JP4275982B2 - 軸受機構、モータおよびディスク駆動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体動圧を利用した軸受機構、軸受機構を備えたモータ、および、モータを用いたディスク駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ハードディスク装置やリムーバブルディスク装置等のディスク駆動装置は、記録ディスクを回転駆動するスピンドルモータ(以下、「モータ」という。)を備えている。近年のディスク駆動用のモータでは、シャフトがスリーブに挿入された軸受機構が設けられ、軸受機構ではスリーブとシャフトとの間の間隙に充填された潤滑油による流体動圧が利用される。このような軸受機構では、潤滑油が軸受機構内の動圧部であるシャフトとスリーブの間の間隙から漏出することを防止するために、あるいは、潤滑油を複数の動圧部間で循環させて圧力のバランスをとるために、複数箇所の潤滑油を連通させる連通孔を備えたものが知られている。
【0003】
連通孔は、一般に、放電加工やドリル加工により形成されるが、構造上、小径の孔であるため洗浄が困難であり、連通孔形成時等の異物(切削粉など)が連通孔内に残留するおそれがある。連通孔内に残留した異物は、潤滑油の流れにより連通孔内から流出して動圧部であるシャフトとスリーブとの間の間隙に侵入し、シャフトやスリーブと接触して軸受性能に悪影響を与えるおそれがある。
【0004】
このため、連通孔内に潤滑油を濾過するフィルタを設け、潤滑油に含まれる異物を除去するようにした軸受機構が知られている(例えば、特許文献1ないし4参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開昭48−29938号公報
【特許文献2】
特開平8−163818号公報(段落0038、図6)
【特許文献3】
特開平8−163821号公報(段落0035、図7)
【特許文献4】
特開平10−80091号公報(段落0024、図1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ディスク駆動装置では薄型化が望まれており、近年においては、さらなる小型化を目的として、例えば、シャフトの外周面とスリーブの内周面との間で、潤滑油による流体動圧を利用して回転軸に垂直なラジアル方向の支持を行うとともに、シャフトに固定された回転体の下面(シャフト側の面)とスリーブの上端面との間で、潤滑油による流体動圧を利用して回転軸に平行なスラスト方向の支持を行う軸受機構(以下、「ST(シングルスラスト)タイプ」と呼ぶ。)が注目されている。
【0007】
小型化が可能な他の好ましい軸受機構の例としては、シャフトの外周面に設けられた円錐状の傾斜面と、この傾斜面と対向してスリーブの内周面に設けられた傾斜面との間で、流体動圧を利用してラジアル方向およびスラスト方向の支持を行う軸受機構(以下、「コーンタイプ」と呼ぶ。)がある。コーンタイプの軸受機構では、傾斜した軸受面によりラジアル方向とスラスト方向の両方向の支持が行われるため、小型化が実現される。
【0008】
STタイプやコーンタイプの軸受機構では、小型化に伴い、連通孔の径(例えば1mm以下)が小さくされるため、モータ製造時の洗浄により除去できずに連通孔内に残留した異物は、通常、連通孔内に強く付着しており、モータ駆動時にあまり流出しないものと考えられてきた。このため、従来、STタイプやコーンタイプの軸受機構では、連通孔内にフィルタが設けられていなかった。しかしながら、STタイプやコーンタイプの軸受機構においても潤滑油の温度変化や潤滑油の流れの状態等によっては異物が連通孔から流出することが判明した。
【0009】
一方で、フィルタは連通孔内の潤滑油の流れを妨げないものである必要があり、フィルタの密度を極端に上げることができないため、フィルタにより連通孔内の異物の流出を完全に防止することはできない。そこで、フィルタよりも効率よく異物を除去する手法も望まれている。
【0010】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流体動圧を利用した軸受機構(特に小型の軸受機構)において、連通孔から異物が流出されることをより確実に防止することを目的とする。また、異物流出防止により、流体動圧を利用した軸受機構を有するモータおよびディスク装置において、信頼性を向上することも目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、軸受機構であって、第1の部材と、前記第1の部材を所定の中心軸を中心に回転可能に支持する第2の部材とを備え、前記第1の部材の第1軸受面と、前記第1軸受面と対向する前記第2の部材の第2軸受面との少なくともいずれか一方に流体動圧発生用の溝が形成されており、前記第1軸受面と前記第2軸受面との間の間隙に潤滑油が連続して存在し、前記第1の部材または前記第2の部材が、前記間隙内または前記間隙に連絡する2つの部位の潤滑油を連通する連通孔を有し、前記第1軸受面および前記第2軸受面が二硫化モリブデンまたはカーボンを含む混合物である被覆材料により被覆されており、前記連通孔の少なくとも一部の内側面が前記被覆材料にて被覆されている。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の軸受機構であって、前記中心軸が向く方向に関して、前記連通孔の両端の開口が前記間隙の両側に位置する、または、一方の開口が前記間隙に位置するとともに他方の開口が前記間隙外に位置する。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の軸受機構であって、前記第1軸受面および前記第2軸受面の一方が、前記中心軸を中心とするシャフトの外周面であり、他方が、前記シャフトが挿入される有底のスリーブの内周面である。
【0014】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の軸受機構であって、前記シャフトの固定端から前記中心軸に対して外側に向かって伸びる円板部をさらに有し、前記円板部の前記シャフト側の面と前記スリーブの前記円板部に対向する端面との少なくともいずれか一方に流体動圧発生用の溝が形成されており、前記第1軸受面と前記第2軸受面との間の第1間隙から前記円板部と前記スリーブとの間の第2間隙、さらに前記シャフトの自由端側の面と前記スリーブの底面との間の第3間隙へと潤滑油が連続して存在し、前記連通孔が、前記第1間隙と前記第2間隙との間へと連絡する部位の潤滑油または前記第2間隙の潤滑油と、前記第3間隙の潤滑油とを連通する。
【0015】
請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の軸受機構であって、前記シャフトが、前記中心軸に沿って径が漸次増大し、前記第1軸受面および前記第2軸受面の前記一方が側面である略円錐形状の円錐部を有し、前記スリーブが、前記円錐部の側面と対向する前記第1軸受面および前記第2軸受面の前記他方である傾斜面を有し、前記中心軸が向く方向に関して、前記連通孔の両端の開口が前記間隙の両側に位置する。
【0017】
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の軸受機構であって、前記連通孔の少なくとも一部において、前記連通孔が伸びる方向に垂直な断面の直径が1.0mm以下である。
【0018】
請求項7に記載の発明は、電動式のモータであって、請求項1ないし6のいずれかに記載の軸受機構と、前記第1の部材を前記第2の部材に対して前記中心軸を中心に相対的に回転させる界磁用磁石および電機子とを備える。
【0019】
請求項8に記載の発明は、ディスク駆動装置であって、情報を記録するディスク状の記録媒体を収容する筐体と、前記筐体内部に固定されて、前記記録媒体を回転させる請求項7に記載のモータと、前記記録媒体に対する情報の書き込みまたは読み出しを行うアクセス手段とを備える。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るディスク駆動装置(本例ではハードディスク装置)70の内部構成を示す図である。ディスク駆動装置70は、ハウジング71の内部が、塵や埃が極度に少ないクリーンな空間となっており、ハウジング71の内部に、情報を記憶するディスク状の記録媒体72が装着されたディスク駆動用のスピンドルモータ1(以下、「モータ1」という。)と、記録媒体72への情報の書き込みおよび(/または)読み出しを行うアクセス部73が収容される。
【0021】
アクセス部73は、ディスク状の記録媒体72に近接して情報の書き込みおよび読み出しを磁気的に行うヘッド731、ヘッド731を支持するアーム732、並びに、アーム732を移動させることによりヘッド731と記録媒体72との相対的位置を変更するヘッド移動機構733を有する。このような構成により、ヘッド731は回転する記録媒体72に近接した状態で記録媒体72の所要の位置にアクセスし、情報の書き込みおよび読み出しを行う。
【0022】
図2は、モータ1の構成を示す縦断面図である。モータ1は、固定組立体2と、回転組立体3とを備えており、潤滑油による流体動圧を利用した軸受機構4により、回転組立体3が固定組立体2に対して回転軸10を中心として回転可能に支持される。
【0023】
固定組立体2は、ベースプレート21と、スリーブ22と、シールキャップ23と、電機子24と、磁気シールド板25と、スラストヨーク26とを備える。
【0024】
ベースプレート21は、固定組立体2の各部を保持するものであり、底板部211と、スリーブ保持部212と、外壁部213とを有して略椀状となっている。ベースプレート21は、非磁性体(例えば、アルミニウム合金)により形成される。底板部211は略円板状であり、スリーブ保持部212は底板部211の中央部から略円筒状に突出し、スリーブ保持部212によりスリーブ22が保持される。外壁部213は、底板部211の外縁において底板部211から立ち上がった壁状となっている。ベースプレート21は、上述のディスク駆動装置70のハウジング71に固定される。
【0025】
スリーブ22は、回転組立体3を回転可能に支持するものであり、金属により略円筒状に形成される。スリーブ22の下端側はスリーブ保持部212に圧入され、スリーブ22の中心軸は、モータ1の回転軸10となる。シールキャップ23は略円板状であり、スリーブ22の下端側の開口を閉塞し、これにより、スリーブ22は一端が閉塞された有底状となる。このとき、シールキャップ23は、後述する連通孔60を閉塞しないように、スリーブ22の端面に対しては所定の間隙を形成する。
【0026】
電機子24は珪素鋼板を積層してなるコアと、コアの磁極に捲回されるコイルとを有し、スリーブ22の周囲(すなわち後述のシャフト30の周囲)に配置されるようにベースプレート21の外壁部213に固定される。また、電機子24のコイルは、図示省略の電流供給回路に接続され、供給される電流が制御される。磁気シールド板25は、電機子24からの磁気を遮蔽するものであり、回転軸10を中心とする略円環状とされ、電機子24の上方にてベースプレート21の外壁部213に固定される。磁気シールド板25は、強磁性体により形成される。
【0027】
スラストヨーク26は、後述する界磁用磁石33との間の磁気的引力により回転組立体3をベースプレート21側に引き付けるためのものであり、回転軸10を中心とする円環状の強磁性体であり、ベースプレート21の底板部211に固定される。
【0028】
一方、回転組立体3は、ロータハブ31と、抜止部材32と、界磁用磁石33と、磁気シールド板34とを備える。
【0029】
ロータハブ31は、回転組立体3の各部を保持するものであり、シャフト30と、円板部312と、円筒部313と、ディスク載置部314とを有してシャフト30以外の部分が略椀状となっている。ロータハブ31は、鉄等の磁性体により形成される。
【0030】
シャフト30は、一端側が円板部312の中央に固定された固定端となっており、他端側が自由端となっている。円板部312は、シャフト30の固定端から回転軸10に対して外側に向かって伸びる円板状となっている。円筒部313は、円板部312の外縁において、円板部312から回転軸10を中心としてスリーブ22の外周に沿ってシャフト30の自由端側へと突出した円筒状となっている。ディスク載置部314は、上述のディスク状の記録媒体72(図1参照)が載置される部位であり、円筒部313の外周面から円環状に突出する。なお、記録媒体72は、図示省略のクランパによりディスク載置部314に固定される。
【0031】
ロータハブ31は、シャフト30が固定組立体2のスリーブ22に挿入されて円板部312の下面がスリーブ22の上端面に対向し、円筒部313がスリーブ22の外周に沿って位置する状態で、スリーブ22により回転軸10を中心に回転可能に支持される。シャフト30の先端側(自由端側)はスリーブ22の下端側に位置し、シャフト30の固定端側はスリーブ22の上端側に位置し、シャフト30の中心軸はスリーブ22の中心軸と一致し、モータ1の回転軸10となる。
【0032】
抜止部材32は、シャフト30がスリーブ22から抜けること(すなわち回転組立体3が固定組立体2から分離すること)を防ぐものであり、回転軸10を中心とする円環状とされ、ロータハブ31の円筒部313の内周面に固定される。抜止部材32は鉄等の金属により形成され、回転組立体3が固定組立体2から離れる方向に移動した場合に、スリーブ22の上部から外周方向に突出するフランジ部221に抜止部材32が当接して係止され、これにより、シャフト30がスリーブ22から抜けることが防止される。
【0033】
界磁用磁石33は、回転軸10を中心としてシャフト30の周囲に配置され、所定の電流が通電された電機子24が界磁用磁石33との間で回転軸10を中心に回転組立体3を回転させる回転力(トルク)を発生する。また、界磁用磁石33は、既述のように下方のスラストヨーク26との間の磁気的吸引力により回転組立体3を固定組立体2のベースプレート21側に引き付ける力を発生する役割も果たす。界磁用磁石33は、回転軸10を中心とする円環状であって多極着磁されており、ロータハブ31の円筒部313の外周面に固定される。また、界磁用磁石33は、界磁用磁石33の磁気的中心(回転軸10が向く方向に関する磁気的中心)と固定組立体2の電機子24の磁気的中心とが略一致するように電機子24と対向する位置に配置される。
【0034】
磁気シールド板34は、界磁用磁石33からの磁気を遮蔽するものであり、回転軸10を中心とする円環状であって強磁性体により形成され、ディスク載置部314と界磁用磁石33との間にて、ロータハブ31の円筒部313の外周面に固定される。
【0035】
図3は、図2のモータ1の回転軸10から右側を拡大して示す図である。次に、回転組立体3を固定組立体2に対して回転可能に支持する軸受機構4について説明する。軸受機構4は、ロータハブ31の円板部312の下面(シャフト30側の面)とスリーブ22の上端面との間で回転軸10に平行なスラスト方向の支持を行うST(シングルスラスト)タイプであり、ロータハブ31(特に、シャフト30および円板部312)、スリーブ22並びにシールキャップ23により主要な部分が構成される。また、これらの構成要素の間には適宜、潤滑油50が介在する。
【0036】
シャフト30の外周面は軸受面41bとなっており、スリーブ22の内周面は軸受面41bと対向する軸受面41aとなっている。軸受面41aと軸受面41bとの間には、微小な間隙51が設けられ、間隙51はシャフト30の固定端側から自由端側(スリーブ22の上端側から下端側)に亘って広がり、潤滑油50が連続して存在している。軸受面41aおよび軸受面41bの少なくともいずれか一方には、一対のヘリングボーンの流体動圧発生用の溝(図示省略)が形成されており、ロータハブ31の回転により間隙51の潤滑油50の圧力が各ヘリングボーンの溝の中央で最大となり、つまり、シャフト30の自由端側と固定端側の二箇所にて高くされる。一対のヘリングボーンの溝は、互いに対称形状であるため、発生する圧力も同じでバランス状態となる(つまり、何れか一方に潤滑油が流動することがない)。これにより、間隙51にて回転軸10に垂直な方向に軸受面41aと軸受面41bとを離反させる流体動圧が発生し、ロータハブ31は、この流体動圧により軸受面41a,41bにてラジアル方向に支持される。
【0037】
ロータハブ31の円板部312の下面(シャフト30側の面)も軸受面42bとなっており、スリーブ22の上端面が軸受面42bと対向する軸受面42aとなっている。軸受面42aと軸受面42bとの間には微小な間隙52が設けられ、間隙52はシャフト30の固定端側にて間隙51に連絡しており、スリーブ22の内周面側から外周面側に亘って広がるともに潤滑油50が連続して存在している。軸受面42aおよび軸受面42bの少なくともいずれか一方には、スパイラル状の流体動圧発生用の溝(図示省略)が形成されており、ロータハブ31の回転により間隙52の潤滑油50の圧力が回転軸10側にて高くされる。これにより、間隙52にて、回転軸10に平行な方向に軸受面42aと軸受面42bとを離反させる向きの流体動圧が発生し、ロータハブ31は、この流体動圧により軸受面42a,42bにてスラスト方向に支持される。
【0038】
モータ1では、潤滑油50による流体動圧を利用することにより、ロータハブ31を非接触支持にて高精度かつ低騒音で回転することが実現される。なお、軸受面41a,41b、並びに、軸受面42a,42bには、モータ1の回転開始時の摩擦抵抗を低減するために、二硫化モリブデンを含む混合物が被覆されている。
【0039】
シャフト30の自由端側の端面43bと、シールキャップ23の上面43aとの間には、微小な間隙53が設けられており、間隙53はシャフト30の自由端側の側面にて間隙51に連絡しており、シールキャップ23の上面側の全体に亘って連続して潤滑油50が存在している。シールキャップ23により、スリーブ22の下端側からの潤滑油50の流出が防止される。間隙53と、間隙51、52とは潤滑油が連続し、かつ間隙51の潤滑油の圧力がバランス状態にあることから、間隙53の潤滑油の圧力は、間隙51の流体動圧に影響を受けることなく間隙52と同一になる。
【0040】
スリーブ22の上端側には、既述のように回転軸10に対して外側に突出するフランジ部221が一体的に形成されており、フランジ部221の外周面44aとロータハブ31の円筒部313の内周面44bとの間には、間隙54が設けられている。間隙54は、スリーブ22の外周面上端にて間隙52に連絡しており、フランジ部221の上端側から下端側に向かって潤滑油50が充填されている。間隙54は、フランジ部221の上端側から下端側に向かって漸次広がっており、潤滑油50の界面が毛管現象および表面張力によりメニスカス状となるテーパシールが形成され、オイルバッファとしての役割を果たすとともに潤滑油50の流出を防止する。
【0041】
潤滑油50は、間隙54から、間隙52,51,53へと途切れることなく連続して充填されており、軸受機構4は、間隙54のみに潤滑油50の界面を有する(すなわち、界面が1カ所のみとされる)いわゆるフルフィル構造となっている。これにより、軸受内部に空気が介在しないため、潤滑油50内に発生した気泡に起因するシャフト30とスリーブ22との異常接触や、軸受内部の空気が膨張することによる潤滑油50の漏れ等が抑制される。
【0042】
スリーブ22には、潤滑油50が充填された連通孔60が形成されている。連通孔60は、スリーブ22の上端面から下端面に向かって回転軸10に平行にスリーブ22を貫通しており、連通孔60の開口は、回転軸10が向く方向に関して、シャフト30とスリーブ22との間の間隙51の両側(シャフト30の固定端側と自由端側)に位置する。これにより、連通孔60はシャフト30の固定端側の間隙52の潤滑油と自由端側の間隙53の潤滑油とを連絡する。その結果、流体動圧発生用溝や軸受面41a、41bの加工誤差により、上述した間隙51の潤滑油の圧力が所望のバランス状態とならず、間隙52、53との間で圧力差が生じる場合でも、この連通孔60により間隙52、53が連絡されることにより圧力差が生じない。これにより、潤滑油が漏れたり、気泡が発生するといったことがなく、回転組立体3がスラスト方向に対して安定して支持される。なお、連通孔60は、軸受間隙に潤滑油50を供給したり潤滑油50を貯溜する役割も果たす。
【0043】
連通孔60は、例えば放電加工やドリル加工により略円形に形成され、少なくとも一部において、連通孔60が伸びる方向に垂直な断面の直径が約1.0mm以下とされる。なお、断面が略円形でない場合には、ここで言う直径は連通孔60が伸びる方向に垂直な断面形状の最大幅に相当するものとする。
【0044】
また、連通孔60の内側面全体に亘って、連通孔60の形成時等に残留した異物を保持する特性を有する材料にて被覆膜61が形成されている。被覆膜61の材料は、例えば、軸受面41a,41b,42a,42bを被覆する材料と同じく二硫化モリブデンを含む混合物であることが好ましく、これにより、軸受面41a,41b,42a,42bに付与される材料を転用できることに加え、連通孔60外に二硫化モリブデンを含む混合物が付着しても軸受性能に影響が生じず、作業性がよい。
【0045】
被覆膜61は、連通孔60を形成した後、連通孔60内に二硫化モリブデンを注入することにより形成される。二硫化モリブデンを含む混合物は1.0mm以下程度の小さな物体を保持する特性を有しており、連通孔60内にこの混合物を注入することにより、この混合物が連通孔60内の残留異物に覆い被さって被覆膜61が形成され、連通孔60の形成時等に残留した異物が連通孔60内の被覆膜61に保持(あるいは、固着)される。この膜厚は、連通孔60を塞がず、かつ異物を保持できる程度で例えば、0.1mm程度である。
【0046】
これにより、ロータハブ31の回転時に潤滑油50が連通孔60内を流動しても異物が連通孔60内から流出することがより確実に防止され、異物が軸受内部(すなわち間隙51や間隙52)に侵入することが防止され、軸受性能の低下が防止される。
【0047】
ところで、軸受機構4のように小型化を目的としたSTタイプの場合、連通孔60の直径が小さいため、異物が連通孔60内に引っかかり易く、モータ製造時の通常の洗浄では十分に取り除くことが困難である。したがって、上述の連通孔60の被覆による異物流出防止は、STタイプである軸受機構4において効果的な手法であるといえる。特に、連通孔60の直径が約1.0mm以下の場合、異物の大きさが連通孔60の直径に近くなって異物が引っかかりやすくなるとともに連通孔60の超音波洗浄が困難となることから、連通孔60の被覆による異物の流出防止は一層効果的な手法となる。つまり、この手法は、連通孔60に残留する異物の問題を、連通孔60から異物を除去して問題を解決するものではなく、連通孔60に意図的に保持して流出しないようにするものである。従って、前者の手法は、異物が完全に除去されない限り流出の可能性が残るが、後者(本実施形態)の手法は、連通孔60に異物が残留するかどうかに関係なく一律に被覆することで、流出の可能性を実質的に皆無にできる。
【0048】
モータ1は、このような軸受機構4により回転組立体3が固定組立体2に回転可能に支持され、電機子24に供給される電流が制御されることにより、界磁用磁石33と電機子24との磁気作用によって回転組立体3が回転軸10(シャフト30およびスリーブ22の中心軸でもある。)を中心として固定組立体2に対して回転駆動される。これにより、ディスク載置部314(図2参照)上に載置されるディスク状の記録媒体72が回転駆動される。そして、軸受機構4により、モータ1およびディスク駆動装置70の信頼性向上が実現される。
【0049】
図4は、本発明の第2の実施の形態に係るディスク駆動装置のモータ1aの構成を示す縦断面図であり、図5は、図4のモータ1aの回転軸10から右側を拡大して示す図である。本実施の形態において、モータ1a以外のディスク駆動装置の構成については、第1の実施の形態と同様であり、その説明を省略する。また、モータ1aにおいて、第1の実施の形態と同様の主たる構成については、同符号を付している。
【0050】
第2の実施の形態に係るモータ1aは、固定組立体2と回転組立体3とを備えており、潤滑油による流体動圧を利用した軸受機構4により、回転組立体3が固定組立体2に対して回転軸10を中心として回転可能に支持される。固定組立体2は、スリーブ22に連通孔60が形成されていない点を除いて、第1の実施の形態と同様ある。回転組立体3では、ロータハブ31の軸部311に円筒状の外筒部材35が嵌合されて接着固定されることにより、シャフト30が構成される。回転組立体3の他の構成は第1の実施の形態と同様である。
【0051】
次に、図5を参照して軸受機構4について説明する。軸受機構4は、第1の実施の形態と同様にロータハブ31の円板部312の下面(シャフト30側の面)とスリーブ22の上端面との間で、回転軸10に平行なスラスト方向の支持を行うST(シングルスラスト)タイプであり、ロータハブ31の軸部311および外筒部材35(すなわちシャフト30)がスリーブ22に挿入され、スリーブ22は、ロータハブ31を回転軸10を中心に回転可能に支持する。
【0052】
シャフト30の外周面である軸受面41bとスリーブ22の内周面である軸受面41aとの間の間隙51、円板部312の下面である軸受面42bとスリーブ22の上端面である軸受面42aとの間の間隙52、シャフト30の自由端側の端面43bとシールキャップ23の上面43aとの間の間隙53、および、フランジ部221の外周面44aと円筒部313の内周面44bとの間の間隙54も第1の実施の形態と同様である。すなわち、必要に応じて流体動圧発生用の溝が形成された軸受面41a,41b,42a,42bは二硫化モリブデンを含む混合物により被覆されており、間隙53から間隙51,52,54へと潤滑油50が連続して存在し、いわゆるフルフィル構造となっている。ただし、シャフト30の外周面である軸受面41bは外筒部材35の外周面となる。
【0053】
外筒部材35の上側の端面と円板部312の下面との間には、間隙55が設けられ、間隙55はシャフト30の固定端側にてラジアル軸受である間隙51およびスラスト軸受である間隙52に連絡している。シャフト30には、軸部311の固定端側から自由端側にらせん状に形成された溝と外筒部材35との間に連通孔60aが形成されている。なお、図5では、らせん状の連通孔60aの2カ所の断面のみが図示されており、これらの断面のそれぞれに符号60aを付している。
【0054】
連通孔60aの開口は、第1の実施の形態と同様に、回転軸10が向く方向に関して、間隙51の両側(シャフト30の固定端側と自由端側)に位置し、連通孔60aはラジアル軸受である間隙51の両側の部位の潤滑油、すなわち、外筒部材35の上側(シャフト30の固定端側)の間隙55の潤滑油と下側(シャフト30の自由端側)の間隙53の潤滑油とを連通する。
【0055】
連通孔60aは、第1の実施の形態と同様に、少なくとも一部において、連通孔60aが伸びる方向に垂直な断面の直径(連通孔が略円形でない場合には、連通孔60aが伸びる方向に垂直な断面形状の最大幅)が約1.0mm以下とされる。また、連通孔60aの内側面には二硫化モリブデンを含む混合物の被覆膜61が形成されている。被覆膜61は連通孔60a内に二硫化モリブデンを注入することにより形成され、これにより、連通孔60aの形成時等に残留した異物が連通孔60a内に保持される。
【0056】
以上のように、第2の実施の形態に係るモータ1aでは、シャフト30に連通孔60aが設けられる。この場合であっても異物を保持する特性を有する材料にて連通孔60aを被覆することにより、ロータハブ31の回転時に潤滑油50が連通孔60内を流動しても異物が連通孔60内から流出することがより確実に防止される。その結果、異物が軸受内部(すなわち間隙51や間隙52)に侵入することが防止され、軸受性能の低下が抑えられる。特に、軸受機構4のように小型化を目的としたSTタイプであり、さらに、連通孔60aの直径が約1.0mm以下の場合には、連通孔60aの被覆による異物の流出防止は一層効果的な手法となる。そして、軸受機構4により、モータ1aおよびディスク駆動装置の信頼性向上が実現される。
【0057】
図6は、本発明の第3の実施の形態に係るディスク駆動装置のモータ1bの構成を示す縦断面図であり、図7は、図6のモータ1bの回転軸10から右側を拡大して示す図である。本実施の形態において、モータ1b以外のディスク駆動装置の構成については、第1の実施の形態と同様であり、その説明を省略する。また、モータ1bにおいて、第1の実施の形態と同様の構成については、同符号を付している。
【0058】
モータ1bは、固定組立体2bと回転組立体3bとを備えており、潤滑油による流体動圧を利用した軸受機構4bにより、回転組立体3bが固定組立体2bに対して回転軸10を中心として回転可能に支持される。
【0059】
固定組立体2bは、ベースプレート21bと、スリーブ22bと、シールキャップ23bと、電機子24とを備える。ベースプレート21bは、底板部211とスリーブ保持部212とを有する。スリーブ保持部212は、底板部211の中央部に円筒状に突出し、スリーブ22bはスリーブ保持部212内に保持される。スリーブ22bの内周面は、上端側においては上端側に向かって径が漸次増大し、下端側においては下端側に向かって径が漸次増大し、上端側と下端側との中間付近においては径が一定である。シールキャップ23bは、中央に空気孔231が設けられており、スリーブ22bの下端側の端面に取り付けられる。電機子24は、スリーブ保持部212の外周面に固定される。
【0060】
回転組立体3bは、ロータハブ31bと、界磁用磁石33と、コーン部材36とを備える。ロータハブ31bは、軸部311と、円板部312と、円筒部313と、ディスク載置部314とを有する。
【0061】
軸部311は回転軸10に沿って設けられ、円板部312は軸部311の固定端側から回転軸10に垂直に外側へと広がり、円筒部313は円板部312の外周から軸部311の自由端側へと円筒状に突出し、これらは第2の実施の形態に係るモータ1aに類似した形状となっている。界磁用磁石33は円筒部313の内周面に取り付けられて軸部311の周囲に配置され、電機子24は界磁用磁石33に対向するとともに界磁用磁石33との間で回転軸10を中心とする回転力を発生する。
【0062】
軸部311の自由端側には、略円錐形状のコーン部材36が嵌合されて接着固定されることにより第1円錐部318が形成されている。コーン部材36の外周面は、軸部311の自由端側に向かって径が漸次増大する。すなわち、第1円錐部318の外周面は、自由端側に向かって径が漸次増大する略円錐状の傾斜面となっている。また、軸部311の固定端側には、第2円錐部319が一体的に形成されている。第2円錐部319の外周面は、固定端側に向かって径が漸次増大する略円錐状の傾斜面となっている。以上のように、回転組立体3bでは、軸部311とコーン部材36とにより、回転軸10に沿って自由端側に向かって径が漸次増大する略円錐状の第1円錐部318と、回転軸10に沿って固体端側に向かって径が漸次増大する略円錐状の第2円錐部319を有するシャフト30が構成される。
【0063】
次に、図7を参照して軸受機構4bについて説明する。軸受機構4bは、ロータハブ31b、コーン部材36、スリーブ22bおよびシールキャップ23bにより構成され、ロータハブ31bの軸部311およびコーン部材36(すなわちシャフト30の構成要素)がスリーブ22bの上下から挿入されることにより、スリーブ22bがロータハブ31bを回転軸10を中心に回転可能に支持する。
【0064】
軸受機構4bは、第1円錐部318(すなわち、コーン部材36)の外周面である軸受面46bおよびスリーブ22bの内周面の下部である軸受面46a、並びに、第2円錐部319の外周面である軸受面47bおよびスリーブ22bの内周面の上部である軸受面47aとの間で潤滑油50を介在させて各々ラジアル方向およびスラスト方向の支持を行うコーンタイプとなっている。
【0065】
スリーブ22bの下側の軸受面46aは、第1円錐部318の軸受面46bの傾斜に対向して傾斜しており、軸受面46aと軸受面46bとの間は微小な間隙56とされる。スリーブ22bの上側の軸受面47aは、第2円錐部319の軸受面47bの傾斜に対向して傾斜しており、軸受面47aと軸受面47bとの間は微小な間隙57とされる。軸受面46a,46b,47a,47bは第1の実施の形態と同様に、潤滑性をよくするために、二硫化モリブデンを含む混合物により被覆されている。
【0066】
シャフト30の第1円錐部318と第2円錐部319との間の外周面と、スリーブ22bの回転軸10の方向に関して中間付近の内周面との間には、間隙58が設けられ、間隙58は第1円錐部318の上端側にて間隙56に連絡しており、第2円錐部319の下端側にて間隙57に連絡している。
【0067】
第1円錐部318の下端面とシールキャップ23bの上面との間の間隙59は、第1円錐部318の外周面側から回転軸10側に向かって漸次広がっており、第1円錐部318の下端側(シャフト30の自由端側)にて間隙56に連絡している。これにより、潤滑油50の界面が毛管現象および表面張力によりメニスカス状となるテーパシールが形成され、オイルバッファとしての役割を果たすとともに潤滑油50の流出が防止される。
【0068】
同様に、シャフト30の固定端付近(スリーブ22bの上端付近)においても間隙57の端部がシャフト30の固定端側に向かって漸次広がっており、テーパシールが形成される。潤滑油50は、間隙57から間隙58,56,59へと連続して存在する。
【0069】
第1円錐部318には、第1円錐部318の上端側から下端側に向かって第1円錐部318の外周面に平行に貫通する連通孔60bが形成されており、連通孔60bの開口は、回転軸10が向く方向に関して、間隙56の両側(シャフト30の固定端側と自由端側)に位置する。連通孔60bにより、間隙56の両側の部位である間隙58と間隙59との潤滑油50が連通される。
【0070】
連通孔60bは、第1の実施の形態と同様に、例えば放電加工やドリル加工により形成され、少なくとも一部において、連通孔60bが伸びる方向に垂直な断面の直径、すなわち連通孔60bが伸びる方向に垂直な断面形状の最大幅が約1.0mm以下とされる。また、二硫化モリブデンを含む混合物を注入することにより連通孔60bの内側面には、全体に亘って二硫化モリブデンを含む混合物の被覆膜61が形成される。これにより、連通孔60bの形成時等に残留した異物が連通孔60b内に保持される。
【0071】
軸受面46a,46bの少なくともいずれか一方、および、軸受面47a,47bの少なくともいずれか一方には、ヘリングボーンの流体動圧発生用の溝(図示省略)が形成されている。ロータハブ31bの回転時には、間隙56および間隙57のぞれぞれにおいて、間隙58の中央側へ潤滑油50を流動するように圧力が発生する。これにより、軸受面46aと軸受面46bとを離反させる向きの流体動圧、並びに、軸受面47aと軸受面47bとを離反させる向きの流体動圧が発生し、ロータハブ31bは、これらの流体動圧により回転軸10に垂直なラジアル方向および回転軸10に平行なスラスト方向に支持される。
【0072】
また、ロータハブ31bの回転時には、間隙56および間隙57において発生した流体動圧(ポンピング力)により間隙58の潤滑油50における圧力が高められ、間隙58の潤滑油50が連通孔60bを介して間隙56へ循環して流動する。これにより、間隙56、57、58の潤滑油50に気泡が発生しても、この気泡は連通孔60bを介して間隙59から大気に放出される。よって、間隙56〜59における潤滑油50の圧力バランスが保たれて軸受外部に潤滑油50が漏れ出すことや軸受面同士の異常接触が防止される。
【0073】
軸受機構4bでは、連通孔60b内が異物を保持する特性を有する材料にて被覆されるため、第1の実施の形態と同様に、異物の流出をより確実に防止することが実現される。また、軸受機構4bは小型化を目的とするコーンタイプであり、連通孔60bの直径も小さくされ(特に、約1.0mm以下とされ)、通常の洗浄では十分に取り除くことが困難な場合であっても異物の流出を防止することができる。その結果、軸受性能の低下が防止される。また、軸受機構4bを備えるモータ1bおよびディスク駆動装置において信頼性向上が実現される。
【0074】
なお、上記第1ないし第3の実施の形態において、被覆膜61は、二硫化モリブデンに代えてカーボンを含む混合物(いわゆるダイアモンドライクカーボンコート)により形成されてもよい。カーボンを含む混合物は、表面を硬化させて摩耗紛の発生を低減するために軸受面に被覆される材料であり、連通孔外にカーボンが付着しても軸受性能に影響がない。また、被覆膜61は、二硫化モリブデンやカーボンを含む混合物に限定されず、連通孔に残留した異物を保持する特性を有する材料であれば、樹脂や金属等の他の材料であってもよい。さらに、被覆膜61は、連通孔の少なくとも一部の内側面に形成されていればよく、異物の流出をさらに抑えるために、被覆膜61は連通孔を洗浄した後に形成されてもよい。
【0075】
以上、本発明の実施の形態について説明を行ってきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
【0076】
連通孔はシャフトまたはスリーブに様々な形態にて設けられてよい。例えば、STタイプのモータ1において、連通孔60は直線状に形成される必要はなく、モータ1aにおいて連通孔60aがシャフト30内に直線状あるいは折線状に設けられてもよい。コーンタイプのモータ1bにおいて、連通孔60bは第2円錐部319に設けられてもよく、スリーブ22b側に間隙58と間隙59とを連通する連通孔が設けられてもよい。
【0077】
連通孔は、回転軸10が向く方向に関して、特定の間隙(間隙51や間隙56)に連絡する両側の部位の潤滑油を連通する場合(すなわち、連通孔の両端の開口が間隙の両側に位置する場合)には限定されず、一方の開口が間隙内に向かって開口し、他方の開口が間隙外に位置してもよい。これにより、回転軸10方向におよそ沿って存在する間隙内や間隙外の潤滑油の圧力バランスをとることが実現され、回転組立体を安定して支持することができる。さらには、間隙に形成された流体動圧発生用の溝の形状によっては両開口が間隙内に形成されてもよい。すなわち、連通孔は特定の間隙内またはこの間隙に連絡する2つの部位の潤滑油を連通するのであるならばどのように設けられてもよい。
【0078】
また、モータの構造も様々に変形されてよく、例えば、STタイプのモータ1,1a,1c,1dにおいて、シャフト30の自由端側にスラスト軸受がさらに設けられてもよい。コーンタイプのモータ1b,1eに関しては円錐部が1つのみ設けられてもよい。
【0079】
上記実施の形態において、モータは、界磁用磁石が電機子の回転軸側または電機子の外側の何れに配置されてもよい。さらに、電機子が回転組立体側に設けられ、界磁用磁石が固定組立体側に設けられてもよい。また、シャフトが固定組立体側に設けられ、スリーブが回転組立体側に設けられてもよい。界磁用磁石および電機子も回転軸10が向く方向に上下に配列されてもよい。
【0080】
ディスク駆動装置70は、ハードディスク装置に限らず、リムーバブルディスク装置等のディスク駆動装置であってよい。
【0081】
【発明の効果】
請求項1ないし6の発明では、軸受性能の低下を防止することができ、請求項7の発明では、モータの信頼性を向上することができる。
【0082】
また、請求項8の発明では、ディスク駆動装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態に係るディスク駆動装置を示す図である。
【図2】 ディスク駆動装置のモータを示す縦断面図である。
【図3】 モータを拡大して示す縦断面図である。
【図4】 第2の実施の形態に係るディスク駆動装置のモータを示す縦断面図である。
【図5】 モータを拡大して示す縦断面図である。
【図6】 第3の実施の形態に係るディスク駆動装置のモータを示す縦断面図である。
【図7】 モータを拡大して示す縦断面図である。
【符号の説明】
1,1a,1b モータ
2,2b 固定組立体
3,3b 回転組立体
4,4b 軸受機構
10 回転軸
22,22b スリーブ
23,23b シールキャップ
24 電機子
30 シャフト
31,31b ロータハブ
33 界磁用磁石
35 外筒部材
36 コーン部材
41a,41b,42a,42b,46a,46b 軸受面
50 潤滑油
51〜59 間隙
60,60a,60b 連通孔
61 被覆膜
311 軸部
312 円板部
313 円筒部
318,319 円錐部
70 ディスク駆動装置
71 ハウジング
72 記録媒体
73 アクセス部
Claims (8)
- 軸受機構であって、
第1の部材と、
前記第1の部材を所定の中心軸を中心に回転可能に支持する第2の部材と、
を備え、
前記第1の部材の第1軸受面と、前記第1軸受面と対向する前記第2の部材の第2軸受面との少なくともいずれか一方に流体動圧発生用の溝が形成されており、前記第1軸受面と前記第2軸受面との間の間隙に潤滑油が連続して存在し、
前記第1の部材または前記第2の部材が、前記間隙内または前記間隙に連絡する2つの部位の潤滑油を連通する連通孔を有し、
前記第1軸受面および前記第2軸受面が二硫化モリブデンまたはカーボンを含む混合物である被覆材料により被覆されており、前記連通孔の少なくとも一部の内側面が前記被覆材料にて被覆されていることを特徴とする軸受機構。 - 請求項1に記載の軸受機構であって、
前記中心軸が向く方向に関して、前記連通孔の両端の開口が前記間隙の両側に位置する、または、一方の開口が前記間隙に位置するとともに他方の開口が前記間隙外に位置することを特徴とする軸受機構。 - 請求項1または2に記載の軸受機構であって、
前記第1軸受面および前記第2軸受面の一方が、前記中心軸を中心とするシャフトの外周面であり、他方が、前記シャフトが挿入される有底のスリーブの内周面であることを特徴とする軸受機構。 - 請求項3に記載の軸受機構であって、
前記シャフトの固定端から前記中心軸に対して外側に向かって伸びる円板部をさらに有し、
前記円板部の前記シャフト側の面と前記スリーブの前記円板部に対向する端面との少なくともいずれか一方に流体動圧発生用の溝が形成されており、前記第1軸受面と前記第2軸受面との間の第1間隙から前記円板部と前記スリーブとの間の第2間隙、さらに前記シャフトの自由端側の面と前記スリーブの底面との間の第3間隙へと潤滑油が連続して存在し、
前記連通孔が、前記第1間隙と前記第2間隙との間へと連絡する部位の潤滑油または前記第2間隙の潤滑油と、前記第3間隙の潤滑油とを連通することを特徴とする軸受機構。 - 請求項3に記載の軸受機構であって、
前記シャフトが、前記中心軸に沿って径が漸次増大し、前記第1軸受面および前記第2軸受面の前記一方が側面である略円錐形状の円錐部を有し、
前記スリーブが、前記円錐部の側面と対向する前記第1軸受面および前記第2軸受面の前記他方である傾斜面を有し、
前記中心軸が向く方向に関して、前記連通孔の両端の開口が前記間隙の両側に位置することを特徴とする軸受機構。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の軸受機構であって、
前記連通孔の少なくとも一部において、前記連通孔が伸びる方向に垂直な断面の直径が1.0mm以下であることを特徴とする軸受機構。 - 電動式のモータであって、
請求項1ないし6のいずれかに記載の軸受機構と、
前記第1の部材を前記第2の部材に対して前記中心軸を中心に相対的に回転させる界磁用磁石および電機子と、
を備えることを特徴とするモータ。 - ディスク駆動装置であって、
情報を記録するディスク状の記録媒体を収容する筐体と、
前記筐体内部に固定されて、前記記録媒体を回転させる請求項7に記載のモータと、
前記記録媒体に対する情報の書き込みまたは読み出しを行うアクセス手段と、
を備えることを特徴とするディスク駆動装置。
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