JP2006017153A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型化が可能であり、長寿命で、製造が容易なスピンドルモータを提供する。
【解決手段】 スリーブ（５）と、該スリーブ（５）に潤滑性流体（１２）を含んでなる動圧軸受（２０）を介してラジアル方向に軸支されたシャフト（１）と、シャフト（１）に固定されスリーブ（５）の一端部側を囲繞するリング状突部（１１）を有するハブ（３）と、を備え、スリーブ（５）の一端部側の外周面（１０）とこれに対向するリング状突部（１１）の内周面（１３）とを、互いの面の間隙が一端部から離れるに従って広がるよう形成して潤滑性流体のテーパシール部（１４）にすると共に、スリーブ（５）の一端部側の端面（５ｄ）とこれに対向するハブの面（３ｄ）とを、間隙（ｇ）を有する互いに平行な面に形成して潤滑性流体の溜まり部（２５）にした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ハードディスク装置やレーザビームプリンターに好適に用いられるスピンドルモータに関する。

従来のスピンドルモータの一例を図６に示す。このスピンドルモータはハードディスク装置に用いられるものである。
当図において、ロータ１５０Ｒは、シャフト１０１と、その一端側に固定された円盤状のスラストプレート１０２と、他端側に固定されたハブ１０３と、多極に着磁されてハブ１０３の内周面に固定された円筒状のマグネット１０４とを備えている。
一方、ステータ１５０Ｓは、シャフト１０１が回転自由に挿入された円筒状のスリーブ１０５と、スラストプレート１０２をスリーブ１０５とで挟むようにそのスリーブ１０５に固定された平板状のスラストカバー１０６と、スリーブ１０５を保持するモータベース１０７と、珪素鋼板を積層して放射状の突起を有してモータベース１０７に固定されたコア１０８と、このコア１０８の突起に巻回されたコイル１０９とを備えている。

シャフト１０１の外周面またはスリーブ１０５の内周面には動圧溝が形成され、両面によりラジアル軸受が構成される。
一方、スラストプレート１０２とスリーブ１０５とが対向する面の少なくとも一方と、スラストプレート１０２とスラストカバー１０６とが対向する面の少なくとも一方とに、ロータ１５０Ｒが回転したときに動圧を発生する溝を形成してスラスト軸受を構成されている。
そして、シャフト１０１，スラストプレート１０２，スリーブ１０５及びスラストカバー１０６で囲まれた空間には潤滑性液体が充填保持され、動圧軸受が構成される

さらに、スリーブ１０５の内周面のハブ側端部には、その端面に向かうに従って内径が大きくなる方向のテーパ１１０が設けられている。そして、潤滑性液体の量を、その液面がこのテーパ１１０の途中に位置するように設定することにより、表面張力の作用で潤滑性液体のモータ外部への漏出を防止している。このテーパ部が所謂テーパシール部である。

ところで、図６に示すスピンドルモータの全体の厚さは、動圧軸受の厚さ、すなわち、スラストカバー１０６とスラストプレート１０２とラジアル軸受の両端部間隔ｄ１とテーパ１１０との軸方向寸法合計に、ハブ１０３の平板部の厚さｄ２を加えた値以上が必要とされる。

ハードディスク装置に搭載するスピンドルモータには薄型化が要求されている。しかしながら、スラストカバー１０６とスラストプレート１０２の厚さを薄くすると、スラスト軸受の剛性と精度が低下してしまい、また、ラジアル軸受ｄ１の間隔を狭めると、ラジアル剛性と振れ精度が悪化してしまい、また、テーパ１１０長（軸方向長さ）を短くすると、温度変化等により潤滑性液体の熱膨張変化の影響が生じ易く、高温による膨張でシール部を越えると漏れてしまい、また、低温による収縮でラジアル軸受部に十分行きわたらず、振れ精度の悪化したり、シャフト１０１とスリーブ１０５との接触により傷付きが生じて負荷が増大して軸受寿命が低下してしまい、また、ハブ１０３の平板部厚さを薄くすると、ロータ１５０Ｒの剛性が低下してしまうという問題がある。
ハードディスク装置においては、搭載するスピンドルモータの振れ精度の悪化と各部剛性の低下は、ディスクへの記録密度向上の妨げとなる。

それを改善するために、特許文献１には、スリーブのハブ側の端面とそれに連接する外周部にテーパシール部を設け、薄型化を図った軸受装置が記載されている。
特開２００２−５４６３６号公報

ところが、動圧軸受に充填する潤滑性液体は、蒸発により経時的に徐減する。
特許文献１の軸受装置においては、ラジアル動圧軸受部からテーパシール部までの距離が極めて短いので、この潤滑性液体の減少によりテーパシール部側の動圧発生用溝の潤滑性液体がすぐに欠乏し易く、軸受の寿命が比較的短いという問題があった。

また、スリーブ外周のテーパーシール部は、その下側のスリーブ段部の上面に向かって開口しており、この軸受装置を搭載したモータの製造工程における潤滑性液体の注入作業においてこの液体の液面を視覚的に確認することができず、作業が極めて難しいという問題があった。

そこで本発明が解決しようとする課題は、薄型化が可能であり、長寿命で、製造が容易なスピンドルモータを提供することにある。

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に係る発明は、スリーブ（５）と、該スリーブ（５）に潤滑性流体（１２）を含んでなる動圧軸受（２０）を介してラジアル方向に軸支されたシャフト（１）と、該シャフト（１）に固定され前記スリーブ（５）の一端部側を囲繞するリング状突部（１１）を有するハブ（３）と、を備えたスピンドルモータにおいて、
前記スリーブ（５）の前記一端部側の外周面（１０）とこれに対向する前記リング状突部（１１）の内周面（１３）とを、互いの面の間隙が前記一端部から離れるに従って広がるよう形成して前記潤滑性流体のテーパシール部（１４）にすると共に、前記スリーブ（５）の前記一端部側の端面（５ｄ）とこれに対向する前記ハブの面（３ｄ）とを、間隙（ｇ）を有する互いに平行な面に形成して前記潤滑性流体の溜まり部（２５）にして成ることを特徴とするスピンドルモータ（８０）である。

本発明によれば、薄型化が可能で、長寿命で、製造が容易になるという効果を得る。

本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１〜図５を用いて説明する。
図１は、本発明のスピンドルモータの実施例を示す断面図である。
図２は、本発明のスピンドルモータの別の実施例を示す断面図である。
図３は、傾斜角差及び回転数に対する潤滑性流体の漏れの有無を説明するための図である。
図４は、傾斜角と内容量との関係を説明するための図である。
図５は、本発明のスピンドルモータの実施例における要部を説明する部分断面図である。

実施例のスピンドルモータ８０を、図１を用いて説明する。このスピンドルモータ８０はハードディスク装置やＬＢＰ（レーザビームプリンター）装置に用いられるものである。
当図において、ロータ１５Ｒは、シャフト１と、その一端側に固定された環状のスラストプレート２と、他端側に固定されたハブ３とを備えている。
ハブ３は、快削鋼を切削して外周側にフランジ３ａを有する略カップ状に形成され、表面にはニッケルめっきが施されている。フランジ３ａの内面には、多極に着磁されたリング状のマグネット４が固着されている。

一方、ステータ１５Ｓは、モータベース７と、このモータベース７に固定されシャフト１が内径部５ａに回転自由に挿入された円筒状のスリーブ５と、このスリーブ５の一端側開口部５ｂにスラストプレート２を挟むよう固定された円板状のスラストカバー６と、モータベース７に固定され放射状の突起を有する珪素鋼板が積層されてなるコア８と、このコア８の突起に巻回されたコイル９とを備えている。

シャフト１の外周面１ｃまたはスリーブ５の内周面５ｃには動圧溝２０Ａ，２０Ｂが軸ＣＬ方向に所定間隔離れて形成されている。この両面１ｃ，５ｃと両者間に充填された後述する潤滑性流体１２とによりラジアル動圧軸受２０が構成される。
一方、スラストプレート２とスリーブ５とが対向する面の少なくとも一方の面、及び、スラストプレート２とスラストカバー６とが対向する面の少なくとも一方の面には、ロータ１５Ｒが回転したときに動圧を発生する動圧溝（図示せず）が形成されている。
この両面と両面間に充填された潤滑性流体１２とによりスラスト軸受２１が構成される。
動圧軸受を構成する潤滑性流体（液体を含み、例えば潤滑油，磁性流体等である）１２は、シャフト１，スラストプレート２，スリーブ５及びスラストカバー６で囲まれた空間に充填保持される。

次に、この潤滑性流体１２のシール構造について詳述する。
スリーブ５において、そのスラスト軸受２１とは反対側の端面５ｄは、平面で形成されている。
また、スリーブ５の外周面５ｅにおける端面５ｄ側には、端面５ｄ側を起点としてスラスト軸受２１側に向かうに従って縮径となるテーパ部１０が設けられている。
このテーパ部１０の軸方向長さＬ１は、この実施例では１．５ｍｍであり、このテーパ部１０が軸ＣＬとなす角度（傾斜角）αは、１２°である。

一方、ハブ３において、スリーブ５の端面５ｄと対向する面は、端面５ｄと所定の間隙ｇを有する平行な平面で形成されている。
そして、スリーブ５の端面５ｄ側端部を覆うように、リング状にスラスト軸受２１側へ突出する突部１１が形成されている。
このスリーブ５の端部を囲繞する突部１１の内面は、スラスト軸受２１側に向かうに従って縮径するように形成されたテーパ部１３とされている。
このテーパ部１３が軸ＣＬとなす角度（傾斜角）βは、８°である。
即ち、スリーブ５のテーパ部１０及びハブ３のテーパ部１３は、スラスト軸受２１側に向かうに従って互いの間隙が除々に広がるテーパシール部１４を形成している。

テーパシール部１４を拡大して示す図５において、スリーブ５のテーパ部１０のスラスト軸受２１側端部１０ａは、径がスリーブ本体の外径（直径Ｄ２）まで拡径する段部１０ｂを有している。
また、このスリーブ５の端面５ｄの直径Ｄ１は、スリーブ本体の外径（直径Ｄ２）に対して、Ｄ１≧Ｄ２となるように形成されている。
これにより、ラジアル動圧軸受２０からテーパーシール部１４までの距離を十分に確保できるので、潤滑性流体１２が減少してもその動圧軸受への影響を無くすことができる。

上述した構成のスピンドルモータ８０の要部組み立てについて、以下に説明する。
まず、シャフト１の一端側にスラストプレート２を圧入する。このシャフト１を図１の下方側からスリーブ５に挿入した後、スリーブ５の下端側開口部５ｂを封止するようにスラストカバー６を接着固定する。
シャフト１の他端側は、スリーブ５の上部から突出するので、その突出部にハブ３を圧入する。

この状態で潤滑性流体１２を注入する。潤滑性流体１２は、スラストプレート２の周囲，シャフト１とスリーブ５との隙間，ハブ３とスリーブ５の端面５ｄとの隙間ｇ，スリーブ５のテーパ部１０及びハブ３のテーパ部１３とで構成されるテーパシール部１４）の途中（図５参照）まで充填される。
テーパシール部１４は、潤滑性流体１２が充填されている側から充填されていない側（開口側）に向かって徐々に広がるように形成されているので、表面張力の作用で、潤滑性流体１２がそこから外部に漏れ出すことはない。

ここで、ハブ３とスリーブ５の端面５ｄとの隙間ｇにより潤滑性流体１２溜まりが形成される。この隙間ｇは、狭すぎるとロータ１５Ｒ回転時の抵抗が大きくなり、広すぎるとこの部分の潤滑性流体１２の量が多くなってその自重や回転時の遠心力で外部に漏出し易くなるので、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲とするのが良い。望ましくは、０．１０ｍｍ〜０．１５ｍｍである。この範囲に隙間ｇを設定することで、最適な量の潤滑性流体１２を保持することができる。

また、ハブ３におけるスリーブ５の端面５ｄに対向する面３ｄを基準とした突部１１の軸方向の長さ（突出量）Ｌ２は、図５に示す注入部Ｐから潤滑性流体１２を注入する作業上、ハブ３とスリーブ５との隙間ｇに、テーパ部１０の軸方向長さＬ１を加えた寸法よりある程度短くする必要があり、本実施例では０．８０ｍｍとしてある。
また、スリーブ５に設けたテーパ部１０の傾斜角αと突部１１に設けたテーパ部１３の傾斜角βとの関係は、上述したようにα＞βであるが、発明者らは、この関係を詳細に研究して最適な範囲を見い出したので、以下に説明する。

図３は、傾斜角差Δθ＝α−βを横軸にとり、ロータ１５Ｒの回転数を縦軸にとって潤滑性流体の漏れの有無を示したグラフである。このグラフにおいては、潤滑性流体をオイルと表記している。
実線よりも右側がオイル漏れを生じない領域であり、左側がオイル漏れを生じた領域である。
このデータは、１０°≦α≦１５°の範囲でテーパ部１０及びテーパ部１３の傾斜角α，βを種々変更し、潤滑性流体１２が漏れ始める境界値におけるモータ回転数を測定した結果である。ここでα≦１５°としたのは、スリーブやハブの実寸法に対して、実用的な寸法範囲であることによる。
ここでは、傾斜角の数値を、潤滑性流体１２の充填されてある側から充填されていない側に向かって径が小さくなる方向を正とし、径が一定（軸に平行）の場合を傾斜角０°とし、径が大きくなる方向を負としてある。

当図によれば、一般的ハードディスク装置についてはディスク回転数が５４００（回／分）であるから、傾斜角差Δθを０°以上にすれば良いことがわかる。
また、近年、ハードディスク装置の回転数は増加する傾向で７２００（回／分）の装置も市販され始めており、その場合を考慮すれば傾斜角差Δθを２°以上にするのが好ましい。
また、将来は、１００００（回／分）のハードディスク装置の開発も予測されるので、その場合でもオイルが漏れないように傾斜角差Δθを４°以上にするのが最も望ましい。

一方、ハブ３の突部１１の最小径Ｄ３（図５参照）は、組み立てを容易にするため、スリーブ５の端面５ｄの外径Ｄ１より大きくしてある。
実施例では、ハブ３の突部１１の最小径Ｄ３を７．７ｍｍとし、端面５ｄの外径Ｄ１を７．３ｍｍとした。

テーパシール部１４の途中に潤滑性流体１２の液面１２ａが位置する状態で、テーパ部１０とテーパ部１３との間隙がスラスト軸受２１側に向かって広がるようにするには、その方向に向かって
（１）両テーパ部１０，１３共、拡径する場合
（２）テーパ部１０がストレートでテーパ部１３が拡径する場合
（３）テーパ部１３が拡径し、テーパ部１０が縮径する場合
（４）テーパ部１３がストレートでテーパ部１０が縮径する場合
（５）両テーパ部１０，１３共、縮径する場合
の５通りの場合が考えられる。
モータの回転時には、潤滑性流体１２も共に回転して遠心力が働くので、その遠心力によって外部に漏れ出ない方向の（４）または（５）の形態とするのが最も好ましい。

また、テーパ部１３の傾斜角βを必要以上に大きくすると、テーパシール部１４の内容積が過度に減少して信頼性に問題が生じる可能性がある。
具体的には、上述した実施例の寸法、即ち、テーパ部１０の傾斜角α＝１２°，ハブ３の突部１１の最小径Ｄ３＝７．７ｍｍ，スリーブ５の端面５ｄの外径Ｄ１＝７．３ｍｍとした場合、テーパ部１３の傾斜角βとテーパ部内容積Ｖとの関係を、傾斜角βが０°の時の内容積Ｖを１００％としてそれに対する比率で表わすと、図４に示す関係がある。

潤滑性流体１２は、上述したように、テーパシール部１４の途中に液面１２ａが位置するように充填されるが、初期の液面位置には、ある程度の製造上のばらつきがあり、また、温度変化や蒸発により液面１２ａは変化する。
動圧軸受の性能を維持するためには、どのような状態でもこの液面１２ａがテーパシール部１４に位置する必要がある。
発明者らの鋭意研究において、テーパシール部１４の内容量Ｖが傾斜角β＝０°の場合に対して８０％未満になると、液面変動の影響が顕著になって信頼性を確保し難いことがわかっている。従って、ハブ突部の内周の傾斜角βを、内容量Ｖが上述した比率８０％未満となるように設定するのがよい。
上述の実施例においては、図４から、β≦１０°にすることが望ましいことがわかる。

また、図示していないが、スリーブ５の端面５ｄとこれに対向するハブ３側の面の一面、または、両面に、ロータ１５Ｒが回転したときに潤滑性流体１２が回転中心側に移動するようにスパイラル状の溝を設けると、潤滑性流体１２が外部に漏れ出すことを妨げる効果が更に得られ、より信頼性の高いスピンドルモータ８０を得ることができる。

上述した実施例は、スリーブ５のスラスト軸受２１側とは反対側の端面５ｄの外径Ｄ１を、スリーブ５の端部側に設けたテーパ部１０以外の外径（スリーブ本体の外径Ｄ２）よりも大きくし、スリーブ５の端面５ｄとこれに所定の隙間ｇを有して対向するハブ３の面との間に潤滑性流体１２が十分に充填される潤滑性流体溜まり部２５を設けたものである。
これにより、最適量の潤滑性流体１２が保持されると共に、ラジアル動圧軸受２０とテーパシール部１４とが近接せず離隔しているので、潤滑性流体１２の量が蒸発等で経時的に徐減しても、ラジアル動圧軸受２０の潤滑性流体欠乏を起こすことがないので、長期にわたって安定した性能を発揮し、極めて超寿命のスピンドルモータ８０が得られる。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順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変形例としてもよいのは言うまでもない。
例えば、実施例は、スリーブ５とスラストカバー６とをステータ１５Ｓ側とし、シャフト１，スラストプレート２及びハブ３をロータ１５Ｒ側とした構造（軸回転型）のモータを示したが、シャフト１，スラストプレート２及びハブ３をステータ１５Ｓ側とし、スリーブ５とスラストカバーをロータ１５Ｒ側とした構造（軸回転型）としてももちろん良い。

また、図２に変形例を示す。この例は、スリーブ５のテーパ部１０のスラスト軸受２１側端部１０ａに設けた段部１０ｂが、縮径してスリーブ本体の外径Ｄ２となるようにした例である。
これにより、実施例と同様の効果を得る一方、潤滑性流体１２を注入する注入口Ｐがより大きく開口するので注入がより容易になり、製造効率がさらに向上するものである。
また、スリーブ５の本体外径Ｄ２に対して、端面５ｄの外径Ｄ１が実施例よりも更に大きくなっているので、隙間ｇを最適にしつつ潤滑性流体１２の溜まり部２５の容量が拡大しているので、より長期に渡り性能を維持して超寿命のスピンドルモータが得られる。

本発明のスピンドルモータの実施例を示す断面図である。 本発明のスピンドルモータの別の実施例を示す断面図である。 傾斜角差及び回転数に対する潤滑性流体の漏れの有無を説明するための図である。 傾斜角と内容量との関係を説明するための図であるである。 本発明のスピンドルモータの実施例における要部を説明する部分断面図である。 従来のスピンドルモータを説明する断面図であるである。

符号の説明

１ シャフト
１ｃ 外周面
２ スラストプレート
３ ハブ
３ａ フランジ
３ｄ 面
４ マグネット
５ スリーブ
５ａ 内径部
５ｂ 開口部
５ｃ 内周面
５ｄ 端面
６ スラストカバー
７ モータベース
８ コア
９ コイル
１０ （スリーブの）テーパ（シール）部
１０ａ 端部
１０ｂ 段部
１１ 突部
１２ 潤滑性流体（潤滑剤）（オイル）
１２ａ 液面
１３ （ハブの）テーパ部
１４ テーパシール部
１５Ｒ ロータ
１５Ｓ ステータ
２０ ラジアル動圧軸受
２０Ａ，２０Ｂ 動圧溝
２１ スラスト動圧軸受
２５ 潤滑性流体溜まり部
８０ スピンドルモータ
ＣＬ 軸
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 直径
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｐ 注入部
Ｖ 内容量
α，β 傾斜角
Δθ 傾斜角差
ｇ 隙間

Claims (1)

1. スリーブと、
   該スリーブに潤滑性流体を含んでなる動圧軸受を介してラジアル方向に軸支されたシャフトと、
   該シャフトに固定され前記スリーブの一端部側を囲繞するリング状突部を有するハブと、を備えたスピンドルモータにおいて、
   前記スリーブの前記一端部側の外周面とこれに対向する前記リング状突部の内周面とを、互いの面の間隙が前記一端部から離れるに従って広がるよう形成して前記潤滑性流体のテーパシール部にすると共に、前記スリーブの前記一端部側の端面とこれに対向する前記ハブの面とを、間隙を有する互いに平行な面に形成して前記潤滑性流体の溜まり部にして成ることを特徴とするスピンドルモータ。

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