JP3694634B2

JP3694634B2 - ディスク装置及びスピンドルモータ

Info

Publication number: JP3694634B2
Application number: JP2000095222A
Authority: JP
Inventors: 勝敏新居; 敏一竹花; 宗男水本
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001286093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディスク装置に係り、特にディスクを駆動するスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスク装置は、パーソナルコンピュータの著しい普及に伴い、記録の高密度、大容量化及び装置の小型、高速化が進められている。これに用いられるディスクドライブ装置は、益々、高速、高精度回転化、耐衝撃性が要求されている。この高速回転を実現するために、ディスク駆動装置に滑り軸受を用いたスピンドルモータが提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１１−９６６５８号公報では、軸受に関しては動圧軸受の採用によって耐衝撃性向上図る等の解決手段が開示されている。また、軸受ユニットに封入した潤滑油(磁性流体)のシールに関しては、特開平８−２２６６８号公報のように軸受ハウジングの開口部に磁性流体シールを設けてシール性能を高めている。又、特開平９−１８９３２９号公報にはハブの回転軸側部分を軸受ハウジング内まで突出させている構造が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パーソナルコンピュータを持ち運び中に落下させ、１０００Ｇの衝撃が作用すると、前述の磁気吸引力のみではシールが困難で、軸受ユニットに封入した潤滑油は衝撃によって漏れることがある。磁気ディスク装置では、磁気ディスクに微量の潤滑油が付着しても磁気ディスクに書き込まれた情報を読み出すことができなくなるので、軸受ユニットからの潤滑油の漏れは許されない。
【０００５】
ところで、特開平９−１８９３２９号公報では、ハブの回転軸近傍を突出させている構成が開示されているが、この構成では、突出部の径はラジアル軸受の径より小さく、潤滑油の飛散の恐れが大きく、その対策として磁気シールを設けている。このように飛散防止用磁気シールを設けると部品点数が増加し、モータの大きさも大きくなる。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の欠点に鑑みなされたもので、その目的は耐衝撃性に優れる信頼性の高い磁気ディスク装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、外部からディスク駆動用スピンドルモータに作用する衝撃力に対して、磁気ディスクを搭載するハブに締結した軸に軸受内径よりも大径のリング要素を構成し、このリング要素を軸受ユニット内に延長させ、リング要素の突出部端面に対向する軸受ハウジング内周部に溝を設けると共に、軸受ユニット内に封入した潤滑油（磁性流体）の液面と軸受ユニット内に延長させたリング要素の端面との間に空間を構成した。前記リング要素の端面の面積を大きくとることで、潤滑油を受け止め、かつ潤滑油の表面張力を活用して、直接軸受ユニット外に潤滑油が飛散しない構成とした。また、本発明ではリング要素の端面に潤滑油が付着し、回転により潤滑油は遠心力を受けるが、その場合でも軸受ユニット内で飛散するに留まり、軸受ユニット外に潤滑油（磁性流体）が漏れ出ない構成にしている。さらに、前記リング要素及び軸受ハウジングには、フッ素樹脂を用いるか、フッ素コーティングを施し、潤滑油（磁性流体）の付着を軽減し、軸受ユニット内での飛散量の抑制効果を高めている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明を磁気ディスクに適用した一実施例を示したもので、ディスク駆動用スピンドルモータの縦断面図である。
【０００９】
磁性材の回転軸1に締結したハブ２にリング１２を介してクランパー１０で複数枚の情報を記録又は再生するための磁気ディスク１１が固定されている。なお図示していないが、この磁気ディスクに情報を記録する又は再生するためのヘッドや、ヘッドを位置決めするアクチュエータ等が設けられている。磁気ディスクを固定したハブ２には、多極着磁のモータマグネット１４がその内周側に固定されている。軸受ユニットは、非磁性の軸受ハウジング８に開口部側からラジアル軸受３a、永久磁石４、ラジアル軸受３b、抜け止め７及びスラスト軸受６で構成されている。また、軸受ハウジング８の中には、潤滑油（磁性流体）５ａが封入されている。
【００１０】
回転軸１はラジアル軸受３ａ、３ｂ及びスラスト軸受６によって回転自在に支持されている。モータケース１５には、この軸受ユニットとモータコイル１６を備えたモータ固定子１３が固定されている。本構成のモータは、ＤＣブラシレスモータであり、ハブ２を駆動する回転磁界発生部材は、コイル１６とモータ固定子１３とモータマグネット１４から構成されている。そして、コイル１６に通電したときに発生する回転磁界と多極着磁のモータマグネット１４の持つ磁界によってハブ２が駆動される。
【００１１】
図２は、図１に示した軸受ユニットの縦断面の拡大図を示したものである。
【００１２】
軸１に締結したハブ２には○で囲んで示したように、軸受内外径よりも大径のリング要素Ａを構成している。即ちハブ２の回転軸１の取付部側を軸受側に凸状に突出させて、ラジアル軸受３ａの外形より大きくカバーするように構成したものである。軸受ハウジング８のハブ２側には、環状の溝１８を設けてある。本実施例では、この溝はハウジング端面から０．３〜０．４ｍｍの位置から開けられ、深さも０．３〜０．４ｍｍで、幅も同程度に形成してある。リング要素Ａは、軸受ユニット内に延長させていて、非磁性の軸受ハウジング８の開口部側に設けた溝１８の位置まで延長している。なお、軸受ハウジング８とリング要素Ａ側面の最も間隔の狭い部分は０．１ｍｍ〜１０μｍ程度に設定してある。
【００１３】
このような構成とすることにって、ラジアル軸受端面と、軸受ハウジング８と、リング要素Ａとで一種のラビリンス構造を形成している。このため回転に伴う磁性流体がハブ２側に流出することを防止している。さらに、軸受ハウジングに溝18を設けたことにより、溝１８に軸受より漏れ出た磁性流体が溜り、ハブ２への流出の防止効果が顕著になる。
【００１４】
軸１は、パーソナルコンピュータに用いられる磁気ディスクドライブ用スピンドルモータでは、軸１の直径は３ｍｍから５ｍｍ程度の大きさである。そして、軸受ユニットには潤滑油として１０μｌ前後から２０μｌ前後の磁性流体５ａが、ラジアル軸受３ａの上部まで封入されている。この磁性流体５ａの液面Ｂは、リング要素Ａの端面とは間隔（０．４〜０．５ｍｍ）を置いて構成され、リング要素Ａの端面と液面Ｂは空間となっている。リング要素Ａの端面と液面Ｂ（ラジアル軸受３ａの端面）との間隔は、磁性流体５ｂを磁気吸引力でラジアル軸受３ａに引き戻どせるよう０．３ｍｍ前後の距離に設定している。また、ハブ２と非磁性の軸受ハウジング８で構成される隙間１９は、磁性流体５ａの漏れを流体の表面張力を利用して抑えることができるように１０μｍ前後の狭い隙間に設定している。また、ラジアル軸受３ａ、３ｂと軸１との隙間は、軸１の回転によって発生する動圧効果を高めるために数μｍに設定している。
【００１５】
また、上記したようにリング要素Ａと非磁性の軸受ハウジング８で構成される隙間１９を１０μｍ前後の狭い隙間に設定しておくと、リング要素Ａの端面が軸受ハウジング８の開口部端面と同じ位置か軸受ハウジング８の内側であれば、リング要素Ａの端面に付着した磁性流体５ｂは軸１の回転によって遠心力を受けても、隙間１９での流体の表面張力によって隙間の広い溝１８の方に飛散するのでハブ２側に漏れる恐れはない。
【００１６】
本構成の軸受ユニットでは、ラジアル軸受３ａ、３ｂ間に永久磁石４が配置され、磁性流体５ａを磁化すると共に、スピンドルモータの停止及び回転中における磁性流体５ａの漏れを磁気吸引力で防止している。また、スピンドルモータが磁気ディスク装置に組み込まれて、取扱い時に落下等で衝撃が加わった場合に、磁性流体５ａは軸方向に移動する。しかし、本発明では軸受内径よりも大径のリング要素Ａを設け、リング要素Ａを軸受ユニット内に延長させているため、軸１とラジアル軸受３ａの隙間に介在している磁性流体５ａに衝撃が作用しても磁性流体５ａはリング要素Ａの端面で止められる。従って、本発明のスピンドルモータでは、図のようにリング要素Ａの端面に磁性流体５ｂが付着するに留まり、軸受ユニット外には飛散しない。
【００１７】
図６に従来の軸受ユニットの断面図を示す。図のようにリング要素Ａがない場合は、磁性流体５ａに衝撃力が作用するとラジアル軸受３ａの隙間に介在する磁性流体５ａは、図示の上方向に向かう矢印方向に勢いよく軸１とシールキャップ１７とで構成される隙間を通過して軸受ユニット外に飛散し、ハブ２に付着する。そして、スピンドルモータが回転すると、ハブ２に付着した磁性流体は遠心力を受け図示の左右方向に向かう矢印方向にオイルミスト状になって飛散し、磁気ディスク１１を汚染することになる。
【００１８】
本構成とすることで、磁性流体５ａに衝撃が作用しても磁性流体５ａはリング要素Ａの端面で止められる。そのため、直接磁性流体が軸受ユニット外に飛散することなく、磁性流体５ｂがリング要素Ａの端面に付着するに留まる。そして、スピンドルモータが回転すると、リング要素Ａの端面に付着した磁性流体５ｂは遠心力を受け、リング要素Ａの端面と磁性流体５ａの液面Ｂで構成された空間内で飛散するが、飛散した磁性流体５ｂは溝１８の部分に付着するので軸受ユニット外に漏れることはない。
【００１９】
また、ハブ2及びリング要素Ａと軸受ハウジング８とで構成される隙間を１０μｍ前後と狭く設定している。このため、隙間に磁性流体が付着すると表面張力の作用によって、軸受ユニット外に磁性流体はほとんど漏れない。すなわち、本発明の軸受ユニットでは、潤滑油としての磁性流体５ｂは上記した磁気吸引力の他、ハブ2と軸受ハウジング８との間を狭い隙間とすることで、磁性流体の表面張力によってシールできるように構成している。
【００２０】
さらに、この狭い隙間の部分は、軸受ハウジング内とハブ２側をラビリンスシールすることができるので、軸受ハウジング側のオイルミストのシールになっている。この隙間を広くすると、それぞれのシール作用が期待できない。このため、表面張力の作用効果を発揮させるために０．１ｍｍ以下に設定することが望ましい。隙間の下限は、加工精度で決まり、１０μｍ前後の寸法になる。
【００２１】
また、パーソナルコンピュータに用いられる磁気ディスクドライブ用スピンドルモータでは、軸受ハウジング８の端面と対向するハブ２の板厚は１ｍｍ前後である。従って、リング要素Ａを設けることによって、軸１とハブ２の締結部を長くすることができる。このため、ハブ２と軸１との抜気力を高めることができ、軸１とハブ２の締結力を増加すできため機械的強度も向上し、磁気ディスク装置の強度信頼性が向上する。
【００２２】
さらに、本発明の軸受ユニットでは、ラジアル軸受３ａ、３ｂ間に永久磁石４を配置している。このため、磁性材のラジアル軸受を用いるとラジアル軸受３aが磁化される。また、リング要素Ａの端面と液面Ｂの間隔は、磁性流体５ｂを磁気吸引力でラジアル軸受３ａに引き戻どせるように０．３ｍｍ前後の距離に設定している。従って、リング要素Ａの端面に付着した磁性流体５ｂは磁気吸引力によりラジアル軸受３ａ側に引き戻され、リング要素Ａの端面に付着する磁性流体５ｂの量が少なくなる。
【００２３】
従って、磁性材を軸１及びラジアル軸受３ａ、３ｂに用いた上記構成の軸受ユニットを搭載したスピンドルモータは、軸１の回転によってラジアル軸受３ａが磁化される。このため、磁性流体５ａはラジアル軸受３ａに引き寄せられ、軸受ユニット外への磁性流体の漏れ防止がより確実になる。
【００２４】
図３は、本発明の他の実施例を示したもので、図2と異なる点はリング要素Ａの端面の形状をテーパ状にした点である。リング要素Ａの端面にテーパを付けることによって、リング要素Ａの端面に付着した磁性流体５ｂは、軸１の回転によって溝１８の部分に飛散する。従って、図２の実施例と同様、軸受ユニットの外への飛散が防止できる。
【００２５】
図４は、さらに他の実施例の断面図を示したものである。図４の実施例では、リング要素Ａの端面を凹形状にしたものである。この構成とすることによって、衝撃力が作用した時に、軸受隙間から飛散する磁性流体５ｂを凹部に溜め、軸受ユニット外への飛散防止を図ったものである。
【００２６】
図３及び図４の実施例において、図２のように磁性材のラジアル軸受３ａ、３ｂを用いると、リング要素Ａの端面に付着した磁性流体５ｂは、軸１の回転によって遠心力を受け、軸受ユニット内で飛散してもラジアル軸受３a側に吸引されるので、軸受ユニット外への漏れは防止できる。
【００２７】
図５は、本発明の他の実施例を示したものである。本実施例は、軸１に軸受内外径よりも大径でハブ２とは異なる部材で構成したリング要素Ｂを配置したものである。リング要素Ｂの端面を軸受ユニット内に延長させている。その他の構成は図２の構成と同じである。
【００２８】
先に示した実施例では、ハブ２と一体となっておりハブと同じ材質となっている。本実施例は、ハブ２とは別に構成しているため、リング要素Ｂの材質を任意に選ぶことができる。
【００２９】
通常、ハブ２は磁性材を用いて構成されることが多い。先の実施例でハブ２が磁性材で作られている場合、ハブ２も磁化されるので、リング要素Ａの端面に付着する磁性流体５ｂの量は、ハブ２が磁化されない場合に比較して若干多くなる。ところが、本実施例では、ハブ２の材質に関係なく非磁性のリング要素Ｂを用いることができるので、リング要素Ｂの端面に付着する磁性流体５ｂの量は、磁性材のリング要素Ａに比較して少なくなるので、磁性流体の飛散防止がより確実になる。
【００３０】
さらに、本実施例で、リング要素Ｂを撥油性のフッ素樹脂（例えばＰＴＦＥ）で形成すると、リング要素Ｂの端面には磁性流体５ｂがほとんど付着しなくなる。そのため、磁性流体５ｂの飛散が軽減される。また、本実施例では前記フッ素樹脂製のリング要素Ｂとフッ素樹脂製の軸受ハウジング８を用いると、軸受ハウジング８と軸１との隙間を磁性流体５ｂが通過しようとしても、撥油作用によって磁性流体５ｂはシールされ、軸受外への漏れが防止できる。
【００３１】
上記した図２〜図４の実施例において、リング要素Ａ及び軸受ハウジング８にフッ素コーティングを処理することによって、図５で説明したように、フッ素樹脂製の軸受ハウジング８とハブ２を用いることで、リング要素Ａもフッ素樹脂製となり、先の図５の実施例と同等の作用、効果が得られる。
【００３２】
本発明では、潤滑油として磁性流体を用いた実施例を示した。これに対して、通常の潤滑油を用いた場合に、潤滑油に衝撃力が作用しても、潤滑油はリング要素Ａ又はＢの端面で止められる。従って、磁性流体を用いた場合と同様に直接潤滑油が軸受ユニット外に飛散することない。また、本発明のスピンドルモータはリング要素Ａ又はＢを前述のように軸受ユニット内に延長させると共に、軸受ユニット内に封入した潤滑油（磁性流体）の液面と軸受ユニット内に延長させたリング要素の端面との間に空間を構成している。このため、軸受ハウジング８に溝１８を設けなくても、溝１８を設けた場合と同様に漏れ防止ができる。さらに、本発明のスピンドルモータは、リング要素Ａ又はＢを軸受ユニット内に延長させているので、磁気ディスク装置の軸方向の寸法を変えることなく適用できる。
【００３３】
なお、本実施例では磁気ディスクを例にとって説明したが、光ディスク等のディスク駆動用スピンドルモータにも適用できることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のスピンドルモータは、ディスクを搭載するハブに締結した軸に軸受内径よりも大径のリング要素を構成し、このリング要素を軸受ユニット内に延長させ、リング要素の突出部端面に対向する軸受ハウジング内周部に溝を設け、軸受ユニット内に封入した潤滑油（磁性流体）の液面と軸受ユニット内に延長させたリング要素の端面との間に空間を構成しているので、スピンドルモータに衝撃が作用しても軸受ユニットに封入した潤滑油（磁性流体）の飛散を防止できる。従って、本発明のスピンドルモータをパーソナルコンピュータ用ディスク装置に用いると信頼性の高いディスク装置を提供することができる。さらに、前記リング要素及び軸受ハウジングにフッ素樹脂を用いるか、フッ素コーティングを施こすことによって軸受ユニット外への潤滑油（磁性流体）の漏れを防止することができるのでより信頼性の高いパーソナルコンピュータ用ディスク装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるディスク駆動用スピンドルモータの１実施例の縦断面図。
【図２】図１に示した軸受ユニット部の縦断面図。
【図３】本発明の他の実施例を示す軸受ユニットの縦断面図。
【図４】本発明の他の実施例を示す軸受ユニットの縦断面図。
【図５】本発明の他の実施例を示す軸受ユニットの縦断面図。
【図６】従来の軸受ユニットの縦断面図。
【符号の説明】
１…軸、２…ハブ、３ａ、３ｂ…ラジアル軸受、４…永久磁石、５ａ、５ｂ…磁性流体、６…スラスト軸受、８…軸受ハウジング、１１…磁気ディスク、１７…シールキャップ。

Claims

情報が記録、再生されるディスクを駆動するスピンドルモータにおいて、
ディスクを搭載したハブと、前記ハブに勘合した軸と、前記軸を回転自在に支持する軸受ユニットと、前記ハブを駆動する回転磁界発生部材を備え、軸受ハウジングは一端が開放され、他端が閉じられていて、前記軸受ハウジングには前記軸を支持するラジアル軸受、スラスト軸受及び潤滑油を備え、前記ハブには軸受内径よりも大径のリング要素を前記軸側に備え、前記リング要素は軸受ユニットの開放端より軸受側に延長され、軸受ユニット内に封入された潤滑油の液面と軸受ユニット内に延長されたリング要素の端面との間に空間を有し、前記軸受ハウジングの開放端より内側内周面には前記リング要素の前記端面の外周に対向する位置に円周状の溝を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。
情報が記録、再生されるディスクを駆動するスピンドルモータにおいて、
前記スピンドルモータは、磁気ディスクを搭載したハブと、前記ハブに勘合した軸と、前記軸を回転自在に支持す軸受ユニットと、前記ハブを駆動する回転磁界発生部材とで構成され、前記軸受ハウジングは一端が開放され、他端が閉じられ、前記軸受ハウジングには前記軸を支持するラジアル軸受、スラスト軸受及びラジアル軸受に密着させて配置されたリング状の永久磁石と磁性流体を備え、前記ハブの前記軸側には軸受内径よりも大径のリング要素が形成され、前記リング要素は軸受ユニットの開放端より内側に延長され、前記軸受ユニット内に封入された磁性流体の液面と前記リング要素の端面との間に空間を有し、前記軸受ハウジングの開放端より内側内周面には前記リング要素の前記端面の外周に対向する位置に円周状の溝を備えたことを特徴とするスピンドルモータ。
請求項１又は２に記載のスピンドルモータにおいて、軸受ハウジングの開放端の内周面とリング要素の外周面で構成された隙間を０．１ｍｍ以下としたことを特徴とするスピンドルモータ。
請求項１又は２に記載のスピンドルモータにおいて、前記リング要素を前記ハブとは別部材で構成したことを特徴とするスピンドルモータ。
請求項４に記載のスピンドルモータにおいて、前記リング要素をフッ素樹脂で形成したことを特徴とするスピンドルモータ。
情報を記録するためのディスクと、前記ディスクの情報を再生又は記録するためのヘッドと、前記ディスクを回転するためスピンドルモータを備えた磁気ディスク装置において、
前記スピンドルモータは、回転軸を支持する軸受ユニットと、前記回転を駆動する回転磁界発生部材を備え、軸受ハウジングは一端が開放され、他端が閉じられていて、前記軸受ハウジングには前記軸を支持するラジアル軸受、スラスト軸受及び潤滑油を備え、前記回転軸にはディスクを取付けるハブが固定され、前記ハブには軸受内径よりも大径のリング要素が前記回転軸側に設けられ、前記リング要素は軸受ユニットの開放端より軸受ハウジング内に突出し、前記リング要素の突出部端面に対向する前記軸受ハウジング内周部に溝が設けられたことを特徴とするディスク装置。