JP2004056963A - Motor - Google Patents

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JP2004056963A
JP2004056963A JP2002213581A JP2002213581A JP2004056963A JP 2004056963 A JP2004056963 A JP 2004056963A JP 2002213581 A JP2002213581 A JP 2002213581A JP 2002213581 A JP2002213581 A JP 2002213581A JP 2004056963 A JP2004056963 A JP 2004056963A
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Japan
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dynamic pressure
shaft
sleeve
motor
radial dynamic
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Application number
JP2002213581A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuo Kodama
児玉 光生
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reliable motor wherein lubricant does not leak from radial dynamic pressure bearing portions even under gyro load testing, and the dynamic pressure does not drop and the NPRO performance is maintained for a long time. <P>SOLUTION: The radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B are formed of a shaft 9 and a sleeve 5. Annular projected portions 3A and 3B which are protruded in the inner face of a through hole 5D into which the shaft 9 is inserted are formed between the bearing portions 4A and 4B and the ends 9A and 9B of the shaft 9. Thus, plain bearing portions 30A and 30B consisting of the annular projected portions 3A and 3B and the shaft 9 are formed. A rotor 60 is rotatably supported in the radial direction by the plain bearing portions 30A and 30B and the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B. The ratio d/D of the axial width (d) of the projected portions 3A and 3B to the axial width D of the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B is controlled to a value not less than 0.03 and not more than 0.3. Further, the projected portions 3A and 3B are separated from each other, and their surface hardness is made higher than that of the sleeve 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受を備えたモータに係り、特にハードディスクドライブ用モータの軸受構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、パソコン等に多用されているハードディスクドライブ(以下HDD)には小型化や高容量化と共に多様な使用用途に耐え得る性能が要求されている。
これらの要求に対して、トラック密度や線密度を向上させると共に外部からの振動にも耐え、さらに非繰り返し精度(以下NRRO:Non Repeatitive Run Out)をより小さくする検討が重ねられている。
【0003】
そして、この様なHDDに搭載するスピンドルモータ(以下モータ)は、振動及び騒音の発生源となるために低振動と低騒音化が厳しく要求されており、この要求に対応するには、高速回転に不適で振動騒音が大きく、優れたNRRO特性が得られにくいボール軸受等のころがり軸受を用いては限界があることから、軸受に動圧軸受を採用したモータが使用され始めており好評を得ている。
【0004】
この動圧軸受を採用した従来のモータについて図7を用いて説明する。図7は部分断面図である。
このモータは、ステータ部100Aと、ロータ部200Aとで構成され、ステータ部100Aは、主としてベース100と、これに固定された環状ステータコア200とスリーブ105とからなる。ステータコア200には駆動コイル111が巻回されている。
ロータ部200Aは、環状マグネット107を固着したロータヨーク106と、磁気ディスク114と、軸109とを固定したロータハブ112とからなり、軸109がスリーブ105の貫通孔105Dに挿嵌されてステータ部100Aに対して回転自在に支持される。
【0005】
スリーブ105の貫通孔105D内面には、ヘリンボン状の動圧溝150A,150Bが軸方向に離れた位置に一対形成され、この動圧溝150A,150Bと軸109とでラジアル動圧軸受部104A,104Bが形成される。
軸109の図の下方先端部にはリング状のフランジ108が設けられている。
そして、スリーブ105の開口した下端部を封止するスラストプレート110と、上面及び下面にヘリンボン状の動圧溝(図示せず)が形成されたフランジ108と、スリーブ105とでスラスト動圧軸受部120が構成される。
また、図7の上方のラジアル動圧軸受部104Aとスラストプレート110間には潤滑油121が充填封止されている。
【0006】
この構成において、軸109が回転することで動圧溝150A,150Bと潤滑油121によってスラスト動圧軸受部120及びラジアル動圧軸受部104A,104Bに動圧が発生し、軸109は潤滑油121によって回転可能に支持される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可搬型端末への搭載に代表されるような多様な用途への適用性については、外部からの負荷を想定したジャイロ荷重試験でモータの性能が評価される。
このジャイロ荷重試験は、モータを定格の7200回転/分で回転させながら約8rad/秒の角速度でモータ全体を往復回転させる試験である。
【0008】
この試験で付加されるジャイロ荷重によって、動圧軸受の軸方向端部に荷重が発生して動圧溝部の凸部が摩耗し、動圧力の低下や充填封止した潤滑油の漏出が生じる。
従って、このジャイロ荷重試験に耐える高い信頼性を有するモータを提供することが重要な課題になっている。
【0009】
しかしながら、動圧軸受を使用した従来のモータでは、ジャイロ荷重試験によりジャイロ荷重を連続して1万回付加するとスリーブ内面のラジアル動圧軸受部が偏摩耗してしまう。
具体的には、動圧軸受部におけるスリーブの貫通孔内面の軸端部側が約2μm偏摩耗する。これにより、軸との隙間が広がって初期に6μmあったその部分の動圧溝深さが4μmとなってしまう。
そのため、潤滑油が漏出したり動圧が低下するという問題が発生していた。
また、NRROが悪化したり、性能が維持できる時間(信頼性維持時間)が短くなってしまうという問題があった。
【0010】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ラジアル動圧軸受部から潤滑油が漏出することがなく、動圧が低下せずに長時間NRRO性能が維持される高い信頼性を有するモータを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、請求項1は、軸9を固定したロータ60と、貫通孔5Dを設けたスリーブ5を固定したステータ50とを備え、前記軸9は前記貫通孔5Dに挿嵌され、前記ロータ60を、前記軸9と前記スリーブ5とからなるラジアル動圧軸受部4A,4Bによって前記ステータ50に対して回転自在にラジアル方向に支持したモータにおいて、前記ラジアル動圧軸受部4A,4Bと前記軸9の少なくとも一方の端部9Aとの間に、前記貫通孔5Dの内面に突出するリング状凸部3A,3Bを設けて該凸部3A,3Bと前記軸9とからなる滑り軸受部30A,30Bを形成し、前記ロータ60を、該滑り軸受部30A,30B及び前記ラジアル動圧軸受部4A,4Bによって回転自在にラジアル方向に支持する構成にしたことを特徴とするモータであり、
請求項2は、貫通孔5Dを設けたスリーブ5を固定したロータ60Aと、
軸9を固定したステータ50Aとを備え、
前記軸9は前記貫通孔5Dに挿嵌され、
前記ロータ60Aを、前記軸9と前記スリーブ5とからなるラジアル動圧軸受部4A,4Bによって前記ステータ50Aに対して回転自在にラジアル方向に支持したモータにおいて、
前記ラジアル動圧軸受部4A,4Bよりも前記軸9の端部側に、
前記貫通孔5Dの内面に突出するリング状凸部3A,3Bを設けて該凸部3A,3Bと前記軸9とからなる滑り軸受部30A,30Bを形成し、
前記ロータ60Aを、該滑り軸受部30A,30B及び前記ラジアル動圧軸受部4A,4Bによって回転自在にラジアル方向に支持する構成にしたことを特徴とするモータであり、
請求項3は、前記ラジアル動圧軸受部4A,4Bの軸方向の幅Dに対する前記凸部3A,3Bの軸方向の幅dの比率d/Dを0.03以上かつ0.3以下にしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のモータであり、
請求項4は、前記凸部3A,3Bを、該凸部3A,3Bを含んだ略リング状の部材として前記スリーブとは別体300A,300Bで形成すると共に、前記凸部3A,3Bの表面硬度を前記スリーブ5の表面硬度よりも高くしてあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のモータである。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図1〜図3,図5及び図6を用いて説明する。
図1は、本発明のモータの第1実施例を示す部分断面図であり、
図2は、本発明のモータの第1実施例における要部断面図であり、
図3は、本発明のモータの第1実施例における最要部の拡大断面図であり、
図3(a)は図2におけるM1部詳細であり、
図3(b)は図2におけるM2部詳細である。
図5は、本発明のモータの第1実施例における特性を説明する図であり、
図6は、本発明のモータの第2実施例における部分断面図である。
【0013】
第1実施例について、まず図1を用いて説明する。
このモータは、ステータ部50とロータ部60とからなる。
ステータ部50は主としてベース1,スリーブ5及びステータコア2で構成される。
ベース1には略円筒状に立設した壁部1aが設けられ、その内面に銅系材料からなる円筒状スリーブ5が圧入等で立設固定される。スリーブ5には貫通孔5Dが設けられている。
また、この壁部1aの外周面にはステータコア2が固定される。このステータコア2は図示しない複数の突極を有し、各突極には駆動コイル11がそれぞれ巻回される。
【0014】
一方、ロータ部60はロータハブ12,ロータヨーク6及びマグネット7で構成される。
ロータハブ12はステンレス系材料の略円筒状であり、磁気ディスク14を固定する円筒部12aとマグネット7を固着したロータヨーク6を固定するフランジ部12bとを有する形状とされる。
【0015】
このロータハブ12にはステンレス系材料からなる軸9が圧入固定されており、この軸9がスリーブ5の貫通孔5Dに挿嵌され、ロータ部60はラジアル動圧軸受部4A,4Bとスラスト動圧軸受部20とによりステータ部50に対して回転自在に支持される。
軸9の一方の端部9B(図1の下側)付近には、輪状のフランジ8が固定されている。
このフランジ8は、軸9と一体で形成してもよいものである。
マグネット7は円環状であり、ステータコア2の複数の突極(図示せず)と一定のギャップを保って対向配置される。
この構成において、ロータ部60は駆動コイル11の通電切り換えにより回転する。次にスラスト,ラジアルの各軸受について順次詳述する。
【0016】
(A)スラスト動圧軸受部について
このスラスト動圧軸受部20は、スリーブ5の下端部(図1の下側)に設けられる。
図2に詳細を示すように、スリーブ5の下端部は略階段状に開口しており、開口側から第1,第2,第3の棚部5A,5B,5Cが形成される。
そして、棚部5Cにはフランジ8が嵌合するが、この棚部5Cの軸方向深さは、フランジ8の厚さよりも所定の寸法大きく形成されている。
【0017】
さらに、第2の棚部5Bには円盤状のスラストプレート10が圧入で嵌着されスリーブ5の下側の開口を塞いでいる。
このスラストプレート10とフランジ8と棚部5Cとのそれぞれの隙間には所定の粘度を有する潤滑油21が充填される。
フランジ8の上面8a及び下面8b上にはヘリングボーン(魚骨)状の動圧溝(図示せず)が形成されている。
【0018】
スラスト動圧軸受部20は、フランジ8の上面8aと第3の棚部5Cの第3の棚面5Caと及びフランジ8の下面8bとスラストプレート10とで構成される。
この構成において、軸9が回転すると、フランジ8の上面8aとこれに対向する棚面5Caとの間において、この上面8aに設けた動圧溝と潤滑油21とによりフランジ8を下側に押す動圧が発生する。
【0019】
一方、フランジ8の下面8bとこれに対向するスラストプレート10との間において、下面8bに設けた動圧溝と潤滑油21とによりフランジ8を上側に押す動圧が発生する。
【0020】
これらの動圧は逆方向の大きさが等しい力であり、フランジ8を均等に付勢する。
その結果、静止している場合にスラストプレート10に当接していた軸9は、回転することでスラストプレート10から離れて回転自在にスラスト方向に支持される。
【0021】
(B)ラジアル動圧軸受部について
このラジアル動圧軸受部4A,4Bは、スリーブ5の貫通孔5D内周面の、軸方向に離れた2ヶ所に設けたヘリングボーン(魚骨)状動圧溝15A,15Bと軸9とで溝成される。
この動圧溝15A,15Bは深さ約6μmで形成される。また、この動圧溝15A,15Bはスリーブ5にではなく軸9の外周面に設けてもよいものである。
図1〜図4及び図6においては、スリーブ5に設けた動圧溝15A,15Bを便宜上軸9に描いている。
【0022】
スリーブ5の貫通孔5Dの内周面と軸9の外周面との隙間の、軸9の端部9A側のラジアル動圧軸受部4Aとスラストプレート10との間の範囲には、所定の粘性を有する潤滑油21が流動可能なように充填される。
【0023】
このラジアル動圧軸受部4A,4Bにおいて、軸9の回転時にスリーブ5の動圧溝15A,15Bと潤滑油21とによってラジアル方向の動圧を発生する。
このラジアル方向の動圧は、均等の力で軸9の外周面全体を軸心方向に押圧する。これにより軸9は、スリーブ5の貫通孔5Dに挿嵌して滑らかに回転することができる。
以上説明したスラスト及びラジアル動圧軸受により、ロータ部60はステータ部50に対して回転自在に支持される。
【0024】
ステータコア2に巻回された駆動コイル11に与える電力は、モータベース1の下側に設けたプリント基板17(図1参照)を介して図示しない外部駆動回路から供給される。
このプリント基板17としてフレキシブルプリント基板(FPC)を使用する。FPCのベースはポリイミド樹脂(PI)製で、可撓性を有しているのでモータベースに屈曲させて貼付することができる。そのベース上に配線パターンを銅箔で形成し、更に絶縁層がPIの薄膜の貼付あるいは絶縁塗料の印刷により形成される。
【0025】
ロータハブ12は、アルミニウムを鋳造又は切削により形成し、表面をバレル研磨した後、無電解ニッケルめっき処理(EDコート)される。
このEDコートにより、アルミの表面から発生してディスクやヘッド(いずれも図示せず)に損傷を与える微細粉末の数(Liquide ParticleCount:LPC)を低減することができる。
【0026】
単位体積あたりの大きさが0.5μm以上の微細粉末数については、EDコート無しでは10万個であるのに対し、電解コーティングでは5万個となり、さらにEDコートにより1万個に低減することが知られている。
従ってロータハブ12に無電解ニッケルめっき処理を施すことはLPCの低減に多大の効果があり好ましい処理である。
【0027】
第1実施例では、上述したラジアル動圧軸受部4A,4Bに加えてこれらの外側に一対の滑り軸受部30A,30Bを設けており、これについて以下に詳述する。
【0028】
(C)滑り軸受部について(図2,図3参照)
この滑り軸受部30A,30Bは、軸方向に幅dを有して軸心方向に突出してスリーブ5の貫通孔5D内周面に設けたリング状凸部3A,3Bと、軸9とで構成される。
従って、このリング状凸部3A,3Bと軸9の外周面との隙間は、ラジアル動圧軸受部4A,4B以外の部分の貫通孔5D内周面と軸9の外周面との隙間よりも狭くなるように約3〜5μmに設定されて形成される。
そして、この凸部3A,3Bと軸9との隙間には滑り軸受用途に最適な粘度の潤滑剤22が充填される。
【0029】
この滑り軸受部30A,30Bをラジアル動圧軸受部4A,4Bと併設し、両方の軸受部でロータ60を支持することにより、このモータにジャイロ荷重が印加されてもラジアル動圧軸受部4A,4Bが偏摩耗せず、また摩耗自体も少なくなって動圧の低下や潤滑油21の漏出が発生することがなく信頼性の高いモータが得られる。
【0030】
(D)比率d/Dについて(図5参照)
さらに発明者らは、ラジアル動圧軸受部4A,4Bの軸方向の幅D(図2参照)に対する、併設した滑り軸受部30A,30Bのリング状凸部3A,3Bの軸方向の幅dの比率についてその最適化を鋭意研究した結果、極めて高い信頼性と性能が得られる比率d/Dの範囲を見いだした。
これについて以下に詳述する。
【0031】
ラジアル動圧軸受部4A,4Bの幅Dを5mmとしてリング状凸部3A,3Bの幅dを数種類に変えた第1実施例のモータを作成してジャイロ試験に供し、信頼性維持時間と駆動電流とについて測定した。
その結果について、
▲1▼ 比率d/Dと、供試モータの信頼性維持時間との関係を図5(a)に、
▲2▼ 比率d/Dと、供試モータを駆動する電流との関係を図5(b)に示す。
ここでの信頼性維持時間とは、第1実施例の供試モータの所定性能が維持できなくなるまでの時間である。
また、駆動電流は、それが少ない程モータの軸ロスが少なく性能的に優れていることを示すものである。
【0032】
これらの結果から、比率d/Dを0.03以上にすることで信頼性時間が極めて長く維持され(約5000時間以上)、0.3以下にすることで駆動電流を十分に低く(約400mA以下)抑えることができることが判明した。
【0033】
リング状凸部3A,3Bの幅dを狭くすると、滑り軸受としての機能が不十分になり、ラジアル動圧軸受部4A,4Bへの負荷が増してジャイロ荷重に耐えられず信頼性維持時間が短くなる。
逆に幅dを大きくすると、寸法の制約からラジアル動圧軸受部4A,4Bの幅Dが狭くなり動圧力が減少して軸ロスが大きくなる(電流が増加する)。
このように、滑り軸受をラジアル動圧軸受と併設し、さらに比率d/Dを0.03以上かつ0.3以下にするのが最も好ましい形態である。
【0034】
また、この第1実施例のように一対のラジアル動圧軸受部4A,4Bを備えたモータにおいては、大きな負荷が加わるロータ側の幅Dを広く形成してもよい。
この場合は、隣接した滑り軸受部リング状凸部3A,3Bの幅dとラジアル動圧軸受部4A,4Bの幅Dとの比率が上述した関係になっていればよい。
【0035】
以上説明した第1実施例は、軸9がロータ部60に固定されて回転する構造のモータであるが、第2実施例として、軸9をベース1に固定してステータ部50Aとした構造のモータでもよい(図6参照)。
以下に、第2実施例の、第1実施例と異なる構成について説明する。
【0036】
この第2実施例は、ステータ部50Aとロータ部60Aとからなる。
ステータ部50Aは、主としてベース1,軸9及びステータコア2とで構成される。
ベース1にはほぼ中央に孔が設けられ、軸9が圧入等で立設固定される。
【0037】
一方、ロータ部60Aは、ロータハブ12,ロータヨーク6及びマグネット7で構成される。
ロータハブ12には、銅系材料からなる円筒状スリーブ5が圧入等で立設固定される。
このスリーブ5には貫通孔5Dが設けられており、この貫通孔5Dに軸9を挿嵌してロータ部60Aは、ラジアル動圧軸受部4A,4Bとスラスト動圧軸受部20とによりステータ部50Aに対して回転自在に支持される。
【0038】
また、スラスト軸受部120は、軸9に設けられたフランジ8等によって構成され軸9の上方部に配置される。
そして、ラジアル動圧軸受部4A,4B,軸9及びスリーブ5からなる構成とその構成により得られる効果は、第1実施例と同じである。
【0039】
さて、本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において例えば下記のように変更が可能である。
リング状凸部3A,3Bはスリーブ5に一体で形成されていなくてもよく別体でもよい。第1実施例においてこれを実施した例を図4に示す。
このようにリング状凸部3A,3Bを、これを含んだ略リング状の別体300A,300Bとすることでその材料を任意に選定することができ、銅系材で形成したスリーブよりも硬度の高い例えば鉄系材で形成することで、摩耗がより少なくなって更に信頼性の高い滑り軸受とすることができる。
また、表面処理により表面硬度を高くしてもよく、少なくともリング状凸部3A,3Bの軸9と対向する面の表面硬度が高くなっていればよい。
【0040】
また、リング状凸部3A,3Bと含んだ別体300A,300Bを含油金属で形成することで、潤滑性能を維持したまま潤滑剤及びその塗布工程を除くことも可能である。
【0041】
併設する滑り軸受部30A,30Bは、一対でなくいずれか1方だけでもよいが、耐ジャイロ荷重性能を維持するためには、上述した第1,第2実施例のように、ラジアル動圧軸受部と軸9の各端部9A,9Bとの間にそれぞれ滑り軸受部を設けるのが最も好ましい。
【0042】
以上説明したように、本発明は、一対のラジアル動圧軸受部4A,4Bに加えて併設軸受を設け、その併設軸受を滑り軸受部30A,30Bにすることで、ジャイロ荷重にも耐え得る長期信頼性維持時間と少ない軸ロスが得られることを見い出したものである。
従って、例えばこの滑り軸受の替わりにころがり軸受を使用しても、ころがり軸受は前述のように、高速回転に不適で振動騒音が大きく、NRRO特性が得られにくいためこの効果を得ることは到底できないものであり、この効果は、併設軸受を滑り軸受とすることで初めて得られるものである。
【0043】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、ラジアル動圧軸受に併設して滑り軸受を設け、両方の軸受でロータ部を回転自在にラジアル方向に支持するように構成したので、ラジアル動圧ラジアル動圧軸受部が偏摩耗せず、また摩耗自体も少なくなるので、潤滑油が漏出することがなく、動圧が低下することがなく長時間NRRO性能が維持できて高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータの第1実施例を示す部分断面図である。
【図2】本発明のモータの第1実施例における要部断面図である。
【図3】本発明のモータの第1実施例における最要部の拡大断面図である。
【図4】本発明のモータの他の第1実施例における要部断面図である。
【図5】本発明のモータの第1実施例における特性を説明する図である。
【図6】本発明のモータの第2実施例を示す部分断面図である。
【図7】従来のモータの例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
1 ベース
1a 壁部
2 ステータコア
3A,3B (リング状)凸部
4A,4B ラジアル動圧軸受部
5 スリーブ
5A,5B,5C 第1,第2,第3の棚部
5Ca 第3の棚面
5D 貫通孔
6 ロータヨーク
7 マグネット
8 フランジ
8a,8b (フランジの)上面,下面
9 軸
9A,9B 端部
10 スラストプレート
11 駆動コイル
12 ロータハブ
12a 円筒部
12b フランジ部
14 磁気ディスク
15A,15B (ラジアル動圧軸受の)動圧溝
17 プリント基板
20 スラスト動圧軸受部
21 潤滑油
22 潤滑剤
30A,30B 滑り軸受部
50,50A ステータ(部)
60,60A ロータ(部)
300A,300B 部材(別体の凸部)
d,D 幅
d/D 比率
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor having a dynamic pressure bearing, and more particularly to a bearing structure of a motor for a hard disk drive.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, hard disk drives (hereinafter referred to as HDDs), which are frequently used in personal computers and the like, are required to have performances that can withstand various uses in addition to miniaturization and high capacity.
In response to these demands, studies are being made to improve track density and linear density, withstand external vibrations, and to further reduce non-repeatability (NRRO: Non Repeatable Run Out).
[0003]
A spindle motor (hereinafter referred to as a motor) mounted on such an HDD is strictly required to have low vibration and low noise in order to be a source of vibration and noise. There is a limit to using ball bearings and other rolling bearings that are unsuitable, have high vibration noise, and are difficult to obtain excellent NRRO characteristics. I have.
[0004]
A conventional motor employing this dynamic pressure bearing will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a partial sectional view.
This motor includes a stator portion 100A and a rotor portion 200A. The stator portion 100A mainly includes a base 100, an annular stator core 200 fixed to the base 100, and a sleeve 105. A drive coil 111 is wound around the stator core 200.
The rotor portion 200A includes a rotor yoke 106 to which an annular magnet 107 is fixed, a magnetic disk 114, and a rotor hub 112 to which a shaft 109 is fixed. The shaft 109 is inserted into the through hole 105D of the sleeve 105, and is fitted to the stator portion 100A. It is rotatably supported.
[0005]
On the inner surface of the through hole 105D of the sleeve 105, a pair of herringbone-shaped dynamic pressure grooves 150A and 150B are formed at positions separated in the axial direction, and the dynamic pressure grooves 150A and 150B and the shaft 109 form a radial dynamic pressure bearing portion 104A, 104B is formed.
A ring-shaped flange 108 is provided at the lower end of the shaft 109 in the drawing.
A thrust plate 110 for sealing the open lower end of the sleeve 105, a flange 108 having a herringbone-shaped dynamic pressure groove (not shown) formed on the upper and lower surfaces, and a thrust dynamic pressure bearing portion comprising the sleeve 105. 120 are configured.
Further, a lubricating oil 121 is filled and sealed between the radial dynamic pressure bearing portion 104A and the thrust plate 110 in the upper part of FIG.
[0006]
In this configuration, when the shaft 109 rotates, dynamic pressure is generated in the thrust dynamic pressure bearing portion 120 and the radial dynamic pressure bearing portions 104A and 104B by the dynamic pressure grooves 150A and 150B and the lubricating oil 121, and the shaft 109 Supported rotatably.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, with respect to applicability to various uses typified by mounting on a portable terminal, the performance of a motor is evaluated by a gyro load test assuming an external load.
This gyro load test is a test in which the entire motor is reciprocally rotated at an angular velocity of about 8 rad / sec while rotating the motor at a rated speed of 7200 revolutions / minute.
[0008]
The gyro load applied in this test generates a load on the axial end of the dynamic pressure bearing, wears the convex portion of the dynamic pressure groove, and causes a decrease in dynamic pressure and leakage of the filled and sealed lubricating oil.
Therefore, it is important to provide a highly reliable motor that can withstand the gyro load test.
[0009]
However, in a conventional motor using a dynamic pressure bearing, when a gyro load is continuously applied 10,000 times in a gyro load test, the radial dynamic pressure bearing portion on the inner surface of the sleeve is unevenly worn.
Specifically, the shaft end side of the inner surface of the through hole of the sleeve in the dynamic pressure bearing portion wears unevenly by about 2 μm. As a result, the gap between the shaft and the shaft is widened, and the depth of the dynamic pressure groove at that portion, which was 6 μm in the initial stage, becomes 4 μm.
Therefore, there has been a problem that the lubricating oil leaks or the dynamic pressure decreases.
In addition, there has been a problem that NRRO is deteriorated and a time during which performance can be maintained (reliability maintaining time) is shortened.
[0010]
The problem to be solved by the present invention is to provide a highly reliable motor in which lubricating oil does not leak from the radial dynamic pressure bearing portion and NRRO performance is maintained for a long time without a decrease in dynamic pressure. Is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration as means.
That is, claim 1 includes a rotor 60 to which the shaft 9 is fixed, and a stator 50 to which the sleeve 5 provided with the through-hole 5D is fixed. The shaft 9 is inserted into the through-hole 5D, and the rotor 60 is fixed. A radial dynamic pressure bearing portion 4A, 4B composed of the shaft 9 and the sleeve 5; a motor rotatably supported in the radial direction with respect to the stator 50 by the radial dynamic pressure bearing portions 4A, 4B; Ring-shaped convex portions 3A and 3B protruding from the inner surface of the through hole 5D are provided between at least one end 9A and the sliding bearing portions 30A and 30B composed of the convex portions 3A and 3B and the shaft 9. And the rotor 60 is rotatably supported in the radial direction by the slide bearings 30A, 30B and the radial dynamic pressure bearings 4A, 4B. ,
Claim 2 is a rotor 60A to which the sleeve 5 provided with the through hole 5D is fixed.
A stator 50A to which the shaft 9 is fixed,
The shaft 9 is inserted into the through hole 5D,
In a motor in which the rotor 60A is rotatably supported in a radial direction with respect to the stator 50A by radial dynamic pressure bearings 4A and 4B including the shaft 9 and the sleeve 5,
On the end side of the shaft 9 with respect to the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B,
Ring projections 3A, 3B protruding from the inner surface of the through hole 5D are provided to form sliding bearings 30A, 30B including the projections 3A, 3B and the shaft 9.
A motor characterized in that the rotor 60A is rotatably supported in the radial direction by the slide bearings 30A, 30B and the radial dynamic pressure bearings 4A, 4B,
The ratio d / D of the axial width d of the projections 3A, 3B to the axial width D of the radial dynamic pressure bearing portions 4A, 4B is set to 0.03 or more and 0.3 or less. The motor according to claim 1 or 2, wherein:
A fourth aspect is that the projections 3A and 3B are formed as substantially ring-shaped members including the projections 3A and 3B in separate bodies 300A and 300B from the sleeve, and the surfaces of the projections 3A and 3B. 4. The motor according to claim 1, wherein the hardness is higher than a surface hardness of the sleeve. 5.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a partial sectional view showing a first embodiment of the motor of the present invention,
FIG. 2 is a sectional view of a main part of the first embodiment of the motor of the present invention,
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the most important part in the first embodiment of the motor of the present invention,
FIG. 3A shows details of the M1 part in FIG.
FIG. 3B shows details of the M2 part in FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of the motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial sectional view of a motor according to a second embodiment of the present invention.
[0013]
The first embodiment will be described first with reference to FIG.
This motor includes a stator section 50 and a rotor section 60.
The stator section 50 is mainly composed of a base 1, a sleeve 5, and a stator core 2.
The base 1 is provided with a substantially cylindrical wall 1a, and a cylindrical sleeve 5 made of a copper-based material is fixed to the inner surface of the base 1 by press-fitting or the like. The sleeve 5 has a through hole 5D.
The stator core 2 is fixed to the outer peripheral surface of the wall 1a. The stator core 2 has a plurality of salient poles (not shown), and a driving coil 11 is wound around each salient pole.
[0014]
On the other hand, the rotor section 60 is composed of the rotor hub 12, the rotor yoke 6, and the magnet 7.
The rotor hub 12 has a substantially cylindrical shape made of a stainless steel material and has a cylindrical portion 12a for fixing the magnetic disk 14 and a flange portion 12b for fixing the rotor yoke 6 to which the magnet 7 is fixed.
[0015]
A shaft 9 made of a stainless steel material is press-fitted and fixed to the rotor hub 12, the shaft 9 is inserted into the through hole 5D of the sleeve 5, and the rotor portion 60 is connected to the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B and the thrust dynamic pressure. The bearing portion 20 rotatably supports the stator portion 50.
An annular flange 8 is fixed near one end 9B of the shaft 9 (the lower side in FIG. 1).
The flange 8 may be formed integrally with the shaft 9.
The magnet 7 has an annular shape and is arranged to face a plurality of salient poles (not shown) of the stator core 2 with a certain gap.
In this configuration, the rotor unit 60 is rotated by switching the energization of the drive coil 11. Next, the thrust and radial bearings will be sequentially described in detail.
[0016]
(A) Thrust Dynamic Pressure Bearing The thrust dynamic pressure bearing 20 is provided at the lower end of the sleeve 5 (the lower side in FIG. 1).
As shown in detail in FIG. 2, the lower end of the sleeve 5 is opened substantially stepwise, and first, second, and third shelves 5A, 5B, and 5C are formed from the opening side.
The flange 8 is fitted into the shelf 5C, and the axial depth of the shelf 5C is formed larger than the thickness of the flange 8 by a predetermined dimension.
[0017]
Further, a disc-shaped thrust plate 10 is press-fitted into the second shelf 5B to close the lower opening of the sleeve 5.
A gap between the thrust plate 10, the flange 8, and the shelf 5C is filled with a lubricating oil 21 having a predetermined viscosity.
Herringbone (fish bone) -shaped dynamic pressure grooves (not shown) are formed on the upper surface 8a and the lower surface 8b of the flange 8.
[0018]
The thrust dynamic pressure bearing portion 20 includes the upper surface 8a of the flange 8, the third shelf surface 5Ca of the third shelf 5C, the lower surface 8b of the flange 8, and the thrust plate 10.
In this configuration, when the shaft 9 rotates, the flange 8 is pushed downward by the dynamic pressure grooves provided on the upper surface 8a and the lubricating oil 21 between the upper surface 8a of the flange 8 and the shelf surface 5Ca opposed thereto. Dynamic pressure is generated.
[0019]
On the other hand, between the lower surface 8b of the flange 8 and the thrust plate 10 facing the lower surface 8b, a dynamic pressure for pushing the flange 8 upward is generated by the dynamic pressure groove provided on the lower surface 8b and the lubricating oil 21.
[0020]
These dynamic pressures are forces of equal magnitudes in opposite directions and urge the flanges 8 evenly.
As a result, the shaft 9 that has been in contact with the thrust plate 10 when it is stationary is separated from the thrust plate 10 by rotation, and is rotatably supported in the thrust direction.
[0021]
(B) Radial Dynamic Pressure Bearings The radial dynamic pressure bearings 4A and 4B are herringbone (fish bone) -shaped dynamic pressures provided at two axially separated locations on the inner peripheral surface of the through hole 5D of the sleeve 5. The grooves are formed by the grooves 15A and 15B and the shaft 9.
These dynamic pressure grooves 15A and 15B are formed at a depth of about 6 μm. The dynamic pressure grooves 15A and 15B may be provided not on the sleeve 5 but on the outer peripheral surface of the shaft 9.
1 to 4 and 6, the dynamic pressure grooves 15A and 15B provided in the sleeve 5 are drawn on the shaft 9 for convenience.
[0022]
The gap between the inner peripheral surface of the through hole 5D of the sleeve 5 and the outer peripheral surface of the shaft 9 in the range between the radial dynamic pressure bearing portion 4A on the end 9A side of the shaft 9 and the thrust plate 10 has a predetermined viscosity. Is filled so as to be able to flow.
[0023]
In the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B, the dynamic pressure grooves 15A and 15B of the sleeve 5 and the lubricating oil 21 generate a dynamic pressure in the radial direction when the shaft 9 rotates.
The radial dynamic pressure presses the entire outer peripheral surface of the shaft 9 in the axial direction with a uniform force. Thus, the shaft 9 can be smoothly rotated by being inserted into the through hole 5D of the sleeve 5.
The rotor unit 60 is rotatably supported by the stator unit 50 by the thrust and radial dynamic pressure bearings described above.
[0024]
Electric power applied to the drive coil 11 wound around the stator core 2 is supplied from an external drive circuit (not shown) via a printed board 17 (see FIG. 1) provided below the motor base 1.
A flexible printed board (FPC) is used as the printed board 17. The base of the FPC is made of polyimide resin (PI) and has flexibility, so that it can be bent and attached to the motor base. A wiring pattern is formed of copper foil on the base, and an insulating layer is formed by attaching a PI thin film or printing an insulating paint.
[0025]
The rotor hub 12 is formed by casting or cutting aluminum, barrel-polished the surface, and then subjected to electroless nickel plating (ED coating).
This ED coating can reduce the number of fine powders (LPCs) generated from the surface of the aluminum and damaging a disk or a head (neither is shown).
[0026]
Regarding the number of fine powders with a size per unit volume of 0.5 μm or more, the number is 100,000 without ED coating, 50,000 with electrolytic coating, and further reduced to 10,000 with ED coating. It has been known.
Therefore, applying electroless nickel plating to the rotor hub 12 is a preferable effect because it has a great effect on the reduction of LPC.
[0027]
In the first embodiment, a pair of sliding bearings 30A, 30B are provided outside the radial dynamic pressure bearings 4A, 4B in addition to the above-described radial dynamic bearings, which will be described in detail below.
[0028]
(C) About the sliding bearing (see FIGS. 2 and 3)
The sliding bearing portions 30A, 30B are composed of ring-shaped convex portions 3A, 3B provided on the inner peripheral surface of the through hole 5D of the sleeve 5 and having a width d in the axial direction and protruding in the axial direction, and the shaft 9. Is done.
Therefore, the gap between the ring-shaped convex portions 3A, 3B and the outer peripheral surface of the shaft 9 is larger than the gap between the inner peripheral surface of the through hole 5D other than the radial dynamic pressure bearing portions 4A, 4B and the outer peripheral surface of the shaft 9. The thickness is set to about 3 to 5 μm so as to be narrow.
The gap between the projections 3A and 3B and the shaft 9 is filled with a lubricant 22 having a viscosity optimal for sliding bearing applications.
[0029]
The sliding bearings 30A and 30B are provided in parallel with the radial dynamic pressure bearings 4A and 4B, and the rotor 60 is supported by both bearings. Thus, even when a gyro load is applied to the motor, the radial dynamic pressure bearings 4A and 4B are provided. 4B is not unevenly worn, and the wear itself is reduced, so that a highly reliable motor can be obtained without a decrease in dynamic pressure or leakage of the lubricating oil 21.
[0030]
(D) Ratio d / D (see FIG. 5)
Further, the present inventors have found that the axial width d of the ring-shaped convex portions 3A, 3B of the sliding bearing portions 30A, 30B provided side by side with respect to the axial width D (see FIG. 2) of the radial dynamic pressure bearing portions 4A, 4B. As a result of intensive studies on the optimization of the ratio, a range of the ratio d / D at which extremely high reliability and performance can be obtained was found.
This will be described in detail below.
[0031]
The motor of the first embodiment in which the width D of the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B is 5 mm and the width d of the ring-shaped convex portions 3A and 3B is changed to several types is prepared and subjected to a gyro test, and the reliability maintenance time and the drive are performed. The current was measured.
About the result,
(1) FIG. 5A shows the relationship between the ratio d / D and the reliability maintenance time of the test motor.
(2) FIG. 5B shows the relationship between the ratio d / D and the current for driving the test motor.
Here, the reliability maintaining time is a time until the predetermined performance of the test motor of the first embodiment cannot be maintained.
The smaller the drive current, the smaller the shaft loss of the motor and the better the performance.
[0032]
From these results, by setting the ratio d / D to 0.03 or more, the reliability time is maintained extremely long (about 5000 hours or more), and by setting the ratio to 0.3 or less, the driving current is sufficiently low (about 400 mA). Below) It was found that it could be suppressed.
[0033]
When the width d of the ring-shaped projections 3A, 3B is reduced, the function as a slide bearing becomes insufficient, the load on the radial dynamic pressure bearings 4A, 4B increases, and the bearing cannot withstand the gyro load. Be shorter.
Conversely, when the width d is increased, the width D of the radial dynamic pressure bearings 4A, 4B is reduced due to size restrictions, the dynamic pressure is reduced, and the shaft loss is increased (current is increased).
As described above, it is the most preferable embodiment that the sliding bearing is provided together with the radial dynamic pressure bearing, and the ratio d / D is set to 0.03 or more and 0.3 or less.
[0034]
Further, in the motor including the pair of radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B as in the first embodiment, the width D on the rotor side to which a large load is applied may be widened.
In this case, the ratio between the width d of the adjacent ring-shaped convex portions 3A and 3B of the sliding bearing portion and the width D of the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B may have the above-described relationship.
[0035]
The first embodiment described above is a motor having a structure in which the shaft 9 is fixed to the rotor unit 60 and rotates. As a second embodiment, a motor having a structure in which the shaft 9 is fixed to the base 1 to form a stator unit 50A. It may be a motor (see FIG. 6).
Hereinafter, a configuration of the second embodiment that is different from that of the first embodiment will be described.
[0036]
This second embodiment includes a stator section 50A and a rotor section 60A.
The stator portion 50A mainly includes a base 1, a shaft 9, and a stator core 2.
The base 1 is provided with a hole substantially at the center, and the shaft 9 is fixed upright by press fitting or the like.
[0037]
On the other hand, the rotor section 60A includes the rotor hub 12, the rotor yoke 6, and the magnet 7.
A cylindrical sleeve 5 made of a copper-based material is fixed to the rotor hub 12 by press fitting or the like.
The sleeve 5 is provided with a through hole 5D, and the shaft 9 is inserted into the through hole 5D so that the rotor portion 60A is fixed to the stator portion by the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B and the thrust dynamic pressure bearing portion 20. It is rotatably supported with respect to 50A.
[0038]
Further, the thrust bearing portion 120 is constituted by a flange 8 and the like provided on the shaft 9 and arranged above the shaft 9.
The configuration including the radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B, the shaft 9, and the sleeve 5, and the effects obtained by the configuration are the same as those of the first embodiment.
[0039]
The embodiments of the present invention are not limited to the above-described configuration, and can be modified as follows, for example, without departing from the gist of the present invention.
The ring-shaped convex portions 3A and 3B may not be formed integrally with the sleeve 5 and may be separate bodies. FIG. 4 shows an example in which this is performed in the first embodiment.
By forming the ring-shaped projections 3A, 3B as separate substantially ring-shaped bodies 300A, 300B including the ring-shaped projections 3A, 3B, the material can be arbitrarily selected, and the hardness is higher than that of a sleeve formed of a copper-based material. For example, by forming the sliding bearing with a high wear resistance, wear can be further reduced, and a more reliable sliding bearing can be obtained.
In addition, the surface hardness may be increased by the surface treatment, as long as at least the surface hardness of the surface of the ring-shaped convex portions 3A and 3B facing the axis 9 is increased.
[0040]
Further, by forming the separate bodies 300A and 300B including the ring-shaped protrusions 3A and 3B from an oil-impregnated metal, it is possible to eliminate the lubricant and the application step thereof while maintaining the lubrication performance.
[0041]
The sliding bearing portions 30A and 30B provided side by side may be only one of them instead of a pair. However, in order to maintain the gyro load resistance performance, as in the first and second embodiments described above, the radial dynamic pressure bearing is used. Most preferably, a sliding bearing is provided between the shaft portion and each end 9A, 9B of the shaft 9.
[0042]
As described above, the present invention provides a long-term bearing capable of withstanding a gyro load by providing an additional bearing in addition to the pair of radial dynamic pressure bearing portions 4A and 4B and using the additional bearings as the sliding bearing portions 30A and 30B. It has been found that reliability maintenance time and a small axis loss can be obtained.
Therefore, for example, even if a rolling bearing is used in place of the sliding bearing, the rolling bearing is unsuitable for high-speed rotation and has large vibration noise as described above, and it is difficult to obtain the NRRO characteristic. This effect can be obtained for the first time by using a sliding bearing as the additional bearing.
[0043]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, the sliding bearing is provided in parallel with the radial dynamic pressure bearing, and the rotor is rotatably supported in the radial direction by both bearings. Since the radial dynamic pressure bearing part does not wear unevenly and wear itself is reduced, lubricating oil does not leak, dynamic pressure does not decrease, NRRO performance can be maintained for a long time, and high reliability can be obtained .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view showing a first embodiment of a motor according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a main part of the first embodiment of the motor of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view of a most important part in the first embodiment of the motor of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of another first embodiment of the motor of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of the motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a partial sectional view showing a second embodiment of the motor of the present invention.
FIG. 7 is a partial sectional view showing an example of a conventional motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base 1a Wall part 2 Stator core 3A, 3B (ring-shaped) convex part 4A, 4B Radial dynamic pressure bearing part 5 Sleeve 5A, 5B, 5C First, second, third shelf 5Ca Third shelf 5D penetration Hole 6 Rotor yoke 7 Magnet 8 Flange 8a, 8b Upper and lower surfaces (of flange) 9 Shaft 9A, 9B End 10 Thrust plate 11 Drive coil 12 Rotor hub 12a Cylindrical portion 12b Flange portion 14 Magnetic disks 15A, 15B (for radial dynamic pressure bearings) ) Dynamic pressure groove 17 Printed circuit board 20 Thrust dynamic pressure bearing 21 Lubricating oil 22 Lubricant 30A, 30B Sliding bearing 50, 50A Stator (part)
60, 60A rotor (part)
300A, 300B member (separate projection)
d, D width d / D ratio

Claims (4)

軸を固定したロータと、
貫通孔を設けたスリーブを固定したステータとを備え、
前記軸は前記貫通孔に挿嵌され、
前記ロータを、前記軸と前記スリーブとからなるラジアル動圧軸受部によって前記ステータに対して回転自在にラジアル方向に支持したモータにおいて、
前記ラジアル動圧軸受部よりも前記軸の端部側に、
前記貫通孔の内面に突出するリング状凸部を設けて該凸部と前記軸とからなる滑り軸受部を形成し、
前記ロータを、該滑り軸受部及び前記ラジアル動圧軸受部によって回転自在にラジアル方向に支持する構成にしたことを特徴とするモータ。
A rotor with a fixed shaft,
And a stator to which a sleeve provided with a through hole is fixed,
The shaft is inserted into the through hole,
A motor in which the rotor is supported in a radial direction so as to be rotatable with respect to the stator by a radial dynamic pressure bearing portion including the shaft and the sleeve.
On the end side of the shaft than the radial dynamic pressure bearing portion,
Providing a ring-shaped convex portion protruding on the inner surface of the through hole to form a sliding bearing portion comprising the convex portion and the shaft,
A motor, wherein the rotor is rotatably supported in the radial direction by the sliding bearing portion and the radial dynamic pressure bearing portion.
貫通孔を設けたスリーブを固定したロータと、
軸を固定したステータとを備え、
前記軸は前記貫通孔に挿嵌され、
前記ロータを、前記軸と前記スリーブとからなるラジアル動圧軸受部によって前記ステータに対して回転自在にラジアル方向に支持したモータにおいて、
前記ラジアル動圧軸受部よりも前記軸の端部側に、
前記貫通孔の内面に突出するリング状凸部を設けて該凸部と前記軸とからなる滑り軸受部を形成し、
前記ロータを、該滑り軸受部及び前記ラジアル動圧軸受部によって回転自在にラジアル方向に支持する構成にしたことを特徴とするモータ。
A rotor to which a sleeve having a through hole is fixed,
And a stator with a fixed shaft,
The shaft is inserted into the through hole,
A motor in which the rotor is supported in a radial direction so as to be rotatable with respect to the stator by a radial dynamic pressure bearing portion including the shaft and the sleeve.
On the end side of the shaft than the radial dynamic pressure bearing portion,
Providing a ring-shaped convex portion protruding on the inner surface of the through hole to form a sliding bearing portion comprising the convex portion and the shaft,
A motor, wherein the rotor is rotatably supported in the radial direction by the sliding bearing portion and the radial dynamic pressure bearing portion.
前記ラジアル動圧軸受部の軸方向の幅に対する前記凸部の軸方向の幅の比率を0.03以上かつ0.3以下にしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のモータ。3. The motor according to claim 1, wherein a ratio of an axial width of the convex portion to an axial width of the radial dynamic pressure bearing portion is 0.03 or more and 0.3 or less. 前記凸部を、該凸部を含んだ略リング状の部材として前記スリーブとは別体で形成すると共に、前記凸部の表面硬度を前記スリーブの表面硬度よりも高くしてあることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のモータ。The convex portion is formed as a substantially ring-shaped member including the convex portion separately from the sleeve, and the surface hardness of the convex portion is higher than the surface hardness of the sleeve. The motor according to any one of claims 1 to 3, wherein:
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