端部を連通し、オイルを流通可能にすることで、ラジアル軸受部に設けられる動圧発生溝の寸法公差や軸受穴内周面あるいはシャフト外周面の加工誤差等に起因して、軸受部材の内周面とシャフトの外周面との間に保持されるオイルの軸線方向上下端部に圧力差が生じた場合も、連通孔を通じて圧力差が補償され、オイル内の負圧やロータの過浮上の発生が防止される。
【００１４】
また、オイル内の圧力補償を、スラスト軸受部によって圧力的に密封された領域内で行うことで、モータの減速時等に発生するオイルの圧力低下を緩やかなものとし、軸受部の接触や摺動を抑制することが可能となり、信頼性及び耐久性を高く維持することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスピンドルモータにおいて、前記スラスト軸受部には、前記動圧発生溝としてポンプイン形状のスパイラル溝が設けられており、また前記ラジアル軸受部は、前記シャフトの外周面と前記軸受穴の内周面との間に軸線方向に離間して一対構成されていると共に、該一対のラジアル軸受部のうち少なくともいずれか一方のラジアル軸受部には、前記動圧発生溝として前記オイルを前記軸受部材の開口端側から閉塞端側へと押圧する軸線方向にアンバランスな形状のヘリングボーン溝が設けられている。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のスピンドルモータにおいて、前記軸受部材は、前記軸受穴が設けられた中空円筒状のスリーブと該スリーブを保持する一方の端部が閉塞されたカップ状の軸受ハウジングとからなり、前記スラスト軸受部は、該軸受ハウジングの他方の端部側端面と前記ロータの平坦面との間に形成されると共に、前記連通孔は、該スリーブの外周面に形成された軸線方向溝と該軸受ハウジングの内周面とによって構成される。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のスピンドルモータにおいて、前記ロータには前記平坦面から垂下し且つ前記軸受ハウジングの外周面と間隙を介して半径方向に対向する円筒壁が設けられ、また前記軸受ハウジングの外周面には、前記ロータの平坦面から離れるにしたがって外径が縮径するようテーパ面が設けられ、前記オイルは該テーパ面と該円筒壁の内周面との間でメニスカスを形成して保持されている。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のスピンドルモータにおいて、前記軸受ハウジングには、前記テーパ面に連続して外周面が半径方向内方に凹陥する段部が設けられており、前記ロータの円筒壁の内周面には、該段部に対応して半径方向内方に突出する環状部材が固着され、該段部と該環状部材とが係合することで、前記ロータの抜け止めが構成されており、また該環状部材の上面と該段部の下面との間には、前記軸受ハウジングのテーパ面と前記ロータの円筒壁の内周面との間に形成される半径方向の間隙の最小の隙間寸法よりも小な微小間隙が形成されておりラビリンスシールとして機能する。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のスピンドルモータにおいて、前記ロータは、前記軸受部材の閉塞端面側に向かって軸線方向に作用する磁気力によって付勢されている。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有すると共に、前記スピンドルモータとして、請求項１乃至６のいずれかに記載したスピンドルモータを備えている。
【００２１】
尚、請求項１以外の請求項に記載する発明は、本発明の実施形態に即した構成に関するものであり、重複した記載を避けるために、各請求項に係る発明の構成による作用効果並びにその原理に関しては、下記発明の実施の形態及び発明の効果において詳述する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置の斯く実施形態について図２乃至図４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。尚、本実施形態の説明では便宜上各図面の上下方向を「上下方向」とするが、スピンドルモータの実際の取付状態における方向を限定するものではない。
【００２３】
（１）スピンドルモータの構成
図２及び図３に図示されるごとく、本発明の実施形態に係るスピンドルモータは、ロータハブ２ａと、このロータハブ２ａの回転中心に同軸状に設けられたシャフト２ｂとから構成されるロータ２と、ブラケット４に設けられた円形ボス部４ａに固着された円筒状のハウジング６とこのハウジング６内に取付けられた同じく中空円筒状のスリーブ８とを有する。ロータハブ２ａの外周部には、ハードディスク等の記録ディスク（図４においてディスク板５２として図示する）が載置されるフランジ状のディスク載置部２ｃが設けられ、このディスク載置部２ｃの下面側には、ヨーク１０が装着される。このヨーク１０の内周面にはロータマグネット１２が接着等の手段によって取付けられている。また、円形ボス部４ａの外周面にはこのロータマグネット１２と半径方向に対向してステータ１４が固着される。
【００２４】
ハウジング６は、薄板状の金属材をプレス加工することで下方側が閉塞された略カップ状の形状を有している。
【００２５】
スリーブ８には、中心部に軸線方向に貫通する貫通孔（軸受穴）が設けられており、シャフト２ｂは、この貫通孔に挿通されている。シャフト２ｂの外周面は、スリーブ８の内周面と間隙を介して半径方向に対向し、またシャフト２ｂの端面は、ハウジング６の閉塞端部６ａの内面と間隙を介して軸線方向に対向している。スリーブ８は、その上方側の端面がハウジング６の上方側の端面と略同一の高さ位置となり、またその下方側の端面が、ハウジング６の閉塞端部６ａの内面と隙間を介して軸線方向に対向するよう取付けられている。更に、ハウジング６及びスリーブ８の上方側の端面は、ロータハブ２ａの円周状の下方側面（平坦面）と間隙を介して軸線方向に対向している。
【００２６】
これらハウジング６並びにスリーブ８の上方側の端面とロータハブ２ａの下方側面との間に形成される間隙と、スリーブ８の内周面とシャフト２ｂの外周面との間に形成される間隙と、ハウジング６の閉塞端部６ａの内面とシャフト２ｂの端面との間に形成される隙間及びこれに隣接するスリーブ８の下方側の端面とハウジング６の閉塞端部６ａの内面との間に形成される隙間（これらの各隙間並びに後述する連通孔９内に形成される隙間を合わせて、以下「軸受隙間」と記載する）とは全て連続している。これら連続する各隙間には、オイルが途切れることなく連続して保持されており、フルフィル構造の軸受を構成している。
【００２７】
更に、スリーブ８の外周面には、その上方側の端面から下方側の端面に至る軸線方向溝８ａが設けられており、このような構成のスリーブ８がハウジング６の内周面に取付けられることで、軸線方向溝８ａとハウジング６の内周面とによって、連通孔９が形成される。この連通孔９内にもオイルが保持されており、スリーブ８の内周面とシャフト２ｂの外周面との間に形成される間隙に保持されるオイルは、ハウジング６及びスリーブ８の上方側の端面とロータハブ２ａの下方側面との間に形成される間隙とスリーブ６の下方側の端面とハウジング６の閉塞端部６ａの内面との間に形成される隙間並びに連通孔９を介して連通する。尚、連通孔９を通じてのオイルの圧力補償に関しては後に詳述する。
【００２８】
ハウジング６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その上端面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６ｂが設けられている。また、ロータハブ２ａには、下方側面の半径方向外端部にブラケット４側に垂下する周壁部２ｄが設けられている。この周壁部２ｄの内周面とフランジ部６ｂの外周面とは、非接触状態で半径方向に対向している。
【００２９】
この周壁部２ｄの内周面とフランジ部６ｂ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６ｂの外周面が上記のとおり傾斜面状に形成されることで、ブラケット４側（周壁部２ｄの先端部方向）に向かってテーパ状に漸増する。すなわち、この周壁部２ｄの内周面とフランジ部６ｂの外周面とが協働してテーパシール部１６を構成している。上述した各間隙内に保持されるオイルは、このテーパシール部１６のみにおいて、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。
【００３０】
テーパシール部１６は、オイルリザーバとして機能し、テーパシール部１６内に保持されるオイル量に応じて界面の形成位置が適宜移動可能である。従って、テーパシール部１６内に保持されるオイルが、オイル保持量の減少にともない後に説明する軸受部に供給されると共に、熱膨張等によって体積が増大した分のオイルは、このテーパシール部１６内に収容される。
【００３１】
このように、ハウジング６のフランジ部６ｂの外周面とロータハブ２ａの周壁部２ｄの内周面間にテーパ状間隙を形成し、表面張力を利用したテーパシール部１６を構成することで、テーパシール部１６がより大径となると共に、テーパシール部１６の軸線方向寸法も比較的に大とすることができる。従って、テーパシール部１６内の容積が増大し、フルフィル構造の動圧軸受に多量に保持されるオイルの熱膨張に対しても十分に追随可能となる。
【００３２】
周壁部２ｄのテーパシール部１６よりも先端部には、接着等の手段によって環状の抜止めリング１８が固着されている。この抜止めリング１８がフランジ部６ｂの下部に対して非接触状態で嵌り合うことで、ハウジング６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、ハウジング６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、後に詳述する一対のラジアル軸受部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、相互に対向するシャフト２ｂの外周面とスリーブ８の内周面との軸線方向の高さ寸法全体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。
【００３３】
抜止めリング１８の上面とフランジ部６ｂの下面並びに抜止めリング１８の内周面とハウジング６の外周面とは、テーパシール部１６に連続し且つテーパシール部１６の半径方向の間隙の最小の隙間寸法よりも小な隙間寸法を有する間隙を介して対向している。
【００３４】
抜止めリング１８の上面とフランジ部６ｂの下面との間に規定される軸線方向の間隙並びに抜止めリング１８の内周面とハウジング６の外周面との間に形成される半径方向の隙間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、これら抜止めリング１８とハウジング６との間の間隙における空気の流速とテーパシール部１６に規定される半径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お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。
【００３５】
このように、テーパシール部１６に連続してラビリンスシールを設けることで、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、オイル保持量の低下を防止して、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。
【００３６】
（２）軸受部の構成
図３（ａ）はスリーブ８の断面図であり、これに図示される如く、スリーブ８の内周面には、その上端側に、ロータ２の回転時にオイルに流体動圧を誘起するために、回転方向に対して相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状のヘリングボーングルーブ２０ａが形成されており、シャフト２ｂの外周面との間で上部ラジアル軸受部２０が構成される。
【００３７】
上部ラジアル軸受部２０のヘリングボーングルーブ２０ａは、上方側に位置するスパイラル溝部が下方側に位置するスパイラル溝部よりも軸線方向寸法が大に形成されており、ロータ２の回転に応じて、軸受部の中心から下方側に偏倚した部位で動圧の極大点が発生すると同時に、オイルを下方側に押し込む圧力が生じるよう形成されている。この押し込み圧によって、上部ラジアル軸受部２０よりも下方側に位置する間隙内に保持されるオイルの内圧が大気圧以上に保たれる。
【００３８】
また、スリーブ８の内周面には、その下端側に、ロータ２の回転時にオイルに流体動圧を誘起するために、回転方向に対して相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状のヘリングボーングルーブ２２ａが形成されており、シャフト２ｂの外周面との間で下部ラジアル軸受部２２が構成される。
【００３９】
下部ラジアル軸受部２２に形成されるヘリングボーングルーブ２２ａは、各スパイラルグルーブが実質的に同等のポンピング力を発生するよう、軸線方向の寸法、回転方向に対する傾斜角あるいは溝幅や深さといった溝諸元が同一となるよう設定される、つまり、各スパイラルグルーブが連結部に対して線対称になるよう設定されている。従って、下部ラジアル軸受部２２では、軸受部の軸線方向中央部において最大動圧が現れる。
【００４０】
更に、詳細には図示していないが、ハウジング６の上端側の端面には、ロータ２の回転時にオイルに対して半径方向内方（シャフト２ｂ側）に向かう圧力を誘起するポンプインのスパイラルグルーブ２４ａが形成されており、ロータハブ２ａの下方側面との間でスラスト軸受部２４が構成される。
【００４１】
尚、シャフト２ｂの自由端部側端面とハウジング６の閉塞端部６ａの内面とは、後に詳述するとおり、スラスト軸受部２４のスパイラルグルーブ２４ａによって高められたオイルの内圧を利用する、静圧軸受部として機能する。
【００４２】
（３）軸支持方法
次に、上記のとおり構成された各軸受部による軸支持方法について詳述する。
【００４３】
上部及び下部ラジアル軸受２０，２２では、ロータ２の回転にともない、ヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａによるポンピング力が高まり、流体動圧が生じる。上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２における圧力分布は、ヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａの両端側から急激に高まり、各スパイラルグルーブの連結部付近において極大となる。この上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２で発生する流体動圧を用いて、ロータ２がスリーブ８及びシャフト２ｂの軸線方向上下部から支持され、ロータ２の調芯作用及び倒れに対する復元作用を担っている。
【００４４】
スラスト軸受部２４では、ロータ２の回転にともない、ポンプインのスパイラルグルーブ２４ａによって、オイルに半径方向内方に向かう圧力が誘起される。この半径方向内方に向かう圧力によって、オイルの内圧が高められ、ロータ２の浮上方向に作用する流体動圧が発生すると共に、スラスト軸受部２４よりも軸受隙間の奥側（閉塞端部６ａ側）に保持されるオイル全体の圧力が正圧に保たれることとなる。尚、スラスト軸受部２４で誘起される流体動圧は、上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２のように急激に高まることはなく、最大でも大気圧を幾分上回る程度である。このスラスト軸受部２４で発生する半径方向内方に向かう圧力によって、スラスト軸受部２４よりも軸受隙間の奥側に保持されているオイルは、圧力的に実質上密封された状態となる。
【００４５】
また、上部ラジアル軸受部２０に形成されるヘリングボーングルーブ２０ａを軸線方向に非対称な形状とし、オイルに対して下方側へと押圧する動圧を発生することで、その軸受部の中心部から幾分下部ラジアル軸受部２２側に偏倚した部位で極大となる動圧を発生し、シャフト２ｂを軸線方向上方から支持すると共に、上部ラジアル軸受部２０と下部ラジアル軸受部２２との間の領域の圧力が大気圧以上の正圧に保たれ、負圧の発生が防止される。
【００４６】
尚、上記のとおり、スラスト軸受部２４で発生する圧力は、大気圧を幾分上回る程度であり、これのみでロータ２を十分に浮上させるのは困難である。しかしながら、上述のとおりシャフト２ｂの端面とハウジング６閉塞端部６ａの内面との間に保持されたオイルの内圧も、連通孔９を通じてスラスト軸受部２４で誘起される流体動圧によって高められたオイルの内圧と同等の圧力となるよう伝播されるので、静圧軸受部として機能する。これらスラスト軸受部２４と静圧軸受部との協働によって、ロータ２を十分に浮上させることが可能となる。
【００４７】
また、ブラケット４のロータマグネット１２との対向位置に強磁性材からなる環状のスラストヨーク２６を配置し、ロータマグネット１２とスラストヨーク２６との間で軸線方向の磁気吸引力を発生させることで、スラスト軸受部２４及びシャフト２ｂの端面とハウジング６閉塞端部６ａの内面との間の静圧軸受部で発生するロータ２の浮上圧とバランスさせて、ロータ２のスラスト方向の支持を安定させている。このようなロータ２に対する磁気的な付勢は、例えば、ステータ１４とロータマグネット１２との磁気的中心を軸線方向に相違させることによっても作用させることが可能である。
【００４８】
（４）連通孔の構成及び作用
スリーブ８の外周面に設けられる軸線方向溝８ａは、断面形状が略矩形状あるいは三角形状又は半円状となるようプレス加工あるいは切削加工により形成されている。
【００４９】
図３（ｂ）に図示する如く、スリーブ８がハウジング６の内周面に取付けられると、ハウジング６の内周面と軸線方向溝８ａとの間に、スリーブ８の軸線方向上端部から下端部を連続する連通孔９が規定される。連通孔９内には、上述したとおり一連の軸受間隙内に保持されるオイルに連続してオイルが保持されている。また、連通孔９内に保持されるオイルの内圧は、各軸受部に保持されるオイルの内圧とバランスしている。
【００５０】
上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２が構成されるスリーブ８の内周面とシャフト２ｂの外周面との間に形成される微小間隙が所定の寸法を維持している場合、あるいは、ヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａが所定の精度を維持して形成されている場合には、各軸受部に保持されるオイルは少なくともスラスト軸受部２４で発生する圧力と等価となり、オイルの内圧が負圧となることはない。
【００５１】
しかし、スリーブ８の内周面又はシャフト２ｂの外周面の加工誤差によって、スリーブ８の内周面とシャフト２ｂの外周面との間に形成される微小間隙が、その軸線方向上端部側が下端部側よりも広く形成されると、下部ラジアル軸受部２２側の発生する動圧が上部ラジアル軸受部２０で発生する動圧を上回り、軸線方向下方側から上方側へと向かうオイルの流動が発生して、ハウジング６の閉塞端部６ａ側、すなわち軸受隙間の奥側に保持されているオイルの内圧が負圧となる懸念がある。また、スリーブ８の内周面とシャフト２ｂの外周面との間に形成される微小間隙が、その軸線方向上端部側が下端部側よりも狭く形成された場合には、上部ラジアル軸受部に設けられたヘリングボーングルーブ２２ａの発生する動圧が所定圧以上となり、シャフト２ｂの端面とハウジング６の閉塞端部６ａの内面との間で負圧が発生し、また、オイルが軸線方向上端部側から下端部側へと流動する場合は、シャフト２ｂの端面とハウジング６の閉塞端部６ａの内面との間のオイルの内圧が必要以上に高まってロータ２の過浮上が発生する懸念がある。
【００５２】
これに対し、連通孔９を設けることで、スラスト軸受部２４で発生した圧力が幾分減衰はされるものの、ハウジング６の閉塞端部６ａ側に保持されるオイルへと伝播されるので、通常状態では、この領域でオイルの内圧が負圧となることはない。
【００５３】
また、上部ラジアル軸受部２０に設けられるヘリングボーングルーブ２０ａを軸線方向に非対称な形状とし、オイルに対して下方側へと押圧する動圧を発生することで、上部ラジアル軸受部２０と下部ラジアル軸受部２２との間の領域の圧力が大気圧以上の正圧に保たれ、負圧の発生が防止されると共に、ヘリングボーングルーブ２０ａの発生する押圧力によって、オイルは常に下部ラジアル軸受部２２、スリーブ８の下端側の端面とハウジング６の閉塞端部６ａの内面との間から連通孔９、更にスリーブ８の上端側の端面とロータハブ２ａの下方側面との間を経て、シャフト２ｂの外周面及びスリーブ８の内周面の軸線方向上端部側へと流動し、また上部ラジアル軸受部２０へと環流するよう加圧され、一連の循環路が形成される。
【００５４】
これにより、軸受隙間内のオイルが常に一定方向に流動することとなり、圧力の均衡が図られるので、負圧による気泡の発生やロータ２の過浮上の発生が防止されると共に、加工誤差に対する許容範囲が格段に拡大するので、歩留まりが改善される。ところで、下部ラジアル軸受部２２側で発生する流体動圧の最大圧力が上部ラジアル軸受部２０で発生する押し込み圧を上回るほどに加工誤差が大きくなった場合でも、その差圧によって、オイルは上記とは逆の方向に流動して同じく循環路が形成されるので、圧力差は解消される。
【００５５】
尚、連通孔９の一端がスラスト軸受部２４よりも半径方向内方側に開口するよう配置することで、大気圧よりも高圧な領域内でオイルの圧力が一定に保たれるようになる。このように、スラスト軸受部２４によって、これよりも軸受部の奥側は圧力的に密封された状態となる。
【００５６】
例えば、連通孔９の一端を軸受部とテーパシール部との間に開口した場合も、モータの定常回転時等軸受部で所定の動圧が発生している間は十分な支持剛性が得られているため、軸受部の接触や摺動が発生する可能性は低い。しかし、モータの停止時等モータの回転速度が低下すると、連通孔９の一端が圧力的に密封された領域以外の部分、すなわち、オイルの圧力が大気圧と同等もしくはそれ以下の領域に開口していることで、軸受部内で高く維持されていたオイルの圧力が、連通孔９の開口部分のオイルの圧力との差圧によって急激に低下することとなる。
【００５７】
このように軸受部内の圧力が急激に低下することで、ロータ２は容易に触れ回ったり偏心したりして、シャフト２ｂやスリーブ８等軸受部を構成する部材に接触や摺動が発生することとなる。これは、ロータハブ２ａに載置される記録ディスクを含むロータ２の重量アンバランス、モータを構成する部材の加工や組立公差あるいはステータ１４とロータマグネット１２との間に作用する磁気力のアンバランス等が原因と考えられるが、このような軸受部の接触や摺動がモータが停止する度に繰り返されることで、軸受部を構成する部材の摩耗や損傷が顕著となり、モータの信頼性や耐久性を低下させる。
【００５８】
これに対し、連通孔９をスラスト軸受部２４の半径方向内方に開口させることで、モータが完全に停止する直前までスパイラルグルーブ２４ａによるポンピングが作用し、オイルには半径方向内方側に作用する流体動圧が誘起され続ける。従って、スラスト軸受部２４が圧力的な隔壁として働くので、軸受部内の圧力の低下が緩やかになり、軸受部を構成する部材の接触や摺動が緩和され、モータの信頼性や耐久性の低下が抑制される。
【００５９】
（５）ディスク駆動装置の構成
図４に、一般的なディスク駆動装置５０の内部構成を模式図として示す。ケーシング５１の内部は塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板５３が装着されたスピンドルモータ５２が設置されている。加えてケーシング５１の内部には、ディスク板５３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構５７が配置され、このヘッド移動機構５７は、ディスク板５３上の情報を読み書きするヘッド５６、このヘッドを支えるアーム５５及びヘッド５６及びアーム５５をディスク板５３上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部５４により構成される。
【００６０】
このようなディスク駆動装置５０のスピンドルモータ５２として上記実施形態のスピンドルモータを使用することで、ディスク駆動装置５０の薄型化並びに低コスト化を可能にすると同時に、スピンドルモータの安定性や信頼性及び耐久性が改善されるので、より信頼性の高いディスク駆動装置とすることができる。
【００６１】
以上、本発明に従うスピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置の一実施形態について説明したが、本発明は係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。
【００６２】
例えば、スリーブ８の下端側の端面をハウジング６の閉塞端部６ａの内面に当接させ、スリーブ８の下端側の端面に、その内周面と軸線方向溝８ａとに連続する半径方向溝を設け、オイルの連通をはかることも可能である。
【００６３】
また、スリーブ８は、アルミニウム系の材料、銅系材料、ステンレス綱といった無垢の金属材あるいは銅粉末や鉄粉末等を焼結しオイルを含浸した多孔質の含油焼結金属材等から適宜選択して使用可能である。
【００６４】
とりわけ、スリーブ８を多孔質の含油焼結金属材から形成した場合には、焼結金属材内の空孔を通じて、スリーブの内周面とシャフトの外周面との間に保持されるオイルの軸線方向両端部と連通孔とが連通可能になる。すなわち、ハウジングに対するスリーブの装着状態に対する配慮が緩和され、設計の自由度が拡大する。
【００６５】
更に、上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２に形成される動圧発生溝は、オイルに対して常に一方向に向かう流動を誘起するよう配置されることが重要であり、上記実施形態では、上部ラジアル軸受部２０の動圧発生溝を軸線方向に非対称な形状のヘリングボーングルーブ２０ａとし、下部ラジアル軸受部２２の動圧発生溝を軸線方向に対称な形状のヘリングボーングルーブ２２ａとしているが、上部ラジアル軸受部２０の動圧発生溝を軸線方向に対称な形状のヘリングボーングルーブとし、下部ラジアル軸受部２２の動圧発生溝を軸線方向に非対称な形状のヘリングボーングルーブとして、オイルに対して押し込み圧を付与することも可能である。
【００６６】
尚、上部ラジアル軸受部２０又は下部ラジアル軸受部２２の動圧発生溝として軸線方向に非対称なヘリングボーングルーブを用いるのは、オイルが常に一定方向に流動するよう押し込み圧を付与しておくことで、スリーブ８の内周面等に加工誤差が生じた場合でも、これを許容し安定して支持することができるよう、設計上余裕を持たせておくことを主な目的とするものである。従って、上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２ともに軸線方向に対称なヘリングボーングルーブを設けた場合であっても、オイルに対してはスラスト軸受部２４に設けられたポンプインのスパイラルグルーブ２４ａによって押し込み圧が付与可能であることから、上部及び下部ラジアル軸受部２０，２２の少なくともいずれかの動圧発生溝を必ず非対称なヘリングボーングルーブとする必要はない。
【００６７】
加えて、上記実施形態では、閉塞端部６ａをハウジング６と一体に形成した構成を例示しているが、ハウジング６を中空円筒状とし、一方の端部をハウジング６とは別の部材からなる閉塞部材によって閉塞した構成とすることも当然に可能である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１のスピンドルモータによれば、オイル内の負圧の発生やロータの過浮上の発生を防止することが可能になると共に、軸受部を構成する部材の接触や摺動が抑制され、スピンドルモータの信頼性や耐久性を高く維持することが可能になる。
【００６９】
請求項２に記載のスピンドルモータによれば、フルフィル構造の軸受においても軸受部内のオイルを正圧に保つことができる。
【００７０】
請求項３に記載のスピンドルモータによれば、加工の困難性をともなうことなく連通孔を形成することが可能になり、モータのコスト増を抑制することができる。
【００７１】
請求項４に記載のスピンドルモータによれば、シール部の容積が増大しモータの信頼性や耐久性を向上することができる。
【００７２】
請求項５に記載のスピンドルモータによれば、オイルミストによる軸受外部へのオイルの流出をより効果的に防止することができる。
【００７３】
請求項６に記載のスピンドルモータによれば、ロータをより効率的且つ安定して支持することができる。
【００７４】
請求項７に記載のディスク駆動装置によれば、薄型化並びに低コスト化を可能にすると同時に、スピンドルモータの安定性や信頼性及び耐久性が改善されるので、より信頼性の高いディスク駆動装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】本発明の実施形態に係るスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、図２に図示するスピンドルモータのスリーブの構成を拡大して示す部分拡大断面図であり、また（ｂ）は、図２に図示するスピンドルモータの軸受部の構成を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図４】ディスク駆動装置の内部構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
２　ロータ
２ａ　シャフト
６　ハウジング
８　スリーブ
９　連通孔
２０，２２　ラジアル軸受部
２４　スラスト軸受部

Claims

シャフトと、該シャフトが挿通される軸受穴と該シャフトの端面と軸線方向に対向する閉塞端面を有する一方開口の円筒状軸受部材と、該シャフトとともに回転するロータとを備えてなるスピンドルモータであって、
前記ロータは、前記シャフトの外周面から半径方向外方に延伸する円周状平坦面を有し、
前記ロータの平坦面及び前記シャフトと前記軸受部材との間には、オイルで満たされた一連の軸受隙間が形成され、
前記軸受部材の開口端側端面と前記ロータの平坦面との間には、前記ロータの回転時に前記オイルに対して半径方向内方側に作用する圧力を付与する形状の動圧発生溝が設けられたスラスト軸受部が形成され、
前記軸受穴の内周面と前記シャフトの外周面との間には、前記ロータの回転時に前記オイルに対して軸線方向両側から作用する圧力を付与する形状の動圧発生溝が設けられたラジアル軸受部が形成されており、
前記軸受部材には、その一方が前記スラスト軸受部の半径方向内方に開口すると共に、前記軸受穴の内周面と前記シャフトの外周面との間に形成される軸受隙間の軸線方向両端部に連通し、当該軸受隙間内の圧力の均衡をはかる連通孔が形成されている、ことを特徴とするスピンドルモータ。
前記スラスト軸受部には、前記動圧発生溝としてポンプイン形状のスパイラル溝が設けられており、また前記ラジアル軸受部は、前記シャフトの外周面と前記軸受穴の内周面との間に軸線方向に離間して一対構成されていると共に、該一対のラジアル軸受部のうち少なくともいずれか一方のラジアル軸受部には、前記動圧発生溝として前記オイルを前記軸受部材の開口端側から閉塞端側へと押圧する軸線方向にアンバランスな形状のヘリングボーン溝が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
前記軸受部材は、前記軸受穴が設けられた中空円筒状のスリーブと該スリーブを保持する一方の端部が閉塞されたカップ状の軸受ハウジングとからなり、前記スラスト軸受部は、該軸受ハウジングの他方の端部側端面と前記ロータの平坦面との間に形成されると共に、前記連通孔は、該スリーブの外周面に形成された軸線方向溝と該軸受ハウジングの内周面とによって構成される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
前記ロータには前記平坦面から垂下し且つ前記軸受ハウジングの外周面と間隙を介して半径方向に対向する円筒壁が設けられ、また前記軸受ハウジングの外周面には、前記ロータの平坦面から離れるにしたがって外径が縮径するようテーパ面が設けられ、前記オイルは該テーパ面と該円筒壁の内周面との間でメニスカスを形成して保持されている、ことを特徴とする請求項３に記載のスピンドルモータ。
前記軸受ハウジングには、前記テーパ面に連続して外周面が半径方向内方に凹陥する段部が設けられており、前記ロータの円筒壁の内周面には、該段部に対応して半径方向内方に突出する環状部材が固着され、該段部と該環状部材とが係合することで、前記ロータの抜け止めが構成されており、また該環状部材の上面と該段部の下面との間には、前記軸受ハウジングのテーパ面と前記ロータの円筒壁の内周面との間に形成される半径方向の間隙の最小の隙間寸法よりも小な微小間隙が形成されており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４に記載のスピンドルモータ。
前記ロータは、前記軸受部材の閉塞端面側に向かって軸線方向に作用する磁気力によって付勢されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスピンドルモータ。
情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、
前記スピンドルモータは、請求項１乃至６のいずれかに記載したスピンドルモータである、ことを特徴とするディスク駆動装置。