JP5307925B2 - アウターロータ型のスピンドルモータ - Google Patents

Description

本発明は、動圧軸受を備えたスピンドルモータに関し、特に、薄型のディスク装置やレーザビームプリンタに搭載される駆動用のスピンドルモータ等に好適に用いることができるものである。

スピンドルモータには、高速回転時の安定性や優れた耐久性が要求されており、これらの要求特性に対応するため、流体潤滑剤を用いた動圧軸受装置を搭載したスピンドルモータが一般的となっている。
一方、ハードディスクドライブ等のディスク装置やレーザビームプリンタ装置に対しては薄型化が要求されており、これらに用いられる、動圧軸受装置を搭載した駆動用スピンドルモータも可能な限り薄型化しなければならない。
そのため、従来、シャフトの軸端部側に配置していたスラスト軸受部を、ラジアル軸受部の外側であるスリーブの外周側に配置して薄型化を図ったスピンドルモータが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−６５５５２号公報

ところで、この従来のスピンドルモータにおいては、スリーブの内周面にラジアル軸受部を有し、また、径方向にフランジ状に突出した突出部の軸方向両面が一対のスラスト軸受部とされている。これらの軸受部の面は、極めて高精度に形成される必要があるのは言うまでもない。
しかしながら、このスピンドルモータは、ラジアル軸受面を有するスリーブに、さらにそのラジアル軸受面に対して直交する方向の２つのスラスト軸受面を形成しなければならない。
従って、一方のスラスト軸受面を形成し、その後、他方のスラスト軸受面を形成する際に加わる加工負荷により、一方のスラスト軸受面やラジアル軸受面に変形が生じる可能性がある。

その変形が生じると、各軸受面間の垂直度や水平度が悪化し、回転時に軸の振れが大きくなり、場合によっては、ロータとステータとが接触し回転不能になって信頼性を損ねたり、動圧が不均一になることから軸受寿命が短くなったりする可能性があった。また、このようなモータをディスク装置に駆動用として使用した場合、記録ディスクに対する情報の記録再生においてエラーが発生したり、高密度記録再生が困難になる可能性があった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、動圧軸受を用いて厚さを薄くしても、軸の振れが小さく、長寿命であり、信頼性の高いスピンドルモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、動圧軸受を備えたアウターロータ型のスピンドルモータであって、軸方向に突出して設けられた環状の壁部を有するベースと、動圧軸受を介してベースに対して回動可能なハブと、環状に形成されて内周面が壁部の外周面に固定される環状部と、環状部の外周面に形成された複数の突極と、を有するコアと、複数の突極のそれぞれに巻回されて形成されるコイルと、環状に形成され、ハブに固定され、複数の突極の先端に隙間を介して対向するよう配置されるマグネットと、回転軸に沿って形成された円形部材のフランジ部と、円形部材の外周に固定される環状部材とに隙間を介して挟まれ、コアに環囲されるスラストリングと、を備える。動圧軸受は、ハブを含む回転体を支持し、軸方向に離間して配置される２カ所のラジアル動圧溝を有するラジアル軸受部と、第１スラスト動圧溝と第２スラスト動圧溝とを有するスラスト軸受部と、ラジアル軸受部とスラスト軸受部とを含む潤滑剤充填部に連続的に充填される潤滑剤と、壁部の突出方向に開放された潤滑剤充填部の開放端に向かうに従って間隔が広くなるテーパシールと、含む。潤滑剤は、２カ所のラジアル動圧溝の間において連続的に介在し、テーパシールの途中に位置する潤滑剤の液面は、マグネットに環囲され、第１スラスト動圧溝は、軸方向に対向するスラストリングとフランジ部の対向面のいずれか一方に形成され、第２スラスト動圧溝は、軸方向に対向するスラストリングと環状部材の対向面のいずれか一方に形成される。

本発明によれば、軸の振れが小さく、高い信頼性が得られ、長寿命になるという効果を奏する。

本発明のスピンドルモータの実施例１を示す断面図である。 本発明のスピンドルモータの実施例１を説明する断面図である。 本発明のスピンドルモータの実施例１における要部の拡大断面図である。 本発明のスピンドルモータの実施例２を示す断面図である。 本発明のスピンドルモータの実施例３を示す断面図である。

＜実施例１＞
まず、実施例１について、図１〜図３を用いて説明する。
この実施例１のスピンドルモータ５０は、ハードディスク装置用の所謂インナーロータ型であり、ステータ部５０Ｓとこのステータ部５０Ｓに対して回転するロータ部５０Ｒとより成る。

ロータ部５０Ｒは、芯となる円筒状の軸部１を一体形成により有するハブ７と、軸部１の外周部に嵌着された円筒状の外筒部１３とを有している。図３においては、理解容易のため、この外筒部１３を点状ハッチングで示している。
ハブ７の外周側には、軸部１を囲繞するように突出した壁部であるハブフランジ部７ａが形成されている。このハブフランジ部７ａの外周面にはＮ極とＳ極とが交互に多極着磁された環状のマグネット１１が装着されている。また、ハブフランジ部７ａの内周面には、リング状のスラストリング３が圧入または接着により固定されている。

一方、ステータ部５０Ｓは、ベース８と、このベース８に立設固定されたスリーブ４とを有している。
ベース８には、複数の突極（図示せず）を有する環状のコア９が固定されている。その各突極にはコイル１０が巻回されている。また、環状コア９は、その内周面がマグネット１１の外周面と所定間隙を有して対向するように配置されている。
スリーブ４は、貫通孔４ｂを有する略円環状であり、外筒部１３が微小の間隙を有して内挿される。
また、スリーブ４の一方の端部側には径方向に突出するフランジ部４ａが設けられ、他方の端部側には、貫通孔４ｂを塞ぐエンドプレート５が固定されている。
さらに、スリーブ４の外周部には、スラストリング３を微小の間隙を有してフランジ部４ａとの間に挟み込む環状のシールプレート１７が圧入固定されている。

この構成において、スリーブ４の貫通孔４ｂの内周面４ｃと、外筒部１３の外周面１３ｃと、両者の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧溝（図示せず）と、両者の間隙に充填された潤滑性流体（以下、潤滑剤と称する）２０とによりラジアル動圧軸受ＲＢが構成されている。このラジアル動圧軸受ＲＢは、１ヶ所または軸方向に距離を隔てて２ヶ所設けられている。
また、スラストリング３の軸方向の両端面３ａ，３ｂと、この両端面３ａ，３ｂに微小の間隙を有して対向する、フランジ部４ａの軸方向端面４ａ１及びシールプレートの軸方向端面１７ａと、各対向面において、少なくともその一方に形成されたスラスト動圧溝（図示せず）と、両者の間隙に充填された潤滑剤２０とによりスラスト動圧軸受が構成されている。
言い換えるならば、実施例のスピンドルモータは、スラストリング３の端面３ａとフランジ部４ａの軸方向端面４ａ１との間で第１のスラスト動圧軸受（ＳＢ１）を形成し、スラストリング３の端面３ｂとシールプレートの軸方向端面１７ａとの間で第２のスラスト動圧軸受（ＳＢ２）を形成してなるものである。
そして、第１のスラスト動圧軸受と第２のスラスト動圧軸受とで発生する動圧により、スリーブ４は軸方向に中立に浮いた状態となってロータ部５０Ｒは他部材と接触することなく回動可能となる。

また、潤滑剤２０は、エンドプレート５と軸部１及び外筒部１３との間隙と、外筒部１３とスリーブ４との間隙と、スリーブ４とハブ７との間隙と、スリーブ４とスラストリング３との間隙と、スラストリング３とシールプレート１７との間隙と、シールプレート１７とハブフランジ部７ａとの間隙とよりなる潤滑剤充填部に充填されている。
また、この潤滑剤充填部の開放端となるシールプレート１７とハブフランジ部７ａとの間隙は、開放端側に向かうに従って間隙が広くなるテーパシール部６とされ、潤滑剤２０の漏出を防止している。潤滑剤２０は、その液面がテーパシール部６の途中に位置するように量が調整され充填されている。

上述したように、このスピンドルモータはハードディスク用であり、特に内径の小さいハードディスクを装着するためのモータの例であり、ハブ７の中心線上にはそのハードディスクを固定するための雌ねじ２が形成されている。
また、ハブの製造工程において、この雌ねじ２の加工後に洗浄を行うが、加工で発生する切削粉や洗浄液に含まれる異物等を十分に除去するため、この雌ねじ２は貫通孔２ａの一部として形成される。
そして、組立後、この貫通孔２ａから潤滑剤２０が漏出するのを防止するため、この貫通孔２ａには、潤滑剤２０を封止する封止材１６が接着剤により固着されている。この封止材１６として、弾性体、例えば貫通孔２ａの内径より直径が大きいゴム製のボールを用いることができ、これを貫通孔２ａに圧入または接着により固着封止する。

また、軸部１とハブ７とは一体で形成されており、これにより、ラジアル軸受部に対するスラスト軸受部の直角度精度をより向上させることができる。
その結果、ラジアル軸受部やスラスト軸受部の隙間がより均一になり、回転時に負荷が発生したり回転部材の当たりが発生することがなく、より高い信頼性が得られる。

外筒部１３の外周面は、研磨加工されている。さらに、この外周面における、ラジアル動圧溝を形成する範囲、あるいは、スリーブ４側に動圧溝が形成される場合はその動圧溝に対向する範囲は、特に表面粗さが小さくなるように高精度に研磨加工されている。

この外筒部１３を軸部１に圧入して嵌着するが、その圧入力を低減し、歪みなくスムーズに圧入ができるように、軸部１の外周部には軸方向に延在する複数の溝１ａが形成されている（図２参照）。図２においては、溝１ａは周方向に等間隔で３本形成されている。
この溝１ａの本数は、２本以下の場合、圧入力の減少効果が十分に得られず、圧入によって外筒部１３の外周面の円筒度精度が低下してしまう。
また、逆に多くなると、加工工数が増加したり、加工装置が複雑になるので、３本とするのが最も好ましい。
また、その加工の際、ワーク逃げにより軸倒れをなるべく生じさせないために、軸部１に均等な加工圧力がかかるよう溝１ａを３本同時に加工するのが望ましい。
この溝１ａを設けることにより、ラジアル軸受部における潤滑剤充填部の両端側が連結される。従って、動圧の圧力バランスを整える効果が発揮され、例えば、負圧が生じたり過浮上を生じるという不具合の発生を防止することができる。

ここで、テーパシール部６の詳細構成について図３を用いて説明する。
テーパシール部６において、ハブ７のフランジ部７ａの内周面７ａ１は、潤滑剤充填部の開放端１８（図３の下方側）に向かうほど内径が小さくなる方向の傾斜面として形成されている。
一方、シールプレート１７の外周面１７ｂは、開放端１８に向かうほど外径が小さくなる方向の傾斜面として形成されている。
そして、シールプレート１７の外周面１７ｂの回転軸Ｃに対する傾斜角度が、フランジ部７ａの内周面７ａ１の回転軸Ｃに対する傾斜角度よりも大きくなるように形成されているので、両者の間隙は開放端１８に向かうほど広くなっている。

このようなテーパシール部６においては、潤滑剤２０に回転時に加わる遠心力は、それを潤滑剤充填部の内部側に移動させるように作用する。従って、このシール部６は、潤滑剤充填部からの潤滑剤２０の漏出をより効果的に防止でき、極めて信頼性の高いシール部となっている。
また、このテーパシール部６は、潤滑剤充填部の最外径部に配置されているので、シール部６内の容量はその径に比例して大きくなっている。
従って、温度変化に伴う、シール部６における潤滑剤２０の液面変化は極めて僅かであり、この実施例で用いられる動圧軸受は、極めて信頼性の高い軸受となっている。

＜実施例２＞
次に、実施例２のスピンドルモータ５１を、図４を用いて説明する。
このスピンドルモータ５１は、ハードディスク装置用の所謂アウターロータ型であり、アウターロータの構成及び下記に説明する構成以外は実施例１と同様である。
また、この実施例のスピンドルモータ５１は、実施例１と同様の所謂軸回転タイプであり、また、ハードディスクの内径が大きい場合に適用される例である。
従って、ハードディスクはハブ７に設けられた複数の雌ねじ２で固定されるので、軸部１（以下、実施例２以降、軸１とも称する）に雌ネジは形成されていない。
また、当例では、軸１とハブ７とは別体としており、それにより軸１の外周面を高精度に研磨することができ、実施例１で用いた外筒部１３を不要とする構成となっている。

軸１とハブ７の貫通孔７ｂとは圧入嵌合となっているが、この嵌合の強度と軸１の振れ精度を向上させるために、軸１が貫通孔７ｂと嵌合する範囲の一部を若干小径とした小径部１ｂを設け、また、貫通孔７ｂ側は軸１の小径部１ｂが嵌合する範囲を小径部７ｃとして圧入するように構成されている。
小径部１ｂ，７ｃの圧入しろを５〜１０μｍとし、それ以外の部分の圧入しろは５〜２０μｍとなるように両者の径を設定してある。

この実施例２の構成において、軸１の外周面１ｃとスリーブ４の貫通孔の内周面４ｃと、両者の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧溝（図示せず）と、両者の間隙に充填された潤滑剤２０とによりラジアル動圧軸受ＲＢが構成されている。

一方、ハブフランジ部７ａの内周面に固定されたスラストリング３の軸方向の両端面３ａ，３ｂと、この両端面３ａ，３ｂに微小の間隙を有して対向する、フランジ部４ａの軸方向端面４ａ１及びスリーブ４の外周部に固定された環状のシールプレート１７の軸方向端面１７ａと、各対向面において、少なくともその一方に形成されたスラスト動圧溝（図示せず）と、両者の間隙に充填された潤滑剤２０とによりスラスト動圧軸受が構成されている。概略的にはシールプレート１７とフランジ部４ａとの間にスラストリング３が挟み込まれる構成となっている。
この実施例においても、スラストリング３の端面３ａとフランジ部４ａの軸方向端面４ａ１との間で第１のスラスト動圧軸受ＳＢ１を形成し、スラストリング３の端面３ｂとシールプレートの軸方向端面１７ａとの間で第２のスラスト動圧軸受ＳＢ２を形成してなるものである。
そして、第１のスラスト動圧軸受ＳＢ１と第２のスラスト動圧軸受ＳＢ２とで発生する動圧により、スリーブ４は軸方向に中立に浮いた状態となってロータ部５１Ｒは他部材と接触することなく回動可能となる。

また、潤滑剤２０は、スリーブ４にその貫通孔４ｂを一方の端部側で塞ぐよう固定されたエンドプレート５と軸１との間隙と、軸１とスリーブ４との間隙と、スリーブ４とハブ７との間隙と、スリーブ４とスラストリング３との間隙と、スラストリング３とシールプレート１７との間隙と、シールプレート１７とハブ７のハブフランジ部７ａとの間隙とよりなる潤滑剤充填部に充填されている。
また、この潤滑剤充填部の開放端部となるシールプレート１７とハブ７のフランジ部７ａとの間隙は、開放端側に向かうに従って間隙が広くなるテーパシール部６とされ、潤滑剤２０の漏出を防止している。潤滑剤２０は、その液面がテーパシール部６の途中に位置するように量が調整され充填されている。

このテーパシール部６の詳細構成は、実施例１と同様であり、潤滑剤２０に対して回転時に加わる遠心力は、それを潤滑剤充填部の内部側に移動させるように作用するので、漏出をより効果的に防止でき極めて信頼性の高いシール部となっている。

＜実施例３＞
実施例３のスピンドルモータ５２の断面図を図５に示す。このスピンドルモータは、実施例２のスピンドルモータ５１に対して軸固定タイプとしたものである。
この実施例３の構成において、軸１はベース８に圧入固定されている。
また、環状のスラストリング３はベース８の環状突出部８ａの内周面に固定され、ステータ５２Ｓ側とされている。
一方、スリーブ４はハブ７の貫通孔７ｄに圧入固定されると共に貫通孔が軸１に外挿してロータ側５２Ｒとされている。
シールプレート１７は、スリーブ４の外周部に固定されている。
従って、軸１の外周面１ｃとスリーブ４の貫通孔４ｂの内周面４ｃと、両者の少なくとも一方に形成されたラジアル動圧溝（図示せず）と、両者の間隙に充填された潤滑剤２０とによりラジアル動圧軸受ＲＢが構成されている。
この実施例３においても、スラストリング３の端面３ａとフランジ部４ａの軸方向端面４ａ１との間で第１のスラスト動圧軸受ＳＢ１を形成し、スラストリング３の端面３ｂとシールプレートの軸方向端面１７ａとの間で第２のスラスト動圧軸受ＳＢ２を形成してなるものである。
そして、第１のスラスト動圧軸受ＳＢ１と第２のスラスト動圧軸受ＳＢ２とで発生する動圧により、スリーブ４は軸方向に中立に浮いた状態となってロータ部５２Ｒは他部材と接触することなく回動可能となる。

また、ベース８の環状突出部８ａの内周面に固定されたスラストリング３における軸方向の両端面３ａ，３ｂと、この両端面３ａ，３ｂに微小の間隙を有して対向する、フランジ部４ａの軸方向端面４ａ１及びスリーブ４の外周部に固定されフランジ部４ａとの間に微小の間隙を有してスラストリング３を挟み込む環状のシールプレート１７の軸方向端面１７ａと、各対向面において、少なくともその一方に形成されたスラスト動圧溝（図示せず）と、両者の間隙に充填された潤滑剤２０とによりスラスト動圧軸受が構成されている。

また、潤滑剤２０は、スリーブ４に、その貫通孔４ｂを一方の端部側で塞ぐよう固定されたエンドプレート５と軸１との間隙と、軸１とスリーブ４との間隙と、スリーブ４とベース８との間隙と、スリーブ４とスラストリング３との間隙と、スラストリング３とシールプレート１７との間隙と、シールプレート１７とベース８の環状突出部８ａとの間隙とよりなる潤滑剤充填部に充填されている。
また、この潤滑剤充填部の開放端部となるシールプレート１７とベース８の環状突出部８ａとの間隙は、開放端１８側に向かうに従って間隙が広くなるテーパシール部６とされ、潤滑剤充填部に充填された潤滑剤２０の漏出を防止している。潤滑剤２０は、その液面がテーパシール部６の途中に位置するように量が調整され充填されている。

ここで、テーパシール部６の詳細構成について図５を用いて説明する。
テーパシール部６において、ベース８の環状突出部８ａの内周面８ａ１は、潤滑剤充填部の開放端１８（図５の上方側）に向かうほど内径が小さくなる方向の傾斜面として形成されている。
一方、シールプレート１７の外周面１７ｂは、開放端１８に向かうほど外径が小さくなる方向の傾斜面として形成されている。
そして、シールプレート１７の外周面１７ｂの回転軸Ｃに対する傾斜角度が、環状突出部８ａの内周面８ａ１の回転軸Ｃに対する傾斜角度よりも大きくなるように形成されているので、両者の間隙は開放端１８に向かうほど広くなっている。

このようなテーパシール部６においては、潤滑剤２０に回転時に加わる遠心力は、それを潤滑剤充填部の内部側に移動させるように作用する。従って、このシール部６は、潤滑剤充填部からの潤滑剤２０の漏出をより効果的に防止でき、極めて信頼性の高いシール部となっている。
また、このテーパシール部６は、潤滑剤充填部の最外径部に配置されているので、シール部６内の容量（環状の容量）が大変大きくなっている。
従って、温度変化に伴う、シール部６における潤滑剤２０の液面変化は極めて僅かであり、この実施例で用いられる動圧軸受は、極めて信頼性の高い軸受となっている。

上述した各実施例によれば、ラジアル軸受面を有するスリーブ４がさらに有する軸受面はスラスト軸受面の一面のみであって、このスリーブ４に複数のスラスト軸受面を設けることがないので、各軸受面間の直角度が極めて高精度に得られ、軸振れが小さくなる。また、ラジアル軸受部やスラスト軸受部の隙間がより均一になり、回転時に負荷が発生したり回転部材の当たりが発生することがなり、高い信頼性が得られ、長寿命となる。

本発明の実施例は、上述した構成及び手順に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変形例としてもよいのは言うまでもない。

１ 軸部（軸）、１ａ 溝、１ｂ 小径部、１ｃ 外周面、２ 雌ねじ、２ａ 貫通孔、３ スラストリング、３ａ，３ｂ （軸方向の）端面、４ スリーブ、４ａ フランジ部、４ａ１ 軸方向端面、４ｂ 貫通孔、４ｃ 内周面、５ エンドプレート、６ テーパシール部、７ ハブ、７ａ ハブフランジ部、７ａ１ 内周面、７ｃ 小径部、８ ベース、８ａ 環状突出部、８ａ１ 内周面、９ コア、１０ コイル、１１ マグネット、１３ 外筒部、１３ｃ 外周面、１６ 封止材、１７ シールプレート、１７ａ 軸方向端面、
１７ｂ 外周面、１８ 開放端、２０ 潤滑剤（潤滑性流体）、５０〜５２ スピンドルモータ、Ｃ 回転軸、ＲＢ ラジアル動圧軸受部、ＳＢ１，ＳＢ２ 第１，第２のスラスト動圧軸受部

Claims (6)

1. 動圧軸受を備えたスピンドルモータであって、
   底部と、前記底部から一体に軸方向に突出して設けられた環状の壁部と、を有するベースと、
   前記動圧軸受を介して前記ベースに対して回動可能なハブと、
   環状に形成されて前記壁部の外周面に内周面が固定され、外周面に形成された複数の突極を有するコアと、
   前記複数の突極のそれぞれに巻回されて形成されるコイルであって、前記底部と軸方向に対向するコイルと、
   環状に形成され、前記ハブに固定され、前記複数の突極の先端に隙間を介して対向するよう配置されるマグネットと、
   回転軸に沿って形成された円形部材のフランジ部と、前記円形部材の外周に固定される環状部材とに隙間を介して挟まれ、前記コアに環囲されるスラストリングと、を備え、
   前記動圧軸受は、
   前記ハブを含む回転体を支持し、軸方向に離間して配置される２カ所のラジアル動圧溝を有するラジアル軸受部と、
   第１スラスト動圧溝と第２スラスト動圧溝とを有するスラスト軸受部と、
   前記ラジアル軸受部と前記スラスト軸受部とを含む潤滑剤充填部に連続的に充填される潤滑剤と、
   前記壁部の突出方向に開放された前記潤滑剤充填部の開放端に向かうに従って間隔が広くなるテーパシールと、含み、
   前記潤滑剤は、前記２カ所のラジアル動圧溝の間において連続的に介在し、
   前記テーパシールの途中に位置する前記潤滑剤の液面は、前記マグネットに環囲され、
   前記第１スラスト動圧溝は、軸方向に対向する前記スラストリングと前記フランジ部の対向面のいずれか一方に形成され、
   前記第２スラスト動圧溝は、軸方向に対向する前記スラストリングと前記環状部材の対向面のいずれか一方に形成されることを特徴とするアウターロータ型のスピンドルモータ。
2. 前記テーパシールは、前記潤滑剤充填部の最外径部に配置され、軸方向に開口することを特徴とする請求項１に記載のアウターロータ型のスピンドルモータ。
3. 前記テーパシールを形成する径方向内側の壁は、開放端に向かうほど外径が小さくなる方向の傾斜面として形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のアウターロータ型のスピンドルモータ。
4. 前記ラジアル軸受部における前記潤滑剤充填部の両端側を連結して前記潤滑剤が満たされ、軸方向に延在する通路を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアウターロータ型のスピンドルモータ。
5. 前記テーパシールの途中に位置する前記潤滑剤の液面は、前記壁部の前記外周面のうち前記コアと接する領域より軸方向上方に位置することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアウターロータ型のスピンドルモータ。
6. 前記ハブは、外周面に形成され、径方向外側に最も張り出す張り出し部を有し、
   前記ベースは、前記張り出し部と空隙のみを介して対向し、前記張り出し部の一部が入る凹部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアウターロータ型のスピンドルモータ。