JP2009257468A

JP2009257468A - エアスピンドルおよびエアスピンドルの接地方法

Info

Publication number: JP2009257468A
Application number: JP2008107128A
Authority: JP
Inventors: Tetsuzo Toya; 哲三遠矢; Hitoshi Takeuchi; 仁竹内
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】振動や共振現象の発生を抑制し、長期間に亘って高い回転精度を維持することが可能なエアスピンドルおよびその接地方法を提供する。
【解決手段】エアスピンドルは、ハウジングと、静圧軸受により浮遊状態で回転自在にハウジングに支持された回転軸１４と、回転軸を接地する接地機構４０と、を備えている。接地機構は、導電性を有し回転軸の軸端に摺接したアースパッド４２と、アースパッドを、回転軸の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持した支持アーム４４ａと、アースパッドを回転軸の軸端に向けて付勢した付勢部材４６と、を有している。
【選択図】図２

Description

この発明は、ディスクの製造、検査等に用いられるエアスピンドルに関し、特に、空気膜軸受により浮遊状態で回転自在に支持された回転軸を接地する接地機構を備えたエアスピンドル、およびエアスピンドルの接地方法に関する。

例えば、磁気ディスクの検査、製造時に、磁気ディスクを高精度に回転させるモータとして、エアスピンドルが用いられている。このエアスピンドルは、空気膜軸受、すなわち、静圧軸受により浮遊状態で回転自在に支持された回転軸を有し、この回転軸に磁気ディスクが取付けられ、高速で回転される。エアスピンドルでは、静圧軸受等の固定部と回転軸とが非接触であるため、回転軸に溜まった静電気を固定部へ逃がし回転軸の帯電を防止する接地機構が設けられている。

接地機構は、回転軸の端部に接触するように設けられた導電性のアースパッドと、アースパッドを移動可能に支持した一枚あるいは２枚の平行な板ばねと、を有し、この板ばねの付勢力によりアースパッドを回転軸の端部に押し付けることにより、回転軸に帯電した静電気をアースパッド、板ばねを介して固定部側へ逃がすようにしている（例えば、特許文献１および２）
特開２０００−２３０５５３号公報特開２００１−２１７０１５号公報

上記のように構成された接地機構では、アースパッドを支持した板ばねを撓ませることにより付勢力を発生させ、アースパットに荷重を作用させている。しかしながら、このような構成の場合、長期間の使用によってアースパッドの磨耗が進むと、アースパッドは回転軸に対し平行移動はするものの、平行移動の方向、すなわち、付勢力の作用方向、が回転軸中心に対して角度を持つことになる。そのため、アースパッドの磨耗により、回転軸の中心とアースパッド中心とが徐々に一致しなくなり、やがて接触面の中心に対する摩擦力のバランスが崩れて、振動や共振現象を起し易くなる。その結果、摩擦音、回転体の回転精度の劣化を生じる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、長期間の使用により、アースパッドの磨耗が進行しても、振動や共振現象の発生を抑制し、長期間に亘って高い回転精度を維持することが可能なエアスピンドルを提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明の態様に係るエアスピンドルは、ハウジングと、静圧軸受により浮遊状態で回転自在に前記ハウジングに支持された回転軸と、前記回転軸を接地する接地機構と、を備え、前記接地機構は、導電性を有し前記回転軸の軸端に摺接したアースパッドと、前記アースパッドを、前記回転軸の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持した支持アームと、前記アースパッドを前記回転軸の軸端に向けて付勢した付勢部材と、を備えている。

この発明の他の態様に係るエアスピンドルの接地方法は、ハウジングと、静圧軸受により浮遊状態で回転自在に前記ハウジングに支持された回転軸と、を備えたエアスピンドルの前記回転軸を接地する接地方法であって、導電性を有したアースパッドを前記回転軸の軸端に摺接させ、前記アースパッドを、支持部材によって前記回転軸の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持し、前記アースパッドを付勢部材により前記回転軸の軸端に向けて付勢する接地方法である。

上記構成のエアスピンドルによれば、アースパッドは、支持アームにより支持され、これに別部品とした付勢部材により荷重を掛けることで、アースパッドの磨耗が進んでも、回転軸の中心とアースパッドの接触面中心が常に一致し、摩擦力のバランスの取れた状態を維持できる。これにより、長期間の使用により、アースパッドの磨耗が進行しても、振動や共振現象の発生を抑制し、長期間に亘って高い回転精度を維持することが可能なエアスピンドルおよびその接地方法が得られる。

以下図面を参照しながら、この発明の第１の実施形態に係るエアスピンドルについて詳細に説明する。
図１は、第１の実施形態に係るエアスピンドルを一部破断して示している。図１に示すように、エアスピンドル１０は、ほぼ円筒形状のハウジング１２と、ハウジング内に、このハウジングと同軸的に支持された回転軸１４と、を備えている。回転軸１４の上端部および下端部は、それぞれハウジング１２から突出している。回転軸１４の中間部には、環状のフランジ部１５が一体的に形成されている。回転軸１４の軸方向２箇所は、ハウジング１２に設けられた２つの静圧軸受１６ａ、１６ｂによりをラジアル方向に支持され、また、フランジ部１５は、ハウジング１２に設けられた２つの静圧軸受１８ａ、１８ｂによりスラスト方向に支持されている。ハウジング１２には、静圧軸受１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂに圧縮空気を供給する吸気路２０が形成され、この吸気路は、ハウジング１２の端壁１２ａに形成された供給口２１に連通している。

吸気路２０を通して静圧軸受１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂに圧縮空気を供給することにより、回転軸１４は、空気膜により浮遊状態、すなわち、非接触状態で、回転自在に支持される。

回転軸１４の下部外周には、ロータ２２が同軸的に固定されている。ハウジング１２内にはステータ２４が固定され、ロータ２２の外側に同軸的に位置している。これらロータ２２およびステータ２４によりモータ２５が構成されている。そして、モータ２５を駆動することにより、回転軸１４が回転される。

回転軸１４の上端部にはクランプ機構取付け部２６が形成され、この取付け部２６にクランプ機構２８が設けられている。クランプ機構２８により、例えば、磁気ディスク３０が回転軸に固定される。回転軸１４の高精度回転により磁気ディスク３０が高精度で回転され、検査やサーボ情報の書込みなどがなされる。

ハウジング１２の下端には、回転軸１４の回転位置を検出する回転位置検出器３２が設けられ、回転軸１４の周囲に位置している。回転軸１４の下端部には、円盤状の位置検出用スケール３４が固定され、回転位置検出器３２と対向している。ハウジング１２の端壁１２ａには、カップ状の筐体カバー３６が固定され、回転位置検出器３２および位置検出用スケール３４を覆っている。筐体カバー３６は、ハウジング１２の一部を構成している。回転軸１４の下端部（軸端部）１４ａは小径に形成され、筐体カバー３６を貫通し下方に突出している。

エアスピンドル１０は、回転軸１４に溜まった静電気をハウジング１２に逃がして回転軸の帯電を防止する接地機構４０を備えている。図２、図３、図４、図５は、接地機構４０をそれぞれ示している。これらの図に示すように、接地機構４０は、回転軸１４の下端に当接したアースパッド４２、このアースパッドを支持した２本の支持アーム４４ａ、４４ｂ、およびアースパッドを回転軸に向かって付勢した付勢部材としての板ばね４６を有し、筐体カバー３６に取付けられている。

詳細に述べると、図２および図３に示すように、回転軸１４の下端部１４ａの先端は、ほぼ球面状に形成されている。アースパッド４２は、導電性を有する材料によりほぼ円柱形状に形成され、回転軸１４と同軸的に配設されている。アースパッド４２の軸方向一端面は、回転軸１４の中心軸と直交する方向に延びた平坦な摺接面４２ａとして形成され、回転軸１４の下端に摺接している。アースパッド４２の軸方向他端は、円錐形状の係合面４２ｂを形成している。

図２ないし図５に示すように、２本の支持アーム４４ａ、４４ｂは、それぞれ細長い矩形状の薄い金属板で形成され、互いに隙間を置いて平行に対向している。各支持アーム４４ａ、４４ｂは、その両側縁の中央部にほぼ直角に折り曲げられた折曲げ部４７を有し、中央部の剛性が上げられている。各支持アーム４４ａ、４４ｂの一端部、ここでは、先端部近傍には、弾性変形可能なヒンジ部４５ａが形成され、また、基端部近傍には、弾性変形可能なヒンジ部４５ｂが形成されている。また、各支持アーム４４ａ、４４ｂの両端部には、それぞれ円形の透孔が形成されている。

２本の支持アーム４４ａ、４４ｂの先端部は、透孔にアースパッド４２が挿通された状態で、アースパッド４２を両側から挟み込むようにアースパッドに接着固定されている。支持アーム４４ａ、４４ｂの基端部は、筐体カバー３６に支持されている。

すなわち、２本の支持アーム４４ａ、４４ｂの基端部間に円筒形状のカラー４８が挟み込まれ、このカラーおよび基端部の透孔に円筒状のスリーブ５０が挿通されている。スリーブ５０は、下端部外周に形成された環状のフランジ５１と、上端部外周に形成されたねじ部５２とを有している。スリーブ５０の上端部に、環状のスペーサ５４が装着され、更に、ねじ部５２にナット５５が螺合されている。このナット５５を締め付けることにより、このナットとスリーブ５０のフランジ５１との間に、支持アーム４４ａ、４４ｂ、カラー４８、スペーサ５４が挟み込まれて固定されている。これにより、２本の支持アーム４４ａ、４４ｂ、アースパッド４２を有するアッセンブリが形成され、２本の支持アーム４４ａ、４４ｂは、互いに平行に対向した状態で位置決めされている。

このアッセンブリは、スリーブ５０に挿通された固定ねじ５８により、筐体カバー３６に固定されている。スリーブ５０を含む支持構造部は、筐体カバー３６に対して、回転軸１４と平行に延びている。２本の支持アーム４４ａ、４４ｂは、筐体カバー３６の底面とほぼ平行に、かつ、回転軸１４の中心軸とほぼ直交する方向に沿って延びている。アースパッド４２は、２本の支持アーム４４ａ、４４ｂにより、その中心軸が回転軸１４の中心軸と平行、かつ、同軸的に位置した状態で支持されているとともに、回転軸の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持されている。

一方、付勢部材として板ばね４６は、細長い矩形状に形成され、その基端部には円形の透孔が形成されている。また、板ばね４６の基端部近傍部分は、幅が狭く形成され、他の領域に比較して弾性変形し易い部分を形成している。この板ばね４６は、支持アーム４４ｂの下方に、この支持アームと対向して配置されている。

板ばね４６の基端部は、透孔にスリーブ５０が挿通された状態で、支持アーム４４ａ、４４ｂと共にスリーブ５０に固定され、支持アーム４４ａ、４４ｂと共に筐体カバー３６に支持されている。板ばね４６の先端部は、アースパッド４２の下端に当接し、円錐形状の係合面４２ｂの頂部と点接触している。そして、板ばね４６は、アースパッド４２を下方から回転軸１４に向けて付勢し、回転軸１４の下端に所定の荷重で押し付けている。
なお、板ばね４６は、２本の支持アーム４４ａ、４４ｂ、アースパッド４２、スリーブ５０と共に１つのアッセンブリを構成している。接地機構４０のアッセンブリを構成する部材の全て、あるいは、アースパッド４２を含む何点かは、導電性材料で形成され、回転軸１４とハウジング１２の筐体カバー３６とを電気的に接続している。エアスピンドル１０の回転軸１４に溜まった静電気は、接地機構４０を介して、すなわち、アースパッド４２、支持アーム４４ａ、４４ｂ、板ばね４６、スリーブ５０、固定ねじ５８、ナット５５等を介して、ハウジング１２に逃がされる。これにより、回転軸１４の帯電が防止される。

以上のように構成された接地機構４０を備えたエアスピンドルによれば、アースパッド４２を支持している２本の支持アーム４４ａ、４４ｂは、アースパッドを回転軸の下端に押し当てるよう働く板ばねではなく、アースパッドが回転軸の中心軸と同方向に平行移動できるように支持している。アースパッド４２を回転軸１４の下端に押し当てる荷重は、支持アームとは異なる板ばね４６によって付加している。

そのため、アースパッド４２と回転軸１４との長期間の摺接により、アースパッドの摺接面４２ａが摩耗した場合でも、アースパッド４２は、摺接面４２ａを回転軸１４の中心軸に対して常に垂直に保ったまま、しかも、回転軸の中心軸と平行な方向に変位することが可能となる。従って、アースパッド４２の摺接面の摩耗が進行しても、アースパッドの摺接部の摩擦力は、回転軸１４の軸端部の中心に対して全周均一となり、振動や共振現象を起こしにくい。このことから、長期に渡り回転精度が高く、摩擦音、回転音など起こしにくい、性能の安定したエアースピンドルが得られる。

また、アースパッド４２の摩耗量を低減し、アースパッドの寿命、交換周期を長くすることができる。アースパッド４２が摩耗しても振動や共振現象が発生しにくいため、制振材料を貼り付ける必要がなく、製造コストの低減を図ることが可能となる。アースパッド４２に直接、板ばね４６が接する構造であることから、確実な導通を確保することができ、アースパッドの支持アームへの接着方法や接着材の量の管理等が容易となる。

次に、この発明の他の実施形態に係るエアスピンドルの接地機構について説明する。なお、以下の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図６は第２の実施形態に係るエアスピンドルの接地機構を示している。第２の実施形態によれば、アースパッド４２を回転軸１４の下端１４ａに向けて付勢する板ばね４６は、支持アーム４４ａ、４４ｂと異なる位置で筐体カバー３６に支持されている。すなわち、板ばね４６は支持アーム４４ａ、４４ｂと異なる方向に延出し、その先端部は、アースパッド４２の係合面４２ｂの頂部に下方から当接している。板ばね４６の基端部は、筐体カバー３６に立設された支持柱６４、ワッシャ６５とともに、固定ねじ６６により筐体カバー３６に固定されている。接地機構４０の構成部品の全て、もしくはアースパッド４２を含む何点かは導電性材料で形成され、回転軸１４と筐体カバー３６とを電気的に接続している。

図７は、第３の実施形態に係るエアスピンドルの接地機構を示している。第３の実施形態によれば、接地機構４０のアースパッド４２は、一本の支持アーム４４ａにより、回転軸１４の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持されている。接地機構４０の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一である。

図８は、第４の実施形態に係るエアスピンドルの接地機構を示している。第４の実施形態によれば、接地機構４０は、アースパッド４２が回転軸１４の下端と一定の荷重で接触するように、アースパッドを回転軸に向けて付勢する付勢部材として、圧縮コイルばね６０を備えている。また、接地機構４０は、圧縮コイルばね６０を支持した支持部材６２を備えている。支持部材６２は、支持アーム４４ｂの下方にこれと平行に設けられ、その基端部がスリーブ５０を介して筐体カバー３６に固定されている。

圧縮コイルばね６０は、その巻中心が回転軸１４の中心軸と同軸的に延びた状態で、アースパッド４２と支持部材の先端部との間に配設され、アースパッド４２を回転軸１４に向けて一定の荷重で付勢している。接地機構４０の構成部品の全て、もしくはアースパッド４２を含む何点かは導電性材料で形成され、回転軸１４と筐体カバー３６とを電気的に接続している。

図９は、第５の実施形態に係るエアスピンドルの接地機構を示している。第５の実施形態によれば、アースパッド４２を回転軸１４の下端１４ａに向けて付勢する付勢部材として圧縮コイルばね６０が用いられている。この圧縮コイルばね６０を支持する支持部材６２は、支持アーム４４ａ、４４ｂと異なる位置で筐体カバー３６に支持されている。

すなわち、支持部材６２は支持アーム４４ａ、４４ｂと異なる方向に延出し、その先端部は、アースパッド４２に対向し、他端部は、筐体カバー３６に立設された支持柱６４とともに、固定ねじ６６により筐体カバー３６に固定されている。圧縮コイルばね６０は、その巻中心が回転軸１４の中心軸と同軸的に延びた状態で、アースパッド４２と支持部材の先端部との間に配設され、アースパッド４２を回転軸１４に向けて一定の荷重で付勢している。接地機構４０の構成部品の全て、もしくはアースパッド４２を含む何点かは導電性材料で形成され、回転軸１４と筐体カバー３６とを電気的に接続している。

図１０は、第６の実施形態に係るエアスピンドルの接地機構を示している。第６の実施形態によれば、接地機構４０は、アースパッド４２を支持した２本の支持アーム４４ａ、４４ｂを有している。支持アーム４４ａ、４４ｂは、長手方向の中間部がアースパッド４２に固定され、長手方向両端部がそれぞれハウジングの筐体カバー３６に支持されている。すなわち、支持アーム４４ａ、４４ｂは、ハウジングに両持ち支持され、アースパッド４２を回転軸１４の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持している。付勢部材として機能する板ばね４６は、支持アーム４４ａ、４４ｂと直交する方向に延び、アースパッド４２を回転軸１４に向かって付勢している。

上述した第２ないし第６の実施形態において、他の構成は前述した第１の実施形態と同一であり、その詳細な説明を省略した。そして、第２ないし第６の実施形態に係る接地機構を備えたエアスピンドルにおいても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は、この発明の第１の実施形態に係るエアスピンドルを一部破断して示す側面図。図２は、前記エアスピンドルの接地機構を示す断面図。図３は、前記接地機構を異なる方向から見た側面図。図４は、図２の線Ａ−Ａに沿った接地機構の断面図。図５は、前記接地機構の底面図。図６は、この発明の第２の実施形態にエアスピンドルの接地機構を示す断面図。図７は、この発明の第３の実施形態にエアスピンドルの接地機構を示す断面図。図８は、この発明の第４の実施形態にエアスピンドルの接地機構を示す断面図。図９は、この発明の第５の実施形態にエアスピンドルの接地機構を示す断面図。図１０は、この発明の第６の実施形態にエアスピンドルの接地機構を示す断面図。

符号の説明

１０…エアスピンドル、１２…ハウジング、１４…回転軸、
１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ…静圧軸受、３６…筐体カバー、４０…接地機構、
４２…アースパッド、４２ａ…摺接面、４４ａ、４４ｂ…支持アーム、
４６…板ばね、５０…スリーブ、６０…圧縮コイルばね、６２…支持部材

Claims

ハウジングと、静圧軸受により浮遊状態で回転自在に前記ハウジングに支持された回転軸と、前記回転軸を接地する接地機構と、を備え、
前記接地機構は、導電性を有し前記回転軸の軸端に摺接したアースパッドと、前記アースパッドを、前記回転軸の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持した支持アームと、前記アースパッドを前記回転軸の軸端に向けて付勢した付勢部材と、を備えているエアスピンドル。
前記支持アームは、前記アースパッドに固定された一端部と、前記ハウジングに支持された他端部と、を有している請求項１に記載のエアスピンドル。
前記支持アームは、前記アースパッドに固定された中間部と、それぞれ前記ハウジングに支持された両端部と、を有している請求項１に記載のエアスピンドル。
前記接地機構は、それぞれ前記アースパッドに固定された一端部と、前記ハウジングに支持された他端部と、を有し、互いに平行に延びた２本の支持アームを備えている請求項１に記載のエアスピンドル。
前記付勢部材は、前記アースパッドに当接した一端部と、前記ハウジングに支持された他端部とを有する板ばねを備えている請求項１に記載のエアスピンドル。
前記板ばねは、前記支持アームと対向して配設され、前記他端部は、前記支持アームの端部と共に前記ハウジングに支持されている請求項５に記載のエアスピンドル。
前記板ばねは、前記支持アームと異なる方向に延出し、前記板ばねの他端部は、前記支持アームと異なる位置で前記ハウジングに支持されている請求項５に記載のエアスピンドル。
前記付勢部材はコイルばねを有し、前記接地機構は、前記コイルばねを支持した支持部材を有し、前記コイルばねは、その巻中心が前記回転軸の中心軸と同軸的に延びた状態で、前記アースパッドと支持部材との間に配設されている請求項１に記載のエアスピンドル。
前記支持部材は、前記支持アームと対向して配設され、前記支持アームの端部と共に前記ハウジングに支持された端部を有している請求項８に記載のエアスピンドル。
前記支持部材は、前記支持アームと異なる方向に延出し、前記支持アームと異なる位置で前記ハウジングに支持された端部を有している請求項８に記載のエアスピンドル。
前記回転軸の端部は球面状に形成され、前記アースパッドは、前記回転軸の中心軸と直交する方向に延びているとともに回転軸の端部に当接した平坦な当接面と、前記当接面に対して前記回転軸と反対側に位置し前記付勢部材に係合した係合部と、を有している請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のエアスピンドル。
ハウジングと、静圧軸受により浮遊状態で回転自在に前記ハウジングに支持された回転軸と、を備えたエアスピンドルの前記回転軸を接地する接地方法であって、
導電性を有したアースパッドを前記回転軸の軸端に摺接させ、
前記アースパッドを、支持部材によって前記回転軸の中心軸と平行な方向に沿って移動可能に支持し、
前記アースパッドを付勢部材により前記回転軸の軸端に向けて付勢するエアスピンドルの接地方法。