JP3839681B2 - スピンドルモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受を備えたスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、スピンドルモータの軸受として、シャフトとスリーブ部材とを相対回転自在に支持するために、両者の間に介在させたオイル等の潤滑流体の流体圧力を利用する動圧軸受が種々提案されている。
【０００３】
このような動圧軸受を使用するスピンドルモータに関し、本願の出願人は特願平１０−２９６１５６号（特開２０００−１１３５８２号）等において、図２に示すとおり、ロータａの底面とスリーブｂの上端面との間にスラスト軸受部ｃを構成し、またロータａに一体的に設けられたシャフトｄの外周面とスリーブｂの内周面との間にラジアル軸受部ｅ，ｅを構成したスピンドルモータを提案した。
【０００４】
このスピンドルモータは、更に、シャフトｄの自由端部にスリーブｂの端部に形成した段部ｆと嵌り合うリング状部材ｇが装着され、これら段部ｆとリング状部材ｇとによってロータａの抜止め構造が構成される。リング状部材ｄの周囲とスリーブｂの段部ｆとの間に規定される間隙には、下部側ラジアル軸受部ｅにおけるオイルの減少に応じて供給されるバッファオイル（マージン分のオイル）が保持され、オイルリザーバとして機能する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のスピンドルモータは、従来の動圧軸受のようにスラスト軸受部を構成するスラストプレートを要しないことから、モータの構造を簡略化、低コスト化等しつつモータを薄型化することが可能になるといったメリットを有する。しかしながら、このようなスピンドルモータが使用されるハードディスクドライブ装置等の記録メディア駆動装置は、携帯情報端末等の小型機器への適用が開始されており、更なる薄型化の要求が高まりつつある。これに対し、上記図２に図示するスピンドルモータでは、シャフトｄの自由端部にロータａの抜止め機構を構成するリング状部材ｇが装着されているため、モータの更なる薄型化を阻害する懸念がある。これは、ラジアル軸受部ｅ，ｅに要求される軸受剛性を考慮した場合、ある程度の軸受間距離を要するためである。
【０００６】
また、スラスト軸受部ｃに隣接してスリーブｂの外周面とロータａに形成された環状壁部ａ１との間にテーパシールｈを構成しているが、テーパシールｈでは表面張力等の作用によって液体としてのオイルの流出は阻止されるものの、モータの外部環境温度の上昇等により気化したオイルを保持することはできず、オイルミストとして僅かながら軸受外部へ流出することとなる。
【０００７】
オイルミストによるオイルの流出は量が僅かであるため、図２に図示されるスピンドルモータでは、顕著な問題となることはなかったが、モータを更に薄型化しようとする場合、軸受部全体で保持するオイルの量も少なくなるため、オイルミスト程度のオイルの減少も無視できない問題となる懸念がある。尚、軸受部におけるオイルの保持量に不足が生じると、軸受剛性が低下して、ロータａの回転時の姿勢を安定して支持することが困難となり、ＮＲＲＯ（non-repeatable run-out：非繰り返し性振れ）等振れ回り特性が悪化する原因となる。
【０００８】
本発明は、簡略且つ低コスト化可能な構造を維持しつつさらなる薄型化が可能で、軸受外部へのオイルの流出を効果的に阻止することが可能なスピンドルモータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のスピンドルモータは、円筒状のスリーブと、該スリーブ内に回転自在に遊挿されるシャフトと、該シャフトと一体的に構成された円形の天板と該天板の外周縁から垂下される円筒壁とからなるロータとを備えてなるスピンドルモータにおいて、前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面とは、毛細管現象によってオイルが保持される微小間隙を介して対向するとともに、前記スリーブの上端面及び天板の底面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの回転時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられてスラスト軸受部が形成され、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面とは、毛細管現象によってオイルが保持される微小間隙を介して対向するとともに、前記スリーブの内周面及びシャフトの外周面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの回転時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が軸線方向に離間して設けられてラジアル軸受部が形成され、前記スリーブの前記スラスト軸受部側端部には、前記スラスト軸受部から軸線方向に離間するにつれて縮径するよう外周面が傾斜面状に形成されたフランジ部が設けられ、また前記ロータの天板には、前記フランジ部を外周側から取囲む環状壁部が設けられ、該環状壁部の内周面と前記フランジ部の外周部との間には前記スラスト軸受部に保持されるオイルのメニスカスが形成されるテーパシールが構成されており、前記環状壁部には、前記フランジ部と係合する抜止めリングが装着されていることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
この構成において、スラスト動圧軸受を構成するスラストプレートを要しないという簡略且つ低コスト化可能な構造を維持しつつ、ロータの抜止めを構成する抜止めリングをスリーブのフランジ部と共にテーパシールを構成する環状壁部に装着することで、シャフトの全長を軸受として有効に活用することが可能になり、軸受剛性を維持しながらモータの更なる薄型化が可能になる。
【００１１】
また、本発明のスピンドルモータは、前記抜止めリングの半径方向内端部には、軸線方向に突設される環状突部が設けられており、該環状突部の内周面と前記スリーブの外周面との間には、前記抜止めリングと前記フランジ部との係合面間に形成される間隙よりも小な微小間隙が形成されており、前記ロータの回転時に、前記環状突部の内周面と前記スリーブの外周面との間に形成される微小間隙並びに前記抜止めリングと前記フランジ部との係合面間に形成される間隙とは前記テーパシールに連続するラビリンスシールとして機能することを特徴とする（請求項２）。
【００１２】
この構成において、テーパシールに連続してラビリンスシールを配置することで、オイルミストによる軸受外部へのオイルの流出がより効果的に防止される。また、抜止めリングに環状突部を設けてスリーブの外周面との間に微小間隙を形成することで、ラビリンスシールとして機能する区間を十分に確保することが可能となるため、薄型のモータであっても十分なシール機能を維持することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンドルモータの実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００１４】
図１において、このスピンドルモータは、略円盤状の上壁部２ａ（天板）と、この上壁部２ａの外周縁部から下方に垂下する円筒状周壁部２ｂとから構成されるロータ２と、このロータ２の上壁部２ａの中央部に一方の端部が外嵌固定されるシャフト４とから構成されるロータ２と、このシャフト４を回転自在に支持する中空円筒状のスリーブ８と、このスリーブ８の下部を閉塞するシールキャップ１０と、スリーブ８が内嵌される円筒部１２が一体的に形成されたブラケット１４とを具備する。シールキャップ１０及びブラケット１４の底面には、モータの外方からシール部材１７が固着されている。
【００１５】
ブラケット１４の円筒部１２の外周側には、ステータ１６が配設され、ロータ２の周壁部２ｂの内周面には、このステータ１６と半径方向に間隙を介して対向して、ロータマグネット１８が固着される。
【００１６】
スリーブ８の上端面は、ロータ２の上壁部２ａの下面と軸線方向に微小間隙を介して対向し、この微小間隙中にはオイルが毛細管現象によって保持されている。この微小間隙に臨む上壁部２ａの下面には、ロータ２の回転時にオイルに半径方向内方側（シャフト４側）への移動圧力を誘起するポンプイン型のスパイラル溝が形成され、スラスト軸受部２０が構成される。
【００１７】
シャフト４の外周面は、スリーブ８の内周面と半径方向に微小間隙を介して対向し、この微小間隙中にはオイルが毛細管現象によって保持されている。この微小間隙に臨むスリーブ８の内周面には、ロータ２の回転時にオイルに軸線方向外方（シャフト４の上下端部方向）に向かう移動圧力を誘起する、軸線方向にアンバランスな形状を有するポンプアウト型のヘリングボーン溝が軸線方向に離間して形成されており、一対のラジアル軸受部２８，３０が構成される。
【００１８】
スリーブ８には、シャフト４の外周面とスリーブ８の内周面との間に形成される微小間隙の軸線方向略中央部において開口するよう、このスリーブ８を半径方向に貫通する連通孔２２が形成され、シャフト４外周面の連通孔２２の開口部に対向する位置には、軸線方向反対側（シャフト４の上下端部方向）に向かってそれそれ傾斜する一対の傾斜面からなる環状凹部４ａが形成されており、シャフト４の外周面とスリーブ８の内周面との間の微小間隙の半径方向の間隙寸法は、ラジアル軸受部２８，３０側からこの環状凹部４ａ内において軸線方向内方（シャフト４の軸線方向中央部方向）に向かって漸増する。
【００１９】
ブラケット１４円筒部１２において、スリーブ８外周面の連通孔２２の開口に対応する部位には、円筒部１２の上端部から下端部に至る軸線方向溝２４が設けられ、この軸線方向溝２４によってブラケット１４の円筒部１２とスリーブ８との間に空隙が形成されて連通孔２２は外気に開放される。環状凹部４ａとスリーブ８の内周面との間には、軸線方向溝２４によって形成された空隙と連通孔２２を通じて侵入した空気が介在する気体介在部が形成される。
【００２０】
一対のラジアル軸受部２８，３０に保持されるオイルは、この気体介在部によって軸線方向に分離され、環状凹部４ａを構成する一対の傾斜面とスリーブ８の内周面との間の半径方向の間隙寸法が漸次変化する間隙中において、オイルの表面張力と外気圧等がバランスし、オイルと気体介在部に保持される空気との界面がそれぞれメニスカス状に形成されて保持される。
【００２１】
一対のラジアル軸受部２８，３０のうち、気体介在部の上部側に構成される上部ラジアル軸受部２８とこれに隣接するスラスト軸受部２０との間には連続してオイルが保持されている。上述のとおり、スラスト軸受部２０と上部ラジアル軸受部２８とは、それぞれ隣接する相手方軸受部方向に作用する移動圧力をオイルに誘起するため、両軸受部の境界部、すなわち、スリーブ８の内周面の上端部付近において圧力ピークを発生する。
【００２２】
つまり、スラスト軸受部２０と上部ラジアル軸受部２８とが協働することにより、ロータ２に対する半径方向に作用する軸支持力とブラケット１４に対して浮上する方向に作用する軸線方向の軸支持力とが付与される。
【００２３】
ブラケット１４には、ロータマグネット１８の下面と軸線方向に対向する位置に、強磁性材料から形成された円環状のスラストヨーク３８が配置されており、ロータ２は、このスラストヨーク３８とロータマグネット１８との間に生じる磁気吸引力によって、軸線方向に磁気的にバイアスされることとなる。このロータ２に作用する軸線方向の磁気力と、スラスト軸受部２０及び上部ラジアル軸受部２８とが協働することで発生するロータ２の浮上力とがバランスし、ロータ２に対する軸線方向両側への荷重が支持され、ロータ２の回転中の姿勢が安定して維持されることになる。尚、ブラケット１４にスラストヨーク３８を配置する構成に代えて、例えば、ロータマグネット１８とステータ１６の磁気的な中心を軸線方向に相互に変位するよう配置することで、ロータ２に対する磁気吸引力を発生することも可能である。
【００２４】
スリーブ８の外周面の上端部には、半径方向外方に突設され且つ外周面がスラスト軸受部２０から離間するにつれて縮径するよう傾斜面状に形成された環状フランジ部８ａが設けられている。また、ロータ２の上壁部２ａの下面には、このフランジ部８ａの外周面と非接触状態で半径方向に対向する内周面を有する環状壁部２ｃが形成される。
【００２５】
この環状壁部２ｃの内周面とフランジ部８ａの外周面との間に規定される間隙の半径方向の間隙寸法は、フランジ部８ａの外周面が上記のとおり傾斜面状に形成されることで、軸線方向内方（環状壁部２ｃの先端部方向）に向かってテーパ状に漸増する。すなわち、スラスト軸受部２０の半径方向外端部において、この環状壁部２ｃの内周面とフランジ部８ａの外周面とが協働してテーパシール部３２を構成している。スラスト軸受部２０に保持されるオイルは、このテーパシール部３２において、オイルの表面張力と外気圧とがバランスされ、オイルと空気との界面がメニスカス状に形成される。
【００２６】
これらスラスト軸受部２０側のオイルと空気との界面とこれに連続する上部ラジアル軸受部２８側のオイルと空気との界面は、それぞれの界面が形成される半径方向の寸法が変化する各間隙内の、両界面に作用する外気圧等の圧力がバランスする位置において保持されることとなり、常に軸受部にオイルが保持された状態を維持するよう機能する。
【００２７】
すなわち、これらテーパシール部３２及び環状凹部４ａとスリーブ８の内周面との間の間隙がオイルリザーバとして機能し、これらの間隙内に保持されるオイルが、スラスト軸受部２０及び上部ラジアル軸受部２８のバッファオイルとして作用する。
【００２８】
尚、上述のとおり、オイルが連続して保持されるスラスト軸受部２０と上部ラジアル軸受部２８は協働して軸支持力を得るため、ロータ２の回転時に両軸受部間で圧力ピークが発生するのは一点のみで、オイルと空気との界面に向かうにつれて低圧となることから、オイルに混在する気泡は、順次両界面側へと移動し、空気中に開放されることとなる。
【００２９】
環状壁部２ｃの先端部には、かしめ等の手段によって抜止めリング３４が固着されている。この抜止めリング３４は、フランジ部８ａと非接触状態で嵌り合うことでスリーブ８に対するロータ２の抜け止め構造が構成される。このように、スリーブ８の外周面側においてロータ２の抜止め構造を構成することで、一対のラジアル軸受部２８，３０と抜止め構造とが軸線方向における同一線上に整列配置されることはない。従って、シャフト４の全長を軸受として有効に活用することが可能になり、軸受剛性を維持しながら更なるモータの薄型化が実現される。
【００３０】
抜止めリング３４は、フランジ部８ａの下面とテーパシール部３２に連続し且つテーパシール部３４の半径方向の間隙寸法よりも小な間隙寸法を有する軸線方向の間隙を介して対向している。更に、抜止めリング３４の半径方向内端部には、スリーブ８の軸線方向中央部に向かって突出する環状突部３４ａが設けられている。この環状突部３４ａの内周面とスリーブ８の外周面とは、抜止めリング３４とフランジ部８ａの下面との間に規定される軸線方向の隙間よりもさらに小な間隙寸法を有する半径方向の微小間隙を介して対向している。
【００３１】
環状突部３４ａの内周面とスリーブ８の外周面との間に規定される半径方向の微小間隙の間隙寸法を可能な限り小さく設定することによって、スピンドルモータの回転時に、この半径方向の微小間隙における空気の流速とテーパシール部３２及び抜止めリング３４とフランジ部８ａとの間に規定される軸線方向の間隙における空気の流速との差が大きくなり、オイルが気化することによって生じた蒸気の外部への流出抵抗を大きくしてオイルの境界面近傍に於ける蒸気圧を高く保ち、更なるオイルの蒸散を防止するよう、ラビリンスシールとして機能する。
【００３２】
このように、テーパシール部３２に連続してラビリンスシールを配することで、液体としてのオイルの流出が阻止されるばかりでなく、モータの外部環境温度の上昇等によりオイルが気化することで発生するオイルミストのモータ外部への流出も阻止することが可能となる。従って、長期間にわたって安定した軸受性能を維持することができ、耐久性、信頼性の高い軸受とすることができる。
【００３３】
抜止めリング３４に環状突部３４ａを設けてスリーブ８の外周面との間に微小間隙を形成することで、ラビリンスシールとして機能する区間を十分に確保することが可能となる。このため、薄型のモータであっても十分なシール機能が確保される。
【００３４】
以上、本発明に従う流体動圧軸受の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の請求項１のスピンドルモータでは、スラスト動圧軸受を構成するスラストプレートを要しないという簡略且つ低コスト化可能な構造を維持しつつ、軸受剛性を維持しながらモータの更なる薄型化が可能になる。
【００３６】
本発明の請求項２のスピンドルモータでは、軸受外部へのオイルミストによるオイルの流出がより効果的に防止され長期間にわたって安定した軸受性能を維持することが可能になると共に、薄型のモータであっても十分なシール機能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】従来のスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２ ロータ
２ｃ 環状壁部
４ シャフト
８ スリーブ
８ａ フランジ部
２０ スラスト軸受部
２８、３０ ラジアル軸受部
３４ 抜止めリング

Claims (2)

1. 円筒状のスリーブと、該スリーブ内に回転自在に遊挿されるシャフトと、該シャフトと一体的に構成された円形の天板と該天板の外周縁から垂下される円筒壁とからなるロータとを備えてなるスピンドルモータにおいて、前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面とは、毛細管現象によってオイルが保持される微小間隙を介して対向するとともに、前記スリーブの上端面及び天板の底面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの回転時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が設けられてスラスト軸受部が形成され、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面とは、毛細管現象によってオイルが保持される微小間隙を介して対向するとともに、前記スリーブの内周面及びシャフトの外周面の少なくともいずれか一方には、前記ロータの回転時に該オイルに動圧を誘起する動圧発生用溝が軸線方向に離間して設けられてラジアル軸受部が形成され、前記スリーブの外周面の前記スラスト軸受部側の端部には、半径方向外方に突設され前記スラスト軸受部から軸線方向に離間するにつれて縮径するよう外周面が傾斜面状に形成されたフランジ部が設けられ、また前記ロータの天板には、前記フランジ部を外周側から取囲む環状壁部が設けられ、該環状壁部の内周面と前記フランジ部の外周面との間には前記スラスト軸受部に保持されるオイルのメニスカスが形成されるテーパシールが構成されており、前記環状壁部には、前記テーパシールに軸線方向に対向すると共に前記フランジ部と軸線方向において係合する抜止めリングが装着されていることを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記抜止めリングの半径方向内端部には、軸線方向に突設される環状突部が設けられており、該環状突部の内周面と前記スリーブの外周面との間には、前記抜止めリングと前記フランジ部との軸線方向の係合面間に形成される間隙よりも小な微小間隙が形成されており、前記ロータの回転時に、前記環状突部の内周面と前記スリーブの外周面との間に形成される微小間隙並びに前記抜止めリングと前記フランジ部との係合面間に形成される間隙とは前記テーパシールに連続するラビリンスシールとして機能することを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。

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