JP2005090592A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハードディスクドライブ装置等において、支軸とロータハブとの間に介装される軸受からの潤滑油やアウトガスの漏れ出しのおそれが有効に阻止される軸受装置を、極力コストアップを招くことなく実現させる。
【解決手段】支軸１４の一端に、軸受１５を介して相対回転自在にロータハブ１７が支承されているハードディスクドライブ装置の軸受装置Ａにおいて、軸受１５におけるロータハブ１７に内嵌される外輪１５ｂ又はロータハブ１７に、支軸１４の上端を越えて上方に延設して筒状の突出部Ｔを形成し、ゴム製弾性シール層２４を鋼板２５に一体化させた後の打抜きプレス加工により、その周縁部に形成された弾性シール層の膨出部２４ａを備えた円盤状シールＳを、突出部Ｔに内嵌装着して、支軸１４の上端面を覆うよう構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハードディスクドライブ装置におけるスピンドル軸とロータハブ、或いは、支軸とスイングアーム等のように、支軸の一端に、軸受を介して相対回動（回転も含む）自在に軸支部材が支承されている軸受装置に関するものである。

ハードディスクドライブ装置においては、下部が装置枠に固定された片持ち状で縦向きのスピンドル軸に、上下一対の軸受（ボールベアリング）を介してロータハブを回転自在に支承してあり、スピンドル軸下部の周囲部分におけるロータハブの内径側に構成されたスピンドルモータにより、ダイレクトにロータハブ、即ちこれに支持されるハードディスクを回転駆動するように構成されている。このようなハードディスクドライブ装置の例としては、特許文献１において開示されたものが知られている。

この場合、軸受には、これに装填されるグリース等の潤滑油や、その潤滑油、ゴムシール、プラスティックから発生する揮発性有機化合物等のアウトガス（化学汚染物質）の漏れ出しを防止すべく、軸受毎にシールが装着されている。例えば、図９に示す従来のハードディスクドライブ装置の軸受装置Ｂでは、各軸受１０４においては、ボール１０４ｃの上下において、外輪１０４ｂに固定されるリング板状のベアリングシール１０７が装備されている。このベアリングシール１０７は、ロータハブ１０５の回転ムラを軽減するために、内輪１０４ａとは僅かな隙間を設けた非接触状態に設定されている。

従って、その内輪１０４ａとベアリングシール１０７との隙間から、前述のアウトガスが漏れ出すことがある。そこで、図９に示すように、支軸１０３若しくはロータハブ１０５に、接着剤で固定される厚めのワッシャ１０８を嵌めて、ロータハブ１０５若しくは支軸１０３との間に明確なラビリンスを形成することで、アウトガス等の漏れ出し防止効果を高める手段が講じられている。更なるアウトガス対策として、一対のワッシャ１０８間に磁性流体シール１０９を付加させる場合もある。

尚、図９に示すハードディスクドライブ装置では、装置枠１０１に固定装備されたベース体１０２、このベース体１０２に一体形成された縦向きの支軸１０３に、上下一対の軸受１０４を介して回転自在に支承されるロータハブ１０５、ロータハブ１０５のスカート部（ホルダ）１０５ａと支軸１０３の付根部とに亘って形成されたスピンドルモータ１０６等を設けて構成されている。

厚めのワッシャを付加する手段では、ラビリンス効果が改善されるものの、物理的な隙間が存在するものである以上、潤滑油やアウトガスの漏れ出しを皆無にできるものではない。そして、更に磁性流体シールを付加する手段では、一対のワッシャ間が完全密封状態にはならないことから、磁性流体から微少のアウトガスが出るので、やはり完全な対策には至っていない。加えて、磁性流体が消失するとアウトガス軽減効果が無くなってしまう、という問題も残る。

このように、潤滑油を含むアウトガス対策には、部品点数増加によるコストアップが余儀なくされているとともに、未だ漏れ出しを完全には解消できないものであり、更なる改善の余地が残されているものであった。
特開平１１−３２８８３５号公報

本発明の目的は、軸受装置の構造工夫、並びに、特開２０００−６５０７６号公報等において開示された弾性材付きシールを利用することにより、ハードディスクドライブ装置等において、支軸と軸支部材との間に介装される軸受からの潤滑油やアウトガスの漏れ出しのおそれを、極力コストアップを招くことなく有効に阻止できるようにすることである。

請求項１の構成は、支軸の一端に、軸受を介して相対回動自在に軸支部材が支承されている軸受装置において、
前記軸受における前記軸支部材に内嵌される外輪又は前記軸支部材における前記軸受が内嵌される箇所付近の部分に、前記支軸の一端を越える状態に延設して筒状の突出部を形成し、ゴム又は合成樹脂で成る弾性シール層を基板に一体化させた後の打抜きプレス加工により、その周縁部に形成された弾性シール層の膨出部を備えた円盤状シールを、前記突出部に内嵌装着して、前記支軸の端面を覆うように構成してあることを特徴とする。

請求項２の構成は、請求項１において
前記軸受は、前記外輪と、前記支軸に外嵌する内輪と、これら外輪と内輪との間に介装されるボールとから成るボールベアリングであることを特徴とする。

請求項３の構成は、請求項１又は２において、
前記支軸が、ハードディスクドライブ装置における縦向きのスピンドル軸であり、前記軸支部材が、ハードディスクを支持するロータハブであることを特徴とする。

請求項４の構成は、請求項１において、
前記軸受は、ハードディスクドライブ装置におけるスイングアームを回動自在に支承するものであることを特徴とする。

請求項５の構成は、請求項１において、
前記軸受は、前記支軸に形成された外周溝と、前記軸支部材に形成された内周溝と、これら双方の溝に跨って転動自在に配置されるボールとから成るユニット型玉軸受であることを特徴とする。

請求項６の構成は、請求項１において、
前記軸受は、前記支軸と前記軸支部材との間に、これらの相対的な動きによって動圧発生可能な流体が介装されて成る動圧軸受であることを特徴とする。

請求項７の構成は、請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記突出部の内径部に周溝を形成し、前記円盤状シールが前記突出部に内嵌装着された状態では、前記周溝に前記膨出部が弾性変形を伴って嵌り込む構造とされていることを特徴とする。

請求項１の軸受装置においては、前述の弾性材付きシール（特開２０００−６５０７６号公報等において開示された弾性材付きシール）を、即ち、ゴム又は合成樹脂で成る弾性シール層を基板に一体化させて積層板［図２（ａ）の２６を参照］を形成し、この積層板を打抜きプレス加工すると、弾性シール層の切断面が、基板の切断面より張出し、それによって弾性シール層による膨出部が形成されることを利用したものである。この性質を用いれば、単にプレス加工するだけで、弾性シール層が基板より膨出した円盤状シールを形成することができるので、これを軸受装置に用いることで、前述の目的を達成することができる。

即ち、軸支部材に内嵌される外輪、又は軸支部材における軸受が内嵌される箇所付近の部分を、支軸の一端を越えて延設させて成る筒状の突出部に、円盤状シールを内嵌装着することで、支軸の端面を覆うカバー（所謂メクラ蓋）を兼ねる構成としてあるから、膨出している弾性シール層が突出部に密着し、グリースやアウトガスの漏れ出しを、ほぼ完全に阻止可能となる良好なシール性が得られる。そして、ベアリングに非接触型のシールを設け、かつ、スピンドル軸を覆うカバーを設ける従来の構成（特許文献１の図９参照）に比べて、部品点数の削減、並びにそれによるコストダウンが可能であるとともに、上下に２個あったシールが１個で済むので、軸受の高さ寸法を抑えることができ、軸受装置としての軸方向寸法を短小化することも可能になる。

請求項２のように、軸受が、内輪、外輪、ボール等から成るボールベアリングである場合は、内輪には、ベアリングシールとのラビリンス効果を高めるための加工も不要になり、その分のコストダウンも可能となる。このような効果は、請求項５のように、軸受が、支軸に形成された外周溝と、軸支部材に形成された内周溝と、これら双方の溝に跨って転動自在に配置されるボールとから成るユニット型玉軸受である場合でも、同様に発揮される。また、請求項６のように、支軸と軸支部材との間に、これらの相対的な動きによって動圧発生可能な流体が介装されて成る流体動圧軸受である場合には、流体の漏れ出しが阻止されることで、ボールベアリングに比べて滑らかに運動できることから、軸家装置の長寿命化、低騒音化が可能となる利点を良好に維持することができる。

請求項３の軸受装置においては、ハードディスクドライブ装置のスピンドル軸に本発明による軸受装置を適用したので、グリース等の潤滑油やアウトガスが漏れ出すことによってハードディスクに及ぼす不都合（後述）を回避できるとともに、ハードディスクドライブ装置の薄肉化が可能となる利点がある。従来では、スピンドルモータの高速回転に伴ってベアリングシールと内輪との間のわずかな隙間から潤滑剤が飛散してオイルミストとなり、そのオイルミストがディスクエンクロージャ内部に侵入してハードディスクや磁気ヘッドに付着し、ハードディスクや磁気ヘッドのクラッシュ事故誘発の要因となり、ハードディスクドライブ装置の信頼性が損なわれる、という不都合があったが、本請求項３によるものでは、そのような不都合が生じないようになるとともに、アウトガスによるハードディスクへの悪影響も回避される利点がある。

請求項４の軸受装置においては、ハードディスクドライブ装置のスイングアームに本発明による軸受装置を適用したものであり、請求項３の構成による前記効果と同様な効果を得ることができる。

請求項７のように、弾性シール層の膨出部が、軸支部材の周溝に弾性変形を伴って嵌り込む構造とすれば、復元弾性によってよりシール性が向上するとともに、突出部への保持力も強化されるようになる。また、周溝への嵌り込みによる装着感が生じことから、組付けし易いとともに、組付け時の位置決め機能が得られるという付随効果もある。

本発明による軸受装置の最良の形態として、ハードディスクドライブ装置におけるロータハブを回転自在に支持する軸受装置に適用した場合について説明する。図１はハードディスクドライブ装置の概略の平面図を示し、図２には円盤状シールの作成要領が、そして、図３には軸受装置（スピンドルモータ部分）の断面図が夫々示されている。また、図４、図５には円盤状シールの装着状態を示す拡大断面図が示されている。

ハードディスクドライブ装置Ｈは、図１に示すように、上部に開放した有底箱状のベース２と、このベース２の上部の開口を塞ぐカバー(図示省略)とによって成るディスクエンクロージャ１を有して構成されている。このディスクエンクロージャ１内には、ベース２側に、ハブイン構造のスピンドルモータ３に支持された所定枚数のハードディスク（磁気ディスク）４が備えられており、これらのハードディスク４は、スピンドルモータ３によって所定の回転速度にて回転駆動される。

ベース２には、中間部においてピボット６を介してベース２に回動自在に取付けられるスイングアーム５が設けられている。このスイングアーム５の先端部には、ハードディスク４に格納されたデータを読み書きするための磁気ヘッド７が装備されており、スイングアーム５の後端部には、ボイスコイル８が設けられている。又、ベース２には、ボイスコイル８と共働するステータ９が対向配置状態で設けられており、これらボイスコイル８とステータ９とによって、ボイスコイルモータが構成されている。このボイスコイルモータにより、ボイスコイル８に通電することでステータ９との間で生じる磁力を利用し、スイングアーム５をピボット６回りに回動させることができる。

尚、１０，１１は、スイングアーム５の回動範囲をハードディスク４の内周側、外周側の夫々で制限するためのストッパであり、１２は、ハードディスク４をスピンドルモータ３にに固定するためのトップクランプ、１３は、磁気ヘッド７を退避させた状態で保持するためのランプである。

スピンドルモータ３は、図３に示す軸受装置Ａにおいて、装置枠１８にボルト止めされるベース２における縦向きに立設形成されたスピンドル軸（支軸の一例）１４と、このスピンドル軸１４に、上下一対の軸受１５，１６を介して回転自在に支承されるロータハブ１７とに亘って構成されている。ロータハブ１７におけるハードディスク４が載置されるフランジ部１７Ａの下面側にはホルダ１９を介してマグネット２０が取付けられており、マグネット２０の内周面と、ベース２のスピンドル軸１４付根部位に嵌装固定されたステータ２１の外周面とが、僅かな隙間を空けて対峙する状態に構成されている。ステータ２１には、通電用のコイル２２が巻装されている。

上下の軸受１５，１６は、共にスラスト荷重対応型のボールベアリングであり、スピンドル軸１４に外嵌される内輪１５ａ，１６ａ、ロータハブ１７に内嵌される外輪１５ｂ、１６ｂ、及びボール１５ｃ、１６ｃとから構成されている。尚、ボールを均等間隔に保つリテーナの図示は省略してある。下軸受１６においては、ボール１６ｃの上下に、外輪１６ｂに固定され、かつ、内輪１６ａには非接触となるリング状のベアリングシール１６ｄが装備されている。上軸受１５には、内径をやや大きくした状態で外輪１５ｂを上方に延設することにより、スピンドル軸１４の上端を越えて上方に突出したボス部（筒状の突出部Ｔの一例）１５ｅが形成されている。このボス部１５ｅの内径側には、周溝２３が形成してあり、その周溝２３を用いて円盤状シールＳを嵌め込み装着する。

ここで、円盤状シールＳについて説明しておく。円盤状シールＳは次のような工程で作成される。先ず、図２（ａ）に示すように、ゴム（又は合成樹脂）製の弾性シール層２４を鋼板（基板の一例）２５に焼付け、接着等によって一体化させることで積層板２６を作成する。それから、ポンチＰとダイＤによる打抜きプレス加工により、その周縁部に形成された弾性シール層２４の膨出部２４ａを備えた円盤状シールＳが作成される。

このように、弾性シール層２４が一体化された鋼板２５をプレスによって打抜き加工すると、鋼板２５の切断面よりも弾性シール層２４が張出す状態となる性質がある。そこで本発明は、この性質を用いることで、特別な加工処理を施すことなく、弾性シール層２４が膨出した円盤状シールＳを得て、それを軸受装置（スピンドル軸１４とロータハブ１７との相対回転構造部分）に適用させたものである。

さて、上述の如く作成された円盤状シールＳを、上軸受１５の外輪１５ｂに装着するには、図４に示すように、弾性シール層２４が下となる水平姿勢として、ボス部１５ｅ内に押し込み挿入させ、ボス部１５ｅの内径側に形成されている周溝２３に、弾性シール層２４の膨出部２４ａを上方に折り曲げ変形させながら嵌め入れる（又は、膨出部２４ａを窄めて周溝２３内にもぐり込ませるように嵌め入れる）ことで為される。このように、円盤状シールＳがボス部１５ｅに内嵌装着された状態では、スピンドル軸１４の上端面及び内輪１５ａを覆う状態で周溝２３に膨出部２４ａが嵌り込んでおり、グリースやアウトガスの上方への漏れ出しを、ほぼ完全に阻止可能となる良好なシール性が得られる。

図３、図４に示すように、周溝２３は、内輪１５ａ及び外輪１５ｂとしての上端から少し上方に離して形成してあるので、膨出部２４ａを弾性変形させて円盤状シールＳを周溝２３に装着する際に、周溝２３に入れ易いよう、周溝２３に装着された所定の位置よりも下方に押下げての装着操作が行えるようにしてある。その押し下げによって円盤状シールＳが内輪１５ａの上端面接触することがあっても、周溝２３に装着された正規の組付け状態では、内輪１５ａとは上下に間隔が空き、非接触となるように設定されている。

また、円盤状シールＳが外輪１５ｂに装着された状態の上軸受１５をスピンドル軸１４に挿入する場合、円盤状シールＳの鋼板２５は厚さ０．１ｍｍのステンレス製バネ材であるため、円盤状シールＳを弾性変形させてその上から内輪１５ａを押し下げ操作することがある。このような操作でも、挿入完了に伴って押し下げを解除すれば、円盤状シールＳはスプリングバックして水平姿勢に戻るので、組み付け（挿入）後には円盤状シールＳと内輪１５ａとは非接触になる。

そして、ベアリングに非接触型のシールを設け、かつ、スピンドル軸を覆うカバー（所謂メクラ蓋）を設ける構成（従来の構成）に比べて、部品点数の削減、並びにそれによるコストダウンが可能であるとともに、上下に２個あったシールが１個で済むので、軸受の高さ寸法を抑えることができ、ハードディスクドライブ装置自体の上下幅を薄くすることも可能になる。加えて、図３のように、円盤状シールＳを外輪１５ｂに装着する場合には、内輪１５ａにベアリングシール１５ｄとのラビリンス効果を高めるための加工（図４のＸ箇所参照）が不要になり、その分のコストダウンも可能となる。

円盤状シールＳの装着構造としては、図５に示すように、ロータハブ１７をスピンドル軸１４を上側に越えて突設形成したボス部（筒状の突出部Ｔの一例）を一体形成し、このボス部１７ａの内径側に形成された周溝２３に、膨出部２４ａを折り曲げ変形させて嵌め入れる（又は、膨出部２４ａを窄めて周溝２３内にもぐり込ませるように嵌め入れる）ことにより、円盤状シールＳを嵌合装備させたものでも良い。その他の構造は、図３に示すものと同じである。

この場合は、上軸受１５における外輪１５ｂには、ボス部１５ｅ（図３，４参照）の無い通常のもので済むとともに、内輪１５ａ及び外輪１５ｂ夫々の上側には、ベアリングシールとのラビリンス効果を高めるための加工、並びに装着するための加工が不要になり、その分軸受１５を廉価なものにすることが可能である。

ところで、円盤状シールＳ及びその装着構造としては、図６に示すものでも良い。即ち、外径側に張出す膨出部２４ａを有した弾性シール層２４と、プラスティック製の基板２５とを一体化させて円盤状シールＳを構成し、その膨出部２４ａを内径方向に圧縮することにより、ロータハブ１７のボス部１７ａに形成された周溝２３に嵌合装着させる構造である。また、図示は省略するが、基板２５が下で、かつ、弾性シール層２４が上となる姿勢で、円盤状シールＳを突出部Ｔに嵌合装着させる構造も可能である。

軸受装置Ａは、図７に示すように、上下の軸受１５，１６が、支軸１４に形成された上下一対の外周溝３１と、軸支部材１７に形成された幅広で単一の内周溝３２と、これら双方の溝３１，３２に跨って転動自在に配置される複数のボール３３とから成るユニット型玉軸受に構成された構造としても良い。図示は省略するが、上下のボール３３群には、それら複数のボールを等間隔に配置保持するためのリテーナが装備されている。

この場合、軸支部材１７における上側のボール３３を支持する部分を、図示のように別体の筒部材３４としても良く、その筒部材３４の内周側の上端部に円盤状シールＳが嵌合装着されており、支軸１４と軸支部材１７とに跨る下側のシール３５も装備されている。尚、外周溝３１や内周溝３２の個数は、１箇所でも２箇所でも可能である。

軸受装置Ａは、図８に示すように、軸受１５が、支軸１４と軸支部材１７との間に、これら支軸１４と軸支部材１７との相対的な動きによって動圧発生可能な流体３６が介装されて成る動圧軸受に構成された構造としても良い。即ち、支軸１４と軸支部材１７との間には僅かな隙間が形成してあり、支軸１４と軸支部材１７とに跨る下側のシール３５と、軸支部材１７の上端部に嵌合装着された円盤状シールＳとの間には、潤滑油や空気、水等の流体３６が封入されている。そして、軸支部材１７の内周面の上下には、この軸支部材１７の回転によって流体３６に動圧を発生させるためのラジアル動圧発生用溝１７Ｍが形成されている。つまり、流体３６に圧を発生させる専用の機械装置（ポンプ等）を持たない軸受、即ち動圧軸受（別名：流体動圧軸受）である。尚、支軸１４が回転する場合には、前述のラジアル動圧発生用溝は、その回転側である支軸１４の外周面に形成される。

この動圧軸受１５は、流体（潤滑剤）を支軸１４と軸支部材１７との間に充填させて使用するものであり、支軸１４と軸支部材１７との相対回転によって流体に動圧を発生させ、その動圧により固定部材（支軸１４又は軸支部材１７）に対して回動部材（軸支部材１７又は支軸１４）を支持させるような構成であるから、流体の漏洩は避けなければならない。従って、このような装置にも、シール性に優れる円盤状シールＳを採用することが有意義である。

流体として油を使用したものは「オイルベアリング」とも呼ばれる。例えば、モーターの回転軸と軸受の間の空間に、通常はベアリング球と潤滑油を充填する(即ち、ボールベアリング)ところを、油や空気などの流体を介在させるのみであって、滑らかに運動させることが可能である。動圧軸受の採用により、モーターの長寿命化、低騒音化が可能で、ハードディスクドライブや廃熱ファンなどに採用することができる。

尚、本発明による軸受装置は、前述のハードディスクドライブ装置Ａにおける、スイングアーム５を回動自在に支持する部分（軸受装置）にも適用可能である。また、その他、支軸の一端に、軸受を介して相対回転自在に軸支部材が支承されている構造であれば、種々の軸受装置に適用可能である。

ハードディスクドライブ装置の平面図 （ａ）（ｂ）は、円盤状シールの作成工程を示す作用図 図１における軸受装置の構造を示す断面図 円盤状シールの装着構造の要部を示す拡大断面図（実施例１） 円盤状シールの別装着構造の要部を示す拡大断面図（実施例２） 円盤状シールの別構造を示す軸受装置要部の断面図 ユニット型玉軸受を有した軸受装置の要部の断面図（実施例３） 動圧軸受を有した軸受装置の要部の断面図（実施例４） 従来の軸受装置の構造を示す断面図

符号の説明

４ ハードディスク
５ スイングアーム
１４ 支軸、スピンドル軸
１５ 軸受
１５ａ 内輪
１５ｂ 外輪
１５ｃ ボール
１７ 軸支部材、ロータハブ
２３ 周溝
２４ 弾性シール層
２４ａ 膨出部
２５ 基板
３１ 外周溝
３２ 内周溝
３３ ボール
３６ 流体
Ａ 軸受装置
Ｈ ハードディスクドライブ装置
Ｓ 円盤状シール
Ｔ 突出部

Claims (7)

1. 支軸の一端に、軸受を介して相対回動自在に軸支部材が支承されている軸受装置であって、
   前記軸受における前記軸支部材に内嵌される外輪又は前記軸支部材における前記軸受が内嵌される箇所付近の部分に、前記支軸の一端を越える状態に延設して筒状の突出部を形成し、ゴム又は合成樹脂で成る弾性シール層を基板に一体化させた後の打抜きプレス加工により、その周縁部に形成された弾性シール層の膨出部を備えた円盤状シールを、前記突出部に内嵌装着して、前記支軸の端面を覆うように構成してある軸受装置。
2. 請求項１において
   前記軸受は、前記外輪と、前記支軸に外嵌する内輪と、これら外輪と内輪との間に介装されるボールとから成るボールベアリングである軸受装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記支軸が、ハードディスクドライブ装置における縦向きのスピンドル軸であり、前記軸支部材が、ハードディスクを支持するロータハブである軸受装置。
4. 請求項１において、
   前記軸受は、ハードディスクドライブ装置におけるスイングアームを回動自在に支承するものである軸受装置。
5. 請求項１において、
   前記軸受は、前記支軸に形成された外周溝と、前記軸支部材に形成された内周溝と、これら双方の溝に跨って転動自在に配置されるボールとから成るユニット型玉軸受である軸受装置。
6. 請求項１において、
   前記軸受は、前記支軸と前記軸支部材との間に、これらの相対的な動きによって動圧発生可能な流体が介装されて成る動圧軸受である軸受装置。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記突出部の内径部に周溝を形成し、前記円盤状シールが前記突出部に内嵌装着された状態では、前記周溝に前記膨出部が弾性変形を伴って嵌り込む構造とされている軸受装置。

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