JP2005337341A - 動圧軸受装置及びこれを用いたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータにおける組立て精度を高め、回転性能の向上を図るとともに、さらなる低コスト化を図る。
【解決手段】 固定側部材２としてのハウジング７および軸受スリーブ８と、ロータマグネット５の取付け部３ｃを有する回転部材としての軸部材９およびディスクハブ１０とを具備し、軸部材９の回転時に、軸受スリーブ８が、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材の外周面９ａとの間のラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用によって軸部材９をラジアル方向に非接触に支持する動圧軸受装置１において、このディスクハブ１０を、磁気シールド部材１１をインサート部品として樹脂材料でインサート成形し、この磁気シールド部材１１をディスクハブ１０に、取付け部３ｃに取り付けたロータマグネット５と対向するように設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の動圧作用によって軸部材を非接触支持する動圧軸受装置（流体動圧軸受装置）に関するものである。この軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等のスピンドルモータ、その他の小型モータ用として好適である。

上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化等が求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の１つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、上記要求性能に優れた特性を有する動圧軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータには、軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置が用いられる。このとき、ラジアル軸受部を形成する軸受スリーブの内周面または軸部材の外周面に動圧発生手段としての動圧溝が設けられ、また、スラスト軸受部を形成する軸部材のフランジ部の両端面、あるいは、これに対向する面（軸受スリーブの端面や、ハウジングに固定されるスラストワッシャの端面等）に動圧溝が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２９１６４８号公報

上述のスピンドルモータは、このような動圧軸受装置の他、ステータコイル、ロータマグネット、ディスクハブといった多くの部品で構成され、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い回転性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立て精度を高める努力がなされている。その一方で、この種のモータに対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。

そこで、本発明は、モータにおける組立て精度を高め、回転性能の向上を図るとともに、さらなる低コスト化を達成することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る動圧軸受装置は、軸部材と、軸部材を回転自在に支持する固定側部材と、軸部材に取り付けられ、ディスク搭載面を有する回転部材とを具備し、固定側部材と軸部材の間の環状のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用によって軸部材をラジアル方向に非接触に支持するものにおいて、回転部材を樹脂で成形し、かつこの回転部材のうち、少なくともロータマグネットとの対向部に磁性体からなる磁気シールド部材を配置したことを特徴とする。この動圧軸受装置を上記情報機器に使用する場合、回転部材として、磁気ディスク等のディスクを支持するディスクハブやターンテーブル等を使用することができる。

回転部材を、樹脂材料で成形することにより、機械加工等により成形された金属製の回転部材と比べて軽量化が可能となり、かつ、低コストで製造することができる。特に回転部材が軽量化されることで、モータの迅速な起動・停止が可能となる。このように回転部材を樹脂製とした場合、ステータコイルとロータマグネット間に生じる磁束が回転部材を介して漏れ、磁力損失を生じる恐れがあるが、回転部材のうち、少なくともロータマグネットとの対向部に磁性体からなる磁気シールド部材を配置することで、かかる磁束漏れを防止し、モータの回転性能を向上させることができる。

この回転部材を、磁気シールド部材をインサート部品とする樹脂の射出成形品とすることにより、後作業でディスクハブ等の部材と磁気シールド部材とを別途組み付ける手間を省くことができ、モータの組立てコストを軽減することができる。この回転部材は、磁気シールド部材および軸部材をインサート部品として樹脂材料で射出成形することもでき、これによれば組立てコストのさらなる低減化が図られる。また、ディスクハブ等の部材と軸部材との組付け精度を向上させると共に、両者間で充分な固定力を確保することもできる。一般に回転部材の精度不良は、軸振れ等の発生原因となるなど軸受性能に大きな影響を与え得るものであるが、本発明によれば組み付け精度不良に起因した軸受性能の低下を回避することができる。

インサート成形の際、磁気シールド部材は、少なくともその一部が回転部材の樹脂部に埋設されることが望ましい。これによれば、磁気シールド部材の埋設部分を覆う樹脂部のうち、磁気シールド部材を介して対向する領域が、固化時に磁気シールド部材を締め付ける方向に収縮するので、樹脂部と磁気シールド部材との間の固定力をさらに高めることができる。

前述の磁気シールド部材は、例えばプレス加工などの塑性加工で成形されることが望ましく、これによれば磁気シールド部材を切削加工等で成形する場合と比べて、より安価に成形することができる。

以上に述べた動圧軸受装置には、軸部材をスラスト方向で回転自在に支持するスラスト軸受部を設けることができる。スラスト軸受部としては種々の構造が考えられ、例えば固定側部材が、軸部材を内周に挿入した軸受スリーブと、内部に軸受スリーブを固定し、一端側に開口部、他端側に一体又は別体の底部を備えたハウジングとを有するときには、ハウジングの開口部端面と回転部材との間にスラスト軸受隙間を備え、このスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触支持するものが考えられる（図１および図２参照）。

スラスト軸受部の他例として、ハウジングの底部と軸部材との間にスラスト軸受隙間を備え、このスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触支持するものも考えられる（図６参照）。

さらには、ハウジングで軸部材を接触支持するものも考えられる。この場合、軸部材はハウジングの底部、あるいはハウジングの底部を構成する他部材（スラストワッシャ等）と接触する（図７参照）。

これら一連の効果を奏する動圧軸受装置は、この動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で励磁力を生じるステータコイルとで構成されるモータとして、上記情報機器用に提供することができる。

以上のように、本発明に係る動圧軸受装置によれば、回転部材の軽量化と低コスト化を達成しつつも、磁束漏れを抑えることができ、モータの回転性能を高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。この情報機器用スピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材９を固定側部材２で回転自在に支持する動圧軸受装置１と、例えば、半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４およびロータマグネット５と、ブラケット６とを備えている。ステータコイル４はブラケット６の内側面６ａに取り付けられ、ロータマグネット５は、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体を一枚または複数枚保持する回転部材としてのディスクハブ１０の外周に取り付けられている。ブラケット６の内周には動圧軸受装置１のハウジング７が装着されている。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する励磁力でロータマグネット５が回転し、それに伴って、固定側部材２としてのハウジング７および軸受スリーブ８に対してディスクハブ１０、さらには軸部材９が回転する。

軸部材９は、例えばステンレス鋼等の金属材料の切削加工や鍛造加工により形成されるものであり、軸受スリーブ８の内周に挿入される。この軸部材９を軸受スリーブ８の内周に挿入し、かつ回転させた状態では、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材９の外周面９ａとの間に、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して形成される。また、ハウジング７の開口部端面７ａとディスクハブ１０の下側端面１０ａ１との間には、スラスト軸受部Ｔ１が形成される。なお、説明の便宜上、ハウジング７の開口部端面７ａの側を上側、開口部端面７ａと反対の側を下側として以下説明を行う。

ハウジング７は、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの下端に位置し、ハウジング７と一体又は別体構造を成す底部７ｃとを備えている。底部７ｃは、この実施形態では側部７ｂと一体に形成され、例えば、液晶ポリマーやＰＰＳ等の樹脂材料で有底筒状に射出成形される。スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる開口部端面７ａには、例えば、図３に示すように、スパイラル形状の動圧溝７ａ１が形成されている。この動圧溝７ａ１は、ハウジング７の成形時に成形されたものである。すなわち、ハウジング７を成形する成形型の、開口部端面７ａを成形する部位に、動圧溝７ａ１を成形する溝型を加工しておき、ハウジング７の成形時に上記溝型の形状をハウジング７の開口部端面７ａに転写することにより、動圧溝７ａ１をハウジング７の成形と同時成形することができる。また、ハウジング７は、側部７ｂの上方部外周に、上方に向かって漸次拡径するテーパ状の外壁７ｄを備えている。なお、この実施形態では、底部７ｃは例えば上記樹脂材料の射出成形で側部７ｂと一体に成形されるが、底部７ｃを、側部７ｂとは別体に形成し、後付けで底部７ｃを側部７ｂに取り付けてもよい。この場合には、例えば図５に示すように、軸部材９の下端にフランジ部９ｃを設けて、該フランジ部９ｃの上側端面９ｃ１と、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとの間に、軸部材９をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ２を形成することができる。

軸受スリーブ８は、例えば、焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面７ｅの所定位置に、例えば圧入や接着、超音波溶着等の固定手段によって固定される。

軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられ、この２つの領域には、例えば、図４に示すようなへリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成されている。上側の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。また、軸受スリーブ８の外周面８ｂには、１本又は複数本の軸方向溝８ｂ１が軸方向全長に亘って形成されている。この実施形態では、３本の軸方向溝８ｂ１を円周方向等間隔に形成している。

回転部材としてのディスクハブ１０は、後述のように液晶ポリマーやＰＰＳ等の樹脂材料を射出成形することによって形成される。この実施形態のディスクハブ１０は、略円板形状を成す基部１０ａと、基部１０ａの外周部１０ａ２から軸方向下方に延在した周壁部１０ｂと、周壁部１０ｂの外周に設けられたディスク搭載面１０ｃを備えている。図示されていないディスク状情報記録媒体は、ディスク搭載面１０ｃに載置され、図示しない適当な保持手段によってディスクハブ１０に保持される。周壁部１０ｂの下端部には、磁気シールド部材１１が一体的に設けられる。

磁気シールド部材１１は、例えばマルテンサイト系ステンレスやフェライト系ステンレス等の強磁性体からなる金属プレートを塑性加工（プレス加工等）することにより成形される。この実施形態の磁気シールド部材１１は、断面略Ｌ字状をなすもので、周壁部１０ｂに沿って軸方向に延びる軸方向部１１ａと、軸方向部１１ａの上端から外径側に延びる半径方向部１１ｂとを備えている。

上記の通りディスクハブ１０には、ロータマグネット５が接着等の手段によって取り付けられる。本実施形態では、ディスクハブ１０の周壁部１０ｂに設けた磁気シールド部材１１の外周（軸方向部１１ａの外周）に取付け部３ｃを設け、この取付け部３ｃに直接ロータマグネット５を接着固定することにより、金属接着を実現して固定力の向上を図っている。

ディスクハブ１０の周壁部１０ｂの内周面１０ｂ１は、ハウジング７のテーパ状の外壁７ｄとの間に、ハウジング７の底部７ｃ側から上方に向けて半径方向寸法が漸次縮小した環状のシール空間Ｓを形成する。このシール空間Ｓは、軸部材９およびディスクハブ１０の回転時、スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受隙間の外径側と連通している。周壁部１０ｂの内周面１０ｂ１には抜止め部材１２が固定されており、この抜け止め部材１２がハウジング７の外周に形成された段部７ｆと軸方向で係合することにより、軸部材９およびディスクハブ１０の上方への抜けが規制される。

上記構成のディスクハブ１０は、先に成形した軸部材９および磁気シールド部材１１をインサート部品として、樹脂材料を射出成形することによって成形される（インサート成形）。このインサート成形によって、ディスクハブ１０の基部１０ａ中央に、軸部材９の上端を埋め込んだ状態でディスクハブ１０と軸部材９とが一体化され、またディスクハブ１０の周壁部１０ｂ外周に磁気シールド部材１１を埋め込んだ状態でディスクハブ１０と磁気シールド部材１１とが一体化される。軸部材９とディスクハブ１０の抜け止めとして、軸部材９の上端部に半径方向の溝９ｂが形成されている。

このようにディスクハブ１０をインサート成形によって軸部材９および磁気シールド部材１１と一体成形することにより、ディスクハブ１０の成形と、ディスクハブ１０、軸部材９、および磁気シールド部材１１の組み付け作業を同時に行うことができるので、モータの組立てコストを低減することができる。また、インサート成形の際、高精度の金型を用いて軸部材９や磁気シールド部材１１の位置決め精度を高めることで、容易に高い組み付け精度を得ることができ、成形品の振れ精度や同軸度を高レベルに確保することができる。軸部材９および磁気シールド部材１１のみならず、ロータマグネット５をインサート部品としてディスクハブ１０を射出成形することもできる。

また本発明では、ディスクハブ１０のうち、ロータマグネット５との対向部に磁気シールドとして機能する磁気シールド部材１１を配置しているので、ロータマグネット５とステータコイル４間に作用する磁束のディスクハブ１０を介した漏れを防止することができる。従って、ロータマグネット５と、ロータマグネット５と対向するステータコイル４との間の磁束密度を高め、モータの回転性能の向上を図ることができる。

磁束漏れ防止のためには、ロータマグネット５のステータコイル４との対向部を除く全ての領域を磁気シールド部材で被覆するのが望ましいが、本実施形態では、磁気シールド部材１１の加工性等を考慮し、磁気シールド部材１１に軸方向部１１ａと半径方向部１１ｂを設けることとして、主としてロータマグネット５の内径側と上方で磁気をシールドしている。もちろん磁気シールド部材１１の形状を適宜変更することにより、他の方向（例えば下方）でも磁気シールドを行うことができ、あるいは磁気シールド方向を限定する（例えば内径側のみ磁気シールドを行う）こともできる。

本実施形態では、図２に示すように、磁気シールド部材１１をディスクハブ１０の外周に貼着する形で一体成形し、磁気シールド部材１１の外周面を露出させているが、磁気シールド部材１１の一部または全部をディスクハブの一部に埋設してもよい。この場合、磁気シールド部材のうち、樹脂部に埋設された部分が、溶融樹脂の固化時の収縮により、両側から拘束されるので、磁気シールド部材１１の固着強度を高めることができる。

ロータマグネット５に対向するステータコイル４に通電すると、ロータマグネット５との間の励磁力により、ディスクハブ１０、さらには軸部材９が回転する。軸部材９の回転に伴い、軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材９の外周面９ａとの間のラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、軸部材９が、上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によってラジアル方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材９をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同様に、ハウジング７の開口部端面７ａと、軸部材９と一体に成形されたディスクハブ１０の下側端面１０ａ１との間にはスラスト軸受隙間が形成されており、軸部材９の回転に伴い、上記スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧作用が発生し、軸部材９が上記スラスト軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によってスラスト方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材９をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Ｔ１が構成される。

図１および図２では、内径側にステータコイル４を配置すると共に、外径側にロータマグネット５を配置したモータを例示しているが、その逆に内径側にロータマグネット５を配置し、外径側にステータコイル４を配置したモータについても同様に本発明を適用することが可能である。また、両図は、ステータコイル４とロータマグネット５との間に半径方向のギャップを介在させたラジアルギャップ型のモータを例示しているが、本発明は、ステータコイル４とロータマグネット５との間に軸方向のギャップを介在させたアキシャルギャップ型のモータにも同様に適用することができる。

図６は、第２の実施形態に係る動圧軸受装置２１を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの拡大断面図である。この実施形態は、第１の実施形態が、ハウジング７とディスクハブ１０との間にスラスト軸受隙間を形成したのに対し、ハウジング２７および軸受スリーブ２８と軸部材２９との間にそれぞれスラスト軸受隙間を形成した点で第１の実施形態と異なる。具体的には、軸部材２９は、その下端に一体または別体に設けられたフランジ部２９ｂを備えており、軸部材２９と別体に形成された樹脂製のディスクハブ３０に後付けで取り付けられる。また、図示は省略するが、ハウジング２７の底部２７ｂの内底面２７ｂ１には、例えば、スパイラル形状の動圧溝が形成されるとともに、軸受スリーブ２８の下側端面２８ｃにも、同様の形状の動圧溝が形成される。上記軸部材２９を軸受スリーブ２８の内周に挿入し、かつ回転させた状態では、軸受スリーブ２８の下側端面２８ｃと軸部材２９のフランジ部２９ｂの上側端面２９ｂ１との間にスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間に潤滑油の動圧作用が生じて軸部材２９をスラスト方向に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ１１が形成される。同時に、ハウジング２７の底部２７ｂの内底面２７ｂ１とフランジ部２９ｂの下側端面２９ｂ２との間にもスラスト軸受隙間が形成され、このスラスト軸受隙間に潤滑油の動圧作用が生じて軸部材２９をスラスト方向に非接触支持する第２スラスト軸受部Ｔ１２が形成される。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、例えば図示は省略するが、ディスクハブ１０の、ロータマグネット５と対向する位置に磁気シールド部材１１を配置することにより、ロータマグネット５からの磁束漏れを抑えることができる。なお、この実施形態では、ハウジング２７の底部２７ｂを、ハウジング２７と一体に形成しているが、例えば底部２７ｂをハウジング２７とは別体に形成し、後付けでハウジング２７に取り付けるようにすれば、軸部材２９とディスクハブ３０を一体に形成することができる。

図７は、第３の実施形態に係る動圧軸受装置３１を組み込んだスピンドルモータの拡大断面図である。この実施形態は、スラスト軸受部を非接触タイプの動圧軸受ではなく、接触タイプのピボット軸受とした点で第１および第２の実施形態と異なる。具体的には、軸部材３９は、フランジ部のない軸状を成し、その下端３９ｂは凸球形状に形成されている。軸部材３９は、その下端３９ｂをハウジング３７の底部３７ｂに固定したスラストワッシャ３７ｃの内底面３７ｃ１にピボット接触させた状態でスラスト方向に接触支持される。

第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ディスクが装着される回転部材としてのロータ部材４０の、ロータマグネット５と対向する位置に磁気シールド部材１１を配置することによりロータマグネット５からの磁束漏れを抑えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る動圧軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの断面図である。 第１の実施形態に係る動圧軸受装置の断面図である。 ハウジングを図２のＡ方向から見た図である。 軸受スリーブの断面図である。 第１の実施形態に係る動圧軸受装置の一変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る動圧軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る動圧軸受装置を組み込んだスピンドルモータの拡大断面図である。

符号の説明

１、２１、３１ 動圧軸受装置
２ 固定側部材
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
７、２７、３７ ハウジング
７ａ１ 動圧溝
８、２８ 軸受スリーブ
８ａ１ 動圧溝
９ 軸部材
１０ ディスクハブ
１０ｂ 周壁部
１１ 磁気シールド部材
１１ａ 軸方向部
１１ｂ 半径方向部
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１ スラスト軸受部

Claims (10)

1. 軸部材と、軸部材を回転自在に支持する固定側部材と、軸部材に取り付けられ、ディスク搭載面を有する回転部材とを具備し、固定側部材と軸部材の間の環状のラジアル軸受隙間に生じる流体の動圧作用によって軸部材をラジアル方向に非接触に支持するものにおいて、
   回転部材が樹脂で成形され、かつこの回転部材のうち、少なくともロータマグネットとの対向部に磁性体からなる磁気シールド部材を配置したことを特徴とする動圧軸受装置。
2. 回転部材が、磁気シールド部材をインサート部品とする樹脂の射出成形品である請求項１記載の動圧軸受装置。
3. 磁気シールド部材の少なくとも一部を樹脂に埋設した請求項１〜２記載の動圧軸受装置。
4. 磁気シールド部材が塑性加工で成形されたものである請求項１〜３記載の動圧軸受装置。
5. 回転部材が、磁気シールド部材および軸部材をインサート部品とする樹脂の射出成形品である請求項１〜４記載の動圧軸受装置。
6. 固定側部材が、軸部材を内周に挿入した軸受スリーブと、内部に軸受スリーブを固定し、一端側に開口部、他端側に一体又は別体の底部を備えたハウジングとを有する請求項１記載の動圧軸受装置。
7. ハウジングの開口部と回転部材との間にスラスト軸受隙間を備え、このスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触支持する請求項６記載の動圧軸受装置。
8. ハウジングの底部と回転部材との間にスラスト軸受隙間を備え、このスラスト軸受隙間に生じる流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に非接触支持する請求項６記載の動圧軸受装置。
9. ハウジングで軸部材を接触支持する請求項６記載の動圧軸受装置。
10. 請求項１〜９の何れかに記載した動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で励磁力を生じるステータコイルとを有することを特徴とするモータ。