JP2014219065A - 回転機器 - Google Patents

Abstract

【課題】流体動圧軸受の潤滑剤の蒸発量を低減しうる回転機器を提供する。【解決手段】回転機器１００は、磁気記録ディスク８が載置されるべきハブ２８と、一端側がハブ２８に固定されるシャフト２６と、シャフト２６の他端側を環囲してシャフト２６に固定されるフランジ５２と、シャフト２６を環囲して回転自在に支持するシャフト支持部材４４と、を備える。シャフト２６とシャフト支持部材４４とには潤滑剤４８が介在し、潤滑剤４８の気液界面４９はシャフト２６とシャフト支持部材４４との間に設けられる。ハブ２８は、シャフト支持部材４４を環囲する環囲部２８ｂを有する。環囲部２８ｂとシャフト支持部材４４との隙間８０は気液界面４９の気体側に通じ、隙間８０はフランジ５２の外周面５２ａよりも半径方向内側に位置する。【選択図】図２

Description

本発明は、記録ディスクを回転駆動する回転機器に関する。

回転機器の一例としてハードディスクドライブなどのディスク駆動装置がある。ディスク駆動装置は、小型化、大容量化が進み、例えば３．５インチ型で４．０ＴＢ程度のモデルが登場している。この傾向により、従来は主にデスクトップパソコンに搭載されていたディスク駆動装置が、ノートパソコンや録画装置をはじめとする種々の電子機器に搭載されはじめた。ハイビジョン動画など大容量コンテンツの普及にともない、ディスク駆動装置には、さらなる大容量化が求められている。

ディスク駆動装置の軸受として流体動圧軸受（Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｅａｒｉｎｇ）が知られている。この流体動圧軸受では、回転体と固定体との隙間に潤滑剤が注入され、回転体が固定体に対して回転するときに潤滑剤に生じる動圧によって回転体と固定体との非接触状態が維持される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１０３１５０号公報

ディスク駆動装置の大容量化を進めるひとつの手法として、記録トラックの幅を狭くし、磁気ヘッドを磁気記録ディスクの表面により接近させることがある。磁気ヘッドと磁気記録ディスクの表面との隙間が狭くなると、磁気記録ディスクの表面に付着した異物によるリード／ライト性能への悪影響がより顕著となってくる。

一方、流体動圧軸受を採用するディスク駆動装置では、時間の経過と共に潤滑剤の蒸発量が増え、蒸発した潤滑剤が磁気記録ディスクに付着しやすくなる傾向にある。また、潤滑剤の量が著しく低下すると流体動圧軸受の性能が低下しかねない。

このような課題は、ディスク駆動装置に限らず他の種類の回転機器でも起こりうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は流体動圧軸受の潤滑剤の蒸発量を低減しうる回転機器の提供にある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の回転機器は、記録ディスクが載置されるべきハブと、一端側がハブに固定されるシャフトと、シャフトの他端側を環囲してシャフトに固定されるフランジと、シャフトを環囲して回転自在に支持するシャフト支持部材と、を備える。シャフトとシャフト支持部材とには潤滑剤が介在し、当該潤滑剤の気液界面はシャフトとシャフト支持部材との間に設けられ、ハブは、シャフト支持部材を環囲する環囲部を有する。環囲部とシャフト支持部材との隙間は気液界面の気体側に通じ、当該隙間はフランジの外周面よりも半径方向内側に位置する。

本発明の別の態様もまた、回転機器である。この回転機器は、記録ディスクが載置されるべきハブと、一端側がハブに固定されるシャフトと、シャフトを環囲して回転自在に支持するシャフト支持部材と、を備える。シャフト支持部材のハブ側の端部には、半径方向内側に凹んだ環状の凹部が形成され、ハブは、凹部に進入する進入部を有する。

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、流体動圧軸受の潤滑剤の蒸発量を低減できる。

図１（ａ）、図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る回転機器を示す上面図および側面図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）は、積層コアの上面図である。 第１の実施の形態に係る回転機器および比較例に係る回転機器の振動スペクトルを示す図である。 第１の実施の形態に係る回転機器および比較例に係る回転機器の振動スペクトルを示す図である。 第２の実施の形態に係る回転機器を示す断面図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、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、ディスク駆動装置、特に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として好適に用いられる。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）、図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る回転機器１００を示す。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（ａ）では、回転機器１００の内側の構成を示すため、トップカバー２を外した状態が示される。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、トップカバー２と、６つのねじ２０と、を含む。回転体は、シャフト２６と、ハブ２８と、クランパ３６と、３つのクランプねじ３８と、を含む。
以降ベース４に対してハブ２８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、直径が約９５ｍｍのアルミ製の３．５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約２５ｍｍ、厚みは約１．２７ｍｍまたは約１．７５ｍｍである。磁気記録ディスク８は、ハブ２８に搭載され、ハブ２８の回転に伴って回転する。

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は鋼板やアルミニウム板などからプレス加工により形成されてもよい。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。

ベース４の表面の剥離を防止するために、ベース４には表面コーティングが施される。表面コーティングは例えばエポキシ樹脂などの樹脂材料によるコーティングであってもよい。あるいはまた、表面コーティングは例えばニッケルやクロムなどの金属材料をめっきすることによるコーティングであってもよい。本実施の形態では、ベース４の表面に無電解ニッケルめっきが施される。樹脂材料によるコーティングと比較して表面の硬度を高くして摩擦係数を低くすることができる。また、例えば製造時に磁気記録ディスク８がベース４の表面に接触した場合に、ベース４の表面や磁気記録ディスク８が損傷する可能性を低くすることができる。本実施の形態では、ベース４の表面の静止摩擦係数は０．１から０．６の範囲とされる。静止摩擦係数が２以上である場合と比較してベース４や磁気記録ディスク８が損傷する可能性を一層低減できる。

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。

シャフト２６は、ハブ２８の回転軸Ｒを中心として延在する。シャフト２６の上端はハブ２８に対して後述のように固定される。

図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
回転体はさらに、円筒状ヨーク３０と、円筒状マグネット３２と、フランジ５２と、を含む。固定体はさらに、シャフト支持部材４４と、積層コア４０と、コイル４２と、カウンタープレート５４と、を含む。回転体と固定体との隙間の一部に潤滑剤４８が連続的に介在する。

ハブ２８は、例えばＡ６０６１等のアルミニウム合金の鍛造品を切削加工することにより形成される。ハブ２８は、略カップ状の所定の形状に形成される。ハブ２８の表面の剥離を抑制するために、ハブ２８には表面コーティングが施される。表面コーティングは例えばエポキシ樹脂などの樹脂材料によるコーティングであってもよい。あるいはまた、表面コーティングは例えばニッケルやクロムなどの金属材料をめっきすることによるコーティングであってもよい。あるいはまた、表面コーティングは例えば表面にアルマイト層を作ることによるコーティングであってもよい。本実施の形態では、ハブ２８の表面に無電解ニッケルめっきが施される。

ハブ２８は、シャフト２６の上端側を環囲してシャフト２６に固定されるシャフト取付部２８ａと、シャフト取付部２８ａよりも半径方向外側に設けられ、シャフト支持部材４４の上端側を環囲する環囲部２８ｂと、環囲部２８ｂよりも半径方向外側に設けられ、磁気記録ディスク８の中央孔８ａに嵌るディスク嵌合部２８ｃと、ディスク嵌合部２８ｃよりも半径方向外側に設けられる載置部２８ｄと、載置部２８ｄの下面から下側に突出して環状壁部４ｅ（後述）を環囲する下垂部２８ｅと、を有する。

磁気記録ディスク８は、載置部２８ｄの上面であるディスク載置面２８ｆ上に載置される。クランパ３６は、３つのクランプねじ孔３４に螺合される３つのクランプねじ３８によってディスク嵌合部２８ｃの上面２８ｇに圧着されるとともに磁気記録ディスク８をディスク載置面２８ｆに圧着させる。

シャフト２６は、シャフト取付部２８ａの中心に設けられた孔２８ｊであって回転軸Ｒと同軸に設けられた孔２８ｊに圧入と接着とを併用した状態で固着される。シャフト２６の下端には円環状のフランジ５２が圧入される。シャフト２６は、ＳＵＳ４２０Ｊ２などの鉄鋼材料の母材を所望の形状に切削加工し、その結果物を焼き入れし、さらに研磨することにより形成される。

円筒状ヨーク３０は、下垂部２８ｅの外周面２８ｈに接着固定される。円筒状ヨーク３０は、鉄などの磁性材料により形成される。円筒状ヨーク３０の内周面３０ｂには円筒状マグネット３２が接着固定され、円筒状マグネット３２の上端面３２ａは下垂部２８ｅの下端面２８ｉに当接している。

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は、積層コア４０の１２本の突極と半径方向に対向する。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８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防錆処理が施される。

積層コア４０は円環部４０ａとそこから半径方向外向きに伸びる１２本の突極４０ｂとを有し、ベース４の上面４ｄ側に固定される。積層コア４０は、厚さ０．３５ｍｍの薄型電磁鋼板を７枚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。１２本の突極４０ｂはそれぞれ、円環部４０ａから半径方向外側に伸びる中間部４０ｃと、中間部４０ｃの円環部４０ａとは反対側に設けられる先端部４０ｄと、を有する。各中間部４０ｃ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。

図３（ａ）、（ｂ）は、積層コアの上面図である。図３（ａ）は本実施の形態の積層コア４０を示し、図３（ｂ）は比較例に係る積層コア１４０を示す。本実施の形態に係る積層コア４０には、円環部４０ａの内周面４０ｅの各突極４０ｂに対応する位置に、円環部４０ａを軸方向に貫通する凹部である溝４０ｆが直線的に形成される。本実施の形態では、１２の溝４０ｆが周方向に等間隔に形成される。これにより、回転体の回転ムラを低減できる。

比較例に係る積層コア１４０は、円環部１４０ａの外径Ｄ２１、内径Ｄ２２、中間部１４０ｃの周方向の厚みｔ２が以下の関係を満たす。
・０．８３５＜Ｄ２２／Ｄ２１＜０．８４１
・０．１２７＜ｔ２／Ｄ２１＜０．１３３

これに対し、本実施の形態の積層コア４０は、円環部４０ａの外径Ｄ１１、内径Ｄ１２、中間部４０ｃの周方向の厚みｔ１が以下の関係を満たすよう形成される。
・０．７４３＜Ｄ１２／Ｄ１１＜０．７４８
・０．１４２＜ｔ１／Ｄ１１＜０．１４６
つまり、積層コア４０は、円環部４０ａの半径方向の厚み、および、円環部４０ａの外径Ｄ１１に対する中間部４０ｃの周方向の厚みｔ１のそれぞれが、積層コア１４０のそれらより大きくなるよう形成される。

図２に戻り、ベース４は、回転軸Ｒを中心とした円筒状の環状壁部４ｅを有する。環状壁部４ｅは、シャフト支持部材４４を環囲するように上向きに突出する。積層コア４０は環状壁部４ｅの外周面４ｆに圧入されもしくは隙間ばめによって接着固定される。

シャフト支持部材４４にはシャフト２６が収まる。シャフト支持部材４４は、大径部４４ａと小径部４４ｂとが一体に形成された円筒状の部材であり、種々の金属材料や樹脂材料から形成される。例えば、シャフト支持部材４４は、黄銅（真鍮）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。

大径部４４ａは、環状壁部４ｅによって環囲される。大径部４４ａはベース４に設けられた回転軸Ｒを中心とする貫通孔４ｇに嵌っており、特に貫通孔４ｇに接着により固定される。小径部４４ｂは、大径部４４ａの上方に設けられ、大径部４４ａよりも小径に形成される。小径部４４ｂは、例えば半径方向の最大厚さすなわち肉厚Ｔ１が大径部４４ａの半径方向の最大厚さすなわち肉厚Ｔ２の半分以下となるよう形成されてもよい。本実施の形態では、シャフト支持部材４４は、小径部４４ｂの肉厚Ｔ１が大径部４４ａの肉厚Ｔ２の半分となるよう形成される。

小径部４４ｂは、円筒状の隙間８０を介して、環囲部２８ｂに環囲される。別の言い方をすると、シャフト支持部材４４の上側には半径方向内側に凹んだ環状の凹部８２が形成されている。環囲部２８ｂは、その半径方向内側の部分である進入部２８ｋが凹部８２に進入し、隙間８０を介してシャフト支持部材４４を環囲する。隙間８０は、フランジ５２の外周面５２ａよりも半径方向内側に位置する。つまり、ハブ２８およびシャフト支持部材４４は、隙間８０がフランジ５２の外周面５２ａよりも半径方向内側に位置するよう構成される。

隙間８０の上端は、潤滑剤４８の気液界面４９の気体側に通じている。隙間８０の下端は、ハブ２８とベース４とに挟まれるモータ内部空間８４に通じている。隙間８０は、気液界面４９から蒸発した潤滑剤４８の蒸気の移動を抑制する。このため、潤滑剤４８の蒸気が隙間８０およびモータ内部空間８４を通ってモータ内部空間８４の外へと流出するのが抑えられ、その結果、潤滑剤４８の蒸気が磁気記録ディスク８に到達するのが抑えられる。つまり、隙間８０はラビリンスシールとして機能する。

ここで、隙間８０のラビリンスシールとしての機能は、半径方向の断面における隙間８０の断面積が小さいほど高くなる。本実施の形態では、上述のように、隙間８０はフランジ５２の外周面５２ａよりも半径方向内側に位置するため、隙間８０の外径は比較的小さくなる。そのため、隙間８０の断面積を小さくすることが可能となる。特に、隙間８０の外径（および内径）を小さくすることにより隙間８０の断面積を小さくしているため、従来と同程度の厚み寸法を維持しつつ、隙間８０の断面積を小さくすることが可能となる。

例えば、隙間８０の外径を６．８９ｍｍ、半径方向の厚み寸法（隙間間隔）を０．１ｍｍ以下とすると、ラビリンスシールとして十分に機能するため好ましい。一方、ハブ２８とシャフト支持部材４４とが接触しないようにするため、隙間８０の半径方向の厚み寸法は０．０３ｍｍ以上であることが好ましい。

小径部４４ｂは、その上端にテーパ形成部４４ｇを有する。テーパ形成部４４ｇとシャフト２６との間には、テーパ形成部４４ｇの内周面４４ｈと、シャフト２６の外周面２６ａのうちテーパ形成部４４ｇに対向する対向部分２６ｂとの隙間７２が上方に向けて徐々に広がるテーパシール７０が形成される。特に、テーパ形成部４４ｇの内周面４４ｈおよび対向部分２６ｂの両方が上側となるほど小径となるよう形成され、テーパ形成部４４ｇの内周面４４ｈの縮径の割合が対向部分２６ｂの縮径の割合よりも小さいことによりテーパシール７０のテーパ形状が実現される。シャフト２６の回転時には、テーパシール７０内の潤滑剤４８に、遠心力起因の半径方向外向きの力が働く。テーパ形成部４４ｇの内周面４４ｈは上側となるほど小径となるよう形成されるので、その力は潤滑剤４８を吸い込むよう作用する。また、テーパシール７０は潤滑剤４８の気液界面４９を有し、毛細管現象により潤滑剤４８の漏れ出しを抑止する。

大径部４４ａは、内側下面４４ｃ、中間下面４４ｄおよび外側下面４４ｅの３つの下面を有し、この順に半径方向内側から並んでいる。中間下面４４ｄは内側下面４４ｃより下側に位置し、外側下面４４ｅは中間下面４４ｄより下側に位置する。カウンタープレート５４は、シャフト支持部材４４の下側を塞ぐよう大径部４４ａの中間下面４４ｄに接着により固定される。カウンタープレート５４の上面５４ａと大径部４４ａの内側下面４４ｃとの間にはフランジ５２が収まるフランジ空間６０が形成される。フランジ５２の上面５２ｂと内側下面４４ｃとは、円環状の第１スラスト隙間５７を介して軸方向に対向する。また、フランジ５２の下面５２ｃとカウンタープレート５４とは、円板状の第２スラスト隙間５８を介して軸方向に対向する。

回転体の一部であるシャフト２６およびフランジ５２と、固定体の一部であるシャフト支持部材４４およびカウンタープレート５４と、の隙間には潤滑剤４８が充填される。潤滑剤４８は蛍光体を含む。紫外線などの光を潤滑剤４８に照射すると、潤滑剤４８は、蛍光体の作用により、照射された光とは別の波長の、例えば、青色や緑色の光を放出する。潤滑剤４８が蛍光体を含むことによって、潤滑剤４８の液面をより容易に検査することができる。また、潤滑剤４８の付着や漏れ出しを容易に検出できる。

ラジアル隙間５３は、シャフト２６がシャフト支持部材４４に対して回転するとき潤滑剤４８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６１、６２を含む。２つのラジアル動圧発生部６１、６２は互いに軸方向に離間し、第１ラジアル動圧発生部６１は第２ラジアル動圧発生部６２の上側に位置する。ハブ２８に磁気記録ディスク８が載置された場合の回転体の重心Ｇは、軸方向において２つのラジアル動圧発生部６１、６２の間すなわち軸受スパン内に位置する。

２つのラジアル動圧発生部６１、６２のそれぞれに対応するシャフト支持部材４４の内周面４４ｆ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５１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５１のうちの少なくともひとつは、シャフト支持部材４４の内周面４４ｆの代わりにシャフト２６の中間部分の外周面２６ａに形成されてもよい。

第１スラスト隙間５７は、シャフト２６がシャフト支持部材４４に対して回転するとき潤滑剤４８に軸方向の動圧が発生する第１スラスト動圧発生部６３を含む。第１スラスト動圧発生部６３に対応するフランジ５２の上面５２ｂ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５５が形成される。第１スラスト動圧発生溝５５は、フランジ５２の上面５２ｂの代わりにシャフト支持部材４４の内側下面４４ｃに形成されてもよい。

第２スラスト隙間５８は、シャフト２６がシャフト支持部材４４に対して回転するとき潤滑剤４８に軸方向の動圧が発生する第２スラスト動圧発生部６４を含む。第２スラスト動圧発生部６４に対応するフランジ５２の下面５２ｃ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、フランジ５２の下面５２ｃの代わりにカウンタープレート５４の上面５４ａ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５１、第１スラスト動圧発生溝５５、第２スラスト動圧発生溝５６はそれぞれ潤滑剤４８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。

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、ハブ２８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、隙間８０がフランジ５２の外周面５２ａよりも半径方向内側に位置するよう構成されるため、隙間８０の外径は比較的小さくなる。そのため、隙間８０の断面積を小さくすることができ、ラビリンスシールの機能を高めることができる。その結果、蒸発した潤滑剤４８による磁気記録ディスク８の汚染を軽減することができ、また潤滑剤４８の経時的な減少を緩和し回転機器１００の信頼性や寿命を向上できる。

また、本実施の形態に係る回転機器１００によると、積層コア４０は、円環部４０ａの半径方向の厚み、および、円環部４０ａの外径Ｄ１１に対する中間部４０ｃの周方向の厚みｔ１のそれぞれが、比較例の積層コア１４０のそれらより大きくなるよう形成される。これにより、コギングトルクに起因する機械的な振動が低減される。

ここで、円筒状マグネット３２と突極４０ｂとの隙間を狭くするとコギングトルクに起因する機械的な振動が増大することがある。これに対し、上述のように積層コア４０を構成することにより、コギングトルクに起因する振動を低減できる。したがって、本実施の形態に係る回転機器１００によると、コギングトルクに起因する振動の増大を抑えつつ、円筒状マグネット３２と突極４０ｂとの隙間を狭くすることができる。円筒状マグネット３２と突極４０ｂとの隙間が狭くなると積層コア４０が受ける磁束量が増大するため、円筒状マグネット３２を半径方向および軸方向に小さくしても、従来の駆動電流のままで従来と同程度のトルクを得ることができる。つまり、本実施の形態に係る回転機器１００によると、円筒状マグネット３２を小さくしてコストの削減を図りつつも、従来と同程度のトルクを得ることができる。

トルクリップルのスペクトルのピークの周波数と２次ロッキングモードでの共振（以下、「２次ロッキングモード共振」とよぶ）とが一致してしまうと、回転機器１００には共振により大きな振動が生じる。この周波数の一致を避けるための手法として、２次ロッキングモード共振の周波数を高くすることが考えられる。２次ロッキングモード共振の周波数を決定する要素のひとつにハブ２８の横慣性モーメントがあり、これを小さくすることで２次ロッキングモード共振の周波数を高くできる。ハブ２８の横慣性モーメントは、ハブ２８やハブ２８に固定される円筒状マグネット３２の質量によって決まるため、これらの質量を小さくすれば２次ロッキングモード共振の周波数を高くできる。これに対し、本実施の形態に係る回転機器１００によると、円筒状マグネット３２を比較的小さく、すなわち円筒状マグネット３２の質量を比較的小さくできる。そのため、２次ロッキングモード共振の周波数を高くでき、トルクリップルの周波数と２次ロッキングモード共振とが一致するのを避けることができる。

また、本実施の形態に係る回転機器１００では、ハブ２８に磁気記録ディスク８が載置された場合の回転体の重心Ｇが軸受スパン内に位置する。このため、安定的な回転を実現できる。

本発明者らは、積層コア４０の振動低減効果を確認するため、積層コア４０を備える回転機器１００と積層コア１４０を備える比較例に係る回転機器とを用いて実験を行った。具体的には、各回転機器のベースに加速度センサを取り付け、各回転機器を回転させたときの加速度センサの出力を計測し、それを周波数解析して振動スペクトルを算出した。実験に用いた積層コア４０と積層コア１４０の構成は以下の通りである。
＜本実施の形態の積層コア４０＞
・円環部４０ａの外径Ｄ１１：２０．１４ｍｍ
・円環部４０ａの内径Ｄ１２：１５．０２ｍｍ
・中間部４０ｃの周方向の厚みｔ１：２．９ｍｍ
・先端部４０ｄの外径Ｄ１３：２８．７４ｍｍ
・中間部４０ｃの外径Ｄ１４：２７ｍｍ
・電磁鋼板の積層枚数：７
＜比較例の積層コア１４０＞
・円環部１４０ａの外径Ｄ２１：１８．４５ｍｍ
・円環部１４０ａの内径Ｄ２２：１５．４６ｍｍ
・中間部１４０ｃの周方向の厚みｔ２：２．４ｍｍ
・先端部１４０ｄの外径Ｄ２３：２７．４７５ｍｍ
・中間部１４０ｃの外径Ｄ２４：２５．４ｍｍ
・電磁鋼板の積層枚数：８

図４は、回転機器１００と比較例に係る回転機器とをそれぞれ回転数Ｎ＝９０（Ｈｚ）（５４００（ｒｐｍ））で回転させたときの振動スペクトルを示す。図４において、横軸は周波数を示し、縦軸は加速度センサからの出力電圧の周波数成分を示す。図４を参照すると、積層コア４０および積層コア１４０の突極数（１２）と円筒状マグネット３２の磁極数（８）との最小公倍数、すなわちコギングトルクの主たる成分である２４次の高調波成分（２１６０（Ｈｚ））の出力電圧は、回転機器１００で約０．００８６（Ｖ）であり、比較例に係る回転機器で約０．０１８（Ｖ）である。

図５は、回転機器１００と比較例に係る回転機器とをそれぞれ回転数Ｎ＝１２０（Ｈｚ）（７２００（ｒｐｍ））で回転させたときの振動スペクトルを示す。図５は図４に対応する。図５を参照すると、２４次の高調波成分（２８８０（Ｈｚ））の出力電圧は、回転機器１００で約０．０１５（Ｖ）であり、比較例に係る回転機器で約０．０３９（Ｖ）である。

これらの実験結果から、積層コア４０を備える回転機器１００は、積層コア１４０を備える比較例に係る回転機器より、コギングトルクに起因する振動が抑えられることが分かる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る回転機器１００と第２の実施の形態に係る回転機器との主な違いは、ハブの固定方法である。
図６は、第２の実施の形態に係る回転機器２００の断面図を示す。図６は図２に対応する。

シャフト１２６は、上方にシャフト小径部１２６ｃを有し、シャフト小径部１２６ｃの下方にシャフト小径部１２６ｃよりも大径に形成されたシャフト大径部１２６ｄを有する。シャフト小径部１２６ｃの上面１２６ｅには、回転軸Ｒに沿って、非貫通の孔であるハブ固定用ねじ孔１２６ｆが形成される。

シャフト１２６は、ハブ２８のシャフト取付部２８ａに設けられた孔２８ｊに挿入され、圧入と接着とを併用して固定される。また、ハブ２８はさらに、ハブ固定用ねじ２４によりシャフト１２６に固定される。ハブ固定用ねじ２４は、ハブ固定用ねじ孔１２６ｆに嵌合される小径部２４ａと、小径部２４ａより大形の大形部２４ｂとを有する。ハブ固定用ねじ２４がハブ固定用ねじ孔１２６ｆに螺合されると、シャフト取付部２８ａは、孔２８ｊの縁部分がハブ固定用ねじ２４の大形部２４ｂとシャフト大径部１２６ｄの上面１２６ｇとに挟まれて固定される。このように、ハブ２８とシャフト１２６は、接着と圧入とに加えて、ハブ固定用ねじ２４により固定されるため、十分な強度で接合される。

シャフト取付部２８ａの上面２８ｌには下向きに窪んだハブ凹部２８ｍが形成される。ハブ固定用ねじ２４がハブ固定用ねじ孔１２６ｆに螺合され、ハブ２８がシャフト１２６に固定された状態において、大形部２４ｂはハブ凹部２８ｍに収納される。特に、大形部２４ｂは、その上面２４ｃがシャフト取付部２８ａの上面２８ｌを超えて上側に突出しないようハブ凹部２８ｍに収納される。

ハブ固定用ねじ２４が外れてしまうのを抑止するために、ハブ固定用ねじ２４とハブ固定用ねじ孔１２６ｆとの間と、大形部２４ｂとシャフト小径部１２６ｃとの間（周状の空間７６）の、少なくともいずれかに接着剤９０が充填されてもよい。例えば両者に接着剤９０を充填させる場合は、ハブ固定用ねじ２４を螺合する際、ハブ固定用ねじ孔１２６ｆの周面と、シャフト小径部１２６ｃの上面１２６ｅとに適量の接着剤９０を塗布しておくことにより実現される。また、ハブ凹部２８ｍに接着剤９０が充填されてもよい。これは、ハブ固定用ねじ２４を螺合する前あるいは後にハブ凹部２８ｍに接着剤を塗布することにより実現される。なお、図６では、これらすべてに接着剤９０が充填された場合を示している。

ハブ固定用ねじ２４は種々の金属材料から形成できる。例えばシャフト１２６の線膨張係数と実質的に同じ線膨張係数を有するＳＵＳ４１０等の鉄鋼材料から切削または転造等により形成される。この場合、熱膨張差に起因する応力が発生するのを抑止し、特に、ハブ固定用ねじ２４あるいはいシャフト１２６に亀裂や塑性変形が発生するのを抑止できる。

本実施の形態に係る回転機器２００では、ハブ固定用ねじ孔１２６ｆにハブ固定用ねじ２４を螺合する場合について説明したがこれに限られない。例えば、ハブ固定用ねじ孔１２６ｆに対応するハブ固定用孔にハブ固定用ねじ２４とは別の種類のファスナーを嵌合して固定してもよい。このようなファスナーとしては、例えば、かしめピン、アイレット、リベットなど公知の結合手段を用いることができる。ネジ孔を形成する手間を省くことができる。

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、本実施の形態に係る回転機器２００によると、ハブ２８は、接着と圧入との併用に加え、ハブ固定用ねじ２４によりシャフト１２６に固定される。これにより、それらの接合部の軸方向の長さを比較的短くしても十分な強度で接合できる。つまり、シャフト取付部２８ａを軸方向に比較的薄くでき、ハブ２８の上側を軽量化することができる。その結果、回転体の低重心化が図られ、重心Ｇを確実に軸受スパン内に位置させることができる。

以上、実施の形態に係る回転機器の構成と動作ついて説明した。これらの実施の形態は例示であり、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。

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に本実施の形態の技術的思想を適用してもよい。

実施の形態では、ベースにシャフト支持部材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。

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。また、実施の形態では、積層コア４０の突極の数が１２本である場合について説明したが、これに限られない。積層コア４０の突極の数は、例えば６または９であってもよい。この場合はコイル４２を形成する手間が少なくて済む。また積層コア４０の突極の数は、例えば、１５から３６の３の整数倍であってもよい。この場合はコイル４２の巻数を大きくすることができる。

実施の形態では、積層コアが０．３５ｍｍの薄型電磁鋼板を７枚積層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。積層コアは、例えば、厚さが０．１ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の薄型電磁鋼板を２枚〜３２枚の範囲で積層して形成されてもよい。

実施の形態では、円筒状マグネット３２には、８極の駆動用着磁が施される場合について説明したが、これに限られない。円筒状マグネット３２には、例えば１０から１６の偶数極の駆動用着磁が施されてもよい。この場合、着磁が容易になる。また、円筒状マグネット３２には、例えば１８から２４の偶数極の駆動用着磁が施されてもよい。この場合、積層コア４０の突極の数を多くしてコイル４２の巻数を大きくすることができる。これらの記載は一例であり、駆動用磁極の数はこれらの範囲に限定されない。

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。

４ ベース、 ８ 磁気記録ディスク、 １０ データリード／ライト部、 ２６ シャフト、 ２８ ハブ、 ２８ｂ 環囲部、 ３０ 円筒状ヨーク、 ３２ 円筒状マグネット、 ４０ 積層コア、 ４２ コイル、 ４４ シャフト支持部材、 ４８ 潤滑剤、 ５２ フランジ、 １００ 回転機器。

Claims (8)

1. 記録ディスクが載置されるべきハブと、
   一端側が前記ハブに固定されるシャフトと、
   前記シャフトの他端側を環囲して前記シャフトに固定されるフランジと、
   前記シャフトを環囲して回転自在に支持するシャフト支持部材と、を備え、
   前記シャフトと前記シャフト支持部材とには潤滑剤が介在し、当該潤滑剤の気液界面は前記シャフトと前記シャフト支持部材との間に設けられ、
   前記ハブは、前記シャフト支持部材を環囲する環囲部を有し、
   前記環囲部と前記シャフト支持部材との隙間は前記気液界面の気体側に通じ、当該隙間は前記フランジの外周面よりも半径方向内側に位置することを特徴とする回転機器。
2. 前記ハブの回転軸を中心とする孔が設けられたベースをさらに備え、
   前記シャフト支持部材は、
   前記フランジを環囲するとともに前記孔に嵌合して固定される大径部と、
   前記環囲部に環囲され、前記大径部より小径の小径部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転機器。
3. 前記小径部の半径方向の厚み寸法は、前記大径部の半径方向の厚み寸法の半分以下であることを特徴とする請求項２に記載の回転機器。
4. 前記環囲部と前記シャフト支持部材との隙間の半径方向の厚み寸法は、０．０３ｍｍから０．１ｍｍの範囲にあ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。
5. 前記フランジと前記シャフト支持部材とが軸方向に対向する隙間は、前記シャフトが前記シャフト支持部材に対して回転するとき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む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。
6. 前記環囲部と前記シャフト支持部材との隙間は、前記潤滑剤の蒸気の移動を抑制するよう構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回転機器。
7. 前記シャフトと前記シャフト支持部材との隙間は、前記シャフトが延在する延在方向に沿って互いに離間し、前記シャフトが前記シャフト支持部材に対して回転するとき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を含み、
   前記ハブおよび前記シャフトを含む回転体は、前記ハブに記録ディスクが載置された場合の当該回転体の重心が、前記２つのラジアル動圧発生部の間に位置するよう構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の回転機器。
8. 記録ディスクが載置されるべきハブと、
   一端側が前記ハブに固定されるシャフトと、
   前記シャフトを環囲して回転自在に支持するシャフト支持部材と、を備え、
   前記シャフト支持部材の前記ハブ側の端部には、半径方向内側に凹んだ環状の凹部が形成され、
   前記ハブは、前記凹部に進入する進入部を有することを特徴とする回転機器。

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