JP2007107641A

JP2007107641A - スピンドルモータおよび回転装置

Info

Publication number: JP2007107641A
Application number: JP2005300032A
Authority: JP
Inventors: Takekatsu Yamamoto; 武克山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-04-26
Also published as: US20070085432A1; US7531928B2

Abstract

【課題】シャフトとハブの締結力を向上し、動圧発生溝や各部品の加工誤差等に起因する圧力差を補償し、気泡を排出するための連通穴を適切に形成し、動圧発生溝の形成も容易で、潤滑油の漏れを容易に防止することが可能なスピンドルモータを提供する。
【解決手段】軸芯部材を段付き形状とし、軸芯部材の径大部にロータハブを、径小部に外環部材を取り付け、外環部材外周とスリーブ内周の間にラジアル動圧軸受、外環部材下面とスリーブ底面の間にスラスト動圧軸受を設けるとともに、スラスト軸受の半径方向内方にスラスト方向に開口する開口部1と、シャフト部材のフランジ上面と蓋部材４の蓋面近傍にラジアル方向に開口する開口部２を有する連通穴１２を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は動圧軸受を使用したスピンドルモータおよび回転装置に関するものである。

ハードディスク、ポリゴンミラー、光ディスク装置などのスピンドルモータに用いられている軸受装置として、従来用いられていた玉軸受装置に代わって、玉軸受よりも回転精度が優れ、しかも静音性にも優れる動圧軸受装置が多く用いられつつある。また、携帯用機器に用いられるようになってきており、更なるスピンドルモータの小型化と高剛性化が求められてきている。

特許文献１には小型化で高剛性化が可能な軸受形状として図４に示すように、ラジアル動圧発生溝１０をその外周面に形成した外環部材２を軸芯部材１の外周面に取り付け、外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間でラジアル軸受を形成した構成が提案されている。また、スラスト動圧発生溝１１が外環部材２の上下面に形成されており、外環部材２の下面とスリーブ３の底面の間と、外環部材２の上面と蓋部材４の下面との間でスラスト動圧発生溝が形成されている。さらに、少なくともラジアル動圧軸受やスラスト動圧軸受を構成している個所を含めて外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間や、外環部材２の下面とスリーブ３の底面の間、外環部材２の上面と蓋部材４の下面の間には作動流体としての潤滑油が充填されている。この構成によれば、ラジアル軸受の直径を大きく出来るので、ラジアル軸受剛性の向上を図ることが出来る。さらに、軸芯部材１と外環部材２内周面の間や外環部材２の内部に潤滑油を流通可能に連通する連通穴１２を形成することにより、ラジアル軸受部やスラスト軸受部に設けられる動圧発生溝や各部品の加工誤差等に起因して、ラジアル軸受の上下端やスラスト軸受の内外周間に圧力差が生じた場合も、連通穴１２を通じて圧力差が補償され、潤滑油内の負圧による気泡の発生やロータの過浮上の発生が抑えられる。

また、特許文献２には図５に示すように、ラジアル動圧発生溝１０をその外周面に形成した外環部材２を軸芯部材１の外周面に取り付け、外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間でラジアル軸受を形成した構成が提案されている。また、スラスト動圧発生溝１１がスリーブ３の上面に形成されており、スリーブ３の上面とロータハブ４下面の間でスラスト動圧軸受が形成されている。さらに、少なくともラジアル動圧軸受や、スラスト動圧軸受を構成している箇所を含めて外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間やスリーブ３の上面とロータハブ４の下面との間には作動流体としての潤滑油が充填されている。この構成によれば、ラジアル軸受の直径を大きく出来るので、ラジアル軸受剛性の向上を図ることが出来る。さらに、シャフト１６の外周面と外環部材２の内周面の間に潤滑流体を流通可能に連通する連通穴１２を形成することにより、ラジアル軸受部に設けられる動圧発生溝や各部品の加工誤差等に起因して、外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間に保持される潤滑油において軸線方向上下端部に圧力差が生じた場合も、連通穴１２を通じて圧力差が補償され、潤滑油内の負圧による気泡の発生やロータの過浮上の発生が抑えられる。
特開２０００−２８３１５４号公報特開２００４−１３５４１９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された従来構成のスピンドルモータでは、軸芯部材1の外周に外環部材２を取り付ける構造であるため、軸芯部材の直径が小さくなる。そのため、ロータハブ５と軸芯部材１の締結力が弱くなり、モータ全体としての剛性が低下してしまう。

また、特許文献１に開示された従来構成のスピンドルモータでは、軸芯部材1と外環部材２の間に形成される連通穴１２が軸受開口部に向かって直線的に伸びている。そのため、大きな形状誤差や衝撃等の外乱によって気泡が発生し、連通穴１２を通って軸受外部に排出される場合に、気泡の浮上スピードが速くなり、気泡排出時に潤滑油も一緒に漏れてしまう危険性が高い。

さらに、特許文献２に開示された従来構成のスピンドルモータでは、スラスト軸受部分に連通穴が形成されておらず、スラスト動圧発生溝１１や各部品の加工誤差等に起因して、スラスト軸受の内周部と外周部に圧力差が生じた場合に圧力差が補償されず、潤滑油内の負圧による気泡の発生やロータの過浮上の発生を抑えることができない。また、大きな形状誤差や衝撃等の外乱によって気泡が発生した場合に、スラスト軸受の半径方向内方に連通穴の開口部があるため、気泡がスラスト軸受の動圧によって堰き止められ、軸受外部に気泡を排出することができない。また、非常に面積の小さなスリーブ３の上面にスラスト動圧発生溝１１を形成するため、上面肩部の表面形状やスラスト動圧溝の加工精度の向上が困難となっている。さらに、同様の理由で、プレス等の安価な方法でスラスト動圧溝の形成を行うことができず、加工コストの低減が困難となっている。

本発明は上記課題や問題を解決するもので、ロータハブ５と軸芯部材１の締結力を増加し、モータ全体としての剛性を向上するとともに、動圧発生溝や各部品の加工誤差等に起因する圧力差を補償し、気泡を排出するための連通穴を適切に形成し、潤滑油の漏れを容易に防止することが可能なスピンドルモータを提供することを目的とする。

上記課題や問題を解決するために本発明の記録ディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータは、前記シャフトは、段付き形状の軸芯部材と外環部材とからなり、前記軸芯部材は直径の大きい径大部と直径の小さい径小部を有し、前期外環部材は前記径小部の外径に取り付けられ、前記ロータハブは前記径大部の外径に取り付けられていることを特徴としており、径大部と径小部を有する軸芯部と、前記径小部に取り付けられている外環部材とを有するシャフトと、前記径大部の外周部に取り付けられているロータハブと、底面と抜止部材を備えた一端が閉塞され前記シャフトの外周面と半径方向に対向する内周面を有する軸受穴を形成した他端開口の軸受部材と、前記シャフトと前記軸受部材にて形成される隙間には、流体が介在しており、少なくとも一方に形成された動圧発生溝１が前記外環部材外周面と前記軸受部材内周面との間に形成されたラジアル軸受部と、少なくとも一方に形成された動圧発生溝２が前記外環部材端面と前記軸受部材底面との間に形成されたスラスト軸受部と、前記スラスト軸受部の半径方向内側に形成され軸線方向に開口する開口部１と、前記径大部の半径方向外方で前記抜止部材近傍に形成された半径方向外側に開口する開口部２と軸線方向に前記開口部１から前記径大部の段部に向かって形成されている穴１と、前記開口部２から半径方向内方に向かって形成されている穴２が連続して形成されている連通穴を備えたことを特徴とする。

以上の発明によれば、軸芯部材を段付き形状とし、軸芯部材の径大部に軸芯部材の径大部外周にロータハブを取り付けるので、締結力を向上できる。また、連通穴によってスラスト軸受の半径方向内方とラジアル軸受の軸線方向上方との間が連通されているので、ラジアル軸受と共にスラスト軸受部の圧力差も補償することができる。さらに、連通穴が折れ曲がっており、開口部１と開口部２と軸線方向に前記開口部１から前記径大部の段部に向かって形成されている穴１と、前記開口部２から半径方向内方に向かって形成されている穴２の連通穴開口部はラジアル方向に開口しているので、気泡排出時の気泡排出スピードが減速され、気泡排出に伴う潤滑油漏れの危険性が無い。

以下、本発明の実施の形態に係るスピンドルモータおよび回転装置について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスピンドルモータの断面図である。このスピンドルモータは、２つの直径を有する段付き形状の軸芯部材1を有しており、軸芯部材１の径大部１ｂにロータハブ５が取り付けられており軸芯部材１を中心軸として回転するロータを構成している。また、この軸芯部材1の下端側径小部１ａには外環部材２が取り付けられることによってシャフト部材が構成され、軸芯部材１の径大部１ｂよりも外環部材２の直径が大きくなっており、このシャフト部材はフランジを有した形状になっている。このような段付き軸芯部材１を用いることにより、直径の大きい径大部１ｂでロータハブ５と締結できるので、軸芯部材１とロータハブ５の接触面積が大きくなり、締結力の向上を図ることが出来る。これは従来例に比べてシャフトとハブの圧入部分のシャフト直径が大きいため、圧入部分の接触面積（表面積）が大きくなることを示しています。また、組立精度を向上させるために、軸芯部材１の径大部１ｂ下面に外環部材２の上面を接触させて取り付けることも可能である。

また、一方が閉塞された一方開放のスリーブ３によって軸受部材が構成されており、スリーブ３は外環部材２に対して微小隙間を介して外周に配置され、スリーブ３に対して軸芯部材１や外環部材２を含むロータは回転可能に支持されている。さらに、スリーブ３はベース６に取り付けられており、ステータを構成している。

ロータハブ５の下部外周面には周方向に多極着磁された円環状のマグネット７が取り付けられ、ベース６のマグネット７と周方向に対向する位置にはステータコア８が取り付けられており、複数のステータコア８に制御された電流を流すと、マグネット７との間に回転力が発生し、ステータに対してロータを回転させる駆動機構として作用する。

外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間には作動流体として潤滑油が充填されており、外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面の少なくとも一方にはラジアル動圧発生溝１０が形成されている。したがって、外環部材２が回転することによって、外環部材２の外周面とスリーブ３の内周面との間に動圧が発生し、ラジアル動圧軸受が構成されることになる。このラジアル動圧軸受によって、外環部材２はスリーブ３に対してラジアル方向に非接触状態で支持される。

また、外環部材２の下面とスリーブ３の底面との間にも作動流体として潤滑油が充填されており、外環部材２の下面とスリーブ３の底面の少なくとも一方にはスラスト動圧発生溝１１が形成されている。したがって、外環部材２が回転することによって、外環部材２の下面とスリーブ３の底面との間に動圧が発生し、スラスト動圧軸受が構成されることになる。このスラスト動圧軸受によって外環部材２はスリーブ３に対してアキシャル方向に非接触状態で支持される。

ベース６には磁性体で形成された吸引リング９が取り付けられており、マグネット７との間に軸線方向の磁気吸引力を発生させることで、スラスト動圧軸受で発生する動圧とバランスさせて、ロータのアキシャル方向の支持を安定させている。なお、このような磁気付勢は、ステータコア８とマグネット７との軸線方向の磁気的中心をズラすことにより、発生させることも可能である。

さらに、スリーブ３の上部には蓋部材４が取り付けられており、この蓋部材４の内周直径を、シャフト部材のフランジ部分である外環部材２の外周直径よりも小さくすることにより、ロータが軸受から抜け出そうとすると、蓋部材４の蓋面と外環部材２の上面が接触することにより、抜け止めの役割を果たしている。

また、蓋部材４の内周面に軸芯部材1を中心として外側に広がるテーパ形状が形成されており、蓋部材４の内周面と軸芯部材１の外周面で協働して潤滑油の漏れを防ぐシール部が形成されており、このシールは毛細管力を利用している。なお、蓋部材４の内周面にテーパ形状でなく、段付き形状（図示せず）を設けることによっても同様のシール効果が得られる。

ここで、軸芯部材１の下端側小径部１ａと外環部材２の内周面の間と、軸芯部材１の径大部１ｂ下面と外環部材２の上面との間には、スラスト軸受の半径方向内方の開口部１と、シャフト部材のフランジ上面である外環部材１の上面外周側と蓋部材４の蓋面近傍の開口部２を有する連通穴１２が形成されている。なお、スラスト軸受側の開口部１はスラスト軸受部の半径方向内側に形成され軸線方向に、蓋部材近傍の開口部２は径大部の半径方向外方で前記抜止部材近傍に形成された半径方向外側に開口している。

このような連通穴１２を形成することにより、ラジアル軸受の上端と下端（スラスト軸受を含む）とが連通されるので、ラジアル軸受の圧力補償ができると共に、スラスト軸受にも外周側（ラジアル軸受を含む）と内周側が連通されるので、スラスト軸受の圧力差も補償することができる。

また、連通穴１２の開口部が、それぞれスラスト方向とラジアル方向に開口しており、連通穴１２が折れ曲がっている。そのため、気泡発生時に気泡が連通穴１２を通って軸受外部に排出される場合に、気泡の浮上スピードが減速され、気泡排出時に潤滑油も一緒に漏れてしまう危険性が無い。

さらに、軸受開口部と連通穴１２の開口部２の間にスラスト軸受やラジアル軸受が無いので、発生した気泡がスラスト軸受やラジアル軸受の動圧によって堰き止められることはなく、気泡を軸受外部に排出することが可能である。

軸芯部材１の下端側径小部１ａ外周面と外環部材２の内周面の少なくとも一方に軸線方向溝を形成すると、容易に連通穴１２を軸芯部材１の下端側径小部１ａ外周面と外環部材２の内周面との間に形成することが可能である。さらに、外環部材２の上面側の連通穴１２を形成するには、軸芯部材１の径大部1ｂ下面と外環部材２の上面の間に下面に隙間を空けて軸芯部材１と外環部材２を取り付ける方法や、軸芯部材１の径大部1ｂ下面と外環部材２の上面の少なくとも一方に半径方向溝を形成する方法などがある。

ところで、本実施例ではシャフト部材を軸芯部材１と外環部材２の２部品構造としたが、１部品構成としても良く、この場合は切削・レーザー・電解加工などによって連通穴１２を形成することができる。また、外環部材２を２部品として形成することも可能で、その場合は連通穴１２の開口部をラジアル軸受間やスラスト軸受とラジアル軸受との間にも形成することが可能になる。

外環部材２を多孔質体や樹脂材で形成することにより、プレスや成形などの安価な方法でスラスト動圧溝やラジアル動圧溝の形成を行うことができ、加工コストの低減を図ることができる。また、従来例のようにスリーブ３ではなく、外環部材２にスラスト動圧発生溝１１を形成しているため、ラジアル動圧発生溝１０と同時に形成が可能となり、さらなるコストダウンが可能である。

通常、このようなスピンドルモータは広範囲な温度環境で使用されるため、外環部材２とスリーブ３の線膨張係数が異なると、温度によって軸受隙間が変化してしまうため、軸受隙間が最小の場合で部品精度を管理する必要がある。そこで、外環部材２とスリーブ３の線膨張係数をほぼ同等とすることにより、軸受隙間の変化を低減することが可能となる。外環部材２の材料が多孔質体や樹脂材の場合は、スリーブ３も多孔質体や樹脂材で形成し、ほぼ同等の線膨張係数を有する真鍮などの金属を選択して形成すると良い。

また、温度変化によって潤滑油の粘度が変化するため、温度によって軸受剛性や軸受ロストルクが変化してしまう。この問題に対して、軸受隙間を高温で狭く、低温で広くすることにより潤滑油の粘度変化を打ち消すことが可能である事が分かっている。したがって、外環部材２の材料の線膨張係数をスリーブ３の材料の線膨張係数よりも大きくすることにより、軸受隙間を高温で狭く、低温で広くすることができ、温度による軸受剛性や軸受ロストルクの変化を抑えることが可能となる。

図２にスラスト動圧発生溝１１とラジアル動圧発生溝１０の形状を示す。スラスト動圧発生溝１１は、ロータ回転時に潤滑油に対して半径方向内方に向かう圧力を誘起するポンプイン形状となっており、スパイラル溝（ａ）や、外側の溝長さが長いアンバランスな形状のヘリングボーン溝（ｂ）が設けられている。また、ラジアル動圧発生溝１０は、ロータ回転時に潤滑油に対して軸線方向下方側に向かう圧力を誘起するポンプイン形状となっており、軸線方向上方側の溝長さが長いアンバランスな形状のハの字溝（ｃ）やヘリングボーン溝（ｄ）が設けられている。このような構成にすることにより、ラジアル軸受→スラスト軸受→連通穴12と循環する潤滑油の流れが発生するため、軸受のどの部分で気泡が発生しても、すみやかに連通穴を通って軸受外部へ排出することが可能となる。このような潤滑油の流れを発生するためには、スラスト動圧発生溝１１とラジアル動圧発生溝１０のどちらか一方がポンプイン形状であれば良いが、上記のように、両方がポンプイン形状であればなおさら良い。ところで、図２では２個のヘリングボーン溝（ｄ）を示したが、１個や３個以上でも良い。さらに、上側のヘリングボーン溝をアンバランス形状とし、下側のヘリングボーン溝を対称形状としているが、下側のヘリングボーン溝をアンバランス形状としても良く、上下両方ともをアンバランス形状としても良い。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるスピンドルモータの断面図ある。実施の形態1のスピンドルモータでは２段の段付き軸芯部材１であったのに対し、このスピンドルモータでは、軸芯部材１の径大部１ｂの上端側に上端側径小部１ｃを形成し、この上端側径小部１ｃにロータハブ５を取り付けている。ここで、軸芯部材１の径大部１ｂ上面にロータハブ５の下面を接触させて取り付けることにより、ロータハブ５と軸芯部材1の組立精度の向上ことも図ることが可能である。また、軸芯部材１の下端側径小部１ａよりも上端側径小部１ｃの直径を大きくすることにより、軸芯部材１とロータハブ５の接触面積が大きくなり、締結力の向上を図ることが出来る。

なお、1〜２の実施例はインナーロータタイプのスピンドルモータであったが、アウターロータタイプなどのモータ形状に適応することができる。

また、本発明の軸受装置やそれを用いたスピンドルモータは、ＨＤＤやポリゴンミラー、光ディスク装置等の回転駆動装置として用いることが出来る。

本発明は、ハードディスク装置やその他の装置などに特に適したスピンドルモータに適用できるが、その他の機器にも適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るスピンドルモータの断面図本発明のスラスト及びラジアル動圧発生溝を拡大して示す断面図本発明の第２の実施の形態に係るスピンドルモータの断面図従来のスピンドルモータの断面図従来の他のスピンドルモータの断面図

符号の説明

１軸芯部材
１ａ下端側径小部
１ｂ径大部
１ｃ上端側径小部
２外環部材
３スリーブ
４蓋部材（抜け止め）
５ロータハブ
６ベース
７マグネット
８ステータコア
９吸引リング
１０ラジアル動圧発生溝
１１スラスト動圧発生溝
１２連通穴
１３シール部
１４円筒壁部
１５抜け止め
１６作動流体（潤滑油）

Claims

記録ディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータであって、
径大部と径小部を有する軸芯部と、前記径小部に取り付けられている外環部材とを有するシャフトと、
前記径大部の外周部に取り付けられているロータハブと、
底面と抜止部材を備えた一端が閉塞され前記シャフトの外周面と半径方向に対向する内周面を有する軸受穴を形成した他端開口の軸受部材と、
前記シャフトと前記軸受部材にて形成される隙間には、流体が介在しており、
少なくとも一方に形成された動圧発生溝１が前記外環部材外周面と前記軸受部材内周面との間に形成されたラジアル軸受部と、
少なくとも一方に形成された動圧発生溝２が前記外環部材端面と前記軸受部材底面との間に形成されたスラスト軸受部と、
前記スラスト軸受部の半径方向内側に形成され軸線方向に開口する開口部１と、
前記径大部の半径方向外方で前記抜止部材近傍に形成された半径方向外側に開口する開口部２と
軸線方向に前記開口部１から前記径大部の段部に向かって形成されている穴１と、前記開口部２から半径方向内方に向かって形成されている穴２とが連続して形成されている連通穴と、を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。
前記シャフトは、段付き形状の軸芯部材と外環部材とからなり、
前記軸芯部材は中心部分に直径の大きい径大部を有し、その上下端部側に径小部を有し、
前記外環部材は軸芯部材の下端側径小部外形に取り付けられ、
前記ロータハブは前記前記軸芯部材の上端側径小部外形に取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
前記軸芯部材の上端側径小部と下端側径小部の直径が異なることを特徴とする請求項３記載のスピンドルモータ。
前記外環部材は、前記軸芯部材の前記径大部下面に前記外環部材上面を接触させた状態で取り付けられたことを特徴とする請求項２〜４記載のスピンドルモータ。
前記フランジは前記外環部材により形成されており、
前記ラジアル軸受は外環部材外周面と前記軸受部材の内周面との間に形成され、
前記スラスト軸受部は前記外環部材下面と前記軸受部材底面との間に形成されると共に、
前記連通穴は、前記外環部材と前記軸芯部材との間に形成されることを特徴とする請求項１〜５記載のスピンドルモータ。
前記連通穴は、前記外環部材内周に設けられた軸線方向溝と前記軸芯部材の外周面、および前記外環部材上面に設けられた半径方向溝と前記軸芯部材の段付き部下面によって形成されることを特徴とする請求項６記載のスピンドルモータ。
前記連通穴は、前記外環部材内周と前記軸芯部材外周面に設けられた軸線方向溝、および前記外環部材上面と前期軸芯部材の段付き部下面に設けられた半径方向溝によって形成されることを特徴とする請求項６記載のスピンドルモータ。
前記外環部材は多孔質体や樹脂材から形成されたことを特徴とする請求項２〜８記載のスピンドルモータ。
前記外環部材の材料の線膨張係数と前記軸受部材の材料の線膨張係数が、ほぼ同等であることを特徴とする請求項２〜８記載のスピンドルモータ。
前記外環部材の材料の線膨張係数が、前記軸受部材の材料の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項２〜８記載のスピンドルモータ。
前記スラスト軸受部には、前記流体を半径方向内側へ押圧するポンプイン形状のスラスト動圧発生溝が設けられており、
前記ラジアル軸受部には、前記流体を前記軸受部材の開口側から閉塞側へ軸線方向に押圧するポンプイン形状のラジアル動圧発生溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜１１記載のスピンドルモータ。
前記スラスト動圧発生溝がスパイラル溝もしくは、アンバランスな形状のヘリングボーン溝であることを特徴とする請求項１２記載のスピンドルモータ。
前記ラジアル動圧発生溝がアンバランスな形状のハの字溝もしくは、アンバランスな形状のヘリングボーン溝であることを特徴とする請求項１２記載のスピンドルモータ。
前記回転部材にロータマグネットが取り付けられ、前記静止部材の前記ロータマグネットと対向する位置にステータコアが取り付けられることを特徴とする請求項１〜１４記載のスピンドルモータ。
前記回転部材にポリゴンミラー、記録ディスク等の被回転体が取り付けたことを特徴とする請求項１５記載の回転装置。