JP4094784B2

JP4094784B2 - 動圧軸受装置

Info

Publication number: JP4094784B2
Application number: JP27264799A
Authority: JP
Inventors: 五明　　正人; 正義齋地
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-09-27
Also published as: JP2001099141A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばハードディスクドライブ用モータなどに適用可能な動圧軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来型の動圧軸受装置を用いたモータの一例を示す。従来の動圧軸受装置は、図２に示すように、ディスクを載置するためのハブ２の中心孔にシャフト１が固定され、このシャフト１にラジアル動圧発生用のグルーブ加工が施された軸受４が挿入されている。シャフト１の下端側にはスラスト動圧軸受用のグルーブ加工が施されたスラストプレート５が圧入固定され、シャフト１の下端面に載置されたカウンタープレート６と上記軸受４にてスラストプレート５を挟み込み、カウンタープレート６を固定して、軸受４とカウンタープレート６との間の隙間を接着剤等で封止して軸受組が構成されている。この軸受組に、動圧発生のための潤滑流体が封入される。ハブ２の周壁内周面にマグネット７が固定され、シャフト１とスラストプレート５とハブ２によりロータ組が構成されている。
【０００３】
また、ベースフレーム８に絶縁紙１１及びフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）１０が貼り付けられてベース組が構成され、絶縁塗装を施した積層コア１２に導線が巻き付けられてコア巻線組が構成され、軸受４の外周中央部に積層コア１２が圧入固定され、軸受４の外周下方部にはベース８が固定されて組み付けられ、ステータ組が構成されている。
【０００４】
また、シャフト１と軸受４との間に潤滑流体の漏れを防止するためのシール部１８が設けられている。ハブ２の天井部には、ハブ２と軸受４との隙間から漏れるオイルを吸収するためのオイル吸収部材１６が取り付けられている。オイル吸収部材１６は、ハブ２の天井部に固着されたカバープレート１５に保持されている。カバープレート１５はほぼ円板形をしており、その内周端面は軸受４の外周面上端部に微小間隙をおいて対向している。このカバープレート１５の上に円板状のオイル吸収部材１６が取り付けられており、オイル吸収部材１６の内周端面は上記ハブ２の下面１７と軸受４の上端面との間隔部分に対向している。
上記ステータ組にロータ組を組み付けることにより流体動圧軸受モータが完成し、回転軸であるシャフト１と軸受４との間にはラジアル動圧軸受４０が形成され、この動圧軸受による動圧作用によりシャフト１は回転自在に支持されている。また、シャフト１の下端部に圧入されたスラストプレート５と、軸受４の下端開口部に被せられて軸受４の下端を封止した蓋部材としてのカウンタープレート６との間、およびスラストプレート５と軸受のスラストプレート対向面との間にはスラスト動圧軸受４１が形成され、スラスト荷重を支持するようになっている。
【０００５】
このような従来型のモータにおいては、軸受装置の薄型化を図るに際し、薄型化を阻害する種々の要因が存在する。
まず、図２に示す軸受装置においては、シャフト１の下端面側にカウンタープレート６が配置されているため、このカウンタープレート６の厚みの分だけ薄型化が阻害される。
また、シャフト１の下端側にはスラストプレート５が圧入固定されているが、十分な接合強度を確保した圧入による固定を行うためには、摩擦係数が０．２程度必要であるため、接合長さを長くする必要がある。これは薄型化を阻害する要因である。ラジアル軸受剛性を高めるためには、軸方向の軸受長さを長くする必要があり、カウンタープレートとスラストプレートの厚みは、薄型化を阻害する要因となっている。
【０００６】
さらに、シャフト方向に設けられたシール部１８が毛細管シールの場合、潤滑流体の蒸発に起因する信頼性を高めるために、毛細管シールを長くして十分なオイル量を確保する必要がある。そのため、軸方向に長くなり薄型化の障害となる。また、磁性流体シールとした場合でも、マグネットやポールピースの厚みが薄型化の障害となる。
【０００７】
また、スラストプレート５がシャフト１と別体の構成となっているため、シャフト１に対するスラストプレート５の直角精度を十分に高く確保することが難しく、軸受性能が悪くなるといった問題もある。
【０００８】
しかも、油吸収布等のオイル吸収部材１６はなるべくシール部近傍に設置したいが、モータ内はスペースが限られた構造となっているため、図２に示す軸受装置において薄型化を図る場合、シール部近傍に十分なスペースを確保することができないという問題もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、軸受の接合強度が高く、しかも、モータの小型化と薄型化を可能とした動圧軸受装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、中心軸を中心に回転する軸とこの軸を回転可能に支持する軸受の円筒部との一方に動圧発生用溝を形成して動圧軸受部を形成するとともに、動圧軸受部に潤滑流体を介在させ、軸の回転により発生する動圧力により軸を回転可能に支持するようにした動圧軸受装置において、
軸の一端側には、軸受の一端面と軸方向に対向し軸の外周面から半径方向外側に伸びる円筒部対向面を有するディスクハブが設けられ、他端側には、軸受の他端面と軸方向に対向し軸の外周面から半径方向外側に伸びるプレート部が設けられ、
軸受の円筒部内周面には、ラジアル動圧軸受部が形成され、
軸受の円筒部の一端面と該一端面と対向するディスクハブの円筒部対向面との間、および軸受の円筒部の他端面とプレート部との間にそれぞれスラスト動圧軸受部が形成され、この２つのスラスト動圧軸受部が上記ラジアル動圧軸受部を挟むように配置され、
軸受の半径方向外周側には、一端側のスラスト動圧軸受部から他端側に向かって隙間寸法が拡大する毛細管シール部が形成され、軸受の外周面のうち毛細管シール部を構成する部位は、一端側端部から他端側に向かうに従って縮径する形状に形成され、
潤滑流体は、ラジアル動圧軸受部、２つのスラスト動圧軸受部、および、毛細管シール部に途切れることなく満たされ、且つ上記毛細管シール部のみにて上記潤滑流体の液面が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の動圧軸受装置において、プレート部は、軸と一体成形されているか、又は別部材を接合して一体に形成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の動圧軸受装置において、ディスクハブは、軸受の円筒部端面と対向するように形成された円筒部対向面より外周側に、円筒部の一方側を囲むように形成された環状部を有し、
前記毛細管シール部は、上記円筒部外周面と環状部内周面との間に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の動圧軸受装置において、一端側のスラスト動圧軸受部には、軸受内周側が圧力が高まるよう軸受外周側のポンピング力が大きくなる動圧発生用溝が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる動圧軸受装置の実施の形態について説明する。図１に本発明にかかる動圧軸受装置を用いることができる軸回転型のディスクドライブ用モータの一例を示す。なお、図２に示したモータと同様の構成部材については同様の番号を付している。
図１に示すように、ディスクを取付けるためのハブ２は、その中心孔が回転軸１の上端部に圧入されることによって回転軸１に固定されている。このとき回転軸１とハブ２の接合部から潤滑流体が漏れないように全周を溶接し又はシール材を施すことによって漏れ防止措置を行う。
【００１６】
回転軸１は、中心に円筒部３８を有することによって両端に開口部を有する軸受４の上記円筒部３８に挿入されて、軸受４に取り付けられている。カウンタープレート６は回転軸１の外周下端部に圧入固定されている。
【００１７】
回転軸１と軸受４の円筒部３８とのいずれか一方には動圧発生溝が設けられてラジアル動圧軸受部４０が形成され、この動圧軸受部に潤滑流体が介在され、回転軸１と軸受との相対回転により発生する動圧力により、回転軸１は相対回転可能に支持される。
【００１８】
また、軸受４の円筒部３８の上端面４Ａと、これに面するハブ２の対向面２Ａとの間には上側スラスト動圧軸受部４１ａが形成され、回転軸１の下端部に圧入されたカウンタープレート６の上面６Ａと軸受４のカウンタープレート対向面４Ｂとの間には下側スラスト動圧軸受部４１ｂが形成され、それぞれスラスト荷重が支持されるようになっている。
【００１９】
上述のようにスラスト軸受部４１ａとスラスト軸受部４１ｂは、ラジアル軸受部４０を構成する軸受４の円筒部３８の軸方向両側に配置されている。このように、スラスト軸受部４１をラジアル軸受部４０に対して軸方向に上下に配置することで、スラスト軸受の接合強度、曲げ強度を向上させることができる。
【００２０】
なお、図１に示すように、スラスト軸受を構成する部材としてスラストプレートを別体に設けずに軸受４とスラストプレートとを一体とすることで、スラストプレートの厚さ分だけ薄型化を図ることができる。
さらに、スラスト軸受部とラジアル軸受部とを同時に加工することができるため、回転軸に対するスラスト軸受の直角度を精度よく仕上げることができる。
なお、図１ではカウンタープレート６と回転軸１とは別体で、カウンタープレート６は回転軸１の外周下端部に圧入固定されているが、回転軸１とカウンタープレート６は一体であってもかまわない。
【００２１】
ベースフレーム８の内側円筒部３５の外周には、積層コア１２の中心孔が圧入等によって固定され、軸受４はその外周部とベースフレーム８の中心孔との圧入等によってベースフレーム８に固定されている。
【００２２】
ディスクハブ２は、軸受４の円筒部３８の上端面４Ａと対向するように形成された円筒部３８の対向面２Ａより外周側に、軸受４の円筒部３８の一方側の端面を囲むように形成された環状部３９を有している。円筒部３８の外周面３８Ａと環状部３９の内周面３９Ａとの間隔は、円筒部３８の他方側の端面に向かって順次広くなるようになっており、この部分は毛細管シール部３７となっている。ラジアル動圧軸受部４０及びスラスト動圧軸受部４１ａ、４１ｂは潤滑流体で充填され、この潤滑流体の液面は毛細管シール部３７に位置するようになっている。このように毛細管シール部を軸受４の外周面側に配置することにより、ラジアル軸受部４０の長さを必要以上に長くする必要がなくなる。
【００２３】
軸受４の外側上端面４Ｃと対向するハブ２の対向面１７Ｂは緩やかなテーパー面に形成されていて、このハブ２の下面１７Ｂと軸受４の外側上端面４Ｃとの間隔は、軸受４の半径方向外側に向かって順次広くなるように形成されている。
【００２４】
上記軸受４の外側上端面４Ｃとハブ２の下面１７Ｂにより形成された空間の開放端側には、ハブ２と軸受４との隙間から漏れるオイルを吸収するためのオイル吸収部材１６が配置されている。このオイル吸収部材１６は、ベースフレーム８の内側円筒部３５の上端に設けられたプレート３６上に固定されている。軸受４の外側上端面４Ｃと、これに対向するハブ２の下面１７Ｂには、それぞれ撥油処理が施されている。このように本発明によれば、オイル吸収部材１６を毛細管シール部３７に隣接して配置することができるので、モータの内部が流体オイルで汚染されることを防ぐことができる。
【００２５】
なお、潤滑流体が漏れないように毛細管シール部３７側の上側スラスト軸受４１ａは、軸受内周側圧力が上がるように、軸受外周側のポンピング力が大きくなるようなグルーブ形状とするとよい。
【００２６】
ハブ２の周壁内周面には円筒状のロータマグネット７が嵌められ、接着等によってハブ２に固着されている。ロータマグネット７は予め周方向に一定間隔でＮＳに交互に着磁されている。
【００２７】
ベースフレーム８の下面に形成された溝にはフレキシブル配線基板１０が配置され、また、ベース８の上側からは絶縁紙１１が落とし込まれ、ベースフレーム８の内底部に配置されている。これらによってベース組が構成されている。
【００２８】
また、積層コア１２の各突極にワイヤを巻いてこれを駆動コイル１３とし、コア巻線組が構成されている。コア巻線組の各駆動コイル端末は上記フレキシブル配線基板１０の所定の配線パターンに半田付されている。さらに、接着剤等でフレキシブル配線基板１０の引き出し部分その他が封止されている。
【００２９】
軸受４、カウンタープレート６、回転軸１の下方部は、カバー３４によって閉封され、カバー３４の一端側は軸受４に接合され、潤滑流体が漏れないように封止されている。このようにカバー３４を用いて封止することにより、オイル注入口を一箇所とすることができ、オイル注入時の作業性を向上させることができる。
【００３０】
本発明は図１に示す実施の形態に限らず、回転軸１を段付回転軸とし、油切り部まで一体で加工してもよく、また、回転軸１とハブ２も一体として形成してもよい。さらに、上下別々のスラストプレートを設け、これらを軸受に固定しラジアル軸受を構成してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、中心軸を中心に軸とこの軸を回転可能に支持する軸受の円筒部との一方に動圧発生用溝を形成して動圧軸受部を形成するとともに、上記動圧軸受部に潤滑流体を介在させ、上記軸の回転により発生する動圧力により上記軸を回転可能に支持するようにした動圧軸受装置において、
上記軸受の円筒部内周面には、ラジアル動圧軸受部が形成されるとともに、上記円筒部の両端面には、スラスト動圧軸受部が形成され、この２つのスラスト動圧軸受部を上記ラジアル動圧軸受部を挟むように配置したため、スラスト軸受の接合強度、曲げ強度を上げることができる。さらに、スラスト軸受とラジアル軸受を同時に加工することができるため、回転軸に対するスラスト軸受の直角度を精度よく確保することができる。
【００３２】
また、軸の一端側には、軸受の円筒部端面に面する円筒部対向面を有するディスクハブが設けられ、他端側にはプレート部が設けられ、上記軸受の円筒部の一端面と上記ディスクハブの円筒部対向面との間、および上記軸受の円筒部の他端面と上記プレート部との間にそれぞれスラスト動圧軸受部が形成されているため、軸受の両端面においてスラスト荷重を支持することができる。
【００３３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の動圧軸受装置において、ディスクハブは、軸受の円筒部端面と対向するように形成された円筒部対向面より外周側に、円筒部の一端側を囲むように形成された環状部を有し、
毛細管シール部は、円筒部外周面と環状部内周面との間に形成したため、ラジアル軸受部を余分に長くする必要がなく、また、油切り構造を毛細管シールに隣接して配置することができるので、モータの内部が流体オイルで汚染されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる動圧軸受装置を用いることができるモータの一例を示す断面図である。
【図２】従来の動圧軸受装置を用いたモータの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１軸
４軸受
３８円筒部
４０ラジアル動圧軸受部
４１ａスラスト動圧軸受部
４１ｂスラスト動圧軸受部

Claims

中心軸を中心に回転する軸とこの軸を回転可能に支持する軸受の円筒部との一方に動圧発生用溝を形成して動圧軸受部を形成するとともに、上記動圧軸受部に潤滑流体を介在させ、上記軸の回転により発生する動圧力により上記軸を回転可能に支持するようにした動圧軸受装置において、
上記軸の一端側には、上記軸受の一端面と軸方向に対向し上記軸の外周面から半径方向外側に伸びる円筒部対向面を有するディスクハブが設けられ、他端側には、上記軸受の他端面と軸方向に対向し上記軸の外周面から半径方向外側に伸びるプレート部が設けられ、
上記軸受の円筒部内周面には、ラジアル動圧軸受部が形成され、
上記軸受の円筒部の一端面と該一端面と対向する上記ディスクハブの円筒部対向面との間、および上記軸受の円筒部の他端面と上記プレート部との間にそれぞれスラスト動圧軸受部が形成され、この２つのスラスト動圧軸受部が上記ラジアル動圧軸受部を挟むように配置され、
上記軸受の半径方向外周側には、上記一端側のスラスト動圧軸受部から他端側に向かって隙間寸法が拡大する毛細管シール部が形成され、上記軸受の外周面のうち上記毛細管シール部を構成する部位は、一端側端部から他端側に向かうに従って縮径する形状に形成され、
上記潤滑流体は、上記ラジアル動圧軸受部、２つのスラスト動圧軸受部、および、上記毛細管シール部に途切れることなく満たされ、且つ上記毛細管シール部のみにて上記潤滑流体の液面が形成されていることを特徴とする動圧軸受装置。
前記プレート部は、軸と一体成形されているか、又は別部材を接合して一体に形成したことを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
前記ディスクハブは、軸受の円筒部端面と対向するように形成された円筒部対向面より外周側に、円筒部の一端側を囲むように形成された環状部を有し、
前記毛細管シール部は、上記円筒部外周面と環状部内周面との間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
上記一端側のスラスト動圧軸受部には、軸受内周側が圧力が高まるよう軸受外周側のポンピング力が大きくなる動圧発生用溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の動圧軸受装置。