JP5537301B2 - Spindle motor - Google Patents

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Description

この発明は、スピンドルモータに関し、特に、流体動圧軸受を用いるスピンドルモータに関する。   The present invention relates to a spindle motor, and more particularly to a spindle motor using a fluid dynamic pressure bearing.

ハードディスク装置等の記録装置では、記録密度の向上が要請されている。この要請に応えるため、記録トラックの密度の向上と、磁気ヘッドと記録メディア(ディスク)との間の隙間(ヘッドギャップ)の低減が行われている。このような記録トラックの高密度化やヘッドギャップの低減に対応するため、近年では、ディスクを回転させるスピンドルモータの軸受として、流体動圧軸受装置(単に、「流体軸受装置」とも呼ばれる)が採用されるようになってきている。   In a recording device such as a hard disk device, an improvement in recording density is required. In order to meet this demand, the recording track density is improved and the gap (head gap) between the magnetic head and the recording medium (disk) is reduced. In order to cope with such higher recording track density and head gap reduction, in recent years, fluid dynamic pressure bearing devices (also simply called “fluid bearing devices”) have been adopted as spindle motor bearings for rotating disks. It has come to be.

特許文献1では、ハードディスク装置用スピンドルモータの流体軸受装置として、凸方向が対向する2つの円錐面が設けられた軸と、当該円錐面と平行をなして対向する2つの斜面が設けられたスリーブとを有する流体軸受装置が提案されている。この流体軸受装置は、円錐面と斜面とのいずれかに動圧発生用溝を設けることにより、円錐面と斜面との間の流体軸受すきまに充填されている潤滑油に軸の回転に伴う動圧を発生させ、軸がスリーブに対して回転自在に支承されるように構成されている。   In Patent Document 1, as a hydrodynamic bearing device of a spindle motor for a hard disk device, a shaft provided with two conical surfaces opposed to each other in a convex direction, and a sleeve provided with two inclined surfaces opposed in parallel to the conical surface. Have been proposed. In this hydrodynamic bearing device, a dynamic pressure generating groove is provided on either the conical surface or the inclined surface, so that the lubricating oil filled in the fluid bearing gap between the conical surface and the inclined surface is moved along with the rotation of the shaft. A pressure is generated and the shaft is rotatably supported with respect to the sleeve.

潤滑油に生じる動圧は、潤滑油の動粘度が上昇するに従って高くなり、また、流体軸受すきまが狭くなるに従って高くなる。通常、流体軸受すきまに充填される潤滑油は、温度の上昇とともに動粘度が低下する。そのため、温度の変化に伴い動圧が変動すると、スピンドルモータの回転が安定しない虞がある。そこで、特許文献1では、スリーブの内径寸法に対して全長(高さ)が長い場合に、スリーブを軸よりも線膨張係数が大きい素材で構成することにより、高温時に流体軸受すきまが狭くなるようにすることが提案されている。   The dynamic pressure generated in the lubricating oil increases as the dynamic viscosity of the lubricating oil increases, and increases as the fluid dynamic bearing clearance decreases. Normally, the kinematic viscosity of the lubricating oil filled in the fluid bearing clearance decreases with increasing temperature. For this reason, if the dynamic pressure fluctuates with a change in temperature, the rotation of the spindle motor may not be stable. Therefore, in Patent Document 1, when the overall length (height) is longer than the inner diameter dimension of the sleeve, the sleeve is made of a material having a larger linear expansion coefficient than the shaft so that the fluid bearing clearance becomes narrow at high temperatures. It has been proposed to

特開2002−122134号公報JP 2002-122134 A 特開2005−6493号公報JP 2005-6493 A

しかしながら、特許文献1に記載されたスリーブを軸よりも線膨張係数が大きい素材で構成する方法によっては、必ずしも高温時に流体軸受すきまが狭くならず、温度変化に伴う動圧の変動を確実に抑制することはできなかった。この問題は、ハードディスク装置用スピンドルモータに限らず、一般に、高精度の回転が要求されるスピンドルモータに共通する。   However, depending on the method in which the sleeve described in Patent Document 1 is made of a material having a linear expansion coefficient larger than that of the shaft, the fluid bearing clearance is not necessarily narrow at high temperatures, and fluctuations in dynamic pressure due to temperature changes are reliably suppressed. I couldn't. This problem is not limited to spindle motors for hard disk devices, and is generally common to spindle motors that require high-precision rotation.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、流体動圧軸受を用いたスピンドルモータにおいて、温度変化に伴う動圧の変動をより確実に抑制し、回転をより安定にする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and in a spindle motor using a fluid dynamic pressure bearing, fluctuation of dynamic pressure due to a temperature change is more reliably suppressed and rotation is more stable. The purpose is to provide technology.

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   In order to achieve at least a part of the above object, the present invention can be realized as the following forms or application examples.

[適用例1]
スピンドルモータであって、モータ基台に一端側が固定されている軸部材と、前記軸部材に固定され、円錐外面を有する第1と第2の円錐軸受部材と、前記軸部材を挿通する貫通孔と、前記貫通孔の両端部に外側に向かって内径が拡大する第1と第2の円錐内面とを有するロータ部材と、前記円錐内面と前記円錐外面とのいずれかに形成された動圧溝と、前記ロータ部材が前記第1と第2の円錐軸受部材に挟み込まれることにより対向する前記円錐内面と前記円錐外面との間の微小隙間に充填された潤滑油とを備え、前記軸部材の線膨張係数α1と、前記円錐軸受部材の線膨張係数α2と、前記ロータ部材の線膨張係数α3とが、α3≧α2>α1の関係式を満たし、前記第1の円錐内面上の第1の点および前記第1の点と内径が同一の前記第2の円錐内面上の第2の点の間の軸方向距離Lと、前記第1の点における内径寸法Dと、前記円錐内面が軸に垂直な面となす傾斜角度θとが、L >(D × tanθ)の関係式を満たすスピンドルモータ。この適用例によれば、より確実に、高温時の微小隙間の幅を低温時よりも狭くすることができる。そのため、温度変動に伴う動圧の変動をより確実に抑制し、スピンドルモータの回転をより安定にすることが可能となる。
[Application Example 1]
A spindle motor, a shaft member having one end fixed to the motor base, first and second conical bearing members fixed to the shaft member and having a conical outer surface, and a through hole through which the shaft member is inserted A rotor member having first and second conical inner surfaces whose inner diameters increase toward the outside at both ends of the through hole, and a dynamic pressure groove formed on either the conical inner surface or the conical outer surface And a lubricating oil filled in a minute gap between the conical inner surface and the conical outer surface facing each other when the rotor member is sandwiched between the first and second conical bearing members, The linear expansion coefficient α1, the linear expansion coefficient α2 of the conical bearing member, and the linear expansion coefficient α3 of the rotor member satisfy the relational expression of α3 ≧ α2> α1, and the first on the inner surface of the first cone The point and the second point having the same inner diameter as the first point The axial distance L between the second points on the inner surface of the cone, the inner diameter D at the first point, and the inclination angle θ formed by the inner surface of the cone and the surface perpendicular to the axis, L> (D × A spindle motor that satisfies the relational expression (tanθ). According to this application example, the width of the minute gap at the time of high temperature can be made narrower than that at the time of low temperature. For this reason, it is possible to more reliably suppress fluctuations in the dynamic pressure due to temperature fluctuations and to stabilize the rotation of the spindle motor.

[適用例2]
前記軸部材は、前記モータ基台と反対側の端部に設けられたネジ部を有する、適用例1記載のスピンドルモータ。ネジ部を設けることにより、モータ基台を覆うカバーに軸部材を固定することができる。そのため、軸部材の剛性をより高くすることができるので、スピンドルモータの回転をより高精度にすることが可能となる。
[Application Example 2]
The spindle motor according to Application Example 1, wherein the shaft member has a screw portion provided at an end opposite to the motor base. By providing the screw portion, the shaft member can be fixed to the cover that covers the motor base. Therefore, since the rigidity of the shaft member can be further increased, the spindle motor can be rotated more accurately.

[適用例3]
前記動圧溝は、前記動圧溝が形成される面に設けられ前記動圧溝の深さよりも厚いニッケルめっき層に形成されている、適用例1または2記載のスピンドルモータ。ニッケルめっき層に動圧溝を形成することにより、動圧溝間の丘部と動圧溝底とのいずれについても面粗さを向上させることができる。面粗さを向上させることにより、潤滑油の流れがより円滑となるので、動圧性能のばらつきを抑制することが可能となる。
[Application Example 3]
The spindle motor according to application example 1 or 2, wherein the dynamic pressure groove is formed in a nickel plating layer that is provided on a surface where the dynamic pressure groove is formed and is thicker than a depth of the dynamic pressure groove. By forming the dynamic pressure grooves in the nickel plating layer, the surface roughness can be improved for both the hills between the dynamic pressure grooves and the bottom of the dynamic pressure grooves. By improving the surface roughness, the flow of the lubricating oil becomes smoother, so that variations in dynamic pressure performance can be suppressed.

[適用例4]
前記円錐形軸受部材および前記ロータ部材の少なくともいずれかは、アルミニウム−シリコン合金からなる、適用例1ないし3のいずれかに記載のスピンドルモータ。硬度の高いアルミニウム−シリコン合金を用いることにより、各部材の耐摩耗性が向上する。そのため、本適用例によれば、スピンドルモータの寿命をより長くすることが可能となる。
[Application Example 4]
4. The spindle motor according to any one of application examples 1 to 3, wherein at least one of the conical bearing member and the rotor member is made of an aluminum-silicon alloy. By using an aluminum-silicon alloy having high hardness, the wear resistance of each member is improved. Therefore, according to this application example, it is possible to extend the life of the spindle motor.

スピンドルモータの構成を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the structure of a spindle motor. ロータ部材の円錐内面の形状と配置を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the shape and arrangement | positioning of the conical inner surface of a rotor member. 温度の上昇により円錐内面の点の位置が変化する様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that the position of the point of a cone inner surface changes with a raise of temperature. 比較例のスピンドルモータの構成を示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows the structure of the spindle motor of a comparative example. スピンドルモータの軸受特性の評価結果を示すグラフ。The graph which shows the evaluation result of the bearing characteristic of a spindle motor.

A.第1実施例:
A1.スピンドルモータの構成:
A2.温度変化の影響:
A3.比較例のスピンドルモータの構成:
A4.スピンドルモータの軸受特性の評価:
B.第2実施例:
A. First embodiment:
A1. Spindle motor configuration:
A2. Effect of temperature change:
A3. Configuration of spindle motor of comparative example:
A4. Evaluation of spindle motor bearing characteristics:
B. Second embodiment:

A1.スピンドルモータの構成:
図1は、第1実施例におけるスピンドルモータの構成を示す部分断面図である。スピンドルモータSMは、流体動圧軸受(以下、単に「流体軸受」とも呼ぶ)を使用したスピンドルモータであり、ステータユニット100と、軸ユニット200と、ロータユニット300とを備えている。
A1. Spindle motor configuration:
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the spindle motor in the first embodiment. The spindle motor SM is a spindle motor using a fluid dynamic pressure bearing (hereinafter also simply referred to as “fluid bearing”), and includes a stator unit 100, a shaft unit 200, and a rotor unit 300.

ステータユニット100は、ベースプレート110と、ステータコア120と、複数の巻線130とを有している。ベースプレート110には、軸部材210(後述する)を嵌入するための軸部材嵌入孔112と、軸部材嵌入孔112と同心の円周壁部114とが形成されている。円周壁部114の外周面には、ステータコア120と巻線130からなるステータが固定される。なお、ベースプレート110は、スピンドルモータSMの基台となる部材であるので、「モータ基台」とも呼ぶことも可能である。   The stator unit 100 has a base plate 110, a stator core 120, and a plurality of windings 130. The base plate 110 is formed with a shaft member insertion hole 112 for inserting a shaft member 210 (described later) and a circumferential wall portion 114 concentric with the shaft member insertion hole 112. A stator composed of the stator core 120 and the winding 130 is fixed to the outer peripheral surface of the circumferential wall portion 114. Note that the base plate 110 is a member that serves as a base of the spindle motor SM, and therefore can also be referred to as a “motor base”.

軸ユニット200は、ベースプレート110に固定された軸部材210と、軸部材210に固定された2つの円錐軸受部材220とを有している。軸部材210は、マルテンサイト系ステンレス鋼であるSUS440Cで形成された略円筒状の部材であり、ベースプレート110側とは反対側の端部にネジ部212が設けられている。円錐軸受部材220は、それぞれ端部に向かって外径が小さくなる円錐外面222と傾斜面224とが形成された部材である。2つの円錐軸受部材220は、円錐外面222側が対向するように、軸部材210に固定される。円錐軸受部材220は、オーステナイト系ステンレス鋼であるSUS303により形成されている。   The shaft unit 200 includes a shaft member 210 fixed to the base plate 110 and two conical bearing members 220 fixed to the shaft member 210. The shaft member 210 is a substantially cylindrical member formed of SUS440C, which is martensitic stainless steel, and a screw portion 212 is provided at the end opposite to the base plate 110 side. The conical bearing member 220 is a member formed with a conical outer surface 222 and an inclined surface 224 whose outer diameter decreases toward the end. The two conical bearing members 220 are fixed to the shaft member 210 so that the conical outer surface 222 side faces. The conical bearing member 220 is formed of SUS303, which is an austenitic stainless steel.

軸部材210のネジ部212は、ベースプレート110を覆うカバー(図示しない)のネジ止めに使用される。軸部材210とカバーとをネジ止めして固定することにより、軸部材210が両端で支持されるので、軸部材210の剛性をより高くすることが可能になる。このように、軸部材210の剛性を高くすることにより、ロータユニット300の回転精度をより高くすることが可能となる。但し、軸部材210は必ずしも円筒状とする必要はない。また、軸部材210をカバーに固定することも必ずしも必要ではない。この場合、軸部材210へのネジ部212の形成を省略することも可能である。   The screw portion 212 of the shaft member 210 is used for screwing a cover (not shown) that covers the base plate 110. By fixing the shaft member 210 and the cover by screwing, the shaft member 210 is supported at both ends, so that the rigidity of the shaft member 210 can be further increased. Thus, by increasing the rigidity of the shaft member 210, the rotational accuracy of the rotor unit 300 can be further increased. However, the shaft member 210 is not necessarily cylindrical. Further, it is not always necessary to fix the shaft member 210 to the cover. In this case, the formation of the screw portion 212 on the shaft member 210 can be omitted.

ロータユニット300は、ロータ部材310と、ヨーク320と、永久磁石330と、エンドキャップ350とを有している。ロータ部材310は、アルミニウム合金A6061−T6で形成された部材である。ロータ部材310には、軸部材210を挿通するための貫通孔312と、貫通孔312の外部に設けられた2つの動圧溝部316と、磁石取付部318が設けられている。磁石取付部318には、ヨーク320を介して環状の永久磁石330が固定される。2つの動圧溝部316は、外側に向かって内径が大きくなる円錐内面314を有している。   The rotor unit 300 includes a rotor member 310, a yoke 320, a permanent magnet 330, and an end cap 350. The rotor member 310 is a member formed of aluminum alloy A6061-T6. The rotor member 310 is provided with a through hole 312 for inserting the shaft member 210, two dynamic pressure groove portions 316 provided outside the through hole 312, and a magnet attachment portion 318. An annular permanent magnet 330 is fixed to the magnet mounting portion 318 via a yoke 320. The two dynamic pressure groove portions 316 have a conical inner surface 314 whose inner diameter increases toward the outer side.

動圧溝部316には、動圧を発生させるための動圧溝(図示しない)が形成されている。動圧溝は、例えば、円錐内面314に電解加工を施すことにより形成することが可能である。円錐内面314と、円錐軸受部材220の円錐外面222とは、微小隙間410を隔てて対向する。なお、第1実施例では、ロータ部材310に動圧溝部316を形成しているが、動圧溝部はロータ部材310でなく円錐軸受部材220に設けることも可能である。   The dynamic pressure groove 316 is formed with a dynamic pressure groove (not shown) for generating dynamic pressure. The dynamic pressure groove can be formed, for example, by subjecting the conical inner surface 314 to electrolytic processing. The conical inner surface 314 and the conical outer surface 222 of the conical bearing member 220 face each other with a minute gap 410 therebetween. In the first embodiment, the dynamic pressure groove portion 316 is formed in the rotor member 310, but the dynamic pressure groove portion may be provided not in the rotor member 310 but in the conical bearing member 220.

エンドキャップ350は、円錐内面314の外端部においてロータ部材310に固定される部材であり、微小隙間410に充填される潤滑油420を注入するための注油孔352を有している。エンドキャップ350と軸部材210との間には、エンドキャップ350がロータ部材310の回転を妨げないように、隙間が設けられている。エンドキャップ350のロータ部材310への固定は、接着、あるいは、圧入と接着とにより行われる。エンドキャップ350の内周面354と、円錐軸受部材220の傾斜面224とが対向することによって、外側に向かって隙間が拡大する毛細管シール部430が形成される。注油孔352から注入された潤滑油420は、毛細管シール部430に蓄えられ、毛細管シール部430から微小隙間410に供給される。これにより、微小隙間410は、常に潤滑油420が充填された状態となる。   The end cap 350 is a member fixed to the rotor member 310 at the outer end portion of the conical inner surface 314, and has an oil injection hole 352 for injecting the lubricating oil 420 filled in the minute gap 410. A gap is provided between the end cap 350 and the shaft member 210 so that the end cap 350 does not hinder the rotation of the rotor member 310. The end cap 350 is fixed to the rotor member 310 by adhesion or press-fitting and adhesion. When the inner peripheral surface 354 of the end cap 350 and the inclined surface 224 of the conical bearing member 220 face each other, a capillary seal portion 430 in which the gap increases toward the outside is formed. Lubricating oil 420 injected from the oil injection hole 352 is stored in the capillary seal portion 430 and supplied from the capillary seal portion 430 to the minute gap 410. Thereby, the minute gap 410 is always filled with the lubricating oil 420.

図1に示すように、ロータユニット300に固定された永久磁石330と、ステータユニット100に固定されたステータコア120とは、微小なギャップを挟んで対向している。ステータユニット100の複数の巻線130に位相の異なる交流電流を流すことにより回転磁界によりが発生する。発生した回転磁界により、永久磁石330には回転力が生じ、ロータユニット300は、ステータユニット100および軸ユニット200に対して回転する。   As shown in FIG. 1, the permanent magnet 330 fixed to the rotor unit 300 and the stator core 120 fixed to the stator unit 100 are opposed to each other with a minute gap therebetween. The rotating magnetic field is generated by passing alternating currents having different phases through the plurality of windings 130 of the stator unit 100. Due to the generated rotating magnetic field, a rotational force is generated in the permanent magnet 330, and the rotor unit 300 rotates with respect to the stator unit 100 and the shaft unit 200.

ロータユニット300が軸ユニット200に対して回転すると、動圧溝部316に設けられた動圧溝により、ロータユニット300の円錐内面314と、軸ユニット200の円錐外面222とを離間させる動圧が発生する。これにより、円錐内面314と円錐外面222とが非接触状態で支持される。円錐内面314と円錐外面222とが非接触状態で支持されることにより、ロータユニット300は、軸ユニット200および軸ユニット200が固定されたステータユニット100に対して自在に回転する。   When the rotor unit 300 rotates with respect to the shaft unit 200, dynamic pressure that separates the conical inner surface 314 of the rotor unit 300 and the conical outer surface 222 of the shaft unit 200 is generated by the dynamic pressure grooves provided in the dynamic pressure groove portion 316. To do. Thereby, the conical inner surface 314 and the conical outer surface 222 are supported in a non-contact state. Since the conical inner surface 314 and the conical outer surface 222 are supported in a non-contact state, the rotor unit 300 freely rotates with respect to the shaft unit 200 and the stator unit 100 to which the shaft unit 200 is fixed.

なお、第1実施例では、ロータ部材310に直接電解加工を施して動圧溝を形成しているが、動圧溝の形成に先立って、ロータ部材310の円錐内面314に動圧溝深さよりも厚いニッケルめっきを施すことも可能である。ニッケルめっきは、動圧溝深さよりも厚ければよい。例えば、動圧溝深さ5μmとした場合に、ニッケルめっきの厚さを10μmとするものとしてもよい。   In the first embodiment, the dynamic pressure groove is formed by subjecting the rotor member 310 to direct electrolytic processing. However, prior to the formation of the dynamic pressure groove, the conical inner surface 314 of the rotor member 310 has a depth of the dynamic pressure groove. It is also possible to apply a thick nickel plating. The nickel plating may be thicker than the dynamic pressure groove depth. For example, when the dynamic pressure groove depth is 5 μm, the nickel plating thickness may be 10 μm.

このように、電解加工による動圧溝の形成に先だって、アルミニウム合金からなるロータ部材310に動圧溝深さよりも厚いニッケルめっきを施すことにより、動圧溝を形成した後もニッケルめっきの層が溝全体に残る。一般に、ニッケルめっき層は、電解加工を行った部分の面粗さの悪化(表面粗さ数値の上昇)がアルミニウム合金よりも抑制される。そのため、動圧溝深さよりも厚いニッケルめっきを先に施しておくことにより、形成された動圧溝と動圧溝との間の丘部と、動圧溝の底面とのいずれにおいても面粗さが向上(表面粗さ数値の低下)する。このように、面粗さが向上すると、潤滑油420の流れがより円滑となるので、動圧性能のばらつきが抑制される。また、ニッケルめっきは、動圧溝が形成されていない平滑な面に施されるので、ニッケルめっきの厚さを均一にしやすく、また、動圧溝の深さも管理しやすい。そのため、設計で意図したとおりの性能を発揮させることが可能となり、スピンドルモータSMの品質および信頼性を向上させることができる。   Thus, prior to the formation of the dynamic pressure groove by electrolytic processing, the nickel plating layer thicker than the dynamic pressure groove depth is applied to the rotor member 310 made of an aluminum alloy, so that the nickel plating layer is formed even after the dynamic pressure groove is formed. It remains in the entire groove. Generally, in the nickel plating layer, the deterioration of the surface roughness (increase in the surface roughness numerical value) of the portion subjected to electrolytic processing is suppressed more than that of the aluminum alloy. Therefore, by applying nickel plating that is thicker than the dynamic pressure groove depth first, rough surface is formed on both the hill between the formed dynamic pressure groove and the dynamic pressure groove and the bottom surface of the dynamic pressure groove. Is improved (reduced surface roughness value). As described above, when the surface roughness is improved, the flow of the lubricating oil 420 becomes smoother, so that the variation in the dynamic pressure performance is suppressed. Further, since nickel plating is applied to a smooth surface on which no dynamic pressure grooves are formed, the thickness of the nickel plating can be easily made uniform, and the depth of the dynamic pressure grooves can be easily managed. Therefore, the performance as intended in the design can be exhibited, and the quality and reliability of the spindle motor SM can be improved.

また、アルミニウム合金からなるロータ部材310に動圧溝を形成した後、動圧溝の形成面にニッケルめっき、アルマイト処理およびダイアモンド状カーボン(DLC:Diamond Like Carbon)コーティングのいずれかの硬質皮膜処理を施すものとしても良い。この場合、動圧溝は硬質皮膜処理後に適正な深さになるように事前に電解加工で形成される。このように、アルミニウム合金からなるロータ部材310の円錐内面314に動圧溝を形成した後、硬質皮膜処理を施すことにより、面粗さ、耐食性および耐摩耗性が向上するので、スピンドルモータSMの寿命をより長くすることができる。   In addition, after forming the dynamic pressure groove in the rotor member 310 made of an aluminum alloy, the hard pressure treatment of any one of nickel plating, alumite treatment, and diamond like carbon (DLC) coating is performed on the formation surface of the dynamic pressure groove. It may be applied. In this case, the dynamic pressure groove is formed in advance by electrolytic processing so as to have an appropriate depth after the hard coating treatment. Thus, by forming the dynamic pressure groove on the conical inner surface 314 of the rotor member 310 made of an aluminum alloy and then applying the hard film treatment, the surface roughness, corrosion resistance and wear resistance are improved. The lifetime can be extended.

さらに、動圧溝が形成されていない円錐軸受部材220の少なくとも円錐外面222にDLCコーティングの硬質皮膜処理を施すものとしても良い。円錐外面222に硬質皮膜処理を施すことにより、円錐外面222の耐摩耗性が向上するので、スピンドルモータSMの寿命をより長くすることができる。なお、ロータ部材310に動圧溝を形成せず、動圧溝を円錐軸受部材220に動圧溝を形成する場合には、ロータ部材310の円錐内面314にDLCコーティングを施すものとしても良い。一般に、動圧溝に対向する面(動圧溝対向面)にDLCコーティングを施すことにより、動圧溝対向面の耐摩耗性が向上するので、スピンドルモータSMの寿命をより長くすることが可能となる。   Furthermore, a hard film treatment of DLC coating may be applied to at least the conical outer surface 222 of the conical bearing member 220 in which no dynamic pressure groove is formed. By applying a hard film treatment to the outer cone surface 222, the wear resistance of the outer cone surface 222 is improved, so that the life of the spindle motor SM can be extended. When the dynamic pressure groove is not formed in the rotor member 310 and the dynamic pressure groove is formed in the conical bearing member 220, the conical inner surface 314 of the rotor member 310 may be subjected to DLC coating. In general, by applying DLC coating to the surface facing the dynamic pressure groove (dynamic pressure groove facing surface), the wear resistance of the surface facing the dynamic pressure groove is improved, so the life of the spindle motor SM can be extended. It becomes.

A2.温度変化の影響:
微小隙間410において生じる動圧は、潤滑油420の動粘度とロータユニット300の回転数が高くなるに従って高くなる。一方、微小隙間410が広くなるに従って、動圧は低くなる。通常、潤滑油420の動粘度は、温度が高くなるに従って低下する。そのため、微小隙間410と回転速度が同一であれば、温度の変化に伴い微小隙間410において生じる動圧が変動する。このように動圧が変動すると、ロータユニット300と軸ユニット200との位置関係が変化してロータユニット300の回転が安定しない虞がある。すなわち、停止時に対する回転時のロータユニット300の移動量(浮上量)が変動する虞がある。特に、スピンドルモータSMをハードディスク装置の駆動装置(以下では、「ハードディスク駆動装置」とも呼ぶ)として使用する場合、ハードディスク装置ではディスクとヘッドとの間隔が極めて狭いため、ロータユニット300の浮上量の変動は十分に抑制されるのが好ましい。
A2. Effect of temperature change:
The dynamic pressure generated in the minute gap 410 increases as the kinematic viscosity of the lubricating oil 420 and the rotational speed of the rotor unit 300 increase. On the other hand, the dynamic pressure decreases as the minute gap 410 becomes wider. Usually, the kinematic viscosity of the lubricating oil 420 decreases as the temperature increases. For this reason, if the rotation speed is the same as that of the minute gap 410, the dynamic pressure generated in the minute gap 410 varies with a change in temperature. If the dynamic pressure fluctuates in this way, the positional relationship between the rotor unit 300 and the shaft unit 200 may change, and the rotation of the rotor unit 300 may not be stabilized. That is, there is a possibility that the movement amount (flying amount) of the rotor unit 300 during rotation relative to the stop time may fluctuate. In particular, when the spindle motor SM is used as a drive device for a hard disk device (hereinafter also referred to as “hard disk drive device”), since the space between the disk and the head is extremely narrow in the hard disk device, the flying height variation of the rotor unit 300 varies. Is preferably sufficiently suppressed.

そこで、第1実施例では、ロータ部材310に形成される円錐内面314の形状と配置、および、軸部材210と円錐軸受部材220とロータ部材310との線膨張係数α1,α2,α3を適切に設定することにより、微小隙間410の間隔(すなわち、円錐外面222と円錐内面314との間隔)が、温度の上昇に従って狭くなるようにしている。上述のように、潤滑油420の動粘度が同一である場合、微小隙間410の間隔が狭くなると、動圧が上昇する。そのため、微小隙間410の間隔が温度の上昇に従って狭くなるようにすることで、温度による動圧の変化を抑制することが可能となる。   Therefore, in the first embodiment, the shape and arrangement of the conical inner surface 314 formed on the rotor member 310 and the linear expansion coefficients α1, α2, and α3 of the shaft member 210, the conical bearing member 220, and the rotor member 310 are appropriately set. By setting, the interval of the minute gap 410 (that is, the interval between the conical outer surface 222 and the conical inner surface 314) is made narrower as the temperature increases. As described above, when the kinematic viscosity of the lubricating oil 420 is the same, the dynamic pressure increases when the interval between the minute gaps 410 is narrowed. Therefore, it is possible to suppress a change in dynamic pressure due to temperature by making the interval between the minute gaps 410 narrow as the temperature rises.

図2は、ロータ部材310の円錐内面314の形状と配置を説明する説明図である。図2に示すように、2つの円錐内面314の形状と配置は、2つの円錐内面314において内径Dが同一な2つの点A,Bの内径Dおよび軸方向距離Lと、円錐内面314が軸に垂直な面となす角度θ(以下、「傾斜角度θ」とも呼ぶ)とによって特徴付けられる。   FIG. 2 is an explanatory view for explaining the shape and arrangement of the conical inner surface 314 of the rotor member 310. As shown in FIG. 2, the shape and arrangement of the two conical inner surfaces 314 are such that the inner diameter D and the axial distance L of the two points A and B having the same inner diameter D on the two conical inner surfaces 314 and the conical inner surface 314 are the axes. Is characterized by an angle θ (hereinafter also referred to as “inclination angle θ”) formed with a plane perpendicular to.

図3(a)および図3(b)は、温度の上昇により円錐内面314の位置が変化する様子を示す説明図である。図3(a)は、ロータ部材310の半径方向のみの膨張を考慮した場合の点Aの位置の変化を示しており、図3(b)は、ロータ部材310の軸方向のみの膨張を考慮した場合の点Aの位置の変化を示している。図3(a)および図3(b)において、実線は、膨張前の円錐内面314の位置を示し、破線は、膨張後の円錐内面の位置を示している。なお、図3(a)および図3(b)においては、説明の便宜上、軸部材210(図2)および円錐軸受部材220(図2)の膨張については、考慮しないものとする。   FIG. 3A and FIG. 3B are explanatory views showing a state in which the position of the conical inner surface 314 changes due to a temperature rise. FIG. 3A shows a change in the position of point A when considering the expansion of the rotor member 310 only in the radial direction, and FIG. 3B shows the expansion of the rotor member 310 only in the axial direction. The change of the position of the point A at the time of doing is shown. 3 (a) and 3 (b), the solid line indicates the position of the conical inner surface 314 before expansion, and the broken line indicates the position of the conical inner surface after expansion. 3 (a) and 3 (b), for convenience of explanation, the expansion of the shaft member 210 (FIG. 2) and the conical bearing member 220 (FIG. 2) is not considered.

図3(a)に示すように、半径方向のみの膨張を考慮した場合、点Aは半径方向に移動量δrだけ移動する。このとき、微小隙間410(図1)の拡大量δg1は、移動量δrと傾斜角度θとを用いて、次の式(1)で与えられる。
δg1 = δr × sinθ …(1)
As shown in FIG. 3A, when the expansion only in the radial direction is considered, the point A moves in the radial direction by the movement amount δr. At this time, the enlargement amount δg1 of the minute gap 410 (FIG. 1) is given by the following equation (1) using the movement amount δr and the inclination angle θ.
δg1 = δr × sin θ (1)

一方、図3(b)に示すように、軸方向のみの膨張を考慮した場合、点Aは軸方向に移動量δvだけ移動する。このとき、微小隙間410(図1)の減少量δg2は、移動量δvと傾斜角度θとを用いて、次の式(2)で与えられる。
δg2 = δv × cosθ …(2)
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the expansion only in the axial direction is considered, the point A moves in the axial direction by the movement amount δv. At this time, the reduction amount δg2 of the minute gap 410 (FIG. 1) is given by the following equation (2) using the movement amount δv and the inclination angle θ.
δg2 = δv × cos θ (2)

従って、温度の上昇に伴ってロータ部材310が膨張した際に微小隙間410(図1)を狭くするためには、微小隙間410の減少量δg2と拡大量δg1とが、次の式(3)の関係を満たす必要がある。
δg2 > δg1 …(3)
Therefore, in order to narrow the minute gap 410 (FIG. 1) when the rotor member 310 expands as the temperature rises, the reduction amount δg2 and the enlargement amount δg1 of the minute gap 410 are expressed by the following equation (3). It is necessary to satisfy the relationship.
δg2> δg1 (3)

式(1)〜(3)より、点Aの半径方向および軸方向の移動量δr,δvと、円錐内面314の傾斜角度θとは、次の式(4)の関係を満たす必要がある。
δv × cosθ > δr × sinθ …(4)
From the equations (1) to (3), the movement amounts δr, δv in the radial direction and the axial direction of the point A and the inclination angle θ of the conical inner surface 314 need to satisfy the relationship of the following equation (4).
δv × cos θ> δr × sin θ (4)

点Aの半径方向の移動量δrと、点Aの軸方向の移動量δvとは、温度変化ΔTおよびロータ部材310の線膨張係数α3と、点Aの内径Dおよび2つの点A,Bの軸方向距離L(図2)と、を用いて、次の式(5)および(6)で表される。
δr = (D / 2) × α3 × ΔT …(5)
δv = (L / 2) × α3 × ΔT …(6)
The radial movement amount δr of the point A and the axial movement amount δv of the point A include the temperature change ΔT, the linear expansion coefficient α3 of the rotor member 310, the inner diameter D of the point A, and the two points A and B. Using the axial distance L (FIG. 2), it is expressed by the following equations (5) and (6).
δr = (D / 2) × α3 × ΔT (5)
δv = (L / 2) × α3 × ΔT (6)

従って、式(3)の条件は、式(5)および(6)とを用いて、次の式(7)のように書き換えられる。
L × cosθ > D × sin θ …(7)
Therefore, the condition of the expression (3) can be rewritten as the following expression (7) using the expressions (5) and (6).
L × cos θ> D × sin θ (7)

式(7)より、温度の上昇に伴ってロータ部材310が膨張した際に微小隙間410を狭くするためには、次の式(8)を満たす必要があることが判る。なお、円錐内面314の一点について式(8)の関係が満たされれば、円錐内面314の他の任意の点についても満たされる。
L > D × tanθ …(8)
From equation (7), it can be seen that the following equation (8) must be satisfied in order to narrow the minute gap 410 when the rotor member 310 expands with increasing temperature. In addition, if the relationship of Formula (8) is satisfy | filled about one point of the conical inner surface 314, the other arbitrary points of the conical inner surface 314 are also satisfied.
L> D × tan θ (8)

そこで、第1実施例では、貫通孔312の内径を3mm、長さを10mmとし、円錐内面314の傾斜角θを60°とした。そのため、円錐内面314の最小内径の点では、内径Dが3mmとなり、式(8)の右辺(D × tanθ)は、約5.2mmとなる。また、軸方向距離Lは10mmとなるので、第1実施例は、式(8)の関係を満たしている。   Therefore, in the first embodiment, the inner diameter of the through hole 312 is 3 mm, the length is 10 mm, and the inclination angle θ of the conical inner surface 314 is 60 °. Therefore, at the point of the minimum inner diameter of the conical inner surface 314, the inner diameter D is 3 mm, and the right side (D × tan θ) of Equation (8) is about 5.2 mm. Further, since the axial distance L is 10 mm, the first example satisfies the relationship of the formula (8).

以上の説明では、ロータ部材310の膨張のみを考慮してきたが、軸ユニット200の膨張の影響を検討する。軸部材210の膨張量がロータ部材の膨張量よりも大きい場合、微小隙間410が広がる。そのため、軸部材の210の膨張量は、ロータ部材310の膨張量よりも小さい方が好ましい。従って、軸部材210の線膨張係数α1は、ロータ部材310の線膨張係数α3よりも小さいのが好ましい。   In the above description, only the expansion of the rotor member 310 has been considered, but the influence of the expansion of the shaft unit 200 will be examined. When the expansion amount of the shaft member 210 is larger than the expansion amount of the rotor member, the minute gap 410 is widened. Therefore, the expansion amount of the shaft member 210 is preferably smaller than the expansion amount of the rotor member 310. Therefore, the linear expansion coefficient α1 of the shaft member 210 is preferably smaller than the linear expansion coefficient α3 of the rotor member 310.

円錐軸受部材220の膨張は、常に微小隙間410を狭くする方向に働く。しかしながら、円錐軸受部材220の膨張量が大きすぎると必要以上に微小隙間410が狭くなる。一方、円錐軸受部材220の膨張量が小さすぎると微小隙間410が十分に狭くならない。そのため、円錐軸受部材220の線膨張係数α2は、ロータ部材310の線膨張係数α3以下で、かつ、軸部材210の線膨張係数α1を上回るのが好ましい。すなわち、軸部材210と、円錐軸受部材220(すなわち、円錐外面222が形成されている部材)と、ロータ部材310(すなわち、円錐内面314が形成されている部材)との線膨張係数α1,α2,α3は、次の式(9)の関係を満たすのが好ましい。
α3 ≧ α2 > α1 …(9)
The expansion of the conical bearing member 220 always works in the direction of narrowing the minute gap 410. However, if the expansion amount of the conical bearing member 220 is too large, the minute gap 410 becomes narrower than necessary. On the other hand, if the expansion amount of the conical bearing member 220 is too small, the minute gap 410 is not sufficiently narrowed. Therefore, it is preferable that the linear expansion coefficient α2 of the conical bearing member 220 is not more than the linear expansion coefficient α3 of the rotor member 310 and exceeds the linear expansion coefficient α1 of the shaft member 210. That is, the linear expansion coefficients α1, α2 of the shaft member 210, the conical bearing member 220 (that is, the member on which the conical outer surface 222 is formed), and the rotor member 310 (that is, the member on which the conical inner surface 314 is formed). , Α3 preferably satisfy the relationship of the following equation (9).
α3 ≧ α2> α1 (9)

上述の通り、第1実施例では、軸部材210を線膨張係数α1が10.2×10−6/℃のマルテンサイト系ステンレス鋼SUS440Cで形成し、円錐軸受部材220を線膨張係数α2が17.3×10−6/℃のオーステナイト系ステンレス鋼SUS303で形成している。また、ロータ部材310を線膨張係数α3が23.6×10−6/℃のアルミニウム合金で形成している。そのため、これらの部材の線膨張係数α1,α2,α3は、上記式(9)の関係を満たしている。 As described above, in the first embodiment, the shaft member 210 is made of martensitic stainless steel SUS440C having a linear expansion coefficient α1 of 10.2 × 10 −6 / ° C., and the conical bearing member 220 has a linear expansion coefficient α2 of 17. .3 × 10 −6 / ° C. austenitic stainless steel SUS303. The rotor member 310 is made of an aluminum alloy having a linear expansion coefficient α3 of 23.6 × 10 −6 / ° C. Therefore, the linear expansion coefficients α1, α2, and α3 of these members satisfy the relationship of the above formula (9).

第1実施例では、上述の構成をとることにより、潤滑油420の動粘度が上昇する低温では微小隙間410が大きくなり、潤滑油420の動粘度が低下する高温では微小隙間410が小さくなる。そのため、低温時と高温時とのいずれにおいても安定した動圧が発生する。また、軸部材210のベースプレート110とは反対側の端部にネジ部212を設けている。そのため、カバーを取り付けた際に軸部材210の両端が支持されて、軸部材210の剛性が高くなる。さらに、軸部材210を中空とすることにより、軸部材210の剛性がさらに高くなる。このように、第1実施例によれば、軸剛性を十分に高くするとともに、温度変化による動圧の変化が抑制される。そのため、スピンドルモータSMの回転を安定させることが可能となる。また、回転が安定したスピンドルモータSMを用いることにより、より高精度のハードディスク駆動装置を提供することが可能となる。   In the first embodiment, by adopting the above-described configuration, the minute gap 410 increases at a low temperature at which the kinematic viscosity of the lubricating oil 420 increases, and the minute gap 410 decreases at a high temperature at which the kinematic viscosity of the lubricating oil 420 decreases. Therefore, a stable dynamic pressure is generated both at low temperatures and at high temperatures. Further, a threaded portion 212 is provided at the end of the shaft member 210 opposite to the base plate 110. Therefore, both ends of the shaft member 210 are supported when the cover is attached, and the rigidity of the shaft member 210 is increased. Furthermore, by making the shaft member 210 hollow, the rigidity of the shaft member 210 is further increased. As described above, according to the first embodiment, the shaft rigidity is sufficiently increased and the change in the dynamic pressure due to the temperature change is suppressed. For this reason, it is possible to stabilize the rotation of the spindle motor SM. Further, by using the spindle motor SM whose rotation is stable, it is possible to provide a hard disk drive device with higher accuracy.

A3.比較例のスピンドルモータの構成:
図4は、比較例のスピンドルモータSMaの構成を示す部分断面図である。比較例のスピンドルモータSMaでは、第1実施例のスピンドルモータSM(図1)で単一部材としたロータ部材310が、ロータハブ360とスリーブ370との2つの部材に分割している。このスリーブ370は、フェライト系ステンレス鋼SUS430Fで形成されている。第1実施例の軸ユニット200では、軸部材210の両端側に円錐軸受部材220が固定されているのに対し、比較例の軸ユニット200aでは、ベースプレート110と反対側の円錐外面214aと傾斜面216aとは、軸部材210aに形成されている。また、第1実施例では円錐軸受部材220がSUS303で形成されていたのに対し、比較例では、円錐軸受部材220aをSUS440Cで形成している。他の点は、第1実施例と同様である。
A3. Configuration of spindle motor of comparative example:
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a configuration of a spindle motor SMa of a comparative example. In the spindle motor SMa of the comparative example, the rotor member 310 that is a single member in the spindle motor SM (FIG. 1) of the first embodiment is divided into two members, a rotor hub 360 and a sleeve 370. The sleeve 370 is made of ferritic stainless steel SUS430F. In the shaft unit 200 of the first embodiment, the conical bearing members 220 are fixed to both ends of the shaft member 210, whereas in the shaft unit 200a of the comparative example, the conical outer surface 214a opposite to the base plate 110 and the inclined surface. 216a is formed on the shaft member 210a. Further, in the first embodiment, the conical bearing member 220 is formed of SUS303, whereas in the comparative example, the conical bearing member 220a is formed of SUS440C. Other points are the same as in the first embodiment.

比較例のスピンドルモータSMaの円錐内面314の形状および配置は、第1実施例のスピンドルモータSMと同一となっている。そのため、比較例のスピンドルモータSMaにおいても、上記の式(8)の関係が満たされている。一方、円錐軸受部材220aをSUS440Cで構成し、スリーブ370を線膨張係数が10.2×10−6/℃のSUS430Fで構成している。そのため、軸部材210aと、円錐外面が形成されている部材210a,220aと、円錐内面374が形成されているスリーブ370との線膨張係数α1,α2,α3は、いずれも同じであり、上記の式(9)を満たしていない。 The shape and arrangement of the conical inner surface 314 of the spindle motor SMa of the comparative example are the same as the spindle motor SM of the first embodiment. Therefore, also in the spindle motor SMa of the comparative example, the relationship of the above formula (8) is satisfied. On the other hand, the conical bearing member 220a is made of SUS440C, and the sleeve 370 is made of SUS430F having a linear expansion coefficient of 10.2 × 10 −6 / ° C. Therefore, the linear expansion coefficients α1, α2, and α3 of the shaft member 210a, the members 210a and 220a in which the conical outer surface is formed, and the sleeve 370 in which the conical inner surface 374 is formed are all the same. Expression (9) is not satisfied.

なお、比較例では、軸部材210aに円錐外面214aと傾斜面216aとが形成されている。しかしながら、軸部材210aに円錐外面214a等を形成すると式(9)の条件を満たさない。一方、第1実施例では、軸部材210と円錐軸受部材220とを別個の部材とすることにより、式(9)の条件を満たすことが可能となる。   In the comparative example, a conical outer surface 214a and an inclined surface 216a are formed on the shaft member 210a. However, if the conical outer surface 214a or the like is formed on the shaft member 210a, the condition of Expression (9) is not satisfied. On the other hand, in the first embodiment, the shaft member 210 and the conical bearing member 220 are separate members, thereby satisfying the condition of the formula (9).

A4.スピンドルモータの軸受特性の評価:
図5は、第1実施例と比較例のスピンドルモータSM,SMaの軸受特性が温度によって変化する様子を示すグラフである。図5(a)は、第1実施例のスピンドルモータSMの軸受特性を示し、図5(a)は、第1実施例のスピンドルモータSMの軸受特性を示している。軸受特性は、ベースプレート110に回転軸に対して横方向に最大加速度1G(重力加速度:9.8m/s)の正弦波振動を与え、その際のロータユニット300,300aの揺れの大きさをシミュレーションを行うことにより評価した。温度は0℃、25℃および73℃の3条件とし、正弦波振動の周波数が10Hz〜1000Hzの範囲で評価を行った。図5の各グラフの横軸は、正弦波振動の周波数(Hz)を示し、縦軸は、揺れの振幅をロータユニット300,300aの質量で除した正規化揺れ振幅(μin/g:μinは、10−6インチ)を示している。なお、正規化揺れ振幅は、その値が大きい方が軸受剛性が低いことを意味する。
A4. Evaluation of spindle motor bearing characteristics:
FIG. 5 is a graph showing how the bearing characteristics of the spindle motors SM and SMa of the first embodiment and the comparative example change with temperature. FIG. 5A shows the bearing characteristics of the spindle motor SM of the first embodiment, and FIG. 5A shows the bearing characteristics of the spindle motor SM of the first embodiment. The bearing characteristics are such that a sinusoidal vibration with a maximum acceleration of 1 G (gravity acceleration: 9.8 m / s 2 ) is applied to the base plate 110 in a direction transverse to the rotation axis, and the magnitude of the shaking of the rotor units 300 and 300 a at that time It was evaluated by conducting a simulation. The temperature was set to three conditions of 0 ° C., 25 ° C. and 73 ° C., and the frequency of the sine wave vibration was evaluated in the range of 10 Hz to 1000 Hz. The horizontal axis of each graph in FIG. 5 indicates the frequency (Hz) of the sinusoidal vibration, and the vertical axis indicates the normalized swing amplitude (μin / g: μin is obtained by dividing the swing amplitude by the mass of the rotor units 300 and 300a. 10 −6 inches). The normalized swing amplitude means that the larger the value, the lower the bearing rigidity.

図5に示すように、温度が0℃と25℃では、第1実施例のスピンドルモータSMと比較例のスピンドルモータSMaとの正規化揺れ振幅に大きな違いがない。しかしながら、温度が73℃の場合、第1実施例のスピンドルモータSMの正規化揺れ振幅は、比較例のスピンドルモータSMaの正規化揺れ振幅よりも小さくなった。すなわち、第1実施例のスピンドルモータSMでは、比較例のスピンドルモータSMaよりも、高温状態における軸受剛性の低下が抑制される。また、第1実施例のスピンドルモータSMでは、温度上昇に伴う軸受剛性の低下量が抑えられていることから、温度が変化した場合においてもロータユニット300の回転が安定するものと考えられる。   As shown in FIG. 5, when the temperature is 0 ° C. and 25 ° C., there is no significant difference in normalized swing amplitude between the spindle motor SM of the first embodiment and the spindle motor SMa of the comparative example. However, when the temperature was 73 ° C., the normalized swing amplitude of the spindle motor SM of the first example was smaller than the normalized swing amplitude of the spindle motor SMa of the comparative example. That is, in the spindle motor SM of the first embodiment, a decrease in bearing rigidity at a high temperature is suppressed as compared with the spindle motor SMa of the comparative example. Further, in the spindle motor SM of the first embodiment, since the amount of decrease in the bearing rigidity due to the temperature rise is suppressed, it is considered that the rotation of the rotor unit 300 is stable even when the temperature changes.

このように、第1実施例によれば、上記の式(8)および(9)を満足するように、スピンドルモータSM(図1)のロータ部材310に形成される円錐内面314の形状と配置、および、軸部材210と円錐軸受部材220とロータ部材310との線膨張係数α1,α2,α3を設定することにより、温度が変化した場合においてもロータユニット300の回転を安定させることが可能になる。また、軸部材210のベースプレート110と反対側の端部にネジ部212を設け、軸部材210の両端支持を可能とすることにより、軸部材210の剛性を高めることができる。さらに、軸部材210を中空にすることにより、軸部材210の剛性をより高くすることが可能となる。そのため、第1実施例のスピンドルモータSMを用いることにより、精度の高いハードディスク駆動装置を提供することが可能となる。   Thus, according to the first embodiment, the shape and arrangement of the conical inner surface 314 formed on the rotor member 310 of the spindle motor SM (FIG. 1) so as to satisfy the expressions (8) and (9) above. In addition, by setting the linear expansion coefficients α1, α2, and α3 of the shaft member 210, the conical bearing member 220, and the rotor member 310, the rotation of the rotor unit 300 can be stabilized even when the temperature changes. Become. Moreover, the rigidity of the shaft member 210 can be increased by providing the screw portion 212 at the end of the shaft member 210 opposite to the base plate 110 and enabling the both ends of the shaft member 210 to be supported. Further, by making the shaft member 210 hollow, the rigidity of the shaft member 210 can be further increased. Therefore, by using the spindle motor SM of the first embodiment, it is possible to provide a highly accurate hard disk drive.

また、軸部材210と円錐軸受部材220とを別個の部材とすることにより、円錐外面222の形成が容易となるとともに、組立の際には円錐外面222と軸部材210との位置関係の調整を個々に行うことが可能となる。さらに、第1実施例では、ロータ部材310に円錐内面314を有する動圧溝部を形成しているため、スリーブ370を用いる場合よりも部品点数が低減できる。そのため、第1実施例は、スピンドルモータSMの部品コストと組立コストとの双方を低減することが可能となる点においても、比較例よりも好ましい。   Further, by forming the shaft member 210 and the conical bearing member 220 as separate members, the formation of the conical outer surface 222 is facilitated, and the positional relationship between the conical outer surface 222 and the shaft member 210 is adjusted during assembly. It can be done individually. Furthermore, in the first embodiment, since the dynamic pressure groove portion having the conical inner surface 314 is formed in the rotor member 310, the number of parts can be reduced as compared with the case where the sleeve 370 is used. Therefore, the first embodiment is preferable to the comparative example in that both the component cost and the assembly cost of the spindle motor SM can be reduced.

第1実施例では、軸部材210と円錐軸受部材220とロータ部材310とを、それぞれ、マルテンサイト系ステンレス鋼SUS440C、オーステナイト系ステンレス鋼SUS303およびアルミニウム合金A6061−T6で形成しているが、各部材210,220,310の線膨張係数α1,α2,α3の関係が上記の式(9)の関係を満足していれば、各部材210,220,310を他の材料で形成することも可能である。一般に線膨張係数は、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼の順に小さくなる。そのため、軸部材210には、線膨張係数が小さく硬度が高いマルテンサイト系ステンレス鋼もしくはフェライト系ステンレス鋼を用いるのが好ましい。また、円錐軸受部材220には、オーテスナイト系ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金を用いるのが好ましく、ロータ部材310には、アルミニウム合金を用いるのが好ましい。   In the first embodiment, the shaft member 210, the conical bearing member 220, and the rotor member 310 are formed of martensitic stainless steel SUS440C, austenitic stainless steel SUS303, and aluminum alloy A6061-T6, respectively. If the relationship between the linear expansion coefficients α1, α2, and α3 of 210, 220, and 310 satisfies the relationship of the above equation (9), the members 210, 220, and 310 can be formed of other materials. is there. In general, the linear expansion coefficient decreases in the order of aluminum alloy, austenitic stainless steel, ferritic stainless steel, and martensitic stainless steel. Therefore, it is preferable to use martensitic stainless steel or ferritic stainless steel having a low linear expansion coefficient and high hardness for the shaft member 210. The conical bearing member 220 is preferably made of austenitic stainless steel or an aluminum alloy, and the rotor member 310 is preferably made of an aluminum alloy.

B.第2実施例:
第2実施例では、ロータ部材310(図1)をアルミニウム−シリコン合金で形成している。他の点は、第1実施例と同一であるので、ここではその説明を省略する。
B. Second embodiment:
In the second embodiment, the rotor member 310 (FIG. 1) is formed of an aluminum-silicon alloy. The other points are the same as those of the first embodiment, and the description thereof is omitted here.

アルミニウム−シリコン合金からなるロータ部材310は、例えば、以下のような製造方法により作ることが可能である。まず、アルミニウム合金のインゴットを溶かし、溶湯とする。その溶湯を垂らしながら気体あるいは液体のジェットを吹き付けると溶湯が飛散して微細な液滴を作り出す。その微細な液滴が急速に熱を奪われて凝固することで急冷凝固粉末が形成される。その後、20〜30重量%のシリコンを80〜70%の急冷凝固粉末と混合し、熱間プレスによってビレット成形を行う。その後、真空中あるいは非酸化性雰囲気中で加熱してビレットの焼結を行う。次に、熱間押出しを行い、アルミシリコン合金の押出材を得る。この押出材を加工することにより、アルミニウム−シリコン合金からなるロータ部材310が形成される。   The rotor member 310 made of an aluminum-silicon alloy can be manufactured by the following manufacturing method, for example. First, an aluminum alloy ingot is melted to obtain a molten metal. When a gas or liquid jet is sprayed while dripping the molten metal, the molten metal scatters to create fine droplets. The fine droplets are rapidly deprived of heat and solidified to form a rapidly solidified powder. Thereafter, 20 to 30% by weight of silicon is mixed with 80 to 70% of rapidly solidified powder, and billet forming is performed by hot pressing. Thereafter, the billet is sintered by heating in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere. Next, hot extrusion is performed to obtain an extruded material of an aluminum silicon alloy. By processing this extruded material, a rotor member 310 made of an aluminum-silicon alloy is formed.

このように製造されたアルミニウム−シリコン合金の線膨張係数は、シリコンの含有率によって変化する。具体的には、アルミニウム−シリコン合金の線膨張係数は、シリコンの含有率が大きいほど低下する。シリコンが20重量%含有されているアルミニウム−シリコン合金の線膨張係数は約18×10−6/℃であり、シリコンが30重量%含有されているアルミニウム−シリコン合金の線膨張係数は約16×10−6/℃である。 The linear expansion coefficient of the aluminum-silicon alloy thus manufactured varies depending on the silicon content. Specifically, the linear expansion coefficient of an aluminum-silicon alloy decreases as the silicon content increases. The linear expansion coefficient of an aluminum-silicon alloy containing 20% by weight of silicon is about 18 × 10 −6 / ° C., and the linear expansion coefficient of an aluminum-silicon alloy containing 30% by weight of silicon is about 16 × 10 −6 / ° C.

そのため、第2実施例では、ロータ部材310にシリコンが20重量%含有されているアルミニウム−シリコン合金を用いている。上述の通り、軸部材210には、マルテンサイト系ステンレス鋼であるSUS440C(熱膨張係数:10.2×10−6/℃)を用い、円錐軸受部材220には、オーステナイト系ステンレス鋼であるSUS303(熱膨張係数:17.3×10−6/℃)を用いている。そのため、第2実施例においても、上記式(9)の関係が満たされている。なお、円錐軸受部材220を、SUS303に換えてシリコンが20重量%含有されているアルミニウム−シリコン合金で形成することも可能である。このようにしても、式(9)の関係は満たされる。 Therefore, in the second embodiment, the rotor member 310 uses an aluminum-silicon alloy containing 20% by weight of silicon. As described above, SUS440C (thermal expansion coefficient: 10.2 × 10 −6 / ° C.) that is martensitic stainless steel is used for the shaft member 210, and SUS303 that is austenitic stainless steel is used for the conical bearing member 220. (Thermal expansion coefficient: 17.3 × 10 −6 / ° C.) is used. Therefore, also in the second embodiment, the relationship of the above formula (9) is satisfied. The conical bearing member 220 may be formed of an aluminum-silicon alloy containing 20% by weight of silicon instead of SUS303. Even in this case, the relationship of Expression (9) is satisfied.

第2実施例では、ロータ部材310にシリコンが20重量%含有されているアルミニウム−シリコン合金を用いているが、ロータ部材310にシリコンが30重量%含有されているアルミニウム−シリコン合金を用いることも可能である。この場合、式(9)の関係を満足させるため、円錐軸受部材220は、例えば、ロータ部材310と同一のアルミニウム−シリコン合金もしくはフェライト系ステンレス鋼のSUS430(線形膨張係数:10.4×10−6/℃)を用いて形成すればよい。 In the second embodiment, the rotor member 310 uses an aluminum-silicon alloy containing 20% by weight of silicon, but the rotor member 310 may also use an aluminum-silicon alloy containing 30% by weight of silicon. Is possible. In this case, in order to satisfy the relationship of the formula (9), the conical bearing member 220 is made of, for example, the same aluminum-silicon alloy or ferritic stainless steel SUS430 as the rotor member 310 (linear expansion coefficient: 10.4 × 10 − 6 / ° C.).

一般に、アルミニウム−シリコン合金は、アルミニウム合金よりも硬度が高い。そのため、第2実施例では、ロータ部材310の耐摩耗性が高くなり、スピンドルモータSMの寿命をより長くすることができる点で、第1実施例よりも好ましい。一方、第1実施例は、ロータ部材310の形成がより容易となる点で、第2実施例よりも好ましい。   In general, an aluminum-silicon alloy has a higher hardness than an aluminum alloy. Therefore, the second embodiment is preferable to the first embodiment in that the wear resistance of the rotor member 310 is increased and the life of the spindle motor SM can be extended. On the other hand, the first embodiment is preferable to the second embodiment in that the formation of the rotor member 310 is easier.

また、上述のように、ロータ部材310をアルミニウム−シリコン合金で形成した場合においても、円錐軸受部材220と軸部材210との材質を適宜選択することにより、軸部材210、円錐軸受部材220およびロータ部材310の線膨張係数α1,α2,α3に求められる条件(式(9))を充足させることが可能である。そのため、第2実施例においても、温度が変化した場合のロータユニット300の回転の安定性を十分に維持することができる。   As described above, even when the rotor member 310 is formed of an aluminum-silicon alloy, the shaft member 210, the conical bearing member 220, and the rotor can be selected by appropriately selecting the material of the conical bearing member 220 and the shaft member 210. It is possible to satisfy the condition (equation (9)) required for the linear expansion coefficients α1, α2, and α3 of the member 310. Therefore, also in the second embodiment, it is possible to sufficiently maintain the rotational stability of the rotor unit 300 when the temperature changes.

100…ステータユニット
110…ベースプレート
112…軸部材嵌入孔
114…円周壁部
120…ステータコア
130…巻線
200,200a…軸ユニット
210,210a…軸部材
212…ネジ部
214a…円錐外面
216a…傾斜面
220,220a…円錐軸受部材
222…円錐外面
224…傾斜面
300,300a…ロータユニット
310…ロータ部材
312…貫通孔
314…円錐内面
316…動圧溝部
318…磁石取付部
320…ヨーク
330…永久磁石
350…エンドキャップ
352…注油孔
354…内周面
360…ロータハブ
370…スリーブ
374…円錐内面
410…微小隙間
420…潤滑油
430…毛細管シール部
SM,SMa…スピンドルモータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Stator unit 110 ... Base plate 112 ... Shaft member insertion hole 114 ... Circumferential wall part 120 ... Stator core 130 ... Winding 200, 200a ... Shaft unit 210, 210a ... Shaft member 212 ... Screw part 214a ... Conical outer surface 216a ... Inclined surface 220 220a ... Conical bearing member 222 ... Conical outer surface 224 ... Inclined surface 300, 300a ... Rotor unit 310 ... Rotor member 312 ... Through hole 314 ... Conical inner surface 316 ... Dynamic pressure groove portion 318 ... Magnet mounting portion 320 ... Yoke 330 ... Permanent magnet 350 ... End cap 352 ... Lubrication hole 354 ... Inner peripheral surface 360 ... Rotor hub 370 ... Sleeve 374 ... Conical inner surface 410 ... Minute gap 420 ... Lubricating oil 430 ... Capillary seal part SM, SMa ... Spindle motor

Claims (4)

スピンドルモータであって、
モータ基台に一端側が固定されている軸部材と、
前記軸部材に固定され、円錐外面を有する第1と第2の円錐軸受部材と、
前記軸部材を挿通する貫通孔と、前記貫通孔の両端部に外側に向かって内径が拡大する第1と第2の円錐内面とを有するロータ部材と、
前記円錐内面と前記円錐外面とのいずれかに形成された動圧溝と、
前記ロータ部材が前記第1と第2の円錐軸受部材に挟み込まれることにより対向する前記円錐内面と前記円錐外面との間の微小隙間に充填された潤滑油と
を備え、
前記軸部材の線膨張係数α1と、前記円錐軸受部材の線膨張係数α2と、前記ロータ部材の線膨張係数α3とが、α3≧α2>α1の関係式を満たし、
前記第1の円錐内面上の第1の点および前記第1の点と内径が同一の前記第2の円錐内面上の第2の点の間の軸方向距離Lと、前記第1の点における内径寸法Dと、前記円錐内面が軸に垂直な面となす傾斜角度θとが、L >(D × tanθ)の関係式を満たす
スピンドルモータ。
A spindle motor,
A shaft member having one end fixed to the motor base;
First and second conical bearing members fixed to the shaft member and having conical outer surfaces;
A rotor member having a through hole through which the shaft member is inserted, and first and second conical inner surfaces whose inner diameters increase toward the outside at both ends of the through hole;
A dynamic pressure groove formed on either the conical inner surface or the conical outer surface;
A lubricating oil filled in a minute gap between the conical inner surface and the conical outer surface facing each other when the rotor member is sandwiched between the first and second conical bearing members;
The linear expansion coefficient α1 of the shaft member, the linear expansion coefficient α2 of the conical bearing member, and the linear expansion coefficient α3 of the rotor member satisfy a relational expression of α3 ≧ α2> α1,
An axial distance L between a first point on the first conical inner surface and a second point on the second conical inner surface having the same inner diameter as the first point, and at the first point A spindle motor in which an inner diameter dimension D and an inclination angle θ between the inner surface of the cone and a surface perpendicular to the axis satisfy a relational expression L> (D × tan θ).
前記軸部材は、前記モータ基台と反対側の端部に設けられたネジ部を有する、請求項1記載のスピンドルモータ。   The spindle motor according to claim 1, wherein the shaft member has a screw portion provided at an end opposite to the motor base. 前記動圧溝は、前記動圧溝が形成される面に設けられ前記動圧溝の深さよりも厚いニッケルめっき層に形成されている、請求項1または2記載のスピンドルモータ。   The spindle motor according to claim 1, wherein the dynamic pressure groove is formed in a nickel plating layer that is provided on a surface where the dynamic pressure groove is formed and is thicker than a depth of the dynamic pressure groove. 前記円錐形軸受部材および前記ロータ部材の少なくともいずれかは、アルミニウム−シリコン合金からなる、請求項1ないし3のいずれかに記載のスピンドルモータ。   4. The spindle motor according to claim 1, wherein at least one of the conical bearing member and the rotor member is made of an aluminum-silicon alloy. 5.
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