JP4978703B2 - 動圧軸受装置、この動圧軸受装置を備えた動圧軸受モータ、およびこの動圧軸受モータを備えたディスク駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸部材とスリーブを備え、軸部材とスリーブとが互いに非接触で相対回転することができる動圧軸受装置に関するもので、たとえば磁気ディスク、光ディスク等のディスク駆動装置用軸受装置として、その他、高い回転精度が要求される各種装置の軸受装置として用いることができるものである。

高い回転精度が要求される各種装置の軸受装置として動圧軸受装置が用いられている。たとえば、ハードディスク駆動装置においては、ハードディスクの記録密度が月日を追って高くなっており、これに伴って、ディスクの回転速度および回転精度がますます高くなっている。ディスクの高回転速度化および高回転精度化の要求に応えるためには、動圧軸受装置を用いることが適している。

従来一般的なディスク駆動装置用動圧軸受装置の構成は次のようになっている。ディスクを載置するハブの中央部に軸部材の一端部を接合固定してなるハブ組の上記軸部材を、ラジアル動圧発生用のグルーブ加工を施したスリーブに挿入し、スラスト動圧発生用のグルーブ加工を施したスラストプレートを上記軸部材の他端部に固定し、カウンタープレートと上記スリーブとによってスラストプレートを挟み込み、カウンタープレートはステータ等に固定し、軸部材の他端部とスリーブとの間の隙間を接着剤などで封止して、軸受組を構成する。

次に、上記軸部材とスリーブとの間のラジアル動圧軸受部およびスラストプレートとカウンタープレートおよびスリーブとの間のスラスト動圧軸受部には潤滑流体を充填し、ハブの周壁内周面側にローターマグネットを固着してローター組を構成する。さらに、ベースフレームに絶縁紙およびフレキシブル配線基板を貼り付けたベース組を構成し、絶縁塗料を塗布した積層コアに導線を巻き回してこれを駆動コイルとしてなるコア巻線組を、上記ベース組に組み付けてステータ組を構成する。このステータ組に上記ローター組を組み付けることによって、ディスク駆動用流体動圧軸受モータを得ている。

近年、動圧軸受装置を用いた各種機器、たとえばディスク駆動装置では、高速回転化、高回転精度化の要求とともに、薄型化の要求も厳しくなっており、それに伴って動圧軸受装置の薄型化も要求されている。しかしながら、従来の動圧軸受装置の構造では、薄型化の要求に対して十分に応えていない。動圧軸受装置の薄型化を阻害する要因として次の項目を挙げることができる。

衝撃等の外部応力で軸受装置が破損しないように、各構成部材間の接合強度を高くする必要がある。たとえば、ハブと軸部材との接合強度、軸部材とスラストプレートとの接合強度、カウンタープレートとスリーブとの接合強度を所定の強度以上に高める必要がある。しかし、例えば軸部材とスラストプレートとを圧入によって接合すると、静摩擦係数が０.２程度であり、十分大きな接合強度を得るには、接合長さを長くする必要がある。この接合長さを長くすると、動圧軸受装置の薄型化に対する阻害要因となる。また、外部応力で軸受装置が破損しないように、各構成部材を厚くして曲げ強度を高める必要がある。例えば、スラストプレートの厚み、カウンタープレートの厚みなどを厚くする必要がある。これらの部材の厚みを厚くすると、動圧軸受装置の薄型化に対する阻害要因となる。

ラジアル動圧軸受の剛性を高めるためには、軸受部の軸方向長さを長くする必要があり、薄型化の阻害要因となる。さらに、潤滑流体の漏れを防止するためのシール装置を、動圧軸受装置の軸方向端部に設置する必要がある。例えば、毛細管シールの場合、潤滑流体の蒸発に起因する不具合を解消して信頼性を高めるために、毛細管シールの深さ寸法を長くして十分な量の潤滑流体を確保する必要があり、そのために動圧軸受装置の薄型化に対する阻害要因となる。また、毛細管シールに変え、あるいは毛細管シールとともに磁性流体シールを用いることもあるが、磁性流体シールは、マグネットやポールピースが必要であり、それらの厚みが動圧軸受装置の薄型化に対する阻害要因となる。

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、各構成部材間の接合長さを十分長く確保することによって、接合強度および曲げ強度、さらには動圧軸受の剛性を確保することができる動圧軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は、相対回転する軸部材とスリーブとを備え、上記軸部材と上記スリーブとの間にラジアル動圧軸受部およびスラスト動圧軸受部とが形成され、この動圧軸受部に介在する潤滑流体の動圧作用により上記軸部材とスリーブとが相対回転する動圧軸受装置において、
上記軸部材は、上記スリーブの円筒部内に挿入される中心軸と上記スリーブの一端側を取り囲む外周部とを有し、
上記中心軸の外周面と上記スリーブの円筒部内周面との間に上記ラジアル動圧軸受部が形成されるとともに、上記スリーブの一端面と上記軸部材との軸方向対向面間にスラスト動圧軸受部が形成され、
上記スリーブの円筒部の他端側には、周溝と、前記周溝の半径方向外側に位置する他端部と、が設けられ前記周溝の内側面のうち半径方向外側に位置する側面が、前記他端部の内側面となり、
上記スリーブの他端側には、上記スリーブの円筒部を閉塞するキャップ状のカバーが設けられ、前記カバーは、前記中心軸と軸方向に対向する底部と、前記底部より一端側に位置する外周部と、を有し、
上記キャップ状のカバーの外周部は前記他端部の内側面にてスリーブに接合されており、
上記カバーの一端部と前記シャフトの他端部との間には軸方向間隙が構成され、上記軸方向間隙には上記潤滑流体が上記ラジアル動圧軸受部に連続して充填され、
上記スリーブの半径方向外側には、底面を有するベースプレートが配置され、
前記円筒部の他端部は、前記カバーの外周部より他端側に突出すると共に、前記ベースプレートの底面より一端側に位置し、
前記円筒部の他端部と前記カバーの外周部との間には、接着剤が存在し、前記接着剤は前記カバーの外周部の他端側まで達していることを特徴とする。
本発明の請求項２は、上記軸方向間隙には、動圧軸受部が設けられていないことを特徴とする。
本発明の請求項３は、上記スリーブの一端側外周部には、毛細管シール部が設けられ、
上記潤滑流体は、上記スラスト動圧軸受部から上記毛細管シール部まで連続して充填され、
上記毛細管シール部に、上記潤滑流体の液面が位置することを特徴とする。
本発明の請求項４は、上記軸部材は、当該軸部材の一端部から半径方向外側へ延びる庇状内周部を有し、
上記スラスト動圧軸受部は、上記庇状内周部と上記スリーブの一端面との軸方向対向面間に構成されることを特徴とする。

本発明の請求項５は、ステータコアにワイヤを巻いて構成された駆動コイルと、
前記駆動コイルへの通電を切り替え制御することにより、前記ステータコアとの間に磁気的吸引反発力を発生するロータマグネットと、
請求項１乃至４のいずれかに記載の動圧軸受装置と、を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項６は、請求項５に記載の動圧軸受モータを備えたことを特徴とする。

本発明では、ラジアル動圧軸受部の軸方向の幅を広く確保すると共に、潤滑流体のスリーブ他端側からの漏出を防ぐことが出来る。

本発明にかかる動圧軸受装置の実施の形態を示す主要部の拡大正面断面図である。 上記実施の形態を示す正面断面図である。 本発明にかかる動圧軸受装置の、別の実施の形態を示す正面断面図である。

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、組み立て手順に従って説明する。この実施の形態は、ハードディスク等のディスクを回転駆動するディスク駆動装置として構成されているが、本発明にかかる動圧軸受装置は、ディスク駆動装置以外の各種機器の動圧軸受装置として適用可能なものである。

図１、図２において、符号１は軸部材を、符号２はスリーブをそれぞれ示している。軸部材１は中心軸１１と、この中心軸１１の一端部（図において上端部）に圧入等によって接合された回転体２５とを有してなる。この実施の形態では、回転体２５はディスクを載置して回転するハブである。上記中心軸１１と回転体２５との接合部には、あとで説明する潤滑流体が外部に漏れないように、その全周が溶接され、またはシール材によってシールされている。

上記スリーブ２は、ラジアル動圧軸受部３，３を形成するための円筒部２１とこの円筒部２１の外周側に形成されたスラスト動圧軸受部４，５形成用の突出部２２とを有してなる。この突出部２２は、上記円筒部２１の一端部（図において上端部）に、円筒部２１の鍔部として形成されている。上記突出部２２は、図示の例ではスリーブ２の円筒部２１と一体成形されているが、スリーブ２とは別部材とし、これをスリーブ２の円筒部２１に圧入等によって一体に設けてもよい。上記突出部２２はスラスト軸受用のスラストプレートとなるものである。この突出部２２がスリーブ２の円筒部２１に一体に設けられた状態で、スリーブ２の上記円筒部２１の内周面に、ラジアル動圧発生用溝が形成され、上記突出部２２の上下面に、スラスト動圧発生用溝が形成されている。上記ラジアル動圧発生用溝は、円筒部２１の内周面の上下２箇所に、通常のように全周にわたって形成されている。上記スラスト動圧発生用溝も、突出部２２の上下面の全周にわたって形成されている。

上記スリーブ２の円筒部２１に、上側から上記軸部材１の中心軸１１を挿入する。次に、リング状のスラスト受け部材２７を、外周に沿い下側から挿入し、回転体２５の下面に形成された円形の突堤２３の内周面に接合する。さらに、後述の潤滑流体が漏れないように、上記突堤２３とスラスト受け部材２７との接合部を接着剤等で封止する。次に、キャップ状のカバー２８を中心軸１１の下端部に被せ、カバー２８の外周部を上記円筒部２１の下端周溝に落とし込んで接合し、接着剤２９等で封止する。

図１に示すように、スラスト受け部材２７の内周面とこれに対向する上記スリーブ２の外周面との間、スラスト受け部材２７の上面とこれに対向する上記突出部２２の下面との間、上記突出部２２の外周面とこれに対向する上記回転体２５の周壁面との間、回転体２５の庇状内周部２６とこれに対向する上記突出部２２の上面との間、上記スリーブ２の内周面と中心軸１１の外周面との間、および上記カバー２８と中心軸１１の下端部との間には隙間が形成されている。これらの隙間は互いに上記の順に連通していて、スラスト受け部材２７の内周面とこれに対向する上記スリーブ２の外周面との間の隙間が下に向かって開放している。また、このスラスト受け部材２７の内周面に対向する上記スリーブ２の外周面は、下に向かって外径が小さくなる向きのテーパー部となっていて、上記スラスト受け部材２７の内周面とスリーブ２の外周面との間の隙間は、その間隔が下に向かって徐々に拡大する毛細管シール部４５となっている。この毛細管シール部４５に、後述する潤滑流体（オイル）の液面Ａが位置するように設ける。

上記毛細管シール部４５から上記隙間に潤滑流体（オイル）を注入する。この注入方法は任意で、例えば、上記隙間を真空状態ないしは負圧状態にして注入するとよい。上記スラスト受け部材２７の上面とこれに対向する上記突出部２２の下面との間には下側スラスト動圧軸受５が形成され、回転体２５の庇状内周部２６とこれに対向する上記突出部２２の上面との間には上側スラスト動圧軸受部４が形成され、スリーブ２の内周面と中心軸１１の外周面との間の上下２箇所にはラジアル動圧軸受部３、３が形成されている。これら上下のスラスト動圧軸受部４，５およびラジアル動圧軸受部３、３に、上記潤滑流体が介在している。

次に、液面Ａで示す潤滑流体が外部に漏れるのを防止するために、スラスト受け部材２７の下面に、油吸収布３０を、カバープレート３１で押さえて固定する。カバープレート３１は断面がＬ字状で、かつ、全体はリング状の部材で、その立ち上がり部分を、前記回転体２５の突堤２３の外周面に接合させて固定する。油吸収布３０の内周面は、上記毛細管シール部４５の開口部に対向している。次に、回転体２５の外周壁４１の内周面に、ロータマグネット４０を接着固着する。これによって軸受組が完成する。

別工程においてステータコア３５にワイヤを巻いてこれを駆動コイル３６とし、コア巻線組を作成しておく。さらに別の工程で、ベースプレート３３の凹部３３４の底面に絶縁紙３８を接着する。ベースプレート３３は中心孔を有し、この中心孔の周囲に突堤３３３を有し、この突堤３３３の外周側に周溝状の上記凹部３３４を有している。ベースプレート３３にはまた、その底面に沿って、図２に示すようにフレキシブル回路基板４２を接着する。

上記コア巻線組を上記ベースプレート３３に接着固定する。ここでは、上記突堤３３３の外周面に沿ってステータコア３５の中心孔を嵌め、また、上記突堤３３３の外周側に段部が形成されているので、この段部に上記ステータコア３５を載せて接着する。次に、駆動コイル３６の端末をフレキシブル回路基板４２の所定の回路パターンに半田付けする。これによってステータ組が完成する。さらに、このステータ組に前記軸受組を接合する。より詳細には、軸受組の一部を構成するスリーブ２の円筒部２１下端部を、ステータ組の一部を構成するベースプレート３３の中心孔にその上側から圧入して固定する。これによって、ディスク回転駆動用の動圧軸受モータが完成する。ベースプレート３３には、フレキシブル回路基板４２を引き出すための孔および上記半田付け部分から逃げるための孔が形成されていて、これらの孔は接着剤その他適宜のシール材４３で封止される。

上記動圧軸受モータの駆動コイル３６への通電を切り替え制御することにより、ステータコア３５の突極とロータマグネット４０との磁気的吸引反発力で、ロータマグネット４０、回転体２５と中心軸１１を含む軸部材１およびスラスト受け部材２７が回転駆動される。この回転によって、スラスト動圧軸受部４，５に存在する潤滑流体にスラスト動圧力が発生し、また、ラジアル動圧軸受部３，３に存在する潤滑流体にラジアル動圧力が発生し、上記軸部材１がスリーブ２に対し非接触状態を保持したままで相対回転する。

このようにして、軸部材１の一部を構成する回転体２５の前記庇状内周部２６とスラスト受け部材２７は、軸部材１の一部を構成する中心軸１１よりも外周側にあるため、スリーブ２の突出部２２を取り囲む外周部を構成している。そして、中心軸１１の外周面とスリーブ２の円筒部２１内周面との間にラジアル動圧軸受部３が形成されるとともに、スリーブ２の突出部２２と上記軸部材１との軸方向対向面間にスラスト動圧軸受部４，５が形成されている。

以上説明した実施の形態によれば、スラストプレートに相当するスリーブ２の突出部２２、カウンタープレートに相当するスラスト受け部材２７、毛細管シール部４５が、ラジアル軸受部３よりも半径方向外側に配置されているため、次のような効果を得ることができる。ラジアル軸受部３の軸方向の幅を十分に広く確保することができるため、軸受剛性を上げることができ、より高精度で、かつ、外乱に対する回転性能の劣化が少ない動圧軸受装置を得ることができる。毛細管シール部４５の軸方向の長さを十分に長く確保することができるため、蒸発による潤滑流体の枯渇を防止することができ、寿命が長く、信頼性の高い動圧軸受装置を得ることができる。各部材間の必要な接合強度を得るのに十分な部品の軸方向寸法を確保することができるため、衝撃などの外力による軸受の破損を防止することができる。潤滑流体吸収部材３０を設置するためのスペースを確保することができるため、潤滑流体の漏れによる汚染を防止することができる。

スラスト軸受をラジアル軸受と一体にした部材、具体的には、スラスト動圧軸受部４，５を形成するための突出部２２と、内周面にラジアル動圧軸受部３を構成するための円筒部２１とを一体にしたスリーブ２を用い、このスリーブ２にスラスト動圧発生用溝およびラジアル動圧発生用溝を形成するようにしたため、スラスト動圧発生用の上記突出部２２の軸方向寸法および直径を小さくすることができ、軸受のロストルクを低減して小電力化を測ることができる。また、スリーブ２にスラスト動圧発生用溝およびラジアル動圧発生用溝を形成することができるため、ラジアル軸受面に対するスラスト軸受面の直角度を精度よく仕上げることができ、回転性能が向上する。

毛細管シール部４５が、スラスト受け部材２７の内周面とスリーブ２の円筒部２１外周面との間に、軸線方向に長く形成されているため、潤滑流体が遠心力の影響で飛散しにくい構造となっており、潤滑流体による汚染が防止される。また、軸方向のスペースに余裕が生まれ、潤滑流体吸収部材を配置するための空間を容易に確保することができ、潤滑流体の漏れを防止して周辺の汚染を防止することができる。スリーブ２の突出部２２とスラスト受け部材との対向面間に形成されるスラスト軸受部５は、スリーブ２の円筒部２１に形成されているラジアル軸受部３，３よりも軸方向内側に形成されているため、スラスト軸受部５を形成することに起因する動圧軸受装置の軸方向寸法の増大を防止することができる。

本発明にかかる動圧軸受装置は、これまで説明してきたようなアウターロータ型モータに限らず、インナーロータ型モータにも適用することができる。図３はインナーロータ型モータに本発明にかかる動圧軸受装置を適用した実施の形態を示す。前記実施の形態と同様の構成部分ないしは対応する構成部分には共通の符号を付し、前記実施の形態と異なる構成部分を重点的に説明する。

図３に示す実施の形態が、前記実施の形態と大きく異なる点は、ロータマグネット４０を取り付けるための回転体２５の円筒状周壁５０が、回転体２５の半径方向中間部にあり、この円筒状周壁５０の外周側の面にロータマグネット４０が固着され、このロータマグネット４０の外周面にステータコア３５の内周面が適宜の間隙をおいて対向していることである。ステータコア３５はその外周側がベースプレート３３の段部に固定され、内方に向いた各突極に駆動コイル３６が巻き回されている。

その他の構成はほぼ前記実施の形態と同じで、符号１は軸部材、２はスリーブ、３はラジアル動圧軸受、４および５はスラスト動圧軸受、１１は中心軸、２１は円筒部、２２は突出部、２７はスラスト受け部材、３０は油吸収布、４５は毛細管シール部をそれぞれ示している。円筒部２１の下端にはカバー４８が嵌められて封止され、潤滑オイルの漏れ防止が図られている。図３に示すように、インナーロータ型モータに本発明にかかる動圧軸受装置を適用したものにおいても、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、何れの実施の形態においても、油吸収布３０は、ベースプレート３３側に取り付けてもよい。本発明にかかる動圧軸受装置は、ディスク駆動モータだけでなく、各種回転体の軸受装置として用いることができる。

実施の形態によれば、スリーブは、ラジアル動圧軸受部を形成するための円筒部とこの円筒部の外周側に形成されたスラスト動圧軸受部形成用の突出部とを有し、軸部材は、上記スリーブの円筒部内に挿入される中心軸と上記スリーブの上記突出部を取り囲む外周部とを有し、上記中心軸の外周面と上記スリーブの円筒部内周面との間にラジアル動圧軸受部が形成されるとともに、スリーブの突出部と軸部材との軸方向対向面間にスラスト動圧軸受部が形成されているため、ラジアル軸受部の軸方向の幅を十分に広く確保することができる。これによって、軸受剛性を上げることができ、より高精度で、かつ、外乱に対する回転性能の劣化が少ない動圧軸受装置を得ることができる。各部材間の必要な接合強度を得るのに十分な部品の軸方向寸法を確保することができるため、衝撃などの外力による軸受の破損を防止することができる。

また、鍔部とスラスト受け部材との対向面間に形成されるスラスト軸受部は、円筒部に形成されるラジアル軸受部よりも軸方向内側に形成されているため、スラスト軸受部５を形成することに起因する動圧軸受装置の軸方向寸法の増大を防止することができる。

また、スラスト軸受部には潤滑流体が充填されており、スリーブ外周面とスラスト受け部材の内周面との間隔が徐々に拡大するテーパー部が上記スラスト動圧軸受部より軸方向外側に設けられ、このテーパー部により潤滑流体の漏れ防止用の毛細管シール部が構成されているため、スラスト軸受部を形成することに起因する動圧軸受装置の軸方向寸法の増大を防止することができる。また、毛細管シール部の軸方向長さを十分に長く確保することができるため、蒸発による潤滑流体の枯渇を防止することができ、寿命が長く、信頼性の高い動圧軸受装置を得ることができる。

また、動圧軸受装置はディスク駆動装置の動圧軸受装置であって、回転体は、ディスク載置用ハブであるため、上記のような利点を有するディスク駆動装置を得ることができる。

１ 軸部材
２ スリーブ
３ ラジアル動圧軸受部
４ スラスト動圧軸受部
５ スラスト動圧軸受部
１１ 中心軸
２１ 円筒部
２２ 突出部
２５ 回転体
２７ 外周部としてのスラスト受け部材
４５ 毛細管シール部

Claims (6)

1. 相対回転する軸部材とスリーブとを備え、上記軸部材と上記スリーブとの間にラジアル動圧軸受部およびスラスト動圧軸受部とが形成され、この動圧軸受部に介在する潤滑流体の動圧作用により上記軸部材とスリーブとが相対回転する動圧軸受装置において、
   上記軸部材は、上記スリーブの円筒部内に挿入される中心軸と上記スリーブの一端側を取り囲む外周部とを有し、
   上記中心軸の外周面と上記スリーブの円筒部内周面との間に上記ラジアル動圧軸受部が形成されるとともに、上記スリーブの一端面と上記軸部材との軸方向対向面間にスラスト動圧軸受部が形成され、
   上記スリーブの円筒部の他端側には、周溝と、前記周溝の半径方向外側に位置する他端部と、が設けられ前記周溝の内側面のうち半径方向外側に位置する側面が、前記他端部の内側面となり、
   上記スリーブの他端側には、上記スリーブの円筒部を閉塞するキャップ状のカバーが設けられ、前記カバーは、前記中心軸と軸方向に対向する底部と、前記底部より一端側に位置する外周部と、を有し、
   上記キャップ状のカバーの外周部は前記他端部の内側面にてスリーブに接合されており、
   上記カバーの一端部と前記シャフトの他端部との間には軸方向間隙が構成され、上記軸方向間隙には上記潤滑流体が上記ラジアル動圧軸受部に連続して充填され、
   上記スリーブの半径方向外側には、底面を有するベースプレートが配置され、
   前記円筒部の他端部は、前記カバーの外周部より他端側に突出すると共に、前記ベースプレートの底面より一端側に位置し、
   前記円筒部の他端部と前記カバーの外周部との間には、接着剤が存在し、前記接着剤は前記カバーの外周部の他端側まで達していることを特徴とする動圧軸受装置。
2. 上記軸方向間隙には、動圧軸受部が設けられていないことを特徴とする請求項１に記載の動圧軸受装置。
3. 上記スリーブの一端側外周部には、毛細管シール部が設けられ、
   上記潤滑流体は、上記スラスト動圧軸受部から上記毛細管シール部まで連続して充填され、
   上記毛細管シール部に、上記潤滑流体の液面が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の動圧軸受装置。
4. 上記軸部材は、当該軸部材の一端部から半径方向外側へ延びる庇状内周部を有し、
   上記スラスト動圧軸受部は、上記庇状内周部と上記スリーブの一端面との軸方向対向面間に構成され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動圧軸受装置。
5. ステータコアにワイヤを巻いて構成された駆動コイルと、
   前記駆動コイルへの通電を切り替え制御することにより、前記ステータコアとの間に磁気的吸引反発力を発生するロータマグネットと、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の動圧軸受装置と、を備えたことを特徴とする動圧軸受モータ。
6. 請求項５に記載の動圧軸受モータを備えたことを特徴とするディスク駆動装置。

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