JP3140027B2 - ディスク用スピンドルモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は情報機器，音響機器等に用いられる動圧軸受
装置を備えたディスク用スピンドルモータに関する。

〔従来の技術〕

近年、磁気ディスクの高密度化とともにますます高ト
ラック密度が要求される傾向にある。これに伴い、磁気
ディスク用のスピンドルモータにおいても、従来の転が
り軸受に代わって、非回転数同期成分の振れが小さい動
圧流体軸受装置を用いることが検討されるようになって
きている。

この種の動圧流体軸受装置を備えた従来の高密度磁気
ディスク用スピンドルモータとしては、例えば第３図に
示すようなものが知られている。このものは、図示され
ない磁気ディスク（単に、ディスクともいう）を搭載し
て回転するハブ12の軸心部に軸１が一体回転可能に嵌着
されており、その軸１を囲んで動圧軸受を構成するスリ
ーブ2Sが基台２に一体に設けられている。そして、前記
ハブ12の内周面に回転駆動用のロータ磁石17を備えると
ともにそのロータ磁石17に対向するステータコイル18を
基台２上の前記スリーブ2Sの外周面に固定した構成を有
する。

スリーブ2Sの内径面３には、円筒状のラジアル軸受面
４が軸方向に間隔をおいて二ヵ所に設けられている。一
方、軸１の外径面には、長手方向に間隔をおいて二ヵ所
にラジアル受面５が設けられており、ラジアル軸受面４
とラジアル受面５とはラジアル軸受すきま６を介して対
向してラジアル動圧軸受Ｒを構成している。ラジアル受
面５にはヘリングボーン状の動圧発生用の溝７が設けら
れている。スリーブ2Sの内径面３には、また、二ヵ所の
ラジアル軸受面4,4の間に、ラジアル軸受面４より大径
の逃げ部８が設けられている。

軸１の下端は平面状のスラスト受面９とされ、このス
ラスト受面９は基台２に固着されたスラスト板10に設け
られたスラスト軸受面11に対向しており、スラスト受面
９とスラスト軸受面11とでスラスト軸受Ｓを構成してい
る。スラスト軸受面11には動圧発生用の溝16が設けら
れ、またスリーブ2Sの内径面３の下端部には下方のラジ
アル軸受面４より大径の逃げ部14が設けられている。

このディスク用スピンドルモータに備えられた動圧流
体軸受装置は、ラジアル軸受すきま６及びスラスト受面
９とスラスト軸受面11との間のスラスト軸受すきまに、
毛細管現象により保持される極めて微少量の潤滑剤で潤
滑される。

なお、スリーブＳに設けたラジアル軸受面4,4間の逃
げ部８にはスリーブ2Sを貫通してハブ12の内部に連通す
る空気抜き孔13が設けられ、スラスト軸受面11上の逃げ
部14には外部に連通する空気抜き孔15が設けられてい
る。

これらの空気抜き孔13,15は、温度変化があってもス
ピンドルモータの内外の気圧を同一に保ち軸受すきま内
の潤滑剤の外部への洩れを防止する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記動圧軸受装置を有する従来のディスク用スピンド
ルモータにあっては、軸１の下端部がスラスト軸受Ｓで
支持されたいわゆる片持ち構造であり、しかもハブ12
が、ラジアル動圧軸受部Ｒから軸方向外側に遠く離れて
軸１の上端に、オーバハングした状態で取付けられてい
るため、ハブ12の振れ回りが大きい。

また、スラスト受面９からハブ上面121までの軸方向
寸法が長いので、周囲温度の変化による軸方向の寸法変
化が大きく、その結果、ハブ12に取付けられた磁気ディ
スクに対向する磁気ヘッドのオフトラックという問題が
生じて、高密度化の障害となっている。

更に、このディスク用スピンドルモータに装着される
動圧軸受装置には、数万時間に及ぶ極めて長い耐久性が
要求されるにもかかわらず、上記従来の動圧軸受装置に
あっては、ラジアル軸受すきま６及びスラスト軸受すき
ま内に保持されている極めて微少量の潤滑剤が、蒸発し
たりあるいは装置の起動停止の際に飛散したりして時間
の経過とともに徐々に失われてゆき、その結果耐久性が
不足するという問題点がある。

そこで本発明は、潤滑剤の蒸発や飛散が防止できて耐
久性のよい動圧軸受装置を備えたディスク用スピンドル
モータを提供して上記従来の問題点を解決することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係るディスク
用スピンドルモータは、ディスクを搭載して回転するハ
ブと軸を囲んで動圧軸受を構成するスリーブとを有し、
回転駆動用のロータ磁石を前記ハブの内周面に備えると
ともにそのロータ磁石に対向するステータを基台に固定
してなるディスク用スピンドルモータにおいて、そのス
リーブの内周に軸を配設している。その軸は、軸方向に
離れた二カ所に円筒状のラジアル受面をそれぞれ有する
と共にそれら二カ所のラジアル受面の間の個所にラジア
ル受面より大径のつば部を有する。そのつば部の軸方向
両側面に、平面状のスラスト受面をそれぞれ設けてあ
る。一方、スリーブの内周には、軸面の前記ラジアル受
面に対向するラジアル軸受面と、前記大径のつば部の前
記スラスト受面に対向するスラスト軸受面とをそれぞれ
有している。そして、互いに対向するラジアル受面とラ
ジアル軸受面との少なくとも一方に動圧発生用の溝を設
けてラジアル動圧軸受を構成している。また、互いに対
向するスラスト受面とスラスト軸受面との少なくとも一
方に動圧発生用の溝を設けてスラスト動圧軸受を構成し
ている。

そして、ラジアル動圧軸受の動圧発生用の溝は、屈曲
部より軸端側の溝長さの方が屈曲部よりつば部側の溝長
さより長いヘリングボーン状の溝パターンを備え、且つ
スラスト動圧軸受を構成する前記大径のつば部は、ハブ
の軸方向中心位置近傍に配置している。

〔作用〕

上下二カ所のラジアル動圧軸受の間にスラスト動圧軸
受を配設したため上下二カ所のラジアル軸受の間隔を広
くできるのでモーメント剛性を大きくできる。また、ス
ラスト受面からハブ上面までの軸方向寸法が短いので温
度変化によって軸方向に熱変形する度合いが小さく、又
ハブはラジアル動圧軸受から軸方向外側に大きく外れる
ことはないので振れ回りが小さい。したがって磁気ディ
スクに対向する磁気ヘッドのオフトラックは効果的に防
止される。

しかも、軸方向の両側面に前記スラスト動圧軸受を構
成するつば部を、ハブの軸方向中心位置近傍に配置して
いるから、従来のようにスラスト軸受を軸端に設けた場
合に比してスラスト動圧軸受のモーメント剛性をも大き
くできて、高密度化に対処できる。

また、潤滑剤の消失が防止されて耐久性がよい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

なお、従来と同一または相当部分には同一符号を付
し、重複する説明を省く。

第１図は本発明の一実施例である。

基台21に軸固定用基板22が直接または間接に取付けら
れている。軸23は下端部がその基台21に固定支持される
と共に、上端部は軸固定用基板22に固定支持されて支持
剛性が高められている。この軸23には軸方向に離れた二
カ所に、円筒状のラジアル受面24,24がそれぞれ設けら
れている。また軸23には、二カ所のラジアル受面24,24
の間の個所に、ラジアル受面24より大径のつば部25が形
成されている。このつば部25の軸方向の両側面は、それ
ぞれ平面状のスラスト受面26とされている。

回転部材であるハウジング28は、ハブ29と、ハブ29の
内周面にそれぞれ嵌合して取付けられ上下に分割された
一対のスリーブ30とを備えている。スリーブ30は軸23の
ラジアル受面24にラジアル軸受すきま31を介して対向す
るラジアル軸受面32を有しており、ラジアル受面24とラ
ジアル軸受面32とでラジアル軸受Ｒが構成されている。
スリーブ30は又、つば部25のスラスト受面26にスラスト
軸受すきま34を介して対向するスラスト軸受面35を有し
ており、スラスト受面26とスラスト軸受面35とでスラス
ト軸受Ｓが構成されている。そして、このスラスト軸受
Ｓを構成しているつば部25は、上下二カ所のアジアル軸
受Ｒの間であって、ハブ29の軸方向の中心位置近傍に配
設してある。

この実施例では、ラジアル受面24にヘリングボーン状
の動圧発生用の溝37が設けられている。この動圧発生用
の溝37は、第２図に示すように屈曲部37aより軸端側の
溝長さの方が屈曲部37aよりつば部25側の溝長さより長
い非対称形のヘリングボーン状の溝パターンになってい
る。

また、各スリーブ30のスラスト軸受面35にはヘリング
ボーン（又はスパイラル）状の動圧発生用の溝38が形成
されている。

ハウジング28には、二カ所のラジアル軸受面32より軸
方向外側の個所に、磁性流体シール40がそれぞれ取付け
られている。

この磁性流体シール40は、軸方向に磁極を有するリン
グ状の永久磁石41と、その永久磁石41の両端面に密着し
ているリング状の鋼板からなる一対のヨーク42とを備
え、ヨーク42の内径面は軸23の外径面とシールすきま43
を介して対向している。そのシールすきま43に充填され
た磁性流体44は永久磁石41,一対のヨーク42,軸23の間に
形成されている磁気回路に拘束されて、シールすきま43
を塞いでいる。

この実施例にあっては、ラジアル軸受Ｒの軸受すきま
31及びスラスト軸受Ｓの軸受すきま34が磁性流体シール
すきま43に存在する磁性流体44（磁化可能な潤滑油およ
び磁化可能なグリース等）と同一の磁性流体で満たされ
ている。したがって、磁性流体が潤滑剤となっている。

ハウジング28は駆動モータＭにより回転駆動される。
回転駆動モータＭを構成する円筒状のロータマグネット
46は、ハブ29の内径面に一体回転可能に取付けられてい
る。このロータマグネット46に対向するステータコイル
47は、基台21に取付け部材48を介して固定されている。

次に作用を説明する。

いま、回転駆動モータＭのステータコイル47に通電す
ると、ロータマグネット46に回転力が発生してハブ29が
スリーブ30と一体的に回転する。スリーブ30が回転する
と、ラジアル軸受Ｒの動圧発生用の溝37のポンピング作
用によってラジアル軸受すきま31の軸方向両端部の流体
は、ヘリングボーンの溝の屈曲部37aへ流入する。そし
て溝の屈曲部37aに充満した流体は、ラジアル軸受すき
ま31を通ってラジアル軸受すきま31の軸方向両端部に移
行して循環する。スラスト軸受Ｓにおいても、ヘリング
ボーン状（又はスパイラル状）の動圧発生用の溝38のポ
ンピング作用により、潤滑剤の循環が行われる。

こうして、ラジアル軸受Ｒにおいては、動圧発生用の
溝37のポンピング作用による動圧が発生し、ラジアル軸
受すきま31内の潤滑剤の圧力が高くなり、スリーブ30は
軸23のラジアル受面24に非接触で半径方向に支持され
る。一方、スラスト軸受Ｓにおいては、スラスト軸受面
35の動圧発生用の溝38のポンピング作用によって動作が
発生し、スリーブ30は軸のつぼ部のスラスト受面26に非
接触で支持される。

つば部25の軸方向の両側面はスラスト軸受Ｓを構成す
るのでスラスト軸受剛性が大きく、またスラスト受面26
からハウジング28上面までの軸方向寸法が短いので熱変
形が少ない。

磁性流体シール40は、ハウジング28の起動・停止時に
潤滑剤がラジアル軸受すきま31から外部へ飛散するのを
防止し、また潤滑剤の外部への蒸発を防止する。したが
って、軸受すきま31,34から潤滑剤が失われることによ
る耐久性の不足の問題を効果的に解決することができ
る。

この実施例によれば、軸23の軸方向両端部を支持する
ので軸23の支持剛性が大きく、且つハブ29はラジアル軸
受Ｒから軸方向外側に大きく外れることがないから、ハ
ブ29の振れ回りが小さい。また、ラジアル軸受Ｒの間に
スラスト軸受Ｓを配設したため、周囲温度の変化により
軸23とハブ29との熱変形が生じても、上下二つのスラス
ト軸受面35,35間の距離を小さくしてスラスト軸受すき
ま34の変化を少なくできる。更に、従来のスラスト軸受
Ｓを軸端に設けたものに比し、二カ所のラジアル軸受Ｒ
間の軸方向の間隔を広くしてモーメント剛性を大きくで
きる。そのため、ハブ29に取付けられた磁気ディスクに
対向する磁気ヘッドのオフトラックが防止できて、高密
度化に有効に対処できる。

しかも、スラスト動圧軸受Ｓを構成するつば部25を、
上下二カ所のラジアル軸受R,Rの間であってハブ29の軸
方向の中心位置近傍に配置しているから、スラスト軸受
Ｓのモーメント剛性をも大きくできて、高密度化に一層
有効に対処できる。

なお、ラジアル軸受Ｒの動圧発生用の溝37の溝パター
ンは、スラスト軸受Ｓに向かって潤滑剤を押し出すよう
な形状の非対称ヘリングボーン状の溝パターンなので、
スラスト軸受すきま34内の潤滑剤の圧力が高くなり、ス
ラスト軸受すきま34で潤滑剤の循環が促進されて潤滑剤
中に含まれる僅かな気泡がスラスト軸受Ｓに溜まるのを
防ぐことができる。

また、ラジアル軸受R,スラスト軸受Ｓ内の潤滑剤とし
ては、磁性流体でない潤滑油またはグリースを使用して
もよい。

また、上記実施例のラジアル軸受Ｒ及びスラスト軸受
Ｓにおける動圧発生用の溝37,38は、ハウジングのラジ
アル軸受面32に設けてもよく、またつば部のスラスト受
面26に設けてもよく、あるいは軸受面32,35と受面24,26
との双方に設けてもよい。

また、動圧発生用の溝37,38の溝パターンは、ヘリン
グボーン状に限らず、スパイラル状でもよい。

また、上記実施例では、ハブ29及びスリーブ30からな
るハウジング28を回転部材としたが、軸23回転であって
もよく、その場合スリーブ30はハブ29とは分離して基台
21の側に固定され、ハブ29のみを軸23に取り付けること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、軸の軸方向に
離れた二カ所に設けたラジアル受面の間に、ラジアル受
面より大径のつば部を設けて該つば部の軸方向両側面を
スラスト受面としたため、スラスト受面からハブ上面ま
での軸方向寸法が短くできて熱変形する度合いが小さ
く、又ハブはラジアル軸受から軸方向外側に大きく外れ
ることはないので振れ回りが小さくなり、その結果磁気
ディスクに対向する磁気ヘッドのオフトラックが効果的
に防止できる。

また、軸方向の両側面でスラスト動圧軸受を構成する
前記つば部を、ハブの軸方向の中心位置近傍に配設した
のでスラスト軸受剛性が大きく、ディスクの高密度化に
も有効に対処できる。

さらに、潤滑剤の消失が防止され、その結果耐久性が
向上する。

また、ラジアル軸受の動圧発生用の溝の溝パターンが
スラスト軸受に向かって潤滑剤を押し出すような形状の
非対称ヘリングボーン状の溝パターンなので、スラスト
軸受すきま内の潤滑剤の圧力が高くなり、スラスト軸受
すきまで潤滑剤の循環が促進されて潤滑剤中に含まれる
僅かな気泡がスラスト軸受に溜まるのを防ぐことがで
き、更にラジアル軸受の解放端側からの潤滑剤の飛散を
少なくできる。

また、軸と同心のスリーブの内周面でラジアル軸受面
を構成しているから、上下のラジアル軸受面の同軸度の
確保が容易であり、更に、そのスリーブの片側端面でス
ラスト軸受面を構成しているからラジアル軸受面とスラ
スト軸受面との直角度も確保も容易であるという実用上
の大きな利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディスク用スピンドルモータの一実施
例の縦断面図、第２図は第１図の要部拡大断面図、第３
図は動圧軸受装置を有する従来のディスク用スピンドル
モータの縦断面図である。 23は軸、24はラジアル受面、25はつば部、26はスラスト
受面、28はハウジング、29はハブ、30はスリーブ、32は
ラジアル軸受面、35はスラスト軸受面、37,38は動圧発
生用の溝、40は磁性流体シール、43はシールすきま、44
は磁性流体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−307723（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238712（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−20829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−312509（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−84421（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディスクを搭載して回転するハブと軸を囲
   んで動圧軸受を構成するスリーブとを有し、回転駆動用
   のロータ磁石を前記ハブの内周面に備えるとともにその
   ロータ磁石に対向するステータを基台に固定してなるデ
   ィスク用スピンドルモータにおいて、 前記スリーブの内周に前記軸を配設し、該軸は軸方向に
   離れた二カ所に円筒状のラジアル受面をそれぞれ有する
   と共にそれら二カ所のラジアル受面の間の個所にラジア
   ル受面より大径のつば部を有し、該つば部の軸方向両側
   面に平面状のスラスト受面をそれぞれ設け、前記スリー
   ブは前記ラジアル受面に対向するラジアル軸受面と前記
   スラスト受面に対向するスラスト軸受面とを有し、互い
   に対向するラジアル受面とラジアル軸受面との少なくと
   も一方に動圧発生用の溝を設けてラジアル動圧軸受を構
   成し、互いに対向するスラスト受面とスラスト軸受面と
   の少なくとも一方に動圧発生用の溝を設けてスラスト動
   圧軸受を構成し、前記ラジアル軸受の動圧発生用の溝
   は、屈曲部より軸端側の溝長さの方が屈曲部よりつば部
   側の溝長さより長いヘリングボーン状の溝パターンを備
   え、且つスラスト動圧軸受を構成する前記大径のつば部
   は前記ハブの軸方向中心位置近傍に配置したことを特徴
   とするディスク用スピンドルモータ。