JP3961332B2 - 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、例えば磁気ディスク装置のＨＤＤ（ハードデスクドライブ）用モータ等、精密な回転が要求されるモータとして好適なスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスピンドルモータは、電磁モータによって回転させられるハブが回転軸を介して軸受に回転自在に支持された構成が一般的であり、図３はその一例を示している。このスピンドルモータは、ベース９０に固定された軸受ユニット９１に回転軸９２が回転自在に支持され、回転軸９２の上端突出部にハブ９３が固定されており、ベース９０に固定されたステータユニット９４とハブ９３に固定されたマグネット９５からなるモータ９６により、ハブ９３が回転軸９２を中心に回転する。回転するハブ９３には図示せぬ磁気ディスクが搭載され、ハブ９３と一体に回転する。
【０００３】
軸受ユニット９１は、回転軸９２のラジアル荷重を受けるスリーブ９１Ａと、回転軸９２のスラスト荷重を受けるカウンタプレート９１Ｂとから構成されている。カウンタプレート９１Ｂは、スリーブ９１Ａの下端面に固着されてスリーブ９１Ａの軸孔９１ａの下端開口を塞いでおり、軸孔９１ａの上側は開放している。一方、回転軸９２は、その下端部にフランジ９２Ａを有している。軸受ユニット９１と回転軸９２との間には潤滑油が供給されるが、その潤滑油に動圧を発生させる動圧発生部が、両者の間に設けられている。
【０００４】
動圧発生部は、回転軸９２のラジアル荷重を受けるラジアル動圧発生部と、回転軸９２のスラスト荷重を受けるスラスト動圧発生部とに分けられる。ラジアル動圧発生部は、スリーブ９１Ａの内周面に周方向に沿って形成された複数の溝によって構成される。また、スラスト動圧発生部は、フランジ９２Ａに対向するカウンタプレート９１Ｂの上面と、フランジ９２Ａに対向するスリーブ９１Ａの段部９１ｂとに、それぞれ周方向に沿って形成された複数の溝により構成される。動圧は、溝に供給された潤滑油が回転軸９２の回転によって高圧化することにより発生し、動圧の発生によって回転軸９２を非接触、かつ低トルクで高い回転精度に支持することができる。なお、溝としては、回転軸９２の回転方向に収束するＶ字状のヘリングボーン溝等が一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記ラジアル動圧発生部は、回転軸９２の軸方向に２列設けると、軸受剛性が高まって回転軸の振れ特性が向上し、しかも２列の間のスパンが長いほど効果的である。しかしながら、図３に示したスピンドルモータの回転軸９２は下端部にフランジ９２Ａを有していることから、フランジ９２Ａよりも上側の軸部の長さが短くなってしまい、２列のラジアル動圧発生部を設けることが困難であった。ラジアル動圧発生部を２列設けるためには軸部を長くすることが考えられるが、それでは近年とみに要求されてきているスピンドルモータの薄型化には対応できない。すなわち、従来のスピンドルモータでは、薄型化の要求に伴って２列のラジアル動圧発生部を設けることが難しく、そのため、振れ特性の向上が阻害されていた。
【０００６】
よって本発明は、２列のラジアル動圧発生部をできるだけ長いスパンをおいて設けることができ、その結果として回転軸の振れ特性の大幅な向上が図られ、しかも薄型化に十分対応なスピンドルモータを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸方向の中間部にフランジを有する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する軸受と、回転軸に固定される回転体と、この回転体を電磁作用で回転させるモータとを備え、回転軸と軸受との間に潤滑油が供給されるスピンドルモータであって、回転軸は、大径部と小径部とを有するとともに、小径部に嵌め込まれ、かつ、この小径部と大径部との間に形成された軸方向に直交する段部に当接した状態で固定される円板状フランジを有し、軸受は、回転軸の小径部が挿入される軸孔と、円板状フランジが収納される小径の凹所と、一端側には大径の凹所とを有するとともに、他端側の軸孔はカウンタプレートで閉塞された外側スリーブと、外側スリーブの大径の凹所に嵌合され、回転軸の大径部が挿入される軸孔を有する内側スリーブとを有し、さらに、回転軸における小径部の外周面と外側スリーブの内周面との間、および大径部の外周面と内側スリーブの内周面との間のそれぞれに、ラジアル動圧発生部が設けられ、円板状フランジと対向する、外側スリーブの端面との間および内側スリーブの端面との間のそれぞれに、スラスト動圧発生部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、回転軸の中間部にスラスト動圧発生用の円板状フランジが設けられ、この円板状フランジの両側の小径部および大径部と、これら小径部および大径部が支持される外側スリーブおよび内側スリーブとの間にラジアル動圧発生部が設けられている。したがって、スラスト動圧発生用のフランジを設けながらも、２列のラジアル動圧発生部をできるだけ長いスパンをおいて設けることができる。ちなみに、本発明では回転軸の両端（小径部および大径部のそれぞれの端部）に対応させてラジアル動圧発生部を設けることができ、この場合が最も長いスパンである。このため、本発明では回転軸の振れ特性の大幅な向上が図られる。また、回転軸を長くすることなく２列のラジアル動圧発生部をできるだけ長いスパンをおいて設けることができるので、薄型化に十分対応可能である。
さらに、回転軸に設けられる円板状フランジが、小径部と大径部との間に形成された軸方向に直交する段部に当接した状態で固定されるので、回転軸に対する円板状フランジの軸方向位置を正確に位置決めすることができるとともに、円板状フランジの回転軸に対する直角度（軸方向に直交する状態の姿勢）を高い精度で得ることができ、組立性の向上が図られる。また、運転中、すなわち回転軸の回転中において、円板状フランジの軸方向へのズレを防止することもできる。
【０００９】
本発明では、上記のように、軸受は、回転軸の小径部が挿入される外側スリーブと、該外側スリーブの一端側の大径の凹所に嵌合され、回転軸の大径部が挿入される内側スリーブとを備え、外側スリーブ側の他端側の軸孔はカウンタプレートで閉塞されており、外側スリーブには、フランジを収納する小径の凹所が形成されている。
【００１０】
この形態によると、回転軸に、カウンタプレート側に向かう軸方向の衝撃が加わった場合、その衝撃は、フランジのカウンタプレート側の端面から外側スリーブの小径の凹所に伝わり、その小径の凹所で受けられる。このため、フランジと回転軸の接合部に応力はかからず、その接合部に欠陥が生じたり、フランジが変形したりすることが防止される。また、カウンタプレートに衝撃が伝わらないので、カウンタプレートの脱落も防止される。これらのことから、耐衝撃性の大幅な向上が図られる。さらに、小径部が形成されることにより軸受に対する回転軸の動圧摩擦が軽減し、これによって消費電力の低減が図られる。
【００１１】
本発明のラジアル動圧発生部およびスラスト動圧発生部は、回転軸もしくは軸受のいずれか一方に形成された溝によって設けることができる。これら溝は、通常、固定側すなわち軸受側に形成される。また、その溝としては、上記ヘリングボーン溝が挙げられる。
【００１２】
また、本発明では、フランジの両端側の油圧が均一化される観点から、フランジに、その両端面に貫通する油孔を回転軸の大径部の外周面に対応する位置に形成したことを好ましい形態とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明をＨＤＤ用モータに適用した一実施形態を説明する。
図１は、一実施形態のスピンドルモータの断面を示している。このモータは、ケース１０、軸受ユニット２０、回転軸３０、モータ４０、ハブ（回転体）５０から構成されている。ケース１０の中心には図１で上方に突出する円筒状のホルダ部１１が形成されており、このホルダ部１１内に軸受ユニット２０が圧入されている。軸受ユニット２０は、円筒状の外側スリーブ６０および内側スリーブ７０からなるスリーブ（軸受）２１と、このスリーブ２１の下側開口を塞ぐ円板状のカウンタプレート２２とから構成されている。
【００１４】
回転軸３０は軸受ユニット２０によって回転自在に支持されており、軸受ユニット２０から突出する上端部のハブ固定部３１に、図示せぬボルト等によってハブ５０が固定されている。ハブ５０は、円板部５１と、円板部５１の周縁から垂下する円筒部５２とを有する断面略ハット状であり、円筒部５２の外周に図示せぬ磁気ディスクが嵌め込まれて固定される。回転軸３０にハブ５０が固定された状態で、ハブ５０の円筒部５２の内周面とケース１０のホルダ部１１の外周面とは互いに対向し、これら対向面のケース１０側にはコイル４１が巻かれたステータ４２が固着され、ハブ５０側にはモータマグネット４３が固着されている。これらステータ４２およびモータマグネット４３により、モータ４０が構成されている。
【００１５】
以上が一実施形態のスピンドルモータの概略構成であり、このモータによれば、コイル４１に所定の電流を供給するとステータ４２から電流磁界が発生し、この電流磁界とモータマグネット４３との間に発生する電磁相互作用により、ハブ５０が回転軸３０を中心として回転し、磁気ディスクが回転する。
【００１６】
次いで、軸受ユニット２０および回転軸３０の構成を詳述する。
まず、回転軸３０から説明すると、回転軸３０は、上記ハブ固定部３１から下方部分がスリーブ２１に挿入されており、その挿入部分は、上から、ハブ固定部３１よりも大径の大径部３２と、ハブ固定部３１よりも小径の小径部３３に分けられ、さらに、小径部３３の上端部に、フランジ３４を備えている。このフランジ３４は、回転軸３０の軸部と別体で軸部に溶接等の手段で固着されている。大径部３２は小径部３３よりも長く、例えばその比率は２：１程度である。フランジ３４には、上下の端面に貫通する複数の油孔３４ａが周方向に等間隔をおいて形成されている。これら油孔３４ａは、大径部３２の外周面に対応する位置に形成されている。
【００１７】
軸受ユニット２０は、前述の如くスリーブ２１とカウンタプレート２２とから構成されている。スリーブ２１は、外側スリーブ６０に形成された円筒状の凹所（大径の凹所）６１に、軸孔７１を有する内側スリーブ７０が圧入されて構成されている。外側スリーブ６０の凹所６１の底面には円形の段部（小径の凹所）６２が形成され、外側スリーブ６０の下面には円形の段部６３が形成されており、これら段部６２，６３間に軸孔６４が形成されている。下面の段部６３にはカウンタプレート２２が嵌め込まれている。このカウンタプレート２２は、圧入や溶接または接着等の手段によって外側スリーブ６０に固着されている。
【００１８】
内側スリーブ７０の軸孔７１は回転軸３０の大径部３２に対応し、段部６２には回転軸３０のフランジ３４が嵌め込まれ、外側スリーブ６０の軸孔６４は回転軸３０の小径部３３に対応している。大径側と小径側の各軸孔７１，６４の内周面には、ラジアル動圧発生用の溝が形成されている。溝としては、図２に示すように、Ｖ字状の複数のヘリングボーン溝８０が挙げられ、その場合には、回転軸３０の回転方向Ｒに向かって先端が収束するように、かつ周方向に等間隔に形成される。また、回転軸３０のフランジ３４を挟む外側スリーブ６０の段部６２と内側スリーブ７０の下端面とには、スラスト動圧発生用の溝がそれぞれ形成されている。溝としては、上記ヘリングボーン溝でもよく、また、この他にはスパイラル状の溝等であってもよい。
【００１９】
上記軸受ユニット２０は、回転軸３０の小径部３３を外側スリーブ６０の軸孔６４に挿入すると同時にフランジ３４を段部６２に嵌め込み、次いで軸孔７１に回転軸３０を通しながら内側スリーブ７０を外側スリーブ６０の凹所６１に圧入し、最後にカウンタプレート２２を段部６３に嵌め込んで固着させる手順で組み立てられる。また、この他の組立方法としては、回転軸３０にフランジ３４を組み付けてから、小径部３３を外側スリーブ６０の軸孔６４に挿入すると同時にフランジ３４を段部６２に嵌め込み、次いで、大径部３２を内側スリーブ７０の軸孔７１に挿入させながら外側スリーブ６０の凹所６１に倍側スリーブ７０を圧入させて嵌め込み、最後にカウンタプレート２２を段部６３に嵌め込んで固着させる手順を採用することもできる。この組立状態で、軸受ユニット２０と回転軸３０との間には潤滑油が供給される微小な隙間が形成される。軸受ユニット２０は、図１に示すように外側スリーブ６０をベース１０のホルダ部１１内に圧入するか、もしくは嵌め込んだ状態を溶接、接着等の手段によって固着させることにより、ベース１０に固定される。
【００２０】
なお、軸受ユニット２０（外側スリーブ６０、内側スリーブ７０およびカウンタプレート２２）と回転軸３０の材質であるが、両者は、例えばステンレス鋼と各種銅合金（青銅、黄銅等）の組み合わせが挙げられ、軸受ユニット２０は多孔質の焼結合金を用いることもできる。例えば軸受ユニット２０が銅合金の場合、上記のラジアル動圧やスラスト動圧の発生用溝は、化学エッチング、電解エッチングあるいはコイニング等の手法で形成することができる。また、焼結合金の場合、溝は、圧粉体の成形時あるいは焼結体のサイジング時等に成形することができる。
【００２１】
次に、上記回転軸３０およびこれを支持する上記軸受ユニット２０の作用について説明する。モータ４０の作用で回転軸３０が回転すると、軸受ユニット２０と回転軸３０との間に潤滑油が浸透して油膜が形成される。そして、スリーブ２１の各ラジアル動圧発生用溝に潤滑油が供給され、その潤滑油が高圧化してラジアル側の動圧が発生する。また、スリーブ２１のスラスト動圧発生用溝に潤滑油が供給され、その潤滑油が高圧化してスラスト側の動圧が発生する。ここで、図１に、ラジアル動圧およびスラスト動圧が発生する部分を、それぞれラジアル動圧発生部Ｒおよびスラスト動圧発生部Ｔとして示す（実際には軸受ユニット２０と回転軸３０との間に存在する）。回転軸３０のラジアル荷重はラジアル動圧発生部Ｒによって受けられ、スラスト荷重はスラスト動圧発生部Ｔによって受けられる。スラスト動圧発生部Ｔがフランジ３４の両端面に対して設けられているので、回転軸３０は上下方向の移動が規制される。また、フランジ３４の油孔３４ａによってフランジ３４の上下の油圧が均一化される。
【００２２】
本実施形態によれば、回転軸３０に設けるスラスト動圧発生用のフランジ３４を軸方向の中間部に位置させ、このフランジ３４の両側にラジアル動圧発生部Ｒを設けている。したがって、スラスト動圧発生用のフランジ３４を設けながらも、２列のラジアル動圧発生部Ｒを軸方向にできるだけ長いスパンをおいて設けることができる。本実施形態では、回転軸３０がスリーブ２１で支持される部分の両端部にラジアル動圧発生部Ｒを設けており、両者のスパンは最大限に長くとられている。したがって、回転軸３０の振れ特性の大幅な向上が図られる。また、回転軸３０を長くすることなく２列のラジアル動圧発生部Ｒをできるだけ長いスパンをおいて設けることができるので、薄型化に十分対応可能である。
【００２３】
また、回転軸３０に、カウンタプレート２２側に向かう軸方向（図１で下方）の衝撃が加わった場合、その衝撃は、フランジ３４のカウンタプレート２２側の端面からスリーブ２１の段部６２に伝わり、その段部６２で受けられる。このため、回転軸３０に対するフランジ３４の接合部に応力はかからず、その接合部に欠陥が生じたり、フランジ３４が変形したりすることが防止される。また、カウンタプレート２２に衝撃が伝わらないので、カウンタプレート２２の脱落も防止される。これらのことから、耐衝撃性の大幅な向上が図られる。さらに、小径部３３が形成されることによりスリーブ２１に対する回転軸３０の動圧摩擦が軽減し、これによって消費電力の低減が図られる。
【００２４】
また、回転軸３０をスリーブ２１に組み込む際には、フランジ３４を外側スリーブ６０の段部６２に嵌め込んで当接させることにより、このフランジ３４を軸方向に位置決めすることができるので、組立が容易となり、これに伴って生産性の向上が図られる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスピンドルモータによれば、回転軸のフランジを軸方向の中間部に設け、このフランジの両側にラジアル動圧発生部を設けたので、２列のラジアル動圧発生部をできるだけ長いスパンをおいて設けることができ、その結果として回転軸の振れ特性の大幅な向上が図られ、しかも薄型化に十分対応であるといった効果を奏する。また、回転軸が大径部と小径部とを有し、これらの間の段部にフランジを当接させ、このフランジが外側スリーブの小径の凹所に収納され、この小径の凹所で、回転軸に加わる衝撃を受ける構成とすることにより、フランジと回転軸の接合部の欠陥、フランジの変形あるいはカウンタプレートの脱落等を防止することができ、その結果、耐衝撃性の大幅な向上が図られる。また、フランジを小径の凹所に収納することによりフランジの軸方向の位置決めがなされ、これによって組立が容易となり生産性の向上が図られる。さらに、回転軸に小径部が形成されることにより、軸受に対する回転軸の動圧摩擦が軽減し、消費電力の低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るＨＤＤ用スピンドルモータの縦断面図である。
【図２】 動圧溝の一例を示すスリーブ内周面の展開図である。
【図３】 従来のＨＤＤ用スピンドルモータの一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２０…軸受ユニット、２１…スリーブ（軸受）、２２…カウンタプレート、
３０…回転軸、３２…大径部、３３…小径部、３４…フランジ、
３４ａ…油孔、４０…モータ、５０…ハブ（回転体）、６２…段部、
６４，７１…軸孔、８０…ヘリングボーン溝、Ｒ…ラジアル動圧発生部、
Ｔ…スラスト動圧発生部。

Claims (4)

1. 軸方向の中間部にフランジを有する回転軸と、
   この回転軸を回転自在に支持する軸受と、
   前記回転軸に固定される回転体と、
   この回転体を電磁作用で回転させるモータとを備え、
   前記回転軸と前記軸受との間に潤滑油が供給されるスピンドルモータであって、
   前記回転軸は、大径部と小径部とを有するとともに、小径部に嵌め込まれ、かつ、この小径部と前記大径部との間に形成された軸方向に直交する段部に当接した状態で固定される円板状フランジを有し、
   前記軸受は、前記回転軸の前記小径部が挿入される軸孔と、前記円板状フランジが収納される小径の凹所と、一端側には大径の凹所とを有するとともに、他端側の前記軸孔はカウンタプレートで閉塞された外側スリーブと、
   前記外側スリーブの前記大径の凹所に嵌合され、前記回転軸の前記大径部が挿入される軸孔を有する内側スリーブとを有し、
   さらに、前記回転軸における前記小径部の外周面と前記外側スリーブの内周面との間、および前記大径部の外周面と前記内側スリーブの内周面との間のそれぞれに、ラジアル動圧発生部が設けられ、
   前記円板状フランジと対向する、前記外側スリーブの端面との間および前記内側スリーブの端面との間のそれぞれに、スラスト動圧発生部が設けられていることを特徴とするスピンドルモータ。
2. 前記ラジアル動圧発生部は、前記回転軸もしくは前記軸受のいずれか一方に形成された溝によって設けられ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。
3. 前記スラスト動圧発生部は、前記回転軸もしくは前記軸受のいずれか一方に形成された溝によって設けられ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。
4. 前記フランジには、その両端面に貫通する油孔が前記大径部の外周面に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスピンドルモータ。

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