JP4256657B2

JP4256657B2 - スピンドルモータ及びこのスピンドルモータを用いたディスク駆動装置

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Publication number: JP4256657B2
Application number: JP2002289005A
Authority: JP
Inventors: 佳樹岡山
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-01
Also published as: JP2004125046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オイルを作動流体とする動圧軸受を使用するスピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ハードディスク等の記録ディスクを駆動するディスク駆動装置において使用されるスピンドルモータの軸受として、シャフトとスリーブ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】
このような従来の動圧軸受を使用するスピンドルモータは、ロータハウジングと一体的に回転する軸の外周面と、この軸が回転自在に挿通される中空円筒状の軸受の内周面との間に、一対のラジアル動圧軸受部が軸線方向に離間して構成され、また軸の下端部外周に嵌合固定されるスラスト板の上面とこれに対向する軸受の対向面との間並びにスラスト板の下面とこれに対するスラスト受けの対向面との間に、それぞれスラスト動圧軸受部が構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この従来のスピンドルモータにおける軸受装置は、軸受の下端に埋め込まれたスラスト受けによって軸受の軸線方向下部側が密封され、上部側が開放された片袋構造になっており、各動圧軸受部に形成される微小間隙はそれぞれつながっていて、オイルが途切れることなく連続して保持されている（このようなオイル保持構造を、以下「フルフィル構造」と記す）。
【０００５】
フルフィル構造の動圧軸受は、軸受部の構造が簡略化され、低コスト化に向くという利点を有する一方、動圧軸受を構成するシャフトやスリーブといった部材や、回転時にオイルに動圧を誘起するための動圧発生溝の加工や組立誤差に起因して、オイルの内圧に不均衡が生じ、気泡の発生や、ロータが設計値以上に浮上してしまう、いわゆる過浮上の問題が生じる懸念がある。
【０００６】
このような懸念を排除するために、シャフト部の外周面に内周面が正六角柱形状の軸受リングを嵌め合わせたり、あるいは内周面に放射状に突出する複数の当接部を設けた軸受リングを嵌め合わせ、シャフト部の外周面と軸受リングの内周面との間に軸線方向のオイル通路を形成してオイル内圧の均衡を図るが知られている（例えば、特許文献２参）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−０５４６３６号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−２９５８１６号公報（第５−９頁、第１−６図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軸受リングのように円筒状の部材の場合、原材料となる金属製のパイプ部材を加工機のチャッキング部に保持させ、これを回転させながらバイトにて切削加工して形成する方法が一般的である。従って、円筒状部材の内周面を多角形状に加工するのは困難であり、また放射状の突起を形成するためには、バイトを変更して加工を行う必要があり、このため、加工工数が増加してコスト増につながることとなる。
【０００９】
また、組立時の応力変形や接着剤の侵入によって、このようなオイル通路が分断され所期のオイルの流通が阻害される懸念もある。
【００１０】
本発明は、小型・薄型で簡略な構造及び所望の軸受剛性を維持しつつ、負圧又はロータの過浮上の発生を防止し、低コスト化が可能であると共に、耐焼き付き性に優れた信頼性の高いスピンドルモータ及びこのスピンドルモータを用いたディスク駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、シャフトと、該シャフトが回転自在に遊挿される貫通孔が形成されたスリーブと、回転軸心に該シャフトが一体に設けら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を有するロータと、該スリーブに形成される貫通孔の一方の端部を閉塞する閉塞部材とを備えてなるスピンドルモータであって、
前記シャフトの外周面には、単一部材から構成された円筒状の外筒部材が装着され、前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面、前記スリーブの内周面と前記外筒部材の外周面並びに前記閉塞部材の内面と前記シャフト及び前記外筒部材の下端面との間には、連続する微小間隙が形成され、
前記微小間隙内及び前記外筒部材の上端面と前記ロータの天板の底面との間は外気に連通しない閉空間を構成し、前記閉空間には、全体にわたってオイルが途切れることなく連続して保持されており、
前記スリーブの内周面及び前記外筒部材の外周面の少なくともいずれか一方の面には、一対のスパイラルグルーブを連接してなるヘリングボーングルーブが動圧発生溝として設けられたラジアル動圧軸受部が構成され、
前記スリーブの上端面及び前記ロータの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前記オイルに対して半径方向内方に向かう圧力を付与する動圧発生溝が設けられたスラスト動圧軸受部が構成され、
前記外筒部材は、多孔質体から形成され、前記外筒部材には全体にわたって前記オイルが含浸されており、
前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面との間に形成される微小間隙並びに前記外筒部材の上端面と前記ロータの天板の底面との間に形成される微小間隙と、前記閉塞部材の内面と前記シャフト及び前記外筒部材の下端面との間に形成される微小間隙と、に保持される前記オイルは該多孔質体内を通じて流通可能に保持され、
前記微小間隙および前記閉空間を含む前記スラスト軸受部より内側の隙間は外気に連通せずに形成され、該内側の隙間は前記オイルで満たされていることを特徴とする。
【００１２】
この構成は、フルフィル構造の動圧軸受を用いた小型・薄型のスピンドルモータにおいて、簡略且つ安価な構成にて軸受部内に保持されるオイルの圧力の均衡をはかり、負圧並びに過浮上の発生を防止することを可能とするものである。
【００１３】
すなわち、シャフトの外周面に多孔質体からなる外筒部材を装着し、多孔質体内を通じて、スリーブの内周面と外筒部材の外周面との間に形成される微小間隙の軸線方向上下端部に保持されるオイルを流通可能に保持しておくことで、軸受構成部材の加工公差や組立に起因する応力変形等によって軸受内に保持されるオイルの圧力にアンバランスが生じても、外筒部材内を通じてオイルが高圧の領域から低圧の領域側に流動可能となるため、オイル内の負圧やロータの過浮上に起因する問題が解消される。
【００１４】
このように多孔質体を用いることで、複雑な加工を要せずともオイルの流通路を確保することが可能になると共に、ラジアル動圧軸受部の耐焼き付き性の向上が可能になる。加えて、外筒部材の装着によっても、オイルの流通路が分断される懸念も無い。
【００１５】
更に、シャフトの外周面と外筒部材との間にオイルの流通路を形成する場合に比べて、ラジアル動圧軸受部を小径にすることができ、オイルの粘性抵抗に起因する損失が低減され、より高効率な軸受とすることができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２は、請求項１に記載のスピンドルモータにおいて、前記多孔質体から形成される外筒部材の外周面のうち、少なくとも前記ラジアル動圧軸受部を構成する部位には封孔処理が施されている、ことを特徴とする（請求項２）。
【００１７】
更に、本発明の請求項３は、請求項１に記載のスピンドルモータにおいて、前記多孔質体から形成される外筒部材の外周面のうち、少なくとも前記ラジアル動圧軸受部を構成する部位には硬質化処理が施されている、ことを特徴とする。
【００１８】
加えて、本発明の請求項４は、請求項１乃至３のいずれかに記載のスピンドルモータにおいて、前記ラジアル動圧軸受部は、軸線方向に離間して一対形成されると共に、該一対のラジアル動圧軸受部のうち、前記スラスト動圧軸受部に近接する側に位置するラジアル動圧軸受部に形成される前記ヘリングボーングルーブは、前記ロータの回転時に前記オイルに対して前記閉塞部材の内面とシャフトの下端面との間に形成される軸受部側に向かう圧力が付与されるよう軸線方向に非対称な形状のスパイラルグルーブを連接して形成されており、また前記スラスト動圧軸受部から離間する側に位置するラジアル動圧軸受部に形成される前記ヘリングボーングルーブは、前記ロータの回転時に前記オイルに対して軸線方向に対称となる圧力勾配の流体動圧が付与されるよう実質的に同等な形状のスパイラルグルーブを連接して形成されている、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項５は、情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、前記スピンドルモータは、請求項１乃至４のいずれかに記載したスピンドルモータである、ことを特徴とする。
【００２０】
尚、請求項１以外の請求項に記載する発明は、本発明の実施形態に即した構成に関するものであり、重複した記載を避けるために、各請求項に係る発明の構成による作用効果並びにその原理に関しては、下記発明の実施の形態及び発明の効果において詳述する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスピンドルモータ及びこのスピンドルモータを用いたディスク駆動装置の実施形態について図１乃至図４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。
【００２２】
（１）スピンドルモータの構成
図１に図示されるごとく、本発明の実施形態に係るスピンドルモータは、略カップ状のロータハブ２ａと、このロータハブ２ａの回転中心に一体的に設けられたシャフト２ｂとから構成されるロータ２と、ブラケット４に設けられた円形ボス部４ａに固着された中空円筒状のスリーブ６とこのスリーブ６の一方の開口端部を閉塞するカバー部材８とを有する。
【００２３】
ロータハブ２ａの内周面にはロータマグネット１０が接着等の手段によって取付けられている。また、円形ボス部４ａの外周面にはこのロータマグネット１０と半径方向に対向してステータ１２が固着される。
【００２４】
シャフト２ｂの外周面には、円筒状の外筒部材１４が接着等の手段によって装着されている。この外筒部材１４は多孔質焼結体からなり、その材質については特に限定はなく、各種金属粉末や金属化合物粉末、非金属粉末を原料として成形、焼結したものが使用できる。原料としてはＦｅ−ＣｕやＣｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｆｅ−Ｃなどが挙げられる。この多孔質焼結体製のスリーブ８内には、後に述べる軸受間隙に保持されるのと同じオイルが含浸されている。
【００２５】
また、図１において斜線にて示すように、外筒部材１４の外周面側表面には、封孔処理部１４ａが形成されており、後に詳述する動圧軸受部で誘起した動圧が多孔質体内の空孔を通じて減圧されることがないよう配慮がなされている。この場合、封孔処理部１４ａには、例えば目潰し加工等の機械加工、表面に露出した空孔内への樹脂等の含浸、あるいは、ニッケル等の金属にるメッキ被膜の形成や、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティング等の手段により封孔処理が施される。とりわけ、電解又は無電解ニッケルメッキやＤＬＣ等による表面硬質化処理によって封孔処理部１４ａを形成した場合には、動圧軸受部に多孔質体を用いた場合に懸念される摩耗の問題が軽減されるので、軸受部の信頼性並びに耐久性が改善される。
【００２６】
尚、図１に図示する実施形態では、封孔処理部１４ａは外筒部材１４の外周面全体に形成されているが、外周面のうち、ラジアル動圧軸受部を構成する部分にのみ形成することも可能である。
【００２７】
スリーブ８の中心部を軸線方向に貫通する貫通孔（軸受穴）には、シャフト２ｂ及び外筒部材１４が挿通されている。外筒部材１４の外周面は、スリーブ８の内周面と間隙を介して半径方向に対向し、またシャフト２ｂ及び外筒部材１４の端面は、カバー部材８の内面と間隙を介して軸線方向に対向している。スリーブ６は、その上方側の端面が外筒部材１４の上方側の端面よりも幾分ロータハブ２ａ側に突出するよう取付けられている。
【００２８】
これらスリーブ６の上方側の端面とロータハブ２ａの下方側面との間に形成される間隙と、スリーブ６の内周面と外筒部材１４の外周面との間に形成される間隙と、カバー部材８の内面とシャフト２ｂ及び外筒部材１４の端面との間に形成される隙間（これらの各隙間を合わせて、以下「軸受隙間」と記載する）とは全て連続している。これら連続する各隙間には、オイルが途切れることなく連続して保持されており、フルフィル構造の軸受を構成している。
【００２９】
スリーブ６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その上端面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６ａが設けられている。また、ロータハブ２ａには、下方側面の半径方向外端部にブラケット４側に垂下する周壁部２ｃが設けられている。この周壁部２ｃの内周面とフランジ部６ａの外周面とは、非接触状態で半径方向に対向している。
【００３０】
この周壁部２ｃの内周面とフランジ部６ａ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６ａの外周面が上記のとおり傾斜面状に形成されることで、ブラケット４側（周壁部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、この周壁部２ｃの内周面とフランジ部６ａの外周面とが協働してテーパシール部１６を構成している。上述した軸受間隙内に保持されるオイルは、このテーパシール部１６のみにおいて、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。
【００３１】
テーパシール部１６は、オイルリザーバとして機能し、テーパシール部１６内に保持されるオイル量に応じて界面の形成位置が適宜移動可能である。従って、テーパシール部１６内に保持されるオイルが、オイル保持量の減少にともない後に説明する軸受部に供給されると共に、熱膨張等によって体積が増大した分のオイルは、このテーパシール部１６内に収容される。
【００３２】
このように、スリーブ６のフランジ部６ａの外周面とロータハブ２ａの周壁部２ｃの内周面間にテーパ状間隙を形成し、表面張力を利用したテーパシール部１６を構成することで、テーパシール部１６がより大径となると共に、テーパシール部１６の軸線方向寸法も比較的に大とすることができる。従って、テーパシール部１６内の容積が増大し、フルフィル構造の動圧軸受に多量に保持されるオイルの熱膨張に対しても十分に追随可能となる。
【００３３】
周壁部２ｃのテーパシール部１６よりも先端部には、接着等の手段によって環状の抜止めリング１８が固着されている。この抜止めリング１８がフランジ部６ｂの下部に対して非接触状態で嵌り合うことで、スリーブ６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６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、後に詳述する一対のラジアル動圧軸受部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、相互に対向する外筒部材１４の外周面とスリーブ６の内周面との軸線方向の高さ寸法全体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。
【００３４】
抜止めリング１８の上面とフランジ部６ａの下面並びに抜止めリング１８の内周面とスリーブ６の外周面とは、テーパシール部１６に連続し且つテーパシール部１６の半径方向の間隙の最小の隙間寸法よりも小な隙間寸法を有する間隙を介して対向している。
【００３５】
このとき、抜止めリング１８の上面とフランジ部６ａの下面との間に規定される軸線方向の間隙並びに抜止めリング１８の内周面とスリーブ６の外周面との間に形成される半径方向の隙間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、これら抜止めリング１８とスリーブ６との間の間隙における空気の流速とテーパシール部１６に規定される半径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お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。
【００３６】
このように、テーパシール部１６に連続してラビリンスシールを設けることで、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、オイル保持量の低下を防止して、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。
【００３７】
（２）軸受部の構成
図２はスリーブ６の断面図であり、これに図示される如く、スリーブ６の内周面には、その上端側に、ロータ２の回転時にオイルに流体動圧を誘起するために、回転方向に対して相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状のヘリングボーングルーブ２０ａが形成されており、外筒部材１４の外周面との間で上部ラジアル動圧軸受部２０が構成される。
【００３８】
上部ラジアル動圧軸受部２０のヘリングボーングルーブ２０ａは、上方側に位置するスパイラル溝部が下方側に位置するスパイラル溝部よりも軸線方向寸法が大に形成されており、ロータ２の回転に応じて、軸受部の中心から下方側に偏倚した部位で動圧の極大点が発生すると同時に、オイルを下方側に押し込む圧力が生じるよう形成されている。この押し込み圧によって、上部ラジアル動圧軸受部２０よりも下方側に位置する間隙内に保持されるオイルの内圧が大気圧以上に保たれる。
【００３９】
また、スリーブ６の内周面には、その下端側に、ロータ２の回転時にオイルに流体動圧を誘起するために、回転方向に対して相反する方向に傾斜する一対のスパイラル溝を連結して構成される略「く」の字状のヘリングボーングルーブ２２ａが形成されており、シャフト２ｂの外周面との間で下部ラジアル動圧軸受部２２が構成される。
【００４０】
下部ラジアル動圧軸受部２２に形成されるヘリングボーングルーブ２２ａは、各スパイラルグルーブが実質的に同等のポンピング力を発生するよう、軸線方向の寸法、回転方向に対する傾斜角あるいは溝幅や深さといった溝諸元が同一となるよう設定される、つまり、各スパイラルグルーブが連結部に対して線対称になるよう設定されている。従って、下部ラジアル動圧軸受部２２では、軸受部の軸線方向中央部において最大動圧が現れる。
【００４１】
スリーブ６の内周面のうち、上部ラジアル動圧軸受部２０と下部ラジアル動圧軸受部２２との間に位置する部分には、図２に示すように、その内径が拡大する逃げ部６ｂが形成されている。この逃げ部６ｂが形成される部位において外筒部材１４の外周面との間に形成される軸受間隙が拡大し、オイルの粘性抵抗による損失が低減される。
【００４２】
上記したとおり、スリーブ６とともに上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２を構成する外筒部材は、表面に封孔処理部１４ａが形成された多孔質体よりなるので、ロータ２の回転時に、外筒部材１４とスリーブ６との接触摺動が生じた場合も、焼き付きによるロックの発生が防止され、信頼性を向上することができる。
【００４３】
更に、図３に図示されるように、スリーブ６の上端側の端面には、ロータ２の回転時にオイルに対して半径方向内方（シャフト２ｂ側）に向かう圧力を誘起するポンプインのスパイラルグルーブ２４ａが形成されており、ロータハブ２ａの下方側面との間でスラスト動圧軸受部２４が構成される。
【００４４】
これら上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２に設けられるヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａは、例えば電解加工やボール転造等の切削加工あるいはコイニング等のプレス加工によって形成することができる。
【００４５】
（３）軸支持方法
次に、上記のとおり構成された各軸受部による軸支持方法について詳述する。
【００４６】
上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２では、ロータ２の回転にともない、ヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａによるポンピング力が高まり、流体動圧が生じる。上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２における圧力分布は、ヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａの両端側から急激に高まり、各スパイラルグルーブの連結部付近において極大となる。この上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２で発生する流体動圧を用いて、ロータ２がスリーブ８及びシャフト２ｂの軸線方向上下部から支持され、ロータ２の調芯作用及び倒れに対する復元作用を担っている。
【００４７】
スラスト動圧軸受部２４では、ロータ２の回転にともない、ポンプインのスパイラルグルーブ２４ａによって、オイルに半径方向内方に向かう圧力が誘起される。この半径方向内方に向かう圧力によって、オイルの内圧が高められ、ロータ２の浮上方向に作用する流体動圧が発生すると共に、スラスト動圧軸受部２４よりも軸受隙間の奥側（閉塞端部６ａ側）に保持されるオイル全体の圧力が正圧に保たれることとなる。尚、スラスト動圧軸受部２４で誘起される流体動圧は、上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２のように急激に高まることはなく、最大でも大気圧を幾分上回る程度である。このスラスト動圧軸受部２４で発生する半径方向内方に向かう圧力によって、スラスト動圧軸受部２４よりも軸受隙間の奥側に保持されているオイルは、圧力的に実質上密封された状態となる。
【００４８】
また、上部ラジアル動圧軸受部２０に形成されるヘリングボーングルーブ２０ａを軸線方向に非対称な形状とし、オイルに対して下方側へと押圧する動圧を発生することで、その軸受部の中心部から幾分下部ラジアル動圧軸受部２２側に偏倚した部位で極大となる動圧を発生し、シャフト２ｂを軸線方向上方から支持すると共に、上部ラジアル動圧軸受部２０と下部ラジアル動圧軸受部２２との間の領域の圧力が大気圧以上の正圧に保たれ、負圧の発生が防止される。
【００４９】
尚、上記のとおり、スラスト動圧軸受部２４で発生する圧力は、大気圧を幾分上回る程度であり、これのみでロータ２を十分に浮上させるのは困難である。しかしながら、シャフト２ｂ及び外筒部材１４の端面とカバー部材８の内面との間に保持されたオイルの内圧も、スラスト動圧軸受部２４で誘起される流体動圧によって高められたオイルの内圧と同等の圧力となるよう伝播されるので、静圧軸受部として機能する。これらスラスト動圧軸受部２４と静圧軸受部との協働によって、ロータ２を十分に浮上させることが可能となる。
【００５０】
また、ブラケット４のロータマグネット１０との対向位置に強磁性材からなる環状のスラストヨーク２６を配置し、ロータマグネット１０とスラストヨーク２６との間で軸線方向の磁気吸引力を発生させることで、スラスト動圧軸受部２４及びシャフト２ｂ及び外筒部材１４の端面とカバー部材８の内面との間の静圧軸受部で発生するロータ２の浮上圧とバランスさせて、ロータ２のスラスト方向の支持を安定させている。このようなロータ２に対する磁気的な付勢は、例えば、ステータ１２とロータマグネット１０との磁気的中心を軸線方向に相違させることによっても作用させることが可能である。
【００５１】
（４）オイル内圧の補償
上記したとおり外筒部材１４は外周面側に封孔処理部１４ａが形成された多孔質体から形成されている。また、この多孔質体内には軸受間隙に保持されているオイルと同じオイルが含浸されている。
【００５２】
上部及び下部ラジアル動圧軸受部２０，２２が構成されるスリーブ６の内周面と外筒部材１４の外周面との間に形成される微小間隙が所定の寸法を維持している場合、あるいは、ヘリングボーングルーブ２０ａ，２２ａが所定の精度を維持して形成されている場合には、各軸受部に保持されるオイルは少なくともスラスト動圧軸受部２４で発生する圧力と等価となり、オイルの内圧が負圧となることはない。
【００５３】
しかし、スリーブ６の内周面又は外筒部材１４の外周面の加工誤差によって、スリーブ６の内周面と外筒部材１４の外周面との間に形成される微小間隙が、その軸線方向上端部側が下端部側よりも広く形成されると、下部ラジアル動圧軸受部２２側の発生する動圧が上部ラジアル動圧軸受部２０で発生する動圧を上回り、軸線方向下方側から上方側へと向かうオイルの流動が発生して、カバー部材８によって閉塞されるスリーブ６の一方の端部側、すなわち軸受隙間の奥側に保持されているオイルの内圧が負圧となる懸念がある。また、スリーブ６の内周面と外筒部材１４の外周面との間に形成される微小間隙が、その軸線方向上端部側が下端部側よりも狭く形成された場合には、上部ラジアル動圧軸受部２０に設けられたヘリングボーングルーブ２２ａの発生する動圧が所定圧以上となり、シャフト２ｂ及び外筒部材１４の端面とカバー部材８の内面との間に保持されるオイルの内圧が必要以上に高まってロータ２の過浮上が発生する懸念がある。
【００５４】
これに対し、外筒部材１４を多孔質体から形成することで、上述したような軸受間隙内に保持されるオイルの圧力に不均衡が生じた場合にも、オイルの圧力が高い側から低い側へと多孔質体内を通じてオイルが流通するので、圧力の均衡がはかられ、負圧や過浮上の発生が防止される。
【００５５】
また、上部ラジアル動圧軸受部２０に設けられるヘリングボーングルーブ２０ａを軸線方向に非対称な形状とし、オイルに対して下方側へと押圧する動圧を発生することで、上部ラジアル動圧軸受部２０と下部ラジアル動圧軸受部２２との間の領域の圧力が大気圧以上の正圧に保たれ、負圧の発生が防止されると共に、ヘリングボーングルーブ２０ａの発生する押圧力によって、オイルは常に多孔質体内を通じて循環することとなる。
【００５６】
これにより、軸受隙間内のオイルが常に一定方向に流動することとなり、圧力の均衡がはかられるので、負圧による気泡の発生やロータ２の過浮上の発生が防止されると共に、加工誤差に対する許容範囲が格段に拡大するので、歩留まりが改善される。
【００５７】
尚、多孔質体から形成される外筒部材１４の上端がスラスト動圧軸受部２４よりも半径方向内方側に開口するよう配置することで、大気圧よりも高圧な領域内でオイルの圧力が一定に保たれるようになる。このように、スラスト動圧軸受部２４によって、これよりも軸受部の奥側は圧力的に密封された状態となる。
【００５８】
例えば、外筒部材１４の上端がスラスト動圧軸受部２４よりもオイルの界面側に位置していた場合、モータの定常回転時等軸受部で所定の動圧が発生している間は十分な支持剛性が得られているため、軸受部の接触や摺動が発生する可能性は低い。しかし、モータの停止時等モータの回転速度が低下すると、外筒部材１４の上端が圧力的に密封された領域以外の部分、すなわち、オイルの圧力が大気圧と同等もしくはそれ以下の領域に開口していることで、軸受部内で高く維持されていたオイルの圧力が、多孔質体内にあるオイルの圧力との差圧によって急激に低下することとなる。
【００５９】
このように軸受部内の圧力が急激に低下することで、ロータ２は容易に触れ回ったり偏心したりして、シャフト２ｂやスリーブ６等軸受部を構成する部材に接触や摺動が発生することとなる。これは、ロータハブ２ａに載置される記録ディスクを含むロータ２の重量アンバランス、モータを構成する部材の加工や組立公差あるいはステータ１２とロータマグネット１０との間に作用する磁気力のアンバランス等が原因と考えられるが、このような軸受部の接触や摺動がモータが停止する度に繰り返されることで、軸受部を構成する部材の摩耗や損傷が顕著となり、モータの信頼性や耐久性を低下させる。
【００６０】
これに対し、外筒部材１４の上端がスラスト動圧軸受部２４の半径方向内方に位置することで、モータが完全に停止する直前までスパイラルグルーブ２４ａによるポンピングが作用し、オイルには半径方向内方側に作用する流体動圧が誘起され続ける。従って、スラスト動圧軸受部２４が圧力的な隔壁として働くので、軸受部内の圧力の低下が緩やかになり、軸受部を構成する部材の接触や摺動が緩和され、モータの信頼性や耐久性の低下が抑制される。
【００６１】
（５）ディスク駆動装置の構成
図４に、一般的なディスク駆動装置５０の内部構成を模式図として示す。ケーシング５１の内部は塵・埃等が極度に少ないクリーンな空間を形成しており、その内部に情報を記憶する円板状のディスク板５３が装着されたスピンドルモータ５２が設置されている。加えてケーシング５１の内部には、ディスク板５３に対して情報を読み書きするヘッド移動機構５７が配置され、このヘッド移動機構５７は、ディスク板５３上の情報を読み書きするヘッド５６、このヘッドを支えるアーム５５及びヘッド５６及びアーム５５をディスク板５３上の所要の位置に移動させるアクチュエータ部５４により構成される。
【００６２】
このようなディスク駆動装置５０のスピンドルモータ５２として上記実施形態のスピンドルモータを使用することで、ディスク駆動装置５０の薄型化並びに低コスト化を可能にすると同時に、スピンドルモータの安定性や信頼性及び耐久性が改善されるので、より信頼性の高いディスク駆動装置とすることができる。
【００６３】
以上、本発明に従うスピンドルモータ及びこれを備えたディスク駆動装置の一実施形態について説明したが、本発明は係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。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の請求項１のスピンドルモータでは、フルフィル構造の動圧軸受において簡略且つ安価な構造で負圧や過浮上の問題を解消することが可能になると共に、耐焼き付き性が改善され信頼性を向上することが可能になる。
【００６５】
本発明の請求項２のスピンドルモータでは、軸受部に多孔質体を用いながらも動圧の低下を軽減し、高い支持剛性を維持することが可能になる。
【００６６】
本発明の請求項３に記載のスピンドルモータでは軸受部に多孔質体を用いながらも摩耗を軽減し、高い信頼性を得ることが可能になる。
【００６７】
本発明の請求項４に記載のスピンドルモータでは、オイルに対して強制的な循環を促して歩留まりの改善やオイルの挙動を安定化させつつ、一対のラジアル動圧軸受部間の領域での負圧の発生を防止することが可能になる。
【００６８】
本発明の請求項５のディスク駆動装置では、所望の回転精度を得つつも、ディスク駆動装置の小型・薄型化並びに低コスト化が可能になると共に、信頼性を向上することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピンドルモータの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に図示されるスピンドルモータにおいてラジアル動圧軸受部に形成されるヘリングボーングルーブの形状を示す部分拡大断面図である。
【図３】図１に図示されるスピンドルモータにおいてスラスト動圧軸受部に形成されるスパイラルグルーブの形状を示す平面図である。
【図４】ディスク駆動装置の内部構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
２ロータ
２ｂシャフト
６スリーブ
８カバー部材（閉塞部材）
１４外筒部材
２０，２２ラジアル動圧軸受部
２０ａ，２２ａヘリングボーングルーブ
２４スラスト動圧軸受部

Claims

シャフトと、該シャフトが回転自在に遊挿される貫通孔が形成されたスリーブと、回転軸心に該シャフトが一体に設けら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を有するロータと、該スリーブに形成される貫通孔の一方の端部を閉塞する閉塞部材とを備えてなるスピンドルモータであって、
前記シャフトの外周面には、単一部材から構成された円筒状の外筒部材が装着され、
前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面、前記スリーブの内周面と前記外筒部材の外周面並びに前記閉塞部材の内面と前記シャフト及び前記外筒部材の下端面との間には、連続する微小間隙が形成され、
前記微小間隙内及び前記外筒部材の上端面と前記ロータの天板の底面との間は外気に連通しない閉空間を構成し、前記閉空間には、全体にわたってオイルが途切れることなく連続して保持されており、
前記スリーブの内周面及び前記外筒部材の外周面の少なくともいずれか一方の面には、一対のスパイラルグルーブを連接してなるヘリングボーングルーブが動圧発生溝として設けられたラジアル動圧軸受部が構成され、
前記スリーブの上端面及び前記ロータの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前記オイルに対して半径方向内方に向かう圧力を付与する動圧発生溝が設けられたスラスト動圧軸受部が構成され、
前記外筒部材は、多孔質体から形成され、前記外筒部材には全体にわたって前記オイルが含浸されており、
前記スリーブの上端面と前記ロータの天板の底面との間に形成される微小間隙並びに前記外筒部材の上端面と前記ロータの天板の底面との間に形成される微小間隙と、前記閉塞部材の内面と前記シャフト及び前記外筒部材の下端面との間に形成される微小間隙と、に保持される前記オイルは該多孔質体内を通じて流通可能に保持され、
前記微小間隙および前記閉空間を含む前記スラスト軸受部より内側の隙間は外気に連通せずに形成され、該内側の隙間は前記オイルで満たされていることを特徴とするスピンドルモータ。
前記多孔質体から形成される外筒部材の外周面のうち、少なくとも前記ラジアル動圧軸受部を構成する部位には封孔処理が施されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
前記多孔質体から形成される外筒部材の外周面のうち、少なくとも前記ラジアル動圧軸受部を構成する部位には硬質化処理が施されている、ことを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
前記ラジアル動圧軸受部は、軸線方向に離間して一対形成されると共に、該一対のラジアル動圧軸受部のうち、前記スラスト動圧軸受部に近接する側に位置するラジアル動圧軸受部に形成される前記ヘリングボーングルーブは、前記ロータの回転時に前記オイルに対して前記閉塞部材の内面とシャフトの下端面との間に形成される軸受部側に向かう圧力が付与されるよう軸線方向に非対称な形状のスパイラルグルーブを連接して形成されており、また前記スラスト動圧軸受部から離間する側に位置するラジアル動圧軸受部に形成される前記ヘリングボーングルーブは、前記ロータの回転時に前記オイルに対して軸線方向に対称となる圧力勾配の流体動圧が付与されるよう実質的に同等な形状のスパイラルグルーブを連接して形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスピンドルモータ。
情報を記録できる円板状記録媒体が装着されるディスク駆動装置において、ハウジングと、該ハウジングの内部に固定され該記録媒体を回転させるスピンドルモータと、該記録媒体の所要の位置に情報を書き込み又は読み出すための情報アクセス手段とを有するディスク駆動装置であって、
前記スピンドルモータは、請求項１乃至４のいずれかに記載したスピンドルモータである、ことを特徴とするディスク駆動装置。