JP4759859B2 - ハードディスク駆動用モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体動圧軸受を備え、ハードディスク等の記録ディスクを駆動する、記録ディスク駆動用モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンなどで主に使用されるハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）等の記録ディスク駆動装置における記録ディスクの大容量化に伴い、これら記録ディスクを回転駆動するモータに対しても、より高速、且つ高精度な回転が要求されるようになってきた。このような要求に応える形で、ボールベアリングよりも高速回転時の安定性に優れる動圧軸受が普及し、様々な提案がされるようになっている。例えば、特開平１１−２７８９５号公報に開示されるように、シャフトと、このシャフトを回転自在に収容するスリーブとの間に潤滑剤を介在させ、これらスリーブの内周面とシャフトの外周面の少なくとも一方の面に動圧発生用の溝を形成することで、モータにかかる径方向の負荷を支持するラジアル軸受部を構成し、またシャフトの端面と、スリーブに固定されたスラスト板との間に潤滑剤を介在させ、これらシャフトの端面とスラスト板の少なくとも一方の面に動圧発生溝を形成することで、モータにかかる軸線方向の負荷を支持するスラスト軸受部を構成した記録ディスク駆動用モータがある。
【０００３】
このような中、記録ディスク駆動装置は、より小型な携帯情報端末への適用が開始されており、記録ディスク駆動用モータに対しては、これまでの高速、且つ高精度な回転に加えて、より小型、且つ薄型化並びに低消費電力化が望まれるようになってきた。
【０００４】
上記新たな要求に対応するために、本願の出願人は、特開２０００−１９７３０９号等において、スラスト軸受部をロータハブの下面とこれと軸線方向に対向するスリーブの上端面との間に設けた記録ディスク駆動用モータを提案した。この記録ディスク駆動用モータにおいては、従来スラスト軸受部を構成するために用いられてきたスラスト板を不要化し、記録ディスク駆動用モータの小型、且つ薄型化を実現すると共に、モータの軸線方向両側から作用する負荷を支持するために通常一対構成されていたスラスト軸受部を一つのみとすることで、モータの回転時に軸受部で発生する、潤滑流体の粘性抵抗に起因するトルク損失を低減し、モータの消費電力量を抑制することができるというメリットを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
小型化並びに薄型化に対応する場合、シャフトがロータハブと一体的に回転するいわゆるシャフト回転型の記録ディスク駆動用モータにおいては、ロータハブの厚み方向の寸法との関係で、ロータハブにクランパを固定するための雌ネジ孔を設けることが実質的に不可能となり、必然的にシャフトに雌ネジ孔を設け、この雌ネジ孔に雄ネジを締結してクランパを固定するセンターピン型の構成になる。しかし、記録ディスク駆動装置の適用範囲がますます小型、且つ薄型の機器に拡大する中、選択するロータハブの材質、厚み方向の寸法などによっては、センターピン型の構成では、記録ディスク実装時に、クランパの記録ディスクに対する押圧力により、ロータハブが変形することがある。
【０００６】
このような変形が起こると、ロータハブが撓み、スラスト軸受部に規定される微小間隙の軸線方向の隙間寸法が径方向に不均一となり、スラスト軸受部において安定した軸支持力を得ることが困難になり、モータの回転精度が悪化するばかりか、スラスト軸受部を構成するロータハブの下面とスリーブの上端面とが接触することによって、軸受面の摩耗や損傷あるいは焼き付き等の障害が発生し、モータの耐久性並びに信頼性を低下させる懸念がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みたものであり、その目的は、ロータハブに作用する記録ディスクのクランプ力による軸受部への影響を回避し、スラスト軸受部の微小間隙を一定に保つことで、高精度な回転を維持することができると共に、耐久性並びに信頼性の高い記録ディスク駆動用モータを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のハードディスク駆動用モータは、略円盤状の上壁部、および該上壁部の外周部から垂下するとともにクランパによる下側への押圧力によりハードディスクが保持される周壁部とからなるロータハブと、該ロータハブと一体的に回転するシャフトと、該シャフトが挿通される中空円筒状のスリーブとを備えた記録ディスク駆動用モータにおいて、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面とは、潤滑流体が保持された微小間隙を介して径方向に対向すると共に、該スリーブの内周面又は該シャフトの外周面の少なくとも一方の面には、動圧発生用溝が形成されることでラジアル軸受部が構成され、また前記ロータハブ上壁部の下面と前記スリーブの上端面とは、潤滑流体が保持された微小間隙を介して軸線方向に対向すると共に、該ロータハブ上壁部の下面と該スリーブの上端面の少なくとも一方の面に、動圧発生溝が形成されることでスラスト軸受部が構成され、前記スラスト軸受部に規定される前記微小間隙は、径方向外方に向かって拡開していることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
クランパの記録ディスクに対する押圧力により、ロータハブは周壁部側、すなわち径方向外方側が押し下げられることとなり、スラスト軸受部における微小間隙も記録ディスクの実装時には、径方向外方側が径方向内方側よりも狭くなる。これに対し、予めスラスト軸受部の微小間隙を径方向外方側が拡開するよう規定しておくことで、クランパによる応力変形のスラスト軸受部への影響が回避される。
【００１０】
このような構成は、スリーブの上端面を、スラスト軸受部に規定される微小間隙が径方向外方に向かって拡開するようロータハブ上壁部の下面に対して傾斜する傾斜面に形成する（請求項２）、あるいはロータハブ上壁部の下面を、スラスト軸受部に規定される微小間隙が径方向外方に向かって拡開するようスリーブの上端面に対して傾斜する傾斜面に形成する（請求項３）ことで可能となる。
【００１１】
この場合、スリーブ上端面あるいはロータハブ上壁部の下面の傾斜量は、これらの面間に形成される微小間隙の径方向外端部における軸方向の幅寸法が約２μｍから約８μｍの範囲となるよう設定される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の記録ディスク駆動用モータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明は、以下に示す各実施例に限定されるものではない。
【００１３】
図１において、この記録ディスク駆動用のモータは、略円盤状の上壁部１ａと、上壁部１ａの外周部から垂下する周壁部１ｂと、周壁部１ｂの下端部から径方向外方に突設され、上面に記録ディスクが載置されるフランジ部１ｃとからなるロータハブ１と、ロータハブ１と一体的に回転するシャフト２と、シャフト２が挿通される中空円筒状のスリーブ３と、スリーブ３が内嵌される円筒部４ａが一体的に形成されたブラケット４を備えている。シャフト２の軸線方向下端部（ロータハブ１側端部とは反対側の端部）には、抜け止めリング１１が取付けられており、この抜け止めリング１１に対応してスリーブ３に設けられた環状切欠との間でシャフト２並びにロータハブ１の抜け止め構造が形成される。
【００１４】
ブラケット４の円筒部４ａの外周面には、ステータ５が配設され、ロータハブ１の周壁部１ｂの内周面には、このステータ５と径方向に間隙を介して対向したロータマグネット６が固着されている。
【００１５】
シャフト２には、ロータハブ１にクランパ１２を固定するための雌ネジ孔８が設けられていて、ディスク実装時には、雌ネジ孔８に雄ネジ９が締結されクランパ１２を固定している。
【００１６】
スリーブ３の内周面とシャフト２の外周面とは、潤滑流体が保持された微小間隙を介して径方向に対向すると共に、軸線方向に離間して一対のラジアル軸受部２０、２１が構成されている。一対のラジアル軸受部２０、２１のうち軸線方向上部側に位置する上部ラジアル軸受部２０には、スリーブ３の内周面又はシャフト２の外周面の少なくとも一方の面に、ロータハブ１の回転時に、潤滑流体が軸線方向外方（シャフト２のロータハブ１側端部方向）に向かう移動圧力を誘起するよう軸線方向にアンバランスな形状を有するポンプアップ型のヘリングボーン溝が形成されており、また軸線方向下部側に位置する下部ラジアル軸受部２１には、スリーブ３の内周面又はシャフト２の外周面の少なくとも一方の面に、ロータハブ１の回転時に、潤滑流体が軸受部の両端部から中央部に向かう移動圧力を誘起するようバランスした形状のヘリングボーン溝が形成されている。
【００１７】
スリーブ３の上端面３ｃとロータハブ１の上壁部１ａの下面とは、潤滑流体が保持された微小間隙を介して軸線方向に対向すると共に、スリーブ３の上端面３ｃと該ロータハブ１の上壁部１ａの下面の少なくとも一方の面には、潤滑流体が径方向内方に（シャフト２側）に向かう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２２を構成する。
【００１８】
スリーブ３には、シャフト２の外周面とスリーブ３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、このスリーブを径方向に貫通する第一連通孔７ａが形成され、シャフト２外周面の該第一連通孔部に対向する位置には、軸線方向反対側（シャフト２の上下端部方向）に向かってそれぞれ傾斜する一対の傾斜面から成る環状凹部２ａが形成されており、シャフト２の外周面とスリーブ３の内周面との間の微小間隙の径方向の間隙寸法は、この環状凹部２ａの軸線方向略中央部において最大となり、両端部側に向かって、換言すると上下ラジアル軸受部２０、２１側に向かって漸次縮小する。加えて、スリーブ３の下端部にも、第二連通孔７ｂが形成されている。
【００１９】
スリーブ３外周面の第一連通孔７ａの開口に当たる部位、及びスリーブ３の下端部の第二連通孔７ｂの開口に当たる部位には、スリーブ３の上端部から下端部に至る軸線方向溝３ａが設けられ、この軸線方向溝３ａによってブラケット４の円筒部４ａとスリーブ３との間に間隙が形成されて第一連通孔７ａは外気に開放される。
【００２０】
環状凹部２ａとスリーブ３の内周面との間には、軸線方向溝３ａによって形成された空隙と第一連通孔７ａを通じて侵入した空気が介在する気体介在部１０が形成され、この気体介在部１０によって、上下ラジアル軸受部２０、２１に保持される潤滑流体が、軸線方向に分離されている。
【００２１】
潤滑流体には、上部ラジアル軸受部２０においては軸線方向外方に、スラスト軸受部２２においては径方向内方に、それぞれ軸線方向にアンバランスなヘリングボーン溝及びポンプイン型のスパイラル溝によって移動圧力が誘起されるため、スラスト軸受部２２と上部ラジアル軸受部２０との境界部付近、すなわちスリーブ３の内周面の上端部において圧力ピークを発生させる。
【００２２】
つまり、上部ラジアル軸受部２０とスラスト軸受部２２とが協働することにより、ロータハブ１に対する径方向に作用する軸支持力とブラケット４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】
尚、ブラケット４のロータマグネット６と軸線方向に対向する部位には環状の磁性体４ｂが装着されており、ロータハブ１には、軸線方向の磁気吸引力が作用する。この磁気吸引力は、上部ラジアル軸受部２０及びスラスト軸受部２２で発生する浮上する方向に作用する軸線方向の軸支持力とバランスするよう設定されていることから、これら軸受部で発生する動圧と磁性体４ｂとロータマグネット６との間で発生する磁気吸引力とが協働してロータハブ１を軸線方向両側から軸支持することとなる。
【００２４】
スリーブ３の外周面の上端部には、断面形状が略Ｌ字状の環状の切欠部３ｂが設けられているとともに、ロータハブ１の上壁部１ａの下面には、この切欠部３ｂ内に非接触状態で受容される周状突起１ｄが形成される。
【００２５】
この周状突起１ｄの内周面と径方向に対向する切欠部３ｂの外周面は、両者の間に規定される間隙の径方向の間隙寸法が軸線方向下方に向かってテーパ状に漸増するよう傾斜しており、スラスト軸受部２２の径方向外端部において、この周状突起１ｄの内周面とスリーブの切欠部３ｂの外周面とが協働してテーパ状シール部２３が構成されている。スラスト軸受部２２に保持される潤滑流体は、このテーパ状シール部２３において、潤滑流体の表面張力と外気圧等がバランスし、潤滑流体と空気との界面がメニスカスを形成し保持されている。
【００２６】
次に図２を参照して本発明の構成並びに原理について説明する。
【００２７】
図２は、スラスト軸受部２２の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。ロータハブ１の上壁部１ａの下面は、記録ディスクの非装着時には、図２において実線で示すとおり、スラスト軸受部２２に規定される微小間隙の間隙寸法が径方向外方に向かうにつれて拡大するよう、スリーブ３の上端面３ｃに対して傾斜した傾斜面に形成されている。
【００２８】
そして、記録ディスクの実装時には、クランパ１２を用いて記録ディスクを固定的に保持するためにシャフト２に設けられた雌ネジ孔８に雄ネジ９が締結されると、クランパ１２によって記録ディスクがフランジ部１ｃ側に押圧され、ロータハブ１には、周壁部１ｂを径方向内方へと押圧し、且つロータハブ１の上壁部１ａをシャフト２が位置する略中央部側に対して上壁部１ａの外周端部を軸線方向下方側（ブラケット４側）に押圧される。この時、上記押圧力がロータハブ１の部材強度以上になると、上壁部１ａが撓み、図２において破線２４で示すとおり、ロータハブ１の上壁部１ａの下面は、スリーブ３の上端面３ｃに対して実質的に平行となる。すなわち、スラスト軸受部２２において規定される微小間隙が、径方向内端部（シャフト２側端部）から径方向外端部（周状突起１ｄ側端部）に至るまで、実質的に均一な間隙寸法となることから、スラスト軸受部においてスパイラル溝のポンピングに起因して誘起される動圧が安定し、スラスト軸受部２２における軸支持が安定するようになると共に、スラスト軸受部２２を構成するロータハブ１の上壁部１ａの下面とスリーブ３の上端面３ｃとの接触に起因する、軸受面の摩耗や損傷あるいは焼き付き等の障害の発生が効果的に防止される。従って、予めロータハブ１の上壁部１ａの下面をスリーブ３の上端面３ｃに対して傾斜するよう形成しておくことで、クランパ１２のクランプ力に起因するロータハブ１の変形を許容可能な構成とすることができる。
【００２９】
ロータハブ１の上壁部１ａの下面の傾斜量は、ロータハブ１を形成する、例えばステンレス綱やアルミニウム合金等といった部材や肉厚等、あるいは実装される記録ディスクに対するクランプ強度等の要因によって適宜選択されるが、実質的には、スリーブ３の上端面３ｃとの間に形成される微小間隙の径方向外端部における軸方向の幅寸法が約２μｍから約８μｍの範囲、より好ましくは約３μｍとなるように設定される。上記範囲に設定しておくことで、クランプ力によるロータハブ１の変形を許容可能とすることができると共に、クランプ力がロータハブ１の変形を来すに至らなかった場合も、潤滑流体内の圧力勾配が不安定になることはない。
【００３０】
また、スラスト軸受部２２に規定される微小間隙に連続する、周状突起１ｄの内周面とスリーブの切欠部３ｂの外周面との間に形成されるテーパ状シール部２３の径方向の間隙寸法は、記録ディスクが実装され、ロータハブの上壁部１ａの下面とスリーブ３の上端面３ｃとが、実質的に平行となるようロータハブ１が撓んだ場合も、テーパ状シール部２３における最小間隙寸法がスラスト軸受部２２に規定される微小間隙の最大間隙寸法以上となるよう設定される。斯く構成されることで、スラスト軸受部２２からテーパ状シール部２３に至る間隙内に保持される潤滑流体の内圧の圧力勾配が常にスラスト軸受部２２側がテーパ状シール部２３側よりも高くなり、潤滑流体内に混入した気泡がテーパ状シール部２３側に移動し、界面から排出可能な構成とすることができる。
【００３１】
尚、図２に示すロータハブ１の上壁部１ａの下面を傾斜面とする構成に代えて、スリーブ３の上端面３ｃをスラスト軸受部２２に規定される微小間隙が径方向外方に向かうにつれて拡大するよう、ロータハブ１の上壁部１ａの下面に対して傾斜した面とすることによっても上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
以上、本発明にかかる記録ディスク駆動用モータの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、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。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の請求項１の記録ディスク駆動用モータでは、スラスト軸受部に規定される微小間隙が径方向外方に拡開していることから、クランパによる押圧力でロータハブが変形しても、微小間隙の軸線方向の隙間寸法を径方向に一定に保つことが出来る。従って、スラスト軸受部で、安定した軸支持力が得られると共に、高い回転精度も維持できる。
【００３４】
本発明の請求項２、請求項３の記録ディスク駆動用モータでは、クランプ時に、前記スラスト軸受部で、安定した軸支持力が得られると共に、高い回転精度も維持出来るのに加え、ロータハブの上壁部の下面とスリーブの上端面とが接触することにより、前記ロータハブの上壁部の下面と前記スリーブの上端面の摩耗や損傷、あるいは焼き付き等の障害が発生し、モータの耐久性並びに信頼性が低下するのを防ぐことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録ディスク駆動用モータの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ ロータハブ
１ａ 上壁部
１ｂ 周壁部
２ シャフト
３ スリーブ
３ｃ 上端面
２０，２１ ラジアル軸受部
２２ スラスト軸受部

Claims (3)

1. 略円盤状の上壁部、および該上壁部の外周部から垂下するとともにクランパによる下側への押圧力によりハードディスクが保持される周壁部を有するロータハブと、該ロータハブと一体的に回転するシャフトと、該シャフトが挿通される中空円筒状のスリーブとを備えたハードディスク駆動用モータにおいて、
   前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面とは、潤滑流体が保持された微小間隙を介して径方向に対向すると共に、該スリーブの内周面又は該シャフトの外周面の少なくとも一方の面には、動圧発生用溝が形成されることでラジアル軸受部が構成され、
   また前記ロータハブ上壁部の下面と前記スリーブの上端面とは、潤滑流体が保持された微小間隙を介して軸線方向に対向すると共に、該ロータハブ上壁部の下面と該スリーブの上端面の少なくとも一方の面に、動圧発生溝が形成されることでスラスト軸受部が構成され、
   前記スラスト軸受部に規定される前記微小間隙は、径方向外方に向かって拡開していることを特徴とするハードディスク駆動用モータ。
2. 前記スリーブの上端面は、前記スラスト軸受部に規定される微小間隙が径方向外方に向かって拡開するよう前記ロータハブ上壁部の下面に対して傾斜する傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハードディスク駆動用モータ。
3. 前記ロータハブ上壁部の下面は、前記スラスト軸受部に規定される微小間隙が径方向外方に向かって拡開するよう前記スリーブの上端面に対して傾斜する傾斜面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のハードディスク駆動用モータ。

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