JP2014040893A - 回転機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】シャフト固定型の回転機器の生産効率を改善する。
【解決手段】回転機器100は、シャフト26をスリーブ106が潤滑剤92を介して環囲する回転機器である。回転体と固定体との隙間は本回転機器100の使用中に潤滑剤92の気液界面116、120が存在する2つのテーパシール114、118を含む。テーパシールの体積に対するテーパシールに充填されている潤滑剤92の体積の比を充填率と称すとき、2つのテーパシール114、118は、第2テーパシール118の充填率の下限が第1テーパシール114の充填率の範囲であって第1テーパシール114の充填率の下限を含む範囲に対応し、第2テーパシール118の充填率の上限が範囲の上限よりも高く第1テーパシール114の充填率の上限よりも低い第1テーパシール114の所定の充填率に対応するよう形成される。
【選択図】図2
【解決手段】回転機器100は、シャフト26をスリーブ106が潤滑剤92を介して環囲する回転機器である。回転体と固定体との隙間は本回転機器100の使用中に潤滑剤92の気液界面116、120が存在する2つのテーパシール114、118を含む。テーパシールの体積に対するテーパシールに充填されている潤滑剤92の体積の比を充填率と称すとき、2つのテーパシール114、118は、第2テーパシール118の充填率の下限が第1テーパシール114の充填率の範囲であって第1テーパシール114の充填率の下限を含む範囲に対応し、第2テーパシール118の充填率の上限が範囲の上限よりも高く第1テーパシール114の充填率の上限よりも低い第1テーパシール114の所定の充填率に対応するよう形成される。
【選択図】図2
Description
本発明は、シャフト固定型の回転機器に関する。
ハードディスクドライブなどのディスク駆動装置は、小型化、大容量化が進み、種々の電子機器に搭載されている。特にノートパソコンや携帯型音楽再生機器などの携帯型の電子機器へのディスク駆動装置の搭載が進んでいる。このような携帯型の電子機器に搭載されるディスク駆動装置に対しては、デスクトップPC(Personal Computer)などの据置型の電子機器に搭載されるものと比べて、落下などの衝撃や持ち運びによる振動にも耐えうるように耐衝撃性、耐振動性の向上が求められている。
例えば特許文献1や特許文献2には、シャフトがベースプレートに固定され、軸受に流体動圧軸受(Fluid Dynamic Bearing)機構を採用したモータが提案されている。
流体動圧軸受を採用したモータの製造においては、回転体と固定体との隙間に注入される潤滑剤の気液界面の位置を測定し、それが所定の範囲に収まっているかを検査することが必要となる。シャフト固定型のモータは複数の気液界面を有することが多いので、そのそれぞれの気液界面を検査しようとすると、検査のための工程数や作業時間が多くなる。これは、生産効率の面で不利である。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は生産効率を改善できるシャフト固定型の回転機器の提供にある。
本発明のある態様は、回転機器に関する。この回転機器は、固定体側のシャフトを回転体側のスリーブが潤滑剤を介して環囲する回転機器であって、回転体と固定体との隙間は本回転機器の使用中に潤滑剤の気液界面が存在する2つのテーパシールを含む。テーパシールの体積に対するテーパシールに充填されている潤滑剤の体積の比を充填率と称すとき、2つのテーパシールは、一方のテーパシールの充填率の下限が他方のテーパシールの充填率の範囲であって他方のテーパシールの充填率の下限を含む範囲に対応し、一方のテーパシールの充填率の上限が範囲の上限よりも高く他方のテーパシールの充填率の上限よりも低い他方のテーパシールの所定の充填率に対応するよう形成される。
この態様によると、一方のテーパシールの充填率と他方のテーパシールの充填率とを関連付けることができる。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、シャフト固定型の回転機器の生産効率を改善できる。
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
実施の形態に係る回転機器は、磁気記録ディスクを搭載しそれを回転駆動するハードディスクドライブなどのディスク駆動装置として好適に用いられ、特にシャフトがベースに対して固定され、ハブがシャフトに対して回転するようなシャフト固定型のディスク駆動装置として好適に用いられる。
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る回転機器はシャフト固定型であり、固定体側のシャフトを回転体側のスリーブが潤滑剤を介して環囲する。回転機器には流体動圧軸受が採用されている。特に、シャフトは両持ち支持され、したがって潤滑剤の気液界面が2つ存在する。各気液界面は対応するテーパシールに存在する。それらのテーパシールは、潤滑剤の注入時に一方のテーパシールに気液界面が存在するならば、他方のテーパシールに気液界面が存在し、かつ、他方のテーパシールから潤滑剤があふれないよう形成される。これにより、潤滑剤の注入時に一方のテーパシールの気液界面の高さを測定することで、他方のテーパシールの気液界面の高さを測定しなくてもその高さを知ることができる。その結果、潤滑剤の注入量を適量に調整する際の測定の手間を省くことができ、生産効率を高めることができる。
第1の実施の形態に係る回転機器はシャフト固定型であり、固定体側のシャフトを回転体側のスリーブが潤滑剤を介して環囲する。回転機器には流体動圧軸受が採用されている。特に、シャフトは両持ち支持され、したがって潤滑剤の気液界面が2つ存在する。各気液界面は対応するテーパシールに存在する。それらのテーパシールは、潤滑剤の注入時に一方のテーパシールに気液界面が存在するならば、他方のテーパシールに気液界面が存在し、かつ、他方のテーパシールから潤滑剤があふれないよう形成される。これにより、潤滑剤の注入時に一方のテーパシールの気液界面の高さを測定することで、他方のテーパシールの気液界面の高さを測定しなくてもその高さを知ることができる。その結果、潤滑剤の注入量を適量に調整する際の測定の手間を省くことができ、生産効率を高めることができる。
図1(a)〜(c)は、第1の実施の形態に係る回転機器100を示す図である。図1(a)は回転機器100の上面図である。図1(b)は回転機器100の側面図である。図1(c)は、トップカバー2を外した状態の回転機器100の上面図である。回転機器100は、固定体と、固定体に対して回転する回転体と、回転体に取り付けられる磁気記録ディスク8と、データリード/ライト部10と、を備える。固定体は、ベース4と、ベース4に固定されたシャフト26と、トップカバー2と、6つのねじ20と、シャフト固定ねじ6と、を含む。回転体は、キャップ12と、クランパ154と、を含む。キャップ12およびクランパ154は不図示のハブに取り付けられている。
以降ベース4に対してハブが搭載される側を上側として説明する。
以降ベース4に対してハブが搭載される側を上側として説明する。
磁気記録ディスク8は、直径が65mmのガラス製の2.5インチ型磁気記録ディスクであり、その中央の孔の直径は20mm、厚みは0.65mmである。回転体は3枚の磁気記録ディスク8を搭載する。
ベース4はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース4は、回転機器100の底部を形成する底板部4aと、磁気記録ディスク8の載置領域を囲むように底板部4aの外周に沿って形成された外周壁部4bと、を有する。外周壁部4bの上面4cには、6つのねじ孔22が設けられる。
ベース4はアルミニウムの合金をダイカストにより成型して形成される。ベース4は、回転機器100の底部を形成する底板部4aと、磁気記録ディスク8の載置領域を囲むように底板部4aの外周に沿って形成された外周壁部4bと、を有する。外周壁部4bの上面4cには、6つのねじ孔22が設けられる。
データリード/ライト部10は、記録再生ヘッド(不図示)と、スイングアーム14と、ボイスコイルモータ16と、ピボットアセンブリ18と、を含む。記録再生ヘッドは、スイングアーム14の先端部に取り付けられ、磁気記録ディスク8にデータを記録し、磁気記録ディスク8からデータを読み取る。ピボットアセンブリ18は、スイングアーム14をベース4に対してヘッド回転軸Sの周りに揺動自在に支持する。ボイスコイルモータ16は、スイングアーム14をヘッド回転軸Sの周りに揺動させ、記録再生ヘッドを磁気記録ディスク8の上面上の所望の位置に移動させる。ボイスコイルモータ16およびピボットアセンブリ18は、ヘッドの位置を制御する公知の技術を用いて構成される。
トップカバー2は、6つのねじ20を用いてベース4の外周壁部4bの上面4cに固定される。6つのねじ20は、6つのねじ孔22にそれぞれ対応する。特にトップカバー2と外周壁部4bの上面4cとは、それらの接合部分から回転機器100の内側へリークが生じないように互いに固定される。ここで回転機器100の内側とは具体的には、ベース4の底板部4aと、ベース4の外周壁部4bと、トップカバー2と、で囲まれる清浄空間24である。この清浄空間24は密閉されるように、つまり外部からのリークインもしくは外部へのリークアウトが無いように設計される。清浄空間24は、パーティクルが除去された清浄な空気で満たされる。これにより、磁気記録ディスク8へのパーティクルなどの異物の付着が抑えられ、回転機器100の動作の信頼性が高められている。
シャフト26の上側の端面にはシャフト固定ねじ孔26aが設けられる。シャフト26の下端はベース4に対して後述のように固定される。シャフト固定ねじ6がトップカバー2を貫通してシャフト固定ねじ孔26aに螺合されることによって、シャフト26の上端はトップカバー2に対して固定される。
シャフト固定型の回転機器のなかでもこのようにベース4やトップカバー2などのシャーシにシャフト26の両端が固定されるタイプの回転機器によると、回転機器の耐衝撃性や耐振動性を高めることができる。このタイプの回転機器においては、流体動圧軸受を採用した場合、一般的に潤滑剤の気液界面は2つ存在する。
図2は、図1(c)のA−A線断面図である。
回転体は、ハブ28と、円筒状マグネット32と、スリーブ106と、キャップ12と、クランパ154と、を含む。固定体は、ベース4と、積層コア40と、コイル42と、ハウジング102と、シャフト26と、張出環囲部104と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤92が連続的に介在する。
回転体は、ハブ28と、円筒状マグネット32と、スリーブ106と、キャップ12と、クランパ154と、を含む。固定体は、ベース4と、積層コア40と、コイル42と、ハウジング102と、シャフト26と、張出環囲部104と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤92が連続的に介在する。
回転機器100を製造する際には、ハウジング102とスリーブ106と張出環囲部104と潤滑剤92とシャフト26とを含む流体動圧軸受ユニットを製造する。そして流体動圧軸受ユニットにハブ28やベース4などが取り付けられて回転機器100が製造される。ベース4は、この流体動圧軸受ユニットを介してハブ28を回転自在に支持する。
ハブ28は、スリーブ106の外周側に固定される。ハブ28は、軟磁性を有する例えばSUS430F等の鉄鋼材料またはアルミニウムから形成される。ハブ28は、鉄鋼板を例えばプレス加工や切削加工することにより形成され、回転軸Rに沿って中心孔28aを有する略カップ状の所定の形状に形成される。ハブ28の鉄鋼材料としては、例えば、大同特殊鋼株式会社が供給する商品名DHS1のステンレスはアウトガスが少なく、加工容易である点で好ましい。また、同様に同社が供給する商品名DHS2のステンレスはさらに耐食性が良好な点でより好ましい。ハブ28に、例えば、めっきや樹脂コーティングなどの表面処理を施すようにしてもよい。本実施の形態のハブ28は無電解ニッケルめっきの表面層を有している。加工面に付着する微少な残渣の剥離を抑制できる。
ハブ28の中心孔28aにスリーブ106が嵌合される。すなわち、ハブ28の中心孔28aの周面は、スリーブ106の上部の外周面106aと接合される。この接合部分については後述する。
ハブ28は、磁気記録ディスク8の中央孔に嵌るハブ突出部28bと、ハブ突出部28bよりも半径方向(すなわち回転軸Rに直交する方向)外側に設けられた載置部28cと、を有する。磁気記録ディスク8は、載置部28cの上面であるディスク載置面28j上に載置される。
軸方向すなわち回転体の回転軸Rと平行な方向で隣接する2枚の磁気記録ディスク8の間には円環状のスペーサ152が挿入される。クランパ154は、3枚の磁気記録ディスク8および2つのスペーサ152をディスク載置面28jに対して押し付けて固定する。磁気記録ディスク8は、クランパ154と載置部28cとに挟まれることによりハブ28に対して固定される。クランパ154は、複数のクランプねじ156によってハブ28の上面28lに対して固定される。特にクランプねじ156はハブ突出部28bに設けられたクランプねじ孔28mに螺合される。
クランプねじ孔28mはハブ突出部28bを貫通する。クランプねじ孔28mの下端はテープなどの閉塞手段34により塞がれている。これにより、クランプねじ孔28mを貫通孔とすることでその形成を容易としつつ、ハブ28の内側から外側への潤滑剤92の蒸気の拡散を抑制できる。
円筒状マグネット32は、略カップ形状のハブ28の内側の円筒面に相当する円筒状内周面28fに接着固定される。円筒状マグネット32は、例えば、希土類磁石材料やフェライト磁石材料によって形成される。本実施の形態ではネオジウム系希土類磁石材料によって形成される。円筒状マグネット32にはその周方向(回転軸Rを中心とし回転軸Rに垂直な円の接線方向)に16極の駆動用着磁が施される。円筒状マグネット32の表面には電着塗装やスプレー塗装などによる表面層形成処理が施され、例えば、発錆が抑制される。円筒状マグネット32は、積層コア40の12本の突極と半径方向に対向する。
積層コア40は円環部とそこから半径方向外向きに伸びる12本の突極とを有し、ベース4の上面側に固定される。積層コア40は、10枚の薄型電磁鋼板を積層しカシメにより一体化して形成される。積層コア40の表面には電着塗装や粉体塗装などによる絶縁塗装が施される。積層コア40の各突極にはコイル42が巻回される。このコイル42に3相の略正弦波状の駆動電流が流れることにより突極に沿って駆動磁束が発生する。
ベース4は、回転軸Rを中心とした円筒状の突出部4eを有する。突出部4eは、ハウジング102を環囲するようにベース4の上面から上向きに突出する。積層コア40の円環部の中心孔が突出部4eの外周面に嵌合されることで積層コア40はベース4に対して固定される。特に積層コア40の円環部は突出部4eに圧入されもしくは隙間嵌めによって接着固定される。
ハウジング102はSUSなどの鉄鋼材料により形成される。ハウジング102は、平たい環状のシャフト保持部110と、シャフト保持部110の外周側に固定された円筒状のスリーブ環囲部112と、を含む。シャフト保持部110とスリーブ環囲部112とは、シャフト保持部110の外周面全体がスリーブ環囲部112の内周面112aの下側の一部と接する形で結合され、特にシャフト保持部110とスリーブ環囲部112とは一体に形成される。この場合、ハウジング102の製造誤差を低減でき、接合の手間を省くことができる。スリーブ環囲部112は突出部4eによって環囲される。特にスリーブ環囲部112は、突出部4eの内周面すなわちベース4に設けられた回転軸Rを中心とする軸受孔4hに接着により固定される。
シャフト26の下端は、シャフト保持部110の内周面すなわちシャフト保持部110に設けられた回転軸Rを中心とするシャフト孔110aに挿入され、接着または圧入によりそこで固定される。
張出環囲部104は、シャフト26の上端側を環囲してシャフト26に、例えば、接着や圧入と接着を併用して固定される。
張出環囲部104は、シャフト26の上端側を環囲してシャフト26に、例えば、接着や圧入と接着を併用して固定される。
スリーブ106は真鍮(黄銅)またはアルミニウムまたはDHS1の母材を所望の形状に切削加工し、その結果物にニッケルめっきを施すことにより形成される。スリーブ106は、シャフト26のうちシャフト孔110aに嵌っている部分と張出環囲部104に環囲される部分との間の中間部分を環囲する。スリーブ106とシャフト26の中間部分とに潤滑剤92が介在する。すなわち、スリーブ106の内周面106fとシャフト26の中間部分の外周面26dとは第1隙間を介して対向し、第1隙間は潤滑剤92で満たされている。
第1隙間は、回転体が回転するとき潤滑剤92に半径方向の動圧が発生する2つのラジアル動圧発生部160、162を含む。2つのラジアル動圧発生部160、162は互いに軸方向に離間し、第1ラジアル動圧発生部160は第2ラジアル動圧発生部162の上側に位置する。2つのラジアル動圧発生部160、162のそれぞれに対応するスリーブ106の内周面106fの部分には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第1ラジアル動圧発生溝50、第2ラジアル動圧発生溝52が形成される。なお、第1ラジアル動圧発生溝50および第2ラジアル動圧発生溝52のうちの少なくともひとつは、スリーブ106の内周面106fの代わりにシャフト26の中間部分の外周面26dに形成されてもよい。動圧発生溝はピエゾ加工により形成されてもよい。
スリーブ106は、軸方向において張出環囲部104とシャフト保持部110とに挟まれている。スリーブ106と張出環囲部104、および、スリーブ106とシャフト保持部110、のそれぞれに潤滑剤92が介在する。すなわち、スリーブ106の上面106bと張出環囲部104の下面104aとは第2隙間を介して対向し、第2隙間は潤滑剤92で満たされている。スリーブ106の下面106cとシャフト保持部110の上面110bとは第3隙間を介して対向し、第3隙間は潤滑剤92で満たされている。
第3隙間は、回転体が回転するとき潤滑剤92に軸方向の動圧が発生する第1スラスト動圧発生部164を含む。第1スラスト動圧発生部164に対応するスリーブ106の下面106cの部分には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第1スラスト動圧発生溝54が形成される。第1スラスト動圧発生溝54は、スリーブ106の下面106cの代わりにシャフト保持部110の上面110bに形成されてもよい。
第2隙間は、回転体が回転するとき潤滑剤92に軸方向の動圧が発生する第2スラスト動圧発生部166を含む。第2スラスト動圧発生部166に対応するスリーブ106の上面106bの部分には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第2スラスト動圧発生溝56が形成される。第2スラスト動圧発生溝56は、スリーブ106の上面106bの代わりに張出環囲部104の下面104aに形成されてもよい。
回転体が固定体に対して相対的に回転するとき、第1ラジアル動圧発生溝50、第2ラジアル動圧発生溝52、第1スラスト動圧発生溝54、第2スラスト動圧発生溝56はそれぞれ潤滑剤92に動圧を生じさせる。この動圧によって回転体は、固定体と非接触のまま半径方向および軸方向に支持される。
スリーブ環囲部112とスリーブ106との位置関係では、スリーブ環囲部112はスリーブ106の下部を環囲する。スリーブ環囲部112とスリーブ106との間には、スリーブ環囲部112の内周面112aとスリーブ106の下部の外周面106eとの間の第4隙間が上方に向けて徐々に広がる部分である第1テーパシール114が形成される。第1テーパシール114には、回転機器100の使用中に潤滑剤92の第1気液界面116が存在する。
スリーブ106は、張出環囲部104と半径方向で対向する上テーパ形成部106cを有する。上テーパ形成部106cは張出環囲部104を環囲する。上テーパ形成部106cと張出環囲部104との間には、上テーパ形成部106cの内周面106dと張出環囲部104の外周面104bとの間の第5隙間が上方に向けて徐々に広がる部分である第2テーパシール118が形成される。第2テーパシール118には、回転機器100の使用中に潤滑剤92の第2気液界面120が存在する。
スリーブ106には、第1ラジアル動圧発生部160および第2ラジアル動圧発生部162をバイパスするバイパス連通孔168が形成される。特にバイパス連通孔168は、第1ラジアル動圧発生部160の上側と第2ラジアル動圧発生部162の下側とを連通する。バイパス連通孔168の上端は第2隙間に在り、バイパス連通孔168の下端は第3隙間に在る。バイパス連通孔168はスリーブ106を軸方向に沿って貫通する孔である。
バイパス連通孔168は、スリーブ106の内周面106fの直径に対するバイパス連通孔168の直径の比が0.13より大きくなるよう形成される。一例では、バイパス連通孔168の直径は0.35mmから0.50mmの範囲にあり、スリーブ106の内周面106fの直径は約2.5mmである。
バイパス連通孔168は、スリーブ106の内周面106fの直径に対するバイパス連通孔168の直径の比が0.13より大きくなるよう形成される。一例では、バイパス連通孔168の直径は0.35mmから0.50mmの範囲にあり、スリーブ106の内周面106fの直径は約2.5mmである。
バイパス連通孔が比較的細い場合、回転機器100の上下動や回転機器100への衝撃等により潤滑剤92の圧力が急変したときに潤滑剤92が予想外の振る舞いをする可能性がある。そこで、本実施の形態では、バイパス連通孔168を比較的太く形成することで、潤滑剤92の圧力を平均化する機能を強化して、潤滑剤92の振る舞いをより安定化させることができる。
キャップ12は、第2テーパシール118および張出環囲部104を覆うようにハブ28の上面28lに接着により固定される環状の部材である。キャップ12はSUS430またはSUS304または真鍮などの金属材料や樹脂材料により形成される。ハブ28、スリーブ106およびキャップ12は蒸気捕捉空間13を形成する。蒸気捕捉空間13は、張出環囲部104の外周面104bと上テーパ形成部106cの内周面106dとで挟まれる隙間15と連結される。蒸気捕捉空間13は隙間15の半径方向外側に位置する。スリーブ106の回転時には、第2気液界面120から蒸発した潤滑剤92の蒸気の少なくとも一部は遠心力により蒸気捕捉空間13に捕らえられる。これにより、清浄空間24に放出される潤滑剤92の蒸気の量を抑えることができる。
キャップ12と固定体との隙間が大きいと、清浄空間24に放出される第2気液界面120から蒸発した潤滑剤92の蒸気の量が増加する。一方、キャップ12と固定体との隙間が小さいと、キャップ12が固定体に接触する可能性が高くなる。発明者の検討により、キャップ12と固定体との軸方向の最小隙間を0.06mmから0.18mmの範囲に設定することによって、潤滑剤92の蒸気の放出量は実用上で問題のないレベルに抑制されるとともに、キャップ12が固定体に接触する可能性を実用上で問題のないレベル以下にできることが確認されている。また、キャップ12と固定体との半径方向の最小隙間を0.01mmから0.15mmの範囲に設定することによって、潤滑剤92の蒸気の放出量は実用上で問題のないレベルに抑制されるとともに、キャップ12が固定体に接触する可能性を実用上で問題のないレベル以下にできることが確認されている。
図3(a)、(b)は、テーパシールの拡大断面図である。図3(a)は第2テーパシール118の拡大断面図である。図3(b)は第1テーパシール114の拡大断面図である。以下、テーパシールの体積に対するテーパシールに充填されている潤滑剤92の体積の比を充填率と称す。第1テーパシール114の第1充填率F1は、第1テーパシール114に充填されている潤滑剤92の体積OV1を第1テーパシール114の体積TV1で除した値である(F1=OV1/TV1)。第2テーパシール118の第2充填率F2は、第2テーパシール118に充填されている潤滑剤92の体積OV2を第2テーパシール118の体積TV2で除した値である(F2=OV2/TV2)。
潤滑剤92の経路に沿って考えた場合、第1テーパシール114のなかで位置が上側となるほど、第2テーパシール118から離れることとなる。第1テーパシール114は、上向きに間隔t1が所定の第1割合で大きくなる第1テーパ部分114aと、第1テーパ部分114aよりも上側に設けられ、上向きに間隔t2が第1割合よりも大きな第2割合で大きくなる第2テーパ部分114bと、を含む。
例えば軸方向に沿ってz座標を定義すると、第1テーパ部分114aの間隔t1はzの関数となる。第1割合はt1のzに関する微分係数(dt1/dz)として定義されてもよい。第2割合についても同様である。
第1テーパ部分114aと第2テーパ部分114bとは直接連結される。第1テーパ部分114aの体積をTV3、第2テーパ部分114bの体積をTV4と表記すると、TV1=TV3+TV4である。
第2テーパシール118の間隔t3は上向きに、第1割合よりも大きく第2割合よりも小さい第3割合で大きくなる。
潤滑剤92の量が、第1テーパシール114、第2テーパシール118以外の潤滑剤92の経路を満たすことができる程度の量である場合、第2気液界面120は第2テーパシール118の下端122に存在し(図3(a))、第1気液界面116は第1テーパ部分114aの下端124に存在する(図3(b))。
潤滑剤92の量を増やすと、第3割合は第1割合よりも大きいので、潤滑剤92の増分は第1テーパ部分114aに優先的に収容される。特に、第2気液界面120が実質的に第2テーパシール118の下端122に存在する状態で、第1気液界面116は第1テーパ部分114aのなかの所定の位置範囲RPに存在する。第2気液界面120が第2テーパシール118の下端122を離れて上昇を開始するときの、第1テーパ部分114aにおける第1気液界面116の位置を符号126で示す。位置範囲RPの下限は第1テーパ部分114aの下端124であり、上限は位置126である。
第2気液界面120が第2テーパシール118の下端122に存在するときの第2充填率F2は下限すなわち実質的に0である。第1気液界面116が第1テーパ部分114aの下端124に存在するときの第1充填率F1は下限すなわち実質的に0である。第1気液界面116が第1テーパ部分114aの位置126に存在するときの第1充填率F1をx1と表記する。x1はTV3/TV1よりも小さい。第2充填率F2の下限は、第1充填率F1の0(下限)≦F1≦x1の範囲に対応する。言い換えると、第1テーパシール114および第2テーパシール118は、第2充填率F2が下限に留まる限り、第1充填率F1がx1を超えないことが保証されるよう形成される。
図4(a)、(b)は、テーパシールの拡大断面図である。図4(a)は第2テーパシール118の拡大断面図である。図4(b)は第1テーパシール114の拡大断面図である。図3(a)、(b)の状態からさらに潤滑剤92の量を増やすと、第1気液界面116は第1テーパ部分114aの上端128に到達する。このときの第1充填率F1は実質的にTV3/TV1である。第1テーパ部分114aの上端128は第2テーパ部分114bの下端でもある。
第1気液界面116が第1テーパ部分114aの上端128に到達したとき、第2気液界面120は第2テーパシール118の下端122を離れてある程度上昇している。第1気液界面116が第1テーパ部分114aの上端128に存在するときの、第2テーパシール118における第2気液界面120の位置を符号130で示す。
図5(a)、(b)は、テーパシールの拡大断面図である。図5(a)は第2テーパシール118の拡大断面図である。図5(b)は第1テーパシール114の拡大断面図である。図4(a)、(b)の状態からさらに潤滑剤92の量を増やすと、第2割合は第3割合よりも大きいので、潤滑剤92の増分は第2テーパシール118に優先的に収容される。特に、第1気液界面116が実質的に第1テーパ部分114aの上端128に存在する状態で、第2気液界面120は第2テーパシール118のなかをある程度上昇する。さらに潤滑剤92の量を増やすと、第1気液界面116は第1テーパ部分114aの上端128を離れて上昇すると共に第2気液界面120は第2テーパシール118のなかを上昇する。
さらに潤滑剤92の量を増やすと、第2気液界面120は第2テーパシール118の上端132に到達する。このときの第2充填率F2は上限すなわち実質的に1である。第2気液界面120が第2テーパシール118の上端132に到達したとき、第1気液界面116は第2テーパ部分114bの上端134に到達せず、第2テーパ部分114bのなかに存在する。
第2気液界面120が第2テーパシール118の上端132に存在するときの、第2テーパ部分114bにおける第1気液界面116の位置を符号136で示す。第1気液界面116が第2テーパ部分114bの位置136に存在するときの第1充填率F1をx2と表記する。第2充填率F2の上限はx2に対応する。また、TV3/TV1<x2<1(上限)である。言い換えると、第1テーパシール114および第2テーパシール118は、第2充填率F2が上限に到達しても、第1充填率F1は上限を下回ることが保証されるよう形成される。
図6(a)、(b)は、ハブ28の中心孔28aの周面とスリーブ106の上部の外周面106aとの接合部分についての説明図である。図6(a)は中心孔28aにスリーブ106が下から挿入されている途中の状態を示し、図6(b)は挿入が完了した後の状態を示す。中心孔28aの周面には環状の第1凹部138が形成される。スリーブ106の上部の外周面106aには環状の第2凹部140が形成される。中心孔28aの周面は、第2凹部140と対向する第1部分28uと、第1凹部138を挟んで第1部分28uの反対側に位置する第2部分28tと、を有する。特に第1部分28uは中心孔28aの周面のうち第1凹部138よりも下側の部分であり、第2部分28tは中心孔28aの周面のうち第1凹部138よりも上側の部分である。中心孔28aの周面は、第1部分28uの直径が第2部分28tの直径と同等となるよう形成される。
図6(b)を参照すると、第1凹部138は軸方向において第1ラジアル動圧発生部160に対応する。特に第1凹部138は少なくとも部分的に第1ラジアル動圧発生部160を環囲する。言い換えると、軸方向における第1凹部138の存在範囲と、軸方向における第1ラジアル動圧発生部160の存在範囲とは共通部分を有する。
第2凹部140は、軸方向において第1凹部138と部分的に重なり合う。第2凹部140と第1凹部138とが重なり合う部分には重なり隙間146が形成される。第1凹部138とスリーブ106の上部の外周面106aとの中間隙間142は、第2凹部140と第1部分28uとの下側隙間144と、重なり隙間146を介して連結される。第2部分28tは、スリーブ106の上部の外周面106aに圧接される。
中心孔28aの周面は、第2部分28tが軸方向において第1ラジアル動圧発生部160を避けた位置にくるように形成される。特に第1凹部138は、第1凹部138の上端の軸方向における位置が、第1ラジアル動圧発生部160の上端の軸方向における位置と実質的に一致するかそれよりも上側となるように、形成される。一例では、軸方向における第2部分28tの存在範囲と、軸方向における第1ラジアル動圧発生部160の存在範囲とは共通部分を有さない。
図6(a)を参照すると、スリーブ106を中心孔28aに挿入する際、第1部分28uおよび第2部分28tの両方がスリーブ106の上部の外周面106aに圧接される。この場合、スリーブ106はハブ28に対して軸方向の2箇所で支持されるので、がたつきにくく、ハブ28に対するスリーブ106の直角度を良好に維持することができる。図6(b)を参照すると、挿入を完了した状態では、第1部分28uはスリーブ106の上部の外周面106aから離れる。中心孔28aの周面とスリーブ106の上部の外周面106aとの接合部分のうち圧接部分は第2部分28tのみである。これにより、圧接の圧力による第1ラジアル動圧発生部160への悪影響を低減できる。特に圧接の圧力による第1ラジアル動圧発生部160の変形を抑制できる。
なお、中間隙間142、下側隙間144または重なり隙間146に接着剤が少なくとも部分的に充填されてもよい。
なお、中間隙間142、下側隙間144または重なり隙間146に接着剤が少なくとも部分的に充填されてもよい。
また、中心孔28aの周面とスリーブ106の上部の外周面106aとの接合部分と、第1ラジアル動圧発生部160と、が軸方向で重なり合っても第1ラジアル動圧発生部160への悪影響を低減できるので、第1ラジアル動圧発生部160をより上側に配置して、軸受スパンを広げることができる。
なお、第1凹部をスリーブの上部の外周面に形成すると共に、第2凹部を中心孔の周面に形成してもよい。この場合、中心孔にスリーブを上から挿入することにより、上記と同様の作用効果が奏される。
以上のように構成された回転機器100の動作を説明する。磁気記録ディスク8を回転させるために、3相の駆動電流がコイル42に供給される。その駆動電流がコイル42を流れることにより、12本の突極に沿って磁束が発生する。この磁束によって円筒状マグネット32にトルクが与えられ、回転体およびそれに嵌合された磁気記録ディスク8が回転する。同時にボイスコイルモータ16がスイングアーム14を揺動させることによって、記録再生ヘッドが磁気記録ディスク8上の揺動範囲を行き来する。記録再生ヘッドは磁気記録ディスク8に記録された磁気データを電気信号に変換して制御基板(不図示)へ伝え、また制御基板から電気信号の形で送られてくるデータを磁気記録ディスク8上に磁気データとして書き込む。
本実施の形態に係る回転機器100によると、第2テーパシール118の第2気液界面120の高さを制御することで、第1テーパシール114の第1気液界面116の高さも制御できる。特に、第2気液界面120が第2テーパシール118の下端122よりも高い位置に存在すれば、第1充填率F1がx1からx2の範囲にあることが保証される。したがって、第1気液界面116の高さを直接計測しなくても、第1気液界面116の高さを所望の範囲に収めることができる。その結果、第1気液界面116の高さを測定できるように回転機器100を設計する必要はなく、設計の自由度が向上する。特に、第1テーパシール114の第1気液界面116が容易には見えない構成であっても、第1気液界面116および第2気液界面120の両方の高さを把握でき、製品の寿命を満たすことが可能となる。また、第1気液界面116の高さを測定する工程が不要となり、生産効率が向上する。
また、本実施の形態に係る回転機器100によると、第2気液界面120が第2テーパシール118の上端132に到達しても、第1気液界面116は第2テーパ部分114bのなかに存在して第2テーパ部分114bの上端134を超えないことが保証される。したがって、第1テーパシール114からの潤滑剤92のあふれを抑制できる。
(第2の実施の形態)
図7は、第2の実施の形態に係る回転機器200の断面図である。第1の実施の形態に係る回転機器100では、張出環囲部104とシャフト26とは別体であったが、第2の実施の形態に係る回転機器200ではそれらはシャフト226として一体に形成される。第1の実施の形態に係る回転機器100では、スリーブ106とハブ28とは別体であったが、第2の実施の形態に係る回転機器200ではそれらはハブ228として一体に形成される。
図7は、第2の実施の形態に係る回転機器200の断面図である。第1の実施の形態に係る回転機器100では、張出環囲部104とシャフト26とは別体であったが、第2の実施の形態に係る回転機器200ではそれらはシャフト226として一体に形成される。第1の実施の形態に係る回転機器100では、スリーブ106とハブ28とは別体であったが、第2の実施の形態に係る回転機器200ではそれらはハブ228として一体に形成される。
本実施の形態に係る回転機器200によると、第1の実施の形態に係る回転機器100によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。加えて、ハブ228のディスク載置面228jとスリーブ内周面206fの振れ精度、すなわち加工の精度または寸法精度が向上する。
(第3の実施の形態)
図8は、第3の実施の形態に係る回転機器300の断面図である。
回転体は、ハブ328と、円筒状マグネット332と、外側環囲部材306と、を含む。
固定体は、ベース304と、積層コア340と、コイル342と、ハウジング302と、シャフト326と、吸引プレート386と、を含む。
回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤392が連続的に介在する。
図8は、第3の実施の形態に係る回転機器300の断面図である。
回転体は、ハブ328と、円筒状マグネット332と、外側環囲部材306と、を含む。
固定体は、ベース304と、積層コア340と、コイル342と、ハウジング302と、シャフト326と、吸引プレート386と、を含む。
回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤392が連続的に介在する。
ハブ328のディスク載置面328a上に磁気記録ディスク(不図示)が載置される。ハブ328は、シャフト326を環囲する円筒状のシャフト環囲部328bを有する。シャフト環囲部328bの内周面328cには後述するラジアル動圧発生溝が設けられる。
円筒状マグネット332は、ハブ328の円筒状内周面328fに接着固定される。円筒状マグネット332の内周面は積層コア340の12本の突極と半径方向に対向する。円筒状マグネット332にはその周方向に16極の駆動用着磁が施される。
積層コア340は円環部とそこから半径方向外側に伸びる12本の突極とを有し、ベース304の上面側に固定される。積層コア340は、10枚の薄型電磁鋼板を積層しカシメにより一体化して形成される。積層コア340の各突極にはコイル342が巻回される。
ベース304には、回転体の回転軸Rを中心とする貫通孔304hが設けられる。ハウジング302は断面が略L字状であり、貫通孔304hに接着固定される。ハウジング302はシャフト326の下側を環囲する。すなわち、ハウジング302は回転体の回転軸Rを中心とするシャフト孔302aを有し、シャフト326の下側の端部はこのシャフト孔302aに挿入され、接着や締まり嵌めにより固定される。ハウジング302は、シャフト環囲部328bの下部を環囲する円筒状の円筒部302bを有する。
外側環囲部材306は、円筒部302bを環囲してハブ328に固定される円筒状の部材である。外側環囲部材306と円筒部302bとの間には、外側環囲部材306の内周面306aと円筒部302bの外周面302cとの間の隙間が下方に向けて徐々に広がる部分である第1テーパシール310が形成される。第1テーパシール310は潤滑剤392の第1気液界面312を有し、毛細管現象により潤滑剤392の漏れ出しを抑止する。
ベース304は、回転体の回転軸Rを中心とした円筒状の突出部304eを有する。突出部304eは、外側環囲部材306を環囲するようにベース304の上面から突出する。積層コア340の円環部の中心孔が突出部304eの外周面に嵌合されることで積層コア340はベース304に対して固定される。突出部304eと外側環囲部材306とは、第1気液界面312から蒸発した潤滑剤392に対してのラビリンスシールを形成する。
シャフト326は、シャフト326の上端側に形成され、半径方向外向きに張り出した張出部326aを有する。張出部326aとシャフト環囲部328bとの間には第2テーパシール314が形成される。張出部326aとシャフト環囲部328bとの隙間のうち第2テーパシール314よりも上方に潤滑剤392の第2気液界面316が存在する。
なお、第1テーパシール310の充填率と張出部326aとシャフト環囲部328bとの隙間の充填率との関係については第1の実施の形態と同様である。
なお、第1テーパシール310の充填率と張出部326aとシャフト環囲部328bとの隙間の充填率との関係については第1の実施の形態と同様である。
シャフト環囲部328bの内周面328cとシャフト326の対応する周面326bとの隙間は、回転体が回転するとき潤滑剤392に半径方向の動圧が発生する2つのラジアル動圧発生部360、362を含む。2つのラジアル動圧発生部360、362は互いに軸方向に離間し、第1ラジアル動圧発生部360は第2ラジアル動圧発生部362の上側に位置する。2つのラジアル動圧発生部360、362のそれぞれに対応するシャフト環囲部328bの内周面328cの部分には、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状の第1ラジアル動圧発生溝、第2ラジアル動圧発生溝(いずれも不図示)が形成される。なお、第1ラジアル動圧発生溝および第2ラジアル動圧発生溝のうちの少なくともひとつは、シャフト環囲部328bの内周面328cの代わりにシャフト326の周面326bに形成されてもよい。
円筒部302bの上面302dとシャフト環囲部328bの対応する下面328dとの隙間は、回転体が回転するとき潤滑剤392に軸方向の動圧が発生するスラスト動圧発生部364を含む。スラスト動圧発生部364で発生する動圧は、ハブ328に軸方向上向きの力を与える。スラスト動圧発生部364に対応するシャフト環囲部328bの下面328dには、ヘリングボーン形状またはスパイラル形状のスラスト動圧発生溝(不図示)が形成される。スラスト動圧発生溝は、シャフト環囲部328bの下面328dの代わりに円筒部302bの上面302dに形成されてもよい。
吸引プレート386は、軸方向において円筒状マグネット332と対向するよう、ベース304の上面にカシメや接着により固定される。吸引プレート386は磁性材料により形成されるので、磁力により円筒状マグネット332と引き付け合う。これにより円筒状マグネット332に軸方向下向きの力が加わり、その力は回転体の回転中に回転体の浮き上がりを抑制する力となる。
回転体の回転中、第1ラジアル動圧発生溝、第2ラジアル動圧発生溝、スラスト動圧発生溝はそれぞれ潤滑剤392に動圧を生じさせる。この動圧によって回転体は、固定体と非接触のまま半径方向および軸方向に支持される。吸引プレート386と円筒状マグネット332との距離および吸引プレート386の磁性は、吸引プレート386が円筒状マグネット332を磁気的に吸引する力がスラスト動圧発生部364で発生するスラスト動圧に応じた力となるよう、設計される。特に吸引プレート386と円筒状マグネット332との距離および吸引プレート386の磁性は、回転体の回転時の回転体の浮上量が所望の範囲となるよう設計される。
回転体と固定体との隙間は、第1テーパシール310と第2テーパシール314との間の潤滑剤392の経路上で、スラスト動圧発生部364、第2ラジアル動圧発生部362、第1ラジアル動圧発生部360をこの順に含む。シャフト環囲部328bには、第1ラジアル動圧発生部360と第2ラジアル動圧発生部362との間と、第2ラジアル動圧発生部362とスラスト動圧発生部364との間と、を連通する連通孔370が形成される。連通孔370は第2ラジアル動圧発生部362をバイパスしている。連通孔370はストレートの貫通孔として形成される。シャフト環囲部328bには、第1ラジアル動圧発生部360、第2ラジアル動圧発生部362およびスラスト動圧発生部364をバイパスするバイパス路372が形成されている。バイパス路372はストレートの貫通孔として形成される。
本実施の形態に係る回転機器300によると、回転体の回転時の浮上量を安定させるために必要な軸方向下向きの力を得るために、別のスラスト動圧発生部を設ける代わりに吸引プレート386を設けている。したがって、そのような別のスラスト動圧発生部を設ける必要はないので、加工工数や加工の手間を削減できる。特に動圧発生部を形成するためには比較的高い加工精度が要求される一方、吸引プレートの設置にはそのような高い精度は一般には要求されないので、加工の手間を削減して生産効率を高めることができる。
また、回転体の重心位置を第1ラジアル動圧発生部360と第2ラジアル動圧発生部362との間すなわち軸受スパン内に配置することができ、安定的な回転を実現できる。
また、本実施の形態に係る回転機器300では、連通孔370およびバイパス路372それぞれの圧力平均化の作用により、軸受内部の潤滑剤392の圧力勾配を低減することができ、潤滑剤392の漏出を低減できる。
また、本実施の形態に係る回転機器300では、スラスト動圧発生部364とシャフト326とにはシャフト環囲部328bの下部が介在する。したがって、スラスト動圧発生部364を比較的半径方向外側に配置することができる。その結果、軸受の剛性が向上し、回転体の回転時の安定性をより高めることができる。
また、本実施の形態に係る回転機器300では、第2ラジアル動圧発生部362の下側のスラスト面部374に潤滑剤392の圧力を集約することができる。したがって、吸引プレート386の吸引力とは反対の向きにポンプイン力が発生する。これにより、回転体の回転時に十分な浮上量を確保することが可能となる。この作用効果は、磁気記録ディスクの数が3、4、5と増えるほどより顕著となりうる。
また、本実施の形態に係る回転機器300では、第2テーパシール314の付近に別のスラスト動圧発生部を形成する必要はないので、第2テーパシール314自体を比較的コンパクトに形成することができる。これにより、第2テーパシール314を軸方向にコンパクトにした分、軸受スパンを拡大することができる。
また、本実施の形態に係る回転機器300では、張出部326aは半径方向に張り出すことにより、ハブ328がシャフト326から抜けることを抑制する抜け止めとしても機能する。
(第4の実施の形態)
図9は、第4の実施の形態に係る回転機器400の断面図である。回転体は、ハブ428と、円筒状マグネット32と、キャップ12と、クランパ154と、を含む。固定体は、ベース4と、積層コア40と、コイル42と、周壁部材402と、シャフト426と、張出環囲部104と、絶縁テープ494と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤492が連続的に介在する。
図9は、第4の実施の形態に係る回転機器400の断面図である。回転体は、ハブ428と、円筒状マグネット32と、キャップ12と、クランパ154と、を含む。固定体は、ベース4と、積層コア40と、コイル42と、周壁部材402と、シャフト426と、張出環囲部104と、絶縁テープ494と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤492が連続的に介在する。
ハブ428は、シャフト426を環囲するシャフト環囲部428aと、磁気記録ディスク8の中央孔に嵌るハブ突出部428bと、ハブ突出部428bよりも半径方向外側に設けられた載置部428cと、を有する。磁気記録ディスク8は、載置部428cの上面であるディスク載置面428j上に載置される。
クランプねじ156はハブ突出部428bに設けられたクランプねじ孔428mに螺合される。
ベース4の突出部4eは、周壁部材402を環囲するようにベース4の上面から上向きに突出する。
ベース4の上面のうちコイル42と軸方向で対向する部分には、コイル42とベース4との絶縁を補助するための絶縁テープ494が添付されている。
ベース4の突出部4eは、周壁部材402を環囲するようにベース4の上面から上向きに突出する。
ベース4の上面のうちコイル42と軸方向で対向する部分には、コイル42とベース4との絶縁を補助するための絶縁テープ494が添付されている。
シャフト426は、回転軸Rに沿って延在する円柱状のロッド部426aと、ロッド部426aの下端から半径方向外向きに張り出した平たい環状のフランジ部426bと、を有する。ロッド部426aは切削加工、研磨および焼き入れにより形成される。フランジ部426bは切削加工により形成される。フランジ部426bに研磨を施してもよい。
周壁部材402は円筒状の部材であり、突出部4eの内周面すなわち軸受孔4hに接着により固定される。周壁部材402はフランジ部426bの外周端に固定される。周壁部材402とフランジ部426bとは接着、圧入、溶接およびカシメのうちのひとつまたはそれらの任意の組み合わせにより結合される。なお、潤滑剤492の漏れ出し防止の観点からは、接着を使用することが望ましい。
周壁部材402の半径方向の厚さT3は、突出部4eのうち積層コア40の中心孔と半径方向で対向する部分の厚さT4よりも大きい。
周壁部材402の半径方向の厚さT3は、突出部4eのうち積層コア40の中心孔と半径方向で対向する部分の厚さT4よりも大きい。
第4の実施の形態に係る回転機器400の第1テーパシール414、第1スラスト動圧発生部464、第2ラジアル動圧発生部462、第1ラジアル動圧発生部460、第2スラスト動圧発生部466、第2テーパシール418、は、第1の実施の形態に係る回転機器100の第1テーパシール114、第1スラスト動圧発生部164、第2ラジアル動圧発生部162、第1ラジアル動圧発生部160、第2スラスト動圧発生部166、第2テーパシール118、にそれぞれ対応する。
シャフト環囲部428aには、第1ラジアル動圧発生部460および第2ラジアル動圧発生部462をバイパスするバイパス連通孔468が形成される。
シャフト環囲部428aには、第1ラジアル動圧発生部460および第2ラジアル動圧発生部462をバイパスするバイパス連通孔468が形成される。
周壁部材402の上部とハブ428との第6隙間482は、第1テーパシール414よりも上側に形成され、その断面は逆L字状である。この第6隙間482は、第1テーパシール414の第1気液界面416から蒸発する潤滑剤492に対するラビリンスとして機能し、潤滑剤492の蒸発量を低減する。
フランジ部426bのうち第1スラスト動圧発生部464に対応するすなわち第1スラスト動圧発生部464の下側となる部分の軸方向の厚さT1は、ベース4のうちコイル42と軸方向で対向する部分の軸方向の厚さT2よりも小さい。
周壁部材402の内周面402aには、第1テーパシール414の出口付近に環状の周壁凹部402bが形成されている。シャフト環囲部428aの周壁部材402と対向する外周面428dには、周壁凹部402bと半径方向で対向する位置に対向凹部428eが形成されている。周壁凹部402bの出口側および対向凹部428eには、潤滑剤492をはじく作用を有する撥油剤が塗布されている。
本実施の形態に係る回転機器400によると、ロッド部426aおよびフランジ部426bを一体化してシャフト426としたので、ロッド部426aとフランジ部426bとの接合部分を、接合の強度を維持したまま軸方向により短くすることができる。
ロッド部とフランジ部とを仮に別体として形成した場合、それらを十分な強度で接合するために、ロッド部とフランジ部との接合部分すなわちそれらが軸方向で重なる範囲を比較的長くする必要がある。本実施の形態では、ロッド部426aおよびフランジ部426bは一体に形成されるので、そのような重なる範囲を比較的短くしても十分な接合強度を得ることができる。その結果、接合部分を短くした分、第1ラジアル動圧発生部460と第2ラジアル動圧発生部462との距離すなわち軸受スパンをより長くすることができ、軸受の剛性をより高めることができる。
また、ロッド部426aとフランジ部426bとを一体としつつ、シャフト426と周壁部材402とを別体とすることで、ロッド部426aに対してフランジ部426bを直角に形成しやすくなる。したがって、第1スラスト動圧発生部464を形成するフランジ部426bの上面と、第1ラジアル動圧発生部460および第2ラジアル動圧発生部462を形成するロッド部426aの周面と、の直角度を改善することができる。
(第5の実施の形態)
図10は、第5の実施の形態に係る回転機器500の断面図である。回転体は、ハブ528と、円筒状マグネット32と、キャップ12と、クランパ154と、を含む。固定体は、ベース4と、積層コア40と、コイル42と、ハウジング502と、シャフト526と、張出環囲部504と、絶縁テープ494と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤592が連続的に介在する。
図10は、第5の実施の形態に係る回転機器500の断面図である。回転体は、ハブ528と、円筒状マグネット32と、キャップ12と、クランパ154と、を含む。固定体は、ベース4と、積層コア40と、コイル42と、ハウジング502と、シャフト526と、張出環囲部504と、絶縁テープ494と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤592が連続的に介在する。
ハブ528は、シャフト526を環囲するシャフト環囲部528aと、磁気記録ディスク8の中央孔に嵌るハブ突出部528bと、ハブ突出部528bよりも半径方向外側に設けられた載置部528cと、を有する。磁気記録ディスク8は、載置部528cの上面であるディスク載置面528j上に載置される。
クランプねじ156はハブ突出部528bに設けられたクランプねじ孔528mに螺合される。
ベース4の突出部4eは、ハウジング502を環囲するようにベース4の上面から上向きに突出する。
ベース4の突出部4eは、ハウジング502を環囲するようにベース4の上面から上向きに突出する。
ハウジング502は、平たい環状のハウジング底部510と、ハウジング底部510の外周側に固定された円筒状のベース側環囲部512と、ハウジング底部510の内周側に固定された円筒状の支持突出部508と、を含む。ハウジング502はシャフト526を支持する。
ハウジング底部510とベース側環囲部512とは、ハウジング底部510の外周面全体がベース側環囲部512の内周面の下側の一部と接する形で結合され、特にハウジング底部510とベース側環囲部512とは一体に形成される。ハウジング底部510と支持突出部508とは、ハウジング底部510の内周面全体が支持突出部508の外周面の下側の一部と接する形で結合され、特にハウジング底部510と支持突出部508とは一体に形成される。ベース側環囲部512は、ベース4に設けられた軸受孔4hに接着により固定される。
シャフト526の下端面526cには軸方向に沿って支持孔526dが形成されている。支持突出部508は支持孔526dに挿入され固定される。シャフト526は、回転軸Rに沿って延在するロッド部526bと、ロッド部526bの上端側に形成され、半径方向外向きに張り出した張出部526aと、を有する。
張出環囲部504は、張出部526aを環囲して張出部526aに固定される。張出環囲部504は張出部526aに接着と圧入とを併用して固着される。張出環囲部504は張出部526aに溶接して固着されることがある。この場合、溶接部の表面に硬化性の樹脂を塗布してもよい。溶接部の表面から付着物が剥離することを防止できる。
張出環囲部504は、張出部526aを環囲して張出部526aに固定される。張出環囲部504は張出部526aに接着と圧入とを併用して固着される。張出環囲部504は張出部526aに溶接して固着されることがある。この場合、溶接部の表面に硬化性の樹脂を塗布してもよい。溶接部の表面から付着物が剥離することを防止できる。
第5の実施の形態に係る回転機器500の第1テーパシール514、第1スラスト動圧発生部564、第2ラジアル動圧発生部562、第1ラジアル動圧発生部560、第2スラスト動圧発生部566、は、第4の実施の形態に係る回転機器400の第1テーパシール414、第1スラスト動圧発生部464、第2ラジアル動圧発生部462、第1ラジアル動圧発生部460、第2スラスト動圧発生部466、にそれぞれ対応する。
シャフト環囲部528aには、第1ラジアル動圧発生部560および第2ラジアル動圧発生部562をバイパスするバイパス連通孔568が形成される。
ベース側環囲部512の上部とハブ528とが断面が逆L字状の隙間を形成し、その隙間がラビリンスとして機能することは、第4の実施の形態の第6隙間482と同様である。
シャフト環囲部528aには、第1ラジアル動圧発生部560および第2ラジアル動圧発生部562をバイパスするバイパス連通孔568が形成される。
ベース側環囲部512の上部とハブ528とが断面が逆L字状の隙間を形成し、その隙間がラビリンスとして機能することは、第4の実施の形態の第6隙間482と同様である。
第5の実施の形態では、張出環囲部504とハブ528の軸方向最小隙間は、張出部526aとハブ528の軸方向最小隙間より大きくされる。ハブ528がベース4から遠ざかる方向に移動した場合であっても、ハブ528は張出部526aに突き当たることよって移動が制限され、張出環囲部504はハブ528との非接触状態を維持する。このように構成することによって、回転機器500が衝撃を受けた場合に、ハブ528は張出部526aに衝突するが張出環囲部504には衝突しない。したがって、張出環囲部504と張出部526aとの結合部分が変形する可能性を低くすることができる。
張出環囲部504の外周面504aとその外周面504aに半径方向で対向するハブ528の面との間の隙間は上方に向けて徐々に広がっており、第2テーパシール518を形成する。第2テーパシール518には、回転機器500の使用中に潤滑剤592の第2気液界面520が存在する。
潤滑剤592の経路において第2テーパシール518と第2スラスト動圧発生部566との間には、張出環囲部504とハブ528との隙間が第2スラスト動圧発生部566に向けて徐々に狭くなる狭窄部分572が存在する。狭窄部分572では、上側となる(シャフト526に近づく)ほど隙間が狭くなっている。これにより、第2テーパシール518における潤滑剤592の漏出抑制作用に加えてさらに潤滑剤592が漏出しにくくなる。
シャフト526と支持突出部508とを一体に形成する場合、そのような一体化された部材の形状は比較的複雑となり、そのような部材を精度良く形成することが困難となる。例えば、シャフトの周面を削るために砥石を進入させることが困難となりうる。シャフトの周面はラジアル動圧発生部に対応するので、比較的高い寸法精度が要求される。これに対して、本実施の形態に係る回転機器500では、シャフト526と支持突出部508とを別々に形成し嵌め合わせる構成としている。したがって、シャフト526をベース4に対して固定しつつ、シャフト526の周面を精度良く形成することができる。
また、ハウジング502のうち支持突出部508を別体とすると、支持突出部508とハウジング底部510とを十分な固定強度で固定するためにそれらの接合部分を比較的大きくする必要がある。これは、回転機器500の薄型化に不利である。したがって、本実施の形態に係る回転機器500では、支持突出部508はハウジング底部510と一体に形成される。
また、本実施の形態に係る回転機器500によると、ロッド部526bおよび張出部526aを一体化してシャフト526としたので、張出部526aとロッド部526bとの接合部分を、接合の強度を維持したまま軸方向により短くすることができる。
ロッド部と張出部とを仮に別体として形成した場合、それらを十分な強度で接合するために、ロッド部と張出部との接合部分すなわちそれらが軸方向で重なる範囲を比較的長くする必要がある。本実施の形態では、ロッド部526bおよび張出部526aは一体に形成されるので、そのような重なる範囲を比較的短くしても十分な接合強度を得ることができる。その結果、接合部分を短くした分、第1ラジアル動圧発生部560と第2ラジアル動圧発生部562との距離すなわち軸受スパンをより長くすることができ、軸受の剛性をより高めることができる。
以上、実施の形態に係る回転機器の構成と動作について説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。また、実施の形態同士の組み合わせも可能である。
第1から第5の実施の形態では、円筒状マグネットが積層コアの外側に位置する、いわゆるアウターロータ型の回転機器について説明したが、これに限られない。たとえば円筒状マグネットが積層コアの内側に位置する、いわゆるインナーロータ型の回転機器であってもよい。
第1から第5の実施の形態では、ベースにハウジングが直接取り付けられる場合について説明したが、これに限られない。例えば、回転体および固定体からなるブラシレスモータを別途形成した上で、そのブラシレスモータをシャーシに取り付ける構成としてもよい。
第1から第5の実施の形態では積層コアを用いる場合について説明したが、コアは積層コアでなくてもよい。
第1の実施の形態では、ベース4はアルミニウムダイカストにより成型して形成される場合について説明したが、これに限られない。例えば、ベース4はアルミニウム板や鉄板などの金属板からプレス加工によって形成されてもよい。この場合は、ベース4の一方の面には押し上げられて凸部が形成され、他方の面には当該凸部に対応して凹部が形成されるエンボス部を設けるようにしてもよい。所定の部位にエンボス部を設けることによりベース4の変形を抑制しうる。また、この場合ベース4にはめっきや樹脂コーティングなどの表面処理を施すようにしてもよい。例えば、鉄板からプレス加工によって形成した後、ニッケルめっき層とエポキシ樹脂の表面層とを設けるようにしてもよい。
ベース4は、アルミニウム板や鉄板などの金属板からプレス加工によって形成される板金部と、アルミニウムダイカストにより成型して形成されるダイカスト部を組み合わせて構成しても良い。例えば、底板部4aは板金部を含んで構成し、外周壁部4bはダイカスト部を含んで構成してもよい。このように構成することによって、ねじ孔22の剛性の低下を抑制できる。このようなベース4を製造する方法の例としては、形成済みの板金部をアルミニウムダイカスト用の金型に組み込んだ状態でアルミニウムダイカストによりダイカスト部を形成する方法がある。このような製造方法によると、板金部とダイカスト部の結合の手間が抑制され、板金部とダイカスト部の寸法精度が向上しうる。あるいは、板金部とダイカスト部とを結合するための別部材を小さくまたはなくすことが可能になり、この結果、ベース4を薄く構成することが容易になる。
第1の実施の形態では、キャップ12は半径方向延在部から構成される場合について説明したが、これに限られない。例えば、キャップ12は半径方向延在部に軸方向延在部を組み合わせた構成であってもよい。キャップ12と固定体との半径方向隙間を狭くすることによって、潤滑剤92の蒸気の拡散を一層抑制できる。
第1の実施の形態では、張出環囲部104はシャフト26に接着や圧入接着によって固定される場合について説明したが、これに限られない。例えば、張出環囲部104はシャフト26に溶接によって固定されてもよい。この場合は接合強度が大きくなり耐衝撃性が向上する。また、接着固定と同レベルの接合強度を得る場合は、接合距離が小さくて済み、回転機器の薄型化が可能になる。このような構成はハブ28とスリーブ106の結合部分、キャップ12とハブ28の接合部分、スリーブ環囲部112とベース4の接合部分などの他の接合部分についても適用可能である。このような接合部分に適用した場合には前記した作用効果を奏する。なお、このような溶接部分にはその表面に剥離容易な異物が付着することがある。このような異物の剥離を防止するように溶接部分の表面に剥離防止カバーを設けてもよい。剥離防止カバーは、例えば、溶接部分の表面に液状の樹脂を塗布した後に、加熱やUVによって硬化させることによって形成することができる。また、このような接合部分について接着や圧入接着と溶接とを組合わせて適用することができる。例えば、局所的に溶接を適用し、他の部分に接着や圧入接着を適用することが可能である。溶接を適用した部分で一定の接合強度が得られるから、接着剤の硬化収縮による接着部分の変形を抑制することができる。
第1の実施の形態では、間隔が大きくなる割合でテーパシールやテーパ部を規定する場合について説明したが、これに限られない。例えば、気液界面が描く曲率半径でテーパシールやテーパ部を規定してもよい。すなわち、第1テーパシール114および第2テーパシール118は以下の関係を満たすよう形成されてもよい。第2テーパシール118の下端122での第2気液界面120の曲率半径をr1、第1テーパ部分114aの下端124での第1気液界面116の曲率半径をr2、第1テーパ部分114aの上端128での第1気液界面116の曲率半径をr3、第2テーパシール118の位置130よりも上側の位置での第2気液界面120の曲率半径をr4、第2テーパシール118の上端132での第2気液界面120の曲率半径をr5、第2テーパ部分114bの上端134での第1気液界面116の曲率半径をr6、とするとき、r1<r2<r3<r4<r5<r6。
第1の実施の形態では、x1はTV3/TV1よりも小さい場合について説明したが、これに限られず、例えばx1をTV3/TV1と実質的に等しくてもよい。すなわち、第1テーパシール114および第2テーパシール118は、第2充填率F2の下限が第1充填率F1の0(下限)≦F1≦TV3/TV1の範囲すなわち第1テーパ部分114aに対応するよう形成されてもよい。この場合、第1テーパ部分114aの体積TV3を、第1テーパシール114が有すべき必要最小限の潤滑剤92の体積以上に設定することで、そのような必要最小限の量の潤滑剤92を確保しやすくなる。
第3の実施の形態では、シャフト環囲部328bに連通孔370およびバイパス路372が設けられる場合について説明したが、これに限られず、それらのうちの少なくともひとつがシャフト環囲部に設けられればよい。
第1から第5の実施の形態では、キャップの両端面は平坦である場合について説明したが、これに限られず、表面に凸部や凹部を設けてもよい。例えば、キャップ12のベース4に近い側の表面に周状の凸部や凹部を設けてもよい。凸部や凹部を有することによって、キャップ12の表裏を容易に判別することができるから、キャップ12の表裏を反対に組み付けた場合に容易に発見することができる。
2 トップカバー、 4 ベース、 8 磁気記録ディスク、 26 シャフト、 28 ハブ、 32 円筒状マグネット、 40 積層コア、 42 コイル、 92 潤滑剤、 100 回転機器、 102 ハウジング、 106 スリーブ、 200 回転機器、 300 回転機器、 400 回転機器、 500 回転機器。
Claims (11)
- 固定体側のシャフトを回転体側のスリーブが潤滑剤を介して環囲する回転機器であって、前記回転体と前記固定体との隙間は本回転機器の使用中に前記潤滑剤の気液界面が存在する2つのテーパシールを含み、
テーパシールの体積に対するテーパシールに充填されている潤滑剤の体積の比を充填率と称すとき、2つのテーパシールは、一方のテーパシールの充填率の下限が他方のテーパシールの充填率の範囲であって前記他方のテーパシールの充填率の下限を含む範囲に対応し、前記一方のテーパシールの充填率の上限が前記範囲の上限よりも高く前記他方のテーパシールの充填率の上限よりも低い前記他方のテーパシールの所定の充填率に対応するよう形成されることを特徴とする回転機器。 - 前記他方のテーパシールについて、前記潤滑剤の経路において前記一方のテーパシールから離れる向きを外向きと称すとき、前記他方のテーパシールは、
前記外向きに間隔が所定の第1割合で大きくなる第1テーパ部分と、
前記第1テーパ部分よりも外側に設けられ、前記外向きに間隔が前記第1割合よりも大きな第2割合で大きくなる第2テーパ部分と、を含み、
前記2つのテーパシールは、前記第1テーパ部分に前記潤滑剤の気液界面が存在する場合、前記一方のテーパシールの充填率は下限に留まるよう形成されることを特徴とする請求項1に記載の回転機器。 - 前記他方のテーパシールに前記潤滑剤が前記所定の充填率で充填されている場合、前記第2テーパ部分に前記潤滑剤の気液界面が存在することを特徴とする請求項2に記載の回転機器。
- 前記回転体と前記固定体との隙間は、前記2つのテーパシールの間の前記潤滑剤の経路上で、軸方向に沿って互いに離間する2つの動圧発生部を含み、
前記スリーブには、一方の動圧発生部の他方の動圧発生部とは反対側と他方の動圧発生部の一方の動圧発生部とは反対側とを連通する連通孔が設けられており、
前記連通孔は、前記シャフトと対向する前記スリーブの面の直径に対する前記連通孔の直径の比が0.13より大きくなるよう形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の回転機器。 - 前記回転体と前記固定体との隙間は、前記2つのテーパシールの間の前記潤滑剤の経路上で、前記回転体の回転時に前記潤滑剤に半径方向の動圧が発生するラジアル動圧発生部を含み、
前記回転体は、前記スリーブに固定され、記録ディスクが載置されるべきハブを含み、
前記ハブと前記スリーブとの接合部分における前記ハブまたは前記スリーブのいずれか一方の面には、軸方向において前記ラジアル動圧発生部に対応する第1凹部が形成され、他方の面には軸方向において前記第1凹部と部分的に重なり合う第2凹部が形成され、
前記一方の面のうち前記第1凹部を挟んで前記第2凹部の反対側となる部分は前記他方の面に圧接されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の回転機器。 - 前記一方の面と前記他方の面とが圧接される位置は、軸方向において前記ラジアル動圧発生部を避けた位置であることを特徴とする請求項5に記載の回転機器。
- 前記一方の面のうち前記第2凹部と対向する部分の直径は、前記一方の面のうち前記第1凹部を挟んで前記第2凹部の反対側となる部分の直径と同等であることを特徴とする請求項5または6に記載の回転機器。
- 前記スリーブは、記録ディスクが載置されるべきハブと一体に形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の回転機器。
- 前記回転体と前記固定体との隙間は、前記2つのテーパシールの間の前記潤滑剤の経路上で、前記回転体の回転時に前記潤滑剤に軸方向の動圧が発生するスラスト動圧発生部を含み、
前記固定体は、
前記シャフトを環囲する円環部とそこから半径方向外向きに伸びる複数の突極とを含むコアと、
前記複数の突極に巻き線されて形成されるコイルと、を含み、
前記回転体は、前記複数の突極と半径方向に対向し、周方向に複数の駆動用着磁が施されたマグネットを含み、
前記固定体はさらに、前記スラスト動圧発生部で発生する動圧に応じた力で前記マグネットを磁気的に吸引する吸引プレートをさらに含むことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の回転機器。 - 前記回転体と前記固定体との隙間は、前記2つのテーパシールの間の前記潤滑剤の経路上で、前記回転体の回転時に前記潤滑剤に半径方向の動圧が発生する2つのラジアル動圧発生部のうちの一方のラジアル動圧発生部、他方のラジアル動圧発生部、前記スラスト動圧発生部、をこの順に含み、
前記回転体には、前記一方のラジアル動圧発生部と前記他方のラジアル動圧発生部との間と、前記他方のラジアル動圧発生部と前記スラスト動圧発生部との間と、を連通する連通孔が形成されることを特徴とする請求項9に記載の回転機器。 - 前記回転体と前記固定体との隙間は、前記2つのテーパシールの間の前記潤滑剤の経路上で、前記回転体の回転時に前記潤滑剤に半径方向の動圧が発生する2つのラジアル動圧発生部のうちの一方のラジアル動圧発生部、他方のラジアル動圧発生部、前記スラスト動圧発生部、をこの順に含み、
前記回転体には、前記2つのラジアル動圧発生部および前記スラスト動圧発生部をバイパスするバイパス路が形成されていることを特徴とする請求項9または10に記載の回転機器。
Priority Applications (2)
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