JP3796297B2 - スピンドルモータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンドルモータに関し、より詳細には、シャフトを有している静止部と、ロータハブを有している回転部と、この静止部と回転部とを連結している軸受とを有しているスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知のスピンドルモータは、例えば図３に符号５０で示すように、通常、下側に位置している静止部５１と、上側に位置している回転部５２と、により構成されており、一般に例えば磁気ディスク等の記録用ハードディスク５３を回転する駆動装置として用いられている。
【０００３】
このスピンドルモータ５０において、静止部５１は、ＨＤＤ等の装置へ固定されているブラケット６０と、このブラケット６０の中央部に下端部が固定されているシャフト６１と、同様にブラケット６０に固定されておりかつコイルを搭載しているステータ６２と、により構成されている。また該ブラケット６０は、前記ステータ６２を受け入れる凹み６３と、該凹み６３から立ち上がりそこから半径方向外方に伸びているブラケットフランジ６４と、を有している。また、このブラケットフランジ６４の上面の一部には例えば１２０°〜１７０°の範囲にわたり概ね弧状に広がるヘッドシーク溝６５が設けてある。
【０００４】
一方、回転部５２は、前記ブラケット６０のフランジ６４の上面に対置して複数枚のハードディスク５３を積層保持するロータフランジ７０を外周部に有しているロータハブ７１と、前記ロータフランジ７０の下面部分において該ロータハブ７１へ取り付けられているロータヨーク７２と、前記静止部５１のステータ６２に対置する位置において該ロータヨーク７２へ取り付けられているロータマグネット７３と、前記シャフト６１の上端部を包囲する環状であって外周部がロータハブ７１ヘ接着剤７４等によって固着されているラビリンスキャップ７５と、により構成されている。
【０００５】
ここで回転部５２のロータハブ７１は、静止部５１のシャフト６１に対して、一対の軸受９０、９１を介して回転自在に支持されている。これらの軸受９０、９１を収容するため、ロータハブ７１には、上下に一対の軸受支持凹み部７６、７７が形成されている。これらの軸受支持凹み部７６及び７７は、それぞれ前記シャフト６１の軸線方向に対して垂直な方向に伸びておりそこから上方部分が切り欠かれている上向き切欠部（上向き突き当て部）７８とこの切欠部７８の半径方向外方部分から上方に伸びている側壁であって該シャフト６１の中心軸線から同心をなす円筒状に上方に伸びている拡径寸法の円筒形垂直側壁８０、及び該上向き切欠部７８から一定距離だけ下方に離れている位置において同様に前記シャフト６１の軸線方向に対して垂直な方向に伸びておりそこから下方部分が切り欠かれている下向き切欠部（下向き突き当て部）７９とこの切欠部７９の半径方向外方部分から下方に伸びている側壁であって該シャフト６１の中心軸線から同心をなす円筒状に下方に伸びている拡径寸法の円筒形垂直側壁８１と、により構成されている。
【０００６】
これらの軸受凹み部７６、７７のうち、切欠部７８、７９は前記軸受９０、９１を互いに一定の距離だけ離して配置する働きをしているもので、これらの切欠部７８、７９には前記軸受９０、９１の外輪のそれぞれ下面及び上面が突き当てられそこに位置付けてある。一方、該垂直側壁８０、８１はそれぞれの軸受９０、９１が回転方向へ移動するのを阻止する機能をするもので、通常、これらの側壁と軸受の外輪との間に接着剤を付着することにより、該軸受がその位置から移動出来ないように固着している。
【０００７】
この種ＨＤＤ用スピンドルモータ５０においては、通常、ロータハブ７１はディスク５３と同様のアルミニュウム又はアルミニュウム合金によって形成されている。これは、ロータハブ７１とディスク５３とを同じ素材によって形成することにより温度変化によるディスク５３の歪等を防止するためである。一方、軸受９０、９１は、通常、スチール又はステンレス等の鉄系金属によって形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように固定のシャフト６１に軸受９０、９１を介してロータハブ７１を回転自在に支持する構造のスピンドルモータ５０においては、特にロータハブ７１の軸受支持凹み部７６及び７７に軸受９０、９１を収容する場合、それぞれ上向き切欠部７８と下向き切欠部７９とに軸受９０、９１の外輪を突き当てて位置付けているが、ロータハブ７１は軸受９０、９１（内輪、外輪）に比べて、その熱膨張係数が大であり、従って温度低下時の熱収縮変形量も大きい。そのため、スピンドルモータ５０の周辺温度が低下した場合、該ロータハブ７１が熱収縮を起こし、上向き切欠部７８が矢印８２で示すように下方へ向かって収縮し、下向き切欠部７９が矢印８３で示すように上方へ向かって収縮することにより、上方の軸受９０の外輪とロータハブ７１の上向き切欠部７８との間、及び下側軸受９１の外輪とロータハブ７１の下向き切欠部７９との間に、それぞれ隙間が発生することがある。
【０００９】
その結果、シャフト６１、軸受９０、９１及びロータハブ７１で構成される部分の剛性が低下し、かつ、固有振動周波数が低下する。このため、シャフト６１、軸受９０、９１及びロータハブ７１で構成される部分の固有振動周波数が、軸受、スピンドルモータ、デイスク、ドライブ装置等の他の部分の固有振動周波数に近づき、両者の周波数が共振し、結果的には振動や騒音を誘発するという課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、一対の軸受を、ロータハブに設けた一対の軸受支持凹み部に収容しており、この両軸受支持凹み部がシャフトの長手方向軸線に沿って一定の距離だけ互いに離れて設けてあり、かつ、この軸受支持凹み部が、シャフトの軸線の方向に対して垂直な方向に伸びておりそこから上方部分が切り欠かれている上向き切欠部即ち上側の軸受の外輪が上方から当接する上向き突き当て部と、この切欠部の半径方向外方部分から上方に伸びている側壁であって上方に行くに従いシャフトの中心軸線に向かって収斂する拡径寸法の円筒形収斂側壁即ちテーパ面と、により、及び前記上向き切欠部から一定距離だけ下方に離れている位置において同様にシャフトの軸線方向に対して垂直な方向に伸びておりそこから下方部分が切り欠かれている下向き切欠部即ち下側の軸受の外輪が下方から当接する下向き突き当て部と、この切欠部の半径方向外方部分から下方に伸びている側壁であって下方に行くに従いシャフトの中心軸線に向かって収斂する拡径寸法の円筒形収斂側壁即ちテーパ面と、により、それぞれ構成されており、かつ、軸受支持凹み部のうち、それぞれの切欠部には軸受の外輪の下端面及び上端面がそれぞれ突き当てられそこに保持されており、それぞれの側壁には軸受の外輪の上端縁部及び下端縁部がそれぞれ突き当てられそこに保持されていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本件発明の好ましい実施例を開示している図１及び図２を参照しながら本件発明の内容について述べる。本発明のスピンドルモータの各構成要素及びその配置及び構成は、実質的に図３に示す公知のスピンドルモータの各構成要素及びその配置及び構成と類似している。そのため、図１においては、本件発明のスピンドルモータのうち、特に、シャフト１０と、当該スピンドルモータの回転部を構成しているロータハブ１１と、該シャフト１０へロータハブ１１を回転可能に保持している一対の軸受１２、１３と、の関係構造ついてのみ示す。
【００１２】
図１において、シャフト１０は、図３に示す従来例と同様に、ステータ、凹み、フランジ、ヘッドシーク溝等を有しているブラケットに、その下端部が固着され、スピンドルモータの静止部を構成している。またロータハブ１1は、図３に示す従来例と同様に、ハードデイスクを保持するフランジ２０、軸受１２及び１３をそれぞれ支持している軸受支持凹み部２１及び２２を備えており、スピンドルモータの回転部を構成している。
【００１３】
図１において、軸受１２及び１３をそれぞれ支持している軸受支持凹み部２１及び２２は、前記シャフト１０の軸線方向に対して垂直な方向に伸びておりそこから上方部分が切り欠かれている上向き切欠部即ち軸受１２の外輪が上方から当接する上向き突き当て部２３と、この切欠部２３の半径方向外方部分から上方に伸びている側壁であって上方に行くに従い該シャフト１０の中心軸線１４に向かって収斂する拡径寸法の円筒形収斂側壁即ちテーパ面２６と、により、及び前記上向き切欠部２３から一定距離だけ下方に離れている位置において同様に前記シャフト１０の軸線方向に対して垂直な方向に伸びておりそこから下方部分が切り欠かれている下向き切欠部即ち軸受１３の外輪が下方から当接する下向き突き当て部２４と、この切欠部２４の半径方向外方部分から下方に伸びている側壁であって下方に行くに従い該シャフト１０の中心軸線１４に向かって収斂する拡径寸法の円筒形収斂側壁即ちテーパ面２７と、によりそれぞれ構成されている。
【００１４】
これらの軸受凹み部２１、２２のうち、切欠部２３、２４は前記軸受１２、１３をシャフト１０の軸線１４の方向に一定の距離だけ離して配置する働きをしているもので、これらの切欠部２３、２４には前記軸受１２、１３の外輪の下端面及び上端面がそれぞれ突き当てられそこに保持されている。一方、シャフト１０の軸線方向の上方及び下方に向かってそれぞれ収斂しているテーパ付きの側壁２６、２７にはそれぞれ軸受１２、１３の外輪の上端縁部及び下端縁部が突き当てられそこに保持されている。このテーパ付き側壁２６、２７は軸受１２、１３がシャフトの周りに回転するのを阻止する機能をするものである。
【００１５】
この発明において、シャフト１０へロータハブ１１を組み付けるときには、初めに、ロータハブ１１を加熱して、軸受支持凹み部２１、２２の直径を広げる。次いでこの加熱により広がった凹み部へ軸受１２、１３を挿入する。その後、該軸受１２、１３へシャフト１０を挿通した後、該ロータハブを常温に戻す。若しくは該ロータハブを常温に戻しながらシャフトを軸受内に挿通する。このように、軸受は熱嵌合によりロータハブへ嵌め込んであるので、該軸受１２、１３とロータハブ１１に設けた軸受支持凹み部２１、２２との間に、図３に示す公知のスピンドルモータの場合にように接着剤を塗布することなく、安全に固着される。しかしもし望まれるなら、これまでと同様に、接着剤の助けを借りることも可能である。これにより、一層完全な固着が得られるのである。
【００１６】
このように、本発明においては、テーパ付き側壁２６、２７が軸受１２、１３の外輪のそれぞれ上端縁部及び下端縁部に点Ｐ，Ｑにおいて突き当てられている。このため、図２に示すように、ロータハブ１１は、軸受１２、１３に対して該側壁２６、２７に対して直交する方向に矢印Ｍ又はＮで示す方向に荷重を付与している。これらのベクトルＭ、Ｎを「交換の法則」に基づいてそれぞれ分解すると、シャフト１０の軸線１４に対して垂直な方向の成分ａとシャフト１０の軸線１４に対して平行な方向の成分ｂ、及びシャフト１０の軸線１４に対して垂直な方向の成分ｃとシャフト１０の軸線１４に対して平行な方向の成分ｄ、になる。ここで成分ｂと成分ｄとは、方向は反対であるが、同じ大きさの力となっている。このため、軸受１２、１３は、常にロータハブ１１の切欠部２３、２４を矢印２８、２９で示す方向へ押圧している。
【００１７】
しかして、この発明において、温度低下が発生してスピンドルモータが熱収縮を起こしたときの挙動について述べる。スピンドルモータが熱収縮を開始すると、ロータハブ１１の切欠部２３、２４が、図３において、矢印８２、８３で示す方向へ熱収縮しようとする。これと同時にロータハブ１１はその全体が同時に収縮する。このロータハブ１１の収縮に伴って、側壁２６、２７が軸受１２、１３の外輪を内方へ押圧し、図２に示す成分ｂ，ｄが作用し、これにより軸受１２、１３自体が矢印２８、２９の方向へ押圧される。このため該軸受がロータハブ１１の切欠部２３、２４を押圧する力を発生する。ここで、ロータハブ１１の熱収縮はロータハブ全体において発生するので、図３に矢印８２、８３にて示している方向の熱収縮量は、ほぼ完全に、図２の矢印２８、２９にて示している方向の熱収縮量により補償される。このため、ロータハブ１１に熱収縮が発生しても、図３のスピンドルモータと異なり、軸受と、切欠部と、の間に間隙が発生するという心配がない。
【００１８】
この場合の挙動について、より詳細に検討すると、切欠部２３、２４の軸線方向の収縮量は、実際には前記軸受の熱収縮があるため、完全には補償されないであろうが、使用している材料の特性により該軸受の熱収縮量は、ロータハブ１１の熱収縮量に比較して無視出来る程に少ないので、現実的には該軸受の熱収縮量を無視することが出来、結果的には、切欠部２３、２４の軸線方向の収縮量は実質的に補償される。ロータハブをアルミニュウム合金で構成し軸受をスチール等の鉄系合金で構成して本発明の構造を採用すれば、ロータハブに熱変形による収縮が発生しても、軸受１２、１３と、切欠部２３、２４と、の間には熱収縮による間隙がほぼ完全に解消される。
【００１９】
なお図２において明白なように、ロータハブ１１のテーパ面２６、２７は、軸受１２、１３の保持を確実に行うため該軸受の上面又は下面位置よりも幾分上方又は下方まで突出している。このため、軸受１２の上面に接しているラビリンスキャップ３０には、図３のように、該突出部を収容する突出部収容溝ｅが設けてある。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、次に記載するような効果を奏する。
請求項１に記載のスピンドルモータにあっては、温度低下時に、ロータハブ１１の切欠部２３、２４が互いに接近する方向に収縮しようとするが、この際、ロータハブ全体も同様に収縮し、このロータハブ１１の内周方向の収縮によって軸受１２、１３がテーパ面２６、２７により押圧され、この結果、該軸受１２、１３は切欠部２３、２４を押圧する方向に移動し常時軸受と切欠部とが当接することになる。このため軸受１２、１３とロータハブ１１の切欠部２３、２４との間に間隙が発生することがない。従ってスピンドルモータが熱変化を受けたときにも、ロータハブ１１、軸受１２、１３及びシャフト１０で構成される部分の剛性が変動するということはなく、よってロータハブ１１、軸受１２、１３及びシャフト１０で構成される部分の固有振動数に変化がなく、他の部材との共振による振動又は騒音の発生を完全に阻止することが出来る。
【００２１】
請求項２に記載のスピンドルモータにあっては、軸受１２、１３の温度変化による寸法変動をロータハブ１１に比べて無視できる程度にされているため、温度低下時における軸受１２、１３の外輪の切欠部への押圧力の調整をテーパ面２６、２７のテーパ角のみで制御でき、設計が容易になる効果が得られる。
【００２２】
請求項３に記載のスピンドルモータにあっては、軸受１２、１３をロータハブ１１に対して圧力嵌めによってのみ固着できるので、組立が容易になり、さらに請求項４に記載のスピンドルモータにあっては、接着剤を併用するので、軸受１２、１３の外輪のロータハブ１１に対する固定強度即ち回り止めがより確実になる。
【００２３】
請求項５に記載のスピンドルモータの製造方法にあっては、組立に際し、ロータハブ１１を加熱して軸受支持凹み部２１、２２の直径を広げ、これに軸受１２、１３を挿入するようにしたので、軸受１２、１３を傷つけることなく組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を適用したスピンドルモータのロータハブと軸受との関係を示す断面図である。
【図２】 図１の拡大断面図である。
【図３】 公知のスピンドルモータの一例を示す全体断面図である。
【符号の説明】
１０ シャフト
１１ ロータハブ
１２、１３ 軸受
２０ フランジ
２１、２２ 軸受支持凹み部
２３、２４ 切欠部
２６、２７ 円筒形収斂側壁（テーパ面）

Claims (5)

1. シャフトを有している静止部と、ロータハブを有している回転部と、該静止部に対して該回転部を回転自在に支持している一対の軸受と、を有しているスピンドルモータにおいて、
   前記ロータハブには、前記両軸受の一部をそれぞれ収容する一対の軸受支持凹み部が上下方向に配した前記シャフトの軸線に沿って一定の距離だけ離して設けられており、
   上方の前記軸受支持凹み部は、前記軸線に対して垂直な方向において該軸線から離れる方向に伸びておりそこから上方部分が切り欠かれている上向き切欠部と、この上向き切欠部の半径方向外方部分から上方に伸びている側壁であって上方に行くに従い前記軸線方向に向かって収斂する拡径寸法の上側円筒形収斂側壁と、により構成されており、
   下方の前記軸受支持凹み部は、前記上向き切欠部から一定距離だけ下方に離れている位置において同様に前記軸線に対して垂直な方向において該軸線から離れる方向に伸びておりそこから下方部分が切り欠かれている下向き切欠部と、この下向き切欠部の半径方向外方部分から下方に伸びている側壁であって下方に行くに従い前記軸線方向に向かって収斂する拡径寸法の下側円筒形収斂側壁と、により構成されており、
   かつ、前記両軸受支持凹み部において、それぞれの前記両切欠部には前記両軸受の外輪の端面がそれぞれ突き当てられそこに保持されており、それぞれの前記両側壁には前記両軸受の外輪の前記突き当てられた端面との反対側の端縁部がそれぞれ突き当てられそこに保持されていることを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記両軸受は、前記ロータハブの材料に比べて温度変化による寸法変動を無視出来る程度の材料にて構成されていることを特徴とする請求項１記載のスピンドルモータ。
3. 前記両軸受は、前記ロータハブに対して、圧力嵌めによってのみ固着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピンドルモータ。
4. 前記両軸受は、前記ロータハブに対して、接着剤及び圧力嵌めにより固着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスピンドルモータ。
5. 前記シャフトへ前記ロータハブを組み付ける際に、初めに、前記ロータハブを加熱して、前記両軸受支持凹み部の直径を広げ、次いでこの加熱により広がった該両凹み部へそれぞれ前記両軸受を挿入し、その後に、該両軸受へ前記シャフトを挿通する、諸段階からなる請求項１〜請求項４のいずれかに記載のスピンドルモータを製造する方法。

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