JP2010121718A - スピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】スリーブのカシメ保持部の先端部分をカシメるときに、カシメ押圧力や方向にバラツキが生じ、製造品質が安定しない。
【解決手段】スリーブ１１の保持部１７には内周面に凹部１８を形成し、その凹部の軸方向外方側エッジ１９および軸方向内方側エッジ２０の位置は、スラスト板１２をスリーブ１１のスラスト板載置面２１に装着したとき、そのスラスト板１２の外方端面よりも軸方向外方側に位置する。保持部１７とスラスト板１２載置面が交わる領域近傍では、スラスト板の保持部には径方向に逃げ部が形成され、軸方向には逃げ部は形成されない。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気ディスク装置や光ディスク装置などの情報記録再生装置においてディスクを回転駆動するスピンドルモータに関するものであり、特に、流体軸受装置を構成しているスリーブとスラスト板の固定に関する構成および製造方法に関する。

近年、ハードディスク駆動装置（以下、ＨＤＤ）等のディスク駆動装置は、大量のデータを記録再生できる情報記憶装置として、パーソナルコンピュータのみならず、オーディオビジュアル製品を含む各種の家電製品においても、それを搭載したものが普及し始めている。これらに使用するスピンドルモータには、非接触回転によって低ＮＲＲＯ（Ｎｏｎ−Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ Ｒｕｎ Ｏｕｔ）や低騒音が実現できる動圧型流体軸受を搭載した流体軸受装置が主に用いられている。ＨＤＤを組み込んだ、小型の携帯用音楽記録再生装置やデジタルカメラ用の記録媒体等、小型のデジタル機器の普及にともなって、ＨＤＤは更なる小型化・薄型化が求められている。このような携帯化に伴って、耐振動、耐衝撃に関しては、今まで以上にその性能を向上させることが必要となってきている。特に衝撃時にロータ部の質量を受けるスリーブとスラスト板の締結は重要である。

例えば、特許文献１には、軸受部材に設けたカウンタプレート支持面の一部に、円周方向または接線方向に延在する逃げ溝を凹設し、カシメ部の押圧変形の方向を、カウンタプレートの軸方向外側表面がカウンタプレート嵌合部の内周壁面に接触する位置から、逃げ溝の半径方向内側の縁部に向かう釣り合い方向に設定することが記載されている。
特開２００１−２９５８４６号公報 特開２００６−２００５７３号公報 特開２０００−１９９５２１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、カシメ部の先端部分をカシメるときに、カシメ押圧力や方向にバラツキが生じ、製造品質が安定しないという問題があった。また、逃げ溝にカウンタプレート外周部が逃げ込みカウンタプレートにソリが発生するという問題があった。（図６参照）

上記従来の課題を解決するために、本発明の流体軸受装置は、軸受穴を有するスリーブ、
前記軸受穴に回転可能に挿入された軸部材、前記軸の端面をスラスト方向に軸支するスラスト板を備え、前記スリーブは一方の端面に前記スラスト板を軸方向に位置決めするスラスト板載置面が形成され、塑性変形させることによって前記スラスト板を保持するための保持部が前記スラスト板載置面の外周側に形成され、前記スリーブの軸受穴内周面と前記軸の外周面の少なくとも一方にラジアル動圧軸受を形成し、前記スラスト板の一方の端面と前記軸部材の端面の少なくとも一方にスラスト動圧軸受を形成し、潤滑流体が連続的に充填されている流体軸受装置であって、前記スリーブの保持部には内周面に凹部を形成し、その凹部の軸方向外方側エッジおよび軸方向内方側エッジの位置は、前記スラスト板を前記スリーブのスラスト板載置面に装着したとき、そのスラスト板の他方の端面よりも軸方向外方側に位置することを特徴としている。
これにより、保持部をカーリング加工によってカシメるときに、内周面に設けた凹部領域から確実に曲げを発生させることができ、スラスト板の面取り（Ｃ面取りまたはＲ面取り）部を上方から確実に押圧することができる。

また、前記保持部と前記スラスト板載置面が交わる領域近傍では、前記スラスト板の保持部には径方向に逃げ部が形成され、軸方向には逃げ部は形成されないことを特徴としている。
これにより、スラスト板が上方から押圧されたときに下方に逃げないため、スラスト板が反ることを防止できる。

さらに、前記保持部は、該保持部の根元部分の外径は該保持部の先端部分の外径より大きく、該保持部の先端部分の外径が漸次大きくなり始める位置（塑性変形加工のための外周のテーパ部は除く）は、前記スラスト板を前記スリーブの端面に装着したとき、そのスラスト板の他方の（外方側）端面よりも軸方向内方側に位置することを特徴としている。
これにより、保持部をカーリング加工によってカシメるときに、内周面に設けた凹部領域から確実に曲げを発生させることができ、スラスト板の面取り（Ｃ面取りまたはＲ面取り）部を上方から確実に押圧することができると共に、保持部の根元部分の座屈を防ぐことができる。

以上のように、本願発明によれば、保持部を内周面に設けた凹部領域から確実に曲げを発生させることができ上方から確実に押圧することができるため、また、保持部内周に径方向に設けた逃げ部があるため、スラスト板を反らすことなくスリーブに固定することができる。

以下に、本発明の流体軸受装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

（実施の形態１）
[スピンドルモータの構成]
図１は、本発明の流体軸受装置２を搭載したスピンドルモータ１の断面図を示す。まず、図１に図示されているスピンドルモータ１の構成について説明する。なお、以下の説明において、図１における上下方向を「軸方向」、上方向を「軸方向上側」（軸方向外側）、下方向を「軸方向下側」（軸方向外側）と表現するが、これらは実際の流体軸受装置２の取り付け方向を限定するものではない。

スピンドルモータ１は、記録ディスク（図示しない）を回転駆動するための装置であって、主として、流体軸受装置２と、静止部材３と、回転部材４とを備えている。

回転部材４は、主に、記録ディスクが装着されるハブ５と、マグネット６とを有している。ハブ５は、例えば、鉄系金属材料であるステンレンス鋼（例えば、マルテンサイト系またはフェライト系のステンレス鋼材であり、例えば、ＤＨＳ１など）で形成されており、シャフト７に対して圧入接着等によって、シャフト７と一体化される。また、ハブ５は、外周部に、記録ディスクを載置するためのディスク載置部５ａを一体的に形成している。

マグネット６は、ハブ５の内周側の面に固定されており、後述するステータ８とともに磁気回路を構成する。そして、マグネット６は、ネオジウム・鉄・ボロン系樹脂マグネット等の高エネルギー積の磁石材料からなり、表面には防錆処理やチッピング防止処理を兼ねてエポキシ樹脂コーティングやニッケルメッキなどが施されている場合がある。

記録ディスク（図示しない）は、ディスク載置部５ａの上に載置され、シャフト７の軸方向上側にネジ（図示しない）によって固定されたクランパ（図示しない）によって軸方向下側に押え付けられており、クランパとディスク載置部５ａとの間に狭持されている。

静止部材３は、図１に示すように、主に、ベース９と、ベース９に固定されたステータ８と、から構成されており、ベース９はアルミ系金属材料または鉄系金属材料で形成されている。ステータ８は、ベース９に固定されており、マグネット６に対向する位置に配置されている。そして、ステータ８のステータコア１０は、厚み０．１５〜０．２０ｍｍの厚みのケイ素鋼板で形成されている。

ベース９は、流体軸受装置２を挿通する開口部を有する環状の保持部９ａを有している。そして、環状の中央円筒部９ａの外周面には、ステータ８が挿入固定されている。更に、環状の保持部９ａの軸方向下側には、流体軸受装置２を閉塞するようにシール１５がベース９に貼付けられていることもある。このシール１５は、外観上、流体軸受装置の情報を印刷するためのものであるとともに、流体軸受装置２からのコンタミを外部に漏洩させないためにも貼られている。
[流体軸受装置の構成]
流体軸受装置２は、図１に示すように、ベース９のほぼ中央部分に形成された開口部に固定されており、静止部材３に対して回転部材４を回転可能な状態で支持する。そして、流体軸受装置２は、主として、シャフト７と、スリーブ１１と、スラスト板１２と、スラストフランジ１３と、潤滑流体としての潤滑流体１４と、を含むように構成されている。なお、このうちスリーブ１１およびスラスト板１２が静止側の部材を構成し、シャフト７、スラストフランジ１３が回転側の部材を構成する。

シャフト７は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０３等や通常のオーステナイト系ステンレス鋼よりもマンガン含有量を高めたＡＳＫ８０００等、マルテンサイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ４２０等）やセラミックスなどで形成された軸方向に延びる円柱状の部材であって、スリーブ１１の軸受穴１１ａに回転可能に挿入されている。具体的には、シャフト７は、スリーブ１１とスラスト板１２とによって形成された軸受穴１１ａの内周側に対して隙間を介して相対回転可能な状態で配置されている。

そして、シャフト７の軸方向上側には、ハブ５を取付けるために、シャフト先端凸部７ａを有している。シャフト先端凸部７ａには、ハブ５が圧入、接着、レーザ溶接などによって固定されている。一方、シャフト７の軸方向下側には、スラストフランジ１３が、圧入、接着、溶接などの工法により固定されているフランジ付シャフトである。また、シャフト７とスラストフランジ１３は、一体に形成されていてもよい。さらに、スラストフランジのないストレートシャフト（フランジレスシャフト）でもよい。スラストフランジは抜け止め機能を兼ねているので、このときは別途抜け止め機構が必要になる。

スリーブ１１は、例えば、純鉄、ステンレス鋼、銅合金およびそれらを主構成成分とする焼結金属等によって形成される軸方向に延びる略円筒状の部材であって、ベース９の環状の中央円筒部９ａに固定されている。

スラスト板１２は、鉄系金属材料であるステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０）や超硬合金鋼（例えば、ＦＢ１０）で形成されており、スリーブ１１の軸方向下側の端部に形成された略円形の開口部を塞ぐようにカシメにより固定されている。このスラスト板１２のカシメ固定に関しては後述する。このカシメ固定部はさらにエポキシ系接着剤やアクリル系接着剤等で封止され気密を保てるようにしている。

軸受穴１１ａの表面、例えばスリーブ１１の内周面には当技術分野では周知の２組のへリングボーン形状のラジアル動圧発生溝が、また、例えばスラスト板１２の上面（スラストフランジ１３との対向面）には、スパイラル形状もしくはヘリングボーン形状のスラスト動圧発生溝が設けられている。

潤滑流体１４は、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部を含むシャフト７、スリーブ１１、スラストフランジ１３およびスラスト板１２の間に形成される隙間に連続的に充填されている。そして、潤滑流体１４としては、例えば、低粘度なエステル系オイル等を用いることができる。また、高流動性グリスやイオン性液体を使用してもよい。

以上に述べたように、この流体軸受装置２は、２つのラジアル動圧軸受と１つのスラスト動圧軸受とから構成されるタイプである。しかしながら、この構成に限るものではなく、１つのラジアル動圧軸受でもよい。

このように構成されたスピンドルモータ１および流体軸受装置２では、ステータ８に巻回されたコイルに順次通電されると回転磁界が発生し、マグネット６に回転力が付与される。これにより、回転部材４を、シャフト７を回転中心としてシャフト７とともに回転させることができる。シャフト７が回転すると、各動圧発生溝において半径方向および軸方向の支持圧が発生する。これにより、シャフト７がスリーブ１１に対して非接触状態で支持される。すなわち、静止部材３に対して回転部材４が非接触状態で回転可能となり、これにより記録ディスクの高精度な高速回転が実現される。
[スラスト板とスリーブ内周の嵌合部分の形状]
図２を用いて、本発明のスラスト板１２とスリーブ１１の寸法関係や位置関係を示す。まず、スラスト板１２には少なくとも軸方向外方側の面にＣ面取りまたはＲ面取りを施
す。さらに、スラスト板１２の厚みをａ、保持部１７の内周側に形成した凹部１８の凹部
内方側エッジ１９のスラスト板載置面２１からの寸法をｂ、凹部外方側エッジ２０のスラ
スト板面載置面２１からの寸法をｃとした場合、
ｂ ＞ ａ および ｃ ＞ ａ
を満たすものとする。
これによって、図３に示すように、保持部１７の先端部分をカーリング加工等で圧力を掛けて塑性変形させた場合、保持部１７は凹部１８の底部付近で確実に座屈変形を起こし、凹部１８を潰すように「くの字」型に変形する。その状態でさらに圧力を掛けて塑性変形させると、「くの字」型の先端部分はスラスト板１２のＣ面取りエッジもしくはＲ面取りの曲面部分を押すことになる。（図３点線矢印）このとき先端部分は「くの字」型となっているので、従来の塑性変形時（図６点線矢印参照）よりも半径方向の分力は少なく軸方向の分力が多くなっている。その結果、スラスト板１２の反りを少なくすることが可能となっている。
例えば、φ６〜７ｍｍで、Ｌ４〜６ｍｍのスリーブの場合、またφ５〜６ｍｍで厚みが０．４〜０．５ｍｍのスラスト板の場合は、凹部の幅は０．０５〜０．１５ｍｍ程度であり、また凹部の深さは０．０１〜０．０５ｍｍ程度としている。上記のａとｂの差は０．０３〜０．０７程度としている。
また、スラスト板１２の外径をφｄ、保持部 の内径をφｅとした場合、
φｅ ＞ φｄ
を満たすものとする。
これによって、保持部の根元部分がカーリング加工等で圧力を受けて塑性変形し内側に傾くので、その時の緩衝空間となり、必要以上にスラスト板１２の外周面を押すことを減少できるので、その結果、スラスト板１２の反りを少なくすることが可能となっている。
例えば、φ５〜６ｍｍで厚みが０．４〜０．５ｍｍのスラスト板の場合では、ｅとｄの差は、０．０３〜０．０７ｍｍとしている。
また、保持部１７の内周側の根元部分に径方向に逃げ部２１を設け、
ｇ ＞ ｆ
を満たすものとする。図２ではヌスミ形状を記載したが逃げ部であれば他の形状でもよい。
これによって、保持部１７の根元部分がカーリング加工等で圧力を受けて塑性変形し、図３におけるスラスト板１２の上部を押圧したときの径方向の逃げとなるので、スラスト板１２の反りを少なくすることが可能となっている。
例えば、φ５〜６ｍｍで厚みが０．４〜０．５ｍｍのスラスト板の場合では、半径方向の逃げ寸法は０．０３〜０．０５程度となっている。

なお、上記に示した、
ｂ ＞ ａ 、ｃ ＞ ａ 、ｅ ＞ ｄ および ｇ ＞ ｆ
のすべてを満たすものは、より好適なカシメ加工を実現することができる。
[スリーブ外周の形状]
さらに、保持部１７の外径は先端部分に比べて根元部分が大きく大径になっている。その大径になり始める変化が顕著になる箇所（塑性変形のためのテーパ部は除く）で、スラスト板１２の載置面 からの位置は、スラスト板１２の厚みよりも小さくしている。

ａ ＞ ｈ
これによって、保持部の先端部分がカシメ加工やカーリング加工等で圧力を掛けて「くの字」型に塑性変形したあと、さらに「くの字」全体を緩やかに内周側に傾かせる役割をする。
例えば、φ５〜６ｍｍで厚みが０．４〜０．５ｍｍのスラスト板の場合では、ａとｈの差は、０．０４〜０．０６ｍｍとしている。

また、スリーブ外周の形状は、保持部１７の先端部に少なくとも２段のテーパ面ＰおよびＱが形成されている。軸方向外方側のテーパ面Ｐは、それに続くテーパ面Ｑよりも軸方向に対する傾斜が急になっている。例えば、テーパ面Ｐは４０〜５０°程度、テーパ面Ｑは５〜１５°程度である。図４でカシメ加工やカーリング加工の説明を示す。これはまずカシメ治具２２（カーリング治具）がテーパ面Ｐ近傍に当接して、スリーブ１１に形成された保持部１７はその凹部１８付近から内周側に曲がり始める。その後カシメ治具２２（カーリング治具）はテーパＱに当接して保持部１７全体を緩やかに内周側に曲げる。このようにカシメ治具２２（カーリング治具）とスリーブ外周の形状によって、より滑らかにカシメを行なうことが可能となる。つまり、まず保持部１７の先端部が「くの字」に曲がり、次にまたは同時進行で、その「くの字」全体が傾いてスラスト板１２をストレスが少ない状態で押さえつけることができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の形状と従来の形状によるカシメの応力の分布を解析したものである。図５（ａ）は本発明の形状を示しており、図５（ｂ）は従来の形状を示している。図５（ａ）において、Ｌ部に示すように保持部１７の外周部分において引張りを受ける領域が狭く抑えられている。これによって、外周部分における表面処理剥がれ等が少なくなることがわかる。また、Ｍ部に示すように保持部１７の根元部分の応力が小さい領域が広くなっているので、根元部分が座屈しにくくなっていることが分かる。

以上のように、本発明により、保持部１７の塑性変形をスムーズに起こさせ、保持部１７の形状をバラツキなく所望通りに仕上げ、その結果、バラツキのないカシメ保持強度を実現することができる。それにより、耐衝撃性に優れた流体軸受装置およびスピンドルモータを提供することができる。

本発明にかかる流体軸受装置は、ハードディスク装置等の情報記録再生装置４０（図７）のみならず、耐衝撃性が必要な他の携帯機器や車載機器で使用される流体軸受装置およびスピンドルモータ等にも有用である。

本発明の一実施例における流体軸受装置および、それを用いたスピンドルモータの断面図 本発明の一実施例におけるスラスト板とスリーブのスラスト板載置面付近のカシメ加工前の組立状態を示す断面図 本発明の一実施例におけるスラスト板とスリーブのスラスト板載置面付近のカシメ加工後の組立状態を示す断面図 本発明の一実施例におけるカシメ加工（カーリング加工）時の断面図 （ａ）本発明の一実施例におけるスリーブ形状によるカシメ加工後の応力解析図、 （ｂ）従来のスリーブ形状によるカシメ加工後の応力解析図 従来のスラスト板とスリーブのスラスト板載置面付近のカシメ加工後の組立状態を示す断面図 本発明の流体軸受装置およびスピンドルモータを搭載した情報記録再生装置の図

符号の説明

１ スピンドルモータ
２ 流体軸受装置
３ 静止部材
４ 回転部材
５ ハブ
５ａ ディスク載置部
６ マグネット
７ シャフト
７ａ シャフト先端凸部
８ ステータ
９ ベース
９ａ 中央円筒部
１０ ステータコア
１１ スリーブ
１１ａ 軸受穴
１２、３０ スラスト板
１３ スラストフランジ
１４ 潤滑流体
１５ シール
１６ 吸引板
１７ 保持部
１８ 凹部
１９ 凹部内方側エッジ
２０ 凹部外方側エッジ
２１ スラスト板載置面
２２ 逃げ部
２３ カシメ治具（カーリング治具）
４０ 情報記録再生装置
４１ リードライトヘッド
４２ 流体軸受装置
４３ スピンドルモータ
４４ ディスク

Claims (10)

1. 軸受穴を有するスリーブ、
   前記軸受穴に回転可能に挿入された軸部材、
   前記軸の端面をスラスト方向に支持するスラスト板
   を備え、
   前記スリーブは一方の端面に前記スラスト板を軸方向に位置決めするスラスト板載置面が形成され、塑性変形させることによって前記スラスト板を保持するための保持部が前記スラスト板載置面の外周側に形成され、
   前記スリーブの軸受穴内周面と前記軸の外周面の少なくとも一方にラジアル動圧軸受を形成し、前記スラスト板の一方の端面と前記軸部材の端面の少なくとも一方にスラスト動圧軸受を形成し、潤滑流体が充填されている流体軸受装置であって、
   前記スリーブの保持部には内周面に凹部を形成し、その凹部の軸方向外方側エッジおよび軸方向内方側エッジの位置は、前記スラスト板を前記スリーブのスラスト板載置面に装着したとき、該スラスト板の他方の端面よりも軸方向外方側に位置する
   ことを特徴とする流体軸受装置。
2. 前記軸部材は、前記軸受孔に挿入される軸部の外径よりも大きい外径を有するフランジ部をその一方の端部に固定した、または一体に形成したフランジ付シャフトである
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 前記軸部材は、ストレートシャフト（フランジレスシャフト）である
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体軸受装置。
4. 前記保持部と前記スラスト板載置面が交わる領域近傍では、前記スラスト板の保持部内周面には径方向に逃げ部が形成され、軸方向には逃げ部は形成されない
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
5. 前記保持部は、該保持部の根元部分の外径は該保持部の先端部分の外径より大きく、
   該保持部の先端部分の外径が漸次大きくなり始める位置は、前記スラスト板を前記スリーブのスラスト板載置面に装着したとき、そのスラスト板の外方側端面よりも軸方向内方側に位置する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
6. 前記保持部の塑性変形加工は、前記保持部をカシメ加工またはカーリング加工することによって変形させ、前記スラスト板をスリーブに固定する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
7. 前記保持部の外周側には、前記塑性変形加工のための、軸方向に対して異なる角度を有する少なくとも２つのテーパが形成されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
8. 前記保持部の塑性変形による固定後、エポキシ系またはアクリル系接着剤で封止する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の流体軸受装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の流体軸受装置を有するスピンドルモータ。
10. 請求項９に記載のスピンドルモータと、前記スピンドルモータの前記軸に固定されたハブに取り付けられた記録媒体であるディスクと、を有する情報記録再生装置。

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