JP5610590B2 - 動圧軸受装置及びそれを備えるスピンドルモータ - Google Patents

Description

本発明は、動圧軸受装置及びそれを備えるスピンドルモータに関する。

一般的に、記録ディスク駆動装置（Ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ、ＨＤＤ）に用いられる小型のスピンドルモータには動圧軸受装置が備えられ、動圧軸受装置に備えられるシャフトとスリーブとの間に形成された軸受間隙（ｃｌｅａｒａｎｅｃ）にはオイルのような潤滑流体が充填される。このような軸受間隙に充填されたオイルがポンピングされることにより流体動圧を形成し、シャフトを回転可能に支持する。

即ち、一般的に動圧軸受装置は、スパイラル（ｓｐｉｒａｌ）形状を有するスラスト動圧溝とへリングボーン（ｈａｒｒｉｎｇｂｏｎｅ）形状を有するジャーナル動圧溝により動圧を発生させ、モータの回転駆動の安定性を図っている。

また、ラジアル方向の流体動圧を発生させるためのジャーナル動圧溝は、スリーブの内部面に２組のジャーナル動圧溝で形成される。

一方、最近の記録ディスク駆動装置の容量増加により、スピンドルモータの駆動中に発生する振動を減少させなければならないという技術的課題に直面している。即ち、スピンドルモータの駆動中に発生する振動によるエラーなしに駆動記録ディスク駆動装置が駆動されるようにするために、スピンドルモータに備えられる動圧軸受装置の性能向上が求められている。

そのために、へリングボーン形状を有するジャーナル動圧溝の間の間隔（即ち、軸受スパンの長さ）を広げて、モータの駆動中に発生する振動を減少させる必要性がある。

ところが、潤滑流体が動圧軸受装置の外部に飛散しないようにするために、また動圧軸受装置の内部で陰圧が発生しないようにするために、最大圧力領域を基準に上下部側が非対称形状を有するように形成される。

また、潤滑流体が終局的にスリーブの下部側に流動されるようにするために、最大圧力の発生領域を基準に、より非対称的に形成される。

これにより、スパン長さの減少をもたらすという問題がある。

従って、陰圧の発生を低減させながら潤滑流体の飛散を抑制し、スパン長さを増加させることができる動圧軸受装置の構造の開発が必要な状況である。

本発明は、回転特性を向上させることができる動圧軸受装置及びそれを備えるスピンドルモータを提供することをその目的とする。

本発明の一実施例による動圧軸受装置は、シャフトと、上記シャフトを回転可能に支持するスリーブと、を含み、上記シャフトの外周面と上記スリーブの内周面のうち少なくとも一つには、上記シャフトの回転時に流体動圧を発生させるための上、下部動圧溝が形成され、上記上、下部動圧溝のうち少なくとも一つは、下部側の深さが上部側の深さより深く形成されることができる。

上記上、下部動圧溝はへリングボーン形状を有し、上記上、下部動圧溝のうち少なくとも一つは、上部側と下部側との長さ方向の長さが同一に形成されることができる。

上記上、下部動圧溝のうち少なくとも一つは、上部側が中心線に向かって深さが深くなるように形成されることができる。

上記上、下部動圧溝の下部側は、中心線から端に向かって深さが一定に形成されることができる。

上記上部動圧溝の長さ方向の長さが、上記下部動圧溝の長さ方向の長さより長く形成されることができる。

上記の動圧軸受装置は、上記スリーブの下端部に設けられ、潤滑流体の漏れを防止するカバー部材をさらに含むことができる。

本発明の一実施例によるスピンドルモータは，シャフトと、上記シャフトを回転可能に支持するスリーブと、上記スリーブが固設されるベース部材と、上記シャフトの上端部に固設され、上記シャフトと連動して回転されるロータハブと、を含み、上記シャフトの外周面と上記スリーブの内周面のうち少なくとも一つには、上記シャフトの回転時に流体動圧を発生させる上、下部動圧溝が形成され、上記上、下部動圧溝のうち少なくとも一つは、上部側の深さが下部側の深さより深く形成されることができる。

上記上、下部動圧溝はへリングボーン形状を有し、上記上、下部動圧溝のうち少なくとも一つは上部側と下部側との長さ方向の長さが同一に形成され、上部側が中心線に向かって深さが深くなるように形成されることができる。

上記上、下部動圧溝の下部側は、中心線から端に向かって深さが一定に形成されることができる。

上記上部動圧溝の長さ方向の長さが、上記下部動圧溝の長さ方向の長さより長く形成されることができる。

下部側の深さが上部側が深さより深く形成される上、下部動圧溝により、中心線を基準に上部側と下部側とが対称形状を有するように形成することにより、スパン長さを増加させることができる効果がある。

また、陰圧の発生を抑制して、回転特性を向上させることができる効果がある。

本発明の一実施例による動圧軸受装置を備えるスピンドルモータを示す概略断面図である。 本発明の一実施例による動圧軸受装置に備えられるスリーブを示す断面図である。 図２のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 図２のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。 本発明による上、下部動圧溝の変形実施例を示す正面図である。 本発明による上、下部動圧溝の他の変形実施例を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施形態を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施形態に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内で他の構成要素の追加、変更、削除等によって、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案することができ、これも本発明の思想の範囲内に含まれる。

また、本発明を説明するにあたり、係わる公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図１は本発明の一実施例による動圧軸受装置を備えるスピンドルモータを示す概略断面図であり、図２は本発明の一実施例による動圧軸受装置に備えられるスリーブを示す断面図であり、図３は図２のＸ−Ｘ´線に沿った断面図であり、図４は図２のＹ−Ｙ´線に沿った断面図である。

図１から図４を参照すると、本発明の一実施例によるスピンドルモータ１００は，ベース部材１２０と、動圧軸受装置２００と、ロータハブ１４０と、を含んで構成されることができる。

また、本発明の一実施例による動圧軸受装置２００は、シャフト２１０と、スリーブ２２０と、カバー部材２３０と、スラストプレート２４０と、キャップ部材２５０と、を含んで構成されることができる。

一方、スピンドルモータ１００は、記録ディスクを駆動させる記録ディスク駆動装置に採用されるモータであることができる。

ここで、方向に関する用語を定義すると、軸方向は図１を参照して、上、下方向、即ちシャフト２１０の下部から上部に向かう方向またはシャフト２１０の上部から下部に向かう方向を意味し、半径方向は図１を参照して、左、右方向、即ちロータハブ１４０の外周面からシャフト２１０に向かう方向、またはシャフト２１０からロータハブ１４０の外周面に向かう方向を意味する。

また、周方向はロータハブ１４０及びシャフト２１０の外周面に沿って回転される方向を意味する。

また、本発明の一実施例によるスピンドルモータ１００は、大きくステータ２０とロータ４０とで構成されることができる。ステータ２０はロータ４０を回転可能に支持する全ての固定部材を指すものであり、ロータ４０はステータ２０に支持されて回転される回転部材を指すものである。

ベース部材１２０は、ロータ４０を回転可能に支持する固定部材であり、ステータ２０を構成する。また、ベース部材１２０は、スリーブ２２０が固設される設置部１２２を備えることができる。

設置部１２２は、軸方向上部側に突出形成され、スリーブ２２０が挿設されることができるように設置孔１２２ａが形成されることができる。即ち、スリーブ２２０は設置部１２２に固設されることができる。

一方、設置部１２２の外周面には、ステータコア１１０が挿入固定されることができるように段差部１２２ｂが備えられることができる。即ち、ステータコア１１０は、設置部１２２の外周面に形成された段差部１２２ｂに装着された状態で設置部１２２に固設されることができる。

動圧軸受装置２００は、シャフト２１０の回転時、充填された潤滑流体をポンピングすることにより流体動圧を発生させる。動圧軸受装置２００についての詳細な説明は後述する。

ロータハブ１４０はシャフト２１０に固設されて回転される。即ち、ロータハブ１４０はシャフト２１０の上端部に固設され、シャフト２１０と連動して回転される回転部材であり、ロータ４０を構成する。

一方、ロータハブ１４０は、シャフト２１０が貫通される装着孔１４２ａが形成された円盤状のボディー１４２と、ボディー１４２の端から軸方向下部側に延長形成されるマグネット設置部１４４と、マグネット設置部１４４の端から半径方向外側に延長形成されるディスク載置部１４６と、を備えることができる。

即ち、ロータハブ１４０はカップ状を有することができ、ベース部材１２０とともに内部空間を形成する。また、ステータコア１１０は、ロータハブ１４０とベース部材１２０とによって形成される内部空間に配置されることができる。

また、マグネット設置部１４４には駆動マグネット１４４ａが固設されることができる。即ち、駆動マグネット１４４ａは、ステータコア１１０の先端に対向配置されるようにマグネット設置部１４４の内周面に固設される。

また、駆動マグネット１４４ａは環状を有することができ、周方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に着磁され、一定強さの磁気力を発生させる永久磁石であることができる。即ち、駆動マグネット１４４ａは、ロータハブ１４０を回転駆動させるための駆動力を発生させる機能をする。

換言すれば、ステータコア１１０に巻線されたコイル１１２に電源が供給されると、コイル１１２が巻線されたステータコア１１０と駆動マグネット１４４ａとの電磁気的相互作用により、ロータハブ１４０を回転駆動させることができる力が発生する。これにより、ロータハブ１４０が回転駆動されることができる。

結局、ロータハブ１４０の回転により、シャフト２１０、シャフト２１０に固設されるスラストプレート２４０がロータハブ１４０とともに連動して回転される。

このように、ロータハブ１４０が回転されると、上記の動圧軸受装置２００に充填された潤滑流体がポンピングされることにより流体動圧が発生する。

以下、動圧軸受装置２００についてより詳細に説明する。

シャフト２１０は、ステータ２０によって回転可能に支持されて回転されるロータ４０を構成する回転部材である。即ち、シャフト２１０はスリーブ２２０によって回転可能に支持される。

また、スリーブ２２０は、ベース部材１２０とともにステータ２０を構成し、ロータ４０を回転可能に支持する固定部材である。

また、スリーブ２２０は、上述のように設置部１２２に固設されることができる。また、スリーブ２２０の中央には貫通孔２２２が形成され、シャフト２１０が貫通孔２２２に挿入されて、スリーブ２２０によって回転可能に支持されることができる。

一方、シャフト２１０が貫通孔２２２に挿入されて設けられる場合、シャフト２１０の外周面とスリーブ２２０の内周面とは所定間隔で離隔配置されて軸受間隙Ｃ１を形成する。

また、この軸受間隙Ｃ１には、シャフト２１０の回転時に流体動圧を発生させることができるように、潤滑流体が充填されることができる。

また、シャフト２１０の外周面とスリーブ２２０の内周面のうち少なくとも一つには、シャフト２１０の回転時に流体動圧を発生させるための上、下部動圧溝２６０、２７０が形成されることができる。

また、上、下部動圧溝２６０、２７０のうち少なくとも一つは、上部側の深さが下部側の深さより深く形成されることができる。

尚、上、下部動圧溝２６０、２７０はへリングボーン形状を有することができる。

ここで、上、下部動圧溝２６０、２７０の説明に用いられる長さ方向、深さに関する用語を定義すると、上、下部動圧溝２６０、２７０の長さ方向は図２において上、下方向であるＬ方向（即ち、軸方向）を意味し、深さは図３及び図４に図示されたｄを意味する。

上記の上、下部動圧溝２６０、２７０についてより詳細に説明する。但し、上、下部動圧溝２６０、２７０はそのサイズのみが相違するものであり、同一の構成に該当するため、下部動圧溝２７０についての説明は上部動圧溝２６０についての説明に代替する。

上部動圧溝２６０は、中心線Ｔで折り曲げられるへリングボーン形状を有することができる。また、上部動圧溝２６０の上部側は中心線Ｔの上部に配置される側を意味し、下部側は中心線Ｔの下部に配置される側を意味する。

また、上部動圧溝２６０は、上部側と下部側の長さ方向の長さが同一に形成されることができる。即ち、上部動圧溝２６０は、中心線Ｔを基準に上、下部が対称になる形状を有することができる。

また、上部動圧溝２６０は、下部側の深さが上部側の深さより深く形成されることができる。より詳細には、上部動圧溝２６０の上部側は端から中心線Ｔに向かって深さが次第に深くなるように形成されることができる。即ち、図２のＡ地点からＣ地点に行くに従って深さ（ｄ、図３ 参照）が深くなるように傾斜して形成されることができる。

また、上部動圧溝２６０の下部側は、中心線Ｔから端に向かって深さが一定に形成されることができる。即ち、図２のＣ地点からＥ地点までの深さ（ｄ、図４参照）が一定に形成されることができる。

このように、上部動圧溝２６０の下部側の深さが上部側の深さより深く形成されるため、上部動圧溝２６０は、中心線Ｔを基準に上、下部が対称になる形状を有することができる。

尚、上部動圧溝２６０の下部側の深さが上部側の深さより深く形成されるため、上、下部動圧溝２６０、２７０の間で陰圧の発生を抑制することができる。ここで、陰圧とは大気圧より低い圧力を意味する。

さらに、シャフト２１０の回転時、上部動圧溝２６０によって潤滑流体は軸方向下部側に流動されることができる。

一方、下部動圧溝２７０は、上述したように、上部動圧溝２６０に比べ長さ方向の長さのみが短く形成されるだけで、他の構成は同一の構成を有する。

従って、下部動圧溝２７０についての詳細な説明を省略する。

このように、上、下部動圧溝２６０、２７０が中心線Ｔを基準に互いに対称になる形状を有するため、スパン長さＳを増加させることができる。

ここで、スパン長さＳとは、上部動圧溝２６０によって潤滑流体がポンピングされて最大動圧が発生する領域と、下部動圧溝２７０によって潤滑流体がポンピングされて最大動圧が発生する領域との距離を意味する。

即ち、本実施例では、上、下部動圧溝２６０、２７０の中心線Ｔの間の距離がスパン長さＳになる。

このように、上、下部動圧溝２６０、２７０が中心線Ｔを基準に互いに対称になる形状を有しない場合に比べ、本発明の一実施例による動圧軸受装置２００のスパン長さＳが増加されることができる。

結局、スパン長さＳの増加により、シャフト２１０の回転特性が向上されることができる。

一方、本実施例では、上、下部動圧溝２６０、２７０が両方とも中心線Ｔを基準に対称になる形状を有し、上、下部動圧溝２６０、２７０の下部側の深さが上部側の深さより深く形成される場合を例に取って説明しているが、これに限定されない。

即ち、図５及び図６に図示されたように、上、下部動圧溝２６０、２７０のうち何れか一つのみが中心線Ｔを基準に対称になる形状を有するように形成されることができる。

また、上、下部動圧溝２６０、２７０のうち何れか一つのみが下部側の深さが上部側の深さより深く形成されることができる。換言すれば、上部側の端から中心線Ｔに向かって深さが深くなるように動圧溝が形成されることもできる。

カバー部材２３０は、スリーブ２２０の下端部に設けられ、充填された潤滑流体がスリーブ２２０の下部側に漏れることを防止する機能をする。

また、カバー部材２３０がスリーブ２２０に設けられる場合、カバー部材２３０とスリーブ２２０とによって形成される空間にも潤滑流体が充填される。また、シャフト２１０がスリーブ２２０に設けられる場合、シャフト２１０の底面はカバー部材２３０の上面に接触される。

また、シャフト２１０が回転する場合、潤滑流体がスリーブ２２０とカバー部材２３０とによって形成される空間に流入され、シャフト２１０が所定高さに浮上されることができる。

スラストプレート２４０は、ロータハブ１４０の下部に配置されるようにシャフト２１０に固設されることができる。これにより、スラストプレート２４０はシャフト２１０と連動して回転されることができる。即ち、スラストプレート２４０は、シャフト２１０とともにロータ４０を構成する回転部材である。

また、シャフト２１０がスリーブ２２０に設けられる場合、スラストプレート２４０はスリーブ２２０の挿入溝２２４に挿入配置される。

また、スラストプレート２４０の底面と挿入溝２２４の底面のうち少なくとも一つには、スラストプレート２４０の回転時にスラスト流体動圧を発生させるためのスラスト動圧溝（不図示）が形成されることができる。

キャップ部材２５０は、スラストプレート２４０の上部に配置されるようにスリーブ２２０に固設されることができる。換言すれば、キャップ部材２５０は、スリーブ２２０とともにステータ２０を構成する固定部材である。

また、キャップ部材２５０の底面とスラストプレート２４０の上面とによって、潤滑流体と空気との界面が形成されることができる。そのために、キャップ部材２５０の底面端部には傾斜面が形成されることができる。

即ち、上記の軸受間隙に充填された潤滑流体は、毛細管現象によってキャップ部材２５０の底面とスラストプレート２４０の上面とによって形成される空間で、空気との界面を形成する。

上記のように、上、下部動圧溝２６０、２７０が中心線Ｔを基準に互いに対称になる形状を有しない場合に比べ、本発明の一実施例による動圧軸受装置２００のスパン長さＳが増加されることができる。

結局、スパン長さＳの増加により、シャフト２１０の回転特性が向上されることができる。

また、上部動圧溝２６０の下部側の深さが上部側の深さより深く形成されるため、上、下部動圧溝２６０、２７０の間で陰圧の発生を抑制することができる。

即ち、上部動圧溝２６０が図２のＡ地点からＣ地点に行くに従って深さ（ｄ、図３参照）が深くなるように傾斜して形成され、図２のＣ地点からＥ地点までの深さ（ｄ、図４参照）が一定に形成されるため、上、下部動圧溝２６０、２７０の間で陰圧の発生を抑制することができる。また、潤滑流体の飛散を防止することができる。

１００ スピンドルモータ
１２０ ベース部材
１４０ ロータハブ
２００ 動圧軸受装置
２１０ シャフト
２２０ スリーブ
２３０ カバー部材
２４０ スラストプレート
２５０ キャップ部材

Claims (5)

1. シャフトと、
   前記シャフトを回転可能に支持するスリーブと
   を含み、
   前記シャフトの外周面と前記スリーブの内周面のうち少なくとも一つには、前記シャフトの回転時に流体動圧を発生させる、回転軸方向に分離して配置された一対の動圧溝が形成され、
   前記一対の動圧溝のうち少なくとも一つは、前記回転軸方向に一方側の部分と他方側の部分とに区別され、前記一方側の部分の深さが前記他方側の部分の深さより深く形成され、
   前記一対の動圧溝のうち少なくとも一つは、前記一方側の部分が、前記一方側の部分と前記他方側の部分との境界に向かって深さが深くなるように形成され、
   前記一対の動圧溝の前記他方側の部分は、前記境界から端に向かって深さが一定に形成される動圧軸受装置。
2. 前記一対の動圧溝はへリングボーン形状を有し、前記一対の動圧溝のうち少なくとも一つは、前記一方側の部分と前記他方側の部分の前記回転軸方向の長さが同一に形成される請求項１に記載の動圧軸受装置。
3. 前記一対の動圧溝の一方の動圧溝の前記回転軸方向の長さが、前記一対の動圧溝の他方の動圧溝の前記回転軸方向の長さより長く形成される請求項１または２に記載の動圧軸受装置。
4. 前記スリーブの前記回転軸方向の一方側の端部に設けられ、潤滑流体の漏れを防止するカバー部材をさらに含む請求項１から３の何れか１項に記載の動圧軸受装置。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の動圧軸受装置と、
   前記スリーブが固設されるベース部材と、
   前記シャフトの前記回転軸方向の他方側の端部に固設され、前記シャフトと連動して回転されるロータハブと
   を含むスピンドルモータ。

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